JP2003059985A - プローバのステージ構造 - Google Patents

プローバのステージ構造

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステージ部の温度変化の影響を排除し、高温
低温測定時に関係なく、半導体デバイスの位置決めを高
精度で行えるプローバのステージ構造を提供する。 【解決手段】 ステージが、ウェハWを保持し加熱冷却
装置11とを有するステージ部1と、該ステージ部を移
動するステージ機構部2と、この両者の間に介在する断
熱部3とより構成され、この断熱部が、第1と第2の断
熱体31,32と、これらの断熱体の間に挟持される放
熱体33とからなっている。放熱体は、ステージ部の下
面と側面とを包囲する水盤形状をしており、かつステー
ジ部に面する表面が断熱シート34で被覆されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハ上に形成さ
れた多数の半導体デバイスの電気的特性を測定するため
に、ウェハをステージに載置してステージを移動し、テ
スタに接続される触針(プローブニードル)に各半導体
デバイスの電極パッドを順次接触させるプローバに関
し、特にそのステージ構造の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
製造効率を向上させるために、ウェハに形成された多数
の半導体デバイスの電極パッドに触針を接触させて、I
Cテスタからの試験信号を印加して半導体デバイスから
の出力信号を検出し、正常に動作しないデバイスは後の
組み立て工程から除くと共に、その検査結果が速やかに
フィードバックされる。この検査に使用されるのがプロ
ーバである。このプローバは、例えば真空吸着等により
ウェハを保持するステージを備えており、このステージ
の上方には、半導体デバイスの電極パッドに対応した、
テスタに接続される多数の触針を備えたプローブカード
が固定されている。そして駆動機構によりステージを3
次元方向に移動させ、ウェハの半導体デバイスの電極パ
ッドに触針を接触させ、この触針を介してテスタにより
試験測定を行うように構成されている。
【0003】近年においては、半導体デバイスの耐久性
のテスト及び半導体デバイスの使用環境と同様の温度環
境での性能検査及び品質検査を行う必要性等から、ウェ
ハを保持するステージ部内部に加熱/冷却装置を設け
て、プローバのスペック範囲として、例えば−40℃〜
+150℃の温度範囲で半導体デバイスの試験測定が行
われている。
【0004】しかしながら、この加熱/冷却装置による
ステージ部の温度変化が、ステージ部を移動させるステ
ージ機構部に伝熱し、この熱による熱膨張等の影響によ
り、ステージの位置決め精度が悪化してしまうという問
題があった。そこで、従来のステージ構造においては、
図2に示すようにこの冷/熱源11によるステージ部1
の温度変化がステージ機構部2に影響しないように、ス
テージ部1とステージ機構部2との接続部分を熱伝導率
の悪い断熱材料である単一の断熱体3を用いた断熱構造
としたり、又は高温の場合には、プローバの筺体内の温
度変化を防ぐためにファン4などを用いたステージ冷却
構造を採用していた。しかしながら、この従来のステー
ジ構造では、ステージ部の温度変化のステージ機構部へ
の影響を十分に防止しきれず、半導体デバイスの位置決
め精度を依然として悪化させていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑みてなされたものであり、その目的は、ステージ部の
温度変化によるステージ機構部への影響を排除し、高低
温測定時に関係なく、半導体デバイスの位置決めを高精
度で行うことが可能なプローバのステージ構造を提供す
ることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載のプローバのステージ構造を提供する。請求項1に
記載のプローバのステージ構造は、ステージが、ウェハ
を保持し、加熱/冷却源でもあるステージ部と、このス
テージ部を移動させるステージ機構部と、その両者の間
に介在する断熱部とより構成され、この断熱部が、少な
くとも2つの断熱体と、これらの断熱体間に挟持される
放熱体とからなっている。このように断熱層と放熱層と
を重ね合わせた多層構造とすることにより、より高い断
熱性を得ることができる。したがって、従来のものに比
べ、断熱部を同性能で薄くコンパクトに形成できるの
で、高いスペース効率を有するステージ構造が得られ
る。また、高低温測定時の温度変化によるステージ機構
部への影響を排除でき、高精度な位置付けが行える。
【0007】請求項2の該ステージ構造は、放熱体の形
状をステージ部の下面と側面とを包囲するような形状と
したものであり、これにより、冷熱源であるステージ部
からステージ機構部への空気による熱の伝播を遮断する
ようにしている。請求項3の該ステージ構造は、放熱体
のステージ部に面する表面を断熱シート被覆したもので
あり、これにより、ステージ部からの熱の空気伝播を一
層効率良く遮断している。
【0008】請求項4の該ステージ構造は、断熱部の断
熱体がセラミックから形成され、放熱体の断熱シートが
スポンジ材にアルミ蒸着が施されているものである。ス
テージ部はプローブカードの触針から約100〜120
kgの荷重を受けるものであり、そのため断熱体も強度が
必要であり、断熱材料としてセラミックは好適である。
請求項5の該ステージ構造は、放熱体の放熱を促進する
ためにファンを設けたものであり、これにより、放熱体
を通り抜ける空気の流通をよくし、放熱効果を一層改善
でき、ステージ部からステージ機構部への熱の伝達量を
大幅に低減でき、断熱効果を高めることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態のプローバのステージ構造について説明する。
図1は、本発明のプローバのステージ構造の縦断面の概
略構成図である。ステージは、多数の半導体デバイスが
形成されたウェハWを、その表面上に載置して保持する
ステージ部1と、このステージ部1を3次元方向に移動
させるためのステージ機構部2と、ステージ部1とステ
ージ機構部2間に介在し、両者間を断熱する断熱部3と
より構成されている。なお、図示されていないが、ステ
ージの上方にはテスタに接続する多数の触針を有するプ
ローブカードが固定されているテスタヘッド部が配置さ
れている。
【0010】ステージ部1の表面には、ウェハWを保持
するため、例えば吸引通路に連通している吸引空気用の
溝(図示せず)が形成されており、ウェハWは吸着保持
される。またステージ部1の内部には、半導体デバイス
を高温状態、例えば最高で150℃、又は低温状態、例
えば最低で−40℃、で電気的特性検査が行えるよう
に、加熱/冷却源としての加熱/冷却装置11が設けら
れている。これらの加熱/冷却装置11は、公知の適宜
の加熱/冷却器が採用できるものであり、例えば、面ヒ
ータの加熱層と冷却流体の通路を設けた冷却層との二重
層構造にしたものや、熱伝導体内に加熱ヒータを巻き付
けた冷却管を埋設した一層構造の加熱/冷却装置等、様
々のものが考えられる。また、電気加熱ではなく、熱流
体を循環させるものでもよく、またペルチェ素子を使用
してもよい。
【0011】ステージ機構部2は、一般的に良く知られ
た構造であるので、簡単に説明すると、水平面の2方向
であるX方向とY方向、上下方向であるZ方向の3つの
1次元の移動テーブル21,22,23を組み合わせて
構成されている。例えば、X方向の移動テーブル23の
上にY方向の移動テーブル22を載せ、その上にZ方向
の移動テーブル21を載せている。それぞれの移動テー
ブルの駆動方式には、公知のボールねじ駆動、またはリ
ニアモータ駆動が採用されている。即ち、例えば移動テ
ーブル21は、移動部21a、案内部21b、ボールね
じ部21c、ナット部21d、モータ部21e及びボー
ルベアリング部21f等から構成されている。モータ部
21eを駆動することで移動部21aが上下動する。ス
テージ機構部2の上面、即ち、最上部に位置しているZ
方向の移動テーブル21の上面(移動部21a)には、
後述する断熱部3を嵌合して固定するための円筒状の凸
部2aが形成されている。なお、Z方向の移動テーブル
21は、θ方向にも回動できるようになっている。
【0012】本発明の特徴である断熱部3は、図1に示
される実施例では、2つの第1と第2の断熱体31,3
2と、これらの断熱体に挟持された放熱体33とから構
成されている。なお、この断熱体の数を、2つ以上と
し、放熱体の数も1つ以上として、交互に断熱体と放熱
体とを積み重ねた多層構造とすれば、断熱効果は一層向
上するが、一つ当りの断熱体の厚さが薄くなり、強度的
に弱くなるので、適切な数を選択することが好ましい。
【0013】第1と第2の断熱体31,32は、一般に
は、ステージ部1の形状と同様に円筒形に形成され、下
方に配置される第2の断熱体32の下面は、駆動機構部
2の上面の円筒状凸部2aに嵌合するように円柱状の凸
部32aが形成されている。これらの断熱体31,32
は、約100〜120kg程の荷重を受けるものであり、
強度を必要するのでセラミック、好ましくはジルコニア
系のセラミックで作られている。
【0014】2つの第1と第2の断熱体31,32に挟
持される放熱体33は、図1に示される実施例では、ス
テージ部1の下面と側面とを包囲するように水盤のよう
な形状に形成されていて、そのほぼ中央部分で第1と第
2の断熱体31,32に挟持されている。放熱体33
は、熱伝導の良好な金属材であるアルミニウム、銅及び
これらの合金等から作られており、ステージ部1に面し
ていて、断熱体31,32から露出している表面には、
断熱シート34が被覆されている。この断熱シート34
は、例えばシリコン樹脂系のスポンジ材の表面にアルミ
蒸着したものが使用される。なお、放熱体33は、図1
のものではその表面が平坦であるが、表面積を大きくす
るために、その表面を凹凸状にしたり、波形状にするこ
とも可能である。
【0015】上述したステージ部1、断熱部3及びステ
ージ機構部(最上部の移動部21a)2は、最終的には
通しボルト等で着脱自在に固定されている。また、プロ
ーバの筺体内には、放熱体32に対して強制的に空気を
送って冷却するためのファン4が設けられている。
【0016】上記のように構成された本発明のプローバ
のステージ構造においては、加熱/冷却源であるステー
ジ部1からの熱が断熱部3によって遮断され、ステージ
機構部2へ熱伝達しないようになっている。即ち、ステ
ージ部1からの熱は断熱部3の上部の第1の断熱体31
によって1次断熱され、熱伝達量が絞り込まれる。次に
1次断熱によって低減された熱量は、放熱体33によっ
て放熱され、更に断熱部3の下部の第2の断熱体32へ
の熱伝達量が絞り込まれる。次いで、放熱後の絞り込ま
れた熱量を第2の断熱体32で2次断熱する。このよう
に、断熱−放熱−断熱という多層の組み合せ構造を断熱
部3に採用することによって、断熱効果を高めることが
できる。これにより、ステージ部1の温度変化がステー
ジ移動機構部であるステージ機構部2に伝わることを防
止でき、その熱膨張又は熱収縮による影響を排除でき、
半導体デバイスの触針に対する高精度な位置決めを安定
して確保できる。
【0017】また、放熱体33がステージ部1の下面と
側面とを間隔をあけて包囲するような水盤形状となって
いて、そのステージ部1に面する表面を断熱シート34
で被覆していることにより、ステージ部1からの熱が空
気伝播によりステージ機構部2へと伝熱するのが遮断さ
れるようになっており、その断熱効果が一層高められ
る。更に、放熱体33の第1と第2の断熱体31,32
で挟持されている中央部分以外の外部に拡張している部
分を、プローバの筺体内に設けたファン4により冷却
し、放熱量を向上させて第2の断熱体32への熱伝達量
を一層減少させることで、更に一層の断熱効果が高めら
れる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のプローバ
のステージ構造においては、従来の単体の断熱層のみの
構造と比較して、加熱/冷却源であるステージ部からス
テージ機構部への熱伝達量を大幅に低減することがで
き、高精度な位置決めが確保できる。したがって、高低
温測定時の温度変化による精度への悪影響を排除でき、
高低温測定時でのプローバの精度を従来の数μm程度か
ら更に高精度まで保証できる。また、微細化、大口径化
が進むシリコンウェハの測定において、精度への要求は
高まっており、プローバの精度向上は、更なる微細化、
大口径化を可能としている。更には、高低温測定時の高
精度化の実現により、現状の測定温度(約150℃〜−
40℃)よりも、更なる高温(約200℃)、低温での
測定が可能となり、より劣要な環境でも安定動作が可能
な更なる高品質、高性能な半導体の開発に寄与できる。
また特殊環境で使用する機器類の開発や航空宇宙開発の
分野で使用する半導体の開発に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のプローバのステージ構造
の縦断面の概略構成図である。
【図2】従来のステージ構造の概略図である。
【符号の説明】
1…ステージ部 11…加熱/冷却装置 2…ステージ機構部 3…断熱部 31,32…断熱体 33…放熱体 34…断熱シート 4…ファン
フロントページの続き Fターム(参考) 2G003 AA10 AB00 AC03 AG04 AG11 AG16 AH00 AH05 4M106 AA01 BA01 CA60 CA62 DJ01 DJ02 DJ03 5E322 AA11 BA03 FA02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウェハ上に形成された多数の半導体デバ
    イスの電気特性を検査するために、プローブカードの触
    針に対してウェハを保持したステージを移動させるプロ
    ーバのステージ構造において、 前記ステージが、ウェハを保持するチャック機構と内部
    に加熱/冷却装置とを有するステージ部と、該ステージ
    部を3次元方向に移動させるためのステージ機構部と、
    該ステージ部と該ステージ機構部間に介在し、両者間を
    断熱する断熱部とからなっていて、 前記断熱部が、少なくとも2つの断熱体と、該断熱体間
    に挟持され、該断熱体より横方向に突出する少なくとも
    1つの放熱体とからなることを特徴とするプローバのス
    テージ構造。
  2. 【請求項2】 前記放熱体が、前記ステージ部の下面と
    側面とを包囲するように水盤形状に形成されていること
    を特徴とする請求項1に記載のプローバのステージ構
    造。
  3. 【請求項3】 前記放熱体のステージ部に面する表面
    が、断熱シートで被覆されていることを特徴とする請求
    項1又は2に記載のプローバのステージ構造。
  4. 【請求項4】 前記断熱体が、セラミックより形成され
    ており、前記断熱シートが、スポンジ材にアルミの蒸着
    が施されていることを特徴とする請求項3に記載のプロ
    ーバのステージ構造。
  5. 【請求項5】 前記放熱体の放熱を促進するために、フ
    ァンが設けられていることを特徴とする請求項1〜4の
    いずれか一項に記載のプローバのステージ構造。
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