JP3163221B2

JP3163221B2 - プローブ装置

Info

Publication number: JP3163221B2
Application number: JP17660394A
Authority: JP
Inventors: 久中島; 晴彦吉岡
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 2001-05-08
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JPH07231018A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエハの
チップ等の被検査体の電気的特性を検査するプローブ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、半導体製造プロセスにおい
ては、半導体ウエハ上に精密写真技術等を用いて所定の
回路パターンを持つ多数の半導体チップ（半導体デバイ
ス）が配列して形成される。これらチップの電気的特性
の検査（試験判定）は、各チップが分割される前の半導
体ウエハの状態で、プローブ装置（別名：ウエハプロー
バ）により行われる。この検査結果、良品と判定された
チップのみを、次のボンディングやパッケージィング工
程に送り、最終製品の歩留まりの向上を図るようにして
いる。

【０００３】ここで、そのプローブ装置は、特開昭６４
−７３６３２号公報等に示されているようなもので、メ
インステージにはＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御可能に
構成されたウエハ載置台が備えられており、このウエハ
載置台上方に対向する位置には、半導体ウエハのチップ
の電極パッドに対応した多数のプローブ針を備えるプロ
ーブカードがカードホルダーを介し位置決めセットさ
れ、更にこの上側に電気的に接続する状態にテストヘッ
ドが設置されている。

【０００４】そして、ウエハ載置台上に被検査体である
半導体ウエハを搭載支持し、そのウエハ載置台をＸ−Ｙ
−Ｚ−θ方向に移動制御して、この上面に保持した半導
体ウエハ上のチップの電極パッドに前記プローブカード
のプローブ針の針先（下端）を接触させる。これで、そ
のチップの各電極パッドをプローブ針を介してテストヘ
ッド並びに外部テスタと電気的に接続して、該半導体ウ
エハのチップの電気的特性を検査するようになってい
る。

【０００５】このようなプローブ装置に用いられるプロ
ーブカードは、プリント基板に対し各プローブ針の針杆
部を斜めにして取付けた斜針タイプのものが主流をなし
ているが、半導体チップの高集積化に伴う電極パッド数
の増加並びに微細ピッチ化に対処すべく、端末をプリン
ト基板に固定した多数本のプローブ針の先端側を垂直に
支持した垂直針タイプの多ピン用高密度プローブカード
（ＶＴＰＣ）なども開発されて実用化されつつある。

【０００６】ところで、前述のプローブ装置は、一般的
には、ウエハ載置台と共通の架台を介し装置本体上部に
ヘッドプレートを水平に取付け支持し、このヘッドプレ
ートにインサートリングを嵌め込んで水平に取付け、こ
のインサートリングにカードホルダーを介しプローブカ
ードを取付けセットする。即ち、ウエハ載置台上面とヘ
ッドプレートとインサートリングとの３者の平行度をと
って、プローブカードを水平（ウエハ載置台と平行）に
取付けセットするようにしているが、ヘッドプレートや
インサートリングやカードホルダーの取付けミス或いは
プローブカード自体の製作誤差や変形等により、該プロ
ーブカードが多数本のプローブ針群の針先高さの傾き
（前後左右のいずれか一方の箇所の針先が高く他方の箇
所の針先が低い状態；以下単に針先高さの傾きと略称す
る）を生じる場合が多々ある。

【０００７】このようなプローブカードの針先高さの傾
きをそのままにすると、ウエハ載置台上面との平行度が
取れず、その傾き度合が許容値（針先高低差が２０〜３
０μm 程度以内）を越えていると、実際の半導体ウエハ
のチップ検査の際、ウエハ載置台をコンタクトポイント
まで上昇（Ｚアップ）させ、更にオーバードライブ（余
分に上昇）をかけても、その上面の半導体ウエハのチッ
プの電極パッドと接触しないプローブ針が存在し、満足
なチップ検査（テスト）ができない不具合が生じる。ま
た、最近のプローバーのマルチ化によるプローブカード
の針先の精度向上が非常に厳しく要求され、そのプロー
ブカードの実際のセット状態での針先高さの傾きが大き
な問題となって来ている。

【０００８】このため、プローブカードを取付けセット
した状態で、その針先高さの傾き度合を観察して修正す
る必要がある。この修正手段としては、従来では、プロ
ーバ本体に顕微鏡をセットアップし、ダミーウエハを乗
せたウエハ載置台をコンタクトピンと接触するまで上昇
させ、そのダミーウエハに対するプローブ針群の針先の
接触状況及び針跡状況を該顕微鏡で目視観察し、その針
先高さの傾きが見られる場合には、プローブカードのセ
ットし直しや、ヘッドプレートの締結具を一度緩めて該
ヘッドプレートの基準面に適当なスペーサを介挿するな
どして傾き修正を行っていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述のようなプローブ
装置におけるプローブカードの針先高さの傾き修正手段
では、まず顕微鏡による目視観察によって傾き度合を適
確に把握することがなかなかできないと共に、ヘッドプ
レート下側のどの位置にどの程度の厚さのスペーサを入
れたら良いか判断が難しく、職人的技術が必要であっ
て、とてもユーザーのオペレータでは修正が不可能で、
プローバーメーカーの技術者が出張して何度も修正作業
を繰り返さなければならず、多く労力との作業時間を必
要とする問題があった。

【００１０】特に、プローブカードの製造においては、
実際のプローブ装置への取付けセット状況に合わせた作
り方をしておらず、どのプローブカードも一つ一つ固有
の変形を生じる要因があり、実際にセットした状態で上
側に重いテストヘッドが搭載されると、更に異なった傾
きが発生し、この修正も大変面倒であった。

【００１１】本発明は前記事情に鑑みなされ、その目的
とするところは、プローブカードの製作誤差や変形や取
付けミス等によるプローブ針群の針先高さの傾きを実際
のセット状態で検出して、そのまま傾き修正を非常に簡
便且つ確実に行うことができるようになる高精度なプロ
ーブ装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、装置本体内の載置台に被検査体を搭載支持
して上昇させ、この上方にカードホルダーを介し位置決
めセットされたプローブカードの多数本のプローブ針に
接触させてテストヘッドと電気的に導通することにより
該被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置におい
て、前記プローブカードの複数箇所のプローブ針の針先
をカメラによって確認し、そのカメラのフォーカス深度
から該複数箇所のプローブ針の針先高さを検出する検出
回路を備えたプローブ針の針先高さを検出する手段と、
この針先高さ検出結果からプローブカードのプローブ針
群の針先高さの傾き度合並びに傾き方向を演算して修正
指示を出す手段と、前記カードホルダーを支持し前記修
正指示に従って該カードホルダーの複数箇所の支持高さ
を調整することにより該プローブカードのプローブ針群
の針先高さの傾きを修正する傾き修正機構を備え、前記
傾き修正機構は、カードホルダーまたはインサートリン
グあるいはヘッドプレートを少なくとも３点支持し、そ
の３箇所の支点のうち、１箇所に傾動可能に支持するボ
ールヒンジ機構を、残りの箇所に支持高さ調整ねじ機構
を設けたことを特徴とする。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】その支持高さ調整ねじ機構は、目盛り付き
ダイアル操作部を持つ手動調整ねじ或いはモータオート
ドライブ付きボールねじを用いた構成とすることが望ま
しい。

【００２０】また、被検査体の電気的特性を検査するた
めには、テストヘッドと被検査体との平行度を保つ必要
があるが、装置本体に前記テストヘッドを支持するとと
もに該テストヘッドの傾きを調整可能なテストヘッド平
行度調整機構を設け、被検査体の載置台に、該載置台の
水平基準面に対する前記プローブ針の平行度を計測する
プローブ針平行度計測手段を設け、このプローブ針平行
度計測手段からの検出信号によって前記テストヘッド平
行度調整機構を制御し、前記テストヘッドの傾きを調整
し、前記水平基準面に対するプローブ針の平行度を保つ
制御手段を設けたことにある。

【００２１】望ましくは、前記テストヘッド平行度調整
機構は、装置本体に設けたモータと、このモータによっ
て回転するスクリューロッドと、このスクリューロッド
に螺合され該スクリューロッドの回転に伴って上下動し
テストヘッドを支承する支承部材とから構成されている
ことを特徴とする。

【００２２】さらに、テストヘッドと被検査体との平行
度を保つ手段として、装置本体に前記テストヘッドを支
持するとともに該テストヘッドの傾きを調整可能なテス
トヘッド平行度調整機構を設け、被検査体の載置台に、
該載置台の水平基準面に対する前記プローブ針の平行度
を計測するプローブ針平行度計測手段を設けるととも
に、前記載置台に対向して該載置台に搭載された被検査
体の平行度を計測する被検査体平行度計測手段を設け、
このプローブ針平行度計測手段および被検査体平行度計
測手段からの検出信号によって前記テストヘッド平行度
調整機構を制御し、前記テストヘッドの傾きを調整し、
前記被検査体に対するプローブ針の平行度を保つ制御手
段を設けたことにある。

【００２３】

【作用】こうした構成のプローブ装置であれば、装置本
体のヘッドプレートに嵌め込んだインサートリングにカ
ードホルダーを介してプローブカードを位置決め支持
し、或いはテストヘッド下部にカードホルダーを介して
プローブカードを位置決め支持して、該テストヘッドを
装置本体上にセットする。この状態で、載置台を上昇さ
せることにより、針先高さ検出手段としての接触式変位
センサー又はダミープレートをプローブ針に接触させ
て、検出回路或いはコンタクトチェックプログラム入り
テスタからの信号と載置台の上昇量を基に複数箇所のプ
ローブ針の針先高さを検出するか、或いは針先高さ検出
手段としてのＣＣＤカメラ等のカメラにより直接このフ
ォーカス深度から複数箇所のプローブ針の針先高さを検
出する。こうして得た複数箇所（例えば前後左右４箇
所）のプローブ針の針先高さ検出結果から、予めプログ
ラムを組んだ計算ソフトに乗っ取って該プローブカード
のプローブ針群の針先高さの傾き度合並びに傾き方向を
演算して修正指示をディスプレー等に表示する。この指
示に従ってカードホルダー又はインサートリング或いは
ヘッドプレートをこの複数箇所の支点で傾き支持機構に
より上下に微調整することで、該プローブカードのプロ
ーブ針群の針先高さの傾きを簡単且つ確実に修正できる
ようになる。

【００２４】特に、前記傾き修正機構として、カードホ
ルダー或いはインサートリングの３箇所の支点又はヘッ
ドプレートの４箇所の支点のうち、１箇所に傾動可能に
支持するボールヒンジ機構を、残りの箇所に支持高さ調
整ねじ機構を設けた構成とすることで、カードホルダー
又はインサートリング或いはヘッドプレート更にはプロ
ーブカードをセットし直しなどすることなく、そのまま
該１箇所のボールヒンジ機構を支点として、残りの箇所
の高さ調整ねじ機構を手動或いは電動により調整するこ
とにより、インサートリング或いはヘッドプレートを適
確に傾動調整できて、プローブカードのプローブ針群の
針先高さの傾き修正が可能で非常に簡便である。

【００２５】その支持高さ調整ねじ機構は、目盛り付き
ダイアル操作部を持つ手動調整ねじとすることで、前記
修正指示に基づき作業員が手動操作で適確に調整操作で
きるようになる。また、その支持高さ調整ねじ機構は、
モータオートドライブ付きボールねじを用いることで、
これを前記修正指示に基づいて駆動させれば、前述の如
く修正指示をディスプレー表示しなくても自動的に適確
な調整が可能となる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明のプローブ装置を半導体ウエハ
上に形成された半導体チップの電気的特性を試験検査す
るウエハプローバに適用した各実施例を説明する。図１
乃至図７は第１の実施例を示す。まず、図６において、
符号１１は全体的にボックス状をなすプローブ装置本体
を示し、この略中央には架台１２を介してメインステー
ジ１３が設けられている。このメインステージ１３は、
被検査体である半導体ウエハ（以下単にウエハと略称す
る）１４を載置して真空チャックするウエハ載置台１５
を後述する如く移動制御可能に備えている。

【００２７】前記装置本体１１の上部には、前記ウエハ
載置台１５と共通の架台１２から立設した強固な支持枠
１６に保持させてヘッドプレート１７が水平に設けられ
ている。このヘッドプレート１７の略中央開口部に位置
決め嵌合するインサートリング１８を介してプローブ機
構２１が設けられている。

【００２８】このプローブ機構２１は、プローブカード
２２を主体とする。このプローブカード２２は、後述す
る如く、多数本のプローブ針２３が実装されており、且
つこの針付きプローブカード２２がこの周囲から嵌合保
持するカードホルダー２５に予め位置決め保持されて一
つの集合体状とされている。この集合体状のプローブ機
構２１がカードホルダー２５を前記インサートリング１
８に支持させることで前記ウエハ載置台１５の上方対向
する位置に取付けセットされている。また、このプロー
ブ機構２１の上側にはプローブカード２２と電気的に接
続するコンタクトリング２６が設けられている。

【００２９】こうしたプローブ機構２１を位置決めセッ
トした装置本体１１上にテストヘッド２７が搭載支持さ
れる。このテストヘッド２７は前記プローブ機構２１の
プローブカード２２の各プローブ針２３とコンタクトリ
ング２５電気的に接続すると共に、外部テスタ２８と電
気的に接続される。更に、そのテストヘッド２７中央上
方から前記プローブカード２２の中央開口を介してウエ
ハ載置台１５上のウエハ１４及びこれに接触するプロー
ブ針先等を監視する顕微鏡もしくはテレビカメラ２９が
備えられている。

【００３０】前記装置本体１１の右側には被検査体オー
トローダ３１が設置されている。このオートローダ３１
には、多数枚のウエハ１４を収容したウエハカセット３
２を交換可能に挿入セットできるカセット載置台３３が
昇降駆動可能に設けられている。その隣側に該ウエハカ
セット３２内のウエハ１４を一枚ずつ取り出すローダス
テージ３４が設けられている。このローダステージ３４
により搬出されたウエハ１４は予備アライメントステー
ジ（図示省略）に載せられ、そこでウエハ１４のオリエ
ンテーションフラット等を基準にした予備アライメント
が行われるようになっている。また、その予備アライメ
ントされたウエハ１４を前記ウエハ載置台１５上面に移
載する手段としてウエハハンドリングアーム３５が設け
られている。なお、これらローダステージ３４及びウエ
ハハンドリングアーム３５は検査済みのウエハ１４をウ
エハ載置台１５上から取り上げて再びウエハカセット３
２に戻す働きも行う。

【００３１】また、前記装置本体１１内の中央手前側に
は、図示していないが、アラインメントユニットが設け
られている。このユニットには、前記ウエハ載置台１５
上に載置されたウエハ１４を、このスクライブライン等
を基準として正確にアラインメントすべく、ＣＣＤカメ
ラやレーザーを用いたアライメント機構が設けられてい
ると共に、ウエハ載置台１５のＺ方向の位置検出並びに
その上に載置されたウエハ１４等の厚さを検出すべく、
図１に想像線で示しているように静電容量センサー３６
ａを用いた検出回路３６が設けられて、これらの下側に
まで前記ウエハ載置台１５が移動可能となっている。

【００３２】一方、前記装置本体１１の左側にはプロー
ブカード交換器３７が設けられている。このプローブカ
ード交換器３７内にはカード収納棚３８が設けられ、こ
の収納棚３８に前述したカードホルダー２５付きの各種
のプローブカード２２が挿脱可能に収納保管されてい
る。これらプローブカード２２は、必要に応じ前記カー
ド収納棚３８から取り出して、前記装置本体１１のヘッ
ドプレート１７中央のインサートリング１８に取付けセ
ットされる。このプローブカード２２の取付け並びに交
換作業は、オペレータが手動的に、或いは図示しないが
前記ウエハハンドリングアーム１６と同様の装置を介し
て自動的に行われる。そのプローブカード自動交換装置
は例えば米国特許Ｎｏ．４，９６６，５２０に記載され
ているものと同様で良い。

【００３３】図７は前記メインステージ１３を示すもの
で、これはＹ方向に延在される２本のレール４１ａに沿
って移動可能なＹテーブル４１と、このＹテーブル４１
上をＸ方向に延在される２本のレール４２ａに沿って移
動可能なＸテーブル４２とを有し、これらがパルスモー
タなどを含む慣用のＸ−Ｙ駆動機構によって駆動される
と共に、更にそのＸテーブル４２に前記ウエハ載置台１
５を支持する昇降並びに回転可能なＺ軸４３（図１参
照）を有し、これが慣用の昇降駆動機構並びに回転駆動
機構により駆動されることで、該ウエハ載置台１５がＸ
−Ｙ方向（前後左右）及びＺ方向（上下）並びθ方向
（Ｚ軸回りの回転）に移動制御されるようになってい
る。なお、これらのＸ−Ｙ駆動機構及び昇降駆動機構並
びに回転駆動機構は図７に符号４４，４５，４６で示す
ように後述する制御系によりそれぞれ駆動制御される。

【００３４】また、図７に示す如く、前記メインステー
ジ１３のＸテーブル４２の側面には昇降機構４７が取付
けられ、この昇降機構４７により昇降可能に移動カメラ
４８が設置されている。この移動カメラ４８は、高倍率
部４８ａと低倍率部４８ｂとから構成されている。一
方、前記ウエハ載置台１５の外周側部に小片４９が水平
に突出固定されている。この小片４９の上面には、導電
性薄膜、例えばＩＴＯ（indium tin oxide）薄膜あるい
はクロムメッキが施されていると共に、中央に十字マー
ク等のターゲット４９ａが形成されている。

【００３５】この小片４９はウエハ載置台１５と一体に
昇降並びに回転し、前記移動カメラ４８の高倍率部４８
ａの光軸上に移動して、このターゲット４９ａの十字マ
ーク中心が、前記ウエハ載置台１５のθ方向（Ｚ軸回り
の回転）の位置を移動カメラ４８により検出する際の基
準点として機能する。また、その小片４９のターゲット
４９ａの周囲表面の導電性薄膜は、前記アラインメント
ユニットにおける静電容量センサー３６ａによるウエハ
載置台１５のＺ方向の位置（高さ）検出を可能としてい
る。

【００３６】こうしたメインステージ１３のウエハ載置
台（チャック）１５は、上面に予備アライメントされて
載置されたウエハ１４と共にアラインメントユニットに
移動し、そのウエハ１４をＣＣＤカメラやレーザーを用
いたアライメント機構により正確にアラインメントする
と共に、ウエハ載置台１５の上昇量（Ｚアップ量）を算
定するのに、静電容量センサー３６ａによるウエハ載置
台１５の基準高さ検出並びにその上のウエハ１４の厚さ
検出が行われ、次にプローブカード２２の真下に戻っ
て、該ウエハ１４の各半導体チップを所定の順番に従っ
て検査すべく、ウエハ載置台１５と共にＸ−Ｙ方向及び
θ方向に位置合わせ制御されながら上昇（Ｚアップ）さ
れるようになる。この位置合わせ制御の詳細は特開昭６
４−７３６３２号等に開示されていると同様である。

【００３７】前記プローブカード２２の詳細を図１及び
図２に示す。即ち、このプローブカード２２は、中央に
開口を有したプリント基板であるカード本体２４の該中
央開口両側縁部から斜め下方に向けて多数本のプローブ
針２３をウエハ１４上の一個或いは複数個のチップの電
極パッドに対応して突設した構成である。このプローブ
カード２２の針２３付きのカード本体２４がリング状の
カードホルダー２５の段部に嵌合してピンやねじ等によ
り位置決め固定されている。

【００３８】こうしたプローブカード２２は、カードホ
ルダー２５を前記インサートリング１８の下面部に接合
して図示しないが締結具による締結或いは自動セット用
の上下動可能な支持リングによる挟み付けにより、前記
ウエハ載置台１５の上方の対向位置に交換可能に取付け
セットされている。

【００３９】なお、前記プローブカード２２は、前述の
ようにカード本体２４に対し各プローブ針２３を斜めに
装着した斜針タイプのものに代え、各プローブ針を垂直
に支持した垂直針タイプの例えば多ピン用高密度プロー
ブカード（ＶＴＰＣ）などでも良い。

【００４０】こうしたプローブカード２２をインサート
リング１８に取付けセットすることで、このカード本体
（プリント基板）２４の多数の電極が該インサートリン
グ１８に装着したコンタクトリング２６と電気的に接続
される。この結果、各プローブ針２３がコンタクトリン
グ２６とポゴピンを介して前述のテストヘッド２７と電
気的に接続される。これで該プローブ針２３の針先にウ
エハ載置台１５の上昇によりウエハ１４の半導体チップ
の各電極パッドが接触することで、該チップ（素子）の
電気的特性をテスタ２８により検査できるようになる。

【００４１】前記ウエハ１４の半導体チップの検査（テ
スト）時のウエハ載置台の上昇（Ｚアップ）は、最下位
基準位置からプローブカード２２の下側近傍まで高速で
行われ、その後低速で該ウエハ１４の半導体チップの電
極パットがプローブ針２３に接触する接触高さ（コンタ
クトポイント）まで上昇し、更に該コンタクトポイント
よりも僅かであるが所定量上昇（オーバドライブ）して
停止される。その初期の高速上昇距離は操作時間の短縮
の面で約２０ｍｍ程度、低速上昇距離はプローブカード
２２の製造誤差や品種等により異なる針先高さを考慮し
余裕を持って約３〜８ｍｍ程度、オーバドライブ量はプ
ローブ針２３と半導体チップの電気パッドとの電気的接
触をより確実にするために５０〜１００μm 程度に設定
するのが良い。

【００４２】ところで、装置本体１１上部のヘッドプレ
ート１７はウエハ載置台１５と共通の架台１２に強固な
支持枠１６を介し水平に支持され、このヘッドプレート
１７の略中央の円形穴の内周段部１７ａ上にインサート
リング１８が水平に載架嵌合されて、該ウエハ載置台１
５上面とヘッドプレート１７とインサートリング１８と
の３者の一様の平行度がとられているが、このインサー
トリング１８に実際にプローブカード２２を位置決めセ
ットし、更にその上側にコンタクトリング２６を介し重
いテストヘッド２７を載置した状態では、ヘッドプレー
ト１７やインサートリング１８やプローブカード２２の
取付けミス或いはプローブカード２２自体の製作誤差や
固有の変形等により、該プローブカード２２が多数本の
プローブ針２３群の針先高さの傾きを生じている場合が
多々ある。

【００４３】このプローブカード２２の針先高さの傾き
（水平度）を検出して修正する手段として、まず、図１
及び図２に示す如く、円環状の前記インサートリング１
８が、この外周を前記ヘッドプレート１７の略中央の円
形穴の内周段部１７ａ上に載架するように嵌合位置決め
されていると共に、そのインサートリング１８の周方向
に等間隔を存した複数箇所（実施例では３箇所）を支持
して後述する修正指示に従って傾き調整ができる傾き修
正機構５１が備えられている。

【００４４】即ち、その傾き修正機構５１は、前記イン
サートリング１８の周囲を３点支持するもので、その３
箇所の支点のうち、１箇所がボールヒンジ機構５２で、
他の２箇所の支点Ａ，Ｂが支持高さ調整ねじ機構５３で
構成されている。

【００４５】前記１箇所のボールヒンジ機構５２は、ヘ
ッドプレート１７の内周段部１７ａ上面凹部とインサー
トリング１８から外周に突設した突片部１８ａ下面凹部
との間に介挿された鋼球製の１個のボール５２ａと、こ
れを中心にその両側近傍で該突片部１８ａをヘッドプレ
ート１７に締結する止めねじ５２ｂとを用いた構成であ
る。

【００４６】前記残り２箇所の支点Ａ，Ｂの支持高さ調
整ねじ機構５３は、インサートリング１８からそれぞれ
外周に突設した突片部１８ｂに縦軸的に螺貫した手動調
整ねじ５３ａと、この手動調整ねじ５３ａの段付き中心
孔に貫挿してヘッドプレート１７に螺合締め付けられる
止めねじ５３ｂとを用いた構成である。なお、その手動
調整ねじ５３ａは、この頭部に目盛り５３ｃ付きダイア
ル操作部５３ｄを持つ構成で、その目盛り５３ｃを選択
して基準矢印に合わせるように該操作部５３ｄを正逆回
転操作することで、インサートリング１８の突片部１８
ｂを所望の支持高さに可変調整できる。

【００４７】また、前述の如く実際にセットしたプロー
ブカード２２の多数本のプローブ針２３群の針先高さを
検出する手段として、後述する如く、複数の独立した検
知領域を持ち且つ前記ウエハ載置台１５上面にウエハ１
４と同様に載置される接触式変位センサー５５と、この
接触式変位センサー５５の各検知領域がプローブ針２３
と接触したとき発生する電圧変化を各々検出する検出回
路６０とが備えられている。この検出器６０からの各信
号とウエハ載置台１５の上昇量を基に該プローブ針２３
群の前後左右箇所の針先高さをそれぞれ認識しプローブ
針２３群の針先高さの傾き度合並びに傾き方向を演算し
て修正指示を出す手段として制御系７０が備えられてい
る。

【００４８】なお、その接触式変位センサー５５は、図
３及び図４に示す如く、センサー本体部５６と基板５７
とで平坦板状に成形されている。そのセンサー本体部５
６は、図４に拡大して示す如く、圧電プラスチックの一
つである厚さ２８μm 程度のＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニ
リデン）フイルム５６ａの両面に電極５６ｂ、５６ｃを
設けた３層構成で、そのＰＶＤＦフイルム５６ａはこの
結晶に機械的な歪みを作用させると発生する電気的分極
現象（圧電効果）により両電極５６ｂ、５６ｃ間に電圧
を生じる。その両電極５６ｂ、５６ｃは例えばアルミ蒸
着等により全面に亘り形成された導電性箔膜で、特にそ
の上面の電極５６ｂが前記アラインメントユニットにお
ける静電容量センサー３６ａに検知可能に対応すべく導
電性膜とされている。

【００４９】この接触式変位センサー５５のセンサー本
体部５６のプローブ針２３と接触する検知領域が図３に
ａ，ｂ，ｃ，ｄで示す如く同一平面上で前後左右に４分
割され、それぞれ独立して個々に圧電効果により電圧を
発生するようになっている。即ち、下面の電極５６ｃは
ベタグランドのように全域共通であるが、その上側のＰ
ＶＤＦフイルム５６ａと上面の電極５６ｂとが十字状の
切れ目により四方に等しく分離独立せしめられている。

【００５０】一方、前記接触式変位センサー５５の基板
５７は、柔軟性を持つ前記センサー本体部５６を平坦に
支える機能を果たすもので、被検査体の素材であるシリ
コンウエハをそのまま用いるか、或いはガラスやエポキ
シやセラミック等で別途製作したものが用いられてい
る。なお、そのシリコンウエハなどの導電性基板の場合
は、これをそのまま前記センサー本体５６のベタグラン
ドの下面電極５６ｃとして利用する考えもあるが、上面
に絶縁酸化膜を施して該センサー本体５６が接着等によ
り重合固定されている。

【００５１】また、この基板５７は被検査体であるウエ
ハ１４と同等の外径並びに厚さ、更にはオリエンテーシ
ョンフラット等を持つ形状である。この上面に非常に薄
い前記センサー本体部５６が重着しているのみであるこ
とから、接触式変位センサー５５が全体的に見ても被検
査体であるウエハ１４と略同形状となっている。これで
接触式変位センサー５５が必要に応じ前述したウエハ１
４と略同様に移載手段によりウエハ載置台１５上面に自
動的に移載されるようになっている。即ち、接触式変位
センサー５５は、図５で示したオートローダ３１の適当
箇所に収納保管され、そこから必要時にローダステージ
３４により搬出されて予備アライメントされた後に、ウ
エハハンドリングアーム３５によりウエハ載置台１５上
面に載置され、更にアライメントユニットにおいて正確
に位置決めされるようになっている。

【００５２】前記検出回路６０は、接触式変位センサー
５５のセンサー本体部５６の各検知領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ
がプローブ針２３と接触したとき発生する電圧変化を個
々に検出するように、４個の電圧計６１ａ，６１ｂ，６
１ｃ，６１ｄをウエハ載置台１５側に固定して備えてい
る。

【００５３】なお、接触式変位センサー５５の基板５７
には、センサー本体部５６の各検知領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ
の上面電極５６ｂからそれぞれ導出したリード線（プリ
ント配線等）と接続する接続端子５８ａ，５８ｂ，５８
ｃ，５８ｄと、下面電極（共通グウランド）５６ｃと接
続するアース端子５８ｆとが設けられている。この接触
式変位センサー５５をウエハ載置台１５上面に載置する
ことで、各接続端子５８ａ〜５８ｄ及びアース端子５８
ｆが各々ウエハ載置台１５上面に埋め込む状態に設けた
検知回路６０の各接続端子６２…と合致接合して、各検
知領域ａ，ｂ，ｃ，ｄと電圧計６１ａ〜６１ｄとの電気
的接続が自動的に行われるようになっている。

【００５４】前記制御系７０は、図６に示す如く、メモ
リーを備えたＣＰＵ７１を有する。このＣＰＵ７１に
は、まず、Ｘ−Ｙ方向移動制御回路７２と、Ｚ方向移動
制御回路７３と、θ方向移動制御回路７４とがそれぞれ
接続されている。これら各制御回路が図６に示したメイ
ンステージ１３のウエハ載置台１５をＸ−Ｙ方向とＺ方
向とθ方向に移動させるＸ−Ｙ駆動機構４４と昇降駆動
機構４５と回転駆動機構４６とに接続され、その各々の
機構をコントロールするようになっている。

【００５５】このＣＰＵ７１に、前記アライメントユニ
ットの静電容量センサー３６ａを用いた検出回路３６が
接続されていると共に、前記接触式変位センサー５５の
検出回路６０が接続され、それら検出回路３６，６０か
らの各検出信号とウエハ載置台１５の上昇量を基に該プ
ローブ針２３群の前後左右箇所の針先高さをそれぞれ認
識できるようになっている。また、このＣＰＵ７１に傾
き修正回路７５が接続され、これにディスプレー７６が
接続されている。つまり、ＣＰＵ７１が前述の如くプロ
ーブ針２３群の前後左右箇所の針先高さをそれぞれ認識
することで、その結果から、該傾き修正回路７５が予め
プログラムを組んだ計算ソフトに乗っ取って該プローブ
カードのプローブ針２３群の針先高さの傾き度合並びに
傾き方向を演算して修正指示をディスプレー７６に表示
する。

【００５６】その傾き修正指示は、前記インサートリン
グ１８の傾き修正機構５１の支点Ａ，Ｂにおける支持高
さを±数値で各々指示するもので、このＡ，Ｂ各指示の
±数値にそれぞれ応じた目盛り５３ｃを基準矢印に合わ
せるように手動調整ねじ５３ａの正逆回転操作すること
で、インサートリング１８をボールヒンジ機構５２を支
点に傾動させてプローブ針２３群の針先高さの傾きを水
平に修正できるようになっている。

【００５７】以上の構成のプローブ装置（ウエハプロー
バ）の作用を述べると、まず、プローブカード２２をカ
ードホルダー２５を介し新規にインサートリング１８に
取付けセット或いは交換などした場合、最初に、オート
ローダ３１等に収納保管しておいた接触式変位センサー
５５をローダステージ３４により搬出して予備アライメ
ントした後に、ウエハハンドリングアーム３５によりウ
エハ載置台１５上面に載置し、更にアライメントユニッ
トにおいて画像認識しながらアライメントして正確に位
置決め保持する。また、そのアライメントユニットにお
いて静電容量センサー３６ａを用いた検出回路３６によ
りウエハ載置台１５上面高さと、この上側の該接触式変
位センサー５５の上面電極５６ｂの高さを検出し、この
差から該接触式変位センサー５５の厚さＤ₁ を検出して
前記制御系７０のＣＰＵ７１のメモリーにストアする。

【００５８】こうしてから、ウエハ載置台１５をメイン
ステージ１３のＸ−Ｙ駆動機構４４により中央最下基準
位置に戻し、そこで昇降駆動機構４５により適当高さま
で高速上昇させ、次に低速でゆっくり上昇させて行く。
このウエハ載置台１５のＺアップにより、その上面の接
触式変位センサー５５のセンサー本体５６の前後左右の
検知領域ａ〜ｄの上面電極５６ｂ膜が前記プローブカー
ド２２のプローブ針２３の針先と接触するようになる。

【００５９】この針接触により、瞬時に、該接触式変位
センサー５５のセンサー本体５６の各検知領域ａ〜ｄの
ＰＶＤＦフイルム５６ａが圧電効果により上下電極５６
ｂ、５６ｃ間に電圧を生じ、これを検出回路６０の各電
圧計６１ａ〜６１ｄで検出し、この各検出信号が前記制
御系７０のＣＰＵ７１に入力される。この検出回路６０
からの各検出信号を基にＣＰＵ７１が当該プローブカー
ド２２のプローブ針２３群の前後左右箇所の針先高さを
認識してメモリーにストアする。即ち、接触式変位セン
サー５５の各検知領域ａ〜ｄの上面が各々プローブ針２
３の針先に接触した各時点のウエハ載置台１５のＺ高さ
（最下基準位置からのＺアップ距離）ＺＨ₁ をＺ方向移
動制御回路から認識して記憶する。

【００６０】こうしたら、一旦、Ｚ方向移動制御回路７
３からの下降指令で昇降駆動機構４５によりウエハ載置
台１５を元の基準位置まで下降させる。一方、そのＣＰ
Ｕ７１が前述の如くプローブ針２３群の前後左右箇所の
針先高さをそれぞれ認識することで、その結果から、傾
き修正回路７５が予めプログラムを組んだ計算ソフトに
乗っ取って該プローブカードのプローブ針２３群の針先
高さの傾き度合並びに傾き方向を演算して修正指示をデ
ィスプレー７６に表示する。

【００６１】つまり、前述の接触式変位センサー５５の
前後左右の検知領域ａ〜ｄが全て同時にプローブ針２３
群の前後左右の針先と接触した場合は、検出回路６０の
各電圧計６１ａ〜６１ｄからの各検出信号が同時にＣＰ
Ｕ７１に入力されることから、プローブ針２３群の前後
左右箇所の針先高さが全て同一であると認識し、傾き修
正回路７５は該プローブカード２２のプローブ針２３群
の針先高さの傾きが無いものとして、支点Ａ，Ｂ共に支
持高さ修正指示を±０とディスプレー７６に表示する。
この場合、プローブカード２２は針先高さが水平にセッ
トされているので修正不要である。

【００６２】また、接触式変位センサー５５の前後左右
の検知領域ａ〜ｄがプローブ針２３群の前後左右の針先
にタイミング的にずれて接触した場合は、検出回路６０
の各電圧計６１ａ〜６１ｄからの各検出信号が時間差を
持ってＣＰＵ７１に入力されることから、プローブ針２
３群の前後左右箇所の針先高さにバラツキがあると認識
し、その針先高さのバラツキから傾き修正回路７５が該
プローブ針２３群の針先高さの傾き度合並びに傾き方向
を演算し、これに応じて支点Ａ，Ｂにおける支持高さを
±数値でディスプレー７６に表示する。

【００６３】こうした場合、オペレータがインサートリ
ング１８の傾き修正機構５１の支点Ａ，Ｂにおける支持
高さ調整ねじ機構５３の手動調整ねじ５３ａを正逆回転
操作して、前記ディスプレー７６に表示されたＡ，Ｂ各
修正指示の±数値と対応した目盛り５３ｃを基準矢印に
合わせることで、該インサートリング１８をボールヒン
ジ機構５２を支点に傾動させてプローブ針２３群の針先
高さの傾きを水平に修正できるようになる。

【００６４】つまり、プローブカード２２の製作誤差や
変形や取付けミス等によるプローブ針２３群の針先高さ
の傾きを実際のセット状態で確実に検出して、そのまま
傾き修正を非常に簡便且つ確実に行うことができるよう
になる。

【００６５】こうした針先高さ傾き修正後は、基準位置
まで下降したウエハ載置台１５上から接触式変位センサ
ー５５をウエハハンドリングアーム３５により取上げ、
且つローダステージ３４によりオートローダ３１等の元
の保管位置に戻す。そして、実際に検査する被検査体で
ある最初の一枚目のウエハ１４をオートローダ３１のウ
エハカセット３２内からローダステージ３４により搬出
して、前述同様に予備アライメントした後に、ウエハハ
ンドリングアーム３５によりウエハ載置台１５上面に載
置し、更にアライメントユニットにおいて画像認識機構
によりアライメントして正確に位置決め保持する。そし
てそのウエハ１４を保持したウエハ載置台１５をメイン
ステージ１３の中央最下基準位置に戻す。

【００６６】その際、該アライメントユニットにおいて
静電容量センサー３６ａを用いた検出回路３６によりウ
エハ載置台１５上面高さと、この上側のウエハ１４の上
面高さを検出し、この差から該ウエハ１４の厚さＤ₂ を
検出して前記制御系７０のＣＰＵ７１に入力する。

【００６７】これで、そのＣＰＵ７１では、前記接触式
変位センサー５５の厚さＤ₁ データと該ウエハ１４の厚
さＤ₂ データとの差±Δ（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）を求め、この±
Δを前記プローブカード２２のプローブ針２３群の針先
高さ、即ち前回の接触式変位センサー５５の上面がプロ
ーブ針２３の針先に接触した時点のウエハ載置台１５の
Ｚ高さＺＨ₁ に加えて、該ウエハ１４がＺアップにより
実際にプローブ針２３群の針先に接触する接触高さＺＨ
₂ ＝ＺＨ₁ ＋（±Δ）、即ち実際にセットした状態のプ
ローブカード２２の針に対する被検査体でるウエハ１４
のコンタクトポイントを求める。このコンタクトポイン
トＺＨ₂ に合わせて検査時のウエハ載置台１５の上昇量
（最下基準位置からのＺアップ量）を設定する。なお、
実施にはそのコンタクトポイントから更に５０〜１００
μm 程度のオーバドライブ量を加えたＺアップ量をＺ方
向移動制御回路７３に設定する。

【００６８】この指示に従って昇降駆動機構４５がウエ
ハ載置台１５を上昇させることで、この上面のウエハ１
４の半導体チップの各電極パッドがプローブカード２２
のプローブ針２３群の針先に確実に接触して、そのウエ
ハ１４の各半導体チップが次々と適確に電気的特性検査
されるようになり、接触不良や被検査体とプローブ針と
の衝突・破損等と言った不具合が防止されるようにな
る。こうして一枚目のウエハ１４の検査終了後は、それ
をオートローダ３１のウエハカセット３２内に戻すと共
に、そのまま２枚目のウエハ１４をウエハ載置台１５上
に移載して前述同様に次々と検査できるようになる。

【００６９】なお、前記接触式変位センサー５５を、こ
の厚さが被検査体のウエハ１４の厚さと全く同一寸法に
設定できれば、前述した静電容量センサー３６ａを用い
た厚さ検出を行わずに、コンタクトポイントを求めるこ
とが可能である。

【００７０】また、接触式変位センサー５５は四方に分
離独立した検知領域ａ〜ｄを持つと述べたが、これは３
分割又は４分割以上の多数分割の検知領域を持つ構成と
しても可である。

【００７１】更に、前記実施例では、接触式変位センサ
ー５５をウエハ載置台１５上に必要時のみ載置可能なダ
ミーウエハ状に構成したが、ウエハ載置台１５の一部
（ウエハ１４の載置に支障にならない部分）に固定的に
設けておいても可である。

【００７２】一方、前記傾き修正機構５１のボールヒン
ジ機構５２と一対の支持高さ調整ねじ機構５３を、ヘッ
ドプレート１７に対するインサートリング１８の支持点
に設置して、該インサートリングを傾動調整可能にした
が、装置本体１１の支持枠１６に対するヘッドプレート
１７の支持点に前述同様の傾き修正機構５１のボールヒ
ンジ機構５２と一対の支持高さ調整ねじ機構５３を設け
て、該ヘッドプレート１７を傾動調整可能に構成しても
可である。この場合はそれら機構の設置スペースが楽に
確保できる有利さがある。

【００７３】また、前記傾き修正機構５１の各支持高さ
調整ねじ機構５３は、前述の目盛り付きダイアル操作部
を持つ手動調整ねじ方式に代えて、モータオートドライ
ブ付きボールねじを用いても良く、この場合、モータオ
ートドライブを前述の制御系７０の傾き修正回路７５に
電気的に接続し、該傾き修正回路７５からの傾き修正指
示信号によりモータを正逆回転させてボールねじにより
インサートリング１８或いはヘッドプレート１７の支持
高さを可変することで、プローブ針２３群の針先高さの
傾きを自動的に修正できるようになる。

【００７４】更に、前記実施例では針先高さ検出手段と
して、接触式変位センサー５５及びこの電圧変化を検出
する検出回路６０を用いたが、これに代えて、図示しな
いが、例えば被検査体を搭載するウエハ載置台１５に該
検査体の代わりに移載され且つ該載置台１５の上昇によ
りプローブカード２２のプローブ針２３に接触する導電
性のダミープレートと、このダミープレートにそれぞれ
のプローブ針が接触したか否かを確認するコンタクトチ
ェックプログラム入りテスタとを備え、このテスタから
の信号と載置台の上昇量を基に複数箇所のプローブ針の
針先高さを検出するようにしても良い。

【００７５】また更に、前記針先高さ検出手段として、
セット状態のプローブカード２２のプローブ針２３群の
複数箇所の針先のバラツキを確認するＣＣＤカメラ等の
拡大カメラと、このカメラのフォーカス深度から該複数
箇所のプローブ針２３の針先高さを検出する検出回路と
を用いても良い。

【００７６】図８及び図９は第２の実施例を示すもの
で、前記先の実施例の如く装置本体１１のヘッドプレー
ト１７のインサートリング１８にカードホルダー２５を
介してプローブカード２２を位置決め支持する従来一般
のタイプと異なり、ここの例では、装置本体１１上部に
起倒回動可能に設置されるテストヘッド２７の下部にカ
ードホルダー８０を介してプローブカード２２を位置決
め支持した新規タイプのプローブ装置を示す。

【００７７】この新規タイプのプローブ装置では、プロ
ーブカード２２を保持するカードホルダー８１を、テス
トヘッド２７の中央下面部に対し、傾き修正機構９１に
より少なくとも３箇所で吊持する如く支持し、それらの
支持高さを修正指示を出す手段に従って調整することに
より、該プローブカード２２のプローブ針２３群の針先
高さの傾きを修正する構成である。

【００７８】即ち、前記カードホルダー８１は、コンタ
クトリングを兼ねた矩形円筒状のホルダー本体８２と、
この下端部にプローブカード２２を位置決めピンや締結
具により保持するリング状の挟持部材８３とで構成され
ている。そしてホルダー本体８２の上端外周縁に３個の
突片部８４ａ、８４ｂが放射状に等配して突設されてい
る。

【００７９】前記傾き修正機構９１は、前記カードホル
ダー８１の３個の突片部８４ａ及び８４ｂをテストヘッ
ド２７の下部に吊持する３点支持（一箇所図示せず）構
造で、前記実施例と同様に、３箇所の支点のうち、１箇
所がボールヒンジ機構９２で、他の２箇所の支点が支持
高さ調整ねじ機構９３で構成されている。

【００８０】つまり、１箇所のボールヒンジ機構９２
は、突片部８４ａの上面凹部とテストヘッド２７内の底
面フレーム２７ａの下面凹部との間に介挿された鋼球製
の１個のボール９２ａと、これを中心にその両側近傍で
該突片部８４ａを固定部材２７ａに締結する止めねじ９
２ｂとを用いた構成である。

【００８１】前記残り２箇所の支点の支持高さ調整ねじ
機構９３は、モータオートドライブ方式で、テストヘッ
ド２７内のフレーム２７ｂに固設したモータ９３ａと、
このモータ９３ａにより正逆回転駆動可能で且つ前記突
片部８４ｂに縦軸的に貫挿されたボールねじ９３ｂと、
突片部８４ｂの下部に固着され前記ボールねじ９３ｂと
螺合するねじ送り用ナット９３ｃとで構成されている。

【００８２】一方、前述の如くテストヘッド２７下部に
実際にセットしたプローブカード２２の多数本のプロー
ブ針２３群の針先高さを検出する手段としては、装置本
体１１内のウエハ載置台１５の側部に取り付けられプロ
ーブカード２２のプローブ針２３群の複数箇所の針先の
バラツキを確認するＣＣＤカメラ等の拡大カメラ１００
と、このカメラ１００のフォーカス深度から該複数箇所
のプローブ針２３の針先高さを検出する検出回路１０２
とを備えている。

【００８３】そのカメラ１００を該ウエハ載置台１５の
移動制御によりプローブカード２２の真下に移動させ、
そこで該カメラ１００によりプローブ針２３群の複数箇
所の針先のバラツキを拡大して見て、その時の各部の針
先に対するカメラのフォーカス深度から検出回路により
該複数箇所のプローブ針２３の針先高さを検出する。こ
うして得た複数箇所のプローブ針２３の針先高さ検出結
果を先の実施例同様の制御系の傾き修正回路に入力する
ことで、予めプログラムを組んだ計算ソフトに乗っ取っ
て該プローブカードのプローブ針群の針先高さの傾き度
合並びに傾き方向を演算して修正指示をディスプレー１
０１に表示する一方、この修正指示信号によりに傾き支
持機構９１の２箇所の支持高さ調整ねじ機構９３のモー
タ９３ａを駆動して、ボールねじ９３ｂを正逆回転させ
る。これでカードホルダー８１の２箇所の支持高さを可
変することで、該カードホルダー８１をボールヒンジ機
構９２を支点に傾動させてプローブ針２３群の針先高さ
の傾きを水平に自動修正できるようになる。

【００８４】なお、この実施例においても、針先高さ検
出手段として、前記ＣＣＤカメラ１００に代えて、先の
実施例で述べた如くウエハ載置台１５の上昇によりプロ
ーブカード２２のプローブ針２３に接触する接触式変位
センサー５５或いは導電性のダミープレートとこの電圧
変化を検出する検出回路６０を用いても可である。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々変更可
能である。

【００８５】図１０乃至図１２は第３の実施例を示し、
前記実施例と同一構成部分は同一番号を付して説明を省
略する。図１０および図１１に示すように、プローブ装
置本体１１には架台１２から立設された支持枠１６が設
けられており、この支持枠１６には本実施例においては
テストヘッド２７を４点で支持する支持部が設けられて
いる。これら支持部のうち、１個は固定支持部１１１
に、残りの３個は可動支持部１１２に構成され、可動支
持部１１２は固定支持部１１１を基準として上下方向に
移動してテストヘッド２７の傾きを調整可能なテストヘ
ッド平行度調整機構１１３を備えている。

【００８６】このテストヘッド平行度調整機構１１３を
説明すると、前記支持枠１６の上端部には縦穴１１４が
設けられており、この縦穴１１４の底部には正逆回転可
能なモータ１１５が垂直にして収納されている。モータ
１１５の回転軸はスクリューロッド１１６に形成されて
おり、このスクリューロッド１１６には支承部材１１７
が螺合されている。

【００８７】支承部材１１６は外周面が例えば四角形に
形成され、縦穴１１４に対して回転不能で、上下方向に
移動自在になっており、スクリューロッド１１６の回転
に伴って上下するようになっている。支承部材１１７の
上端部には球状の支承体１１７ａが一体に設けられてお
り、この支承体１１７ａは固定支持部１１１の支承体１
１７ａと同一形状に形成されている。

【００８８】一方、前記テストヘッド２７の下面で、前
記固定支持部１１１と可動支持部１１２に対向する部分
には球状の支承体１１７ａと当接する凹部を有した支承
受け体１１８が設けられている。したがって、テストヘ
ッド２７はその四隅が球状の支承体１１７ａによって支
持されている。

【００８９】また、前記固定支持部１１１および可動支
持部１１２には支持枠１６とテストヘッド２７とを連結
するためのクランプ機構１１９が設けられている。この
クランプ機構１１９は、前記支承体１１７ａに固定され
たベース１２０に対して支柱１２１が立設され、この支
柱１２１の上端部には枢支ピン１２２を支点として回動
自在な回動レバー１２３を備えている。回動レバー１２
３の先端部には前記テストヘッド２７に固定された支承
受け体１１８の肩部１１８ａに当接可能な当接部１２４
を有し、基端部はベース１２０に固定されたエアシリン
ダ１２５と連結されている。そして、エアシリンダ１２
５によって回動レバー１２３の基端部を押し上げること
により、当接部１２４が支承受け体１１８の肩部１１８
ａに当接し、支承受け体１１８を介してテストヘッド２
７を支持枠１６に対して押し付けることにより、テスト
ヘッド２７を固定できるようになっている。

【００９０】一方、装置本体１１の内部に設置され、半
導体ウエハ１４を載置するウエハ載置台１５を有したメ
インステージ１３は、架台１２の上面に設けられたステ
ージガイド１２６に対して水平面内で移動自在に支持さ
れている。すなわち、ステージガイド１２６はウエハ載
置台１５の水平基準面に形成されている。

【００９１】このウエハ載置台１５には横方向に水平に
突出するカメラ固定台１２７が設けられ、このカメラ固
定台１２７にはプローブ針平行度計測手段としての光学
系、例えばテレビカメラ１２８が搭載されている。この
テレビカメラ１２８は上方、すなわちプローブカード２
２に対向しており、ウエハ載置台１５のＸＹおよびＺ方
向の移動と一体に移動し、水平基準面となるステージガ
イド１２６に対するプローブカード２２の傾き、具体的
には多数のプローブ針２３の傾きを光学的に計測するよ
うになっている。

【００９２】前記テレビカメラ１２８は、制御手段とし
ての制御回路１２９に電気的に接続されており、水平基
準面となるステージガイド１２６に対するプローブ針２
３の平行度検出信号を制御回路１２９を介して前記テス
トヘッド平行度調整機構１１３に入力し、テストヘッド
平行度調整機構１１３を制御することができる。

【００９３】次に、第３の実施例の作用について説明す
る。まず、テストヘッド２７を支持枠１６に設けられた
固定支持部１１１と可動支持部１１２とによって支持
し、クランプ機構１１９のエアシリンダ１２５によって
回動レバー１２３の基端部を押し上げ、当接部１２４を
支承受け体１１８の肩部１１８ａに当接し、支承受け体
１１８を介してテストヘッド２７を支持枠１６に対して
押し付けることにより、テストヘッド２７を固定する。

【００９４】一方、ウエハ載置台１５に対して半導体ウ
エハ１４を載置した状態で、ウエハ載置台１５をＸＹ方
向に移動すると、ウエハ載置台１５に搭載されたテレビ
カメラ１２８も一体にＸＹ方向に移動し、プローブカー
ド２２に配列された多数のプローブ針２３の傾きを光学
的に計測する。

【００９５】すなわち、プローブカード２２に配列され
たプローブ針２３が図１２に示すように基準線Ｏに対し
て傾いていた場合、制御回路１２９は、プローブ針２３
の最も低い位置イ点と、最も高い位置ロ点の高さを計測
し、その差Ｚ₁ を測定し、同時にイ点とロ点の距離ａを
求める。一方、テストヘッド２７を支持するテストヘッ
ド平行度調整機構１１３相互間の距離ｂは一定であるた
め、ａとｂおよびＺ₁によりＺ₂ およびθ₁ を算出す
る。

【００９６】制御回路１２９の算出結果に基づいて各テ
ストヘッド平行度調整機構１１３に制御信号が入力され
ると、各テストヘッド平行度調整機構１１３は制御回路
１２９からの指令信号によって作動する。すなわち、前
記イ点側に位置するテストヘッド平行度調整機構１１３
のモータ１５は正転し、ロ点側に位置するテストヘッド
平行度調整機構１１３のモータ１５は逆転する。したが
って、イ点側に位置するテストヘッド平行度調整機構１
１３のモータ１５の正転に伴ってスクリューロッド１１
６に螺合された支承部材１１７は上昇し、ロ点側に位置
するテストヘッド平行度調整機構１１３のモータ１５の
逆転に伴ってスクリューロッド１１６に螺合された支承
部材１１７は下降する。

【００９７】このように各テストヘッド平行度調整機構
１１３の支承部材１１７の昇降によって支承部材１１７
の支承体１１７ａに支承されたテストヘッド２７の傾き
が修正され、同時にこのテストヘッド２７に固定された
プローブカード２２のプローブ針２３の傾きを修正して
水平基準面となるステージガイド１２６に対する平行度
を保つことができる。

【００９８】なお、前記実施例によれば、制御回路１２
９の算出結果に基づいて隣り合う可動支持部１１２に位
置する両テストヘッド平行度調整機構１１３の一方を上
昇させ、他方を下降することにより、プローブカード２
２のプローブ針２３の傾きを修正したが、テストヘッド
２７の固定支持部１１１に支持された部分を基準として
可動支持部１１２を可動する場合には、その可動支持部
１１２に位置するテストヘッド平行度調整機構１１３の
みを上昇または下降することによりテストヘッド２７を
介してプローブカード２２のプローブ針２３の傾きを修
正し、水平基準面となるステージガイド１２６に対する
平行度を保つことができる。

【００９９】また、テストヘッド２７をクランプ機構１
１９によってクランプした状態で、テストヘッド平行度
調整機構１１３を上昇または下降することにより平行度
を保つように調整したが、クランプ機構１１９のクラン
プを解除した状態で、平行度を保つように調整し、その
後、クランプ機構１１９によってテストヘッド２７をク
ランプしてもよい。

【０１００】図１３は第４の実施例を示すもので、前記
実施例と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略す
る。プローブ装置本体１１の水平基準面としてのヘッド
プレート１７には被検査体平行度計測手段としての光学
系、例えばテレビカメラ１３０が設けられている。テレ
ビカメラ１３０はウエハ載置台１５に対向しており、ウ
エハ載置台１５に載置された半導体ウエハ１４の平行度
を計測するようになっている。すなわち、半導体ウエハ
１４はウエハ載置台１５に対して密着状態に固定される
が、反り等によって僅かな傾きが発生している場合があ
り、この傾きを計測し、その計測結果からテストヘッド
２７を介してプローブカード２２のプローブ針２３の傾
きを修正するようになっている。

【０１０１】前記テレビカメラ１３０は、制御手段とし
ての制御回路１２９に電気的に接続されており、水平基
準面となるステージガイド１２６に対するプローブ針２
３の平行度検出信号とともに半導体ウエハ１４の平行度
検出信号を制御回路１２９を介して前記テストヘッド平
行度調整機構１１３に入力し、テストヘッド平行度調整
機構１１３を制御することができる。

【０１０２】すなわち、ウエハ載置台１５に対して半導
体ウエハ１４を載置した状態で、ウエハ載置台１５をＸ
Ｙ方向に移動し、テレビカメラ１３０によって半導体ウ
エハ１４の複数点、例えば３カ所の平行度を測定し、そ
のときのＺの値によりθ₂ ｘとθ₂ ｙを求め、その測定
値は、半導体ウエハ１４の平行度検出信号として制御回
路１２９に入力される。

【０１０３】一方、ウエハ載置台１５に搭載されたテレ
ビカメラ１２８も一体にＸＹ方向に移動するため、第３
の実施例と同様に、プローブカード２２に配列された多
数のプローブ針２３の傾きを光学的に計測し、その測定
値は、プローブ針２３の平行度検出信号として制御回路
１２９に入力される。

【０１０４】制御回路１２０は、プローブ針２３の傾き
θ₁ と半導体ウエハ１４の傾きθ₂が入力するため、θ₁
−θ₂ を算出し、その算出結果が各テストヘッド平行
度調整機構１１３に制御信号が入力されると、各テスト
ヘッド平行度調整機構１１３は制御回路１２９からの指
令信号によって作動する。したがって、第３の実施例と
同様にテストヘッド平行度調整機構１１３の支承部材１
１７の昇降によって支承部材１１７の支承体１１７ａに
支承されたテストヘッド２７の傾きが修正され、同時に
このテストヘッド２７に固定されたプローブカード２２
のプローブ針２３の傾きを修正して水平基準面となるス
テージガイド１２６に対する平行度を保つことができ
る。

【０１０５】この実施例によれば、半導体ウエハ１４の
傾きとプローブカード２２のプローブ針２３の傾きの両
方のデータを元にテストヘッド２７を昇降させてプロー
ブ針２３の傾きを修正することができ、確実に電気的特
性を検査できるという効果がある。

【０１０６】

【発明の効果】本発明のプローブ装置は、以上説明した
構成としたので、プローブカードの製作誤差や変形や取
付けミス等によるプローブ針群の針先高さの傾きを実際
のセット状態で検出して、そのまま傾き修正を非常に簡
便且つ確実に行うことができ、セットアップが楽で且つ
プローブ針と被検査体との接触精度を向上して検査精度
のアップが図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブ装置の第１の実施例を示す要
部断面図。

【図２】同上実施例のプローブ装置の要部の平面図。

【図３】同上実施例のプローブ装置のプローブ針先高さ
検出手段としてウエハ載置台上面にセットした接触式変
位センサー並びに検出回路を示す平面図。

【図４】同上接触式変位センサーの拡大側面図。

【図５】同上実施例のプローブ装置の制御系を示すブロ
ック図。

【図６】同上実施例のプローブ装置の略全体構成を示す
一部切欠した正面。

【図７】同上実施例のプローブ装置のウエハ載置台付き
メインステージの概略的斜視図。

【図８】本発明のプローブ装置の第２の実施例を示す要
部断面図。

【図９】同上実施例のプローブ装置の概略的分解斜視
図。

【図１０】本発明のプローブ装置の第３の実施例を示す
構成図。

【図１１】同上の実施例のクランプ機構を拡大して示す
正面図。

【図１２】同上の実施例の作用説明図。

【図１３】本発明のプローブ装置の第３の実施例の作用
説明図。

【符号の説明】

１１…プローブ装置本体、１４…被検査体（半導体ウエ
ハ）、１５…ウエハ載置台、１７…ヘッドプレート、１
８…インサートリング、２２…プローブカード、２３…
プローブ針、２５，８１…カードホルダー、２７…テス
トヘッド、２８…テスタ、５１，９１…傾き修正機構、
５２，９２…ボールヒンジ機構、５３，９３…支持高さ
調整ねじ機構、５３ａ…手動調整ねじ、５３ｃ…目盛
り、５３ｄ…ダイアル操作部、５５…接触式変位センサ
ー、ａ〜ｄ…検知領域、６０…検出回路、７０…制御
系、７１…ＣＰＵ、７５…傾き修正回路、７６…ディス
プレー、９３ａ…モータ、９３ｂ…ボールねじ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−247202（ＪＰ，Ａ) 特開平４−361543（ＪＰ，Ａ) 特開平６−124982（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−179763（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/66 G01R 31/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】装置本体内の載置台に被検査体を搭載支
持して上昇させ、この上方にカードホルダーを介し位置
決めセットされたプローブカードの多数本のプローブ針
に接触させてテストヘッドと電気的に導通することによ
り該被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置にお
いて、前記プローブカードの複数箇所のプローブ針の針先をカ
メラによって確認し、そのカメラのフォーカス深度から
該複数箇所のプローブ針の針先高さを検出する検出回路
を備えたプローブ針の針先高さを検出する手段と、この
針先高さ検出結果からプローブカードのプローブ針群の
針先高さの傾き度合並びに傾き方向を演算して修正指示
を出す手段と、前記カードホルダーを支持し前記修正指
示に従って該カードホルダーの複数箇所の支持高さを調
整することにより該プローブカードのプローブ針群の針
先高さの傾きを修正する傾き修正機構を備え、前記傾き修正機構は、カードホルダーまたはインサート
リングあるいはヘッドプレートを少なくとも３点支持
し、その３箇所の支点のうち、１箇所に傾動可能に支持
するボールヒンジ機構を、残りの箇所に支持高さ調整ね
じ機構を設けたことを特徴とするプローブ装置。
【請求項２】請求項１記載のプローブ装置において、
支持高さ調整ねじ機構は、目盛り付きダイアル操作部を
持つ手動調整ねじ或いはモータオートドライブ付きボー
ルねじを用いていることを特徴とするプローブ装置。
【請求項３】装置本体内の載置台に被検査体を搭載支
持して上昇させ、この上方にカードホルダーを介し位置
決めセットされたプローブカードの多数本のプローブ針
に接触させてテストヘッドと電気的に導通することによ
り該被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置にお
いて、前記装置本体に設けられたモータによって回転するスク
リューロッド及びこのスクリューロッドに螺合され該ス
クリューロッドの回転に伴って上下動し、前記テストヘ
ッドを支承する支承部材とから構成され、前記テストヘ
ッドの傾きを調整可能なテストヘッド平行度調整機構
と、前記載置台に一体的に設けられ、ＸＹ及びＺ方向に
移動して載置台の水平基準面に対する前記プローブ針の
平行度を光学的に計測するテレビカメラからなるプロー
ブ針平行度計測手段と、このプローブ針平行度計測手段
からの検出信号によって前記テストヘッド平行度調整機
構を制御して前記テストヘッドの傾きを調整し、前記水
平基準面に対するプローブ針の平行度を保つ制御手段と
を具備したことを特徴とするプローブ装置。
【請求項４】装置本体内の載置台に被検査体を搭載支
持して上昇させ、この上方にカードホルダーを介し位置
決めセットされたプローブカードの多数本のプローブ針
に接触させてテストヘッドと電気的に導通することによ
り該被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置にお
いて、前記装置本体に設けられたモータによって回転するスク
リューロッド及びこのスクリューロッドに螺合され該ス
クリューロッドの回転に伴って上下動し、前記テストヘ
ッドを支承する支承部材とから構成され、前記テストヘ
ッドの傾きを調整可能なテストヘッド平行度調整機構
と、前記載置台に一体的に設けられ、ＸＹ及びＺ方向に
移動して載置台の水平基準面に対する前記プローブ針の
平行度を光学的に計測するテレビカメラからなるプロー
ブ針平行度計測手段と、前記載置台に対向して設置され
水平基準面に対する載置台に搭載された被検査体の平行
度を計測するテレビカメラからなる被検査体平行度計測
手段と、このプローブ針平行度計測手段および被検査体
平行度計測手段からの検出信号によって前記テストヘッ
ド平行度調整機構を制御して前記テストヘッドの傾きを
調整し、前記被検査体に対するプローブ針の平行度を保
つ制御手段とを具備したことを特徴とするプローブ装
置。