JP7138463B2

JP7138463B2 - プローバ

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Publication number: JP7138463B2
Application number: JP2018069082A
Authority: JP
Inventors: 勝男安田; 衛有賀
Original assignee: Micronics Japan Co Ltd
Current assignee: Micronics Japan Co Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: US20210156901A1; US11428727B2; JP2019179875A; EP3770951A4; KR20200115581A; KR102419337B1; TWI759588B; WO2019188999A1; TW201942583A; EP3770951A1; CN112005352A

Description

本発明はプローバに関し、詳細には、ウエハ基板の両面に電極を有する半導体デバイスの電気的特性をウエハ状態のままで検査する際に用いられるプローバに関する。

パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電力用半導体デバイスや、ＬＥＤ、半導体レーザなどの半導体デバイスには、電流がチップの上下に流れるように構成されて、ウエハ基板の表裏両面に電極を有しているものがある。このため、このような半導体デバイスの電気的特性をウエハ状態のままで検査するには、ウエハの表裏両面と電気的な接続関係を構築できる構成が必要であり、被検査対象となる半導体デバイスの表面に測定用プローブを接触させるとともに、半導体デバイスの裏面にも電極を接触させるべく、種々のプローバが提案されている。

ウエハの表裏両面と電気的な接続関係を構築できる構成としては、例えば、ウエハの表面側には半導体デバイスの個々の表面電極と接触するプローブを設け、ウエハの裏面側には、少なくとも上面が導電性のチャックステージを配置して、検査時には、検査対象ウエハをこのチャックステージ上に載置することによって、チャックステージの上面全体をウエハに形成されている全半導体デバイスの裏面電極と接触する電極として用いることが考えられる。

しかし、このような構成をとる場合には、ウエハ上に形成されている全半導体デバイスを順次検査するために、上部に配置されているプローブに対してチャックステージを移動させる必要があり、チャックステージと測定装置とを接続するケーブルの長さが必然的に長くなることが避けられない。ウエハ裏面と接触する電極として使用されるチャックステージと測定装置とを接続するケーブルの長さが長くなると、ケーブルによって構成される測定経路の寄生インダクタンスが大きくなり、検査対象である半導体デバイスの実力値に近い大電流測定や動特性試験に必要な過渡特性が得られないという欠点がある。このため、ウエハ状態での検査をパスした半導体デバイスであっても、その後、ボンディング、モールディング、バーイン工程等を経た後に行われる最終的なフルスペック検査において特性不良が発見される場合があり、ウエハ状態での検査後に行われる各種工程が無駄になり、製品コストの上昇や廃棄物量の増加といった不都合を招いている。

一方、特許文献１、２においては、半導体デバイスを、半導体デバイスよりも大きな導電性の基台上に載置し、表面電極用のプローブを半導体デバイスの表面に接触させると同時に、裏面電極用のプローブを前記半導体デバイスが載置されていない前記基台の露出部分に接触させるようにしたプローバが開示されている。しかし、これら特許文献１、２に開示されているプローバは、個別に存在する半導体デバイスを検査するものであって、半導体デバイスをウエハ状態のままで検査するものではなく、表裏両面に電極を有する半導体デバイスの特性をウエハ状態のままで如何に精度良く測定するかについて何らの示唆も与えるものではない。

上記のような状況に鑑み、本出願人は特許文献３において、半導体デバイスをウエハ状態のままで検査する装置として、チャックステージの上面に検査対象となるウエハを保持するウエハ保持部と、ウエハ保持部とほぼ同大のプローブコンタクト領域とを配置し、前記ウエハ保持部と前記プローブコンタクト領域を電気的に導通させるとともに、表面電極用プローブと裏面電極用プローブとを前記チャックステージの上方に水平方向に一定の距離を隔てて配置するようにしたプローバを提案した。

このプローバによれば、前記チャックステージを移動させて表面電極用プローブが検査対象ウエハ内を相対的に移動したときにも、裏面電極用プローブが、表面電極用プローブと前記一定の距離を維持したまま、前記プローブコンタクト領域内を相対的に移動することができるので、測定装置と表面電極用プローブ及び裏面電極用プローブとの電気的接続経路の長さを常に一定の最短長さに維持することが可能となり、測定経路に発生する寄生インダクタンスを最小にして、半導体デバイスの実力値に近い大電流測定や動特性試験に必要な過渡特性を得ることができるという極めて優れた利点が得られる。

特開２００７－４０９２６号公報特開２００８－１０１９４４号公報特開２０１３－１１８３２０号公報

本出願人が先に特許文献３において提案したプローバは、上記のとおり、極めて優れた利点を備えるものであるが、本発明者らが得たその後の知見によれば、上記プローバにおいても、チャックステージを通じて外来ノイズを受けたり、電流がリークしたりすることがあり、特に微少電流領域の測定において誤差を生じる恐れがあることが判明した。また、容量測定時には、通常はアースされているプローバ筐体との間に発生する浮遊容量の影響を受け、測定誤差が大きくなることがあった。

本発明は、本出願人が先に特許文献３において提案したプローバをさらに改良するために為されたもので、測定装置と表面電極用プローブ及び裏面電極用プローブとの電気的接続経路の長さを常に一定の最短長さに維持することにより、測定経路に発生する寄生インダクタンスを最小にすることができるという上記プローバの特徴を活かしつつ、チャックステージからの電流リークや外来ノイズの影響を低減し、さらにはチャックステージの対プローバ筐体浮遊容量を無くして、半導体デバイスの検査をウエハ状態のままで精度良く行うことができるプローバを提供することを課題とするものである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、底部導体と側部導体を有し、上面が開口したチャックカバー導電体の内部にチャックステージを収容するとともに、このチャックカバー導電体の上面開口をチャックステージの上方から上部カバー導電体で覆い、プロービング時に前記チャックカバー導電体と上部カバー導電体とを互いに接触導通させることによって、最短の接続経路で前記チャックステージを囲繞する導電体のガード又はシールドを形成することができることを見出した。

すなわち、本発明は、下記（１）～（７）を有するプローバを提供することによって上記課題を解決するものである；
（１）導電性のウエハ保持面と、前記ウエハ保持面と電気的に導通する導電性のプローブコンタクト面とを上面側に備えるチャックステージ、
（２）支持導電部と、前記支持導電部と電気的に接続されるコンタクト部とをそれぞれ有し、前記チャックステージの前記上面上に配置される表面電極用プローブ及び裏面電極用プローブ、
（３）前記表面電極用プローブの前記コンタクト部と前記支持導電部との間、又は前記裏面電極用プローブの前記コンタクト部と前記支持導電部との間を接続する導電性のバーであって、前記チャックステージの上面と並行に配置されたインダクタンスキャンセルバー、
（４）前記チャックステージを前記表面電極用プローブ及び前記裏面電極用プローブに対して相対的に移動させる移動手段、
（５）底部導体と側部導体とを有し、前記底部導体と前記側部導体とで囲まれた空間内に前記チャックステージを収容することができる、上面が開口したチャックカバー導電体、
（６）前記インダクタンスキャンセルバーよりも上方に配置され、前記表面電極用プローブ及び前記裏面電極用プローブの前記支持導電部又はそれらと接続される電気的接続線が通過することができる貫通孔を有するとともに、検査時、前記移動手段によって、前記表面電極用プローブの前記コンタクト部が検査対象ウエハ内を相対的に移動するときにも、平面視において、前記チャックカバー導電体の少なくとも前記開口をカバーする大きさを有する上部カバー導電体、
（７）前記チャックカバー導電体と前記上部カバー導電体とを接触させ電気的に導通させる手段。

本発明に係るプローバによれば、上記のとおり、検査時、ウエハ保持面とプローブコンタクト面とを有するチャックステージを、互いに電気的に導通するチャックカバー導電体及び上部カバー導電体によって囲繞することができるので、例えば、上部カバー導電体をチャックステージと同電位にしておくことにより、チャックカバー導電体及び上部カバー導電体をガード又はシールドとして機能させ、外来ノイズの影響やチャックステージからの電流リークを低減させたり、チャックステージの対プローバ筐体浮遊容量を無くすことができる。これにより、本発明に係るプローバによれば、半導体素子の電気的特性の検査をより精度良く行うことができるとともに、チャックステージを測定端子として用いる縦型デバイスの容量測定をより小さな測定誤差で実行することができるという利点が得られる。

さらに、本発明に係るプローバは、その好適な一態様において、前記裏面電極用プローブの支持導電部が、その周囲に、前記支持導電部を内部導体とする外部導体を有しており、前記外部導体が、上部カバー導電体と電気的に導通していることを特徴としている。上述したとおり、本発明が前提とするプローバにおいては、チャックステージを移動させて表面電極用プローブのコンタクト部が検査対象ウエハ内を相対的に移動したときにも、裏面電極用プローブが、表面電極用プローブと一定の距離を維持したまま、プローブコンタクト領域内を相対的に移動することができるので、測定装置と裏面電極用プローブとの電気的接続経路の長さは常に一定の最短長さに維持されている。したがって、この裏面電極用プローブの支持導電部を内部導体とする外部導体に前記上部カバー導電体を導通させることによって、常に必要最低限の長さの電気的接続経路を介して、上部カバー導電体及びこれと導通するチャックカバー導電体に必要な電位を与えることができるという利点が得られる。

また、本発明に係るプローバは、その好適な一態様において、チャックステージを表面電極用プローブ及び裏面電極用プローブに対して相対的に移動させる移動手段が、チャックカバー導電体と上部カバー導電体とを接触させ電気的に導通させる手段を兼ねている。すなわち、チャックカバー導電体は、通常、チャックステージと同じ移動手段上に配置されているので、前記移動手段によってチャックステージを相対的に上下方向に移動させると、チャックカバー導電体も同様に上下方向に移動し、その側部導体の上端を上部カバー導電体の下面と接触させ、チャックカバー導電体と上部カバー導電体とを電気的に導通させることができる。

接触による電気的導通をより確実なものとするために、チャックカバー導電体は、上部カバー導電体と接触する側部導体の上部に、接触時、上部カバー導電体に向かって弾性的に付勢される接触子を有しているのが好ましい。接触子は、それが導電性で、接触時、上部カバー導電体に向かって弾性的に付勢されるものである限り、その構造等に特段の制限はなく、例えば、バネで伸縮自在に付勢された先端部を有するポゴピンや、弾性を有する導電性の板状部材を適宜の形状に曲折させたものなどを接触子として用いることができる。

本発明のプローバにおいては、コンタクト部と支持導電部との間にインダクタンスキャンセルバーを有する表面電極用プローブ又は裏面電極用プローブのコンタクト部は、絶縁体を介して上部カバー導電体に支持されているのが好ましい。すなわち、コンタクト部がインダクタンスキャンセルバーを介して支持導電部と接続されている場合には、コンタクト部とインダクタンスキャンセルバーとが支持導電部の位置だけで支持される片持ち梁構造となり、コンタクト部が外部からの振動を受けて上下方向に振動したり、自重で下方に位置ズレを起こしたりする恐れがあるが、少なくともそのコンタクト部が絶縁体を介して上部カバー導電体に支持されている場合には、不安定な片持ち梁構造となることが回避され、コンタクト部の先端を所定の高さに確実に保持することが可能となる。

さらに、本発明のプローバは、その好適な一態様において、ウエハを持ち上げる複数のリフトピンを有しているとともに、前記リフトピンを、前記チャックステージのウエハ保持面よりも下方の位置と、チャックカバー導電体の側部導体の上端よりも上方の位置との間で上下動させるリフトピン駆動手段を有している。これにより、底部導体と側部導体とを有するチャックカバー導電体内にチャックステージを収容したままの状態で、汎用のウエハ交換装置を用いて、ウエハ保持面上に検査対象ウエハを載置したり、検査が終了したウエハをウエハ保持面上から外部へと搬出したりすることが容易に行える。なお、チャックステージが前記リフトピンが通過する部分にリフトピン孔を有していることはいうまでもない。

本発明のプローバによれば、ウエハ保持面とプローブコンタクト面を有するチャックステージが、チャックステージ上面と並行に配置されたインダクタンスキャンセルバー及びそれに接続されるコンタクト部とともに、検査時、チャックカバー導電体及び上部カバー導電体で覆われるので、外来ノイズの影響を避け、かつ電流リークを最小限に抑えながら、ウエハ上に形成されている半導体デバイスの電気的特性を精度良く検査することができるという利点が得られる。また、チャックステージがチャックカバー導電体及び上部カバー導電体で覆われるので、チャックステージの対プローバ筐体浮遊容量を無くして、ウエハ上に形成されている半導体デバイスの容量測定を、チャックステージを測定端子として、精度良く測定することができるという利点が得られる。

さらに、本発明のプローバによれば、上部カバー導電体への必要な電位の供給は裏面電極用プローブの支持導電部を内部導体とする外部導体を介して行うことができ、さらに、チャックカバー導電体への必要な電位供給はチャックカバー導電体を上部カバー導電体と接触、導通させることによって行われるので、ガード又はシールドとして機能するチャックカバー導電体及び上部カバー導電体への電位供給に使用される電気的接続経路の長さは極めて短くすることができる。これにより、本発明のプローバにおいては、電気的接続経路に付随して発生する浮遊容量を最低限に抑えつつ、チャックステージを取り囲むガード又はシールドを実現することができるという極めて優れた利点が得られる。

本発明のプローバの一例を示す正面部分断面図である。図１の一部を取り出して示す図である。図２の部分拡大図である。図１のＸ－Ｘ’断面の平面図である。図１のＹ－Ｙ’断面の平面図である。チャックカバー導電体の正面図である。表面電極用プローブがウエハの上面内を相対的に移動したときの上部カバー導電体とチャックカバー導電体の上面開口との位置関係を示す平面図である。表面電極用プローブがウエハの上面内を相対的に移動したときの上部カバー導電体とチャックカバー導電体の上面開口との位置関係を示す平面図である。表面電極用プローブがウエハの上面内を相対的に移動したときの上部カバー導電体とチャックカバー導電体の上面開口との位置関係を示す平面図である。表面電極用プローブがウエハの上面内を相対的に移動したときの上部カバー導電体とチャックカバー導電体の上面開口との位置関係を示す平面図である。チャックステージの一例を示す平面図である。チャックステージの他の一例を示す平面図である。図１２の正面図である。本発明のプローバの動作を説明する図である。本発明のプローバの動作を説明する図である。本発明のプローバの動作を説明する図である。本発明のプローバの動作を説明する図である。図１７の部分拡大図である。

以下、図面を用いて本発明を説明するが、本発明のプローバが図示のものに限られないことは勿論である。

図１は、本発明のプローバの一例を示す正面部分断面図である。図１において、１は本発明のプローバであり、２はその筐体、３はチャックステージ、４はチャックカバー導体である。チャックカバー導電体４は底部導体４ｂと側部導体４ｓを有しており、その上面は開口している。５はチャックステージ３とチャックカバー導体４との間に配置された絶縁体である。図に示すとおり、チャックカバー導電体４の側部導体４ｓの高さは、その先端部がチャックステージ３の上面よりも高くなるように設定されており、チャックステージ３は、絶縁体５とともに、チャックカバー導電体４の底部導体４ｂと側部導体４ｓとで囲まれた空間内に嵌り込み、当該空間内に収容された状態にある。

６は絶縁板、７は断熱板、８はＸＹＺ－θステージであり、ＸＹＺ－θステージ８によって、その上に配置されている断熱板７、絶縁板６、チャックカバー導体４、及び絶縁体５を、チャックステージ３と共にＸＹＺ及びθ方向に移動させることができるようになっている。チャックステージ３の上面には、後述するウエハ保持面とプローブコンタクト面が設けられており、ウエハ保持面の上には検査対象となるウエハＷが載置、保持されている。

９は上部カバー導体であり、上部カバー導体９は絶縁体１０を介して筐体２に取り付けられている。１１は表面電極用プローブ、１２は裏面電極用プローブ、１３は測定装置である。表面電極用プローブ１１は、その先端がウエハＷ上に形成されている半導体デバイスの表面電極とコンタクトするコンタクト部１１Ａと、コンタクト部１１Ａに接続され、コンタクト部１１Ａを支持する支持導電部１１Ｂとから構成されており、支持導電部１１Ｂは、電気的接続線１６を介して測定装置１３に接続されている。１４は、支持導電部１１Ｂ及び電気的接続線１６を内部導体とする外部導体であり、支持導電部１１Ｂ及び電気的接続線１６と外部導体１４とで同軸線を構成している。

一方、裏面電極用プローブ１２は、その先端がチャックステージ３の上面に形成されているプローブコンタクト面とコンタクトするコンタクト部１２Ａと、支持導電部１２Ｂを有しており、支持導電部１２Ｂは、電気的接続線１７を介して測定装置１３に接続されている。１５は、支持導電部１２Ｂ及び電気的接続線１７を内部導体とする外部導体であり、支持導電部１２Ｂ及び電気的接続線１７と外部導体１５とで同軸線を構成している。

１２Ｃはインダクタンスキャンセルバーであり、導電性の材料で構成され、一端がコンタクト部１２Ａに、他端が支持導電部１２Ｂに接続され、かつ、チャックステージ３の上面と並行に配置されている。１８は支持絶縁体であり、裏面電極用プローブ１２のコンタクト部１２Ａの上面と、上部カバー導体９の下面との間に配置され、コンタクト部１２Ａを上部カバー導体９の下面に支持、固定している。

図２は、図１における表面電極用プローブ１１及び裏面電極用プローブ１２の付近と測定装置１３だけを取り出して示す部分断面図である。図に示すとおり、表面電極用プローブ１１のコンタクト部１１Ａの先端は、ウエハ保持面に載置されるウエハＷの厚さＷｄだけ、裏面電極用プローブ１２のコンタクト部１２Ａの先端よりも上方に位置しており、チャックステージ３をＸＹＺ－θステージ８によって表面電極用プローブ１１及び裏面電極用プローブ１２に対して相対的に上昇させると、表面電極用プローブ１１のコンタクト部１１Ａの先端と、裏面電極用プローブ１２のコンタクト部１２Ａの先端とは、ほぼ同時に、ウエハＷ上に形成されている半導体デバイスの表面電極及びチャックステージ３のプローブコンタクト面にコンタクトすることになる。

測定装置１３は、電源Ｐ１、Ｐ２と、電流計Ａｍ１、Ａｍ２と、オペアンプＯＰ１、ＯＰ２を有しており、オペアンプＯＰ１及びＯＰ２が、それぞれボルテージフォロアー回路を構成し、その出力は、表面電極用プローブ１１の外部導体１４及び裏面電極用プローブ１２の外部導体１５にそれぞれ接続されている。これにより、表面電極用プローブ１１とその外部導体１４には同じ電圧が掛かり、両者は同電位に保たれるとともに、裏面電極用プローブ１２とその外部導体１５にも同じ電圧が掛かり、両者は同電位に保たれることになる。

なお、本例においては、測定装置１３は半導体デバイスに電圧を加えて流れる電流を計測する測定装置であるが、本発明のプローバ１に接続される測定装置は、このタイプのものに限られるものではない。半導体デバイスに電流を流してそのときの電圧を計測する測定装置であっても良いし、測定装置１３としてＬＣＲメータを用いて容量等を測定するようにしても良い。いずれにせよ、少なくとも裏面電極用プローブ１２と外部導体１５とに同じ電圧を掛けて両者を同電位に保つことができる手段が存在すれば良く、その手段は測定装置１３内にあっても良いし、測定装置１３とは別に設けられていても良い。

後述するとおり、外部導体１５は上部カバー導電体９並びにチャックカバー導電体４と電気的に接続され、裏面電極用プローブ１２のコンタクト部１２Ａはチャックステージ３のプローブコンタクト面に接触するので、裏面電極用プローブ１２と外部導体１５とが同じ電位であれば、チャックステージ３と、それを囲繞する上部カバー導電体９及びチャックカバー導電体４とは同電位になり、上部カバー導電体９及びチャックカバー導電体４をガード又はシールドとして機能させることができる。

図３は図２の部分拡大図である。図３において、１９は接続導体であり、接続導体１９によって裏面電極用プローブ１２の外部導体１５と上部カバー導電体９とは電気的に導通状態に接続されている。

なお、上部カバー導体９と同電位にすべきものは裏面電極用プローブの外部導体であるので、もしも表面電極用プローブ１１が裏面電極用プローブとして使用される場合には、その外部導体１４と上部カバー導体９とを接続導体によって電気的に接続すれば良い。

図４は、図１を絶縁体１０と上部カバー導電体９との間に位置するＸ－Ｘ’線に沿って切断した断面の平面図であり、上部カバー導電体９の平面図に相当する。図４に示すとおり、上部カバー導電体９は、表面電極用プローブ１１の支持導電部１１Ｂ及び裏面電極用プローブ１２の支持導電部１２Ｂが上部カバー導電体９を上下に貫通することができる貫通孔９ｈを有している。表面電極用プローブ１１及び裏面電極用プローブ１２は、その支持導電部１１Ｂ及び１２Ｂの部分で上部カバー導電体９を上下に貫通していても良いし、支持導電部１１Ｂ及び１２Ｂにそれぞれ接続されている電気的接続線１６及び１７の部分で上部カバー導電体９を上下に貫通していても良い。

なお、外部導体１５は接続導体１９によって上部カバー導電体９と電気的に接続されることになるので、外部導体１５の下端は少なくとも上部カバー導電体９の位置まで延在しているのが好ましい。因みに図示の例では、外部導体１４及び１５の下端は、上部カバー導電体９の厚さの略中央にまでしか達していないけれども、外部導体１４及び１５は上部カバー導電体９を貫通孔９ｈの部分で上下方向に貫通し、その下端が上部カバー導電体９の下面よりも下方に突出していても良い。

図５は、図１をＹ－Ｙ’線に沿って切断した断面の平面図である。便宜上、上部カバー導電体９と貫通孔９ｈを破線で示してある。図５に示すとおり、チャックステージ３は長方形の両端に半円をつなげた平面形状を有している。チャックカバー導電体４は、底部導体４ｂと側部導体４ｓを有しており、底部導体４ｂの平面形状は、チャックステージ３よりも一回り大きく、チャックステージ３と同様に長方形の両端に半円をつなげた平面形状を有している。

図６は、図５の正面図である。図５及び図６に示すとおり、側部導体４ｓは棒状であり、チャックカバー導電体４の底部導体４ｂの縁部に沿って、チャックステージ３を外周から取り囲むように複数本、立設されている。側部導体４ｓの先端部は、内蔵されたバネ等の弾性手段によって先端部が上方に向かって付勢されたポゴピン構造を有している。

なお、上記の例においては、側部導体４ｓは、底部導体４ｂの縁部に沿って間隔をあけて配置された棒状部材であるが、側部導体４ｓの形状は棒状に限られない。全体が連続した円筒形状の導電体で、その下面において底部導体４ｂと連結されたものであっても良いし、複数の平板状或いは曲板状の導電体を間隔をあけて底部導体４ｂの縁部に沿って間隔をあけて配置したものであっても良い。

図７～図１０は、ＸＹＺ－θステージ８を作動させて、表面電極用プローブ１１のコンタクト部１１Ａを検査対象ウエハＷの上面内を相対的に移動させたときの上部カバー導電体９とチャックカバー導電体４の上面開口４Ｔとの関係を示す平面図である。便宜上、上部カバー導電体４とウエハＷ、並びにインダクタンスキャンセルバー１２Ｃの一部と、支持絶縁体１８とは破線で示してある。

図７は表面電極用プローブ１１のコンタクト部１１Ａが検査対象ウエハＷの上面内を相対的に移動して、図中、ウエハの最も手前側に移動したとき、図８は最も左側に移動したとき、図９は最も右側に移動したとき、図１０は最も奥側に移動したときをそれぞれ表している。図７～図１０に示すとおり、表面電極用プローブ１１のコンタクト部１１Ａが検査対象ウエハＷの上面内を相対的に移動しても、チャックカバー導電体４の上面開口４Ｔは、平面視において、常に上部カバー導電体９で覆われており、上部カバー導電体９の下面から外にはみ出すことがない。

換言すれば、上部カバー導電体９の大きさは、表面電極用プローブ１１のコンタクト部１１Ａが検査対象ウエハＷの上面内を相対的に移動するときにも、平面視において、チャックカバー導電体４の上面開口４Ｔが上部カバー導電体９よりも外側にはみ出さない大きさに選ばれている。これにより、表面電極用プローブ１１のコンタクト部１１Ａが検査対象ウエハＷの上面内のどことコンタクトする位置に移動していても、ＸＹＺ－θステージ８を作動させて、チャックステージ３とともにチャックカバー導電体４を上部カバー導電体９に向かって相対的に上昇させることによって、チャックカバー導電体４の側部導体４ｓと上部カバー導電体９の下面とは接触し、電気的導通を確実に実現することができる。

図１１は、チャックステージ３だけを取り出して示す平面図である。図において、Ｗａはチャックステージ３の上面に設定されているウエハ保持面であり、Ｃａは、同じくチャックステージ３の上面に設定されているプローブコンタクト面である。図に示すとおり、ウエハ保持面Ｗａとプローブコンタクト面Ｃａとは、共にチャックステージ３の上面に設定されており、共に上面側に位置している。

２０ｈは、チャックステージ３のウエハ保持面Ｗａに設けられたリフトピン通過用のリフトピン孔である。チャックステージ３は防錆メッキ処理された銅などの導電性の材料で構成されているので、ウエハ保持面Ｗａとプローブコンタクト面Ｃａとは互いに電気的に導通状態にある。なお、ウエハ保持面Ｗａには、図示しない多数の吸着孔が設けられており、適宜の吸引手段を介して負圧に吸引されることにより、ウエハ保持面Ｗａ上に検査対象ウエハを吸着、保持する。ウエハ保持面Ｗａとプローブコンタクト面Ｃａとは、通常、略同じ大きさに設定されており、表面電極用プローブ１１のコンタクト部１１Ａが、ウエハ保持面Ｗａに保持されているウエハ内を相対的に移動すると、裏面電極用プローブ１２のコンタクト部１２Ａは、プローブコンタクト面Ｃａ内を相対的に移動することになる。

図１２は、チャックステージ３の他の一例を示す平面図、図１３はその正面図である。図１２及び図１３に示す例において、ウエハ保持面Ｗａは、チャックステージ３上に着脱自在に保持されるウエハチャックプレートＷｐの上面に、また、プローブコンタクト面Ｃａは、チャックステージ３上に着脱自在に保持されるコンタクトプレートＣｐの上面に、それぞれ設けられており、共にチャックステージ３の上面側に位置している。

ウエハチャックプレートＷｐ及びコンタクトプレートＣｐは、共に防錆メッキ処理された銅などの導電性の材料で構成されており、かつ、チャックステージ３についても同様であるので、ウエハチャックプレートＷｐの上面とコンタクトプレートＣｐの上面とは、チャックステージ３を介して、電気的に導通状態となっている。

２０ｈは、ウエハチャックプレートＷｐに設けられたリフトピン通過用のリフトピン孔であり、ウエハチャックプレートＷｐの下方に存在するチャックステージ３の対応する位置にも、リフトピン孔２０ｈは設けられている。なお、ウエハチャックプレートＷｐのウエハ保持面Ｗａにも、図示しない多数の吸着孔が設けられており、適宜の吸引手段を介して負圧に吸引されることにより、ウエハ保持面Ｗａ上に検査対象ウエハを吸着、保持することができるようになっている。

なお、チャックステージ３が、その上面に直接ウエハ保持面Ｗａとプローブコンタクト面Ｃａを備えるのではなく、図１２及び図１３に示すように、チャックステージ３とは別にウエハチャックプレートＷｐ及びコンタクトプレートＣｐを有し、その上面をウエハ保持面Ｗａ及びプローブコンタクト面Ｃａとしている場合には、プローバ１を使用中に、仮に、ウエハ保持面Ｗａやプローブコンタクト面Ｃａが汚れたり、破損したりしても、適宜、新たなウエハチャックプレートＷｐ或いはコンタクトプレートＣｐと交換することができるので、極めて便利である。

図１に示すプローバ１及び測定装置１３を使用する場合を例に、本発明に係るプローバ１の動作を説明する。

図１４は、図１と同様に、本発明に係るプローバ１の正面部分断面図であり、ウエハＷが存在せず、ＸＹＺ－θステージ８が作動して、チャックステージ３がチャックカバー導電体４などとともに下方位置まで下降するとともに、リフトピン２０が、図示しないリフトピン駆動手段によって駆動され、チャックステージ３に設けられているリフトピン孔２０ｈを通って、チャックステージ３のウエハ保持面Ｗａ上のウエハ受取位置まで上昇した状態を示している。図１４に見られるとおり、ウエハ受取位置において、リフトピン２０の上端は、チャックカバー導電体４の側部導体４ｓの上端よりも長さδだけ上方に位置している。

図１５は、図１４に示す状態から、図示しないウエハ搬送装置が作動して、検査対象ウエハＷをウエハ受取位置にあるリフトピン２０上に載置した状態を示している。ウエハ受取位置においてリフトピン２０の上端はチャックカバー導電体４の側部導体４ｓの上端よりも高い位置にあり、リフトピン２０上に載置されたウエハＷの下面と側部導体４ｓの間には、汎用されているウエハ搬送装置のフォーク部分が通過できる十分な間隙が残されているので、リフトピン２０上に検査対象ウエハＷを無理なく載置することができる。

図１６は、図１５に示す状態から、リフトピン駆動手段が作動して、リフトピン２０を待機位置まで下降させた状態を示している。図１６に見られるとおり、待機位置において、リフトピン２０の上端はチャックステージ３のウエハ保持面Ｗａよりも下方に位置しており、リフトピン２０がその上にウエハＷを載置したまま待機位置まで下降することによって、ウエハＷをウエハ保持面Ｗａ上に載置することができる。

ウエハＷがウエハ保持面Ｗａ上に載置されると、図示しない吸引手段が作動して、ウエハ保持面Ｗａ上に開口する多数の吸着孔を負圧に吸引し、その上にあるウエハＷを吸着、保持する。

図１７は、図１６に示す状態から、ＸＹＺ－θステージ８が作動して、チャックステージ３を表面電極用プローブ１１及び裏面電極用プローブ１２に向けて上昇させ、表面電極用プローブ１１のコンタクト部１１Ａを、ウエハＷ上に形成されている半導体デバイスの表面電極に、裏面電極用プローブ１２のコンタクト部１２Ｂを、チャックステージ３上のプローブコンタクト面Ｃａに接触させた状態を示している。このとき、同じくＸＹＺ－θステージ８上に位置しているチャックカバー導電体４も、チャックステージ３と同様に上昇し、側部導体４ｓの上端が上部カバー導電体９の下面と接触する。側部導体４ｓの上端には、例えばポゴピン構造を有し、上方に向かって弾性的に付勢されている接触子が備えられているので、接触時、側部導体４ｓの上端と上部カバー導電体９の下面とより確実に接触し、十分な電気的導通が実現される。

この状態で測定装置１３が作動し、必要な電気信号を裏面電極用プローブ１２に加えるとともに、表面電極用プローブ１１から測定装置１３に戻ってくる電気信号を測定し、必要な検査、測定が行われるとともに、裏面電極用プローブ１２の外部導体１５には、ボルテージフォロアー回路を構成するオペアンプＯＰ２から、裏面電極用プローブ１２の電気的接続線１７に印加されるのと同電位の電圧が印加される。図１８は、この状態にあるときのプローバ１の要部を拡大して示す図である。

図１８に示すとおり、裏面電極用プローブ１２の電気的接続線１７に印加された電圧は、裏面電極用プローブ１２の支持導電部１２Ｂ、インダクタンスキャンセルバー１２Ｃ、及びコンタクト部１２Ａを介してチャックステージ３に印加される。一方、外部導体１５と上部カバー導電体９とは接続導体１９によって電気的に接続されており、上部カバー導電体９の下面とチャックカバー導電体４の側部導体４ｓとは電気的に接触状態にあるので、上部カバー導電体９及びチャックカバー導電体４と外部導体１５とは同電位になり、チャックステージ３とも同電位になる。

これにより、チャックステージ３を囲繞するチャックカバー導電体４及び上部カバー導電体９は、チャックステージ３に対し、ガード又はシールドとして機能することになり、外来ノイズの影響やチャックステージ３からの電流リークを低減するとともに、チャックステージ３とプローバ１の筐体２との間の浮遊容量もなくすことができ、極めて精度の高い測定、検査を行うことが可能となる。

このように、本発明のプローバ１においては、裏面電極用プローブ１２の外部導体１５が、接続導体１９を介して最短距離で上部カバー導電体９及びチャックカバー導電体４と電気的に接続されるので、接続経路に発生する浮遊容量を最小に抑制しながら、ガード又はシールドを実現することができるという利点が得られる。

なお、測定時には、インダクタンスキャンセルバー１２Ｃとチャックステージ３には、図１８に白矢印と黒矢印で示すとおり、逆方向の電流が流れるが、インダクタンスキャンセルバー１２Ｃがチャックステージ３の上面と並行に配置されているので、チャックステージ３中を流れる電流によって発生される磁界と、インダクタンスキャンセルバー１２Ｃ中を流れる電流によって発生される磁界とは、向きが逆になり、互いに相殺される。したがって、表面電極用プローブ１１のコンタクト部１１Ａと、裏面電極用プローブ１２のコンタクト部１２Ａとの間の電流経路における実効インダクタンスを低減することができ、より精度の高い測定が可能となる。

また、このとき、インダクタンスキャンセルバー１２Ｃが接続されている裏面電極用プローブ１２のコンタクト部１２Ａは、支持絶縁体１８を介して上部カバー導電体９に支持されているので、プローブコンタクト面Ｃａとの接触を繰り返しても、コンタクト部１２Ａの先端部の高さが変化する恐れがなく、常に同一高さを保ちながら、一定の安定したコンタクト条件で、コンタクト部１２Ａをプローブコンタクト面Ｃａに接触させることができる。さらに、コンタクト部１２Ａは、支持絶縁体１８を介して上部カバー導電体９に支持され、同一高さに安定して支持されているので、コンタクト部１２Ａに接続されているインダクタンスキャンセルバー１２Ｃも、そのコンタクト部１２Ａとの接続部において、同一高さに安定して支持されることになり、チャックステージ３の上面との並行関係が変化せず、インダクタンスキャンセルバーとしての機能が損なわれる恐れがない。

なお、上記の説明では、チャックステージ３としては、長方形の両端に半円をつなげた平面形状を有しているものを示したが、チャックステージ３の平面形状はこれに限定されるものではない。例えば、チャックステージ３の平面形状は矩形や多角形、楕円等の形状であっても良いし、その他の形状であっても良い。また、上記の説明では、ウエハ保持面Ｗａとプローブコンタクト面Ｃａとは、共に、チャックステージ３の連続した導電性の上面の一部を占める部分領域として設けられているが、これに限定されない。例えば、上述したチャックステージ３では、ウエハ保持面Ｗａとプローブコンタクト面Ｃａの並び方向において全て一体的に連続しているが、ウエハ保持面Ｗａとプローブコンタクト面Ｃａとの間の領域において、一部又は複数箇所が欠落して部分的に連続していてもよい。また、ウエハ保持面Ｗａを含む部分とプローブコンタクト面Ｃａを含む部分とを別々に構成し、それら部分同士を連結して電気的に接続してもよいし、それら部分間を一つ又は複数の導電性部材で接続してもよい。また、ウエハ保持面Ｗａとプローブコンタクト面Ｃａとの間に非導電性の領域を有していても良く、その場合には、互いに電気的に分離されているウエハ保持面Ｗａとプローブコンタクト面Ｃａとを、一つ又は複数の箇所で電気的に接続すれば良い。

以上説明したとおり、本発明のプローバによれば、極めて短い接続経路によって、チャックステージを取り囲むガード又はシールドを実現することができ、外来ノイズの影響や電流リークを低減することができるとともに、チャックステージの対プローバ筐体浮遊容量を無くして、精度の高い測定並びに検査を行うことができる。本発明の産業上の利用可能性には多大のものがある。

１プローバ
２筐体
３チャックステージ
４チャックカバー導電体
５、１０絶縁体
８ＸＹＺ－θステージ
９上部カバー導電体
１１表面電極用プローブ
１２裏面電極用プローブ
１３測定装置
１４、１５外部導体
１６、１７電気的接続線
１８支持絶縁体
１９接続導体
２０リフトピン
Ｗウエハ
Ｗａウエハ保持面
Ｃａプローブコンタクト面
Ｗｐウエハチャックプレート
Ｃｐコンタクトプレート

Claims

下記（１）～（９）を有するプローバ；
（１）導電性のウエハ保持面と、前記ウエハ保持面と電気的に導通する導電性のプローブコンタクト面とを上面側に備えるチャックステージ、
（２）支持導電部と、前記支持導電部と電気的に接続されるコンタクト部とをそれぞれ有し、前記チャックステージの前記上面上に配置される表面電極用プローブ及び裏面電極用プローブ、
（３）前記表面電極用プローブの前記コンタクト部と前記支持導電部との間、又は前記裏面電極用プローブの前記コンタクト部と前記支持導電部との間を接続する導電性のバーであって、前記チャックステージの上面と並行に配置されたインダクタンスキャンセルバー、
（４）前記チャックステージを前記表面電極用プローブ及び前記裏面電極用プローブに対して相対的に移動させる移動手段、
（５）底部導体と側部導体とを有し、前記底部導体と前記側部導体とで囲まれた空間内に前記チャックステージを収容することができる、上面が開口したチャックカバー導電体、
（６）前記インダクタンスキャンセルバーよりも上方に配置され、前記表面電極用プローブ及び前記裏面電極用プローブの前記支持導電部又はそれらと接続される電気的接続線が通過することができる貫通孔を有するとともに、検査時、前記移動手段によって、前記表面電極用プローブの前記コンタクト部が検査対象ウエハ内を相対的に移動するときにも、平面視において、前記チャックカバー導電体の少なくとも前記開口をカバーする大きさを有する上部カバー導電体、
（７）前記チャックカバー導電体と前記上部カバー導電体とを接触させ電気的に導通させる手段、
（８）前記裏面電極用プローブの前記支持導電部の周囲にあり、前記支持導電部を内部導体とする外部導体であって、前記上部カバー導電体と電気的に導通している外部導体、及び、
（９）前記裏面電極用プローブと前記外部導体とを同電位に保つ手段。
前記チャックカバー導電体と前記上部カバー導電体とを接触させ電気的に導通させる手段が前記移動手段であり、前記移動手段によって、前記チャックステージを前記表面電極用プローブ及び前記裏面電極用プローブに対して相対的に上下方向に移動させることにより、チャックカバー導電体を前記チャックステージとともに相対的に上下方向に移動させ、前記上部カバー導電体と接触させる手段である請求項１記載のプローバ。
前記チャックカバー導電体が、前記上部カバー導電体と接触する部分に、接触時、前記上部カバー導電体に向かって弾性的に付勢される接触子を有している請求項２記載のプローバ。
前記コンタクト部と前記支持導電部との間に前記インダクタンスキャンセルバーを有する前記表面電極用プローブ又は前記裏面電極用プローブのコンタクト部が、絶縁体を介して前記上部カバー導電体に支持されている請求項１～３のいずれかに記載のプローバ。
前記ウエハ保持面上でウエハを持ち上げる複数のリフトピンと、前記リフトピンを、前記チャックステージの前記ウエハ保持面よりも下方の位置と、前記チャックカバー導電体の側部導体の上端よりも上方の位置との間で上下動させるリフトピン駆動手段を有し、前記チャックステージが前記リフトピンが通過するリフトピン孔を有している請求項１～４のいずれかに記載のプローバ。
下記（１）～（７）及び（１０）を有するプローバ；
（１）導電性のウエハ保持面と、前記ウエハ保持面と電気的に導通する導電性のプローブコンタクト面とを上面側に備えるチャックステージ、
（２）支持導電部と、前記支持導電部と電気的に接続されるコンタクト部とをそれぞれ有し、前記チャックステージの前記上面上に配置される表面電極用プローブ及び裏面電極用プローブ、
（３）前記表面電極用プローブの前記コンタクト部と前記支持導電部との間、又は前記裏面電極用プローブの前記コンタクト部と前記支持導電部との間を接続する導電性のバーであって、前記チャックステージの上面と並行に配置されたインダクタンスキャンセルバー、
（４）前記チャックステージを前記表面電極用プローブ及び前記裏面電極用プローブに対して相対的に移動させる移動手段、
（５）底部導体と側部導体とを有し、前記底部導体と前記側部導体とで囲まれた空間内に前記チャックステージを収容することができる、上面が開口したチャックカバー導電体、
（６）前記インダクタンスキャンセルバーよりも上方に配置され、前記表面電極用プローブ及び前記裏面電極用プローブの前記支持導電部又はそれらと接続される電気的接続線が通過することができる貫通孔を有するとともに、検査時、前記移動手段によって、前記表面電極用プローブの前記コンタクト部が検査対象ウエハ内を相対的に移動するときにも、平面視において、前記チャックカバー導電体の少なくとも前記開口をカバーする大きさを有する上部カバー導電体、
（７）前記チャックカバー導電体と前記上部カバー導電体とを接触させ電気的に導通させる手段、及び、
（１０）前記コンタクト部と前記支持導電部との間に前記インダクタンスキャンセルバーを有する前記表面電極用プローブ又は前記裏面電極用プローブのコンタクト部を、絶縁体を介して前記上部カバー導電体に支持する手段。
前記裏面電極用プローブの前記支持導電部が、その周囲に、前記支持導電部を内部導体とする外部導体を有しており、前記外部導体が、前記上部カバー導電体と電気的に導通している請求項６記載のプローバ。
前記チャックカバー導電体と前記上部カバー導電体とを接触させ電気的に導通させる手段が前記移動手段であり、前記移動手段によって、前記チャックステージを前記表面電極用プローブ及び前記裏面電極用プローブに対して相対的に上下方向に移動させることにより、チャックカバー導電体を前記チャックステージとともに相対的に上下方向に移動させ、前記上部カバー導電体と接触させる手段である請求項６又は７記載のプローバ。
前記チャックカバー導電体が、前記上部カバー導電体と接触する部分に、接触時、前記上部カバー導電体に向かって弾性的に付勢される接触子を有している請求項８記載のプローバ。
前記ウエハ保持面上でウエハを持ち上げる複数のリフトピンと、前記リフトピンを、前記チャックステージの前記ウエハ保持面よりも下方の位置と、前記チャックカバー導電体の側部導体の上端よりも上方の位置との間で上下動させるリフトピン駆動手段を有し、前記チャックステージが前記リフトピンが通過するリフトピン孔を有している請求項６～９のいずれかに記載のプローバ。