JP2587289B2 - ウェハプロ−バ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、半導体ウエハの電気的特性をチェックす
るプローバにおいて、該ウエハを搭載しＺ方向、及び、
θ方向に作動するためのウエハ搭載部材を有する構造に
関する発明であり、特に、ウエハに対する測定精度の向
上を図ることが出来るようにした構造のプローバに係る
発明である。

〈従来の技術〉 周知の如く、各種装置類にあって、半導体は極めて重
要な地位を占めるようになってきており、したがって、
半導体ウエハもまたウエハの段階でその電気的特性が設
計通りに、そして、希望通りに発揮作動するようになっ
ているか測定を介してチェックするプロービング工程が
不可欠であり、所謂プローバが用いられている。

一般に、該プローバはチャックトップ上に搭載された
ウエハをX,Y方向、及び、又は、Z,θ方向等所定方向に
移動するように作動しながら、該ウエハ上のチップの電
気的特性を所定に測定する装置である。

而して、かかるプローバにあっては該ウエハを駆動す
るために、ウエハはチャックトップを含むウエハ搭載部
材上に所定にセットされて該ウエハ搭載部材をXY方向ス
テージ等により所定方向に駆動している。

従来、該種構造のプローバは第２図に示す様に、主と
して機構部である筐体20と該筐体20に上設されたチャッ
クトップ10を有し、該筐体20は駆動源であるXY方向ステ
ージ、モータ30に連係されている。

而して、該チャックトップ10は図示しないウエハの裏
面に電源Ｖから電圧を印加して該ウエハの電気的特性を
測定することが可能であるように、導電性の良い材料か
ら形成され、一般には金属材料の表面に金メッキを施し
たものが用いられている。

そして、やはり金属材料から形成される筐体20との絶
縁を図るために、チャックトップ10と該筐体20との間に
は厚さ約1mm程度の絶縁性マイラー40を介挿し、絶縁性
材料から成る止め具50,50…でチャックトップ10と筐体2
0を相互に固定してある。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、このような構成の従来の搭載部材を有する
プローバにあっては、ウエハ裏面に対し2000〜3000V程
度の高電圧を電源Ｖから印加する場合、マイラー板40で
は耐圧性が充分でなく、そのため、絶縁破壊を起す虞が
ある欠点があった。

又、印加する電圧がそのような高電圧でないにして
も、チャックトップ10と筐体20とは物理的に一種のコン
デンサを形成しており、両者間の距離は結果的にマイラ
ー板40の厚みで決まる小ささであるため、コンデンサと
して容量Ｃが大きく、チャックトップ10に電源Ｖから印
加した電圧がなまる（鋭い直線にならない）という現象
が生ずる難点があった。

又、かかる従来技術で当該第２図に示す様に、筐体20
の形状が短円筒状でチャックトップ10と略同形状に形成
されているために、該チャックトップ10を回転させる場
合、筐体20の回転モーメントが大きく、微動位置決めの
際、精度が出し難いというマイナス点があり、加えて、
該筐体20がそのサイズを大きくとることから材料費が嵩
み、省資源に逆らうというデメリットがあった。

そして、回転位置出しに係る立ち上がりやブレーキン
グに要する動力費が抑えられないという不具合さもあっ
た。

而して、半導体ウエハに対するプローバにおいて、XY
方向ステージ、及び、θ,Z方向ステージを装備する態様
そのものは、例えば、特開昭56−76545号公報に開示さ
れている発明等で公知技術ではあるが、かかる技術では
θ,Z方向ステージがXY方向ステージの下側に装備される
ことから、プローブ針と半導体ウエハとの位置合せの際
にXY方向ステージの駆動後にθ,Z方向ステージの駆動を
行うため、機構的にプローバが大がかりになり、クリー
ンルーム等の作業施設に大スペースを要するという不都
合さがあった。

〈発明の目的〉 この発明の目的は上述従来技術に基づくウエハプロー
バのウエハ搭載機構の問題点を解決すべき技術的課題と
し、半導体ウエハに対する電気的特性の測定、及び、高
精度測定をウエハ段階で確実に行えるようにし、又、搭
載する半導体ウエハに対する位置決めが正確、且つ、ス
ムーズに行えるようにして半導体製造産業における測定
技術利用分野に益する優れたウエハプローバを提供せん
とするものである。

〈課題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの
発明の構成は、前述課題を解決するために、半導体ウエ
ハの電気的特性を測定するに、XY方向ステージ上にθ方
向、及び、Ｚ方向駆動手段を設け、該駆動手段上に金属
材料製の被駆動部を介して下部が絞られ、段部を介して
大径の円形リング状の上部を有するセラミック製等の軽
量材から成る筐体を連係し、上部に該上部と略同形，同
サイズの金属製のチャックトップを固設し、該チャック
トップに金メッキを薄層に形成して半導体ウエハを密着
状にフラット姿勢で載置セットすることが出来るように
し、筐体は2000〜3000Vの耐圧性を有し、半導体ウエハ
は確実にチャックトップにセットされ、筐体は回転モー
メントが小さく、Ｚ方向，θ方向に位置出しし易いよう
にされ、而して、駆動源によって被駆動部が回転方向
（θ方向）、又は、ウエハ面に垂直な方向（Ｚ方向）に
駆動されることにより、筐体、及び、チャックトップが
被駆動部と一体に同方向に移動し、該チャックトップ上
に載置されているウエハも同方向に移動し、チャックト
ップは導電性の良好な材料から成り、且つ、その表面に
金属メッキ、例えば、金メッキを施してあることから、
電源からの高電圧に充分耐えられ、又、平滑加工が容易
であるために、ウエハとの密着性が良く、該ウエハを水
平に載置することが出来、又、該チャックトップと被駆
動部、及び、プローバ内部の金属部材とはセラミック等
の絶縁材からなる筐体を介して完全に絶縁分離されてお
り、コンデンサが形成されないので、ウエハの耐圧試験
のためにチャックトップに電源からの高電圧が印加され
ても、印加電圧がなまったり、絶縁破壊を起す虞はない
ようにした技術的手段を高じたものである。

〈実施例〉 次に、この発明の１実施例を第１図に基づいて説明す
れば以下の通りである。

図示態様はウエハ搭載部材の全体を中心に概略的に示
すものであり、該ウエハ搭載部材は上部の導電性の金属
材料製であって電源Ｖに接続されているチャックトップ
１とセラミック等の軽量の絶縁材料から成る筐体２を間
に介装した下部の金属材料からなる被駆動部３から構成
される。

而して、該チャックトップ１は第２図に示す在来態様
同様に、良伝導性の金属材料製で断面円形リング状であ
って、その表面は金メッキ等の金属メッキの薄層が形成
され、搭載するウエハがフラットに載置セットされるよ
うに適宜に機械加工されている。

而して、筐体20は上述の如く、セラミック等の軽量絶
縁材製であって図示する様に、上部はチャックトップ１
に合致するように円形リング状で中途部はくびれ状に絞
られてより軽量化が図られ、下部は細く形成されて軽量
化がより充分に図られ、回転モーメントが小さく、立上
がり，停止がし易く位置決めが正確になされるようにさ
れている。

そして、被駆動部３はチャックトップ１上に搭載する
ウエハ（図示しない）をθ（回転）方向、及び、Ｚ（下
方）方向に所定に移動するための駆動源であるモータ４
（図示しないXY方向ステージの上方に設けられている）
に連結され、その上部に筐体２を止め具５によって固定
するようにされている。

又、筐体２は約5cm程度の厚みを有し、その上部にチ
ャックトップ１を止め具６によって固定する。

該止め具5,6は共に金属製材料であっても、絶縁材料
であってもどちらでも良い。

このようにしてプローバはコンパクトな構成とされて
いる。

尚、XY方向ステージはモータ４の下方に設けられてい
る。

上述構成のプローバにおいて、駆動源４を作動して被
駆動部３がθ方向、及び／又はＺ方向に駆動されると、
筐体２、及び、チャックトップ１が被駆動部３と一体的
に同方向に移動し、これに随伴して該チャックトップ１
上に載置されているウエハウエハも同方向に移動する。

このように、筐体２、及び、チャックトップ１が被駆
動部３を介してθ方向、及び、Ｚ方向の移動を行う駆動
源４に近接配置されるため、例えば、プローブ針（図示
せず）とウエハ、又は、チップとの位置合せを行う場合
は、X,Yステージを移動させずに（該X,Yステージを何ら
作動させる必要はないとの意味ではない。）、駆動源４
を作動させることで、図示しないプローブ針とウエハ、
又は、チップとの接触，分離、或いは、回転方向の位置
補正調整を正確に行うことが可能である。

この場合、筐体２が段部を介してくびれ形状に絞られ
ていることにより充分に軽量化され、回転モーメントが
小さいため、立上がりや停止がし易く、位置決め精度が
良くなる。

又、電源Ｖからの印加電圧によりウエハの耐圧試験が
行われる場合、例えば、500V、或いは、2000〜3000Vの
ような高電圧が電源Ｖからチャックトップ１を介してウ
エハに印加されるが、該チャックトップ１は、前述の如
く導電性の良好な金属材料に金属メッキを施してあるこ
とから、印加される高電圧に充分耐えることが出来る。

そして、該チャックトップ１は、平滑加工が容易であ
るため、上載するウエハとの密着性が良く、該ウエハを
傾けることなく水平に該チャックトップ１上にセットす
ることが出来る。

更に、チャックトップ１と被駆動部３、及び、プロー
バ内部の金属部材とは絶縁材、例えば、セラミック製の
筐体２を介して完全に絶縁分離されているため、コンデ
ンサが形成されないので、該チャックトップ１にウエハ
耐圧試験用の高電圧が電源Ｖから印加されても印加電圧
がなまったり、絶縁破壊を起す虞はない。

而して、該チャックトップ１に電圧を印加してウエハ
の電気的特性を測定する場合、チャックトップ１とプロ
ーバ内部の金属部材とは筐体２によって絶縁され、且
つ、隔てられているので、印加電圧がなまることなく、
安定した測定が行われる。

尚、筐体２の形状は上述実施例に限定されるものでは
ないことは勿論のことである。

〈発明の効果〉 以上、この発明のプローバにあってはウエハ搭載部材
が先述した構成を有することにより以下の効果を奏す
る。

即ち、導電性の良好な材料から成り、且つ、その表面
に金属材料のメッキを施したチャックトップをセラミッ
ク等の軽量な絶縁材から成る筐体で支持するようにした
ので、電源から印加する高電圧に充分耐えられ、又、金
属から成るチャックトップの頂面は、金属加工、及び、
研磨によりミクロン（μｍ）単位の精度で平坦度を成形
加工することが可能であり、該平坦度の得られたチャッ
クトップ（金属）の上に金属メッキの薄層を施層するた
め平滑加工性を持たすことが出来るため、ウエハとの密
着性が良く、プローブカードの針先を該ウエハに押圧す
る際に均一な圧力で接触することが可能となり、確実で
高精度な測定を行うことが出来る優れた効果か奏され
る。

又、チャックトップ、及び、筐体を被駆動部を介して
回転方向（θ方向）、及び、ウエハ面に垂直な方向（Ｚ
方向）の駆動源に近接配置してあるため、XY方向ステー
ジと独立にその上側にてウエハを回転，垂直移動させる
ことが可能であり、コンパクトなプローバを現出するこ
とが出来る効果もある。

加えて、ウエハをプローブ針にチャックトップを介し
て位置合せする該チャックトップを載置する筐体はセラ
ミック等の軽量絶縁材で作製され、しかも、上部がチャ
ックトップに合致する円形短円筒状に、そして、段部を
介して下部が絞られた形状に形成されていることにより
著しく軽量化され、特に、回転モーメントが小さくな
り、ウエハのプローブ針に対する位置合せの回転，昇
降，停止時の立上がりや停止がスムーズに行われること
になり、それだけ、位置出し精度が向上するという優れ
た効果が奏される。

更に、θ方向,Z方向駆動手段がXY方向ステージの上側
に設置されていることからプローバのコンパクト化が図
れ、それだけ、コストダウンにつながり操作性も向上す
るという優れた効果が奏される。

而して、プローブカードの針先とウエハ上の半導体素
子の電極の位置合せに要求されるX,Y方向のミクロン
（μｍ）単位の精度を、X,Yステージ上のメートル
（ｍ）の移動範囲において維持するのに、該X,Yステー
ジを下側に設けてプローバ筐体に固定することが可能と
なるので安定した位置合せ精度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１実施例の概略模式斜視図、第２図
は従来のプローバの斜視図である。 １……チャックトップ、２……筐体 ３……被駆動部、４……モータ（駆動源） Ｖ……電源

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】XY方向に作動自在なXY方向ステージ上に設
   けられ金属材料から成る被駆動部をθ回転方向及びＺ方
   向に作動する駆動手段を有し、被駆動部上に固設された
   軽量絶縁材製の筐体が該筐体に金属メッキ薄層を介して
   上設したチャックトップを有するウエハプローバにおい
   て、上記筐体がセラミック等の軽量絶縁材製であって、
   少くとも印加電圧2000〜3000Vに対する耐圧性を有する
   厚みとされ、ウエハをセットする上部が円形リング状に
   形成されると共に段部を介して上記被駆動部に連結され
   る下部が絞られた形状に形成され、該筐体上に設けら
   れ、導電性金属材料製であって金メッキを上面に施層さ
   れて半導体ウエハをセットされるチャックトップに対し
   該チャックトップの導電性金属材料を介して上記半導体
   ウエハの裏面に所定の電圧を印加する電源が装備されて
   いることを特徴とするウエハプローバ。