特許 6869123 プローブ装置及び針跡転写方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6869123

(24)【登録日】2021年4月15日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】プローブ装置及び針跡転写方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20210426BHJP

   G01R 31/28 20060101ALI20210426BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/66 B

   G01R31/28 K

【請求項の数】8

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-123644(P2017-123644)

(22)【出願日】2017年6月23日

(65)【公開番号】特開2019-9282(P2019-9282A)

(43)【公開日】2019年1月17日

【審査請求日】2020年1月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】太田 智浩

(72)【発明者】

【氏名】山県 一美

(72)【発明者】

【氏名】望月 三代

【審査官】 安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３２７８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０７９２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１０７５５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１３０８９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２１／６７−６８７

Ｇ０１Ｒ １／０２−１８

Ｇ０１Ｒ ３１／２６−３１９３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

載置台に載置される被検査体とプローブとを電気的に接触させて前記被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置であって、
前記プローブの針跡を転写する針跡転写部材を上面に有する支持台と、
前記載置台の側方から延伸して形成され、前記支持台を下方から固定支持する固定支持部と、
前記支持台の下方に配設され、前記支持台と接触可能に上下動し、前記支持台を可動支持する可動支持部と、
を有する、プローブ装置。

【請求項2】

前記可動支持部は、前記支持台の下面に接触可能な第１ロック機構と、前記第１ロック機構を上下動させるアクチュエータと、を有する、
請求項１に記載のプローブ装置。

【請求項3】

前記第１ロック機構は、エアロック式のロック機構である、
請求項２に記載のプローブ装置。

【請求項4】

前記載置台を第１の水平方向に移動させる第１ベース部と、
前記第１ベース部の上に設けられ、前記載置台を前記第１の水平方向と直交する第２の水平方向に移動させる第２ベース部と、
を有し、
前記アクチュエータの一端は、前記第２ベース部に固定されている、
請求項２又は３のいずれか一項に記載のプローブ装置。

【請求項5】

前記第２ベース部に対して前記載置台を昇降させる昇降機構を有し、
前記針跡転写部材に前記プローブの針跡を転写する際、前記昇降機構と前記アクチュエータとが同期して前記載置台及び前記可動支持部を上昇させる、
請求項４に記載のプローブ装置。

【請求項6】

載置台に載置される被検査体とプローブとを電気的に接触させて前記被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置において、前記プローブと前記被検査体の電極との位置合せのために、前記プローブの針跡を針跡転写部材に転写する針跡転写方法であって、
前記載置台の側方から延伸して形成された固定支持部に固定支持され、上面に前記針跡転写部材を有する支持台の下面に、前記支持台の下方から上下動する可動支持部を接触させる工程と、
前記載置台と前記可動支持部とを同期して上昇させることにより、前記プローブと前記針跡転写部材とを接触させる工程と、
を有する、針跡転写方法。

【請求項7】

前記支持台の下面に前記可動支持部を接触させる前に、前記プローブと前記針跡転写部材の上面との間隔が所定の間隔となるように前記載置台を上昇させる工程を有する、
請求項６に記載の針跡転写方法。

【請求項8】

前記支持台の下面に前記可動支持部を接触させた後に、前記載置台を固定した状態で前記可動支持部を所定距離だけ上昇させる工程を有する、
請求項６又は７に記載の針跡転写方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プローブ装置及び針跡転写方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、載置台に載置される被検査体とプローブとを電気的に接触させて被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置が知られており（例えば、特許文献１参照）、特許文献１のプローブ装置では、載置台に片持ち支持された支持台の上に取り付けられた針跡転写部材にプローブを接触させ、プローブの針先位置を針跡転写部材に転写させた後、転写したプローブの針跡の位置座標と、被検査体の基準電極パッドの位置座標をカメラで検出し、それらの位置座標に基づいて、プローブと被検査体の電極パッドとの位置合せを行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４１５６９６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記のプローブ装置では、プローブと針跡転写部材とを接触させた際に針跡転写部材に大きな荷重が加わるため、針跡転写部材を支持する支持台が下方に傾く場合がある。支持台が下方に傾くと、針跡転写部材に転写される針跡の形状にムラが生じたり、針跡の位置にズレが生じたりする等、プローブの針跡の転写精度が低下する。その結果、プローブと電極パッドとの位置合せ精度が低下する。

【0005】

そこで、上記課題に鑑み、本発明ではプローブの針跡の転写精度を向上させることを可能とするプローブ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るプローブ装置は、載置台に載置される被検査体とプローブとを電気的に接触させて前記被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置であって、前記プローブの針跡を転写する針跡転写部材を上面に有する支持台と、前記載置台の側方から延伸して形成され、前記支持台を下部から固定支持する固定支持部と、前記支持台の下方に配設され、前記支持台と接触可能に上下動し、前記支持台を可動支持する可動支持部と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

開示のプローブ装置によれば、プローブの針跡の転写精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係るプローブ装置の概略図

【図2】図１のプローブ装置の要部を示す概略断面図

【図3】本発明の実施形態に係る針跡転写方法の一例を説明するための図

【図4】図１のプローブ装置を用いたときの効果の説明図（１）

【図5】図１のプローブ装置を用いたときの効果の説明図（２）

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

【0010】

〔プローブ装置〕
本発明の実施形態に係るプローブ装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るプローブ装置の概略図である。図２は、図１のプローブ装置の要部を示す概略断面図である。

【0011】

図１に示されるように、プローブ装置１は、被検査体である半導体ウエハＷを搬送するローダ室１０と、ローダ室１０に隣接して配置され、半導体ウエハＷの電気的特性の検査を行うプローバ室２０と、を有する。プローブ装置１は、制御装置の制御下で、ローダ室１０からプローバ室２０へ半導体ウエハＷを搬送し、プローバ室２０において半導体ウエハＷの電気的特性を検査する。

【0012】

ローダ室１０には、カセット収納部１１、ウエハ搬送機構（図示せず）、及びプリアライメント機構（図示せず）が設けられている。ウエハ搬送機構は、カセット収納部１１のカセットＣ、プリアライメント機構、及びプローバ室２０の間で半導体ウエハＷを搬送する。プリアライメント機構は、半導体ウエハＷのオリフラ、ノッチ等を基準にして、半導体ウエハＷの位置合せ（プリアライメント）を行う。

【0013】

プローバ室２０には、図２に示されるように、載置台２１、昇降機構２２、ＸＹステージ２３、プローブカード２４、アライメント機構２５、固定支持部２６、支持台２７、及び可動支持部２８が設けられている。プローバ室２０では、制御装置３０の制御下でアライメント機構２５が駆動して、載置台２１上の半導体ウエハＷの電極パッドとプローブカード２４の複数のプローブ２４ａとの位置合せ（アライメント）が行われる。その後、複数のプローブ２４ａを対応する電極パッドに電気的に接触させて半導体ウエハＷの電気的特性の検査が行われる。

【0014】

載置台２１は、上面に半導体ウエハＷを載置する。載置台２１は、例えばバキュームチャックや静電チャックを含む。載置台２１は、ＸＹステージ２３の上に、昇降機構２２を介してＸＹステージ２３に対して昇降が可能に設けられている。

【0015】

昇降機構２２は、軸部２２ａと、ガイド部２２ｂと、を有する。駆動機構（図示せず）により軸部２２ａを回転させることで、載置台２１がガイド部２２ｂに沿ってＸＹステージ２３に対して昇降する。また、載置台２１内には回転駆動機構（図示せず）が配設されており、載置台２１を回転させることもできる。

【0016】

ＸＹステージ２３は、プローバ室２０の底部に取り付けられている。ＸＹステージ２３は、第１ベース部２３ａと、第２ベース部２３ｂと、を有する。第１ベース部２３ａは、プローバ室２０の底部に取り付けられており、載置台２１を第１の水平方向であるＹ方向に移動させる。第２ベース部２３ｂは、第１ベース部２３ａの上に設けられ、載置台２１をＹ方向と直交する第２の水平方向であるＸ方向に移動させる。この構成により、載置台２１を２軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動可能となっている。

【0017】

プローブカード２４は、載置台２１の上方に配置されている。プローブカード２４の載置台２１側には、複数のプローブ２４ａが形成されている。プローブカード２４は、ヘッドプレート２４ｂに着脱可能に取り付けられている。プローブカード２４には、テストヘッドＴを介してテスタ（図示せず）が接続されている。プローブ装置１では、テスタからの検査用信号をテストヘッドＴ及びプローブカード２４の複数のプローブ２４ａを介して半導体ウエハＷに印加することで、半導体ウエハＷの電気的特性の検査が行われる。

【0018】

アライメント機構２５は、第１撮像手段２５ａと、第２撮像手段２５ｂと、アライメントブリッジ２５ｃと、を有する。第１撮像手段２５ａは、アライメントブリッジ２５ｃの中央に下向きに取り付けられており、半導体ウエハＷ及び針跡転写部材２７ｄを撮像する。第２撮像手段２５ｂは、載置台２１の側方に上向きに取り付けられており、プローブカード２４のプローブ２４ａを下方から撮像する。第１撮像手段２５ａ及び第２撮像手段２５ｂは、例えばＣＣＤカメラである。アライメントブリッジ２５ｃは、第１撮像手段２５ａを支持した状態で水平方向（例えばＹ方向）に移動可能に構成されている。これにより、第１撮像手段２５ａは、制御装置３０の制御下でアライメントブリッジ２５ｃを介して待機位置とプローブカード２４の中心の真下（以下「プローブセンタ」という。）との間を移動し得る。プローブセンタに位置する第１撮像手段２５ａは、アライメントの際、載置台２１がＸＹ方向に移動する間に載置台２１上の半導体ウエハＷの電極パッドを上方から撮像し、画像処理して表示装置４０に撮像画像を表示する。第２撮像手段２５ｂは、アライメントの際、載置台２１がＸＹ方向へ移動する間にプローブカード２４の所定のプローブ２４ａを下方から撮像し、画像処理して表示装置４０に撮像画像を表示する。また、第１撮像手段２５ａは、後述する針跡転写部材２７ｄを撮像し、画像処理して表示装置４０に撮像画像を表示する。

【0019】

固定支持部２６は、載置台２１の側方から外側に向かって延伸し、固定支持部２６の先端には支持台２７が取り付けられている。固定支持部２６は、載置台２１と別体で構成されていてもよく、載置台２１と一体的に構成されていてもよい。

【0020】

支持台２７は、固定支持部２６の先端に取り付けられて固定支持されている。言い換えると、支持台２７は、固定支持部２６により下方から片持ち支持されている。これにより、支持台２７は、載置台２１と共に上下方向（Ｚ方向）、水平方向（ＸＹ方向）、及び回転方向に移動可能となっている。支持台２７は、固定部２７ａと、可動部２７ｂと、昇降機構２７ｃと、針跡転写部材２７ｄと、を有する。固定部２７ａは、下面の一部が固定支持部２６の先端に取り付けられている。可動部２７ｂは、固定部２７ａの上に、シリンダ等の昇降機構２７ｃを介して固定部２７ａに対して昇降可能に取り付けられている。針跡転写部材２７ｄは、可動部２７ｂの上面に取り付けられている。針跡転写部材２７ｄは、プローブ２４ａの針先を接触させることで、針跡が転写される部材である。針跡転写部材２７ｄの材料としては、プローブ２４ａの針跡が付く硬さを有し、且つ針跡が容易に消失しない材料により形成されていればよく、例えばポリイミド（ＰＩ）、ポリオレフィン（ＰＯ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の合成樹脂を用いることができる。

【0021】

係る構成により、可動部２７ｂが昇降することで、針跡転写部材２７ｄの上面が載置台２１の上面よりも低い位置から載置台２１上に載置される半導体ウエハＷの上面よりも高い位置まで昇降し得る。例えば、針跡転写部材２７ｄにプローブ２４ａの針跡を転写する場合、可動部２７ｂは、針跡転写部材２７ｄの上面が載置台２１上の半導体ウエハＷの上面と同じ高さ、又は載置台２１上の半導体ウエハＷの上面よりも僅かに上方の位置となるように上昇する。これにより、半導体ウエハＷの電極にプローブ２４ａを接触させるときの高さと略同じ高さで針跡転写部材２７ｄにプローブ２４ａの針跡を転写することができる。また、例えばＸＹステージ２３により載置台２１を水平方向に移動させる場合、可動部２７ｂは、針跡転写部材２７ｄの上面の高さが載置台２１の上面よりも低い位置となるように下降する。これにより、載置台２１が移動する際、針跡転写部材２７ｄがプローブ２４ａやアライメント機構２５等に接触することを防止できる。

【0022】

可動支持部２８は、支持台２７の下方に配設され、支持台２７と接触可能に上下動し、支持台２７を可動支持する。可動支持部２８は、アクチュエータ２８ａと、第３ベース部２８ｂと、第１ロック機構２８ｃと、第２ロック機構２８ｄと、第４ベース部２８ｅと、を有する。アクチュエータ２８ａは、例えば、ねじ軸２８１ａとナット２８２ａとの間でボールが転がり運動をすることによりナット２８２ａを昇降させるボールねじである。ねじ軸２８１ａの一端（下端）は、第３ベース部２８ｂの上面に固定されている。第３ベース部２８ｂは、第２ベース部２３ｂから外側に向かって延伸して形成されている。第３ベース部２８ｂは、第２ベース部２３ｂと別体で構成されていてもよく、第２ベース部２３ｂと一体的に構成されていてもよい。第１ロック機構２８ｃは、ナット２８２ａ上に設けられている。第１ロック機構２８ｃは、ナット２８２ａの昇降に伴って昇降し、支持台２７の固定部２７ａの下面と接触することで、支持台２７を下方から支持する。これにより、針跡転写部材２７ｄに複数のプローブ２４ａの針先を接触させることで針跡転写部材２７ｄに大きな荷重が加わった場合であっても、支持台２７が下方に傾くことを抑制できる。そのため、針跡転写部材２７ｄに対して垂直に複数のプローブ２４ａの針先が接触するので、針跡転写部材２７ｄに転写される針跡の形状にムラが生じたり、針跡の位置にズレが生じたりすることを防止できる。その結果、プローブ２４ａの針跡の転写精度が低下することを抑制でき、プローブ２４ａと半導体ウエハＷの電極パッドとの位置合せ精度が向上する。また、第１ロック機構２８ｃは、弾性的に固定部２７ａの下面に接触するバネ等の接触部を有し、接触部が固定部２７ａの下面に接触した際に固定（ロック）されるロック機構であることが好ましい。これにより、固定部２７ａの下面との間に隙間を作ることなく、第１ロック機構２８ｃを固定部２７ａの下面に確実に接触させた状態で支持台２７を支持できる。このようなロック機構としては、エア等により接触部が動作するエアロック式のロック機構を用いることができ、例えばコスメック社製のワークサポートを用いることができる。第２ロック機構２８ｄは、第３ベース部２８ｂの下面に取り付けられており、第３ベース部２８ｂのねじ軸２８１ａが固定されている部分が下方に傾こうとすると、第４ベース部２８ｅの上面と接触して第３ベース部２８ｂが下方に傾くことを防止する。第２ロック機構２８ｄは、弾性的に第４ベース部２８ｅの上面に接触する接触部を有し、接触部が第４ベース部２８ｅの上面に接触した際に固定（ロック）されるロック機構であることが好ましい。これにより、第４ベース部２８ｅの上面との間に隙間を作ることなく、第２ロック機構２８ｄを第４ベース部２８ｅの上面に確実に接触させた状態で第３ベース部２８ｂを支持できる。第２ロック機構２８ｄとしては、第１ロック機構２８ｃと同様のものを用いることができる。第４ベース部２８ｅは、第１ベース部２３ａの側方から外側に向かって延伸するように設けられている。第４ベース部２８ｅは、第１ベース部２３ａと別体で構成されていてもよく、第１ベース部２３ａと一体的に構成されていてもよい。

【0023】

〔針跡転写方法〕
前述したプローブ装置１を用いた針跡転写方法について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る針跡転写方法の一例を説明するための図である。

【0024】

最初に、図３（ａ）に示されるように、ＸＹステージ２３により、プローブカード２４の真下に支持台２７（針跡転写部材２７ｄ）が位置するように載置台２１を水平方向に移動させる。

【0025】

続いて、図３（ｂ）に示されるように、昇降機構２２により、プローブカード２４のプローブ２４ａの針先と針跡転写部材２７ｄの上面との間隔が所定の間隔（例えば５００μｍ）となるように載置台２１を上昇させる。また、アクチュエータ２８ａにより、第１ロック機構２８ｃの接触部の上端と固定部２７ａの下面との間隔が所定の間隔（例えば３ｍｍ）となるように第１ロック機構２８ｃを上昇させる。なお、載置台２１と第１ロック機構２８ｃとは、同時に上昇させてもよく、一方を上昇させた後に他方を上昇させてもよい。

【0026】

続いて、図３（ｃ）に示されるように、第１ロック機構２８ｃの接触部を上昇させることで接触部の上端を固定部２７ａの下面に接触させてロックさせる。また、第１ロック機構２８ｃがロックした後、載置台２１を固定した状態で、アクチュエータ２８ａにより、第１ロック機構２８ｃを所定距離（例えば１０μｍ）だけ上昇させることが好ましい。

【0027】

続いて、図３（ｄ）に示されるように、昇降機構２２及びアクチュエータ２８ａにより、載置台２１と第１ロック機構２８ｃとを同期して上昇させることにより、プローブ２４ａを針跡転写部材２７ｄに接触させる。これにより、プローブ２４ａの針跡を針跡転写部材２７ｄに転写することができる。このとき、本発明の実施形態では、針跡転写部材２７ｄを有する支持台２７の下面が可動支持部２８によって支持されているので、支持台２７が下方に傾くことが抑制される。そのため、針跡転写部材２７ｄに対して垂直に複数のプローブ２４ａの針先を接触させることができるので、針跡転写部材２７ｄに転写される針跡の形状にムラが生じたり、針跡の位置にズレが生じたりすることを防止できる。その結果、プローブ２４ａの針跡の転写精度が低下することを抑制でき、プローブ２４ａと半導体ウエハＷの電極パッドとの位置合せ精度が向上する。

【0028】

〔効果〕
前述したプローブ装置１を用いたときの効果について説明する。

【0029】

最初に、前述したプローブ装置１において、支持台２７を可動支持部２８で支持した状態及び支持していない状態で、針跡転写部材２７ｄに対して上方から下方に５０ｋｇの荷重を加えたときの、針跡転写部材２７ｄの水平方向（Ｙ方向）への移動距離を測定した。

【0030】

図４は、図１のプローブ装置を用いたときの効果の説明図である。図４は、支持台２７を可動支持部２８で支持した状態及び支持していない状態で針跡転写部材２７ｄに対して５０ｋｇの荷重を加えたときの針跡転写部材２７ｄが載置されている可動部２７ｂのＹ方向への移動距離を示している。

【0031】

図４に示されるように、支持台２７を可動支持部２８で支持した状態では、可動部２７ｂのＹ方向への移動量は１２μｍであった。これに対し、支持台２７を可動支持部２８で支持していない状態では、可動部２７ｂのＹ方向への移動量は５３．３μｍであった。即ち、支持台２７を可動支持部２８で支持することで、可動部２７ｂの水平方向における移動量を抑制することができ、しいては針跡転写部材２７ｄの水平方向における移動量を抑制することができることが確認できた。

【0032】

次に、前述したプローブ装置１において、支持台２７を可動支持部２８で支持した状態及び支持していない状態で、針跡転写部材２７ｄに複数のプローブ２４ａの針跡を転写したときの、針跡転写部材２７ｄに転写された針跡の位置を評価した。

【0033】

図５は、図１のプローブ装置を用いたときの効果の説明図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ支持台２７を可動支持部２８で支持した状態及び支持していない状態で、針跡転写部材２７ｄに複数のプローブ２４ａの針跡を転写したときの、針跡転写部材２７ｄに転写された針跡の位置を示す。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、横軸及び縦軸は、それぞれＸ方向及びＹ方向における支持台２７が下方に傾いていない状態での針跡の位置を原点とする相対位置を示している。

【0034】

図５（ａ）に示されるように、支持台２７を可動支持部２８で支持した状態では、針跡転写部材２７ｄに転写された針跡の位置が、支持台２７が下方に傾いていない水平状態での針跡の位置に対してほとんど変位していないことが分かる。本実施例では、複数のプローブ２４ａの針跡のうちＹ方向において最も変位した針跡の変位量は３．４μｍであった。また、複数のプローブ２４ａの針跡のＹ方向における変位量の平均値は−１．０μｍであり、標準偏差（σ）は１．８μｍであった。

【0035】

これに対し、図５（ｂ）に示されるように、支持台２７を可動支持部２８で支持していない状態では、針跡転写部材２７ｄに転写された針跡の位置が、支持台２７が下方に傾いていない水平状態での針跡の位置に対してＹ方向に大きく変位していることが分かる。本実施例では、複数のプローブ２４ａの針跡のうちＹ方向において最も変位した針跡の変位量は２０．９μｍであった。また、複数のプローブ２４ａの針跡のＹ方向における変位量の平均値は８．８μｍであり、標準偏差（σ）は６．４μｍであった。

【0036】

以上のことから、本発明の実施形態に係るプローブ装置１では、プローブ２４ａの針跡の転写精度を向上させることができ、プローブ２４ａと半導体ウエハＷの電極パッドとの位置合せ精度が向上する。

【0037】

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

【符号の説明】

【0038】

１ プローブ装置
１０ ローダ室
２０ プローバ室
２１ 載置台
２２ 昇降機構
２２ａ 軸部
２２ｂ ガイド部
２３ ＸＹステージ
２３ａ 第１ベース部
２３ｂ 第２ベース部
２４ プローブカード
２４ａ プローブ
２４ｂ ヘッドプレート
２５ アライメント機構
２５ａ 第１撮像手段
２５ｂ 第２撮像手段
２５ｃ アライメントブリッジ
２６ 固定支持部
２７ 支持台
２７ａ 固定部
２７ｂ 可動部
２７ｃ 昇降機構
２７ｄ 針跡転写部材
２８ 可動支持部
２８ａ アクチュエータ
２８ｂ 第３ベース部
２８ｃ 第１ロック機構
２８ｄ 第２ロック機構
２８ｅ 第４ベース部
２８１ａ 軸
２８２ａ ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】