JP7598677B1 - ウェーハ検査用プローブカードホルダー - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハを１つに固定して自己位置の保持が可能なプローブカードホルダーを提供する。
【解決手段】プローブカードホルダーは、中央にプローブカード１１１が設けられ、プローブカード１１１の周辺に垂直に貫通したガイド孔１１２を有する第１ボディ部１１０と、中央にウェーハの保持されるウェーハチャック１２１が設けられ、ガイド孔１１２と対応してマグネットホルダー１２２が設けられる第２ボディ部１２０と、ガイド孔１１２に挿入されてマグネットホルダー１２２と磁力によって固定可能なマグネットチャック１３１が設けられ、第１ボディ部１１０の上部で第２ボディ部１２０に組み立てられるウェイトリング１３０と、第１ボディ部１１０とウェイトリング１３０との間に設けられ、第１ボディ部１１０とウェイトリング１３０との間隔を固定するクランプ部１４０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウェーハの検査のためにプローブカードとウェーハを１つに固定して自己位置の保持が可能なプローブカードホルダーに関する。

一般に、半導体装置の集積回路素子などの半導体素子は、ウェーハに一連の処理工程を繰り返し行うことにより形成できる。例えば、ウェーハに膜を形成する蒸着工程、蒸着が行われたウェーハに電気的特性を有するパターンを形成するためのエッチング工程、パターンに不純物を注入または拡散させるためのイオン注入工程または拡散工程、パターンが形成されたウェーハから不純物を除去するための洗浄及びリンス工程などを繰り返し行うことにより、半導体素子がウェーハ上に形成される。

このような一連の工程を経た半導体素子が形成された後、半導体素子の電気的特性を検査するための電気的な検査工程が行われることがある。検査工程は、多数のプローブを有するプローブカードを含むプローブステーションと電気的な信号を提供するためにプローブカードに連結されたテスターによって行われる。

一般に、プローブステーションは、検査チャンバーと、検査チャンバー内に配置されてウェーハを支持するチャックと、チャックを駆動するチャック移送装置と、ウェーハ上に形成された半導体素子と接触するように構成された多数のプローブを有するプローブカードと、プローブカードに連結されてテストを行うテスターと、を含む。

このような従来技術では、チャック移送装置が、ウェーハの保持されたチャックを検査チャンバーに運び、ＣＣＤカメラなどのビジョンセンサーなどを用いてウェーハ上の接触電極とプローブカードのプローブの位置を把握し、把握された位置情報に基づいてチャック移送装置を制御してウェーハの接触電極をプローブに接触させることにより電気的に接続する。理想的な場合、プローブステーションは、オーバードライブ制御によって、チャックに搭載されたウェーハとプローブカードとが適切な圧力によって均一に接触した状態を維持する。

しかし、プローブステーションは、機械的な精度の誤差および外乱により、チャックに搭載されたウェーハとプローブカードとが実際に完璧な接触状態を維持することは非常に難しく、この状態で、予め定められたオーバードライブ量に対応する高さまでチャックを上昇させても、ウェーハの特定部位があまり深く突き刺されてウェーハが損傷したり、特定部位が正しく突き刺されなくてプローブと接触電極とが接触していない「オープンフェイル（ｏｐｅｎ ｆａｉｌ）」が発生したりして、正常な検査が不可能になるという問題が生じる。

本発明は、このような従来技術のウェーハ検査工程を脱皮して大量のウェーハを効率よく検査するための代案として、プローブカードとウェーハを一つにモジュール化してウェーハ検査を行おうとするものであり、このために、移送過程でプローブカードとウェーハが精密な自己位置を保持することができるプローブカードホルダーを開発し、これを出願するのである。

韓国公開特許第１０－２０１０－０１３０５４０号明細書（公開日付：２０１０年１２月１３日）

本発明は、ウェーハの検査のためにプローブカードとウェーハを一つにモジュール化し、プローブカードとウェーハの自己位置の保持が可能なウェーハ検査用プローブカードホルダーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のウェーハ検査用プローブカードホルダーは、中央にプローブカードが設けられ、前記プローブカードの周辺に垂直に貫通したガイド孔を有する第１ボディ部と、中央にウェーハの保持されるウェーハチャックが設けられ、前記ガイド孔と対応してマグネットホルダーが設けられる第２ボディ部と、前記ガイド孔に挿入されて前記マグネットホルダーと磁力によって固定可能なマグネットチャックが設けられ、前記第１ボディ部の上部で前記第２ボディ部に組み立てられるウェイトリングと、前記第１ボディ部と前記ウェイトリングとの間に設けられ、前記第１ボディ部と前記ウェイトリングとの間隔を固定するクランプ部と、を備える。

好ましくは、前記マグネットチャックは、前記ウェイトリングの下部に少なくとも２つ設けられ、より好ましくは、前記クランプ部は、第１ボディ部と前記ウェイトリングとの間に少なくとも２つ設けられ、さらに好ましくは、前記クランプ部は、前記マグネットチャック同士の間に少なくとも１つ設けられる。

好ましくは、前記クランプ部は、前記ウェイトリングまたは前記第１ボディ部に一端が固定されるシャフトと、前記ウェイトリングまたは前記第１ボディ部に固定され、空圧信号によって前記シャフトに固定される空圧駆動部と、を備える。

好ましくは、前記第１ボディ部と前記ウェイトリングとの間に介在し、組み立て位置を案内するためのガイド部材をさらに備える。

本発明のウェーハ検査用プローブカードホルダーは、中央にプローブカードが設けられ、プローブカードの周辺に垂直に貫通したガイド孔を有する第１ボディ部と、中央にウェーハの保持されるウェーハチャックが設けられ、ガイド孔と対応してマグネットホルダーが設けられる第２ボディ部と、ガイド孔に挿入されてマグネットホルダーと磁力によって固定可能なマグネットチャックが設けられ、第１ボディ部の上部で第２ボディ部に組み立てられるウェイトリングと、第１ボディ部とウェイトリングとの間に設けられ、第１ボディ部とウェイトリングとの間隔を固定するクランプ部と、を備えて、ウェーハとプローブカードをモジュール化して一体に構成することにより、モジュールの移送過程で精密な自己位置を保持することができるという効果がある。

本発明の実施形態によるウェーハ検査用プローブカードホルダーの斜視構成図である。 本発明の実施形態によるウェーハ検査用プローブカードホルダーの分解斜視構成図である。 本発明の実施形態によるウェーハ検査用プローブカードホルダーの平面構成図である。 図４の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の実施形態によるウェーハ検査用プローブカードホルダーの正面構成図と側面構成図である。 図３のＡ－Ａ線に沿った断面構成図である。

本発明の実施形態において提示される特定の構造または機能的説明は、本発明の概念による実施形態を説明する目的で例示されたものに過ぎず、本発明の概念による実施形態は、様々な形態で実施できる。また、本明細書に説明された実施形態に限定されると解釈されてはならず、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物ないし代替物を包含すると理解されるべきである。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態によるウェーハ検査用プローブカードホルダーの斜視構成図であり、図２は、本発明の実施形態によるウェーハ検査用プローブカードホルダーの分解斜視構成図であり、図３は、本発明の実施形態によるウェーハ検査用プローブカードホルダーの平面構成図であり、図４の（ａ）（ｂ）は、それぞれ本発明の実施形態によるウェーハ検査用プローブカードホルダーの正面構成図と側面構成図である。

図１～図４を参照すると、本発明の実施形態によるウェーハ検査用プローブカードホルダー（以下、「プローブカードホルダー」とも略記する）１００は、第１ボディ部１１０、第２ボディ部１２０、ウェイトリング１３０、およびクランプ部１４０を備える。

第１ボディ部１１０は、中央にプローブカード１１１が設けられ、プローブカード１１１の周辺に垂直に貫通したガイド孔１１２を有する。本実施形態において、第１ボディ部１１０は略４つの辺を有する四角の部材であって、ガイド孔１１２は第１ボディ部１１０の４つの各隅に配置されることを示しているが、第１ボディ部の形状とガイド孔の数及び位置は様々に変形することができる。好ましくは、第１ボディ部１１０は少なくとも２つのガイド孔１１２を有する。

第１ボディ部１１０は、両端部に移送のために自由回動可能な複数のローラ１１３が設けられ、このようなローラは、摩擦係数が少なく且つ回転性能に優れたカム従動子（ｃａｍ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）によって提供できるが、これに限定されるものではない。

第２ボディ部１２０は、中央にウェーハの保持されるウェーハチャック１２１が設けられ、第１ボディ部１１０のガイド孔１１２と対応してマグネットホルダー１２２が設けられる。マグネットホルダー１２２は、マグネットチャック１３１と磁力によって引力が作用しうる周知の素材（例えば、強磁性体）によって提供できる。本実施形態では、マグネットホルダー１２２は、ガイド孔１１２と対応する位置に４つが設けられることを示している。ウェーハチャック１２１は、保持されたウェーハを真空吸着して固定するためのエアフィッティング（ａｉｒ ｆｉｔｔｉｎｇ）１２１ａが設けられる。

ウェイトリング１３０は、四角の環状であり、下部にマグネットチャック１３１が設けられ、このようなマグネットチャック１３１は、第２ボディ部１２０のマグネットホルダー１２２と対応して同数だけ設けられる。マグネットチャック１３１は、永久磁石または電磁石によって提供されることができ、好ましくは、永久磁石によって提供される。

好ましくは、ウェイトリング１３０の下部に複数のガイドピン１３２が設けられることができ、各ガイドピン１３２と対応して第１ボディ部１１０の上面にホール１１４が設けられ、ウェイトリング１３０と第１ボディ部１１０との組み立て過程で各ガイドピン１３２がホール１１４に挿入されることにより、ウェイトリング１３０と第１ボディ部１１０との組み立て位置の整列がなされることができる。一方、本実施形態において、ガイドピン１３２はウェイトリング１３０に設けられると図示しているが、第１ボディ部に複数のガイドピンが備えられ、ウェイトリングに各ガイドピンと対応して複数のホールが設けられることにより、第１ボディ部１１０とウェイトリング１３０との組み立て位置を案内するためのガイド部材が提供されることができる。

クランプ部１４０は、第１ボディ部１１０とウェイトリング１３０との間に設けられ、第１ボディ部１１０とウェイトリング１３０との間隔を固定するためのものであり、好ましくは、第１ボディ部１１０とウェイトリング１３０との間に複数のクランプ部１４０が設けられる。

このようなクランプ部１４０は、ウェイトリング１３０の下部に上端が固定されるシャフト１４１と、第１ボディ部１１０に固定され、空圧信号に応じてシャフト１４１を固定する空圧駆動部１４２と、を備える。図面符号１４３は、空圧を供給するためのエアフィッティングである。

図５は、図３のＡ－Ａ線に沿った断面構成図であり、理解を容易にするために、第１ボディ部、ウェイトリングおよびクランプ部のみが示されており、構成要素の大きさと比率は誇張されて表現されている。

図５を参照すると、クランプ部１４０は、上端がウェイトリング１３０と第１ボルト１４４とによって固定されるシャフト１４１と、下端が第１ボディ部１１０と第２ボルト１４５によって固定され、シャフト１４１を固定することができる空圧駆動部１４２と、を含み、空圧駆動部１４２に印加される空圧信号に応じて、シャフト１４１は、空圧駆動部１４２内で上下移動するか、或いは位置（高さ）が固定される。

好ましくは、空圧駆動部１４２は、ＮＣ（Ｎｏｒｍａｌ ｃｌｏｓｅ）状態のクランプ機構であり、空圧駆動部１４２に空圧信号が印加される間に、シャフト１４１は、空圧駆動部１４２で上下移動が可能である。これに対し、空圧駆動部１４２に空圧信号が印加されなければ、シャフト１４１は空圧駆動部１４２によって固定され、第１ボディ部１１０とウェイトリング１３０との間隔は固定される。

このようなクランプ部１４０は、Ｚｉｍｍｅｒ社製の「ｃｌａｍｐｉｎｇ ａｎｄ ｂｒａｋｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ」として販売されているＲＢＰＳシリーズのクランプ機構によって提供できるが、これに限定されるものではない。

このように構成された本発明のプローブカードホルダー１００は、ウェーハ（図示せず）がウェーハチャック１２１に保持され、第２ボディ部１２０の上部に第１ボディ部１１０とウェイトリング１３０が積層されて組み立てられ、マグネットチャック１３１とマグネットホルダー１２２が磁力によって固定されることにより、第１ボディ部１１０、第２ボディ部１２０およびウェイトリング１３０は互いに固定される。一方、第１ボディ部１１０、第２ボディ部１２０及びウェイトリング１３０の組み立て過程でクランプ部１４０に空圧信号が印加されることにより、シャフト１４１は、空圧駆動部１４２で上下移動が可能である。以後、最終的に、クランプ部１４０に供給された空圧が遮断されると、クランプ部１４０によって第１ボディ部１１０とウェイトリング１３０との間隔が固定され、これにより、ウェーハとプローブカードの自己位置が固定されることができる。

このように、プローブカードとウェーハは、プローブカードホルダー１００によって精密に自己位置が保持されてモジュール化されることにより運搬が可能であり、検査チャンバーに移送されて検査が行われることができる。

図３では、４つのクランプ部によって固定された第１ボディ部１１０とウェイトリング１３０との間の各位置における間隔Ｈ１～Ｈ４を例示して矢印で示している。理解を容易にするために、各位置での間隔（Ｈ１～Ｈ４）が誇張されて表現されており、本発明は、マグネットチャックと、空圧信号を用いたクランピング部とを採用することにより、水平状態（Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３＝Ｈ４）だけでなく、勾配を有する場合（チルト状態）（Ｈ１≠Ｈ２≠Ｈ３≠Ｈ４）にも、１０μｍ未満の精密な範囲内でその間隔を精密に維持してクランプが可能であることを確認した。

一方、本発明の実施形態では、４つのマグネットチャックと４つのクランプ部が適用されたプローブカードホルダーを例示して説明したが、ウェーハのサイズに応じてマグネットチャックとクランプ部の配置及び数は変わり得る。

以上で説明した本発明は、上述した実施形態及び添付図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱することなく様々な置換、変形及び変更が可能であるのは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって自明であろう。

１００ プローブカードホルダー
１１０ 第１ボディ部
１１１ プローブカード
１１２ ガイド孔
１２０ 第２ボディ部
１２１ ウェーハチャック
１２２ マグネットホルダー
１３０ ウェイトリング
１４０ クランプ部
１３１ マグネットチャック

Claims (6)

1. 中央にプローブカードが設けられ、前記プローブカードの周辺に垂直に貫通したガイド孔を有する第１ボディ部と、
   中央にウェーハの保持されるウェーハチャックが設けられ、前記ガイド孔と対応してマグネットホルダーが設けられる第２ボディ部と、
   前記ガイド孔に挿入されて前記マグネットホルダーと磁力によって固定可能なマグネットチャックが設けられ、前記第１ボディ部の上部で前記第２ボディ部に組み立てられるウェイトリングと、
   前記第１ボディ部と前記ウェイトリングとの間に設けられ、前記第１ボディ部と前記ウェイトリングとの間隔を固定するクランプ部と、を備える、ウェーハ検査用プローブカードホルダー。
2. 前記マグネットチャックは、前記ウェイトリングの下部に少なくとも２つ設けられることを特徴とする、請求項１に記載のウェーハ検査用プローブカードホルダー。
3. 前記クランプ部は、第１ボディ部と前記ウェイトリングとの間に少なくとも２つ設けられることを特徴とする、請求項２に記載のウェーハ検査用プローブカードホルダー。
4. 前記クランプ部は、前記マグネットチャック同士の間に少なくとも１つ設けられることを特徴とする、請求項３に記載のウェーハ検査用プローブカードホルダー。
5. 前記クランプ部は、
   前記ウェイトリングまたは前記第１ボディ部に一端が固定されるシャフトと、
   前記ウェイトリングまたは前記第１ボディ部に固定され、空圧信号に応じて前記シャフトに固定される空圧駆動部と、を備える、請求項１に記載のウェーハ検査用プローブカードホルダー。
6. 前記第１ボディ部と前記ウェイトリングとの間に介在し、組み立て位置を案内するためのガイド部材をさらに備える、請求項１に記載のウェーハ検査用プローブカードホルダー。

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