JP4809594B2

JP4809594B2 - 検査装置

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Publication number: JP4809594B2
Application number: JP2004226149A
Authority: JP
Inventors: 勇猪股
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: US20090039903A1; KR20070028611A; WO2006013773A1; KR20080081041A; TWI394955B; TW200606439A; US7688096B2; JP2006047025A

Description

本発明は、検査装置に関し、更に詳しくは、被検査体の電気的特性検査を行う際の被検査体とプローブとの接触荷重を直接測定することができる検査装置に関するものである。

この種の検査装置は、被検査体（例えば、ウエハ）を搬送するローダ室と、ローダ室との間でウエハの受け渡しを行うと共にウエハの電気的特性検査を行うプローバ室とを備えている。プローバ室は、ウエハを載置すると共に水平方向及び上下方向に移動する載置台と、載置台を上下方向に昇降させる昇降機構と、載置台の上方に配置されたプローカードと、プローブカードのプローブとウエハとの位置合わせを行うアライメント機構と、を備えている。

プローバ室においてウエハの検査を行う場合には、載置台が水平方向に移動する間に、アライメント機構を介して載置台上のウエハとプローブカードのプローブとの位置合わせを行う。次いで、載置台が昇降機構を介して上昇し、ウエハとプローブとが接触した後、載置台が所定のオーバードライブ量だけ上昇し、ウエハとプローブとを電気的に接触させてウエハの電気的特性検査を行う。

この際、載置台をオーバードライブさせてウエハとプローブとは所定の接触荷重で接触させてウエハとプローブ間の電気的導通を取っているが、この時の接触荷重でプローブカードに撓みが生じたり、載置台に沈み込みが生じたりして、一定のオーバードライブ量で載置台（ウエハ）が昇降してもウエハとプローブとが所望の接触荷重で接触しているとは限らない。

そこで、接触荷重を把握する技術が特許文献１、２に記載において提案されている。特許文献１にプローブカード特性測定装置及びプローブ装置に関する技術が提案されている。このプローブカード特性測定装置は、昇降可能な載置台を上昇させてその上の被検査体にプローブカードを接触させて上記被検査体の電気的特性を検査する際のプローブカードの特性を測定する装置であって、上記載置台上で上記プローブカードからの荷重を検出する荷重センサと、上記載置台上の上昇に伴う上記プローブカードの絶対変位量を検出する変位センサとを備えたものである。この構成により、プローブカードの絶対変位量を測定することができ、載置台のオーバードライブ量と荷重の関係を正確に把握することができる。

また、特許文献２にはプローブ装置に関する技術が提案されている。このプローブ装置は、オーバードライブ時にプローブから載置台に作用するコンタクト荷重によって生じる載置台の沈む量を介して所定のコンタクト荷重を監視するコンタクト荷重監視装置を設け、コンタクト荷重監視装置は、載置台の下面側の基準面における距離の変位量を沈み込み量として測定する変位センサを少なくとも一つ備えている。この構成により、検査時の載置台の沈み込量を介してコンタクト荷重を監視し、常に一定のコンタクト荷重を確保することができ、信頼性の高い検査を行うことができると共に、センサが変形することがなく荷重を瞬時に補正することができる。

一方、特許文献３には電子部品装着装置が提案されている。この電子部品装着装置は、電子部品を吸着保持すべき吸着ヘッド機構と、該吸着ヘッド機構を電子部品装着位置のプリント基板へ向けて昇降移動させるヘッド昇降機構と、吸着ヘッド機構下方の待機位置と電子部品装着位置の間でプリント基板を昇降移動せしめる基板昇降機構とを具えた電子部品装着装置において、基板昇降機構には、プリント基板を支持する基板支持ピンと、該基板支持ピンに設けられ、電子部品装着時に基板支持ピンが受ける押圧力を測定する力センサとが配備され、該力センサの検出信号に基づいてヘッド昇降機構の動作を制御して、所定の押圧力で電子部品をプリント基板上へ圧着せしめるものである。この構成により、力センサを介して電子部品に作用する押圧力を正確に制御することができる。
特開２００３-０５０２７１号公報特開２００３-１６８７０７号公報特許第３１２８３５４号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の技術の場合には、いずれもロードセル等の荷重センサや変位センサを用いて接触荷重や載置台の上下方向の変位量を測定し、これらの測定値に基づいて算出された接触荷重とオーバードライブ量との関係から接触荷重を算出するため、接触荷重の作用時には載置台の傾きや沈み込みやロードセル等の荷重変形が発生し、これらが載置台の変位量の誤差要因となって正確な接触荷重を把握することができず、また、接触荷重を直接測定できないという課題があった。また、検査装置の載置台等に剛性の高いシステムを導入すると、変位量と剛性は相反する関係にあり、荷重検出時の分解能を小さくすることができず、接触荷重を精度良く検出できないという課題があった。

一方、特許文献３には押圧力を検出する手段として、力センサとして例えばストレインゲージや圧電センサが用いられているが、力センサはプリント基板を複数個所で支持する支持ピンそれぞれに複数設けられ、複数の力センサに加わった押圧力を加算して吸着ヘッド機構の押圧力を算出しなくてはならず、また、力センサによって検出する力は、電子部品をプリント基板に装着する程度の力を検出するに過ぎず、プリント基板やプリント基板を昇降する基板昇降機構等の変形や沈み込み量等を配慮した剛構造システムを必要としない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、剛性の高いシステムを導入して、接触荷重によって荷重センサが検査に影響する程の変形を生じることなく、接触荷重を直接且つ高精度に測定することができる検査装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載の検査装置は、昇降機構を有する載置台上に載置された被検査体とプローブとを所定の接触荷重で電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行う検査装置であって、上記昇降機構は、上記載置台の下面に上記載置台と軸心を共有して取り付けられた筒体と、この筒体より大径に形成された支持体と、この支持体の内周面と上記筒体の外周面の間に介装され且つ上記筒体を昇降案内する昇降ガイド機構と、を備え、上記支持体の底面に上記昇降機構の駆動軸を介して上記接触荷重を検出する荷重センサを設けたことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載の検査装置は、請求項１に記載の発明において、上記荷重センサは上記接触荷重を振動として検出する荷重センサからなることを特徴とすることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の検査装置は、請求項２に記載の発明において、上記振動波形の逆位相を形成する手段を設け、上記手段により上記載置台の振動を減衰させることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の検査装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記荷重センサは、圧縮型圧電素子を含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、剛性の高いシステムを構築することができ、接触荷重によって荷重センサが検査に影響する程の変形を生じることなく、接触荷重を直接且つ高精度に測定することができる検査装置を提供することができる。

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。尚、各図中、図１は本発明の接触荷重測定装置を適用した検査装置の一実施形態を概念的に示す側面図、図２は図１に示す検査装置に用いられた接触荷重測定装置の要部を拡大して示す断面図、図３は図２に示す検査装置の接触荷重測定装置によって得られた接触荷重を示すグラフで、（ａ）はその全体を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）の○で囲んだ部分を拡大して示すグラフ、図４は本発明の検査装置の他の実施形態を示す図１に相当する側面図である。

本実施形態の検査装置１０は、例えば図１に示すように、プローバ室内に配置され且つ被検査体（例えば、ウエハ）Ｗを載置する昇降可能な載置台１１と、この載置台１１を昇降させる昇降機構１２と、載置台１１の上方に配置されたプローブカード１３とを備え、高剛性なシステムとして構築され、制御装置（図示せず）の制御下でプローブカード１３のプローブ１３ＡとウエハＷとを電気的に接触させてウエハＷの電気的特性検査を行うように構成されている。

載置台１１は、例えばＸＹステージ（図示せず）上に設置されている。ＸＹステージは、Ｘ、Ｙ方向へ移動するステージで、制御装置の制御下でＸ、Ｙ方向に移動する間に、アライメント機構（図示せず）を介して載置台１１上のウエハＷとプローブカード１３のプローブ１３Ａとを位置合わせを行う。載置台１１は、昇降機構１２を介して上昇し、所定のオーバードライブ量でウエハＷとプローブ１３Ａとを所定の荷重（針圧）で接触させてウエハＷの電気的特性検査を行う。

昇降機構１２は、図１に示すように、載置台１１の下面に取り付けられた筒体１２Ａと、筒体１２Ａの下部中央に連結部材１２Ｂを介して連結された駆動軸（ボール螺子）１２Ｃと、ボール螺子１２Ｃを回転自在に軸支する軸受け体１２Ｄと、筒体１２Ａより大径に形成された支持体１２Ｅとを有し、ボール螺子１２Ｃが載置台１１の軸心に一致させて配置されている。載置台１１は、支持体１２Ｅを介してＸＹステージ（図示せず）に固定され、ＸＹステージ上においてボール螺子１２Ｃを介して昇降するように構成されている。また、筒体１２Ａと支持体１２Ｅとの間には、昇降ガイド機構１２Ｆが介装され、昇降ガイド機構１２Ｆを介して筒体１２Ａが支持体１２Ｅ内で昇降するようになっている。

而して、本実施形態の検査装置１０は、図１、図２に示すように、本実施形態の接触荷重測定装置２０を備えている。

本実施形態の接触荷重測定装置２０は、図１に示すように、軸受け体１２Ｄと支持体１２Ｅとの間に介装された高剛性の荷重センサ２１と、荷重センサ２１に接続され且つ荷重センサ２１の検出信号を増幅する増幅器（例えば、サージアップ）２２と、増幅器２２からの検出信号に基づいて逆相信号を形成する逆相形成手段２３と、逆相形成手段２３からの信号に基づいてボール螺子１２Ｃを駆動させる駆動手段２４と、荷重センサ２１の検出結果を表示する表示装置（図示せず）とを備えている。荷重センサ２１は、図１に示すように、載置台１１を上昇させる昇降機構１２の軸受け体１２Ｄとこの軸受け体１２Ｄを支持する支持体１２Ｅとの間に設けられ、接触荷重を振動として検出するように構成されている。荷重センサ２１は、高剛性を有し、大きな接触荷重を受けても殆ど変形せず、載置台１１の沈み込みを生じることがなく、測定誤差の要因にならないようにしてある。尚、表示装置としては、検査装置１０の表示装置を用いる。

従って、検査装置１０では、昇降機構１２を介して載置台１１が上昇し、載置台１１上のウエハＷとプローブ１３Ａとが接触し、載置台１１のオーバードライブによってウエハＷとプローブ１３Ａとの接触荷重が載置台１１に作用すると、この接触荷重が軸受け体１２Ｄを介して直接伝達される。

荷重センサ２１は、例えば図２に示すように圧縮型圧電素子（例えば、水晶素子）を含み、上板（本実施形態では、軸受け体）２１Ａと下板２１Ｂ（本実施形態では、支持体）との間に介在し、プリロード用ボルト２１Ｃによって所定の圧力で締結されている。このようにプリロードすることによって、低荷重時の直線性が悪い領域を排除することができ、直線性の良い領域を使用することで高精度の測定ができる。この荷重センサ２１は、接触荷重に基づく加速度に比例した電荷を発生し、この電荷を増幅器（例えば、チャージアンプ）２２によって電圧信号に変換して検出信号として送信する。

また、荷重センサ２１は、上述のようにプリロードが掛けられた圧縮型圧電素子によって構成されているため、押圧力のみならず引っ張り力をも検出することができる。従って、ウエハＷの検査時に載置台１１をオーバードライブさせて接触荷重を時間の経過と共に図３の（ａ）に示すように増加していくと、接触荷重が極めて僅かに上下に振動し、この振動波形を荷重センサ２１によって同図の（ｂ）に拡大して示すように検出することができる。

更に、荷重センサ２１は、例えば圧縮型圧電素子として水晶素子を含んでいると、接触荷重に対する直線性に優れていてヒステリシスがなく、分解能に優れた検出荷重を得ることができる。また、この荷重センサ２１は、構造が簡単で取り付け性に優れ、しかも小型、剛性が高いため、載置台１１の沈み込み量による影響を格段に抑制することができる。

増幅器２２は、荷重センサ２１において接触荷重に即した加速度に基づいて発生した電荷を検出し、電圧に変換するもので、例えば上述のようにチャージアンプによって構成されている。また、逆相形成手段２３は、上述したように例えば逆相増幅器によって構成され、増幅器２２からの信号に基づいて逆相信号を形成する。駆動手段２４は、ドライバ回路及びモータとを有し、逆相形成手段２３からの逆相信号に基づいてドライバ回路がモータを駆動させ、接触荷重の振動とは逆の振動を載置台１１に付与し、載置台１１の振動を減衰させ、載置台１１を短時間で静止させて安定化し、延いては検査のスループットを高めることができる。

次に、動作について説明する。検査装置１０のプローバ室内の載置台１１においてウエハＷを受け取ると、載置台１１がＸＹテーブルを介して移動する間にアライメント機構によってウエハＷとプローブカード１３のプローブ１３Ａとのアライメントを行う。アライメント後、載置台１１がＸＹテーブルを介して移動し、ウエハＷがプローブカード１３の真下に到達する。この状態で載置台１１が昇降機構１２を介して上昇する。

載置台１１の上昇により、まず図１に示すようにウエハＷとプローブ１３Ａとが接触する。引き続き、載置台１１が昇降機構１２を介してオーバードライブすると、ウエハＷとプローブ１３Ａ間に接触荷重が生じ、この接触荷重が筒体１２Ａ、連結部材１２Ｂ、ボール螺子１２Ｃ及び軸受け体１２Ｄを介して荷重センサ２１に直接作用する。荷重センサ２１は、オーバードライブによる接触荷重を図３の（ａ）に示すように逐次検出し、その結果を表示装置に表示する。接触荷重が大きくなり、載置台１１が所定のオーバードライブ量に近づくと、載置台１１がボール螺子１２Ｃを介して上昇しているため、図３の（ｂ）に示すように僅かに振動する。荷重センサ２１は、この僅かな振動を検出し、図３の（ｂ）に示すように振動波形として検出する。

載置台１１がオーバードライブする間、荷重センサ２１で検出された信号は、逆相形成手段２３を介して増幅器２２からの検出信号波形を逆転させて駆動手段２４に送信する。駆動手段２４は、そのドライバ回路を介してモータを逆駆動させ、載置台１１の振動を減衰させて、載置台１１を早期に静止させる。この状態でウエハＷの電気的特性検査を実施する。

以上説明したように本実施形態によれば、昇降機構１２を介して昇降可能な載置台１１上に載置されたウエハＷとプローブ１３Ａとを所定の接触荷重で電気的に接触させてウエハＷの電気的特性検査を行う検査装置１０において、昇降機構１２は、載置台１１の下面にこの載置台１１と軸心を共有して取り付けられた筒体１２Ａと、この筒体１２Ａより大径に形成された支持体１２Ｅと、この支持体１２Ｅの内周面と筒体１２Ａの外周面の間に介装され且つ筒体１２Ａを昇降案内する昇降ガイド機構１２Ｆと、を備え、支持体１２Ｅの底面に昇降機構１２のボール螺子軸１２Ｃを介して接触荷重を検出する高剛性の荷重センサ２１を設けたため、剛性の高いシステムを構築することができ、接触荷重によって荷重センサが検査に影響する程の変形を生じることなく、接触荷重を直接且つ高精度に測定することができる。

また、本実施形態によれば、載置台１１の振動による振動波形の逆位相を形成する逆相形成手段２３を設け、載置台１１の振動を減衰するようにしたため、短時間で載置台１１を静止させて安定化することができ、検査のスループットを高めることができる。また、本実施形態によれば、荷重センサ２１からの信号を用いて駆動手段２４を直接制御するようにしたため、昇降機構１２をすばやく制御することができ、載置台１１を短時間で静止して安定化することができる。更に、本実施形態によれば、荷重センサ２１は、プリロードされているため、低荷重時の直線性が悪い領域を排除することができ、直線性の良い領域を使用することで高精度の測定ができる。

図４は本発明の他の実施形態の検査装置を示す構成図である。本実施形態においても上記実施形態と同一または相当部分には同一符号を附して本発明を説明する。本実施形態の検査装置１０の場合には図４に示すように、荷重センサ２１からの検出信号を一旦制御手段１４に送信し、制御手段１４を介して駆動手段２４を制御する点で上記実施形態と相違し、その他は上記実施形態に準じて構成されている。

本実施形態における制御手段１４は、例えば逆相形成手段２３を含み、この逆相形成手段２３によって増幅回路２２からの電圧信号に即した逆位相電圧信号を形成し、この逆位相電圧信号を駆動手段２４のドライバ回路に送信することによって載置台１１振動を減衰するようにしている。

本実施形態では、荷重センサ２１からの信号を一旦制御手段１４に送信し、制御手段１４を介して駆動手段２４を制御しているため、荷重センサ２１の信号に基づいて駆動手段２４を直接制御する上記実施形態と比較して、すばやい制御が難しくなる。その他の点では本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではない。例えば、荷重センサとして上記各実施形態では圧電素子として水晶素子を用いたものについて説明したが、その他の圧電素子、例えばチタン酸ジルコン酸鉛やジルコン酸鉛等の従来公知のセラミックからなる圧電素子を用いることができる。また、上記実施形態では被検査体としてウエハＷを例に挙げて説明したが、液晶基板等の被検査体にも本発明を適用することができる。

本発明は、例えばウエハ等の被検査体の検査を行う検査装置に対して好適に利用することができる。

本発明の接触荷重測定装置を適用した検査装置の一実施形態を概念的に示す側面図である。図１に示す検査装置に用いられた接触荷重測定装置の要部を拡大して示す断面図である。図２に示す検査装置の接触荷重測定装置によって得られた接触荷重を示すグラフで、（ａ）はその全体を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）の○で囲んだ部分を拡大して示すグラフである。本発明の検査装置の他の実施形態を示す図１に相当する側面図である。

符号の説明

１０検査装置
１１載置台、
１２昇降機構
１３プローブカード
１３Ａプローブ
２０接触荷重測定装置
２１荷重センサ
２３逆相形成手段
Ｗウエハ（被検査体）

Claims

昇降機構を有する載置台上に載置された被検査体とプローブとを所定の接触荷重で電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行う検査装置であって、上記昇降機構は、上記載置台の下面に上記載置台と軸心を共有して取り付けられた筒体と、この筒体より大径に形成された支持体と、この支持体の内周面と上記筒体の外周面の間に介装され且つ上記筒体を昇降案内する昇降ガイド機構と、を備え、上記支持体の底面に上記昇降機構の駆動軸を介して上記接触荷重を検出する荷重センサを設けたことを特徴とする検査装置。
上記荷重センサは上記接触荷重を振動として検出する荷重センサからなることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
上記振動波形の逆位相を形成する手段を設け、上記載置台の振動を減衰することを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
上記荷重センサは、圧縮型圧電素子を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の検査装置。