JP3173676B2 - 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】半導体デバイスの製造工程においてはウ
エハ内にＩＣチップが完成した後、各チップに分断され
てパッケージングされるが、パッケージングされる前に
不良チップを排除するためにプローブ装置とテスタを用
いてウエハ内の各チップに対して電気的測定が行われ
る。

【０００３】このプローブ装置においては、従来図１２
及び図１３に示すように例えばＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移
動可能なウエハ保持台１の上方側に、ウエハＷ内のＩＣ
チップの電極パッド配列に対応して配列されたプローブ
針１１を備えたプローブカード１２を配置し、ウエハ保
持台１を移動させてウエハＷ内のＩＣチップの電極パッ
ドとプローブ針１１とを位置合わせした後プローブ針１
１と電極パッドとを接触させ、電極パッドをプローブ針
１１とポゴピン１３などを含むコンタクトリング１４と
を介してテストヘッド１５に電気的に接触させ、例えば
ＩＣの使用速度に対応する高周波を用いて電気的測定を
行ってＩＣチップの良否を判定するようにしている。

【０００４】ところで正確な電気的測定を行うために
は、プローブ針を電極パッドに確実に接触させなければ
ならず、このため予めプローブ針に対してウエハのＩＣ
チップの電極パッドを正確に位置合わせすることが必要
である。一方テストヘッド１５内には多数の回路部品や
配線が組み込まれているため、この中にＴＶカメラ等を
設け、プローブ針の下方側にてウエハ保持台１を移動さ
せて電極パッドの位置合わせを行うことは極めて困難で
あり、従って例えばテストヘッド１５から離れた位置１
６にウエハパタ−ン検出用の光学ユニット１７を設置
し、Ｘ、Ｙ軸を移動することにより、その下方側にウエ
ハを位置させて、光学ユニット１７を介して電極パッド
を覗きながらウエハ保持台１の位置を調整して、例えば
ウエハのＸ、Ｙ、θ方向の位置合わせを行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで上述の位置合わ
せは、例えば図１３に鎖線で示すようにウエハＷの周縁
部における周方向に等間隔な４ヶ所にて行われ、従って
ウエハ保持台１の位置合わせ用の移動領域として広い領
域が必要となる。しかもテストヘッド１５は大型である
から、テストヘッド１５から外れた場所にＴＶカメラを
含む光学ユニット１７を配置してその下方側に位置合わ
せ用の領域を確保するとなると、プローブ装置が非常に
大型化してしまうという問題点があった。

【０００６】また保持台１のストロ−クが大きいために
高精度なウエハの位置合わせができないという問題もあ
った。

【０００７】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、装置全体の小型化を図るこ
とのできるプローブ装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は被検査
体保持台上に保持された被検査体の電極パッドに接触手
段を接触させ、この接触手段を介してテスタにより被検
査体の電気的測定を行うプローブ装置において、前記被
検査体保持台及び接触手段の間に進退自在に設けられ、
且つ被検査体の電極パッドの画像と接触手段の画像とを
伝送する光学系部材と、この光学系部材により伝送され
た画像を表示する画像表示手段と、を備え、前記光学系
部材は、ハ−フミラ−と反射ミラ−とを含み、電極パッ
ドの画像及び接触手段の画像の一方が前記ハ−フミラ−
の一面により反射して前記画像表示手段に伝送されると
共に、電極パッドの画像及び接触手段の画像の他方が前
記ハ−フミラ−の他面により前記反射ミラ−側に反射
し、更にこの反射ミラ−で反射され前記ハ−フミラを透
過して前記画像表示手段に伝送されるように構成された
ことを特徴とする。請求項２の発明は、プローブ装置に
おいて、前記被検査体保持台及び接触手段の間に進退自
在に設けられ、且つ被検査体の電極パッドの画像と接触
手段の画像とを伝送する光学系部材と、この光学系部材
により伝送された画像を表示する画像表示手段と、を備
え、前記光学系部材は、高解像度用光学系部材と低解像
度用光学系部材とを備えていることを特徴とする。

【０００９】請求項３の発明は、被検査体保持台上に保
持された被検査体の電極パッドに接触手段を接触させ、
この接触手段を介してテスタにより被検査体の電気的測
定を行うプローブ装置において、前記被検査体保持台及
び接触手段の間に進退自在に設けられ、被検査体の電極
パッドの画像と接触手段の画像とを伝送するための光学
系部材と、この光学系部材により伝送された画像を表示
する位置合わせ用の画像表示手段と、上面側に接触用の
面を有する透明な接触面形成体と、この接触面形成体を
接触手段に対して相対的に昇降させる昇降機構と、を設
け、前記接触手段を接触面形成体の接触用の面に接触さ
せた状態で、光学系部材により接触手段の画像を伝送す
ることを特徴とする。

【００１０】請求項４の発明は、上述の発明において、
被検査体保持台に保持された被検査体の被検査面に対し
て光学系部材を前記被検査面に平行及び直交する方向に
駆動させる駆動手段を設けたを特徴とする。

【００１１】請求項５の発明は上述の発明において、光
学系部材は、高解像度用光学系部材と低解像度用光学系
部材とを備えていることを特徴とする。

【００１２】請求項６の発明は、上述の発明において、
光学系部材により検出された被検査体の電極パッド及び
接触手段の位置データを記憶するためのメモリ部と、こ
のメモリ部に記憶されたデータに基づいて、被検査体の
電極パッドと接触手段との相互位置合わせを行うために
被検査体の位置及び平面上の角度を制御する制御部と、
を設けたことをと特徴とする。

【００１３】請求項７の発明は、前記メモリ部に記憶さ
れた接触手段先端の位置を示す像と、光学系部材により
検出された被検査体の電極パッドの像を画像表示手段上
に重畳して表示するように構成したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明では、被検査体保持台上に被検査体を保
持させて接触手段の下方側に位置させると共に、被検査
体保持台と接触手段との間に光学系部材を位置させ、こ
の光学系部材により接触手段及び電極パッドの各画像を
画像表示手段に取り込む。

【００１５】その後光学系部材を被検査体保持台上から
退避させ、接触手段と電極パッドとを接触させて電気的
測定を行う。この場合請求項３の発明のように接触面形
成体の表面に接触手段を接触させて位置合わせを行え
ば、接触手段が電極パッドに接触したと同様の状態を見
ることができるので、より精度の高い位置合わせを行う
ことができる。

【００１６】請求項４の発明では、光学系部材を、被検
査体保持台に保持された被検査体の被検査面に対して平
行（Ｘ方向及びＹ方向）に、及び直交する方向（Ｚ方
向）に駆動手段によって駆動させて被検査体全面の電極
パッドまたは接触手段全ての先端の平面位置を認識する
と共に、焦点合わせを行なうことにより接触手段の先端
の高さを認識し、被検査体の電極パッドまたは接触手段
の画像を画像表示手段に取り込む。

【００１７】請求項２または５の発明では、先ず低解像
度用光学系部材によって接触手段の全体の配列パターン
画像と、これに対応する領域における被検査体の電極パ
ッドの配列パターン画像とを伝送して電極パッドと接触
手段とのおおよその位置合わせを行い、次いで高解像度
用光学系部材によって電極パッドの画像及び接触手段の
画像を高倍率で捉えて精密な位置合わせを行なう。上記
手段により高速に、確実に、更に精度の高い位置合わせ
を行なうことができる。

【００１８】請求項６の発明では、メモリ部に接触手段
の先端の位置を全般にわたり記憶し、それに対応して被
検査体の電極パッドの検出位置デ−タをメモリ部に記憶
されている光学系部材の両光軸の補正デ−タにより、位
置補正して、制御部を介して電極パッドと接触手段との
相互位置合わせを行えば、自動的に無人にて精度の高い
位置合わせを行うことができる。

【００１９】更に請求項７の発明では、メモリ部に記憶
された接触手段の先端の位置画像を画面表示手段上にグ
ラフィック表示し、その同一画面上に対応して、被検査
体の電極パッド画像を重ねて表示させることにより、オ
ペレ−タはその画面を見ながら、電極パッドと接触手段
の先端位置を合わせることができる。

【００２０】

【実施例】図１及び図２は夫々本発明の実施例を示す縦
断側面図及び外観図である。このプローブ装置は、図１
及び図２に示すように内部に、図示しない駆動機構によ
りＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動可能なウエハ保持台２が配
置されると共に、上面の穴３にインサートリング３１が
装着された筐体３２と、前記インサートリング３１に対
して接離できるように筐体３２に対して開閉自在に取り
付けられ、図示しないテスタにケーブルを介して接続さ
れたテストヘッド３３と、プローブ装置の制御を行うた
めに筐体３２の前面側に設けられたタッチパネル３４と
を備えている。

【００２１】前記インサートリング３１内には、下面に
プローブカード３６が取り付けられたコンタクトリング
３５が嵌入して装着されており、プローブカード３６の
下面側からは複数の接触手段としてのプローブ針３７が
中心に向けて斜め下方に延伸している。

【００２２】前記ウエハ保持台２とプローブ針３７との
間の間隙には、図１、図３に示すように中央部の上下両
面に夫々開口部４１、４２を備えた筒状の保持部材４が
進退自在に設けられ、この保持部材４は、筐体３２の上
面内部側に架設された２本のガイドレール３８、３８に
両端が案内されて、プローブ針３７の下方側とウエハ保
持台２の昇降領域から外れた筐体３２の隅部との間で移
動できるように構成されている。

【００２３】この保持部材４の側端部には、当該保持部
材４内にて長さ方向に光軸が形成されるように、例えば
低倍率表示と高倍率表示との切り替えが可能な位置合わ
せ用の画像表示手段例えばカメラ４３が取り付けられる
と共に、保持部材４の中央部には、開口部４１を介して
取り込まれたプローブ針３７の画像を反射してカメラ４
３内に伝送させるようにハーフミラーＭ１が設けられて
いる。

【００２４】更に前記保持部材４内には、ハーフミラー
Ｍ１に対してカメラ４３とは反対位置でありかつカメラ
４３の光軸上に、全反射ミラーＭ２が配置されており、
この全反射ミラーＭ２は、ウエハ保持台２上のウエハＷ
の表面の画像が開口部４２を通ってハーフミラーＭ１に
て全反射ミラーＭ２側に反射した後、当該画像をハーフ
ミラーＭ１に向けて全反射する役割を持つものである。
この例ではハーフミラーＭ１及び全反射ミラーＭ２によ
り光学系部材が構成される。

【００２５】次に上述実施例の作用について述べる。先
ずウエハ保持台２上に、ＩＣチップが多数縦横に形成さ
れた被検査体としての半導体ウエハＷを保持させ、ウエ
ハ保持台２をプローブカード３６の下方側に位置させ
る。そして保持部材４をプローブ針３７とウエハＷとの
間に位置させることによりプローブ針３７の画像がハー
フミラーＭ１を介して実線矢印のようにカメラ４３内に
伝送されると共に、半導体ウエハＷの表面の画像がハー
フミラーＭ１→全反射ミラーＭ２→ハーフミラーＭ１の
経路でカメラ４３内に伝送される。

【００２６】従ってカメラ４３には、これを例えば低倍
率モードとしておくことにより図４（ａ）に示すように
全部のプローブ針３７とウエハＷ上のＩＣチップＣの各
パッドＰとの画像が表示され、また高倍率モードとする
ことにより図４（ｂ）に示すように例えば針先が５〜８
μｍのプローブ針と一辺が８０〜１００μｍの電極パッ
ドＰとが拡大されて表示される。このようにカメラ４３
で直接半導体ウエハＷ上のＩＣの各パッドに接触したプ
ローブ針を見ることにより、プローブ針が最初に接触し
た後、オーバドライブをかけられて膜を突き破ってパッ
ドに接触するまでの間の位置ズレが発生した後の、プロ
ーブ針の先端の最終接触位置が確認できるという利点が
ある。

【００２７】そしてオペレータはこれらの表示を見なが
らＩＣチップＣの電極パッドＰとプローブ針３７とが夫
々対応した位置関係となるように、即ちプローブ針の針
先が電極パッドＰの所定の領域内に位置するように図示
しない駆動機構により、Ｘ、Ｙ、θ方向にウエハ保持台
２を移動させてウエハＷの位置合わせを行う。続いて保
持部材４をガイドレール３８に沿ってプローブカード３
６の下方位置から筐体３２の隅部に（ウエハ保持台２の
昇降領域から外れた位置に）手動であるいは図示しない
駆動機構により退避させた後、ウエハ保持台２を図示し
ない駆動機構により上昇させてプローブ針３７と電極パ
ッドＰとを接触させると共に、その後コンタクトリング
３５にポゴピン３９を介してテストヘッド３３を接触さ
せ、電気的測定を行ってＩＣチップＣの良否を判定す
る。なおウエハＷの種類が前後同じであれば、テストヘ
ッド３３はコンタクトリング３５に接触したままであ
る。

【００２８】このような実施例によれば、ウエハＷをプ
ローブカード３６の下方側の測定領域に位置させた状態
でウエハＷの位置合わせを行うことができるため、測定
領域から離れた場所に位置合わせ用の領域を別途確保し
なくて済むので装置の小型化を図ることができる。そし
て測定領域から離れた場所で位置合わせを行う場合に
は、駆動機構のレールの直線性、方向について極めて高
い精度が要求されるが、上述実施例ではこのような点を
考慮しなくてよいので高精度を保証する機構設計上有利
である。

【００２９】また同一の光学系部材によりウエハＷとプ
ローブ針３７の各位置を同時に検出できるので、保持部
材４の停止位置精度を確保しなくてよい。

【００３０】更に図５に示すように、保持部材４の中央
部上面における光軸上にプローブ針３７の針立て領域を
包括するに十分な大きさの接触面形成体をなすガラス板
５を、保持部材４に配置された昇降機構５１により昇降
自在に設けてもよい。このように構成すれば、ガラス板
５を上昇させてプローブ針３７をガラス板５の表面（接
触面形成体）に押し付けることにより、プローブ針３７
が撓んでその針先が当該表面に沿って横ずれするため、
ウエハＷをプローブ針３７に対してオーバドライブ（ウ
エハＷをプローブ針３７に接触した後更にわずかに上昇
させること）する場合と同様の状態を実現させることが
でき、従ってより一層精度の高い位置合わせを行うこと
ができる。なお、ガラス板５を昇降させる場合保持部材
４全体を昇降させてもよい。

【００３１】更にまたＩＣチップを１個づつ測定する代
わりに複数個例えば１０個以上同時に測定する場合にも
適用することができ、この場合には例えば図６に示すよ
うに、プローブ針３７の針立て領域に見合う大きさに開
口部４１、４２を形成し、ハーフミラーＭ１が針立て領
域に対応する領域内を例えばレール６１に沿って水平に
移動できるようにハーフミラーＭ１の移動機構６を保持
部材４上に設けるようにすればよい。

【００３２】また複数個例えば１０個以上同時に測定す
る場合の他の実施例として、低倍率のＴＶカメラあるい
はＣＣＤカメラなどの画像表示手段４３を用いて、ハー
フミラーＭ１に反射されるプローブ針３７の針立て領域
全域を一画面として撮像した後、高倍率のＴＶカメラあ
るいはＣＣＤカメラなどの画像表示手段４３に切り替え
て上記の針立て領域内の特定箇所例えば第１番目のプロ
ーブ針を一画面として撮像する手法を用いることにより
ハーフミラーＭ１の移動なく位置合わせの画像を取り込
むことができる。

【００３３】そして画像表示手段としては、カメラに限
られるものではなく、例えば顕微鏡などであってもよい
し、画像表示手段は保持部材４に取り付けずに筐体３２
側に固定してもよい。

【００３４】そしてまたミラーの配置や光路の形成につ
いては上述実施例に限定されるものではないし、ミラー
を用いずに例えば２本の光ファイバによりプローブ針と
ウエハ表面の画像を画像表示手段に取り込むようにして
もよい。

【００３５】更に光学系部材を保持する保持部材につい
ては、上述実施例のようにガイドレールにより直線的に
移動する代りに、保持部材の端部を支点として回動によ
りプローブカードの下方側に進入し、あるいはそこから
退避するように動作させるように構成してもよい。

【００３６】次に本発明の他の実施例について述べる。
図７〜図１０は、夫々先の実施例で説明した接触手段例
えばプロ−ブ針と被検査体との間に設けられた光学系部
材の他の例及びその光学系部材に関連する装置構成を説
明するための説明図であり、図７は上から（プローブ針
側から）見た図、図８及び図９は各々横から見た図であ
る。本実施例に係るプローブ装置は図７に示すように被
検査体の電極パッドの画像とプロ−ブ針の画像とを伝送
する光学系部材７と、この光学系部材７により伝送され
た画像を表示する画像表示手段であるカメラ４３、ＣＲ
Ｔディスプレイ４４と、このＣＲＴディスプレイ４４に
表示されたウエハＷの電極パッド及びプローブ針３７の
位置データを記憶するためのメモリ部７４と、このメモ
リ部７４に記憶されたデータに基づいてプローブ針３７
に対する電極パッドの相対位置を制御する制御部７５と
を備えると共に、図１０に示すように光学系部材７１を
ウエハＷに対して平行に、及び直交する方向に駆動させ
る駆動手段８とを備えている。

【００３７】前記光学系部材７は高解像度用光学系部材
７１と低解像度用光学系部材７２とが横に並べて配列さ
れており、高解像度用光学系部材７１は例えば図８に示
すように上段にプローブ針３７の画像光路を形成するレ
ンズＬ１、全反射ミラーＭ３、レンズＬ２、シャッタＳ
１及び全反射ミラーＭ４をこの順に配置すると共に、下
段にウエハＷの画像光路を形成するレンズＬ３、全反射
ミラーＭ５及びシャッタＳ２をこの順に配置し、更にシ
ャッタＳ２の光路下流側にはプローブ針３７の画像及び
ウエハＷの画像の共通光路を形成するビームスプリッタ
Ｂ１及びレンズＬ４をこの順に配置して構成されてい
る。

【００３８】また低解像度用光学系部材７２は例えば図
９に示すように上段にプローブ針３７の画像光路を形成
する全反射ミラーＭ６及びシャッタＳ３及び全反射ミラ
ーＭ８をこの順に配置すると共に、下段にウエハＷの画
像光路を形成する全反射ミラーＭ７及びシャッタＳ４を
この順に配置し、更にシャッタＳ４の光路下流側にはプ
ローブ針３７の画像及びウエハＷの画像の共通光路を形
成するビームスプリッタＢ２、レンズＬ５及び全反射ミ
ラーＭ９をこの順に配置して構成されている。

【００３９】更に、高解像度用光学系部材７１のレンズ
Ｌ４と低解像度用光学系部材７２の全反射ミラーＭ９の
光路下流側には高解像度用光学系部材７１及び低解像度
用光学系部材７２より伝送される画像の共通光路を形成
するビームスプリッタＢ３、レンズＬ６、ビームスプリ
ッタＢ４及びレンズＬ７がこの順に配置されると共に、
ビームスプリッタＢ４の上方には例えばランプＬ、レン
ズＬ８及び全反射ミラーＭ１０より構成されている光源
部７３が配置されている。即ちこの例では高解像度用光
学系部材７１、低解像度用光学系部材７２、ビームスプ
リッタＢ３、レンズＬ６、ビームスプリッタＢ４、レン
ズＬ７及び光源部７３により光学系部材７が構成され
る。

【００４０】そして、低解像度用光学系部材７２につい
ては例えばプローブ針３７全体の画像と、このプローブ
針３７全体に対応する被検査体の領域の画像とが後述の
画像表示手段４３、４４に表示されるように倍率が設定
され、また高解像度用光学系部材７１については例えば
プローブ針３７の一部例えば１本あるいは数本のみを拡
大して、かつこれに対応する被検査体の領域の画像を拡
大して見ることができるように倍率が設定されている。

【００４１】また高解像度用光学系部材７１及び低解像
度用光学系部材７２の各々について、ウエハＷ上のパタ
ーン画像を伝送する光学系とプローブ針３７の針先の画
像を伝送する光学系とは、光軸のＸ、Ｙ方向の位置が互
に一致し、かつ結像の方向（θ方向）が一致するように
設定されている。

【００４２】前記カメラ４３はレンズＬ７の光路下流側
に配置されている。そしてこの例ではカメラ４３に表示
された画像を映し出してオペレータにより見ることがで
きるようＣＲＴディスプレイ４４が設けられている。ま
た例えば二値化処理された画像データを記憶するための
メモリ部７４が設けられており、カメラ４３により検出
された画像デ−タは制御部７５によりデ−タ処理し、メ
モリ部７４に記録される。また制御部７５により判断処
理されて、ウエハ保持台２をＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に駆動
する。

【００４３】前記駆動手段８は、図１０に示すように図
示しない駆動モ−タ、及びボ−ルネジ機構よりなるＸ方
向駆動機構８１、Ｙ方向駆動機構８２及び図示しないＺ
方向駆動機構より構成されている。そして光学系部材７
はＸ方向駆動機構８１により保持部材４に設置されたガ
イドに沿ってＸ軸方向に約１００ｍｍ以上移動でき、ま
たＹ軸方向駆動機構８２によりプロ−ブ針３７の位置を
中心としてガイド３８に沿ってＹ軸方向に±５０ｍｍ以
上移動する他に、図１に示す実施例と同様に筐体３２の
隅部のホ−ムポジションまで移動退避できる。

【００４４】前記メモリ部７４は光学系部材７の高解像
度用光学系部材７１及び低解像度用光学系部材７２を介
してカメラ４３に伝送されるＩＣチップの電極パッド及
びプローブ針３７についての位置データ、即ちプローブ
針３７の全体の配列パターン画像、プローブ針３７の拡
大画像、ＩＣチップの全体画像及びＩＣチップの電極パ
ッドの拡大画像を画像データとして記憶するためのもの
である。

【００４５】前記制御部７５は、前記メモリ部７４に記
憶されたＩＣチップの電極パッド及びプローブ針３７の
位置データに基づいて、ウエハ保持台２の駆動機構７６
に制御信号を与えてプローブ針３７に対するＩＣチップ
の電極パッドの相対位置を制御する機能を有する。

【００４６】次に上述実施例の作用について述べる。先
ず、駆動手段８により光学系部材７の低解像度用光学系
部材７２の全反射ミラーＭ６をプローブ針３７の下方に
位置させると共に、シャッタＳ３及びＳ４を夫々開状態
及び閉状態にし、更に光源部７３のランプＬをＯＮにす
ることによってプローブ針３７全体の配列パターン画像
が全反射ミラーＭ６→シャッタＳ３→全反射ミラーＭ８
→ビームスプリッタＢ２→レンズＬ５→全反射ミラーＭ
９→ビームスプリッタＢ３→レンズＬ６→ビームスプリ
ッタＢ４→レンズＬ７の経路で伝送されてカメラ４３に
より検出される。そしてこれらのプロ−ブ針３７のうち
の特定ピンを認識し、これらの特定ピンの位置を正確に
検出するために次の通り高解像度用光学系部材７１を使
用する。

【００４７】駆動手段８により光学系部材７の高解像度
用光学系部材７１のレンズＬ１をプローブ針３７の下方
に位置させると共に、シャッタＳ１及びＳ２を夫々開状
態及び閉状態にし、レンズＬ１の焦点を特定のプローブ
針３７の針先に合わせることによって、プローブ針３７
の拡大画像がレンズＬ１→全反射ミラーＭ３→レンズＬ
２→シャッタＳ１→全反射ミラーＭ４→ビームスプリッ
タＢ１→レンズＬ４→ビームスプリッタＢ３→レンズＬ
６→ビームスプリッタＢ４→レンズＬ７の経路で伝送さ
れてカメラ４３に検出されて、プロ−ブ針のうちの特定
ピンの画像データとしてメモリ部７４内に記憶される。

【００４８】次いでプローブ針３７側のシャッタＳ３を
閉じ、ウエハ側のシャッタＳ４を開くことによって、ウ
エハＷ表面の画像（ＩＣチップ全体の画像即ち電極パッ
ドの配列パターンの画像）が全反射ミラーＭ７→シャッ
タＳ４→ビームスプリッタＢ２→レンズＬ５→全反射ミ
ラーＭ９→ビームスプリッタＢ３→レンズＬ６→ビーム
スプリッタＢ４→レンズ７の経路で伝送されてカメラ４
３により検出された低解像度のウエハＷの表面を検出す
ることにより、特定ピンに対応する特定パッドを認識す
る。この特定パッドの位置を正確に検出するために次の
通り高解像度用光学系部材７１を使用する。

【００４９】光学系部材７の高解像度用光学系部材７１
のレンズＬ３をプローブ針３７に対応させるウエハＷの
上方に位置させると共に、プローブ針３７側のシャッタ
Ｓ１を閉じ及びウエハＷ側のシャッタＳ２を開き、更に
レンズＬ３の焦点をウエハＷ表面に合わせることによっ
てウエハＷの特定の電極パッドの拡大画像がレンズＬ３
→全反射ミラーＭ５→シャッタＳ２→ビームスプリッタ
Ｂ１→レンズＬ４→ビームスプリッタＢ３→レンズＬ６
→ビームスプリッタＢ４→レンズ７の経路で伝送されて
カメラ４３を介してＣＲＴディスプレイ４４上に表示さ
れると共に画像データとしてメモリ部７４内に記憶され
る。

【００５０】そして、このウエハＷの電極パッドの配列
パターン画像データと先述のプローブ針３７全体の配列
パターン画像データとに基づいて、プローブ針３７の配
列方向と電極パッドの配列方向とが対応するように、制
御部７５によりウエハ保持台２の駆動機構７６に制御信
号を与えてウエハ保持台２をθ回転駆動させる。

【００５１】そして、このウエハＷの電極パッドの画像
データと先述のプローブ針３７の針先の画像データとに
基づいて、プローブ針３７の針先位置と電極パッドの位
置とが対応するように制御部７５によりウエハ保持台２
の駆動機構７６に制御信号を与えてウエハ保持台２をＸ
方向及びＹ方向に駆動させる。

【００５２】ここでプローブ針３７の針先やウエハＷ表
面に対する光学系部材７の焦点合わせについては、カメ
ラ４３で捉えたプロ−ブ針３７の針先画像の明るさを検
出して光学系部材７の高さを自動設定し、更にカメラ４
３で捉えたウエハＷ面上のパタ−ン像の明るさを検出し
てウエハ保持台２の駆動機構をＺ方向に位置制御する。
あるいは光学系部材７の高さ設定については、焦点が合
う高さ位置を予め把握しておいて、その位置で停止する
ような機械的検出手段を用いてもよい。

【００５３】機械的検出手段を用いる場合には例えば光
学系部材７に導電プレートを取り付け、Ｚ駆動機構８３
により光学系部材７を上昇させてプローブ針３７の針先
が導電プレートに接触されたことを認識し、光学系部材
７の上昇を停止させるように構成すればよい。この場合
導電プレートの取り付け位置は、導電プレートがプロー
ブ針３７に接触したときにプローブ針３７の針先の焦点
が合う位置に設定される。導電プレートと針先との接触
を認識する方法としては、コンタクトチェックのデータ
をテスタ側で検出するコンタクトチェック方式や、プロ
ーブカードの特定ピンをオープンにしておいて接触時に
グランドに落として検出するニードルセンサ方式、ある
いはプローブカードの特定ピンに高周波信号を印加して
接触時にこの信号が大幅に増幅されたことを検出するタ
ッチセンサ方式などを用いることができる。またウエハ
表面に対する焦点合わせについても、例えば容量ギャッ
プセンサなどを用い、このセンサからの信号により駆動
手段８の図示しないＺ方向駆動機構又はウエハ保持台２
のＸ、Ｙ、Ｚ、θ駆動機構７６を制御して光学系部材７
の焦点が合うように設定すればよい。

【００５４】そして本実施例においては、高解像度用光
学系部材７１のレンズＬ１、ミラ−Ｍ３とレンズＬ３、
ミラ−Ｍ５との光軸は一般的にはズレており、また低解
像度用光学系部材７２の全反射ミラーＭ６とＭ７との光
軸がズレている場合には、予めその光軸のズレ量を検出
しておいてメモリ部７４内に記憶させ、これら光軸のズ
レ量を考慮して制御部７５によりウエハ保持台２の駆動
機構７６を駆動させ、プローブ針３７と電極パッドとの
Ｘ、Ｙ方向の位置合わせを行わなければならない。更に
高解像度用光学系部材７１及び低解像度用光学系部材７
２の各々について針先側とウエハ側との結像方向にズレ
がある場合には、そのズレ分についても予めメモリ部７
４内に記憶させておき、θ方向の位置合わせのときに結
像方向のズレ分を補正しなければならない。

【００５５】この時のＣＲＴディスプレイ４４上に表示
される電極パッドとプロ−ブ針との位置合わせ画像は図
１１（ａ）、（ｂ）に示す通りである。図１１（ａ）及
び図１１（ｂ）は夫々低解像度用光学系部材７２よりの
画像及び高解像度用光学系部材７１よりの画像を示す図
であり、また図１１（ａ）及び（ｂ）中Ｐ１〜Ｐ４は特
定パットであり、３７（１）〜３７（４）は特定ピンで
ある。なお特定ピンの位置はメモリデ−タであるため単
にクロスマ−クである。

【００５６】また上述の光軸のズレ量や結像方向のズレ
量については、例えばプローブカード３６及びウエハ保
持台２上の対応する位置に印された基準マークの画像
を、画像表示手段７４に取り込むことによって求めるこ
とができる。

【００５７】本実施例によればカメラ４３に表示された
プローブ針３７及び電極パッドの位置データをメモリ部
７４に記憶させ、この記憶されたデータに基づいて制御
部７５を介してプローブ針３７と電極パッドとの相互位
置合わせを行なうようにしているので、精度の高い位置
合わせを自動で行なうことができる。

【００５８】なお、本実施例の低解像度用光学系部材７
２には対物レンズを設けていないが、低解像度用光学系
部材７２に対物レンズを設けた場合の焦点合わせは上述
の手段を用いて行なうことができる。

【００５９】また、本実施例において、低解像度用光学
系部材７２のシャッタＳ１及びシャッタＳ２をともに開
状態にしてプローブ針３７全体の配列パターン画像及び
ウエハＷの表面の画像をカメラ４３をとうして、ＣＲＴ
ディスプレイ上に表示し、また高解像度用光学系部材７
１のシャッタＳ３及びシャッタＳ４をともに開にしてプ
ローブ針３７の針先の画像及びウエハＷの電極パッドの
画像をカメラ４３を介してＣＲＴディスプレイ４４上に
表示し、これらの画像を見ながらオペレータがウエハ保
持台２を操作してプローブ針３７と電極パッドとの相互
位置合わせを行なうようにしてもよい。

【００６０】但しこの場合には高解像度用光学系７１の
レンズＬ１とＬ３の光軸のズレが物理的に正確に補正調
整されていなければならない。

【００６１】なお、接触手段としては、プローブ針に限
定されるものではなく、例えば導電性ゴムよりなる接触
子などであってもよいし、また被検査体としてはＬＣＤ
基板などであってもよい。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、被検査体保持台と接触
手段との間に位置する光学系部材により被検査体の電極
パッドと接触手段との各画像を得ているため、被検査体
を測定領域に位置させながら被検査体の位置合わせを行
うことができ、従って別途位置合わせ専用の領域を確保
しなくてよいので、従来に比べて装置を大幅に小型化す
ることができる。また被検査体の駆動ステ−ジのＸＹス
トロ−クが短くなるので、機構的精度が大幅に向上す
る。

【００６３】請求項３の発明によれば、接触面形成体の
表面に接触手段を接触させて位置合わせを行うため、接
触手段が電極パッドに接触したと同様の状態を見ること
ができるので、より精度の高い位置合わせを行うことが
できる。

【００６４】請求項４の発明によれば光学系部材を被検
査体の被検査面に対して平行及び直交する方向に駆動さ
せる駆動手段によって接触手段の全面にわたり平面位置
に対応させると共に、焦点合わせを行なうことができる
ので、大型被検査体又は同測テスト用被検査体に対応す
る大面積の接触手段の先端を正確に、且つ高精度に検出
できる。更に上記の大型接触手段の先端と対向する電極
パッドを高精度に位置合わせをすることができる。同測
テストとは同時に複数の検査体を検査することを指し、
此の場合その検査メッリットが非常に大きい。

【００６５】請求項１または５の発明によれば、低解像
度用光学系部材及び高解像度用光学系部材を用いて、接
触手段及び被検査体の電極パッドの広い領域と狭い領域
とを捉えることができるので、適切な検出シ−ケンスに
従い、高速に、正確に又精度の高い位置合わせを行なう
ことができる。

【００６６】請求項６の発明によれば、メモリ部内に記
憶された被検査体の電極パッド及び接触手段の位置デー
タに基づき、制御部を介して電極パッドと接触手段との
相互位置合わせを行なうので、光学系部材の誤差を補正
して精度の高い位置合わせを自動で行うことができる。

【００６７】請求項７の発明によれば、メモリされてい
る接触手段の先端位置デ−タをもとにして適切な画像処
理に従い大型の被検査体に対しても、オペレ−タはＣＲ
Ｔ画面上で容易に位置合わせ操作をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断側面図である。

【図２】本発明の実施例の外観を示す外観斜視図であ
る。

【図３】本発明の実施例の要部を示す平面図である。

【図４】電極パッドとプローブ針との画像を示す説明図
である。

【図５】本発明の他の実施例の要部を示す縦断側面図で
ある。

【図６】本発明の更に他の実施例の縦断側面図である。

【図７】本発明の更にまた他の実施例の光学系部材及び
この光学系部材に関連する装置構成を説明するための説
明図である。

【図８】図７の光学系部材の高解像度用光学系部材の側
面図である。

【図９】図７の光学系部材の低解像度用光学系部材の側
面図である。

【図１０】光学系部材の一例の駆動手段を示す斜視図で
ある。

【図１１】ＣＲＴディスプレイ上に表示される電極パッ
ドとプロ−ブ針との位置合わせ画像を示す説明図であ
る。

【図１２】従来のプローブ装置を示す縦断側面図であ
る。

【図１３】従来のプローブ装置を概略的に示す平面図で
ある。

【符号の説明】

２ ウエハ保持台 ３２ 筐体 ３３ テストヘッド ３６ プローブカード ３７ プローブ針 ４ 保持部材 ４３ カメラ ７ 光学系部材 ７１ 高解像度用光学系部材 ７２ 低解像度用光学系部材 ７４ メモリ部 ７５ 制御部 ８ 駆動手段 Ｍ１ ハーフミラー Ｍ２ 全反射ミラー Ｗ 半導体ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/66 G01R 1/073 G01R 31/26

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査体保持台上に保持された被検査体の
   電極パッドに接触手段を接触させ、この接触手段を介し
   てテスタにより被検査体の電気的測定を行うプローブ装
   置において、 前記被検査体保持台及び接触手段の間に進退自在に設け
   られ、且つ被検査体の電極パッドの画像と接触手段の画
   像とを伝送する光学系部材と、 この光学系部材により伝送された画像を表示する画像表
   示手段と、を備え、前記光学系部材は、ハ−フミラ−と反射ミラ−とを含
   み、電極パッドの画像及び接触手段の画像の一方が前記
   ハ−フミラ−の一面により反射して前記画像表示手段に
   伝送されると共に、電極パッドの画像及び接触手段の画
   像の他方が前記ハ−フミラ−の他面により前記反射ミラ
   −側に反射し、更にこの反射ミラ−で反射され前記ハ−
   フミラを透過して前記画像表示手段に伝送されるように
   構成された ことを特徴とするプロ−ブ装置。
2. 【請求項２】 被検査体保持台上に保持された被検査体
   の電極パッドに接触手段を接触させ、この接触手段を介
   してテスタにより被検査体の電気的測定を行うプローブ
   装置において、 前記被検査体保持台及び接触手段の間に進退自在に設け
   られ、且つ被検査体の電極パッドの画像と接触手段の画
   像とを伝送する光学系部材と、 この光学系部材により伝送された画像を表示する画像表
   示手段と、を備え、 前記光学系部材は、高解像度用光学系部材と低解像度用
   光学系部材とを備えていることを特徴とする プローブ装
   置。
3. 【請求項３】 被検査体保持台上に保持された被検査体
   の電極パッドに接触手段を接触させ、この接触手段を介
   してテスタにより被検査体の電気的測定を行うプローブ
   装置において、 前記被検査体保持台及び接触手段の間に進退自在に設け
   られ、被検査体の電極パッドの画像と接触手段の画像と
   を伝送するための光学系部材と、この光学系部材により
   伝送された画像を表示する画像表示手段と、 上面側に接触用の面を有する透明な接触面形成体と、 この接触面形成体を接触手段に対して相対的に昇降させ
   る昇降機構と、 を設け、 前記接触手段を接触面形成体の接触用の面に接触させた
   状態で、光学系部材により接触手段の画像を伝送するこ
   とを特徴とするプローブ装置。
4. 【請求項４】 被検査体保持台に保持された被検査体の
   被検査面に対して光学系部材を前記被検査面に平行及び
   直交する方向に駆動させる駆動手段を設けたことを特徴
   とする請求項１、２または３記載のプローブ装置。
5. 【請求項５】 光学系部材は、高解像度用光学系部材と
   低解像度用光学系部材とを備えていることを特徴とする
   請求項１、３または４記載のプローブ装置。
6. 【請求項６】 光学系部材により検出された被検査体の
   電極パッド及び接触手段の位置データを記憶するための
   メモリ部と、 このメモリ部に記憶されたデータに基づいて、被検査体
   の電極パッドと接触手段との相互位置合わせを行うため
   に、被検査体の位置及び平面上の角度を制御する制御部
   と、 を設けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
   に記載のプローブ装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載のメモリ部に記憶された接
   触手段先端の位置を示す像と、光学系部材により検出さ
   れた被検査体の電極パッドの像を画像表示手段上に重畳
   して表示するように構成したことを特徴とする請求項６
   記載のプロ−ブ装置。