JP2001358204A - 検査ステージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】三角形状のＺベースの場合にはチャックトップ
の外周縁部が昇降駆動軸の結線（Ｚベースの各辺）より
も外側にはみ出すことになる。また、Ｚベース内にチャ
ックトップを納めようとすると、Ｚベースを大型化せざ
るを得ず、これに伴ってＸ、Ｙステージを含めて他の構
成部材も大型化する。 【解決手段】本発明の検査用ステージ１０は、ウエハを
載置するチャックトップ１１と、このチャックトップ１
１が配設された昇降可能なＺベース１２と、このＺベー
スを昇降可能に支持し且つＸ方向に移動するＸステージ
１３と、このＸステージをＸ方向に移動可能に支持し且
つＹ方向に移動するＹステージ１４とを備え、Ｚベース
を矩形状に形成すると共にこのＺベースの四隅にチャッ
クトップ１１を囲むＺ軸昇降駆動機構１７を設け、各Ｚ
軸昇降駆動機構１７を介してＺベース１２を昇降可能に
支持したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検査ステージに関
し、更に詳しくは検査時に偏荷重を受けても殆ど傾斜す
る虞がなく信頼性の高い検査を行うことができると共に
省スペース化を実現できる検査ステージに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から被検査体（例えば、ウエハ）の
検査装置としてプローブ装置が広く用いられている。プ
ローブ装置は、ウエハを搬送すると共にウエハをプリア
ライメントするローダ室と、このローダ室からウエハを
受け取ってその電気的特性検査を行うプローバ室とを備
えている。プローバ室にはウエハを載置し、Ｘ、Ｙ及び
Ｚ方向に移動する検査ステージが配設されていると共
に、検査ステージの上方にはプローブカードが配設され
ている。そして、検査ステージを介してウエハをプロー
ブカードの複数のプローブに対して位置合わせをした
後、例えば検査ステージを上昇させウエハと電気的に接
触させ、プローブカードを介してウエハの電気的特性検
査を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年Ｉ
Ｃチップの集積度が急速に高まって電極パッド数が激増
して電極パッドの配列が狭ピッチ化している。これに伴
ってプローブカードのプローブが多ピン化すると共に同
時に測定できるＩＣチップの数（同測数）が増加し、検
査時の針荷重が数１０ｋｇ〜１００ｋｇ近くまで増加し
ているため、ウエハの周縁部を検査する場合には数１０
ｋｇ〜１００ｋｇに達する偏荷重がウエハが掛かり、チ
ャックトップが傾いてウエハとプローブカードを均一に
接触させることが難しく、検査の信頼性を低下させると
いう課題があった。

【０００４】そこで、本出願人は特願平１１−６４９９
７号公報において、針荷重が大きくなってもチャックト
ップが傾斜し難い検査ステージ及び検査装置を提案し
た。この検査ステージは、図５に示すように、ウエハを
載置するチャックトップ１と、このチャックトップ１が
配設された昇降可能な略三角形状のＺベース２と、この
Ｚベース２を昇降可能に支持し且つＸ方向に移動するＸ
ステージ３と、このＸステージ３をＸ方向に移動可能に
支持し且つＹ方向に移動するＹステージ４とを備えてい
る。そして、Ｚベース２にはチャックトップを囲む昇降
駆動機構５が３箇所に設けられ、これらの昇降駆動軸５
を介してＺベース２を昇降させるようにしている。この
検査ステージの場合には、検査時にチャックトップ１上
のウエハに対して偏荷重が作用してもこの偏荷重を各昇
降駆動機構５に分散させてチャックトップ１の傾きを格
段に軽減することができる。

【０００５】ところが、３００ｍｍウエハの時代になる
に伴って検査ステージのチャックトップ１が大型化す
る。例えば、図６に示す検査ステージは２００ｍｍウエ
ハに対応するチャックトップ１を有するが、このチャッ
クトップ１をウエハの大口径化に合わせて図６の（ａ）
に示す２００ｍｍウエハ用から３００ｍｍウエハあるい
はこれ以上のウエハサイズに合わせてチャックトップの
みを大口径化すると、同図の（ｂ）に示すように三角形
状のＺベース２の場合にはチャックトップ１の外周縁部
が斜線で示すように昇降駆動軸５の結線（Ｚベース２の
各辺）よりも外側にはみ出すことになる。この場合には
チャックトップ１上のウエハを検査する時に、斜線部の
ウエハ領域に針荷重が掛かるとその部分が僅かではある
が沈み込む一方、その反対側が浮き上がってチャックト
ップ１が傾斜し、従来の検査ステージの持っていた課題
が再び問題になってくる。

【０００６】チャックトップ１の傾斜を防ぐためにＺベ
ース２内にチャックトップ１を納めようとすると、３軸
構造の場合には図６の（ｃ）に示すようＺベース２が大
型化し、これに伴ってＸ、Ｙステージ２、４も大型化す
る。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、被検査体が大型化しても検査ステージの大
型化を防止することができ、しかもチャックトップ（載
置台）の傾きを格段に軽減することができ、検査の信頼
性を確保することができる検査ステージを提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の検査ステージは、被検査体を載置する載置台と、この
載置台が配設された昇降可能な支持体と、この支持体を
昇降可能に支持し且つＸ方向に移動するＸステージと、
このＸステージをＸ方向に移動可能に支持し且つＹ方向
に移動するＹステージとを備え、上記支持体を昇降可能
に支持する昇降駆動機構を４箇所に設け、これらの昇降
駆動機構を上記支持体上で互いに結ぶ結線の内側に上記
載置台を配置したことを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明の請求項２に記載の検査ステ
ージは、請求項１に記載の発明において、上記支持体の
昇降位置を制御する手段を上記昇降駆動機構に対応させ
て設けたことを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の請求項３に記載の検査ステ
ージは、請求項１または請求項２に記載の発明におい
て、上記支持体の傾きを検出する手段を設けたことを特
徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図４に示す実施形態
に基づいて本発明を説明する。本実施形態の検査ステー
ジ１０は、図１に示すように、被検査体であるウエハを
載置する矩形状の載置台（チャックトップ）１１と、こ
のチャックトップ１１が配設された昇降可能な支持体
（Ｚベース）１２と、このＺベース１２を昇降可能に支
持すると共にＸ方向に移動するＸステージ１３と、この
Ｘステージ１３をＸ方向に移動可能に支持すると共にＹ
方向に移動するＹステージ１４と、このＹステージ１４
をＹ方向に移動可能に支持する基台１５とを備えてい
る。

【００１２】Ｘステージ１３の裏面にはＸ方向に沿って
Ｙステージ１４上に配設された一対のＸガイドレール１
３Ａとそれぞれ係合する一対の係合ブロック１３Ｂが取
り付けられている。Ｙステージ１４の裏面にはＹ方向に
沿って基台１５上に配設された一対のＹガイドレール１
４Ａとそれぞれ係合する一対の係合ブロック１４Ｂが取
り付けられている。また、Ｘステージ１３はモータ１３
Ｃに連結されたボールネジ（図示せず）と螺合し、モー
タ１３Ｃを介してＸステージ１３がＸガイドレール１３
Ａに従って往復移動する。また、Ｙステージ１４はモー
タ（図示せず）に連結されたボールネジ１４Ｄと螺合
し、モータ（図示せず）を介してＹステージ１４がＹガ
イドレール１４Ａに従って往復移動する。そして、Ｘス
テージ１３及びＹステージ１４の移動量はそれぞれのボ
ールネジの回転量をエンコーダ１３Ｅ、１４Ｅを介して
検出され、制御される。また、Ｚベース１２上にはθ駆
動機構１６が配設され、θ駆動機構１６を介してチャッ
クトップ１１をθ方向に正逆回転させる。

【００１３】Ｚベース１２の四隅にはそれぞれＺ軸昇降
駆動機構１７が設けられ、各Ｚ軸昇降駆動機構１７を介
してＺベース１２を昇降可能に支持して水平を保持して
いる。Ｚ軸昇降駆動機構１７は、Ｚベース１２の該当す
る隅角部から垂下するボールネジからなるＺ軸１７Ａ
と、Ｚ軸１７Ａが螺合する、Ｘステージ１３から垂下す
るナット部材からなるＺ軸ガイド１７Ｂと、Ｚ軸ガイド
１７Ｂ内においてＺ軸１７Ａを正逆回転させてＺベース
１２をＸステージ１３に対して昇降させるモータ１７Ｃ
とを備えている。各Ｚ軸昇降駆動機構１７はいずれもチ
ャックトップ１１の外側に配置され、チャックトップ１
１からの荷重を４箇所に分散して各Ｚ軸ガイド１７Ｂの
剛性の軽減を図っている。従って、本実施形態では、Ｚ
ベース１２を矩形状に形成し、その四隅にＺ軸昇降駆動
機構１７を取り付けたため、Ｚベース１２の無駄なスペ
ースを最小限に抑えしかもチャックトップ１１をＺベー
ス１２からはみ出させることなくその内部に収納するこ
とができる。

【００１４】また、図２に示すようにＺベース１２の四
隅には位置制御装置としてリニアセンサ１８が取り付け
られ、これらのリニアセンサ１８を介して４箇所のＺ軸
昇降駆動機構１７においてＺベース１２の昇降位置を正
確に制御している。このリニアセンサ１８について図２
の模式図を参照しながら更に説明する。リニアセンサ１
８は、同図に示すように、Ｘステージ１３上にＺ軸昇降
駆動機構１７に隣接させて立設されたリニアセンサ部１
８Ａと、リニアセンサ部１８Ａの目盛りを検出する、Ｚ
ベース１２から垂下するリニアエンコーダ部１８Ｂと、
リニアエンコーダ部１８Ｂの検出値と予め設定された目
標位置（プローブカードの針先の高さ＋Ｚベースのオー
バードライブ量）とを比較し、その差に基づいてＺ軸昇
降駆動機構１７のモータ１７Ｃを制御してＺベース１２
を昇降制御する制御部（図示せず）とを備えている。従
って、オーバードライブ時の荷重によりＺ軸昇降駆動機
構１７のＺ軸１７ＡがＺ軸ガイド１７Ｂ内で沈み込んで
も、その沈み込み量をリニアセンサ１８が検出し、モー
タ１７Ｃが駆動して沈み込ん量だけＺベース１２を持ち
上げて適正なオーバードライブ量を確保し、ウエハと全
てのプローブとの確実な電気的接触を得るようにしてい
る。

【００１５】また、位置制御装置としては上記リニアセ
ンサ１８に代えて各Ｚ軸昇降駆動機構にロータリエンコ
ーダを使用しても良い。ロータリエンコーダはＺ軸１７
Ａの移動量を検出することはできるが、Ｘステージ１３
に対するＺベース１２の高さを検出することができない
ため、Ｚ軸１７Ａに沈み込み等があるとＺベース１２の
本来の位置を把握することができない。そのため、例え
ば針研板（プローブカードのプローブを研磨する研磨
板）の設置される位置の最寄りのＺ軸昇降駆動機構１７
に変位計を設ける。この変位計を用いてＺ軸昇降駆動機
構１７における針荷重と変位量のデータを自動採取し、
このデータに基づいてチャックトップ１１の全領域の沈
み込み量を推定し、推定値に基づいて位置補正を行う。
この手法により数μｍ以下の誤差でＺベース１２に位置
を把握することができる。

【００１６】更に、一箇所のＺ軸昇降駆動機構１７の近
傍には図３に示すようにＺベース１２の傾きを検出する
傾き検出機構１９が配設され、この傾き検出機構１９に
よってＺベース１２の傾き異常を検出し、Ｚ軸ガイド２
５Ｂに対する過剰負荷を防止している。この傾き検出機
構１９は、Ｘステージ１３に設けられた発光素子１９Ａ
と、発光素子１９Ａと対向するようにＺベース１２に設
けられたミラー１９Ｂと、ミラー１９Ｂと発光素子１９
Ａの間に４５°傾斜させて配置されたハーフミラー１９
Ｃと、ハーフミラー１９Ｃの側方に配置された受光セン
サ１９Ｄと、受光センサ１９Ｄの直前に配置されたアパ
ーチャ１９Ｅとを備え、発光素子１９Ａからの発光がハ
ーフミラー１９Ｃを経由しミラー１９Ｂでの反射光がハ
ーフミラー１９Ｃに戻り進行方向が４５°変換されてア
パーチャ１９Ｅを通り受光センサ１９Ｄで検出されるよ
うになっている。この傾き検出機構１９は例えばＺベー
ス１２の０.５°の傾きまで検出することができ、それ
以上の傾きがある場合には受光センサ１９Ｄによる受光
がなく、傾き異常として報知する。

【００１７】次に、動作について説明する。検査ステー
ジ１０においてローダ室から一枚のウエハＷを受け取る
と、図示しないアライメント機構を介してＸ、Ｙステー
ジ１３、１４がＸ、Ｙ方向へ移動すると共にチャックト
ップ１１がθ駆動機構１６を介してθ方向へ移動し、ウ
エハＷとプローブカードのアライメント動作を実施す
る。アライメント終了後、ウエハＷのインデックス送り
を繰り返してウエハＷの検査を実施する。

【００１８】検査の際、４箇所のＺ軸昇降駆動機構１７
のモータ１７Ｃがそれぞれ駆動し、Ｚ軸１７ＡがＺ軸ガ
イド１７Ｂに従って上昇するとウエハＷとプローブカー
ドのプローブが接触する。更にモータ１７Ｃを介してＺ
軸１７Ａが上昇しウエハＷがオーバドライブするとウエ
ハＷに大きな針荷重が掛かる。

【００１９】ところが、本実施形態では、チャックトッ
プ１１の外側の４箇所でＺベース１２を昇降可能に支持
しているため、ウエハＷに対して針荷重が作用しても支
持体１２（チャックトップ１１）の傾きを従来と比較し
て格段に軽減することができ、しかも針荷重は４箇所の
Ｚ軸昇降駆動機構１７に分散され、各Ｚ軸昇降駆動機構
１７の荷重負担が軽減され、ひいてはそれぞれのＺ軸１
７ＡからＺ軸ガイド１７Ｂへの荷重が軽減される。

【００２０】また、ウエハＷに偏荷重が作用し、最寄り
のＺ軸ガイド１７Ｂには他の部分より大きな偏荷重が作
用し、その部分のＺ軸１７Ａの沈み込み量が他の部分の
それよりも大きくなると、Ｚベース１２が傾きその水平
度が崩れる。

【００２１】ところが、本実施形態ではリニアセンサ１
８を介して４箇所のＺ軸昇降駆動機構１７の昇降位置を
監視しＺベース１２の位置を制御し、その水平度を保持
している。つまり、各Ｚ軸昇降駆動機構１７のＺ軸１７
Ａが目標高さ位置から沈み込んでもそれぞれの沈み込み
量をそれぞれのリニアセンサ１８で検出し、これらの検
出値に基づいて各モータ１７Ｃが自動的に駆動して各Ｚ
軸１７Ａを沈み込んだ量だけ持ち上げ、Ｚベース１２、
換言すればチャックトップ１１を本来の検査位置まで持
ち上げて本来必要なオーバドライブ量を確保し、ウエハ
Ｗとプローブカードのプローブとを確実に電気的に接触
させる。偏荷重により４箇所のＺ軸昇降駆動機構１７で
沈み込み量が異なっていても、各Ｚ軸昇降駆動機構１７
はそれぞれのリニアセンサ１８の働きで沈み込み量に応
じた位置制御が行われ、各部位でＺベース１２を本来の
検査位置まで持ち上げ、結果としてチャックトップ１１
の本来のオーバドライブ量を確保すると共にその水平度
に保ち、ウエハＷがプローブカードの全プローブと確実
に接触し、信頼性の高い検査を実施することができる。

【００２２】この際、何等かの原因で一箇所のＺ軸昇降
駆動機構１７のＺ軸１７Ａの沈み込み量が異常に大きく
なってＺベース１２が傾き、傾き角が０．５°を超える
ようなことがあると、傾き検出機構１９がその傾きを検
出し、傾き異常を報知する。これによりそのＺ軸昇降駆
動機構１７のＺ軸ガイド１７Ｂの損傷を防止することが
できる。

【００２３】以上説明したように本実施形態によれば、
Ｚベース１２を矩形状に形成し、その四隅にＺ軸昇降駆
動機構１７を取り付けたため、Ｚベース１２の無駄なス
ペースを最小限に抑えしかもチャックトップ１１をＺベ
ース１２からはみ出させることなくその内部に収納する
ことができ、ひいてはウエハＷが大型化してもＺベース
１２を含めて検査ステージ１０の大型化を防止すること
ができる。更に、各Ｚ軸昇降駆動機構１７を介してＺベ
ース１２をチャックトップ１１の外側から昇降可能に支
持しているため、ウエハＷに対して偏荷重が作用しても
チャックトップ１１の傾きを格段に軽減することがで
き、しかも針荷重は４箇所のＺ軸昇降駆動機構１７に分
散され、各Ｚ軸昇降駆動機構１７の荷重負担を軽減する
ことができ、ひいてはそれぞれのＺ軸１７ＡからＺ軸ガ
イド１７Ｂへの荷重を軽減することができ、より剛性の
低い構造で済ますことができる。

【００２４】また、本実施形態によれば、Ｚベース１２
の昇降位置を制御するリニアセンサ１８をＺ軸昇降駆動
機構１７に対応させて設けたため、各Ｚ軸昇降駆動機構
１７の沈み込み量に応じた位置制御を行うことができ、
ウエハＷとプローブカードの安定した電気的接触を実現
し、信頼性の高い検査を行うことができる。

【００２５】また、本実施形態によれば、Ｚベース１２
の水平度を検出する傾き検出機構１９を設けたため、仮
に一箇所のＺ軸昇降駆動機構１７に他の部分よりも大き
な負荷が掛かりＺベース１２が傾くと、傾き検出機構１
９が働いてＺベース１２の傾き異常を報知し、そのＺ軸
昇降駆動機構１７の損傷を未然に防止することができ
る。

【００２６】図４は本発明の他の実施形態を示す図であ
る。本実施形態の検査ステージ２０は、ウエハを載置す
る円筒状または円盤状のチャックトップ２１と、このチ
ャックトップ２１が配設された昇降可能なＺベース２２
と、このＺベース２２を昇降可能に支持すると共にＸ方
向に移動するＸステージ２３とを備えている。本実施形
態ではＺ軸昇降駆動機構２７の構造を異にする以外は基
本的に上記実施形態に準じて構成されているため、図４
ではＹステージより下側の構造は図示してない。本実施
形態で用いられるＺ軸昇降駆動機構２７は、Ｘステージ
２３の該当する隅角部を貫通するボールネジ２７Ａと、
ボールネジ２７Ａが螺合する、Ｚベース２２から垂下す
る中空部材に取り付けられたナット２７Ｂと、ナット２
７Ｂ内においてボールネジ２７Ａを正逆回転させてＺベ
ース２２をＸステージ２３に対して昇降させるモータ２
７Ｃとを備えている。モータ２７ＣはＸステージ２３上
に配設され、その回転軸がＸステージ２３を下方に向け
て貫通し、その先端にプーリ２７Ｄが固定されている。
一方、ボールネジ２７ＡはＸステージ２３においてボー
ルベアリング等の摺動部材を介して回転自在に支持さ
れ、その下端にはプーリ２７Ｅが固定されている。ま
た、Ｚ軸ガイド２８は各Ｚ軸昇降駆動機構２７の中央に
配置されている。そして、モータ２７Ｃ側のプーリ２７
Ｄとボールネジ２７Ａ側のプーリ２７Ｅは無端ベルト２
７Ｆによって連結されている。各Ｚ軸昇降駆動機構２７
は上記実施形態と同様にいずれもチャックトップ１１の
外側に配置されている。

【００２７】従って、本実施形態においても、Ｚベース
２２を矩形状に形成し、その四隅にＺ軸昇降駆動機構２
７を取り付けたため、Ｚベース２２の無駄なスペースを
最小限に抑えしかもチャックトップ１１をＺベース１２
からはみ出させることなくその内部に収納することがで
きる。尚、図４において、２９はリニアセンサである。

【００２８】尚、本発明は上記実施形態に何等制限され
るものではなく、必要に応じて各構成要素を適宜設計変
更することができる。例えば、検査ステージはプローブ
装置の他、被検査体に荷重の掛かる検査に適用されるス
テージに広く適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の発明によれ
ば、被検査体が大型化しても検査ステージの大型化を防
止することができ、しかもチャックトップ（載置台）の
傾きを格段に軽減することができ、検査の信頼性を確保
することができる検査ステージを提供することができ
る。

【００３０】また、本発明の請求項２に記載の発明によ
れば、請求項１に記載の発明において、支持体の昇降位
置を制御する手段を昇降駆動機構に対応させて設けたた
め、検査時の偏荷重により支持体の沈み込み量が不均一
になっても沈み込み量に即してＺ基板を位置制御して載
置台を常に水平に保持することができる検査ステージを
提供することができる。

【００３１】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、請求項１または請求項２に記載の発明において、
支持体の水平度を検出する手段を設けたため、検査時の
偏荷重による支持体の異常な傾きを検出することがで
き、ひいては昇降駆動機構の損傷を防止することができ
る検査ステージを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の検査ステージの一実施形態を示す斜視
図である。

【図２】図１に示す検査ステージのリニアセンサを示す
模式図である。

【図３】図１に示す検査ステージに用いられる傾き検出
機構を示す模式図である。

【図４】本発明の検査ステージの他の実施形態を部分的
に断面を示す側面図である。

【図５】図１に示す検査ステージの前に本出願人が提案
した検査ステージを示す斜視図である。

【図６】（ａ）は図４に示す２００ｍｍ対応の検査ステ
ージの要部を示す平面図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ
（ａ）に示すチャックトップを３００ｍｍウエハ対応の
チャックトップに変えた状態を示す（ａ）に相当する図
である。

【符号の説明】

Ｗ ウエハ（被検査体） １０、２０ 検査ステージ １１、２１ チャックトップ（載置台） １２、２２ Ｚベース（支持体） １３、２３ Ｘステージ １４ Ｙステージ １７ Ｚ昇降駆動機構 １８ リニアセンサ（支持体の昇降位置を制御する手
段） １９ 傾き検出機構（支持体の水平度を検出する手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体を載置する載置台と、この載置
   台が配設された昇降可能な支持体と、この支持体を昇降
   可能に支持し且つＸ方向に移動するＸステージと、この
   ＸステージをＸ方向に移動可能に支持し且つＹ方向に移
   動するＹステージとを備え、上記支持体を昇降可能に支
   持する昇降駆動機構を４箇所に設け、これらの昇降駆動
   機構を上記支持体上で互いに結ぶ結線の内側に上記載置
   台を配置したことを特徴とする検査ステージ。
2. 【請求項２】 上記支持体の昇降位置を制御する手段を
   上記昇降駆動機構に対応させて設けたことを特徴とする
   請求項１に記載の検査ステージ。
3. 【請求項３】 上記支持体の水平度を検出する手段を設
   けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
   検査ステージ。