特開 2024-170071 検査装置、およびパラメータ設定方法

(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】P2024170071

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】検査装置、およびパラメータ設定方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20241129BHJP

   H01L 21/68 20060101ALI20241129BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 B

H01L21/68 K

H01L21/68 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087031

(22)【出願日】2023-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】河西 繁

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 優輝

【テーマコード（参考）】

4M106

5F131

【Ｆターム（参考）】

4M106AA01

4M106BA01

4M106DD03

4M106DD10

4M106DD12

4M106DD18

4M106DD23

4M106DH46

4M106DJ05

4M106DJ20

5F131AA02

5F131AA03

5F131AA04

5F131BA39

5F131CA31

5F131CA45

5F131DA32

5F131DA33

5F131DA42

5F131EA02

5F131EA22

5F131EA23

5F131EA25

5F131EB01

5F131EB31

5F131EB81

5F131EB82

5F131GA14

5F131KA22

5F131KA23

5F131KA27

5F131KA28

5F131KA40

(57)【要約】

【課題】基台を上昇させる際のパラメータを精度よく設定できる技術を提供する。
【解決手段】検査装置は、基板を載置するための基台と、前記基台を昇降させる昇降機構と、昇降した前記基板に接触して当該基板の検査を行う検査部と、前記昇降機構を制御する制御部と、を有する。前記制御部は、前記昇降機構の上昇時のパラメータを設定する機能を有する。前記パラメータの設定では、前記検査部が前記基板に接触するコンタクト位置において前記昇降機構に外乱を発生させ、当該外乱に伴う前記昇降機構の動特性を取得し、取得した前記昇降機構の動特性に基づいて前記パラメータを設定する。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を載置するための基台と、
前記基台を昇降させる昇降機構と、
昇降した前記基板に接触して当該基板の検査を行う検査部と、
前記昇降機構を制御する制御部と、を有する検査装置であって、
前記制御部は、
前記昇降機構の上昇時のパラメータを設定する機能を有し、
前記パラメータの設定では、前記検査部が前記基板に接触するコンタクト位置において前記昇降機構に外乱を発生させ、当該外乱に伴う前記昇降機構の動特性を取得し、取得した前記昇降機構の動特性に基づいて前記パラメータを設定する、
検査装置。

【請求項2】

前記検査部は、前記基板に接触する複数のプローブを有し、
前記パラメータは、前記コンタクト位置から前記基板をさらに上昇させるオーバドライブにおける前記複数のプローブのばね定数を含む、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項3】

前記制御部は、算出した前記ばね定数に基づき、前記オーバドライブにおいて前記複数のプローブが前記昇降機構にかけるトルクを算出する、
請求項２に記載の検査装置。

【請求項4】

前記パラメータは、前記複数のプローブと前記昇降機構を１つのシステムとした場合において前記ばね定数をｋ、動摩擦係数をＤ、質量をｍとした以下の式（Ａ）の運動方程式のパラメータである、
請求項２に記載の検査装置。
ｘ＝ｍｇ／（ｍｓ^２＋Ｄｓ＋ｋ＋ｍｇ）・・・（Ａ）
ただし、ｓは運動方程式をラプラス変換した場合の複素数

【請求項5】

前記制御部は、前記昇降機構の動特性と、最小二乗法、逐次型最小二乗法、およびカルマンフィルタのうちいずれかと、を用いて前記パラメータを同定する、
請求項４に記載の検査装置。

【請求項6】

前記外乱による前記基台の変位量は、前記基板の検査時における前記オーバドライブの上昇量より小さい、
請求項２に記載の検査装置。

【請求項7】

前記制御部は、算出された前記パラメータから前記複数のプローブの損耗状態を判断する、
請求項２に記載の検査装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記昇降機構に前記外乱を出力することにより、前記基台を昇降させる、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の検査装置。

【請求項9】

前記外乱は、ランダム信号、Ｍ系列、ステップ、正規分布ホワイトノイズのうちいずれかである、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の検査装置。

【請求項10】

前記昇降機構は、
駆動モータの回転駆動により前記基台の昇降位置を調整する第１調整部と、
圧力媒体の供給および排出により前記基台の昇降位置を調整する第２調整部と、を有する、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の検査装置。

【請求項11】

前記第１調整部および前記第２調整部は、 前記基台の下部に３つ以上設置され、設置位置において前記基台を個別に昇降させる、
請求項１０に記載の検査装置。

【請求項12】

前記外乱における前記昇降機構の動特性として、前記駆動モータの位置または前記基台の位置を検出する位置センサを有する、
請求項１０に記載の検査装置。

【請求項13】

前記外乱における前記昇降機構の動特性として、前記駆動モータに供給される電流を検出する電流センサを有する、
請求項１０の検査装置。

【請求項14】

前記外乱における前記昇降機構の動特性として、前記第２調整部における前記圧力媒体の圧力を検出する圧力センサを有する、
前請求項１０に記載の検査装置。

【請求項15】

前記駆動モータは、ダイレクトドライブモータである、
請求項１０に記載の検査装置。

【請求項16】

基板を載置するための基台と、
前記基台を昇降させる昇降機構と、
昇降した前記基板に接触して当該基板の検査を行う検査部と、
前記昇降機構を制御する制御部と、を有する検査装置において、前記昇降機構の上昇を制御するためのパラメータを設定するパラメータ設定方法であって、
前記検査部が前記基板に接触するコンタクト位置において前記昇降機構に外乱を発生させ、当該外乱に伴う前記昇降機構の動特性を取得する工程と、
取得した前記昇降機構の動特性に基づいて前記パラメータを設定する工程と、を有する、
パラメータ設定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、検査装置、およびパラメータ設定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ウエハの検査を行う検査装置において、ウエハを所定位置に搬送するためのステージ（検査ステージ）が開示されている。このステージは、ウエハを載置する１つの基台（載置台）を３つの昇降駆動機構により支持して、当該３つの昇降駆動機構の昇降位置を監視しながら基台を昇降させる。

【0003】

検査装置は、ウエハの検査において、ウエハを上昇させて多数（例えば、数万）のプローブをウエハに接触させる。このため、基台には、各プローブからウエハを介して多大な荷重（トルク）がかかる。基台の上昇時にかかる荷重は、プローブカードの傾き、プローブ同士のばらつき、または使用に伴うプローブの摩耗等の原因によって変動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００‐２６０８５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、基台を上昇させる際のパラメータを精度よく設定できる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によれば、基板を載置するための基台と、前記基台を昇降させる昇降機構と、昇降した前記基板に接触して当該基板の検査を行う検査部と、前記昇降機構を制御する制御部と、を有する検査装置であって、前記制御部は、前記昇降機構の上昇時のパラメータを設定する機能を有し、前記パラメータの設定では、前記検査部が前記基板に接触するコンタクト位置において前記昇降機構に外乱を発生させ、当該外乱に伴う前記昇降機構の動特性を取得し、取得した前記昇降機構の動特性に基づいて前記パラメータを設定する、検査装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

一態様によれば、基台を上昇させる際のパラメータを精度よく設定できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る検査装置を概略的に示す断面図である。

【図2】図２（Ａ）は、検査部に設置されるステージを示す概略側面図である。図２（Ｂ）は、ステージの載置面を示す平面図である。

【図3】ステージのＺ軸移動機構を概略的に示す側面断面図である。

【図4】図４（Ａ）は、ウエハの上昇時におけるステージの動作方法を示すフロー図である。図４（Ｂ）は、ウエハの上昇時に基台にかけるトルクを示すグラフである。

【図5】位置制御ステップにおけるＺ軸移動機構の制御の流れを示すブロック図である。

【図6】トルク制御ステップにおけるＺ軸移動機構の制御の流れを示すブロック図である。

【図7】各モータ機構の制御アルゴリズムを示すブロック図である。

【図8】各プローブとＺ軸移動機構のシステム同定の概念を示す等価回路図である。

【図9】システム同定におけるステージ制御部の機能ブロックを示すブロック図である。

【図10】パラメータ設定方法の処理フローを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0010】

図１は、実施形態に係る検査装置１を概略的に示す断面図である。図１に示すように、検査装置１は、基板の一例であるウエハＷの電気特性を検査する。例えば、ウエハＷの表面には、被検査デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）である半導体デバイスが複数形成されている。なお、基板は、ウエハＷに限定されず、被検査デバイスが配置されたキャリア、ガラス基板、チップ単体、電子回路基板等でもよい。被検査デバイスも、半導体デバイスに限らず、他の電子デバイスであってよい。

【0011】

検査装置１は、検査を実際に行う検査部１０と、検査部１０の隣接位置に設置されるローダ１３と、検査部１０の上方に設置されるテスタ２０と、を備える。さらに、検査装置１は、検査部１０、ローダ１３およびテスタ２０の動作を制御するコントローラ９０を有する。

【0012】

検査部１０は、直方体状の筐体１１を備え、この筐体１１の内部に検査室１２を有する。検査室１２には、ウエハＷを載置して、所望の３次元座標位置にウエハＷを搬送するステージ３０が収容されている。

【0013】

ローダ１３には、複数のウエハＷを待機させる図示しないＦＯＵＰ（Front-Opening Unified Pod）がセットされる。ローダ１３は、図示しない搬送装置を備え、搬送装置によりＦＯＵＰからウエハＷを取り出して、検査室１２のステージ３０へウエハＷを受け渡す。また、ローダ１３は、搬送装置により検査済のウエハＷをステージ３０から取り出してＦＯＵＰへ収容する。

【0014】

検査部１０は、インタフェース２３を介してテスタ２０に接続されるプローブカード２１を検査室１２の上方に備える。プローブカード２１は、ウエハＷに対向する位置に複数のプローブ２２を有する。各プローブ２２は、ステージ３０によりウエハＷを移動させた際に、ウエハＷの各被検査デバイスの電極パッドや半田バンプ等に接触する。これにより、テスタ２０は、プローブカード２１およびインタフェース２３を介して被検査デバイスへ電力および各種の信号を出力し、またプローブカード２１およびインタフェース２３を介して被検査デバイスから送信される信号を受信する。

【0015】

テスタ２０は、インタフェース２３に接続されるマザーボード（不図示）を内部に備える。マザーボードは、図示しない複数のテストボードが装着される複数のスロットを有すると共に、コントローラ９０に接続されている。マザーボードは、ウエハＷの被検査デバイスから送信される信号に基づき各被検査デバイスの良否を判断する。テストボードを適宜取り替えることにより、テスタ２０は、複数種類の検査を実施することができる。

【0016】

さらに、検査装置１は、検査室１２の適宜の位置に、ステージ３０上のウエハＷを撮像する検査側カメラ２９を備えてもよい。検査側カメラ２９は、例えば、ステージ３０の傾斜やステージ３０に載置されたウエハＷの位置などを撮像する。またさらに、検査装置１は、プローブカード２１、または各プローブ２２とウエハＷの接触状態等を撮像するステージ側カメラ１９を備えてもよい。

【0017】

図２（Ａ）は、検査部１０に設置されるステージ３０を示す概略側面図である。図２（Ｂ）は、ステージ３０の載置面３０ｓを示す平面図である。図２（Ａ）に示すように、ステージ３０は、筐体１１のフレーム構造１４に設置される。ステージ３０の上面には、ウエハＷを支持する平坦状の載置面３０ｓが形成されている。

【0018】

ステージ３０は、検査室１２の適宜の３次元位置（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向）に、載置面３０ｓに載置されたウエハＷを搬送する。例えば、ステージ３０は、ローダ１３の近傍位置（または内部）と、プローブカード２１の対向位置との間で水平方向（Ｘ軸－Ｙ軸方向）に移動することで、ウエハＷの水平位置を調整する。また、ステージ３０は、プローブカード２１とウエハＷとの対向位置において、鉛直方向（Ｚ軸方向）に昇降することで、ウエハＷの昇降位置を調整する。

【0019】

ステージ３０は、移動部３２（Ｘ軸移動機構３３、Ｙ軸移動機構３４、Ｚ軸移動機構４０）、基台３５、針研機構６０、ステージ制御部７０およびモータドライバ部８０を有する。このステージ３０の構成に応じて、フレーム構造１４は、移動部３２を支持する上ベース１４１と、ステージ制御部７０やモータドライバ部８０を支持する下ベース１４２と、各ベースを支持する複数の支柱１４３と、を含む２段構造を呈している。

【0020】

移動部３２のＸ軸移動機構３３は、上ベース１４１の上面に固定されＸ軸方向に沿って延在する複数のガイドレール３３０と、各ガイドレール３３０に配置される複数のＸ軸可動体３３１と、各Ｘ軸可動体３３１に支持されるＸ軸台３３２と、を含む。Ｘ軸台３３２は、モータドライバ部８０に接続される図示しないＸ軸駆動部（モータ、ギア機構等）を有する。Ｘ軸駆動部は、モータドライバ部８０からの電力供給に基づき、各Ｘ軸可動体３３１およびＸ軸台３３２をＸ軸方向に往復動させて、ウエハＷのＸ座標を調整する。

【0021】

Ｙ軸移動機構３４は、Ｘ軸台３３２の上面に固定されＹ軸方向に沿って延在する複数のガイドレール３４０と、各ガイドレール３４０に配置される複数のＹ軸可動体３４１と、各Ｙ軸可動体３４１に支持されるＹ軸台３４２と、を含む。Ｙ軸台３４２は、モータドライバ部８０に接続される図示しないＹ軸駆動部（モータ、ギア機構等）を有する。Ｙ軸駆動部は、モータドライバ部８０からの電力供給に基づき、各Ｙ軸可動体３４１およびＹ軸台３４２を軸方向に往復動させて、ウエハＷのＹ座標を調整する。

【0022】

Ｚ軸移動機構４０は、Ｙ軸台３４２に設置されると共に、その上部において基台３５を保持している。Ｚ軸移動機構４０は、基台３５をＺ軸方向（鉛直方向）に変位させることで、基台３５の載置面３０ｓに載置されたウエハＷを昇降させる実施形態の昇降機構を構成している。このＺ軸移動機構４０の構成については、後に詳述する。

【0023】

以上の移動部３２により搬送される基台３５は、Ｚ軸移動機構４０に支持されるボトムプレート３５１と、ボトムプレート３５１の上側に積層されて載置面３０ｓを有するチャックトップ３５２と、を含む。ボトムプレート３５１は、後述するＺ軸移動機構４０の３つの駆動部４１に支持されている。チャックトップ３５２は、平面視でウエハＷよりも大径の円形状を呈しており（図２（Ｂ）参照）、またボトムプレート３５１よりも厚みを持つように形成される。なお図示は省略するが、チャックトップ３５２は、ウエハＷを保持する適宜の保持手段（真空吸着機構、メカニカルチャック等）、載置面３０ｓの温度を調整する温調機構、載置面３０ｓの温度を検出する温度センサ等を備えてもよい。

【0024】

ステージ３０の針研機構６０は、Ｙ軸台３４２において、Ｚ軸移動機構４０の隣接位置に設置される。針研機構６０の上部には、プローブカード２１から下方に突出しているプローブ２２を研磨する研磨体６１が設けられる。針研機構６０は、研磨体６１をＺ軸方向に変位させる研磨側Ｚ軸移動機構６２を有する。研磨側Ｚ軸移動機構６２は、Ｚ軸移動機構４０と略同様に構成される。

【0025】

ステージ制御部７０は、検査装置１のコントローラ９０（図１参照）に接続され、コントローラ９０の指令に基づき、ステージ３０の動作を制御する。ステージ制御部７０は、例えば、ステージ３０全体の動作を制御するメイン制御部、移動部３２の動作を制御するＰＬＣ、温調機構を制御する温度コントローラ、照明制御部、電源ユニット等を有する（共に不図示）。ステージ制御部７０のメイン制御部は、図示しない１以上のプロセッサ、メモリ、入出力インタフェースおよび電子回路等を有するコンピュータ内臓ボードを適用し得る。１以上のプロセッサは、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、複数のディスクリート半導体からなる回路等のうち１つまたは複数を組み合わせたものであり、メモリに記憶されたプログラムを実行処理する。メモリは、不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含む。

【0026】

ステージ制御部７０は、コントローラ９０の指令に基づきモータドライバ部８０を制御して、ローダ１３から基台３５にウエハＷを受け取った後に、移動部３２を動作させてウエハＷを水平方向に移動させる。そして、プローブカード２１にウエハＷが対向する位置において、ステージ制御部７０は、移動部３２のＺ軸移動機構４０により基台３５を上昇させ、プローブカード２１のプローブ２２にウエハＷを接触させる。この状態で、コントローラ９０は、テスタ２０による電気的検査を開始する。また、ステージ制御部７０は、テスタ２０の検査終了後に、上記と逆の動作により、検査後のウエハＷを下降および水平移動させ、ローダ１３にウエハＷを戻す。

【0027】

図２（Ｂ）に示すように、Ｚ軸移動機構４０は、相互に独立して基台３５を昇降させる３つの駆動部４１を有し、各駆動部４１において基台３５を支持している。各駆動部４１の軸部は、基台３５の中心から一定の半径だけ離れた仮想円ｉｃ上に位置し、この仮想円ｉｃの周方向に沿って等間隔（基台３５の中心回りに１２０°毎）に配置されている。Ｚ軸移動機構４０は、このように配置された各駆動部４１を個別に昇降させることで、基台３５のチルトを調整することが可能となる。

【0028】

図３は、ステージ３０のＺ軸移動機構４０を概略的に示す側面断面図である。図３に示すように、３つの駆動部４１の各々は、基台３５のボトムプレート３５１を直接支持し、鉛直方向に変位可能なＺ軸可動体４２を有する。そして、実施形態に係る各駆動部４１は、Ｚ軸可動体４２を昇降させる機構として、モータ機構４５およびシリンダ機構５０の２種類を備える。

【0029】

モータ機構４５は、モータドライバ部８０の電力供給に基づき回転駆動する駆動モータ４６を有する。この駆動モータ４６の種類は、特に限定されるものではないが、Ｚ軸移動機構４０の小型化を図るために、ダイレクトドライブモータを適用することが好ましい。ダイレクトドライブモータは、減速機を備えずに駆動部４１の軸部に沿って短く構成され、また低速かつ高トルクで回転することができる。

【0030】

また、モータ機構４５は、駆動モータ４６とＺ軸可動体４２との間で、駆動モータ４６の回転駆動を直線駆動に変換する動力変換部４７を有する。例えば、動力変換部４７は、駆動モータ４６の図示しないロータに連結されるボールネジ４７１と、ボールネジ４７１の外周面に螺合されるナット４７２と、を有するボールネジ構造をとり得る。この場合、ボールネジ４７１は各駆動部４１の軸部を構成する。このような動力変換部４７によって、モータ機構４５は、駆動モータ４６の回転に連れてボールネジ４７１を回転させ、Ｚ軸可動体４２をＺ軸方向に沿って昇降させる。

【0031】

さらに、モータ機構４５は、モータの回転角を検出するエンコーダ４８、および基台３５から駆動モータ４６にかかる荷重を電流値として検出する電流センサ４９等を備えてもよい。ここで、駆動モータ４６に減速機を接続している場合、駆動モータ４６のトルクは減速機のトルクを勘案する必要が生じるが、本実施形態では駆動モータ４６にダイレクトドライブモータを適用していることで、減速機のトルク伝達ロスを勘案する必要がなくなる。このため、ステージ３０は、電流センサ４９により駆動モータ４６にかかるトルクを精度よく検出することができる。

【0032】

一方、シリンダ機構５０は、モータ機構４５を収容するＺ軸移動機構４０の円盤状筐体５１に、円筒状の凹部５２を形成しており、凹部５２に収容されたＺ軸可動体４２自体をピストンとして機能させる。シリンダ機構５０は、凹部５２に対して圧力媒体であるエアを供給および排出することで、Ｚ軸可動体４２の下面に適切な圧力（浮上力）をかける。これにより、Ｚ軸移動機構４０は、各Ｚ軸可動体４２の昇降を補助して、各モータ機構４５のトルクを低減することが可能となる。

【0033】

具体的には、凹部５２は、円盤状筐体５１において、鉛直方向と平行に延在する内周面５２ａ、および水平方向と平行な底面５２ｂにより囲われており、また円盤状筐体５１の上部において開放されている。底面５２ｂには、上記した駆動モータ４６が設置されている。一方、Ｚ軸可動体４２は、凹部５２の内周面５２ａに接触する１以上のシール部材５３を外周面（側周面）に有する。各シール部材５３は、エラストマー等の弾性体により構成され、Ｚ軸可動体４２の外周面と内周面５２ａとの間で凹部５２を気密に閉塞しつつ、Ｚ軸可動体４２を鉛直方向に摺動可能とする。なお、各シール部材５３は、凹部５２の内周面５２ａに設けられてもよい。

【0034】

そして、シリンダ機構５０は、Ｚ軸可動体４２に閉塞された凹部５２にエアを供給または排出する給排機構５４を、円盤状筐体５１の外部に備える。給排機構５４は、円盤状筐体５１の各凹部５２に連通するポート５２ｐに、給排経路５４１を接続している。さらに、給排機構５４は、給排経路５４１の一端に電空レギュレータ５４２を接続していると共に、凹部５２と電空レギュレータ５４２との間の給排経路５４１に開閉バルブ５４３およびリリーフバルブ５４４を備える。

【0035】

給排経路５４１は、エアの流路を内部に有する複数の配管を接続して構成される。給排経路５４１は、各駆動部４１の凹部５２の数に応じて途中位置で分岐している。そして、給排経路５４１の各分岐経路の一端が、円盤状筐体５１のそれぞれのポート５２ｐに接続されている。

【0036】

電空レギュレータ５４２は、１次側に図示しないエア供給源（コンプレッサ等）が接続される一方で、２次側に上記の給排経路５４１が接続される。電空レギュレータ５４２は、ステージ制御部７０に接続され、ステージ制御部７０の制御下に、適宜のエア圧に調整したエアを給排経路５４１に供給する。

【0037】

開閉バルブ５４３は、給排経路５４１の分岐位置よりもエアの供給方向の上流側に設置される。開閉バルブ５４３は、ステージ制御部７０に接続され、ステージ制御部７０の制御下に、給排経路５４１の流路を開閉する。

【0038】

リリーフバルブ５４４は、開閉バルブ５４３よりも下流側（例えば、給排経路５４１の分岐位置）に設置される。リリーフバルブ５４４は、ステージ制御部７０に接続され、ステージ制御部７０の制御下に、給排経路５４１の流路の大気開放または開放遮断を切り換える。

【0039】

ステージ制御部７０（図２参照）は、プローブカード２１の対向位置にステージ３０を移動させた後、上記の各駆動部４１のモータ機構４５およびシリンダ機構５０を協働させることで、各駆動部４１により基台３５上のウエハＷを昇降させる。例えば、ウエハＷの上昇において、ステージ制御部７０は、シリンダ機構５０のエア圧により基台３５の自重を相殺または補償しつつ、モータ機構４５により基台３５のＺ軸方向の位置を調整する制御を行う。以下、このステージ制御部７０によるＺ軸移動機構４０の制御について詳述していく。

【0040】

図４（Ａ）は、ウエハＷの上昇時におけるステージ３０の動作方法を示すフロー図である。図４（Ｂ）は、ウエハＷの上昇時に基台３５にかけるトルクを示すグラフである。ステージ制御部７０は、図４（Ａ）に示すように、基台３５に載置したウエハＷの上昇時に、位置制御ステップ（Ｓ１）と、トルク制御ステップ（Ｓ２）と、を順に行う。位置制御ステップ（Ｓ１）は、プローブカード２１の各プローブ２２がウエハＷに接触するまでの期間に行う制御である。トルク制御ステップ（Ｓ２）は、各プローブ２２とウエハＷの接触後に、基台３５を微量に上昇させるオーバドライブ時およびウエハＷの検査時に行う制御である。

【0041】

すなわち、ステージ制御部７０は、位置制御ステップ（Ｓ１）においてウエハＷの昇降位置（または、Ｘ軸－Ｙ軸方向を含む３次元位置）を調整して、各プローブ２２に対してウエハＷの各被検査デバイスを接触させる。この位置制御ステップ（Ｓ１）の実施時に、ステージ制御部７０は、電空レギュレータ５４２を駆動して各凹部５２にエアを供給し、各凹部５２のエア圧を目標圧力に調整する。各凹部５２の目標圧力は、基台３５の自重を相殺できる圧力であり、基台３５の重量値を予め保有し、重量値に基づき必要なエア圧を算出することで得られる。これにより、モータ機構４５は、基台３５自体を上昇させるトルクが大幅に軽減される（またはゼロとなる）。なお、基台３５の自重は、各Ｚ軸可動体４２の重量および／またはウエハＷの重量を含んでもよい。

【0042】

図５は、位置制御ステップにおけるＺ軸移動機構４０の制御の流れを示すブロック図である。なお、図５および後記の図６では、理解の容易化のために、３つの駆動モータ４６にＡ～Ｃの符号を付している。位置制御ステップ（Ｓ１）において、Ｚ軸移動機構４０は、図５に示すように各駆動モータ４６の位置（回転角）、速度および電流（加速度）を検出し、状態情報として位置、速度、電流の情報をステージ制御部７０またはモータドライバ部８０に送信する。各駆動モータ４６の位置、速度、加速度は、各駆動部４１に設けられたエンコーダ４８から取得することができる。あるいは、各駆動モータ４６の電流は、電流センサ４９により直接検出してもよい。以下では、各駆動モータ４６において検出する状態情報を実位置、実速度および実電流（実加速度）という。

【0043】

ステージ制御部７０（またはモータドライバ部８０）は、各駆動部４１の駆動モータ４６Ａ～４６Ｃを駆動させるための機能部として、第１計算部７１Ａ～７１Ｃ、第２計算部７２Ａ～７２Ｃ、第３計算部７３Ａ～７３Ｃを備える。さらに、ステージ制御部７０は、第１計算部７１Ａ～７１Ｃの１次側に第１偏差部７４Ａ～７４Ｃを有し、第２計算部７２Ａ～７２Ｃの１次側に第２偏差部７５Ａ～７５Ｃを有し、第３計算部７３Ａ～７３Ｃの１次側に第３偏差部７６Ａ～７６Ｃを有する。第１計算部７１Ａ～７１Ｃ、第２計算部７２Ａ～７２Ｃ、第３計算部７３Ａ～７３Ｃ、第１偏差部７４Ａ～７４Ｃ、第２偏差部７５Ａ～７５Ｃおよび第３偏差部７６Ａ～７６Ｃは、実施形態ではソフトウェア機能部であるが、これに限らず複数種類のディスクリート半導体を使用したハードウェハ機能部であってもよい。

【0044】

第１偏差部７４Ａ～７４Ｃには、各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃの目標位置Ａ～Ｃと、各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃの実位置とが入力される。これにより、第１偏差部７４Ａ～７４Ｃは、目標位置Ａ～Ｃと実位置との偏差を算出する。同様に、第２偏差部７５Ａ～７５Ｃには、各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃの目標速度と、各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃの実速度とが入力される。これにより、第２偏差部７５Ａ～７５Ｃは、目標速度と実速度との偏差を算出する。第３偏差部７６Ａ～７６Ｃには、各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃの目標電流と、各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃの実電流とが入力される。これにより、第３偏差部７６Ａ～７６Ｃは、目標電流と実電流との偏差を算出する。なお、各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃの実電流は、各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃにかかるトルク（＝加速度）に比例する。このため、第３偏差部７６Ａ～７６Ｃは、目標電流を目標加速度に換算して、目標加速度と実加速度との偏差を算出する構成でもよい。

【0045】

第１計算部７１Ａ～７１Ｃは、第１偏差部７４Ａ～７４Ｃから入力された位置の偏差に基づき位置を調整するための補正位置を算出し、さらに補正位置に応じた目標速度を算出する。第２計算部７２Ａ～７２Ｃは、第２偏差部７５Ａ～７５Ｃから入力された速度の偏差に基づき速度を調整するための補正速度を算出し、さらに補正速度に応じた目標電流を算出する。第３計算部７３Ａ～７３Ｃは、第３偏差部７６Ａ～７６Ｃから入力された電流の偏差に基づき各駆動モータ４６に供給するための電力供給量を算出する。各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃは、ステージ制御部７０から出力された電力供給量に応じて、回転駆動が制御される。

【0046】

また、シリンダ機構５０の電空レギュレータ５４２を制御するために、ステージ制御部７０は、電空制御部７７を内部に有する。電空制御部７７は、メモリに記憶された基台３５の自重（重量値）を読み出して、基台３５の自重に応じて基台３５にかける目標トルク（すなわち、目標エア圧）を算出し、目標エア圧に応じて電空レギュレータ５４２を制御する。電空制御部７７の指令に基づき、電空レギュレータ５４２は、３つの駆動部４１の凹部５２にエア圧を均等的に供給することで、基台３５の自重を相殺するエア圧をＺ軸可動体４２に付与する。

【0047】

これにより、位置制御ステップ（Ｓ１）において、各駆動部４１の駆動モータ４６Ａ～４６Ｃは、基台３５の自重を含まない電流制御によって、各プローブ２２に対するウエハＷおよび基台３５の相対的な昇降位置を調整することができる。

【0048】

図６は、トルク制御ステップにおけるＺ軸移動機構４０の制御の流れを示すブロック図である。図６に示すように、トルク制御ステップ（Ｓ２）において、Ｚ軸移動機構４０は、各駆動モータ４６の電流（トルク）を検出し、状態情報として実電流の検出信号をステージ制御部７０またはモータドライバ部８０に送信する。

【0049】

ステージ制御部７０（またはモータドライバ部８０）は、各駆動部４１の駆動モータ４６Ａ～４６Ｃを駆動させるための機能部として、第３計算部７３Ａ～７３Ｃ、および第３偏差部７６Ａ～７６Ｃを備える。換言すれば、トルク制御ステップ（Ｓ２）では、第１計算部７１Ａ～７１Ｃ、第２計算部７２Ａ～７２Ｃ、第１偏差部７４Ａ～７４Ｃ、第２偏差部７５Ａ～７５Ｃを省いた構成としている。

【0050】

第３偏差部７６Ａ～７６Ｃには、ステージ制御部７０から各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃの目標の駆動トルクＡ～Ｃが入力される。例えば、目標の駆動トルクＡ～Ｃは、各プローブ２２にウエハＷの各被検査デバイスが確実に接触するように上昇させるオーバドライブの動作において、各プローブ２２から受ける荷重に基づいて算出される。第３偏差部７６Ａ～７６Ｃは、この目標の駆動トルクＡ～Ｃに基づく目標電流（目標トルク）と、各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃの実電流（実トルク）との偏差を算出する。

【0051】

第３計算部７３Ａ～７３Ｃには、第３偏差部７６Ａ～７６Ｃにおいて算出された電流の偏差が入力される。第３計算部７３Ａ～７３Ｃは、入力された電流の偏差に基づき（偏差がゼロとなるように）各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃに供給する電力供給量を算出する。各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃは、ステージ制御部７０から出力された電力供給量に応じて、回転駆動が制御される。

【0052】

そして、ステージ制御部７０は、トルク制御ステップ（Ｓ２）でも、位置制御ステップ（Ｓ１）と同様の電空制御部７７を内部に形成する。電空制御部７７は、メモリに記憶された基台３５の自重に応じて基台３５にかけるエア圧を算出し、エア圧に応じて電空レギュレータ５４２を制御する。

【0053】

これにより、トルク制御ステップ（Ｓ２）において、各駆動部４１の駆動モータ４６Ａ～４６Ｃは、位置や速度を含まない電流制御のみで、ウエハＷと接触している各プローブ２２に対して、ウエハＷおよび基台３５の位置を調整できる。すなわち、シリンダ機構５０のエア圧により基台３５の自重が相殺されることで、各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃは、ウエハＷに接触している各プローブ２２から受けるほぼ荷重のみに対応して、トルクをかける。この結果、ステージ３０は、オーバドライブの動作を少ないトルクで行うことが可能となる。

【0054】

図４（Ａ）および図４（Ｂ）に戻り、ステージ制御部７０は、ウエハＷの上昇時に、位置制御ステップ（Ｓ１）からトルク制御ステップ（Ｓ２）に切り替えることで、ステージ３０のＺ軸方向の位置を適切に制御する。シリンダ機構５０のエア圧に基づくトルクは、図４（Ｂ）の下図に示すように、各モータ機構４５のモータトルクに加算されることで、基台３５にかかるトルク全体を上昇させる（図４（Ｂ）の点線参照）。

【0055】

ただし、図４（Ｂ）の上図に示すように、各シリンダ機構５０のエア圧によるトルクは、位置制御ステップ（Ｓ１）の開始時から徐々に上昇する変化を示す。これに対して、電力供給に基づく各モータ機構４５のモータトルクは、電力供給量に追従して迅速に変化する。例えば、位置制御ステップ（Ｓ１）において、各モータ機構４５のモータトルクは、開始後に急激に上昇した後、一旦下降して再び上昇する変化を示す。そしてトルク制御ステップ（Ｓ２）において、各モータ機構４５のモータトルクは、各プローブ２２からウエハＷおよび基台３５に荷重がかかることで、各プローブ２２の荷重に対応したトルクを略一定にかけることになる。

【0056】

換言すれば、位置制御ステップ（Ｓ１）において、各シリンダ機構５０のエア圧によるトルクには、基台３５の自重をキャンセル可能な目標電流（目標トルク）に対して遅延時間が生じる。このため、本実施形態に係るステージ制御部７０は、位置制御ステップ（Ｓ１）の各モータ機構４５の電動ラインについて、図７に示すようなモデルフォローイング制御を行う。図７は、各モータ機構４５の制御アルゴリズムを示すブロック図である。

【0057】

モデルフォローイング制御では、各シリンダ機構５０のエア圧によるトルクの遅延時間をなくすように各駆動モータ４６を制御する。ステージ制御部７０は、各駆動部４１の目標位置と、基台３５の自重と、をモデルフォローイング制御の入力に用いて、各モータ機構４５の駆動状態を計算する。なお、各駆動部４１の「目標位置」とは、ウエハＷの上昇時の軌道を示す位置プロファイルである。各駆動部４１の目標位置は、ステージ３０の水平移動の終了時の位置、プローブカード２１の各プローブ２２とウエハＷの接触予定位置、各プローブ２２とウエハＷの導通完了位置等に基づき算出される。また、ステージ制御部７０は、ステージ側カメラ１９や検査側カメラ２９の撮像情報等に基づき、各プローブ２２に対するウエハＷの傾きを検出して、ウエハＷの傾きを補正する目標位置を算出してもよい。

【0058】

ステージ制御部７０の内部には、モデルフォローイング制御を行う制御本体部７８が形成される。制御本体部７８の内部には、軌道生成部７８１、機構プラント部７８２、第１計算部７８３、第２計算部７８４、第３計算部７８５、電空補償部７８６、第１加算器７８７および第２加算器７８８が設けられる。

【0059】

軌道生成部７８１は、目標位置が入力されることで、ウエハＷおよび基台３５の上昇時の軌道、言い換えれば各駆動モータ４６の単位時間毎の位置、速度、加速度（電流）を算出するように構成される。例えば、軌道生成部７８１は、軌道を生成可能な適宜の関数を予め保有しており、目標位置に基づき軌道を算出する。この関数の一例としては、下記の式を適用することがあげられる。
Ｋ_ｍ／（ｓ^２＋２ξω_ｎｓ＋ω_ｎ ^２）
（ただし、Ｋ_ｍは移動軌道量、ξはオーバシュートの量のパラメータ、ω_ｎは応答の速度のパラメータである。）

【0060】

軌道生成部７８１は、以上の各駆動モータ４６の軌道（位置、速度、加速度）を算出すると、第３計算部７８５に対して軌道の各値を出力すると共に、第１加算器７８７に対して軌道の各値を出力する。

【0061】

機構プラント部７８２は、モデルフォローイング制御で算出された電力供給量を各モータ機構４５に出力すると共に、各モータ機構４５において検出された各駆動モータ４６の実位置、実速度、実加速度をフィードバックするように構成される。例えば、機構プラント部７８２は、第１計算部７８３に対して各モータ機構４５の実位置、実速度、実加速度を出力すると共に、第１加算器７８７に各駆動モータ４６の実位置を出力する。

【0062】

第１計算部７８３は、機構プラント部７８２から受信した各駆動モータ４６の実際の状態量（実位置、実速度、実加速度）と、モデルフォローイング制御の設計において算出された係数Ｋ１とを積算して、各駆動モータ４６の補正用の状態量を算出する。

【0063】

第１加算器７８７は、軌道生成部７８１から受信した各駆動モータ４６の位置と、機構プラント部７８２から受信した各駆動モータ４６の実位置との偏差を算出し、第２計算部７８４に出力する。

【0064】

第２計算部７８４は、モデルフォローイング制御の設計において算出された係数Ｋ２を積算し、第１加算器７８７で算出された偏差を積分する積分器である。これにより、第２計算部７８４は、各モータ機構４５の位置の定常偏差（エラー分）を得ることができる。定常偏差は、第２加算器７８８に送られることで、補正用の状態量として使用される。

【0065】

第３計算部７８５は、軌道生成部７８１から受信した各駆動モータ４６の軌道（位置、速度、加速度）と、モデルフォローイング制御の設計において算出された係数Ｋ３とを積算して、各駆動モータ４６の軌道に追従するための状態量を算出する。

【0066】

また、電空補償部７８６は、基台３５の自重が入力されることで、電空レギュレータ５４２のエア圧を導出し、算出したエア圧に基づきシリンダ機構５０がＺ軸可動体４２に加える加速度（または電流値）を算出する。電空補償部７８６は、エア圧の導出において、時間経過に対するエア圧の増加量の遅延時間を合わせて算出することで、Ｚ軸可動体４２に加える加速度も遅延時間を加味した変動を示すようになる。

【0067】

第２加算器７８８は、第１計算部７８３、第２計算部７８４、第３計算部７８５、電空補償部７８６から受信した各状態量（位置、速度、加速度）に基づき各駆動モータ４６の制御量を算出する。第２加算器７８８で算出された制御量は、機構プラント部７８２を介して、位置制御ステップ（Ｓ１）時の各モータ機構４５の電力供給に適用される。

【0068】

図４（Ａ）に戻り、トルク制御ステップ（Ｓ２）において、ステージ３０は、各プローブ２２とのコンタクト位置に移動したウエハＷをさらに上昇（オーバドライブ）させる。これにより、ステージ３０は、各プローブ２２に対して適当な予圧を与え、各プローブ２２と、被検査デバイスの電極パッドまたは半田バンプとの電気的接触を確保できる。具体的には、ステージ制御部７０（またはモータドライバ部８０）は、目標の駆動トルクＡ～Ｃを出力することで、各駆動モータ４６Ａ～４６Ｃに供給する電力供給量を算出する（図６参照）。

【0069】

ところで、各プローブ２２は、オーバドライブ時の予圧によって弾性変形しながら、ウエハＷに荷重をかけることになる。したがって、プローブカード２１の各プローブ２２とステージ３０のＺ軸移動機構４０とを一体的なシステムと見立てた場合に、このシステムは、ばね定数、動摩擦係数を含んだ二次系の方程式の応答に近似することができる。

【0070】

具体的には、各プローブ２２とＺ軸移動機構４０のシステムにおいて、ばねおよび摩擦を含めた慣性系の運動方程式は、以下の数１となる。

【数1】

（ただし、ｋはばね定数であり、Ｄは動摩擦係数であり、ｍｇは重力である。）

【0071】

さらに、上記の数１についてラプラス変換を行うと、以下の数２のように表すことができる。

【数2】

（ただし、ｓは運動方程式をラプラス変換した場合の複素数である）

【0072】

したがって、数２の運動方程式の各パラメータを同定すれば、各プローブ２２とＺ軸移動機構４０のシステムにおけるばね定数ｋを求めることができる。そして、このばね定数ｋを得ることで、トルク制御ステップ（Ｓ２）においてウエハＷに対して各プローブ２２がかけるトルクを、Ｆ＝－ｋｘから算出することが可能となる。ただし、各プローブ２２とＺ軸移動機構４０のシステムがかける荷重（ばね定数ｋ）は、既述したように、プローブカード２１の傾き、プローブ２２同士のばらつき、または使用に伴うプローブの摩耗等の原因によって変化する。このため、検査装置１は、メンテナンス時やプローブカード２１の交換時等においてシステム同定を行い、パラメータを設定する。

【0073】

図８は、各プローブ２２とＺ軸移動機構４０のシステム同定の概念を示す等価回路図である。システム同定では、図８の上図のように、単一フィードバックシステムを考慮し、各プローブ２２がウエハＷに接触した状態で外乱を加え、その外乱に対する応答からシステムのパラメータ（ｋ、Ｄ、ｍ）を同定できる。システムに付与する外乱の種類は、特に限定されず、例えば、ランダム信号、Ｍ系列、ステップ、正規分布ホワイトノイズ等があげられる。

【0074】

図８の上図に示す単一フィードバックシステムでは、目標位置Ｘに外乱Δｘを加えた入力値に対して、実位置をフィードバックしている。この入力値と実位置の偏差を同定用の演算部に入力する。演算部は、上記の数２の式（２）を用いることで、外乱が入力された場合のシステムの時間的変化をｙ（ｔ）として算出する。換言すれば、ｙ（ｔ）は、外乱を加えた場合における各プローブ２２とＺ軸移動機構４０のシステムの動特性の関数である。また、単一フィードバックシステムは、下記の数３に示す伝達関数で表すことが可能であり、図８の下図に示すようなフィードフォワードのシステムとして捉えることができる。

【数3】

【0075】

図９は、システム同定におけるステージ制御部７０の機能ブロックを示すブロック図である。ステージ制御部７０は、システム同定を行う同定制御部７９０が内部に形成される。同定制御部７９０の内部には、例えば、外乱生成部７９１、外乱時動特性取得部７９２、システム最適化部７９３および評価部７９４が設けられる。また、ステージ制御部７０は、システム同定においてステージ３０の移動を制御する動作制御部７９５を形成する。

【0076】

具体的には、動作制御部７９５は、システム同定において移動部３２を制御して、各プローブ２２に対して基台３５が対向する位置に水平移動させる。さらに各プローブ２２との対向位置において、動作制御部７９５は、Ｚ軸移動機構４０を動作させて基台３５を上昇させることで、基台３５に載置されているウエハＷ（設定時用のダミーウエハを含む）を各プローブ２２に接触させる。換言すれば、動作制御部７９５は、各プローブ２２が接触するコンタクト位置にウエハＷを搬送する。

【0077】

そして、ウエハＷをコンタクト位置に配置すると、同定制御部７９０の外乱生成部７９１は、システム同定におけるオーバドライブ時にモータドライバ部８０を制御して、上記したランダム信号やＭ系列等の外乱を生成し、この外乱を各駆動モータ４６に出力する。各駆動モータ４６は、受信した外乱に応じて駆動することにより、基台３５を上下方向（Ｚ軸方向）に振動させる。この際、各プローブ２２およびＺ軸移動機構４０のシステムは、各構成の誤差、駆動モータ４６の機差、各プローブ２２の状態等により、異なる振動で動作する。

【0078】

同定制御部７９０の外乱時動特性取得部７９２は、外乱を受けた際のＺ軸移動機構４０を含むシステムの動特性の変化として、基台３５が振動した距離の時間的変化を取得する。例えば、外乱時動特性取得部７９２は、各駆動モータ４６のエンコーダ４８の値を一定の時間間隔毎に受信することで、距離の変化のプロットを取得する。

【0079】

同定制御部７９０のシステム最適化部７９３は、取得した振動時の距離の変化、および最少二乗法、逐次型最小二乗法あるいはカルマンフィルタを用いて、Ｚ軸移動機構４０を含むシステムのパラメータ（ｋ、Ｄ、ｍ）を同定する。そして、システム最適化部７９３は、トルク制御時に必要な各駆動モータ４６の駆動トルクを得るために、同定したパラメータからばね定数ｋを最終的に取得する。

【0080】

システム同定の一例としては、標準的なプローブカードのパラメータ（ｋ、Ｄ、ｍ）を上記の数３に代入すると共に、逐次型最小二乗法を使用することがあげられる。例えば、逐次型最小二乗法では、下記の数４で示す評価関数に忘却係数ρを導入して、この評価関数の最小化によりパラメータの最適解を求める。

【数4】

（ただし、０＜ρ＜１：０．９５～０．９９９であり、Ｐ_Ｎは共分散行列である。）

【0081】

また、システム最適化部７９３は、逐次型最小二乗法を用いることで、前回の設定値（例えば、）から次回の設定値ｙ_ｎ＋１を決定できる。例えば、次回の設定値ｙ_ｎ＋１を以下の数５で表すと、数６のように表すことができる。

【数5】

【数6】

【0082】

システム同定において、数３のパラメータ（ｋ、Ｄ、ｍ）を同定すると、同定制御部７９０の評価部７９４は、同定したパラメータが予め設定した許容範囲以内に含まれるか否かを判定する。そして、評価部７９４は、パラメータが許容範囲以内に含まれる場合に、システム同定の終了し、各パラメータの中のばね定数ｋを抽出する。このばね定数ｋは、上記したように、各プローブ２２とＺ軸移動機構４０とのシステムにおいて各プローブ２２がかけるトルクとなる。したがって、ステージ制御部７０は、トルク制御ステップ（Ｓ２）の各駆動モータ４６の駆動トルクを、ばね定数ｋに基づき簡単に設定することができる。

【0083】

一方、評価部７９４は、同定したパラメータが許容範囲外となる場合に、システム同定の再試行を判定する。ステージ制御部７０は、このシステム同定の再試行において、上記した重み付けを変更する数５および数６による次回の設定値ｙ_ｎ＋１を適用する。そして、ステージ制御部７０は、ノイズを再び生成して、この際の動特性を取得することで、上記したシステム同定を再び行う。

【0084】

以上のシステム同定によってばね定数ｋを得ることで、ステージ制御部７０は、システムの現在の状態（各構成の誤差、駆動モータ４６の機差、各プローブ２２の状態）に応じたトルク制御ステップ（Ｓ２）の目標の駆動トルクを精度よく得ることができる。

【0085】

本実施形態に係る検査装置１およびステージ３０は、基本的には以上のように構成され、以下その動作（パラメータ設定方法）について図１０を参照しながら説明する。図１０は、パラメータ設定方法の処理フローを示すフローチャートである。

【0086】

メンテナンス時やプローブカード２１の交換時等において、検査装置１のステージ制御部７０は、コントローラ９０（作業者）の指令に基づいてシステム同定を開始する。なお、システム同定の開始前には、基台３５の載置面３０ｓにウエハＷ（またはダミーウエハ）を載置しておく。

【0087】

ステージ制御部７０は、システム同定の事前動作として、まず動作制御部７９５によりステージ３０の移動部３２を制御して、各プローブ２２の鉛直方向下側に向けてステージ３０をスライドさせる（ステップＳ１１）。さらに、動作制御部７９５は、各プローブ２２の対向位置において、ウエハＷを有する基台３５を上昇させる（ステップＳ１２）。

【0088】

そして、ステージ制御部７０は、各プローブ２２の導通状態を監視し、各プローブ２２とダミーウエハが接触するコンタクト位置を検知する（ステップＳ１３）。このコンタクト位置の検知に基づき、ステージ制御部７０は、システム同定を開始する。

【0089】

具体的には、ステージ制御部７０は、外乱生成部７９１によりノイズを出力して基台３５を変位させ、この際の基台３５の動特性を外乱時動特性取得部７９２にて取得する（ステップＳ１４）。

【0090】

そして、システム最適化部７９３は、取得した動特性と逐次型最小二乗法とを用いて、上記した数３のシステムのパラメータ（ｋ、Ｄ、ｍ）を同定する（ステップＳ１５）。

【0091】

その後、評価部７９４は、同定したパラメータについて許容範囲以内か否かを判定する（ステップＳ１６）。同定したパラメータが許容範囲外の場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、ステップＳ１７に進む一方で、同定したパラメータが許容範囲以内の場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１８に進む。

【0092】

ステップＳ１７において、システム最適化部７９３は、システム同定における重み付けあるいはサンプリング周期等の同定パラメータを変更する。その後、ステージ制御部７０は、ステップＳ１４に戻り、以下ステップＳ１４～Ｓ１６を繰り返す。

【0093】

一方、ステップＳ１８において、ステージ制御部７０は、同定したパラメータのばね定数ｋに基づき、トルク制御ステップ（Ｓ２）におけるオーバドライブに必要なトルクを算出する。

【0094】

以上のパラメータ設定方法が終了すると、ステージ制御部７０は、検査装置１における実際のウエハＷの検査を実行可能とする。ウエハＷの検査において、ステージ制御部７０は、図４（Ａ）の位置制御ステップ（Ｓ１）およびトルク制御ステップ（Ｓ２）を行う。トルク制御ステップ（Ｓ２）では、ステージ制御部７０は、ばね定数ｋに基づくトルクを目標の駆動トルクとして、図６に示す第３計算部７３Ａ～７３Ｃの１次側に第３偏差部７６Ａ～７６Ｃに出力する。これにより、検査装置１は、トルク制御ステップ（Ｓ２）において、基台３５の高さを適切に制御することができる。

【0095】

なお、本開示の検査装置１およびパラメータ設定方法は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形例をとり得る。例えば、Ｚ軸移動機構４０は、上記の実施形態では基台３５を面で支持するために３つの駆動部４１を備えていたが、これに限定されず、Ｚ軸移動機構４０は４つ以上の駆動部４１を備えてもよい。また例えば、検査装置１のステージ３０は、実施形態ではモータ機構４５およびシリンダ機構５０の２種類を備えていたが、これに限らず１種類のみの機構を適用してよい。例えば、ステージ３０は、モータ機構４５のみの場合でも上記したシステム同定を行うことで、基台３５の上昇時のパラメータを良好に得ることができる。

【0096】

また、上記の実施形態では、Ｚ軸移動機構４０に対する外乱の出力時の動特性として、各駆動モータ４６の位置（回転位置）を取得したが、検査装置１は、これに限らず種々の方法で動特性を取得してよい。一例として、検査装置１は、基台３５の高さ位置を検出するセンサを備え、このセンサにより動特性を取得してもよい。あるいは、検査装置１は、外乱において駆動モータ４６に供給される電流を電流センサ４９により検出し、この電流センサ４９の検出結果を、動特性に用いてもよくまたは別に取得した動特性の補正に用いてもよい。さらに、検査装置１は、凹部５２内に生じる圧力を検出する圧力センサ５９（図３の点線参照）を備え、外乱において検出した圧力センサ５９の検出結果を、動特性に用いてもよくまたは別に取得した動特性の補正に用いてもよい。

【0097】

以上の実施形態で説明した本開示の技術的思想および効果について以下に記載する。

【0098】

本発明の第１の態様は、基板（ウエハＷ）を載置するための基台３５と、基台３５を昇降させる昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）と、昇降した基板に接触して当該基板の検査を行う検査部１０と、昇降機構を制御する制御部（コントローラ９０、ステージ制御部７０）と、を有する検査装置１であって、制御部は、昇降機構の上昇時のパラメータを設定する機能を有し、パラメータの設定では、検査部１０が基板に接触するコンタクト位置において昇降機構に外乱を発生させ、当該外乱に伴う昇降機構の動特性を取得し、取得した昇降機構の動特性に基づいてパラメータを設定する、検査装置。

【0099】

上記によれば、検査装置１は、基台３５を上昇させる際のパラメータを精度よく設定できる。すなわち、検査装置１は、外乱に伴う昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）の動特性に基づいてパラメータを設定することにより、現在の昇降機構や検査部１０の状態に応じたパラメータを得ることができる。したがって、このパラメータを利用することで、検査装置１は、検査部１０から基台３５にかかるトルクを精度よく推定でき、このトルクを用いて昇降機構を適切に制御することが可能となる。

【0100】

また、検査部１０は、基板（ウエハＷ）に接触する複数のプローブ２２を有し、パラメータは、コンタクト位置から基板をさらに上昇させるオーバドライブにおける複数のプローブ２２のばね定数ｋを含む。ばね定数ｋを用いることで、実際のオーバドライブにおいて、各プローブ２２がウエハＷおよび基台３５にかけるトルクに充分に近似させることができる。

【0101】

また、制御部（コントローラ９０、ステージ制御部７０）は、算出したばね定数ｋに基づき、オーバドライブにおいて複数のプローブ２２が昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）にかけるトルクを算出する。これにより、検査装置１は、オーバドライブにおける目標の駆動トルクを簡単かつ精度よく得ることができる。

【0102】

また、パラメータは、複数のプローブ２２と昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）を１つのシステムとした場合においてばね定数をｋ、動摩擦係数をＤ、質量をｍとした以下の式（Ａ）の運動方程式のパラメータである。これにより、検査装置１は、精度が高いばね定数ｋを得ることができる。
ｘ＝ｍｇ／（ｍｓ^２＋Ｄｓ＋ｋ＋ｍｇ）・・・（Ａ）
ただし、ｓは運動方程式をラプラス変換した場合の複素数

【0103】

また、制御部（コントローラ９０、ステージ制御部７０）は、昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）の動特性と、最小二乗法、逐次型最小二乗法、およびカルマンフィルタのうちいずれかと、を用いてパラメータを同定する。これにより、検査装置１は、昇降機構の上昇時のパラメータを良好に算出できる。

【0104】

また、外乱による基台の変位量は、基板の検査時におけるオーバドライブの上昇量より小さい。これにより、検査装置１は、各プローブ２２に大きな負荷をかけることなく、パラメータを効率的に設定できる。

【0105】

また、制御部（コントローラ９０、ステージ制御部７０）は、算出されたパラメータから複数のプローブ２２の損耗状態を判断する。これにより、検査装置１は、プローブカード２１の交換タイミングを適切に判断することができる。

【0106】

また、制御部（コントローラ９０、ステージ制御部７０）は、昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）に外乱を出力することにより、基台３５を昇降させる。これにより、検査装置１は、基台３５の昇降時の動特性を得ることができ、パラメータを安定して同定することが可能となる。

【0107】

また、外乱は、ランダム信号、Ｍ系列、ステップ、正規分布ホワイトノイズのうちいずれかである。これにより、検査装置１は、昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）に外乱を発生させることができる。

【0108】

また、昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）は、駆動モータ４６の回転駆動により基台３５の昇降位置を調整する第１調整部（モータ機構４５）と、圧力媒体の供給および排出により基台３５の昇降位置を調整する第２調整部（シリンダ機構５０）と、を有する。これにより、検査装置１は、基台３５の昇降時のコストを低減しつつ、基台３５を容易かつ精度よく昇降させることができる。

【0109】

また、第１調整部（モータ機構４５）および第２調整部（シリンダ機構５０）は、 基台３５の下部に３つ以上設置され、設置位置において基台３５を個別に昇降させる。３つ以上の第１調整部および第２調整部によって、検査装置１は、基台３５のチルト等を簡単かつ精度よく調整できる。

【0110】

また、外乱における昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）の動特性として、駆動モータ４６の位置または基台３５の位置を検出する位置センサ（エンコーダ４８）を有する。これにより、検査装置１は、基台３５が変位した際の動特性を良好に得ることができる。

【0111】

また、外乱における昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）の動特性として、駆動モータ４６に供給される電流を検出する電流センサ４９を有する。これにより、検査装置１は、外乱により基台３５が変位した際の電流の変化を適切に利用することができる。

【0112】

また、外乱における昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）の動特性として、第２調整部（シリンダ機構５０）における圧力媒体の圧力を検出する圧力センサ５９を有する。これにより、検査装置１は、外乱により基台３５が変位した際の圧力の変化を適切に利用できる。

【0113】

また、駆動モータ４６は、ダイレクトドライブモータである。これにより、検査装置１は、可及的に小型化を図ることができると共に、減速機を介さない直接的なトルク制御を容易に実現することが可能となる。

【0114】

また、本開示の第２の態様は、基板（ウエハＷ）を載置するための基台３５と、基台３５を昇降させる昇降機構（Ｚ軸移動機構４０）と、昇降した基板に接触して当該基板の検査を行う検査部１０と、昇降機構を制御する制御部（コントローラ９０、ステージ制御部７０）と、を有する検査装置１において、昇降機構の上昇を制御するためのパラメータを設定するパラメータ設定方法であって、検査部１０が基板に接触するコンタクト位置において昇降機構に外乱を発生させ、当該外乱に伴う昇降機構の動特性を取得する工程と、取得した昇降機構の動特性に基づいてパラメータを設定する工程と、を有する。この場合でも、パラメータ設定方法は、基台３５を上昇させる際のパラメータを精度よく設定できる。

【0115】

今回開示された実施形態に係る検査装置１およびパラメータ設定方法は、すべての点において例示であって制限的なものではない。実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形および改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0116】

１ 検査装置
１０ 検査部
３５ 基台
４０ Ｚ軸移動機構
７０ ステージ制御部
９０ コントローラ
Ｗ ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】