JP5122151B2 - ステージ機構 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行う検査装置に用いられる、被検査体を載置する載置台及び研磨機構を移動可能に支持するステージ機構に関し、更に詳しくは、上記ステージ機構の熱変形による研磨機構の傾斜を抑制または防止することができるステージ機構に関する。

従来の検査装置は、半導体ウエハの電気的特性検査を行うプローバ室を備えている。プローバ室は、例えば図３の（ａ）に示すように、半導体ウエハを昇降可能に載置する載置台１と、載置台１を支持するステージ機構２と、載置台１の上方に配置され且つ複数のプローブ３Ａを有するプローブカード３と、載置台１上の半導体ウエハＷと複数のプローブ３Ａとのアライメントを行うアライメント機構と、を備え、氷点下の低温領域下から１００℃を超える高温領域下で半導体ウエハＷとプローブ３Ａとを電気的に接触させてテスタからの検査用信号に基づいて半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う。

載置台１は、図３の（ａ）に示すように、半導体ウエハを載置するトッププレート１Ａと、温度調節機構（図示せず）及び昇降機構を内蔵する躯体１Ｂと、を有し、昇降機構によってトッププレート１Ａ上の半導体ウエハＷを昇降させると共に温度調節機構によって半導体ウエハＷを低温領域から高温領域の所定の温度に調節する。

ステージ機構２は、同図に示すように、Ｘステージ２Ａ、Ｙステージ２Ｂ及び固定ステージ２Ｃを備え、載置台１をＸ、Ｙ方向へ移動させる。Ｘステージ２ＡとＹステージ２Ｂとの間にはＸガイド機構２Ｄが介在し、Ｘステージ２ＡがＸガイド機構２Ｄに従ってＹステージ２Ｂ上でＸ方向へ移動する。Ｙステージ２Ｂと固定ステージ２Ｃの間にはＹガイド機構２Ｅが介在し、Ｙステージ２ＢがＹガイド機構２Ｅに従って固定ステージ２Ｃ上でＹ方向へ移動する。

検査装置を用いて半導体ウエハＷの検査を繰り返し行っているとプローブ３Ａには半導体ウエハＷの電極パッドの酸化膜が削り取られるなど付着するため、プローブ３Ａの削り屑等の付着物を除去する必要がある。そのため、ステージ機構２上には載置台１と隣接させた研磨板４Ａ（図３の（ｂ）参照）を有する研磨機構４が設けられており、この研磨板４Ａによってプローブカード３の複数のプローブ３Ａを研磨して、プローブ３Ａから付着物を除去している。

研磨機構４は、図３の（ａ）に示すように、研磨板４Ａを支持する支持台４Ｂと、支持台４Ｂを昇降させる昇降機構を内蔵する躯体４Ｃと、を有し、プローブ３Ａを研磨する時にはプローブ３Ａと研磨板４Ａとが接触した状態で昇降機構を介して研磨板４Ａを昇降させてプローブ３Ａを研磨し、研磨後には研磨板４Ａをトッププレート１Ａの載置面よりも低い位置まで下降させる。尚、図３の（ａ）において、５はアライメント機構を構成するＣＣＤカメラである。

この種の研磨機構としては、例えば特許文献１に記載されたウエハプローバの触針クリーニング装置がある。

実開昭６１−９４３４７

しかしながら、図３の（ａ）に示す検査装置の場合には、載置台１に内蔵された温度調節機構で半導体ウエハＷを例えば１５０℃の高温まで加熱し、その高温下で半導体ウエハＷの高温検査を行う。その間に載置台１からの輻射熱及び熱伝導でステージ機構２、特にＸステージ２Ａが加熱されて熱膨張する。Ｘステージ２Ａは、Ｙステージ２Ｂと一対のＸガイド機構２Ｄを介して係合して拘束されているため、図３の（ａ）に一点鎖線で示すように熱膨張により上方へ湾曲し、Ｘステージ２Ａの両端縁部が傾斜する。Ｘステージ２Ａの端縁部の傾斜に伴って研磨機構４は基端部を中心に上端部が外方へ傾斜することになる。

高温検査の途中でプローブ３Ａを研磨する必要が生じた場合には、半導体ウエハＷの検査を一旦中断し、ステージ機構２を介して研磨機構４の研磨板４Ａをプローブの真下まで移動させ、その位置で研磨板４Ａを昇降させてプローブ３Ａを研磨する。ところが、研磨板４Ａは、図３の（ｂ）に示すように傾斜しているため、研磨板４Ａと複数のプローブ３Ａが均一な針圧で接触することができず、場所によってはプローブ３Ａが過剰な針圧を受け、高価なプローブカード３を損傷させる虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高温下または低温下での研磨機構の傾斜を抑制または防止することができ、高温下または低温下でもプローブカードを損傷させることなくプローブを研磨することができるステージ機構を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のステージ機構は、複数のプローブを介して被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に用いられるステージ機構において、上記ステージ機構は、上記被検査体を載置する載置台が設けられた第1のステージと、上記第1のステージを一方向へ移動案内する一対の第1のガイド機構を介して上記第１のステージの下面に連結された第２のステージと、を備え、上記プローブを研磨する研磨機構を支持する基台部を上記第1のステージから分離し且つ上記第1のステージに隣接させて設けると共に、上記第１のガイド機構から上記一方向と直交する方向へ離間した位置で上記基台部を支持する支持体を上記第２のステージに設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のステージ機構は、請求項１に記載の発明において、上記基台部と上記支持体との間に、上記基台部を上記一方向へ移動案内する第２のガイド機構を介在させたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のステージ機構は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記第１のステージは、上記基台部に対して位置ズレ可能に連結されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のステージ機構は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記基台部に長孔が形成されていると共に、上記長孔において上記第１のステージと上記基台部とがバネ付きの締結部材で連結され、上記第１のステージが上記長孔を介して上記基台部に対して位置ズレ可能に構成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、高温下または低温下での研磨機構の傾斜を抑制または防止することができ、延いては高温下または低温下でもプローブカードを損傷させることなくプローブを研磨することができるステージ機構を提供することができる。

以下、図１、図２に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図１の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のステージ機構の一実施形態を適用した検査装置の構造の一例を示す図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はＸステージと分離ステージの関係を示す要部断面図、図２はプローブを研磨する状態の要部を拡大して示す正面図である。

まず、本実施形態のステージ機構が適用された検査装置について図１の（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。検査装置は、図１の（ａ）に示すように、半導体ウエハＷを載置する昇降可能な載置台１０と、載置台１０を支持し且つ載置台１０をＸ方向及びＹ方向へ移動させるステージ機構２０と、ステージ機構２０の上方に配置されたプローブカード３０と、を備え、載置台１０に載置された半導体ウエハＷとプローブカード３０の複数のプローブ３１とを電気的に接触させて、半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う。また、ステージ機構２０にはプローブカード３０の複数のプローブ３１への付着物を除去する研磨機構４０が載置台１０に隣接させて設けられている。

載置台１０は、図１の（ａ）に示すように、トッププレート１１と、温度調節機構及び昇降機構を内蔵する躯体１２と、を有している。トッププレート１１は、温度調節機構によって半導体ウエハＷを所定の温度に調節すると共に昇降機構によって半導体ウエハＷを昇降させることにより、半導体ウエハＷとその上方に配置されたプローブカード３０の複数のプローブ３１と電気的に接触させて所定の検査を行う。

本実施形態のステージ機構２０は、図１の（ａ）に示すように、載置台１０を支持する第１のステージ（以下、「Ｘステージ」と称す。）２１と、Ｘステージ２１をＸ方向へ移動案内する左右一対の第１のガイド機構（以下、「Ｘガイド機構」と称す。）２２を介してＸステージ２１の下面に連結された第２のステージ（以下、「Ｙステージ」と称す。）２３と、Ｙステージ２３をＹ方向へ移動案内する前後一対のＹガイド機構２４を介してＹステージ２３の下面に連結された固定ステージ２５と、を備え、載置台１０をＸ方向及びＹ方向へ移動させるように構成されている。Ｙステージ２３の左右両端縁部には一対の細長形状の突起部２３ＡがＸ方向に沿って形成され、それぞれの突起部２３ＡとＸステージ２１の間にＸガイド機構２２が介在している。固定ステージ２５にはＹステージ２３のＸ方向の前後両端縁部に該当する位置にＹガイド機構２４がそれぞれ配置されている。

Ｘガイド機構２２は、Ｙステージ２３の左右の突起部２３Ａ上にそれぞれ固定された一対のＸ方向レール２２Ａと、Ｘステージ２１の下面にＸ方向に離間してそれぞれ固定され且つＸ方向レール２２Ａとそれぞれ係合する前後一対の係合体２２Ｂと、を備えている。Ｙガイド機構２４は、固定ステージ２５上にそれぞれ固定された一対のＹ方向レール２４Ａと、Ｙステージ２３の下面にＹ方向に離間してそれぞれ固定され且つＹ方向レール２４Ａとそれぞれ係合する左右一対の係合体２４Ｂと、を備えている。

而して、本実施形態では、図１の（ａ）に示すように研磨機構４０を支持する基台部２６がＸステージ２１から分離した分離ステージとして構成されている。そこで、以下では基台部２６を分離ステージ２６として説明する。Ｘステージ２１は、分離ステージ２６に対して位置ズレ可能に連結され、Ｘステージ２１の熱変形を回避できるように構成されている。即ち、Ｘステージ２１の分離ステージ２６との連結部には上面側を切り欠いた薄肉部２１Ａが形成され、この薄肉部２１Ａ上に分離ステージ２６の左端縁部が締結部材２７によって連結されている。Ｘステージ２１の分離ステージ２６との連結部の下面に右側のＸガイド機構２２が介在している。

また、図１の（ａ）に示すように、Ｙステージ２３には分離ステージ２６を下方から支持する支持体２８がＹステージ２３と一体になるように設けられている。この支持体２８は、Ｙステージ２３の突起部２３Ａの下部から分岐して斜め上方に延びるように形成されている。支持体２８の上端面は水平になっており、この上端面と分離ステージ２６の右端縁部の下面との間に第２のガイド機構（第２のＸガイド機構）２９が介在している。第２のＸガイド機構２９は、支持体２８上に固定された第２のＸ方向レール２９Ａと、分離ステージ２６の右端縁部の下面にＸ方向に固定され且つ第２のＸ方向レール２９Ａと係合する係合体２９Ｂと、を備えている。その結果、分離ステージ２６は、左右両端縁部がＹステージ２３の突起部２３Ａ及び支持体２８によって支持されていると共に２つのＸガイド機構２２、２９によってＸステージ２１と一体的にＸ方向へ移動可能になっている。

このように分離ステージ２６の右端縁部を支持体２８によって支持することで、分離ステージ２６の剛性を高め、支持体２８からＸステージ２１の熱変形による分離ステージ２６への押圧力に対する反力を生じさせて、分離ステージ２６の水平度を維持し、研磨機構４０の傾斜を防止している。また、支持体２８を突起部２３Ａの下部から斜め上方へ延ばすことにより、Ｙステージ２３の外側の空間を有効利用することができるようにしてある。

次に、Ｘステージ２１と分離ステージ２６の連結構造について図１の（ｂ）を参照しながら説明する。Ｘステージ２１の右端縁部は、上述のように薄肉部２１Ａとして形成され、この薄肉部２１Ａ上に分離ステージ２６の左端縁部が重ねて配置されている。Ｘステージ２１の上面と分離ステージ２６の上面は段差なく平坦面として形成されていると共に、分離ステージ２６の左端面とＸステージ２１の厚肉部の端面との間にはＸステージ２１の熱変形による厚肉部の位置ズレを吸収する隙間が形成されている。分離ステージ２６の左端縁部にはＹ方向を向く複数の長孔２６ＡがＸ方向に所定間隔を空けて形成されている。

Ｘステージ２１と分離ステージ２６を連結する締結部材２７は、ボルト２７Ａとバネ２７Ｂとからなり、ボルト２７Ａが分離ステージ２６の長孔２６Ａからバネ２７Ｂを通してＸステージ２１に装着され、分離ステージ２６をＸステージ２１の薄肉部２１Ａへ押圧する機能を有している。この連結構造から、Ｘステージ２１がＹ方向へ熱変形しても、分離ステージ２６は、右端縁部が支持体２８と第２のＸガイド機構２９によって強固に支持されていると共に、左端縁部が突起部２３ＡとＸガイド機構２２と締結部材２７によりＸステージ２１に対して非固定的に支持されているため、分離ステージ２６の変形を確実に防止し、研磨機構４０の傾斜を防止することができる。従って、プローブカード３０の複数のプローブ３１は、研磨機構４０の研磨板４１と均一な針圧で研磨することができる。

次に、動作について説明する。図１の（ａ）に示すように載置台１０上に半導体ウエハＷを載置し、半導体ウエハＷの高温検査を行うために、載置台１０のトッププレート１１を介して半導体ウエハＷを例えば１５０℃まで加熱し、この温度で検査する。検査の間に載置台１０からの輻射熱や熱伝導によりＸステージ２１が加熱されて、昇温する。Ｘステージ２１は、熱膨張して同図に一点鎖線で示すように上方へ湾曲する。この時、分離ステージ２６は、Ｘステージ２１から分離しているため、Ｘステージ２１の熱変形による影響を受け難い。更に、Ｘステージ２１は、分離ステージ２６の長孔２６Ａにおいて位置ズレ可能になっているため、Ｘステージ２１から分離ステージ２６への応力が作用し難く、分離ステージ２６は実質的に水平を維持し、研磨機構４０を傾斜させることがない。

検査の間に、削り屑等がプローブ３１に付着し、プローブ３１と半導体ウエハＷの電極パッドとの電気的導通性が低下すると、半導体ウエハＷの検査を一端中断し、研磨機構４０がステージ機構２０を介してプローブカード３０の真下まで移動した後、図２に示すように研磨機構４０が昇降機構を介して研磨板４１を昇降させて複数のプローブ３１を研磨する。この時、研磨板４１はＸステージ２１の熱変形にも拘らず実質的に水平を維持しているため、複数のプローブ３１が研磨板４１と均一な針圧で接触して研磨され、損傷することがない。

以上説明したように本実施形態によれば、研磨機構４０を支持する分離ステージ２６をＸステージ２１から分離すると共に、Ｘガイド機構２２からＹ方向へ離間した位置で分離ステージ２６を支持する支持体２８をＹステージ２３に設けたため、高温検査時に載置台１０からの輻射熱や熱伝導によりＸステージ２１が湾曲することがあっても、分離ステージ２６はＸステージ２１の影響を受け難く、しかもＸステージ２１から分離ステージ２６を傾斜させる方向の力が作用したとしてもその力を支持体２８から分離ステージ２８に反力が作用して分離ステージ２６の傾斜を防止することができる。この結果、高温下でプローブ３１を研磨してもプローブカード３０が損傷する虞がない。

また、分離ステージ２６と支持体２８との間に、分離ステージ２６をＸ方向へ移動案内する第２のＸガイド機構２９を設けたため、研磨機構４０は載置台１０と一体的にＸ方向へ円滑に移動することができる。また、Ｘステージ２１は、分離ステージ２６に対して位置ズレ可能に連結されているため、Ｘステージ２１が湾曲してもＸステージ２１が分離ステージ２６に対して相対的に位置ズレし、分離ステージ２６に無理な力が作用することがなく、分離ステージ２６の傾斜をより確実に防止することができる。即ち、分離ステージ２６に長孔２６Ａが形成されていると共に、長孔２６ＡにおいてＸステージ２１と分離ステージ２６とがバネ付きの締結部材２７で連結され、Ｘステージ２１が長孔２６Ａを介して分離ステージ２６に対して位置ズレ可能に構成されているため、Ｘステージ２１が熱変形してもＸステージ２１はボルト２７Ａを介して分離ステージ２６の長孔２６Ａ内で相対的に移動して分離ステージ２６の傾斜をより確実に防止することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて適宜設計変更することができる。上記実施形態ではＸステージ２１の右端縁部の上部を切り欠いた薄肉部を設けると共にこの薄肉部に分離ステージ２６の左端縁部を重ねた連結構造について説明したが、この関係を逆にしてＸステージの右端縁部の下部を切り欠いた薄肉部を設けると共に分離ステージの左端縁部の上部を切り欠いた薄肉部を設け、Ｘステージと分離ステージの上面が平坦になる連結構造にしても良い。この場合には分離ステージの下面に係合体を固定し、Ｘステージの薄肉部に締結部材用の長孔を設ければ良い。

本発明は、検査装置のステージ機構に好適に利用することができる。

（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のステージ機構の一実施形態を適用した検査装置の構造の一例を示す図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はＸステージと分離ステージの関係を拡大して示す要部断面図である。 プローブを研磨する状態の要部を拡大して示す正面図である 従来の検査装置のステージ機構の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 載置台
２０ ステージ機構
２１ Ｘステージ（第１のステージ）
２２ 第１のＸガイド機構（第１のガイド機構）
２２ Ｙステージ（第２のステージ）
２６ 分離ステージ（基台部）
２６Ａ 長孔
２７ 締結部材
２７Ｂ バネ
２８ 支持体
２９ 第２のＸガイド機構（第２のガイド機構）
３０ プローブカード
３１ プローブ
４０ 研磨機構

Claims (4)

1. 複数のプローブを介して被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に用いられるステージ機構において、上記ステージ機構は、上記被検査体を載置する載置台が設けられた第1のステージと、上記第1のステージを一方向へ移動案内する一対の第1のガイド機構を介して上記第１のステージの下面に連結された第２のステージと、を備え、上記プローブを研磨する研磨機構を支持する基台部を上記第1のステージから分離し且つ上記第1のステージに隣接させて設けると共に、上記第１のガイド機構から上記一方向と直交する方向へ離間した位置で上記基台部を支持する支持体を上記第２のステージに設けたことを特徴とするステージ機構。
2. 上記基台部と上記支持体との間に、上記基台部を上記一方向へ移動案内する第２のガイド機構を介在させたことを特徴とする請求項１に記載のステージ機構。
3. 上記第１のステージは、上記基台部に対して位置ズレ可能に連結されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステージ機構。
4. 上記基台部に長孔が形成されていると共に、上記長孔において上記第１のステージと上記基台部とがバネ付きの締結部材で連結され、上記第１のステージが上記長孔を介して上記基台部に対して位置ズレ可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステージ機構。

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