JP2778573B2 - 加熱ステージ - Google Patents

加熱ステージ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は加熱ステージ、特
に、半導体素子の高精度搭載やプロービングなど加熱冷
却時のステージの熱変動を抑える必要のある加熱ステー
ジに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体チップの温度−電気特性の検査に
おいては、半導体チップを載せているステージを加熱
し、一定温度に到達した時の回路の電気特性を測定して
いた。この場合、ステージは加熱されると膨張するので
プローブの先端が押し上げられるため、その針圧が高く
なってしまう。針圧が変動すると接触抵抗が変動し、正
確な測定ができないので、ステージの自動高さ調整が必
要となる。
【0003】図5は第1の従来例を示す模式側面図であ
る。図5に示すプローバ装置は、半導体チップ101を
搭載する軸対称なステージ102と、プローブ106を
固定搭載する固定台109と、ステージ102の温度を
制御する温度制御装置105と、温度制御装置105か
らの設定温度情報にもとづいてステージ102の高さを
調節する駆動機構122とを含んで構成される。(例え
ば、特開平1−270243号公報参照) ステージ102は、それ自身を加熱するヒータ103と
ステージ102の上面の温度を測定する熱電対104を
内蔵している。ヒータ103をセラミック部材に埋設し
たものは、特開平6−52974号公報,特開平6−5
3145号公報等に示されており、導電性セラミック焼
結体に通電して加熱する技術は、実開平2−13778
8号公報に記載されているが、ステージ102と半導体
チップ101とは電気的に絶縁されている必要があるの
で、特開平5−74555号公報に示されるような手段
を併用する必要がある。
【0004】検査作業者は半導体チップ101を搭載す
る軸対称なステージ102の中央に搭載し、固定する。
この固定方法は図示省略されている真空吸着が便利であ
り、真空吸着するとステージ102と半導体チップ10
1とが密着するので、半導体チップ101の温度の立上
りが速くなる(例えば、特開昭1−260620号公報
の図1を参照)。なお、多孔質セラミックを利用すると
均一に吸着,加熱ができる(例えば、特開平6−565
2号公報参照)。
【0005】顕微鏡110を覗いて調節機構108を動
かし、プローブ106の先端を回路の所定の位置に当接
させる。次に、温度制御装置を作動させ、ヒータ103
によりステージ102を所要の温度にすると、ステージ
102が膨張し、ステージ102の上面と固定台109
との距離が減少するので、ステージ102の熱膨張量計
算しその分だけモータ制御装置126によりモータ12
2aを動作させ、ステージ102を下降させる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の加熱ス
テージは、ステージ及びステージ取付部の熱膨張より水
平方向にも不規則に変動するため、半導体素子の高精度
搭載や高精度プロービングなどの位置ズレの原因になる
という欠点があり、さらに高さ方向の測定器と駆動機構
が必要なため高価になってしまうという欠点があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明の加熱ステー
ジは、半導体チップ・基板等のワークを吸着する吸着孔
を中心軸とし支持部をテーパ状にしワーク吸着面と反対
端に固定用の雄ネジを有する軸対称形状のヒーターブロ
ックと、前記ヒータブロックのテーパ部が挿入されるテ
ーパ状の穴があり熱伝導の悪い材質で作られたヒータベ
ースと、前記ヒータブロックを加熱するために接触させ
たヒータと、前記ヒータブロックの支持部が熱膨張によ
り伸びたときに緩みが起きないように板バネを介して前
記ヒータベースに固定するナットとを含んで構成され
る。
【0008】第2の発明の加熱ステージは、第1の発明
の加熱ステージにおいて、前記ヒータブロックと前記ヒ
ータが、半導体チップ・基板等のワークを吸着する吸着
孔を中心軸としさらにワークを加熱する円板状のセラミ
ックヒータと、前記セラミックヒータの吸着孔の中心軸
と同軸に接合し中心軸にワーク吸着用の穴があり外周の
固定部をテーパ状にし先端に雄ネジを有するヒータ支持
棒とを含んで構成される。
【0009】第3の発明の加熱ステージは、第1の発明
の加熱ステージまたは第2の発明の加熱ステージにおい
て、前記ヒータブロック及び前記ヒータ支持棒のテーパ
部を挿入する部分を石英ガラス等の低熱膨張材とし前記
ヒータベースとの接合面を吸着孔の中心軸の吸着面を中
心とする球面とした軸対称形状のヒータ座を含んで構成
される。
【0010】第4の発明の加熱ステージは、第3の発明
の加熱ステージにおいて、前記ヒータ座の周りに圧入す
る熱伝導の良い材質で作った軸対称形状の放熱フィンを
含んで構成される。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して詳細に説明する。
【0012】図1は、本発明の第1の実施形態を示す断
面図である。図1に示す加熱ステージは、半導体チップ
・基板等のワーク1を吸着する吸着孔を中心軸とし支持
部をテーパ状にしワーク吸着面と反対端に固定用の雄ネ
ジを有する軸対称形状のヒーターブロック2と、ヒータ
ブロック2のテーパ部が挿入されるテーパ状の穴があり
熱伝導の悪い材質で作られたヒータベース3と、ヒータ
ブロック2を加熱するヒータ4と、ヒータ4をヒータブ
ロック2にヒータ押し付け座5を介して押し付けるヒー
タ押し付けバネ6と、ヒータブロック2の支持部が熱膨
張により伸びたときに緩みが起きないように板バネ7と
座金8を介してヒータベース3に固定するナット9と、
ヒータに電力を供給する電極10と、ヒータブロック2
の温度を測定する熱電対11と、ワーク1を真空吸着す
るために必要な真空室を構成するための裏蓋12と、真
空吸引する真空吸引チューブ13とを含んで構成され
る。
【0013】半導体チップ等のワーク1はヒータブロッ
クの中心軸上に真空吸着されており、ヒータブロック2
は軸対称な形状であるため、中心軸上では理論的に熱膨
張は0になる。実際にはヒータベース側の温度分布等の
影響があるため多少の熱変動があるが、ごくわずかな量
に抑えることが出来る。
【0014】図2は、本発明の第2の実施形態を示す断
面図である。図2に示す加熱ステージは、半導体チップ
・基板等のワーク1を吸着する吸着孔を中心軸としさら
にワークを加熱する円板状のセラミックヒータ14と、
セラミックヒータ14の吸着孔の中心軸と同軸に接合し
中心軸にワーク1吸着用の穴があり外周の固定部をテー
パ状にし先端に雄ネジを有するヒータ支持棒15と、ヒ
ータ支持棒15のテーパ部が挿入されるテーパ状の穴が
あり熱伝導の悪い材質で作られたヒータベース3と、ヒ
ータ支持棒が熱膨張により伸びたときに緩みが起きない
ように板バネ7と座金8を介してヒータベース3に固定
するナット9と、ヒータに電力を供給する電極10と、
セラミックヒータ14の温度を測定する熱電対11と、
ワーク1を真空吸着するために必要な真空室を構成する
ための裏蓋12と、真空吸引する真空吸引チューブ13
とを含んで構成される。
【0015】半導体チップ等のワーク1は円板状のセラ
ミックヒータ14の中心軸上に真空吸着されているた
め、中心軸上では理論的に熱膨張は0になる。さらに、
ワーク1をセラミックヒータ14で直接加熱するため急
速加熱できヒータ支持棒15の温度上昇も一体構造の場
合よりも低く抑えられるため、ヒータベース側の温度分
布等の影響も減り、さらにごくわずかな量に抑えること
が出来る。
【0016】図3は、本発明の第3の実施形態を示す断
面図である。図3に示す加熱ステージは、半導体チップ
・基板等のワーク1を吸着する吸着孔を中心軸としさら
にワークを加熱する円板状のセラミックヒータ14と、
セラミックヒータ14の吸着孔の中心軸と同軸に接合し
中心軸にワーク1吸着用の穴があり外周の固定部をテー
パ状にし先端に雄ネジを有するヒータ支持棒15と、ヒ
ータ支持棒15のテーパ部が挿入されるテーパ状の穴が
あり石英ガラス等の低熱膨張材としヒータベース3との
接合面を吸着孔の中心軸の吸着面を中心とする球面とし
た軸対称形状のヒータ座16と、熱伝導の悪い材質で作
られたヒータベース3と、ヒータ支持棒が熱膨張により
伸びたときに緩みが起きないように板バネ7と座金8を
介してヒータベース3に固定するナット9と、ヒータに
電力を供給する電極10と、セラミックヒータ14の温
度を測定する熱電対11と、ワーク1を真空吸着するた
めに必要な真空室を構成するための裏蓋12と、真空吸
引する真空吸引チューブ13とを含んで構成される。
【0017】半導体チップ等のワーク1は円板状のセラ
ミックヒータ14の中心軸上に真空吸着されているた
め、中心軸上では理論的に熱膨張は0になる。さらに、
ワーク1をセラミックヒータ14で直接加熱するため急
速加熱できヒータ支持棒15の温度上昇も一体構造の場
合よりも低く抑えられ、さらに、ヒータ支持棒を15挿
入しているヒータ座16は熱膨張が極めて小さい材料で
作られているため、ヒータ座16及びヒータベース3側
の温度分布等の影響も減り、さらにごくわずかな量に抑
えることが出来る。また、ヒータ座16とヒータベース
3の接合部は、ワーク1の位置を中心とした球面となっ
ているため、セラミックヒータ14上面の平行調整を容
易に行うことが出来る。
【0018】図4は、本発明の第4の実施形態を示す断
面図である。図4に示す加熱ステージは、半導体チップ
・基板等のワーク1を吸着する吸着孔を中心軸としさら
にワークを加熱する円板状のセラミックヒータ14と、
セラミックヒータ14の吸着孔の中心軸と同軸に接合し
中心軸にワーク1吸着用の穴があり外周の固定部をテー
パ状にし先端に雄ネジを有するヒータ支持棒15と、ヒ
ータ支持棒15のテーパ部が挿入されるテーパ状の穴が
あり石英ガラス等の低熱膨張材としヒータベース3との
接合面を吸着孔の中心軸の吸着面を中心とする球面とし
た軸対称形状のヒータ座16と、ヒータ座16の周りに
圧入する熱伝導の良い材質で作った軸対称形状の放熱フ
ィン17と、熱伝導の悪い材質で作られたヒータベース
3と、ヒータ支持棒が熱膨張により伸びたときに緩みが
起きないように板バネ7と座金8を介してヒータベース
3に固定するナット9と、ヒータに電力を供給する電極
10と、セラミックヒータ14の温度を測定する熱電対
11と、ワーク1を真空吸着するために必要な真空室を
構成するための裏蓋12と、真空吸引する真空吸引チュ
ーブ13とを含んで構成される。
【0019】半導体チップ等のワーク1は円板状のセラ
ミックヒータ14の中心軸上に真空吸着されているた
め、中心軸上では理論的に熱膨張は0になる。さらに、
ワーク1をセラミックヒータ14で直接加熱するため急
速加熱できヒータ支持棒15の温度上昇も一体構造の場
合よりも低く抑えられ、さらに、ヒータ支持棒を15挿
入しているヒータ座16は熱膨張が極めて小さい材料で
作られており、外周を放熱フィン17でおおわれている
ため、ヒータ座16の温度上昇による熱膨張の影響も減
り、極めてごくわずかな量に抑えることが出来る。ま
た、ヒータ座16とヒータベース3の接合部は、ワーク
1の位置を中心とした球面となっているため、セラミッ
クヒータ14上面の平行調整を容易に行うことが出来
る。
【0020】
【発明の効果】本発明の加熱ステージは、軸対称な構成
であるので、中心軸上での熱膨張は理論上0となり、加
熱冷却時のステージの熱変動を抑える必要のある半導体
素子の高精度搭載やプロービングなどに適用できるとい
う効果がある。
【0021】さらに、ヒータをセラミックヒータとしワ
ークを直接加熱することにより、急速加熱を行うことも
できるという効果もある。
【0022】また、セラミックヒータを接合したヒータ
支持棒を石英ガラス等の低熱膨張材料のヒータ座で支え
ているため、温度上昇のばらつきがヒータ座にある場合
でも熱膨張による変動を小さく抑えることができ、さら
に、ヒータ座のまわりに放熱フィンを追加すると、ヒー
タ座の温度上昇を抑えることができるため、全体の熱変
動を極めて小さく抑えることが出来るという効果があ
る。さらに、ヒータ座とヒータベースの接合部は、ワー
クの位置を中心とした球面となっているため、セラミッ
クヒータ上面の平行調整を容易に行うことができ、ヒー
タ座のまわりに放熱フィンを圧入する事によりヒータ支
持棒の熱膨張によるヒータ座の割れを防止できるという
効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の一実施形態を示す断面図であ
る。
【図2】本発明の第2の一実施形態を示す断面図であ
る。
【図3】本発明の第3の一実施形態を示す断面図であ
る。
【図4】本発明の第4の一実施形態を示す断面図であ
る。
【図5】従来の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
1 ワーク 2 ヒーターブロック 3 ヒータベース 4 ヒータ 5 ヒータ押し付け座 6 ヒータ押し付けバネ 7 板バネ 8 座金 9 ナット 10 電極 11 熱電対 12 裏蓋 13 真空吸引チューブ 14 セラミックヒータ 15 ヒータ支持棒 16 ヒータ座 17 放熱フィン 18 駆動機構 19 レーザ測距装置

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップ・基板等のワークを吸着す
    る吸着孔を中心軸とし支持部をテーパ状にしワーク吸着
    面と反対端に固定用の雄ネジを有する軸対称形状のヒー
    ターブロックと、前記ヒータブロックのテーパ部が挿入
    されるテーパ状の穴があり熱伝導の悪い材質で作られた
    ヒータベースと、前記ヒータブロックを加熱するために
    接触させたヒータと、前記ヒータブロックの支持部が熱
    膨張により伸びたときに緩みが起きないように板バネを
    介して前記ヒータベースに固定するナットとを含むこと
    を特徴とする加熱ステージ。
  2. 【請求項2】 前記ヒータブロックと前記ヒータが、半
    導体チップ・基板等のワークを吸着する吸着孔を中心軸
    としさらにワークを加熱する円板状のセラミックヒータ
    と、前記セラミックヒータの吸着孔の中心軸と同軸に接
    合し中心軸にワーク吸着用の穴があり外周の固定部をテ
    ーパ状にし先端に雄ネジを有するヒータ支持棒とする請
    求項1記載の加熱ステージ。
  3. 【請求項3】 前記ヒータブロック及び前記ヒータ支持
    棒のテーパ部を挿入する部分を石英ガラス等の低熱膨張
    材とし前記ヒータベースとの接合面を吸着孔の中心軸の
    吸着面を中心とする球面とした軸対称形状のヒータ座を
    含む請求項1及び請求項2記載の加熱ステージ。
  4. 【請求項4】 前記ヒータ座の周りに圧入する熱伝導の
    良い材質で作った軸対称形状の放熱フィンを含む請求項
    3記載の加熱ステージ。
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