JP3116261B2 - プローブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プローブ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」と
いう）のプローブ装置は、ウエハ上に形成された多数の
集積回路を順次検査するために、プローブカードのプロ
ーブ針（金バンプなどの場合もある）の針先とウエハ上
の電極パッドとを繰り返し接触させる装置である。この
ようにウエハの検査をすることによりＩＣチップをパッ
ケージングする前に不良チップを拾い出すことができ、
また歩留まりが異常に悪い場合にはプロセス工程にフィ
ードバックされ、歩留まり改善にも重要な役割を果たし
ている。

【０００３】図１３は従来のプローブ装置を示す図であ
り、１１は、プリント基板に電気的に接触されたプロー
ブ針１を備えたプローブカードである。１２はウエハの
載置台であり、この載置台１２は、Ｚ方向に移動可能な
Ｚ移動部１３の上にθ回転自在に（Ｚ軸のまわりに回転
可能に）設けられている。Ｚ移動部１３は、Ｘ、Ｙ方向
に移動可能な図示しないアセンブリに設けられているこ
とから、載置部１２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動でき
るようになる。プロービング工程では、プローブ針とウ
エハＷ上の電極パッドとを図示しないカメラで撮像しな
がら載置台１２を回転させて電極パッドの並びとプロー
ブ針１の並びとの向きを合わせ、その後載置台１２をス
テッピング移動させてプローブ針１と電極パッドとを順
次接触させてＩＣチップを測定している。

【０００４】ここで載置台１２をθ回転させる機構１０
０は図１３及び図１４に示すように構成されている。即
ち載置台１２の外周縁より外方側に操作杆１４が突出
し、この操作杆１４の先端には球状体１５が回転自在に
設けられている。一方Ｚ移動部１３側に固定されたモー
タ１６によりボールネジ１７が駆動され、これにより軸
受け部１８がガイドレール１９に案内されつつ前後に移
動する。この軸受け部１８の上には、前記球状体１５を
前後から挾んで転動させる軸受け部１８ａが設けられ、
従ってボールネジ１７の回転により、球状体１５が転動
しつつ操作杆１４が前方あるいは後方に回動し、この結
果載置台１２がθ回転することになる。従ってボールネ
ジ１７の回転角つまりエンコーダのパルス数を制御する
ことにより球状体１５の移動量つまり載置台１２のθ回
転角を制御できる。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】従来のθ回転機構
１００は、ガイドレール１９に沿ってボールネジ１７の
軸受け部１８を直線運動させ、軸受け部１８ａ内で球状
体１５を転動させる構造であるが、Ｚ移動部１３はＸ、
Ｙ、Ｚ方向に移動するため、θ回転機構１００の構造が
大きいとプローブ装置全体が大型化してしまい、このた
めボールネジ１７、軸受け部１８及び１８ａ、並びにガ
イドレール１９として、載置台１２の回転軸の軸受け部
に打ち勝てるだけの剛性を有するような大きなものを用
いることができない。

【０００６】この結果ボールネジ１７とその軸受け部１
８との間に介在しているボールが変形すると共にガイド
レール１９も変形し、また軸受け部１８ａが球状体１５
を前方または後方に押し出すときに押圧部分が変形し、
これらの変形量が累積することにより、モータ１６を所
定量駆動しても、載置台１２が所定の回転角だけ正確に
回転しない。

【０００７】一方ウエハＷは載置台１２に載置される前
に位置合わせ機構によりプリアライメントされていて、
オリフラ（オリエンテーションフラット）の向きがプロ
ーブカード１１に対して概ね合っており、θ回転機構１
００による載置台１２の回転角は例えば数度と極く僅か
である。ところでデバイスの高集積化、パターンの微細
化に伴い電極パッドのサイズ及び電極パッド間の間隔が
小さくなってきているため、プローブ針１の並び及び電
極パッドの並びの向きを極めて正確に合わせる必要があ
る。従って例えば図示しないカメラでプローブ針及び電
極パッドを撮像したときの画像に基づいて演算されたモ
ータの制御量と載置台１２の回転角との対応が正確にと
れないと、プローブ針及び電極パッドの配列の向きにつ
いての位置合わせ精度が低くなって、正確なコンタクト
が行えなくなり、高精度な電気的測定が困難になってく
る。

【０００８】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、プローブカードに対する被
検査体の向きを正確に合わせることができ、これにより
プローブと被検査体の電極パッドとを精度良く接触させ
ることができて、高精度な電気的測定を行うことのでき
るプローブ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方
向に移動可能な移動部に、被検査体の載置部をＺ軸のま
わりに回転可能に設け、この載置部上に被検査体を載せ
て載置部を回転させプローブカードに対する被検査体の
向きを合わせた後プローブカードのプローブに被検査体
の電極パッドを接触させて被検査体の電気的測定を行う
プローブ装置において、前記載置部の回転路の接線方向
に伸びるネジ軸部と、前記移動部にＺ軸のまわりに回転
できるように軸支され、前記ネジ軸部を駆動する駆動部
と、前記載置部にＺ軸のまわりに回転できるように軸支
されると共に、前記ネジ軸部に螺合され、ネジ軸部の回
転によりネジ軸部の長さ方向に移動する軸受け部と、を
備えてなることを特徴とする。

【００１０】

【作用】駆動部によりネジ軸部を回転させると、軸受け
部がネジ軸部の長さ方向に移動して駆動部及び軸受け部
が夫々支軸のまわりに回転し、この結果が載置部がθ回
転する。本発明の構成では、ガイドレールや球状体の軸
受け部が不要であるからネジ軸部の軸受け部として大き
なものを使用できるし、変形する個所が少ないので駆動
部の駆動量と載置部の回転角とが正確に対応し、被検査
体の電極パッドとプローブとの並びの向きを正確に合わ
せることができる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の実施例の全体の概略を示す斜
視図である。図１中２１はＹステージであり、ベース２
２上のＹガイドレール２３に沿ってＹ方向に移動でき、
また２４はＸステージであり、Ｙステージ２１上のＸガ
イドレール２５に沿ってＸ方向に移動できるよう構成さ
れている。２６、２７は夫々ボールネジであり、モータ
Ｍ２（Ｘ方向のモータは図では見えない）により回転し
てＸ、Ｙステージ２１、２４を夫々駆動する。

【００１２】前記Ｘステージ２４の上にはＺ方向に移動
するＺ移動部３が設けられている。即ちこのＺ移動部３
は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動できることになる。このＺ移
動部３には、高倍率のカメラ３１と、低倍率のカメラ３
２とが設けられている。前記Ｚ移動部３の上には、θ方
向に回転自在な（周方向に回転自在な）ウエハ載置部３
３が設けられており、この載置部３３はθ回転機構４０
によりθ回転できるように構成されている。

【００１３】次にθ回転機構４０について図２〜図４を
参照しながら詳述する。前記Ｚ移動部３は半径方向外側
に突出する支持板４１を備えており、この支持板４１の
上には後述のボールネジの駆動部４２が上下のピボット
軸４３、４４によりＺ軸のまわりに回転できるように軸
支されている。前記駆動部４２は、モータ４５及び伝達
部４６よりなり、伝達部４６の上下両面に夫々ピボット
軸４３、４４が垂直に挿入されて固定されると共に、こ
れらピボット軸４３、４４の先端部の外側には、夫々ピ
ボット軸４３、４４に対して相対的に軸のまわりに回転
できるように軸受け部４７、４８が設けられている。そ
して上側の軸受け部４７は、カバー部５１を介して前記
支持板４１に、また下側の軸受け部４８は直接前記支持
板４１に夫々固定されており、従って駆動部４２はＺ移
動部３にＺ軸のまわりに回転できるように軸支されてい
ることになる。

【００１４】前記駆動部４２には、載置部３３の回転路
の接線方向に伸びるネジ軸部をなすボールネジ５２が設
けられており、このボールネジ５２の途中には、これに
螺合されてボールネジ５２の回転により相対的に長さ方
向に移動する軸受け部５３が取り付けられている。この
軸受け部５３の上下両面には夫々ピボット軸５４、５５
が垂直に挿入されて固定されている。一方前記ウエハ載
置部３３は、半径方向外側に突出する支持枠３４を備え
ており、この支持枠３４の内部の上下両面には、ピボッ
ト軸５４、５５の先端部を軸受けしてピボット軸５４、
５５に対して相対的に軸のまわりに回転できるように軸
受け部５６、５７が設けられている。従ってボールネジ
の軸受け部５３は載置部３３にＺ軸のまわりに回転でき
るように軸支されていることになる。

【００１５】そして前記載置部３３の移動領域の上方に
は、インサートリング６０に取り付けられたプローブカ
ード６１が配置され、前記インサートリング６０の装置
本体の天板に相当する図示しないヘッドプレートに着脱
自在に設けられている。前記プローブカード６１は、被
検査体であるウエハＷ上の電極パッドの配列に対応し
て、プローブであるプローブ針６が配列されている。前
記プローブカード６１と載置台３３との間には、ウエハ
Ｗを撮像するためのカメラ３５が移動体３５ａに支持さ
れてＸ方向に移動自在に設けられている。

【００１６】図５はこのカメラ３５とウエハ載置部３３
側のカメラ３１とを詳述する図であり、カメラ３１、３
２はＺ移動部３に支持部３０ａを介して固定されると共
に、支持部３０ａには、例えば透明な薄いガラス板に金
属膜を蒸着してなるターゲットＴがカメラ３１の焦点位
置に対してロッドＲにより進退自在に設けられている。
下側のカメラ３１は例えばＣＣＤ素子３１ａにレンズ３
１ｂを組み合わせて構成される。上側のカメラ３５も同
様の構成である。

【００１７】前記ウエハ載置部３３をＸ、Ｙ、Ｚ方向に
移動させる機構の隣りには、プローブ装置と外部との間
のウエハＷの入出力ポートをなすカセット載置棚７が配
設されている。このカセット載置棚７は、ウエハＷを例
えば２５枚収納できるウエハカセットＣを上下２段載置
できるように構成されると共に、１段目と２段目との間
には、図６に示すようにウエハＷを１枚だけトレー７１
に載せて載置することができるようにウエハ載置棚７２
が設けられている。なお７３は後述の搬送アームが進退
する凹部である。このようにウエハを１枚だけプローブ
装置に対してセットすることができるように構成すれ
ば、ウエハを１枚だけ測定したり、プローブ装置の顕微
鏡で観察したりする場合にカセットＣを着脱しなくて済
むので便利である。なおカセット載置棚は１段のみであ
ってもよいが、２段以上上下に設け、カセット載置棚を
昇降させる昇降機構のストロークを大きくとれば、次に
測定すべきウエハを収納したカセットを載置棚に待機さ
せることがてきるのでスループットが高い上、スペース
効率も良い。

【００１８】また前記カセット載置棚７のカセット載置
面の左右方向の中央には、前後方向（ウエハの取り出
し、受け入れ方向）に伸び、断面が半円形状の蒲鉾型の
位置合わせ部材７４、７４が前後に切れ目を介して配設
される一方、カセットＣの底面には、前後方向の中央部
にて左右方向に伸びる位置合わせバー７５が設けられて
おり、カセットＣが載置棚７にに対して正しい位置、つ
まり後述の搬送アームによりウエハの受け渡しを行うこ
とができる位置に置かれたときに、カセットＣ側の位置
合わせバー７５が載置棚７側の位置合わせ部材７４、７
４の間の切れ目に入り込むように構成されている。

【００１９】ここでカセットＣの位置合わせが正しくな
いときには、仮に載置棚７側の位置合わせ部材７４、７
４が角型であれば、これの上にカセットＣが水平に載っ
てしまい、カセットＣの位置が正しくないことを見落と
すあそれがあるが、位置合わせ部材７４、７４を蒲鉾型
にすれば、図７に示すようにカセットＣは必ず左右どち
らかに傾くため、カセットＣの位置が正しくなければそ
れを一目して把握することができ、次工程のウエハＷの
受け渡し時のトラブルを確実に直前に防止することがで
きる。

【００２０】更にカセット載置棚７においては、図８
（ａ）に示すように固定板７６の上に、例えばソレノイ
ドよりなる傾倒機構７７により後方側を軸にして前方側
が昇降できる傾倒板７８を設け、この上にカセットＣを
載せるように構成してもよい。このように構成すれば、
後述の搬送アームによりカセットＣに対してウエハの受
け渡しが行われるときには、傾倒板７８を水平にし、ウ
エハの検査時には傾倒板７８を図８（ｂ）に示すように
後ろ側に傾倒させることにより、ウエハ載置部３３の移
動時の振動によってウエハがカセットＣから飛び出すと
いった不具合を防止できる。

【００２１】また図１に示すように前記カセット載置棚
７の前方には、ウエハの搬送機構８が配置されている。
この搬送機構８は、Ｚ、θ方向に移動自在な搬送基体８
０と、上下に独立して進退自在な２個の搬送アーム８
１、８２とを備えており、これら搬送アーム８１、８２
には、ウエハＷの保持を確実にするためにバキュームチ
ャックをなす吸着孔８３が形成されている。この場合例
えば上側の搬送アーム８１がロード用、下側の搬送アー
ム８２がアンロード用として用いられる。

【００２２】なおウエハ載置部３１を移動させる機構に
おいては既述のようにベース体２２の上にＸ、Ｙアセン
ブリが配設されるが、この場合Ｘ、Ｙの各ステージ２
４、２１は、プローブ針６とウエハＷの電極パッドとを
正確に接触させるために極めて高い水平度が要求され
る。このため従来ではベース体２２及び各ガイドレール
２３、２５を表面研磨した後組み立てていたが、各部材
の表面は研磨後においても微視的には凹凸があり、組み
立てによりこれらの凹凸が累積されることから、図９に
示すようにガイドレール２３をベース体２２に取り付け
た後当該ガイドレール２３の表面を研磨して水平度を出
すようにすれば、ベース体２２の凹凸は吸収されてしま
い、結果としてウエハＷを高い水平度をもって移動させ
ることができる。

【００２３】次に上述実施例の作用について説明する。
先ず被検査体であるウエハＷを例えば２５枚収納したウ
エハカセットＣをカセット載置棚７に載せ、ウエハ搬送
機構８の例えば上側の搬送アーム８１によりカセット７
内のウエハＷを取り出し、例えば搬送機構８に組み合わ
された図示しない位置合わせ機構によりウエハＷの向き
が所定の向きとなるよう位置合わせ（プリアライメン
ト）された後ウエハ載置部３３に搬送する。このとき載
置部３３の上に検査済みのウエハＷが載っているときに
は、新たなウエハＷを載せる前に当該検査済みのウエハ
Ｗが下側の搬送アーム８２により取り出される。

【００２４】続いてＺ移動部３に設けられたカメラ３２
によりプローブ針６を広い視野で捉えてプローブ針６の
並びの方向を把握すると共に、上側のカメラ３５でウエ
ハＷの電極パッドの並びの方向を把握し、図示しない制
御系でカメラ３２、３５の撮像結果に基づいて、プロー
ブ針６の並びと電極パッドの並びとの方向が一致するに
必要な載置部３３のθ回転角、つまりθ回転機構の駆動
部４２の駆動量（エンコーダのパルス数）を演算する。
そしてこの演算結果に基づき、θ回転機構４０の駆動部
４２がボールネジ５２を回転させると、駆動部４２及び
軸受け部５３は夫々Ｚ移動部３及び載置部３３に、Ｚ軸
のまわりに回転できるように軸支されているので、図１
０の説明図に示すように軸受け部５３がボールネジ５２
に対して例えば前進し、その前進に伴いボールネジ５２
が駆動部４２と共にピボット軸４３（４４）を軸として
載置部３３側に振れながら、軸受け部５３が載置部３３
に対してピボット軸５４（５５）を軸として回転する。

【００２５】こうして載置部３３が所定の角度θ１だけ
回転し、図１１に示すようにウエハ上のＩＣチップ９の
電極パッド９１の並び及びプローブ針６の並びの向きが
一致する。次いでプローブ針６と電極パッドとのＸ、Ｙ
方向の位置合わせを行った後載置部３３を歩進動作させ
てウエハＷ上の電極パッドを順次プローブ針６に接触さ
せ、図示しないテストヘッドにより各ＩＣチップの電気
的測定を行う。

【００２６】なおプローブ針６と電極パッドとのＸ、Ｙ
方向の位置合わせについては、次のようにして行う。即
ち図１２（ａ）に示すように先ずＺ移動部３を制御して
上側のカメラ３５と下側のカメラ３１との焦点をターゲ
ットＴを用いて互に一致させる。次いで図１２（ｂ）に
示すようにＺ移動部３を含むＸ、Ｙ、Ｚアセンブリを制
御して上側のカメラ３５によりウエハＷ上の予め定めら
れた複数の特定点を撮像し、更に図１２（ｃ）に示すよ
うに下側のカメラ３１でプローブ針６を撮像する。これ
らの撮像工程は、はじめ低倍率モードで広い領域を撮像
し（プローブ針を撮像する場合カメラ３２を用いる）、
次いで高倍率モードで狭い領域を撮像し、画面の中心に
目標点が位置するようにＸ、Ｙ、Ｚアセンブリを制御す
ることによって行われる。このように上、下の両カメラ
３１、３５の互いの焦点を合わせておき下側のカメラ３
１によりプローブ針６を撮像し、上側のカメラ３５によ
りウエハＷを撮像すれば、いわば共通の撮像手段により
各部を撮像したのと同等であるから、各部の相対位置が
求まる。

【００２７】上述実施例のようにして載置部３３のθ回
転を行えば、従来のθ回転機構のようにガイドレールや
球状体の軸受け部が不要であるため、限られたスペース
の中ではその分ボールネジ５２及びその軸受け部５３を
大きくすることができ、従って載置部３３を回転させる
ときに軸受け部５３における螺合部のボールの変形量が
少なくしかも変形する個所が少ないのでロストモーショ
ン（ボールネジを動かしても被駆動部が動かない状態）
が少なく、ボールネジ５２の回転量と載置部３３の回転
角とが正確に対応する。この結果プローブの並び及び電
極パッドの並びの向きが精度よく一致させることができ
るので、プローブを電極パッドに正確に接触させること
ができ、従って高精度な電気的測定を行うことができ
る。

【００２８】なお本発明のプローブ装置のプローブとし
ては、ガイド板から垂直に伸び出しているいわゆる垂直
針などと呼ばれれているプローブ針であってもよいし、
あるいはフレキシブルなフィルムに形成された金バンプ
などであってもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被検査体
の載置部をθ回転せるための駆動部の駆動量と載置部の
回転角とが正確に対応するのでプローブカードに対する
被検査体の向きを正確に一致させることができ、従って
プローブを電極パッドに精度良く接触させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の概観を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例に係るθ回転機構の概略を示す
分解斜視図である。

【図３】本発明の実施例に係るθ回転機構を示す平面図
である。

【図４】本発明の実施例に係るθ回転機構を示す断面図
である。

【図５】本発明の実施例のプローブ装置において上側カ
メラと下側カメラとの構造及びターゲットを示す側面図
である。

【図６】カセット載置棚を示す斜視図である。

【図７】カセット載置棚の正しくない位置にカセットを
載置したときの状態を示す正面図である。

【図８】カセット載置棚の他の例を示す説明図である。

【図９】ウエハ載置部の移動機構のベース体及びガイド
レールの組み立ての様子を説明する説明図である。

【図１０】θ回転機構の動作を示す説明図である。

【図１１】プローブ針の並び及び電極パッドの並びが一
致した状態を示す説明図である。

【図１２】上側カメラと下側カメラとを用いて互いの焦
点合わせ及びプローブ針とウエハとの撮像の様子を示す
説明図である。

【図１３】従来のプローブ装置の要部を示す側面図であ
る。

【図１４】従来のプローブ装置の要部を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

３ Ｚ移動部 ３１、３２、３５、 カメラ ３３ ウエハ載置部 ４０ θ回転機構 ４２ 駆動部 ４３、４４、５４、５５ ピボット軸 ５２ ボールネジ ５３ 軸受け部 ６ プローブ針 ７ ウエハ載置棚 ７４ 位置合わせ部材 ７５ 位置合わせバー ７７ 傾倒機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−191293（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−20830（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−93045（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/66 G01R 31/26,31/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能な移動部に、
   被検査体の載置部をＺ軸のまわりに回転可能に設け、こ
   の載置部上に被検査体を載せて載置部を回転させプロー
   ブカードに対する被検査体の向きを合わせた後プローブ
   カードのプローブに被検査体の電極パッドを接触させて
   被検査体の電気的測定を行うプローブ装置において、 前記載置部の回転路の接線方向に伸びるネジ軸部と、前
   記移動部にＺ軸のまわりに回転できるように軸支され、
   前記ネジ軸部を駆動する駆動部と、前記載置部にＺ軸の
   まわりに回転できるように軸支されると共に、前記ネジ
   軸部に螺合され、ネジ軸部の回転によりネジ軸部の長さ
   方向に移動する軸受け部と、を備えてなることを特徴と
   するプローブ装置。