JP5940797B2

JP5940797B2 - 半導体ウエハ検査装置

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Publication number: JP5940797B2
Application number: JP2011245649A
Authority: JP
Inventors: 和則富士
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: JP2013102086A

Description

本発明は、半導体ウエハ検査装置に関する。

図２０は、従来の半導体ウエハ検査装置の一例を示している。同図に示された半導体ウエハ検査装置９００は、半導体ウエハ９８の図中上面にあたる機能面を対象とした検査を行うものであり、位置決め装置９１、ウエハテーブル９６、および検査ヘッド９７を備えている。検査ヘッド９７には、たとえば上記機能面に形成された複数のパッドに各別に接触させる複数のプローブ（図示略）が設けられている。位置決め装置９１は、検査ヘッド９７に対して半導体ウエハ９８を所望の位置および所望の姿勢となるように設定する装置であり、第１往復動機構９２、第２往復動機構９３、第３往復動機構９４、および回転機構９５によって構成されている。第１往復動機構９２は、ｘ方向における往復動を実現し、第２往復動機構９３は、ｘ方向およびｚ方向に対して直角である方向における往復動を実現し、第３往復動機構９４は、ｚ方向における往復動を実現する。回転機構９５は、ｚ軸周りの回転動を実現する。このような位置決め装置９１によりウエハテーブル９６に支持された半導体ウエハ９８の位置および姿勢を、検査に適したものとし得る。

近年、上記機能面に形成される上記複数のパッドは、高密度化される傾向にある。このため、位置決め装置９１による位置決め精度に対する要求は高くなっている。位置決め装置９１による位置決め精度を高めるには、たとえばウエハテーブル９６の高剛性化が一方策となる。これに伴い、ウエハテーブル９６は、その重量が増加することが避けられない。すると、ウエハテーブル９６を支える位置決め装置９１の可搬重量を増加させる必要がある。これに対応するには、第１往復動機構９２、第２往復動機構９３、第３往復動機構９４、および回転機構９５のそれぞれの重量を増やさざるを得ない。特に第１往復動機構９２は、ウエハテーブル９６と第１往復動機構９２、第２往復動機構９３、第３往復動機構９４、および回転機構９５との重量を負担するため、相当な重量増となってしまう。

特開２０１０−２４５５０８号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、過度な重量増を回避しつつ高精度な検査を実現しうる半導体ウエハ検査装置を提供することをその課題とする。

本発明によって提供される半導体ウエハ検査装置は、鉛直方向上方を向く基準面を有する定盤と、上記定盤によって自重の少なくとも一部が負担されており、鉛直方向に対して直角でありかつ互いに直角である第１および第２の方向に上記基準面に沿って移動可能とされているとともに、集積回路が形成された機能面を有する半導体ウエハをこの機能面が鉛直方向上方を向く姿勢で支持するウエハ支持体と、上記ウエハ支持体を上記第１および第２方向に移動させる移動手段と、上記半導体ウエハの上記機能面を対象とした検査する検査ヘッドと、を備えることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ウエハ支持体は、上記基準面に向けて気体を噴出することにより浮上力を生成する噴出領域を有する浮上支持部を具備する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記噴出領域は、多孔質体からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記噴出領域は、鉛直方向視において開口を有する形状であり、上記浮上支持部は、鉛直方向視において上記噴出領域の上記開口内に配置されて、気体を吸引する吸引領域を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記噴出領域は、その外形が円形または矩形である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記吸引領域の鉛直方向下端面は、上記噴出領域の鉛直方向下端面よりも鉛直方向上方に位置する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記浮上支持部は、円盤状または矩形盤状である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記定盤は、天然石または人造石からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記移動手段は、上記ウエハ支持体を上記第１方向に往復動させる第１往復動機構と、この第１往復動機構を上記第２方向に往復動させる第２往復動機構と、を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記移動手段は、上記第１往復動機構が搭載され、上記第２移動機構によって移動させられる、連結板を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記連結板には、鉛直方向に貫通する開口が形成されており、上記ウエハ支持体は、上記浮上支持部の鉛直方向上側に連結され、鉛直方向視において上記浮上支持部の内方に含まれるとともに、上記開口に挿通された柱状部を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記柱状部は、上記半導体ウエハを鉛直方向に往復動させる第３往復動機構を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記開口は、鉛直方向上側にある小断面部と、鉛直方向下側にあるとともに鉛直方向視において上記小径部を内方に含む大断面部と、を有し、上記大断面部には、上記浮上支持部の少なくとも一部が収容されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１往復動機構は、各々が複数のボールを介して互いに螺合するねじ軸およびナットからなる１対の第１ボールねじと、各々が複数のボールを介して互いに相対動可能に嵌め合わされたレールおよびスライドブロックからなる１対の第１直動ガイドと、上記１対の第１ボールねじに各別に連結された１対の第１サーボモータと、を備えており、上記１対の第１ボールねじの上記ナットおよび上記１対の第１直動ガイドの上記スライドブロックは、上記ウエハ支持体に対して少なくとも第１方向において固定されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記１対の第１直動ガイドは、上記開口を挟んで互いに平行に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記１対の第１ボールねじは、上記開口を挟んで互いに平行に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ウエハ支持体は、上記１対の第１ボールねじの上記ナットおよび上記１対の第１直動ガイドの上記スライドブロックのうち上記開口に対して一方側にあるものに対して、上記第１および第２方向において固定されており、かつ鉛直方向周りの回転が許容されており、上記開口に対して他方側にあるものに対して、上記第１方向において固定され、上記第２方向において相対動可能とされており、かつ鉛直方向周りの回転が許容されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１往復動機構は、上記１対の第１サーボモータを同期制御する第１制御部を備えており、上記第１制御部は、上記１対の第１ボールねじの上記ナットを相対動を伴わずに移動させるように上記１対の第１ボールねじの上記ねじ軸を回転させることにより、上記ウエハ支持体を上記第１方向において並進運動させる並進制御と、上記１対の第１ボールねじの上記ナットを相対動させるように上記１対の第１ボールねじの上記ねじ軸を回転させることにより、上記ウエハ支持体を上記鉛直方向周りに回転させる回転制御とを、上記１対の第１サーボモータに対して行う。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２往復動機構は、各々が複数のボールを介して互いに螺合するねじ軸およびナットからなる１対の第２ボールねじと、各々が複数のボールを介して互いに相対動可能に嵌め合わされたレールおよびスライドブロックからなる１対の第２直動ガイドと、上記１対の第２ボールねじに各別に連結された１対の第２サーボモータと、を備えており、上記１対の第２ボールねじの上記ナットおよび上記１対の第２直動ガイドの上記スライドブロックは、上記連結板に対して固定されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記１対の第２直動ガイドは、上記開口を挟んで互いに平行に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記１対の第２ボールねじは、上記開口を挟んで互いに平行に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２往復動機構は、上記１対の第２サーボモータを同期制御する第２制御部を備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記検査ヘッドは、上記半導体ウエハの上記機能面に対する導通検査を行うための接触式の複数のプローブを備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記検査ヘッドは、上記半導体ウエハに形成された複数の半導体チップの上記機能面を対象とした検査を一括して行う。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の半導体チップは、マトリクス状に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記検査ヘッドによる検査時には、上記検査ヘッドが固定され、上記ウエハ支持体が上記検査ヘッドに対して相対動させられる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１往復動機構は、各々が磁力によって相対動自在とされたリニアレールおよびリニアブロックからなる１対の第１リニアモータ駆動部と、各々が気体を介して互いに相対動可能に嵌め合わされたエアレールおよびエアブロックからなる１対の第１エアスライドガイドと、を備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２往復動機構は、各々が磁力によって相対動自在とされたリニアレールおよびリニアブロックからなる１対の第２リニアモータ駆動部と、各々が気体を介して互いに相対動可能に嵌め合わされたエアレールおよびエアブロックからなる１対の第２エアスライドガイドと、を備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ウエハ支持体は、磁力を発生するウエハ側磁力発生部を有しており、上記定盤は、定盤側磁力発生部を有しており、上記ウエハ側磁力発生部と上記定盤側磁力発生部とによって発生する反発力によって上記ウエハ支持体が上記定盤に対して浮遊する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ウエハ支持体は、上記基準面に向けて気体を噴出することにより浮上力を生成するとともに、鉛直方向視において開口を有する形状とされた噴出領域と、上記開口内に配置され、磁力を発生するウエハ側磁力発生部を有しており、上記定盤は、上記ウエハ側磁力発生部との間に磁力を生じうる定盤側磁力発生部を有しており、上記ウエハ支持体は、上記ウエハ側磁力発生部と上記定盤側磁力発生部との間に発生する引力を超える浮上力を上記噴出領域が発揮することにより、上記定盤に対して浮遊する。

このような構成によれば、上記ウエハ支持体の自重は、上記定盤によって負担される。このため、上記移動手段には、上記ウエハ支持体の自重が作用しない。これにより、上記ウエハ支持体に支持された半導体ウエハの位置決めの高精度化を目的として上記ウエハ支持体を高剛性化することに伴い、上記ウエハ支持体の自重が増加しても、上記移動手段をの可搬能力を増強する必要はない。したがって、上記半導体ウエハ検査装置の検査精度を高めつつ、過度な重量増を回避することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係るウエハ検査装置の一例を示す全体概略図である。本発明に係るウエハ検査装置の位置決め装置を示す平面図である。図２の位置決め装置を示す正面図である。図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図２の位置決め装置を示す側面図である。図２のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図２の位置決め装置の浮上支持部を示す底面図である。図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図２の位置決め装置によるｙ方向の並進動を示す平面図である。図２の位置決め装置によるｘ方向の並進動を示す平面図である。図２の位置決め装置によるｚ方向周りの回転動を示す平面図である。検査ヘッドの変形例を示す要部斜視図である。検査ヘッドの他の変形例を示す要部斜視図である。検査ヘッドの他の変形例を示す要部斜視図である。検査ヘッドの他の変形例を示す要部斜視図である。浮上支持部の変形例示す底面図である。浮上支持部の他の変形例示す断面図である。浮上支持部の他の変形例示す断面図である。第１往復動機構の変形例示す要部平面図である。従来の半導体ウエハ検査装置の一例を示す正面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明に係る半導体ウエハ検査装置の一例を示している。本実施形態の半導体ウエハ検査装置１０１は、位置決め装置１１０および検査ヘッド８００を備えている。半導体ウエハ検査装置１０１は、半導体ウエハ８９０の機能面８９１を対象とした検査を行う。たとえば、検査ヘッド８００には、複数のプローブ８１０が設けられている。プローブ８１０は、たとえば金属製の針状部材であり、図示しない検査コントローラの検査端子を構成している。複数のプローブ８１０は、機能面８９１に形成された複数のパッド８９２に各別に当接させられる。この状態で、上記検査コントローラは、機能面８９１に作り込まれた機能素子の導通や抵抗値を検査する。機能面８９１には、図示したものを含み、多数のパッド８９２がたとえばマトリクス状に形成されている。複数のプローブ８１０に対する半導体ウエハ８９０の位置を変更することと、複数のプローブ８１０を複数のパッド８９２に当接させることを繰り返すことにより、半導体ウエハ８９０の機能面８９１全体の検査が完了する。この半導体ウエハ８９０の位置は、位置決め装置１１０によって設定される。位置決め装置１１０は、機能面８９１が鉛直方向であるｚ方向上方を向く姿勢で半導体ウエハ８９０を保持している。検査ヘッド８００による検査がなされる間は、検査ヘッド８００は、たとえば地面などの固定側に固定されており、半導体ウエハ８９０が位置決め装置１１０によって検査ヘッド８００に対して相対動される。

図２〜図６に示すように、位置決め装置１１０は、定盤２００、ウエハ支持体３００、および移動手段４００を備えている。

定盤２００は、位置決め装置１１０の土台となるものであり、本実施形態においては、石からなり、天然石あるいは人造石のいずれであってもよい。定盤２００は、たとえばｙ方向寸法が１０００ｍｍ程度、ｘ方向寸法が１０００ｍｍ程度、ｚ方向厚さが１５０ｍｍ程度とされている。定盤２００は、基準面２１０を有する。基準面２１０は、ｚ方向上方を向いている。本実施形態においては、基準面２１０の平面度は、たとえば３．５μｍ以下である。

ウエハ支持体３００は、半導体ウエハ８９０を支持しつつ、定盤２００の基準面２１０に沿ってｙ方向およびｘ方向に滑るように移動可能とされたものである。ウエハ支持体３００は、浮上支持部３１０、柱状部３２０、およびウエハテーブル３３０を有する。

浮上支持部３１０は、ウエハ支持体３００の土台となる部位であり、定盤２００の基準面２１０に対してわずかな隙間をおいて浮上しつつ、少なくともウエハ支持体３００の自重を負担可能とされている。図７および図８に示すように、浮上支持部３１０は、噴出領域３１１および吸引領域３１２を有する。本実施形態においては、浮上支持部３１０は円盤状であるが、浮上支持部３１０の形状はこれに限定されるものではなく、たとえばｚ方向視多角形状であってもよい。

噴出領域３１１は、浮上支持部３１０を基準面２１０から浮上させるための気体が噴出する領域であり、本実施形態においては、多孔質体からなる。噴出領域３１１には、噴出用接続口３１４に接続されたホースなどから供給された気体が図示しない内部経路を経て供給される。本実施形態においては、噴出領域３１１は、ｚ方向視において、外形が円形状であり、その内部に開口を有する、いわゆる円環状とされている。

吸引領域３１２は、浮上支持部３１０を基準面２１０から浮上させつつ、この浮上力に抗しながら浮上支持部３１０を基準面２１０へと引き寄せる機能を果たす部位である。本実施形態においては、吸引領域３１２は、ｚ方向視において噴出領域３１１の上記開口内に配置された円形状とされており、噴出領域３１１のｚ方向下端面よりもｚ方向上方に若干凹んだ領域である。吸引領域３１２には、吸引口３１３が設けられている。吸引口３１３は、吸引用接続口３１５に通じている。吸引用接続口３１５に負圧を生じうるホースなど（図示略）を接続することにより、吸引領域３１２は、浮上支持部３１０を定盤２００の基準面２１０へと引き寄せる力を発揮する。

本実施形態においては、浮上支持部３１０の外径が３００ｍｍ程度、噴出領域３１１の内径（吸引領域３１２の外径）が２５０ｍｍ程度とされている。所定の圧力を噴出用接続口３１４および吸引用接続口３１５に作用させることにより、浮上支持部３１０は、噴出領域３１１と基準面２１０との間に６μｍ程度の隙間をおいて浮上する。この状態で、浮上支持部３１０にｚ方向下方への外力を作用させた場合、浮上支持部３１０が浮上位置を維持しようとする見かけのバネ定数は、５５３Ｎ／μｍ程度である。

柱状部３２０は、図２〜図６に示すように、浮上支持部３１０に対してｚ方向上側に連結された部位であり、ｚ方向に延びる矩形柱状である。柱状部３２０は、ｚ方向視において対角線長が浮上支持部３１０の外径よりも小であり、ｚ方向視において浮上支持部３１０の内方に含まれている。本実施形態においては、柱状部３２０には、本発明で言う第３往復動機構が設けられている。この第３往復動機構は、たとえばサーボモータおよび直動ガイド（いずれも図示略）によって構成されており、ウエハテーブル３３０をｚ方向に往復動させる。上記第３往復動機構のストロークは、たとえば２０ｍｍ程度である。

ウエハテーブル３３０は、機能面８９１をｚ方向上方に向けた姿勢で半導体ウエハ８９０を保持する部位である。本実施形態においては、外形が３００ｍｍ程度の円盤状とされている。

移動手段４００は、ウエハ支持体３００を定盤２００の基準面２１０に沿ってｙ方向およびｘ方向における任意の方向および距離に移動させるためのものであり、本実施形態においては、往復動機構５００、往復動機構６００、連結板７００を備える。

往復動機構６００は、本発明で言う第２往復動機構に相当し、ウエハ支持体３００をｙ方向（本発明で言う第２方向）に移動させる機能を果たす。往復動機構６００は、１対のボールねじ６１０，６２０、１対の直動ガイド６３０，６４０、１対のサーボモータ６５０，６６０、および制御部６９０を備えている。本実施形態においては、往復動機構６００のｙ方向ストロークは、たとえば６９０ｍｍ程度である。

１対のボールねじ６１０，６２０は、本発明で言う１対の第２ボールねじに相当する。ボールねじ６１０は、ねじ軸６１１およびナット６１２を有しており、ボールねじ６２０は、ねじ軸６２１およびナット６２２を有している。ナット６１２は、図示しない複数のボールを介してねじ軸６１１に螺合しており、ナット６２２は、図示しない複数のボールを介してねじ軸６２１に螺合している。ねじ軸６１１，６２１は、定盤２００の基準面２１０に固定されており、ｘ方向に互いに離間しつつ、ｙ方向に沿って互いに平行に配置されている。

１対の直動ガイド６３０，６４０は、本発明で言う１対の第２直動ガイドに相当する。直動ガイド６３０は、レール６３１および２つのスライドブロック６３２を有しており、直動ガイド６４０は、レール６４１および２つのスライドブロック６４２を有している。スライドブロック６３２は、図示しない複数のボールを介してレール６３１に対してｙ方向に相対動可能に嵌め込まれており、スライドブロック６４２は、図示しない複数のボールを介してレール６４１に対してｙ方向に相対動可能に嵌め込まれている。レール６３１，６４１は、定盤２００の基準面２１０に固定されており、ｘ方向に互いに離間しつつ、ｙ方向に沿って互いに平行に配置されている。レール６３１，６４１は、１対のボールねじ６１０，６２０のねじ軸６１１，６２１の内側に配置されている。

１対のサーボモータ６５０，６６０は、本発明で言う１対の第２サーボモータに相当する。サーボモータ６５０は、その出力軸がボールねじ６１０のねじ軸６１１に連結されており、サーボモータ６６０は、その出力軸がボールねじ６２０のねじ軸６２１に連結されている。１対のサーボモータ６５０，６６０は、制御部６９０によって互いに同期制御されている。制御部６９０は、たとえばサーボアンプおよびサーボコントローラからなる。

連結板７００は、往復動機構６００によってｙ方向に並進動される部位であり、往復動機構５００が搭載されている。連結板７００は、往復動機構５００を介してウエハ支持体３００に連結されている。連結板７００は、ブラケット７２０，７３０および開口７１０を有する。ブラケット７２０，７３０は、ｘ方向両側に突出した部位である。ブラケット７２０は、ボールねじ６１０のナット６１２および直動ガイド６３０の２つのスライドブロック６３２と接続されている。ブラケット７３０は、ボールねじ６２０のナット６２２および直動ガイド６４０の２つのスライドブロック６４２と接続されている。これにより、連結板７００は、１対のサーボモータ６５０，６６０が同期制御によって同方向に回転することに伴い、ｙ方向に並進動される。

開口７１０は、連結板７００のほぼ中央に設けられており、連結板７００をｚ方向に貫通している。開口７１０は、小断面部７１１および大断面部７１２を有する。小断面部７１１は、開口７１０のｚ方向上側部分であり、本実施形態においては、ｘ方向を長手方向とする略長矩形状とされている。小断面部７１１のｙ方向寸法は、ウエハ支持体３００の柱状部３２０のｙ方向寸法よりも若干大であり、小断面部７１１に柱状部３２０が挿通されている。大断面部７１２は、開口７１０のｚ方向下側部分であり、本実施形態においては、ｘ方向を長手方向とする小判形状である。大断面部７１２のｙ方向寸法は、小断面部７１１のｙ方向寸法よりも大であり、ｚ方向視において小断面部７１１が大断面部７１２の内方に含まれている。さらに、大断面部７１２のｙ方向寸法は、ウエハ支持体３００の浮上支持部３１０の外径よりも若干大である。図４および図６に示すように、浮上支持部３１０のｚ方向上側部分が大断面部７１２に収容された格好となっている。

往復動機構５００は、本発明で言う第１往復動機構に相当し、ウエハ支持体３００をｘ方向（本発明で言う第１方向）に移動させる機能を果たす。また、本実施形態においては、往復動機構５００は、ウエハ支持体３００をｚ方向周りに回転動させる機能を兼ねている。往復動機構５００は、１対のボールねじ５１０，５２０、１対の直動ガイド５３０，５４０、１対のサーボモータ５５０，５６０、および制御部５９０を備えている。本実施形態においては、往復動機構５００のｘ方向ストロークは、たとえば３８０ｍｍ程度であり、ｚ方向周りの回転量は５度程度である。

１対のボールねじ５１０，５２０は、本発明で言う１対の第１ボールねじに相当する。ボールねじ５１０は、ねじ軸５１１およびナット５１２を有しており、ボールねじ５２０は、ねじ軸５２１およびナット５２２を有している。ナット５１２は、図示しない複数のボールを介してねじ軸５１１に螺合しており、ナット５２２は、図示しない複数のボールを介してねじ軸５２１に螺合している。ねじ軸５１１，５２１は、連結板７００に固定されており、開口７１０を挟んでｙ方向に互いに離間しつつ、ｘ方向に沿って互いに平行に配置されている。

１対の直動ガイド５３０，５４０は、本発明で言う１対の第１直動ガイドに相当する。直動ガイド５３０は、レール５３１および２つのスライドブロック５３２を有しており、直動ガイド５４０は、レール５４１および２つのスライドブロック５４２を有している。スライドブロック５３２は、図示しない複数のボールを介してレール５３１に対してｘ方向に相対動可能に嵌め込まれており、スライドブロック５４２は、図示しない複数のボールを介してレール５４１に対してｘ方向に相対動可能に嵌め込まれている。レール５３１，５４１は、連結板７００に固定されており、開口７１０を挟んでｙ方向に互いに離間しつつ、ｘ方向に沿って互いに平行に配置されている。レール５３１，５４１は、１対のボールねじ５１０，５２０のねじ軸５１１，５２１の内側に配置されている。

１対のサーボモータ５５０，５６０は、本発明で言う１対の第１サーボモータに相当する。サーボモータ５５０は、その出力軸がボールねじ５１０のねじ軸５１１に連結されており、サーボモータ５６０は、その出力軸がボールねじ５２０のねじ軸５２１に連結されている。１対のサーボモータ５５０，５６０は、制御部５９０によって互いに同期制御されている。制御部５９０は、たとえばサーボアンプおよびサーボコントローラからなる。

ボールねじ５１０のナット５１２と直動ガイド５３０のスライドブロック５３２とは、ブラケット５７１によって互いに連結されている。ボールねじ５２０のナット５２２と直動ガイド５４０のスライドブロック５４２とは、ブラケット５７２によって互いに連結されている。

図２および図４に示すように、ウエハ支持体３００には、固定部３４１，３５１が設けられている。固定部３４１，３５１は、柱状部３２０からｙ方向両側に突出している。固定部３４１には、ピン穴３４３が形成されている。このピン穴３４３には、ピン３４２が挿通されている。ピン３４２の先端は、ブラケット５７１に対して固定されている。これにより、固定部３４１は、ブラケット５７１に対してｚ方向周りに回転可能であるとともに、ｘ方向およびｙ方向における相対動が阻止された状態で連結されている。一方、固定部３５１には、ピン長穴３５３が形成されている。ピン長穴３５３は、ｙ方向を長手方向とする長穴である。このピン長穴３５３には、ピン３５２が挿通されている。ピン３５２の先端は、ブラケット５７２に対して固定されている。これにより、固定部３５１は、ブラケット５７２に対してｚ方向周りに回転可能であるとともに、ｘ方向における相対動が阻止される一方、ｙ方向における若干の相対動が許容された状態で連結されている。

次に、半導体ウエハ検査装置１０１の動作について、図９〜図１１を参照しつつ、以下に説明する。

図９は、往復動機構６００によってウエハ支持体３００がｙ方向に並進動する動作を示している。この場合、制御部６９０からの同期制御により、１対のサーボモータ６５０，６６０が等速で同方向に回転する。これにより、ナット６１２，６２２とともに、スライドブロック６３２，６４２、連結板７００がｙ方向に並進する。本図においては、図中右方に並進する例を示している。したがって、連結板７００に搭載された往復動機構５００を介してウエハ支持体３００がｙ方向に並進させられる。

図１０は、往復動機構５００によってウエハ支持体３００がｘ方向に並進動する動作を示している。この場合、制御部５９０からの同期制御により、１対のサーボモータ５５０，５６０が等速で同方向に回転する。これにより、ナット５１２，５２２とともにウエハ支持体３００がｘ方向に並進させられる。本図においては、図中下方に並進する例を示している。

図１１は、往復動機構５００によってウエハ支持体３００がｚ方向周りに回転動する動作を示している。この場合、制御部５９０からの同期制御により、１対のサーボモータ５５０，５６０が互いに逆方向に回転する。これにより、本図の例の場合、ナット５１２がｘ方向において図中上方に移動し，ナット５２２がｘ方向において図中下方に移動する。すると、ウエハ支持体３００がｚ方向周りに時計回りに回転させられることとなる。この際、ナット５１２，５２２は、ねじ軸５１１，５２１に螺合しているため、ｘ方向において互いに逆方向に移動すると、互いの距離が長くなることとなる。しかしながら、ピン３５２がピン長穴３５３に挿通されていることにより、ウエハ支持体３００の中心がｙ方向においてナット５１２に対してわずかに近接し、ナット５２２からわずかに離間することとなる。この回転動に伴うウエハ支持体３００の中心のｙ方向における並進量は、回転量によって一義的に算出可能である。したがって、回転動に伴うｙ方向における並進量は、往復動機構６００によってキャンセルすることができる。

以上、図９〜図１１を参照して説明したｘ方向およびｙ方向の並進動、およびｚ方向周りの回転動を組み合わせるように、制御部５９０，６９０によって制御することにより、ｚ方向視において半導体ウエハ８９０を所望の位置に移動させ、所望の姿勢を取らせることができる。さらに、柱状部３２０に組み込まれた上記第３往復動機構により、半導体ウエハ８９０を検査ヘッド８００に対して接近または離間させることができる。

次に、半導体ウエハ検査装置１０１の作用について説明する。

本実施形態によれば、ウエハ支持体３００の自重は、定盤２００によって負担される。このため、移動手段４００を構成する往復動機構５００，６００には、ウエハ支持体３００の自重が作用しない。これにより、位置決め装置１１０の高精度化を目的としてウエハ支持体３００を高剛性化することに伴い、ウエハ支持体３００の自重が増加しても、移動手段４００を構成する往復動機構５００，６００の可搬能力を増強する必要はない。したがって、半導体ウエハ検査装置１０１の検査精度を高めつつ、過度な重量増を回避することができる。

定盤２００を石によって構成することにより、たとえば金属などを用いて構成した場合と比較して、定盤２００の硬度を高め、線膨張係数を小さくすることができる。これは、定盤２００の基準面２１０の平面度をより高い値に維持するのに適している。

気体を噴出することによる浮上原理を用いた浮上支持部３１０を採用することにより、基準面２１０の凹凸がウエハ支持体３００の並進動や回転動を乱すことを大幅に緩和することができる。石からなる定盤２００の基準面２１０は、平面度を高めるのに適していることとの相乗効果により、ウエハ支持体３００の並進動や回転動を顕著に滑らかにすることができる。すなわち、ウエハ支持体３００の並進動や回転動の精度を、定盤２００の基準面２１０の平面度以上に高めることを実現できる。

浮上支持部３１０に噴出領域３１１と吸引領域３１２とを設けることにより、浮上支持部３１０を基準面２１０から確実に浮上させつつ、外力によって浮上支持部３１０と基準面２１０との間隔が変わってしまうことを抑制することができる。

ウエハ支持体３００を挟んで１対のボールねじ６１０，６２０および１対の直動ガイド６３０，６４０を配置し、１対のサーボモータ６５０，６６０を同期制御することにより、ウエハ支持体３００をｙ方向に並進動させる際にウエハ支持体３００に不当なモーメントが作用することを防止することができる。

ウエハ支持体３００を挟んで１対のボールねじ５１０，５２０および１対の直動ガイド５３０，５４０を配置し、１対のサーボモータ５５０，５６０を同期制御することにより、ウエハ支持体３００をｘ方向に並進動させる際にウエハ支持体３００に不当なモーメントが作用することを防止することができる。また、１対のサーボモータ５５０，５６０を互いに逆回転させることにより、ウエハ支持体３００をｚ方向周りに回転動させることが可能である。これにより、ｚ方向周りの回転動専用の駆動機構を備える必要が無い。したがって、半導体ウエハ検査装置１０１の軽量化を図るのに好ましい。また、互いに離間した位置にある１対のボールねじ５１０，５２０を互い逆方向に作動させる構成は、ウエハ支持体３００をｚ方向周りに正確に回転動させるのに適している。

連結板７００の大断面部７１２に浮上支持部３１０の一部を収容することにより、位置決め装置１１０、ひいては半導体ウエハ検査装置１０１のｚ方向高さを低くすることができる。

検査ヘッド８００による検査において検査ヘッド８００を固定しておくことにより、検査ヘッド８００に接続される多数のケーブル（図示略）などが絡まったりねじれを受けたりすることを防止することができる。

図１２〜図１５は、半導体ウエハ検査装置１０１の検査ヘッド８００の変形例を示している。図１２に示された変形例においては、半導体ウエハ８９０に作りこまれた複数の半導体チップのうち、隣り合う２つの半導体チップの機能面８９１に対して、検査ヘッド８００が一括して検査を行うことが可能に構成されている。複数のプローブ８１０は、２つの半導体チップの機能面８９１に形成された複数のパッド８９２に対応した本数および配置とされている。図１３に示した変形例においては、２Ｘ２のマトリクス配置とされた複数の半導体チップの機能面８９１に対して検査ヘッド８００が一括して検査を行うことが可能に構成されている。図１４に示した変形例においては、３Ｘ３のマトリクス配置とされた複数の半導体チップの機能面８９１に対して検査ヘッド８００が一括して検査を行うことが可能に構成されている。図１５に示した変形例においては、３Ｘ４のマトリクス配置とされた複数の半導体チップの機能面８９１に対して検査ヘッド８００が一括して検査を行うことが可能に構成されている。

これらの変形例においては、一括して検査される半導体チップの数が多いほど、検査ヘッド８００の複数のプローブ８１０が配置される領域が大きくなる。このため、検査ヘッド８００に対する半導体ウエハ８９０の位置決め精度は、一括して検査される半導体チップの数が多いほど高める必要がある。たとえば、半導体ウエハ８９０が、ｙ軸周りに意図せず傾いてしまうと、端に配置されたプローブ８１０が当接すべきパッド８９２に当節しない。あるいは、半導体ウエハ８９０が、ｚ軸周りに意図せず回転してしまうと、端に配置されたプローブ８１０が当節すべきパッド８９２からずれてしまう。半導体ウエハ検査装置１０１によれば、半導体ウエハ８９０が傾いてしまうことを適切に防止可能であり、マトリクス状に配置された複数の半導体チップの機能面８９１を一括して検査するのに好適である。

図１６は、浮上支持部３１０の変形例を示している。本変形例においては、浮上支持部３１０が矩形盤状とされている。浮上支持部３１０の外側寄り部分には、噴出領域３１１が設けられている。噴出領域３１１は、外形が矩形状であり、その内部に矩形状の開口を有している。この開口内には、吸引領域３１２が設けられている。このような変形例によっても、ウエハ支持体３００を定盤２００に対して適切に浮上させるとともに、精度よく並進動および回転動させることができる。

図１７は、定盤２００および浮上支持部３１０の変形例を示している。本変形例においては、浮上支持部３１０は、上述した吸引領域３１２に代えて電磁石３１６を有する。電磁石３１６は、本発明で言うウエハ側磁力発生部に相当する。定盤２００には、電磁石２２０が設けられている。電磁石２２０は、本発明で言う定盤側磁力発生部に相当する。たとえば上述した検査コントローラの指令により、電磁石３１６および電磁石２２０がＯＮ状態とされると、電磁石３１６と電磁石２２０との間には、引力が発生する。この引力は、噴出領域３１１によって発生される浮上力よりも小である。このような変形例によっても、浮上支持部３１０（ウエハ支持体３００）を定盤２００に対して精度よく浮上させることができる。なお、電磁石２２０および電磁石３１６のいずれか一方を鉄などの磁性体としてもよい。このような構成で会っても、電磁石２２０および電磁石３１６のいずれかから磁力を発生することにより、本願で言うウエハ側磁力発生部と定盤側磁力発生部との間に引力を発生させることができる。

図１８は、定盤２００および浮上支持部３１０の他の変形例を示している。本変形例においては、定盤２００と浮上支持部３１０との間に反発力のみを発生させることにより、ウエハ支持体３００を浮遊させるための浮上力を得ている。定盤２００には、電磁石２２０が設けられており、浮上支持部３１０には電磁石３１６が設けられている。電磁石２２０および電磁石３１６をＯＮ状態とすることにより、電磁石２２０と電磁石３１６とを互いに反発させる。この反発力を利用して、定盤２００に対してウエハ支持体３００を浮遊させることができる。

図１９は、往復動機構５００の変形例を示している。本変形例においては、往復動機構５００は、１対のリニアモータ駆動部５８１と１対のエアスライドガイド５８４によって構成されている。なお、本図においては、ｘ方向において平行に離間配置された１対のリニアモータ駆動部５８１および１対のエアスライドガイド５８４の一方ずつのみを示している。

リニアモータ駆動部５８１は、リニアレール５８２およびリニアブロック５８３からなる。リニアレール５８２は、ｙ方向に延びている。リニアブロック５８３は、その一部がリニアレール５８２に若干の隙間を有して嵌合している。リニアブロック５８３は、磁力によってリニアレール５８２に沿ってｙ方向に並進動自在とされている。エアスライドガイド５８４は、エアレール５８５および２つのエアブロック５８６からなる。エアレール５８５は、ｙ方向に延びている。各エアブロック５８６は、僅かな隙間を有してエアレール５８５に嵌合している。各エアブロック５８６には、図示しない配管から空気が供給される。この空気が各エアブロック５８６とエアレール５８５との間に介在することにより、各エアブロック５８６は、エアレール５８５に沿ってｙ方向に並進動可能とされている。エアスライドガイド５８４においては、２つのエアブロック５８６がｘ方向に直列に配置されている。

このような変形例によっても、ウエハ支持体３００をｙ方向に精度よく並進させる事ができる。また、本変形例と同様に往復動機構６００を１対のリニアモータ駆動部と１対のエアスライドガイドとによって構成することができる。

本発明に係る半導体ウエハ検査装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体ウエハ検査装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

往復動機構５００によってｚ方向周りの回転動を実現する構成に代えて、回転動専用の駆動機構をたとえばウエハ支持体３００の構成要素として追加した構成としてもよい。往復動機構５００，６００は、ボールねじ５１０，５２０，６１０，６２０と直動ガイド５３０，５４０，６３０，６４０を用いた構成、あるいはリニアモータ駆動部とエアスライドガイドとを用いた構成が、いわゆるバックラッシュが少なく、高精度であるという利点があるが、本願でいう第１および第２往復動機構は、上述した構成に限定されない。たとえば、ラックピニオン機構やベルト機構などを用いて第１および第２往復動機構を構成してもよい。

定盤２００は、石によって構成することが精度を高めるうえで好ましいが、たとえば金属によって構成してもよい。ウエハ支持体３００を浮上させる原理は、気体の噴出が好ましいが、本願はこれに限定されず、たとえば上述したとおり磁力を用いてウエハ支持体３００を浮上させる構成であってもよい。さらに、適切な精度を確保できる構成であれば、たとえば転がり機構を利用してウエハ支持体３００を定盤２００の基準面２１０に対して移動可能とした構成であってもよい。

１０１半導体ウエハ検査装置
１１０位置決め装置
２００定盤
２１０基準面
２２０電磁石（定盤側磁力発生部）
３００ウエハ支持体
３１０浮上支持部
３１１噴出領域
３１２吸引領域
３１３吸引口
３１４噴出用接続口
３１５吸引用接続口
３１６電磁石（ウエハ側磁力発生部）
３２０柱状部
３３０ウエハテーブル
３４１，３５１固定部
３４２，３５２ピン
３４３ピン穴
３５３ピン長穴
４００移動手段
５００（第１）往復動機構
５１０，５２０（第１）ボールねじ
５１１，５２１ねじ軸
５１２，５２２ナット
５３０，５４０（第１）直動ガイド
５３１，５４１レール
５３２，５４２スライドブロック
５５０，５６０（第１）サーボモータ
５７１，５７２ブラケット
５８１リニアモータ駆動部
５８２リニアレール
５８３リニアブロック
５８４エアスライドガイド
５８５エアレール
５８６エアブロック
５９０（第１）制御部
６００（第２）往復動機構
６１０，６２０（第２）ボールねじ
６１１，６２１ねじ軸
６１２，６２２ナット
６３０，６４０（第２）直動ガイド
６３１，６４１レール
６３２，６４２スライドブロック
６５０，６６０（第２）サーボモータ
６９０（第２）制御部
７００連結板
７１０開口
７１１小断面部
７１２大断面部
７２０，７３０ブラケット
８００検査ヘッド
８１０プローブ
８９０半導体ウエハ
８９１機能面
８９２パッド
ｘ（第１）方向
ｙ（第２）方向
ｚ（鉛直）方向

Claims

鉛直方向上方を向く基準面を有する定盤と、
上記定盤によって自重の少なくとも一部が負担されており、鉛直方向に対して直角でありかつ互いに直角である第１および第２の方向に上記基準面に沿って移動可能とされているとともに、集積回路が形成された機能面を有する半導体ウエハをこの機能面が鉛直方向上方を向く姿勢で支持するウエハ支持体と、
上記ウエハ支持体を上記第１および第２方向に移動させる移動手段と、
上記半導体ウエハの上記機能面を対象とした検査する検査ヘッドと、
を備え、
上記ウエハ支持体は、上記基準面に向けて気体を噴出することにより浮上力を生成する噴出領域を有する浮上支持部を具備し、
上記移動手段は、上記ウエハ支持体を上記第１方向に往復動させる第１往復動機構と、この第１往復動機構を上記第２方向に往復動させる第２往復動機構と、上記第１往復動機構が搭載され、上記第２往復動機構によって移動させられる、連結板と、を備え、
上記連結板には、鉛直方向に貫通する開口が形成されており、
上記ウエハ支持体は、上記浮上支持部の鉛直方向上側に連結され、鉛直方向視において上記浮上支持部の内方に含まれるとともに、上記開口に挿通された柱状部を有し、
上記開口は、鉛直方向上側にある小断面部と、鉛直方向下側にあるとともに鉛直方向視において上記小断面部を内方に含む大断面部と、を有し、
上記大断面部には、上記浮上支持部の少なくとも一部が収容されているとともに、上記浮上支持部の上記第２方向寸法は、上記小断面部の上記第２方向寸法よりも大であることを特徴とする、半導体ウエハ検査装置。
上記噴出領域は、多孔質体からなる、請求項１に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記噴出領域は、鉛直方向視において開口を有する形状であり、
上記浮上支持部は、鉛直方向視において上記噴出領域の上記開口内に配置されて、気体を吸引する吸引領域を有する、請求項１または２に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記噴出領域は、その外形が円形または矩形である、請求項３に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記吸引領域の鉛直方向下端面は、上記噴出領域の鉛直方向下端面よりも鉛直方向上方に位置する、請求項３または４に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記浮上支持部は、円盤状または矩形盤状である、請求項５に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記定盤は、天然石または人造石からなる、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体ウエハ検査装置。
上記柱状部は、上記半導体ウエハを鉛直方向に往復動させる第３往復動機構を含む、請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体ウエハ検査装置。
上記第１往復動機構は、各々が複数のボールを介して互いに螺合するねじ軸およびナットからなる１対の第１ボールねじと、各々が複数のボールを介して互いに相対動可能に嵌め合わされたレールおよびスライドブロックからなる１対の第１直動ガイドと、上記１対の第１ボールねじに各別に連結された１対の第１サーボモータと、を備えており、
上記１対の第１ボールねじの上記ナットおよび上記１対の第１直動ガイドの上記スライドブロックは、上記ウエハ支持体に対して少なくとも第１方向において固定されている、請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体ウエハ検査装置。
上記１対の第１直動ガイドは、上記開口を挟んで互いに平行に配置されている、請求項９に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記１対の第１ボールねじは、上記開口を挟んで互いに平行に配置されている、請求項１０に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記ウエハ支持体は、上記１対の第１ボールねじの上記ナットおよび上記１対の第１直動ガイドの上記スライドブロックのうち上記開口に対して一方側にあるものに対して、上記第１および第２方向において固定されており、かつ鉛直方向周りの回転が許容されており、上記開口に対して他方側にあるものに対して、上記第１方向において固定され、上記第２方向において相対動可能とされており、かつ鉛直方向周りの回転が許容されている、請求項１６に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記第１往復動機構は、上記１対の第１サーボモータを同期制御する第１制御部を備えており、
上記第１制御部は、上記１対の第１ボールねじの上記ナットを相対動を伴わずに移動させるように上記１対の第１ボールねじの上記ねじ軸を回転させることにより、上記ウエハ支持体を上記第１方向において並進運動させる並進制御と、上記１対の第１ボールねじの上記ナットを相対動させるように上記１対の第１ボールねじの上記ねじ軸を回転させることにより、上記ウエハ支持体を上記鉛直方向周りに回転させる回転制御とを、上記１対の第１サーボモータに対して行う、請求項１２に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記第２往復動機構は、各々が複数のボールを介して互いに螺合するねじ軸およびナットからなる１対の第２ボールねじと、各々が複数のボールを介して互いに相対動可能に嵌め合わされたレールおよびスライドブロックからなる１対の第２直動ガイドと、上記１対の第２ボールねじに各別に連結された１対の第２サーボモータと、を備えており、
上記１対の第２ボールねじの上記ナットおよび上記１対の第２直動ガイドの上記スライドブロックは、上記連結板に対して固定されている、請求項９ないし１３のいずれかに記載の半導体ウエハ検査装置。
上記１対の第２直動ガイドは、上記開口を挟んで互いに平行に配置されている、請求項１４に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記１対の第２ボールねじは、上記開口を挟んで互いに平行に配置されている、請求項１５に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記第２往復動機構は、上記１対の第２サーボモータを同期制御する第２制御部を備えている、請求項１４ないし１６のいずれかに記載の半導体ウエハ検査装置。
上記検査ヘッドは、上記半導体ウエハの上記機能面に対する導通検査を行うための接触式の複数のプローブを備える、請求項１ないし１７のいずれかに記載の半導体ウエハ検査装置。
上記検査ヘッドは、上記半導体ウエハに形成された複数の半導体チップの上記機能面を対象とした検査を一括して行う、請求項１８に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記複数の半導体チップは、マトリクス状に配置されている、請求項２４に記載の半導体ウエハ検査装置。
上記検査ヘッドによる検査時には、上記検査ヘッドが固定され、上記ウエハ支持体が上記検査ヘッドに対して相対動させられる、請求項１ないし２０のいずれかに記載の半導体ウエハ検査装置。