WO2002075807A1 - Procede et dispositif de sondage - Google Patents

Description

明 細 書

プローブ方法及びプローブ装置

技術分野

本発明は、 電気回路素子の電気的特性を検査するプローブ 方法及びプロ ーブ装置に関する。 更に詳 し く は、 被検査体

(例えばウェハ W )上に形成された個々 の電気回路素子の電極 表面の位置を検出する こ とができ るプローブ方法及びプロ一 ブ装置に関する。

背景技術

半導体ウェハ上に形成された集積回路用のプローブ装置の 例が図 9 A， B に示されている。 プローブ装置 1 0 は、 ゥェ ハ Wが搬出される ローダ室 1 と、 ローダ室 1 から搬送された ウェハ Wの電気的特性を検査するためのプローバ室 2 と を備 える。 ローダ室 1 には、 ウェハ W収納用のカセ ッ ト Cが載置 されるカセ ッ ト載置部 3 と、 ウェハ Wをローダ室 1 へ搬送す る搬送機構 （フォーク） 4 と、 フォーク 4 がウェハ Wを搬送 する過程で、 ウェハ Wをブリ アライ メ ン トするサブチャ ック 5 が設け られる。 プローバ室 2 には、 載置台（以下、 「メ イ ンチャ ッ ク 」 と い う ） 6 と 、 メ イ ンチャ ッ ク 6 上の ウェハ W を位置合わせするための機構 （以下、 「ァライ メ ン ト機構」 とい う） 7 と、 プローブカー ド 8 とが設け られる。 メ イ ンチ ャ ッ ク 6 上には、 ブリ アライ メ ン ト されたウェハ Wがフォー ク 4 によ り 载置される。 メ イ ンチャ ック 6 は X、 Y、 Ζ及び Θ 方向への移動可能である。 ァライ メ ン ト機構 7 と、 メ イ ン チャ ック 6 の移動と によ り 、 メ イ ンチャ ック 6 に載置された ウェハ w上に形成された複数の集積回路の電極は、 プローブ カー ドのプロープと位置合わせされる。 プローブカー ド 8 は プローバ室 2 の上面を形成するへッ ドプレー ト 2 Aに固定さ れる。

上記ァライ メ ン ト機構 7 は、 図 9 A， B に示される よ う に 下 C C Dカメ ラ 7 A及び上 C C Dカメ ラ 7 B と を備える。 こ れら両カメ ラは制御装置の下で駆動される。 下 C C Dカメ ラ 7 Aはメ イ ンチャック 6 に付設される。 下 C C Dカメ ラ 7 A は、 プローブカー ド 8 のプロープ 8 Aを下方から撮像する。 ァライメ ン トブリ ッジ 7 Cの中央に設け られた上 C C Dカメ ラ 7 Bは、 メ イ ンチヤ ック 6 上のウェハ Wを上方から撮像す る。 撮像されたプローブ 8 A及びウェハ Wは表示装置 9 のモ ユタ画面 9 Aに表示される。 ァライメ ン トプリ ッジ 7 Cは、 プローブ室 2 の上方で、 かつ Y方向に設け られたガイ ドレー ル 7 D、 7 Dに沿って、 プローブ室 2 の最奥部 （図 9 B の上 部） からプローブセンタまで移動する。 メ イ ンチャ ック 6 に は、 下 C C Dカ メ ラ 7 Aの上方まで進退動可能なターゲッ ト 7 Eが設け られる。 下 C C Dカメ ラ 7 Aによ り プローブ 8 A の針先を撮像する こ と によ り 、 針先の高さが求め られる。 こ のターゲッ ト 7 Eを介 して、 下 C C Dカメ ラ 7 Aの光軸と上 C C Dカメ ラ 7 Bの光軸とがー致させられる。 こ の時のメイ ンチヤ ック 6 の位置がウェハ Wと プローブ 8 A間の位置合わ せを行う 際の基準位置と して使用される。

プローパ室 2 にはテス トへッ ド Tが旋回可能に設け られる このテス トへッ ド T はイ ンターフ ェース部 （図示されていな い） を介してプローブカー ド 8 に電気的に接続されている。 テス トへッ ド T及びプローブ 8 Aを介して、 テスタからの信 号はウェハの電極パッ ドへ送信される。 この信号よ り 、 ゥェ ハ W上に形成された複数の集積回路 （チップ） の電気的特性 が測定される。

ウェハ Wとプローブ 8 Aを所定の圧力で接触させるために . ウェハ Wの表面高さが検出 される。 この検出のために、 メ イ ンチャ ック 6 を X、 Y方向に移動する過程で、 ウェハ Wの周 方向に等間隔を隔てた 4箇所と ウェハ Wの中心と の 5箇所が 上 C C Dカメ ラ 7 Bで撮像される。 撮像された各位置におい て、 メ イ ンチャ ック 6 の Z方向の位置がウェハ Wの表面高さ と して求め られる。 これらの高さ の平均値を求める こ と によ り 、 ウェハ Wの表面高さが検出 されている。

従来、 ウェハ Wの表面に上 C C Dカメ ラ 7 Bの焦点を合わ せる こ と によ り 、 ウェハ W上の複数箇所の位置の高さを検出 してレヽる。 この検出過程において、 上 C C Dカメ ラ 7 B の焦 点に向けて、 メ イ ンチャ ッ ク 6 を昇降させる こ と によ り 、 ゥ ェハ Wの表面に上 C C Dカ メ ラ 7 Bの焦点を合わせてレヽる。 この複雑な操作によ り 、 該焦点合わせには時間が掛かってい る。 また、 ウェハ W表面には凹凸があるため、 ウェハ W表面 上の複数点の高さの平均値は、 ウェハ W上に形成された個々 のチップの表面高さに正確に該当する と は云い難い。 この結 果、 プローブはチップ毎に異なる針圧で接触していた。

発明の開示

本発明は、 従来技術が有する課題の一つ或いは複数を解決 する こ と を 目的 とする。

本発明の実施の態様によれば、 ウェハ等の被検査体上に 形成された複数の電子回路素子の各々 の表面高さ を迅速に検 出する こ と ができ る。 この結果、 本発明の実施の態様によれ ば、 スループッ トが高め られる こ と ができ るプローブ方法及 びプローブ装置を提供する。

或いは、 本発明の実施の態様によれば、 安定した針圧の下 で信頼性の高い検査が行われるプローブ方法及びプローブ装 置を提供する。

本願発明の第 1 の観点に従って、 下記を具備する、 被検査 体 wの電気的特性を測定するプローブ装置が提供される ： テスタ ；

載置台、 該载置台は被検査体を載置する、 該被検査体はそ の表面に複数の電気回路素子が形成されている、 各電気回路 素子はその表面に複数の電極を具備する ；

プローブカー ド、 該プローブカー ドは該載置台の上部に配 置される、 該プローブカー ドは複数のプローブを備える、 該 プローブは該テスタ に接続されている ；

第 1 のセンサー、 該第 1 のセンサーは前記プローブの先端 の位置を検出する ；

第 2 のセ ンサー、 該第 2 のセ ンサーは個々 の電気回路素子 の表面位置を検出する ：

コ ン ト ローラ、 該コ ン ト ローラは、 該第 1 のセンサーで検 出 したプローブの先端の位置と、 第 2 のセンサーで検出 した 各電気回路素子の表面位置と に基づいて、 該プローブカー ド のプローブと電気回路素子の電極と を接触させる、 該コ ン ト ローラは前記接触を複数の電気回路素子の各々 について順次 実施する。 ；

本願発明の第 2 の観点に従って、 下記を具備する、 被検査 体の電気的特性を測定するプローブ装置が提供される ：

テスタ ；

載置台、 該載置台は被検査体 Wを載置する、 該被検査体は その表面に複数の電気回路素子が形成されている、 各電気回 路素子はその表面に複数の電極を具備する ；

プローブカー ド、 該プロ ーブカ ー ドは該載置台の上部に配 置される、 該プローブカー ドは複数のプローブを備える、 該 プローブはテスタに接続されている ；

第 1 のセンサー、 該第 1 のセンサーは、 負荷センサを具備 し、 該負荷センサーは前記プロ ーブの先端が該負荷セ ンサー 表面への接触の有無を検出する ；

第 2のセンサー、 該第 2 のセンサーは被検査体の表面の平 均的な位置を検出する ：

コ ン ト ローラ、 該コ ン ト ローラは、 該第 1 のセ ンサーで検 出 したプローブの先端の位置と、 第 2 のセンサーで検出 した 各電気回路素子の電極表面の位置と に基づいて、 該プローブ カー ドのプローブと電気回路素子の電極と を接触させる、 該 コ ン ト ローラは、 前記接触を複数の電気回路素子の各々 につ いて順次実施する。

本願発明の第 3 の観点に従って、

下記を具備する、 被検査体の電気的特性を測定するプロ一 ブ装置が提供される ：

被検査体上に形成された複数の電子回路素子の電気的特性 を測定するための測定手段 ；

被検査体を載置するための載置手段、 該被検査体はその表 面に複数の電気回路素子が形成されている、 各電気回路素子 はその表面に複数の電極を具備する ；

プローブカー ド、 該プローブカー ドは複数のプローブを備 える、 該プローブは該測定手段に接続されている ；

前記プローブの先端の位置を検出するための第 1 の検出手 段 ；

個々 の電気回路素子の表面位置を検出するための第 2 の検 出手段 ；

該第 1 のセンサーで検出 したプローブの先端の位置と、 第 2 のセンサーで検出 した各電気回路素子の表面位置と に基づ いて、 該プローブカー ドのプローブと電気回路素子の電極と を接触させるための制御手段、 該制御手段は前記接触を複数 の電気回路素子の各々 について順次実施する。

本願発明の第 4 の観点に従って、 プローブを有するプローブ 装置を使用 して、 載置台に載置された被検査体 W上に形成さ れた複数の電子回路素子の電気的特性を検査するプローブ方 法が提供される。 該プローブ方法は下記を具備する ：

( a )第 1 撮像機構構によ り 、 少なく と も一つのプローブの 位置を検出する工程 ；

(b )第 1 撮像機構構の焦点と 、 該電子回路素子の表面の位 置を検出するための第 2撮像機構構の焦点と を一致させるェ 程 ；

(C)載置台の表面の位置を検出する。

(d)載置台に被検査体を載置する工程 ；

(。プロ ーブと 、 被検査体上に形成された電子回路素子の 電極の表面との位置を合わせる工程、 該工程は下記工程を具 備する ；

(el)該電子回路素子の少な く と も一つの所定領域に光 を照射する工程 ；

(e2)該所定領域からの反射光を焦点検出光学系に取り 出す工程 ；

(e3)該焦点検出光学系の中で該反射光を第 1光と第 2 光と に瞳分割する工程 ；

(e4)第 1 光と第 2光の光量分布に基づいて、 該電子回 路素子の表面のデフォーカス量を求める工程 ；

(e5)該フ ォーカス量に基づいて、 載置台を移動させ る こ と によ り 、 第 2撮像機構構の焦点と被検査体の電極 の表面と を一致させる工程、

(f)該プローブと被検査体の電極と を接触させる工程。 第 5 の観点に従って、 プローブ装置を使用 して被検査体上 に形成された複数の電子回路素子の電気的特性を測定する方 法が提供される。 該方法は下記工程を具備する ：

(a)プローブカー ドに設け られた複数のプローブの中の少 なく と も一つのプローブの位置を検出する ；

(b)第 1 撮像機構構の焦点と 、 該電子回路素子の表面の位 置を検出するための第 2撮像機構構の焦点と を一致させる ； ( c )載置台に載置された被検査体の表面に形成された各々 の電気回路素子表面位置を検出する ：

( d)被検査体を載置台に載置する、 該被検査体上に形成さ れた複数の電気回路素子の各々 はその表面に複数の電極を具 備する ；

( e )検出 された上記プローブの位置と上記電極の位置と に 基づいて、 上記複数のプローブと、 一つの電気回路素子の所 定の電極と を接触させる ；

本願発明の第 6 の観点に従って、 プローブ装置を使用 して 被検査体上に形成された複数の電子回路素子の電気的特性を 測定する方法が提供される。 該方法は下記工程を具備する ：

( a )プロープカー ドに設け られた複数のプローブの中の少 なく と も一つのプローブの位置を検出する工程 ；

( b )第 1 撮像機構構の焦点と 、 該電子回路素子の表面の位 置を検出するための第 2撮像機構構の焦点と を一致させるェ 程 ；

( c )載置台に載置された被検査体の表面に形成された各々 の電気回路素子の表面位置を検出する工程 ：

( 被検査体を載置台に載置する工程、 該被検査体上に形 成された複数の電気回路素子の各々 はその表面に複数の電極 を具備する ；

( e )検出された上記プローブの位置と 上記電気回路素子の 表面位置と に基づいて、 上記複数のプロープと、 一つの電気 回路素子の所定の電極と を接触させる工程。

図面の簡単な説明 図 1 A— I B は、 本発明のプローブ装置の一実施形態を示 す図である。

図 2 は、 本発明のプローブ装置の一実施形態の要部を示す 構成図である。

図 3 A— 3 Cは図 2 に示された第 1 、 第 2視野制限部材を 示す正面図である。

図 4 は、 第 2撮像機構構の光照射手段による光照射領域を 拡大 して示す平面図である。

図 5 A— 5 Cは、 瞳分割によ るォー ト フォーカスの原理を 説明するための説明図である。

図 6 は、 図 2 に示された焦点検出装置の光センサで検出さ れる瞳分割の光量分布を説明するための説明図である。

図 7 は、 本発明のプローブ方法の一実施形態を示すフ ロー チヤ一 トである。

図 8 は、 図 7 の瞳分割によるォー ト フォーカスの手順を示 すフ ローチヤ一 トである。

図 9 A、 9 B は、 従来のプローブ装置を示す図で、 図 9 A は正面を破断して示す正面図、 図 9 B は図 9 Aの内部を模式 的に示す平面図である。

発明を実施するための最良の形態

本発明は、 半導体ウェハ上に形成された集積回路や、 液晶 表示関係の電子回路な ど、 種種の電子回路素子を対象とする プローブ方法及びプローブ装置に関する。 本発明をよ り 具体 的に説明するために、 以下においては、 本発明が半導体ゥェ ハ上に形成された複数の集積回路 （チップ） の電気的特性を 測定するためのプローブ方法及びプローブ装置に適用された ケースを使用 して、 本発明の実施例を説明する。

図 1 〜図 8 に本発明の実施形態が示されている。 本発明の プローブ装置の実施形態は、 以下で説明する点を除き、 従来 のプローブ装置に準じて構成されている。 そこで、 本実施形 態がプローブ装置の特徴部分を中心に説明 される。 本実施形 態のプローブ装置 1 0 は、 図 1 に示される よ う に、 プローブ 8 Aを撮像する第 1 のセンサ （撮像機構構） 1 2 と、 メ イ ン チャ ック 1 1 上の被検査体 （例えば、 ウェハ） Wを撮像する 第 2 のセ ンサ （撮像機構構） 7 G と、 第 1 の撮像機構構 1 2 及び第 2 の撮像機構構 7 Gからの情報に基づいてメィ ンチヤ ック 1 1 を駆動制御する コン ト ローラ 1 4 と を備える。 第 1 の撮像機構 1 2 は、 X、 Y、 Ζ方向に移動可能な載置台 （メ イ ンチャ ッ ク ） 1 1 に付設される こ と ができ る。 第 2撮像機 構構 7 Gはメ イ ンチャ ック 1 1 の上方に移動可能に設け られ る こ と ができ る。

コ ン ト ローラ 1 4 の制御下で、 ウェハ W上に形成された複 数の集積回路 （チップ） の電極と プローブと が接触された状 態で、 テスタ T Sがテス トへッ ド Τ と プローブカー ド 8 を介 してウェハ W上に形成された個々 のチップの電気的特性を測 定する。

図 2 に示されるよ う に、 プローブ装置 1 0 は、 さ らに第 3 の撮像機構 1 5 を備える。 ウェハ W上に形成された複数のチ ップの表面高さが検出される際に、 第 3 の撮像機構 1 5 はゥ ェハ Wの全体像を撮影する。 第 2 の撮像機構 7 Gはウェハ W の一部を拡大 して撮影する。 第 2、 第 3 撮像機構 7 G， 1 5 の各々 は、 光照射機構 1 3 1 及び 1 5 1 を備える。 光照射機 構 1 3 1 及び 1 5 1 力 らの光によ り 、 メ イ ンチャ ック 1 1 の 表面を撮像する。 つま り 、 第 2撮像機構 1 3 はウェハ Wの表 面をマイ ク ロ視野で撮像し、 第 3撮像機構 1 5 はウェハ Wの 表面をマク 口視野で撮像する。

第 2撮像機構 1 3 は、 図 1 に示される よ う に、 対物レ ンズ 1 3 2 、 第 1 ノヽ—フ ミ ラ ー 1 3 3 、 第 2対物レ ンズ 1 3 4 、 第 2 ハー フ ミ ラ ー 1 3 5、 第 1 視野制限部材 1 3 6 、 リ レー レンズ 1 3 7 、 1 3 8 及び C C D 1 3 9 と を具備する。 光照 射手段 1 3 1 は、 ハロゲンラ ンプ等の光源 1 3 1 A、 コ ンデ ンサレ ンズ 1 3 1 B、 第 2視野制限部材 1 3 1 C及びリ レー レンズ 1 3 1 Dを有している。 第 2撮像機構 1 3 がウェハ W の表面を撮像する時には、 光照射手段 1 3 1 の光源 1 3 1 A からの照射光はコ ンデンサレンズ 1 3 1 Bで集光され、 第 2 視野制限部材 1 3 1 C及ぴリ レー レ ンズ 1 3 1 Dを通 り 、 第 1 ハーフ ミ ラ ー 1 3 3 でウェハ Wに方向変換され、 対物レ ン ズ 1 3 2 を通 り 、 メ イ ンチャ ック 1 1 上のウェハ Wの表面に 照射される。 こ の過程で、 該照射光は、 ウェハ W上の第 1 視 野制限部材 1 3 1 Cで制限された領域を照明する。 ウェハ W からの反射光は、 対物レンズ 1 3 2、 第 1 ハーフ ミ ラー 1 3 3、 第 2対物レ ンズ 1 3 4 を通 り 、 第 2ハーフ ミ ラー 1 3 5 で方向変換され、 第 3視野制限部材 1 3 6 、 リ レーレ ンズ 1 3 7 s 1 3 8 を通って C C D 1 3 9上に達する。

第 3視野制限部材 1 3 6 の中央には、 例えば図 3 Aに示さ れる よ う に、 透過部 1 3 6 Aが形成される こ とができ る。 こ の透過部 1 3 6 Aの大き さは、 例えばウェハ W上に形成され たチップの一つの電極パッ ド P よ り 僅かに広い領域からの反 射光のみを透過する大き さ と される こ と ができ る。 第 1視野 制限部材 1 3 1 C の中央には、 図 3 B に示される よ う に、 第 3視野制限部材 1 3 6 の透過部 1 3 6 Aに相当する第 1 透過 部 1 3 1 Eが形成される こ とができ る。 さ らに、 第 1視野制 限部材 1 3 1 C には、 第 1透過部 1 3 1 E を挟んで配置され た一対の第 2透過部 1 3 1 F、 1 3 I Fが形成される こ とが でき る。 光照射手段 1 3 1 からの照射光は、 図 4 に示される よ う に、 第 2視野制限部材 1 3 1 Cの第 1 透過部に対応する 矩形像 1 3 1 E ' と、 第 2透過部 1 3 1 F に対応する矩形像 1 3 1 F ' をウェハ W表面上に形成する。 この反射光は、 第 2撮像機構 1 3 の第 3視野制限部材 1 3 6 で更に制限される こ と によ り 、 電極パッ ド Pのみの像が C C D 1 3 9 によって 撮像される。

プローブ装置 1 0 は、 第 2撮像機構 1 3 の焦点をオー ト フ オーカスするための焦点検出装置 1 6 を具備 している。 この 焦点検出装置 1 6 には、 図 2 に示される よ う に、 第 2撮像機 構 1 3 の第 2 ノヽーフ ミ ラー 1 3 5 によ り ウェハ "地表面からの 反射光が入射する。 焦点検出装置 1 6 は、 この反射光に基づ いて、 ウェハ W表面の第 2撮像機構 1 3 の焦点からのずれ量 (デフォーカス量） を検出する。 焦点検出装置 1 6 は、 同図 に示される よ う に、 第 2視野制限部材 1 6 1 、 リ レーレンズ 1 6 2、 瞳分割 ミ ラー 1 6 3及びリ レ レンズ 1 6 4 、 1 6 5及び光センサ 1 6 6 を有する こ とができ る。 瞳分割によ り ウェハ Wからの反射光は二分割される。 こ の二分割された光 の像に基づいてデフォーカ ス量が検出される。 第 2視野制限 部材 1 6 1 は、 図 3 Cに示される よ う に、 第 1 視野制限部材 1 3 1 〇 の第 2透過部 1 3 1 、 1 3 1 F に対応する透過部 1 6 1 A、 1 6 1 Aを有している。 ウェハ Wからの反射光は 第 2視野制限部材 1 6 1 の透過部 1 6 1 A、 1 6 1 Aで所定 のパター ンに加工される。 パター ン化された反射光はリ レー レンズ 1 6 2 を通 り 、 瞳分割ミ ラー 1 6 3 を介してそれぞれ 二分割される。 光セ ンサ 1 6 6 は、 二分割された反射光に対 応する二対の光量分布を検出する。 光センサ 1 6 6 によ り 検 出された各対の光量分布間の距離（例、 重心間の距離、 ピー ク 間の距離）は、 ウェハ W表面と対物レ ンズ 1 3 2 と の間の 距離に即 して変化する。 光センサ 1 6 6 で検出された各対の 光量分布の距離を演算する こ と によ り デフォーカ ス量が検出 される こ と ができ る。 つま り 、 焦点検出装置 1 6 は第 2撮像 機構構 1 3 の撮像領域の外側二箇所の細長い矩形状の領域 1 3 1 F ' (図 3 参照） からの反射光を瞳分割する こ と によ り ウェハ W表面の第 2撮像機構構 1 3 の焦点からのデフォー力 ス量を自動的に検出する こ とができ る。

図 5 Aに示される よ う に、 該表面からの反射光が対物レ ン ズ 1 0 0 及び リ レー レ ンズ 2 0 0 を通 り 、 瞳分割プ リ ズム 3 0 0 によ り 二分割され、 C C D 4 0 0 に二つの像が結像する 目標 Oの表面 と 対物 レ ンズ 1 0 0 の焦点 と がー致している (ピン トが合っている） 場合には、 光センサ 5 0 0 において 所定距離 （例、 重心間の距離、 ピーク 間の距離） を隔てた二 つ光量分布 5 0 1 が形成される。 目標 Oの表面と C C Dは、 レンズ 1 0 0、 2 0 0 の共役関係にある。 仮に、 図 5 B に示 される よ う に、 目標 Oの表面が対物レンズ 1 0 0 の焦点よ り も前方に距離 δ だけずれている場合、 瞳分割プリ ズム 3 0 0 によ り瞳分割された像は C C D 4 0 0 の後方で結像する。 こ のため、 図 5 Αの場合と比較して、 光センサ 5 0 0 で得られ る二つの光量分布の間の距離は小さ く なる。 この小さ く なつ た距離 （デフォーカス量） A Lは、 図 5 C に示される よ う に Δ L = 2 δ t a n 0 である。 逆に、 目標〇の表面が対物レン ズ 1 0 0 の焦点の後方に距離 δ だけずれている場合、 図示さ れていないが、 瞳分割プリ ズム 3 0 0 によ り 分割された像は C C D 4 0 0の前方で結像する。 この結果、 光センサ 5 0 0 で二つの光量分布間の距離は大き く なる。 この大き く なった デフォーカ ス量 A L は、 図示されてレヽないが A L =— S t a η θ である。 従って、 一対の光量分布間の距離によって、 ゥ ェハ W表面が対物レンズ 1 0 0 の焦点にあ るか、 その前方に ずれているか、 その後方にずれているか、 をデフォーカス量 と と もに検出する こ と が可能である。 しかも、 焦点検出装置 の光学部品の特性と、 瞳分割後の光量分布間の距離に基づい て、 目標 Οの焦点からのデフォーカス量を 自動的に算出する こ とができ る。

本実施形態では、 ウェハ W上の電極パッ ド Ρ の外側のニ箇 所に照射された光 （図 4、 1 3 1 F ' ) の反射光は、 第 2視 野制限部材 1 6 1 の透過部 1 6 1 A、 1 6 1 Aを通過 し、 瞳 分割ミ ラー 1 6 3 で二分割され、 光セ ンサ 1 6 6 上に到達す る。 この結果、 光センサ 1 6 6 上には、 図 6 に示される よ う に、 二対の光量分布①ー④が形成される。 こ の光量分布は一 対の光量分布でも よい。 光センサ 1 6 6 は検出信号を光電変 換する。 光電変換された信号は、 A Z D変換 1 6 7 を介して 演算器 1 6 8 に入力 される。 演算器 1 6 8 は入力信号に基づ いて、 図 5 に示された二対の光量分布間の距離 （例、 重心間 の距離、 ピーク値間の距離） A， B を演算する。 これらの演 算値に基づいて、 二対の光量分布間の平均値が求め られる。 この平均値に基づいて、 電極パッ ド P表面と第 2撮像機構構 1 3 の焦点位置と の間のデフォーカス量が求め られる。 該デ フォーカス量は制御装置 1 4 に出力される。 制御装置 1 4 は. 演算器 1 6 8 からの演算値に基づいて駆動装置 1 7 を駆動制 御する。 駆動装置 1 7 はメ イ ンチャ ッ ク 1 1 を該デフォー力 ス量だけ移動させる。 この結果、 電極パッ ド P表面は第 2撮 像機構構 1 3 の焦点に位置合わせされる。 この時の電極パッ ド P の表面高さは制御装置 1 4 の記憶装置に格納される こ と ができ る。 その後、 第 2撮像機構構 1 3 は、 C C D 1 3 9 の 検出信号を画像処理する こ と によ り 、 表示装置 9 (図 1 ) の 画面に撮像画像を映し出すこ とができ る。 これら一連の動作 によってメ イ ンチャ ック 1 1 上の電極パッ ド Pの表面高さは 自動的に検出され、 格納される。 その後、 プローブを電極パ ッ ド P に接触させた状態で、 ウェハ W上に形成されたチップ の電気的特性が測定される。

次に、 本実施形態のプローブ方法が図 7及び図 8 を参照し なが ら説明される。

メ イ ンチャ ッ ク 1 1 は制御装置 1 4 の制御下で駆動装置 1 7 によ り 駆動される。 第 1 撮像機構構 1 2 が、 所定の 4本の プローブ 8 A (図 1 ) を撮像する こ と によ り 、 各プローブの X、 Υ、 Ζ位置が検出される （ステップ S 1 ) 。 第 1撮像機 構構 （下カメ ラ） 1 2 と第 2撮像機構構 （上カメ ラ） 1 3 の 位置合わせが行われる （ステ ップ S 2 ) 。 メ イ ンチャ ック 1 1 表面か、 メ イ ンチャ ッ ク 1 1 に設け られた負荷センサー (ロ ー ドセル） 7 Ηの表面の高さが上述の瞳分割を用いたォ 一 ト フォーカス方法で検出 される (ステ ップ S 3 ) 。 メ イ ン チャ ック 1 1 が上昇し、 ロー ドセルにプローブの先端が接触 する （ステ ップ S 4 ) 。 こ のステ ップ S 4 によ り 、 検査時に メ イ ンチャ ック 1 1 を上昇すべき量が検出される。 メ イ ンチ ャ ック 1 1 上にウェハ Wが载置される （ロー ド） （ステ ップ S 5 ) 。 再び上下のカメ ラ 1 2、 1 3 の位置合わせが行われ る (ステ ップ S 6 ) 。

その後、 ァライ メ ン ト機構 7 (図 1 ) によ り 、 プローブと ウェハ W "の位置合わせが行われる （ステ ップ S 7 ) 。 ウェハ W上に形成された複数のチップの表面の高さがメ モ リ にマツ ビングされる (ステップ S 8 ) 。 メ イ ンチャ ック 1 1 を上昇 させて、 ウェハ W上に形成されたチップの電極パッ ドの各々 にプローブが電気的に接触させられる （ステ ップ S 9 ) 。 こ の状態で、 ウェハ W上の各チップの電気的特性が順じ測定さ れる。

ステップ S 8 において、 ウェハ W上に形成された複数のチ ップの電極の表面の高 さ をマッ ピングする こ と は、 上述の瞳 分割によるオー ト フ ォ ーカ ス方法を利用 して、 全部のチップ 或いはその一部のチップについて実施される こ と ができ る。 こ のマッ ピングは図 8 に示された手順で実施される こ と がで き る。 以上のステ ップ S 1 — 8 は、 その順序を適宜変更 して 実施される こ と ができ る。

図 8 において、 制御装置 1 4 内のレジスタにおけるチップ 番号 i を 0 にセ ッ トする （ステ ップ S 1 1 ) 。 メ イ ンチヤ ッ ク 1 1 を移動させて、 イエシャルチップが対物レ ンズ 1 3 2 の真下に位置される （ステ ッ プ S 1 2 ) 。 制御装置 1 4 内の レジスタ における電極パッ ド Pの番号 j 力 S 1 にセ ッ ト される

(ス テ ッ プ S 1 3 ) 。 所定の電極パッ ド P を対物レンズ 1 3 2 の真下へ移動させる こ と によ り 、 図 4 に示される よ う に、 第 2撮像機構構 1 3 の視野内に電極パッ ド P ( J ) が位置さ れる （ス テ ッ プ S 1 4 ) 。 瞳分割を備えた焦点検出装置 1 6 を用いて、 電極ノ ッ ド P ( J ) の表面の高さ が求め られる

(ステ ップ S 1 5 ) 。

ステ ップ S 1 5 における瞳分割によ る表面高さの検出は、 以下の手順で実施される こ とができ る。 第 2撮像機構構 1 3 の光源 1 3 1 Aから観察用の光が照射される。 該照射光は、 コ ンデンサ レ ンズ 1 3 1 B で集光され、 第 2視野制限部材 1 3 1 Cの第 1 、 第 2透過部 1 3 1 E、 1 3 1 F を通り 、 リ レ 一 レ ンズ 1 3 1 Dを通 り 、 ノヽ ーフ ミ ラ ー 1 3 3 で光路変更さ れ、 対物レ ンズ 1 3 2 を通 り 、 ウェハ Wを照射する。 照射領 域は、 第 1 、 第 2透過部 1 3 1 E、 1 3 1 F による制限によ り 、 図 3 に示される よ う にウェハ W上に形成されたチップの 電極パッ ド Pに対応する。 該照射による反射光は、 対物レ ン ズ 1 3 2 、 ノヽーフ ミ ラ ー 1 3 3 、 リ レー レ ンズ 1 3 4 を通 り . ハーフ ミ ラー 1 3 5 で光路変更され、 第 1 視野制限部材 1 3 6 によ り 第 2透過部 1 3 1 Fに対応する反射光が遮断される , この結果、 第 1 透過部 1 3 1 Eに対応する反射光のみが リ レ 一レ ンズ 1 3 7 、 1 3 8 を通 り 、 C C D 1 3 9 で検出される， こ の段階では、 電極パッ ド P の表面は必ずしも第 2撮像機構 構 1 3 の焦点に一致していない。

ウェハ Wからの反射光の一部は、 ハーフ ミ ラー 1 3 5 を透 過し、 焦点検出装置 1 6側へ入射される。 こ の入射光は、 第 2視野制限部材 1 6 1 で制限され、 2箇所の透過部 1 6 1 A を透過した光束のみが瞳分割ミ ラー 1 6 3 で二分割される。 二分割された光は、 リ レー レンズ 1 6 4 、 1 6 5 を通 り 、 光 センサ 1 6 6 で検出される。 光センサ 1 6 6 は、 2箇所の透 過部 1 6 1 Aに対応した二対の光量分布 5 0 1 (図 5 ， 6参 照） を検出する。 こ の段階で、 ウェハ Wの電極パッ ド P の表 面が第 2撮像機構構 1 3 の焦点の後方にある場合、 対をなす 光量分布間の距離は電極パッ ド Pが該焦点の位置にある場合 の該距離よ り も大きい方にずれている。 光セ ンサ 1 6 6 は受 けた光を光電変換し、 変換された信号を A / D変換器 1 6 7 を介して演算器 1 6 8 に出力する。 演算器 1 6 8 は該信号に 基づいて二対の光量分布間の距離 A、 B (図 6 参照） の平均 値を計算する。 こ の平均値に基づいて、 電極パッ ド P表面の デフォーカス量が求め られる。 演算器 1 6 8 が演算結果を制 御装置 1 4 へ出力する。 制御装置 1 4 は、 メ イ ンチャ ック 1 1 が移動され、 デフォーカス量が補正され、 電極パッ ド Pの 表面が第 2撮像機構構 1 3 の焦点に位置合わせされる よ う に . 駆動装置 1 7 を駆動する。 この結果、 電極パッ ド Pのオー ト フォーカスが終了 し、 メ イ ンチャ ッ ク 1 1 の Z位置 （即ち、 電極パッ ド Pの表面の高さ） を検出される。 このよ う に、 焦 点検出装置 1 6 は電極パッ ド Pの表面の高さ に関するデフォ 一カス方向及ぴデフォーカス量を同時に求める こ とができ る， ウェハ Wを焦点に合わせるために、 従来はメ イ ンチャ ック 1 1 を過剰に昇降させていたが、 該実施態様は、 一度の電極パ ッ ド P の上昇操作で電極パッ ド P の表面にオー ト フォーカス する こ とができ、 フォーカスに要する時間を短縮する こ とが でき る。

上述のよ う に して、 焦点検出装置 1 6 が電極パ ッ ド P に対 するォー ト フォーカ スを終了する と、 レジス タ j の値をイ ン ク リ メ ン トする (ステ ップ S .1 6 ) 。 才一 ト フォーカスを行 つた電極パッ ド Pの数が所定の数 （例、 4 ) 数に達したか否 かが判断される (ステ ップ S 1 7 ) 。 オー ト フォーカス した 数が所定の数未満であれば、 再びステップ S 1 4 、 ステップ S 1 5及びステ ップ S 1 6 が実施される。 ステ ップ S 1 7 に おいて、 ォー ト フォーカス した数が所定の数に達した場合に は、 所定の数の電極パッ ド Pの表面高さが記憶装置に格納さ れる (ステ ップ S 1 8 ) 。 レジス タ i の値をイ ンク リ メ ン ト する （ステ ップ S 1 9 ) 。 全てのチップ Nの電極パッ ド Pの 表面の高さが検出されたか否かが判断される （ステップ S 2 0 ) 。 未検出のチップがあれば、 再びス テ ッ プ S 1 2 〜ス テ ップ S 1 8 の操作が繰り 返えされる。 全てのチップの表面高 さがマ ッ ピングされる と、 ウェハ Wのマッ ピング動作が終了 する。 以上のステ ッ プ S 1 1 一 2 0 は、 その順序を適宜変更 して実施される こ と ができ る。

以上説明 したよ う に、 本実施形態は、 ウェハ Wのプローブ 検査において、 ウェハ W上に形成された複数のチップの表面 高さ を検出するために、 瞳分割によるォー ト フ ォ ーカ スを利 用する。 この結果、 メ イ ンチャ ック 1 1 をデフォーカス量に 見合っただけ上昇あるいは下降させるだけで電極パッ ド Pの 表面高さが検出され、 従来と比較してォー ト フ ォ ーカ ス時間 が格段に短縮され、 検査のスループッ トが高められる。

ウェハ W上に形成された全てのチップの表面の高さが検出 されるため、 チップ単位の凹凸に基づいてメ イ ンチャ ック 1 1 が操作される こ と ができ、 チップ毎に安定した針圧を得る こ と ができ、 信頼性の高い検査が行われる こ とができ る。

上記実施形態は、 ウェハ Wの全てのチップについて表面高 さ を検出する。 しかし、 必要に応じて所定個数のチップの表 面高さ を検出しても良い。 被検査体はウェハに制限されない 本発明の実施形態は、 被検査体に形成された個々の電子回 路素子の表面の高さが迅速に検出され、 スループッ トが高め られ、 安定した針圧で信頼性の高い検査が行われるプローブ 方法及びプローブ装置を提供する こ とができ る。

本発明のプローブ法における各工程は、 その順序を適宜変 更して実施される こ とができ る。

Claims

き 求 の 範 囲

1 . 被検査体 Wの電気的特性を測定するプローブ装置、 該プ ローブ装置は下記を具備する ：

テスタ ；

載置台、 該載置台は被検查体を載置する、 該被検査体はそ の表面に複数の電気回路素子が形成されている、 各電気回路 素子はその表面に複数の電極を具備する ；

プローブカー ド、 該プローブカー ドは該载置台の上部に配 置される、 該プローブカー ドは複数のプローブを備える、 該 プローブは該テスタ に接続されている ；

第 1 のセ ンサー、 該第 1 のセンサーは前記プローブの先端 の位置を検出する ；

第 2 のセンサー、 該第 2 のセンサーは個々 の電気回路素子 の表面位置を検出する ：

コ ン ト ローラ、 該コ ン ト ローラは、 該第 1 のセンサーで検 出 したプローブの先端の位置と、 第 2 のセンサーで検出 した 各電気回路素子の表面位置と に基づいて、 該プローブカー ド のプローブと電気回路素子の電極と を接触させる、 該コ ン ト ローラは前記接触を複数の電気回路素子の各々 について順次 実施する ；

2 . 前記第 2のセンサーが検知する個々の電気回路素子の表 面位置は、 個々 の電気回路素子の前記複数の電極表面の平均 的な位置である、 請求項 1 のプローブ装置。

3 . 前記第 1 のセンサーは負荷セ ンサを具備し、 前記負荷セ ンサは前記プローブによ る該センサ表面への接触の有無を検 出する、 請求項 1 のプローブ装置。

4 . 前記第 2のセンサーが下記を具備する請求項 1 のプロ一 ブ装置 ：

第 2 の撮像機構、 該第 2 の撮像機構は光照射機構を具備し 該光照射機構は、 光源を具備し、 該第 2 の光照射機構は被検 査体上に形成された電子回路素子の電極の表面を撮影する ； 瞳センサ、 該瞳セ ンサは、 該第 2 の撮像機構構の焦点を該 被検査体上に形成された電気回路素子の前記複数の電極表面 に一致させるために、 前記電極表面からの反射光を瞳分割し 分割 した光量分布に基づいて前記電極表面のデフォーカ ス量 を求める。

5 . 前記第 2 のセンサーは、 さ らに被検査体の全体像を撮影 する第 3 の撮像機構を具備する、 請求項 4 のプローブ装置。

6 . 前記第 2センサは、 各々の電気回路素子の前記複数の電 極表面の平均的な位置を検出するために、 各電気回路素子の 3 箇所の電極の位置を検出する、 請求項 2 のプローブ装置。

7 . 前記瞳センサが下記を具備する、 請求項 4 のプローブ装 置 ：

第 1 の視野制限部材、 該第 1 の視野制限部材は該光源と前 記電極と の間に設け られ、 且つ所定形状の光透過部によ り 照 射光を所定領域に制限する ；

瞳分割部材、 該瞳分割部材は、 該所定領域に制限された照 射光が該電極に照射され、 その結果、 該電極から反射された 反射光を第 1光速、 第 2光束に瞳分割する ；

受光部材、 該受光部材は該瞳分割手段からの第 1 光束、 第 2光束のそれぞれの光量分布を得る ；

演算器、 該演算器は第 1 光束、 第 2光束の光量分布に基づ いて、 該電極表面のデフォーカス量を演算する。

8 . コ ン ト ローラが下記を具備する、 請求項 4 のプローブ装 置 ：

前記瞳センサからの電極表面の位置情報に基づいて、 所定 位置からのデフォーカス量を求める演算器 ；

該演算器による演算結果に基づいて、 該載置台を移動させ て前記第 2撮像機構構器の焦点を前記電極表面に合わせる載 置台駆動機構。

9 . 前記瞳分割部材は、 瞳分割レンズ、 瞳分割プ リ ズム及び 瞳分割ミ ラーの内の一つである、 請求項 4 のプローブ装置。

1 0 . 前記瞳センサは、 該電極からの反射光を制限する第 2 の視野制限部材をさ らに具備する、 請求項 4 のプローブ装置,

1 1 . 被検査体の電気的特性を測定するプローブ装置、 該プ ローブ装置は下記を具備する ：

テス タ ；

载置台、 該載置台は被検査体 Wを載置する、 該被検査体は その表面に複数の電気回路素子が形成されている、 各電気回 路素子はその表面に複数の電極を具備する ；

プローブカー ド、 該プローブカー ドは該載置台の上部に配 置される、 該プローブカー ドは複数のプローブを備える、 該 プローブはテスタに接続されている ；

第 1 のセンサー、 該第 1 のセンサーは、 負荷センサを具備 し、 該負荷センサーは前記プローブの先端が該負荷センサー 表面への接触の有無を検出する ；

第 2のセンサー、 該第 2 のセンサーは被検査体の表面の平 均的な位置を検出する ：

コ ン ト ローラ、 該コ ン ト ローラは、 該第 1 のセ ンサーで検 出 したプローブの先端の位置と、 第 2 のセンサーで検出 した 各電気回路素子の電極表面の位置と に基づいて、 該プローブ カー ドのプローブと電気回路素子の電極と を接触させる、 該 コ ン ト ローラは、 前記接触を複数の電気回路素子の各々 につ いて順次実施する。

1 2 . 被検査体の電気的特性を測定するプローブ装置、 該プ ローブ装置は下記を具備する ：

被検査体上に形成された複数の電子回路素子の電気的特性 を測定するための測定手段 ；

被検查体を载置するための載置手段、 該被検査体はその表 面に複数の電気回路素子が形成されている、 各電気回路素子 はその表面に複数の電極を具備する ；

プローブカー ド、 該プローブカー ドは複数のプローブを備 える、 該プロープは該測定手段に接続されている ；

前記プローブの先端の位置を検出するための第 1 の検出手 段 ；

個々 の電気回路素子の表面位置を検出するための第 2 の検 出手段 ；

該第 1 のセンサーで検出 したプローブの先端の位置 と、 第 2 のセンサーで検出 した各電気回路素子の表面位置と に基づ いて、 該プローブカー ドのプローブと電気回路素子の電極と を接触させるための制御手段、 該制御手段は前記接触を複数 の電気回路素子の各々 について順次実施する。

1 3 . 前記第 2 の検出手段は、 個々の電気回路素子の前記複 数の電極表面の平均的な位置を検出する、 請求項 1 2 のプロ ーブ装置。

1 4 . プローブを有するプローブ装置を使用 して、 載置台に 載置された被検查体上に形成された複数の電子回路素子の電 気的特性を検査するプローブ方法、 該プローブ方法は下記を 具備する ：

(a)第 1 撮像機構構によ り 、 少なく と も一つのプローブの 位置を検出する工程 ；

(b)第 1 撮像機構構の焦点と 、 該電子回路素子の表面の位 置を検出するための第 2撮像機構構の焦点と を一致させるェ 程 ；

(c)載置台の表面の位置を検出する。

(d)載置台に被検査体を载置する工程 ；

(。プロ ーブと 、 被検査体上に形成された電子回路素子の 電極の表面との位置を合わせる工程、 該工程は下記工程を具 備する ；

(el)該電子回路素子の少な く と も一つの所定領域に光 を照射する工程 ；

(e2)該所定領域からの反射光を焦点検出光学系に取り 出す工程 ；

(e3)該焦点検出光学系の中で該反射光を第 1光と第 2 光と に瞳分割する工程 ； (e4)第 1 光と第 2光の光量分布に基づいて、 該電子回 路素子の表面のデフォーカス量を求める工程 ；

(e5)該フォーカス量に基づいて、 載置台を移動させ る こ と によ り 、 第 2撮像機構構の焦点と被検査体の電極 の表面と を一致させる工程、

(f)該プローブと被検査体の電極と を接触させる工程。

1 5 . 該載置台の表面の位置を検出する前記工程（c)は、 載 置台に付設された負荷セ ンサーの表面の位置を検出する こ と によ り 実施される、 請求項 1 4 の方法。

1 6 . 前記工程（d)及び工程（e)の間に、 再び工程（b)が実施 される、 請求項 1 4 の方法。

1 7 . 該電子回路素子の表面のデフォーカス量を求める工程 ( e4)によ り 得られたデフォーカ ス量を、 記憶装置にマツ ピン グする工程をさ らに有する、 請求項 1 4 の方法。

1 8 . プローブ装置を使用 して被検査体上に形成された複数 の電子回路素子の電気的特性を測定する方法、 該方法は下記 工程を具備する ：

(a)プロ ーブカー ドに設け られた複数のプローブの中の少 なく と も一つのプローブの位置を検出する ；

(b)第 1 撮像機構構の焦点 と、 該電子回路素子の表面の位 置を検出するための第 2撮像機構構の焦点と を一致させる ；

(c)載置台に載置された被検查体の表面に形成された各々 の電気回路素子表面位置を検出する ：

(d)被検査体を載置台に載置する、 該被検査体上に形成さ れた複数の電気回路素子の各々 はその表面に複数の電極を具 備する ；

(e)検出 された上記プローブの位置と 上記電極の位置 と に 基づいて、 上記複数のプローブと、 一つの電気回路素子の所 定の電極と を接触させる ；

1 9 . 前記工程（c)において検出 される各々 の電気回路素子 の表面位置は、 各々 の電気回路素子における前記複数の電極 表面の平均的な位置である、 請求項 1 8 に記載された方法。

2 0 . 前記複数の電極表面の平均的な位置を検出する 工程 ( c )は、 前記電極の表面からの反射光を瞳分割し、 分割 した 光量分布に基づいて前記電極表面のデフォーカ ス量を検出す る瞳セ ンサを使用 して実施される、 請求項 1 9 の方法。

2 1 . 前記複数の電極表面の平均的な位置を検出する工程 ( c )は、 一つの電気回路素子について 3つの電極について実 施される、 請求項 2 0 の方法。

2 2 . 前記プローブの位置を検出する工程（ a )は、 該載置台 に固定された負荷センサを使用 して実施される工程を具備す る請求項 2 0 の方法。

2 3 . 前記負荷センサーは載置台に固定されている、 請求項 2 2 に記載された方法。

2 4 . 前記瞳センサを使用 して実施される検出工程は、 下記 工程を具備する、 請求項 2 0 の方法 ：

(al)該載置台に載置された該被検査体上の少な く と も一つ の電気回路素子の一つの電極表面の所定領域に光を照射す る ：

(a2)該所定領域から反射された反射光を瞳分割 して第 1 、 第 2光に分割する ；

(a3)光センサによ り 、 第 1 、 第 2光それぞれの光量分布を 得る ；

(a4)第 1 、 第 2光の光量分布に基づいて、 上記一つの電極 表面のデフォーカス量を求める ；

(a5)以上の工程を繰り 返すこ と によ り 、 前記被検查体の表 面に形成された各々 の電気回路素子における前記複数の電極 表面の平均的なデフォーカ ス量を検出する。

2 5 . プローブ装置を使用 して被検査体上に形成された複数 の電子回路素子の電気的特性を測定する方法、 該方法は下記 工程を具備する ：

(a)プロ ーブカー ドに設け られた複数のプローブの中の少 な く と も一つのプローブの位置を検出する工程 ；

(b)第 1 撮像機構構の焦点と 、 該電子回路素子の表面の位 置を検出するための第 2撮像機構構の焦点と を一致させるェ ε ；

(C)載置台に載置された被検査体の表面に形成された各々 の電気回路素子の表面位置を検出する工程 ：

(d)被検査体を載置台に載置する工程、 該被検査体上に形 成された複数の電気回路素子の各々 はその表面に複数の電極 を具備する ；

(e)検出 された上記プロ ーブの位置 と 上記電気回路素子の 表面位置と に基づいて、 上記複数のプローブと、 一つの電気 回路素子の所定の電極と を接触させる工程。

2 6 . 前記工程（c)において、 検出する各々の電気回路素子 の表面位置は、 前記各々の電気回路素子における前記複数の 電極表面の平均的な位置である、 請求項 2 5 に記載の方法。

2 7 . 前記複数の電極表面の平均的な位置を検出する工程 ( c )は、 前記電極の表面からの反射光を瞳分割し、 分割した 光量分布に基づいて前記電極表面のデフォーカ ス量を検出す る瞳セ ンサを使用 して実施される、 請求項 2 6 の方法。