JP4782953B2 - プローブカード特性測定装置、プローブ装置及びプローブ方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブカードの特性、例えば検査時のプローブカードの撓みよる変位量を測定することができるプローブカード特性測定装置及びこのプローブカード特性測定装置を有するプローブ装置並びにプローブ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体装置の検査工程では半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と称す。）の検査装置としてプローブ装置が広く用いられている。プローブ装置は、通常、ローダ室及びプローバ室を備え、ウエハ状態で半導体素子（以下、「デバイス」と称す。）の電気的特性検査を行う。ローダ室は、複数（例えば、２５枚）のウエハが収納されたキャリアを載置するキャリア載置部と、キャリア載置部からウエハを一枚ずつ搬送するウエハ搬送機構と、ウエハ搬送機構を介して搬送されるウエハのプリアライメントを行うプリアライメント機構（以下、「サブチャック」と称す。）とを備えている。また、プローバ室は、ウエハを載置してＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動する載置台（以下、「メインチャック」と称す。）と、メインチャックと協働してウエハのアライメントを行うアライメント機構と、メインチャックの上方に配置されたプローブカードと、プローブカードとテスタ間に介在するテストヘッドとを備えている。
【０００３】
プローバ室内では、ウエハとプローブカードのプローブのアライメントを行った後、ウエハをメインチャックを介してインデックス送りし、メインチャックを上昇させてウエハとプローブとを所定の針圧で接触させて所定の電気的特性検査を行う。この際、メインチャックを所定量だけオーバードライブさせてウエハとプローブの電気的接触を図っている。
【０００４】
ところが、メインチャックをオーバードライブさせてウエハの検査を行う際に、プローブカードとメインチャック間の針圧（荷重）によって上下方向（Ｚ方向）の変位がある。この変位量はプローブカード及びメインチャックの静剛性特性によって異なる。そこで、従来はレーザー変位計を備えた測定装置を用いて静剛性特性を測定している。この測定装置は、プローブカードと同一径でプローブカードに近似した機械的特性を有するプレートと、このプレートに取り付けられたシリンダ及びレーザー変位計とを備えて構成されている。そして、静剛性を測定する時には、測定装置のプレートをプローブカードの装着部位に装着する。そして、この状態でオーバードライブ時と同一の荷重をプレートに取り付けられたシリンダからメインチャックに付与し、この時のメインチャックのＺ方向の変位量をレーザー変位計で測定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の測定装置による測定の場合には、プローブカード部分に測定装置を取り付け、プローブカードのＺ方向の変位量を無視せざるを得なかった。即ち、測定装置のプレートをプレートに付設されたシリンダでメインチャックを押圧し、この時のプレートとメインチャック間のＺ方向の変位量をプレートに直付けされたレーザー変位計を用いて測定しているため、シリンダによる押圧時の荷重によってプレート自体が撓んでもレーザー変位計ではプローブカードの撓み量を含んだメインチャックとプローブカード間の相対的な変位量（相対変位量）を測定するだけで、プレートの撓みによるＺ方向の変位量（絶対変位量）を測定することができないという課題があった。しかも、プローブカードの代替品であるプレートを用いて変位量を測定するため、測定装置のプレートとプローブカードとでは撓み量が異なり、実際に検査を行う時のプローブカードの撓み量を正確には測定することができないという課題もあった。従って、プローブカードの絶対変位量が判らないために、メインチャックのオーバードライブ量と荷重の関係も正確に把握することができず、メインチャックのオーバードライブ量を適正に設定することができないという課題があった。特に、最近のようにウエハの大口径化及びデバイスの超高集積化によりプローブカードの大型化及び多ピン化が進み、検査時の高荷重によりプローブカードの撓みが大きくなり、プローブカードの変位量が検査の信頼性に影響することになる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、検査時のプローブカードの絶対変位量を測定することができ、ひいては載置台のオーバドライブ量と荷重との関係を正確に把握して適正なオーバードライブ量を設定することができるプローブカード特性測定装置及びプローブ装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のプローブカード特性測定装置は、昇降可能な載置台を上昇させてその上の被検査体にプローブカードを接触させて上記被検査体の電気的特性を検査する際のプローブカードの特性を測定する装置であって、上記載置台上で上記プローブカードからの荷重を検出する荷重センサと、上記載置台の上昇に伴う上記プローブカードの絶対変位量を検出する変位センサとを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載のプローブカード特性測定装置は、昇降可能な載置台を上昇させてその上の被検査体にプローブカードを接触させて上記被検査体の電気的特性を検査する際のプローブカードの特性を測定する装置であって、上記載置台上で上記プローブカードからの荷重を検出する荷重センサと、上記載置台の上昇に伴う上記プローブカードを含むその取付面全体の絶対変位量を検出する変位センサとを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載のプローブカード特性測定装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記荷重センサ及び変位センサを着脱自在に構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載のプローブカード特性測定装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記変位センサのターゲットを上記荷重センサ、上記プローブカード及び上記載置台のいずれかの場所の少なくとも一箇所に付設したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項５に記載のプローブカード特性測定装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記変位センサとして渦電流式変位センサを設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項６に記載のプローブカード特性測定装置は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記荷重センサを上記載置台の中央に位置決めする位置決め部材を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項７に記載のプローブ装置は、被検査体を載置するＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向へ移動可能な載置台と、この載置台の上方に配置されたプローブカードとを備え、制御装置の制御下で上記載置台を移動させて上記被検査体と上記プローブとを接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置において、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプローブカード特性測定装置を着脱可能に設けることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項８に記載のプローブ装置は、請求項７に記載の発明において、上記制御装置は、上記プローブカード特性測定装置を介して複数の温度下で測定した結果を記憶する記憶手段を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項９に記載のプローブ方法は、Ｘ、Ｙ、Ｚ及びθ方向へ移動可能な載置台上に被検査体を載置する工程と、上記載置台を制御装置の制御下で移動させて上記被検査体をプローブカードに接触させる工程と、上記載置台を上記制御装置の制御下でオーバドライブさせる工程とを備えたプローブ方法において、検査に先立つ工程として、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプローブカード特性測定装置を用いて上記プローブカードを含むその取付面全体の絶対変位量を検出する工程と、上記絶対変位量を上記制御装置に記憶させる工程とを有し、上記オーバードライブの工程では上記制御装置に記憶された絶対変位量に基づいて上記載置台をオーバドライブさせることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項１０に記載のプローブ方法は、請求項９に記載の発明において、上記検査に先立つ工程を複数の温度について繰り返し行うことを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２の（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態のプローブカード特性測定装置１０は図１に示すように本実施形態のプローブ装置２０のプローバ室内に配置して用いられる。そこでまず、本実施形態のプローブ装置２０について説明する。本実施形態のプローブ装置２０は、図１に示すように、ウエハ（図示せず）を載置する載置台（メインチャック）２１と、このメインチャック２１をＸ方向に移動させるＸステージ２２と、このＸステージ２２をＹ方向に移動させるＹステージ２３とを備えている。Ｘ、Ｙステージ２２、２３はそれぞれの駆動機構（図示せず）を介してＸ、Ｙ方向に移動する。また、メインチャック２１はＺ、θ方向駆動機構を備え、これらの駆動機構を介してＺ方向及びθ方向に移動する。また、プローバ室の上面にはヘッドプレート２４が配置され、プローバ室の上面を被っている。このヘッドプレート２４には円形状の孔２４Ａが形成され、この孔２４Ａにはカードクランプ機構２５が取り付けられている。そして、このカードクランプ機構２５に対してプローブカード２６がカードホルダー２６Ａを介して着脱可能に取り付けられている。更に、プローブカード２６には接続リング２７を介してテストヘッド２８が接続され、これらの接続リング２７及びテストヘッド２８を介してテスタ（図示せず）とプローブカード２６の間で検査時の電気的信号を送受信してウエハの電気的特性検査を行う。また、図１において、２７Ａはポゴピン等の接触端子である。また、プローバ室内にはアライメント機構を構成するアライメントブリッジ（図示せず）をプローバ室正面と背面間で移動案内する左右一対のガイドレール２９、２９が配設されている。そして、プローブ装置２０は制御装置３０の制御下で駆動する。この制御装置３０には本実施形態のプローブカード特性測定装置１０を介して求められたプローブカード２６の特性を記憶する記憶部３０Ａを有している。
【００１８】
而して、本実施形態のプローブカード特性測定装置１０は、図１に示すように、メインチャック２１上に載置され且つプローブカード２６からの荷重を検出する荷重センサ（ロードセル）１１と、このロードセル上に配置されてプローブカード２６と接触するコンタクトブロック１２と、メインチャック２１の上昇に伴うプローブカード２６の撓みによる変位量（絶対変位量）をメインチャック２１の上昇量を介して検出する変位センサ１３とを備えている。即ち、変位センサ１３は、メインチャック２１の上昇に伴ってコンタクトブロック１２がプローブカード２６と接触した時点からロードセル１１が所定の荷重（ウエハ検査時の荷重と等しい荷重）を検出するまでのコンタクトブロック１２の上昇量を検出することができる。この時のコンタクトブロック１２の上昇量は、プローブカード２６がコンタクトブロック１２を介して押し上げられた時の撓みによる変位量、即ち絶対変位量に相当することになる。
【００１９】
上記ロードセル１１としては従来公知のものを使用することができる。本実施形態のロードセル１１及びコンタクトブロック１２は、例えば円柱状に形成され、コンタクトブロック１２の下部にはフランジ１２Ａが形成されている。このロードセル１１はメインチャック２１の中央に載置して使用される。ロードセル１１をメインチャック２１の中央に配置するために、位置決めプレート（図示せず）が用いられる。この位置決めプレートは例えばプラスチック等によってリング状の薄いプレートとして形成され、外径がメインチャック２１の上面の外径と一致し、内径がロードセル１１下端の外径に一致するように形成されている。従って、位置決めプレートをメインチャック２１上面に敷き、その中央孔にロードセル１１を合わせてメインチャック２１上に載置することで、ロードセル１１をメインチャック２１の中央に正確に配置することができる。また、ロードセル１１には表示器１１Ａが配線１１Ｂを介して接続され、ロードセル１１によって検出されたプローブからの荷重をキログラム単位で表示器１１Ａにデジタル表示する。
【００２０】
上記変位センサ１３としては従来公知のものを使用することができる。本実施形態の変位センサ１３は、例えば渦電流式変位センサを使用している。変位センサ１３には表示器１３Ａが配線１３Ｂを介して接続され、変位センサ１３によって検出されたターゲットまでの距離をミクロン単位で表示器１３Ａにデジタル表示する。この変位センサ１３は、例えば金属等のリング状のプレート基材に周方向等間隔を空けた複数箇所（例えば３箇所）に配設されている。そこで、以下では便宜上、変位センサ１３を有するリング状のプレート基材を変位センサ１３として説明する。変位センサ１３は図１に示すようにプレート状の支持体１４の中央に取り付けられている。変位センサ１３を有する支持体１４は、同図に示すように、アライメント機構を構成する左右一対のガイドレール２９、２９間に着脱自在に架設され、プローブカード２６のやや下方でメインチャック２１の上方に位置している。この支持体１４は、中央の水平部と、この水平部から左右両端に向けて下降傾斜する傾斜部とから形成されている。水平部には変位センサ１３を装着するための円形状の孔が形成され、傾斜部の下降端には左右のガイドレール２９、２９と係合する係合溝が形成されている。
【００２１】
図１に示すように上記変位センサ１３の内径はコンタクトブロック１２の外径より大きく形成され、メインチャック２１の上昇によってコンタクトブロック１２の上部が変位センサ１３を突き抜けるようになっている。このロードセル１１の高さ方向の途中にはフランジ１２Ａが金属によって形成され、このフランジ１２Ａの外径は変位センサ１３の内径より大きく、その外径より小さく形成されている。従って、フランジ１２Ａは変位センサ１３の真下に位置し、変位センサ１３のターゲットとして機能するようにしてある。
【００２２】
次に、図２の（ａ）、（ｂ）を参照しながら上記プローブカード特性測定装置１０の動作について説明する。本実施形態のプローブカード特性測定装置１０はウエハの検査を行う前にプローブカード２６の特性を測定するために使用される。プローブカード特性測定装置１０をプローブ装置２０に装着するためには、メインチャック２６を例えばプローブセンタ（プローバ室の略中央）に配置した後、メインチャック２１の上面に位置決めプレートを配置してメインチャック２１上面の中央位置を決める。次いで、メインチャック２１の中央にロードセル１１を配置した後、支持体１４を左右のガイドレール２９、２９間に架設する。これによってプローブカード特性測定装置１０の設置を終了する。
【００２３】
次いで、プローブカード特性測定装置１０を用いてプローブカード２６の撓みによる絶対変位量を検出する。それにはまず、図２の（ａ）に示すようにメインチャック２１を上昇させてコンタクトブロック１２とプローブカード２６を接触させる。コンタクトブロック１２とプローブカード２６が接触したか否かはロードセル１１の表示器１１Ａの表示内容から判断することができる。コンタクトブロック１２がプローブカード２６と接触した時に、変位センサ１３の表示器１３Ａの表示量をゼロに設定する。
【００２４】
その後、図２の（ｂ）に示すようにメインチャック２１を上昇させてコンタクトブロック１２とプローブカード２６間に荷重Ｆを掛ける。ロードセル１１の表示器１１Ａが所定の荷重を検出するまでメインチャック２１を上昇させる。この間にプローブカード２６のみならずカードクランプ機構２５及びヘッドプレート２４を含めたプローブカード２６の取付面全体が一体となって図２の（ｂ）に示すように破線位置から徐々に撓み、変位センサ１３の表示器１３Ａにコンタクトブロック１２の上昇距離がプローブカード２６の取付面全体の絶対変位量としてミクロン単位で表示される。ロードセル１１の表示器１１Ａが所定の荷重（ウエハの検査時に必要な荷重）を表示した時点でメインチャック２１を止め、この時の変位センサ１３の表示器１３Ａの表示量をウエハを検査する時のプローブカード２６の絶対変位量として読み取る。この一連の操作によって、プローブカード２６に対する荷重とプローブカード２６の取付面全体の絶対変位量との関係を把握することができる。
【００２５】
また、図２ではプローブを有しないプローブカード２６を用いてその絶対変位量と荷重の関係を求めたが、プローブを有するプローブカードについて同様の測定を行い、この測定結果とプローブのない上述の測定結果とを比較し、これら両者の差がメインチャック２１のオーバードライブ量として求められる。この結果からオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を知ることができる。このオーバードライブ量とプローブの針圧の関係をプローブ装置２０に設定することにより適正な針圧でウエハの検査を行うことができる。
【００２６】
而して、ウエハは種類によって低温検査から高温検査まで様々な温度下で検査を行う。そこで、本実施形態では上記プローブカード特性測定装置１０を用いて種々のウエハ検査に対応させるために、複数の温度下でそれぞれの温度における絶対変位量を個別に求め、これらの測定結果に基づいたオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を例えばプローブ装置２０の制御装置３０の記憶部３０Ａに格納して記憶させておく。そして、ウエハの検査を行い場合には、ウエハの検査温度に即したオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を記憶部３０Ａから読み出し、この関係に基づいてメインチャック２１をオーバードライブ量を制御することにより、その検査温度におけるメインチャック２１のオーバードライブ量を正確に管理して常に適正な針圧でウエハの検査を行うことができ、検査の信頼性を高めることができる。
【００２７】
従って、本実施形態のプローブ装置を用いて本発明のプローブ方法を実施する場合には以下のようにして行う。即ち、ウエハの検査を行う前にこのウエハに使用されるプローブカード２６の絶対変位量を上述のようにして求め、この絶対変位量に基づいたオーバードライブ量とプローブの針圧の関係をプローブ装置２０の制御装置３０（記憶部３０Ａ）に記憶させておく。このプローブカード２６を異なる温度下で使用する場合には、それぞれの温度における絶対変位量を求めておき、これらの絶対変位量に基づいたオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を記憶部３０Ａに記憶させておく。然る後、ウエハを検査する場合にはこのウエハの検査温度に即したオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を記憶部３０Ａから読み出し、このオーバードライブ量とプローブの針圧の関係に基づいてメインチャック２６のオーバードライブ量を制御する。つまり、プローブ装置２０のメインチャック２１上に載置し、制御装置３０の制御下でメインチャック２１をＸ、Ｙ及びＺ方向に移動させてウエハとプローブカードとを接触させると、メインチャック２１は制御装置３０の制御下で最適なオーバードライブ量でオーバドライブし、プローブカード２６からウエハに最適な針圧を付与してウエハの電気的特性検査を行う。
【００２８】
以上説明したように本実施形態によれば、プローブカード特性測定装置１０は、メインチャック２１上に載置され且つプローブカード２６からの荷重を検出する荷重センサ（ロードセル）１１と、メインチャック２１の上昇に伴うプローブカード２６の撓みによる変位量（絶対変位量）をメインチャック２１の上昇量を介して検出する変位センサ１３とを備えているため、プローブカード特性測定装置１０をプローブ装置２０に装着することにより、従来のようにプローブカードの代替品ではなく実際に使用するプローブカード２６を装着した状態で測定を行うため、実際に使用するプローブカード２６の検査時の絶対変位量を測定することができる。また、プローブを有するプローブカードに対して同様の測定を行うことによってメインチャック２１のオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を知ることができる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、プローブカード特性測定装置１０を用いて得られたプローブカード２６（プローブカード２６を含むその取付面全体）の絶対変位量を求め、この絶対変位量に基づいたオーバードライブ量とプローブの針圧の関係をプローブ装置２０の記憶部３０Ａに格納しておくことにより、ウエハの検査、を行う時には、このウエハの検査に即したオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を記憶部３０Ａから読み出し、制御装置３０の制御下でメインチャック２１のオーバードライブ量を最適制御するようにしたため、ウエハの検査時にメインチャック２１のオーバードライブ量を正確に管理して常に適正な針圧でウエハの検査を行うことができ、検査の信頼性を高めることができる。
【００３０】
図２の（ａ）、（ｂ）ではテストヘッド２８がない状態でプローブカード２６の絶対変位量と荷重を測定したが、図１に示すようにテストヘッド２８をプローブカード２６に接触させた実際の使用状態の場合でも図２の（ａ）、（ｂ）に示した場合と同様にプローブカード２６の絶対変位量と荷重を測定することができ、ひいては検査時のメインチャック２１の適正なオーバードライブ量を設定し、ウエハに適正な針圧を付与して信頼性の高いウエハ検査を行うことができる。
【００３１】
尚、上記実施形態では変位センサ１３でコンタクトブロック１２のフランジ１２Ａまでの距離を測定する場合について説明したが、変位センサでプローブカードまでの距離を測定するようにし、プローブカードの変位を直接測定するようにしても良い。また、変位センサ１３でメインチャック２１表面までの距離を測定するようにしても良い。これらいずれの場合でも上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。また、バンプタイプのプローブを有するプローブカードについても同様にプローブカード特性を測定することができる。また、ウエハ以外のＬＣＤ基板等の被検査体の検査にも適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項６に記載の発明によれば、検査時のプローブカードまたはプローブカードを含むその取付面全体の絶対変位量を測定することができ、ひいては載置台のオーバドライブ量と荷重との関係を把握して適正なオーバードライブ量を設定することができるプローブカード特性測定装置を提供することができる。
【００３３】
また、本発明の請求項７〜請求項１０に記載の発明によれば、検査時のプローブカードまたはプローブカードを含むその取付面全体の絶対変位量を測定することができ、ひいては載置台のオーバドライブ量と荷重との関係を把握して適正なオーバードライブ量を設定することができるプローブ装置及びプローブ方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプローブカード特性測定装置の一実施形態を適用したプローブ装置を示す構成図である。
【図２】図１に示すプローブカード特性測定装置の動作説明図で、（ａ）はプローブカードとロードセルが接触した状態を示す図、（ｂ）はメインチャックをオーバードライブさせた状態を示す図である。
【符号の説明】
１０ プローブカード特性測定装置
１１ ロードセル（荷重センサ）
１２Ａ フランジ（ターゲット）
１３ 変位センサ
２０ プローブ装置
２１ メインチャック（載置台）
２６ プローブカード
３０ 制御装置
３０Ａ 記憶部（記憶手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブカードの特性、例えば検査時のプローブカードの撓みよる変位量を測定することができるプローブカード特性測定装置及びこのプローブカード特性測定装置を有するプローブ装置並びにプローブ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体装置の検査工程では半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と称す。）の検査装置としてプローブ装置が広く用いられている。プローブ装置は、通常、ローダ室及びプローバ室を備え、ウエハ状態で半導体素子（以下、「デバイス」と称す。）の電気的特性検査を行う。ローダ室は、複数（例えば、２５枚）のウエハが収納されたキャリアを載置するキャリア載置部と、キャリア載置部からウエハを一枚ずつ搬送するウエハ搬送機構と、ウエハ搬送機構を介して搬送されるウエハのプリアライメントを行うプリアライメント機構（以下、「サブチャック」と称す。）とを備えている。また、プローバ室は、ウエハを載置してＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動する載置台（以下、「メインチャック」と称す。）と、メインチャックと協働してウエハのアライメントを行うアライメント機構と、メインチャックの上方に配置されたプローブカードと、プローブカードとテスタ間に介在するテストヘッドとを備えている。
【０００３】
プローバ室内では、ウエハとプローブカードのプローブのアライメントを行った後、ウエハをメインチャックを介してインデックス送りし、メインチャックを上昇させてウエハとプローブとを所定の針圧で接触させて所定の電気的特性検査を行う。この際、メインチャックを所定量だけオーバードライブさせてウエハとプローブの電気的接触を図っている。
【０００４】
ところが、メインチャックをオーバードライブさせてウエハの検査を行う際に、プローブカードとメインチャック間の針圧（荷重）によって上下方向（Ｚ方向）の変位がある。この変位量はプローブカード及びメインチャックの静剛性特性によって異なる。そこで、従来はレーザー変位計を備えた測定装置を用いて静剛性特性を測定している。この測定装置は、プローブカードと同一径でプローブカードに近似した機械的特性を有するプレートと、このプレートに取り付けられたシリンダ及びレーザー変位計とを備えて構成されている。そして、静剛性を測定する時には、測定装置のプレートをプローブカードの装着部位に装着する。そして、この状態でオーバードライブ時と同一の荷重をプレートに取り付けられたシリンダからメインチャックに付与し、この時のメインチャックのＺ方向の変位量をレーザー変位計で測定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の測定装置による測定の場合には、プローブカード部分に測定装置を取り付け、プローブカードのＺ方向の変位量を無視せざるを得なかった。即ち、測定装置のプレートをプレートに付設されたシリンダでメインチャックを押圧し、この時のプレートとメインチャック間のＺ方向の変位量をプレートに直付けされたレーザー変位計を用いて測定しているため、シリンダによる押圧時の荷重によってプレート自体が撓んでもレーザー変位計ではプローブカードの撓み量を含んだメインチャックとプローブカード間の相対的な変位量（相対変位量）を測定するだけで、プレートの撓みによるＺ方向の変位量（絶対変位量）を測定することができないという課題があった。しかも、プローブカードの代替品であるプレートを用いて変位量を測定するため、測定装置のプレートとプローブカードとでは撓み量が異なり、実際に検査を行う時のプローブカードの撓み量を正確には測定することができないという課題もあった。従って、プローブカードの絶対変位量が判らないために、メインチャックのオーバードライブ量と荷重の関係も正確に把握することができず、メインチャックのオーバードライブ量を適正に設定することができないという課題があった。特に、最近のようにウエハの大口径化及びデバイスの超高集積化によりプローブカードの大型化及び多ピン化が進み、検査時の高荷重によりプローブカードの撓みが大きくなり、プローブカードの変位量が検査の信頼性に影響することになる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、検査時のプローブカードの絶対変位量を測定することができ、ひいては載置台のオーバドライブ量と荷重との関係を正確に把握して適正なオーバードライブ量を設定することができるプローブカード特性測定装置及びプローブ装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のプローブカード特性測定装置は、昇降可能な載置台を上昇させてその上の被検査体にプローブカードを接触させて上記被検査体の電気的特性を検査する際のプローブカードの特性を測定する装置であって、上記載置台上で上記プローブカードからの荷重を検出する荷重センサと、上記載置台の上昇に伴う上記プローブカードの絶対変位量を検出する変位センサとを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載のプローブカード特性測定装置は、昇降可能な載置台を上昇させてその上の被検査体にプローブカードを接触させて上記被検査体の電気的特性を検査する際のプローブカードの特性を測定する装置であって、上記載置台上で上記プローブカードからの荷重を検出する荷重センサと、上記載置台の上昇に伴う上記プローブカードを含むその取付面全体の絶対変位量を検出する変位センサとを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載のプローブカード特性測定装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記荷重センサ及び変位センサを着脱自在に構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載のプローブカード特性測定装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記変位センサのターゲットを上記荷重センサ、上記プローブカード及び上記載置台のいずれかの場所の少なくとも一箇所に付設したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項５に記載のプローブカード特性測定装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記変位センサとして渦電流式変位センサを設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項６に記載のプローブカード特性測定装置は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記荷重センサを上記載置台の中央に位置決めする位置決め部材を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項７に記載のプローブ装置は、被検査体を載置するＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向へ移動可能な載置台と、この載置台の上方に配置されたプローブカードとを備え、制御装置の制御下で上記載置台を移動させて上記被検査体と上記プローブとを接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置において、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプローブカード特性測定装置を着脱可能に設けることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項８に記載のプローブ装置は、請求項７に記載の発明において、上記制御装置は、上記プローブカード特性測定装置を介して複数の温度下で測定した結果を記憶する記憶手段を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項９に記載のプローブ方法は、Ｘ、Ｙ、Ｚ及びθ方向へ移動可能な載置台上に被検査体を載置する工程と、上記載置台を制御装置の制御下で移動させて上記被検査体をプローブカードに接触させる工程と、上記載置台を上記制御装置の制御下でオーバドライブさせる工程とを備えたプローブ方法において、検査に先立つ工程として、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプローブカード特性測定装置を用いて上記プローブカードを含むその取付面全体の絶対変位量を検出する工程と、上記絶対変位量を上記制御装置に記憶させる工程とを有し、上記オーバードライブの工程では上記制御装置に記憶された絶対変位量に基づいて上記載置台をオーバドライブさせることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項１０に記載のプローブ方法は、請求項９に記載の発明において、上記検査に先立つ工程を複数の温度について繰り返し行うことを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２の（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態のプローブカード特性測定装置１０は図１に示すように本実施形態のプローブ装置２０のプローバ室内に配置して用いられる。そこでまず、本実施形態のプローブ装置２０について説明する。本実施形態のプローブ装置２０は、図１に示すように、ウエハ（図示せず）を載置する載置台（メインチャック）２１と、このメインチャック２１をＸ方向に移動させるＸステージ２２と、このＸステージ２２をＹ方向に移動させるＹステージ２３とを備えている。Ｘ、Ｙステージ２２、２３はそれぞれの駆動機構（図示せず）を介してＸ、Ｙ方向に移動する。また、メインチャック２１はＺ、θ方向駆動機構を備え、これらの駆動機構を介してＺ方向及びθ方向に移動する。また、プローバ室の上面にはヘッドプレート２４が配置され、プローバ室の上面を被っている。このヘッドプレート２４には円形状の孔２４Ａが形成され、この孔２４Ａにはカードクランプ機構２５が取り付けられている。そして、このカードクランプ機構２５に対してプローブカード２６がカードホルダー２６Ａを介して着脱可能に取り付けられている。更に、プローブカード２６には接続リング２７を介してテストヘッド２８が接続され、これらの接続リング２７及びテストヘッド２８を介してテスタ（図示せず）とプローブカード２６の間で検査時の電気的信号を送受信してウエハの電気的特性検査を行う。また、図１において、２７Ａはポゴピン等の接触端子である。また、プローバ室内にはアライメント機構を構成するアライメントブリッジ（図示せず）をプローバ室正面と背面間で移動案内する左右一対のガイドレール２９、２９が配設されている。そして、プローブ装置２０は制御装置３０の制御下で駆動する。この制御装置３０には本実施形態のプローブカード特性測定装置１０を介して求められたプローブカード２６の特性を記憶する記憶部３０Ａを有している。
【００１８】
而して、本実施形態のプローブカード特性測定装置１０は、図１に示すように、メインチャック２１上に載置され且つプローブカード２６からの荷重を検出する荷重センサ（ロードセル）１１と、このロードセル上に配置されてプローブカード２６と接触するコンタクトブロック１２と、メインチャック２１の上昇に伴うプローブカード２６の撓みによる変位量（絶対変位量）をメインチャック２１の上昇量を介して検出する変位センサ１３とを備えている。即ち、変位センサ１３は、メインチャック２１の上昇に伴ってコンタクトブロック１２がプローブカード２６と接触した時点からロードセル１１が所定の荷重（ウエハ検査時の荷重と等しい荷重）を検出するまでのコンタクトブロック１２の上昇量を検出することができる。この時のコンタクトブロック１２の上昇量は、プローブカード２６がコンタクトブロック１２を介して押し上げられた時の撓みによる変位量、即ち絶対変位量に相当することになる。
【００１９】
上記ロードセル１１としては従来公知のものを使用することができる。本実施形態のロードセル１１及びコンタクトブロック１２は、例えば円柱状に形成され、コンタクトブロック１２の下部にはフランジ１２Ａが形成されている。このロードセル１１はメインチャック２１の中央に載置して使用される。ロードセル１１をメインチャック２１の中央に配置するために、位置決めプレート（図示せず）が用いられる。この位置決めプレートは例えばプラスチック等によってリング状の薄いプレートとして形成され、外径がメインチャック２１の上面の外径と一致し、内径がロードセル１１下端の外径に一致するように形成されている。従って、位置決めプレートをメインチャック２１上面に敷き、その中央孔にロードセル１１を合わせてメインチャック２１上に載置することで、ロードセル１１をメインチャック２１の中央に正確に配置することができる。また、ロードセル１１には表示器１１Ａが配線１１Ｂを介して接続され、ロードセル１１によって検出されたプローブからの荷重をキログラム単位で表示器１１Ａにデジタル表示する。
【００２０】
上記変位センサ１３としては従来公知のものを使用することができる。本実施形態の変位センサ１３は、例えば渦電流式変位センサを使用している。変位センサ１３には表示器１３Ａが配線１３Ｂを介して接続され、変位センサ１３によって検出されたターゲットまでの距離をミクロン単位で表示器１３Ａにデジタル表示する。この変位センサ１３は、例えば金属等のリング状のプレート基材に周方向等間隔を空けた複数箇所（例えば３箇所）に配設されている。そこで、以下では便宜上、変位センサ１３を有するリング状のプレート基材を変位センサ１３として説明する。変位センサ１３は図１に示すようにプレート状の支持体１４の中央に取り付けられている。変位センサ１３を有する支持体１４は、同図に示すように、アライメント機構を構成する左右一対のガイドレール２９、２９間に着脱自在に架設され、プローブカード２６のやや下方でメインチャック２１の上方に位置している。この支持体１４は、中央の水平部と、この水平部から左右両端に向けて下降傾斜する傾斜部とから形成されている。水平部には変位センサ１３を装着するための円形状の孔が形成され、傾斜部の下降端には左右のガイドレール２９、２９と係合する係合溝が形成されている。
【００２１】
図１に示すように上記変位センサ１３の内径はコンタクトブロック１２の外径より大きく形成され、メインチャック２１の上昇によってコンタクトブロック１２の上部が変位センサ１３を突き抜けるようになっている。このロードセル１１の高さ方向の途中にはフランジ１２Ａが金属によって形成され、このフランジ１２Ａの外径は変位センサ１３の内径より大きく、その外径より小さく形成されている。従って、フランジ１２Ａは変位センサ１３の真下に位置し、変位センサ１３のターゲットとして機能するようにしてある。
【００２２】
次に、図２の（ａ）、（ｂ）を参照しながら上記プローブカード特性測定装置１０の動作について説明する。本実施形態のプローブカード特性測定装置１０はウエハの検査を行う前にプローブカード２６の特性を測定するために使用される。プローブカード特性測定装置１０をプローブ装置２０に装着するためには、メインチャック２６を例えばプローブセンタ（プローバ室の略中央）に配置した後、メインチャック２１の上面に位置決めプレートを配置してメインチャック２１上面の中央位置を決める。次いで、メインチャック２１の中央にロードセル１１を配置した後、支持体１４を左右のガイドレール２９、２９間に架設する。これによってプローブカード特性測定装置１０の設置を終了する。
【００２３】
次いで、プローブカード特性測定装置１０を用いてプローブカード２６の撓みによる絶対変位量を検出する。それにはまず、図２の（ａ）に示すようにメインチャック２１を上昇させてコンタクトブロック１２とプローブカード２６を接触させる。コンタクトブロック１２とプローブカード２６が接触したか否かはロードセル１１の表示器１１Ａの表示内容から判断することができる。コンタクトブロック１２がプローブカード２６と接触した時に、変位センサ１３の表示器１３Ａの表示量をゼロに設定する。
【００２４】
その後、図２の（ｂ）に示すようにメインチャック２１を上昇させてコンタクトブロック１２とプローブカード２６間に荷重Ｆを掛ける。ロードセル１１の表示器１１Ａが所定の荷重を検出するまでメインチャック２１を上昇させる。この間にプローブカード２６のみならずカードクランプ機構２５及びヘッドプレート２４を含めたプローブカード２６の取付面全体が一体となって図２の（ｂ）に示すように破線位置から徐々に撓み、変位センサ１３の表示器１３Ａにコンタクトブロック１２の上昇距離がプローブカード２６の取付面全体の絶対変位量としてミクロン単位で表示される。ロードセル１１の表示器１１Ａが所定の荷重（ウエハの検査時に必要な荷重）を表示した時点でメインチャック２１を止め、この時の変位センサ１３の表示器１３Ａの表示量をウエハを検査する時のプローブカード２６の絶対変位量として読み取る。この一連の操作によって、プローブカード２６に対する荷重とプローブカード２６の取付面全体の絶対変位量との関係を把握することができる。
【００２５】
また、図２ではプローブを有しないプローブカード２６を用いてその絶対変位量と荷重の関係を求めたが、プローブを有するプローブカードについて同様の測定を行い、この測定結果とプローブのない上述の測定結果とを比較し、これら両者の差がメインチャック２１のオーバードライブ量として求められる。この結果からオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を知ることができる。このオーバードライブ量とプローブの針圧の関係をプローブ装置２０に設定することにより適正な針圧でウエハの検査を行うことができる。
【００２６】
而して、ウエハは種類によって低温検査から高温検査まで様々な温度下で検査を行う。そこで、本実施形態では上記プローブカード特性測定装置１０を用いて種々のウエハ検査に対応させるために、複数の温度下でそれぞれの温度における絶対変位量を個別に求め、これらの測定結果に基づいたオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を例えばプローブ装置２０の制御装置３０の記憶部３０Ａに格納して記憶させておく。そして、ウエハの検査を行い場合には、ウエハの検査温度に即したオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を記憶部３０Ａから読み出し、この関係に基づいてメインチャック２１をオーバードライブ量を制御することにより、その検査温度におけるメインチャック２１のオーバードライブ量を正確に管理して常に適正な針圧でウエハの検査を行うことができ、検査の信頼性を高めることができる。
【００２７】
従って、本実施形態のプローブ装置を用いて本発明のプローブ方法を実施する場合には以下のようにして行う。即ち、ウエハの検査を行う前にこのウエハに使用されるプローブカード２６の絶対変位量を上述のようにして求め、この絶対変位量に基づいたオーバードライブ量とプローブの針圧の関係をプローブ装置２０の制御装置３０（記憶部３０Ａ）に記憶させておく。このプローブカード２６を異なる温度下で使用する場合には、それぞれの温度における絶対変位量を求めておき、これらの絶対変位量に基づいたオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を記憶部３０Ａに記憶させておく。然る後、ウエハを検査する場合にはこのウエハの検査温度に即したオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を記憶部３０Ａから読み出し、このオーバードライブ量とプローブの針圧の関係に基づいてメインチャック２６のオーバードライブ量を制御する。つまり、プローブ装置２０のメインチャック２１上に載置し、制御装置３０の制御下でメインチャック２１をＸ、Ｙ及びＺ方向に移動させてウエハとプローブカードとを接触させると、メインチャック２１は制御装置３０の制御下で最適なオーバードライブ量でオーバドライブし、プローブカード２６からウエハに最適な針圧を付与してウエハの電気的特性検査を行う。
【００２８】
以上説明したように本実施形態によれば、プローブカード特性測定装置１０は、メインチャック２１上に載置され且つプローブカード２６からの荷重を検出する荷重センサ（ロードセル）１１と、メインチャック２１の上昇に伴うプローブカード２６の撓みによる変位量（絶対変位量）をメインチャック２１の上昇量を介して検出する変位センサ１３とを備えているため、プローブカード特性測定装置１０をプローブ装置２０に装着することにより、従来のようにプローブカードの代替品ではなく実際に使用するプローブカード２６を装着した状態で測定を行うため、実際に使用するプローブカード２６の検査時の絶対変位量を測定することができる。また、プローブを有するプローブカードに対して同様の測定を行うことによってメインチャック２１のオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を知ることができる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、プローブカード特性測定装置１０を用いて得られたプローブカード２６（プローブカード２６を含むその取付面全体）の絶対変位量を求め、この絶対変位量に基づいたオーバードライブ量とプローブの針圧の関係をプローブ装置２０の記憶部３０Ａに格納しておくことにより、ウエハの検査、を行う時には、このウエハの検査に即したオーバードライブ量とプローブの針圧の関係を記憶部３０Ａから読み出し、制御装置３０の制御下でメインチャック２１のオーバードライブ量を最適制御するようにしたため、ウエハの検査時にメインチャック２１のオーバードライブ量を正確に管理して常に適正な針圧でウエハの検査を行うことができ、検査の信頼性を高めることができる。
【００３０】
図２の（ａ）、（ｂ）ではテストヘッド２８がない状態でプローブカード２６の絶対変位量と荷重を測定したが、図１に示すようにテストヘッド２８をプローブカード２６に接触させた実際の使用状態の場合でも図２の（ａ）、（ｂ）に示した場合と同様にプローブカード２６の絶対変位量と荷重を測定することができ、ひいては検査時のメインチャック２１の適正なオーバードライブ量を設定し、ウエハに適正な針圧を付与して信頼性の高いウエハ検査を行うことができる。
【００３１】
尚、上記実施形態では変位センサ１３でコンタクトブロック１２のフランジ１２Ａまでの距離を測定する場合について説明したが、変位センサでプローブカードまでの距離を測定するようにし、プローブカードの変位を直接測定するようにしても良い。また、変位センサ１３でメインチャック２１表面までの距離を測定するようにしても良い。これらいずれの場合でも上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。また、バンプタイプのプローブを有するプローブカードについても同様にプローブカード特性を測定することができる。また、ウエハ以外のＬＣＤ基板等の被検査体の検査にも適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項６に記載の発明によれば、検査時のプローブカードまたはプローブカードを含むその取付面全体の絶対変位量を測定することができ、ひいては載置台のオーバドライブ量と荷重との関係を把握して適正なオーバードライブ量を設定することができるプローブカード特性測定装置を提供することができる。
【００３３】
また、本発明の請求項７〜請求項１０に記載の発明によれば、検査時のプローブカードまたはプローブカードを含むその取付面全体の絶対変位量を測定することができ、ひいては載置台のオーバドライブ量と荷重との関係を把握して適正なオーバードライブ量を設定することができるプローブ装置及びプローブ方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプローブカード特性測定装置の一実施形態を適用したプローブ装置を示す構成図である。
【図２】図１に示すプローブカード特性測定装置の動作説明図で、（ａ）はプローブカードとロードセルが接触した状態を示す図、（ｂ）はメインチャックをオーバードライブさせた状態を示す図である。
【符号の説明】
１０ プローブカード特性測定装置
１１ ロードセル（荷重センサ）
１２Ａ フランジ（ターゲット）
１３ 変位センサ
２０ プローブ装置
２１ メインチャック（載置台）
２６ プローブカード
３０ 制御装置
３０Ａ 記憶部（記憶手段）
Claims (10)
- 昇降可能な載置台を上昇させてその上の被検査体にプローブカードを接触させて上記被検査体の電気的特性を検査する際のプローブカードの特性を測定する装置であって、上記載置台上で上記プローブカードからの荷重を検出する荷重センサと、上記載置台の上昇に伴う上記プローブカードの絶対変位量を検出する変位センサとを備えたことを特徴とするプローブカード特性測定装置。
- 昇降可能な載置台を上昇させてその上の被検査体にプローブカードを接触させて上記被検査体の電気的特性を検査する際のプローブカードの特性を測定する装置であって、上記載置台上で上記プローブカードからの荷重を検出する荷重センサと、上記載置台の上昇に伴う上記プローブカードを含むその取付面全体の絶対変位量を検出する変位センサとを備えたことを特徴とするプローブカード特性測定装置。
- 上記荷重センサ及び変位センサを着脱自在に構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプローブカード特性測定装置。
- 上記変位センサのターゲットを上記荷重センサ、上記プローブカード及び上記載置台のいずれかの場所の少なくとも一箇所に付設したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプローブカード特性測定装置。
- 上記変位センサとして渦電流式変位センサを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のプローブカード特性測定装置。
- 上記荷重センサを上記載置台の中央に位置決めする位置決め部材を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のプローブカード特性測定装置。
- 被検査体を載置するＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向へ移動可能な載置台と、この載置台の上方に配置されたプローブカードとを備え、制御装置の制御下で上記載置台を移動させて上記被検査体と上記プローブとを接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置において、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプローブカード特性測定装置を着脱可能に設けることを特徴とするプローブ装置。
- 上記制御装置は、上記プローブカード特性測定装置を介して複数の温度下で測定した結果を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項７に記載のプローブ装置。
- Ｘ、Ｙ、Ｚ及びθ方向へ移動可能な載置台上に被検査体を載置する工程と、上記載置台を制御装置の制御下で移動させて上記被検査体をプローブカードに接触させる工程と、上記載置台を上記制御装置の制御下でオーバドライブさせる工程とを備えたプローブ方法において、検査に先立つ工程として、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプローブカード特性測定装置を用いて上記プローブカードを含むその取付面全体の絶対変位量を検出する工程と、上記絶対変位量を上記制御装置に記憶させる工程とを有し、上記オーバードライブの工程では上記制御装置に記憶された絶対変位量に基づいて上記載置台をオーバドライブさせることを特徴とするプローブ方法。
- 上記検査に先立つ工程を複数の温度について繰り返し行うことを特徴とする請求項９に記載のプローブ方法。
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