JP2004006509A - ウエハ検査装置及びコンタクト高さ補正方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プローブとウエハの電極パッドとの間のファーストコンタクトを適切に行うことができ、かつ効率的なウエハ検査ができるウエハ検査装置及びコンタクト高さ補正方法を提供する。
【解決手段】ウエハ検査装置において、距離計により計測されたステージ上面からプローブ先端までの距離から前記ウエハの厚みを差し引いた距離と、検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離との差分を求め、次回の距離計により計測されるプローブ先端とウエハ表面との間の距離に関する補正値とする。
【選択図】図１
【解決手段】ウエハ検査装置において、距離計により計測されたステージ上面からプローブ先端までの距離から前記ウエハの厚みを差し引いた距離と、検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離との差分を求め、次回の距離計により計測されるプローブ先端とウエハ表面との間の距離に関する補正値とする。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの検査に係るウエハ検査装置及びコンタクト高さ補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造工程の中で、数百個の半導体素子が一度に形成された半導ウエハ（以下、ウエハと称する）の状態でウエハ検査装置によって半導体素子ごとの電気的特性を検査する工程がある。
【０００３】
このウエハ検査装置は、電気的回路を構成するための端子を有しウエハを保持するステージと、複数の測定用探針（以下、プローブと称する）を有し前記ウエハの検査面の上方にプローブを有する面を対向させてプローバのカードホルダーに取り付けられるプローブカードと、前記プローブに電気的に接続されるテスタと、前記ステージをＸＹＺθ方向に駆動するためのＸＹＺθ駆動部と、前記ＸＹＺθ駆動部の動作を制御する制御部とを備えている。ウエハ検査は半導体素子の複数の電極パッドに複数のプローブをそれぞれ接触させ、それらのプローブにつながったテスタによって検査が行われる。
【０００４】
この際、ウエハがステージにセットされ、検査が開始されるまでには次のような操作が必要である。
（１）プローブがウエハの所定の電極パッドの位置にくるようにステージをＸＹ方向に移動させる。
（２）ステージをＺ方向に上昇させてプローブを電極パッドに接触させる。この接触はプローブと電極パッドとの間で電気的な導通がある接触であり、ファーストコンタクトと称する。
（３）そのファーストコンタクトの高さ位置からさらにステージを所定の距離だけ上昇させてプローブが電極パッドを所定の圧力で押えるようにして、プローブと電極パッドとの間の導通を安定させる。この所定の距離のことをオーバードライブ量（ＯＤ量）と称する。
【０００５】
ウエハ検査では、このプローブが電極パッドを押える（プローブの針立て）圧力が適切な範囲内にある必要があり、小さすぎると接触界面に抵抗が生じるため正確な検査が行えず、大きすぎると電極パッドであるアルミニウム膜を突き破ってしまい半導体素子として使い物にならなくなる。
前記圧力にはファーストコンタクト高さ位置、オーバードライブ量の２つの要因が関係するが、オーバードライブ量は予め決まっているため、ファーストコンタクトが適切に行えるかが問題となる。
従来は使用者が目視でファーストコンタクトのためのステージ上昇操作を行っていたため、ファーストコンタクトと判断した高さ位置にばらつきが生じてしまい、検査精度が悪いばかりでなく、製品としての半導体素子の歩留も低下させていた。
【０００６】
そこで、このファーストコンタクトの問題に関して、特開平５−４１４２１号公報ではタッチセンサユニットを用いたファーストコンタクトの検出による改善方法が開示されている。
この方式は、図５に示すようにパルスモータ３５に駆動パルスを供給することによりウエハ２７を搭載したステージ２６を段階的に上昇させ、タッチセンサユニットによってプローブ２０とウエハ２７との間のコンタクトを検出した時点をファーストコンタクトとし、そこから所定のオーバードライブ量だけ上昇させてウエハ検査を行うものであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式ではファーストコンタクトの高さ位置を正確に把握することができるが、ウエハ２７とプローブ２０を有するプローブカードとの間を例えば５００μｍほど離した位置からステップ上昇を開始することとしており、ファーストコンタクトまでに時間を要していた。これはウエハごとにそのつど行われるものであるため、ウエハ検査工程の効率を阻害するものであった。
【０００８】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、プローブとウエハの電極パッドとの間のファーストコンタクトを適切に行うことができ、かつ効率的なウエハ検査ができるウエハ検査装置及びコンタクト高さ補正方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために提供する本願第一の発明に係るウエハ検査装置は、ウエハを保持するステージと、ステージの上方に配置されるカードホルダーと、プローブを有し前記ウエハ表面に当該プローブを有する面を対向させて前記カードホルダーに取り付けられるプローブカードと、前記プローブ及びウエハに電気的に接続される検査用テスタと、前記ステージをカードホルダーに取り付けられたプローブカードのプローブを有する面に対して水平方向及び垂直方向に移動させるための駆動部と、前記カードホルダー及びステージ上面の高さ位置を認識し前記駆動部の動作を制御する制御部とを備えたウエハ検査装置において、前記プローブ及びウエハに電気的に接続され、プローブ先端とウエハ表面とが接触した場合にその導通を検出する検出回路と、前記カードフォルダーの高さ位置に設置され、前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１の距離計と、前記ステージ上面の高さ位置にあってステージとともに移動するように設置され、前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２の距離計と、前記第１の距離計及び第２の距離計により計測されたそれぞれの垂直直線距離データと、その計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離データと、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離データとに基づき次回の第１の距離計及び第２の距離計により計測されるプローブ先端とウエハ表面との間の距離を補正する補正値を求める演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この装置により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下でその計測による両者間の距離と電気的に確認した両者間の距離との差分として求めて次回以降の計測時に補正する（以下、この操作をキャリブレーション操作と称する）ことによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
ここで、距離計の距離計測方式は二重像合致式あるいは上下像合致式の外光方式でもよく、３５ミリ判一眼レフで使用されているＴＴＬ（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｈｅ−ｌｅｎｓ）方式やアクティブ方式を利用してもよい。
検出回路とテスタとは、いずれもプローブ及びウエハに電気的に接続され電気回路を形成するものであるから、プローブとウエハとの間で一部を並列に配線しておき切替スイッチによりいずれかの回路を選択できるようにしておけばよい。また、距離計による計測結果に基いてフォーカスを調整する、いわゆるオートフォーカス方式のカメラをその距離計に付与し、距離計測の対象物をモニターするようにしてもよい。これによって、距離計測の精度をモニター上で確認することができる。
さらに、プローブカードとして製品測定用の製品プローブカードを使用する場合には、キャリブレーション操作時にその製品プローブカードの座の上に圧力接触プレートを搭載し、さらにその圧力接触プレートの上にコンタクトカードを取り付け、そのコンタクトカードをコネクタを介して検出回路に電気的に接続させるとよい。これによって、テストヘッドがない状態のキャリブレーション操作時にもプローブカードとコネクタとの間に抵抗を生じさせることなく適切な接続が可能となる。
【００１１】
前記課題を解決するために提供する本願第二の発明に係るウエハ検査装置は、第一の発明において、前記演算部が、前記第１の距離計及び第２の距離計により計測されたそれぞれの垂直直線距離データと、その計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離データと、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離データとに基づき、第２の距離計により計測されたステージ上面からプローブ先端までの距離から前記ウエハの厚みを差し引いた距離と、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離との差分を求めて補正値とすることを特徴とする。
【００１２】
この装置により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
【００１３】
前記課題を解決するために提供する本願第三の発明に係るウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法は、ウエハを保持するステージと、ステージの上方に配置されるカードホルダーと、プローブを有し前記ウエハ表面に当該プローブを有する面を対向させて前記カードホルダーに取り付けられるプローブカードと、前記プローブ及びウエハに電気的に接続される検査用テスタと、前記ステージをカードホルダーに取り付けられたプローブカードのプローブを有する面に対して水平方向及び垂直方向に移動させるための駆動部と、前記カードホルダー及びステージ上面の高さ位置を認識し前記駆動部の動作を制御する制御部と、前記カードフォルダーの高さ位置に設置され、前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１の距離計と、前記ステージ上面の高さ位置にあってステージとともに移動するように設置され、前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２の距離計と、距離データに基づき演算する演算部とを備えたウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法において、前記演算部にて第２の距離計により計測されたステージ上面からプローブ先端までの距離から前記ウエハの厚みを差し引いた距離と、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離との差分を求め、次回の第１の距離計及び第２の距離計により計測されるプローブ先端とウエハ表面との間の距離に関する補正値とすることを特徴とする。
【００１４】
この方法により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
【００１５】
前記課題を解決するために提供する本願第四の発明に係るウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法は、第三の発明において、前記ウエハ検査に関与するプローブが複数の場合に、前記第２の距離計によりそれぞれのプローブについてステージ上面からプローブ先端までの距離を計測し、その平均値を第２の距離計により計測されたステージ上面からプローブ先端までの距離として演算に供することを特徴とする。
【００１６】
この方法により、第三の発明の作用効果に加えて、複数のプローブの高さのばらつき成分を補正値の中に含めることができるため、電極パッドに対するダメージを最小限にすることができる。
【００１７】
前記課題を解決するために提供する本願第五の発明に係るウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法は、第三または第四の発明において、前記ウエハの厚みが、前記第１の距離計及び第２の距離計による計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離と第１の距離計により計測されたカードホルダーからウエハ表面までの距離との差分であることを特徴とする。
【００１８】
この方法により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
ここで、測定対象のウエハ上にフォーカスパターンを形成しておくと、距離計による正確な距離の計測が可能となる。
【００１９】
前記課題を解決するために提供する本願第六の発明に係るウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法は、ウエハを保持するステージと、ステージの上方に配置されるカードホルダーと、プローブを有し前記ウエハ表面に当該プローブを有する面を対向させて前記カードホルダーに取り付けられるプローブカードと、前記プローブ及びウエハに電気的に接続される検査用テスタと、前記ステージをカードホルダーに取り付けられたプローブカードのプローブを有する面に対して水平方向及び垂直方向に移動させるための駆動部と、前記カードホルダー及びステージ上面の高さ位置を認識し前記駆動部の動作を制御する制御部と、前記カードフォルダーの高さ位置に設置され、前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１の距離計と、前記ステージ上面の高さ位置にあってステージとともに移動するように設置され、前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２の距離計と、距離データに基づき演算する演算部とを備えたウエハ検査装置のプローブ先端とウエハ表面とのコンタクト高さ補正方法において、第１の距離計によって前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１計測工程と、第２の距離計によって前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２計測工程と、前記第２計測工程により計測された距離から第１設定値だけ差し引いた距離だけ前記ステージを上昇させ、当該ステージをその高さ位置から第２設定値ずつステップ回数をカウントしながらステップ上昇させるステップ上昇工程と、前記検出回路により導通が検出された段階で前記ステップ上昇をストップさせ、前記演算部がそのときのステップ回数に基づきプローブ先端とウエハ表面との間の距離を算出する第１演算工程と、前記第１計測工程及び第２計測工程により計測されたそれぞれの垂直直線距離データと、その計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離データと、前記第１演算工程により算出された距離データとに基づき、次回の第１の距離計及び第２の距離計により計測されるプローブ先端とウエハ表面との間の距離に関する補正値を求める第２演算工程とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
この方法により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るウエハ検査装置の一実施の形態における構成について図面を参照して説明する。
図１（ａ）は、本発明に係るウエハ検査装置の一実施の形態における構成を示すブロック図である。
（装置構成）
図１（ａ）に示すように、ウエハ検査装置は、電気的回路を構成するための端子９を有しウエハ１を保持するステージ６と、プローブ４を有し前記ウエハ１の上面にプローブ４を有する面を対向させてプローバのカードホルダー（図示せず）に取り付けられるプローブカード３と、前記カードホルダーと同じ高さ位置に配置されウエハ１の表面をモニターし距離計測機能を有するカメラ２と、ステージ６上面と同じ高さ位置に配置されプローブ４の先端をモニターし距離計測機能を有するカメラ５と、一端が端子９に接続され電気的回路を切り替えるスイッチ１０と、一端が前記スイッチ１０の一端１０ａに接続され他端がコネクタ１２を介してプローブ４に接続される検出回路１１と、前記ステージ６をＸＹＺθ方向に駆動するためのＸＹＺθ駆動７と、前記ＸＹＺθ駆動７の動作を制御する制御部８と、カメラ２、５及び制御部８と接続され高さ位置データを演算し記憶する演算記憶部（図示せず）とを備えている。
【００２２】
スイッチ１０において端子１０ａに接続している場合がウエハ１と検出回路１１とプローブ４とからなるウエハ１とプローブ４とのコンタクト電流を検出する回路を構成し、本願発明に係るコンタクト高さキャリブレーション機構に関係する。
端子１０ｂに接続している場合はウエハ１とプローブ４とがコンタクトしている前提でウエハ検査用の信号入力ライン１３につながり、ウエハの検査に関係する。
なお、図１（ｂ）に示すように、前記ウエハ１のおもて面にウエハ１の表面高さをカメラ２で検出できるようにフォーカス用パターン１４を形成している。
【００２３】
カメラ２の先端とカメラ５の先端との間の距離は所定の距離Ｈで配置されている。
また、カメラ２、５は対象物までの距離を計測する機能を有しており、カメラ２はカメラ２の先端の高さ位置からウエハ１の上面の高さ位置までの垂直直線距離を計測し、カメラ５はカメラ５の先端の高さ位置からプローブ４の先端の高さ位置までの垂直直線距離を計測する。ここで利用される距離計測方式は二重像合致式あるいは上下像合致式の外光方式でもよく、３５ミリ判一眼レフで使用されているＴＴＬ（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｈｅ−ｌｅｎｓ）方式やアクティブ方式を利用してもよい。
【００２４】
（コンタクト高さ補正操作手順）
図１（ａ）のウエハ検査装置におけるコンタクト高さ補正操作について図２に示す工程図を参照しながら説明する。
コンタクト高さ補正操作に当っては、プローブカード３にはキャリブレーション用プローブカードを適用し、その上面に取り付けられたコネクタ１２に検出回路１１の電圧出力側ラインを接続しておく。また、操作スタート時のステージ６上面のＺ方向の位置を基準高さ位置とし、制御部８における高さ位置データを０としておく。
【００２５】
（Ｓ１０１）フォーカス用パターン１４を形成したウエハ１をローダー（図示せず）より搬送しステージ６に載せ、ＸＹＺθ駆動部７を制御部８の信号によりＸＹ方向に駆動させステージ６上のウエハ１をウエハ高さ検出用のカメラ２の下に移動させる。移動制御に関して、ウエハ１の位置データを予め設定しておき自動的にステージ６を移動させてもよいし、使用者がカメラ２のモニター映像を見ながらステージ６を移動させてもよい。
【００２６】
（Ｓ１０２）カメラ２でウエハ１おもて面に形成されたフォーカス用パターン１４を利用し、カメラ２の先端の高さ位置からウエハ１の上面の高さ位置までの距離を計測し、その計測値をＺ１１値とし、演算値（Ｈ−Ｚ１１）とともに演算記憶部に記憶させる。ここでは、例えばＨ＝６００、Ｚ１１＝５５０であったとする。
【００２７】
（Ｓ１０３）ＸＹＺθ駆動部７を制御部８の信号によりＸＹ方向に駆動させステージ６側壁に取り付けたプローブ４の先端高さ検出用カメラ５をプローブ４の下に移動する。移動制御に関して、プローブ４の位置データを予め設定しておき自動的にステージ６を移動させてもよいし、使用者がカメラ５のモニター映像を見ながらステージ６を移動させてもよい。
【００２８】
（Ｓ１０４）カメラ５でカメラ５の先端の高さ位置からプローブ４の先端の高さ位置までの距離を計測し、その計測値をＺ１２値として演算記憶部に記憶させる。ここでは、例えばＺ１２＝４００であったとする。
【００２９】
（Ｓ１０５）演算記憶部にて演算値（Ｚ１２−ｘ１）μｍを求め、その演算値を制御部８に通知する。制御部８はＸＹＺθ駆動部７を制御し、その演算値分だけステージ６を上昇させる。ここでは、例えばｘ１＝２００とする。
【００３０】
（Ｓ１０６）ステージ６の端子９と接続しているスイッチ１０を１０ａ側に作動させ、検出回路１１の電流検出端子側との間で回路を構成する。
【００３１】
（Ｓ１０７）制御部８の信号により、ＸＹＺθ駆動部７を駆動させ、その上に取り付けたステージ６を（ｘ２）μｍ上昇させる。ここでは、例えばｘ２＝１とする。
【００３２】
（Ｓ１０８）検出回路１１の出力電圧に基づく導通を検出回路１１の電流検出回路で調べて、プローブ４とウエハ１とのコンタクトの有無を判断する。導通があった場合がコンタクト有と判断され、導通がない場合がコンタクト無と判断される。
【００３３】
＜コンタクト無の場合＞ステップＳ１０７に戻り、更に（ｘ２）μｍ分上昇させ、ステップ１０８の導通検出を行う。
【００３４】
＜コンタクト有の場合＞次のステップＳ１０９に進む。
（Ｓ１０９）そのときのプローブ４の先端高さを電気的コンタクトに基づくプローブ先端とウエハ表面との間の距離Ｚ１３値として演算記憶部に記憶させる。詳しくは、ステップＳ１０７の実施回数をカウントしておき、ｎ回目の（ｘ２）μｍ上昇でステージ６の上昇が停止した場合、演算記憶部にて次式（１）に基づきＺ１３値が求められる。
Ｚ１３＝Ｚ１２−ｘ１＋ｘ２・ｎ … （１）
【００３５】
（Ｓ１１０）スイッチ１０をテスタ信号の入力ラインに接続されている１０ｂ側へ切り替える。ウエハ検査の準備である。
【００３６】
（Ｓ１１１）演算記憶部に記憶されているＺ１２値とＺ１３値との差を求め、さらに演算値（Ｈ−Ｚ１１）との差を求め、補正値Ｃ１として演算記憶部に記憶させる。詳しくは、次式（２）のようになる。
ここで示した事例ではステップＳ１０７の実施回数が１００回とすると、補正値Ｃ１は５０となる。
キャリブレーション用プローブカード３などの治工具類を取出す。
【００３７】
（Ｓ１１２）キャリブレーション用プローブカードに替えて製品測定用の製品プローブカードが、ステージ６上に検査対象のウエハがセットされた後にカメラ２、５によるそれぞれの高さ計測が行われる。
その際、カメラ５により計測されたカメラ５の先端の高さ位置からプローブ４の先端の高さ位置までの距離Ｚ２とカメラ２により計測されたカメラ２の先端の高さ位置からウエハ１の上面の高さ位置までの距離Ｚ１と演算記憶部に記憶されている補正値Ｃ１とから演算記憶部にて次式（３）の演算を行う。
Ｍ１＝Ｚ２−Ｃ１−（Ｈ−Ｚ１） … （３）
以上で高さ位置計測のキャリブレーションが完了する。
ウエハ検査に当っては、この演算結果Ｍ１を制御部８に通知し、制御部８がその演算結果Ｍ１に基づいてＸＹＺθ駆動部７を駆動させステージ６を上昇させることによって、ウエハ１とプローブ４との間でウエハ１表面をプローブ４の先端で傷付けることなく適正な電気的ファーストコンタクトを得ることができる。
【００３８】
上記装置構成において、キャリブレーション用プローブカード３が複数本のプローブを有している場合でもプローブ高さ検出カメラ５の計測対象となるプローブをコネクタ１２を経由して検出回路１１と接続し上記のコンタクト高さ補正操作によって同一の効果が得られる。
また、上記カメラ２、５による高さ計測時に、距離計測機能による高さの自動計測と共に使用者が目視で対象物に対してフォーカスが合っているかどうかなどの状態をモニター上で確認できるようにするとよい。
上記装置ではステージ６がＸＹＺθ駆動部７によって移動する構成であったが、カードホルダーがＸＹＺθ駆動部７によって移動する構成としてもよい。この場合、ステージ６及びカメラ５は固定であり、カメラ２がカードホルダー及びプローブカード３ともに移動する。
【００３９】
次に、本発明に係る本発明に係るウエハ検査装置のその他の実施の形態における構成について図面を参照して以下に説明する。
（装置構成）
図３は、本発明に係るウエハ検査装置のその他の実施の形態における構成を示すブロック図である。
図３は複数のプローブ４を有する製品測定用の製品プローブカード１５と圧力接触プレート１７（以下、ＰＣＲと称する）とコンタクトカード１８との組合せを使用する場合を示している。前記製品プローブカード１５はプローバのインサートリング（図示せず）にセットされ、その製品プローブカード１５の座１６の上にＰＣＲ１７が搭載され、さらにそのＰＣＲ１７の上にコンタクトカード１８が自身に施された金めっき層を介して取り付けられている。そのコンタクトカード１８はコネクタ１２を介して検出回路１１に電気的に接続されている。その他の構成は、図１に示す装置構成と同じである。
【００４０】
（コンタクト高さ補正操作）
図３のウエハ検査装置におけるコンタクト高さ補正操作について図４に示す工程図を参照しながら説明する。
（Ｓ２０１）ウエハ装置のテストヘッドを開いた状態で図３に示す構成となるように製品プローブカード１５とＰＣＲ１７とコンタクトカード１８とを取り付ける。
【００４１】
（Ｓ２０２）フォーカス用パターン１４を形成したウエハ１をローダー（図示せず）より搬送しステージ６に載せ、ＸＹＺθ駆動部７を制御部８の信号によりＸＹ方向に駆動させステージ６上のウエハ１をウエハ高さ検出用のカメラ２の下に移動させる。移動制御に関して、ウエハ１の位置データを予め設定しておき自動的にステージ６を移動させてもよいし、使用者がカメラ２のモニター映像を見ながらステージ６を移動させてもよい。
【００４２】
（Ｓ２０３）カメラ２でウエハ１おもて面に形成されたフォーカス用パターン１４を利用し、カメラ２の先端の高さ位置からウエハ１の上面の高さ位置までの距離を計測し、その計測値をＺ２１値とし、演算値（Ｈ−Ｚ２１）とともに演算記憶部に記憶させる。ここでは、例えばＨ＝６００、Ｚ２１＝５００であったとする。
【００４３】
（Ｓ２０４）ＸＹＺθ駆動部７を制御部８の信号によりＸＹ方向に駆動させステージ６側壁に取り付けたプローブ４の先端高さ検出用カメラ５を予め検査に使用されるプローブとして登録されている複数のプローブ４の下に順次移動させ、カメラ５でプローブごとにカメラ５の先端の高さ位置から対象プローブ４の先端の高さ位置までの距離を計測し、その計測値を演算記憶部に記憶させる。
すべてのプローブ４についての計測終了後に演算記憶部にてすべての計測値に基づきその平均値を求め、その平均値をＺ２２値とし、演算値（Ｈ−Ｚ２２）とともに演算記憶部に記憶させる。
なお、移動制御に関して、登録されているプローブ４の位置データを予め設定しておき自動的にステージ６を移動させてもよいし、使用者がカメラ５のモニター映像を見ながらステージ６を移動させてもよい。
【００４４】
（Ｓ２０５）演算記憶部にて演算値（Ｚ２２−ｘ３）μｍを求め、その演算値を制御部８に通知する。制御部８はＸＹＺθ駆動部７を制御し、その演算値分だけステージ６を上昇させる。ここでは、例えばｘ３＝２００とする。
【００４５】
（Ｓ２０６）ステージ６の端子９と接続しているスイッチ１０を１０ａ側に作動させ、検出回路１１の電流検出端子側との間で回路を構成する。
【００４６】
（Ｓ２０７）制御部８の信号により、ＸＹＺθ駆動部７を駆動させ、その上に取り付けたステージ６を（ｘ４）μｍ上昇させる。ここでは、例えばｘ４＝０．５とする。
【００４７】
（Ｓ２０８）検出回路１１の出力電圧に基づく導通を検出回路１１の電流検出回路で調べて、プローブ４とウエハ１とのコンタクトの有無を判断する。導通があった場合がコンタクト有と判断され、導通がない場合がコンタクト無と判断される。
【００４８】
＜コンタクト無の場合＞ステップＳ２０７に戻り、更に（ｘ４）μｍ分上昇させ、ステップＳ２０８の導通検出を行う。
【００４９】
＜コンタクト有の場合＞次のステップＳ２０９へ進む。
（Ｓ２０９）そのときのプローブ４の先端高さを電気的コンタクトに基づくプローブ先端高さＺ２３値として演算記憶部に記憶させる。詳しくは、ステップＳ２０７の実施回数をカウントしておき、ｎ回目の（ｘ４）μｍ上昇でステージ６の上昇が停止した場合、演算記憶部にて次式（４）に基づきＺ１３値が求められる。
Ｚ２３＝Ｚ２２−ｘ３＋ｘ４・ｎ … （４）
【００５０】
（Ｓ２１０）スイッチ１０をテスタ信号の入力ラインに接続されている１０ｂ側へ切り替える。ウエハ検査の準備である。
【００５１】
（Ｓ２１１）演算記憶部に記憶されているＺ２２値とＺ２３値との差を求め、さらに演算値（Ｈ−Ｚ２１）との差を求め、補正値Ｃ２として演算記憶部に記憶させる。詳しくは、次式（５）のようになる。
ここで示した事例ではステップＳ２０７の実施回数が１００回とすると、補正値Ｃ２は５０となる。
【００５２】
（Ｓ２１２）ステージ６操作スタート時の高さ位置まで下降させる。
【００５３】
（Ｓ２１３）コンタクトカード１８とＰＣＲ１７を外し、テストヘッドを閉じる。
【００５４】
（Ｓ２１４）ＸＹＺθ駆動部７を制御部８の信号によりＸＹ方向に駆動させステージ６側壁に取り付けたプローブ４の先端高さ検出用カメラ５を予め検査に使用されるプローブとして登録されている複数のプローブ４の下に順次移動させ、カメラ５でプローブごとにカメラ５の先端の高さ位置から対象プローブ４の先端の高さ位置までの距離を計測し、その計測値を演算記憶部に記憶させる。
すべてのプローブ４についての計測終了後に演算記憶部にてすべての計測値に基づきその平均値を求め、その平均値をＺ２４値として演算記憶部に記憶させる。
【００５５】
（Ｓ２１５）カメラ２によって計測されたカメラ２の先端の高さ位置からウエハ１の上面の高さ位置までの距離Ｚ２１とステップＳ２１４で求められたＺ２４値と演算記憶部に記憶されている補正値Ｃ２とから演算記憶部にて次式（６）の演算を行う。
Ｍ２＝Ｚ２４−Ｃ２−（Ｈ−Ｚ２１） … （６）
以上で高さ位置計測のキャリブレーションが完了する。
ウエハ検査に当っては、この演算結果Ｍ２を制御部８に通知し、制御部８がその演算結果Ｍ２に基づいてＸＹＺθ駆動部７を駆動させステージ６を上昇させることによって、ウエハ１とプローブ４との間でウエハ１表面をプローブ４の先端で傷付けることなく適正な電気的ファーストコンタクトを得ることができる。
【００５６】
この実施例では、実際のプローブカードでの全てのプローブを対象にした、高さ検出ができるようになるため、プローブカードが元々持っているプローブの高さバラツキ成分を補正値として求めることができるようになり、パッドに対する傷などのダメージを最小限にすることを要求されている製品に対する効果が有る。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係る装置により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
【００５８】
本発明に係る方法により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
さらに、複数のプローブの高さのばらつき成分を補正値の中に含めることができるため、電極パッドに対するダメージを最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るウエハ検査装置の一実施の形態における構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るウエハ検査装置の一実施の形態におけるコンタクト高さ補正操作の手順を示すフローチャート図である。
【図３】本発明に係るウエハ検査装置のほかの実施の形態における構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係るウエハ検査装置のほかの実施の形態におけるコンタクト高さ補正操作の手順を示すフローチャート図である。
【図５】ウエハ検査装置の従来の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２７ … ウエハ
２、５ … 距離計測機能付きカメラ
３ … キャリブレーション用プローブカード
４、２０ … プローブ
６、２６ … ステージ
７ … ＸＹＺθ駆動部
８ … 制御部
９、２８ … 端子
１０、３１ … スイッチ
１０ａ、３１ａ … スイッチの一端
１０ｂ、３１ｂ … スイッチの他端
１１ … 検出回路
１２ … コネクタ
１３ … テスタ信号の入力ライン
１４ … フォーカス用パターン
１５ … 製品プローブカード
１６ … 座
１７ … 圧力接触プレート（ＰＣＲ）
１８ … コンタクトカード
２９ … 交流信号発生器
３０ … 検出抵抗
３２ … 増幅器
３３ … 比較器
３４ … Ｚ方向制御手段
３５ … パルスモータ
２７ａ … 電極パッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの検査に係るウエハ検査装置及びコンタクト高さ補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造工程の中で、数百個の半導体素子が一度に形成された半導ウエハ（以下、ウエハと称する）の状態でウエハ検査装置によって半導体素子ごとの電気的特性を検査する工程がある。
【０００３】
このウエハ検査装置は、電気的回路を構成するための端子を有しウエハを保持するステージと、複数の測定用探針（以下、プローブと称する）を有し前記ウエハの検査面の上方にプローブを有する面を対向させてプローバのカードホルダーに取り付けられるプローブカードと、前記プローブに電気的に接続されるテスタと、前記ステージをＸＹＺθ方向に駆動するためのＸＹＺθ駆動部と、前記ＸＹＺθ駆動部の動作を制御する制御部とを備えている。ウエハ検査は半導体素子の複数の電極パッドに複数のプローブをそれぞれ接触させ、それらのプローブにつながったテスタによって検査が行われる。
【０００４】
この際、ウエハがステージにセットされ、検査が開始されるまでには次のような操作が必要である。
（１）プローブがウエハの所定の電極パッドの位置にくるようにステージをＸＹ方向に移動させる。
（２）ステージをＺ方向に上昇させてプローブを電極パッドに接触させる。この接触はプローブと電極パッドとの間で電気的な導通がある接触であり、ファーストコンタクトと称する。
（３）そのファーストコンタクトの高さ位置からさらにステージを所定の距離だけ上昇させてプローブが電極パッドを所定の圧力で押えるようにして、プローブと電極パッドとの間の導通を安定させる。この所定の距離のことをオーバードライブ量（ＯＤ量）と称する。
【０００５】
ウエハ検査では、このプローブが電極パッドを押える（プローブの針立て）圧力が適切な範囲内にある必要があり、小さすぎると接触界面に抵抗が生じるため正確な検査が行えず、大きすぎると電極パッドであるアルミニウム膜を突き破ってしまい半導体素子として使い物にならなくなる。
前記圧力にはファーストコンタクト高さ位置、オーバードライブ量の２つの要因が関係するが、オーバードライブ量は予め決まっているため、ファーストコンタクトが適切に行えるかが問題となる。
従来は使用者が目視でファーストコンタクトのためのステージ上昇操作を行っていたため、ファーストコンタクトと判断した高さ位置にばらつきが生じてしまい、検査精度が悪いばかりでなく、製品としての半導体素子の歩留も低下させていた。
【０００６】
そこで、このファーストコンタクトの問題に関して、特開平５−４１４２１号公報ではタッチセンサユニットを用いたファーストコンタクトの検出による改善方法が開示されている。
この方式は、図５に示すようにパルスモータ３５に駆動パルスを供給することによりウエハ２７を搭載したステージ２６を段階的に上昇させ、タッチセンサユニットによってプローブ２０とウエハ２７との間のコンタクトを検出した時点をファーストコンタクトとし、そこから所定のオーバードライブ量だけ上昇させてウエハ検査を行うものであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式ではファーストコンタクトの高さ位置を正確に把握することができるが、ウエハ２７とプローブ２０を有するプローブカードとの間を例えば５００μｍほど離した位置からステップ上昇を開始することとしており、ファーストコンタクトまでに時間を要していた。これはウエハごとにそのつど行われるものであるため、ウエハ検査工程の効率を阻害するものであった。
【０００８】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、プローブとウエハの電極パッドとの間のファーストコンタクトを適切に行うことができ、かつ効率的なウエハ検査ができるウエハ検査装置及びコンタクト高さ補正方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために提供する本願第一の発明に係るウエハ検査装置は、ウエハを保持するステージと、ステージの上方に配置されるカードホルダーと、プローブを有し前記ウエハ表面に当該プローブを有する面を対向させて前記カードホルダーに取り付けられるプローブカードと、前記プローブ及びウエハに電気的に接続される検査用テスタと、前記ステージをカードホルダーに取り付けられたプローブカードのプローブを有する面に対して水平方向及び垂直方向に移動させるための駆動部と、前記カードホルダー及びステージ上面の高さ位置を認識し前記駆動部の動作を制御する制御部とを備えたウエハ検査装置において、前記プローブ及びウエハに電気的に接続され、プローブ先端とウエハ表面とが接触した場合にその導通を検出する検出回路と、前記カードフォルダーの高さ位置に設置され、前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１の距離計と、前記ステージ上面の高さ位置にあってステージとともに移動するように設置され、前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２の距離計と、前記第１の距離計及び第２の距離計により計測されたそれぞれの垂直直線距離データと、その計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離データと、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離データとに基づき次回の第１の距離計及び第２の距離計により計測されるプローブ先端とウエハ表面との間の距離を補正する補正値を求める演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この装置により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下でその計測による両者間の距離と電気的に確認した両者間の距離との差分として求めて次回以降の計測時に補正する（以下、この操作をキャリブレーション操作と称する）ことによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
ここで、距離計の距離計測方式は二重像合致式あるいは上下像合致式の外光方式でもよく、３５ミリ判一眼レフで使用されているＴＴＬ（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｈｅ−ｌｅｎｓ）方式やアクティブ方式を利用してもよい。
検出回路とテスタとは、いずれもプローブ及びウエハに電気的に接続され電気回路を形成するものであるから、プローブとウエハとの間で一部を並列に配線しておき切替スイッチによりいずれかの回路を選択できるようにしておけばよい。また、距離計による計測結果に基いてフォーカスを調整する、いわゆるオートフォーカス方式のカメラをその距離計に付与し、距離計測の対象物をモニターするようにしてもよい。これによって、距離計測の精度をモニター上で確認することができる。
さらに、プローブカードとして製品測定用の製品プローブカードを使用する場合には、キャリブレーション操作時にその製品プローブカードの座の上に圧力接触プレートを搭載し、さらにその圧力接触プレートの上にコンタクトカードを取り付け、そのコンタクトカードをコネクタを介して検出回路に電気的に接続させるとよい。これによって、テストヘッドがない状態のキャリブレーション操作時にもプローブカードとコネクタとの間に抵抗を生じさせることなく適切な接続が可能となる。
【００１１】
前記課題を解決するために提供する本願第二の発明に係るウエハ検査装置は、第一の発明において、前記演算部が、前記第１の距離計及び第２の距離計により計測されたそれぞれの垂直直線距離データと、その計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離データと、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離データとに基づき、第２の距離計により計測されたステージ上面からプローブ先端までの距離から前記ウエハの厚みを差し引いた距離と、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離との差分を求めて補正値とすることを特徴とする。
【００１２】
この装置により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
【００１３】
前記課題を解決するために提供する本願第三の発明に係るウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法は、ウエハを保持するステージと、ステージの上方に配置されるカードホルダーと、プローブを有し前記ウエハ表面に当該プローブを有する面を対向させて前記カードホルダーに取り付けられるプローブカードと、前記プローブ及びウエハに電気的に接続される検査用テスタと、前記ステージをカードホルダーに取り付けられたプローブカードのプローブを有する面に対して水平方向及び垂直方向に移動させるための駆動部と、前記カードホルダー及びステージ上面の高さ位置を認識し前記駆動部の動作を制御する制御部と、前記カードフォルダーの高さ位置に設置され、前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１の距離計と、前記ステージ上面の高さ位置にあってステージとともに移動するように設置され、前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２の距離計と、距離データに基づき演算する演算部とを備えたウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法において、前記演算部にて第２の距離計により計測されたステージ上面からプローブ先端までの距離から前記ウエハの厚みを差し引いた距離と、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離との差分を求め、次回の第１の距離計及び第２の距離計により計測されるプローブ先端とウエハ表面との間の距離に関する補正値とすることを特徴とする。
【００１４】
この方法により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
【００１５】
前記課題を解決するために提供する本願第四の発明に係るウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法は、第三の発明において、前記ウエハ検査に関与するプローブが複数の場合に、前記第２の距離計によりそれぞれのプローブについてステージ上面からプローブ先端までの距離を計測し、その平均値を第２の距離計により計測されたステージ上面からプローブ先端までの距離として演算に供することを特徴とする。
【００１６】
この方法により、第三の発明の作用効果に加えて、複数のプローブの高さのばらつき成分を補正値の中に含めることができるため、電極パッドに対するダメージを最小限にすることができる。
【００１７】
前記課題を解決するために提供する本願第五の発明に係るウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法は、第三または第四の発明において、前記ウエハの厚みが、前記第１の距離計及び第２の距離計による計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離と第１の距離計により計測されたカードホルダーからウエハ表面までの距離との差分であることを特徴とする。
【００１８】
この方法により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
ここで、測定対象のウエハ上にフォーカスパターンを形成しておくと、距離計による正確な距離の計測が可能となる。
【００１９】
前記課題を解決するために提供する本願第六の発明に係るウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法は、ウエハを保持するステージと、ステージの上方に配置されるカードホルダーと、プローブを有し前記ウエハ表面に当該プローブを有する面を対向させて前記カードホルダーに取り付けられるプローブカードと、前記プローブ及びウエハに電気的に接続される検査用テスタと、前記ステージをカードホルダーに取り付けられたプローブカードのプローブを有する面に対して水平方向及び垂直方向に移動させるための駆動部と、前記カードホルダー及びステージ上面の高さ位置を認識し前記駆動部の動作を制御する制御部と、前記カードフォルダーの高さ位置に設置され、前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１の距離計と、前記ステージ上面の高さ位置にあってステージとともに移動するように設置され、前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２の距離計と、距離データに基づき演算する演算部とを備えたウエハ検査装置のプローブ先端とウエハ表面とのコンタクト高さ補正方法において、第１の距離計によって前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１計測工程と、第２の距離計によって前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２計測工程と、前記第２計測工程により計測された距離から第１設定値だけ差し引いた距離だけ前記ステージを上昇させ、当該ステージをその高さ位置から第２設定値ずつステップ回数をカウントしながらステップ上昇させるステップ上昇工程と、前記検出回路により導通が検出された段階で前記ステップ上昇をストップさせ、前記演算部がそのときのステップ回数に基づきプローブ先端とウエハ表面との間の距離を算出する第１演算工程と、前記第１計測工程及び第２計測工程により計測されたそれぞれの垂直直線距離データと、その計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離データと、前記第１演算工程により算出された距離データとに基づき、次回の第１の距離計及び第２の距離計により計測されるプローブ先端とウエハ表面との間の距離に関する補正値を求める第２演算工程とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
この方法により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るウエハ検査装置の一実施の形態における構成について図面を参照して説明する。
図１（ａ）は、本発明に係るウエハ検査装置の一実施の形態における構成を示すブロック図である。
（装置構成）
図１（ａ）に示すように、ウエハ検査装置は、電気的回路を構成するための端子９を有しウエハ１を保持するステージ６と、プローブ４を有し前記ウエハ１の上面にプローブ４を有する面を対向させてプローバのカードホルダー（図示せず）に取り付けられるプローブカード３と、前記カードホルダーと同じ高さ位置に配置されウエハ１の表面をモニターし距離計測機能を有するカメラ２と、ステージ６上面と同じ高さ位置に配置されプローブ４の先端をモニターし距離計測機能を有するカメラ５と、一端が端子９に接続され電気的回路を切り替えるスイッチ１０と、一端が前記スイッチ１０の一端１０ａに接続され他端がコネクタ１２を介してプローブ４に接続される検出回路１１と、前記ステージ６をＸＹＺθ方向に駆動するためのＸＹＺθ駆動７と、前記ＸＹＺθ駆動７の動作を制御する制御部８と、カメラ２、５及び制御部８と接続され高さ位置データを演算し記憶する演算記憶部（図示せず）とを備えている。
【００２２】
スイッチ１０において端子１０ａに接続している場合がウエハ１と検出回路１１とプローブ４とからなるウエハ１とプローブ４とのコンタクト電流を検出する回路を構成し、本願発明に係るコンタクト高さキャリブレーション機構に関係する。
端子１０ｂに接続している場合はウエハ１とプローブ４とがコンタクトしている前提でウエハ検査用の信号入力ライン１３につながり、ウエハの検査に関係する。
なお、図１（ｂ）に示すように、前記ウエハ１のおもて面にウエハ１の表面高さをカメラ２で検出できるようにフォーカス用パターン１４を形成している。
【００２３】
カメラ２の先端とカメラ５の先端との間の距離は所定の距離Ｈで配置されている。
また、カメラ２、５は対象物までの距離を計測する機能を有しており、カメラ２はカメラ２の先端の高さ位置からウエハ１の上面の高さ位置までの垂直直線距離を計測し、カメラ５はカメラ５の先端の高さ位置からプローブ４の先端の高さ位置までの垂直直線距離を計測する。ここで利用される距離計測方式は二重像合致式あるいは上下像合致式の外光方式でもよく、３５ミリ判一眼レフで使用されているＴＴＬ（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｈｅ−ｌｅｎｓ）方式やアクティブ方式を利用してもよい。
【００２４】
（コンタクト高さ補正操作手順）
図１（ａ）のウエハ検査装置におけるコンタクト高さ補正操作について図２に示す工程図を参照しながら説明する。
コンタクト高さ補正操作に当っては、プローブカード３にはキャリブレーション用プローブカードを適用し、その上面に取り付けられたコネクタ１２に検出回路１１の電圧出力側ラインを接続しておく。また、操作スタート時のステージ６上面のＺ方向の位置を基準高さ位置とし、制御部８における高さ位置データを０としておく。
【００２５】
（Ｓ１０１）フォーカス用パターン１４を形成したウエハ１をローダー（図示せず）より搬送しステージ６に載せ、ＸＹＺθ駆動部７を制御部８の信号によりＸＹ方向に駆動させステージ６上のウエハ１をウエハ高さ検出用のカメラ２の下に移動させる。移動制御に関して、ウエハ１の位置データを予め設定しておき自動的にステージ６を移動させてもよいし、使用者がカメラ２のモニター映像を見ながらステージ６を移動させてもよい。
【００２６】
（Ｓ１０２）カメラ２でウエハ１おもて面に形成されたフォーカス用パターン１４を利用し、カメラ２の先端の高さ位置からウエハ１の上面の高さ位置までの距離を計測し、その計測値をＺ１１値とし、演算値（Ｈ−Ｚ１１）とともに演算記憶部に記憶させる。ここでは、例えばＨ＝６００、Ｚ１１＝５５０であったとする。
【００２７】
（Ｓ１０３）ＸＹＺθ駆動部７を制御部８の信号によりＸＹ方向に駆動させステージ６側壁に取り付けたプローブ４の先端高さ検出用カメラ５をプローブ４の下に移動する。移動制御に関して、プローブ４の位置データを予め設定しておき自動的にステージ６を移動させてもよいし、使用者がカメラ５のモニター映像を見ながらステージ６を移動させてもよい。
【００２８】
（Ｓ１０４）カメラ５でカメラ５の先端の高さ位置からプローブ４の先端の高さ位置までの距離を計測し、その計測値をＺ１２値として演算記憶部に記憶させる。ここでは、例えばＺ１２＝４００であったとする。
【００２９】
（Ｓ１０５）演算記憶部にて演算値（Ｚ１２−ｘ１）μｍを求め、その演算値を制御部８に通知する。制御部８はＸＹＺθ駆動部７を制御し、その演算値分だけステージ６を上昇させる。ここでは、例えばｘ１＝２００とする。
【００３０】
（Ｓ１０６）ステージ６の端子９と接続しているスイッチ１０を１０ａ側に作動させ、検出回路１１の電流検出端子側との間で回路を構成する。
【００３１】
（Ｓ１０７）制御部８の信号により、ＸＹＺθ駆動部７を駆動させ、その上に取り付けたステージ６を（ｘ２）μｍ上昇させる。ここでは、例えばｘ２＝１とする。
【００３２】
（Ｓ１０８）検出回路１１の出力電圧に基づく導通を検出回路１１の電流検出回路で調べて、プローブ４とウエハ１とのコンタクトの有無を判断する。導通があった場合がコンタクト有と判断され、導通がない場合がコンタクト無と判断される。
【００３３】
＜コンタクト無の場合＞ステップＳ１０７に戻り、更に（ｘ２）μｍ分上昇させ、ステップ１０８の導通検出を行う。
【００３４】
＜コンタクト有の場合＞次のステップＳ１０９に進む。
（Ｓ１０９）そのときのプローブ４の先端高さを電気的コンタクトに基づくプローブ先端とウエハ表面との間の距離Ｚ１３値として演算記憶部に記憶させる。詳しくは、ステップＳ１０７の実施回数をカウントしておき、ｎ回目の（ｘ２）μｍ上昇でステージ６の上昇が停止した場合、演算記憶部にて次式（１）に基づきＺ１３値が求められる。
Ｚ１３＝Ｚ１２−ｘ１＋ｘ２・ｎ … （１）
【００３５】
（Ｓ１１０）スイッチ１０をテスタ信号の入力ラインに接続されている１０ｂ側へ切り替える。ウエハ検査の準備である。
【００３６】
（Ｓ１１１）演算記憶部に記憶されているＺ１２値とＺ１３値との差を求め、さらに演算値（Ｈ−Ｚ１１）との差を求め、補正値Ｃ１として演算記憶部に記憶させる。詳しくは、次式（２）のようになる。
キャリブレーション用プローブカード３などの治工具類を取出す。
【００３７】
（Ｓ１１２）キャリブレーション用プローブカードに替えて製品測定用の製品プローブカードが、ステージ６上に検査対象のウエハがセットされた後にカメラ２、５によるそれぞれの高さ計測が行われる。
その際、カメラ５により計測されたカメラ５の先端の高さ位置からプローブ４の先端の高さ位置までの距離Ｚ２とカメラ２により計測されたカメラ２の先端の高さ位置からウエハ１の上面の高さ位置までの距離Ｚ１と演算記憶部に記憶されている補正値Ｃ１とから演算記憶部にて次式（３）の演算を行う。
Ｍ１＝Ｚ２−Ｃ１−（Ｈ−Ｚ１） … （３）
以上で高さ位置計測のキャリブレーションが完了する。
ウエハ検査に当っては、この演算結果Ｍ１を制御部８に通知し、制御部８がその演算結果Ｍ１に基づいてＸＹＺθ駆動部７を駆動させステージ６を上昇させることによって、ウエハ１とプローブ４との間でウエハ１表面をプローブ４の先端で傷付けることなく適正な電気的ファーストコンタクトを得ることができる。
【００３８】
上記装置構成において、キャリブレーション用プローブカード３が複数本のプローブを有している場合でもプローブ高さ検出カメラ５の計測対象となるプローブをコネクタ１２を経由して検出回路１１と接続し上記のコンタクト高さ補正操作によって同一の効果が得られる。
また、上記カメラ２、５による高さ計測時に、距離計測機能による高さの自動計測と共に使用者が目視で対象物に対してフォーカスが合っているかどうかなどの状態をモニター上で確認できるようにするとよい。
上記装置ではステージ６がＸＹＺθ駆動部７によって移動する構成であったが、カードホルダーがＸＹＺθ駆動部７によって移動する構成としてもよい。この場合、ステージ６及びカメラ５は固定であり、カメラ２がカードホルダー及びプローブカード３ともに移動する。
【００３９】
次に、本発明に係る本発明に係るウエハ検査装置のその他の実施の形態における構成について図面を参照して以下に説明する。
（装置構成）
図３は、本発明に係るウエハ検査装置のその他の実施の形態における構成を示すブロック図である。
図３は複数のプローブ４を有する製品測定用の製品プローブカード１５と圧力接触プレート１７（以下、ＰＣＲと称する）とコンタクトカード１８との組合せを使用する場合を示している。前記製品プローブカード１５はプローバのインサートリング（図示せず）にセットされ、その製品プローブカード１５の座１６の上にＰＣＲ１７が搭載され、さらにそのＰＣＲ１７の上にコンタクトカード１８が自身に施された金めっき層を介して取り付けられている。そのコンタクトカード１８はコネクタ１２を介して検出回路１１に電気的に接続されている。その他の構成は、図１に示す装置構成と同じである。
【００４０】
（コンタクト高さ補正操作）
図３のウエハ検査装置におけるコンタクト高さ補正操作について図４に示す工程図を参照しながら説明する。
（Ｓ２０１）ウエハ装置のテストヘッドを開いた状態で図３に示す構成となるように製品プローブカード１５とＰＣＲ１７とコンタクトカード１８とを取り付ける。
【００４１】
（Ｓ２０２）フォーカス用パターン１４を形成したウエハ１をローダー（図示せず）より搬送しステージ６に載せ、ＸＹＺθ駆動部７を制御部８の信号によりＸＹ方向に駆動させステージ６上のウエハ１をウエハ高さ検出用のカメラ２の下に移動させる。移動制御に関して、ウエハ１の位置データを予め設定しておき自動的にステージ６を移動させてもよいし、使用者がカメラ２のモニター映像を見ながらステージ６を移動させてもよい。
【００４２】
（Ｓ２０３）カメラ２でウエハ１おもて面に形成されたフォーカス用パターン１４を利用し、カメラ２の先端の高さ位置からウエハ１の上面の高さ位置までの距離を計測し、その計測値をＺ２１値とし、演算値（Ｈ−Ｚ２１）とともに演算記憶部に記憶させる。ここでは、例えばＨ＝６００、Ｚ２１＝５００であったとする。
【００４３】
（Ｓ２０４）ＸＹＺθ駆動部７を制御部８の信号によりＸＹ方向に駆動させステージ６側壁に取り付けたプローブ４の先端高さ検出用カメラ５を予め検査に使用されるプローブとして登録されている複数のプローブ４の下に順次移動させ、カメラ５でプローブごとにカメラ５の先端の高さ位置から対象プローブ４の先端の高さ位置までの距離を計測し、その計測値を演算記憶部に記憶させる。
すべてのプローブ４についての計測終了後に演算記憶部にてすべての計測値に基づきその平均値を求め、その平均値をＺ２２値とし、演算値（Ｈ−Ｚ２２）とともに演算記憶部に記憶させる。
なお、移動制御に関して、登録されているプローブ４の位置データを予め設定しておき自動的にステージ６を移動させてもよいし、使用者がカメラ５のモニター映像を見ながらステージ６を移動させてもよい。
【００４４】
（Ｓ２０５）演算記憶部にて演算値（Ｚ２２−ｘ３）μｍを求め、その演算値を制御部８に通知する。制御部８はＸＹＺθ駆動部７を制御し、その演算値分だけステージ６を上昇させる。ここでは、例えばｘ３＝２００とする。
【００４５】
（Ｓ２０６）ステージ６の端子９と接続しているスイッチ１０を１０ａ側に作動させ、検出回路１１の電流検出端子側との間で回路を構成する。
【００４６】
（Ｓ２０７）制御部８の信号により、ＸＹＺθ駆動部７を駆動させ、その上に取り付けたステージ６を（ｘ４）μｍ上昇させる。ここでは、例えばｘ４＝０．５とする。
【００４７】
（Ｓ２０８）検出回路１１の出力電圧に基づく導通を検出回路１１の電流検出回路で調べて、プローブ４とウエハ１とのコンタクトの有無を判断する。導通があった場合がコンタクト有と判断され、導通がない場合がコンタクト無と判断される。
【００４８】
＜コンタクト無の場合＞ステップＳ２０７に戻り、更に（ｘ４）μｍ分上昇させ、ステップＳ２０８の導通検出を行う。
【００４９】
＜コンタクト有の場合＞次のステップＳ２０９へ進む。
（Ｓ２０９）そのときのプローブ４の先端高さを電気的コンタクトに基づくプローブ先端高さＺ２３値として演算記憶部に記憶させる。詳しくは、ステップＳ２０７の実施回数をカウントしておき、ｎ回目の（ｘ４）μｍ上昇でステージ６の上昇が停止した場合、演算記憶部にて次式（４）に基づきＺ１３値が求められる。
Ｚ２３＝Ｚ２２−ｘ３＋ｘ４・ｎ … （４）
【００５０】
（Ｓ２１０）スイッチ１０をテスタ信号の入力ラインに接続されている１０ｂ側へ切り替える。ウエハ検査の準備である。
【００５１】
（Ｓ２１１）演算記憶部に記憶されているＺ２２値とＺ２３値との差を求め、さらに演算値（Ｈ−Ｚ２１）との差を求め、補正値Ｃ２として演算記憶部に記憶させる。詳しくは、次式（５）のようになる。
【００５２】
（Ｓ２１２）ステージ６操作スタート時の高さ位置まで下降させる。
【００５３】
（Ｓ２１３）コンタクトカード１８とＰＣＲ１７を外し、テストヘッドを閉じる。
【００５４】
（Ｓ２１４）ＸＹＺθ駆動部７を制御部８の信号によりＸＹ方向に駆動させステージ６側壁に取り付けたプローブ４の先端高さ検出用カメラ５を予め検査に使用されるプローブとして登録されている複数のプローブ４の下に順次移動させ、カメラ５でプローブごとにカメラ５の先端の高さ位置から対象プローブ４の先端の高さ位置までの距離を計測し、その計測値を演算記憶部に記憶させる。
すべてのプローブ４についての計測終了後に演算記憶部にてすべての計測値に基づきその平均値を求め、その平均値をＺ２４値として演算記憶部に記憶させる。
【００５５】
（Ｓ２１５）カメラ２によって計測されたカメラ２の先端の高さ位置からウエハ１の上面の高さ位置までの距離Ｚ２１とステップＳ２１４で求められたＺ２４値と演算記憶部に記憶されている補正値Ｃ２とから演算記憶部にて次式（６）の演算を行う。
Ｍ２＝Ｚ２４−Ｃ２−（Ｈ−Ｚ２１） … （６）
以上で高さ位置計測のキャリブレーションが完了する。
ウエハ検査に当っては、この演算結果Ｍ２を制御部８に通知し、制御部８がその演算結果Ｍ２に基づいてＸＹＺθ駆動部７を駆動させステージ６を上昇させることによって、ウエハ１とプローブ４との間でウエハ１表面をプローブ４の先端で傷付けることなく適正な電気的ファーストコンタクトを得ることができる。
【００５６】
この実施例では、実際のプローブカードでの全てのプローブを対象にした、高さ検出ができるようになるため、プローブカードが元々持っているプローブの高さバラツキ成分を補正値として求めることができるようになり、パッドに対する傷などのダメージを最小限にすることを要求されている製品に対する効果が有る。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係る装置により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
【００５８】
本発明に係る方法により、距離計によるプローブとウエハの電極パッドとの間の距離の計測誤差を事前に同一条件下で電気的に確認した両者間の距離を基準として求めることができ、次回以降の計測時に補正することによって、ウエハ検査時のファーストコンタクトのための高さ設定を距離計で測定するだけで適切に行うことができようになる。また、正確なオーバードライブ量を製品プローブカードに加えることが出来るようになり、少なくても１％以上の歩留向上に寄与するとともに、プローブに必要以上のＯＤ量を掛けることがなくなり、プローブの針立て精度を維持できる効果が有る。
さらに、複数のプローブの高さのばらつき成分を補正値の中に含めることができるため、電極パッドに対するダメージを最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るウエハ検査装置の一実施の形態における構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るウエハ検査装置の一実施の形態におけるコンタクト高さ補正操作の手順を示すフローチャート図である。
【図３】本発明に係るウエハ検査装置のほかの実施の形態における構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係るウエハ検査装置のほかの実施の形態におけるコンタクト高さ補正操作の手順を示すフローチャート図である。
【図５】ウエハ検査装置の従来の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２７ … ウエハ
２、５ … 距離計測機能付きカメラ
３ … キャリブレーション用プローブカード
４、２０ … プローブ
６、２６ … ステージ
７ … ＸＹＺθ駆動部
８ … 制御部
９、２８ … 端子
１０、３１ … スイッチ
１０ａ、３１ａ … スイッチの一端
１０ｂ、３１ｂ … スイッチの他端
１１ … 検出回路
１２ … コネクタ
１３ … テスタ信号の入力ライン
１４ … フォーカス用パターン
１５ … 製品プローブカード
１６ … 座
１７ … 圧力接触プレート（ＰＣＲ）
１８ … コンタクトカード
２９ … 交流信号発生器
３０ … 検出抵抗
３２ … 増幅器
３３ … 比較器
３４ … Ｚ方向制御手段
３５ … パルスモータ
２７ａ … 電極パッド
Claims (6)
- ウエハを保持するステージと、ステージの上方に配置されるカードホルダーと、プローブを有し前記ウエハ表面に当該プローブを有する面を対向させて前記カードホルダーに取り付けられるプローブカードと、前記プローブ及びウエハに電気的に接続される検査用テスタと、前記ステージをカードホルダーに取り付けられたプローブカードのプローブを有する面に対して水平方向及び垂直方向に移動させるための駆動部と、前記カードホルダー及びステージ上面の高さ位置を認識し前記駆動部の動作を制御する制御部とを備えたウエハ検査装置において、
前記プローブ及びウエハに電気的に接続され、プローブ先端とウエハ表面とが接触した場合にその導通を検出する検出回路と、
前記カードフォルダーの高さ位置に設置され、前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１の距離計と、
前記ステージ上面の高さ位置にあってステージとともに移動するように設置され、前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２の距離計と、
前記第１の距離計及び第２の距離計により計測されたそれぞれの垂直直線距離データと、その計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離データと、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離データとに基づき次回の第１の距離計及び第２の距離計により計測されるプローブ先端とウエハ表面との間の距離を補正する補正値を求める演算部とを備えたことを特徴とするウエハ検査装置。 - 前記演算部が、前記第１の距離計及び第２の距離計により計測されたそれぞれの垂直直線距離データと、その計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離データと、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離データとに基づき、第２の距離計により計測されたステージ上面からプローブ先端までの距離から前記ウエハの厚みを差し引いた距離と、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離との差分を求めて補正値とすることを特徴とする請求項１に記載のウエハ検査装置。
- ウエハを保持するステージと、ステージの上方に配置されるカードホルダーと、プローブを有し前記ウエハ表面に当該プローブを有する面を対向させて前記カードホルダーに取り付けられるプローブカードと、前記プローブ及びウエハに電気的に接続される検査用テスタと、前記ステージをカードホルダーに取り付けられたプローブカードのプローブを有する面に対して水平方向及び垂直方向に移動させるための駆動部と、前記カードホルダー及びステージ上面の高さ位置を認識し前記駆動部の動作を制御する制御部と、前記カードフォルダーの高さ位置に設置され、前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１の距離計と、前記ステージ上面の高さ位置にあってステージとともに移動するように設置され、前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２の距離計と、距離データに基づき演算する演算部とを備えたウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法において、
前記演算部にて第２の距離計により計測されたステージ上面からプローブ先端までの距離から前記ウエハの厚みを差し引いた距離と、前記検出回路により導通が検出されたときのプローブ先端とウエハ表面との間の距離との差分を求め、次回の第１の距離計及び第２の距離計により計測されるプローブ先端とウエハ表面との間の距離に関する補正値とすることを特徴とするウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法。 - 前記ウエハ検査に関与するプローブが複数の場合に、前記第２の距離計によりそれぞれのプローブについてステージ上面からプローブ先端までの距離を計測し、その平均値を第２の距離計により計測されたステージ上面からプローブ先端までの距離として演算に供することを特徴とする請求項３に記載のウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法。
- 前記ウエハの厚みが、前記第１の距離計及び第２の距離計による計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離と第１の距離計により計測されたカードホルダーからウエハ表面までの距離との差分であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法。
- ウエハを保持するステージと、ステージの上方に配置されるカードホルダーと、プローブを有し前記ウエハ表面に当該プローブを有する面を対向させて前記カードホルダーに取り付けられるプローブカードと、前記プローブ及びウエハに電気的に接続される検査用テスタと、前記ステージをカードホルダーに取り付けられたプローブカードのプローブを有する面に対して水平方向及び垂直方向に移動させるための駆動部と、前記カードホルダー及びステージ上面の高さ位置を認識し前記駆動部の動作を制御する制御部と、前記カードフォルダーの高さ位置に設置され、前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１の距離計と、前記ステージ上面の高さ位置にあってステージとともに移動するように設置され、前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２の距離計と、距離データに基づき演算する演算部とを備えたウエハ検査装置のプローブ先端とウエハ表面とのコンタクト高さ補正方法において、
第１の距離計によって前記ウエハ表面までの垂直直線距離を計測する第１計測工程と、
第２の距離計によって前記プローブの先端までの垂直直線距離を計測する第２計測工程と、
前記第２計測工程により計測された距離から第１設定値だけ差し引いた距離だけ前記ステージを上昇させ、当該ステージをその高さ位置から第２設定値ずつステップ回数をカウントしながらステップ上昇させるステップ上昇工程と、
前記検出回路により導通が検出された段階で前記ステップ上昇をストップさせ、前記演算部がそのときのステップ回数に基づきプローブ先端とウエハ表面との間の距離を算出する第１演算工程と、
前記第１計測工程及び第２計測工程により計測されたそれぞれの垂直直線距離データと、その計測時に前記制御部が認識したカードホルダーとステージ上面との間の距離データと、前記第１演算工程により算出された距離データとに基づき、次回の第１の距離計及び第２の距離計により計測されるプローブ先端とウエハ表面との間の距離に関する補正値を求める第２演算工程とを備えたことを特徴とするウエハ検査装置のコンタクト高さ補正方法。
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