JP7090478B2

JP7090478B2 - 基板載置台及び基板検査装置

Info

Publication number: JP7090478B2
Application number: JP2018108107A
Authority: JP
Inventors: 儀保加藤; 旨俊長坂; 浩雨宮
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2038-06-05
Also published as: KR20190138592A; KR102292521B1; JP2019212775A

Description

本開示は、基板載置台及び基板検査装置に関する。

半導体デバイスが形成された基板を載置する載置台と、載置された基板の半導体デバイスの電気的特性を検査する検査部と、載置台の温度を調整する温度調整部と、載置台を通過する冷媒流路とを備える基板検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－２０９５３６号公報

本開示は、載置台における冷媒流路の流入口近傍の温度分布を改善することができる技術を提供する。

本開示の一態様による基板載置台は、内部に冷媒流路が形成され、上面に基板を載置する基板載置台であって、前記冷媒流路は、流入口を有する第１流路と、前記第１流路と連通し、流出口を有する第２流路と、を有し、前記第１流路は、前記第２流路よりも下方に設けられ、前記第２流路には、冷媒の流れ方向に沿って間隔を有して複数の吸熱促進部材が設けられている。

本開示によれば、載置台における冷媒流路の流入口近傍の温度分布を改善することができる。

プローバの構成例を示す斜視図ステージの移動機構の構成例を示す斜視図ステージの構成例を示す断面図ステージ内部の冷媒流路の一例の説明図図４のＡ－Ａ線断面図図４のＢ－Ｂ線断面図図４のＣ－Ｃ線断面図ステージ内部の冷媒流路の別の例の説明図ステージ内部の冷媒流路の更に別の例の説明図ステージのウエハ載置面における温度分布を示す図

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

（基板検査装置）
本開示の一実施形態に係る基板検査装置について、プローバを例に挙げて説明する。図１は、プローバの構成例を示す斜視図である。

図１に示されるように、プローバ１０は、ウエハＷを載置するステージ１１を内蔵する本体１２と、本体１２に隣接して配置されるローダ１３と、本体１２を覆うように配置されるテストヘッド１４とを備える。プローバ１０は、大口径、例えば直径が３００ｍｍや４５０ｍｍのウエハＷに形成された半導体デバイスの電気的特性の検査を行う。

本体１２は、内部が空洞の筐体形状を有する。本体１２の天井部１２ａには、ステージ１１に載置されたウエハＷの上方において開口する開口部１２ｂが設けられている。開口部１２ｂには、後述するプローブカード１７（図２参照）が配置され、プローブカード１７はウエハＷと対向する。ウエハＷは、ステージ１１に対する相対位置がずれないように、ステージ１１へ真空吸着される。

テストヘッド１４は方体形状を有し、本体１２上に設けられたヒンジ機構１５によって上方向へ回動可能に構成される。テストヘッド１４が本体１２を覆う際、テストヘッド１４はコンタクトリング（図示せず）を介してプローブカード１７と電気的に接続される。また、テストヘッド１４は、プローブカード１７から伝送される半導体デバイスの電気的特性を示す電気信号を測定データとして記憶するデータ記憶部（図示せず）を有する。また、テストヘッド１４は、測定データに基づいて検査対象のウエハＷに形成された半導体デバイスの電気的な欠陥の有無を判定する判定部（図示せず）を有する。

ローダ１３は、ＦＯＵＰ（Front-Opening Unified Pod）等の搬送容器に収容されているウエハＷを取り出して、本体１２のステージ１１へ載置する。また、ローダ１３は、半導体デバイスの電気的特性の検査が終了したウエハＷを、ステージ１１から取り出して搬送容器へ収容する。

プローブカード１７の下面には、ウエハＷに形成された半導体デバイスの電極パッドや半田バンプに対応して、多数のプローブ針（図示せず）が配置される。プローブ針は、電極パッドや半田バンプと電気的に接触可能に構成される。ステージ１１は、プローブカード１７及びウエハＷの相対位置を調整して半導体デバイスの電極パッド等を各プローブ針へ当接させる。

半導体デバイスの電極パッド等を各プローブ針へ当接する際、テストヘッド１４は、プローブカード１７の各プローブ針を介して半導体デバイスへ検査電流を流し、その後、半導体デバイスの電気的特性を示す電気信号をテストヘッド１４のデータ記憶部に伝送する。テストヘッド１４のデータ記憶部は、伝送された電気信号を測定データとして記憶し、判定部は記憶された測定データに基づいて、検査対象の半導体デバイスの電気的な欠陥の有無を判定する。

図２は、ステージ１１の移動機構の構成例を示す斜視図である。図２に示すように、ステージ１１の移動機構１８は、図２中に示すＹ方向に沿って移動するＹステージ１９と、Ｘ方向に沿って移動するＸステージ２０と、Ｚ方向に沿って移動するＺ移動部２１とを有する。

Ｙステージ１９は、Ｙ方向に沿って配置されたボールねじ２２の回動によってＹ方向に高精度に駆動される。ボールねじ２２は、ステッピングモータであるＹステージ用モータ２３によって回動される。Ｘステージ２０は、Ｘ方向に沿って配置されたボールねじ２４の回動によってＸ方向に高精度に駆動される。ボールねじ２４は、ボールねじ２２と同様に、ステッピングモータであるＸステージ用モータ（図示せず）によって回動される。また、ステージ１１は、Ｚ移動部２１の上において、図２中に示すθ方向に回転自在に配置され、ステージ１１上にウエハＷが載置される。

移動機構１８では、Ｙステージ１９、Ｘステージ２０、Ｚ移動部２１、及びステージ１１が協働して、ウエハＷに形成された半導体デバイスをプローブカード１７と対向する位置に移動させ、さらに、半導体デバイスの電極パッド等を各プローブ針へ当接させる。

ところで、ステージ１１に載置されたウエハＷに形成された半導体デバイスに対してプローブを介して検査電流を供給し、半導体デバイスの電気的特性を検査する場合、ウエハＷが発熱する虞がある。特に、ＮＡＮＤフラッシュメモリ、ＤＲＡＭ向けの一括コンタクトテストでは、個々の半導体デバイスを順番に検査する場合と比較して、ウエハＷの発熱量が大きい。そのため、過度な熱量がウエハＷに加えられ、所望の温度で検査することが困難となる場合がある。また、一括コンタクトテストにおけるウエハ発熱時のウエハ面内温度分布が小さくなるように制御した状態で、半導体デバイスの電気的特性が検査可能なステージ１１の市場要求がある。

従来では、内部に冷媒を還流させる冷媒流路を設けてウエハＷの発熱を吸熱するチャックトップを有するステージが用いられている。しかしながら、従来のチャックトップでは、冷媒流路が同一平面に配置されているため、冷媒の流れの上流側である流入口近傍の領域が、その他の領域よりも冷却されやすく、温度が低くなるという課題があった。

そこで、鋭意検討した結果、チャックトップの内部に、流入口を有する第１流路と、第１流路と連通し流出口を有する第２流路とを設け、第１流路を第２流路よりも下方に配置することで、冷媒流路の流入口近傍の温度分布を改善できることを見出した。以下、冷媒流路の流入口近傍の温度分布を改善できるチャックトップを含むステージについて詳細に説明する。

（ステージ）
図３は、ステージの構成例を示す断面図である。図４は、ステージ内部の冷媒流路の一例の説明図である。図４は、平面視における冷媒流路の形状の概略を示す。また、図４では、冷媒の流れる方向を矢印で示す。図５、図６、及び図７は、それぞれ図４のＡ－Ａ線断面図、Ｂ－Ｂ線断面図、及びＣ－Ｃ線断面図である。

図３に示されるように、ステージ１１は、基材１１ａと、支持部１１ｂと、チャックトップ１１ｃと、ヒータ１１ｄと、を有する。

基材１１ａは、Ｚ移動部２１（図２参照）の上に設けられている。基材１１ａは、例えば円板形状を有し、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）により形成されている。

支持部１１ｂは、基材１１ａの上に設けられており、チャックトップ１１ｃを支持する。支持部１１ｂは、例えば円筒形状を有し、基材１１ａの上面とチャックトップ１１ｃの下面との間に空間１１ｓを形成する。支持部１１ｂは、例えば基材１１ａと同一の材料であるＡｌ_２Ｏ_３により形成されている。

チャックトップ１１ｃは、基材１１ａの上に支持部１１ｂを介して設けられている。チャックトップ１１ｃは、上面にウエハＷを載置可能に構成されている。チャックトップ１１ｃの内部には、冷媒を通流可能な冷媒流路Ｆが形成されている。冷媒流路Ｆは、例えば図４に示されるように、平面視で外周部から中心部に向かって渦巻状に延び、更に中心部から外周部に向かって渦巻状に延びるように形成されている。また、平面視で、外周部から中心部に向かって延びる渦巻状の流路と、中心部から外周部に向かって延びる渦巻状の流路とは、交互に配置されている。但し、冷媒流路Ｆの配置はこれに限定されるものではない。冷媒の種類は特に限定されないが、例えば窒素、空気等の気体、水、オイル、エチレングリコール水溶液、フッ素系液体等の液体を用いることができる。

チャックトップ１１ｃは、例えば上面と垂直な方向に区画された複数の層を有し、複数の層のうち少なくとも異なる２つの層に冷媒流路Ｆが形成されている。一実施形態では、例えば図５に示されるように、チャックトップ１１ｃは、下部板１０１、中間板１０２、及び、上部板１０３を有し、下部板１０１及び中間板１０２に冷媒流路Ｆが形成されている。但し、中間板１０２及び上部板１０３に冷媒流路Ｆが形成されていてもよく、下部板１０１、中間板１０２、及び上部板１０３に冷媒流路Ｆが形成されていてもよい。

下部板１０１は、基材１１ａの上に支持部１１ｂを介して設けられている。下部板１０１は、円板形状を有し、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の熱伝導材料により形成されている。下部板１０１の上面には、溝１０１ａが形成されている。溝１０１ａは、例えば図４に示されるように、チャックトップ１１ｃの外周に沿って円弧状に形成されている。溝１０１ａは、下部板１０１の上面に中間板１０２が接合されることにより、冷媒流路（第１流路Ｆ１）として機能する。第１流路Ｆ１は流入口Ｉを有し、流入口Ｉから第１流路Ｆ１に冷媒が供給される。第１流路Ｆ１を流れる冷媒は、ウエハＷからチャックトップ１１ｃ内に伝わった熱を吸収する。第１流路Ｆ１は、例えば図５に示されるように、第２流路Ｆ２よりも下方に設けられている。言い換えると、第１流路Ｆ１は、第２流路Ｆ２よりもチャックトップ１１ｃの上面（ウエハＷの載置面）から離れた位置に設けられている。また、図４に示されるように、平面視で、第１流路Ｆ１の一部は、第２流路Ｆ２と重なるように設けられている。また、平面視で、第１流路Ｆ１は、鋭角を有する流路を含まない。図４の例では、第１流路Ｆ１は、鈍角を有する流路により形成されている。また、第１流路Ｆ１は、第２流路Ｆ２よりも断面積が小さくなるように形成されている。具体的には、例えば溝１０１ａの深さＤ１を溝１０２ａの深さＤ２よりも浅くしてもよく、溝１０１ａの幅Ｗ１を溝１０２ａの幅Ｗ２よりも狭くしてもよい。

中間板１０２は、下部板１０１の上面に接合されている。中間板１０２は、下部板１０１と略同径の円板形状を有し、Ｃｕ、Ａｌ等の熱伝導材料により形成されている。中間板１０２の下面は平坦に形成されており、下部板１０１の上面に接合されることで、溝１０１ａの溝蓋として機能する。中間板１０２の上面には、溝１０２ａが形成されている。溝１０２ａの長さは、溝１０１ａの長さよりも長くなるように形成されている。溝１０２ａは、例えば図４に示されるように、外周部から中心部に向かって渦巻状に延び、更に中心部から外周部に向かって渦巻状に延びるように形成されている。溝１０２ａは、中間板１０２の上面に上部板１０３が接合されることにより、冷媒流路（第２流路Ｆ２）として機能する。また、中間板１０２には、厚さ方向に垂直に貫通する貫通孔１０２ｂが形成されている。貫通孔１０２ｂは、下部板１０１の上面に中間板１０２が接合された状態において、一端が溝１０１ａと連通し、他端が溝１０２ａと連通するように形成されており、第１流路Ｆ１と第２流路Ｆ２とを接続する接続部Ｆ３として機能する。第２流路Ｆ２には、接続部Ｆ３を介して第１流路Ｆ１から冷媒が流れ込む。第２流路Ｆ２を流れる冷媒は、ウエハＷからチャックトップ１１ｃ内に伝わった熱を吸収する。また、第２流路Ｆ２は、接続部Ｆ３と反対側の端部に流出口Ｏを有する。第２流路Ｆ２を流れる冷媒は、流出口Ｏから排出される。また、第２流路Ｆ２には、例えば図４に示されるように、冷媒の流れ方向に沿って間隔を有して複数の吸熱促進部材１０４が設けられている。吸熱促進部材１０４は、例えば図６に示されるように、第２流路Ｆ２の内面側に設けられている。より具体的には、吸熱促進部材１０４は、一端が溝１０２ａの底面に接合され、他端が上部板１０３の下面に接合されている。第２流路Ｆ２の内面側に吸熱促進部材１０４を設けることで、ウエハＷからチャックトップ１１ｃ（中間板１０２及び上部板１０３）内に伝わった熱と、第２流路Ｆ２を流れる冷媒との間で熱交換が行われる面積が大きくなるので、吸熱効率が向上する。また、流出口Ｏは、例えば図７に示されるように、流入口Ｉよりも上方に設けられている。

上部板１０３は、中間板１０２の上面に接合されている。上部板１０３は、下部板１０１と略同径の円板形状を有し、例えばＣｕ、Ａｌ等の熱伝導材料により形成されている。上部板１０３の上面には、ウエハＷが載置される。即ち、上部板１０３の上面は、載置面として機能する。また、上部板１０３の下面は平坦に形成されており、中間板１０２の上面に接合されることで、溝１０２ａの溝蓋として機能する。

このように、チャックトップ１１ｃの内部に、流入口Ｉを有する第１流路Ｆ１と、第１流路Ｆ１と連通し流出口Ｏを有する第２流路Ｆ２とを設け、第１流路Ｆ１を第２流路Ｆ２よりも下方に配置している。言い換えると、第１流路Ｆ１を第２流路Ｆ２よりもウエハＷから離れた位置に設けている。これにより、ウエハＷからチャックトップ１１ｃ内に伝わった熱と第１流路Ｆ１を流れる冷媒との間の熱交換が抑制されるので、流入口Ｉ近傍の領域での過冷却を抑制することができる。その結果、冷媒流路Ｆの流入口Ｉ近傍の温度分布を改善することができる。

また、平面視で、第１流路Ｆ１の一部は第２流路Ｆ２と重なるように設けられている。これにより、流れ抵抗（圧力損失）を抑えると共に、相対的に冷媒温度が低い第１流路Ｆ１による過冷却状態を、相対的に冷媒温度が高い第２流路Ｆ２により緩和できるので、冷媒流路Ｆの流入口Ｉ近傍の温度分布を更に改善することができる。

また、平面視で、第１流路Ｆ１は、鋭角を有する流路を含まない。これにより、第１流路Ｆ１における流れ抵抗（圧力損失）が小さくなるため、第１流路Ｆ１における冷媒の滞留が抑制される。そのため、第１流路Ｆ１においてウエハＷからチャックトップ１１ｃ内に伝わった熱と第１流路Ｆ１を流れる冷媒との間での熱交換が抑制されるので、流入口Ｉ近傍の領域での過冷却を特に抑制することができる。その結果、冷媒流路Ｆの流入口Ｉ近傍の温度分布を更に改善することができる。

また、第２流路Ｆ２の長さは、第１流路Ｆ１の長さよりも長い。これにより、冷媒による吸熱を無駄なく、効率よく行いつつ、冷媒流路Ｆの流入口Ｉ近傍の温度分布を改善することができる。

また、第１流路Ｆ１は、第２流路Ｆ２よりも断面積が小さい。これにより、第１流路Ｆ１を流れる冷媒の流速が第２流路Ｆ２を流れる冷媒の流速よりも大きくなる。そのため、第１流路Ｆ１においてウエハＷからチャックトップ１１ｃ内に伝わった熱と第１流路Ｆ１を流れる冷媒との間での熱交換が抑制されるので、流入口Ｉ近傍の領域での過冷却を特に抑制することができる。その結果、冷媒流路Ｆの流入口Ｉ近傍の温度分布を更に改善することができる。

また、第２流路Ｆ２の内面側に吸熱促進部材１０４が設けられている。これにより、ウエハＷからチャックトップ１１ｃ内に伝わった熱と、第２流路Ｆ２を流れる冷媒との間で熱交換が行われる面積が大きくなるので、吸熱効率が向上する。そのため、流入口Ｉ近傍の領域とその他の領域との間の温度差を小さくすることができる。

ヒータ１１ｄは、チャックトップ１１ｃの下面に取り付けられている。ヒータ１１ｄは、チャックトップ１１ｃを介してウエハＷを加熱する。これにより、冷媒流路Ｆを流れる冷媒による温度制御に加えて、ヒータ１１ｄによる温度制御を行うことができる。また、チャックトップ１１ｃの下面にヒータ１１ｄを取り付ける構造を採用することにより、冷媒によりチャックトップ１１ｃの温度の面内均一性を向上させた状態で更にチャックトップ１１ｃを全体として加熱することができる。そのため、チャックトップ１１ｃの温度の面内均一性を保ったまま高温側へ温度制御することができる。

図８は、ステージ１１内部の冷媒流路Ｆの別の例の説明図であり、第１流路Ｆ１と第２流路Ｆ２との接続部Ｆ３を含むチャックトップ１１ｃの断面を示す。

図８の例では、チャックトップ１１ｃ内に厚さ方向に所定の角度で傾斜して貫通する貫通孔１０２ｂ１が形成されている。なお、その他の点については、図４から図７を参照して説明したチャックトップ１１ｃと同様である。

このように、貫通孔１０２ｂ１が中間板１０２の厚さ方向に所定の角度で傾斜しているので、接続部Ｆ３における流れ抵抗（圧力損失）が小さくなり、冷媒の接続部Ｆ３における滞留が抑制される。そのため、接続部Ｆ３においてウエハＷからチャックトップ１１ｃ内に伝わった熱と接続部Ｆ３を流れる冷媒との間での過剰な熱交換が抑制されるので、接続部Ｆ３近傍の領域での過冷却を抑制することができる。その結果、接続部Ｆ３近傍の領域の温度が周囲の領域の温度よりも低くなることを抑制することができる。

図９は、ステージ１１内部の冷媒流路の更に別の例の説明図であり、平面視における冷媒流路の形状の概略を示す。

図９の例では、ステージ１１内部に冷媒流路が複数形成されている。一実施形態では、２つの冷媒流路ＦＡ、ＦＢが形成されている。なお、その他の点については、図４から図７を参照して説明したチャックトップ１１ｃと同様である。

冷媒流路ＦＡは、流入口ＩＡを有する第１流路ＦＡ１と、第１流路ＦＡ１と連通し、流出口ＯＡを有する第２流路ＦＡ２と、を有し、第１流路ＦＡ１は、第２流路ＦＡ２よりも下方に設けられている。第１流路ＦＡ１と第２流路ＦＡ２とは、接続部ＦＡ３にて接続されている。

冷媒流路ＦＢは、流入口ＩＢを有する第１流路ＦＢ１と、第１流路ＦＢ１と連通し、流出口ＯＢを有する第２流路ＦＢ２と、を有し、第１流路ＦＢ１は、第２流路ＦＢ２よりも下方に設けられている。第１流路ＦＢ１と第２流路ＦＢ２とは、接続部ＦＢ３にて接続されている。

図９の例では、図４から図７を参照して説明したチャックトップ１１ｃと同様の効果が奏される。なお、ステージ１１内部に形成される冷媒流路の数は、３つ以上であってもよい。

（実施例）
図１０は、ステージ１１のウエハ載置面における温度分布を示す図である。図１０の上段には、図４から図７を参照して説明したチャックトップ１１ｃを有するステージ１１を用いたときのステージ１１のウエハ載置面における温度分布のシミュレーション結果（実施例の結果）を示す。一方、図１０の下段には、冷媒流路が同一平面に配置されているチャックトップ１１ｃを有するステージ１１を用いたときのステージ１１のウエハ載置面における温度分布のシミュレーション結果（比較例の結果）を示す。

図１０に示されるように、実施例では、比較例よりも冷媒流路の流入口近傍（領域Ａを参照）の温度分布を改善することができることが分かる。また、シミュレーションの結果、実施例におけるステージ１１の温度の面内均一性は±３％以内であり、比較例におけるステージ１１の温度の面内均一性は±６～７％であった。このように、実施例では、ステージ１１の温度の面内均一性を高めることができることが分かる。

なお、上記の実施形態において、ウエハＷは基板の一例であり、ステージ１１は基板載置台の一例であり、テストヘッド１４は検査部の一例である。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１０プローバ
１１ステージ
１１ｃチャックトップ
１７プローブカード
１０１下部板
１０１ａ溝
１０２中間板
１０２ａ溝
１０３上部板
Ｆ冷媒流路
Ｆ１第１流路
Ｆ２第２流路
Ｉ流入口
Ｏ流出口
Ｗウエハ

Claims

内部に冷媒流路が形成され、上面に基板を載置する基板載置台であって、
前記冷媒流路は、
流入口を有する第１流路と、
前記第１流路と連通し、流出口を有する第２流路と、
を有し、
前記第１流路は、前記第２流路よりも下方に設けられ、
前記第２流路には、冷媒の流れ方向に沿って間隔を有して複数の吸熱促進部材が設けられている、
基板載置台。
平面視で、前記第１流路の一部は前記第２流路と重なるように設けられている、
請求項１に記載の基板載置台。
平面視で、前記第１流路は、鋭角を有する流路を含まない、
請求項１又は２に記載の基板載置台。
前記第２流路の長さは、前記第１流路の長さよりも長い、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板載置台。
前記第１流路は、前記第２流路よりも断面積が小さい、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板載置台。
前記冷媒流路は、複数形成されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板載置台。
基板に形成された半導体デバイスの電気的特性を検査する基板検査装置であって、
前記基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台の前記基板が載置される面に対向して設けられ、前記半導体デバイスと電気的に接触可能な多数のプローブを有するプローブカードと、
を備え、
前記基板載置台は、内部に形成された冷媒流路を有し、
前記冷媒流路は、
流入口を有する第１流路と、
前記第１流路と連通し、流出口を有する第２流路と、
を有し、
前記第１流路は、前記第２流路よりも下方に設けられ、
前記第２流路には、冷媒の流れ方向に沿って間隔を有して複数の吸熱促進部材が設けられている、
基板検査装置。