JP2019169548A - プローバの冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】低温域から高温域に至る広範囲の温度域において有効な冷却能力を有するプローバを提供する。【解決手段】供給側流路２６と回収側流路２８とを接続するバイパス流路３０、ウェーハチャック２２の温度を設定する温度設定部４６、冷凍機２４を介した第１状態と冷凍機２４を介しないバイパス流路３０を使用する第２状態との間で選択的に切り替えられる冷凍機選択バルブ３８と空冷系統バルブ４０、及びウェーハチャック２２の設定温度に基づいて第１状態と第２状態との間で選択的に切り替える切替部４８を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハに形成された複数のチップの電気的な検査を行うプローバに関し、特にウェーハチャックを冷却する冷却システムに関する。

半導体製造工程では、半導体ウェーハに各種の処理を施して、デバイスを有する複数のチップを形成する。各チップは電気的特性が検査され、その後ダイサーで分断された後、リードフレーム等に固定されて組み立てられる。電気的特性の検査は、テスタを備えたプローバによって実施される。プローバは、ウェーハをウェーハチャック保持させて、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及び各種の試験信号をチップに供給し、チップの電極に出力される信号を解析することにより正常に動作するかを確認する。

製品化されたデバイスは広い用途に使用され、例えば−５５°Ｃ以下の低温環境下、又は２００°Ｃ以上の高温環境下で使用される場合がある。このため、プローバにはこのような高低温環境下での検査が行えることが要求される。そこで、チラー機構等の冷却システム、又はヒータ機構等の加熱システムをプローバに搭載し、これらの冷却システム又は加熱システムによってウェーハチャックを設定温度に冷却又は加熱することにより、上記の高低温環境下での検査を可能としている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−３１１４８３号公報

近年のプローバによるウェーハ検査では、測定時間の短縮及びテストコストを低減するため、同時測定するチップ数が増大している。その際、１個のチップでは発熱量の小さいＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）又はフラッシュメモリ等のデバイスであっても、同時測定数が多くなることによってその発熱量が大きくなっている。この場合、ウェーハチャックは、ウェーハ検査時に生じるデバイスの発熱により加熱されて昇温する。

デバイスの低温域の検査温度（冷却システムによるウェーハチャックの設定温度）として、例えば−４０℃が要求される冷却システムには、低温用として設計された冷凍機が使用される。しかしながら、ウェーハチャックによって例えば４０℃以上に加熱された冷却液を冷凍機に流すと、冷凍機油に悪影響（例えば、劣化）を与えたり、高温から低温までの温度差の大きいヒートサイクルによって冷凍機がダメージを受けたりする。このため、従来の冷却システムでは、冷却液がウェーハチャックによって例えば４０℃以上に加熱される高温域では、冷却液を使用することができなかった。

このような事情により、従来の冷却システムは、冷却液を使用することができない高温域では、ウェーハチャックの冷却能力が低下する。このため、特に発熱量の大きなデバイスを検査する場合、ウェーハチャックの温度が検査に要求される検査温度を超えてしまうという問題があった。

一方、冷却液に代えて空気により、ウェーハチャックの温度を広範囲の温度域で制御することが考えられる。しかしながら、空気は熱容量が小さいため、冷却液を使用した冷却システムと比較して、低温域での冷却能力が劣るという欠点があった。

つまり、従来のプローバには、低温域から高温域に至る広範囲の温度域において、有効な冷却能力を有するものがなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、低温域から高温域に至る広範囲の温度域において有効な冷却能力を有するプローバの冷却システムを提供することを目的とする。

本発明のプローバは、本発明の目的を達成するために、ウェーハを保持するウェーハチャックと、冷却液を冷却する冷凍機と、冷凍機とウェーハチャックとを接続する供給側流路と、ウェーハチャックと冷凍機とを接続する回収側流路と、供給側流路と回収側流路とを接続するバイパス流路と、供給側流路に設けられ、供給側流路とバイパス流路との接続位置よりもウェーハチャック側に設けられたヒータと、ウェーハチャックの温度を設定する温度設定部と、冷凍機を介して回収側流路を供給側流路に接続する第１状態と冷凍機を介さずにバイパス流路を介して回収側流路を供給側流路に接続する第２状態との間で選択的に切り替える弁部材と、温度設定部によって設定されたウェーハチャックの設定温度が予め設定された基準温度未満の場合には、弁部材を第１状態に切り替え、設定温度が基準温度以上の場合には、弁部材を第２状態に切り替える切替部と、を備える。

本発明の一形態は、ヒータによって加熱された冷却液の温度を検出する温度検出部と、温度検出部によって検出された温度と設定温度とに基づいてヒータを制御するヒータ制御部と、を備えることが好ましい。

本発明の一形態は、バイパス流路には、冷却液を空冷する空冷冷却部を備えることが好ましい。

本発明によれば、低温域から高温域に至る広範囲の温度域において有効な冷却能力を有する。

実施形態の冷却システムが適用されたプローバの構成を示すブロック図 実施形態の冷却システムの動作を制御する制御装置の機能ブロック図 実施形態の冷却システムの動作を示したフローチャート

以下、添付図面に従って本発明に係るプローバの冷却システムの好ましい実施形態について詳説する。

図１は、実施形態の冷却システムが適用されたプローバ１０の構成を示すブロック図である。

まず、プローバ１０について説明すると、このプローバ１０は、検査するチップの電極に接触されるプローブ１２を有するプローブカード１４と、テスタ１６と、を備えている。テスタ１６は、テスタ本体１８と、テスタ本体１８の端子とプローブカード１４の端子とを電気的に接続するインターフェイス２０と、を有する。テスタ１６は、プローブ１２に接続される端子から電源及び各種の試験信号をチップに供給し、チップの電極に出力される信号を解析することによりチップが正常に動作するかを確認する。

次に、プローバ１０の冷却システムについて説明する。実施形態の冷却システムは、ウェーハＷを保持するウェーハチャック２２と、冷却液を冷却する冷凍機２４と、
冷凍機２４とウェーハチャック２２とを接続する供給側流路２６と、ウェーハチャック２２と冷凍機２４とを接続する回収側流路２８と、供給側流路２６と回収側流路２８とを接続するバイパス流路３０と、を備えている。

ウェーハチャック２２はアルミニウム、銅等の金属、又は熱伝導性の良好なセラミック等の材料によって製作される。ウェーハチャック２２の内部には、冷媒流路２３が設けられており、この冷媒流路２３を介して供給側流路２６と回収側流路２８とが連通されている。

また、供給側流路２６には、ヒータ３２、ポンプ３４及び温度検出部３６が設けられている。ヒータ３２は、供給側流路２６とバイパス流路３０との接続位置Ｐ１よりもウェーハチャック２２側に設けられている。ポンプ３４は、接続位置Ｐ１とヒータ３２との間に設けられている。温度検出部３６は、例えば温度センサによって構成されており、ヒータ３２よりもウェーハチャック側に設けられている。なお、冷却液が溜められたタンク３７が冷凍機２４と接続位置Ｐ１との間の供給側流路２６に接続されている。

また、実施形態の冷却システムは、冷凍機選択バルブ３８及び空冷系統バルブ４０を備えている。冷凍機選択バルブ３８は、回収側流路２８に設けられるとともに、回収側流路２８とバイパス流路３０との接続位置Ｐ２よりも冷凍機２４側に設けられている。空冷系統バルブ４０は、バイパス流路３０に設けられている。冷凍機選択バルブ３８及び空冷系統バルブ４０は、本発明の弁部材の構成要素である。

バイパス流路３０には、複数の冷却フィンを有する自然空冷方式の空冷冷却器４２が備えられている。バイパス流路３０を流れる高温の冷却液は、空冷冷却器４２の通過中に空冷される。

また、実施形態の冷却システムは、冷却システムの各部の動作を制御する制御装置４４を備えている。図２は、制御装置４４の機能ブロック図である。

図２に示す制御装置４４は、不図示のＣＰＵ（central processing unit）を含む各演算処理回路と、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリと、キーボード等の入力装置と、モニタ等の出力装置とを備えている。制御装置４４は、メモリに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、制御装置４４の各部の機能が実現される。図２に示すように、制御装置４４は、温度設定部４６と、切替部４８と、ヒータ制御部５０として機能する。

温度設定部４６は、キーボード等の入力装置を介して入力された情報に従って、ウェーハチャック２２の設定温度を設定する。この設定温度は、温度設定部４６から切替部４８とヒータ制御部５０に対して出力される。

切替部４８は、温度設定部４６によって設定されたウェーハチャック２２の設定温度に基づいて冷凍機選択バルブ３８及び空冷系統バルブ４０の開閉を制御する。具体的には、切替部４８は、設定された設定温度が予め設定された基準温度未満の場合には、冷凍機選択バルブ３８を開側に制御し、空冷系統バルブ４０を閉側に制御する。これにより、冷凍機選択バルブ３８と空冷系統バルブ４０は、冷凍機２４を介して回収側流路２８を供給側流路２６に接続する第１状態に切り替えられる。この第１状態では、図１の冷凍機２４にて冷却された冷却液が供給側流路２６を介して冷媒流路２３に供給可能となるので、ウェーハチャック２２の表面を冷却液により低温域（例えば、−４０℃以上４０℃未満）で冷却可能となる。

また、図２に示す切替部４８は、設定された設定温度が予め設定された基準温度以上の場合には、冷凍機選択バルブ３８を閉側に制御し、空冷系統バルブ４０を開側に制御する。これにより、冷凍機選択バルブ３８と空冷系統バルブ４０は、冷凍機２４を介さずにバイパス流路３０を介して回収側流路２８を供給側流路２６に接続する第２状態に切り替えられる。この第２状態では、図１のヒータ３２にて加熱された高温の冷却液が供給側流路２６を介して冷媒流路２３に供給可能となるので、ウェーハチャック２２の表面を高温域（例えば、４０℃以上１２５℃未満）で冷却可能となる。

また、図２に示すヒータ制御部５０は、図１のウェーハチャック２２に供給する高温の冷却液の温度を、ウェーハチャック２２の設定温度に基づいて制御する。具体的には、温度検出部３６によって検出された温度が、ウェーハチャック２２の設定温度に応じた温度になるようにヒータ３２のヒータ出力を制御する。記憶部５４には、ウェーハチャック２２の設定温度に応じた高温の冷却液の温度のデータが設定温度毎に予め記憶されている。すなわち、記憶部５４は、ウェーハチャック２２の設定温度と高温の冷却液の温度との関係が対応づけられた換算マップを有している。

ヒータ制御部５０は、温度設定部４６にてウェーハチャック２２の設定温度（例えば、１００℃）が設定されると、その設定温度に応じた高温の冷却液の温度（例えば、９７℃）を、記憶部５４の換算マップを参照して読み出す。そして、ヒータ制御部５０は、温度検出部３６にて検出される高温の冷却液の温度が、設定温度に応じた温度（例えば、９７℃）となるようにヒータ３２のヒータ出力を制御する。これにより、実施形態の冷却システムによれば、高温域の運転においてウェーハチャック２２に供給される高温の冷却液の温度を、ウェーハチャック２２の設定温度に応じた温度に調整することができる。

次に、上記の如く構成された冷却システムの動作の一例について説明する。以下の説明では、第１状態と第２状態との間で流路を切り替えるために設定される切替温度として４０℃を例示する。この切替温度が本発明の基準温度に相当する。なお、基準温度は４０℃に限定されるものではないが、冷却液から冷凍機２４に与えるダメージを考慮すれば４０℃以下であることが好ましい。

図３は、実施形態の冷却システムの動作の一例を示したフローチャートである。

図３のフローチャートによれば、まず、温度設定部４６は、キーボード等の入力装置を介して入力された情報に従ってウェーハチャック２２の設定温度を設定する（Ｓ１０）。温度設定部４６によって設定された設定温度は、温度設定部４６から切替部４８とヒータ制御部５０に対して出力される。切替部４８は、温度設定部４６で設定された設定温度が、基準温度以上であるか基準温度未満であるかを判断し（Ｓ２０）、基準温度未満の場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）には第１状態を選択（Ｓ３０）して、冷凍機選択バルブ３８を開側に切り替えるとともに空冷系統バルブ４０を閉側に切り替える。

次に、冷凍機２４とポンプ３４とを起動して、ウェーハチャック２２の冷却を開始する（Ｓ４０）。この後、冷凍機２４は、冷却液の温度をウェーハチャック２２の設定温度に応じた温度に制御して、ウェーハチャック２２に冷却液を供給し、ウェーハチャック２２を低温域で冷却する。なお、冷却液の冷却温度は、例えば冷凍機２４のコンプレッサ（不図示）のモーター回転数をインバーターで制御することにより制御可能である。

この後、プローバ１０によるウェーハＷの検査が終了した場合（Ｓ５０：ＹＥＳ）には、冷凍機２４とポンプ３４とが停止してウェーハチャック２２の冷却を終了する。また、プローバ１０によるウェーハＷの検査を継続して行う場合（Ｓ５０：ＮＯ）であって、設定温度を変更しない場合（Ｓ６０：ＮＯ）には、冷却システムは、前述のＳ４０に戻り、ウェーハチャック２２の低温域での冷却を継続する。

一方、設定温度を変更する場合（Ｓ６０：ＹＥＳ）には、冷却システムは、前述のＳ２０に戻る。そして、冷却システムは、温度設定部４６によって設定された新たな設定温度が基準温度未満の場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）には、前述したＳ３０からＳ６０の動作を実行する。

次に、温度設定部４６によって設定された新たな設定温度が基準温度以上の場合（Ｓ２０：ＮＯ）について説明する。

この場合、切替部４８は、温度設定部４６によって設定された設定温度に基づき第２状態を選択（Ｓ７０）して、冷凍機選択バルブ３８を閉側に切り替えるとともに空冷系統バルブ４０を開側に切り替える。

次に、ヒータ３２とポンプ３４とを起動して、ウェーハチャック２２の冷却を開始する（Ｓ８０）。この後、ヒータ制御部５０は、温度検出部３６にて検出される温度と設定温度とに基づいてヒータ３２を制御し、冷却液の温度をウェーハチャック２２の設定温度に応じた温度に制御する。そして、この冷却液はウェーハチャック２２に供給されて、ウェーハチャック２２を高温域で冷却する。このとき、冷凍機２４は停止させておくことが好ましい。

この後、プローバ１０によるウェーハＷの検査が終了した場合（Ｓ９０：ＹＥＳ）には、ヒータ３２とポンプ３４とが停止してウェーハチャック２２の冷却を終了する。また、プローバ１０によるウェーハＷの検査を継続して行う場合（Ｓ９０：ＮＯ）であって、設定温度を変更しない場合（Ｓ１００：ＮＯ）には、冷却システムは、前述のＳ８０に戻り、ウェーハチャック２２の高温域での冷却を継続する。

一方、設定温度を変更する場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）には、冷却システムは、前述のＳ２０に戻る。そして、冷却システムは、温度設定部４６によって設定された新たな設定温度が基準温度未満の場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）には、前述したＳ３０からＳ６０の動作を実行し、基準温度以上の場合（Ｓ２０：ＮＯ）には、前述したＳ７０からＳ１００の動作を実行する。

このように実施形態の冷却システムによれば、ウェーハチャック２２と冷凍機２４との間で冷却システムを循環させる循環流路（供給側流路２６及び回収側流路２８）にバイパス流路３０を設け、温度設定部４６で設定された設定温度に応じて、弁部材（冷凍機選択バルブ３８及び空冷系統バルブ４０）により、冷凍機２４を介して冷却液を循環させる第１状態と、冷凍機を介さずにバイパス流路３０を介して冷却液を循環させる第２状態との間で選択的に切り替えられるように構成したので、空気では十分な冷却能力を得ることが困難な低温域の設定温度であっても、また、冷凍機２４を使用することが困難な高温域の設定温度であっても、ウェーハチャック２２を良好に冷却することができる。

また、このように構成された実施形態の冷却システムによれば、例えば−６０℃程度で流動性を有し、かつ沸点が１５０℃以上の冷却液を適用することが可能であり、ウェーハチャック２２の設定温度が−４０℃以上１５０℃以下の広い温度域であっても、十分な冷却能力を発揮することができる。

したがって、実施形態の冷却システムによれば、低温域から高温域に至る広範囲の温度域において有効な冷却能力を有する。

また、実施形態の冷却システムは、ヒータ３２によって加熱された冷却液の温度を温度検出部３６によって検出し、この検出した温度と設定温度とに基づいてヒータ制御部５０がヒータ３２を制御するので、ウェーハチャック２２の温度を設定温度に制御することができる。

更に、実施形態の冷却システムは、バイパス流路３０に空冷冷却部４２を設け、バイパス流路３０を流れる高温の冷却液を空冷冷却部４２によって冷却した後、ヒータ３２に戻すように構成したので、ヒータ３２による冷却液の温度制御を効果的に実行することができる。

なお、実施形態の冷却システムでは、本発明の弁部材として冷凍機選択バルブ３８と空冷系統バルブ４０とを例示したが、回収側流路２８とバイパス流路３０との接続位置Ｐ２に公知の三方弁（不図示）を設けることで、本発明の弁部材を構成することもできる。

また、実施形態の冷却システムでは、空冷部として自然空冷方式の空冷冷却器４２を例示したが、ファンを使用した強制空冷方式の空冷部であっても適用できる。

１０…プローバ、１２…プローブ、１４…プローブカード、１６…テスタ、１８…テスタ本体、２０…インターフェイス、２２…ウェーハチャック、２４…冷凍機、２６…供給側流路、２８…回収側流路、３０…バイパス流路、３２…ヒータ、３４…ポンプ、３６…温度検出部、３８…冷凍機選択バルブ、４０…空冷系統バルブ、４２…空冷冷却器、４４…制御装置、４６…温度設定部、４８…切替部、５０…ヒータ制御部、５４…記憶部

Claims (3)

1. ウェーハを保持するウェーハチャックと、
   冷却液を冷却する冷凍機と、
   前記冷凍機と前記ウェーハチャックとを接続する供給側流路と、
   前記ウェーハチャックと前記冷凍機とを接続する回収側流路と、
   前記供給側流路と前記回収側流路とを接続するバイパス流路と、
   前記供給側流路に設けられ、前記供給側流路と前記バイパス流路との接続位置よりも前記ウェーハチャック側に設けられたヒータと、
   前記ウェーハチャックの温度を設定する温度設定部と、
   前記冷凍機を介して前記回収側流路を前記供給側流路に接続する第１状態と前記冷凍機を介さずに前記バイパス流路を介して前記回収側流路を前記供給側流路に接続する第２状態との間で選択的に切り替える弁部材と、
   前記温度設定部によって設定されたウェーハチャックの設定温度が予め設定された基準温度未満の場合には、前記弁部材を前記第１状態に切り替え、前記設定温度が前記基準温度以上の場合には、前記弁部材を前記第２状態に切り替える切替部と、
   を備える、プローバの冷却システム。
2. 前記ヒータによって加熱された前記冷却液の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部によって検出された温度と前記設定温度とに基づいて前記ヒータを制御するヒータ制御部と、
   を備える、請求項１に記載のプローバの冷却システム。
3. 前記バイパス流路には、前記冷却液を空冷する空冷冷却部を備える、請求項１又は２に記載のプローバの冷却システム。
   

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