JPH0194631A - ウエハプローバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体チップのプローブ検査を行なうための
ウェハプローバ、特に半導体チップのボンディングパッ
ドとプローブカードのプローブニードルとの自動位置合
せ機能を有するウェハプローバに関する。

〔従来の技術〕

ウェハプローバとは、半導体ウェハ上に形成された多数
のＩＣチップの特性を測定する際に用いられる装置であ
る。

実際のテストはＩＣテスタが行なうが、ウェハプローバ
は、このＩＣテスタと前記ウェハ上の各ＩＣチップとの
電気的コンタクトを正確に行なわせる。

この電気的コンタクトは、ＩＣチップのボンディングパ
ッド位置に対応した接触針（プローブニードル）を有す
るプローブカードと呼ばれるプリント基板を介して正確
に行なわれる。

従来のウェハ゛プローバにおいては、上記のプローブカ
ードをウェハプローバ内に設定した際には、必ず実際の
測定対象であるウェハをプローブカード下に位置させ、
このプローブカードの各プローブニードル先端と、その
下のＩＣチップの各ボンディングパッドとのｘ、ｙ、θ
、２の各方向についての位置合せを、オペレータが実体
顕微鏡を用いてプローブニードル先端を観察しながら行
なっていた。

オペレータは、θ方向についてはプローブカードを回転
させることにより、またＸＹ力方向ついてはθ方向台せ
後、ＩＣチップの各ボンディングパッドが各プローブニ
ードルの真下に来るようにウェハを移動させることによ
り、またＺ（高さ）方向についてはＸＹθ方向方向後、
実際にウェハを上昇させ、プローブニードル群にウェハ
を接触させることにより、位置合せを行い、これにより
、プローバ本体の制御部にプローブニードル群のＸＹ座
標上の位置データ、並びにＺ（高さ）方向の位置データ
を設定する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、この位置合せの作業は非常に時間と手間がか
かるものであった。さらに、この作業においては、オペ
レータの熟練度によってプローブカードの設定精度が決
定されてしまうため、ＩＣチップの測定に対する不安定
要素の１つになっていた。

そこで、当然プローブカードの自動位置合せが強く望ま
れている。しかし、今まで各種の提案はなされていたが
、下記のような種々の制約条件があり、これらの条件を
すべて満たす自動位置合せを実現したものは無かった。

（］）押付けにより変形した極めて輪針圧（１０ｇ程度
）なプローブニードル先端部の位置を正確に計測可能な
こと。

（２）プローブニードル先端を汚染させないこと。

（３）プローブニードル間を電気的にショートしないこ
と。

（４）プローブニードルはテスタ側に接続されているた
め、プローブニードルに電気的信号を入力することな（
位置計測が可能なこと。

（５）プローブニードル先端形状によらずその先端部の
位置の安定検出が可能であること。

（６）消耗部品等を極力用いないこと。

（７）高速の位置検出が可能であること。

（８）小型、軽量であること。

（９）安価であること。

本発明の目的は、上述の従来形における問題点に鑑み、
従来オペレータの人手により行なっていたプローブカー
ドのＸ、Ｙ、θ、Ｚの各方向の位置合せを、上記（１）
〜（９）の条件を満たしてかつ自動的に行なうことので
きるウェハプローバを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために、本発明はＸＹステージに
よってウェハチャックと一体的に移動されるコンタクト
プレートと、このコンタクトプレートをプローブカード
が有しているプローブニードル群の針先の少なくとも一
つに自動的に押し付けることを可能にする手段と、コン
タクトプレートが押し付けられた状態でプローブニード
ル群の針先の少なくとも一つを撮像する撮像手段を有し
、この撮像手段からの画像信号に基づいてプローバに設
定されたプローブカードとウェハチャックに保持されて
いるウェハのアライメントのための制御を実行可能とし
ている。

〔実施例〕

以下、図に示した実施例を用いて本発明の詳細な説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示すウェハプローバの上部
概略図であり、この図において、ｌはウェハを搭載する
ためのウェハチャック、２はウェハチャック１をθおよ
びＺ方向に駆動するθＺステージ、３はθＺステージ２
をＸＹ力方向駆動するＸＹステージであり、Ｘステージ
３０１、Ｙステージ３０２を！している。Ｘステージ３
０１は不図示のベースに固定支持されているガイド３０
４，３０５に案内されて移動し、Ｙステージ３０２はＸ
ステージ３０１に固定支持されているガイド３０６，３
０７に案内されて移動する。３０８はＸステージ３０１
のＸ方向の位置を不図示のスケールを介して検出する位
置検出器、３０９はＹステージ３０２のＹ方向の位置を
不図示のスケールを介して検出する位置検出器である。

４はウェハの外形、およびウェハの２方向の位置（高さ
）を測定するための静電容量型センサ、５はウェハ上の
ＩＣチップのパターンを撮像するための撮像器であり、
顕微鏡５０１とＴＶカメラ５０２を有している。６はＩ
Ｃチップ上のボンディングパッドと電気的なコンタクト
をとるためのプローブニードル（図では多数のプローブ
ニードルのうち端部に位置する４本のみを示している）
、７は各プローブニードル６の先端（針先）がＩＣチッ
プ上に所定の状態で配列されているボンディングパッド
群のそれぞれに１対１で一致するように、各プローブニ
ードル６を配列固定したプリント基板であるプローブカ
ードで、このプローブカード７は第６図に示すようなホ
ルダ７０１に吸着保持されている。

１０はタッチプレートで、プローブニードル６の先端群
をＺ方向に沿って上から押し付けた際の微小な荷重を検
出することにより、プローブニードル６の針先群の高さ
を計測するために用いられる。

タッチプレート１０は石英またはサファイヤ等の材質の
薄板で°ある。１１はプローブニードル６の針先群の概
略位置を検出するために用いるレーザビーム、１２はレ
ーザビーム１１を出力する半導体レーザ、１３はレーザ
ビーム１１をウェハチャツク１中央部において集光する
ための集光レンズ、１４は半導体レーザ１２からのレー
ザビーム１１をウェハチャック１の上面と平行になる様
に曲げるプリズム、１５はウェハチャックｌの上面に沿
って投射されているレーザビーム１１をレーザビーム検
出用の受光素子１６に導くためのプリズムである。

２０はプローブニードル６の先端の位置を計測するため
にコンタクトプレート２１に押し付けられたプローブニ
ードル６の先端を対物レンズ２２を介して撮像するＴＶ
左カメラ、Ｙステージ３０２上に設けられている。対物
レンズ２２はフォーカス位置にある物点からの光束が平
行光となって出射されるような所謂無限補正のレンズで
ある。２３はプローブニードル６の先端を照明するため
の光源で、例えばペテロ接合型、高輝度ＬＥＤである。

この光源２３と、集光レンズ２４、ハーフミラ−２５で
照明系を構成している。なお、コン、タクトプレート２
１の外周部２１ａはプローブニードル６の先端が押し付
は時にズしてコンタクトプレート２１の仰１面に外れて
しまわないようにテーバ状に形成されている。２７は対
物レンズ２２よりの平行光束をミラー２６を介してＴＶ
左カメラ０の撮像面に結像させるためのリレーレンズで
ある。

第２図はタッチプレート１０によりプローブニードル６
の針先群の２方向の位置（高さ）を検出するための構成
を詳細に示す図であり、この図において３０はタッチプ
レート１０をその略中央で支持するジュラルミン等で形
成された変形部材で、その側面には第３図に示すように
プローブニードル６の先端がタッチプレート１０に押し
付けられた際に、その荷重で容易に変形するように貫通
孔３２が形成されている。３１は変形部材３０の変形量
を検出するための半導体ひずみゲージである。この半導
体ひずみゲージ３１は貫通孔３２の上方（Ｚ方向）に位
置するように変形部材３０に固着されている。

第４図はレーザビーム１１を用いてプローブニードル６
の針先群のＸＹ座標上での位置を粗検出するための構成
を詳細に示す図であり、この図において、４０は半導体
レーザ１２、集光レンズ１３、プリズム１４をウェハチ
ャック１に対して一体的に２方向に移動させるためのり
ニアソレノイド、４１は受光素子１６、プリズム１５を
２ウエハチヤツク１に対して一体的にＺ方向に移動させ
るためのりニアソレノイド、４２はウェハチャック１を
Ｚステージ４３に対して電気的に絶縁した状態で支持す
るための絶縁材、４４はボールネジ、４５はボールネジ
４４を回転させることにより、Ｚステージ４３をθステ
ージ４６に対してＺ方向に移動させるためのパルスモー
タである。パルスモータ４５はθステージ４６の内部に
ボールネジ４４等の他の駆動機構と共に支持される。４
７はθステージ４６を装置本体側の固定部５１に対して
回転可能に支持しているベアリング、４８はθステージ
４６の周辺にその回転中心がθステージ４６の回転中心
と一致するように取付けられたギヤ、４９はギヤ４８と
連結されたギヤ、５０はθステージ４６をギヤ４８．４
９を介して回転させるためのパルスモータである。パル
スモータ５０は固定部５１に支持されている。これによ
りレーザビーム１１はウェハチャックｌと一体的に上下
（Ｚ）方向、回転（θ）方向の移動が可能であり、かつ
、ウェハチャック１に対しても、上下（Ｚ）方向動が可
能な様になっている。

第５図はＴＶ左カメラ０を用いてプローブニードル６の
針先群のそれぞれの位置を検出する構成を詳細に示す図
であり、この図において、６０はコンタクトプレート２
１、対物レンズ２２を一体的に固定保持するホルダアー
ムで、このホルダアーム６０の先端にはタッチプレート
１０を支持する変形部材３０が取り付けられている。６
１はボールネジ、６２はボールネジ６１を回転させるこ
とによりホルダアーム６０をＺ方向に移動させるパルス
モータ、６３はプローブニードル６の先端のそれぞれを
撮像するＴＶ左カメラ０及びウェハの各ＩＣチップのボ
ンディングパッドのそれぞれを撮像するＴＶカメラ５０
２（第１図参照）からの映像信号を入力して、ブローバ
シーケンスコントローラ６４の指令により入力画像の２
値化、ラベリング、特徴抽出等を実行する周知の画像処
理回路である。ブローバシーケンスコントローラ６４は
ブローバ全体のシーケンスを制御すると共に、画像処理
回路６３から各プローブニードル先端部の中心の位置情
報と、それに対応するウェハ内ＩＣチップの各ボンディ
ングパッドの中心の位置情報を入力することにより、各
プローブニードル先端部と各ボンディングパッドとの自
動位置合わせ動作を制御する。

第６図はウェハチャック１、プローブニードル６、プロ
ーブカード７、タッチプレート１０ル−ザビーム１１、
コンタクトプレート２１のＺ（高さ）方向の位置関係を
示す図であり、この図において、７０１はプローブカー
ド７を保持するカードホルダ、７０２はカードホルダ７
０１を回転させるためのパルスモータである。この図か
ら明らかな如く、タッチプレート１０の上面とコンタク
トプレート２１上面は同一高さになっており、これらは
第５図に示す構成により一緒にＺ（上下）方向に移動可
能となっている。

またレーザビーム１１の光軸はウェハチャック１よりＡ
　（＝２ｍｍ）だけ上部をウェハチャック上面と平行に
配置されており、これは第４図に示す構成によりウェハ
チャック１の上面より下方に下がることが”可能となっ
ている。

以下、第１図に示した実施例の動作を第１０図のフロー
チャートに基づいて説明する。

第１図のウェハプローバにおいて、第１０図のフローチ
ャートのステップ１０１でプローブカード７をオペレー
タが設定した後、不図示の操作パネル上のスイッチをオ
ペレータが押すことによりＸＹステージ３の移動が開始
され、ＸＹステージ３上に支持されているタッチプレー
ト１０がプローブニードル６の針先群の下方に位置する
。この後、ステップ１０２で第５図のパルスモータ６２
によるボールネジ６１の回転が開示され、変形部材３０
に支持されているタッチプレート１０はアームホルダ６
０と共に２方向に沿って上昇し、その上面がプローブニ
ードル６の針先群のいくつかに触れることになる。コン
トローラ６０はこの時のタッチプレート】０の上面の高
さをパルスモータ６２に与えたパルス信号のパルス数に
基づいて求め、これからプローブニードル６の針先群の
高さ（Ｚ方向の位置）を検出する。

ここで、プローブニードル６の針先群がタッチプレート
１０に接触したことを検出する構成は、前述した如く、
第２図に示す様なものである。タッチプレー）１０を支
持しているものが、その表面に半導体ひずみゲージ３１
を張り付けた変形部材３０であり、これはダブルビーム
型と呼ばれている荷重センサである。−船釣にプローブ
ニードル６はその先端がウェハ表面に接触した位置から
Ｚ方向に更に１００μｍ程度相対移動させて、オーバド
ライブをかけた状態で電気的測定に用いられ、また、こ
の状態においては２０ｇ程度の針圧がウェハ表面にかか
ることになる。そこで、本実施例においてはプローブニ
ードル６の針先群がタッチプレート１０に接触したとコ
ントローラ６４が判断する際の判定荷重を２ｇ程度とし
ている。また第３図は前述した如くタッチプレート１０
にプローブニードル６の針先群により荷重がかかった状
態を示す図である。この様な状態において゛、２つの半
導体ひずみゲージ３１はそれぞれ圧縮と引張り方向の力
が加えられるため、２つのゲージ３１の抵抗値は減少方
向と増加方向のそれぞれに変化する。これからコントロ
ーラ６４は荷重の大きさを検出する。

なお、この際にタッチプレート１０を所定ストローク上
昇させてもプローブニードル６の針先群との接触が検出
され無い場合には、パルスモータ６２を逆転させてタッ
チプレート１０を下降させると共に、ＸＹステージ３に
よりタッチプレート１０を現在位置の周辺で所定■だけ
移動させ、この後、再び前述と同様な上昇動作を行い、
プローブニードル６の針先群の高さ検出を再度実行する
。

次に、第１０図のステップ１０３のレーザビーム１１に
よるプローブニードル６の針先群のＸＹ座標における概
略位置計測のため、第４図に示すリニアソレノイド４０
．４１をドライブすることにより、半導体レーザ１２、
集光レンズ１３、プリズム１４、またプリズム１５、受
光素子１６をＺ方向に移動（上昇）させて、レーザビー
ム１１をウェハチャックｌの上面より略Ａ（＝２ｍｍ）
だけ上に位置させる。またこの状態で、レーザビーム１
１をステップ１０２で検出したプローブニードル６の針
先群の高さより１００μｍ程度上方（Ｚ方向）にその光
軸が位置するように、Ｚステージ４３をパルスモータ４
５によりＺ方向に上昇させる。この時、レーザビーム１
１のＸＹ座標に対する傾きが、第７図（ａ）に示す位置
となるようにθステージ４６をパルスモータ５０により
回転させて固定する。この状態において、第７図（ａ）
に示す様に、レーザビーム１１の集光点１１’　　（Ｘ
Ｙ座標上でウェハチャック１の中心に略一致）がプロー
ブニードル６の先端部をよぎる様、にＸステージ３０１
を移動させる。この移動時、プリズム１５を通して導び
かれるレーザビーム１１の光量を受光素子１６で検出し
、この検出光量がある割合以下になる複数の場所のＸＹ
座標をＸ位置検出器３０８、Ｙ位置検出器３０９の出力
に基づいてコントローラ６４は検出して記憶する。次い
で、レーザビーム１１のＸＹ座標に対する傾きを第７図
（ｂ）に示すように、θステージ４６をパルスモータ５
０によりθ１だけ回転させることにより変化させて固定
し、前述と同様に、受光素子１６に入射されるレーザビ
ーム１１の光量が、ある割合以下になる複数の場所のＸ
Ｙ座標を記憶する。以上の動作により、第７図における
プローブニードル６の右下及び左上の各先端部を通る、
２本の直線（レーザビーム）の位置が判明するため、コ
ントローラ６４は上述の２つのプローブニードル６の先
端部のＸＹ座標上の位置を２本の直線の交点の式より求
める。

但し、ここで求められた右下及び左上のプローブニード
ル６の先端部のＸＹ座標上の位置は、ブロービングに必
要な精度（±２〜３μｍ）に対しては未だ充分ではない
。それは、プリズム１４．１５はその上部がプローブカ
ード７の裏面に当たらない様な大きさであるため、集光
レンズ１３の実効ＮＡが大き（取れなく、従ってレーザ
ビーム１１のビームウェスト径を、ある値以下にするこ
とが困難なためである。さらにプローブニードル６は前
述のように通常１００μｍ程度のオーバドライブをかけ
て電気計測を実行するのであるが、このオーバドライブ
時にプローブニードル６の針先のＸＹ座標上の位置が最
大２０μ°ｍ程度ずれることがあるためである。そこで
、本実施例では、プローブニードル６の針先部の高さ及
び概略ＸＹ位置を検出した後、次に第１Ｏ図のステップ
１０４に進んで、第５図に示したＴＶカメラ２０を用い
た高精度ＸＹ位置検出に移る。

ステップ１０４では、まず、プローブニードル６の右下
（第７図参照）の針先の下（Ｚ方向に関して）に、前述
のステップ１０３で計測した所定針先のＸＹ座標上の概
略位置データに基づいて、コンタクトプレート２１をＸ
Ｙステージ３の移動により位置させる。この後、前述の
ステップ１０２で計測した針先のＺ方向の位置データに
基づいて、コンタクトプレート２１をアームホルダ６０
を介してパルスモータ６２により上昇させ、コンタクト
プレート２１によりプローブニードル６の針先にウェハ
上のＩＣチップのブロービングテスト時と同じオーバド
ライブがかかる様にする。この状態において、高輝度Ｌ
ＥＤ２３によりコンタクトプレート２１を通してプロー
ブニードル６の針先部を照明し、針先をＴＶ左カメラ０
で撮像する。

ここにおいて、対物レンズ２２は無限補正されているた
め、対物レンズ２２を上下させても、ＴＸカメラ２０に
入力される物体面位置は常にコンタクトプレート２１の
上面になっている。このため、本実施例では任意の高さ
の針先のオーバドライブ時の映像を対物レンズ２２をコ
ンタクトプレート２１と一緒に上下させるだけで入力可
能となっている。また、照明系は配光分布が均一なヘテ
ロ接合型高輝度ＬＥＤを光源としたケーラ照明系としで
あるため、タングステンランプ等の光源と比較して、小
型で震動に強く、低消費電力であり、かつ照度ムラが非
常に少なくなっている。

ＴＶ左カメラ０で撮像されたプローブニードル６の針先
部の映像は、針先部が一般的に反射率の高い金属面であ
ること、並びにケーラ照明を採用していることにより、
対物レンズ２２の光軸と垂直な位置関係にない針先先端
部以外の面は暗く見えること、又、針先先端部以外はデ
フォーカス状態となること等から、針先先端部のみが明
るく見える。ＴＶ左カメラ０からの映像信号は画像処理
装置６３に入力され、どの内部でＴＶ左カメラ０の各画
素の輝度のヒストグラム分布から一番高輝度なブロック
のみを分離するスライスレベルを決定することにより、
入力映像を２値化画像とする。次に、この２値化画像に
対してラベリング処理を行い、針先先端部の分離を行い
、これらの重心位置及び長径、短径の計測を行う。ここ
で、もし゛長径と短径の差が非常に大きい場合には、２
値化レベルが低すぎた可能性があるため、ズライスレベ
ルを上げて再度２値化処理し、重心位置、長径、短径の
計測を行う。

以上の様な手順により右下の針床のＸＹ座標上の位置を
求めた後、コントローラ６４は次に左上（第７図参照）
の針先の下にコンタクトプレート２１を移動させ、右下
の針先と同様にそのＸＹ座標上の位置を求める。さらに
、同様な手順で第７図の上部のプローブニードル６の針
先の間、及び下部の針先の間に多数配列されている針先
の中心位置を全て計測する。

この針先位置計測中に、本実施例のウェハプローバでは
不図示のウェハカセットからウェハを取り出し、不図示
のプリアライメントステージでのプリアライメントを完
了させている。従って、ステップ１０４の針先位置計測
後、シーケンスはすぐにステップ１０５に進んで、プリ
アライメントステージからウェハをウェハチャック１に
搭載する。ウェハには複数のＩＣチップがスクライブラ
インに沿って形成されている。このウェハを第１図に示
される静電容量型センサ４の下（Ｚ方向に関して）にＸ
Ｙステージ３により移動し、ステップ１０６でその外周
部数点を計測することにより、ウェハのオリエンテーシ
ョンフラットの向きを放出し、ウェハチャックｌを第４
図のパルスモータ５０により回転させて、これを指定方
向に合わせ、かつ、ウェハの中心を算出する。この後、
ウェハ上の数点で高さを同様に計測する。これはブロー
ビング時に、ウェハ全面におけるオーバドライブ量をウ
ェハ表面の高さのバラツキに左右されずに常に一定にコ
ントロールするためである。この後、第１０図のステッ
プ１０７に進んで、ウェハ上の右端部（Ｘ軸方向での一
方の端部）表面を顕微鏡５０２の下にＸＹステージ°３
により位置させ、かつ、Ｚステージ４３をパルスモータ
４５により上下動させて、ウェハ表面を顕微鏡５０２の
フォーカス位置に設定する。この状態において、ＴＶ右
カメラ０２は顕微鏡５０１を通して、ウェハ表面のパタ
ーンを撮像し、これに基づいた映像信号を画像処理装置
６３に送り込む。

画像処理装置６３はブローバシーケンスコントローラ６
４の指令により、画像中で縦、又は横方向に細長い同一
濃度領域の抽出及びその領域の幅の測定を行い、ウェハ
上のスクライブラインを抽出する。

もし、入力画像中にスクライブラインに相当するパター
ンが存在しない場合には、ブローパシーケンスコントロ
ーラ６４はＸＹステージ３を所定量だけＸｌまたはＹ軸
方向に移動させ、現在入力されているウェハ上のエリア
の周辺をＴＶカメラ５０２に取り込み、前述と同様な処
理を繰り返し、スクライブラインの抽出を実行する。

次いで、ウェハ上の左端部（Ｘ軸方の他方の端部）表面
を顕微鏡５０２の下に位置させ、右端部と同様な処理を
行うこと・により、ウェハ上のスクライブラインを抽出
する。この抽出結果に基づいてコントローラ６４はウェ
ハ上の縦と横のスクライブラインがｘステージのガイド
３０４，３０５　（Ｘ軸）、Ｙステージのガイド３０６
．３０７　（Ｙ軸）のそれぞれと平行になる様に、ウェ
ハチャック１をパルスモータ５０により回転させステッ
プ１０７のウェハのθ補正駆動を実行する。

以上の動作により、コントロール６４がウェハ上で所定
の１個のＩＣチップの位置を検出すると、ステップ１０
８に進み、コントロール６４は前述のステップ１０４に
より計測したプローブニードル６の各針先の位置を示す
データに基づいて、プローブニードル６の各針先位置に
対応するウェハ上のそのＩＣチップ内の各位置（そのＩ
Ｃチップ内でボンディングパッドがあると予想される位
置）を顕微鏡５０１の下にＸＹステージ３により順次位
置させ、この時の各ウェハパターン画像をＴＶカメラ５
０２から画像処理装置６３に送り込む。画像処理装置６
３はコントローラ６４からボンディングパッドのサイズ
データ等を受は取ることにより、これに該当するパター
ンの中心位置データを各ウェハパターン画像ごとにコン
トローラ６４に送り返していく。次にステップ１０９に
進み、コントローラ６４は以上の様にして、ステップ１
０８で集めた各ボンディングパッド中心間の相対位置デ
ータと、先にステップ１０４で計測した各針先中心間の
相対位置データから本当のボンディングパッドの抽出と
、ボンディングパッド群に対応するプローブニードル６
の針先群のθ方向の角度誤差を算出する。

ここで、上述の角度誤差が発生している理由はプローブ
カード製作時のプローブカード７の外形に対する各針先
の角度誤差が存在するためでありさらにプローブカード
の設定時にも角度誤差が生じるためである。この角度誤
差は第６図に示す様に、プローブカード７を固定してい
るカードホルダ７０１をパルスモータ７０２によりθ方
向に回転することにより補正する。以上の動作により、
ウェハチャック１上で角度誤差が無い状態に保持されて
いるウェハのボンディングパッドに対するプローブカー
ド７の角度調整が終了したことになり、又、この状態に
おけるボンディングパッドとプローブカー゛　　　ドア
のプローブニードル６の針先の相対位置も正確に求めら
れたことになる。従って、この後、ステップ１１０でウ
ェハ上の最初にテストすべきＩＣチップを正確にプロー
ブカード７の下に移動させることが可能となる。以降ス
テップ１１１に進み、Ｘ位置検出器３０８、Ｙ位置検出
器３０９の出力に基づいてＸＹステージ３をＸまたはＹ
方向にウエノ１上のＩＣチップの大きさに対応する量だ
けインデックス移動させ、移動ごとにＩＣチップのテス
トを実行する。

なお、本実施例においては、ボンディングパッド群と針
先群の角度誤差を取り除いた後、両者を最適にＸＹ力方
向合わせた場合に残る各ボデイングパッドと針先間の残
留誤差が、１個所以上のポインディングパッドと針先に
ついてあらかじめ設定されている許容値を越えた場合に
は、第５図に示す報知器７０の警告ブザを鳴らすことに
より、プローブカード７の不良をオペレータに知らせる
様にしている。これは一般にプローブカードは数１０万
回以上のコンタクト動作によって次第にその先端部位置
が微小にずれてい（ので、この様な針先位置がずれてい
るプローブカードを測定に使用させない様にするためで
ある。また、本実施例では、角度誤差をプローブカード
７をθ方向に回転させることにより補正しているが、こ
れはウェハを保持するウェハチャックｌをθ方向に回転
させることにより補正しても良い。この場合には、ステ
ップ１１１でブローブテストを実行するためにＸ位置検
知器３０８、Ｙ位置検知器３０９によってＸＹステージ
３をインデックス移動させる際、ＸＹステ７ジ３に載置
されているウェハチャック１の移動方向をＸＹ座標のＸ
。

Ｙ軸に対して補正した角度誤差分だけ傾けることが必要
である。

〔他の実施例〕

ところで、前述の実施例においてはステップ１０９でプ
ローブカード７の角度誤差を算出するためには、ステッ
プ１０８でＴＶ右カメラ０２を用いてＩＣチップ内の多
数のボンディングパッドを抽出する必要がある。このた
め、前述の実施例ではスループットが多少低下する場合
がある。そのため、プローブニードル６の先端部の理想
的な位置情報を操作パネルからオペレータが事前に入力
しておく方法が有効な場合もある。このような実施例の
動作を第１１図のフローチャートを用いて説明するが、
装置本体の構成は第１図の実施例と同じである。

第１１図のフローチャートで示す実施例と前述の実施例
との違いは、カードホルダ７０１にセットされているプ
ローブニードル６の先端部の理想的な位置がブローバシ
ーケンスコントローラ６４に設定されているため、ウェ
ハ上のｔＣチップ内の各ボンディングパッドをＴＶカメ
ラ５０１で観察しな（でも、ステップ１２０でプローブ
カード７の角度誤差が修正駆動可能な点である。又、ス
テップ１２１で行われるボンディングパッドの位置計測
もプローブカード７の角度誤差の要因が入らないため、
ＴＶ右カメラ０２によって観察するＩＣチップ内の各点
の数を少な（しても正確に実行することが可能となる点
である。

以下、この実施例の動作を説明するが、ステップ１０１
からステップ１０４は前述の実施例と同様である。ステ
ップ１０４の終了後、ステップ１２０ではブローバシー
ケンスコントローラ６４（第５図参照）に設定されてい
るプローブニードル６の各針先群の理想的な位置を示す
データと、ステップ１０４でＴＶカメラ２０を用いて計
測したカードホルダ７０１にセットされているプローブ
カード７の実際のプローブニードル６の針先群の位置を
示すデータから両者間のθ方向の角度誤差を算出し、こ
の算出した角度誤差分だけカードホルダ７０１をパルス
モータ７０２（第６図参照）により回転し、プローブニ
ードル６の針先群をブローバシーケンスコントローラ６
４に設定された理想位置に設定する。この後、前述の実
施例と同様に、ステップ１０５でウェハをウェハチャッ
ク１へロードし、ステップ１０６で静電容量センサ４で
ウェハのプリアライメントをし、ステップ１０７でＴＶ
右カメラ０２を用いてウェハ上のスクライブラインを検
出して、ウェハチャックｌ上のウェハのθ方向の補正を
行い、ステップ１２１に進む。

本実施例では、ステップ１２０でプローブニードル６の
各針先群は、理想位置（θ誤差がない状態、即ち、ステ
ップ１０７でθ補正されたウェハチャック１上のウェハ
におけるＩＣチャプ内のボンディングパッドの配列方向
に針先群の配列方向が略一致している状態）に設定され
ているので、第１０図のステップ１０９で行うような針
先群とボンディングパッドのそれぞれを合わせるための
プローブカード７のθ補正が不要であり、このため、Ｉ
Ｃチップ内のボンディングパッドをＴＶ右カメラ０２で
撮像する際、針先群の数だけＩＣチップ内に存在するボ
ンディングパッドのうち所定のい（つかを撮像すれば良
い。これから求められるボンディングパッドのＸＹ座標
上の位置から、ステップ１１０でウェハの第１チツプが
針先群の下方に位置するようにＸＹステージ３の移動を
制御する。この後、ステップ１１１に進み、コントロー
ラ６４はプローブテストを開始する。

また、前述の実施例においては、プローブニードル６の
高さ（２方向の位置）検出のためにタッチプレート１０
を用いていたが、これをレーザビーム１１で代用するこ
とも可能である。レーザビーム１１によるプローブニー
ドル６の針先群の高さ検出は、第８図に示すようにレー
ザビーム１１の高さを第４図の２ステージ４３の２方向
の移動により変えながらプローブニードル６の下をＸＹ
ステージ３によりスキャンさせて、レーザビーム１１が
プローブニードル６の先端により受光素子１６に対して
遮光状態となる高さを第４図のパルスモータ４５に与え
たバルス数に基づいて検出することにより行う。但し、
先に述べた様に、このレーザビーム１１を用いた位置計
測は精度的に充分なものではないので、この実施例の場
合には、第１２図に示すフローチャートのステップ１３
１において、ＴＶ左カメラ０によりプローブニードル６
の針先の映像を入力する際、この針先の映像の大きさが
最小になる様に第５図に示すコンタクトプレート２１を
Ｚ方向に上下動させて、その時点でパルスモータ６２に
与えられているパルス数に基づいて求められるコンタク
トプレート２１の高さから、より正確な針先高さの位置
計測を行う方が好ましい。・ この実施例の動作は第１２図のフローチャートに示す通
りである。即ち、ステップ１０１でオペレータによりプ
ローブカード７が設定されると、ステップ１３０により
プローブニードル６の針先のＸＹ座標上の概略位置が第
７図で説明した方法により実行され、また、プローブニ
ードル６の針先のＺ方向の概略位置（高さ）が第８図で
説明した方法により実行される。この後、ステップ１３
１でＴＶ左カメラ０（第５図参照）によってコンタクト
プレート２１に接触しているプローブニードル６の針先
を撮像して針先の位置を検出する際に、前述の如く、針
先の映像の大きさが最小となるようにコンタクトプレー
ト２１を上下動させて、針先のＺ方向の位置も゛計測す
る。この後、ステップ１０５に進み、前述の実施例と同
様な動作を実行する。

更に前述の実施例では、プローブニードル６の針先のＸ
Ｙ座標上の概略位置計測のためにレーザビーム１１を用
いていたが、これをプローブニードル６の針先の映像を
ＴＶ左カメラ０に入力する顕微鏡の倍率を低倍、高倍に
切換可能として、計測することも可能である。この場合
の針先の映像を入力する顕微鏡の構成を第９図に示す。

この図において、６６は針先群のそれぞれを、ＴＶ左カ
メラ０に結像するための高倍用リレーレンズ、６７は針
先群の支持部をＴＶ左カメラ０に結像するための低倍用
リレーレンズ、６８は高倍用リレーレンズ６６と低倍用
リレーレンズ６７を切換るためのりニアソレノイド、６
８はリニアガイドである。低倍用リレーレンズ６７はプ
ローブニードル６の針先群の水平部分の支持部を入力す
るために用いられ、高倍用リレーレンズ６６はプローブ
ニードル６の針先群の先端部を入力するために用いられ
る。即ち、高倍用リレーレンズ６６ではコンタクトプレ
ート２１に接触しているプローブニードル６の針先付近
の狭い領域をＴＶ左カメラ０は撮像し、針先の精密な映
像信号を画像処理回路６３（第５図参照）に入力し、低
倍用リレーレンズ６７ではプローブニードル６の針先を
含んだ比較的広い領域をＴＶ左カメラ０は撮像し、この
映像信号から画像処理回路６３は針先の撮像画面におけ
る位置を求め、これから針先のＸＹ座標上の概略位置を
検出する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、今まで人手によ
り行っていたプローブニードルの先端の位置合せを自動
化できる。また、この位置合せはオーバドライブがかか
った状態で、かつプローブニードルの先端を汚染させる
ことなく行うことができ、人手によるよりも高速に位置
合せ可能である。また、本発明によれば、消耗部品等を
必要とせず、テスタ側にも何ら影響を与えずに済むため
非常に保守性が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のウェハプローバの一実施例を示す図、
第２図は第１図の実施例でプローブニードルの針先のＺ
方向の位置を検出するために用いるタッチプレートを示
す、第３図は第２図のタッチプレートの作用状態を示す
図、第４図はウェハチャックの構成を示す図、第５図は
プローブニードル針先群を撮像するために用いる撮像系
を示す図、第６図は各構成要素のＺ方向の位置関係を示
す図、第７図はレーザビームによるプローブニードル針
先のＸＹ座標上の概略位置計測を説明するための図、第
８図は本発明の他の実施例に係わるレーザビームによる
プローブニードル針先のＺ方向の概略位置計測を説明す
るための図、第９図はプローブニードル針先のＸＹ座標
上の概略位置を映像信号から計測する本発明の他の実施
例を示す図、第１０図は第１図の実施例の動作を示すフ
ローチャート、第１１図はプローブニードル針先の位置
を事前に設定する本発明の他の実施例の動作を示すフロ
ーチャート、第１２図は第９図の実施例の動作を示すフ
ローチャートである。 ｌ・・・ウェハチャック　　２・・・θＺステージ３・
・・ＸＹステージ　　　６・・・プローブニードル７・
・・プローブカード　　１０・・・タッチプレート１１
・・・レーザビーム　　　２０・・・ＴＶ右カメラ１・
・・コンタクトプレート ６３・・・画像処理回路

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウェハを保持するウェハチャックと、上記ウェハ
   チャックをＸ並びにＹ方向に移動させるＸＹステージと
   、上記ＸＹステージによってＸ並びにＹ方向に関して上
   記ウェハチャックと一体的に移動されるコンタクトプレ
   ートと、上記コンタクトプレートを上記ＸＹステージに
   対してＺ方向に移動させる駆動機構と、プローブカード
   が有しているプローブニードル群の針先の少なくとも一
   つの位置を検知する検知手段と、上記コンタクトプレー
   トを通して上記プローブニードル群の針先の少なくとも
   一つを撮像する撮像手段と、上記検知手段の検知結果に
   基づいて上記ＸＹステージと上記駆動機構を制御するこ
   とにより、上記プローブニードル群の針先の少なくとも
   一つに上記コンタクトプレートを押し付け、この際の上
   記撮像手段からの画像信号に基づいて上記プローブニー
   ドル群と上記ウェハとのアライメントを制御する制御手
   段を有することを特徴とするウェハプローバ。
2. （２）上記検知手段は上記ウェハチャックのウェハ保持
   面に沿って光ビームを投射するための光源と、上記光ビ
   ームを光電検出するための光電検出器を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のウェハプロー
   バ。
3. （３）上記検知手段は上記光ビームを上記プローブニー
   ドル群に対して上記ＸＹステージにより走査した際の上
   記光電検出器の光電出力に基づいて上記プローブニード
   ル群の針先の少なくとも一つのＸ並びにＹ方向の位置を
   検知することを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記
   載のウェハプローバ。
4. （４）上記検知手段は上記光ビームを上記ウェハチャッ
   クの保持面に対してＺ方向に移動させながら、上記ＸＹ
   ステージによる上記光ビームの走査を繰り返し、この際
   の上記光電検出器の出力に基づいて上記プローブニード
   ル群の針先の少なくとも一つのＺ方向の位置を検知する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載のウェ
   ハプローバ。
5. （５）上記検知手段はタッチプレートを支持する変形部
   材に固着された半導体ひずみゲージを有し、上記プロー
   ブニードル群の針先の少なくとも一つに上記タッチプレ
   ートをＺ方向に沿って押し付けた際の上記半導体ひずみ
   ゲージの出力に基づいて上記プローブニードル群の先端
   の少なくとも一つのＺ方向の位置を検知することを特徴
   とする特許請求の範囲第（３）項記載のウェハプローバ
   。
6. （６）上記制御手段は上記プローブニードル群と上記ウ
   ェハ間のθ方向の誤差を上記プローブカードをθ方向に
   回転させることにより補正すると共に、ウェハ上の複数
   のチップを上記プローブニードル群を用いて順に検査す
   る際には上記ウェハチャックを上記ＸＹステージにより
   ＸまたはＹ方向に移動させることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載のウェハプローバ。
7. （７）上記制御手段は上記プローブニードル群と上記ウ
   ェハ間のθ方向の誤差を上記ウェハチャックをθ方向に
   回転させることにより補正すると共に、ウェハ上の複数
   のチップを上記プローブニードル群を用いて順に検査す
   る際には上記ウェハチャックを上記ＸＹステージにより
   ＸまたはＹ方向に対して補正した角度だけ傾けて移動さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   ウェハプローバ。
8. （８）上記制御手段は上記撮像手段からの画像信号に基
   づいて上記プローブニードル群のそれぞれの相対位置関
   係を検出し、検出した相対位置関係が許容誤差を超えて
   いる時警告することを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載のウェハプローバ。
9. （９）ウェハを保持するウェハチャックと、上記ウェハ
   チャックをＸ並びにＹ方向に移動させるＸＹステージと
   、上記ＸＹステージによってＸ並びにＹ方向に関して上
   記ウェハチャックと一体的に移動されるコンタクトプレ
   ートと、上記コンタクトプレートを上記ＸＹステージに
   対してＺ方向に移動させる駆動機構と、プローブカード
   が有しているプローブニードル群の針先の少なくとも一
   つのＺ方向の位置を検知する検知手段と、上記コンタク
   トプレートを通して上記プローブニードル群の針先の少
   なくとも一つを撮像する撮像手段と、上記撮像手段の撮
   像倍率を低倍と高倍に切換る切換手段と、上記検知手段
   からの検知信号に基づいて上記駆動機構を制御し、低倍
   の上記撮像手段からの画像信号に基づいて上記ＸＹステ
   ージを制御することにより上記プローブニードル群の針
   先の少なくとも一つに上記コンタクトプレートを押し付
   け、この際の高倍の上記撮像手段からの画像信号に基づ
   いて上記プローブニードル群と上記ウェハのアライメン
   トを制御する制御手段を有することを特徴とするウェハ
   プローバ。
10. （１０）ウェハを保持するウェハチャックと、上記ウェ
    ハチャックをＸ並びにＹ方向に移動させるＸＹステージ
    と、上記ＸＹステージによってＸ並びにＹ方向に関して
    上記ウェハチャックと一体的に移動されるコンタクトプ
    レートと、上記コンタクトプレートを上記ＸＹステージ
    に対してＺ方向に移動させる駆動機構と、プローブカー
    ドが有しているプローブニードル群の針先の少なくとも
    一つの位置を検知する検知手段と、上記コンタクトプレ
    ートを通して上記プローブニードル群の針先の少なくと
    も一つを撮像する第１撮像手段と、上記ウェハチャック
    に保持されているウェハを撮像する第２撮像手段と、上
    記検知手段の検知結果に基づいて上記ＸＹステージと上
    記駆動機構を制御することにより上記プローブニードル
    群の針先の少なくとも一つに上記コンタクトプレートを
    押し付け、この際の上記第１撮像手段からの画像信号に
    基づいて上記ＸＹステージを制御することにより上記第
    ２撮像手段の撮像領域にウェハが有しているチップ内の
    ボンディングパッドを位置させる制御手段を有している
    ことを特徴とするウェハプローバ。