JP4725650B2 - プローブ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プローブカードのプローブに基板の披検査チップの電極パッドを接触させて披検査チップの電気的測定を行うプローブ装置に関する。
従来、例えば半導体ウエハ(以下ウエハという)等の基板上に形成される披検査チップであるICチップの電気的特性を調べるプローブ装置では、プローブカードのプローブ針をICチップの電極パッドに接触させて電気的特性を調べる、所謂プローブテストを行っている。
このプローブテストでは、プローブ針と電極パッドとを正確に接触(コンタクト)させる必要がある。そこでプローブ装置では、基板の電極パッドを撮像する上側撮像部と、プローブカードのプローブ針を撮像する下側撮像部とを備え、上側撮像部で基板の電極パッドを撮像すると共に、下側撮像部でプローブカードのプローブ針を撮像して、その撮像結果に基づいて基板上の各電極パッドが対応するプローブに接触するX、Y、Z座標(コンタクト座標)を計算し、このコンタクト座標に基づいてプローブ針と電極パッドとを正確にコンタクトさせる手法が知られている。
この手法を採用しているプローブ装置には、基板の電極パッドを例えばプローブカードの真下で撮像するために、上側撮像部をプローブカードの真下まで移動させる移動機構を検査部に備えているものがある。この移動機構は、例えば特許文献1に記載されているように、ガイドレールと、ガイドレールに沿って移動する横方向移動部とを備えている。そして上側撮像部は横方向移動部に搭載され、ガイドレールにガイドされて、例えばプローブカードの真下に移動する。
このような検査部121では、プローブカード106を撮像する場合、プローブカード106の中心を通るY軸方向の両端と、プローブカード106の中心を通るX軸方向の両端とを撮像しなければならないため、下側撮像部140を、これら4点を撮像できる位置に移動させる必要がある。下側撮像部140を移動させると一緒にウエハチャック104が移動するため、先の4点を撮像するとウエハチャック104は、図23(a)に一点鎖線で示す移動領域Pを移動することになる。
一方ウエハチャック104に載置されているウエハW1を撮像する場合、図23(b)に示すように、上側撮像部150を例えばウエハW1の撮像位置として設定されたプローブカード106の真下に移動させてウエハW1の撮像を行う。この場合も、ウエハW1の中心を通るY軸方向の両端と、ウエハW1の中心を通るX軸方向の両端とを撮像しなければならない。しかしウエハW1を撮像するときは上側撮像部150を撮像位置で停止させた状態で撮像するため、今度は逆にウエハW1が載置されているウエハチャック104が移動することになる。そのため上側撮像部150で、先のウエハW1上の4点を撮像するときのウエハチャック104の移動領域は、図23(b)に破線で示すTになる。
またプローブカード106とウエハW1を撮像するときは、先に下側撮像部140と上側撮像部150の焦点を一致させてから撮像を行うので、下側撮像部140でプローブカード106を撮像するときは、下側撮像部140とウエハチャック104が、上側撮像部150が移動する高さまで上昇することになる。そのためウエハチャック104に上側撮像部150が干渉して、プローブカード106の撮像の邪魔にならないように、上側撮像部150を図23(a)に示す検査部のX−Y平面上の側方、即ちウエハチャック104の移動領域Pから横方向に外れた位置にある退避領域129に退避させている。
従って従来の検査部121の筐体122のX−Y平面の大きさは、プローブカード106撮像時のウエハチャック104の移動領域Pと、ウエハW1撮像時のウエハチャック104の移動領域Tと、退避領域129とを合わせた広さが必要とされていた。
一方プローブ針と電極パッドとのコンタクト方式の一つとして、全てのプローブ針とウエハの電極パッドとを一度のコンタクトで一括して接触させる一括コンタクト方式が知られている。この方式では、プローブテスト時のウエハチャックの移動領域は、プローブテスト時の停止位置のみとなる。
この場合においても、プローブカードとウエハを撮像するときにウエハチャックを動かす為、既述の移動領域Pと移動領域Tを退避領域とを合わせた広さの領域(撮像領域)が必要である。このようなことから、プローブ装置の小型化を図るために撮像作業に必要な領域を狭くしたいという需要があり、特に一括コンタクト方式を採用しているプローブ装置においては、撮像領域の狭小化がプローブ装置の小型化に直結することから、改善すべき課題と言える。
[特許文献1]特開平11−26528号公報(段落番号0018、図2)
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プローブカードのプローブ針及び基板の電極パッドをコンタクトさせる前に行われる撮像作業に必要な領域を削減することによって、装置全体を小型化できるプローブ装置を提供することにある。
本発明のプローブ装置は、
筐体の内部に設けられ、水平面に沿って移動可能かつ昇降可能な載置台上に基板を載置し、プローブカードのプローブと基板上の電極パッドとを接触させて、基板に形成されている被検査部の電気的特性を測定するプローブ装置において、
前記載置台の側部に設けられ、プローブカードを撮像するための下側撮像部と、
前記プローブカードの撮像時における前記載置台の移動領域と重なる位置において、前記載置台上の基板を撮像するための上側撮像部と、
この上側撮像部を、前記基板を撮像するときの前記位置と、前記移動領域の上方側でかつ前記プローブカードから外れた位置に形成された退避領域と、の間で移動させるための移動機構と、を備え、
前記退避領域は、前記筐体の天板に形成された凹部であることを特徴とする。
また本発明のプローブ装置では、例えば前記移動機構は、上側撮像部を水平移動させる水平移動機構を備えていてもよい。また本発明のプローブ装置では、例えば前記水平移動機構は、水平ガイド部材と、この水平ガイド部材にガイドされて水平移動する移動部材とを含み、前記移動部材は、前記移動部材に設けられた、前記上側撮像部を昇降させるための昇降機構を備えていてもよい。また本発明のプローブ装置では、例えば前記プローブカードのプローブと基板上の全ての電極パッドとを一括して接触させるように構成されていてもよい。

また本発明のプローブ装置では、例えばX,Y平面において前記上側撮像部の前記退避領域が、前記プローブカードに対してY方向に変位しているとすると、前記上側撮像部はX方向に並ぶ第1の撮像カメラ及び第2の撮像カメラを備え、前記下側撮像部は、載置台の基板載置領域の中心を通りかつY方向に伸びるラインの両側に対称に配置された第1の撮像カメラ及び第2の撮像カメラを備えていてもよい。また本発明のプローブ装置では、例えば前記上側撮像部及び前記下側撮像部には、各々の第1の撮像カメラと第2の撮像カメラとの間にターゲットが設けられており、前記上側撮像部と前記下側撮像部とは、各々の前記第1の撮像カメラと第2の撮像カメラの焦点位置を一致させ、次いで前記上側撮像部、若しくは前記下側撮像部どちらか一方で対向する前記ターゲットを撮像することにより、前記上側撮像部と前記下側撮像部の位置補正を行ってもよい。
本発明によれば、載置台に設けられた下側撮像部によりプローブカードを撮像する時の当該載置台の移動領域と、載置台上の基板を撮像するときの上側撮像部の位置とが干渉するプローブ装置において、下側撮像部でプローブカードを撮像するときは、上側撮像部を前記移動領域の上方側に退避させるようにしているため、前記移動領域の横方向に退避させる場合に比べて、筐体の横方向の寸法を短くすることができる。従って筐体の占有面積を小さくすることができ、プローブ装置の小型化に寄与する。
本実施形態のプローブ装置の概略を示す斜視図である。 本実施形態のプローブ装置の概略を示す平面図である。 本実施形態のプローブ装置の概略を示す側面図である。 本実施形態の検査部の概略について説明するための説明図である。 本実施形態の移動機構について説明するための斜視図である。 本実施形態の上側撮像部の昇降について説明するための説明図である。 本実施形態のプローブテスト方法について説明するための第1の説明図である。 本実施形態の下カメラと上カメラの原点出しについて説明するための説明図である。 本実施形態の下カメラと上カメラの位置補正について説明するための第1の説明図である。 本実施形態の下カメラと上カメラの位置補正について説明するための第2の説明図である。 本実施形態のプローブテスト方法について説明するための第2の説明図である。 本実施形態のプローブテスト方法について説明するための第3の説明図である。 本実施形態のプローブテスト方法について説明するための第4の説明図である。 本実施形態のプローブテスト方法について説明するための第5の説明図である。 本実施形態の検査部と従来の検査部とを比較について説明するための第1の説明図である。 本実施形態の検査部と従来の検査部とを比較について説明するための第2の説明図である。 第2の実施形態の検査部について説明するための平面図である。 第2の実施形態の検査部について説明するための断面図である。 第2の実施形態の検査部について説明するための第2の平面図である。 他の実施形態の検査部について説明するための説明図である。 他の実施形態の検査部について説明するための斜視図である。 他の実施形態の移動機構について説明するための斜視図である。 従来の検査部の構成を示す平面図である。
本発明の第1の実施形態であるプローブ装置について図1ないし図11を参照して説明する。図1ないし図3に示すように、プローブ装置は、多数の被検査チップが配列された基板であるウエハWの受け渡しを行うためのローダ部1と、ウエハWに対してプロービングを行うプローブ装置本体2と、を備えている。先ず、ローダ部1及びプローブ装置本体2の全体のレイアウトについて簡単に説明しておく。
ローダ部1は、複数枚のウエハWが収納された密閉型搬送容器(キャリア)であるFOUP100が搬入され、互いにY方向(図示左右方向)に離間して対向配置される、第1のロードポート11及び第2のロードポート12と、これらロードポート11、12の間に配置された搬送室10とを備えている。ロードポート11(12)は、各々ケーシング13(14)を備え、ロードポート11(12)の図示X方向に設けられた搬入口15(16)からFOUP100は、ケーシング13(14)内に搬入される。搬入されたFOUP100は、ロードポート11(12)に備えられている図示しない蓋体開閉手段により、蓋体が外されてロードポート11(12)内の側壁に蓋体が保持されるようになっており、蓋体を外されたFOUP100は回転させられ、開口部が搬送室10側に向けられる。
搬送室10には、図2、図3に示すように基板搬送手段であるウエハ搬送アーム3が設けられている。ウエハ搬送アーム3は、鉛直軸回りに回転自在、昇降自在及び図示Y方向に移動自在な搬送基台30に進退可能な2枚のアーム体35が設けられて構成されている。ここで33は図示Y方向に伸びるレールに沿って移動する基台移動部、32は基台移動部33に対して昇降する基台昇降部、31は基台昇降部32に設けられた回転部である。また搬送基台30には、アーム体35に載置されている状態のウエハWに対してプリアライメントを行い、ウエハWの向きを調整すると共に中心位置を検出するプリアライメント機構36が設けられている。
またローダ部1の上部には、図3に示すようにプローブ装置本体2を制御する制御部5が設けられている。制御部5は、例えばコンピュータからなり、プログラム、メモリ、CPUからなるデータ処理部などを備えている。プログラムは、FOUP100がロードポート11(12)に搬入され、FOUP100からウエハWがプローブ装置本体2に搬入されてプローブテストが行われ、その後ウエハWがFOUP100に戻されてFOUP100が搬出されるまでの一連の各部の動作を制御するようにステップ群が組まれている。このプログラム(処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む)は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、MO(光磁気ディスク)、ハードディスクなどの記憶媒体に格納されて制御部5にインストールされる。
次に本発明の要部であるプローブ装置本体2について詳述する。図2に示すようにプローブ装置本体2は、ローダ部1と図示X軸方向に並ぶように当該ローダ部1に隣接して配置されており、Y軸方向に、複数台例えば4台並ぶ検査部21を有している。なお図2では、後述するヘッドプレート25が外れた状態の検査部21を示している。また検査部21は同一構造を有しており、各検査部21の差異は、配設されている向きと搬入出口23(後述する図4参照)の形成されている位置のみである。このため以後の説明については、便宜上一つの検査部21についてのみ説明し、他の検査部については記載を省略する。
検査部21は、図2ないし図4に示すように夫々のユニットを区画形成する外装体に相当する1つの筐体22を有しており、筐体22の内部には、ステージユニット24と上側撮像部50とが配設されている。ステージユニット24は、X、Y、Z(上下)軸方向に移動自在、即ち平面上で縦横に移動自在かつ高さ方向に移動自在であって、更に上部が鉛直軸回りに回転する。このステージユニット24の上部にはウエハWを載置して真空吸着する機能を有する、本発明の載置台であるウエハチャック4が積載されている。
ウエハチャック4は、ウエハ搬送アーム3との間においてウエハWの受け渡しを行うための受け渡し位置と、ウエハ表面の撮像位置と、プローブカード6のプローブ針7にウエハWをコンタクトさせるコンタクト位置(検査位置)との間で自在に移動できるようになっている。これらのウエハチャック4の各停止位置は、駆動系の座標、例えばX、Y、Zの各方向に駆動するためのモータに接続されたエンコーダのパルス信号によって管理されている。また筐体22の側面のうち搬送室10と密着する側面には、搬送室10の内部と筐体22の内部とを接続する搬入出口23が形成されている。既述のウエハ搬送アーム3は、この搬入出口23を介してウエハチャック4にウエハWを受け渡し、ウエハチャック4からウエハWを受け取る。
ウエハチャック4及び上側撮像部50の移動領域の上方には、図4(b)に示すように筐体22の天井部をなすヘッドプレート25が設けられている。プローブカード6は、このヘッドプレート25に装着保持される。プローブカード6の上面側にはテストヘッド8が配置され、両者は、ポゴピン9により電気的に接続されている。またプローブカード6の下面側には、上面側の電極群に夫々電気的に接続された、例えばウエハWの表面に対して垂直に伸びる垂直針(線材プローブ針)であるプローブ針7が、ウエハWの電極パッドの配列に対応して、例えばプローブカード6の全面に設けられている。
またヘッドプレート25には、プローブカード6の保持位置の側部に、上側撮像部50の退避領域となる凹部29が形成されている。この凹部29は、プローブカード6とY軸方向で並ぶように形成されている。また凹部29は、ウエハチャック4に設けられた後述の下側撮像部40によりプローブカード6のプローブ針7を撮像するときにウエハチャック4が移動する領域の上方に形成されている(後述する図13参照)。
ウエハチャック4のY軸方向の一方の側部には、下側撮像部40が配設されている。下側撮像部40は、図4(a)に示すように二つの下カメラ41、42を有している。下カメラ41(42)は、マイクロカメラ43(44)と、マクロカメラ45(46)を一つずつ備えている。マイクロカメラ43(44)は、コンタクト座標を求めるときに使用するプローブカード6の撮像データを得るための本発明の撮像カメラに相当するカメラである。また下カメラ41、42は、ウエハチャック4を2分する、Y軸方向(上側撮像部50のX−Y平面上での移動方向)に伸びる線分L1を隔てて左右対称に配設されている。なお下カメラ41、42の中間位置には、コンタクト座標を求めるときに、下カメラ41、42と後述する上カメラ51、52との位置補正を行うためのターゲット47(後述する図8参照)が配置されている。
筐体22内には、Y軸方向に移動する上側撮像部50が設けられている。上側撮像部50は、図4(a)及び図4(b)に示すように二つの上カメラ51、52を有している。上カメラ51(52)は、マイクロカメラ53(54)と、マクロカメラ55(56)を一つずつ備えている。マイクロカメラ53(54)は、コンタクト座標を求めるときに使用するウエハWの撮像データを得るための本発明の撮像カメラに相当するカメラである。
この上カメラ51(52)は、上側撮像部50のベース体となるブリッジユニット59に装着されており、下カメラ41、42と同様に、ブリッジユニット59を二分するY軸方向に伸びる線分L2を隔てて左右対称となる位置に配設されている。なお上カメラ51、52は、ブリッジユニット59の下面に形成されているため、本来上方からは見えないが、図4(a)では説明の便宜上、この上カメラ51、52を実線で示しており、これ以降の説明でも適宜上カメラ51、52を実線で示す。また下側撮像部40と同様に、上側撮像部50にもブリッジユニット59の上カメラ51、52の間に、下カメラ41、42と上カメラ51、52との位置補正を行うためのターゲット57(後述する図8参照)が配置されている。なお本実施形態の検査部21では、待機状態時には下側撮像部40と上側撮像部50とがウエハチャック4を挟んでY軸方向で左右に分かれるように構成されている(図4(a)参照)。
筐体22の内部には、上側撮像部50を移動させるための移動機構60が設けられている。移動機構60は、既述のブリッジユニット59の他に、本発明の水平移動機構に相当するガイドレール61及びY方向移動部62と、本発明の昇降機構に相当する昇降ユニット70とを備えている。
本発明の水平ガイド部材であるガイドレール61は、筐体22の4隅に設けられた支持部に支持されているため、X軸方向の両側面に筐体22のY軸方向の全域に亘るように設けられている。本発明の移動部材であるY方向移動部62は、各ガイドレール61ごとに一つずつ備えられており、ベース体63、ガイドブロック64、ロッドレスシリンダ65、キャリアブロック66等から略構成されている。ベース体63は、図4(b)、図5に示すように略逆L字状の板であり、L字の長辺に該当する部分にガイドレール61と嵌合するガイドブロック64が取り付けられ、ロッドレスシリンダ65のキャリアブロック66が固定されている。そしてロッドレスシリンダ65は、ガイドレール61の上方でガイドレール61と略平行となるように筐体22のY軸方向の全域に亘るように設けられている。
そしてY方向移動部62では、ガイドブロック64とガイドレール61が嵌合し、固定されているキャリアブロック66を介してロッドレスシリンダ65の駆動力がベース体63に伝達されることによって、ベース体63がガイドレール61にガイドされて筐体22のY軸方向へと移動する。
なおベース体63のL字の長辺の先端部には、図示しないケーブルユニットが接続されている。ケーブルユニットは、可撓性を有する保護ケース内に複数のケーブルを収納したユニットであり、ベース体63の移動に合わせて変形するように形成されている。そして後述する昇降ユニット70に命令を伝達する通信ケーブルや動力となる圧縮空気等を供給する空気供給管等が収納されている。
またY方向移動部62には、昇降ユニット70が取り付けられている。この昇降ユニット70は、水平基台71、2本の駆動シリンダ72、1本のガイドシリンダ73、昇降台74を備えている。水平基台71は、ベース体63のL字の短辺に該当する部分に取り付けられた板である。駆動シリンダ72、ガイドシリンダ73は、水平基台71上に固定されており、夫々シリンダロッド75を有している。この駆動シリンダ72とガイドシリンダ73とは、シリンダロッド75がZ軸方向に伸びるように水平基台71上に取り付けられており、シリンダロッド75の先端には昇降台74が取り付けられている。また駆動シリンダ72はベース体63側の側面がベース体63に固定されている。(図8参照)。そしてこの昇降ユニット70は、図示しない供給源から例えば圧縮空気等の動力を供給されることによってシリンダロッド75は伸縮し、昇降台74が上下動するように構成されている。
そして既述のブリッジユニット59は、その両端が昇降台74に固定されている。従って、ベース体であるブリッジユニット59が昇降台74に固定されている本実施形態の上側撮像部50は、Y方向移動部62によって筐体22内をY軸方向へと移動し、昇降ユニット70によってZ軸方向へと昇降するように構成されている。本実施形態では上側撮像部50は、両端にある昇降ユニット70によって昇降するように構成されているが、これは上側撮像部50を昇降させたときに上側撮像部50の左右の昇降距離に誤差が生じて上側撮像部50が斜めになり、筐体22やプローブカード6と上側撮像部50とが接触することを防止するためである。なお、例えば上側撮像部が斜めになっても筐体やプローブカードと接触する虞のない場合には、上側撮像部の一方の端部に昇降機構を設け、他方の端部に自ら昇降する機能を有していない従属昇降部を設けて、一方の昇降機構の昇降動作のみによって上側撮像部を昇降するようにしてもよい。
また移動機構60は、コンタクト座標を求めるときに移動するウエハチャック4と干渉しないように、筐体22の側面に設けられ、移動機構60の各部材がウエハチャック4の移動領域S1(後述する図15参照)内に入らないように構成されている。またこの移動機構60は、上側撮像部50をY軸方向に移動させるときに上側撮像部50が筐体22のX軸方向の側面と略平行な状態で移動するように構成されている。
このような移動機構60を備えたことにより、本実施形態では上側撮像部50を以下のように移動させることができる。例えば、ウエハWの表面を上側撮像部50で撮像する場合、図5及び図6(a)に示すように、昇降ユニット70により上側撮像部50をプローブカード6と接触しない高さレベルになるまで下降させる。そしてY方向移動部62により上側撮像部50をY軸方向に移動させて、ウエハWの撮像位置に移動させることにより、ウエハチャック4上のウエハWの表面を撮像することが可能となる。
一方下側撮像部40によってプローブカード6を撮像する場合、ウエハチャック4が上側撮像部50の水平移動時の高さレベルまで上昇するため、上側撮像部50とウエハチャック4が干渉しないように、図4(b)、図5及び図6(b)に示すように上側撮像部50をY方向移動部62によりヘッドプレート25に形成された凹部29の下方位置まで移動させる。そして昇降ユニット70により、上側撮像部50を凹部29の内部に退避する上昇状態になるまで上昇させる。つまり本実施形態では、図4(b)に示すように上側撮像部50を、未使用時には上側撮像部50を凹部29に退避させ、使用時には上側撮像部50を筐体22内に降下させて、筐体22内の任意の位置に移動させることが可能となっている。
次にこのプローブ装置で行われるプローブテストの一連の流れについて図7ないし図16を参照して説明する。ここで説明の便宜上図2に示す検査部21を、ロードポート11側の検査部21から順に第1〜第4の検査部21とする。まず図2に示すように、ウエハ搬送アーム3により、ウエハWをロードポート11に載置されているFOUP100から搬出して、プリアライメント機構36によりプリアライメントを行った後、第1の検査部21のウエハチャック4にウエハWを搬送する。その後第1の検査部21と同様に第2〜第4の検査部21に順次ウエハWを搬送する。全検査部21にウエハWを搬送し、全検査部21でプローブテストが行われている間、ウエハ搬送アーム3は、次に検査を行うウエハWを搬出してプリアライメントを行い、搬送室10内で待機する。なお図7ないし図10及び図12では、筐体22と下側撮像部40と上側撮像部50を説明の便宜上模式的に示したものである。
ウエハWが搬入された第1の検査部21では、図7(a)、図8(a)に示すように下カメラ41(42)と上カメラ51(52)の焦点位置を一致させる、原点出しを行う。この工程は、まず凹部29から筐体22内に向けて、水平移動時の高さレベルになるまで上側撮像部50を下降させた後、予め定められた原点出しを行う位置まで移動させる。次いで、ウエハチャック4を移動させて下カメラ41と上カメラ51のマイクロカメラ43、53を重ね合わせてから、マイクロカメラ43、53の間に進出した、ターゲット47とは異なる、焦点位置合わせ用のターゲット48に各マイクロカメラ43、53の焦点を一致させる。これにより下カメラ41と上カメラ51の原点が決定する(図8(b)参照)。次いで、図8(c)に示すように、マイクロカメラ44と54に対しても同様の処理が行われて下カメラ42と上カメラ52の原点を決定する。
この原点出しを行うことによって、マイクロカメラ43、53の組とマイクロカメラ44、54の組を一つのカメラとして扱うことが可能となるので、マイクロカメラ43、53の組でとった撮像データとマイクロカメラ44、54の組でとった撮像データを、夫々一つのカメラで撮像したものとして扱うことができ、プローブ針7と電極パッドを撮像してコンタクト座標を求めることが可能となる。なおターゲット48は、下カメラ41、42の側部に一つずつ設けられており、図示しない進退機構により、水平方向の姿勢を維持したままマイクロカメラ43、44の上方に進退するように構成されている。
下カメラ41(42)と上カメラ51(52)の原点出しが完了すると、次に下カメラ41(42)と上カメラ51(52)の位置補正が行なわれる。プローブテストでは、ウエハWを加熱してテストを行う場合があり、ウエハWを加熱するためにウエハチャック4を図示しない加熱手段によって加熱する場合がある。その結果、特に下側撮像部40が熱膨張してマイクロカメラ43、44の位置に変位が生じ、プローブカード6の撮像が良好に行われなくなる虞がある。そこで本実施形態では、マイクロカメラ43、44の位置に変位が生じていないかを確認し、変位が生じていた場合には、プローブカード6の撮像が良好に行われるように下カメラ41(42)と上カメラ51(52)の位置補正を行う。
この位置補正は、図9(a)に示すように、上カメラ51(52)のマイクロカメラ53(54)でターゲット47を撮像し、図10(a)に示すように、下カメラ41(42)のマイクロカメラ43(44)でターゲット57を撮像することによって行われる。このターゲット47、57は、ターゲット48とは異なり、下側撮像部40及び上側撮像部50に動かないように固定されている。なお下側撮像部40が熱膨張するとマクロカメラ45(46)の位置にも変位が生じるが、マクロカメラ45(46)はマイクロカメラ43(44)にてプローブカード6を撮像する前の予備撮像を行う視野の広いカメラであるため、位置補正を行わない。
この位置補正の手順は以下の通りとなる。まず図9(b)に示すように、上カメラ51(52)のマイクロカメラ53(54)で、ターゲット47を撮像できるように下側撮像部40を上側撮像部50の下方に移動させる。そしてマイクロカメラ53でターゲット47を撮像し、次いで図9(c)に示すように、その位置から図示X軸方向へターゲット47を移動させて、マイクロカメラ54でターゲット47を撮像する。そしてマイクロカメラ53の焦点がターゲット47と一致した位置からマイクロカメラ54の焦点がターゲット47と一致した位置までのウエハチャック4の移動距離を調べて、マイクロカメラ53とマイクロカメラ54との間の距離(光軸の離間距離)を求める。
次に、図10(b)に示すように、下カメラ41、42のマイクロカメラ43(44)で、ターゲット57を撮像できるように下側撮像部40を移動させる。そしてマイクロカメラ43でターゲット57を撮像し、次いで、図10(c)に示すように、その位置から図示X軸方向へ下側撮像部40を移動させて、マイクロカメラ44でターゲット57を撮像する。そしてマイクロカメラ43の焦点がターゲット57と一致した位置から、マイクロカメラ44の焦点がターゲット57と一致した位置までの、ウエハチャック4の移動距離を調べて、マイクロカメラ43とマイクロカメラ44との間の距離(光軸の離間距離)を求める。
このようにマイクロカメラ43、44(53、54)間の距離を求めることができるので、各マイクロカメラ43、44(53、54)間の距離に変位が生じていないかどうかを確認することができる。またマイクロカメラ43(44)でターゲット57を撮像し、マイクロカメラ53(54)でターゲット47を撮像するため、各下カメラ41、42からターゲット57までの距離と、各上カメラ51、52からターゲット47までの距離を求めることができ、下カメラ41(42)、上カメラ51(52)間のZ軸方向の距離に変位が生じていないかどうかを確認することができる。
そして各マイクロカメラ43、44(53、54)のX、Y、Z軸上の座標位置に変位が生じた場合には、この変位量を補正値として下側撮像部40と上側撮像部50の撮像結果により求められたプローブ針7や電極パッドの座標位置を補正するようにしている。なお本実施形態では、ウエハチャック4を加熱したときに、ターゲット47の位置も変位するが、ターゲット47は、この変位量が非常に小さく位置補正の精度に影響を与えないように形成されている。
次に図7(b)に示すように、既述のように上側撮像部50を凹部29に退避させ、下側撮像部40とウエハチャック4を、上側撮像部50が水平移動する高さレベルまで上昇させてプローブカード6の撮像を行う。下側撮像部40は二つの下カメラ41、42(図4参照)を備えており、本実施形態では、プローブカード6を二つの領域に分けて各下カメラ41(42)では、二つに分けた領域のどちらか一方を撮像する。
本実施形態では、図11に示すように下カメラ41、42を既述のようにY軸方向で左右対称となるように配設しているため、これに合わせてプローブカード6を、その中心を通る線分L3で、撮像領域80と撮像領域81とに分けている。ここで仮に、X方向を左右方向、Y方向を前後方向と定義し、左側の領域を撮像領域80、右側の領域を撮像領域81として説明を進めると、下側撮像部40をプローブカード6の中央下方位置に移動させたときに、撮像領域80は対向する位置にくる下カメラ41で撮像され、撮像領域81は対向する位置にくる下カメラ42で撮像される。
下カメラ41で撮像領域80を撮像する場合、図11(a)に示すように、下カメラ41のマイクロカメラ43が撮像領域80内の前端、後端及び左端の3箇所を撮像するようにウエハチャック4を移動させる。また下カメラ42で撮像領域81を撮像する場合、図11(b)に示すように、下カメラ42のマイクロカメラ43が撮像領域81内の前端、後端及び右端の3箇所を撮像するようにウエハチャック4を移動させる。従ってプローブカード6撮像時のウエハチャック4の移動領域P1は、図11(b)に一点鎖線で示す通りとなる。
次にウエハチャック4が筐体22内の上側撮像部50の水平移動時の高さレベルから外れるように下降する。次いで、既述のように移動機構60により上側撮像部50を水平移動時の高さレベルになるまで下降させる。そして予め設定されているウエハWの撮像位置まで移動させてウエハWの撮像を行う(図12参照)。本実施形態では、図13(a)に示すように、筐体22の略中央部、例えばプローブカード6(図11参照)の中心点から凹部29側に距離d1(例えば150mm)寄った位置がウエハWの撮像位置として設定されており、上側撮像部50は、この撮像位置にその中心が停止するようになっている。ここで図14(a)に一点鎖線で示す線分L4は、中心点からX軸方向に伸びる線分である。
撮像位置に上側撮像部50を移動させた後、ウエハチャック4を移動させてウエハWの撮像を開始する。ウエハWの撮像は、プローブカード6の撮像時と同様に行われる。本実施形態では、図13に示すように上カメラ51、52を既述のようにY軸方向で左右対称となるように配設しているため、これに合わせてウエハWを、その中心を通る線分L5で撮像領域82と撮像領域83とに分けている。ここで仮に、左側の領域を撮像領域82、右側の領域を撮像領域83として説明を進めると、撮像位置で停止している上側撮像部50の下部中央にウエハチャック4を移動させたときに、撮像領域82は対向する位置にくる上カメラ51で撮像され、撮像領域83は対向する位置にくる上カメラ52で撮像される。そして両上カメラ51、52により、例えばウエハWの周縁の4点と、ウエハWの前後左右の各端部及びウエハWの中心の5点とを撮像する。
このとき、ウエハWの中心を通るY軸方向の両端を撮像する場合、ウエハチャック4の側部は前後に移動するが、本実施形態では、図23に示す検査部121とは異なり筐体22の略中央部に上側撮像部50を停止させた状態でウエハWを撮像するため、図14(a)、図14(b)に示すようにウエハチャック4の前後方向の移動量を上側撮像部50の左右で略等しくすることができる。従ってウエハW撮像時のウエハチャック4の移動領域T1は、図13(b)に破線で示す通りとなる。そしてプローブカード6とウエハWを撮像してプローブ針7と図示しない電極パッドのコンタクト座標を求めるときに必要となるウエハチャック4の移動領域は、図13(b)に示すように移動領域P1に、移動領域T1の移動領域P1と重複していない部分を加えた移動領域S1となる。
上述したウエハWとプローブカード6の撮像を行い、プローブカード6のプローブ針7の先端位置とウエハWの表面の図示しない電極パッドの位置の撮像データを取得すると、その撮像データを基にプローブ針7と電極パッドとを接触させるコンタクト座標を求めてそのコンタクト座標にウエハWを移動させる。そして本実施形態では、1回のコンタクト(接触)で全てのプローブ針7と電極パッドとをコンタクトさせる一括コンタクト方式によりプローブテストを行う。
プローブテストが終了すると、ウエハチャック4が搬入出口23の近傍にある受け渡し位置に移動する。そしてウエハ搬送アーム3のウエハWを保持していない一方のアーム体35が、検査済みのウエハWを受け取ると共に、次の検査対象である既に他方のアーム体35に載置されているウエハWがウエハチャック4に受け渡される。その後ウエハ搬送アーム3は検査済みのウエハWをFOUP100に戻すと共に、FOUP100にまだ未検査のウエハWが収納されている場合には、次に検査対象となるウエハWを搬出する。この一連の工程は、他の第2〜第4の検査部21でも同様に行われる。以上の工程を経て本実施形態のプローブ装置では、4台の検査部21に一つのウエハ搬送アーム3で順次ウエハWを搬送してプローブテストを行う。
本実施形態の検査部21の筐体22と、図23に示す従来のプローブ装置の筐体122とを比較すると、本実施形態の筐体22は、ヘッドプレート25(図4(b)参照)のウエハチャック4のコンタクト座標を求めるときに必要となる移動領域S1とZ軸方向で重なる位置(図13参照)に、上側撮像部50の退避領域となる凹部29を形成し、さらに上側撮像部50のウエハWの撮像位置を筐体22の略中央に設定してウエハチャック4の移動領域S1を撮像位置からみてY軸方向の左右で略等しくなるようにしている。そのため従来の筐体122のように、筐体22の側方に上側撮像部50の退避領域を設ける必要がなくなる。また図15に示すように、ウエハWの撮像位置を筐体22の略中央部に移動させたことによって、移動領域Pと移動領域Tとの重複していない部分の領域に比べて、筐体22では移動領域P1と移動領域T1の重複していない部分の領域を少なくすることができる。従って本実施形態の検査部21では、筐体22の側部に配設されていた上側撮像部50の退避領域と、移動領域の未重複部分を削減して筐体22のY軸方向の長さを距離d2、例えば140mm分短縮することができる。
また本実施形態では、下側撮像部40、上側撮像部50に、夫々二つずつ下カメラ41、42、上カメラ51、52を備えており、下カメラ41、42、上カメラ51、52は、夫々上側撮像部50の移動方向であるY軸方向に伸びる線分L1、L2を隔てて左右対称となるように配設されている。このように下カメラ41(42)と上カメラ51(52)を二つずつ配列したことにより、プローブカード6とウエハWの撮像領域80〜83の中心を通るX軸方向の両端を撮像するときに、どちらか一方のカメラのうち、近いほうのカメラで撮像することが可能となる。つまり遠い方のカメラを周縁部まで移動させる必要がないので、カメラを1つしか有していない従来のプローブ装置に比べてウエハチャック4のX軸方向の移動量を少なくすることができる。これにより図16に示すように、図23に示す従来のプローブ装置の筐体122とを比較して筐体22のX軸方向の長さを距離d3、例えば130mm分短縮することができる。
上述した本実施形態のプローブ装置では、下側撮像部40でプローブカード6を撮像するときは、上側撮像部50を移動領域S1の上方側にある凹部29に退避させるようにしているため、既述のように移動領域S1の横方向に退避させる場合に比べて、筐体22の横方向の寸法を短くすることができる。従って筐体22の占有面積を小さくすることができ、プローブ装置を小型化に寄与する。特に本実施形態のように、プローブ装置本体2がY軸方向に4台並ぶ検査部21を有している場合、このプローブ装置本体2のY軸方向の長さでプローブ装置の大きさが決定される。そのため筐体22のY軸方向の寸法を短くできる本実施形態では、プローブ装置の小型化を効率的に行うことができる。
また本実施形態では、既述のように二つの下カメラ41、42及び上カメラ51、52を設け、夫々Y軸方向に伸びる線分L1、L2を挟んで左右対称となるように両者を配設している。これによりコンタクト座標を求めるときのウエハチャック4の移動領域S1を小さくすることができ、筐体のX−Y平面の面積を縮小することが可能となる。従って本実施形態では、さらにプローブ装置を小型化することができる。
またこの実施形態では、一括コンタクトによりプローブテストを行っており、測定時にウエハチャック4が移動しないため、筐体22の広さは撮像時のウエハチャック4の移動領域S1により決まる。そのため移動領域S1が狭くなる上側撮像部50を上方に退避させる構成は有効である。なお本発明は一括コンタクトに限定されるものではなく、複数回連続してコンタクトを行う方式に適用してもよい。ただし一括コンタクトを採用して場合には、さらにX軸方向に並ぶように下カメラ41、42と上カメラ51、52とを二つずつ設けてウエハチャック4のX軸方向の移動領域S1を短くでき、その分筐体22のX軸方向の寸法を短くすることができる。従って本発明の実施形態としては一括コンタクトの方が有利である。
また本実施形態では、上側撮像部50をY軸方向に移動させるY方向移動部62を備えているため、上側撮像部50を筐体22の内部で、Y軸方向に自由に移動させることができる。そのため、退避領域となる凹部29の位置とウエハWの撮像位置を、上側撮像部50が移動できる範囲内で自由に設定することが可能となる。
また本実施形態では、下カメラ41(42)と上カメラ51(52)の位置補正を行うときにマイクロカメラ43とマイクロカメラ53、マイクロカメラ44とマイクロカメラ54、夫々の焦点を一致させた後に、マイクロカメラ43、44間の距離と、マイクロカメラ53、54間の距離とを計測している。しかしながら、マイクロカメラ43とマイクロカメラ53、マイクロカメラ44とマイクロカメラ54の各焦点を一致させた位置と、マイクロカメラ43、44間の距離、若しくはマイクロカメラ53、54間の距離が分かれば、これらのデータから各マイクロカメラ43、44間の距離とマイクロカメラ53、54間の距離を算出することができる。従って上述した位置補正は、マイクロカメラ43とマイクロカメラ53、マイクロカメラ44とマイクロカメラ54、夫々の焦点を一致させた後に、マイクロカメラ43、44でターゲット57を撮像するか、若しくはマイクロカメラ53、54でターゲット47を撮像するか、どちらか一方のみを行うだけでもよい。
[第2の実施形態]
本発明のプローブ装置の第2の実施形態について図17ないし図19を参照して説明する。この実施形態では、第1の実施形態と構成の異なる検査部221を4台、X軸方向に並ぶようにローダ部1に隣接して配置してプローブ装置本体2を構成しており、検査部221の構成が異なる点以外は、第1の実施形態のプローブ装置と同構成であるため、本実施形態では、検査部221の構成についてのみ説明し、他の部材については同一番号を付し、説明を省略する。
検査部221は、図17に示すように、筐体222内に一つのステージユニット224と、二つの上側撮像部50a(50b)が配設されており、ステージユニット224には、二つの下側撮像部40a(40b)が配設されている。二つの下側撮像部40a(40b)は、図15(a)に一点鎖線で示す、ウエハチャック204の中心を通るX軸方向に伸びる線分L6を隔てて左右対称となるように配設されている。また二つの上側撮像部50a(50b)は、夫々の退避領域となる凹部229が、図17(a)に示すように、筐体222の天井部をなすヘッドプレート225のY軸方向の両側部に、一つずつ形成されている。なお二つの下側撮像部40a(40b)と二つの上側撮像部50a(50b)の構成は、第1の実施形態の下側撮像部40、上側撮像部50と同一である。
この検査部221では、図18(a)に示すように、下側撮像部40aと上側撮像部50a及び下側撮像部40bと上側撮像部50bの組み合わせで、夫々第1の実施形態の図7ないし図10で説明した各マイクロカメラ43a、44a、53a、54a(43b、44b、53b、54b)の焦点位置を合わせる原点出しと位置補正を行い、図18(b)、図18(c)に示すように、プローブカード6とウエハWの撮像を行う。なお本実施形態では、上側撮像部50a、50bを、図17(b)、図19(b)に示すように、筐体222の中央部で近接させて停止させた状態でウエハWの撮像を行う。そしてこの停止している位置をウエハWの撮像位置として設定している。
本実施形態では、プローブカード6を撮像する場合、2つの下側撮像部40a、40bでプローブカード6を撮像するため、4つの下カメラ41a、42a(41b、42b)で、プローブカード6を撮像することになる。そのため一つの下カメラ41a(42a、41b、42b)では、プローブカード6の撮像領域のうち、各下カメラ41a(42a、41b、42b)と隣接する4分の1の領域を撮像することになる。従ってプローブカード6を撮像するときのステージユニット224の移動量は、第1の実施形態と異なり、プローブカード6の中心からX軸方向及びY軸方向に略等しい距離だけ移動することになる。従って、プローブカード6を撮像するときに必要となるステージユニット224の移動領域P2は、図19(a)に示す通りとなる。
またウエハWを撮像する場合も同様に、2つの上側撮像部50a、50bでウエハWを撮像するため、4つの上カメラ51a、52a(51b、52b)で、ウエハWを撮像することになり、一つの上カメラ51a(52a、51b、52b)は、ウエハWの各上カメラ51a(52a、51b、52b)と隣接する4分の1の領域を撮像することになる。従ってウエハWを撮像するときのステージユニット224の移動量も、第1の実施形態と異なり、ウエハWの中心からX軸方向及びY軸方向に略等しい距離だけ移動することになる。従って、プローブカード6を撮像するときに必要となるステージユニット224の移動領域T2は、図19(b)に示す通りとなる。
このように下側撮像部40a、40bと上側撮像部50a、50bをY軸方向に並ぶように配設したことにより、本実施形態の検査部221では、プローブカード6及びウエハW撮像時の、ステージユニット224のX軸方向の移動量とY軸方向の移動量とを少なくすることが可能となる。そして第1の実施形態と同様に、ヘッドプレート205に上側撮像部50a、50bの凹部229を形成したことにより、本実施形態においても、筐体222のX−Y平面の面積を縮小することができる。そして検査部221を小型化することができ、この検査部221を備えたプローブ装置を小型化することが可能となる。
なお本実施形態では、二つの上側撮像部50a(50b)の移動機構で1本のガイドレール61を共有しており、1つのガイドレール61の上に二つのY方向移動部62が嵌合している。そして夫々のY方向移動部62が個別にロッドレスシリンダ65を備えているが、移動機構の基本的な構造は第1の実施形態と同じであるため、ここでは説明を省略している。
[他の実施形態]
上述した各実施形態では、下側撮像部と上側撮像部に、下カメラと上カメラをX軸方向に並ぶように二つずつ並べているが、本発明は、下側撮像部と上側撮像部に上カメラと下カメラを一つずつ備えたプローブ装置であってもよい。例えば、下カメラを1つ備えた下側撮像部と上カメラを一つ備えた上側撮像部とを有し、ヘッドプレートに上側撮像部の退避領域となる凹部を形成したプローブ装置であってもよい。このような実施の形態の一例としては、例えば図20に示すような検査部321がある。この検査部321では、ヘッドプレート325のプローブカード6の配設位置と重ならない位置を、ウエハWの撮像位置として設定し、この上方にあるヘッドプレート325に上側撮像部350の退避領域となる凹部329を形成している。そして上側撮像部350を移動させる移動機構360は、凹部329の内部に配置されており、上側撮像部350を昇降するだけの機能を有している。
このような検査部321では、図21(a)、図21(b)に示すようにウエハWを撮像するときに、上側撮像部350を降下させて筐体322の内部へと進入させ、それ以外のときは上側撮像部350を凹部329へと退避させておくことが可能となる。このような実施形態においても、筐体322のコンタクト座標を求めるときのステージユニットの移動領域の、Y軸方向の横にあった上側撮像部の退避領域を削減することができるので、筐体のX−Y平面の大きさを縮小することができ、上述した実施形態と同等の作用・効果を奏することが可能となる。なお図21は、上側撮像部350と移動機構360を説明するために、ヘッドプレート325の側部を切り欠いて凹部329の部分を露出させた図である。
また上述した各実施形態では、昇降機構である昇降ユニット70は、上側撮像部50、250、350を直接昇降するように構成されているが、例えばガイドレールとロッドレスシリンダの両端を支持する支持部に昇降機構を設け、ガイドレールごとY方向移動部と上側撮像部を昇降するように構成してもよい。
また本発明の移動機構の一例としては、例えば図22に示すような移動機構460であってもよい。この移動機構460も、第1の実施形態において図5、図6で説明した移動機構60と同様に、ガイドレール461、Y方向移動部462を備えており、Y方向移動部462のベース体463の裏面に図示しない昇降ユニットが取り付けられている。また昇降ユニットの昇降台474には、ブリッジユニット459が固定される。
そしてY方向移動部462では、ベース体463の裏面に設けられた図示しないガイドブロックとガイドレール461が嵌合し、ベース体463の裏面に固定されている図示しないキャリアブロックを介してロッドレスシリンダ465の駆動力がベース体463に伝達されることによって、ベース体463がガイドレール461にガイドされてY軸方向へと移動する。なおベース体463のL字の長辺の先端部に接続されているU字状の部材は、ケーブルユニット467である。
1 ローダ部
2 プローブ装置本体
3 ウエハ搬送アーム(基板搬送手段)
4 ウエハチャック(載置台)
5 制御部
6 プローブカード
7 プローブ針
8 テストヘッド
9 ポゴピン
10 搬送室
21 検査部
22 筐体
23 搬入出口
24 ステージユニット
25 ヘッドプレート
29 凹部(退避領域)
40 下側撮像部
41、42 下カメラ
43、44 マイクロカメラ(撮像カメラ)
45、46 マクロカメラ
47、48 ターゲット
50 上側撮像部
51、52 上カメラ
53、54 マイクロカメラ(撮像カメラ)
55、56 マクロカメラ
57 ターゲット
59 ブリッジユニット
60 移動機構
61 ガイドレール
62 Y方向移動部
63 ベース体
64 ガイドブロック
65 ロッドレスシリンダ
66 キャリアブロック
70 昇降ユニット(昇降機構)
71 水平基台
72 駆動シリンダ
73 ガイドシリンダ
74 昇降台
75 シリンダロッド
80、81、82、83 撮像領域
100 FOUP(キャリア)
W、W1 ウエハ

Claims (6)

  1. 筐体の内部に設けられ、水平面に沿って移動可能かつ昇降可能な載置台上に基板を載置し、プローブカードのプローブと基板上の電極パッドとを接触させて、基板に形成されている被検査部の電気的特性を測定するプローブ装置において、
    前記載置台の側部に設けられ、プローブカードを撮像するための下側撮像部と、
    前記プローブカードの撮像時における前記載置台の移動領域と重なる位置において、前記載置台上の基板を撮像するための上側撮像部と、
    この上側撮像部を、前記基板を撮像するときの前記位置と、前記移動領域の上方側でかつ前記プローブカードから外れた位置に形成された退避領域と、の間で移動させるための移動機構と、を備え、
    前記退避領域は、前記筐体の天板に形成された凹部であることを特徴とするプローブ装置。
  2. 前記移動機構は、上側撮像部を水平移動させる水平移動機構を備えたことを特徴とする請求項1に記載のプローブ装置。
  3. 前記水平移動機構は、水平ガイド部材と、この水平ガイド部材にガイドされて水平移動する移動部材とを含み、
    前記移動部材は、前記移動部材に設けられた、前記上側撮像部を昇降させるための昇降機構を備えていることを特徴とする請求項2に記載のプローブ装置。
  4. 前記プローブカードのプローブと基板上の全ての電極パッドとを一括して接触させるように構成されていることを特徴とする請求項1ないしの何れか一項に記載のプローブ装置。
  5. X,Y平面において前記上側撮像部の前記退避領域が、前記プローブカードに対してY方向に変位しているとすると、前記上側撮像部はX方向に並ぶ第1の撮像カメラ及び第2の撮像カメラを備え、前記下側撮像部は、載置台の基板載置領域の中心を通りかつY方向に伸びるラインの両側に対称に配置された第1の撮像カメラ及び第2の撮像カメラを備えていることを特徴とする請求項1ないしの何れか一項に記載のプローブ装置。
  6. 前記上側撮像部及び前記下側撮像部には、各々の第1の撮像カメラと第2の撮像カメラとの間にターゲットが設けられており、前記上側撮像部と前記下側撮像部とは、各々の前記第1の撮像カメラと第2の撮像カメラの焦点位置を一致させ、
    次いで前記上側撮像部、若しくは前記下側撮像部どちらか一方で対向する前記ターゲットを撮像することにより、前記上側撮像部と前記下側撮像部の位置補正を行うことを特徴とする請求項に記載のプローブ装置。
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