JP6221200B2 - プローバ - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数のチップの電気的な検査を行うプローバに関する。

半導体製造工程において、ダイシング工程では、ダイシング装置によってダイシングフレームに固定された円板状の半導体ウエハが複数のチップ（ダイ）に切り分けられる。このダイシング工程の前、又は、後において各チップの電気的特性を検査するウエハテスト工程が行われており、このウエハテスト工程においてプローバが用いられている。

プローバでのウエハテスト工程においては、プローバに設置されたプローブカードの針（プローブ）の先端をウエハに正確に接触させる必要がある。その為に、プローバでのウエハテスト工程の前段階として、プローブの先端の位置を高精度に検出する必要がある。

これまでに、プローブカードのプローブの先端の位置を検出する技術が提案されている。

例えば特許文献１に記載の技術では、プローブカードのプローブを下方から顕微鏡（プローブ位置検出カメラ）で撮像することにより、プローブを検出する技術が記載されている。特許文献１に記載されている技術では、プローブ位置検出カメラはＺ軸方向に昇降駆動し、プローブ位置検出カメラの焦点をプローブの先端に合わせて、プローブの先端の位置の検出を行っている。

特開２００４−３９７５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、プローブ位置検出カメラをＺ軸方向に沿って上昇させた時に、オペレータの誤りやデータの入力間違え等によりプローブ位置検出カメラを上昇させすぎて、プローブとプローブ位置検出カメラとの衝突が発生する恐れがある。

例えば、プローブカードを交換した後にプローブ位置検出カメラでプローブの先端を検出する場合には、プローブカードの交換によりプローブの長さ又は位置が変わるので、プローブ位置検出カメラとプローブとの衝突が発生することがある。なおプローブカードはチップ及び測定目的に応じて様々な種類が存在し、プローブカードの種類が変わるとプローブの長さが変わる場合がある。

また例えば、オペレータ（又はユーザ）により構成データや品種パラメータなどの情報がプローバに入力され、その情報を使用してプローブ位置検出カメラを上昇させるが、その情報の入力を間違う場合がある。情報の入力を誤ってしまうと、その誤った情報に基づいて、プローブ位置検出カメラをＺ軸方向に沿って上昇させてしまい、プローブとプローブ位置検出カメラとが衝突する場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、プローブとプローブ位置検出カメラとの衝突を防止するプローバを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一の態様であるプローバは、ウエハの電極にプローブを接触させて検査を行うプローバであって、ウエハの電極とプローブとの相対的な位置合わせを行うためにプローブの先端位置を検出するプローブ位置検出カメラと、プローブ位置検出カメラとは別に設けられ、プローブ位置検出カメラの高さの基準となる基準面からのプローブの先端の高さを検出するプローブ高さ検出器と、プローブ高さ検出器の検出結果に基づいて、基準面からのプローブ位置検出カメラの高さを変化させる第１高さ調整機構と、を備える。

本態様によれば、プローブ位置検出カメラとは別に設けられたプローブ高さ検出器によりプローブの先端の高さが検出され、検出されたプローブの先端の高さに基づいて第１高さ調整機構によりプローブ位置検出カメラの高さが変えられる。これにより、本態様は、プローブカードが入れ替えられたり、入力された情報（構成データ、品種パラメータ）に誤りがあったとしても、プローブ高さ検出器によりプローブの先端の高さの測定が行われるので、プローブの先端の高さが正確に検出され、プローブ位置検出カメラとプローブとの衝突の発生を防止することができる。

好ましくは、プローブ高さ検出器は、プローブの先端に接触する接触面を有し、接触面にプローブの先端が接触したときの接触面の高さをプローブの先端の高さとして検出する接触式の検出器である。

本態様によれば、プローブ高さ検出器は接触面を有し接触面をプローブの先端に接触させることにより、プローブの先端の高さを検出するので、プローブの先端の高さをより正確に早く検出することができる。

好ましくは、プローブ高さ検出器は、接触面へのプローブの先端の接触を検出する線形可変差動変圧器を有している。

本態様によれば、接触面に対するプローブの先端の接触の検出精度を向上させることができる。その結果、基準面からのプローブの先端の高さの測定精度を向上させることができる。また、接触面へのプローブの先端の接触に伴う接触面の移動量（押込量）及び接触に伴う押圧力を精度良く検出することができる。

好ましくは、プローブ高さ検出器は、プローブ位置検出カメラと一体に設けられ、プローブ高さ検出器の接触面の高さは、プローブ位置検出カメラの対物レンズ端部の高さよりも高い位置に設けられる。

本態様によれば、プローブ高さ検出器はプローブ位置検出カメラと一体に設けられているので、プローブ高さ検出器は、プローブ位置検出カメラの高さ調整機構により高さが変えられる。これにより、本態様は、プローブ高さ検出器の高さ調整機構を別途設ける必要がなく、高さ調整機構の数を減らすことができ高さ調整機構の制御の簡素化及びプローバの製造の簡素化を実現する。

また本態様によれば、プローブ高さ検出器の接触面の高さは、プローブ位置検出カメラの高さよりも高い位置に設けられるので、プローブの先端がプローブ位置検出カメラに衝突する前にプローブ高さ検出器に接触するので、プローブ位置検出カメラとプローブの先端との衝突の発生を防止することができる。

好ましくは、プローブ高さ検出器の接触面は、プローブ位置検出カメラの高さにプローブ位置検出カメラのワーキングディスタンスを加えた高さよりも低い位置に設けられる。

本態様によれば、プローブ高さ検出器の接触面の高さは、プローブ位置検出カメラの高さにプローブ位置検出カメラのワーキングディスタンスを加えた高さよりも低い位置に設置されている。これにより、本態様は、プローブ位置検出カメラがプローブの先端を検出しているときに、プローブ高さ検出器がプローブの先端に接触して、プローブ位置検出カメラの検出動作の障害となることを防止する。

好ましくは、プローブ高さ検出器は、プローブ位置検出カメラとは独立して設けられ、基準面からのプローブ高さ検出器の高さを変化させる第２高さ調整機構を更に備える。

本態様によれば、プローブ高さ検出器はプローブ位置検出カメラとは独立して設けられており、プローブ高さ検出器の高さを変化させる高さ調整機構を備える。これにより本態様は、プローブ高さ検出器とプローブ位置検出カメラとが独立に高さ調整するので、より効率よくプローブの先端の高さを検出することができる。

本発明の他の態様であるプローバの操作方法は、ウエハの電極にプローブを接触させて検査を行うプローバの操作方法であって、プローブ位置検出カメラとは別に設けられるプローブ高さ検出器を用いて、プローブ位置検出カメラの高さの基準となる基準面からのプローブの先端の高さを検出するステップと、プローブ高さ検出器の検出結果に基づいて、基準面からのプローブ位置検出カメラの高さを変化させるステップと、プローブ位置検出カメラを用いて、ウエハの電極とプローブとの相対的な位置合わせを行うためにプローブの先端位置を検出するステップと、を含む。

好ましくは、プローブの先端の高さを検出するステップでは、プローブの先端に接触する接触面と、接触面へのプローブの先端の接触を検出する線形可変差動変圧器と、を有するプローブ高さ検出器を用いて、プローブの先端の高さを検出する。

本発明によれば、プローブ位置検出カメラと、プローブ位置検出カメラとは別に設けられたプローブ高さ検出器とが設けられ、第１高さ調整機構はプローブ高さ検出器が検出したプローブの先端の高さに基づいて、プローブ位置検出カメラの高さを変化させるので、プローブ位置検出カメラとプローブとの衝突の発生を防止することができる。

ウエハテストシステムを示した概略構成図である。 プローブ位置検出カメラのみでプローブの先端の高さを検出する場合を示す概念図である。 プローブ高さ検出器により行われるプローブの先端の高さ検出に関して説明する図である。 制御部に入力される情報及び制御部から出力される情報を機能ブロックとともに概念的に示した図である。 プローバの操作方法を示したフロー図である。 プローバの他の操作方法を示したフロー図である。 ウエハテストシステムを示した概略構成図である。 プローブの先端の高さ検出に関して説明する図である。 カードホルダ又はプローブカードの傾き検出に関して説明する図である。 プローブ高さ検出器により、プローブカードの傾きが検出されていることを示す図である。 制御部に入力される情報及び制御部から出力される情報を機能ブロックとともに概念的に示した図である。 プローブ位置検出カメラにより、プローブカードの傾きが検出されていることを示す図である。 傾きを検出する手順を示したフロー図である。 別実施形態のプローブ高さ検出器を説明するための説明図である。

以下、添付図面にしたがって本発明の好ましい実施の形態について説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明が適用されるウエハテストシステムの第１の実施形態を示した概略構成図である。同図に示すように、ウエハテストシステム１００は、ウエハＷ上の各チップの電極にプローブ２５を接触させるプローバ１０と、プローブ２５に電気的に接続され、電気的検査のために各チップに電流や電圧を印加し特性を測定するテスタ３０とで構成される。

プローバ１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動・回転部１５と、ウエハチャック１６と、プローブ位置検出カメラ１８と、プローブ高さ検出器２０、高さ調整機構２１、２７と、ウエハアライメントカメラ１９と、ヘッドステージ２２と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダ２３と、カードホルダ２３に取り付けられるプローブカード２４と、プローバ１０及びテスタ３０の各部を制御する制御部６０（コンピュータ）と、を有する。プローブカード２４には、プローブ２５が設けられる。

移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動・回転部１５は、ウエハチャック１６を３軸方向及びＺ軸周りに回転する移動回転機構を構成する。移動回転機構については広く知られているので、ここでは説明を省略する。

ウエハチャック１６は、複数のチップが形成されたウエハＷを真空吸着により保持し、また、ウエハチャック１６の内部には、チップを高温状態、例えば、最高で１５０℃、又は低温状態、例えば最低で−４０℃、で電気的特性検査が行えるように、加熱／冷却源としての加熱／冷却機構（加熱冷却機構）が設けられる。加熱／冷却機構としては、公知の適宜の加熱器／冷却器が採用できるものであり、例えば、面ヒータの加熱層と冷却流体の通路を設けた冷却層との二重層構造にしたものや、熱伝導体内に加熱ヒータを巻き付けた冷却管を埋設した一層構造の加熱／冷却装置など、様々のものが考えられる。また、電気加熱ではなく、熱流体を循環させるものでもよく、またペルチエ素子を使用してもよい。

ウエハチャック１６は、Ｚ軸移動・回転部１５の上に取り付けられており、上述した移動回転機構により３軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）に移動可能であると共に、Ｚ軸周りの回転方向（θ方向）に回転可能である。

ウエハＷが保持されるウエハチャック１６の上方には、プローブカード２４が配置される。プローブカード２４は、プローバ１０の筺体の天板を構成するヘッドステージ２２の開口部に取り付けられたカードホルダ２３が装着される。

プローブカード２４は、検査するチップの電極配置に応じて配置されたプローブ２５を有し、検査するチップに応じて交換される。なお、プローブカード２４は、プローブ保持部の一例である。

テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体３１に設けられたコンタクトリング３２とを備えている。プローブカード２４には、各プローブ２５に接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テスタ本体３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。

プローブ位置検出カメラ１８は、ウエハＷの電極とプローブ２５との相対的な位置合わせを行うためにプローブ２５の先端の位置を検出する。プローブ位置検出カメラ１８は、Ｘ軸移動台１４の上に取り付けられており、Ｘ軸移動台１４及びＹ軸移動台１３によりウエハチャック１６と一体となってＸＹ方向に移動可能である。また、プローブ位置検出カメラ１８のＺ軸方向の昇降駆動は、制御部６０に制御される高さ調整機構２１により行われる。プローブ位置検出カメラ１８は、プローブカード２４のプローブ２５を下方から撮像してプローブ２５の先端位置を検出する。プローブ２５の先端の水平面内の位置（Ｘ及びＹ座標）はカメラの座標により検出され、垂直方向（Ｚ軸方向）の位置、すなわちプローブ２５の先端の高さ（プロービング高さ）はカメラの焦点位置で検出される。プローブ位置検出カメラ１８による検出結果は、制御部６０に入力される。プローブ位置検出カメラ１８は、例えば対物レンズ１８ａを備えた針合せ顕微鏡を備えたカメラが使用される（図２参照）。

ウエハアライメントカメラ１９は、プローブカード２４が配置されるプローブ領域に隣接したアライメント領域に配置される。ウエハアライメントカメラ１９は、図示しない支柱によって支持されており、図示しないカメラ昇降機構によってＺ軸方向（上下方向）に移動可能である。このカメラ昇降機構は、公知の直線的な移動機構であればよく、例えばリニアガイド機構、ボールネジ機構等により構成されており、制御部６０からの出力によって駆動される。ウエハアライメントカメラ１９は、ウエハチャック１６に保持されたウエハＷを上方から撮像してウエハＷの表面に形成されたチップの電極（チップ表面電極）の位置を検出する。ウエハアライメントカメラ１９による検出結果は、制御部６０に入力される。制御部６０では、ウエハアライメントカメラ１９で得られた情報とプローブ位置検出カメラ１８で得られたプローブ２５の先端の位置情報とをもとに、公知の画像処理技術を用いて、プローブ２５とウエハＷのチップの電極（チップ表面電極）のＸＹ面内の二次元的な位置整合を自動で行う。

プローブ高さ検出器２０は、プローブ位置検出カメラ１８とは別に設けられ、プローブ位置検出カメラ１８の高さの基準となる基準面からのプローブ２５の先端の高さを検出する。プローブ高さ検出器２０は、いわゆる接触式の検出器であって、物理的にプローブ２５の先端に接触することにより、プローブ２５の先端の高さを検出する。プローブ高さ検出器２０は、プローブ２５の先端に物理的に接触して、プローブ２５の先端の高さを検出できるものであれば特に限定されるものではなく、公知の技術が適用される。ここで、基準面とはプローバ１０の全般において高さの基準となる面であり、任意に設定されるものである。例えば基準面は、Ｘ軸移動台１４の上面に設定される。なお、プローブ高さ検出器２０は物理的な接触によりプローブ２５の先端を検出するものには限定されず、公知のプローブ２５の先端を検出する技術も採用することができる。例えば、プローブ高さ検出器２０は、非接触式の方法によりプローブ２５の先端を検出してもよい。

プローブ高さ検出器２０は、接触面２０ａとセンサ機構２０ｂとを備える（図３参照）。接触面２０ａはプローブ２５の先端に接触し、接触した時にセンサ機構２０ｂに信号を出力する。そして、センサ機構２０ｂは接触面２０ａから出力された信号と高さ調整機構２７から出力されている高さに関する信号とを受信し、プローブの先端の高さに関する情報を制御部６０に出力する。すなわちセンサ機構２０ｂは、接触面２０ａにプローブ２５の先端を接触させ、接触面２０ａにプローブ２５の先端が接触した時点の接触面２０ａの高さをプローブ２５の先端の高さとして制御部６０に出力する。

プローブ位置検出カメラ１８の高さ調整機構２１（第１高さ調整機構）は、制御部６０の制御によってプローブ位置検出カメラ１８をＺ軸方向に沿って昇降駆動させる。高さ調整機構２１は、プローバ１０の制御部６０（図４）により制御されており、ユーザや制御部６０に組み込まれたプログラムにより昇降駆動が制御される。例えば、高さ調整機構２１は、プローブ高さ検出器２０の検出結果に基づいて、基準面からのプローブ位置検出カメラ１８の高さを変化させる。すなわち高さ調整機構２１は、プローブ高さ検出器２０が測定したプローブ２５の先端の高さに基づいて、プローブ位置検出カメラ１８をプローブ２５の先端からワーキングディスタンス離れた高さに調整する。このように、プローブ高さ検出器２０が一度検出したプローブの先端の高さを使用してプローブ位置検出カメラの高さが調整されるので、プローブ位置検出カメラ１８を上昇させすぎてしまうことが防止され、プローブ位置検出カメラ１８がＺ軸方向に沿った昇降駆動によりプローブ２５の先端に衝突することを防止することができる。

プローブ高さ検出器２０の高さ調整機構２７（第２高さ調整機構）は、プローブ高さ検出器２０をＺ軸に沿って昇降駆動させる。高さ調整機構２７は、上述した高さ調整機構２１とは独立して設けられており、高さ調整機構２１と同様に制御部６０に制御されて、プローブ高さ検出器２０を昇降駆動させる。

制御部６０は、ウエハテストシステム１００の全般（プローバ１０・テスタ３０）を制御することができ、コンピュータで構成されている。制御部６０は、ウエハテストシステム１００の各部に接続されており（図示は省略）、ウエハテストシステム１００の各部からの信号の受信及び各部への信号の送信を行うことができる。制御部６０を構成するコンピュータは、入力部６２及び表示部６１を有しており、ユーザは入力部６２により情報を入力し、制御部６０は表示部６１に情報を表示することによりユーザにエラーなどを報知する。

図２は、プローブ位置検出カメラ１８のみでプローブ２５の先端の高さを検出する場合を示す概念図である。

図２（Ａ）は、プローブ位置検出カメラ１８が正常にプローブ２５の先端の検出を行う場合の概念図である。プローブ位置検出カメラ１８がプローブ２５の先端の高さの検出を行う場合は、先ずユーザにより入力部６２を介して制御部６０に構成データや品種パラメータなどが入力され、入力された値に基づいて制御部６０においてウエハチャック１６とプローブ２５の先端との間の距離Ａが算出される。そしてプローブ位置検出カメラ１８は、算出された距離Ａに基づいてプローブ位置検出カメラ１８とプローブ２５の先端がワーキングディスタンス（図中ではＷＤと記載）離れる高さ（ワーキングディスタンス高さ）まで一気に高さ調整機構２１で上げられる。なおこの場合、ウエハチャック１６の高さは既知である。

ここで構成データとは、プローバ１０の各種機能の設定パラメータや顕微鏡など搭載機器の取付位置の座標値などのデータで、プローバ１０毎に固有のデータとして制御部６０のＨＤＤに格納される。

例えば構成データには、プローバの座標基準からプローブカード取り付け面までの高さ寸法が含まれる。

品種パラメータとは、製品ウエハＷや、その上のチップのサイズや配置など、製品の仕様を記録したデータである。品種パラメータは、ユーザによって任意に作成されるデータで、通常は制御部６０のＨＤＤに記憶される。

また、プローブカード２４は製品ウエハＷの仕様に合わせて専用に製作されるので、プローブカード２４の個別情報も含まれる。例えば、品種パラメータには、プローブカード２４の基板面からプローブ２５の先端までの高さ寸法も含まれる。

ワーキングディスタンス高さに上げられたプローブ位置検出カメラ１８は、プローブへのオートフォーカスを行い、プローブ２５の先端の検出及びプローブ２５の先端の高さの検出を行う。ここで、プローブ位置検出カメラ１８を上昇させる手法として、プローブ位置検出カメラ１８にオートフォーカスを行わせながらプローブ２５の検出を継続させて少しずつプローブ位置検出カメラ１８を上昇させる手法も考えられる。しかし、このようなプローブ位置検出カメラ１８を少しずつ上げる手法では、長い作動時間を要してしまいスループットの観点より好ましくない。

図２（Ｂ）は、プローブ位置検出カメラ１８とプローブ２５の先端との衝突が発生してしまう場合の一例を示す図である。

構成データや品種パラメータなどの入力に間違えがあると、制御部６０は、図２（Ａ）で説明を行ったような距離Ａを正確に算出することができない。図２（Ｂ）で示した場合には、プローブ２５の先端とウエハチャック１６との距離は図２（Ａ）と同様に距離Ａと算出されるべきであるのに、制御部６０は距離Ｂ（距離Ｂ＞距離Ａ）と誤って算出している。制御部６０は、誤って算出された距離Ｂに基づいて高さ調整機構２１を制御してプローブ位置検出カメラ１８をワーキングディスタンス高さに一気に引き上げるので、プローブ位置検出カメラ１８はプローブ２５の先端と衝突してしまう。プローブ位置検出カメラ１８とプローブ２５との衝突は、プローブ２５及びプローブカード２４の破損、及びプローブ位置検出カメラ１８の破損という問題を引き起こす。

本発明の一態様によれば、図２で説明したようなプローブ位置検出カメラ１８とプローブ２５の先端との衝突を防止することができる。

次に、図３及び図４により本発明におけるプローブ高さ検出器２０を使用したプローブ２５の先端の高さ検出に関して説明する。

図３は、プローブ高さ検出器２０により行われるプローブ２５の先端の検出に関して説明する図である。

図３（Ａ）は、プローブ高さ検出器２０によりプローブ２５の高さを検出することを説明する図である。プローブ位置検出カメラ１８がプローブ２５の先端にフォーカスを合わせる場合又はワーキングディスタンス高さに上げられる場合には、先ずプローブ高さ検出器２０によりプローブ２５の位置が検出される。具体的には、プローブ高さ検出器２０は、高さ調整機構２７によりプローブ２５の先端に接触するまで上げられる。プローブ高さ検出器２０はプローブ２５に接触面２０ａで接触したときにセンサ機構２０ｂに信号を出力し、センサ機構２０ｂは、接触面２０ａから出力された信号と、高さ調整機構２７から出力される高さを示す信号に基づいて、プローブ２５の先端の高さに関する情報を制御部６０に送信する（図４を参照）。

図４は、制御部６０に入力される情報及び制御部６０から出力される情報を機能ブロックとともに概念的に示した図である。

図４に示すように、制御部６０には、プローブ高さ検出器２０の実測値であるプローブ２５の先端の高さに関する情報が入力される。また、制御部６０には、ユーザによって入力部６２を介して入力された構成データや品種パラメータが入力され、制御部６０は、入力された構成データや品種パラメータによりウエハチャック１６とプローブ２５の先端との距離を算出する。

その後制御部６０は、プローブ高さ検出器２０で検出されたプローブ２５の高さと、構成データ及び品種パラメータから算出されたプローブ２５の高さとを比較する。そして制御部６０は、比較の結果により基準面からのプローブ位置検出カメラ１８の高さを変化させる指令を高さ調整機構２１に出力する。制御部６０は、構成データや品種パラメータなどから算出されたプローブ２５の高さと、プローブ高さ検出器２０で検出されたプローブ２５の高さの比較において様々な手法を用いることができる。例えば、制御部６０は、閾値を用いて、閾値の範囲内であれば高さが一致している判断し、閾値の範囲外であれば高さが一致していないと判断してもよい。

そして、制御部６０は、構成データや品種パラメータなどで算出されたプローブ２５の高さと、プローブ高さ検出器２０で検出されたプローブ２５の高さと同じである場合には、入力された構成データや品種パラメータは正しいものであったと判断する。例えば図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように制御部６０は、プローブ高さ検出器２０により検出された基準面（ウエハチャック１６の上面）から距離Ａと、構成データや品種パラメータなどで算出されたプローブ２５の高さである距離Ｂと、を比較し、Ｂ（ニアリーイコール）Ａであると判定する。その後、制御部６０は、図３（Ｂ）に示すようにプローブ位置検出カメラ１８はワーキングディスタンス高さまで一気に上げる指令を高さ調整機構２１に出力し、プローブ位置検出カメラ１８はオートフォーカスを行いプローブ２５の先端の検出を行う。すなわち、プローブ位置検出カメラ１８は、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいてＺ軸方向に昇降駆動され、ワーキングディスタンス高さに移動させられる。

一方で、構成データや品種パラメータなどで設定されたプローブ２５の高さと、プローブ高さ検出器２０で取得されたプローブ２５の高さと同じでない場合には、制御部６０は、入力された構成データや品種パラメータなどが間違いであったと判断し、表示部６１にエラー表示を行ってユーザに知らせ、プローバ１０の動作を停止させる。これにより、図２（Ｂ）で説明を行ったようなプローブ２５とプローブ位置検出カメラ１８との衝突を防止することができる。

別の態様として、制御部６０が入力された構成データや品種パラメータなどが間違いであったと判定した場合には、入力された値の代わりにプローブ高さ検出器２０で取得されたプローブ２５の高さを用いて、プローブ位置検出カメラ１８をワーキングディスタンス高さに上げてもよい。これにより、入力された構成データや品種パラメータが誤りであっても、プローバ１０を停止させることなく、測定を継続させることができる。

図５は、プローバ１０の操作方法を示したフロー図である。図５に示される操作方法では、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の高さに基づいて、構成データや品種パラメータにより算出されたプローブ先端高さの判断が行われる場合である。

先ず、ユーザは入力部６２を介して構成データ及び品種パラメータを制御部６０に入力する。その後制御部６０は、入力された構成データ及び品種パラメータに基づいてプローブ２５の先端の高さを算出する（ステップＳ１０）。次に、プローブ高さ検出器２０によりプローブ２５の高さが検出される（ステップＳ１１）。具体的には、プローブ高さ検出器２０は、高さ調整機構２７により上げられて、プローブ２５に接触してプローブ２５の高さを検出する。

そして制御部６０は、構成データ及び品種パラメータに基づいて算出されたプローブ２５の先端の高さと、プローブ高さ検出器２０により実際に検出されたプローブ２５の先端の高さとの比較を行う。制御部６０は、両者が一致していない場合には、表示部６１にエラーを示す警告表示を行わせる（ステップＳ１４）。

一方、制御部６０は、両者が一致している場合には、高さ調整機構２１に対して、プローブ位置検出カメラ１８をワーキングディスタンス高さまで上げる指令を出力する。その後、プローブ位置検出カメラ１８は、指令に基づいてワーキングディスタンス高さまで上げられる（ステップＳ１３）。

図６は、プローバ１０の他の操作方法を示したフロー図である。図６に示した他の操作方法では、構成データや品種パラメータに基づいてプローブ２５の先端の高さを算出せずに、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ高さに基づいてプローブ位置検出カメラ１８が上げられる。

先ず、プローブ高さ検出器２０によりプローブ２５の高さが検出される（ステップＳ２０）。具体的には、プローブ高さ検出器２０が高さ調整機構２７により上げられて、プローブ２５に接触してプローブ２５の先端の高さが検出される。そして、制御部６０は、検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、プローブ２５の先端からプローブ位置検出カメラ１８のワーキングディスタンス離れた高さ（ワーキングディスタンス高さ）を算出し、高さ調整機構２１に指令を出力する（ステップＳ２１）。

その後、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、ワーキングディスタンス高さまでプローブ位置検出カメラ１８の高さを変化させる（ステップＳ２２）。図６で示したように、構成データや品種パラメータを入力してプローブ２５の先端の高さを算出せずに、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さを使用してもよい。

上述の各構成及び機能は、任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは両者の組み合わせによって適宜実現可能である。例えば、上述の処理ステップ（処理手順）をコンピュータに実行させるプログラム、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体（非一時的記録媒体）、或いはそのようなプログラムをインストール可能なコンピュータに対しても本発明を適用することが可能である。

＜第２の実施形態＞
次に第２の実施形態に関して説明する。

図７は、本発明が適用されるウエハテストシステム１００の第２の実施形態を示した概略構成図である。なお、図１で既に説明を行った箇所は同じ符号を付し説明は省略する。

図７に示されたプローバ１０は、図１に示されたプローバ１０に対して、プローブ高さ検出器２０がプローブ位置検出カメラ１８と一体で設けられている点で異なる。

プローブ高さ検出器２０は、プローブ位置検出カメラ１８に一体に設けられており、プローブ位置検出カメラ１８の高さ調整機構２１により高さが調整される。すなわち、プローブ高さ検出器２０とプローブ位置検出カメラ１８とはアーム２９を介して一体に設けられることにより、一つの高さ調整機構により高さを調整することができるので、高さ調整の制御がより簡素化される。また、高さ調整機構の設置を一つ省略することもできるので、プローバ１０の設計及び組立が簡素化される。また、プローブ高さ検出器２０がプローブ位置検出カメラ１８に一体に設けられていることにより、プローブ高さ検出器２０は温度の影響が抑制される。すなわち、一般にプローブ位置検出カメラ１８は温度変化小さいので、プローブ高さ検出器２０がプローブ位置検出カメラ１８に一体に設けられることにより、プローブ高さ検出器２０は温度変化の影響が抑制される。一方例えば、プローブ位置検出カメラ１８がウエハチャック１６に設けられる場合には、ウエハチャック１６は温度変化が−６０℃〜２００℃あるので、プローブ高さ検出器２０は温度変化の影響を受けやすい。

なお、プローブ高さ検出器２０は、公知の技術によりプローブ位置検出カメラ１８に一体に設けられる。図７ではプローブ高さ検出器２０は、アーム２９によりプローブ位置検出カメラ１８の側方に設けられているが他の手段によって取り付けられてもよい。

図８は、プローブ高さ検出器２０とプローブ位置検出カメラ１８とが一体に設けられる場合に行われるプローブ２５の先端の検出に関して説明する図である。

図８（Ａ）に示すように、プローブ高さ検出器２０がプローブ位置検出カメラ１８と一体に設けられる場合には、プローブ高さ検出器２０の接触面２０ａの高さは、プローブ位置検出カメラ１８の対物レンズ１８ａの端部の高さよりも高い位置に設けられることが好ましい。これにより、プローブ２５がプローブ位置検出カメラ１８の対物レンズ１８ａに衝突する前に、プローブ高さ検出器２０の接触面２０ａによりプローブ２５の先端を検出することができる。また、プローブ高さ検出器２０の接触面２０ａは、プローブ位置検出カメラ１８の高さにワーキングディスタンスを加えた高さよりも低い位置に設けられる。これにより、プローブ位置検出カメラ１８がオートフォーカスを行ってプローブ２５の先端を検出することを妨げない。

図８（Ｂ）は、プローブ高さ検出器２０によってプローブ２５の先端の高さの測定に関して示す図である。プローブ高さ検出器２０は、プローブ位置検出カメラ１８と一体に設けられており、プローブ位置検出カメラ１８の高さ調整機構２１により昇降駆動されてプローブ２５の先端の高さを測定する。

図８（Ｃ）は、ワーキングディスタンス高さに移動させたプローブ位置検出カメラ１８を示す図である。プローブ位置検出カメラ１８は、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、高さ調整機構２１によりワーキングディスタンス高さに移動する。ここで、プローブ位置検出カメラ１８とプローブ高さ検出器２０との高さ関係は一体に設けられており不変であるので、制御部６０は、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに応じて、プローブ位置検出カメラ１８の高さを容易に制御することができる。さらに、プローブ高さ検出器２０の接触面２０ａとプローブ位置検出カメラ１８の対物レンズ１８ａとの距離は、一体に設けられているのでＺ軸方向、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向（図７参照）において極めて短くなっている。したがって、プローブ高さ検出器２０の接触面２０ａでプローブ２５の先端を検出してからプローブ２５の先端にプローブ位置検出カメラ１８のフォーカスを合わせるための移動時間を短くすることができる。

＜プローブの先端の高さ検出の応用例＞
次に、上述で説明したプローブ２５の先端の高さの検出を応用した態様に関して説明する。

プローブ２５の先端の高さ検出は、様々な態様に応用可能である。特にプローブ２５の先端の正確な高さを必要とする態様に好適に応用することが可能である。例えば、上述したプローブ２５の先端の高さ検出は、プローブ２５のプローブカード２４の傾きの検出に適用することができる。

図９は、従来より一般に行われているカードホルダ２３又はカードホルダ２３に設置されるプローブカード２４の傾き検出の方法に関して説明する図である。図９に示す場合では、プローブカード２４の代わりに平行度確認治具７０をカードホルダ２３にセッティングして、カードホルダ２３の傾きを検出する。具体的には、カードホルダ２３にセッティングされた平行度確認治具７０の表面の高さをプローブ位置検出カメラ１８により複数回検出することにより、カードホルダ２３の傾きを検出する。

プローブカード２４のプローブ２５の先端をプローブ位置検出カメラ１８で検出しようとすると、プローブ先端の検出に時間を要してしまいプローバ１０のスループットが低下する。そこで平行度確認治具７０をプローブカード２４の代わりに用いると、平行度確認治具７０は表面が平たい面であるので、プローブ位置検出カメラ１８によっても比較的短時間で焦点を合わせることができる。なお、平行度確認治具７０は、例えばプローブカード２４に似せて加工された金属プレートである。

しかしながら、平行度確認治具７０を使用してカードホルダ２３の傾き検出を行うと、平行度確認治具７０の加工精度が傾き検出の精度に影響してしまう。また、平行度確認治具７０での傾き検出が終了した後に、プローブカード２４をカードホルダ２３にセッティングしなければならず、スループットが低下してしまう。

そこで、本例では、上述したプローブ高さ検出器２０を使用したプローブ２５の先端の高さの検出を応用してプローブカード２４に使用したカードホルダ２３（又はプローブカード２４）の傾きの検出を行う。

図１０及び図１１は、本例のカードホルダ２３又はプローブカード２４の傾き検出に関して説明する図である。図１０では、プローブ高さ検出器２０により、カードホルダ２３にセッティングされたプローブカード２４の傾きが検出されている。

プローブ高さ検出器２０はプローブ位置検出カメラ１８に一体に設けられており、プローブ位置検出カメラ１８の高さ調整機構２１により昇降駆動されており、プローブ２５の先端に接触することによりプローブ２５の先端の高さが検出される。

図１１は、制御部６０に入力される情報及び制御部６０から出力される情報を機能ブロックとともに概念的に示した図である。

図１１に示すように、制御部６０には、プローブ高さ検出器２０からの実際に測定をして求めたプローブ２５の先端の高さに関する情報が複数入力される。ここで、プローブ２５の先端の高さが複数入力されるのは、プローブカード２４の傾き又はカードホルダ２３の傾きを算出するためである。したがって、例えばプローブ高さ検出器２０は、異なる３点のプローブ２５の先端の高さを制御部に送信して、制御部６０はプローブカード２４の傾きを出力する。なお、本願では特に検出された傾きに基づいて傾きを調整する傾き調整機構に関しては説明をしていないが、公知の傾き調整機構により検出された傾きに基づいて傾きが調整されてもよい。

次に、上述した応用例において、さらにプローブ位置検出カメラ１８によってもプローブカード２４の傾きの検出を行う例を説明する。

図１２には、プローブ位置検出カメラ１８によってプローブカード２４の傾きが検出されている。この場合、プローブ位置検出カメラ１８は、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、プローブ２５の先端の高さを検出する。すなわち図３及び図８で説明したように、プローブ位置検出カメラ１８は、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、高さ調整機構２１によりワーキングディスタンス高さに移動され、その後プローブ２５の先端の高さを検出する。プローブ位置検出カメラ１８は、上述したプローブ高さ検出器２０の場合と同様に、異なる複数の点におけるプローブ２５の先端の高さを検出し、制御部６０は検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいてプローブカード２４の傾きを検出する。

このように、本例ではプローブ高さ検出器２０及びプローブ位置検出カメラ１８から出力されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、プローブカード２４の傾きを検出する。

図１３は、本例のプローブカード２４（カードホルダ２３）の傾きを検出する手順を示したフロー図である。図１３では、プローブ高さ検出器２０及びプローブ位置検出カメラ１８によりプローブ２５の先端の高さが検出され、傾きを検出する例を示している。

先ず、プローブ高さ検出器２０により、プローブ２５の先端の高さが複数回測定され、測定結果が制御部６０に送信される（第１の高さ検出ステップ：ステップＳ３０）。複数回の測定は異なる点で行われ、プローブ高さ検出器２０はＸ軸方向及びＹ軸方向に移動してプローブ２５の先端の高さを測定する。

次に、プローブ位置検出カメラ１８により、プローブ２５の先端の高さが複数測定され、測定結果が制御部６０に送信される（第２の高さ検出ステップ：ステップＳ３１）。プローブ位置検出カメラ１８もプローブ高さ検出器２０と同様に、複数回の異なる点でプローブ２５の先端の高さの検出を行う。ここでプローブ位置検出カメラ１８は、プローブ高さ検出器２０で予め検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、ワーキングディスタンス高さに移動されてプローブ２５の先端にオートフォーカスを行う。したがって、プローブ位置検出カメラ１８のプローブ２５の先端を探索している時間を短縮することができるので、プローバ１０のスループットの低下が抑制される。

その後制御部６０は、プローブ高さ検出器２０及びプローブ位置検出カメラ１８から出力された複数のプローブ２５の先端の高さに基づいて、プローブカード２４の傾きを算出する（傾き検出ステップ：ステップＳ３２）。ここで、制御部６０は、プローブ高さ検出器２０で検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて傾きを検出し、その後プローブ位置検出カメラ１８で検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて傾きを検出する。制御部６０は、プローブ２５の先端の高さをより高精度で検出できるプローブ位置検出カメラ１８の検出結果も使用して傾き検出を行うので、より正確な傾きの検出を行うことができる。

＜別実施形態のプローブ高さ検出器＞
図１４は、別実施形態のプローブ高さ検出器１００を説明するための説明図である。図１４に示すように、別実施形態のプローブ高さ検出器１００は、線形可変差動変圧器（Linear Variable Differential Transformer）であるＬＶＤＴ１０６を用いて既述の基準面からのプローブ２５の先端の高さを検出する。このプローブ高さ検出器１００は、ベース１０２と、エアベアリング１０３と、上下可動部１０４と、コイルバネ１０５と、ＬＶＤＴ１０６と、を備えている。

ベース１０２は、不図示の支持部材により高さ調整機構２７の上方で支持されている。ベース１０２は略環状に形成されており、このベース１０２の中心にはＺ軸方向（上下方向）に平行な貫通穴１０２ａが形成されている。このベース１０２の上面には、エアベアリング１０３が設けられている。

エアベアリング１０３は、略円筒状に形成されており、Ｚ軸方向に平行な保持穴１０３ａを有している。この保持穴１０３ａの中心のＸＹ軸方向の位置と、既述の貫通穴１０２ａの中心のＸＹ軸方向の位置とは一致している。符号Ｃは、保持穴１０３ａ及び貫通穴１０２ａの双方の中心を通る中心軸である。エアベアリング１０３は、保持穴１０３ａに挿通された後述の上下可動部１０４の上下移動軸１１０をＺ軸方向に移動自在に保持する。

また、エアベアリング１０３には、その外周面から保持穴１０３ａの内面に貫通した不図示のエア供給穴が形成されており、このエア供給穴を介して不図示のエア源から供給されたエアが保持穴１０３ａ内に供給される。これにより、保持穴１０３ａの内面と上下移動軸１１０の外面との間に不図示のエア層が形成されるので、上下移動軸１１０がエアベアリング１０３（保持穴１０３ａ）により非接触でガイドされる。

さらに、エアベアリング１０３の下端部の外周面には、その周方向に沿って環状の鍔部１０３ｂが形成されている。

上下可動部１０４は、エアベアリング１０３により非接触でＺ軸方向に移動自在に保持される。この上下可動部１０４は、上下移動軸１１０と、ストッパリング１１１と、バネ受け部１１２と、ステージ台座１１３と、ステージ１１４と、を備える。

上下移動軸１１０は、既述の通り、エアベアリング１０３の保持穴１０３ａに挿通され、エアベアリング１０３により非接触でＺ軸方向に移動自在に保持される。この上下移動軸１１０の外周面の下端部には、略環状のストッパリング１１１が外嵌されている。また、上下移動軸１１０の上面には、バネ受け部１１２が固定されている。

ストッパリング１１１の外径は、保持穴１０３ａの直径よりも大きく形成されている。バネ受け部１１２は、円板部１１２ａと、この円板部１１２ａの下面に設けられた嵌合部１１２ｂとを備える。円板部１１２ａの外径は、コイルバネ１０５の外径よりも大きく形成されている。嵌合部１１２ｂは、コイルバネ１０５の上側の開口部に嵌合する。

ステージ台座１１３は、バネ受け部１１２の上面に固定されている。このステージ台座１１３の上面には、ステージ１１４が固定される。ステージ１１４の上面は既述の接触面２０ａとなる。

コイルバネ１０５は、Ｚ軸方向に圧縮された状態で鍔部１０３ｂとバネ受け部１１２との間に取り付けられる。コイルバネ１０５の下側の開口部には既述のエアベアリング１０３の上端部が挿入される。これにより、コイルバネ１０５の下端が鍔部１０３ｂの上面に当接する。一方、コイルバネ１０５の上側の開口部には、既述の嵌合部１１２ｂが嵌合する。このため、コイルバネ１０５は、バネ受け部１１２を介して上下可動部１０４の各部（ステージ１１４等）をＺ軸方向の上方へ付勢する。その結果、ストッパリング１１１が保持穴１０３ａの下側の開口縁部に当接し、ステージ１１４のＺ軸方向の高さ位置が一定に維持される。

ＬＶＤＴ１０６は、ベース１０２の下面に設けられている。このＬＶＤＴ１０６は、鉄心などのコア１０６ａと、コイル１０６ｂとを備える。コア１０６ａは、上下移動軸１１０の下面に固定されており、Ｚ軸方向の下方に延びている。このコア１０６ａの中心軸は、既述の中心軸Ｃと一致している。コア１０６ａは、上下移動軸１１０（上下可動部１０４）と一体にＺ軸方向に移動する。

コイル１０６ｂは、Ｚ軸方向に平行な略円筒形状を有している。このコイル１０６ｂの内部には、コア１０６ａが非接触で挿入されている。コイル１０６ｂは、入力電圧（交流）により励磁される一次コイル（不図示）と、コア１０６ａのＺ軸方向の変位により出力電圧（誘起電圧）が発生する二次コイル（不図示）と、を有している。

微小移動検出部１１８は、コイル１０６ｂに入力電圧を供給すると共に、コア１０６ａのＺ軸方向の変位に応じてコイル１０６ｂから出力される出力電圧を検出する。微小移動検出部１１８は、コイル１０６ｂから出力される出力電圧に基づき、コア１０６ａ、すなわち上下可動部１０４（ステージ１１４等）のＺ軸方向の微小移動を検出する。

上記構成のプローブ高さ検出器１００によれば、高さ調整機構２７がプローブ高さ検出器１００をＺ軸方向の上方へ移動させることにより、ステージ１１４の接触面２０ａがプローブ２５の先端に接触すると、上下可動部１０４（ステージ１１４等）及びコア１０６ａがＺ軸方向の下方に微小移動される。これにより、コア１０６ａの微小移動に応じてコイル１０６ｂから出力された出力電圧が微小移動検出部１１８に入力される。このため、微小移動検出部１１８が上下可動部１０４（ステージ１１４等）のＺ軸方向の微小移動、すなわち、接触面２０ａに対するプローブ２５の先端の接触を検出できる。これ以降は、既述のプローブ高さ検出器２０と同じであるので、具体的な説明は省略する。

このように、プローブ高さ検出器１００では、ＬＶＤＴ１０６を用いて接触面２０ａに対するプローブ２５の先端の接触を検出するので、この接触の検出精度［接触応答性（敏感性）］を向上させることができる。その結果、既述の基準面からのプローブ２５の先端の高さの測定精度を向上させることができる。また、接触面２０ａへのプローブ２５の先端の接触に伴うステージ１１４等のＺ軸方向の移動量（押込量）及び接触に伴うＺ軸方向の押圧力を精度良く検出することができる。

以上で本発明の例に関して説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

１０…プローバ
１１…基台
１２…移動ベース
１３…Ｙ軸移動台
１４…Ｘ軸移動台
１５…回転部
１６…ウエハチャック
１８…プローブ位置検出カメラ
１８ａ…対物レンズ
１９…ウエハアライメントカメラ
２０，１００…プローブ高さ検出器
２０ａ…接触面
２０ｂ…センサ機構
２１…高さ調整機構
２２…ヘッドステージ
２３…カードホルダ
２４…プローブカード
２５…プローブ
２７…高さ調整機構
２９…アーム
３０…テスタ
３１…テスタ本体
３２…コンタクトリング
６０…制御部
６１…表示部
６２…入力部
１００…ウエハテストシステム
１０６…線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）

Claims (3)

1. プローブに対向して配置されるウエハの電極にプローブを接触させて検査を行うプローバであって、
   前記プローブと対向する位置で、前記プローブの先端の水平面内の位置と、水平面に対して垂直方向の高さ位置とを含む前記プローブの先端位置を検出するプローブ位置検出カメラと、
   前記プローブ位置検出カメラとは別に設けられ、前記プローブと対向する位置で前記プローブの先端の高さ位置を検出するプローブ高さ検出器と、
   を有し、
   前記プローブ高さ検出器は、前記プローブ位置検出カメラと一体に設けられるプローバ。
2. 前記プローブ高さ検出器は、前記プローブの先端の接触を検出する差動変圧器を有している請求項１に記載のプローバ。
3. 前記プローブ高さ検出器は、前記プローブの先端に接触する接触面を有し、前記接触面に前記プローブの先端が接触したときの前記接触面の高さを前記プローブの先端の高さとして検出する接触式の検出器であり、
   前記接触面の高さは、前記プローブ位置検出カメラの高さよりも高い位置に設けられる請求項１又は２に記載のプローバ。
   

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