JPS61183938A

JPS61183938A - オ−トプロ−バ−

Info

Publication number: JPS61183938A
Application number: JP2391985A
Authority: JP
Inventors: Takashi Araki; 高志荒木; Shigeo Murai; 重夫村井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1985-02-09
Filing date: 1985-02-09
Publication date: 1986-08-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】゛　　　　　（ア）技術分野この発明は、半導体ウェハの温度をモニタしながら半導
体ウェハの特性を測定するためのオートプローバーに関
する。

半導体ウェハは、ＦＥＴ、　ＩＣ１ＰＤ　（ホトダイオ
ード）　ＬＥＤ　（発光ダイオード）、ＬＤ（レーデグ
イオード）などの基板として用いられる。ウェハの段階
で、電気的特性、光学的特性などを測定し検査する必要
がある。電気的特性の内、代表的なものは地抵抗である
。これは、オートプローバーのプローブ針をウェハの多
数のサンプリング点に順に接触させ抵抗を測るものであ
る。

またウェハの上にＦＥＴを多数作った場合、そのままの
状態でプローブ針を順に当て、多数のサンプリング点に
於けるピンチオフ電圧を測定することもできる。

（イ）従来技術オートプローバーは、ウェハを置くためのステージと、
ステージを縦横に移動させ、水平方向に回転させる機構
を備えている。ステージには、ウェハを固定するための
空気抜き穴が設けられる。

プローブ針は少くとも２本あって、これらをウェハの適
当なサンプリング点に当てて、諸特性を測定する。

ウェハの電気的、電気光学的特性は温度とともに変化す
ることが多い。そこで、温度を任意に変えて、緒特性を
測定する、という事がなされなければならない。

そこでステージの中にヒータを設けて、これに通電して
ステージを加熱する。

また、ステージの中にパイプを通し、この中に冷却され
たＮ２ガヌを通し、ステージを冷却するようになってい
る。このようにして、室温から１５０℃まで、或は−５
５°Ｃから３００°Ｃまでステージの温度を変化させる
ことができる。

第３図に従来例に係るオートプローバーの断面図を示す
。

半導体ウェハ１が、円形のステージ２の上に置かれてい
る。ステージ２の中にはヒータ３が埋めこまれている。

１４は熱電対を埋めこんだ半導体の小片からなる温度セ
ンサである。

５は真空チャック用の穴で、ここから空気を抜いて、真
空としウェハ１をステージ２へ固定する。

プローブ針６．６はウェハ１の上のサンプリング点に接
触している。

ステージはステンレス、セラミック、しんちゆうなどで
作られる。いずれも熱伝導率が高い。

（り）従来技術の問題点ウェハ１の温度Ｔｗを直接側れないので、温度センサの
温度Ｔｓを測り、これをウェハの温度としている。プロ
ーブ針によって、ウェハの特性を測定した時、その値Ｘ
は、ウェハがＴｓの時の測定値であるＸ（Ｔｓ）とする
のである。

しかし、温度センサの熱電対と、ウェハは熱の流れのベ
クトルに対して、上流側と下流側にあるから、温度が同
一であるわけはない。必ずＴ　ｓｆ＝Ｔｗである。

ウェハ１の上でも熱の吸収７、放出８がある。

ヒータ３がステージ２の下方に埋めこまれているのであ
るから、これを加熱１−だ時、熱量は、ヒーター、熱電
対、ウェハというように流れる。従って、必ず°ｒｓ　
＞　Ｔｗとなる。

差（Ｔｇ−丁Ｗ）が予め分っていれば、ＴｗをＴｓから
推定できるが、必ずしも差が分るわけではない。

さらに、ウェハ１の面内でも、温度Ｔｗが一様　　　“
であるのではない。従来のように、１つの熱電対で、測
定しているだけでは、ウェハ面内での温度分布が全く分
らない。

このような理由で、温度センサ゛１４の温度Ｔｓがウェ
ハの温度子Ｗを表わしているとは言い難い。

第４図はステージ、ウェハに於ける縦方向の温度分布を
示すグラフである。横軸は熱電対から上方へ向けて測っ
た距離である。縦軸は温度である。

熱電対温度をＴｓとし、ステージ内で温度は下降し、ス
テージ上面でＴｐに下っている。ステージに接するウェ
ハの下面ばＴｑで、これはＴｐより少し低い。ウェハ内
でも上へ向うに従って、温度が下υ、測定したい場所で
はＴｗになっている。

このように、Ｔｓｆ−Ｔｗ　　である。

また、従来のヒータは、ステージの中に直線状に配置さ
れるか、又は、円環状に配置されていた。

このため、ステージの上面の温度が一様にならないとい
う欠点もあった。

（１）目　的ステージ上のウェハの貞の温度により近い温度を得るこ
とのできる温度測定機構を持ち、ステージ上面の温度分
布をより均一にしたオートプローバーを与えることが、
本発明の目的である。

（オ）構　　成本発明に於ては、測定物であるウェハと同じ厚み、同じ
表面状態、同じ熱的性質をもつ物体に熱電対を埋めこん
だ構造の温度センナを、測定物と同じ手段でステージ上
に固定できるようにする。

しかも、測定点はウェハの直下ではなく、ウェハと同一
高さにし、２〜８箇所の複数点とする。

さらに、ヒータは、ステージ２の中でらせん状に設けて
、ステージ上面での温度分布を一様にしている。

以下、図面によって説明する。

第１図は本発明の実施例を示すオートプローバの平面図
、第２図は縦断面図である。

試料である半導体ウェハ１は、真空チャックによってス
テージ２の上に固定される。ステージ２に於て竪に貫通
する空気抜き穴５から空気を抜いて、ここを真空状態に
し、ウェハ１を固定する。

ウェハの固定法としての真空チャックは最も普通に行わ
れるものである。

しかし、温度センサについていえば、真空チャックで固
定するというのは、一般的でない。本発明に於ては、複
数の温度センサ４を、ウェハ１の周囲に於て、ステージ
２の上面に真空チャックにより固定する。この点が、本
発明の新規な点のひとつである。

この例では、ウェハ１の周囲に９０°ずつ、４つの温度
センサ４が設けである。ステージ２には、対応する４つ
の空気抜き穴１５が縦に穿孔されている。

温度センサ４はウェハの周囲に設けるので、２以上必要
である。ステージ上面の温度分布が一様であれば、直径
方向に２つの温度センサを設けるだけで足る。しかし、
温度分布が一様でなければ、６つ或は８つの温度センサ
４を設けると良い。

温度センサ４は、半導体ウェハ１と同じ材質、同じ厚み
であることが望ましい。センサ４の主体はもちろん熱電
対であるが、熱電対の先端をウェハと同じ高さに保持す
るため、工夫がなされている。

また、ステージ２内のヒータ３は、単なる直線や円環で
はなく、螺旋状にしている。ステージ上面での温度分布
を均一にするためである。

第５図は温度センサ４の拡大斜視図である。

温度センサ４は、半導体チップ５１に、溝５４を堀り、
熱電対５２の先端を溝５４に入れ、接着剤５３で固定し
たものである。

半導体チップを用いるのは、測定物が半導体であるから
である。最も良いのは、測定物であるウェハと、インゴ
ット中での位置がほぼ同じであったウェハから切り出し
たチップを用いる事である。

Ｇａ　Ａｓウェハの測定の場合は同じ厚みのＧａ　Ａｓ
チップを用いるとよい。この例では、このチップは３Ｎ
Ｍ×３ｆｆの面積をもつチップであり、厚みは測定物で
あるウェハと同一である。また表面状態も測定対象とな
るウェハと同一であるようにする。これらは熱伝導や熱
輻射を、ウェハと同一にするためである。

溝５４は深さが約２００μｍ程度である。接着剤５３は
、電気絶縁性があって、熱伝導性のよいもと１のを選ぶ。ここでは、アロン・セラミツタ（商標名）を
用いた。

熱電対５２は、銅−コンスタンタンを用いた。

これはクロメル−アルメルでもよいし、白金−白金ロジ
ウムでもよいし、またサーミスタでも良いのは勿論であ
る。

（力）効　果（１）温度センサに測定物と同じ厚み、同じ材質の半導
体チップを用いているから、ステージ上面からの温度の
下降分が等しくなる。第４図でいえば、ＴｑＴｗ間の温
度下降がチップ、ウェハにおいてほぼ等しいのである。

（２）測定物と、温度センサの固定方法が同一であるか
ら、ステージ上面と、センサ下面の温度差と、ステージ
上面とウェハ下面の温度差とがほぼ同一になる。第４図
でいえば、Ｔｐ　Ｔｑ間の温度下降がチップ、ステージ
間で実現されるのである。

（３）温度センサは、ステージの内奥にうめこむのでは
なく、ステージの上面に真空チャックにより着脱自在に
固定する。同じステージ上面にあるのであるから、ヒー
タとの距離がほぼ等しく、ヒータからの温度下降もほぼ
等しい。第４図でいえば、Ｔｓ　Ｔｐ間の温度降下と同
じものがこれによって得られるということである。ただ
し、ここで、原点はヒータの位置として読みかえられる
べきで、Ｔｓはヒータ温度と考えられるべきである。

（４）　　ヒータを螺旋状にしたので、ヒータを含む水
平面に於ける温度は一様になる。従って、ステージの内
部に於て、同一水平面内の温度が均一になる。これは、
第４図に於て、Ｔｓ（ヒータ近傍の温度）が一様だとい
うことである。

（５）　　このようにして、ヒータと、温度センナを結
ぶ熱伝導経路と、ヒータとウェハを結ぶ熱伝導経路とが
同一になるので、ウェハの温度Ｔｗと、温度センサＴ１
、Ｔ２、・・・の温度とはほぼ等しい。

（６）　　ＴＩ、　Ｔ２、・・・の値が等しくない場合
は平均値をとると良い。また、数個の温度センサ温度Ｔ
１、Ｔ２、・・・から、ウェハ面内の（ｘｌｙ）点の温
度Ｔｗ（ｘ、ｙ）を推定することもできる。いずれにし
ても、第３図のものに比して精度が著しく向上する。

同じウェハ、同じステージ（寸法、形状）を用いて、本
発明方法と従来法で同時に温度を測定した。従来法で３
０１．５°に１本発明法で３００．７°にであった。

この状態で、ウェハ表面にＮ２ガヌの風を送り、熱の放
散をより激しくした。

従来法では、３０１．３′）Ｋ、本発明の方法では３０
０．４°にであった。レスポンスも本発明の方が速かっ
た。

このような差は、３００°に付近で１例えばＧａＡｓウ
ェハの電気抵抗を測定した場合、約６％はど、その値に
影響する。

（７）　　このように本発明によれば、ウェハのよシ正
確な温度を測定する事が可能になる。従って、電気的、
磁気的、光学的測定値とその値に対応する温度とを厳密
に知ることができる。このためバンドギャップや活性化
エネルギーなど半導体についての情報の信頼性が確実に
増加する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかるオートプローバーの平
面図。第２図は第１図の縦断面図。第３図は従来のオートプローバーの縦断面図。第４図はステージに於て無電対からの垂直距離に対し温
度変化を模式的に示したグラフ。第５図は本発明のオートプローバーに用いる温度センサ
の拡大斜視図。１　・・・・・・・・・半導体ウェハ２　、、、、、、、、、、、、ステージ３　、、、、、
　、、、、ヒ　−　タ４・・・・・・・−・・温度センサ５・・・・・・・空気抜き穴６・・・・・・・・・・・プローブ針７・・・・・・・・・・・・輻射吸収８・・・・・・・・輻射放出１５・・・・・・・・・・・・空気抜き穴５１・・・・
・・・・・・・半導体チップ５２・・・・・・・・・・
・熱　　電　　対５３・・・・・・・・接　着　剤５４・・・・・・・・・・溝発明者　荒木高志村井重夫第１図第２図＠　３　図第５図手続補正書（自発）昭和６０年３月１４日特許庁長官　志　賀　　　学　　殿特願昭６０　−　２３９１９２、発明の名称オートプローバー３、補正をする者事件との関係　　特許出願人居　所大阪市東区北浜５丁目１５番地名　称（２１３）住友電気工業株式会社代表者社長　川
　上　哲　部４、代　理　人弓５３７住　所大阪市東成区中道３丁目１５番１６号毎日東ビル
７０４　雷０６　（９７４）６３２１６、補正の内容（１）第２頁４行目「地抵抗」を「比抵抗」と訂正する。（２）第２頁４行目から６行目「これは・・・・測るものである」を「コレハオートプローパーのプローブ針をウェハ上のサ
ンプリング点に当て、電流と電圧の関係から求められる
」と訂正する。（３）第２頁１６行目「少くとも２本」を「少なくとも１本」と訂正する。（４）第３頁１８行目「プローブ針６．６は」を「プローブ針６は」と訂正す
る。（５）第７頁１７行目「６つ或は８つの」を「６つ或は８つの様に複数個の」
と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

　半導体ウエハ１を載せて真空チャックによつて固定す
るステージ２と、ステージ２の中に設けられたヒータ３
と、半導体ウエハ１と同じ材質で同じ厚みの半導体チッ
プ５１の中に熱電対５２を埋めこんだ複数の温度センサ
４と、半導体ウエハ１の上に接触させるべきプローブ針
６とよりなり、複数の温度センサ４は、半導体ウェハ１
の周囲においてステージ２の上面に真空チャックによつ
て固定されることを特徴とするオートプローバー。