JP6250449B2 - Semiconductor inspection equipment - Google Patents

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Description

本発明は、半導体検査装置に関する。より詳細には、半導体ウェハ上に形成されたICチップの電気特性を検査する際に、半導体ウェハを所定の温度に高精度に保持する半導体検査装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor inspection apparatus. More specifically, the present invention relates to a semiconductor inspection apparatus that holds a semiconductor wafer at a predetermined temperature with high accuracy when inspecting electrical characteristics of an IC chip formed on the semiconductor wafer.

半導体ウェハを所定の温度に保持する方法には、ウェハを乗せるウェハチャックに加熱機構を設けて、ウェハ裏面よりウェハを所定の温度に保持すると同時に、ウェハの頭上にあるプローブカードに対して加熱機構を設けることでプローブカードを所定の温度に保持し、周辺雰囲気を加熱することでウェハ表面からのも所定の温度に制御する手法がある。(例えば、特許文献1参照)   In a method for holding a semiconductor wafer at a predetermined temperature, a heating mechanism is provided on a wafer chuck on which the wafer is placed, and at the same time the wafer is held at a predetermined temperature from the back side of the wafer, and at the same time, a heating mechanism is applied to the probe card on the wafer head There is a method of maintaining the probe card at a predetermined temperature by providing and controlling the ambient temperature from the wafer surface by heating the ambient atmosphere. (For example, see Patent Document 1)

特開2012−178599号公報JP 2012-178599 A

しかしながら、上述した手法を用いて半導体ウェハの表裏両面から温度を制御するには、加熱機構が少なくとも2つ必要であり、双方の温度制御装置が必要となるため、装置の構造が複雑で大型となってしまう。そこで、本発明では装置の構造を複雑化あるいは大型化しないでも、ウェハチャック上のウェハの温度が高精度に制御され、精度の高い電気特性検査を可能とする半導体検査装置を提供することを課題とする。   However, in order to control the temperature from the front and back sides of the semiconductor wafer using the above-described method, at least two heating mechanisms are required, and both temperature control devices are required. Therefore, the structure of the device is complicated and large. turn into. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor inspection apparatus in which the temperature of the wafer on the wafer chuck is controlled with high accuracy and high-precision electrical characteristic inspection can be performed without complicating or increasing the size of the apparatus structure. And

上記課題を解決するために、本発明では以下の手法を用いた。   In order to solve the above problems, the present invention uses the following method.

まず、ヒーターを内蔵したウェハチャックと、
前記ウェハチャック上に載置されるウェハ上に形成された半導体チップに接触するニードルを有するプローブカードと、
前記プローブカードが取り付けられたカードホルダと、
前記カードホルダを固定するヘッドステージと、
を有する半導体検査装置であって、
前記ウェハチャックの外周に沿って設けられた、前記ウェハの周囲を囲う側壁と、
前記側壁上に可動的に設けられた、前記ウェハの上方を覆うヘッドプレートと、
前記ヘッドプレートに設けられた、前記ニードルが貫通する開口部と、を備え、
前記ヒーターの熱は、前記側壁を介して前記ヘッドプレートの温度を保つと共に、前記ヘッドステージ、前記カードホルダおよび前記プローブカードを介して前記ニードルの温度も制御していることを特徴とする半導体検査装置、とした。
First, a wafer chuck with a built-in heater,
A probe card having a needle that contacts a semiconductor chip formed on the wafer placed on the wafer chuck;
A card holder to which the probe card is attached;
A head stage for fixing the card holder;
A semiconductor inspection apparatus comprising:
A side wall surrounding the periphery of the wafer provided along the outer periphery of the wafer chuck;
A head plate that is movably provided on the side wall and covers an upper portion of the wafer;
An opening provided in the head plate, through which the needle penetrates,
The heat of the heater maintains the temperature of the head plate through the side wall, and also controls the temperature of the needle through the head stage, the card holder, and the probe card. Device.

また、前記プローブカードの前記ニードルが取付けられた面の反対面には、熱伝導性の良好な材質からなる上蓋で覆われ、前記上蓋が熱伝導性の良い材質からなるカードホルダ、ヘッドステージを介して前記ヘッドプレート上に構成されていることを特徴とする半導体検査装置とした。
また、前記ウェハチャックと前記側壁と前記ヘッドプレートと前記ヘッドステージと前記上蓋の外側は、断熱材で覆われていることを特徴とする半導体検査装置とした。
The surface of the probe card opposite to the surface on which the needle is mounted is covered with an upper lid made of a material with good thermal conductivity, and the upper lid has a card holder and head stage made of a material with good thermal conductivity. The semiconductor inspection apparatus is configured on the head plate.
In addition, a semiconductor inspection apparatus is characterized in that the outside of the wafer chuck, the side wall, the head plate, the head stage, and the upper lid is covered with a heat insulating material.

上記手段を用いることで、ウェハチャック上のウェハの温度が高精度に制御され精度の高い電気特性検査が可能となる。   By using the above means, the temperature of the wafer on the wafer chuck can be controlled with high accuracy, and highly accurate electrical characteristic inspection can be performed.

本発明の半導体検査装置の第1の実施形態を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a semiconductor inspection apparatus of the present invention. 本発明の半導体検査装置の第2の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the semiconductor inspection apparatus of this invention.

以下では図面を参照し、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の半導体検査装置の第1の実施形態を示す構成図である。
図1において、ウェハチャック7は、Z軸移動回転機構9と2次元平面内で移動するXY移動機構10に支持されている。Z軸移動回転機構9はウェハチャックの高さ方向の移動をつかさどり、プローブカード1とウェハ11との距離を調整している。ウェハチャック7は、真空吸着によりウェハ11をウェハチャック7上に固定する。ウェハチャック7の内部には、ウェハチャック7を加熱して高温にするヒーター8が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a semiconductor inspection apparatus of the present invention.
In FIG. 1, a wafer chuck 7 is supported by a Z-axis moving / rotating mechanism 9 and an XY moving mechanism 10 that moves in a two-dimensional plane. The Z-axis moving / rotating mechanism 9 controls the movement of the wafer chuck in the height direction and adjusts the distance between the probe card 1 and the wafer 11. The wafer chuck 7 fixes the wafer 11 on the wafer chuck 7 by vacuum suction. Inside the wafer chuck 7 is provided a heater 8 that heats the wafer chuck 7 to raise the temperature.

ウェハチャック7の上方にはヘッドプレート5が配置され、その上のヘッドステージ4上には、カードホルダ3が固定され、カードホルダにはプローブカー ド1が取り付けられ、支持されている。プローブカード1は、ICチップの電極パッドの配置に応じたニードル2を備えて、ウェハ上の半導体チップ上に形成された電極パッドに接触させることで電気的に接続され、半導体チップの電気特性を検査可能な状態となる。   A head plate 5 is disposed above the wafer chuck 7, a card holder 3 is fixed on the head stage 4 thereon, and a probe card 1 is attached to and supported by the card holder. The probe card 1 is provided with a needle 2 corresponding to the arrangement of the electrode pads of the IC chip, and is electrically connected by contacting the electrode pads formed on the semiconductor chip on the wafer. It is ready for inspection.

ウェハチャック7はその外周に沿って、ウェハ11の周囲を囲うように一定の幅と高さを持った側壁6を備えている。側壁6上には、移動可能なようにヘッドプレート5が設けられ、ヘッドプレート5が移動しても常に側壁6がヘッドプレート5と接するようにヘッドプレートの半径をウェハの半径の2倍以上とする。ウェハチャック7は側壁6を介してヘッドプレート5と接することで、ヒーター8はウェハチャック7を加熱するとともに、側壁6を通してヘッドプレート5も加熱できる。   The wafer chuck 7 includes a side wall 6 having a certain width and height so as to surround the periphery of the wafer 11 along the outer periphery thereof. A head plate 5 is provided on the side wall 6 so as to be movable. Even if the head plate 5 moves, the radius of the head plate is set to be twice or more the radius of the wafer so that the side wall 6 is always in contact with the head plate 5. To do. The wafer chuck 7 is in contact with the head plate 5 through the side wall 6, so that the heater 8 heats the wafer chuck 7 and can also heat the head plate 5 through the side wall 6.

金属などの熱伝導性の高い材質からなるヘッドプレート5はニードル2が上下に貫通する領域を除いてウェハ表面を覆うように設けられている。従って、ウェハ11はその表裏両面から温度制御されることになる。そのため、ウェハ表面からの熱放散が抑えられる。また、ヘッドプレート5には開口部があり、そこをニードル2が上下に貫通して、その先端がウェハ11と接触するように配置される。ヘッドプレート開口部は極めて小さく形成されているため、ニードル2とヘッドプレート5は近接して設けられており、ニードル2自身もヘッドプレート5からの熱によって温度制御されることになる。   A head plate 5 made of a material having high thermal conductivity such as metal is provided so as to cover the wafer surface except for a region where the needle 2 penetrates vertically. Accordingly, the temperature of the wafer 11 is controlled from both the front and back surfaces. Therefore, heat dissipation from the wafer surface can be suppressed. In addition, the head plate 5 has an opening, and the needle 2 penetrates the top and bottom of the head plate 5 and the tip of the head plate 5 contacts the wafer 11. Since the head plate opening is extremely small, the needle 2 and the head plate 5 are provided close to each other, and the temperature of the needle 2 itself is also controlled by the heat from the head plate 5.

ヘッドプレート5の上にはヘッドステージ4が置かれ、その上のカードホルダ3を支持している。カードホルダ3は階段状の段差を有し、段差にてプローブカード1の周縁を保持している。ウェハチャック7、側壁6、ヘッドプレート5、ヘッドステージ4、カードホルダ3はいずれも熱伝導性の高い材質で構成されているため、ヒーター8からの熱はプローブカード1まで伝えられることになる。   A head stage 4 is placed on the head plate 5 and supports the card holder 3 thereon. The card holder 3 has a stepped step, and holds the periphery of the probe card 1 by the step. Since the wafer chuck 7, the side wall 6, the head plate 5, the head stage 4, and the card holder 3 are all made of a material having high thermal conductivity, the heat from the heater 8 is transmitted to the probe card 1.

以上のように本発明の第1の実施形態においては、ウェハチャック7の内部に設けられたヒーター8により、ウェハチャック7上に固定されたウェハ11を裏面から温度制御するだけでなく、側壁6と常に接して設けられたウェハ11の上面を覆っているヘッドプレート5により、ウェハ表面からの熱放散を抑え、側壁6、ヘッドプレート5、ヘッドステージ4、カードホルダ3およびプローブカード1を介して、ニードル2も温度制御されることで、高精度に温度を制御することが可能となる。
以上説明したように、本発明の半導体検査装置を用いれば、高精度に温度制御された環境で半導体ウェハの電気特性検査が可能となる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the temperature of the wafer 11 fixed on the wafer chuck 7 is not only controlled from the back surface by the heater 8 provided in the wafer chuck 7 but also the side wall 6. The head plate 5 that is always in contact with the wafer 11 and covers the upper surface of the wafer 11 suppresses heat dissipation from the wafer surface, via the side wall 6, the head plate 5, the head stage 4, the card holder 3, and the probe card 1. The temperature of the needle 2 is also controlled, so that the temperature can be controlled with high accuracy.
As described above, by using the semiconductor inspection apparatus of the present invention, it is possible to inspect the electrical characteristics of a semiconductor wafer in a highly temperature controlled environment.

図2は、本発明の半導体検査装置の第2の実施形態を示す構成図である。
図1との違いは、プローブカード1の上に熱導電性の良好な上蓋12を設けた点である。上蓋12は、熱伝導性は良好でありながら、プローブカード1とは電気的に絶縁されていることが望ましい。上蓋12の存在によって、カードホルダ3からの熱がプローブカード1にも伝わりやすくなり。温度均一性の高いプローブカード1とすることができる。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the semiconductor inspection apparatus of the present invention.
The difference from FIG. 1 is that an upper lid 12 having good thermal conductivity is provided on the probe card 1. The upper lid 12 is preferably electrically insulated from the probe card 1 while having good thermal conductivity. Due to the presence of the upper lid 12, heat from the card holder 3 is easily transmitted to the probe card 1. A probe card 1 with high temperature uniformity can be obtained.

図示してはいないが、ウェハチャック7、側壁6、ヘッドプレート5、ヘッドステージ4、上蓋12の外側を断熱材で覆うことで、より良好な温度環境とすることができる。   Although not shown, a better temperature environment can be obtained by covering the outside of the wafer chuck 7, the side wall 6, the head plate 5, the head stage 4, and the upper lid 12 with a heat insulating material.

本発明は、ウェハの検査を行う場合に使用する半導体検査装置で、ウェハを高温にして検査を行う半導体検査装置に適用可能である。   The present invention is a semiconductor inspection apparatus used when inspecting a wafer, and can be applied to a semiconductor inspection apparatus that inspects a wafer at a high temperature.

1 プローブカード
2 ニードル
3 カードホルダ
4 ヘッドステージ
5 ヘッドプレート
6 側壁
7 ウェハチャック
8 ヒーター
9 Z軸移動回転機構
10 XY移動機構
11 ウェハ
12 上蓋
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Probe card 2 Needle 3 Card holder 4 Head stage 5 Head plate 6 Side wall 7 Wafer chuck 8 Heater 9 Z axis movement rotation mechanism 10 XY movement mechanism 11 Wafer 12 Upper lid

Claims (4)

ヒーターを内蔵したウェハチャックと、
前記ウェハチャック上に載置されるウェハ上に形成された半導体チップに接触するニードルを有するプローブカードと、
前記プローブカードが取り付けられたカードホルダと、
前記カードホルダを固定するヘッドステージと、
を有する半導体検査装置であって、
前記ウェハチャックの外周に沿って設けられた、前記ウェハの周囲を囲う側壁と、
前記側壁上に可動的に設けられた、前記ウェハの上方を覆うヘッドプレートと、
前記ヘッドプレートに設けられた、前記ニードルが貫通する開口部と、
を備え、
前記ヒーターの熱は、前記側壁を介して前記ヘッドプレートの温度を保つと共に、前記ヘッドステージ、前記カードホルダおよび前記プローブカードを介して前記ニードルの温度も制御していることを特徴とする半導体検査装置。
A wafer chuck with a built-in heater;
A probe card having a needle that contacts a semiconductor chip formed on the wafer placed on the wafer chuck;
A card holder to which the probe card is attached;
A head stage for fixing the card holder;
A semiconductor inspection apparatus comprising:
A side wall surrounding the periphery of the wafer provided along the outer periphery of the wafer chuck;
A head plate that is movably provided on the side wall and covers an upper portion of the wafer;
An opening provided in the head plate and through which the needle penetrates;
With
The heat of the heater maintains the temperature of the head plate through the side wall, and also controls the temperature of the needle through the head stage, the card holder, and the probe card. apparatus.
前記ヘッドプレートの半径を前記ウェハの半径の2倍以上とすることを特徴とする請求項1記載の半導体検査装置。   2. The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein a radius of the head plate is set to be twice or more a radius of the wafer. 前記プローブカードの前記ニードルが取付けられた面の反対面は、熱伝導性の良好な材質からなる上蓋で覆われ、前記上蓋が熱伝導性の良い材質からなるカードホルダ、ヘッドステージを介して前記ヘッドプレート上に構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体検査装置。   The surface of the probe card opposite to the surface on which the needle is mounted is covered with an upper lid made of a material having good thermal conductivity, and the upper lid is placed through the card holder and head stage made of a material having good thermal conductivity. 3. The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor inspection apparatus is configured on a head plate. 前記ウェハチャックと前記側壁と前記ヘッドプレートと前記ヘッドステージと前記上蓋の外側は、断熱材で覆われていることを特徴とする請求項3記載の半導体検査装置。   4. The semiconductor inspection apparatus according to claim 3, wherein the outside of the wafer chuck, the side wall, the head plate, the head stage, and the upper lid is covered with a heat insulating material.
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