特開 2023-10012 プローバ及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023010012

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】プローバ及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20230113BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021113754

(22)【出願日】2021-07-08

(71)【出願人】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(74)【代理人】

【識別番号】100170069

【弁理士】

【氏名又は名称】大原 一樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128635

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100140992

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲政

(72)【発明者】

【氏名】安永 隆史

【テーマコード（参考）】

4M106

【Ｆターム（参考）】

4M106AA01

4M106BA01

4M106DD03

4M106DD09

4M106DD10

4M106DD23

4M106DH22

4M106DH44

4M106DH45

4M106DJ02

4M106DJ07

(57)【要約】

【課題】プローブカードの真空吸着のための真空圧力の低下を防止することが可能なプローバ及びその制御方法を提供する。
【解決手段】 プローバ（１）は、ウェーハを検査するためのプローブを有するプローブカード（１４）と、プローブカードが吸着されるプローブカード吸着ユニット（１８）と、第１真空吸着ラインを介してプローブカード吸着ユニットに接続されており、プローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着保持するための第１真空源（ＶＣ１）と、第２真空吸着ラインを介してプローブカード吸着ユニットに接続されており、プローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着保持するための第２真空源（ＶＣ２）と、第２真空吸着ラインに設けられた逆流防止手段（Ｃ６～Ｃ１０）と、第２真空源によりプローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着した後に、第１真空源による吸着に切り替える制御装置（４０）とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェーハを検査するためのプローブを有するプローブカードと、
前記プローブカードが吸着されるプローブカード吸着ユニットと、
第１真空吸着ラインを介して前記プローブカード吸着ユニットに接続されており、前記プローブカードを前記プローブカード吸着ユニットに吸着保持するための第１真空源と、
第２真空吸着ラインを介して前記プローブカード吸着ユニットに接続されており、前記プローブカードを前記プローブカード吸着ユニットに吸着保持するための第２真空源と、
前記第２真空吸着ラインに設けられた逆流防止手段と、
前記第２真空源により前記プローブカードを前記プローブカード吸着ユニットに吸着した後に、前記第１真空源による吸着に切り替える制御装置と、
を備えるプローバ。

【請求項2】

前記プローブカードの吸着状態を検出するための圧力センサを備え、
前記制御装置は、前記第２真空源により前記プローブカードを前記プローブカード吸着ユニットに吸着し、前記吸着状態が正常吸着状態となった場合に、前記第１真空源による吸着に切り替える、請求項１に記載のプローバ。

【請求項3】

前記制御装置は、前記第２真空源による吸着から前記第１真空源による吸着への切り替える際に、前記第２真空源による吸着を維持したまま前記第１真空源による吸着を開始した後、前記第２真空源による吸着を停止して、前記第１真空源のみによる吸着に切り替える、請求項２に記載のプローバ。

【請求項4】

前記第１真空吸着ラインと、前記第２真空吸着ラインとは、共通真空吸着ラインを介して前記プローブカード吸着ユニットに接続されており、
前記圧力センサは、前記共通真空吸着ラインに設けられる、請求項２又は３に記載のプローバ。

【請求項5】

前記第１真空吸着ラインに設けられた第１電磁弁と、
前記第２真空吸着ラインに設けられた第２電磁弁とを備え、
前記制御装置は、前記第１電磁弁を遮断状態にし、且つ、前記第２電磁弁を連通状態にすることにより、前記第２真空源により前記プローブカードを前記プローブカード吸着ユニットに吸着し、前記第２電磁弁を遮断状態にし、且つ、前記第１電磁弁を連通状態にすることにより、前記第１真空源による吸着に切り替える、請求項１から４のいずれか１項に記載のプローバ。

【請求項6】

第１真空吸着ラインを介してプローブカード吸着ユニットに接続されており、プローブカードを前記プローブカード吸着ユニットに吸着保持するための第１真空源と、逆流防止手段が設けられた第２真空吸着ラインを介して前記プローブカード吸着ユニットに接続されており、前記プローブカードを前記プローブカード吸着ユニットに吸着保持するための第２真空源とを備えるプローバの制御方法であって、
前記第２真空源により前記プローブカードを前記プローブカード吸着ユニットに吸着するステップと、
前記第２真空源により前記プローブカードを前記プローブカード吸着ユニットに吸着した後に、前記第１真空源による吸着に切り替えるステップと、
を含むプローバの制御方法。

【請求項7】

前記第２真空源により前記プローブカードを前記プローブカード吸着ユニットに吸着するステップと、
前記第２真空源による吸着の後、圧力センサからの出力に基づいて、前記プローブカードの吸着状態を検出し、前記吸着状態が正常吸着状態となった場合に、前記第１真空源による吸着に切り替えるステップと、
を含む、請求項６に記載のプローバの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はプローバ及びその制御方法に係り、半導体ウェーハ上に形成された複数の半導体デバイスの検査を行うためのプローバ及びその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程では、品質保証及び歩留まりの向上のために、各種の製造工程で各種の検査が行われる。例えば、ウェーハレベル検査では、半導体ウェーハ（以下、ウェーハという。）上に個々の半導体デバイスに対応する複数のチップが形成された段階で、半導体デバイスの電極（パッド）をテスタに接続し、テスト信号を供給する。そして、このテスト信号に応じて半導体デバイスが出力する信号をテスタで測定して、半導体デバイスが正常に動作するかを電気的に検査する。

【0003】

近年の半導体デバイスの微細化及び高集積化の進展により、ウェーハ上の電極が小型化しており、１枚のウェーハに形成されるチップの個数が非常に多くなってきている。それに伴って、プローバでの１枚のウェーハの検査に要する時間も長くなっており、スループットの向上が求められている。そこで、スループットの向上を図るため、多数本のプローブを多段状に配置して複数個のチップを同時に検査するマルチステージ式のプローバが知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－１８１６３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

マルチステージ式のプローバは、複数の測定ユニット（測定部）を備えており、各測定ユニットにそれぞれ設けられたヘッドステージにプローブカードをそれぞれ吸着保持して、ウェーハチャック上のウェーハに対してウェーハレベル検査を行う。

【0006】

図１２は、５個の測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５におけるプローブカード１４－１～１４－５の真空吸着を１つの真空源ＶＣ１０により行う例を示している。図１２に示す例では、１つの真空源ＶＣ１０から伸びる真空吸着ラインＬ２０が、真空吸着ラインＬ２０－１～Ｌ２０－５を介して、測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５のヘッドステージ１８－１～１８－５にそれぞれ接続されている。この場合、プローブカードの吸着前に行う在荷チェック時に、真空吸着ラインＬ２０－１～Ｌ２０－５のいずれかで空吸いが発生する場合がある。このような空吸いが発生すると、真空吸着ライン（Ｌ２０及びＬ２０－１～Ｌ２０－５）の全体で真空圧力が低下し、プローブカード（１４－１～１４－５）がヘッドステージ（１８－１～１８－５）から脱落する場合がある。

【0007】

このような空吸いに起因する真空圧力の低下を防止するためには、図１３に示すように、測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５ごとに、プローブカード１４－１～１４－５を吸着するための真空源ＶＣ１１～ＶＣ１５をそれぞれ設けることが考えられる。

【0008】

しかしながら、図１３に示すように、測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５にそれぞれ専用の真空源ＶＣ１１～ＶＣ１５を設ける場合、プローバの設置、運用及び維持のためのコスト（ファシリティコスト等）が増加するという問題がある。

【0009】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、プローブカードの真空吸着のための真空圧力の低下を防止することが可能なプローバ及びその制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るプローバは、ウェーハを検査するためのプローブを有するプローブカードと、プローブカードが吸着されるプローブカード吸着ユニットと、第１真空吸着ラインを介してプローブカード吸着ユニットに接続されており、プローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着保持するための第１真空源と、第２真空吸着ラインを介してプローブカード吸着ユニットに接続されており、プローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着保持するための第２真空源と、第２真空吸着ラインに設けられた逆流防止手段と、第２真空源によりプローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着した後に、第１真空源による吸着に切り替える制御装置とを備える。

【0011】

本発明の第２の態様に係るプローバは、第１の態様において、プローブカードの吸着状態を検出するための圧力センサを備え、制御装置は、第２真空源によりプローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着し、吸着状態が正常吸着状態となった場合に、第１真空源による吸着に切り替える。

【0012】

本発明の第３の態様に係るプローバは、第２の態様において、制御装置は、第２真空源による吸着から第１真空源による吸着への切り替える際に、第２真空源による吸着を維持したまま第１真空源による吸着を開始した後、第２真空源による吸着を停止して、第１真空源のみによる吸着に切り替える。

【0013】

本発明の第４の態様に係るプローバは、第２又は第３の態様において、第１真空吸着ラインと、第２真空吸着ラインとは、共通真空吸着ラインを介してプローブカード吸着ユニットに接続されており、圧力センサは、共通真空吸着ラインに設けられる。

【0014】

本発明の第５の態様に係るプローバは、第１から第４の態様のいずれかにおいて、第１真空吸着ラインに設けられた第１電磁弁と、第２真空吸着ラインに設けられた第２電磁弁とを備え、制御装置は、第１電磁弁を遮断状態にし、且つ、第２電磁弁を連通状態にすることにより、第２真空源によりプローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着し、第２電磁弁を遮断状態にし、且つ、第１電磁弁を連通状態にすることにより、第１真空源による吸着に切り替える。

【0015】

本発明の第６の態様に係るプローバの制御方法は、第１真空吸着ラインを介してプローブカード吸着ユニットに接続されており、プローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着保持するための第１真空源と、逆流防止手段が設けられた第２真空吸着ラインを介してプローブカード吸着ユニットに接続されており、プローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着保持するための第２真空源とを備えるプローバの制御方法であって、第２真空源によりプローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着するステップと、第２真空源によりプローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着した後に、第１真空源による吸着に切り替えるステップとを含む。

【0016】

本発明の第７の態様に係るプローバの制御方法は、第６の態様において、第２真空源によりプローブカードをプローブカード吸着ユニットに吸着するステップと、第２真空源による吸着の後、圧力センサからの出力に基づいて、プローブカードの吸着状態を検出し、吸着状態が正常吸着状態となった場合に、第１真空源による吸着に切り替えるステップとを含む。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、逆流防止手段が設けられた第２真空吸着ラインを用いることにより、空吸いが発生して真空圧力が低下しても、プローブカードを正常に吸着保持することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るマルチステージ式のプローバにおける吸着機構を示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態に係るマルチステージ式のプローバにおける吸着機構を示すブロック図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態に係る逆流防止手段の形態を表した模式図である。

【図4】図４は、本発明の一実施形態に係るプローバの測定ユニットを示す正面図である。

【図5】図５は、測定ユニットにおいてプローブカードを吸着するための構成を抽出して示すブロック図（一部断面図）である。

【図6】図６は、プローブカードの吸着状態を示すブロック図（一部断面図）である（正常吸着状態）。

【図7】図７は、プローブカードの吸着状態を示すブロック図（一部断面図）である（吸着不完全状態）。

【図8】図８は、プローブカードの吸着状態を示すブロック図（一部断面図）である（カード無しの状態）。

【図9】図９は、圧力センサによる測定値と閾値の例を示すテーブルである。

【図10】図１０は、本発明の一実施形態に係るプローバの制御方法（プローブカード装着時）を示すフローチャートである。

【図11】図１１は、本発明の一実施形態に係るプローバの制御方法（プローブカードの状態確認時）を示すフローチャートである。

【図12】図１２は、マルチステージ式のプローバにおける真空源の例を示すブロック図である。

【図13】図１３は、マルチステージ式のプローバにおける真空源の例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面に従って本発明に係るプローバ及びその制御方法の実施の形態について説明する。

【0020】

［プローバの吸着機構］
図１は、本発明の一実施形態に係るマルチステージ式のプローバにおける吸着機構を示すブロック図である。

【0021】

図１に示すように、本実施形態に係るプローバ１は、複数（本実施形態では５個）の測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５を含んでいる。測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５には、それぞれプローブカード吸着ユニット（ヘッドステージ）１８－１～１８－５が設けられており、プローブカード１４－１～１４－５は、それぞれヘッドステージ１８－１～１８－５に吸着保持される。

【0022】

本実施形態に係るプローバ１は、プローブカード１４－１～１４－５をヘッドステージ１８－１～１８－５にそれぞれ吸着保持するための吸着機構１００として、２個の第１真空源ＶＣ１及び第２真空源ＶＣ２（以下、「第１真空源ＶＣ１」、「第２真空源ＶＣ２」を、それぞれ、単に「真空源ＶＣ１」、「真空源ＶＣ２」という。）を含んでいる。真空源ＶＣ１及びＶＣ２は、相互に独立した真空源であり、例えば、プローバが設置される工場等の真空源、真空ポンプ又はエジェクタ等である。

【0023】

真空源ＶＣ１は、真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５を介して、ヘッドステージ１８－１～１８－５にそれぞれ接続されている。真空源ＶＣ１は、プローブカード１４－１～１４－５をヘッドステージ１８－１～１８－５にそれぞれ吸着保持するためのメインバキュームとして機能する。

【0024】

真空源ＶＣ２は、真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２～５を介してヘッドステージ１８－１～１８－５にそれぞれ接続されている。真空源ＶＣ２は、プローブカード１４－１～１４－５をヘッドステージ１８－１～１８－５にそれぞれ吸着保持するためのサブバキュームとして機能する。

【0025】

本実施形態では、プローブカード（１４－１～１４－５）の在荷チェックからヘッドステージ（１８－１～１８－５）への吸着までの工程をサブバキュームとして機能する真空源ＶＣ２により行う。ここで、在荷チェックとは、プローブカード（１４－１～１４－５）が測定ユニット（ＳＵ１～ＳＵ５）にロードされたか否かを確認することをいう。そして、プローブカード（１４－１～１４－５）の吸着状態の確認後にメインバキュームとして機能する真空源ＶＣ１に切り替える。

【0026】

真空源ＶＣ２に接続する真空吸着ライン（Ｌ２－１～Ｌ２－５）には、それぞれ逆流防止手段としての逆止弁（図２のＣ６～Ｃ１０）が設けられている。本実施形態では、在荷チェックからヘッドステージ（１８－１～１８－５）への吸着までの工程を、逆止弁（Ｃ６～Ｃ１０）が設けられた真空吸着ライン（Ｌ２－１～Ｌ２－５）を介して行うことにより、在荷チェック時の空吸いに起因する真空吸着ラインＬ１の真空圧力の低下を防止することができる。

【0027】

以下、真空源ＶＣ１及びＶＣ２及び真空吸着ライン（Ｌ１、Ｌ２等）の構成について説明する。

【0028】

図１に示すように、真空源ＶＣ１及びＶＣ２は、それぞれ真空吸着ラインＬ１及びＬ２に接続されている。真空吸着ラインＬ１は、真空吸着ラインＬ１Ａ及びＬ１Ｂに分岐しており、真空吸着ラインＬ１Ｂは、真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５及びＬ３－１～Ｌ３－５に接続されている。一方、真空吸着ラインＬ２は、真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２－５に接続されている。

【0029】

真空源ＶＣ１は、真空吸着ラインＬ１Ａを介して、プローバ１のローダユニット（不図示）等に接続されている。この真空源ＶＣ１により、ローダユニット内部にあるウェーハ搬送用アームにウェーハＷを吸着して搬送することが可能となっている。真空吸着ラインＬ１Ａには、ウェーハ搬送用アームへのウェーハＷの吸着の実行及び解除を行うための電磁弁と、ウェーハＷの吸着状態を検出するための圧力センサを設けてもよい（いずれも不図示）。

【0030】

また、真空源ＶＣ１は、真空吸着ラインＬ１Ｂ及びＬ３－１～Ｌ３－５を介して、各測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５に設けられたプローバ構成機器に接続されている。ここで、プローバ構成機器とは、例えば、各測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５の内部に設けられたクリーニングユニット（プローブ１６に付着した削りカスなどの付着物を除去するためのユニット）等である。各真空吸着ラインＬ３－１～Ｌ３－５には、クリーニングユニットの吸引の実行及び停止を行うための電磁弁と、クリーニングユニットの状態（吸引の実行、吸引力の低下及び停止）を検出するための圧力センサを設けてもよい（いずれも不図示）。

【0031】

真空源ＶＣ１は、真空吸着ラインＬ１Ｂ及びＬ１－１～Ｌ１－５を介して、各測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５に設けられたヘッドステージ１８－１～１８－５に接続されており、ヘッドステージ１８－１～１８－５にプローブカード１４－１～１４－５をそれぞれ吸着するための真空圧力を発生させる。

【0032】

真空源ＶＣ２は、真空吸着ラインＬ２及びＬ２－１～Ｌ２－５を介して、各測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５に設けられたヘッドステージ１８－１～１８－５に接続されており、ヘッドステージ１８－１～１８－５にプローブカード１４－１～１４－５をそれぞれ吸着するための真空圧力を発生させる。

【0033】

図２は、本発明の一実施形態に係るマルチステージ式のプローバにおける吸着機構を示すブロック図である。

【0034】

図２に示すように、メインバキューム（真空源ＶＣ１）側の真空吸着ラインＬ１Ｂには、圧力センサＳ１及び真空レギュレータＲ１が設けられている。

【0035】

圧力センサＳ１は、真空吸着ラインＬ１Ｂ内における圧力を検出し、プローバ１の制御装置（図４の符号４０）に出力する。制御装置４０は、圧力センサＳ１による測定値に基づいて、真空源ＶＣ１の稼働状況及び真空吸着ラインＬ１Ｂ内における真空レベルを検出することが可能となっている。

【0036】

真空レギュレータ（真空用圧力調整弁又は減圧弁）Ｒ１は、真空吸着ラインＬ１Ｂ内における真空レベルを調整する。

【0037】

真空吸着ラインＬ１Ｂには、各測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５に対応して設けられた真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５が接続されている。真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５には、それぞれ電磁弁Ｖ１～Ｖ５が設けられている。

【0038】

電磁弁（第１電磁弁）Ｖ１～Ｖ５は、制御装置４０からの司令に応じて、それぞれ真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５の連通状態（以下、ＯＮ）と遮断状態（以下、ＯＦＦ）の切り替えを行う。電磁弁Ｖ１～Ｖ５がＯＮの場合には、真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５を介して、メインバキューム（真空源ＶＣ１）により、ヘッドステージ１８－１～１８－５にプローブカード１４－１～１４－５をそれぞれ吸着することが可能になる。一方、電磁弁Ｖ１～Ｖ５がＯＦＦになると、プローブカード１４－１～１４－５の吸着状態が解除される。

【0039】

また、図２に示すように、サブバキューム（真空源ＶＣ２）側の真空吸着ラインＬ２には、圧力センサＳ２が設けられている。

【0040】

圧力センサＳ２は、真空吸着ラインＬ２内における圧力を検出し、プローバ１の制御装置４０に出力する。制御装置４０は、圧力センサＳ２による測定値に基づいて、真空源ＶＣ２の稼働状況及び真空吸着ラインＬ２内における真空レベルを検出することが可能となっている。

【0041】

真空吸着ラインＬ２には、各測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５に対応して設けられた真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２－５が接続されている。なお、図２では、図示の便宜上、真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２－５と、真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５とを別々のラインとして図示しているが、本実施形態では、真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２－５は、それぞれ吸着側（図５の合流位置ＣＰ）で真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５に合流し、共通真空吸着ライン（図５の符号Ｌ４）を介してヘッドステージ１８－１～１８－５に接続する（図１参照）。真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２－５には、それぞれ電磁弁Ｖ６～Ｖ１０及び逆止弁Ｃ６～Ｃ１０が設けられている。

【0042】

電磁弁（第２電磁弁）Ｖ６～Ｖ１０は、制御装置４０からの司令に応じて、それぞれ真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２－５の連通状態（以下、ＯＮ）と遮断状態（真空源ＶＣ２側遮断で、かつ、測定ユニットＳＵ側開放状態（以下、ＯＦＦ））の切り替えを行う。電磁弁Ｖ６～Ｖ１０がＯＮの場合には、真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２－５を介して、サブバキューム（真空源ＶＣ２）により、ヘッドステージ１８－１～１８－５にプローブカード１４－１～１４－５を吸着することが可能になる。一方、電磁弁Ｖ６～Ｖ１０がＯＦＦになると、プローブカード１４－１～１４－５の吸着状態が解除される。

【0043】

逆止弁Ｃ６～Ｃ１０は、真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２－５内における空気の流れを、吸着側から真空源ＶＣ２側への向きのみに限定する。逆止弁Ｃ６～Ｃ１０を設けたことにより、真空源ＶＣ２側において、空吸い等に起因する真空圧力の低下が生じた場合であっても、真空源ＶＣ１側の真空圧力が低下するのを防止することができる。これにより、真空圧力の低下によるプローブカード１４－１～１４－５の脱落を防止することができる。

【0044】

本実施形態では、真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２－５に逆止弁Ｃ６～Ｃ１０を設けたが（図３（Ａ）参照）、これに限らず、電磁弁Ｖ６～Ｖ１０の測定ユニット吸着側の開放ポートにプラグをする構成としてもよい（図３（Ｂ）参照）。すなわち、電磁弁Ｖ６～Ｖ１０のＯＦＦ時に測定ユニット吸着側へ空気が流入するのを防ぐ逆流防止手段が設けられていればいずれでも良い。例えば、逆流防止手段の別の形態として、電磁弁Ｖ６～Ｖ１０にＯＮ、ＯＦＦとなる２ポート電磁弁を採用しても良い（図３（Ｃ）参照）。

【0045】

なお、圧力センサＳ１及びＳ２には、真空圧力（ゲージ圧力）の閾値を設定可能としてもよい。この場合、圧力センサＳ１及びＳ２は、真空圧力の測定値が閾値よりも高いか否かを制御装置４０に出力するようにしてもよい。ここで、真空圧力の測定値が閾値よりも高い場合をＯＮ状態（真空状態）、閾値よりも低い場合をＯＦＦ状態（非真空状態）としてもよい。

【0046】

［測定ユニット］
次に、測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５について、図４等を参照して説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るプローバの測定ユニットを示す正面図である。なお、測定ユニットＳＵ１～ＳＵ５の構成は略同一であるため、各部の符号の枝番を省略し、測定ユニットＳＵ、プローブカード１４及びヘッドステージ１８等として説明する。

【0047】

図４に示すように、測定ユニットＳＵは、ウェーハチャック１２、プローブカード１４及びヘッドステージ１８を備える。

【0048】

ヘッドステージ１８は、測定ユニットＳＵの筐体の一部を構成するフレーム部材（不図示）に支持されており、プローブカード１４が着脱自在に装着固定される。ヘッドステージ１８に装着固定されたプローブカード１４は、ウェーハチャック１２のウェーハ保持面１２ａと対向するように設けられる。なお、プローブカード１４は、検査対象のウェーハＷ（デバイス）に応じて交換可能である。

【0049】

プローブカード１４には、検査対象のウェーハＷの各チップの電極パッドの位置に対応して配置された、カンチレバー又はスプリングピン等の形状の複数のプローブ１６が設けられている。各プローブ１６は、図示しないテストヘッドの端子に電気的に接続され、テストヘッドから各プローブ１６を介して各チップに電源及びテスト信号が供給され、各チップからの出力信号をテストヘッドで検出して正常に動作するかを測定する。

【0050】

プローブ１６は、バネ特性を有し、プローブ１６の先端位置より接触点を上昇させることにより、電極パッドに所定の接触圧で接触する。また、プローブ１６は、電気的検査を行うときに、電極パッドがオーバードライブの状態で接触されると、プローブ１６の先端が電極パッドの表面にめり込み、その電極パッドの表面にそれぞれ針跡を形成するようになっている。

【0051】

ウェーハチャック１２は、ウェーハＷを真空吸着して固定する。ウェーハチャック１２は、検査対象のウェーハＷが載置されるウェーハ保持面１２ａを有しており、ウェーハ保持面１２ａには複数の吸引口２８が設けられている。吸引口２８は、ウェーハチャック１２の内部に形成された吸引路３０を介して真空源ＶＣ３に接続されている。なお、真空源ＶＣ３は真空源ＶＣ１を兼用させても良い。

【0052】

ウェーハチャック１２の内部には、検査対象のウェーハＷ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℃）で電気的特性の検査が行えるように、加熱／冷却源としての加熱冷却機構（不図示）が設けられている。加熱冷却機構としては、ヒータ、熱流体を循環させるもの、又はペルチエ素子を使用することが可能である。

【0053】

ウェーハチャック１２は、アライメント装置２０に支持固定される。アライメント装置２０は、ウェーハチャック１２をＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動することで、ウェーハチャック１２に保持されたウェーハＷとプローブカード１４との相対的な位置合わせを行う。

【0054】

アライメント装置２０は、ウェーハチャック１２を支持固定してウェーハチャック１２をＺ軸方向に移動し、かつ、Ｚ軸を回転中心としてθ方向に回転するＺステージ（Ｚ軸移動・回転部）２２と、Ｚステージ２２を支持してＸ軸方向に移動するＸキャリッジ（Ｘ軸移動台）２４と、Ｘキャリッジ２４を支持してＹ軸方向に移動するＹキャリッジ（Ｙ軸移動台）２６とを備えている。

【0055】

Ｚステージ２２、Ｘキャリッジ２４及びＹキャリッジ２６は、例えば、モータを含む機械的な駆動機構を含んでおり、ウェーハチャック１２をＺＸＹ方向にそれぞれ移動自在に構成される。さらに、Ｚステージ２２は、Ｚ軸（プローブカード１４とウェーハチャック１２とが対向する方向に平行な回転軸）を回転中心としてθ方向にウェーハチャック１２を回転自在に構成される。機械的な駆動機構としては、例えば、サーボモータとボールネジとを組み合わせたボールネジ駆動機構により構成されていてもよいし、リニアモータ駆動機構又はベルト駆動機構等で構成されていてもよい。なお、Ｚステージ２２、Ｘキャリッジ２４及びＹキャリッジ２６は、制御装置４０によりウェーハチャック１２の移動距離、移動方向、移動速度、加速度を変更可能に構成されている。

【0056】

制御装置４０は、プローバ１を構成する各部を統括的に制御する。制御装置４０は、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション等の汎用のコンピュータによって実現可能であり、操作入力を受け付けるための操作部及び表示部を備える。制御装置４０は、プローブカード１４によるウェーハレベル検査の際の動作（例えば、ウェーハチャック１２へのウェーハＷの吸着及び吸着状態の解除等）の制御などを行う。

【0057】

図５は、測定ユニットＳＵ１においてプローブカード１４－１を吸着するための構成を抽出して示すブロック図（一部断面図）である。

【0058】

図５に示すように、真空吸着ラインＬ１－１は、アダプタ５０を介して、測定ユニットＳＵ１のヘッドステージ１８－１に接続されている。真空吸着ラインＬ２－１は、真空吸着ラインＬ１－１に設けられた電磁弁Ｖ１に対してヘッドステージ１８－１（吸着）側で真空吸着ラインＬ１－１に合流している。

【0059】

真空吸着ラインＬ１－１とＬ２－１の合流位置ＣＰよりもヘッドステージ１８－１（吸着）側の共通真空吸着ラインＬ４には、圧力センサＳ３及びＳ４が設けられている。圧力センサＳ３及びＳ４には、相互に異なる真空圧力（ゲージ圧力）の閾値が設定されており、圧力センサＳ３には、圧力センサＳ４よりも絶対値が大きな閾値が設定される（図９参照）。以下の説明では、圧力センサＳ３及びＳ４により測定された真空圧力の測定値がそれぞれの閾値よりも高い場合をＯＮ状態、測定値がそれぞれの閾値よりも低い場合をＯＦＦ状態とする。すなわち、圧力センサＳ３及びＳ４がともにＯＦＦ状態の場合には真空度が低い状態（以下、低真空状態という。）、圧力センサＳ３及びＳ４がともにＯＮ状態の場合には真空度が高い状態（以下、高真空状態という。）、圧力センサＳ３がＯＦＦ状態で、かつ、圧力センサＳ４がＯＮ状態の場合には真空度が低真空状態と高真空状態の中間の状態（以下、中真空状態という。）となる。

【0060】

ここで、本実施形態に係る真空吸着ラインＬ１Ｂ、Ｌ１－１～Ｌ１－５及び共通真空吸着ラインＬ４が第１真空吸着ラインに相当し、真空吸着ラインＬ２、Ｌ２－１～Ｌ２～５及び共通真空吸着ラインＬ４が第２真空吸着ラインに相当する。

【0061】

次に、測定ユニットＳＵ１において、プローブカード１４－１をヘッドステージ１８－１に装着（吸着）する手順について、図５を参照して説明する。

【0062】

まず、プローブカード１４－１を吸着する前に、制御装置４０により電磁弁Ｖ６をＯＦＦ（真空源ＶＣ２側遮断で、かつ、測定ユニットＳＵ側開放状態）にする。そして、制御装置４０は、圧力センサＳ３により真空圧力の測定値を取得し、圧力センサＳ３がＯＦＦ状態の場合（高真空状態以外の場合）に、プローブカード１４－１が未ロード状態であると判断して、プローブカード１４－１の吸着を開始する。

【0063】

なお、本実施形態では、圧力センサＳ３により在荷チェックを行うようにしたが、圧力センサＳ４により在荷チェックを行ってもよい。

【0064】

次に、制御装置４０は、真空吸着ラインＬ１－１側の電磁弁Ｖ１をＯＦＦにし、且つ、真空吸着ラインＬ２－１側の電磁弁Ｖ６をＯＮにする。これにより、サブバキューム（真空源ＶＣ２）からの真空圧力により、プローブカード１４－１がヘッドステージ１８－１に吸着される。

【0065】

プローブカード１４－１がヘッドステージ１８－１に吸着されると、共通真空吸着ラインＬ４内の圧力が低下し（真空圧力が高くなり）、圧力センサＳ４とＳ３が順にＯＮ状態になる（高真空状態）。なお、プローブカード１４－１の吸着時には、電磁弁Ｖ１は閉じられているので、真空吸着ラインＬ１－１の真空源ＶＣ１側における圧力（圧力センサＳ１による測定値）は変化しない。

【0066】

次に、制御装置４０は、圧力センサＳ３がＯＮ状態になった後に、電磁弁Ｖ１をＯＮにする。そして、電磁弁Ｖ１がＯＮになってから（真空源ＶＣ１による真空圧力が安定してから）指定時間経過後に電磁弁Ｖ６をＯＦＦにする。これにより、サブバキューム（ＶＣ２）による吸着からメインバキューム（ＶＣ１）による吸着に切り替わる。

【0067】

次に、制御装置４０は、圧力センサＳ３及びＳ４による測定値を取得し、プローブカード１４－１の吸着状態を判定する。そして、圧力センサＳ３がＯＮ状態の場合には（図６参照）、プローブカード１４－１の装着工程が正常に終了する。

【0068】

図６～図８は、プローブカード１４の吸着状態を示すブロック図（一部断面図）である。図９は、圧力センサＳ３及びＳ４による測定値と閾値の例を示すテーブルである。

【0069】

図６は、プローブカード１４がヘッドステージ１８に正常に吸着されている状態（正常吸着状態）を示している。この場合、圧力センサＳ３及びＳ４はともにＯＮ状態であり、プローブカード１４と受け部１８Ａとの間の空間が高真空状態に維持されており、プローブカード１４の吸着力が十分な状態となっている（図９の例（１）参照）。

【0070】

図７は、プローブカード１４がヘッドステージ１８に正常に吸着されていない状態（吸着不完全状態）を示している。この場合、プローブカード１４とヘッドステージ１８の受け部（例えば、環状のパッキン等）１８Ａとの間に隙間が生じており、この隙間から空気（ＡＩＲ）が流入している。このため、プローブカード１４と受け部１８Ａとの間の空間における真空圧力が低下し、圧力センサＳ３がＯＦＦ状態で、かつ、圧力センサＳ４がＯＮ状態の中真空状態となっている（図９の例（２）参照）。

【0071】

図８は、プローブカード１４がヘッドステージ１８に保持されていない状態（カード無しの状態）を示している。この場合、圧力センサＳ３及びＳ４はともにＯＦＦ状態（低真空状態）である（図９の例（３）参照）。

【0072】

なお、本実施形態では、プローブカード１４の吸着状態の判定のために、異なる閾値が設定された２個の圧力センサＳ３及びＳ４を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、閾値を複数設定可能な圧力センサを用いてもよい。

【0073】

［プローバの制御方法］
（プローブカード装着時）
次に、プローブカード１４をヘッドステージ１８に装着する手順について、図１０を参照して説明する。なお、以下の説明では、測定ユニットＳＵ１（電磁弁Ｖ６）におけるプローブカード１４の装着を例にとって説明し、他の測定ユニットＳＵ２～ＳＵ５の場合については説明を省略する。

【0074】

まず、制御装置４０は、真空吸着ラインＬ１－１側の電磁弁Ｖ１をＯＦＦにし、且つ、真空吸着ラインＬ２－１側の電磁弁Ｖ６をＯＮにして、サブバキューム（ＶＣ２）によるプローブカード１４の吸着を行う（ステップＳＴ１０）。

【0075】

次に、制御装置４０は、圧力センサＳ３及びＳ４のセンサ状態を取得して、プローブカード１４の吸着状態を判定する（ステップＳＴ１２）。ステップＳＴ１２において、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態以外の場合、すなわち、圧力センサＳ３がＯＦＦ状態の場合には（図７～図９参照）、制御装置４０は、プローブカード１４の吸着状態の異常を操作者に報知して、リトライ・リカバリ処理に移行する（ステップＳＴ１４）。

【0076】

一方、ステップＳＴ１２において、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態の場合、すなわち、圧力センサＳ３及びＳ４がともにＯＮ状態の場合には（図６及び図９参照）、制御装置４０は、真空吸着ラインＬ１－１側の電磁弁Ｖ１をＯＮにして、メインバキューム（ＶＣ１）によるプローブカード１４の吸着を開始する（ステップＳＴ１６）。そして、指定時間（ディレイ）の経過後（ステップＳＴ１８）、制御装置４０は、真空吸着ラインＬ２－１側の電磁弁Ｖ６をＯＦＦ（真空源ＶＣ２側遮断で、かつ、測定ユニットＳＵ側開放状態）にして、サブバキューム（ＶＣ２）によるプローブカード１４の吸着を停止する（ステップＳＴ２０）。これにより、メインバキューム（真空源ＶＣ１）による吸着に切り替わる。

【0077】

次に、制御装置４０は、圧力センサＳ３及びＳ４のセンサ状態を取得して、プローブカード１４の吸着状態を判定する（ステップＳＴ２２）。ステップＳＴ２２において、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態以外の場合、すなわち、圧力センサＳ３がＯＦＦ状態の場合には（図７～図９参照）、制御装置４０は、プローブカード１４の吸着状態の異常を操作者に報知して、リトライ・リカバリ処理に移行する（ステップＳＴ２４）。

【0078】

一方、ステップＳＴ２２において、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態の場合には、プローブカード１４の装着工程が正常終了する。

【0079】

本実施形態によれば、在荷チェックからヘッドステージ（１８－１～１８－５）への吸着までの工程を、逆止弁（Ｃ６～Ｃ１０）が設けられた真空吸着ライン（Ｌ２－１～Ｌ２－５）を介して行うことにより、在荷チェック時の空吸いに起因する真空吸着ラインＬ１の真空圧力の低下を防止することができる。

【0080】

（プローブカードの状態確認時）
次に、プローブカード１４をヘッドステージ１８に装着後、プローブカード１４の状態の確認時の処理について、図１１を参照して説明する。図１１に示すプローブカード１４の状態の確認は、例えば、プローバ１の測定ユニットＳＵの初期化時、プローブカード１４の交換時（交換の開始時及び終了時）、又はウェーハレベル検査の開始時（ロット開始時）等に行われる。なお、以下の説明では、測定ユニットＳＵ１（電磁弁Ｖ６）におけるプローブカード状態確認を例にとって説明し、他の測定ユニットＳＵ２～ＳＵ５の場合については説明を省略する。

【0081】

まず、制御装置４０は、圧力センサＳ３及びＳ４のセンサ状態を取得して、プローブカード１４の吸着状態を判定する（ステップＳＴ３０）。ステップＳＴ３０において、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態の場合、すなわち、圧力センサＳ３及びＳ４がともにＯＮ状態の場合には（図６及び図９参照）、プローブカード１４の状態確認が終了し、通常オペレーション（ウェーハレベル検査等）が可能な状態になる。

【0082】

一方、ステップＳＴ３０において、プローブカード１４の吸着状態が吸着不完全状態の場合、すなわち、圧力センサＳ３がＯＦＦ状態、圧力センサＳ４がＯＮ状態の場合には（図７及び図９参照）、制御装置４０は、真空吸着ラインＬ１－１側の電磁弁Ｖ１をＯＦＦにし、且つ、真空吸着ラインＬ２－１側の電磁弁Ｖ６をＯＮにして、サブバキューム（ＶＣ２）によるプローブカード１４の吸着を行う（ステップＳＴ３２）。そして、制御装置４０は、圧力センサＳ３及びＳ４のセンサ状態を取得して、プローブカード１４の吸着状態を再度判定する（ステップＳＴ３４）。

【0083】

ステップＳＴ３４において、プローブカード１４の吸着状態が吸着不完全状態の場合には、制御装置４０は、プローブカード１４の吸着状態の異常を操作者に報知して（メンテナンスコール）、プローブカードの状態確認が終了する。

【0084】

一方、ステップＳＴ３４において、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態の場合には、制御装置４０は、真空吸着ラインＬ１－１側の電磁弁Ｖ１をＯＮにして、メインバキューム（ＶＣ１）によるプローブカード１４の吸着を開始する（ステップＳＴ３６）。そして、制御装置４０は、圧力センサＳ３及びＳ４のセンサ状態を取得して、プローブカード１４の吸着状態を再度判定する（ステップＳＴ３８）。

【0085】

ステップＳＴ３８において、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態以外の場合には、制御装置４０は、プローブカード１４の吸着状態の異常を操作者に報知して（メンテナンスコール）、プローブカード１４の状態確認が終了する。

【0086】

一方、ステップＳＴ３８において、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態の場合には、制御装置４０は、真空吸着ラインＬ２－１側の電磁弁Ｖ６をＯＦＦ（真空源ＶＣ２側遮断で、かつ、測定ユニットＳＵ側開放状態）にして、サブバキューム（ＶＣ２）によるプローブカード１４の吸着を停止する（ステップＳＴ４０）。これにより、メインバキューム（真空源ＶＣ１）による吸着に切り替わる。これにより、プローブカード１４の状態確認が終了し、通常オペレーション（ウェーハレベル検査等）が可能な状態になる。

【0087】

一方、ステップＳＴ３０において、プローブカード１４の吸着状態がカード無しの状態の場合、すなわち、圧力センサＳ３及びＳ４がともにＯＦＦ状態の場合には（図８～図９参照）、制御装置４０は、サブバキューム（真空源ＶＣ２）側の圧力センサＳ２のセンサ状態を取得して、真空源ＶＣ２の状態及び真空吸着ラインＬ２及びＬ２－１の真空源ＶＣ２側の状態を判定する（ステップＳＴ４２）。

【0088】

ステップＳＴ４２において、圧力センサＳ２がＯＦＦ状態の場合には、制御装置４０は、真空源ＶＣ２側の異常を操作者に報知して（メンテナンスコール）、プローブカード１４の状態確認が終了する。

【0089】

一方、ステップＳＴ４２において、圧力センサＳ２がＯＮ状態の場合には、制御装置４０は、真空吸着ラインＬ１－１側の電磁弁Ｖ１をＯＦＦにし、且つ、真空吸着ラインＬ２－１側の電磁弁Ｖ６をＯＮにして、サブバキューム（ＶＣ２）によるプローブカード１４の吸着を行う（ステップＳＴ４４）。そして、制御装置４０は、圧力センサＳ３及びＳ４のセンサ状態を取得して、プローブカード１４の吸着状態を再度判定する（ステップＳＴ４６）。

【0090】

ステップＳＴ４６において、プローブカード１４の吸着状態がカード無しの状態のままの場合には、制御装置４０は、真空吸着ラインＬ２－１側の電磁弁Ｖ６をＯＦＦ（真空源ＶＣ２側遮断で、かつ、測定ユニットＳＵ側開放状態）にして、サブバキューム（ＶＣ２）によるプローブカード１４の吸着を停止させた後（ステップＳＴ４８）、プローブカード１４の吸着状態の異常を操作者に報知して（メンテナンスコール）、プローブカードの状態確認が終了する。

【0091】

一方、ステップＳＴ４６において、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態の場合には、制御装置４０は、真空吸着ラインＬ１－１側の電磁弁Ｖ１をＯＮにして、メインバキューム（ＶＣ１）によるプローブカード１４の吸着を開始する（ステップＳＴ３６）。そして、制御装置４０は、圧力センサＳ３及びＳ４のセンサ状態を取得して、プローブカード１４の吸着状態を再度判定する（ステップＳＴ３８）。

【0092】

ステップＳＴ３８において、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態以外の場合には、制御装置４０は、プローブカード１４の吸着状態の異常を操作者に報知して（メンテナンスコール）、プローブカード１４の状態確認が終了する。

【0093】

一方、ステップＳＴ３８において、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態の場合には、制御装置４０は、真空吸着ラインＬ２－１側の電磁弁Ｖ６をＯＦＦ（真空源ＶＣ２側遮断で、かつ、測定ユニットＳＵ側開放状態）にして、サブバキューム（ＶＣ２）によるプローブカード１４の吸着を停止する（ステップＳＴ４０）。これにより、メインバキューム（真空源ＶＣ１）による吸着に切り替わる。これにより、プローブカード１４の状態確認が終了し、通常オペレーション（ウェーハレベル検査等）が可能な状態になる。

【0094】

本実施形態によれば、プローブカード１４の吸着状態が正常吸着状態以外であることを検出した場合に、サブバキューム（真空源ＶＣ２）を用いることにより、プローブカード１４のずれ等により空吸いが発生して真空圧力の低下するのを防止しつつ、正常吸着状態に移行することができる。

【0095】

なお、本実施形態では、真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２～５は、真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５にそれぞれ合流した後にヘッドステージ１８－１～１８－５に接続されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２～５と真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５とを互いに独立（合流せずに分離）として、真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２～５がヘッドステージ１８－１～１８－５にそれぞれ直接接続されていてもよい。この場合、真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５と真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２～５の両方に、プローブカード１４の吸着状態検出用の圧力センサを設けて、メインバキューム出力時及びサブバキューム出力時における吸着状態の判定は、それぞれ真空吸着ラインＬ１－１～Ｌ１－５と真空吸着ラインＬ２－１～Ｌ２～５に設けられた圧力センサを用いて行えばよい。

【符号の説明】

【0096】

１…プローバ、ＳＵ１～ＳＵ５…測定ユニット、１００…吸着機構、ＶＣ１～ＶＣ３…真空源、Ｌ１、Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１－１～Ｌ１－５、Ｌ２、Ｌ２－１～Ｌ２－５、Ｌ３－１～Ｌ３－５…真空吸着ライン、Ｓ１～Ｓ４…圧力センサ、Ｒ１…真空レギュレータ、Ｖ１～Ｖ１０…電磁弁、Ｃ６～Ｃ１０…逆止弁、１２…ウェーハチャック、１４－１～１４－５…プローブカード、１６…プローブ、１８－１～１８－５…ヘッドステージ、２０…アライメント装置、２２…Ｚステージ、２４…Ｘキャリッジ、２６…Ｙキャリッジ、２８…吸引口、３０…吸引路、４０…制御装置、Ｗ…ウェーハ、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】