JP4950779B2

JP4950779B2 - プローブカードの登録方法及びこのプログラムを記録したプログラム記録媒体

Info

Publication number: JP4950779B2
Application number: JP2007165696A
Authority: JP
Inventors: 一成石井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: KR101019842B1; KR20080112964A; JP2009002871A; TW200925625A; US20080315904A1; US7710135B2; TWI427300B

Description

本発明は、被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に、その検査に用いられるプローブカードを登録する方法に関し、更に詳しくは、プローブカードを登録作業を行う際にプローブカードの損傷を防止することができるプローブカードの登録方法及びこのプログラムを記録したプログラム記録媒体に関するものである。

プローブ装置は、一般的に、半導体ウエハ等の被検査体を載置する載置台と、載置台の上方に配置されたプローブカードと、プローブカードのプローブと載置台上の被検査体の電極パッドとのアライメントを行うアライメント機構と、を備え、アライメント機構を介して被検査体とプローブとのアライメントを行った後、被検査体の電気的特性検査を行うように構成されている。アライメント機構は、例えば、アライメントブリッジに取り付けられた第１のカメラと、載置台に取り付けられた第２のカメラと、を有し、第１のカメラで被検査体の電極パッド等を検出し、第２のカメラでプローブを検出することにより被検査体とプローブカードのアライメントを行っている。

而して、新規のプローブカードを使用する場合には、そのプローブカードをプローブ装置に登録する必要がある。プローブカードを新規に登録する際に、プローブカードをプローブ装置に装着した時のプローブの針先高さ（原点からプローブ針先までの距離）を入力し、その入力されたプローブの真下へ第２のカメラが載置台を介して移動してプローブを探し出し、第２のカメラはその位置から上昇してプローブの針先高さを検出し、その上昇距離に基づいて針先高さを算出している。

プローブの針先高さを入力する時には、登録を開始する時に載置台の初期位置を決めるために、プローブカードがプローブ装置に装着された時のプローブの針先高さをプローブカードの設計値に基づいて予測して入力する必要がある。プローブの針先高さを入力した後、例えば図６の（ａ）に示すように、入力値に応じた初期位置から載置台１が上昇して第２のカメラ２によってプローブカード３のプローブ３Ａの針先を検出して、プローブ３Ａの実際の針先高さを求める。そして、その時の針先高さがプローブ装置に登録される。この際、同図の（ａ）に一点鎖線で示すように載置台１がプローブカード２に接触しないように予め載置台１に動作制限を設けて、載置台の過剰上昇によるプローブカードの損傷を未然に防止している。

しかしながら、プローブ３Ａの針先高さの入力ミスがあると、第２のカメラによって所定のプローブを探し出すことが難しくなり、あるいは載置台１の初期位置が本来の位置より高く設定されて、載置台１が初期位置から動作制限内で上昇したとしても載置台１が図６の（ｂ）に示すようにプローブカード３のプローブ３Ａと接触してしまい、最悪の場合にはプローブカード３を損傷させる虞すらあった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プローブカードに製品によるバラツキがあって、しかもプローブカードのプローブの針先が検出し難いものであっても、プローブの針先高さを入力する必要がなく、プローブカードを損傷させることなく確実且つ安全にプローブの針先位置を高い精度で検出して登録することができるプローブカードの登録方法及びこのプログラムを記録したプログラム記録媒体を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のプローブカードの登録方法は、被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に、その検査に用いられるプローブカードを登録する方法であって、上記被検査体を載置する載置台の上方に配置された第１の撮像手段を用いて上記載置台に設けられた荷重センサの高さを検出する第１の工程と、上記載置台を介して上記荷重センサを移動させて上記荷重センサと上記プローブカードのプローブを接触させる第２の工程と、上記荷重センサと上記プローブとの接触開始時に上記荷重センサを停止させる第３の工程と、上記荷重センサの高さと上記荷重センサの停止高さに基づいて上記プローブの針先高さを求める第４の工程と、上記荷重センサによって検出された上記プローブの針先高さに基づいて上記載置台に付設された第２の撮像手段を用いて上記プローブの針先を検出し、その時に検出された針先の高さ及び針先の水平位置を上記プローブの針先位置として求める第５の工程と、上記第２の撮像手段を介して求められた上記プローブの針先位置を上記プローブ装置に登録する第６の工程と、を備え、且つ、上記第１の工程に先立つ工程として、上記第２の撮像手段を用いて上記載置台の上方に配置されたピンの先端面の高さを検出する工程と、上記第１の撮像手段を用いて上記荷重センサの高さを検出した後、上記載置台を介して上記荷重センサを移動させて上記ピンと上記荷重センサを接触させて上記荷重センサの動作を確認する工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のプローブカードの登録方法は、請求項１に記載の発明において、上記載置台に設けられた第２の撮像手段を用いて上記プローブカードのプローブの針先の水平位置を求める工程を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプログラム記録媒体は、被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に、その検査に用いられるプローブカードを登録する方法のプログラムを記録したプログラム記録媒体であって、上記プログラムによってコンピュータを駆動させて、請求項１または請求項２に記載のプローブカードの登録方法を実行させることを特徴とするものである。

本発明によれば、プローブカードに製品によるバラツキがあって、しかもプローブカードのプローブの針先が検出し難いものであっても、プローブの針先高さを入力する必要がなく、プローブカードを損傷させることなく確実且つ安全にプローブの針先位置を高い精度で検出して登録することができるプローブカードの登録方法及びこのプログラムを記録したプログラム記録媒体を提供することができる。

以下、図１〜図５に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。

まず、本実施形態のプローブカードの登録方法が適用されるプローブ装置について図１〜図３を参照しながら説明する。
このプローブ装置１０は、例えば図１に示すように、被検査体であるウエハ（図示せず）を載置する移動可能な載置台１１と、この載置台１１の上方に配置されるプローブカード１２と、このプローブカード１２の複数のプローブ１２Ａと載置台１１上のウエハとのアライメントを行うアライメント機構１３と、載置台１１及びアライメント機構１３を含む各種の構成機器を制御するコンピュータを主体とする制御装置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、載置台１１上のウエハとプローブカード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とウエハ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ように構成されている。プローブカード１２は、既知のプローブカードであっても未知のプローブカードであっても良く、図１の一点鎖線で示す位置へ新たに装着される。

載置台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。この載置台１１の側方には、本実施形態のプローブカード１２の登録に使用される荷重センサ１６が配置され、この荷重センサ１６は、後述のように未知のプローブカード１２がプローブ装置１０に装着された時に、プローブカード１２のプローブ１２Ａの針先高さを検出する時などに使用される。また、この荷重センサ１６は、アライメント機構１３を介してプローブ１２Ａと接触した時の荷重により、プローブ１２Ａの針先高さを検出するものである。プローブカード１２は、カードホルダ１７を介してプローバ室のヘッドプレート１８に取り付けられている。

アライメント機構１３は、例えばプローバ室内の背面とプローブセンタとの間で水平移動するアライメントブリッジ１３Ａと、アライメントブリッジ１３Ａに設けられた第１の撮像手段（例えば、ＣＣＤカメラ）１３Ｂと、載置台１１の側方に設けられた第２の撮像手段（例えば、ＣＣＤカメラ）１３Ｃと、を備え、既に登録されているプローブカード１２と載置台１１上のウエハとのアライメントを行う。第１のＣＣＤカメラ１３Ｂは、アライメントブリッジ１３Ａを介してプローバ室の背面からプローブセンタまで進出してプローブカード１２と載置台１１との間に位置し、ここで載置台１１がＸ、Ｙ方向へ移動する間に、ウエハの検査用電極を上方から検出して撮像し、その画像処理部１３Ｄで画像処理して制御装置１４へ画像信号を送信する。第２のＣＣＤカメラ１３Ｃは、アライメントブリッジ１３Ａがプローバ室内の背面に後退した後、プローブカード１２の下方で載置台１１がＸ、Ｙ方向へ移動する間に、プローブカード１２の下方から複数のプローブ１２Ａを順次検出して撮像し、その画像処理部１３Ｅで画像処理して制御装置１４へ画像信号を送信する。また、例えばアライメントブリッジ１３Ａにはスプリングを内蔵したピン１９が取り付けられ、ピン１９が荷重センサ１６と接触して所定の荷重（例えば、３０ｇｆ±１０％）を付与することにより、荷重センサ１６が正常に動作するか否かを確認するようにしてある。

載置台１１に設けられた荷重センサ１６は、図１に示すように、所定の荷重を検出する荷重センサを内蔵する円形状のセンサ部１６Ａと、センサ部１６Ａを昇降させるシリンダ機構１６Ｂと、を備え、センサ部１６Ａが例えば載置台１１の載置面より低い位置と載置面より４〜５ｍｍ高い位置との間で昇降する。そして、センサ部１６Ａは、載置面より４〜５ｍｍ高い上昇端にある時に、ピン１９の先端や複数のプローブ１２Ａの先端を検出する。この荷重センサ１６は、高感度（±５０μｍ）のタッチセンサとして構成されている。

センサ部１６Ａは、例えば図２に示すように、円形状のセンサプレート１６Ａ_１と、センサプレート１６Ａ_１の下面中心部から垂下するロッド部１６Ａ_２と、ロッド部１６Ａ_２の下部が貫通する貫通孔が上面に形成され且つセンサ本体を内蔵する円筒状の躯体部１６Ａ_３と、躯体部１６Ａ_３の上面とセンサプレート１６Ａ_１の間に装着されたスプリング１６Ａ_４と、を備え、センサプレート１６Ａ_１が荷重を受けると躯体部１６Ａ_３の上面でスプリング１６Ａ_４を介して弾力的に下降し、所定の荷重（例えば、３０ｇｆ±１０％）でセンサ本体が反応し、荷重センサ１６が作動するようになっている。

シリンダ機構１６Ｂは、例えば図３に示すように、エアシリンダ１６Ｂ_１と、エアシリンダ１６Ｂ_１と空気配管１６Ｂ_２を介して接続された電磁弁１６Ｂ_３と、エアシリンダ１６Ｂ_１と電磁弁１６Ｂ_３の間で空気配管１６Ｂ_２に取り付けられた二つの流量制御弁１６Ｂ_４と、エアシリンダ１６Ｂ_１の上下の両端位置を検出する上端センサ１６Ｂ_５及び下端センサ１６Ｂ_６（図２参照）と、を備え、制御装置１４の制御下で電磁弁１６Ｂ_３がエアシリンダ１６Ｂ_１への圧力空気の給排ポートを切り換えてセンサ部１６Ａを昇降させる。センサ部１６Ａが上下の両端位置に達すると、それぞれの位置で上端センサ１６Ｂ_５、下端センサ１６Ｂ_６が作動し、制御装置１４を介して電磁弁１６Ｂ_３を止めるようにしてある。

制御装置１４は、図１に示すように演算処理部１４Ａ及び記憶部１４Ｂを備え、本発明のプローブカードの登録方法を実行する際に、演算処理部１４Ａにおいてプローブ装置１０の各構成機器との間で種々の信号を送受信し、種々の演算処理を行い、その演算処理結果等の各種のデータ情報を記憶部１４Ｂにおいて記憶する。記憶部１４Ｂは主記憶部及び補助記憶部からなる。補助記憶部には本発明のプローブカードの登録方法のプログラムを含む複数のプログラムが格納されている。

次に、本発明のプローブカードの登録方法の一実施形態について図４、図５を参照しながら説明する。

本実施形態のプローブカードの登録方法は、例えばプローブ装置１０に新規のプローブカード１２を装着する時に制御装置１４の記憶部１４Ｂに格納されたプログラムに基づいて実施される。従来であれば、オペレータが新規のプローブカード１２がプローブ装置１０に装着された時のプローブ１２Ａの針先高さを、新規のプローブカード１２の設計値に基づいて入力していたが、本実施形態ではプローブカードの登録方法が制御装置１４を介して実行される。

即ち、本実施形態では、まず、図１に示すように新規のプローブカード１２がカードホルダー１７を介してプローブ装置１０のヘッドプレート１８の中央開口部の一点鎖線で示す位置へ装着される。プローブカード１２が装着された後、プローブカードの登録方法が制御装置１４を介して実行される。

プローブカードの登録方法を実行する場合には、例えば図４の（ａ）に示すようにアライメント機構１３のアライメントブリッジ１３Ａがプローブセンタへ進出する。これと並行して載置台１１が移動し、第２のＣＣＤカメラ１３Ｃでアライメントブリッジ１３Ａに付設されたピン１９を探す。ピン１９の位置は予め判っているため、第２のＣＣＤカメラ１３Ｃによって簡単に探し出すことができる。ピン１９が第２のＣＣＤカメラ１３Ｃの視野に入ると、載置台１１が停止し、この位置から徐々に上昇し、第２のＣＣＤカメラ１３Ｃがピン１９の先端面に焦点を合わせることによってピン１９の先端を検出する。制御装置１４は、この時の載置台１１の高さを認識し、この高さを記憶部１４Ｂに登録する。また、第１、第２のＣＣＤカメラ１３Ｂ、１３Ｃの焦点距離は予め記憶部１４Ｂに登録されているため、演算処理部１４Ａが載置台１１の高さと第２のＣＣＤカメラ１３Ｃの焦点距離からピン１９の針先高さを計算し、その結果をその時のＸ、Ｙ位置と共に記憶部１４Ｂに登録する。

荷重センサ１６では、制御装置１４からの信号に基づいて電磁弁１６Ｂ_３が作動しシリンダ機構１６Ｂを駆動させて、センサ部１６Ａを作動させる。これにより、センサ部１６Ａのセンサプレート１６Ａ_１の上面が載置台１１の載置面より高い位置、即ち上端に達すると、上端センサ１６Ｂ_５からの信号に基づいて電磁弁１６Ｂ_３が駆動して圧力空気の供給を止めて、センサプレート１６Ａ_１を上端位置に固定する。これと並行して、載置台１１が移動し、その間にアライメントブリッジ１３Ａの第１のＣＣＤカメラ１３Ｂで載置台１１に付設された荷重センサ１６を探す。荷重センサ１６が第１のＣＣＤカメラ１３Ｂの視野に入ると、載置台１１が停止し、この位置で図４の（ｂ）に示すように第１のＣＣＤカメラ１３Ｂが荷重センサ１６のセンサ部１６Ａの上面に焦点を合わせて荷重センサ１６を検出する。制御装置１４は、この時の載置台１１の高さを荷重センサ１６の高さとして認識し、この高さをその時のＸ、Ｙ位置と共に記憶部１４Ｂに登録する。

引き続き、荷重センサ１６が載置台１１を介して移動し、ピン１９の真下に達した時点で停止し、この位置で荷重センサ１６が図４の（ｃ）に示すように載置台１１を介して上昇してピン１９と接触し、荷重センサ１６に所定の荷重が作用する。この時、センサ部１６Ａがスプリング１６Ａ_４の弾力に抗して駆体部１６Ａ_３内に沈んでセンサスイッチが作動し、制御装置１４へ信号を送信し、載置台１１を停止させる。これによって荷重センサ１６が正常に機能していることを確認することができる。

荷重センサ１６の動作を確認した後、図４の（ｄ）に示すように、荷重センサ１６が載置台１１を介して移動すると、第１のＣＣＤカメラ１３Ｂが荷重センサ１６を検出し、荷重センサ１６の高さが最初の検出時と同一であることを確認する。このように荷重センサ１６が正常に機能することを確認した後、この荷重センサ１６を使用して新規のプローブカード１２のプローブ１２Ａの針先高さを検出する。

荷重センサ１６を用いてプローブ１２Ａの針先高さを検出するには、まず制御装置１４の制御下でアライメントブリッジ１６Ａが図４の（ｄ）に示すプローブセンタから後退すると共に、図５の（ａ）に示すように載置台１１が水平方向へ移動して荷重センサ１６がプローブカード１２の真下に到達する。然る後、図５の（ａ）に矢印で示すように荷重センサ１６が載置台１１を介して例えば２０μｍずつ徐々に上昇しながら、荷重センサ１６でプローブ１２Ａの針先を探す。荷重センサ１６が２０μｍずつ徐々に上昇し、図５の（ｂ）に示すようにプローブ１２Ａの針先に接触し始めると、荷重センサ１６がプローブ１２Ａに反応し、制御装置１４へ検出信号を送信する。制御装置１４は、検出信号に基づいて載置台１１を停止させる。制御装置１４ではこの時の載置台１１の高さと第１のＣＣＤカメラ１３Ｂで検出した時の荷重センサ１６の高さとに基づいてプローブ１２Ａの針先の高さを算出し、その針先高さを制御装置１４の記憶部１４Ｂに格納する。

次いで、図５の（ｃ）に示すように、第２のＣＣＤカメラ１３Ｃが載置台１１を介してプローブカード１２の真下で目的とするプローブ１２Ａまで移動して停止する。載置台１１はプローブ１２Ａの針先高さを認識しているため、第２のＣＣＤカメラ１３Ｃが載置台１１を介して目的のプローブ１２Ａの真下まで移動し、既に認識した針先高さへ移動すると、第２のＣＣＤカメラ１３Ｃでプローブ１２Ａの針先に焦点を簡単に合わせることができる。第２のＣＣＤカメラ１３Ｃで針先を検出した時の載置台１１の水平方向の位置が目的とするプローブ１２Ａの針先のＸ、Ｙ座標値になる。このＸ、Ｙ座標値を制御装置１４の記憶部１４Ｂに登録することにより、プローブカード１２の登録を終了する。

仮に、プローブ１２Ａの針先が第２のＣＣＤカメラ１３Ｃで検出し難いものであっても、制御装置１４では予め荷重センサ１６によって正確にプローブ１２Ａの針先高さを認識しているため、その後、第２のＣＣＤカメラ１３Ｃによって高精度にプローブ１２Ａの針先位置（水平方向の位置及び高さ）を検出することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、プローブカード１２をプローブ装置１０に登録する際に、載置台１１の上方に配置された第１のＣＣＤカメラ１３Ｂを用いて載置台１１に設けられた荷重センサ１６の高さを検出する工程と、載置台１１を介して荷重センサ１６を移動させて荷重センサ１６とプローブ１２Ａを接触させる工程と、荷重センサ１６とプローブ１２Ａとの接触開始時に荷重センサ１６を停止させる工程、荷重センサ１６の高さと上記停止高さに基づいてプローブ１２Ａの針先高さを求める工程と、求められたプローブ１２Ａの針先高さをプローブ装置１０に登録する工程と、を備えており、プローブ１２Ａの針先高さを荷重センサ１６によって直接検出することができるため、従来のようにプローブカード１２の設計値に基づくデータ入力をしなくて良いため、針先高さの入力ミスによるプローブカード１２の損傷を確実に防止することができる。また、仮にプローブカード１２が全く未知のものでプローブカード１２の設計データがない場合であっても、本実施形態によればプローブカード１２を損なうことなく、プローブ１２Ａの針先高さを確実に検出することができる。

また、本実施形態によれば、同一品種ウエハを検査するプローブカード１２であっても製造業者によって針先高さにバラツキがある場合や、本来のプローブカードとは異なるプローブカードを装着した場合であっても、プローブカード１２を損傷させることなく確実にプローブ１２Ａの針先高さ検出することができ、そのようなプローブカード１２であっても確実且つ高精度に登録することができる。

また、本実施形態によれば、載置台１１に設けられた第２のＣＣＤカメラ１３Ｃを用いてプローブカード１２のプローブ１２Ａの針先の水平方向の位置を求める工程を備えているため、検査に先立って行われるアライメント時にプローブ１２Ａの針先位置を迅速に検出することができる。

また、本実施形態によれば、荷重センサ１６の高さを検出した後、プローブ１２Ａの針先高さを検出する前に、ピン１９を用いて荷重センサ１６の動作を確認するため、荷重センサ１６が誤動作することなくプローブ１２Ａの針先高さをより確実に検出することができる。荷重センサ１６の高さを検出する前に第２のＣＣＤカメラ１３Ｃを用いてピン１９の高さを検出するため、荷重センサ１６とピン１９とを所定の荷重で接触させることができる。更に、ピン１９を用いて荷重センサ１６の動作を確認した後、再度荷重センサ１６の高さを検出するため、プローブ１２Ａの針先高さを高精度に検出することができる。

また、本実施形態によれば、本実施形態のプローブカードの登録方法を記憶媒体に記録してあるため、複数のプローブ装置１０へ簡単に移植することができ、如何なるプローブ装置１０でもプローブカード１２を簡単に登録することができる。

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、上記実施形態では弾力的に作動する荷重センサについて説明したが、荷重センサとしては弾力的に作動するものでなくても良い。

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概念図である。図１に示す荷重センサを示す概念図である。図１に示す荷重センサのシリンダ機構の空気制御回路を示すブロック図である。（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ本発明のプローブカードの登録方法の一実施形態を工程順に示す工程図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図４に続く工程示す工程図である。従来のアライメント方法の一例を示す概念図である。

符号の説明

１０プローブ装置
１１載置台
１２プローブカード
１２Ａプローブ
１３Ｂ第１のＣＣＤカメラ（第１の撮像手段）
１３Ｃ第２のＣＣＤカメラ（第２の撮像手段）
１４制御装置
１６荷重センサ
１９ピン

Claims

被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に、その検査に用いられるプローブカードを登録する方法であって、上記被検査体を載置する載置台の上方に配置された第１の撮像手段を用いて上記載置台に設けられた荷重センサの高さを検出する第１の工程と、上記載置台を介して上記荷重センサを移動させて上記荷重センサと上記プローブカードのプローブを接触させる第２の工程と、上記荷重センサと上記プローブとの接触開始時に上記荷重センサを停止させる第３の工程と、上記荷重センサの高さと上記荷重センサの停止高さに基づいて上記プローブの針先高さを求める第４の工程と、上記荷重センサによって検出された上記プローブの針先高さに基づいて上記載置台に付設された第２の撮像手段を用いて上記プローブの針先を検出し、その時に検出された針先の高さ及び針先の水平位置を上記プローブの針先位置として求める第５の工程と、上記第２の撮像手段を介して求められた上記プローブの針先位置を上記プローブ装置に登録する第６の工程と、を備え、且つ、上記第１の工程に先立つ工程として、上記第２の撮像手段を用いて上記載置台の上方に配置されたピンの先端面の高さを検出する工程と、上記第１の撮像手段を用いて上記荷重センサの高さを検出した後、上記載置台を介して上記荷重センサを移動させて上記ピンと上記荷重センサを接触させて上記荷重センサの動作を確認する工程と、を備えたことを特徴とするプローブカードの登録方法。
上記載置台に設けられた第２の撮像手段を用いて上記プローブカードのプローブの針先の水平位置を求める工程を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプローブカードの登録方法。
被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に、その検査に用いられるプローブカードを登録する方法のプログラムを記録したプログラム記録媒体であって、上記プログラムによってコンピュータを駆動させて、請求項１または請求項２に記載のプローブカードの登録方法を実行させることを特徴とするプログラム記録媒体。