JP2003303865A - 位置決め装置及びプローバ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物理的な目標体を用いず、支持台及びステー
ジに設けられた各カメラの基準位置を定めることが可能
なプローバ装置を提供する。 【解決手段】 プローバ装置１０は、電気的導通を検査
するためのプローブ１２を保持する支持台１４と、支持
台１４と対向して配置されており、ウエハ１６が載置さ
れるステージ１８と、ウエハ１８上に予め定められた試
験点２０を認識するために支持台１４に設けられた試験
点用カメラ２２と、プローブ１２を認識するためにステ
ージ１８に設けられたプローブ用カメラ２４とを備え
る。このプローバ装置１０にさらに光源２６を設け、光
源２６から発せられたスポット光２８を試験点用カメラ
２２の光軸３０に沿って進ませ、プローブ用カメラ２４
でスポット光２８を認識することにより、試験点用カメ
ラ２２及びプローブ用カメラ２４の基準位置を定めるよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カメラを用いて２
つの物体を認識し、それぞれに対して位置決めを行うプ
ローバ装置などの位置決め装置に関し、詳細には、位置
決め装置の位置決め精度の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】位置決め装置には、対向する２つの支持
体に保持された物体をそれぞれカメラで認識し、認識さ
れた物体の位置に基づいてそれぞれの支持体を相対移動
させることにより、２つの物体をそれぞれに対して位置
決めするものがある。このようなタイプの位置決め装置
の例として、プローバ装置が挙げられる。

【０００３】プローバ装置では、電気的導通を検査する
ためのプローブを保持した支持台と、支持台と対向して
配置されており、ウエハが載置されたステージとを相対
移動させることにより、ウエハ上に予め定められた試験
点にプローブを位置決めし、試験点にプローブを接触さ
せる。この際、支持台に設けられた試験点用カメラでウ
エハ上の試験点を認識すると共に、ステージに設けられ
たプローブ用カメラでプローブを認識し、認識された試
験点及びプローブの位置に基づいて試験点とプローブと
の位置決めが行われる。そして、このようにしてプロー
ブがウエハ上の試験点に位置決めされた後、別個の装置
であるテスタがプローブに接続され、通電試験が行われ
る。なお、プローブはプローブカードの形態をとること
が一般的であり、プローブカードは、特定の配列に配置
された複数のプローブを有し、該プローブをウエハ上に
形成されたパターンの試験点とを対応させるためのイン
ターフェイスとして機能するものである。

【０００４】ところで、上述したプローバ装置では、プ
ローブ及びウエハ上の試験点の認識に使用される２つの
カメラが、相対移動可能な異なる支持体、すなわち支持
台及びステージにそれぞれ設けられているので、位置決
めを正確に行うためには、２つのカメラの基準位置を定
める必要がある。このために、従来のプローバ装置など
の位置決め装置では、一方のカメラにその光軸と予め定
められた位置関係で取り付けられた目標体を他方のカメ
ラで認識し、認識された目標体の位置から予め定められ
た座標だけ離れた位置にカメラの光軸が存在するものと
して、２つのカメラの基準位置を定めていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体は高集積
化が進んで、半導体の作成に利用されるウエハ上に形成
されるパターンも細密化しており、このパターンの検査
のために必要とされる試験点も小型化且つ密集化してき
ている。これに伴って、プローバ装置に対してウエハ上
の試験点にプローブをより正確に位置決めすることが要
求されるようになってきた。こうした傾向は、他の分野
で利用される位置決め装置にもあてはまる。

【０００６】しかしながら、カメラの光軸とカメラに取
り付けられた目標体との位置関係は、温度変化や外力の
作用などの外的要因により影響を受けて経時的に変化す
ることから、基準位置の決定に悪影響を与え、位置決め
に誤差を生じさせる一因となっている。

【０００７】よって、本発明の目的は、上記従来技術に
存する問題を解消して、位置決め装置、特にプローバ装
置において、物理的な目標体を用いず、異なる２つの支
持体にそれぞれ設けられたカメラの基準位置を定めるこ
とにある。また、本発明の他の目的は、カメラの基準位
置を定める際に、温度変化などの外的要因の影響を受け
ないようにして、位置決め精度の向上を可能とさせるこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、２つのカメラの一方の光軸に沿ってスポ
ット光を進ませ、該スポット光を他方のカメラに入射さ
せることにより、２つのカメラの基準位置を定めるよう
にする。

【０００９】すなわち、本発明の第１の態様によれば、
電気的導通を検査するためのプローブを保持する支持台
と、前記支持台と対向して配置されており、ウエハが載
置されるステージと、前記ウエハ上に予め定められた試
験点を認識するために前記支持台に設けられた試験点用
カメラと、前記プローブを認識するために前記ステージ
に設けられたプローブ用カメラとを備え、認識された前
記試験点及び前記プローブの位置に基づいて前記支持台
と前記ステージとを相対移動させ、前記ウエハ上の前記
試験点に前記プローブを位置決めして接触させるプロー
バ装置において、光源を設け、該光源から発せられたス
ポット光を前記試験点用カメラ及び前記プローブ用カメ
ラの一方の光軸に沿って進ませ、前記試験点用カメラ及
び前記プローブ用カメラの他方で前記スポット光を認識
することにより、前記試験点用カメラ及び前記プローブ
用カメラの基準位置を定めるようにしたプローバ装置が
提供される。

【００１０】上記プローバ装置において、前記光源は前
記試験点用カメラ及び前記プローブ用カメラの前記一方
と共に移動することが好ましい。さらに、前記試験点用
カメラ及び前記プローブ用カメラの前記一方の光軸上に
半透鏡が設けられており、該半透鏡は、外部からの光が
前記半透鏡を透過して前記試験点用カメラ及び前記プロ
ーブ用カメラの前記一方に入射することを許容すると共
に、前記光源から発せられたスポット光を反射し、前記
試験点用カメラ及び前記プローブ用カメラの前記他方へ
向わせるようになっていることが好ましい。

【００１１】上記プローバ装置は、前記試験点用カメラ
及び前記プローブ用カメラの前記一方の光軸上に位置す
る物体の表面に結像したスポット光を前記試験点用カメ
ラ及び前記プローブ用カメラの前記一方で認識すること
により、前記スポット光と前記試験点用カメラ及び前記
プローブ用カメラの前記一方の光軸との位置関係を補正
することができる。このとき、前記光軸上に位置する物
体が前記支持台又は前記ステージであることが好まし
い。

【００１２】また、前記スポット光は収束点で収束する
収束光であることが好ましく、前記収束点は、前記試験
点用カメラ及び前記プローブ用カメラの前記一方から予
め定められた距離に位置することがさらに好ましい。

【００１３】このとき、前記支持台と前記ステージとを
予め定められた相対位置に移動して、前記スポット光を
基準位置の表面に結像させ、結像した前記スポット光の
形状又は大きさを確認するようにすることが好ましい。

【００１４】このように前記試験点用カメラ及び前記プ
ローブ用カメラの前記一方から予め定められた距離に位
置する収束点で収束する収束光を利用する場合、前記試
験点用カメラ及び前記プローブ用カメラの前記他方の焦
点の位置が前記試験点用カメラ及び前記プローブ用カメ
ラの前記他方に対して固定となっており、前記支持台及
び前記ステージによって前記試験点用カメラと前記プロ
ーブ用カメラとを相対移動させ、前記試験点用カメラ及
び前記プローブ用カメラの前記他方の前記焦点の位置を
前記スポット光の前記収束点の位置と一致させることに
より、前記試験点用カメラ及び前記プローブ用カメラの
高さ方向の基準位置を定めることがさらに好ましい。

【００１５】このとき、例えば、前記試験点用カメラ及
び前記プローブ用カメラの前記他方の固定された焦点に
おいて認識される前記スポット光の大きさ又はコントラ
ストが極値となったときに、前記試験点用カメラ及び前
記プローブ用カメラの前記他方の前記焦点の位置が前記
スポット光の前記収束点の位置と一致したと判断する。

【００１６】さらに、このようにして高さ方向の基準位
置を定めた場合、前記ウエハ又は前記プローブの表面に
結像した前記スポット光を前記試験点用カメラ及び前記
プローブ用カメラの前記一方により認識し、前記スポッ
ト光の大きさ又はコントラストが極値となるように、前
記支持台及び前記ステージによって前記試験点用カメラ
と前記プローブ用カメラとを高さ方向に相対移動させ、
前記相対移動距離に基づいて前記ウエハ又は前記プロー
ブの表面の高さを求めることができる。

【００１７】例えば、前記スポット光が前記試験点用カ
メラの光軸に沿って前記ステージへ向かって進み、前記
スポット光の前記収束点が前記ステージの表面に配置さ
れたときと、前記スポット光の前記収束点が前記ステー
ジ上の前記ウエハの表面に配置されたときとの前記支持
台と前記ステージとの間の距離の差に基づいて、前記ウ
エハの厚さを求めることができる。

【００１８】本発明の第２の態様によれば、対向する第
１の支持体及び第２の支持体と、前記第１の支持体に設
けられた第１のカメラと、前記第２の支持体に設けられ
たカメラとを備え、前記第１の支持体上の点又は前記第
１の支持体に保持された物体上の点と前記第２の支持体
上の点又は前記第２の支持体に保持された物体上の点と
を前記第２のカメラ及び前記第１のカメラで認識し、認
識された前記点の位置に基づいて前記第１の支持体及び
前記第２の支持体を相対移動させることにより、前記第
１の支持体上の点又は前記第１の支持体に保持されてい
る物体上の点を前記第２の支持体上の点又は前記第２の
支持体に保持されている物体上の点に位置決めする位置
決め装置において、光源を設け、該光源から発せられた
スポット光を第１のカメラの光軸に沿って進ませ、第２
のカメラで前記スポット光を認識することにより、前記
第１のカメラ及び前記第２のカメラの基準位置を定める
ようにした位置決め装置が提供される。

【００１９】上記位置決め装置において、前記スポット
光は、前記第１のカメラから予め定められた距離に位置
する収束点で収束する収束光であることが好ましい。こ
のような収束光を用いる場合、前記第２のカメラの焦点
の位置が前記第２のカメラに対して固定となっており、
前記第１の支持体及び前記第２の支持体によって前記第
１のカメラと前記第２のカメラとを相対移動させ、前記
第２のカメラの前記焦点の位置を前記スポット光の前記
収束点の位置と一致させることにより、前記第１のカメ
ラ及び前記第２のカメラの高さ方向の基準位置を定める
ことがさら好ましい。

【００２０】なお、本願において使用される「スポット
光」とは、光線の任意の位置において限定された領域の
みを照らすピンスポット状光束を有した光線を意味する
ものとする。

【００２１】本発明によれば、異なる支持体、例えばプ
ローバ装置の支持台及びステージにそれぞれカメラを設
け、一方のカメラの光軸に沿って進むスポット光を他方
のカメラで認識するので、このスポット光を基準として
２つのカメラの基準位置を定めることが可能となり、物
理的な目標体を一方のカメラに設ける必要がなくなる。
したがって、本発明にしたがって定められた２つのカメ
ラの基準位置は、温度変化による熱伸縮など周囲環境等
の影響を受けにくく、結果として位置決め装置又はプロ
ーバ装置の位置決め精度を向上させる。

【００２２】さらに、光源がカメラと共に移動すれば、
光源はカメラと一定の位置関係を保つ。したがって、カ
メラが設けられている支持体が移動しても、光源から発
するスポット光とカメラの光軸の位置関係が変化するこ
とがなくなる。

【００２３】また、半透鏡をカメラの光軸上に設けれ
ば、カメラの光軸から離れた位置に配置された光源から
発せられたスポット光を半透鏡で反射させることによ
り、光源をカメラの光軸上に配置することなく、スポッ
ト光をカメラの光軸に沿って進めさせることが可能とな
り、物体から反射される光が光源及び半透鏡により妨げ
られてカメラに入射しなくなることもない。

【００２４】加えて、スポット光が進む経路であるカメ
ラの光軸上に例えば支持台又はステージのような物体が
位置するとき、物体上にはスポット光が結像するので、
このスポット光を同カメラで認識することにより、スポ
ット光とカメラの光軸とのずれが容易に検出される。し
たがって、カメラの受光部に対する光源の位置が変化し
た場合でも、検出されたずれを補正して、常にスポット
光が一方のカメラの光軸に沿って進んでいることを保証
することができ、２つのカメラの基準位置を定める精度
を向上させることが可能となる。

【００２５】さらに、本発明によるプローバ装置又は位
置決め装置において使用されるスポット光が収束点で収
束する収束光であれば、カメラの光軸上を進むスポット
光は、光軸上の位置に応じて、大きさ又はコントラスト
などが変化するので、光軸に沿った方向の位置を特定す
ることができるようになる。

【００２６】また、収束点が光軸に沿ってスポット光が
進むカメラから予め定められた距離に位置するとき、光
軸に沿ってスポット光が進むカメラと収束点との間の距
離は一定となる。このことを利用すれば、スポット光が
入射する側のカメラの固定された焦点の位置をスポット
光の収束点の位置と一致させることにより、２つのカメ
ラを光軸に沿った方向に常に一定の距離に配置させるこ
とができる。したがって、このときの２つのカメラの位
置や一致した収束点及び焦点自体の位置をそれぞれの高
さ方向の基準位置とすれば、２つのカメラにより認識さ
れる高さ方向の位置の間には常に一定関係が維持される
ので、プローバ装置又は位置決め装置は、２つのカメラ
に基づいて、より正確に高さ方向の位置決めを行うこと
が可能となる。

【００２７】このとき、支持台とステージとを予め定め
られた相対位置に移動して、基準位置の表面に結像した
スポット光の形状又は大きさを確認すれば、支持台又は
ステージとカメラから発せられるスポット光の収束点と
の間の距離が熱や振動などにより変化していないかを自
己診断することができる。

【００２８】また、スポット光の収束点では、スポット
光の大きさが最小となり、コントラストが最大となるの
で、スポット光の収束点はスポット光の大きさ又はコン
トラストが極値となる位置として容易に特定できる。

【００２９】また、同様に、２つの支持体（プローバ装
置の場合、支持台及びステージ）の表面又は２つの支持
体に保持される物体の表面に結像したスポット光の大き
さ又はコントラストが極値となるように、２つの支持体
によりカメラを相対移動させれば、２つの支持体の表面
又は物体の表面はスポット光の収束点の位置に配置され
る。したがって、上記のように２つのカメラが基準位置
にあるときに高さ方向に一定の距離に配置されているこ
とが保証されれば、カメラの相対移動距離に基づいて、
支持体の表面又は支持体に保持される物体の高さを正確
に求めることが可能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施態様を説明する。

【００３１】図１は本発明による位置決め装置の一例で
あるプローバ装置の全体構成図、図２〜図５は図１のプ
ローバ装置においてプローブをウエハ上の試験点に位置
決めする手順を示した説明図である。

【００３２】最初に、図１を参照して、本発明による位
置決め装置の一例であるプローバ装置１０の全体構成を
説明する。

【００３３】プローバ装置１０は、電気的導通を検査す
るためのプローブ１２を保持する支持台１４と、支持台
１４と対向して配置されており、表面にパターンと呼称
される回路が形成されているウエハ１６が載置されるス
テージ１８と、ウエハ１６のパターン上に予め定められ
ている試験点２０の位置を認識するために支持台１４に
設けられた試験点用カメラ２２と、プローブ１２の位置
を認識するためにステージ１８に設けられたプローブ用
カメラ２４とを備えている。

【００３４】パターン上の試験点は予め定められた複数
の位置（図中には一個所のみが示されている）に設けら
れており、この試験点２０に通電を行うことにより回路
が正常に機能するかの試験を行うことができる。

【００３５】プローブ１２は、これらの試験点２０に通
電を行うために用いられる器具（触針とも呼称される）
であり、ウエハ１６が載置されるステージ１８とプロー
ブ１２を保持する支持台１４とを相対移動させることに
より、ウエハ１６上の試験点２０に位置決めされる。そ
して、別個の装置であるテスタ（不図示）が試験点２０
上に配置されたプローブ１２に接続され、試験点２０の
導通試験を行う。

【００３６】プローブカードは、パターン毎に特化され
た配列の複数のプローブ１２を有し、ウエハ１６上に設
けられた特定の配列の試験点２０とを対応させるための
インターフェイスとして機能する。図１〜図５に示され
ているプローバ装置１０では、説明を簡明にするため
に、プローブカード内の一つのプローブ１２のみが示さ
れていることを了解されたい。しかしながら、本発明の
プローバ装置１０では、単一のプローブ１２を支持台１
４に保持して、ウエハ１６上の試験点２０に位置決めす
ることも可能である。

【００３７】ステージ１８は、ウエハ１６が実際に載置
されるチャック部分１８ａと、残余の本体部分１８ｂと
からなり、チャック部分１８ａは載置されたウエハ１６
に真空などを作用させて固定的に保持することができる
ようになっており、本体部分１８ｂにはプローブ用カメ
ラ２４が取り付けられている。なお、チャック部分１８
ａと本体部分１８ｂとは上下方向に相対移動可能になっ
ており、ウエハ１６の着脱を容易にするべく本体部分１
８ｂに対してチャック部分１８ａを昇降させることがで
きる。

【００３８】試験点用カメラ２２及びプローブ用カメラ
２４としてはＣＣＤ（電荷結合素子）カメラが用いられ
ているが、ＣＭＯＳカメラやアナログカメラなど他のタ
イプのカメラを使用することも可能である。

【００３９】プローバ装置１０の支持台１４には、試験
点用カメラ２２に加えて、光源２６が設けられており、
光源２６から発せられたスポット光２８は試験点用カメ
ラ２２又はプローブ用カメラ２４の光軸３０に沿って進
むようになっている。図１に示されているプローバ装置
１０のスポット光２８は、試験点用カメラ２２の光軸３
０に沿って試験点用カメラ２２から離れる方向に進むよ
うになっているが、プローブ用カメラ２４の光軸３２に
沿ってプローブ用カメラ２４から離れる方向に進むよう
にすることも可能である。ここで、本願において使用さ
れる「スポット光」とは、光線の任意の位置において限
定された領域のみを照らすピンスポット状光束を有した
光線を意味するものとする。

【００４０】光源２６は、ハロゲンランプ、タングステ
ンランプ、レーザ装置、ＬＥＤなど任意のタイプの光源
とすることができる。図１に示されているプローバ装置
１０では、拡散光線を発する光源２６が使用されおり、
光源２６の出口にピンホール３４を形成して光源２６か
ら発せられる光線を絞ってスポット光２８とさせてい
る。しかしながら、レーザ光などの平行光線光源を利用
することも可能であり、この場合には、ピンホール３４
は必ずしも必要とされないが、光線を絞り光束の断面を
より小さくするためにピンホールを設けることが好まし
い。

【００４１】また、光源２６とカメラの光軸との位置関
係を一定に維持するために、光源２６は、試験点用カメ
ラ２２又はプローブ用カメラ２４が支持台１４又はステ
ージ１８により移動させられるときに、試験点用カメラ
２２又はプローブ用カメラ２４と共に移動するようにな
っていることが好ましい。図１に示されているプローバ
装置１０の光源２６は、試験点用カメラ２２と共通の筐
体３６内に設けられており、光源２６と試験点用カメラ
２２の光軸３０との位置関係の変動が発生しにくいよう
になっている。

【００４２】なお、上記光源２６は、主として試験点用
カメラ２２及びプローブ用カメラ２４の基準位置を定め
るために使用されるものであり、試験点用カメラ２２及
びプローブ用カメラ２４が物体を認識するために必要と
される照明のための光源（不図示）とは別個に設けられ
ていることに注意されたい。

【００４３】ところで、光源２６から発せられるスポッ
ト光２８を試験点用カメラ２２の光軸３０に沿って進ま
せるためには、光源２６を試験点用カメラ２２の光軸３
０上に設ければよいが、光軸３０上に光源２６を設ける
と、外部の光が試験点用カメラ２２の受光部２２ａに入
射できなくなってしまう。

【００４４】そこで、図１に示されているプローバ装置
１０は、試験点用カメラ２２の光軸３０上に配置された
半透鏡（ハーフミラー）３８を筐体３６内に備えてい
る。半透鏡３８は、外部からの光を透過させて試験点用
カメラ２２に入射させると共に、試験点用カメラ２２の
光軸３０から偏移した位置に配置された光源２６から発
せられたスポット光２８を反射して、試験点用カメラ２
２の光軸３０に沿ってプローブ用カメラ２４へ向かわせ
る。

【００４５】詳細には、半透鏡３８は、その表面（反射
面）を試験点用カメラ２２の光軸３０に対して４５度に
傾けて配置されており、この半透鏡３８の表面に光源２
６から発せられたスポット光２８を４５度の角度で入射
させ、これを半透鏡３８の表面で反射して、試験点用カ
メラ２２の光軸３０に沿って試験点用カメラ２２から離
れる方向に進ませるようになっている。

【００４６】この構成により、外部からの光が試験点用
カメラ２２の受光部２２ａに入射することを妨げずに、
光源２６から発せられるスポット光２８を試験点用カメ
ラ２２の光軸３０に沿って進ませることができるように
なる。

【００４７】なお、プローブ用カメラ２４の光軸３２に
沿ってプローブ用カメラ２４から離れる方向にスポット
光２８を進ませる場合には、同様にして、半透鏡３８を
プローブ用カメラ２４の光軸３２上に設ければよい。ま
た、他の機構を用いて、試験点用カメラ２２の光軸３０
から偏移した位置に配置された光源２６から発せられた
スポット光２８を試験点用カメラ２２の光軸３０に沿っ
て進めることも可能である。

【００４８】プローバ装置１０は、さらに、試験点用カ
メラ２２の光軸３０上に配置された集光レンズ４０を筐
体３６内に備えており、試験点用カメラ２２の光軸３０
に沿って進むスポット光２８は、集光レンズ４０から予
め定められた距離に位置する収束点４２で収束する収束
光とされている。スポット光２８が収束光であるとき、
スポット光２８は、スポット光２８の収束点４２を中心
としてスポット光２８の進行方向に沿って変化し、その
収束点４２において、大きさ（すなわち、光束が通過す
る面積）が最小となり、それに反してコントラストが最
大となる。すなわち、スポット光２８は、収束点４２か
ら離れるに従って、スポット光２８の大きさが増大し、
コントラストは低下していく。

【００４９】本発明のプローバ装置１０は、この収束光
の性質を利用して、後述するように、高さ方向（すなわ
ち、試験点用カメラ２２の光軸３０に沿った方向）の基
準位置を正確に定めると共に、ステージ１８に保持され
るウエハ１６の表面の高さを正確に求めることができ
る。なお、少なくとも高さ方向の基準位置を定めるとき
及び高さを求めるときには、集光レンズ４０の位置を試
験点用カメラ２２に対して固定し、スポット光２８の収
束点４２が試験点用カメラ２２から予め定められた距離
に位置するようにする。

【００５０】高さ方向の基準位置を他の方法により定め
る場合には、スポット光２８を収束光にする必要はな
く、したがって、集光レンズ４０は不要となることは言
うまでもない。

【００５１】また、本発明によるプローバ装置１０で
は、上記のように試験点用カメラ２２の光軸３０に沿っ
てスポット光２８を進ませることにより、スポット光２
８を基準として、試験点用カメラ２２の光軸３０とプロ
ーブ用カメラ２４の光軸３２とを整列又は一致させ、試
験点用カメラ２２及びプローブ用カメラ２４の基準位置
を定めることで、従来のように試験点用カメラ２２又は
プローブ用カメラ２４に物理的な目標体を設ける必要を
なくしている。したがって、位置決め精度を維持するた
めには、スポット光２８が試験点用カメラ２２の光軸３
０に沿って進んでいることを保証する必要がある。この
ため、図１に示されているプローバ装置１０では、試験
点用カメラ２２の光軸３０上に物体が配置されたとき
に、物体の表面に結像したスポット光２８を試験点用カ
メラ２２で認識することにより、スポット光２８と試験
点用カメラ２２の光軸３０との位置ずれを検知し、この
位置ずれの修正又は補正を自動的に行うようになってい
る。ステージ１８の表面に結像したスポット光２８を認
識することにより、上記補正を行ってもよいことはもち
ろんである。

【００５２】次に、図２〜図５を参照して、図１に示さ
れているプローバ装置１０において、試験点用カメラ２
２とプローブ用カメラ２４の基準位置を定め、ウエハ１
６上の試験点２０にプローブ１２を位置決めする手順を
説明する。

【００５３】最初に、試験点用カメラ２２と共通の筐体
３６内に設けられている光源２６の電源をオンにし、光
源２６からスポット光２８を発せさせる。すると、スポ
ット光２８は、半透鏡３８で反射され、試験点用カメラ
２２から離れる方向に試験点用カメラ２２の光軸３０に
沿って進み、プローブ用カメラ２４へと向かう。

【００５４】次に、試験点用カメラ２２の光軸３０に沿
って進むスポット光２８がプローブ用カメラ２４の光軸
３２に沿ってプローブ用カメラ２４に入射するように、
支持台１４とステージ１８とをＸ軸方向及びＹ軸方向に
相対移動させ、スポット光２８がプローブ用カメラ２４
の光軸３２に沿ってプローブ用カメラ２４に入射したと
きの試験点用カメラ２２の光軸３０及びプローブ用カメ
ラ２４の光軸３２の位置を試験点用カメラ２２及びプロ
ーブ用カメラ２４のＸ軸方向及びＹ軸方向の基準位置と
して定める。したがって、試験点用カメラ２２とプロー
ブ用カメラ２４のＸ軸方向及びＹ軸方向の基準位置は、
スポット光２８を基準として試験点用カメラ２２の光軸
３０とプローブ用カメラ２４の光軸３２とを直接的に整
列させる又は関連づけることにより、定められることに
なる。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸とは、試験点用カメラ２２の
光軸３０と垂直な平面内において直交する２軸を意味す
る。

【００５５】さらに、集光レンズ４０を試験点用カメラ
２２に対して予め定められた距離に配置して、スポット
光２２の収束点４２が試験点用カメラ２２から予め定め
られた距離に位置するようにすると共に、プローブ用カ
メラ２４の焦点を予め定められた位置に固定する。そし
て、スポット光２８が収束光となっていることを利用し
て、プローブ用カメラ２４の焦点の位置をスポット光２
８の収束点４２の位置と一致させるように、支持台１４
及びステージ１８によって試験点用カメラ２２とプロー
ブ用カメラ２４とをＺ軸方向に相対移動させ、一致した
ときのプローブ用カメラ２４の焦点及びスポット光２８
の収束点４２（これらは同一位置となる）の位置を試験
点用カメラ２２及びプローブ用カメラ２４の高さ方向の
基準位置として定める。ここで、Ｚ軸方向とは、試験点
用カメラ２２の光軸３０と平行な方向、すなわち高さ方
向を意味する。

【００５６】プローブ用カメラ２４の焦点はプローブ用
カメラ２４から予め定められた距離だけ離れた位置にあ
り、スポット光２８の収束点４２も試験点用カメラ２２
から予め定められた位置にあることから、プローブ用カ
メラ２４の焦点の位置がスポット光２８の収束点４２の
位置と一致したときの試験点用カメラ２２及びプローブ
用カメラ２４の位置を試験点用カメラ２２及びプローブ
用カメラ２４の高さ方向の基準位置として定めることも
可能である。

【００５７】プローブ用カメラ２４の焦点の位置をスポ
ット光２８の収束点４２の位置と一致させるためには、
例えば、スポット光２８をプローバ用カメラ２４により
認識し、予め定められた位置に固定されたプローバ用カ
メラ２４の焦点の位置におけるスポット光２８の大きさ
（すなわち、光束が通過する面積）又はコントラストが
極値となるように、すなわち、スポット光２８の大きさ
が最小となる又はコントラストが最大となるように、支
持台１４及びステージ１８によって試験点用カメラ２２
とプローブ用カメラ２４とを相対移動させればよい。

【００５８】このようにして、試験点用カメラ２２及び
プローブ用カメラ２４の基準位置を定めた状態が図２に
示されている。

【００５９】次に、試験点用カメラ２２によりステージ
１８上に載置されたウエハ１６の試験点２０を認識さ
せ、図３に示されているように、試験点用カメラ２２の
光軸３０に沿って進むスポット光２８が試験点２０上に
結像するように、支持台１４及びステージ１８によって
試験点用カメラ２２とプローブ用カメラ２４とをＸ軸方
向に相対移動させ、試験点用カメラ２２をプローブ用カ
メラ２４に対して距離Ａだけ相対移動させる。

【００６０】光源２６をＯＦＦにして、試験点用カメラ
２２を通常のカメラとして利用してステージ１８上に載
置されたウエハ１６の試験点２０を認識させることによ
り、試験点用カメラ２２の光軸３０上に試験点２０が配
置されるように、支持台１４とステージ１８とを相対移
動させ、プローブ用カメラ２４に対する試験点用カメラ
２２の相対移動距離Ａを把握してもよい。

【００６１】なお、簡略化するために、相対移動はＸ軸
方向についてのみ図示されているものとする。Ｙ軸方向
の相対移動が行われるときは、同様の手順によりプロー
ブ用カメラ２４に対する試験点用カメラ２２のＹ軸方向
の相対移動距離Ｂ（不図示）を把握する。

【００６２】これにより、プローブ用カメラ２４のＸ軸
方向及びＹ軸方向の基準位置であるプローブ用カメラ２
４の光軸３２に対するウエハ１６上の試験点２０のＸ軸
方向及びＹ軸方向の相対位置が正確に把握される。

【００６３】さらに、このとき、ウエハ１６上に結像し
たスポット光２８を試験点用カメラ２２により認識し、
ウエハ１６上に結像したスポット光２８の大きさ又はコ
ントラストが極値となるように、支持台１４とステージ
１８とをＺ軸方向（すなわち、高さ方向）に高さＨだけ
相対移動させる。このとき、試験点用カメラ２２、プロ
ーブ用カメラ２４は、それぞれ、支持台１４、ステージ
１８と共に高さ方向に移動するので、試験点用カメラ２
２はプローブ用カメラ２４に対してＺ軸方向に高さＨだ
け相対移動することになる。これにより、プローブ用カ
メラ２４のＺ軸方向の基準位置であるプローブ用カメラ
２４の焦点の位置に対するウエハ１６上の試験点２０の
Ｚ方向の相対位置が把握される。

【００６４】このようにして、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸につい
て、基準位置と試験点２０の位置との位置関係が把握さ
れる。すなわち、試験点２０の位置は、Ｘ軸方向及びＹ
軸方向の基準位置であるプローブ用カメラ２４の光軸３
２からＸ軸方向に距離Ａ、Ｙ軸方向に距離Ｂ、Ｚ軸方向
（高さ方向）の基準位置であるプローブ用カメラ２４の
焦点の位置からＺ軸方向に高さＨだけ離れていると把握
されることになる。

【００６５】次に、プローブ用カメラ２４により支持台
１４に保持されたプローブ１２を認識させ、図４に示さ
れているように、プローブ用カメラ２４の焦点がプロー
ブ１２の先端上に配置されるように、支持台１４とステ
ージ１８とをＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に相対移
動させる。このとき、プローブ用カメラ２４の焦点はプ
ローブ用カメラ２４から予め定められた位置に固定され
ており、プローブ用カメラ２４の焦点をプローブ１２の
先端上に配置する際には、従来技術の方法、例えばオー
トフォーカス機能等が使用される。

【００６６】プローブ用カメラ２４の基準位置とウエハ
１６上の試験点２０の位置との関係は上述したように既
に把握されていることから、支持台１４とステージ１８
とを相対移動させ、図４に示されている状態から、Ｘ軸
方向に距離Ａ、Ｙ軸方向に距離Ｂ、Ｚ軸方向に高さＨだ
けプローブ１２を移動させることにより、プローブ１２
をウエハ１６上の試験点２０に位置決めすることができ
る。

【００６７】なお、上記プローバ装置１０では、試験点
用カメラ２２の光軸３０上にステージ１８や平板などの
物体を配置したときに、物体の表面上に結像したスポッ
ト光２８を試験点用カメラ２２で認識し、スポット光２
８が試験点用カメラ２２の光軸３０に沿って進んでいる
か自動的に確認し、スポット光２８と試験点用カメラ２
２の光軸３０との位置ずれが検知されると、検知された
位置ずれを自動的に補正・修正するようになっている。
例えば、図３に示されている状態のときに、ウエハ１６
又はステージ１８の表面上に結像したスポット光２８を
試験点用カメラ２２により認識して、スポット光２８と
試験点用カメラ２２の光軸３０との位置ずれを検知し、
検知された位置ずれの修正又は補正を自動的に行う。

【００６８】また、支持台１４とステージ１８とを予め
定められた相対位置に移動したときに、例えばステージ
１８の表面のような基準位置の表面に結像したスポット
光２８を試験点用カメラ２２で認識し、スポット光２８
の収束点４２が基準位置の表面に位置するか否かを確認
し、熱や振動などによる支持台１４とスポット光２８の
収束点４２との間の距離の変化を検知し、検知された距
離の変化を自動的に補正・修正するようになっている。

【００６９】したがって、温度変化や外力の作用など外
的要因によりスポット光２８と試験点用カメラ２２の光
軸３０との間に位置ずれが生じても、位置ずれは速やか
に解消され、スポット光２８が試験点用カメラ２２の光
軸３０に沿って進んでいることが保証されるようになっ
ている。また、同様に、ステージ１４と収束点４２との
間の距離の変化も速やかに解消され、ステージ１４と収
束点４２との距離は一定に維持される。

【００７０】従来の方法では、目標体の位置の経時的変
化に起因して、図２の状態のときに、試験点用カメラ２
２及びプローブ用カメラ２４の基準位置を正確に定めら
れないことがあり、図３の距離Ａや距離Ｂを正確に求め
ることができず、これが図５における位置決めの際に誤
差を生じさせていた。これに対して、本発明では、図２
において、試験点用カメラ２２及びプローブ用カメラ２
４の基準位置を正確に定めることができるので、プロー
ブ１２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向について、
正確に、ウエハ１６上の試験点２０に位置決めされる。

【００７１】また、図４においてプローブ１２のＺ方向
（高さ方向）の位置を確認するので、使用中に熱収縮な
どによりプローブ１２のＺ軸方向の変化があった場合で
も、その変化は速やかに考慮され、プローブ１２を試験
点２０の位置に位置決めする精度に影響を及ぼすことを
回避することができる。

【００７２】さらに、上記手順を応用すれば、図３にお
いて、プローブ用カメラ２４のＺ軸方向（高さ方向）の
基準位置であるプローブ用カメラ２４の焦点に対する試
験点２０の高さ方向（Ｚ方向）の位置を把握しているこ
とから、プローバ装置１０により、試験点２０の高さを
把握することが可能となる。例えば、ステージ１８の表
面に関してＺ方向の基準位置に対するＺ軸方向の相対位
置を同様の手順により求めて把握すれば、ステージ１８
の表面を基準とした試験点２０の高さを求めることがで
きるのである。また、試験点２０に代えてウエハ１６の
表面の高さを求めればウエハ１６の厚さを求めることも
可能となる。

【００７３】上記プローバ装置１０の構成は、本発明の
プローバ装置の一実施形態例にすぎない。例えば、試験
点用カメラ２２及びプローブ用カメラ２４のＸＹ軸方向
の基準位置のみを定めるのであれば、光源２６は、一方
のカメラの光軸に沿ってスポット光２８を進ませること
ができればよく、必ずしも支持台１４又はステージ１８
と共に移動するようになっている必要はなく、したがっ
て、試験点用カメラ２２又はプローブ用カメラ２４と一
体的に形成されている必要もない。

【００７４】また、以上、プローバ装置１０を例として
本発明を説明したが、本発明はプローバ装置１０に限定
されるものではなく、組み立て装置など、異なる支持体
にそれぞれ保持された２つのカメラによりそれぞれの支
持体上の点又は支持体に保持された物体上の点を認識
し、一方の支持台上の点又はそれに保持された物体上の
点と他方の支持台上の点又はそれに保持された物体上の
点とを互いに対して位置決めする他の任意のタイプの位
置決め装置に等しく適用することが可能である。

【００７５】

【発明の効果】このように、本発明によれば、試験点用
カメラの光軸とプローブ用カメラの光軸とを直接的に一
定の位置関係で関連付けることにより、試験点用カメラ
又はプローブ用カメラの光軸と垂直な方向に関する試験
点用カメラとプローブ用カメラの基準位置を定めること
ができるので、従来のプローバ装置で使用されていた目
標体の位置の経時的な変化等を排除することができ、プ
ローバ装置の位置決め精度を向上させることができる。

【００７６】また、スポット光として収束光を利用すれ
ば、スポット光の収束点の位置とプローブ用カメラの焦
点の位置とを一致させ、この位置を高さ方向の基準位置
として定めることができるので、プローバ装置の高さ方
向の位置決め精度も向上させることが可能となる。

【００７７】異なる支持台にそれぞれ設けられた２つの
カメラを使用している位置決め装置を本発明にしたがっ
て構成すれば、位置決め装置においても、本発明による
プローバ装置と同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置決め装置の一例であるプロー
バ装置の全体構成図である。

【図２】図１のプローバ装置においてプローブをウエハ
上の試験点に位置決めする手順を示している第１の説明
図である。

【図３】図１のプローバ装置においてプローブをウエハ
上の試験点に位置決めする手順を示している第２の説明
図である。

【図４】図１のプローバ装置においてプローブをウエハ
上の試験点に位置決めする手順を示している第３の説明
図である。

【図５】図１のプローバ装置においてプローブをウエハ
上の試験点に位置決めする手順を示している第４の説明
図である。

【符号の説明】

１０…プローバ装置 １２…プローブ １４…支持台 １６…ウエハ １８…ステージ ２０…試験点 ２２…試験点用カメラ ２４…プローブ用カメラ ２６…光源 ２８…スポット光 ３０…光軸 ３２…光軸 ３８…半透鏡 ４０…集光レンズ ４２…収束点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 武清 東京都三鷹市下連雀九丁目７番１号 株式 会社東京精密内 (72)発明者 山口 晃 東京都三鷹市下連雀九丁目７番１号 株式 会社東京精密内 Ｆターム(参考） 2G014 AA13 AB59 AC10 AC12 2G132 AA00 AD15 AF06 AK01 AL11 4M106 AA01 AD11 BA01 DD05 DD13 DJ03 DJ07

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的導通を検査するためのプローブを
   保持する支持台と、前記支持台と対向して配置されてお
   り、ウエハが載置されるステージと、前記ウエハ上に予
   め定められた試験点を認識するために前記支持台に設け
   られた試験点用カメラと、前記プローブを認識するため
   に前記ステージに設けられたプローブ用カメラとを備
   え、認識された前記試験点及び前記プローブの位置に基
   づいて前記支持台と前記ステージとを相対移動させ、前
   記ウエハ上の試験点に前記プローブを位置決めして接触
   させるプローバ装置において、 光源を設け、該光源から発せられたスポット光を前記試
   験点用カメラ及び前記プローブ用カメラの一方の光軸に
   沿って進ませ、前記試験点用カメラ及び前記プローブ用
   カメラの他方で前記スポット光を認識することにより、
   前記試験点用カメラ及び前記プローブ用カメラの基準位
   置を定めるようにしたことを特徴とするプローバ装置。
2. 【請求項２】 前記光源は前記試験点用カメラ及び前記
   プローブ用カメラの前記一方と共に移動する、請求項１
   に記載のプローバ装置。
3. 【請求項３】 前記試験点用カメラ及び前記プローブ用
   カメラの前記一方の光軸上に半透鏡が設けられており、
   該半透鏡は、外部からの光が前記半透鏡を透過して前記
   試験点用カメラ及び前記プローブ用カメラの前記一方に
   入射することを許容すると共に、前記光源から発せられ
   たスポット光を反射し、前記試験点用カメラ及び前記プ
   ローブ用カメラの前記他方へ向かわせる、請求項１又は
   請求項２に記載のプローバ装置。
4. 【請求項４】 前記試験点用カメラ及び前記プローブ用
   カメラの前記一方の光軸上に位置する物体の表面に結像
   したスポット光を前記試験点用カメラ及び前記プローブ
   用カメラの前記一方で認識することにより、前記スポッ
   ト光と前記試験点用カメラ及び前記プローブ用カメラの
   前記一方の光軸との位置関係を補正する、請求項１から
   請求項３のいずれか一項に記載のプローバ装置。
5. 【請求項５】 前記光軸上に位置する物体が前記支持台
   又は前記ステージである、請求項４に記載のプローバ装
   置。
6. 【請求項６】 前記スポット光は収束点で収束する収束
   光である、請求項１又は請求項２に記載のプローバ装
   置。
7. 【請求項７】 前記収束点は、前記試験点用カメラ及び
   前記プローブ用カメラの前記一方から予め定められた距
   離に位置する、請求項６に記載のプローバ装置。
8. 【請求項８】 前記支持台と前記ステージとを予め定め
   られた相対位置に移動して、前記スポット光を基準位置
   の表面に結像させ、結像した前記スポット光の形状又は
   大きさを確認する、請求項７に記載のプローバ装置。
9. 【請求項９】 前記試験点用カメラ及び前記プローブ用
   カメラの前記他方の焦点の位置が前記試験点用カメラ及
   び前記プローブ用カメラの前記他方に対して固定となっ
   ており、前記支持台及び前記ステージによって前記試験
   点用カメラと前記プローブ用カメラとを相対移動させ、
   前記試験点用カメラ及び前記プローブ用カメラの前記他
   方の前記焦点の位置を前記スポット光の前記収束点の位
   置と一致させることにより、前記試験点用カメラ及び前
   記プローブ用カメラの高さ方向の基準位置を定めるよう
   にした、請求項７に記載のプローバ装置。
10. 【請求項１０】 前記試験点用カメラ及び前記プローブ
    用カメラの前記他方の固定された焦点において認識され
    る前記スポット光の大きさ又はコントラストが極値とな
    ったときに、前記試験点用カメラ及び前記プローブ用カ
    メラの前記他方の前記焦点の位置が前記スポット光の前
    記収束点の位置と一致したと判断する、請求項９に記載
    のプローバ装置。
11. 【請求項１１】 前記ウエハ又は前記プローブの表面に
    結像した前記スポット光を前記試験点用カメラ及び前記
    プローブ用カメラの前記一方により認識し、前記スポッ
    ト光の大きさ又はコントラストが極値となるように、前
    記支持台及び前記ステージによって前記試験点用カメラ
    と前記プローブ用カメラとを高さ方向に相対移動させ、
    前記相対移動の距離に基づいて前記ウエハ又は前記プロ
    ーブの表面の高さを求める、請求項１０に記載のプロー
    バ装置。
12. 【請求項１２】 前記スポット光が前記試験点用カメラ
    の光軸に沿って前記ステージへ向かって進み、前記スポ
    ット光の前記収束点が前記ステージの表面に配置された
    ときと、前記スポット光の前記収束点が前記ステージ上
    の前記ウエハの表面に配置されたときとの前記支持台と
    前記ステージとの間の距離の差に基づいて、前記ウエハ
    の厚さを求める、請求項１１に記載のプローバ装置。
13. 【請求項１３】 対向する第１の支持体及び第２の支持
    体と、前記第１の支持体に設けられた第１のカメラと、
    前記第２の支持体に設けられたカメラとを備え、前記第
    １の支持体上の点又は前記第１の支持体に保持された物
    体上の点と前記第２の支持体上の点又は前記第２の支持
    体に保持された物体上の点とを前記第２のカメラ及び前
    記第１のカメラで認識し、認識された前記点の位置に基
    づいて前記第１の支持体と前記第２の支持体とを相対移
    動させることにより、前記第１の支持体上の点又は前記
    第１の支持体に保持されている物体上の点を前記第２の
    支持体上の点又は前記第２の支持体に保持されている物
    体上の点に位置決めする位置決め装置において、光源を
    設け、該光源から発せられたスポット光を第１のカメラ
    の光軸に沿って進ませ、第２のカメラで前記スポット光
    を認識することにより、前記第１のカメラ及び前記第２
    のカメラの基準位置を定めるようにしたことを特徴とす
    る位置決め装置。
14. 【請求項１４】 前記スポット光は、前記第１のカメラ
    から予め定められた距離に位置する収束点で収束する収
    束光である、請求項１３に記載の位置決め装置。
15. 【請求項１５】 前記第２のカメラの焦点の位置が前記
    第２のカメラに対して固定となっており、前記第１の支
    持体及び前記第２の支持体によって前記第１のカメラと
    前記第２のカメラとを相対移動させ、前記第２のカメラ
    の前記焦点の位置を前記スポット光の前記収束点の位置
    と一致させることにより、前記第１のカメラ及び前記第
    ２のカメラの高さ方向の基準位置を定めるようにした、
    請求項１４に記載の位置決め装置。