JP2022175805A - プローバ及びプローブアライメント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体デバイスの電極とプローブとのアライメントを高精度で行うことが可能なプローバ及びプローブアライメント方法を提供する。【解決手段】プローブアライメント方法は、ウェーハチャック（３４）を着脱自在に保持するチャック保持部からウェーハチャックを退避させた状態で、チャック保持部又はその近傍に配置されたプローブ位置検出カメラ（１５０）により、プローブの画像を撮像し、プローブの先端位置を検出するプローブ検出工程と、チャック保持部にウェーハチャックを保持した状態で、アライメントカメラ（１５２）により、ウェーハチャックに保持されたウェーハの表面の画像を撮像し、ウェーハに形成されたデバイスの電極の位置を検出する電極検出工程と、プローブの先端位置と、電極の位置に基づいて、プローブカードとウェーハチャックとを相対移動させて、プローブと電極のアライメントを行う工程とを含む。【選択図】図６

Description

本発明はプローバ及びプローブアライメント方法に係り、半導体ウェーハ上に形成された複数の半導体デバイスの検査を行うためのプローバ及びプローブアライメント方法に関する。

半導体デバイスの製造工程では、品質保証及び歩留まりの向上のために、各種の製造工程で各種の検査が行われる。例えば、ウェーハレベル検査では、半導体ウェーハ（以下、ウェーハという。）上に個々の半導体デバイスに対応する複数のチップが形成された段階で、半導体デバイスの電極（パッド）をテスタに接続し、テスト信号を供給する。そして、このテスト信号に応じて半導体デバイスが出力する信号をテスタで測定して、半導体デバイスが正常に動作するかを電気的に検査する。

近年の半導体デバイスの微細化及び高集積化の進展により、ウェーハ上の電極が小型化している。このため、ウェーハレベル検査では、テスタと電気的に接続されたプローブ（針）と、半導体デバイスの電極とのアライメント（位置決め）を高精度で行うことが要請されている。

特許文献１には、複数のプローブが配設されたプローブカードと、ウェーハを保持するウェーハチャックと、ウェーハチャックを着脱自在に支持して、ウェーハチャックをＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動させるアライメント装置とを備えたプローバが開示されている。このプローバは、半導体デバイスの電極とプローブとのアライメントを行うための構成要素として、プローブの先端位置を検出するプローブ位置検出カメラと、ウェーハの電極の位置を検出するアライメントカメラとをさらに備え、プローブ位置検出カメラによるプローブの先端位置の検出結果と、アライメントカメラによるウェーハの電極の位置の検出結果とに基づいて、アライメント装置によりウェーハチャックをプローブの先端に対して相対移動させることで、電極とプローブとのアライメントを行っている。

特開２０１６－１６２８０３号公報

ところで、特許文献１に開示されたプローバでは、アライメント装置のＸ軸移動台（Ｘキャリッジともいう。）の上にプローブ位置検出カメラが支持されており、Ｘ軸移動台の上にＺ軸移動・回転部を介して着脱自在に支持されるウェーハチャックとは水平方向の異なる位置に配置されているため、以下のような問題がある。

すなわち、特許文献１に開示されたプローバでは、プローブ位置検出カメラがウェーハチャックから水平方向に離れた位置に配置された構成となっているため、アライメント装置の構成部品における熱変形や加工精度の影響などにより、アライメント装置に移動誤差が生じるとウェーハチャックとプローブ位置検出カメラの相対位置に変動が生じやすい。そのため、プローブ位置検出カメラによるプローブの先端位置の検出結果と、アライメントカメラによるウェーハの電極の位置の検出結果とに基づくアライメントに誤差が生じてしまう要因となり、アライメントの高精度化を妨げる一因となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、半導体デバイスの電極とプローブとのアライメントを高精度で行うことが可能なプローバ及びプローブアライメント方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るプローバは、ウェーハを保持するウェーハチャックと、ウェーハチャックに対向する面にプローブを有するプローブカードと、ウェーハチャックを着脱自在に保持するチャック保持部を有し、チャック保持部に保持されたウェーハチャックを移動させるアライメント装置と、チャック保持部からウェーハチャックを退避させるチャック退避機構と、チャック保持部又はその近傍に配置され、プローブの画像を撮像するプローブ位置検出カメラと、ウェーハチャックに保持されたウェーハの表面の画像を撮像するアライメントカメラと、プローブの画像から検出したプローブの先端位置と、ウェーハの表面の画像から検出した電極の位置に基づいて、プローブカードとウェーハチャックとを相対移動させて、プローブと電極のアライメントを行う制御部とを備える。

本発明の第２の態様に係るプローバは、第１の態様において、チャック保持部は、ウェーハチャックとプローブカードとが対向する方向に平行な回転軸を有し、プローブ位置検出カメラは、回転軸と、プローブ位置検出カメラの光軸とが一致するように配置される。

本発明の第３の態様に係るプローバは、第１又は第２の態様において、プローブ位置検出カメラは、ウェーハチャックに保持されたウェーハの表面に焦点が合うように調整される。

本発明の第４の態様に係るプローブアライメント方法は、ウェーハチャックを着脱自在に保持するチャック保持部からウェーハチャックを退避させた状態で、チャック保持部又はその近傍に配置されたプローブ位置検出カメラにより、プローブの画像を撮像し、プローブの先端位置を検出するプローブ検出工程と、チャック保持部にウェーハチャックを保持した状態で、アライメントカメラにより、ウェーハチャックに保持されたウェーハの表面の画像を撮像し、ウェーハに形成されたデバイスの電極の位置を検出する電極検出工程と、プローブの先端位置と、電極の位置に基づいて、プローブカードとウェーハチャックとを相対移動させて、プローブと電極のアライメントを行う工程とを含む。

本発明によれば、半導体デバイスの電極とプローブとのアライメントを高精度で行うことが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係るプローバを示した外観斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るプローバを示した平面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るプローバにおける測定ユニットの構成を示した概略図である。 図４は、図３に示した測定ユニットにおける測定部の構成を示した概略図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るプローバの制御装置の構成を示した機能ブロック図である。 図６は、ウェーハに形成された半導体デバイスの電極とプローブとのアライメントの手順を示す図である。 図７は、プローブ位置検出カメラの配置の例を示す一部断面図である。 図８は、本発明の一実施形態に係るアライメント方法を示すフローチャートである。 図９は、図８のプローブ検出工程を示すフローチャートである。 図１０は、図８の電極検出工程を示すフローチャートである。

以下、添付図面に従って本発明に係るプローバ及びプローブアライメント方法の実施の形態について説明する。

［プローバの構成］
まず、マルチステージ式のプローバの概要について図１及び図２を参照して説明する。図１及び図２は、それぞれ本発明の一実施形態に係るプローバを示した外観斜視図及び平面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るプローバ１０は、検査対象のウェーハＷを供給及び回収するローダ部１４と、ローダ部１４に隣接して配置された測定ユニット１２とを備えている。測定ユニット１２は、複数の測定部１６を有しており、ローダ部１４から各測定部１６にウェーハＷが供給されると、各測定部１６でそれぞれウェーハＷの各チップの電気的特性の検査（ウェーハレベル検査）が行われる。そして、各測定部１６で検査されたウェーハＷはローダ部１４により回収される。なお、プローバ１０は、操作パネル２２、後述する制御装置（図５参照）等も備えている。

ローダ部１４は、ウェーハカセット２０が載置されるロードポート１８と、測定ユニット１２の各測定部１６とウェーハカセット２０との間でウェーハＷを搬送する搬送ユニット２４とを有する。搬送ユニット２４は、図示しない搬送ユニット駆動機構を備えており、ＸＺ方向に移動可能に構成されるとともに、θ方向（Ｚ方向周り）に回転可能に構成されている。また、搬送ユニット２４は、上記搬送ユニット駆動機構により前後に伸縮自在に構成された搬送アーム２６を備えている。搬送アーム２６の上面部には、図示しない吸着パッドが設けられており、搬送アーム２６は、この吸着パッドでウェーハＷの裏面を真空吸着してウェーハＷを保持する。これにより、ウェーハカセット２０内のウェーハＷは、搬送ユニット２４の搬送アーム２６によって取り出され、その上面に保持された状態で測定ユニット１２の各測定部１６に搬送される。また、検査の終了した検査済みのウェーハＷは逆の経路で各測定部１６からウェーハカセット２０に戻される。

図３は、本発明の一実施形態に係るプローバにおける測定ユニットの構成を示した概略図である。図４は、図３に示した測定ユニットにおける測定部の構成を示した概略図である。

図３に示すように、測定ユニット１２は、複数の測定部１６が多段状に積層された積層構造（多段構造）を有しており、各測定部１６はＸ方向及びＺ方向に沿って２次元的に配列されている。本実施形態では、一例として、Ｘ方向に４つの測定部１６がＺ方向に３段積み重ねられている。

測定ユニット１２は、複数のフレームを格子状に組み合わせた格子形状を有する筐体（不図示）を備えている。この筐体は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ延びる複数のフレームを格子状に組み合わせて形成されたものであり、これらのフレームにより形成された各空間部にそれぞれ測定部１６の構成要素が配置される。

各測定部１６は、いずれも同一の構成を有しており、図４に示すように、ヘッドステージ３０と、プローブカード３２と、ウェーハチャック３４とを備えている。また、各測定部１６には、それぞれ、図示しないテストヘッドが設けられている。なお、テストヘッドは、図示しないテストヘッド保持部によりヘッドステージ３０の上方に支持されている。

ヘッドステージ３０は、筐体の一部を構成するフレーム部材（不図示）に支持されており、プローブカード３２が着脱自在に装着固定される。ヘッドステージ３０に装着固定されたプローブカード３２は、ウェーハチャック３４のウェーハ保持面３４ａと対向するように設けられる。なお、プローブカード３２は、検査対象のウェーハＷ（デバイス）に応じて交換される。

プローブカード３２には、検査対象のウェーハＷの各チップの電極パッドの位置に対応して配置された、カンチレバー又はスプリングピン等の形状の複数のプローブ３６が設けられている。各プローブ３６は、図示しないテストヘッドの端子に電気的に接続され、テストヘッドから各プローブ３６を介して各チップに電源及びテスト信号が供給され、各チップからの出力信号をテストヘッドで検出して正常に動作するかを測定する。

プローブ３６は、バネ特性を有し、プローブ３６の先端位置より接触点を上昇させることにより、電極パッドに所定の接触圧で接触する。また、プローブ３６は、電気的検査を行うときに、電極パッドがオーバードライブの状態で接触されると、プローブ３６の先端が電極パッドの表面にめり込み、その電極パッドの表面にそれぞれ針跡を形成するようになっている。なお、オーバードライブとは、ウェーハＷとプローブ３６の先端の配列面との傾き、及び、プローブ３６の先端位置のばらつきなどを考慮して、電極パッドとプローブ３６が確実に接触するように、プローブ３６の先端位置より高い位置まで電極パッド、すなわち、ウェーハＷの表面を距離αだけ上昇させた状態をいう。また、プローブ３６の先端位置（コンタクト位置）からウェーハＷの表面を更に上昇させる移動量、すなわち、上記距離αをオーバードライブ量と称する。

ウェーハチャック３４は、ウェーハＷを真空吸着して固定する。ウェーハチャック３４は、検査対象のウェーハＷが載置されるウェーハ保持面３４ａを有しており、ウェーハ保持面３４ａには複数の吸引口４０が設けられている（図４では１つのみ図示）。吸引口４０は、ウェーハチャック３４の内部に形成された吸引路４２を介して吸引装置（真空源。例えば、真空ポンプ、エジェクタ等）４４に接続されている。吸引装置４４と吸引路４２との間を接続する吸引経路にはウェーハ吸着用電磁弁４６が設けられている。なお、ウェーハ吸着用電磁弁４６はウェーハ吸着用電磁弁制御部１１０（図５参照）により制御される。

ウェーハチャック３４の内部には、検査対象のウェーハＷを高温状態（例えば、最高で１５０℃）、又は低温状態（例えば最低で－４０℃）で電気的特性の検査が行えるように、加熱／冷却源としての加熱冷却機構（不図示）が設けられている。加熱冷却機構としては、適宜の加熱器／冷却器が採用でき、例えば、面ヒータの加熱層と冷却流体の通路を設けた冷却層との二重層構造にしたもの、又は熱伝導体内に加熱ヒータを巻き付けた冷却管を埋設した一層構造の加熱／冷却装置などを用いることができる。また、電気加熱ではなく、熱流体を循環させるものでもよく、またペルチエ素子を使用してもよい。

ウェーハチャック３４は、アライメント装置７０に着脱自在に支持固定される。アライメント装置７０は、ウェーハチャック３４をＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動することで、ウェーハチャック３４に保持されたウェーハＷとプローブカード３２との相対的な位置合わせを行う。

アライメント装置７０は、ウェーハチャック３４を着脱自在に支持固定してウェーハチャック３４をＺ軸方向に移動し、かつ、Ｚ軸を回転中心としてθ方向に回転するＺステージ（Ｚ軸移動・回転部）７２と、Ｚステージ７２を支持してＸ軸方向に移動するＸキャリッジ（Ｘ軸移動台）７４と、Ｘキャリッジ７４を支持してＹ軸方向に移動するＹキャリッジ（Ｙ軸移動台）７６とを備えている。

Ｚステージ７２、Ｘキャリッジ７４及びＹキャリッジ７６は、例えば、モータを含む機械的な駆動機構を含んでおり、ウェーハチャック３４をＺＸＹ方向にそれぞれ移動自在に構成される。さらに、Ｚステージ７２は、Ｚ軸（プローブカード３２とウェーハチャック３４とが対向する方向に平行な回転軸の一例）を回転中心としてθ方向にウェーハチャック３４を回転自在に構成される。機械的な駆動機構としては、例えば、サーボモータとボールネジとを組み合わせたボールネジ駆動機構により構成されていてもよいし、リニアモータ駆動機構又はベルト駆動機構等で構成されていてもよい。なお、Ｚステージ７２、Ｘキャリッジ７４及びＹキャリッジ７６は、後述する各制御部によりウェーハチャック３４の移動距離、移動方向、移動速度、加速度を変更可能に構成されている。本実施形態では、具体的には次のような構成を有する。

Ｚステージ７２は、ウェーハチャック３４をＺ軸方向に移動させるためのＺ軸駆動モータ１２２（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータ等）（図５参照）と、ウェーハチャック３４のＺ軸方向への移動距離を検出するためのＺ軸エンコーダ（例えば、ロータリーエンコーダやリニアスケール等）（不図示）とを備えている。Ｚ軸駆動モータ１２２は、後述するＺ軸移動制御部１０６（図５参照）からのモータ制御信号に基づき制御され、ウェーハチャック３４を所望の移動速度または加速度で目標位置に移動させるように駆動する。また、Ｚ軸エンコーダは、ウェーハチャック３４の移動に応じてエンコーダ信号を出力する。

また、Ｚステージ７２は、ウェーハチャック３４をθ方向に回転させるための回転駆動モータ１２４（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータ等）（図５参照）と、ウェーハチャック３４のθ方向への回転角度を検出するための回転エンコーダ（例えば、ロータリーエンコーダ等）（不図示）とを備えている。回転駆動モータ１２４は、後述するθ回転制御部１０８（図５参照）からのモータ制御信号に基づき制御され、ウェーハチャック３４を所望の回転速度または加速度で目標位置に移動させるように駆動する。また、回転エンコーダは、ウェーハチャック３４の回転に応じてエンコーダ信号を出力する。

Ｘキャリッジ７４は、ウェーハチャック３４をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸駆動モータ１１８（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータ等）（図５参照）と、ウェーハチャック３４のＸ軸方向への移動距離を検出するためのＸ軸エンコーダ（例えば、ロータリーエンコーダやリニアスケール等）（不図示）とを備えている。Ｘ軸駆動モータ１１８は、後述するＸ軸移動制御部１０２（図５参照）からのモータ制御信号に基づき制御され、ウェーハチャック３４を所望の移動速度または加速度で目標位置に移動させるように駆動する。また、Ｘ軸エンコーダは、ウェーハチャック３４の移動に応じてエンコーダ信号を出力する。

Ｙキャリッジ７６は、ウェーハチャック３４をＹ軸方向に移動させるためのＹ軸駆動モータ１２０（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータ等）（図５参照）と、ウェーハチャック３４のＹ軸方向への移動距離を検出するためのＹ軸エンコーダ（例えば、ロータリーエンコーダやリニアスケール等）（不図示）とを備えている。Ｙ軸駆動モータ１２０は、後述するＹ軸移動制御部１０４（図５参照）からのモータ制御信号に基づき制御され、ウェーハチャック３４を所望の移動速度または加速度で目標位置に移動させるように駆動する。また、Ｙ軸エンコーダは、ウェーハチャック３４の移動に応じてエンコーダ信号を出力する。

アライメント装置７０は、測定ユニット１２の段毎に設けられており（図３参照）、図示しないアライメント装置駆動機構によって、各段に配置された複数の測定部１６間で相互に移動可能に構成されている。すなわち、アライメント装置７０は、同一の段に配置される複数（本例では４つ）の測定部１６間で共有されており、同一の段に配置された複数の測定部１６間を相互に移動する。各測定部１６に移動したアライメント装置７０は図示しない位置決め固定装置により所定位置に位置決めされた状態で固定され、ウェーハチャック３４をＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動させて、ウェーハチャック３４に保持されたウェーハＷとプローブカード３２との相対的な位置合わせを行う。なお、アライメント装置７０は、ウェーハチャック３４に保持されたウェーハＷの各チップの電極パッドとプローブ３６との相対的な位置関係を検出するために、プローブ位置検出カメラ１５０（図４には不図示。図６及び図７参照）と、アライメントカメラ１５２とを備えている。また、アライメント装置駆動機構としては、ボールネジ駆動機構、リニアモータ駆動機構、ベルト駆動機構等の機械的な駆動機構により構成される。

アライメント装置７０の上面を構成するＺステージ７２のウェーハチャック支持面７２ａには、外周に沿って環状に形成された弾性を有するリング状シール部材（Ｚ軸シールゴム）７８が設けられる。また、ウェーハチャック支持面７２ａのリング状シール部材７８の内側には吸引口８０が設けられている。吸引口８０は、Ｚステージ７２の内部に形成された吸引路８２を介して吸引装置４４に接続されている。吸引装置４４と吸引路８２との間を接続する吸引経路には、チャック固定用電磁弁８４が設けられている。なお、チャック固定用電磁弁８４は後述するチャック固定用電磁弁制御部１１２（図５参照）により制御される。

Ｚステージ７２のウェーハチャック支持面７２ａのリング状シール部材７８の外側には、アライメント装置７０に対するウェーハチャック３４の相対的な位置関係が常に一定となるように位置決めピン８８が設けられている。この位置決めピン８８は、ウェーハチャック支持面７２ａの複数箇所に設けられている（図４においては２つのみを図示）。位置決めピン８８は、ウェーハチャック３４の中心軸を中心とする周方向に沿って等間隔で設けられていてもよいし、非等間隔で又はランダムに設けられていてもよい。ウェーハチャック３４の下面には各位置決めピン８８にそれぞれ対応する位置に位置決め部材であるＶブロック９０が設けられている。ウェーハチャック３４を真空吸着により吸着して固定する際には、各Ｖブロック９０のＶ溝内にそれぞれ対応する位置決めピン８８を係合させることで、ウェーハチャック３４の水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）の動きを拘束して、アライメント装置７０とウェーハチャック３４との相対的な位置決めが行われる。

なお、本実施形態では、アライメント装置７０は、ウェーハチャック３４を真空吸着して固定するが、ウェーハチャック３４を固定できるものであれば、真空吸着以外の固定手段でもよく、例えば、機械的手段等（クランプ等）で固定するようにしてもよい。

図５は、本発明の一実施形態に係るプローバの制御装置の構成を示した機能ブロック図である。

図５に示すように、本実施形態に係るプローバ１０の制御装置は、全体制御部１００、Ｘ軸移動制御部１０２、Ｙ軸移動制御部１０４、Ｚ軸移動制御部１０６、θ回転制御部１０８、ウェーハ吸着用電磁弁制御部１１０、チャック固定用電磁弁制御部１１２及びチャック退避制御部１１４を備えている。

全体制御部１００は、プローバ１０を構成する各部を統括的に制御する。具体的には、全体制御部１００は、ウェーハチャック３４をプローブカード３２側に吸着保持するコンタクト動作と、ウェーハチャック３４をプローブカード３２側からリリース（離間）するリリース動作の制御を行う。また、全体制御部１００は、各測定部１６の間でアライメント装置７０を相互に移動させる移動制御と、テストヘッドによるウェーハレベル検査の動作の制御などを行う。なお、全体制御部１００は、制御部の一例である。

Ｘ軸移動制御部１０２は、Ｘキャリッジ７４に設けられるＸ軸駆動モータ１１８の駆動を制御することでＸキャリッジ７４をＸ軸方向に移動させることにより、ウェーハチャック３４をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸移動制御部１０４は、Ｙキャリッジ７６に設けられるＹ軸駆動モータ１２０の駆動を制御することで、Ｙキャリッジ７６をＹ軸方向に移動させることにより、ウェーハチャック３４をＹ軸方向に移動させる。Ｚ軸移動制御部１０６は、Ｚステージ７２に設けられるＺ軸駆動モータ１２２の駆動を制御することでＺステージ７２を昇降させることにより、ウェーハチャック３４をＺ軸方向に移動させる。θ回転制御部１０８は、Ｚステージ７２に設けられる回転駆動モータ１２４の駆動を制御することでＺステージ７２をθ方向に回転させることにより、ウェーハチャック３４をθ方向に回転させる。これにより、ウェーハチャック３４とプローブカード３２とを相対移動させることができる。

ウェーハ吸着用電磁弁制御部１１０は、ウェーハ吸着用電磁弁４６のＯＮ／ＯＦＦ（開／閉）を制御することで、吸引口４０による吸引圧を調整し、ウェーハチャック３４に対するウェーハＷの固定／非固定を選択的に切り替える。

チャック固定用電磁弁制御部１１２は、チャック固定用電磁弁８４のＯＮ／ＯＦＦ（開／閉）を制御することで、吸引口８０による吸引圧を調整し、Ｚステージ７２に対するウェーハチャック３４の固定／非固定を選択的に切り替える。

チャック退避制御部１１４は、チャック退避機構６０を制御して、Ｚステージ７２のウェーハチャック支持面（チャック保持部）７２ａからウェーハチャック３４を退避させ、退避させたウェーハチャック３４を、ウェーハチャック支持面７２ａに戻す（図６参照）。

［アライメントの手順］
図６は、ウェーハＷに形成された半導体デバイスの電極とプローブ３６とのアライメントの手順を示す図である。図６（ａ）は、ウェーハチャック支持面７２ａからウェーハチャック３４を退避させた状態を示しており、図６（ｂ）は、ウェーハチャック支持面７２ａにウェーハチャック３４を設置した状態を示している。

図６に示すように、アライメント装置７０のＺステージ７２には、プローブ位置検出カメラ１５０が配置されている。Ｚステージ７２は、本発明のチャック保持部の一例である。また、図６に示すように、測定部１６の上方には、ヘッドステージ３０、アライメントカメラ１５２及びチャック退避機構６０が配置（固定）されている。なお、図６に示す例では、図中左方からヘッドステージ３０、アライメントカメラ１５２及びチャック退避機構６０の順番に配置されているが、配置の順番は図６に示す例に限定されず、例えば、逆の順番であってもよい。

（プローブの検出）
プローブ位置検出カメラ１５０は、撮像素子（例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等）を備えており、プローブ３６の先端位置の検出に用いられる。プローブ位置検出カメラ１５０は、その光軸がＺステージ７２の回転軸（Ｚ軸に平行）と一致するように配置されている。また、プローブ位置検出カメラ１５０は、その焦点位置ＦＰがウェーハチャック３４に吸着保持されたウェーハＷの表面と一致するように調整されている。

プローブ３６の先端位置の検出を行う場合、図６（ａ）に示すように、ウェーハチャック支持面７２ａからウェーハチャック３４を退避させる。そして、Ｘキャリッジ７４及びＹキャリッジ７６により、プローブ位置検出カメラ１５０をプローブ３６の下方に移動させ、プローブ位置検出カメラ１５０によりプローブ３６を下方から撮像する。

全体制御部１００は、プローブ位置検出カメラ１５０により撮像されたプローブ３６の画像を解析（例えば、パターンマッチング等）して、プローブ３６の先端位置を検出する。

（デバイスの電極の位置の検出）
アライメントカメラ１５２は、撮像素子（例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等）を備えており、デバイスの電極の位置の検出に用いられる。

デバイスの電極の位置の検出を行う場合、図６（ｂ）に示すように、ウェーハチャック支持面７２ａにウェーハチャック３４を設置する。そして、Ｘキャリッジ７４及びＹキャリッジ７６により、ウェーハチャック３４に吸着保持されたウェーハＷをアライメントカメラ１５２の下方に移動させ、アライメントカメラ１５２により、ウェーハＷの表面に形成されたデバイスの画像を撮像する。

全体制御部１００は、このデバイスの画像を解析（例えば、パターンマッチング等）して、デバイスの電極の位置を検出する。

（チャック退避機構）
次に、アライメント装置７０から離脱したウェーハチャック３４を、プローブカード３２に対向する位置とは異なる位置（退避位置）にて一次的に保持するための退避機構６０について説明する。

チャック退避機構６０は、ウェーハチャック３４を移動させるための保持部６２を含んでいる。図示は省略するが、チャック退避機構６０は、ＸＹ平面視で、ウェーハチャック３４よりもやや大きい形状（例えば、略相似形状）に形成されている。そして、保持部６２は、チャック退避機構６０の周方向の複数箇所（例えば、３箇所以上）に設けられており、チャック退避機構６０の中心に向かう断面Ｌ字形状に形成されている。チャック退避機構６０は、保持部６２をチャック退避機構６０の径方向に移動させるための駆動機構を含んでいる。

ウェーハチャック支持面７２ａからウェーハチャック３４を退避させる場合、まず、チャック固定用電磁弁８４を閉じて、ウェーハチャック３４を非固定状態とする。

次に、Ｘキャリッジ７４及びＹキャリッジ７６により、ウェーハチャック３４をチャック退避機構６０の下方に移動させる。また、保持部６２を径方向外向き（開方向）に移動させる。

次に、Ｚステージ７２により、ウェーハチャック３４を図中上方（＋Ｚ方向）に移動させて、チャック退避機構６０の保持部６２の中にウェーハチャック３４が収まるようにする。

次に、保持部６２を径方向内向き（閉方向）に移動させた後、Ｚステージ７２を図中下方（－Ｚ方向）に移動させる。これにより、図６（ａ）に示すように、ウェーハチャック３４の外周のフランジ部分が保持部６２に引っかかり、ウェーハチャック３４がウェーハチャック支持面７２ａから離れる。

一方、ウェーハチャック支持面７２ａにウェーハチャック３４を設置する場合、Ｘキャリッジ７４及びＹキャリッジ７６により、チャック退避機構６０に保持されたウェーハチャック３４の下方にウェーハチャック支持面７２ａを移動させる。

次に、位置決めピン８８及びＶブロック９０を利用して、Ｚステージ７２、Ｘキャリッジ７４及びＹキャリッジ７６により、ウェーハチャック支持面７２ａとウェーハチャック３４との位置決めを行う。

次に、ウェーハチャック３４を図中上方（＋Ｚ方向）に移動させる。そして、ウェーハチャック３４がＺステージ７２により持ち上げられて、保持部６２からウェーハチャック３４のフランジ部分が離れた後、保持部６２を開方向に移動させる。

次に、Ｚステージを図中下方（－Ｚ方向）に移動させ、チャック退避機構６０をウェーハチャック３４から離す。また、チャック固定用電磁弁８４を開いて、ウェーハチャック３４を吸着する。これにより、図６（ｂ）に示すように、ウェーハチャック３４がウェーハチャック支持面７２ａに固定される。

本実施形態によれば、プローブ位置検出カメラ１５０の光軸がＺステージ７２の回転軸と一致するようにプローブ位置検出カメラ１５０がＺステージ７２（本発明のチャック保持部に相当）に配置されるため、アライメント装置７０の移動誤差による影響を受けることなく、全てのエリア（アライメント装置７０が移動可能なエリア）でプローブ位置検出カメラ１５０とウェーハチャック３４との相対変動を効果的に抑えることが可能となる。これにより、ウェーハＷ上の目標の位置にプローブ３６の先端を精度良くコンタクトさせることができる。

［プローブ位置検出カメラの配置の例］
次に、プローブ位置検出カメラ１５０の配置の例について、図７を参照して説明する。図７（ｂ）に示す例は、Ｚステージ７２にザグリ穴７２ｂを形成して、その中にプローブ位置検出カメラ１５０を配置した例を示している。これに対して、図７（ａ）に示す例は、ウェーハチャック３４の下面側にもザグリ穴３４ｂを形成して、その中にプローブ位置検出カメラ１５０を配置した例を示している。

図７（ａ）に示す例では、図７（ｂ）に示す例と比較して、ウェーハＷの表面に焦点をあわせたときのプローブ位置検出カメラ１５０のワーキングディスタンスを短くすることができる（ＷＤ１＜ＷＤ２）。したがって、図７（ａ）に示すように、ワーキングディスタンスを短くすれば、プローブ３６の先端位置の検出をより高精度で検出することが可能になる。

なお、本実施形態では、好ましい態様の１つとして、プローブ位置検出カメラ１５０の光軸とＺステージ７２の回転軸とを一致させた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、プローブ位置検出カメラ１５０の光軸とＺステージ７２の回転軸とがずれていてもよい。この場合でも、Ｚステージ７２以外の位置（Ｘキャリッジ７４やＹキャリッジ７６など）にプローブ位置検出カメラ１５０を設置する場合に比べて、アライメント装置７０の移動誤差による影響を受けにくく、プローブ位置検出カメラ１５０とウェーハチャック３４との相対変動を低減可能である。

また、プローブ位置検出カメラ１５０をＺステージ７２に載置する構成を示したが、これに限らず、プローブ位置検出カメラ１５０がＺステージ７２近傍に配置され、Ｚステージ７２（ウェーハチャック支持面（チャック保持部）７２ａ）の動作に連動する構成であればいずれでもよい。例えば、プローブ位置検出カメラ１５０は、Ｚステージ７２にアーム等を介して取り付けられていてもよい。また、プローブ位置検出カメラ１５０は、Ｚステージ７２の動作に連動して移動可能でなくてもよく、例えば、Ｚステージ７２の動作に連動して焦点位置を移動させて、プローブ３６の先端位置に合焦可能としてもよい。

また、本実施形態では、好ましい態様の１つとして、プローブ位置検出カメラ１５０の焦点位置ＦＰをウェーハＷの表面と一致させたが、本発明はこれに限定されない。例えば、プローブ位置検出カメラ１５０の焦点位置ＦＰは、ウェーハＷの表面（電極の位置）と厳密に一致していなくてもよい。

［アライメント方法］
図８は、本発明の一実施形態に係るアライメント方法を示すフローチャートである。

まず、プローブ位置検出カメラ１５０を用いて、プローブ３６の先端位置を検出し（ステップＳ１０：プローブ検出工程）、アライメントカメラ１５２を用いて、ウェーハＷの表面に形成されたデバイスの電極の位置を検出する（ステップＳ２０：電極検出工程）。そして、プローブ３６の先端位置と、デバイスの電極の位置の検出結果に基づいて、プローブ３６とデバイスの電極とのアライメントを行う（ステップＳ３０）。

なお、図８に示す例では、プローブ検出工程（ステップＳ１０）、電極検出工程（ステップＳ２０）の順としたが、これらの工程は逆に実施してもよい。

図９は、図８のプローブ検出工程を示すフローチャートである。

まず、図６（ａ）で説明したように、チャック退避機構６０により、ウェーハチャック３４をＺステージ７２から退避させる（ステップＳ１００）。

次に、光軸がＺステージ７２の回転軸と一致するように配置されたプローブ位置検出カメラ１５０をプローブ３６の下に移動させて（ステップＳ１０２）、プローブ位置検出カメラ１５０を用いてプローブ３６の画像を撮像する（ステップＳ１０４）。

次に、全体制御部１００は、ステップＳ１０４で撮像した画像から、プローブ３６の先端の位置を検出する（ステップＳ１０６）。

図１０は、図８の電極検出工程を示すフローチャートである。

まず、図６（ｂ）で説明したように、ウェーハチャック３４をＺステージ７２に設置して吸着保持する（ステップＳ２００）。

次に、ウェーハチャック３４に保持されたウェーハＷをアライメントカメラ１５２の下に移動させて（ステップＳ２０２）、アライメントカメラ１５２を用いてウェーハＷの表面の画像を撮像する（ステップＳ２０４）。

次に、全体制御部１００は、ステップＳ２０４で撮像した画像から、ウェーハＷに形成されたデバイスの電極の位置を検出する（ステップＳ２０６）。

本実施形態によれば、Ｚステージ７２にプローブ位置検出カメラ１５０が設けられ、好ましくは、Ｚステージ７２の回転軸とプローブ位置検出カメラ１５０の光軸とが一致するようにプローブ位置検出カメラ１５０が配置されるので、アライメント装置７０の移動誤差による影響を受けることなく、全てのエリア（アライメント装置７０が移動可能なエリア）でプローブ位置検出カメラ１５０とウェーハチャック３４との相対変動を効果的に抑えることが可能となる。これにより、ウェーハＷ上の目標の位置にプローブ３６の先端を精度良くコンタクトさせることができる。

また、本実施形態では、プローブ位置検出の際に、ウェーハチャック支持面７２ａからウェーハチャック３４を退避させたが、これに限らず、例えば、ウェーハチャック３４の表面を一部透明にして、この透明部分を通してプローブ３６を撮像可能としてもよい。この場合、チャック退避機構６０を省略することが可能となる。

なお、本実施形態では、複数の測定部１６を備えたマルチステージ式のプローバの例について説明したが、本発明はこれに限らず、測定部が１つしかないシングルステージ式のプローバにも適用可能である。

１０…プローバ、１２…測定ユニット、１４…ローダ部、１６…測定部、１８…ロードポート、２０…ウェーハカセット、２２…操作パネル、２４…搬送ユニット、２６…搬送アーム、３０…ヘッドステージ、３２…プローブカード、３４…ウェーハチャック、３４ａ…ウェーハ保持面、３６…プローブ、４０…吸引口、４２…吸引路、４４…吸引装置、４４…吸引装置、４５…加圧装置、４６…ウェーハ吸着用電磁弁、６０…チャック退避機構、６２…保持部、７０…アライメント装置、７２…Ｚステージ、７２ａ…ウェーハチャック支持面、７４…Ｘキャリッジ、７６…Ｙキャリッジ、７８…リング状シール部材、８０…吸引口、８２…吸引路、８４…チャック固定用電磁弁、８８…位置決めピン、９０…Ｖブロック、９２…Ｚ軸移動機構、９４…θ回転機構、１００…全体制御部、１０２…Ｘ軸移動制御部、１０４…Ｙ軸移動制御部、１０６…Ｚ軸移動制御部、１０８…θ回転制御部、１１０…ウェーハ吸着用電磁弁制御部、１１２…チャック固定用電磁弁制御部、１１４…チャック退避制御部、１１８…Ｘ軸駆動モータ、１２０…Ｙ軸駆動モータ、１２２…Ｚ軸駆動モータ、１２４…回転駆動モータ、１５０…プローブ位置検出カメラ、１５２…アライメントカメラ

Claims (4)

1. ウェーハを保持するウェーハチャックと、
   前記ウェーハチャックに対向する面にプローブを有するプローブカードと、
   前記ウェーハチャックを着脱自在に保持するチャック保持部を有し、前記チャック保持部に保持された前記ウェーハチャックを移動させるアライメント装置と、
   前記チャック保持部から前記ウェーハチャックを退避させるチャック退避機構と、
   前記チャック保持部又はその近傍に配置された、前記プローブの画像を撮像するプローブ位置検出カメラと、
   前記ウェーハチャックに保持された前記ウェーハの表面の画像を撮像するアライメントカメラと、
   前記プローブの画像から検出した前記プローブの先端位置と、前記ウェーハの表面の画像から検出した電極の位置に基づいて、前記プローブカードと前記ウェーハチャックとを相対移動させて、前記プローブと前記電極のアライメントを行う制御部と、
   を備えるプローバ。
2. 前記チャック保持部は、前記ウェーハチャックと前記プローブカードとが対向する方向に平行な回転軸を有し、
   前記プローブ位置検出カメラは、前記回転軸と、前記プローブ位置検出カメラの光軸とが一致するように配置される、
   請求項１に記載のプローバ。
3. 前記プローブ位置検出カメラは、前記ウェーハチャックに保持された前記ウェーハの表面に焦点が合うように調整される、
   請求項１又は２に記載のプローバ。
4. ウェーハチャックを着脱自在に保持するチャック保持部から前記ウェーハチャックを退避させた状態で、前記チャック保持部又はその近傍に配置されたプローブ位置検出カメラにより、前記プローブの画像を撮像し、前記プローブの先端位置を検出するプローブ検出工程と、
   前記チャック保持部に前記ウェーハチャックを保持した状態で、アライメントカメラにより、前記ウェーハチャックに保持されたウェーハの表面の画像を撮像し、前記ウェーハに形成されたデバイスの電極の位置を検出する電極検出工程と、
   前記プローブの先端位置と、前記電極の位置に基づいて、プローブカードと前記ウェーハチャックとを相対移動させて、前記プローブと前記電極のアライメントを行う工程と、
   を含むプローブアライメント方法。

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