JPH0737941A

JPH0737941A - プローブ装置

Info

Publication number: JPH0737941A
Application number: JP18123393A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Marumo; 芳人丸茂
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Priority date: 1993-07-22
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な接触式変位センサーを用いて、プロー
ブカードの針先高さを簡単に認識でき、検査時のウエハ
のプローブ針への接触高さを求めてウエハ支持台の上昇
量を適確に設定制御できるプローブ装置を提供すること
にある。【構成】ウエハ支持台１５と、この昇降駆動機構と、
多数本のプローブ針２３付きプローブカード２２とを備
え、ウエハ支持台１５の移動により半導体ウエハにプロ
ーブ針２３を接触させて電気的特性を検査するもので、
且つウエハ支持台１５に支持される接触式変位センサー
５５と、このセンサー５５が支持台１５の移動によりプ
ローブ針２３と接触したとき発生する電圧変化を検出す
る電圧検出回路６０と、この信号を基にプローブカード
２２の針先高さを認識して検査時の半導体ウエハ１４の
プローブ針２３への接触高さを求めて昇降駆動機構によ
る支持台１５の上昇量を設定する制御系とを備えた構成
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエハの
チップ等の被検査体の電気的特性を検査するプローブ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、半導体製造プロセスにおい
ては、半導体ウエハ上に精密写真技術等を用いて所定の
回路パターンを持つ多数の半導体チップ（半導体デバイ
ス）が配列して形成される。これらチップの電気的特性
の検査（試験判定）は、各チップが分割される前の半導
体ウエハの状態で、プローブ装置（別名：ウエハプロー
バ）により行われる。この検査結果、良品と判定された
半導体チップのみを、次のボンディングやパッケージン
グ工程に送り、最終製品の歩留まりの向上を図るように
している。

【０００３】ここで、そのプローブ装置は、特開昭６４
−７３６３２号公報等に示されているようなもので、メ
インステージにはＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動制御可能に
構成されたウエハ支持台（載置台）が備えられており、
このウエハ支持台上方に対向する位置には、半導体ウエ
ハのチップの電極パッドに対応した多数のプローブ針を
備えるプローブカードが設置されている。

【０００４】そして、ウエハ支持台上に被検査体である
半導体ウエハを搭載支持し、そのウエハ支持台をＸ−Ｙ
−Ｚ−θ方向に移動制御して、この上面に保持した半導
体ウエハ上のチップの電極パッドにプローブカードのプ
ローブ針の先端を接触させ、これでそのプローブ針を介
しプローブカードの更に上方に配するテストヘッド並び
に外部テスタとの電気的接続を行って、その半導体ウエ
ハのチップの電気的特性を検査するようになっている。

【０００５】このようなプローブ装置に用いられるプロ
ーブカードは、プリント基板に対し各プローブ針の針杆
部を斜めにして取付けた斜針タイプのものが主流をなし
ているが、半導体チップの高集積化に伴う電極パッド数
の増加並びに微細ピッチ化に対処すべく、端末をプリン
ト基板に固定した多数本のプローブ針の先端側を垂直に
支持した垂直針タイプの多ピン用高密度プローブカード
（ＶＴＰＣ）なども開発されて実用化されつつある。

【０００６】ところで、前述のプローブ装置では、何ら
かの異常発生や、被検査対象の変更等に応じ、プローブ
カードを交換する必要がある。この際、プローブカード
は個々の製作時の誤差や、カードメーカーや品種が違う
ことによって、それぞれプローブ針の針先高さが異なっ
ている場合が多いと共に、そのプローブカードの交換時
の取付け（セット）ミスなどにより針先高さが微妙に異
なってしまう。

【０００７】このため、プローブカードをセットした
後、実際の半導体ウエハのチップ検査を開始する際に、
ウエハ支持台を上昇させながら、その上面の半導体ウエ
ハが当該プローブカードのプローブ針の針先に実際に接
触した高さ、即ちコンタクトポイントを求め、これより
ウエハ支持台の移動量（上昇量）を設定する必要があ
る。

【０００８】この設定を間違えると、半導体ウエハ上の
チップの電極パットとプローブ針との接触不良を起こし
て満足な検査（テスト）ができなかったり、或いは逆に
プローブ針に半導体ウエハが強く衝突して互いに損傷し
たりカードの破損を招いたりする可能性がある。

【０００９】従来、このコンタクトポイントを求める手
段としては、 (1) ウエハ支持台をゆっくり上昇させながら、その上面
のウエハがプローブ針に接触したか否かをオペレータが
顕微鏡或いはテレビカメラを用いて目視観察することに
より、コンタクトポイントを求める。

【００１０】(2) プローブカードにプロファイラーと称
される２本一組の高さ検知針を余計に設けると共に、こ
の２本の針に高さ検知回路に接続しておき、ウエハ支持
台を上昇させながら、その上面のウエハが該一方の検知
針を他方の検知針から離間するように押し上げて高さ検
知回路を開くことにより、コンタクトポイントを求め
る。

【００１１】(3) プローブカード上に設置されるテスタ
側にコンタクトチェックプログラムを追加しておき、ウ
エハ支持台を上昇させながら、その上面のウエハがプロ
ーブ針に接触したか否かをテスタ側で検知して、コンタ
クトポイントを求める。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述のようなプローブ
装置におけるコンタクトポイントの検知手段では、次の
ような問題があった。つまり、第１のオペレータによる
目視観察方式では、５μm 単位程度での微細調整を顕微
鏡或いはテレビカメラでフォーカスするのが非常に大変
で、熟練者であっても多くの時間を必要とすると共に、
フォーカス深度やテレビの解像度などから精度が低い。

【００１３】第２のプロファイラー方式では、個々のプ
ローブカードに余計な検知針を設けなければならないの
で、個々のプローブカードのコスト高を招くと共に、針
実装の高密度化が進んだ現在のプローブカードでは、検
知針を余計に設けるスペースが無く実現不可能である。

【００１４】第３のテスターによるコンタクトチェック
方式では、テスタ側に新たにコンタクトチックプログラ
ムを追加しなければならなず、コスト高を招く。本発明
の主たる目的は、プローブカードやテスタ側には一切手
を加えず、支持台側に簡単な接触式変位センサーを置く
ことで、セットしたプローブカードのプローブ針の針先
高さを簡単に認識できて、検査時の被検査体のプローブ
針への接触高さ（コンタクトポイント）を高精度に求め
て、駆動手段による支持台の上昇量を適確に設定でき、
検査不良や被検査体とプローブ針との衝突・破損等を確
実に防止できるようになると共に、プローブカード等の
コストの低減が図れるプローブ装置を提供することにあ
る。

【００１５】また、本発明のもう一つの目的は、プロー
ブカードの製作上や取付けミス等によるプローブ針群の
針先高さのバラツキや傾きと言った不具合を検知できて
るようになるプローブ装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段と作用】本発明の一態様に
係わるプローブ装置は、被検査体を支持する支持台と、
この支持台を往復動させる駆動手段と、この支持台と対
向する位置に配し多数本のプローブ針を有したプローブ
カードとを備え、前記駆動手段により支持台を移動さ
せ、これに支持された被検査体に前記プローブ針を接触
させることにより該被検査体の電気的特性を検査するも
ので、且つ前記支持台に支持される接触式変位センサー
と、この接触式変位センサーが支持台の移動によりプロ
ーブ針と接触したとき発生する電圧変化を検出する検出
手段と、この検出手段からの信号を基にプローブカード
のプローブ針の針先高さを認識し、検査時の被検査体の
該プローブ針への接触高さを求めて、前記駆動手段によ
る支持台の移動量を設定する手段とを備えた構成であ
る。

【００１７】こうした構成のプローブ装置であれば、プ
ローブカードを交換した場合など、最初に支持台に接触
式変位センサーを支持し、この状態で支持台を駆動手段
により移動させることで、その接触式変位センサーがプ
ローブカードのプローブ針と接触して電圧変化を生じ、
これを検出手段により検出し、この検出信号を基に該プ
ローブカードのプローブ針の針先高さを認識し、検査時
の被検査体の厚みを考慮するなどして、該被検査体のプ
ローブ針への接触高さ、即ちコンタクトポイントを高精
度に求めて、駆動手段による支持台の移動量を適確に設
定できるようになる。これで、被検査体へのプローブ針
の接触不良や被検査体とプローブ針との衝突・破損等と
言った不具合を防いで、被検査体の検査を簡便且つ確実
に行い得るようになると共に、プローブカードやテスタ
側にコンタクトチェックのための工夫を一切行わずに済
み、コストの低減が図れるようになる。

【００１８】また、前記接触式変位センサーを、被検査
体と略同形状に成形し、必要に応じ被検査体の代わりに
移載手段により支持台に支持される構成としておけば、
プローブカードの交換の都度、人手を要さずに、該接触
式変位センサーを支持台上に移載支持して前述のように
コンタクトポイントを求めて、被検査体の検査の全自動
化に役立つようになる。

【００１９】本発明の他の態様に係わるプローブ装置
は、被検査体を支持する支持台と、この支持台を往復動
させる駆動手段と、この支持台に対向する位置に配し多
数本のプローブ針を有したプローブカードとを備え、前
記駆動手段により支持台を移動させ、これに支持された
被検査体に前記プローブ針を接触させることにより該被
検査体の電気的特性を検査するもので、且つ前記支持台
の一部に固定的に設けられた接触式変位センサーと、こ
の接触式変位センサーが支持台の移動によりプローブ針
と接触したとき発生する電圧変化を検出する検出手段
と、この検出手段からの信号を基にプローブカードのプ
ローブ針高さを認識し、検査時の被検査体の該プローブ
針への接触高さを求めて、前記駆動手段による支持台の
移動量を設定する手段とを備えた構成である。

【００２０】こうした構成のプローブ装置であっても、
プローブカードを交換した場合など、最初に支持台を位
置制御するなどしながら移動させて、該支持台の一部に
固設されている接触式変位センサーをプローブカードの
プローブ針と接触させるようにする。これで前述同様に
プローブカードのプローブ針高さを認識し、以後の検査
時の被検査体の該プローブ針へのコンタクトポイントを
求めて、駆動手段による支持台の移動量を適確に設定で
きるようになる。

【００２１】また、前記両態様のプローブ装置における
接触式変位センサーは、圧電プラスチックフイルムの両
面に電極加工したものを用いて構成することで、支持台
の移動によりプローブカードのプローブ針と接触する
と、その瞬間に該接触式変位センサーの持つ圧電効果に
より電圧が発生し、この電圧変化を検出手段により検出
して該プローブカードのプローブ針の針先高さを正確に
認識できるようになり、更に一層の精度の向上が図れる
ようになると共に、その接触式変位センサー自体の構成
が簡単で且つ取扱いが容易で、支持台に楽に適用できる
ようになる。

【００２２】更にまた、前記接触式変位センサーは、検
知領域を同一平面上で少なくとも２つ以上に分割してお
くことで、支持台の移動により各検知領域へのプローブ
カードのプローブ針の接触を該個々の検知領域の電圧変
化により検知し、その各検知領域からの検知信号の差を
基に当該プローブカードのプローブ針群の針先高さのバ
ラツキや傾き度合を知ることが可能となる。これでプロ
ーブカードの製作上や取付けミス等による不具合チェッ
クが可能で、そのプローブカードの修正やセットの調整
し直しなどの指示を行うことができるようになる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を半導体ウエハ上に形成された
半導体チップの電気的特性を試験検査するプローブ装置
（ウエハプローバ）に適用した一実施例を図１乃至図７
を参照して説明する。

【００２４】まず、図５において、符号１１は全体的に
ボックス状をなすプローブ装置本体を示し、この略中央
には架台１２を介してメインステージ１３が設けられて
いる。このメインステージ１３は、被検査体である半導
体ウエハ（以下単にウエハと略称する）１４を搭載支持
するウエハ支持台（真空チャック）１５を後述する如く
移動制御可能に備えている。

【００２５】前記装置本体１１の上部には、前記ウエハ
支持台１５と共通の架台１２から立設した強固な支持枠
１６に保持させてヘッドプレート１７が水平に設けられ
ている。このヘッドプレート１７の略中央開口部に位置
決め嵌合するインサートリング１８を介してプローブ機
構２１が設けられている。

【００２６】このプローブ機構２１は、プローブカード
２２を主体とする。このプローブカード２２は、後述す
る如く、多数本のプローブ針２３を実装したカード本体
２４と、このカード本体２４をこの周囲から嵌合保持す
るカードホルダー２５とで予め集合体状に構成されてい
る。この集合体状のプローブカード２２が前記インサー
トリング１８を介し前記ウエハ支持台１５の上方対向す
る位置に取付けセットされている。

【００２７】また、このプローブカード２２の上側にコ
ンタクトリング２６を介し電気的に接続するテストヘッ
ド２７が搭載支持され、これが外部テスタ２８と電気的
に接続される。更に、そのテストヘッド２７中央上方か
ら前記プローブカード２２の中央開口を介してウエハ支
持台１５上のウエハ１４及びこれに接触するプローブ針
先等を監視する顕微鏡もしくはテレビカメラ２９が備え
られている。

【００２８】前記装置本体１１の右側には被検査体オー
トローダ３１が設置されている。このオートローダ３１
には、多数枚のウエハ１４を収容したウエハカセット３
２を交換可能に挿入セットできるカセット支持台３３が
昇降駆動可能に設けられている。その隣側に該ウエハカ
セット３２内のウエハ１４を一枚ずつ取り出すローダス
テージ３４が設けられている。このローダステージ３４
により搬出されたウエハ１４は予備アライメントステー
ジ（図示省略）に載せられ、そこでウエハ１４のオリエ
ンテーションフラット等を基準にした予備アライメント
が行われるようになっている。また、その予備アライメ
ントされたウエハ１４を前記ウエハ支持台１５上面に移
載する手段としてウエハハンドリングアーム３５が設け
られている。なお、これらローダステージ３４及びウエ
ハハンドリングアーム３５は検査済みのウエハ１４をウ
エハ支持台１５上から取り上げて再びウエハカセット３
２に戻す働きも行う。

【００２９】また、前記装置本体１１内の中央手前側に
は、図示していないが、アラインメントユニットが設け
られている。このユニットには、前記ウエハ支持台１５
上に載置されたウエハ１４を、このスクライブライン等
を基準として正確にアラインメントすべく、ＣＣＤカメ
ラやレーザーを用いた画像認識機構が設けられていると
共に、ウエハ支持台１５のＺ方向の位置検出並びにその
上に載置されたウエハ１４等の厚さを検出すべく、図１
に想像線で示しているように静電容量センサー３６ａを
用いた検出回路３６が設けられて、これらの下側にまで
前記ウエハ支持台１５が移動可能となっている。

【００３０】一方、前記装置本体１１の左側にはプロー
ブカード交換器３７が設けられている。このプローブカ
ード交換器３７内にはカード収納棚３８が設けられ、こ
の収納棚３８に前述した集合体状（カードホルダー２５
付き）の各種のプローブカード２２が挿脱可能に収納保
管されている。これらプローブカード２２は、必要に応
じ前記カード収納棚３８から取り出して、前記装置本体
１１のヘッドプレート１７中央のインサートリング１８
に取付けセットされる。このプローブカード２２の取付
け並びに交換作業は、オペレータが手動的に、或いは図
示しないが前記ウエハハンドリングアーム１６と同様の
装置を介して自動的に行われる。そのプローブカード自
動交換装置は例えば米国特許Ｎｏ．４，９６６，５２０
に記載されているものと同様で良い。

【００３１】図６は前記メインステージ１３を示すもの
で、これはＸ方向に延在される２本のレール４１ａに沿
って移動可能なＸテーブル４１と、このＸテーブル４１
上をＹ方向に延在される２本のレール４２ａに沿って移
動可能なＹテーブル４２とを有し、これらがパルスモー
タなどを含む慣用のＸ−Ｙ駆動機構によって駆動される
と共に、更にそのＹテーブル４２に前記ウエハ支持台１
５を支持する昇降並びに回転可能なＺ軸４３（図１参
照）を有し、これが慣用の昇降駆動機構並びに回転駆動
機構により駆動されることで、該ウエハ支持台１５がＸ
−Ｙ方向（前後左右）及びＺ方向（上下）並びθ方向
（Ｚ軸回りの回転）に移動制御されるようになってい
る。なお、これらのＸ−Ｙ駆動機構及び昇降駆動機構並
びに回転駆動機構は図７に符号４４，４５，４６で示す
ように後述する制御系によりそれぞれ駆動制御される。

【００３２】こうしたメインステージ１３のウエハ支持
台（チャック）１５は、上面に予備アライメントされて
載置されたウエハ１４と共にアラインメントユニットに
移動し、そのウエハ１４をＣＣＤカメラやレーザーを用
いた画像認識機構により正確にアラインメントすると共
に、後述するようにウエハ支持台１５の移動量（Ｚアッ
プ量）を算定するのに、静電容量センサー３６ａによる
ウエハ支持台１５の基準高さ検出並びにその上のウエハ
１４の厚さ検出が行われ、次にプローブカード２２の真
下に戻って、該ウエハ１４の各半導体チップを所定の順
番に従って検査すべく、ウエハ支持台１５と共にＸ−Ｙ
方向及びθ方向に位置合わせ制御されながら上昇（Ｚア
ップ）されるようになる。この位置合わせ制御の詳細は
特開昭６４−７３６３２号等に開示されていると同様で
ある。

【００３３】前記プローブカード２２の詳細を図１及び
図２に示す。即ち、カード本体２４として中央に開口を
有したプリント基板が用いられ、このカード本体２４の
該開口両側縁部から斜め下方に向けて多数本のプローブ
針２３がウエハ１４上の一個或いは複数個のチップの電
極パッドに対応して突設されている。この針２３付きの
カード本体２４がリング状のカードホルダー２５の段部
に嵌合してピンやねじ等により位置決め固定されて一つ
の集合体とされている。

【００３４】こうしたプローブカード２２は、カードホ
ルダー２５を前記インサートリング１８の下面部に接合
して図示しないが締結具による締結或いは自動セット用
の上下動可能な支持リングによる挟み付けにより、前記
ウエハ支持台１５の上方の対向位置に交換可能に取付け
セットされている。

【００３５】ここで、前記ウエハ１４の半導体チップの
検査（テスト）時のウエハ支持台の上昇（Ｚアップ）
は、該ウエハ１４の半導体チップの電極パットがプロー
ブ針２３に接触する接触高さ（コンタクトポイント）ま
で上昇し、更に該コンタクトポイントよりも僅かである
が所定量上昇（オーバドライブ）して停止される。

【００３６】ところで、プローブカード２２は必要に応
じ脱着交換されるが、このプローブカード２２は個々の
製造誤差や、カードメーカーや品種が違うことによっ
て、それぞれプローブ針２３群の針先高さが異なってい
る場合が多いと共に、そのプローブカード２２の交換時
の取付け（セット）ミスなどにより針先高さが微妙に異
なってしまう。これを無視してウエハ支持台１５の上昇
量を設定すると、ウエハ１４上の半導体チップの電極パ
ットとプローブ針２３との接触不良を起こして満足な検
査（テスト）ができなかったり、或いは逆にプローブ針
２３に半導体チップが強く衝突して互いの損傷・破損を
招くので、実際にプローブカード２２をセットした状態
での針先高さを正確に認識し、これにウエハ支持台１５
の上昇によりウエハ１４が接触する高さ、即ちコンタク
トポイントを求めて、該ウエハ１４の検査（テスト）時
のウエハ支持台１５の上昇量（Ｚアップ量）を設定する
必要がある。

【００３７】ここでは、そのコンタクトポイントを求め
てウエハ支持台１５の移動量（上昇量）を設定する手段
として、図１及び図３・図４並びに図７に示す如く、前
記ウエハ支持台１５上面にウエハ１４と同様に搭載支持
される接触式変位センサー５５と、この接触式変位セン
サー５５がプローブ針２３と接触したとき発生する電圧
変化を検出する手段としての検出回路６０と、この検出
器６０からの信号を基に当該プローブカード２２のプロ
ーブ針２３の針先高さを認識し、以後の検査時のウエハ
１４の該プローブ針２３への接触高さを求めて、前記昇
降駆動機構４５による支持台１５の上昇量を設定する手
段としての制御系７０とを備えている。

【００３８】前記接触式変位センサー５５は、図３及び
図４に示す如く、センサー本体部５６と基板５７とで平
坦板状に成形されている。そのセンサー本体部５６は、
図４に拡大して示す如く、圧電プラスチックの一つであ
る厚さ２８μm 程度のＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデ
ン）フイルム５６ａの両面に電極５６ｂ、５６ｃを設け
た３層構成で、そのＰＶＤＦフイルム５６ａはこの結晶
に機械的な歪みを作用させると発生する電気的分極現象
（圧電効果）により両電極５６ｂ、５６ｃ間に電圧を生
じる。その両電極５６ｂ、５６ｃは例えばアルミ蒸着等
により全面に亘り形成された導電性箔膜で、特にその上
面の電極５６ｂが前記アラインメントユニットにおける
静電容量センサー３６ａに検知可能に対応すべく導電性
膜とされている。

【００３９】また、この接触式変位センサー５５のセン
サー本体部５６はプローブ針２３が接触する検知領域が
同一平面上で複数、例えば図３に示す如くａ，ｂ，ｃ，
ｄに４分割され、それぞれ独立して個々に圧電効果によ
り電圧を発生するようになっている。即ち、下面の電極
５６ｃは共通グランドのように全域共通であるが、その
上側のＰＶＤＦフイルム５６ａと上面の電極５６ｂとが
十字状の切れ目により四方に等しく分離独立せしめられ
ている。

【００４０】一方、前記接触式変位センサー５５の基板
５７は、柔軟性を持つ前記センサー本体部５６を平坦に
支える機能を果たすもので、被検査体の素材であるシリ
コンウエハをそのまま用いるか、或いはガラスやエポキ
シやセラミック等で別途製作したものが用いられてい
る。なお、そのシリコンウエハなどの導電性基板の場合
は、これをそのまま前記センサー本体５６の共通グラン
ドの下面電極５６ｃとして利用する考えもあるが、上面
に絶縁酸化膜を施して該センサー本体５６が接着等によ
り重合固定されている。

【００４１】また、この基板５７は被検査体であるウエ
ハ１４と同等の外径並びに厚さ、更にはオリエンテーシ
ョンフラット等を持つ形状である。この上面に非常に薄
い前記センサー本体部５６が重着しているのみであるこ
とから、接触式変位センサー５５が全体的に見ても被検
査体であるウエハ１４と略同形状となっている。これで
接触式変位センサー５５が必要に応じ前述したウエハ１
４と略同様に移載手段によりウエハ支持台１５上面に自
動的に移載されるようになっている。即ち、接触式変位
センサー５５は、図５で示したオートローダ３１の適当
箇所に収納保管され、そこから必要時にローダステージ
３４により搬出されて予備アライメントされた後に、ウ
エハハンドリングアーム３５によりウエハ支持台１５上
面に載置され、更にアライメントユニットにおいて正確
に位置決めされるようになっている。

【００４２】前記検出回路６０は、接触式変位センサー
５５のセンサー本体部５６の各検知領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ
がプローブ針２３と接触したとき発生する電圧変化を個
々に検出するように、４個の電圧検出回路６１ａ，６１
ｂ，６１ｃ，６１ｄを備えている。

【００４３】なお、接触式変位センサー５５の基板５７
には、センサー本体部５６の各検知領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ
の上面電極５６ｂからそれぞれ導出したリード線（プリ
ント配線等）と接続する接続端子５８ａ，５８ｂ，５８
ｃ，５８ｄと、下面電極（共通グウランド）５６ｃと接
続するアース端子５８ｆとが設けられている。この接触
式変位センサー５５をウエハ支持台１５上面に載置する
ことで、各接続端子５８ａ〜５８ｄ及びアース端子５８
ｆが各々ウエハ支持台１５上面に埋め込む状態に設けた
各電圧検出回路６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄの接続
端子６２…と合致接合して、各検知領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ
と該各検出回路６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄとの電
気的接続が自動的に行われるようになっている。

【００４４】前記制御系７０は、図７に示す如く、メモ
リーを備えたＣＰＵ７１を有する。このＣＰＵ７１に
は、Ｘ−Ｙ方向移動制御回路７２と、Ｚ方向移動制御回
路７３と、θ方向移動制御回路７４とがそれぞれ接続さ
れている。これら各制御回路が図６に示したメインステ
ージ１３のウエハ支持台１５をＸ−Ｙ方向とＺ方向とθ
方向に移動させるＸ−Ｙ駆動機構４４と昇降駆動機構４
５と回転駆動機構４６とに接続され、その各々の機構を
コントロールするようになっている。

【００４５】また、そのＣＰＵ７１に、前記アライメン
トユニットの静電容量センサー３６ａを用いた検出回路
３６が接続されていると共に、前記接触式変位センサー
５５の検出回路６０が接続されて、それら検出回路３
６，６０からの検出信号が入力されるようになってい
る。

【００４６】以上のような接触式変位センサー５５及び
この検出回路６０と、静電容量センサー３６ａを用いた
検出回路３６と、制御系７０を備えたプローブ装置の作
用を述べる。

【００４７】まず、プローブカード２２を新規にインサ
ートリング１８に取付けセット或いは交換などした場
合、最初に、オートローダ３１等に収納保管しておいた
接触式変位センサー５５をローダステージ３４により搬
出して予備アライメントした後に、ウエハハンドリング
アーム３５によりウエハ支持台１５上面に搭載支持し、
更にアライメントユニットにおいて画像認識機構により
アライメントして正確に位置決め保持する。また、その
アライメントユニットにおいて静電容量センサー３６ａ
を用いた検出回路３６によりウエハ支持台１５上面高さ
と、この上側の該接触式変位センサー５５の上面電極５
６ｂの高さを検出し、この差から該接触式変位センサー
５５の厚さＤ₁ を検出して前記制御系７０のＣＰＵ７１
のメモリーにストアする。

【００４８】こうしてから、ウエハ支持台１５をメイン
ステージ１３のＸ−Ｙ駆動機構４４により中央最下基準
位置に戻し、そこで昇降駆動機構４５により適当高さま
で高速上昇させ、次に低速でゆっくり上昇させて行く。
このウエハ支持台１５のＺアップにより、その上面の接
触式変位センサー５５のセンサー本体５６の各検知領域
ａ〜ｄの上面電極５６ｂ膜が前記プローブカード２２の
プローブ針２３の針先と接触する。

【００４９】この針接触により、瞬時に、該接触式変位
センサー５５のセンサー本体５６の各検知領域ａ〜ｄの
ＰＶＤＦフイルム５６ａが圧電効果により上下電極５６
ｂ、５６ｃ間に電圧を生じ、これを各電圧検出回路６１
ａ〜６１ｄで検出し、この検出信号が前記制御系７０の
ＣＰＵ７１に入力され、この信号を基に該ＣＰＵ７１か
らＺ方向移動制御回路７３にＺアップ停止指令が出され
て、昇降駆動機構４５を即刻停止させる。

【００５０】また、ＣＰＵ７１は電圧検出回路６０から
の検出信号を基に当該プローブカード２２のプローブ針
２３群の針先高さを認識してメモリーにストアする。即
ち、接触式変位センサー５５の上面がプローブ針２３の
針先に接触した時点のウエハ支持台１５のＺ高さ（最下
基準位置からのＺアップ距離）ＺＨ₁ をＺ方向移動制御
回路から認識して記憶する。

【００５１】その後、ＣＰＵ７１からＺ方向移動制御回
路７３に下降指令が出されて、昇降駆動機構４５により
ウエハ支持台１５を元の基準位置まで下降させ、この上
から接触式変位センサー５５をウエハハンドリングアー
ム３５により取上げ、且つローダステージ３４によりオ
ートローダ３１等の元の保管位置に戻す。

【００５２】こうした後に、実際に検査する被検査体で
ある最初の一枚目のウエハ１４をオートローダ３１のウ
エハカセット３２内からローダステージ３４により搬出
して、前述同様に予備アライメントした後に、ウエハハ
ンドリングアーム３５によりウエハ支持台１５上面に載
置し、更にアライメントユニットにおいて画像認識機構
によりアライメントして正確に位置決め保持する。そし
てそのウエハ１４を保持したウエハ支持台１５をメイン
ステージ１３の中央最下基準位置に戻す。

【００５３】その際、該アライメントユニットにおいて
静電容量センサー３６ａを用いた検出回路３６によりウ
エハ支持台１５上面高さと、この上側のウエハ１４の上
面高さを検出し、この差から該ウエハ１４の厚さＤ₂ を
検出して前記制御系７０のＣＰＵ７１に入力する。

【００５４】そのＣＰＵ７１では、前記接触式変位セン
サー５５の厚さＤ₁ と該ウエハ１４の厚さＤ₂ との差±
Δ（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）を求め、この±Δを前記プローブカー
ド２２のプローブ針２３群の針先高さ、即ち前回の接触
式変位センサー５５の上面がプローブ針２３の針先に接
触した時点のウエハ支持台１５のＺ高さＺＨ₁ に加え
て、該ウエハ１４がＺアップにより実際にプローブ針２
３群の針先に接触する接触高さＺＨ₂ ＝ＺＨ₁ ＋（±
Δ）、即ち実際にセットした状態のプローブカード２２
の針に対する被検査体でるウエハ１４のコンタクトポイ
ントを求める。このコンタクトポイントＺＨ₂ に合わせ
て検査時のウエハ支持台１５の上昇量（最下基準位置か
らのＺアップ量）を設定する。なお、実施にはそのコン
タクトポイントから更に５０〜１００μm 程度のオーバ
ドライブ量を加えたＺアップ量をＺ方向移動制御回路７
３に設定する。

【００５５】この指示に従って昇降駆動機構４５がウエ
ハ支持台１５を上昇させることで、この上面のウエハ１
４の半導体チップの各電極パッドがプローブカード２２
のプローブ針２３群の針先に確実に接触して、そのウエ
ハ１４の各半導体チップが次々と適確に電気的特性検査
されるようになり、接触不良や被検査体とプローブ針と
の衝突・破損等と言った不具合が防止されるようにな
る。こうして一枚目のウエハ１４の検査終了後は、それ
をオートローダ３１のウエハカセット３２内に戻すと共
に、そのまま２枚目のウエハ１４をウエハ支持台１５上
の移載して前述同様に次々と検査できるようになる。

【００５６】また、前記接触式変位センサー５５が同一
平面上に四方に分離独立した検知領域ａ〜ｄを持ち、そ
れぞれへプローブ針２３の接触を電圧検出回路６１ａ〜
６１ｄにより個々に検出できるので、それら検知領域ａ
〜ｄに対応した各電圧検出回路６１ａ〜６１ｄからの検
知信号に時間的な差が生じた場合には、当該プローブカ
ード２２のプローブ針２３群の針先高さにバラツキや傾
きがあることになる。即ち、プローブカード２２の製作
上や取付けミス等による不具合が事前にチェック可能と
なる。これを分析してモニター等に表示し、オペレータ
がそのプローブカード２２を取外して修正するか、別な
ものと交換するか、或いはインサートリング１８への取
付けセットの調整し直しなどの作業を行い易くなる。

【００５７】なお、接触式変位センサー５５は四方に分
離独立した検知領域ａ〜ｄを持つと述べたが、これは２
分割或いは３分割又は更に多数分割の検知領域を持つ構
成としても可である。

【００５８】次に、本発明のプローブ装置の他の実施例
を図８及び図９により説明する。なお、ここではプロー
ブ装置の全体構成並びに制御系７０は前記実施例と同様
であるので図示省略する。この実施例では前述の実施例
同様に設置したウエハ支持台（真空チャック）１５の一
部（ウエハ１４の載置に支障にならない部分）に接触式
変位センサー８１を固定的に設けた構成である。

【００５９】即ち、図６で示した如くメインステージ１
３にＸ−Ｙ方向及びＺ方向並びにθ方向に移動制御可能
に設けらたウエハ支持台１５の外周側部に、一体的に水
平に突出する状態に小テーブル８２を設け、この小テー
ブル８２の上面に接触式変位センサー８１を取付け固定
した構成である。

【００６０】その接触式変位センサー８１は、基本的に
は前記実施例に用いたものと同様であるが、該小テーブ
ル８２を基板としてこの上面に絶縁層を介してセンサー
本体部のみを接着固定した構成である。つまり、この接
触式変位センサー８１は、図４に符号５６で示したセン
サー本体部と同様に、圧電プラスチックの一つである圧
電効果を持つＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フイル
ムの両面に電極（導電性薄膜）を設けた３層構造とされ
ていると共に、プローブ針２３が接触する検知領域が同
一平面上で十字状の切れ目によりａ，ｂ，ｃ，ｄに４分
割され、それぞれ独立して個々に圧電効果により電圧を
発生して前記実施例同様に検出回路６０−の各電圧検出
回路６１ａ〜６１ｄ（図３参照）により検知される構成
である。

【００６１】こうした構成のプローブ装置であっても、
プローブカード２２を交換した場合など、最初にウエハ
支持台１５をＸ−Ｙ方向に移動制御するなどしながら上
昇させて、該支持台１５の側部に固設されている小テー
ブル８２上の接触式変位センサー８１をプローブカード
２２のプローブ針２３の針先と接触させるようにする。
これで前述同様にプローブカード２２のプローブ針２３
の針先高さを認識し、以後の検査時の被検査体であるウ
エハ１４の該プローブ針２３へのコンタクトポイントを
求めて、ウエハ支持台１５の上昇量（Ｚアップ量）を適
確に設定できるようになると共に、この場合、接触式変
位センサー８１がウエハ支持台１５に固定的に設けられ
ているので、先の実施例のように接触式変位センサー５
５を必要に応じウエハ支持台１５上に移載したり取り除
いたりする作業が不要となる。

【００６２】

【発明の効果】本発明のプローブ装置は、以上説明した
構成としたので、プローブカードやテスタ側には一切手
を加えず、被検査体の支持台側に簡単な接触式変位セン
サーを置くことで、セットしたプローブカードのプロー
ブ針の針先高さを簡単に認識できて、検査時の被検査体
のプローブ針への接触高さ（コンタクトポイント）を高
精度に求めて、駆動手段による支持台の上昇量を適確に
設定でき、検査不良や被検査体とプローブ針との衝突・
破損等を確実に防止できると共に、プローブカード等の
コストの低減が図れる効果が得られる。

【００６３】また、本発明のプローブ装置では、プロー
ブカードの製作上や取付けミス等によるプローブ針群の
針先高さのバラツキや傾きと言った不具合を事前に検知
できて、その修正等の作業に役立てることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブ装置の一実施例を示す接触式
変位センサーセット状態の要部断面図。

【図２】同上実施例のプローブ装置のプローブカードを
インサートリングに装着したプローブ機構部の平面図。

【図３】同上実施例のプローブ装置のウエハ支持台とこ
の上面にセットした接触式変位センサー並びに検出回路
を示す平面図。

【図４】同上接触式変位センサーの拡大側面図。

【図５】同上実施例のプローブ装置の略全体構成を示す
一部切欠した正面図。

【図６】同上実施例のプローブ装置のウエハ支持台付き
メインステージの概略的斜視図。

【図７】同上実施例のプローブ装置の制御系を示すブロ
ック図。

【図８】本発明のプローブ装置の他の実施例を示すウエ
ハ支持台及びこの一部に固設した接触式変位センサーの
平面図。

【図９】図８に示したウエハ支持台及びこの一部に固設
した接触式変位センサーの側面図。

【符号の説明】

１１…プローブ装置本体、１４…被検査体（半導体ウエ
ハ）、１５…ウエハ支持台、２２…プローブカード、２
３…プローブ針、２７…テストヘッド、２８…テスタ、
３６ａ…静電容量センサー、４５…昇降駆動機構、５
５、８１…接触式変位センサー、５６ａ…圧電プラスチ
ックフイルム、５６ｂ，５６ｃ…電極、ａ〜ｄ…検知領
域、６０…検出回路、６１ａ〜６１ｄ…電圧検出回路、
７０…制御系、７１…ＣＰＵ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査体を支持する支持台と、この支持
台を往復動させる駆動手段と、この支持台と対向する位
置に配し多数本のプローブ針を有したプローブカードと
を備え、前記駆動手段により支持台を移動させ、これに
支持された被検査体に前記プローブ針を接触させること
により該被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置
において、前記支持台に支持される接触式変位センサーと、この接
触式変位センサーが支持台の移動によりプローブ針と接
触したとき発生する電圧変化を検出する検出手段と、こ
の検出手段からの信号を基にプローブカードのプローブ
針の針先高さを認識し、検査時の被検査体の該プローブ
針への接触高さを求めて、前記駆動手段による支持台の
移動量を設定する手段とを備えて構成したことを特徴と
するプローブ装置。
【請求項２】請求項１記載のプローブ装置において、
接触式変位センサーは、被検査体と略同形状に成形さ
れ、必要に応じ被検査体の代わりに移載手段により支持
台上に支持されることを特徴とするプローブ装置。
【請求項３】被検査体を支持する支持台と、この支持
台を往復動させる駆動手段と、この支持台に対向する位
置に配し多数本のプローブ針を有したプローブカードと
を備え、前記駆動手段により支持台を移動させ、これに
支持された被検査体に前記プローブ針を接触させること
により該被検査体の電気的特性を検査するプローブ装置
において、前記支持台の一部に固定的に設けられた接触式変位セン
サーと、この接触式変位センサーが支持台の移動により
プローブ針と接触したとき発生する電圧変化を検出する
検出手段と、この検出手段からの信号を基にプローブカ
ードのプローブ針高さを認識し、検査時の被検査体の該
プローブ針への接触高さを求めて、前記駆動手段による
支持台の移動量を設定する手段とを備えて構成したこと
を特徴とするプローブ装置。
【請求項４】請求項１又は３記載のプローブ装置にお
いて、接触式変位センサーは、圧電プラスチックフイル
ムの両面に電極加工したものを用いて構成されているこ
とを特徴とするプローブ装置。
【請求項５】請求項１又は３記載のプローブ装置にお
いて、接触式変位センサーは、検知領域が同一平面上で
少なくとも２つ以上に分割されていることを特徴とする
プローブ装置。