JP5250279B2

JP5250279B2 - プローブ装置

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Publication number: JP5250279B2
Application number: JP2008042272A
Authority: JP
Inventors: 浩史山田; 浩文片桐; 哲治渡辺; 武司川路
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-02-23
Filing date: 2008-02-23
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-02-23
Also published as: US20090212804A1; KR20090091268A; TWI444644B; JP2009198407A; US8212577B2; TW200946942A; KR101102718B1; CN101515030A; CN101515030B

Description

本発明は、プローブ装置に関し、更に詳しくは、複数のプローブと被検査体を電気的に接触させて被検査体の電気的特性検査を行う際に、複数のプローブのアライメントを行うために複数のプローブの針跡を転写する針跡転写部材を備えたプローブ装置に関するものである。

複数のプローブを用いて半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行う場合には、例えばカメラを介してプローブカードに設けられた複数のプローブの針先を撮像し、プローブの針先位置を検出した後、被検査体の電極パッドと複数のプローブとを接触させて検査を行う。カメラを用いたプローブの針先位置の検出には、プローブの針先にカメラの焦点を合わせるのに時間が掛かり、その結果被検査体とプローブカードのアライメントに多くの時間を割かざるを得ないため、通常、全てのプローブについて行わず、例えば代表的な数本のプローブを選択してアライメントが行われている。

しかし、電極パッドが微細化した場合、全プローブがそれぞれの電極パッドにうまく当たらない可能性が出てくるため、可能な限り全てのプローブの針先の位置を検出できる方が望ましい。ところが、プローブカードには製造上のバラツキ等があり、同一仕様のプローブカードであっても製造上のバラツキ等は避けがたく、より高精度の針先検出が求められる。

また、複数のプローブカードメーカーから様々な種類のプローブカードが開発されるため、その都度、複数のプローブを三次元で画像認識するための専用のアルゴリズムを開発する必要がある。これに対応するには莫大な費用がかかるため、二次元のフィルム上に複数のプローブを転写することができれば、アルゴリズムの開発を容易に行うことができる。

例えば特許文献１には転写シートを用いてプローブの針先の状態を検出する方法について記載されている。この方法では、載置台横の支持台に配された転写シートに熱膨張したプローブを圧接して転写シートに針跡を付け、転写シートの針跡を検出した後、熱膨張後のプローブのアライメントを行うようにしている。

特開２００５−０７９２５３

しかしながら、引用文献１の技術の場合には転写シートに複数のプローブの針跡をつけて複数のプローブのアライメントを行い、次のアライメントを行う時には加熱手段で転写シートを加熱して樹脂を溶融することにより針跡を消去しているが、転写シートとして例えばポリオレフィン系樹脂やポリ塩化ビニール系樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられているため、転写シートを例えば１００〜１２０℃まで加熱し、その温度を所定時間（例えば、１分間程度）維持しなければ針跡が消失せず、スループットが低下する。また、転写シートの転写温度を常温に近い温度に調整しなければならないため、１００℃を超える高温検査では針跡が消失する虞があって使用し難く、使用するにしても転写シートが載置台の温度よりかなり低温であるため、転写シートと載置台との温度差が大きく、この温度差が高温検査に悪影響を及ぼす虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数のプローブのアライメントを行う際に複数のプローブの針跡を転写した針跡転写部材から複数の針跡が短時間で消失して検査のスループットを高めることができ、しかも高温検査時には針跡転写部材の針跡転写時の温度の影響を軽減することができるプローブの針跡転写部材を備えたプローブ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に記載のプローブ装置は、所定の温度に設定された移動可能な載置台上に載置された被検査体と上記載置台の上方に配置された複数のプローブを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プローブ装置であって、上記載置台に付設された針先検出装置と、上記針先検出装置上で支持され且つ上記複数のプローブの針跡を転写する針跡転写部材と、上記針跡転写部材に転写された上記複数のプローブを撮像する撮像手段と、を備え、上記針先検出装置は、上記針跡転写部材が装着される接触体を昇降可能に支持するシリンダ機構を含み且つ上記接触体の位置を検出する変位センサと、上記シリンダ機構に供給される圧縮空気によって上記接触体上の上記針跡転写部材に所定の圧力を付与する圧力付与手段と、を有し、上記圧力付与手段から上記シリンダ機構に付与される第１の圧力下で上記載置台が上昇する間に上記変位センサ側へ移動する上記接触体を介して上記複数のプローブの針先を検出し、上記圧力付与手段から上記シリンダ機構に付与される上記第１の圧力より高い第２の圧力下で上記載置台が上昇する間に上記針跡転写部材に上記複数のプローブの針跡を転写し、上記針跡転写部材の上記複数のプローブの針跡を上記撮像手段によって撮像して上記複数のプローブのアライメントを行うように構成されており、上記針跡転写部材は、ガラス転移温度において弾性率の高いガラス状態と弾性率の低いゴム状態との間で弾性率が可逆的且つ急激に変化する形状記憶ポリマーからなり、且つ、上記ガラス転移温度が上記載置台の設定温度に近い温度に設定されており、上記複数のプローブの針跡は、上記ガラス転移温度より低く上記弾性率の高いガラス状態にある温度下で上記針跡転写部材に転写され、上記ガラス転移温度より高く上記弾性率の低いゴム状態にある温度下で上記針跡転写部材から消失することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のプローブ装置は、請求項１に記載の発明において、上記ガラス転移温度が２５〜１５０℃の範囲内の温度に設定されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプローブ装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記形状記憶ポリマーは、主成分がポリウレタン系樹脂であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のプローブ装置は、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、上記針先検出装置は、上記形状記憶ポリマーの温度を調整する温度調整手段を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、複数のプローブのアライメントを行う際に載置台の設定温度より低くその設定温度に近い温度で複数のプローブの針跡を転写し、複数のプローブの針跡の転写温度から短時間で載置台の設定温度より高くその設定温度に近い温度に達した針跡転写部材から複数のプローブの針跡が短時間で消失して検査のスループットを高めることができ、しかも高温検査時には針跡転写部材の針跡転写時の温度の影響を軽減することができるプローブの針跡転写部材を備えたプローブ装置を提供することができる。

以下、図１〜図７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は本発明のプローブ装置の一実施形態を示す構成図、図２の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１のプローブ装置に用いられるプローブで針跡転写部材に針跡をつけ、消失する経過を示す説明図、図３は針跡転写部材に用いられる形状記憶ポリマーの温度と弾性率の関係を示すグラフ、図４は針跡転写部材が設けられた針先検出装置を示す側面図、図５の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ針跡転写部材を用いてプローブをアライメントする工程を示す説明図、図６の（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図４の（ａ）〜（ｃ）に示す工程に続く工程図、図７はアライメント後にプローブと半導体ウエハが電気的に接触して検査する工程を示す説明図である。

まず、本実施形態のプローブ装置について例えば図１を参照しながら説明する。本実施形態のプローブ装置１０は、図１に示すように、被検査体（半導体ウエハ）Ｗを載置する移動可能なウエハチャック１１と、このウエハチャック１１の上方に配置されたプローブカード１２と、このプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａとウエハチャック１１上の半導体ウエハＷとのアライメントを行うアライメント機構１３と、ウエハチャック１１及びアライメント機構１３等を制御する制御装置１４と、を備え、制御装置１４の制御下でアライメント機構１３が駆動して、ウエハチャック１１上の半導体ウエハＷとプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａとのアライメントを行った後、複数のプローブ１２Ａとこれらに対応する半導体ウエハＷの電極パッドとを電気的に接触させて半導体ウエハＷの電気的特性検査を行うように構成されている。

ウエハチャック１１は、制御装置１４の制御下で駆動する駆動機構１５を介してＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動するように構成されている。ウエハチャック１１の側方には針先検出装置１６が配置されている。この針先検出装置１６は、複数のプローブ１２Ａのアライメントのために、複数のプローブ１２Ａの針先位置を本実施形態の針跡転写部材１７に転写するによって検出するように構成されている。

本実施形態の針跡転写部材１７は、図１に示すように、ウエハチャック１１の側方に配置され、複数のプローブ１２Ａをアライメントする際に用いられる。この針跡転写部材１７は、同図に示すようにウエハチャック１１の側方に付設された支持体、本実施形態では針先検出装置１６によって昇降可能に支持されている。針先検出装置１６は、複数のプローブ１２Ａのアライメント時に図２の（ａ）に示すように針跡転写部材１７を所定の高さまで持ち上げて針跡１７Ａを転写する。複数のプローブ１２Ａが針跡転写部材１７から離れると、針跡転写部材１７には複数のプローブ１２Ａの配列に即した針跡１７Ａが形成され、これらの針跡１７Ａが図２の（ｂ）に示すようにＣＣＤカメラ１３Ａによって撮像される。この画像によって複数のプローブ１２ＡのＸＹ座標が求められる。これらの針跡１７Ａは、図２の（ｃ）に示すように針跡転写部材１７が後述のように所定の温度に加熱されて消失し、繰り返し使用される。尚、図２では針先検出装置１６のうち、後述する接触体の部分のみを図示してある。

即ち、針跡転写部材１７は、図２の（ａ）〜（ｃ）に示すように、針先検出装置１６上に配置されている。この針先転写部材１７は、ガラス転移温度ＴＧにおいて弾性率の高いガラス状態と弾性率が低いゴム状態との間で可逆的且つ急激に変化する形状記憶ポリマーを有している。針跡転写部材１７がガラス状態を示す温度領域にある時、図２の（ａ）に示すように針跡転写部材１７の上面に複数のプローブ１２Ａの針跡が転写される。針跡転写部材１７は、弾性率の高いガラス状態で針跡１７Ａが形成されるため、ガラス状態にある限り針跡１７Ａの形態を保持することができる。この針跡転写部材１７がガラス転移温度ＴＧ以上の温度に加熱されて弾性率の低いゴム状態を示す温度領域に達すると針跡１７Ａが短時間で消失して平坦面を回復することができる。

ガラス転移温度ＴＧは、例えば１℃単位で広い温度範囲に亘って適宜変えることができ、例えば半導体ウエハＷの検査温度に即して２５〜１５０℃の範囲で適宜設定される。本実施形態の針跡転写部材１７に用いられる形状記憶ポリマーは、特に制限されるものではないが、例えばポリウレタン系樹脂、ポリノルボルネン系樹脂、ポリイソプレン系樹脂等がある。本実施形態ではポリウレタン系樹脂の形状記憶ポリマーが好ましい。図３に示すように、針跡転写部材１７がポリウレタン系樹脂の形状記憶ポリマーの場合には、形状記憶ポリマーがガラス転移温度ＴＧの約±７℃の温度領域でガラス状態とゴム状態の間で可逆的且つ急激に変化するように形成されている。

従って、高温検査の場合には、ウエハチャック１１の設定温度に近い温度にガラス転移温度ＴＧが設定されている。このようなガラス転移温度ＴＧをもつ形状記憶ポリマーを適宜選択することによって、針跡転写部材１７はウエハチャック１１の温度よりも低く、ウエハチャック１１の温度に近い温度下のガラス状態においてプローブ１２Ａの針跡１７Ａが形成され、ウエハチャック１１の温度よりも高く、ウエハチャック１１の温度に近い温度下のゴム状態でプローブ１２Ａの針跡１７Ａが瞬時に消失する。つまり、針跡転写部材１７は、形状記憶ポリマーによって形成されているため、ガラス転移温度ＴＧを挟む狭い温度領域に針跡１７Ａを付ける温度と針跡１７Ａを消失させる温度を設定することができ、半導体ウエハＷの高温検査への温度の影響を抑制することができると共に、針跡１７Ａを付ける温度から消失させる温度まで短時間で昇温させて極めて短時間で平坦面を回復することができ、延いては検査のスループット向上に大きく寄与する。

より具体的には、複数のプローブ１２Ａの針跡１７Ａは、形状記憶ポリマーのガラス転移温度ＴＧより例えば１５℃程度低い温度（Ｔ＝ＴＧ−１５℃）で形状記憶ポリマーに転写されることが好ましい。ガラス転移温度ＴＧより低くする温度は、形状記憶ポリマーの種類によって適宜変更される。１５℃よりもっとガラス転移温度ＴＧに近い温度に設定することもできる。針跡転写温度がガラス転移温度より１５℃以上低くなると、針先検出装置１６の温度の影響によりウエハチャック１１上の半導体ウエハＷに面内温度の均一性が崩れ、検査の信頼性が低下する虞がある。また、プローブ１２Ａの種類に応じて形状記憶ポリマーの成分を調整して針跡１７Ａの転写温度を適宜変更することで、針跡転写部材１７の最適な弾性率を確保することができ、プローブ１２Ａの種類に応じて針跡１７Ａを容易に形成することができる。

針跡転写部材１７は、図１に示すようにウエハチャック１１の近傍に配置されるため、形状記憶ポリマーのガラス転移温度ＴＧは上述のように可能な限りウエハチャック１１の温度に近い方が好ましい。半導体ウエハＷを１００℃以上の高温下で検査する場合には、その時のウエハチャック１１の温度である１００℃以上のガラス転移温度ＴＧをもつ形状記憶ポリマーを用いることが好ましい。このように針跡転写部材１７のガラス転移温度ＴＧをウエハチャック１１の温度に近づけることで、ウエハチャック１１の温度と針跡１７Ａを付ける時の針跡転写部材１７との温度差による半導体ウエハＷの高温検査への影響を抑制することができる。

針跡転写部材１７に形成された針跡１７Ａは、ガラス転移温度ＴＧより低い温度では形状記憶ポリマーの弾性率が高く、針跡１７Ａをそのままの形態で保持し、図２の（ｂ）に示すようにＣＣＤカメラ１３Ａによって容易に検出することができ、複数のプローブ１２ＡのＸＹ座標を正確且つ高精度に検出することができる。

針跡転写部材１７に形成された針跡１７Ａは、針先検出装置１６のヒータによって形状記憶ポリマーをガラス転移温度ＴＧより高い温度に加熱すれば図２の（ｃ）に示すように針跡１７Ａが短時間で消失して元の平坦面を回復する。従来のポリオレフィンやポリ塩化ビニールであれば、針跡を付ける常温付近の温度から１００〜１２０℃まで加熱して樹脂を溶融させ、その状態を１分以上維持しないと針跡を消失させることができず、検査のスループットを高める上で障害になっていた。これに対して、形状記憶ポリマーは、ウエハチャック１１の温度より若干低い温度からガラス転移温度ＴＧより若干高い温度まで加熱すると針跡１７Ａが短時間で消失するため、スループットを高めることができる。

而して、プローブカード１２は、カードホルダ１８を介してプローバ室のヘッドプレート１９に取り付けられ、複数のプローブ１２Ａとこれらに対応する半導体ウエハＷの電極パッドと電気的に接触した状態で、テスタ（図示せず）側からの信号に基づいて半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う。

また、アライメント機構１３は、図１に示すように、撮像手段（ＣＣＤカメラ）１３Ａと、ＣＣＤカメラ１３Ａを支持する一方向で往復移動可能なアライメントブリッジ１３Ｂと、を備え、制御装置１４の制御下でＣＣＤカメラ１３Ａがアライメントブリッジ１３Ｂを介して待機位置からプローブカード１２の中心の真下（以下、「プローブセンタ」と称す。）まで移動し、その位置で停止するようにしてある。プローブセンタにあるＣＣＤカメラ１３Ａは、アライメント時にウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動する間にウエハチャック１１上の半導体ウエハＷの電極パッドを上方から撮像し、その画像処理部１４Ｃで画像処理し、表示画面（図示せず）に撮像画像を表示する。また、このＣＣＤカメラ１３Ａは、後述するようにウエハチャック１１に付設された針先検出装置１６を撮像し、画像処理して表示画面に表示するようにしてある。

また、制御装置１４は、図１に示すように、演算処理部１４Ａ、記憶部１４Ｂ及び上述の画像処理部１４Ｃを備えている。記憶部１４Ｂに格納された種々のプログラムによってプローブ装置１０を制御する。従って、半導体ウエハＷとプローブのアライメントを含む検査を実行するためのプログラムが記憶部１４Ｂに格納されている。

針跡転写部材１７が配置された針先検出装置１６は、図１、図４に示すように、エアシリンダ等の昇降駆動機構１６１と、昇降駆動機構１６１を介して昇降するセンサ機構１６２とを備えている。そして、複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する時には、昇降駆動機構１６１がセンサ機構１６２を待機位置からウエハチャック１１上の半導体ウエハＷの上面と略同一高さまで上昇させる。

センサ機構１６２は、例えば図４に示すように、シリンダ機構が内蔵され且つ変位センサとして機能するセンサ部１６２Ａと、センサ部１６２Ａのシリンダ機構を構成するピストンロッド１６２Ｂの上端に取り付けられ且つセンサ部１６２Ａから浮上した位置で保持される接触体１６２Ｃと、を備え、圧縮空気供給源等の圧力付与手段（図示せず）によってセンサ部１６２Ａを構成するシリンダ内に圧縮空気を供給し、シリンダ内のピストン（図示せず）を介して接触体１６２Ｃに所定の圧力を付与するように構成されている。そして、接触体１６２Ｃの上面にシート状の針跡転写部材１７が着脱自在に装着され、針跡転写部材１７に上述のように複数のプローブ１２Ａの針跡１７Ａを転写する。

また、図４に示すように接触体１６２Ｃには例えばヒータ１６２Ｄが内蔵されている。このヒータ１６２Ｄは、針跡転写部材１７を形状記憶ポリマーのガラス転移温度ＴＧ以上の温度まで加熱して、複数のプローブ１２Ａの針跡を消失させる。これにより針跡転写部材１７を繰り返し使用することができる。

また、ピストンロッド１６２Ｂの下端には係止板（図示せず）が取り付けられ、接触体１６２Ｃが係止板を介して常にセンサ部１６２Ａから所定距離だけ離間して浮上した位置でセンサ部１６２Ａにおいて弾力的に保持されている。接触体１６２Ｃとセンサ部１６２Ａとの間に形成された隙間は接触体１６２Ｃの昇降範囲になる。この隙間の距離はセンサ部１６２Ａによって検出され、このセンサ部１６２Ａによって接触体１６２Ｃの位置を常に監視している。

圧力付与手段は、所定の圧力として第１の圧力と第２の圧力に切り換えられるようになっている。第１の圧力は、複数のプローブ１２Ａの針先高さを検出する時に設定される圧力で、第２の圧力より低圧に設定される。第２の圧力は、アライメント時に複数のプローブ１２Ａを針跡転写部材１７の上面に針跡を転写する時に設定される圧力である。

センサ部１６２Ａには所定の圧力を一定に保持する定圧バルブ等の圧力調整手段（図示せず）が設けられており、この圧力調整手段によって接触体１６２Ｃがセンサ部１６２Ａに向けて下降する時に圧縮空気を徐々に排気して第１の圧力を一定に保持するようにしてある。

接触体１６２Ｃが第１の圧力で保持されている状態では、ウエハチャック１１を介して針先検出装置１６が上昇することによりその接触体１６２Ｃが針跡転写部材１７を介して複数のプローブ１２Ａと接触しても複数のプローブ１２Ａが弾性変形することなく、初期の針先高さを保持したまま接触体１６２Ｃがセンサ部１６２Ａ側へ下降する。接触体１６２Ｃが第１の圧力で保持された状態では、例えばプローブ１２Ａ一本当たり０．５ｇｆの力が複数プローブ１２Ａから針跡転写部材１７に作用する。針跡転写部材１７は、第１の圧力で接触した時に複数のプローブ１２Ａから針圧が作用しても針跡が形成されることがない。

接触体１６２Ｃが第２の圧力で保持された状態では、針跡転写部材１７が複数のプローブ１２Ａから針圧を受けても接触体１６２Ｃはセンサ部１６２Ａ側へ下降することなく初期の位置を保持し、複数のプローブ１２Ａによって針跡転写部材１７の上面に針跡が転写される。

次に、針跡転写部材１７が適用されたプローブ装置１０の動作について図５〜図７をも参照しながら説明する。
まず、ウエハチャック１１上で半導体ウエハＷを受け取った後、半導体ウエハＷの高温検査を行う場合にはウエハチャック１１に内蔵された温度調節機構によって半導体ウエハＷを所定の温度まで加熱すると共にウエハチャック１１がＸＹ方向に移動し、アライメント機構１３及び針先検出装置１６を用いてプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出する。それには、アライメント機構１３のＣＣＤカメラ１３Ａがアライメントブリッジ１３Ｂを介してプローブセンタ、即ちプローブカード１２の中心の真下へ移動する。次いで、ウエハチャック１１がアライメントブリッジ１３Ｂの下方で移動する間に、針先検出装置１６は昇降駆動機構１６１を介してセンサ機構１６２を図５の（ａ）に示す待機状態から同図の（ｂ）に矢印で示すように上昇させ、接触体１６２Ｃ上の針跡転写部材１７の上面がウエハチャック１１上の半導体ウエハＷの上面と略同一レベルになるように設定する。この際、針先検出装置１６では、接触体１６２Ｃに内蔵されたヒータ１６２Ｄ（図２、図４参照）によって針跡転写部材１７をガラス転移温度ＴＧより例えば１５℃低い、ウエハチャック１１の温度に近い温度まで加熱しておく。

然る後、ウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動して図５の（ｃ）に示すように接触体１６２ＣがＣＣＤカメラ１３Ａに真下に達すると、ＣＣＤカメラ１３Ａが針跡転写部材１７の上面の高さを検出する。針跡転写部材１７の上面の高さを検出した後、センサ機構１６２の動作を確認する。センサ機構１６２が正常に動作することを確認した後、複数のプローブ１２Ａの針先位置の検出を行う。

複数のプローブ１２Ａの針先位置を検出するには、アライメントブリッジ１３Ｂが一旦待機位置に退避した後、ウエハチャック１１が図６の（ａ）に示すようＺ方向の基準位置から上昇すると、針先検出装置１６に配置された針跡転写部材１７が複数のプローブ１２Ａに接近して接触する。ウエハチャック１１が更に上昇すると、接触体１６２Ｃが針跡転写部材１７を介して複数のプローブ１２Ａによって押圧されてセンサ本体１６２Ａ側へ下降する。この時、接触体１６２Ｃが第１の圧力で弾力的に保持されているため、複数のプローブ１２Ａから針跡転写部材１７へ針圧が作用しても、複数のプローブ１２Ａは弾性変形することなく、また複数のプローブ１２Ａが針跡転写部材１７を傷つけることなく（複数のプローブ１２Ａの針先が針跡転写部材１７に転写されることなく）、ウエハチャック１１の上昇に連れて、その上昇分だけ接触体１６２Ｃが第１の圧力で保持されたままセンサ部１６２Ａ側へ下降し、両者１６２Ａ、１６２Ｃ間の距離を詰めて隙間を狭くする。

この際、センサ部１６２Ａが接触体１６２Ｃとの距離を監視しており、接触体１６２Ｃの下降により隙間が変化すると、センサ部１６２Ａが隙間の距離を検出し、その検出信号を制御装置１４へ送信する。これにより、制御装置１４は、演算処理部１４Ａにおいて予め設定されている隙間の初期値とセンサ部１６２Ａによる検出値とを比較し、検出値が初期値より小さくなった瞬間までのウエハチャック１１の基準位置からの上昇距離に基づいて針跡転写部材１７の上面の高さ、換言すれば複数のプローブ１２Ａの針先位置の高さを算出する。このように複数のプローブ１２Ａが弾性変形することなく、また針跡転写部材１７を傷つけることもなく、接触体１６２Ｃが下降し始めるため、下降し始める位置を複数のプローブ１２Ａの針先高さとして高精度に検出することができる。このようにして検出された複数のプローブ１２Ａの針先高さは、Ｚ座標データとして制御装置１４の記憶部１４Ｂに格納される。

その後、ウエハチャック１１は一旦Ｚ方向の基準位置に戻った後、接触体１６２Ｃに付与する圧力を第１の圧力から第２の圧力に切り換え、再度、ウエハチャック１１が図６の（ｂ）に矢印で示すように上昇して針跡転写部材１７が複数のプローブ１２Ａと接触し、オーバードライブする。ウエハチャック１１がオーバードライブしても接触体１６２Ｃは第２の圧力で保持されていてセンサ部１６２Ａ側に下降することなく初期位置を保持するため、図２の（ａ）に示すように複数のプローブ１２Ａが針跡転写部材１７に食い込み、同図に（ｂ）に示すように針跡転写部材１７の上面に針跡１７Ａが転写される。この時、形状記憶ポリマーはガラス状態にあってこれらの針跡１７Ａ（図２の（ｂ）参照）を保持する。

尚、針跡転写部材１７の上面に針跡１７Ａを形成する方法としては、上述の方法以外に複数のプローブ１２Ａの針先高さを検出したままの状態で、第１の圧力から第２の圧力に切り換えることによって接触体１６２Ｃを初期位置に戻すことによって針跡転写部材１７に針跡１７Ａを形成することもできる。

上述のようにして針跡転写部材１７に針跡１７Ａを転写した後、ウエハチャック１１が基準位置まで下降すると、ＣＣＤカメラ１３Ａがアライメントブリッジ１３Ｂを介してプローブセンタへ進出した後、ウエハチャック１１が基準位置から上昇し、図６の（ｃ）に示すようにＣＣＤカメラ１３Ａが針跡転写部材１７の複数の針跡１７Ａ（図２の（ｂ）参照）をそれぞれ検出する。これにより複数のプローブ１２Ａの複数箇所または必要に応じて全てのＸＹ位置を検出することができ、それぞれのＸＹ座標データを記憶部１４Ｂに格納する。これらの一連の操作によって複数のプローブ１２Ａの針先位置、即ち、ＸＹＺ座標データが得られて、半導体ウエハＷと複数のプローブ１２Ａとのアライメントに供される。

アライメントを行う場合には、ウエハチャック１１がＸ、Ｙ方向へ移動し、ＣＣＤカメラ１３Ａが図６の（ｄ）に示すように半導体ウエハＷの複数箇所で複数のプローブ１２Ａに対応する電極パッドを検出し、各電極パッドのＸＹ座標データを記憶部１４Ｂに格納する。これら一連の操作によって、複数のプローブ１２Ａと半導体ウエハＷの電極パッドのアライメントを終了する。アライメントが終了した後、ウエハチャック１１は、検査開始位置へ移動し、その位置で上昇し、図７に示すように最初のチップの複数の電極パッドとこれらに対応する複数のプローブ１２Ａを接触させて、電気的特性検査を行う。以下、ウエハチャック１１によって半導体ウエハＷをインデックス送りして、半導体ウエハＷの全てのチップについて電気的特性検査を行う。

針跡転写部材１７の針跡１７Ａを消失させる場合には、針先検出装置１６の接触体１６２Ｃに内蔵されたヒータ１６２Ｄによって針跡転写部材１７を加熱し、その温度がガラス転移温度ＴＧより高い温度に達すると形状記憶ポリマーがガラス状態から急激にゴム状態に変化し、針跡１７Ａが一斉に短時間で消失し平坦面を回復する。これによって新たなプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａのアライメントを行うことができる。

以上説明したように本実施形態によれば、移動可能なウエハチャック１１上の半導体ウエハＷと複数のプローブ１２Ａを電気的に接触させて行われる半導体ウエハＷの電気的特性の検査に先立って複数のプローブ１２Ａのアライメントを行う際に、複数のプローブ１２Ａのアライメントのために複数のプローブ１２Ａの針跡１７Ａが転写される、ウエハチャック１１に付設された針跡転写部材１７であって、針跡転写部材１７がガラス転移温度ＴＧにおいて弾性率の高いガラス状態と弾性率が低いゴム状態との間で可逆的且つ急激に変化する形状記憶ポリマーを有するため、ウエハチャック１１の温度に近いガラス状態の温度領域で針跡１７Ａが転写され、ウエハチャック１１の温度より僅かに高いゴム状態の温度領域で針跡１７Ａが瞬時に消失することにより、針跡１７Ａを保持する温度と針跡１７Ａを消失する温度との温度差が小さいため、短時間で針跡１７Ａを消失させることができ、スループットを向上させることができる。

また、本実施形態によれば、形状記憶ポリマーのガラス転移温度がウエハチャック１１の設定温度に近い温度であるため、例えば高温検査時でも針跡転写部材１７の温度による半導体ウエハＷの温度低下を抑制し、半導体ウエハＷの面内温度の均一性を保持して検査の信頼性を高めることができる。また、形状記憶ポリマーがポリウレタン系樹脂によって形成されているため、半導体ウエハＷの検査温度に合わせて好ましいガラス転移温度ＴＧを有する形状記憶ポリマーを選択することができる。また、プローブ１２Ａの種類に応じて針跡転写部材１７の針跡転写温度を適宜変更することで、プローブ１２Ａに最適な弾性率で針跡転写部材１７を接触させることができる。

これに対して、従来のように針跡転写部材としてポリオレフィンやポリ塩化ビニールを用いる場合には、針跡１７Ａを保持する温度とウエハチャックとの温度差が大きく、検査の信頼性が低下する虞があると共に、針先跡を保持する温度から消失する温度までの温度差が大きく、針跡の消失温度までの加熱時間に時間を要する上に消失温度に達してもその温度を例えば１分以上保持しなくてはならないため、針跡の消失までの多くの時間を要し、スループットが低下する。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では針跡転写部材としてポリウレタン系樹脂からなる形状記憶ポリマーを用いているが、必要に応じてその他の形状記憶ポリマーを適宜選択して用いることができる。また、上記実施形態では、接触体１６２Ｃに形状記憶ポリマーが直に設けられているが、樹脂製の基板上に積層された形状記憶ポリマーが接触体に設けられていても良い。また、針先検出装置ではなく、単なる支持台上に針跡転写部材が設けられたものであっても良い。更に、形状記憶ポリマー以外でガラス状態とゴム状態との間で可逆的且つ急激に変化するポリマーであれば、そのようなポリマーも使用することができる。

本発明は、半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に好適に利用することができる。

本発明のプローブ装置の一実施形態を示す構成図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１のプローブ装置に用いられるプローブで針跡転写部材に針跡をつけ、消失する経過を示す説明図である。針跡転写部材に用いられる形状記憶ポリマーの温度と弾性率の関係を示すグラフである。針跡転写部材が設けられた針先検出装置を示す側面図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ針跡転写部材を用いてプローブをアライメントする工程を示す説明図である。（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図４の（ａ）〜（ｃ）に示す工程に続く工程図である。アライメント後にプローブと半導体ウエハが電気的に接触して検査する工程を示す説明図である。

符号の説明

１０プローブ装置
１１ウエハチャック
１２プローブカード
１２Ａプローブ
１３ＡＣＣＤカメラ（撮像手段）
１６針先検出装置（支持台）
１７針跡転写部材
１７Ａ針跡
Ｗ半導体ウエハ

Claims

所定の温度に設定された移動可能な載置台上に載置された被検査体と上記載置台の上方に配置された複数のプローブを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プローブ装置であって、上記載置台に付設された針先検出装置と、上記針先検出装置上で支持され且つ上記複数のプローブの針跡を転写する針跡転写部材と、上記針跡転写部材に転写された上記複数のプローブを撮像する撮像手段と、を備え、上記針先検出装置は、上記針跡転写部材が装着される接触体を昇降可能に支持するシリンダ機構を含み且つ上記接触体の位置を検出する変位センサと、上記シリンダ機構に供給される圧縮空気によって上記接触体上の上記針跡転写部材に所定の圧力を付与する圧力付与手段と、を有し、上記圧力付与手段から上記シリンダ機構に付与される第１の圧力下で上記載置台が上昇する間に上記変位センサ側へ移動する上記接触体を介して上記複数のプローブの針先を検出し、上記圧力付与手段から上記シリンダ機構に付与される上記第１の圧力より高い第２の圧力下で上記載置台が上昇する間に上記針跡転写部材に上記複数のプローブの針跡を転写し、上記針跡転写部材の上記複数のプローブの針跡を上記撮像手段によって撮像して上記複数のプローブのアライメントを行うように構成されており、上記針跡転写部材は、ガラス転移温度において弾性率の高いガラス状態と弾性率の低いゴム状態との間で弾性率が可逆的且つ急激に変化する形状記憶ポリマーからなり、且つ、上記ガラス転移温度が上記載置台の設定温度に近い温度に設定されており、上記複数のプローブの針跡は、上記ガラス転移温度より低く上記弾性率の高いガラス状態にある温度下で上記針跡転写部材に転写され、上記ガラス転移温度より高く上記弾性率の低いゴム状態にある温度下で上記針跡転写部材から消失することを特徴とするプローブ装置。
上記ガラス転移温度が２５〜１５０℃の範囲内の温度に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
上記形状記憶ポリマーは、主成分がポリウレタン系樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプローブ装置。
上記針先検出装置は、上記形状記憶ポリマーの温度を調整する温度調整手段を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプローブ装置。