JP2004265895A - 光学的測長器を備えたプローブ装置及びプローブ検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査体とプローブ間の距離を精確に測定し、両者間の接触圧を最適制御して検査の信頼性をさらに高めることができるプローブ装置及びプローブ検査方法を提供する。
【解決手段】ウェハ状基板Ｗの上に形成された被検査体の電気的特性検査を行う、制御位置計測手段を備えたプローブ装置（１００）を提供する。このプローブ装置は、プローバ室（２９）と、該プローバ室内に配置され、被検査体を載置するための載置台（６）と、該載置台をＸ，Ｙ，Ｚ及びθ方向に移動する移動機構（１６）と、複数のプローブ（２６）を有し、該載置台と対向して配置されるプローブカード（１４）と、第１の光学的測長器（４ａ，４ｂ）を具備し、該第１の光学的測長器は該載置台に載置された被検査体の表面に光を照射し、その反射光に基づいて該被検査体のＺ軸方向の位置を測定する。また、第２の光学的測長器（５ａ，５ｂ）を具備することができる。
【選択図】 図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にウェハ状基板（以下、「ウェハ」と称す）Ｗ上に形成された複数の被検査体（以下、「チップ」と称す）の電気的特性を検査するプローブ装置及びプローブ検査方法に関し、更に詳しくは、チップの測定位置及びプローブカードの位置を直接測定する計測手段を備えたプローブ装置及びプローブ検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チップの測定位置は、プローブカードのプローブとチップのＸ，Ｙ，Ｚ、及びθ方向の位置を合わせるとともに、プローブに向けてチップを上昇させて、両者を所定のオーバードライブ量で正確に接触させるために、正確に測定することが必要である。近年チップの電極部あるいは電極下が薄く、柔らかくなっているため、過剰なオーバードライブにより、電極部あるいは電極下に下地の露出、クラック等のダメージが発生している。従来、この位置合わせのための測定はカメラによってそれぞれを撮像することによって行われてきた。カメラを用いた方法は、Ｘ，Ｙ，及びθ方向の位置合わせにおいては精度が高く、広く利用されている。しかし、Ｚ方向の位置合わせは、対象物にカメラの焦点を合わせて距離を測定する方法で行われるため、測定可能な距離範囲が狭い、精度が低い、などの課題があった。測定誤差は、プローブとチップの接触圧に影響し、その結果プローブ及びチップを傷つけたり、または十分に接触せずに測定誤差が生じたりする虞が有った。特許文献１には、この点を改良し、光学的測長器によりプローブとチップのＺ方向の位置合わせを行う装置が開示されている。この特許文献１に記載された装置は、２つの光学的測長器を備えているが、プローブとチップの位置を直接測定することは出来ない。また、測定時にはメインチャックを所定の位置に移動させる必要がある。さらに、測定の一部にカメラを用いた焦点合わせが必要であり、その結果からプローブとチップの間の距離を算出するもので、測定に時間がかかり、且つ精度の高い測定が出来ないという課題がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２６５２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、その１つの観点に従って、より簡単な構成によりチップとプローブ間の距離の測定誤差を減少し、オーバードライブ量を最適に制御して検査の信頼性をさらに高めることができるプローブ装置及びプローブ検査方法を提供する。
また、本願発明は、他の観点に従って、プローブカードの変形によるＺ方向の位置の変化を測定し、チップとプローブの位置合わせをより精確に行うことができるプローブ装置及びプローブ検査方法を提供する。
【０００５】
【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、ウェハＷに形成されたチップの電気的特性検査を行うプローブ装置が提供される。
プローバ室（該プローバ室は、上部壁及び側壁を有する）、該プローバ室内に配置され、複数のチップが形成されたウェハを載置するための載置台、該プローバ室内に配置され、該載置台をＸ，Ｙ，Ｚ及びθ方向に移動する移動機構、該プローバ室上部に配置されたプローブカード（該プローブカードは複数のプローブを有し、該載置台と対向して配置される）、第１の光学的測長器（該第１の光学的測長器は該載置台に載置されたウェハに形成されたチップの表面に光を照射し、その反射光に基づいて該チップのＺ軸方向の位置を測定する）。
本願発明の上記の観点に基づくプローブ装置は、下記（１）〜（１２）の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。
（１）第１の光学的測長器により測定されるＺ方向の位置の基準となる基準面が載置台に付設される。
（２）該第１の光学的測長器が照射する光はレーザー光である。
（３）レーザー光の直径は１０μｍ〜３０μｍである。
（４）該第１の光学的測長器は、プローバ室内の上部壁及び側壁のいずれかに取り付けられる。
（５）該プローブ装置は、該移動機構を制御するための制御装置を具備する、ここにおいて、該第１の光学的測長器は、該載置台及び該載置台に載置されたウェハのいずれかの表面における複数箇所のＺ方向の位置を測定し、該制御装置は、該第１の光学的測長器が測定した複数箇所のＺ方向の位置に基づいて、該表面のＺ方向の位置に関するマップを作成する。
（６）該プローブ装置は、該プローブカードのＺ方向の位置の変化を測定するための第２の光学的測長器をさらに具備する。
（７）該第２の光学的測長器が照射する光はレーザー光である。
（８）該プローバ室は、該上部壁に形成された開口部（該開口部は該プローブカードの上部に位置される）及び保持板（該保持版は該開口部を覆うように該上部壁の上に固定される）を具備し、該第２の光学的測長器は、該保持板の下面に取り付けられる。
（９）該プローブ装置は、プローブカードを固定するためのプローブカード支持部材（該プローブカード支持部材は該プローブカードの上部に取り付けられる）を具備し、該第２の光学的測長器は、該プローブカード支持部材の上面を計測することにより該プローブカードのＺ方向の位置の変化を測定する。
（１０）該プローブカード支持部材は、該第２の光学的測長器により測定される箇所に測定用の光を反射する反射体を具備する。
（１１）該第２の光学的測長器は、該プローブカードの側面を測定することにより該プローブカードのＺ方向の位置の変化を測定する。
（１２）該プローブカードは、該第２の光学的測長器により測定される側面に測定用の光を反射する光学素子を具備する。
本発明の他の観点に従って、下記を具備する、位置合わせ用の上カメラ及び下カメラを具備するプローブ装置においてウェハ状基板に形成された複数のチップを検査する方法が提供される。
（ａ）載置台上にウェハを載置する、（ｂ）プローブカードのＸ，Ｙ及びθ方向の位置を下カメラで撮像する、（ｃ１）第１の光学的測長器により該載置台に付設した基準面のＺ方向の位置を測定する、（ｃ２）載置台を上昇させ、基準面をプローブに接触させることにより、該基準面と該プローブの間の距離を測定する、（ｄ）チップのＸ，Ｙ及びθ方向の位置を上カメラで撮像する、（ｅ）該第１の光学的測長器を用いて、チップの表面のＺ方向の位置を測定する、（ｆ）上記（ｃ）及び（ｅ）の測定結果に基づき該チップの表面と該プローブの先端との間の距離を決定する、（ｇ）チップとプローブカードのＸ，Ｙ及びθ方向の位置を合わせる、（ｈ）該（ｆ）で決定した該チップと該プローブの間の距離に基づいて、該移動機構が該載置台をＺ方向に上昇させて、該チップを該プローブに接触させる、（ｉ）該移動機構が該載置台をオーバードライブする、（ｊ）該チップの電気的特性を測定する、（ｋ）チップサイズ分の移動を行い、（ｈ）乃至（ｊ）を繰り返すことにより次のチップを測定する。
上記方法は、さらに下記構成のいずれか、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好ましい。
該第１の光学的測長器は、該ウェハ状基板の表面の複数箇所におけるＺ方向の位置を測定する（ｅ１）。
測定された該ウェハ状基板の表面上の複数箇所におけるＺ方向の位置に関するマップを作成する（ｅ２）。
該（ｅ２）で作成された該マップに基づいて、該移動機構が該載置台をＺ方向に移動させて、チップをプローブに接触させる。
さらに第２の光学的測長器を具備し、プローブカードのＺ方向の位置を測定する（ｂ２）。
上記の（ｆ）は、上記の（ｃ）及び（ｅ）に加えて該（ｂ２）の測定結果に基づいて、該チップと該プローブの間の距離を決定する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本願発明はウェハ上に形成された半導体の電気的特性を測定するプローブ装置及びプローブ検査方法に適用することが出来る。
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本願発明の第１の実施例のプローブ装置１００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を有する。このプローバ室２９は上部壁２、側壁３を有する。上部壁２はその中央に開口部７を有することが出来る。プローバ室内にはウェハ状の基板（以下、「ウェハ」と称する。）Ｗを載置するための載置台６が備えられる。この載置台６は、移動機構１６の上に取り付けられる。この移動機構１６は載置台をＸ，Ｙ，Ｚ及びθ方向に移動する。この移動機構１６は、制御装置１７によって制御される。
【０００８】
載置台６は、載置されたウェハＷを保持するための基板固定機構２３を具備することができる。図２は基板固定機構２３の一実施例を示す。基板固定機構２３は、例えば載置台の表面に形成された溝２３ａ及びこの溝２３ａに接続される給排気用孔２３ｂを備える。真空ポンプ２２が、孔２３ｂを介して溝２３ａを真空引きすることにより、ウェハＷは基板固定機構２３の表面に吸引固定されることができる。基板固定機構２３は真空吸引機構の他に、静電気を用いた吸着機構や機械的な固定機構なども採用することができる。
【０００９】
図３は載置台６を移動する移動機構１６の一実施例を示す。移動機構１６は、ウェハＷが載置された載置台６と、載置台６を支持するＸステージ３０と、Ｘステージ３０を支持するＹステージ３２と、これらを支持する基台３４とを備えている。ウェハＷの電気的特性が検査される時には、載置台６は、Ｘ，Ｙステージ３０、３２を介してＸ，Ｙ方向へ移動されると共に、載置台６の下部に備えられた昇降駆動機構によりＺ方向に昇降する。Ｘステージ３０はＸ方向駆動機構４１を介してＹステージ３２上でＸ方向レール３１に沿って往復移動する。Ｙステージ３２はＹ方向駆動機構４２を介して基台３４上でＹ方向レール３３に沿って往復移動する。Ｘ，Ｙ方向駆動機構４１，４２は、それぞれモータ４１ａ（図示せず）、モータ４２ａ及びボールネジ４１ｂ，４２ｂを有する。ボールネジ４１ｂ，４２ｂは、それぞれＸ，Ｙステージ３０，３２と螺合し、Ｘ，Ｙステージ３０，３２をそれぞれ移動させる。昇降駆動機構は、例えばモータと、このモータにより正逆回転するボールネジと、このボールネジと螺合し載置台に固定されたナット部材とから構成されることができる。モータによってボールネジが回転することにより、ナット部材を介して載置台６が昇降される。さらに、載置台にはθ回転機構が備えられ、このθ回転機構によって載置台６が回転される。
【００１０】
本願発明に採用されることができる移動機構は、図３に示したものに限られず、載置台をＸ，Ｙ，Ｚ及びθ方向に移動できるいずれの移動機構も採用されることができる。
【００１１】
図１において、プローバ室２９の上部の開口部７には、プローブカード１４が載置台６と対向するように配置される。このプローブカード１４は、ウェハＷ上に形成されたチップ１の電気的特性を検査するための複数のプローブ２６を有している。プローブカード１４は、例えばプローブカード支持部材９の下面に取り付けられることが出来る。このプローブカード支持部材９は、上部壁２に直接取り付けられても良いが、上部壁２の開口部７に取り付けられたヘッドプレート１２に着脱可能に固定されても良い。
【００１２】
さらに、プローバ室２９には、チップ１とプローブ２６のＸ，Ｙ及びθ方向の位置を合わせるために使用される上下のカメラ１５ａ，１５ｂが備えられる。下カメラ１５ｂは載置台６の周囲に配置され、上カメラ１５ａは、プローバ室２９の上部に配置されることができる。上カメラ１５ａは、例えばＸ方向に沿って配置されたアライメントブリッジ１５ｄの長手方向中央部に取り付けられる。アライメントブリッジ１５ｄは、プローバ室側壁の上部に備えられたガイドレール１５ｃに沿ってＹ方向に往復移動可能である。
【００１３】
下カメラ１５ｂはプローブカード１４のプローブ２６の先端を撮像し、上カメラ１５ａはウェハＷに形成されたチップ１の電極を撮像する。この撮像したそれぞれの座標位置に基づいて、制御装置１７はチップ１の電極とプローブ２６の先端の位置関係を算出し、載置台６を移動してチップ１とプローブ２６とを位置合わせする。
【００１４】
そして、チップ１とプローブ２６のＺ方向の位置を合わせるために、本願発明の１実施例は第１の光学的測長器４（４ａ，４ｂ）を備える。第１の光学的測長器４は、載置台６に載置されたウェハＷ上に形成されたチップ１の表面に光を照射し、その反射光に基づいてチップ１のＺ軸方向の位置を直接且つ正確に測定することができる。第１の光学的測長器４は、プローバ室２９のいずれの箇所にも配置されることができるが、特に上部壁２、或いは側壁３の上部に配置されることによりぶれ難く精確な測定を行うことができる。
【００１５】
第１の光学的測長器４は、第１の照射器４Ａと第１の検出器４Ｂとを具備し、第１の照射器４Ａから照射された光は、チップ１などの測定対象物に反射して第１の検出器４ｂに入射する。このとき、光を反射する面のＺ方向の位置が変化することによって、検出器に入射する光の位置が移動する。この光の位置の移動に基づいて、光を反射する面のＺ方向の位置を測定することができる。その原理図を図４に示した。反射面２０がＡの位置にあるとき、光はＡ´において反射し、反射面がＢの位置にあるとき、光はＢ´において反射する。これらの反射光は入射面２１においてそれぞれＡ´´、Ｂ´´の点に入射する。ここにおいて、光が反射する点の位置の変化をΔＸ、反射面のＺ方向の位置の変化をΔＺとし、反射面２０を入射面に結像する光学系の倍率をＭとし、反射面へ照射された光の入射角をθとする。また、反射面がＡからＢへ変化したとき、入射面での光の入射位置はＡ´´からＢ´´に変化するが、この距離をΔｍｅａｓとする。すると、
ΔＸ＝ΔＺｔａｎθ ………▲１▼
Δｍｅａｓ＝２・ΔＸ・Ｍ ………▲２▼
であり、▲１▼及び▲２▼より、
Δｍｅａｓ＝２・Ｍ・ｔａｎθ・ΔＺ
である。ここで、２・Ｍ・ｔａｎθは定数であるのでこれをＫとすると、ΔＺは
ΔＺ＝（１／Ｋ）・Δｍｅａｓ
である。従って、Δｍｅａｓを計測することによりΔＺを測定することが出来る。
【００１６】
この光学的測長器を使用することによって、反射面の微量な位置の変化も検出可能であり、従来のカメラを用いた焦点法による測定と比較して精確な測定が可能となる。また、焦点法による測定では、載置台６を昇降させて焦点をチップ１に合わせる必要があり、測定に時間がかかったが、この光学的測長器では、被測定物、即ちチップ１が検出範囲内にあれば載置台を昇降させることなく測定でき、測定に要する時間が大幅に短縮できる。さらに、この光学的測長器のＺ方向の検出可能範囲は２００μｍの幅があり、カメラを用いた焦点法の検出可能範囲と比較して広いため、測定を容易に行うことができる。なお、光学的測長器のＺ方向の検出可能範囲はより長尺な測長用センサを用いることにより、さらに広くすることが可能である。
【００１７】
本願発明の第１の実施例では一つの光学的測長器でウェハＷの表面、即ちチップ１を直接測定することが可能であるため、プローブ装置の構成が簡単になると共に、測長装置の測定誤差を減少することができ、測定精度を向上させることができる。また、本実施例に用いられる光学的測長器のように、反射光の光量によって測定する機構ではなく、検出器に入射する入射光の位置の変化に基づいて測定する機構を採用する場合には、反射面の状態によって測定結果が左右されず、安定した測定結果を得ることができる。さらに、本実施例に用いられる第１の光学的測長器４は、離れた位置からでも測定が可能であるため、載置台６に載置されたチップ１を測定可能な場所ならばどこにでも設置することが可能である。
【００１８】
第１の光学的測長器４の光には、可視光ＬＥＤなどを用いることも出来るが、レーザー光を使用することが望ましい。本願発明における第１の光学的測長器４としてレーザー光を使用した機構を採用することで、より容易且つ精確な測定が可能である。本実施例において使用されるレーザー光の直径は１０〜３０μｍとされることができる。現在一般的に使用されているチップ１の電極の長さは３５〜１００μｍであり、この電極の長さより小さい直径を持つレーザー光を使用することにより、当該電極に近接した表面のパターンに影響されることなく当該電極の位置のみを局部的に測定することが出来る。なお、第１の光学的測長器４は、載置台６或いはウェハＷの表面を３次元的に測定することにより、載置台或いはウェハＷの平面性を検査することもできる。
【００１９】
さらに、図１に示した第１の実施例におけるプローブ装置は、プローブの先端位置を測定するための手段として用いられる基準面１３を具備することができる。基準面１３は第１の光学的測長器４により測定される位置の基準として用いられることができる。基準面１３は、載置台６上に配置されても良いが、載置台６に付設された基準台１８に備えられても良い。基準面１３としては平坦で且つ光を反射する表面であれば良く、例えば金属のプレートや金属めっきのプレートなどの表面を用いることができる。第１の実施例ではＡｕメッキプレートの表面を用いた。
【００２０】
第１の光学的測長器４（４ａ，４ｂ）は、ウェハＷ上に形成された個々のチップ１の電極の位置を測定することができる。測定された個々のチップ１の電極のＺ方向の位置情報は、制御装置１７に送信され、載置台６をプローブ２６に向けて上昇させるべき距離を制御するために使用されることが出来る。また、第１の光学的測長器４は、ウェハＷ上の複数箇所のＺ方向の位置を測定し、マップを作成するために使用されることも出来る。この場合、測定が高速で行えるため、全チップの電極位置を測定することも可能である。あるいは図５に示したようにウェハＷの表面をいくつかのゾーン１９に分け、各ゾーンを代表する点の位置を測定することも可能である。測定された結果は制御装置１７に送信される。制御装置１７は各ゾーンのＺ方向の位置のマップを作成することができる。制御装置は作成したこのマップに基づいてウェハＷ上に形成された全チップの電気的特性を測定する毎に載置台６の上昇距離を制御することができる。
【００２１】
次に、第１の実施例におけるプローブ装置の動作を説明する。（ａ）図１において、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Ｗは、載置台６の基板固定機構２３上に載置される。（ｂ）上記した基板固定機構２３が例えば真空吸着力によりウェハＷを固定した後、下カメラ１５ｂがプローブカード１４のＸ，Ｙ及びθ方向の位置を撮像する。この像に基づいて検出されたプローブ２６のＸ，Ｙ及びθ方向の位置情報は制御機構１７に記憶される。
【００２２】
（ｃ１）続いて、第１の光学的測長器４（４ａ，４ｂ）により、載置台６に付設した基準面（Ａｕプレート）１３と、プローブ２６の間の距離を測定する。まず、第１の光学的測長器４の第１の照射器４ａから、Ａｕプレート１３に向けてレーザー光が照射される。Ａｕプレート１３上で反射したレーザー光は、第１の検出器４ｂに入射する。この入射光に基づいて検出されたＡｕプレート１３のＺ方向の位置は制御装置で記憶される。（ｃ２）載置台６が上昇し、プローブ２６にＡｕプレート１３が接触する。この際に、載置台６が上昇した距離をＡｕプレート１３とプローブ２６の間の距離として制御装置に記憶する。プローブ２６の長さはプローブカード１４毎に必ずしも一定ではない。この操作によってＡｕプレート１３とプローブ２６の間の距離を実測することができる。また、この操作によって両者の距離を測定することができるため、本願発明の第１の実施例においては、チップ１の位置をひとつの光学的測長器のみによって測定することが可能である。
【００２３】
（ｄ）、上カメラ１５ａがウェハＷを撮像し、測定対象のチップ１のＸ，Ｙ及びθ方向の位置を制御装置１７に記憶させる。（ｅ）第１の光学的測長器４が、チップ１の表面のＺ方向の位置を測定する。第１の光学的測長器４の照射器４ａがチップ１に向けてレーザー光を照射し、チップ１上で反射したレーザー光は第１の検出器４ｂに入射する。（ｆ）制御装置１７は、このチップ１の位置の測定結果と記憶されているＡｕプレート１３の位置とを用いて、チップ１とプローブ２６の間の距離を算出する。
【００２４】
（ｇ）制御装置１７が記憶しているチップ１及びプローブ２６の位置に基づいて、移動機構１６が載置台６を移動し、チップ１とプローブカード１４のＸ，Ｙ及びθ方向の位置を合わせる。（ｈ）上記（ｆ）で決定したチップ１とプローブ２６の間の距離に基づいて、移動機構１６が載置台６を上昇させて、チップ１をプローブ２６に接触させる。（ｉ）移動機構１６が載置台６をさらに上昇させてオーバードライブを行う。（ｊ）この状態でチップ１の電気的特性を測定する。（ｋ）チップサイズ分の移動を行い、上記した（ｈ）乃至（ｊ）の操作を繰り返し、ウェハＷ上に形成された全てのチップ１の電気的特性を測定する。
【００２５】
チップ１の表面のＺ方向の位置を測定する方法は、上記（ｅ）における第１の光学的測長器４を用いて個々のチップ１を測定する方法の他に光学的測長器４を用いて、ウェハＷの表面の複数箇所のＺ方向の位置を測定し（ｅ１）、ウェハＷの表面をいくつかのゾーン１９に分けたマップを作成する（ｅ２）こともできる。測定される箇所はウェハＷ上で離散した複数の点が望ましく、例えば図５に示したように、ウェハＷ全面を細分化して測定することにより、ウェハＷのうねりを精度よく計測することも出来る。図５において、チップ１上の黒点は、第１の光学的測長器によって測定される候補の点である。この場合、測定された結果は制御装置１７において記憶され、制御装置１７はウェハＷをいくつかのゾーン１９に分け、それぞれのゾーン１９を平面としてＺ方向の位置のマップを作成することができる。制御装置１７はこのマップに基づいて載置台６の上昇距離を制御する。制御装置１７は、上記（ｆ）において、各ゾーン１９のＺ方向の位置を、記憶されているＡｕプレート１３の位置と比較し、各ゾーン１９とプローブ２６の間の距離を算出する。このように、ウェハＷ上の複数箇所を測定してマップを作成することで、個々のチップ１の位置を測定する手間が省け、検査効率を上昇することが可能である。
【００２６】
図６は本願発明の第２の実施例を示す。この第２の実施例は、第１の実施例のプローブ装置に加えて、プローブカード１４のＺ方向の位置の変化を測定するための第２の光学的測長器５をさらに具備する。第２の実施例は、その他の点は第１の実施例と同様であるので、以下には第２の光学的測長器５について説明する。第２の光学的測長器５は、第１の光学的測長器４と同様の測長器を用いることができ、第２の照射器５ａと第２の検出器５ｂを具備することができる。
【００２７】
図６に示したように、第２の実施例におけるプローブ装置は、上部壁２に開口部７を覆うように保持板１０を具備することができる。第２の実施例において、第２の光学的測長器５は、保持板１０の下面に、開口部７内に配置されるように取り付けられることができる。
【００２８】
図６の主要部拡大図を図７に示した。第２の実施例においても、第１の実施例と同様にプローブカード１４を固定するためのプローブカード支持部材９を具備することができ、プローブカード１４はこのプローブカード支持部材９の下面に取り付けられることができる。第２の光学的測長器５は、このプローブカード支持部材９の上面を計測することによりプローブカード１４のＺ方向の位置の変化を測定することができる。プローブカード支持部材９は、第２の光学的測長器５により測定される箇所に測定用の光を反射する反射体１１を具備することができる。この反射体１１は、平坦で且つ光を反射する表面を有するいずれの反射体でも良いが、第２の実施例は鏡を採用している。
【００２９】
プローブ試験は高温下で行われることがある。そのためプローブカード１４も高温になり、変形することがある。さらにプローブカード１４は、プローブ２６を介してチップ１、すなわち載置台６から圧力を掛けられる。これらの理由により、プローブカード１４はプローブ試験中に変形し、上下に変位することがある。その際、プローブカード支持部材９やヘッドプレート１２など、プローブカード１４が固定された部材も一体となって変形する。プローブカード１４が変形すると、それに伴ってプローブ２６の位置が変化し、プローブ２６とチップ１の接触位置が変化する。このため、プローブ２６とチップ１が必要以上の圧力で接触してチップ１を破壊する原因となったり、或いは逆に接触が不足し検査精度の低下となったりすることもあり得る。
【００３０】
そこで、第２の実施例では、第２の光学的測長器５によってプローブカード１４のＺ方向の位置の変化を測定する。測定されたプローブカード１４の変位は制御装置１７に記憶され、制御装置１７はその測定結果に基づいて載置台６の上昇距離を調整することができる。これにより、検査中にプローブカード１４が変形した場合でもチップ１とプローブ２６は適確に接触することができ、ウェハＷの全てのチップ１を安定して精度良く測定することが可能である
図８は、本願発明の第３の実施例を示す。第３の実施例は、第１の実施例にさらに第２の光学的測長器５（５ａ，５ｂ）を具備するプローブ装置である。この第２の光学的測長器５は、第２の実施例と同様の構成、機能及び効果を有することができる。第３の実施例において、第２の光学的測長器５はプローバ室２９内に配置される。図９に示したように、第３の実施例において第２の光学的測長器５は、プローブカード１４の側面を測定することによってプローブカード１４のＺ方向の位置の変化を測定することができる。第２の光学的測長器５は、第２の照射器５ａと第２の検出器５ｂを備え、これらはプローバ室２９内の上部壁２または側壁３に配置される。第２の照射器５ａ及び検出器５ｂは隣接して設置されても良いが、図９に示されるように一つの装置として構成されても良い。このような構成により第２の光学的測長器５の構成を簡単にすることができ、装置の調整を容易にすることができる。
【００３１】
第２の光学的測長器５が測定するプローブカード１４の側面箇所には、光学素子２５を備えることができる。光学素子２５を用いることにより、第２の照射器５Ａから照射された光は反射し、検出器５Ｂに入射することができる。光学素子としては、例えばプリズム２５を用いることが出来る。また、プリズムの他にコーナーキューブプリズムやリトロリフレクタを用いることも出来る。或いは複数のミラーを組み合わせて用いることも可能である。
【００３２】
第２の光学的測長器５はプローバ室外に設置することも可能である。その場合は、光が通過する孔を側壁に備えることにより、プローバ室外からでも測定が可能となる。光学的測長器５をプローバ室外に設置することにより、取り付けや扱いを簡便にすることができる。
【００３３】
第２及び第３の実施例におけるプローブ装置の動作は、第１の実施例の動作と同様に行われるが、これに第２の光学的測長器５の動作が加えられる。上記（ｂ）において制御機構１７がプローブ２６の位置を記憶した後、第２の光学的測長器５はプローブカードのＺ方向の位置を測定することができる（ｂ２）。第２の光学的測長器５は、常時あるいは必要時にプローブカード１４の変位を測定することができる。第２の光学的測長器５によって測定された結果は、制御装置１７に記憶され、上記の（ｆ）においてチップ１とプローブ２６の間の距離を決定するために用いられる。制御装置１７は、この決定された距離に基づいて載置台６を上昇させ、チップ１とプローブ２６が所定の圧力で接触することを可能にする。
【００３４】
【発明の効果】
本願発明の実施例に拠れば、第１の光学的測長器を備えた構成により、チップとプローブのＺ方向の位置合わせを精確に行うことができるプローブ装置及びプローブ検査方法を提供することができる。
本願発明の実施例によれば、基準面を具備した構成により、チップとプローブの間の距離を正確に実測し、精密な測定を可能とすることができるプローブ装置及びプローブ検査方法を提供することができる。
本願発明の実施例によれば、光学的測長器の光にレーザーを使用する構成により扱いが簡便で精度の良い位置測定が可能であるプローブ装置及びプローブ検査方法を提供することができる。
本願発明の実施例によれば、第１の光学的測長器が照射するレーザー光の直径を１０μｍ〜３０μｍとする構成により、チップの各電極の位置を局部的に測定することができ、当該電極周辺のウェハＷのパターンに影響されずに正確で安定した位置測定が可能なプローブ装置を提供することができる。
本願発明の実施例によれば、第１の光学的測長器が載置台及び載置台に載置されたウェハＷのいずれかの表面における複数箇所のＺ方向の位置を測定し、また、制御装置が第１の光学的測長器が測定した結果に基づいてマップを作成することができる。このマップにより個々のチップを測定する手間が省け検査効率を上昇することが可能であるプローブ装置を提供することができる。
本願発明の実施例によれば、第２の光学的測長器がプローブカードのＺ方向の位置の変化を測定する構成により、検査中にプローブカード１４が変形してもその変位の分を調整し、常に精確なＺ方向の位置合わせが可能であるプローブ装置を提供することができる。
【００３５】
更なる特徴及び変更は、当該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、特定の詳細な実施例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、請求項に定義された広い発明の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行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例におけるプローブ装置の断面図。
【図２】本願発明の各実施例における基板固定機構２３の一つの実施例。
【図３】本願発明の各実施例における移動機構１６の一つの実施例。
【図４】本願発明の各実施例に用いられる光学的測長器の原理図。
【図５】本願発明の各実施例においてウェハＷをゾーンに分けたマップの一実施例。
【図６】第２の実施例におけるプローブ装置の断面図。
【図７】第２の実施例のプローブ装置の主要部拡大図。
【図８】第３の実施例におけるプローブ装置の断面図。
【図９】第３の実施例のプローブ装置の主要部拡大図。
【符号の説明】
４…第１の光学的測長器、５…第２の光学的測長器、６…載置台、１１…反射体、１２…ヘッドプレート、１４…プローブカード、１５ａ…上カメラ、１５ｂ…下カメラ、１６…移動機構、１７…制御装置、２５…プリズム、２６…プローブ。

Claims (16)

1. ウェハ状基板Ｗの上に形成された被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置（１００）、該プローブ装置は下記を具備する：
   プローバ室（２９）、該プローバ室は、上部壁（２）及び側壁（３）を有する；
   該プローバ室内に配置され、複数の被検査体が形成されたウェハ状基板を載置するための載置台（６）；
   該プローバ室内に配置され、該載置台をＸ，Ｙ，Ｚ及びθ方向に移動する移動機構（１６）；
   該プローバ室上部に配置されたプローブカード（１４）、該プローブカードは複数のプローブ（２６）を有し、該載置台と対向して配置される；
   第１の光学的測長器（４ａ，４ｂ）、該第１の光学的測長器は該載置台に載置された被検査体の表面に光を照射し、その反射光に基づいて前記被検査体のＺ軸方向の位置を測定する。
2. さらに、該載置台に付設された基準面（１３）を具備する請求項１のプローブ装置、該基準面は、該第１の光学的測長器により測定されるＺ方向の位置の基準となる。
3. 前記第１の光学的測長器が照射する光は、レーザー光である、請求項１のプローブ装置。
4. 前記第１の光学的測長器が照射するレーザー光の直径は１０μｍ〜３０μｍである、請求項３のプローブ装置。
5. 前記第１の光学的測長器は、プローバ室内の上部壁及び側壁のいずれかに取り付けられる、請求項１に記載のプローブ装置。
6. さらに、前記移動機構を制御するための制御装置（１７）を具備する、請求項１に記載のプローブ装置、ここにおいて、
   前記第１の光学的測長器は、該載置台及び該載置台に載置された前記ウェハ状基板のいずれかの表面における複数箇所のＺ方向の位置を測定し、
   該制御装置は、前記第１の光学的測長器が測定した複数箇所のＺ方向の位置に基づいて、前記表面における複数箇所のＺ方向の位置に関するマップを作成する。
7. 前記プローブカードのＺ方向の位置の変化を測定するための第２の光学的測長器（５ａ，５ｂ）をさらに具備する、請求項１に記載されたプローブ装置。
8. （測長器をレーザーに限定した従属請求項）
   前記第２の光学的測長器が照射する光は、レーザー光である、請求項７のプローブ装置。
9. さらに下記を具備する、請求項７に記載されたプローブ装置：
   前記プローバ室の該上部壁に形成された開口部（７）、該開口部は前記プローブカードの上部に位置される；
   保持板（１０）、該保持板は該開口部を覆うように該上部壁の上に固定される；
   前記第２の光学的測長器は、該保持板の下面に取り付けられる。
10. さらに、前記プローブカードを固定するためのプローブカード支持部材（９）を具備する請求項９のプローブ装置、ここにおいて、
    該プローブカード支持部材は該プローブカードの上部に取り付けられる；
    前記第２の光学的測長器は、該プローブカード支持部材の上面を計測することにより前記プローブカードのＺ方向の位置の変化を測定する。
11. 前記プローブカード支持部材は、該第２の光学的測長器により測定される箇所に測定用の光を反射する反射体（１１）を具備する、請求項１０のプローブ装置。
12. 前記第２の光学的測長器は、前記プローブカードの側面を測定することにより該プローブカードのＺ方向の位置の変化を測定する、請求項７のプローブ装置。
13. 前記プローブカードは、該第２の光学的測長器により測定される側面に測定用の光を反射する光学素子（２５）を具備する、請求項１２のプローブ装置。
14. 下記を具備する、請求項２に記載されたプローブ装置において被検査体を検査する方法、該プローブ装置はさらに位置合わせ用の上カメラ（１５ａ）及び下カメラ（１５ｂ）を具備する：
    （ａ）載置台（６）上にウェハ状基板（Ｗ）を載置する；
    （ｂ）プローブカード（１４）のＸ，Ｙ及びθ方向の位置を下カメラで撮像する；
    （ｃ１）第１の光学的測長器（４）により該載置台に付設した基準面（１３）のＺ方向の位置を測定する；
    （ｃ２）載置台を上昇させ、該基準面をプローブ（２６）に接触させることにより、該基準面と該プローブの間の距離を測定する；
    （ｄ）被検査体のＸ，Ｙ及びθ方向の位置を上カメラで撮像する；
    （ｅ）該第１の光学的測長器を用いて、被検査体の表面のＺ方向の位置を測定する；
    （ｆ）上記（ｃ）及び（ｅ）の測定結果に基づき、該被検査体の表面と該プローブの先端との間の距離を決定する；
    （ｇ）被検査体とプローブカードのＸ，Ｙ及びθ方向の位置を合わせる；
    （ｈ）前記（ｆ）で決定した該被検査体と該プローブの間の距離に基づいて、該移動機構が該載置台をＺ方向に上昇させて、該被検査体を該プローブに接触させる；
    （ｉ）該移動機構が該載置台をオーバードライブする；
    （ｊ）該被検査体の電気的特性を測定する：
    （ｋ）前記（ｊ）終了後、被検査体のサイズ分移動し、前記（ｈ）乃至（ｊ）を繰り返すことにより次の被検査体を測定する。
15. 下記をさらに具備する、請求項１４の方法：
    前記（ｅ）は、
    （ｅ１）前記第１の光学的測長器は、該ウェハ状基板の表面の複数箇所におけるＺ方向の位置を測定する；及び、
    （ｅ２）前記（ｅ１）で測定された該ウェハ状基板の表面上の複数箇所におけるＺ方向の位置に関するマップを作成する；を具備し、
    前記（ｆ）は、前記（ｃ）及び該（ｅ２）で作成された該マップに基づいて、前記移動機構が該載置台をＺ方向に移動させて、被検査体をプローブに接触させる。
16. さらに下記を具備する、請求項１４に記載の方法、ここで使用されるプローブ装置は、第２の光学的測長器を具備する：
    （ｂ２）前記（ｂ）に続いて、第２の光学的測長器（５）は前記プローブカードのＺ方向の位置を測定する；
    前記（ｆ）は、（ｃ）及び（ｅ）に加えて該（ｂ２）の測定結果に基づいて、該被検査体と該プローブの間の距離を決定する。

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