特許 6889959 ウェハチャック及びプローバ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6889959

(24)【登録日】2021年5月26日

(45)【発行日】2021年6月18日

(54)【発明の名称】ウェハチャック及びプローバ装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20210607BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20210607BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/66 B

   H01L21/68 N

【請求項の数】3

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2020-191036(P2020-191036)

(22)【出願日】2020年11月17日

【審査請求日】2020年11月17日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】399028078

【氏名又は名称】ハイソル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】柳井 博文

【審査官】 堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０８９６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４９１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４９６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４２３８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェハを載置する金属製チャックトップと、
前記ウェハに接触させるバネ式コンタクトプローブと、
前記金属製チャックトップと前記バネ式コンタクトプローブとを絶縁させる絶縁部材と、
前記ウェハを加熱冷却する加熱冷却ブロックとを備え、
前記バネ式コンタクトプローブは、前記絶縁部材を介して前記金属製チャックトップに形成された第１開口部に挿入されており、
前記バネ式コンタクトプローブは、電極ピンと、該電極ピンを進退可能に挿入する筒状ホルダーと、前記電極ピンと前記筒状ホルダーとを連結し、前記ウェハと前記電極ピンとの接触により圧縮状態になるバネとを備え、
前記加熱冷却ブロックと前記筒状ホルダーとは、接触している
ことを特徴とするウェハチャック。

【請求項2】

請求項１に記載のウェハチャックであって、
前記金属製チャックトップと前記加熱冷却ブロックとの間には、２枚の絶縁板で挟まれた金属板が介挿されており、
前記金属板には、前記絶縁部材が挿入される第２開口部が形成されている
ことを特徴とするウェハチャック。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載のウェハチャックと、
前記金属製チャックトップを介して前記ウェハに電流を流し、前記ウェハに接触した前記バネ式コンタクトプローブの電位を測定する計測装置と
を備えることを特徴とするプローバ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェハを載置するウェハチャック及びプローバ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のＩＣチップが形成されたウェハの電気特性試験では、ウェハとウェハチャックとの接触抵抗が測定値に与える影響を低減させる必要がある。そのため、ウェハに電流を流すプローブの他に、ウェハの電位を計測するプローブを設けるケルビン接続が多用される。

【0003】

例えば、特許文献１には、ステージの全面に複数のコンタクトピンを配列すると共に、可動するコンタクト片によりコンタクトピンを選択的に押圧する半導体試験装置が開示されている。これにより、このコンタクト片に対応する特定部位（チップ）でコンタクトピンを半導体ウェハの裏面に当接させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開2004-311799号公報（図２、段落0001,0019,0029）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の半導体試験装置では、ステージの全面に複数のコンタクトピンを配列する必要性から、ステージを絶縁体で形成している。このため、特許文献１に記載の半導体試験装置では、ウェハチャックを用いて、測定電位を安定にするときに必要な、金属のチャックトップや２枚の絶縁物で挟まれた金属ガードを設けることができない。なお、特許文献１に記載の技術は、ウェハに形成されたチップを個別に試験するものなので、ウェハ温度を変える温度試験には向かない。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、載置されたウェハの電位を安定にすることができるウェハチャック及びプローバ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的を達成するために、本発明のウェハチャックは、ウェハ（１）を載置する金属製チャックトップ（２）と、前記ウェハに接触させるバネ式コンタクトプローブ（６）と、前記金属製チャックトップと前記バネ式コンタクトプローブとを絶縁させる絶縁部材（例えば、絶縁パイプ７）と、前記ウェハを加熱冷却する加熱冷却ブロックとを備え、前記バネ式コンタクトプローブは、前記絶縁部材を介して前記金属製チャックトップに形成された第１開口部（２ａ）に挿入されており、前記バネ式コンタクトプローブは、電極ピンと、該電極ピンを進退可能に挿入する筒状ホルダーと、前記電極ピンと前記筒状ホルダーとを連結し、前記ウェハと前記電極ピンとの接触により圧縮状態になるバネとを備え、前記加熱冷却ブロックと前記筒状ホルダーとは、接触していることを特徴とする。なお、括弧内の符号や文字は、実施形態において付した符号等であって、本発明を限定するものではない。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、載置されたウェハの電位を安定にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態であるウェハチャックの構成図である。

【図2】本発明の実施形態であるウェハチャックの外観図である。

【図3】バネ式コンタクトプローブの構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）につき詳細に説明する。なお、各図は、本実施形態を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

【0011】

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態であるチャックユニットの構成図であり、図２は、その外観図である。
ウェハチャック１００は、ウェハ１を載置した状態で、電気特性（電圧電流特性）を計測するために使用される。ウェハチャック１００では、計測時にケルビン接続を行うため、ウェハチャック１００の表面とウェハ１の裏面との接触抵抗の影響が少ない。また、ウェハチャック１００と計測装置２０とによってプローバ装置２００が構成される。なお、ウェハ１には、裏面側のＳｉ基板で繋がる複数のＩＣチップ１ａが形成されている。

【0012】

ウェハチャック１００は、チャックトップ２と、インシュレータ３と、ガード４と、インシュレータ５と、加熱冷却ブロック８とが積層されたものである。チャックトップ２、インシュレータ３、ガード４及びインシュレータ５の中心部には、開口部２ａ，３ａ，４ａ，５ａが形成されており、その開口部２ａ，３ａ，４ａ，５ａには、加熱冷却ブロック８の上面に達する絶縁パイプ７が挿入されている。その絶縁パイプ７には、バネ式コンタクトプローブ６が挿入されている。なお、加熱冷却ブロック８は、ペルチェモジュール１０の上面に積層されている。

【0013】

チャックトップ２は、ウェハ１を載置する円形状の金属板（例えば、ＯＦＣ（Oxygen-Free Copper））である。なお、図示しないが、チャックトップ２には、半導体を吸着する吸着溝や空気を吸入する貫通孔等が形成されている。インシュレータ３，５は、ガード４を挟むように形成された絶縁セラミック板である。ガード４は、ＳＵＳの金属薄板であり、接地電位等に維持することにより、チャックトップ２やウェハ１の電位変動を少なくする。

【0014】

加熱冷却ブロック８は、ＯＦＣにより構成されており、その下側に配設されたペルチェモジュール１０により加熱・冷却される。これにより、ウェハ１の全面を加熱・冷却することができる。なお、加熱冷却ブロック８の内部に冷却空気を通流する通流孔（不図示）が形成されることもある。加熱冷却ブロック８の側面には、温度センサ９が挿入されており、ペルチェモジュール１０を用いた温度制御を可能にしている。

【0015】

図３は、バネ式コンタクトプローブの模式図である。
バネ式コンタクトプローブ６は、ホルダー６ａと、電極ピン６ｂと、バネ部材６ｃとを備える。ホルダー６ａは、電極ピン６ｂが挿入される有底筒状の金属部材である。電極ピン６ｂは、略半球状の電極と当接部６ｅとが形成された金属の軸体である。ホルダー６ａの内周面の高さ方向の中間部には、電極ピン６ｂの当接部６ｅが上下動する凹部６ｆが形成されている。バネ部材６ｃは、コイルばねであり、圧縮状態で、一端が当接部６ｅに当接し、他端がホルダー６ａの凹部下部６ｇに当接する。これにより、電極ピン６ｂの先端は、ウェハ１（図１）の自重によって押圧されると、ホルダー６ａに対して退行（ホルダー６ａ内に没入）する。

【0016】

図１の説明に戻り、計測装置２０は、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＡ／Ｄ変換器を備え、記憶部に格納された制御プログラムを実行することにより、測定機能と、ペルチェモジュール１０を温度制御する制御機能とを実現する。

【0017】

計測装置２０には、ウェハ１の上面に接触する電流用プローブ２１および電圧用プローブ２２と、チャックトップ２に接続される接続線２３と、バネ式コンタクトプローブ６に接続される接続線２４とが繋がれている。電流用プローブ２１は、ウェハ１に形成されたＩＣチップ１ａの電極に接続する。電圧用プローブ２２は、ＩＣチップ１ａの同一電極に接触されることもあるが、電気的に接続された他の電極に接触されることもある。チャックトップ２及びバネ式コンタクトプローブ６は、ウェハ１の裏面に接触している。

【0018】

計測装置２０は、電流用プローブ２１とチャックトップ２とを介して、ウェハ１に電流を流す。ウェハ１に電流を流した状態で、バネ式コンタクトプローブ６を用いて、ウェハ１の裏面の電位を測定することができる。このウェハ１の裏面の電位は、チャックトップ２とウェハ１の裏面との間の接触抵抗の影響を受けない。

【0019】

また、計測装置２０は、ウェハ１に電流を流した状態で、バネ式コンタクトプローブ６と電圧用プローブ２２との電位差を測定することができる。この電位差は、ウェハ１の裏面とチャックトップ２との間の接触抵抗と、電流用プローブ２１とＩＣチップ１ａの電極との間の接触抵抗との双方の影響を受けない。

【0020】

以上説明したように、本実施形態のウェハチャック１００及びプローバ装置２００によれば、ウェハ１に電流を流した状態で、バネ式コンタクトプローブ６を用いて測定したウェハ１の裏面の電位は、チャックトップ２とウェハ１の裏面との間の接触抵抗の影響を受けない。

【0021】

また、チャックトップ２は、金属製なので、ウェハ１の裏面電位が略一定になる。また、チャックトップ２の下面には、インシュレータ３、ガード４及びインシュレータ５の積層物１１を設けているので、ガード４を接地電位にすることにより、チャックトップ２及びウェハ１の電位が安定する。

【0022】

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が可能である。
（１）前記実施形態の絶縁パイプ７は、チャックトップ２、インシュレータ３、ガード４及びインシュレータ５に開口部２ａ，３ａ，４ａ，５ａを形成し、開口部２ａ，３ａ，４ａ，５ａに絶縁パイプ７を挿入していたが、チャックトップ２及びガード４に開口部２ａ，４ａを形成し、開口部２ａ，４ａに絶縁部材を挿入すれば足りる。また、絶縁部材を用いて、バネ式コンタクトプローブ６を開口部２ａ，４ａの内部で支持すれば足りる。

【0023】

（２）前記実施形態では、ペルチェモジュール１０を用いて加熱冷却ブロック８を加熱冷却したが、平面ヒータや誘導加熱装置等を用いて、ペルチェモジュール１０の最大温度仕様値よりも高い温度まで加熱しても構わない。なお、バネ式コンタクトプローブ６のバネ部材６ｃは、２００℃程度までであれば、例えば、ＳＵＳ系の材質で足りるが、２００℃以上の高温に耐える所定の耐熱合金にすることが好ましい。

【0024】

（３）前記実施形態では、チャックトップ２の下面にインシュレータ３、ガード４及びインシュレータ５の積層物１１を配設していたが、積層物１１を配設しなくても構わない。チャックトップ２が金属なので、チャックトップ２の電位に対するウェハ１の電位変動が少ない。

【符号の説明】

【0025】

１ ウェハ
１ａ ＩＣチップ
２ チャックトップ
２ａ 開口部（第１開口部）
３，５ インシュレータ（絶縁板）
３ａ，４ａ，５ａ 開口部（第２開口部）
４ ガード（金属板）
６ バネ式コンタクトプローブ
７ 絶縁パイプ（絶縁部材）
１０ ペルチェモジュール
１１ 積層物
２０ 計測装置
１００ ウェハチャック
２００ プローバ装置

【要約】

【課題】載置されたウェハの電位を安定にする。
【解決手段】ウェハ１を載置する金属製チャックトップ２と、ウェハ１に接触させるバネ式コンタクトプローブ６と、金属製チャックトップ２とバネ式コンタクトプローブ６とを絶縁させる絶縁パイプ７と、金属製チャックトップ２を介してウェハ１に電流を流し、ウェハ１に接触したバネ式コンタクトプローブ６の電位を測定する計測装置とを備え、バネ式コンタクトプローブ６は、絶縁パイプ７を介して金属製チャックトップ２に形成された第１開口部２ａに挿入されている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】