JP4218816B2 - 針荷重測定方法、検査方法及び検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、針荷重測定方法、検査方法及び検査装置に関し、更に詳しくは検査時のプローブによる針荷重をリアルタイムで監視することができ、また、適正な針荷重を設定することができる針荷重測定方法、検査方法及び検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から被検査体（例えば、ウエハ）の検査装置としてプローブ装置が広く用いられている。従来のプローブ装置は、例えば図４に示すように、ウエハＷを載置するウエハチャック１と、ウエハチャック１を支持するＸステージ２と、Ｘステージ２を支持するＹステージ３と、これらを支持する基台４とを備え、ウエハＷの検査時にはウエハチャック１がＸ、Ｙステージ２、３を介してＸ、Ｙ方向へ移動すると共に図示しない昇降駆動機構を介してＺ方向に昇降する。Ｘステージ２はＸ方向駆動機構５を介してＹステージ３上でＸ方向レール６に従って往復移動し、Ｙステージ３はＹ方向駆動機構７を介して基台４上でＹ方向レール８に従って往復移動する。Ｘ、Ｙ方向駆動機構５はそれぞれモータ７Ａ（Ｘ方向駆動機構のモータは図示せず）及びボールネジ５Ｂ、７Ｂを有し、ボールネジ５Ｂ、７ＢがそれぞれＸ、Ｙステージ２と螺合し、Ｘ、Ｙステージ２、３をそれぞれ移動させる。そして、ウエハチャックは昇降駆動機構を介してＺ方向に昇降し、その上方に配置されたプローブカード９のプローブ９Ａと電気的に接触し、ウエハＷのＩＣチップの電気的特性検査を行う。ウエハの検査中にはウエハチャック１のオーバードライブ量を一定値に制御してウエハＷとプローブ９Ａを電気的に接触させるようにしている。
【０００３】
オーバードライブ量はプローブ９Ａの特性に合わせてプローブカード９毎に規定されており、この規定値に基づいてオーバードライブ量を設定し、検査時に所定の針荷重を確保するようにしている。尚、１０Ａ、１０ＢはウエハＷとプローブカード９の位置合わせを行う位置合わせ機構で、ウエハＷの検査に先立ってウエハＷとプローブ９Ａの位置合わせを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の検査装置の場合には、一旦オーバードライブ量を設定すれば検査中にウエハＷの発熱等の影響によりプローブカード９のマザーボードに熱変形等があっても検査終了まで一定のオーバードライブ量で検査を行うため、ウエハＷの場所によって針荷重が小さすぎてウエハＷとプローブ９Ａの接触不良を生じたり、また、場合によっては針荷重が大きすぎてプローブカード９を傷めたりすることがある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、被検査体とプローブの接触状況（針荷重）をリアルタイムで監視することができ、ひいてはプローブカード等の損傷を防止することができる針荷重測定方法及び検査装置を提供することを目的としている。また、被検査体の検査に先立ち適正な針荷重を設定することができる検査方法を併せて提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、針荷重を直接測定する方法について種々検討した結果、針荷重によりウエハチャックが僅かではあるが沈み込むことが判った。このウエハチャックの沈下はプローブからの針荷重によってボールネジと螺合するナット部材の弾性変形に起因することが判った。更に、この沈み量と針荷重の関係を詳細に検討した結果、これら両者間には一定の関係が存在することを知見した。
【０００７】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、請求項１に記載の針荷重測定方法は、被検査体を載置する載置台をボールネジ及びナット部材を有する昇降駆動機構を介してオーバードライブさせ、上記被検査体と複数のプローブを接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行う際に発生する針荷重を測定する方法であって、上記載置台に付与される針荷重とこの針荷重による上記載置台の沈み量との関係を予め求める工程と、上記載置台をオーバードライブさせて上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与されない場合の上記載置台のオーバードライブ量と、上記載置台を上記複数のプローブに対してオーバードライブさせて上記複数のプローブから付与される針荷重によって上記ボールネジと上記ナット部材間に作用する圧縮力で上記ナット部材が弾性変形する場合の上記載置台の実際のオーバードライブ量と、の差に基づいて上記載置台の沈み量を求める工程と、上記針荷重と上記載置台の沈み量との関係に基づいて、上記の２つのオーバードライブ量に基づいて求められた上記載置台の沈み量に相当する上記複数のプローブの上記針荷重を求める工程と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の針荷重測定方法は、請求項１に記載の発明において、上記載置台の沈み量を求める工程は、上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与されない場合のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記オーバードライブ量として検出する工程と、上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与される場合の実際のオーバードライブにより昇降する載置台の昇降量を上記実際のオーバードライブ量として検出する工程と、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載の検査方法は、被検査体を載置する載置台をボールネジ及びナット部材を有する昇降駆動機構を介してオーバードライブさせ、上記被検査体と複数のプローブを接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行う検査方法であって、上記載置台に付与される針荷重とこの針荷重による上記載置台の沈み量との関係を示す、予め求められたデータを保存する工程と、上記載置台のオーバードライブにより上記被検査体に付与される針荷重を予め設定する工程と、上記載置台をオーバードライブさせて上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与されない場合の上記載置台のオーバードライブ量と、上記被検査体が載置された上記載置台を上記複数のプローブに対してオーバードライブさせて上記複数のプローブから付与される予め設定された上記針荷重によって上記ボールネジと上記ナット部材間に作用する圧縮力で上記ナット部材が弾性変形する場合の上記載置台の実際のオーバードライブ量と、の差に基づいて上記載置台の沈み量を求める工程と、上記針荷重と上記載置台の沈み量との関係を示すデータに基づいて、上記の２つのオーバードライブ量に基づいて求められた上記載置台の沈み量に相当する上記複数のプローブの上記針荷重を求める工程と、上記被検査体の電気的特性を検査する時に求められる上記針荷重を、予め設定された上記針荷重の範囲内になるようにオーバードライブ量を調節する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載の検査方法は、請求項３に記載の発明において、上記載置台の沈み量を求める工程は、上記載置台に上記複数のプローブから針荷重が付与されない場合のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記オーバードライブ量として検出する工程と、上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与される場合の実際のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記実際のオーバードライブ量として検出する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項５に記載の検査装置は、被検査体を載置する載置台と、この載置台を昇降させるボールネジ及びナット部材を有する昇降駆動機構と、この昇降駆動機構を介して上記載置台上の被検査体と電気的に接触する複数のプローブと、を備えた検査装置において、上記載置台に付与される針荷重とこの針荷重による上記載置台の沈み量との関係を示す、予め求められたデータを保存する記憶部と、上記載置台が上記昇降駆動機構を介してオーバードライブして上記載置台に針荷重が付与されない場合の上記載置台のオーバードライブ量を測定すると共に、上記載置台が上記昇降駆動機構を介して上記複数のプローブに対してオーバードライブして上記複数のプローブから付与される針荷重によって上記ボールネジと上記ナット部材間に作用する圧縮力で上記ナット部材が弾性変形する場合の上記載置台の実際のオーバードライブ量を測定する測定機構と、上記測定機構で測定された上記オーバードライブ量と上記実際のオーバードライブ量との差に基づいて上記載置台の沈み量を求めると共に、ここで求められた上記載置台の沈み量に相当する上記複数のプローブの針荷重を上記針荷重と上記載置台の沈み量との関係を示す上記データに基づいて求める演算処理部と、を有することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項６に記載の検査装置は、請求項５に記載の発明において、上記測定機構は、上記載置台に上記複数のプローブから針荷重が付与されない場合のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記オーバードライブ量として検出する第１検出機構と、上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与される場合の実際のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記実際のオーバードライブ量として検出する第２検出機構と、を有し、上記演算処理部は、上記オーバードライブ量と上記実際のオーバードライブ量との差に基づいて上記載置台の沈み量を求めることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項７に記載の検査装置は、請求項５または請求項６に記載の発明において、上記測定機構は、上記載置台の複数個所において上記オーバードライブ量と上記実際のオーバードライブ量をそれぞれ測定することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のものである。
また、本発明の請求項８に記載の検査装置は、請求項６に記載の発明において、上記第１検出機構は、上記昇降駆動機構の上記ボールネジの回転量に基づいて上記オーバードライブ量を検出することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項９に記載の検査装置は、請求項６に記載の発明において、上記第２検出機構は、上記載置台の垂直方向の位置を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
まず、本実施形態の検査装置について説明する。本実施形態の検査装置は、例えば図１に示すように、ウエハＷを載置するウエハチャック１１と、このウエハチャック１１をボールネジ１２及びナット部材１３を介して昇降させるモータ１４と、これらの部品を支持するＸステージ１５と、モータ１４等の駆動機構を制御する制御装置１６とを備えている。Ｘステージ１５の略中央には穴１５Ａが形成され、この穴１５Ａ内にモータ１４が配置されている。モータ１４にはボールネジ１２が連結され、このボールネジ１２が穴１５Ａから垂直上方に延びている。ボールネジ１２にはナット部材１３が螺合し、ボールネジ１２の正逆回転でナット部材１３がボールネジ１２に従って昇降する。ナット部材１３はウエハチャック１１の下面中央から垂下する中空状のＺ軸１７の下端に取り付けられ、ナット部材１３と螺合するボールネジ１２がＺ軸１７内に挿入されている。これによりウエハチャック１１はモータ１４の正逆回転によりボールネジ１２、ナット部材１３及びＺ軸１７を介して昇降する。ウエハチャック１１から垂下するＺ軸１７はＸステージ１５に取り付けられたＺ軸ガイド１８を介して垂直方向で昇降する。
【００１３】
また、図１に示すようにウエハチャック１１の上方には複数のプローブ１９Ａを有するプローブカード１９が配設され、Ｘステージ１５上でウエハチャック１１がオーバードライブすることによりウエハＷとプローブ１９Ａが電気的に接触してウエハＷに形成されたＩＣチップの電気的特性検査を行う。
【００１４】
また、図１に示すようにモータ１４にはロータリーエンコーダ２０が第１検出機構として取り付けられている。ロータリーエンコーダ２０はモータ１４の回転数に基づいてウエハチャック１１の昇降量（昇降距離）を検出する。また、Ｘステージ１５上にはリニアスケール２１が第２検出機構として設けられていると共にウエハチャック１１にはリニアセンサ２２が設けられ、リニアセンサ２２によってリニアスケール２１の目盛り２１Ａを読み取り、ウエハチャック１１の実際の垂直方向の昇降距離を検出する。尚、以下ではリニアスケールとリニアセンサ２２を含めてリニアエンコーダ２４として説明する。
【００１５】
ところで、ウエハチャック１１は、オーバードライブによりプローブ１９Ａと電気的に接触した時の針荷重によって僅かに沈み込む。即ち、図１に示すようにモータ１４が駆動しボールネジ１２、ナット部材１３及びＺ軸１７を介してウエハチャック１１がＺ方向に上昇し、プローブカード１９のプローブ１９Ａと接触し、更にウエハチャック１１がオーバードライブすると、プローブ１９ＡからウエハＷに針荷重が掛かる。Ｚ軸１７下端のナット部材１３はボールネジ１２と螺合しているため、ボールネジ１２はナット部材１３を介して針荷重を受ける。この際、ボールネジ１２とナット部材１３間に圧縮力が働いてナット部材１３が弾性変形するため、ウエハチャック１１が垂直下方へ変位する。この様子を図２に模式的に示した。図２に示すように本来太線で示した位置から一点鎖線で示した位置までオーバードライブ（オーバードライブ量＝Ｌ’）する筈のウエハチャック１１は、ナット部材１３の弾性変形によりウエハチャック１１が一点鎖線位置から細線位置まで垂直方向に沈み込む。そのため、図２に示すようにリニアエンコーダ２４によって検出されたオーバードライブ量Ｌはロータリーエンコーダ２０によって検出されたオーバードライブ量Ｌ’よりもウエハチャック１１が沈み量δだけ小さくなり、両者間に差δが生じる。
【００１６】
そこで、針荷重と沈み量δとの関係を把握するために、ウエハチャック１１への荷重を変化させ、その都度ロータリーエンコーダ２０及びリニアエンコーダ２４を使用して沈み量δを検出した結果、針荷重と沈み量δとの間には例えば図３に示す相関関係のあることが判った。この関係を数式あるいは一覧表として制御装置１６の記憶部１６Ａに記憶させてある。針荷重と沈み量δの関係を把握しておけば、制御装置１６の演算処理部１６Ｂにおいてロータリーエンコーダ２０による検出値とリニアエンコーダ２４による検出値の差をウエハチャック１１の沈み量δとして求め、図３に示す関係から沈み量δに対する針荷重を表示装置２３へ表示するため、針荷重をリアルタイムで把握することができる。また逆に、図３に示す関係を用いて沈み量δから所望の針荷重を設定することができる。例えば、２５ｋｇ・ｆの針荷重を設定する時には沈み量δを１０μｍに設定し、この設定値に基づいてウエハチャック１１を制御する。針荷重と沈み量δの関係はネジ径、リード、ナット部材のネジ溝の巻き数、ボール径等の寸法によって変化する。針荷重と沈み量δの関係は検査装置毎に求める。また、針荷重の許容範囲となる上限値及び下限値を予め表示装置２３やキーボード等を用いて設定しておけば、許容範囲を逸脱した時には比較部１６Ｃにおいてその旨判断し、モータ１４を逆回転させて針荷重を適正値に保つことができる。更に過負荷によるプローブカード１９の損傷を未然に防止することもできる。
【００１７】
また、沈み量δの検出精度はモータ１４の駆動部の分解能及びリニアエンコーダ２４の分解能に依存する。例えば、これら両者の分解能が０．１μｍであると仮定すれば、針荷重の分解能は０．２５ｋｇ・ｆになる。最近ではリニアエンコーダ２４の分解能は８×１０−５μｍ程度まで上がってきている。従って、モータ１４として高分解能のロータリーエンコーダ付きサーボモータを使用すれば、針荷重の分解能は０．２ｇ・ｆまで上げることができる。
【００１８】
次に、本実施形態の針荷重測定方法について説明する。
ウエハチャック１１上にウエハＷを載置し、位置合わせ機構でウエハＷとプローブカード１９を位置合わせした後、ウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動して最初の検査位置へ移動する。この位置でモータ１４が駆動すると、ウエハチャック１１はボールネジ１２、ナット１３及びＺ軸１７を介してＺ軸ガイド１８に従って上昇する。ウエハチャック１１が上昇しウエハＷとプローブ１９Ａが接触した後、更にウエハチャック１１がオーバードライブする。ロータリーエンコーダ２０はモータ駆動によるオーバードライブ量Ｌ’を検出し、検出値を制御装置１６の演算処理部１６Ｂへ出力する。リニアエンコーダ２４はリニアセンサ２２を介してリニアスケール２１の目盛りから実際のオーバードライブ量Ｌを検出し、検出値を制御装置１６の演算処理部１６Ｂへ出力する。演算処理部１６Ｂでは両検出値Ｌ、Ｌ’に基づいて沈み量δを求め、図３に示す相関関係を表す数式から沈み量δに対応する針荷重を求め、その針荷重を表示装置２３へ表示する。これにより針荷重をリアルタイムで把握することができる。また、針荷重を記憶部１６Ａに逐次記録することにより針荷重の分布状態も知ることができる。そして、検査を行っている間にプローブカード１９が熱変形等があっても針荷重が許容範囲を逸脱した時には比較部１６Ｃを介してモータ１４を逆回転させて針荷重を許容範囲内に補正した後検査を行うことができ、これによってプローブカード１９の損傷を未然に防止することができる。
【００１９】
以上説明したように本実施形態によれば、ウエハチャック１１に掛かる針荷重とこの針荷重によるウエハチャック１１の沈み量δとの関係を予め求める工程と、針荷重によるウエハチャック１１の沈み量δを求める工程と、この沈み量δに即した針荷重を針荷重と沈み量δとの関係から求める工程とを有するため、沈み量δを検出することによりウエハＷの検査時の針荷重をリアルタイムで監視することができ、仮にプローブカード１９に熱変形等があって急激な過負荷が掛かることがあってもプローブカード１９の損傷を防止することができる。
【００２０】
また、従来はプローブカード毎にオーバードライブ量を適宜設定してウエハＷの検査を行っていたが、本実施形態では予め針荷重と沈み量δの相関関係を予め求め、両者の関係を表示装置２３に表示し、表示画面上で針荷重を直接設定することができる。例えば、２５ｋｇ・ｆの針荷重で検査する時には、この針荷重をキーボード等から入力することにより制御装置１６でロータリエンコーダ２０の値とリニアエンコーダ２４の値との差が沈み量δ＝１０μｍに相当するよう制御する。これにより如何なるプローブカード１９を使用しても２５ｋｇ・ｆの針荷重を簡単に設定することができる。従って、ウエハＷの検査に先立ちプローブカード１９の適正な針荷重を設定することができる。また、検査中に針荷重が許容範囲を逸脱する場合には針荷重を許容範囲内に補正して所定の検査を確実に行うことができる。
【００２１】
尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、針荷重によってウエハチャック１１が沈下することを利用した針荷重の測定方法及び設定方法であれば本発明に包含される。例えば、モータ１４がステッピングモータの場合にはロータリエンコーダ２０を用いなくてもステッピングモータの駆動パルスとリニアエンコーダ２４とで同様の針荷重を求めることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、被検査体とプローブの接触状況（針荷重）をリアルタイムで監視することができ、ひいてはプローブカード等の損傷を防止したり、接触不良をなくすことができる針荷重測定方法及び検査装置を提供することができる。
【００２３】
また、本発明によれば、被検査体の検査に先立ち適正な針荷重を設定することができる検査方法及び検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の検査装置の一実施形態の要部を示す断面図である。
【図２】 図１に示す検査装置の動作を説明するための説明図である。
【図３】 図１に示す検査装置における針荷重とボールネジの沈み量との関係を示すグラフである。
【図４】 従来の検査装置の要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｗ ウエハ（被検査体）
１０ 検査装置
１１ ウエハチャック（載置台）
１２ ボールネジ
１３ ナット部材
１４ モータ（回転駆動機構）
１６ 制御装置
１６Ａ 記憶部
１６Ｂ 演算処理部
１９ プローブカード
１９Ａ プローブ
２０ ロータリーエンコーダ（第１検出機構）
２４ リニアエンコーダ（第２検出機構）
２３ 表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、針荷重測定方法、検査方法及び検査装置に関し、更に詳しくは検査時のプローブによる針荷重をリアルタイムで監視することができ、また、適正な針荷重を設定することができる針荷重測定方法、検査方法及び検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から被検査体（例えば、ウエハ）の検査装置としてプローブ装置が広く用いられている。従来のプローブ装置は、例えば図４に示すように、ウエハＷを載置するウエハチャック１と、ウエハチャック１を支持するＸステージ２と、Ｘステージ２を支持するＹステージ３と、これらを支持する基台４とを備え、ウエハＷの検査時にはウエハチャック１がＸ、Ｙステージ２、３を介してＸ、Ｙ方向へ移動すると共に図示しない昇降駆動機構を介してＺ方向に昇降する。Ｘステージ２はＸ方向駆動機構５を介してＹステージ３上でＸ方向レール６に従って往復移動し、Ｙステージ３はＹ方向駆動機構７を介して基台４上でＹ方向レール８に従って往復移動する。Ｘ、Ｙ方向駆動機構５はそれぞれモータ７Ａ（Ｘ方向駆動機構のモータは図示せず）及びボールネジ５Ｂ、７Ｂを有し、ボールネジ５Ｂ、７ＢがそれぞれＸ、Ｙステージ２と螺合し、Ｘ、Ｙステージ２、３をそれぞれ移動させる。そして、ウエハチャックは昇降駆動機構を介してＺ方向に昇降し、その上方に配置されたプローブカード９のプローブ９Ａと電気的に接触し、ウエハＷのＩＣチップの電気的特性検査を行う。ウエハの検査中にはウエハチャック１のオーバードライブ量を一定値に制御してウエハＷとプローブ９Ａを電気的に接触させるようにしている。
【０００３】
オーバードライブ量はプローブ９Ａの特性に合わせてプローブカード９毎に規定されており、この規定値に基づいてオーバードライブ量を設定し、検査時に所定の針荷重を確保するようにしている。尚、１０Ａ、１０ＢはウエハＷとプローブカード９の位置合わせを行う位置合わせ機構で、ウエハＷの検査に先立ってウエハＷとプローブ９Ａの位置合わせを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の検査装置の場合には、一旦オーバードライブ量を設定すれば検査中にウエハＷの発熱等の影響によりプローブカード９のマザーボードに熱変形等があっても検査終了まで一定のオーバードライブ量で検査を行うため、ウエハＷの場所によって針荷重が小さすぎてウエハＷとプローブ９Ａの接触不良を生じたり、また、場合によっては針荷重が大きすぎてプローブカード９を傷めたりすることがある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、被検査体とプローブの接触状況（針荷重）をリアルタイムで監視することができ、ひいてはプローブカード等の損傷を防止することができる針荷重測定方法及び検査装置を提供することを目的としている。また、被検査体の検査に先立ち適正な針荷重を設定することができる検査方法を併せて提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、針荷重を直接測定する方法について種々検討した結果、針荷重によりウエハチャックが僅かではあるが沈み込むことが判った。このウエハチャックの沈下はプローブからの針荷重によってボールネジと螺合するナット部材の弾性変形に起因することが判った。更に、この沈み量と針荷重の関係を詳細に検討した結果、これら両者間には一定の関係が存在することを知見した。
【０００７】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、請求項１に記載の針荷重測定方法は、被検査体を載置する載置台をボールネジ及びナット部材を有する昇降駆動機構を介してオーバードライブさせ、上記被検査体と複数のプローブを接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行う際に発生する針荷重を測定する方法であって、上記載置台に付与される針荷重とこの針荷重による上記載置台の沈み量との関係を予め求める工程と、上記載置台をオーバードライブさせて上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与されない場合の上記載置台のオーバードライブ量と、上記載置台を上記複数のプローブに対してオーバードライブさせて上記複数のプローブから付与される針荷重によって上記ボールネジと上記ナット部材間に作用する圧縮力で上記ナット部材が弾性変形する場合の上記載置台の実際のオーバードライブ量と、の差に基づいて上記載置台の沈み量を求める工程と、上記針荷重と上記載置台の沈み量との関係に基づいて、上記の２つのオーバードライブ量に基づいて求められた上記載置台の沈み量に相当する上記複数のプローブの上記針荷重を求める工程と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の針荷重測定方法は、請求項１に記載の発明において、上記載置台の沈み量を求める工程は、上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与されない場合のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記オーバードライブ量として検出する工程と、上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与される場合の実際のオーバードライブにより昇降する載置台の昇降量を上記実際のオーバードライブ量として検出する工程と、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載の検査方法は、被検査体を載置する載置台をボールネジ及びナット部材を有する昇降駆動機構を介してオーバードライブさせ、上記被検査体と複数のプローブを接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行う検査方法であって、上記載置台に付与される針荷重とこの針荷重による上記載置台の沈み量との関係を示す、予め求められたデータを保存する工程と、上記載置台のオーバードライブにより上記被検査体に付与される針荷重を予め設定する工程と、上記載置台をオーバードライブさせて上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与されない場合の上記載置台のオーバードライブ量と、上記被検査体が載置された上記載置台を上記複数のプローブに対してオーバードライブさせて上記複数のプローブから付与される予め設定された上記針荷重によって上記ボールネジと上記ナット部材間に作用する圧縮力で上記ナット部材が弾性変形する場合の上記載置台の実際のオーバードライブ量と、の差に基づいて上記載置台の沈み量を求める工程と、上記針荷重と上記載置台の沈み量との関係を示すデータに基づいて、上記の２つのオーバードライブ量に基づいて求められた上記載置台の沈み量に相当する上記複数のプローブの上記針荷重を求める工程と、上記被検査体の電気的特性を検査する時に求められる上記針荷重を、予め設定された上記針荷重の範囲内になるようにオーバードライブ量を調節する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載の検査方法は、請求項３に記載の発明において、上記載置台の沈み量を求める工程は、上記載置台に上記複数のプローブから針荷重が付与されない場合のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記オーバードライブ量として検出する工程と、上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与される場合の実際のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記実際のオーバードライブ量として検出する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項５に記載の検査装置は、被検査体を載置する載置台と、この載置台を昇降させるボールネジ及びナット部材を有する昇降駆動機構と、この昇降駆動機構を介して上記載置台上の被検査体と電気的に接触する複数のプローブと、を備えた検査装置において、上記載置台に付与される針荷重とこの針荷重による上記載置台の沈み量との関係を示す、予め求められたデータを保存する記憶部と、上記載置台が上記昇降駆動機構を介してオーバードライブして上記載置台に針荷重が付与されない場合の上記載置台のオーバードライブ量を測定すると共に、上記載置台が上記昇降駆動機構を介して上記複数のプローブに対してオーバードライブして上記複数のプローブから付与される針荷重によって上記ボールネジと上記ナット部材間に作用する圧縮力で上記ナット部材が弾性変形する場合の上記載置台の実際のオーバードライブ量を測定する測定機構と、上記測定機構で測定された上記オーバードライブ量と上記実際のオーバードライブ量との差に基づいて上記載置台の沈み量を求めると共に、ここで求められた上記載置台の沈み量に相当する上記複数のプローブの針荷重を上記針荷重と上記載置台の沈み量との関係を示す上記データに基づいて求める演算処理部と、を有することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項６に記載の検査装置は、請求項５に記載の発明において、上記測定機構は、上記載置台に上記複数のプローブから針荷重が付与されない場合のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記オーバードライブ量として検出する第１検出機構と、上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与される場合の実際のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記実際のオーバードライブ量として検出する第２検出機構と、を有し、上記演算処理部は、上記オーバードライブ量と上記実際のオーバードライブ量との差に基づいて上記載置台の沈み量を求めることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項７に記載の検査装置は、請求項５または請求項６に記載の発明において、上記測定機構は、上記載置台の複数個所において上記オーバードライブ量と上記実際のオーバードライブ量をそれぞれ測定することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のものである。
また、本発明の請求項８に記載の検査装置は、請求項６に記載の発明において、上記第１検出機構は、上記昇降駆動機構の上記ボールネジの回転量に基づいて上記オーバードライブ量を検出することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項９に記載の検査装置は、請求項６に記載の発明において、上記第２検出機構は、上記載置台の垂直方向の位置を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
まず、本実施形態の検査装置について説明する。本実施形態の検査装置は、例えば図１に示すように、ウエハＷを載置するウエハチャック１１と、このウエハチャック１１をボールネジ１２及びナット部材１３を介して昇降させるモータ１４と、これらの部品を支持するＸステージ１５と、モータ１４等の駆動機構を制御する制御装置１６とを備えている。Ｘステージ１５の略中央には穴１５Ａが形成され、この穴１５Ａ内にモータ１４が配置されている。モータ１４にはボールネジ１２が連結され、このボールネジ１２が穴１５Ａから垂直上方に延びている。ボールネジ１２にはナット部材１３が螺合し、ボールネジ１２の正逆回転でナット部材１３がボールネジ１２に従って昇降する。ナット部材１３はウエハチャック１１の下面中央から垂下する中空状のＺ軸１７の下端に取り付けられ、ナット部材１３と螺合するボールネジ１２がＺ軸１７内に挿入されている。これによりウエハチャック１１はモータ１４の正逆回転によりボールネジ１２、ナット部材１３及びＺ軸１７を介して昇降する。ウエハチャック１１から垂下するＺ軸１７はＸステージ１５に取り付けられたＺ軸ガイド１８を介して垂直方向で昇降する。
【００１３】
また、図１に示すようにウエハチャック１１の上方には複数のプローブ１９Ａを有するプローブカード１９が配設され、Ｘステージ１５上でウエハチャック１１がオーバードライブすることによりウエハＷとプローブ１９Ａが電気的に接触してウエハＷに形成されたＩＣチップの電気的特性検査を行う。
【００１４】
また、図１に示すようにモータ１４にはロータリーエンコーダ２０が第１検出機構として取り付けられている。ロータリーエンコーダ２０はモータ１４の回転数に基づいてウエハチャック１１の昇降量（昇降距離）を検出する。また、Ｘステージ１５上にはリニアスケール２１が第２検出機構として設けられていると共にウエハチャック１１にはリニアセンサ２２が設けられ、リニアセンサ２２によってリニアスケール２１の目盛り２１Ａを読み取り、ウエハチャック１１の実際の垂直方向の昇降距離を検出する。尚、以下ではリニアスケールとリニアセンサ２２を含めてリニアエンコーダ２４として説明する。
【００１５】
ところで、ウエハチャック１１は、オーバードライブによりプローブ１９Ａと電気的に接触した時の針荷重によって僅かに沈み込む。即ち、図１に示すようにモータ１４が駆動しボールネジ１２、ナット部材１３及びＺ軸１７を介してウエハチャック１１がＺ方向に上昇し、プローブカード１９のプローブ１９Ａと接触し、更にウエハチャック１１がオーバードライブすると、プローブ１９ＡからウエハＷに針荷重が掛かる。Ｚ軸１７下端のナット部材１３はボールネジ１２と螺合しているため、ボールネジ１２はナット部材１３を介して針荷重を受ける。この際、ボールネジ１２とナット部材１３間に圧縮力が働いてナット部材１３が弾性変形するため、ウエハチャック１１が垂直下方へ変位する。この様子を図２に模式的に示した。図２に示すように本来太線で示した位置から一点鎖線で示した位置までオーバードライブ（オーバードライブ量＝Ｌ’）する筈のウエハチャック１１は、ナット部材１３の弾性変形によりウエハチャック１１が一点鎖線位置から細線位置まで垂直方向に沈み込む。そのため、図２に示すようにリニアエンコーダ２４によって検出されたオーバードライブ量Ｌはロータリーエンコーダ２０によって検出されたオーバードライブ量Ｌ’よりもウエハチャック１１が沈み量δだけ小さくなり、両者間に差δが生じる。
【００１６】
そこで、針荷重と沈み量δとの関係を把握するために、ウエハチャック１１への荷重を変化させ、その都度ロータリーエンコーダ２０及びリニアエンコーダ２４を使用して沈み量δを検出した結果、針荷重と沈み量δとの間には例えば図３に示す相関関係のあることが判った。この関係を数式あるいは一覧表として制御装置１６の記憶部１６Ａに記憶させてある。針荷重と沈み量δの関係を把握しておけば、制御装置１６の演算処理部１６Ｂにおいてロータリーエンコーダ２０による検出値とリニアエンコーダ２４による検出値の差をウエハチャック１１の沈み量δとして求め、図３に示す関係から沈み量δに対する針荷重を表示装置２３へ表示するため、針荷重をリアルタイムで把握することができる。また逆に、図３に示す関係を用いて沈み量δから所望の針荷重を設定することができる。例えば、２５ｋｇ・ｆの針荷重を設定する時には沈み量δを１０μｍに設定し、この設定値に基づいてウエハチャック１１を制御する。針荷重と沈み量δの関係はネジ径、リード、ナット部材のネジ溝の巻き数、ボール径等の寸法によって変化する。針荷重と沈み量δの関係は検査装置毎に求める。また、針荷重の許容範囲となる上限値及び下限値を予め表示装置２３やキーボード等を用いて設定しておけば、許容範囲を逸脱した時には比較部１６Ｃにおいてその旨判断し、モータ１４を逆回転させて針荷重を適正値に保つことができる。更に過負荷によるプローブカード１９の損傷を未然に防止することもできる。
【００１７】
また、沈み量δの検出精度はモータ１４の駆動部の分解能及びリニアエンコーダ２４の分解能に依存する。例えば、これら両者の分解能が０．１μｍであると仮定すれば、針荷重の分解能は０．２５ｋｇ・ｆになる。最近ではリニアエンコーダ２４の分解能は８×１０−５μｍ程度まで上がってきている。従って、モータ１４として高分解能のロータリーエンコーダ付きサーボモータを使用すれば、針荷重の分解能は０．２ｇ・ｆまで上げることができる。
【００１８】
次に、本実施形態の針荷重測定方法について説明する。
ウエハチャック１１上にウエハＷを載置し、位置合わせ機構でウエハＷとプローブカード１９を位置合わせした後、ウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動して最初の検査位置へ移動する。この位置でモータ１４が駆動すると、ウエハチャック１１はボールネジ１２、ナット１３及びＺ軸１７を介してＺ軸ガイド１８に従って上昇する。ウエハチャック１１が上昇しウエハＷとプローブ１９Ａが接触した後、更にウエハチャック１１がオーバードライブする。ロータリーエンコーダ２０はモータ駆動によるオーバードライブ量Ｌ’を検出し、検出値を制御装置１６の演算処理部１６Ｂへ出力する。リニアエンコーダ２４はリニアセンサ２２を介してリニアスケール２１の目盛りから実際のオーバードライブ量Ｌを検出し、検出値を制御装置１６の演算処理部１６Ｂへ出力する。演算処理部１６Ｂでは両検出値Ｌ、Ｌ’に基づいて沈み量δを求め、図３に示す相関関係を表す数式から沈み量δに対応する針荷重を求め、その針荷重を表示装置２３へ表示する。これにより針荷重をリアルタイムで把握することができる。また、針荷重を記憶部１６Ａに逐次記録することにより針荷重の分布状態も知ることができる。そして、検査を行っている間にプローブカード１９が熱変形等があっても針荷重が許容範囲を逸脱した時には比較部１６Ｃを介してモータ１４を逆回転させて針荷重を許容範囲内に補正した後検査を行うことができ、これによってプローブカード１９の損傷を未然に防止することができる。
【００１９】
以上説明したように本実施形態によれば、ウエハチャック１１に掛かる針荷重とこの針荷重によるウエハチャック１１の沈み量δとの関係を予め求める工程と、針荷重によるウエハチャック１１の沈み量δを求める工程と、この沈み量δに即した針荷重を針荷重と沈み量δとの関係から求める工程とを有するため、沈み量δを検出することによりウエハＷの検査時の針荷重をリアルタイムで監視することができ、仮にプローブカード１９に熱変形等があって急激な過負荷が掛かることがあってもプローブカード１９の損傷を防止することができる。
【００２０】
また、従来はプローブカード毎にオーバードライブ量を適宜設定してウエハＷの検査を行っていたが、本実施形態では予め針荷重と沈み量δの相関関係を予め求め、両者の関係を表示装置２３に表示し、表示画面上で針荷重を直接設定することができる。例えば、２５ｋｇ・ｆの針荷重で検査する時には、この針荷重をキーボード等から入力することにより制御装置１６でロータリエンコーダ２０の値とリニアエンコーダ２４の値との差が沈み量δ＝１０μｍに相当するよう制御する。これにより如何なるプローブカード１９を使用しても２５ｋｇ・ｆの針荷重を簡単に設定することができる。従って、ウエハＷの検査に先立ちプローブカード１９の適正な針荷重を設定することができる。また、検査中に針荷重が許容範囲を逸脱する場合には針荷重を許容範囲内に補正して所定の検査を確実に行うことができる。
【００２１】
尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、針荷重によってウエハチャック１１が沈下することを利用した針荷重の測定方法及び設定方法であれば本発明に包含される。例えば、モータ１４がステッピングモータの場合にはロータリエンコーダ２０を用いなくてもステッピングモータの駆動パルスとリニアエンコーダ２４とで同様の針荷重を求めることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、被検査体とプローブの接触状況（針荷重）をリアルタイムで監視することができ、ひいてはプローブカード等の損傷を防止したり、接触不良をなくすことができる針荷重測定方法及び検査装置を提供することができる。
【００２３】
また、本発明によれば、被検査体の検査に先立ち適正な針荷重を設定することができる検査方法及び検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の検査装置の一実施形態の要部を示す断面図である。
【図２】 図１に示す検査装置の動作を説明するための説明図である。
【図３】 図１に示す検査装置における針荷重とボールネジの沈み量との関係を示すグラフである。
【図４】 従来の検査装置の要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｗ ウエハ（被検査体）
１０ 検査装置
１１ ウエハチャック（載置台）
１２ ボールネジ
１３ ナット部材
１４ モータ（回転駆動機構）
１６ 制御装置
１６Ａ 記憶部
１６Ｂ 演算処理部
１９ プローブカード
１９Ａ プローブ
２０ ロータリーエンコーダ（第１検出機構）
２４ リニアエンコーダ（第２検出機構）
２３ 表示装置
Claims (9)
- 被検査体を載置する載置台をボールネジ及びナット部材を有する昇降駆動機構を介してオーバードライブさせ、上記被検査体と複数のプローブを接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行う際に発生する針荷重を測定する方法であって、
上記載置台に付与される針荷重とこの針荷重による上記載置台の沈み量との関係を予め求める工程と、
上記載置台をオーバードライブさせて上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与されない場合の上記載置台のオーバードライブ量と、上記載置台を上記複数のプローブに対してオーバードライブさせて上記複数のプローブから付与される針荷重によって上記ボールネジと上記ナット部材間に作用する圧縮力で上記ナット部材が弾性変形する場合の上記載置台の実際のオーバードライブ量と、の差に基づいて上記載置台の沈み量を求める工程と、
上記針荷重と上記載置台の沈み量との関係に基づいて、上記の２つのオーバードライブ量に基づいて求められた上記載置台の沈み量に相当する上記複数のプローブの上記針荷重を求める工程と、を有する
ことを特徴とする針荷重測定方法。 - 上記載置台の沈み量を求める工程は、
上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与されない場合のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記オーバードライブ量として検出する工程と、
上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与される場合の実際のオーバードライブにより昇降する載置台の昇降量を上記実際のオーバードライブ量として検出する工程と、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の針荷重測定方法。 - 被検査体を載置する載置台をボールネジ及びナット部材を有する昇降駆動機構を介してオーバードライブさせ、上記被検査体と複数のプローブを接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行う検査方法であって、
上記載置台に付与される針荷重とこの針荷重による上記載置台の沈み量との関係を示す、予め求められたデータを保存する工程と、
上記載置台のオーバードライブにより上記被検査体に付与される針荷重を予め設定する工程と、
上記載置台をオーバードライブさせて上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与されない場合の上記載置台のオーバードライブ量と、上記被検査体が載置された上記載置台を上記複数のプローブに対してオーバードライブさせて上記複数のプローブから付与される予め設定された上記針荷重によって上記ボールネジと上記ナット部材間に作用する圧縮力で上記ナット部材が弾性変形する場合の上記載置台の実際のオーバードライブ量と、の差に基づいて上記載置台の沈み量を求める工程と、
上記針荷重と上記載置台の沈み量との関係を示すデータに基づいて、上記の２つのオーバードライブ量に基づいて求められた上記載置台の沈み量に相当する上記複数のプローブの上記針荷重を求める工程と、
上記被検査体の電気的特性を検査する時に求められる上記針荷重を、予め設定された上記針荷重の範囲内になるようにオーバードライブ量を調節する工程と、を有する
ことを特徴とする検査方法。 - 上記載置台の沈み量を求める工程は、
上記載置台に上記複数のプローブから針荷重が付与されない場合のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記オーバードライブ量として検出する工程と、
上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与される場合の実際のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記実際のオーバードライブ量として検出する工程と、を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の検査方法。 - 被検査体を載置する載置台と、この載置台を昇降させるボールネジ及びナット部材を有する昇降駆動機構と、この昇降駆動機構を介して上記載置台上の被検査体と電気的に接触する複数のプローブと、を備えた検査装置において、
上記載置台に付与される針荷重とこの針荷重による上記載置台の沈み量との関係を示す、予め求められたデータを保存する記憶部と、
上記載置台が上記昇降駆動機構を介してオーバードライブして上記載置台に針荷重が付与されない場合の上記載置台のオーバードライブ量を測定すると共に、上記載置台が上記昇降駆動機構を介して上記複数のプローブに対してオーバードライブして上記複数のプローブから付与される針荷重によって上記ボールネジと上記ナット部材間に作用する圧縮力で上記ナット部材が弾性変形する場合の上記載置台の実際のオーバードライブ量を測定する測定機構と、
上記測定機構で測定された上記オーバードライブ量と上記実際のオーバードライブ量との差に基づいて上記載置台の沈み量を求めると共に、ここで求められた上記載置台の沈み量に相当する上記複数のプローブの針荷重を上記針荷重と上記載置台の沈み量との関係を示す上記データに基づいて求める演算処理部と、を有する
ことを特徴とする検査装置。 - 上記測定機構は、
上記載置台に上記複数のプローブから針荷重が付与されない場合のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記オーバードライブ量として検出する第１検出機構と、
上記複数のプローブから上記載置台に針荷重が付与される場合の実際のオーバードライブにより昇降する上記載置台の昇降量を上記実際のオーバードライブ量として検出する第２検出機構と、を有し、
上記演算処理部は、
上記オーバードライブ量と上記実際のオーバードライブ量との差に基づいて上記載置台の沈み量を求めることを特徴とする請求項５に記載の検査装置。 - 上記測定機構は、上記載置台の複数個所において上記オーバードライブ量と上記実際のオーバードライブ量をそれぞれ測定することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の検査装置。
- 上記第１検出機構は、上記昇降駆動機構の上記ボールネジの回転量に基づいて上記オーバードライブ量を検出することを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
- 上記第２検出機構は、上記載置台の垂直方向の位置を検出することを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
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