JP4589710B2 - プローバ - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネル、集積回路等の平板状の検査対象物を、高温下で検査するプローバに関する。

半導体デバイスの製造工程でウェハ表面に形成された多数の半導体デバイスは、プローバによって検査される。ウェハ表面の多数の半導体デバイスの各電極パッドにプローバのプローブカードの探針を接触させて、試験信号を印加し、それによる出力信号を検出して、正常に動作するか否かを検査する。

このプローバは、真空吸着等によりウェハを保持するチャック機構と、このチャック機構の上方に配設されて半導体デバイスの電極パッドに対応した数の探針を備えたプローブカードとを備えている。上記チャック機構はＸＹＺθステージで支持されており、このＸＹＺθステージでチャックをＸＹＺ方向に適宜移動させ、また適宜回転させて、チャック機構に保持されたウェハの半導体デバイスの各電極とプローブカードの探針とを位置合わせする。次いで、これらを互いに接触させて、上記検査が行われる。

上記検査においては、半導体デバイスの耐久試験等の必要性から、上記ウェハの半導体デバイスを、例えば１５０℃に加熱した状態で、試験、測定されることがある。上記ウェハの半導体デバイスの加熱は、上記チャック機構内に備えられた加熱装置によって行われる。

このようなプローバでは、上記チャック機構に対向して配置されたプローブカードが、上記加熱装置によって加熱されたチャック機構からの輻射熱により熱膨張を起こす。これにより、周囲をカード保持具で固定された上記プローブカードは、全体が反るように変形してしまう。このため、プローブカードの探針の位置がずれて接触不良を起こして精度の良い試験測定が行えなかったり、逆に探針と電極パッドとが強く接触し過ぎて電極パッドが損傷したりする等の問題がある。

この問題を解決する手段として、プローブカード側にヒーターを設けたものが提案されている。特許文献１では、プローブカードを保持するカード保持具にヒーターと温度センサが設けられている。これらヒーター及び温度センサは温度制御用電力供給装置に接続され、温度センサで測定した温度を基に温度制御用電力供給装置がヒーターに供給する電力を制御している。
特開２００１−３１９９５３号公報

特許文献１のプローバでは、温度センサで測定した温度を基にヒーターに供給する電力を制御して、プローブカードの温度を調整しているが、この場合、高精度の測定が難しい。プローブカードを過熱するには時間がかかる。特に、上記従来のプローバにように、カード保持具を直接的に加熱してプローブカードを間接的に加熱する場合は、プローブカード全体を所定温度に加熱するのに相当の時間がかかってしまう。これにより、探針の位置を正確に制御することが難しくなる。この結果、探針の位置が例えば数十μｍずれて、探針と電極とが十分に接触しなかったり、接触しすぎたりして、測定精度の悪化、電極パッドの損傷を招くおそれがある。

また、上記タイムラグを考慮してプローブカードの加熱制御をすると、検査作業中に温度が下がったプローブカードを元の温度まで加熱するのに時間がかかり、検査作業の効率化を図ることができない。

本発明は、検査中のプローブカードの変形を抑えると共に変形した場合もそれを吸収して、測定精度を高く維持した状態で検査作業の効率化を図ったものである。このため、本発明に係るプローバは、検査対象物に接触して検査を行うプローブ針を備えたプローブカードを有すると共に、ステージ上に上記検査対象物を載置して加熱し、当該ステージを上昇させて上記検査対象物を上記プローブ針と接触させて検査するプローバであって、上記プローブカードの上側面及び下側面の両方に複数設けられて当該プローブカードの上側面及び下側面の両方の温度を測定する温度センサと、上記プローブカードの熱変形によるプローブ針の変位量を検出する変位量検出部と、上記温度センサで検出した上記プローブカードの上側面及び下側面の両方の温度及びその温度に応じて上記プローブカードが熱変形したときの上記変位量検出部で検出した上記プローブ針の変位量をパラメータに組み込んで上記ステージの高さを補正する補正部とを備え、上記補正部が、検査作業開始及び上記プローブカードの交換に伴って、上記パラメータを作成し直す初期設定モードと、当該初期設定モードで設定されたパラメータに基づいて上記ステージの高さを補正する初期補正モードと、検査中であって上記ステージが下げられて上記プローブ針と上記検査対象物とが離されたときに上記変位量検出部で検出したプローブ針の変位量を基に、上記ステージの高さを微調整する検査中補正モードとを有することを特徴とする。

上記構成により、上記温度センサで検出した上記プローブカードの温度と、上記変位量検出部で検出した上記プローブ針の変位量とを基に作成したパラメータで上記ステージの高さを補正するため、プローブ針を検査対象物に正確に接触させることができる。検査作業開始に伴ってパラメータの作成が必要な際や、検査対象物の違いに応じてプローブカードを交換した際には、上記補正部の上記初期設定モードに切り替える。これにより、検査対象物の検査工程が再現されて、上記温度センサで検出した上記プローブカードの温度と、上記変位量検出部で検出した上記プローブ針の変位量とを基に新たにパラメータが作成される。次いで、実際の検査対象物の検査の際に、この新たなパラメータを基に、上記ステージの高さが補正される。一方、上記ステージは、検査中の種々の条件の違いによってプローブ針の変位量が僅かにずれることがあるため、そのズレを補正する。即ち、検査中で、上記ステージが下げられてプローブ針と検査対象物とが離されたときに上記変位量検出部でプローブ針の変位量を検出し、設定位置からのズレ量に応じて上記パラメータを補正する。これにより、上記ステージの高さを微調整する。

上記補正部は、上記温度センサで測定した上記プローブカードの上側面及び下側面の温度に代えて上記プローブカードの上側面と下側面の温度差又は上記温度及び温度差の両方をパラメータに組み込んで補正することが望ましい。

上記プローブ針の変位は、熱による上記プローブカードの撓みが原因であるため、上記プローブカードの温度をパラメータに組み込んで補正する。このとき、上記プローブカードの熱による撓みとしては、当該プローブカード全体の熱膨張によるものと、上下両側面の膨張率の違いによるものとがある。当該プローブカード全体の熱膨張によるものは、プローブカードの周囲がカードホルダーに固定されているためである。プローブカードが熱膨張しても、その周囲がカードホルダーで固定されていれば、プローブカードは撓むしかない。また、上側面と下側面の温度に差が生じれば、上側面と下側面とで膨張率に違いが生じてプローブカードが撓んでしまう。このため、これら上記プローブカードの温度又は温度差の一方又は両方をパラメータに組み込んで、Ｚ軸制御部によるＸＹＺθステージのステージＺ軸モータの制御量を補正する。

上記プローバには、上記プローブカードを加熱する加熱装置を備えることが望ましい。

この構成により、上記プローブカードは、上記ステージ側からの輻射熱と共に加熱装置によって加熱される。これにより、上記プローブカードが短時間で設定温度に加熱されて、それ以上の温度変化を抑えて、プローブカードの変形を抑える。

以上のように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

上記温度センサで検出した上記プローブカードの温度と、上記変位量検出部で検出した上記プローブ針の変位量とを基に作成したパラメータで上記ステージの高さを補正して、プローブ針を検査対象物に正確に接触させるため、測定精度を向上させることができる。

また、プローブカードが熱変形してプローブ針が変位しても、上記補正部による補正によってプローブ針を検査対象物に正確に接触させることができるため、プローブカードが設定温度に戻るまで待つ必要がなくなると共にプローブ針の破損を防止でき、検査作業の効率化を図ることができる。

上記プローブカードの温度又は温度差の一方又は両方に基づいてパラメータを作成するため、種々の条件の違いに応じた設定で上記ステージの高さを補正することができる。

検査開始時やプローブカードを交換した際に、上記補正部の上記切り替え処理機能によって、検査対象物の検査工程を再現して、新たに上記プローブカードの温度と上記プローブ針の変位量とを検出し、これらを基に新たにパラメータを作成するため、新たなプローブカードに対して、上記ステージの高さを正確に補正することができる。

検査中で、ステージが下げられてプローブ針と検査対象物とが離されたときに上記変位量検出部でプローブ針の変位量を検出し、設定位置からのズレ量に応じて上記パラメータを補正して、上記ステージの高さを微調整するため、測定精度を向上させることができる。

また、上記加熱装置によってプローブカードを加熱することで、上記プローブカードが短時間で設定温度に加熱され、それ以上の温度変化が抑えられて、プローブカードの変形が抑えられるため、上記補正部と相まって、測定精度を向上させることができると共に、検査作業の効率化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態に係るプローバについて、添付図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係るプローバの制御機能を示すブロック図、図２は本実施形態に係るプローバの全体構成を示す概略正面図、図３は本実施形態に係るプローバを示す平面図、図４は本実施形態に係るプローバのプローブカードを示す正面断面図（図３のIII−III線矢視断面図）、図５は本実施形態に係るプローバのプローブカードを示す平面図、図６は本実施形態に係るプローバのプローブカードを示す正面図、図７は本実施形態に係るプローバのプローブカードの熱膨張による撓みを示す模式図である。

本実施形態のプローバ１は、図２に示すように主に、本体２と、ＸＹＺθステージ３と、チャック４と、プローブカード５と、カードホルダー６とから構成されている。

本体２は、ＸＹＺθステージ３、プローブカード５等を支持するための部材であり、主に下部ベース７と、上部ベース８と、これら下部ベース７及び上部ベース８の間を支持する支柱９とを備えて構成されている。上部ベース８の中央には円形の開口８Ａが設けられている。この開口８Ａの内周縁の上側には、カードホルダー６を取り付けるための嵌合凹部８Ｂが設けられている。

ＸＹＺθステージ３は、チャック４のＸＹＺ軸方向への移動と、回転とを制御するためのステージである。このＸＹＺθステージ３は、検査時等の種々の条件に応じて、チャック４をＸＹＺ軸方向に移動させ、設定角度だけ回転させる。ＸＹＺθステージ３には、チャック４をＸＹＺ軸方向へ移動させるステージＸ軸モータ、ステージＹ軸モータ、ステージＺ軸モータ及びチャック４を回転させるステージ回転モータ(いずれも図示せず)がそれぞれ設けられている。これらのモータが個別に制御されて、チャック４がＸＹＺ軸方向に設定量だけ移動され、また設定角度だけ回転される。

チャック４は、ウェハ１１を真空吸着等の手段で保持するための機構である。チャック４の内部には加熱装置 (図示せず)が設けられている。このチャック４は、ウェハ１１を支持した状態で、上記ＸＹＺθステージ３によってＸＹＺ軸方向及び回転方向に適宜動かされる。

プローブカード５は、プローブ針１２を支持するための部材である。プローブカード５は、図２〜図６に示すように、円盤状の配線基板１３と、円盤状のセラミック基板１４とから構成されている。

配線基板１３は、プローブ針１２の信号線等を配設すると共に、カードホルダー６に取り付けられてプローブカード５全体を支持するための部材である。配線基板１３には、複数の温度センサ１６が設けられている。この温度センサ１６は、配線基板１３の上側面のうち周縁近傍に等間隔に４つと、中央に１つの合計５つ設けられている。配線基板１３の下側面には、周縁近傍に等間隔に４つの温度センサ１６が設けられている。さらに、配線基板１３の周縁部には、等間隔に４つのネジ穴１７が設けられている。このネジ穴１７によって、配線基板１３がカードホルダー６に固定される。配線基板１３には、テスターランド１８も適宜設けられている。

セラミック基板１４は、プローブ針１２を支持するための部材である。セラミック基板１４は、その上側面が配線基板１３の下側面に一体的に設けられている。セラミック基板１４の下側面には、多数のプローブ針１２が取り付けられている。このプローブ針１２は、ウェハ１１上に形成された半導体デバイスの電極パッド(図示せず)に対応した位置に設けられている。このプローブ針１２が、ＸＹＺθステージ３で制御されたチャック４の上側面に載置されたウェハ１１に接触して、検査を行う。セラミック基板１４の下側面の中央には温度センサ１９が設けられている。

カードホルダー６は、プローブカード５を本体２側に固定するための部材である。カードホルダー６は、ドーナツ状に形成され、ベース側フランジ部２１と、カード側フランジ部２２と、連結筒部２３とから構成されている。

ベース側フランジ部２１は、本体２の上部ベース８の嵌合凹部８Ｂに嵌合するための部分である。このベース側フランジ部２１は嵌合凹部８Ｂに嵌合した状態で、上部ベース８と一体的に固定されている。

カード側フランジ部２２は、プローブカード５を支持するための部分である。このカード側フランジ部２２は、その上側面でプローブカード５を固定、支持する。カード側フランジ部２２の周縁部（連結筒部１８の近傍）のうち、上記プローブカード５のネジ穴１７に整合する位置にはネジ穴２５が設けられている。このプローブカード５側のネジ穴１７とカード側フランジ部２２のネジ穴２５とを整合させて、固定ネジ２６をねじ込むことで、プローブカード５がカードホルダー６に固定される。

カード側フランジ部２２の上側面には、その内周縁から外周縁のネジ穴２５近傍までほぼ全面に嵌合凹部２７が設けられている。嵌合凹部２７は、ヒーター２８を設けるための切り欠き部分である。この嵌合凹部２７は、ヒーター２８が嵌合された状態で、カード側フランジ部２２の上側面とヒーター２８の上側面とがほぼ面一になるように設定されている。これにより、カード側フランジ部２２にプローブカード５の配線基板１３が固定されたとき、カード側フランジ部２２と配線基板１３とで挟まれて、配線基板１３の下側面がヒーター２８の上面に密着するようになっている。

ヒーター２８は、プローブカード５及びカードホルダー６を加熱するための加熱装置である。このヒーター２８は、薄いドーナツ状に形成され、上下両面が発熱する構造となっている。このヒーター２８としては、セラミックヒーター、電熱線等の種々のヒーターを用いることができる。この上下両面が発熱するヒーター２８により、カード側フランジ部２２とプローブカード５の配線基板１３とを同様に加熱するようになっている。

ヒーター２８の取り付け位置は、このヒーター２８からプローブカード５の中心側へ供給してプローブカード５を設定温度に加熱するのに必要な熱量と、ヒーター２８からカードホルダー６側へ供給してカードホルダー６を設定温度に加熱するのに必要な熱量とが均衡する位置（熱量均衡位置）に設けられている。これにより、ヒーター２８から発する熱が、プローブカード５側とカードホルダー６側とにそれぞれ伝達して、プローブカード５とカードホルダー６とを同様に加熱し、全体をほぼ同時にかつ迅速に設定温度まで上昇するようになっている。

この場合において、配線基板１３とセラミック基板１４とは、その材質が異なり、設定温度まで加熱するのに必要な時間も異なるため、単純に熱量だけでなく、この点も考慮して、全体を最短の時間で設定温度まで加熱するのに必要な位置を特定する。この位置は、ヒーター２８の位置を少しずつずらしながら実験を行う等の手段によって特定する。このため、上記熱量均衡位置は、ヒーター２８の出力（単位時間あたりの発熱量）、プローブカード５及びカードホルダー６の熱伝導率（単位時間あたりに伝達する熱量）、プローブカード５及びカードホルダー６を設定温度まで加熱するのに必要な熱量を考慮して、最短の時間でプローブカード５及びカードホルダー６を同時に又はほぼ同時に設定温度まで加熱することができる位置である。特に、ヒーター２８の出力は、熱伝導率等との兼ね合いを考慮して、なるべく大きく設定する。これにより、加熱時間を極力短縮する。

連結筒部１８は、ベース側フランジ部２１とカード側フランジ部２２とを一体的に連結するための筒部である。連結筒部１８の外径は上部ベース８の開口８Ａの内径とほぼ同じ径に形成されて、カードホルダー６が上部ベース８の開口８Ａに嵌合した状態で、カードホルダー６ががたつかないようになっている。

以上の構成の各部を制御する制御装置は図１に示すように主に、カードホルダー温度制御部３１と、ステージ制御部（後述するプローバＺ軸制御部４０及びステージＺ軸モータ以外は図示せず）と、チャック制御部(図示せず)と、テスタ本体部(図示せず)とから構成されている。

カードホルダー温度制御部３１は、温度設定部３３と、出力制御部３４と、ヒーター電源部３５と、プローブカード温度検出部３６と、温度表示部３７とから構成されている。

温度設定部３３は、プローブカード５をウェハ１１の検査時の設定温度と同じ温度に設定するための部分である。この温度設定部３３で設定された温度にプローブカード５が加熱される。

出力制御部３４は、ヒーター２８に供給する電源を調整するための部分である。この出力制御部３４が、温度設定部３３で設定された温度に合わせてヒーター電源部３５を制御して、ヒーター２８に供給する電源を調整する。この出力制御部３４での制御によってヒーター２８の発熱量が調整されて、プローブカード温度検出部３６からの検出値を基に、プローブカード５が設定温度まで加熱されると共にその後、設定温度に維持される。

ヒーター電源部３５は、ヒーター２８に電源を供給するための部分である。ヒーター電源部３５は、出力制御部３４によって制御されて、必要な電源を供給する。

プローブカード温度検出部３６は、プローブカード５の上側面及び下側面とセラミック基板１４の表面の温度を検出するための部分である。プローブカード温度検出部３６は、プローブカード５の上側面及び下側面に設けられた各温度センサ１６、セラミック基板１４の温度センサ１９にそれぞれ接続されて、プローブカード５の上側面及び下側面とセラミック基板１４の表面の温度を検出する。

温度表示部３７は、プローブカード温度検出部３６で検出した温度を表示すると共に後述するプローバＺ軸制御部４０にプローブカード５の各部で検出した温度の値を出力するための部分である。温度表示部３７は、プローブカード温度検出部３６で検出したプローブカード５の上側面及び下側面の全面の温度とセラミック基板１４の表面の温度とを表示すると共に、それらの温度をプローバＺ軸制御部４０に出力する。

ステージ制御部(図示せず)は、ＸＹＺθステージ３を制御するための部分である。このステージ制御部は、ＸＹＺθステージ３を制御して、チャック４をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させると共に回転させることで、チャック４に載置されたウェハ１１の各電極とプローブカード５のプローブ針１２とを整合させて互いに接触させる。ステージ制御部は、プローバＸ軸制御部(図示せず)、プローバＹ軸制御部(図示せず)、プローバＺ軸制御部４０及びプローバ回転制御部(図示せず)とを備えている。これらは、ＸＹＺθステージ３のステージＸ軸モータ等をそれぞれ制御して、ウェハ１１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置及び回転角度を設定された値に調整する。これにより、ウェハ１１の各電極とプローブカード５の各プローブ針１２とを整合させ、互いに接触させる。

さらに、ステージ制御部のプローバＺ軸制御部４０は、温度の変化によるプローブカード５の熱変形に伴って生じるプローブ針１２のＺ軸方向のズレを、制御量の補正によって吸収する機能が備えられている。このプローバＺ軸制御部４０は具体的には、Ｚ軸制御部４１と、温度読み込み部４２と、補正部４３とから構成されている。

Ｚ軸制御部４１は、ＸＹＺθステージ３のステージＺ軸モータを制御するための部分である。Ｚ軸制御部４１は、原則として、プローブカード５の変形がない状態でのプローブ針１２のＺ軸方向の位置である、予め設定された高さにウェハ１１が移動するように、ステージＺ軸モータを回転制御する。さらに、Ｚ軸制御部４１は、補正部４３で作成されたパラメータに基づいて、プローブカード５の熱変形によるプローブ針１２のＺ軸方向の変位分を吸収するように補正してステージＺ軸モータを回転制御する。

温度読み込み部４２は、カードホルダー温度制御部３１の温度表示部３７から出力されるプローブカード５の上下両側面の温度及びセラミック基板１４の下側面の温度を読み込むための部分である。この温度読み込み部４２で、温度表示部３７からのデータを読み込んで補正部４３に出力する。

補正部４３は、プローブカード５の熱変形によるプローブ針１２の変位に合わせて、ＸＹＺθステージ３のステージＺ軸モータの制御量を補正するための部分である。補正部４３は、温度センサ１６，１９で検出したプローブカード５の上下両側面の温度及びそのときの変位量検出部４４で検出したプローブ針１２の変位量をパラメータに組み込んでＸＹＺθステージ３の高さを補正する。具体的には、補正部４３は、温度センサ１６，１９で検出したプローブカード５の上側面及び下側面の温度又はプローブカード５の上側面と下側面の温度差又はこれら温度及び温度差の両方をパラメータに組み込んで補正する。即ち、後述する初期設定モードによって実際の検査と同じ状態で加熱して、実際の検査に使用するプローブカード５の温度と変位量とを測定する。このとき、プローブカード５の上側面及び下側面の温度とプローブ針１２の変位量との間には、個々のプローブカード５に特有の特性があるため、個別に測定する。さらに、プローブ針１２の変位量は、プローブカード５の上側面及び下側面の温度（プローブカード５全体の温度）の変化でも、プローブカード５の上側面と下側面との温度差の変化でも異なるため、これら温度及び温度差の一方又は両方をパラメータに組み込んで補正することができる。通常は、上記温度及び温度差の両方をパラメータに組み込んで補正するが、条件や状況の違いに応じて、上記温度又は温度差のいずれか一方のみをパラメータに組み込んで補正する場合もある。変位量検出部４４で検出するプローブ針１２の変位量の変化との関係が安定したものを選択して使用する。即ち、検査を繰り返しても上記温度と変位量との関係が安定したものを選択して使用する。

補正部４３は、初期設定モードと、初期補正モードと、検査中補正モードとを有し、これらが自動的に切り替わるようになっている。

初期設定モードは、検査作業開始時や、プローブカード５の交換時に切り替わるモードである。具体的には、検査作業開始やプローブカード５の交換の際に発するトリガー（例えば、プローバ１の始動を示す信号等）に伴って初期設定モードに自動的に切り替わる。なお、上記トリガーとしては、検査作業開始やプローブカード５の交換を示す信号であればよく、プローバ１の始動意外でも、検査作業開始やプローブカード５の交換に伴って行う動作等の信号でもよい。また、初期設定モードは、手動で切り替えるようにしてもよい。他のモードも同様である。

初期設定モードでは、ウェハ１１に対して行われる高温下での試験と同じ手順で、チャック４が加熱されると共にプローブカード５が加熱される。プローブカード５の温度は、プローブカード５自体や周囲の状況等の種々の要因により、加熱途中で全体が均一にならない場合がある。このため、プローブカード５の加熱途中での変形の程度も、熱の分布によって異なる。このため、プローブカード５毎に実際に測定することが必要となる。そして、このときの温度センサ１６，１９で検出したプローブカード５の上下両側面の温度及びそのときの変位量検出部４４で検出したプローブ針１２の変位量をパラメータに組み込んで作成し直す。この初期設定モードは、必要に応じて、１回又は複数回繰り返して、補正値の精度を向上させる。

初期補正モードは、初期設定モードで設定されたパラメータに基づいて、ＸＹＺθステージ３のＺ軸方向の制御量を補正するモードである。この初期補正モードに基づいて、補正部４３がＺ軸制御部４１を補正する。初期補正モードは、上記初期設定モードの終了後に自動的に切り替わる。

検査中補正モードは、上記初期補正モードでＸＹＺθステージ３が制御されている検査中であってＸＹＺθステージ３が下げられてプローブ針１２とウェハ１１とが離されたときに、変位量検出部４４で検出したプローブ針１２の変位量を基に、上記ステージの高さを微調整するモードである。検査中補正モードでは、温度読み込み部４２から取り込んだ、プローブカード５の上下両側面の温度及びセラミック基板１４の下側面の温度に対応するプローブ針１２の変位量と、変位量検出部４４で実際に検出したプローブ針１２の変位量とを比較して、それらがずれている場合に、制御するように補正する。上記初期補正モードは基準になるモードであり、この初期補正モードでのＺ軸制御部４１の補正を基準にして実際の検査を行い、この検査中の諸条件の変化に伴うプローブ針１２のズレを検査中補正モードで補正する。このため、検査中補正モードは、検査中であってＸＹＺθステージ３が下げられてプローブ針１２とウェハ１１とが離されたときに切り替わり、初期補正モードでＺ軸制御部４１の補正を行いながら、定期的に検査中のプローブ針１２のズレを補正する。

チャック４の周縁部には、変位量検出部４４が設けられている。この変位量検出部４４は、プローブ針１２の変位量を検出するための手段である。変位量検出部４４は、レーザ光を利用してプローブ針１２の変位量を検出するカメラやフォトフォーカスユニット等の光学機器を用いて構成する。なお、変位量検出部４４としては、光学機器に限らず、プローブ針１２の位置を測定し、その変位量を検出できる手段すべてを用いることができる。この変位量検出部４４によって、プローブカード５の熱変形によるプローブ針１２の変位量を検出して、補正部４３に出力する。具体的には、変位量検出部４４は、変位量読み込み部４５を介して補正部４３に接続され、変位量検出部４４からのプローブ針１２の変位量のデータが補正部４３に読み込まれる。

チャック制御部(図示せず)は、チャック４を制御するための部分である。チャック制御部は、上側面に載置されたウェハ１１を固定支持する真空吸着部(図示せず)や、チャック４内に内蔵された加熱装置 (図示せず)等を制御する。

テスタ本体部(図示せず)は、プローブカード５の各プローブ針１２で検出した検出値を取り込んで回路の良否等を判断する部分である。テスタ本体部には、各プローブ針１２から延びた信号線が接続され、各プローブ針１２で検出された検出値が取り込まれて処理される。

以上のように構成されたプローバ１では、次のようにしてウェハ１１の検査を行う。

検査対象のウェハ１１と同じウェハ１１をチャック４に載置してプローバ１を始動させると、補正部４３が初期設定モードに切り替わり、実際の検査と同じ状態でプローブカード５及びチャック４を加熱して、実際の検査に使用するプローブカード５の温度と変位量とを測定する。

プローブカード５及びカードホルダー６は、チャック４からの輻射熱とヒーター２８とで加熱される。ヒーター２８は、最初から最大出力でプローブカード５及びカードホルダー６を加熱する。これにより、ヒーター２８の熱は、上記熱量均衡位置からプローブカード５の外周縁の下側面を介してプローブカード５内にその中央へ向けて伝達して、プローブカード５全体を加熱する。また、ヒーター２８の熱は、上記熱量均衡位置からカード側フランジ部２２の内周縁の上側面を介してカードホルダー６内にその周縁へ向けて伝達して、チャック４からの輻射熱と相まってカードホルダー６全体を加熱する。これにより、プローブカード５及びカードホルダー６を短時間でほぼ同時に設定温度（例えば１５０℃）まで加熱する。プローブカード５は、設定温度まで加熱することで、図７の通常時の状態から仮想線で示す撓み時の状態に変形する。これにより、プローブカード５が設定温度に保たれる限り、チャック４側からの熱でこれ以上変形することはなく、プローブ針１２が正確な位置に支持される。

このプローブカード５が設定温度になるまでの間、温度センサ１６，１９でプローブカード５の上下両側面及びセラミック基板１４の下側面の温度が検出され、プローブカード温度検出部３６、温度表示部３７及び温度読み込み部４２を介して補正部４３に読み込まれる。さらに、変位量検出部４４からのプローブ針１２の変位量も同時に読み込まされる。これら温度及び変位量がパラメータに組み込まれて、Ｚ軸制御部４１での制御量が補正される。この処理が終了すると、初期補正モードに切り替わって、Ｚ軸制御部４１が上記パラメータによって補正され、ウェハ１１の検査が開始される。即ち、ウェハ１１が搬送装置（図示せず）によってチャック４上に順次ロードされる。チャック４は、ウェハ１１を吸着して固定し加熱すると共に、ＸＹＺθステージ３でプローブカード５のプローブ針１２側へ移動される。

このとき、上記パラメータによって制御量が補正されたＺ軸制御部４１が、ウェハ１１の交換時に一時的に生じるプローブカード５の温度変化によるプローブ針１２のズレを吸収する。さらに、補正部４３は、定期的に、即ち検査中であってＸＹＺθステージ３が下げられてプローブ針１２とウェハ１１とが離されたときに検査中補正モードに切り替わって、検査中の種々の要因によって初期設定の補正量が実際のプローブ針１２の変位と微妙にずれたときでも、即座に対応する。即ち、上述した検査中補正モードでの処理によって、プローブ針１２の変位が微妙にずれたときは、そのズレに応じてＺ軸制御部４１での制御量を微調整して、プローブ針１２の変位の微妙なズレを補正する。

これにより、チャック４に支持されたウェハ１１は、ＸＹＺθステージ３でＸＹＺ軸方向及び回転方向が調整され、特にＺ軸方向が微調整されて、ウェハ１１の各電極パッドと各プローブ針１２とが整合され、互いに接触される。次いで、試験信号が印加され、それによる出力信号が検出されて、正常に動作するか否かが検査される。

検査が終了したウェハ１１は、搬送装置でアンロードされ、新しいウェハ１１がロードされる。

このとき、プローブカード５の周囲の温度が下がってプローブカード５及びカードホルダー６の温度が設定温度よりも下がることがある。この場合は、温度センサ１６でプローブカード５の温度を設定時間毎に又は常時監視して、プローブカード５の温度が低下した場合は、ヒーター２８を発熱させて、上記熱量均衡位置からプローブカード５及びカードホルダー６へ効率的に熱を伝えて、速やかに設定温度に戻す。これにより、図８に示すように、温度制御しない場合と比べて、プローブ針１２のＺ軸方向の変位量を大幅に減少させることができる。

これと共に、上記検査中補正モードでＺ軸制御部４１での制御量が微調整され、プローブカード５の熱変形によるプローブ針１２の変位が吸収される。

これにより、プローブカード５及びカードホルダー６を短時間で効率的に設定温度まで加熱して、プローブカード５がそれ以上変形しない状態になると共に、変形しない状態になるまでの間にプローブ針１２が変位した場合でも、上記初期補正モード及び検査中補正モードでの処理によって変位分が吸収される。このため、ほとんど待ち時間なしに、次のウェハを検査することができ、プローブ針１２と電極との接触不良等を起こすこともなくなる。

以上により、検査作業の開始時や、ウェハ１１の入れ替え時等に、プローブカード５及びカードホルダー６を速やかに設定温度に加熱してプローブカード５の変形を抑えると共に、プローブ針１２が変位した場合でも上記初期補正モード及び検査中補正モードで変位分を吸収するため、熱による影響を最小限に抑えて、高精度の検査を可能にすると共に、検査作業の効率化を図ることができる。

上記実施形態では、ヒーター２８をプローブカード５とカードホルダー６との間に設けたが、図９に示すように、カードホルダー６のカード側フランジ部２２の下側面に埋め込んで設けてもよい。また、埋め込まないで、図１０に示すように、カードホルダー６のカード側フランジ部２２の下側面に取り付けてもよい。これらの場合も、ヒーター２８がプローブカード５を加熱して、上記補正部４３と相まって熱による影響を最小限に抑えることができ、上記実施形態と同様に、高精度の検査を可能にすると共に、検査作業の効率化を図ることができる。

上記実施形態では、初期設定モードと、初期補正モードと、検査中補正モードとを有して、これらが自動的に切り替わる補正部４３を例に説明したが、検査中補正モードを設けずに、初期設定モードで設定した補正値で制御する初期補正モードだけを設けるようにしてもよい。検査中の温度変化がほとんど無い場合は、初期補正モードによる制御だけで十分に対応することができ、上記実施形態と同様に、高精度の検査を可能にすると共に、検査作業の効率化を図ることができる。

本発明の実施形態に係るプローバの制御機能を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るプローバの全体構成を示す概略正面図である。 本発明の実施形態に係るプローバを示す平面図である。 本発明の実施形態に係るプローバのプローブカードを示す正面断面図である。 本発明の実施形態に係るプローバのプローブカードを示す平面図である。 本発明の実施形態に係るプローバのプローブカードを示す正面図である。 本発明の実施形態に係るプローバのプローブカードの熱膨張による撓みを示す模式図である。 本発明の実施形態に係るプローバによる温度制御の有無でのプローブ針のＺ軸方向の変位量の経時変化を示すグラフである。 第１変形例を示す要部断面図である。 第２変形例を示す要部断面図である。

符号の説明

１：プローバ、２：本体、３：ＸＹＺθステージ、４：チャック、５：プローブカード、６：カードホルダー、７：下部ベース、８：上部ベース、９：支柱、１１：ウェハ、１２：プローブ針、１３：配線基板、１４：セラミック基板、１６：温度センサ、１７：ネジ穴、１８：テスターランド、１９：温度センサ、２１：ベース側フランジ部、２２：カード側フランジ部、２３：連結筒部、２５：ネジ穴、２６：固定ネジ、２７：嵌合凹部、２８：ヒーター、３１：カードホルダー温度制御部、３３：温度設定部、３４：出力制御部、３５：ヒーター電源部、３６：プローブカード温度検出部、３７：温度表示部、４０：プローバＺ軸制御部、４１：Ｚ軸制御部、４２：温度読み込み部、４３：補正部、４４：変位量検出部。

Claims (3)

1. 検査対象物に接触して検査を行うプローブ針を備えたプローブカードを有すると共に、ステージ上に上記検査対象物を載置して加熱し、当該ステージを上昇させて上記検査対象物を上記プローブ針と接触させて検査するプローバであって、
   上記プローブカードの上側面及び下側面の両方に複数設けられて当該プローブカードの上側面及び下側面の両方の温度を測定する温度センサと、
   上記プローブカードの熱変形によるプローブ針の変位量を検出する変位量検出部と、
   上記温度センサで検出した上記プローブカードの上側面及び下側面の両方の温度及びその温度に応じて上記プローブカードが熱変形したときの上記変位量検出部で検出した上記プローブ針の変位量をパラメータに組み込んで上記ステージの高さを補正する補正部とを備え、
   上記補正部が、検査作業開始及び上記プローブカードの交換に伴って、上記パラメータを作成し直す初期設定モードと、当該初期設定モードで設定されたパラメータに基づいて上記ステージの高さを補正する初期補正モードと、検査中であって上記ステージが下げられて上記プローブ針と上記検査対象物とが離されたときに上記変位量検出部で検出したプローブ針の変位量を基に、上記ステージの高さを微調整する検査中補正モードとを有する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、
   上記補正部が、上記温度センサで測定した上記プローブカードの上側面及び下側面の温度に代えて上記プローブカードの上側面と下側面の温度差又は上記温度及び温度差の両方をパラメータに組み込んで補正することを特徴とするプローバ。
3. 請求項１又は２に記載のプローバにおいて、
   上記プローブカードを加熱する加熱装置を備えたことを特徴とするプローバ。

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