(57)【要約】【課題】  プローブと半導体回路とを最適なコンタクト圧状態に保ちつつ被測定半導体回路の電気的特性が測定可能なプローバ装置を提供する。【解決手段】  半導体回路が形成されたウェハ５３をその上面５５ａに載置するチャック５５と、半導体回路と接触するプローブ針６３の針先６３ａを有し、半導体回路の電気的特性を測定するプローブカード６１と、チャック５５の位置を制御するチャック位置制御部７１と、時間を計測するタイマ部７５と、所定の時間間隔毎の針先６３ａの測定開始位置に対する移動距離を位置変動テーブル８１に記憶する変動データ保存部７７と、時間間隔毎に、位置変動テーブル８１を参照し、移動距離を取得し、チャック５５の移動位置を算出する算出部７９と、を備え、チャック位置制御部７１は、移動位置に基づいて、チャック５５の位置を制御する。【選択図】      図１
2005333045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体回路が形成された一面を有するウェハをその上面に載置するステージと、
前記半導体回路と接触する針先を有し、前記半導体回路の電気的特性を測定するプローブと、
前記ステージまたは前記プローブの位置を制御する位置制御部と、
時間を計測する計時部と、
所定の時間間隔毎の前記プローブの前記針先の測定開始位置に対する移動距離を位置変動テーブルに記憶する記憶部と、
前記時間間隔毎に、前記位置変動テーブルを参照し、前記移動距離を取得し、前記ステージおよび前記プローブの移動位置を算出する算出部と、
を備え、
前記位置制御部は、前記移動位置に基づいて、前記ステージまたは前記プローブの前記位置を制御することを特徴とするプローバ装置。
【請求項２】
半導体回路が形成された一面を有するウェハをその上面に載置するステージと、
前記半導体回路と接触する針先を有し、前記半導体回路の電気的特性を測定するプローブと、
前記プローブの前記針先の測定開始位置からの移動距離を計測する距離計測部と、
前記ステージまたは前記プローブの位置を制御する位置制御部と、
時間を計測する計時部と、
前記プローブの前記針先および前記半導体回路が接触または非接触のいずれであるかを示す接触状態を検出する検出部と、
前記距離計測部で計測された前記移動距離を所定の時間間隔毎に計測する変化量計測部と、
前記検出部で検出された前記接触状態と前記時間間隔毎の前記移動距離とを対応付けて記録した位置変動テーブルを記憶する記憶部と、
前記検知部で検知された前記接触状態に応じて、前記時間間隔毎に、前記位置変動テーブルを参照し、前記移動距離を取得し、前記ステージおよび前記プローブの移動位置を算出する算出部と、
を備え、
前記位置制御部は、前記移動位置に基づいて、前記ステージまたは前記プローブの前記位置を制御することを特徴とするプローバ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプローバ装置において、
前記ウェハを所定の設定温度に制御する温度制御部を備え、
前記記憶部は、複数の設定温度毎の複数の前記位置変動テーブルを記憶し、
前記算出部は、前記設定温度に応じて、該当する前記位置変動テーブルを使用することを特徴とするプローバ装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のプローバ装置において、
前記プローブの前記針先を前記半導体回路に接触させ、前記時間間隔毎の前記移動距離を第１の位置変動テーブルに記録する第１の記録部と、
前記移動距離の変動幅が所定の値未満になったか否かを判定する判定部と、
前記変動幅が所定の値未満となったと判定されたとき、前記プローブの前記針先を前記半導体回路から離し、前記時間間隔毎の前記移動距離を第２の位置変動テーブルに記録する第２の記録部と、
前記計時部の時間を補正する補正部と、
を備え、
前記半導体回路の前記電気的特性を測定するとき、前記計時部は、前記プローブの前記針先を前記半導体回路に接触させてからの第１の経過時間を計時し、前記算出部は、前記第１の経過時間に応じて、前記時間間隔毎に前記記憶部の前記第１の位置変動テーブルを参照して得られた前記移動距離から前記移動位置を算出し、前記位置制御部は、前記移動位置に基づいて前記位置を前記時間間隔毎に制御し、
前記半導体回路の測定を中断後に再開するとき、前記計時部は、前記プローブの前記針先を前記半導体回路から離してから再度接触させるまでの第２の経過時間を計時し、前記算出部は、前記第２の経過時間に応じて、前記第２の位置変動テーブルを参照して得られた前記移動距離から前記移動位置を算出し、前記位置制御部は、前記移動位置に基づいて前記位置を制御し、
前記半導体回路の測定再開後、前記補正部は、前記移動距離から前記第１の位置変動テーブルを参照して取得した経過時間に前記計時部の前記第１の経過時間を補正し、前記算出部は、前記第１の時間経過に応じて、前記時間間隔毎に前記記憶部の前記位置変動テーブルを参照して得られた前記移動距離から前記移動位置を算出し、前記位置制御部は、前記移動位置に基づいて前記位置を前記時間間隔毎に制御することを特徴とするプローバ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のプローバ装置において、
前記検出部で前記接触状態が非接触であると検出されたとき、前記計時部が計時した非接触時間が所定の時間内であるか否かを判定する時間判定部と、
前記時間判定部で前記非接触時間が所定の時間内であると判定された場合は、前記接触状態は接触であると判別し、前記時間判定部で前記非接触時間が前記所定の時間を超えたと判定された場合は、前記接触状態は非接触であると判別する判別部と、を含むことを特徴とするプローバ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハに形成された半導体回路の電気的特性を測定するプローバ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の高集積化に伴い、ウェハに形成された半導体回路の電気的特性を測定するプローバ装置は、プローブの針数の増加や並列測定個数の増加による針立て面積の増大、ＩＣのパットピッチの狭ピッチ化に伴い針径が細くなり、針先と半導体回路とのコンタクト圧の許容範囲が狭まる傾向があり、プローブ針先位置の高精度な制御が要求されてきている。
【０００３】
特許文献１には、半導体基板を搭載するステージの温度状態に応じて、ステージの位置を自動的に調節し、プローブの針圧を一定に保持することを可能にしたプローバ装置が開示されている。
【０００４】
上記文献と同様な構成を有する従来のプローバ装置の一例を図９に示す。従来のプローバ装置１は、被測定半導体回路（不図示）が形成されたウェハ３をその上面５ａに載置するチャック５と、チャック５をＸ軸およびＹ軸方向に移動するチャックＸＹ軸駆動部７と、チャック５をＺ軸方向に移動するチャックＺ軸駆動部９と、チャックＸＹ軸駆動部７およびチャックＺ軸駆動部９を制御するチャック位置制御部２１と、を備えている。チャック５は、その内部にチャック５を加熱するヒータ（不図示）と、チャック５を冷却する冷却ユニット（不図示）と、チャック５の温度を測定する温度センサ（不図示）と、を含む。
【０００５】
従来のプローバ装置１は、ウェハ３の上面３ａと対面して設けられ、ウェハ３の上面３ａに形成された半導体回路の電気的特性を測定するとき使用するプローブカード１１を含む。プローブカード１１は、半導体回路と接触する針先１３ａを有するプローブ針１３が設けられた一面１１ａを有し、固定フレーム１５によって固定される。
【０００６】
さらに、従来のプローバ装置１は、プローブ針１３の針先１３ａの位置を検出する位置センサ２３と、位置センサ２３で検出された位置データに基づいて、プローブ針１３の針先１３ａの測定開始位置に対する位置を計測する位置計測部２５と、チャック５を設定温度に制御する温度制御部２７と、チャック５の設定温度と、位置計測部２５で計測された移動位置とを対応づけて記憶するデータ保存部２９と、ＣＰＵ３１と、を含む。
【０００７】
ところで、従来のプローバ装置１において、ウェハ３の半導体回路の電気的特性の測定を高温または低温状態で行う場合、ウェハ３からの熱伝導や放射熱によりプローブカード１１のゆがみやプローブカード１１のプローブ針１３の膨張や収縮が発生する。たとえば、図１０に示すように、チャック５の温度が高温時、プローブ針１３の針先１３ａからウェハ３の上面までの距離は、測定開始時（図中、破線で示す。）の距離ａから距離ｂになり、プローブ針１３の針先１３ａは距離ｃだけＺ軸方向下方に移動する。図１１は、このプローブ針１３の針先１３ａの測定開始時の位置を基準とした針先１３ａの位置ｄの経時変化を示す図である。測定開始時の位置からプローブ針１３の針先１３ａの位置ｄは、Ｚ軸方向下方に移動し、一定時間経過に、その変動幅は所定の範囲内に収束し、安定する。その後、プローブ針１３の針先１３ａをウェハ３から離すと、プローブ針１３の針先１３ａの位置ｄは、Ｚ軸方向上方に移動する。
【０００８】
図９の従来のプローバ装置１では、被測定半導体回路が形成されたウェハ３を搭載したチャック５の温度変化に応じて、チャック５の位置を自動的に調節するように構成されている。従来のプローバ装置１は、予めチャック５の温度毎にプローブ針１３の針先１３ａの位置を測定し、データ保存部２９に保存する。半導体回路の電気的特性を測定する際、チャック５の温度を測定し、チャック５の温度に応じてデータ保存部２９からプローブ針１３の針先１３ａの位置を取得し、プローブ針１３の針先１３ａの位置からチャック５の移動位置を算出する。算出された移動位置に基づいて、チャック位置制御部２１が、チャックＹ軸駆動部９を制御し、チャック５を移動位置に移動させる。
【０００９】
このようにして、従来のプローバ装置１は、チャック５の温度に応じてチャック５の位置を制御することができる。
【特許文献１】特開平１−２７０２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
【００１１】
従来のプローバ装置１では、ウェハ交換時やアラームで測定を停止した場合の対処法がなされていない場合に以下に示す問題が生じていた。たとえば、高温で半導体回路の電気的特性測定最中に、ウェハ交換時やアラームで測定を停止した場合に、プローブ針１３とウェハ３が非接触状態となると、プローブカード１１とプローブ針１３の温度が低下し、プローブ１３の針先１３ａの位置が常温時の位置に戻っていく。従来のプローバ装置１では、測定再開時にプローブ針１３の針先１３ａの位置の補正を行わないので、プローブ針１３の針先１３ａとウェハ３とのコンタクト圧が低くなり、接触不良により測定が正確に行われない可能性があった。
【００１２】
また、従来のプローバ装置１において、ウェハ交換時やアラームで測定を停止した場合の対処法として、測定再開時にプローブ針１３の針先１３ａの位置の補正を行う方法が考えられる。たとえば、測定再開時に高温または低温状態で一定時間の待機時間を設け、プローブ針１３の針先１３ａの位置が安定するまで待ち、針先１３ａの位置を計測してからチャック５を移動させ、針先１３ａとウェハ３とのコンタクト圧を調節することができる。しかしこの場合、待機時間が必要となりプローバ装置１の稼働率の低下を招く原因となってしまうといった問題点があった。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プローブと半導体回路とを最適なコンタクト圧状態に保ちつつ被測定半導体回路の電気的特性が測定可能なプローバ装置を提供することにある。また本発明の別な目的は、プローバ装置の信頼性を向上させることにある。また本発明の別な目的は、プローバ装置の稼働率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、半導体回路が形成された一面を有するウェハをその上面に載置するステージと、前記半導体回路と接触する針先を有し、前記半導体回路の電気的特性を測定するプローブと、前記ステージまたは前記プローブの位置を制御する位置制御部と、時間を計測する計時部と、所定の時間間隔毎の前記プローブの前記針先の測定開始位置に対する移動距離を位置変動テーブルに記憶する記憶部と、前記時間間隔毎に、前記位置変動テーブルを参照し、前記移動距離を取得し、前記ステージおよび前記プローブの移動位置を算出する算出部と、を備え、前記位置制御部は、前記移動位置に基づいて、前記ステージまたは前記プローブの前記位置を制御することを特徴とするプローバ装置が提供される。
【００１５】
この発明によれば、プローバ装置は、プローブの針先の測定開始位置に対する移動距離の経時変化を予め測定動作パターンとして定めてテーブルに記憶し、時間間隔毎にテーブルを参照して得られたプローブの針先の測定開始位置に対する移動距離から、ステージとプローブの移動位置をリアルタイムに算出して制御することができるので、プローブと半導体回路とを最適なコンタクト圧状態に保ちつつ被測定半導体回路の電気的特性が測定可能となる。これにより、プローバ装置における接触不良などによる誤測定などを防ぐことができ、半導体回路の品質も向上し、プローバ装置の信頼性も向上する。
【００１６】
また、ウェハの温度に応じてプローブの位置を制御する場合に比べて、測定中断後に測定を再開するときの待機時間が削減されるので、プローバ装置の稼働率が向上する。
【００１７】
また、本発明によれば、半導体回路が形成された一面を有するウェハをその上面に載置するステージと、前記半導体回路と接触する針先を有し、前記半導体回路の電気的特性を測定するプローブと、前記プローブの前記針先の測定開始位置からの移動距離を計測する距離計測部と、前記ステージまたは前記プローブの位置を制御する位置制御部と、時間を計測する計時部と、前記プローブの前記針先および前記半導体回路が接触または非接触のいずれであるかを示す接触状態を検出する検出部と、前記距離計測部で計測された前記移動距離を所定の時間間隔毎に計測する変化量計測部と、前記検出部で検出された前記接触状態と前記時間間隔毎の前記移動距離とを対応付けて記録した位置変動テーブルを記憶する記憶部と、前記検知部で検知された前記接触状態に応じて、前記時間間隔毎に、前記位置変動テーブルを参照し、前記移動距離を取得し、前記ステージおよび前記プローブの移動位置を算出する算出部と、を備え、前記位置制御部は、前記移動位置に基づいて前記ステージまたは前記プローブの前記位置を制御することを特徴とするプローバ装置が提供される。
【００１８】
この発明によれば、プローバがウェハ上の半導体回路とプローブの針先の接触状態（接触して計測中、または非接触で計測中断中）と、所定の時間間隔毎のプローブの針先の測定開始位置に対する移動距離を位置変動テーブルに記録することができ、位置変動テーブルを参照して得られた移動距離からステージとプローブの移動位置をリアルタイムに算出して制御することができるので、プローブと半導体回路とを最適なコンタクト圧状態に保ちつつ被測定半導体回路の電気的特性が測定可能となる。これにより、プローバ装置における接触不良などによる誤測定などを防ぐことができ、半導体回路の品質も向上し、プローバ装置の信頼性も向上する。
【００１９】
また、ウェハの温度に応じてプローブの位置を制御する場合に比べて、測定中断後に測定を再開するときの待機時間が削減されるので、プローバ装置の稼働率が向上する。
【００２０】
上記プローバ装置において、前記ウェハを所定の設定温度に制御する温度制御部を備え、前記記憶部は、複数の設定温度毎の複数の前記位置変動テーブルを記憶し、前記算出部は、前記設定温度に応じて、該当する前記位置変動テーブルを使用することができる。
【００２１】
この構成によれば、設定温度毎に位置変動テーブルを設けることができ、様々な半導体基板の電気的特性の測定に対応可能となり、利便性が増す。
【００２２】
上記プローバ装置において、前記プローブの前記針先を前記半導体回路に接触させ、前記時間間隔毎の前記移動距離を第１の位置変動テーブルに記録する第１の記録部と、前記移動距離の変動幅が所定の値未満になったか否かを判定する判定部と、前記変動幅が所定の値未満となったと判定されたとき、前記プローブの前記針先を前記半導体回路から離し、前記時間間隔毎の前記移動距離を第２の位置変動テーブルに記録する第２の記録部と、前記計時部の時間を補正する補正部と、を備え、前記半導体回路の前記電気的特性を測定するとき、前記計時部は、前記プローブの前記針先を前記半導体回路に接触させてからの第１の経過時間を計時し、前記算出部は、前記第１の経過時間に応じて、前記時間間隔毎に前記記憶部の前記第１の位置変動テーブルを参照して得られた前記移動距離から前記移動位置を算出し、前記位置制御部は、前記移動位置に基づいて前記位置を前記時間間隔毎に制御し、前記半導体回路の測定を中断後に再開するとき、前記計時部は、前記プローブの前記針先を前記半導体回路から離してから再度接触させるまでの第２の経過時間を計時し、前記算出部は、前記第２の経過時間に応じて、前記第２の位置変動テーブルを参照して得られた前記移動距離から前記移動位置を算出し、前記位置制御部は、前記移動位置に基づいて前記位置を制御し、前記半導体回路の測定再開後、前記補正部は、前記移動距離から前記第１の位置変動テーブルを参照して取得した経過時間に前記計時部の前記第１の経過時間を補正し、前記算出部は、前記第１の時間経過に応じて、前記時間間隔毎に前記記憶部の前記位置変動テーブルを参照して得られた前記移動距離から前記移動位置を算出し、前記位置制御部は、前記移動位置に基づいて前記位置を前記時間間隔毎に制御することができる。
【００２３】
ここで、第１の位置変動テーブルは、プローブの針先が半導体回路と接触したとき、すなわち測定時の針先位置の経時変化が記録され、第２の位置変動テーブルは、プローブの針先が半導体回路から離れたとき、すなわち測定中断時の針先位置の経時変化が記録される。
【００２４】
この構成によれば、半導体回路とプローブの針先との接触状態毎に位置変動テーブルを設けたので、測定再開時でも、迅速にプローブの針先の移動距離を取得でき、その後の移動距離もリアルタイムに取得することができるので、プローバ装置の稼働率が向上する。
【００２５】
上記プローバ装置において、前記検出部で前記接触状態が非接触であると検出されたとき、前記計時部が計時した非接触時間が所定の時間内であるか否かを判定する時間判定部と、前記時間判定部で前記非接触時間が所定の時間内であると判定された場合は、前記接触状態は接触であると判別し、前記時間判定部で前記非接触時間が前記所定の時間を超えたと判定された場合は、前記接触状態は非接触であると判別する判別部と、を含むことができる。
【００２６】
この構成によれば、ウェハ上に設けられた複数の半導体回路間をプローブが移動する間は、温度変化によるプローブの針先の位置の変動は少ないので、測定中と判断し、第１の位置変動テーブルに従って位置を制御することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、プローブと半導体回路とを最適なコンタクト圧状態に保ちつつ被測定半導体回路の電気的特性が測定可能なプローバ装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（第一の実施の形態）
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態に係るプローバ装置を模式的に示す構成図である。プローバ装置５０は、半導体回路（不図示）が形成されたウェハ５３をその上面５５ａに載置するチャック５５と、チャック５５をＸ軸およびＹ軸方向に移動するチャックＸＹ軸駆動部５７と、チャック５５をＺ軸方向に移動するチャックＺ軸駆動部５９と、チャックＸＹ軸駆動部５７およびチャックＺ軸駆動部５９を制御するチャック位置制御部７１と、を備えている。
【００３０】
チャック５５は、その内部にチャック５５を加熱するヒータ（不図示）と、チャック５５を冷却する冷却ユニット（不図示）と、チャック５５の温度を測定する温度センサ（不図示）と、を含む。
【００３１】
チャックＸＹ軸駆動部５７およびチャックＺ軸駆動部５９は、図示されない駆動モータなどによりチャック５５を駆動する。チャック位置制御部７１は、チャックＸＹ軸駆動部５７およびチャックＺ軸駆動部５９の駆動モータの回転を制御することにより、チャック５５の位置を制御する。
【００３２】
ウェハ５３の上面５３ａに形成された複数の半導体回路の電気的特性の測定は各半導体回路毎に行われる。そのため、チャック位置制御部７１はチャックＸＹ軸駆動部５７を制御して、各半導体回路と、プローブ針６３の針先６３ａと、が適切な位置で対面させるようＸＹ軸方向にチャック５５を移動させる。また、半導体回路の電気的特性を測定する際、チャック位置制御部７１はチャックＺ軸駆動部５９を制御して、半導体回路とプローブ針６３の針先６３ａが最適なコンタクト圧で接触し、電気的に接続されるようにチャック５５のＺ軸方向に移動させる。
【００３３】
プローバ装置５０は、ウェハ５３の上面５３ａと対面して設けられ、ウェハ５３の上面５３ａに形成された半導体回路の電気的特性を測定するとき使用するプローブカード６１を含む。プローブカード６１は、半導体回路と接触する針先６３ａを有するプローブ針６３が設けられた一面６１ａを有する。さらに、プローバ装置５０は、プローブカード６１を固定する固定フレーム６５と、プローブカード６１を介して半導体回路の電気的特性を測定する電気的特性測定部６７と、を含む。
【００３４】
さらに、プローバ装置５０は、温度制御部７３と、タイマ部７５と、変動データ保存部７７と、算出部７９と、を含む。
【００３５】
温度制御部７３は、温度センサ（不図示）を含み、温度センサでチャック５５の温度を測定するとともに、チャック５５を所定の設定温度に制御する。温度制御部７３は、チャック５５の温度を上げる場合は、チャック５５をヒータで加熱するようヒータを制御し、チャック５５の温度を下げる場合は、チャック５５を冷却ユニットで冷却するように冷却ユニットを制御する。
【００３６】
タイマ部７５は、時間を計時する。タイマ部７５は、半導体回路の電気的特性を測定する際、測定開始から所定の時間間隔を計測し、算出部７９に通知する。変動データ保存部７７は、プローブ針６３の針先６３ａの測定開始位置に対する移動距離を所定の時間間隔毎に記録した位置変動テーブル８１を保存する。位置変動テーブル８１の詳細については後述する。
【００３７】
算出部７９は、タイマ部７５から通知された所定の時間間隔毎に、位置変動テーブル８１を参照し、プローブ針６３の針先６３ａの移動距離を取得し、取得した移動距離に基づいて、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路が最適なコンタクト圧で接触するように、チャック５５のＺ軸方向の移動位置を算出する。算出部７９で算出された移動位置は、チャック位置制御部７１に通知される。チャック位置制御部７１は、チャックＺ軸駆動部５９を制御してチャック５５をＺ軸方向の移動位置に移動させる。
【００３８】
本実施の形態において、プローバ装置５０は、予め図２に示すような測定動作パターンで測定を行うものとし、プローブ針６３の針先６３ａの測定開始位置に対する移動距離を示す位置ｄの経時変化を測定動作パターンとして定めて位置変動テーブルに記憶する。すなわち、時間Ｔ０で測定が開始された後、時間Ｔ１に１つ目のウェハ５３の測定が終了し、時間Ｔ２に２つ目のウェハ５３の測定が再開する。さらに、時間Ｔ３で２つ目のウェハ５３の測定が終了し、時間Ｔ４に３つ目のウェハ５３の測定が再開する。測定動作パターンとして時間Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、およびＴ４は予め定められているものとする。
【００３９】
図２の例では、プローバ装置５０は高温下にて半導体回路の電気的特性の測定を行う。時間Ｔ０に測定開始後、プローブ針６３の針先６３ａがウェハ５３の半導体回路に接触すると、ウェハ５３の温度により針先６３ａの位置ｄが測定開始位置に対してＺ軸方向下方に向かって移動する。一定時間経過後、位置ｄの変動幅は所定の範囲内に入り安定する。
【００４０】
その後、別のウェハ５３の半導体回路の電気的特性の測定を行うために、ウェハ５３の交換が行われる。時間Ｔ１に、ウェハ５３の交換のためにプローブ針６３がウェハ５３から離されると、プローブ針６３の針先６３ａの温度が低下するため、針先６３ａの位置ｄは、測定開始位置に対してＺ軸方向上方に向かって移動する。
【００４１】
再び、時間Ｔ２に、測定を開始するためにプローブ針６３の針先６３ａをウェハ５３の半導体回路に接触させると、ウェハ５３の温度により針先６３ａの位置ｄが測定開始位置に対してＺ軸方向下方に向かって移動する。一定時間経過後、位置の変化幅は所定の範囲内に入り安定する。
【００４２】
図３に、この位置変動テーブル８１の一例を示す。位置変動テーブル８１には、所定の時間間隔毎にプローブ針６３の針先６３ａの位置が対応付けて記憶される。
【００４３】
図４は、本実施の形態のプローバ装置５０の動作を示すフローチャートである。
【００４４】
はじめに、ウェハ５３がチャック５５に載置され、プローブ針６３の針先６３ａがウェハ５３の半導体回路に接触し、測定が開始されると、タイマ部７５は、経過時間の計測を開始する（Ｓ１１）。つづいて、タイマ部７５で計測された所定の時間間隔毎に算出部７９は位置変動テーブル８１を参照し、プローブ針６３の針先６３ａの位置ｄを取得する（Ｓ１３）。つづいて、算出部７９は、取得した位置ｄに基づいて、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路が最適なコンタクト圧で接触するように、チャック５５のＺ軸方向の移動位置を算出する（Ｓ１５）。
【００４５】
つづいて、チャック位置制御部７１は、チャックＺ軸駆動部５９を制御し、チャック５５をＺ軸方向の移動位置に移動させ、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路とを最適なコンタクト圧で接触させる（Ｓ１７）。つづいて、電気的特性測定部６７が、半導体回路の電気的特性を測定する（Ｓ１９）。つづいて、半導体回路の電気的特性の測定を終了する場合（Ｓ２１のＹＥＳ）、そのまま本処理を終了する。一方、測定を続行する場合（Ｓ２１のＮＯ）、ステップＳ１３に戻る。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態のプローバ装置５０によれば、予め決められた測定動作パターンを定めた位置変動テーブル８１に基づいて、プローブ針６３の針先６３ａの移動距離を示す位置ｄを取得して、チャック５５のＺ軸方向の位置をリアルタイムに制御することができる。これにより、プローブと半導体回路とを最適なコンタクト圧状態に保ちつつ被測定半導体回路の電気的特性が測定可能となる。
【００４７】
このようにして、本実施の形態のプローバ装置５０によれば、プローブ針６３と半導体回路との接触不良などによる誤測定などを防ぐことができ、半導体回路の品質も向上し、プローバ装置５０の信頼性も向上する。また、本実施の形態のプローバ装置５０によれば、ウェハの温度に応じてプローブの位置を制御する場合に比べて、測定中断後に測定を再開するときの待機時間が削減されるので、プローバ装置５０の稼働率が向上する。
（第二の実施の形態）
【００４８】
図５は、本発明の実施の形態に係るプローバ装置を模式的に示す構成図である。本実施の形態のプローバ装置９０は、上記実施の形態とは、位置変動テーブルをプローブの針先位置を実測して記録する構成を有する点で相違している。
【００４９】
プローバ装置９０は、図１のプローバ装置５０の変動データ保存部７７および算出部７９の替わりに変動データ保存部１０１および算出部１０５をそれぞれ備えている。さらにプローバ装置９０は、位置センサ９１と、位置計測部９３と、検出部９５と、変化量判定部９７と、記録部１０３と、補正部１０７と、を備えている。
【００５０】
位置センサ９１は、プローブ針６３の針先６３ａの位置を検知する。位置センサ９１は、たとえば、カメラやレーザセンサである。
【００５１】
位置計測部９３は、位置センサ９１で検知された位置データに基づいて、所定の時間間隔毎にプローブ針６３の針先６３ａの測定開始位置に対する移動距離を示す位置ｄを計測する。
【００５２】
検出部９５は、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路とが接触しているか否かを検出する。具体的には、位置計測部９３が位置センサ９１で検知したプローブ針６３の針先６３ａの位置データに基づいて、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路とが接触しているか否かを検出する。あるいは、電気的特性測定部６７がプローブ針６３の針先６３ａと半導体回路とが電気的に接続されているか否かを判別することで検出することもできる。
【００５３】
変化量判定部９７は、位置計測部９３で測定された位置ｄに基づいて、所定の時間間隔での位置ｄの変動幅が所定値を超えているか否かを判定する。
【００５４】
変動データ保存部１０１は、第１の位置変動テーブル１１１および第２の位置変動テーブル１１２を含む。記録部１０３は、第１の位置変動テーブル１１１および第２の位置変動テーブル１１２に位置計測部９３で測定された結果を記録する。詳細には、記録部１０３は、第１の位置変動テーブル１１１に、設定温度に制御されたチャック５５上に載置されたウェハ５３の半導体回路とプローブ針６３の針先６３ａとが接触した時点から位置計測部９３によって所定の時間間隔で測定されたプローブ針６３の針先６３ａの位置ｄを記録する。さらに記録部１０３は、第２の位置変動テーブル１１２に、測定中のプローブ針６３の針先６３ａがウェハ５３から離れた時点から位置計測部９３によって測定された所定の時間間隔でプローブ針６３の針先６３ａの位置ｄを記録する。ここで、本実施の形態において、チャック５５の設定温度は、高温設定とする。
【００５５】
なお、本実施の形態において、タイマ部７５は、プローブ針６３の針先６３ａを半導体回路に接触させてから第１の経過時間を計時するとともに、プローブ針６３の針先６３ａを半導体回路から離して再度接触させるまでの第２の経過時間を計時する。
【００５６】
算出部１０５は、半導体回路の電気的特性の測定中は、第１の経過時間に応じて、所定の時間間隔毎に、変動データ保存部１０１の第１の位置変動テーブル１１１を参照し、プローブ針６３の針先６３ａの位置ｄを取得し、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路が最適なコンタクト圧で接触するように、チャック５５のＺ軸方向の移動位置を算出する。また、算出部１０５は、半導体回路の電気的特性の測定を中断した後、測定を再開する場合は、第２の経過時間に応じて、変動データ保存部１０１の第２の位置変動テーブル１１２を参照し、プローブ針６３の針先６３ａの位置ｄを取得する。取得した位置ｄに基づいて、測定再開時にプローブ針６３の針先６３ａと半導体回路が最適なコンタクト圧で接触するように、チャック５５のＺ軸方向の移動位置を算出する。
【００５７】
補正部１０７は、半導体回路の電気的特性の測定を中断した後、測定を再開したとき、タイマ部７５の第１の経過時間を補正する。補正部１０７は、測定再開時に第２の位置変動テーブル１１２から取得したプローブ針６３の針先６３ａの位置ｄに基づいて、第１の位置変動テーブル１１１を参照し、該当する測定再開時間を取得し、タイマ部７５が計時している第１の経過時間を補正する。
【００５８】
図６は、本実施の形態のプローバ装置９０の位置変動テーブルの記録時の動作を示すフローチャートである。
【００５９】
はじめに、温度制御部７３で常温に温度制御されたチャック５５の上にウェハ５３を載置し、チャック位置制御部７１が、チャックＺ軸駆動部５９を制御して、プローブ針６３の針先６３ａをウェハ５３の半導体回路に接触させる。そして、位置計測部９３が位置センサ９１を介してプローブ針６３の針先６３ａの位置を計測する（Ｓ３１）。ここで計測された位置が、測定開始時のプローブ針６３の針先６３ａの開始位置となり、その後の温度変化によるプローブ針６３の針先６３ａの位置の変化は、この開始位置からの移動距離で示されることとなる。ここで、チャック位置制御部７１は、チャックＺ軸駆動部５９を制御して、一旦プローブ針６３の針先６３ａをウェハ５３から離す。
【００６０】
つづいて、温度制御部７３がチャック５５の温度を制御する（Ｓ３３）。ここでは、高温下にて測定を行うので、チャック５５は内部のヒータにより加熱され、チャック５５上のウェハ５３も加温される。つづいて、温度制御部７３が、チャック５５の温度が設定温度か否か判定し（Ｓ３５）、設定温度でない場合（Ｓ３５のＮＯ）、ステップＳ３３に戻る。チャック５５の温度が設定温度である場合（Ｓ３５のＹＥＳ）、再び、チャック位置制御部７１は、チャックＺ軸駆動部５９を制御して、プローブ針６３の針先６３ａをウェハ５３の半導体回路に接触させる（Ｓ３７）。なお、ステップＳ３５の温度判定は、所定の温度変動幅の範囲内であるか否かで判定するものとする。つづいて、タイマ部７５によって計測された時間間隔毎に、位置計測部９３は、プローブ針６３の針先６３ａの位置を計測する（Ｓ３９）。つづいて、変化量判定部９７が、測定された位置の変動幅が所定値を超えているか否かを判定する（Ｓ４１）。
【００６１】
位置の変動幅が所定値を超えている場合（Ｓ４１のＹＥＳ）、記録部１０３は、測定された位置を第１の位置変動テーブル１１１に記録し、変動データ保存部１０１に保存する（Ｓ４３）。つづいて、チャック位置制御部７１は、チャックＺ軸駆動部５９を制御して、プローブ針６３の針先６３ａがウェハ５３の半導体回路と最適なコンタクト圧で接触するように、位置が変動した分だけチャック５５をＺ軸方向に移動させる（Ｓ４５）。その後、ステップＳ３９に戻る。以後、位置の変動幅が所定値を超えるまで、ステップＳ４１からステップＳ４５の動作が繰り返される。これにより、測定開始時からプローブ針６３の針先６３ａの位置の経時変化が第１の位置変動テーブル１１１に記録される。
【００６２】
一方、位置の変動幅が所定値を下回った場合（Ｓ４１のＮＯ）、すなわち、プローブ針６３の針先６３ａの位置が安定した場合、チャック位置制御部７１は、チャックＺ軸駆動部５９を制御して、プローブ針６３の針先６３ａをウェハ５３の半導体回路から離す（Ｓ４７）。つづいて、タイマ部７５によって計測された時間間隔毎に、位置計測部９３は、プローブ針６３の針先６３ａの位置を計測する（Ｓ４９）。計測された位置を記録部１０３は、第２の位置変動テーブル１１２に記録し、変動データ保存部１０１に保存する（Ｓ５１）。つづいて、チャック位置制御部７１は、チャックＺ軸駆動部５９を制御して、プローブ針６３の針先６３ａがウェハ５３の半導体回路と最適なコンタクト圧で接触するように、位置が変動した分だけチャック５５をＺ軸方向に移動させる（Ｓ５３）。
【００６３】
つづいて、変化量判定部９７が、測定された位置の変動幅が所定値を超えているか否かを判定する（Ｓ５５）。位置の変動幅が所定値を超えている場合（Ｓ５５のＹＥＳ）、ステップＳ４９に戻る。以後、位置の変動幅が所定値を下回るまで、ステップＳ４９からステップＳ５３の動作が繰り返される。これにより、半導体回路の電気的特性の測定後にウェハ５３からプローブ針６３の針先６３ａが離れたときの、プローブ針６３の針先６３ａの位置の経時変化が、第２の位置変動テーブル１１２に記録される。一方、位置の変動幅が所定値を下回っている場合（Ｓ５５のＮＯ）、すなわち、プローブ針６３の針先６３ａの位置が安定した場合、本処理を終了する。
【００６４】
以上のようにして、第１の位置変動テーブル１１１および第２の位置変動テーブル１１２が得られる。第１の位置変動テーブル１１１には、測定開始後のプローブ針６３の針先６３ａの位置の経時変化が記録され、第２の位置変動テーブル１１２には、測定後、プローブ針６３の針先６３ａがウェハ５３から離れたときの位置の経時変化が記録される。
【００６５】
図７は、本実施の形態のプローバ装置９０の半導体回路の電気的特性の測定時の動作を示すフローチャートである。
【００６６】
はじめに、検出部９５が、半導体回路の電気的特性が測定中か否かを判定する（Ｓ６１）。ここで、検出部９５は、位置センサ９１を介して位置計測部９３が計測したプローブ針６３の針先６３ａの位置に基づいてプローブ針６３の針先６３ａが半導体回路と接触しているか否かを判定する。または、電気的特性測定部６７により、プローブ針６３の針先６３ａを介して半導体回路との電気的接続を検知して、その結果に基づいて、検出部９５が、接触しているか否かを判定してもよい。接触していると判定された場合は、検出部９５は、測定中と判定する。一方、非接触と判定された場合、非接触時間が計測され、所定の時間間隔以上接触していない非接触時間が継続したか否かを判定する。非接触時間が所定の時間間隔以上であった場合、検出部９５は、非測定中であると判定する。非接触時間が所定の時間間隔以内である場合、検出部９５は、測定中であると判定する。
【００６７】
このような判定を行う理由を以下に示す。１枚のウェハ５３に複数形成された半導体回路の電気的特性を測定する場合、各半導体回路間をプローブ針６３の針先６３ａを移動させる必要がある。針先６３ａを移動させる間、一旦半導体回路からプローブ針６３の針先６３ａが離れるが、その非接触時間が所定の時間間隔以内である場合は、非接触によるプローブ針６３の針先６３ａの位置の変化は少なく、半導体回路とプローブ針６３の針先６３ａのコンタクト圧に影響を及ぼさないと考えられる。したがって、非接触によるプローブ針６３の針先６３ａの位置の変化が、半導体回路とプローブ針６３の針先６３ａのコンタクト圧に影響を及ぼさない時間間隔を設定し、非接触時間の判定を行う。
【００６８】
つづいて、タイマ部７５は、第１の経過時間を計測し（Ｓ６３）、所定の時間間隔毎に、算出部１０５に通知する。算出部１０５は、タイマ部７５からの通知に呼応して、変動データ保存部１０１の第１の位置変動テーブル１１１を参照し、プローブ針６３の針先６３ａの位置ｄを取得する（Ｓ６５）。つづいて、算出部１０５は、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路が最適なコンタクト圧で接触するように、チャック５５のＺ軸方向の移動位置を算出する（Ｓ６７）。
【００６９】
つづいて、チャック位置制御部７１は、チャックＺ軸駆動部５９を制御し、チャック５５をＺ軸方向の移動位置に移動させ、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路が最適なコンタクト圧で接触させる（Ｓ６９）。つづいて、電気的特性測定部６７は、半導体回路の電気的特性を測定する（Ｓ７１）。半導体回路の電気的特性の測定を終了する場合（Ｓ７３のＹＥＳ）、そのまま本処理を終了する。測定を続行する場合（Ｓ７３のＮＯ）、ステップＳ６１に戻る。
【００７０】
一方、ステップＳ６１で、非測定中と判定された場合（Ｓ６１のＮＯ）、タイマ部７５は、第２の経過時間の計時を開始する（Ｓ７５）。つづいて、検出部９５が、測定が開始されたか否かを判定する（Ｓ７７）。ここで、プローブ針６３の針先６３ａが半導体回路と接触しているか否かを位置センサ９１により検知されたプローブ針６３の針先６３ａの位置によって位置計測部９３が計測する。接触している場合は、測定が開始されたと判定される。この測定開始の判定は、電気的特性測定部６７により、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路の電気的接続の検知によることもできる。
【００７１】
測定が開始と判定された場合（Ｓ７７のＹＥＳ）、算出部１０５は、タイマ部７５で計時された第２の経過時間に基づいて、変動データ保存部１０１の第２の位置変動テーブル１１２を参照し、第２の経過時間に対応するプローブ針６３の針先６３ａの位置ｄを取得する（Ｓ７９）。つづいて、算出部１０５は、位置ｄに基づいて、チャック５５の移動位置を算出する（Ｓ８１）。つづいて、チャック位置制御部７１は、チャックＺ軸駆動部５９を制御し、チャック５５をＺ軸方向の移動位置に移動させ、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路が最適なコンタクト圧で接触させる（Ｓ８３）。つづいて、補正部１０７は、タイマ部７５の時間を補正する（Ｓ８５）。ステップＳ７９で取得したプローブ針６３の針先６３ａの位置ｄに基づいて、第１の位置変動テーブル１１１を参照し、該当する測定再開時間を取得し、タイマ部７５が計時している第１の経過時間を補正する。つづいて、ステップＳ７１に進み、電気的特性測定部６７が、半導体回路の電気的特性を測定する。
【００７２】
一方、測定が開始されないと判定された場合（Ｓ７７のＮＯ）、ステップＳ７５に戻る。
【００７３】
以上のように構成された本実施の形態のプローバ装置９０において、図８に示されるような工程で半導体回路の電気的特性の測定が行われる場合について説明する。以下の説明において、図５および図７も用いる。
【００７４】
時間Ｔ０に測定が開始されると、プローブ針６３の針先６３ａがウェハ５３の半導体回路に接触すると、ウェハ５３の温度により針先６３ａの位置ｄが測定開始位置に対してＺ軸方向下方に向かって移動し始める。この位置ｄの変動幅は変動データ保存部１０１の第１の位置変動テーブル１１１に記録されている。したがって、プローバ装置９０は、タイマ部７５により計時される所定の時間間隔毎に、算出部１０５が第１の位置変動テーブル１１１を参照し、第１の経過時間に対応するプローブ針６３の針先６３ａの位置ｄを取得する。さらに算出部１０５は、位置ｄに基づいて、チャック５５の移動位置を算出する。チャック位置制御部７１は、チャックＺ軸駆動部５９を制御し、チャック５５をＺ軸方向の移動位置に移動させ、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路とを最適なコンタクト圧で接触させる。その状態で、電気的特性測定部６７が、半導体回路の電気的特性を測定する。このようにして、プローバ装置９０は、測定開始時に変動するプローブ針６３の針先６３ａの位置を第１の位置変動テーブル１１１により取得し、チャック５５のＺ軸方向の位置をリアルタイムに制御することができるので、プローブと半導体回路とを最適なコンタクト圧状態に保ちつつ被測定半導体回路の電気的特性が測定可能となる。
【００７５】
その後、時間Ｔ１において、１つ目のウェハ５３の測定が終了し、ウェハ５３の交換が行われるとする。時間Ｔ１で、ウェハ５３の交換のためにプローブ針６３がウェハ５３から離されると、プローブ針６３の針先６３ａの温度が低下するため、プローブ針６３の針先６３ａの位置ｄは、測定開始位置に対してＺ軸方向上方に向かって移動する。この位置ｄの変化は変動データ保存部１０１の第２の位置変動テーブル１１２に記憶されている。
【００７６】
プローバ装置９０は、タイマ部７５により、この時間Ｔ１から時間Ｔ２までの非測定時間を第２の経過時間として計時する。時間Ｔ２において、半導体回路の電気的特性の測定が開始されたとき、算出部１０５は、第２の位置変動テーブル１１２を参照し、第２の経過時間に対応するプローブ針６３の針先６３ａの位置Ｄ２を取得する。算出部１０５は、取得した位置Ｄ２に基づいて、チャック５５の移動位置を算出する。チャック位置制御部７１は、チャックＺ軸駆動部５９を制御し、チャック５５をＺ軸方向の移動位置に移動させ、プローブ針６３の針先６３ａと半導体回路とを最適なコンタクト圧で接触させる。その状態で、電気的特性測定部６７が、半導体回路の電気的特性を測定する。
【００７７】
その後、補正部１０７は、測定を再開したときのプローブ針６３の針先６３ａの位置Ｄ２に基づいて、第１の位置変動テーブル１１１を参照し、該当する測定再開時間を取得し、タイマ部７５が計時している第１の経過時間を補正する。補正された第１の経過時間に基づいて、算出部１０５は、第１の位置変動テーブル１１１を参照して、所定の時間間隔毎に、プローブ針６３の針先６３ａの位置ｄを取得し、同様の処理を繰り返す。
【００７８】
このようにして、プローバ装置９０は、ウェハ交換などにより測定を中断した後の測定再開時に、プローブ針６３の針先６３ａの位置を第２の位置変動テーブル１１２により取得し、チャック５５のＺ軸方向の位置を制御することができるので、プローブと半導体回路とを最適なコンタクト圧状態に保ちつつ被測定半導体回路の電気的特性の測定を再開することができる。
【００７９】
さらに、時間Ｔ３において、不具合などにより一時的に半導体回路の電気的特性の測定を中断した場合も、プローバ装置９０は、タイマ部７５により、時間Ｔ３から時間Ｔ４までの非測定時間を第２の経過時間として計時する。時間Ｔ４において、半導体回路の電気的特性の測定が開始されたとき、算出部１０５は、第２の位置変動テーブル１１２を参照し、第２の経過時間に対応するプローブ針６３の針先６３ａの位置Ｄ４を取得する。上記と同様にしてチャック５５のＺ軸方向の位置を制御することができるので、プローブと半導体回路とを最適なコンタクト圧状態に保ちつつ被測定半導体回路の電気的特性の測定を再開することができる。
【００８０】
また、ウェハの温度に応じてプローブの位置を制御する場合に比べて、測定中断後に測定を再開するときの待機時間が削減されるので、プローバ装置の稼働率が向上する。
【００８１】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００８２】
たとえば、上記実施の形態では、プローブ針６３を固定し、チャック５５を垂直方向に移動する構成としたが、これに限定されるものではない。チャック５５の垂直方向位置は固定し、プローブ針６３を垂直方向に移動する構成とすることもできる。あるいは、チャック５５とプローブ針６３の双方を移動可能としてもよい。すなわち、プローバ装置は、チャック５５とプローブ針６３の相対位置を制御する位置制御部を含むことができる。
【００８３】
また、上記実施の形態では、チャック５５の設定温度は高温設定とし、予め決められた設定温度についてのみ位置変動テーブルを記憶していたが、これに限定されない。たとえば、プローバ装置において、変動データ保存部は、複数の設定温度毎の複数の位置変動テーブルを記憶してもよい。算出部は、実際に測定時の設定温度に応じて、該当する位置変動テーブルを選択して使用することができる。
【００８４】
この構成によれば、設定温度毎に位置変動テーブルを設けることができ、様々な半導体基板の電気的特性の測定に対応可能となり、利便性が増す。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態に係るプローバ装置を模式的に示した構成図である。
【図２】図１のプローバ装置の測定動作パターンを示す図である。
【図３】図１のプローバ装置の位置変動テーブルの一例を示す図である。
【図４】図１のプローバ装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係るプローバ装置を模式的に示す構成図である。
【図６】図５のプローバ装置の位置変動テーブルの記録時の動作を示すフローチャートである。
【図７】図５のプローバ装置の半導体回路の電気的特性の測定時の動作を示すフローチャートである。
【図８】図５のプローバ装置を用いて測定を行う場合のプローブ針の針先の位置の変動を説明するための図である。
【図９】従来のプローバ装置を模式的に示す構成図である。
【図１０】プローバ装置の高温測定時のプローブ針の針先の位置の変動を説明するための図である。
【図１１】プローバ装置の高温測定時のプローブ針の針先の変動を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８６】
５０  プローバ装置
５３  ウェハ
５５  チャック
５７  チャックＸＹ軸駆動部
５９  チャックＺ軸駆動部
６１  プローブカード
６３  プローブ針
６５  固定フレーム
６７  電気的特性測定部
７１  チャック位置制御部
７３  温度制御部
７５  タイマ部
７７  変動データ保存部
７９  算出部
８１  位置変動テーブル
９０  プローバ装置
９１  位置センサ
９３  位置計測部
９５  検出部
９７  変化量判定部
１０１  変動データ保存部
１０３  記録部
１０５  算出部
１０７  補正部
１１１  第１の位置変動テーブル
１１２  第２の位置変動テーブル
【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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