KR100352941B1 - 프로브 장치 및 프로브 방법 - Google Patents

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KR100352941B1
KR100352941B1 KR1019980016459A KR19980016459A KR100352941B1 KR 100352941 B1 KR100352941 B1 KR 100352941B1 KR 1019980016459 A KR1019980016459 A KR 1019980016459A KR 19980016459 A KR19980016459 A KR 19980016459A KR 100352941 B1 KR100352941 B1 KR 100352941B1
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동경 엘렉트론 주식회사
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Abstract

본 발명의 프로브 장치는 프로브 카드(27), 탑재대(12), 탑재대(12)로부터 아래쪽에 고정된 축 부재(13), 이것을 가이드(15)를 거쳐 승강 자유롭게 지지하는 Y 테이블(14) 및 X 테이블(16), 및 해당 축 부재(13)에 고정된 접촉체(25)를 구비한다. 접촉체(25)의 하면은 탑재대(12)의 탑재면과 평행하게 되어 있다. 본 프로브 장치는 또한, 프로브 카드(27)의 검사 중심(test center)의 아래쪽을 향하는 연장선에 그 축심을 일치시킨 승강체(24C)와, 해당 승강체(24C)를 승강시키는 승강체 승강 기구(24)를 구비하고, 승강체(24C)의 상부에 마련된 볼(ball)(24E)은 접촉체(25)의 하면에 미끄럼 운동 자유롭게 접촉하고 있다.

Description

프로브 장치 및 프로브 방법{PROBER AND PROBE METHOD}
본 발명은 프로브 장치 및 프로브 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 프로브 카드에 마련된 복수의 프로브 단자와 피검사체의 전극을 균일한 압력, 최적의 압력으로 접촉시킬 수 있는 프로브 장치에 관한 것이다.
도 11, 도 12에는 종래의 프로브 장치의 예로서, 반도체 웨이퍼(이하,「웨이퍼」라고 함)상에 형성된 반도체 집적 회로(이하,「IC 칩」이라고 함)의 전기적 특성을 검사하기 위한 프로브 장치가 도시되어 있다. 이 종래의 프로브 장치는 웨이퍼 W가 사전 정렬(pre-align)되는 로더실(1)과, 이 로더실(1)로부터 반입된 웨이퍼 W의 전기적 특성 검사를 행하는 프로버실(2)을 구비하고 있다. 도 12에 도시하는 바와 같이 로더실(1)에는, 핀셋(3) 및 서브척(4)이 배치되어 있다. 웨이퍼 W는 핀셋(3)에 의해 반송되는 동안에, 서브척(4)에 있어서 그 오리엔테이션 플랫(orientation flat)을 기준으로 하여 사전 정렬된다. 프로버실(2)에는 탑재대(5) 및 상부 카메라, 하부 카메라를 갖는 정렬 기구(6)가 배치되어 있다. 웨이퍼 W가 탑재된 탑재대(5)는 X, Y, Z 및 θ 방향으로 이동이 가능하고, 정렬 기구(6)에 의해 제어되며, 웨이퍼 W와 프로브 카드(7)의 프로브 단자(예를 들면, 침)(7A)가 정렬된다. 정렬 후, 메인척(5)은 상승하여, 메인척(5)상에 탑재된 웨이퍼 W 상에 형성된 IC 칩의 전극과 프로브 단자(7A)가 전기적으로 접촉되고, 프로브 단자(7A)에 접속된 테스트 헤드 T를 거쳐 웨이퍼 W의 전기적 특성이 검사된다. 탑재대(5)에는 온도 조정 기구가 마련되어 있다. 이 온도 조정 기구에 의해, 웨이퍼 W의 온도는 예컨대 -50℃ 내지 +160℃의 넓은 범위로 설정될 수 있다. 웨이퍼 W는 상온 검사, 저온 검사 및 고온 검사를 받을 수 있다. 검사가 행해질 때에는, 온도 조절 기구에 의해 탑재대(5)가 소정의 검사 온도로 설정된다. 해당 탑재대(5)상에 탑재된 웨이퍼 W는 정렬 기구(6)에 의해, 탑재대(5)가 X, Y 방향으로 이동되고, 웨이퍼 W 상에 형성된 IC 칩의 전극과 프로브 단자(7A)의 정렬이 행해진다. 정렬된 탑재대(5)는 상승되고, 웨이퍼 W 상에 형성된 IC 칩의 전극과 프로브 단자(7A)가 전기적으로 접촉된다. 프로브 단자(7A), 테스트 헤드 T를 거쳐 IC 칩의 전극과 테스트부가 접속되어, IC 칩의 전기적 특성이 검사된다. 프로브 카드(7)는 프로버실(2)의 상부면을 형성하는 헤드 플레이트(8)에 착탈 가능하게 부착되어 있다.
상기 탑재대(5)는 도 11에 도시하는 바와 같이 개별적으로 X 방향, Y 방향으로 왕복 이동하는 X 및 Y 스테이지(9)(설명의 편의상, X 스테이지, Y 스테이지를 일체적인 것으로 하여 도시해 놓음)에 설치되고, X, Y 스테이지(9)의 이동에 의해, 상술한 바와 같이 X 방향, Y 방향으로 왕복 이동된다. 탑재대(5)를 Z 방향으로 이동시키기 위한 승강 기구(10)는 도 13에 모식적으로 도시하는 바와 같이, X, Y 스테이지(9)에 설치된다. 이 승강 기구(10)는, 예를 들면 통상의 용기(10A) 내에 마련된 모터(10B)와, 이 모터(10B)에서 회전하는 볼나사(10C)와, 이 볼나사와 나사 결합한 너트 부재(도시하지 않음)를 가지며, 볼나사(10C)의 회전에 의해 너트 부재를 거쳐 탑재대(5)가 동일 도면의 화살표 Z 방향으로 승강된다. 검사시의 메인척(5)의 승강 거리는 종래 공지된 바와 같이(도 1), 예를 들면 정렬 기구(6)의 상부 카메라(6A), 하부 카메라(6B) 및 타겟(6C)을 이용하여 측정된다. 이 측정 데이터에 근거하여, 승강 기구(10)가 구동된다. 상부 카메라(6A), 하부 카메라(6B)를 이용하여 프로브침(7A), 타겟(6C) 및 웨이퍼 W가 각각 촬상되고, 각각의 촬상 위치에 있어서의 탑재대(5)의 위치 좌표 데이터에 근거하여 상술한 승강 거리가 산출된다.
웨이퍼 사이즈가 현재의 6인치 또는 8인치 내지 12인치인 시대에 있어서는, 웨이퍼 사이즈가 커질 뿐만 아니라, 집적 회로가 초미세화되고, 전극 패드간의 피치도 점점 좁게 된다. 이 때문에, 종래의 프로브 장치는 여러가지 해결하지 않으면 안되는 문제점을 갖는다. 예를 들면, 웨이퍼 W의 주연 근방에 있는 IC 칩을 검사할 때에는, 예를 들면 수 kg이라는 큰 편하중(unbalanced load)이 탑재대(5)에 작용한다. 이 현상은 복수의 칩을 동시에 검사하는 등으로 인하여, 프로브 단자(7A) 등의 단자수가 증가됨에 따라 점점 더 현저하게 된다. 도 13에 있어서, 일점쇄선으로 과장하여 도시한 바와 같이, 탑재대(5)가 경사짐에 따라, 또한 X, Y 스테이지(9)가 굽어짐에 따라, 복수의 프로브 단자(7A)와 웨이퍼 W 상의 IC 칩의 전극 사이의 접촉압(침압)에는 편차가 발생한다. 이 때문에, 검사의 신뢰성이 저하될 우려가 있다. 웨이퍼 사이즈가 12인치로 되면, 탑재대의 중심에서부터 작용점까지의 거리가 종래보다도 길어진다. 탑재대(5)의 경사는 점점 현저하게 되어, 복수의 프로브 단자(7A)간의 접촉압 편차가 현저하게 된다. 경우에 따라서는, 웨이퍼 W 상의 IC 칩의 전극과 접촉할 수 없는 프로브 단자(7A)도 발생한다. 검사의 신뢰성은 현저히 저하될 우려가 있다.
종래의 프로브 장치에 있어서는, 탑재대(5)상의 웨이퍼 W와 프로브 단자(7A)간의 거리는, 정렬 기구(6)의 카메라(6A, 6B)의 초점 심도(the depth of focus)를 이용하여 구해진다. 카메라(6A, 6B)의 초점을 맞추는 것에 의한 거리 측정에는 그 자체에 한계가 있다. 통상 10㎛ 이상의 측정 오차가 있다. 12인치 사이즈의 웨이퍼에 있어서는, IC 칩의 집적도가 현저하게 높아지고, 절연층, 배선층 등의 막두께가 점점 박막화된다. 예를 들면 멤브레인 콘택터(membrane contactor) 또는 종래의 텅스텐 침과 같은 콘택터는 높이 방향의 편차를 흡수할 수 없어, 높이방향의 정밀도(사용 범위)가 한정된다. 이러한 콘택터에 있어서는, 웨이퍼 W와 프로브 단자(7A) 사이의 거리 측정에 있어서, 1O㎛ 이상의 측정 오차가 발생하면, 프로브 단자의 접촉압은 크게 영향을 받는다. 침압을 적절히 제어하는 것이 어렵게 된다. 상술한 탑재대(5)의 경사와 더불어, 극단적인 경우에는 부분적으로 과대한 접촉압이 프로브 단자에 가해져, 프로브 단자 및 IC 칩이 손상을 입을 우려가 있다.
본 발명은 상기한 과제 중 하나 또는 복수를 해결하기 위해서 이루어졌다. 본 발명의 목적은, 금후 피검사체의 구경(口徑)이 대구경화되더라도, 탑재대를 수평으로 유지하는 것에 의해, 복수의 프로브 단자와 피검사체를 균일한 접촉압으로 접촉시킴으로써, 검사의 신뢰성이 향상된 프로브 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 피검사체와 접촉 단자간의 거리 측정 오차를 적극 감소시킴으로써, 프로브 단자와 피검사체의 접촉압이 적절히 제어되어, 검사의 신뢰성을 한층 높일 수 있는 프로브 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 프로브 장치의 일 실시예에 있어서의 프로버실을 도시하는 평면도,
도 2는 도 1에 도시한 프로브 장치의 단면도,
도 3은 도 1에 도시한 프로브 장치의 제어계를 도시하는 구성도,
도 4는 본 발명의 프로브 장치의 다른 실시예에 있어서의 프로버실을 도시하는 평면도,
도 5는 도 4에 도시하는 프로브 장치의 단면도,
도 6은 본 발명의 프로브 장치의 또 다른 실시예의 프로버실을 도시하는 평면도,
도 7은 도 6에 도시하는 프로브 장치의 단면도,
도 8은 본 발명의 탑재대의 부양 수단을 구비한 프로브 장치의 실시예를 도시하는 단면도,
도 9는 본 발명의 다른 탑재대의 부양 수단을 구비한 프로브 장치의 실시예를 도시하는 단면도,
도 10a는 본 발명의 탑재대의 부양 수단 및 흡착 수단의 다른 실시예를 도시하는 단면도,
도 10b는 본 발명의 흡착 수단에 의해 탑재대를 승강체상에 착지시킨 상태를 도시한 도면,
도 11은 종래의 프로브 장치를 도시한 도면,
도 12는 도 11에 도시한 프로브 장치의 평면도,
도 13은 도 11에 도시한 프로브 장치의 탑재대를 모식적으로 도시한 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 프로버실12 : 탑재대
13 : 축부재14 : Y 스테이지
15 : 가이드 부재16 : X 스테이지
본 발명의 제 1 관점에 따르면, 프로버실의 상부에 유지된 프로브 단자를 갖는 프로브 카드와, 해당 프로브 카드의 아래쪽에 설치된 해당 피검사체를 탑재하기 위한 탑재대와, 해당 탑재대를 승강 가능하도록, 또한 수평 방향의 한 방향 및 그방향과 직교하는 수평 방향으로 이동 가능하게 지지하는 지지 기구와, 해당 지지 기구의 수평 방향의 이동을 제어하여, 해당 프로브 카드와 해당 탑재대상에 탑재된 해당 피검사체의 위치 정렬을 행하는 위치 정렬 기구와, 해당 탑재대를 해당 프로브 카드를 향해 승강시키는 탑재대 승강 기구와, 해당 피검사체와 해당 프로브 단자 사이의 거리를 측정하여, 해당 측정한 결과에 근거하여 해당 탑재대 승강 기구를 제어하는 제어 기구를 구비한, 피검사체의 전기적 특성을 검사하는 프로브 장치에 있어서, 상기 지지 기구는, 수평 방향의 한 방향으로 왕복 이동이 가능한 제 1 스테이지와, 해당 제 1 스테이지를 상기 한 방향으로 왕복 이동이 가능하게 지지함과 동시에, 상기 직교하는 수평 방향으로 왕복 이동이 가능한 제 2 스테이지와, 해당 탑재대의 하부에 고정된 적어도 1개의 축 부재와, 해당 제 1 스테이지에 설치된 해당 축 부재를 승강 가능하게 지지하는 가이드 부재를 구비하며, 상기 탑재대 승강 기구는, 상기 축 부재의 하부에 고정되고, 또한 상기 탑재대의 탑재면과 평행한 작용면을 갖는 승강 작용체와, 해당 승강 작용체의 해당 작용면과 미끄럼 운동이 자유롭도록 접촉하는 승강체와, 해당 프로브 카드의 소정 위치로부터 수직 하강한 연장선에 따라, 상기 승강체를 승강시키는 승강체 승강 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 프로브 장치가 제공된다.
본원 발명의 제 2 관점에 따르면, 상기 프로브 장치에 있어서, 상기 제어 기구는 해당 탑재대에 탑재된 해당 피검사체의 표면과 해당 프로브 단자 사이의 거리를 측정하기 위하여, 해당 탑재대에 수평으로 마련된 거리 측정용 타겟과, 상기 타겟을 이용하여 해당 타겟과 해당 프로브 단자까지의 거리를 측정하는 제 1 광학적거리 측정기와, 상기 타겟을 이용하여 상기 타겟과 해당 피검사체의 표면까지의 거리를 측정하는 제 2 광학적 거리 측정기를 구비한 거리 측정 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 프로브 장치가 제공된다.
본원 발명의 제 3 관점에 따르면, 상기 프로브 장치에 있어서, 해당 탑재대의 하부에 고정된 축 부재를 복수의 축 부재로 한 것을 특징으로 하는 프로브 장치가 제공된다.
본원 발명의 제 4 관점에 따르면, 상기 프로브 장치에 있어서, 상기 탑재대 승강 기구는 상기 승강 작용체를 상기 승강체에 의해 부양시키는 부양 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 프로브 장치가 제공된다.
본원 발명의 제 5 관점에 따르면, 상기 프로브 장치에 있어서, 상기 부양 기구는 상기 승강체 승강 기구에 마련한 전자석(電磁石)과, 상기 전자석에 대향하는 위치에 있어서, 상기 승강 작용체내에 마련된 영구 자석을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치가 제공된다.
본원 발명의 제 6 관점에 따르면, 상기 프로브 장치에 있어서, 상기 부양 기구는 상기 승강체 승강 기구에 마련한 전자석과, 적어도 상기 전자석에 대향하는 위치에 있어서, 상기 승강 작용체내에 마련된 자성체를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치가 제공된다.
본원 발명의 제 7 관점에 따르면, 상기 프로브 장치에 있어서, 상기 부양 기구는 상기 승강체 승강 기구 및 상기 승강 작용체 중 적어도 하나에 마련된 압축 기체를 분사하는 분사 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치가 제공된다.
본원 발명의 제 8 관점에 따르면, 상기 프로브 장치에 있어서, 상기 승강체는 그 상면에 상기 승강 작용체의 하면의 경사를 모방하여 경사지는 모방 기구(profiling mechanism)를 구비한 것을 특징으로 하는 프로브 장치가 제공된다.
본원 발명의 제 9 관점에 따르면, 상기 프로브 장치에 있어서, 상기 부양 기구는 상기 분사 기구가 압축 기체의 분사를 정지할 때, 상기 승강 작용체를 상기 승강체에 착지시키는 인장력(attraction force)을 상기 승강 작용체에 인가하는 전자 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 프로브 장치가 제공된다.
본원 발명의 제 10 관점에 따르면, 프로버실의 상부에 유지된 프로브 단자를 갖는 프로브 카드와, 해당 프로브 카드의 아래쪽에 설치된 해당 피검사체를 탑재하기 위한 탑재대와, 해당 탑재대를 승강 가능하게, 또한 수평 방향의 한 방향 및 그 방향과 직교하는 수평 방향으로 이동이 가능하게 지지하는 지지 기구와, 해당 스테이지의 수평 방향의 이동을 제어하여, 해당 프로브 카드와 해당 탑재대상에 탑재된 해당 피검사체의 위치 정렬을 행하는 위치 정렬 기구와, 해당 탑재대를 해당 프로브 카드를 향해 승강시키는 탑재대 승강 기구와, 해당 피검사체와 해당 프로브 단자 사이의 거리를 측정하여, 해당 측정한 결과에 근거하여 해당 탑재대 승강 기구를 제어하는 제어 기구를 구비한 피검사체의 전기적 특성을 검사하는 프로브 장치에 있어서, 상기 제어 기구는 해당 탑재대에 탑재된 해당 피검사체의 표면과 해당 프로브 단자 사이의 거리를 측정하기 위해서, 해당 탑재대에 수평으로 마련된 거리측정용 타겟과, 상기 타겟을 이용하여 해당 타겟과 해당 프로브 단자까지의 거리를 측정하는 제 1 광학적 거리 측정기와, 상기 타겟을 이용하여 상기 타겟과 해당 피검사체의 표면까지의 거리를 측정하는 제 2 광학적 거리 측정기를 구비한 거리 측정 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치가 제공된다.
본원 발명의 제 11 관점에 따르면, 상기 프로브 장치에 있어서, 상기 제 2 광학적 거리 측정기는 해당 피검사체 표면의 요철 분포를 포함하여 상기 타겟과 해당 피검사체의 표면까지의 거리를 측정하고, 상기 제어 기구는 해당 제 2 광학적 거리 측정기의 상기 측정 결과에 근거하여, 상기 탑재대 승강 기구의 승강 거리를 제어하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치가 제공된다.
본원 발명의 제 12 관점에 따르면, 프로버실의 상부에 유지된 프로브 단자를 갖는 프로브 카드에 대하여, 탑재대를 수평 방향의 한 방향 및 그 방향에 직교하는 수평 방향으로 수평 이동시켜, 탑재대에 탑재된 피검사체를 프로브 단자에 대하여 위치 정렬하는 공정과, 상기 탑재대를 프로브 단자를 향해 상승시키는 공정과, 해당 상승시키는 공정에 의해 해당 탑재대에 탑재된 해당 피검사체의 전극을 해당 프로브 단자에 접촉시키는 공정과, 해당 프로브 단자를 거쳐 측정용 신호를 해당 피검사체에 송수신함으로써, 해당 피검사체의 전기적 특성을 검사하는 공정을 구비한 프로브 방법에 있어서, 프로브 단자를 향해 상기 탑재대를 상승시키는 공정은, 상기 탑재대의 하부에 고정적으로 연결된 승강 작용체의 해당 탑재대의 탑재면과 평행한 작용면에 미끄럼 운동이 자유롭게 접촉된 승강체를 해당 프로브 카드의 소정 위치로부터 수직 하강한 연장선을 따라 승강체 승강 기구에 의해 승강시킴으로써실시되는 것을 특징으로 하는 프로브 방법이 제공된다.
본원 발명의 제 13 관점에 따르면, 프로버실의 상부에 유지된 프로브 단자를 갖는 프로브 카드에 대하여, 탑재대를 수평 방향의 한 방향 및 그 방향에 직교하는 수평 방향으로 수평 이동시켜, 탑재대에 탑재된 피검사체를 프로브 단자에 대하여 위치 정렬하는 공정과, 상기 탑재대를 프로브 단자를 향해 상승시키는 공정과, 해당 상승시키는 공정에 의해 해당 프로브 단자에 해당 피검사체의 전극을 접촉시키는 공정과, 해당 프로브 단자를 거쳐 측정용 신호를 해당 피검사체에 송수신함으로써, 해당 피검사체의 전기적 특성을 검사하는 공정을 구비한 프로브 방법에 있어서, 상기 피검사체가 탑재된 탑재대를 상승시키는 공정은, 제 1 광학적 거리 측정기에 의해, 해당 탑재대에 수평으로 마련된 거리 측정용 타겟과 해당 프로브 단자까지의 거리를 측정하는 공정과, 제 2 광학적 거리 측정기에 의해, 상기 타겟과 해당 피검사체의 표면까지의 거리를 측정하는 공정과, 상기 양 공정에 의해 측정된 상기 양 거리로부터, 해당 프로브 단자와 해당 피검사체 사이의 거리를 구하는 공정과, 상기 공정에 의해 구해진 해당 프로브 단자와 해당 피검사체 사이의 거리에 근거하여, 해당 탑재대를 피검사체를 향해 상승시키는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 프로브 방법이 제공된다.
첨부한 도면은, 명세서의 일부와 연휴(連携)하여, 또한 일부를 구성하며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다. 그리고, 해당 도면은 상기에서 기술한 일반적인 기술과 이하에 기술하는 바람직한 실시예에 관한 상세한 설명에 의해 본 발명의 설명에 기여할 것이다.
이하, 도 1∼도 10에 나타내는 실시예에 근거하여 본 발명을 설명한다.
본 발명의 프로브 장치 및 프로브 방법은 프로브 단자를 사용하여, 피검사체의 전기적 특성을 검사하는 프로브 장치 및 프로브 방법에 적용될 수 있다. 여기서는, 설명의 편의상, 반도체 웨이퍼상에 형성된 IC 칩의 전기적 특성을 검사하기 위한 프로브 장치 및 프로브 방법에 근거하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일실시예의 프로브 장치는 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 프로버실에 그 특징을 갖는다. 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 프로버실(11)내에는, 예를 들면 12인치의 웨이퍼 W를 탑재하는 탑재대(12)가 배치되어 있다. 이 탑재대(12)는 도 2에 도시하는 바와 같이 하면 중앙으로부터 수직 하강하는 축 부재(13)를 갖는다. 이 축 부재(13)는 가이드 부재(15)를 거쳐 승강 가능하게 Y 스테이지(14)에 지지되어 있다. 즉, Y 스테이지(14)의 중앙 구멍에는 가이드 부재(15)가 장착되고, 또는 일체적으로 구성되어, 이 가이드(15)를 축 부재(13)가 승강할 수 있도록 관통하고 있다. 축 부재(13)와 함께 탑재대(12)는 Y 스테이지(14)에 대하여 승강 가능하도록 장착되어 있다.
Y 스테이지(14)는, X 스테이지(16)의 상면에 있어서 Y 방향으로 왕복 이동이 가능하게 배치되어 있다. 즉, X 스테이지(16) 상면의 좌우 양 단부에는, Y 방향을 따라서 한 쌍의 가이드 레일(이하,「Y 가이드 레일」이라고 함)(17)이 배치되어 있다. Y 스테이지(14) 하면의 좌우 양 단부에 장착된 계합 부재(engaging member)(17A)(도 2 참조)는 이들 Y 가이드 레일(17)과 계합되어 있다. X 스테이지(16) 상면에는, Y 방향의 볼나사(이하,「Y 볼나사」라고 함)(18)가 좌측의Y 가이드 레일(17) 근방에 배치되어 있다. 이 Y 볼나사(18)는 모터(19)에 의해 정/역회전(the forward or reverse rotation)된다. Y 스테이지(14) 하면에 부착된 너트 부재(18A)가 Y 볼나사(18)에 나사 결합되고, Y 볼나사(18)의 정/역회전에 따라서 Y 스테이지(14)는 X 스테이지(16)상에서 Y 방향으로 왕복 이동된다.
X 스테이지(16)는 프로버실(11)의 기대(base plate)(20)상에서 X 방향으로 왕복 이동이 가능하게 배치되어 있다. 기대(20) 상면의 Y 방향의 양 단부에는 X 방향을 따라서 한 쌍의 가이드 레일(이하,「X 가이드 레일」이라고 함)(21)이 배치되어 있다. X 스테이지(16)의 Y 방향의 양 단부에 장착된 결합 부재(21A)가 이들 X 가이드 레일(21)과 계합되어 있다. 기대(20) 상면에는 X 방향의 볼나사(이하,「X 볼나사」라고 함)(22)가 도 1 하측에 도시한 X 가이드 레일(21)의 근방에 배치되고, 이 X 볼나사(22)는 모터(23)에 의해 정/역회전된다. X 볼나사(22)에 X 스테이지(16) 하면에 장착된 너트 부재(도시하지 않음)가 나사 결합되고, X 볼나사(22)의 정/역회전에 의해 X 스테이지(16)가 기대(20)상에서 X 방향으로 왕복 이동한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 기대(20)의 대략 중앙에는 탑재대(12)를 승강시키는 탑재대 승강 기구(24)가 X 스테이지(16)의 아래쪽에 배치되어 있다. 이 탑재대 승강 기구(24)는 기대(20) 오목부의 저면에 고정된 모터(24A)와, 이 모터(24A)에 의해 정/역회전되는 볼나사(24B)와, 이 볼나사(24B)와 나사 결합하는, 예를 들면 직사각형 형상의 너트 부재로 이루어지는 승강체(24C)와, 해당 승강체(24C)가 승강하기 위한 가이드 부재(24D)를 갖고 있다. 이 모터(24A)는 도 3에 도시하는드라이버(24F)에 입력된 제어값에 근거하여 구동된다. 승강체(24C) 상면의 중심(볼나사(24B) 축심의 연장선상에 위치함)에는 볼(24E)이 회전이 자유롭도록 매설(埋設)되어 있다. 볼(24E)의 일부는 상면으로부터 돌출되어, 탑재대(12)로부터 수직 하강하는 축 부재(13) 하단에 수평으로 고정된 승강 작용체(이하,「접촉체」라고 함)(25)의 하면에 미끄럼 운동이 자유롭도록 접촉하고 있다. 이 접촉체(25)의 하면은 승강체(24C)가 미끄럼 운동하는 면(접촉면)이다. 이 접촉면은 탑재대(12)의 탑재면(상면)과 평행하게 되어 있다. 승강 기구(24)의 승강체(24C)가 일정한 높이로 유지되는 것에 의해, 탑재대(12)의 탑재면도 동일면내를 평행 이동할 수 있다. 접촉체(25)의 하면은 탑재대(12)가 X, Y 방향의 어느 장소까지 이동되더라도, 승강 기구(24)의 볼(24E)이 접촉하기에 충분한 크기로 되어 있다. 따라서, 탑재대(12)는 접촉체(25)가 항상 승강 기구(24)의 볼(24E)과 접촉한 상태에서, X, Y, Z 및 θ 방향으로 왕복 이동된다. 접촉체(25)는 항상 승강체 기구(24)의 볼(24E)과 접촉되기 때문에, 승강 기구(24)에 의해서 승강체(24C)가 승강됨에 따라 탑재대(12)도 승강된다. 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이 탑재대(12)는 그 탑재면이 θ 회전 기구(26)에 의해 θ 방향으로 정/역회전될 수 있다.
볼나사(24B)의 축심으로부터 바로 위로 연장된 선상에 프로브 카드(27)의 검사 중심이 위치되는 것이 바람직하다. 프로브 카드(27)의 프로브 단자가 피검사체의 전극에 접촉함으로써, 해당 프로브 단자로부터 탑재대(12)에 하중이 작용하면, 항상 그 바로 아래에서 볼(24E)에서부터 접촉체(25)로 역방향의 하중이 작용한다. 따라서, 웨이퍼 W의 주연부 근방의 칩을 검사할 때에는, 프로브 카드(27)로부터 탑재대(12)에 편하중이 부가되어, 축 부재(13)를 지점으로 하여 벤딩 모멘트가 작용하더라도, 승강 기구(24)의 볼(24E)로부터도 접촉체(25)에 대하여 역방향으로 동일한 크기의 편하중이 부가되어, 축 부재(13)를 지점으로 한 역방향의 벤딩 모멘트가 작용한다. 이 역방향의 벤딩 모멘트에 의해 프로브 카드(27)로부터의 벤딩 모멘트는 상쇄되어, 탑재대(12)의 경사는 확실히 방지된다. 그 결과, 탑재대(12)로부터 Y 스테이지(14)에 대한 편하중이 없어져, Y 스테이지(14), X 스테이지(16) 등의 강성(剛性)은 경감될 수 있다. 리니어 모터와 같은 고정밀도의 X, Y 테이블 구조가 채용된 경우에도, X, Y 테이블에는 하중이 부가되지 않기 때문에, 하중시의 위치를 고정밀도로 유지할 수 있다.
프로버실(11)내에는 정렬 기구(28)가 배치되어 있다. 이 정렬 기구(28)는 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이 탑재대(12)의 주위면에 고정된 하부 카메라(28A)와, 프로버실(11)의 상면 근방에 X 방향을 따라서 배치되고, 또한 Y 방향으로 왕복 이동이 가능한 정렬 브릿지(28B)와, 정렬 브릿지(28B)의 길이 방향 중앙부에 고정된 상부 카메라(28C)와, 양 카메라(28A, 28C)의 타겟(도시하지 않음)을 갖고 있다. 그리고, 종래와 같이 하부 카메라(28A)는 프로브 카드(27)의 프로브침을 촬상하고, 상부 카메라(28C)는 탑재대(12)상의 웨이퍼 W를 촬상한다. 이 때의 각각의 좌표 위치는 도 3에 도시하는 콘트롤러(29)에 입력되고, 이들의 입력값에 근거하여 콘트롤러(29)는 웨이퍼 W와 프로브침의 위치 관계를 산출한다. 이 위치 관계에 근거하여 탑재대(12)는 구동 제어되고, 웨이퍼 W와 프로브침이 정렬된다. 기대(20)의 네 코너부에는, 지주(30)가 세워져 마련되어 있다. 이들 지주(30) 사이에는, 정렬 브릿지(28B)가 계합되는 가이드 레일(28D)을 지지하는 지지 부재(28E)가 가설되어 있다. 좌측의 지지 부재(28E)에는 가이드 레일(28D)과 평행한 볼나사(28F)가 배치되고, 정렬 브릿지(28B) 하면의 너트 부재(28G)가 볼나사(28F)와 나사 결합되어 있다. 그리고, 모터(도시하지 않음)에 의해 정/역회전하는 볼나사(28F)를 거쳐, 정렬 브릿지(28B), 즉 상부 카메라(28C)는 탑재대(12) 윗쪽으로 Y 방향으로 왕복 이동한다.
도 1∼도 3에 도시하는 바와 같이, 탑재대(12)에는 거리 측정용 타겟(이하, 간단히「타겟」이라고 함)(31)이 수평으로 마련되어 있다. 이 타겟(31)을 이용하여, 웨이퍼 W와 프로브 단자(예를 들면, 범프 단자)(27A) 사이의 거리를 측정하는 광학적 거리 측정기(예를 들면, 레이저 거리 측정기)(32)가 마련되어 있다. 타겟(31)은 도 2에 도시하는 바와 같이 탑재대(12)의 주위면으로부터 수평으로 돌출되어 나오도록 설치된다. 또한, 이 타겟(31)은 측정시에 탑재대(12)의 주위면으로부터 수평으로 돌출되어 나오는 구조이어도 무방하다. 레이저 거리 측정기(32)는 탑재대(12)에 인접하여 Y 테이블(14)에 윗쪽을 향하여 배치된 하측 레이저 거리 측정 센서(32A)와, 정렬 브릿지(28B)에 아랫쪽을 향해 배치된 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)와, 각 레이저 거리 측정 센서(32A, 32B)의 거리 측정값에 근거하여 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A) 사이의 거리를 산출하는 연산기(32C)를 구비하고 있다. 타겟(31)은 두께를 정확히 알 수 있는 것을 사용한다. 하측 레이저 거리 측정 센서(32A)는 탑재대(12)에 장착되어도 무방하다.
레이저 거리 측정기(32)를 이용하여 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A) 사이의 거리 및 웨이퍼 표면의 요철 분포가 아래와 같이 하여 측정된다. 타겟(31)이 하측 레이저 거리 측정 센서(32A) 바로 위에 수평으로 돌출되어 나온 상태에서, 탑재대(12)는 X, Y 테이블(16, 14)을 거쳐 이동됨과 동시에, 정렬 브릿지(28B)가 소정 위치까지 이동되어, 타겟(31)이 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)의 밑에 위치된다. 이 위치에서, 하측 레이저 거리 측정 센서(32A)에 의해 양자(32A, 31)간의 거리가 측정된다. 이와 병행하여, 혹은 그 후에, 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)에 의해 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)와 타겟(31) 사이의 거리가 마찬가지로 측정된다. 이들의 측정 결과 및 타겟(31)의 두께에 근거하여, 양 레이저 거리 측정 센서(32A, 32B) 사이의 거리가 수 미크론의 오차내에서 구해진다.
탑재대(12)가 이동되어, 하측 레이저 거리 측정 센서(32A)가 프로브 카드(27)의 소정 위치의 바로 아래에서 정지된다. 이 위치에서 하측 레이저 거리 측정 센서(32A)에 의해 하측 레이저 거리 측정 센서(32A)와 프로브 단자(27A) 사이의 거리가 측정된다. 탑재대(12)가 이동되고, 웨이퍼 W가 상측 레이저 거리 측정 센서(32B) 바로 아래에 위치된다. 이 위치에서 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)에 의해 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)와 웨이퍼 W 사이의 거리가 측정된다. 연산기(32C)는 양 레이저 거리 측정 센서(32A, 32B)의 각 거리 측정 데이터를 순차적으로 수취하고, 이들 거리 측정 데이터에 근거하여 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A) 사이의 거리가 산출된다. 웨이퍼 W의 각 칩과 프로브 단자(27A) 사이의 거리가 연속적으로 측정됨으로써, 연산기(32C)는 웨이퍼 W 표면의 요철 상태의 맵을 작성할 수 있다.
연산기(32C)는 보정기(33)에 접속되어 있다. 레이저 거리 측정기(32)에 의해 구해진 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A) 사이의 거리 및 웨이퍼 W 표면의 요철 데이터가 보정기(33)에 각각 입력된다. 보정기(33)는 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A) 사이의 거리를 해당 요철 데이터에 따라 보정하는 프로그램을 갖고 있다. 이 보정값에 근거하여 승강 기구(24)는 구동되고, 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A)의 접촉압이 최적값으로 제어된다.
상기 탑재대(12)는 또, 온도 조정 기구를 구비할 수 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 탑재대(12)내에는 냉매의 통로(12A)가 형성되고, 이 냉매 통로(12A)의 개구부에 냉매 배관(12B)이 접속되어, 펌프(12C)에 의해 통로(12A)와 냉매 배관(12B) 사이를 냉매가 순환함에 따라 탑재대(12)는 소정의 저온까지 냉각된다. 이 냉매는 냉각기(34) 및 열교환기(35)에 의해 냉각된다. 이 냉각기(34)는 도 3에 도시하는 바와 같이 냉동 사이클을 구성하는 압축기(34A), 응축기(34B) 및 팽창기(34C)를 갖고 있다. 탑재대(12)내에는, 예를 들면 면(面)히터(12D)가 내장되어 있다. 이 면히터(12D)에 의해 탑재대(12)는 소정의 고온까지 가열된다.
탑재대(12)내에는, 온도 센서(36)가 장착되어 있다. 이 온도 센서(36)에 의해 탑재대(12)의 온도가 검출된다. 이 온도 센서(36)는 A/D 변환기(37)를 거쳐 보정기(33)에 접속된다. 온도 센서(36)에 의해 측정한 온도 데이터는 보정기(33)로 입력된다. 보정기(33)는 온도 데이터에 근거하여, 탑재대(12)의 치수 변화를 그 재질의 물성 데이터를 고려하여 예측·보정하기 위한 프로그램을 갖고 있다. 이 보정값에 근거하여, 승강 기구(24)는 구동되고, 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A)의 접촉압은 최적값으로 제어된다. 프로브 단자(27A)는 웨이퍼 W와 열팽창율이 동일한 실리콘 기판상에 형성되어 있다. 그 때문에, 프로브 단자(27A)는 웨이퍼 W의 열팽창에 따라서, 검사 온도에 좌우되는 일 없이, 복수의 프로브 단자(27A)가 웨이퍼 W 상의 전극과 위치 어긋남 없이 확실히 접촉된다.
다음에 동작에 대하여 설명한다. 도시하지 않은 로더실로부터 사전 정렬된 웨이퍼 W는 프로버실(11)내의 탑재대(12)상에 탑재된다. 정렬 기구(28)에 의해, 탑재대(12)는 X, Y 테이블(14, 16)을 거쳐 X, Y 방향으로 이동됨과 동시에, θ 구동 기구(26)에 의해서 θ 방향으로 정/역회전되어, 탑재대(12)상의 피검사체(웨이퍼 W)와 프로브 카드(27)의 프로브 단자(27A)가 정렬된다. 레이저 거리 측정기(32)가 작동되어, 프로브 카드(27)의 프로브 단자(27A)와 웨이퍼 W 사이의 거리가 수 미크론 정도의 오차내에서 측정된다.
탑재대(12)가 X, Y 테이블(14, 16)을 거쳐 이동됨과 동시에, 정렬 브릿지(28B)가 소정 위치까지 이동되어, 타겟(31)이 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)의 바로 아래에 위치된다. 이 위치에서 하측 레이저 거리 측정 센서(32A)로부터 레이저 광이 타겟(31)에 조사되어 양자(32A, 31)간의 거리가 측정된다. 이와 병행하거나, 또는 이 후에 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)에 의해 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)와 타겟(31) 사이의 거리가 마찬가지로 측정된다. 이들의 측정 결과 및 타겟(31)의 두께로부터 양 레이저 거리 측정 센서(32A, 32B) 사이의 거리가 수 미크론의 오차내에서 정확하게 구해진다. 탑재대(12)가 이동되고, 하측 레이저 거리 측정 센서(32A)가 프로브 카드(27)의 소정의 프로브단자(27A)의 바로 아래에서 정지된다. 이 위치에서 하측 레이저 거리 측정 센서(32A)에 의해 하측 레이저 거리 측정 센서(32A)와 프로브 단자(27A) 사이의 거리가 측정된다. 탑재대(12)가 이동되어, 웨이퍼 W가 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)의 바로 아래에 위치된다. 이 위치에서 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)에 의해 상측 레이저 거리 측정 센서(32B)와 웨이퍼 W 사이의 거리가 측정된다.
온도 센서(36)는 탑재대(12)의 온도를 측정한다. 연산기(32C)는 양 레이저 거리 측정 센서(32A, 32B)로부터의 거리 측정 데이터에 근거하여, 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A) 사이의 거리를 산출한다. 웨이퍼 W의 각 칩과 프로브 단자(27A) 사이의 거리가 연속적으로 측정되는 것에 의해 연산기(32C)에 있어서 웨이퍼 W 표면의 요철 상태의 맵이 작성된다. 이 요철 데이터에 근거하여, 보정기(33)는 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A) 사이의 거리를 보정하며, 온도 센서(36)의 측정값에 근거하여 현재 온도에 대한 탑재대(12)의 치수를 보정한다. 웨이퍼 W의 검사가 행해질 때, 보정기(33)의 보정값은 승강 기구(24)의 드라이버(24F)에 취입된다. 드라이버(24F)는 이 보정값에 근거하여 모터(24A)를 제어한다. 탑재대(12)는 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A)의 접촉 위치까지 승강하고, 웨이퍼 W가 프로브 단자(27A)에 최적의 접촉압으로 접촉하여 소정의 검사가 행해진다.
웨이퍼 W의 검사가 행해질 때, 탑재대(12)는 X, Y 테이블(14, 16)을 거쳐 X, Y 방향으로 이동되고, 검사 위치가 프로브 단자(27A)의 바로 아래에서 정지된다. 승강 기구(24)가 구동되어, 탑재대(12)가 상승되고, IC의 칩 전극과 프로브단자(27A)가 접촉되어 소정의 검사가 행해진다. 해당 검사 후, 탑재대(12)는 하강되어 탑재대(12)는 X, Y 테이블(14, 18)을 거쳐 X, Y 방향으로 순차 이동된다. 웨이퍼 W의 각 칩이 승강 기구(24)를 거쳐 상승되어, 다음 검사가 순차적으로 실행된다.
웨이퍼 W의 주연부의 칩이 검사될 때, 프로브 단자(27A)로부터 탑재대(12)에 대하여 편하중이 작용된다. 그러나, 본 실시예의 프로브 장치에서는, 프로브 카드(27)의 검사 중심의 바로 아래에서 탑재대(12)에 고정된 접촉체(25)가 지지되어 있기 때문에, 탑재대(12)에 작용하는 편하중은 승강체(24C)로부터 접촉체(25)에 작용하는 편하중에 의해 상쇄된다. 탑재대(12)가 경사지는 것이 방지되어, 검사중에도 탑재대(12)는 항상 수평으로 유지될 수 있다. 복수의 프로브 단자(27A)는 균일한 접촉압으로 웨이퍼 W와 접촉되어, 항상 안정되고, 신뢰성 있는 검사가 행해진다. 프로브 단자(27A)의 접촉압은 상술한 바와 같이 최적값으로 제어되기 때문에, 그 결과 웨이퍼 W에 무리한 접촉압은 인가되지 않아 웨이퍼 W가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 프로브 카드(27)의 검사 중심으로부터 아랫쪽으로 연장된 연장선에, 그 축심을 일치시킨 승강체(24C)를 갖는 탑재대 승강 기구(24)가 마련된다. 이 탑재대 승강 기구(24)의 승강체(24C)와 항상 접촉되도록 승강 작용체(접촉체)(25)가 탑재대(12) 하면 중앙으로부터 아래쪽으로 고정된 축 부재(13)에 연결된다. 접촉체(25)의 하면은 탑재대(12)의 탑재면과 평행하게 된다. 12 인치 웨이퍼의 경우에도, 검사시에 탑재대(12)의 탑재면은 항상수평으로 유지되고, 복수의 프로브 단자(27A)와 웨이퍼 W는 항상 균일한 접촉압으로 확실히 접촉되어, 검사의 신뢰성은 높아진다. 탑재대(12)를 항상 수평으로 유지할 수 있으므로, X, Y 테이블(14, 16)의 강성을 경감시킬 수 있고, 경량화시킬 수 있으며, X, Y 테이블(14, 16)의 높이를 낮게 할 수 있고, 프로브 장치 본체의 높이도 낮게 할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 탑재대(12)에 거리 측정용 타겟(31)이 수평으로 마련된다. 이 타겟(31)을 이용하여, 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A) 사이의 거리가 레이저 거리 측정기(32)에 의해 측정되는 것에 의해, 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A) 사이의 거리는 수 미크론 정도의 오차내에서 측정된다. 프로브 단자(27A)의 접촉압은 최적값으로 제어되어, 웨이퍼 W의 손상이 방지될 수 있다.
레이저 거리 측정기(32)는 보정기(33)에 접속된다. 레이저 거리 측정기(32)에서 측정한 웨이퍼 W의 요철 데이터는 보정기(33)로 입력되고, 보정기(33)에 의해 해당 요철 데이터에 따라 웨이퍼 W와 프로브 단자(27A) 사이의 거리는 보정된다. 웨이퍼 W의 어느 위치에 있는 IC 칩을 검사할 때에도, 프로브 단자(27A)의 접촉압은 최적값으로 제어되어, 웨이퍼 W의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 프로브 장치는 도 4, 도 5에 도시하는 바와 같이 구성된 것이어도 무방하다. 이 프로브 장치는 X, Y 테이블의 가이드 레일의 구조를 달리하는 것 이외에는, 상기 실시예와 마찬가지로 구성되어 있다. 상기 실시예의 프로브 장치와 동일 또는 상당 부분에 동일 부호를 부여하고, 본 실시예의 특징 부분을 설명한다. 본 실시예에 있어서의 X, Y 테이블(14, 16)의 가이드 레일(17, 21)은 리니어 모터의 고정자(stator)에 의해 구성된다. 결합부(17A, 21A)가 전기자(armature)로서 구성된다. X, Y 테이블(14, 16)이 고정자로부터 부상되어, X, Y 방향으로 왕복 이동된다. 종래의 구조에 있어서는, 탑재대는 경사지기 때문에, X, Y 테이블의 구동 기구로서 리니어 모터는 채용될 수 없다. 본 실시예에서도, 도 4, 도 5에 도시하는 바와 같이 탑재대(12)는 검사중에 경사지는 일이 없기 때문에, X, Y 테이블(14, 16)의 구동 기구로서 리니어 모터가 채용될 수 있어, X, Y 테이블(14, 16)은 원활히 구동될 수 있다. 본 실시예의 프로브 장치도, 정렬 기구(28) 및 레이저 거리 측정기(32)를 구비하고 있지만, 도 4, 도 5에서는 생략되어 있다.
본 발명의 프로브 장치는 도 6, 도 7에 도시하는 바와 같이 구성된 것이어도 무방하다. 이 프로브 장치는 탑재대(12)의 구조가 상이한 것 이외에는, 도 4에 도시하는 프로브 장치와 마찬가지로 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 탑재대(12)와 접촉체(25)가 4개의 축 부재(13)에 의해 연결되어 있다. 접촉체(25)의 하면에 승강 기구(24)의 볼(24E)이 접촉하고 있다. 4개의 축 부재(13)는 각각 탑재대(12)의 중심에서 동일 거리만큼 사이를 두고 배치되어 있다. 본 실시예에 따르면, 검사시에 X, Y 테이블(14, 16)에 대하여 벤딩 모멘트는 거의 작용하지 않는다.
도 8은 본 발명의 프로브 장치의 또다른 실시예를 도시한 도면이다. 이 프로브 장치는 탑재대(12)를 승강체(24C)로부터 부양시키기 위한 부양 수단(40)을 갖고 있다. 부양 수단(40)에 의해서 접촉체(25)는 승강체(24C)와 비접촉 상태에서, 탑재대(12f)는 인덱스 이송(index feeding)된다. 이 부양 수단(40)은 도 8에 도시하는 바와 같이 승강체(24C)에 마련된 전자석(41A)과, 이 전자석(41A)과 대향하여접촉체(25)에 마련된 영구 자석(41B) 또는 자성체를 갖고 있다. 전자석(41A)은 도시하지 않은 여자(勵磁) 수단에 의해 여자되면 승강체(24C)의 상면측이 N극으로 되고, 승강체(24C)의 내측이 S극으로 된다. 한편, 영구 자석(41B)은 접촉체(25)의 하면측이 N극으로서 형성되고, 접촉체(25)의 내측이 S극으로서 형성되어 있다. 그 때문에, 여자 수단에 의해 전자석(41A)이 여자되는 경우, 승강체(24C) 상면이 접촉체(25) 하면과 동일한 N극으로 되어 양자가 반발해서, 동일 도면에 도시하는 바와 같이 탑재대(12)가 승강체(24C)로부터 δ(예를 들면, 10∼20㎛)만큼 부양된다. 전자석(41A)을 소자(消磁)한 경우에는, 승강체(24C)와 접촉체(25) 사이의 반발력이 없어져, 탑재대(12)가 접촉체(25)를 거쳐 승강체(24C)상에 착지한다. 따라서, 웨이퍼를 인덱스 이송할 때에는, 승강체(24C)의 전자석(41A)을 여자하여 탑재대(12)를 승강체(24C)로부터 부양시킨다. 웨이퍼가 인덱스 이송된 후, 전자석(41A)은 소자되고, 탑재대(12)는 승강체(24C)에 대하여 착지한다. 탑재대(12)는 인덱스 이송 위치에서 순간적으로 고정될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 경우에는, 웨이퍼를 인덱스 이송할 때 승강체(24C)와 접촉체(26)가 비접촉으로 되기 때문에, 양자간의 마찰에 의한 저항이 없는 매끄러운(smooth) XY 동작이 보장되어 높은 위치 결정 정밀도를 얻을 수 있음과 동시에, 이물질의 발생이 방지된다.
도 9∼도 10은 본 발명의 프로브 장치의 또다른 실시예를 도시한 도면이다. 본 실시예에서는 축 부재(13) 대신에 통체(筒體)(13A)가 이용된다. 이 통체(13A)의 상단에 탑재대(12)가 장착되어 있다. 이 통체(13A)의 하단에 접촉체(25A)가 장착되어 있다. 이 통체(18A)내에는, 웨이퍼의 교환시에 이용되는 3개의 핀(51)이핀 승강 기구(52)에 의해 승강 가능하게 마련되어 있다. 통체(13A)의 외측에는 통체(13A)를 승강 자유롭게 지지하는 지지 통체(13B)가 마련되어 있다. 지지 통체(13B)는 통체(13A)와 동일축으로 배치되어 있다. 이 지지 통체(13B)는 Y 테이블(14)에 형성된 구멍(14A)에 유극 상태로 장착된다. 상단의 플랜지(flange)와 Y 테이블(14) 사이에는 베어링(14B)이 개재되어 있다. 플랜지에는 θ 회전 기구(26)가 연결되고, 지지 통체(13B)는 베어링(14B)을 거쳐 θ 방향으로 정/역회전이 가능하도록 되어 있다. 지지 통체(13B)의 내면에는 LM 가이드 등의 가이드 부재(13C)가 둘레 방향 등간격으로 축 방향을 따라 배치되어 있다. 개체(13A)의 외주면에는 각 가이드 부재(13C)와 계합되는 가이드 블럭(13D)이 장착되어 있다. 통체(13A)는 가이드 부재(13C) 및 가이드 블럭(13D)을 거쳐 지지 개체(13B)내에서 승강한다. 상기 각 통체(13A, 13B)는, 예를 들면 알루미늄 주물 등에 의해 형성되고, 상기 접촉체(25A)는, 예를 들면 세라믹이나 경질 크롬 도금 처리 후 연마 완료 처리된 세라믹 등에 의해 형성되어 있다.
본 실시예의 승강체(24C)는 접촉체(25A)와의 접촉측에 배치된 부양 수단으로서 에어 베어링(24C)이 채용되어 있다. 이 에어 베어링(24G)의 하측에 기체(24H)가 배치되어, 이들 양자(24G, 24H)는 각각의 중심에 대향하여 형성된 오목부에 배치된 모방 기구(profiling mechanism)로서, 예를 들면 강철제(steel-made)의 볼(24I)을 갖고, 에어 베어링(24G)으로부터 분사되는 압축 공기에 의해서, 탑재대(12)는 에어 베어링으로부터 순간적으로(예컨대, 0.5초 정도) 부양된다. 에어 베어링(24G)은 볼(24I)을 거쳐 접촉체(25A)의 경사에 따라 자유롭게 경사된다.에어 베어링(24G)은 상면에서 분산되어 개구되는 내부 통로를 갖고, 공기 배관(24J)으로부터 내부 통로에 공급된 압축 공기가 상면의 개구로부터 분출된다.
따라서, 웨이퍼를 인덱스 이송할 때에는, 에어 베어링(24G)에 의해 탑재대(12)는, 예를 들면 10∼20㎛만큼 순간적으로 부양된 상태가 된다. 이 상태에서 탑재대(12)는 비접촉으로 인덱스 이송될 수 있다. 승강체(24C)와 접촉체(25A) 사이의 마찰에 의한 저항이 없는 매끄러운 XY 동작이 보장되어 높은 위치 결정 정밀도를 얻을 수 있음과 동시에 이물질의 발생은 방지될 수 있다. 웨이퍼의 인덱스 이송에 있어서, 접촉체(25)가 가령 조금이라도 경사하는 것이 있더라도, 에어 베어링(24G)은 볼(24I)을 거쳐 접촉체(25A)에 따라 경사하기 때문에, 부양 상태를 보유한 채로 탑재대(12)는 원활히 이동된다. 승강체(24C)와 접촉체(25A)의 불필요한 접촉은 방지되어, 접촉에 의한 저항이 없는 매끄러운 XY 동작이 보장되어 높은 위치 결정 정밀도를 얻을 수 있음과 동시에 이물질의 발생은 미연에 방지된다.
도 10a, 도 10b는 본 발명의 또다른 실시예를 나타내는 주요부 단면도이다. 본 실시예의 경우에는, 도 9에 도시하는 승강체(24C)에 전자석(24K)이 부설(附設)된다. 본 실시예는 접촉체(25A)가 자성체에 의해 형성되어, 전자석(24K)에 의해 접촉체(25A)가 잡아 당겨진다는 점 이외에는, 도 9에 도시하는 프로브 장치와 마찬가지로 구성되어 있다. 전자석(24K)에는 전원(24L) 및 스위치(24M)가 접속되어 있다. 이 스위치(24M)를 온으로 함으로써 전자석(24K)은 여자되고, 접촉체(25A)가 잡아 당겨진다. 웨이퍼를 인덱스 이송할 때에는, 도 10a에 도시하는 바와 같이,스위치(24M)를 차단한 상태에서 에어 베어링(24G)을 거쳐 탑재대(12)는 순간적으로 부양되며, 웨이퍼의 인덱스 이송 후에는 도 10b에 도시하는 바와 같이, 스위치(24M)가 온되어 전자석(24K)이 여자되고, 접촉체(25A)가 잡아 당겨지며, 인덱스 이송 위치에서 탑재대(12)는 승강체(24B)상에서 순간적으로(예컨대, 0.5초 정도) 착지 고정된다. 본 실시예의 경우에는, 인덱스 이송 후, 전자석(24K)에 의해서 탑재대(12)를 승강체(24C)에 대하여, 보다 신속히 착지시킬 수 있어, 처리량이 향상된다.
본 발명의 상기 제 1 관점에 따르면, 금후 피검사체가 대구경화되더라도, 검사시에 탑재대는 항상 수평으로 유지되어, 복수의 프로브 단자(침 등)와 피검사체는 균일한 접촉압으로 접촉될 수 있어, 검사의 신뢰성을 높일 수 있는 프로브 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 상기 제 2 관점에 따르면, 금후 피검사체가 대구경화되더라도, 검사시에 탑재대는 수평으로 유지되어, 복수의 프로브 단자(침 등)와 피검사체는 균일한 접촉압으로 접촉된다. 피검사체와 프로브 단자 사이의 거리 측정 오차는 적극 방지되고, 침압이 최적값으로 제어되어, 검사의 신뢰성은 더욱 높아진다.
또한, 본 발명의 상기 제 3 관점에 따르면, 탑재대에 편하중이 작용하더라도, X, Y 테이블에 대하여 벤딩 모멘트가 거의 작용하지 않는 프로브 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 상기 제 4, 5, 6, 7 관점에 따르면, 탑재대는 비접촉으로 인덱스 이송될 수 있고, 또한 이물질의 발생이 억제된 프로브 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 상기 제 8 관점에 따르면, 인덱스 이송시에 불필요한 이물질의 발생을 방지할 수 있는 프로브 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 상기 제 9 관점에 따르면, 인덱스 이송 후의 탑재대의 위치 결정이 신속히 실행될 수 있어, 처리량이 향상된 프로브 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 상기 제 10 관점에 따르면, 피검사체와 프로브 단자 사이의 거리 측정 오차가 적극 경감되고, 프로브 단자에 의한 압력은 최적값으로 제어되어, 검사의 신뢰성이 향상된 프로브 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 상기 제 11 관점에 따르면, 피검사체 표면의 요철에 좌우되는 일 없이, 피검사체와 프로브 단자의 접촉압이 일정하게 유지되는 프로브 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 상기 제 12 관점에 따르면, 금후 피검사체가 대구경화되더라도, 검사시에 탑재대는 항상 수평으로 유지되어, 복수의 프로브 단자(침 등)와 피검사체는 균일한 접촉압으로 접촉될 수 있어, 검사의 신뢰성을 높일 수 있는 프로브 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 상기 제 13 관점에 따르면, 피검사체와 프로브 단자 사이의 거리 측정 오차가 적극 경감되고, 프로브 단자에 의한 압력은 최적값으로 제어되어, 검사의 신뢰성이 향상된 프로브 방법이 제공된다.
본 발명은 상기 각 실시예에 하등 제한되지 않는다.
또한 특징 및 변경은, 해당 기술 분야의 당업자에게 있어서는 착상될 수 있는 바이다. 그러므로, 본 발명은 보다 넓은 관점에서 성립하는 것이며, 특정 상세및 본 명세서에 개시된 대표적인 실시예에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 첨부된 청구항에 정의된 넓은 발명 개념 및 그 균등물의 해석과 범위에 있어서, 거기에서 벗어나는 일 없이 여러가지 변경이 가능하다.
본원 발명에 있어서의 프로브 단자는 피검사체의 각 전극에 전기적으로 접촉할 수 있는 단자이면 어떠한 단자도 채용될 수 있다. 예를 들면, 침 형상의 단자, 범프 형상의 단자가 채용될 수 있다.
본원 발명에 있어서의 제 1 테이블 및 제 2 테이블은 소위 테이블 형상의 구조 부품에 한정되는 것이 아니다. 이들은 각각이 소정의 수평 방향으로 왕복 이동이 가능하고, 또한 양 테이블이 공동 작용함으로써 탑재대가 모든 수평 방향으로 왕복 이동할 수 있는 기구를 실현하는 구조 부품이면 된다.
본원 발명에 있어서의 축 부재는 탑재대 지지 기구에 승강 가능하게 지지되는 부재이면 어떠한 부재이어도 무방하고, 또한 승강 및 회전이 가능하게 지지되는 부재이어도 무방하다. 해당 축 부재는 원주 형상, 원통 형상, 각기둥 형상, 원뿔 형상 등의 여러가지 구조 부재로 이루어질 수 있다. 해당 축 부재의 표면은 매끄러운 표면, 혹은 홈 등의 요철을 갖는 표면으로 이루어질 수 있다. 축 부재의 수, 두께, 길이 등도 탑재대의 크기, 중량, 프로브 단자와 IC 칩의 접촉압 등을 고려하여 적절히 결정될 수 있다.
본원 발명에 있어서의 가이드 부재에 관하여, 해당 가이드 부재는 해당 축 부재를 승강 가능한 상태에서 제 1 테이블에 지지하는 부재이면 무방하다. 해당 가이드 부재는 제 1 테이블에 장착되는 구조이어도 무방하고, 혹은 제 1 테이블과일체적인 구조이어도 무방하다.
본원 발명에 있어서의 승강 작용체에 관해서는, 탑재대가 이동되는 소정의 범위내에서, 승강체에 의한 접촉·미끄럼 운동이 확보되는 어떠한 구조도 채용될 수 있다. 승강 작용체의 작용면의 크기, 형상, 재질 등은, 탑재대, 축 부재, 승강체의 구조 등에 따라 적절히 결정될 수 있다.
본원 발명에 있어서의 승강체로서, 상기에서 직사각형 형상의 너트 부재가 설명되었다. 그러나, 승강체의 형상은 어떤 형상이어도 무방하며, 원주 형상, 원통 형상, 각기둥 형상, 원뿔 형상 등의 여러가지 구조 부재가 채용될 수 있다. 승강 작용체의 하면이 승강체의 상부를 원활하게 미끄럼 운동하기 위한 기구로서, 상기 설명에서는 볼(24E)을 이용한 기구, 전자력을 이용한 기구, 에어 베어링을 이용한 기구가 설명되었다. 이들 기구에 있어서, 볼(24E)을 이용하는 형태, 전자력을 이용하는 형태, 에어 베어링을 이용하는 형태는, 당업자가 본 발명을 설계하여 실시할 때 적절히 결정할 수 있는 것이다. 또한, 이들 기구 이외에도, 상기 미끄럼 운동이 원활하게 실시될 수 있는 다른 기구도 채용될 수 있다.
본원 발명에 있어서의 승강체 승강 기구에 관한「해당 프로브 카드의 소정 위치로부터 수직 하강한 연장선에 따라 상기 승강체를 승강시킨다」에 있어서의, 「해당 프로브 카드의 소정 위치」는 프로브 카드의 검사 중심(프로브 단자가 탑재대에 탑재된 반도체 웨이퍼에 접촉할 때의 중심 위치)이 바람직하지만, 이 검사 중심 위치로부터 약간 벗어난 위치이어도 채용될 수 있다.
본원 발명에 있어서의 승강체 승강 기구에 관하여, 상기에서 설명된 볼나사를 이용한 기구 이외에도, 레버(lever)의 원리를 응용한 기구, 유압 또는 기체압을 응용한 기구 등 여러가지 승강 기구가 채용될 수 있다.
본원 발명에 있어서의 광학적 거리 측정기는 레이저 거리 측정기(32)에 한정되지 않고, 광을 이용한 거리 측정기이면 모두 채용될 수 있다.
상기한 설명에서는, 본 발명이 반도체 웨이퍼 상에 형성된 IC 칩의 전기적 특성을 검사하는 프로브 장치에 적용된 경우를 이용하여 실시예를 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이 경우에 한정되지 않고, 프로브 단자가 피검사체의 검사용 전극에 전기적으로 접촉하는 것에 의해, 피검사체의 전기적 특성이 검사되는 어떠한 경우에도 적용될 수 있다.
도 3의 설명에서는, 제어기(29)와 보정기(33)는 별개의 기기로서 도시되어 있지만, 이들은 1개의 기기로서 구성되는 것도 가능하다.
본 발명은, 피검사체의 구경이 대구경화되더라도, 탑재대를 수평으로 유지하는 것에 의해, 복수의 프로브 단자와 피검사체를 균일한 접촉압으로 접촉시킴으로써, 검사의 신뢰성이 향상된 프로브 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 피검사체와 접촉 단자간의 거리 측정 오차를 적극 감소시킴으로써, 프로브 단자와 피검사체의 접촉압을 적절히 제어하여, 검사의 신뢰성을 한층 높일 수 있는 프로브 장치를 제공한다.

Claims (13)

  1. 프로버실의 상부에 유지된 프로브 단자를 갖는 프로브 카드와,
    상기 프로브 카드의 아래쪽에 설치된 해당 피검사체를 탑재하기 위한 탑재대와,
    상기 탑재대를 승강 가능하게, 또한 수평 방향의 한 방향 및 그 방향과 직교하는 수평 방향으로 이동 가능하게 지지하는 지지 기구와,
    상기 지지 기구의 수평 방향의 이동을 제어하여, 상기 프로브 카드와 상기 탑재대상에 탑재된 상기 피검사체와의 위치 정렬을 행하는 위치 정렬 기구와,
    상기 탑재대를 상기 프로브 카드를 향하여 승강시키는 탑재대 승강 기구와,
    상기 피검사체와 상기 프로브 단자 사이의 거리를 측정하여, 해당 측정한 결과에 근거하여 상기 탑재대 승강 기구를 제어하는 제어 기구를 포함한 피검사체의 전기적 특성을 검사하는 프로브 장치에 있어서,
    상기 지지 기구는,
    수평 방향의 한 방향으로 왕복 이동이 가능한 제 1 테이블(14)과,
    상기 제 1 테이블을 상기 한 방향으로 왕복 이동이 가능하게 지지함과 동시에, 상기 직교하는 수평 방향으로 왕복 이동이 가능한 제 2 테이블(16)과,
    상기 탑재대(12)의 하부에 고정된 적어도 1개의 축 부재(13)와,
    상기 제 1 테이블에 설치된 상기 축 부재를 승강 가능하게 지지하는 가이드 부재(15)를 구비하며,
    상기 탑재대 승강 기구는,
    상기 축 부재의 하부에 고정되고, 또한 상기 탑재대의 탑재면과 평행한 작용면을 갖는 승강 작용체(25)와,
    상기 승강 작용체의 상기 작용면과 미끄럼 운동 자유롭게 접촉하는 승강체(24C)와,
    상기 프로브 카드(27)의 소정 위치로부터 수직 하강한 연장선에 따라, 상기 승강체를 승강시키는 승강체 승강 기구(24)
    를 포함한 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 기구는 상기 탑재대에 탑재된 상기 피검사체의 표면과 상기 프로브 단자 사이의 거리를 측정하기 위하여,
    상기 탑재대에 수평으로 마련된 거리 측정용 타겟(31)과,
    상기 타겟을 이용하여, 상기 타겟과 상기 프로브 단자까지의 거리를 측정하는 제 1 광학적 거리 측정기(32A)와,
    상기 타겟을 이용하여, 상기 타겟과 상기 피검사체의 표면까지의 거리를 측정하는 제 2 광학적 거리 측정기(32B)를 포함한 거리 측정 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑재대의 하부에 고정된 축 부재를 복수의 축 부재로 한 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑재대 승강 기구는 상기 승강 작용체를 상기 승강체에 의해 부양시키는 부양 기구(40)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 부양 기구(40)는,
    상기 승강체 승강 기구에 마련한 전자석과,
    상기 전자석에 대향하는 위치에 있어서, 상기 승강 작용체내에 마련된 영구 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 부양 기구(40)는,
    상기 승강체 승강 기구에 마련한 전자석과,
    적어도 상기 전자석에 대향하는 위치에 있어서, 상기 승강 작용체내에 마련된 자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 부양 기구는 상기 승강체 승강 기구 및 상기 승강 작용체 중 적어도 1개에 마련된, 압축 기체를 분사하는 분사 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 승강체는 그 상면에 상기 승강 작용체의 하면의 경사에 따라 경사지는 모방 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 부양 기구는 상기 분사 기구가 압축 기체의 분사를 정지할 때에, 상기 승강 작용체를 상기 승강체에 착지시키는 인장력을 상기 승강 작용체에 인가하는 전자 기구(24K)를 포함한 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
  10. 프로버실의 상부에 유지된 프로브 단자를 갖는 프로브 카드와,
    상기 프로브 카드의 아래쪽에 설치된 해당 피검사체를 탑재하기 위한 탑재대와,
    상기 탑재대를 승강 가능하게, 또한 수평 방향의 한 방향 및 그 방향과 직교하는 수평 방향으로 이동 가능하게 지지하는 지지 기구와,
    해당 테이블의 수평 방향의 이동을 제어하여, 상기 프로브 카드와 상기 탑재대상에 탑재된 상기 피검사체와의 위치 정렬을 행하는 위치 정렬 기구와,
    상기 탑재대를 상기 프로브 카드를 향하여 승강시키는 탑재대 승강 기구와,
    상기 피검사체와 상기 프로브 단자 사이의 거리를 측정하여, 해당 측정한 결과에 근거하여 상기 탑재대 승강 기구를 제어하는 제어 기구를 포함하는 피검사체의 전기적 특성을 검사하는 프로브 장치에 있어서,
    상기 제어 기구는 상기 탑재대에 탑재된 상기 피검사체의 표면과 상기 프로브 단자 사이의 거리를 측정하기 위하여,
    상기 탑재대에 수평으로 마련된 거리 측정용 타겟(31)과,
    상기 타겟을 이용하여 상기 타겟과 상기 프로브 단자까지의 거리를 측정하는 제 1 광학적 거리 측정기(32A)와,
    상기 타겟을 이용하여 상기 타겟과 상기 피검사체의 표면까지의 거리를 측정하는 제 2 광학적 거리 측정기(32B)를 구비한 거리 측정 기구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 광학적 거리 측정기는 상기 피검사체(W) 표면의 요철 분포를 포함하여 상기 타겟과 상기 피검사체의 표면까지의 거리를 측정하고,
    상기 제어 기구는 상기 제 2 광학적 거리 측정기의 상기 측정의 결과에 근거하여, 상기 탑재대 승강 기구(24)의 승강 거리를 제어하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
  12. 프로버실의 상부에 유지된, 프로브 단자를 갖는 프로브 카드에 대하여, 탑재대를 수평 방향의 한 방향 및 그 방향에 직교하는 수평 방향으로 수평 이동시켜, 탑재대에 탑재된 피검사체를 프로브 단자에 대하여 위치 정렬시키는 공정과,
    상기 탑재대를 프로브 단자를 향하여 상승시키는 공정과,
    상기 상승시키는 공정에 의해 상기 탑재대에 탑재된 상기 피검사체의 전극을 상기 프로브 단자에 접촉시키는 공정과,
    상기 프로브 단자를 거쳐 측정용 신호를 상기 피검사체에 송수신함으로써, 상기 피검사체의 전기적 특성을 검사하는 공정을 포함한 프로브 방법에 있어서,
    상기 탑재대를 프로브 단자를 향하여 상승시키는 공정은,
    상기 탑재대(12)의 하부에 고정적으로 연결된 승강 작용체(25)의, 상기 탑재대의 탑재면과 평행한 작용면에 미끄럼 운동 자유롭게 접촉된 승강체(24C)를 해당프로브 카드(27)의 소정 위치로부터 수직 하강한 연장선에 따라 승강체 승강 기구(24)에 의해 승강시킴으로써 실시되는 것을 특징으로 하는 프로브 방법.
  13. 프로버실의 상부에 유지된, 프로브 단자를 갖는 프로브 카드에 대하여, 탑재대를 수평 방향의 한 방향 및 그 방향에 직교하는 수평 방향으로 수평 이동시켜, 탑재대에 탑재된 피검사체를 프로브 단자에 대하여 위치 정렬시키는 공정과,
    상기 탑재대를 프로브 단자를 향하여 상승시키는 공정과,
    상기 상승시키는 공정에 의해 상기 프로브 단자에 상기 피검사체의 전극을 접촉시키는 공정과,
    상기 프로브 단자를 거쳐 측정용 신호를 상기 피검사체에 송수신함으로써, 상기 피검사체의 전기적 특성을 검사하는 공정을 포함한 프로브 방법에 있어서,
    상기 피검사체가 탑재된 탑재대(12)를 상승시키는 공정은,
    제 1 광학적 거리 측정기(32A)에 의해, 상기 탑재대에 수평으로 마련된 거리 측정용 타겟(31)과 상기 프로브 단자(27A)까지의 거리를 측정하는 공정과,
    제 2 광학적 거리 측정기(32B)에 의해, 상기 타겟과 상기 피검사체(W)의 표면까지의 거리를 측정하는 공정과,
    상기 두(兩) 공정에 의해 측정된 상기 두 거리로부터 상기 프로브 단자와 상기 피검사체 사이의 거리를 구하는 공정과,
    상기 공정에서 구해진 상기 프로브 단자와 상기 피검사체 사이의 거리에 근거하여 상기 탑재대를 피검사체를 향하여 상승시키는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 프로브 방법.
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