JP7389945B2 - プローバ及びプローブ検査方法 - 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は位置決め固定装置により位置決めして固定されるので、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及び特許文献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。

しかしながら、従来のプローバでは、ウエハレベル検査の終了後、ウエハチャックをプローブカード側からアライメント装置に受け渡すために、内部空間の真空破壊を行うことでウエハチャックをプローブカード側からリリース（離間）させる動作（リリース動作）が行われる。この場合、内部空間の真空破壊に要する時間が長くかかるため、ウエハチャックの傾きやプローブの長さ（針長さ）のばらつきにより、一部のプローブがウエハと接触している不安定状態が生じやすくなる。そして、このような不安定状態は、拘束力が小さくプローブとウエハとの位置関係がずれ易い状態であり、その箇所でウエハやプローブに損傷を与えてしまうおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウエハやプローブを損傷することなく、ウエハチャックを安定してリリース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。

上記課題を解決するために、本発明の第１の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面に複数の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、内部空間に負圧を付与することによりウエハチャックをプローブカード側に吸着保持する負圧付与手段と、内部空間と外部空間との間を連通する連通路であって、内部空間を非密閉状態に切り替えたときに、プローブカード側からウエハチャックを目標リリース速度でリリースするために必要なエアの流量を確保可能な有効断面積を有する連通路と、連通路に取り付けられ、内部空間を非密閉状態と密閉状態との間で選択的に切り替え可能なシャッタ手段とを備える。

本発明の第２の態様に係るプローバは、第１の態様において、プローブカード側からウエハチャックをリリースするときに、シャッタ手段を制御して、内部空間を非密閉状態から密閉状態に切り替えるシャッタ制御手段をさらに備える。

本発明の第３の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形成された内部空間に負圧を付与することにより、ウエハチャックをプローブカード側に吸着保持して、ウエハチャックに保持されたウエハの検査を行うプローブ検査方法であって、プローブカード側からウエハチャックをリリースするときに、内部空間と外部空間との間を連通する連通路をシャッタ手段により開放し、内部空間を非密閉状態にする工程を備え、連通路は、内部空間を非密閉状態に切り替えたときに、プローブカード側からウエハチャックを目標リリース速度でリリースするために必要なエアの流量を確保可能な有効断面積を有する。

本発明によれば、ウエハ及びプローブを損傷することなく、ウエハチャックを安定してリリースすることができる。

第１の実施形態に係るプローバの全体構成を示した外観図 第１の実施形態に係るプローバの全体構成を示した平面図 第１の実施形態に係る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 位置決めピンとＶブロックとの対応関係を示した図 ウエハチャックを示した平面図 シャッタ手段を拡大して示した平面図 第１の実施形態に係る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の実施形態に係る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の実施形態に係る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の実施形態に係る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１の実施形態に係るプローバにおけるリリース動作を示したフローチャート 第１の実施形態に係るプローバにおけるリリース動作を説明するための図 第１の実施形態に係るプローバにおけるリリース動作を示したタイミングチャート図 チャックリリース速度と連通路の有効断面積の関係を示したグラフ 第２の実施形態に係るプローバの構成を示した概略図 第２の実施形態に係る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の実施形態に係るプローバにおけるリリース動作を説明するための図

以下、添付図面に従って本発明に係るプローバ及びプローブ検査方法の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態に係るプローバ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（図８参照）等も備えている。

ローダ部１４は、ウエハカセット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。

ローダ部１４は、カード（プローブカード３２）が載置されるカードストッカ２０を有する。図１に示す例では、測定部１６とカードストッカ２０は、Ｘ方向に同数かつ同ピッチ（同一の間隔）で配置されている。

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孔が設けられており、搬送アーム２６は、この吸着孔でウエハ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に戻される。

図３は、本発明の実施形態に係るプローバにおける測定ユニット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における測定部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、カンチレバー又は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、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８参照）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Ｒ（図１０参照）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Ｒに負圧を付与するための圧力供給口５０が設けられている。圧力供給口５０は、ヘッドステージ３０の下面に設けられ、内部空間Ｒに開口している。また、圧力供給口５０は、ヘッドステージ３０の内部に形成された供給路５２の一端（図４の下端）に形成されており、供給路５２の他端（図４の上端）は配管６０の一端に接続されている。すなわち、配管６０は供給路５２及び圧力供給口５０を介して内部空間Ｒに連通している。配管６０の他端は減圧用レギュレータ（真空電空レギュレータ）５４を介して吸引装置４４（真空ポンプ）に接続されている。

吸引装置４４は、配管６０を介して内部空間Ｒ内の空気を排出することにより、内部空間Ｒを減圧して、大気圧よりも低い圧力である負圧にすることができる。減圧用レギュレータ５４は大気圧から例えば－１００ｋＰａ（ゲージ圧）までの任意の圧力（負圧）に設定可能であり、減圧用レギュレータ５４を使用して真空度を下げる（負圧を小さく）する場合は、所定の圧力になるまで吸気口５４ａから内部空間Ｒへ空気が流入する。なお、吸引装置４４及び減圧用レギュレータ５４は本発明の負圧付与手段の一例である。

ウエハチャック３４には、内部空間Ｒ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。

さらに、ヘッドステージ３０には、内部空間Ｒが外部空間と連通した連通状態（非密閉状態）と内部空間Ｒが外部空間と連通しない非連通状態（密閉状態）との間で選択的に切替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は、エアシリンダ機構３００と、開閉弁３０２とから構成され、エアシリンダ機構３００によって、連通路５６を閉鎖した閉鎖位置と連通路５６を開放した開放位置との間で開閉弁３０２を進退移動させることで連通路５６の開閉を行う。すなわち、エアシリンダ機構３００によるシャッタ手段５８の進退移動に伴い、内部空間Ｒは非連通状態と連通状態との間で選択的に切り替えられる。

エアシリンダ機構３００は、開閉弁３０２を水平方向に進退移動させるものであり、シリンダ３０４と、シリンダ３０４の内部に収納されたピストン３０６と、ピストン３０６に固着したピストンロッド３０８とを備えて構成されている。シリンダ３０４は、気体供給路を介してエアシリンダ駆動装置３１０に接続されており、エアシリンダ駆動装置３１０から供給された気体により、ピストン３０６及びピストンロッド３０８が進退移動する。開閉弁３０２は、ピストンロッド３０８の先端に取り付けられており、ピストン３０６及びピストンロッド３０８の進退移動に応じて、連通路５６を開放する開放位置と連通路５６を遮断する遮断位置との間で進退移動可能に構成される。開閉弁３０２が開放位置に移動した場合には連通路５６は開放状態となり、内部空間Ｒは連通路５６を介して外部空間と連通した連通状態となる。一方、開閉弁３０２が遮断位置に移動した場合には連通路５６は遮断状態となり、内部空間Ｒは外部空間と連通しない非連通状態となる。なお、シャッタ手段５８（エアシリンダ機構３００）は後述するシャッタ制御部１１６（図７参照）により制御される。

このように本実施形態によれば、シャッタ手段５８をヘッドステージ３０に設けたので、ウエハチャック３４には放熱要素となるシャッタ手段５８の構成部品が設けられることがなく、ウエハチャック３４の温度分布に与える影響をなくすことができる。また、ウエハチャック３４の温度分布に与える影響がなくなることによって、ウエハチャック３４のウエハ保持面３４ａの平面度が向上する。これにより、ウエハＷとプローブカード３２との平行度をより高くでき、ウエハレベル検査を高精度に行うことが可能となる。また、ウエハチャック３４に搭載する部品を少なくすることができるので、ウエハチャック３４の重量バランスをとりやすくなる。その結果、ウエハチャック３４の重量バランスを崩すことなく、真空吸着方式によるコンタクト動作及びリリース動作を安定して行うことが可能となる。なお、シャッタ手段５８は、ウエハチャック３４側に設けることも可能である。

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Ｒ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。この構成によれば、ウエハチャック３４には放熱要素となる連通路及びシャッタ手段が設けられないので、ウエハチャック３４の温度分布に与える影響を少なくすることができる。また、ウエハチャック３４の温度分布に与える影響が少なくなることによって、ウエハチャック３４のウエハ保持面３４ａの平面度が向上する。これにより、ウエハＷとプローブカード３２との平行度をより高くでき、ウエハレベル検査を高精度に行うことが可能となる。また、本実施形態の構成に比べてウエハチャック３４に搭載する部品を少なくすることができるので、ウエハチャック３４の重量バランスをとりやすくなる。その結果、ウエハチャック３４のコンタクト動作やリリース動作において、ウエハチャック３４の重量バランスを崩すことなく安定した状態でウエハチャック３４の受け渡しを行うことが可能となる。

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及び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又は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８参照）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又はリニアスケール等）（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７参照）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８参照）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８参照）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８参照）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８参照）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８参照）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８参照）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及び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は、ボールネジ駆動機構、リニアモータ駆動機構又は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８参照）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、図５に示すように、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、図５は、位置決めピン８８とＶブロック９０との対応関係を示した図である。図５では、図面を簡略化するため、位置決めピン８８及びＶブロック９０以外の構成については図示を省略している。

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。

図６は、ウエハチャックを示した平面図であり、図７は、シャッタ手段を拡大して示した平面図である。

図６に示すように、ウエハチャック３４には、シャッタ手段５８が４つ取り付けられている。シャッタ手段５８は、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Ｒと外部空間との間を連通する連通路５６に対応して設けられている。連通路５６は、プローバ１０のプローブカード３２のクリーニング時等に排気のために使用される。

図７に示すように、シャッタ手段５８は、駆動部３００を含んでいる。駆動部３００は、例えば、エアシリンダを含んでおり、ピストン３０６及びピストンロッド３０８をその長さ方向に移動させる。駆動部３００としては、例えば、モータ又はリニアモータを含むものを用いることも可能である。なお、図４等では、シャッタ手段５８を簡略化して示している。

図中の符号５６Ａは、シール用部品（例えば、ゴムパッキン等）である。シール用部品５６Ａは、開閉弁３０２（図４参照）の先端部に取り付けられており、開閉弁３０２を移動させて連通路５６を閉塞する時には、シール用部品５６Ａが連通路５６の開口部に当接することにより気密性を確保する。

シール用部品５６Ａが連通路５６の開口部に当接すると、シール用部品５６Ａにより連通路５６が閉塞されて内部空間Ｒが外部空間と遮断される。一方、シール用部品５６Ａが連通路５６の開口部から離れると、連通路５６が開放されて内部空間Ｒが外部空間とが連通する。これにより、内部空間Ｒの開放と遮断とを切り替えることができる。

なお、図７の符号５０Ａは、供給路５２と配管６０とを接続する接続部である。

図８は、本発明の実施形態に係るプローバの制御装置の構成を示した機能ブロック図である。

図８に示すように、本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、圧力制御部１１５、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、ウエハチャック３４をプローブカード３２側に吸着保持するコンタクト動作やウエハチャック３４をプローブカード３２側からリリース（離間）するリリース動作の制御を行う。また、全体制御部１００は、これらの動作の他に、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、コンタクト動作及びリリース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。

圧力制御部１１５は、減圧用レギュレータ５４の動作を制御することで、内部空間Ｒの内部圧力を大気圧よりも低い負圧に設定する。

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Ｒ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。ここで、シャッタ制御部１１６は、シャッタ制御手段として機能する。

次に、第１の実施形態に係るプローバ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９～図１１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９は、第１の実施形態に係る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である。図１０は、第１の実施形態に係るプローバにおけるコンタクト動作を説明するための図である。図１１は、第１の実施形態に係るプローバ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１１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１１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１１における「チャック高さ」とは、プローブ３６の先端位置（コンタクト位置）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１０（Ａ）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１１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１１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１０（Ａ）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１１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１０（Ｂ）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１０（Ｂ）及び（Ｃ）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１１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１０（Ｂ）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１０（Ｃ）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。

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％の高さ位置である。もしくは、ウエハチャック３４を上昇させる高さは、適正オーバードライブ量に対して０～７０％の高さ位置である。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。

（ステップＳ１８：シャッタ閉工程）
次に、図１０（Ｄ）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１１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Ｒ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１０（Ｄ）に示すように、圧力制御部１１５は、減圧用レギュレータ５４の動作を制御して内部空間Ｒの減圧を開始する（図１１の時間Ｔ７）。このとき、圧力制御部１１５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Ｒの内部圧力を調整する。内部空間Ｒ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Ｒ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Ｒの目標圧力を設定することが必要である。なお、減圧工程は本発明の負圧付与工程の一例である。

なお、ステップＳ２０では、目標圧力を設定するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ウエハチャック３４とヘッドステージ３０との間の相対的な高さを検出するセンサを用いて、オーバードライブ量を測定しながら適正オーバードライブ量までフィードバック制御を行ってもよい。

（ステップＳ２２：判断工程）
次に、圧力制御部１１５は、内部空間Ｒの内部圧力（圧力値Ｐ１）が減圧用レギュレータ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Ｒ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Ｒ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Ｒの内部圧力を直接検出してもよいし、減圧用レギュレータ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、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１１の時間Ｔ９）。

このとき、減圧用レギュレータ５４により内部空間Ｒ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側に引き寄せられる（図１１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Ｒの減圧が開始された後にウエハチャック３４の固定がウエハチャック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できる。

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Ｒ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Ｓ２６：Ｚ軸下降工程）
次に、図１０（Ｅ）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１１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。

以上により、第１の実施形態に係るプローバ１０におけるコンタクト動作が終了する。

次に、第１の実施形態のプローバ１０においてウエハレベル検査が終了した後に行われるリリース動作（プローブ検査方法の一例）について、図１２～図１４を参照して説明する。

図１２は、第１の実施形態のプローバ１０におけるリリース動作を示したフローチャートである。図１３は、第１の実施形態のプローバ１０におけるリリース動作を説明するための図である。図１４は、第１の実施形態のプローバ１０におけるリリース動作を示したタイミングチャート図である。

（ステップＳ３０：Ｚ軸上昇工程）
まず、Ｚ軸移動制御部１０６は、Ｚ軸駆動モータ１２２を制御して、図１３（Ａ）に示すように、Ｚ軸移動・回転部７２を所定の高さ位置からウエハチャック３４を受け取り可能な高さ位置（チャック受け取り高さ）まで上昇させる（図１４の時間Ｔ１～Ｔ２）。

なお、Ｚ軸移動・回転部７２がチャック受け取り高さまで上昇し、かつウエハチャック３４がリリース位置に移動したときのウエハチャック３４とＺ軸移動・回転部７２との位置関係としては、図１３（Ａ）に示すように、位置決めピン８８がＶブロック（位置決め溝）９０に嵌合しない状態であり、かつリング状シール部材７８がウエハチャック３４の下面に接触する状態であることが好ましい。後述するチャックリリース工程が行われる前に、リング状シール部材７８をウエハチャック３４の下面に接触させておくことで、ウエハチャック３４のリリース時の衝撃をリング状シール部材７８で効果的に吸収することが可能となる。

（ステップＳ３２：チャックリリース工程）
次に、シャッタ制御部１１６は、シャッタ手段５８を制御して連通路５６を開放する。これにより、外部空間から内部空間Ｒにエアが流入して内部空間Ｒの圧力が上昇し、ウエハチャック３４がリリースされる（図１４の時間Ｔ４）。

本実施形態において、ウエハＷ及びプローブ３６を損傷させないためには、ウエハチャック３４が不安定状態でいる時間を極力短くすることが必要であり、そのためにはウエハチャック３４のリリース速度が内部空間Ｒを大気開放または微小加圧により真空破壊する場合に比べて十分に速いことが望ましい。そのため、目標リリース速度は、プローブカード３２やプローブ３６、ウエハＷの種類等により異なるが、一例として１０ｍｍ／ｓｅｃ以上とするのが好適であることが実験により確かめられている。

本実施形態では、プローブカード３２側からウエハチャック３４が予め設定した目標リリース速度でリリースされるように、連通路５６の有効断面積が調整されている。以下に、連通路５６の有効断面積の計算方法について説明する。

ウエハチャック３４をリリースするときの移動距離をｙ（ｍｍ）、ウエハチャック３４をリリースするときの速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、リング状シール部材４８により囲まれる領域の面積（以下、シール面積という。）をＡ（ｍｍ^２）、プローブカード３２からウエハチャック３４に加えられる荷重をＦ（ｋｇｆ）（適正ＯＤ位置）、ウエハチャック３４の重量をｍ（ｋｇｆ）、温度をｔ（℃）（最高使用温度）とする。

すると、ウエハチャック３４をリリースするときの内部空間Ｒにおける容積の変化量はＡ×ｙ（ｍｍ^３）、ウエハチャック３４をリリースするために要する時間はｙ／ｖ（ｓｅｃ）で表される。なお、ここでは、ウエハチャック３４をリリースするときの速度ｖに到達するまでの加速度については考慮しないものとする。

ウエハチャック３４をリリースするときに、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Ｒに流れ込むエアの単位時間当たりの流量（最大流量）Ｑは、下記の式（１）により求められる。

一方、ウエハチャック３４の吸着圧力Ｐは、下記の式（２）により求められる。ここで、ｇは、重力加速度である。

Ｐ＝－（Ｆ＋ｍ）×ｇ／Ａ （ＭＰａ） …（２）
外部空間から内部空間Ｒに至るエアの流れがどの場所でも音速よりも小さい亜音速流れであるとした場合、連通路５６の有効断面積Ｓは、下記の式（３）により求められる。

一例として、ｙ＝４００μｍ、ｖ＝１０ｍｍ／ｓｅｃ、Ａ＝１０６９４０ｍｍ^２、Ｆ＝２０ｋｇｆ（適正ＯＤ位置から１００μｍの位置における値）、ｍ＝１０ｋｇｆ、ｔ＝１５０℃とすると、Ｓ＝２０ｍｍ^２となる。したがって、この場合に、ｖ≧１０ｍｍ／ｓｅｃとするために、必要な有効断面積Ｓは、Ｓ≧２０ｍｍ^２となる。

上記の条件の下で、チャックリリース速度と必要な有効断面積の関係は図１５に示したグラフのようになる。図１５に示すように、ウエハチャック３４のリリース速度と連通路５６の有効断面積との間には、例えば一定の相関関係（比例関係）がある。これらの関係（リリース速度‐有効断面積特性）は予め実験により求めることができる。したがって、予め求めたリリース速度‐有効断面積特性を用いて目標リリース速度から連通路５６の有効断面積Ｓを求めることができる。なお、リリース速度‐有効断面積特性は、個々のプローバにより異なるものであり、プローバ毎に求めておくことが好ましい。

なお、図６に示す例では、ウエハチャック３４の周縁部に並列に４つ設けられている。この場合、合成有効断面積Ｓは、各連通路５６の有効断面積Ｓ_ｉ（ｉ＝１～ｎ、ｎ＝４）とすると、下記の式（４）により求められる。

Ｓ＝Ｓ_１＋Ｓ_２＋…＋Ｓ_ｎ …（４）
ここで、各連通路５６の有効断面積Ｓ_ｉは等しくすることが好ましい。なお、有効断面積Ｓ_ｉを等しくすることは必須ではない。内部空間Ｒ内の圧力分布に起因して、リリース時にウエハチャック３４に傾きが生じないようにするためには、例えば、各連通路５６のウエハチャック３４の中心に対して対向する位置にある連通路５６の有効断面積Ｓ_ｉが互いに等しくなるようにすればよい。すなわち、ウエハチャック３４の中心に対して点対称の位置にある連通路５６の有効断面積Ｓ_ｉが等しくなるようにしてもよい。

これにより、十分に速いリリース速度でプローブカード３２側からウエハチャック３４がリリースされる。そして、プローブカード３２側からリリースされたウエハチャック３４はＺ軸移動・回転部７２に支持される。

ウエハチャック３４のリリースが行われた後、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の吸引口８０（図４参照）を介してウエハチャック３４を固定する（図１４の時間Ｔ５）。なお、吸引口８０による吸引（負圧の付与）はウエハチャック３４をリリースする前に開始されていてもよい。ウエハチャック３４のリリースが行われる前にアライメント装置７０とウエハチャック３４との間の空間を大気圧よりも低い負圧にしておくことで、ウエハチャック３４のリリース速度を向上させる効果が得られる。

（ステップＳ３４：Ｚ軸下降工程）
次に、Ｚ軸移動制御部１０６は、Ｚ軸駆動モータ１２２を制御して、図１３（Ｃ）に示すように、Ｚ軸移動・回転部７２を下降させることにより、ウエハチャック３４を所定の高さ位置（待機高さ位置）に変更する（図１４の時間Ｔ６～Ｔ７）。ステップＳ３４では、シャッタ手段５８により連通路５６を閉塞するようにしてもよい。

以上により、第１の実施形態に係るプローバ１０におけるリリース動作が終了する。

次に、第１の実施形態の効果について説明する。

第１の実施形態におけるリリース動作では、圧力制御部１１５によって、プローブカード３２側からウエハチャック３４が目標リリース速度でリリースされるように、連通路５６の有効断面積が調整されている。これにより、内部空間Ｒを大気開放又は微小加圧により真空破壊する場合に比べて十分に速いリリース速度でプローブカード３２側からウエハチャック３４がリリースされる。その結果、ウエハチャック３４が不安定状態でいる時間をなくすことができ、ウエハＷやプローブ３６の損傷を防止することが可能となる。

また、第１の実施形態におけるコンタクト動作では、Ｚ軸移動・回転部７２によりウエハチャック３４を上下（Ｚ方向）に移動させることによって、ウエハＷ上の電極パッドとプローブ３６とをオーバードライブの状態で接触させる動作が行われる。この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）を含む機械的駆動機構により構成されるため、ウエハチャック３４の移動距離や移動速度等を精度よく調整することが可能である。また、Ｚ軸移動・回転部７２は、従来技術のように真空吸着方式によるコンタクト動作に比べて十分に速い移動速度でウエハチャック３４を移動させることができる。したがって、ウエハＷ上の電極パッドとプローブ３６とを接触させる際に、電極パッド上の酸化膜（絶縁体）をプローブ３６の接触によって除去することが可能となり、ウエハＷにダメージを与えない状態で、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、第１の実施形態では、内部空間Ｒの減圧を開始するタイミング（第１タイミング；図１１の時間Ｔ７）よりも遅いタイミング（第２タイミング；図１１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、ウエハチャック受け渡し動作を安定して行うことができる。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、圧力制御部１１５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、第１の実施形態では、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１０（Ｂ）参照）となる前にシャッタ開工程（ステップＳ１２）が行われる。すなわち、Ｚ軸上昇工程（ステップＳ１４）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１０（Ｂ）参照）からさらにウエハチャック３４を上昇させた状態（図１０（Ｃ）参照）となるまでの間は、内部空間Ｒ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Ｒ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Ｒ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、第１の実施形態では、上述したように内部空間Ｒ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、第１の実施形態では、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、チャック固定用電磁弁８４をＯＦＦした場合（大気開放時）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の実施形態におけるコンタクト動作では、内部空間Ｒ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はプローブカード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。

また、第１の実施形態におけるリリース動作においても同様な問題がある。すなわち、内部空間Ｒの加圧によってウエハチャック３４がプローブカード３２側からリリースされるとき、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ため、ウエハチャック３４のリリースが行われる際に、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）に沿って真っすぐ下降しない可能性がある。

そこで、第２の実施形態では、ウエハチャック３４のコンタクト動作やリリース動作において、外乱に対する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１６は、第２の実施形態に係るプローバ１０の構成を示した概略図である。

第２の実施形態に係るプローバ１０は、図１６に示すように、ウエハチャック３４のコンタクト動作やリリース動作において、外乱に対する安定性を向上させ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、ウエハチャック３４のコンタクト動作やリリース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１６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の実施形態に係るプローバ１０におけるコンタクト動作（プローブ検査方法の一例）について説明する。図１７は、第２の実施形態に係るプローバ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１７（Ａ）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１７（Ｂ）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Ｒ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１７（Ｃ）参照）。

以上により、第２の実施形態に係るプローバ１０におけるコンタクト動作が終了する。

次に、第２の実施形態に係るプローバ１０におけるリリース動作（プローブ検査方法の一例）について説明する。図１８は、第２の実施形態に係るプローバ１０におけるリリース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、Ｚ軸上昇工程が行われた後、チャックリリース工程が行われる。

チャックリリース工程では、シャッタ制御部１１６は、シャッタ手段５８を制御して連通路５６を開放する。これにより、外部空間から内部空間Ｒにエアが流入して内部空間Ｒの圧力が上昇し、ウエハチャック３４が十分に速いリリース速度でプローブカード３２側からリリースされる。このとき、図１８（Ｂ）に示すように、ウエハチャック３４はチャックガイド２０４によりＸ、Ｙ方向の移動が規制されつつＺ方向に案内されて下降して、Ｚ軸移動・回転部７２に支持される。

その後、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の吸引口８０（図４参照）を介してウエハチャック３４を固定する。

次に、チャックガイドリリース工程として、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を大気開放又は微小加圧により真空破壊する。これにより、図１８（Ｃ）に示すように、ヘッドステージ３０に対するチャックガイド２０４の吸着が解除される。

その後、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を下降させる。

以上により、第２の実施形態に係るプローバ１０におけるリリース動作が終了する。

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に真空吸着により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、ウエハチャック３４のコンタクト動作やリリース動作において、ウエハチャック３４の受け渡しを行う際に、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、真空吸着による固定方式を示したが、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…カードストッカ、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、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…圧力供給口、５２…供給路、５４…減圧用レギュレータ、５６…連通路、５８…シャッタ手段、６０…配管、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、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、１１５…圧力制御部、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、２００…チャックガイド機構、２０２…軸受部、２０４…チャックガイド、２０６…固定部、２０８…チャックガイドシールゴム、２１０…クリアランス保持部材、３００…エアシリンダ機構、３０２…開閉弁、３０４…シリンダ、３０６…ピストン、３０８…ピストンロッド、３１０…エアシリンダ駆動装置、Ｗ…ウエハ、Ｒ…内部空間、Ｑ…内部空間

Claims (3)

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に対向する面に複数の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を形成する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、
   前記内部空間に負圧を付与することにより前記ウエハチャックを前記プローブカード側に吸着保持する負圧付与手段と、
   前記内部空間と外部空間との間を連通する連通路であって、前記内部空間を非密閉状態に切り替えたときに前記外部空間から前記内部空間に流入するエアにより、前記プローブカード側から前記ウエハチャックを目標リリース速度でリリースするために必要なエアの流量を確保可能な有効断面積を有する連通路と、
   前記連通路に取り付けられ、前記内部空間を非密閉状態と密閉状態との間で選択的に切り替え可能なシャッタ手段と、
   を備えるプローバ。
2. 前記プローブカード側から前記ウエハチャックをリリースするときに、前記シャッタ手段を制御して、前記内部空間を密閉状態から非密閉状態に切り替えるシャッタ制御手段をさらに備える
   請求項１記載のプローバ。
3. 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に負圧を付与することにより、前記ウエハチャックを前記プローブカード側に吸着保持して、前記ウエハチャックに保持されたウエハの検査を行うプローブ検査方法であって、
   前記プローブカード側から前記ウエハチャックをリリースするときに、前記内部空間と外部空間との間を連通する連通路をシャッタ手段により開放し、前記内部空間を非密閉状態にする工程を備え、
   前記連通路は、前記内部空間を非密閉状態に切り替えたときに前記外部空間から前記内部空間に流入するエアにより、前記プローブカード側から前記ウエハチャックを目標リリース速度でリリースするために必要なエアの流量を確保可能な有効断面積を有する、プローブ検査方法。

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