JP5071131B2 - プローブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、検査チップが配列された披検査基板を載置台に載せ、この載置台を移動させてプローブカードのプローブに披検査チップの電極パッドを接触させて順次披検査チップの電気的測定を行うプローブ装置の技術分野に関する。

従来、半導体ウェハ（以下ウェハという）上に形成されるＩＣチップの電気的特性を調べるために、ウェハの状態でプローブ装置によるプローブテストが行われている。このプローブ装置は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動自在かつＺ軸周りに回転自在なウェハステージにウェハを載せ、ウェハステージの上方に設けられているプローブカードのプローブ例えばプローブ針と、ウェハのＩＣチップの電極パッドとを接触させて電気的特性を調べる構成になっており、電極パッドとプローブ針とが接触するようにウェハステージの位置を制御している。このウェハステージは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に駆動部によって駆動し、位置制御は、ウェハステージが積載されているＸ、Ｙ、Ｚ方向にそれぞれ移動する３つのステージに設けられたリニアスケール、若しくはパルスモータのエンコーダの検出値（検出パルスに基づいて算出された値）によって行われる。つまりウェハステージは、上記検出値によって管理される駆動系の座標上を移動することとなる。

そしてウェハの特定点とプローブ針とをカメラにより撮像し、カメラの位置と撮像結果とを基にウェハの電極パッドをプローブ針に接触させるための駆動系のＸ、Ｙ、Ｚ座標上における位置（コンタクト位置）を演算で求めることができる。その後プローブ針とウェハとを接触させ、その状態でウェハステージを僅かに上昇させてオーバードライブをかけ、プローブ針によって自然酸化膜を削り取るようにしてプローブ針と電極パッドとを接触させてテストを行っている（特許文献１）。

このようなプローブ装置では、テストを行う際にウェハを載置するウェハステージを定められた温度（設定温度）まで加熱する場合があり、ウェハステージに加熱手段と温度検出手段とが設けられていることがある。そしてウェハを加熱してテストを行う際、このウェハステージの表面が設定温度まで加熱されたことを温度検出手段にて確認した段階で、コンタクト位置を演算により決定してウェハステージの位置制御を行っていた。しかしながらウェハステージを加熱した際にウェハステージの表面は設定温度に達していても、ウェハステージを含むステージアセンブリ（ＸＹＺテーブル）全体が均一に加熱されるまでに長い時間がかかることからカメラによる撮像後に、例えば測定中にウェハステージの載置面の座標位置が変わってしまう。

一方近年電極パッドが益々微細化しているため、電極パッドとプローブ針との実際の接触位置がコンタクト位置からＸ、Ｙ方向に対して変位した場合には、プローブ針が電極パッドから飛び出してしまう等プローブ針と電極パッドとを確実に接触させることができない虞が大きい。また電極パッドとプローブ針との実際の接触位置がコンタクト位置からＺ方向に変位した場合、例えばコンタクト位置よりプローブ針側に実際の接触位置がずれた場合にはプローブ針が電極パッドを突き破ってしまい、逆にコンタクト位置より電極パッド側に実際の接触位置が変位した場合にはプローブ針と電極パッドとを接触させることができない等の不具合が起こりやすい。このため測定の信頼度が低下するという課題がある。

また特許文献１では、ベース基台、カメラ、プローブカードの熱膨張係数を同一にし、各構成部材を熱膨張の影響を極力抑える構成となるように配置することによって温度変化に対する安定性を高めている。しかしながら特許文献１に記載の装置では、上述した課題を解決できない。

特開２００４−１５２９１６号公報（段落番号００１８、００１９）

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、測定中に基板を載置し、移動させるためのステージに熱膨張等が起こっても、信頼度の高い測定を行うことができるプローブ装置を提供することにある。

本発明は、載置台に被検査基板を載置し、当該被検査基板上に配列された被検査チップの電極パッドにプローブカードのプローブを接触させて前記被検査チップの電気的測定を行うプローブ装置において、
基台の上にＸ方向に移動自在に設けられた第１ステージと、
当該第１ステージの上にＹ方向に移動自在に設けられた第２ステージと、
当該第２ステージにＺ方向に移動自在に設けられ、前記載置台を有する第３ステージと、
前記載置台上の被検査基板及び前記プローブを撮像するための撮像手段と、
前記第３ステージの上端部にエポキシ樹脂により固定され、Ｚ方向に伸びるＺリニアスケールと、前記第２ステージに設けられ、前記Ｚリニアスケールを読み取る読み取り部とを備えた前記載置台のＺ方向の位置を取得するためのＺ位置計測手段と、
前記載置台のＸ方向及びＹ方向の各位置を計測する手段により計測されたＸ方向及びＹ方向の各位置とＺ方向の位置とを含む、駆動系の座標上で管理される座標位置について、前記撮像手段の撮像結果に基づき被処理基板の電極パッドとプローブとが接触する計算上の接触位置を演算により求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする。

また本発明のプローブ装置では、
前記第３ステージには、前記載置台に載置される前記披検査基板を加熱するための加熱手段を有することを特徴としている。また、前記載置台のＸ方向の位置を計測する手段は、前記基台のＸ方向の中央部及び前記第１ステージのＸ方向の中央部の一方に固定され、Ｘ方向に伸びるＸスケールと、前記基台及び前記第１ステージの他方に設けられ、前記Ｘスケールを読み取る読み取り部と、を備え、前記載置台のＹ方向の位置を計測する手段は、前記第１ステージのＹ方向の中央部及び前記第２ステージのＹ方向の中央部の一方に固定され、Ｙ方向に伸びるＹスケールと、前記第１ステージ及び前記第２ステージの他方に設けられ、前記Ｙスケールを読み取る読み取り部と、を備えている。

本発明は、前記第３ステージの上端部にエポキシ樹脂により固定され、Ｚ方向に伸びるＺリニアスケールと、前記第２ステージに設けられ、前記Ｚリニアスケールを読み取る読み取り部とを備えた載置台のＺ方向の位置を取得するためのＺ位置計測手段を用いている。このため第３ステージにＺ軸方向の伸縮が発生した場合でもコンタクト位置が変化しないこととなるので、ウェハＷとプローブ３２とを高精度でコンタクトさせることが可能となる。

図１は、本実施形態のプローブ装置１の全体を示す概略斜視図、図２は、プローブ装置１の上部を示す側面図、図３は、第１ステージ２１、第２ステージ２２を第１リニアスケールＥ１側からみた概略図、図４は、第１リニアスケールＥ１の固定構造を説明するための概略図、図５は、第３リニアスケールＥ３の固定構造を説明するための概略図である。

図１に示すように本実施形態のプローブ装置１は、基台２０を有し、この基台２０の上には第１ステージ２１が、Ｘ方向に２本平行に伸びる第１ガイドレール２１ａに移動可能に支持された状態で積載されている。この第１ステージ２１には、第１ボールネジ２１ｂが軸通しており、第１ボールネジ２１ｂに接続された図示しないモータの駆動力によってＸ方向に移動する。また第１ステージ２１上には、Ｙ方向に移動可能な第２ステージ２２が、第１ステージ２１と同様第２ガイドレール２２ａに支持され第２ボールネジ２２ｂに軸通された状態で積載されている。尚本実施形態におけるＸ、Ｙ方向とは平面における直行座標軸の一方及び他方を便宜上意味するものであり、本発明のＸ、Ｙ方向は、本実施形態で特定しているＸ、Ｙ方向に限定されるものではない。

第２ステージ２２上には、図示しないモータによりＺ方向に移動可能な第３ステージ２３が積載されており、第３ステージ２３の第３ステージ移動体２３１にはＺ軸を回転中心として微少量だけ回転自在な（θ方向に微少量例えば左右に１度ずつだけ移動自在な）チャックトップ（載置台）２４を備えている。つまり本実施形態のプローブ装置１では、第１、第２、第３ステージ２１、２２、２３、及びチャックトップ２４を駆動部として、ウェハＷをＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動させることが可能となっており、これら第１〜３ステージ２１〜２３によりＸＹＺステージ２が構成される。そして第３ステージ２３には、チャックトップ２４に載置されたウェハ（被検査基板）Ｗを加熱するための加熱部２３ｄと、ウェハＷを冷却するための冷媒流通部２３ｅとが設けられており、この冷媒流通部２３ｅには冷媒を供給するための冷媒供給路２３ｇと冷媒を排出するための冷媒排出菅２３ｆが接続されている。

チャックトップ２４の上方には、プローブカード３１が配設されており、図２に示すようにプローブ装置１の外装体の天井部に相当するヘッドプレート５１にインサートリング５２を介して装着されている。プローブカード３１は、図示しないテストヘッドに電気的に接続される電極群を上面側に有し、下面側には当該電極群に夫々電気的に接続されたプローブ例えば斜め下方に伸びる金属線よりなるプローブ３２が、ウェハＷの電極パッドの配列に対応して設けられている。尚プローブ３２としては、ウェハＷの表面に対して垂直に伸びる垂直針（線材プローブ）や、フレキシブルなフィルムに形成された金バンプ電極などであってもよい。

第３ステージ２３には固定板２３ａが設けられており、この固定板２３ａに下カメラである第１の撮像手段２５が積載されている。この第１の撮像手段２５は、プローブ３２の針先を拡大して撮れるように高倍率の光学系２５ａとＣＣＤカメラ２５ｂとを組み合わせて構成されている。また固定板２３ａには、プローブ３２の配列を広範囲に亘って撮影するための低倍率カメラ２６が第１の撮像手段２５と隣接するように積載されている。更に固定板２３ａには、第１の撮像手段２５の合焦面に対して光軸と交差する方向に進退機構２７により進退できるようにターゲット２８が設けられている。

チャックトップ２４とプローブカード３１との間の領域には、第１の撮像手段と略同構成の第２の撮像手段３３が移動体３４に積載されており、移動体３４は図示しないガイドに沿ってＹ方向に移動自在に支持されている。そしてターゲット２８は、第１の撮像手段２５及び第２の撮像手段３３により画像認識できるように構成されており、例えば透明なガラス板に、位置合わせ用の被写体が形成されている。

本実施形態のプローブ装置１には、第１〜３ステージ２１、２２、２３にそれぞれ本発明の特徴的な部分である第１リニアスケールＥ１、第２リニアスケールＥ２、第３リニアスケールＥ３が設けられている。第１〜３リニアスケールＥ１〜Ｅ３は、所定密度で等間隔にスリットが形成された基準尺Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１と、発光部および受光センサを有するスリットの検出系および信号処理回路が設けられた走査ヘッドＥ１２、Ｅ２２、Ｅ３２と、この走査ヘッドＥ１２、Ｅ２２、Ｅ３２を基準尺Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１を読み取り可能な態様で固定するための固定部Ｅ１３、Ｅ２３、Ｅ３３、及び支持部材Ｅ１４、Ｅ２４、Ｅ３４とを備えている。

第１〜３リニアスケールＥ１〜Ｅ３は、位置計測をしている間、基準尺Ｅ１１〜Ｅ３１に走査ヘッドＥ１２〜Ｅ３２から２種類のパルスを連続的に発射して、基準尺Ｅ１１〜Ｅ３１のスリットの数を走査ヘッドＥ１２〜Ｅ３２によって検出することにより位置を計測している。そして走査ヘッドＥ１２〜Ｅ３２が、基準尺Ｅ１１〜Ｅ３1に対してどちらの方向に移動したのかを、発射しているパルスのうちどちらのパルスが帰ってきたのかによって検出することが可能となっている。そのため第１〜３リニアスケールＥ１〜Ｅ３を備えた本実施形態のプローブ装置１では、走査ヘッドＥ１２〜Ｅ３２が右、若しくは下に動いた場合を＋、左、若しくは上に動いた場合を−として検出することにより、第１〜３ステージ２１〜２３の座標上の位置を、基準尺Ｅ１１〜Ｅ３１に設けられた原点を基準とした絶対座標系のデータとして計測することが可能となる。

基準尺Ｅ１１は、図３に示すように基台２０側面のＸ方向における中央部（本実施形態では基台２０のＸ方向における中心線から左右に例えば３ｍｍずつ距離を置いた間の範囲）に、固定部材であるエポキシ樹脂によって図４に示すように基台２０から僅かに浮いた状態で固着されている。この基準尺Ｅ１１は、上記中央部の一箇所のみで基台２０に固着され、基準尺Ｅ１１の水平度を保つことが可能となる態様で固定される。また走査ヘッドＥ１２は、第１ステージ２１上面のＸ方向における中央部（本実施形態では第１ステージ２１のＸ方向における中心線から左右に例えば３ｍｍずつ距離を置いた間の範囲）に支持部材Ｅ１４を介して基準尺Ｅ１１を読み取り可能な態様で固定されている。また基準尺Ｅ２１は、第１ステージ２１の側面に第１リニアスケールＥ１と同様の態様、即ち第１ステージ２１のＹ方向の中央部に固定され、走査ヘッドＥ２２が固定部Ｅ２３と支持部材Ｅ２４により第１リニアスケールＥ１と同様の態様、即ち第２ステージ２２のＹ方向の中央部に固定される。

また基準尺Ｅ３１は、図５に示すようにその一端側が、ステージ移動体２３１のチャックトップ２４が備えられた面に対して垂設されたスケール懸架部２３ｂに固定部材であるエポキシ樹脂によって接着される。尚基準尺Ｅ３１は、スケール懸架部２３ｂに接着される際に、その端部が第３ステージ２３のチャックトップ２４の載置面における近傍例えば載置面からみて５ｍｍ以内に位置するように固定することが好ましい。また走査ヘッドＥ３２は、第２ステージ２２上に固定される第３ステージ２３のステージ土台２３ｃに設けられた固定部Ｅ３３に、支持部材Ｅ３４を介して基準尺Ｅ３１を読み取り可能な態様で固定される。従って本実施形態のプローブ装置１では、第１〜３リニアスケールＥ１〜Ｅ３を上述したように配設したことによって、ウェハチャック２４の位置をＸ、Ｙ、Ｚ軸上の座標として計測することが可能となる。

尚本実施形態では、第１〜３リニアスケールＥ１〜Ｅ３としてハイデンハイン株式会社の超高精度インクリメンタルリニアエンコーダＬＩＤＡ４８３を使用している。そのため基準尺Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１は、ウェハＷの電気的測定を行う際にウェハＷを加熱する温度では、温度変化による座標位置の計測精度に影響を与えないように熱膨張係数の非常に小さいＺｅｒｏｄｕｒガラスセラミック（Ｚｅｒｏｄｕｒはショット アクチエンゲゼルシャフトの登録商標）で形成されている。またスケール懸架部２３ｂも各基準尺と同等の熱膨張係数の材質で形成されている。しかしながら本発明の実施の形態はこれに限定されるものではなく、上記リニアスケールと同等の作用・効果を奏することが可能であれば他のリニアスケールを使用してもよい。

上述した第１、２、３スケールＥ１、Ｅ２、Ｅ３は、計測した座標位置のデータを第１、２、３スケールＥ１、Ｅ２、Ｅ３と接続されている制御部４に送信する。図６は本実施形態の制御部４の主要な構成要素を示す概略図である。図６に示すようにこの制御部４は、ＣＰＵ４０と、ＣＰＵ４０の作業領域となるワークメモリ４１を備えており、第１、２、３スケールＥ１、Ｅ２、Ｅ３から位置座標の計測値が入力される座標データ入力部４２と、チャックトップ２４の回転量が入力される回転量入力部４３と、第１及び第２の撮像手段２５、３３の撮像データが入力される撮像データ入力部４４と、第１、２、３ステージ２１、２２、２３、及びチャックトップ２４の駆動源となる図示しないモータを駆動制御するモータ駆動部４５とが設けられている。

また制御部４には、入力された撮像データを処理するための画像処理プログラム４６と、画像処理プログラム４６によって処理された画像データを基にウェハＷとプローブ３２のコンタクト位置（接触位置）に対応するコンタクト座標を求めるコンタクト座標演算プログラム（演算手段）４７と、ウェハＷの電極パッドとプローブ３２との接触状態やチャックトップ２４の座標上の位置を監視し、正常にコンタクトが行われているかを判定するコンタクト判定プログラム４８と、コンタクト位置に変位が生じた際にコンタクト座標を補正するための座標補正プログラム４９とが備えられている。そしてこれらのプログラムは、コンピュータ記憶媒体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）、ハードディスク等の図示しない記憶部に格納され、制御部４に実行可能な状態で展開される。

次に本実施形態の作用について説明する。先ず予めプリアライメントによりその向き等中心の数点について概ね位置合わせが行われたウェハＷをチャックトップ２４に載置し、次に第１の撮像手段２５と第２の撮像手段３３の間にターゲット２８を進出し、第１の撮像手段２５の焦点と第２の撮像手段３３の焦点とをターゲット２８の位置に合わせる。その後ターゲット２８を後退させて第１の撮像手段２５を移動させプローブカード３１のプローブ３２を撮像し、第２の撮像手段３３を移動させてウェハＷのＩＣチップの電極パッドを撮像する。これによりこのプローブ装置１では、第１の撮像手段２５と第２の撮像手段３３とのお互いの焦点を合わせることができるので、共通の撮像手段によってウェハＷとプローブカード３１とを撮像することになる。そして両撮像手段から送信される撮像データを撮像データ入力部４４で受け取り、この撮像データを画像処理プログラム４６によって処理すると共にこの処理結果をコンタクト座標演算プログラム４７に入力して演算を行うことによりウェハＷとプローブカード３１とのコンタクト座標を決定する。

コンタクト座標が決定した後、プローブ装置１の制御部４は、決定したコンタクト座標のデータをワークメモリ４１に確保した記憶領域に格納し、ウェハＷの電気的測定を行う。即ちプローブ装置１は、記憶領域に格納したコンタクト位置である第１〜第３リニアスケールＥ１〜Ｅ３によって管理されているＸ、Ｙ、Ｚ軸上の各座標値を読み出す。そしてコンタクト位置にチャックトップ２４を移動させるために、制御部４を介してモータ駆動部４５から駆動パルスを図示しない各モータに供給し、ウェハＷがプローブカード３１に垂直方向、即ちＺ軸と平行となる方向から接触するように第１、２、３ステージ２１、２２、２３を移動させる。そして各ステージの位置座標が、第１、２、３スケールＥ１、Ｅ２、Ｅ３で計測されて座標データ入力部４２を介して制御部４に入力され、入力された計測値がコンタクト座標の値と一致したらモータ駆動部４５からの駆動パルスの供給を停止する。

その後プローブ装置１では、ウェハＷとプローブ３２とを接触させた後、さらにその状態からチャックトップ２４を僅かに上昇させてオーバードライブをかけ、プローブ３２によって自然酸化膜を削り取りウェハＷの一部の電極パッドとプローブ３２とを接触させる部分コンタクトを行うことによってウェハＷの電気的測定を行っている。そして当該測定部分のウェハＷの電気的測定が終了した後、チャックトップ２４を降下させてウェハＷとプローブ３２とを離間させ、ウェハＷにおける次の測定部分とプローブ３２とが接触する位置にチャックトップ２４を移動させてウェハＷとプローブ３２とを接触させると共にオーバードライブをかけてウェハＷの電気的測定を行う。その後この工程を繰り返して全てのＩＣチップについての測定を終了する。

そしてこのプローブ装置１では、第３ステージ２３のＺ軸方向の位置を第３リニアスケールＥ３による絶対座標系のデータで計測しているので、第３ステージ２３に伸縮が発生したとしてもコンタクト位置に変位が生じない態様になっている。この第３ステージ２３と第３スケールＥ３との態様について図７を参照しながら説明する。ここで図７は、第３スケールＥ３と第３ステージ２３との関係について説明するための図である。

本実施形態のプローブ装置１では、ワークメモリ４１に載置位置の座標と決定したコンタクト座標のデータを格納しておき、この格納されたコンタクト座標等のデータを基にコンタクトを行っている。ここで説明の便宜上図７（ａ）に示す原点位置から所定距離離れたＺ軸方向の座標Ａ点をウェハＷの載置位置とし、この座標Ａ点から１５目盛分離れている座標Ｂ点をコンタクト座標として、この座標データがワークメモリ４１に格納されているとする。そして基準尺Ｅ３１の長さが変化しないため、第３ステージ２３の上面と座標Ｂ点との距離は常にＬとなる。この態様で本実施形態のプローブ装置１では、制御部４のコンタクト判定プログラム４８によって座標Ａ点に到達したことを確認したら第３ステージ２３が載置位置にいると判定して移動を停止させ、座標Ｂ点に到達したことを確認したら第３ステージ２３がコンタクト位置にいると判定して移動を停止させる。

この第３ステージ２３が、図７（ａ）に示す通常状態から図７（ｂ）に示す第３ステージ２３が例えば熱膨張等により伸長し、チャックトップ２４のＺ軸座標方向における位置が上昇した状態へと移行した場合、基準尺Ｅ３１が距離ｄ１分上方に持ち上がるため、載置位置に停止している間に第３ステージ２３が伸長すると走査ヘッドＥ３２の読み込む座標がＡ１にずれることになる。また図７（ａ）に示す通常状態から、図７（ｃ）に示す第３ステージ２３が短縮した状態へと移行した場合、基準尺Ｅ３１が距離ｄ１分下方に下がるため、載置位置に停止している間に第３ステージ２３が短縮すると走査ヘッドＥ３２の読み込む座標がＡ２にずれることになる。

しかしながらこのプローブ装置１の制御部４は、走査ヘッドＥ３２がコンタクト位置である座標Ｂ点に到達したことを確認した時点で第３ステージ２３がコンタクト位置にいると判定して移動を停止させており、座標Ｂ点から第３ステージ２３の上面までの距離が常にＬとなることから、例え第３ステージ２３が伸縮したとしても第３ステージ２３の上面が停止する位置は常に同一となる。そのため本実施形態のプローブ装置１では、第３ステージ２３に伸縮が発生したとしてもコンタクト位置が変化しないこととなる。このため本実施形態のプローブ装置１では、第３リニアスケールＥ３を設けたことによって、第３ステージ２３にＺ軸方向の伸縮が発生した場合でもウェハＷとプローブ３２とを高精度でコンタクトさせることが可能となっている。

また本実施形態のプローブ装置１では、第３リニアスケールＥ３を備えただけでは検出できない第１、２ステージ２１、２２にＺ軸方向への熱膨張による伸長や熱収縮による短縮、プローブカード３１に熱膨張、熱収縮による撓み、或いはプローブ３２に熱膨張による伸長、熱収縮による短縮、等の現象に基づくＺ軸方向の変位が生じた場合でも、信頼性の高い測定を行うことができるように制御部４のコンタクト判定プログラム４８と座標補正プログラム４９とを備えている。次に、本実施形態のプローブ装置１におけるコンタクト座標の補正態様について図８、９を用いて説明する。

図８は、第１、２、３ステージ２１、２２、２３、及びプローブカード３１の伸縮によるコンタクト座標の変位を補正する際の態様について説明するためのフローであり、図９は、図８に示すコンタクト座標の補正態様を説明するための図である。本実施形態のプローブ装置１では、制御部４のコンタクト判定プログラム４８によってウェハＷの電極パッドとプローブ３２との接触状態やチャックトップ２４の座標上の位置を監視しており、このコンタクト判定プログラム４８は、図８に示すようにＳ２００にて、ワークメモリ４１の記憶領域に格納されているウェハＷとプローブ３２のコンタクト座標のデータを読み込み、その読み込んだデータを基にＳ２０１にてチャックトップ２４がコンタクト位置の絶対座標に向けて移動するように第１〜第３ステージ２１〜２３の移動を開始する。

次にコンタクト判定プログラム４８は、Ｓ２０２にてプローブカード３１に接続された図示しない計測器によってウェハＷとプローブ３２との接触を検出しており、ウェハＷとプローブ３２とが接触したことが検出された場合には、その後Ｓ２０３にてチャックトップ２４を僅かに上昇させてオーバードライブをかけ、プローブ３２によって自然酸化膜を削り取るようにしてウェハＷの電極パッドとプローブ３２とを接触させて、ウェハＷの測定対象となるＩＣチップの電気的測定を開始する。そして本実施形態のプローブ装置１では、ウェハＷの測定対象となるＩＣチップの電気的測定中は、Ｓ２０４にて第３リニアスケールＥ３を監視する態様になっており、第３リニアスケールＥ３に変位が生じていない場合には、Ｓ２０６にてウェハＷの測定対象となるＩＣチップの電気的測定が終了したかどうかを確認し、まだ測定中である場合にはＳ２０３に戻ってＳ２０６にてウェハＷの測定対象となるＩＣチップの電気的測定が終了したことを確認できるまで、ＩＣチップの電気的測定と第３リニアスケールＥ３の監視を続行する。

そしてＳ２０６にてウェハＷの測定が終了したことを確認すると、Ｓ２０７にてウェハＷにまだ測定すべきＩＣチップが残っているかどうかを確認し、ウェハＷに測定すべきＩＣチップが残っている場合には、Ｓ２００にて次のウェハＷのＩＣチップとのコンタクト位置の座標データを読み込んで上記工程を繰り返し、ウェハＷに測定すべきＩＣチップが残っていない場合には、ウェハＷの電気的測定が完了したと判断して測定作業を終了する。

一方図９（ａ）に示すようにウェハＷの電気的測定を実行している間に、第１、２ステージ２１、２２にＺ軸方向への熱膨張による伸長や、プローブ３２に熱膨張による伸長等が生じた場合、Ｓ２０４にてウェハＷの電気的測定中に第３スケールＥ３に変位が生じたことが検出され、これによってコンタクト座標と実際にウェハＷとプローブ３２とが接触する位置との間に変位が生じたことが検出される。Ｓ２０４にてコンタクト座標と実際にウェハＷとプローブ３２とが接触する位置に変位が生じたことが検出された場合、コンタクト判定プログラム４８はコンタクトが正常に行われていないと判定し、Ｓ２０５にてその時点での第３リニアスケールＥ３の計測値をワークメモリ４１に格納する。

その後座標補正プログラム４９にて、ワークメモリ４１に格納されたその時点での第３リニアスケールＥ３の計測値を基にワークメモリ４１に格納されているコンタクト位置の座標データを補正し、コンタクト位置の座標データを更新する。そしてＳ２０５にて、コンタクト位置の座標を補正した後、Ｓ２０６にてウェハＷの測定対象となるＩＣチップの電気的測定が終了したかどうかを確認し、まだ測定中である場合にはＳ２０３に戻って上述した工程を行い、ウェハＷのＩＣチップの電気的測定を行う。

一方図９（ｂ）に示すように、第１、２ステージ２１、２２にＺ軸方向への熱収縮による短縮やプローブ３２に熱収縮による短縮等が生じている場合、Ｓ２０２にてウェハＷとプローブ３２とが接触したことを検出することができないため、コンタクト位置に変位が生じたことを検出することができる。Ｓ２０２にてコンタクト位置に変位が生じたことを検出した場合、コンタクト判定プログラム４８は、Ｓ２０８にてチャックトップ２４を規定量例えば基準尺Ｅ３１の１目盛分ずつ上昇させ、Ｓ２０９にてウェハＷとプローブ３２とが接触したことを確認できるまでＳ２０８の工程を繰り返す。そしてＳ２０９にて、ウェハＷとプローブ３２とが接触したことが検出器によって検出された場合、Ｓ２１０にてその時点での第３リニアスケールＥ３の計測値をワークメモリ４１に格納する。

その後座標補正プログラム４９にて、ワークメモリ４１に格納されたその時点での第３リニアスケールＥ３の計測値を基にワークメモリ４１に格納されているコンタクト位置の座標データを補正し、コンタクト位置の座標データを更新する。そしてＳ２１０にて、コンタクト位置の座標を補正した後、Ｓ２０３にてチャックトップ２４を僅かに上昇させてオーバードライブをかけ、プローブ３２によって自然酸化膜を削り取るようにしてウェハＷの電極パッドとプローブ３２とを接触させてウェハＷの測定対象となるＩＣチップの電気的測定を開始し、その後上述した各工程を行うことによってＩＣチップの電気的測定を行う。

従って本実施形態のプローブ装置１では、図８に示す作業工程を繰り返すことによって、ウェハＷにおける全てのＩＣチップの電気的測定を行うことが可能となっており、ウェハＷとプローブ３２とを接触させてＩＣチップの電気的測定を行っている間は常にコンタクト判定プログラム４８によってウェハＷとプローブ３２とのコンタクト位置に変位が生じているかどうかを検出して、変位が生じた場合には座標補正プログラム４９によってコンタクト位置を自動的に補正することが可能となっている。

そのため加熱部２３ｄによりウェハＷを加熱、若しくは冷媒流通部２３ｅによりウェハＷを冷却した状態でウェハＷに電気的測定を行う際に、第３ステージ２３だけでなく、第１、２ステージ２１、２２やプローブカード３１等にＺ軸方向の伸縮が発生し、演算によって決定したコンタクト座標と実際のコンタクト位置の座標との間に誤差が生じたとしても、これらの伸縮に基づくＺ軸方向の変位を検出することができ、この検出した変位を基に自動的にコンタクト位置を補正することができる。これにより本実施形態のプローブ装置１ではＺ軸方向のコンタクト位置を高精度に維持することが可能となり、ウェハＷの電極パッドとプローブ３２との良好なるコンタクト精度を確保して、電気的測定の信頼度の向上させることができる。

また本実施形態プローブ装置１では、Ｘ、Ｙ軸方向の座標の測定を、基準尺Ｅ１１、Ｅ２１と走査ヘッドＥ１２、Ｅ２２とがそれぞれ固定される部材の中央部に１点のみで固定された第１スケールＥ１、第２スケールＥ２にて測定する態様となっている。そのため例え各基準尺や走査ヘッドが固定された部材が熱膨張によって変形したとしても基準尺や走査ヘッドの固定されている位置が熱膨張の基点となるため、基準尺と走査ヘッドの固定位置が変化することなく、結果として基準尺と走査ヘッドとの相対的な位置が変化しない。そして基準尺Ｅ１１、Ｅ２１がウェハＷを加熱する温度では、計測精度が低下しないことから、例え熱膨張によって各基準尺や走査ヘッドが固定された部材が変形したとしても固定された部材の変形前と変わらない精度で第１、２ステージ２１、２２の座標上の位置を計測することができる。

以上上述したプローブ装置１では、第３ステージ２３のチャックトップ２４の載置面における近傍例えば載置面からみて５ｍｍ以内の位置に第３スケールＥ３の基準尺Ｅ３１が固定されると共に第３ステージの非可動部に走査ヘッドＥ３２が固定され、計測性能が変化しない第３スケールＥ３によってチャックトップ２４が積載された第３ステージ２３の可動部の位置を計測することが可能となっている。そのため、第３ステージ２３のコンタクト位置がどれだけ変位が生じたかを検出することが可能となり、変位を検出した場合は変位量に基づいてＺ軸方向におけるコンタクト位置を補正することができる。これによりプローブ装置１では、測定中に熱膨張等によってコンタクト位置に誤差が生じたとしても、この誤差を自動的に補正してプローブ３２とウェハＷの電極パッドとの良好なるコンタクト精度を確保して、電気的測定の信頼度の向上させることが可能となる。

尚本実施形態のプローブ装置１では、ウェハＷとプローブ３２とが接触したことを検出した場合、Ｓ２０７、Ｓ２０９にてただちにチャックトップ２４を僅かに上昇させてオーバードライブをかけ、プローブ３２によって自然酸化膜を削り取るようにしてウェハＷの電極パッドとプローブ３２とを接触させて電気的測定を行っているが、本発明の実施の形態はこれに限定されるものではない。例えばウェハとプローブとが接触したことを検出した後に一定時間例えば１０秒間その状態で待機してウェハとプローブとが接触した後に一定時間猶予を置くことによって、各ステージやプローブカード等が伸縮を行っている最中であるかどうかを判定してもよい。

本実施形態のプローブ装置１の全体を示す概略斜視図である。 本実施形態のプローブ装置１の上部を示す側面図である。 本実施形態の第１、第２ステージ２１、２２を第１リニアスケールＥ１側からみた概略図である。 本実施形態の第１リニアスケールＥ１の固定構造を説明するための概略図である。 本実施形態の第３リニアスケールＥ３の固定構造を説明するための概略図である。 本実施形態の制御部４の概略構成図である。 本実施形態における第３スケールＥ３と第３ステージ２３との関係について説明するための図である。 本実施形態におけるコンタクト座標の変位を補正する際の態様について説明するためのフローである。 本実施形態におけるコンタクト位置の補正態様について説明するための図である。

符号の説明

１ プローブ装置
２ ステージ
４ 制御部
２０ 基台
２１ 第１ステージ
２１ａ 第１ガイドレール
２１ｂ 第１ボールネジ
２２ 第２ステージ
２２ａ 第２ガイドレール
２２ｂ 第２ボールネジ
２３ 第３ステージ
２３ａ 固定板
２３ｂ スケール懸架部
２３ｃ ステージ土台
２３ｄ 加熱部
２３ｅ 冷媒流通部
２３ｇ 冷媒供給路
２３ｆ 冷媒排出路
２４ チャックトップ（載置台）
２５ 第１の撮像手段
２５ａ 光学系
２５ｂ ＣＣＤカメラ
２６ 低倍率カメラ
３１ プローブカード
３２ プローブ
３３ 第２の撮像手段
３４ 移動体
４０ ＣＰＵ
４１ ワークメモリ
４２ 座標データ入力部
４３ 回転量入力部
４４ 撮像データ入力部
４５ モータ駆動部
４６ 画像処理プログラム
４７ コンタクト座標演算プログラム
４８ コンタクト判定プログラム
４９ 座標補正プログラム
２３１ 第３ステージ移動体
Ｅ１ 第１リニアスケール
Ｅ２ 第２リニアスケール
Ｅ３ 第３リニアスケール
Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１ 基準尺
Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２ 走査ヘッド
Ｅ１３、Ｅ２３、Ｅ３３ 固定部
Ｅ１４、Ｅ２４、Ｅ３４ 支持部材
Ｗ ウェハ

Claims (4)

1. 載置台に被検査基板を載置し、当該被検査基板上に配列された被検査チップの電極パッドにプローブカードのプローブを接触させて前記被検査チップの電気的測定を行うプローブ装置において、
   基台の上にＸ方向に移動自在に設けられた第１ステージと、
   当該第１ステージの上にＹ方向に移動自在に設けられた第２ステージと、
   当該第２ステージにＺ方向に移動自在に設けられ、前記載置台を有する第３ステージと、
   前記載置台上の被検査基板及び前記プローブを撮像するための撮像手段と、
   前記第３ステージの上端部にエポキシ樹脂により固定され、Ｚ方向に伸びるＺリニアスケールと、前記第２ステージに設けられ、前記Ｚリニアスケールを読み取る読み取り部とを備えた前記載置台のＺ方向の位置を取得するためのＺ位置計測手段と、
   前記載置台のＸ方向及びＹ方向の各位置を計測する手段により計測されたＸ方向及びＹ方向の各位置とＺ方向の位置とを含む、駆動系の座標上で管理される座標位置について、前記撮像手段の撮像結果に基づき被処理基板の電極パッドとプローブとが接触する計算上の接触位置を演算により求める演算手段と、
   を備えたことを特徴とするプローブ装置。
2. 前記第３ステージには、前記載置台に載置される前記披検査基板を加熱するための加熱手段を有することを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
3. 前記載置台のＸ方向の位置を計測する手段は、前記基台のＸ方向の中央部及び前記第１ステージのＸ方向の中央部の一方に固定され、Ｘ方向に伸びるＸリニアスケールと、前記基台及び前記第１ステージの他方に設けられ、前記Ｘリニアスケールを読み取る読み取り部と、を備え、
   前記載置台のＹ方向の位置を計測する手段は、前記第１ステージのＹ方向の中央部及び前記第２ステージのＹ方向の中央部の一方に固定され、Ｙ方向に伸びるＹリニアスケールと、前記第１ステージ及び前記第２ステージの他方に設けられ、前記Ｙリニアスケールを読み取る読み取り部と、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のプローブ装置。
4. 前記Ｘリニアスケールは、基台のＸ方向における中心線から左右に３ｍｍずつ距離を置いた間の範囲にエポキシ樹脂により固定され、
   前記Ｙリニアスケールは、第１のステージのＹ方向における中心線から左右に３ｍｍずつ距離を置いた間の範囲にエポキシ樹脂により固定されていることを特徴とする請求項３記載のプローブ装置。

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