JPH0536767A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕半導体ウェハ（Ｗ）などの被検査体を表面に保
持し垂直方向に昇降可能なチャック（２２）とこのチャ
ックを保持し水平方向に移動可能なステージ（２１）
と、チャック（２２）に保持中の被検査体の表面に配列
された任意のチップの水平面内の位置を検出する第１の
光学的位置検出手段（１３）と、ステージ（２１）に保
持され被検査体のチップ内の所定箇所に接触せしめられ
るプローブカード１２のプローブ針の水平面内の位置を
検出する第２の光学的位置検出手段（２３）とを備えた
プローブ装置において、熱膨張に伴うウェハやチャック
の伸縮、あるいはチャック上へのウェハの載置状態のバ
ラツキなどに起因する針合わせ精度の低下を防止する。 【構成】チャック（２２）周辺部に設けられ、第１，第
２の光学低位置検出手段（１３，２３）相互の位置合わ
せに使用されるターゲット（２５ａ）を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハの検査な
どに利用されるプローブ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被検査体、例えば半導体ウェハの表面に
は一定間隔で規則的に配列された複数のチップが形成さ
れ、各チップ内の所定の箇所にはこのチップ内の各種の
信号線に連なる複数のパッドが形成される。チップ内の
各パッドに検査装置の対応のプローブ針を接触させた状
態でこのチップの電気的特性の検査が行われ、不良チッ
プに対してはマーキングなどによる識別が行われる。通
常、この種の検査装置には検査の自動化を図るためにプ
ローブ装置が組合わせられる。

【０００３】このプローブ装置の最新のものは、検査対
象の半導体ウェハを保持しかつ垂直方向に昇降可能なチ
ャックと、このチャックを保持しかつ水平面内に移動可
能なステージと、このチャックに保持中の半導体ウェハ
の表面に配列された任意のチップの位置を検出するため
にアライメントブリッジ側に固定された固定カメラと、
ステージに昇降可能に保持され半導体ウェハの表面に形
成されたチップ内の所定箇所に接触せしめられるプロー
ブ針の位置を検出する移動カメラとを備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のプローブ装
置は、固定カメラで検出されるチップとプローブ針を検
出する移動カメラとの位置関係（距離）が一定であるこ
とが前提となっている。しかしながら、高温又は低温状
態での検査を行う場合の熱膨張に伴うウェハやチャック
の伸縮、あるいは、チャック上へのウェハの載置状態の
バラツキなどに起因する上記位置関係の変動等が発生
し、これに伴い針合わせの精度が低下するという問題が
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のプローブ装置
は、ステージ上のチャックに保持中の被検査体の表面に
配列された任意のチップの水平面内の位置を光学的に検
出する第１の光学的位置検出手段と、ステージに保持さ
れかつ被検査体の表面に形成されたチップ内の所定箇所
に接触せしめられるプローブ針の水平面内の位置を検出
する第２の光学的位置検出手段と、チャックの周辺部に
固定され上記第１，第２の光学的位置検出手段の相互の
位置合わせに使用されるターゲットとを備えている。本
発明の作用については、以下の実施例と共に詳細に説明
する。

【０００６】

【実施例】図１は本発明の一実施例のプローブ装置の構
成を示す斜視図であり、１１はアライメントブリッジ、
１２はプローブカード、１３は固定カメラ、１４は静電
容量型センサ、２１はステージ、２２はチャック、２３
は移動カメラ、２４は移動カメラの昇降機構である。こ
の実施例では、被検査体として半導体ウェハが、第１の
位置検出手段として固定カメラ１３が、第２の光学的位
置検出手段として移動カメラ２３がそれぞれ例示されて
いる。また、Ｘ，Ｙ，Ｚは、説明の便宜上、図中に設定
した直交座標系である。なお、この種のプローブ装置に
はステージやチャックの駆動機構、あるいは、この駆動
機構やカメラやプローバなどを制御すると共にこれらか
ら取り込んだデータを処理するプロセッサなどの慣用的
な部分が含まれるが、これらの慣用的な部分の構成は周
知であることから、煩雑化を避けるため図示は省略す
る。

【０００７】アライメントブリッジ１１とプローブカー
ド１２とはいずれも検査装置のプローバに固定されてい
る。アライメントブリッジ１１には、半導体ウェハ上に
形成されているチップの位置を検出するための固定カメ
ラ１３と、ウェハ表面などの高さを検出するための静電
容量型センサ１４が固定されている。プローブカード１
２の中央部分には開口が形成されており、この開口の周
縁部から斜め下方に多数のプローブ針が突出されてい
る。

【０００８】ステージ２１は、Ｘ方向に延在される２本
のレールに沿ってＸ方向に移動可能なＸステージ２１ａ
と、このＸステージ２１ａ上をＹ方向に延在される２本
のレールに沿ってＹ方向に移動可能なＹステージ２１ｂ
とから構成されている。このＸ，Ｙステージ２１ａ，２
１ｂは、パルスモータなどを含む慣用の駆動機構によっ
て水平面内をＸ方向とＹ方向とに自在に移動せしめられ
る。Ｙステージ２１ｂ上に搭載されたチャック２２は、
慣用の昇降機構によって上下方向（Ｚ方向）に自在に昇
降せしめられると共に、その中心を通りＺ軸に平行な中
心線の周りに慣用の回転機構によって自在に回転せしめ
られる。

【０００９】Ｙステージ２１ｂの側面には昇降機構２４
が固定されており、この昇降機構２４には上下方向に昇
降自在な移動カメラ２３が保持されている。この移動カ
メラ２３は、高倍率部と低倍率部とから構成されてい
る。チャック２２の側面には、その径方向に水平に突出
する小片２５が固定されている。この小片２５は、図２
の拡大斜視図に示すように、短冊状の透明なガラス片２
５ｂと、このガラス片２５ｂの表面に導電性薄膜、例え
ばＩＴＯ薄膜あるいはクロムを用いて描かれた十字マー
クの中心によって定義されるターゲット２５ａと、この
十字状の薄膜の周辺を覆う導電性透明薄膜、例えばＩＴ
Ｏの薄膜２５ｃとから構成されている。ターゲット２５
ａが形成された小片２５は、チャック２２の回転により
移動カメラ２３の高倍率部の光軸上に移動しかつここか
ら退避できるようになっている。

【００１０】チャック２２はステージ２１の駆動機構に
よってウェハカセットの近傍などの特定の箇所に搬送さ
れ、ここでチャック２２上に載置された検査対象の半導
体ウェハが真空吸引機構などによってチャック２２上に
保持される。図３に示すように、この被検査半導体ウェ
ハＷを載置したチャック２２は、ステージ２１の駆動機
構によってアライメントブリッジ１１の固定カメラ１３
の下方に搬送される。ここで、チャック２２の回転によ
り、ターゲット２５ａが移動カメラ２３の高倍率部２３
ａの視野の中心付近に位置決めされ、チャックの回転角
（θ０）が保存される。

【００１１】次に、図３に示すように、ターゲット２５
ａが固定カメラ１３の視野の中心に位置するように
（Ｘ，Ｙ）面内におけるステージ２１の位置決めが行わ
れる。この位置決めに際しては、ターゲット２５ａの映
像の鮮明度を極大にする状態にまでチャック２２の高さ
が調整されることにより、ターゲット２５ａが固定カメ
ラ１３の焦点に位置決めされる。続いて、ターゲット２
５ａの映像の鮮明度を極大にする状態にまで移動カメラ
２３の高さが昇降機構２４によって調整されることによ
り、ターゲット２５ａが移動カメラ１３のレンズの焦点
に位置決めされる。この位置決めが終了した状態では、
固定カメラ１３と移動カメラ２３の視野の中心と焦点と
がターゲット２５ａを介在させながら一致せしめられ
る。この状態において、駆動機構によるステージ２１や
チャック２２の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系内の座標位置（Ｘ
０，Ｙ０，Ｚ０）と、昇降機構２４による昇降系内の移
動カメラ２３の高さ（ｈ０）がプロセッサに読取られ、
保持される。

【００１２】上記固定カメラ１３と移動カメラ２３との
位置合わせが終了すると、図４に示すように、ステージ
２２の（Ｘ，Ｙ）方向への移動が行われ、この半導体ウ
ェハＷにおいて最初に検査されるチップＣの映像が固定
カメラ１３によって取り込まれる。この取り込まれたチ
ップＣの映像の特定部分が固定カメラ１３の視野の中心
付近に位置するように（Ｘ，Ｙ）面内におけるステージ
２１の位置決めが行われる。これと並行して、チップＣ
の特定部分の映像の鮮明度を極大にする状態にまでチャ
ック２２の高さが調整されることにより、この特定部分
が固定カメラ１３の焦点に位置決めされる。この位置決
めが終了した状態において、駆動機構によるステージ２
１やチャック２２の座標位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）がプ
ロセッサに読取られる。プロセッサでは、Ｄｘ＝ｌＸ１
−Ｘ０ｌ，Ｄｙ＝ｌＹ１−Ｙ０ｌ，Ｄｚ＝ｌＺ１−Ｚ０
ｌが算定されて保存される。図３と図４とを対比して参
照すれば明らかなように、上記（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）の
それぞれはターゲット２５ａとチップＣの特定部分間の
距離の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）成分に他ならない。

【００１３】次に、図５に示すように、チャック２２が
回転されてターゲット２５ａが移動カメラ２３の視野外
に退避されたのち、チャック２２がステージ２１の駆動
機構によってプローブカード１２の下方に搬送され、プ
ローブカード１２の映像が移動カメラ２３によって取り
込まれる。この取り込まれたプローブカード１２の映像
に含まれる特定のプローブ針の先端部分の映像が移動カ
メラ２３の視野の中心に位置するように（Ｘ，Ｙ）面内
におけるステージ２１の位置決めが行われる。この位置
決めに際しては、まず、移動カメラ２３の低倍率部２３
ｂによる概略の位置決めが行われ、続いて高倍率部２３
ａによる高精度の位置決めが行われる。この（Ｘ，Ｙ）
面内の位置決めと並行して、特定のプローブ針の先端部
分の映像の鮮明度を極大にする状態にまで昇降機構２４
によって移動カメラ２３の高さが調整され、この特定の
プローブ針の先端部分が移動カメラ１３の焦点に位置決
めされる。

【００１４】この位置決めが終了すると、チャック２５
の回転角がθ０に復元される。この位置決めが終了した
状態において、駆動機構によるステージ２１の座標位置
（Ｘ２，Ｙ２）と、昇降機構２４による移動カメラ２３
の高さ（ｈ２）とがプロセッサに読取られ、（ｈ２ーｈ
０）−Ｄｚが算定される。ここで、（ｈ２ーｈ０）は移
動カメラ２３によって検出されたターゲット２５ａから
特定のプローブ針の先端部分までの高さであり、Ｄｚは
前述のようにターゲット２５ａからウェハ表面のチップ
Ｃまでの高さである。次に、現在の座標位置（Ｘ２，Ｙ
２，Ｚ２）から（Ｄｘ，Ｄｙ，（ｈ２ーｈ０）−Ｄｚ＋
δＺ）、ただしδＺ＞０、だけステージ２１の（Ｘ，
Ｙ）方向への送りとチャック２２のＺ方向への送りが行
われる。この水平、垂直方向への送りが終了すると、チ
ップＣの特定部分（この例では特定のパッド）がプロー
ブカード１２の特定のプローブ針の先端部分にδＺ（＞
０）に起因する適当な接触圧を保ちながら接触する。こ
れと同時に、チップＣ内の他のパッドもプローブカード
１２の対応のプローブ針の先端部分に適当な接触圧で接
触して自動針合わせが完成し、引き続き検査装置による
電気特性の検査が開始される。

【００１５】このようにして、最初のチップＣに対する
自動針合わせと電気的特性の検査とが終了すると、ステ
ージ２１の水平方向への移動量がチップ間隔に等しい値
だけが増減されながらチャック２２が接触高さとこれよ
りも所定値低い接触解除高さの間を昇降せしめられるこ
とにより、検査対象の全てのチップに対して電気特性の
検査過程を介在させながら順次自動針合わせが反復され
る。

【００１６】このようにして、最初のウェハの全チップ
ついて検査が終了すると、チャック２２がウェハカセッ
トの近傍などに搬送され、ここで次の検査対象の新たな
ウェハが載置される。この新たなウェハに対する自動針
合わせに際しては、ターゲット２５ａとチップＣの特定
部分間の距離（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）が最初のウェハの自
動針合わせの際に既に検出されている。従って、仮に針
合わせの精度が問題にならなければ、図３に示した固定
カメラ１３の視野と移動カメラ２３の視野との位置合わ
せを省略し、直ちに、図４に示したチップＣの位置決め
を開始することもできる。同様に、３番目以降の新たな
ウェハについても図３のカメラの視野の位置合わせの過
程を省略することもできる。

【００１７】しかしながら、高温又は低温状態での検査
を行う場合の熱膨張や熱収縮に伴うウェハやチャックの
伸縮、あるいは、チャック上へのウェハの載置状態のバ
ラツキなどに起因して上記距離（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）が
変動すると、針合わせの精度が低下する。従って、本発
明のプローブ装置では、最善の策としては全ての被検査
ウェハについて、次善の策としては何枚おきかの被検査
ウェハについて、図３に示すカメラ相互間の位置合わせ
が行われ、ターゲット２５ａとチップＣとの距離（Ｄ
ｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）が検出され、最新の値に更新される。

【００１８】以上、チップ内の特定の部分やプローブカ
ードの特定のプローブ針の先端部分を固定カメラや移動
カメラの視野の中心に収めることにより位置決めを行う
構成を例示した。しかしながら、このような位置決めを
被検査体の表面に形成した特徴的なキーパターンを利用
するパターンマッチングによって行う構成とすることも
できる。

【００１９】また、固定カメラ１３を使用して最初に検
査しようとするチップの位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を検
出する構成を例示した。しかしながら、このような実際
のチップに代えて、位置検出に適した特定パターンを含
むダミーチップをウェハ上の特定の箇所に作成すると共
に固定カメラ１３を使用してこのダミーチップの位置を
検出し、この検出結果とウェハ上の所定の位置関係とか
ら最初の検査対象のチップの位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）
を算定する構成としてもよい。

【００２０】また、固定カメラ１３と移動カメラ２３の
それぞれによってチップ表面の高さとプローブ針の先端
部分の高さを検出し、両者を接触させるために必要なチ
ャックの上昇高さを算定する例を説明した。しかしなが
ら、プローブ針の弾力性を考慮すると接触時のチャック
の上昇値が多少大き過ぎても問題ないので、固定カメラ
と移動カメラによる高さの検出を省略し、接触時に大き
目の一定値だけチャックを上昇させるようにすることも
できる。

【００２１】また、被検査体として半導体ウェハを例示
したが、液晶基板など他の適宜な被検査体であってもよ
い。

【００２２】〔発明の効果】以上詳細に説明したよう
に、本発明のプローブ装置は、アライメントのための固
定カメラとプローブ針の位置を検出するための移動カメ
ラ相互の水平面内の位置合わせに使用されるターゲット
を備えているので、高精度の自動針合わせを実現でき
る。

【００２３】また、移動カメラを粗い位置合わせのため
の低倍率部と、高精度の位置合わせのための高倍率部と
で構成しているため、位置合わせに要する時間を大幅に
短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のプローブ装置のうち説明に
必要な部分のみの構成を示す斜視図である。

【図２】図１の小片２５上に形成されたターゲット２５
ａの構造の一例を示す斜視図である。

【図３】固定カメラ１３（第１の光学的位置検出手段）
と移動カメラ２３（第２の光学的位置検出手段）の位置
合わせを説明するための斜視図である。

【図４】固定カメラ１３を用いた被検査ウェハ上のチッ
プ位置の検出を説明するための斜視図である。

【図５】移動カメラ２３によるプローブカード１２のプ
ローブ針の位置検出を説明するための斜視図である。

【符号の説明】

１１ アライメントブリッジ １２ プローブカード １３ 固定カメラ（第１の光学的位置検出手段） １４ 静電容量型センサ ２１ ステージ ２２ チャック ２３ 移動カメラ（第２の光学的位置検出手段） ２４ 移動カメラの昇降機構 ２５ 表面にターゲット２５ａが形成された小片 Ｗ 被検査ウェハ Ｃ 被検査ウェハ上に配列されたチップ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のチップが設けられた被検査体を表面
   に保持しかつこの表面に垂直な方向に昇降可能なチャッ
   クと、 このチャックを保持しかつこのチャックの表面と平行な
   平面内に移動可能なステージと、 前記チャックに保持中の被検査体の表面に配列された任
   意のチップの前記平面内の位置を光学的に検出する第１
   の光学的位置検出手段と、 前記ステージに保持されかつ前記被検査体の表面に形成
   されたチップ内の所定箇所に接触せしめられるプローブ
   針の前記平面内の位置を検出する第２の光学的位置検出
   手段と、 前記チャックに設けられ前記第１，第２の光学的位置検
   出手段相互の位置合わせに使用されるターゲットとを備
   えたことを特徴とするプローブ装置。
2. 【請求項２】前記第２の光学的位置検出手段は、低倍率
   部と高倍率部とから成ることを特徴とする請求項１記載
   のプローブ装置。