JP2007129091A - プローバ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で検査するデバイスの温度を正確に設定できるプローバの実現。
【解決手段】プローブ18を有するプローブカード17と、ウエハWを保持するウエハチャック11と、制御部32と、を備え、テスタ21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、ウエハチャック11のウエハを保持する部分を全体的に温度調整し、部分的には温度調整できない温度調整手段31と、ウエハチャックのウエハを保持する部分の複数箇所の温度を検出する複数の温度センサ33A,33B,33Cと、を備え、制御部32は、複数箇所の温度から、検査中の半導体装置に対応する検査対応温度を算出し、検査対応温度に応じて温度調整手段31を調整する。
【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の表面を加熱及び冷却して高温及び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固定し、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、ヒートポンプ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。プローバは、ウエハＷを保持するウエハチャック１１と、検査する半導体チップの電極配置に合わせて作られたプローブ１８を有するプローブカード１７と、制御部１６と、を有する。ウエハチャック１１内には、冷却液経路１２及びヒータ１３が設けられる。冷却液経路１２には冷却装置１４から経路１５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１１の表面を冷却する。また、ヒータ１３は発熱してウエハＷを保持するウエハチャック１１の表面を加熱する。制御部１６は、ウエハチャック１１の表面の近くに設けられた温度センサ１９の検出した温度に基づいて、冷却装置１４及びヒータ１３を制御して、ウエハチャック１１の表面が所望の温度になるようにする。プローバは、この他にも、ウエハチャック１１のＸ、Ｙ及びＺ方向の３軸移動・回転機構、ウエハ上に形成されたダイの配列方向を検出するアライメント用カメラと、プローブの位置を検出する針位置検出カメラと、それらを収容する筐体などが設けられ、上記のプローブカード１７は、筐体に設けられたカードホルダに取り付けられる。このような構成要素は本発明に直接関係しないので、ここでは図示を省略している。

テスタは、テスタ本体２１と、接続部２２と、接続部２２の端子とプローブカード１７の端子を電気的に接続するコネクション部２３と、を有する。コネクション部２２は、バネを使用した接続端子機構、いわゆるスプリングピン構造を有する。プローバは、ウエハテストにおいてテスタ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。

ウエハチャック１１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１１内における冷却液経路１２、ヒータ１３及び真空経路の配置については各種の変形例がある。以下の説明では、冷却液経路１２及び冷却装置１４を含めた冷却機構と、ヒータ１３を含む加熱機構をまとめてウエハ温度調整手段と称する。従って、ウエハ温度調整手段が、冷却機構と加熱機構の一方のみを有する場合もある。

ウエハ温度調整手段は、ウエハチャック１１に保持されたウエハＷを、例えば、−５５°Ｃから＋２００°Ｃまでの任意の温度に設定できる。ウエハ温度調整手段は、ヒートポンプ機構などで実現することも可能である。

ウエハを所定の温度にして検査を行う場合、ウエハＷをウエハチャック１１に保持した状態で、制御部１６は温度センサ１９の検出した温度に基づいてウエハ温度調整手段を制御し、ウエハチャック１１が所定の温度になるようにする。ウエハチャック１１は、アルミニューム、銅、セラミックなどの熱伝導性の良好な材料で作られており、ウエハＷを保持する表面はほぼ同じ温度になると考えられている。従って、温度センサ１９は１個だけ設けられ、検出したウエハチャック１１の温度は、他の部分でも同じであるとして制御が行われる。

更に、ウエハＷは薄い板状であり、ウエハチャック１１に吸着されて保持された状態では、ウエハＷとウエハチャック１１の表面の熱抵抗は十分に小さく、ウエハＷの全面が短時間でウエハチャック１１の表面温度になると考えられている。

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。

特開２００１−２１０６８３号公報（全体）

デバイスの電気的特性を検査する場合、デバイスに電源及び信号を供給して動作させ、出力信号を検出する。そのため、デバイスは検査時に発熱する。しかし発熱してもウエハチャック１１の熱容量は大きく、またウエハチャック１１の熱伝導度は良好なので、検査中のデバイスの温度は、温度センサ１９で検出できると考えて制御が行われてきた。

しかし、ウエハチャック１１も、内部の構造などのために、表面の熱抵抗が十分に小さくはなく、保持したウエハのデバイスが発熱すると、その部分の温度が他の部分の温度より上昇することがわかった。特に発熱量の大きなデバイスを検査する時で、検査中のデバイスと温度センサが離れている時には、実際の検査中のデバイスの温度と温度センサの検出する温度の差が無視できないことが分かってきた。言い換えれば、検査するデバイスを正確に検査温度に設定することができないという問題があった。

このような問題を解決するため、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手段（加熱機構と冷却機構）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手段を制御することを記載しているが、高コストになるという問題がある。

また、ウエハチャック１１の表面の粗さを低減して、保持したウエハとウエハチャックの表面の温度抵抗を低減することも、検査中のデバイスの温度と温度センサの検出する温度の差を小さくする上で有効であるが、やはり高コストであり、効果も十分とはいえない。

本発明は、このような問題を解決するもので、検査中のデバイスの温度を所望の温度に正確に設定できるプローバを低コストで実現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、ウエハチャックに複数の温度センサを設けてウエハチャックの複数箇所の温度を検出し、複数箇所の温度から、検査中のデバイス（ダイ）に対応する温度を算出し、その温度に応じて温度調整手段を調整する。

すなわち、本発明のプローバは、半導体装置の電極に接触して前記電極をテスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードと、ウエハを保持するウエハチャックと、各部を制御する制御部と、を備え、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、前記ウエハチャックの前記ウエハを保持する部分を全体的に温度調整し、部分的には温度調整できない温度調整手段と、前記ウエハチャックの前記ウエハを保持する部分の複数箇所の温度を検出する複数の温度センサと、を備え、前記制御部は、前記複数の温度センサの検出した複数箇所の温度から、前記複数の半導体装置のうち検査中の半導体装置に対応する検査対応温度を算出し、前記検査対応温度に応じて前記温度調整手段を調整することを特徴とする。

温度センサは低価格であり、複数個の温度センサを設けてもコストの増加は小さい。ウエハチャックに複数の温度センサを設けてウエハチャックの複数箇所の温度を検出すれば、複数箇所の温度から検査中のデバイス（ダイ）に対応する検査対応温度をより正確に算出することができる。温度調整手段は、ウエハチャックのウエハを保持する部分を全体的に温度調整できるだけで部分的には温度調整できないが、温度調整する必要があるのは検査中のデバイスであり、算出した検査中のデバイスに対応する検査対応温度に基づいて温度調整手段を調整すれば、検査中のデバイスを所望の温度にすることができる。もちろん、本発明では検査中のデバイス以外の温度を制御できないが、検査をする上からは問題ない。このように、本発明によれば、従来のプローバにおいて、低コストの温度センサを増加させて制御用ソフトウエアを変更するだけで、検査中のデバイスを所望の温度に正確に設定できるようになる。

検査対応温度を算出する方法は各種ある。

例えば、複数の温度センサの検出した複数箇所の温度のうち、もっとも高い温度を検査対応温度として算出する。これは、検査中のデバイスが発熱することによりウエハチャック及びウエハのその部分の温度が局部的に上昇するので、もっとも高い温度を検出する温度センサは検査中のデバイスにもっとも近いと考えられる。

また、検査中のデバイスの位置は判明しているので、検査中のデバイスにもっとも近い温度センサの検出している温度を検査対応温度として算出してもよい。

また、一般に温度センサの個数はウエハ内のデバイスの個数より少ないので、検査中のデバイスがいずれの温度センサからもある程度離れている場合が生じる。そこで、検査中のデバイスの近傍の複数の温度センサの検出している複数の関連温度を、検査中のデバイスの各温度センサまでの距離に応じて合成して検査対応温度を算出するようにしてもよい。この場合、検査中のデバイスに対応する位置がもっとも温度が高くなると考えられるので、近傍の温度センサの更に周囲の温度センサの検出温度も利用して温度勾配から検査中のデバイスに対応する位置の温度を算出することが望ましい。

また、温度調整手段による温度調整のレスポンス速度は十分に高速ではない場合、あるデバイスの検査が終了して次のデバイスの検査を行う場合、デバイスの位置の検査対応温度が検査温度の許容範囲内にないという場合が起こり得る。一般に、複数のデバイスの検査の順番があらかじめ設定されているので、検査中のデバイスの後に続いて検査することが予測される検査予定デバイスに対応する検査予定対応温度を算出して、検査対応温度及び検査予定対応温度に基づいて、続いて検査することが予測されるデバイスの温度を予測制御するようにしてもよい。例えば、デバイスの検査温度には許容範囲が存在する。そこで、デバイスの検査している時には、そのデバイスの検査対応温度をこの許容範囲内とするように制御するが、このデバイスの検査が終了に近づいた時に、次に検査するデバイスの検査予定対応温度が許容範囲の下限を下回っている場合、検査中のデバイスの検査対応温度が許容範囲の上限まで余裕がある時には、検査対応温度が許容範囲の上限を超えない範囲で温度を上昇させる。

上記の予測制御を行う場合には、上記の対象となるデバイスの近傍の複数の温度センサの検出している複数の温度を、対象デバイスから近傍の各温度センサまでの距離に応じて合成して対応温度を算出する方法を適用することが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、検査中のデバイスの温度を所望の温度に正確に設定できるプローバを低コストで実現できる。

図２は、本発明の実施例のプローバを有するウエハテストシステムの構成を示す図であり、図１に対応し、対応する部分には同じ参照番号を付している。図１の構成と異なる点は、ウエハチャック１１に複数の温度センサ３３Ａ、３３Ｂ、及び３３Ｃが設けられている点である。実際には、より多数の温度センサが設けられることが望ましい。温度センサ３３Ａ、３３Ｂ、及び３３Ｃからの検出信号は、スイッチ３４により選択されて制御部３２に入力される。制御部３２は、例えばコンピュータにより実現され、スイッチ３４を制御していずれの温度センサの出力を入力するかを選択する。選択した温度センサの出力は、制御部３２内のＡ／Ｄ変換器などによりデジタルデータに変換されて処理される。なお、デジタル温度データを出力する温度センサを使用することも可能である。温度調整手段３１は、図１の冷却機構及び／又はヒータなどで構成される部分であり、ウエハチャック１１のウエハＷを保持する表面の温度が調整できればどのようなものでもよい。

温度センサ３３Ａ、３３Ｂ、及び３３Ｃは、例えば低コストのサーミスタなどで実現できるが、小型の温度センサであればどのようなものでもよい。

以下、複数の温度センサの検出した複数の温度データに基づいて温度調整手段３１をどのように制御するかの例を、図３を参照して説明する。

図３は、ウエハチャック１１に設けられた１３個の温度センサＡからＭの配置と、ウエハチャック１１に保持されたウエハＷ上に形成されたダイ（デバイス）の配列を示す。温度センサはできるだけ多数、最大ダイの個数設けられることが望ましいが、コストや配置スペースなどの関係で、ダイの個数より少ない個数設けられることになる。図３では、１３個の温度センサＡからＭを使用し、図示のように配置している。

第１の制御方法では、スイッチ３４を順次切り換えながら（スキャンしながら）複数の温度センサＡからＭの検出した複数箇所の温度データを読み取り、そのうちのもっとも高い温度を検査対応温度とする。検査中のデバイスが発熱することによりウエハチャック１１及びウエハＷの検査中のデバイスの部分の温度が局部的に上昇する。従って、もっとも高い温度を検出する温度センサは検査中のデバイスにもっとも近いと考えられる。

例えば、温度センサＢの位置に対応するダイ１００を検査している時には、ダイ１００が発熱するので、温度センサＢの検出する温度が他の温度センサＡ、ＣからＭの検出する温度より高くなる。また、温度センサＢの近傍のダイ１０１を検査している時には、ダイ１０１が発熱するので、ダイ１０１にもっとも近い温度センサＢの検出する温度が他の温度センサＡ、ＣからＭの検出する温度より高くなる。従って、温度センサＡ、ＣからＭの検出する温度データは無視して、温度センサＢの検出する温度データに基づいて温度調整手段３１を制御して、温度センサＢの検出する温度が所望の温度範囲内になるように制御する。

第２の制御方法は、検査中のデバイスの位置に関する情報を利用する。プローバは、テスタ又はホストコンピュータからの指示でウエハチャック１１を移動して検査するダイの電極をプローブ１８に接触させる。従って、プローバの制御部３２は検査中のダイの位置に関する情報を有している。そこで、スイッチ３４を切り換えて、検査中のデバイスにもっとも近い温度センサの検出している温度を検査対応温度として算出してもよい。この点を除けば、説明は、第１の制御方法と同じであるので説明を省略する。

第３の制御方法は、第２の制御方法と同様に、検査中のデバイスの位置に関する情報を利用する。上記のように、温度センサの個数はウエハＷ上のダイの個数より少ないので、検査中のデバイスの位置が温度センサの位置に一致しない場合が生じる。そこで、第２の制御方法では、検査中のデバイスにもっとも近い温度センサの検出している温度を検査対応温度とした。しかし、これでは検査中のデバイスと温度センサの距離に応じた誤差が生じる。第３の制御方法ではこの誤差を補正する。

第３の制御方法では、デバイス１０２を検査している時には、その周囲の温度センサＣ、Ｄ、Ｇ及びＨの検出した温度データを４つの関連温度データとして利用してデバイス１０２の検査対応温度を算出する。具体的には、検査中のデバイス１０２の位置の温度がもっとも高くなると考えられるので、温度センサＣ、Ｄ、Ｇ及びＨの更に周辺の温度センサＡ、Ｂ、Ｆ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬの検出した温度データを利用して、温度センサＣ、Ｄ、Ｇ及びＨの位置における温度勾配を算出する。そしてこの温度勾配及び検査中のデバイス１０２から温度センサＣ、Ｄ、Ｇ及びＨまでの距離に応じて合成して検査中のデバイス１０２の位置の検査対応温度を算出する。

第４の制御方法は、検査中のデバイスの検査対応温度を算出するだけでなく、検査中のデバイスに続いて検査されるデバイスの位置の温度を予測して制御を行う。一般に、温度調整手段３１による温度調整のレスポンス速度は十分に高速ではなく、ある程度の応答時間が必要である。そのため、あるデバイスの検査が終了して次のデバイスの検査を行う場合、デバイスの位置の検査対応温度が検査温度の許容範囲内にないという場合が起こり得る。この場合、その部分の検査対応温度が検査温度の許容範囲内になるまで待機する必要がある、一般に、ウエハＷ上のデバイスの検査の順番はあらかじめ設定されているので、検査中のデバイスの後に続いて検査することが予測される検査予定デバイスの位置は判明している。そこで、第４の制御方法では、検査予定デバイスの位置に対応する検査予定対応温度を算出して、検査対応温度及び検査予定対応温度に基づいて、続いて検査することが予測されるデバイスの温度を予測制御する。

例えば、検査中のデバイスの検査対応温度は許容範囲であることが必要であり、それを満たすように制御されるが、次に検査するデバイスの位置の検査予定対応温度を、例えば、第３の制御方法で説明した検査対応温度と同様の方法で算出できる。検査予定対応温度が許容範囲内であれば、特に問題はなくそのままの制御を続けるが、検査予定対応温度が許容範囲外、例えば、許容範囲の下限を下回っている場合が起こり得る。その場合には、検査中のデバイスの検査が終了に近づいた時に、検査中のデバイスの位置の検査対応温度が許容範囲の上限を超えない範囲で温度を上昇させるように制御する。これにより、検査予定対応温度は上昇し、許容範囲内に入るか、許容範囲内に入らなくても下限との差が縮小するので、次のデバイスの検査を開始する時の待機時間を短くできる。

第４の制御方法は、デバイス１個当たりの検査時間が短い時には、次に検査するデバイスだけでなく、数個先のデバイスの検査予定対応温度を算出して制御に利用することが望ましい。

以上、本発明の実施例を説明したが、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。例えば、上記の実施例では、同時に検査するのは１個のダイ（デバイス）であるとして説明したが、近年複数個のダイを同時に検査することも行われている。本発明はこのような場合にも同様に適用可能である。

本発明は、高温又は低温などの所定の温度条件でウエハの検査を行うプローバであれば、どのようなものにも適用可能である。本発明を適用することにより、簡単な構成で検査するデバイスの温度を正確に設定することができる。

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。 本発明の実施例のウエハテストシステムの構成を示す図である。 ２実施例における制御方法を説明するための、ウエハチャック上の温度センサの配置を示す図である。

符号の説明

１１ ウエハチャック
１７ プローブカード
１８ プローブ
２１ テスタ本体
３１ 温度調整手段
３２ 制御部
３３Ａ−３３Ｃ 温度センサ
３４ スイッチ
Ａ−Ｍ 温度センサ
Ｗ ウエハ

Claims (6)

1. 半導体装置の電極に接触して前記電極をテスタの端子に接続するプローブを有するプローブカードと、
   ウエハを保持するウエハチャックと、
   各部を制御する制御部と、を備え、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、
   前記ウエハチャックの前記ウエハを保持する部分を全体的に温度調整し、部分的には温度調整できない温度調整手段と、
   前記ウエハチャックの前記ウエハを保持する部分の複数箇所の温度を検出する複数の温度センサと、を備え、
   前記制御部は、前記複数の温度センサの検出した複数箇所の温度から、前記複数の半導体装置のうち検査中の半導体装置に対応する検査対応温度を算出し、前記検査対応温度に応じて前記温度調整手段を調整することを特徴とするプローバ。
2. 前記制御部は、前記複数の温度センサの検出した複数箇所の温度のうち、もっとも高い温度を前記検査対応温度として算出する請求項１に記載のプローバ。
3. 前記制御部は、検査中の検査中半導体装置にもっとも近い温度センサの検出している温度を前記検査対応温度として算出する請求項１に記載のプローバ。
4. 前記制御部は、検査中の半導体装置の近傍の複数の温度センサの検出している複数の関連温度を、前記検査中の半導体装置の近傍の前記複数の温度センサまでの距離に応じて合成して前記検査対応温度を算出する請求項１に記載のプローバ。
5. 前記ウエハ上の前記複数の半導体装置は、検査の順番があらかじめ設定されており、
   前記制御部は、前記複数の温度センサの検出した複数箇所の温度から、検査中の半導体装置の後に続いて検査することが予測される検査予定半導体装置に対応する検査予定対応温度を算出し、前記検査対応温度及び前記検査予定対応温度に基づいて前記温度調整手段を調整する請求項１に記載のプローバ。
6. 前記制御部は、検査中の半導体装置の近傍の複数の温度センサの検出している複数の関連温度を、前記検査中の半導体装置から近傍の前記複数の温度センサまでの距離に応じて合成して前記検査対応温度を算出すると共に、前記検査予定半導体装置の近傍の複数の温度センサの検出している複数の予定関連温度を、前記検査予定半導体装置の近傍の前記複数の温度センサまでの距離に応じて合成して前記検査予定対応温度を算出する請求項５に記載のプローバ。

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