JP5061751B2 - Wafer holder for wafer prober - Google Patents
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本発明は、ウェハ載置面に載置した半導体ウェハの電気的特性を検査するためのウェハプローバに使用されるウェハ保持体、及びそれを搭載したウェハプローバに関するものである。 The present invention relates to a wafer holder used in a wafer prober for inspecting electrical characteristics of a semiconductor wafer placed on a wafer placement surface, and a wafer prober on which the wafer holder is placed.
従来、半導体の検査工程では、被処理物である半導体基板(ウェハ)に対して加熱処理が行われる。即ち、ウェハを通常の使用温度よりも高温に加熱して、不良になる可能性のある半導体チップを加速的に不良化させて取り除き、出荷後の不良の発生を予防するバーンインが行われている。 Conventionally, in a semiconductor inspection process, a heat treatment is performed on a semiconductor substrate (wafer) that is an object to be processed. In other words, the wafer is heated to a temperature higher than the normal use temperature, and semiconductor chips that may become defective are accelerated and removed, and burn-in is performed to prevent the occurrence of defects after shipment. .
このバーンイン工程では、ウェハを加熱しながら各チップの電気的な性能を測定して、不良品を取り除いている。具体的には、半導体ウェハに半導体回路を形成した後、個々のチップに切断する前に、チャックトップのウェハ載置面に半導体ウェハを載置し、ウェハを加熱しながらプローブカードをウェハに押し当ててウェハの電気的特性を検査する。尚、ウェハの加熱には、チャックトップに設けたヒータが用いられている。 In this burn-in process, the electrical performance of each chip is measured while heating the wafer, and defective products are removed. Specifically, after forming a semiconductor circuit on a semiconductor wafer and before cutting into individual chips, the semiconductor wafer is placed on the wafer placement surface of the chuck top, and the probe card is pushed onto the wafer while the wafer is heated. Inspect the electrical characteristics of the wafer. A heater provided on the chuck top is used for heating the wafer.
このようなバーンイン工程で用いるチャックトップは、ウェハの裏面全面をグランド電極に接触させる必要があるので、金属製のものが使用されていた。この平板状の金属製チャックトップ上にウェハを載置して電気的特性を測定するが、測定時には通電用の電極ピンを多数備えたプローブカードと呼ばれる測定子が、ウェハに数10kgfから数100kgfの力で押し付けられる。そのため、金属製のチャックトップが薄いと変形してしまい、ウェハとプローブピンとの間に接触不良が発生することがある。 The chuck top used in such a burn-in process is made of metal because the entire back surface of the wafer needs to be in contact with the ground electrode. A wafer is placed on the flat metal chuck top and the electrical characteristics are measured. At the time of measurement, a probe called a probe card having a large number of electrode pins for energization has several tens kgf to several hundred kgf on the wafer. It is pressed with the power of For this reason, if the metal chuck top is thin, it may be deformed, resulting in poor contact between the wafer and the probe pins.
上記したチャックトップの変形による接触不良をなくすため、剛性を保つ目的で、従来はチャックトップとして厚さ15mm以上の厚い金属板が使用されていた。そのため、このバーンイン工程においては、スループット向上のためにプロセス時間の短縮が強く求められているにもかかわらず、ヒータの昇降温に長時間を要し、スループット向上の大きな障害となっていた。 In order to eliminate contact failure due to deformation of the chuck top described above, a thick metal plate having a thickness of 15 mm or more has been conventionally used as the chuck top for the purpose of maintaining rigidity. For this reason, in this burn-in process, although a reduction in process time is strongly demanded to improve the throughput, it takes a long time to raise and lower the temperature of the heater, which has been a major obstacle to improving the throughput.
この問題を解決するために、特開2001−033484号公報や特開2006−253630号公報には、チャックトップとして高剛性のセラミックス材料を用いることが記載されている。特に特開2006−253630号公報には、スループット向上のために、チャックトップと支持体との空隙部に支持部材を配置した断熱構造が開示されている。 In order to solve this problem, Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-033484 and 2006-253630 describe the use of a highly rigid ceramic material as a chuck top. In particular, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-253630 discloses a heat insulating structure in which a support member is disposed in a gap between a chuck top and a support in order to improve throughput.
近年においては、更なるウェハ内での高均熱化が要求されており、300mmウェハ内で±0.5℃以下の温度レンジが求められている。しかし、上記特許文献に記載の方法によれば、チャックトップの高剛性を確保してスループットの向上を図ることはできるが、上記した高均熱化の要求を満たすことは難しく、特にチャックトップに高絶縁性が要求される静電チャックにおいては、熱伝導率が犠牲になるため、温度レンジは±3℃程度に過ぎなかった。 In recent years, there has been a demand for higher temperature uniformity in a wafer, and a temperature range of ± 0.5 ° C. or less is required in a 300 mm wafer. However, according to the method described in the above patent document, it is possible to improve the throughput by securing the high rigidity of the chuck top, but it is difficult to satisfy the above-mentioned requirement of high temperature uniformity, especially in the chuck top. In an electrostatic chuck that requires high insulation, the temperature range is only about ± 3 ° C. because thermal conductivity is sacrificed.
本発明は、このような従来の事情に鑑み、チャックトップの高剛性を損なうことなく、断熱構造に優れていて、広範囲の温度域でウェハの温度分布の均一性に優れ、且つ軽量化を図ることのできるウェハプローバ用ウェハ保持体、並びに、このウェハ保持体を備えたウェハプローバを提供することを目的とする。 In view of such a conventional situation, the present invention is excellent in a heat insulating structure without impairing the high rigidity of the chuck top, excellent in the uniformity of the temperature distribution of the wafer in a wide temperature range, and reduced in weight. An object of the present invention is to provide a wafer holder for a wafer prober that can be used, and a wafer prober provided with the wafer holder.
上記目的を達成するため、本発明者らは、チャックトップの高剛性を損なうことなく高い均熱性を得るために、熱拡散のための均熱板として、高熱伝導率材料をチャックトップの裏面(ウェハ載置面の反対側の面)側に取り付けることを試みた。その結果、均熱板の大きさや取り付け構造を適切に設定することで、チャックトップの温度レンジが従来の±1℃から±0.5℃に向上し、更に静電チャックにおいては±3℃の温度レンジが±1.5℃になることを見出し、本発明をなすに至ったものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have used a high thermal conductivity material as a soaking plate for heat diffusion as a soaking plate for heat diffusion without impairing the high rigidity of the chuck top. An attempt was made to attach to the side opposite to the wafer mounting surface. As a result, by appropriately setting the size and mounting structure of the soaking plate, the temperature range of the chuck top is improved from ± 1 ° C to ± 0.5 ° C, and ± 3 ° C for electrostatic chucks. The present inventors have found that the temperature range is ± 1.5 ° C. and have come to make the present invention.
即ち、本発明が提供するウェハプローバ用ウェハ保持体は、表面にチャックトップ導体層を有するチャックトップと、チャックトップのウェハ載置面と反対の裏面側に設けた高熱伝導材料からなる均熱板と、チャックトップと均熱板の間に配置され且つ両部品より剛性の低いクッション材と、チャックトップを支持する有底円筒状の支持体と、均熱板の裏面側に支持体と接触しないように設けた加熱体とからなり、該均熱板は−55℃〜200℃の温度範囲において該チャックトップの外径に対して95%以上の外径を有している。 That is, a wafer holder for a wafer prober provided by the present invention includes a chuck top having a chuck top conductor layer on the surface, and a soaking plate made of a high thermal conductivity material provided on the back side opposite to the wafer mounting surface of the chuck top. And a cushioning material disposed between the chuck top and the heat equalizing plate and having a lower rigidity than both parts, a bottomed cylindrical support for supporting the chuck top, and a back surface of the heat equalizing plate so as not to contact the support The soaking plate has an outer diameter of 95% or more with respect to the outer diameter of the chuck top in a temperature range of −55 ° C. to 200 ° C.
また、上記本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体は、該支持体には該チャックトップの裏面外周部に当接して支持する複数の突出部を残して切欠溝穴M1が設けられ、該均熱板と該クッション材には該支持体の各突出部と接触しないように複数の切欠溝穴M2が設けられると共に、該均熱板と該クッション材及び該加熱体が該支持体の切欠溝穴M1を埋めるように設置されており、該支持体の切欠溝穴M1の合計面積は、該均熱板の切欠溝穴M2の合計面積の50%以上である。 In the wafer holder for a wafer prober according to the present invention, the support is provided with a notch slot M1 leaving a plurality of protrusions that are in contact with and supported by the outer periphery of the back surface of the chuck top. The plate and the cushion material are provided with a plurality of notch slots M2 so as not to come into contact with the protrusions of the support, and the heat equalizing plate, the cushion material and the heating body are provided with the notch slots of the support. M1 is installed so as to fill the total area of the cutout slot M1 of the support, Ru der least 50% of the total area of the notch slot M2 of the soaking plate.
上記本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体においては、前記均熱板の裏面側に、冷却制御可能な冷却ユニットを備えることができる。また、前記均熱板と冷却ユニットを一体化させてもよい。 In the wafer holder for a wafer prober of the present invention, a cooling unit capable of cooling control can be provided on the back surface side of the soaking plate. The soaking plate and the cooling unit may be integrated.
本発明は、また、上記した本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体を搭載したことを特徴とするウェハプローバを提供するものである。 The present invention also provides a wafer prober comprising the wafer holder for a wafer prober according to the present invention described above.
本発明によれば、高剛性で反りや変形の心配がなく、断熱構造に優れていて、ウェハ載置面の熱伝導率が高く、広範囲の温度域でウェハの温度分布の均一性に優れたウェハプローバ用ウェハ保持体を提供することができる。また、更に冷却ユニットを搭載することにより、チャックトップの昇降温速度を向上させることができる。 According to the present invention, it is highly rigid and has no fear of warping or deformation, has an excellent heat insulation structure, has a high thermal conductivity on the wafer mounting surface, and has an excellent uniformity of wafer temperature distribution in a wide temperature range. A wafer holder for a wafer prober can be provided. Further, by mounting a cooling unit, the temperature increase / decrease rate of the chuck top can be improved.
従って、本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体を搭載することによって、反りや変形によるウェハとプローブピンとの間の接触不良を起こすことがなくなり、位置精度に優れると共に、ウェハ全面において均熱性に優れていて、しかも短時間で昇温、降温が可能なウェハプローバを得ることができる。 Therefore, by mounting the wafer holder for the wafer prober of the present invention, contact failure between the wafer and the probe pins due to warpage or deformation is prevented, and the positional accuracy is excellent and the heat uniformity over the entire wafer surface is excellent. In addition, it is possible to obtain a wafer prober that can raise and lower the temperature in a short time.
本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体について、図1を参照して具体的に説明する。ウェハ保持体1は、チャックトップ導体層3を有するチャックトップ2と、チャックトップ2と同径の均熱板7及びクッション材8と、チャックトップ2を支持する有底円筒状の支持体4とからなり、チャックトップ2と支持体4との間には空気層である空隙5が存在している。支持体4は有底円筒形状であるため、チャックトップ2と支持体4の接触面積を小さくすることができ、同時に空隙5を容易に形成することができる。
The wafer holder for a wafer prober of the present invention will be specifically described with reference to FIG. The
このチャックトップ2と支持体4の間の空隙5には、均熱板7に取り付けた加熱体6が支持体4に接触しないように収納されている。チャックトップ2の載置面2aに搭載したウェハの検査時などには、加熱体6でチャックトップ2を加熱するが、この加熱時あるいは冷却時に空隙5が断熱効果を高める作用を果たしている。空隙5の形状には特に制約はなく、加熱体6で発生した熱や冷気が支持体4に伝わる量を極力抑える形状とすることが好ましい。尚、加熱体6は、均熱板7にネジ止め等の機械的手法で固定することができる。また、加熱体6は抵抗発熱体を備え、温度制御可能なものである。
In the
均熱板7は、加熱時や冷却時の熱拡散を促進するため、チャックトップ2の裏面(ウェハ載置面2aの反対側の面)側に取り付けてある。均熱板7の材質としては、高熱伝導率を有する材料を使用することが好ましく、例えば、銅、アルミニウム、グラファイト、カーボンナノファイバーなどの金属材料、窒化硼素、窒化アルミニウムなどのセラミックス材、若しくは、これらの複合材料等を用いることができる。
The
上記均熱板7は、−55℃〜200℃の温度範囲において、チャックトップ2の外径に対して95%以上の外径を有していることが必要である。均熱板7がチャックトップ2に対し上記外径比を有することによって、通常のウェハプローバの使用温度域において、チャックトップの温度の均一性(均熱性)を大幅に向上することができる。
The soaking
上記均熱板7とチャックトップ2の間には、熱接触を良くするために、両部品よりも剛性の低いクッション材8が挿入されている。このクッション材8は、熱膨張による互いの伸びや反りを吸収し、且つ均熱板7とチャックトップ2の間の熱抵抗を下げる役割を果たしている。クッション材8の材質としては、高熱伝導で低剛性な材料が好ましく、例えば、グラファイト、窒化硼素、高熱伝導材が分散されたシリコン樹脂などを用いることができる。
In order to improve the thermal contact, a
上記均熱板7及びクッション材8は、ネジ止め等の機械的手法によってチャックトップ2の裏面に固定される。その際、加熱体6と同様に、均熱板7及びクッション材8は支持体4と接触しないことが好ましい。均熱板7やクッション材8が支持体4と接触していると、その接触部付近の均熱を乱し、且つ支持体4に熱が逃げるため、チャックトップ2の均熱性の低下を招くからである。
The
そこで、有底円筒状の支持体4には、図2に示すように、外周部分に複数の突出部4aを残して、切欠溝穴M1(図中に斜線で示す部分)を形成する。尚、この切欠溝穴M1とは、有底円筒状の支持体4の円筒の内側部分(図中に示す点線の内側)を含むものである。また、この切欠溝穴M1を設けることで支持体4に残った複数の突起部4aが、チャックトップ2の裏面外周部を当接支持することになるため、接触部の面積が小さい断熱構造とすることができる。尚、突出部4aの断面形状は円形に限らず、任意の形状であってよい。
Therefore, as shown in FIG. 2, the bottomed
一方、均熱板7とクッション材8には、例えば均熱板7について図示した図3及び図4に示すように、支持体4に接触しないように複数の切欠溝穴M2(図中に斜線で示す部分)を設ける。切欠溝穴M2の断面形状は、図3に示すような円形や、図4に示すような楕円ないし台形のほか、三角形や四角形などの多角形、その他の形状であってもよく、これらの形状の組み合わせでもよい。尚、加熱体6が均熱板7やクッション材8と同等の大きさの場合には、支持体4に接触しないように、均熱板7やクッション材8と同様に、加熱体6にも切欠溝穴M2を設けることができる。
On the other hand, the
そして、この均熱板7とクッション材8を、支持体4の切欠溝穴M1を埋めるように設置する。その際、例えば均熱板7について図示した図5及び図6に示すように、切欠溝穴M1を設けた支持体4の複数の突出部4aを、均熱板7及びクッション材8の切欠溝穴M2に挿通することによって、均熱板7とクッション材8が支持体4と接触しないように配置することができる。
Then, the soaking
上記支持体4に設ける切欠溝穴M1の合計面積が、均熱体7に設けた切欠溝穴M2(クッション材8に設けたものでもよい)の合計面積の50%以上となるように、切欠溝穴M1と切欠溝穴M2を形成することが好ましい。これにより、均熱板7やクッション材8から支持体4への熱の逃げを抑制し、均熱板7が均熱の乱れを補償して、チャックトップ2の均熱性を更に向上させることができる。
The notch so that the total area of the notch slot M1 provided in the
また、図7に示すように、支持体4の中心部付近に、チャックトップ2を支持する支持棒9を設けることができる。この場合、均熱板7及びクッション材8が支持棒9に接触しないことが好ましい。そのため、例えば均熱板について図示した図8に示すように、均熱板7及びクッション材8の中心部に貫通穴を形成し、この貫通穴に支持棒9を挿通してチャックトップ2を支持することが好ましい。
Further, as shown in FIG. 7, a
上記加熱体6としては、図9に示すように、抵抗発熱体6aを絶縁体6bで挟み込んだものが、構造として簡便であるので好ましい。抵抗発熱体6aには、金属材料を使用することができる。例えば、ニッケル、ステンレス、銀、タングステン、モリブデン、クロム、及びこれらの金属の合金を用いることができる。これらの金属の中では、ステンレスとニクロムが好ましい。ステンレスあるいはニクロムは、エッチングなどの手法により抵抗発熱体回路パターンを簡単に且つ比較的精度良く形成することができる。また、安価であり、耐酸化性を有するので、高温で長時間の使用に耐える利点がある。
As the
また、抵抗発熱体6aを挟み込む絶縁体6bとしては、耐熱性を有するものであれば特に制約はなく、例えば、マイカ、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを使用できる。絶縁性の樹脂で抵抗発熱体を挟み込む場合、熱をよりスムースにチャックトップに伝えるために、樹脂中にフィラーを分散させることができる。フィラーの材質としては、樹脂との反応性が無ければ特に制約はなく、例えば、窒化硼素、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカなどを挙げることができる。
The
本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体は、図10に示すように、支持体4の円筒部内に冷却ユニット10を具備することができる。冷却ユニット10は、チャックトップ2を冷却する必要が生じた際に、その熱を奪うことでチャックトップ2を急速に冷却する。また、チャックトップ2を加熱する際は、冷却ユニット10をチャックトップ2から離間させることで効率よく昇温することができるため、冷却ユニット10は可動式であることが好ましい。
As shown in FIG. 10, the wafer holder for a wafer prober of the present invention can include a
可動式の冷却ユニット10の場合、エアシリンダーなどの昇降手段11を用いて冷却ユニット10を上下方向に移動させる。このように可動式とすることで、チャックトップの冷却速度を大幅に向上させ、スループットを増加させることができるため好ましい。また、可動式の冷却ユニットの場合、空冷に比べて冷却能力が高いうえ、冷却ユニットにプロービング時のプローブカードによる圧力が全くかからないため、圧力による冷却ユニットの変形も起こらない。
In the case of the
また、チャックトップの冷却速度を優先する場合は、冷却ユニットを均熱板に固定しても良い。固定の形態としては、図11に示すように、均熱板7の下面に冷却ユニット10を設置し、その下面に抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体6を設置して固定することができる。また、別の固定の形態としては、図12に示すように、均熱板と冷却ユニットを一体成型した均熱冷却ユニット12を用い、その均熱冷却ユニット12の下面に抵抗発熱体を絶縁体で挟み込んだ構造の加熱体6を固定する方法がある。
Further, when priority is given to the cooling rate of the chuck top, the cooling unit may be fixed to the soaking plate. As a fixing form, as shown in FIG. 11, a cooling
上記いずれの固定の形態においても、固定方法については特に制約はないが、例えば、ネジ止めやクランプといった機械的な手法で固定することができる。また、ネジ止めでチャックトップと冷却ユニット及び加熱体を固定する場合、ネジの個数を3個以上、更には6個以上とすることで両者の密着性が高まり、チャックトップの冷却能力がより向上するため好ましい。 In any of the above-described fixing forms, the fixing method is not particularly limited, but can be fixed by a mechanical technique such as screwing or clamping. Also, when fixing the chuck top, cooling unit, and heating element with screws, the number of screws is 3 or more, and further 6 or more improves the adhesion between them, further improving the cooling capacity of the chuck top. Therefore, it is preferable.
冷却ユニットの材質としては、特に制約はないが、アルミニウムや銅、それらの合金は、熱伝導率が比較的高いため、急速にチャックトップの熱を奪うことができるため好ましい。また、ステンレスやマグネシウム合金、ニッケル、その他の金属材料を使用することもできる。冷却ユニットに耐酸化性を付与するため、表面にニッケル、金、銀といった耐酸化性を有する金属膜をメッキや溶射等の手法を用いて形成することができる。 The material of the cooling unit is not particularly limited, but aluminum, copper, and alloys thereof are preferable because they have a relatively high thermal conductivity and can quickly take away the heat of the chuck top. Stainless steel, magnesium alloy, nickel, and other metal materials can also be used. In order to impart oxidation resistance to the cooling unit, a metal film having oxidation resistance such as nickel, gold, and silver can be formed on the surface using a technique such as plating or thermal spraying.
また、冷却ユニットの材質としてセラミックスを使用することもできる。セラミックスの種類には特に制約はないが、窒化アルミニウムや炭化珪素は熱伝導率が比較的高いため、チャックトップから素早く熱を奪うことができるので好ましい。また、窒化珪素や酸窒化アルミニウムは、機械的強度が高く、耐久性に優れているため好ましい。更に、アルミナ、コージェライト、ステアタイトなどの酸化物セラミックスは、比較的安価であるため好ましい。 Ceramics can also be used as the material for the cooling unit. There are no particular restrictions on the type of ceramic, but aluminum nitride and silicon carbide are preferred because they have a relatively high thermal conductivity and can quickly remove heat from the chuck top. Silicon nitride and aluminum oxynitride are preferable because they have high mechanical strength and excellent durability. Furthermore, oxide ceramics such as alumina, cordierite, and steatite are preferable because they are relatively inexpensive.
以上のように冷却ユニットの材質は、種々選択できるため、用途によって材質を選択すればよい。これらの材質の中では、アルミニウムにニッケルメッキを施したものや、銅にニッケルメッキを施したものが耐酸化性に優れ、また熱伝導率も高く、価格的にも比較的安価であるため、特に好ましい。 As described above, since the material of the cooling unit can be variously selected, the material may be selected depending on the application. Among these materials, aluminum plated with nickel and copper plated with nickel have excellent oxidation resistance, high thermal conductivity, and are relatively inexpensive. Particularly preferred.
上記冷却ユニットは、その内部に冷媒を流すこともできるが、特に固定式の場合には冷媒を流さずに昇温することも可能である。この場合、冷却ユニット内に冷媒が流れないため、抵抗発熱体で発生した熱が冷媒に奪われて系外に逃げることがなく、より効率的な昇温が可能となる。しかし、固定式の場合であっても、冷却時には冷却ユニットに冷媒を流すことで、効率的にチャックトップを冷却することができる。 The cooling unit can also flow a refrigerant therein, but in the case of a fixed type, it is also possible to raise the temperature without flowing the refrigerant. In this case, since the refrigerant does not flow into the cooling unit, the heat generated by the resistance heating element is not taken away by the refrigerant and escapes out of the system, and a more efficient temperature rise is possible. However, even in the case of the fixed type, the chuck top can be efficiently cooled by flowing the coolant through the cooling unit during cooling.
また、冷却ユニットには、その内部に流路を設けて、冷媒を流すことも可能である。このように冷媒を流すことで、加熱体から冷却ユニットに伝達された熱を素早く取り除くことができるため、更には加熱体の冷却速度を向上できるため、スループット向上の点で特に好ましい。冷却ユニット内に流す冷媒としては、水やフロリナートなどが選択でき、比熱の大きさや価格を考慮すると水が最も好ましい。 In addition, the cooling unit can be provided with a flow path inside to allow the coolant to flow. By flowing the refrigerant in this way, the heat transmitted from the heating body to the cooling unit can be quickly removed, and the cooling rate of the heating body can be further improved, which is particularly preferable in terms of throughput improvement. Water, Fluorinert, or the like can be selected as the refrigerant flowing in the cooling unit, and water is most preferable in consideration of the specific heat and the price.
冷却ユニットの内部に設ける流路の好適な例としては、2枚のアルミニウム板を用意し、その一方のアルミニウム板に流路に相当する溝を機械加工等によって形成する。そして、耐食性や耐酸化性を向上させるために、ニッケルメッキを全面に施す。残り1枚のアルミニウム板にもニッケルメッキを施し、上記の溝を形成したアルミニウム板に張り合わせる。このとき、流路の周囲には水が漏れないように、例えばO−リング等を挿入し、ネジ止めや溶接によって2枚のアルミニウム板を一体化する。 As a suitable example of the flow path provided inside the cooling unit, two aluminum plates are prepared, and a groove corresponding to the flow path is formed in one of the aluminum plates by machining or the like. Then, in order to improve corrosion resistance and oxidation resistance, nickel plating is applied to the entire surface. The remaining one aluminum plate is also nickel-plated and bonded to the aluminum plate in which the groove is formed. At this time, for example, an O-ring is inserted so that water does not leak around the flow path, and the two aluminum plates are integrated by screwing or welding.
あるいは、別の例として、2枚の銅(無酸素銅)板を用意し、その一方の銅板に流路に相当する溝を機械加工等によって形成する。この銅板に、もう一方の銅板と、流路の出入口となるステンレス製のパイプとを同時にロウ付け接合する。接合した銅板の全表面に、耐食性や耐酸化性を向上させるために、ニッケルメッキを施す。 Alternatively, as another example, two copper (oxygen-free copper) plates are prepared, and a groove corresponding to the flow path is formed on one of the copper plates by machining or the like. The other copper plate and a stainless steel pipe serving as the inlet / outlet of the flow path are simultaneously brazed and joined to this copper plate. Nickel plating is applied to the entire surface of the joined copper plate in order to improve corrosion resistance and oxidation resistance.
更に別の形態として、アルミニウム板もしくは銅板等の冷却板に、冷媒を流すためのパイプを取り付けることで、冷却ユニットとすることができる。この場合は、パイプの断面形状に近い形状のザグリ溝を冷却板に形成し、パイプを密着させることで更に冷却効率を上げることができる。また、パイプと冷却板の密着性を向上させるために、両者の間に介在層として熱伝導性の樹脂やセラミックス等を挿入してもよい。 Furthermore, as another form, it can be set as a cooling unit by attaching the pipe for flowing a refrigerant | coolant to cooling plates, such as an aluminum plate or a copper plate. In this case, it is possible to further increase the cooling efficiency by forming a counterbored groove having a shape close to the cross-sectional shape of the pipe on the cooling plate and bringing the pipe into close contact. Moreover, in order to improve the adhesiveness of a pipe and a cooling plate, you may insert thermally conductive resin, ceramics, etc. as an intervening layer between both.
本発明のウェハプローバ用ウェハ保持体は、ウェハ等の被処理物を加熱、検査するために、好適に用いることができる。例えば、ウェハプローバに搭載し、あるいはハンドラ装置やテスター装置に適用すれば、高剛性、高熱伝導率である特性に活かすことができる。 The wafer holder for a wafer prober of the present invention can be suitably used for heating and inspecting an object to be processed such as a wafer. For example, if it is mounted on a wafer prober or applied to a handler device or a tester device, it can be utilized for characteristics of high rigidity and high thermal conductivity.
[実施例1]
本発明によるウェハプローバ用ウェハ保持体を以下のごとく作製した。即ち、純度99.5%、直径310mm、厚み15mmのアルミナ基板を用意した。このアルミナ基板のウェハ搭載面側に、ウェハを真空チャックするための同心円状の溝と貫通孔を形成し、更にニッケルメッキを施してチャックトップ導体層を形成した。その後、チャックトップ導体層を研磨加工して全体の反り量を10μmとし、表面粗さをRaで0.02μmに仕上げてウェハ載置面を形成することで、チャックトップとした。
[Example 1]
A wafer holder for a wafer prober according to the present invention was produced as follows. That is, an alumina substrate having a purity of 99.5%, a diameter of 310 mm, and a thickness of 15 mm was prepared. Concentric grooves and through holes for vacuum chucking the wafer were formed on the wafer mounting surface side of the alumina substrate, and further nickel plating was performed to form a chuck top conductor layer. Thereafter, the chuck top conductor layer was polished to have a total warpage of 10 μm, and the surface roughness was finished to 0.02 μm with Ra to form a wafer mounting surface, thereby forming a chuck top.
次に、支持体として、直径310mm、厚み40mmの円柱状のムライト−アルミナ複合体を準備した。このムライト−アルミナ複合体に、内径295mm、深さ20mmのザグリ加工を施して、有底円筒状の支持体とした。更に、この有底円筒体の支持体の外周部を、直径5mmの突出部が等間隔に残るように深さ5mmだけ切削して、チャックトップと接触して支持する32個の突出部を設けた。この場合、支持体の切欠溝穴M1の合計面積は約75000mm2である。 Next, a cylindrical mullite-alumina composite having a diameter of 310 mm and a thickness of 40 mm was prepared as a support. This mullite-alumina composite was subjected to counterbore processing with an inner diameter of 295 mm and a depth of 20 mm to obtain a bottomed cylindrical support. Further, the outer peripheral portion of the bottomed cylindrical support is cut by a depth of 5 mm so that the protrusions having a diameter of 5 mm remain at regular intervals, and 32 protrusions are provided to support and support the chuck top. It was. In this case, the total area of the cutout slots M1 of the support is about 75000 mm 2 .
また、クッション材として、直径310mm、厚み0.5mmの絶縁性シリコン樹脂シートを用意した。更に、均熱板として、直径310mm、厚み2mmの無酸素銅円板を用意した。これらのクッション材と均熱板には、支持体外周部に形成された32個の突出部に接触しないように、共に直径8mmの円形の切欠溝穴M2を32箇所設けた。この場合、均熱板(あるいはクッション材)の切欠溝穴M2の合計面積は約1600mm2であり、従って切欠溝穴の合計面積比M1/M2は約4600%である。 In addition, an insulating silicon resin sheet having a diameter of 310 mm and a thickness of 0.5 mm was prepared as a cushioning material. Furthermore, an oxygen-free copper disc having a diameter of 310 mm and a thickness of 2 mm was prepared as a soaking plate. The cushion material and the heat equalizing plate were each provided with 32 circular notch holes M2 each having a diameter of 8 mm so as not to contact the 32 protrusions formed on the outer periphery of the support. In this case, the total area of the notch slot M2 of soaking plate (or cushion member) is about 1600 mm 2, thus notches total area ratio M1 / M2 of the slot is 4600%.
上記チャックトップのウェハ載置面とは反対側の面(裏面)に、絶縁性シリコン樹脂シートのクッション材を張り、その下面に無酸素銅円板の均熱板を重ね、更に加熱体を取り付けて、これらを3個以上のネジで固定して一体化した。尚、加熱体は、ステンレス箔を所定のパターンにエッチングして得た抵抗発熱体を、絶縁性シリコン樹脂シートで挟み込んだものである。 A cushioning material of an insulating silicon resin sheet is stretched on the surface (rear surface) opposite to the wafer mounting surface of the chuck top, an oxygen-free copper soaking plate is stacked on the lower surface, and a heating element is attached. These were fixed and integrated with three or more screws. The heating element is obtained by sandwiching a resistance heating element obtained by etching a stainless foil into a predetermined pattern with an insulating silicon resin sheet.
このようにクッション材と均熱板と加熱体を取り付けたチャックトップを、上記支持体の32個の突出部上に搭載して、本発明による実施例1のウェハ保持体を得た。また、従来のウェハプローバ用ウェハ保持体として、均熱板とクッション材が存在しない以外は上記本発明のウェハ保持体と同じ構造のものを準備し、これを比較例1のウェハ保持体とした。 Thus, the chuck top which attached the cushioning material, the heat equalizing plate, and the heating body was mounted on the 32 protrusions of the support body to obtain the wafer holder of Example 1 according to the present invention. Moreover, as a conventional wafer prober wafer holder, a wafer holder having the same structure as the wafer holder of the present invention described above was prepared except that there was no soaking plate and cushion material, and this was used as the wafer holder of Comparative Example 1. .
上記2種類のウェハプローバ用ウェハ保持体について、均熱性を評価した。即ち、加熱体に通電することでウェハを200℃に加熱して、ウェハ内の温度レンジを測定したところ、実施例1のウェハ保持体では±1.5℃、比較例1のウェハ保持体では±3.0℃であった。この結果から、本発明のウェハ保持体では、均熱板が存在することによって、支持体とチャックトップとの接触部からの熱の逃げ及びチャックトップの外周部からの熱の逃げが大きく緩和され、外周方向への温度勾配が比較的緩やかになり、従来のウェハ保持体に比べて高い均熱化が実現したことが分る。 The two types of wafer holders for wafer probers were evaluated for thermal uniformity. That is, when the wafer was heated to 200 ° C. by energizing the heating body and the temperature range in the wafer was measured, the wafer holder of Example 1 was ± 1.5 ° C., and the wafer holder of Comparative Example 1 was The temperature was ± 3.0 ° C. From this result, in the wafer holder of the present invention, due to the presence of the soaking plate, the heat escape from the contact portion between the support and the chuck top and the heat escape from the outer periphery of the chuck top are greatly relieved. It can be seen that the temperature gradient in the outer peripheral direction becomes relatively gentle, and high temperature equalization is realized as compared with the conventional wafer holder.
[実施例2]
チャックトップの材質をAl−SiCにした以外は、上記実施例1及び比較例1と同様にして、実施例2及び比較例2のウェハプローバ用ウェハ保持体を作製した。上記実施例1と同様に均熱性を評価したところ、ウェハ内の温度レンジは、実施例2のウェハ保持体で±0.5℃、比較例2のウェハ保持体では±1.0℃であった。
[Example 2]
A wafer holder for a wafer prober of Example 2 and Comparative Example 2 was fabricated in the same manner as in Example 1 and Comparative Example 1 except that the material of the chuck top was Al-SiC. When the thermal uniformity was evaluated in the same manner as in Example 1, the temperature range within the wafer was ± 0.5 ° C. for the wafer holder of Example 2 and ± 1.0 ° C. for the wafer holder of Comparative Example 2. It was.
[実施例3]
均熱板の外径が温度レンジに与える影響を評価するために、上記実施例1のウェハプローバ用ウェハ保持体に、直径280mm、厚み10mmの銅板からなるの冷却ユニットを搭載したウェハプローバ用ウェハ保持体を用意した。尚、この冷却ユニットは均熱板の下面に配置して、複数のネジで固定してチャックトップと一体化させた。
[Example 3]
In order to evaluate the influence of the outer diameter of the soaking plate on the temperature range, a wafer prober wafer in which a cooling unit made of a copper plate having a diameter of 280 mm and a thickness of 10 mm is mounted on the wafer prober wafer holder of Example 1 above. A holding body was prepared. The cooling unit was disposed on the lower surface of the soaking plate, and was fixed with a plurality of screws to be integrated with the chuck top.
ウェハ保持体の均熱板の材質が銅で且つチャックトップの材質がアルミナであって、均熱板とチャックトップの外径を変えた試料1〜4のウェハ保持体について、チャックトップの温度が−55℃、20℃、200℃におけるチャックトップの外径に対する均熱板の外径の比(均熱板/チャックトップ外径比)を調べると共に、均熱性の評価として−55℃での温度レンジと200℃での温度レンジを求め、得られた結果を下記表1に示した。
For the wafer holders of
また、ウェハ保持体の均熱板の材質を銅とし、チャックトップの材質がAl−SiCであって、均熱板とチャックトップの外径を変えた試料5〜8のウェハ保持体について、上記と同様にして均熱板/チャックトップ外径比及び各ウェハ保持体の均熱性を調べ、得られた結果を下記表2に示した。
For the wafer holders of
表1及び表2に示すように、チャックトップの外径に対する均熱板の外径の比が90%未満の場合は、従来の均熱板がない各ウェハ保持体とほぼ同程度の温度レンジ(上記実施例1〜2参照)であった。これに対して、チャックトップの外径に対する均熱板の外径の比を95%以上とすることにより、温度レンジが大幅に狭まり、広範囲の温度域で均熱性の向上が認められた。 As shown in Tables 1 and 2, when the ratio of the outer diameter of the heat equalizing plate to the outer diameter of the chuck top is less than 90%, the temperature range is almost the same as that of each wafer holder without the conventional heat equalizing plate. (See Examples 1-2 above). On the other hand, by setting the ratio of the outer diameter of the heat equalizing plate to the outer diameter of the chuck top to be 95% or more, the temperature range was significantly narrowed, and an improvement in heat uniformity was recognized in a wide temperature range.
[実施例4]
ウェハ保持体の均熱板の材質をアルミニウムとし、チャックトップの材質をアルミナまたはAl−SiCとした以外は上記実施例3と同様にして、均熱板/チャックトップ外径比及び各ウェハ保持体の均熱性を調べた。得られた結果について、チャックトップがアルミナの試料9〜12の場合を下記表3に、及びチャックトップがAl−SiCの試料13〜16の場合を下記表4に示した。
[Example 4]
The soaking plate / chuck top outer diameter ratio and each wafer holding body were the same as in Example 3 except that the heat soaking plate was made of aluminum and the chuck top was made of alumina or Al-SiC. The soaking property was investigated. The results obtained are shown in Table 3 below when the chuck top is an
表3及び表4に示すように、均熱板の材質がアルミニウムの場合にも、チャックトップの外径に対する均熱板の外径の比を95%以上とすることにより、温度レンジが大幅に狭まり、広範囲の温度域で均熱性の向上が認められた。 As shown in Table 3 and Table 4, even when the material of the soaking plate is aluminum, the temperature range is greatly increased by setting the ratio of the outer diameter of the soaking plate to the outer diameter of the chuck top to 95% or more. It was narrowed and an improvement in soaking was observed in a wide temperature range.
ただし、上記実施例3の結果と比較すると、温度レンジの狭まりが小さいことが分る。この理由は、銅の熱伝導率が380W/mmK、アルミニウムの熱伝導率が240W/mmK、アルミナの熱伝導率が30W/mmK、Al−SiCの熱伝導率が200W/mmKであることから、上記実施例3での銅に対するアルミナ及びAl−SiCの熱伝導率の差よりも、本実施例4でのアルミニウムに対するアルミナ及びAl−SiCの熱伝導率の差の方が少ないためである。 However, it can be seen that the narrowing of the temperature range is small compared to the results of Example 3 above. This is because the thermal conductivity of copper is 380 W / mmK, the thermal conductivity of aluminum is 240 W / mmK, the thermal conductivity of alumina is 30 W / mmK, and the thermal conductivity of Al-SiC is 200 W / mmK. This is because the difference in thermal conductivity between alumina and Al—SiC relative to aluminum in Example 4 is smaller than the difference between the thermal conductivity between alumina and Al—SiC relative to copper in Example 3 above.
[実施例5]
上記実施例1のウェハプローバ用ウェハ保持体において、直径310mm、厚み2mmの無酸素銅の均熱板に代えて、直径310mm、厚み2mmの無酸素銅の均熱板と、直径280mm、厚み10mmの銅板の冷却ユニットとを一体化した均熱冷却ユニットを搭載して、試料17のウェハ保持体を作製した。この試料17のウェハ保持体について、上記実施例1と同様にして均熱性を調べ、得られた結果を下記表5に示した。
[Example 5]
In the wafer holder for the wafer prober of Example 1, in place of the oxygen-free copper soaking plate having a diameter of 310 mm and a thickness of 2 mm, an oxygen-free copper soaking plate having a diameter of 310 mm and a thickness of 2 mm, a diameter of 280 mm, and a thickness of 10 mm A wafer holding body of Sample 17 was fabricated by mounting a soaking cooling unit integrated with the copper plate cooling unit. The wafer holder of Sample 17 was examined for thermal uniformity in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 5 below.
比較のために、上記実施例1のウェハプローバ用ウェハ保持体に、直径280mm、厚み10mmの銅板からなるの冷却ユニットを搭載し、且つチャックトップの外径に対する均熱板の外径の比が100%であるウェハ保持体(上記実施例3の試料3)における均熱性データを下記表5に併記した。
For comparison, a cooling unit made of a copper plate having a diameter of 280 mm and a thickness of 10 mm is mounted on the wafer holder for the wafer prober of Example 1 above, and the ratio of the outer diameter of the soaking plate to the outer diameter of the chuck top is The soaking data for the 100% wafer holder (
表5から分るように、試料17のウェハ保持体の方が試料3のウェハ保持体よりも均熱性が向上している。このことは、試料3のウェハ保持体では均熱板と冷却ユニットの間に熱抵抗があるのに対して、均熱板と冷却ユニットを一体化した試料17のウェハ保持体は両者間の熱抵抗がないため熱拡散効果が増したことを意味する。
As can be seen from Table 5, the wafer holding body of the sample 17 has improved thermal uniformity than the wafer holder of the
[実施例6]
上記実施例1のウェハプローバ用ウェハ保持体において、支持体の切欠溝穴M1の合計面積と、均熱板の切欠溝穴M2の合計面積との比、即ちM1/M2を、下記表6に示すように4600%から40%の間で変化させた7種類のウェハ保持体を作製した。
[Example 6]
In the wafer holder for the wafer prober of Example 1 above, the ratio of the total area of the cutout slot M1 of the support to the total area of the cutout slot M2 of the heat equalizing plate, that is, M1 / M2, is shown in Table 6 below. As shown, seven types of wafer holders were produced that varied between 4600% and 40%.
得られた各ウェハ保持体について、上記実施例1と同様にして均熱性を調べ、得られた結果を下記表6に示した。この表6に示すように、切欠溝穴M1の合計面積と切欠溝穴M2の合計面積の比が50%以上であれば、広範囲の温度域で優れた均熱性が得られることが分った。 Each of the obtained wafer holders was examined for thermal uniformity in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 6 below. As shown in Table 6, it was found that if the ratio of the total area of the cutout slot M1 and the total area of the cutout slot M2 is 50% or more, excellent temperature uniformity can be obtained in a wide temperature range. .
1 ウェハ保持体
2 チャックトップ
2a 載置面
3 チャックトップ導体層
4 支持体
4a 突出部
5 空隙
6 加熱体
6a 抵抗発熱体
6b 絶縁体
7 均熱板
8 クッション材
9 支持棒
10 冷却ユニット
11 昇降手段
12 均熱冷却ユニット
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