JP4912056B2 - プローバ用チャック - Google Patents

Description

本発明は、ウエハ上に形成された電子デバイスの半導体回路（ダイ）の電気的な検査を行うために使用するプローバにおいて、ウエハを保持するプローバ用チャックに関する。

半導体素子などの電子素子の製造工程では、半導体ウエハなどの薄い板状のウエハに多数の半導体回路（ダイ）を形成する。ウエハ上に形成したダイは切り離され、電子部品として組み立てられパッケージングされるが、切り離す前にウエハ上に形成した各ダイの動作確認するダイソートテスト（プローブテスト）が行われる。

プローブテストは、ウエハをプローバのステージ上に載置して固定し、プローブをダイの電極に接触させる。その上で、テスタから一部のプローブに電源及び信号を供給し、出力される信号をテスタで検出して、ダイが正常に動作するかを確認する。検査内容は検査するダイに応じて各種あるが、トランジスタなどの解析のために微小電流を高精度で測定する場合がある。本発明は、このような微小電流を高精度で測定できるプローバ用チャックを対象とする。

プローブテストは、ダイの使用環境の仕様に応じて、高温や低温で行なう場合があり、このような測定は、ウエハが載置されるチャックを所定の温度に設定し、載置されたウエハが所定の温度になった状態で行なう。

図１は、特許文献１に記載された高温での測定及び微小電流の測定が可能なプローバ用チャックの構成例を示す図である。図１に示すように、プローバ用チャックは、ウエハが載置される導電性チャックトップ１１と、導電性チャックトップ１１を他の部分から電気的に絶縁するように保持する絶縁部材１２と、絶縁部材１２を支持するバックプレート１４と、バックプレート１４の内部に設けられたヒータ１３とを有する。絶縁部材１２の下側表面にはニッケルメッキなどの導電材でガード層１２Ａが形成されている。また、バックプレート１４は、金属製材料で形成されるか、絶縁性で形成された場合にはその表面にニッケルメッキなどの導電材でガード層が形成されている。導電性チャックトップ１１とガード層に同電位を印加することでノイズ電流及びリーク電流を抑制する。

ウエハを低温して検査するために、ステージを冷却する場合には、導電性チャック２２の内部又は下側に設けられた冷却液又はエアーの導管に冷却流体を流すことにより行なうのが一般的である。本発明は、高温及び低温の少なくとも一方の温度制御が行える温度調整機構が設けられたチャックが対象である。

バックプレート１４はフレームグランドＦＧには接続されず、フレームには高絶縁材で絶縁し電気的に分離される。

また、金属製のチャックトップの代わりにセラミックスなどの非導電性（絶縁性）のチャックトップが使用される場合もある。図２は、絶縁性のチャックトップを使用した高温での測定及び微小電流の測定が可能なプローバ用チャックの構成例を示す図である。

図２に示すように、絶縁性チャックトップ２１の表面には導電層２１Ａが設けられている。絶縁性チャックトップ２１は金属スペーサ２２に支持され、金属スペーサ２２はバックプレート２４に支持され、バックプレート２４の内部にヒータ２３が設けられている。ヒータ２３は、金属スペーサ２２に接合され絶縁されたシールドプレートによりヒータノイズを電磁シールドされる。冷却機構は、絶縁性チャックトップ２１の内部又は金属スペーサ２２の内部に設けられる。

特許文献２から４は、表面に導体層を、内部に導電材料のガード層を、更には底面に発熱体を、有するように一体に成形したセラミックス製のチャックを記載している。

特開２００４−６３４８６ 特開２００１−３３４８４ 特開２００１−１３５６８０ 特開２００１−１３５６８１

特許文献２から４に記載されたプローバ用チャックを使用して測定を行うと、たとえ高温や低温での測定でもリーク電流は非常に小さく、高精度の測定が行える。これに対して、図１及び図２のプローバ用チャックを使用すると、高温又は低温で測定すると、微小ではあるが、特許文献２から４に記載されたプローバ用チャックを使用した場合に比べてリーク電流が増加し、測定精度が低下することが判明した。

このように、特許文献２から４に記載されたプローバ用チャックは、図１及び図２のプローバ用チャックに比べて測定精度の点で優れているが、構造が複雑で製造コストが高いという問題があった。

本発明は、図１及び図２に示した簡単な構造のプローバ用チャックでも、リーク電流を低減して高精度の測定が行えるようにすることを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明のプローバ用チャックは、金属部材と接する絶縁性部材の面に、導電性層を形成することを特徴とする。

すなわち、本発明のプローバ用チャックは、載置されたウエハを保持するプローバ用チャックであって、導電材料で作られ、前記ウエハが載置されるチャックトップと、絶縁材料で作られ、前記チャックトップの底面を支持する絶縁部材と、前記絶縁部材の下側に設けられ、内部に部材を収容するように構成され、少なくとも表面の一部が導電性であるバックプレートと、を備え、前記絶縁部材は、上面に設けられた上面導電層と、下面に設けられた下面導電層と、を備え、前記上面導電層と前記下面導電層は互いに絶縁されており、前記上面導電層は前記チャックトップの底面に接触し、前記下面導電層は、前記バックプレートの導電性の表面に接触することを特徴とする。

また、本発明のプローバ用チャックは、載置されたウエハを保持するプローバ用チャックであって、絶縁材料で作られ、上面に前記ウエハが載置されるチャックトップと、導電材料で作られ、前記チャックトップの底面を支持する導電部材と、前記導電部材の下側に設けられ、内部に部材を収容するように構成され、少なくとも表面の一部が導電性であるバックプレートと、を備え、前記チャックトップは、下面に設けられた下面導電層を備え、前記下面導電層は、前記導電部材の表面に接触することを特徴とする。

本願発明者は、上記のリーク電流を低減するための各種の試みを行ったところ、金属部材と接する絶縁性部材の面に、導電性層を形成することによりリーク電流が低減できることを発見した。この理由は以下のように考えられる。

プローバ用チャックは、熱膨張率の大きな金属材料で形成される部分と、金属材料より熱膨張率の小さなセラミックスなどの絶縁材料で形成される部分を有し、互いに密着して支持するように構成されている。上記のようにチャックトップの温度を変化させるためにヒータ又は冷却機構などの温度を変化させると、チャックトップの表面を含むプローバ用チャックのほかの部分は熱伝導によりヒータ又は冷却機構などの温度に近づくように変化する。使用される金属材料も絶縁材料も熱伝導性の良好な高熱伝導材が使用されており、構成する部材は一様な温度になると考えられてきた。

しかし、高熱伝導材であっても、実際にはヒータ又は冷却機構などに近い側と遠い側である程度の温度差が生じる。例えば、図２のプローバ用チャックで、金属スペーサ２２内に冷却機構を設ける場合、金属スペーサ２２の厚さはある程度大きくなる。このような構造で、金属スペーサ２２の下側に配置されたヒータ２３を発熱させて金属スペーサ２２の温度を上昇させた場合、金属スペーサ２２の上下面で温度差が生じる。このような温度差が生じると、図３の（Ａ）に示すように、金属スペーサ２２の上下面での熱膨張量が異なり、金属スペーサ２２に反りを生じる。

絶縁性チャックトップ２１は、金属スペーサ２２からの熱伝導により温度が変化するが、同様に上下面で温度差が生じ、図３の（Ｂ）に示すように、絶縁性チャックトップ２１に反りが生じる。

図３の（Ａ）及び（Ｂ）のように、絶縁性チャックトップ２１と金属スペーサ２２の一方または両方が反ると、これらの間に空気層が生じる。このような空気層が生じると、この空気層では熱により空気が暴れてノイズ電流を発生し、これがリーク電流を増加させると考えられる。

金属部材と接する絶縁性部材の面に導電性層を形成することにより、たとえその間に空気層が生じて空気が暴れたとしても、空気層は同じ電位の金属部材と絶縁性部材の導電性層に挟まれているため、外部に影響することはないと考えられる。

なお、絶縁部材の上面導電層と下面導電層は互いに絶縁されていることが必要である。

図１の構造では、絶縁部材１２の下面には導電材料のガード層１２Ａが形成されているが、金属製チャックトップ１１と接する絶縁部材１２の上面には導電層は設けられていなかった。これは、ガード層１２Ａがあり、絶縁部材１２の上面には金属製チャックトップ１１が存在するので、これ以上導電層を設ける必要はないと考えられてきたためである。

また、図２の構造では、絶縁性チャックトップ２１の上面には導電層２１Ａが形成されているが、金属スペーサ２２と接する絶縁部材１２の下面には導電層は設けられていなかった。導電層２１Ａは、載置するウエハの裏面の電位を規定するための導電層である。絶縁性チャックトップ２１の下面には金属スペーサ２２が存在しガード層を形成しているため、導電層を設ける必要はないと考えられてきたためである。

以上のように、本発明は、従来まったく考えられていなかった原因を究明して、異なる発想で得られたものである。

絶縁材料の部材に設けられる導電層は、メッキ、又はコーティング厚を均一にできるイオンプレーティングにより形成されることが望ましい。

絶縁部材は、高温時にも高絶縁性が維持される酸化系の高純度アルミナ・セラミックス製であることが望ましい。

側面におけるリーク電流を抑えるために、プローバ用チャックの側面をリング状に覆い、バックプレートの導電性の表面に接続され、前記チャックトップからは絶縁されている導電性ガードリングを更に備えることが望ましい。導電性ガードリングを備えることで、バックプレートの表面導電層がなくても絶縁層下面のガード層がリーク電流を抑える効果があることを確認している。

本発明により、簡単な構造で低コストのプローバ用チャックを使用しても、リーク電流を低減して高精度の測定が行えるようになる。

図４は、本発明の第１実施例のプローバ用チャックの構成を示す図である。第１実施例のプローバ用チャックは、導電性チャックトップ３１と、絶縁部材３２と、バックプレート３４と、ヒータ３３とを有し、絶縁部材３２の下側表面には導電材のガード層３２Ｂが形成されている。以上の構成は図１の従来例と同じである。第１実施例のプローバ用チャックでは、絶縁部材３２の上側表面に導電層３２Ａが形成されており、更に側面にガードリング３５が設けられている点が図１の構成と異なる。導電層３２Ａはガード層３２Ｂからは絶縁されている。なお、冷却機構が設けられていてもよい。

図５は、導電層３２Ａの効果を説明する図である。図３で説明したように、プローバ用チャックを高温又は低温にすると、導電性チャックトップ３１及び絶縁部材３２に反りが生じ、図５に示すように、導電性チャックトップ３１と絶縁部材３２の上面、すなわち導電層３２Ａの間に空気層が生じる。空気層内の空気は温度変化により暴れて微小電流を生じる。しかし、導電性チャックトップ３１と導電層３２Ａは接触しており、同電位であるので、同電位の電極の間の空気層内の空気が暴れたとしても、ノイズ電流及びリーク電流は発生せず、測定には影響しない。

導電層３２Ａはガード層３２Ｂは、メッキ、又はコーティング厚を均一にできるイオンプレーティングにより形成される。

絶縁部材は、高温時にも高絶縁性が維持される高純度アルミナ・セラミックス製であることが望ましい。炭化系のセラミックス材は、絶縁抵抗が低いため、本実施例のプローバ用チャックには適さない。また、ジルコニアやムライトなどは断熱効果は高いが、熱歪が大きく、温度変化の特性も良くないので適さない。

ガードリング３５は、金属製で、バックプレート１４に接続される。従って、ガードリング３５は、導電性チャックトップ３１に接触しないように、導電性チャックトップ３１の側面まで延びており、導電性チャックトップ３１と同電位を印加することで、ノイズ及びリーク電流を抑制できる。

図６は、本発明の第２実施例のプローバ用チャックの構成を示す図である。第２実施例のプローバ用チャックは、表面に導電層４１Ａを有する絶縁性チャックトップ４１と、金属スペーサ４２と、バックプレート４４と、ヒータ４３とを有する。以上の構成は図２の従来例と同じである。第２実施例のプローバ用チャックでは、絶縁性チャックトップ４１の下側表面に導電層４１Ｂが形成されており、更に側面にガードリング３５が設けられている点が図１の構成と異なる。導電層４１Ｂは表面の導電層４１Ａからは絶縁されている。なお、第２実施例でも同様に、冷却機構が設けられていてもよい。

第２実施例のプローバ用チャックでも、第１実施例と同様に、絶縁性チャックトップ４１及び金属スペーサ４２に反りが生じて空気層が生じても、空気層の両側の導電層４１Ｂと金属スペーサ４２は同電位であるので、ノイズ電流及びリーク電流は発生せず、測定には影響しない。

導電層４１Ａ及び４１Ｂ、及び絶縁部材は、第１実施例と同様に構成するのが望ましい。また、ガードリング４５も、第１実施例と同様に構成するのが望ましい。

実際に本発明の効果を確認するための測定を行った。図２の従来例ではリーク電流は２．４ｐＡであったが、第２実施例のプローバ用チャックではリーク電流はほとんど検出されなかった。

本発明は、リーク電流が微小で高精度の測定を行うプローバのチャックであれば、適用可能である。

従来のプローバ用チャックの構成例を示す図である。 従来のプローバ用チャックの別の構成例を示す図である。 図２の従来のプローバ用チャックにおける問題を説明する図である。 本発明の第１実施例のプローバ用チャックの構成例を示す図である。 第１実施例のプローバ用チャックにおける作用を説明する図である。 本発明の第２実施例のプローバ用チャックの構成例を示す図である。

符号の説明

３１ 導電性チャックトップ
３２ 絶縁部材
３２Ａ 導電層
３２Ｂ ガード層
３３ ヒータ
３４ バックプレート
３５ ガードリング

Claims (9)

1. 載置されたウエハを保持するプローバ用チャックであって、
   導電材料で作られ、前記ウエハが載置されるチャックトップと、
   絶縁材料で作られ、前記チャックトップの底面を支持する絶縁部材と、
   前記絶縁部材の下側に設けられ、内部に部材を収容するように構成され、少なくとも表面の一部が導電性であるバックプレートと、を備え、
   前記絶縁部材は、上面に設けられた上面導電層と、下面に設けられた下面導電層と、を備え、
   前記上面導電層と前記下面導電層は互いに絶縁されており、
   前記上面導電層は前記チャックトップの底面に接触し、
   前記下面導電層は、前記バックプレートの導電性の表面に接触することを特徴とするプローバ用チャック。
2. 前記上面導電層及び前記下面導電層は、メッキ又はイオンプレーティングにより形成される請求項１に記載のプローバ用チャック。
3. 前記絶縁部材は、酸化系の高純度アルミナ・セラミックス製である請求項１又は２に記載のプローバ用チャック。
4. 当該プローバ用チャックの側面をリング状に覆い、前記バックプレートの導電性の表面に接続され、前記チャックトップからは絶縁されている導電性ガードリングを更に備える請求項１から３のいずれか１項に記載のプローバ用チャック。
5. 載置されたウエハを保持するプローバ用チャックであって、
   絶縁材料で作られ、上面に前記ウエハが載置されるチャックトップと、
   導電材料で作られ、前記チャックトップの底面を支持する導電部材と、
   前記導電部材の下側に設けられ、内部に部材を収容するように構成され、少なくとも表面の一部が導電性であるバックプレートと、を備え、
   前記チャックトップは、下面に設けられた下面導電層を備え、
   前記下面導電層は、前記導電部材の表面に接触することを特徴とするプローバ用チャック。
6. 前記チャックトップは、上面に設けられた上面導電層を備える請求項５に記載のプローバ用チャック。
7. 前記上面導電層及び前記下面導電層は、メッキ又はイオンプレーティングにより形成される請求項６に記載のプローバ用チャック。
8. 前記チャックトップは、酸化系の高純度アルミナ・セラミックス製である請求項５から７のいずれか１項に記載のプローバ用チャック。
9. 当該プローバ用チャックの側面をリング状に覆い、前記導電部材に接続され、前記チャックトップの前記上面導電層からは絶縁されている導電性ガードリングを更に備える請求項６又は７に記載のプローバ用チャック。

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