JP4959669B2 - プローブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般にウェハ状の基板上に配置された被検査体を温度制御下で検査するプローブ装置及びプローブ検査方法に関し、更に詳しくは、被検査体の電気的特性をより的確に行うプローブ装置及びプローブ検査方法に関する。

シリコン基板等のウェハ状の基板（以下、「ウェハ」と称す。）上に配置された集積回路や液晶表示装置などの電気的特性を検査する場合にはプローブ装置が用いられる。従来のプローブ装置は、図１３に示すようにプローブカード１４、プローブカードに備えられた複数のプローブ２６、ウェハＷを載置するためのメインチャック６、メインチャックをＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動させるための移動機構１２、被検査体をプローブカードと位置合わせするための上カメラ３９と下カメラ３８、テストヘッドＴＨ、及びテスタＴなどを備えている。メインチャック６は、移動機構１２により３次元方向に移動可能であると共に、ウェハＷを保持する保持機構が設けられている。

プローブ装置のメインチャック６は、測定される被検査体の温度を所定の温度に制御可能になっているものがある。この制御によって測定時の温度条件が変えられることにより、被検査体が実際に使用される環境に準じた環境で該試験が行われる。この様なプローブ装置として、特許文献１には、メインチャックの中心部に設けた温度検出手段により検出したメインチャックの温度に基づいて、メインチャックに備えられた抵抗発熱体の温度を制御する装置が開示されている。この特許文献１には、複数のゾーンに分割した抵抗発熱体の各々の温度を制御することにより、精度の高い温度下で上記試験を行うことが可能である旨が記載されている。

また、特許文献２には、複数の領域に分割したメインチャックの載置面と、これらの分割領域のそれぞれに設けられた溝と、これらの溝において開口する給排路と、上記各給排路に互いに切り替え可能に接続された熱伝導性に優れた流体の供給源、及び真空排気手段を備えた装置が開示されている。この装置は、熱伝導性に優れた流体を供給することで熱交換を行い、真空排気によってウェハを吸着保持する構造を備えている。

しかしながら、上記のプローブ装置は、メインチャックの比較的広範囲を加熱または冷却することから、被検査体を個別に温度制御することは困難であるという課題があつた。また、該装置はエネルギー消費量が大きいという課題があった。さらに、該装置は、温度制御に要する時間が長いという課題があった。

通常、プローブを用いた検査においては、メインチャック上に載置されたウェハに対してプローブから大きな針圧が掛かる。従来のプローブ装置においては、ウェハの周縁部に配置された被検査体を検査する場合には、図１４の一点鎖線で誇張して示すように、メインチャック６が該針圧のために傾く結果、ウェハ上の所定位置にプローブが接触できない虞があった。
特開平９−１８６１１２号公報 特開２００１−２３０３０８号公報

参考例は、プローブ検査における被検査体の温度制御を的確に実施できるプローブ装置及びプローブ方法を提供することを目的とする。

参考例は、敏速且つ能率的にプローブ検査することができるプローブ装置及びプローブ方法を提供することを目的とする。

本発明は、プローブにより印加される圧力によりメインチャックが傾くことを防止するプローブ装置を提供することを目的とする。

参考例に従って、下記を具備する、ウェハ状の基板上に配置された複数の被検査体を温度制御下で検査するプローブ装置が提供される。

プローバ室、該プローバ室内に配置されたステージベース、該ステージベース上に配置されたＸ−Ｙステージ（該Ｘ−Ｙステージは、該Ｘ−Ｙステージを少なくともＸ−Ｙ方向に移動させるためのＸ−Ｙステージ駆動機構を具備する）、該Ｘ−Ｙステージ上に配置されたＺステージ（該Ｚステージは該Ｚステージを昇降させるためのＺステージ昇降機構を具備する）、該Ｚステージ上に配置されたメインチャック（該メインチャックは、メインチャックをθ方向に回転させるための回転駆動機構、複数の加熱装置、熱交換器、及び温度制御装置を具備し、該複数の加熱装置の各々は、該複数の被検査体の各々及び該複数の被検査体よりなる群の各々のいずれかを加熱するのに適した大きさであり、該複数の加熱装置のそれぞれは温度センサを備える、また該熱交換器は該複数の加熱装置により加熱された被検査体を冷却する、また該温度制御装置は、該温度センサの検出結果に基づいてそれぞれの加熱装置、及び該熱交換器の少なくとも１つを制御する）、プローブカード（該プローブカードは、該プローバ室内において該メインチャックと対向して配置され、かつ複数のプローブを有する）。

参考例に基づく上記プローブ装置は、下記のさらに好ましい構成のいずれか、あるいはこれらの内のいずれかの組み合わせを具備することができる。

該複数の加熱装置の各々は、該複数の被検査体の各々に対応したセル構造、及び該複数の被検査体よりなる群に対応したセル構造、のいずれかのセル構造を有し、該セル構造は、それぞれ個別の熱交換器を具備し、該温度制御装置は該加熱装置及び該熱交換器の少なくとも１つを制御することによって、各セル構造の温度を制御する。

該複数のセルの構造は、互いのセルを仕切るための断熱材を具備する。

該メインチャックは、該Ｚステージ上にθステージを介して配置され、該回転駆動機構は、該θステージ上でメインチャックをθ方向に回転させる。

本発明に従って、下記を具備する、ウェハ状の基板上に配置された複数の被検査体を検査するプローブ装置が提供される。

プローバ室、該プローバ室内に配置されたステージベース、該ステージベース上に配置されたＺステージ（該Ｚステージは、該Ｚステージを昇降させるためのＺステージ昇降機構を具備する）、該Ｚステージ上に配置されたＸ−Ｙステージ（該Ｘ−Ｙステージは第１の枠構造であって、その中心に第１の空間を有し、該Ｘ−Ｙステージを少なくともＸ及びＹ方向に移動させるためのＸ−Ｙ移動駆動機構を具備する）、該Ｘ−Ｙステージ上に配置された基板固定機構（該基板固定機構は、第２の枠構造であって、その中心に該第１の空間と連続する第２の空間を有する）、プローブカード（該プローブカードは、該プローバ室内において該メインチャックと対向して配置され、かつ複数のプローブを有する）、該Ｚステージ上に固定されたプロービングステージ昇降機構、該プロービングステージ昇降機構に取り付けられ、かつ該第１の空間内に配置されたプロービングステージ（該プロービングステージは、その軸心が該プローブカードのプローブ中心から垂下した延長線と一致するように配置され、該プロービングステージの上部平面の広さは、第１の空間を規定する第１の枠構造の内側の広さ及び第２の空間を規定する第２の枠構造の内側の広さよりも狭く、該上部平面は該プロービングステージが該プロービング昇降機構により上昇した際に、該基板の底面に接触して該基板を下方から支持する）。

本願発明の上記の観点に基づく上記プローブ装置は、下記のさらに好ましい構成のいずれか、あるいはこれらの内のいずれかの組み合わせを具備することができる。

該プロービングステージの上部平面の広さは、プローブカードの複数のプローブの先端が占める領域に対応している。

該プロービングステージの上部平面の広さは、１つの被検査体の大きさに対応する大きさである。

該プロービングステージは、該複数の被検査体の内で、該プローブカードの複数のプローブが電気的に接触する少なくとも１つの被検査体を加熱するための加熱装置と、これら被検査体の温度及び加熱装置の温度の少なくとも１つを測定するための温度センサを備える。

該プロービングステージは、さらに被検査体を冷却するための熱交換器を備える。

該基板固定機構は、チャックプレート、チャックプレート固定機構、及び該チャックプレート固定機構をθ方向に回転させるための回転駆動機構を具備する。

該プロービングステージは着脱可能にプロービングステージ昇降機構に取り付けられる。

該チャックプレートは該チャックプレート固定機構に着脱可能に取り付けられる。

該Ｘ−Ｙステージ駆動機構は、Ｘ−ＹステージをＺステージ上で少なくともＸ−Ｙ方向に移動するＸ−Ｙステージ移動機構、及びＸ−ＹステージをＺステージ上で円滑に移動可能に支持するＸ−Ｙステージ支持機構を備える。

該Ｘ−Ｙステージ移動機構はリニアモーター機構を具備する。

該Ｘ−Ｙステージ支持機構はエアベアリング機構を具備する。

該チャックプレートは、基板を固定するための複数の押さえ具機構、及び基板を吸引固定する機構、及び基板を押さえるためのリング機構、のうちの少なくとも一つの機構を具備する。

本発明の他の観点に従って、下記を具備する、プローブ装置における被検査体Ｗを検査する方法が提供される。

（ａ）該チャックプレート上に被検査体を載置する、（ｂ）該Ｘ−Ｙステージ駆動機構が該Ｘ−ＹステージをＸ、及びＹ方向に移動することにより、及び該回転駆動機構が該ウェハ固定機構を回転することにより、プローブカードと被検査体とを位置合わせする、この位置合わせの結果、被検査体は、その軸心が該プローブカードのプローブ中心から垂下した延長線と常に実質的に一致するように配置されているチャックプレートとも位置合わせされる、（ｃ）該プロービングステージ昇降機構がプロービングステージを上昇させることにより、該プロービングステージとウェハ底面を接触させる、（ｄ）該Ｚステージ昇降機構が該ＺステージをＺ方向に上昇させることにより、プローブに被検査体を接触させる、（ｅ）該ＺステージをさらにＺ方向に上昇させることにより、被検査体をオーバードライブさせる、（ｆ）被検査体の電気的特性を検査する、（ｇ）該Ｚステージ昇降機構及び該プロービングステージ昇降機構の少なくとも１つの機構が該プロービングステージをＺ方向に降下させることにより、プローブ、被検査体及びチャックプレートの間の接触を解除する、及び、（ｈ）上記工程（ｂ）乃至（ｇ）を繰り返すことにより、所定の被検査体の全ての電気的特性を検査する。

上記方法は、さらに下記構成のいずれかを、或いは下記構成のいずれかを組み合わせて具備することが好ましい。

（ｆ）において、被検査体をオーバードライブさせる機構は、該Ｚステージ昇降機構及び該プロービングステージ昇降機構のうちの少なくとも一つである。

該プロービングステージは、該複数の被検査体の内で、該プローブカードの複数のプローブが電気的に接触する被検査体を加熱するための加熱装置と、これら被検査体の温度及び加熱装置の温度の少なくとも１つを測定するための温度センサを備えており、該（ｆ）被検査体の電気的特性を検査するに先立って、被検査体は、該加熱装置及び温度センサにより所定の温度に維持される。

さらに被検査体を冷却するための熱交換器を備え、該（ｆ）被検査体の電気的特性を検査するに先立って、被検査体は、該加熱装置、温度センサ及び熱交換器により所定の温度に維持される。

参考例によれば、被検査体の各々を加熱するのに適した大きさを有する複数の加熱装置、温度センサ、熱交換器、及び温度制御装置を具備するメインチャックを備えた構成により、被検査体を効率よく温度制御できることを容易とするプローブ装置を提供することができる。

また、参考例によれば、複数の加熱装置の各々が、複数の被検査体の各々に対応した配置、及び該複数の被検査体の内の複数の被検査体よりなる一群に対応した配置、のいずれかに配置されている構成により、被検査体を効率よく温度制御することを容易とするプローブ装置を提供することができる。

また、参考例によれば、複数の加熱装置が、複数の被検査体の各々に対応したセル構造、及び複数の被検査体の内の複数の被検査体よりなる一群に対応したセル構造、のいずれかのセル構造有し、温度制御装置によって各セルの温度が制御される構成により、被検査体を効率よく温度制御することを容易とするプローブ装置を提供することができる。

また、参考例によれば、セル構造が互いのセルを仕切るための断熱材を具備する構成により、隣接するセルの温度の影響を受け難く被検査体を効率よく温度制御することを容易とするプローブ装置を提供することができる。

また、本願発明の実施例によれば、中心に空間を有し、Ｘ−Ｙ移動機構を具備するＸ−Ｙステージ、基板固定機構、プロービングステージを具備する構成により、メインチャックの傾きをなくしウェハ周縁部の被検査体でも安定して検査することを容易とするプローブ装置を提供することができる。

また、本願発明の実施例によれば、プロービングステージに加熱装置、熱交換器、温度制御装置を具備する構成により、メインチャックの傾きをなくしウェハ周縁部の被検査体でも安定して検査することができるとともに、被検査体を効率よく温度制御することを容易とするプローブ装置を提供することができる。

また、本願発明の実施例によれば、プロービングステージの上部表面の広さを１つの被検査体の大きさに対応する広さとする構成により、被検査体を効率よく温度制御することが容易であるプローブ装置を提供することができる。

また、本願発明の実施例によれば、プロービングステージを交換可能とする構成により、検査対象に適したプロービングステージを選択することを容易とするプローブ装置を提供することができる。

以下、図に基づいて第一の参考例を説明する。図１は、第一の参考例におけるプローブ装置１００の本体断面図である。本参考例によるプローブ装置１００は、プローバ室２９を有する。このプローバ室２９の下部にはステージベース２が備えられる。ステージベースの上には、Ｘ−Ｙステージ１２、Ｚステージ１０、及びメインチャック６が、Ｚ方向に並んで配置される。またプローバ室２９内の上部には、プローブカード１４がメインチャック６と対向して配置され得る。プローブカード１４は複数のプローブ２６を有し、この複数のプローブ２６を使用して、メインチャック６に載置された被検査体の電気的特性を検査する。Ｘ−Ｙステージとは、Ｘ及びＹ方向に移動可能なステージを表す。このステージは、Ｘ方向に移動する構造体とＹ方向に移動する構造体との組み合わせでもよいが、一の構造体がＸ及びＹの両方向に移動する構造体でもよい。

図２は、図１のプローブ装置の主要部を拡大した図である。ステージベース２の上にはＸ−Ｙステージ１２がＸ−Ｙステージ駆動機構１６を介して配置される。Ｘ−Ｙステージ１２はＸステージ１２ａ及びＹステージ１２ｂを具備し、Ｘ−Ｙステージ駆動機構１６は、Ｘガイドレール及び駆動機構１６ａ並びにＹガイドレール及び駆動機構１６ｂを具備する。Ｘ−Ｙステージ１２は、Ｘ−Ｙステージ駆動機構１６によりＸ及びＹ方向に移動することが可能である。

本参考例において、Ｙステージ１２ｂは、ステージベース２上にＹガイドレール及び駆動機構１６ｂを介して取り付けられ、Ｙガイドレールに沿って移動することが可能である。また、Ｘステージ１２ａは、Ｙステージ上においてＸガイドレール及び駆動機構１６ａを介して取り付けられ、Ｘガイドレールに沿って移動することが可能である。

Ｚステージ１０は、Ｘステージ１２ａの上にＺステージ昇降機構３１を介して取り付けられている。Ｚステージ昇降機構３１は、Ｚステージガイド１５及びＺステージ駆動機構８を具備する。Ｚステージガイド１５は、Ｚステージの昇降をガイドするＺガイド１５ａと、Ｚ方向と平行にＸ−Ｙステージ１２に取り付けられたＺガイドレール１５ｂと、Ｘステージに固定されたＺガイドレール１５ｂを支持する補強具１５ｃとから構成されることができる。Ｚステージ駆動機構８は、例えばＸステージ上に配置されたモーター８ａと、モーターにより回転駆動されるボールネジ８ｂと、ボールネジ８ｂと勘合しＺステージに固定されたナット部材８ｃから構成されることができる。モーター８ａがボールネジ８ｂを回転させることによって、ナット部材８ｃはボールネジ８ｂに沿って上下に移動する。この移動によりＺステージはＺガイド１５ａを介してＺガイドレール１５ｂに従って昇降する。Ｚガイド１５ａには例えばベアリングなどを用いることができる。

Ｚステージ上にはθステージ１３が配置されることができる。θステージ１３上に回転駆動機構１７が配置されることができる。さらに、θステージ１３の上にウェハを載置するためのメインチャック６が配置される。メインチャック６は、θガイドレール２１を介してθステージ１３に取り付けられ、回転駆動機構１７によってθガイドレール２１に沿って回転させられる。本参考例においては、回転駆動機構１７はθステージ１３上に取り付けられたが、Ｚステージに直接取り付けられることもできる。この場合、θステージ１３を省略することができるが、Ｚステージの上部平面は大きくすることが好ましい。

メインチャック６は、載置されたウェハを保持するための基板固定機構２３を具備することができる。基板固定機構２３の例を図３に示した。図３において、メインチャック６は、例えばその表面に形成された溝２３ａ及び該溝２３ａに接続する給排気用の管２３ｂを備える。真空ポンプ２２によって給排気用の管２３ｂを介して溝２３ａを真空引きすることにより、ウェハはメインチャック６の表面に吸引固定されることができる。基板固定機構としてはその他に、静電気を用いた吸着機構や機械的な固定機構などを用いることができる。

図２において、メインチャック６は、メインチャックに載置されたウェハ上の被検査体を加熱するための複数の加熱装置１８を備える。それぞれの加熱装置は温度センサ１９を備えることができる。各加熱装置は、一つの被検査体或いは複数の被検査体からなる一群を加熱するのに適した大きさを有し、ウェハ上の被検査体の配置に対応した配置で備えられる。即ち、一つの加熱装置は、載置された被検査体の一つ或いは一群に相当する大きさであり、一つの加熱装置と一つ或いは一群の被検査体が合致するように配置される。これにより、一つの加熱装置が一つ或いは一群の被検査体を的確に加熱することが可能である。

さらに、メインチャック６は被検査体を冷却するための熱交換器２０を備えることができる。熱交換器２０は、流体給排路２０ａ及び流体供給器２０ｂを備え、熱伝導性に優れた流体を流体給排路２０ａ内に循環させることにより、加熱装置により加熱された被検査体を冷却する。また、高温度に発熱する集積回路の電気的特性を検査する場合などには、被検査体の過熱を防ぐために熱交換器２０が用いられることもできる。

また、本参考例によるプローブ装置は温度制御装置２７を備える。温度制御装置は、それぞれの加熱装置１８、温度センサ１９、及び熱交換器２０と接続される。温度制御装置２７は、温度センサ１９の検出結果に基づいてそれぞれの加熱装置或いは熱交換器の少なくとも１つを制御し、被検査体を所定の温度にすることができる。

図４に、第二の参考例におけるプローブ装置１００の主要部を示す。第二の参考例は、第一の参考例のプローブ装置１００に加えて、メインチャックに備えられた加熱装置がセル構造９を有する。それぞれのセル構造９には、加熱装置、温度センサ、及び熱交換器が配置されることができる。温度制御装置２７は、各セルの加熱装置１８、温度センサ１９、及び熱交換器２０と接続され、温度センサの検出結果に基づいて、各セルを個別に温度制御することができる。

図４のＡ−Ａ線におけるメインチャック６の横断面図を図５に示した。それぞれのセル構造９は、メインチャック６に載置された被検査体の配置に対応した配置、或いは複数の被検査体からなる一群の配置に対応した配置とすることが好ましい。即ち、一つのセル或いは複数のセルが、メインチャック上に載置された被検査体の一つ或いは一群に合致するように配置される。各セルには加熱装置、温度センサ及び熱交換器が配置されているため、一つ或いは一群の被検査体を的確に加熱或いは冷却することができる。さらに、それぞれのセル構造９は、互いを仕切るための断熱材４０を具備することによって、隣接するセルの温度に影響され難い環境で被検査体を所定の温度に制御することが可能である。

次に、第一及び第二の参考例の動作について説明する。図１において、搬送機構（図示せず）によってカセットＣ内から取り出されたウェハＷは、メインチャック６上へ移動され、載置される。上記した基板固定機構２３がウェハを固定した後、プローバ室２９内に備えられた上下のカメラ３９，３８を用いてウェハの位置合わせが行われる。ウェハの位置合わせは、Ｙステージ１２ｂをＹガイドレール１６ｂに従って移動させて、またＸステージ１２ａをＸガイドレール１６ａに従って移動させて行う。Ｘ及びＹ方向の位置合わせと前後して、θ方向の位置合わせを行う。θ方向の位置合わせは、回転駆動機構１７がメインチャック６をθガイドレール１７ｂに従って回転させて行う。

ウェハの位置合わせが終了し、Ｚステージ１０が上昇することによってプローブとウェハが接触する。この接触後、Ｚステージをさらに上昇させてオーバードライブされた状態で検査を開始する。温度制御装置による被検査体の温度制御は、検査直前或いは位置合わせの最中から行われ、被検査体が所定の温度に達した後にプローブを使用して被検査体の電気的特性が検査される。

図６に、本願発明の第一の実施例におけるプローブ装置１００の主要部を示す。第一の実施例によるプローブ装置は、プローバ室２９の下部にステージベース２を備え、その上にＺステージ１０がＺステージ昇降機構３１を介して取り付けられる。Ｚステージ昇降機構３１は、上記第一の参考例とは異なりステージベース２上に配置されることができるが、その他の構成及び動作は、上記第一の参考例と同様である。Ｚステージ昇降機構３１を構成するＺステージ駆動機構８は、図６及び７に示すようにステージベース２の中央に一箇所備えられることもできるが、図８及び９に示すように、複数箇所に備えられることもできる。

図６において、Ｚステージ１０の上にはＸ−Ｙステージ１２が配置される。このＸ−Ｙステージは、Ｘ−Ｙステージ駆動機構１６を具備し、Ｚステージ上をＸ及びＹ方向に移動することができる。Ｘ−Ｙステージ駆動機構１６は、Ｘ−ＹステージをＺステージ上でＸ−Ｙ方向に移動するＸ−Ｙステージ移動機構１６ｃ、及びＸ−ＹステージをＺステージ上で円滑に移動可能に支持するＸ−Ｙステージ支持機構１６ｄを備えることができる。このＸ−Ｙステージ移動機構１６ｃとしては例えばリニアモーター機構などを採用することができる。また、Ｘ−Ｙステージ支持機構１６ｄとしては例えばエアベアリング機構などを採用することができる。Ｘ−Ｙステージ駆動機構１６は、ＺステージとＸ−Ｙステージとの間に備えられても良いが、ＺステージとＸ−Ｙステージのそれぞれに組み込まれ、各ステージと一体で構成されても良い。本実施例では、Ｘ−Ｙステージ駆動機構１６としてＨＩＷＩＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製のＬＭＳＰを改良して採用することができる。ＬＭＳＰは、エアベアリングを備えたリニアモーター式の制御システムである。ＬＭＳＰを採用したステージ駆動機構１６は、ステージの下面から圧縮空気を噴き出すことで、ステージをわずかに浮上させ支持する。この状態でステージに備えられたリニアモーター機構がステージをＸ，Ｙ方向に移動させる。

Ｘ−Ｙステージ１２は中心に空間を有する枠状構造をしており、これを第１の枠状構造、その中心の空間を第１の空間１１ａとすることができる。この第１の枠状構造は、特に円環状構造であることが好ましい。このＸ−Ｙステージ１２上に、ウェハを保持するための基板固定機構２３が備えられる。基板固定機構２３も枠状構造をしており、これを第２の枠状構造とすることができる。第２の枠状構造の中心にあり、該第１の空間に連続する空間を第２の空間１１ｂとすることができる。基板固定機構２３は、第２の空間１１ｂを覆う配置でウェハを保持するために、ウェハを保持するチャックプレート５、チャックプレートが固定されたチャックプレート固定機構４を具備することができる。チャックプレート５及びチャックプレート固定機構４の両者或いは、少なくともチャックプレート５は、枠状構造であることが好ましく、この枠状構造は、特に円環状構造であることが好ましい。チャックプレート固定機構４は、θガイドレール２１を介してＸ−Ｙステージに取り付けられることができ、同じくＸ−Ｙステージ上に配置された回転駆動機構１７によってθ方向に回転されることができる。

ウェハＷはチャックプレート５に保持される。チャックプレート５はウェハＷを保持するための構造を有し、その構造の実施例が図１０乃至図１２ｂに示されている。図１０はチャックプレートの一つの実施例であり、チャックプレートにヒンジ３７により回転可能に取り付けられた押さえ具３４が、チャックプレートに載置されたウェハを固定する。押さえ具３４はマニュアルで上下することができるが、自動化されることも可能である。押さえ具３４の上下を自動化する場合、駆動機構３０によって押さえ具３４が上げられた状態においてチャックプレート５上にウェハが載置され、続いて該駆動機構が押さえ具を下げることによりウェハが固定される。この押さえ具３４は、チャックプレート５の複数箇所に備えられることができる。図１１はチャックプレート５の他の実施例である。チャックプレート５はその内部に吸排気口３６及び吸排気管３５を備える。ウェハがチャックプレート上に載置された状態で、真空ポンプ２２が吸排気口３６及び吸排気管３５を真空引きすることにより、ウェハはチャックプレートに吸引固定されることができる。

図１２ａ及び１２ｂはさらに別の実施例であり、図１２ｂに示されるようなリング状部材３３によってウェハを固定する。リング状部材３３はその外周の複数箇所、好ましくは２箇所に、支柱３２を有する。この支柱３２はチャックプレート５に昇降可能に配置される。図１２ａは、リング状部材３３を具備するチャックプレート５の断面図である。駆動機構３０が支柱３２を持ち上げた状態で、チャックプレート５上にウェハが載置される。その後、駆動機構３０が支柱３２を降下させることにより、リング状部材３３がウェハを押圧し、ウェハがチャックプレート上に固定されることができる。

上記複数の実施例において、チャックプレート５はチャックプレート固定機構４に固定されているが、着脱可能に取り付けられることもできる。その場合、プローブ装置外で予めウェハが固定されたチャックプレート５を、チャックプレート固定機構４に取り付けることも可能である。このチャックプレート５に載置されたウェハＷと対向するように、複数のプローブ２６を有するプローブカード１４がプローバ室内上部に配置されている。

図６に示したように、第１の空間１１ａ及び第２の空間１１ｂ内において、プロービングステージ３がＺステージ上に配置される。プロービングステージ３は、その軸心が該プローブカード１４のプローブ中心から垂下した延長線と一致するように配置されることが好ましい。プロービングステージ３はその下部にプロービングステージ３を昇降させるためのプロービングステージ昇降機構２４を備えることができる。このプロービングステージ昇降機構によってプロービングステージ３が上昇すると、プロービングステージの上部平面３ａがチャックプレート５に固定されたウェハＷの底面に接触する。プロービングステージ３は、ウェハＷに接触することによりプローブ検査時にウェハを下方から支持する。そのためプロービングステージ３の上部は平面である。プロービングステージ３の上部平面３ａの広さは、第１の空間１１ａを規定する第１の枠構造（Ｘ−Ｙステージ１２）の内側の広さ及び第２の空間１１ｂを規定する第２の枠構造（基板固定機構２３）の内側の広さよりも狭く、プローブカードの複数のプローブの先端が占める領域、即ち一度に検査可能な最大領域、に対応する大きさである。ここで対応する大きさとは、該領域より広いことを表す。

プロービングステージ昇降機構２４はプロービングステージ３を昇降する。プロービングステージ昇降機構２４は、Ｚステージ上に固定されており、例えばモーター２４ａと、モーター２４ａに固定されたボールネジ部材２４ｂと、プロービングステージ３に固定されたナット部材２４ｃとから構成されることができる。ボールネジ部材２４ｂはナット部材２４ｃに螺合する。モーター２４ａがボールネジ２４ｂを回転することにより、プロービングステージ３は昇降する。モーター２４ａは、図６乃至図８に示したようにＺステージ１０上に配置されることができるが、図９に示したようにＺステージ１０内部に配置されることもできる。

次に、第一の実施例の動作について説明する。図６において、搬送機構（図示せず）によってカセットＣ内から取り出されたウェハＷは、チャックプレート５に載置される（ａ）。チャックプレート５がウェハを固定すると、上記した位置合わせ手段とＸ−Ｙステージ１２をＸ及びＹ方向に移動させるＸ−Ｙステージ駆動機構１６により、被検査体の位置合わせが行われる（ｂ１）。この時、プロービングステージ３及びその昇降機構２４はＺステージ１０に固定されているため移動しない。続いて回転駆動機構１７がウェハ固定機構２３を回転しつつ、位置合わせ機構と協働して、θ方向の位置が決定される（ｂ２）。Ｘ，Ｙ，及びθ方向の位置が決定されると、プロービングステージ３が昇降機構２４によって上昇し、プロービングステージ３の上部平面がウェハＷの底面に接触する（ｃ）。Ｚステージ昇降機構３１がＺステージ１０を上昇させることにより、被検査体がプローブと接触する（ｄ）。この状態から、Ｚステージ昇降機構３１又はプロービングステージ昇降機構２４の少なくとも１つをさらに上昇させることにより、ウェハＷをプローブカードに向けてオーバードライブさせる（ｅ）。この状態で被検査体の検査が実施される（ｆ）。検査が終了した後、Ｚステージ昇降機構３１又はプロービングステージ昇降機構２４の少なくとも１つを降下させることによりオーバードライブを解除し、さらにＺステージ昇降機構３１がＺステージ１０を降下させてプローブから被検査体を離す（ｇ１）。続いて昇降機構２４がプロービングステージ３をわずかに降下させ、その上部平面をウェハ底面から離す（ｇ２）。そして、次に検査される被検査体のための位置合わせが再び行われ、同様の手順によって次の被検査体が検査される。

Ｘ、Ｙ、及びθ方向の位置合わせは、上記した順序に限らず、いずれの方向の位置合わせからでも行うことが可能である。また、上記の方法においてオーバードライブはＺステージ１０を上昇させて行われたが、プロービングステージ３がウェハＷと接触し、また被検査体がプローブ２６と接触している状態において、昇降機構２４がプロービングステージ３をさらに上昇させることによりオーバードライブを行うことも可能である。

上記プロービングステージ３は、プロービングステージ昇降機構を介してステージベース上に固定されているため、プローブカードの検査中心は常にプロービングステージ３に支持される。従って、従来のプローブ装置において課題であったメインチャック６の傾きが防止され、ウェハの周縁部に位置する被検査体でも安定したプローブ検査を行うことが可能である。

図７乃至図９に、本願発明の第二の実施例におけるプローブ装置１００の主要部を示す。第二の実施例は、第一の実施例のプローブ装置１００のプロービングステージ３に、被検査体を温度制御するための機構を備えている。本実施例によるプロービングステージ３は、その上部表面の下部に加熱装置１８を備え、さらに温度センサ１９及び熱交換器２０を備える。加熱装置１８及び熱交換器２０は、プローブカード１４の複数のプローブ２６が電気的に接触する複数の被検査体をそれぞれ加熱及び冷却し、温度センサは所定の被検査体の温度を測定する。所定の被検査体は、プローブが電気的に接触している個々の被検査体であることが好ましい。さらに、第一及び第二の参考例と同様に、本実施例によるプローブ装置も温度制御装置２７を具備する。温度制御装置２７は温度センサ１９の検出結果に基づいて加熱装置及び熱交換器を制御することにより、被検査体或いは加熱装置１８を所定の温度にする。

プロービングステージ３に備えられた加熱装置１８は、一つまたは複数であることができる。加熱装置が複数の場合は、上記第二の参考例と同様に、セル構造９を具備することができる。また、温度センサ１９及び熱交換器２０は、加熱装置１８と同数を備えることができる。プロービングステージ３の上部平面の広さは、１つの被検査体或いは一度に検査される複数の被検査体の一群の大きさとほぼ同じ広さであることが好ましい。このような構成によって、検査される被検査体のみを温度制御することができ、被検査体の温度を上昇させる時間を短くできる。また、エネルギーの消費及び損失を減少することを可能にする。

プロービングステージ３は、アルミなどの熱伝導性に優れた金属で作られることができ、着脱可能にプロービングステージ昇降機構に取り付けられる。従って、検査対象ごとに最適な大きさを有するものに交換することが可能である。プロービングステージ３を交換する場合は、プロービングステージに固定されたナット部材２４ｃごとボールネジ２４ｂから取り外しまたは取り付けることができる。

第二の実施例の動作を、第一の実施例の動作を元に説明する。ウェハＷをプローブカードに向けてオーバードライブさせる工程（ｅ）の後、被検査体はプロービングステージ３に備えられた加熱装置、温度センサ及び熱交換器により所定の温度に加熱され、維持される（Ｔ）。被検査体の温度制御は、オーバードライブする工程（ｅ）の前に行われても良い。被検査体の温度が所定の温度に達した後、被検査体の電気的特性の検査（ｆ）が行われる。第一及び第二の実施例の動作を図１５のフローチャートに示した。

上記実施例のようなプロービングステージ３は、従来のメインチャックと比べて上部平面の広さが限られるため、平面の反りや偏向が少なく製造及び使用が容易であるなどの優れた利点を具備することを容易とする。また、プロービングステージ３の表面の温度分布のばらつきを少なくすることが容易である。さらに、上記実施例では、プロービングステージ３の体積が比較的小さいこと、及び加熱装置の数が少ないことから、被検査体を加熱する際の熱の損失が抑えられ、被検査体を迅速に加熱することが容易であり、また被検査体を冷却する際には、加熱装置の余熱に妨げられずに速やかに冷却することを容易にすることができる。

第一の参考例によるプローブ装置。 第一の参考例のプローブ装置の主要部の一例。 ウェハの吸引固定機構の一例。 第二の参考例のプローブ装置の主要部の他の例。 図４のＡ−Ａ線におけるメインチャック６の横断面図。 本願発明の第一の実施例のプローブ装置の主要部の例。 本願発明の第二の実施例のプローブ装置の主要部の他の例。 本願発明の第二の実施例のプローブ装置の主要部の他の例。 本願発明の第二の実施例のプローブ装置の主要部の他の例。 ウェハ固定具の一例。 ウェハ固定具の他の例。 ウェハ固定具の他の例であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はウェハを固定するリング。 従来のプローブ装置。 従来のプローブ装置においてメインチャックの傾きを例示した模式図。 本発明の一実施例によるプローブ装置を用いて被検査体を検査する際のフローチャート。

符号の説明

２…ステージベース、３…プロービングステージ、４…チャックプレート固定機構、５…チャックプレート、６…メインチャック、７…Ｚユニット、９…セル構造、１０…Ｚステージ、１２…Ｘ−Ｙステージ、１３…θステージ、１４…プローブカード、１６…Ｘ−Ｙステージ駆動機構、１７…回転駆動機構、１８…加熱装置、１９…温度センサ、２０…熱交換器、２１…θガイドレール、２３…基板固定機構、２４…プロービングステージ昇降機構、２５…流体給排路、２７…温度制御装置、２８…流体供給器、２９…プローバ室、３１…Ｚステージ昇降機構。

Claims (12)

1. ウェハ状の基板上に配置された複数の被検査体を検査するプローブ装置、該プローブ装置は下記を具備する：
   プローバ室；
   該プローバ室内に配置されたＸ−Ｙステージ、該Ｘ−Ｙステージは第１の枠構造であって、その中心に第１の空間を有し、該Ｘ−Ｙステージは、該Ｘ−Ｙステージを少なくともＸ及びＹ方向に移動させるためのＸ−Ｙ駆動機構を具備する；
   該Ｘ−Ｙステージ上に配置された基板固定機構、該基板固定機構は、第２の枠構造であって、その中心に該第１の空間と連続する第２の空間を有する；
   該プローバ室内において、該ウエハ状の基板と対向して配置され、かつ複数のプローブを有するプローブカード；
   該第1の空間内に配置されたプロービングステージ昇降機構；
   該プロービングステージ昇降機構に取り付けられたプロービングステージ、該プロービングステージは下記を具備する：
   該プロービングステージは、その軸心が該プローブカードのプローブ中心から垂下した延長線と一致するように配置される；
   該プロービングステージの上部平面、該上部平面の広さは、第１の空間を規定する第１の枠構造の内側の広さ及び第２の空間を規定する第２の枠構造の内側の広さよりも狭く、該上部平面は該プロービングステージが該プロービング昇降機構により上昇した際に、該基板の底面に接触して該基板を下方から支持する。
2. 該プロービングステージの上部平面の広さは、プローブカードの複数のプローブの先端が占める領域に対応している、請求項１のプローブ装置。
3. 該プロービングステージの上部平面の広さは、１つの被検査体の大きさに対応する大きさである、請求項１のプローブ装置。
4. 該プロービングステージは、該複数の被検査体の内で、該プローブカードの複数のプローブが電気的に接触する少なくとも1つの被検査体を加熱するための加熱装置と、これら被検査体の温度及び加熱装置の温度の少なくとも１つを測定するための温度センサーを備える、請求項１のプローブ装置。
5. 該プロービングステージは、さらに該被検査体を冷却するための熱交換器を備える、請求項１のプローブ装置。
6. 該基板固定機構は、チャックプレート、チャックプレート固定機構、及び該チャックプレート固定機構をθ方向に回転させるための回転駆動機構を具備する、請求項１のプローブ装置。
7. 該プロービングステージは着脱可能にプロービングステージ昇降機構に取り付けられる、請求項１のプローブ装置。
8. 該チャックプレートは該チャックプレート固定機構に着脱可能に取り付けられる、請求項６のプローブ装置。
9. 該プローバ室内には、ステージベース及び該ステージベース上に配置されたＺステージを具備し、
   該Ｘ−Ｙステージ駆動機構は、該Ｘ−Ｙステージを該Ｚステージ上で少なくともＸ−Ｙ方向に移動するＸ−Ｙステージ移動機構、及び該Ｘ−Ｙステージを該Ｚステージ上で円滑に移動可能に支持するＸ−Ｙステージ支持機構を備える、請求項１のプローブ装置。
10. 該Ｘ−Ｙステージ移動機構はリニアモーター機構を具備する、請求項９のプローブ装置。
11. 該Ｘ−Ｙステージ支持機構はエアベアリング機構を具備する、請求項９のプローブ装置。
12. 該チャックプレートは、基板を固定するための複数の押さえ具機構、及び基板を吸引固定する機構、及び基板を押さえるためのリング機構、のうちの少なくとも一つの機構を具備する、請求項１のプローブ装置。

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