JP4906412B2

JP4906412B2 - プローバ

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Publication number: JP4906412B2
Application number: JP2006179676A
Authority: JP
Inventors: 清隆千葉; 文雄間瀬
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2026-06-29
Also published as: JP2008010633A

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップ（以後ダイという）の電気的特性の検査を行うために、半導体テスタ（以後単にテスタという）の端子をダイの電極パッドに接続するウエハプロービングマシン（以後プローバという）に関するものであり、特に、周囲の熱の影響を受けてもステージの移動精度の変化が少ない構造を備えたプローバに関するものである。

半導体製造工程では、薄い円板状の半導体ウエハに各種の処理が施されて、半導体装置（デバイス）をそれぞれ有する複数のダイが形成される。各ダイは電気的特性が検査され、その後ダイサーで各個に切り離された後、リードフレーム等に固定されて組み立てられる。このような各ダイの電気的特性の検査は、プローバとテスタを組み合わせたウエハテストシステムで行われる。

プローバは、搭載したプローブカードを経由してテスタに接続され、ウエハチップにプローブニードルを当てることによって各ダイの電気的特性の試験を行うように構成されている。ウエハはウエハチャックに固定され、各ダイの電極パッドにプローブニードルが接触させられる。テスタからは、プローブニードルに接続される端子に、電源および各種の試験信号が供給され、ダイの電極に出力される信号がテスタによって検出され、テスタ側でこの信号が解析されて各ダイが正常に動作するかが確認される。

図１は、ウエハテストシステム１００の概略構成を示す図である。ウエハテストシステム１００は、プローバ１０とテスタ３０とで構成される。図示のように、プローバ１０は、ウエハチャック１６、Ｚ軸移動・回転部１５、プローブニードル位置検出カメラ１８、カメラ移動機構１７、Ｘ軸移動ステージ１４、Ｙ軸移動ステージ１３、移動ベース１２、基台１１、支柱１９と２０、ヘッドステージ２１、ウエハアライメントカメラ２２、カードホルダ２３、及びプローブカード２４を有する。

ウエハチャック１６は、複数のダイが形成されたウエハＷを保持するものであり、このウエハチャック１６は、Ｚ軸移動・回転部１５によりＺ軸方向に移動すると共に、Ｚ軸を中心として回転する。プローブニードル位置検出カメラ１８は、プローブニードル２５の位置を検出するものであり、カメラ移動機構１７の上に取り付けられている。カメラ移動機構１７は、プローブニードル位置検出カメラ１８をＺ軸方向に移動するものである。Ｚ軸移動・回転部１５とカメラ移動機構１７はＸ軸移動ステージ１４の上に取り付けられており、Ｘ軸移動ステージ１４はこれらを支持してＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動ステージ１４は、これを支持してＹ軸方向に移動するＹ軸移動ステージ１３の上に設けられており、Ｙ軸移動ステージ１３は移動ベース１２の上に支持されている。更に、移動ベース１２は基台１１の上に設置されている。そして、基台１１の上に設けられた支柱１９及び２０により、ウエハチャック１６の上方にヘッドステージ２１が支持されている。このヘッドステージ２１には、プローブカード２４を有するカードホルダ２３が取り付けられている。なお、ウエハアライメントカメラ２２は、図示していない支柱に支持されており、ウエハＷの上面を撮影する。

なお、以上のように構成された移動・回転機構の動作については広く知られているので、ここではその説明を省略する。プローブカード２４は、検査するデバイス（ダイ）の電極配置に応じて配置されたプローブニードル２５を有しており、検査するデバイスに応じて交換される。プローブニードル位置検出カメラ１８はプローブニードル２５の配置及び高さ位置を検出し、ウエハアライメントカメラ２２はウエハＷ上のダイの電極パッドの位置を撮影して検出する。

テスタ３０は、テストヘッド３１と、テストヘッド３１に設けられたコンタクトリング３２とを備えている。プローブカード２５には、各プローブに接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テストヘッド３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。

図２は、図１のプローバ１０の基台１１の上にある主要部の斜視図であり、図１と同じ構成部材には同じ符合が付されている。移動ベース１２の上には平行に２本のガイドレール１が設けられており、Ｙ軸移動ステージ１３はこのガイドレール１の上を移動可能になっている。移動ベース１２の上の２本のガイドレール１の間の部分には、駆動モータ２９とこの駆動モータ２９によって回転するボールネジ２７が設けられている。ボールネジ２７はＹ軸移動ステージ１３の底面に係合しており、ボールネジ２７の回転により、Ｙ軸移動ステージ１３がガイドレール１の上を摺動する。

Ｙ軸移動ステージ１３の上には、平面視すると前述の２本のガイドレール１に直交する２本の平行なガイドレール２が設けられており、Ｘ軸移動ステージ１４はこのガイドレール２の上を移動可能になっている。Ｙ軸移動ステージ１３の上の２本のガイドレール２の間の部分には、駆動モータ２８とこの駆動モータ２８によって回転するボールネジ２６が設けられている。ボールネジ２６はＸ軸移動ステージ１４の底面に係合しており、ボールネジ２６の回転により、Ｘ軸移動ステージ１４がガイドレール２の上を摺動する。

ここで、ウエハテストシステム１００によるダイの検査について簡単に説明する。ダイの検査を行う場合には、図１に示したプローブニードル位置検出カメラ１８がプローブニードル２５の下に位置するように、Ｘ軸移動ステージ１４が移動させられ、カメラ移動機構１７でプローブニードル位置検出カメラ１８がＺ軸方向に移動して焦点を合わされ、プローブニードル位置検出カメラ１８でプローブニードル２５の先端位置が検出される。プローブニードル２５の先端の水平面内の位置（Ｘ及びＹ座標）はカメラの座標により検出され、垂直方向の位置はカメラの焦点位置で検出される。

このプローブニードル２５の先端位置の検出は、プローブカード２４を交換した時には必ず行う必要があり、プローブカード２４を交換しない時でも所定個数のダイを測定する毎に適宜行われる事もある。なお、プローブカード２４には、一般に数本から数千本以上ものプローブニードル２５が設けられており、数が多い場合は、全てのプローブニードル２５の先端位置は検出されずに、通常は特定のプローブの先端位置が検出される。

次に、Ｘ軸移動ステージ１４が図１に破線で示す位置に移動させられ、ウエハチャック１６に検査するウエハＷが保持された状態で、ウエハＷがウエハアライメントカメラ２２の下に位置する。この状態で、ウエハＷ上のダイの電極パッドの位置がウエハアライメントカメラ２２によって検出される。１つのダイの全ての電極パッドの位置が検出される必要はなく、いくつかの電極パッドの位置が検出されれば良い。また、ウエハＷ上の全てのダイの電極パッドが検出される必要もなく、いくつかのダイの電極パッドの位置が検出されれば良い。

前述のようにして、プローブニードル２５の配列、及び電極パッドの配列が検出されると、この検出結果に基づき、プローブニードル２５の配列方向と電極パッドの配列方向が一致するように、Ｚ軸移動・回転部１５によりウエハチャック１６が回転する。この後、検査するダイの電極パッドがプローブニードル２５の下に位置するように、ウエハチャック１６がＸ軸移動ステージ１４及びＹ軸移動ステージ１３により移動する。そして、ウエハチャック１６の移動完了後に、Ｚ軸移動・回転部１５によりウエハチャック１６がＺ軸方向に上昇し、電極パッドがプローブニードル２５に接触した状態で上昇が停止する。この状態でテスタ３０から電源及び信号が供給されて検査が行われる。

プローバについては、特許文献１等に記載されており、広く知られているので、これ以上の説明は省略する。

ところで、ウエハテストシステム１００によるダイの検査は、ダイが使用される環境に応じて高温状態のダイの検査、及び低温状態のダイの検査が行われる事が多い。この場合、ダイの加熱及び冷却は、ダイが形成されたウエハを保持するウエハチャックによって行われる。即ち、ウエハチャックの加熱は、ウエハチャック内に設けられているヒータによって行われ、ウエハチャックの冷却は、ウエハチャック内に設けられている冷媒通路に冷媒を循環させて行うようになっている。ウエハチャックの加熱、冷却に、熱電効果を利用したペルチェ素子やチラー等が用いられることもある。

特開２００４−０３９７５２号公報（全体）

ところが、ダイの加熱、冷却のためにウエハチャックを加熱、冷却する場合、ウエハチャックを完全に断熱することは困難であるので、ウエハチャックの熱、或いは冷気がＸ軸移動ステージ１４、Ｙ軸移動ステージ１３、及び移動ベース１２に伝わることがある。すると、この熱、或いは冷気によりＸ軸移動ステージ１４、Ｙ軸移動ステージ１３、及び移動ベース１２が膨張或いは収縮して、通常は上に凸の湾曲変形、或いは下に凸の湾曲変形してしまい、Ｘ軸移動ステージ１４とＹ軸移動ステージ１３の移動時にピッチングやローリングが発生し、移動ステージの移動精度が影響を受けるという問題点があった。

この問題点について更に詳しく説明する。ウエハテストシステム１００によるダイの検査では、測定するデバイスの種類によってダイのサイズや測定時間が異なるので、例えば、高温での測定時間が長いとその熱が各ステージに直接伝わってステージの形状が変化する、或いはステージ駆動用のモータやボールネジに熱が伝わったり、モータやボールネジで発生した熱により、これらのサイズが変化することによってステージの形状が変化する。図２で説明したように、Ｘ軸移動ステージ１４、Ｙ軸移動ステージ１３、及び移動ベース１２が積み重ね構造になっていると、下側の部材が変形することにより、その上を移動する部材の移動、特にステージの送り精度に影響が出る。この影響はバイメタル効果と呼ばれる。

バイメタル効果には、同一部材内のバイメタル効果と、異なる部材間のバイメタル効果とがある。同一部材内のバイメタル効果は、部材の上下に温度差ができた場合に発生するものであり、ステージの上下の温度差でそのステージ自体が変形する場合がこれに相当する。また、異なる部材間のバイメタル効果は、結合している２つの異なる部材間に温度差ができた場合に発生するものであり、２つの異なる部材間を結合するボールネジやガイドレールの変形でこれに接続するステ−ジが変形する場合がこれに相当する。実際のステージでは、この２種類のバイメタル効果が複合的に発生する場合が多い。

本発明は、このような問題点を解決するものであり、簡単な構成をステージに付加するだけで、ウエハチャックを加熱、冷却する場合のバイメタル効果を低減させ、Ｘ軸移動ステージとＹ軸移動ステージの移動精度が影響を受けないようにすることができるプローバを提供することを目的としている。

前記目的を達成する本発明のプローバの第１の形態は、ウエハ上に形成された半導体装置の動作を電気的に検査するため、テスタの各端子を前記半導体装置の電極にプローブニードルを介して接続するプローバであって、ウエハを保持する第１の加熱／冷却部材を内蔵するウエハチャックと、ウエハチャックを回転すると共にＺ軸方向に移動する第１の移動機構と、記第１の移動機構を支持する第１の移動ステージと、第１の移動ステージをＸ軸方向に移動可能に支持する第２の移動機構と、第２の移動機構を支持する第２の移動ステージと、第２の移動ステージをＹ軸方向に移動可能に支持する第３の移動機構と、第３の移動機構を支持するベースとを備え、第１及び第２の移動ステージの少なくとも一方の底面に、第１の加熱／冷却部材と連動して加熱／冷却を行う第２の加熱／冷却部材を設けると共に、第２の加熱／冷却部材を設けたステージを支持する第２又は第３の移動機構に、第２の加熱／冷却部材の加熱／冷却動作による第１又は第２の移動ステージの熱変形を、第２の移動ステージ又はベースに低減して伝えることができるバッファ機構を設けたことを特徴としている。

また、前記目的を達成する本発明のプローバの第２の形態は、ウエハ上に形成された半導体装置の動作を電気的に検査するため、テスタの各端子を前記半導体装置の電極にプローブニードルを介して接続するプローバであって、ウエハを保持する第１の加熱／冷却部材を内蔵するウエハチャックと、ウエハチャックを回転すると共にＺ軸方向に移動する第１の移動機構と、記第１の移動機構を支持する第１の移動ステージと、第１の移動ステージをＸ軸方向に移動可能に支持する第２の移動機構と、第２の移動機構を支持する第２の移動ステージと、第２の移動ステージをＹ軸方向に移動可能に支持する第３の移動機構と、第３の移動機構を支持するベースとを備え、ベースの内部に、加熱／冷却部材と連動して加熱／冷却を行う第２の加熱／冷却部材)を設けると共に、第１と第２の移動ステージの少なくとも一方の底面側に、熱膨張率の高い材料で形成された金属板を取り付けたことを特徴としている。

本発明によれば、従来の構成に簡単な機構を付加するだけで、ウエハチャックを加熱、冷却する場合のバイメタル効果を低減させ、Ｘ軸移動ステージとＹ軸移動ステージの移動精度が影響を受けないようにすることができる。

以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、図１，２で説明した構成部材と同じ構成部材については、同じ符合を付して説明する。

図３は、図２に示したプローバ１０のＸ軸移動ステージ１４とＹ軸移動ステージ１３の裏面側の構成を示すものである。Ｘ軸移動ステージ１４の裏面には、Ｙ軸移動ステージ１３に設けられているボールネジ２６に螺合するナット４が中央部に突設されており、Ｙ軸移動ステージ１３の上に平行に設けられている第１のレール２の一方に係合してスライドする第１のレール係合部材２Ａと、他方に係合してスライドする第２のレール係合部材２Ｂとが四隅に設けられている。従来のプローバ１０では、第１のレール係合部材２Ａと第２のレール係合部材２Ｂは共に、Ｘ軸移動ステージ１４の裏面にネジで固定されている。

同様に、Ｙ軸移動ステージ１３の裏面には、移動ベース１２に設けられているボールネジ２７に螺合するナット３が中央部に突設されており、移動ベース１２の上に平行に設けられている第２のレール１の一方に係合してスライドする第１のレール係合部材１Ａと、他方に係合してスライドする第２のレール係合部材１Ｂとが四隅に設けられている。従来のプローバ１０では、第１のレール係合部材１Ａと第２のレール係合部材１Ｂは共に、Ｙ軸移動ステージ１３の裏面にネジで固定されている。

以上のように構成された従来のプローバ１０において、本発明の第１の形態では、第１及び第２の移動ステージ１４，１３の少なくとも一方の底面に、ウエハチャック１６に内蔵された加熱／冷却部材（これを第１の加熱／冷却部材とする）と連動して加熱／冷却を行う、第２の加熱／冷却部材を設けると共に、第２の加熱／冷却部材を設けた移動ステージの第１のレール係合部材と第２のレール係合部材の何れか一方、ここでは第２のレール係合部材に、移動ステージの移動方向に直交する方向に微小移動可能な、バッファ機構を設けている。以下にこの第１の形態の実施例を詳細に説明する。

図４（ａ）は本発明のプローバ１０の第１の実施形態の構成を示すものである。第１の実施形態は、同一部材内のバイメタル効果を低減するためのものである。ウエハを保持するウエハチャック１６には周知の構成を有する第１の加熱／冷却部材５が内蔵されている。ウエハチャック１６は回転及びＺ軸方向に移動可能な第１の移動機構であるＺ軸移動・回転部１５によって、回転及び上下動する。Ｚ軸移動・回転部１５は、第１の移動ステージであるＸ軸移動ステージ１４に支持されている。Ｘ軸移動ステージ１４はＺ軸に垂直な方向（水平方向）に移動する。

Ｘ軸移動ステージ１４は、第２の移動機構であるＸ軸移動機構を介して第２の移動ステージであるＹ軸移動ステージ１３に支持される。Ｙ軸移動ステージ１３はＸ軸に垂直な方向（水平方向）に移動する。Ｘ軸移動機構は、Ｙ軸移動ステージ１３の上に平行に２本設けられた第１のガイドレール２と、Ｘ軸移動ステージ１４の底面に取り付けられた第１のレール係合部材である固定スライダ２Ａ及びバッファスライダ２Ｂと、図３で説明したＹ軸移動ステージ１３の上に設けられた第２の駆動機構である駆動モータ２８とこの駆動モータ２８の回転軸に取り付けられたボールネジ２６、及びＸ軸移動ステージ１４の裏面中央に設けられてボールネジ２６と螺合するナット４とから構成されている。Ｘ軸移動ステージ１４は、駆動モータ２８によりボールネジ２６が回転すると、ボールネジ２６と螺合するナット４が移動することにより、第１のガイドレール２の上を移動する。

Ｙ軸移動ステージ１３は、第３の移動機構であるＹ軸移動機構を介して移動ベース１２に支持される。Ｙ軸移動機構は、移動ベース１２の上に平行に２本設けられた第２のガイドレール１と、Ｙ軸移動ステージ１３の底面に取り付けられた第２のレール係合部材である固定スライダ１Ａ及びバッファスライダ１Ｂと、図３で説明した移動ベース１２の上に設けられた第３の駆動機構である駆動モータ２９とこの駆動モータ２９の回転軸に取り付けられたボールネジ２７、及びＹ軸移動ステージ１３の裏面中央に設けられてボールネジ２７と螺合するナット３とから構成されている。Ｙ軸移動ステージ１３は、駆動モータ２９によりボールネジ２７が回転すると、ボールネジ２７と螺合するナット３が移動することにより、第２のガイドレール１の上を移動する。

図４（ａ）に示す本発明のプローバ１０の第１の実施形態では、Ｙ軸移動ステージ１３の底面に、第１の加熱／冷却部材５と連動して加熱／冷却を行う第２の加熱／冷却部材５１を設けると共に、Ｙ軸移動ステージ１３の底面と上面に、それぞれ温度センサ４１，４２を設けている。また、バッファスライダ１Ｂはバッファ機構６を介してＹ軸移動ステージ１３の底面に取り付けている。第２の加熱／冷却部材５１は、第１の加熱／冷却部材５と同様の構成とすることができる。また、熱電効果を利用したペルチェ素子やチラー等を用いることもできる。バッファスライダ１Ｂのバッファ機構６は、第２の加熱／冷却部材５１の加熱／冷却動作によってＹ軸移動ステージ１３が熱変形したときに、この熱変形を移動ベース１２に低減して伝えることができる構成を有するものであれば、その構成は特に限定されるものではない。

図４（ｂ）は図４（ａ）に示した実施形態の変形形態を示すものであり、Ｘ軸移動ステージ１４の底面にも、第１の加熱／冷却部材５と連動して加熱／冷却を行う第２の加熱／冷却部材５２を設けると共に、Ｘ軸移動ステージ１４の底面と上面に、それぞれ温度センサ４３，４４を設けている。また、バッファスライダ２Ｂはバッファ機構７を介してＸ軸移動ステージ１４の底面に取り付けている。第２の加熱／冷却部材５２は、第１の加熱／冷却部材５と同様の構成とすることができる。また、熱電効果を利用したペルチェ素子やチラー等を用いることもできる。バッファスライダ２Ｂのバッファ機構７は、第２の加熱／冷却部材５２の加熱／冷却動作によってＹ軸移動ステージ１４が熱変形したときに、この熱変形をＹ軸移動ステージ１３に低減して伝えることができる構成を有するものであれば、その構成は特に限定されるものではない。

図５は、図４（ａ）に示した本発明のプローバ１０の第１の実施形態における、加熱／冷却部材５，５１の温度制御システムの構成を示すブロック回路図である。プローバ１０のウエハチャック１６に内蔵された加熱／冷却部材５は、ウエハチャック１６に載置されてテストされるウエハの温度条件に応じて、温度制御装置８（図１から図４には図示されていない）によって加熱されたり冷却されたりする。ウエハチャック１６が加熱されたり冷却されたりすると、その熱、或いは冷気がＹ軸移動ステージ１３に伝わり、Ｙ軸移動ステージ１３の上面と底面に温度差が生じ、前述のバイメタル効果によってＹ軸移動ステージ１３が熱変形し、Ｙ軸移動ステージ１３の移動に誤差が生じることがある。

第１の実施形態では、Ｙ軸移動ステージ１３の底面と上面にそれぞれ温度センサ４１，４２を設けておき、温度センサ４１，４２の検出温度を温度制御装置８に入力しておく。そして、温度センサ４１，４２の検出温度に所定値以上の温度差が生じた場合は、温度制御装置８により加熱冷却部材５１が、この温度差が無くなるように加熱、或いは冷却される。一般に、加熱／冷却部材５が加熱されている時は加熱／冷却部材５１も加熱され、加熱／冷却部材５が冷却されている時は加熱／冷却部材５１も冷却される。

図示及び説明は省略するが、図４（ｂ）に示したＸ軸移動ステージ１４の底面に設けられた第２の加熱／冷却部材５２の温度制御も、温度センサ４３，４４と温度制御装置８により同様に行われることは言うまでも無い。また、第２の加熱／冷却部材５２の設置位置は、Ｘ軸移動ステージ１４の底面に限定されるものではなく、移動ステージ１４内部の温度差を低減できる位置であれば、上面、側面、内部を問わないことは言うまでもない。

図６（ａ）は、図４（ａ）に示した固定スライダ１Ａの、Ｙ軸移動ステージ１３への取り付け方法の一例を説明するものである。この実施例の固定スライダ１Ａは、ガイドレールを受け入れる溝部５３を備えたスライダ本体５０と、固定スライダ１Ａの取付面側のスライダ本体５０の両側に設けられたフランジ部５４を備える。フランジ部５４にはネジ挿通孔５５が設けられている。この固定スライダ１Ａは、ネジ挿通孔５５を挿通させたネジ５６（実際には平ワッシャが使用されるが図示省略してある）を、Ｙ軸移動ステージ１３の底面に設けられた取付穴１３Ｈに螺着させることにより、Ｙ軸移動ステージ１３の底面に取り付ける。図４（ｂ）に示した固定スライダ２Ａも同様の構造をしており、同じ方法でＸ軸移動ステージ１４の底面に取り付けることができる。

図６（ｂ）は、図４（ａ）に示したバッファスライダ１Ｂの、第１の実施例をＹ軸移動ステージ１３への取り付ける方法の一例を説明するものである。この実施例のバッファスライダ１Ｂは、ガイドレールを受け入れる溝部５３を備えたスライダ本体５０と、固定スライダ１Ａの取付面側のスライダ本体５０の両側に設けられたフランジ部５４Ａを備える。

バッファスライダ１Ｂに取り付けられるバッファ機構は、固定スライダ１Ａのフランジ部５４より長く形成されたフランジ部５４Ａに形成された長孔（無負荷孔）５７と、この長孔５７に挿入されるネジ５６に取り付けられる平ワッシャ５８と、ネジ軸力低減部材である皿バネ５９とから構成される。このバッファスライダ１ＢをＹ軸移動ステージ１３の底面に取り付ける場合は、ネジ５６に平ワッシャ５８と皿バネ５９を挿通させた後に長孔５７を挿通させ、長孔５７を挿通させたネジ５６を、Ｙ軸移動ステージ１３の底面に設けられた取付穴１３Ｈに適切な締め付け力で螺着させる。図４（ｂ）に示したバッファスライダ２Ｂも同様の構造をしており、同じ方法でＸ軸移動ステージ１４の底面に取り付けることができる。

なお、この実施例では、皿バネ５９によって移動するネジ５６の範囲を分かりやすくするために無負荷孔として長孔５７を示してあるが、温度変化によってネジ５６が移動する距離は、大きくても数十μｍであるので、長孔５７の代わりに、ネジ５６の直径より多少大きな孔、所謂馬鹿孔を設けても良いものである。

図７（ａ）から（ｃ）は、図６（ｂ）に示したバッファ機構に使用される皿バネ５９の具体的な例を示すものである。図７（ａ）は一般的な皿バネ５９Ａを示すものであり、バネ性を持つ金属で作られている。皿バネはワッシャの外周部と内周部が同一面内に無いようにしたものであり、皿ばね５９Ａでは、外周部と内周部の高さの差がネジの締め付け時に弾性力を発生させ、ネジ５６を締め付けた時のネジ軸力が弱められる。図７（ｂ）は外歯形の歯付皿バネ５９Ｂを示すものであり、バネ性を持つ金属で作られている。この皿ばねには外周部に歯Ｔが形成されているが、この歯Ｔの先端部は捻られていない。皿ばね５９Ｂでは、外周部と内周部の高さの差がネジの締め付け時に弾性力を発生させ、ネジ５６を締め付けた時のネジ軸力が弱められる。図７（ｃ）は皿バネ５９Ａを２枚重ねたものである。

バッファ機構に使用できるネジ軸力低減部材としては、前述の皿バネに限られるものではなく、この他にもスプリングワッシャ、コイルバネ等が考えられる。また、ネジ軸力低減部材の１つのネジに挿入して使用する個数も、図７（ｃ）に示すように、１個に限定されるものではなく、重ねて使用することが可能である。

図８は、図６（ｂ）で説明したバッファスライダ１Ｂの動作を示すものである。図８（ａ）は、図６（ａ）、（ｂ）に示した固定スライダ１Ａとバッファスライダ１Ｂを備えたプローブの移動ベース１２とＹ軸移動ステージ１３の要部の常温における状態を示すものである。この状態では、Ｙ軸移動ステージ１３の底面に設けられている加熱／冷却部材５１は加熱／冷却動作を行っていない。また、常温状態では、バッファスライダ１Ｂの取付ネジ５６は、バッファスライダ１Ｂのフランジ部５４Ａに設けられた長孔５７の中央部近辺に位置している。

図８（ａ）の状態で、加熱／冷却部材５１が加熱／冷却動作、例えば加熱動作を行った場合は、図８（ｂ）に示すように、Ｙ軸移動ステージ１３の長さが伸長する。ところが、Ｙ軸移動ステージ１３の一方の端部は、ガイドレール１に係合する固定スライダ１Ａによって強固に固定されているので、Ｙ軸移動ステージ１３は移動できない。

一方、Ｙ軸移動ステージ１３の他方の端部は、ガイドレール１に係合するバッファスライダ１Ｂによって固定されているが、前述のバッファ機構によって、Ｙ軸移動ステージ１３はバッファスライダ１Ｂに対して所定の保持力で固定されているに過ぎない。よって、Ｙ軸移動ステージ１３はその伸長力がバッファスライダ１Ｂの保持力を超えた時点で矢印で示す方向に伸長することができ、ネジ５７がバッファスライダ１Ｂ内の長孔５７を移動する。即ち、ガイドレール１に係合するバッファスライダ１Ｂの位置は変わらず、Ｙ軸移動ステージ１３のみが矢印で示す方向に伸長することになる。

この結果、Ｙ軸移動ステージ１３の熱変形の影響が移動ステージ１２側に低減して伝えられることになり、移動ステージ１２の上のガイドレール１の変形、及びＹ軸移動ステージ１３の上のガイドレール２の変形が防止され、Ｘ軸移動ステージ１４とＹ軸移動ステージ１３の移動時にピッチングやローリングが発生し難くなり、移動ステージの移動精度が確保される。

なお、以上説明した実施例では、Ｙ軸移動ステージ１３の同一部材内のバイメタル効果による熱変形を防止して、Ｘ軸移動ステージ１４の移動精度の悪化を防止することについて述べているが、同様に、移動ベース１２に同一部材内のバイメタル効果による熱変形があると、Ｙ軸移動ステージ１３の移動精度が悪化する。そこで、移動ベース１２についても、以上説明した実施例と同様の、同一部材内のバイメタル効果低減による熱変形防止を適用することが可能である。

図９（ａ）は図４（ａ）に示したバッファスライダ１Ｂの、第２の実施例をＹ軸移動ステージ１３への取り付ける方法の一例を説明するものである。この実施例のバッファスライダ１Ｂは、ガイドレールを受け入れる溝部５３を備えたスライダ本体５０と、固定スライダ１Ａの取付面側のスライダ本体５０の両側に設けられたフランジ部５４を備える。フランジ部５４には孔は形成されていない。

バッファスライダ１Ｂに取り付けられるバッファ機構は、バッファスライダ１ＢのＹ軸移動ステージ１３への取付面６３とＹ軸移動ステージ１３の裏面との間に挟まれて取り付けられる弾性部材であるゴム板６０と、このゴム板６０の底面及び上面に積層される接着剤６１，６２とから構成される。ゴム板６０は、接着剤６１によってバッファスライダ１ＢのＹ軸移動ステージ１３への取付面６３に接着されると共に、接着剤６２によってＹ軸移動ステージ１３の裏面にある二点鎖線で示す取付位置に接着される。図４（ｂ）に示したバッファスライダ２Ｂも同様の構造をしており、同じ方法でＸ軸移動ステージ１４の底面に取り付けることができる。

図９（ｂ）は（ａ）で説明したバッファスライダ１Ｂの動作を示すものである。実線が固定スライダ１Ａとバッファスライダ１Ｂを備えたプローブの移動ベース１２とＹ軸移動ステージ１３の要部の常温における状態を示している。この状態では、Ｙ軸移動ステージ１３の底面に設けられている加熱／冷却部材５１は加熱／冷却動作を行っていない。また、常温状態では、バッファスライダ１Ｂのゴム板６０は変形していない。

図９（ｂ）の状態で、加熱／冷却部材５１が加熱／冷却動作、例えば加熱動作を行った場合は、第１の実施例で説明したように、Ｙ軸移動ステージ１３がバッファスライダ１Ｂ側に伸長する。Ｙ軸移動ステージ１３が伸長すると、バッファスライダ１Ｂのゴム板６０が二点差線で示すように変形する。即ち、ガイドレール１に係合するバッファスライダ１Ｂの位置は変わらず、Ｙ軸移動ステージ１３のみが矢印で示す方向に伸長する。

図１０（ａ）は本発明のプローバ１０の第２の実施形態の構成を示すものである。第２の実施形態は、異なる部材間のバイメタル効果を低減するためのものである。ウエハを保持するウエハチャック１６には周知の構成を有する第１の加熱／冷却部材５が内蔵されている。ウエハチャック１６は回転及びＺ軸方向に移動可能な第１の移動機構であるＺ軸移動・回転部１５によって、回転及び上下動する。Ｚ軸移動・回転部１５は、第１の移動ステージであるＸ軸移動ステージ１４に支持されている。Ｘ軸移動ステージ１４はＺ軸に垂直な方向（水平方向）に移動する。

Ｘ軸移動ステージ１４は、第２の移動機構であるＸ軸移動機構を介して第２の移動ステージであるＹ軸移動ステージ１３に支持される。Ｙ軸移動ステージ１３はＸ軸に垂直な方向（水平方向）に移動する。Ｘ軸移動機構は、図３で説明したように、Ｙ軸移動ステージ１３の上に平行に２本設けられた第１のガイドレール２と、Ｘ軸移動ステージ１４の底面の４箇所に取り付けられた第１のレール係合部材である固定スライダ２Ａと、Ｙ軸移動ステージ１３の上に設けられた第２の駆動機構である駆動モータ２８とこの駆動モータ２８の回転軸に取り付けられたボールネジ２６、及びＸ軸移動ステージ１４の裏面中央に設けられてボールネジ２６と螺合するナット４とから構成されている。Ｘ軸移動ステージ１４は、駆動モータ２８によりボールネジ２６が回転すると、ボールネジ２６と螺合するナット４が移動することにより、第１のガイドレール２の上を移動する。

Ｙ軸移動ステージ１３は、第３の移動機構であるＹ軸移動機構を介して移動ベース１２に支持される。Ｙ軸移動機構は、移動ベース１２の上に平行に２本設けられた第２のガイドレール１と、Ｙ軸移動ステージ１３の底面の４箇所に取り付けられた第２のレール係合部材である固定スライダ１Ａと、移動ベース１２の上に設けられた第３の駆動機構である駆動モータ２９とこの駆動モータ２９の回転軸に取り付けられたボールネジ２７、及びＹ軸移動ステージ１３の裏面中央に設けられてボールネジ２７と螺合するナット３とから構成されている。Ｙ軸移動ステージ１３は、駆動モータ２９によりボールネジ２７が回転すると、ボールネジ２７と螺合するナット３が移動することにより、第２のガイドレール１の上を移動する。

なお、Ｘ軸移動ステージ１４とＹ軸移動ステージ１３を移動する移動機構にモータではなくリニアモータが使用されている場合には、このリニアモータをヒータの代わりに使用することができる。

図１０（ａ）に示す本発明のプローバ１０の第２の実施形態では、移動ベース１２の内部に、第１の加熱／冷却部材５と連動して加熱／冷却を行う第２の加熱／冷却部材７１を設けると共に、Ｙ軸移動ステージ１３の底面に、鉄に対して熱膨張率の高いアルミ板のような金属板４０を設けている。第２の加熱／冷却部材５２は、第１の加熱／冷却部材５と同様の構成とすることができる。また、熱電効果を利用したペルチェ素子やチラー等を用いることもできる。

また、第２の実施形態では、移動ベース１２の第２の加熱／冷却部材５２の上側の内部に温度センサ４５を設けると共に、Ｙ軸移動ステージ１３の上面にも温度センサ４６を設けている。Ｙ軸移動ステージ１３の金属板４０の上側にも温度センサを設けても良い。

図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示した実施形態の変形形態を示すものであり、Ｘ軸移動ステージ１４の底面にも金属板４９を設けると共に、Ｘ軸移動ステージ１４の上面に、温度センサ４７を設けたものである。その他の構成に変更はない。

以上のように構成された本発明のプローバ１０の第２の実施形態では、加熱／冷却部材５が加熱／冷却動作、例えば加熱動作を行った場合は、第２の加熱／冷却部材７１も加熱動作を行う。第２の加熱／冷却部材７１の加熱／冷却動作は、温度センサ４５、４６の検出温度に従って制御される。温度センサ４５によりＹ軸移動ステージ１３の上面の温度が上昇したことが検出されると、Ｙ軸移動ステージ１３の上面の長さが伸長してバイメタル効果が発生する可能性がある。このような場合は、温度センサ４５の検出値に基づいて、第２の加熱／冷却部材７１に加熱動作を行わせる。

第２の加熱／冷却部材７１で発生した熱は、Ｙ軸移動ステージ１３の底面に設けられた金属板４０に伝達され、金属板４０が伸長する。金属板４０の伸長により、Ｙ軸移動ステージ１３の底面の長さが伸長し、Ｙ軸移動ステージ１３の上面の長さに近づく。この結果、Ｙ軸移動ステージ１３の上下の伸びに差がなくなり、Ｙ軸移動ステージ１３が変形しなくなり、移動ステージの移動精度が確保される。

なお、以上説明した実施例では、第２の加熱／冷却部材５１，５２、７１の発熱動作時についてのみ説明を行ったが、第２の加熱／冷却部材５１，５２、７１が冷却動作を行う場合の動作も同様であるので、ここではその説明を省略する。

本発明は、通常のプローバであればどのようなプローバにも適用可能である。

プローバとテスタでウエハ上のチップを検査するウエハテストシステムの基本構成を示す側面図である。図１に示したプローバの要部の概略構成を示す斜視図である。図２に示したプローバのＸ軸移動ステージとＹ軸移動ステージの裏面側の構成を示す斜視図である。（ａ）は本発明のプローバの第１の実施形態の構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の実施形態の変形形態を示す要部側面図である。図４（ａ）に示した本発明のプローバの第１の実施形態における、加熱／冷却部材の制御システムの構成を示すブロック回路図である。（ａ）は図４（ａ）、（ｂ）に示したレール係合部材の固定側のもののステージへの取り付け方法を説明する組立斜視図、（ｂ）は図４（ａ）、（ｂ）に示したレール係合部材に設けられるバッファ機構の第１の実施例のステージへの取り付け方法を説明する組立斜視図である。（ａ）から（ｃ）は図６（ｂ）に示したバッファ機構に使用されるネジ軸力低減部材の具体的な例を示すものであり、（ａ）は一般的な皿バネの平面図及び側面図、（ｂ）は外歯形の歯付皿バネの平面図及び一部切り欠き側面図、（ｃ）は（ａ）の皿バネを２枚使用した平面図及び側断面図である。（ａ）は図６（ａ）、（ｂ）に示したレール係合部材とバッファ機構を備えたプローブのベースとＹ軸移動ステージの部分の常温における状態を示す部分側面図、（ｂ）は図６（ａ）、（ｂ）に示したレール係合部材とバッファ機構を備えたプローブのベースとＹ軸移動ステージの部分の温度上昇時における状態を示す部分側面図である。（ａ）は図４（ａ）、（ｂ）に示したレール係合部材に設けられるバッファ機構の第２の実施例のステージへの取り付け方法を説明する組立斜視図、（ｂ）は（ａ）に示したバッファ機構の温度上昇時の動作を示す要部側面図である。（ａ）は本発明のプローバの第２の実施形態の構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の実施形態の変形形態を示す要部側面図である。

符号の説明

１，２ガイドレール
１Ａ，２Ａ固定スライダ
１Ｂ，２ｂバッファスライダ
６，７バッファ機構
１０プローバ
１２移動ベース
１３Ｙ軸移動ステージ（第２の移動ステージ）
１４Ｘ軸移動ステージ（第１の移動ステージ）
１５Ｚ軸移動・回転部
１６ウエハチャック
４０，４９金属板
４１〜４６温度センサ
５１，５２，７１加熱／冷却部材
５９弾性ワッシャ
６０ゴム板

Claims

ウエハ上に形成された半導体装置の動作を電気的に検査するため、テスタの各端子を前記半導体装置の電極にプローブニードルを介して接続するプローバであって、
前記ウエハを保持する第１の加熱／冷却部材を内蔵するウエハチャックと、
前記ウエハチャックを回転すると共にＺ軸方向に移動する第１の移動機構と、
前記第１の移動機構を支持する第１の移動ステージと、
前記第１の移動ステージをＸ軸方向に移動可能に支持する第２の移動機構と、
前記第２の移動機構を支持する第２の移動ステージと、
前記第２の移動ステージをＹ軸方向に移動可能に支持する第３の移動機構と、
前記第３の移動機構を支持するベースとを備え、
前記第１及び第２の移動ステージの少なくとも一方の底面に、前記第１の加熱／冷却部材と連動して加熱／冷却を行う第２の加熱／冷却部材を設けると共に、
前記第２の加熱／冷却部材を設けた前記ステージを支持する前記第２又は第３の移動機構に、前記第２の加熱／冷却部材の加熱／冷却動作による前記第１又は第２の移動ステージの熱変形を、前記第２の移動ステージ又は前記ベースに低減して伝えることができるバッファ機構を設けたことを特徴とするプローバ。
請求項１に記載のプローバであって、前記第２の移動機構が、
前記第２の移動ステージ上に平行に２本設けられた第１のガイドレールと、前記第１の移動ステージの底面に取り付けられた第１のレール係合部材と、
前記第２の移動ステージ上に設けられて前記第１の移動ステージを移動させる第１の駆動機構とから構成され、
前記第３の移動機構が、
前記第１のガイドレールに直交して前記ベース上に平行に２本設けられた第２のガイドレールと、
前記第２の移動ステージの底面に取り付けられた第２のレール係合部材と、
前記ベース上に設けられて前記第２の移動ステージを移動させる第２の駆動機構とから構成され、
前記第１と第２のレール係合部材のうち、前記第１と第２のガイドレールの一方に係合する係合部材は、前記第１と第２の移動ステージの底面にそれぞれ固定され、前記第１と第２のガイドレールの他方に係合する係合部材の少なくとも一方は、前記第１又は第２の移動ステージの底面に対して固定されずに前記ガイドレールの幅方向に微小移動可能なバッファ機構を介して取り付けられていることを特徴とするプローバ。
請求項２に記載のプローバであって、前記バッファ機構は、前記レール係合部材と前記第１又は第２の移動ステージの何れか一方に設けられた取付孔と他方に設けられた無負荷孔、前記無負荷孔側に取り付けられるネジ軸力低減部材、及びこのネジ軸力低減部材と前記無負荷孔を挿通して前記取付孔に螺着されるネジとから構成されることを特徴とするプローバ。
請求項２に記載のプローバであって、前記バッファ機構は、前記レール係合部材と前記第１又は第２の移動ステージの底面の間に挿入されて前記ガイドレールの幅方向に弾性変形可能な弾性部材から構成されることを特徴とするプローバ。
請求項１から４の何れか１項に記載のプローバであって、
前記第１及び第２の移動ステージの上面及び底面に温度センサを設け、前記第１及び第２の移動ステージに設けた加熱／冷却部材は、前記温度センサの検出温度に差が無くなるように加熱／冷却を行うようにしたことを特徴とするプローバ。
ウエハ上に形成された半導体装置の動作を電気的に検査するため、テスタの各端子を前記半導体装置の電極にプローブニードルを介して接続するプローバであって、
前記ウエハを保持する第１の加熱／冷却部材を内蔵するウエハチャックと、
前記ウエハチャックを回転すると共にＺ軸方向に移動する第１の移動機構と、
前記第１の移動機構を支持する第１の移動ステージと、
前記第１の移動ステージをＸ軸方向に移動可能に支持する第２の移動機構と、
前記第２の移動機構を支持する第２の移動ステージと、
前記第２の移動ステージをＹ軸方向に移動可能に支持する第３の移動機構と、
前記第３の移動機構を支持するベースとを備え、
前記ベースの内部に、前記加熱／冷却部材と連動して加熱／冷却を行う第２の加熱／冷却部材を設けると共に、
前記第１と第２の移動ステージの少なくとも一方の底面側に、熱膨張率の高い材料で形成された金属板を取り付けたことを特徴とするプローバ。
請求項６に記載のプローバであって、
前記金属板が取り付けられた移動ステージと前記ベースの上面にそれぞれ温度センサを設け、前記ベースに設けた加熱／冷却部材は、前記温度センサの検出温度に差が無くなるように加熱／冷却を行うようにしたことを特徴とするプローバ。