JP6620990B2 - プローバ及びプローブコンタクト方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体装置（チップ）の電気的特性の検査を行うプローバ及びプローブコンタクト方法において、特に、複数の測定部を備えたマルチステージ式のプローバ及びプローブコンタクト方法に関する。

半導体製造工程は、多数の工程を有し、品質保証及び歩留まりの向上のために、各種の製造工程で各種の検査が行われる。例えば、半導体ウエハ上に半導体装置の複数のチップが形成された段階で、各チップの半導体装置の電極パッドをテストヘッドに接続し、テストヘッドから電源及びテスト信号を供給し、半導体装置の出力する信号をテストヘッドで測定して、正常に動作するかを電気的に検査するウエハレベル検査が行われている。

ウエハレベル検査の後、ウエハはフレームに貼り付けられ、ダイサで個別のチップに切断される。切断された各チップは、正常に動作することが確認されたチップのみが次の組み立て工程でパッケージ化され、動作不良のチップは組み立て工程から除かれる。更に、パッケージ化された最終製品は、出荷検査が行われる。

ウエハレベル検査は、ウエハ上の各チップの電極パッドにプローブを接触させるプローバを使用して行われる。プローブはテストヘッドの端子に電気的に接続され、テストヘッドからプローブを介して各チップに電源及びテスト信号が供給されると共に各チップからの出力信号をテストヘッドで検出して正常に動作するかを測定する。

半導体製造工程においては、製造コストの低減のために、ウエハの大型化や一層の微細化（集積化）が進められており、１枚のウエハ上に形成されるチップの個数が非常に大きくなっている。それに伴って、プローバでの１枚のウエハの検査に要する時間も長くなっており、スループットの向上が求められている。そこで、スループットの向上を図るため、多数のプローブを設けて複数個のチップを同時に検査できるようにするマルチプロービングが行われている。近年、同時に検査するチップ数は益々増加し、ウエハ上のすべてのチップを同時に検査する試みも行われている。そのため、電極パッドとプローブを接触させる位置合わせの許容誤差が小さくなっており、プローバにおける移動の位置精度を高めることが求められている。

一方、スループットを増加するもっとも簡単な方法として、プローバの台数を増加させることが考えられるが、プローバの台数を増加させると、製造ラインにおけるプローバの設置面積も増加するという問題を生じる。また、プローバの台数を増加させると、その分装置コストも増加することになる。そのため、設置面積の増加や装置コストの増加を抑えてスループットを増加させることが求められている。

このような背景のもと、例えば特許文献１には、複数の測定部を備えた試験装置（マルチステージ式のプローバ）が提案されている。この試験装置では、ウエハとプローブカードとの相対的な位置合わせを行うアライメント装置が各測定部間を相互に移動できるように構成されている。

しかしながら、特許文献１に記載された試験装置では、各測定部でアライメント装置を共有することによって省スペース化やコストダウンを図ることができるものの、次のような問題がある。

すなわち、アライメント装置の移動距離が長くなると、アライメント装置を各測定部に移動させるための移動機構やその移動機構が取り付けられる支持部材（フレーム）は、アライメント装置の自重や熱膨張又は熱収縮による影響によって歪みが発生しやすくなるので、各測定部に移動したアライメント装置の位置精度が低下する要因となる。このため、撮像手段を用いてウエハ上の電極パッドやプローブの位置を検出するのに時間を要し、結果的にアライメント動作に時間がかかり、スループットが遅くなるという問題がある。

これに対し、本願出願人は、複数の測定部を備えたマルチステージ式のプローバにおいて、上記問題を改善したプローバを提案している（特許文献２参照）。このプローバでは、各測定部に移動したアライメント装置を位置決めして固定する位置決め固定装置を備えているので、アライメント装置の移動位置の精度を保ちつつ、設置面積の増加や装置コストの増加を抑えてスループットを向上させることができる。

特開２０１０−１８６９９８号公報 特開２０１４−１９２２１８号公報

ところで、特許文献１や特許文献２に記載される従来のプローバでは、アライメント装置にウエハチャックが着脱自在に支持された状態でウエハとプローブカードとの相対的な位置合わせが行われた後、アライメント装置からプローブカード側にウエハチャックの受け渡し動作が行われている。すなわち、アライメント装置の昇降機構（Ｚ軸移動・回転部）によってウエハチャックをプローブカードに向かって上昇させた後、プローブカードとウエハチャックとの間に形成された内部空間を減圧することでウエハチャックがプローブカード側に吸着され、プローブカードの各プローブが所定圧でウエハの各チップの電極パッドに接触するように構成されている。

このように、従来のプローバでは、ウエハチャックの受け渡し前後で制御方法が大きく変更されるので、適切な手法を用いて制御しないとプローブカードのプローブとウエハ上の各チップの電極パッドとが異常接触し、電極パッドの表面に形成される針跡の異常や接触不良（コンタクト不良）を招く問題がある。最悪の場合には、ウエハやプローブカードを破損してしまう可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、マルチステージ式プローバにおいて、ウエハ上の電極パッドとプローブとの間で良好なコンタクトを実現することができるプローバ及びプローブコンタクト方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るプローバの一態様は、ウエハを保持するウエハチャックと、ウエハチャックと対向するように設けられ、ウエハの各電極パッドと対応する位置にプローブを有するプローブカードと、ウエハチャックに設けられ、ウエハチャックに保持されたウエハを取り囲むように形成された環状のシール部材と、ウエハチャックを着脱自在に固定するウエハチャック固定部を有し、ウエハチャック固定部に固定されたウエハチャックを昇降させる機械的昇降手段と、機械的昇降手段によりウエハチャックをプローブカードに向かって移動させたときにプローブカード、ウエハチャック、及びシール部材により形成される内部空間を減圧する減圧手段と、減圧手段による内部空間の減圧を開始する第１タイミングよりも遅い第２タイミングでウエハチャック固定部によるウエハチャックの固定を解除するタイミング制御手段と、を備える。

この態様によれば、内部空間の減圧が開始されるタイミング（第１タイミング）よりも遅いタイミング（第２タイミング）でウエハチャック固定部によるウエハチャックの固定が解除されるので、これらの工程の切り替えの瞬間にウエハチャックがどちら側にも固定されていない不安定な状態（フリーな状態）がなくなり、ウエハチャックの受け渡し動作を安定して行うことが可能となり、ウエハ上の電極パッドとプローブとの間で良好なコンタクトを実現することができる。

本発明に係るプローバの一態様において、機械的昇降手段は、プローブを電極パッドにオーバードライブの状態で接触させるように、ウエハチャックをプローブカードに向かって移動させることが好ましい。

この態様によれば、機械的昇降手段によりプローブカードの各プローブをウエハの各電極パッドにオーバードライブの状態で接触させることにより、プローブの先端が電極パッドの表面にくい込み、その電極パッドの表面にそれぞれ針跡を形成する。これにより、ウエハチャックを受け渡す際に発生する外乱（振動）に対して、プローブの水平方向の位置ずれ（横ずれ）を防ぐことができる。

本発明に係るプローバの一態様において、ウエハチャック固定部はウエハチャックを吸着する吸引口を有し、吸引口に接続される経路には経路を流れる気体の流量を制限する絞り弁が設けられていることが好ましい。

この態様によれば、ウエハチャック固定部によるウエハチャックの固定を解除する際にウエハチャックが機械的昇降手段から急激に離脱するのを抑制することができるので、ウエハチャックの受け渡し動作をより安定して行うことが可能となる。

本発明に係るプローバの一態様において、内部空間と外部空間との間を連通する連通路と、連通路を開放及び遮断可能なシャッタ手段と、機械的昇降手段によりウエハチャックをプローブカードに向かって移動させる場合には連通路を開放し、かつ減圧手段により内部空間を減圧する場合には連通路を遮断するように、シャッタ手段を制御するシャッタ制御手段と、を備えることが好ましい。

この態様によれば、機械的昇降手段によりウエハチャックをプローブカードに向かって移動させる際に無理な反力が生じることなく、ウエハチャックを安定かつ効率的に移動させることができ、プローブカードやウエハの破損を防ぐことができる。

本発明に係るプローバの一態様において、内部空間の減圧によりウエハチャックがプローブカードに向かって引き寄せられるように移動する際にウエハチャックの移動方向に直交する方向の移動を規制しつつウエハチャックの移動を案内するガイド手段を備えることが好ましい。

この態様によれば、減圧手段による内部空間の減圧によりウエハチャックをプローブカードに向かって引き寄せる際に、ガイド手段によりウエハチャックの移動方向に直交する方向の移動が規制されつつウエハチャックの移動が案内されるので、ウエハチャックの位置ずれや傾きを防止することができる。したがって、ウエハとプローブカードとの平行度を容易に確保することができ、ウエハレベル検査の精度を向上させることが可能となる。

本発明に係るプローバの一態様において、ガイド手段は、ウエハチャックに設けられた軸受部と、プローブカードを保持するヘッドステージに着脱自在に固定され軸受部に軸支されるガイド軸部とを有することが好ましい。

この態様は、ガイド手段の具体的な構成の１つを示したものである。

本発明に係るプローバの一態様において、ガイド手段は、ウエハチャックの移動方向に直交する方向における互いに異なる位置に少なくとも３つ設けられることが好ましい。

この態様によれば、ウエハチャックの移動方向に直交する方向におけるウエハチャックの傾きを確実に防止することが可能となる。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るプローブコンタクト方法の一態様は、 ウエハを保持するウエハチャックと、ウエハチャックと対向するように設けられ、ウエハの各電極パッドと対応する位置にプローブを有するプローブカードと、ウエハチャックに設けられ、ウエハチャックに保持されたウエハを取り囲むように形成された環状のシール部材と、ウエハチャックを着脱自在に固定するウエハチャック固定部を有し、ウエハチャック固定部に固定されたウエハチャックを昇降させる機械的昇降手段と、を備えるプローバにおけるプローブコンタクト方法であって、機械的昇降手段によりウエハチャックをプローブカードに向かって移動させるウエハチャック移動工程と、ウエハチャック移動工程が行われた後、プローブカード、ウエハチャック、及びシール部材により形成される内部空間を減圧する減圧工程と、内部空間の減圧を開始する第１タイミングよりも遅い第２タイミングでウエハチャック固定部によるウエハチャックの固定を解除するウエハチャック固定解除工程と、を備える。

この態様によれば、内部空間の減圧が開始されるタイミング（第１タイミング）よりも遅いタイミング（第２タイミング）でウエハチャック固定部によるウエハチャックの固定が解除されるので、これらの工程の切り替えの瞬間にウエハチャックがどちら側にも固定されていない不安定な状態（フリーな状態）がなくなり、ウエハチャックの受け渡し動作を安定して行うことが可能となり、ウエハ上の電極パッドとプローブとの間で良好なコンタクトを実現することができる。

本発明に係るプローブコンタクト方法の一態様において、ウエハチャック移動工程は、プローブを電極パッドにオーバードライブの状態で接触させるように、機械的昇降手段によりウエハチャックをプローブカードに向かって移動させることが好ましい。

この態様によれば、機械的昇降手段によりプローブカードの各プローブをウエハの各電極パッドにオーバードライブの状態で接触させることにより、プローブの先端が電極パッドの表面にくい込み、その電極パッドの表面にそれぞれ針跡を形成する。これにより、ウエハチャックを受け渡す際に発生する外乱（振動）に対して、プローブの水平方向の位置ずれ（横ずれ）を防ぐことができる。

本発明に係るプローブコンタクト方法の一態様において、ウエハチャック固定部はウエハチャックを吸着する吸引口を有し、吸引口に接続される経路には経路を流れる気体の流量を制限する絞り弁が設けられていることが好ましい。

この態様によれば、ウエハチャック固定部によるウエハチャックの固定を解除する際にウエハチャックが機械的昇降手段から急激に離脱するのを抑制することができるので、ウエハチャックの受け渡し動作をより安定して行うことが可能となる。

本発明に係るプローブコンタクト方法の一態様において、ウエハチャック移動工程によりウエハチャックをプローブカードに向かって移動させる場合には内部空間と外部空間との間を連通状態とし、減圧工程により内部空間を減圧する場合には内部空間と外部空間との間を非連通状態とすることが好ましい。

この態様によれば、機械的昇降手段によりウエハチャックをプローブカードに向かって移動させる際に無理な反力が生じることなく、ウエハチャックを安定かつ効率的に移動させることができ、プローブカードやウエハの破損を防ぐことができる。

本発明に係るプローブコンタクト方法の一態様において、内部空間の減圧によりウエハチャックがプローブカードに向かって引き寄せられるように移動する際にウエハチャックの移動方向に直交する方向の移動を規制しつつウエハチャックの移動を案内するガイド工程を備える。

この態様によれば、減圧手段による内部空間の減圧によりウエハチャックをプローブカードに向かって引き寄せる際に、ガイド手段によりウエハチャックの移動方向に直交する方向の移動が規制されつつウエハチャックの移動が案内されるので、ウエハチャックの位置ずれや傾きを防止することができる。したがって、ウエハとプローブカードとの平行度を容易に確保することができ、ウエハレベル検査の精度を向上させることが可能となる。

本発明に係るプローブコンタクト方法の一態様において、ガイド工程は、ウエハチャックに設けられた軸受部と、プローブカードを保持するヘッドステージに着脱自在に固定され軸受部に軸支されるガイド軸部とを有するガイド手段により行われる。

この態様は、ガイド手段の具体的な構成の１つを示したものである。

本発明に係るプローブコンタクト方法の一態様において、ガイド工程は、ウエハチャックの移動方向に直交する方向における互いに異なる少なくとも３つの位置でウエハチャックの移動方向に直交する方向の移動を規制しつつウエハチャックの移動を案内する。

この態様によれば、ウエハチャックの移動方向に直交する方向におけるウエハチャックの傾きを確実に防止することが可能となる。

本発明によれば、ウエハチャックの受け渡し動作を安定して行うことが可能となり、ウエハ上の電極パッドとプローブとの間で良好なコンタクトを実現することができる。

第１の実施形態のプローバの全体構成を示した外観図 第１の実施形態のプローバの全体構成を示した平面図 測定ユニットの構成を示した概略図 測定部の構成を示した概略図 第１の実施形態のプローバの制御装置の構成を示した機能ブロック図 第１の実施形態のプローバにおけるコンタクト動作を示したフローチャート 第１の実施形態のプローバにおけるコンタクト動作を説明するための図 第１の実施形態のプローバにおけるコンタクト動作を説明するための図 第１の実施形態のプローバにおけるコンタクト動作を説明するための図 第１の実施形態のプローバにおけるコンタクト動作を説明するための図 第１の実施形態のプローバにおけるコンタクト動作を説明するための図 第１の実施形態のプローバにおけるコンタクト動作を説明するための図 第１の実施形態のプローバにおけるコンタクト動作のタイミングチャート図 第２の実施形態のプローバの構成を示した概略図 第２の実施形態のプローバにおけるコンタクト動作を説明するための図 第２の実施形態のプローバにおけるコンタクト動作を説明するための図 第２の実施形態のプローバにおけるコンタクト動作を説明するための図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。

図１及び図２は、第１の実施形態のプローバ１０の全体構成を示した外観図と平面図である。

図１及び図２に示すように、第１の実施形態のプローバ１０は、検査するウエハＷ（図４参照）を供給及び回収するローダ部１４と、ローダ部１４に隣接して配置され、複数の測定部１６を有する測定ユニット１２とを備えている。測定ユニット１２は、複数の測定部１６を有しており、ローダ部１４から各測定部１６にウエハＷが供給されると、各測定部１６でそれぞれウエハＷの各チップの電気的特性の検査（ウエハレベル検査）が行われる。そして、各測定部１６で検査されたウエハＷはローダ部１４により回収される。なお、プローバ１０は、操作パネル２２、後述する制御装置（図５参照）等も備えている。

ローダ部１４は、ウエハカセット２０が載置されるロードポート１８と、測定ユニット１２の各測定部１６とウエハカセット２０との間でウエハＷを搬送する搬送ユニット２４とを有する。搬送ユニット２４は、図示しない搬送ユニット駆動機構を備えており、Ｘ、Ｚ方向に移動可能に構成されるとともに、θ方向（Ｚ方向周り）に回転可能に構成されている。また、搬送ユニット２４は、上記搬送ユニット駆動機構により前後に伸縮自在に構成された搬送アーム２６を備えている。搬送アーム２６の上面部には図示しない吸着パッドが設けられており、搬送アーム２６は、この吸着パッドでウエハＷの裏面を真空吸着してウエハＷを保持する。これにより、ウエハカセット２０内のウエハＷは、搬送ユニット２４の搬送アーム２６によって取り出され、その上面に保持された状態で測定ユニット１２の各測定部１６に搬送される。また、検査の終了した検査済みのウエハＷは逆の経路で各測定部１６からウエハカセット２０に戻される。

図３は、測定ユニット１２の構成を示した概略図である。

図３に示すように、測定ユニット１２は、複数の測定部１６が多段状に積層された積層構造（多段構造）を有しており、各測定部１６はＸ方向及びＺ方向に沿って２次元的に配列されている。本実施形態では、一例として、Ｘ方向に４つの測定部１６がＺ方向に３段積み重ねられている。なお、各測定部１６は、いずれも同一の構成を有しており、詳細を後述するように、プローブカード３２やウエハチャック３４等を備えて構成される。

測定ユニット１２は、複数のフレームを格子状に組み合わせた格子形状を有する筐体（不図示）を備えている。この筐体は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ延びる複数のフレームを格子状に組み合わせて形成されたものであり、これらのフレームにより形成された各空間部にそれぞれ測定部１６の構成要素が配置される。

次に、測定部１６の構成について説明する。図４は、測定部１６の構成を示した概略図である。

図４に示すように、測定部１６は、ヘッドステージ３０と、プローブカード３２と、ウエハチャック３４とを備えている。また、各測定部１６には、それぞれ、図示しないテストヘッドが設けられている。なお、テストヘッドは、図示しないテストヘッド保持部によりヘッドステージ３０の上方に支持されている。

ヘッドステージ３０は、筐体の一部を構成するフレーム部材（不図示）に支持されており、プローブカード３２が着脱自在に装着固定される。ヘッドステージ３０に装着固定されたプローブカード３２は、ウエハチャック３４のウエハ保持面３４ａと対向するように設けられる。なお、プローブカード３２は、検査するウエハＷ（デバイス）に応じて交換される。

プローブカード３２には、検査するウエハＷの各チップの電極パッドの位置に対応して配置された、カンチレバーやスプリングピン等の複数のプローブ３６が設けられている。各プローブ３６は、図示しないテストヘッドの端子に電気的に接続され、テストヘッドから各プローブ３６を介して各チップに電源及びテスト信号が供給されると共に各チップからの出力信号をテストヘッドで検出して正常に動作するかを測定する。なお、プローブカード３２とテストヘッドとの接続構成については、本発明の要部ではないため、詳細な説明を省略する。

プローブ３６は、バネ特性を有し、プローブ３６の先端位置より接触点を上昇させることにより、電極パッドに所定の接触圧で接触する。また、プローブ３６は、電気的検査を行うときに、電極パッドがオーバードライブの状態で接触されると、プローブ３６の先端が電極パッドの表面にくい込み、その電極パッドの表面にそれぞれ針跡を形成するようになっている。なお、オーバードライブとは、ウエハＷとプローブ３６の先端の配列面との傾き、及び、プローブ３６の先端位置のばらつきなどを考慮して、電極パッドとプローブ３６が確実に接触するように、プローブ３６の先端位置より高い位置まで電極パッド、すなわちウエハＷの表面を距離αだけ上昇させた状態をいう。また、プローブ３６の先端位置からウエハＷの表面を更に上昇させる移動量、すなわち上記距離αをオーバードライブ量と称する。

ウエハチャック３４は、真空吸着等によりウエハＷを吸着して固定する。ウエハチャック３４は、検査するウエハＷが載置されるウエハ保持面３４ａを有しており、ウエハ保持面３４ａには複数の吸引口４０が設けられている（図４では１つのみ図示）。吸引口４０は、ウエハチャック３４の内部に形成された吸引路４２を介して真空ポンプなどの吸引装置（真空源）４４に接続されている。吸引装置４４と吸引路４２との間を接続する吸引経路にはウエハ吸着用電磁弁４６が設けられている。なお、ウエハ吸着用電磁弁４６はウエハ吸着用電磁弁制御部１１０（図５参照）により制御される。

ウエハチャック３４のウエハ保持面３４ａよりも外側には、ウエハ保持面３４ａに保持されたウエハＷを取り囲むように形成された弾性を有するリング状シール部材（チャックシールゴム）４８が設けられている。後述するＺ軸移動・回転部７２によりウエハチャック３４をプローブカード３２に向かって移動（上昇）させたときに、リング状シール部材４８がヘッドステージ３０の下面に接触することで、ウエハチャック３４、プローブカード３２、及びリング状シール部材４８により囲まれた内部空間Ｓ（図７Ｂ〜図７Ｆ参照）が形成される。なお、リング状シール部材４８は本発明の環状のシール部材の一例である。

ヘッドステージ３０には、プローブカード３２とウエハチャック３４との間に形成された内部空間Ｓを減圧するための吸引口５０が設けられている。吸引口５０は、ヘッドステージ３０の内部に形成された吸引路５２を介して吸引装置４４に接続されている。吸引装置４４と吸引路５２との間を接続する吸引経路には真空電空レギュレータ５４が設けられている。真空電空レギュレータ５４は内部空間Ｓの内部圧力（真空度）を調節する制御弁である。なお、真空電空レギュレータ５４は後述する吸引制御部１１４（図５参照）により制御される。吸引装置４４及び真空電空レギュレータ５４は本発明の減圧手段の一例である。

ウエハチャック３４には、内部空間Ｓと外部空間との間を連通する連通路５６が設けられている。連通路５６の一端はウエハチャック３４のウエハ保持面３４ａのうちウエハＷが載置されない外周付近の領域に開口しており、連通路５６の他端はウエハチャック３４の側面に開口している。ウエハチャック３４の側面には、連通路５６を開放及び遮断可能なシャッタ手段５８が設けられている。シャッタ手段５８を開いた場合には連通路５６は開放状態となり、内部空間Ｓは連通路５６を介して外部空間と連通した状態（連通状態）となる。一方、シャッタ手段５８を閉じた場合には連通路５６は遮断状態となり、内部空間Ｓは外部空間と連通しない状態（非連通状態）となる。なお、シャッタ手段５８は後述するシャッタ制御部１１６（図５参照）により制御される。シャッタ手段５８は公知の構成が適用されるため、詳細な説明を省略する。

なお、本実施形態では、一例として、ウエハチャック３４に設けられた連通路５６及びシャッタ手段５８により内部空間Ｓを外部空間と連通した連通状態（非密閉状態）と非連通状態（密閉状態）との間で選択的に切り替え可能な構成としたが、本実施形態の構成に代えて、例えば、ヘッドステージ３０あるいはプローブカード３２に連通路及びシャッタ手段を設けた構成としてもよい。

ウエハチャック３４の内部には、検査するウエハＷ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℃）で電気的特性の検査が行えるように、加熱／冷却源としての加熱冷却機構（不図示）が設けられている。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３４は、後述するアライメント装置７０に着脱自在に支持固定される。アライメント装置７０は、ウエハチャック３４をＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動することで、ウエハチャック３４に保持されたウエハＷとプローブカード３２との相対的な位置合わせを行う。

アライメント装置７０は、ウエハチャック３４を着脱自在に支持固定してウエハチャック３４をＺ軸方向に移動すると共にＺ軸を回転中心としてθ方向に回転するＺ軸移動・回転部７２と、Ｚ軸移動・回転部７２を支持してＸ軸方向に移動するＸ軸移動台７４と、Ｘ軸移動台７４を支持してＹ軸方向に移動するＹ軸移動台７６とを備えている。

Ｚ軸移動・回転部７２、Ｘ軸移動台７４、及びＹ軸移動台７６は、それぞれ、少なくともモータを含む機械的な駆動機構によりウエハチャック３４を所定の方向に移動自在もしくは回転自在に構成される。機械的な駆動機構としては、例えば、サーボモータとボールネジとを組み合わせたボールネジ駆動機構により構成される。また、ボールネジ駆動機構に限らず、リニアモータ駆動機構やベルト駆動機構等で構成されていてもよい。なお、Ｚ軸移動・回転部７２、Ｘ軸移動台７４、及びＹ軸移動台７６は、後述する各制御部によりウエハチャック３４の移動距離、移動方向、移動速度、加速度を変更可能に構成されている。本実施形態では、具体的には次のような構成を有する。

Ｚ軸移動・回転部７２は、本発明の機械的昇降手段の一例であり、ウエハチャック３４をＺ軸方向に移動させるためのＺ軸駆動モータ１２２（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータ等）（図５参照）と、ウエハチャック３４のＺ軸方向への移動距離を検出するためのＺ軸エンコーダ（例えば、ロータリーエンコーダやリニアスケール等）（不図示）とを備えている。Ｚ軸駆動モータ１２２は、後述するＺ軸移動制御部１０６（図５参照）からのモータ制御信号に基づき制御され、ウエハチャック３４を所望の移動速度または加速度で目標位置に移動させるように駆動する。また、Ｚ軸エンコーダは、ウエハチャック３４の移動に応じてエンコーダ信号を出力する。

また、Ｚ軸移動・回転部７２は、ウエハチャック３４をθ方向に回転させるための回転駆動モータ１２４（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータ等）（図５参照）と、ウエハチャック３４のθ方向への回転角度を検出するための回転エンコーダ（例えば、ロータリーエンコーダ等）（不図示）とを備えている。回転駆動モータ１２４は、後述するθ回転制御部１０８（図５参照）からのモータ制御信号に基づき制御され、ウエハチャック３４を所望の回転速度または加速度で目標位置に移動させるように駆動する。また、回転エンコーダは、ウエハチャック３４の回転に応じてエンコーダ信号を出力する。

Ｘ軸移動台７４は、ウエハチャック３４をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸駆動モータ１１８（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータ等）（図５参照）と、ウエハチャック３４のＸ軸方向への移動距離を検出するためのＸ軸エンコーダ（例えば、ロータリーエンコーダやリニアスケール等）（不図示）とを備えている。Ｘ軸駆動モータ１１８は、後述するＸ軸移動制御部１０２（図５参照）からのモータ制御信号に基づき制御され、ウエハチャック３４を所望の移動速度または加速度で目標位置に移動させるように駆動する。また、Ｘ軸エンコーダは、ウエハチャック３４の移動に応じてエンコーダ信号を出力する。

Ｙ軸移動台７６は、ウエハチャック３４をＹ軸方向に移動させるためのＹ軸駆動モータ１２０（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータ等）（図５参照）と、ウエハチャック３４のＹ軸方向への移動距離を検出するためのＹ軸エンコーダ（例えば、ロータリーエンコーダやリニアスケール等）（不図示）とを備えている。Ｙ軸駆動モータ１２０は、後述するＹ軸移動制御部１０４（図５参照）からのモータ制御信号に基づき制御され、ウエハチャック３４を所望の移動速度または加速度で目標位置に移動させるように駆動する。また、Ｙ軸エンコーダは、ウエハチャック３４の移動に応じてエンコーダ信号を出力する。

アライメント装置７０は、それぞれの段毎に設けられており（図３参照）、図示しないアライメント装置駆動機構によって、各段に配置された複数の測定部１６間で相互に移動可能に構成されている。すなわち、アライメント装置７０は、同一の段に配置される複数（本例では４つ）の測定部１６間で共有されており、同一の段に配置された複数の測定部１６間を相互に移動する。各測定部１６に移動したアライメント装置７０は図示しない位置決め固定装置により所定位置に位置決めされた状態で固定され、ウエハチャック３４をＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動させて、ウエハチャック３４に保持されたウエハＷとプローブカード３２との相対的な位置合わせを行う。なお、図示は省略したが、アライメント装置７０は、ウエハチャック３４に保持されたウエハＷの各チップの電極パッドとプローブ３６との相対的な位置関係を検出するために、針位置検出カメラと、ウエハアライメントカメラとを備えている。また、アライメント装置駆動機構としては、ボールネジ駆動機構、リニアモータ駆動機構、ベルト駆動機構等の機械的な駆動機構により構成される。

アライメント装置７０の上面を構成するＺ軸移動・回転部７２のウエハチャック支持面７２ａには、外周に沿って環状に形成された弾性を有するリング状シール部材（Ｚ軸シールゴム）７８が設けられる。また、ウエハチャック支持面７２ａのリング状シール部材７８の内側には吸引口８０が設けられている。吸引口８０は、ウエハチャック３４の内部に形成された吸引路８２を介して吸引装置４４に接続されている。吸引装置４４と吸引路８２との間を接続する吸引経路には、吸引装置４４側から順に、チャック固定用電磁弁８４、と、絞り弁８６とが設けられている。なお、チャック固定用電磁弁８４は後述するチャック固定用電磁弁制御部１１２（図５参照）により制御される。Ｚ軸移動・回転部７２のウエハチャック支持面７２ａは本発明のウエハチャック固定部の一例である。また、ウエハチャック支持面７２ａに設けられた吸引口８０はウエハチャック固定部の構成要素の一例である。

Ｚ軸移動・回転部７２のウエハチャック支持面７２ａのリング状シール部材７８の外側には、アライメント装置７０に対するウエハチャック３４の相対的な位置関係が常に一定となるように位置決めピン８８が設けられている。この位置決めピン８８は、ウエハチャック３４の中心軸を中心とする周方向に沿って等間隔に３箇所に設けられている（図４においては２つのみを図示）。ウエハチャック３４の下面には各位置決めピン８８にそれぞれ対応する位置に位置決め部材であるＶブロック９０が設けられている。ウエハチャック３４を真空吸着により吸着して固定する際には、各Ｖブロック９０のＶ溝内にそれぞれ対応する位置決めピン８８を係合させることで、ウエハチャック３４の水平方向（Ｘ方向及びＹ方向の動きを拘束して、アライメント装置７０とウエハチャック３４との相対的な位置決めが行われる。

なお、本実施形態では、アライメント装置７０は、真空吸着等によりウエハチャック３４を吸着して固定するが、ウエハチャック３４を固定できるものであれば、真空吸着以外の固定手段でもよく、例えば機械的手段等で固定するようにしてもよい。

図５は、第１の実施形態のプローバ１０の制御装置の構成を示した機能ブロック図である。

図５に示すように、第１の実施形態のプローバ１０の制御装置は、全体制御部１００、Ｘ軸移動制御部１０２、Ｙ軸移動制御部１０４、Ｚ軸移動制御部１０６、θ回転制御部１０８、ウエハ吸着用電磁弁制御部１１０、チャック固定用電磁弁制御部１１２、吸引制御部１１４、シャッタ制御部１１６等を備えている。

全体制御部１００は、プローバ１０を構成する各部を統括的に制御する。具体的には、全体制御部１００は、検査するウエハＷの各チップの電極パッドとプローブカード３２の各プローブ３６とを接触させる動作（コンタクト動作）の制御を行う。また、全体制御部１００は、コンタクト動作の他に、各測定部１６の間でアライメント装置７０を相互に移動させる移動制御や、テストヘッドによるウエハレベル検査の動作の制御などを行う。なお、コンタクト動作以外の制御については、本発明の要部ではないため、詳細な説明を省略する。

Ｘ軸移動制御部１０２は、Ｘ軸移動台７４に設けられるＸ軸駆動モータ１１８の駆動を制御することでＸ軸移動台７４をＸ軸方向に移動させることにより、ウエハチャック３４をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸移動制御部１０４は、Ｙ軸移動台７６に設けられるＹ軸駆動モータ１２０の駆動を制御することでＹ軸移動台７６をＹ軸方向に移動させることにより、ウエハチャック３４をＹ軸方向に移動させる。Ｚ軸移動制御部１０６は、Ｚ軸移動・回転部７２に設けられるＺ軸駆動モータ１２２の駆動を制御することでＺ軸移動・回転部７２を昇降させることにより、ウエハチャック３４をＺ軸方向に移動させる。θ回転制御部１０８は、Ｚ軸移動・回転部７２に設けられる回転駆動モータ１２４の駆動を制御することでＺ軸移動・回転部７２をθ方向に回転させることにより、ウエハチャック３４をθ方向に回転させる。

ウエハ吸着用電磁弁制御部１１０は、ウエハ吸着用電磁弁４６のＯＮ／ＯＦＦ（開／閉）を制御することで、吸引口４０による吸引圧を調整し、ウエハチャック３４に対するウエハＷの固定／非固定を選択的に切り替える。

チャック固定用電磁弁制御部１１２は、チャック固定用電磁弁８４のＯＮ／ＯＦＦ（開／閉）を制御することで、吸引口８０による吸引圧を調整し、Ｚ軸移動・回転部７２に対するウエハチャック３４の固定／非固定を選択的に切り替える。

吸引制御部１１４は、真空電空レギュレータ５４の動作を制御することで、内部空間Ｓの内部圧力（真空度）を無段階に調節する。

シャッタ制御部１１６は、シャッタ手段５８の開閉を制御することで、内部空間Ｓと外部空間との間を連通する連通路５６の開放／遮断を選択的に切り替える。シャッタ制御部１１６は本発明のシャッタ制御手段の一例である。

次に、第１の実施形態のプローバ１０におけるコンタクト動作について、図６、図７Ａ〜図７Ｆ、図８を参照して説明する。なお、この動作は全体制御部１００による制御の下で行われる。

図６は、第１の実施形態のプローバ１０におけるコンタクト動作を示したフローチャートである。図７Ａ〜図７Ｆは、第１の実施形態のプローバ１０におけるコンタクト動作を説明するための図である。図８は、第１の実施形態のプローバ１０におけるコンタクト動作を示したタイミングチャート図である。なお、図８に示すタイミングチャートの時間幅は図面を簡略化するために表現したものであり、実際の時間とは異なっている。また、図８における「Ｚ軸高さ」とは、Ｚ軸移動・回転部７２のウエハチャック支持面７２ａのＺ軸方向の位置（高さ位置）を示している。また、図８における「チャック高さ」とは、プローブ３６の先端位置を基準位置（０点位置）としたときのウエハチャック３４の高さ位置（具体的には、ウエハ保持面３４ａのＺ軸方向の位置）を示している。

（事前動作）
コンタクト動作の事前動作について説明する。

まず、コンタクト動作の事前動作として、これから検査を行う測定部１６にアライメント装置７０を移動させた後、不図示の位置決め固定装置により位置決め固定した状態で、アライメント装置７０にウエハチャック３４が受け渡される。なお、コンタクト動作の開始前におけるウエハチャック３４の受け渡し動作については、本発明の要部ではないため、詳細な説明を省略する。

（ステップＳ１０：ウエハチャック固定工程）
アライメント装置７０にウエハチャック３４が受け渡された後、図７Ａに示すように、チャック固定用電磁弁制御部１１２は、チャック固定用電磁弁８４をＯＮ（開状態）とし、Ｚ軸移動・回転部７２のウエハチャック支持面７２ａ（図４参照）にウエハチャック３４を吸着して固定する（図８の時間Ｔ１）。このとき、Ｚ軸移動・回転部７２の位置決めピン８８をウエハチャック３４のＶブロック９０のＶ溝内に係合させることで、アライメント装置７０とウエハチャック３４との相対的な位置決めが行われる。

その後、アライメント装置７０に支持固定されたウエハチャック３４にウエハＷが供給（ロード）されると、ウエハ吸着用電磁弁制御部１１０は、ウエハ吸着用電磁弁４６をＯＮ（開状態）とし、ウエハ保持面３４ａ（図４参照）にウエハＷを吸着固定する（図８の時間Ｔ２）。

（ステップＳ１２：アライメント工程）
次に、Ｘ軸移動制御部１０２、Ｙ軸移動制御部１０４、及びθ回転制御部１０８は、全体制御部１００による制御の下、針位置検出カメラ及びウエハアライメントカメラにより撮像された結果に基づき、Ｘ軸駆動モータ１１８、Ｙ軸駆動モータ１２０、回転駆動モータ１２４を制御して、ウエハチャック３４に保持されたウエハＷとプローブカード３２との相対的な位置合わせを行う。

（ステップＳ１４：シャッタ開工程）
次に、図７Ａに示すように、シャッタ制御部１１６は、シャッタ手段５８を開いて連通路５６を開放する（図８の時間Ｔ３）。

なお、シャッタ開工程は、少なくとも、後述するＺ軸上昇工程においてリング状シール部材４８がヘッドステージ３０に接触した状態（図７Ｂ参照）になる前に実行されていればよい。例えば、シャッタ開工程は、ウエハチャック固定工程とアライメント工程との間に行われてもよいし、ウエハチャック固定工程よりも先に行われていてもよい。また、シャッタ開工程は、ウエハチャック固定工程又はアライメント工程と同時に行われてもよい。

（ステップＳ１６：Ｚ軸上昇工程）
次に、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、Ｚ軸移動制御部１０６は、Ｚ軸駆動モータ１２２を制御して、Ｚ軸移動・回転部７２を上昇させることにより、ウエハチャック３４をプローブカード３２に向かって移動させる（図８の時間Ｔ４〜Ｔ５）。具体的には、ウエハチャック３４が所定の高さ位置（待機位置）からリング状シール部材４８がヘッドステージ３０に接触する高さ位置まで移動するようにウエハチャック３４を上昇させ（図７Ｂ参照）、さらに、少なくともプローブ３６の先端位置（コンタクト位置）よりも高い位置までウエハチャック３４を上昇させる（図７Ｃ参照）。これにより、プローブカード３２の各プローブ３６はオーバードライブの状態でウエハＷの各チップの電極パッドに接触する。なお、Ｚ軸上昇工程は本発明のウエハチャック移動工程の一例である。

Ｚ軸上昇工程において、Ｚ軸移動・回転部７２によりウエハチャック３４を上昇させる高さとしては、プローブ３６の先端位置（コンタクト位置）からプローブカード３２の適正オーバードライブ量（適正ＯＤ位置）に対して３０〜７０％（より好ましくは４０〜６０％）の高さ位置であることが好ましい。なお、本実施形態では、好ましい態様として、プローブ３６の先端位置からプローブカード３２の適正オーバードライブ量（適正ＯＤ位置）に対して５０％の高さ位置までウエハチャック３４を上昇させる。

（ステップＳ１８：シャッタ閉工程）
次に、図７Ｄに示すように、シャッタ制御部１１６は、シャッタ手段５８を閉じて連通路５６を遮断する（図８の時間Ｔ６）。これにより、リング状シール部材４８によりウエハチャック３４とプローブカード３２との間に形成された内部空間Ｓは外部空間と連通しない非連通状態（密閉状態）となる。

（ステップＳ２０：減圧工程）
次に、図７Ｄに示すように、吸引制御部１１４は、真空電空レギュレータ５４の動作を制御して内部空間Ｓの減圧を開始する（図８の時間Ｔ７）。このとき、吸引制御部１１４は、Ｚ軸移動・回転部７２の吸引口８０（図４参照）によるウエハチャック３４の固定が解除された場合にプローブカード３２の適正オーバードライブ量（適正ＯＤ位置）までウエハチャック３４が上昇するような目標圧力を設定し、その目標圧力となるように内部空間Ｓの内部圧力を調整する。内部空間Ｓの目標圧力は経験的または実験的に求めてもよいし、設計値から求めてもよい。例えば、目標圧力を決めるためには、プローブカード３２の適正オーバードライブ量までウエハチャック３４が上昇したときにプローブ３６から受ける反力（プローブ３６が潰されたときの反力）と、プローブカード３２に設けられているプローブ３６の総本数とから求めることができる。プローブカード３２の総針圧（プローブ３６から受ける圧力の合計）が分かれば、リング状シール部材４８によって囲まれる面（吸着面）の面積で除算することによって必要な負圧が内部空間Ｓの目標圧力として求められる。但し、ウエハチャック３４の重量とリング状シール部材４８とを潰すことによる反力分を加味して内部空間Ｓの目標圧力を設定することが必要である。

（ステップＳ２２：判断工程）
次に、吸引制御部１１４は、内部空間Ｓの内部圧力（圧力値Ｐ１）が真空電空レギュレータ５４による設定圧力（圧力値Ｐ２）に到達したか否かを判断する。この判断は内部圧力（圧力値Ｐ１）が設定圧力（圧力値Ｐ２）に到達するまで繰り返し行われ、設定圧力（圧力値Ｐ２）に到達した場合には次のステップＳ２４に進む。これにより、内部空間Ｓの内部圧力が設定圧力で安定したところで、後述するウエハチャック固定解除工程（ステップＳ２４）が行われる。なお、内部空間Ｓの内部圧力は、例えばウエハチャック３４又はヘッドステージ３０に設けた圧力センサにより内部空間Ｓの内部圧力を直接検出してもよいし、真空電空レギュレータ５４に内蔵又は接続された圧力センサにより検出してもよい。

（ステップＳ２４：ウエハチャック固定解除工程）
次に、図７Ｅに示すように、チャック固定用電磁弁制御部１１２は、チャック固定用電磁弁８４をＯＦＦ（閉状態）とし、Ｚ軸移動・回転部７２の吸引口８０（図４参照）によるウエハチャック３４の固定を解除する（図８の時間Ｔ９）。

このとき、真空電空レギュレータ５４により内部空間Ｓの内部圧力は設定圧力に調節されているので、Ｚ軸移動・回転部７２によるウエハチャック３４の固定が解除されると、ウエハチャック３４はＺ軸移動・回転部７２から離脱して、プローブカード３２側に引き寄せられ、プローブカード３２の適正オーバードライブ量（適正ＯＤ位置）まで上昇する（図８のＴ９〜Ｔ１０）。これにより、ウエハＷとプローブ３６の先端の配列面との傾き、及び、プローブ３６の先端位置のばらつきなどに影響されることなく、検査するウエハＷの各チップの電極パッドとプローブカード３２の各プローブ３６とが所定の接触圧で確実に接触する。

このように本実施形態では、内部空間Ｓの減圧が開始された後にウエハチャック３４の固定が解除されるので、これらの工程の切り替えの瞬間にウエハチャック３４がどちら側にも固定されていない不安定な状態（フリーな状態）がなくなり、ウエハチャック３４の受け渡し動作を安定して行うことが可能となり、ウエハＷ上の電極パッドとプローブ３６との間で良好なコンタクトを実現することができる。なお、上記制御は、本発明のタイミング制御手段として機能する全体制御部１００の制御の下、吸引制御部１１４とチャック固定用電磁弁制御部１１２とが連携して制御することによって実現される。

また、本実施形態では、Ｚ軸移動・回転部７２の吸引路８２とチャック固定用電磁弁８４との間を接続する吸引経路には絞り弁８６が設けられているため、内部空間Ｓの減圧が開始された後にウエハチャック３４の固定が解除されても、ウエハチャック３４の下側（Ｚ軸移動・回転部７２側）の負圧が急に失われないようになっている。そのため、ウエハチャック３４が上下両側（すなわち、Ｚ軸移動・回転部７２とプローブカード３２との両側）から引っ張られている状態で急に下側からの拘束（すなわち、Ｚ軸移動・回転部７２からの吸着による固定力）がなくなることがないので、ウエハチャック３４の急激な移動が生じることがなく、異常振動の発生や異常接触を低減できる。したがって、ウエハチャック固定解除工程が行われたときにウエハチャック３４がＺ軸移動・回転部７２から急激に離脱するのを抑制することができるので、ウエハチャック３４の受け渡し動作をより安定して行うことが可能となる。

なお、本実施形態では、一例として、Ｚ軸移動・回転部７２の吸引路８２とチャック固定用電磁弁８４との間を接続する吸引経路に絞り弁８６を設けた構成を示したが、Ｚ軸移動・回転部７２の吸引口８０と吸引装置４４との間を接続する経路に絞り弁８６が設けられていればよく、例えば、Ｚ軸移動・回転部７２の吸引路８２に絞り弁８６が設けられていてもよい。

（ステップＳ２６：Ｚ軸下降工程）
次に、図７Ｆに示すように、Ｚ軸移動制御部１０６は、Ｚ軸駆動モータ１２２を制御して、Ｚ軸移動・回転部７２を所定の高さ位置（待機位置）まで下降させる（図８の時間Ｔ１１〜Ｔ１２）。

以上のようにして、ウエハチャック３４がアライメント装置７０（Ｚ軸移動・回転部７２）からヘッドステージ３０（プローブカード３２側）に受け渡されると、プローブカード３２の各プローブ３６は均一な接触圧でウエハＷの各チップの電極パッドに接触した状態となり、ウエハレベル検査を開始可能な状態となる。その後、テストヘッドから各プローブ３６を介してウエハＷの各チップに電源及びテスト信号が供給され、各チップから出力される信号を検出して電気的な動作検査が行われる。

なお、ウエハチャック３４がアライメント装置７０（Ｚ軸移動・回転部７２）からヘッドステージ３０（プローブカード３２側）に受け渡された後、アライメント装置７０は他の測定部１６に移動し、その測定部１６において同様の手順でコンタクト動作が行われ、ウエハレベル検査が順次行われる。

次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態に係るプローバ１０におけるコンタクト動作では、アライメント装置７０を構成するＺ軸移動・回転部７２は、少なくともモータ（Ｚ軸駆動モータ１２２）を含む機械的な駆動機構によりウエハチャック３４をプローブカード３２に向かって上昇させるので、内部空間Ｓの減圧によりウエハチャック３４を吸着して上昇させる場合に比べて十分に速い速度でウエハチャック３４を上昇させることができる。

また、本実施形態では、上記動作に加え、Ｚ軸移動・回転部７２によりウエハチャック３４を少なくともプローブ３６の先端位置（コンタクト位置）よりも高い位置まで上昇させる。このとき、Ｚ軸移動・回転部７２によりウエハチャック３４を上昇させる高さとしては、プローブ３６の先端位置からプローブカード３２の適正オーバードライブ量（適正ＯＤ位置）に対して３０〜７０％（より好ましくは４０〜６０％）の高さ位置であることが好ましい。

このように本実施形態では、少なくともモータを含む機械的な駆動機構によりウエハチャック３４をプローブカード３２に向かって上昇させて、プローブカード３２の各プローブ３６をウエハＷの各チップの電極パッドにオーバードライブの状態で接触させている。これにより、プローブ３６の先端が電極パッドの表面にくい込み、その電極パッドの表面にそれぞれ針跡を形成するので、電極パッドに形成された酸化膜をプローブ３６の接触によって除去することができると共に、ウエハチャック３４をアライメント装置７０からプローブカード３２に受け渡す際に発生する外乱（振動）に対して、プローブ３６の水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）の位置ずれ（横ずれ）を防ぐことができる。

また、本実施形態では、内部空間Ｓの減圧を開始するタイミング（第１タイミング；図８の時間Ｔ７）よりも遅いタイミング（第２タイミング；図８の時間Ｔ９）でＺ軸移動・回転部７２の吸引口８０（図４参照）によるウエハチャック３４の固定が解除されるので、これらの工程の切り替えの瞬間にウエハチャック３４がどちら側にも固定されていない不安定な状態（フリーな状態）がなくなり、ウエハチャック３４の受け渡し動作を安定して行うことが可能となり、ウエハＷ上の電極パッドとプローブ３６との間で良好なコンタクトを実現することができる。

また、本実施形態では、少なくともウエハチャック３４のリング状シール部材４８がヘッドステージ３０に接触した状態（図７Ｂ参照）となる前にシャッタ開工程（ステップＳ１４）が行われる。すなわち、Ｚ軸上昇工程（ステップＳ１６）において、リング状シール部材４８がヘッドステージ３０に接触した状態（図７Ｂ参照）からさらにウエハチャック３４を上昇させた状態（図７Ｃ参照）となるまでの間は、内部空間Ｓは連通路５６を介して外部空間と連通した連通状態（非密閉状態）となっている。

ここで、内部空間Ｓが外部空間と連通しない非連通状態（密閉状態）でＺ軸移動・回転部７２によりウエハチャック３４を上昇させようとした場合、ウエハチャック３４の上昇に伴って内部空間Ｓ内の空気が瞬間的に圧縮されて強い反力が発生し、この反力によりヘッドステージ３０が振動してしまい、プローブカード３２とウエハＷとが意図しない形で接触する可能性がある。この場合、プローブカード３２とウエハＷとの異常接触により、プローブカード３２やウエハＷが破損してしまう恐れがある。

これに対し、本実施形態では、上述したように内部空間Ｓが外部空間と連通した連通状態（非密閉状態）でＺ軸移動・回転部７２によるウエハチャック３４の上昇が行われるので、ウエハチャック３４を上昇させる際に無理な反力（ウエハチャック３４を元に戻そうとする反力）が生じることなく、ウエハチャック３４を安定かつ効率的に上昇させることができ、プローブカード３２やウエハＷの破損を防ぐことができる。

また、本実施形態では、Ｚ軸移動・回転部７２の吸引口８０に接続される経路には気体の流量を制限する絞り弁８６が設けられているので、ウエハチャック固定解除工程（ステップＳ２４）が行われたときにウエハチャック３４がＺ軸移動・回転部７２から急激に離脱するのを抑制することができ、ウエハチャック３４の受け渡し動作をより安定して行うことが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。以下、上述した実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。

第１の実施形態では、内部空間Ｓの減圧を開始するタイミングよりも遅いタイミングでＺ軸移動・回転部７２によるウエハチャック３４の固定が解除されるようになっているが、ウエハチャック３４の固定が解除されると、ウエハチャック３４がＺ軸移動・回転部７２から離脱し、ウエハチャック３４をプローブカード３２に向かって引き寄せられるように移動する。このとき、ウエハチャック３４は、ウエハＷ上の電極パッドとプローブ３６との接触圧（すなわち、プローブカード３２の針圧）のみによって水平方向（Ｘ、Ｙ方向）への移動が規制される。そのため、減圧工程が行われる際に、外部から振動等の外乱を受けると、ウエハチャック３４に水平方向の位置ずれや傾きが生じやすく、ウエハチャック３４が鉛直方向（Ｚ方向）に沿って真っすぐ上昇しない可能性がある。

そこで、第２の実施形態では、減圧工程におけるウエハチャック３４の移動安定性を向上させるために、以下のような構成を備えている。

図９は、第２の実施形態のプローバ１０の構成を示した概略図である。

第２の実施形態のプローバ１０は、図９に示すように、内部空間Ｓ（図１０Ａ〜図１０Ｃ参照）の減圧によりウエハチャック３４をプローブカード３２に向かって引き寄せる際に、ウエハチャック３４のＸ、Ｙ方向（水平方向）の位置ずれや傾きを防止するための構成として、ウエハチャック３４をＺ方向（鉛直方向）に案内するチャックガイド機構２００を備えている。チャックガイド機構２００はガイド手段の一例である。

チャックガイド機構２００は、ウエハチャック３４の周縁部、具体的にはウエハチャック３４と一体化されたチャックガイド保持部３５の外周部の周方向にわたって複数並列に設けられている。チャックガイド機構２００は、内部空間Ｓの減圧によりウエハチャック３４をプローブカード３２に向かって引き寄せる動作が行われる前に、後述するチャックガイド２０４をヘッドステージ３０に真空吸着等により吸着して固定することで、ウエハチャック３４の水平方向の移動を規制しつつＺ方向に平行に移動させるガイド機構として機能する。そのため、ウエハチャック３４（チャックガイド保持部３５）にはウエハチャック３４の移動方向（Ｚ方向）に直交する水平方向（Ｘ、Ｙ方向）において互いに異なる位置に少なくとも３つのチャックガイド機構２００が設けられる。なお、本例では、図示を省略したが、チャックガイド保持部３５には４つのチャックガイド機構２００が周方向に沿って等間隔（９０度毎）に設けられる（図９では２つのみ図示）。

ここで、チャックガイド機構２００の構成について詳しく説明する。

チャックガイド機構２００は、チャックガイド保持部３５に形成された軸受部２０２と、軸受部２０２によりＸ、Ｙ方向（水平方向）の移動が規制された状態でＺ方向（鉛直方向）に移動可能に構成されたチャックガイド（ガイド軸部）２０４とを有する。軸受部２０２は、例えばボールベアリング等で構成される。

チャックガイド２０４は軸受部２０２に回転自在に軸支され、その上部には、ヘッドステージ３０に対してチャックガイド２０４を着脱自在に固定する固定部２０６を備えている。固定部２０６の上面にはリング状のシール部材（以下、「チャックガイドシールゴム」という。）２０８が設けられるとともに、チャックガイドシールゴム２０８の内側には、図示しない吸引経路に接続される吸引口（不図示）と、固定部２０６とヘッドステージ３０との間の距離（間隙）を一定に保つためのクリアランス保持部材２１０とが設けられている。クリアランス保持部材２１０は、固定部２０６とヘッドステージ３０との間に一定の間隙を保つことができるものであれば、その形状は特に限定されるものではない。

次に、第２の実施形態におけるプローバ１０におけるコンタクト動作について説明する。図１０Ａ〜図１０Ｃは、第２の実施形態におけるプローバ１０におけるコンタクト動作を説明するための図である。

まず、第１の実施形態と同様にして、ウエハチャック固定工程、アライメント工程、シャッタ開工程が順次行われた後、Ｚ軸上昇工程が行われる。

Ｚ軸上昇工程では、Ｚ軸移動・回転部７２によりウエハチャック３４がプローブカード３２に向かって移動（上昇）し、これによって、図１０Ａに示すように、プローブカード３２の各プローブ３６がオーバードライブの状態でウエハＷの各チップの電極パッドに接触する。また、このとき、チャックガイドシールゴム２０８は、ウエハチャック３４のプローブカード３２への移動に伴ってヘッドステージ３０の下面に接触する。

次に、図示しない吸引口及び吸引経路を介して吸引装置４４により、チャックガイドシールゴム２０８、ヘッドステージ３０、及び固定部２０６の内部に形成された内部空間Ｑを減圧すると、チャックガイド２０４が上方（ヘッドステージ３０側）に向かって上昇してチャックガイド２０４の固定部２０６がヘッドステージ３０に吸着して固定された状態となる（図１０Ｂ参照）。このとき、上述したクリアランス保持部材２１０によりヘッドステージ３０との間に一定の間隙が確保されるので、チャックガイド２０４の固定部（吸着部）２０６による吸着し過ぎが抑制され、ヘッドステージ３０に固定されたチャックガイド２０４の傾きを防止することができる。

このようにしてチャックガイド２０４がヘッドステージ３０に吸着固定された後、第１の実施形態と同様にして、シャッタ閉工程、減圧工程、判断工程が順次行われ、さらにウエハチャック固定解除工程が行われる。

ウエハチャック固定解除工程では、Ｚ軸移動・回転部７２によるウエハチャック３４の固定が解除されると、ウエハチャック３４はＺ軸移動・回転部７２から離脱して内部空間Ｓの減圧によりウエハチャック３４をプローブカード３２に向かって引き寄せられるように移動する。このとき、ヘッドステージ３０に固定されたチャックガイド２０４によりウエハチャック３４はＸ、Ｙ方向の移動が規制されつつＺ方向に案内されて移動する（図１０Ｃ参照）。

このように第２の実施形態によれば、チャックガイド２０４（固定部２０６）をヘッドステージ３０に真空吸着等により吸着固定した状態でウエハチャック３４をチャックガイド２０４に沿ってＺ方向に案内するチャックガイド機構２００を備えたので、内部空間Ｓの減圧によりウエハチャック３４をプローブカード３２に向かって引き寄せる際に、ウエハチャック３４の位置ずれや傾きを防止することができる。したがって、ウエハチャック３４の構成部品による偏荷重による傾きや位置ずれを防止することができ、プローブカード３２とウエハＷとの平行度を保った状態でウエハチャック３４の受け渡し動作を安定して行うことが可能となり、ウエハＷ上の電極パッドとプローブ３６との間で良好なコンタクトを実現することが可能となる。

なお、第２の実施形態では、チャックガイド機構２００の固定方式として、真空吸着等の吸着方式を示したが、ヘッドステージ３０にチャックガイド２０４を着脱自在に固定できるものであれば周知の様々な方式を採用でき、クランプ等による機械的な方式であってもかまわない。

また、第２の実施形態では、チャックガイド機構２００をウエハチャック３４側に設けてヘッドステージ３０側にチャックガイド２０４（固定部２０６）を吸着させる構成を示したが、チャックガイド機構２００をヘッドステージ３０側に設けてウエハチャック３４側にチャックガイド２０４（固定部２０６）を吸着させる構成としてもよい。

以上、本発明のプローバ及びプローブコンタクト方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…プローバ、１２…測定ユニット、１４…ローダ部、１６…測定部、１８…ロードポート、２０…ウエハカセット、２２…操作パネル、２４…搬送ユニット、２６…搬送アーム、３０…ヘッドステージ、３２…プローブカード、３４…ウエハチャック、３６…プローブ、４０…吸引口、４２…吸引路、４４…吸引装置、４６…ウエハ吸着用電磁弁、４８…リング状シール部材、５０…吸引口、５２…吸引路、５４…真空電空レギュレータ、５６…連通路、５８…シャッタ手段、７０…アライメント装置、７２…Ｚ軸移動・回転部、７４…Ｘ軸移動台、７６…Ｙ軸移動台、７８…リング状シール部材、８０…吸引口、８２…吸引路、８４…チャック固定用電磁弁、８６…絞り弁、８８…位置決めピン、９０…Ｖブロック、１００…全体制御部、１０２…Ｘ軸移動制御部、１０４…Ｙ軸移動制御部、１０６…Ｚ軸移動制御部、１０８…θ回転制御部、１１０…ウエハ吸着用電磁弁制御部、１１２…チャック固定用電磁弁制御部、１１４…吸引制御部、１１６…シャッタ制御部、１１８…Ｘ軸駆動モータ、１２０…Ｙ軸駆動モータ、１２２…Ｚ軸駆動モータ、１２４…回転駆動モータ、Ｓ…内部空間、Ｗ…ウエハ

Claims (16)

1. ウエハを保持するウエハチャックと、
   前記ウエハチャックと対向するように設けられ、前記ウエハの各電極パッドと対応する位置にプローブを有するプローブカードと、
   前記ウエハチャックに設けられ、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハを取り囲むように形成された環状のシール部材と、
   前記ウエハチャックを着脱自在に固定するウエハチャック固定部を有し、前記ウエハチャック固定部に固定された前記ウエハチャックを昇降させる機械的昇降手段と、
   前記機械的昇降手段により前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させたときに前記プローブカード、前記ウエハチャック、及び前記シール部材により形成される内部空間を減圧する減圧手段と、
   前記減圧手段による前記内部空間の減圧を開始する第１タイミングよりも遅い第２タイミングで前記ウエハチャック固定部による前記ウエハチャックの固定を解除するタイミング制御手段と、
   を備え、
   前記ウエハチャック固定部は前記ウエハチャックを吸着する吸引口を有し、
   前記吸引口に接続される経路には前記経路を流れる気体の流量を制限する絞り弁が設けられている、
   プローバ。
2. 前記内部空間と外部空間との間を連通する連通路と、
   前記連通路を開放及び遮断可能なシャッタ手段と、
   前記機械的昇降手段により前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させる場合には前記連通路を開放し、かつ前記減圧手段により前記内部空間を減圧する場合には前記連通路を遮断するように、前記シャッタ手段を制御するシャッタ制御手段と、
   を備える請求項１に記載のプローバ。
3. ウエハを保持するウエハチャックと、
   前記ウエハチャックと対向するように設けられ、前記ウエハの各電極パッドと対応する位置にプローブを有するプローブカードと、
   前記ウエハチャックに設けられ、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハを取り囲むように形成された環状のシール部材と、
   前記ウエハチャックを着脱自在に固定するウエハチャック固定部を有し、前記ウエハチャック固定部に固定された前記ウエハチャックを昇降させる機械的昇降手段と、
   前記機械的昇降手段により前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させたときに前記プローブカード、前記ウエハチャック、及び前記シール部材により形成される内部空間を減圧する減圧手段と、
   前記減圧手段による前記内部空間の減圧を開始する第１タイミングよりも遅い第２タイミングで前記ウエハチャック固定部による前記ウエハチャックの固定を解除するタイミング制御手段と、
   前記内部空間と外部空間との間を連通する連通路と、
   前記連通路を開放及び遮断可能なシャッタ手段と、
   前記機械的昇降手段により前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させる場合には前記連通路を開放し、かつ前記減圧手段により前記内部空間を減圧する場合には前記連通路を遮断するように、前記シャッタ手段を制御するシャッタ制御手段と、
   を備えるプローバ。
4. 前記内部空間の減圧により前記ウエハチャックが前記プローブカードに向かって引き寄せられるように移動する際に前記ウエハチャックの移動方向に直交する方向の移動を規制しつつ前記ウエハチャックの移動を案内するガイド手段を備える、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のプローバ。
5. ウエハを保持するウエハチャックと、
   前記ウエハチャックと対向するように設けられ、前記ウエハの各電極パッドと対応する位置にプローブを有するプローブカードと、
   前記ウエハチャックに設けられ、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハを取り囲むように形成された環状のシール部材と、
   前記ウエハチャックを着脱自在に固定するウエハチャック固定部を有し、前記ウエハチャック固定部に固定された前記ウエハチャックを昇降させる機械的昇降手段と、
   前記機械的昇降手段により前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させたときに前記プローブカード、前記ウエハチャック、及び前記シール部材により形成される内部空間を減圧する減圧手段と、
   前記減圧手段による前記内部空間の減圧を開始する第１タイミングよりも遅い第２タイミングで前記ウエハチャック固定部による前記ウエハチャックの固定を解除するタイミング制御手段と、
   前記内部空間の減圧により前記ウエハチャックが前記プローブカードに向かって引き寄せられるように移動する際に前記ウエハチャックの移動方向に直交する方向の移動を規制しつつ前記ウエハチャックの移動を案内するガイド手段と、
   を備えるプローバ。
6. 前記ガイド手段は、前記ウエハチャックに設けられた軸受部と、前記プローブカードを保持するヘッドステージに着脱自在に固定され前記軸受部に軸支されるガイド軸部とを有する、
   請求項４又は５に記載のプローバ。
7. 前記ガイド手段は、前記ウエハチャックの移動方向に直交する方向における互いに異なる位置に少なくとも３つ設けられる、
   請求項４〜６のいずれか１項に記載のプローバ。
8. 前記機械的昇降手段は、前記プローブを前記電極パッドにオーバードライブの状態で接触させるように、前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させる、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のプローバ。
9. ウエハを保持するウエハチャックと、
   前記ウエハチャックと対向するように設けられ、前記ウエハの各電極パッドと対応する位置にプローブを有するプローブカードと、
   前記ウエハチャックに設けられ、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハを取り囲むように形成された環状のシール部材と、
   前記ウエハチャックを着脱自在に固定するウエハチャック固定部を有し、前記ウエハチャック固定部に固定された前記ウエハチャックを昇降させる機械的昇降手段と、
   を備えるプローバにおけるプローブコンタクト方法であって、
   前記機械的昇降手段により前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させるウエハチャック移動工程と、
   前記ウエハチャック移動工程が行われた後、前記プローブカード、前記ウエハチャック、及び前記シール部材により形成される内部空間を減圧する減圧工程と、
   前記内部空間の減圧を開始する第１タイミングよりも遅い第２タイミングで前記ウエハチャック固定部による前記ウエハチャックの固定を解除するウエハチャック固定解除工程と、
   を備え、
   前記ウエハチャック固定部は前記ウエハチャックを吸着する吸引口を有し、
   前記吸引口に接続される経路には前記経路を流れる気体の流量を制限する絞り弁が設けられている、
   プローブコンタクト方法。
10. 前記ウエハチャック移動工程により前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させる場合には前記内部空間と外部空間との間を連通状態とし、前記減圧工程により前記内部空間を減圧する場合には前記内部空間と前記外部空間との間を非連通状態とする、
    請求項９に記載のプローブコンタクト方法。
11. ウエハを保持するウエハチャックと、
    前記ウエハチャックと対向するように設けられ、前記ウエハの各電極パッドと対応する位置にプローブを有するプローブカードと、
    前記ウエハチャックに設けられ、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハを取り囲むように形成された環状のシール部材と、
    前記ウエハチャックを着脱自在に固定するウエハチャック固定部を有し、前記ウエハチャック固定部に固定された前記ウエハチャックを昇降させる機械的昇降手段と、
    を備えるプローバにおけるプローブコンタクト方法であって、
    前記機械的昇降手段により前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させるウエハチャック移動工程と、
    前記ウエハチャック移動工程が行われた後、前記プローブカード、前記ウエハチャック、及び前記シール部材により形成される内部空間を減圧する減圧工程と、
    前記内部空間の減圧を開始する第１タイミングよりも遅い第２タイミングで前記ウエハチャック固定部による前記ウエハチャックの固定を解除するウエハチャック固定解除工程と、
    を備え、
    前記ウエハチャック移動工程により前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させる場合には前記内部空間と外部空間との間を連通状態とし、前記減圧工程により前記内部空間を減圧する場合には前記内部空間と前記外部空間との間を非連通状態とする、
    プローブコンタクト方法。
12. 前記内部空間の減圧により前記ウエハチャックが前記プローブカードに向かって引き寄せられるように移動する際に前記ウエハチャックの移動方向に直交する方向の移動を規制しつつ前記ウエハチャックの移動を案内するガイド工程を備える、
    請求項９〜１１のいずれか１項に記載のプローブコンタクト方法。
13. ウエハを保持するウエハチャックと、
    前記ウエハチャックと対向するように設けられ、前記ウエハの各電極パッドと対応する位置にプローブを有するプローブカードと、
    前記ウエハチャックに設けられ、前記ウエハチャックに保持された前記ウエハを取り囲むように形成された環状のシール部材と、
    前記ウエハチャックを着脱自在に固定するウエハチャック固定部を有し、前記ウエハチャック固定部に固定された前記ウエハチャックを昇降させる機械的昇降手段と、
    を備えるプローバにおけるプローブコンタクト方法であって、
    前記機械的昇降手段により前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させるウエハチャック移動工程と、
    前記ウエハチャック移動工程が行われた後、前記プローブカード、前記ウエハチャック、及び前記シール部材により形成される内部空間を減圧する減圧工程と、
    前記内部空間の減圧を開始する第１タイミングよりも遅い第２タイミングで前記ウエハチャック固定部による前記ウエハチャックの固定を解除するウエハチャック固定解除工程と、
    前記内部空間の減圧により前記ウエハチャックが前記プローブカードに向かって引き寄せられるように移動する際に前記ウエハチャックの移動方向に直交する方向の移動を規制しつつ前記ウエハチャックの移動を案内するガイド工程と、
    を備えるプローブコンタクト方法。
14. 前記ガイド工程は、前記ウエハチャックに設けられた軸受部と、前記プローブカードを保持するヘッドステージに着脱自在に固定され前記軸受部に軸支されるガイド軸部とを有するガイド手段により行われる、
    請求項１２又は１３に記載のプローブコンタクト方法。
15. 前記ガイド工程は、前記ウエハチャックの移動方向に直交する方向における互いに異なる少なくとも３つの位置で前記ウエハチャックの移動方向に直交する方向の移動を規制しつつ前記ウエハチャックの移動を案内する、
    請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のプローブコンタクト方法。
16. 前記ウエハチャック移動工程は、前記プローブを電極パッドにオーバードライブの状態で接触させるように、前記機械的昇降手段により前記ウエハチャックを前記プローブカードに向かって移動させる、
    請求項９〜１５のいずれか１項に記載のプローブコンタクト方法。
    

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