(57)【要約】【課題】真空下で被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置及び方法【解決手段】被検査体Ｗを真空状態で検査するプローブ装置１００が提供される。このプローブ装置は、本体１と、本体のプローバ室内に配置された支持体２、本体のプローバ室内に配置され、少なくとも１つの取り付け機構３を介して支持体に取り付けられるメインチャック６、本体のプローバ室内に配置され、該メインチャックが取り付けられた支持体をＸ，Ｙ，Ｚ及びθ方向に移動させるための移動機構１６、本体の上部に配置されたヘッドプレート１２、ヘッドプレートに取り付けられ、その内部に密閉空間２８を形成するための筒体１０、筒体の下端部１０ａに備えられた密閉空間を形成するための気密封止機構８、密閉空間内でメインチャックと対向して配置されるプローブカード１４、密閉空間内を排気するための排気機構１５とを具備する。【選択図】　　図３
2004128202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体Ｗを真空状態で検査するプローブ装置（１００）、該プローブ装置は下記を具備する：
プローバ室（２９）を有する本体（１）；
該本体のプローバ室内に配置された支持体（２）；
該本体のプローバ室内に配置されたメインチャック（６）、該メインチャックは少なくとも１つの取り付け機構（３）を介して該支持体に取り付けられる；
該本体のプローバ室内に配置され、該メインチャックが取り付けられた該支持体をＸ，Ｙ，Ｚ及びθ方向に移動させるための移動機構（１６）；
該本体の上部に配置されたヘッドプレート（１２）；
ヘッドプレートに取り付けられ、その内部に密閉空間（２８）を形成するための筒体（１０）、該筒体の下端部（１０ａ）は該密閉空間を形成するための気密封止機構（８）を具備する、該気密封止機構は、移動機構によりＺ方向に上昇された該メインチャックの表面と協働して、該筒体とメインチャックの間に密閉空間を形成する；
該密閉空間内で該メインチャックと対向して配置され、かつ複数のプローブ（２６）を有するプローブカード（１４）；
前記密閉空間内を排気するための排気機構（１５）。
【請求項２】
さらに、該プローブカードを該密閉空間内で昇降させるためのプローブカード昇降機構（１７）を具備する、請求項１に記載のプローブ装置。
【請求項３】
前記被検査体Ｗは、ウェハ状の基板の上に形成されたマイクロマシン及び集積回路の内の１つである、請求項２に記載のプローブ装置。
【請求項４】
該筒体は、その上部に蓋状部材（１１）を備え、該蓋状部材がヘッドプレートに取り付けられる、請求項３に記載のプローブ装置。
【請求項５】
該プローブカード昇降機構（１７）は前記蓋状部材に取り付けられる、請求項４に記載のプローブ装置。
【請求項６】
前記メインチャックを支持体に取り付けるための取り付け機構（３）は、メインチャックのＺ方向の移動を案内するためのガイド（４）及びメインチャックを支持体方向に引きつける弾性機構（５）を備える、
ここで、前記密閉空間が該排気機構により真空引きされることにより、該メインチャックは該弾性機構の引き付け力に抗して該ガイドに沿って上昇する、
請求項３に記載のプローブ装置。
【請求項７】
前記メインチャックは、被検査体を載置するための台形状エリア（７）を有する、該台形状エリア及びメインチャックの内の少なくとも１つは、載置された被検査体を固定するための固定機構（１８）を具備する、請求項３に記載のプローブ装置。
【請求項８】
前記固定機構は、ウェハ状の基板Ｗを固定するクランプリング（３４）、クランプリングを支持する支柱（３５）、該支柱を支持する支柱支持体（３６ａ）、支柱支持体の下部に固定された昇降軸（３６ｂ）、該昇降軸を昇降させるための駆動機構（４１）を具備する、請求項７に記載のプローブ装置。
【請求項９】
前記固定機構は、ウェハ状の基板Ｗの周囲に配置され、該基板を固定する複数の押さえ具３８、該押さえ具が取り付けられた移動体４３、及び該移動体を該基板に向かって進退させるための駆動機構３９を具備する、請求項７に記載のプローブ装置。
【請求項１０】
前記プローブカード昇降機構（１７）は、プローブカードに固定されたＺ軸（３９）、該Ｚ軸に固定されたナット部材（２０）、該ナット部材に勘合するボルト部材（２１）、該ボルト部材の一端に固定され、該ボルト部材を回転するための回転駆動機構（２２）、該Ｚ軸の周囲に配置され、Ｚ軸の昇降をガイドするためのＺ軸ガイド（３３）、該回転駆動機構を制御するための制御機構（２３）を具備する、請求項３に記載のプローブ装置。
【請求項１１】
前記プローブカード昇降機構は、さらに前記Ｚ軸の周囲に配置されたベローズ（２４）を具備する、請求項１０に記載のプローブ装置。
【請求項１２】
前記ヘッドプレートは開口部（１３）を有し、前記筒体の蓋状部材は該開口部を塞ぐように該ヘッドプレートに取り付けられている、請求項４記載のプローブ装置。
【請求項１３】
下記を具備する、前記請求項１に記載されたプローブ装置（１００）において被検査体（Ｗ）を検査する方法：
（ａ）前記メインチャック（６）の前記台形状エリア（７）上に被検査体（Ｗ）を載置する；
（ｂ）前記移動機構（１６）が前記メインチャックを少なくともＸ，Ｙ，及びθ方向に移動することにより、プローブカード（１４）と被検査体とを位置合わせする；
（ｃ）前記移動機構が前記メインチャックをＺ方向に上昇させる、この時、気密封止機構（８）により、該筒体と上昇された該メインチャックの表面との間に密閉空間（２８）が形成される；
（ｄ）前記密閉空間を真空引きする、該真空引きにより前記メインチャックはＺ方向に引き上げられ、前記取り付け機構のガイド４に沿って上昇する；
（ｅ）被検査体の電気的特性を検査する；
（ｆ）前記排気機構（１５）を介して、密閉空間を大気圧に開放する、この開放によりメインチャックはガイド（４）に沿って下降する；及び、
（ｇ）前記メインチャックをＺ方向に下降させる。
【請求項１４】
前記（ｄ）に続いて、下記を具備する請求項１３に記載の方法：
（ｄ２）前記プローブカード昇降機構（１７）により前記プローブカードを下降させ、メインチャック上の被検査体に接触させる；
（ｄ３）前記プローブカード昇降機構により、前記プローブカードを被検査体に対してさらにオーバードライブさせる；
【請求項１５】
前記（ｅ）に続いて、下記を具備する請求項１４に記載の方法：
（ｅ２）検査が終了した後、前記プローブカードを昇降機構により上昇させる。
【請求項１６】
前記被検査体（Ｗ）は、ウェハ状の基板の上に形成されたマイクロマシン及び集積回路の内の１つである、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に被検査体を真空中で検査するプローブ装置に関し、特に、シリコン基板等のウェハ状の基板上に形成されたマイクロマシンや集積回路、若しくは液晶表示装置などの電気的特性を真空中で検査するプローブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシンとしては、例えば数ミリメートル以下の大きさ、さらにはサブミリ以下の大きさを持つマイクロマシン技術を応用した超小型電子機械式システム（ＭＥＭＳ）がある。マイクロマシンは、半導体集積回路の製造に用いられるフォトファブリケーション技術とともに、深い溝を掘るエッチング技術や接合技術などの立体的な微細加工を行うマイクロマシニング（微細加工技術）により、種々のマイクロマシンがウェハ状の基板上に作られることができる。マイクロマシンは微小アクチュエーター、各種センサー、運動機構、高性能ＣＰＵ、電子回路等の中から組み合わされた自律的な機械システムであり得る。マイクロマシンはＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ）とも呼ばれ、各種センサーやプリンタヘッドのような情報機器周辺などのシステムで重要な働きが期待されている。
【０００３】
マイクロマシンは半導体ウェハ状の基板の表面に作られることができる。マイクロマシンは、極めて微細なメカニズムのため、取り扱い上のダメージ、環境中の微粒子、空気の流れ及び湿気により非常に傷つけられ易い。特許文献１には、ＭＥＭＳをウェハ状の基板レベルでパッケージする技術が記載されている。多くのマイクロマシンは、マイクロマシンを自由に稼動させるための稼動部を有している。この稼動部はウェハ状の基板に形成されたキャビティ内に配置され、そのキャビティ内部は真空にパッケージされる場合もある。
【０００４】
特許文献２では、フラットパネルディスプレイの電気的特性を検査するプローバが開示されている。このプローバは、そのチャンバー内を真空にすることにより、プローブピンまたはプローバからの放出ガスを減少させ、真空チャンバー内を充分な真空度に維持できるように、更には、プローブヘッドの移動動作が妨げられないようにしている。しかし、この公報に開示されたプローバは、プローブ装置本体のチャンバーのほぼ全空間を真空にすることが必要である結果、必要とする真空度を確保するために、長時間にわたり真空引きを行わなければならないとともに、比較的大能力の真空ポンプを必要とする。
【０００５】
また、特許文献３には、バキュームコンタクタが開示されている。このバキュームコンタクタは、図２に示されるように、コンタクタ本体２０２と一体化されたチャンバー２０３は板バネ２０８を介してパフォーマンスボード２０５に取り付けられている。チャンバー２０３とウェハ状の基板Ｗとの間の空間はＯリング２０６により密閉空間とされる。このバキュームコンタクタの該密閉空間を真空引きすることにより、チャンバー２０３（及びコンタクタ本体２０２）は板バネ２０８の弾力性を利用してウェハ状の基板Ｗ側に接近する。この接近により、コンタクタの突出端子２０２Ａはウェハ状の基板Ｗに向かってオーバードライブされる。このように、特許文献３に開示されたバキュームコンタクタ２０１は、密閉空間の真空力を利用してオーバードライブを実現することから、密閉空間内の真空度は、所定のオーバードライブ量を確保する観点から決定されねばならない。すなわち、密閉空間内の真空度は、所定の検査環境を確保する観点からは決定されない。
【０００６】
さらに、このバキュームコンタクタ２０１は、コンタクタ本体２０２がチャンバー２０３と一体化されていることから、コンタクタ本体２０２を昇降させることにより、所定のオーバードライブ量を確保することが出来ない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１４４１１７号公報
【０００８】
【特許文献２】特開平１１−３３７５７２号公報
【０００９】
【特許文献３】特開平１０−２５６３２３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
例えばマイクロマシンや集積回路などの被検査体の電気的特性を検査する場合、検査環境による影響を最小限に止める等のために真空下での検査が要求される。そして真空下で検査を行う場合には、検査効率をアップするために検査内容に適した真空度を容易に確保することが必要である。本願発明は、従来のプローブ装置に改良を加え、検査に適した真空環境下で被検査体の電気的特性を検査することができるプローブ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的及び利点は、以下の明細書に記載されているか、その一部は該記載から自明であるか、又は本発明の実行により得られ得る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点に従って、下記を具備する、被検査体Ｗを真空状態で検査するプローブ装置が提供される：
プローバ室を有する本体，該本体のプローバ室内に配置された支持体，該本体のプローバ室内に配置されたメインチャック（該メインチャックは少なくとも１つの取り付け機構を介して該支持体に取り付けられる），該本体のプローバ室内に配置され、該メインチャックが取り付けられた該支持体をＸ，Ｙ，Ｚ及びθ方向に移動させるための移動機構，該本体の上部に配置されたヘッドプレート，ヘッドプレートに取り付けられ、その内部に密閉空間を形成するための筒体（その下端部は該密閉空間を形成するための気密封止機構を具備する、該気密封止機構は、移動機構によりＺ方向に上昇された該メインチャックの表面と協働して、該筒体とメインチャックの間に密閉空間を形成する）、該密閉空間内で該メインチャックと対向して配置され、かつ複数のプローブを有するプローブカード，該密閉空間内を排気するための排気機構。
【００１３】
本願発明の上記の観点に基づく上記プローブ装置は、下記のように、さらに好ましい構成のいずれか、あるいはこれらの内のいずれかの組み合わせを具備することができる。
該プローブ装置は、該プローブカードを該密閉空間内で昇降させるためのプローブカード昇降機構を具備する。
該被検査体Ｗは、ウェハ状の基板の上に形成されたマイクロマシン及び集積回路の内の１つである。
該筒体は、その上部に蓋状部材を備え、該蓋状部材がヘッドプレートに取り付けられる。
該プローブカード昇降機構は前記蓋状部材に取り付けられる。
該メインチャックを支持体に取り付けるための取り付け機構は、メインチャックのＺ方向の移動を案内するためのガイド及びメインチャックを支持体方向に引きつける弾性機構を具備する、ここにおいて、前記密閉空間が該排気機構により真空引きされることにより、該メインチャックは該弾性機構の引き付け力に抗して該ガイドに沿って上昇する。
該メインチャックは、被検査体を載置するための台形状エリアを有し、該台形状エリア及びメインチャックの内の少なくとも１つは、載置された被検査体を固定するための固定機構を具備する。
該固定機構は、ウェハ状の基板Ｗを固定するクランプリング３４、クランプリングを支持する支柱３５、該支柱を支持する支柱支持体３６ａ、該支柱支持体の下部に固定された昇降軸３６ｂ、該昇降軸を昇降させるための駆動機構４１を具備する。
該固定機構は、昇降軸を下降させる方向の弾性力を昇降軸に付与する弾性体、或いは、昇降軸を上昇させる方向の弾性力を昇降軸に付与する弾性体をさらに具備する。
該固定機構は、ウェハ状の基板Ｗの周囲に配置され、該基板を固定する複数の押さえ具３８、該押さえ具が取り付けられた移動体４３、及び該移動体を該基板に向かって進退させるための駆動機構３９を具備する。
該メインチャックの台形状エリアは、交換可能である。
該メインチャックの幅は、ウェハ直径の少なくとも３倍である。
該気密封止機構はＯリングである。
該筒体が金属製である場合、該筒体の下端部は、該下端部がＺ方向に上昇してきたメインチャックと接触する際の衝撃を軽減するための緩衝機構をさらに具備する。
該緩衝機構はテフロン製である。
該プローブ装置は、テスタを備え、該プローブカードは、そのプローブを該テスタに接続するための電気コードを配置するための配線用スペースを具備する。
該プローブカード昇降機構は、プローブカードに固定されたＺ軸、該Ｚ軸に固定されたナット部材、該ナット部材に勘合するボルト部材、該ボルト部材の一端に固定され、該ボルト部材を回転するための回転駆動機構、該Ｚ軸の周囲に配置され、Ｚ軸の昇降をガイドするためのＺ軸ガイド、該回転駆動機構を制御するための制御機構。
プローブカード昇降機構は、前記ボルト部材の周囲に配置されたベローズを具備する。
該ヘッドプレートは開口部を有し、該筒体の蓋状部材は該開口部を塞ぐように該ヘッドプレートに取り付けられている。
【００１４】
本発明の他の観点に従って、下記を具備する、プローブ装置における被検査体Ｗを検査する方法が提供される：
（ａ）該メインチャックの該台形状エリア上に被検査体を載置する、（ｂ）該移動機構が該メインチャックを少なくともＸ，Ｙ，及びθ方向に移動することにより、プローブカードと被検査体とを位置合わせする、（ｃ）該移動機構により、該メインチャックをＺ方向に上昇させる（この時、気密封止機構により、該筒体と上昇された該メインチャックの表面との間に密閉空間が形成される）、（ｄ）該密閉空間を真空引きする（該真空引きにより前記メインチャックはＺ方向に引き上げられ、前記取り付け機構のガイドに沿って上昇する）、（ｅ）　被検査体の電気的特性を検査する、（ｆ）　該排気機構を介して、密閉空間を大気圧に開放する（この開放によりメインチャックはガイドに沿って下降する），（ｇ）　該メインチャックをＺ方向に下降させる。
【００１５】
上記方法は、さらに下記構成のいずれかを、或いは下記構成のいずれかを組み合わせて具備することがこのましい。
【００１６】
前記（ｄ）につづいて、（ｄ２）該プローブカード昇降機構により前記プローブカードを下降させ、メインチャック上の被検査体に接触させる、（ｄ３）該プローブカード昇降機構により、前記プローブカードを被検査体に対してさらにオーバードライブさせる。
前記（ｅ）に続いて、（ｅ２）検査が終了した後、該プローブカードを昇降機構により上昇させる。
上記被検査体Ｗは、ウェハ状の基板の上に形成されたマイクロマシン及び集積回路の内の１つである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
添付した図面は、明細書の一部と連携しかつ一部を構成し、本発明の好適な実施例を図示する。そして、該図面は上記で記述した一般的な記述と以下に記述する好適な実施例に関する詳細な説明とにより、本発明の説明に資するものである。
【００１８】
本願発明は、シリコン基板等のウェハ状の基板上に形成されたマイクロマシン、集積回路、或いは液晶表示パネルなど種々の電子回路部品を検査対象とすることができる。しかし、本願発明をより具体的に説明する便宜上から、以下被検査体として、ウェハ状のシリコン基板上に作られたマイクロマシンの電気的特性を検査するプローブ装置及びプローブ方法が説明される。
【００１９】
以下、図に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施例におけるプローブ装置の本体断面図である。本実施例によるプローブ装置１００は、プローバ室２９を有し、その内部にメインチャック６を備える。搬送機構（図示せず）によってカセットＣ内から取り出されたウェハ状の基板Ｗは、プローバ室２９のメインチャック６上へ移動される。
【００２０】
メインチャック６上に載置されたウェハ状の基板Ｗは、固定機構１８によってメインチャックに固定される。図８は、固定機構１８の一つの実施例として、ウェハ状の基板Ｗの周囲を押さえるクランプリング３４を示している。
【００２１】
図８ａに示されるように、クランプリング３４は、リング３４ａと、リング状のつば部３４ｂとネジ孔３４ｃを具備することができる。このクランプリング３４は、図８ｂに示したように、メインチャック６にネジ４０で固定されることにより、ウェハ状の基板Ｗを押圧して台形状エリア７等に固定することができる。
【００２２】
次に、このクランプリング３４の押圧動作を自動化する機構を図９ａ，ｂに示す。クランプリング３４は、つば部３４ｂに取り付けられたクランプリング昇降機構３６によって昇降される。クランプリング昇降機構３６は、支柱３５、支柱支持体３６ａ、昇降軸３６ｂ、フランジ３６ｃ、昇降軸３６ｂの周囲に配置された弾性体３７、及び駆動機構４１を具備することができる。
【００２３】
弾性体３７としては、コイル状のばね部材を採用することができるが、他の弾性力付与手段も採用可能である。弾性体３７は、昇降軸３６ｂに接続されたフランジ３６ｃを常に下方に押し下げる。駆動機構４１は、弾性体３７の圧力に抗してフランジ３６ｃを上昇させることで、昇降軸３６ｂ、支柱支持体３６ａ及び支柱３５を介してクランプリング３４を上昇させる。駆動機構４１としては、例えば電磁力駆動機構などを用いることができる。駆動機構４１がクランプリング３４に印加する上昇力を解除すると、フランジ３６ｃは弾性体３７により降下させられる。この結果、昇降ガイド３６ｂ、支柱支持体３６ａ、支柱３５及びクランプリング３４も降下し、リング３４ａが基板Ｗの表面を押圧する。この状態でウェハ状の基板Ｗはリング３４ａにより固定される。ウェハ状の基板Ｗを台形状エリア７上に挿脱する際は、図９ｂに示されるように駆動機構４１がフランジ３６ｃを押し上げ、その結果としてクランプリング３４を上方に押し上げる。するとリング３４ａと台形状エリア７との間に間隙が形成され、この間隙からウェハ状の基板Ｗを挿脱することができる。クランプリングを支える支柱３５は、クランプリング３４の複数箇所に取り付けることができるが、２箇所が好ましい。本実施例のクランプリング３４を図９ｃに示した。
【００２４】
上記実施例のようにクランプリング昇降機構３６およびその駆動機構４１はメインチャックの内部に配置されることができるが、図１０に示すようにクランプリング昇降機構３６のための駆動機構４１を取り付け台２５に取り付けることもできる。その場合はクランプリング昇降機構３６とメインチャックの間にベローズ２４を取り付けることにより、密閉空間２８の機密性を保つことができる。図９ａ，９ｂに示された実施例においては、弾性体３７はフランジ３６ｃを常に押し下げるものであるが、この弾性体３７はフランジ３６ｃを押し上げるものであってもよい。この場合、駆動装置４０の動作は、図９ａ，９ｂとは逆になる。
【００２５】
図１１に固定機構１８の他の実施例を示した。図１１では、開口部４２内に配置された複数の押さえ具３８がウェハ状の基板Ｗを台形状エリア７上に固定している。図１１の断面図を図１２ａ及び１２ｂに示した。図１２ａに示された固定機構１８は、押さえ具３８、移動体４３、駆動機構３９より構成されることができる。押さえ具３８は移動体４３に固定され、移動体４３は駆動機構３９により、図中の矢印方向（基板Ｗに向かって進退方向）に移動させられる。図１２ａは押さえ具３８が基板Ｗを固定している状態を示している。図１２ｂは押さえ具３８が基板Ｗの固定を解除した状態を示している。駆動機構３９は移動体４３を矢印外側方向に移動させることにより、押さえ具３８による基板Ｗの固定を解除する。駆動機構３９は例えば電磁力を用いた機構とすることもできる。このような固定機構１８は、台形状エリア７或いはメインチャック６の複数箇所に備えることができるが、その箇所は３箇所が好ましく、それら複数の押さえ具３８は図中の矢印方向に同期して動かされることが望ましい。
【００２６】
上記した固定機構１８のクランプリング３４及び押さえ具３８などは、プラスチック、ゴム、金属などから製造されることができる。
【００２７】
上記のような固定機構１８には、図１２ｂに示したように、さらに基板Ｗをメインチャック６上に挿脱する機構を配置することも可能である。この挿脱する機構の例としては、バキュームパッド５０ａを採用することができる。このバキュームパッド５０ａは、基板搬送機構のロボットハンド５０の一部に取り付けられることができる。このバキュームパッド５０ａは、処理が終了した基板Ｗをメインチャック６から自動的に搬出するとともに、次に処理する基板Ｗをメインチャック上に自動的に搬送することができる。この自動搬送は、マイクロコンピュータを装備した制御装置により実施されることができる。
【００２８】
図１に戻って、メインチャック６を支持する支持体２は、移動機構１６に取り付けられることができ、この移動機構１６によってメインチャック６はＸ，Ｙ，Ｚ及びθ方向に移動することが可能である。移動機構１６は、コントローラー３６によって制御されることができる。
【００２９】
プローブ装置１００はさらに、位置合わせ機構として、プローバ室２９の上部にそなえられた上カメラ（図示せず）及び、メインチャック６側に固定された下カメラ３８を備えることができる。メインチャック６を移動させて上カメラでウェハ状の基板Ｗを撮像すると共に、メインチャック６を移動させて下カメラ３８でヘッドプレート１２に装着されたプローブカード１４を撮像することができる。これらの画像データに基づいて、ウェハ状の基板Ｗとプローブカード１４を位置合わせすることが可能である。
【００３０】
図３は、図１のプローバ室２９内に配置されたプローブカード１４、メインチャック６、及び支持体２等を拡大した図である。図１で示したように、プローバ室２９の上部にはヘッドプレート１２が備えられる。ヘッドプレート１２は、図３及び図４に示すように、開口部１３を備えることができるが、図５に示すように、開口部１３を備えずとも良い。図３において、開口部１３を有するヘッドプレート１２は、開口部１３の下部に筒体１０が取り付けられる。筒体１０は、上部に蓋状部材１１を備えることができ、蓋状部材１１を介してヘッドプレート１２に固定されることができる。ヘッドプレートが開口部１３を備える場合、図３に示したように、開口部１３は筒体の蓋状部材１１によって塞がれることができる。
【００３１】
筒体１０は、その下端部１０ａに気密封止機構８を備えることができる。気密封止機構８には、Ｏリングが採用されることができる。筒体１０は、Ｏリング８を介してメインチャック６と密着することができる。
【００３２】
メインチャック６が移動機構１６によってＺ方向に上昇すると、図４に示したように、メインチャック６の上表面は筒体１０のＯリング８と接触する。この時、メインチャック６と筒体１０は密閉空間２８を形成する。本実施例においては、気密封止機構８としてＯリングが筒体の下端部１０ａに配置されたが、ゴム製のシートなどの気密封止機構がメインチャック６上に配置されてもよい。
【００３３】
該筒体１０がメインチャック６と接触することから、メインチャック６の傷等を防ぐため、該筒体１０の材質はプラスチック、例えばテフロンやポリイミド樹脂で形成されることもできる。筒体１０を金属製にした場合にはメインチャックと接触する際の衝撃を軽減するための緩衝機構９を筒体下端部１０ａにさらに備えることができる。この緩衝機構９としては、ストッパーを採用することができ、ストッパーはテフロン製とすることができる。
【００３４】
図３において、筒体１０の内部には、複数のプローブ２６を備えたプローブカード１４が配置されることができる。プローブカード１４はメインチャック６と対向して配置される。プローブカード１４の複数のプローブ２６はテスタ３４に電気的に接続される。プローブカードは、その内部に配線用スペース１９を備えることができ、上記電気的接続のための電気コード２７は配線用スペース１９を通ってテスタ３４に接続されることが可能である。
【００３５】
プローブカード１４の複数のプローブ２６をメインチャック６上に載置された被検査体Ｗに接触させるため、及び／又はオーバードライブさせるために、プローブ装置１００は、プローブカード１４を昇降させるプローブカード昇降機構１７を具備することができる。プローブカード昇降機構１７は、プローブカードをＺ方向に下降させることにより、プローブ２６を被検査体Ｗの表面に接触させ、さらにオーバードライブさせることができる。
【００３６】
プローブカード昇降機構１７は、図３に示されるように、筒体１０の蓋状部材１１に取り付けられることができるが、図５に示されるようにヘッドプレート１２に直接取り付けられることもできる。この場合、蓋状部材１１を削除し、筒体１０のみの構造とすることもできる。
【００３７】
図６に、本実施例におけるプローブカード昇降機構１７を拡大して示した。プローブカード昇降機構１７は、プローブカードに固定されたＺ軸３９、Ｚ軸に固定されたナット部材２０、ナット部材に勘合するボルト部材２１、ボルト部材の一端に固定され、該ボルト部材を回転するための回転駆動機構２２、Ｚ軸の周囲に配置され、Ｚ軸の昇降をガイドするためのＺ軸ガイド３３、回転駆動機構を制御するための制御機構２３から構成されることができる。制御機構２３の制御の下で、回転駆動機構２２によりボルト部材２１を所定角度だけ左に或いは右に回転させると、該回転角度と回転方向に対応して、ナット部材２０がボルト部材２１に沿って上昇或いは下降する。ナット部材２０にＺ軸３９を介して取り付けられたプローブカード１４は、上昇或いは下降するナット部材２０とともに上昇或いは下降する。Ｚ軸３９の昇降は、蓋状部材１１に取り付けられたＺ軸ガイド３３によって案内される。この案内機構として、例えばＬＭガイド４２が採用されることができる。蓋状部材が使用されない場合は、Ｚ軸ガイドはヘッドプレート１２に取り付けられる。
【００３８】
さらに、Ｚ軸３９の周囲にはベローズ２４を配置することができる。ベローズ２４は密閉空間２８の気密性を確保する。ベローズ２４は、ねじ４０または溶接などの方法によって、一端をプローブカード１４に、他端をＺ軸ガイド３３に固定されることができる。ベローズ２４、Ｚ軸ガイド３３及びプローブカード１４によって囲まれた空間の気圧は大気圧にしいが、ベローズ２４は該空間内を真空に保つ。ベローズ２４は伸縮可能であるため、プローブカード１４の昇降を妨げることなく機密性を保持することができる。
【００３９】
また、他の実施例におけるプローブカード昇降機構１７の拡大図を図７に示した。この実施例では、Ｚ軸の周囲に配置されたベローズ２４は、その一端が蓋状部材１１の上面に固定され、他端がＺ軸３９に固定される。蓋状部材が使用されない場合は、Ｚ軸ガイドはヘッドプレート１２の上面に取り付けられる。図６の実施例とは反対にベローズ内部が真空となり、ベローズ２４及びＺ軸ガイド３３によって囲まれた空間が大気圧となる。この実施例においてもＺ軸の昇降は図６の実施例と同様の方法で行われ、ベローズ２４はＺ軸の昇降を妨げずに、密閉空間の機密性を保持することができる。図６及び図７に示したように、各部材の接合面には真空のリーク防止のためのＯリングが必要であるが、図面を簡潔にするため、図１乃至図５では省略した。
【００４０】
図３乃至図５に示したように、密閉空間２８は、密閉空間内を排気し、所定の真空度にするための排気機構１５を備えることができる。排気機構１５は、バルブ１５ａ及び真空ポンプ１５ｂ、フレキシブルチューブ１５ｃとから構成されることができる。バルブ１５ａは通常閉じられ、密閉空間２８は大気圧に開放されている。検査中は、バルブ１５ａを開けることで、真空ポンプｃはフレキシブルチューブ１５ｃを介して密閉空間２８内を排気することができる。密閉空間２８内の真空度は、真空ポンプの排気時間や排気機構１５のバルブ１５ａの開閉度合い等により、被検査体の電気的特性の検査に適した値に設定されることができる。さらに、密閉空間２８を真空にした後、或いは真空引き中に、密閉空間２８に所定のガス（例、不活性ガス、還元性ガスなど）を注入することも可能である。上記のヘッドプレート１２及び蓋状部材１１はアルミまたはステンレスで作られることができる。
【００４１】
メインチャック６が移動機構１６によりＺ方向に上昇し、Ｏリング８を介して筒体１０と密着した後、排気機構１５は密閉空間２８内を真空引きすることができる。例えば微細な羽状の可動要素をもつマイクロマシン等の電気的特性を検査する場合、わずかな空気によっても可動要素が抵抗を受ける。このため、上記のようなマイクロマシンの電気的な特性を精確に検査するためには、所定の真空度を確保する必要がある。本実施例におけるマイクロマシンの検査において必要とされる真空度は、少なくとも１Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１０〜２０ｍＴｏｒｒである。
【００４２】
高い真空度を達成するためには密閉空間の気密性を高める必要がある。即ち、気密封止機構８の気密性を高める必要があり、そのために、Ｏリング８を圧縮することが必要である。この圧縮の程度は、例えばＯリングの２０〜３０％程度を潰すことが必要である。Ｏリング８が潰れると、その潰し代の分だけメインチャック６は上昇しなければならない。例えば、直径が３．５ｍｍのＯリング８が２０％潰される場合、メインチャック６はＯリング８が潰される距離０．７ｍｍだけ上昇する。しかしながら、移動機構１６によってメインチャック６をＺ方向に上昇させることでＯリング８を所定の程度に潰すことは、移動機構１６の上昇力不足或いは上昇制御の正確性の観点から困難な場合がある。
【００４３】
そこで、本願発明の実施例では、最終段階でメインチャック６を真空力によって引き上げることで、Ｏリング８を所定量まで潰すことを可能としている。密閉空間２８が真空状態になることで生じる吸引力により、メインチャック６がＯリング８を潰しつつ引き上げられる。この時、メインチャック６が引き上げられるためには、移動機構１６を作動させる必要が生じる。しかしながら、従来のプローブ装置においては、メインチャック６は上から押し付けられることに対応するように設計されており、引き上げられることによって微小距離上昇することは困難である。仮に、密閉空間２８の真空引きと共に移動機構１６を作動させたとしても、移動距離が不確定であることや、タイミングが合わせられないこと等の問題が生じることが考えられる。
【００４４】
そこで本実施例では、メインチャック取り付け機構３を備えることで上記課題を解決することができる。メインチャック６は、取り付け機構３を介して支持体２に取り付けられることができる。取り付け機構３は、メインチャック６を支持体２に対して昇降可能に取り付けることができ、例えば支持体２とメインチャック６の間に備えられた取り付け台２５と、ガイド４及び弾性機構５から構成されることができる。図３に示したように、ガイド４は取り付け台２５を貫通しメインチャック６に穿たれた穴６ａに挿脱可能に勘合するガイド４およびガイド４を取り付け台２５に固定する固定部材３７とから構成されることができる。メインチャック６は、ガイド４に沿って、取り付け台２５から離れ、或いは接近することができる。
【００４５】
弾性機構５として、取り付け台２５とメインチャック６にその両端を固定されたバネ部材５が採用されることができる。このばね部材５はメインチャック６を常時支持体２側に引き付ける。ばね部材５の一端は、取り付け台２５から突出して配置されたばね取り付け部材３０に固定することもできるが、取り付け台２５の周辺内部に設置されることもできる。
【００４６】
上記した実施例では、メインチャック６は取り付け機構３に含まれる取り付け台２５を介して支持体２に取り付けられる。しかし、メインチャック６は、取り付け台２５を介さずに、直接支持体２に取り付け機構３を介して取り付けられることもできる。この場合、取り付け機構３は支持体２とメインチャック６との間に設置される。いずれにしても、取り付け機構３は複数箇所に設置されるが、特に３箇所に設置されることが望ましい。
【００４７】
ウェハ状の被検査体Ｗはメインチャックの上に直接載置されることもできるが、メインチャック６は、その上部に被検査体を載置するための台形状エリア７を有することができる。台形状エリア７は、メインチャック６の表面より高い位置に被検査体を載置するために設置されることが好ましい。この台形状エリア７を採用することにより、固定機構１８によりメインチャック上に被検査体Ｗを固定することが容易となる。　台形状エリア７はメインチャック６に一体的に固定された構造とすることもできるが、メインチャック６から取り外し可能な構造とすることもできる。台形状エリア７のサイズは、ウェハ状の基板Ｗに準じたサイズ、或いは基板Ｗより若干大きいサイズとされることができる。メインチャック６の幅は、基板Ｗ上に形成された全ての被検査体にプローブ２６を接触させる観点から、ウェハ直径の少なくとも３倍であることが望ましい。
【００４８】
図５は、開口部を有さないヘッドプレート１２を採用したプローブ装置が示されている。このプローブ装置においては、筒体１０は蓋状部１１を有しても良いが、有さなくともよい。また、プローブカード昇降機構１７は、ヘッドプレート１２上に配置されることができる。
【００４９】
次に、本実施例によるプローブ装置を用いて、ウェハ状の基板上に作られたマイクロマシンの電気的特性を真空中で検査する方法を記述する。
【００５０】
（Ｓ１）まず、メインチャック６上の台形状エリア７にウェハ状の基板Ｗを載置する。固定機構１８により、ウェハ状の基板Ｗを台形状エリア７の表面に固定する。
【００５１】
（Ｓ２）位置合わせ機構と協働して、移動機構１６は、メインチャック６を少なくともＸ，Ｙ，及びθ方向に移動し、プローブカード１４とウェハ状の基板Ｗとの位置合わせを行う。
【００５２】
（Ｓ３）位置合わせに続いて、移動機構１６がメインチャック６をＺ方向に上昇する。これにより、メインチャック６の表面と筒体１０の下端部１０ａとの間に配置された気密封止機構１６により、筒体１０とメインチャック６で囲まれた密閉空間２８が形成される。
【００５３】
（Ｓ４）この状態において、真空ポンプ１５ｂに連結されたフレキシブルチューブ１５ｃに設けられたバルブ１５ａを開けることにより、真空ポンプ１５ｂは密閉空間２８内を排気し、密閉空間２８を真空状態にする。密閉空間２８が真空状態になることにより、メインチャック６を密閉空間２８側に引き上げる吸引力が発生する。メインチャック６は、取り付け機構３により、支持体２或いは取り付け台２５に昇降可能に取り付けられている。上記吸引力がメインチャックに働くと、メインチャック６は、弾性機構５に抗して、かつガイド４に沿ってわずかに上昇し、筒体１０と接触して停止する。この上昇により、Ｏリング８は完全に潰され、密閉空間２８の気密性が高まり、より高い真空度が達成される。Ｏリング８が完全に潰れることで位置決めが可能となる。この時のウェハＷの高さが、ウェハＷにプローブを接触させ、オーバードライブさせるための基準となる。この位置に合わせてプローブカードが降下する。
【００５４】
（Ｓ５）密閉空間２８が真空状態になった後、プローブカード昇降機構１７はボルト２１を回転させることにより、プローブカード１４を降下する。プローブ２６の先端が台形状エリア７上のウェハ状の基板Ｗに接触する。
【００５５】
（Ｓ６）プローブカード昇降機構１７はプローブカード１４をさらに降下することにより、プローブ２６をウェハ状の基板Ｗに対してオーバードライブさせる。適切なオーバードライブ量はプローブカード１４及びウェハ状の基板Ｗによって異なる。プローブカード１４及びウェハ状の基板Ｗに対応するように、所定のオーバードライブ量がプローブカード昇降機構１７の第１の制御機構２３に設定されることによって、所定のオーバードライブ量が確保されることができる。なお、プローブカード及びウェハ状の基板Ｗの種類に応じて、必要とされるオーバードライブ量データを予め制御機構２３のメモリに記録させておき、プローブカード１４や被検査体を交換する際に必要なデータをメモリから取り出して使用することで設定作業を容易にすることもできる。
【００５６】
以上の説明は、プローブカード昇降機構１７を使用してオーバードライブを確保する方法である。しかし、プローブカード昇降機構１７を使用することなく、固定されたプローブカードに向かって、移動機構１６によりメインチャック６を上昇させることにより、所定のオーバードライブ量を確保することも可能である。
【００５７】
（Ｓ７）続いてウェハ状の基板Ｗ上に形成された複数のマイクロマシンの電気的特性が検査される。電気的特性の検査は１チップ毎に実施されることも、複数チップ毎に実施されることもできる。
【００５８】
（Ｓ８ａ）検査が終了した後、昇降機構１７はプローブカード２６を上昇させる。この上昇の後、或いは上昇の前、或いは上昇と並行して、バルブ１５ａを閉じ、密閉空間を大気圧に開放する（Ｓ８ｂ）。これにより、Ｚ方向に引き上げられていたメインチャック６は、弾性機構５の引き付け力により、ガイド４に沿って降下する。
【００５９】
（Ｓ９）所定の被検査体の検査が終了した後、メインチャック６を下降させる。
【００６０】
（Ｓ１０）次の被検査体との位置合わせを再び行い、全ての検査が終了するまで、上述した方法を繰り返すことにより検査が続けられる。
【００６１】
さらなる特徴及び変更は、当技術分野の当業者には着想されるところである。それ故に、本発明はより広い観点に立つものであり、特定の詳細な及びここに開示された代表的な実施例に限定されるものではない。従って、添付されたクレームに定義された広い発明概念及びその均等物の解釈と範囲において、そこから離れることなく、種々の変更をおこなうことができる。
【００６２】
【発明の効果】
本願発明の実施例によれば、メインチャック取り付け機構、密閉空間を形成するための筒体、該筒体に配置される気密封止機構、該密閉空間内を排気するための排気機構を備えた構成により被検査体を真空状態で検査するプローブ装置を提供することができる。
【００６３】
また、本願発明の実施例によれば、プローブカード昇降機構を具備する構成により、プローブカードと被検査体の接触、及びオーバードライブが調節可能なプローブ装置を提供することができる。
【００６４】
また、本願発明の実施例によれば、上記の構成により、ウェハ状の基板の上に形成されたマイクロマシンや集積回路等を真空状態下で検査するプローブ装置を提供することができる。
【００６５】
また、本願発明の実施例によれば、その上部に蓋状部材を備えた筒体がヘッドプレートに取り付けられる構成により、より機密性の高い密閉空間を奏するプローブ装置を提供することができる。
【００６６】
また、本願発明の実施例によれば、プローブカード昇降機構がヘッドプレートに取り付けられる構成により、プローブカード昇降機構は安定してプローブカードを昇降させることができるプローブ装置を提供することができる。
【００６７】
また、本願発明の実施例によれば、メインチャック取り付け機構が、メインチャックのＺ方向の移動を案内するためのガイド及びメインチャックを支持体方向に引きつける弾性機構を備える構成により、真空引きによるメインチャックのＺ方向の移動が円滑に行われるプローブ装置を提供することができる。
【００６８】
また、本願発明の実施例によれば、メインチャック上にウェハ状の基板Ｗを載置するための台形状エリアを備えることにより、固定機構により基板Ｗをメインチャック上に固定することが容易となる。
【００６９】
また、本願発明の実施例によれば、筒体の材質をプラスチック製にすることによって、Ｚ方向に上昇してきたメインチャックと接触する際の衝撃を軽減することができ、緩衝機構９を省くこともできる。
【００７０】
また、本願発明の実施例によれば、プローブカード昇降機構に昇降機構を制御するための制御機構を備える構成により、予め設定した所定量のオーバードライブを行うことができるプローブ装置を提供することができる。
【００７１】
さらに、プローブカード昇降機構にベローズを備える構成により、密閉空間の機密性を保持しやすいプローブ装置を提供することができる。
【００７２】
また、本願発明の実施例によれば、ヘッドプレートが開口部を有し、筒体の蓋状部材が該開口部を塞ぐように取り付けられる構成によって、プローブカード昇降機構や、排気口などが設置しやすく簡便にプローブ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１実施例によるプローブ装置本体の断面図。
【図２】真空吸引によりオーバードライブを行う従来装置の断面図。
【図３】図１のプローブ装置本体内部の拡大図。
【図４】図３のプローブ装置において、ウェハ状の基板Ｗを検査する時の図。
【図５】ヘッドプレートの開口部を有さないプローブ装置内部の拡大図。
【図６】一つの実施例におけるプローブカード昇降機構の拡大図。
【図７】他の実施例におけるプローブカード昇降機構の拡大図。
【図８】ウェハ固定機構の一実施例であり、（ａ）はクランプリングの模式図、（ｂ）はクランプリングを用いてウェハを固定している模式的断面図。
【図９】クランプリングを用いたウェハの自動固定機構の一実施例であり、（ａ）はウェハを固定している模式的断面図、（ｂ）は固定を解除した図、（ｃ）はクランプリングの模式図。
【図１０】クランプリングを用いたウェハの自動固定機構の他の実施例の図。
【図１１】押さえ具を用いたウェハ固定機構の一実施例の模式的正面図。
【図１２】押さえ具を用いたウェハ固定機構の実施例の模式的断面図であり、（ａ）はウェハを固定している図、（ｂ）は固定を解除した図。
【図１３】本発明の１実施例によるプローブ装置を用いてウェハ状の基板Ｗを検査する際のフローチャート。
【符号の説明】
１…本体、２…支持体、３…メインチャック取り付け機構、４…ガイド、５…弾性機構、６…メインチャック、８…気密封止機構、１０…筒体、１２…ヘッドプレート、１４…プローブカード、１５…排気機構、１７…プローブカード昇降機構、１８…固定機構、１９…配線用スペース、２５…取り付け台。
【図１】
2004128202.tif 000003
【図２】
2004128202.tif 000004
【図３】
2004128202.tif 000005
【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】
2004128202.tif 000010
【図９】
2004128202.tif 000011
【図１０】
2004128202.tif 000012
【図１１】
2004128202.tif 000013
【図１２】
2004128202.tif 000014
【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年10月15日(2002.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004128202.tif 000016