JP2000260852A - 検査ステージ及び検査装置 - Google Patents

検査ステージ及び検査装置

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JP2000260852A
JP2000260852A JP11064997A JP6499799A JP2000260852A JP 2000260852 A JP2000260852 A JP 2000260852A JP 11064997 A JP11064997 A JP 11064997A JP 6499799 A JP6499799 A JP 6499799A JP 2000260852 A JP2000260852 A JP 2000260852A
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Kiyoshi Takekoshi
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 最近ではＩＣチップの集積度が急速に高まっ
てプローブによる針荷重が数１０ｋｇ〜１００ｋｇ近く
まで増加しているため、図５に示すようにウエハの周縁
部を検査する場合にはその針荷重によりＺ軸昇降機構４
を中心にして同図に破線で示すように傾き、検査の信頼
性を低下させ、また、Ｚ軸２の沈み込みでＺ軸ガイド３
を損傷させる。 【解決手段】 本発明の検査ステージ１４は、ウエハＷ
を載置するチャックトップ２１と、このチャックトップ
２１が配設された昇降可能なＺベース２０と、このＺベ
ース２０を昇降可能に支持し且つＸ方向に移動するＸス
テージ１９と、このＸステージ１９をＸ方向に移動可能
に支持し且つＹ方向に移動するＹステージ１７とを備
え、Ｚベース２０に３つのＺ軸昇降駆動機構２５を設
け、各Ｚ軸昇降駆動機構２５を介してＺベース２０を昇
降可能に支持したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、検査ステージ及び
検査装置に関し、更に詳しくは検査時に偏荷重を受けて
も殆ど傾斜する虞がなく信頼性の高い検査を行うことが
できる検査ステージ及び検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から被検査体（例えば、ウエハ）の
検査装置としてプローブ装置が広く用いられている。プ
ローブ装置は、ウエハを搬送すると共にウエハをプリア
ライメントするローダ室と、このローダ室からウエハを
受け取ってその電気的特性検査を行うプローバ室とを備
えている。プローバ室にはウエハを載置し、Ｘ、Ｙ及び
Ｚ方向に移動する検査ステージが配設されていると共
に、検査ステージの上方にはプローブカードが配設され
ている。そして、検査ステージを介してウエハをプロー
ブカードに対して位置合わせをした後、両者を電気的に
接触させ、プローブカードを介してウエハの電気的特性
検査を行っている。
【０００３】ところで、従来の検査ステージは、例えば
図５に示すように、ウエハを載置する載置台（チャック
トップ）１と、チャックトップ１の裏面中心から垂下す
るボールネジ等からなるＺ軸２と、Ｚ軸２を昇降案内す
るＺ軸ガイド３と、Ｚ軸ガイド３に従ってチャックトッ
プ１を昇降駆動する昇降駆動機構４とを有し、チャック
トップ１をＺ方向に上昇させてウエハ（図示せず）とプ
ローブカード（図示せず）とを接触させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近で
はＩＣチップの集積度が急速に高まって電極パッド数が
激増すると共に電極パッドの配列が益々狭ピッチ化して
いる。これに伴ってプローブカードが多ピン化すると共
に同測数が増加して多マルチ化し、プローブによる針荷
重が数１０ｋｇ〜１００ｋｇ近くまで増加しているた
め、図５に示すようにウエハの周縁部を検査する場合に
は数１０ｋｇ〜１００ｋｇに達する偏荷重Ｗが掛かる
と、Ｚ軸ガイド３の剛性不足等によりチャックトップ１
がＺ軸２を介してＺ軸昇降機構４を中心にして同図に破
線で示すように傾き、ウエハとプローブカードが均一に
接触せずウエハと接触しないプローブができ、検査の信
頼性を低下させるという課題があった。また、検査時の
荷重によりＺ軸２が傾いたままＺ軸ガイド３内において
沈み込みＺ軸ガイド３を損傷させる虞があった。また、
チャックトップの傾き対策としてＺ軸ガイド３を長くし
たり、ボールの条数を増やしたりする対策も考えられる
が、このような対策を採ったとしてもガイド軸３の剛性
不足解決策としては不十分である。
【０００５】また、図６に示すようにＺ軸２Ａの直径を
大きくし、あるいは図７に示すようにＺ軸２Ｂの本数を
増やしたりしてＺ軸２Ａの剛性を高めたり、剛性を分散
したりしても、チャックトップ１には昇降機構４を中心
にした偏荷重が掛かり、チャックトップ１の傾きを軽減
する対策としてはいずれの場合の不十分であり、むしろ
検査ステージの大型化、ひいては検査装置の大型化を招
くことになる。
【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、プローブカードが多ピン化、多マルチ化し
てもチャックトップ（載置台）の傾きを格段に軽減する
ことができ、検査の信頼性を確保することができる検査
ステージ及び検査装置を提供することを目的としてい
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の検査ステージは、被検査体を載置する載置台と、この
載置台が配設された昇降可能な支持体と、この支持体を
昇降可能に支持し且つＸ方向に移動するＸステージと、
このＸステージをＸ方向に移動可能に支持し且つＹ方向
に移動するＹステージとを備え、上記支持体に複数の昇
降駆動機構を設け、各昇降駆動機構を介して上記支持体
を昇降可能に支持したことを特徴とするものである。
【０００８】また、本発明の請求項２に記載の検査ステ
ージは、請求項１に記載の発明において、上記支持体の
昇降位置を制御する手段を上記昇降駆動機構に対応させ
て設けたことを特徴とするものである。
【０００９】また、本発明の請求項３に記載の検査ステ
ージは、請求項１または請求項２に記載の発明におい
て、上記支持体の傾きを検出する手段を設けたことを特
徴とするものである。
【００１０】また、本発明の請求項４に記載の検査装置
は、複数の被検査体を収納し、被検査体を一枚ずつ搬送
するローダ室と、このローダ室から受け取った上記被検
査体を載置しＸ、Ｙ及びＺ方向に移動させる検査ステー
ジを有するプローバ室とを備え、上記検査ステージは、
被検査体を載置する載置台と、この載置台が配設された
昇降可能な支持体と、この支持体を昇降可能に支持し且
つＸ方向に移動するＸステージと、このＸステージをＸ
方向に移動可能に支持し且つＹ方向に移動するＹステー
ジとを備え、上記支持体に複数の昇降駆動機構を設け、
各昇降駆動機構を介して上記支持体を昇降可能に支持し
たことを特徴とするものである。
【００１１】また、本発明の請求項５に記載の検査装置
は、請求項４に記載の発明において、上記支持体の昇降
位置を制御する手段を上記昇降駆動機構に対応させて設
けたことを特徴とするものである。
【００１２】また、本発明の請求項６に記載の検査装置
は、請求項４または請求項５に記載の発明において、上
記支持体の傾きを検出する手段を設けたことを特徴とす
るものである。
【００１３】以下、図１〜図４に示す実施形態に基づい
て本発明を説明する。まず、本実施形態の検査装置１０
は、例えば図１に示すように、ウエハＷを搬送すると共
にウエハＷのプリアライメントを行うローダ室１１と、
ローダ室１１に隣接しウエハＷの電気的特性検査を行う
プローバ室１２とを備えている。ローダ室１１は、所定
枚数（例えば２５枚）のウエハＷが収納されたキャリア
Ｃが格納されたキャリア格納部と、キャリアＣとプロー
バ室に１２間でウエハＷの搬送を行うピンセット１３
と、搬送の過程でウエハＷのプリアライメントを行うプ
リアライメント機構（図示せず）とを備えている。ま
た、プローバ室１２は、ウエハＷを載置しＸ、Ｙ及びＺ
方向へ移動させる本実施形態の検査ステージ１４と、検
査ステージ１４の上方に固定されたプローブカード（図
示せず）と、検査ステージ１４と協働してウエハＷとプ
ローブカードのアライメントを行うアライメント機構
（図示せず）とを備えている。
【００１４】本実施形態の検査ステージ１４は、図１、
図２に示すように、基台１５と、基台１５上に配設され
た一対のＹガイドレール１６と、これらのＹガイドレー
ル１６に従ってＹ方向に移動するＹステージ１７と、Ｙ
ステージ１７上に配設された一対のＸガイドレール１８
と、Ｘガイドレール１８に従ってＸ方向に移動するＸス
テージ１９と、Ｘステージ１９の上方に配置された略三
角形状を呈するＺベース２０と、Ｚベース２０の中央部
に配設されたチャックトップ２１と、Ｘ、Ｙステージ１
８、１７を移動させるＸ、Ｙ駆動機構２２と、Ｘ、Ｙス
テージ１８、１７の移動量を検出するエンコーダ２３
と、チャックトップ２１の側方でＺベース２０上に配設
され、チャックトップ２１をθ方向に正逆回転させるθ
駆動機構２４とを備え、制御装置の制御下でＸステージ
１９、Ｙステージ１７及びチャックトップ２１がアライ
メント機構と協働してウエハＷとプローブカードとのア
ライメントを行う。
【００１５】Ｚベース２０の各隅角部（チャックトップ
２１の外側）にはそれぞれＺ軸昇降駆動機構２５が設け
られ、各Ｚ軸昇降駆動機構２５を介してＺベース２０を
昇降可能に支持して水平を保持している。Ｚ軸昇降駆動
機構２５は、Ｚベース２０の該当する隅角部から垂下す
るボールネジからなるＺ軸２５Ａと、Ｚ軸２５Ａが螺合
する、Ｘテージ１９から垂下するナット部材からなるＺ
軸ガイド２５Ｂと、Ｚ軸ガイド２５Ｂ内においてＺ軸２
５Ａを正逆回転させてＺベース２０をＸステージ１９に
対して昇降させるモータ２５Ｃとを備えている。各Ｚ軸
昇降駆動機構２５はいずれもチャックトップ２１の外側
に配置され、チャックトップ２１からの荷重を３箇所に
分散して各Ｚ軸ガイド２５Ｂの剛性の軽減を図ってい
る。
【００１６】また、図２に示すように上記Ｚベース２０
の３箇所の隅角部には位置制御装置としてリニアセンサ
２６が取り付けられ、これらのリニアセンサ２６を介し
て３箇所のＺ軸昇降駆動機構２５においてＺベース２０
の昇降位置を正確に制御している。このリニアセンサ２
６について図３の模式図を参照しながら更に説明する。
リニアセンサ２６は、同図に示すように、Ｘステージ１
９上にＺ軸昇降駆動機構２５に隣接させて立設されたリ
ニアスケール部２６Ａと、リニアスケール部２６Ａの目
盛りを検出する、Ｚベース２０から垂下するリニアエン
コーダ部２６Ｂと、リニアエンコーダ部２６Ｂの検出値
と予め設定された目標位置（プローブカードの針先の高
さ＋Ｚベースのオーバードライブ量）とを比較し、その
差に基づいてＺ軸昇降駆動機構２５のモータ２５Ｃを制
御してＺベース２０を昇降制御する制御部（図示せず）
とを備えている。従って、オーバードライブ時の荷重に
よりＺ軸昇降駆動機構２５のＺ軸２５ＡがＺ軸ガイド２
５Ｂ内で沈み込んでも、その沈み込み量をリニアセンサ
２６が検出し、モータ２５Ｃが駆動して沈み込ん量だけ
Ｚベース２０を持ち上げて適正なオーバードライブ量を
確保し、ウエハと全てのプローブとの確実な電気的接触
を得るようにしている。
【００１７】また、位置制御装置としては上記リニアセ
ンサ２６に代えて各Ｚ軸昇降駆動機構にロータリエンコ
ーダを使用しても良い。ロータリエンコーダはＺ軸２５
Ａの移動量を検出することはできるが、Ｘステージ１９
に対するＺベース２０の高さを検出することができない
ため、Ｚ軸２５Ａに沈み込み等があるとＺベース２０の
本来の位置を把握することができない。そのため、例え
ば針研板（プローブカードのプローブを研磨する研磨
板）の設置される位置の最寄りのＺ軸昇降駆動機構２５
に変位計を設ける。この変位計を用いてＺ軸昇降駆動機
構２５における針荷重と変位量のデータを自動採取し、
このデータに基づいてチャックトップ２１の全領域の沈
み込み量を推定し、推定値に基づいて位置補正を行う。
この手法により数μｍ以下誤差でＺベース２０の位置を
把握することができる。
【００１８】更に、一箇所のＺ軸昇降駆動機構２５の近
傍には図２、図４に示すようにＺベース２０の傾きを検
出する傾き検出機構２７が配設され、この傾き検出機構
２７によってＺベース２０の傾き異常を検出し、Ｚ軸ガ
イド２５Ｂに対する過剰負荷を防止している。この傾き
検出機構２７は、Ｘステージ１９に設けられた発光素子
２７Ａと、発光素子２７Ａと対向するようにＺベース２
０に設けられたミラー２７Ｂと、ミラー２７Ｂと発光素
子２７Ａの間に４５°傾斜させて配置されたハーフミラ
ー２７Ｃと、ハーフミラー２７Ｃの側方に配置された受
光センサ２７Ｄと、受光センサ２７Ｄの直前に配置され
たアパーチャ２７Ｅとを備え、発光素子２７Ａからの発
光がハーフミラー２７Ｃを経由しミラー２７Ｂでの反射
光がハーフミラー２７Ｃに戻り進行方向が４５°変換さ
れてアパーチャ２７Ｅを通り受光センサ２７Ｄで検出さ
れるようになっている。この傾き検出機構２７は例えば
Ｚベース２０の０.５°の傾きまで検出することがで
き、それ以上の傾きがある場合には受光センサ２７Ｄに
よる受光がなく、傾き異常として報知する。
【００１９】次に、動作について説明する。まず、ロー
ダ室１１内でピンセット１３を介してキャリアＣから１
枚のウエハＷを取り出し、プリアライメント機構へ搬送
し、ここでオリエンテーションフラットを基準にウエハ
Ｗのプリアライメントを行う。引き続きピンセット１３
を介してウエハＷをプローバ室１２内のチャックトップ
２１上へ引き渡す。
【００２０】プローバ室１２内の検査ステージ１４で
は、アライメント機構に基づいてＸ、Ｙステージ１７、
１９がＸ、Ｙ方向へ移動すると共にチャックトップ２１
がθ方向へ移動し、ウエハＷとプローブカードのアライ
メント動作が実施される。アライメント終了後、ウエハ
Ｗのインデックス送りを繰り返してウエハＷの検査を実
施する。
【００２１】検査の際、３箇所のＺ軸昇降駆動機構２５
のモータ２５Ｃがそれぞれ駆動し、Ｚ軸２５ＡがＺ軸ガ
イド２５Ｂに従って上昇するとウエハＷとプローブカー
ドのプローブが接触する。更にモータ２５Ｃを介してＺ
軸２５Ａが上昇しウエハＷがオーバドライブするとウエ
ハＷに大きな針荷重が掛かる。
【００２２】ところが、本実施形態では、チャックトッ
プ２１の外側３箇所でＺベース２０を昇降可能に支持し
ているため、ウエハＷに対して針荷重が作用してもＺベ
ース２０（チャックトップ２１）の傾きを従来と比較し
て格段に軽減することができ、しかも針荷重は３箇所の
Ｚ軸昇降駆動機構２５に分散され、各Ｚ軸昇降駆動機構
２５の荷重負担が軽減され、ひいてはそれぞれのＺ軸２
５ＡからＺ軸ガイド２５Ｂへの荷重が軽減される。
【００２３】また、ウエハＷに偏荷重が作用し、最寄り
のＺ軸ガイド２５Ｂには他の部分より大きな偏荷重が作
用し、その部分のＺ軸２５Ａの沈み込み量が他の部分の
それよりも大きくなると、Ｚベース２０が傾きその水平
度が崩れる。
【００２４】ところが、本実施形態ではリニアセンサ２
６を介して３箇所のＺ軸昇降駆動機構２５の昇降位置を
監視しＺベース２０の位置を制御し、その水平度を保持
している。つまり、各Ｚ軸昇降駆動機構２５のＺ軸２５
Ａが目標高さ位置から沈み込んでもそれぞれの沈み込み
量をそれぞれのリニアセンサ２６で検出し、これらの検
出値に基づいて各モータ２５Ｃが自動的に駆動して各Ｚ
軸２５Ａを沈み込んだ量だけ持ち上げ、Ｚベース２０、
換言すればチャックトップ２１を本来の検査位置まで持
ち上げて本来必要なオーバドライブ量を確保し、ウエハ
Ｗとプローブカードのプローブとを確実に電気的に接触
させる。偏荷重により３箇所のＺ軸昇降駆動機構２５で
沈み込み量が異なっていても、各Ｚ軸昇降駆動機構２５
はそれぞれのリニアセンサ２６の働きで沈み込み量に応
じた位置制御が行われ、各部位でＺベース２０を本来の
検査位置まで持ち上げ、結果としてチャックトップ２１
の本来のオーバドライブ量を確保すると共にその水平度
に保ち、ウエハＷがプローブカードの全プローブと確実
に接触し、信頼性の高い検査を実施することができる。
【００２５】この際、何等かの原因で一箇所のＺ軸昇降
駆動機構２５のＺ軸２５Ａの沈み込み量が異常に大きく
なってＺベース２０が傾き、傾き角が０．５°を超える
ようなことがあると、傾き検出機構２７がその傾きを検
出し、傾き異常を報知する。これによりそのＺ軸昇降駆
動機構２５のＺ軸ガイド２５Ｂの損傷を防止することが
できる。
【００２６】以上説明したように本実施形態によれば、
Ｚベース２０に３つのＺ軸昇降駆動機構２５を設け、各
Ｚ軸昇降駆動機構２５を介してＺベース２０をチャック
トップ２１の外側から昇降可能に支持しているため、ウ
エハＷに対して偏荷重が作用してもチャックトップ２１
の傾きを格段に軽減することができ、しかも針荷重は３
箇所のＺ軸昇降駆動機構２５に分散され、各Ｚ軸昇降駆
動機構２５の荷重負担を軽減することができ、ひいては
それぞれのＺ軸２５ＡからＺ軸ガイド２５Ｂへの荷重を
軽減することができ、より剛性の低い構造で済ますこと
ができる。
【００２７】また、本実施形態によれば、Ｚベース２０
の昇降位置を制御するリニアセンサ２６をＺ軸昇降駆動
機構２５に対応させて設けたため、各Ｚ軸昇降駆動機構
２５の沈み込み量に応じた位置制御を行うことができ、
ウエハＷとプローブカードの安定した電気的接触を実現
し、信頼性の高い検査を行うことができる。
【００２８】また、本実施形態によれば、Ｚベース２０
の水平度を検出する傾き検出機構２７を設けたため、仮
に一箇所のＺ軸昇降駆動機構２５に他の部分よりも大き
な負荷が掛かりＺベース２０が傾くと、傾き検出機構２
７が働いてＺベース２０の傾き異常を報知し、そのＺ軸
昇降駆動機構２５の損傷を未然に防止することができ
る。
【００２９】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、必要に応じて各構成要素を適宜設計変
更することができる。そして、検査ステージはプローブ
装置の他、被検査体に荷重の掛かる検査に適用されるス
テージに広く適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】本発明の請求項１及び請求項４に記載の
発明によれば、プローブカードが多ピン化、多マルチ化
してもチャックトップ（載置台）の傾きを格段に軽減す
ることができ、検査の信頼性を確保することができる検
査ステージ及び検査装置を提供することができる。
【００３１】また、本発明の請求項２及び請求項５に記
載の発明によれば、請求項１及び請求項５の発明におい
て、支持体の昇降位置を制御する手段を昇降駆動機構に
対応させて設けたため、検査時の偏荷重によりＺ基板の
沈み込み量が不均一になっても沈み込み量に即してＺ基
板を位置制御して載置台を常に水平に保持することがで
きる検査ステージ及び検査装置を提供することができ
る。
【００３２】また、本発明の請求項３及び請求項６に記
載の発明によれば、請求項１または請求項２、及び請求
項４または請求項５の発明において、支持体の水平度を
検出する手段を設けたため、検査時の偏荷重によるＺ基
板の異常な傾きを検出することができ、ひいては昇降駆
動機構の損傷を防止することができる検査ステージ及び
検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検査ステージの一実施形態を適用した
検査装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示す検査ステージを拡大して示す斜視図
である。
【図３】図２に示す検査ステージのリニアセンサを示す
模式図である。
【図４】図２に示す検査ステージの傾き検出機構を示す
模式図である。
【図５】従来のプローブ装置の検査ステージの要部を示
す模式図である。
【図６】従来の他のプローブ装置の検査ステージを示す
図５相当図である。
【図７】従来の更に他のプローブ装置の検査ステージを
示す図５相当図である。
【符号の説明】
Ｗ ウエハ（被検査体） １０ 検査装置 １１ ローダ室 １２ プローバ室 １４ 検査ステージ １７ Ｙステージ １９ Ｘステージ ２０ Ｚベース（支持体） ２１ チャックトップ（載置台） ２５ Ｚ軸昇降駆動機構 ２６ リニアセンサ ２７ 傾き検出機構

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被検査体を載置する載置台と、この載置
    台が配設された昇降可能な支持体と、この支持体を昇降
    可能に支持し且つＸ方向に移動するＸステージと、この
    ＸステージをＸ方向に移動可能に支持し且つＹ方向に移
    動するＹステージとを備え、上記支持体に複数の昇降駆
    動機構を設け、各昇降駆動機構を介して上記支持体を昇
    降可能に支持したことを特徴とする検査ステージ。
  2. 【請求項２】 上記支持体の昇降位置を制御する手段を
    上記昇降駆動機構に対応させて設けたことを特徴とする
    請求項１に記載の検査ステージ。
  3. 【請求項３】 上記支持体の水平度を検出する手段を設
    けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
    検査ステージ。
  4. 【請求項４】 複数の被検査体を収納し、被検査体を一
    枚ずつ搬送するローダ室と、このローダ室から受け取っ
    た上記被検査体を載置しＸ、Ｙ及びＺ方向に移動させる
    検査ステージを有するプローバ室とを備え、上記検査ス
    テージは、被検査体を載置する載置台と、この載置台が
    配設された昇降可能な支持体と、この支持体を昇降可能
    に支持し且つＸ方向に移動するＸステージと、このＸス
    テージをＸ方向に移動可能に支持し且つＹ方向に移動す
    るＹステージとを備え、上記支持体に複数の昇降駆動機
    構を設け、各昇降駆動機構を介して上記支持体を昇降可
    能に支持したことを特徴とする検査装置。
  5. 【請求項５】 上記支持体の昇降位置を制御する手段を
    上記昇降駆動機構に対応させて設けたことを特徴とする
    請求項４に記載の検査装置。
  6. 【請求項６】 上記支持体の水平度を検出する手段を設
    けたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の
    検査装置。
JP11064997A 1999-03-11 1999-03-11 検査ステージ及び検査装置 Pending JP2000260852A (ja)

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