JP2008243860A - プローブの針先位置の検出方法、アライメント方法、針先位置検出装置及びプローブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のプローブ１２Ａの高さを高精度に検出することができ、検査の信頼性を格段に高めることができるプローブ１２Ａの針先位置の検出方法を提供する。
【解決手段】本発明のプローブ１２Ａの先端位置の検出方法は、センサ部１６２と接触体１６２Ｂとを備えてウエハチャック１１に設けられた針先位置検出装置１６を用いて複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する際に、ウエハチャック１１を介して針先位置検出装置１６が上昇して接触体１６２Ｃ上の軟質部材１６２Ｄを複数のプローブ１２Ａの針先と接触させる工程と、ウエハチャック１１の更なる上昇により複数のプローブ１２Ａを弾性変形させることなく接触体１６２Ｂをセンサ部１６２側へ下降させる工程と、接触体１６２Ｂが下降し始める位置を複数のプローブ１２Ａの針先高さとして判断する工程と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行う際に使用するプローブの針先位置の検出方法、アライメント方法、針先位置検出装置及びプローブ装置に関し、更に詳しくは、複数のプローブの針先位置を高精度に検出することができ、延いては検査の信頼性を高めることができるプローブの針先位置の検出方法、アライメント方法、針先位置検出装置及びプローブ装置に関するものである。

複数のプローブを用いて半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行う場合には、例えばカメラを介してプローブカードに設けられた複数のプローブの針先を撮像し、プローブの針先位置を検出し、被検査体の電極パッドとプローブとを接触させて検査を行う。カメラを用いたプローブの針先位置の検出には、プローブの針先にカメラの焦点を合わせるのに時間が掛かり、その結果被検査体とプローブカードのアライメントに多くに時間を割かざるを得ないため、通常、全てのプローブについて行わず、例えば代表的な数本のプローブを選択してアライメントが行われている。

しかし、電極パッドが微細化した場合、全プローブがそれぞれの電極パッドにうまく当たらない可能性が出てくるため、可能な限り全てのプローブの針先の位置を検出できる方が望ましい。況して、プローブカードには製造上のバラツキがあり、同一仕様のプローブカードであっても製造上のバラツキは避けがたく、より高精度の針先検出が求められる。

また、複数のプローブカードメーカーから様々な種類のプローブカードが開発されるため、その都度、複数のプローブを三次元で画像認識するための専用のアルゴリズムを開発する必要がある。これに対応するには莫大な費用がかかるため、二次元のフィルム上に複数のプローブを転写することができれば、アルゴリズムの開発を容易に行うことができる。

例えば特許文献１にはプローブとウエハとのアライメントを行うプロービング方法について記載されている。この方法ではテーブル上のアライメントされたウエハまたはテーブルに付設されたシートにプローブの針跡を転写し、ウエハの向きと複数のプローブの向きとを比較し、テーブルの向きを修正した後、ウエハの基準チップのＸＹ座標と複数のプローブのＸＹ座標を一致させるようにしている。

また、特許文献２には転写シートを用いてプローブの針先の状態を検出する方法について記載されている。この方法では、載置台横の支持台に配された転写シートに熱膨張したプローブを圧接して転写シートに針跡を付け、転写シートの針跡を検出した後、熱膨張後のプローブとウエハとを位置合わせするようにしている。

また、特許文献３には位置合わせ方法について記載されている。この方法では探針の針跡をダミーウエハ上に付けてカメラで検出することにより探針の方向と設定位置を認識している。

特公平０５−０６７０５９ 特開２００５−０７９２５３ 特開平０２−２２４２６０

しかしながら、引用文献１にはアライメントの重要なファクタであるプローブの針先を検出する点について記載されていない。また、特許文献２の技術の場合には転写シートに形成される複数のプローブの針跡に基づいて複数のプローブのＸＹ座標データを得ているが、針先の高さけを検出する場合には針跡の深さを検出しなければならず、針先高さを高精度に求めることが難しい。また、特許文献３の技術の場合にはダミーウエハの針跡に基づいて複数のプローブの針先位置を求めるため、特許文献２の技術と同様に針先のＸＹ座標データを得ることができるが、針先のＺ座標データはカメラに頼らざるを得ない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数のプローブの高さを高精度に検出することができ、検査の信頼性を高めることができるプローブの針先位置の検出方法、アライメント方法、針先位置検出装置及びプローブ装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のプローブの針先位置の検出方法は、移動可能な載置台上の被検査体と複数のプローブを電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うに当たり、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部と、このセンサ部に属する移動可能な接触体とを備えた針先位置検出装置を用いて上記複数のプローブの針先位置を検出する方法であって、上記載置台を介して上記針先位置検出装置が移動して上記接触体を上記複数のプローブの針先と接触させる第１の工程と、上記載置台の更なる移動により上記複数のプローブを弾性変形させることなく上記接触体を上記センサ部側へ移動させる第２の工程と、上記接触体が移動し始める位置を上記複数のプローブの針先位置として判断する第３の工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のプローブの針先位置の検出方法は、請求項１に記載の発明において、上記接触体は、軟質部材を介して上記複数のプローブと接触することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプローブの針先位置の検出方法は、請求項２に記載の発明において、上記第２の工程では、上記複数のプローブは、上記軟質部材を傷つけないことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のプローブの針先位置の検出方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第２の工程では、上記接触体の現在位置を変位センサによって検出することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載のプローブの針先位置の検出方法は、請求項４に記載の発明において、上記第３の工程では、上記変位センサの検出結果に基づいて上記複数のプローブの針先位置を判断することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載のアライメント方法は、発明において、移動可能な載置台上の被検査体と複数のプローブを電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うに当たり、上記被検査体を撮像する撮像手段と上記複数のプローブの針先を検出する針先位置検出装置を用いて上記被検査体と上記複数のプローブとをアライメントする方法であって、上記針先位置検出装置を用いて上記複数のプローブの針先位置を検出する工程と、上記針先位置検出装置に装着された軟質部材と上記複数のプローブを接触させて上記気軟質部材に上記複数のプローブの針跡を転写する工程と、上記撮像手段を用いて上記軟質部材に形成された上記複数のプローブの針跡位置を検出する工程と、上記撮像手段を用いて上記複数のプローブに対応する上記被検査体の接触位置を検出する工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載のアライメント方法は、請求項６に記載の発明において、上記針先位置検出装置は、上記載置台に設けられ、且つ、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部と、このセンサ部に属する移動可能な接触体とを備えており、上記針先位置検出装置を用いて上記複数のプローブの針先位置を検出する工程は、上記載置台を介して上記針先位置検出装置が移動して上記接触体を上記複数のプローブの針先と接触させる第１の工程と、上記載置台の更なる移動により上記複数のプローブを弾性変形させることなく上記接触体を上記センサ部側へ移動させる第２の工程と、上記接触体が移動し始める位置を上記複数のプローブの針先位置として判断する第３の工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に記載のアライメント方法は、請求項７に記載の発明において、上記第２の工程では、上記複数のプローブは、上記軟質部材を傷つけないことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項９に記載のアライメント方法は、請求項７または請求項８に記載の発明において、上記第２の工程では、上記接触体の現在位置を変位センサによって検出することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１０に記載のアライメント方法は、請求項９に記載の発明において、上記第３の工程では、上記変位センサの検出結果に基づいて上記複数のプローブの針先位置を判断することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１１に記載の針先位置検出装置は、被検査体と複数のプローブを電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うに当たり、上記複数のプローブの針先の位置を検出するために用いられる針先位置検出装置であって、上記針先位置検出装置は、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部を備え、且つ、上記センサ部は、センサ部本体と、上記センサ部本体に上記複数のプローブと接触するように移動可能に設けられた接触体と、上記接触体に第１の圧力を付与し、上記接触体を上記センサ部本体から所定距離だけ離間させる圧力付与手段と、を有し、上記接触体は、上記複数のプローブとの接触による上記センサ部本体側への移動により上記複数のプローブの針先位置を検出することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１２に記載の針先位置検出装置は、請求項１１に記載の発明において、上記センサ部は、上記接触体の現在位置を検出する変位センサを有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１３に記載の針先位置検出装置は、請求項１１または請求項１２に記載の発明において、上記接触体が上記第１の圧力より大きな第２の圧力が付与されている時には、上記接触体は、上記複数のプローブと接触しても移動しないことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１４に記載の針先位置検出装置は、請求項１１〜請求項１３のいずれか１項に記載の発明において、上記接触体は、着脱自在な軟質部材を有し、上記軟質部材を介して上記複数のプローブと接触することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１５に記載の針先位置検出装置は、請求項１４に記載の発明において、上記軟質部材は、上記接触体が第１の圧力で上記複数のプローブと接触して上記接触体が移動する時にも傷つかない材料によって形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１６に記載の針先位置検出装置は、請求項１４または請求項１５に記載の発明において、上記軟質部材は、上記接触体が第２の圧力で上記複数のプローブと接触することにより上記複数のプローブの針跡が転写されることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１７に記載のプローブ装置は、被検査体を載置する移動可能な載置台と、この載置台の上方に配置された複数のプローブと、これらのプローブの針先の位置を検出するように上記載置台に設けられた針先位置検出装置と、を備えたプローブ装置であって、上記針先位置検出装置は、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部を備え、且つ、上記センサ部は、センサ部本体と、上記センサ部本体に上記複数のプローブと接触するように移動可能に設けられた接触体と、上記接触体に第１の圧力を付与し、上記接触体を上記センサ部本体から所定距離だけ離間させる圧力付与手段と、を有し、上記接触体は、上記複数のプローブとの接触による上記センサ部本体側への移動により上記複数のプローブの針先位置を検出することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１８に記載のプローブ装置は、請求項１７に記載の発明において、上記センサ部は、上記接触体の現在位置を検出する変位センサを有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１９に記載のプローブ装置は、請求項１７または請求項１８に記載の発明において、上記接触体が上記第１の圧力より大きな第２の圧力が付与されている時には、上記接触体は、上記複数のプローブと接触しても移動しないことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２０に記載のプローブ装置は、請求項１７〜請求項１９のいずれか１項に記載の発明において、上記接触体は、着脱自在な軟質部材を有し、上記軟質部材を介して上記複数のプローブと接触することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２１に記載のプローブ装置は、請求項２０に記載の発明において、上記軟質部材は、上記接触体が第１の圧力で上記複数のプローブと接触して上記接触体が移動する時にも傷つかない材料によって形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２２に記載のプローブ装置は、請求項２０または請求項２１に記載の発明において、上記軟質部材は、上記接触体が第２の圧力で上記複数のプローブと接触することにより上記複数のプローブの針跡が転写されることを特徴とするものである。

本発明によれば、複数のプローブの高さを高精度に検出することができ、検査の信頼性を高めることができるプローブの針先位置の検出方法、アライメント方法、針先位置検出装置及びプローブ装置を提供することができる。

以下、図１〜図６に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図１は本発明のプローブ装置の一実施形態を示す構成図、図２は図１のプローブ装置に用いられた針先位置検出装置を示す側面図、図３の（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明のプローブの針先位置の検出方法の一実施形態を工程順に示す工程説明図、図４の（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明のアライメント方法の一実施形態を工程順に示す工程説明図、図５の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図４の（ｂ）、（ｃ）に示す工程を取り出して示す図で、図４の（ｂ）に示す針跡を形成する工程を示す断面図、（ｂ）は図４の（ｃ）に示す針跡のＸＹ座標を検出する工程を示す断面図、図６は図４の（ａ）〜（ｄ）に示すアライメント工程の最後の工程を示す工程説明図である。

まず、本実施形態のプローブ装置について例えば図１を参照しながら説明する。本実施形態のプローブ装置１０は、図１に示すように、被検査体である半導体ウエハＷを載置する移動可能なウエハチャック１１と、このウエハチャック１１の上方に配置されたプローブカード１２と、このプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａとウエハチャック１１上の半導体ウエハＷとのアライメントを行うアライメント機構１３と、ウエハチャック１１及びアライメント機構１３等を制御する制御装置１４と、を備え、制御装置１４の制御下でアライメント機構１３が駆動して、ウエハチャック１１上の半導体ウエハＷとプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａとのアライメントを行った後、複数のプローブ１２Ａとこれらに対応する半導体ウエハＷの電極パッドとを電気的に接触させて半導体ウエハＷの電気的特性検査を行うように構成されている。

ウエハチャック１１は、制御装置１４の制御下で駆動する駆動機構１５を介してＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動するように構成されている。ウエハチャック１１の側方には本実施形態の針先位置検出装置１６が配置されている。この針先検出装置１６は、複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出するもので、後述するように本発明の針先位置の検出方法及びアライメント方法に用いられる。

プローブカード１２は、カードホルダ１７を介してプローバ室のヘッドプレート１８に取り付けられ、複数のプローブ１２Ａとこれらに対応する半導体ウエハＷの電極パッドと電気的に接触した状態で、テスタ（図示せず）側からの信号に基づいて半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う。

また、アライメント機構１３は、図１に示すように、撮像手段（ＣＣＤカメラ）１３Ａと、ＣＣＤカメラ１３Ａを支持する一方向で移動可能なアライメントブリッジ１３Ｂと、を備え、制御装置１４の制御下でＣＣＤカメラ１３Ａがアライメントブリッジ１３Ｂを介して待機位置からプローブカード１２の中心の真下（以下、「プローブセンタ」と称す。）まで移動し、その位置で停止するようにしてある。プローブセンタにあるＣＣＤカメラ１３Ａは、アライメント時にウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動する間にウエハチャック１１上の半導体ウエハＷの電極パッドを上方から撮像し、その画像処理部１３Ｃで画像処理し、表示画面（図示せず）に撮像画像を表示する。また、このＣＣＤカメラ１３Ａは、後述するようにウエハチャック１１に付設された針先位置検出装置１６を撮像し、画像処理して表示画面に表示するようにしてある。

また、制御装置１４は、図１に示すように、演算処理部１４Ａ、記憶部１４Ｂ及び上述の画像処理部１３Ｃを備えている。記憶部１４Ｂに格納された種々のプログラムによってプローブ装置１０を制御する。従って、本発明のプローブの針先位置の検出方法及びアライメント方法を実行するプログラムが記憶部１４Ｂに格納されている。これらの方法は、記憶部１４Ｂから読み出したプログラムに従って実行され、その結果得られる種々のデータが記憶部１４Ｂにおいて記憶される。

而して、本実施形態の針先位置検出装置１６は、図１、図２に示すように、エアシリンダ等の昇降駆動機構１６１と、昇降駆動機構１６１を介して昇降するセンサ機構１６２とを備えている。そして、複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する時には、昇降駆動機構１６１がセンサ機構１６２を待機位置からウエハチャック１１上の半導体ウエハＷの上面と略同一高さまで上昇させる。

センサ機構１６２は、例えば図２に示すように、シリンダ機構が内蔵され且つ変位センサとして機能するセンサ部１６２Ａと、センサ部１６２Ａのシリンダ機構を構成するピストンロッド１６２Ｂの上端に取り付けられ且つセンサ部１６２Ａから浮上した位置で保持される接触体１６２Ｃと、接触体１６２Ｃの上面に着脱自在に装着されたシート状の軟質部材１６２Ｄと、センサ部１６２Ａを構成するシリンダ内に圧縮空気を供給し、シリンダ内のピストン（図示せず）を介して接触体１６２Ｃに所定の圧力を付与する圧縮空気供給源等の圧力付与手段（図示せず）と、を有している。

また、図２に示すように接触体１６２Ｃには例えばヒータ１６２Ｅが内蔵されている。このヒータ１６２Ｅは、軟質部材１６２Ｄを加熱して軟質部材１６２Ｄを軟化させ、後述のように軟質部材１６２Ｄに転写された複数のプローブ１２Ａの針跡を消失させる。これにより軟質部材１６２Ｄを繰り返し使用することができる。

また、ピストンロッド１６２Ｂの下端には係止板（図示せず）が取り付けられ、接触体１６２Ｃが係止板を介して常にセンサ部１６２Ａから所定距離だけ離間して浮上した位置でセンサ部１６２Ａにおいて弾力的に保持されている。接触体１６２Ｃとセンサ部１６２Ａとの間に形成された隙間は接触体１６２Ｃの昇降範囲になる。この隙間の距離はセンサ部１６２Ａによって検出され、このセンサ部１６２Ａによって接触体１６２Ｃの位置を常に監視している。

圧力付与手段は、所定の圧力として第１の圧力と第２の圧力に切り換えられるようになっている。第１の圧力は、複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する時に設定される圧力で、第２の圧力より低圧に設定される。第２の圧力は、アライメント時に複数のプローブ１２Ａを軟質部材１６２Ｄの上面に針跡を転写する時に設定される圧力である。

センサ部１６２Ａには所定の圧力を一定に保持する定圧バルブ等の圧力調整手段（図示せず）が設けられており、この圧力調整手段によって接触体１６２Ｃがセンサ部１６２Ａに向けて下降する時に圧縮空気を徐々に排気して第１の圧力を一定に保持するようにしてある。

接触体１６２Ｃが第１の圧力で保持されている状態では、ウエハチャック１１を介して針先検出装置１６が上昇することによりその接触体１６３Ｃが軟質部材１６２Ｄを介して複数のプローブ１２Ａと接触しても複数のプローブ１２Ａが弾性変形することなく、初期の針先位置を保持したまま接触体１６２Ｃがセンサ部１６２Ａ側へ下降する。接触体１６２Ｃが第１の圧力で保持された状態では、例えばプローブ１２Ａ一本当たり０．５ｇｆの力が複数プローブ１２Ａから軟質部材１６２Ｄに作用する。軟質部材１６２Ｄは、第１の圧力で接触した時に複数のプローブ１２Ａから針圧が作用しても複数のプローブ１２Ａが突き刺さるなどして傷つけられることがない硬さを有する材料によって形成されている。このような軟質材料１６２Ｄの材料としては、例えばＰＯ、ＰＶＣ等の樹脂が好ましい。

接触体１６２Ｃが第２の圧力で保持された状態では、軟質材料１６２Ｄが複数のプローブ１２Ａから針圧が受けても接触体１６２Ｃはセンサ部１６２Ａ側へ下降することなく初期の位置を保持し、複数のプローブ１２Ａによって軟質部材１６２Ｄの上面に針跡が転写される。

次に、本発明のプローブの針先位置の検出方法及びアライメント方法の一実施形態について図３〜図６をも参照しながら説明する。

本実施形態のプローブの針先位置の検出方法及びアライメント方法は、半導体ウエハＷの電気的特性検査に先立って実施される。プローブの針先位置の検出方法は、針先位置検出装置１６を用いてアライメント方法の一部の工程として行われる。針先位置検出装置１６を用いてプローブ１２Ａの針先位置を検出する場合にはセンサ機構１６２が第１の圧力に設定されている。

まず、ウエハチャック１１上で半導体ウエハＷを受け取った後、アライメント機構１３及び針先検出装置１６を用いてプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する。それには、アライメント機構１３のＣＣＤカメラ１３Ａがアライメントブリッジ１３Ｂを介してプローブセンタ、即ちプローブカード１２の中心の真下へ移動する。次いで、ウエハチャック１１がアライメントブリッジ１３Ｂの下方で移動する間に、針先検出装置１６は昇降駆動機構１６１を介してセンサ機構１６２を図３の（ａ）に示す待機状態から同図の（ｂ）に矢印で示すように上昇させ、接触体１６２Ｃ上の軟質部材１６２Ｄの上面がウエハチャック１１上の半導体ウエハＷの上面と略同一レベルになるように設定する。

然る後、ウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動して図３の（ｃ）に示すように接触体１６２ＣがＣＣＤカメラ１３Ａに真下に達すると、ＣＣＤカメラ１３Ａが軟質部材１６２Ｄの上面の高さを検出する。軟質部材１６２Ｄの上面の高さを検出した後、センサ機構１６２の動作、即ち針先位置の検出に必要な接触体１６２Ｃの下降、軟質部材１６２Ｄの硬さ等を確認する。センサ機構１６２が正常に動作することを確認した後、複数のプローブ１２Ａの針先位置の検出を行う。

複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出するには、アライメントブリッジ１３Ｂが一旦待機位置に退避した後、ウエハチャック１１が図４の（ａ）に示すようＺ方向の基準位置から上昇すると、針先位置検出装置１６の軟質部材１６２Ｄが複数のプローブ１２Ａに接近して軟質部材１６２Ｄが複数のプローブ１２Ａと接触する。

ウエハチャック１１が更に上昇すると、接触体１６２Ｃが軟質部材１６２Ｄを介して複数のプローブ１２Ａによって押圧されてセンサ本体１６２Ａ側へ下降する。この時、接触体１６２が第１の圧力で弾力的に保持されているため、複数のプローブ１２Ａと軟質部材１６２Ｄの間に針圧が作用しても、複数のプローブ１２Ａは弾性変形することなく、また複数のプローブ１２Ａが軟質部材１６２Ｄを傷つけることなく（複数のプローブ１２Ａの針先が軟質部材１６２Ｄに転写されることなく）ウエハチャック１１の上昇に連れて、その上昇分だけ接触体１６２Ｃが第１の圧力で保持されたままセンサ部１６２Ａ側へ下降し、両者１６２Ａ、１６２Ｃ間の距離を詰めて隙間を狭くする。

この際、センサ部１６２Ａが接触体１６２Ｃとの距離を監視しており、接触体１６２Ｃの下降により隙間が変化すると、センサ部１６２Ａが隙間の距離を検出し、その検出信号を制御装置１４へ送信する。これにより、制御装置１４は、演算処理部１４Ａにおいて予め設定されている隙間の初期値とセンサ部１６２Ａによる検出値とを比較し、検出値が初期値以下になった瞬間までのウエハチャック１１の基準位置からの上昇距離に基づいて軟質部材１６２Ｄの上面の高さ、換言すれば複数のプローブ１２Ａの針先位置の高さを算出する。このように複数のプローブ１２Ａが弾性変形することなく、また軟質部材１６２Ｄを傷つけることもなく、接触体１６２Ｃが下降し始めるため、下降し始める位置を複数のプローブ１２Ａの針先高さとして高精度に検出することができる。このようにして検出された複数のプローブ１２Ａの針先高さは、Ｚ座標データとして制御装置１４の記憶部１４Ｂに格納される。

その後、ウエハチャック１１は一旦Ｚ方向の基準位置に戻った後、接触体１６２Ｃに付与する圧力を第１の圧力から第２の圧力に切り換え、再度、ウエハチャック１１が図４の（ｂ）に矢印で示すように上昇して軟質部材１６２Ｄが複数のプローブ１２Ａと接触し、オーバードライブする。ウエハチャック１１がオーバードライブしても接触体１６２Ｃは第２の圧力で保持されていてセンサ部１６２Ａ側に下降することなく初期位置を保持するため、図５の（ａ）に示すように複数のプローブ１２Ａが軟質部材１６２Ｄに食い込み、同図に（ｂ）に示すように軟質部材１６２Ｄの上面に針跡１６２Ｆが転写される。

尚、軟質部材１６２Ｄの上面に針跡１６２Ｆを形成する方法としては、上述の方法以外に複数のプローブ１２Ａの針先高さを検出したままの状態で、第１の圧力から第２の圧力に切り換えることによって接触体１６２Ｃを初期位置に戻すことによって軟質部材１６２Ｄに針跡１６２Ｆを形成することもできる。

上述のようにして軟質部材１６２Ｄに針跡１６２Ｆを転写した後、ウエハチャック１１が基準位置まで下降すると、ＣＣＤカメラ１３Ａがアライメントブリッジ１３Ｂを介してプローブセンタへ進出した後、ウエハチャック１１が基準位置から上昇し、図４の（ｃ）及び図５の（ｂ）に示すようにＣＣＤカメラ１３Ａが軟質部材１６２Ｄの複数の針跡１６２Ｆをそれぞれ検出する。これにより複数のプローブ１２Ａの複数箇所または必要に応じて全てのＸＹ位置を検出することができ、それぞれのＸＹ座標データを記憶部１４Ｂに格納する。これらの一連の操作によって複数のプローブ１２Ａの針先位置、即ち、ＸＹＺ座標データが得られて、半導体ウエハＷと複数のプローブ１２Ａとのアライメントに供される。

アライメントを行う場合には、ウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動し、ＣＣＤカメラ１３Ａが図４の（ｄ）に示すように半導体ウエハＷの複数箇所で複数のプローブ１２Ａに対応する電極パッドを検出し、各電極パッドのＸＹ座標データを記憶部１４Ｂに格納する。これら一連の操作によって、複数のプローブ１２Ａと半導体ウエハＷの電極パッドのアライメントを終了する。アライメントが終了した後、ウエハチャック１１は、検査開始位置へ移動し、その位置で上昇し、図６に示すように最初のチップの複数の電極パッドとこれらに対応する複数のプローブ１２Ａを接触させて、電気的特性検査を行う。以下、ウエハチャック１１によって半導体ウエハＷをインデックス送りして、半導体ウエハＷの全てのチップについて電気的特性検査を行う。

以上説明したように本実施形態によれば、ウエハチャック１１に付設された針先位置検出装置１６を用いて複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する場合、針先位置検出装置１６が、複数のプローブ１２Ａの針先を検出するセンサ機構１６２と、このセンサ機構１６２に属する昇降可能な接触体１６２Ｃと、を備えているため、ウエハチャック１１を介して針先位置検出装置１６がＺ方向の基準位置から上昇して接触体１６２Ｃ上の軟質部材１６２Ｄが複数のプローブ１２Ａの針先と接触し、更にウエハチャック１１が上昇することにより複数のプローブ１２Ａが弾性変形することなく接触体１６２Ｃがセンサ部１６２Ａ側へ下降し、接触体１６２Ｃが下降し始める位置を複数のプローブ１２Ａの針先位置として判断するようにしたため、従来のようにカメラを用いるような不都合を生じることなく、複数のプローブ１２Ａの針先が初期の位置を保持した状態で針先高さを高精度に検出することができる。また、如何なる形態のプローブ１２Ａであっても確実に針先高さを確実に検出することができる。

また、本実施形態によれば、接触体１６２Ｃが軟質部材１６２Ｄを介して複数のプローブ１２Ａと接触し、その後接触体１６２Ｃがセンサ部１６２Ａ側へ下降する時にも複数のプローブ１２Ａは軟質部材１６２Ｄを傷つけないため、針先高さの検出時に複数のプローブ１２Ａの針先高さが初期位置から変化することがなく、高精度に検出することができる。この際、接触体１６２Ｃの下降動作をセンサ部１６２Ａによって検出するようにしているため、針先高さを更に高精度に検出することができる。

また、アライメント時には、接触体１６２Ｃの初期位置を針先検出時の圧力より高い圧力で保持するようにしたため、複数のプローブ１２Ａを軟質部材１６２Ｄに接触させることにより、軟質部材１６２Ｄの上面に全てのプローブ１２Ａ針跡１６２Ｆを確実に転写することができる。従って、複数のプローブ１２Ａの全ての針跡１６２Ｆを軟質部材１６２Ｄに転写することができるため、複数箇所または必要に応じて全てのプローブ１２Ａの針跡１６２Ｆに基づいてこれらのプローブ１２ＡのＸＹ座標データを得て、対応する電極パッドのＸＹ座標データと正確にアライメントすることができ、もって複数箇所または必要に応じて全てのプローブ１２Ａとこれらに対応する電極パッドとを正確に接触させて信頼性の高い検査を行うことができる。また、アライメント時には複数のプローブ１２Ａの針先を軟質部材１６２Ｄに転写するため、従来のようカメラを用いる複雑なアルゴリズムを必要とせず、ソフトウエアの開発コストを低減することができる。更に、アライメントにプローブ検出用のＣＣＤカメラを必要とせず、アライメント機構１３の製造コストを低減することができる。

尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では接触体の変位を検出するセンサ部としては、例えば容量センサやレーザ測長器等の測長器を用いることができる。

本発明は、半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に好適に利用することができる。

本発明のプローブ装置の一実施形態を示す構成図である。 図１のプローブ装置に用いられた針先位置検出装置を示す側面図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明のプローブの針先位置の検出方法の一実施形態を工程順に示す工程説明図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明のアライメント方法の一実施形態を工程順に示す工程説明図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図４の（ｂ）、（ｃ）に示す工程を取り出して示す図で、図４の（ｂ）に示す針跡を形成する工程を示す断面図、（ｂ）は図４の（ｃ）に示す針跡のＸＹ座標を検出する工程を示す断面図である。 図４の（ａ）〜（ｄ）に示すアライメント工程の最後の工程を示す工程説明図である。

符号の説明

１０ プローブ装置
１１ ウエハチャック
１２ プローブカード
１２Ａ プローブ
１３Ａ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１６ 針先位置検出装置
１６２ センサ部
１６２Ａ センサ部本体
１６２Ｃ 接触体
１６２Ｄ 軟質部材
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (22)

1. 移動可能な載置台上の被検査体と複数のプローブを電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うに当たり、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部と、このセンサ部に属する移動可能な接触体とを備えた針先位置検出装置を用いて上記複数のプローブの針先位置を検出する方法であって、
   上記載置台を介して上記針先位置検出装置が移動して上記接触体を上記複数のプローブの針先と接触させる第１の工程と、
   上記載置台の更なる移動により上記複数のプローブを弾性変形させることなく上記接触体を上記センサ部側へ移動させる第２の工程と、
   上記接触体が移動し始める位置を上記複数のプローブの針先位置として判断する第３の工程と、を備えた
   ことを特徴とするプローブの針先位置の検出方法。
2. 上記接触体は、軟質部材を介して上記複数のプローブと接触することを特徴とする請求項１に記載のプローブの針先位置の検出方法。
3. 上記第２の工程では、上記複数のプローブは、上記軟質部材を傷つけないことを特徴とする請求項２に記載のプローブの針先位置の検出方法。
4. 上記第２の工程では、上記接触体の現在位置を変位センサによって検出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプローブの針先位置の検出方法。
5. 上記第３の工程では、上記変位センサの検出結果に基づいて上記複数のプローブの針先位置を判断することを特徴とする請求項４に記載のプローブの針先位置の検出方法。
6. 移動可能な載置台上の被検査体と複数のプローブを電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うに当たり、上記被検査体を撮像する撮像手段と上記複数のプローブの針先を検出する針先位置検出装置を用いて上記被検査体と上記複数のプローブとをアライメントする方法であって、
   上記針先位置検出装置を用いて上記複数のプローブの針先位置を検出する工程と、
   上記針先位置検出装置に装着された軟質部材と上記複数のプローブを接触させて上記気軟質部材に上記複数のプローブの針跡を転写する工程と、
   上記撮像手段を用いて上記軟質部材に形成された上記複数のプローブの針跡位置を検出する工程と、
   上記撮像手段を用いて上記複数のプローブに対応する上記被検査体の接触位置を検出する工程と、を備えた
   ことを特徴とするアライメント方法。
7. 上記針先位置検出装置は、上記載置台に設けられ、且つ、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部と、このセンサ部に属する移動可能な接触体とを備えており、
   上記針先位置検出装置を用いて上記複数のプローブの針先位置を検出する工程は、
   上記載置台を介して上記針先位置検出装置が移動して上記接触体を上記複数のプローブの針先と接触させる第１の工程と、
   上記載置台の更なる移動により上記複数のプローブを弾性変形させることなく上記接触体を上記センサ部側へ移動させる第２の工程と、
   上記接触体が移動し始める位置を上記複数のプローブの針先位置として判断する第３の工程と、を備えた
   ことを特徴とする請求項６に記載のアライメント方法。
8. 上記第２の工程では、上記複数のプローブは、上記軟質部材を傷つけないことを特徴とする請求項７に記載のアライメント方法。
9. 上記第２の工程では、上記接触体の現在位置を変位センサによって検出することを特徴とする請求項７または請求項８に記載のアライメント方法。
10. 上記第３の工程では、上記変位センサの検出結果に基づいて上記複数のプローブの針先位置を判断することを特徴とする請求項９に記載のアライメント方法。
11. 被検査体と複数のプローブを電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うに当たり、上記複数のプローブの針先の位置を検出するために用いられる針先位置検出装置であって、
    上記針先位置検出装置は、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部を備え、且つ、
    上記センサ部は、センサ部本体と、上記センサ部本体に上記複数のプローブと接触するように移動可能に設けられた接触体と、上記接触体に第１の圧力を付与し、上記接触体を上記センサ部本体から所定距離だけ離間させる圧力付与手段と、を有し、
    上記接触体は、上記複数のプローブとの接触による上記センサ部本体側への移動により上記複数のプローブの針先位置を検出する
    ことを特徴とする針先位置検出装置。
12. 上記センサ部は、上記接触体の現在位置を検出する変位センサを有することを特徴とする請求項１１に記載の針先位置検出装置。
13. 上記接触体が上記第１の圧力より大きな第２の圧力が付与されている時には、上記接触体は、上記複数のプローブと接触しても移動しないことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の針先位置検出装置。
14. 上記接触体は、着脱自在な軟質部材を有し、上記軟質部材を介して上記複数のプローブと接触することを特徴とする請求項１１〜請求項１３のいずれか１項に記載の針先位置検出装置。
15. 上記軟質部材は、上記接触体が第１の圧力で上記複数のプローブと接触して上記接触体が移動する時にも傷つかない材料によって形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の針先位置検出装置。
16. 上記軟質部材は、上記接触体が第２の圧力で上記複数のプローブと接触することにより上記複数のプローブの針跡が転写されることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の針先位置検出装置。
17. 被検査体を載置する移動可能な載置台と、この載置台の上方に配置された複数のプローブと、これらのプローブの針先の位置を検出するように上記載置台に設けられた針先位置検出装置と、を備えたプローブ装置であって、
    上記針先位置検出装置は、上記複数のプローブの針先を検出するセンサ部を備え、且つ、
    上記センサ部は、センサ部本体と、上記センサ部本体に上記複数のプローブと接触するように移動可能に設けられた接触体と、上記接触体に第１の圧力を付与し、上記接触体を上記センサ部本体から所定距離だけ離間させる圧力付与手段と、を有し、
    上記接触体は、上記複数のプローブとの接触による上記センサ部本体側への移動により上記複数のプローブの針先位置を検出する
    ことを特徴とするプローブ装置。
18. 上記センサ部は、上記接触体の現在位置を検出する変位センサを有することを特徴とする請求項１７に記載のプローブ装置。
19. 上記接触体が上記第１の圧力より大きな第２の圧力が付与されている時には、上記接触体は、上記複数のプローブと接触しても移動しないことを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載のプローブ装置。
20. 上記接触体は、着脱自在な軟質部材を有し、上記軟質部材を介して上記複数のプローブと接触することを特徴とする請求項１７〜請求項１９のいずれか１項に記載のプローブ装置。
21. 上記軟質部材は、上記接触体が第１の圧力で上記複数のプローブと接触して上記接触体が移動する時にも傷つかない材料によって形成されていることを特徴とする請求項２０に記載のプローブ装置。
22. 上記軟質部材は、上記接触体が第２の圧力で上記複数のプローブと接触することにより上記複数のプローブの針跡が転写されることを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載のプローブ装置。

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