(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体と複数のプローブを電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うに当たり、上記複数のプローブの針先の位置を検出するために用いられる針先位置検出装置であって、
上記針先位置検出装置は、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部を備え、且つ、
上記センサ部は、センサ部本体と、上記センサ部本体に昇降可能に設けられた接触体と、上記接触体に所定の圧力を付与し、上記接触体を上記センサ部本体から所定距離だけ離間させる圧力付与手段と、を有し、
更に、上記センサ部本体は、上記圧力付与手段によって付与された上記所定の圧力で上記接触体を弾力的に支持する弾力支持機構を有し、
上記接触体上には軟質部材が装着されており、
上記圧力付与手段は、上記所定の圧力を第１の圧力と上記第１の圧力より高い第２の圧力との間で切り換えるように構成され、
上記接触体は、上記第１の圧力で保持された状態では上記複数のプローブとの接触により上記センサ部の本体側へ下降して上記複数のプローブの針先位置を検出し、上記第２の圧力で保持された状態では下降することなく上記複数のプローブの針跡が上記軟質部材に転写されるように構成されている
ことを特徴とする針先位置検出装置。
【請求項２】
上記センサ部は、上記接触体の現在位置を検出する変位センサを有することを特徴とする請求項１に記載の針先位置検出装置。
【請求項３】
被検査体を載置する移動可能な載置台と、この載置台の上方に配置された複数のプローブと、これらのプローブの針先位置を検出するように上記載置台に設けられた針先位置検出装置と、を備えたプローブ装置であって、
上記針先位置検出装置は、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部を備え、且つ、
上記センサ部は、センサ部本体と、上記センサ部本体に昇降可能に設けられた接触体と、上記接触体に所定の圧力を付与し、上記接触体を上記センサ部本体から所定距離だけ離間させる圧力付与手段と、を有し、
更に、上記センサ部本体は、上記圧力付与手段によって付与された上記所定の圧力で上記接触体を弾力的に支持する弾力支持機構を有し、
上記接触体上には軟質部材が装着されており、
上記圧力付与手段は、上記所定の圧力を第１の圧力と上記第１の圧力より高い第２の圧力との間で切り換えるように構成され、
上記接触体は、上記第１の圧力で保持された状態では上記複数のプローブとの接触により上記センサ部の本体側へ下降して上記複数のプローブの針先位置を検出し、上記第２の圧力で保持された状態では下降することなく上記複数のプローブの針跡が上記軟質部材に転写されるように構成されている
ことを特徴とするプローブ装置。
【請求項４】
上記センサ部は、上記接触体の現在位置を検出する変位センサを有することを特徴とする請求項３に記載のプローブ装置。
【請求項５】
上記軟質部材は、着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のプローブ装置。
【請求項６】
上記接触体を昇降可能に支持する昇降駆動機構を備えたことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載のプローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行う際に用いられる針先位置検出装置及びプローブ装置に関し、更に詳しくは、被検査体と複数のプローブのアライメントを高精度に行って検査の信頼性を高めることができる針先位置検出装置及びプローブ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のプローブを用いて半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行う場合には、例えばカメラを介してプローブカードに設けられた複数のプローブの針先を撮像し、プローブの針先位置を検出し、被検査体の電極パッドとプローブとを接触させて検査を行う。カメラを用いたプローブの針先位置の検出には、プローブの針先にカメラの焦点を合わせるのに時間が掛かり、その結果被検査体とプローブカードのアライメントに多くの時間を割かざるを得ないため、通常、全てのプローブについて行わず、例えば代表的な数本のプローブを選択してアライメントが行われている。
【０００３】
しかし、電極パッドが微細化した場合、全プローブがそれぞれの電極パッドにうまく当たらない可能性が出てくるため、可能な限り全てのプローブの針先の位置を検出できる方が望ましい。況して、プローブカードには製造上のバラツキがあり、同一仕様のプローブカードであっても製造上のバラツキは避けがたく、より高精度の針先検出が求められる。
【０００４】
また、複数のプローブカードメーカーから様々な種類のプローブカードが開発されるため、その都度、複数のプローブを三次元で画像認識するための専用のアルゴリズムを開発する必要がある。これに対応するには莫大な費用がかかるため、二次元のフィルム上に複数のプローブを転写することができれば、アルゴリズムの開発を容易に行うことができる。
【０００５】
例えば特許文献１にはプローブとウエハとのアライメントを行うプロービング方法について記載されている。この方法ではテーブル上のアライメントされたウエハまたはテーブルに付設されたシートにプローブの針跡を転写し、ウエハの向きと複数のプローブの向きとを比較し、テーブルの向きを修正した後、ウエハの基準チップのＸＹ座標と複数のプローブのＸＹ座標を一致させるようにしている。
【０００６】
また、特許文献２には転写シートを用いてプローブの針先の状態を検出する方法について記載されている。この方法では、載置台横の支持台に配された転写シートに熱膨張したプローブを圧接して転写シートに針跡を付け、転写シートの針跡を検出した後、熱膨張後のプローブとウエハとを位置合わせするようにしている。
【０００７】
また、特許文献３には位置合わせ方法について記載されている。この方法では探針の針跡をダミーウエハ上に付けてカメラで検出することにより探針の方向と設定位置を認識している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、引用文献１にはアライメントの重要なファクタであるプローブの針先を検出する点について記載されていない。また、特許文献２の技術の場合には転写シートに形成される複数のプローブの針跡に基づいて複数のプローブのＸＹ座標データを得ているが、針先の高さを検出する場合には針跡の深さを検出しなければならず、針先高さを高精度に求めることが難しい。また、特許文献３の技術の場合にはダミーウエハの針跡に基づいて複数のプローブの針先位置を求めるため、特許文献２の技術と同様に針先のＸＹ座標データを得ることができるが、針先のＺ座標データはカメラに頼らざるを得ない。
【０００９】
そこで、本出願人は、特許文献４においてプローブの針先位置を高精度に検出することができるプローブ先端の検出方法を提案した。この方法について図１０の（ａ）〜（ｇ）を参照しながら概説する。この方法では、まず図１０の（ａ）に示すようにアライメント機構のアライメントブリッジ（図示せず）に付設された上ＣＣＤカメラ１の焦点と載置台２に付設された下ＣＣＤカメラ３の焦点を載置台２に付設されたターゲット４に合わせて、載置台２の基準位置を求める。次いで、同図の（ｂ）に示すように載置台２が移動する間に上ＣＣＤカメラ１でプローブカード５の複数のプローブ５Ａの針先を検出するための針先位置検出装置６を探索し、上ＣＣＤカメラ１で針先位置検出装置６の上面の位置を検出して、その時の載置台２の位置から針先位置検出装置６の上面位置（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。その後、同図の（ｃ）に示すようにアライメントブリッジに付設されたダミーピン７の先端位置を下ＣＣＤカメラ３で検出する。引き続き、同図の（ｄ）に示すように既に上面位置が検出されている針先位置検出装置６にダミーピン７を接触させて、針先位置検出装置６が作動するか否かを確認し、作動することを確認した後、同図の（ｅ）に示すように再び針先位置検出装置６の上面位置を検出する。このようにして針先位置検出装置６の上面位置を検出した後、同図の（ｆ）に示すように針先位置検出装置６の上面にプローブカード５の複数のプローブ５Ａを接触させ、この時の載置台２の位置からプローブ５Ａの針先位置（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。そして、針先位置検出装置６によって検出されたプローブ５Ａの針先位置（ｘ，ｙ，ｚ）を目標にして載置台２を移動させて下ＣＣＤカメラ３によって複数のプローブ５Ａの針先を迅速且つ高精度に検出する。この場合、プローブ５Ａの針先位置が判っているため、下ＣＣＤカメラ３の焦点をプローブ５Ａの針先に簡単に合わせることができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献４による技術では複数のプローブ５Ａの針先位置を高精度に検出することができる反面、複数のプローブ５Ａを検出するまでに同図の（ａ）〜（ｆ）に示す多くの工程を踏むため、複数のプローブ５Ａの針先位置の検出に多くの時間を割かざるを得なかった。
【００１１】
【特許文献１】特公平０５−０６７０５９号公報
【特許文献２】特開２００５−０７９２５３号公報
【特許文献３】特開平０２−２２４２６０号公報
【特許文献４】特開２００７−３２４３４０号公報
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数のプローブの高さを検出する工程を簡素化して短時間で被検査体の検査用の電極と複数のプローブのアライメントを高精度に行うことができ、もって検査の信頼性を高めることができるアライメント方法を実施する際に用いられる針先位置検出装置及びプローブ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に記載の針先位置検出装置は、被検査体と複数のプローブを電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うに当たり、上記複数のプローブの針先の位置を検出するために用いられる針先位置検出装置であって、上記針先位置検出装置は、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部を備え、且つ、上記センサ部は、センサ部本体と、上記センサ部本体に昇降可能に設けられた接触体と、上記接触体に所定の圧力を付与し、上記接触体を上記センサ部本体から所定距離だけ離間させる圧力付与手段と、を有し、更に、上記センサ部本体は、上記圧力付与手段によって付与された上記所定の圧力で上記接触体を弾力的に支持する弾力支持機構を有し、上記接触体上には軟質部材が装着されており、上記圧力付与手段は、上記所定の圧力を第１の圧力と上記第１の圧力より高い第２の圧力との間で切り換えるように構成され、上記接触体は、上記第１の圧力で保持された状態では上記複数のプローブとの接触により上記センサ部の本体側へ下降して上記複数のプローブの針先位置を検出し、上記第２の圧力で保持された状態では下降することなく上記複数のプローブの針跡が上記軟質部材に転写されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項２に記載の針先位置検出装置は、請求項１に記載の発明において、上記センサ部は、上記接触体の現在位置を検出する変位センサを有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項３に記載のプローブ装置は、被検査体を載置する移動可能な載置台と、この載置台の上方に配置された複数のプローブと、これらのプローブの針先位置を検出するように上記載置台に設けられた針先位置検出装置と、を備えたプローブ装置であって、上記針先位置検出装置は、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部を備え、且つ、上記センサ部は、センサ部本体と、上記センサ部本体に昇降可能に設けられた接触体と、上記接触体に所定の圧力を付与し、上記接触体を上記センサ部本体から所定距離だけ離間させる圧力付与手段と、を有し、更に、上記センサ部本体は、上記圧力付与手段によって付与された上記所定の圧力で上記接触体を弾力的に支持する弾力支持機構を有し、上記接触体上には軟質部材が装着されており、上記圧力付与手段は、上記所定の圧力を第１の圧力と上記第１の圧力より高い第２の圧力との間で切り換えるように構成され、上記接触体は、上記第１の圧力で保持された状態では上記複数のプローブとの接触により上記センサ部の本体側へ下降して上記複数のプローブの針先位置を検出し、上記第２の圧力で保持された状態では下降することなく上記複数のプローブの針跡が上記軟質部材に転写されることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項４に記載のプローブ装置は、請求項３に記載の発明において、上記センサ部は、上記接触体の現在位置を検出する変位センサを有することを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項５に記載のプローブ装置は、請求項３または請求項４に記載の発明において、上記軟質部材は、着脱自在に構成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項６に記載のプローブ装置は、請求項３〜請求項５のいずれか１項４に記載の発明において、上記接触体を昇降可能に支持する昇降駆動機構を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数のプローブの高さを検出する工程を簡素化して短時間で被検査体の検査用の電極と複数のプローブのアライメントを高精度に行うことができ、もって検査の信頼性を高めることができるアライメント方法を実施する際に用いられる針先位置検出装置及びプローブ装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図１〜図９に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図１は本発明のプローブ装置の一実施形態を示す構成図、図２は図１のプローブ装置に用いられた針先位置検出装置を示す側面図、図３の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明のアライメント方法に先立って行われる針先位置検出装置の上面の高さを検出する工程を示す工程説明図、図４の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明のアライメント方法の一実施形態の要部の工程を示す斜視図、図５の（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図４に示す工程に続いて行われるアライメント方法を工程順に示す工程説明図、図６の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図５の（ｂ）、（ｃ）に示す工程を取り出して示す図で、（ａ）は図５の（ｂ）に示す針跡を形成する工程を示す断面図、（ｂ）は図４の（ｃ）に示す針跡のＸＹ座標を検出する工程を示す断面図、図７は図５の（ａ）〜（ｄ）に示すアライメント工程の最後の工程を示す工程説明図、図８は本発明のプローブ装置の他の実施形態の要部を示す斜視図、図９の（ａ）、（ｂ）は図１に示すプローブ装置に用いられる他の針先位置検出装置を示す説明図で、（ａ）は接触体が上昇する状態を示すブロック図、（ｂ）は接触体がセンサ部に向けて下降する状態を示す断面図である。
【００２２】
第１の実施形態
まず、本実施形態のプローブ装置について例えば図１を参照しながら説明する。本実施形態のプローブ装置１０は、図１に示すように、被検査体である半導体ウエハＷを載置する移動可能なウエハチャック１１と、このウエハチャック１１の上方に配置されたプローブカード１２と、このプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａとウエハチャック１１上の半導体ウエハＷとのアライメントを行うアライメント機構１３と、ウエハチャック１１及びアライメント機構１３等の構成機器を制御する制御装置１４と、を備え、制御装置１４の制御下でアライメント機構１３が駆動して、ウエハチャック１１上の半導体ウエハＷの電極パッドとプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａとのアライメントを行った後、複数のプローブ１２Ａとこれらに対応する電極パッドとを電気的に接触させて半導体ウエハＷの電気的特性検査を行うように構成されている。
【００２３】
ウエハチャック１１は、制御装置１４の制御下で駆動する駆動機構１５を介してＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動するように構成されている。ウエハチャック１１の側方には本実施形態の針先位置検出装置１６が配置されている。この針先位置検出装置１６は、複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出するもので、後述するように本発明の針先位置の検出方法及びアライメント方法に用いられる。
【００２４】
プローブカード１２は、カードホルダ１７を介してプローバ室のヘッドプレート１８に取り付けられ、複数のプローブ１２Ａとこれらに対応する半導体ウエハＷの電極パッドと電気的に接触した状態で、テスタ（図示せず）側からの信号に基づいて半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う。
【００２５】
また、アライメント機構１３は、図１に示すように、半導体ウエハＷをその上方から撮像する第１撮像手段（上ＣＣＤカメラ）１３Ａと、ウエハチャック１１の側方に配設され且つプローブカード１２のプローブ１２Ａをその下方から撮像する第２撮像手段（下ＣＣＤカメラ）１３Ｂと、上ＣＣＤカメラ１３Ａを支持し一方向で移動可能なアライメントブリッジ１３Ｃと、を備え、上ＣＣＤカメラ１３Ａが制御装置１４の制御下でアライメントブリッジ１３Ｃを介して待機位置からプローブカード１２の中心の真下（以下、「プローブセンタ」と称す。）まで移動し、その位置で停止するようにしてある。プローブセンタにある上ＣＣＤカメラ１３Ａは、アライメント時にウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動する間にウエハチャック１１上の半導体ウエハＷの電極パッドを上方から撮像し、画像処理部１４Ｃで画像処理し、表示画面（図示せず）に撮像画像を表示する。下カメラ１３Ｂは、アライメント時にウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動する間にプローブカード１２の所定のプローブ１２Ａをその真下から撮像し、画像処理部１４Ｃで画像処理し、表示画面（図示せず）に撮像画像を表示する。また、上ＣＣＤカメラ１３Ａは、後述するようにウエハチャック１１に付設された針先位置検出装置１６を撮像し、画像処理して表示画面に表示するようにしてある。
【００２６】
また、制御装置１４は、図１に示すように、演算処理部１４Ａ、記憶部１４Ｂ及び上述の画像処理部１４Ｃを備え、記憶部１４Ｂに格納された種々のプログラムによってプローブ装置１０を制御する。従って、本発明のアライメント方法を実行するプログラムが記憶部１４Ｂに格納されている。このアライメント方法は、記憶部１４Ｂから読み出したプログラムに従って実行され、その結果得られる種々のデータが記憶部１４Ｂにおいて記憶される。
【００２７】
而して、本実施形態の針先位置検出装置１６は、図１、図２に示すように、エアシリンダ等の昇降駆動機構１６１と、昇降駆動機構１６１を介して昇降するセンサ機構１６２とを備えている。そして、複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する時には、昇降駆動機構１６１がセンサ機構１６２を待機位置からウエハチャック１１上の半導体ウエハＷの上面と略同一高さまで上昇させる。
【００２８】
センサ機構１６２は、例えば図２に示すように、シリンダ機構が内蔵され且つ変位センサとして機能するセンサ部１６２Ａと、センサ部１６２Ａのシリンダ機構を構成するピストンロッド１６２Ｂの上端に取り付けられ且つセンサ部１６２Ａから浮上した位置で保持される接触体１６２Ｃと、接触体１６２Ｃの上面に着脱自在に装着されたシート状の軟質部材１６２Ｄと、センサ部１６２Ａを構成するシリンダ内に圧縮空気を供給し、シリンダ内のピストン（図示せず）を介して接触体１６２Ｃに所定の圧力を付与する圧縮空気供給源等の圧力付与手段（図示せず）と、を有している。
【００２９】
また、図２に示すように接触体１６２Ｃには例えばヒータ１６２Ｅが内蔵されている。このヒータ１６２Ｅは、軟質部材１６２Ｄを加熱して軟質部材１６２Ｄを軟化させ、後述のように軟質部材１６２Ｄに転写された複数のプローブ１２Ａの針跡を消失させる。これにより軟質部材１６２Ｄを繰り返し使用することができる。
【００３０】
また、ピストンロッド１６２Ｂの下端には係止板（図示せず）が取り付けられ、接触体１６２Ｃが係止板を介して常にセンサ部１６２Ａから所定距離だけ離間して浮上した位置でセンサ部１６２Ａにおいて弾力的に保持されている。接触体１６２Ｃとセンサ部１６２Ａとの間に形成された隙間は接触体１６２Ｃの昇降範囲になる。この隙間の距離はセンサ部１６２Ａによって検出され、このセンサ部１６２Ａによって接触体１６２Ｃの位置を常に監視している。
【００３１】
圧力付与手段は、所定の圧力として第１の圧力と第２の圧力に切り換えられるようになっている。第１の圧力は、複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する時に設定される圧力で、第２の圧力より低い圧力に設定される。第２の圧力は、アライメント時に複数のプローブ１２Ａを軟質部材１６２Ｄの上面に針跡を転写する時に設定される圧力である。
【００３２】
センサ部１６２Ａには所定の圧力を一定に保持する定圧バルブ等の圧力調整手段（図示せず）が設けられており、この圧力調整手段によって接触体１６２Ｃがセンサ部１６２Ａに向けて下降する時に圧縮空気を徐々に排気して第１の圧力を一定に保持するようにしてある。
【００３３】
接触体１６２Ｃが第１の圧力で保持されている状態では、ウエハチャック１１を介して針先位置検出装置１６が上昇することによりその接触体１６２Ｃが軟質部材１６２Ｄを介して複数のプローブ１２Ａと接触しても複数のプローブ１２Ａが撓むことなく、初期の針先位置を保持したまま接触体１６２Ｃがセンサ部１６２Ａ側へ下降する。接触体１６２Ｃが第１の圧力で保持された状態では、例えばプローブ１２Ａ一本当たり０．５ｇｆの力が複数プローブ１２Ａから軟質部材１６２Ｄに作用する。軟質部材１６２Ｄは、第１の圧力で接触した時に複数のプローブ１２Ａから針圧が作用しても複数のプローブ１２Ａが突き刺さるなどして傷つけられることがない硬さを有する材料によって形成されている。このような軟質部材１６２Ｄの材料としては、例えばＰＯ、ＰＶＣ等の樹脂が好ましい。
【００３４】
接触体１６２Ｃが第２の圧力で保持された状態では、軟質部材１６２Ｄが複数のプローブ１２Ａから針圧を受けても接触体１６２Ｃはセンサ部１６２Ａ側へ下降することなく初期の位置を保持し、複数のプローブ１２Ａによって軟質部材１６２Ｄの上面に針跡が転写される。
【００３５】
次に、本発明のプローブ装置を用いるアライメント方法の一実施形態について図３〜図７をも参照しながら説明する。
【００３６】
本実施形態のアライメント方法は、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すように半導体ウエハＷの電気的特性検査に先立って実施される。このアライメント方法では、まず針先位置検出装置１６を用いてアライメント方法の一工程としてプローブの針先位置の検出が行われる。針先位置検出装置１６を用いてプローブ１２Ａの針先位置を検出する場合にはセンサ機構１６２が第１の圧力に設定されている。
【００３７】
まず、ウエハチャック１１上で半導体ウエハＷを受け取った後、アライメント機構１３及び針先位置検出装置１６を用いてプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する。それには、アライメント機構１３の上ＣＣＤカメラ１３Ａがアライメントブリッジ１３Ｃを介してプローブセンタ、即ちプローブカード１２の中心の真下へ移動する。次いで、ウエハチャック１１がアライメントブリッジ１３Ｃの下方で移動する間に、針先位置検出装置１６は昇降駆動機構１６１を介してセンサ機構１６２を図３の（ａ）に示す待機状態から同図の（ｂ）に矢印で示すように上昇させ、接触体１６２Ｃ上の軟質部材１６２Ｄの上面がウエハチャック１１上の半導体ウエハＷの上面と略同一レベルになるように設定する。
【００３８】
然る後、ウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動して図３の（ｃ）に示すように接触体１６２Ｃが上ＣＣＤカメラ１３Ａの真下に達すると、上ＣＣＤカメラ１３Ａが軟質部材１６２Ｄの上面の高さを検出する。軟質部材１６２Ｄの上面の高さを検出した後、センサ機構１６２の動作、即ち針先位置の検出に必要な接触体１６２Ｃの下降、軟質部材１６２Ｄの硬さ等を確認する。センサ機構１６２が正常に動作することを確認した後、複数のプローブ１２Ａの針先位置の検出を行う。
【００３９】
複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出するには、図４の（ａ）に示すようにアライメントブリッジ１３Ｃが一旦待機位置に退避した後、ウエハチャック１１がＺ方向の基準位置から上昇すると、針先位置検出装置１６の軟質部材１６２Ｄが複数のプローブ１２Ａに接近して同図４の（ｂ）に示すように軟質部材１６２Ｄが複数のプローブ１２Ａと接触する。
【００４０】
ウエハチャック１１が更に上昇すると、接触体１６２Ｃが軟質部材１６２Ｄを介して複数のプローブ１２Ａによって押圧されてセンサ本体１６２Ａ側へ下降する。この時、接触体１６２Ｃが第１の圧力で弾力的に保持されているため、複数のプローブ１２Ａと軟質部材１６２Ｄの間に針圧が作用しても、複数のプローブ１２Ａは撓むことなく、また複数のプローブ１２Ａが軟質部材１６２Ｄを傷つけることなく（複数のプローブ１２Ａの針先が軟質部材１６２Ｄに転写されることなく）ウエハチャック１１の上昇に連れて、その上昇分だけ接触体１６２Ｃが第１の圧力で保持されたままセンサ部１６２Ａ側へ下降し、両者１６２Ａ、１６２Ｃ間の距離を詰めて隙間を狭くする。
【００４１】
この際、センサ部１６２Ａが接触体１６２Ｃとの距離を監視しており、接触体１６２Ｃの下降により隙間が変化すると、センサ部１６２Ａが隙間の距離を検出し、その検出信号を制御装置１４へ送信する。これにより、制御装置１４は、演算処理部１４Ａにおいて予め設定されている隙間の初期値とセンサ部１６２Ａによる検出値とを比較し、検出値が初期値以下になった瞬間までのウエハチャック１１の基準位置からの上昇距離に基づいて軟質部材１６２Ｄの上面の高さ、換言すれば複数のプローブ１２Ａの針先位置の高さを算出する。このように複数のプローブ１２Ａが撓むことなく、また軟質部材１６２Ｄを傷つけることもなく、接触体１６２Ｃが下降し始めるため、下降し始める位置を複数のプローブ１２Ａの針先高さとして高精度に検出することができる。このようにして検出された複数のプローブ１２Ａの針先高さは、Ｚ座標データとして制御装置１４の記憶部１４Ｂに格納される。
【００４２】
軟質部材１６２Ｄは可能な限り均一な厚さに形成されているが、この軟質部材１６２Ｄは前述のように合成樹脂によって形成されているため、その厚さにバラツキがあって均一な厚さに形成するにも限界があり、また、プローブ１２Ａの針跡を消去した後の平滑性が劣化する。況して、最近のプローブカード１２は、半導体ウエハＷの超微細構造に伴って極めて微細な配列構造を有するため、損傷しやすい傾向にある。そのため、プローブ１２Ａの針先位置の僅かな誤差もプローブカード１２の損傷に繋がりかねない。
【００４３】
そこで、図４の（ａ）、（ｂ）に示すように針先位置検出装置１６によってプローブ１２Ａの針先高さを検出した後、更に、ウエハチャック１１に付設された下ＣＣＤカメラ１３Ｂによってプローブ１２Ａの針先高さを検出する。この際、プローブ１２Ａの針先高さは針先位置検出装置１６によって検出されているため、下ＣＣＤカメラ１３Ｂの焦点を針先位置検出装置１６によって検出された高さを目標にしてプローブ１２Ａを探索することにより、プローブ１２Ａを容易に検出することができる。
【００４４】
即ち、図４の（ａ）に示すように予め針先位置検出装置１６の接触体１６２Ｃ上の軟質部材１６２Ｄの上面高さを検出した後、針先位置検出装置１６を、ウエハチャック１１を介してプローブカード１２の真下まで移動させた後、同図の（ｂ）に示すようにウエハチャック１１を上昇させて軟質部材１６２Ｄによって複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する。次いで、ウエハチャック１１を一旦下降させて水平方向に移動させ、下ＣＣＤカメラ１３Ｂでプローブ１２Ａを探し出す。この時既に、プローブ１２Ａの針先位置（ｘ，ｙ，ｚ）は検出されているため、その針先位置に下ＣＣＤカメラ１３Ｂの焦点を合わせておくことにより、プローブ１２Ａを短時間に検出することができる。そして、同図の（ｃ）に示すように下ＣＣＤカメラ１３Ｂによって例えば予め登録されている複数（例えば、４本）のプローブ１２Ａの針先位置を検出することにより複数のプローブ１２Ａの針先高さを高精度に検出することができる。
【００４５】
その後、ウエハチャック１１は一旦Ｚ方向の基準位置に戻った後、接触体１６２Ｃに付与する圧力を第１の圧力から第２の圧力に切り換え、再度、ウエハチャック１１が図５の（ａ）に矢印で示すように上昇して複数のプローブ１２Ａに接近した後、同図の（ｂ）に矢印で示すように軟質部材１６２Ｄが複数のプローブ１２Ａと接触し、オーバードライブする。ウエハチャック１１がオーバードライブしても接触体１６２Ｃは第２の圧力で保持されていてセンサ部１６２Ａ側に下降することなく初期位置を保持するため、図６の（ａ）に示すように複数のプローブ１２Ａが軟質部材１６２Ｄに食い込み、同図の（ｂ）に示すように軟質部材１６２Ｄの上面に針跡１６２Ｆが転写される。
【００４６】
尚、軟質部材１６２Ｄの上面に針跡１６２Ｆを形成する方法としては、上述の方法以外に複数のプローブ１２Ａの針先高さを検出したままの状態で、第１の圧力から第２の圧力に切り換えることによって接触体１６２Ｃを初期位置に戻すことによって軟質部材１６２Ｄに針跡１６２Ｆを形成することもできる。
【００４７】
上述のようにして軟質部材１６２Ｄに針跡１６２Ｆを転写した後、ウエハチャック１１が基準位置まで下降すると、上ＣＣＤカメラ１３Ａがアライメントブリッジ１３Ｃを介してプローブセンタへ進出した後、ウエハチャック１１が基準位置から上昇し、図５の（ｃ）及び図６の（ｂ）に示すように上ＣＣＤカメラ１３Ａが軟質部材１６２Ｄの複数の針跡１６２Ｆをそれぞれ検出する。これにより複数のプローブ１２Ａの複数箇所または必要に応じて全てのＸＹ位置を検出することができ、それぞれのＸＹ座標データを記憶部１４Ｂに格納する。これらの一連の操作によって複数のプローブ１２Ａの針先位置、即ち、ＸＹＺ座標データが得られて、半導体ウエハＷと複数のプローブ１２Ａとのアライメントに供される。
【００４８】
アライメントを行う場合には、ウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動し、上ＣＣＤカメラ１３Ａが図５の（ｄ）に示すように半導体ウエハＷの複数箇所で複数のプローブ１２Ａに対応する電極パッドを検出し、各電極パッドのＸＹ座標データを記憶部１４Ｂに格納する。これら一連の操作によって、複数のプローブ１２Ａと半導体ウエハＷの電極パッドのアライメントを終了する。アライメントが終了した後、ウエハチャック１１は、検査開始位置へ移動し、その位置で上昇し、図７に示すように最初のチップの複数の電極パッドとこれらに対応する複数のプローブ１２Ａを接触させて、電気的特性検査を行う。以下、ウエハチャック１１によって半導体ウエハＷをインデックス送りして、半導体ウエハＷの全てのチップについて電気的特性検査を行う。
【００４９】
以上説明したように本実施形態によれば、ウエハチャック１１に付設された針先位置検出装置１６を用いて複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する場合、針先位置検出装置１６が、複数のプローブ１２Ａの針先を検出するセンサ機構１６２と、このセンサ機構１６２に属する昇降可能な接触体１６２Ｃと、を備え、ウエハチャック１１を介して針先位置検出装置１６がＺ方向の基準位置から上昇して接触体１６２Ｃ上の軟質部材１６２Ｄが複数のプローブ１２Ａの針先と接触し、更にウエハチャック１１が上昇することにより複数のプローブ１２Ａが撓むことなく接触体１６２Ｃがセンサ部１６２Ａ側へ下降し、接触体１６２Ｃが下降し始める位置を複数のプローブ１２Ａの針先位置として検出するようにしたため、複数のプローブ１２Ａの針先が初期の位置を保持した状態で針先高さを高精度に検出することができる。また、如何なる形態のプローブ１２Ａであっても針先高さを確実に検出することができる。
【００５０】
しかも、針先位置検出装置１６を用いて複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出した後、更に、これらのプローブ１２Ａの針先位置を下カメラ１３Ｂによって検出し、これらのプローブ１２Ａとこれらに対応する複数の電極パッドとのアライメントを行うため、複数のプローブ１２Ａとこれらに対応する電極パッドとを高精度にアライメントすることができ、検査時には複数のプローブ１２Ａの針先高さに電極パッドを高精度に接触させて所定のオーバードライブで確実に検査を行うことができる。従って、プローブカード１２が半導体ウエハＷの超微細構造に伴って極めて微細な配列構造を有する場合であってもプローブカード１２を損傷させることなく、信頼性の高い検査を行うことができる。
【００５１】
接触体１６２Ｃが軟質部材１６２Ｄを介して複数のプローブ１２Ａと接触し、その後接触体１６２Ｃがセンサ部１６２Ａ側へ下降する時にも複数のプローブ１２Ａは軟質部材１６２Ｄを傷つけないため、針先高さの検出時に複数のプローブ１２Ａの針先高さが初期位置から変化することがなく、高精度に検出することができる。この際、接触体１６２Ｃの下降動作をセンサ部１６２Ａによって検出するようにしているため、針先高さを更に高精度に検出することができる。
【００５２】
また、アライメント時には、接触体１６２Ｃの初期位置を針先検出時の圧力より高い圧力で保持するようにしたため、複数のプローブ１２Ａを軟質部材１６２Ｄに接触させることにより、軟質部材１６２Ｄの上面に全てのプローブ１２Ａ針跡１６２Ｆを確実に転写することができる。従って、複数のプローブ１２Ａの全ての針跡１６２Ｆを軟質部材１６２Ｄに転写することができるため、複数箇所または必要に応じて全てのプローブ１２Ａの針跡１６２Ｆに基づいてこれらのプローブ１２ＡのＸＹ座標データを得て、対応する電極パッドのＸＹ座標データと正確にアライメントすることができ、もって複数箇所または必要に応じて全てのプローブ１２Ａとこれらに対応する電極パッドとを正確に接触させて信頼性の高い検査を行うことができる。また、アライメント時には複数のプローブ１２Ａの針先を軟質部材１６２Ｄに転写するため、複雑なアルゴリズムを必要とせず、ソフトウエアの開発コストを低減することができる。
【００５３】
第２の実施形態
第１の実施形態のプローブ装置１０では、針先位置検出装置１６の軟質部材１６２Ｄが半透明の合成樹脂によって形成されている。また、前述のように軟質部材１６２Ｄの厚さにバラツキがあって均一な厚さに形成するにも限界があり、また、針跡消去後の平滑性が劣化し、更に、プローブ１２Ａの針先検出時にプローブ１２Ａの針先が軟質部材１６２Ｄに突き刺さる懸念もある。そのため、プローブ１２Ａの針先位置の検出精度が低下する。
【００５４】
そこで、本実施形態のプローブ装置では、図８に示すようにプローブ１２Ａの針先高さを検出するためのシリンダ機構と、プローブ１２Ａの針跡を転写する軟質部材（以下、本実施形態では「転写シート」と称す。）のシリンダ機構に分割してある点に特徴がある。このように針先検出部と針跡転写部に分けることで、プローブ１２Ａの針先位置をより高精度に検出することができる。
【００５５】
本実施形態のプローブ装置は、図８に示すようにプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する針先位置検出装置１６Ａと、針先位置検出装置１６Ａに隣接し且つ複数のプローブ１２Ａの針跡を転写する針跡転写装置１６Ｂと、を備えている。その他は、第１の実施形態に準じて構成されている。
【００５６】
針先位置検出装置１６Ａは、エアシリンダ等の昇降駆動機構１６１と、昇降駆動機構１６１を介して昇降するセンサ機構１６２とを備え、以下の点を除き、第１の実施形態と同一の機構を有し、複数のプローブ１２Ａと常に一定の圧力で弾力的に接触するように構成されている。即ち、本実施形態では、接触体１６２Ｃは、上面に軟質部材がなく、複数のプローブ１２Ａが突き刺さらない硬い素材が露呈している。また、本実施形態では、針先位置検出装置１６Ａは、第１の実施形態のように第１の圧力と第２の圧力を切り換える構造になっておらず、圧力付与手段によって第１の圧力に相当する圧力にのみ設定できるようになっている。また、接触体１６２Ｃは、加熱手段を備えていない。
【００５７】
従って、接触体１６２Ｃが所定の圧力で保持されている状態では、ウエハチャック１１を介して針先位置検出装置１６Ａがウエハチャック１１と一緒に上昇することによりその接触体１６２Ｃが複数のプローブ１２Ａと接触しても複数のプローブ１２Ａが撓むことなく、複数のプローブ１２Ａの初期の針先位置を保持したまま接触体１６２Ｃがセンサ部（図示せず）側へ下降し、接触体１６２Ｃが下降し始めたウエハチャック１１の位置がプローブ１２Ａの針先高さになる。
【００５８】
また、針跡転写装置１６Ｂは、図８に示すように、シリンダ機構１６１’と、このシリンダ機構１６１’のロッドを介して昇降し且つ軟質部材１６２Ｄ’を有する接触体１６２Ｃ’と、を備え、接触体１６２Ｃ’がシリンダ機構１６１’を介してウエハチャック１１の上面よりやや低い待機位置とウエハチャック１１の上面と略同一の高さとの間で昇降するように構成されている。接触体１６２Ｃ’がウエハチャック１１の上面と略同一高さに位置する時、プローブカード１２の複数のプローブ１２Ａの針跡を軟質部材１６２Ｄ’の上面に転写するようにしてある。尚、接触体１６２Ｃ’は加熱手段（図示せず）を内蔵している。
【００５９】
従って、本実施形態によれば、針先位置検出装置１６Ａによって複数のプローブ１２Ａの針先高さを検出し、針跡転写装置１６Ｂによって複数のプローブ１２Ａの針跡を転写するようにしたため、複数のプローブ１２Ａの針先高さを針先位置検出装置１６Ａの不透明な接触体１６２Ｃの上面を上ＣＣＤカメラ１３Ａによって確実且つ高精度に検出することができ、しかも複数のプローブ１２Ａが接触体１６２Ｃに沈み込む（突き刺さる）ことがなく、また、軟質部材の厚さのバラツキや上面の凹凸に影響されることなく、複数のプローブ１２Ａの針先高さを高精度に検出することができる。
【００６０】
第３の実施形態
本実施形態のプローブ装置に用いられる針先位置検出装置２６は、例えば図９の（ａ）に示すように、複数のプローブ１２Ａの針先を検出するセンサ部２７を主体に構成されている。センサ部２７は、センサ部本体２７１と、センサ部本体２７１に昇降可能に設けられた接触体２７２と、接触体２７２に所定の圧力を付与し、接触体２７２をセンサ部本体２７１から所定距離だけ離間させる圧力付与手段（電空レギュレータ）２７３と、を有している。この接触体２７２は、所定の圧力において複数のプローブ１２Ａとの接触によりセンサ部本体２７１側へ移動することにより複数のプローブ１２Ａの針先位置が検出されるように構成されている。また、センサ部本体２７１は、所定の圧力により接触体２７２を弾力的に支持する弾力支持機構（シリンダ機構）として構成され、電空レギュレータ２７３によりシリンダ機構の弾力を一定値に設定するように構成されている。以下では、センサ部本体２７１をシリンダ機構２７１として説明する。
【００６１】
ここで、シリンダ機構２７１及び電空レギュレータ２７３について詳述する。図９の（ａ）に示すようにシリンダ機構２７１と電空レギュレータ２７３は第１配管２７３Ａによって接続されている。この電空レギュレータ２７３には第１配管２７３Ａを介して第１空気源２７３Ｂが接続され、第１空気源２７３Ｂから電空レギュレータ２７３を介してシリンダ機構２７１へ圧縮空気を供給する。従って、電空レギュレータ２７３は、第１空気源２７３Ｂからシリンダ機構２７１のシリンダ２７４内へ供給し、シリンダ２７４内の空気圧を所定の圧力に設定する。シリンダ機構２７１は、電空レギュレータ２７３によって設定された圧力で接触体２７２を弾力的に支持する。シリンダ機構２７１は、ウエハチャック１１が上昇する際に、複数のプローブ１２Ａと接触し、所定の圧力を維持したまま接触体２７２がピストンロッド２７５を介してシリンダ２７４内で下降してもシリンダ２７４内の圧縮空気を電空レギュレータ２７３の排気孔から排気して、シリンダ２７４内の圧力は常に初期の設定圧力に保持される。
【００６２】
また、シリンダ機構２７１は、上述したように、シリンダ２７４と、シリンダ２７４内で軸方向に所定の範囲で往復移動するピストンロッド２７５と、を備えて構成されている。シリンダ２７４は、下部に形成されたピストンロッド２７５を収納するピストン収納部２７４Ａと、上部に形成されたロッド収納部２７４Ｂと、を有し、ピストン収納部２７４Ａとロッド収納部２７４Ｂが隔壁２７４Ｃによって気密状態を保って区画されている。隔壁２７４Ｃの中心部には貫通孔が形成され、この貫通孔をピストンロッド２７５の縮径部が貫通している。このピストンロッド２７５は、ピストン部２７５Ａと、ロッド部２７５Ｂと、を有し、縮径部によって連結されている。
【００６３】
ピストン収納部２７４Ａはピストン部２７５Ａが軸方向に所定の範囲内で移動できる大きさに形成されている。ロッド部２７５Ｂは、ロッド収納部２７４Ｂ内に収納され、ロッド収納部２７４Ｂ内で実質的に空気漏れすることなく軸方向に摺動するようになっている。ピストンロッド２７５の縮径部は、上述のように隔壁２７４Ｃの中心部に形成された貫通孔で空気漏れすることなく摺動するように貫通孔を貫通している。
【００６４】
ロッド部２７５Ｂは、ピストン部２７５Ａがピストン収納部２７４Ａの底面に接触している時には、少なくとも上端面がシリンダ２７４の上端面と一致する長さに形成されており、図９の（ａ）に示すようにピストン部２７５Ａがその収納部２７４Ａの上面に接触するとロッド部２７５Ｂがシリンダ２７４の上端面から突出し、接触体２７２をシリンダ２７４から離間させる。ロッド収納部２７４Ｂのロッド部２７５Ｂの底面と隔壁２７４Ｃの間にはピストンロッド２７５を駆動させるための圧縮空気が供給される駆動用空間が形成されている。シリンダ２７４の側面には外部から駆動用空間に達する第１貫通孔２７４Ｄが径方向に形成され、この第１貫通孔２７４Ｄに電空レギュレータ２７３が第１配管２７３Ａを介して接続されている。
【００６５】
また、シリンダ２７４の第１貫通孔２７４Ｄのやや下方にはピストン収納部２７４Ａで開口する第２貫通孔２７４Ｅが径方向に形成され、この第２貫通孔２７４Ｅにピストンロッド２７５の現在位置を検出するための位置検出機構が接続されている。位置検出機構は、流量計２７６、第２配管２７６Ａ及び第２空気源２７６Ｂを備え、流量計２７６が第２配管２７６Ａを介して第２貫通孔２７４Ｅに連結され、第２の貫通孔２７４Ｅからピストン収納部２７４Ａ内のピストン部２７５Ａの上面にノズル（測定子）（図示せず）を介して圧縮空気を噴射するように構成されている。流量計２７６は、ピストン部２７５Ａの上面に対して噴射する圧縮空気の流量に基づいてピストン部２７５Ａの上面と測定子間の距離Ｌを検出するように構成されている。即ち、測定子から供給される圧縮空気の流量は、測定子とピストン部２７５Ａ間の距離Ｌに比例して増減する関係にあるため、圧縮空気の流量を流量計２７６によって測定すれば、その流量に基づいて距離Ｌを高精度に求めることができる。つまり、本実施形態における位置検出機構は、空気マイクロメータとして構成されている。位置検出機構は、シリンダ機構２７１のピストンロッド２７５の現在位置を監視するように構成されている。
【００６６】
例えば、ウエハチャック１１が上昇して接触体２７２が複数のプローブ１２Ａと接触してシリンダ機構２７１に向けて下降すると、ピストンロッド２７５のピストン部２７５Ａの上面が図９の（ａ）に示す状態から同図の（ｂ）に示すように離間し始めて測定子から遠ざかって圧縮空気の流量が増加する。この時の圧縮空気の流量を流量計２７６で測定し、その測定信号を流量計２７６から制御装置１４へ出力する。制御装置１４には予め圧縮空気の流量と距離Ｌの関係が登録されている。流量計２７６からの測定信号が制御装置１４へ入力されると、制御装置１４は演算処理部１４Ａにおいて測定信号に基づいて距離Ｌを求める。また、制御装置１４は距離Ｌが変化すると、変化し始めた位置を複数のプローブ１２Ａの針先位置として検出する。
【００６７】
以上説明したように本実施形態においても第１の実施形態と同様に針先位置検出装置１６によって確実に検出することができる。また、本実施形態においても接触体２７２の上面が硬いため、複数のプローブ１２Ａの針先位置を確実且つ高精度に検出することができる。
【００６８】
尚、本発明は上記各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変更することができる。例えば、上記実施形態では接触体の変位を検出するセンサ部としては、例えば容量センサやレーザ測長器等の測長器を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明のプローブ装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１のプローブ装置に用いられた針先位置検出装置を示す側面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明のアライメント方法に先立って行われる針先位置検出装置の上面の高さを検出する工程を示す工程説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明のアライメント方法の一実施形態の要部の工程を示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図４に示す工程に続いて行われるアライメント方法を工程順に示す工程説明図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図５の（ｂ）、（ｃ）に示す工程を取り出して示す図で、（ａ）は図５の（ｂ）に示す針跡を形成する工程を示す断面図、（ｂ）は図４の（ｃ）に示す針跡のＸＹ座標を検出する工程を示す断面図である。
【図７】図５の（ａ）〜（ｄ）に示すアライメント工程の最後の工程を示す工程説明図である。
【図８】本発明のプローブ装置の他の実施形態の要部を示す斜視図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は図１に示すプローブ装置に用いられる他の針先位置検出装置を示す説明図で、（ａ）は接触体が上昇する状態を示すブロック図、（ｂ）は接触体がセンサ部に向けて下降する状態を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ従来のアライメント方法を工程順に説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０    プローブ装置
１１    ウエハチャック
１２    プローブカード
１２Ａ  プローブ
１３Ａ  上ＣＣＤカメラ（第１撮像手段）
１３Ｂ  下ＣＣＤカメラ（第２撮像手段）
１６、１６Ａ、２６    針先位置検出装置
１６Ｂ  針跡転写装置
１６１’  昇降駆動機構
１６２    センサ部
１６２Ａ、２７１  センサ部本体
１６２Ｃ、１６２Ｃ’、２７２  接触体
１６２Ｄ、１６２Ｄ’  軟質部材
２７１    シリンダ機構（弾力支持機構）
２７３    電空レギュレータ（圧力付与手段）
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
0005571224.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005571224.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005571224.tif 000009
【図９】
0005571224.tif 000010
【図１０】
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