JP2007134545A - プローバ - Google Patents

Abstract

【課題】設定温度を高温から低温に変更する時の変更に要する時間を短縮したプローバの実現。
【解決手段】ウエハW上に形成された複数の半導体装置をテスタで検査をするために、テスタの各端子を半導体装置の電極に接続するプローバであって、ウエハを保持するウエハチャック18と、ウエハチャック18を冷却して保持したウエハを低温にするチラーシステムと、を備え、チラーシステムは、冷却液を供給する冷却液源28と、ウエハチャックを冷却するように設けられたチャック冷却液経路27と、チャック冷却液経路のバイパス経路41と、冷却液源からチャック冷却液経路及びバイパス経路に冷却液を循環させる循環経路29と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップ（ダイ）の電気的な検査を行うためにダイの電極をテスタに接続するプローバに関し、特にウエハを保持するウエハチャックを冷却して低温環境で検査が行えるプローバに関する。

半導体製造工程では、薄い円板状の半導体ウエハに各種の処理を施して、半導体装置（デバイス）をそれぞれ有する複数のチップ（ダイ）を形成する。各チップは電気的特性が検査され、その後ダイサーで切り離なされた後、リードフレームなどに固定されて組み立てられる。上記の電気的特性の検査は、プローバとテスタで構成されるウエハテストシステムにより行われる。プローバは、ウエハをステージに保持し、各チップの電極パッドにプローブを接触させる。テスタは、プローブに接続される端子から、電源および各種の試験信号を供給し、チップの電極に出力される信号をテスタで解析して正常に動作するかを確認する。

半導体装置は広い用途に使用されており、−５５°Ｃのような低温環境や、２００°Ｃのような高温環境でも使用される半導体装置（デバイス）もあり、プローバにはこのような環境での検査が行えることが要求される。そこで、プローバにおいてウエハを保持するウエハチャックのウエハ載置面の下に、例えば、ヒータ機構、チラー機構などのウエハチャックの表面の温度を変えるウエハ温度調整手段を設けて、ウエハチャックの上に保持されたウエハを加熱又は冷却することが行われる。

図１は、ウエハ温度調整手段を有するプローバを備えるウエハテストシステムの概略構成を示す図である。図示のように、プローバ１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７と、ウエハチャック１８と、ウエハアライメントカメラ１９と、支柱２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダ２３と、カードホルダ２３に取り付けられるプローブカード２４と、を有する。プローブカード２４には、カンチレバー式のプローブ２５が設けられる。移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７は、ウエハチャック１８を３軸方向及びＺ軸を中心として回転する移動・回転機構を構成する。移動・回転機構については広く知られているので、ここでは説明を省略する。プローブカード２４は、検査するデバイスの電極配置に応じて配置されたプローブ２５を有し、検査するデバイスに応じて交換される。なお、プローブの位置を検出する針位置合わせカメラ１９や、プローブをクリーニングするクリーニング機構などが設けられているが、ここでは省略している。

テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体３１に設けられたコンタクトリング３２とを有する。プローブカード２４には各プローブに接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テスタ本体３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。プローバ１０は、ウエハテストにおいてテスタ３０と連携して測定を行うが、その電源系や機構部分はテスタ本体及びテストヘッドとは独立した装置である。

検査を行う場合には、図示していない針位置合わせカメラでプローブ２５の先端位置を検出する。次に、ウエハチャック１８に検査するウエハＷを保持した状態で、ウエハＷがウエハアライメントカメラ１９の下に位置するように、Ｚ軸移動台１６を移動させ、ウエハＷ上の半導体チップの電極パッドの位置を検出する。１チップのすべての電極パッドの位置を検出する必要はなく、いくつかの電極パッドの位置を検出すればよい。また、ウエハＷ上のすべてのチップの電極パッドを検出する必要はなく、いくつかのチップの電極パッドの位置が検出される。

プローブ２５の位置及びウエハＷの電極の位置を検出した後、チップの電極パッドの配列方向がプローブ２５の配列方向に一致するように、θ回転部１７によりウエハチャック１８を回転する。そして、ウエハＷの検査するチップの電極パッドがプローブ２５の下に位置するように移動した後、ウエハチャック１８を上昇させて、電極パッドをプローブ２５に接触させる。そして、テスタ本体３１から、コンタクトリング３２を介して電極に電源及びテスト信号を供給し、電極に出力される信号を検出して正常に動作するかを確認する。

以上が、ウエハテストシステムの概略構成であるが、ウエハチャックを加熱又は冷却し、保持したウエハＷを高温又は低温にして検査できるプローバでは、ウエハチャック１８内に、ヒータ２６及びチャック冷却液経路２７が設けられる。チャック冷却液経路２７には冷却液源２８から循環経路２９を介して冷却液が流され、ウエハＷを保持するウエハチャック１８の表面を冷却する。ここでは、チャック冷却液経路２７、冷却液源２８及び循環経路２９で構成される部分をチラーシステムと称する。また、ヒータ２６は発熱してウエハＷを保持するウエハチャック１８の表面を加熱する。

ウエハチャック１８内には、他にもウエハＷを真空吸着するための真空経路などが設けられ、ウエハチャック１８内におけるヒータ２６、チャック冷却液経路２７及び真空経路の配置については各種の変形例がある。

ウエハを所定の設定温度にして検査を行う場合、ウエハＷをウエハチャック１８に保持した状態で、ウエハチャック１８が所定の設定温度になるようにヒータ２６又はチラーシステムを動作させる。ウエハチャック１８は、アルミニューム、銅などの金属や、熱伝導性の良好なセラミックなどの材料で作られている。

以上説明したプローバ及びウエハテストシステムの構成は、広く知られているので、ここではこれ以上の説明を省略する。

また、特許文献１は、ウエハチャック１１の表面を複数の領域に分割し、各領域毎に独立に制御可能な温度調整機構（加熱機構とチラーシステム）及び温度センサを設け、各温度センサの検出した温度に基づいて各領域の温度調整機構を制御することを記載している。

上記のように、チラーシステムは、チャック冷却液経路２７、冷却液源２８及び循環経路２９で構成されるが、冷却液源２８は、冷却液を所定の温度に冷却する部分であり、熱交換機などを有するので、大きく重い部分である。このような冷却液源２８をウエハチャック１８に近接して配置して、移動・回転機構で移動及び回転することはできない。そこで、図１に示すように、冷却液源２８は、離れた位置に配置され、可撓性の循環経路２９で接続しているが、冷却液源２８をウエハチャック１８の移動範囲に配置することはできないので、冷却液源２８はかなり離れた位置に配置する必要があり、循環経路２９はかなりの長さを有することになる。なお、冷却液源２８はプローバ１０の筐体内に配置されることも、筐体の外部に配置されることもある。

検査を行う時の設定温度が室温より高い場合、ヒータ２６のみを動作させても設定温度に調整することができ、チャック冷却液経路２７に冷却液を循環させると逆に効率が悪くなる。そのため、設定温度が室温より高い場合、冷却液源２８から循環経路２９への冷却液の供給及び循環経路２９から冷却液源２８への冷却液の回収は行わない。この場合、冷却液源２８自体の動作を停止する場合も、冷却液源２８は動作するが、循環経路２９との間の冷却液の供給及び回収を行わない場合がある。いずれにしろ、循環経路２９内の冷却液は循環しないので、循環経路２９及びその内部の冷却液の温度は室温に近い温度又は室温より高い温度になる。

特開２００１−２１０６８３号公報（全体）

検査を行う時の設定温度を室温より高い温度から室温より低い温度に切り換える場合、冷却液源２８が冷却液を低い設定温度にするように動作を開始すると共に、循環経路２９との間の冷却液の供給及び回収を開始する。この場合、上記のように、循環経路２９及びその内部の冷却液の温度は室温に近い温度又は室温より高い温度であり、更にチャック冷却液経路２７、その内部の冷却液及びウエハチャック１８の温度は前の検査の温度である。そのため、低い設定温度に変更する場合には、ウエハチャック１８、チャック冷却液経路２７と循環経路２９及びそれらの内部の冷却液をすべて低い設定温度にする必要があり、それらの部分の設定温度を変更する前の温度と設定温度の差に各部の熱容量を乗じた総熱量を少なくとも奪う必要があり、冷却液源２８はこれらの熱量を冷却液から奪う。冷却液源２８が単位時間当たりに奪うことができる熱量は、冷却能力として決められており、設定温度を変更して検査が行えるまでの時間は、奪う必要のある熱量を冷却能力で除して得られる時間より少なくとも長くなる。

ウエハテストシステムでは、スループットの向上が要求されており、多数のチップ（デバイス）を同時に検査することなどの各種の改良が行われている。そこで、検査の設定温度を変更する時の変更に要する時間も低減することが要求されている。

本発明は、上記のような問題を解決するもので、プローバにおいて設定温度を変更する時の変更に要する時間を短縮することを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明のプローバは、チャック冷却液経路のバイパス経路を設ける。

すなわち、本発明のプローバは、ウエハ上に形成された複数の半導体装置をテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記半導体装置の電極に接続するプローバであって、ウエハを保持するウエハチャックと、前記ウエハチャックを冷却して保持したウエハを低温にするチラーシステムと、を備え、前記チラーシステムは、冷却液を供給する冷却液源と、前記ウエハチャックを冷却するように設けられたチャック冷却液経路と、前記チャック冷却液経路のバイパス経路と、前記冷却液源から前記チャック冷却液経路及び前記バイパス経路に冷却液を循環させる循環経路と、を備えることを特徴とする。

本発明のプローバは、バイパス経路を備えており、ウエハチャックを冷却しない時、すなわちチャック冷却液経路に冷却液を流さない時には、循環経路及びバイパス経路を通して冷却液が循環するようにすれば、ウエハチャック、チャック冷却液経路及びその内部の冷却液は、前の検査の設定温度であるが、それ以外の循環経路２９及びその内部の冷却液の温度は冷却しておくことが可能である。従って、検査を行う時の設定温度を室温より高い温度から室温より低い温度に切り換える場合に奪わなくてはならない熱量は、ウエハチャック、チャック冷却液経路及びその内部の冷却液に各部の熱容量を乗じた量であり、従来例に比べて経路長の長い循環経路及びその内部の冷却液に各部の熱容量を乗じた量を奪う必要がなくなるので、設定温度を切り換えるのに要する時間を短縮できる。

バイパス経路への一方の分岐点からチャック冷却液経路経て他方の分岐点までの長さはできるだけ短いことが望ましい。これは、温度を変更する部分の熱容量をできるだけ小さくするためである。

室温より高い温度での検査が終了する時刻があらかじめ判明している時には、その時刻から循環経路、バイパス経路及びその内部の冷却液を低い設定温度にするのに要する時間だけ前の時刻から冷却液源から循環経路及びバイパス経路への冷却液の循環を開始してもよい。更に、冷却液源の動作時間も考慮して、冷却液源の動作開始時刻を設定してもよい。これにより、不必要なチラーシステムの動作が低減されるので、省電力化が図れる。

本発明によれば、プローバにおいて設定温度を室温以上の高い温度からチラーシステムを動作させる必要のある低い温度に変更する時の変更に要する時間を短縮することができ、プローバのスループットを向上させることができる。

図２は、本発明の実施例のプローバのチラーシステムの概略構成を示す図である。実施例のプローバは、チラーシステム以外は図１に示した従来のプローバと同じ構成を有する。また、冷却液源２８などの構成は従来例と同じである。

図２に示すように、実施例においては、循環経路２９が、ウエハチャック１８の近くの両側の２箇所で分岐しており、分岐した経路がバイパス経路４１を形成している。分岐した２つの経路の一方は、チャック冷却液経路２７を通過し、両側にバルブ４２、４３が設けられている。バイパス経路４１を含む分岐した他方の経路の両側にも、バルブ４４、４５が設けられている。

検査時の設定温度が室温より高い時には、バルブ４２及び４３を閉じ、バルブ４４及び４５を開いて、冷却液源２８が循環経路２９及びバイパス経路４１に冷却液を循環させる。この時、チャック冷却液経路２７を冷却液が循環しないので、ウエハチャック１８を冷却することはない。

検査時の設定温度が室温より低い時には、バルブ４２及び４３を開き、バルブ４４及び４５を閉じて、冷却液源２８が循環経路２９及びチャック冷却液経路２７に冷却液を循環させる。これにより、ウエハチャック１８は冷却される。

例えば、低い設定温度での検査が行われる前に、長時間室温より高い設定温度での検査が行われ、その検査が終了する時刻があらかじめ判明している時には、冷却液源２８からの循環経路２９及びバイパス経路４１への冷却液の循環を停止し、高い設定温度での検査が終了する所定時間前に、循環を開始して、循環経路２９及びバイパス経路４１を低い設定温度にする動作を開始させる。この所定時間は、循環経路２９、バイパス経路４１及びその内部の冷却液を低い設定温度にするのに要する時間から算出される。

さらに、上記の場合、冷却液源２８も動作を停止させ、冷却液源２８が内部の冷却液を含めて低い設定温度になるのに要する時間を上記の所定時間に加えた時間だけ前に冷却液源２８を起動するようにしてもよい。このような制御を行うことで、不必要なチラーシステムの動作が低減されるので、省電力化が図れる。

なお、実施例の説明では、ヒータについては言及しなかったが、高温での検査を行うためにヒータを設けることが望ましいのはいうまでもない。

本発明は、チラーシステムを有するプローバであれば、どのようなものにも適用可能である。

ウエハ温度調整機構を有するプローバを備えるウエハテストシステムの概略構成を示す図である。 本発明の実施例のプローバのチラーシステムの構成を示す図である。

符号の説明

１８ ウエハチャック
２６ ヒータ
２７ チャック冷却液経路
２８ 冷却液源
２９ 循環経路
４１ バイパス経路
４２、４３、４４、４５ バルブ
Ｗ ウエハ

Claims (1)

1. ウエハ上に形成された複数の半導体装置をテスタで検査をするために、前記テスタの各端子を前記半導体装置の電極に接続するプローバであって、
   ウエハを保持するウエハチャックと、
   前記ウエハチャックを冷却して保持したウエハを低温にするチラーシステムと、を備え、
   前記チラーシステムは、冷却液を供給する冷却液源と、
   前記ウエハチャックを冷却するように設けられたチャック冷却液経路と、
   前記チャック冷却液経路のバイパス経路と、
   前記冷却液源から前記チャック冷却液経路及び前記バイパス経路に冷却液を循環させる循環経路と、を備えることを特徴とするプローバ。

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