WO2004066378A1 - 光学的測長器を備えたプローブ装置及びプローブ検査方法 - Google Patents

Abstract

ウェハ状基板Ｗの上に形成された被検査体の電気的特性検査を行う、制御位置計測手段を備えたプローブ装置（１００）を提供する。このプローブ装置は、プローバ室（２９）と、該プローバ室内に配置され、被検査体を載置するための載置台（６）と、該載置台をＸ，Ｙ，Ｚ及びθ方向に移動する移動機構（１６）と、複数のプローブ（２６）を有し、該載置台と対向して配置されるプローブカード（１４）と、第１の光学的測長器（４ａ，４ｂ）を具備し、該第１の光学的測長器は該載置台に載置された被検査体の表面に光を照射し、その反射光に基づいて該被検査体のＺ軸方向の位置を測定する。また、第２の光学的測長器（５ａ，５ｂ）を具備することができる。

Description

明 細 書

光学的測長器を備えたプローブ装置及びプローブ検査方法 こ の出願は、 2 0 0 3年 1 月 2 0 日 に提出され、 その内容 はこ こに取り 込まれる、 前の S本出願 2 0 0 3 - 0 1 1 1 4 0 に基づいてお り 、 優先権を主張 します。

技術分野

本発明は、 一般に ウ ェハ状基板 （以下、 「 ウ ェハ」 と 称 す） W上に形成された複数の被検査体 （以下、 「チップ」 と 称す） の電気的特性を検査するプローブ装置及びプローブ検 查方法に関 し、 更に詳 しく は、 チ ップの測定位置及びプロ一 プカー ドの位置を直接測定する計測手段を備えたプローブ装 置及びプローブ検査方法に関する。

背景技術

チップの測定においては、 プローブカー ドのプローブとチ ップの X， Υ , Z、 及ぴ 6 方向の位置を合わせる こ と 、 及び、 プローブに向けてチップを上昇させて、 両者を所定のオーバ 一ドライ ブ量で正確に接触させる こ と が必要である。 このた めに、 チップの位置を正確に測定する こ と が必要である。 近 年、 チップの電極部あるいは電極の下地が薄く 、 柔らかく な つているため、 過剰なオーバー ドライ ブは、 電極部あるいは 電極の下地にダメージを与え、 下地を露出 させ、 ク ラ ック等 を発生させる。 従来、 この位置合わせのために、 カメ ラ によ り チップの電極とプローブの先端と を撮像する こ と によ って、 それらの位置を測定していた。 カメ ラ を用いた X , Y及び Θ 方向の位置の測定は、 精度が高く 、 広く利用 されている。 し かし、 カメ ラ によ る Z方向の位置合わせは、 対象物にカメ ラ の焦点を合わせ、 焦点までの距離を測定する。 このため、 測 定可能な距離範囲が狭く 、 精度が低い、 な どの課題があった。 測定誤差がある と、 プローブと チップとの接触圧に影響を及 ぼす。 その結果、 プローブ及びチ ップを傷つけた り 、 または プローブとチップと が十分に接触 しないこ と によ る測定誤差 が生じた り する虞が有った。 特開平 1 1 — 2 6 5 2 4号公報 には、 光学的測長器によ り プローブとチップの Z方向の位置 合わせを行 う装置が開示されている。 この公報に記載された 装置は、 2つの光学的測長器を備えているが、 プローブとチ ップの位置を直接測定する こ と は出来ない。 また、 測定時に はメ イ ンチャ ッ ク を所定の位置に移動させる必要がある。 さ らに、 測定の一部にカメ ラを用いた焦点合わせが必要であ り 、 合わせた焦点の位置からプローブとチップの間の距離を算出 する こ とから、 測定に時間がかか り 、 且つ精度の高い測定が 出来ないと い う 課題がある。

発明の開示

本願発明は、 その 1 つの観点に従って、 よ り 簡単な構成に よ り チップとプローブ間の距離の測定誤差を減少 し、 ォーバ 一ドライブ量を最適に制御して検査の信頼性をさ らに高める こ と ができ るプローブ装置及びプローブ検査方法を提供する。

また、 本願発明は、 他の観点に従って、 プローブカー ドの 変形によ る Z方向の位置の変化を測定し、 チップとプローブ の位置合わせをよ り 精確に行う こ とができ るプローブ装置及 びプローブ検査方法を提供する。 本発明の第 1 の観点に従って、 下記を具備する、 ウェハ W に形成されたチップの電気的特性検査を行 う プローブ装置が 提供される。

プローバ室、 該プローバ室内に配置され、 複数のチップが 形成されたウェハを載置するための載置台、 該プローバ室に 配置されたプローブカー ド （該プローブカー ドは複数のプロ ープを有し、 該載置台と対向 して配置される） 、 第 1 の光学 的測長器 （該第 1 の光学的測長器は該載置台に載置されたゥ ェハに形成されたチップの表面に光を照射し、 その反射光を 受光する受光面上での反射光の位置を検出 し、 その位置に基 づいて該チップの z軸方向の位置を測定する） 。

本願発明の上記の観点に基づ く プ ロ ーブ装置は、 下記

( 1 ) 〜 （ 1 2 ) のさ らに好ま しい構成のいずれか、 あるい はこれらの内のいずれかの組み合わせを具備する こ と ができ る。

( 1 ) 第 1 の光学的測長器によ り 測定される z方向の位置の 基準と なる基準面が載置台に付設される。

( 2 ) 該第 1 の光学的測長器が照射する光はレーザー光であ る。

( 3 ) レーザー光の直径は 1 0 μ πι〜 3 0 μ πιである。

( 4 ) 該第 1 の光学的測長器は、 プローバ室内の上部壁及び 側壁のいずれかに取り 付け られる。

( 5 ) 該プローブ装置は、 前記載置台を Ζ方向に移動する移 動機構を有し、 該移動機構を制御するための制御装置を具備 する、 こ こにおいて、 該第 1 の光学的測長器は、 該载置台及 ぴ該載置台に載置されたウ ェハのいずれかの表面における複 数箇所の Z方向の位置を測定し、 該制御装置は、 該第 1 の光 学的測長器が測定した複数箇所の z方向の位置に基づいて、 該表面の Z方向の位置に関するマ ップを作成する。

( 6 ) 該プローブ装置は、 プローブカー ドの支持部材の表面 に光を照射し、 その反射光を受光する受光面上での反射光の 位置を検出 し、 その位置に基づいてプローブカー ドの Z軸方 向の位置を測定するための第 2 の光学的測長器をさ らに具備 する。

( 7 ) 該第 2 の光学的測長器が照射する光はレーザー光であ る。

( 8 ) 該プローバ室は、 保持板 （ 1 0 ) (該保持板は該プロ ーブカー ドの上部に位置される） を具備 し、 該第 2 の光学的 測長器は、 該保持板の前記プローブカー ドに対面する面に取 り 付け られる。

( 9 ) 該プローブ装置は、 プローブカー ドを固定するための プローブカー ド支持部材 （該プローブカー ド支持部材は該プ ローブカー ドの上部に取り 付け られる） を具備し、 該第 2 の 光学的測長器は、 該プローブカー ド支持部材の上面を計測す る こ と によ り該プローブカー ドの Z方向の位置の変化を測定 する。

( 1 0 ) 該プローブカー ド支持部材は、 該第 2 の光学的測長 器によ り 測定される箇所に測定用の光を反射する反射体を具 備する。

( 1 1 ) 該第 2 の光学的測長器は、 該プローブカー ドの側面 を測定する こ と によ り 該プローブカー ドの Z方向の位置の変 化を測定する。

( 1 2 ) 該プローブカー ドは、 該第 2 の光学的測長器によ り 測定される側面に測定用の光を反射する光学素子を具備する。

本発明の第 2 の観点に従って、 上記第 1 の観点に従ったプ ローブ装置であって、 かつ上記 （ 1 ) を具備するプローブ装 置において、 下記を具備する、 被検査体を検査する方法が提 供される。

( a ) 載置台上にウェハを载置する、 （ 1? ) (131)第 1 の光学 的測長器によ り 該载置台に付設 した基準面の Z方向の位置を 測定する、 （ b 2 ) 載置台を上昇させ、 基準面をプロープに 接触させる こ と によ り 、 該基準面と該プローブの間の距離を 測定する、 （ c ) 該第 1 の光学的測長器を用いて、 チップの 表面の Z 方向の位置 を測定す る 、 （ d ) 上記 （ b ) 及び

( c ) の測定結果に基づき該チップの表面と該プローブの先 端と の間の距離を決定する、 （ e ) 該 （ d ) で決定した該チ ップと該プローブの間の距離に基づいて、 該移動機構が該载 置台を Z方向に上昇させて、 該チップを該プロープに接触さ せる、 （ f ) 該チップの電気的特性を測定する、 （ g ) 被検 査体の測定ピッチ分の移動を行い、 （ e ) 乃至 （ f ) を繰り 返すこ と によ り 次のチップを測定する。

上記方法は、 さ らに下記構成 （ 1 3 ) 及び （ 1 4 ) のいず れか、 或いは下記構成のいずれかを組み合わせて具備する こ とが好ま しい。

( 1 3 ) (cl)該第 1 の光学的測長器は、 該ウェハ状基板の表 面の複数箇所における z方向の位置を測定する。

(c2)測定された該ウ ェハ状基板の表面上の複数箇所におけ る Z方向の位置に関するマ ップを作成する。

(c3 )該 （c2 ) で作成された該マ ップに基づいて、 該移動機 構が該載置台を Z方向に移動させて、 チップをプローブに接 触させる。

( 1 4 ) さ ら に、 上記 （ a ) に続いて、 （a²)第 2 の光学的測 長器によ り 、 プローブカー ドの支持部材の上表面に光を照射 し、 その反射光を受光する受光面上での反射光の位置を検出 し、 その位置に基づいてプローブカー ドの Z軸方向の位置を 測定する。

上記の （ d ) は、 上記の （ b ) 及ぴ （ c ) に加えて該 （ a 2 ) の測定結果に基づいて、 該チップと該プローブの間の距 離を決定する。

本願発明はウェハ上に形成された被検査体 （例、 半導体） の電気的特性を測定するプローブ装置及びプローブ検査方法 に適用する こ と が出来る。

図面の簡単な説明

図 1 は、 第 1 の実施例におけるプローブ装置の断面図。 図 2 は、 本願発明の各実施例における基板固定機構 2 3 の 一つの実施例。

図 3 は、 本願発明の各実施例における移動機構 1 6 の一つ の実施例。

図 4 は、 本願発明の各実施例に用い られる光学的測長器の 原理図。 図 5 は、 本願発明の各実施例においてウェハ Wをゾーンに 分けたマ ップの一実施例。

図 6 は、 第 2 の実施例におけるプローブ装置の断面図。 図 7 は、 第 2 の実施例のプロ ーブ装置の主要部拡大図。 図 8 は、 第 3 の実施例におけるプローブ装置の断面図。 図 9 は、 第 3 の実施例のプローブ装置の主要部拡大図。 発明を実施するための最良の形態

図面を参照 して本発明の第 1 の実施形態を説明する。 図 1 は、 本願発明の第 1 の実施例のプローブ装置 1 0 0 の本体断 面図である。 本実施例によ るプローブ装置 1 0 0 はプローバ 室 2 9 を有する。 このプローバ室 2 9 は上部壁 2 、 側壁 3 を 有する。 上部壁 2 はその中央に開 口部 7 を有する こ とが出来 る。 プローバ室内にはウェハ状の基板 （以下、 「ウェハ」 と 称する。 ） Wを載置するための載置台 6 が備え られる。 この 載置台 6 は、 移動機構 1 6 の上に取り 付け られる。 こ の移動 機構 1 6 は载置台を X , Υ , Z及び 0 方向に移動する。 この 移動機構 1 6 は、 制御装置 1 7 によって制御される。

載置台 6 は、 載置されたウェハ Wを保持するための基板固 定機構 2 3 を具備する こ と ができ る。 図 2 は基板固定機構 2 3 の一実施例を示す。 基板固定機構 2 3 は、 例えば載置台の 表面に形成された溝 2 3 a 及びこの溝 2 3 a に接続される給 排気用孔 2 3 b を備える。 真空ポンプ 2 2 が、 孔 2 3 b を介 して溝 2 3 a を真空引きする こ と によ り 、 ウェハ Wは基板固 定機構 2 3 の表面に吸引固定される。 基板固定機構 2 3 は真 空吸引機構の他に、 静電気を用いた吸着機構や機械的な固定 機構な ども採用する こ とができ る。

図 3 は载置台 6 を移動する移動機構 1 6 の一実施例を示す, 移動機構 1 6 は、 ウェハ Wが載置された載置台 6 と、 載置台 6 を支持する X ス テージ 3 0 と 、 Xス テージ 3 0 を支持する Y ス テージ 3 2 と、 これら を支持する基台 3 4 と を備えてい る。 ウェハ Wの電気的特性が検査される時には、 載置台 6 は X， Y ス テージ 3 0、 3 2 を介 して Χ , Υ方向へ移動される と共に、 載置台 6 の下部に備え られた昇降駆動機構 6 a によ り Z方向に昇降する。 X ス テージ 3 0 は X方向駆動機構 4 1 によ り Yステージ 3 2上で X方向 レール 3 1 に沿って往復移 動する。 Y ステージ 3 2 は Y方向駆動機構 4 2 によ り 基台 3 4 上で Y方向 レール 3 3 に沿って往復移動する。 Χ , Υ方向 駆動機構 4 1 , 4 2 は、 それぞれモータ 4 1 a 、 モータ 4 2 a 及ぴポールネジ 4 1 b , 4 2 b を有する。 ポールネジ 4 1 b , 4 2 b は、 それぞれ Χ , Υ ス テージ 3 0· , 3 2 と 螺合 し Χ , Υ ス テージ 3 0， 3 2 をそれぞれ移動させる。 昇降駆動 機構 6 a は、 例えばモータ と 、 こ のモータ によ り 正逆回転す るボールネジと 、 こ のボールネジと螺合し載置台に固定され たナツ ト部材と から構成される こ とができ る。 モータ によつ てポールネジが回転する こ と によ り 、 ナツ ト部材を介 して載 置台 6 が昇降される。 さ らに、 載置台には 0 回転機構 6 が 備え られる。 0 回転機構は載置台 6 を回転する。

本願発明が採用する こ と ができ る移動機構は、 図 3 に示し たものに限らず、 載置台を X， Y， Z及ぴ 0 方向に移動でき るいずれの移動機構も採用する こ とができ る。 図 1 において、 プローバ室 2 9 の上部の開 口部 7 には、 プ ローブカー ド 1 4 が載置台 6 と対向配置される。 このプロ一 ブカー ド 1 4 は、 ウェハ W上に形成されたチップ 1 の電気的 特性を検査するための複数のプローブ 2 6 を有している。 プ ローブカー ド 1 4 は、 例えばプローブカー ド支持部材 9 の下 面に取り 付け られる こ と が出来る。 このプローブカー ド支持 部材 9 は、 上部壁 2 に直接取り 付け られても良いが、 上部壁 2 の開口部 7 に取り 付け られたへッ ドプレー ト 1 2 に着脱可 能に固定されても良い。

さ らに、 プローバ室 2 9 には、 チップ 1 と プローブ 2 6 の X , Y及び 0 方向の位置を測定するために使用される上下の カメ ラ 1 5 a , 1 5 b が備えられる。 下カ メ ラ 1 5 b は载置 台 6 の周囲に配置され、 上カメ ラ 1 5 a は、 プローバ室 2 9 の上部に配置される こ とができ る。 上カメ ラ 1 5 a は、 例え ば X方向に沿って配置されたァライ メ ン トプリ ッジ 1 5 d の 長手方向中央部に取り 付け られる。 ァライ メ ン トプリ ッジ 1 5 d は、 プローバ室側壁の上部に備え られたガイ ドレール 1 5 c に沿って Y方向に往復移動可能である。

下カメ ラ 1 5 b はプローブカー ド 1 4のプローブ 2 6 の先 端を撮像し、 上カ メ ラ 1 5 a はウェハ Wに形成されたチップ 1 の電極を撮像する。 撮像したそれぞれの座標位置に基づい て、 制御装置 1 7 はチップ 1 の電極と プローブ 2 6 の先端の 位置関係を算出 し、 载置台 6 を移動してチップ 1 とプローブ 2 6 と を位置合わせする。

チ ップ 1 とプローブ 2 6 の Z方向の位置を合わせるために、 本願発明の 1 実施例は第 1 の光学的測長器 4 ( 4 a , 4 b ) を備える。 第 1 の光学的測長器 4 は、 载置台 6 に載置された ウェハ W上に形成されたチップ 1 の表面に光を照射し、 その 反射光を受光する受光面上での反射光の位置を検出 し、 その 位置に基づいて、 チップ 1 の Z軸方向の位置を直接且つ正確 に測定する こ とができ る。 第 1 の光学的測長器 4 は、 プロ一 バ室 2 9 のいずれの箇所にも配置される こ と ができ るが、 特 に上部壁 2 、 或いは側壁 3 の上部に配置される こ と によ り ぶ れ難く 精確な測定を行 う こ とができ る。

第 1 の光学的測長器 4 は、 第 1 の照射器 4 a と第 1 の検出 器 4 b と を具備 し、 第 1 の照射器 4 a から照射された光は、 チップ 1 な どの測定対象物に反射して第 1 の検出器 4 b に入 射する。 このと き、 光を反射する面の Z方向の位置が変化す る と 、 検出器に入射する光の位置が移動する。 この光の位置 の移動量に基づいて、 光を反射する面の Z方向の位置を測定 する こ とができ る。.その原理図を図 4 に示 した。 反射面 2 0 が Aの位置にある と き、 光は において反射する。 反射面 が Bの位置にある と き、 光は B ' において反射する。 これら の反射光は入射面 2 1 においてそれぞれ A ' 一、 B ' ' の点 に入射する。 こ こにおいて、 光が反射する点の位置の変化を Δ X、 反射面の Z方向の位置の変化を l Z、 反射面 2 0 を入 射面に結像する光学系の倍率を M、 反射面へ照射された光の 入射角を Θ とする。 また、 反射面が Aから Bへ変化した と き、 入射面での光の入射位置は A ' ' から B ' 一に変化する が、 この距離を Δ meas とする。 する と、 Δ X = Δ Ζ t an θ ①

Δ meas = 2 · Δ X · Μ ②

であ り ①及び②よ り 、

Δ meas = 2 ■ M · tan Θ 厶 Z

である

こ こで、 2 · M · t an Θ は定数である のでこれを K とする と、 Δ Z は

Δ Z = ( 1 / K ) · Δ m e as

である。

従って、 Δ mea s を計測する こ と に よ り Δ Z を測定する こ とが出来る。

この光学的測長器を使用する こ と によって、 反射面の微量 な位置の変化も検出可能であ り 、 従来のカ メ ラを用いた焦点 法による測定と比較 して精確な測定が可能と なる。 また、 焦 点法によ る測定では、 載置台 6 を昇降させて焦点をチップ 1 に合わせる必要があ り 、 測定に時間がかかったが、 こ の光学 的測長器では、 被測定物、 即ちチップ 1 が検出範囲内にあれ ば載置台を昇降させる こ と なく 測定でき、 測定に要する時間 が大幅に短縮でき る。 さ らに、 この光学的測長器の Z方向の 検出可能範囲は 2 0 0 At mの幅があ り 、 カメ ラ を用いた焦点 法の検出可能範囲と比較して広いため、 測定を容易に行う こ とができ る。 なお、 光学的測長器の Z方向の検出可能範囲は よ り 長尺な測長用センサを用いる こ と によ り 、 さ らに広く す る こ とが可能である。

本願発明の第 1 の実施例では一つの光学的測長器でウェハ wの表面、 即ちチップ 1 を直接測定する こ と が可能であるた め、 プローブ装置の構成が簡単になる と共に、 測長装置の測 定誤差を減少する こ と ができ、 測定精度を向上させる こ と が でき る。 また、 本実施例に用い られる光学的測長器のよ う に、 反射光の光量によって測定する機構ではな く 、 検出器に入射 する入射光の位置の変化に基づいて測定する機構を採用する 場合には、 反射面の状態によって測定結果が左右されず、 安 定した測定結果を得る こ とができ る。 さ ら に、 本実施例に用 い られる第 1 の光学的測長器 4 は、 離れた位置からで も測定 が可能であるため、 載置台 6 に載置されたチップ 1 を測定可 能な場所な らばどこにでも設置する こ とが可能である。

第 1 の光学的測長器 4 の光には、 可視光 L E Dなどを用い る こ と も出来るが、 レーザー光を使用する こ とが望ま しい。 本願発明における第 1 の光学的測長器 4 と してレーザー光を 使用 した機構を採用する こ とで、 容易且つ精確な測定が可能 である。 本実施例において使用 される レーザー光の直径は 1 0 〜 3 Ο μ πιと される こ と ができ る。 現在一般的に使用 され ているチップ 1 の電極の長さは 3 5 〜 1 0 0 μ πιであ り 、 こ の電極の長さ よ り 小さい直径を持つレーザー光を使用する こ と によ り 、 当該電極に近接した表面のパターンに影響される こ と な く 当該電極の位置のみを局部的に測定する こ と が出来 る。 なお、 第 1 の光学的測長器 4 は、 載置台 6 或いはウェハ Wの表面を 3次元的に測定する こ と によ り 、 載置台或いはゥ ェハ Wの平面性を検査する こ と もでき る。

さ らに、 図 1 に示 した第 1 の実施例におけるプローブ装置 は、 プローブの先端位置を測定するための手段と して用いら れる基準面 1 3 を具備する こ と ができ る。 基準面 1 3 は第 1 の光学的測長器 4 によ り 測定される位置の基準と して用いら れる こ とができ る。 基準面 1 3 は、 載置台 6 上に配置されて も良いが、 载置台 6 に付設された基準台 1 8 に備えられても 良い。 基準面 1 3 と しては平坦で且つ光を反射する表面であ れば良く 、 例えば金属のプレー トゃ金属めつきのプレー トな どの表面を用いる こ と ができ る。 第 1 の実施例では A u メ ッ キプレー ト の表面を用いた。

第 1 の光学的測長器 4 ( 4 a , 4 b ) は、 ウェハ W上に形 成された個々 のチップ 1 の電極の位置を測定する こ と ができ る。 測定された個々 のチップ 1 の電極の Z方向の位置情報は、 制御装置 1 7 に送信され、 载置台 6 をプローブ 2 6 に向けて 上昇させるべき距離を制御するために使用される こ と が出来 る。 第 1 の光学的測長器 4 は、 ウェハ W上の複数箇所の Z方 向の位置を測定し、 マ ップを作成するために使用 される こ と も出来る。 この場合、 測定が高速で行えるため、全チップの 電極位置を測定する こ と も可能である。 あるいは、 図 5 に示 したよ う に、 ウェハ Wの表面をいく つかのゾーン 1 9 に分け、 各ゾーンを代表する点の位置を測定する こ と も可能である。 測定された結果は制御装置 1 7 に送信される。 制御装置 1 7 は各ゾーンの Z方向の位置のマ ップを作成する こ とができ る _c 制御装置は作成したこのマ ップに基づいてウェハ W上に形成 された全チップの電気的特性を測定する毎に載置台 6 の上昇 距離を制御する こ と ができ る。 次に、 第 1 の実施例におけるプローブ装置の動作を説明す る。

( a ) 図 1 において、 カセ ッ ト C内力 ら取り 出されたゥェ ハ Wは、 載置台 6 の基板固定機構 2 3 上に載置される。

( b ) 上記した基板固定機構 2 3 が例えば真空吸着力によ り ウェハ Wを固定した後、 下カ メ ラ 1 5 b がプローブカー ド 1 4 の ， Y及び 0 方向の位置を撮像する。 こ の像に基づい て検出されたプローブ 2 6 の X， Y及ぴ 0 方向の位置情報は 制御機構 1 7 に記憶される。

( c )

( c l )続いて、 第 1 の光学的測長器 4 ( 4 a，· 4 b ) によ り 、 載置台 6 に付設 した基準面 （A u プ レー ト） 1 3 と、 プ ローブ 2 6 の間の距離を測定する。 まず、 第 1 の光学的測長 器 4 の第 1 の照射器 4 a 力 ら、 A u プ レー ト 1 3 に向けてレ 一ザ一光が照射される。 A u プ レー ト 1 3 上で反射した レー ザ一光は、 第 1 の検出器 4 b に入射する。 こ の入射光に基づ いて検出された A u プ レー ト 1 3 の Z方向の位置は制御装置 で記憶される。

(c2)載置台 6 が上昇し、 プローブ 2 6 に A u プレー ト 1 3 が接触する。 こ の際に、 載置台 6 が上昇した距離を A uプ レー ト 1 3 とプローブ 2 6 の間の距離と して制御装置に記憶 する。 プローブ 2 6 の長さ はプローブカー ド 1 4毎に必ずし も一定ではない。 こ の操作によ って A uプレー ト 1 3 と プロ ーブ 2 6 の間の距離を実測する こ とができ る。 また、 この操 作によって両者の距離を測定する こ と ができ るため、 本願発 明の第 1 の実施例においては、 チップ 1 の位置をひとつの光 学的測長器のみによって測定する こ と が可能である。

( d ) 上カメ ラ 1 5 a がウェハ Wを撮像 し、 測定対象のチ ップ 1 の X， Y及び 0 方向の位置を制御装置 1 7 に記憶させ る。

( e ) 第 1 の光学的測長器 4 が、 チップ 1 の表面の Z方向 の位置を測定する。 第 1 の光学的測長器 4 の照射器 4 a がチ ップ 1 に向けて レーザー光を照射し、 チップ 1 上で反射 した レーザー光は第 1 の検出器 4 b に入射する。

( f ) 制御装置 1 7 は、 このチップ 1 の位置の測定結果と 記憶されている A u プレー ト 1 3 の位置と を用いて、 チップ 1 と プローブ 2 6 の間の距離を算出する。

( g ) 制御装置 1 7 が記憶しているチップ 1 及ぴプローブ 2 6 の位置に基づいて、 移動機構 1 6 が載置台 6 を移動 し、 チップ 1 と プローブカー ド 1 4 の X ， Y及び 0 方向の位置を 合わせる。 -

( h ) 上記 （ f ) で決定したチップ 1 と プローブ 2 6 の間 の距離に基づいて、 移動機構 1 6 が载置台 6 を上昇させて、 チップ 1 をプローブ 2 6 に接触させる。

( i ) 移動機構 1 6 が載置台 6 をさ らに上昇させてオーバ 一ドライブする。

( j ) こ の状態でチップ 1 の電気的特性を測定する。

( k ) チップサイ ズ分の移動を行い、 上記した （ h ) 乃至 ( j ) の操作を繰り 返し、 ウェハ W上に形成された全てのチ ップ 1 の電気的特性を測定する。 チ ップ 1 の表面の z方向の位置を測定する方法は、 上記 ( e ) における第 1 の光学的測長器 4 を用いて個々のチップ 1 を測定する方法の他に光学的測長器 4 を用いて、 ウェハ W の表面の複数箇所の Z方向の位置を測定し （ e 1 ) 、 ウェハ Wの表面をいく つかのゾーン 1 9 に分けたマ ップを作成する ( e 2 ) こ と もでき る。 測定される箇所はウェハ W上で離散 した複数の点が望ま しく 、 例えば図 5 に示 したよ う に、 ゥェ ハ W全面を細分化 して測定する こ と によ り 、ウ ェハ Wの う ね り を精度よ く 計測する こ と も出来る。 図 5 において、 チップ 1 上の黒点は、 第 1 の光学的測長器によって測定される候補 の点である。 この場合、 測定された結果は制御装置 1 7 にお いて記憶され、 制御装置 1 7 はウェハ Wをい く つかのゾーン 1 9 に分け、 それぞれのゾーン 1 9 を平面と して Z方向の位 置のマップを作成する こ と ができ る。 制御装置 1 7 はこのマ ップに基づいて載置台 6 の上昇距離を制御する。 制御装置 1 7 は、 上記 （ f ) において、 各ゾーン 1 9 の Z方向の位置を、 記憶されている A u プレー ト 1 3 の位置と比較し、 各ゾーン 1 9 とプローブ 2 6 の間の距離を算出する。 この よ う に、 ゥ ェハ W上の複数箇所を測定 してマ ッ プを作成する こ と で.、 個々 のチップ 1 の位置を測定する手間が省け、 検査効率を上 昇する こ と が可能である。

図 6 は本願発明の第 2 の実施例を示す。 この第 2 の実施例 は、 第 1 の実施例のプローブ装置に加えて、' プローブカー ド 1 4 の Z方向の位置の変化を測定するための第 2 の光学的測 長器 5 をさ らに具備する。 第 2 の実施例は、 その他の点は第 1 の実施例と 同様であるので、 以下には第 2 の光学的測長器 5 について説明する。 第 2 の光学的測長器 5 は、 第 1 の光学 的測長器 4 と 同様の測長器を用いる こ とができ、 第 2 の照射 器 5 a と第 2 の検出器 5 b を具備する こ と ができ る。

図 6 に示 したよ う に、 第 2 の実施例におけるプローブ装置 は、 上部壁 2 に開 口部 7 を覆 う よ う に保持板 1 0 を具備する こ と ができ る。 第 2 の実施例において、 第 2 の光学的測長器 5 は、 保持板 1 0 の下面に、 開 口部 7 内に配置される よ う に 取り 付け られる こ とができ る。

図 6 の主要部拡大図を図 7 に示 した。 第 2 の実施例におい ても、 第 1 の実施例と 同様にプローブカー ド 1 4 を固定する ためのプローブカー ド支持部材 9 を具備する こ と ができ る。 プローブカー ド 1 4 はこのプローブカー ド支持部材 9 の下面 に取 り 付け られる こ と ができ る。 第 2 の光学的測長器 5 は、 このプローブカー ド支持部材 9 の上面を計測する こ と によ り プローブカー ド 1 4の Z方向の位置の変化を測定する こ とが でき る。 プローブカー ド支持部材 9 は、 第 2 の光学的測長器 5 によ り 測定される箇所に測定用の光を反射する反射体 1 1 を具備する こ とができ る。 この反射体 1 1 は、 平坦で且つ光 を反射する表面を有するいずれの反射体でも良いが、 第 2 の 実施例は鏡を採用 している。

プローブ試験は高温下で行われる こ とがある。 そのためプ ローブカー ド 1 4 も高温にな り 、 変形する こ とがある。 さ ら にプローブカー ド 1 4 は、 プローブ 2 6 を介してチップ 1 、 すなわち載置台 6 から圧力を掛け られる。 これらの理由によ り 、 プローブカー ド 1 4 はプローブ試験中に変形し、 上下に 変位する こ とがある。 その際、 プローブカー ド支持部材 9や へッ ドプレー ト 1 2 な ど、 プローブカー ド 1 4 が固定された 部材も一体と なって変形する。 プローブカー ド 1 4 が変形す る と 、 それに伴ってプローブ 2 6 の位置が変化し、 プローブ 2 6 とチップ 1 の接触位置が変化する。 このため、 プローブ 2 6 とチップ 1 が必要以上の圧力で接触してチップ 1 を破壊 する原因 と なった り 、 或いは逆に接触が不足 し検查精度の低 下と なった り する こ と もあ り 得る。

そこで、 第 2 の実施例では、 第 2 の光学的測長器 5 によつ てプローブカー ド 1 4 の Z方向の位置の変化を測定する。 測 定されたプローブ力一 ド 1 4 の変位は制御装置 1 7 に記憶さ れる。 制御装置 1 7 はその測定結果に基づいて載置台 6 の上 昇距離を調整する こ とができ る。 これによ り 、 検査中にプロ ーブカー ド 1 4 が変形した場合でもチップ 1 とプローブ 2 6 は適確に接触する こ とができ、 ウェハ Wの全てのチップ 1 を 安定して精度良く 測定する こ と が可能である

図 8 は、 本願発明の第 3 の実施例を示す。 第 3 の実施例は、 第 1 の実施例にさ らに第 2 の光学的測長器 5 ( 5 a , 5 b ) を具備するプローブ装置である。 この第 2 の光学的測長器 5 は、 第 2 の実施例と 同様の構成、 機能及び効果を有する こ と ができる。 第 3 の実施例において、 第 2 の光学的測長器 5 は プローバ室 2 9 内に配置される。 図 9 に示したよ う に、 第 3 の実施例において第 2 の光学的測長器 5 は、 プローブカー ド 1 4 の側面を測定する こ と によ ってプローブカー ド 1 4 の Z 方向の位置の変化を測定する こ と ができ る。 第 2 の光学的測 長器 5 は、 第 2 の照射器 5 a と第 2 の検出器 5 b を備え、 こ れらはプローバ室 2 9 内の上部壁 2 または側壁 3 に配置され る。 第 2 の照射器 5 a 及び検出器 5 b は隣接して設置されて も良いが、 図 9 に示される よ う に一つの装置と して構成され ても良い。 この よ う な構成によ り 第 2 の光学的測長器 5 の構 成を簡単にする こ と ができ、 装置の調整を容易にする こ と が でき る。

第 2 の光学的測長器 5 が測定するプローブカー ド 1 4 の側 面箇所には、 光学素子 2 5 を備える こ とができ る。 光学素子 2 5 を用いる こ と によ り 、第 2 の照射器 5 Aから照射された 光は反射し、 検出器 5 B に入射する こ とができ る。 光学素子 と しては、 例えばプリ ズム 2 5 を用いる こ と が出来る。 また、 プリ ズムの他にコーナーキューブプリ ズムゃリ ト ロ リ フ レタ タ を用いる こ と も出来る。 或いは複数の ミ ラーを組み合わせ て用いる こ と も可能である。

第 2 の光学的測長器 5 はプロ ーバ室外に設置する こ と も可 能である。 その場合は、 光が通過する孔を側壁に備える こ と によ り 、 プローバ室外からでも測定が可能と なる。 光学的測 長器 5 をプローバ室外に設置する こ と によ り 、 取 り 付けや扱 いを簡便にする こ と ができ る。

第 2及ぴ第 3 の実施例におけるプローブ装置の動作は、 第 1 の実施例の動作と 同様に行われるが、 これに第 2 の光学的 測長器 5 の動作が加えられる。 上記 （ b ) において制御機構 1 7 がプローブ 2 6 の位置を記憶した後、 第 2の光学的測長 器 5 はプローブカー ドの Z方向の位置を測定する こ と ができ る （ b 2 ) 。 第 2 の光学的測長器 5 は、 常時あるいは必要時 にプローブカー ド 1 4 の変位を測定する こ と ができ る。 第 2 の光学的測長器 5 によって測定された結果は、 制御装置 1 7 に記憶され、 上記の （ f ) においてチップ 1 と プローブ 2 6 の間の距離を決定するために用い られる。 制御装置 1 7 は、 こ の決定された距離に基づいて載置台 6 を上昇させ、 チップ 1 と プローブ 2 6 が所定の圧力で接触する こ と を可能にする（ 本願発明の実施例に拠れば、 第 1 の光学的測長器を備えた 構成によ り 、 チップと プローブの z方向の位置合わせを精確 に行 う こ と ができ るプローブ装置及びプローブ検查方法を提 供する こ と ができ る。

本願発明の実施例によれば、 基準面を具備 した構成によ り . チップと プローブの間の距離を正確に実測 し、 精密な測定を 可能とする こ と ができ るプローブ装置及びプローブ検査方法 を提供する こ とができ る。

本願発明の実施例によれば、 光学的測長器の光にレーザー を使用する構成によ り 扱いが簡便で精度の良い位置測定が可 能であるプローブ装置及びプローブ検査方法を提供する こ と ができ る。

本願発明の実施例によれば、 第 1 の光学的測長器が照射す る レーザー光の直径を 1 0 /z m〜 3 0 // mとする構成によ り チップの各電極の位置を局部的に測定する こ とができ、 当該 電極周辺のウェハ Wのパターンに影響されずに正確で安定し た位置測定が可能なプローブ装置を提供する こ と ができ る。 本願発明の実施例によれば、 第 1 の光学的測長器が载置台 及ぴ載置台に載置されたゥ ヱハ Wのいずれかの表面における 複数箇所の Z方向の位置を測定し、 また、 制御装置が第 1 の 光学的測長器が測定した結果に基づいてマ ップを作成する こ とができ る。 このマ ップによ り 個々のチップを測定する手間 が省け検査効率を上昇する こ と が可能であるプローブ装置を 提供する こ と ができ る。

本願発明の実施例によれば、 第 2の光学的測長器がプロ一 ブカー ドの Z方向の位置の変化を測定する構成によ り 、 検査 中にプローブカー ド 1 4 が変形してもその変位の分を調整し、 常に精確な Z方向の位置合わせが可能であるプローブ装置を 提供する こ とができ る。

更なる特徴及び変更は、 当該技術分野の当業者には着想さ れる と ころである。 それ故に、 本発明はよ り 広い観点に立つ ものであ り 、特定の詳細な実施例及びこ こ に開示された代表 的な実施例に限定される も のではない。 従って、 請求項に定 義された広い発明の概念及びその均等物の解釈と範囲におい て、 そこカゝら離れる こ と な く 種々 の変更を行 う こ とができ る。

Claims

am 求 の

1 . ウェハ状基板 Wの上に形成された被検査体の電気的特性 検査を行う プローブ装置 （ 1 0 0 ) 、 該プローブ装置は下記 を具備する ：

プローバ室 （ 2 9 ) ；

該プローバ室内に配置され、 複数の被検查体が形成された ウェハ状基板を载置するための载置台 （ 6 ) ；

該プローバ室に配置されたプローブカー ド （ 1 4 ) 、 該プ ローブカー ドは複数のプローブ （ 2 6 ) を有し、 該载置台と 対向 して配置される ；

第 1 の光学的測長器 （ 4 a , 4 b ) 、 該第 1 の光学的測長 器は該载置台に載置された被検査体の表面に光を照射し、 そ の反射光を受光する受光面上での反射光の位置を検出 し、 そ の位置に基づいて前記被検査体の Z軸方向の位置を測定する

2 . さ らに、 該載置台に付設された基準面 （ 1 3 ) を具備す る請求項 1 のプローブ装置、 該基準面は、 該第 1 の光学的測 長器によ り 測定される Z方向の位置の基準と なる。

3 . 前記第 1 の光学的測長器が照射する光は、 レーザー光で ある、 請求項 1 のプローブ装置。

4 . 前記第 1 の光学的測長器が照射する レーザー光の直径は 1 Ο μ π！〜 3 0 μ πιである、 請求項 3 のプローブ装置。

5 . 前記第 1 の光学的測長器は、 プローバ室内の上部壁及び 側壁のいずれかに取り 付け られる、 請求項 1 に記載のプロ一 ブ装置。

6 . さ らに、 前記載置台を Ζ方向に移動する移動機構を有し 該移動機構を制御するための制御装置 （ 1 7 ) を具備する、 請求項 1 に記載のプローブ装置、

こ こ において、 前記第 1 の光学的測長器は、 該载置台及び 該載置台に載置された前記ウェハ状基板のいずれかの表面に おける複数箇所の Z方向の位置を測定し、

該制御装置は、 前記第 1 の光学的測長器が測定した複数箇 所の Z方向の位置に基づいて、 前記表面における複数箇所の Z方向の位置に関するマップを作成する。

7 . プローブカー ドの支持部材の表面に光を照射し、 その反 射光を受光する受光面上での反射光の位置を検出 し、 その位 置に基づいて該プローブカー ドの Z方向の位置を測定するた めの第 2 の光学的測長器 （ 5 a ， 5 b ) をさ らに具備する、 請求項 1 に記載されたプローブ装置。

8 . 前記第 2 の光学的測長器が照射する光は、 レーザー光で ある、 請求項 7 のプローブ装置。

9 . さ らに下記.を具備する、 請求項 7 に記載されたプローブ 装置 ：

保持板 （ 1 0 ) 、 該保持板は前記プローブカー ドの上部に 位置される ；

前記第 2 の光学的測長器は、 該保持板の前記プローブカー ドに対面する面に取り 付け られる。

1 0 . さ らに、 前記プローブカー ドを固定するためのプロ一 ブカー ド支持部材 （ 9 ) を具備する請求項 9 のプローブ装置、 こ こ において、

該プローブカー ド支持部材は該プローブカー ドの上部に取 り 付け られる ；

前記第 2 の光学的測長器は、 該プローブカー ド支持部材の 上面を計測する こ と によ り 前記プローブカー ドの Z方向の位 置の変化を測定する。

1 1 . 前記プローブカー ド支持部材は、 該第 2 の光学的測長 器によ り 測定される箇所に測定用の光を反射する反射体 （ 1 1 ) を具備する、 請求項 1 0 のプローブ装置。

1 2 . 前記第 2 の光学的測長器は、 前記プローブカー ドの側 面を測定する こ と によ り該プローブカー ドの Z方向の位置の 変化を測定する、 請求項 7 のプローブ装置。

1 3 . 前記プローブカー ドは、 該第 2 の光学的測長器によ り 測定される側面に測定用の光を反射する光学素子 （ 2 5 ) を 具備する、 請求項 1 2 のプローブ装置。

1 4 . 下記を具備する、 請求項 2 に記載されたプローブ装置 において被検査体を検査する方法 ：

( a ) 載置台 （ 6 ) 上にウ ェハ状基板 （W) を載置する ； ( b ) (bl)第 1 の光学的測長器 （ 4 ) によ り 該載置台に付設 した基準面 （ 1 3 ) の Z方向の位置を測定する ；

(b2)載置台を上昇させ、 該基準面をプローブ （ 2 6 ) に接触させる こ と によ り 、 該基準面と該プローブの間の距離 を測定する ；

( c ) 該第 1 の光学的測長器を用いて、 被検査体の表面の Z 方向の位置を測定する ；

( d ) 上記 （ b ) 及び （ c ) の測定結果に基づき、 該被検査 体の表面と該プローブの先端と の間の距離を決定する ； ( e ) 前記 （ d ) で決定した該被検査体と該プローブの間の 距離に基づいて、 該移動機構が該载置台を Z方向に上昇させ て、 該被検査体を該プローブに接触させる ；

( f ) 該被検査体の電気的特性を測定する ：

( g ) 前記 （ f ) 終了後、 被検査体の測定ピッチ分移動 し、 前記 （ e ) 乃至 （ ί ) を繰り 返すこ と によ り 次の被検査体を 測定する。

1 5 . 下記をさ らに具備する、 請求項 1 4 の方法 ：

冃 U記 ( c ) ίま、

( c 1 ) 前記第 1 の光学的測長器は、 該ウ ェハ状基板の 表面の複数箇所における Ζ方向の位置を測定する ； 及び、

( c 2) '前記 （ c 1 ) で測定された該ウェハ状基板の表面 上の複数箇所における Ζ方向の位置に関するマップを作成す る ； を具備し、

前記 （ d ) は、 前記 （ b ) 及び該 （ c 2 ) で作成された該 マ ップに基づいて、 前記移動機構が該載置台を Z方向に移動 させて、 被検査体をプローブに接触させる。

1 6 . さ らに下記を具備する、 請求項 1 4 に記載の方法 ：

( a 2) 前記 （ a ) に続いて、 第 2 の光学的測長器 （ 5 ) はプローブカー ドの支持部材の上表面に光を照射し、 その反 射光を受光する受光面上での反射光の位置を検出 し、 その位 置に基づいてプローブカー ドの Z軸方向の位置を測定する ： 前記 （ d ) は、 （ b ) 及び （ c ) に加えて該 （ a 2) の測 定結果に基づいて、 該被検査体と該プロープの間の距離を決 定する。