JP4744383B2

JP4744383B2 - プローバ

Info

Publication number: JP4744383B2
Application number: JP2006199649A
Authority: JP
Inventors: 哲郎秦; 哲森山; 太一藤田; 隆石本; 武清市川
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: JP2008028184A

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数のデバイス（ダイ）の電気的な検査を行うためにダイの電極をテスタに接続するプローバに関し、特にウエハを高温又は低温に保持して検査するプローバに関する。

半導体製造工程では、薄い円板状の半導体ウエハに各種の処理を施して、複数のデバイス（ダイ）を形成する。各デバイスは電気的特性が検査され、その後ダイサーで切り離なされた後、リードフレームなどに固定されて組み立てられる。上記の電気的特性の検査は、プローバとテスタで構成されるウエハテストシステムにより行われる。プローバは、ウエハをステージに保持し、各デバイスの電極にプローブを接触させる。テスタは、プローブに接続される端子から、電源および各種の試験信号を供給し、デバイスの電極に出力される信号をテスタで解析して正常に動作するかを確認する。

半導体装置は広い用途に使用されており、低温環境又は高温環境でも使用されるデバイスもあり、プローバにはこのような環境での検査が行えることが要求される。そこで、プローバにおいてウエハを保持するウエハチャックのウエハ載置面の下に、例えば、ヒータ機構、チラー機構などのウエハチャックの表面の温度を変えるウエハ温度調整機構を設けて、ウエハチャックの上に保持されたウエハを加熱又は冷却することが行われる。

図１は、ウエハ温度調整機構を有するプローバを備えるウエハテストシステムの概略構成を示す図である。図示のように、プローバ１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７と、ウエハチャック１８と、アライメント顕微鏡１９と、支柱２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダ２３と、カードホルダ２３に取り付けられるプローブカード２４と、を有する。プローブカード２４には、プローブ２５が設けられる。移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７は、ウエハチャック１８を３軸方向及びＺ軸を中心として回転する移動・回転機構を構成する。移動・回転機構については広く知られているので、ここでは説明を省略する。プローブカード２４は、検査するデバイスの電極配置に応じて配置されたプローブ２５を有し、検査するデバイスに応じて交換される。なお、プローブの位置を検出する針位置合わせカメラ１９や、プローブをクリーニングするクリーニング機構などが設けられているが、ここでは省略している。

テスタ３０は、テストヘッド３１と、テストヘッド３１に設けられたコンタクトリング３２とを有する。プローブカード２４には各プローブに接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テストヘッド３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。プローバ１０は、ウエハテストにおいてテスタ３０と連携して測定を行うが、その電源系や機構部分はテスタ本体及びテストヘッドとは独立した装置である。

検査を行う場合には、図示していない針位置合わせカメラでプローブ２５の先端位置を検出する。次に、ウエハチャック１８に検査するウエハＷを保持した状態で、ウエハＷがアライメント顕微鏡１９の下に位置するように、Ｚ軸移動台１６を移動させ、ウエハＷ上のデバイスの電極の位置を検出する。１チップのすべての電極の位置を検出する必要はなく、いくつかの電極の位置を検出すればよい。また、ウエハＷ上のすべてのデバイスの電極を検出する必要はなく、いくつかのデバイスの電極の位置が検出される。以上のような、ウエハ上の電極位置の検出動作をウエハアライメント動作と称している。

なお、針位置合わせカメラの検出する位置とアライメント顕微鏡１９の検出する位置との関係は、例えば、針位置合わせカメラで先端位置を検出したプローブ２５をウエハの表面に接触させ、アライメント顕微鏡１９でウエハ上のプローブ接触痕を検出することにより、あらかじめ求められているものとする。

プローブ２５の位置及びウエハＷの電極の位置を検出した後、デバイスの電極の配列方向がプローブ２５の配列方向に一致するように、θ回転部１７によりウエハチャック１８を回転する。そして、ウエハＷの検査するデバイスの電極がプローブ２５の下に位置するように移動した後、ウエハチャック１８を上昇させて、電極をプローブ２５に接触させる。そして、テスタ本体３１から、コンタクトリング３２を介して電極に電源及びテスト信号を供給し、電極に出力される信号を検出して正常に動作するかを確認する。

以上が、ウエハテストシステムの概略構成であるが、ウエハチャックを加熱又は冷却し、保持したウエハＷを高温又は低温にして検査できるプローバでは、ウエハチャック１８内に、ヒータ２６及びチャック冷却液経路２７が設けられる。チャック冷却液経路２７には冷却液源２８から供給経路２９Ａを介して冷却液が流され、ウエハＷを保持するウエハチャック１８の表面を冷却する。チャック冷却液経路２７を通過した冷却液は、回収経路２９Ｂを介して冷却液源２８に回収される。ここでは、チャック冷却液経路２７、冷却液源２８、供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂで構成される部分をチラーシステムと称する。また、ヒータ２６は発熱してウエハＷを保持するウエハチャック１８の表面を加熱する。更に、ウエハチャック１８の表面近傍に温度センサ４１が設けられ、冷却液源２８の制御部４２は、温度センサ４１の検出したウエハチャック１８の表面温度に応じて冷却液源２８から供給する冷却液源の温度を制御する。

ウエハチャック１８内には、他にもウエハＷを真空吸着するための真空経路などが設けられ、ウエハチャック１８内におけるヒータ２６、チャック冷却液経路２７及び真空経路の配置については各種の変形例がある。

ウエハを所定の設定温度にして検査を行う場合、ウエハＷをウエハチャック１８に保持した状態で、ウエハチャック１８が所定の設定温度になるようにヒータ２６又はチラーシステムを動作させる。ウエハチャック１８は、アルミニューム、銅などの金属や、熱伝導性の良好なセラミックなどの材料で作られている。

プローバにおけるアライメント方法については、例えば特許文献１及び２などに、ウエハチャックの温度調整機構については、例えば特許文献３などに記載されている。

アライメント顕微鏡１９は、プローバ内の限られたスペースに収容するため、図１に示すように、ウエハチャック１８の載置面に平行な方向に伸びる形状をしている。図２は、アライメント顕微鏡１９の概略構成図である。図２に示すように、アライメント顕微鏡１９は、下部に透明窓５２が設けられたアルミニューム製などの筐体５１と、筐体５１内の透明窓５２の部分に設けられ、内部にリング状に配置された光源５４を有するリング照明機構５３と、支持部材５６により筐体５１に取り付けられた全反射ミラー５５と、支持部材５８により筐体５１に取り付けられた前群レンズ５７と、支持部材６０により筐体５１に取り付けられた後群レンズ５９と、撮像素子（ＣＣＤ素子）６１と、筐体５１に取り付けられ、撮像素子６１を保持するソケット６２と、筐体５１内を密閉する上板６３と、を有する。

図２に示すように、ウエハチャック１８に保持されたウエハＷの検出部分が、透明窓５２の下に位置するように移動し、リング照明機構５３でウエハＷの表面を照明する。ウエハＷの表面で反射された光は、全反射ミラー５５を介して前群レンズ５７に入射する。前群レンズ５７と後群レンズ５９は、高倍率の顕微鏡レンズを構成し、ウエハＷの表面の画像を撮像素子６１に結像する。撮像素子６１は、ウエハＷの表面の画像信号を生成して図示していない画像処理部に送る。画像処理部は画像信号を処理してウエハＷの表面の電極位置や、プローブの接触痕を検出する。

なお、アライメント顕微鏡１９の光軸方向の長さを短くするため、折り返しミラーを設けたり、リング照明機構５３による暗視野照明の代わりに明視野照明（落射照明）を行うために光路中にプリズムを設けて照明光を導入する場合もある。

近年、デバイスの高集積化に伴って電極の大きさも小さくなる傾向にあり、ウエハの電極とプローブの位置関係は、高分解能で且つ高精度に行う必要がある。そのために、前群レンズ５７と後群レンズ５９により構成される顕微鏡レンズは、高倍率のウエハ表面の画像を撮像素子６１上に形成する。

特開平５−３４３４８５号公報（全体）特開平１１−２６５２０号公報（全体）特開２００１−２１０６８３号公報（全体）

アライメント顕微鏡１９は、ウエハの電極をプローブに接触させる処理を行う場合の位置基準となるものである。そのため、アライメント顕微鏡１９の光軸ズレなどが発生すると、検出したウエハの電極とプローブの位置関係に誤差が発生し、プローブと電極の接触が正しく行えないという問題が生じる。例えば、ウエハ面に平行な方向のズレが発生すると、プローブが電極の範囲外の部分に接触して検査が行えないという問題、電極の周囲に設けられたデバイスの回路部分を破壊するという問題などが発生する。ウエハに垂直な方向のズレが発生すると、プローブが電極に十分な接触圧で接触しないため接触不良となるという問題、逆にプローブの電極に対する接触圧が大きくなりすぎて電極及びその下の回路部分を破壊するという問題などが発生する。ウエハに垂直な方向のズレは、プローブと電極の接触などを検出することにより、問題の発生を防止できるが、ウエハ面に平行な方向のズレによる問題は解決できない。

上記のように、ウエハテスト時ウエハを高温又は低温に保持して検査を行うが、近年その温度が益々高温又は低温になっており、例えば、−５５°Ｃのような低温環境や、２００°Ｃのような高温環境での検査が要求されている。このような温度で検査を行う場合、ウエハチャック１８を高温又は低温の所定の温度にして、その上にウエハＷを保持してウエハチャック１８と同じ温度になるまで待機した後、ウエハＷをアライメント顕微鏡１９の下に移動してウエハの電極位置の検出を行う。

電極位置の検出は、複数箇所で行う必要があり、ある程度の時間を要する。この検出動作は、図１及び図２に示すように、ウエハチャック１８に保持された高温又は低温のウエハＷがアライメント顕微鏡１９の直下に位置して行われるため、検出動作の間にアライメント顕微鏡１９の筐体５１の温度が変化し、大きな光軸ズレが発生するという問題が発生する。

現状では、このような光軸ズレによるウエハアライメント動作の検出精度の低下に対して、再度基準を求め直すという方法で対処しているが、この方法はプローバのスループットを低下させるという問題が発生する。

一方、アライメント顕微鏡１９、特にその筐体５１を一定温度に保持するような温度調整機構を設けることも考えられるが、大幅なコストアップになるという問題を生じる。例えば、ウエハが高温である場合には、アライメント顕微鏡１９を冷却する機構を設ける必要があるが、アライメント顕微鏡１９に空気を吹き付ける空冷方式では温度を十分に低下させるのが難しいだけでなく、アライメント顕微鏡１９の光路部分の空気を乱すため、画像が劣化するという問題を生じる。また、アライメント顕微鏡１９に冷却液を循環させる液冷方式を設けることも考えられるが、非常なコストアップになる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な構成で、高温又は低温のウエハのウエハアライメント動作を行う場合に発生するアライメント顕微鏡１９の光軸ずれを低減することを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明のプローバは、アライメント顕微鏡の下側に遮熱板を設け、アライメント顕微鏡と遮熱板の間に設けたヒートパイプで、遮熱板（及びアライメント顕微鏡）の熱を他の部分に設けた熱交換部に移送することを特徴とする。

すなわち、本発明のプローバは、ウエハ上に形成された複数のデバイスをテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記デバイスの電極に接続するプローバであって、ウエハを保持するウエハチャックと、前記ウエハチャックを移動する移動機構と、前記ウエハチャックの温度を調整して、保持したウエハを所定の温度にする温度調整機構と、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハの前記デバイスの前記電極と前記テスタの各端子との位置関係を測定するため、前記デバイスの表面画像を検出するアライメント顕微鏡と、前記アライメント顕微鏡の下側に設けられた遮熱板と、前記遮熱板と前記アライメント顕微鏡との間に設けられたヒートパイプと、前記ヒートパイプにより移送される熱の熱交換器と、を備えることを特徴とする。

本発明のプローバでは、アライメント顕微鏡の下側に遮熱板を設けて、高温又は低温のウエハとアライメント顕微鏡との間で直接熱の移動が行われないようにし、アライメント顕微鏡と遮熱板の間に設けたヒートパイプで、遮熱板（及びアライメント顕微鏡）の熱を他の部分に設けた熱交換部に移送することで、遮熱板の温度が周囲温度に比べて大きく変化するのを防止する。遮熱板の温度は直下に位置した高温又は低温のウエハの影響を受けるために、温度が変化しやすいが、遮熱板は直接アライメント顕微鏡の筐体に接触しておらず、その間にはヒートパイプが設けられているので、遮熱板の温度変動が直ぐにアライメント顕微鏡の温度に影響しないため、遮熱板の温度が変化してもアライメント顕微鏡の温度は変化しにくい。ヒートパイプにより遮熱板の熱は他の部分に設けた熱交換器、例えばヒートシンクに移送されるので、遮熱板の温度変化が抑制され、アライメント顕微鏡の温度変化も抑制される。

本発明によれば、簡単な機構で、アライメント顕微鏡の温度変化を抑制できる。

図３は、本発明の実施例のアライメント顕微鏡の構成を示す図であり、（Ａ）が図２に対応する断面図を、（Ｂ）が上面図である。

図２と図３の（Ａ）を比較して明らかなように、実施例のアライメント顕微鏡１９は、結合手段７２によりアライメント顕微鏡の筐体５１の下側に遮熱板７１が取り付けられ、筐体５１と遮熱板７１の間にヒートパイプ７３が設けられている点が従来例と異なり、アライメント顕微鏡１９の内部は従来例と同じ構成を有する。

図３の（Ｂ）に示すように、遮熱板７１はアライメント顕微鏡１９から更に横方向に伸び、アライメント顕微鏡１９の横の部分にフィン８２を有するヒートシンク８１が設けられている。図では一部のフィンのみを示しているが、ヒートシンク８１の全面に設けられている。更に、ヒートシンク８１のフィン８２の部分を空冷するための送風手段８３が設けられている。送風手段８３は、噴出す気体がアライメント顕微鏡１９の下側には向かわないような方向に気体を噴出す。

図３の（Ｂ）に示すように、ヒートパイプ７３は薄型で、遮熱板７１のアライメント顕微鏡１９の下側の部分とヒートシンク８１との間に伸びており、その間で熱を効率よく移送する。高温のウエハＷをアライメント顕微鏡１９の下側に移動すると、ウエハチャック１８及びウエハＷの熱が遮熱板７１の温度を上昇させる。これにより、遮熱板７１のアライメント顕微鏡１９の下側の部分とヒートシンク８１との間で温度差が生じるが、ヒートパイプ７３が遮熱板７１のアライメント顕微鏡１９の下側の部分の熱をヒートシンク８１に移送するので、遮熱板７１の温度上昇が抑制される。逆に、低温のウエハＷをアライメント顕微鏡１９の下側に移動すると、ウエハチャック１８及びウエハＷが遮熱板７１の熱を奪って温度を下降させる。これにより、遮熱板７１のアライメント顕微鏡１９の下側の部分とヒートシンク８１との間で温度差が生じるが、ヒートパイプ７３がヒートシンク８１の熱を遮熱板７１のアライメント顕微鏡１９の下側の部分に移送するので、遮熱板７１の温度降下が抑制される。

このように、ヒートパイプ７３は、遮熱板７１の温度をヒートシンク８１の温度に近づけるように動作する。従って、アライメント顕微鏡１９の温度もヒートシンク８１の温度に近い状態に保持される。

本実施例のプローバでは、アライメント顕微鏡１９の下側に遮熱板７１を設けて、高温又は低温のウエハＷとアライメント顕微鏡１９との間で直接熱の移動が行われないようにし、アライメント顕微鏡１９と遮熱板７１の間に設けたヒートパイプ７３で、遮熱板７１と他の部分に設けたヒートシンク（熱交換部）８１との間で熱を効率よく移送するので、遮熱板の温度が周囲温度に比べて大きく変化するのを防止する。遮熱板７１の温度は直下に位置した高温又は低温のウエハＷの影響を受けるために、温度が変化しやすいが、遮熱板７１は直接アライメント顕微鏡１９の筐体５１に接触しておらず、その間にはヒートパイプ７３が設けられているので、遮熱板７１の温度変動が直ぐにアライメント顕微鏡１９の温度に影響しないため、遮熱板７１の温度が変化してもアライメント顕微鏡１９の温度は変化しにくい。ヒートパイプ７３により遮熱板７１の熱は他の部分に設けたヒートシンク８１に移送されるので、遮熱板７１の温度変化が抑制され、アライメント顕微鏡１９の温度変化も抑制される。

実際、薄型ヒートパイプを設けた場合と設けない場合とでアライメント顕微鏡１９の温度変化を測定したところ、薄型ヒートパイプを設けない場合には、アライメント顕微鏡１９の温度は大きく変化し、例えば周辺外気温度よりも大きく変化したが、薄型ヒートパイプを設けた場合にはアライメント顕微鏡１９の温度変化ははるかに小さくなり、周辺外気温度との温度差も小さかった。また、上記温度変化に応じた光軸の変位を測定したが、３光軸すべてについて変位が小さくなった。

本発明は、温度調整機構を有するプローバであれば、どのようなものにも適用可能である。

ウエハ温度調整機構を有するプローバを備えるウエハテストシステムの概略構成を示す図である。従来のアライメント顕微鏡の構成を示す図である。本発明の実施例のアライメント顕微鏡の構成を示す図である。

符号の説明

１８ウエハチャック
１９アライメント顕微鏡
２６ヒータ
２７チャック冷却液経路
２８冷却液源
７１遮熱板
７３ヒートパイプ
８１ヒートシンク（熱交換器）
Ｗウエハ

Claims

ウエハ上に形成された複数のデバイスをテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記デバイスの電極に接続するプローバであって、
ウエハを保持するウエハチャックと、
前記ウエハチャックを移動する移動機構と、
前記ウエハチャックの温度を調整して、保持したウエハを所定の温度にする温度調整機構と、
前記ウエハチャックに保持された前記ウエハの前記デバイスの前記電極と前記テスタの各端子との位置関係を測定するため、前記デバイスの表面画像を検出するアライメント顕微鏡と、
前記アライメント顕微鏡の下側に設けられた遮熱板と、
前記遮熱板と前記アライメント顕微鏡との間に設けられたヒートパイプと、
前記ヒートパイプにより移送される熱の熱交換器と、を備えることを特徴とするプローバ。