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(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】P2024142825
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】プローバ
(51)【国際特許分類】
H01L 21/66 20060101AFI20241003BHJP
G01R 31/26 20200101ALI20241003BHJP
G01R 31/28 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
H01L21/66 B
G01R31/26 J
G01R31/28 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023055172
(22)【出願日】2023-03-30
(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】110003535
【氏名又は名称】スプリング弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】吉田 徹夫
【テーマコード（参考）】
2G003
2G132
4M106
【Ｆターム（参考）】
2G003AA10
2G003AG04
2G003AH05
2G132AE01
2G132AE04
2G132AF02
2G132AF06
2G132AL03
4M106AA01
4M106BA01
4M106DD03
4M106DD05
4M106DD10
4M106DD13
4M106DD23
4M106DH12
4M106DJ02
4M106DJ03
(57)【要約】
【課題】プローブの先端の位置を迅速に検出することができるプローバを提供する。
【解決手段】プローバ１０は、ウェーハＷを保持するウェーハチャック１６と、ウェーハチャック１６に対向する面にプローブ２５を有するプローブカード２４と、プローブカード２４に対してウェーハチャック１６を相対的に移動させる移動機構１３，１４，１５と、２つのカメラ１８Ｌ，１８Ｒを有し、２つのカメラ１８Ｌ，１８Ｒでプローブ２５を撮像するプローブ撮像ユニット１８と、２つのカメラ１８Ｌ，１８Ｒで撮像された２つの画像ＩＬ，ＩＲに基づいて、プローブ２５の先端Ｔの位置を検出するプローブ位置検出部２７と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】プローバ１０は、ウェーハＷを保持するウェーハチャック１６と、ウェーハチャック１６に対向する面にプローブ２５を有するプローブカード２４と、プローブカード２４に対してウェーハチャック１６を相対的に移動させる移動機構１３，１４，１５と、２つのカメラ１８Ｌ，１８Ｒを有し、２つのカメラ１８Ｌ，１８Ｒでプローブ２５を撮像するプローブ撮像ユニット１８と、２つのカメラ１８Ｌ，１８Ｒで撮像された２つの画像ＩＬ，ＩＲに基づいて、プローブ２５の先端Ｔの位置を検出するプローブ位置検出部２７と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ウェーハを保持するウェーハチャックと、
前記ウェーハチャックに対向する面に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に対して前記ウェーハチャックを相対的に移動させる移動機構と、
２つのカメラを有し、前記２つのカメラで前記プローブを撮像するプローブ撮像ユニットと、
前記２つのカメラで撮像された２つの画像に基づいて、前記プローブの先端の位置を検出するプローブ位置検出部と、
を備えるプローバ。
前記ウェーハチャックに対向する面に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に対して前記ウェーハチャックを相対的に移動させる移動機構と、
２つのカメラを有し、前記２つのカメラで前記プローブを撮像するプローブ撮像ユニットと、
前記２つのカメラで撮像された２つの画像に基づいて、前記プローブの先端の位置を検出するプローブ位置検出部と、
を備えるプローバ。
【請求項2】
前記２つのカメラの撮影光軸は互いに交差する、
請求項１に記載のプローバ。
請求項１に記載のプローバ。
【請求項3】
前記２つのカメラはそれぞれテレセントリック光学系により構成されたカメラである、
請求項２に記載のプローバ。
請求項２に記載のプローバ。
【請求項4】
前記移動機構は、前記プローブカードに対して前記プローブ撮像ユニットを相対的に移動させる、
請求項１から３のいずれか１項に記載のプローバ。
請求項１から３のいずれか１項に記載のプローバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ウェーハ上に形成された半導体装置（チップ）の電気的特性の検査を行うプローバに関し、プローブの先端の位置を迅速に検出することができるプローバに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造工程は、多数の工程を有し、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、ウェーハ上に半導体装置を含む複数のチップが形成された段階で、各チップの電極パッドは、テスタに接続され、テスタから電源及びテスト信号が供給される。そして、各チップ上に形成された半導体装置から出力される信号は、テスタによって測定される。これにより、半導体装置が正常に動作するかを電気的に検査される（ウェーハレベル検査）。このウェーハレベル検査はプローバを用いて行われる。
【0003】
ウェーハレベル検査では、プローバに設置されたプローブカードのプローブ（触針）をチップ上の電極パッドに正確に接触させる必要がある。例えば、特許文献１に記載のプローブ装置（プローバ）は、プローブカードのプローブを下方から撮像する触針用光学装置（プローブ位置検出カメラ）を備え、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の先端を検出し、その検出結果に基づいてウェーハを載置するチャック部のＺステージを駆動してプローブの先端を電極パッドに接触させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００４－０３９７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献１に記載されている技術では、Ｚステージを駆動してプローブ位置検出カメラを上下に動かして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ることにより、プローブの先端の位置を検出している。特にプローブ位置検出カメラの焦点深度が浅い場合には、プローブとプローブ位置検出カメラとが衝突しないようにプローブカードとプローブ位置検出カメラとの相対距離を小刻みに変更しながら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る必要がある。そのため、プローブの先端の位置を検出するために時間がかかるという問題がある。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、プローブの先端の位置を迅速に検出することができるプローバ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】
【0007】
第１態様に係るプローバは、ウェーハを保持するウェーハチャックと、ウェーハチャックに対向する面にプローブを有するプローブカードと、プローブカードに対してウェーハチャックを相対的に移動させる移動機構と、２つのカメラを有し、２つのカメラで前記プローブを撮像するプローブ撮像ユニットと、２つのカメラで撮像された２つの画像に基づいて、プローブの先端の位置を検出するプローブ位置検出部と、を備える。
【0008】
第１態様に係るプローバにおいて、２つのカメラで撮像された画像に基づいて、プローブの先端の位置を検出することができる。プローブ位置検出カメラの焦点合わせに要する時間が実質的にないため、プローブの先端の位置を迅速に検出することが可能となる。
【0009】
好ましくは、２つのカメラの撮影光軸は互いに交差する。これにより、プローブ位置検出部は、比較的容易な幾何学的演算を用いてプローブの先端の位置を検出することができる。
【0010】
より好ましくは、２つのカメラはそれぞれテレセントリック光学系により構成されたカメラである。２つのカメラがテレセントリック光学系を有するため、撮像された画像におけるプローブの先端の大きさ（撮影倍率）はカメラから先端までの距離にほとんど依存せず、ほぼ一定である。そのため、プローブ位置検出部は、画像上でのプローブの先端の位置に基づいて比較的容易な演算で実空間でのプローブの先端の位置を検出することができる。
【0011】
また、好ましくは、移動機構は、プローブカードに対してプローブ撮像ユニットを相対的に移動させることができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、プローブの先端の位置を迅速に検出することができることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】プローバの概略構成図である。
【図2】プローブ撮像ユニットの構成図である。
【図3】プローブの先端の位置の検出原理を説明する図である。
【図4】プローブの先端の位置の検出原理を説明する図である。
【図5】プローブの先端の位置の検出原理を説明する図である。
【図6】プローブの先端の位置の検出原理を説明する図である。
【図7】プローブの先端の位置の検出原理を説明する図である。
【図8】プローブの先端と各カメラの光軸との位置関係を説明する図である。
【図9】各カメラの視野におけるプローブの先端の位置を説明する図である。
【図10】実空間におけるプローブの先端のＸ座標及びＹ座標の算出を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【0015】
＜ウェーハテストシステムの構成＞
まず、図１を用いてウェーハテストシステム１の概略構成について説明する。なお、図中のＸＹＺ軸は互いに直交する軸であり、ＸＹ軸が水平方向に平行な軸であり、Ｚ軸が水平方向に直交する軸である。以下、図中の上下方向であるＺ軸方向の上方及び上面を適宜「上方」及び「上面」といい、Ｚ軸方向の下方及び下面を適宜「下方」及び「下面」という。
まず、図１を用いてウェーハテストシステム１の概略構成について説明する。なお、図中のＸＹＺ軸は互いに直交する軸であり、ＸＹ軸が水平方向に平行な軸であり、Ｚ軸が水平方向に直交する軸である。以下、図中の上下方向であるＺ軸方向の上方及び上面を適宜「上方」及び「上面」といい、Ｚ軸方向の下方及び下面を適宜「下方」及び「下面」という。
【0016】
ウェーハテストシステム１は、複数のチップの各々の電気的特性を検査する。このウェーハテストシステム１は、プローバ１０とテスタ３０とを備える。
【0017】
プローバ１０は、ウェーハＷ上の個々のチップ（不図示）の表面に形成された
電極（不図示）にプローブ２５を接触させる。テスタ３０は、プローブ２５に電気的に接続され、個々のチップの電気的特性を検査する。
電極（不図示）にプローブ２５を接触させる。テスタ３０は、プローブ２５に電気的に接続され、個々のチップの電気的特性を検査する。
【0018】
プローバ１０は、基台１１と、ベース１２と、Ｙステージ１３と、Ｘステージ１４と、Ｚθステージ１５と、ウェーハチャック１６と、制御部１７と、プローブ撮像ユニット１８と、ウェーハアライメントカメラ１９と、ヘッドステージ２２と、カードホルダ２３と、プローブカード２４と、を備える。Ｙステージ１３と、Ｘステージ１４と、Ｚθステージ１５は、本発明の移動機構に相当する。
【0019】
基台１１の上面には、ベース１２が固定されている。なお、基台１１の代わりに脚部材を用いてもよいし、或いは基台１１とベース１２一体に形成してもよい。
【0020】
ベース１２の上面には、不図示のＹ移動部を介してＹステージ１３がＹ軸方向に移動自在に支持されている。Ｙ移動部は、ベース１２の上面に設けられ且つＹ軸に平行なガイドレールと、Ｙステージ１３の下面に設けられ且つガイドレールに係合するスライダと、Ｙステージ１３をＹ軸方向に移動させるモータ等の駆動機構と、を備える。このＹ移動部を駆動することにより、ベース１２上でＹステージ１３と、後述のＸステージ１４及びＺθステージ１５等とが一体的にＹ軸方向に移動される。
【0021】
Ｙステージ１３の上面には、不図示のＸ移動部を介してＸステージ１４がＸ軸方向に移動自在に支持されている。Ｘ移動部は、Ｙステージ１３の上面に設けられ且つＸ軸に平行なガイドレールと、Ｘステージ１４の下面に設けられ且つガイドレールに係合するスライダと、Ｘステージ１４をＸ軸方向に移動させるモータ等の駆動機構と、を備える。このＸ移動部を駆動することにより、Ｙステージ１３上でＸステージ１４及び後述のＺθステージ１５等が一体的にＸ軸方向に移動される。
【0022】
Ｘステージ１４の上面には、Ｚθステージ１５が設けられている。Ｚθステージ１５には、不図示のＺθ移動部が設けられている。また、Ｚθステージ１５の上面には、不図示のＺθ移動部を介してウェーハチャック１６が保持されている。Ｚθ移動部は、例えば、Ｚθステージ１５の上面をＺ軸方向に移動自在な昇降機構と、且つこの上面をＺ軸の軸周りに回転させる回転機構とを有する。このため、Ｚθ移動部は、Ｚθステージ１５の上面に保持されているウェーハチャック１６をＺ軸方向に移動させると共に、Ｚ軸の軸周りに回転させる。
【0023】
ウェーハチャック１６は、ウェーハＷをその裏面側から保持する。このウェーハチャック１６は、既述のＹステージ１３とＸステージ１４とＺθステージ１５とにより、ベース１２に対してＸＹＺ軸方向に移動自在に支持されていると共に、Ｚ軸の軸周りに回転自在に支持されている。これにより、ウェーハチャック１６に保持されているウェーハＷと、後述のプローブ２５とを相対的に移動させることができる。
【0024】
ヘッドステージ２２は、例えばプローバ１０の不図示の筐体の天板を構成しており、不図示の支柱等によってウェーハチャック１６（ウェーハＷ）の上方に支持されている。ヘッドステージ２２の中央部には、プローブカード２４を保持する略環状のカードホルダ２３が設けられている。すなわち、ヘッドステージ２２は、カードホルダ２３を介してプローブカード２４を保持する。
【0025】
プローブカード２４は複数のプローブ２５を有している。これらプローブ２５は、検査対象のウェーハＷの不図示の各チップの電極の配置パターンに対応するパターンでプローブカード２４に配置されている。
【0026】
プローブ撮像ユニット１８は、２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒを有し、各々のカメラ１８Ｌ及び１８Ｒを用いてプローブ２５を撮像する。プローブ撮像ユニット１８の構成について詳しくは後述する。
【0027】
ウェーハアライメントカメラ１９は、ベース１２上に設けられた不図示の支柱によって支持されており、ウェーハチャック１６に保持されているウェーハＷのチップ（不図示）を上方から撮影する。このウェーハアライメントカメラ１９にて撮影されたチップの画像に基づき、チップの電極の位置を検出することができる。
【0028】
制御部１７は、プローバ１０全体の動作を統括制御する。制御部１７は、例えばパーソナルコンピュータのような演算装置により構成され、各種のプロセッサ（Processor）及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサとして、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びプログラマブル論理デバイスが挙げられる。また、プログラマブル論理デバイスとして、例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）等が挙げられる。
【0029】
制御部１７の各種機能は、１つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。制御部１７は、例えば、機能ごとに、テスタ通信制御部２６と、プローブ位置検出部２７と、ステージ移動制御部２８と、を備える。
【0030】
テスタ通信制御部２６は、テストヘッド３１とプローバ１０との間でウェーハレベル検査に用いるテスト信号及び制御情報等の通信を制御する。通信方式は有線通信でもよいし、無線通信でもよい。
【0031】
プローブ位置検出部２７は、プローブ撮像ユニット１８を構成する２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒで撮像されたプローブ２５の画像に基づいてプローブ２５の先端Ｔの位置を検出する。プローブ位置検出部２７によるプローブ２５の先端Ｔの位置の検出について詳しくは後述する。
【0032】
ステージ移動制御部２８は、Ｙステージ１３、Ｘステージ１４及びＺθステージ１５に設けられた不図示の駆動機構を介して各ステージの移動を制御する。ステージ移動制御部２８は、ウェーハアライメントカメラ１９が検出した電極の位置と、プローブ位置検出部２７が検出したプローブ２５の先端Ｔの位置とに基づいて、Ｙステージ１３、Ｘステージ１４及びＺθステージ１５等を移動させることにより、プローブ２５とウェーハＷのチップの電極との位置合わせを行う。
【0033】
テスタ３０は、テストヘッド３１と、テストヘッド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いる。そして、コンタクトリング３２は、プローブカード２４の各端子に接触可能な配置パターンで配置されたスプリングプローブを有する。
【0034】
テストヘッド３１は、不図示の支持機構により、プローバ１０に対して保持される。このテストヘッド３１は、プローブカード２４及びプローブ２５等を介して不図示のチップの電極に電気的に接続される。そして、テストヘッド３１は、チップに電流又は電圧等を印加することにより、チップの電気的特性を検査する。
【0035】
＜プローブ撮像ユニットの構成＞
次に、図２を用いてプローブ撮像ユニット１８の構成について説明する。図２に示すように、プローブ撮像ユニット１８は２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒを備える。例えば、プローブ撮像ユニット１８（カメラ１８Ｌ及び１８Ｒ）は、ウェーハチャック１６の近傍に設けられる。プローブ撮像ユニット１８は、不図示の撮像ユニット支持部材に固定されており、この撮像ユニット支持部材によりＸステージ１４上に支持されている。したがって、プローブ撮像ユニット１８は、Ｙステージ１３及びＸステージ１４によりＸＹ軸方向に移動自在に構成される。なお、撮像ユニット支持部材は、プローブ撮像ユニット１８をＺ軸方向に昇降自在に支持するものであってもよい。
次に、図２を用いてプローブ撮像ユニット１８の構成について説明する。図２に示すように、プローブ撮像ユニット１８は２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒを備える。例えば、プローブ撮像ユニット１８（カメラ１８Ｌ及び１８Ｒ）は、ウェーハチャック１６の近傍に設けられる。プローブ撮像ユニット１８は、不図示の撮像ユニット支持部材に固定されており、この撮像ユニット支持部材によりＸステージ１４上に支持されている。したがって、プローブ撮像ユニット１８は、Ｙステージ１３及びＸステージ１４によりＸＹ軸方向に移動自在に構成される。なお、撮像ユニット支持部材は、プローブ撮像ユニット１８をＺ軸方向に昇降自在に支持するものであってもよい。
【0036】
カメラ１８Ｌ及び１８Ｒは、それぞれプローブ２５を撮像する。カメラ１８Ｌ及び１８Ｒは基本的に同じ構成を有し、好ましくは、それぞれテレセントリック光学系を備える。テレセントリック光学系を備えるカメラでは、撮像された画像における被写体の大きさはカメラから被写体までの距離にほとんど依存せず、ほぼ一定である。そのため、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒがテレセントリック光学系を備える場合、プローブ位置検出部２７は、画像上でのプローブ２５の先端Ｔの位置に基づいて、非テレセントリック光学系を備えるカメラよりも比較的容易な演算で実空間でのプローブ２５の先端Ｔの位置を検出することができる。
【0037】
また、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒは、好ましくは、従来のプローバで用いられていたプローブ位置検出カメラと比較して、各カメラの視野が広く且つ焦点深度が深いものが用いられる。
【0038】
なお、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒは、両側テレセントリック光学系を備えてもよいし、物体側テレセントリック光学系を備えてもよい。
【0039】
２つのカメラ１８Ｌ及び１８ＲはＸ軸方向に互いに離隔して、プローブ２５の方に向くように配置される。なお、カメラ１８Ｌ及び１８ＲのＸ軸方向の距離を撮影基線長Ｌという。
【0040】
図２において、一点鎖線はカメラ１８Ｌの撮影光軸（以下、単に光軸と称する）ＯＸＬ及びカメラ１８Ｒの光軸ＯＸＲを示す。光軸ＯＸＬ及び光軸ＯＸＲはＸＺ平面に平行な面上にあり、且つ、それぞれＺ軸に対してＸ軸方向に傾斜している。すなわち、光軸ＯＸＬ及び光軸ＯＸＲは、Ｚ軸に対してＹ軸方向には傾斜しておらず、且つ、ＸＺ平面に平行な平面上においてプローブ２５が存在する側で互いに向き合う方向に傾斜しており、互いに交差している。
【0041】
より具体的に説明すると、図２に示すようにＹ軸方向から見た場合、左側のカメラ１８Ｌの光軸ＯＸＬと右側のカメラ１８Ｒの光軸ＯＸＲはＺ軸に対してＸ軸方向に互いに同一角度で逆向きに傾斜している。換言すれば、左側のカメラ１８Ｌの光軸ＯＸＬはＸ軸方向に対して鋭角側の傾斜角がθ（°）で傾斜し、且つ、右側のカメラ１８Ｒの光軸ＯＸＲはＸ軸方向に対して鋭角側の傾斜角がθ（°）で傾斜している。
【0042】
２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒは、Ｚ軸に対してＸ軸方向に同一角度で逆向きに傾斜した状態でプローブ２５の方に向いているため、光軸ＯＸＬ及び光軸ＯＸＲはＸＺ平面に平行な面上の交点Ｏ（オー）において交差する。カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの撮影基準面ＲＰ（「撮影基線」ともいう。）はＸＹ平面に平行な面であり、撮影基準面ＲＰから交点ＯまでのＺ軸方向の距離（高さ）を撮影距離Ｈとする。
【0043】
なお、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの撮影基線長Ｌ、傾斜角θ、及び撮影距離Ｈは既知であり、予めプローバ１０の制御部１７内のメモリにカメラ情報として記憶されている。交点Ｏの位置は、制御部１７内のメモリに記憶されたカメラ情報から算出することが可能である。
【0044】
図２では、一例として、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの撮影基準面ＲＰは、ウェーハチャック１６の上面と略一致する位置に設定されているが、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの撮影基準面ＲＰの位置を図２に示した例に限定する趣旨ではない。
【0045】
なお、撮影基線長Ｌ及撮影距離Ｈについては、例えば、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒに設けられたレチクルマークやビームなどの基準から求めるようにしてもよい。
【0046】
＜プローブ位置の検出原理＞
次に、図３から図７を用いて、プローブの先端の位置の検出原理について説明する。図３から図７の上側の図は、プローブ２５の先端Ｔと交点Ｏとの位置関係を示した図である。図３から図７の下側の図は、各図の上側の図に示した位置関係において各カメラ１８Ｌ及び１８Ｒによって撮像された画像中でのプローブ２５の先端Ｔの位置を示す。なお、以下では、説明の便宜上、図３から図７の上側の図において、２つのプローブ２５の先端Ｔの中央位置を、単にプローブ２５の先端Ｔの位置と略して説明する。
次に、図３から図７を用いて、プローブの先端の位置の検出原理について説明する。図３から図７の上側の図は、プローブ２５の先端Ｔと交点Ｏとの位置関係を示した図である。図３から図７の下側の図は、各図の上側の図に示した位置関係において各カメラ１８Ｌ及び１８Ｒによって撮像された画像中でのプローブ２５の先端Ｔの位置を示す。なお、以下では、説明の便宜上、図３から図７の上側の図において、２つのプローブ２５の先端Ｔの中央位置を、単にプローブ２５の先端Ｔの位置と略して説明する。
【0047】
図３から図７の下側の図において、左側の図はカメラ１８Ｌの視野を示し、カメラ１８Ｌによって撮像される画像ＩＬに対応する（以下、左画像と略称する）。右側の図はカメラ１８Ｒの視野を示し、カメラ１８Ｒによって撮像される画像ＩＲに対応する（以下、右画像と略称する）。以下、簡易的にカメラ１８Ｌ及び１８Ｒの視野と撮像される画像ＩＬ及びＩＲとを区別せず、同じ参照符号を用いて説明する。
【0048】
画像ＩＬ及びＩＲにおいて、実空間のＹ軸方向に平行な方向をｙ軸方向とし、ｙ軸方向に対して垂直な方向をｘ軸方向とする。また、図３から図７中の画像ＩＬ及びＩＲにおいて、黒い丸は２つのプローブ２５の先端Ｔを示し、点線の交点は視野中心ＯＬ及びＯＲを示し、ｘｙ平面の原点に相当する。
【0049】
図３の上側の図では、実空間（ＸＹＺ空間）においてプローブ２５の先端Ｔの位置が交点Ｏと合っている。この場合、図３の下側に示す左画像ＩＬ及び右画像ＩＲにおいてプローブ２５の先端Ｔは視野中心ＯＬ及びＯＲの位置に撮像されているため、左画像ＩＬと右画像ＩＲとは、ほぼ同一である。
【0050】
図４の上側の図では、実空間においてプローブ２５の先端ＴにおけるＸＹ軸方向の位置は交点Ｏと合っているが、Ｚ軸方向の位置が交点Ｏよりも低い（つまり、プローブ２５の先端Ｔとカメラ１８Ｌ及び１８ＲとのＺ軸方向の距離が撮影距離Ｈよりも短い）。この場合、図４の下側に示すように、左画像ＩＬではプローブ２５の先端Ｔがｘ軸方向において視野中心ＯＬよりも右側（矢印Ａ１で示す方向）に位置し、右画像ＩＲではプローブ２５の先端Ｔがｘ軸方向において視野中心ＯＲよりも左側（矢印Ａ２で示す方向）に位置する。
【0051】
図５の上側の図では、実空間においてプローブ２５の先端ＴにおけるＸＹ軸方向の位置は交点Ｏと合っているが、Ｚ軸方向の位置が交点Ｏよりも高い（つまり、プローブ２５の先端Ｔとカメラ１８Ｌ及び１８ＲとのＺ軸方向の距離が撮影距離Ｈよりも長い）。この場合、図４に示す場合とは逆に、図５の下側に示すように、左画像ＩＬではプローブ２５の先端Ｔがｘ軸方向において視野中心ＯＬよりも左側（矢印Ａ３で示す方向）に位置し、右画像ＩＲではプローブ２５の先端Ｔがｘ軸方向において視野中心ＯＲよりも右側（矢印Ａ４で示す方向）に位置する。
【0052】
このように、実空間においてプローブ２５の先端ＴにおけるＸＹ軸方向の位置は交点Ｏと合っているが、Ｚ軸方向の位置が交点Ｏの位置とは異なっている場合、左画像ＩＬ及び右画像ＩＲにおいてプローブ２５の先端Ｔは視野中心ＯＬ及びＯＲからｘ軸方向に離れて位置し、左画像ＩＬでのプローブ２５の先端Ｔの位置と右画像ＩＲでのプローブ２５の先端Ｔの位置とは視野中心ＯＬ及びＯＲを挟んで互いに逆向きの位置となる。そして、左画像ＩＬ及び右画像ＩＲにおいて視野中心ＯＬ及びＯＲからプローブ２５の先端Ｔまでの距離及び方向は、実空間におけるプローブ２５の先端ＴのＺ軸方向の位置と交点Ｏの位置との位置関係に応じて変化する。
【0053】
図６の上側の図では、実空間においてプローブ２５の先端ＴにおけるＹＺ軸方向の位置は交点Ｏと合っているが、Ｘ軸方向の位置が交点Ｏよりも右側（カメラ１８Ｒ側）にある。この場合、図６の下側に示すように、左画像ＩＬ及び右画像ＩＲの両方において、プローブ２５の先端Ｔがｘ軸方向において視野中心ＯＬ及びＯＲよりも右側（矢印Ａ５及びＡ６で示す方向）に位置する。
【0054】
図７の上側の図では、実空間においてプローブ２５の先端ＴにおけるＹＺ軸方向の位置は交点Ｏと合っているが、Ｘ軸方向の位置が交点Ｏよりも左側（カメラ１８Ｌ側）にある。この場合、図７の下側に示すように、左画像ＩＬ及び右画像ＩＲの両方において、プローブ２５の先端Ｔがｘ軸方向において視野中心ＯＬ及びＯＲよりも左側（矢印Ａ７及びＡ８で示す方向）に位置する。
【0055】
このように、実空間においてプローブ２５の先端ＴにおけるＹＺ軸方向の位置は交点Ｏと合っているが、Ｘ軸方向の位置が交点Ｏの位置とは異なっている場合、左画像ＩＬ及び右画像ＩＲにおいてプローブ２５の先端Ｔは視野中心ＯＬ及びＯＲからｘ軸方向に離れた位置に位置し、左画像ＩＬでのプローブ２５の先端Ｔの位置と右画像ＩＲでのプローブ２５の先端Ｔの位置とは視野中心ＯＬ及びＯＲに対して互いに同一側の位置となる。そして、左画像ＩＬ及び右画像ＩＲにおいて視野中心ＯＬ及びＯＲからプローブ２５の先端Ｔまでの距離及び方向は、実空間においてプローブ２５の先端ＴにおけるＸ軸方向の位置と交点Ｏの位置との位置関係に応じて変化する。
【0056】
また、図示は省略するが、実空間においてプローブ２５の先端ＴにおけるＹ軸方向の位置が交点Ｏの位置とは異なっている場合、左画像ＩＬ及び右画像ＩＲにおいてプローブ２５の先端Ｔは視野中心ＯＬ及びＯＲからｙ軸方向に離れた位置に位置し、左画像ＩＬでのプローブ２５の先端Ｔの位置と右画像ＩＲでのプローブ２５の先端Ｔの位置とは視野中心ＯＬ及びＯＲに対して互いに同一側の位置となる。そして、左画像ＩＬ及び右画像ＩＲにおいて視野中心ＯＬ及びＯＲからプローブ２５の先端Ｔまでの距離及び方向は、実空間におけるプローブ２５の先端ＴのＹ軸方向の位置と交点Ｏの位置との位置関係に応じて変化する。
【0057】
従って、図３から図７に示すように、交点Ｏに対するプローブ２５の先端Ｔの相対位置を、２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒによって撮像された画像ＩＬ及びＩＲから求めることができる。プローブ位置検出部２７は、この原理を利用して画像ＩＬ及びＩＲからプローブ２５の先端Ｔの位置を幾何学的に検出する。
【0058】
【0059】
図８は、１つのプローブ２５の先端Ｔと、各カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの光軸ＯＸＬ及びＯＸＲとの位置関係の一例を示す。図８において、一点鎖線は光軸ＯＸＬ及び光軸ＯＸＲを示す。太い実線はそれぞれカメラ１８Ｌ及び１８Ｒの視野（画像に対応）ＩＬ及びＩＲを示す。なお、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒによってプローブ２５の先端Ｔを撮像する際、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの焦点はおおまかにプローブ２５の先端Ｔに一致されるように調整されているものとする。カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの焦点とプローブ２５の先端Ｔの位置ずれが所定距離（カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの焦点深度）を超える場合には、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの焦点を、おおまかにプローブ２５の先端Ｔに合わせる処理（焦点調整ステップ）が行われる。
【0060】
また、ここでは、説明の便宜上、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの撮影倍率が等倍（１倍）であり、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの撮影画像上における距離は実空間上の距離と等しいものとする。カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの撮影倍率が等倍以外の場合には、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの撮影倍率に基づき、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの撮影画像上における距離を実空間上の距離に変換して計算すればよい。
【0061】
視野ＩＬ及びＩＲはＸＺ平面に対して垂直な平面であるため、図８において視野ＩＬ及びＩＲは太い実線として表れている。実際には図９に示すように視野ＩＬ及びＩＲは平面である。視野ＩＬと光軸ＯＸＬとの交点ＯＬはカメラ１８Ｌの視野中心を示し、視野ＩＲと光軸ＯＸＲとの交点ＯＲはカメラ１８Ｒの視野中心を示す。
【0062】
図８において、実空間における交点Ｏを原点とした場合に、プローブ２５の先端Ｔの空間座標をＴ（ＸＰ，ＹＰ，ＺＰ）とする（交点Ｏに対する先端Ｔの相対座標）。図８に示すように、プローブ２５の先端Ｔの位置を光軸ＯＸＬに沿ってカメラ１８Ｌの視野ＩＬ上に投影した位置が、左画像ＩＬにおけるプローブ２５の先端Ｔの位置ＴＬに対応する（図８において白丸で示す）。同様に、プローブ２５の先端Ｔの位置を光軸ＯＸＲに沿ってカメラ１８Ｒの視野ＩＲ上に投影した位置が、カメラ１８Ｒによって撮像された右画像ＩＲにおけるプローブ２５の先端Ｔの位置ＴＲに対応する（図８において白丸で示す）。
【0063】
図９は、図８に示す位置関係における各カメラの視野ＩＬ及びＩＲを示す。図９において、左側の図はカメラ１８Ｌの視野（画像）ＩＬを示し、右側の図はカメラ１８Ｒの視野（画像）ＩＲを示す。視野ＩＬ及びＩＲにおいてプローブ２５の先端Ｔの位置ＴＬ及びＴＲを白丸で示す。また、視野ＩＬにおいて視野中心ＯＬを原点とするＴＬの座標を（ｘＬ，ｙＬ）とし、視野ＩＲにおいて視野中心ＯＲを原点とするＴＲの座標を（ｘＲ，ｙＲ）とする。
【0064】
図８及び図９に示す幾何学的関係において、まず、光軸ＯＸＬ及び光軸ＯＸＲはＹ軸方向には傾斜しておらず、且つ、同一平面上にあるため、実空間におけるプローブ２５の先端ＴのＹ座標ＹＰは、視野ＩＬ及びＩＲにおけるプローブ２５の先端Ｔの位置ＴＬ及びＴＲのｙ座標ｙＬ及びｙＲに相当する。つまり、ｙＬ＝ＹＰ又はｙＲ＝ＹＰが成立する。
【0065】
続いて、図１０を用いて実空間における交点Ｏを原点とするプローブ２５の先端Ｔの空間座標（ＸＰ，ＹＰ，ＸＰ）のうち、Ｘ座標及びＺ座標を検出する幾何学的演算について説明する。図１０に示すように、光軸ＯＸＬ及び光軸ＯＸＲはそれぞれＸ軸方向に対する鋭角側の傾斜角θだけ傾斜しているため、実空間におけるプローブ２５の先端ＴのＺ座標ＺＰについては、以下の式（１）及び式（２）からなる連立方程式が成り立つ。
【0066】
【数1】
【0067】
【数2】
【0068】
この連立方程式を解くことにより、ＸＰ及びＺＰの算出式である式（３）及び式（４）を得ることができる。
【0069】
【数3】
【0070】
【数4】
【0071】
このような検出方法を用いることにより、プローブ位置検出部２７は、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒによって撮像された画像ＩＬ及びＩＲにおけるプローブ２５の先端Ｔの座標から、実空間におけるプローブ２５の先端Ｔの空間座標（ＸＰ，ＹＰ，ＸＰ）を検出することができる。
【0072】
プローブ位置検出部２７によってプローブ２５の先端Ｔの位置が検出された後、検出されたプローブ２５の先端Ｔの位置に基づいて、ステージ移動制御部２８は、不図示の駆動機構を介してＹステージ１３、Ｘステージ１４及びＺθステージ１５に対する制御を行い、プローブカード２４とウェーハチャック１６との相対的な位置合わせ（アライメント）を行う。その後、ウェーハレベル検査が行われる。
【0073】
従来技術に係るプローバでは、プローブ２５の先端Ｔを検出するためのプローブ位置検出カメラの焦点合わせが必要となるため、プローブ２５の先端Ｔの位置を検出するためには時間がかかる。特に焦点深度が浅いカメラが用いられる場合には、プローブ位置検出カメラの焦点合わせのためにより多くの時間がかかることになり、スループットの低下を招く。
【0074】
一方、本実施形態に係るプローバ１０では、２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒで撮像された２つの画像ＩＬ及びＩＲに基づいてプローブ２５の先端Ｔの位置を検出することができるため、上記のような焦点合わせに要する時間を大幅に減らすことができる。よって、プローブ２５の先端Ｔの位置を従来技術よりも迅速に検出することができる。なお、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの焦点がプローブ２５の先端Ｔにおおまかに合っている場合には、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの焦点合わせが不要となる。
【0075】
また、従来技術に係るプローバでは、プローブ位置検出カメラがプローブ２５に接触しないように、色々な種類のプローブカード２４が用いられることを想定して、プローブカード２４とプローブ位置検出カメラとの距離を、マージンを取った初期値（初期高さともいう）に設定する必要がある。
【0076】
一方、本実施形態に係るプローバ１０では、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの焦点がプローブ２５の先端Ｔにおおまかに合っていればよく、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの焦点合わせに要する時間が実質的にないため、上記のようなマージンを設定したとしても、プローブ２５の先端Ｔの位置を迅速に検出することが可能である。
【0077】
更に、従来技術に係るプローバでは、プローブカード２４とプローブ位置検出カメラとの距離が初期値よりも誤って短く設定されている場合、プローブ位置検出カメラの焦点合わせの際にプローブカード２４とプローブ位置検出カメラとが接触するおそれがある。逆に、プローブカード２４とプローブ位置検出カメラとの距離が初期値よりも誤って長く設定されている場合、プローブ位置検出カメラの高さを小刻みに変更ながらカメラの焦点合わせを行っても、なかなかプローブ位置検出カメラの焦点が合わず、プローブ２５の先端Ｔの位置を検出するために一層時間がかかることになる。
【0078】
一方、本実施形態に係るプローバ１０では、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒの焦点がプローブ２５の先端Ｔとおおまかに合っていればよいので、上記初期値に対するマージン（許容範囲）を拡大することができる。そのため、仮にプローブカード２４とカメラ１８Ｌ及び１８Ｒとの距離が初期値と異なる場合であっても、プローブカード２４とカメラ１８Ｌ及び１８Ｒとが接触する可能性がなく、また、プローブ２５の先端Ｔの位置を検出するための時間が長くなるという問題も生じにくい。
【0079】
＜発明の効果＞
本実施形態に係るプローバ１０では、プローブ位置検出部２７は、２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒで撮像された２つの画像ＩＬ及びＩＲに基づいてプローブ２５の先端Ｔの位置を検出することができる。プローブ２５の先端Ｔの位置検出のためにカメラ１８Ｌ及び１８Ｒの焦点合わせに要する時間が実質的にないため、プローブ２５の先端Ｔの位置を迅速に検出することが可能となる。
本実施形態に係るプローバ１０では、プローブ位置検出部２７は、２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒで撮像された２つの画像ＩＬ及びＩＲに基づいてプローブ２５の先端Ｔの位置を検出することができる。プローブ２５の先端Ｔの位置検出のためにカメラ１８Ｌ及び１８Ｒの焦点合わせに要する時間が実質的にないため、プローブ２５の先端Ｔの位置を迅速に検出することが可能となる。
【0080】
また、本実施形態に係るプローバ１０では、２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒの光軸ＯＸＬ及びＯＸＲは同一平面上で互いに交差するため、比較的容易な幾何学的演算によって２つの画像ＩＬ及びＩＲに基づいてプローブ２５の先端Ｔの位置を検出することができる。
【0081】
また、本実施形態に係るプローバ１０では、２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒはテレセントリック光学系を有するため、画像ＩＬ及びＩＲにおけるプローブ２５の先端Ｔの大きさはカメラ１８Ｌ及び１８Ｒから先端Ｔまでの距離に依存せず、ほぼ一定である。画像ＩＬ及びＩＲに基づいて検出されたプローブ２５の先端Ｔの位置を容易に実空間における実際の位置に変換することができる。
【0082】
＜その他＞
本発明に係るプローバ１０について詳細に説明したが、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、いくつかの改良又は変形を行ってもよいのはもちろんである。以下に、変形例をいくつか例示する。
本発明に係るプローバ１０について詳細に説明したが、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、いくつかの改良又は変形を行ってもよいのはもちろんである。以下に、変形例をいくつか例示する。
【0083】
上記実施形態では、好ましい態様として、２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒの光軸ＯＸＬ、ＯＸＲがそれぞれＺ軸に対してＸ軸方向に互いに同一角度で逆向きに傾斜する場合を示したが、必ずしも同一角度で傾斜していなくてもよい。光軸ＯＸＬ及び光軸ＯＸＲがＺ軸に対してＸ軸方向に互いに異なる異なる角度で逆向きに傾斜する場合、式１から式４の傾斜角θを適宜変更して計算すればよい。
【0084】
また、上記実施形態では、２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒの光軸ＯＸＬ、ＯＸＲがＸＺ面に平行な面上にあり、Ｙ軸方向に対しては傾斜しない場合を示したが、必ずしも上記実施形態に限定されず、２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒの光軸ＯＸＬ、ＯＸＲがＺ軸Ｙに対してＹ軸方向に傾斜していてもよい。この場合、プローブ位置の検出方法については既知の三角測量法を適用することで、プローブ２５の先端Ｔの位置を検出することができる。
【0085】
また、上記実施形態では、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒがウェーハチャック１６の近傍に設けられる場合を示したが、カメラ１８Ｌ及び１８Ｒが配置される位置を限定する趣旨ではない。ウェーハチャック１６の近傍の各種機器の空間的配置に応じてカメラ１８Ｌ及び１８Ｒの位置を適宜に変更してもよい。
【0086】
さらに、従来技術に係るプローバの光軸がＺ軸に略平行なプローブ位置検出カメラに追加して、本発明のカメラ１８Ｌ及び１８Ｒを設けても良い。この場合、従来技術のプローブ位置検出カメラの精度を維持したまま、プローブとプローブ位置検出カメラとの衝突回避や焦点合わせの時間の短縮をすることができる。
【0087】
また、上記実施形態では、２つのカメラ１８Ｌ及び１８Ｒを設けているが、これに限らず、カメラを３つ以上設けてもよい。
【符号の説明】
【0088】
１…ウェーハテストシステム、１０…プローバ、１１…基台、１２…ベース、１３…Ｙステージ、１４…Ｘステージ、１５…Ｚθステージ、１６…ウェーハチャック、１７…制御部、１８…プローブ撮像ユニット、１８Ｌ，１８Ｒ…カメラ、１９…ウェーハアライメントカメラ、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、２６…テスタ通信制御部、２７…プローブ位置検出部、２８…ステージ移動制御部、３０…テスタ、３１…テストヘッド、３２…コンタクトリング、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７，Ａ８…矢印、ＩＬ，ＩＲ…画像（視野）、Ｈ…撮影距離、Ｌ…撮影基線長、Ｏ…交点、ＯＬ，ＯＲ…視野中心、ＯＣＬ，ＯＸＲ…光軸、ＲＰ…撮影基準面、Ｔ，ＴＬ，ＴＲ…先端、Ｗ…ウェーハ、θ…傾斜角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】