JP4911953B2 - プローバ及びウエハテスト方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップ（ダイ）の電気的な検査を行うウエハテスト方法、及びそのためにダイの電極をテスタに接続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、半導体装置（デバイス）をそれぞれ有する複数のチップ（ダイ）を形成する。各チップ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固定し、各チップの電極パッド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、チップ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、広い温度範囲で使用される。そのため、半導体装置の検査を行う場合、例えば、室温（常温）、２００°Ｃのような高温、及び−５５°Ｃのような低温で、検査する必要があり、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、ヒートポンプ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過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。プローバは、ウエハＷを保持するウエハチャック１１と、ウエハチャック１１内に設けられた冷却液経路１２及びヒータ１３と、経路１５を介して冷却液経路１２に冷却液を循環させる冷却液源１４と、ヒータ１３に電力を供給するヒータ電源１６と、制御部１７と、検査する半導体チップの電極配置に合わせて作られたプローブ１９を有するプローブカード１８と、を有する。冷却液経路１２に冷却液を流すことにより、ウエハＷを保持するウエハチャック１１の表面が冷却され、保持しているウエハＷが低温にされる。同様に、ヒータ１３に電力を供給して発熱することにより、ウエハチャック１１の表面を加熱され、保持しているウエハＷが高温になる。制御部１７は、ウエハチャック１１の表面の近くに設けられた温度センサ２０の検出した温度に基づいて、冷却液源１４及びヒータ電源１６を制御して、ウエハチャック１１の表面が所望の温度になるようにする。プローバは、この他にも、ウエハチャック１１のＸ、Ｙ及びＺ方向の３軸移動・回転機構、ウエハ上に形成されたダイの配列方向を検出するアライメント用カメラと、プローブの位置を検出する針位置検出カメラと、それらを収容する筐体などが設けられ、上記のプローブカード１７は、筐体に設けられたカードホルダに取り付けられる。このような構成要素は本発明に直接関係しないので、ここでは図示を省略している。

テスタは、テスタ本体２１と、テスタ本体２１の端子とプローブカード１７の端子を電気的に接続するコネクション部２２と、を有する。コネクション部２２は、バネを使用した接続端子機構、いわゆるスプリングピン構造を有する。プローバは、ウエハテストにおいてテスタ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。

ウエハチャック１１内には、他にもウエハＷを真空吸着するための真空経路やウエハＷのリフト機構などが設けられ、ウエハチャック１１内における冷却液経路１２、ヒータ１３及び真空経路の配置については各種の変形例がある。以下の説明では、冷却液経路１２、冷却液源１４及び経路１５を含めて冷却機構と称し、ヒータ１３及びヒータ電源１６を含めて加熱機構と称し、冷却機構及び／又は加熱機構をまとめてウエハ温度調整機構と称する場合がある。

ウエハ温度調整機構は、ウエハチャック１１に保持されたウエハＷを、例えば、−５５°Ｃから＋２００°Ｃまでの任意の温度に設定できる。ウエハ温度調整機構は、ヒートポンプ機構などで実現することも可能である。

ウエハを所定の温度にして検査を行う場合、ウエハＷをウエハチャック１１に保持した状態で、制御部１７は温度センサ２０の検出した温度に基づいてウエハ温度調整機構を制御し、ウエハチャック１１が所定の温度になるようにする。ウエハチャック１１は、アルミニューム、銅、熱伝導性の良好なセラミックなどで作られており、ウエハＷを保持する表面はほぼ同じ温度になると考えられている。従って、温度センサ２０は１個だけ設けられ、検出したウエハチャック１１の温度は、他の部分でも同じであるとして制御が行われる。

更に、ウエハＷは薄い板状であり、ウエハチャック１１に吸着されて保持された状態では、ウエハＷとウエハチャック１１の表面の熱抵抗は十分に小さく、ウエハＷの全面が短時間でウエハチャック１１の表面温度になると考えられている。

以上説明したプローバ及びウエハテストシステムの構成は、広く知られているので、ここではこれ以上の説明を省略する。

特開平６−５３２９８号公報（全体）

デバイスの電気的特性を検査する場合、デバイスに電源及び信号を供給して動作させ、出力信号を検出する。そのため、デバイスは検査時に発熱する。しかしデバイスが発熱しても、デバイスはウエハチャック１１に密着しているのでデバイスは直ぐにウエハチャック１１の温度になり、更にウエハチャック１１の熱容量は大きく、またウエハチャック１１の熱伝導度は良好なので、検査中のデバイスの温度は、ウエハチャック１１の温度であると考え、温度制御が行われてきた。

しかし、ウエハチャック１１も、内部の構造などのために、表面の熱抵抗が十分に小さくはなく、保持したウエハのデバイスが発熱すると、その部分の温度が他の部分の温度より上昇することが分かった。更に、デバイスとウエハチャック１１の表面の密着具合も十分ではなく、デバイスの発熱は直ちにはウエハチャック１１に吸収されず、デバイスが高温になるという問題が生じる。そのため、たとえ温度センサ２０の検出した温度を所定の検査温度にしても、実際にはデバイスがその検査温度になっておらず、所定の検査温度でデバイスの検査が行えないという問題が生じる。

この問題は、特に発熱量の大きなデバイスの場合に大きな問題になり、デバイスからウエハチャック１１への伝熱が不十分だと、デバイスが異常な高温になってデバイス自体が破壊してしまうという問題を生じる。

このような問題を解決するために、デバイスの発熱による温度上昇を考慮してウエハチャックの温度をその分低くなるようにウエハ温度調整機構を制御することも考えられるが、ウエハ温度調整機構によるウエハの温度制御の応答性（レスポンス）は遅いのでデバイスを所定の検査温度にするのは難しい。例えば、デバイスの発熱も考慮してウエハチャックの温度を低くしておくと、デバイスが十分に発熱していない状態では、デバイスは検査温度より低い温度で検査されることになる。

また、ウエハチャックの一部を微細孔が形成されたポーラス構造とし、その部分に冷却液や冷却気体を流す構造も提案されているが、ウエハ上のデバイスの温度制御のレスポンスを改善するには十分でない。

このような問題を解決するため、特許文献１は、ウエハチャックの表面に溝を設け、ウエハをウエハチャックに吸着した状態で溝にヘリウムガスを流してウエハの下面を直接冷却することで、ウエハ上のデバイスの温度制御のレスポンスを向上する構成を記載している。しかし、この構成は、ウエハチャックの表面と吸着したウエハの間でヘリウムガスの経路を形成するため、ヘリウムガスが漏れないためにはウエハチャック表面の平面度及び表面粗さを向上する必要があり、高コストになるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するもので、検査中のデバイスの温度を所望の温度に正確に設定できるプローバを低コストで実現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、ウエハチャックに保持されたウエハを電気絶縁性で且つ高熱伝導性の浸漬液体に浸漬する。

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半導体装置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半導体装置の電極に接続するプローバであって、前記半導体装置の電極に接触して前記電極をテスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードと、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に保持された前記ウエハ上に、電気絶縁性で且つ高熱伝導性の浸漬液体を供給する浸漬液源と、を備えることを特徴とする。

本発明のプローバでは、ウエハチャックに保持されたウエハ上の浸漬液体を供給するので、検査中のデバイスは直接浸漬液体に接触し、発熱しても熱は直ちに浸漬液体に奪われるので、デバイスを所望の検査温度にすることができる。特に、デバイスはウエハの上側表面に形成されており、ウエハの下側表面を冷却する特許文献１に記載された構成に比べて、本発明ではウエハの上側表面を冷却するので、デバイスの温度制御のレスポンスは一層向上する。

浸漬液体は、例えばフロリナート（商標名）のような電気絶縁性で且つ高熱伝導性の液体であり、検査には影響しない。

ウエハチャックに保持されたウエハ上に供給された浸漬液体を浸漬液源に回収する回収手段を備え、回収した浸漬液体を再利用することが望ましい。

回収手段は、回収した浸漬液体から異物を除去するフィルタを備えることが望ましい。プローブをデバイスの電極に接触させると滓が生じるが、このような滓はデバイスの表面に付着してデバイスを不良にしたり、プローブの先端位置の検出誤差を増大させるなどの問題を生じる。本発明では、ウエハチャックに保持されたウエハ上に浸漬液体を供給するので、浸漬液体で上記の滓を洗い流すことが可能であり、ウエハ上から滓を除去できる。回収した浸漬液体にはこのような滓が含まれるので、フィルタで除去して再利用する。

ウエハと浸漬液体の接触を確実にするには、ウエハを浸漬液体に浸漬することが望ましく、そのために、ウエハチャックの周囲に浸漬液体を保持する浸漬液体保持部材を設けて、ウエハが前記浸漬液体に浸漬されるようにする。浸漬液体保持部材は、保持した浸漬液体を浸漬液源に回収する流入口、及び浸漬液源から供給される浸漬液体を、ウエハ上に噴出する噴出口を備える。これにより、噴出口から流入口に浸漬液体が流れ、上記の滓などを洗い流せる。

噴出口は、プローブカードに設けることも可能である。この構成であれば、検査を行っているデバイスの上に直接浸漬液体が噴出されるので、冷却の効率がよい。この場合も、ウエハチャックの周囲に流入口を有する浸漬液体保持部材を設けて浸漬液体を浸漬液源に回収する。

また、本発明のウエハテスト方法は、複数の半導体装置が形成されたウエハをウエハチャックに保持し、テスタの端子に接続されるプローブカードのプローブを、前記半導体装置の電極に接触させ、前記テスタから前記半導体装置に電源及び検査信号を供給して、前記半導体装置からの出力信号を検出することにより前記半導体装置を検査するウエハテスト方法であって、検査中に、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハ上に、電気絶縁性で且つ高熱伝導性の浸漬液体を供給することを特徴とする。

本発明は、ウエハ上に供給する浸漬液体の温度を制御することにより、ウエハを所定の検査温度にすることが可能であるが、前述のウエハ温度調整機構を併用してウエハの温度を効率よく温度制御することも可能である。

以上説明したように、本発明によれば、検査中のデバイスの温度を所望の温度に正確に設定できるプローバを低コストで実現できる。

図２は、本発明の第１実施例のプローバを有するウエハテストシステムの構成を示す図であり、図１に対応し、対応する部分には同じ参照番号を付している。図１の構成と異なる点は、ウエハチャック１１の上面付近の周囲に、保持したウエハＷを浸漬液体ＤＬに浸漬する浸漬液体保持部材３１が設けられている点である。図１で示したウエハチャック１１内のヒータ１１及び冷却液経路１２を含む温度調整機構は、かならずしも設けなくてもよいが、設けることが望ましい。図２では、温度調整機構は図示を省略しているが、実施例のプローバには、ヒータ１１、冷却液経路１２、冷却液源１４、経路１５、ヒータ電源１６、制御部１７、及び温度センサ２０が設けられている。

浸漬液体保持部材３１は、ウエハチャック１１の上面付近の周囲に、ウエハチャック１１の上面を底とする水盤を形成するように設けられる。浸漬液体保持部材３１は、例えば、円環状の部材をウエハチャック１１に弾性部材を介して取り付けることにより、内部に保持するフロリナート（商標名）のような電気絶縁性で且つ高熱伝導性の浸漬液体ＤＬを保持する。浸漬液体保持部材３１の土手の一方には、浸漬液源３４から経路３７を介して供給される浸漬液体ＤＬを内側のウエハＷ上に噴出する噴出口３２が設けられ、土手の一方には、浸漬液体ＤＬが流入する流入口３３が設けられる。浸漬液体保持部材３１により形成される水盤内の浸漬液体ＤＬは流入口３３に流入し、経路３８を介して浸漬液源３４に回収される。経路３７、３８は、例えば、可撓性のホースなどで構成される。浸漬液体保持部材３１の土手は、プローブ１９及びプローブカード１８に対する相対移動を妨げないような形状にする必要がある。

浸漬液源３４は、回収した浸漬液体ＤＬ内の異物を除去するフィルタ３６と、異物を除去した浸漬液体ＤＬを所定の温度にする温調手段３５と、を有し、温調手段３５で所定の温度にされた浸漬液体ＤＬは、再び経路３７を通して噴出口３２に供給される。温調手段３５による調整温度は、実際には、経路３７中での温度変化などを考慮して設定する。

ウエハＷのデバイスを所定の検査温度で検査する場合には、ウエハＷを保持した状態で、図示していないウエハ温度調整機構によりウエハチャック１１を検査温度にし、これによりウエハＷが検査温度になる。その状態で、更に浸漬液源３４の温調手段３５により浸漬液体ＤＬを、検査温度を考慮した所定の温度にし、ウエハＷ上に浸漬液体ＤＬを供給する。この状態で、プローバ１９に対してウエハチャック１１を相対移動して、デバイスの電極にプローブ１９を接触させて検査を行う。

本実施例では、検査を開始する時点ではウエハＷは検査温度になっており、ウエハＷ上には検査温度の浸漬液体ＤＬが供給されている状態で、検査が行われる。検査によりウエハＷ上のデバイスが発熱しても、デバイスの表面には検査温度の浸漬液体ＤＬが供給されており、デバイスの熱を浸漬液体ＤＬが直接吸収してデバイスの温度を直ちに検査温度にする。

また、プローブをデバイスの電極に接触させると生じる滓は、噴出口３２から流れ出る浸漬液体ＤＬにより洗い流され、ウエハ上から滓が除去される。

なお、通常の室温で検査を行う場合には、ウエハ温度調整機構を設けずに、ウエハＷを浸漬液体ＤＬに浸漬するだけでもよい。

浸漬液体保持部材３１の形状は、各種の変形例が可能である。図３は、変形例の１つを示す図であり、浸漬液体保持部材３１の土手の一方の側に浸漬液体ＤＬを平行な方向に噴出する３個の噴出口３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが設けられ、浸漬液体保持部材３１のウエハチャック１１の周辺の部分は、３個の噴出口３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが設けられる側はウエハチャック１１の表面と同じ高さであるが、流入口３３が設けられる側は流入口３３の高さ位置まで傾斜している。これにより、３個の噴出口３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃから噴出された浸漬液体ＤＬは、ウエハＷ上を右側から左側に流れ、ウエハＷの表面の温度を浸漬液体ＤＬの温度にすると共に、ウエハＷ上の滓を洗い流す。

図４は、本発明の第２実施例のプローバを有するウエハテストシステムの構成を示す図であり、図２に対応し、対応する部分には同じ参照番号を付している。図２の第１実施例の構成と異なる点は、浸漬液体ＤＬの噴出口５１がプローブカード１８のプローブ１９の部分に設けられる点である。浸漬液体保持部材３１は、第１実施例と同じ外形形状を有するが、噴出口３２は設けられておらず、複数の流入口３３Ａ，３３Ｂ（３個以上でもよい）が設けられている。噴出口５１には浸漬液源３４から経路３７を介して浸漬液体ＤＬが供給され、噴出口５１から検査中の、すなわち発熱しているデバイスの表面に向かって浸漬液体ＤＬが噴出され、効率よくデバイスの熱を奪う。デバイスの表面に向かって噴出された浸漬液体ＤＬは、ウエハＷの周辺に流れて、浸漬液体保持部材３１の流入口３３Ａ、３３Ｂを通り、経路３８を介して浸漬液源３４に回収される。

以上、本発明の実施例を説明したが、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。

本発明は、所定の温度条件でウエハの検査を行うプローバであれば、どのようなものにも適用可能である。本発明を適用することにより、簡単な構成で検査するデバイスの温度を正確に設定することができる。

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。 本発明の第１実施例のウエハテストシステムの構成を示す図である。 第１実施例のプローバの浸漬液体保持部材の変形例の構造を示す図である。 本発明の第２実施例のウエハテストシステムの構成を示す図である。

符号の説明

１１ ウエハチャック
１８ プローブカード
１９ プローブ
２１ テスタ本体
３１ 浸漬液体保持部材
３２ 噴出口
３３ 流入口
３４ 浸漬液源
３５ 温調手段
３６ フィルタ
ＤＬ 浸漬液体
Ｗ ウエハ

Claims (6)

1. ウエハ上に形成された複数の半導体装置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半導体装置の電極に接続するプローバであって、
   前記半導体装置の電極に接触して前記電極をテスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードと、
   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に保持された前記ウエハ上に、電気絶縁性で且つ高熱伝導性の浸漬液体を供給する浸漬液源と、を備え、
   前記プローブカードは、前記浸漬液源から供給される前記浸漬液体を、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハ上に噴出する噴出口を備えることを特徴とするプローバ。
2. 前記ウエハチャックに保持された前記ウエハ上に供給された前記浸漬液体を、前記浸漬液源に回収する回収手段を備える請求項１に記載のプローバ。
3. 前記回収手段は、回収した前記浸漬液体から異物を除去するフィルタを備える請求項２に記載のプローバ。
4. 前記ウエハチャックの周囲に設けられ、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハが前記浸漬液体に浸漬されるように前記浸漬液体を保持する浸漬液体保持部材を備える請求項１から３のいずれか１項に記載のプローバ。
5. 前記浸漬液体保持部材は、前記浸漬液体保持部材で囲まれた部分の前記浸漬液体を前記浸漬液源に回収する流入口を備える請求項４に記載のプローバ。
6. 複数の半導体装置が形成されたウエハをウエハチャックに保持し、
   テスタの端子に接続されるプローブカードのプローブを、前記半導体装置の電極に接触させ、
   前記テスタから前記半導体装置に電源及び検査信号を供給して、前記半導体装置からの出力信号を検出することにより前記半導体装置を検査するウエハテスト方法であって、
   検査中に、前記プローブカードの噴出口から、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハ上に、電気絶縁性で且つ高熱伝導性の浸漬液体を供給することを特徴とするウエハテスト方法。

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