KR20230046979A - 스테이지, 검사 장치 및 스테이지 동작 방법 - Google Patents

스테이지, 검사 장치 및 스테이지 동작 방법 Download PDF

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KR20230046979A
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마사히토 고바야시
히로토 고바야시
히로아키 아가와
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

베이스 테이블에 걸리는 하중의 균등화를 촉진할 수 있는 스테이지로서, 하나의 베이스 테이블과, 상기 베이스 테이블을 승강 가능하도록 지지하는 4개의 가동체와, 상기 4개의 가동체 각각에 대응하도록 구비되며 당해 4개의 가동체를 개별적으로 승강시키는 4개의 구동 모터와, 상기 4개의 가동체 각각의 승강을 안내하는 4개의 가이드부와, 상기 베이스 테이블의 승강 방향에 직교하는 방향을 따라 일련으로 연속되고 또한 상기 승강 방향에 평행한 벽면을 가지며, 당해 벽면에 상기 4개의 가이드부 전부가 고정되는 하나의 지지 프레임을 포함한다.

Description

스테이지, 검사 장치 및 스테이지 동작 방법{STAGE, TESTING APPARATUS, AND STAGE OPERATING METHOD}
본 개시 내용은 스테이지(stage), 검사 장치 및 스테이지 동작 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 웨이퍼를 검사하는 검사 장치에 있어 검사 대상체를 소정 위치로 반송하기 위한 스테이지(검사 스테이지)가 개시되어 있다. 이 스테이지는 웨이퍼를 탑재하는 하나의 베이스 테이블(탑재대)를 3개의 승강 구동 기구에 의해 지지하며, 당해 3개의 승강 구동 기구의 승강 위치를 감시하면서 베이스 테이블을 승강시킨다.
한편, 검사 장치는 웨이퍼를 검사함에 있어 다수 개(수만 개)의 컨택트 프로브(contact probe)를 웨이퍼에 접촉시킨다. 그리하여, 베이스 테이블에는 다수 개의 컨택트 프로브로부터 큰 하중이 걸리게 된다.
일본국 공개특허공보 특개2000-260852호
본 개시 내용은 베이스 테이블의 자세를 적절하게 조정함으로써 베이스 테이블에 걸리는 하중의 균등화를 촉진할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시 내용의 일 양태에 의하면, 스테이지로서, 하나의 베이스 테이블과, 상기 베이스 테이블을 승강 가능하도록 지지하는 4개의 가동체와, 상기 4개의 가동체 각각에 대응하도록 구비되며 당해 4개의 가동체를 개별적으로 승강시키는 4개의 구동 모터와, 상기 4개의 가동체 각각의 승강을 안내하는 4개의 가이드부와, 상기 베이스 테이블의 승강 방향에 직교하는 방향을 따라 일련으로 연속되고 또한 상기 승강 방향에 평행한 벽면을 가지며 당해 벽면에 상기 4개의 가이드부 전부가 고정되는 하나의 지지 프레임을 포함하는 스테이지가 제공된다.
일 양태에 의하면, 베이스 테이블의 자세를 적절하게 조정함으로써 베이스 테이블에 걸리는 하중의 균등화를 촉진할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 스테이지를 구비하는 검사 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 검사 장치의 스테이지를 나타내는 개략 측면도이다.
도 3은 스테이지의 Z축 이동 기구를 확대하여 나타내는 사시도이다.
도 4는 Z축 이동 기구의 지지 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 5는 Z축 이동 기구를 개략적으로 나타내는 종단면도이다.
도 6은 Z축 이동 기구의 구동 모터, 모터 드라이버부, 스테이지 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 7a 및 도 7b는 Z축 이동 기구의 승강부의 배치예를 나타내는 개략 설명도이다.
도 8은 웨이퍼 검사시의 스테이지 동작을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 9a 및 도 9b는 컨택트 프로브의 하중에 대한 스테이지에 의한 베이스 테이블의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 10a는 스테이지에 의한 탑재면 보정을 나타내는 개략 설명도이고, 도 10b는 스테이지에 의한 평행 보정을 나타내는 개략 설명도이다.
도 11a 및 도 11b는 변형예에 따른 Z축 이동 기구를 나타내는 개략 설명도이다.
도 12a는 변형예에 따른 구동 모터에 적용한 자기 기어 모터를 나타내는 개략 설명도이고, 도 12b는 변형예에 따른 구동 모터와 Z축 가동체 사이에 적용된 자기 감속 기구를 나타내는 개략 설명도이다.
이하에서는, 도면을 참조하여, 본 개시 내용을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 한편, 각 도면에 있어 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이며 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 스테이지(30)를 구비하는 검사 장치(1)를 나타내는 개략 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 일 실시형태에 따른 검사 장치(1)는, 웨이퍼(기판, W)에 형성된 복수 개의 반도체 디바이스(검사 대상체, DUT: Device Under Test) 각각의 전기적 특성을 검사하는 장치이다. 한편, 검사 대상체를 구비하는 기판이 웨이퍼(W)에 한정되는 것은 아니며, 반도체 디바이스가 배치된 캐리어, 유리 기판, 칩 단체 등을 포함한다. 검사 장치(1)는, 스테이지(30)를 수용하는 수용실(12)과, 수용실(12)에 인접하도록 배치되는 로더(loader, 13)와, 수용실(12) 상방에 배치되는 테스터(tester, 20)를 포함한다.
수용실(12)은 내부가 공동(空洞)인 케이스 형상을 갖는다. 수용실(12)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 탑재하는 스테이지(30)와, 스테이지(30)에 대향하도록 배치되는 프로브 카드(15)와, 스테이지(30) 상의 웨이퍼(W)를 촬상하는 검사쪽 카메라(29)가 수용된다. 프로브 카드(15)는, 웨이퍼(W)의 각 반도체 디바이스 전극에 구비된 전극 패드나 땜납 범프에 대응하도록 배치된 다수 개의 바늘 형상 프로브(접촉 단자, 16)를 구비한다. 검사쪽 카메라(29)는 스테이지(30)의 경사나 스테이지(30)에 탑재된 웨이퍼(W)의 위치 등을 촬상한다.
로더(13)는 반송 용기인 FOUP(미도시)로부터 웨이퍼(W)를 꺼내어 수용실(12) 내부의 스테이지(30)에 탑재한다. 또한, 로더(13)는 검사가 행해진 웨이퍼(W)를 스테이지(30)로부터 꺼내어 FOUP에 수용한다.
프로브 카드(15)는 인터페이스(17)를 통해 테스터(20)에 접속된다. 각 프로브(16)는 웨이퍼(W)의 각 반도체 디바이스 전극에 구비된 전극 패드나 땜납 범프에 접촉한다. 이로써, 각 프로브(16)는 테스터(20)로부터 인터페이스(17)를 통해 반도체 디바이스에 전력을 공급하거나 또는 반도체 디바이스로부터의 신호를 인터페이스(17)를 통해 테스터(20)에 전달한다.
테스터(20)는 반도체 디바이스가 탑재되는 마더보드의 회로 구성 일부를 재현하는 테스트 보드(미도시)를 갖는다. 테스트 보드는 제어를 행하는 컨트롤러(90)에 접속되어 있으며, 반도체 디바이스로부터의 신호에 기초하여 반도체 디바이스의 불량 여부를 판단한다. 테스터(20)는 테스트 보드를 교체함으로써 복수 개 종류의 마더보드의 회로 구성을 재현할 수 있다.
스테이지(30)는 로더(13)와 프로브 카드(15)의 대향 위치 간에 웨이퍼(W)를 반송한다. 또한, 스테이지(30)는 검사시에 프로브 카드(15)를 향해 웨이퍼(W)를 상승시키는 한편으로 검사 후에는 웨이퍼(W)를 하강시킨다. 또한, 스테이지(30)에는, 프로브 카드(15)의 위치를 확인하는 스테이지쪽 카메라(19)가 배치되어 있다.
도 2는 검사 장치(1)의 스테이지(30)를 나타내는 개략 측면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 검사 장치(1)는 스테이지(30)를 지지하는 프레임 구조(31)를 갖는다. 프레임 구조(31)에 설치된 스테이지(30)는 수용실(12) 내에서 적절한 3차원 위치(X축 방향, Y축 방향, Z축 방향)로 웨이퍼(W)를 반송한다. 스테이지(30)는 이동부(32)(X축 이동 기구(33), Y축 이동 기구(34), Z축 이동 기구(40)), 베이스 테이블(35), 바늘 연마 기구(60), 스테이지 제어부(70), 모터 드라이버부(80)를 구비한다.
프레임 구조(31)는, 이동부(32)를 지지하는 상부 베이스(310)와, 스테이지 제어부(70) 및 모터 드라이버부(80)를 지지하는 하부 베이스(311)와, 상부 베이스(310)와 하부 베이스(311)의 네 모서리에 구비되는 복수 개의 지지 기둥(312)을 포함하는 2단 구조를 나타낸다.
이동부(32)의 X축 이동 기구(33)는, 상부 베이스(310)의 상면에 고정되어 X축 방향을 따라 연장되는 복수 개의 가이드 레일(330)과, 각 가이드 레일(330) 사이에 걸쳐 배치되는 X축 가동체(331)를 포함한다. X축 가동체(331)는 미도시의 X축 동작부(모터, 기어 기구 등)를 내부에 구비하며, 당해 X축 동작부는 모터 드라이버부(80)에 접속되어 있다. 이로써, X축 가동체(331)는 모터 드라이버부(80)로부터의 전력 공급에 기초하여 X축 방향으로 왕복 이동한다.
마찬가지로, Y축 이동 기구(34)는, X축 가동체(331)의 상면에 고정되어 Y축 방향을 따라 연장되는 복수 개의 가이드 레일(340)과, 각 가이드 레일(340) 사이에 걸쳐 배치되는 Y축 가동체(341)를 포함한다. Y축 가동체(341)에는, 평면시로 보았을 때에 직사각 형상인 수평 이동 테이블(342)이 설치되어 있다. Y축 가동체(341) 역시 미도시의 Y축 동작부(모터, 기어 기구 등)를 내부에 구비하며, 당해 Y축 동작부는 모터 드라이버부(80)에 접속되어 있다. 이로써, Y축 가동체(341)는 모터 드라이버부(80)로부터의 전력 공급에 기초하여 Y축 방향으로 왕복 이동한다.
Z축 이동 기구(40)는 수평 이동 테이블(342)(Y축 가동체(341))에 설치되며 상부에서 베이스 테이블(35)을 지지하고 있다. Z축 이동 기구(40)는 베이스 테이블(35)을 Z축 방향(연직 방향)으로 변위시킴으로써 베이스 테이블(35)에 탑재된 웨이퍼(W)를 승강시키는 본 실시형태의 승강 기구를 구성하고 있다. 당해 Z축 이동 기구(40)의 구성에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명한다.
상기의 이동부(32)에 의해 반송되는 베이스 테이블(35)은 적당한 홀딩 수단(진공 흡착, 메커니컬 척 등)에 의해 상면에서 웨이퍼(W)를 홀딩하는 척으로서 기능한다. 베이스 테이블(35)은, Z축 이동 기구(40)에 결합되는 바텀 플레이트(350)와, 바텀 플레이트(350)의 윗쪽에 적층되는 척 톱(351)을 구비한다.
바텀 플레이트(350)는 Z축 이동 기구(40)에 결합 가능한 적당한 평면 형상(대략 다각 형상)으로 형성된다. 척 톱(351)은 평면시(平面視)로 보았을 때에 원형으로 형성되며, 바텀 플레이트(350)보다 두께가 두껍도록 구성되어 있다. 척 톱(351)의 상면은 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재면(35a)으로 되어 있다. 또한, 베이스 테이블(35)은, 탑재면(35a)의 온도를 조정하는 온도 조정 기구, 탑재면(35a)의 온도를 검출하는 온도 센서, 탑재면(35a)에 탑재된 웨이퍼(W)를 진공 흡착하는 흡착 기구 등을 구비한 구성일 수도 있다(미도시).
스테이지(30)의 바늘 연마 기구(60)는 수평 이동 테이블(342)에 있어 Z축 이동 기구(40)의 인접 위치에 설치된다. 바늘 연마 기구(60)의 상부에는, 프로브 카드(15)로부터 아랫쪽으로 돌출되어 있는 프로브(16)를 연마하는 연마체(61)가 구비된다. 연마 기구(60)는 연마체(61)를 Z축 방향으로 변위시키는 연마측 Z축 이동 기구(62)를 구비한다. 연마측 Z축 이동 기구(62)는 베이스 테이블(35)의 Z축 이동 기구(40)와 대략 마찬가지로 구성된다.
스테이지 제어부(70)는 검사 장치(1)의 컨트롤러(90)에 접속되며 컨트롤러(90)의 지령에 기초하여 스테이지(30)의 동작을 제어한다. 스테이지 제어부(70)는, 예를 들어, 스테이지(30) 전체의 동작을 제어하는 메인 제어부, 이동부(32)의 동작을 제어하는 PLC, 온도 조정 기구를 제어하는 온도 컨트롤러, 조명 제어부, 전원 유닛 등을 구비한다(미도시). 스테이지 제어부(70)의 메인 제어부에는, 하나 이상의 프로세서, 메모리, 입출력 인터페이스 및 전자 회로 등을 갖는 스테이지용 컴퓨터 내장 보드를 적용할 수 있다(미도시). 하나 이상의 프로세서는 CPU, ASIC, FPGA, 복수 개의 개별 반도체(discrete semiconductor)로 이루어지는 회로 등 중에서 하나 또는 복수 개가 조합된 것이며, 메모리에 기억된 프로그램 및 레시피를 실행 처리한다. 메모리는 비휘발성 메모리와 휘발성 메모리를 포함하며, 스테이지 제어부(70)의 기억부를 형성하고 있다.
스테이지 제어부(70)는 로더(13)로부터 스테이지(30)의 베이스 테이블(35)로 웨이퍼(W)를 수령한 후, 이동부(32)를 수평 방향(X축-Y축 방향)으로 이동시킴으로써, 웨이퍼(W)가 소정 테스터(20)의 프로브 카드(15)에 대향하도록 위치를 맞춘다. 위치를 맞춘 후에, 스테이지 제어부(70)는 스테이지(30)에 의해 베이스 테이블(35)을 상승시킴으로써, 웨이퍼(W)를 프로브 카드(15)의 프로브(16)에 접촉시킨다. 이 상태에서 검사 장치(1)의 컨트롤러(90)가 테스터(20)에 의한 전기적 검사를 시작한다. 또한, 스테이지 제어부(70)는 테스터(20) 검사 종료 후에 상기와 반대 동작에 의해 검사 후 웨이퍼(W)를 하강 및 수평 이동시킴으로써 웨이퍼(W)를 로더(13)로 되돌린다.
도 3은 스테이지(30)의 Z축 이동 기구(40)를 확대하여 나타낸 사시도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, Z축 이동 기구(40)는 수평 이동 테이블(342)에 설치되는 지지 프레임(41)을 구비한다. 지지 프레임(41)은 베이스 테이블(35)의 승강 방향에 직교하는 방향(수평 방향: X축-Y축 방향)을 따라 일련으로 연속되는 부재이다. 여기에서 "승강 방향에 직교하는 방향을 따라 일련으로 연속된다" 함은, 지지 프레임(41)이 분리되지 않고 연속됨으로써 평면시로 보았을 때에 소정의 형상을 나타내고 있음을 말한다. 지지 프레임(41)은 Z축 이동 기구(40)의 4개의 승강부(45)를 보호하며 각 승강부(45)의 승강을 가이드한다. 즉, Z축 이동 기구(40)는 전술한 하나의 베이스 테이블(35)(척: 도 1도 같이 참조)을 4개의 승강부(45)에 의해 승강시키는 구성으로 되어 있다.
각 승강부(45)는, 베이스 테이블(35)을 직접 지지하는 Z축 가동체(46)와, Z축 가동체(46)를 승강시키는 구동 모터(47)와, Z축 가동체(46)의 승강을 안내하는 가이드부(48)를 포함한다. 즉, Z축 이동 기구(40)는 하나의 지지 프레임(41), 4개의 Z축 가동체(46), 4개의 구동 모터(47), 4개의 가이드부(48)를 포함하도록 구성되어 있다.
도 4는 Z축 이동 기구(40)의 지지 프레임(41)을 나타내는 사시도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 지지 프레임(41)은 한 쌍의 측벽(42)과, 당해 한 쌍의 측벽(42) 사이에서 연장되는 하나의 연결벽(43)을 포함하여, 평면시로 보았을 때에 H자 형상으로 형성되어 있다. 한 쌍 측벽(42)의 상면 및 연결벽(43)의 상면이 동일 면으로 이어짐으로써, 지지 프레임(41)의 상부는 평탄한 형상으로 형성되어 있다. 지지 프레임(41)의 하부는, 한 쌍 측벽(42)의 하면에 비해 연결벽(43)의 하부의 대부분이 돌출되어 있어서 단차 형상을 나타낸다. 연결벽(43)은 수평 이동 테이블(342)에 지지 플레이트(41)를 고정시킨 상태에서 수평 이동 테이블(342)(Y축 가동체(341))에 형성된 구멍(342a)에 삽입되어 Y축 가동체(341)보다 아랫쪽으로 돌출되어 있다.
한 쌍의 측벽(42)은 수평 이동 테이블(342)의 상면에 고정된다. 각 측벽(42)은 측면시로 보았을 때에 X축 방향으로는 길게 연장되면서 또한 Z축 방향으로는 짧게 연장되는 대략 직사각 형상을 나타낸다. 그리고, 각 측벽(42)의 X축 방향(긴 변) 중간 위치에 연결벽(43)이 연결되어 있다. 또한, 각 측벽(42)의 Z축 방향 길이는 베이스 테이블(35)의 승강 거리보다 짧도록 설정되어 있다. 한 쌍의 측벽(42)에 있어 하면 쪽으로 치우친 소정 위치에는 복수 개의 나사 고정용 공간(420)이 형성되어 있다. 나사 고정용 공간(420)으로부터 각 측벽(42)을 관통하는 고정 나사(421)가 수평 이동 테이블(342)에 나사 결합함으로써, 지지 프레임(41)이 수평 이동 테이블(342)에 강고하게 고정된다(도 3도 같이 참조).
연결벽(43)은 Y축 방향(폭방향) 및 Z축 방향(높이 방향, 연직 방향)으로 연장되는 대략 직사각 형상으로 형성되어 있다. 연결벽(43)의 Y축 방향 길이는 측벽(42)의 X축 방향 길이보다 길다. 또한, 지지 플레이트(41)는, 연결벽(43)의 Z축 방향 길이가 측벽(42)의 Z축 방향 길이보다 충분하게(예를 들어, 2배 정도) 길어서, 연결벽(43)의 하측이 한 쌍의 측벽(42)보다 아랫 방향으로 연장되어 나와 있는 형상으로 되어 있다.
연결벽(43)의 벽면(43a,43b)에는 4개의 승강부(45)의 가이드부(48)가 각각 고정된다. 가이드부(48)는 Z축 방향으로 연장되는 한 쌍의 레일(49)을 구비한다. 한 쌍의 레일(49)은 연결벽(43) 상단에서 하단까지 직선 상으로 연장되며, 나사 고정 등과 같은 고정 수단에 의해 강고하게 고정되어 있다. 또한, 가이드부(48)는, 한 쌍의 레일(49) 사이이면서 연결벽(43)의 벽면(43a,43b) 상부에, Z축 가동체(46)의 상승을 제한하는 이동 제한 블록(50)을 구비한다.
그리고, Z축 이동 기구(40)는 연결벽(43)의 X축 방향 한쪽 벽면(43a)에 2개의 가이드부(48)(한 쌍의 레일(49), 이동 제한 블록(50))를 구비하며, 연결벽(43)의 X축 방향 다른쪽 벽면(43b)에도 2개의 가이드부(48)를 구비한다. 한쪽 벽면(43a) 및 다른쪽 벽면(43b) 각각에는 4개의 레일(49)이 Z축 방향을 따라 서로 평행하게 연장되어 있다.
도 3으로 돌아가서, 승강부(45)의 구동 모터(47)는 수평 이동 테이블(342)에 고정되며 Z축 양의 방향으로 돌출하는 축부(470)를 구비한다. 구동 모터(47)의 종류는 특별히 한정되지는 않으나, Z축 이동 기구(40)의 소형화를 도모하기 위해, 예를 들어, 다이렉트 드라이브 모터를 적용할 수 있다. 다이렉트 드라이브 모터는 감속 기구를 구비하지 않으며 축부(470)의 축방향에 대해 낮게 구성되고 또한 저속 고토크로 회전할 수 있다.
구동 모터(47)와 Z축 가동체(46) 사이에는, 당해 구동 모터(47)의 회전 운동을 Z축 가동체(46)의 직선 운동으로 변환하는 동력 변환부(51)가 구비되어 있다. 예를 들어, 동력 변환부(51)는 구동 모터(47)의 로터(미도시)에 연결된 너트(52)에 대해 볼 나사(53)를 나사 결합시킨 구조를 채용할 수 있다. 이러한 볼 나사(53)는 구동 모터(47)의 축부(470)와 동축을 이루며 구동 모터(47) 내의 적당한 위치에서 스플라인 결합되고 그 상단쪽에 Z축 가동체(46)가 고정된다. 동력 변환부(51)에 의해, 승강부(45)는 너트(52)의 회전 하에 볼 나사(53)(축부(470))를 Z축 방향을 따라 왕복 이동시킴으로써, 볼 나사(53)와 함께 Z축 가동체(46)를 승강시킨다.
또한, 구동 모터(47)는, 로터의 회전 각도를 검출하는 인코더(54)와, 베이스 테이블(35)로부터 로터에 걸리는 하중값을 토크(전류값)로서 검출하는 토크 센서(55)(도6 참조)를 구비한다.
승강부(45)의 Z축 가동체(46)는 베이스 테이블(35)을 지지하는 부재이며, 구동 모터(47)의 구동에 따라 승강함으로써 당해 베이스 테이블(35)을 승강시킨다. 본 실시형태에 따른 Z축 이동 기구(40)는 4개의 Z축 가동체(46)(승강부(45)) 각각을 개별적으로 승강시킴으로써 베이스 테이블(35)의 틸트(tilt)를 조정할 수 있다.
도 5는 Z축 이동 기구(40)를 개략적으로 나타내는 종단면도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, Z축 가동체(46)는, 수평 방향(X축-Y축 방향)에 평행한 가로 연장부(460)와, 가로 연장부(460)에 이어지며 연직 방향에 평행한 세로 연장부(461)를 포함하고, 측면 단면시(斷面視)로 보았을 때에 대략 L자 형상으로 형성되어 있다.
가로 연장부(460)는 평면시로 보았을 때에 대략 다각 형상으로 형성되며, X축 방향 중앙부로부터 X축 방향 바깥쪽으로 치우친 곳(연결벽(43)으로부터 떨어진 위치)에 볼 나사(53)(축부(470))가 연결되어 있다. Z축 가동체(46)는 볼 나사(53)의 Z축 방향 직선 운동에 따라 연직 방향으로 승강한다.
세로 연장부(461)는 지지 플레이트(41)의 연결벽(43) 인접 위치에서 당해 연결벽(43)에 대향하도록 구비되어 있다. 세로 연장부(461)는 Y축 방향으로는 짧게 연장되는 한편, Z축 방향으로는 길게 연장되는 직사각 형상으로 형성되어 있다. 세로 연장부(461)에 있어 지지 프레임(41)의 연결벽(43)에 대향하는 대향면에는, 한 쌍의 레일(49)에 배치되는 한 쌍의 슬라이더(56)가 구비되어 있다. 슬라이더(56)는 레일(49)에 결합됨으로써 Z축 방향(레일(49)의 연장 방향)으로의 이동이 가이드된다. 이러한 레일(49) 및 슬라이더(56)에 의해, Z축 가동체(46)가 수평 방향(X축-Y축 방향)으로 이탈하는 것이 방지되는 바, Z축 방향으로의 이동이 가이드된다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, Z축 가동체(46)는, 베이스 테이블(35)의 바텀 플레이트(350)에 접촉하는 접촉자(57)를 가로 연장부(460)의 상면에 고정하고 있다. 즉, 베이스 테이블(35)은 4개의 접촉자(57)에 의해 지지된다. 접촉자(57)는 평탄한 형상의 상면을 갖는 경질의 블록에 형성되어 있다. 한편, Z축 이동 기구(40)는 접촉자(57) 대신에 로드 셀(load cell) 등과 같은 하중 센서를 적용한 구성일 수도 있다. 이로써, 예를 들어, 스테이지 제어부(70)는 하중 센서가 검출한 하중을 이용하여 베이스 테이블(35)의 틸트 상태 등을 한층 더 높은 정확도로 인식할 수가 있다.
도 6은 Z축 이동 기구(40)의 구동 모터(47), 모터 드라이버부(80), 스테이지 제어부(70)를 나타내는 블록도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 스테이지 제어부(70) 내부에는, 구동 모터(47)를 구동하는 Z축용 컨트롤러(71)가 4개의 구동 모터(47)별로 구비되어 있다. 또한, 모터 드라이버부(80)의 내부에는, 각 Z축용 컨트롤러(71)의 목표 위치에 기초하여 구동 모터(47)에 공급할 전류를 제어하는 서보 앰프(81)가 각각 구비되어 있다. 한편, 서보 앰프(81)는 구동 모터(47)와 일체화되어 있을 수도 있다.
Z축용 컨트롤러(71)로는 PLC 등이 적용되며, 스테이지 제어부(70)의 메인 제어부로부터 베이스 테이블(35)의 승강 위치에 관한 위치 지령을 제어 주기별로 수신함으로써 구동 모터(47)의 목표 위치를 산출한다. PLC는 프로세서(또는 집적 회로)를 구비한다. Z축용 컨트롤러(71)는 산출된 목표 위치를 서보 앰프(81)로 출력하는 목표 위치 출력부(72)를 구비한다. 서보 앰프(81)는 목표 위치 출력부(72)로부터 수신한 목표 위치에 따라 구동 모터(47)에 공급할 전력을 조정한다.
또한, 구동 모터(47)에 구비된 인코더(54)가 검출하는 로터의 회전 각도는 서보 앰프(81)의 위치 제어기(82)에 피드백된다. 서보 앰프(81)는 위치 제어기(82) 내에서 목표 위치에 대한 실제 위치의 차분값에 따라 구동 모터(47)에 공급할 전력을 조정한다.
한편, 토크 센서(55)가 검출하는 토크는 스테이지 제어부(70)로 송신된다. 토크 센서(55)의 토크는, 복수 개의 프로브(16)로부터 웨이퍼(W) 및 베이스 테이블(35)에 걸리는 하중을 각 승강부(45)에서 분산된 하중값에 상당한다. 그리고, 스테이지 제어부(70)는 토크 센서(55)로부터 수신한 토크에 따라 목표 위치에 대한 보정량(틸트 보정량)을 산출하는 보정량 산출부(73)를 구비한다.
보정량 산출부(73)는, 4개의 토크 센서(55)로부터 검출한 각 토크에 기초하여, 4개의 구동 모터(47)의 목표 위치를 보정하는 틸트 보정량을 최종적으로 산출한다. 예를 들어, 보정량 산출부(73)는, 4개의 토크 센서(55)의 각 토크로부터, 복수 개의 프로브(16)가 베이스 테이블(35) 상에 가하는 하중 부하의 위치를 추출하고, 나아가 하중 부하의 위치로부터 베이스 테이블(35) 전체의 틸트 상태를 추정하고서 틸트 상태에 기초하여 각 틸트 보정량을 얻는다.
하중 부하의 위치는, 베이스 테이블(35) 상에 설정된 수십~수백 개의 위치에서 복수 개의 프로브(16)가 웨이퍼(W)에 접촉했을 때에 각 구동 모터(47)에 가해지는 각 토크를 미리 데이터베이스화하여 두는 것이 바람직하다. 이로써, 보정량 산출부(73)는 취득된 4개의 토크에 기초하여 하중 부하의 위치를 인식할 수 있다. 또한, 예를 들어, 보정량 산출부(73)는 하중 부하 위치와 베이스 테이블(35) 틸트 상태의 관계를 나타내는 하중-틸트 특성 맵 정보(MI) 또는 함수를 보유하며, 인식된 하중 부하의 위치에 기초하여 베이스 테이블(35) 전체의 틸트 상태를 추정한다. 틸트 상태는 베이스 테이블(35)이 경사져 있는 X축-Y축 방향의 위치, 경사진 정도(틸트량) 등으로 나타내어진다.
보정량 산출부(73)는, 추정된 베이스 테이블(35) 전체의 틸트 상태에 기초하여, 베이스 테이블(35)의 탑재면(35a)을 수평으로 하기 위한 각 구동 모터(47)의 틸트 보정량을 설정한다. 틸트 상태로부터 틸트 보정량을 산출하는 것은, 예를 들어 소정의 연산식을 이용할 수도 있고, 틸트 상태에 대응하는 각 구동 모터(47)의 틸트 보정량을 기술한 데이터를 사용할 수도 있다. 이로써, 예를 들어, 하나의 구동 모터(47)의 토크가 다른 구동 모터(47)의 토크보다 상대적으로 큰 경우에는, 프로브(16)의 하중이 하나의 구동 모터(47)에 많이 작용하게 된다. 따라서, 보정량 산출부(73)는 상대적으로 큰 토크가 작용하는 하나의 구동 모터(47)의 틸트 보정량을 다른 구동 모터(47)의 틸트 보정량보다 크게 설정한다.
4개의 Z축용 컨트롤러(71)는, 보정량 산출부(73)가 산출한 각각의 틸트 보정량을 수신하면, 그 수신 타이밍과 같은 주기의 위치 지령에 틸트 보정량을 부가함으로써 보정된 목표 위치를 산출한다. 목표 위치 출력부(72)는 보정된 목표 위치를 서보 앰프(81)에 출력한다. 이로써, Z축 이동 기구(40)는, 프로브(16)의 하중에 의해 베이스 테이블(35)이 경사진 경우에도, 4개의 승강부(45)(구동 모터(47))의 각각이 적절하게 승강하여 베이스 플레이트(35)를 수평으로 할 수 있다.
도 2로 돌아가서, 스테이지(30)의 인접한 위치에 배치되는 바늘 연마 기구(60)도, 스테이지(30)과 마찬가지의 구성으로 이루어지는 연마측 Z축 이동 기구(62)를 가진다. 즉, 연마측 Z축 이동 기구(62)는, 연마측 지지 프레임(63)과, 연마측 지지 프레임(63)에 의해 지지되며 연마체(61)를 승강시키는 4개의 연마측 승강부(64)를 구비한다. 연마측 지지 플레이트(63)는 지지 프레임(41)과 마찬가지로 한 쌍의 측벽 및 연결벽(미도시)을 가지며, 평면시로 보았을 때에 H자 형상으로 형성되어 있다. 또한, 각 연마측 승강부(64)는, 승강부(45)와 마찬가지로, 연마측 구동 모터(65), 연마측 동력 변환부(66), 연마측 Z축 가동체(67), 연마측 가이드부(68)를 구비한다.
이러한 연마측 Z축 이동 기구(62) 역시 연마체(61)를 프로브(16)에 접촉시킬 때에 4개의 연마측 승강부(64)에 의해 연마체(61)의 틸트를 보정할 수 있다. 바꾸어 말하면, 바늘 연마 기구(60)도 하중을 받는 연마체(61)(본 개시 내용의 베이스 테이블(35)에 상당)의 자세를 적절하게 조정하는 기능을 갖는다. 즉, 프로브(16) 연마시에 바늘 연마 기구(60)는 연마체(61)를 수평으로 유지함으로써 프로브(16)의 연마량을 균등화할 수 있다.
본 실시형태에 따른 스테이지(30) 및 검사 장치(1)는 기본적으로는 이상과 같이 구성되며, 아래에서는 그 작용에 대해 설명한다.
먼저, Z축 이동 기구(40)가 4개의 승강부(45)를 가지는 것의 의미에 대해, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한다. 도 7a 및 도 7b는 Z축 이동 기구(40)의 구동 모터(47) 축부(470)(승강부(45))의 배치예를 나타내는 개략 설명도이며, 그 중에서 도 7a는 본 실시형태에 따른 Z축 이동 기구(40)를 나타내며, 도 7b는 참고예에 따른 Z축 이동 기구(100)를 나타낸다. 한편, 도 7에서는 4개의 구동 모터(47) 또는 3개의 구동 모터(47)를 잇는 선이 베이스 테이블(35)에 외접하고 있으나, 이 선은 베이스 테이블(35)보다 안쪽에 위치할 수도 있다.
도 7b에 나타내는 바와 같이, 참고예에 따른 Z축 이동 기구(100)는 3개의 구동 모터(47)에 의해 베이스 테이블(35)을 승강시킨다. 이 경우, 3개의 구동 모터(47)의 배치는 베이스 테이블(35)의 자세를 안정시켜 균형을 잡도록 하기 위해 베이스 테이블(35)에 대해 멀리 떨어진 위치에 배치된다. 즉, 3개의 구동 모터(47)에 의해 베이스 테이블(35)을 지지하는 Z축 이동 기구(100)에서는, 스테이지(30)의 평면 크기가 커진다.
이에 대해, 도 7a에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 Z축 이동 기구(40)는 4개의 구동 모터(47)에 의해 베이스 테이블(35)을 승강시킨다. 이러한 Z축 이동 기구(40)는 참고예에 따른 Z축 이동 기구(100)에 비해, 베이스 테이블(35) 가까이에 있는 4개의 구동 모터(47)에 의해 스테이지(30) 평면 크기를 작게 하면서도 베이스 테이블(35)을 안정시켜 균형을 잡게 할 수 있다.
도 8은 웨이퍼(W) 검사시의 스테이지(30) 동작을 나타내는 플로우 챠트이다. 도 9a 및 도 9b는 프로브(16)의 하중에 대해 스테이지(30)에 의해 이루어지는 베이스 테이블(35)의 동작을 나타내는 설명도인데, 이 중 도 9a는 프로브(16)의 하중 중심이 어긋난 경우를 나타내고, 도 9b는 베이스 테이블(35)의 자세 조정을 나타낸다.
검사 장치(1)는 웨이퍼(W) 검사시에 컨트롤러(90)의 제어에 따라 스테이지(30)의 베이스 테이블(35)의 탑재면(35a)에 웨이퍼(W)를 탑재한다. 베이스 테이블(35)에 웨이퍼(W)가 탑재되면, 스테이지 제어부(70)는 컨트롤러(90)로부터 이동 지시를 수신한다. 이로써, 도 8에 나타내는 바와 같이, 스테이지 제어부(70)는 이동부(32)를 제어하여 수평 방향(X축-Y축)을 따라 웨이퍼(W)를 반송시킨다(단계 S1). 이러한 수평 방향 반송에 의해, 스테이지(30)는 웨이퍼(W)를 테스터(20) 아랫쪽에 배치시킨다.
그 후에, 스테이지 제어부(70)는 각 Z축용 컨트롤러(71)로부터 각 서보 앰프(81)에 구동 모터(47)의 목표 위치를 출력한다(단계 S2). 이로써, 각 서보 앰프(81)로부터 적절한 전력이 각 구동 모터(47)에 공급되며, 각 구동 모터(47)는 베이스 테이블(35)을 연직 방향 윗쪽으로 상승시킨다. 각 Z축 가동체(46)는, 구동 모터(47) 상승시에, 승강 방향과 직교하는 방향을 따라 연속되는 지지 프레임(41)에 고정된 각 가이드부(48)에 의해 가이드된다. 그리하여, 각 Z축 가동체(46)는 연직 방향을 따라 원활하게 변위하는 바, 베이스 테이블(35)을 덜컹거리지 않고 상승시킨다. 또한, 스테이지 제어부(70)는 베이스 테이블(35)이 프로브 카드(15)의 프로브(16)에 접촉할 때까지 같은 승강 속도로 각 Z축 가동체(46)를 상승시킨다. 따라서, 스테이지(30)는 베이스 테이블(35) 탑재면(35a)의 수평을 양호하게 유지할 수 있다.
베이스 테이블(35)의 상승에 수반하여, 테스터(20)가 지지하는 각 프로브(16)가 웨이퍼(W)에 접촉한다. 이 때, 도 9a에 나타내는 바와 같이, 각 프로브(16)의 하중 중심이 베이스 테이블(35)의 중심으로부터 어긋나 있으면, 베이스 테이블(35)에 틸트(경사)가 발생한다. 일 예로서, 각 프로브(16)로부터 약 500kg의 하중이 베이스 테이블(35)의 외주부 근방에 작용하는 경우에, 베이스 테이블(35)은 ㎛ 단위로 경사지게 된다.
그러므로, 스테이지 제어부(70)는 Z축 이동 기구(40)의 4개의 승강부(45)를 독립적으로 제어하여 베이스 테이블(35)의 틸트 상태를 보정함으로써 탑재면(35a)을 수평화한다. 구체적으로는, 스테이지 제어부(70)는 베이스 테이블(35) 상승시에 각 토크 센서(55)로부터 토크(하중값)를 각각 취득한다(단계 S3).
그리고, 스테이지 제어부(70)는, 프로브(16)가 웨이퍼(W)의 임의의 위치에 접촉했을 때에, 리얼 타임으로 각 토크를 취득하고, 보정량 산출부(73)에 의해 4개의 승강부(45) 별로 틸트 보정량을 산출한다(단계 S4). 보정량 산출부(73)는, 전술한 바와 같이, 각 토크에 기초하여 각 프로브(16)의 하중 부하 위치를 추출하고, 또한 하중 부가 위치로부터 베이스 테이블(35) 전체의 상태를 추정하며, 틸트 상태에 기초하여 각각의 틸트 보정량을 산출한다. 각각의 틸트 보정의 양은 베이스 테이블(35)의 틸트 상태를 3차원 좌표 상에서 높은 정확도로 보정할 수 있는 값으로 되어 있다.
스테이지 제어부(70)의 각 Z축용 컨트롤러(71)는, 보정량 산출부(73)로부터 송신된 틸트 보정량을 위치 지령에 가산하여 보정된 목표 위치를 각 서보 앰프(81)에 출력한다(단계 S5). 이로써, 각 서보 앰프(81)는 보정된 목표 위치에 따른 전력을 각 구동 모터(47)로 공급하고, 각 구동 모터(47)는 상호 독립적으로 회전하여 Z축 가동체(46)를 승강시킨다. 예를 들어, 도 9b에 나타내는 바와 같이, 스테이지(30)에서는, 베이스 테이블(35)에 있어 프로브(16)로부터 하중이 작용하는 곳 부근의 하나 또는 두 개의 Z축 가동체(46)가 다른 곳의 Z축 가동체(46)보다 약간 상승한다. 그 결과, 스테이지(30)는 베이스 테이블(35)의 탑재면(35a)의 경사를 보정하여 탑재면(35a)을 수평으로 할 수가 있다.
스테이지(30)에 의해 탑재면(35a)이 수평으로 유지됨으로써 각 프로브(16)의 하중 불균일이 억제되어, 각 프로브(16)의 접촉 저항을 안정화시킬 수 있다. 그리하여, 스테이지 제어부(70)는, 웨이퍼(W)의 전기적 검사를 시작하기 위해, 베이스 테이블(35)의 틸트 보정이 완료됐다는 정보를 검사 장치(1)의 컨트롤러(90) 등에 송신한다(단계 S6). 이 정보에 따라, 컨트롤러(90)는 스테이지(30)로 반송된 웨이퍼(W)의 검사를 시작한다. 한편, 컨트롤러(90)는 검사측 카메라(29)의 화상 정보를 수신하여 탑재면(35a)이 수평이 된 것을 인식하고서 검사를 시작할 수도 있다. 이로써, 검사 장치(1)는 웨이퍼(W)를 높은 정확도로 검사할 수 있으며, 웨이퍼(W) 검사에 있어 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 4개의 승강부(45)를 갖는 Z축 이동 기구(40)는 베이스 테이블(35)의 틸트를 조정하는 것에 한정되지 않고, 검사시에 다양한 제어를 행할 수 있다. 이하에서는, 도 10a 및 도 10b을 참조하여, Z축 이동 기구(40)의 다른 제어에 대해 설명한다. 도 10a는 스테이지(30)에 의한 탑재면 보정을 나타내는 개략 설명도이며, 도 10b는 스테이지(30)에 의한 평행 보정을 나타내는 개략 설명도이다.
도 10a에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 베이스 테이블(35)은 온도의 영향을 받기 때문에 탑재면(35a)이 오목하게 또는 볼록하게 휘어서 변형하는 경우가 있는 바, 이에 의해 탑재면(35a)의 평면도는 저하된다. 이에, 스테이지(30)는 Z축 이동 기구(40)를 이용하여 탑재면 보정을 실시할 수 있다. 탑재면 보정에서는, 스테이지 제어부(70)는 검사측 카메라(29)에 의해 촬상된 탑재면(35a)의 화상 정보에 기초하여 탑재면(35a)의 변형을 검출함으로써, 탑재면(35a)의 변형에 따라 4개 승강부(45)의 승강을 독립적으로 조정한다. 그러므로, 탑재면(35a)이 변형된 경우에도 복수 개의 프로브(16)가 접촉하는 곳의 탑재면(35a)을 수평으로 할 수 있어서, 각 프로브(16)의 접촉 저항을 안정화시킬 수 있다.
또한, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 프로브 카드(15)측이 경사진 경우에, 스테이지(30)는 프로브 카드(15)의 경사에 맞추도록 베이스 테이블(35)의 탑재면(35a)을 경사시키는 평행 보정을 행할 수 있다. 예를 들어, 평행 보정에서는, 스테이지(30)가 스테이지측 카메라(19)에 의해 촬상된 프로브 카드(15)의 화상 정보에 기초하여 프로브 카드(15)의 경사 상태(경사 방향, 틸트량)를 산출하여 이 경사 상태에 따라 4개의 승강부(45)의 승강을 독립적으로 조정한다. 그러므로, 프로브 카드(15)가 경사진 경우에도 복수 개의 프로브(16)에 대해 탑재면(35a)을 평행하게 대향시킬 수 있어서, 각 프로브(16)의 접촉 저항을 안정시킬 수 있다,
또한, 스테이지(30)는 전술한 실시형태에 한정되지 않고 다양한 변형예를 채용할 수 있다. 도 11a 및 도 11b는 변형예에 대한 Z축 이동 기구(40A,40B)를 나타내는 개략 설명도인데, 이 중에서 도 11a는 사각 형상의 지지 프레임(41A)을 갖는 Z축 이동 기구(40A)를 나타내고, 도 11b는 십자 형상의 지지 프레임(41B)을 갖는 Z축 이동 기구(40B)를 나타낸다.
도 11a에 나타내는 바와 같이, Z축 이동 기구(40A)는 평면시로 보았을 때에 직사각 형상(사각 환형)의 지지 프레임(41A)을 가지며, 지지 프레임(41A)의 내측 벽면(43c,43d)에 4개의 승강부(45)의 가이드부(48)를 고정시킨 구성일 수도 있다. 예를 들어, 가이드부(48)는 지지 프레임(41)의 한 쌍의 단변에 각각 2개씩 구비되며, 안쪽에 배치된 Z축 가동체(46)의 변위를 가이드한다. 이 경우에도, 지지 프레임(41)은 각 승강부(45)를 안정되게 승강시킴으로써 베이스 테이블(35)의 틸트를 보정할 수 있다.
그리고, 도 11b에 나타내는 바와 같이, Z축 이동 기구(40B)는 평면시로 보았을 때에 십자 형상의 지지 프레임(41B)을 가지며, 지지 프레임(41)의 벽면(43e,43f,43g,43h)에 4개의 승강부(45)의 가이드부(48)를 고정시킨 구성일 수도 있다. 이 경우에도, 지지 프레임(41)은 가이드부(48)를 강고하게 고정시킬 수 있으며 각 승강부(45)를 안정되게 승강시킬 수 있다. 한편, 도 11b에 예시하는 바와 같이, 각 승강부(45)의 가이드부(48)는 서로 다른 벽면(43e,43f,43g,43h)에 복수 개의 레일(49)을 구비할 수 있다(이 구성은 다른 Z축 이동 기구(40,40A)에도 적용 가능하다).
또한, 도 12a 및 도 12b는 변형예에 따른 승강부(45A,45B)를 나타내는 개략 설명도로서, 그 중에서 도 12a는 구동 모터(47)에 적용한 자기(磁氣) 기어 모터(58A)를 나타내고, 도 12b는 구동 모터(47)와 Z축 가동체(46) 사이에 적용한 자기(磁氣) 감속 기구(58B)를 나타낸다. 도 12a 및 도 12b에 나타내는 것과 같이, 스테이지(30)는 4개의 구동 모터(47) 자체에 또는 4개의 Z축 구동체(46)와 4개의 구동 모터(47) 사이에 자기에 의해 구동 모터(47)의 회전 운동을 감속시키는 자기 감속부(58)를 구비할 수도 있다.
예를 들어, 자기 감속부(58)로는, 도 12a에 나타내는 것과 같이, 구동 모터(47)로서 자기 감속 기능을 구비한 자기 기어 모터(58A)를 적용한 구성을 들 수 있다. 일 예로서, 자기 기어 모터(58A)는 스테이터(581)와, 스테이터(581)와 동축인 고속 로터(582) 및 저속 로터(583)를 구비한다. 스테이터(581)는 자기 기어 모터(58A)의 외주부 쪽에 위치하고 복수 개의 코일이 둘레 방향을 따라 환형으로 배치되어 있는 바, Z축용 컨트롤러(71)의 제어 하에 모터 드라이버부(80)로부터 각 코일에 대해 3상 교류 전력이 공급된다. 고속 로터(582)는 자기 기어 모터(58A)의 중심쪽에 구비되며, 고속 로터(582)의 외주면에는 복수 개의 자극(N극, S극)이 둘레 방향을 따라 환형으로 배치되어 있다. 저속 로터(583)는 스테이터(581)와 고속 로터(582) 사이에 배치된 환형 부재이며, 복수 개의 자극편(pole piece)이 둘레 방향을 따라 환형으로 배치되어 있다. 그리고, 저속 로터(583)에는, 저속 로터(583)의 회전을 Z축 가동체(46)의 직선 운동으로 변환하는 동력 변환부(51, 도3 참조)가 연결되어 있다.
이상과 같이 구성된 자기 기어 모터(58A)는, 모터 드라이버부(80, 도2 참조)로부터의 3상 교류 전력에 의해, 안쪽의 고속 로터(582)를 회전시킨다. 그리하여, 고속 로터(582)의 회전에 따라 고속 로터(582)의 외측에 배치된 저속 로터(583)는 저속, 고토크로 회전한다. 자기 기어 모터(58A)의 감속비는 고속 로터(582)의 자극 갯수와 저속 로터(583)의 자극편 갯수의 비율에 의해 설정할 수 있다. 승강부(45A)는, 이와 같이 자기 기어 모터(58A)를 적용함으로써, Z축 가동체(46)를 승강시킬 때의 소비 전력을 대폭 저감할 수 있다. 그리고 자기 기어 모터(58A)는 소형화를 도모하면서 토크를 증대시킬 수 있다는 점에서 풋프린트(footprint)를 가급적 작게 할 수 있다. 또한, 자기 기어 모터(58A)는 고속 로터(582) 및 저속 로터(583)를 상호 비접촉으로 하여 토크를 전달할 수 있으므로, 이는 진동 저감으로 연결되어 스테이지(30)를 가동함에 있어 웨이퍼(W)의 컨택트 성능을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 테스트시의 수율 향상을 기대할 수 있다.
또는, 자기 감속부(58)는, 도 12b에 나타내는 바와 같이, 각 구동 모터(47)와 각 Z축 가동체(46)(동력 변환부(51))의 사이에 자기 감속 기구(58B)를 각각 구비한 구성일 수도 있다. 자기 감속 기구(58B)는, 예를 들어, 복수 개의 자극편을 환형으로 배치한 스테이터(586)와, 스테이터(586)의 내측에서 복수 개의 자극을 환형으로 배치한 고속 로터(587)와, 스테이터(586)의 외측에서 복수 개의 자극을 환형으로 배치한 저속 로터(588)를 구비한다. 이 경우, 스테이터(586)는 고정되어 있는 한편, 구동 모터(47)의 축부(470)에 고속 로터(587)가 연결되어 있다. 고속 로터(587)는 구동 모터(47)의 회전에 추종하여 회전한다. 저속 모터(588)는, 고속 모터(587)의 자극 회전이 스테이터(586)의 복수 개의 자극편을 통해 전달되므로, 고속 로터(587)의 회전에 대해 감속된 상태에서 회전하게 된다. 따라서, 자기 감속 기구(58B)를 갖는 승강부(45B) 역시 자기 기어 모터(58A)와 마찬가지로 소비 전력의 저감, 소형화, 경량화, 진동 저감 등의 효과를 얻을 수 있다.
이상의 실시형태에서 설명한 본 개시 내용의 기술적 사상 및 효과에 대해서는 이하에 기재한다.
본 개시 내용의 제1 양태는 스테이지(30)로서, 반송 대상체(웨이퍼(W))를 탑재하는 하나의 베이스 테이블(35)과, 베이스 테이블(35)을 승강 가능하도록 지지하는 4개의 가동체(Z축 가동체(46))와, 4개의 가동체 각각에 대응하도록 구비되며 당해 4개의 가동체를 개별적으로 승강시키는 4개의 구동 모터(47)와, 4개의 가동체 각각의 승강을 안내하는 4개의 가이드부(48)와, 베이스 테이블(35)의 승강 방향에 직교하는 방향을 따라 일련으로 연속되고 또한 승강 방향에 평행한 벽면(43a~43h)을 가지며 당해 벽면(43a~43h)에 4개의 가이드부(48)가 전부 고정되는 하나의 지지 프레임(41,41A,41B)을 구비한다.
전술한 바에 의하면, 스테이지(30)는 4개의 가동체(Z축 가동체(46))를 개별적으로 승강시킴으로써 베이스 테이블(35)의 자세를 적절하게 조정할 수 있다. 특히, 스테이지(30)는 승강 방향에 직교하는 평면 방향으로 일련으로 연속되는 지지 프레임(41,41A,41B)에 의해 4개의 가이드부(48)를 고정함으로써, 각 가동체를 원활하게 승강시킬 수 있고 베이스 테이블(35)에 작용하는 하중의 균등화를 촉진할 수 있다. 또한, 4개의 가동체, 4개의 구동 모터(47), 4개의 가이드부(48)는 스테이지(30)의 평면 크기를 가급적 작게 할 수 있다
또한, 베이스 테이블(35)의 승강시에 4개의 구동 모터(47) 별로 목표 위치를 설정하고 목표 위치에 기초하여 4개의 구동 모터(47)의 동작을 제어하는 제어부(스테이지 제어부(70))와, 4개의 구동 모터(47)의 각각에 구비되며 당해 구동 모터(47)의 토크를 검출하는 4개의 토크 센서(55)를 구비하며, 제어부는 4개의 토크 센서(55) 각각으로부터 피드백된 토크에 기초하여 4개의 구동 모터(47) 별로 목표 위치를 보정한다. 이로써, 스테이지(30)는 베이스 테이블(35)에 작용하는 하중에 기초하여 4개의 가동체를 높은 정확도로 승강시킬 수 있다.
또한, 제어부(스테이지 제어부(70))는 4개의 토크 센서(55)의 토크에 기초하여 베이스 테이블(35)의 틸트 상태를 확인하고, 베이스 테이블(35)의 틸트 상태에 따라 4개의 구동 모터(47) 별로 목표 위치를 보정하는 보정값을 산출한다. 이로써 스테이지(30)는 4개의 구동 모터(47)를 한층 더 높은 정확도로 제어하는 것이 가능한 바, 예를 들어, 베이스 테이블(35)이 수평으로부터 기울어진 경우에도 베이스 테이블(35)을 신속하게 수평으로 돌아오게 할 수 있다.
또한, 지지 프레임(41)은, 승강 방향에 직교하는 방향으로 한 쌍의 측벽(42)과, 한 쌍의 측벽(42) 사이를 연결하는 연결벽(43)을 포함함으로써, 평면시로 보았을 때에 H자 형상으로 형성되며, 4개의 가동체(Z축 가동체(46)), 4개의 구동 모터(47), 4개의 가이드부(48)는 한 쌍의 측벽(42) 사이에 배치되어 있다. 이로써, 스테이지(30)는 지지 프레임(41)에 의해 4개의 가이드부(48)를 안정적으로 지지함으로써 가동체의 승강을 원활하게 행할 수 있다.
또한, 지지 프레임(41)은 연결벽(43)의 한쪽 벽면(43a)에 4개의 가이드부(48) 중 2개를 고정시키고 있으며, 연결벽(43)의 다른쪽 벽면(43b)에는 4개의 가이드부(48) 중 다른 2개를 고정하고 있다. 이로써, 스테이지(30)는 2개의 가동체(Z축 가동체(46))가 연결벽(43)의 연장 방향을 따라 배열되도록 구비되어서 평면 크기를 보다 작게 할 수 있다.
또한, 4개의 가동체(Z축 가동체(46)) 각각은, 4개의 구동 모터(47)의 각각에 접속되는 가로 연장부(460)와, 가로 연장부(460)의 연장 방향에 직교하도록 연장되며 4개의 가이드부(48) 각각에 의해 안내되는 세로 연장부(461)를 포함한다. 이로써, 4개의 가동체는 가이드부(48)와의 접촉 구간이 길어지는 바, 가이드부(48)를 따라 한층 더 안정적으로 승강할 수 있다.
또한, 지지 프레임(41,41A,41B) 및 4개의 가이드부(48)는 승강 방향을 따라 4개의 구동 모터(47)의 설치 위치보다 길게 연장되어 있다. 이로써, 스테이지(30)는 가동체(Z축 가동체(46))의 승강 거리(또는 안내 거리)를 확보할 수 있으며, 또한 가동체를 안정적으로 승강시킬 수 있게 된다.
또한, 4개의 구동 모터(47)는 다이렉트 드라이브(direct drive) 모터이다. 이로써, 스테이지(30)는 구동 모터(47)의 높이를 작게 할 수 있고 베이스 테이블(35)의 승강 방향에 있어서도 컴팩트화를 촉진할 수 있다.
또한, 4개의 구동 모터(47) 자체에 또는 4개의 가동체(Z축 가동체(46))와 4개의 구동 모터(47) 사이에, 자기에 의해 구동 모터(47)의 회전 운동을 감속시키는 자기 감속부(58)를 구비한다. 이로써, 스테이지(30)는 소비 전력의 저감, 소형화, 경량화, 진동 저감 등의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 자기 감속부(58)는 스테이터(581), 당해 스테이터(581)와 동축인 고속 로터(582) 및 저속 로터(583)를 구비하며, 구동 모터(47) 자체를 구성하는 자기 기어 모터(58A)이다. 이와 같이, 자기 기어 모터(58A)를 채용함으로써 스테이지(30)는 구동 모터(47) 자체의 소형화를 촉진할 수 있으므로, 스테이터(30)의 전체(예를 들어 Z축 방향 높이 등)의 소형화를 한층 더 촉진하는 것이 가능해진다.
또한, 자기 감속부(58)는 4개의 가동체(Z축 가동체(46))와 4개의 구동 모터(47) 사이에 스테이터(586), 당해 스테이터(586)와 동축인 고속 로터(587) 및 저속 로터(588)를 갖는 자기 감속 기구(58B)를 각각 구비한다. 이와 같이 자기 감속 기구(58B)를 구비한 경우에도, 스테이지(30)는 구동 모터(47)의 회전을 원활하게 감속하여 Z축 가동체(46)를 승강시킬 수 있다. 그리하여, 소형의 구동 모터(47)를 채택할 수 있는 바, 결과적으로 스테이지(30) 전체로서 소형화를 촉진할 수 있다.
또한, 본 개시 내용의 제2 양태는, 기판(웨이퍼 W)을 탑재하여 반송하는 스테이지(30)를 구비하며 반송된 기판에 프로브(16)를 가압하여 당해 기판의 전기적 특성을 검사하는 검사 장치(1)로서, 스테이터(30)는, 하나의 베이스 테이블(35)과, 베이스 테이블(35)을 승강 가능하도록 지지하는 4개의 가동체(Z축 가동체(46))와, 4개의 가동체 각각에 대응하도록 구비되며 당해 4개의 가동체를 개별적으로 승강시키는 4개의 구동 모터(47)와, 4개의 가동체 각각의 승강을 안내하는 4개의 가이드부(48)와, 베이스 테이블(35)의 승강 방향에 직교하는 방향을 따라 일련으로 연속되고 또한 승강 방향에 평행한 벽면(43a~43h)을 구비하며 당해 벽면(43a~43h)에 4개의 가이드부(48) 전부가 고정되는 하나의 지지 프레임(41,41A,41B)을 포함한다.
또한, 본 개시 내용의 제3 양태는 스테이지(30)의 동작 방법으로서, 하나의 베이스 테이블(35)을 반송하는 공정과, 4개의 구동 모터(47)를 개별적으로 구동하여 당해 4개의 구동 모터(47) 각각에 구비된 4개의 가동체(Z축 가동체(46))에 의해 베이스 테이블(35)을 승강시키는 공정을 포함하며, 베이스 테이블(35)을 승강시키는 공정에서는, 베이스 테이블(35)의 승강 방향에 직교하는 방향을 따라 일련으로 연속되는 하나의 지지 프레임(41,41A,41B)에 있어 승강 방향에 평행한 벽면(43a~43h)에 고정된 4개의 가이드부(48) 각각에 의해 4개의 가동체 각각의 승강이 안내된다.
제2 및 제3 양태에서도 베이스 테이블(35)의 자세를 적절하게 조정함으로써 베이스 테이블(35)에 걸리는 하중의 균등화를 촉진할 수 있다.
이번에 개시된 실시형태에 따른 스테이지(30), 검사 장치(1), 스테이지(30) 동작 방법은 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니다. 실시형태는 청구범위 및 그 주된 취지를 일탈하지 않으면서 여러 형태로 변형 및 개량 가능하다. 상기 복수 개의 실시형태에 기재된 사항은 모순되지 않는 범위에서 다른 구성을 취할 수도 있으며, 또한 모순되지 않는 범위에서 서로 조합될 수도 있다.
본원은 일본 특허청에 2021년 9월 30일에 출원된 특허출원 2021-162243호 및 2022년 7월 11일에 출원된 특허출원 2022-111352호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 참조로써 여기에 원용한다.

Claims (13)

  1. 스테이지로서,
    하나의 베이스 테이블과,
    상기 베이스 테이블을 승강 가능하도록 지지하는 4개의 가동체와,
    상기 4개의 가동체 각각에 대응하도록 구비되며, 당해 4개의 가동체를 개별적으로 승강시키는 4개의 구동 모터와,
    상기 4개의 가동체 각각의 승강을 안내하는 4개의 가이드부와,
    상기 베이스 테이블의 승강 방향에 직교하는 방향을 따라 일련으로 연속되고 또한 상기 승강 방향에 평행한 벽면을 가지며, 당해 벽면에 상기 4개의 가이드부 전부가 고정되는 하나의 지지 프레임을 포함하는 스테이지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 테이블의 승강시에 상기 4개의 구동 모터별로 목표 위치를 설정하고 상기 목표 위치에 기초하여 상기 4개의 구동 모터의 동작을 제어하는 제어부와,
    상기 4개의 구동 모터의 각각에 구비되어 당해 구동 모터의 토크를 검출하는 4개의 토크 센서를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 4개의 토크 센서 각각으로부터 피드백된 상기 토크에 기초하여 상기 4개의 구동 모터별로 상기 목표 위치를 보정하는 것인 스테이지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 4개의 토크 센서의 토크에 기초하여 상기 베이스 테이블의 틸트 상태를 인식하고 상기 베이스 테이블의 틸트 상태에 따라 상기 4개의 구동 모터 별로 상기 목표 위치를 보정하는 보정값을 산출하는 것인 스테이지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 프레임은 상기 승강 방향에 직교하는 방향으로 한 쌍의 측벽과, 상기 한 쌍의 측벽 사이를 연결하는 연결벽을 구비함으로써 평면시로 보았을 때에 H자 형상으로 형성되며,
    상기 4개의 가동체, 상기 4개의 구동 모터 및 상기 4개의 가이드부는 상기 한 쌍의 측벽 사이에 배치되는 것인 스테이지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지 프레임은 상기 연결벽의 한쪽의 상기 벽면에 상기 4개의 가이드부 중 2개가 고정되며, 상기 연결벽의 다른쪽의 상기 벽면에 상기 4개의 가이드부 중 다른 2개가 고정되는 것인 스테이지.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 4개의 가동체는, 상기 4개의 구동 모터 각각에 접속되는 가로 연장부와, 상기 가로 연장부의 연장 방향에 직교하도록 연장되며 상기 4개의 가이드부 각각에 의해 안내되는 세로 연장부를 포함하는 것인 스테이지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지지 프레임 및 상기 4개의 가이드부는 상기 승강 방향을 따라 상기 4개의 구동 모터의 설치 위치보다 길게 연장되는 것인 스테이지.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 4개의 구동 모터는 다이렉트 드라이브 모터인 스테이지.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 4개의 구동 모터 자체에 또는 상기 4개의 가동체와 상기 4개의 구동 모터 사이에, 자기에 의해 상기 구동 모터의 회전 운동을 감속시키는 자기 감속부가 구비되어 있는 스테이지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자기 감속부는, 스테이터와, 당해 스테이터와 동축을 이루는 고속 로터 및 저속 로터를 구비하며, 상기 구동 모터 자체를 구성하는 자기 기어 모터인 스테이지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 자기 감속부는, 상기 4개의 가동체와 상기 4개의 구동 모터 사이에 스테이터, 당해 스테이터와 동축을 이루는 고속 로터 및 저속 로터를 구비하는 자기 감속 기구를 각각 포함하는 것인 스테이지.
  12. 기판을 탑재하여 반송하는 스테이지를 구비하며, 반송된 상기 기판에 프로브를 접촉시켜 당해 기판의 전기적 특성을 검사하는 검사 장치로서,
    상기 스테이지는,
    하나의 베이스 테이블과,
    상기 베이스 테이블을 승강 가능하도록 지지하는 4개의 가동체와,
    상기 4개의 가동체 각각에 대응하도록 구비되며, 당해 4개의 가동체를 개별적으로 승강시키는 4개의 구동 모터와,
    상기 4개의 가동체 각각의 승강을 안내하는 4개의 가이드부와,
    상기 베이스 테이블의 승강 방향에 직교하는 방향을 따라 일련으로 연속되고 또한 상기 승강 방향에 평행한 벽면을 가지며, 당해 벽면에 상기 4개의 가이드부 전부가 고정되는 하나의 지지 프레임을 포함하는 것인 검사 장치.
  13. 스테이지 동작 방법으로서,
    하나의 베이스 테이블을 반송하는 공정과,
    4개의 구동 모터를 개별적으로 구동하여 당해 4개의 구동 모터 각각에 구비된 4개의 가동체에 의해 상기 베이스 테이블을 승강시키는 공정을 포함하며,
    상기 베이스 테이블을 승강시키는 공정에서는, 상기 베이스 테이블의 승강 방향에 직교하는 방향을 따라 일련으로 연속되는 하나의 지지 프레임에 있어 상기 승강 방향에 평행한 벽면에 고정된 4개의 가이드부 각각에 의해 상기 4개의 가동부 각각의 승강을 안내하는 것인 스테이지 동작 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000260852A (ja) 1999-03-11 2000-09-22 Tokyo Electron Ltd 検査ステージ及び検査装置

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JP2000260852A (ja) 1999-03-11 2000-09-22 Tokyo Electron Ltd 検査ステージ及び検査装置

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