特開 2024-99906 プローバ及びプローブ検査方法

(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】P2024099906

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】プローバ及びプローブ検査方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240719BHJP

   G01R 31/28 20060101ALI20240719BHJP

   G01R 31/26 20200101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 B

G01R31/28 K

G01R31/26 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023003518

(22)【出願日】2023-01-13

(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】市川 武清

(72)【発明者】

【氏名】内田 悟史

(72)【発明者】

【氏名】満澤 真吾

(72)【発明者】

【氏名】大竹 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】寺川 康太

【テーマコード（参考）】

2G003

2G132

4M106

【Ｆターム（参考）】

2G003AA10

2G003AG04

2G003AG12

2G003AG13

2G003AG20

2G132AE04

2G132AF02

2G132AF06

2G132AF07

2G132AL03

4M106AA01

4M106BA01

4M106DD05

4M106DD10

4M106DD23

4M106DH12

4M106DJ07

(57)【要約】

【課題】プローブカードの傾きに左右されることなく、プローブを精度良く検出することができ、ウェーハ上の電極パッドとプローブとの間で良好なコンタクトを実現することができるプローバ及びプローブ検査方法を提供する。
【解決手段】複数の測定部１６を備えるプローバ１０であって、各測定部１６にはウェーハチャック５０及びプローブカード５６が設けられ、各測定部１６間を移動可能に構成されたアライメント装置７０を備える。アライメント装置７０は、ウェーハチャック５０を着脱自在に支持し、プローブカード５６に対するウェーハチャック５０の相対的な位置合わせを行う。さらにアライメント装置７０は、プローブ６６の先端位置を検出するプローブ位置検出カメラ８２と、ウェーハチャック５０とプローブ位置検出カメラ８２とを一体に傾斜させる角度傾斜機構７６と、を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の測定部を備え、前記複数の測定部の各々には、ウェーハを保持する保持面を有するウェーハチャックと、前記保持面に対向する面に複数のプローブを有するプローブカードと、が設けられたプローバであって、
前記複数の測定部間を移動可能に構成され、、且つ、移動先測定部において、前記ウェーハチャックを着脱自在に支持し、前記プローブカードに対する前記ウェーハチャックの相対的な位置合わせを行うアライメント装置を備え、
前記アライメント装置は、
前記プローブカードに対向する位置で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、
前記ウェーハチャックと前記プローブ位置検出カメラとを一体に傾斜させる傾斜機構と、
を有する、プローバ。

【請求項2】

前記アライメント装置は、前記ウェーハチャック及び前記プローブ位置検出カメラを共通に支持する共通支持部を有し、
前記傾斜機構は、前記共通支持部を傾斜させることで、前記ウェーハチャックと前記プローブ位置検出カメラとを一体に傾斜させる、
請求項１に記載のプローバ。

【請求項3】

前記アライメント装置は、前記ウェーハチャックを前記保持面に平行な方向に、前記プローブカードに対して相対的に移動させる移動機構を含み、
前記傾斜機構は、前記移動機構と前記共通支持部との間に設けられる、
請求項２に記載のプローバ。

【請求項4】

前記プローブカードの傾斜角度を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記プローブカードに対して前記保持面が平行となるように前記傾斜機構を制御する制御手段と、
を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載のプローバ。

【請求項5】

前記検出手段は、前記プローブ位置検出カメラの検出結果に基づいて前記プローブカードの傾斜角度を検出する、
請求項４に記載のプローバ。

【請求項6】

前記アライメント装置は、前記プローブの先端部をクリーニングするためのクリーニング板を有し、
前記傾斜機構は、前記ウェーハチャックと一体に前記クリーニング板を傾斜させる、
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7】

複数の測定部を備え、前記複数の測定部の各々には、ウェーハを保持する保持面を有するウェーハチャックと、前記保持面に対向する面に複数のプローブを有するプローブカードと、
前記複数の測定部間を移動可能に構成され、且つ、移動先測定部において、前記ウェーハチャックを着脱自在に支持し、前記プローブカードに対する前記ウェーハチャックの相対的な位置合わせを行うアライメント装置と、を備え、
前記アライメント装置が、前記プローブカードに対向する位置で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、前記ウェーハチャックを傾斜させる傾斜機構と、を有するプローバにおけるプローブ検査方法であって、
前記プローブカードの傾斜角度を検出する検出ステップと、
前記検出ステップの検出結果に基づいて、前記傾斜機構を制御し、前記プローブカードに対して前記保持面が平行となるように、前記ウェーハチャックと前記プローブ位置検出カメラとを一体に傾斜させる傾斜制御ステップと、
を備える、プローブ検査方法。

【請求項8】

前記検出ステップは、前記プローブ位置検出カメラの検出結果に基づいて前記プローブカードの傾斜角度を検出することを含む、請求項７に記載のプローブ検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プローバ及びプローブ検査方法に関する。

【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、半導体ウェーハ上に半導体装置の複数の半導体チップが形成された段階で、各半導体チップの半導体装置の電極パッドをテストヘッドに接続し、テストヘッドから電源及びテスト信号を供給し、半導体装置の出力する信号をテストヘッドで測定して、正常に動作するかを電気的に検査するウェーハレベル検査が行われている。

【0003】

ウェーハレベル検査の後、ウェーハはフレームに貼り付けられ、ダイサで個別の半導体チップに切断される。切断された各半導体チップは、正常に動作することが確認された半導体チップのみが次の組み立て工程でパッケージ化され、動作不良のチップは組み立て工程から除かれる。更に、パッケージ化された最終製品は、出荷検査が行われる。

【0004】

ウェーハレベル検査は、ウェーハ上の各半導体チップの電極パッドにプローブを接触させるプローバを使用して行われる。プローブはテストヘッドの端子に電気的に接続され、テストヘッドからプローブを介して各半導体チップに電源及びテスト信号が供給されると共に各半導体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。

【0005】

半導体製造工程においては、製造コストの低減のために、ウェーハの大型化や一層の微細化（集積化）が進められており、１枚のウェーハ上に形成されるチップの個数が非常に大きくなっている。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、多数のプローブを設けて複数個のチップを同時に検査できるようにするマルチプロービングが行われている。近年、同時に検査するチップ数は益々増加し、ウェーハ上のすべての半導体チップを同時に検査する試みも行われている。そのため、電極パッドとプローブを接触させる位置合わせの許容誤差が小さくなっており、プローバにおける移動の位置精度を高めることが求められている。

【0006】

一方、スループットを増加するもっとも簡単な方法として、プローバの台数を増加させることが考えられるが、プローバの台数を増加させると、製造ラインにおけるプローバの設置面積も増加するという問題を生じる。また、プローバの台数を増加させると、その分装置コストも増加することになる。そのため、設置面積の増加や装置コストの増加を抑えてスループットを増加させることが求められている。

【0007】

このような背景のもと、例えば特許文献１には、複数の測定部を備えた試験装置（マルチステージ式のプローバ）が提案されている。この試験装置では、ウェーハとプローブカードとの相対的な位置合わせを行うアライメント装置が各測定部間を相互に移動できるように構成されている。

【0008】

また、プローバでは、正確に測定するためにはプローブとウェーハ上の電極パッドとを均一にコンタクトさせる必要がある。そのため、プローバには、プローブカードとウェーハとを平行にすることが求められている。しかしながら、プローバでは、測定環境が高温、又は低温に温調しながら測定を実行しているため、各部の温度と熱膨張の関係からプローブカードとウェーハとの平行を維持することが難しい。

【0009】

プローブカードとウェーハとの平行を維持するために、例えば、プローブカードを保持する機構側に角度傾斜機構を設けたり、ウェーハチャックを保持する機構側に角度傾斜機構を設けたりすることが考えられる。しかしながら、前者の方法は、特に上述したマルチステージ式のプローバにおいて、測定部毎に角度傾斜機構を設ければならず、後者の方法に比べて構造面やコスト面で不利になる。

【0010】

例えば、特許文献２に開示されたプローバは、ウェーハチャックを保持する機構側に角度傾斜機構を備えている。このプローバは、上方確認カメラによりプローブカードの傾斜の程度を確認し、傾斜の程度に基づいてウェーハを保持するウェーハチャックを傾斜機構により傾けることで、プローブカードとウェーハとの平行を維持することが可能となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１４－１５０１６８号公報

【特許文献2】特開２０１７－０６９４２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、特許文献２に開示されたプローバでは、ウェーハチャックを傾斜させる場合、ウェーハを搭載するウェーハチャックと上方確認カメラとの間に相対的な位置関係の変化が生じ、プローブを精度良く検出することが困難となり、ウェーハ上の電極パッドとプローブとの間で良好なコンタクトを実現することができなくなるおそれがある。

【0013】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、プローブカードの傾きに左右されることなく、プローブを精度良く検出することができ、ウェーハ上の電極パッドとプローブとの間で良好なコンタクトを実現することができるプローバ及びプローブ検査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】

【0014】

第１態様のプローバは、複数の測定部を備え、複数の測定部の各々には、ウェーハを保持する保持面を有するウェーハチャックと、保持面に対向する面に複数のプローブを有するプローブカードと、が設けられたプローバであって、複数の測定部間を移動可能に構成され、且つ、移動先測定部において、ウェーハチャックを着脱自在に支持し、プローブカードに対するウェーハチャックの相対的な位置合わせを行うアライメント装置を備え、アライメント装置は、プローブカードに対向する位置で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、ウェーハチャックとプローブ位置検出カメラとを一体に傾斜させる傾斜機構と、を有する。

【0015】

第２態様のプローバにおいて、アライメント装置は、ウェーハチャック及びプローブ位置検出カメラを共通に支持する共通支持部を有し、傾斜機構は、共通支持部を傾斜させることで、ウェーハチャックとプローブ位置検出カメラとを一体に傾斜させる。

【0016】

第３態様のプローバにおいて、アライメント装置は、ウェーハチャックを保持面に平行な方向に、プローブカードに対して相対的に移動させる移動機構を含み、傾斜機構は、移動機構と共通支持部との間に設けられる。

【0017】

第４態様のプローバにおいて、プローブカードの傾斜角度を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて、プローブカードに対して保持面が平行となるように傾斜機構を制御する制御手段と、を備える。

【0018】

第５態様のプローバにおいて、検出手段は、プローブ位置検出カメラの検出結果に基づいてプローブカードの傾斜角度を検出する。

【0019】

第６態様のプローバにおいて、アライメント装置は、プローブの先端部をクリーニングするためのクリーニング板を有し、傾斜機構は、ウェーハチャックと一体にクリーニング板を傾斜させる。

【0020】

第７態様のプローブ検査方法は、複数の測定部を備え、複数の測定部の各々には、ウェーハを保持する保持面を有するウェーハチャックと、保持面に対向する面に複数のプローブを有するプローブカードと、複数の測定部間を移動可能に構成され、且つ、移動先測定部において、ウェーハチャックを着脱自在に支持し、プローブカードに対するウェーハチャックの相対的な位置合わせを行うアライメント装置と、を備え、アライメント装置が、プローブカードに対向する位置で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、ウェーハチャックを傾斜させる傾斜機構と、を有するプローバにおけるプローブ検査方法であって、プローブカードの傾斜角度を検出する検出ステップと、検出ステップの検出結果に基づいて、傾斜機構を制御し、プローブカードに対して保持面が平行となるように、ウェーハチャックとプローブ位置検出カメラとを一体に傾斜させる傾斜制御ステップと、を備える。

【0021】

第８態様のプローブ検査方法において、検出ステップは、プローブ位置検出カメラの検出結果に基づいてプローブカードの傾斜角度を検出することを含む。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、プローブカードの傾きに左右されることなく、プローブを精度良く検出することができ、ウェーハ上の電極パッドとプローブとの間で良好なコンタクトを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は本発明の実施形態に係るプローバの全体構成を示した外観図である。

【図2】図２は図１に示したプローバを示した平面図である。

【図3】図３は測定ユニットの構成を示した概略図である。

【図4】図４は測定部の構成を示した概略図である。

【図5】図５は制御部の機能ブロック図である。

【図6】図６はプローブ検査方法の流れを示すフローチャートである。

【図7】図７はプローブ検査方法を説明するための図である。

【図8】図８はプローバのクリーニング板を使用したクリーニング処理を説明するための図である。

【図9】図９はプローバのプローブ位置検出カメラの観察方向を外側に向けて観察する場合を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

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。

【0025】

［プローバ］
図１及び図２は、本発明の実施形態に係るプローバの全体構成を示した外観図と平面図である。

【0026】

図１及び図２に示すように、実施形態のプローバ１０は、検査するウェーハＷ（図４参照）を供給及び回収するローダ部１４と、ローダ部１４に隣接して配置された測定ユニット１２とを備えている。プローバ１０は、測定ユニット１２が複数の測定部１６を備えたマルチステージ式のプローバである。ウェーハＷがローダ部１４から各測定部１６に供給されると、各測定部１６はウェーハＷの各半導体チップの電気的特性の検査（ウェーハレベル検査）を行う。そして、各測定部１６で検査されたウェーハＷはローダ部１４により回収される。なお、プローバ１０は、操作パネル２１、各部を制御する制御部９０（図５参照）等も備えている。

【0027】

ローダ部１４は、ロードポート１８と、搬送ユニット２２とを有する。ロードポート１８には、ウェーハカセット２０が載置される。搬送ユニット２２は、各測定部１６とウェーハカセット２０との間でウェーハＷを搬送する。搬送ユニット２２は、図示しない搬送ユニット駆動機構を備えており、Ｘ軸方向、及びＺ軸方向に移動可能に構成されると共に、θ方向（Ｚ軸方向周り）に回転可能に構成されている。また、搬送ユニット２２は、上記搬送ユニット駆動機構により前後に伸縮自在に構成された搬送アーム２４を備えている。搬送アーム２４の上面部には図示しない吸着パッドが設けられており、搬送アーム２４は、この吸着パッドでウェーハＷの裏面を真空吸着してウェーハＷを保持する。これにより、ウェーハカセット２０内のウェーハＷは、搬送ユニット２２の搬送アーム２４によって取り出され、その上面に保持された状態で測定ユニット１２の各測定部１６に搬送される。また、検査の終了した検査済みのウェーハＷは逆の経路で各測定部１６からウェーハカセット２０に戻される。

【0028】

図３は、測定ユニット１２の構成を示した図である。

【0029】

図３に示すように、測定ユニット１２は、複数の測定部１６が多段状に積層された積層構造（多段構造）を有しており、各測定部１６はＸ軸方向及びＺ軸方向に沿って２次元的に配列されている。実施形態では、一例として、Ｘ軸方向に４つの測定部１６がＺ方向に３段積み重ねられている。なお、各測定部１６は、いずれも同一の構成を有しており、後述するように、テストヘッド５４、ウェーハチャック５０及びプローブカード５６等を備えて構成される。

【0030】

測定ユニット１２は、複数のフレームを格子状に組み合わせた格子形状を有する筐体１１を備えている。この筐体１１は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向にそれぞれ延び、格子状に組み合わされた複数のフレーム１３により構成される。

【0031】

アライメント装置７０は、それぞれの段毎に設けられており、各階層（各段）に配置された複数の測定部１６間で相互に移動可能に構成されている。すなわち、アライメント装置７０は、同一の階層（段）に配置される複数（実施形態では４つ）の測定部１６間で共有されており、同一の階層に配置された複数の測定部１６間を相互に移動する。

【0032】

［測定部］
次に、測定部１６の構成について説明する。図４は、測定部１６の構成を示した概略図である。

【0033】

図４に示すように、測定部１６は、ウェーハチャック５０と、ヘッドステージ５２と、テストヘッド５４と、プローブカード５６と、を備えている。

【0034】

テストヘッド５４は、図示しないテストヘッド保持部によりヘッドステージ５２の上方に支持されている。テストヘッド５４は、プローブカード５６のプローブ６６に電気的に接続され、電気的特性検査のために各半導体チップに電源及びテスト信号を供給すると共に、各半導体チップからの出力信号を検出して正常に動作するかを測定する。

【0035】

ヘッドステージ５２は、筐体の一部を構成するフレーム（不図示）に支持されている。ヘッドステージ５２には、ポゴフレーム（不図示）の平面形状に対応した円形状の開口からなるポゴフレーム取付部（不図示）を有する。ポゴフレームのヘッドステージ５２への固定方法は特に限定されるものでない。

【0036】

実施形態では、ポゴフレームを図示していないが、ポゴフレームは、テストヘッド５４の下面に形成される各端子とプローブカード５６の上面に形成される各端子とを電気的に接続する多数のポゴピン（不図示）を備えている。また、ポゴフレームの上面（テストヘッド５４に対向する面）及び下面（プローブカード５６に対向する面）の外周部には、それぞれリング状のシール部材（不図示）が形成されている。そして、図示しない吸引手段により、テストヘッド５４とポゴフレームと上面側シール部材で囲まれた空間、及びプローブカード５６とポゴフレームと下面側シール部材で囲まれた空間が減圧されることにより、テストヘッド５４、ポゴフレーム、及びプローブカード５６が一体化される。

【0037】

プローブカード５６は、ウェーハＷの各半導体チップの電極パッドに対応した多数のプローブ６６を有する。各プローブ６６は、プローブカード５６の下面（ウェーハチャック５０に対向する面）から下方に向けて突出して形成されており、プローブカード５６の上面に設けられる各端子に電気的に接続されている。したがって、テストヘッド５４、ポゴフレーム（不図示）、及びプローブカード５６が一体化されると、各プローブ６６は、ポゴフレームを介してテストヘッド５４の各端子に電気的に接続される。なお、実施形態のプローブカード５６は、検査するウェーハＷの全半導体チップの電極パッドに対応した多数のプローブ６６を備えており、各測定部１６ではウェーハチャック５０に保持されたウェーハＷ上の半導体チップの同時検査が行われる。

【0038】

ウェーハチャック５０は、上面にウェーハＷを保持する保持面５０Ａを有する。保持面５０Ａは平面で構成され、真空吸着等によりウェーハＷを吸着して固定する。ウェーハチャック５０は、アライメント装置７０に着脱自在に支持され、アライメント装置７０によってＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、及びθ方向に移動可能となっている。また、ウェーハチャック５０の保持面５０Ａ（ウェーハ載置面）の外周部にはリング状のシール部材（不図示）が設けられている。そして、図示しない吸引手段により、プローブカード５６とウェーハチャック５０とシール部材で囲まれた空間が減圧されることにより、ウェーハチャック５０がプローブカード５６に向かって引き寄せられる。これにより、プローブカード５６の各プローブ６６がウェーハＷの各半導体チップの電極パッドに接触して検査を開始可能な状態となる。

【0039】

ウェーハチャック５０の内部には、半導体チップを高温状態（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（不図示）が設けられている。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、又は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。

【0040】

（アライメント装置）
測定ユニット１２は、図４に示すように、ウェーハチャック５０を着脱自在に支持するアライメント装置７０を備えている。アライメント装置７０は、Ｚ軸移動回転部７２と、Ｚ軸移動回転部７２に取り付けられたプローブ位置検出カメラ８２及びクリーニング板８４と、Ｚ軸移動回転部７２を支持する支持テーブル７４と、支持テーブル７４を支持する角度傾斜機構７６と、角度傾斜機構７６を支持するＸＹステージ７８と、を有する。

【0041】

Ｚ軸移動回転部７２は、ウェーハチャック５０を着脱自在に支持する上面７２Ａを、Ｚ軸方向に移動すると共に、Ｚ軸方向と平行な中心軸ＣＬを回転中心として回転させる。これにより、Ｚ軸移動回転部７２は、上面７２Ａに着脱自在に支持されるウェーハチャック５０をＺ軸方向に移動させると共に、中心軸ＣＬを中心に回転させる。

【0042】

プローブ位置検出カメラ８２は、プローブカード５６に対向する位置において、プローブカード５６のプローブ６６を撮像する。このプローブ位置検出カメラ８２にて撮像されたプローブ６６の撮像画像に基づき、プローブ６６の先端位置を検出することができる。具体的には、プローブ６６の先端位置のＸＹ座標はプローブ位置検出カメラ８２の撮像画像における位置座標（ＸＹ座標）から検出され、プローブ６６の先端位置のＺ座標はプローブ位置検出カメラ８２の焦点位置から検出される。プローブ６６の位置の検出は、制御部９０のプローブ位置検出部９３（図５参照）により実行される。

【0043】

クリーニング板８４は、プローブ６６の先端部に付着した削りカス或いは異物等のゴミを除去する。具体的には、プローブ６６とクリーニング板８４とを接触させた状態で、両者を相対的に移動、振動、又は揺動等することで、プローブ６６の先端部のゴミ等がクリーニング板８４により除去され、プローブ６６の先端部がクリーニングされる。

【0044】

実施形態では、プローブ位置検出カメラ８２は保持部材８５を介して、Ｚ軸移動回転部７２に一体に取り付けられている。また、クリーニング板８４は、保持部材８７を介してプローブ位置検出カメラ８２に一体に取りけられた上下ステージ８８の上面に取り付けられている。上下ステージ８８は中心軸ＣＬに平行な方向にクリーニング板８４を移動させる。ただし、この構造に限定されず、プローブ位置検出カメラ８２及びクリーニング板８４はＺ軸移動回転部７２に別々に取り付けられてもよいし、またＺ軸移動回転部７２とは別の部材に取り付けられてもよい。

【0045】

支持テーブル７４は、Ｚ軸移動回転部７２の下面側に配置される。すなわち、Ｚ軸移動回転部７２は、支持テーブル７４の上面７４Ａに支持される。Ｚ軸移動回転部７２の上面７２Ａにはウェーハチャック５０が支持され、且つ保持部材８５を介してプローブ位置検出カメラ８２が取り付けられている。そのため、後述する角度傾斜機構７６により支持テーブル７４を傾斜させることにより、支持テーブル７４にＺ軸移動回転部７２を介して支持されるウェーハチャック５０及びプローブ位置検出カメラ８２を一体に傾斜させることが可能である。なお、支持テーブル７４が、図示しない支持部材を介してプローブ位置検出カメラ８２を支持する構成であってもよい。また、支持テーブル７４を省略して、後述する角度傾斜機構がＺ軸移動回転部７２を直接的に支持する構成であってもよい。支持テーブル７４は、本発明の共通支持部の一例である。

【0046】

角度傾斜機構７６は、支持テーブル７４とＸＹステージ７８との間に配置され、支持テーブル７４を支持し、且つ支持テーブル７４を傾斜させる。すなわち、角度傾斜機構７６は、ウェーハチャック５０及びプローブ位置検出カメラ８２を共通に支持する支持テーブル７４を傾斜させることで、ウェーハチャック５０及びプローブ位置検出カメラ８２を一体に傾斜させることが可能となっている。角度傾斜機構７６は、本発明の傾斜機構の一例である。

【0047】

角度傾斜機構７６は、支持テーブル７４の水平方向（ＸＹ方向）に対する傾斜角度を任意に変更できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、以下のような構成を好ましく採用することができる。

【0048】

角度傾斜機構７６は、支持テーブル７４の下面を３点で支持する３つの昇降支持部材を備え、各昇降支持部材を昇降させることで、各昇降支持部材により支持される支持テーブル７４の各支持点の高さを相互に変化させることによって、支持テーブル７４の水平方向に傾斜角度を任意に変化させる。なお、角度傾斜機構７６は、このような構成に限らず、公知の構成を適宜採用することが可能である。

【0049】

ＸＹステージ７８は、角度傾斜機構７６を支持し、且つＺ軸移動回転部７２に着脱自在に支持されたウェーハチャック５０をＸＹ方向（すなわち、ウェーハチャック５０の保持面５０Ａに平行な方向）に、プローブカード５６に対し、相対的に移動させる。

【0050】

ＸＹステージ７８は、アライメント装置７０を同じ階層の複数の測定部１６間を相互に移動させるため、測定ユニット１２の各階層に設けられたガイドレール（不図示）と、駆動機構（不図示）と、ガイドレール上を移動する搬送パレット（不図示）とを備えている。

【0051】

ＸＹステージ７８は、さらに、搬送パレットに載置されるベースと、ベースに載置され、Ｙ軸方向に移動可能なＹ移動ステージと、Ｙ移動ステージに載置され、Ｘ軸方向に移動可能なＸ移動ステージと、を含むことができる。ＸＹステージ７８は、本発明の移動機構の一例である。

【0052】

アライメント装置７０は、ウェーハチャック５０を着脱自在に支持するＺ軸移動回転部７２と、Ｚ軸移動回転部７２を支持するＸＹステージ７８とを備えるので、ウェーハチャック５０を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θ方向に移動させて、プローブカード５６に対するウェーハチャック５０の相対的な位置合わせを行うことができる。アライメント装置７０は、本発明のアライメント装置の一例である。

【0053】

なお、図示は省略したが、アライメント装置７０は、ウェーハ位置合わせカメラを備えている。ウェーハ位置合わせカメラは、搬送パレット上におけるＺ軸移動回転部７２の側方位置で、且つウェーハチャック５０よりもＺ軸方向上方側に保持されている。ウェーハ位置合わせカメラは、ウェーハチャック５０に保持されているウェーハＷを撮像する。このウェーハ位置合わせカメラにより撮像された撮像画像に基づき、検査対象のウェーハＷ上の半導体チップの電極パッドの位置を検出することができる。

【0054】

（制御部）
図５は、プローバ１０の制御部９０の機能ブロック図である。なお、図５では、アライメント装置７０の動作に係る構成を示し、他の制御に係る構成については図示を省略している。

【0055】

図５に示す制御部９０は、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。各種のプロセッサには、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［例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）］等が含まれる。なお、制御部９０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。

【0056】

この制御部９０は、各種の通信インタフェース（不図示）を介して、既述のＺ軸移動回転部７２、角度傾斜機構７６、ＸＹステージ７８、及びプローブ位置検出カメラ等と接続されている。

【0057】

制御部９０は、中央制御部９１、移動制御部９２、プローブ位置検出部９３、及び傾斜角度検出部９４等を備える。中央制御部９１、移動制御部９２、プローブ位置検出部９３、及び傾斜角度検出部９４はメモリ等から読み出した不図示の制御プログラムを実行することで、各部の機能を発揮する。

【0058】

中央制御部９１は、移動制御部９２、プローブ位置検出部９３、及び傾斜角度検出部９４等の制御を管理する。すなわち、中央制御部９１は、制御部９０の動作全体を管理する。また、中央制御部９１は、操作パネル２１からのオペレータの指示を受け付ける。

【0059】

プローブ位置検出部９３は、プローブ位置検出カメラ８２が撮像した撮像画像に基づき、プローブ６６の先端位置を検出する。このプローブ位置検出部９３によるプローブ６６の先端位置の検出は、アライメント装置７０が移動された測定部１６でウェーハＷを検査する際に実行される。プローブ位置検出部９３により検出されたプローブ６６の先端位置の情報は移動制御部９２に出力される。プローブ６６の先端位置の情報は、図示しないメモリ等に記憶されてもよい。

【0060】

傾斜角度検出部９４は、プローブ位置検出部９３により検出された複数のプローブ６６の先端位置の情報に基づいて、プローブカード５６の傾斜角度を検出する。ここで、各プローブ６６の先端位置を通過する平面（以下、プローブ仮想平面という）はプローブカード５６（より具体的には、各プローブ６６を保持するプローブカード本体部分）と平行である。そこで、傾斜角度検出部９４は、プローブ位置検出部９３により検出された複数のプローブ６６の先端位置の情報（すなわち、各プローブ６６の先端のＸＹＺ座標）からプローブ仮想平面を求め（近似推定する場合を含む）、プローブ仮想平面の傾斜角度を算出することで、プローブカード５６の傾斜角度を検出する。なお、プローブカード５６（又はプローブ仮想平面）の傾斜角度とは、水平方向（ＸＹ方向）に対する傾斜角度のことである。傾斜角度検出部９４は本発明の検出手段の一例である。

【0061】

移動制御部９２は、図示しない駆動機構を駆動することにより、Ｚ軸移動回転部７２、角度傾斜機構７６、及びＸＹステージ７８の移動を制御する。この移動制御部９２は、ウェーハ位置合わせカメラ（不図示）から入力されたウェーハＷの撮像画像に基づき、ウェーハチャック５０に保持されているウェーハＷの電極パッドの位置情報を取得する。また、移動制御部９２は、プローブ位置検出部９３から取得したプローブ６６の先端位置情報を取得する。

【0062】

さらに移動制御部９２は、電極パッド及びプローブ６６の双方の位置情報に基づいて、Ｚ軸移動回転部７２、及びＸＹステージ７８の移動を制御し、プローブカード５６に対してウェーハチャック５０（ウェーハＷ）を相対移動させる。これにより、プローブ６６とウェーハＷの電極パッドとの相対的な位置合わせ（アライメント）が行われる。

【0063】

また、移動制御部９２は、傾斜角度検出部９４の検出結果（プローブカード５６の傾斜角度）に基づいて、プローブカード５６に対してウェーハチャック５０の保持面５０Ａが平行となるように角度傾斜機構７６を制御する。すなわち、移動制御部９２が、プローブカード５６が水平方向に対して「傾斜有り」と判定すると、プローブカード５６の傾斜角度に応じて、角度傾斜機構７６を制御し、プローブカード５６に対してウェーハチャック５０の保持面５０Ａが平行となるようにウェーハチャック５０とプローブ位置検出カメラ８２とを一体に傾斜させる。一方で、移動制御部９２が、プローブカード５６が水平方向に対して「傾斜無し」と判定すると、角度傾斜機構７６はウェーハチャック５０とプローブ位置検出カメラ８２とを傾斜させない。移動制御部９２は、本発明の傾斜機構を制御する制御手段の一例である。

【0064】

［プローブ検査方法］
次に、実施形態のプローバ１０を用いたプローブ検査方法について説明を行う。図６はプローブ検査方法の流れを示すフローチャートである。図７はプローブ検査方法を説明するための図である。

【0065】

図６に示すように、まず、アライメント装置７０を測定部１６に移動する（ステップＳ１０）。移動先の測定部１６において、アライメント装置７０（のＺ軸移動回転部７２）にはウェーハチャック５０が支持され、ローダ部１４からウェーハＷがウェーハチャック５０に供給される。これにより、ウェーハチャック５０の保持面５０ＡにはウェーハＷが保持される。

【0066】

次に、プローブカード５６の傾斜角度を検出する（ステップＳ１２）。具体的には、図７の７０１に示すように、移動制御部９２がＸＹステージ７８及びＺ軸移動回転部７２を制御して、プローブ位置検出カメラ８２とプローブカード５６との相対位置を変化させながら、プローブ位置検出カメラ８２により撮像された撮影画像に基づき、プローブ位置検出部９３が複数のプローブ６６の先端位置の情報を検出する。そして、プローブ位置検出部９３が検出した複数のプローブ６６の先端位置の情報に基づき、傾斜角度検出部９４がプローブカード５６の傾斜角度を検出する。

【0067】

次に、ステップＳ１２で検出されたプローブカード５６の傾斜角度に基づいて、プローブカード５６の傾斜の有無を判定する（ステップＳ１４）。具体的には、移動制御部９２が、傾斜角度検出部９４の検出結果からプローブカード５６が傾斜しているか否か（プローブカード５６の傾斜の有無）を判定する。ステップＳ１４において、図７の７０１に示すようにプローブカード５６が水平方向に対して傾斜している場合には、移動制御部９２が「傾斜有り」と判定（Ｙｅｓ判定）し、処理はステップＳ１６へ進む。一方、ステップＳ１４において、プローブカード５６が水平方向に対して傾斜していない場合には、移動制御部９２が「傾斜無し」と判定（Ｎｏ判定）し、処理はステップＳ１８へ進む。ステップＳ１４は、本発明の検出ステップの一例である。

【0068】

ステップＳ１４においてＹｅｓ判定が行われた場合、ウェーハチャック５０とプローブ位置検出カメラ８２とを一体に傾斜させる（ステップＳ１６）。すなわち、図７の７０１に示すようにプローブカード５６が水平方向に対して傾斜している場合には、移動制御部９２が傾斜角度検出部９４の検出結果に基づいて、角度傾斜機構７６を制御し、図７の７０２に示すように、プローブカード５６に対してウェーハチャック５０の保持面５０Ａが平行となるようにウェーハチャック５０とプローブ位置検出カメラ８２とを一体に傾斜させる。これにより、プローブカード５６とウェーハＷとを平行にすることができる。ステップＳ１６は本発明の傾斜制御ステップの一例である。

【0069】

次に、ウェーハチャック５０に保持されたウェーハＷとプローブカード５６との相対的な位置合わせ（アライメント）を行う（ステップＳ１８）。具体的には、制御部９０による制御の下、プローブ位置検出カメラ８２がプローブカード５６のプローブ６６の先端を撮像し、プローブ位置検出部９３が撮像画像からプローブ６６の先端位置の情報を検出する。また、図示をしないウェーハ位置合わせカメラにより撮像された撮像画像に基づき、検査対象のウェーハＷ上の半導体チップの電極パッドの位置を検出する。

【0070】

実施形態では、角度傾斜機構７６が、プローブカード５６の傾斜角度に応じて、プローブカード５６と平行となるようにウェーハチャック５０とプローブ位置検出カメラ８２とを一体に傾けるので、プローブカード５６が水平方向（ＸＹ方向）に対して傾斜しているか否かにかかわらず、ウェーハチャック５０（ウェーハＷ）とプローブ位置検出カメラ８２との相対的な位置関係を保ったまま、プローブ位置検出カメラ８２の光軸がプローブカード５６の法線方向と平行となる位置関係でプローブ位置検出カメラ８２がプローブ６６を撮像（すなわち、プローブ位置検出カメラ８２はプローブ６６の先端をプローブカード５６の正面から撮像）できるので、アライメントが行われる際にプローブ６６の先端を精度良く検出できる。

【0071】

次に、移動制御部９２が、プローブ位置検出カメラ８２及びウェーハ位置合わせカメラの撮像画像から検出された結果（位置情報）に基づき、ＸＹステージ７８、及びＺ軸移動回転部７２を駆動し、ウェーハチャック５０に保持されたウェーハＷとプローブカード５６との相対的な位置合わせを行う。なお、ウェーハＷとプローブカード５６との相対的な位置合わせを行う際、ＸＹステージ７８、及びＺ軸移動回転部７２の駆動量（ＸＹＺ方向の移動量及びθ方向の回転量）については、傾斜角度検出部９４が検出したプローブカード５６の傾斜角度（すなわち、角度傾斜機構７６により傾けられたウェーハチャック５０の傾斜角度）に応じた補正量が適用される。なお、補正量の算出方法については既知であるため、ここではその詳細については省略する。

【0072】

ウェーハチャック５０に保持されたウェーハＷとプローブカード５６との相対的な位置合わせが行われた後、図７の７０３の白抜き矢印に示すように、移動制御部９２は、アライメント装置７０のＺ軸移動回転部７２を制御して、ウェーハチャック５０をプローブカード５６に向けて移動する。これにより、図７の７０４に示すように、プローブカード５６の各プローブ６６とウェーハＷの各半導体チップの電極パッドとが接触したコンタクト状態となる（ステップＳ２０）。その際、上述したように、プローブカード５６が水平方向（ＸＹ方向）に対して傾斜しているか否かにかかわらず、プローブカード５６とウェーハチャック５０とが平行となっているので、コンタクトの際に、図７の７０４の太線矢印で示すように、ウェーハＷ上の電極パッドに対し、プローブ６６を真っすぐ押し当てるコンタクトが可能になる。これにより、ウェーハＷに対して各プローブ６６のコンタクトを均一且つ精度よく行うことができる。

【0073】

上記コンタクトが行われた後、ウェーハチャック５０がプローブカード５６に対して真空吸着等により吸着保持される。なお、ウェーハチャック５０の保持面５０Ａにはリング状のシール部材が形成されており、プローブカード５６（又はヘッドステージ５２）とウェーハチャック５０とシール部材とにより囲まれる内部空間を図示しない吸引手段で真空状態にすることで、ウェーハチャック５０がプローブカード５６に対して吸着保持されるようになっている。

【0074】

ウェーハチャック５０がプローブカード５６に対して吸着保持された後、ウェーハチャック５０とＺ軸移動回転部７２との固定が解除され、図７の７０５に示すように、Ｚ軸移動回転部７２が下降する。その後、ウェーハレベル検査が行われる。

【0075】

次に、実施形態のプローバ１０において、クリーニング板８４を用いてプローブ６６のクリーニング処理を行う場合を図８に基づいて説明する。

【0076】

クリーニング処理を行う場合、プローブカード５６に対してクリーニング板８４を相対的に移動させる。具体的には、移動制御部９２は、プローブ位置検出カメラ８２の検出結果に基づいて、Ｚ軸移動回転部７２とＸＹステージ７８を制御してクリーニング板８４を移動させる。次に、クリーニング板８４を支持する上下ステージ８８を昇降させる。そして、プローブカード５６の各プローブ６６に対してクリーニング板８４を接触させた状態で、クリーニング板８４をプローブカード５６に対して相対移動させことにより、各プローブ６６に対するクリーニング処理を行うことができる。

【0077】

実施形態のプローバ１０によれば、図８に示すようにプローブカード５６が水平方向に対して傾斜している場合であっても、角度傾斜機構７６によって、ウェーハチャック５０及びプローブ位置検出カメラ８２と一体となってクリーニング板８４も傾斜させることができるので、プローブカード５６とクリーニング板８４とが平行となった状態でクリーニング処理を行うことが可能となる。これにより、クリーニング板８４が片減りすることを抑制することができ、クリーニング板８４の交換頻度を減らすことが可能となり、ランニングコストを抑制することが可能となる。

【0078】

また、実施形態のプローバ１０によれば、例えば、図９に示すようにプローブカード５６が水平方向に対して傾斜していない場合であっても、角度傾斜機構７６によって、プローブカード５６がウェーハチャック５０に対して非平行な状態となるように、ウェーハチャック５０と一体にプローブ位置検出カメラ８２を角度αだけ傾斜させてもよい。このようにプローブ位置検出カメラ８２の光軸を鉛直方向（Ｚ軸方向）に対して傾斜させることで、プローブ位置検出カメラ８２の観察方向を外側に向けて観察可能範囲を広げることができる。これにより、例えば、３００ｍｍを超える大口径のプローブカード５６又はプローブカード５６の周辺の位置決め用マークなどの検出することができる。

【0079】

［変形例］
上述の実施形態では、プローブカード５６の傾斜角度を検出する検出手段の一例として、傾斜角度検出部９４が、プローブ位置検出部９３により検出されたプローブ６６の先端位置の情報に基づいて、プローブカード５６の傾斜角度を検出する場合を例示したが、これに限らない。例えば、ウェーハチャック５０の保持面５０Ａの互いに異なる複数の位置にそれぞれ距離センサを配置し、各位置に配置された複数の距離センサを用いてプローブカード５６との相対距離を計測し、その計測結果からプローブカード５６の傾斜角度を算出するようにしてもよい。

【0080】

また、上述の実施形態では、プローバ１０が、複数の測定部１６を備えるマルチステージ式のプローバである場合について説明したが、本発明はこれに限らず、１つの測定部のみを備えるプローバにも適用可能である。

【0081】

以上、本発明に係るプローバ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。

【符号の説明】

【0082】

１０ プローバ、１１ 筐体、１２ 測定ユニット、１３ フレーム、１４ ローダ部、１６ 測定部、１８ ロードポート、２０ ウェーハカセット、２１ 操作パネル、２２ 搬送ユニット、２４ 搬送アーム、５０ ウェーハチャック、５０Ａ 保持面、５２ ヘッドステージ、５４ テストヘッド、５６ プローブカード、６６ プローブ、７０ アライメント装置、７２ Ｚ軸移動回転部、７２Ａ 上面、７４ 支持テーブル、７４Ａ 上面、７６ 角度傾斜機構、７８ ＸＹステージ、８２ プローブ位置検出カメラ、８４ クリーニング板、８５ 保持部材、８７ 保持部材、８８ 上下ステージ、９０ 制御部、９１ 中央制御部、９２ 移動制御部、９３ プローブ位置検出部、９４ 傾斜角度検出部、ＣＬ 中心軸、Ｗ ウェーハ、α 角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】