WO2017170393A1 - プローバ及びプローバの操作方法 - Google Patents

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WO2017170393A1
WO2017170393A1 PCT/JP2017/012377 JP2017012377W WO2017170393A1 WO 2017170393 A1 WO2017170393 A1 WO 2017170393A1 JP 2017012377 W JP2017012377 W JP 2017012377W WO 2017170393 A1 WO2017170393 A1 WO 2017170393A1
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probe
height
tip
position detection
detection camera
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PCT/JP2017/012377
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Inventor
敏郎 森
智哉 西田
Original Assignee
株式会社東京精密
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    • G01R31/2891—Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks related to sensing or controlling of force, position, temperature
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    • G01R31/2831—Testing of materials or semi-finished products, e.g. semiconductor wafers or substrates

Definitions

  • the present invention relates to a prober for electrically inspecting a plurality of chips formed on a semiconductor wafer and an operation method thereof.
  • a disk-shaped semiconductor wafer fixed to a dicing frame by a dicing apparatus is cut into a plurality of chips (dies).
  • a wafer test process for inspecting the electrical characteristics of each chip is performed before or after the dicing process, and a prober is used in the wafer test process.
  • the tip of the probe card needle (probe) installed in the prober must be brought into contact with the wafer accurately. Therefore, it is necessary to detect the relative positional relationship between the probe tip and the probe card with high accuracy as a pre-stage of the wafer test process in the prober.
  • Patent Document 2 describes a technique for detecting the tilt of a probe card by detecting the tip of a plurality of probes with a camera (probe position detection camera) and detecting the height of the tip of each probe. Has been.
  • the probe length or position changes due to the replacement of the probe card, so a collision occurs between the probe position detection camera and the probe.
  • the probe length may change when the type of probe card changes.
  • information such as configuration data and product type parameters is input to the prober by an operator (or user), and the probe position detection camera is raised using the information, but there are cases where the input of the information is incorrect. If the information is input incorrectly, the probe position detection camera is raised along the Z-axis direction based on the incorrect information, and the probe and the probe position detection camera may collide.
  • Patent Document 2 also has a problem that a collision between the probe and the probe position detection camera may occur. Furthermore, since the tip of the probe is detected by the probe position detection camera, it takes time for the probe position detection camera to focus on the tip of the probe, and there is a problem that the prober throughput is reduced.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a prober and a prober operating method for preventing a collision between a probe and a probe position detection camera.
  • a prober is a prober that performs inspection by bringing a probe into contact with an electrode of a wafer, and performs relative alignment between the electrode of the wafer and the probe. Therefore, a probe position detection camera for detecting the probe tip position and a probe position detection camera provided separately from the probe position detection camera for detecting the height of the probe tip from the reference plane serving as a reference for the height of the probe position detection camera A height detector; and a first height adjustment mechanism configured to change a height of the probe position detection camera from the reference plane based on a detection result of the probe height detector.
  • the height of the tip of the probe is detected by the probe height detector provided separately from the probe position detection camera, and the first height adjustment mechanism is based on the detected height of the tip of the probe.
  • the height of the probe position detection camera can be changed.
  • the height of the probe tip is measured by the probe height detector. Therefore, the height of the tip of the probe is accurately detected, and the occurrence of a collision between the probe position detection camera and the probe can be prevented.
  • the probe height detector has a contact surface that contacts the tip of the probe, and a contact type that detects the height of the contact surface when the tip of the probe contacts the contact surface as the height of the tip of the probe Detector.
  • the probe height detector has the contact surface and detects the height of the tip of the probe by bringing the contact surface into contact with the tip of the probe. Therefore, the height of the tip of the probe is more accurately determined. It can be detected quickly.
  • the probe height detector has a linear variable differential transformer that detects contact of the tip of the probe with the contact surface.
  • the probe height detector is provided integrally with the probe position detection camera, and the height of the contact surface of the probe height detector is provided at a position higher than the height of the end of the objective lens of the probe position detection camera. It is done.
  • the probe height detector is provided integrally with the probe position detection camera, the height of the probe height detector can be changed by the height adjustment mechanism of the probe position detection camera.
  • this aspect does not require a separate height adjustment mechanism for the probe height detector, can reduce the number of height adjustment mechanisms, simplify the control of the height adjustment mechanism, and manufacture the prober. Achieve simplification.
  • the height of the contact surface of the probe height detector is provided at a position higher than the height of the probe position detection camera. Therefore, since the probe tip contacts the probe height detector before colliding with the probe position detection camera, it is possible to prevent the collision between the probe position detection camera and the probe tip.
  • the contact surface of the probe height detector is provided at a position lower than the height of the probe position detection camera plus the working distance of the probe position detection camera.
  • the height of the contact surface of the probe height detector is set at a position lower than the height obtained by adding the working distance of the probe position detection camera to the height of the probe position detection camera.
  • the probe height detector further includes a second height adjustment mechanism that is provided independently of the probe position detection camera and changes the height of the probe height detector from the reference plane.
  • the probe height detector is provided independently of the probe position detection camera, and includes a height adjustment mechanism that changes the height of the probe height detector.
  • the probe height detector is a contact type
  • the prober further includes a control unit that detects an inclination of a probe card installed in the prober based on a plurality of detection results by the probe height detector.
  • the probe height detector has a contact surface that contacts the tip of the probe, and detects the height of the contact surface when the tip of the probe contacts the contact surface as the height of the probe tip. Therefore, it is preferable to detect the height of the tip of the probe from the reference surface serving as a reference for the height of the tip of the probe a plurality of times.
  • the probe height detector has a contact surface that contacts the tip of the probe, and a linear variable differential transformer that detects contact of the tip of the probe with the contact surface. The height of the contact surface when the tip comes into contact is detected as the height of the tip of the probe.
  • a prober operation method is a prober operation method in which a probe is brought into contact with an electrode of a wafer for inspection, and a probe height detector provided separately from a probe position detection camera is used. Based on the first height detection step for detecting the height of the tip of the probe from the reference plane serving as a reference for the height of the probe position detection camera and the detection result of the probe height detector, And changing the height of the probe position detection camera of the sensor, and using the probe position detection camera, detecting the tip position of the probe to perform relative alignment between the electrode of the wafer and the probe. .
  • a probe height detector having a contact surface that contacts the tip of the probe and a linear variable differential transformer that detects contact of the tip of the probe with the contact surface. Used to detect the height of the tip of the probe.
  • the probe height detector is a contact type
  • the first height detecting step detects the tip height of the probe a plurality of times using the contact type probe height detector, and operates the prober.
  • the method further includes an inclination detection step of detecting the inclination of the probe card based on the detection result in the first height detection step.
  • the first height detecting step has a contact surface that contacts the tip of the probe, and detects the height of the contact surface when the tip of the probe contacts the contact surface as the height of the tip of the probe. It is preferable to detect the height of the tip of the probe from the reference surface, which serves as a reference for the height of the tip of the probe, by using a probe height detector of the formula.
  • the tip of the probe of the probe card is detected by the probe height detector, it is not necessary to focus on the tip of the probe, and the prober throughput can be prevented from being lowered. .
  • the prober operating method includes a second height detection step of detecting the height of the probe tip from the reference plane a plurality of times using a probe position detection camera provided integrally with the probe height detector.
  • the tilt detection step detects the tilt of the probe card based on the detection result in the first height detection step and the detection result in the second height detection step.
  • the probe height detector and the probe position detection camera have the same height. Since height adjustment is performed by the height adjusting mechanism, control of height adjustment is further simplified.
  • the inclination detection step detects the inclination of the probe card based on the detection results of the first height detection step and the second height detection step, a probe with higher accuracy can be obtained. Card tilt detection can be performed.
  • the first height detection step is performed before the second height detection step.
  • a probe height detector having a contact surface that contacts the tip of the probe and a linear variable differential transformer that detects contact of the tip of the probe with the contact surface.
  • the height of the contact surface when the tip of the probe contacts the contact surface is detected as the height of the tip of the probe.
  • the probe tip is detected using the probe position detection camera. Therefore, it is possible to detect the inclination of the probe card while preventing the probe position detection camera from colliding with the probe.
  • the probe position detection camera and the probe height detector provided separately from the probe position detection camera are provided, and the first height adjustment mechanism is the tip of the probe detected by the probe height detector. Since the height of the probe position detection camera is changed based on the height of the probe, the occurrence of a collision between the probe position detection camera and the probe can be prevented.
  • 1 is a schematic configuration diagram showing a wafer test system. It is a conceptual diagram which shows the case where the height of the tip of a probe is detected only with a probe position detection camera. It is a figure explaining the height detection of the front-end
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a wafer test system to which the present invention is applied.
  • a wafer test system 100 is connected to a prober 10 that makes a probe 25 contact an electrode of each chip on a wafer W, and the probe 25, and a current is supplied to each chip for electrical inspection.
  • a tester 30 for applying a voltage and measuring characteristics.
  • the prober 10 includes a base 11, a moving base 12, a Y-axis moving table 13, an X-axis moving table 14, a Z-axis moving / rotating unit 15, a wafer chuck 16, and a probe position.
  • a probe 25 is provided on the probe card 24.
  • the moving base 12, the Y-axis moving table 13, the X-axis moving table 14, and the Z-axis moving / rotating unit 15 constitute a moving and rotating mechanism that rotates the wafer chuck 16 in the three axis directions and around the Z axis. Since the moving and rotating mechanism is widely known, the description thereof is omitted here.
  • the wafer chuck 16 holds a wafer W on which a plurality of chips are formed by vacuum suction.
  • the wafer chuck 16 has a chip in a high temperature state, for example, a maximum of 150 ° C., or a low temperature state, for example, a minimum.
  • a heating / cooling mechanism (heating / cooling mechanism) is provided as a heating / cooling source so that electrical characteristic inspection can be performed at ⁇ 40 ° C.
  • a known appropriate heater / cooler can be adopted, for example, a double layer structure of a heating layer of a surface heater and a cooling layer provided with a passage for cooling fluid, Various devices such as a heating / cooling device having a single layer structure in which a cooling pipe around which a heater is wound are embedded in a heat conductor are conceivable. Further, instead of electrical heating, a thermal fluid may be circulated, and a Peltier element may be used.
  • the wafer chuck 16 is mounted on the Z-axis moving / rotating unit 15 and can be moved in the three-axis directions (X, Y, and Z-axis directions) by the above-described moving and rotating mechanism, and rotated around the Z-axis. It can be rotated in the direction ( ⁇ direction).
  • a probe card 24 is disposed above the wafer chuck 16 on which the wafer W is held.
  • the probe card 24 is mounted with a card holder 23 attached to the opening of the head stage 22 that constitutes the top plate of the housing of the prober 10.
  • the probe card 24 has a probe 25 arranged according to the electrode arrangement of the chip to be inspected, and is exchanged according to the chip to be inspected.
  • the probe card 24 is an example of a probe holding unit.
  • the tester 30 includes a tester main body 31 and a contact ring 32 provided on the tester main body 31.
  • the probe card 24 is provided with a terminal connected to each probe 25, and the contact ring 32 has a spring probe arranged so as to contact the terminal.
  • the tester body 31 is held with respect to the prober 10 by a support mechanism (not shown).
  • the probe position detection camera 18 detects the position of the tip of the probe 25 in order to perform relative alignment between the electrode of the wafer W and the probe 25.
  • the probe position detection camera 18 is mounted on the X-axis moving table 14 and can be moved in the XY direction integrally with the wafer chuck 16 by the X-axis moving table 14 and the Y-axis moving table 13.
  • the probe position detection camera 18 is moved up and down in the Z-axis direction by the height adjustment mechanism 21 controlled by the control unit 60.
  • the probe position detection camera 18 images the probe 25 of the probe card 24 from below and detects the tip position of the probe 25.
  • the position (X and Y coordinates) of the tip of the probe 25 in the horizontal plane is detected by the coordinates of the camera, and the position in the vertical direction (Z-axis direction), that is, the height of the tip of the probe 25 (probing height) is the focus of the camera. Detected by position.
  • a detection result by the probe position detection camera 18 is input to the control unit 60.
  • the probe position detection camera 18 for example, a camera provided with a needle alignment microscope provided with an objective lens 18a is used (see FIG. 2).
  • the wafer alignment camera 19 is disposed in an alignment region adjacent to the probe region where the probe card 24 is disposed.
  • the wafer alignment camera 19 is supported by a support column (not shown) and can be moved in the Z-axis direction (vertical direction) by a camera lifting mechanism (not shown).
  • the camera lifting mechanism may be a known linear moving mechanism, and is configured by, for example, a linear guide mechanism, a ball screw mechanism, and the like, and is driven by an output from the control unit 60.
  • the wafer alignment camera 19 captures an image of the wafer W held by the wafer chuck 16 from above and detects the position of a chip electrode (chip surface electrode) formed on the surface of the wafer W. The detection result by the wafer alignment camera 19 is input to the control unit 60.
  • the control unit 60 uses a known image processing technique on the basis of the information obtained by the wafer alignment camera 19 and the position information of the tip of the probe 25 obtained by the probe position detection camera 18, and the probe 25 and the wafer.
  • the two-dimensional position alignment in the XY plane of the W chip electrode (chip surface electrode) is automatically performed.
  • the probe height detector 20 is provided separately from the probe position detection camera 18 and detects the height of the tip of the probe 25 from the reference plane that serves as a reference for the height of the probe position detection camera 18.
  • the probe height detector 20 is a so-called contact-type detector, and detects the height of the tip of the probe 25 by physically contacting the tip of the probe 25.
  • the probe height detector 20 is not particularly limited as long as it can physically contact the tip of the probe 25 and detect the height of the tip of the probe 25, and a known technique is applied.
  • the reference plane is a plane that serves as a reference for the height of the prober 10 as a whole, and is arbitrarily set. For example, the reference plane is set on the upper surface of the X-axis moving table 14.
  • the probe height detector 20 is not limited to the one that detects the tip of the probe 25 by physical contact, and a technique for detecting the tip of the known probe 25 can also be employed.
  • the probe height detector 20 may detect the tip of the probe 25 by a non-contact method.
  • the probe height detector 20 includes a contact surface 20a and a sensor mechanism 20b (see FIG. 3).
  • the contact surface 20a contacts the tip of the probe 25, and outputs a signal to the sensor mechanism 20b when contacted.
  • the sensor mechanism 20b receives the signal output from the contact surface 20a and the signal related to the height output from the height adjusting mechanism 27, and outputs information related to the height of the tip of the probe to the control unit 60. That is, the sensor mechanism 20b makes the control unit 60 contact the contact surface 20a with the tip of the probe 25 as the height of the tip of the probe 25 when the tip of the probe 25 contacts the contact surface 20a. Output.
  • the height adjustment mechanism 21 (first height adjustment mechanism) of the probe position detection camera 18 drives the probe position detection camera 18 up and down along the Z-axis direction under the control of the control unit 60.
  • the height adjustment mechanism 21 is controlled by the control unit 60 (FIG. 4) of the prober 10, and the elevation drive is controlled by a user or a program incorporated in the control unit 60.
  • the height adjustment mechanism 21 changes the height of the probe position detection camera 18 from the reference plane based on the detection result of the probe height detector 20. That is, the height adjustment mechanism 21 adjusts the probe position detection camera 18 to a height away from the distal end of the probe 25 based on the height of the distal end of the probe 25 measured by the probe height detector 20.
  • the height of the probe position detection camera is adjusted using the height of the probe tip once detected by the probe height detector 20, and therefore the probe position detection camera 18 may be raised too much.
  • the height adjustment mechanism 27 (second height adjustment mechanism) of the probe height detector 20 drives the probe height detector 20 up and down along the Z axis.
  • the height adjustment mechanism 27 is provided independently of the height adjustment mechanism 21 described above, and is controlled by the control unit 60 similarly to the height adjustment mechanism 21 to drive the probe height detector 20 up and down. .
  • the control unit 60 can control the entire wafer test system 100 (the prober 10 and the tester 30), and is configured by a computer.
  • the controller 60 is connected to each part of the wafer test system 100 (not shown), and can receive signals from each part of the wafer test system 100 and transmit signals to each part.
  • the computer constituting the control unit 60 has an input unit 62 and a display unit 61. The user inputs information through the input unit 62, and the control unit 60 displays information on the display unit 61, thereby giving an error to the user. Etc.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing a case where the height of the tip of the probe 25 is detected only by the probe position detection camera 18.
  • FIG. 2A is a conceptual diagram when the probe position detection camera 18 normally detects the tip of the probe 25.
  • the probe position detection camera 18 detects the height of the tip of the probe 25.
  • first, configuration data, product parameters, and the like are input by the user to the control unit 60 via the input unit 62, and based on the input values.
  • the controller 60 calculates a distance A between the wafer chuck 16 and the tip of the probe 25. Based on the calculated distance A, the probe position detection camera 18 is at a stretch to a height (working distance height) at which the probe position detection camera 18 and the tip of the probe 25 are separated from each other by a working distance (denoted as WD in the drawing). It is raised by the adjusting mechanism 21. In this case, the height of the wafer chuck 16 is known.
  • the configuration data is data such as setting parameters of various functions of the prober 10 and coordinate values of mounting positions of mounted devices such as a microscope, and is stored in the HDD (hard disk drive) of the control unit 60 as unique data for each prober 10. Stored.
  • the configuration data includes the height dimension from the prober coordinate reference to the probe card mounting surface.
  • the product type parameter is data in which product specifications such as the product wafer W and the size and arrangement of chips on the product wafer W are recorded.
  • the product type parameter is data arbitrarily created by the user and is normally stored in the HDD of the control unit 60.
  • the probe card 24 is manufactured exclusively according to the specifications of the product wafer W, individual information of the probe card 24 is also included.
  • the product type parameter includes the height dimension from the substrate surface of the probe card 24 to the tip of the probe 25.
  • the probe position detection camera 18 raised to the working distance height performs autofocus on the probe, and detects the tip of the probe 25 and the height of the tip of the probe 25.
  • a method of raising the probe position detection camera 18 a method of raising the probe position detection camera 18 little by little while continuing the detection of the probe 25 while performing autofocus on the probe position detection camera 18 is also conceivable.
  • such a method of raising the probe position detection camera 18 little by little requires a long operation time and is not preferable from the viewpoint of throughput.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating an example of a case where a collision between the probe position detection camera 18 and the tip of the probe 25 occurs.
  • the control unit 60 cannot accurately calculate the distance A as described with reference to FIG. In the case shown in FIG. 2B, the distance between the tip of the probe 25 and the wafer chuck 16 should be calculated as the distance A as in FIG. (Distance B> Distance A) is erroneously calculated.
  • the control unit 60 controls the height adjustment mechanism 21 based on the erroneously calculated distance B to raise the probe position detection camera 18 to the working distance height at a stroke, so that the probe position detection camera 18 is connected to the tip of the probe 25. It will collide. The collision between the probe position detection camera 18 and the probe 25 causes a problem that the probe 25 and the probe card 24 are damaged and the probe position detection camera 18 is damaged.
  • the collision between the probe position detection camera 18 and the tip of the probe 25 as described in FIG. 2 can be prevented.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating detection of the tip of the probe 25 performed by the probe height detector 20.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining the detection of the height of the probe 25 by the probe height detector 20.
  • the probe position detection camera 18 focuses on the tip of the probe 25 or when it is raised to the working distance height
  • the probe height detector 20 first detects the position of the probe 25. Specifically, the probe height detector 20 is raised by the height adjustment mechanism 27 until it contacts the tip of the probe 25.
  • the probe height detector 20 outputs a signal to the sensor mechanism 20b when contacting the probe 25 with the contact surface 20a.
  • the sensor mechanism 20b outputs the signal output from the contact surface 20a and the height adjustment mechanism 27.
  • Information on the height of the tip of the probe 25 is transmitted to the control unit 60 based on the signal indicating the height (see FIG. 4).
  • FIG. 4 is a diagram conceptually showing information input to the control unit 60 and information output from the control unit 60 together with functional blocks.
  • control unit 60 receives configuration data and product parameters input by the user via the input unit 62, and the control unit 60 uses the input configuration data and product parameters to input the tips of the wafer chuck 16 and the probe 25. And the distance is calculated.
  • control unit 60 compares the height of the probe 25 detected by the probe height detector 20 with the height of the probe 25 calculated from the configuration data and the product type parameter. Then, the control unit 60 outputs a command for changing the height of the probe position detection camera 18 from the reference plane to the height adjustment mechanism 21 based on the comparison result.
  • the control unit 60 can use various methods for comparing the height of the probe 25 calculated from the configuration data and the product type parameter and the height of the probe 25 detected by the probe height detector 20. For example, using the threshold value, the control unit 60 may determine that the heights match if they are within the threshold range, and may determine that the heights do not match if they are outside the threshold range. .
  • the control unit 60 inputs the configuration. Judge that the data and product parameters were correct. For example, as shown in FIGS. 3A and 3B, the control unit 60 uses the distance A from the reference surface (the upper surface of the wafer chuck 16) detected by the probe height detector 20, the configuration data, the product parameters, and the like. The distance B, which is the calculated height of the probe 25, is compared, and it is determined that it is B (nearly equal) A. Thereafter, as shown in FIG.
  • the control unit 60 outputs a command for the probe position detection camera 18 to raise the working distance to the height adjustment mechanism 21 at a stroke, and the probe position detection camera 18 performs autofocus and performs the probe operation. 25 tips are detected. That is, the probe position detection camera 18 is driven up and down in the Z-axis direction based on the height of the tip of the probe 25 detected by the probe height detector 20 and moved to the working distance height.
  • the control unit 60 receives the input configuration data. If it is determined that the product type parameter or the like is wrong, an error is displayed on the display unit 61 to notify the user, and the operation of the prober 10 is stopped. Thereby, the collision between the probe 25 and the probe position detection camera 18 described with reference to FIG. 2B can be prevented.
  • the control unit 60 determines that the input configuration data or product type parameter is incorrect, the height of the probe 25 acquired by the probe height detector 20 instead of the input value. Using this, the probe position detection camera 18 may be raised to the working distance height. Thereby, even if the input configuration data and product type parameters are incorrect, measurement can be continued without stopping the prober 10.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation method of the prober 10.
  • the probe tip height calculated from the configuration data and the product type parameter is determined based on the height of the probe 25 detected by the probe height detector 20.
  • the control unit 60 calculates the height of the tip of the probe 25 based on the input configuration data and product type parameters (step S10).
  • the height of the probe 25 is detected by the probe height detector 20 (step S11). Specifically, the probe height detector 20 is raised by the height adjustment mechanism 27 and contacts the probe 25 to detect the height of the probe 25.
  • the control unit 60 compares the height of the tip of the probe 25 calculated based on the configuration data and the product type parameter with the height of the tip of the probe 25 actually detected by the probe height detector 20. If the two do not match, the control unit 60 causes the display unit 61 to display a warning indicating an error (step S14).
  • control unit 60 outputs a command to raise the probe position detection camera 18 to the working distance height to the height adjustment mechanism 21. Thereafter, the probe position detection camera 18 is raised to the working distance height based on the command (step S13).
  • FIG. 6 is a flowchart showing another operation method of the prober 10.
  • the probe position is not calculated based on the configuration data or product type parameters, but based on the probe height detected by the probe height detector 20 without calculating the height of the probe 25.
  • the detection camera 18 is raised.
  • the height of the probe 25 is detected by the probe height detector 20 (step S20). Specifically, the probe height detector 20 is raised by the height adjustment mechanism 27 and contacts the probe 25 to detect the height of the tip of the probe 25. Based on the detected height of the tip of the probe 25, the control unit 60 calculates a height (working distance height) that is away from the working distance of the probe position detection camera 18 from the tip of the probe 25. A command is output to the adjustment mechanism 21 (step S21).
  • the height of the probe position detection camera 18 is changed to the working distance height based on the height of the tip of the probe 25 detected by the probe height detector 20 (step S22). As shown in FIG. 6, the height of the tip of the probe 25 detected by the probe height detector 20 is used without calculating the height of the tip of the probe 25 by inputting configuration data and product type parameters. May be.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the wafer test system 100 to which the present invention is applied.
  • the part already demonstrated in FIG. 1 attaches
  • the prober 10 shown in FIG. 7 differs from the prober 10 shown in FIG. 1 in that the probe height detector 20 is provided integrally with the probe position detection camera 18.
  • the probe height detector 20 is provided integrally with the probe position detection camera 18, and the height is adjusted by the height adjustment mechanism 21 of the probe position detection camera 18. That is, since the probe height detector 20 and the probe position detection camera 18 are integrally provided via the arm 29, the height can be adjusted by a single height adjustment mechanism, so that the height adjustment is controlled. Is more simplified. Further, since one installation of the height adjusting mechanism can be omitted, the design and assembly of the prober 10 are simplified. Further, since the probe height detector 20 is provided integrally with the probe position detection camera 18, the probe height detector 20 is suppressed from the influence of temperature.
  • the probe height detector 20 is provided integrally with the probe position detection camera 18, so that the influence of the temperature change is suppressed in the probe height detector 20.
  • the temperature change of the wafer chuck 16 is ⁇ 60 ° C. to 200 ° C. Therefore, the probe height detector 20 is easily affected by the temperature change. .
  • the probe height detector 20 is provided integrally with the probe position detection camera 18 by a known technique. In FIG. 7, the probe height detector 20 is provided on the side of the probe position detection camera 18 by the arm 29, but may be attached by other means.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating detection of the tip of the probe 25 that is performed when the probe height detector 20 and the probe position detection camera 18 are integrally provided.
  • the height of the contact surface 20a of the probe height detector 20 is determined by the probe position detection camera. It is preferable to be provided at a position higher than the height of the end of the 18 objective lenses 18a.
  • the tip of the probe 25 can be detected by the contact surface 20a of the probe height detector 20 before the probe 25 collides with the objective lens 18a of the probe position detection camera 18.
  • the contact surface 20a of the probe height detector 20 is provided at a position lower than the height obtained by adding the working distance to the height of the probe position detection camera 18. This does not prevent the probe position detection camera 18 from performing autofocus and detecting the tip of the probe 25.
  • FIG. 8B is a diagram showing the measurement of the height of the tip of the probe 25 by the probe height detector 20.
  • the probe height detector 20 is provided integrally with the probe position detection camera 18 and is driven up and down by the height adjustment mechanism 21 of the probe position detection camera 18 to measure the height of the tip of the probe 25.
  • FIG. 8C is a diagram showing the probe position detection camera 18 moved to the working distance height.
  • the probe position detection camera 18 is moved to the working distance height by the height adjusting mechanism 21 based on the height of the tip of the probe 25 detected by the probe height detector 20.
  • the control unit 60 determines the probe 25 detected by the probe height detector 20.
  • the height of the probe position detection camera 18 can be easily controlled according to the height of the tip.
  • the distance between the contact surface 20a of the probe height detector 20 and the objective lens 18a of the probe position detection camera 18 is provided integrally, the Z-axis direction, the X-axis direction, and the Y-axis direction (see FIG. 7). ) Is extremely short. Accordingly, the movement time for focusing the probe position detection camera 18 on the tip of the probe 25 after detecting the tip of the probe 25 on the contact surface 20a of the probe height detector 20 can be shortened.
  • the height detection of the tip of the probe 25 can be applied to various modes. In particular, it can be suitably applied to an embodiment that requires an accurate height of the tip of the probe 25.
  • the height detection of the tip of the probe 25 described above can be applied to the detection of the inclination of the probe card 24 of the probe 25.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a card holder 23 or a method of detecting the inclination of the probe card 24 installed in the card holder 23 that is generally performed conventionally.
  • the parallelism confirmation jig 70 is set in the card holder 23 instead of the probe card 24 to detect the inclination of the card holder 23.
  • the inclination of the card holder 23 is detected by detecting the height of the surface of the parallelism confirmation jig 70 set in the card holder 23 by the probe position detection camera 18 a plurality of times.
  • the parallelism confirmation jig 70 is a metal plate processed to resemble the probe card 24, for example.
  • the processing accuracy of the parallelism confirmation jig 70 affects the inclination detection precision.
  • the probe card 24 must be set in the card holder 23, resulting in a decrease in throughput.
  • the inclination of the card holder 23 (or probe card 24) used for the probe card 24 is detected by applying the detection of the height of the tip of the probe 25 using the probe height detector 20 described above. Do.
  • FIG. 10 and 11 are diagrams for explaining the inclination detection of the card holder 23 or the probe card 24 of this example.
  • the probe height detector 20 detects the inclination of the probe card 24 set in the card holder 23.
  • the probe height detector 20 is provided integrally with the probe position detection camera 18 and is driven up and down by a height adjustment mechanism 21 of the probe position detection camera 18, and comes into contact with the tip of the probe 25 to contact the probe 25. The height of the tip is detected.
  • FIG. 11 is a diagram conceptually showing information input to the control unit 60 and information output from the control unit 60 together with functional blocks.
  • a plurality of pieces of information related to the height of the tip of the probe 25 obtained by actual measurement from the probe height detector 20 are input to the control unit 60.
  • the plurality of heights of the tips of the probes 25 are input in order to calculate the inclination of the probe card 24 or the inclination of the card holder 23. Therefore, for example, the probe height detector 20 transmits the heights of the tips of the three different probes 25 to the control unit, and the control unit 60 outputs the inclination of the probe card 24.
  • the tilt adjustment mechanism that adjusts the tilt based on the detected tilt is not described, but the tilt may be adjusted based on the tilt detected by a known tilt adjustment mechanism.
  • the probe position detection camera 18 detects the inclination of the probe card 24.
  • the probe position detection camera 18 detects the height of the tip of the probe 25 based on the height of the tip of the probe 25 detected by the probe height detector 20. That is, as described with reference to FIGS. 3 and 8, the probe position detection camera 18 uses the height adjustment mechanism 21 to adjust the working distance height based on the height of the tip of the probe 25 detected by the probe height detector 20. Then, the height of the tip of the probe 25 is detected.
  • the probe position detection camera 18 detects the height of the tip of the probe 25 at a plurality of different points, and the control unit 60 detects the height of the detected tip of the probe 25. Based on this, the inclination of the probe card 24 is detected.
  • the inclination of the probe card 24 is detected based on the height of the tip of the probe 25 output from the probe height detector 20 and the probe position detection camera 18.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a procedure for detecting the inclination of the probe card 24 (card holder 23) of this example.
  • FIG. 13 shows an example in which the tip height of the probe 25 is detected by the probe height detector 20 and the probe position detection camera 18 to detect the inclination.
  • the height of the tip of the probe 25 is measured a plurality of times by the probe height detector 20, and the measurement result is transmitted to the control unit 60 (first height detection step: step S30). Multiple measurements are performed at different points, and the probe height detector 20 moves in the X-axis direction and the Y-axis direction to measure the height of the tip of the probe 25.
  • the probe position detection camera 18 measures a plurality of heights of the tip of the probe 25 and transmits the measurement result to the control unit 60 (second height detection step: step S31). Similar to the probe height detector 20, the probe position detection camera 18 also detects the height of the tip of the probe 25 at a plurality of different points. Here, the probe position detection camera 18 is moved to the working distance height based on the height of the tip of the probe 25 detected in advance by the probe height detector 20 and performs autofocus on the tip of the probe 25. Therefore, since the time for searching for the tip of the probe 25 of the probe position detection camera 18 can be shortened, a decrease in the throughput of the prober 10 is suppressed.
  • the control unit 60 calculates the inclination of the probe card 24 based on the heights of the tips of the plurality of probes 25 output from the probe height detector 20 and the probe position detection camera 18 (inclination detection step: step S32). ).
  • the control unit 60 detects the tilt based on the height of the tip of the probe 25 detected by the probe height detector 20, and then the height of the tip of the probe 25 detected by the probe position detection camera 18. The inclination is detected based on the above. Since the control unit 60 detects the tilt using the detection result of the probe position detection camera 18 that can detect the height of the tip of the probe 25 with higher accuracy, the control unit 60 can detect the tilt more accurately.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining a probe height detector 100 according to another embodiment.
  • the probe height detector 100 of another embodiment uses a LVDT 106 that is a linear variable differential transformer, and the height of the tip of the probe 25 from the reference plane described above. Detect.
  • the probe height detector 100 includes a base 102, an air bearing 103, a vertically movable portion 104, a coil spring 105, and an LVDT 106.
  • the base 102 is supported above the height adjustment mechanism 27 by a support member (not shown).
  • the base 102 is formed in a substantially annular shape, and a through hole 102 a parallel to the Z-axis direction (vertical direction) is formed at the center of the base 102.
  • An air bearing 103 is provided on the upper surface of the base 102.
  • the air bearing 103 is formed in a substantially cylindrical shape, and has a holding hole 103a parallel to the Z-axis direction.
  • the position of the center of the holding hole 103a in the XY axis direction and the position of the center of the through hole 102a described above in the XY axis direction coincide with each other.
  • Reference symbol C is a central axis passing through the centers of both the holding hole 103a and the through hole 102a.
  • the air bearing 103 holds an up-and-down moving shaft 110 of an up-and-down movable unit 104 (described later) inserted through the holding hole 103a so as to be movable in the Z-axis direction.
  • the air bearing 103 is formed with an air supply hole (not shown) penetrating from the outer peripheral surface to the inner surface of the holding hole 103a, and air supplied from an air source (not shown) through the air supply hole is provided. It is supplied into the holding hole 103a. As a result, an air layer (not shown) is formed between the inner surface of the holding hole 103a and the outer surface of the vertical movement shaft 110, so that the vertical movement shaft 110 is guided in a non-contact manner by the air bearing 103 (holding hole 103a). .
  • annular flange 103b is formed on the outer peripheral surface of the lower end portion of the air bearing 103 along the circumferential direction.
  • the vertical movable unit 104 is held by the air bearing 103 so as to be movable in the Z-axis direction without contact.
  • the vertically movable portion 104 includes a vertically moving shaft 110, a stopper ring 111, a spring receiving portion 112, a stage base 113, and a stage 114.
  • the vertical movement shaft 110 is inserted into the holding hole 103a of the air bearing 103 and is held by the air bearing 103 so as to be movable in the Z-axis direction without contact.
  • a substantially annular stopper ring 111 is fitted on the lower end of the outer peripheral surface of the vertical movement shaft 110.
  • a spring receiving portion 112 is fixed to the upper surface of the vertical movement shaft 110.
  • the outer diameter of the stopper ring 111 is formed larger than the diameter of the holding hole 103a.
  • the spring receiving portion 112 includes a disc portion 112a and a fitting portion 112b provided on the lower surface of the disc portion 112a.
  • the outer diameter of the disc part 112 a is formed larger than the outer diameter of the coil spring 105.
  • the fitting portion 112 b is fitted into the opening on the upper side of the coil spring 105.
  • the stage pedestal 113 is fixed to the upper surface of the spring receiving portion 112.
  • a stage 114 is fixed to the upper surface of the stage base 113.
  • the upper surface of the stage 114 becomes the contact surface 20a described above.
  • the coil spring 105 is attached between the flange portion 103b and the spring receiving portion 112 in a state compressed in the Z-axis direction.
  • the upper end of the air bearing 103 described above is inserted into the lower opening of the coil spring 105.
  • the lower end of the coil spring 105 contacts the upper surface of the flange 103b.
  • the above-described fitting portion 112 b is fitted into the upper opening of the coil spring 105.
  • the coil spring 105 urges each part (the stage 114 and the like) of the vertically movable part 104 upward in the Z-axis direction via the spring receiving part 112.
  • the stopper ring 111 contacts the lower opening edge of the holding hole 103a, and the height position of the stage 114 in the Z-axis direction is kept constant.
  • the LVDT 106 is provided on the lower surface of the base 102.
  • the LVDT 106 includes a core 106a such as an iron core and a coil 106b.
  • the core 106a is fixed to the lower surface of the vertical movement shaft 110 and extends downward in the Z-axis direction.
  • the central axis of the core 106a coincides with the above-described central axis C.
  • the core 106a moves in the Z-axis direction integrally with the vertical movement shaft 110 (the vertical movable portion 104).
  • the coil 106b has a substantially cylindrical shape parallel to the Z-axis direction.
  • the core 106a is inserted in the coil 106b in a non-contact manner.
  • the coil 106b has a primary coil (not shown) excited by an input voltage (alternating current) and a secondary coil (not shown) that generates an output voltage (induced voltage) due to the displacement of the core 106a in the Z-axis direction. is doing.
  • the minute movement detection unit 118 supplies an input voltage to the coil 106b and detects an output voltage output from the coil 106b according to the displacement of the core 106a in the Z-axis direction.
  • the minute movement detection unit 118 detects minute movements in the Z-axis direction of the core 106a, that is, the vertically movable unit 104 (the stage 114, etc.), based on the output voltage output from the coil 106b.
  • the height adjustment mechanism 27 moves the probe height detector 100 upward in the Z-axis direction, so that the contact surface 20a of the stage 114 contacts the tip of the probe 25. Then, the vertically movable unit 104 (the stage 114 and the like) and the core 106a are slightly moved downward in the Z-axis direction. As a result, the output voltage output from the coil 106b according to the minute movement of the core 106a is input to the minute movement detection unit 118. Therefore, the minute movement detection unit 118 can detect minute movement in the Z-axis direction of the vertically movable unit 104 (the stage 114 and the like), that is, contact of the tip of the probe 25 with the contact surface 20a. Since the subsequent steps are the same as the probe height detector 20 described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the probe height detector 100 detects the contact of the tip of the probe 25 with the contact surface 20a using the LVDT 106, the detection accuracy [contact responsiveness (sensitivity)] of the contact can be improved. it can. As a result, it is possible to improve the measurement accuracy of the height of the tip of the probe 25 from the above-described reference plane. Further, the amount of movement (pushing amount) in the Z-axis direction of the stage 114 and the like accompanying the contact of the tip of the probe 25 with the contact surface 20a and the pressing force in the Z-axis direction accompanying the contact can be detected with high accuracy.

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Abstract

プローブとプローブ位置検出カメラとの衝突を防止するプローバ及びプローバの操作方法を提供する。プローバ１０は、ウエハＷの電極にプローブ２５を接触させて検査を行うプローバ１０であって、ウエハＷの電極とプローブ２５との相対的な位置合わせを行うためにプローブ２５の先端位置を検出するプローブ位置検出カメラ１８と、プローブ位置検出カメラ１８とは別に設けられ、プローブ位置検出カメラ１８の高さの基準となる基準面からのプローブの先端の高さを検出するプローブ高さ検出器２０と、プローブ高さ検出器２０の検出結果に基づいて、基準面からのプローブ位置検出カメラ１８の高さを変化させる第１高さ調整機構２１と、を備える。

Description

プローバ及びプローバの操作方法
　本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数のチップの電気的な検査を行うプローバ及びその操作方法に関する。
　半導体製造工程において、ダイシング工程では、ダイシング装置によってダイシングフレームに固定された円板状の半導体ウエハが複数のチップ（ダイ）に切り分けられる。このダイシング工程の前、又は、後において各チップの電気的特性を検査するウエハテスト工程が行われており、このウエハテスト工程においてプローバが用いられている。
　プローバでのウエハテスト工程においては、プローバに設置されたプローブカードの針（プローブ）の先端をウエハに正確に接触させる必要がある。その為に、プローバでのウエハテスト工程の前段階として、プローブの先端とプローブカードとの相対的位置関係を高精度に検出する必要がある。
　このような技術として、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載の技術が提案されている。
　特許文献１に記載の技術では、プローブカードのプローブを下方から顕微鏡（プローブ位置検出カメラ）で撮像することにより、プローブを検出する技術が記載されている。特許文献１に記載されている技術では、プローブ位置検出カメラはＺ軸方向に昇降駆動し、プローブ位置検出カメラの焦点をプローブの先端に合わせて、プローブの先端の位置の検出を行っている。
　特許文献２に記載の技術では、複数箇所のプローブの先端をカメラ（プローブ位置検出カメラ）で検出し、各プローブの先端の高さを検出することにより、プローブカードの傾きを検出する技術が記載されている。
特開２００４－３９７５２号公報 特開２００７－７１８２４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された技術では、プローブ位置検出カメラをＺ軸方向に沿って上昇させた時に、オペレータの誤りやデータの入力間違え等によりプローブ位置検出カメラを上昇させすぎて、プローブとプローブ位置検出カメラとの衝突が発生する恐れがある。
　例えば、プローブカードを交換した後にプローブ位置検出カメラでプローブの先端を検出する場合には、プローブカードの交換によりプローブの長さ又は位置が変わるので、プローブ位置検出カメラとプローブとの衝突が発生することがある。なおプローブカードはチップ及び測定目的に応じて様々な種類が存在し、プローブカードの種類が変わるとプローブの長さが変わる場合がある。
　また例えば、オペレータ（又はユーザ）により構成データや品種パラメータなどの情報がプローバに入力され、その情報を使用してプローブ位置検出カメラを上昇させるが、その情報の入力を間違う場合がある。情報の入力を誤ってしまうと、その誤った情報に基づいて、プローブ位置検出カメラをＺ軸方向に沿って上昇させてしまい、プローブとプローブ位置検出カメラとが衝突する場合がある。
　また、特許文献２に記載された技術でも、同様にプローブとプローブ位置検出カメラとの衝突が発生する恐れがあるという問題がある。さらに、プローブの先端をプローブ位置検出カメラにより検出しているので、プローブ位置検出カメラがプローブの先端にフォーカスを合わせるまでの時間を要し、プローバのスループットが低下するという問題がある。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、プローブとプローブ位置検出カメラとの衝突を防止するプローバ及びプローバの操作方法を提供することである。
　上記目的を達成するために、本発明の一の態様であるプローバは、ウエハの電極にプローブを接触させて検査を行うプローバであって、ウエハの電極とプローブとの相対的な位置合わせを行うためにプローブの先端位置を検出するプローブ位置検出カメラと、プローブ位置検出カメラとは別に設けられ、プローブ位置検出カメラの高さの基準となる基準面からのプローブの先端の高さを検出するプローブ高さ検出器と、プローブ高さ検出器の検出結果に基づいて、基準面からのプローブ位置検出カメラの高さを変化させる第１高さ調整機構と、を備える。
　本態様によれば、プローブ位置検出カメラとは別に設けられたプローブ高さ検出器によりプローブの先端の高さが検出され、検出されたプローブの先端の高さに基づいて第１高さ調整機構によりプローブ位置検出カメラの高さが変えられる。これにより、本態様は、プローブカードが入れ替えられたり、入力された情報（構成データ、品種パラメータ）に誤りがあったとしても、プローブ高さ検出器によりプローブの先端の高さの測定が行われるので、プローブの先端の高さが正確に検出され、プローブ位置検出カメラとプローブとの衝突の発生を防止することができる。
　好ましくは、プローブ高さ検出器は、プローブの先端に接触する接触面を有し、接触面にプローブの先端が接触したときの接触面の高さをプローブの先端の高さとして検出する接触式の検出器である。
　本態様によれば、プローブ高さ検出器は接触面を有し接触面をプローブの先端に接触させることにより、プローブの先端の高さを検出するので、プローブの先端の高さをより正確に早く検出することができる。
　好ましくは、プローブ高さ検出器は、接触面へのプローブの先端の接触を検出する線形可変差動変圧器を有している。
　本態様によれば、接触面に対するプローブの先端の接触の検出精度を向上させることができる。その結果、基準面からのプローブの先端の高さの測定精度を向上させることができる。また、接触面へのプローブの先端の接触に伴う接触面の移動量（押込量）及び接触に伴う押圧力を精度良く検出することができる。
　好ましくは、プローブ高さ検出器は、プローブ位置検出カメラと一体に設けられ、プローブ高さ検出器の接触面の高さは、プローブ位置検出カメラの対物レンズ端部の高さよりも高い位置に設けられる。
　本態様によれば、プローブ高さ検出器はプローブ位置検出カメラと一体に設けられているので、プローブ高さ検出器は、プローブ位置検出カメラの高さ調整機構により高さが変えられる。これにより、本態様は、プローブ高さ検出器の高さ調整機構を別途設ける必要がなく、高さ調整機構の数を減らすことができ、高さ調整機構の制御の簡素化及びプローバの製造の簡素化を実現する。
　また本態様によれば、プローブ高さ検出器の接触面の高さは、プローブ位置検出カメラの高さよりも高い位置に設けられる。そのため、プローブの先端がプローブ位置検出カメラに衝突する前にプローブ高さ検出器に接触するので、プローブ位置検出カメラとプローブの先端との衝突の発生を防止することができる。
　好ましくは、プローブ高さ検出器の接触面は、プローブ位置検出カメラの高さにプローブ位置検出カメラのワーキングディスタンスを加えた高さよりも低い位置に設けられる。
　本態様によれば、プローブ高さ検出器の接触面の高さは、プローブ位置検出カメラの高さにプローブ位置検出カメラのワーキングディスタンスを加えた高さよりも低い位置に設置されている。これにより、本態様は、プローブ位置検出カメラがプローブの先端を検出しているときに、プローブ高さ検出器がプローブの先端に接触して、プローブ位置検出カメラの検出動作の障害となることを防止する。
　好ましくは、プローブ高さ検出器は、プローブ位置検出カメラとは独立して設けられ、基準面からのプローブ高さ検出器の高さを変化させる第２高さ調整機構を更に備える。
　本態様によれば、プローブ高さ検出器はプローブ位置検出カメラとは独立して設けられており、プローブ高さ検出器の高さを変化させる高さ調整機構を備える。これにより本態様では、プローブ高さ検出器とプローブ位置検出カメラとが独立に高さを調整するので、より効率よくプローブの先端の高さを検出することができる。
　好ましくは、プローブ高さ検出器は接触式であり、プローバは、プローブ高さ検出器による複数回の検出結果に基づいてプローバに設置されるプローブカードの傾きを検出する制御部と、を更に備える。なお、プローブ高さ検出器は、プローブの先端に接触する接触面を有し、接触面に前記プローブの先端が接触したときの接触面の高さをプローブの先端の高さとして検出するものであって、プローブの先端の高さの基準となる基準面からのプローブの先端の高さを複数回検出することが好ましい。
　好ましくは、プローブ高さ検出器は、プローブの先端に接触する接触面と、接触面へのプローブの先端の接触を検出する線形可変差動変圧器とを有しており、接触面にプローブの先端が接触したときの接触面の高さをプローブの先端の高さとして検出する。
　本発明の他の態様であるプローバの操作方法は、ウエハの電極にプローブを接触させて検査を行うプローバの操作方法であって、プローブ位置検出カメラとは別に設けられるプローブ高さ検出器を用いて、プローブ位置検出カメラの高さの基準となる基準面からのプローブの先端の高さを検出する第１の高さ検出ステップと、プローブ高さ検出器の検出結果に基づいて、基準面からのプローブ位置検出カメラの高さを変化させるステップと、プローブ位置検出カメラを用いて、ウエハの電極とプローブとの相対的な位置合わせを行うためにプローブの先端位置を検出するステップと、を含む。
　好ましくは、第１の高さ検出ステップでは、プローブの先端に接触する接触面と、接触面へのプローブの先端の接触を検出する線形可変差動変圧器と、を有するプローブ高さ検出器を用いて、プローブの先端の高さを検出する。
　、好ましくは、プローブ高さ検出器は接触式であり、第１の高さ検出ステップは、接触式のプローブ高さ検出器を用いてプローブの先端の高さを複数回検出し、プローバの操作方法は、第１の高さ検出ステップでの検出結果に基づいて、プローブカードの傾きを検出する傾き検出ステップを更に含む。なお、第１の高さ検出ステップは、プローブの先端に接触する接触面を有し、接触面にプローブの先端が接触したときの接触面の高さをプローブの先端の高さとして検出する接触式のプローブ高さ検出器を用いて、プローブの先端の高さの基準となる基準面からのプローブの先端の高さを複数回検出することが好ましい。
　本態様によれば、プローブカードが有するプローブの先端の検出がプローブ高さ検出器により行われるので、プローブの先端にフォーカスを合わせる時間を必要とせず、プローバのスループットの低下を防止することができる。
　好ましくは、プローバの操作方法は、プローブ高さ検出器と一体に設けられたプローブ位置検出カメラを用いて、基準面からのプローブの先端の高さを複数回検出する第２の高さ検出ステップと、を更に備え、傾き検出ステップは、第１の高さ検出ステップでの検出結果及び第２の高さ検出ステップでの検出結果に基づいて、プローブカードの傾きを検出する。
　本態様によれば、プローブ高さ検出器と一体に設けられたプローブ位置検出カメラを用いて、プローブの先端高さを検出するので、プローブ高さ検出器とプローブ位置検出カメラとは、同じ高さ調整機構により高さ調整が行われるので、高さ調整の制御がより簡素化される。
　また、本態様によれば、傾き検出ステップは、第１の高さ検出ステップと第２の高さ検出ステップとの検出結果により、プローブカードの傾きを検出しているので、より精度の高いプローブカードの傾きの検出を行うことができる。
　好ましくは、第１の高さ検出ステップは、第２の高さ検出ステップの前に行われる。
　好ましくは、第１の高さ検出ステップでは、プローブの先端に接触する接触面と、接触面へのプローブの先端の接触を検出する線形可変差動変圧器と、を有するプローブ高さ検出器を用いて、接触面にプローブの先端が接触したときの接触面の高さをプローブの先端の高さとして検出する。
　本態様によれば、接触面に対するプローブの先端の接触の検出精度を向上させることができる。その結果、基準面からのプローブの先端の高さの測定精度を向上させることができる。また、接触面へのプローブの先端の接触に伴う接触面の移動量（押込量）及び接触に伴う押圧力を精度良く検出することができる。
　本態様によれば、物理的な接触によりプローブの先端の高さを検出するプローブ高さ検出器によりプローブの先端の高さを検出するステップの後に、プローブ位置検出カメラを用いて、プローブの先端の高さを検出するので、プローブ位置検出カメラがプローブに衝突することを防止しつつプローブカードの傾きを検出することができる。
　本発明によれば、プローブ位置検出カメラと、プローブ位置検出カメラとは別に設けられたプローブ高さ検出器とが設けられ、第１高さ調整機構はプローブ高さ検出器が検出したプローブの先端の高さに基づいて、プローブ位置検出カメラの高さを変化させるので、プローブ位置検出カメラとプローブとの衝突の発生を防止することができる。
ウエハテストシステムを示した概略構成図である。 プローブ位置検出カメラのみでプローブの先端の高さを検出する場合を示す概念図である。 プローブ高さ検出器により行われるプローブの先端の高さ検出に関して説明する図である。 制御部に入力される情報及び制御部から出力される情報を機能ブロックとともに概念的に示した図である。 プローバの操作方法を示したフロー図である。 プローバの他の操作方法を示したフロー図である。 ウエハテストシステムを示した概略構成図である。 プローブの先端の高さ検出に関して説明する図である。 カードホルダ又はプローブカードの傾き検出に関して説明する図である。 プローブ高さ検出器により、プローブカードの傾きが検出されていることを示す図である。 制御部に入力される情報及び制御部から出力される情報を機能ブロックとともに概念的に示した図である。 プローブ位置検出カメラにより、プローブカードの傾きが検出されていることを示す図である。 傾きを検出する手順を示したフロー図である。 別実施形態にかかわるプローブ高さ検出器を説明するための説明図である。
　以下、添付図面にしたがって本発明の好ましい実施の形態について説明する。
　＜第１の実施形態＞
　図１は、本発明が適用されるウエハテストシステムの第１の実施形態を示した概略構成図である。同図に示すように、ウエハテストシステム１００は、ウエハＷ上の各チップの電極にプローブ２５を接触させるプローバ１０と、プローブ２５に電気的に接続され、電気的検査のために各チップに電流や電圧を印加し特性を測定するテスタ３０とで構成される。
　プローバ１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動・回転部１５と、ウエハチャック１６と、プローブ位置検出カメラ１８と、プローブ高さ検出器２０、高さ調整機構２１、２７と、ウエハアライメントカメラ１９と、ヘッドステージ２２と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダ２３と、カードホルダ２３に取り付けられるプローブカード２４と、プローバ１０及びテスタ３０の各部を制御する制御部６０（コンピュータ）と、を有する。プローブカード２４には、プローブ２５が設けられる。
　移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動・回転部１５は、ウエハチャック１６を３軸方向及びＺ軸周りに回転する移動回転機構を構成する。移動回転機構については広く知られているので、ここでは説明を省略する。
　ウエハチャック１６は、複数のチップが形成されたウエハＷを真空吸着により保持し、また、ウエハチャック１６の内部には、チップを高温状態、例えば、最高で１５０℃、又は低温状態、例えば最低で－４０℃、で電気的特性検査が行えるように、加熱／冷却源としての加熱／冷却機構（加熱冷却機構）が設けられる。加熱／冷却機構としては、公知の適宜の加熱器／冷却器が採用できるものであり、例えば、面ヒータの加熱層と冷却流体の通路を設けた冷却層との二重層構造にしたものや、熱伝導体内に加熱ヒータを巻き付けた冷却管を埋設した一層構造の加熱／冷却装置など、様々のものが考えられる。また、電気加熱ではなく、熱流体を循環させるものでもよく、またペルチエ素子を使用してもよい。
　ウエハチャック１６は、Ｚ軸移動・回転部１５の上に取り付けられており、上述した移動回転機構により３軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）に移動可能であると共に、Ｚ軸周りの回転方向（θ方向）に回転可能である。
　ウエハＷが保持されるウエハチャック１６の上方には、プローブカード２４が配置される。プローブカード２４は、プローバ１０の筺体の天板を構成するヘッドステージ２２の開口部に取り付けられたカードホルダ２３が装着される。
　プローブカード２４は、検査するチップの電極配置に応じて配置されたプローブ２５を有し、検査するチップに応じて交換される。なお、プローブカード２４は、プローブ保持部の一例である。
　テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体３１に設けられたコンタクトリング３２とを備えている。プローブカード２４には、各プローブ２５に接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テスタ本体３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。
　プローブ位置検出カメラ１８は、ウエハＷの電極とプローブ２５との相対的な位置合わせを行うためにプローブ２５の先端の位置を検出する。プローブ位置検出カメラ１８は、Ｘ軸移動台１４の上に取り付けられており、Ｘ軸移動台１４及びＹ軸移動台１３によりウエハチャック１６と一体となってＸＹ方向に移動可能である。また、プローブ位置検出カメラ１８のＺ軸方向の昇降駆動は、制御部６０に制御される高さ調整機構２１により行われる。プローブ位置検出カメラ１８は、プローブカード２４のプローブ２５を下方から撮像してプローブ２５の先端位置を検出する。プローブ２５の先端の水平面内の位置（Ｘ及びＹ座標）はカメラの座標により検出され、垂直方向（Ｚ軸方向）の位置、すなわちプローブ２５の先端の高さ（プロービング高さ）はカメラの焦点位置で検出される。プローブ位置検出カメラ１８による検出結果は、制御部６０に入力される。プローブ位置検出カメラ１８は、例えば対物レンズ１８ａを備えた針合せ顕微鏡を備えたカメラが使用される（図２参照）。
　ウエハアライメントカメラ１９は、プローブカード２４が配置されるプローブ領域に隣接したアライメント領域に配置される。ウエハアライメントカメラ１９は、図示しない支柱によって支持されており、図示しないカメラ昇降機構によってＺ軸方向（上下方向）に移動可能である。このカメラ昇降機構は、公知の直線的な移動機構であればよく、例えばリニアガイド機構、ボールネジ機構等により構成されており、制御部６０からの出力によって駆動される。ウエハアライメントカメラ１９は、ウエハチャック１６に保持されたウエハＷを上方から撮像してウエハＷの表面に形成されたチップの電極（チップ表面電極）の位置を検出する。ウエハアライメントカメラ１９による検出結果は、制御部６０に入力される。制御部６０では、ウエハアライメントカメラ１９で得られた情報とプローブ位置検出カメラ１８で得られたプローブ２５の先端の位置情報とをもとに、公知の画像処理技術を用いて、プローブ２５とウエハＷのチップの電極（チップ表面電極）のＸＹ面内の二次元的な位置整合を自動で行う。
　プローブ高さ検出器２０は、プローブ位置検出カメラ１８とは別に設けられ、プローブ位置検出カメラ１８の高さの基準となる基準面からのプローブ２５の先端の高さを検出する。プローブ高さ検出器２０は、いわゆる接触式の検出器であって、物理的にプローブ２５の先端に接触することにより、プローブ２５の先端の高さを検出する。プローブ高さ検出器２０は、プローブ２５の先端に物理的に接触して、プローブ２５の先端の高さを検出できるものであれば特に限定されるものではなく、公知の技術が適用される。ここで、基準面とはプローバ１０の全般において高さの基準となる面であり、任意に設定されるものである。例えば基準面は、Ｘ軸移動台１４の上面に設定される。なお、プローブ高さ検出器２０は物理的な接触によりプローブ２５の先端を検出するものには限定されず、公知のプローブ２５の先端を検出する技術も採用することができる。例えば、プローブ高さ検出器２０は、非接触式の方法によりプローブ２５の先端を検出してもよい。
　プローブ高さ検出器２０は、接触面２０ａとセンサ機構２０ｂとを備える（図３参照）。接触面２０ａはプローブ２５の先端に接触し、接触した時にセンサ機構２０ｂに信号を出力する。そして、センサ機構２０ｂは接触面２０ａから出力された信号と高さ調整機構２７から出力されている高さに関する信号とを受信し、プローブの先端の高さに関する情報を制御部６０に出力する。すなわちセンサ機構２０ｂは、接触面２０ａにプローブ２５の先端を接触させ、接触面２０ａにプローブ２５の先端が接触した時点の接触面２０ａの高さをプローブ２５の先端の高さとして制御部６０に出力する。
　プローブ位置検出カメラ１８の高さ調整機構２１（第１高さ調整機構）は、制御部６０の制御によってプローブ位置検出カメラ１８をＺ軸方向に沿って昇降駆動させる。高さ調整機構２１は、プローバ１０の制御部６０（図４）により制御されており、ユーザや制御部６０に組み込まれたプログラムにより昇降駆動が制御される。例えば、高さ調整機構２１は、プローブ高さ検出器２０の検出結果に基づいて、基準面からのプローブ位置検出カメラ１８の高さを変化させる。すなわち高さ調整機構２１は、プローブ高さ検出器２０が測定したプローブ２５の先端の高さに基づいて、プローブ位置検出カメラ１８をプローブ２５の先端からワーキングディスタンス離れた高さに調整する。このように、プローブ高さ検出器２０が一度検出したプローブの先端の高さを使用してプローブ位置検出カメラの高さが調整されるので、プローブ位置検出カメラ１８を上昇させすぎてしまうことが防止され、プローブ位置検出カメラ１８がＺ軸方向に沿った昇降駆動によりプローブ２５の先端に衝突することを防止することができる。
　プローブ高さ検出器２０の高さ調整機構２７（第２高さ調整機構）は、プローブ高さ検出器２０をＺ軸に沿って昇降駆動させる。高さ調整機構２７は、上述した高さ調整機構２１とは独立して設けられており、高さ調整機構２１と同様に制御部６０に制御されて、プローブ高さ検出器２０を昇降駆動させる。
　制御部６０は、ウエハテストシステム１００の全般（プローバ１０・テスタ３０）を制御することができ、コンピュータで構成されている。制御部６０は、ウエハテストシステム１００の各部に接続されており（図示は省略）、ウエハテストシステム１００の各部からの信号の受信及び各部への信号の送信を行うことができる。制御部６０を構成するコンピュータは、入力部６２及び表示部６１を有しており、ユーザは入力部６２により情報を入力し、制御部６０は表示部６１に情報を表示することによりユーザにエラーなどを報知する。
　図２は、プローブ位置検出カメラ１８のみでプローブ２５の先端の高さを検出する場合を示す概念図である。
　図２（Ａ）は、プローブ位置検出カメラ１８が正常にプローブ２５の先端の検出を行う場合の概念図である。プローブ位置検出カメラ１８がプローブ２５の先端の高さの検出を行う場合は、先ずユーザにより入力部６２を介して制御部６０に構成データや品種パラメータなどが入力され、入力された値に基づいて制御部６０においてウエハチャック１６とプローブ２５の先端との間の距離Ａが算出される。そしてプローブ位置検出カメラ１８は、算出された距離Ａに基づいてプローブ位置検出カメラ１８とプローブ２５の先端がワーキングディスタンス（図中ではＷＤと記載）離れる高さ（ワーキングディスタンス高さ）まで一気に高さ調整機構２１で上げられる。なおこの場合、ウエハチャック１６の高さは既知である。
　ここで構成データとは、プローバ１０の各種機能の設定パラメータや顕微鏡など搭載機器の取付位置の座標値などのデータで、プローバ１０毎に固有のデータとして制御部６０のＨＤＤ（hard disk drive）に格納される。
　例えば構成データには、プローバの座標基準からプローブカード取り付け面までの高さ寸法が含まれる。
　また品種パラメータとは、製品ウエハＷや、その上のチップのサイズや配置など、製品の仕様を記録したデータである。品種パラメータは、ユーザによって任意に作成されるデータで、通常は制御部６０のＨＤＤに記憶される。
　また、プローブカード２４は製品ウエハＷの仕様に合わせて専用に製作されるので、プローブカード２４の個別情報も含まれる。例えば、品種パラメータには、プローブカード２４の基板面からプローブ２５の先端までの高さ寸法も含まれる。
　ワーキングディスタンス高さに上げられたプローブ位置検出カメラ１８は、プローブへのオートフォーカスを行い、プローブ２５の先端の検出及びプローブ２５の先端の高さの検出を行う。ここで、プローブ位置検出カメラ１８を上昇させる手法として、プローブ位置検出カメラ１８にオートフォーカスを行わせながらプローブ２５の検出を継続させて少しずつプローブ位置検出カメラ１８を上昇させる手法も考えられる。しかし、このようなプローブ位置検出カメラ１８を少しずつ上げる手法では、長い作動時間を要してしまいスループットの観点より好ましくない。
　図２（Ｂ）は、プローブ位置検出カメラ１８とプローブ２５の先端との衝突が発生してしまう場合の一例を示す図である。
　構成データや品種パラメータなどの入力に間違えがあると、制御部６０は、図２（Ａ）で説明を行ったような距離Ａを正確に算出することができない。図２（Ｂ）で示した場合には、プローブ２５の先端とウエハチャック１６との距離は図２（Ａ）と同様に距離Ａと算出されるべきであるのに、制御部６０は距離Ｂ（距離Ｂ＞距離Ａ）と誤って算出している。制御部６０は、誤って算出された距離Ｂに基づいて高さ調整機構２１を制御してプローブ位置検出カメラ１８をワーキングディスタンス高さに一気に引き上げるので、プローブ位置検出カメラ１８はプローブ２５の先端と衝突してしまう。プローブ位置検出カメラ１８とプローブ２５との衝突は、プローブ２５及びプローブカード２４の破損、及びプローブ位置検出カメラ１８の破損という問題を引き起こす。
　本発明の一態様によれば、図２で説明したようなプローブ位置検出カメラ１８とプローブ２５の先端との衝突を防止することができる。
　次に、図３及び図４により本発明におけるプローブ高さ検出器２０を使用したプローブ２５の先端の高さ検出に関して説明する。
　図３は、プローブ高さ検出器２０により行われるプローブ２５の先端の検出に関して説明する図である。
　図３（Ａ）は、プローブ高さ検出器２０によりプローブ２５の高さを検出することを説明する図である。プローブ位置検出カメラ１８がプローブ２５の先端にフォーカスを合わせる場合又はワーキングディスタンス高さに上げられる場合には、先ずプローブ高さ検出器２０によりプローブ２５の位置が検出される。具体的には、プローブ高さ検出器２０は、高さ調整機構２７によりプローブ２５の先端に接触するまで上げられる。プローブ高さ検出器２０はプローブ２５に接触面２０ａで接触したときにセンサ機構２０ｂに信号を出力し、センサ機構２０ｂは、接触面２０ａから出力された信号と、高さ調整機構２７から出力される高さを示す信号に基づいて、プローブ２５の先端の高さに関する情報を制御部６０に送信する（図４を参照）。
　図４は、制御部６０に入力される情報及び制御部６０から出力される情報を機能ブロックとともに概念的に示した図である。
　図４に示すように、制御部６０には、プローブ高さ検出器２０の実測値であるプローブ２５の先端の高さに関する情報が入力される。また、制御部６０には、ユーザによって入力部６２を介して入力された構成データや品種パラメータが入力され、制御部６０は、入力された構成データや品種パラメータによりウエハチャック１６とプローブ２５の先端との距離を算出する。
　その後制御部６０は、プローブ高さ検出器２０で検出されたプローブ２５の高さと、構成データ及び品種パラメータから算出されたプローブ２５の高さとを比較する。そして制御部６０は、比較の結果により基準面からのプローブ位置検出カメラ１８の高さを変化させる指令を高さ調整機構２１に出力する。制御部６０は、構成データや品種パラメータなどから算出されたプローブ２５の高さと、プローブ高さ検出器２０で検出されたプローブ２５の高さの比較において様々な手法を用いることができる。例えば、制御部６０は、閾値を用いて、閾値の範囲内であれば高さが一致していると判断し、閾値の範囲外であれば高さが一致していないと判断してもよい。
　そして、制御部６０は、構成データや品種パラメータなどで算出されたプローブ２５の高さと、プローブ高さ検出器２０で検出されたプローブ２５の高さとが同じである場合には、入力された構成データや品種パラメータは正しいものであったと判断する。例えば図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように制御部６０は、プローブ高さ検出器２０により検出された基準面（ウエハチャック１６の上面）から距離Ａと、構成データや品種パラメータなどで算出されたプローブ２５の高さである距離Ｂと、を比較し、Ｂ（ニアリーイコール）Ａであると判定する。その後、制御部６０は、図３（Ｂ）に示すようにプローブ位置検出カメラ１８はワーキングディスタンス高さまで一気に上げる指令を高さ調整機構２１に出力し、プローブ位置検出カメラ１８はオートフォーカスを行いプローブ２５の先端の検出を行う。すなわち、プローブ位置検出カメラ１８は、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいてＺ軸方向に昇降駆動され、ワーキングディスタンス高さに移動させられる。
　一方で、構成データや品種パラメータなどで設定されたプローブ２５の高さと、プローブ高さ検出器２０で取得されたプローブ２５の高さと同じでない場合には、制御部６０は、入力された構成データや品種パラメータなどが間違いであったと判断し、表示部６１にエラー表示を行ってユーザに知らせ、プローバ１０の動作を停止させる。これにより、図２（Ｂ）で説明を行ったようなプローブ２５とプローブ位置検出カメラ１８との衝突を防止することができる。
　別の態様として、制御部６０が入力された構成データや品種パラメータなどが間違いであったと判定した場合には、入力された値の代わりにプローブ高さ検出器２０で取得されたプローブ２５の高さを用いて、プローブ位置検出カメラ１８をワーキングディスタンス高さに上げてもよい。これにより、入力された構成データや品種パラメータが誤りであっても、プローバ１０を停止させることなく、測定を継続させることができる。
　図５は、プローバ１０の操作方法を示したフロー図である。図５に示される操作方法では、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の高さに基づいて、構成データや品種パラメータにより算出されたプローブ先端高さの判断が行われる。
　先ず、ユーザは入力部６２を介して構成データ及び品種パラメータを制御部６０に入力する。その後制御部６０は、入力された構成データ及び品種パラメータに基づいてプローブ２５の先端の高さを算出する（ステップＳ１０）。次に、プローブ高さ検出器２０によりプローブ２５の高さが検出される（ステップＳ１１）。具体的には、プローブ高さ検出器２０は、高さ調整機構２７により上げられて、プローブ２５に接触してプローブ２５の高さを検出する。
　そして制御部６０は、構成データ及び品種パラメータに基づいて算出されたプローブ２５の先端の高さと、プローブ高さ検出器２０により実際に検出されたプローブ２５の先端の高さとの比較を行う。制御部６０は、両者が一致していない場合には、表示部６１にエラーを示す警告表示を行わせる（ステップＳ１４）。
　一方、制御部６０は、両者が一致している場合には、高さ調整機構２１に対して、プローブ位置検出カメラ１８をワーキングディスタンス高さまで上げる指令を出力する。その後、プローブ位置検出カメラ１８は、指令に基づいてワーキングディスタンス高さまで上げられる（ステップＳ１３）。
　図６は、プローバ１０の他の操作方法を示したフロー図である。図６に示した他の操作方法では、構成データや品種パラメータに基づいてプローブ２５の先端の高さを算出せずに、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ高さに基づいてプローブ位置検出カメラ１８が上げられる。
　先ず、プローブ高さ検出器２０によりプローブ２５の高さが検出される（ステップＳ２０）。具体的には、プローブ高さ検出器２０が高さ調整機構２７により上げられて、プローブ２５に接触してプローブ２５の先端の高さが検出される。そして、制御部６０は、検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、プローブ２５の先端からプローブ位置検出カメラ１８のワーキングディスタンス離れた高さ（ワーキングディスタンス高さ）を算出し、高さ調整機構２１に指令を出力する（ステップＳ２１）。
　その後、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、ワーキングディスタンス高さまでプローブ位置検出カメラ１８の高さを変化させる（ステップＳ２２）。図６で示したように、構成データや品種パラメータを入力してプローブ２５の先端の高さを算出せずに、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さを使用してもよい。
　上述の各構成及び機能は、任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは両者の組み合わせによって適宜実現可能である。例えば、上述の処理ステップ（処理手順）をコンピュータに実行させるプログラム、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体（非一時的記録媒体）、或いはそのようなプログラムをインストール可能なコンピュータに対しても本発明を適用することが可能である。
　＜第２の実施形態＞
　次に第２の実施形態に関して説明する。
　図７は、本発明が適用されるウエハテストシステム１００の第２の実施形態を示した概略構成図である。なお、図１で既に説明を行った箇所は同じ符号を付し説明は省略する。
　図７に示されたプローバ１０は、図１に示されたプローバ１０に対して、プローブ高さ検出器２０がプローブ位置検出カメラ１８と一体で設けられている点で異なる。
　プローブ高さ検出器２０は、プローブ位置検出カメラ１８に一体に設けられており、プローブ位置検出カメラ１８の高さ調整機構２１により高さが調整される。すなわち、プローブ高さ検出器２０とプローブ位置検出カメラ１８とはアーム２９を介して一体に設けられることにより、一つの高さ調整機構により高さを調整することができるので、高さ調整の制御がより簡素化される。また、高さ調整機構の設置を一つ省略することもできるので、プローバ１０の設計及び組立が簡素化される。また、プローブ高さ検出器２０がプローブ位置検出カメラ１８に一体に設けられていることにより、プローブ高さ検出器２０は温度の影響が抑制される。すなわち、一般にプローブ位置検出カメラ１８では温度変化が小さいので、プローブ高さ検出器２０がプローブ位置検出カメラ１８に一体に設けられることにより、プローブ高さ検出器２０は温度変化の影響が抑制される。一方例えば、プローブ位置検出カメラ１８がウエハチャック１６に設けられる場合には、ウエハチャック１６は温度変化が－６０℃～２００℃であるので、プローブ高さ検出器２０は温度変化の影響を受けやすい。
　なお、プローブ高さ検出器２０は、公知の技術によりプローブ位置検出カメラ１８に一体に設けられる。図７ではプローブ高さ検出器２０は、アーム２９によりプローブ位置検出カメラ１８の側方に設けられているが他の手段によって取り付けられてもよい。
　図８は、プローブ高さ検出器２０とプローブ位置検出カメラ１８とが一体に設けられる場合に行われるプローブ２５の先端の検出に関して説明する図である。
　図８（Ａ）に示すように、プローブ高さ検出器２０がプローブ位置検出カメラ１８と一体に設けられる場合には、プローブ高さ検出器２０の接触面２０ａの高さは、プローブ位置検出カメラ１８の対物レンズ１８ａの端部の高さよりも高い位置に設けられることが好ましい。これにより、プローブ２５がプローブ位置検出カメラ１８の対物レンズ１８ａに衝突する前に、プローブ高さ検出器２０の接触面２０ａによりプローブ２５の先端を検出することができる。また、プローブ高さ検出器２０の接触面２０ａは、プローブ位置検出カメラ１８の高さにワーキングディスタンスを加えた高さよりも低い位置に設けられる。これにより、プローブ位置検出カメラ１８がオートフォーカスを行ってプローブ２５の先端を検出することを妨げない。
　図８（Ｂ）は、プローブ高さ検出器２０によってプローブ２５の先端の高さの測定に関して示す図である。プローブ高さ検出器２０は、プローブ位置検出カメラ１８と一体に設けられており、プローブ位置検出カメラ１８の高さ調整機構２１により昇降駆動されてプローブ２５の先端の高さを測定する。
　図８（Ｃ）は、ワーキングディスタンス高さに移動させたプローブ位置検出カメラ１８を示す図である。プローブ位置検出カメラ１８は、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、高さ調整機構２１によりワーキングディスタンス高さに移動する。ここで、プローブ位置検出カメラ１８とプローブ高さ検出器２０との高さ関係は一体に設けられており不変であるので、制御部６０は、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに応じて、プローブ位置検出カメラ１８の高さを容易に制御することができる。さらに、プローブ高さ検出器２０の接触面２０ａとプローブ位置検出カメラ１８の対物レンズ１８ａとの距離は、一体に設けられているのでＺ軸方向、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向（図７参照）において極めて短くなっている。したがって、プローブ高さ検出器２０の接触面２０ａでプローブ２５の先端を検出してからプローブ２５の先端にプローブ位置検出カメラ１８のフォーカスを合わせるための移動時間を短くすることができる。
　＜プローブの先端の高さ検出の応用例＞
　次に、上述で説明したプローブ２５の先端の高さの検出を応用した態様に関して説明する。
　プローブ２５の先端の高さ検出は、様々な態様に応用可能である。特にプローブ２５の先端の正確な高さを必要とする態様に好適に応用することが可能である。例えば、上述したプローブ２５の先端の高さ検出は、プローブ２５のプローブカード２４の傾きの検出に適用することができる。
　図９は、従来より一般に行われているカードホルダ２３又はカードホルダ２３に設置されるプローブカード２４の傾き検出の方法に関して説明する図である。図９に示す場合では、プローブカード２４の代わりに平行度確認治具７０をカードホルダ２３にセッティングして、カードホルダ２３の傾きを検出する。具体的には、カードホルダ２３にセッティングされた平行度確認治具７０の表面の高さをプローブ位置検出カメラ１８により複数回検出することにより、カードホルダ２３の傾きを検出する。
　プローブカード２４のプローブ２５の先端をプローブ位置検出カメラ１８で検出しようとすると、プローブ先端の検出に時間を要してしまいプローバ１０のスループットが低下する。そこで平行度確認治具７０をプローブカード２４の代わりに用いると、平行度確認治具７０は表面が平たい面であるので、プローブ位置検出カメラ１８によっても比較的短時間で焦点を合わせることができる。なお、平行度確認治具７０は、例えばプローブカード２４に似せて加工された金属プレートである。
　しかしながら、平行度確認治具７０を使用してカードホルダ２３の傾き検出を行うと、平行度確認治具７０の加工精度が傾き検出の精度に影響してしまう。また、平行度確認治具７０での傾き検出が終了した後に、プローブカード２４をカードホルダ２３にセッティングしなければならず、スループットが低下してしまう。
　そこで、本例では、上述したプローブ高さ検出器２０を使用したプローブ２５の先端の高さの検出を応用してプローブカード２４に使用したカードホルダ２３（又はプローブカード２４）の傾きの検出を行う。
　図１０及び図１１は、本例のカードホルダ２３又はプローブカード２４の傾き検出に関して説明する図である。図１０では、プローブ高さ検出器２０により、カードホルダ２３にセッティングされたプローブカード２４の傾きが検出されている。
　プローブ高さ検出器２０はプローブ位置検出カメラ１８に一体に設けられており、プローブ位置検出カメラ１８の高さ調整機構２１により昇降駆動されており、プローブ２５の先端に接触することによりプローブ２５の先端の高さが検出される。
　図１１は、制御部６０に入力される情報及び制御部６０から出力される情報を機能ブロックとともに概念的に示した図である。
　図１１に示すように、制御部６０には、プローブ高さ検出器２０からの実際に測定をして求めたプローブ２５の先端の高さに関する情報が複数入力される。ここで、プローブ２５の先端の高さが複数入力されるのは、プローブカード２４の傾き又はカードホルダ２３の傾きを算出するためである。したがって、例えばプローブ高さ検出器２０は、異なる３点のプローブ２５の先端の高さを制御部に送信して、制御部６０はプローブカード２４の傾きを出力する。なお、本願では特に検出された傾きに基づいて傾きを調整する傾き調整機構に関しては説明をしていないが、公知の傾き調整機構により検出された傾きに基づいて傾きが調整されてもよい。
　次に、上述した応用例において、さらにプローブ位置検出カメラ１８によってもプローブカード２４の傾きの検出を行う例を説明する。
　図１２には、プローブ位置検出カメラ１８によってプローブカード２４の傾きが検出されている。この場合、プローブ位置検出カメラ１８は、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、プローブ２５の先端の高さを検出する。すなわち図３及び図８で説明したように、プローブ位置検出カメラ１８は、プローブ高さ検出器２０により検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、高さ調整機構２１によりワーキングディスタンス高さに移動され、その後プローブ２５の先端の高さを検出する。プローブ位置検出カメラ１８は、上述したプローブ高さ検出器２０の場合と同様に、異なる複数の点におけるプローブ２５の先端の高さを検出し、制御部６０は検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいてプローブカード２４の傾きを検出する。
　このように、本例ではプローブ高さ検出器２０及びプローブ位置検出カメラ１８から出力されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、プローブカード２４の傾きを検出する。
　図１３は、本例のプローブカード２４（カードホルダ２３）の傾きを検出する手順を示したフロー図である。図１３では、プローブ高さ検出器２０及びプローブ位置検出カメラ１８によりプローブ２５の先端の高さが検出され、傾きを検出する例を示している。
　先ず、プローブ高さ検出器２０により、プローブ２５の先端の高さが複数回測定され、測定結果が制御部６０に送信される（第１の高さ検出ステップ：ステップＳ３０）。複数回の測定は異なる点で行われ、プローブ高さ検出器２０はＸ軸方向及びＹ軸方向に移動してプローブ２５の先端の高さを測定する。
　次に、プローブ位置検出カメラ１８により、プローブ２５の先端の高さが複数測定され、測定結果が制御部６０に送信される（第２の高さ検出ステップ：ステップＳ３１）。プローブ位置検出カメラ１８もプローブ高さ検出器２０と同様に、複数回の異なる点でプローブ２５の先端の高さの検出を行う。ここでプローブ位置検出カメラ１８は、プローブ高さ検出器２０で予め検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて、ワーキングディスタンス高さに移動されてプローブ２５の先端にオートフォーカスを行う。したがって、プローブ位置検出カメラ１８のプローブ２５の先端を探索している時間を短縮することができるので、プローバ１０のスループットの低下が抑制される。
　その後制御部６０は、プローブ高さ検出器２０及びプローブ位置検出カメラ１８から出力された複数のプローブ２５の先端の高さに基づいて、プローブカード２４の傾きを算出する（傾き検出ステップ：ステップＳ３２）。ここで、制御部６０は、プローブ高さ検出器２０で検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて傾きを検出し、その後プローブ位置検出カメラ１８で検出されたプローブ２５の先端の高さに基づいて傾きを検出する。制御部６０は、プローブ２５の先端の高さをより高精度で検出できるプローブ位置検出カメラ１８の検出結果も使用して傾き検出を行うので、より正確な傾きの検出を行うことができる。
　＜別実施形態のプローブ高さ検出器＞
　図１４は、別実施形態のプローブ高さ検出器１００を説明するための説明図である。図１４に示すように、別実施形態のプローブ高さ検出器１００は、線形可変差動変圧器（Linear Variable Differential Transformer）であるＬＶＤＴ１０６を用いて既述の基準面からのプローブ２５の先端の高さを検出する。このプローブ高さ検出器１００は、ベース１０２と、エアベアリング１０３と、上下可動部１０４と、コイルバネ１０５と、ＬＶＤＴ１０６と、を備えている。
　ベース１０２は、不図示の支持部材により高さ調整機構２７の上方で支持されている。ベース１０２は略環状に形成されており、このベース１０２の中心にはＺ軸方向（上下方向）に平行な貫通穴１０２ａが形成されている。このベース１０２の上面には、エアベアリング１０３が設けられている。
　エアベアリング１０３は、略円筒状に形成されており、Ｚ軸方向に平行な保持穴１０３ａを有している。この保持穴１０３ａの中心のＸＹ軸方向の位置と、既述の貫通穴１０２ａの中心のＸＹ軸方向の位置とは一致している。符号Ｃは、保持穴１０３ａ及び貫通穴１０２ａの双方の中心を通る中心軸である。エアベアリング１０３は、保持穴１０３ａに挿通された後述の上下可動部１０４の上下移動軸１１０をＺ軸方向に移動自在に保持する。
　また、エアベアリング１０３には、その外周面から保持穴１０３ａの内面に貫通した不図示のエア供給穴が形成されており、このエア供給穴を介して不図示のエア源から供給されたエアが保持穴１０３ａ内に供給される。これにより、保持穴１０３ａの内面と上下移動軸１１０の外面との間に不図示のエア層が形成されるので、上下移動軸１１０がエアベアリング１０３（保持穴１０３ａ）により非接触でガイドされる。
　さらに、エアベアリング１０３の下端部の外周面には、その周方向に沿って環状の鍔部１０３ｂが形成されている。
　上下可動部１０４は、エアベアリング１０３により非接触でＺ軸方向に移動自在に保持される。この上下可動部１０４は、上下移動軸１１０と、ストッパリング１１１と、バネ受け部１１２と、ステージ台座１１３と、ステージ１１４と、を備える。
　上下移動軸１１０は、既述の通り、エアベアリング１０３の保持穴１０３ａに挿通され、エアベアリング１０３により非接触でＺ軸方向に移動自在に保持される。この上下移動軸１１０の外周面の下端部には、略環状のストッパリング１１１が外嵌されている。また、上下移動軸１１０の上面には、バネ受け部１１２が固定されている。
　ストッパリング１１１の外径は、保持穴１０３ａの直径よりも大きく形成されている。バネ受け部１１２は、円板部１１２ａと、この円板部１１２ａの下面に設けられた嵌合部１１２ｂとを備える。円板部１１２ａの外径は、コイルバネ１０５の外径よりも大きく形成されている。嵌合部１１２ｂは、コイルバネ１０５の上側の開口部に嵌合する。
　ステージ台座１１３は、バネ受け部１１２の上面に固定されている。このステージ台座１１３の上面には、ステージ１１４が固定される。ステージ１１４の上面は既述の接触面２０ａとなる。
　コイルバネ１０５は、Ｚ軸方向に圧縮された状態で鍔部１０３ｂとバネ受け部１１２との間に取り付けられる。コイルバネ１０５の下側の開口部には既述のエアベアリング１０３の上端部が挿入される。これにより、コイルバネ１０５の下端が鍔部１０３ｂの上面に当接する。一方、コイルバネ１０５の上側の開口部には、既述の嵌合部１１２ｂが嵌合する。このため、コイルバネ１０５は、バネ受け部１１２を介して上下可動部１０４の各部（ステージ１１４等）をＺ軸方向の上方へ付勢する。その結果、ストッパリング１１１が保持穴１０３ａの下側の開口縁部に当接し、ステージ１１４のＺ軸方向の高さ位置が一定に維持される。
　ＬＶＤＴ１０６は、ベース１０２の下面に設けられている。このＬＶＤＴ１０６は、鉄心などのコア１０６ａと、コイル１０６ｂとを備える。コア１０６ａは、上下移動軸１１０の下面に固定されており、Ｚ軸方向の下方に延びている。このコア１０６ａの中心軸は、既述の中心軸Ｃと一致している。コア１０６ａは、上下移動軸１１０（上下可動部１０４）と一体にＺ軸方向に移動する。
　コイル１０６ｂは、Ｚ軸方向に平行な略円筒形状を有している。このコイル１０６ｂの内部には、コア１０６ａが非接触で挿入されている。コイル１０６ｂは、入力電圧（交流）により励磁される一次コイル（不図示）と、コア１０６ａのＺ軸方向の変位により出力電圧（誘起電圧）が発生する二次コイル（不図示）と、を有している。
　微小移動検出部１１８は、コイル１０６ｂに入力電圧を供給すると共に、コア１０６ａのＺ軸方向の変位に応じてコイル１０６ｂから出力される出力電圧を検出する。微小移動検出部１１８は、コイル１０６ｂから出力される出力電圧に基づき、コア１０６ａ、すなわち上下可動部１０４（ステージ１１４等）のＺ軸方向の微小移動を検出する。
　上記構成のプローブ高さ検出器１００によれば、高さ調整機構２７がプローブ高さ検出器１００をＺ軸方向の上方へ移動させることにより、ステージ１１４の接触面２０ａがプローブ２５の先端に接触すると、上下可動部１０４（ステージ１１４等）及びコア１０６ａがＺ軸方向の下方に微小移動される。これにより、コア１０６ａの微小移動に応じてコイル１０６ｂから出力された出力電圧が微小移動検出部１１８に入力される。このため、微小移動検出部１１８が上下可動部１０４（ステージ１１４等）のＺ軸方向の微小移動、すなわち、接触面２０ａに対するプローブ２５の先端の接触を検出できる。これ以降は、既述のプローブ高さ検出器２０と同じであるので、具体的な説明は省略する。
　このように、プローブ高さ検出器１００では、ＬＶＤＴ１０６を用いて接触面２０ａに対するプローブ２５の先端の接触を検出するので、この接触の検出精度［接触応答性（敏感性）］を向上させることができる。その結果、既述の基準面からのプローブ２５の先端の高さの測定精度を向上させることができる。また、接触面２０ａへのプローブ２５の先端の接触に伴うステージ１１４等のＺ軸方向の移動量（押込量）及び接触に伴うＺ軸方向の押圧力を精度良く検出することができる。
　以上で本発明の例に関して説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
１０…プローバ
１１…基台
１２…移動ベース
１３…Ｙ軸移動台
１４…Ｘ軸移動台
１５…回転部
１６…ウエハチャック
１８…プローブ位置検出カメラ
１８ａ…対物レンズ
１９…ウエハアライメントカメラ
２０，１００…プローブ高さ検出器
２０ａ…接触面
２０ｂ…センサ機構
２１…高さ調整機構
２２…ヘッドステージ
２３…カードホルダ
２４…プローブカード
２５…プローブ
２７…高さ調整機構
２９…アーム
３０…テスタ
３１…テスタ本体
３２…コンタクトリング
６０…制御部
６１…表示部
６２…入力部
１００…ウエハテストシステム
１０６…線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）

Claims (12)

  1. 　ウエハの電極にプローブを接触させて検査を行うプローバであって、
    　前記ウエハの電極と前記プローブとの相対的な位置合わせを行うために前記プローブの先端位置を検出するプローブ位置検出カメラと、
    　前記プローブ位置検出カメラとは別に設けられ、前記プローブ位置検出カメラの高さの基準となる基準面からの前記プローブの先端の高さを検出するプローブ高さ検出器と、
    　前記プローブ高さ検出器の検出結果に基づいて、前記基準面からの前記プローブ位置検出カメラの高さを変化させる第１高さ調整機構と、
    　を備えるプローバ。
  2. 　前記プローブ高さ検出器は、前記プローブの先端に接触する接触面を有し、前記接触面に前記プローブの先端が接触したときの前記接触面の高さを前記プローブの先端の高さとして検出する接触式の検出器である請求項１に記載のプローバ。
  3. 　前記プローブ高さ検出器は、前記接触面への前記プローブの先端の接触を検出する線形可変差動変圧器を有している請求項２に記載のプローバ。
  4. 　前記プローブ高さ検出器は、前記プローブ位置検出カメラと一体に設けられ、
    　前記プローブ高さ検出器の前記接触面の高さは、前記プローブ位置検出カメラの高さよりも高い位置に設けられる請求項２又は３に記載のプローバ。
  5. 　前記プローブ高さ検出器の前記接触面は、前記プローブ位置検出カメラの高さに前記プローブ位置検出カメラのワーキングディスタンスを加えた高さよりも低い位置に設けられる請求項４に記載のプローバ。
  6. 　前記プローブ高さ検出器は、前記プローブ位置検出カメラとは独立して設けられ、
    　前記基準面からの前記プローブ高さ検出器の高さを変化させる第２高さ調整機構を更に備える請求項１から３のいずれか１項に記載のプローバ。
  7. 　前記プローブ高さ検出器は接触式であり、
    　前記プローブ高さ検出器による複数回の検出結果に基づいて、プローバに設置されるプローブカードの傾きを検出する制御部、
    　を更に備える請求項１から６のいずれか１項に記載のプローバ。
  8. 　ウエハの電極にプローブを接触させて検査を行うプローバの操作方法であって、
    　プローブ位置検出カメラとは別に設けられるプローブ高さ検出器を用いて、前記プローブ位置検出カメラの高さの基準となる基準面からの前記プローブの先端の高さを検出する第１の高さ検出ステップと、
    　前記プローブ高さ検出器の検出結果に基づいて、前記基準面からの前記プローブ位置検出カメラの高さを変化させるステップと、
    　プローブ位置検出カメラを用いて、前記ウエハの電極と前記プローブとの相対的な位置合わせを行うために前記プローブの先端位置を検出するステップと、
    　を含むプローバの操作方法。
  9. 　前記第１の高さ検出ステップでは、前記プローブの先端に接触する接触面と、前記接触面への前記プローブの先端の接触を検出する線形可変差動変圧器と、を有する前記プローブ高さ検出器を用いて、前記プローブの先端の高さを検出する請求項８に記載のプローバの操作方法。
  10. 　前記プローブ高さ検出器は接触式であり、
    　前記第１の高さ検出ステップでは、前記接触式のプローブ高さ検出器を用いて、前記プローブの先端の高さを複数回検出し、
    　前記第１の高さ検出ステップでの複数回の検出結果に基づいて、前記プローブカードの傾きを検出する傾き検出ステップ
    　を更に含む請求項８又は９に記載のプローバの操作方法。
  11. 　前記プローブ高さ検出器と一体に設けられたプローブ位置検出カメラを用いて、前記基準面からの前記プローブの先端の高さを複数回検出する第２の高さ検出ステップと、を更に備え、
    　前記傾き検出ステップは、前記第１の高さ検出ステップでの検出結果及び前記第２の高さ検出ステップでの検出結果に基づいて、前記プローブカードの傾きを検出する請求項１０に記載のプローバの操作方法。
  12. 　前記第１の高さ検出ステップは、前記第２の高さ検出ステップの前に行われる請求項１０又は１１に記載のプローバの操作方法。
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