JP4911954B2 - プローバ - 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、特にウエハを保持するウエハチャックの表面を加熱して高温環境で検査が行え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、−５５°Ｃのような低温環境や、２００°Ｃのような高温環境でも使用される半導体装置（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、チラーシステム、ヒートポンプ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。本発明は、ヒータを有するウエハチャックに関するもので、以下の説明ではヒータのみを有する構成を例として説明するが、更にチラーシステムを有し、低温環境での検査が可能な構成にも適用可能である。

図１は、ヒータによる加熱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内に設けられた抵抗体１３を有するヒータ１２と、ウエハチャック１１の表面の近傍に設けられた温度センサ１４と、制御部１５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２１を有するプローブカード２２と、ヒータ１２の抵抗体１３に電流を供給する直流ヒータ電源回路４１と、を有する。制御部１５は、温度センサ１４の検出した温度に基づいて、直流ヒータ電源回路４１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加熱する。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２２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３１と、テスタ本体３１の端子とプローブカード２２の端子を電気的に接続するコネクション部３２と、を有する。コネクション部３２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、低温での検査が可能な場合には冷却液経路などが設けられる。ウエハチャック１１内におけるヒータ１２や、冷却液経路及び真空経路の配置については各種の変形例がある。

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。

ヒータ１２及び直流ヒータ電源回路４１は、ウエハチャック１１に保持されたウエハＷを、例えば、常温から＋２００°Ｃまでの任意の温度に設定できる。

直流ヒータ電源回路４１は、商用のＡＣ１００Ｖ（２００Ｖでもよい）の入力を変圧するトランス４２と、トランス４２の出力を整流する整流回路４３と、平滑化のための容量４４と、降圧回路として動作するＦＥＴ４５と、を有する。容量４４の両端には、例えばＤＣ１００Ｖの電圧が出力され、制御回路１５からＦＥＴ４５のゲートに印加する電圧を調整することにより、ヒータ１２の抵抗体１３に印加される直流電圧が変化して、ヒータ１２の発熱量が変化する。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１５は温度センサ１４の検出した温度に基づいてＦＥＴ４５のゲートに印加する電圧を制御してヒータ１２に供給する電力を調整し、ウエハチャック１１が所定の温度になるようにする。

特許文献１に記載されているように、ヒータ１２は、抵抗体１３を耐熱性の樹脂で覆ったものであり、ウエハチャック１１との間で静電容量を形成する。そのため、抵抗体１３に流す電流に交流成分が含まれていると、ウエハチャック１１、ウエハＷ及びプローブ２１を介して、テスタの検出信号に雑音を生じる。そこで、ヒータ１２で発生する雑音がテスタの検出信号に影響しないようにするために、特許文献１は、雑音を遮蔽するウエハチャックの構造を記載している。

しかし、近年デバイスの低電圧化が進められており、それに伴ってウエハテストシステムでのデバイス検査におけるウエハチャック１１からの雑音レベルに対する要求が一層厳しくなっている。そのため、ヒータの電源回路にスイッチング回路を使用すると、特許文献１に記載の遮蔽構造だけではスイッチング回路で発生する雑音を十分に低減することはできず、雑音レベルに対する要求を満たせないという問題が生じる。そこで、上記のように、直流ヒータ電源回路４１は、雑音を生じるスイッチングなどは行わず、ＦＥＴ４５は単に降圧回路（ＤＣドロッパ）として動作する。この場合、ＦＥＴ４５には常に一定の電流が流れ、ヒータ１２に供給される電力が低下した時には、無駄に消費される電力が増加する。そのため、ＦＥＴ４５は大容量の素子が使用され、発熱量も大きいため大きなヒートシンクが設けられる。

特開２００４−０６３４８６号公報（全体）

ウエハテストシステムを含む半導体製造装置では、一層のスループットの向上が求められている。ウエハテストシステムでウエハを高温にして検査を行う場合、プローバのウエハチャック１１にウエハＷを載置してウエハチャック１１の温度を上昇させるが、この温度上昇に要する時間がスループットに影響する。そこで、ウエハチャック１１の温度を上昇させる時間の短縮が求められている。

ウエハチャックの温度上昇の時間を短縮するには、ヒータ１２の電力容量及び直流ヒータ電源回路４１の供給電力を増加させる必要があるが、そのためには直流ヒータ電源回路４１を構成するトランス４２、整流回路４３と、容量４４と、ＦＥＴ４５と、ＦＥＴ４５のヒートシンクなどをすべて大型化する必要がある。しかも、ウエハチャック１１の昇温後、ＦＥＴ４５では大電力が無駄になるだけでなく、ＦＥＴ４５で無駄にされる電力は、直流ヒータ電源回路４１の供給可能電力が増加するほど大きくなり、ヒートシンクの大型化が特に問題になる。

本発明は、このような問題を解決するもので、テスタの検出信号の雑音レベルを増加させることのないように直流ヒータ電源回路を使用し、しかも直流ヒータ電源回路を大型化することなしに、ウエハチャックの昇温に要する時間を短縮して、高温でのウエハ検査のスループットを向上すると共に、消費電力を低減したプローバの実現を目的とする。

上記目的を実現するため、本発明のプローバは、ウエハチャックのヒータに、直流ヒータ電源回路からの雑音レベルの低い直流（ＤＣ）電流と、交流（ＡＣ）電流とを選択的に供給できるようにして、検査中にはＤＣ電流を供給するようにする。

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、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内に設けられ、前記ウエハチャックを加熱するヒータと、前記ヒータに直流を供給して前記ヒータを発熱させる直流ヒータ電源回路と、前記ヒータに交流を供給して前記ヒータを発熱させる交流ヒータ電源回路と、前記ヒータを前記直流ヒータ電源回路又は前記交流ヒータ電源回路に接続するように切り換えるスイッチ回路と、前記ウエハチャックの温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出した前記ウエハチャックの温度に基づいて、前記直流ヒータ電源回路、前記交流ヒータ電源回路及び前記スイッチ回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ウエハ上に形成された前記半導体装置をテスタで検査している間は、前記直流ヒータ電源回路を前記ヒータに接続するように制御することを特徴とする。

ウエハチャックの温度を急激に上昇させるにはヒータに大きな電力を供給する必要があるが、一旦検査温度になった後検査温度を維持するだけであれば、ヒータに供給する電力は比較的小さい。ヒータに供給する電流による雑音が問題になるのはテスタによる検査が行われている間で、ウエハチャックの温度を検査温度まで上昇させる間は検査は行われないので、雑音は問題にならない。そこで、本発明は、テスタによる検査を行う間は直流ヒータ電源回路から雑音の小さな直流電流を供給するが、ウエハチャックの温度を上昇させる間など、検査を行わない時には、電力の大きなＡＣ電流をヒータに流してウエハチャックの温度を急激に上昇できるようにする。上記のように、検査温度を維持するだけであればヒータに供給する電力は比較的小さいので、直流ヒータ電源回路を大きくする必要はなく、直流ヒータ電源回路における発熱も低減でき、ヒートシンクを小型にできると共に、消費電力を低減できる。

以上説明したように、本発明によれば、検査の精度を低下させることなしに、ウエハチャックの昇温に要する時間を短縮して、高温でのウエハ検査のスループットを向上するプローバが実現できる。

図２は、本発明の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の構成と異なるのは、商用のＡＣ１００Ｖ（ＡＣ２００Ｖを使用してもよい）が供給され、ａｃ１００ｖを出力するかしないかが切り換えられるソリッド・ステート・リレー（ＳＳＲ）５１と、ヒータ１２の抵抗体１３に供給する電流を、直流ヒータ電源回路４１からのＤＣ電流とＳＳＲ５１からのＡＣ電流との間で切り換えるスイッチ５２とが設けられていることである。ＳＳＲ５１及びスイッチ５２は、制御部１５により制御される。

ウエハＷに形成されたデバイスを高温の検査温度で検査する時には、ウエハＷをウエハチャック１１の上に載置し、制御部１５は、ＳＳＲ５１をオンにし、スイッチ５２をＳＳＲ５１からのＡＣ電流がヒータ１２の抵抗体１３に供給されるように切り換える。これにより、ウエハチャック１１の温度は急激に上昇する。制御部１５は、温度センサ１４の検出する温度を監視し、検査温度に近づいたら、ＳＳＲ５１をオフにし、スイッチ５２を直流ヒータ電源回路４１からのＤＣ電流がヒータ１２の抵抗体１３に供給されるように切り換える。

検査温度になった後検査温度を維持するだけであれば、ヒータに供給する電力は比較的小さいので、直流ヒータ電源回路４１から供給する電力（ＤＣ電流）は小さくてよく、直流ヒータ電源回路４１は小型にできる。言い換えれば、直流ヒータ電源回路４１を構成するトランス４２、整流回路４３、容量４４、ＦＥＴ４５、及びＦＥＴ４５のヒートシンクは小型にできる。従って、ＦＥＴ４５からヒータ１２の抵抗体１３に供給する電流の変動も小さくなるので、ＦＥＴ４５で無駄になる電力も小さくなり、ＦＥＴ４５での発熱も低減できる。

制御部１５は、温度センサ１４の検出するウエハチャック１１の温度を監視しながら、ウエハチャック１１の温度を検査温度に維持するようにＦＥＴ４５から供給するＤＣ電流の大きさを変化させる。そして、この状態でテスタによる検査を行う。この時、ヒータ１２に供給されるのはＤＣ電流だけであり、ＡＣ電流は供給されないので、テスタの検出信号の雑音レベルは低い状態が維持され、正確な検査が行われる。

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。例えば、上記の実施例では、ウエハチャック１１内にはヒータ１２が設けられたが、更に冷却液経路を設けて、低温での検査が可能な構成にも本発明は適用可能である。

本発明は、高温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、簡単な構成で正確な検査可能で、しかもスループットを向上させることができる。

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
１２ ヒータ
１４ 温度センサ
１５ 制御部
２２ プローブカード
２１ プローブ
３１ テスタ本体
４１ 直流ヒータ電源回路
４３ 整流回路
４５ ＦＥＴ
５１ ソリッド・ステート・リレー
５２ スイッチ
Ｗ ウエハ

Claims (3)

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、
   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内に設けられ、前記ウエハチャックを加熱するヒータと、
   前記ヒータに直流を供給して前記ヒータを発熱させる直流ヒータ電源回路と、
   前記ヒータに交流を供給して前記ヒータを発熱させる交流ヒータ電源回路と、
   前記ヒータを前記直流ヒータ電源回路又は前記交流ヒータ電源回路に接続するように切り換えるスイッチ回路と、
   前記ウエハチャックの温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの検出した前記ウエハチャックの温度に基づいて、前記直流ヒータ電源回路、前記交流ヒータ電源回路及び前記スイッチ回路を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ウエハチャックの温度が測定温度近傍になるまでは前記交流ヒータ電源回路を前記ヒータに接続し、前記ウエハチャックの温度が測定温度近傍になった後、前記ウエハ上に形成された前記半導体装置をテスタで検査している間は、前記直流ヒータ電源回路を前記ヒータに接続するように制御することを特徴とするプローバ。
2. 前記直流ヒータ電源回路は、前記制御部により電圧降下量が制御される降圧回路を備える請求項１に記載のプローバ。
3. 前記交流ヒータ電源回路は、前記制御部により交流を出力するかしないかが制御されるソリッド・ステート・リレー（ＳＳＲ）を備える請求項１に記載のプローバ。

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