JP6807619B1

JP6807619B1 - プローバ装置

Info

Publication number: JP6807619B1
Application number: JP2020089266A
Authority: JP
Inventors: 小林　正幸; 正幸小林
Original assignee: ハイソル株式会社
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2040-05-22
Also published as: JP2021184427A

Abstract

【課題】小型軽量なリニアアクチュエータを配設する。【解決手段】Ｚ方向に移動する第１移動部１２を有するＺステージ１０と、第１移動部１２に取り付けられるリニアアクチュエータ３０と、リニアアクチュエータ３０に取り付けられる上昇力付与手段４１，４５，５０とを備え、リニアアクチュエータ３０は、磁力によりＺ方向に移動する第２移動部３２を有し、上昇力付与手段４１，４５，５０は、第２移動部３２に上昇力を付与する。上昇力付与手段４１，４５，５０は、アーム部６０及び第２移動部３２の自重に相当する上昇力を第２移動部３２に付与する。【選択図】図１

Description

本発明は、プローバ装置に関する。

不良と判定された半導体チップにマーキングを行うことがある。このとき、罫書きを行うケガキ針や電気特性を測定するプローブピンは、ＸＹステージで前後左右に移動させつつ、Ｚステージで上下に移動させることが好ましい。

特許文献１には、紙面上下方向に移動可能に支持されたステージ台と、ステージ台を紙面上下方向に移動させるＺリニアモータと、ステージ台の自重を支えるバランスシリンダとを備えた移動機構が開示されている。

特許５８５９１５６号公報（段落００１５）

特許文献１に記載のＺリニアモータは、ワークを載置するステージ台を駆動するものなので、ステージ台を上昇させる推力（搬送力）が大きく、移動距離が長い。つまり、特許文献１に記載のＺリニアモータ（リニアアクチュエータ）は、ケガキ針やプローブ等の小型・軽量なものを上下方向に移動させる用途には適していない。言い換えれば、特許文献１に記載の技術をプローブやケガキ針等の小型・軽量なものを上下移動させる用途に適用することはできない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型軽量なリニアアクチュエータを配設することができるプローバ装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のプローバ装置は、Ｚ方向に移動する第１移動部（１２）を有するＺステージ（１０）と、前記第１移動部に取り付けられるリニアアクチュエータ（例えば、リニアモータ）と、前記リニアアクチュエータに取り付けられる上昇力付与手段（４１，４５）と、前記第２移動部に取り付けられ、半導体チップに接触させられる部材と、前記半導体チップの電気特性を計測するプローブと、前記ＺステージをさらにＸＹ方向に移動させる第１マニュアルステージと、前記プローブをＸＹＺ方向に移動させる第２マニュアルステージと、を備え、前記上昇力付与手段は、前記第２移動部の自重に相当する上昇力を前記第２移動部に付与することを特徴とする。なお、括弧内の符号や文字は、実施形態において付した符号等であって、本発明を限定するものではない。

本発明によれば、小型軽量なリニアアクチュエータを配設することができる。

本発明の第１実施形態に係るＺ軸移動機構を備えるケガキ用ポジショナの断面図である。本発明の第１実施形態に係るＺ軸移動機構を備えるケガキ用ポジショナの部分斜視図である。本発明の第２実施形態であるプローバ装置の構成図である。本発明の第２実施形態であるプローバ装置の動作を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）につき詳細に説明する。なお、各図は、本実施形態を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るＺ軸移動機構を備えるケガキ用ポジショナの断面図であり、図２は、その部分斜視図である。
ケガキ用ポジショナ１５０は、アーム部６０の先端にケガキ針７０を取り付けたマニュアル駆動のＸＹＺステージである。ケガキ針７０を用いた罫書き方法は、別途、第２実施形態で説明する。

ケガキ用ポジショナ１５０は、ＸＹステージ２０と、Ｚ軸移動機構１００と、ケガキ針７０とを備えて構成される。Ｚ軸移動機構１００は、Ｚステージ１０と、リニアアクチュエータ３０と、ホルダ４０と、アーム取付部５０と、アーム部６０とを備える。ケガキ針７０は、Ｚ軸移動機構１００のアーム部６０の先端に取り付けられる。

ＸＹステージ２０は、Ｘ軸固定部２１と、Ｘ軸固定部２１に載置されたＸ軸移動部２２と、Ｘ軸移動部２２に載置されたＹ軸固定部２３と、Ｙ軸固定部２３に載置されたＹ軸移動部２４とを備えるマニュアルステージである。Ｘ軸固定部２１は、移動不能にプラテン台３００（図３）等に固定されている。Ｘ軸移動部２２は、Ｘ軸固定部２１に対して水平面内の一方向（Ｘ軸方向）に移動可能である。Ｙ軸固定部２３は、Ｘ軸移動部２２に固定されており、Ｘ軸移動部２２と共にＸ軸方向に移動する。Ｙ軸移動部２４は、Ｙ軸固定部２３に対して水平面内の一方向（Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向）に移動可能である。つまり、最上部のＹ軸移動部２４は、ＸＹ面に沿って前後左右に移動可能である。Ｚステージ１０は、Ｚ軸固定部１１とＺ軸移動部１２とを備えるマニュアルステージである。Ｚ軸固定部１１は、Ｙ軸移動部２４に固定されており、Ｙ軸移動部２４とともに前後左右に移動可能である。Ｚ軸移動部１２は、Ｚ軸固定部１１に対してＺ軸方向（ＸＹ平面の法線方向）に移動可能である。すなわち、Ｚ軸移動部１２は、ＸＹＺの任意の位置を移動可能である。なお、ＸＹステージ２０及びＺステージ１０には、各ステージの移動量を調整するマイクロメータ２５が設けられている。

リニアアクチュエータ３０は、電流駆動部３１と、スライド部３２と、ガイド部３３を備えて構成される。電流駆動部３１は、コイルに電流を流す部位である。スライド部３２は、磁力によりガイド部３３に対してスライド移動する。ガイド部３３は、ホルダ４０を介してＺ軸移動部１２に固定されている。これにより、スライド部３２は、Ｚ軸移動部１２に対してＺ方向に移動する。つまり、スライド部３２は、Ｚステージ１０及びＸＹステージ２０を用いて、マニュアル操作で前後左右（ＸＹ方向）および上下（Ｚ方向）に移動可能であるとともに、電気制御（リニア駆動）でＺ方向に移動可能である。

リニアアクチュエータ３０は、例えば、幅５０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、高さ（厚み）9ｍｍ、質量２５０ｇの薄型、小型、軽量の可動磁石式リニアモータである。また、スライド部３２を上下方向に移動させる場合、リニアアクチュエータ３０の最大積載質量は、垂直方向１００ｇ程度である。なお、リニアアクチュエータ３０は小型なので、移動部３２の移動可能距離（ストローク）は、Ｚ軸移動部１２の移動可能距離よりも短い。また、リニアアクチュエータ３０の駆動速度（スライド部３２の移動速度）は、回転によりボールネジを移動させる構造の電動ステージよりも高速である。

ホルダ４０は、リニアアクチュエータ３０の駆動部３１をＺ軸移動部１２に固定する部材である。ホルダ４０の下部には、バネ保持部４１が配置されている。バネ保持部４１には、上向きの凹部４１ａが形成されている。凹部４１ａには、弾性部材であるバネ４５の下部が挿入されている。バネ４５は、上下方向に伸縮するコイルバネである。

リニアアクチュエータ３０のスライド部３２には、アーム取付部５０が固定されている。アーム取付部５０には、下向きの凹部５０ａが形成されている。凹部５０ａには、バネ４５の上部が挿入されている。アーム取付部５０には、アーム部６０が取り付けられている。アーム部６０は、Ｌ字状を呈する支持部６１と、針取付部６２とを備えて構成される。支持部６１は、アーム取付部５０に固定される縦片部６１ａと、縦片部６１ａの下端から側方に向かって張り出す横片部６１ｂとを備えている。針取付部６２は、ケガキ針７０を保持する部材であり、横片部６１ｂに固定されている。

バネ４５の復元力は、リニアアクチュエータ３０の移動部３２、アーム取付部５０、アーム部６０およびケガキ針７０をの総重量と釣り合っている。したがって、リニアアクチュエータ３０の鉛直方向の搬送力（垂直方向の最大積載質量）が小さい場合でも、リニアアクチュエータ３０の電流駆動部３１は、スライド部３２、アーム取付部５０及びアーム部６０をＺ軸方向に移動させることができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第１実施形態であるケガキ用ポジショナを使用するプローバ装置の構成図である。
プローバ装置１０００は、前記したケガキ用ポジショナ１５０と、測定用ポジショナ２００と、プラテン台３００と、チャック４００と、電動ステージとしてのＸＹＺステージ５００と、制御装置６００とを備えて構成される。

測定用ポジショナ２００は、Ｚ軸の可動部にプローブピン２１０を取り付けたマニュアル駆動のＸＹＺステージである。プラテン台３００は、ケガキ用ポジショナ１５０と測定用ポジショナ２００とを固定する平板である。プラテン台３００には、円形の開口部３０１が開口しており、ケガキ針７０やプローブピン２１０等を挿入可能に構成されている。

チャック４００は、半導体ウェハ７００を吸着保持するものであり、開口部３０１の下方に配置されている。半導体ウェハ７００は、複数の半導体チップ７１０（不図示）が配列されたものである。ＸＹＺステージ５００は、ＸＹステージ５１０及びＺステージ５２０を備え、制御装置６００の指示で、チャック４００を電動でＸＹＺの各方向に移動させる。

制御装置６００は、プローブピン２１０を用いて半導体チップ７１０の電気特性を測定する測定機能と、リニアアクチュエータ３０及びＸＹＺステージ５００を位置制御する位置制御機能とを備えている。

プローバ装置１０００は、プローブピン２１０を用いて、サンプルの電気特性を計測し、不良（ＮＧ）と判定された半導体チップ７１０に対して、ケガキ針７０を用いてマーキングを施すものである。以下、プローバ装置１０００を用いたマーキング方法（罫書き方法）について説明する。

図４は、本発明の第２実施形態であるプローバ装置の動作を説明するフローチャートである。
まず、作業者は、ケガキ用ポジショナ１５０及び測定用ポジショナ２００を用いて、プローブピン２１０の先端２１０ａとケガキ針７０の先端７０ａとを、予め近接させておく（ステップＳ１）。具体的には、プローブピン２１０の先端２１０ａを半導体チップ７１０の電極に接触させ、ケガキ針７０の先端７０ａをその電極の近傍に接触させる。

Ｓ１の後、作業者は、リニアアクチュエータ３０を用いて、ケガキ針７０を上昇させ（ステップＳ２）、ＸＹＺステージ５００を位置制御して、プローブピン２１０の先端２１０ａを何れかの半導体チップ７１０の電極に接触させる（ステップＳ３）。Ｓ３の後、制御装置６００は、半導体チップ７１０の電気特性を測定し（ステップＳ４）、電気特性の特性評価を行う（ステップＳ５）。

特性評価でＮＧと判定されたとき、制御装置６００は、リニアアクチュエータ３０を位置制御して、ケガキ針７０を下降させる（ステップＳ６）。Ｓ６の後、制御装置６００は、ＸＹステージ５１０を移動させて、マーキングを行う（ステップＳ７）。Ｓ７の後、制御装置６００は、リニアモータ３０を用いて、ケガキ針７０を上昇させる（ステップＳ８）。

Ｓ８の処理後、又は特性評価（Ｓ５）でＯＫと判定されたとき、制御装置６００は、次の半導体チップ７１０までＸＹステージ５１０を移動させ（Ｓ９）、Ｓ３の処理に戻り、プローブの先端を半導体チップ７１０に接触させる。

以上説明したように、本実施形態のプローバ装置１０００は、リニアアクチュエータ３０を用いているので、回転によりボールネジを移動させる構造の電動ステージよりも、ケガキ針７０を高速で上昇・下降させることができる。また、リニアアクチュエータ３０は、位置制御可能なので、ソレノイドを用いて、ケガキ針７０を上昇・下降させるよりも、半導体チップ７１０に対するケガキ針７０の押圧を安定にすることができる。また、リニアアクチュエータ３０は、直動ガイド（不図示）を有しているので、ソレノイドに比較して、ぶれや捩れが少ない。

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記第２実施形態では、作業者が、Ｚステージ１０及びＸＹステージ２０をマニュアル駆動していたが、リニアアクチュエータ３０及びＸＹＺステージ５００と共に、制御装置６００を用いて、位置制御させても構わない。

（２）前記第２実施形態のプローバ装置１０００で使用するケガキ針７０には、圧力センサを設けていなかったが、圧力センサを設けて、半導体チップ７１０に対するケガキ針７０の押圧を一定にするように、リニアアクチュエータ３０を制御しても構わない。

（３）前記第１，２実施形態では、リニアアクチュエータ３０の移動部３２の移動可能距離（ストローク）は、Ｚ軸移動部１２の移動可能距離よりも短いとしたが、移動部３２の移動可能距離の方が長くても構わない。

１０Ｚステージ
１２Ｚ軸移動部（第１移動部）
２０ＸＹステージ（第１ＸＹステージ）
３０リニアアクチュエータ
３１電流駆動部
３２スライド部（第２移動部）
４１バネ保持部（上昇力付与手段）
４５バネ（上昇力付与手段）
５０アーム取付部（上昇力付与手段）
６０アーム部
６２針取付部
７０ケガキ針
１００Ｚ軸移動機構
１５０ケガキ用ポジショナ
２００測定用ポジショナ
２１０プローブピン
５００ＸＹＺステージ
５１０ＸＹステージ（電動ステージ）
６００制御装置
７１０半導体チップ
１０００プローバ装置

Claims

Ｚ方向に移動する第1移動部を有するＺステージと、
前記第１移動部に取り付けられ、磁力によりＺ方向に移動する第２移動部を有するリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータに取り付けられる上昇力付与手段と、
前記第２移動部に取り付けられ、半導体チップに接触させられる部材と、
前記半導体チップの電気特性を計測するプローブと、
前記ＺステージをさらにＸＹ方向に移動させる第１マニュアルステージと、
前記プローブをＸＹＺ方向に移動させる第２マニュアルステージと、
を備え、
前記上昇力付与手段は、前記第２移動部の自重に相当する上昇力を前記第２移動部に付与する
ことを特徴とするプローバ装置。
請求項１に記載のプローバ装置であって、
前記半導体チップをＸＹＺ方向に移動させる電動ステージと、
前記電動ステージ及び前記リニアアクチュエータを制御する制御装置と
を備えることを特徴とするプローバ装置。
請求項１又は請求項２に記載のプローバ装置であって、
前記部材は、前記第２移動部に取り付けたアーム部と、該アーム部の先端に取り付けられ、前記半導体チップを罫書くケガキ針とから構成される
ことを特徴とするプローバ装置。