JP2021510454A - ウェハプローバ - Google Patents

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Abstract

本発明は、ウェハプローバに関するものである。前記ウェハプローバのウェハプロービングステージは、下プレートと、前記下プレートの上部の表面に搭載された複数本の昇降柱と、前記複数本の昇降柱の上端部に搭載される上プレートと、を備え、前記複数本の昇降柱のそれぞれは、上プレートと下プレートとの間を昇降するように構成され、前記上プレートは、前記昇降柱の上下動につれて高低及び勾配が調整される。前記ウェハプロービングステージは、各昇降柱に印加される荷重に応じて各昇降柱の高さを調節して、上プレートの上に配置されたチャックの高さ及びチャックの勾配又は平坦度を調節することが可能になる。

Description

本発明は、ウェハプローバに係り、さらに詳しくは、チャックの下に互いにそれぞれ独立して駆動される複数本の昇降柱を離間させて配置し、各昇降柱の高低を独立して調節することにより、チャックの高さ及びチャックの勾配を調節することが可能になり、その結果、チャックの上部に置かれたウェハとこれと接触されるプローブカードとの接触面が平らな姿勢を保持できるようにするウェハプローバに関する。
半導体検査装備であるウェハプローバ(Wafer prober)は、半導体前工程がすべて完了したウェハを対象として、後工程に入る直前に、ウェハの上に作り出された半導体素子の電気的な特性を検査して良否を確認する装備である。
一般に、ウェハプローバは、垂直方向及び水平方向に駆動可能なステージと、前記ステージの上に載置され、上部の表面にウェハが搭載されるチャック(Chuck)と、前記ウェハを検査するための電気的な試験装置、及び前記試験装置と接続されてウェハと接触されるプローブカードを備える。
プローブカードの探針は、数十本の電気検査用のピンを持ったものから、数万本のピンを持ったものまで、多岐にわたるが、共通して、電気的な試験装置と接続されており、電気的な試験装置は、ベースフレームの天板に機械的に締め付けられる。このように、電気的な試験装置と接続されたプローブカードは、固定されたフレームの天板に締め付けられているため、プローブカードの探針もまた常に固定された位置と状態を保持する。すなわち、プローバカードの探針は、最初に固定された箇所に変化なしに位置づけられ、チャックがステージの移動により上/下及び左/右に動いて探針と接触する。
一方、チャック(Chuck)の下部に配置されるステージ(Stage)は、水平移動機構、垂直移動機構及び回転機構からなって、チャックを所望の任意の箇所まで移動させる役割を果たす。前記水平移動機構は、チャックを前後方向に移動させるY軸ステージと、チャックを左右方向に移動させるX軸ステージと、から構成され、前記垂直移動機構は、チャックを上下方向に移動させるZ軸ステージから構成される。
従来の水平移動機構及び垂直移動機構は、ベースフレームと、ベースフレームの上に搭載されたY軸ステージと、Y軸ステージの上に搭載されたX軸ステージと、X軸ステージの上に搭載されたZ軸ステージと、を備える。すなわち、従来の水平移動機構及び垂直移動機構は、Y軸ステージと、X軸ステージ及びZ軸ステージがベースフレームの上にこの順に積層された構造となっている。
従来の垂直移動機構は、単一本の昇降柱からなるZ軸ステージから構成され、上下方向に上昇したり下降したりすることにより、チャックの高低を調整するものである。
一方、従来のウェハプローバにおいて、チャックの周縁において検査を行う場合、偏心荷重を受けてチャックがねじれてしまう。理論的には、チャックがねじれない構造と剛性を有するように設計されなければならないが、実際には、偏心荷重によりチャックがねじれてしまうという現象が生じてしまう。実際に、プローブカードの探針は、固定されている状態で垂直移動機構であるZ軸ステージが上方に上昇させることにより、Z軸ステージの上のチャックの上に置かれたウェハを探針と接触させようとしたとき、接触する探針によりウェハ及びその下部のチャックの表面に接触荷重が印加される。このとき、チャックが耐えられずにチャックの表面がねじれてしまって不所望の勾配が生じることにより、結果的に、プローブカードの探針の一部は正常的に接触できなくなり、その結果、接触不良が生じる。
このように、単一のZ軸ステージが上昇することにつれて、チャックの上に搭載されたウェハの一部の領域へのプローブカードの探針の接触により偏心荷重が生じてしまい、その結果、チャックに勾配が生じてしまう。このような問題を解決するために、チャックが平坦度を保てるようにチャックの勾配を調整する必要がある。
しかしながら、従来のウェハプローバの垂直移動機構は、単一本の昇降柱からなるZ軸ステージのみから構成されることにより、チャックの全領域に対して適正な剛性を与えることができないだけではなく、チャックの勾配を調整し難いという問題がある。
前述した問題を解決するための本発明の目的は、チャックの高さが調節可能であるだけではなく、チャックに対する勾配もまた簡単に調整可能である他、チャックの全領域に対して適正な剛性を与えることのできるウェハプローバを提供することである。
前述した目的を達成するための本発明の特徴に係るウェハプローバは、ウェハを据え付けるチャック及び前記チャックを移動させたり回転させたりするウェハプロービングステージを有するウェハプローバにおいて、前記ウェハプロービングステージは、下プレートと、前記下プレートの上部の表面に搭載された複数本の昇降柱と、前記複数本の昇降柱の上端部に搭載される上プレートと、を備え、前記複数本の昇降柱のそれぞれは、上プレートと下プレートとの間を昇降するように構成され、前記上プレートの高さ及び勾配は、前記昇降柱の高さに応じて調整される。
前述した特徴に係るウェハプローバにおいて、前記複数本の昇降柱は、互いにそれぞれ独立して駆動され、前記複数本の昇降柱は、前記下プレートの上部の表面の中心点を基準として均一に離間して配置されることが好ましい。
前述した特徴に係るウェハプローバにおいて、前記ウェハプロービングステージは、複数本の昇降柱の中心の位置の変化なしに上プレートの勾配のみを変化させる力勾配保持モジュールをさらに備えることが好ましい。
前述した特徴に係るウェハプローバにおいて、前記ウェハプロービングステージは、前記複数本の昇降柱のそれぞれに装着されて、各昇降柱に印加される荷重を感知する荷重測定センサと、上プレートの下部面と昇降柱の上部面との間に配設された予圧調節モジュールと、をさらに備え、前記荷重測定センサは、予圧調節モジュールの上部又は下部に搭載されることが好ましい。
本発明に係るウェハプローバのウェハプロービングステージは、複数の昇降モジュールを離間させて配置して構成し、その上にウェハを据え付けるチャックを配置することにより、チャックの高低を調節することができるだけではなく、チャックの表面に対する勾配又は平坦度の調節を行うことも可能になる。
また、本発明に係るウェハプローバのウェハプロービングステージは、複数の昇降モジュールをそれぞれ独立して駆動し、各昇降モジュールに対して荷重測定センサの装着を行うことにより、荷重測定センサを用いて各昇降モジュールに印加される独立的な荷重を正確に測定することが可能になる。
したがって、本発明に係るウェハプローバのウェハプロービングステージは、ウェハとプローブカードとの間の最初のコンタクトのために、複数本の昇降柱の全体の高低を調節して予め登録された位置に移動させた後、各昇降柱に印加される荷重を感知してチャックの勾配を測定し、測定された勾配に応じて複数本の昇降柱のそれぞれの高さを微細に調節してチャックの平坦度を保持することが可能になる。
本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバにおいて、上部にチャックが搭載された状態のウェハプロービングステージの斜視図である。 図1のチャックが搭載された状態のウェハプロービングステージの分解斜視図である。 本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバにおいて、下プレートに複数本の昇降柱が搭載された下構造物の状態を示す部分斜視図である。 図3の平面図である。 本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバにおいて、上プレートに力勾配調節モジュールが装着された上構造物の状態を示す部分斜視図である。 本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバにおいて、力勾配調節モジュールと予圧調節モジュールとが装着された状態を示す部分斜視図である。 本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバにおいて、昇降柱の上下方向への移動につれて起こる上プレートの水平方向への移動を説明するために示す概念図である。 本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバにおいて、昇降柱の上下方向への移動につれて起こる上プレートの水平方向への移動を説明するために示す概念図である。
本発明に係るウェハプローバのウェハプロービングステージは、チャックの中心点を基準として複数本の昇降柱を離間させて配置し、互いに独立して駆動可能なように構成し、各昇降柱に対して印加される荷重を感知するように構成することにより、各昇降柱に印加される荷重に応じて各昇降柱の高低を調節して、チャックの高さ及びチャックの勾配又は平坦度を調節することが可能尾になる。
以下、添付図面に基づいて、本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバの構成及び動作について詳しく説明する。
図1は、本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバにおいて、上部にチャック20が搭載された状態のウェハプロービングステージ10の斜視図である。図2は、図1のチャックが搭載された状態のウェハプロービングステージの分解斜視図である。
図1及び図2を参照すると、この実施形態に係るウェハプローバのウェハプロービングステージ10は、下プレート100と、複数本の昇降柱110、112、114と、複数の荷重測定センサ120、122、124と、力勾配保持モジュール140、142、144と、予圧調節モジュール150、152、154と、上プレート160及び回転体モジュール170を備える。前記上プレートの上部面には、ウェハを据え付けるためのチャック(Chuck)が搭載されてもよく、本発明に係るウェハプローバは、ウェハプロービングステージを駆動することにより、チャックの高低及びチャックの勾配を調節することが可能になる。本発明の図面においては、3本の昇降柱を例示しているが、これは、単に説明のしやすさのためであり、本発明の権利範囲をこれに限定しようとすることではない。
前記下プレート100は、ウェハプローバのベースフレームに搭載されてもよく、ウェハプローバのXYステージの上に搭載されてもよい。
図3は、本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバにおいて、下プレートに複数本の昇降柱が搭載された下構造物の状態を示す部分斜視図であり、図4は、図3の平面図である。
図3及び図4を参照すると、前記複数本の昇降柱110、112、114は、内部にステップモータなどが装着されて上端が上昇したり下降したりするように構成された装備である。前記複数本の昇降柱は、前記下プレート100の上部の表面と前記上プレート160の下部の表面との間に互いに一定の距離だけ離間して配置されて装着される。
前記昇降柱は、少なくとも2以上の複数本が装着されてもよく、特に、3本の昇降柱から構成する場合には、前記下プレートの上部の表面の中心点を基準として均一に離間して三角形状に配置してもよい。一方、前記複数本の昇降柱のそれぞれは、下プレートに対して上下方向に移動するが、互いに独立して駆動され、前記上プレートは、前記複数本の昇降柱の独立した上下動につれて高低及び勾配が調整されてもよい。
前記複数の荷重測定センサ120、122、124は、ロードセル(Load Cell)などから構成され、前記複数本の昇降柱の上端部のそれぞれに装着されて、各昇降柱に印加される荷重を感知して出力する。
図5は、本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバにおいて、上プレートに力勾配調節モジュールが装着された上構造物の状態を示す部分斜視図である。
図6を参照すると、前記力勾配保持モジュール140は、複数本の昇降柱の中心の位置の変化なしに上プレートの勾配のみを変化させるモジュールであって、線状移動ガイド(Linear Motion Guides;以下、「LMガイド」と称する。)からなっていてもよい。前記線状移動ガイドは、LMガイドレール146と、ここに結合されたLMガイドブロック148と、からなる。
前記LMガイドブロック148は、上プレートの下部面に当接する前記昇降柱の上端部のそれぞれに固着され、前記LMガイドレールに結合される。前記LMガイドレール146は、前記上プレートの下部面に装着されるが、前記昇降柱の各LMガイドブロックと結合される。このとき、前記LMガイドレールは、長手方向が上プレートの中心に向かって配置されるようにして、昇降柱の垂直高さの変化につれて、上プレートの中心向き又は円周向きに水平に移動するようにすることが好ましい。
前述した構成を有する前記力勾配保持モジュールにより、前記昇降柱のいずれか1本が垂直方向に移動すると、LMガイドが水平方向に移動することになって、複数本の昇降柱の中心の位置の変化なしに上プレートの勾配のみが変化する。LMガイドレールは、LMガイドレールに結合されたブロックが複数本の昇降柱により形成される三角形の中心に向かって移動できるように配置されることが好ましい。
図6は、本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバにおいて、力勾配調節モジュールと予圧調節モジュールとが装着された状態を示す部分斜視図である。
図6を参照すると、前記予圧調節モジュール150は、複数の荷重測定センサの上部と力勾配保持モジュールとの間に搭載されて、予め設定された予圧を与える。一方、前記予圧調節モジュールは、荷重測定センサの下部に設けられてもよく、力勾配保持モジュールの上部に設けられてもよい。
前記予圧調節モジュール150は、ブロックの下端に装着された予圧調整ねじ155と、前記荷重測定センサ120の上部に装着されるが、上部面が球状を呈する球面ソケット157と、下部面は前記球面ソケットの上部面に装着され、前記予圧調整ねじに結合されたロックナット158と、前記ロックナットと前記球面ソケットの外周面に結合された予圧用板ばね159と、を備えて、予圧用板ばねによりロックナットと球面ソケットとが球接触予圧を与える。
前記回転体モジュール170は、下プレート100を回転させるように構成されたモジュールであって、軸受けを下プレート100の外周面と対向するように配置して構成してもよい。これと関連して、従来のウェハプローバにおいては、チャックに対する回転部が垂直昇降のためのZ軸の上端に狭く載置されて構成されるか、あるいは、Z軸の下端に埋め込まれて構成されることが一般的である。このような従来の構造においては、チャックに約600kg以上の高荷重が印加されるとき、垂直移動機構であるZ軸だけではなく、Z軸の上端又は下端に装着された回転部にも多くの外力を与えるため、Z軸だけではなく、回転部にも剛性が求められる。また、プローブカードのカンチレバーピンが約15〜30°の勾配を有するポゴピンである場合、チャックの垂直移動機構及び回転部は、垂直方向と水平方向に対する剛性が求められるのが現状である。このような点を考慮するとき、本発明に係る垂直移動機構は、ウェハプロービングステージの複数本の昇降柱の外側に回転体モジュール170を配置するとともに、その位置もまた昇降柱の中間位置にすることにより、たとえ上部から高荷重が印加されるとしても、回転体モジュールへの影響が少なくなる。
このように、複数本の昇降柱が搭載された下プレートの外側に回転体モジュール170を配置することにより、空間上における高さの制約から自由であり、昇降柱をさらに単純かつ軽量な構造に作製することが可能であるだけではなく、大きな回転慣性が働くようにしてなお一層強固な状態を保持することが可能になる。
前述した構成を有する本発明に係るウェハプローバのウェハプロービングステージは、従来のウェハプロービングステージが大面積であり、嵩張っている他、空間の用途を探り難かったのに対し、単純化した昇降柱がなす3箇所を除く残りの領域は他の用途にも種々に活用することが可能になる。その結果、本発明に係るウェハプロービングステージをウェハプローバに適用することにより、ウェハプローバの全体的なコンパクト化を図ることが可能になる。
一方、本発明に係るウェハプロービングステージは、単純化した複数本の昇降柱を離間させて配置することにより、ウェハプローバのチャック(Chuck)の中心に加えられるプローブカード(probe card)の接触力(Contact Force)に対して非常に安定的な剛性と勾配姿勢を保持することが可能になる。なお、本発明に係るウェハプロービングステージにおいて、前記力勾配保持モジュールは、昇降柱が上昇したり下降したりするとき、独立した力の認知と姿勢の保持を可能にする。
図7及び図8は、本発明の好適な実施形態に係るウェハプローバにおいて、昇降柱の動きにつれて起こる上プレートの水平方向への移動を説明するために示す概念図である。
図7の(b)を参照すると、昇降柱が上昇する場合、垂直に配置された昇降柱の上部の表面に対して水平方向に交差するように装着されたLMガイドは、昇降柱の上昇高さに見合う分だけ三角形の中心向きに滑って、上昇した垂直高さを保持する。このとき、三角形の中心の位置は、変化なしにそのまま保持され、上プレートの勾配のみを与える。
一方、図7の(c)を参照すると、昇降柱が下降する場合、LMガイドは、昇降柱の下降高さに見合う分だけ三角形の外側、すなわち、円周向きに滑って下降した垂直高さを保持する。このとき、三角形の中心の位置は、変化なしにそのまま保持し、上プレートの勾配のみを与える。
本発明に係るウェハプロービングステージにおいて、前記予圧調整モジュールの球面ソケットは、荷重測定センサと結束されることにより、力勾配保持モジュールに球の自由度をもった遊び(ガタ)のない構造を与えることが可能になる。
一方、予圧調整モジュールのロックナットは、予圧用板ばねにより球面ソケットとの球接触予圧を有し、ロックナットにより与えられる予圧は、予圧調整ねじを用いて予圧用板ばねを伸ばすことにより保持することが可能になる。
一方、昇降柱1本の勾配θ2は、球面ソケットの球面との球状の結束により対応し、LMガイドの水平移動量は、LMガイドの線形状に対応する。
図8を参照すると、昇降モジュールが100μm上昇するとき、θ1に見合う分の勾配に応じてLMガイドはθ2の角度で傾いて、L2に見合う分だけ三角形の中心に向かって滑る。
一方、前述した本発明に係るウェハプローバのウェハプロービングステージの一実施形態は、下プレートと上プレートとの間に搭載された3本の昇降柱を備えていてもよい。特に、前記昇降柱のそれぞれは、上プレートと下プレートとの間を垂直方向に昇降するように構成され、互いに独立して駆動されるように構成されることが好ましい。また、前記3本の昇降柱は、前記下プレートの上部の表面の中心点を基準として三角形状に均一に離間して配置されることがさらに好ましい。前述した構成により、前記実施形態に係るウェハプローブにおいて、前記上プレートの高さ及び勾配は、前記昇降柱の高さに応じて調整可能になる。
この実施形態に係るウェハプロービングステージもた、上述したように、力勾配保持モジュールと、各昇降柱に印加される荷重を感知する複数の荷重測定センサと、上プレートの下部面と昇降柱の上部面との間に配設された予圧調節モジュールと、回転体モジュールと、をさらに備えていてもよく、これらは前述したものと同様に構成されることが好ましい。
以上、本発明についてその好適な実施形態に重点をおいて説明したが、これらは単なる例示にすぎず、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲において以上に例示されていない色々な変形と応用が可能であるということが理解できる筈である。なお、これらの変形と応用に係わる相違点は、特許請求の範囲において定める本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
本発明に係るウェハプロービングステージは、ウェハプローバのチャックの上下動機構として使用可能である。

Claims (15)

  1. ウェハを据え付けるチャック及び前記チャックを移動させたり回転させたりするウェハプロービングステージを有するウェハプローバにおいて、
    前記ウェハプロービングステージは、
    下プレートと、
    前記下プレートの上部の表面に搭載された複数本の昇降柱と、
    前記複数本の昇降柱の上端部に搭載される上プレートと、
    を備え、
    前記複数本の昇降柱のそれぞれは、上プレートと下プレートとの間を昇降するように構成され、
    前記上プレートの高さ及び勾配は、前記昇降柱の高さに応じて調整されることを特徴とするウェハプローバ。
  2. 前記複数本の昇降柱は、互いにそれぞれ独立して駆動されるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載のウェハプローバ。
  3. 前記複数本の昇降柱は、前記下プレートの上部の表面の中心点を基準として均一に離間して配置されたことを特徴とする請求項1に記載のウェハプローバ。
  4. 前記ウェハプロービングステージは、複数本の昇降柱の中心の位置の変化なしに上プレートの勾配のみを変化させる力勾配保持モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のウェハプローバ。
  5. 前記力勾配保持モジュールは、線状移動ガイドからなり、
    前記線状移動ガイドは、
    上プレートの下部面に当接する前記昇降柱の上端部のそれぞれに装着された線状移動(LM)ガイドブロックと、
    前記上プレートの下部面に装着されるが、前記昇降柱の各ブロックと結合された線状移動(LM)ガイドレールと、
    を備え、
    前記昇降柱のいずれか一本が上下方向に移動すると、線状移動(LM)ガイドブロックが線状移動(LM)ガイドレールに沿って水平方向に移動することになって、昇降柱の中心の位置の変化なしに上プレートの勾配のみが変化することを特徴とする請求項4に記載のウェハプローバ。
  6. 前記ウェハプロービングステージは、
    前記複数本の昇降柱のそれぞれに装着されて、各昇降柱に印加される荷重を感知する複数の荷重測定センサをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のウェハプローバ。
  7. 前記ウェハプローバは、
    上プレートの下部面と昇降柱の上部面との間に配設された予圧調節モジュールをさらに備え、
    前記荷重測定センサは、予圧調節モジュールの上部又は下部に搭載されることを特徴とする請求項6に記載のウェハプローバ。
  8. 前記予圧調節モジュールは、
    ブロック下端に装着された予圧調整ねじと、
    前記荷重測定センサの上部に装着されるが、上部面が球状を呈する球面ソケットと、
    下部面は前記球面ソケットの上部面に装着され、前記予圧調整ねじに結合されたロックナットと、
    前記ロックナットと前記球面ソケットの外周面に結合された予圧用板ばねと、
    を備えて、
    予圧用板ばねによりロックナットと球面ソケットが球接触予圧を与えることを特徴とする請求項7に記載のウェハプローバ。
  9. 前記ウェハプロービングステージの前記上プレートの上に前記チャックが配置されることを特徴とする請求項1に記載のウェハプローバ。
  10. 前記ウェハプロービングステージは、
    前記下プレートを回転させるように構成された回転体モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のウェハプローバ。
  11. ウェハを据え付けるチャック及び前記チャックを移動させたり回転させたりするウェハプロービングステージを有するウェハプローバにおいて、
    前記ウェハプロービングステージは、
    下プレートと、
    前記下プレートの上部の表面に搭載された3本の昇降柱と、
    前記3本の昇降柱の上端部に搭載される上プレートと、
    を備え、
    前記3本の昇降柱のそれぞれは、上プレートと下プレートとの間を垂直方向に昇降するように構成され、
    前記上プレートの高さ及び勾配は、前記昇降柱の高さに応じて調整されることを特徴とするウェハプローバ。
  12. 前記3本の昇降柱は、互いにそれぞれ独立して駆動されるように構成されたことを特徴とする請求項11に記載のウェハプローバ。
  13. 前記3本の昇降柱は、前記下プレートの上部の表面の中心点を基準として三角形状に均一に離間して配置されたことを特徴とする請求項11に記載のウェハプローバ。
  14. 前記ウェハプロービングステージは、3本の昇降柱の中心の位置の変化なしに上プレートの勾配のみを変化させる力勾配保持モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項11に記載のウェハプローバ。
  15. 前記ウェハプロービングステージは、
    前記3本の昇降柱のそれぞれに装着されて、各昇降柱に印加される荷重を感知する複数の荷重測定センサと、
    上プレートの下部面と昇降柱の上部面との間に配設された予圧調節モジュールと、をさらに備え、
    前記荷重測定センサは、予圧調節モジュールの上部又は下部に搭載されることを特徴とする請求項11に記載のウェハプローバ。
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