(57)【要約】【課題】コンタクトプローブの接触荷重をより正確に測定することが可能で、薄い被測定物の破損やコンタクトプローブの破損を抑制できる、低コスト化が可能な評価装置および評価方法を提供する。【解決手段】複数のロードセル３の各々は、少なくとも接触荷重を測定する際に一群のコンタクトプローブ２に含まれる複数のコンタクトプローブ２の各々に接続可能に構成されている。負荷アーム４は、複数のコンタクトプローブ２と被測定物２１との間に接触荷重が印加されるように複数のロードセル３に荷重を印加する動作が可能である。制御部８は、複数のロードセル３により測定された複数の接触荷重に基づいて負荷アーム４の動作を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に電気的に接続することにより前記被測定物の電気的特性の評価を行うための評価装置であって、
絶縁性基体と、
それぞれが前記絶縁性基体に接続された複数のコンタクトプローブを含む第１および第２の群のコンタクトプローブと、
前記第１の群のコンタクトプローブが前記被測定物に接触した際の第１の接触荷重を測定するための第１のロードセルと、
前記第２の群のコンタクトプローブが前記被測定物に接触した際の第２の接触荷重を測定するための第２のロードセルとを備え、
前記第１のロードセルは少なくとも第１の接触荷重を測定する際に前記第１の群のコンタクトプローブに含まれる前記複数のコンタクトプローブの各々に接続するように構成されており、かつ前記第２のロードセルは少なくとも第２の接触荷重を測定する際に前記第２の群のコンタクトプローブに含まれる前記複数のコンタクトプローブの各々に接続するように構成されており、さらに
前記複数のコンタクトプローブと前記被測定物との間に前記第１および第２の接触荷重が印加されるように前記第１および第２のロードセルに荷重を印加する動作が可能な負荷アームと、
前記第１および第２のロードセルにより測定された前記第１および第２の接触荷重に基づいて前記負荷アームの前記動作を制御するための制御部とを備えた、評価装置。
【請求項２】
前記被測定物を固定するためのステージと、
前記ステージに接続された、前記複数のコンタクトプローブが前記被測定物に接触した際の第３の接触荷重を測定するためのステージ用ロードセルとをさらに備えた、請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記ステージ用ロードセルは、前記ステージに接続された複数のロードセル部を含む、請求項２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記ステージは分割された複数のステージ部を有し、
前記複数のロードセル部の各々は、分割された前記複数のステージ部ごとに配置されている、請求項３に記載の評価装置。
【請求項５】
前記複数のコンタクトプローブの各々は、前記被測定物に接触した際に弾性変形を生じるように構成されている、請求項１または２に記載の評価装置。
【請求項６】
前記複数のコンタクトプローブの各々は、前記被測定物に接触した際に弾性変形を生じないように構成されている、請求項１または２に記載の評価装置。
【請求項７】
前記複数のコンタクトプローブは、前記被測定物に接触した際に弾性変形を生じるように構成された第１のコンタクトプローブと、前記被測定物に接触した際に弾性変形を生じないように構成された第２のコンタクトプローブとを含む、請求項１または２に記載の評価装置。
【請求項８】
前記第１の群のコンタクトプローブと前記第１のロードセルとの間に設置された第１の弾性シートと、
前記第２の群のコンタクトプローブと前記第２のロードセルとの間に設置された第２の弾性シートとをさらに備えた、請求項１〜７のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項９】
前記被測定物の表面と前記複数のコンタクトプローブの先端が位置する面とのなす角度を調整可能に構成された平行度調整機構をさらに備えた、請求項１〜８のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１０】
前記平行度調整機構は、前記負荷アームと前記絶縁性基体とを接続可能に配置されており、かつ伸縮機構を有する少なくとも２本の接続冶具を含んでいる、請求項９に記載の評価装置。
【請求項１１】
前記絶縁性基体に取り付けられ、かつ前記被測定物までの距離を測定可能に構成された距離測定機構をさらに備えた、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１２】
前記距離測定機構は、前記被測定物までの距離を光学的に測定可能である、請求項１１に記載の評価装置。
【請求項１３】
前記距離測定機構は、前記被測定物までの距離を光学的および磁気的に測定可能である、請求項１１に記載の評価装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の前記評価装置を用いて前記被測定物の電気的特性の評価を行うための評価方法であって、
前記第１の群のコンタクトプローブに含まれる前記複数のコンタクトプローブと前記第２の群のコンタクトプローブに含まれる前記複数のコンタクトプローブとを前記被測定物の表面に接触させる工程と、
前記第１の群のコンタクトプローブが前記被測定物に接触した際の前記第１の接触荷重を前記第１のロードセルにより測定する工程と、
前記第２の群のコンタクトプローブが前記被測定物に接触した際の前記第２の接触荷重を前記第２のロードセルにより測定する工程と、
前記第１および第２のロードセルにより測定された前記第１および第２の接触荷重に基づいて前記負荷アームが前記第１および第２のロードセルに荷重を印加する動作を前記制御部により制御する工程と、
前記複数のコンタクトプローブが前記被測定物に接触した状態で前記被測定物の電気的特性を評価する工程とを備えた、評価方法。
【請求項１５】
前記ステージに接続された前記ステージ用ロードセルにより、前記複数のコンタクトプローブが前記被測定物に接触した際の前記第３の接触荷重を測定する工程をさらに備え、
前記負荷アームの動作を前記制御部により制御する前記工程は、前記第１、第２および第３の接触荷重に基づいて前記負荷アームの動作を前記制御部により制御する、請求項１４に記載の評価方法。
【請求項１６】
前記第１および第２の接触荷重を比較する工程をさらに備え、
前記負荷アームの動作を前記制御部により制御する前記工程は、前記第１および第２の接触荷重の比較に基づいて前記負荷アームの動作を前記制御部により制御する、請求項１４に記載の評価方法。
【請求項１７】
前記被測定物の電気的特性を評価する前記工程は、前記第１および第２の接触荷重の変動を検出して、前記第１および第２の接触荷重の変動を測定された前記電気的特性の評価に対してフィードバックする工程を含む、請求項１４に記載の評価方法。
【請求項１８】
前記絶縁性基体と前記被測定物との間の距離を測定する工程をさらに備えた、請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価装置および評価方法に関し、特に、被測定物に電気的に接続することにより被測定物の電気的特性の評価を行うための評価装置および評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ状態や半導体チップ状態といった被測定物である半導体装置の電気的特性を測定する際には、まず真空吸着などにより被測定物の設置面が、チャックステージの表面に接触した状態で固定される。この後、被測定物の被測定面にコンタクトプローブが接触されて、被測定物に対して電気的な入出力が行なわれる。これにより被測定物の電気的特性が測定される。
【０００３】
近年、被測定物の性能向上などの観点から、被測定物の厚みが薄くなってきている。また、以前から、大電流、高電圧印加の要求などにより、コンタクトプローブの多ピン化が実施されている。
【０００４】
このような状況の下、特に厚みが薄くなった被測定物の破損防止、コンタクトプローブの破損防止、複数のコンタクトプローブ先端がなす面と被測定面との平行度の向上などから、コンタクトプローブと被測定物との接触荷重の制御が重要となっている。
【０００５】
複数のコンタクトプローブ先端がなす面と被測定面とを平行に保持するために、コンタクトプローブとは別に、圧力を検出するための複数個のセンサを設けることが、たとえば特開昭５９−１１７２２９号公報（特許文献１参照）、特開平３−１７７０３９号公報（特許文献２参照）に開示されている。
【０００６】
特開昭５９−１１７２２９号公報ではウエハとプローブとの接触がエッジセンサで検出される。また特開平３−１７７０３９号公報では圧力検出針の針圧が圧力センサで測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５９−１１７２２９号公報
【特許文献２】特開平３−１７７０３９号公報
【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、上記２つの公報に記載の技術においては、圧力を検出する複数個のセンサがコンタクトプローブとは別に設けられているため、コンタクトプローブの接触荷重そのものや接触状況を直接的に把握することは困難であった。このため、コンタクトプローブの接触荷重の正確な測定が困難であり、被測定物の厚みが薄いと被測定物が破損したり、コンタクトプローブが破損するという問題がある。
【０００９】
またコンタクトプローブを設置するプローブカード毎に圧力を検出するセンサを設けなければならず、低コスト化の観点からも問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンタクトプローブの接触荷重をより正確に測定することが可能で、薄い被測定物の破損やコンタクトプローブの破損を抑制できる、低コスト化が可能な評価装置および評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の評価装置は、被測定物に電気的に接続することにより被測定物の電気的な評価を行うための評価装置であって、絶縁性基体と、第１および第２の群のコンタクトプローブと、第１のロードセルと、第２のロードセルと、負荷アームと、制御部とを備えている。第１および第２の群のコンタクトプローブのそれぞれは、絶縁性基体に接続された複数のコンタクトプローブを含んでいる。第１のロードセルは、第１の群のコンタクトプローブが被測定物に接触した際の第１の接触荷重を測定するためのものである。第２のロードセルは、第２の群のコンタクトプローブが被測定物に接触した際の第２の接触荷重を測定するためのものである。第１のロードセルは少なくとも第１の接触荷重を測定する際に第１の群のコンタクトプローブに含まれる複数のコンタクトプローブの各々に接続するように構成されている。第２のロードセルは少なくとも第２の接触荷重を測定する際に第２の群のコンタクトプローブに含まれる複数のコンタクトプローブの各々に接続するように構成されている。負荷アームは、複数のコンタクトプローブと被測定物との間に第１および第２の接触荷重が印加されるように第１および第２のロードセルに荷重を印加する動作が可能である。制御部は、第１および第２のロードセルにより測定された第１および第２の接触荷重に基づいて負荷アームの動作を制御するためのものである。
【００１２】
本発明の評価方法は、上記の評価装置を用いて被測定物の電気的な評価を行うための評価方法であって、以下の工程を備えている。
【００１３】
第１の群のコンタクトプローブに含まれる複数のコンタクトプローブと第２の群のコンタクトプローブに含まれる複数のコンタクトプローブとが被測定物の表面に接触させられる。第１の群のコンタクトプローブが被測定物に接触した際の第１の接触荷重が第１のロードセルにより測定される。第２の群のコンタクトプローブが被測定物に接触した際の第２の接触荷重が第２のロードセルにより測定される。第１および第２のロードセルにより測定された第１および第２の接触荷重に基づいて負荷アームが第１および第２のロードセルに荷重を印加する動作が制御部により制御される。複数のコンタクトプローブが被測定物に接触した状態で被測定物の電気的特性が評価される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１および第２のロードセルのそれぞれは接触荷重を測定する際に複数のコンタクトプローブの各々に接続される。このため、第１および第２のロードセルのそれぞれにより複数のコンタクトプローブの接触荷重を直接測定でき、正確な測定が可能となる。
【００１５】
また第１および第２のロードセルを備えるため、第１および第２の接触荷重を比較することでコンタクトプローブの異常を検出することが可能となり、より正確な測定が可能となる。
【００１６】
また制御部は、第１および第２のロードセルにより測定された第１および第２の接触荷重に基づいて負荷アームの動作を制御する。これにより、測定された接触荷重に基づいて第１および第２のコンタクトプローブと被測定物との接触荷重をフィードバック制御することができるため、薄い被測定物の破損やコンタクトプローブの破損を抑制することができる。
【００１７】
また第１および第２のロードセルのそれぞれは、接触荷重を測定する際に複数のコンタクトプローブの各々に接続される。このため、コンタクトプローブ毎にロードセルを設ける必要が無く、部品を低減できコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体評価装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１における半導体評価装置のプローブ基体とロードセルとの位置関係を示す概略平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における半導体評価装置のコンタクトプローブの構成を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における半導体評価装置の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１における半導体評価装置のコンタクトプローブの動作を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１における半導体評価方法のフロー図である。
【図７】本発明の実施の形態１における半導体評価装置のプローブ基体の変形例の構成を示す平面図である。
【図８】図７の変形例におけるプローブ基体、ロードセルなどの側面図である。
【図９】本発明の実施の形態２における半導体評価装置の構成を概略的に示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における半導体評価方法のフロー図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における半導体評価装置のチャックステージが複数に分割された構成を概略的に示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における半導体評価装置の構成を概略的に示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における半導体評価装置の平行度調整機構の構成を概略的に示す平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における半導体評価方法のフロー図である。
【図１５】コンタクトプローブの変形例として積層型プローブの構成を概略的に示す斜視図である。
【図１６】コンタクトプローブの変形例としてワイヤープローブの構成を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず本実施の形態の半導体評価装置の構成を図１〜図３を用いて説明する。
【００２０】
図１を参照して、本実施の形態の半導体評価装置１０は、被測定物２１（たとえば半導体ウエハ）に電気的に接続することによりその被測定物２１の電気的な評価を行うための評価装置である。この半導体評価装置１０は、絶縁性基体１と、複数のコンタクトプローブ２と、複数のロードセル３と、負荷アーム４と、弾性シート５と、接続部６と、移動アーム７と、評価・制御部８と、チャックステージ１１と、信号線１２と、接続部１３とを主に有している。
【００２１】
絶縁性基体１には、大電流が印加されることを想定して複数のコンタクトプローブ２が接続されている。複数のコンタクトプローブ２の各々は、被測定物２１の上面の接続パッド（図示せず）に電気的に接続するためのものである。
【００２２】
絶縁性基体１の表面には、複数のコンタクトプローブ２の各々に電気的に接続された接続部６が設けられている。この接続部６と各コンタクトプローブ２との間は、図示していないが、たとえば絶縁性基体１上に設けた金属板により接続されている。
【００２３】
複数のコンタクトプローブ２の各々は、この接続部６に接続された信号線１２を通じて評価・制御部８に電気的に接続されている。この絶縁性基体１、複数のコンタクトプローブ２および接続部６からプローブ基体９が構成されている。
【００２４】
プローブ基体９は、移動アーム７により任意の方向へ移動可能に構成されている。本実施の形態では、プローブ基体９が１つの移動アーム７のみにより保持される構成としたが、これに限定されるものではなく、複数の移動アームにより安定的に保持されてもよい。また、プローブ基体９が移動アーム７により移動するのではなく、被測定物２１、つまりはチャックステージ１１側が移動するように構成されていてもよい。
【００２５】
複数のコンタクトプローブ２には、複数のロードセル３の各々が弾性シート５を介在して接続可能に構成されている。弾性シート５は、弾力性、絶縁性、耐熱性を有した緩衝材としてのシートであり、たとえばシリコンゴム（シリコーンゴム）よりなっていてもよいが、これに限定されるものではない。弾性シート５は複数のロードセル３の各々とコンタクトプローブ２との間に位置するように設けられている。
【００２６】
ここで弾性シート５は金属よりも高い弾力性を有している。ロードセル３のコンタクトプローブ２側の面は金属であり、コンタクトプローブ２のロードセル３側の面も金属である。このため、ロードセル３とコンタクトプローブ２とが直接接すると、ロードセル３の接触面に傷や凹みが生じるおそれがあり、このような傷や凹みが生じると接触荷重の検出に誤差が生じる可能性がある。よって、緩衝材として金属よりも弾力性の高い弾性シート５をロードセル３とコンタクトプローブ２との間に挟むことにより、ロードセル３の接触面に傷や凹みが生じることを抑制することができ、精度の高い接触荷重の検出が可能となる。
【００２７】
また大電流を印加されるときにはコンタクトプローブ２の温度は１００℃以上に上昇する可能性がある。よって弾性シート５の熱による破損、劣化を防止するためには、弾性シート５には、１００℃以上の耐熱性が必要であると考えられる。
【００２８】
複数のロードセル３の各々は、複数のコンタクトプローブ２が被測定物２１に接触した際のコンタクトプローブ２と被測定物２１との間の接触荷重を測定するためのものである。
【００２９】
図２を参照して、１つのプローブ基体９に対して複数（たとえば４つ）のロードセル３が配置されている。複数のロードセル３の各々には、一群をなす複数のコンタクトプローブ２が接続可能である。つまり１つのロードセル３毎に、一群をなす複数のコンタクトプローブ２が弾性シート５を介在して接続可能である。
【００３０】
より具体低には、図２中の左上、右上、左下、右下のロードセル３をそれぞれ、第１、第２、第３、第４のロードセル３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとする。このとき、第１のロードセル３ａに接続可能なように第１のロードセル３ａの真下領域には第１の群のコンタクトプローブ２Ａが位置している。また第２のロードセル３ｂに接続可能なように第２のロードセル３ｂの真下領域には第２の群のコンタクトプローブ２Ｂが位置している。第３のロードセル３ｃに接続可能なように第３のロードセル３ｃの真下領域には第３の群のコンタクトプローブ２Ｃが位置している。また第４のロードセル３ｄに接続可能なように第４のロードセル３ｄの真下領域には第４の群のコンタクトプローブ２Ｄが位置している。これらの第１〜第４の群のコンタクトプローブ２Ａ〜２Ｄの各々は、複数（たとえば４本）のコンタクトプローブ２からなっている。
【００３１】
第１のロードセル３ａは第１の群のコンタクトプローブ２Ａが被測定物２１に接した際の第１の接触荷重を測定可能である。また第２のロードセル３ｂは第２の群のコンタクトプローブ２Ｂが被測定物２１に接した際の第２の接触荷重を測定可能である。また第３のロードセル３ｃは第３の群のコンタクトプローブ２Ｃが被測定物２１に接した際の第３の接触荷重を測定可能である。また第４のロードセル３ｄは第４の群のコンタクトプローブ２Ｄが被測定物２１に接した際の第４の接触荷重を測定可能である。
【００３２】
図１を参照して、複数のロードセル３（たとえば上記第１〜第４のロードセル３ａ〜３ｄ）の上方には負荷アーム４が配置されている。負荷アーム４は、複数のコンタクトプローブ２（たとえば第１〜第４の群のコンタクトプローブ２ａ〜２ｄ）と被測定物２１との間に接触荷重（たとえば第１〜第４の接触荷重）が印加されるように複数のロードセル３の各々に荷重を印加するためのものである。負荷アーム４は、複数のロードセル３の各々に荷重を印加できるように、図中Ｚ方向（コンタクトプローブ２に近接・離隔する方向）に移動可能である。
【００３３】
プローブ基体９と複数のロードセル３とは別体で構成されている。複数のロードセル３の各々は、負荷アーム４により図中Ｚ方向に下降されることで、プローブ基体９の複数のコンタクトプローブ２に弾性シート５を介在して接続するよう構成されている。これにより複数のロードセル３の各々は、少なくともコンタクトプローブ２と被測定物２１との間の接触荷重を測定する際に、複数のコンタクトプローブ２の各々に接続可能に構成されている。
【００３４】
チャックステージ１１は、上面に載置面を有し、かつその載置面に被測定物２１を載置して固定する台座である。チャックステージ１１が被測定物２１を固定する手段として、チャックステージ１１はたとえば真空吸着の機能を有している。被測定物２１をチャックステージ１１に固定する手段は真空吸着に限定されるものではなく、静電吸着などであってもよい。
【００３５】
チャックステージ１１の側面には、チャックステージ１１の載置面に電気的に接続された接続部１３が設けられている。チャックステージ１１の載置面は、この接続部１３に接続された信号線１２を通じて評価・制御部８に電気的に接続されている。
【００３６】
評価・制御部８は、接続部６、１３以外に、複数のロードセル３および負荷アーム４の各々に信号線１２により接続されている。これにより、複数のロードセル３の各々で測定された接触荷重に基づいて、負荷アーム４が複数のロードセル３に荷重を印加する動作を評価・制御部８が制御可能である。
【００３７】
被測定物２１は、たとえば縦方向（厚み方向）、つまり面外方向に大きな電流を流す縦型構造の半導体装置であってもよく、また一つの面において入出力を行う横型構造の半導体装置であってもよい。被測定物２１として縦型構造の半導体装置を評価する際には、コンタクトプローブ２が被測定物２１の上面の接続パッドに接続され、チャックステージ１１が被測定物２１の下面の電極に接続される。
【００３８】
なお複数のコンタクトプローブ２のそれぞれに与えられる電流密度が略同一となるように、プローブ基体９側の接続部６とチャックステージ１１側の接続部１３との間の電流経路がどのコンタクトプローブ２を通っても略同一の距離となるような位置に各接続部６、１３が設けられることが好ましい。つまり、コンタクトプローブ２を介して、接続部６と接続部１３とが互いに対向する位置に配置されることが好ましい。
【００３９】
また上記においては、図２に示すように４本のコンタクトプローブ２に対して、１つのロードセル３を対応させているが、これに限定されるものではなく、２本以上のコンタクトプローブ２に対して１つのロードセル３が対応していればよい。
【００４０】
図３を参照して、各コンタクトプローブ２は、被測定物２１に接触した際に弾性変形を生じるように構成されている。各コンタクトプローブ２は、たとえばばね部材２ｅにより弾性変形を生じるように構成されており、先端部２ａと、押し込み部２ｂと、設置部２ｃと、接続部２ｄと、ばね部材２ｅとを有している。
【００４１】
先端部２ａは、被測定物２１の表面に機械的かつ電気的に接触する部分である。押し込み部２ｂは、一方端側にて先端部２ａに接続され、かつ他方端側の一部が設置部２ｃ内に挿入され設置部２ｃ内を摺動可能に構成されている。
【００４２】
設置部２ｃは、基台として形成され、かつ絶縁性基体１と接続される部分であり、筒形状を有している。接続部２ｄは、先端部２ａと電気的に接続されており、その一方端側が外部への出力端となり、他方端側が設置部２ｃに接続されている。ばね部材２ｅは、たとえばスプリングよりなっており、設置部２ｃの内部に組み込まれている。
【００４３】
このばね部材２ｅにより押し込み部２ｂが付勢されている。これにより、コンタクトプローブ２が被測定物２１の表面に接触していない状態では、押し込み部２ｂがばね部材２ｅにより先端部２ａ側に付勢されることでコンタクトプローブ２は伸びきった状態となっている。またコンタクトプローブ２が被測定物２１の表面に接触した状態では、押し込み部２ｂがばね部材２ｅの付勢力に抗いながら設置部２ｃ内に所定量押し込まれるように構成されている。
【００４４】
各コンタクトプローブ２は導電性を有する材料、たとえば銅、タングステン、レニウムタングステンなどの単独または任意の組合せからなる材料（金属材料、合金材料）により作製されるが、これらに限定されるものではない。特に先端部２ａは導電性向上や耐久性向上などの観点から、上記とは別の材料、たとえば金、パラジウム、タンタル、プラチナなどの単独の金属材料またはこれらの任意の組合せからなる合金材料が被覆されていてもよい。
【００４５】
次に、本実施の形態の半導体評価装置１０を用いた評価方法について図１および図４〜図６を用いて説明する。
【００４６】
図１を参照して、まず被測定物２１の電気的特性の評価前に、コンタクトプローブ２と被測定物２１との間の適切な接触荷重の設定が行なわれる。この接触荷重は、被測定物２１の厚みや印加する電流、電圧に応じて設定される。また、評価前には、複数のコンタクトプローブ２の先端部の平行度が揃えられる。つまり複数のコンタクトプローブ２の先端の各々が位置する面（図中破線Ａ−Ａ）が、被測定物２１の上面に平行となるように複数のコンタクトプローブ２の各先端の位置が揃えられる。
【００４７】
チャックステージ１１の載置面に被測定物２１が接触するように載置される。この被測定物２１は、真空吸着、静電吸着などによりチャックステージ１１の載置面に固定される。被測定物２１は、たとえば複数の半導体チップが形成された半導体ウエハ、または半導体チップそのものであってもよいが、これに限定されるものではなく、真空吸着、静電吸着などによりチャックステージ１１に固定できる半導体装置であればよい。また被測定物２１は、半導体装置に限定されるものではなく、電子部品が搭載された回路基板などであってもよい。
【００４８】
図４を参照して、被測定物２１がチャックステージ１１上に固定された後、複数のコンタクトプローブ２（たとえば第１〜第４の群のコンタクトプローブ２ａ〜２ｄ）と被測定物２１の接続パッドとを接触させるための動作が行われる（ステップＳ１：図６）。この動作においては、まず移動アーム７を利用してプローブ基体９の移動動作が行われる。これにより、プローブ基体９と被測定物２１との図中ＸＹ面内の位置合わせが行われるとともに、複数のコンタクトプローブ２と被測定物２１の接続パッドとが接触しない程度にプローブ基体９が図中Ｚ方向に沿って接続パッド側へ移動される。
【００４９】
次に、負荷アーム４を利用して複数のコンタクトプローブ２の移動動作が行われる。この動作においては、負荷アーム４が図中Ｚ方向に沿って被測定物２１側へ移動することによって、複数のロードセル３（たとえば第１〜第４のロードセル３ａ〜３ｄ：図２）および弾性シート５を介在して複数のコンタクトプローブ２（たとえば第１〜第４の群のコンタクトプローブ２ａ〜２ｄ：図２）が図中Ｚ方向に沿って接続パッド側に移動して接続パッドと接続される。
【００５０】
複数のコンタクトプローブ２のそれぞれが被測定物２１の複数の接続パッドに接続された状態で、複数のコンタクトプローブ２から被測定物２１に印加される接触荷重が複数のロードセル３によって測定される（ステップＳ２：図６）。
【００５１】
たとえば、図２に示された第１の群のコンタクトプローブ２ａが被測定物２１の接続パッドに接触した際の第１の接触荷重が第１のロードセル３ａにより測定される。また第２の群のコンタクトプローブ２ｂが被測定物２１の接続パッドに接触した際の第２の接触荷重が第２のロードセル３ｂにより測定される。また第３の群のコンタクトプローブ２ｃが被測定物２１の接続パッドに接触した際の第３の接触荷重が第３のロードセル３ｃにより測定される。また第４の群のコンタクトプローブ２ｄが被測定物２１の接続パッドに接触した際の第４の接触荷重が第４のロードセル３ｄにより測定される。なお接触荷重の検出において、移動アーム７は負荷アーム４によるＺ方向の移動に関して妨げとならないように絶縁性基体１に接続されている。
【００５２】
図４を参照して、上記のように測定された複数の接触荷重（たとえば第１〜第４の接触荷重）が複数のロードセル３（たとえば第１〜第４のロードセル３ａ〜３ｄ）から信号線１２を通じて評価・制御部８に出力される。評価・制御部８は、複数の接触荷重（たとえば第１〜第４の接触荷重）を比較する（ステップＳ３：図６）。
【００５３】
評価・制御部８は、複数の接触荷重の値に基づいて、予め設定された接触荷重を保持し、コンタクトプローブ２の被測定物２１への押し込み量が一定になるように、負荷アーム４にフィードバック制御をかける（ステップＳ４：図６）。つまり複数のコンタクトプローブ２を被測定物２１に対してＺ方向に移動させることにより、コンタクトプローブ２の被測定物２１への押し込み量が一定に制御される。
【００５４】
複数のロードセル３による接触荷重を検出しながらの複数のコンタクトプローブ２のＺ方向の移動は、負荷アーム４にて実施される。上記のフィードバック制御後の接触荷重は、評価前に設定した値である。
【００５５】
また制御部８で複数のロードセル３の出力を比較することで、各ロードセル３に対応する一群のコンタクトプローブ２の接触状況を確認することが可能となる。これにより、予め調整した平行度（図１に示した被測定物２１の上面と破線Ａ−Ａで表される面との平行度）の異常、または個々のコンタクトプローブ２に何らかの異常（たとえば摺動異常、破損、脱落など）のチェックを評価中にも行うことができる。また、被測定物２１側に何らかの異常（たとえば放電による破壊など）が生じたときも、その異常のチェックを接触荷重の変化により評価中にも行うことができ、複数のロードセル３を設置することにより破壊などの位置の絞込みが可能となる。
【００５６】
その後、評価・制御部８は、押し込み量の制御だけでなく、被測定物２１の電気的特性の評価も実施し（ステップＳ５：図６）、その評価の結果を出力する。
【００５７】
上記の半導体評価方法では、コンタクトプローブ２に弾性シート５を介在して接続するように設けた複数のロードセル３により、コンタクトプローブ２から被測定物２１に印加される接触荷重が測定され、被測定物２１への押し込み量がフィードバック制御されることで、押し込み量が一定に保持される。
【００５８】
次に、上記の評価方法の動作時におけるコンタクトプローブ２の動作について図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を用いて説明する。
【００５９】
図５（Ａ）を参照して、初期状態においては、コンタクトプローブ２の押し込み部２ｂが設置部２ｃ内部のばね部材（図示せず）により先端部２ａ側に付勢されることでコンタクトプローブ２は伸びきった状態となっている。
【００６０】
図５（Ｂ）を参照して、上記初期状態から、評価動作時にはコンタクトプローブ２は図中Ｚ方向に沿って被測定物２１側へ下降する。そして所定量下降したところで、コンタクトプローブ２の先端部２ａが被測定物２１の上面の接続パッド（図示せず）に接触する。
【００６１】
図５（Ｃ）を参照して、その後、さらにコンタクトプローブ２が図中Ｚ方向に沿って被測定物２１側へ下降すると、押し込み部２ｂが設置部２ｃ内のばね部材の付勢力に抗いながら設置部２ｃ内に押し込まれる。これにより、コンタクトプローブ２と被測定物２１の接続パッドとの接触が確実なものとなる。
【００６２】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
図１および図２を参照して、本実施の形態によれば複数のロードセル３のそれぞれは接触荷重を測定する際に複数のコンタクトプローブ２の各々に接続される。このため、複数のロードセル３のそれぞれにより複数のコンタクトプローブ２の接触荷重を直接測定でき、正確な測定が可能となる。
【００６３】
また複数のロードセル３（たとえば第１〜第４のロードセル３ａ〜３ｄ）を備えるため、複数の接触荷重（たとえば第１〜第４の接触荷重）を比較することで、上記のように平行度、コンタクトプローブ２、被測定物２１などの何らかの異常を評価中に検出することが可能となり、より正確な測定が可能となる。
【００６４】
また制御部８は、複数のロードセル３により測定された接触荷重に基づいて負荷アーム４の動作をフィードバック制御する。このため、測定された接触荷重に基づいてコンタクトプローブ２の被測定物２１に対する押し込み量を一定に保持することが可能となる。これにより、コンタクトプローブ２と被測定物２１との接触荷重を制御することができるため、薄い被測定物２１の破損やコンタクトプローブ２の破損を抑制することができる。また被測定物２１に余分な荷重、歪を加えることを回避でき、測定精度を向上させることができる。
【００６５】
また複数のロードセル３のそれぞれは接触荷重を測定する際に複数のコンタクトプローブ２の各々に接続される。このため、コンタクトプローブ２毎にロードセル３を設ける必要が無く、部品を低減できコストを低減することができる。
【００６６】
また上記の実施の形態においては、弾性変形を生じるように構成されたコンタクトプローブ２が用いられた場合について説明したが、押し込み量をフィードバック制御するため、弾性変形を生じないように構成されたコンタクトプローブが用いられてもよい。弾性変形を生じないように構成されたコンタクトプローブは、スプリングなどのばね部材が不要であり、より低コストでプローブ基体９を構成することが可能となる。また弾性変形を生じるように構成されたコンタクトプローブは、上記のスプリング式に限定されず、積層型プローブ、ワイヤープローブなどであってもよい。
【００６７】
積層型プローブは、図１５に示すように複数枚の金属薄板よりなるプローブ２がたとえば数十μｍのピッチ間隔で互いに電気的に絶縁されて積層された構成を有している。各プローブ２は、先端部１０２ａと、首部１０２ｂと、基部１０２ｃとを有している。首部１０２ｂおよび先端部１０２ａが基部１０２ｃよりも細くなっていることにより被測定物との接触時に弾性変形するよう構成されている。
【００６８】
またワイヤープローブは、図１６に示すようにプローブが弾性変形可能なワイヤーよりなっている。
【００６９】
また本実施の形態のさらに別の変形例として、図７および図８に示すように、複数のコンタクトプローブ２は、弾性変形を生じるように構成されたコンタクトプローブ２０ａと、弾性変形を生じないように構成されたコンタクトプローブ２０ｂとの双方を含んでいてもよい。これらのコンタクトプローブ２０ａ、２０ｂの双方は、１つのプローブ基体９に設置されている。弾性変形を生じないように構成されたコンタクトプローブ２０ｂは、たとえば金属よりなる棒形状を有している。
【００７０】
コンタクトプローブ２０ａとコンタクトプローブ２０ｂとの各先端の絶縁性基体１からの高さ位置が互いに異なるように構成されている。具体的には、コンタクトプローブ２０ａの先端はコンタクトプローブ２０ｂの先端よりも絶縁性基体１の表面から離れて位置している。つまり、弾性変形を生じるように構成されたコンタクトプローブ２０ａの先端が、弾性変形を生じないコンタクトプローブ２０ｂの先端よりも絶縁性基体１の表面から突出している。これにより、コンタクトプローブ２０ａの先端とコンタクトプローブ２０ｂの先端との間には段差４０が構成されている。
【００７１】
また、弾性変形が生じるように構成されたコンタクトプローブ２０ａは、行列状に配置された複数のコンタクトプローブ２のたとえば４隅（図７中の黒丸）に配置されている。この４隅以外（図７中の白丸）のコンタクトプローブ２には、弾性変形を生じないように構成されたコンタクトプローブ２０ｂが配置されている。
【００７２】
なおこれ以外の本変形例の構成は、図１〜図３に示した実施の形態の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付しその説明を繰り返さない。
【００７３】
本変形例の評価動作時において、図中Ｚ方向に沿ってコンタクトプローブ２を被測定物２１側へ移動させると、まずはコンタクトプローブ２０ａが被測定物２１の接続パッドに接触する。このコンタクトプローブ２０ａは弾性変形を生じるように構成されている。このため、コンタクトプローブ２０ａによってコンタクトプローブ２のＺ方向の移動制御をまずはラフに行なうことができる。
【００７４】
この後、さらに図中Ｚ方向に沿ってコンタクトプローブ２を被測定物２１側へ移動させると、コンタクトプローブ２０ｂが被測定物２１の接続パッドに接触する。このコンタクトプローブ２０ｂは弾性変形を生じないように構成されている。このため、コンタクトプローブ２０ｂが被測定物２１に接触した後には、コンタクトプローブ２のＺ方向の移動制御を精密に行うことが可能となる。
【００７５】
つまりは２種のコンタクトプローブ２０ａ、２０ｂを用いることによりＺ方向の制御が２段階で行なわれる。これにより、制御時間の短縮と、工程の短縮とを図ることが可能となる。また弾性変形を生じるように構成されたコンタクトプローブ２０ａの本数も少なくできるため、本変形例は簡易な構成になると共に低コストでもある。
【００７６】
なお上記変形例においては、コンタクトプローブ２０ａが、行列状に配置された複数のコンタクトプローブ２の４隅に配置された構成について説明したが、これに限定されるものではない。
【００７７】
また図６に示す被測定物２１の電気的特性を評価する工程（ステップＳ５）は、測定された複数の接触荷重（たとえば第１〜第４の接触荷重）の変動を検出し、その検出された接触荷重の変動を電気的特性の評価にフィードバックする工程を含んでいてもよい。このように電気的特性の評価時にも接触荷重を測定することで、チップ破壊時の衝撃を接触荷重の変化で検知することが可能となる。
【００７８】
（実施の形態２）
図９を参照して、本実施の形態の構成は、図１〜図３に示す実施の形態１の構成と比較して、チャックステージ１１に接続された複数のステージ用ロードセル３０が追加されている点において異なっている。
【００７９】
本実施の形態の半導体評価装置１０は、コンタクトプローブ２側に設置した複数のロードセル３に加えて、チャックステージ１１側にも新たに複数のステージ用ロードセル３０を設置することにより、被測定物２１に対して上下のロードセル３、３０にて接触荷重を測定するものである。
【００８０】
なおこれ以外の本実施の形態の構成は、図１〜図３に示した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付しその説明を繰り返さない。
【００８１】
図１０を参照して、本実施の形態の評価方法は、図６に示す実施の形態１の評価方法と比較して、ステージ側接触荷重を測定する工程（ステップＳ６）と、コンタクトプローブ側の接触荷重とステージ側接触荷重とを比較する工程（ステップＳ７）とが追加されている点において異なっている。
【００８２】
本実施の形態の評価方法における上記工程（ステップＳ６、Ｓ７）以外の他の工程は、基本的には実施の形態１の工程（ステップＳ１〜Ｓ５）と同様である。
【００８３】
本実施の形態の評価方法においても、押し込み量の制御は、基本的にはコンタクトプローブ２側に設置した複数のロードセル３から得た接触荷重を用いて行なわれる。上記のステージ側接触荷重を測定する工程（ステップＳ６）においては、ステージ用ロードセル３０により、被測定物２１に印加されるステージ側接触荷重が測定される。ステージ用ロードセル３０の出力としてのステージ側接触荷重は、補強的に、コンタクトプローブ２側のロードセル３から得た接触荷重と比較される（ステップＳ７）。そして、コンタクトプローブ２側のロードセル３の出力のみに異常が生じたときは、ステージ用ロードセル３０の出力をもって押し込み量の制御が行なわれる（ステップＳ４）。
【００８４】
図９に示すようにチャックステージ１１の大きさによって複数のステージ用ロードセル３０が設置され、ステージ側接触荷重は複数のステージ用ロードセル３０の出力（接触荷重）の合算値とする。なおロードセル３、３０の出力に異常が生じたときは、個々のコンタクトプローブ２に何らかの異常、たとえば押し込み部２ｂと設置部２ｃとの摺動異常、コンタクトプローブ２などの破損、脱落などが生じたものと判断する。またはそのような何らかの異常が生じたときは、被測定物２１側に何らかの異常、たとえば放電による破壊などが生じたものと判断する。
【００８５】
本実施の形態によれば、被測定物２１の上下両方にロードセル３、３０が設けられており、それぞれのロードセル３、３０において接触荷重を検出可能なことから、押し込み量制御の精度が向上する。
【００８６】
なお、チャックステージ１１側のロードセル３０による出力の精度向上を図るには、図１１に示すようにチャックステージ１１を複数個に分割し、分割したチャックステージ１１の各々に、別個のステージ用ロードセル３０を設けることが好ましい。
【００８７】
なおチャックステージ１１は直線状に分割されてもよく、格子状に分割されてもよく、同心状に分割されてもよい。
【００８８】
（実施の形態３）
図１２を参照して、本実施の形態の構成は、図１〜図３に示す実施の形態１の構成と比較して、平行度調整機構６０と、距離センサ２４とが追加されている点において異なっている。
【００８９】
本実施の形態の半導体評価装置１０は、平行度調整機構６０により複数のコンタクトプローブ２の先端を被測定物２１の上面に平行な面に揃えるとともに、距離センサ２４によりコンタクトプローブ２の被測定物２１への押し込み量のチェックを可能とするものである。
【００９０】
平行度調整機構６０は、複数のコンタクトプローブ２の先端が位置する面（図１２中の破線Ａ−Ａ）と被測定物２１の上面とのなす角度を調整可能に構成されており、それらの面を平行に調整するためのものである。
【００９１】
平行度調整機構６０は、ロードセル３の上部に取り付けられており、ロードセル３と一体化している。平行度調整機構６０は、図１３に示すように、たとえば３本の絶縁性基体接続治具６１と、接続治具保持部６２とを有している。なお絶縁性基体接続治具６１の本数は３本に限定されるものではなく、絶縁性基体接続治具６１にて保持するプローブ基体９の大きさや固定の安定度などによって３本以外とされてもよい。
【００９２】
３本の絶縁性基体接続治具６１のうち少なくとも２本は伸縮機構を有するものとし、その伸縮により絶縁性基体接続治具６１の長さを変更することができるように構成されている。少なくとも２本の絶縁性基体接続治具６１の長さを変更することにより、接続治具保持部６２に対する絶縁性基体１の傾きを変えることができる。これにより、複数のコンタクトプローブ２の先端が位置する面（図１２中の破線Ａ−Ａ）と被測定物２１の上面とのなす角度を調整することができる。
【００９３】
なお、平行度調整機構６０は複数のロードセル３毎に設置されなくてもよく、プローブ基体９全体で一つの平行度調整機構６０が設けられてもよい。たとえば図１２において、少なくとも図中左側のロードセル３の左側の絶縁性基体接続冶具６１と、図中右側のロードセルの右側の絶縁性基体接続冶具６１に伸縮機構をもたせることで、プローブ基体９全体の平行度を一つの平行度調整機構６０にて調整することができる。
【００９４】
絶縁性基体接続治具６１の伸縮機構はたとえばねじ式である。絶縁性基体接続治具６１を接続治具保持部６２にねじ込む量を変えることで、接続治具保持部６２に対する絶縁性基体接続治具６１の高さを調整することが可能となる。設置した３本の絶縁性基体接続治具６１の全てに伸縮機構が必要ではなく、２本にて上記平行度の改善は可能である。平行度の調整は、被測定物２１の電気的特性の評価前に実施するが、評価中に平行度に歪がでたときは、評価中に再度、平行度の調整が実施されてもよい。接続治具保持部６２はたとえばロードセル３が設置されたプリント基板であり、負荷アーム４は接続治具保持部６２を介在してロードセル３に荷重を印加する。
【００９５】
距離センサ２４は、絶縁性基体１に取り付けられており、絶縁性基体１から被測定物２１までの距離を測定可能である。距離センサ２４には、簡易で精度の高いものとして、光学式による距離センサを用いることが好ましい。しかしながら、光学式は汚れや水蒸気の付着などに弱い面があるため、光学式と磁気式とが併用された構成であってもよい。ただし、磁気式を用いる際は、検出対象であるチャックステージが磁性材料を含むことが必要となる。
【００９６】
なおこれ以外の本実施の形態の構成は、図１〜図３に示した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付しその説明を繰り返さない。
【００９７】
図１４を参照して、本実施の形態の評価方法は、図６に示す実施の形態１の評価方法と比較して、距離センサ２４で被測定物２１までの距離を測定する工程（ステップＳ８）と、コンタクトプローブ２側の接触荷重と距離センサ２４で測定された距離とを比較する工程（ステップＳ９）とが追加されている点において異なっている。
【００９８】
本実施の形態の評価方法における上記工程（ステップＳ８、Ｓ９）以外の他の工程は、基本的には実施の形態１の工程（ステップＳ１〜Ｓ５）と同様である。
【００９９】
本実施の形態の評価方法においても、押し込み量の制御は、基本的にはコンタクトプローブ２側に設置した複数のロードセル３から得た接触荷重を用いて行なわれる。上記の距離センサ２４により被測定物２１までの距離を測定する工程（ステップＳ８）においては、距離センサ２４により、絶縁性基体１と被測定物２１との間の距離が測定される。距離センサ２４の出力としての距離は、補強的に、コンタクトプローブ２側のロードセル３から得た接触荷重と比較される（ステップＳ９）。そして、コンタクトプローブ２側のロードセル３の出力のみに異常が生じたときは、距離センサ２４の出力をもって押し込み量の制御が行なわれる（ステップＳ４）。
【０１００】
なお上記のコンタクトプローブ２の押し込み量は、距離センサ２４によって測定された距離と予め測定された初期状態でのコンタクトプローブ４の長さとから知ることができる。
【０１０１】
なおロードセル３の出力と距離センサ２４の出力との両者に異常が生じたときは、個々のコンタクトプローブ２に何らかの異常、たとえば押し込み部２ｂと設置部２ｃとの摺動異常、コンタクトプローブ２などの破損、脱落などが生じたものと判断する。またはそのような何らかの異常が生じたときは、被測定物２１側に何らかの異常、たとえば放電による破壊などが生じたものと判断する。
【０１０２】
本実施の形態によれば、ロードセル３に加えて距離センサ２４が設けられており、それぞれにおいて押し込み量を検出可能なことから、押し込み量制御の精度が向上する。また、簡易に平行度の調整が可能な機構を有しており、工程簡略化の効果も有する。
【０１０３】
本発明は、半導体評価装置に限定されず、上記のとおり電子部品が搭載された回路基板などの電気的特性の評価を行うための評価装置に適用され得る。
【０１０４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０５】
１  絶縁性基体、２  コンタクトプローブ、２Ａ〜２Ｄ  第１〜第４の群のコンタクトプローブ、２ａ  先端部、２ｂ  押し込み部、２ｃ  設置部、２ｄ  接続部、２ｅ  ばね部材、３  ロードセル、３ａ〜３ｄ  第１〜第４のロードセル、４  負荷アーム、５  弾性シート、６  接続部、７  移動アーム、８  評価・制御部、９  プローブ基体、１０  半導体評価装置、１１  チャックステージ、１２  信号線、１３  接続部、２０ａ  弾性変形するように構成されたコンタクトプローブ、２０ｂ  弾性変形しないように構成されたコンタクトプローブ、２１  被測定物、２４  距離センサ、３０  ステージ用ロードセル、６０  平行度調整機構、６１  絶縁性基体接続治具、６２  接続治具保持部、１０２ａ  先端部、１０２ｂ  首部、１０２ｃ  基部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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