JP2011029456A - 半導体検査用ウエハプローバ及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの低減、装置の小型化及び省スペース化を図り、作業効率を向上させた。
【解決手段】プローバは、ウエハを設定位置で支持して当該ウエハの処理位置まで搬送して当該処理位置に設置されるトレイと、当該トレイに対して前記ウエハを前記設定位置に位置合わせする、１又は複数のアライメントユニットと、当該アライメントユニットよりも多く配置され前記処理位置で前記ウエハにコンタクトして検査処理を行うコンタクトユニットと、前記ウエハを支持した前記トレイを前記アライメントユニットと前記コンタクトユニットとの間で搬送するトレイ搬送部とを備えた。前記トレイは、前記チャックピンのＸＹＺθ方向への移動を許容する３以上のピン穴と、前記ウエハの位置決め用のアライメントマークと、前記トレイ自体を位置合わせするアライメント部とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、トレイに載置される検査対象物を当該トレイに対して位置決めし、複数の検査対象物をトレイごと搬送して並行して検査すると共に、検査時における、検査対象物に対するプローブカードの位置決めを正確に行うことができるプローバ及び検査方法に関する。

検査対象物としてのウエハ等の検査を行うプローバは、ウエハ等のアライメントを行うアライメントユニットと、ウエハ等にコンタクトして検査を行うコンタクトユニットとを備えている。さらに、アライメントユニットとコンタクトユニットの両方に、正確に位置合わせを行うためのカメラと、このカメラの映像に基づいてＸＹＺθ方向に微調整を行うＸＹＺθステージとを備えている。

ウエハ等が載置されるチャックには、特許文献１に示すように、ウエハ等を吸着して支持する吸引孔や、ウエハ等の搬入、搬出の際にウエハ等を持ち上げる支持ピンを備えたものがある。

また、特許文献２に示すように、テーブル上に保持されたウエハ等を回転させてアライメントするウエハリングを備え、テーブルに、ウエハ等をアライメントするためのアライメントマークを付けたものがある。

特開２００５−９３６１２号公報 特開２００３−１５１９９９号公報

通常のプローバは、１つのシステム毎に、ウエハ等のアライメントを行うアライメントユニットと、ウエハ等にコンタクトして検査を行うコンタクトユニットとを備えているが、これらのユニットはともに高価なため、１つのプローバにこれら２つのユニットをそれぞれ備えることで製造コストが嵩んでしまう。

また、これら２つのユニットは、プローバを構成する部品の中でも大きい部類に入る部品であるため、プローバの小型化、省スペース化を阻む要因になっている。

コンタクトユニットでは、テーブルに付けたアライメントマークを基準にウエハ等のアライメントを行うためにカメラを備え、ウエハ等の支持のために吸引機構を備えるが、これらカメラ等は高価であるため、製造コストが嵩む。また、カメラ等を複数備える場合、その周辺装置まで含めると大がかりな構成になるため、小型化、省スペース化を図ることができないという問題がある。

さらに、１つのプローバに、アライメントユニットとコンタクトユニットとを備えるため、アライメントユニットでウエハ等のアライメントを行っている間はコンタクトユニットは休止しており、コンタクトユニットで検査を行っている間はアライメントユニットは休止している。このため、休止している時間が無駄になり、作業効率が悪いと言う問題がある。

また、トレイを利用して予めプローブカードとウエハとの間接的なアライメントを行うようなものはこれまではなく、多数のウエハを効率的に処理できるシステムが望まれている。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、製造コストの低減、装置の小型化、省スペース化を図り、装置の休止時間を減らして多数のウエハを効率的に処理し、作業効率の向上を図ったプローバ及び検査方法を提供することを目的とする。

本発明に係るプローバは、ウエハを設定位置で支持して当該ウエハの処理位置まで搬送して当該処理位置に設置されるトレイと、当該トレイに対して前記ウエハを前記設定位置に位置合わせする、１又は複数のアライメントユニットと、当該アライメントユニットよりも多く配置され前記処理位置で前記ウエハにコンタクトして検査処理を行うコンタクトユニットと、前記ウエハを支持した前記トレイを前記アライメントユニットと前記コンタクトユニットとの間で搬送するトレイ搬送部とを備えたことを特徴とする。

本発明に係るプローバを用いた検査方法は、アライメントユニットでトレイに対してウエハを設定位置に位置合わせし、前記ウエハを支持した前記トレイを、トレイ搬送部で前記アライメントユニットよりも多く配置されたコンタクトユニットへ選択的に搬送して、複数のコンタクトユニットで前記ウエハにコンタクトして並行して検査を行うことを特徴とする。

本発明によれば、ウエハをトレイに対して位置決めしてこのトレイごとコンタクトユニットに搬送して、ＸＹＺθステージを用いずにトレイごと位置決めするため、ＸＹＺθステージやカメラ等の高価な部品を減らすことができて、製造コストの低減を図ることができる。

また、ＸＹＺθステージやカメラ等を減らせる分だけ、装置の小型化、省スペース化を図ることができる。

さらに、コンタクトユニットをアライメントユニットよりも多く配置して、各装置が休止している時間を減らしたため、作業効率の向上を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係るプローバを示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係るプローバのアライメントユニットを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るプローバのアライメントユニットを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るプローバのアライメントユニットを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るプローバのアライメントユニットを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るプローバのアライメントユニットを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るプローバのコンタクトユニットを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るプローバのコンタクトユニットの要部を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るコンタクトユニットのトレイチャックを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るコンタクトユニットの要部を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るコンタクトユニットのプローブカードを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るコンタクトユニットのプローブカードの要部を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るコンタクトユニットのプローブカードの位置決めピンを示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るプローブカードの嵌合突起とトレイのアライメント部との嵌合状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るアライメントユニットのトレイ上にウエハを移動させた状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るアライメントユニットのトレイ上にウエハを載置した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るアライメントユニットのトレイ上のウエハをカメラを用いて位置合わせしている状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るアライメントユニットのウエハの位置合わせ後にチャックピンを降下させた状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るアライメントユニットからトレイを搬出した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るコンタクトユニットのトレイチャックにトレイを載置した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るトレイチャックに載置したトレイにプローブカードを臨ませた状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るトレイチャックに載置したトレイのアライメント部にプローブカードの位置決めピンを嵌合させた状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るプローバのコンタクトユニットを示す概略側面断面図である。 本発明の第２実施形態に係るプローバのコンタクトユニット及びテストヘッドを示す概略側面断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るプローバ及びプローバを用いた検査方法について、添付図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態に係る発明は、トレイにウエハを位置決め固定することで、コンタクトユニットに対してこのトレイを直接位置決めすることにより、間接的にウエハの位置決めができるようにした。即ち、トレイの位置決めを行うことで、ウエハの位置決めを代用するようにした。これにより、トレイに設けたアライメント部と、プローブカード側に設けた位置決めピンとを嵌合させてトレイの位置決めを行うことで、プローブカードに対するウエハの位置決めを行うことができるようになる。それによって、アライメントカメラも、アライメントステージも使うことなく、ウエハの位置決めを行うことができる。このため、コンタクトユニット側には、アライメントカメラと、アライメントステージを設ける必要が無くなる。この結果、コンタクトユニットを、アライメントカメラとアライメントステージのない小型の装置にすることができると共に、小型のコンタクトユニットを多数並べることで、プローバ全体をコンパクトにすることができる。即ち、本発明のプローバは、小型化、省スペース化、低コスト化を実現した装置できる。以下に詳述する。

［プローバ］
本実施形態のプローバ１は、図１に示すように、ウエハ２を設定位置で支持してこのウエハ２の処理位置まで搬送して、この処理位置に設置されるトレイ３と、このトレイ３に対して前記ウエハ２を前記設定位置に位置合わせする、１又は複数（本実施形態では２つ）のアライメントユニット４と、このアライメントユニット４よりも多く（本実施形態では４つ）配置され、前記処理位置で前記ウエハ２にコンタクトして検査処理を行うコンタクトユニット５と、前記ウエハ２を支持した前記トレイ３を前記アライメントユニット４と前記コンタクトユニット５との間で搬送するトレイ搬送部６と、外部から搬送されてくるウエハカセット７を載置するウエハカセット部８と、このウエハカセット部８とアライメントユニット４との間でウエハ２を搬送するウエハ搬送部９と、全体を制御する制御部１０とを備えて構成されている。

トレイ３は、その上側面の設定位置にウエハ２を支持するための部材である。トレイ３は、図２〜図６に示すように円盤状に形成されている。トレイ３は、アライメントユニット４とコンタクトユニット５との間を移動されてウエハ２を搬送すると共に、コンタクトユニット５に設置されてウエハ２の検査処理が施される。トレイ３は主に、ピン穴１１と、アライメントマーク１２と、アライメント部１３と、吸着溝１４とを備えている。なお、アライメント部１３で、トレイ３をコンタクトユニット５に対して位置決めするコンタクトユニット位置決め手段が構成されている。

ピン穴１１は、ウエハ２の位置調整用の後述するチャックピン１７を通すための穴である。ピン穴１１の内径は、チャックピン１７の外径よりも大きく形成されて、チャックピン１７のＸＹＺθ方向への移動を許容するようになっている。ピン穴１１の内径とチャックピン１７の外径との寸法差は、ウエハ２を微調整する際に必要な移動量に合わせて設定される。ピン穴１１は３つ以上設けられる。本実施形態では、ウエハ２を安定して支持できる最小数である３つのピン穴１１が、正三角形の頂点位置にそれぞれ設けられている。

アライメントマーク１２は、トレイ３上に載置されるウエハ２の位置決めの際に、ウエハ２側のマークと共に後述するカメラ２０で撮影されるマークである。ウエハ２をトレイ３に対して位置決めする際に、ウエハ２側のマークとトレイ３側のアライメントマーク１２とを整合させるように、チャックピン１７でウエハ２を微調整する。

アライメント部１３は、コンタクトユニット５において、トレイ３自体を後述するプローブカード４０に対して位置合わせするための位置合わせ手段である。アライメント部１３はＶ溝で構成されている。このＶ溝は、溝の方向を１２０度ずつずらして３つ設けられている。１２０度ずつずれたＶ溝に、コンタクトユニット５側の後述する３つの位置決めピン４１が嵌合することで、トレイ３が３箇所の位置で１２０度ずつずれた方向にそれぞれ位置決めされる。これにより、トレイ３自体がコンタクトユニット５に対して位置決めされ、トレイ３の設定位置に載置されたウエハ２がコンタクトユニット５のプローブカード４０に対して位置決めされるようになっている。

吸着溝１４は、トレイ３の上側面に載置されたウエハ２を吸着して支持するための溝である。吸着溝１４は、トレイ３の上側面に同心円状に３つ形成されている。

トレイ３の内部には真空室(図示せず)が設けられている。この真空室は、吸着溝１４に連通して、トレイ３上に載置されたウエハ２を、吸着溝１４を介して吸着して支持するようになっている。真空室は、吸着溝１４をウエハ２で覆われた状態で、逆止弁(図示せず)によって内部が真空に保たれるようになっている。アライメントユニット４側には、この逆止弁に嵌合する接続具(図示せず)を有する真空ポンプ(図示せず)を備えている。これら逆止弁や接続具等は、公知のものをそのまま使用することができる。トレイ３がアライメントユニット４に設置された時点で、真空ポンプの接続具が逆止弁に嵌合して、トレイ３の真空室と真空ポンプとが連通されるようになっている。

アライメントユニット４は、トレイ３に載置されたウエハ２を、そのトレイ３に対して設定位置に位置合わせするための装置である。アライメントユニット４は、ウエハカセット部８の並びと同じ横方向に２つ並べて配設されている。アライメントユニット４は主に、ベース板１６と、チャックピン１７と、ＸＹＺθステージ１８と、トレイホルダ１９と、カメラ２０と、カメラ駆動部２１と、真空ポンプ(図示せず)とから構成されている。なお、ＸＹＺθステージ１８、カメラ２０、カメラ駆動部２１等で、トレイ３に対してウエハ２を位置決めするウエハ位置決め手段が構成されている。

ベース板１６は全体を支える板材である。このベース板１６上に、チャックピン１７等が取り付けられている。

チャックピン１７は、トレイ３のピン穴１１に通されてトレイ３上のウエハ２をその下側から支持するための部材である。チャックピン１７は、トレイ３のピン穴１１に合わせて３本のピン部１７Ａで構成されている。これら３本のピンは一体的に形成され、ピン穴１１に通された状態で、同時に同じ方向へ移動してウエハ２の位置調整をする。チャックピン１７の外径はピン穴１１よりも小さく形成されている。これにより、チャックピン１７は、ピン穴１１に通された状態で、ＸＹＺθ方向に移動できるようになっている。これにより、チャックピン１７によってトレイ３から浮いた状態で支持されたウエハ２は、ＸＹＺθ方向へのチャックピン１７の移動範囲内でずれて、設定位置に整合するように調整される。

ＸＹＺθステージ１８は、チャックピン１７を支持して３本のピン部１７Ａを、トレイ３の３つのピン穴１１内でＸＹＺθ方向に移動させるための装置である。ＸＹＺθステージ１８は、通常の検査装置に使用されているＸＹＺθステージを用いることができる。ＸＹＺθステージ１８は、ベース板１６に固定されている。

トレイホルダ１９は、トレイ３をＸＹＺθステージ１８の上側で支持するための部材である。トレイホルダ１９は、ＸＹＺθステージ１８の上側をこのＸＹＺθステージ１８との間に隙間を空けて覆うようにアーチ型に形成されている。なお、アーチ型のトレイホルダ１９は、トレイ３が載置される部分で分割されている。

トレイホルダ１９は、ＸＹＺθステージ１８を覆った状態でベース板１６に固定されている。トレイホルダ１９のうちトレイ３の設置位置は、トレイ３のピン穴１１とチャックピン１７の３本のピン部１７Ａとが互いに整合する位置である。ＸＹＺθステージ１８は、チャックピン１７をＸＹＺθ方向へ移動させて、ピン部１７Ａをピン穴１１に整合させることができるため、トレイ３の設置位置は、正確に定めてもよく、定めなくてもよい。

カメラ２０は、前記チャックピン１７に支持された前記ウエハ２及び前記トレイ３のアライメントマークを映して、トレイ３に対してウエハ２を位置合わせするためのカメラである。カメラ２０は、２重焦点カメラが用いられ、前記ウエハ２のマークとなるものと、前記トレイ３のアライメントマーク１２とを同時に撮影できるようになっている。このカメラ２０で、前記ウエハ２のマークとなるものと、前記トレイ３のアライメントマーク１２を映して、それらの映像を互いに整合させることで、トレイ３の設置位置にウエハ２を位置合わせするようになっている。ここで、ウエハ２側のアライメントマークとしては、種々のものを使用できる。ウエハ２にオリフラ等が設けられている場合には、それを用いることができるが、近年はウエハ上に形成されるチップ数を少しでも増やすために、オリフラもウエハ上側面のマークも設けていないものがある。この場合、ウエハ上側面に形成された特定のチップ等をアライメントマークとして用いることができる。検査する全てのウエハ２の上側面の決まった位置にあるもので、カメラ２０によって撮影できるものをアライメントマークとして利用することができる。

カメラ駆動部２１は、カメラ２０をウエハ２及びトレイ３の上側の所定位置に移動させるための装置である。カメラ駆動部２１は、Ｘ軸移動機構２３と、Ｙ軸移動機構２４とから構成されている。

Ｘ軸移動機構２３は、カメラ２０をＸ軸方向に移動させるための装置である。Ｘ軸移動機構２３は、スライド板２５と、Ｘ軸駆動部２６とから構成されている。スライド板２５は、カメラ２０を支持してＸ軸方向に移動する部材である。Ｘ軸駆動部２６は、スライド板２５を支持して、Ｘ軸方向に移動させるための装置である。Ｘ軸駆動部２６は、スライド板２５をスライド可能に支持するレール部２７と、このレール部２７に支持されたスライド板２５をスライドさせるスライド駆動部２８とから構成されている。スライド駆動部２８は、スライド板２５に下側面に固定されたナット部(図示せず)と、Ｘ軸方向に配設されると共に前記ナット部にねじ込まれて回転することで、このナット部を介してスライド板２５をＸ軸方向に移動させるネジ棒部２９と、このネジ棒部２９を回転駆動する駆動モータ３０とから構成されている。駆動モータ３０は、制御部１０に接続されて、カメラ２０の移動に合わせて制御される。

Ｙ軸移動機構２４は、Ｘ軸駆動部２６をＹ軸方向に移動させるための装置である。Ｙ軸移動機構２４は、スライド板３２と、Ｙ軸駆動部３３とから構成されている。スライド板３２は、Ｘ軸駆動部２６の両側に固定されてこのＸ軸駆動部２６を両側から支持してＹ軸方向に移動させる部材である。Ｙ軸駆動部３３は、スライド板３２を支持して、Ｙ軸方向に移動させるための装置である。Ｙ軸駆動部３３は、スライド板３２をスライド可能に支持するレール部３４と、このレール部３４に支持されたスライド板３２をスライドさせるスライド駆動部(図示せず)とから構成されている。レール部３４は、ベース板１６の両側に設けられ、Ｘ軸駆動部２６を両側から支持するようになっている。スライド駆動部は、前記スライド駆動部２８と同様の構成や直動機構等を用い、カメラ２０の移動に合わせて制御される。

真空ポンプは、トレイ３の真空室を真空引きするための装置である。真空ポンプは、アライメントユニット４の周囲等に設置される。この真空ポンプの配管の接続具(図示せず)が、トレイ３の真空室の逆止弁に嵌合して、真空室内を真空引きするようになっている。

コンタクトユニット５は、ウエハ２に直接コンタクトして検査を行うための装置である。コンタクトユニット５は、図１に示すように、アライメントユニット４よりも多い４つ配設されている。４つのコンタクトユニット５は、２つの並べられたアライメントユニット４の両端位置に合わせて、アライメントユニット４の並びと直交する方向に２つずつ配設されている。各コンタクトユニット５は、２つずつ並べた状態で、トレイ搬送部６を挟んで互いに向き合わせて配設されている。これにより、アライメントユニット４とコンタクトユニット５とがＵ字状に形成され、トレイ３が短い距離でアライメントユニット４とコンタクトユニット５との間を移動できるようになっている。

コンタクトユニット５は、図７、８に示すように主に、フレーム３６と、トレイチャック３７と、Ｚ軸ステージ３８と、受け渡しピン３９と、プローブカード４０と、位置決めピン４１と、エアーポンプ(図示せず)とから構成されている。なお、位置決めピン４１で、トレイ３をコンタクトユニット５に対して位置決めするトレイ位置決め手段が構成されている。

フレーム３６は全体を構成する骨組みである。このフレーム３６に、トレイチャック３７やプローブカード４０等が取り付けられている。

トレイチャック３７はトレイ３が載置される載置台である。トレイチャック３７は、トレイ３よりも少し大きい円板状に形成されている。トレイチャック３７はＺ軸ステージ３８に支持されている。これにより、トレイチャック３７は、Ｚ軸ステージ３８によってＺ軸方向（上下方向）へ移動されるようになっている。

トレイチャック３７には、図９に示すように、ピン穴４２と、吸着フローティング溝４３が設けられている。ピン穴４２は、受け渡しピン３９が相対的に出し入れされるための穴である。このピン穴４２は、トレイ３のピン穴１１と同様に、正三角形の頂点位置にそれぞれ設けられている。

吸着フローティング溝４３は、トレイチャック３７の上側面に同心円状に形成された２つの環状溝で構成されている。吸着フローティング溝４３の底部には連通孔(図示せず)が設けられ、この連通孔がエアーポンプに接続されている。これにより、エアーポンプが吸引すると、トレイチャック３７に載置されたトレイ３を吸着して固定し、気体を噴出すると、トレイチャック３７に載置されたトレイ３を浮き上がらせてフローティングさせて、トレイ３を容易にずらすことができる状態にする。

Ｚ軸ステージ３８は、図１０に示すように、トレイチャック３７を支持してＺ軸方向（上下方向）に移動させるための部材である。固定された受け渡しピン３９に対して、トレイチャック３７がＺ軸ステージ３８でＺ軸方向に移動されることで、受け渡しピン３９がトレイチャック３７のピン穴４２から出没するようになっている。これにより、トレイチャック３７が下げられることで受け渡しピン３９がトレイチャック３７から延出し、この状態でトレイ３が受け渡しされる。トレイチャック３７が上げられることで受け渡しピン３９がトレイチャック３７に没入し、受け渡しピン３９で支持されたトレイ３がトレイチャック３７の上側面に載置される。

受け渡しピン３９は、フレーム３６側に固定されている。これにより、上述したように、Ｚ軸ステージ３８でトレイチャック３７がＺ軸方向に移動されることで、相対的に受け渡しピン３９がトレイチャック３７のピン穴４２から出没するようになっている。なお、受け渡しピン３９を上下に移動させるＺ軸ステージを設けて、受け渡しピン３９をトレイチャック３７のピン穴４２から出没させるようにしても良い。

プローブカード４０は、図７，図８，図１１および図１２に示すように、その下側面に複数のプローブ４０Ａ(図２０参照)を備え、そのプローブをトレイ３に支持されたウエハ２の回路に接触させて検査を行うための装置である。このプローブカード４０は、おおむね円板状に形成され、その下側に複数のプローブが、下方へ延出して設けられている。プローブカード４０は、フレーム３６側に支持されてトレイチャック３７に臨ませた状態で設けられている。

さらに、プローブカード４０の下側面には、トレイ３のアライメント部１３に嵌合することでそのトレイ３を位置合わせする位置決めピン４１が設けられている。この位置決めピン４１は、前記トレイ３に３つ設けられたアライメント部１３にそれぞれ臨ませて３つ設けられている。位置決めピン４１は、図１３に示すように、底部を有する円筒状の本体筒部４５と、この本体筒部４５内に挿入されたスプリング４６と、本体筒部４５に出没可能に取り付けられて前記スプリング４６で延出方向に付勢されている嵌合突起４７とから構成されている。嵌合突起４７の先端は、滑りやすいように球面状に形成されている。これにより、球面状の嵌合突起４７が、アライメント部１３を構成するＶ溝の斜面に接触して互いに滑って、Ｖ溝の最奥に嵌り込むまで、トレイ３をＸＹθ方向にずらすようになっている。

エアーポンプは、トレイチャック３７に載置されたトレイ３を吸着して固定すると共にトレイチャック３７とトレイ３との間に気体を吹き出してトレイ３にエアーフローティング現象を起こさせるための装置である。エアーポンプは、コンタクトユニット５の近傍等に設けられ、トレイチャック３７の吸着フローティング溝４３の連通孔(図示せず)に接続されている。エアーポンプは、気体を吸引する機能と、突出する機能を備えた公知のポンプを用いることができる。

トレイ搬送部６は、ウエハ２を支持したトレイ３を、アライメントユニット４とコンタクトユニット５との間で搬送するための装置である。トレイ搬送部６は、公知の搬送装置を用いることができる。アライメントユニット４とコンタクトユニット５との間でトレイ３を搬送することができる搬送装置全てを用いることができる。

ウエハカセット７は、ウエハ２を並列に複数収納することができる容器である。ウエハカセット部８は、ウエハカセット７が載置される載置台である。ウエハカセット７は、内部のウエハ２が水平になるように立てた状態で、ウエハカセット部８に並列に２つずつ載置される。

ウエハ搬送部９は、このウエハカセット部８に載置されたウエハカセット７内のウエハ２を取り出してアライメントユニット４に搬送し、検査終了後のウエハ２をアライメントユニット４からウエハカセット７内に戻すための装置である。このウエハ搬送部９としては、公知の搬送装置を用いることができる。アライメントユニット４とコンタクトユニット５との間でトレイ３を搬送することができる搬送装置全てを用いることができる。

制御部１０はプローバ１の全体を制御するための装置である。具体的には、以下に述べる検査方法の一連の動作を制御する。

［プローバ１を用いた検査方法］
次に、上記構成のプローバ１を用いた検査方法について図１４〜２２に基づいて説明する。なお、図１５〜２２は、上述したアライメントユニット４及びコンタクトユニット５の特徴的な機構だけを示した概略構成図である。また、図２〜図１２は、プローバ１による検査方法を順を追って表現しているため、以下の検査方法の参照として説明する。図２は、アライメントユニット４において、チャックピン１７のピン部１７Ａをトレイ３のピン穴１１から延出させた状態である。図３は、アライメントユニット４に設置されたトレイ３の上側まで、ウエハ搬送部９でウエハ２を搬送した状態である。図４は、カメラ２０でウエハ２とトレイ３のマークを撮影しながら、チャックピン１７の各ピン部１７Ａ上に載置されたウエハ２をＸＹθ方向に微調整している状態である。図５は、ウエハ２の微調整が済んでトレイ３上に載置した状態である。図６は、トレイホルダ１９に載置されたトレイ３をトレイ搬送部６で搬出している状態である。図７は、コンタクトユニット５のトレイチャック３７から突出した受け渡しピン３９にトレイ３が載置された状態である。図８は、受け渡しピン３９に載置されたトレイ３のアライメント部１３とプローブカード４０の位置決めピン４１とがあらかた整合した状態である。図９はトレイチャック３７から受け渡しピン３９が突出した状態である。図１０は、トレイ搬送部６のアームがトレイ３を受け渡しピン３９に載置して引き抜かれる状態である。図１１は、トレイ３のアライメント部１３とプローブカード４０の位置決めピン４１とが互いに嵌合する直前の状態である。図１２は、Ｚ軸ステージ３８でトレイチャック３７が上昇されて、トレイ３のアライメント部１３とプローブカード４０の位置決めピン４１とが互いに嵌合した状態である。この一連の流れを図１５〜２２を中心に説明する。

この検査方法は、アライメントユニット４でトレイ３に対してウエハ２を設定位置に位置合わせする第１工程と、前記ウエハ２を支持した前記トレイ３を、トレイ搬送部６で前記アライメントユニット４よりも多く配置されたコンタクトユニット５へ選択的に搬送する第２工程と、前記ウエハ２を支持した前記トレイ３をコンタクトユニット５に対して位置合わせを行う第３工程と、複数のコンタクトユニット５でそれぞれ前記ウエハ２にコンタクトして並行して検査を行う第４工程とを備えている。

第１工程では、ウエハ搬送部９で、ウエハカセット部８に載置された各ウエハカセット７からウエハ２が取り出され、各アライメントユニット４に載置される。

アライメントユニット４では、図１５に示すように、チャックピン１７がトレイ３のピン穴１１から延出した状態になっており、ウエハ２は、図１６に示すように、このチャックピン１７上に載置される。チャックピン１７はＸＹＺθステージ１８に支持されており、ＸＹＺθステージ１８でウエハ２がＸＹＺθ方向に移動されて、トレイ３に対してウエハ２が設定位置に位置合わせされる。

カメラ駆動部２１のＸ軸移動機構２３及びＹ軸移動機構２４は、カメラ２０を支持してＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて、図１７に示すように、ウエハ２及びトレイ３の上側の所定位置に移動される。カメラ２０は、前記ウエハ２のマークとなるもの（例えばウエハ２に形成された特定のチップや、その電極パッド）と前記トレイ３のアライメントマーク１２とを同時に撮影する。カメラ２０の映像はプローバ１０に入力され、この制御部１０で画像処理が行われる。

そして、制御部１０の処理で、前記ウエハ２のマークとなるものと前記トレイ３のアライメントマーク１２とのズレを吸収するように、ＸＹＺθステージ１８でウエハ２が移動される。

次いで、前記ウエハ２のマークとなるものと、前記トレイ３のアライメントマーク１２とが互いに整合して、トレイ３の設置位置にウエハ２が位置合わせされると、図１８に示すように、ＸＹＺθステージ１８でチャックピン１７が降下されて、ウエハ２がトレイ３に載置される。

一方、アライメントユニット４に載置されたトレイ３は、その内部の真空室が真空ポンプに連通されており、ウエハ２がトレイ３の上側面に載置されると、真空ポンプが作動して真空室が真空引きされ、吸着溝１４でウエハ２が吸着されてトレイ３に固定される。

第２工程では、前記ウエハ２を支持した前記トレイ３を、図１９に示すように、トレイ搬送部６で持ち上げて、コンタクトユニット５へ選択的に搬送する。このとき、トレイ搬送部６がトレイ３をアライメントユニット４から持ち上げる際に、トレイ３内の真空室が逆止弁で封止され、ウエハ２はトレイ３に確実に固定される。この状態で、トレイ３がトレイ搬送部６でコンタクトユニット５に搬送される。

第３工程では、前記ウエハ２を支持した前記トレイ３がコンタクトユニット５に対して位置合わせされる。トレイ搬送部６でコンタクトユニット５に搬送されたトレイ３は、受け渡しピン３９にある程度位置合わせされた状態で載置される。

次いで、Ｚ軸ステージ３８でトレイチャック３７が上昇されて、相対的に受け渡しピン３９がピン穴４２に没入される。これにより、図２０に示すように、トレイ３がトレイチャック３７の上側面に載置される。次いで、エアーポンプが作動して、トレイチャック３７に載置されたトレイ３を吸着フローティング溝４３で吸着して固定する。さらに、Ｚ軸ステージ３８でトレイチャック３７が上昇されることで、図２１の状態から図２２に示すように、トレイ３のアライメント部１３がプローブカード４０の位置決めピン４１に嵌合される。

このとき、エアーポンプが切り替えられて、トレイチャック３７の吸着フローティング溝４３から気体を吹き出されて、トレイ３にエアーフローティング現象を起こさせる。これにより、トレイ３がトレイチャック３７の上側面でＸＹθ方向にスムーズに移動できる状態になる。

この状態で、Ｚ軸ステージ３８によってトレイチャック３７をさらに上昇させて、図１４（Ａ）の状態から図１４（Ｂ）のように、球面状の嵌合突起４７の先端をアライメント部１３のＶ溝に嵌合させる。次いで、図１４（Ｃ）のように、球面状の嵌合突起４７の先端をＶ溝の最奥に嵌り込ませる。そして、嵌合突起４７の先端がＶ溝の最奥に嵌り込むとき、アライメント部１３を構成するＶ溝の斜面に嵌合突起４７の先端が接触して互いに滑って、トレイ３を所定位置にずらされる。アライメント部１３のＶ溝は、その方向を１２０度ずつずらして３つ設けられているため、３つの位置決めピン４１がそれぞれ嵌合することで、トレイ３が３箇所の位置で１２０度ずつずれた方向にそれぞれ位置決めされる。これにより、トレイ３自体がコンタクトユニット５に対して位置決めされ、トレイ３の設定位置に載置されたウエハ２がコンタクトユニット５のプローブカード４０に対して位置決めされる。

上述した第１工程から第３工程は、全てのコンタクトユニット５にトレイ３が搬送されるまで繰り返される。

第４工程では、各コンタクトユニット５で、プローブカード４０の各プローブが前記ウエハ２にコンタクトされて、それぞれ並行して検査が行われる。前記第３工程において、ウエハ２がプローブカード４０に対して位置決めされた状態で、Ｚ軸ステージ３８によってトレイチャック３７上のトレイ３がさらに上昇されて、図１３（Ａ）の状態から図１３（Ｂ）のように、位置決めピン４１の嵌合突起４７が本体筒部４５内に押し込まれながら、プローブカード４０の各プローブがウエハ２にコンタクトされ、検査信号が印加される。

検査が終了したら、トレイ搬送部６でアライメントユニット４に戻され、そのままウエハ搬送部９でウエハカセット部８に戻される。

そして、ウエハカセット７内の全てのウエハ２の検査が終了するまで、前記第１から第４工程を繰り返す。

［効果］
前記アライメントユニット４は、ウエハ２のアライメントを行う装置であるため、１つのウエハ２に対する作業時間が短い。一方、コンタクトユニット５は、ウエハ２にプローブをコンタクトして検査をする装置であるため、１つのウエハ２に対する作業時間が、アライメントユニット４での作業時間よりも長い。このため、１つのアライメントユニット４に対して、アライメント時間（アライメントユニット４でウエハ２をアライメントするのに要する時間）で、コンタクト時間（コンタクトユニット５でウエハ２にコンタクトして検査するのに要する時間）を割った数のコンタクトユニット５を設置すると、アライメントユニット４又はコンタクトユニット５が休止している時間が少なくなり、稼働率をあげることができる。

予め、ウエハ２のトレイ３に対するアライメントを済ませて、検査作業時にウエハ２のアライメント作業を省略して、コンタクト作業のみでトレイ３を位置決めして検査を行うことができるようにしたため、多数のウエハ２を効率的に検査することができ、検査作業の効率化を図ることができる。

現状の装置ではおおむね、アライメント作業に１分程度、検査作業に２０分程度の時間がかかっているため、１つのアライメントユニット４と１つのコンタクトユニット５とを備えたプローブでは、アライメントユニット４が休止している時間が、稼働している時間に比べて非常に長くなっている。一方、アライメントユニット４及びコンタクトユニット５の数に合わせてトレイ搬送部６の移動範囲を調整することで、これらアライメントユニット４及びコンタクトユニット５を制限無く任意の数だけ設置することができる。このため、１又は複数のアライメントユニット４に対して複数のコンタクトユニット５を設置すると、アライメントユニット４の休止時間を短縮することができ、作業の効率化を図ることができる。

また、アライメントマーク１２とアライメント部１３が付いたトレイ３にウエハ２を位置決め固定し、そのトレイ３に付いているアライメント部１３とプローブカード４０の位置決めピン４１を使用して位置合わせしてコンタクトを行うようにしたため、コンタクトユニット５には、アライメントカメラもアライメントステージも不要になり、安価で省スペースなシステムを構築することができる。

アライメントユニット４とコンタクトユニット５は、ともに高価で嵩張る部品であるため、前記稼働時間に合わせてアライメントユニット４を少なくできれば、プローバの製造コストの低減、小型化、省スペース化を図ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態のプローバは、コンタクトユニットに特徴のあるプローバである。このため、ここでは、図２３及び図２４を基に、コンタクトユニットを中心に説明する。

本実施形態のコンタクトユニットは、アライメントカメラとアライメントステージとを備えた装置である。

まず、コンタクトユニットの概略構成を図２３に基づいて説明する。図２３中の５１はテストヘッドである。テストヘッド５１は、ヒンジ(図示せず)等で装置本体側に取り付けられて、上下に移動可能に支持されている。コンタクトユニット５２は、テストヘッド５１の直下の位置に配設されている。コンタクトユニット５２は、ウエハ２を支持して位置決めし、プローブと接触させるための装置である。コンタクトユニット５２としては、種々の構造の装置を用いることができる。その一例を図２４に示す。なお、図２４は、後述するアライメントカメラ６０の下側に、本来側面からのみ見えるウエハ２及びトレイ６３を、側面図と共に平面図を追加している。

図２４のコンタクトユニット５２は主に、フレーム５４と、トレイチャック５５と、ＸＹＺθ軸ステージ５６と、受け渡しピン５７と、昇降ネジ５８と、プローブカード５９（図２３参照）と、アライメントカメラ６０と、エアーポンプ(図示せず)とから構成されている。

フレーム５４は、コンタクトユニット５２を構成する骨格になる部材である。フレーム５４に、トレイチャック５５等が装着されている。

トレイチャック５５は、トレイが載置される載置台である。フレーム５４の上側面に設けられている。トレイチャック５５には、吸着フローティング孔６２が設けられている。吸着フローティング孔６２は、トレイチャック５５に載置されたトレイ６３をフローティングさせて、トレイ６３を容易にずらすことができる状態にする。また、吸着フローティング孔６２は、トレイ６３の位置決め後、このトレイ６３を吸着して支持する。

トレイ６３にはピン穴６４が設けられている。この６４に、受け渡しピン５７が通される。トレイ６３の上側面には、アライメント部６３Ａと、アライメントマーク６３Ｂとが設けられている。アライメント部６３ＡはＶ溝で構成されている。このＶ溝は、溝の方向を１２０度ずつずらして３つ設けられている。アライメントマーク６３Ｂは２箇所の位置に設けられている。

ＸＹＺθ軸ステージ５６は、受け渡しピン５７を支持してＸＹＺθ軸方向に移動させるための装置である。ＸＹＺθ軸ステージ５６は、受け渡しピン５７を支持してトレイ６３のピン穴６４に通させる。

受け渡しピン５７は、トレイ６３のピン穴６４に合わせて３本設けられている。３本の受け渡しピン５７は、円盤状の基板５７Ａに一体的に取り付けられている。

昇降ネジ５８は、基板５７Ａにねじ込まれて、この介して受け渡しピン５７を上下動させるための部材である。昇降ネジ５８を回転させることで、受け渡しピン５７を大きく上昇又は下降させるようになっている。

プローブカード５９は、図２３に示すように、テストヘッド５１の下側に設けられている。プローブカード５９には、複数のプローブ６６と、位置決めピン６７とを備えて構成されている。

アライメントカメラ６０は、図２４に示すように、フレーム５４の上方の位置に２つ設置されている。なお、アライメントカメラ６０は１つだけ設置される場合もある。

エアーポンプは、吸着フローティング孔６２に接続され、吸引したりエアを突出したりするポンプである。

以上の構成の本実施形態のプローバにおいては、個々の部品の機能は前記第１実施形態のプローバと同様であり、同様の動作をする。

そして、第１実施形態のプローバと同様に、予め、ウエハ２がトレイ６３に対して正確に位置決めされて取り付けられている。

そして、トレイチャック５５にトレイ６３が載置され、吸着フローティング孔６２でエアが送られてフローティング状態にされる。

次いで、２通りの調整方法で、ウエハ２の各端子とプローブ６６とが整合される。

その１つは、アライメントカメラ６０でトレイ６３がある程度位置決めされ、アライメント部６３Ａに位置決めピン６７を嵌合させる。これにより、上記第１実施形態と同様に、ウエハ２が位置決めピン６７で位置決めされて、ウエハ２の各端子が各プローブ６６に整合される。

次いで、トレイ６３を上昇させて、ウエハ２の端子とプローブ６６とを接触させて検査を行う。

他の調整方法は、アライメントカメラ６０を用いて正確に位置合わせする方法である。アライメントカメラ６０でトレイ６３のアライメントマーク６３Ｂを撮影し画像処理を行い、位置を確認する。

次いで、ＸＹＺθ軸ステージ５６で、受け渡しピン５７がトレイ６３のピン穴６４に整合するように位置合わせされて上昇され、受け渡しピン５７がピン穴６４に嵌合される。

次いで、アライメントカメラ６０の基準位置とトレイ６３のアライメントマーク６３Ｂとが整合するように、ＸＹＺθ軸ステージ５６でトレイ６３がＸＹθ軸方向にずらされて調整される。

次いで、トレイ６３を上昇させて、ウエハ２の端子とプローブ６６とを接触させて検査を行う。

これにより、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができると共に、形態の異なるプローバに対して適宜対応することができる。即ち、位置決めピン６７があるプローバにはトレイ６３のアライメント部６３Ａで対応し、位置決めピン６７がないプローバにはアライメントマーク６３Ｂで対応することができるようになる。

［変形例］
前記第１実施形態では、アライメントユニット４を２ユニット、コンタクトユニット５を４ユニット設けたが、要求される処理能力に応じて適宜変更しても良い。例えば、アライメントユニット４を１又は３ユニット以上、コンタクトユニット５を２，３又は５ユニット以上設けても良い。

前記第１実施形態では、ＸＹＺθステージによりチャックピンをＸＹＺθ方向に移動可能に支持したが、ＸＹＺθステージでトレイを支持して、ＸＹＺθ方向に移動可能に支持するようにしても良い。この場合、ウエハは移動しないチャックピンで支持され、トレイがＸＹＺθステージでＸＹＺθ方向に移動して位置決めされる。

前記各実施形態では、アライメント部１３をＶ溝で構成したが、位置決め穴で構成してもよい。この場合、位置決め穴の開口（出入り口）にテーパを設けて、位置決めピン４１が嵌合しやすいようにすることが望ましい。また、Ｖ溝等のアライメント部１３と位置決めピン４１とを逆に設けても良い。即ち、トレイ３に位置決めピン４１を設けるようにしても良い。

本発明のプローバ及びプローバを用いた検査方法は、複数のウエハ２を効率的に検査する必要がある装置全てに用いることができる。

１：プローバ、２：ウエハ、３：トレイ、４：アライメントユニット、５：コンタクトユニット、６：トレイ搬送部、７：ウエハカセット、８：ウエハカセット部、９：ウエハ搬送部、１：制御部、１１：ピン穴、１２：アライメントマーク、１３：アライメント部、１４：吸着溝、１６：ベース板、１７：チャックピン、１８：ＸＹＺθステージ、１９：トレイホルダ、２０：カメラ、２１：カメラ駆動部、２３：Ｘ軸移動機構、２４：Ｙ軸移動機構、２５：スライド板、２６：Ｘ軸駆動部、２７：レール部、２８：スライド駆動部、２９：ネジ棒部、３０：駆動モータ、３２：スライド板、３３：Ｙ軸駆動部、３４：レール部、３６：フレーム、３７：トレイチャック、３８：Ｚ軸ステージ、３９：受け渡しピン、４０：プローブカード、４０Ａ：プローブ、４１：位置決めピン、４２：ピン穴、４３：吸着フローティング溝、４５：本体筒部、４６：スプリング、４７：嵌合突起、５１：テストヘッド、５２：コンタクトユニット、５３：プローブ、５４：フレーム、５５：トレイチャック、５６：ＸＹＺθ軸ステージ、５７：受け渡しピン、５８：昇降ネジ、５９：プローブカード、６０：アライメントカメラ、６２：吸着フローティング孔、６３：トレイ、６３Ａ：アライメント部、６３Ｂ：アライメントマーク６４：ピン穴、６６：プローブ、６７：位置決めピン。

Claims (8)

1. ウエハを設定位置で支持して当該ウエハの処理位置まで搬送して当該処理位置に設置されるトレイと、
   当該トレイに対して前記ウエハを前記設定位置に位置合わせする、１又は複数のアライメントユニットと、
   当該アライメントユニットよりも多く配置され前記処理位置で前記ウエハにコンタクトして検査処理を行うコンタクトユニットと、
   前記ウエハを支持した前記トレイを前記アライメントユニットと前記コンタクトユニットとの間で搬送するトレイ搬送部と、
   を備えたことを特徴とするプローバ。
2. 請求項１に記載のプローバにおいて、
   前記トレイが、前記ウエハの位置調整用のチャックピンの外径よりも大きく形成されて当該チャックピンのＸＹＺθ方向への移動を許容する３以上のピン穴と、前記トレイの上側面に設けられた、前記ウエハの位置決め用のアライメントマークと、前記トレイの上側面に設けられた、前記トレイ自体を位置合わせするアライメント部とを備えたことを特徴とするプローバ。
3. 請求項２に記載のプローバにおいて、
   前記トレイが、当該トレイ上に載置された前記ウエハを吸着して支持するための真空室を内部に備えたことを特徴とするプローバ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローバにおいて、
   前記アライメントユニットが、前記トレイのピン穴に通されて前記ウエハをその下側から支持してＸＹＺθ方向に移動して前記ウエハの位置調整を行うチャックピンと、当該チャックピンを支持してＸＹＺθ方向に移動させるＸＹＺθステージと、前記チャックピンに支持された前記ウエハ及び前記トレイのアライメントマークを映して前記トレイに対して前記ウエハを位置合わせするカメラと、当該カメラを所定位置に移動させるカメラ駆動部とを備えたことを特徴とするプローバ。
5. 請求項３に記載のプローバにおいて、
   前記アライメントユニットが、前記トレイの真空室を真空引きする真空ポンプを備えたことを特徴とするプローバ。
6. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローバにおいて、
   前記コンタクトユニットが、前記トレイを載置する載置台と、当該載置台の上側に当該載置台に臨ませて設けられ前記トレイに支持されたウエハにプローブを接触させて検査を行うプローブカードと、前記載置台に載置された前記トレイを吸着して固定すると共に前記載置台と前記トレイとの間に気体を吹き出してエアーフローティング現象を起こさせるエアーポンプと、前記プローブカードに前記トレイのアライメント部に臨ませて設けられて当該アライメント部に嵌合することで前記トレイを位置合わせする位置決めピンとを備えたことを特徴とするプローバ。
7. アライメントユニットでトレイに対してウエハを設定位置に位置合わせし、前記ウエハを支持した前記トレイを、トレイ搬送部で前記アライメントユニットよりも多く配置されたコンタクトユニットへ選択的に搬送して、複数のコンタクトユニットで前記ウエハにコンタクトして並行して検査を行うことを特徴とするプローバを用いた検査方法。
8. 請求項７に記載の検査方法において、
   前記アライメントユニットはウエハ位置決め手段を備え、
   前記トレイはコンタクトユニット位置決め手段を備え、
   前記コンタクトユニットはトレイ位置決め手段を備え、
   前記ウエハ位置決め手段により前記トレイとウエハとの位置決めを行う工程と、
   前記トレイを前記コンタクトユニットへ搬送する工程と、
   前記トレイの前記コンタクトユニット位置決め手段と前記コンタクトユニットの前記トレイ位置決め手段とを適合させることにより前記ウエハの位置決めを行う工程と、
   を備えたことを特徴とする検査方法。

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