TWI684020B - 探針裝置及探針方法 - Google Patents

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TWI684020B
TWI684020B TW104140551A TW104140551A TWI684020B TW I684020 B TWI684020 B TW I684020B TW 104140551 A TW104140551 A TW 104140551A TW 104140551 A TW104140551 A TW 104140551A TW I684020 B TWI684020 B TW I684020B
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Abstract

提供一種可不使用機械式目標而藉由光學性手段，於短時間內進行一對攝像機之對位的探針裝置。

在探針裝置(100)中，在下部攝像單元(35)的投影光學部(67)中，從投影用光源(81)所照射的光，係藉由通過目標(65)的方式，生成光學性目標標記。目標標記，係藉由從投影用光源(81)所照射的光，投影至成像位置(P)與下部攝像機(61)的成像部(61a)。由於上部攝像機(91)的成像部(91a)與成像位置(P)，係配置於相互光學共軛的位置，因此，成像於成像位置(P)的目標標記，係亦被投影至上部攝像機(91)的成像部(91a)。

Description

探針裝置及探針方法
本發明，係關於使用於例如半導體晶圓等之基板的檢查之探針裝置及探針方法。
在半導體元件的製造工程中，係進行用以評估半導體元件之電性特性的探針檢查。探針檢查，係藉由使探測針接觸於形成在半導體基板之半導體元件的電極，對每一個半導體元件輸入電信號，並觀測對此所輸出之電信號的方式，進行電性特性評估者。
使用於探針檢查的探針裝置，係具備有：平台，保持形成有成為探針檢查之對象之半導體元件的被檢查基板，並且可沿水平方向、垂直方向及轉動；及定位裝置，用以使探測針正確地接觸於形成在被檢查基板之半導體元件的電極。作為定位裝置，係提出一種具備有用以檢測探測針之位置的第1攝像機與用以檢測形成於被檢查基板之表面之半導體元件之位置的第2攝像機者(例如專利文獻1、2)。在像這樣的探針裝置中，係為了進行探測針與電極的對位，而實施如下述之工程，其包括：藉由第 1攝像機求取探測針之位置以作為座標的工程；藉由可移動之機械式目標來將第1攝像機與第2攝像機對位的工程；及藉由第2攝像機求取被檢查基板之電極之位置以作為座標的工程。
如上述專利文獻1、2所示，在使用機械式目標來進行一對攝像機之對位的方式中，係必須有使目標進出或退避至第1攝像機與第2攝像機之焦點附近的動作。因此，擔心因誤動作造成機械式目標與探針裝置的其他構件接觸而引起故障，或從驅動機械式目標的機構產生微粒等的問題。又，由於驅動機械式目標的機構複雜，因此，亦存在有必須進行零件件數多而小型化困難且成本高之定期性維修等的問題。而且，在機械式目標中，由於是使用將目標標記形成於玻璃板者，因此，將導致折射量變化僅玻璃板的厚度部分。其結果，從單側的攝像機，係由於玻璃板的厚度方向會產生誤差，因此，亦存在有成為對位之精度下降的主要原因這樣的問題。
另一方面，已知一種使用光學性手段來進行一對攝像機之對位以代替機械式目標的方法(例如，專利文獻3、4)。在專利文獻3中，提出一種探針裝置，其係藉由使點光沿著一方之攝像機的光軸行進並以另一方之攝像機進行辨識的方式，進行對位。在專利文獻4中，提出一種具備有投影光學系統的探針裝置，該投影光學系統，係從一方的攝像機朝向另一方的攝像機，投影二維圖案。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特開平8-335612號公報(圖1等)
[專利文獻2]日本特開平7-297241號公報(圖1等)
[專利文獻3]日本特開2003-303865號公報(圖1等)
[專利文獻4]日本特開2010-219110號公報(圖2等)
在以光學性手段來進行一對攝像機之對位的上述專利文獻3、4中，係在對位時，無法以兩者之攝像機同時地辨識成為目標標記之替代的點光或二維圖案。因此，在該些習知技術中，係不得不將對位分成複數個步驟進行。其結果，存有在耗費對位所需的工夫與時間，而造成探針檢查全體之生產率下降的問題。
又，在專利文獻3、4的對位方法中，係由於無法以兩者之攝像機同時地辨識點光或二維圖案，因此，需要將不透明物體插入至任一個攝像機的光軸上從而辨識點光或二維圖案的動作。因此，在專利文獻3、4的對位 方法中，係使用可動構件，但仍幾乎未解決使用以往之機械式目標時的上述問題點。
例如，在專利文獻3的探針裝置中，被置於照射點光之側的攝像機，係使點光成像於遮蔽點光之光軸的物體面，藉此，始能進行攝像機之光軸與點光的對位。又，在專利文獻4的探針裝置中，係由於無法藉由配置有投影光學系統之側的攝像機來直接辨識二維圖案，因此，需要以遮蔽該攝像機之光的方式，插入不透明板等的物體而預先對二維圖案的實像進行拍攝，保存其座標。
因此，本發明的目的，係提供一種可不使用機械式目標而藉由光學性手段，於短時間內進行一對攝像機之對位的探針裝置。
為了解決上述課題，而本發明之探針裝置，係具備有：平台，保持被檢查基板，並且可往水平方向及垂直方向移動；第1攝像裝置，對接觸於形成在前述被檢查基板之表面之元件之電極的探測針進行拍攝；第1攝像光學部，具有用以藉由前述第1攝像裝置進行拍攝的光學系統；第2攝像裝置，在前述被檢查基板被保持於前述平台的狀態下，對前述電極進行拍攝； 第2攝像光學部，具有用以進行前述第2攝像裝置所致之拍攝的光學系統；及投影光學部，具有將使用於前述第1攝像裝置與前述第2攝像裝置之對位的光學性目標標記同時地投影至前述第1攝像裝置及前述第2攝像裝置之各成像部的光學系統。
本發明之探針裝置，係亦可更具備有生成前述目標標記的目標，前述投影光學部，係亦可為形成使前述目標的像即前述目標標記成像於與前述第1攝像裝置之成像部光學共軛之位置的成像位置者。
本發明之探針裝置，係亦可為將前述目標與前述成像位置與前述第2攝像裝置的成像部配置於成為相互光學共軛的位置，並將前述目標標記同時地投影至前述第1攝像裝置及前述第2攝像裝置的各成像部者。
在本發明之探針裝置中，前述投影光學部，係亦可具備有：投影用光源，對前述目標照射光；分割手段，分割來自通過前述目標後之前述投影用光源的光；及集束手段，以在前述第1攝像裝置之前述成像部形成有前述目標標記的方式，使藉由前述分割手段所分割的光線集束。
本發明的探針裝置，係前述集束手段亦可為 凹面反射鏡。
本發明之探針方法，係使用上述之任一探針裝置的探針方法。該探針方法，係包含有：使前述目標標記同時地投影至前述第1攝像裝置及前述第2攝像裝置的各成像部，從該些圖像資料進行前述第1攝像裝置及前述第2攝像裝置之對位的步驟；藉由前述第2攝像裝置來對前述被檢查基板之複數個部位的前述電極進行拍攝，記憶此時之前述電極之位置座標的步驟；藉由前述第1攝像裝置來對前述探測針進行拍攝，記憶此時之前述探測針之位置座標的步驟；及根據前述各工程所獲得的位置座標，使前述探測針接觸於前述電極，檢測形成於前述被檢查基板之表面的元件之電性特性的步驟。
本發明之探針裝置，係具備有將光學性目標標記同時投影至第1攝像裝置及第2攝像裝置之各成像部的投影光學系統。因此，可不使用機械式之目標而藉由設置空間小且簡單構成的光學性手段，於短時間內進行一對攝像裝置之對位。又，不僅X、Y方向，在Z方向亦可以1次對位來使一對攝像裝置高精度地進行對位。因此，根據本發明之探針裝置及探針方法，可於短時間內正確地測定形成於被檢查基板之元件的電性特性。
35‧‧‧下部攝像單元
43‧‧‧上部攝像單元
61‧‧‧下部攝像機
63‧‧‧下部攝像光學部
65‧‧‧目標
67‧‧‧投影光學部
71‧‧‧攝影用光源
73A，73B，73C‧‧‧透鏡
75‧‧‧分束鏡
81‧‧‧投影用光源
83‧‧‧凹面反射鏡
85‧‧‧分束鏡
91‧‧‧上部攝像機
93‧‧‧上部攝像光學部
101‧‧‧攝影用光源
103A，103B，103C‧‧‧透鏡
105‧‧‧分束鏡
P‧‧‧成像位置
[圖1]表示本發明之一實施形態之探針裝置之外觀構成的立體圖。
[圖2]表示圖1之探針裝置之內部構造之概略的立體圖。
[圖3]表示下部攝像單元及上部攝像單元之光學性之構成的說明圖。
[圖4]表示投影光學部之變形例的說明圖。
[圖5]表示投影光學部之另一變形例的說明圖。
[圖6]表示投影光學部之又一變形例的說明圖。
[圖7]表示控制部之硬體構成之一例的說明圖。
[圖8]本發明之一實施形態之探針方法中之一工程的說明圖。
[圖9]本發明之一實施形態之探針方法中之另一工程的說明圖。
[圖10]本發明之一實施形態之探針方法中之又另一工程的說明圖。
[圖11]本發明之一實施形態之探針方法中之又另一工程的說明圖。
以下，參閱圖面說明本發明之實施形態。圖 1，係表示本發明之一實施形態之探針裝置100之外觀構成的立體圖。圖2，係表示圖1之探針裝置100之內部構造之概略的立體圖。
本實施形態之探針裝置100，係進行形成於半導體晶圓(以下，有時僅記載為「晶圓」)W之半導體元件等的元件(未圖示)之電性特性的檢查者。探針裝置100，係具備有：本體1；裝載部3，被配置為鄰接於該本體1；及測試頭5，配置為覆蓋本體1。
<本體>
本體1，係內部呈空洞的殼體，且收容載置晶圓W的平台7。在本體1的頂部1a，係形成有開口部1b。開口部1b，係位於被載置在平台7之晶圓W的上方，在該開口部1b卡合有保持圓板狀之探針卡9之略圓板狀的探針卡夾具(未圖示)。藉由該探針卡夾具，探針卡9，係配置為與載置於平台7的晶圓W對向。
<裝載部>
裝載部3，係取出收容於搬送容器即晶圓傳送盒(省略圖示)的晶圓W，而搬送至本體1的平台7。又，裝載部3，係從平台7接收元件之電性特性之檢查結束後的晶圓W，並收容於晶圓傳送盒。
<測試頭>
測試頭5，係構成為呈長方體形狀，可藉由設置於本體1上的鉸鏈機構11，朝上方向轉動。測試頭5，係在從上方覆蓋本體1後的狀態下，經由未圖示的接觸環與探針卡9電性連接。測試頭5，係具有如下述的功能：將表示從探針卡9所傳送之元件之電性特性的電信號記憶為測定資料，並且根據該測定資料，判定元件有無電性故障。
<平台>
如圖2所示，平台7，係配置於基台20上，具有：X方向移動單元21，沿著圖中所示的X方向進行移動；Y方向移動單元23，沿著圖中所示的Y方向進行移動；及Z方向移動單元25，沿著圖中所示的Z方向進行移動。
X方向移動單元21，係沿著配置於X方向的導引軌27，藉由滾珠螺桿21a的轉動，使平台7高精度地往X方向移動。滾珠螺桿21a，係藉由馬達(未圖示)轉動。又，藉由組合於該馬達的編碼器(未圖示)，可進行平台7之移動量的檢測。
Y方向移動單元23，係沿著配置於Y方向的導引軌29，藉由滾珠螺桿23a的轉動，使平台7高精度地往Y方向移動。滾珠螺桿23a，係藉由馬達23b轉動。又，藉由組合於該馬達23b的編碼器23c，可進行平台7之移動量的檢測。
如此一來，X方向移動單元21與Y方向移動單元23，係使平台7沿著水平面而往相互正交的X方向 與Y方向移動。
Z方向移動單元25，係具有未圖示的馬達及編碼器，使平台7沿著Z方向上下移動，並且可檢測其移動量。Z方向移動單元25，係使平台7朝向探針卡9移動，而使晶圓W上的元件中之電極與探測針抵接。又，平台7，係配置為藉由未圖示的馬達，在Z方向移動單元25上，於圖中所示的θ方向旋轉自如。
<探針卡>
探針卡9，係在與平台7對向的面具備有多數個探測針9a(參閱圖10及圖11)。在探針裝置100中，係藉由使平台7往水平方向(X方向、Y方向、θ方向)及垂直方向(Z方向)移動的方式，調整探針卡9及晶圓W的相對位置，使元件的電極與探測針9a抵接。測試頭5，係經由探針卡9的各探測針9a，使檢查電流在元件中流動。探針卡9，係將表示元件之電性特性的電信號傳送至測試頭5。測試頭5，係將所傳送之電信號記憶為測定資料，判定檢查對象之元件有無電性故障。另外，探測針9a，係只要為具有連接至元件之電極的功能者，則亦可為任意形狀。
在本體1的內部，係配置有鄰接於平台7的探針卡夾具交換單元31。探針卡夾具交換單元31，係具有載持保持探針卡9之未圖示之探針卡夾具的叉架33。叉架33，係構成為可往Y方向及Z方向移動，進行探針 卡9的交換。
<下部攝像單元>
又，在本體1的內部，係在平台7與探針卡夾具交換單元31之間配置有下部攝像單元35與針尖研磨單元37。在此，下部攝像單元35，係對形成於探針卡9的探測針9a進行拍攝。下部攝像單元35及針尖研磨單元37，係被固定於平台7，與平台7一起往X方向、Y方向及Z方向移動。關於下部攝像單元35之詳細的構成，係如後所述。
<對準單元>
又，在本體1的內部，在平台7的上方，係配置有對準單元41。對準單元41，係構成為可藉由未圖示的驅動部，往圖2中的Y方向移動。對準單元41，係具有沿著與平台7或下部攝像單元35對向之水平面的下面。
<上部攝像單元>
在對準單元41，係設置有上部攝像單元43。上部攝像單元43，係對形成於被載置在平台7上之晶圓W之元件的電極進行拍攝。關於上部攝像單元43之詳細的構成，係如後所述。
藉由以上的構成，在探針裝置100中，下部攝像單元35與上部攝像單元43，係以相互對向的位置為 首，可相對移動至下部攝像單元35與探針卡9對向的位置或上部攝像單元43與平台7對向的位置等複數個位置。
<攝像單元之詳細構造>
其次，參閱圖3，說明關於下部攝像單元35及上部攝像單元43的詳細構成。圖3，係在使下部攝像單元35與上部攝像單元43上下對向的狀態下，以光學性特徵為中心表示該些構成者。
<下部攝像單元>
下部攝像單元35，係具有：下部攝像機61，作為第1攝像裝置；下部攝像光學部63，用以藉由下部攝像機61來對探針卡9的探測針9a進行拍攝；目標65，用以生成光學性目標標記；及投影光學部67，用以將目標標記同時地投影至下部攝像機61的成像部61a及上部攝像機91的成像部91a。在此，所謂下部攝像機61及上部攝像機91的「成像部」，係意味著下部攝像機61及上部攝像機91中之例如CCD元件、CMOS元件等的攝像元件。
(下部攝像機)
下部攝像機61，係對形成於探針卡9的探測針9a進行拍攝，而生成其圖像資料。又，下部攝像機61，係生成目標標記的圖像資料。
(下部攝像光學部)
下部攝像光學部63，係具備有：攝影用光源71，例如LED燈等；透鏡73A、73B、73C，使來自攝影用光源71的照射光或其反射光集束；及分束鏡75，分割來自攝影用光源71的照射光或其反射光。分束鏡75，係例如亦可為半透鏡。
(目標)
目標65，係例如丙烯酸、玻璃、鋁、鐵等的材質之50~1000μm左右之厚度的薄板，且形成有對應於光學性目標標記的圖樣。在本實施形態中，對應於目標標記的圖樣，係藉由設置於構成目標65之薄板的貫通開口而形成。另外，亦可使用以蒸鍍、塗覆等的方法，在例如透明的壓克力板、玻璃板等之單側的面形成對應於目標標記的圖樣者來代替貫通開口。對應於目標標記之圖樣的形狀，係任意的，可例示圓形、四角形、十字形、同心圓、輻射圖案等的幾何圖樣。
(投影光學部)
投影光學部67，係用以從目標65生成其像即光學性目標標記，並且將目標標記同時地投影至下部攝像機61及上部攝像機91之各成像部61a、91a的光學系統。在圖3中，係以粗線示意地表示將目標標記投影至下部攝像機 61之成像部61a時的光束，而以細線示意地表示由下部攝像機61及上部攝像機91進行拍攝時的光束與將目標標記投影至上部攝像機91之成像部91a時的光束。投影光學部67，係具備有：投影用光源81，例如LED燈等；凹面反射鏡83，將來自投影用光源81的光反射並使其集束；及分束鏡85，作為分割來自投影用光源81之光的分割手段。分束鏡85，係例如亦可為半透鏡。又，凹面反射鏡83，係具有作為使光朝向下部攝像機61之成像部61a集束之集束手段的功能與作為將光反射之反射手段的功能。因此，藉由使用凹面反射鏡83的方式，可簡化投影光學部67的構成，從而實現省空間化、小型化。另外，凹面反射鏡83，係例如亦可由平面反射鏡與透鏡的組合來代替。
<上部攝像單元>
上部攝像單元43，係具有：上部攝像機91，作為第2攝像裝置；及上部攝像光學部93，用以藉由上部攝像機91對晶圓W上的元件進行拍攝。
(上部攝像機)
上部攝像機91，係對形成於晶圓W表面之元件的電極進行拍攝，而生成其圖像資料。又，上部攝像機91，係生成目標標記的圖像資料。
(上部攝像光學部)
上部攝像光學部93，係具備有：攝影用光源101，例如LED燈等；透鏡103A、103B、103C，使來自攝影用光源101的照射光或其反射光集束；及分束鏡105，分割來自攝影用光源101的照射光或其反射光。分束鏡105，係例如亦可為半透鏡。
(成像位置)
在下部攝像光學部63與上部攝像光學部93之間，係形成有目標標記的成像位置P。在本實施形態的探針裝置100中，係配置為藉由投影光學部67，使目標65與目標標記之成像位置P與下部攝像機61之成像部61a成為相互光學共軛的關係。
又，在如圖3所示的狀態中，係以使目標標記之成像位置P與上部攝像機91之成像部91a成為相互光學共軛之關係的方式，配置下部攝像光學部63與上部攝像光學部93。亦即，在如圖3所示的狀態中，下部攝像光學部63及上部攝像光學部93，係構成為使目標標記之成像位置P、目標65、下部攝像機61之成像部61a、上部攝像機91之成像部91a成為相互光學共軛的關係。
在下部攝像單元35中，從攝影用光源71所照射的光，係由透鏡73A集束，其一部分由分束鏡75反射並由透鏡73B集束，而照射至成像位置P。又，由配置於成像位置P之物體(例如探測針9a)之表面反射的 光，係其一部分透過分束鏡75並由透鏡73C集束，而投影至下部攝像機61的成像部61a。
在上部攝像單元43中，從上部攝影用光源101所照射的光，係由透鏡103A集束，其一部分由分束鏡105反射並由透鏡103B集束，而照射至配置於下方的物體(例如，元件的電極)。又，由物體之表面反射的光，係其一部分透過分束鏡105並由透鏡103C集束，而投影至上部攝像機91的成像部91a。
而且，如圖3所示，在上部攝像機91之成像部91a與成像位置P配置於相互光學共軛的位置時，上部攝像機91的焦點，係與成像位置P一致。因此，將物體(例如，元件的電極)配置於成像位置P時之物體的像或成像於成像位置P的像(例如，目標65的像即目標標記)，係被正確地投影至上部攝像機91的成像部91a。
在下部攝像單元35的投影光學部67中，從投影用光源81所照射的光，係藉由通過目標65的方式，生成光學性目標標記。又，從投影用光源81所照射的光，係其一部分通過分束鏡85，藉由凹面反射鏡83來反射並且集束，而且由分束鏡85反射而入射至下部攝像機61。因此，由目標65所生成的目標標記，係藉由從投影用光源81所照射的光，投影至下部攝像機61的成像部61a。
又，從投影用光源81所照射之光的一部分，係由分束鏡85反射，經由透鏡73C、分束鏡75、透鏡 73B照射至成像位置P。因此，由目標65所生成的目標標記，係藉由從投影用光源81所照射的光，投影至成像位置P。
而且，如上述，在如圖3所示的狀態中，係將目標標記之成像位置P、目標65、下部攝像機61及上部攝像機91配置於成為相互光學共軛的位置。因此，藉由使投影用光源81亮燈從而使目標標記成像於成像位置P的方式，可將目標標記同時地投影至下部攝像機61與上部攝像機91雙方的成像部61a、91a。
〔投影光學部之變形例〕
其次，說明探針裝置100中之投影光學部的變形例。圖4~圖6，係分別表示投影光學部的變形例。由於投影光學部，係只要是可將目標標記同時地投影至下部攝像機61及上部攝像機91的各成像部61a、91a者即可，因此，存在有各種變化。在此，係代表性地說明3種變形例。另外，在圖4~圖6中，由於上部攝像單元43和下部攝像機61及下部攝像光學部63的構成，係與圖3相同，因此，賦予相同符號並省略說明。在圖4~6中，係以粗線示意地表示將目標標記投影至下部攝像機61之成像部61a時的光束，而以細線示意地表示由下部攝像機61及上部攝像機91進行拍攝時的光束與將目標標記投影至上部攝像機91之成像部91a時的光束。
<第1變形例>
圖4，係表示第1變形例者。第1變形例的投影光學部67A，係具備有：投影用光源81，例如LED燈等；凹面反射鏡83，使來自投影用光源81的光集束；及分束鏡85，分割來自投影用光源81的光。
第1變形例之投影光學部67A，係其相對於下部攝像機61、投影用光源91及目標65之凹面反射鏡83的配置與如圖3所示的投影光學部67不同。亦即，在如圖3所示的投影光學部67中，係從投影用光源81通過目標65，在透過分束鏡85之光束的光軸上配置有凹面反射鏡83，相對於此，在本變形例的投影光學部67A中，係從投影用光源81通過目標65，在由分束鏡85反射之光束的光軸上配置有凹面反射鏡83。
在本變形例的投影光學部67A中，從投影用光源81所照射的光，係藉由通過目標65的方式，生成光學性目標標記。又，通過目標65之光的一部分，係由分束鏡85反射，藉由凹面反射鏡83來反射並且使其集束，而且透過分束鏡85而入射至下部攝像機61。因此，由目標65所生成的目標標記，係藉由從投影用光源81所照射的光，投影至下部攝像機61的成像部61a。
又，在本變形例的投影光學部67A中，從投影用光源81所照射之光的一部分，係透過分束鏡85，經由透鏡73C、分束鏡75、透鏡73B照射至成像位置P。因此，由目標65所生成的目標標記，係藉由從投影用光源 81所照射的光，投影至成像位置P。
另外，在本變形例中，在將物體配置於成像位置P時，由物體面反射的光，係經由透鏡73B、分束鏡75、透鏡73C，一部分由分束鏡85反射，而入射至下部攝像機61。
<第2變形例>
圖5，係表示第2變形例者。第2變形例的投影光學部67B，係具備有：投影用光源81，例如LED燈等；一對平面反射鏡111、113，反射來自投影用光源81的光；透鏡115，使來自投影用光源81的光集束；分束鏡85，分割來自投影用光源81的光；及分束鏡117，用以在成像位置P與下部攝像機61之間，將光軸彎曲成直角。
在第2變形例的投影光學部67B中，從投影用光源81所照射的光，係藉由通過目標65的方式，生成光學性目標標記。又，通過目標65之光的一部分，係透過分束鏡85，由平面反射鏡111及平面反射鏡11依序反射，並且由透鏡115集束，而且透過分束鏡117而入射至下部攝像機61。因此，由目標65所生成的目標標記，係藉由從投影用光源81所照射的光，投影至下部攝像機61的成像部61a。
又，在本變形例的投影光學部67B中，從投影用光源81所照射之光的一部分，係由分束鏡85反射，經由透鏡73C、分束鏡75、透鏡73B照射至成像位置P。 因此，由目標65所生成的目標標記，係藉由從投影用光源81所照射的光，投影至成像位置P。
另外，在本變形例中，在將物體配置於成像位置P時，由物體面反射的光，係經由透鏡73B、分束鏡75、透鏡73C、分束鏡85，一部分由分束鏡117反射，而入射至下部攝像機61。
<第3變形例>
圖6，係表示第3變形例者。第3變形例的投影光學部67C，係具備有：投影用光源81，例如LED燈等；一對平面反射鏡111、113，反射來自投影用光源81的光；透鏡115，使來自投影用光源81的光集束；分束鏡85，分割來自投影用光源81的光；及分束鏡119，用以在投影用光源81與成像位置P之間，將光軸彎曲成直角。
在第3變形例的投影光學部67C中，從投影用光源81所照射的光，係藉由通過目標65的方式，生成光學性目標標記。又，通過目標65之光的一部分，係透過分束鏡119，由透鏡115來使其集束，並且由平面反射鏡111及平面反射鏡113依序反射，而且透過分束鏡85而入射至下部攝像機61。因此，由目標65所生成的目標標記，係藉由從投影用光源81所照射的光，投影至下部攝像機61的成像部61a。
又，在本變形例的投影光學部67C中，從投影用光源81所照射之光的一部分，係由分束鏡119反 射，透過分束鏡85，經由透鏡73C、分束鏡75、透鏡73B照射至成像位置P。因此，由目標65所生成的目標標記，係藉由從投影用光源81所照射的光，投影至成像位置P。
另外，在本變形例中，在將物體配置於成像位置P時，由物體面反射的光，係經由透鏡73B、分束鏡75、透鏡73C，一部分由分束鏡85反射，而入射至下部攝像機61。
並不限於以上的3種變形例，在本實施形態的探針裝置100中，投影光學部，係只要是可將目標標記同時地投影至下部攝像機61的成像部61a及上部攝像機91的成像部91a即可，且可進行各種變形。
<控制部>
探針裝置100，係更具備有控制部50。控制部50，係控制探針裝置100之各構成部的動作。控制部50，係典型為電腦。圖7，係表示控制部50之硬體構成的一例。控制部50，係具備有主控制部201、鍵盤或滑鼠等的輸入裝置202、印表機等的輸出裝置203、顯示裝置204、記憶裝置205、外部介面206及將該些相互連接的匯流排207。主控制部201，係具有CPU(中央處理裝置)211、RAM(隨機存取記憶體)212及ROM(唯讀記憶體)213。記憶裝置205，係只要是可記憶資訊者，則不限於任何形態，例如硬碟裝置或光碟裝置。又，記憶裝 置205，係對電腦可讀取之記錄媒體215記錄資訊，又由記錄媒體215讀取資訊。記憶裝置215，係只要是可記憶資訊者，則不限定其形態，例如硬碟、光碟、快閃記憶體等。記錄媒體215，係亦可為記錄在本實施形態之探針裝置100中所進行之探針方法之配方的記錄媒體。
控制部50，係在本實施形態的探針裝置100中，對複數個晶圓W，以對形成於晶圓W上之元件執行檢查的方式來加以控制。具體而言，控制部50，係在探針裝置100中，控制各構成部(例如，馬達23b等的驅動裝置、編碼器23c等的位置檢測裝置、下部攝像單元35、上部攝像單元43等)。該些，係藉由如下述方式來實現：CPU211，係使用RAM212作為工作區並執行儲存於ROM213或記憶裝置205的軟體(程式)。
〔探針方法〕
其次，參閱圖8~圖11，說明關於使用探針裝置100，進行形成於晶圓W上之元件之電性特性之檢查之探針方法之步驟的一例。圖8~圖11，係說明本實施形態之探針方法之工程的說明圖。在圖8~圖11中，係示意地表示平台7、下部攝像單元35、上部攝像單元43、探針9(探測針9a)及晶圓W(未圖示的元件)的位置關係。圖8~圖11中，符號301，係示意地表示下部攝像機61的成像部61a與成像位置P或物體(探測針9a)之間的光束，符號303，係示意地表示上部攝像機91的成像部91a 與成像位置P或物體(元件的電極)之間的光束。
本實施形態的探針方法，係除了使用光學性目標標記來取代機械性目標標記，並且使其目標標記同時地投影至下部攝像機61及上部攝像機91之各成像部61a、91a的該點以外，其餘與以往之探針裝置中的探針方法相同地加以實施。例如，本實施形態的探針方法，係可包含有下述的工程A~工程D。
首先，作為準備階段，從裝載部3之晶圓傳送盒(未圖示)取出被檢查基板即晶圓W，並搬送至平台7。圖示雖省略，但在晶圓W的表面，係形成有成為測定對象的元件。
工程A：
在工程A中，使下部攝像機61及上部攝像機91的各成像部61a、91a同時地投影至目標標記，從該些圖像資料，進行下部攝像機61及上部攝像機91的對位。如圖8所示，下部攝像單元35與上部攝像單元43會相對移動至上下對向的位置。其次，使下部攝像單元35之投影光學部67的投影用光源81亮燈，將由目標65所生成的目標標記投影至成像位置P。其結果，目標標記被同時地投影至下部攝像機61及上部攝像機91的各成像部61a、91a。而且，根據藉由下部攝像機61及上部攝像機91所分別獲得之目標標記的圖像資料，以使上部攝像機91之成像部91a與成像位置P成為相互光學共軛之位置關係的方式， 進行對位。具體而言，係以使同時地投影至下部攝像機61及上部攝像機91之各成像部61a、91a之目標標記的中心與下部攝像機61及上部攝像機91的光軸一致，且上部攝像機91的焦點與成像位置P一致的方式，求出位置。
像這樣的對位，係藉由如下述之方式來進行：一邊比較由下部攝像機61所取得之目標標記的圖像資料與由上部攝像機91所取得之目標標記的圖像資料，一邊使固定於平台7的下部攝像單元35往X、Y、Z方向移動。而且，由於下部攝像機61的成像部61a，係從一開始就處於與目標65及成像位置P光學共軛的位置關係，因此，下部攝像機61及上部攝像機91，係焦點及光軸相互一致。將此時之平台7的X、Y、Z座標設成為例如(X0、Y0、Z0)，並儲存於控制部50的記憶體即RAM212、記憶裝置205或記錄媒體215。
在本實施形態的探針方法中，係在工程A，將目標標記同時地投影至下部攝像機61及上部攝像機91的各成像部61a、91a，藉此能夠以1次對位使下部攝像機61及上部攝像機91在X、Y、Z方向進行對位。因此，相較於由2個攝像機分別取得目標65之實像的情形，可縮短對位所需的時間，並且無需插入用以將實像顯示於成像位置P之不透明板等的機構與無需耗費工夫。
工程B：
在工程B中，係藉由上部攝像機91來對晶圓W上之 元件之複數個部位的電極進行拍攝，並記憶此時之電極的位置座標。在將投影用光源81熄燈後的狀態下，如圖9所示，使平台7相對移動至上部攝像單元43的下方，使攝影用光源101亮燈，將上部攝像機91的焦點對準所預先設定之晶圓W上的複數個(例如5個)攝像點並進行拍攝。在此，攝像點，係設定於形成在晶圓W上之元件的預定電極。從所獲得的圖像資料，求取此時之各攝像點的位置座標。在此，係為了方便起見，將各攝像點的位置座標統稱而表示為(X1、Y1、Z1)。位置座標(X1、Y1、Z1)，係儲存於控制部50的記憶體即RAM212、記憶裝置205或記錄媒體215。
另外，在上述的說明中，雖係未考慮關於平台7之θ方向(周方向)的對位，但在考慮探測針9a之配列方向與元件之配列之方向的偏移時，係只要從前述複數個攝像點中之任意2點求取θ方向的偏移，進行使平台7往θ方向移動的修正即可。
工程C：
在工程C中，係藉由下部攝像機61來對探針卡9的探測針9a進行拍攝，並記憶此時之探測針9a的位置座標。在將投影用光源81熄燈的狀態下，如圖10所示，使下部攝像單元35之下部攝像機61相對移動至探測針9a的下方。而且，使攝影用光源71點燈，以使下部攝像機61之焦點與所預先設定之預定探測針9a一致的方式，使 固定於平台7的下部攝像單元35往X、Y、Z方向移動並進行拍攝。從所獲得的圖像資料，求取此時之探測針9a的位置座標(X2、Y2、Z2)。該位置座標(X2、Y2、Z2)，係儲存於控制部50的記憶體即RAM212、記憶裝置205或記錄媒體215。
由於只要進行以上工程A~工程C的動作，則在工程A中，以使上部攝像機91之成像部91a與目標標記之成像位置P與下部攝像機61之成像部61a成為相互光學共軛之位置的方式，對準上部攝像機91及下部攝像機61之X、Y、Z方向的位置，因此，形成與藉由一個攝像裝置來對晶圓W與探測針9a進行拍攝的情形等效。因此，可從上述各位置座標正確地掌握晶圓W上之複數個攝像點與探測針9a的相對位置。上述各位置座標，係例如可藉由對於平台7位於預定之標準位置時的X、Y、Z方向之各個編碼器的脈波數來進行管理。另外，在本實施形態的探針方法中，係不限於工程A~工程C的順序。例如，可依工程A、B、C的順序、工程A、C、B的順序、工程B、A、C的順序、工程B、C、A的順序、工程C、A、B的順序或工程C、B、A的順來實施。又，工程A~工程C，係每當使對準單元41移動時來進行實施為較佳。
工程D：
在工程D中，係根據由上述工程A、工程B、工程C 之各工程所獲得的位置座標，如圖11所示，以使探測針9a與形成於晶圓W之表面之預定元件的電極之位置一致的方式，使平台7往X、Y、Z方向移動。其後，使探測針9a接觸於電極，檢查元件之電性特性。
如上述，本實施形態的探針裝置100，係具備有投影光學部，該投影光學部，係將使用於下部攝像機61與上部攝像機91之對位的光學性目標標記同時地投影至下部攝像機61及上部攝像機91的各成像部61a、91a。因此，可不使用機械式之目標而藉由設置空間小且簡單構成的光學性手段，於短時間內進行一對攝像機之對位。又，不僅X、Y方向，在Z方向亦可以1次對位來使下部攝像機61與上部攝像機91進行對位。因此，根據本實施形態的探針裝置100，可於短時間內正確地測定形成於晶圓W之元件的電性特性。又，根據本實施形態的探針裝置100，可消解使用機械式目標時的各種問題，例如誤動作所致之接觸事故、微粒產生、零件件數多而小型化困難、成本高、定期維修複雜等。
以上，雖以例示之目的詳細說明了本發明之實施形態，但本發明，係不限於上述實施形態，可進行各種變形。例如，在上述實施形態中，雖係將投影光學部67、67A、67B、67C設置於下部攝像單元35，但亦可設置於上部攝像單元43。又，成為對位之對象的一對攝像機，係不限於上下的位置關係，例如即便為將一對攝像機配置於水平方向的情況下，亦可同樣地應用本發明。
又，作為被檢查基板，係不限於半導體晶圓，例如亦可為以使用於液晶顯示裝置之玻璃基板為代表的平板顯示器用等。
35‧‧‧下部攝像單元
43‧‧‧上部攝像單元
61‧‧‧下部攝像機
61a‧‧‧成像部
63‧‧‧下部攝像光學部
65‧‧‧目標
67‧‧‧投影光學部
71‧‧‧攝影用光源
73A‧‧‧透鏡
73B‧‧‧透鏡
73C‧‧‧透鏡
75‧‧‧分束鏡
81‧‧‧投影用光源
83‧‧‧凹面反射鏡
85‧‧‧分束鏡
91‧‧‧上部攝像機
91a‧‧‧成像部
93‧‧‧上部攝像光學部
101‧‧‧攝影用光源
103A‧‧‧透鏡
103B‧‧‧透鏡
103C‧‧‧透鏡
105‧‧‧分束鏡

Claims (4)

  1. 一種探針裝置，係具備有：平台，保持被檢查基板，並且可往水平方向及垂直方向移動；第1攝像裝置，對接觸於形成在前述被檢查基板之表面之元件之電極的探測針進行拍攝；第1攝像光學部，具有用以藉由前述第1攝像裝置進行拍攝的光學系統；第2攝像裝置，在前述被檢查基板被保持於前述平台的狀態下，對前述電極進行拍攝；第2攝像光學部，具有用以進行前述第2攝像裝置所致之拍攝的光學系統；投影光學部，具有將使用於前述第1攝像裝置與前述第2攝像裝置之對位的光學性目標標記同時地投影至前述第1攝像裝置及前述第2攝像裝置之各成像部的光學系統；及目標，生成前述目標標記，前述投影光學部，係形成使前述目標的像即前述目標標記成像於與前述第1攝像裝置之成像部光學共軛之位置的成像位置者，將前述目標與前述成像位置與前述第2攝像裝置的成像部配置於成為相互光學共軛的位置，並將前述目標標記同時地投影至前述第1攝像裝置及前述第2攝像裝置的各成像部， 在前述第1攝像光學部與前述第2攝像光學部之間，形成前述目標標記的成像位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之探針裝置，其中，前述投影光學部，係具備有：投影用光源，對前述目標照射光；分割手段，分割來自通過前述目標後之前述投影用光源的光；及集束手段，以在前述第1攝像裝置之前述成像部形成有前述目標標記的方式，使藉由前述分割手段所分割的光線集束。
  3. 如申請專利範圍第2項之探針裝置，其中，前述集束手段，係凹面反射鏡。
  4. 一種探針方法，係使用記載於如申請專利範圍第1~3項中任一項之探針裝置的探針方法，其特徵係，包含有：使前述目標標記同時地投影至前述第1攝像裝置及前述第2攝像裝置的各成像部，從該些圖像資料進行前述第1攝像裝置及前述第2攝像裝置之對位的步驟；藉由前述第2攝像裝置來對前述被檢查基板之複數個部位的前述電極進行拍攝，記憶此時之前述電極之位置座標的步驟；藉由前述第1攝像裝置來對前述探測針進行拍攝，記憶此時之前述探測針之位置座標的步驟；及根據前述各工程所獲得的位置座標，使前述探測針接 觸於前述電極，檢測形成於前述被檢查基板之表面的元件之電性特性的步驟。
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