WO2006013773A1 - 接触荷重測定装置および検査装置 - Google Patents

Abstract

　半導体ウエハ等の被検査体（Ｗ）の電気的特性の検査を行う検査装置である。被検査体を支持する載置台（１１）と、この載置台を昇降させる昇降機構（１２）と、この昇降機構を駆動する駆動装置（２４）とが設けられている。また、駆動装置で駆動される昇降機構により上昇した載置台上の被検査体に接触するプローブ（１３Ａ）が備えられている。被検査体とプローブとの間の接触荷重を振動波形として検出する、圧縮型圧電素子を含んだ荷重センサ（２１）が設けられている。

Description

明 細 書

接触荷重測定装置および検査装置

技術分野

[0001] 本発明は、半導体ウェハ等の被検査体の電気的特性検査を行う際に、被検査体と プローブとの間の接触荷重を測定する接触荷重測定装置および検査装置に関する ものである。

背景技術

[0002] この種の検査装置は、例えば、内部で被検査体であるウェハを搬送するローダ室と 、ローダ室との間でウェハの受け渡しを行うと共に内部でウェハの電気的特性検査を 行うプローバ室とを備えている。プローバ室には、ウェハを支持する載置台と、載置 台を昇降させる昇降機構とが設けられている。また、プローバ室には、載置台の上方 に配置されたプローブと、このプローブとウェハとの位置合わせを行うアラインメント機 構とが設けられている。

[0003] プローバ室においてウェハの検査を行う場合には、アラインメント機構で載置台上 のウェハとプローブとの位置合わせを行う。次いで、昇降機構で載置台を上昇させ、 ウェハとプローブとを接触させる。その後、載置台が所定のオーバードライブ量だけ 上昇し、ウェハとプローブとを電気的に接触させてウェハの電気的特性検査を行う。

[0004] この際、載置台をオーバードライブさせることで、ウェハとプローブとが所定の接触 荷重をもって接触した状態で検査を行っている。この接触荷重によって、プローブを 支持するプローブカードに橈みが生じたり、載置台に沈み込みが生じたりする。この ため、一定のオーバードライブ量で載置台を上昇させたとしても、ウェハとプローブと が所望の接触荷重で接触して 、るとは限らな 、。

[0005] そこで、そのような接触荷重を把握する技術が、特開 2003— 050271号公報およ び特開 2003— 168707号公報において提案されている。

まず、特開 2003— 050271号公報〖こは、プローブカード特性測定装置が開示され ている。この装置は、載置台を上昇させてその上の被検査体にプローブを接触させ て被検査体の電気的特性を検査する際に、プローブを支持するプローブカードの特 性を測定する装置である。この装置は、載置台上でプローブカードからの荷重を検 出する荷重センサと、プローブカードの絶対変位量を検出する変位センサとを備えて いる。この構成により、プローブカードの絶対変位量を測定することで、載置台のォー バードライブ量と荷重との関係を正確に把握することができる。

[0006] また、特開 2003— 168707号公報には、接触荷重監視装置の設けられたプロ一 ブ装置が開示されている。その接触荷重監視装置は、オーバードライブ時にプロ一 ブから載置台に作用する接触荷重によって生じる載置台の沈み込み量を通じて接触 荷重を監視する。具体的には、載置台の下面側の基準面における距離の変位量を、 沈み込み量として測定する変位センサが設けられている。この構成により、検査時の 載置台の沈み込み量を介して接触荷重を監視することで、センサが変形することもな ぐ常に一定の接触荷重を確保することがでる。

[0007] 一方、特許第 3128354号公報には電子部品装着装置が開示されている。この装 置は、電子部品を保持するヘッド機構と、これを基板昇降機構で支持されたプリント 基板に対して昇降移動させるヘッド昇降機構とを備えている。基板昇降機構には、プ リント基板を支持する複数の支持ピンが設けられている。これらの支持ピンには、電 子部品装着時に各支持ピンが受ける押圧力を測定する力センサが設けられている。 これらの力センサの検出信号に基づいてヘッド昇降機構の動作を制御することで、 所定の押圧力で電子部品をプリント基板上へ圧着するように構成されている。

[0008] しかしながら、特開 2003— 050271号公報ゃ特開 2003— 168707号公報に記載 の技術の場合には、いずれもロードセル等の荷重センサや変位センサを用いて接触 荷重や載置台の変位量を測定し、これらの測定値に基づ 、て接触荷重とオーバード ライブ量との関係を算出する。このため、接触荷重の作用時には載置台の傾きや沈 み込みやセンサの荷重変形が発生する。これらが載置台の変位量の誤差要因となつ て、正確な接触荷重を把握することができず、また、接触荷重を直接測定することが できない。

[0009] 一方、特許第 3128354号公報の装置では、押圧力を検出する力センサとして、例 えばストレインゲージゃ圧電センサが用いられている。この場合、複数の支持ピンに それぞれに複数の力センサが設けられており、各力センサに加わった押圧力を合算 してヘッド機構の押圧力を算出しなくてはならない。また、力センサによって検出する 力は、電子部品をプリント基板に装着する程度の大きさに過ぎないので、各部の変形 による影響を考慮する必要性に乏し 、。

発明の開示

[0010] 本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、接触荷重によって荷重セン サが検査に影響する程の変形を生じることなぐ接触荷重を直接かつ高精度に測定 することができる接触荷重測定装置および検査装置を提供することを目的として!/、る [0011] この課題を解決するために本発明は、昇降可能な載置台上に支持された被検査体 に対してプローブを接触させて前記被検査体の電気的特性検査を行う際に、前記被 検査体と前記プローブとの間の接触荷重を測定する装置であって、前記接触荷重を 検出する荷重センサとして圧縮型圧電素子を備えた、ことを特徴とする接触荷重測 定装置を提供するものである。

[0012] この接触荷重測定装置によれば、接触荷重によって荷重センサが検査に影響する 程の変形を生じることなぐ接触荷重を直接かつ高精度に測定することができる。

[0013] また本発明は、被検査体の電気的特性の検査を行う検査装置であって、前記被検 查体を支持する載置台と、この載置台を昇降させる昇降機構と、この昇降機構を駆 動する駆動装置と、この駆動装置で駆動される前記昇降機構により上昇した前記載 置台上の被検査体に接触するプローブと、前記被検査体と前記プローブとの間の接 触荷重を検出する荷重センサとして圧縮型圧電素子を備えた、ことを特徴とする検査 装置を提供するものである。

[0014] この検査装置によれば、剛性の高!、構造を実現しつつ、接触荷重によって荷重セ ンサが検査に影響する程の変形を生じることなぐ接触荷重を直接かつ高精度に測 定することができる。

[0015] 上記接触荷重測定装置および検査装置において、前記荷重センサとしての圧縮 型圧電素子は、前記接触荷重を振動波形として検出することができる。

[0016] 上記検査装置においては、前記振動波形に対して逆位相の波形を有する電気信 号である逆相信号を発生させる逆相発生器をさらに備え、前記駆動装置は、前記逆 相発生器によって発生された逆相信号に基づ ヽて前記昇降機構を駆動するように構 成されているが好ましい。

これにより、接触荷重発生時において、載置台の振動を減衰させることができ、短 時間で載置台を静止させて安定させることができる。このため、検査のスループットを 高めることができる。

[0017] 上記検査装置においては、前記荷重センサはプリロードされていることが好ましい。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]は、本発明による検査装置の一実施形態を示す模式図である。

[図 2]は、図 1に示す接触荷重測定装置の要部を拡大して示す断面図である。

[図 3a]は、図 2に示す測定装置によって得られた接触荷重を示すグラフである。

[図 3b]は、図 3aの B部分を拡大して示すグラフである。

[図 4]は、本発明の検査装置の他の実施形態を示す模式図である。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、添付図面に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。

図 1に示す検査装置 10は、被検査体としての半導体ウエノ、 Wを載置する昇降可能 な円柱形の載置台 11を備えている。また、載置台 11を昇降させる昇降機構 12と、こ の昇降機構 12を駆動する駆動装置 24とが設けられている。載置台 11の上方には、 プローブ 13Aを有するプローブカード 13が配置されている。この検査装置 10は、構 造的に比較的高い剛性を有し、制御装置（図示せず)の制御下で、プローブ 13Aと ウエノ、 Wとを電気的に接触させてウエノ、 Wの電気的特性検査を行うように構成されて いる。

[0020] 載置台 11は、例えば X-Yステージ（図示せず）上に設置されて!、る。 X-Yステージ は、水平面内で互いに直交した X方向と Y方向へ移動可能なステージであり、制御 装置の制御下で X、 Y方向に移動する間に、アラインメント機構（図示せず)を介して 載置台 11上のウェハ Wとプローブカード 13のプローブ 13Aとの水平方向の位置合 わせを行う。そして、昇降機構 12によって載置台 11を、プローブ 13Aに対して所定 のオーバードライブ量に達するまで上昇させることで、ウェハ Wとプローブ 13Aとを所 定の接触荷重 (針圧)で接触させてウェハ Wの電気的特性検査を行うように構成され ている。

[0021] 昇降機構 12は、載置台 11と同心に配置されたボール螺子 12Cを有している。この ボール螺子 12Cは、載置台 11の下面に取り付けられた円筒体 12Aの下部中央に連 結部材 12Bを介して連結されている。ボール螺子 12Cを回転自在に軸支する軸受け 体 12Dと、円筒体 12Aを取り囲む有底円筒状の支持体 12Eとが設けられている。円 筒体 12Aと支持体 12Eとの間には、支持体 12E内で円筒体 12Aを昇降自在に案内 するガイド機構 12Fが設けられている。載置台 11は、円筒体 12Aおよび支持体 12E を介して上記 X-Yステージ上に取り付けられている。昇降機構 12は、 X-Yステージ 上にお 、て、ボール螺子 12Cの回転によって載置台 11を昇降させるように構成され ている。

[0022] 次に、検査装置 10は、接触荷重測定装置 20を備えている。この測定装置 20は、 荷重センサ 21と、このセンサ 21に接続された増幅器 (例えば、チャージアンプ） 22と 、この増幅器 22に接続された表示装置 25とを有して 、る。

[0023] 荷重センサ 21は、昇降機構 12における軸受け体 12Dと支持体 12Eとの間に設け られ、接触荷重を振動波形として検出するように構成されている。荷重センサ 21は、 圧縮型圧電素子 (例えば、水晶素子)を含んでいる。この荷重センサ 21は、大きな接 触荷重を受けても殆ど変形せず、載置台 11の沈み込みを生じることがなぐ測定誤 差の要因にならない程度に高い剛性を有している。荷重センサ 21は、接触荷重に基 づく加速度に比例した電荷を発生する。そして、増幅器 22は、荷重センサ 21の検出 信号を電圧信号に変換して増幅し、増幅された電圧信号が表示装置 25に表示され るようになっている。

[0024] また、検査装置 10は、増幅器 22および駆動装置 24と接続された逆相発生器 (例え ば逆相増幅器） 23を備えている。この逆相発生器 23は、増幅器 22からの電圧信号 に基づ!/ヽて、その電圧信号の有する振動波形に対して逆位相の波形を有する電気 信号である逆相信号 (逆位相電圧信号)を発生させる。そして、駆動装置 24は、逆相 発生器 23によって発生された逆相信号に基づいて昇降機構 12のボール螺子 12C を回転駆動する。

[0025] 従って、この検査装置 10においては、昇降機構 12により載置台 11を上昇させるこ とで、まず載置台 11上のウェハ Wとプローブ 13Aとが接触する。そして、載置台 11を さらに上昇させること（オーバードライブ）によって、ウェハ Wとプローブ 13Aとの間に 接触荷重が作用すると、この接触荷重が載置台 11から昇降機構 12を介して荷重セ ンサ 21へ直接伝達される。

[0026] 荷重センサ 21は、例えば図 2に示すように、上板 (本実施形態では、軸受け体 12D ) 21Aと、下板 21B (本実施形態では、支持体 12Eの底壁部）との間に配置されてい る。そして、上板 21Aと下板 21Bとを締結するプリロード用ボルト 21Cによって、荷重 センサ 21が所定の圧力を受けるようにプリロードされて 、る。このようにプリロードする こと〖こよって、低荷重時の直線性が悪い領域を回避して、直線性の良い領域を使用 した高精度の測定ができる。

[0027] また、荷重センサ 21は、上述のようにプリロードされた圧縮型圧電素子によって構 成されているため、押圧力のみならず引張力をも検出することができる。図 3aに示す ように、ウェハ Wの検査時に載置台 11をオーバードライブさせて接触荷重を時間の 経過と共に増加させていくと、図 3bに示すように接触荷重が僅かに増減を繰り返す 振動波形を示すが、この振動波形を荷重センサ 21によって検出することができる。

[0028] 更に、荷重センサ 21は、例えば圧縮型圧電素子として水晶素子を含んでいると、 接触荷重に対する直線性に優れて 、てヒステリシスがなぐ分解能に優れた検出荷 重を得ることができる。また、そのような荷重センサ 21は、構造が簡単で取り付け性に 優れ、し力も小型、剛性が高いため、載置台 11の沈み込み量による影響を格段に抑 ff¾することができる。

[0029] 駆動装置 24は、昇降機構 12のボール螺子 12Cを回転させるモータと、このモータ を駆動するドライバ回路とを有している。そして、逆相発生器 23からの逆相信号に基 づいてドライバ回路がモータを駆動させることで、接触荷重の振動波形に対して逆位 相の波形を有する振動を載置台 11に付与する。これにより、載置台 11の振動を減衰 させ、載置台 11を短時間で静止させて安定化し、延いては検査のスループットを高 めることができる。

[0030] 次に、本実施形態の検査装置 10の動作について説明する。

まず、載置台 11上に被検査体であるウェハ Wが載置される。次に、載置台 11が X- Yテーブルを介して移動する間に、アラインメント機構によってウェハ wとプローブ力 ード 13のプローブ 13Aとのアラインメントが行われる。アラインメント後、載置台 11が X-Yテーブルを介した移動により、ウェハ Wがプローブカード 13の真下に到達する。 この状態で、駆動装置 24で駆動される昇降機構 12により載置台 11が上昇させられ る。

[0031] 載置台 11の上昇により、まず図 1に示すようにウエノ、 Wとプローブ 13Aとが接触す る。引き続き、載置台 11が上昇 (オーバードライブ)して行くと、ウェハ Wとプローブ 1 3Aとの間に接触荷重が生じ始める。この接触荷重が、昇降機構 12の筒体 12A、連 結部材 12B、ボール螺子 12Cおよび軸受け体 12Dを介して荷重センサ 21に直接作 用する。荷重センサ 21は、オーバードライブによる接触荷重を逐次検出し、その結果 が増幅器 22を介して表示装置 25に図 3aに示すようにして表示される。接触荷重が 大きくなり、載置台 11のオーバードライブ量が所定の値に近づくと、ボール螺子 12C を介して上昇している載置台 11は僅かに振動する。荷重センサ 21は、この僅かな振 動を、図 3bに示すような振動波形として検出する。

[0032] 載置台 11がオーバードライブする間、荷重センサ 21で検出された信号は、増幅器 22から逆相発生器 23を介して駆動装置 24に与えられる。駆動装置 24は、逆相発生 器 23からの逆相信号に基づいて昇降機構 12のボール螺子 12Cを回転駆動すること で、載置台 11の振動を減衰させて、載置台 11を早期に静止させる。この状態で、プ ローブ 13Aを通じたウェハ Wの電気的特性検査を実施する。

[0033] 以上説明したように本実施形態によれば、ウエノ、 Wとプローブと 13Aとの間の接触 荷重を振動波形として検出する高剛性の荷重センサ 21を設けたため、接触荷重によ つて荷重センサが検査に影響する程の変形を生じることなぐ接触荷重を直接かつ 高精度に測定することができる。

[0034] また、本実施形態によれば、駆動装置 24が、逆相発生器 23によって発生された逆 相信号に基づ 、て昇降機構 12を駆動するようにしたので、載置台 11の振動を減衰 させて、短時間で載置台 11を静止させて安定ィ匕することができる。これにより、検査 のスノレ一プットを高めることができる。

また、本実施形態によれば、荷重センサ 21からの信号を用いて駆動装置 24を直接 制御するようにしたため、昇降機構 12をすばやく制御することができる。これにより、 載置台 11をより一層短時間で静止させて安定ィ匕することができる。

更に、本実施形態によれば、荷重センサ 21は、プリロードされているため、低荷重 時の直線性が悪 、領域を排除することができ、直線性の良 、領域を使用することで 高精度の測定ができる。

[0035] 図 4には、本発明の他の実施形態の検査装置が示されている。

図 4に示す検査装置 10は、増幅器 22で変換'増幅された荷重センサ 21の検出信 号を、一旦制御器 14に送信し、制御器 14を介して駆動装置 24を制御するように構 成したものである。その他の構成は、図 1および図 2に示した上記実施形態と略同様 である。

[0036] 本実施形態の制御器 14は、例えば図 1の逆相発生器 23を含み、この逆相発生器 23によって発生させた逆相信号によって駆動装置 24のドライバ回路を制御する。

[0037] 本実施形態では、荷重センサ 21からの信号をー且制御器 14に送信し、制御器 14 を介して駆動装置 24を制御しているため、荷重センサ 21の信号に基づいて駆動装 置 24を直接制御する上記実施形態と比較して、すばやい制御が難しくなる。その他 の点では本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果を期することができ る。

[0038] 尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではない。例えば、荷重センサと して水晶素子を用いる場合について説明したが、水晶素子以外の圧電素子、例えば チタン酸ジルコン酸鉛やジルコン酸鉛等の従来公知のセラミック力 なる圧電素子を 用いることができる。また、上記実施形態では被検査体としてウェハ Wを例に挙げて 説明したが、液晶基板等の被検査体にも本発明を適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 昇降可能な載置台上に支持された被検査体に対してプローブを接触させて前記 被検査体の電気的特性検査を行う際に、前記被検査体と前記プローブとの間の接 触荷重を測定する装置であって、

前記接触荷重を検出する荷重センサとして圧縮型圧電素子を備えた、ことを特徴と する接触荷重測定装置。

[2] 前記荷重センサは前記接触荷重を振動波形として検出する、ことを特徴とする請求 項 1に記載の接触荷重測定装置。

[3] 被検査体の電気的特性の検査を行う検査装置であって、

前記被検査体を支持する載置台と、

この載置台を昇降させる昇降機構と、

この昇降機構を駆動する駆動装置と、

この駆動装置で駆動される前記昇降機構により上昇した前記載置台上の被検査体 に接触するプローブと、

前記被検査体と前記プローブとの間の接触荷重を検出する荷重センサとして圧縮 型圧電素子を備えた、ことを特徴とする検査装置。

[4] 前記荷重センサは前記接触荷重を振動波形として検出する、ことを特徴とする請求 項 3に記載の検査装置。

[5] 前記振動波形に対して逆位相の波形を有する電気信号である逆相信号を発生さ せる逆相発生器をさらに備え、

前記駆動装置は、前記逆相発生器によって発生された逆相信号に基づ!、て前記 昇降機構を駆動するように構成されている、ことを特徴とする請求項 4に記載の検査 装置。

[6] 前記荷重センサはプリロードされている、ことを特徴とする請求項 3、 4または 5に記 載の検査装置。