JP7277845B2

JP7277845B2 - プローバ

Info

Publication number: JP7277845B2
Application number: JP2022042977A
Authority: JP
Inventors: 健太郎酒井
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2023-05-19
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: JP2022084772A

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検査方法において、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検査方法に関する。

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マルチステージ式のプローバが提案されている。このプローバでは、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。これにより、各測定部でアライメント装置を共有することができ、省スペース化やコストダウンを図ることができる。

また、特許文献１に記載されたプローバでは、ウエハチャックをプローブカード側に保持する真空吸着方式が採用されている。この真空吸着方式では、ウエハチャックとプローブカードとの間に形成された内部空間（密閉空間）を減圧手段により減圧して、ウエハチャックをプローブカード側に引き寄せることにより、プローブカードの各プローブにウエハの各チップの電極パッドを接触させるコンタクト動作が行われる。

特開２０１６－０３２１１０号公報

ところで、特許文献１に記載されたプローバでは、内部空間の減圧によりプローブカードの各プローブにウエハの各チップの電極パッドを接触させる際、適正なオーバードライブ量を確保できているか否かを把握することは困難である。適正なオーバードライブ量が確保できていない場合、プローブと電極パッドとの間の電気的導通を図るために必要な接触圧を確保することができず、正確な検査を行うことができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、適正なオーバードライブ量を確保できているか否かを把握でき、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検査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、以下の発明を提供する。

本発明の第１態様に係るプローバは、ウエハを保持するウエハチャックと、ウエハチャックに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、ウエハチャックとプローブカードとの間に内部空間を形成する環状のシール部材と、ウエハチャックを着脱自在に支持してウエハチャックをプローブカードに向かって昇降させる機械的昇降手段と、シール部材により内部空間が形成された状態において、内部空間の減圧を複数のステップに分けて段階的に減圧するステップ減圧を行う減圧手段と、ステップ減圧が行われているときにウエハチャックの高さ位置をステップ毎に検出する高さ位置検出手段と、高さ位置検出手段の検出結果に基づき、プローブと電極パッドとが接触したときのオーバードライブ量を算出するオーバードライブ量算出手段と、を備える。

本発明の第２態様に係るプローバは、第１態様において、オーバードライブ量算出手段は、ステップ減圧が行われたときに１ステップあたりのウエハチャックの高さ位置に変化が生じたときのウエハチャックの高さ位置を、プローブと電極パッドとが接触し始めたコンタクト位置と判断して、コンタクト位置を基準位置としてオーバードライブ量を算出する。

本発明の第３態様に係るプローバは、第１態様又は第２態様において、高さ位置検出手段は、ウエハチャックから離れた位置に配置された非接触式の距離センサである。

本発明の第４態様に係るプローブ検査方法は、ウエハチャックとプローブカードとの間に内部空間が形成された状態において、内部空間の減圧を複数のステップに分けて段階的に減圧するステップ減圧を行う減圧工程と、ステップ減圧が行われているときにウエハチャックの高さ位置をステップ毎に検出する高さ位置検出工程と、高さ位置検出工程の検出結果に基づき、プローブカードのプローブとウエハチャックに保持されたウエハ上の電極パッドとが接触したときのオーバードライブ量を算出するオーバードライブ量算出工程と、を備える。

本発明の第５態様に係るプローブ検査方法は、第４態様において、オーバードライブ量算出工程は、ステップ減圧が行われたときに１ステップあたりのウエハチャックの高さ位置に変化が生じたときのウエハチャックの高さ位置を、プローブと電極パッドとが接触し始めたコンタクト位置と判断して、コンタクト位置を基準位置としてオーバードライブ量を算出する。

本発明の第６態様に係るプローブ検査方法は、第４態様又は第５態様において、高さ位置検出工程は、ウエハチャックから離された位置に配置された非接触式の距離センサを用いてウエハチャックの高さ位置を検出する。

本発明によれば、適正なオーバードライブ量を確保できているか否かを把握することができ、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。

本実施形態のプローバの全体構成を示した外観図本実施形態のプローバの全体構成を示した平面図本実施形態のプローバにおける測定ユニットの構成を示した概略図図３に示した測定ユニットにおける測定部の構成を示した概略図本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本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本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本実施形態のプローバにおけるコンタクト動作が行われるときの内部空間の内部圧力とウエハチャックの高さ位置との関係の一例を示した図

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。

図１及び図２は、本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、本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た測定ユニット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６０（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、本実施形態のプローバ１０における測定ユニット１２の構成を示した概略図である。図４は、図３に示した測定ユニット１２における測定部１６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。

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。

各測定部１６は、いずれも同一の構成を有しており、図４に示すように、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のめり込み、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（コンタクト位置）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、ウエハＷを真空吸着して固定する。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７参照）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。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、ウエハチャック３４を真空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。

本実施形態におけるプローバ１０は、上記構成に加え、さらに距離センサ（測長センサ）３８を備えている。距離センサ３８は、本発明の高さ位置検出手段の一例であり、ウエハチャック３４の高さ位置（Ｚ方向の位置）を検出する。距離センサ３８としては、ウエハチャック３４の高さ位置を検出できれば、接触式のもの、非接触式のものを問わず各種のセンサを利用することができるが、測定対象のウエハチャック３４の高さ位置に影響を与えない非接触式のセンサが望ましい。非接触式のセンサとしては、レーザーや超音波を用いた非接触式の距離センサ（例えば、レーザー測長センサ等）が好適に用いられる。本実施形態における距離センサ３８は非接触式の距離センサであり、Ｚ軸移動・回転部７２のセンサ取付部に取り付けられている。この距離センサ３８は、距離センサ３８からウエハチャック３４までの距離を測定することによりウエハチャック３４の高さ位置（Ｚ軸方向の位置）を検出する。

なお、距離センサ３８の配置場所については本実施形態に特に限定されるものではなく、例えば、ヘッドステージ３０側（例えば、ヘッドステージ３０やプローブカード３２等）に配置されていてもよい。

図５は、本実施形態のプローバ１０の制御装置６０の構成を示した機能ブロック図である。

制御装置６０は、プローバ１０の各部の動作や加工に必要なデータの記憶等を行う。制御装置６０は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータなどの汎用のコンピュータによって実現されるものである。

制御装置６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び入出力インターフェース等を備えている。制御装置６０では、ＲＯＭに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、図５に示した制御装置６０内の各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理や制御処理が実行される。

図５に示すように、制御装置６０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、及び吸引制御部１１４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、本発明の特徴的部分ではないため、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。

さらに、本実施形態における全体制御部１００は、オーバードライブ量算出部１１５を備えている。オーバードライブ量算出部１１５は、本発明のオーバードライブ量算出手段として機能するものであり、プローブカード３２の各プローブ３６とウエハＷの各チップの電極パッドとが接触する際のオーバードライブ量を算出する。

また、全体制御部１００には、距離センサ３８が接続されている。距離センサ３８は、上述したように、ウエハチャック３４の高さ位置（Ｚ方向の位置）を検出するものである。距離センサ３８の検出結果は制御装置６０の記憶装置（不図示）に記憶される。なお、記憶装置は、例えばＲＡＭまたはＨＤＤなどの読み書き可能な記憶装置により構成される。

オーバードライブ量算出部１１５は、距離センサ３８の検出結果を上述の記憶装置から取得する。そして、オーバードライブ量算出部１１５は、距離センサ３８の検出結果に基づいてオーバードライブ量を算出する。なお、オーバードライブ量の算出方法については後述する。

次に、本実施形態のプローバ１０におけるコンタクト動作（プローブ検査方法の一例）について、図６～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、本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７は、本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、本実施形態のプローバ１０におけるコンタクト動作が行われるときの内部空間Ｓの内部圧力（負圧）とウエハチャック３４の高さ位置との関係の一例を示した図である。

（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。

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、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。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。

（ステップＳ１０：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Ｓ１２：Ｚ軸上昇工程）
次に、図７の符号５００Ａ及び５００Ｂ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、リング状シール部材４８がヘッドステージ３０の下面に接触する高さ位置までウエハチャック３４をプローブカード３２に向かって移動させる。これにより、リング状シール部材４８がヘッドステージ３０の下面に接触して、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は外部から遮断された密閉状態となる。

（ステップＳ１４：減圧工程）
次に、図７の符号５００Ｃ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、吸引口５０を介して内部空間Ｓの減圧を開始する（図８の時間ｔ₀）。このとき、吸引制御部１１４は、内部空間Ｓの減圧を複数のステップに分けて段階的に減圧するステップ減圧を行う。具体的には、図８の上段に示すグラフ（内部空間の内部圧力の時間的な変化を示したグラフ）のように、内部空間Ｓの内部圧力が初期圧力Ｐ₀から設定圧力Ｐ₁となるまで、一定時間Δｔ毎に内部空間Ｓの内部圧力（負圧）を微小圧力ΔＰずつ段階的に大きくする制御を行う。

また、減圧工程においては、減圧工程の開始と同時またはそれよりも後のタイミングで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、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。これにより、減圧工程が行われた場合に、内部空間Ｓの内部圧力に応じてウエハチャック３４がプローブカード３２側に向かって移動（上昇）する。

ここで、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、減圧工程の開始と同時又はそれよりも後のタイミングでウエハチャック固定解除工程が行われても、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の急激な移動に伴う異常振動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Ｓ１６：高さ位置検出工程）
距離センサ３８は、内部空間Ｓのステップ減圧が行われているときにウエハチャック３４の高さ位置をステップ毎に検出する。距離センサ３８の検出結果は制御装置６０の記憶装置（不図示）に出力されて記憶される。

（ステップＳ１８：判断工程）
次に、吸引制御部１１４は、内部空間Ｓの内部圧力が設定圧力Ｐ₁に到達したか否かを判断する。内部空間Ｓの内部圧力が設定圧力Ｐ₁に到達していない場合（ステップＳ１８においてＮｏの場合）には、ステップＳ１４に戻り、ステップＳ１４以降の処理を繰り返し行う。一方、内部空間Ｓの内部圧力が設定圧力Ｐ₁に到達した場合（ステップＳ１８においてＹｅｓの場合）には、次のステップＳ２０に進む。

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Ｓ２０：コンタクト位置検出工程）
次に、オーバードライブ量算出部１１５は、制御装置６０の記憶装置（不図示）から距離センサ３８の検出結果を取得する。そして、オーバードライブ量算出部１１５は、距離センサ３８の検出結果に基づき、プローブ３６とウエハＷ上の電極パッドとが接触し始めるコンタクト位置（基準位置）を検出する。具体的には、以下のようにしてコンタクト位置を検出する。

図８の下段に示すグラフは、内部空間Ｓのステップ減圧（図８の上段に示すグラフを参照）が行われたときのウエハチャック３４の高さ位置の時間的な変化を示すグラフである。このグラフに示すように、内部空間Ｓのステップ減圧が行われたとき、ウエハチャック３４の高さ位置は、内部空間Ｓの内部圧力が微小圧力ΔＰだけ変化する毎に微小高さΔｈだけ変化する。このとき、プローブ３６とウエハＷ上の電極パッドとが接触する前後では、１ステップあたりのウエハチャック３４の高さ位置の変化量（微小高さΔｈ）が異なる。すなわち、プローブ３６とウエハＷ上の電極パッドとが接触した後は、ウエハチャック３４は各プローブ３６から反力（プローブ３６が潰されたときの反力）を受けるため、それらが接触する前に比べて、１ステップあたりのウエハチャック３４の高さ位置の変化量が小さくなる。

オーバードライブ量算出部１１５は、内部空間Ｓをステップ減圧した場合にプローブ３６とウエハＷ上の電極パッドとが接触する前後で１ステップあたりのウエハチャック３４の移動量が変化する特性を利用して、プローブ３６とウエハＷ上の電極パッドとが接触し始めるコンタクト位置を検出する。

例えば、図８に示した例においては、時間ｔ_sにおいて１ステップあたりのウエハチャック３４の高さ位置の変化量が変化している。この場合、オーバードライブ量算出部１１５は、時間ｔ_sにおけるウエハチャック３４の高さ位置Ｈ₀をコンタクト位置として検出する。なお、リング状シール部材４８の反力が非常に小さい場合には、内部空間Ｓのステップ減圧を開始した直後に、１ステップあたりのウエハチャック３４の高さ位置の変化量が変化する場合もある。

（ステップＳ２２：オーバードライブ量算出工程）
次に、オーバードライブ量算出部１１５は、内部空間Ｓの内部圧力が設定圧力Ｐ₁に到達したときのウエハチャック３４の高さ位置Ｈ₁と、上述のコンタクト位置検出工程で検出したコンタクト位置Ｈ₀との差分をオーバードライブ量Ｄとして算出する。

オーバードライブ量算出部１１５は、算出したオーバードライブ量Ｄを図示しないモニタに出力する。これにより、モニタには、オーバードライブ量Ｄが表示される。したがって、オペレータは、モニタの表示を確認することにより、オーバードライブ量Ｄを把握することが可能となる。

なお、吸引制御部１１４は、全体制御部１００の制御の下、オーバードライブ量算出部１１５で算出されたオーバードライブ量が適正でない場合には、オーバードライブ量が適正な範囲となるように設定圧力Ｐ_１を変更する制御を行うようにしてもよい。また、設定圧力Ｐ_１の変更はオペレータが手動で行うようにしてもよい。

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。

以上のとおり、本実施形態によれば、内部空間Ｓをステップ減圧しながらウエハチャック３４の高さ位置をステップ毎に検出し、その検出結果からオーバードライブ量を算出することができる。したがって、オペレータは、適正なオーバードライブ量を確保できているか否かを容易かつ正確に把握でき、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。

特に本実施形態では、内部空間Ｓのステップ減圧が行われたときの１ステップあたりのウエハチャック３４の高さ位置の変化量（１ステップあたりのウエハチャック３４の移動量）に基づき、ウエハＷ上の電極パッドとプローブ３６とが接触し始めるコンタクト位置を検出し、そのコンタクト位置を基準としてオーバードライブ量を算出している。そのため、プローブカード３２の設計値と実際の製品の寸法との間に誤差が存在する場合でも、その誤差の影響を受けることなく、適正なオーバードライブ量を確保できているか否かを精度よく把握することが可能となる。これにより、ウエハＷ上の電極パッドとプローブ３６とが確実に接触し、信頼性の高い検査を実施することができる。

以上、本発明に係るプローバ及びプローブ検査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、３４ａ…ウエハ保持面、３６…プローブ、３８…距離センサ、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、５４…真空電空レギュレータ、５６…連通路、６０…制御装置、７０…アライメント装置、７２…Ｚ軸移動・回転部、７２ａ…ウエハチャック支持面、７４…Ｘ軸移動台、７６…Ｙ軸移動台、７８…リング状シール部材、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、９２…Ｚ軸移動機構、９４…θ回転機構、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、１１５…オーバードライブ量算出部、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、Ｗ…ウエハ、Ｓ…内部空間

Claims

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に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と前記プローブカードとの間に内部空間が形成された状態において、前記内部空間の減圧を複数のステップに分けて段階的に減圧するステップ減圧を行う減圧手段と、
前記ステップ減圧が行われているときに前記ウエハチャックの高さ位置をステップ毎に検出する高さ位置検出手段と、
前記高さ位置検出手段の検出結果に基づき、前記プローブと前記電極パッドとが接触したときのオーバードライブ量を算出するオーバードライブ量算出手段と、
を備えるプローバ。
前記オーバードライブ量算出手段は、前記ステップ減圧が行われたときに１ステップあたりの前記ウエハチャックの高さ位置に変化が生じたときの前記ウエハチャックの高さ位置を、前記プローブと前記電極パッドとが接触し始めたコンタクト位置と判断して、前記コンタクト位置を基準位置として前記オーバードライブ量を算出する、
請求項１に記載のプローバ。
前記高さ位置検出手段は、前記ウエハチャックから離れた位置に配置された非接触式の距離センサである、
請求項１又は２に記載のプローバ。