JP7293389B2 - ストレージデバイスおよび制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ストレージデバイスおよび制御方法に関する。

近年、ＳＳＤ（solid state drive）やＨＤＤ（hard disk drive）など、様々なストレージデバイスが利用されている。たとえばＳＳＤに搭載されるＮＡＮＤ型フラッシュメモリは、半導体ウェハ上に半導体チップとして複数形成された後、ダイシングを行うことによって製造されている。

また、半導体チップが形成された半導体ウェハと、半導体チップを検査する検査装置との間で電気信号を中継する検査治具として、プローブカードが利用されている。プローブカードは、簡略化していえば、プリント基板ＰＣＢとプローブとで構成される。プローバーは、半導体ウェハに形成されているパッド電極とプローブカードのプローブとを接触させて、たとえばプリント基板ＰＣＢ上のデバイスと半導体ウェハとを電気的に接続させる。

米国特許第９１５９４５１号明細書 米国特許第６４９９１２１号明細書 米国特許第６０６３６４０号明細書

実施形態の一つは、複数の不揮発性メモリチップを含む半導体ウェハに関する様々な温度制御を適切に行うことができるストレージデバイスおよび制御方法を提供する。

実施形態によれば、ストレージデバイスは、制御装置とストッカーとを具備する。前記制御装置は、複数のＮＡＮＤ型フラッシュメモリチップを含むストレージ媒体へデータを書き込み、または、前記ストレージ媒体からデータを読み出す。前記ストッカーは、前記制御装置から抜脱されている状態にある複数の前記ストレージ媒体を格納する。前記制御装置は、第１温度制御機構を有する。前記第１温度制御機構は、前記ストレージ媒体を第１温度以上に昇温する。前記ストッカーは、第２温度制御機構を有する。前記第２温度制御機構は、前記ストレージ媒体を前記第１温度より低い第２温度以下に冷却する。

図１は、実施形態のストレージデバイスの一構成例を示す図である。 図２は、実施形態のストレージデバイスにおけるウェハ上に形成されているパッド電極にプローブカードのプローブが接触している状態を示す図である。 図３は、実施形態のストレージデバイスを模式的に示すブロック図である。 図４は、実施形態のストレージデバイスにおけるステージに関する温度制御領域の一設定例を説明するための図である。 図５は、実施形態のストレージデバイスのステージ内に設けられる加熱冷却機構の一構成例を示す図である。 図６は、実施形態のストレージデバイスのステージ内における加熱冷却機構の一配置例を示す図である。 図７は、実施形態のストレージデバイスにおけるステージに設けられる加熱冷却機構による温度制御の一例を説明するための図である。 図８は、実施形態のストレージデバイスにおいてプローブカード上のデバイスがプローバーの温度制御を一元的に実施する仕組みの一例を説明するための図である。 図９は、実施形態のストレージデバイスにおけるプローブカードの第１の面に配置される複数のプローブを示す図である。 図１０は、実施形態のストレージデバイスにおけるプローブカードの第２の面に配置される複数のコントローラーを示す図である。 図１１は、実施形態のストレージデバイスにおけるプローバーに実装されるデバイスの一動作例を説明するための図である。 図１２は、実施形態のストレージデバイスにおいてストッカーに設けられる冷却機構の第１例を示す図である。 図１３は、実施形態のストレージデバイスにおいてストッカーに設けられる冷却機構の第２例を示す図である。 図１４は、実施形態のストレージデバイスが実行するウェハの入れ替え時における温度制御の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態のストレージデバイス１の一構成例を示す図である。

本実施形態では、検査治具であるプローブカードを転用して、ダイシングをせずに半導体ウェハ単位で大容量のストレージデバイス１を構築することを想定する。さらには、プローブと電気的に接続される半導体ウェハを入れ替え可能として、複数の半導体ウェハを搭載することで、より大容量のストレージデバイス１を構築することを想定する。

このようなストレージデバイス１を構築するにあたっては、プローバー内の半導体ウェハは常温以上の高温かつ半導体ウェハ内で温度を均一に保つことが好ましく、一方、ブローバー外で保管される半導体ウェハは常温以下の低温に保つことが好ましい。

ストレージデバイス１は、リーダー＆ライター（プローバー）１００と、ストレージ搬送システム２００と、ストッカー３００とを有する。図１では、プローバー１００が２つ設けられている例を示しているが、これに限らず、プローバー１００の数は、様々に変更し得る。また、ストレージデバイス１は、プローバー１００内、ストレージ搬送システム２００内、ストッカー３００内の気相雰囲気を、水を含まない乾燥空気、希ガス、不活性ガスなどに置換するための空調制御機構５００を有する。

ストレージデバイス１は、複数のＮＡＮＤ型フラッシュメモリチップ（ＮＡＮＤチップ）が形成された半導体ウェハ（ウェハ４００）をストレージとして搭載する。また、ストレージデバイス１は、複数のウェハ４００を搭載し、当該複数のウェハ４００の中から所定数のウェハ４００（図１の例の場合、２つのウェハ４００）を適宜に選択して使用する。具体的には、ストレージデバイス１は、プローバー１００内のウェハ４００を、ストッカー３００内のウェハ４００と入れ替えることができる。

プローバー１００は、プローブカード１１０と、ステージ１２０と、駆動部１３０とを有する。

プローブカード１１０は、ステージ１２０上のウェハ４００と電気的に接続するユニットである。前述したように、プローブカード１１０は、簡略化していえば、プリント基板ＰＣＢとプローブとで構成される。本実施形態のストレージデバイス１では、ウェハ４００に形成されたＮＡＮＤチップへのデータの書き込みや、ＮＡＮＤチップからのデータの読み出しを制御するコントローラーなどが、プローブカード１１０のプリント基板ＰＣＢ上にデバイス１１１として配置される。また、本実施形態のストレージデバイス１では、プローブカード１１０内に、温度制御機構（加熱冷却機構１１２、冷却機構１１３、断熱材１１４）が設けられる。プローブカード１１０内に設けられる温度制御機構については後述する。

ステージ１２０は、ウェハ４００を保持するユニットである。本実施形態のストレージデバイス１では、ステージ１２０内にも、温度制御機構（加熱冷却機構１２１）が設けられる。ステージ１２０内に設けられる温度制御機構についても後述する。

駆動部１３０は、ステージ１２０を移動させて、ウェハ４００上に形成されたパッド電極にプローブカード１１０のプローブを接触させるユニットである。ここでは、駆動部１３０は、ステージ１２０を移動させることを想定するが、プローブカード１１０を移動させるものであってもよい。また、駆動部１３０は、プローブカード１１０とステージ１２０との両方を移動させるものであってもよい。駆動部１３０は、パッド電極に接触しているプローブをパッド電極から引き離すようにステージ１２０を移動させることもできる。

図２に、駆動部１３０によって、ウェハ４００上に形成されているパッド電極４１０にプローブカード１１０のプローブ１１５が接触している状態を示す。

パッド電極４１０にプローブ１１５が接触すると、プローブカード１１０のプリント基板ＰＣＢ上にデバイス１１１の１つとして配置されるコントローラーが、ウェハ４００に形成されているＮＡＮＤチップと電気的に接続される。これによって、コントローラーは、ＮＡＮＤチップへのデータの書き込みや、ＮＡＮＤチップからのデータの読み出し、ＮＡＮＤチップ内のデータの消去を制御することができる。

図１に戻り、ストレージデバイス１の一構成例についての説明を続ける。

ストレージ搬送システム２００は、ストレージ搬送機２１０を有する。

ストレージ搬送機２１０は、本実施形態のストレージデバイス１におけるストレージであるウェハ４００を、ストッカー３００からプローバー１００へ、または、プローバー１００からストッカー３００へ搬送する。なお、以下に説明する構成は一例であり、ウェハ４００を搬送する手段はこれに限らない。ストレージ搬送機２１０は、鉛直方向および水平方向に移動可能である。ストレージ搬送機２１０は、鉛直方向を軸として回動可能である支持体２１１と、たとえば細長い板状の形状を有しており、長手方向の一端を水平方向へ突出させるように他端が支持体２１１に支持されるトレイ２１２とで構成される。ストッカー３００内のウェハ４００を入れ替える場合、ストレージ搬送機２１０は、第１に、プローバー１００からストッカー３００へウェハ４００を搬送するための動作を行う。具体的には、（１）トレイ２１２の高さがプローバー１００内のウェハ４００を取り出すために好適な高さとなるように鉛直方向に移動、（２）トレイ２１２がプローバー１００側へ向くように回動、（３）プローバー１００内のウェハ４００をトレイ２１２に保持させるためにプローバー１００側へ水平方向に移動、（４）ウェハ４００をプローバー１００内から取り外すためにプローバー１００の反対側へ水平方向に移動、（５）トレイ２１２がストッカー３００側へ向くように回動、（６）トレイ２１２の高さがストッカー３００内へウェハ４００を収納するために好適な高さとなるように鉛直方向に移動、（７）ウェハ４００をストッカー３００内へ収納するためにストッカー３００側へ水平方向に移動、（８）トレイ２１２をストッカー３００から抜き取るためにストッカー３００の反対側へ水平方向に移動、などといった手順で動作する。この手順は単なる一例であって、（１）と（２）の順序を逆転させたり、（６）と（７）の順序を逆転させたりなど、様々に変更し得る。

続いて、ストレージ搬送機２１０は、第２に、ストッカー３００からプローバー１００へウェハ４００を搬送するための動作を行う。この手順は、プローバー１００からストッカー３００へウェハ４００を搬送するための動作と類似するので、その説明については省略する。

ストッカー３００は、プローバー１００から取り外された状態の複数のウェハ４００を保管する。本実施形態のストレージデバイス１では、ストッカー３００内にも、温度制御機構（冷却機構３１０）が設けられる。ストッカー３００内に設けられる当該温度制御機構については後述する。

空調制御機構５００は、空間を外気から分離し、排気ファンで外部から吸気することによって減圧化された空間内に、水を含まない乾燥空気、希ガス、不活性ガスなどを流入することで、空間内を乾燥空気、希ガス、不活性ガスなどに置換する構造を有する。空調制御機構５００によって、プローバー１００内、ストレージ搬送システム２００内、ストッカー３００内の気相雰囲気を、水を含まない乾燥空気、希ガス、不活性ガスなどに置換する理由については後述する。

図３は、図１を参照して説明したプローバー１００、ストレージ搬送システム２００およびストッカー３００によって構成されるストレージデバイス１を模式的に示すブロック図である。

前述したように、本実施形態のストレージデバイス１では、ウェハ４００に形成されたＮＡＮＤチップへのデータの書き込みや、ＮＡＮＤチップからのデータの読み出しを制御するコントローラー１１１－１が、プローブカード１１０のプリント基板ＰＣＢ上にデバイス１１１の１つとして配置される。コントローラー１１１－１は複数配置され得る。つまり、ウェハ４００上のすべてのＮＡＮＤチップを１つのコントローラー１１１－１で制御してもよいし、複数のコントローラー１１１－１で制御してもよい。図３では、書き込みデータや読み出しデータを一時的に格納するためのバッファメモリ１１１－２が、コントローラー１１１－１と同様、プローブカード１１０のプリント基板ＰＣＢ上にデバイス１１１の１つとして配置される例を示している。バッファメモリ１１１－２は、コントローラー１１１－１に内蔵されるものであってもよい。

コントローラー１１１－１は、プローブカード１１０のプローブ１１５がステージ１２０上のウェハ４００のパッド電極４１０と接触することで、ウェハ４００のＮＡＮＤチップと電気的に接続される。コントローラー１１１－１は、ホスト２からの要求に応じて、ＮＡＮＤチップへのデータの書き込みや、ＮＡＮＤチップからのデータの読み出しを制御することが可能となる。また、プローバー１００内のウェハ４００は、ストレージ搬送システム２００により、ストッカー３００で保管されているウェハ４００と入れ替えることができる。

また、ストレージデバイス１は、制御部１０を有する。制御部１０は、たとえば空調制御系１１、温度制御系１２、駆動制御系１３、インターフェース制御系１４を含み、ストレージデバイス１の動作全体を制御する。制御部１０の各制御系は、たとえばプロセッサがファームウェアを実行することにより実現される。空調制御系１１は、空調制御機構５００を制御する。温度制御系１２は、プローブカード１１０内の温度制御機構（加熱冷却機構１１２、冷却機構１１３）、ステージ１２０内の温度制御機構（加熱冷却機構１２１）、ストッカー３００内の温度制御機構（冷却機構３１０）を統合的に制御する。駆動制御系１３は、駆動部１３０、ストレージ搬送機２１０を制御する。インターフェース制御系１４は、ホスト２とプローブカード１１との間の通信を制御する。また、インターフェース制御系１４は、当該通信の制御結果に基づき、空調制御系１１、温度制御系１２、駆動制御系１３を制御する。

ウェハ４００のＮＡＮＤチップへのデータの書き込みや、ＮＡＮＤチップからのデータの読み出しは、常温以上の高温（例えば７５℃、ただし例えば８５℃以下）で実施することが好ましい。より詳しくは、ＮＡＮＤチップ内のセルにデータを書き込み読み出す際には、高温にするほどセルの電荷蓄積層に電子がトラップされる準位が深く安定化するため、１電子あたりのノイズのばらつきが減る。よって、高温であることが好ましい。一方、ＮＡＮＤチップ上でのデータの長期保存には、常温以下の低温（例えば０℃以下）であることが好ましい。より詳しくは、ＮＡＮＤチップに蓄えられた電荷のフォノン散乱を抑制することで電荷保持時間を長くすることができる。よってウェハ４００を保管する際の温度は低温が好ましい。また、プローブカード１１０上に実装されるデバイス１１１は、閾値以下の温度で動作させることが好ましい。このように、ウェハ４００をストレージとして用いる場合、ストレージデバイス１内において様々な温度制御が求められる。そこで、本実施形態のストレージデバイス１は、プローバー１００、ストレージ搬送システム２００およびストッカー３００に各々温度制御機構を設け、ストレージデバイス１全体として適切な温度制御を行うようにしたものである。以下、この点について詳述する。

まず、プローバー１００に設けられる温度制御機構について説明する。

前述したように、プローバー１００においては、プローブカード１１０内と、ステージ１２０内とに温度制御機構が設けられる。

ウェハ４００を保持するステージ１２０内には、ステージ１２０上でプローブカード１１０と電気的に接続されたウェハ４００内を極力同一の温度とするための加熱冷却機構１２１が設けられる（図１参照）。加熱冷却機構１２１は、たとえば電気加熱および冷却管を用いた温度制御機構である。ステージ１２０によるウェハ４００の温度制御のために、ストレージデバイス１では、ウェハ４００より面積の小さい複数の異なる領域ごと、たとえばウェハ４００内のＮＡＮＤチップ領域ごとに、温度制御領域を設定し、それぞれで異なる温度制御を行えるようにしている。

図４は、本実施形態のストレージデバイス１におけるステージ１２０に関する温度制御領域の一設定例を説明するための図である。

図４（Ａ）は、ウェハ４００の上面を示し、かつ、ウェハ４００内でのＮＡＮＤチップ４２０の一形成例を示している。一方、図４（Ｂ）は、ステージ１２０のウェハ４００を保持する上面を示し、かつ、ステージ１２０に関する温度制御領域ａ１の一設定例を示している。

図４に示すように、本実施形態のストレージデバイス１においては、たとえば、ステージ１２０上に置かれたウェハ４００上に形成されている複数のＮＡＮＤチップ４２０と一対一で位置的に対応するように、複数の温度制御領域ａ１がステージ１２０上に設定される。複数の温度制御領域ａ１は、たとえば、２以上のＮＡＮＤチップ４２０に対して1つが位置的に対応するように設定することも可能である。また、温度制御領域ａ１が対応づけられるＮＡＮＤチップ４２０の数は、すべての温度制御領域ａ１で同一となっていなくともよい。

図５は、たとえば図４に示すように設定される温度制御領域ａ１ごとに温度制御を行うためにステージ１２０内に設けられる加熱冷却機構１２１の一構成例を示す図である。

加熱冷却機構１２１の冷却機構は、たとえば、２本の冷却管１２１１の一方から他方へ冷却支管１２１２経由で冷媒ｂ１を流通させる構造を有する。冷媒ｂ１は、電子冷却によって冷却された水や液体窒素などである。冷却支管１２１２は、ステージ１２０上に設定された温度制御領域ａ１ごとにステージ１２０上のウェハ４００を冷却できるように配置される。冷却支管１２１２による冷却は、冷媒ｂ１の流入量によって制御される。冷媒ｂ１の流入量を制御するために、冷却支管１２１２のたとえば注入口近傍には、電子制御型モーターバルブ１２１３と、流量計１２１４とが設置されている。

一方、加熱冷却機構１２１の加熱機構は、たとえば、ステージ１２０上に設定された温度制御領域ａ１ごとにステージ１２０上のウェハ４００を加熱できるように配置されるヒーター線１２１５を用いて構成される。ヒーター線１２１５による加熱は、たとえば、加熱有無を切り替えるためのスイッチと、発熱量を調整するための可変抵抗とによって制御することができる。

なお、詳細については後述するが、このように構成されるステージ１２０の加熱冷却機構１２１は、たとえば、プローブカード１１０上に配置されるコントローラー１１１－１によって制御される。ステージ１２０内には、たとえばＩ²Ｃバスに温度データを出力することができる温度計が設けられている。また、ウェハ４００内にも、温度計が設けられてもよい。

プローブカード１１０とステージ１２０との間には、ステージ１２０内またはウェハ４００内に設けられる温度計が計測した温度をコントローラー１１１－１へ転送可能な通信路が設けられている。制御部１０と連携して、コントローラー１１１－１は、ステージ１２０内またはウェハ４００内に設けられる温度計が計測した温度に基づき、ステージ１２０の加熱冷却機構１２１を制御する。複数のコントローラー１１１－１が存在する場合、それらの中の１つが加熱冷却機構１２１の制御を担ってもよいし、複数のコントローラー１１１－１が協働して、加熱冷却機構１２１の制御を実施してもよい。後述する、プローブカード１１０内に設けられる温度制御機構（加熱冷却機構１１２、冷却機構１１３）の制御も、コントローラー１１１－１によって実行される。つまり、プローバー１００内の温度制御機構は、コントローラー１１１－１によって一元的に制御される。プローバー１００内の温度制御機構を一元的に制御するためのデバイスを、コントローラー１１１－１とは別に用意して、プローブカード１１０上に配置することも可能である。または、コントローラー１１１－１以外の既存のデバイスに、プローバー１００内の温度制御機構を一元的に制御するための機能を搭載してもよい。

また、図５には、駆動部１３０のリフトピン１３１とアクチュエータ１３２とが併せて示されている。リフトピン１３１は、ステージ１２０に設けられる孔部に嵌め込まれ、ステージ１２０を鉛直方向または水平方向へ移動させるための部材である。アクチュエータ１３２は、リフトピン１３１を鉛直方向または水平方向へ移動させることにより、ステージ１２０を鉛直方向または水平方向へ移動させることができる。水平方向の移動は、ウェハ４００のパッド電極４１０と、プローブカード１１０のプローブ１１５との位置を合わせるために行われる。一方、鉛直方向の移動は、ウェハ４００のパッド電極４１０と、プローブカード１１０のプローブ１１５とを接触させるため、または、接触している状態のパッド電極４１０とプローブ１１５とを引き離すために行われる。

図６は、たとえば図５に示すように構成される加熱冷却機構１２１のステージ１２０内における一配置例を示す図である。

図６（Ａ）は、ウェハ４００の上面を示し、かつ、ウェハ４００内でのＮＡＮＤチップ４２０の一形成例を示している。一方、図６（Ｂ）は、ステージ１２０のウェハ４００を保持する上面を示し、かつ、ステージ１２０内における加熱冷却機構１２１の一配置例を示している。

図５を参照して説明した、加熱冷却機構１２１が備える冷却用の冷却支管１２１２や加熱用のヒーター線１２１５は、図６（Ｂ）に示すように、必ずしも、すべての温度制御領域ａ１を経由するように配置しなくともよい。たとえば近傍の１以上の冷却支管１２１２や１以上のヒーター線１２１５を用いて目的の温度制御領域ａ１の温度を制御することも可能である。

図７は、ステージ１２０に設けられる加熱冷却機構１２１による温度制御の一例を説明するための図である。

図７（Ａ）は、ステージ１２０上のウェハ４００内の温度が不均一になっている場合の一例を示している。具体的には、ウェハ４００が、中央部の温度が高く、中央部から端部へ温度が低くなっている状態を示している。

一方、図７（Ｂ）は、ウェハ４００が図７（Ａ）に示す状態となっている場合に実施される加熱冷却機構１２１による温度制御の一例を示している。

この場合、温度の均一化のために、ウェハ４００の中心部については、中央部に配置されている冷却支管１２１２に冷媒ｂ１を流す冷却が行われ、ウェハ４００の端部については、端部に配置されているヒーター線１２１５を発熱させる加熱が行われる。その際、冷却支管１２１２への冷媒ｂ１の流量は、中心に近い程大きく、中心から離れる程小さくなるように制御され、逆に、ヒーター線１２１５の発熱量は、中心に近い程小さく、中心から離れる程大きくなるように制御される。

このように、ステージ１２０に加熱冷却機構１２１を設ける本実施形態のストレージデバイス１においては、ステージ１２０上のウェハ４００内の温度が均一になるように制御することができる。なお、図７では、説明をわかり易くするために、ウェハ４００の中央部の温度が上昇してウェハ４００内の温度が不均一化している状態を示したが、ウェハ４００内の温度の不均一化は、ＮＡＮＤチップ４２０へのアクセス状況などによって、様々な状態で現れ得る。温度の不均一化がどのような状態で現れても、ステージ１２０上に複数の温度制御領域ａ１を設定する本実施形態のストレージデバイス１においては、ウェハ４００内の温度の均一化を適切に実施することができる。

また、ストッカー３００の冷却機構３１０については後述するが、ストッカー３００に保管されているウェハ４００は、データの長期保存に適した常温以下の低温に冷却されている。これに対して、ＮＡＮＤチップ４２０へのデータの書き込みやＮＡＮＤチップ４２０からのデータの読み出しは、常温以上の高温で実施されることが好ましい。ステージ１２０に加熱冷却機構１２１を設ける本実施形態のストレージデバイス１においては、プローバー１００内のウェハ４００の入れ替え時、ストッカー３００から搬送されてきた低温のウェハ４００を、プローブカード１１０と電気的に接続する前に、ＮＡＮＤチップ４２０へのデータの書き込みやＮＡＮＤチップ４２０からのデータの読み出しに適した温度まで昇温することができる。また、接触時におけるプローブカード１１０のプローブ１５０およびウェハ４００のパッド電極４１０の双方にダメージを与えることを防止できる。

さらに、ステージ１２０に加熱冷却機構１２１を設ける本実施形態のストレージデバイス１においては、逆に、プローバー１００内のウェハ４００の入れ替え時、常温以上に維持されていたステージ１２０上のウェハ４００を、プローブカード１１０から電気的に切断した後、ストッカー３００へ搬送する前に、ステージ１２０上でたとえは常温以下に冷却することも可能である。ステージ１２０上で冷却したウェハ４００をストッカー３００に格納することで、ストッカー３００内の温度が一時的ではあっても上昇し、ストッカー３００内の他のウェハ４００へ影響を及ぼすことを防止できる。また、プローバー１００とストッカー３００との間に介在するストレージ搬送システム２００内に、プローバー１００のステージ１２０上において常温以上に維持されていたウェハ４００を常温以下に冷却するための冷却機構を設けてもよい。

プローブカード１１０内の温度制御機構としては、加熱冷却機構１１２と、冷却機構１１３と、断熱材１１４とが設けられる（図１参照）。

加熱冷却機構１１２は、たとえば、ステージ１２０の加熱冷却機構１２１と同様の電気加熱および冷却管を用いた温度制御機構である。ステージ１２０の加熱冷却機構１２１と同様でもよいので、その構成の説明については省略する。ステージ１２０の加熱冷却機構１２１と異なる構成としても構わない。

加熱冷却機構１１２は、プローブカード１１０の温度をウェハ４００の温度とほぼ一致させるために、より詳しくは、プローブ１１５の温度をパッド電極４１０の温度とほぼ一致させるために、ステージ１２０上のウェハ４００と対向するプローブカード１１０内のたとえば下面側に設けられる。

これにより、本実施形態のストレージデバイス１は、パッド電極４１０へプローブ１１５を接触させることによるウェハ４００とプローブカード１１０との電気的な接続の安定化を図ることなどが可能となる。

また、プローブカード１１０の冷却機構１１３は、たとえば、放熱または冷却管を用いた温度制御機構である。冷却機構１１３は、プローブカード１１０のプリント基板ＰＣＢ上に配置されるデバイス１１１を閾値以下の温度で動作させるため、換言すれば、デバイス１１１の温度が閾値を超えないようにするために、プローブカード１１０内のたとえば上面側に設けられる。冷却機構１１３の制御は、デバイス１１１の１つであるコントローラー１１１－１によって実行される。コントローラー１１１－１は、自身が計測したコントローラー１１１－１の温度と、プリント基板ＰＣＢ上の他のデバイスが計測した温度とに基づき、冷却機構１１３を制御する。冷却機構１１３も、加熱冷却機構１１２や、ステージ１２０の加熱冷却機構１２１と同様、あらかじめ設定した温度制御領域ごとに温度制御を行うことができる。この温度制御領域は、ステージ１２０上において設定される温度制御領域ａ１と対応するものであってもよいし、独自に設定されるものであってもよい。

これにより、本実施形態のストレージデバイス１は、プローブカード１１０に配置されるデバイス１１１を適切な環境下で動作させ続けることが可能となる。

また、プローブカード１１０には、デバイス１１１が配置されるたとえば上面と、ウェハ４００と対向するたとえば下面との間に、熱抵抗の高い断熱材１１４が設けられる。断熱材１１４を設けることで、本実施形態のストレージデバイス１は、プローブカード１１０内を上面側と下面側とで断熱し、各々異なる温度を維持することを可能とする。より詳しくは、たとえば上面側は、デバイス１１１に適した温度に維持し、たとえば下面側は、ステージ１２０上のウェハ４００の温度とほぼ一致する温度に維持することができる。

図８は、ストレージデバイス１においてプローブカード１１０上のデバイス１１１（コントローラー１１１－１）がプローバー１００の温度制御を一元的に実施する仕組みの一例を説明するための図である。

プローブカード１１０には、放熱効果の高いセラミックプリント基板ＰＣＢ１１０１が設けられている。このセラミックプリント基板ＰＣＢ１１０１のたとえば上面に配置される複数のデバイス１１１のいくつかは、デバイス１１１の温度を計測する温度計１１１１を備える。コントローラー１１１－１も、温度計１１１１を備えている。コントローラー１１１－１は、第１に、自身が備える温度計１１１１を含む、これらの温度計１１１１によって計測された温度に基づき、デバイス１１１の温度を閾値以下に保つように、冷却機構１１３による温度制御を実行する。前述したように、コントローラー１１１－１は、冷却機構１１３による温度制御を、あらかじめ設定される温度制御領域ごとに実行することができる。なお、デバイス１１１の温度を計測する温度計１１１１は、デバイス１１１外であっても良い。

セラミックプリント基板ＰＣＢ１１０１のたとえば下面には、インターポーザー１１０２を介してプローブユニット１１０３が配置される。プローブ１１５は、プローブユニット１１０３の先端部に設けられている。また、この下面側には、たとえばコントローラー１１１－１に温度データを出力することができる温度計１１０４が設けられている。

さらに、前述したように、ウェハ４００内とステージ１２０内の少なくとも一方に、温度計（４３０、１２０１）が設けられている。コントローラー１１１－１は、第２に、プローブカード１１０内に設けられている温度計１１０４が計測した温度と、ウェハ４００内に設けられている温度計４３０が計測した温度またはステージ１２０内に設けられている温度計１２０１が計測した温度とに基づき、プローブ１１５の温度とパッド電極４１０の温度とがほぼ一致するように、プローブカード１１０の加熱冷却機構１１２およびステージ１２０の加熱冷却機構１２１による温度制御を実行する。併せて、コントローラー１１１－１は、ウェハ４００内の温度が均一となるように、ステージ１２０の加熱冷却機構１２１による温度制御を実行する。

つまり、本実施形態のストレージデバイス１は、プローブカード１１０上に配置されるデバイス１１１が、プローブカード１１０、ステージ１２０およびステージ１２０上のウェハ４００の複数の箇所の温度を監視することができる。

なお、図８中、符号ｃ１で示される、ウェハ４００上の形成物は、パッド電極４１０に対するプローブカード１１０のプローブ１１５の位置合わせに用いられるアライメントマークである。また、図８中、 Ｘ方向はワード線の方向であり、Ｙ方向はビット線の方向である。駆動部１３０による、ウェハ４００を保持するステージ１２０の水平方向の移動は、このアライメントマークｃ１を基準として実施される。プローブカード１１０には、ウェハ４００上の代表位置（ここでは、アライメントマークｃ１）を検出するためのカメラが設けられてもよい。駆動制御系１３は、当該カメラからの情報に基づき、基準位置をより正確に認識することができ、精密な位置合わせを行うことができる。

図９は、プローブカード１１０の第１の面１１０Ａに配置される複数のプローブ１１５を示す図である。

図９においては、ウェハ４００の全てのＮＡＮＤチップ４２０のパッド電極４１０の数と同数のプローブ１１５がプローブカード１１０の第１の面１１０Ａに配置されている場合が例示されている。

この場合、ウェハ４００内の全てのＮＡＮＤチップ４２０の全てのパッド電極４１０にプローブカード１１０のプローブ１１５が一括して接触され、全てのＮＡＮＤチップ４２０をコントローラー１１１－１によって制御することが可能となる。

図１０は、プローブカード１１０の第２の面１１０Ｂに配置される複数のコントローラー１１１－１を示す図である。

図１０においては、１６個のコントローラー１１１－１（コントローラー１１１－１－１、１１１－１－２、…、１１１－１－１６）が配置されている場合が例示されている。１つのウェハ４００に１０２４個のＮＡＮＤチップ４２０が含まれ、かつ、プローブカード１１０の第２の面１１０Ｂに１６個のコントローラー１１１－１が配置されている場合においては、各コントローラー１１１－１は、プローブ１１５を介して６４個のＮＡＮＤチップ４２０を制御すればよい。

図１１は、プローバー１００に実装されるデバイス１１１の一動作例を説明するための図である。

ここでは、ウェハ４００に形成された複数のＮＡＮＤチップ４２０を、複数のコントローラー１１１－１で分担して制御することを想定する。つまり、プローブカード１１０上に複数のコントローラー１１１－１が配置されていることを想定する。

プローブカード１１０をホスト２（図３参照）などの外部と接続させるためのライザーケーブル１１１Ａが差し込まれるコネクタ１１１－３が、プローブカード１１０上に配置される。コネクタ１１１－３と、複数のコントローラー１１１－１の中の１つのコントローラー１１１－１と排他選択的に接続するためのインターフェーススイッチ（たとえばＰＣＩｅ（登録商標）スイッチ）１１１－４がプローブカード１１０上に配置される。インターフェーススイッチ１１１－４が適切にスイッチングを行うことで、たとえばホスト２からデータの読み出しが要求された際、対応するＮＡＮＤチップ４２０を制御するコントローラー１１１－１へ当該データの読み出しの要求を伝達する。この要求を受けたコントローラー１１１－１は、ＮＡＮＤチップ４２０からのデータの読み出しを実行し、読み出したデータをホスト２宛てに送信する。コントローラー１１１－１から送信されたデータは、インターフェーススイッチ１１１－４によってコネクタ１１１－３に中継され、ライザーケーブル１１１Ａを介してホスト２へ転送される。

本実施形態のストレージデバイス１においては、プローブカード１１０に配置されるこれら複数のデバイス１１１の温度が、プローブカード１１０の冷却機構１１３によって閾値以下に維持される。また、プローバー１００上には、コントローラー１１１－１やインターフェーススイッチ１１１－４のほか、ＦＰＧＡ、リレー、コンデンサーなどの様々なＬＳＩチップや半導体部品が実装され得る。

次に、ストッカー３００に設けられる冷却機構３１０について説明する。

図１２は、冷却機構３１０の第１例を示す図である。

ストッカー３００には、ウェハ４００を出し入れする際に開閉されるシャッター３０１がウェハ４００の保管可能数分設けられる。ストッカー３００からウェハ４００を取り出したり、ストッカー３００へウェハ４００を格納したりする際、ストッカー３００内の冷気を外へ逃がさないように、複数のシャッター３０１の中の任意のシャッター３０１が選択的に開閉されるようになっている。なお、シャッター３０１を１つとし、内部に保管されているストレージ（ウェハ４００）ストック全体を内部で上下に移動させる構成としてもよい。

第１例では、ストッカー３００に、冷却空気ｄ１を送り込むための吸気口３１１と、ストッカー３００内を貫流した冷却空気ｄ２を排出するための排気口３１２とを設ける。冷却空気ｄ１は、たとえば高圧で冷却された空気である。本例におけるストッカー３００の冷却機構３１０は、シャッター３０１によってウェハ４００の出入口を閉じ、吸気口３１１から冷却空気ｄ１を送り続け、常温以下の状態が保たれている冷却空気ｄ１でストッカー３００内を満たし続けることで、ストッカー３００全体を冷却する。つまり、データの長期保存に適した温度となるように、ストッカー３００内のウェハ４００を冷却する。

図１３は、冷却機構３１０の第２例を示す図である。

第２例では、冷媒ｅ１を流通させる冷却管３１３を、たとえば、ストッカー３００の側面全体を覆うように、ストッカー３００の側面周壁に設ける。冷媒ｅ１は、電子冷却によって冷却された水や液体窒素などである。本例におけるストッカー３００の冷却機構３１０は、シャッター３０１によってウェハ４００の出入口を閉じ、ストッカー３００の周壁に設けられる冷却管３１３に冷媒ｅ１を流通させ、ストッカー３００内の空気を冷却することで、ストッカー３００全体を冷却する。つまり、データの長期保存に適した温度となるように、ストッカー３００内のウェハ４００を冷却する。なお、冷却管３１３は、ストッカー３００の内側にあってもよい。

また、冷却空気ｄ１や冷媒ｅ１を使用する以外にも、たとえば、ストッカー３００内でウェハ４００を支持する部分、この支持部分に連結する部分、あるいは、ストッカー３００全体に、ペルチェ素子を用いた電子冷却機構を設けて、ストッカー３００内のウェハ４００を冷却してもよい。

このように、ストッカー３００に冷却機構３１０を設ける本実施形態のストレージデバイス１においては、データの長期保存に適した常温以下の低温を維持しながら、ストッカー３００でウェハ４００を保管することが可能である。

次に、空調制御機構５００（図１参照）について説明する。

前述したように、ストッカー３００内のウェハ４００は、常温以下の低温に冷却されている。従って、プローバー１００内のウェハ４００をストッカー３００内のウェハ４００と入れ替えるために、ストッカー３００からウェハ４００が取り出されて、当該ウェハ４００がプローバー１００まで搬送された場合、ストレージ搬送システム２００内の空気中の水蒸気が低温のウェハ４００上やウェハ４００を搬送するストレージ搬送機２１０上において凝結する（すなわち結露が発生する）可能性がある。この結露防止のために、本実施形態のストレージデバイス１では、空調制御機構５００を設けて、ストレージ搬送システム２００内の気相雰囲気を、水を含まない乾燥空気、希ガス、不活性ガスなどに置換する。

空調制御機構５００は、ストレージ搬送システム２００内のみならず、プローバー１００内やストッカー３００内の気相雰囲気を、水を含まない乾燥空気、希ガス、不活性ガスなどに置換する。これにより、本実施形態のストレージデバイス１においては、ウェハ４００上での結露をほぼ完全に防止することができる。なお、ウェハ４００を扱う空間内は、水に加えて酸素もないことが好ましいので、プローバー１００内、ストレージ搬送システム２００内、ストッカー３００内の気相雰囲気は、希ガスや不活性ガスなどに置換することが好ましい。

また、ストッカー３００内だけでなく、プローバー１００内において常温以上の高温に維持されていたウェハ４００をストッカー３００まで搬送するストレージ搬送システム２００内も冷却されていることが好ましく、前述したように、当該ストレージ搬送システム２００内に冷却機構を設けてもよい。

さらには、ストッカー３００は、電荷保持特性を長時間維持するために冷却する。その温度は、通常室温となるが、冷却するほど電荷保持特性が高いため、０℃以下も想定し得る。ただし、０℃以下の低温においては、大気中の水が凝縮することによる電気的な副作用、たとえば配線間がショートするなどが考えられる。この観点からも、ストッカー３００内の気相雰囲気を、水を含まない乾燥空気、アルゴンなどの希ガス、窒素などの不活性ガスに置換することが好ましい。

このように、温度制御機構の一種である空調制御機構５００を設ける本実施形態のストレージデバイス１においては、ウェハ４００上およびストレージ搬送機２１０上などでの結露防止を図ることができる。

図１４は、本実施形態のストレージデバイス１が実行するウェハ４００の入れ替え時における温度制御の流れの一例を示すフローチャートである。

ストレージデバイス１は、駆動部１３０によって、ステージ１２０上のウェハ４００をプローブカード１１０と電気的に切断する（Ｓ１）。ストレージデバイス１は、プローブカード１１０と電気的に切断されたウェハ４００をステージ１２０上で冷却する（Ｓ２）。この際、コントローラー１１１－１は、例えばＩ²Ｃバスを通じて温度計（４３０、１２０１）から温度を取得する。ストレージデバイス１は、たとえば常温以下に冷却したウェハ４００を、ストレージ搬送システム２００によって、プローバー１００からストッカー３００へ搬送する（Ｓ３）。

続いて、ストレージデバイス１は、プローバー１００から取り出したウェハ４００と入れ替えでプローバー１００へ収容すべきウェハ４００を、ストレージ搬送システム２００によって、ストッカー３００からプローバー１００へ搬送する（Ｓ４）。ストレージデバイス１は、プローブカード１１０と電気的に接続するウェハ４００を、ステージ上で昇温する（Ｓ５）。この際も、コントローラー１１１－１は、例えばＩ²Ｃバスを通じて温度計（４３０、１２０１）から温度を取得する。ストレージデバイス１は、たとえばＮＡＮＤチップ４２０に対するデータの書き込みや読み出しに適した常温以上に昇温したウェハ４００を、駆動部１３０によって、プローブカード１１０と電気的に接続する（Ｓ６）。

以上のように、プローバー１００、ストレージ搬送システム２００およびストッカー３００の各々に温度制御機構を設ける本実施形態のストレージデバイス１は、ウェハ４００に関する様々な温度制御を適切に行うことができる。

また、プローバー１００のステージ１２０に設けられる加熱冷却機構１２１は、ウェハ４００のリフレッシュに利用することができる。リフレッシュは、ＮＡＮＤチップ内のセルにデータを書き込んだり読み出したりする際のセル間のばらつきが、読み書きストレスで劣化したものを回復させるための処理である。この処理により、ＮＡＮＤチップのデータ保持機能も回復する。たとえば、約３００℃のアニールによる劣化回復を図るために、ウェハ４００をステージ１２０上で昇温し、リフレッシュを行う。このために、プローバー１００内に設けられる吸気口と、プローバー１００内に設けられる、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノンなどの供給機構を用いて、これらの不活性ガスでプローバー１００内を封止する。つまり、大気中に含まれる水および酸素濃度を低減する。なお、プローバー１００内のエリア別に違う雰囲気で封止してもよい。このように、雰囲気を不活性ガスで置き換えて、ステージ１２０に設けられる加熱冷却機構１２１を利用することで、ウェハ４００の電極の酸化防止を図ることができる。換言すれば、本実施形態のストレージデバイス１は、ウェハ４００をステージ１２０上で昇温し、ウェハ４００の周囲を不活性ガスで封止するリフレッシュ機構をプローバー１００に備えてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ストレージデバイス、２…ホスト、１００…プローバー、１１０…プローブカード、１１１…デバイス、１１２…加熱冷却機構、１１３…冷却機構、１１４…断熱材、１１５…プローブ、１２０…ステージ、１２１…加熱冷却機構、１３０…駆動部、２００…ストレージ搬送システム、２１０…ストレージ搬送機、３００…ストッカー、３１０…冷却機構、４００…ウェハ、４１０…パッド電極、４２０…ＮＡＮＤチップ、４３０…ウェハ内温度計、５００…空調制御機構、１１０４…プローブカード内温度計、１１１１…デバイス内温度計、１２０１…ステージ内温度計。

Claims (21)

1. 複数のＮＡＮＤ型フラッシュメモリチップを含むストレージ媒体へデータを書き込み、または、前記ストレージ媒体からデータを読み出す制御装置と、
   前記制御装置から抜脱されている状態にある複数の前記ストレージ媒体を格納するストッカーと、を具備し、
   前記制御装置は、前記ストレージ媒体を第１温度以上に昇温するための第１温度制御機構を有し、
   前記ストッカーは、前記ストレージ媒体を前記第１温度より低い第２温度以下に冷却するための第２温度制御機構を有する、
   ストレージデバイス。
2. 前記制御装置は、
   前記ストレージ媒体を保持するステージと、
   前記ステージによって保持されている前記ストレージ媒体と対向し、当該対向する第１面に複数のプローブを有するプローブカードと、
   前記ステージまたは前記プローブカードの少なくとも一方を移動させて、前記ストレージ媒体の前記プローブカードと対向する面に設けられている複数のパッド電極と前記複数のプローブとを接触させ、または、接触している状態にある前記複数のパッド電極と前記複数のプローブとを分離させる駆動部と、
   を有し、
   前記ストレージ媒体は、前記第１温度制御機構によって前記ステージ上において前記第１温度以上に昇温された後、前記駆動部によって前記複数のプローブと接触させられる、
   請求項１に記載のストレージデバイス。
3. 前記第１温度制御機構は、前記ステージ内に形成される複数の温度制御機構を含み、前記ストレージ媒体の前記ステージによって保持される面よりも面積の小さい複数の異なる領域ごとに異なる温度制御を行うことが可能である、
   請求項２に記載のストレージデバイス。
4. 前記第１温度制御機構は、前記ストレージ媒体の前記領域ごとの温度を、前記複数の温度制御機構によって、第１範囲内の温度に維持する、
   請求項３に記載のストレージデバイス。
5. 前記複数の異なる領域は、前記ストレージ媒体内の前記複数のＮＡＮＤ型フラッシュメモリチップの位置に各々対応する領域である、請求項４に記載のストレージデバイス。
6. 前記第１温度制御機構は、前記プローブカードの前記第１面を制御対象として形成される温度制御機構を含む、請求項２～５のいずれか１項に記載のストレージデバイス。
7. 前記プローブカードは、前記第１面と対向する第２面に配置される複数の半導体部品を含み、
   前記第１温度制御機構は、前記第２面に配置される前記複数の半導体部品を冷却するための温度制御機構を含む、請求項２～６のいずれか１項に記載のストレージデバイス。
8. 前記プローブカードの前記第１面と前記第２面との間に断熱材を有する、請求項７に記載のストレージデバイス。
9. 前記複数の半導体部品は、前記ＮＡＮＤ型フラッシュメモリチップを制御するコントローラー、複数の前記コントローラーを選択的に動作させるためのインターフェーススイッチ、ＦＰＧＡ、リレーまたはコンデンサーの中の少なくとも１つを含む、請求項７に記載のストレージデバイス。
10. 前記複数の半導体部品の中の少なくとも１つは、前記ステージおよび前記プローブカードに設けられる複数の温度計によって計測される温度の少なくともいずれかを監視する、請求項７に記載のストレージデバイス。
11. 前記第２温度制御機構は、冷却水、冷却空気または液体窒素を冷媒として用いる冷却機構を含む、請求項１または２に記載のストレージデバイス。
12. 前記第２温度制御機構は、前記ストレージ媒体を保持する第１部分、前記第１部分と連結する第２部分、または、前記ストッカー全体に設けられる、ベルチェ素子を用いた電子冷却機構を含む、請求項１または２に記載のストレージデバイス。
13. 前記制御装置は、前記ストレージ媒体の周囲を希ガスまたは不活性ガスで封止し、前記第１温度制御機構によって前記ストレージ媒体を前記ステージ上で昇温するリフレッシュ機構を有する、請求項３に記載のストレージデバイス。
14. 前記希ガスまたは不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンまたはキセノンのいずれかである、請求項１３に記載のストレージデバイス。
15. 前記制御装置は、前記複数のプローブと接触している前記ストレージ媒体を、第１ストレージ媒体から、前記ストッカー内の第２ストレージ媒体に入れ替える場合、前記第１温度以上の温度に維持されていた前記第１ストレージ媒体を、前記第１温度制御機構によって前記ステージ上において前記第１温度以下に冷却する、請求項２に記載のストレージデバイス。
16. 前記制御装置は、前記複数のプローブと接触している前記ストレージ媒体を、第３ストレージ媒体から、前記ストッカー内の第４ストレージ媒体に入れ替える場合、前記第２温度以下に冷却されていた前記第４ストレージ媒体を、前記第１温度制御機構によって前記ステージ上において前記第１温度以上に昇温し、前記駆動部によって前記第４ストレージ媒体の前記複数のパッド電極と前記プローブカードとを接続させる、請求項２または１５に記載のストレージデバイス。
17. 前記制御装置から前記ストッカーへ前記ストレージ媒体を搬送し、または、前記ストッカーから前記制御装置へ前記ストレージ媒体を搬送する搬送システムをさらに具備し、
    前記第１温度は、常温であり、
    前記搬送システムは、前記第２温度以下に冷却されていた前記ストレージ媒体の前記ストッカーから前記制御装置への搬送時における結露防止を目的とする前記搬送システム内の空気調整を行うための第３温度制御機構を有する、
    請求項１または２に記載のストレージデバイス。
18. 前記ストレージ媒体は、半導体ウェハである、請求項１～１７のいずれか１項に記載のストレージデバイス。
19. 複数のＮＡＮＤ型フラッシュメモリチップを含むストレージ媒体を、第１温度以上に昇温し、ステージに載置された前記ストレージ媒体へデータを書き込み、または、前記ステージに載置された前記ストレージ媒体からデータを読み出す制御装置と、前記制御装置から抜脱されている状態にある複数の前記ストレージ媒体を、前記第１温度より低い第２温度以下に冷却して保管するストッカーと、を具備するストレージデバイスの制御方法であって、
    前記制御装置は、前記ステージに載置されている前記ストレージ媒体を、第１ストレージ媒体から、前記ストッカー内の第２ストレージ媒体に入れ替える場合、
    前記第１温度以上の温度に維持されていた前記第１ストレージ媒体を、前記制御装置内において前記第１温度以下に冷却することと、
    前記第２温度以下に冷却されていた前記第２ストレージ媒体を、前記制御装置内において前記第１温度以上に昇温し、前記ステージに載置することと、
    を具備する制御方法。
20. 前記ストレージ媒体は、半導体ウェハである、請求項１９に記載の制御方法。
21. 複数のＮＡＮＤ型フラッシュメモリチップを含む半導体ウェハへデータを書き込み、または、前記半導体ウェハからデータを読み出すプローバーと、
    前記プローバーから抜脱されている状態にある複数の前記半導体ウェハを格納するストッカーと、を具備し、
    前記プローバーは、前記半導体ウェハを第１温度以上に昇温するための第１温度制御機構を有し、
    前記ストッカーは、前記半導体ウェハを前記第１温度より低い第２温度以下に冷却するための第２温度制御機構を有する、
    ストレージデバイス。

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