(57)【要約】【課題】  ウエハチャック上面高さを測定する際の高さ測定位置の誤差を防止し、測定速度を高速化しつつ、この高さ測定を行う際のプローバ装置側の処理を軽減するプローバ装置を提供する。【解決手段】  プローバ装置１を、測定対象を支持するステージ部１０と、測定対象の測定対象面の高さを測定する高さ測定部３１と、ステージ部１０を移動して測定対象と高さ測定部３１とを相対移動させる移動手段１５と、ステージ部１０の移動距離に同期するパルス信号を出力するパルス信号出力部３２と、パルス信号出力部３２からのパルス信号を所定回数入力したとき、読み取りタイミング信号を出力する読取タイミング発生部３３と、読取タイミング発生部３３からの読み取りタイミング信号を受信したとき、高さ測定部３１の測定値を読み取る読取部３６とを備える。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象を支持するステージ部と、
前記測定対象の測定対象面の高さを測定する高さ測定部と、
前記測定対象と前記高さ測定部とを、前記測定対象面に平行に相対移動させる移動手段と、
前記移動手段による相対移動距離に同期するパルス信号を出力するパルス信号出力部と、
前記パルス信号出力部からのパルス信号を所定回数入力したとき、読み取りタイミング信号を出力する読取タイミング発生部と、
前記読取タイミング発生部からの読み取りタイミング信号を入力したとき、前記高さ測定部の測定値を読み取る読取部と、を備えることを特徴とするプローバ装置。
【請求項２】
前記パルス信号出力部は、前記移動手段による前記相対移動距離を測定して、前記パルス信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のプローバ装置。
【請求項３】
前記測定対象面は、前記ステージ部上に設けられるチャック面であることを特徴とする請求項１または２に記載のプローバ装置。
【請求項４】
前記測定対象面は、前記ステージ部上に設けられるチャック部に載置される試料面であることを特徴とする請求項１または２に記載のプローバ装置。
【請求項５】
前記移動手段は、前記ステージを移動することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプローバ装置。
【請求項６】
前記移動手段は、前記高さ測定部を移動することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプローバ装置。
【請求項７】
測定対象を支持するステージ部を備えたプローバ装置における、前記測定対象の測定対象面の高さ測定方法において、
前記測定対象面上の高さ検出位置を移動させ、
前記高さ検出位置の移動距離に同期するパルス信号を発生させ、
前記パルス信号が所定回数発生したとき、前記測定対象面の高さ測定値を読み取ることを特徴とする高さ測定方法。
【請求項８】
前記パルス信号を、前記高さ検出位置の移動距離を測定して発生させることを特徴とする請求項７に記載の高さ測定方法。
【請求項９】
前記測定対象面は、前記ステージ部上に設けられるチャック面であることを特徴とする請求項７または８に記載の高さ測定方法。
【請求項１０】
前記測定対象面は、前記ステージ部上に設けられるチャック部に載置される試料面であることを特徴とする請求項７または８に記載の高さ測定方法。
【請求項１１】
前記高さ検出位置の移動は、前記測定対象面の高さを検出する高さ検出手段と、前記ステージ部とを相対移動させて行うことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の高さ測定方法。
【請求項１２】
前記ステージ部を移動させて、前記高さ検出位置を移動させることを特徴とする請求項１１に記載の高さ測定方法。
【請求項１３】
前記高さ検出手段を移動させて、前記高さ検出位置を移動させることを特徴とする請求項１１に記載の高さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウエハのチップ等の被検査体の電気的特性を検査するプローバ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいては、半導体ウエハ上に所定の回路パターンを持つ多数の半導体チップが配列して形成される。これらチップの電気的特性の検査は、各チップが分割される前の半導体ウエハの状態で、プローバ装置によって行われる。この検査結果、良品と判定されたチップのみを次工程に送り、最終製品の歩留まりの向上を図っている。
【０００３】
このプローバ装置の構成の例は、下記の特許文献１や特許文献２等に開示されている。図１に特許文献１に開示されるプローバ装置の構成図を示す。
ステージ１０上にはＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御可能に構成されたウエハチャック１１が備えられており、このウエハチャック１１上方に対向する位置には、半導体ウエハ２０のチップの電極パッドに対応した多数のプローブ針１２を備えるプローブカード１３がカードホルダー１４を介し位置決めセットされる。さらにこの上側には、電気的に接続する状態にテストヘッド（図示せず）が設置されている。
【０００４】
そして、ウエハチャック１１上に被検査体である半導体ウエハ２０を搭載支持し、そのステージ１０によってウエハチャック１１をＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動する。そして、この上面に保持した半導体ウエハ２０上のチップの電極パッドに、前記プローブカード１３のプローブ針１２の針先（下端）を接触させる。
プローブ針１２は、チップ上の各電極パッドに対応する複数の微細な針からなり、チップの各電極パッドをテストヘッド並びに外部テスタと電気的に接続して、半導体ウエハ２０のチップの電気的特性を検査する。
【０００５】
上述のプローバ装置では、プローブ針１２をウエハ２０上に形成されたチップの電極パッドに正確に接触させるために、プローブ針１２とウエハ２０上のチップとの位置合わせ（アライメント）を行う必要がある。
【０００６】
このアライメントは、例えば、ウエハ２０上の所定位置に形成されたパターン部分をアライメント用パターンとして定めておき、これをアライメント顕微鏡（図示せず）で観察して、アライメント用パターンを所定位置に位置付けたときのステージ１０位置に基づいて、ステージ機構側の座標系とウエハ上座標系とのずれを算出して行っている。
【０００７】
このとき、アライメント顕微鏡の焦点をウエハ２０表面に合わせる必要があるが、ウエハチャック１１の高さは、ステージ１０の現在位置に依存して若干変化する。したがって、上述のアライメントを迅速に行うためには、ステージ１０が各位置へ移動したときに、ウエハチャック１１がどの高さになるのか予め測定しておく必要がある。
【０００８】
ウエハチャック１１上面の高さ測定は、高さを知る必要のある全ての位置へ、ステージ１０を位置決め制御して行ってもよいが、この場合、位置決め制御を行う都度ステージ１０を静止させる必要があり測定時間を非常に要する。したがって、従来は以下のようにステージを移動させながら行っている。
【０００９】
１．まず、静電容量センサ等の変位センサをプローバ装置のウエハチャック１１の上方に設けておく。
２．次に、ウエハチャック１１面の各位置の直上を変位センサが直線移動するように、ステージ１０を水平方向に移動させる。このときステージ１０を等速で移動するよう制御する。
３．そして、読取り処理を行う制御部の有するタイマにより一定時隔で測定タイミングを発生させ、このタイミングでソフトウエア処理により変位センサの出力信号を読み取っていく。これにより一定時隔で高さ測定が行われる。
【００１０】
以上により読み取った変位センサによる信号値は、ステージ１０の測定開始位置から終了位置に至る直線上に等間隔で並ぶ、各ステージ位置におけるウエハチャック１１の高さ測定値となるはずである。
【００１１】
【特許文献１】特開昭６４−７３６３２号公報
【特許文献２】特開平７−２３１０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、従来のウエハチャックの上面高さ検出方法は、ウエハチャックが設けられるステージが等速で移動すること、かつ変位センサが等時隔で測定すること、を前提として、測定位置とステージの実際の位置との位置合わせを間接的に行うものであり、直接同期させたものではなかった。
【００１３】
したがって、変位センサの出力信号の読取り処理を行う制御部に、より優先度の高い他の処理が発生すると、上述の制御部のタイマを使用する方法では図２（Ａ）に示すように読み取り時刻遅れが生じ、定時隔測定が行われなくなる。その結果として測定する予定のステージ位置と実際の測定位置がずれ、図２（Ｂ）に示すように誤差が生じるという問題があった。
【００１４】
また、図２（Ｃ）に示すようにステージ１０の定速制御にずれが生じても、同様に測定する予定のステージ位置と実際の測定位置がずれ、図２（Ｄ）に示すように誤差が生じる。
【００１５】
また、このような誤差を防止するために、ステージの移動速度を低くしてマージンを持たせざるを得ず、測定時間が必要以上にかかるという問題があった。
さらに、タイマを用いた測定処理を行うソフトウエアは、プローバ装置の制御部と同じ処理装置を使用するのが通常であるが、測定処理の優先度を高めるために、この処理装置の処理能力を多く占有するという問題があった。
【００１６】
上記の問題点を鑑みて、本発明は、ウエハチャック上面高さを測定する予定位置と、実際の位置との間に誤差が生じることを防止し、かつ測定速度を高速化し、プローバ装置の制御部の処理を軽減するプローバ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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明に係るプローバ装置は、測定対象面の測定位置が所定距離分だけ移動したこと、又は移動するよう制御されたことを検出する手段を設けて、この検出タイミングで前記測定対象の測定対象面の高さを測定することとする。
【００１８】
すなわち、本発明の第１形態にかかるプローバ装置では、測定対象を支持するステージ部と、測定対象の測定対象面の高さを測定する高さ測定部と、測定対象と高さ測定部とを、測定対象面に平行に相対移動させる移動手段と、移動手段による相対移動距離に同期するパルス信号を出力するパルス信号出力部と、パルス信号出力部からのパルス信号を所定回数入力したとき、読み取りタイミング信号を出力する読取タイミング発生部と、読取タイミング発生部からの読み取りタイミング信号を入力したとき、高さ測定部の測定値を読み取る読取部とを備える。
【００１９】
ここに、パルス信号出力部は、移動手段による前記相対移動距離を測定して、パルス信号を出力することとしてよい。
また、この測定対象及び測定対象面は、上述のようなウエハチャック及びその上面としてよく、またウエハチャックに載置される試料（ウエハ）及びその上面としてよい。
また移動手段は、ステージを移動することとしてもよく、高さ測定部を移動することとしてもよい。
【００２０】
すなわち、本発明の第２形態にかかる高さ測定方法は、測定対象を支持するステージ部を備えたプローバ装置における、測定対象の測定対象面の高さ測定方法において、測定対象面上の高さ検出位置を移動させ、高さ検出位置の移動距離に同期するパルス信号を発生させ、パルス信号が所定回数発生したとき、測定対象面の高さ測定値を読み取ることとする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るプローバ装置及び高さ測定方法によれば、測定対象面上の測定位置が実際に移動した測定間隔でウエハチャック上面などの測定対象の高さ測定が行われるので、測定予定位置と実際の測定位置との間に誤差が生じるおそれがなくなる。
【００２２】
また、制御部の有するタイマを使用するソフトウエア処理では、上述の読み取り遅れのために必要であった読み取り速度のマージンを設ける必要がなくなり、読み取り速度を高速化することが可能となる。
【００２３】
さらに、プローバ装置の制御部のタイマを使用しないために、前記のパルス信号出力部、読取タイミング発生部及び読取部を、プローバ装置の制御部と別に設けることが可能となり、この制御部のコンピュータの処理時間の占有を削減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付する図面を参照して、本発明に係るプローバ装置及び高さ測定方法の好適実施例を説明する。図３は本発明に係るプローバ装置の基本構成図である。
図３に示す本発明に係るプローバ装置は、図１に示したプローバ装置と類似する構成を有しており、同一の構成要素は同じ参照番号で示すこととし説明を省略する。
【００２５】
半導体ウエハ２０を支持するウエハチャック１１は、ステージ１０上に設けられておりステージ１０は、ウエハチャック１１をＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動可能である。
ウエハチャック１１上方に対向する位置には、半導体ウエハ２０のチップの電極パッドに対応したプローブ針１２を備えるプローブカード１３がカードホルダー１４を介して設けられる。
【００２６】
ステージ１０によるウエハチャック１１のＸ−Ｙ方向の移動は、移動手段である複数のステッピングモータ（パルスモータ）から構成されるモータ機構１５により行われる。モータ機構１５は、プローバ装置１の制御を司るコンピュータ等からなる制御部１６に、図示しない信号線によって接続されて、制御部１６はモータ機構１５の動作を制御する。
【００２７】
また、プローバ装置１は、ウエハチャック１１の上方に、高さ測定部である変位センサ３１を備え、変位センサ３１は、測定対象であるウエハチャック１１の測定対象面（ここでは上面）の高さを測定する。変位センサ３１は、既存の静電容量センサなど様々な変位センサを使用してよい。また、前述のモータ機構１５の動作により、ステージ１０が移動する結果、変位センサ３１と測定対象であるウエハチャック１１又はウエハ２０とは、相対移動することになる。
【００２８】
モータ機構１５には、モータの回転角度又は回転数に応じてパルス信号を出力するパルス信号出力部３２が設けられる。
このパルス信号出力部３２は、モータ機構１５に使用されるモータの種類によって様々に構成されてよく、例えばモータ機構１５に使用されるモータがステッピングモータである場合には、このステッピングモータを駆動するパルス信号を生じるモータ制御回路としてよい。またＤＣモータである場合には、モータ回転軸に設けられるエンコーダや速度発電機としてよい。当然ステッピングモータを使用する場合にも、これらエンコーダ、速度発電機を設けることとしてもよい。
または、パルス信号出力部３２は超音波センサその他の手段により、実際にステージ１０の位置を測定して、その移動量に応じてパルス信号を出力することとしてもよい。
【００２９】
パルス信号出力部３２の出力パルス信号Ｓ１は、所定のモータの回転角度ごと又は回転数ごとに１個のパルスが出力され、モータの回転角度又は回転数とステージ１０の移動距離とは比例関係にあるので、出力信号Ｓ１のパルス個数とステージ１０の移動距離（すなわち、ウエハチャック１１又はウエハ２０と変位センサ１１との相対移動距離）とは比例関係にあり、出力信号Ｓ１とステージ１０の移動距離とは同期する。
【００３０】
パルス信号出力部３２による出力パルス信号Ｓ１は、アナログディジタル変換器３５（ＡＤＣ）によりディジタル信号に変換された後、プローバ装置１の読取タイミング発生部３３に送られる。読取タイミング発生部３３は、パルス信号出力部３２による出力パルス信号Ｓ１をカウントする。そして、ウエハチャック１１の上面高さの所望の測定間隔と、信号Ｓ１のパルス１回に対するステージ１０の移動量と、により定まる所定のカウント回数分のパルスを入力すると、読取タイミング信号Ｓ２を発生させ、読取部３６に送信する。
【００３１】
読取部３６は、読取タイミング信号Ｓ２を受信すると、アナログディジタル変換器３５を介して、変位センサ３１によるウエハチャック１１の上面高さ測定値を読み込む。
上述の一連の動作における、ステージ１０の変位、速度の時間変化と、それに対応するパルス信号出力部３２による出力パルス信号Ｓ１と読取タイミング発生部３３による読取タイミング信号Ｓ２のタイムチャートを、それぞれ図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す。
【００３２】
図示するとおり、ステージ１０は時間ｔ１〜ｔ４の間に、ｘ方向に等間隔に並ぶｘ１〜ｘ４まで移動する。そのときステージ１０の速度は、ｘ１〜ｘ２間では比較的速いｖ１であり、ｘ２〜ｘ３間で比較的遅いｖ２となり、ｘ３〜ｘ４間で再びｖ１となる。
【００３３】
図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すとおり、出力パルス信号Ｓ１は移動速度の変化にかかわらず、ｘ１〜ｘ２、ｘ２〜ｘ３及びｘ３〜ｘ４の各区間で、同じ個数のパルス信号が発生する。したがって、１番目の読取タイミング信号が発生したものとし、読取タイミング発生部３３の前記所定のカウント回数が、ｘ１〜ｘ２等の各区間の距離に対応して定められているとすれば、図４（Ａ）及び（Ｄ）に示すとおり、読取タイミング信号Ｓ１は、等間隔で並ぶｘ１、ｘ２、ｘ３及びｘ４の各点で発生する。このように、高さ測定値の測定箇所は、測定中のステージ１０の移動速度の変動によらず等間隔に保たれる。
【００３４】
読取部３６は、このように等間隔のステージ１０位置で測定したウエハチャック１１の高さ測定値を、内蔵するバッファ（図示せず）に順次記憶する。そして測定値が所定個数だけ蓄積されるか、又は制御部１６からの読み出し要求信号が入力されたとき、それまでにバッファに蓄積されている複数の測定値を制御部１６に送信する。したがって、高さ測定値の測定箇所は、制御部１６からの読み出しタイミングによらず、等間隔に保たれる。
【００３５】
その後、制御部１６は受信した測定値列を、ステージ１０の各位置におけるウエハチャック１１の高さデータとして保存し、上記アライメント顕微鏡の焦点合わせ等の用途に使用する。このように本発明に係るプローバ装置１においては、制御部１６で実行されるソフトウエアが、読取部３６が読み取った測定値のデータ処理のためにのみ使用され、測定値の読み取りを行わないため、制御部１６の占有時間が開放される。
【００３６】
これまでの説明では、本発明に係るプローバ装置及び高さ測定方法は、ウエハチャック１１を測定対象をとし、その上面を測定対象面としていたが、ウエハ２０を測定対象をとし、その上面を測定対象面として、ウエハ２０の上面高さを測定するために使用してもよい。これによりウエハ２０の上面高さとウエハプローバ１１の上面高さを比較することにより、ウエハ上の各点におけるウエハ厚さを測定することが可能となる。
【００３７】
また、図５（Ａ）に示すように、変位センサ３１がウエハ２０領域上にあるときと、領域外にあるときとでは、変位センサ３１の出力である高さ測定値が大きく変化することを利用して、本発明に係るプローバ装置及び高さ測定方法を、ウエハ２０の径を測定する際にも利用することが可能である。
【００３８】
ウエハ２０の径を測定する際には、まずステージ座標系のｘ軸に平行な経路５１に沿って、ステージ１０を移動させ、変位センサ３１の出力値が変化する経路５１とウエハ２０の外周との交点５３、５４のステージ座標を取得する。次にステージ座標系のｙ軸に平行な経路５２に沿って、ステージ１０を移動させてウエハ２０と変位センサ３１とを相対移動させ、変位センサ３１の出力値が変化する経路５２とウエハ２０の外周との交点５５、５６のステージ座標を取得する。
【００３９】
これにより、交点５３と５４との中点のｘ座標、交点５５と５６との中点のｙ座標を求めて、ウエハ中心のステージ座標を求めることができる。
そして、このウエハ中心を通過する経路に沿ってステージを移動させ、変位センサ３１の出力値が変化するステージ座標を求めることにより、ウエハ２０の径を測定することができる。また、交点５３、５４、５５、５６からウエハ２０の径を計算で導出することも可能である。
【００４０】
また、本発明に係るプローバ装置及び高さ測定方法、ウエハ径測定方法に係る上述の説明では、測定対象であるウエハチャック１１又はウエハ２０と変位センサ３１とのウエハ面に平行な相対移動を、ウエハチャック１１を支持するステージ１０の移動により実現したが、これに代えてまたはこれに加えて、変位センサ３１を移動する移動手段を設け（図示せず）、変位センサ３１を移動することにより、ウエハチャック１１又はウエハ２０と変位センサ３１とをウエハ面に平行に相対移動させてもよい。
【００４１】
なお、図４及び図５に示される、本発明に係るプローバ装置の構成は、あくまで例示の意図で示したものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
したがって、本発明に係るプローバ、特にこれに使用されるパルス信号出力部３２、読取タイミング発生部３３、読取部３６の構成は、様々な構成を利用することが可能であり、これらも本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来のプローバ装置の基本構成図である。
【図２】従来の高さ測定方法の誤差の説明図である。
【図３】本発明に係るプローバ装置の基本構成図である。
【図４】ステージの移動に対する各信号のタイムチャートである。
【図５】ウエハ径の測定方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…ステージ
１１…ウエハチャック
１５…モータ
１６…制御部
２０…ウエハ
３１…変位センサ
３２…パルス信号出力部
３３…読取タイミング発生部
３６…読取部
【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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