JP2013254905A - 半導体ウエハ用プロービングステージ、半導体検査装置、及びステージの溝幅決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブによるウエハの損傷を従来に比べて低減可能な、半導体ウエハ用プロービングステージ、このステージを備えた半導体検査装置、及びステージの溝幅決定方法を提供する。
【解決手段】薄厚半導体ウエハ７０を載置し吸着保持するステージ１０の載置面２には、吸着装置２０に接続された複数の溝３が形成され、各溝３の溝幅は、せん断スパン比により薄厚半導体ウエハがせん断破壊する幅となるように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハの検査時に当該半導体ウエハを載置する半導体ウエハ用プロービングステージ、及びこのプロービングステージを備えた半導体検査装置、並びに、上記プロービングステージに形成する溝幅の決定方法に関する。

針状のプローブ等の試験治具を用いて、半導体ウエハに形成された複数のチップにおける電気的特性を検査する半導体検査装置が知られている。このような半導体検査装置では、半導体ウエハを載置したステージの上方に固定されたプローブへ、ウエハに形成されたチップを接触させることで、各チップの電気的特性が検査される。このとき、半導体ウエハを載置したステージはアームで移動され、プローブの接触位置を変化させることで、複数のチップが検査される。また、検査工程中にステージ上でウエハの位置がずれると正確な検査ができないため、ステージ上の所定位置にウエハを保持することが必要である。このため、ステージのウエハ載置面に複数本の溝を形成し、この溝内の空気を吸引することでウエハをステージに吸着固定している。

一方、近年、半導体ウエハの薄厚化が進んでいる。薄厚ウエハは、厚みが薄い分、従来のウエハと比べると強度が低くなっている。上述のように、ウエハのチップにおける電気的特性検査の際には、プローブがウエハへ押し付けられる。ここで、プローブの押圧位置が上記溝の位置と重なった場合には、ウエハの下方が空洞となるため、プローブによる押圧荷重により、薄厚ウエハが破壊されてしまうこともある。
このような、溝上におけるウエハの破壊を抑制するための従来技術として、例えば特許文献１及び特許文献２に開示された技術が知られている。

特開２００８−２９４３７３号公報 特開２０１０−１０３２３８号公報

上記特許文献１では、ステージのウエハ載置面に複数の溝を形成し、この複数の溝の幅をウエハ厚の２倍以下とすることで、プローブが溝上のウエハを押圧した場合でも、ウエハの局所的な曲げ剛性を向上させることができる旨を開示する。
しかしながら、特許文献１には、溝幅をウエハの厚さの２倍以下にすることでウエハの破壊を抑制できることの技術的意義が明確に記載されていない。よって、例えば、ウエハの厚さが５０μｍである場合、溝幅は１００μｍ以下となる。しかしこの溝幅は、ウエハを吸着するには余りに狭すぎる値であり、現実的な溝幅ではない。よって、特許文献１の発明では、検査ステージにウエハを保持することができないという問題がある。

また、上記特許文献２の半導体検査装置は、ステージのウエハ載置面に形成された溝内に、溝の高さ方向に移動可能なウエハ支持部材と、ウエハ支持部材の上面が載置面から退避した第１位置からウエハ支持部材の上面が載置面と同一平面となる第２位置に、ウエハ支持部材を移動させる移動機構とを備えている。この半導体検査装置は、移動機構が複数のウエハ支持部材の少なくとも一つを第２位置に移動させたときに、残りのウエハ支持部材が第１位置にあることを特徴としている。この特徴により、プローブ位置が溝上に重なる場合には、溝内の支持部材がウエハを支持することでウエハの破壊を抑制している。

しかしながら、特許文献２の発明では、ウエハを載置するステージの駆動機構が複雑になるため、装置の高価格化を招くという問題がある。また、ウエハの載置面に配置された溝内の空気を吸引する吸着穴の下部には、ウエハ支持部材が配置されていないため、上記吸着穴上の位置にてプローブがウエハを押圧した場合には、ウエハが破壊する可能性がある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、プローブによるウエハの破壊を従来に比べて低減可能な、半導体ウエハ用プロービングステージ、このプロービングステージを備えた半導体検査装置、及び上記プロービングステージにおける溝幅の決定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における半導体ウエハ用プロービングステージは、薄厚の半導体ウエハを載置する載置面を有し、この載置面には、上記半導体ウエハを吸着保持するための複数本の溝が形成されており、各溝の幅は、溝幅と薄厚の半導体ウエハの厚さとの比率であるせん断スパン比がせん断破壊となる溝幅に設定されることを特徴とする。

本発明の一態様における半導体ウエハ用プロービングステージによれば、当該ステージに形成する溝の溝幅について、薄厚の半導体ウエハがせん断破壊となる溝幅に設定した。その結果、溝に対応した、薄厚のウエハ上の位置にて当該ウエハをプロービングした場合であっても、薄厚ウエハが破壊に至るまでの押圧荷重と、実際のプロービングによる荷重との間には余裕が存在し、プロービングの際における薄厚ウエハの破壊を抑制することが可能となる。また、たとえ薄厚ウエハが破壊した場合でも、せん断破壊となるため、破壊はプローブ直下のみで発生し、薄厚ウエハ上に伝播しない。よって、薄厚ウエハの破壊を最小限に抑えることができる。ひいては、薄厚半導体ウエハの生産性を向上させることができる。

本発明の実施形態における半導体検査装置に備わるプロービングステージの平面図である。 図１に示すプロービングステージのＡ−Ａ部における断面図である。 図２に示す溝部分の拡大断面図である。 せん断スパン比に対する薄厚ウエハが破壊に至るまでの荷重の関係を示した図である。 本発明の実施形態であり、図１に示すプロービングステージの溝幅を決定する方法を説明するためのフローチャートである。

本発明の実施形態である半導体ウエハ用プロービングステージ、このプロービングステージを備えた半導体検査装置、及び上記プロービングステージにおける溝幅の決定方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

本実施形態の半導体ウエハ用プロービングステージは、以下に詳しく説明するが、半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性をプローブで接触検査するに際し、半導体ウエハを載置するステージであり、ウエハ載置面には、ウエハ吸着用の溝が形成されている。このような本実施形態のプロービングステージは、特に、薄厚の半導体ウエハに対して最適な溝幅を有する。ここで、薄厚とは、例えば１０〜２００μｍの厚さが相当し、従来の厚みである例えば２００〜４００μｍに比べて薄い。

また本実施形態は、ステージの溝に対応した薄厚ウエハ上の位置にプローブが押し当てられることで、薄厚ウエハが破壊されるモードには、二つのモードが存在することに着目し、各モードの相違に基づいてステージの溝幅を決定するものである。
即ち、上記二つのモードの一つは、薄厚ウエハの破壊が起点からウエハ面上に伝播する曲げによる破壊であり、他の一つは、薄厚ウエハの破壊が伝播せずにプローブ直下の打ち抜き形状の破壊となる、せん断による破壊である。これら二つの破壊モードは、ウエハ吸着用の溝幅と、ウエハの厚みとの比率である、せん断スパン比によって、どちらに対応するかが決定される。また、各破壊モードに対応して、溝上の薄厚ウエハにプローブを押し当てたときに、ウエハが破壊に至るまでの荷重が異なる。つまり、せん断破壊は、曲げ破壊に比べて、薄厚ウエハが破壊に至るまでのプロービング荷重（薄厚ウエハがプローブから受ける荷重）が大きい。
これらの内容を前提として、本実施形態の半導体ウエハ用プロービングステージに形成する溝の幅は、溝上にある薄厚ウエハが破壊するまでプローブを押込んだ際に、薄厚ウエハの破壊形状がせん断破壊となる溝幅に設定される。
以下に、さらに具体的に説明する。

実施の形態１．
図１及び図２には、上述の、本実施形態の半導体ウエハ用プロービングステージ１０、吸着装置２０、検査装置３０、及びステージ移動装置４０を備えた半導体検査装置１０１が示されている。
プロービングステージ１０は、例えば円形の平面形状であり、薄厚ウエハ７０（図２）を載置するための載置面２を有する。載置面２には、複数本の溝３が、例えば同心円状に形成されており、各溝３には溝内の空気を吸引するための吸着穴４が形成されている。本実施形態では、プロービングステージ１０の直径方向において、隣接する溝３と溝３との距離は、等ピッチで設定されている。また、上記直径方向における溝３の溝幅３ａ（図３）は、上述のように、薄厚ウエハ７０の破壊形状がせん断破壊となる溝幅に設定される。これについては、以下でさらに詳しく説明する。

各溝３に形成されている吸着穴４は、プロービングステージ１０内に形成された管５に連通しており、管５は、吸着装置２０に接続されている。吸着装置２０は、例えば真空ポンプ等を備え、溝３及び管５部分の空気を吸引する装置である。よって、プロービングステージ１０は、吸着装置２０により溝３内の空気が吸引されることで、載置面２に載置された薄厚ウエハ７０を吸着して保持する。尚、溝３の形状は、図１に示すパターン、及び図３に示す断面形状に限定されるものでない。

検査装置３０は、プローブ３１を備え、薄厚ウエハ７０に形成されているチップ領域における電極に対してプローブ３１を押し当ててチップの電気的特性を検査する装置である。尚、本実施形態では、プローブ３１は固定された構成を有する。

ステージ移動装置４０は、プロービングステージ１０に連結されたアームを有する機構を備え、検査装置３０による薄厚ウエハ７０の電気的特性検査の際に、プローブ３１を接触させる所定の検査位置へ薄厚ウエハ７０を配置させるように上記アームを駆動して、プロービングステージ１０を移動させる。尚、本実施形態では、プローブ３１に対してプロービングステージ１０を移動させる構成を採るが、要するに、プローブ３１とプロービングステージ１０とが相対的に移動するような移動装置を構成すればよい。

次に、溝３の幅３ａの決定方法について、より詳しく説明する。
既に説明したように、溝幅３ａは、上記せん断スパン比（溝幅３ａと薄厚ウエハ７０の厚みとの比率）により決定される。以下に、せん断スパン比について説明する。
図４は、せん断スパン比に対する、薄厚ウエハ７０が破壊に至る荷重と破壊モード（破壊形状）との関係を示した図である。図４に示されように、せん断スパン比によって、薄厚ウエハ７０が破壊に至るまでの荷重と、薄厚ウエハ７０の破壊モードとは異なる。
即ち、薄厚ウエハ７０の厚みが同じであるときには、せん断スパン比が１０より小さい場合、つまり溝幅３ａが比較的狭い場合には、薄厚ウエハ７０が破壊に至るまでのプロービング荷重は比較的大きい。これに対して、せん断スパン比が１０より大きい場合、つまり溝幅３ａが広い場合には、薄厚ウエハ７０が破壊に至るまでのプロービング荷重は比較的小さくなる。

また、せん断スパン比によって薄厚ウエハ７０の破壊モードが切り替わる。即ち、せん断スパン比が比較的小さい場合には、薄厚ウエハ７０は、せん断破壊となるのに対し、せん断スパン比が大きい場合には、曲げ破壊となる。

溝３に対応した、薄厚ウエハ７０上での位置における薄厚ウエハ７０の破壊モードを確認するためには、薄厚ウエハ７０が破壊するまで、溝３の上方からプローブ３１を薄厚ウエハ７０に押し当てて、薄厚ウエハ７０の破壊形状を確認する必要がある。このとき、薄厚ウエハ７０の破壊形状がプローブ３１の直下のみに留まっている場合には、破壊モードは、せん断破壊である。一方、薄厚ウエハ７０の破壊の形状がプローブ３１を押し当てた点を基点として破壊が薄厚ウエハ７０を伝播している場合には、破壊モードは、曲げ破壊である。

これらの点を踏まえて、次に、溝幅３ａの決定方法の手順について、図５に示す溝幅決定方法のフローチャートを参照して説明する。
まずステップＳ１及びステップＳ２では、設計用幅に相当する任意の溝幅を仮決めし、仮決めした溝幅を有する設計用溝を形成したステージを用意する。
次に、ステップＳ３及びステップＳ４では、上記設計用溝を形成したステージ上に薄厚ウエハ７０を載置し吸着させ、次に、ステージの溝に対応する、薄厚ウエハ７０上の位置にプローブ３１を配置する。

次のステップＳ５では、薄厚ウエハ７０の厚み方向において、薄厚ウエハ７０が破壊されるまで、薄厚ウエハ７０とプローブ３１とを相対的に移動させる。例えば、薄厚ウエハ７０の上部から薄厚ウエハ７０が破壊するまでプローブを押し込む。

次のステップＳ６では、薄厚ウエハ７０における破壊形状がせん断破壊形状に相当するか否かを判定する。この判定は、例えば作業者が顕微鏡による目視により行う。

この判定の結果、破壊モードが曲げ破壊、つまり破壊が伝播している破壊モードである場合には、ステップＳ７に進み、仮決めした上記設計用幅よりもさらに溝幅を狭くした設計用溝を有する第２ステージを用意する。そして、再度、上述のステップＳ３からステップＳ６を、破壊モードがせん断破壊、つまり打ち抜き破壊となる破壊モード、となるまで繰り返す。

そして、破壊モードがせん断破壊となった時点（ステップＳ８）での設計用幅の大きさを溝幅３ａに設定する。

このようにして、溝３上の薄厚ウエハ７０をプロービングした際に薄厚ウエハ７０の破壊を抑制することができる溝幅３ａを決定することができる。

一方、せん断破壊となるせん断スパン比は、薄厚ウエハ７０の厚みや構造によって異なるため、薄厚ウエハ７０ごとにせん断破壊となる溝幅３ａを求める必要がある。例えば、薄厚ウエハ７０の主たる材料がシリコンで、ウエハ厚が５０μｍの場合、せん断スパン比が「４」となるように溝幅３ａを決定したときには、薄厚ウエハ７０の破壊モードは、せん断破壊となる。また、溝幅３ａが狭すぎると薄厚ウエハ７０をプロービングステージ１０に吸着固定するための吸着力が足りず、薄厚ウエハ７０を吸着固定できなくなる。そのため、本実施形態における上述の溝幅決定方法によって溝幅３ａを決定した後、溝幅３ａに応じて溝３の本数を増加させることが必要となる。このようにして、薄厚ウエハ７０用のプロービングステージ１０は設計される。

以上説明したように、薄厚ウエハ７０の破壊モードがせん断破壊となる溝幅３ａを選定することにより、薄厚ウエハ７０が破壊に至るまでの押圧荷重と、検査時に実際に使用するプロービング荷重との間にマージンがとれると共に、万が一、プロービングによって薄厚ウエハ７０が破壊した場合であっても、薄厚ウエハ７０の破壊がプロービング箇所から他の箇所へ伝播しないため、薄厚ウエハ７０の破壊を最小限に抑えることができる。
このように、本実施形態である半導体ウエハ用プロービングステージ、このステージを備えた半導体検査装置、及び上記ステージの溝幅の決定方法を用いることで、薄厚ウエハ７０の破損を従来に比べて低減することができ、薄厚ウエハ７０の歩留まりの向上、つまり生産性の向上を図ることができる。

また、本実施形態である半導体ウエハ用プロービングステージ、このステージを備えた半導体検査装置によれば、上記特許文献２に開示されるような、溝内に複雑な機構を設ける必要はない。したがって、上記特許文献２に開示される装置に比べると格段に低コスト化を図ることもできる。

２ 載置面、３ 溝、３ａ 溝幅、１０ プロービングステージ、
２０ 吸着装置、３０ 検査装置、
１０１ 半導体検査装置。

Claims (4)

1. 薄厚の半導体ウエハを載置する載置面を有し、この載置面には、上記半導体ウエハを吸着保持するための複数本の溝が形成されている半導体ウエハ用プロービングステージにおいて、
   各溝の幅は、溝幅と薄厚の半導体ウエハの厚さとの比率であるせん断スパン比がせん断破壊となる溝幅に設定されることを特徴とする半導体ウエハ用プロービングステージ。
2. 請求項１記載の半導体ウエハ用プロービングステージと、
   それぞれの上記溝と接続され、各溝内の空気を吸引して上記載置面に半導体ウエハを吸着保持する吸着装置と、
   上記プロービングステージに吸着保持された半導体ウエハに接触してその電気的特性を検査する検査装置と、
   を備えたことを特徴とする半導体検査装置。
3. 薄厚の半導体ウエハを載置するステージの載置面に形成され、上記半導体ウエハを上記載置面に吸着保持する複数本の溝の溝幅を決定する方法であって、
   各溝の幅は、溝幅と薄厚の半導体ウエハの厚さとの比率であるせん断スパン比がせん断破壊となる溝幅に設定されることを特徴とする溝幅決定方法。
4. 設計用幅を有する設計用溝を形成したステージに薄厚の半導体ウエハを上記設計用溝によって吸着保持し、
   上記設計用溝に対応した半導体ウエハ上の位置にて、当該半導体ウエハが破壊されるまで当該半導体ウエハを押圧し、
   半導体ウエハにおける破壊形状がせん断破壊形状であるか否かを判定し、
   この破壊形状がせん断破壊形状になるまで上記設計用幅をより狭く形成した設計用溝のステージにて上記半導体ウエハの破壊を繰り返し、
   破壊形状がせん断破壊形状となる溝幅を決定する、請求項３記載の溝幅決定方法。

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