JP2007180412A - プローバ - Google Patents

Abstract

【課題】プローバのチラーシステムにおいて、供給経路及び回収経路における冷却液の温度上昇を低減して、冷却能力の低減及びエネルギ消費の低減を図る。
【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、冷却液源からチャック冷却液経路に冷却液を供給する供給経路29Aと、チャック冷却液経路から冷却液源に冷却液を回収する回収経路29Bと、を備え、供給経路と回収経路は、少なくとも一部が互いに接して設けられている。
【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から供給経路２９Ａ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。チャック冷却液経路２７を通過した冷却液は、回収経路２９Ｂを介して冷却液源２８に回収される。ここでは、チャック冷却液経路２７、冷却液源２８、供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂ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。更に、ウエハチャック１８の表面近傍に温度センサ４１が設けられ、冷却液源２８の制御部４２は、温度センサ４１の検出したウエハチャック１８の表面温度に応じて冷却液源２８から供給する冷却液源の温度を制御する。

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１８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、供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂ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、可撓性の供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂ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、供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂ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。

特開２００１−２１０６８３号公報（全体）

供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂは可撓性のホースなどで構成され、冷却液がホースの内部を流れる。供給経路２９Ａは室温内に配置されるため、冷却液は供給経路２９Ａ内を流れている間に外部から吸熱して温度が上昇するという問題がある。そのため、供給経路２９Ａは断熱材などで被覆されているが、断熱性を向上するのはコストや可撓性などの点から難しく、温度上昇は避けられない。そのため、冷却液源２８からはウエハチャック１８の設定温度より低い温度の冷却液を供給しており、冷却液源２８はその分を考慮して冷却能力を設定する必要がある。

また、回収経路２９Ｂを流れる冷却液も通常は室温より低い温度であり、チャック冷却液経路２７から冷却液源２８に至る間に温度が上昇する。冷却液源２８は、回収した冷却液を再び所定温度まで冷却して供給経路２９Ａに供給しており、回収する冷却液の温度が上昇すると、その分余分な冷却を行う必要があり、その分を考慮して冷却能力を設定する必要がある上、余分なエネルギを消費することになる。

上記の冷却液の温度上昇は、供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂが長いとより大きくなる。上記のように、冷却液源２８はウエハチャック１８から離れた位置に配置されるため、供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂは長くする必要があり、無視できない問題となる。

本発明は、上記のような問題を解決するもので、冷却液が供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂを流れる間の温度上昇を低減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、冷却液の供給経路と回収経路の少なくとも一部を互いに接して設ける。

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、前記冷却液源から前記チャック冷却液経路に冷却液を供給する供給経路と、前記チャック冷却液経路から前記冷却液源に冷却液を回収する回収経路とを備え、前記供給経路と前記回収経路は、少なくとも一部が互いに接して設けられていることを特徴とする。

チャック冷却液経路に供給された冷却液は、ウエハチャックを冷却するため、チャック冷却液経路から回収経路に排出される時には温度が上昇しているが、それでも周囲の温度より低い。そのため、供給経路に回収経路を接して設ければ、供給経路と回収経路の温度差は、供給経路と周囲との温度差より小さいため、供給経路内の冷却液の温度上昇を低減できる。

同様に、回収経路も供給経路と接しているので、周囲と接している場合に比べて回収経路内の冷却液の温度上昇を低減できる。

供給経路内の冷却液の温度上昇を低減する上では、供給経路を回収経路内に設けた二重構造にすることが望ましい。

本発明によれば、冷却液源から供給経路、チャック冷却液経路、及び回収経路を通って再び冷却液源に戻る冷却液の循環経路における冷却液の温度上昇が低減され、冷却液源の冷却能力を低く設定することができるので、冷却液源のコストを低減できると共に、エネルギ消費を低減してランニングコストを低減できる。

図２の（Ａ）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り、図２の（Ｂ）は変形例の概略構成を示す図である。実施例のプローバは、チラーシステムの供給経路及び回収経路以外の部分は図１に示した従来のプローバと同じ構成を有する。

図２の（Ａ）に示すように、実施例においては、供給経路２９Ａの周りに回収経路２９Ｂが形成された一体の２重構造、すなわち供給経路２９Ａが回収経路２９Ｂ内に設けられた構造のホースになっている。供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂを有する２重構造のホースの一方の端には、冷却液源２８の継手５１につながれる継手５２が設けられ、他方の端には、ウエハチャック１８のチャック冷却液経路２７につながる継手５４につながれる継手５３が設けられている。

継手５１と５２及び継手５３と５３は、供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂの両方の経路をワンタッチで接続する継手である。

図２の（Ａ）に示すように、実施例のプローバのチラーシステムでは、供給経路２９Ａが回収経路２９Ｂに覆われており、ウエハチャック１８の温度が安定した状態では、供給経路２９Ａ内の冷却液の温度と回収経路２９Ｂ内の冷却液の温度との差は数度であり、供給経路２９Ａが直接周囲に接触している場合に比べて、供給経路２９Ａ内の冷却液の温度上昇を小さい。また、回収経路２９Ｂは外側が周囲に接しているが、内側は供給経路２９Ａに接しているので、回収経路２９Ｂの全周が周囲に接している場合に比べて、回収経路２９Ｂ内の冷却液の温度上昇は小さい。

従って、供給経路２９Ａ及び回収経路２９Ｂが直接周囲に接している従来例に比べて、冷却液源２８の冷却能力を低く設定することができる。また、冷却液源２８の冷却量を低くできるので、エネルギ消費を低減してランニングコストを低減できる。

図２の（Ａ）の実施例では、供給経路２９Ａの周りに回収経路２９Ｂが形成された一体の２重構造を用いたが、供給経路２９Ａと回収経路２９Ｂの一部が接するようにしても従来例に比べて供給経路２９Ａと回収経路２９Ｂ内の冷却液の温度上昇を低減できる。図２の（Ｂ）は、そのような変形例を示す図である。

図２の（Ｂ）の変形例では、供給経路２９Ａと回収経路２９Ｂの一方の側が接するようにしている。冷却液源２８の冷却液供給口の継手６１に供給経路２９Ａの一方の継手６２がつながれ、ウエハチャック１８のチャック冷却液経路２７の供給口の継手６４に供給経路２９Ａの他方の継手６３がつながれ、ウエハチャック１８のチャック冷却液経路２７の排出口の継手６８に回収経路２９Ｂの一方の継手６７がつながれ、冷却液源２８の冷却液回収口の継手６５に回収経路２９Ｂの他方の継手６６がつながれる。継手６１から６８は、通常のどのような継手でもよい。

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
２９Ａ 供給経路
２９Ｂ 回収経路
Ｗ ウエハ

Claims (2)

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、
   前記冷却液源から前記チャック冷却液経路に冷却液を供給する供給経路と、
   前記チャック冷却液経路から前記冷却液源に冷却液を回収する回収経路と、を備え、
   前記供給経路と前記回収経路は、少なくとも一部が互いに接して設けられていることを特徴とするプローバ。
2. 前記供給経路と前記回収経路は、前記供給経路を前記回収経路内に設けた二重構造を有する請求項１に記載のプローバ。

Images