JP2003504890A - ウェハ・レベル・バーンイン及びテスト用カートリッジ及び方法 - Google Patents

ウェハ・レベル・バーンイン及びテスト用カートリッジ及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明のウェハ・レベルのバーンイン又はテストに使用できるウェハのカートリッジを提供する。本発明のカートリッジを使用すれば集積回路ウェハを個別のダイに分離してパッケージングする前に、ウェハ・レベルのバーンイン又はテストが可能である。 【解決手段】 カートリッジ(10)は、ウェハ(74)を受けるためのチャック・プレート(12)及びウェハとの電気的接続を確立するためのプローブ・プレート(14)を含む。使用の際、機械的接続装置(90)がウェハとプローブ・プレートの整列を維持するためにチャック・プレートとプローブ・プレートを互いにしっかりと固定する。好ましくは、ウェハとの電気的接続は複数のリーフ・スプリング(52)によりプローブ・プレートに移動可能に搭載されたプローブ・カード(50)を使用して確立される。機械的接続装置は好ましくは雄コネクタ(94)及び対向した第1と第2のアゴ(122、124)を含んだ運動学的結合である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明はその一部が米国国防先進研究計画局からの補助金により支援されてい
る。米国政府が本発明の権利を有するかもしれない。
【0002】 導入 発明の属する技術分野 本発明は、バーンイン及び/又はウェハが切断される前の半導体ウェハ上に形
成された回路のテストに使用されるカートリッジに関する。しかし、本発明は、
その他の電気装置のバーンイン又はテストにも適用可能である。さらに、本発明
は、カートリッジ内にプローブ・カードをカートリッジ内に位置する半導体ウェ
ハと共にロードして整列させる方法に関する。また、本発明はカートリッジに使
用される接続装置に関する。本発明は、1995年7月5日にバラックロフ等に
発行され、共通に所有される発明の名称“高密度相互接続技術”の米国特許第5
,429,510号及び1997年10月28日にブレム等に発行され、共通に
所有される発明の名称“メモリ・プログラミング装置のテストのための方法及び
システム”の米国特許第5,682,472号の発明とも関係する。本発明はさ
らに、1999年7月14日に共通に出願され、共通に係属し、共通に所有され
る発明の名称“ウェハ・レベル・バーンイン及び電気テスト・システム及び方法
”(米国シリアル番号09/353,121)の発明にも関係する。
【0003】 発明の背景 集積回路(IC)は、もし故障するならば、その予想された寿命のかなり早い
時期に故障する傾向があることは良く知られている。このような壊れやすいIC
を識別して除去するために、IC製造者は典型的に彼等の集積回路を早期の故障
を導く傾向がある条件にさらす。これはバーンインとして知られ、そしてバーン
イン中に集積回路がさらされる典型的な状態は、集積回路への電気信号の同時的
な印加と共に上昇された温度である。上昇される温度と印加される信号は通常の
動作パラメータを超えるであろう。一旦、集積回路がバーンイン中又は後のテス
トに合格すると、それが意図されたサービス寿命を通じて機能するチャンスが非
常に増大する。
【0004】 バーンインはさまざまな時に実行されるであろう。多くの場合、バーンインは
ICが最終パッケージ形式にある時に実行される。このような場合、ICは必要
な電気信号がICに印加されることを可能にする回路ボード内に挿入される。パ
ッケージされたICをバーンインすることは、パッケージされたICが物理的損
傷又は汚染に対して抵抗性があり、必要な接続をするために容易にバーンイン回
路ボードへ挿入できるという利点を有する。パッケージされたICのバーンイン
の不利益は、もしICがバーンイン中に故障したならばパッケージされたICの
追加費用が失われること、取り扱われるべきより多くの個別の部品が存在するこ
と、及び同じダイのタイプがバーンインのために異なる道具を必要とするいくつ
かの異なるパッケージ・タイプとなることである。
【0005】 別のバーンインのオプションは、個別のダイを再使用可能パッケージ内に置き
、そしてパッケージされたICのバーンインと同じ方法で再使用可能パッケージ
内のダイをバーンインすることである。この方法はこの時点ではICにより少な
い投資が行なわれているという利点を有する。しかし、個別のダイは都合良く取
扱うのに困難であり、損傷や汚染を受け易いという不利益を有する。
【0006】 本発明のカートリッジはウェハ・レベルのバーンインに使用できる。すなわち
、集積回路ウェハは、個別のダイに分離されて伝統的なパッケージングに入れら
れる前にバーンインを経験する。ウェハ・レベルのバーンインは、故障し易いI
Cが早期に識別されて、あるチップ・タイプ(例えば、DRAM)に対してはバ
ーンイン故障のレーザー修復の可能性があり、そしてバーンイン故障のウェハ地
図が容易に作成できるという利点がある。ウェハ地図はウェハ処理欠陥を識別し
て修正するのを助ける。ウェハ・レベルのバーンインは、ウェハの注意深い取扱
いが必要であり、ウェハとの電気的接続がより困難であるという不利益を有する
。ウェハ・レベルのバーンインに使用される道具の一例がウッド等の米国特許第
5,859,539号に示されている。また、ICはあるポイントで典型的に機
能テストを受ける。これらのテストは、ICが所望の速度と正確さで必要な機能
を有することを確証する。機能テストはICを完全に排除する又はICを異なる
階級に分類するのに使用できる。本発明のカートリッジは、ウェハ・レベルのバ
ーンイン及び/又はテストに使用できる。
【0007】 発明の開示 本発明によれば、ウェハのバーンイン又はテスト方法が提供される。この方法
は、チャック・プレート上にウェハを置き、プローブ・プレートをウェハと整列
させ、そして、チャック・プレート及びプローブ・プレートを一緒に固定する、
各ステップを含む。好ましくは、チャック・プレート上にウェハを置くステップ
は、ウェハを第1許容差内でチャック・プレートと整列させるステップ及びプロ
ーブ・プレートを第2許容差内でウェハと整列させるステップとを含み、そして
第1許容差が第2許容差よりも大きい。
【0008】 また、本発明によれば、ウェハ・レベルのバーンイン又はテストのためのカー
トリッジが提供される。カートリッジは、ウェハを受るためのチャック・プレー
トと、ウェハと電気的接続を確立するためのプローブ・プレートと、チャック・
プレートとプローブ・プレートと互いにしっかりと固定する機械的接続装置とを
含む。好ましくは、プローブ・プレートはプローブ・プレートと移動可能に結合
できるプローブ・カードを含む。より好ましくは、プローブ・カードは少なくと
も2つのリーフ・スプリングによりプローブ・プレートに搭載され、そしてプロ
ーブ・カードの背後のプローブ・プレート内に形成された窪みのなかにスライド
移動可能に位置するピストンが存在する。
【0009】 さらに、本発明によれば、下が削られた表面を含んだ雄コネクタと第1及び第
2の対向したアゴとを含む運動学的カップリングを提供する。各アゴは、雄コネ
クタがアゴの間に挿入可能な引っ込んだ位置から、アゴが雄コネクタの下の削ら
れた表面と係合することによりアゴの間から雄コネクタが引き出されることを防
止する係合位置の間を移動可能である。好ましくは、第1及び第2アゴはそれぞ
れの係合位置の方向に片寄らされていて、そして第1及び第2アゴの各々はキー
により作動される傾斜表面を含み第1及び第2アゴをそれぞれの引っ込み位置に
移動する。より好ましくは、雄コネクタが第1及び第2アゴの間に挿入され且つ
第1および第2アゴが共にそれらの係合位置にある時、雄コネクタは雄コネクタ
の係合表面が第1及び第2アゴと接触しない引延ばされた位置と雄コネクタの係
合表面が第1及び第2アゴと接触する引込んだ位置との間を基板に対して移動可
能なように、雄コネクタが基板に移動可能に結合される。さらにより好ましくは
、雄コネクタはその引込んだ位置の方向に片寄らされていて、これによりポジテ
イブな固定力を与える。
【0010】 さらに、本発明によれば、ウェハ・レベルのバーンイン又はテストのカートリ
ッジが提供される。このカートリッジは、 第1プレートと、 第2プレートと、 第1プレートに搭載されて下が削られた表面を有する雄コネクタと、 第2プレートに移動可能に結合された少なくとも1つのアゴであり、アゴは雄コ
ネクタをアゴにより受けられる引込み位置から雄コネクタの下が削られた表面と
係合することによりアゴからの雄コネクタの引出しをアゴガ防止する係合位置へ
移動可能であり、 を備える。
【0011】 本発明のさらに詳細な説明は「特定の実施の形態の説明」の部分に述べられて
いる。
【0012】 特定の実施の形態の説明 図1には、本発明によるウェハ・レベル・バーンイン及びテスト用カートリッ
ジが示されている。一般的に参照番号10により示されるカートリッジは、チャ
ック・プレート12及びプローブ・プレート14を含む。チャック・プレート1
2及びプローブ・プレート14はどんな適当な材料から作ることができる。例示
的な実施の形態では、チャック・プレート12及びプローブ・プレート14は6
061アルミニウムから形成されている。
【0013】 チャック・プレート12は、一般的に矩形形状を有し、中央に位置する上昇し
た台16を含む。使用においては、半導体ウェハは台16の上表面上に置かれる
。チャック・プレートの上表面には、使用の際にチャック・プレート12及びプ
ローブ・プレート14を一緒に固定するのに使用される3つの機械的接続装置の
下半分20が搭載される。この例示的な実施の形態では、機械的接続装置は図6
乃至図12を参照してより詳細に以下に説明される運動学的結合である。チャッ
ク・プレート12を加熱又は冷却するために使用中に空気又は別の流体が流れる
いかつかのチャンネル22が、チャック・プレート12を横断して形成される。
操作員がチャック・プレートを台16又は機械的接続装置より離れた所から取上
げることを推奨するためのいくつかの手で持つための窪み24が、チャック・プ
レート12の端の回りに形成されている。チャック・プレート12には、台の上
表面とチャック・プレート12の底表面の間に延びた垂直な孔(普通、3つ)が
設けられる。このような孔は、いくつかのウェハ整列システムにおいて使用され
るウェハ・リフト・ピンの挿入のために使用される。
【0014】 また、プローブ・プレート14は、一般に矩形形状を有し、プローブ・プレー
トの重要な領域より離れた所からプローブ・プレートを操作員が取上げることを
推奨するためにその上表面28に形成されたいくつかの手で持つための窪み26
も有する。プローブ・プレートの上側表面には、それにより機械的接続装置の上
側半分(図示しない)へのアクセスできるアクセス・カバー30が示されている
【0015】 幾つかのニップル31、33がプローブ・プレート14上に示されていて、こ
れらによりカートリッジ10への空気的接続が行なえる。以下に詳細に説明する
ように、カートリッジのさまざまな部分の操作に空気及び/又は真空動作が使用
される。以下に詳細に説明する動作は空気の圧力の変化により行なわれるが、本
発明には他の流体も使用できることが理解される。
【0016】 プローブ・プレート14の各側にはレール32(一側のみが示される)が置か
れる。各レールには、いくつかの垂直方向の車輪34及びいくつかの水平方向の
車輪36が搭載されている。車輪34及び36は軸38上に搭載されている。好
ましい実施の形態では、車輪は小さいボール・ベアリングである。使用の際、レ
ール32はバーンイン室内の対応する形状の溝内にスライドして入り、垂直方向
の車輪34はカートリッジ10を溝の下側表面上で支持し、水平方向車輪はレー
ル32が溝の側壁に対してスライドすることを防止する。バーンイン室内の溝は
隣接した挿入カートリッジの端を越えて延び、バーンイン室内にカートリッジの
挿入をさらに容易にすることができる。
【0017】 プローブ・プレート14の1つの端には垂直なフランジ40が位置する。幾つ
かの電気的コネクタ46が搭載されたコネクタ・ブロック44が、フランジ40
に取付けられている。使用の際、電気コネクタ46はウェハとの電気的な接続を
確立するために使用される。コネクタ・ブロック44の回りのフランジ40には
シール42が搭載される。使用の際、カートリッジ10は、バーンイン室の高温
度部分の中にコネクタ側を先にして入り、コネクタ・ブロック44がバーンイン
室の後壁の開口を通じて高温度部分から外へ突出て低温度部分へ入るまで、スラ
イドされる。シール42はその時に開口の回りの壁に対して密封する役割を果た
して、これによりコネクタ・ブロックをバーンイン室の高温度部分の状態から隔
離する。コネクタ・ブロック44は、電気コネクタ46をフランジ40が使用の
際にさらされる高温度から隔離する役割を果たす熱絶縁材料であるUltemな
どの高温度ポリマーから作られる。最後に、カートリッジ10がバーンイン室内
にスライドされる時、コネクタ46を対応する電気コネクタと整列する役割を果
たす2つの整列ピン48が接続ブロック44に搭載されている。
【0018】 図2は、プローブ・プレート14の下側及びカートリッジのさらなる部品、プ
ローブ・カード50、を示す。プローブ・カード50は、ウェハ・レベル・バー
ンイン及び/又はテストの際にウェハと直接に電気的接続するカートリッジの部
品であり、そしてプローブ・カード50はバーンイン及び/又はテストを受ける
ウェハの異なるタイプの各々に対して異なる。プローブ・カード50は、印刷回
路基板により電気コネクタ46へ電気的に接続される。この印刷回路基板は、同
時に出願されて同時に係属し共通に所有される発明の名称「ウェハ・レベル・バ
ーンイン及び電気テスト・システム及び方法」の米国特許出願(1999年7月
14日出願、米国特許シリアルNo.09/353,121)により詳細に記載
されるている。
【0019】 プローブ・カード50は、好ましくは、ウェハが製造される半導体材料と熱的
性質が一致した材料から製造される。すなわち、加熱された時、プローブ・カー
ド50及びテスト下のウェハは同じ量だけ拡大する。これは、カートリッジがバ
ーンイン室内で加熱される時、プローブ・カード50とテスト下のウェハの間の
電気的接続を確保する。これはウェハが上昇したバーンイン温度にさらされる前
に室温にある時、プローブ・カード50がウェハと整列することを可能にする。
例えば、シリコン・ウェハと良い熱的一致を与える炭化シリコンによりプローブ
・カード50は製造できる。しかし、プローブ・カード50の特定の詳細は本発
明の部分を形成しない。そして、現在利用可能及び将来に開発されるプローブ・
カード50は有利的に本発明の方法及びカートリッジに使用できる。例えば、本
発明の方法及びカートリッジに使用するのに適したプローブ・カードは米国デラ
ウェア州のダブリュ・エル・ゴア・アンド・アソシエイツの電子部門から購入で
きる。
【0020】 プローブ・カード50は、プローブ・カード50の周囲に間隔された4つのリ
ーフ・スプリング52によりプローブ・プレートに搭載される。リーフ・スプリ
ング52は、z軸に沿って(すなわち、台16上に位置するウェハの表面に垂直
に)プローブ・プレート14と搭載されたプローブ・カード50との間の相対運
動を可能にする。リーフ・スプリング50はまたプローブ・カードがx軸又はy
軸の回りにプローブ・プレート14に関してある角度まで回転するのを許容する
(すなわち、ウェハの表面に共に平行な垂直軸の回りの回転)。しかし、リーフ
・スプリング52は、x又はy軸に沿ってプローブ・プレート14に対するプロ
ーブ・カード50の実質的な運動を防止し、また、Z軸回りにプローブ・プレー
ト14に対するプローブ・カード50の実質的な回転を防止する。好ましくは、
リーフ・スプリング52は、z軸回りにプローブ・プレートに対してプローブ・
カードの回転に実質的に最大の抵抗を与えるために、プローブ・カード50の周
囲に離間される。プローブ・カードが図示の様に矩形である時、これはリーフ・
スプリングをプローブ・カード50の4角の各々又はその近くに配置することに
より達成できる。
【0021】 このリーフ・スプリング構成は、プローブ・カード50が台16上に位置する
ウェハと接触及び外れるために動くことを可能にし、そして、もしプローブ・カ
ード50の1つの端又は領域がウェハに最初に接触すると、プローブ・カードが
ウェハ上に均一に落ち着くことを可能にする。しかし、リーフ・スプリング52
はウェハの表面を横断してプローブ・カードが移動することに抵抗し、そしてま
たウェハの表面に垂直な軸の回りにプローブ・カード50が回転することに抵抗
するため、プローブ・カードがウェハに適用される際にプローブ・カード50と
ウェハの整列不一致を最小にする。
【0022】 図3及び図4にリーフ・スプリング52の1つが示されている。図4から理解
されるように、リーフ・スプリング52は非線形輪郭を有する。より詳細には、
リーフ・スプリング52は、リーフ・スプリング52の幅を横断して延びる溝形
状の曲がった中央領域54を含む。中央領域54は、もしなければリーフ・スプ
リング52を予想できないように座屈するであろう圧縮力Fの下で予想可能に変
形することを可能にする。中央領域54はまた、張力又は圧縮力の下で異なるリ
ーフ・スプリング52が実質的に一様な態様で行動することを確保して、プロー
ブ・カード50の回りに一様なコンプライアンスを与える。圧縮力又は張力の下
でのリーフ・スプリングの予想可能なコンプライアンスは、搭載構成がプローブ
・カード及びプローブ・プレート材料の熱膨張係数の不一致から生ずる寸法の変
化に対して予測可能に補償することを可能にする。リーフ・スプリング52は、
その中に画定された4つの孔56を有し、これらによりリーフ・スプリングはプ
ローブ・カード及びプローブ・プレートへネジ止めされる。
【0023】 例示目的のみで。本発明のカートリッジに使用されるリーフ・スプリングは、
0.8インチ(20.3mm)の幅、1.23インチ(31.2mm)の長さ、
0.010インチ(0.254mm)の厚さ、及び約0.31インチ(7.87
mm)の半径を有する。リーフ・スプリング52は銅ベリリウムから製造されて
いるが、どんな適当なバネ材料からも製造できる。
【0024】 図2に戻ると、プローブ・プレート14はプローブ・カード50を受けるため
の窪み58を画定する。窪み58は、リーフ・スプリング52を受けるための4
つの切欠きを含む。
【0025】 窪み58の中心には薄い円筒形ピストン64を受ける円筒形窪み62が画定さ
れる。窪み58の中心にはスリーブ66がその中に搭載されるさらなる円筒形窪
み65が画定される。プローブ・カードがピストン64が窪み62に受けられた
状態でプローブ・プレート14に搭載される時、プローブ・プレート50の背後
に搭載された案内プラグ68がスリーブ66に位置される。案内プラグ68がプ
ローブ・カード50の追加の整列と案内をそれがウェハの方向へ及びウェハから
遠ざかるように移動する際に与える役割を有する。
【0026】 図5と図18において、プローブ・カード50、ピストン64及びプローブ・
プレート14の間の関係がより詳細に示されている。また、図5はこれらの部品
とウェハ74をその上に位置付けたチャック・プレート12の間の使用の際の関
係を示し、図18及び図19は、どのようにプローブ・カード50がガイド・プ
ラグ68に搭載されるかを示す。
【0027】 プローブ・カード50は、エポキシ接着83により案内プラグ68へ搭載され
る。使用されるエポキシは典型的にロックタイト(登録商標)好気性接着剤であ
る。エポキシ83の小さな領域を使用してその中心にプローブ・カード50を搭
載することにより、プローブ・カード50はカートリッジの残部に対して自由に
膨張又は縮小するので、プローブ・カード50及びカートリッジの残部との間の
熱的不一致は最小化される。接着の際、整列プラグ68に対してプローブ・カー
ド50を中心に置き、そして整列プラグ68とプローブ・カード50の間にある
程度のコンプライアンスを与えるために、テフロン(登録商標)テープの帯81
が整列プラグ68の下側の周囲に設けられる。
【0028】 図から理解されるように、スリーブ66は案内プラグ68を受ける円筒形の内
部孔を有する。3つの溝、孔70内の溝78、スリーブ66の上表面内の溝80
及びスリーブ66の段付き外表面内の溝82、がスリーブ66内に形成される。
図示のようにこれら3つの溝の中にはOリングが受け入れられる。同様に、ピス
トン64はその端(周囲)に1つの溝84が形成され、そしてその下表面内に1
つの溝85が形成される。ピストン内の溝もその中にOリングを受け入れる。こ
れら5つのOリングはピストンの背後の空間72とウェハの近辺との間に気密シ
ールを与える役割を果たす。従って、ピストン64の後の空間72内の気圧を増
加することにより、ピストン(従って、プローブ・カード50)はウェハ74の
方向へ前進する。同様に、空間72内の気圧を減少することにより、ピストン(
従って、プローブ・カード50)はウェハ74から引込む。これはプローブ・プ
レート14の外部に位置する1つのニップル31と空間72の間のプローブ・プ
レート中に形成された導管を介してなされる。
【0029】 代替的に、もし空間72の圧力が変化しなければ、ピストンはウェハ74の概
して近辺の圧力の変化により移動でき、これにより動作が逆であることを除けば
、前と同様にピストン64の異なる側の間に圧力差を生成する。すなわち、ウェ
ハ74の概して近辺の気圧を減少することにより、ピストン(従って、プローブ
・カード50)はウェハ74の方向へ進むことができる。同様に、ウェハ74の
概して近辺の気圧を増加することにより、ピストン(従って、プローブ・カード
50)はウェハ74から部分的に引込むことができる。ウェア74の近辺の気圧
の操作は、ニップル31の1つと案内プラグ68(図18参照)の後の領域79
との間の流体連絡を与えるプローブ・プレート14内に形成された導管を介して
実行される。今度は領域79は、軸孔87及び案内プラグ68内に形成された1
つ又は複数の横方向孔88を介してピストン64とプローブ・カード50との間
の領域と流体連絡する。ピストン64とプローブ・カード50との間の領域は、
今度は、プローブ・カード50に形成された孔89を介してウェハ74の近辺と
流体的に連絡する。従って、領域79内の圧力が減少する時、ウェハ74の近辺
の圧力に対応した減少が存在する。もし、ピストン64がウェハ74の近辺の空
気圧の減少により移動される場合、Oリング75が台16の上側表面18に画定
された環状溝76内に設けられる。プローブ・カード50は、ウェハ74の近所
の領域を密封するために溝76内のOリング75に当接する。溝76内のOリン
グ75の使用はウェハ74の清浄さを維持するのを助ける。
【0030】 ウェハ74の近辺の圧力を減少するために前パラグラフに説明されたルーテイ
ングの代替として、真空経路は空気シールによりチャック・プレート12へ転送
される前にニップル31からプローブ・プレート14内を短い距離の間に設けら
れても良い。そして、真空はチャック・プレート12を通ってウェハ74の近辺
までチャック・プレート12内に形成された通路を経由して伝えられる。
【0031】 ピストン64の移動の制御に使用されるニップル31は、ニップル31に結合
された空気ラインが取外される時、閉じられるタイプである。これはプローブ・
カード50が必要なプローブ作動力でウェハ74に対して進められた後、カート
リッジが空気ラインから切断することができ、そして必要なプローブ作動力はカ
ートリッジ10により独立に維持されることを意味する。これは、ウェハのバー
ンインはウェハとプローブ・カードとを整列するのに必要な高価な装置から別個
に実行でき、そして、プローブ作動力を与えるための別個の機構が必要でない利
点を有する。しかし、カートリッジ10の空気接続は、典型的にバーンイン室内
で再確立されることに注意する。これはさまざまな圧力差が維持することが可能
であり(漏れの場合)、また圧力差がカートリッジが加熱又は冷却される時に一
定に維持されることを可能にする。
【0032】 図6により詳細に示すように、カートリッジはまた3つの接続装置90を含む
。接続装置90は、チャック・プレート12及びプローブ・プレート14を一緒
に固定するのに使用される。接続装置90は、図1、図2及び図14に示される
ように位置する下側部分20と上側部分92とを含む。「上側」及び「下側」と
いう語はここでは便宜のために使用されるが、接続装置のこれらの2つの部分は
どんな機能方向にも使用できることが理解される。
【0033】 接続装置の上側部分92は、雄コネクタ94を含む。雄コネクタ94は頭96
及び首98を含む。首98のベースにおいて、雄コネクタは円筒形ピストンを定
義して、これにより雄コネクタ装置は基板102に移動可能に搭載される。図示
された実施の形態では、基板102はプローブ・プレート14である。ピストン
100の端に画定された溝104内にはピストン100と基板102の間のイン
ターフエイスを密封する役割を有するシール106が位置する。雄コネクタの首
98の回りの環状溝108内にはベルビル(Belleville)スプリング
110が位置する。頭96は、下が削られた表面114を画定し、ボルト112
により首98に搭載される。ピストン100のいずれかの側の上には、基板10
2に搭載されるカバー・プレート116及び118がある。スプリング110は
、それぞれ溝108の底表面とカバー・プレート116を押し、これにより雄コ
ネクタ94を引込んだ位置に片寄らせている。ピストン100、カバー・プレー
ト118、及び基板102の間には空間118が画定される。空間118は導管
120を介して図1に示されるニップル33へ接続される。導管120を介して
空間118内に高圧空気を導入することにより、雄コネクタ94はスプリング1
10の片寄りに抗して延長された位置へ進められることができる。
【0034】 図6及び図7を参照すると、機械的接続装置90の下側部分20が、第1及び
第2の対向するアゴ122、124を含むことが理解される。アゴ122、12
4はピボット・ピン126によりチャック・プレートに枢動可能に搭載される。
この搭載構成は、雄コネクタ94がアゴ122、124の間に挿入できる引込み
位置(図6に示される)からアゴ122、124が雄コネクタ94の下の削られ
た表面114と係合することによりそこから雄コネクタの引出しを防止する係合
位置(図8Cに示される)へアゴ122、124が枢動することを可能にする。
アゴは傾斜したくさび142内に形成されたネジ孔127に位置する2つのスプ
リング・プランジャ125により係合位置方向へ片寄らされる。スプリング・プ
ランジャは各々が孔127に選択的に位置付けられることを可能にするネジが切
られた外表面を有する。
【0035】 第1及び第2アゴはそれぞれ傾斜された表面128を含み、それにキー又はプ
ローブ130が作用して、アゴ122及び124をそれらの係合位置から引込ん
だ位置へ動かす。プローブ又はキー130は、球面頭132を有し、チャック・
プレート12内に画定された孔を通じて挿入される。アゴ122、124はそれ
ぞれ、使用の際に雄コネクタ94の下が削られた表面114と係合する下が削ら
れた表面138を有する突出した唇136を含む。図7に示されるように、唇の
前表面は頭96をアゴ122、124の過剰な引込みがなくとも受けることがで
きるように、その中に形成された円形の切り込みを有する。
【0036】 アゴ122、124を調節可能なストップ140が取囲んでいる。調節可能な
ストップ140は、4つのネジ144により傾斜されたくさび142の上に搭載
されている。ネジ144は、ストップ140の下側の端から延びた2つのフラン
ジ148内に画定されたスロット146を通過する。くさび142は、4つのボ
ルト152によりチャック・プレート12に搭載される。ストップの上側端は中
央の上昇した部分154を含み、これに対してカバー・プレート116の対応し
た上昇した部分156が以下により詳細に説明する接続装置90が係合する時に
当接する。
【0037】 調節機構158がくさび154の1つの端に搭載される。調節機構158は内
部にネジか設けられた胴体160と外側にネジが設けられたロッド162を含む
。ロッド162は六角形窪みがその中に画定されて、それによりアレン・レンチ
を使用してロッドを回転して、これによりロッドを進み又は引っ込ませることが
できる。ロッド162はその中に画定された溝164を有し、そのロッドの一端
がストップ140内の垂直なT形状溝66により受けられることを可能にする。
チャック・プレート12の上の上昇された部分156の高さを調節するために、
ネジ144が緩められて、ロッド160が回転されて、ストップ140を傾斜さ
れたくさぴ142に沿って進ませたり、引っ込ましたりする。所望の調節がなさ
れた時、ネジが144再び締められる。機械的接続装置90の全ての3つの下部
の部分20のストップ140を調節することにより、チャック・プレート12s
プローブ・プレート14の間の距離(これらが一緒に固定された時)を変化でき
る。図5を参照すると、この調節は異なる大きさのウェハ及びプローブ・カード
にカートリッジを適応させ、そしてウェハ74とプローブ・カード50の間の関
係を微調整が可能なことが理解できる。
【0038】 雄コネクタ94が通常引込み、アゴ122、124が通常閉じられた構成を有
するように機械的接続装置90が説明されたが、この構成は通常延長した雄コネ
クタ及び通常開いたアゴ122、124を与えるように変更できることが理解さ
れる。
【0039】 図8A乃至図8Dに機械的接続装置90の操作の順序が示されている。図8A
に示すように、キー又はプローブ130は傾斜された表面128に抗して第1及
び第2アゴ122、124の間を進み、これによりアゴ122、124をそれら
の係合した位置から引込んだ位置へ移動する。ピストン100(従って、雄コネ
クタ94)をチャック・プレート12の方向へ進ませるために空間118に圧力
が加えられる。そして図8Bに示すように、チャック・プレート12及びプロー
ブ・プレート14は、雄コネクタの頭96がアゴ122、124の間に位置する
まで一緒に移動される。頭96と引込んだアゴ122、124の間のクリアラン
スは、チャック・プレート12及びプローブ・プレート14の横方向の不整列(
すなわち、ウェハ74の表面と平行な方向)がチャック・プレート12上のウェ
ハの位置付け正確さの予想される変動よりもより大きい量でも許容するほど十分
である。例示の実施の形態では、接続機構90は、±0.05インチ(±1.2
7mm)のチャック・プレート12とプローブ・プレート14の相対的な横方向
移動の範囲にわたって係合できる。以下に詳細に説明するように、これはウェハ
74を相対的に乱雑に台16上に位置付けることを許容する。プローブ・カード
50のウェハとの正確な整列は、プローブ・プレート14及びチャック・プレー
トがどのように嵌合するかについて係わることなく、プローブ・プレート14を
ウェハ74と整列させることにより、直接的に実行される。そして、プローブ・
プレート14及びチャック・プレート12はプローブ・プレート14及びウェハ
74の間の整列を維持して一緒に固定できる。このようにプローブ・プレート1
4を直接にウェハ74と整列させると、もしウェハが最初にそれとチャック・プ
レート12に整列されて、その後にプローブ・プレート14がチャック・プレー
ト12に整列されることにより、プローブ・プレート14に間接的に整列される
場合に発生するような許容差の蓄積を回避する。
【0040】 ウェハ74とプローブ・カード50との間の整列に要求される許容差の例示的
な数字は、代替的なウェハ・レベル・バーンイン及びテスト解決のそれらと同じ
である。例えば、±0.001インチ(±25ミクロン)(ゴア・プローブ・カ
ード整列パッド幾何学形状に基づく)、±0.0005インチ(±12.5ミク
ロン)(NHKポゴ・ピン・アダプタ・プレート・ピン配置)。しかし、プロー
ブ・カード50及びウェハ74の間の整列に必要な許容差は、ウェハ上に形成さ
れる集積回路の特定のタイプ、ウェハ上の接点パッドの大きさとピッチ、及び使
用される特定のプローブ・カードに依存する。半導体装置製造における特徴サイ
ズの減少により、必要とされる整列許容差は対応した態様で減少する。従って、
上記の数字は、チャック・プレート12上のウェハの粗い整列とプローブ・カー
ド50とウェハ74の間の微整列と間の一般的な関係を示すための例にすぎない
ことに注意する。
【0041】 図8Bから理解されるように、プローブ又はキー130はアゴ122、124
の間かに引込まれ、これによりアゴ122、124がそれらの係合位置に戻るこ
とを可能にする。そして、ピストン100の後の空間118は、圧力が下げられ
て、雄コネクタ94が図8Dに示すようにスプリング110の片寄り効果の下で
引込む。雄コネクタ94が引込む時、雄コネクタ94の下を削られた表面114
がアゴ122、124の下を削った表面138と係合する。これはチャック・プ
レート12及びプローブ・プレート14を、ストップ140の中央の上昇した部
分154がカバー・プレート116の上昇された部分156に当接するまで、一
緒に引く。図8Dに示される機械的接続装置90の係合位置においては、スプリ
ング110はまだ圧縮されていて、チャック・プレート12とプローブ・プレー
ト14の間に正の固定力を与えることに注意する。例示の実施の形態では、各機
械的接続装置の固定力は図8Dに示すように完全に係合した時には、165及び
230ポンド(735ないし1020N)の間であり、カートリッジ10に対し
て500ないし700ポンド(2.2ないし3.1kN)の全体固定力を与える
。完全に係合した時、プローブ14及びチャック・プレート12はこの固定力で
離れることを防止され、そして表面154及び156の摩擦的係合により互いに
移動することを防止される。プローブ・カード50及びウェハ74の間の摩擦的
係合はまた、プローブ・プレート14とチャック・プレート12が互いに移動す
ることを防止することを助ける。
【0042】 スプリング110はまた、スプリング100が雄コネクタ94の長手方向の軸
に沿って熱的に引き起こされた寸法変化に応答して雄コネクタ94の移動を許す
ため、固定されたカートリッジ内の望ましくない熱的ストレスの蓄積を防止する
のを助ける。
【0043】 機械的接続装置を解除するために、図8Aないし図8Dを参照して上述された
手順が逆に実行される。
【0044】 図9は、アゴ122、124及び雄コネクタ94の間の関係を、これらが図8
Dに示すように係合した時に示す概略的な図である。係合した時、首98と唇1
36の端の間にクリアランス“a”と“b”が存在し、頭96の最外側端とアゴ
122、124の内部表面の間にクリアランス“c”と“d”が存在する。これ
らのクリアランスは、アゴ122、124の間で雄コネクタ94の左右(図9に
おいて)の位置付けの変動がある場合でさえも、アゴ122、124は頭96に
邪魔されずに係合することを可能にする。同様に、雄コネクタは図9の平面と垂
直な方向において限界内でアゴ122、124と頭96の係合に影響を与えるこ
となく不整列できることが理解される。これは上述しそして以下に説明するよう
に、接続機構90がチャック・プレート12とプローブ・プレート14の相対的
横運動の範囲にわたって係合することを可能にする。例示的な実施の形態では、
接続機構90により許容できるチャック・プレート12とプローブ・プレート1
4の全横方向不整列は、±0.05インチ(±1.27mm)である。
【0045】 アゴ122、124の唇136は、図10ないし図12に例示されるようない
くつかの異なった輪郭のいずれか1つであってよい。図12に示すように、唇1
36は単一の線に沿って雄コネクタ94の下が削られた表面114と接触するた
めの相対的に鋭い端170を画定する輪郭を有しても良い。代替的に、唇136
は図11に示すような雄コネクタ94の下が削られた表面114と唇136の間
で線接触を与える半円筒形輪郭172を有しても良い。さらに、唇136は図1
2に示すように雄コネクタ94の下が削られた表面114と点接触を与える球面
状突起174を含んでも良い。これらの形状及び輪郭はアゴ122、124の上
に示されたが、これら又は類似の形状又は輪郭が雄コネクタ94の下が削られた
表面113上に設けられても良い。出願人は、雄コネクタ94の下が削られた表
面114とアゴ122、124の間の線又は点接触を与えることは、図8Aない
し図8Dを参照して上述した係合プロセスの際に横方向の力を発生することを防
止するのに役立つと信ずる。横方向力はプローブ・プレート14とチャック・プ
レート12の横移動を生じ、潜在的に回避されなければならないプローブ・プレ
ート14とウェハ74との不整列を発生する。
【0046】 アゴ122、124はチャック・プレート12に枢動可能に取付けられている
が、この構成に対する代替が存在する。例えば、アゴは、雄コネクタがそれぞれ
引込むことのできる又はできない2つの位置の間を移動可能なスライド部材を含
んでよい。また、アゴはキー孔形状した開口をその中に有するプレートの形を有
し、雄コネクタが開口より大きな部分に挿入可能であり、雄コネクタの首98を
開口のより小さい部分に位置させるためにプレートが雄コネクタに対して移動す
る時、引出しが防止されてもよい。従って、「アゴ」という語は雄コネクタの受
入と保持を選択的に許すどんな構造にも適用できる。機械的接続装置90は運動
学的結合であることに注意する。運動学的結合は制御され且つ予測可能な方向に
力又は運動を与える。接続装置90は、係合の際にZ方向(ウェハに垂直)のみ
に運動及び固定力を与えるように設計されている。Z方向のみに力及び運動を与
えることにより、固定装置の動作の結果としてのプローブ・プレート14及びウ
ェハ74の間の不整列を減少する。運動学的性質に寄与する機械接続装置90の
観点は、アゴ122、124がチャック・プレート12に枢動可能に搭載されて
いる事実、頭96とアゴ122、124の間に線又は点接触があるという事実、
雄コネクタ94がZ方向のみに移動するという事実、及びプローブ・プレート1
4とチャック・プレート12の間の横方向移動はZ方向に垂直な2つの平坦な表
面154、156の間の摩擦係合により抵抗されるという事実である。
【0047】 図1及び図2を参照して前述したように、プローブ・カード50は2つの印刷
回路基板により電気コネクタ46へ電気的に接続されている。図13及び図14
は、印刷回路基板の構成とこれらがコネクタ46とプローブ・カード50にどの
ように接続されているかを示す。
【0048】 図13は、コネクタ・ブロック44、コネクタ46、フランジ40及びシール
42を示す、プローブ・プレート14の部分的な長手方向の断面図である。図1
3から理解されるように、コネクタ46は上側コネクタ180及び下側コネクタ
182を含む。コネクタ180、182は同時に出願されて係属し、共通に所有
されている発明の名称「ウェハ・レベル・バーンイン及び電気テスト・システム
及び方法」の米国特許出願(1999年7月14日出願の米国特許出願シリアル
番号09/353,121)により詳細に説明されている。
【0049】 コネクタ180、182は高ピン密度コネクタである。コネクタは、絶縁され
たピンを有し、信号ピンは電磁気干渉(EMI)シールド・ハウジング内にセッ
トされている。このタイプの適当な高ピン密度コネクタは米国、PA、ハリスバ
ーグのAMP社から商業的に入手可能であり、ここではこれ以上、詳細に説明し
ない。
【0050】 上側コネクタ180は、スペーサー・ブロック184及び整列ピン186によ
りコネクタ・ブロック44へ搭載される。整列ピン186は上側コネクタ180
を下側コネクタ182と整合する役割を果たす。単一の整合ピン186は、コネ
クタ・ブロック44とスペーサ・ブロック184との間の熱的不一致を収容する
ために図13の平面を横断する方向でスペーサ・ブロック184に沿って中央に
位置する。追加の固定具(図示しない)がコネクタ・ブロック44とスペーサ・
ブロック184を一緒に保持するのに使用される。これらの追加の固定具は整列
ピン186から横方向に離れて間隔を置かれ、そして好ましくは、熱的変動から
発生するスペーサ・ブロック184とコネクタ・ブロックの間のある程度の動き
を許す。使用できる追加の固定具の一例は、固定される部品の表面と係合する各
端にスプリング又はウエーブ・ワッシャーを有する小さなボルトとナットの組み
合わせである。スプリング又はウエーブ・ワッシャーは、コネクタ・ブロック4
4とスペーサ・ブロック184との間の熱的不一致から発生する相対的運動の際
にある動きを許容しながら、固定力を与える。
【0051】 各コネクタ180は、フランジ40に形成されたスロット190を通過してプ
ローブ・プレート14の下側に達する固い印刷回路基板188に電気的及び機械
的に接続される。各コネクタ182は、コネクタ・ブロック44に搭載されて、
可撓性の印刷回路基板192に電気的及び機械的に結合される。可撓性の印刷回
路基板192は、スペーサ・ブロック186とコネクタ・ブロック44の間に画
定されるスロット(図示しない)を通過して、そして固い印刷回路基板188 と一緒にスロット190を通過して、プローブ・プレート14の下側に達する。
固い印刷回路基板188は、テスト下のウェハへ及びから信号をやりとりするの
に使用され、可撓性の印刷回路基板はテスト下のウェハに電力を供給するのに使
用される。
【0052】 図14は、プローブ・プレート14の下側の概略図である。図から理解される
ように、可撓性の印刷回路基板192はフランジ40を通過した後、一般にL字
形状構成でプローブ・カード50のいずれかの側に延びる。各可撓性の印刷回路
基板192の下にはプローブ・カード50の周りに同様に延びる固い印刷回路基
板188が位置する。印刷回路基板はいくつかの適当な位置付けられたネジによ
りプローブ・プレート14に対して保持される。プローブ・カード50との電気
的接続はいくつかの柔軟な相互接続196により行なわれる。相互接続196は
使用の際のプローブ・カード50の動きを収容するのに十分な程度に柔軟である
【0053】 本発明のカートリッジとの電気的接続が行なわれる態様は、同時に出願されて
係属し、共通に所有された発明の名称「ウェハ・レベル・バーンイン及び電気テ
スト・システム及び方法」の米国特許出願(1999年7月14日出願、米国特
許出願シリアル番号09/353,121)により詳細に説明されている。
【0054】 図1及び図5に再び参照すると、チャック・プレート12はウェハを位置付け
そしてバーンイン又はテストの際にウェハの熱的管理を与える仕事をするために
特有な形状を有する。チャック・プレート12の中にはいくつかのチャンネル2
2が形成されている。カートリッジ10がバーンイン室内に使用のために配置さ
れる時、バーンインの際にウェハにより発散される熱を取除くためにこれらのチ
ャンネル22を通って流体が流れる。チャンネル22はさらに熱転送を促進する
ために交互に配列されり中断されてもよく、そしてカートリッジの操作のために
必要なさまざまな機械的形状へのアクセスを中断されてもよい。チャック・プレ
ート12内にチャンネル22を形成することの代替として、チャック・プレート
12は流体チャンネルが中に形成されたバーンイン室内の別のプレートと接触す
るように配置されてもよい。
【0055】 チャック・プレート12の全体の大きさ及び形状は、ウェハの大きさと既存の
バーンイン室構成の空間の配慮から決定される。使用の際、ウェハは台16の上
側表面18上に配置される。上側表面18は磨かれて、高度の滑らかさと平坦さ
にラップされる。それはまたウェハを拘束するために真空溝19を有する。この
上側表面18はテスト下のウェハのタイプにふさわしてメッキ又は被覆を受けて
いる。台16の側内に突出(径方向に)しているのはカートリッジ・ヒータ21
を受けるいくつかの孔である。これらは温度制御を達成するためにいくつかの操
作モードに対して熱を供給する。温度センサー23が間接的にウェハ温度を検出
するために上表面に近いチャックに装着されている。これらの特徴に加えて、温
度の均一さを達成するために特有な追加の特徴が以下に説明される。
【0056】 ウェハの温度制御は以下の通り達成される。バーンイン室からの空気が、電力
を与えられたウェハがプローブ・カード50により上表面に対して押されている
間、チャック・プレート12のチャンネル22を通して流れる。室はチャック・
プレート・システム及びウェハ電力散逸の特性を使用して計算された温度に設定
される。温度の精密な制御は上述のカートリッジ・ヒータ21を使用した熱の追
加からである。標準の温度制御が、温度センサー23からの入力を受けて、これ
らのヒータへ電力を供給するために使用される。この温度制御は台16の温度の
アクティブな閉じられたループのフィード・バック制御を与える。
【0057】 ヒータ21への電力及び温度センサー23からの信号は、コネクタ46を通し
て配送される。コネクタ46から、電気的接続がプローブ・プレート14上に搭
載されたポゴ・ピンを経由してチャック・プレート12上の接点パッドへ通じる
。接点パッドから、電気的接続が台16の周りを巻いた1つ又は複数の可撓性の
印刷配線基板を経由してヒータ21及び温度センサーと行なわれる。使用の際の
熱の流れとチャック・プレート12に結果として生ずる温度プロフアイルは理想
とは異なるであろうことが理解される。特に、チャック・プレート12の台16
の上側表面18を横断する均一で平坦な温度プロフアイルを有することが望まれ
る。チャック・プレート12はアルミニウムである。熱は金属物体を通じて大変
良く伝導する。しかし、機械的な制約により設計された物体は指定された表面上
に不適当な温度分布を有するであろう(全ての可能性において)。空気を通じて
の熱の伝導(及び対流)は金属を通じてよりもオーダーの大きさで貧弱である。
ここに説明されるチャック・プレート12の実施の形態は、正確に寸法が取られ
た金属除去の領域を導入して、ある領域及び/又は方向の金属物体の有効伝導度
を変化し、従って、温度分布をチャック・プレートの外側の物理的寸法及び熱境
界条件から切離すことを可能にする。結果は、与えられた表面上の温度分布を関
数及び/又は値の広い範囲に調節する能力である。
【0058】 前述したように、図5に示すようにウェハ74は台16の上側表面18上に置
かれる。この表面はその上に置かれたウェハ74による電力消費に起因して熱流
を経験する。チャック・プレート12の構成は、この表面がその外観寸法が機械
的理由で選ばれているにもかかわらず、より等温的に近くできる。
【0059】 チャック・プレート12の熱管理は、上側表面18に平行で台16の周縁の付
近に延びた1つ又は複数の正確な寸法の溝により補助される。図5に示すように
、本発明の例示的な実施の形態では、このような溝、下側の溝198、が設けら
れている。チャック・プレート12内には上側溝200も形成されているが、こ
の溝はカートリッジ・ヒータ及び温度センサーへの及びからの電気配線のために
のみ使用され、チャック・プレートの温度管理には貢献しない。上側表面18の
外側領域に流入する熱は溝198により径方向内側を流れることを強制されて、
端の温度を上昇する(自然に中心より温度が低い)。ふさわしい大きさと形状の
溝198については、ほぼ一定の温度の上表面18を達成することが可能である
【0060】 図15ないし図17は、台16の上側表面18の等温線を示し、本発明のカー
トリッジの温度管理特徴の動作のより完全な理解に有用である。図15は、温度
管理特徴がない場合の台16の上側表面18に形成された楕円形等温線238を
示す。各等温線240の温度が℃で示されている。楕円形等温線は典型的に、チ
ャック・プレート12の長さ(チャンネル22に沿った)のチャック・プレート
の幅(チャンネル22を横断する)のアスペクト比効果の結果として発生する。
楕円形等温線を円形等温線に変えるために、溝198の深さをそれが台の周りを
通過する時に変化させても良い。チャック・プレートの特定の幾何学形状に依存
して、等温線は楕円形ではないかもしれない。図16は、このような場合を示す
。ここでは等温線は概して円形である。このような場合は、溝198の深さを変
化する必要はない。図17に示すように、ふさわしい溝198が設けられる時、
等温線242は本質的に円形形状であり、上側表面は台16の外側端に近い温度
を上昇させることにより、本質的に等温となる。
【0061】 実際には、集積回路のバーンインは125−150℃で実行される。1つの典
型的なサイクルでは、集積回路は6時間、125−150℃に加熱され、その後
に半時間、70℃で電気試験が行なわれる。典型的なダイナミック・アクセス・
メモリ(DRAM)集積回路ウェハのバーンインの際、500ワットの電力を供
給する電気信号がウェハに供給される。もし、溝198が熱的チャック上に設け
なければ、台16の表面にわたって約3℃の温度変化が存在する。チャック・プ
レート12上にふさわしい溝198を有すると、台16の表面にわたって1度よ
りも少ない温度変化が存在する。
【0062】 より高い電力レベルでは、台16の表面上の温度変化はより顕著である。例え
ば、あるロジック装置はウェハへ1キロ・ワットを超える電力入力を発生する電
気信号の印加を必要とする。あるロジック装置は1.5キロワットまで高い電力
入力を必要とする。ウェハへ1.5キロワットの電力入力があると、もしチャッ
ク・プレート12上に溝198が設けられないと、これらの条件下では台16の
表面上に約10℃の温度変化が存在する。このような温度変化は重大な問題であ
る。チャック・プレート12上の溝198により、これらの条件下では台16上
に2度の温度変化が存在するだけである。
【0063】 特定の実施例では、8インチ(200mm)半導体ウェハ及びチャック・プレ
ートの長さ(チャンネル22に沿った)と幅(チャンネル22と横断する)がそ
れぞれ、18.72インチ(475mm)と16.5インチ(419mm)であ
り、台の高さが0.865インチ(22.0mm)であるものを使用すると、溝
198は、0.062インチ(1.57mm)の高さと1.043インチ(26
.49mm)の深さである。例示のカートリッジに対して、出願人は等温線は事
実、楕円ではないことを見つけた。従って、そして溝198の深さは台16を回
る時に変化する必要がない。
【0064】 しかし、溝の特性の変化は、カートリッジ・システムの特定の熱的特性に等温
線の形状を調整するために有用な技術である。例えば、チャンネル22内の流体
はそれがチャンネルに沿って流れる時、流体に転送される熱の結果として、温度
を上昇させる。この温度上昇の結果として、流体への温度転送はチャンネル22
の長さに沿って減少するであろう。これは、チャンネル22の長さに沿って台上
に形成される望ましくない温度勾配を生ずるであろう。これはチャンネルの入口
側で溝をより深く形成することにより、又は、追加の溝を設けることにより、又
は、溝を別の方法で調節することで補償できる。溝198の特定の性質はバーン
イン・システムの特定の性質と動作に依存して変化する。特定の方法で動作され
ている特定のバーンイン・システムに対して溝のパラメータを決定するため、コ
ンピユータに基づいたチャック・プレートの熱転送モデルが生成されて、チャッ
クの熱転送特性がモデル化される。そして、熱転送モデル内のチャック・プレー
トの適当な特性が、モデルが許容可能な熱的特性を示すまで調節される(溝の深
さ及び深さの変化)。その時点で、コンピュータに基づいたモデルを確証するた
めにプロトタイプが作られて、実験室でテストされる。もし、プロトタイプが許
容できる熱的性質を示すならば、プロトタイプの幾何学的形状が採用される。も
しそうでなければ、さらなる調節が、許容できる熱的性質がプロトタイプにより
示されるまで、熱的モデル及びプロトタイプ、又はプロトタイプのみに行なわれ
る。
【0065】 チャック・プレート12は、アルミニウム又は他の適当な金属又は他の材料な
どの、高熱伝導材料から製造される。それは材料の単一のピースを機械工作で一
体的に形成するか、又は、図示の構成を与えるために材料のいくつかのピースを
固定して組立てるかのいずれかでよい。好ましくは、チャック・プレート12は
、サブ部品間の境界がないとチャック・プレート12の上側表面18とチャンネ
ル22内の流体との間の熱移送の効率を増加するので、一体的に形成される。特
に、これは空気がそうでなければ可能とされるよりも高いウェハ電力消費レベル
でチャンネル22内の熱転送流体として使用されることを可能にする。気体クー
ラントの使用は液体クーラントの使用よりはより便利である。
【0066】 次に、カートリッジ10内へのウェハのロードを説明する。最初に、チャック
・プレート12及びプローブ・プレート14が整列システム内に置かれる。整列
システムは、ピストン64及び100の動きを達成しそしてウェハ74を台16
上で保持するために、圧縮空気又は吸入を供給する適当な空気的又は真空接続を
含む。
【0067】 一旦、チャック・プレートが整列システムに挿入されると、ウェハ74が台の
上側表面に置かれる。台上のウェハの位置付けは、比較的に粗くできる(例えば
、±0.005インチ(±0.127mm))。これは、プローブ・プレート1
4とチャック・プレート12の間の不整列を収容する機械的接続装置90の能力
が、チャック・プレート12へのプローブ・プレート14の正確な整列について
心配することなく、ウェハを直接的に参照してプローブ・プレート50の精密な
整列を行なうことを可能にするからである。台16上のウェハ74の位置付けは
、典型的にロボット・アームと中心及びノッチ又はフラット・フアインダーを含
む既知の自動ウェハ予備整列装置を使用して行なうことができる。予備整列装置
は、ウェハ内のノッチ又はフラットを使用して台16上にウェハ74をx及びy
両方向及び回転(シータ)を整列する。代替的に、チャック上のウェハの整列は
既知の手動の整列道具を使用して達成される。
【0068】 一旦、ウェハ74が台16の上側表面18上に置かれると、ウェハ74の下の
溝19に真空が供給されて、これによりウェハを台16上にしっかりと保持する
。ピストン64の後の空間72の空気圧も減少されて、ピストン64及びプロー
ブ・カード50を引込めてウェハ74から遠ざける。
【0069】 光景捕獲システムがウェハとプローブ・カードの映像をとらえ、ウェハ74と
プローブ・カード50を整列するのにどんな動きが必要であるかを決定するため
に整列システムにより計算が実行される。プローブ・カード50とウェハ74の
正確な整列が行なわれる。これはプローブ・プレート14又はチャック・プレー
ト12のいずれかの移動により、又は、チャック・プレート内に形成された孔か
ら延びたウェハ・リフト・ピンを使用してウェハを最位置付けすることのいずれ
かでできる。
【0070】 代替として、ウェハがウェハ取扱いロボットにより保持されている間にウェハ
74の映像を取り、そして、ウェハ74をプローブ・カード50と正しく整列さ
せて台16上にウェハ74を位置付けることにより可能である。このよう場合、
ウェハ74の配置と整列が1ステップで行なえる。しかし、この場合、ウェハの
正確な整列が、チャック・プレート12を参照してではなく、プローブ・カード
50/プローブ・プレート14を参照してなお実行される。
【0071】 プローブ・カード50(従って、プローブ・プレート50)がウェハ74と整
列された後、機械接続装置90のアゴ122、124が図8を参照して上述した
ようにプローブ又はキー130をアゴ122、124の間に進めることによりそ
れらの引込んだ位置に移動される。空間118には、ピストン100(従って、
雄コネクタ94)をチャック・プレート12方向へ進めるために圧力が加わる。
そしてチャック・プレート12及びプローブ・プレート14は一緒に整列装置に
より移動される。この移動は、プローブ・カード50とウェハとの整列を邪魔し
ないように、可能な限りZ方向のみに行なわれる。プローブ・プレート14及び
チャック・プレート12は、3つの機械的接続装置90の雄コネクタ94の頭9
6が図8Bに示すようにアゴ122、124の間に位置するまで、一緒に移動さ
れる。
【0072】 そして、プローブ又はキー130がアゴ122、124の間から引出されて、
これによりアゴ122、124がそれらの係合位置に戻ることを許す。ピストン
100の背後の空間118は圧力が減少し、雄コネクタ94がスプリング110
の片寄り効果の下で引込む。雄コネクタ94が引込むと、それはアゴ122、1
24と係合し、これによりチャック・プレート12及びプローブ・プレート14
を互いにしっかりと引いて固定し、ストップ140の中央の上昇された部分15
4がカバー・プレート116の上昇した部分156に当接する。
【0073】 機械的接続装置90の動作後に、ピストン64はプローブ・カード50がウェ
ハ74に対して押すために進められてもよい。代替的に、ピストン64は最初の
プローブ動作力を調節するために進められるか又は引込む(又は、より正確には
、ピストン64を横断する圧力差を変化する)。ピストン64の動作はカートリ
ッジ10内で圧力差を作ることにより行なわれる。これは2つの方法のいずれか
1つにより行うことができる。第1に、空間72内の圧力を定常的に増加でき、
これによりプローブ・カード50をウェハ74に対して進める。空間74内の最
大圧力は所望のプローブ動作力を与えるように選択される。所望のプローブ動作
力はウェハ及びプローブ・カードに特有であるが、典型的には8インチ(200
mm)ウェハに対しては約500ポンド(2.2kN)である。
【0074】 第2に、空間74の空気圧は、ウェハの近辺の空気圧が減少される時に同時に
又は前に、雰囲気圧力に正規化できる。このような場合、上述の通り溝76内に
シールが設けられる。ウェハ74の近辺の圧力を減少することにより、ピストン
64及びプローブ・カード50はウェハへと吸い込まれる。再度、ウェハの近辺
の圧力の減少量(又は、より正確には、ピストン64を横断する圧力差)は、所
望のプローブ動作力を与えるように選択される。
【0075】 ウェハ74の近辺の圧力を減少し且つ空間72内の圧力を増加することはピス
トン64の動作のための許容できる代替案であるが、出願人はウエハの近辺の圧
力を減少することがプローブ動作圧力を与えるベスト・モードであると信ずる。
何故ならば、これにより発生する反作用力がウェハ、プローブ・カード50及び
台16内で納まるからである。これは空間72の圧力を増加することと対照的で
ある。これはプローブ・カード50がウェハ74を支える時、プローブ・プレー
ト14とチャック・プレート12は離れて押す傾向がある。これはプローブ及び
チャック・プレートのいくらかのたわみを発生するであろう。
【0076】 チャック・プレート12及びプローブ・プレート14を一緒に固定し、そして
プローブ動作力を与えるには以下に説明するように、より特別な方法がいくつか
存在する。簡潔さのために、ストップ140(及びその中央の上昇された部分1
54)とカバー・プレート116の上昇された部分156を集合的に組合せられ
た「ストップ高」を有する「ストップ」と呼ぶ。
【0077】 方法1: 整列装置はプローブ・カード50がウェハと接触して、ストップが
底に達するまで、チャック・プレート12及びプローブ・プレート14を一緒に
移動する。ストップが底に達する時、プローブ・カード50がウェハ74に対し
て完全なプローブ動作力でもって押されるようにストップ高は調節されている。
このように、整列装置は全プローブ動作力を与える。この「機械的のみの」動作
形式は、整列装置が100ないし1000ポンドの範囲の、そして典型的に約5
00ポンドのプローブ動作力を与えることが必要であるため、好まれない。
【0078】 方法2: 整列装置はプローブ・カード50がウェハと接触するまでチャック
・プレート12及びプローブ・プレート14を一緒に移動し、そして整列装置の
移動はストップが底に達する前に停止する。再び、ストップが底に達する時、プ
ローブ・カード50がウェハ74に対して完全なプローブ動作力でもって押され
るようにストップ高は調節されている。機械的接続装置90はそしてカートリッ
ジの動作を完了し、そして全プローブ動作力を与えるために動作される。この方
法では、整列装置はチャック・プレート12とプローブ・プレート14の最終z
移動の際にウェハとプローブ・カード50との間のx及びy関係を固定するため
のプローブ動作力のパーセンテイジ(例えば、限定的ではなく、1ないし10%
)を与えることだけを必要とされる。これらの関係の固定は最終動作の際の不整
列のチャンスを減少する。
【0079】 方法1及び2は、「機械のみ」の動作方法であり、a)プローブ・カード50
はプローブ・プレートに移動可能に搭載される必要がない、及びb)空気/真空
がプローブ動作力を与えるために必要でないという利点を有する。これら「機械
のみ」の動作方法はこのようにいくつかの他の方法よりも実現が安価である。
【0080】 方法3: 整列装置はプローブ・カード50がウェハと接触するまでチャック
・プレート12及びプローブ・プレート14を一緒に移動し、そして整列装置の
移動はストップが底に達する前に停止する。そして、機械的接続装置90はスト
ップに達するまで動作される。そして、ピストン64の背後の領域72はプロー
ブ動作力を与えるために圧力が加えられる。この方法では、再び、整列装置はチ
ャック・プレート12とプローブ・プレート14の最終z移動の際にウェハとプ
ローブ・カード50との間のx及びy関係を固定するためのプローブ動作力のパ
ーセンテイジ(例えば、限定的ではなく、1ないし10%)を与えることだけを
必要とされる。
【0081】 方法4: 整列装置はプローブ・カード50がウェハと接触して、ストップが
底に達するまで、チャック・プレート12及びプローブ・プレート14を一緒に
移動する。そして、機械的接続装置90は、チャック・プレート12とプローブ
・プレート14を一緒に固定するために動作される。そして、ピストン64の背
後の領域72はプローブ動作力を与えるために圧力が加えられる。この方法では
、再び、整列装置はチャック・プレート12とプローブ・プレート14の最終z
移動の際にウェハとプローブ・カード50との間のx及びy関係を固定するため
のプローブ動作力のパーセンテイジ(例えば、限定的ではなく、1ないし10%
)を与えることだけを必要とされる。
【0082】 方法5: 整列装置はプローブ・カード50がウェハと接触するまでチャック
・プレート12及びプローブ・プレート14を一緒に移動し、そして整列装置の
移動はストップが底に達する前に停止する。そして、機械的接続装置90はスト
ップに達するまで動作される。ウェハ74の近辺の圧力はプローブ動作力を与え
るために減少される。この方法では、再び、整列装置はチャック・プレート12
とプローブ・プレート14の最終z移動の際にウェハとプローブ・カード50と
の間のx及びy関係を固定するためのプローブ動作力のパーセンテイジ(例えば
、限定的ではなく、1ないし10%)を与えることだけを必要とされる。
【0083】 方法6: 整列装置はプローブ・カード50がウェハと接触して、ストップが
底に達するまで、チャック・プレート12及びプローブ・プレート14を一緒に
移動する。そして、機械的接続装置90は、チャック・プレート12とプローブ
・プレート14を一緒に固定するために動作される。ウェハ74の近辺の圧力は
プローブ動作力を与えるために減少される。この方法では、再び、整列装置はチ
ャック・プレート12とプローブ・プレート14の最終z移動の際にウェハとプ
ローブ・カード50との間のx及びy関係を固定するためのプローブ動作力のパ
ーセンテイジ(例えば、限定的ではなく、1ないし10%)を与えることだけを
必要とされる。
【0084】 出願人は、方法5及び6はチャック・プレート12及びプローブ・プレート1
4を一緒に固定し、そしてプローブ動作力を与える2つの等しく良いベスト・モ
ードであると信ずる。
【0085】 方法7: 整列装置はストップが底まで達するが、プローブ・カード50がウ
ェハと接触しないところまで、チャック・プレート12及びプローブ・プレート
14を一緒に移動する。そして、機械的接続装置90は、チャック・プレート1
2とプローブ・プレート14を一緒に固定するために動作される。そして、ピス
トン64の背後の領域72がプローブ動作力を与えるために圧力が加えられる。
【0086】 方法8: 整列装置はストップが底まで達するが、プローブ・カード50がウ
ェハと接触しないところまで、チャック・プレート12及びプローブ・プレート
14を一緒に移動する。そして、機械的接続装置90は、チャック・プレート1
2とプローブ・プレート14を一緒に固定するために動作される。ウェハ74の
近辺の圧力はピストン50を進めて、そしてプローブ動作力を与えるために減少
される。機械的接続装置90が、チャック・プレート12とプローブ・プレート
14を一緒にストップが底に達するまで引く時、適当な制御要素が固定の速度を
遅くするために使用される。制御要素は例えば空気移動速度を遅くするために空
気管に加えられたオリフィスであってよい。
【0087】 また。プローブ動作力を与え又は維持するために圧力差を使用する方法に対し
て、カートリッジ10は切断された時に圧力差を維持するための自動バルブを適
当なニップル31内に含み、これによりプローブ動作力を維持する。
【0088】 上記の方法の1つを実行した後、カートリッジは完全で、整列されたプロービ
ング及びクランピング装置である。ウェハとプローブ・カードの整列はピストン
64を横断する圧力差及び/又は機械的接続装置90の固定力の結果として維持
される。従って、バーンインの際に固定力又はプローブ動作力を与えるために外
部の機構は必要でなく、そしてさらなる外部整列装置は必要でない。しかし、バ
ーンイン室内に挿入されるされる際、ピストン64を横断する圧力差を維持する
ために典型的にニップル31との接続が再確立される。これは発生するどんな漏
洩を補償するため、そして、カートリッジ10内の圧力差はカートリッジ10の
温度が変化する時に変化するためにプローブ動作力を制御する手段を与えるため
にも行なわれる。
【0089】 ウェハのバーンイン及び/又はテストを与えるために、カートリッジ10はバ
ーンイン室内に置かれる。典型的にバーンイン室はカートリッジを離間して積重
ねた関係で受けるためのいくつかの水平に離間した位置を含む。これはいくつか
のウェハのバーンインを同時的に実行するのを可能にする。
【0090】 ウェハのバーンイン及びテストを与えるために、コネクタ46、180、18
2がバーンイン室内の対応するコネクタと係合することが必要である。この係合
を達成するため、実質的な挿入力が必要とされる。カートリッジ10とバーンイ
ン室は挿入機構を含み、これによりそれぞれの電気コネクタの係合が、図20な
いし図24を参照して以下に説明するように自動的に達成できる。
【0091】 図20から理解できるように、挿入機構はカム・フォロワー構成250を含み
、その1つがカートリッジ10の各側に設けられている。カム・フォロワー構成
はフランジ40の近くのプローブ・プレート14に搭載されたマウンテイング・
ブロック252を含む。マウンテイング・ブロック252は、横断方向に延びた
部分254と短軸256を含む。ボール・ベアリング258がシャフト256へ
圧入されている。
【0092】 ボール・ベアリング258の外側表面は使用の際に、図21及び図22により
詳細に示されるカム・プレート260と係合する。
【0093】 カム・プレート260は、互いに直角に位置する2つの壁262及び264を
含む。カム・プレート258の一端の壁262、264の間に、カラー266が
あり、これにより以下により詳細に説明するようにカム・プレートが空気シリン
ダーに接続される。壁262には4つの孔268が形成されて、これによりカム
・プレートは以下に詳細に説明するクロス・ローラー・ベアリング・スライド又
は線形ボール・スライドなどの線形スライドに搭載できる。壁264の外側表面
にはカートリッジ10のボール・ベアリング258を受けるための大きさの少な
くとも1つの溝270が形成されている。例示の実施の形態では、2つの溝27
0がある。しかし、カム・プレート260内の溝270の数は異なる数のカート
リッジ10を収容するために変えることができることが理解される。出願人は、
単一のカム・プレート260が7つのカートリッジをバーンイン室内の対応する
電気コネクタに同時的に係合するために7つの溝を満足に設けることができるこ
とを信じている。
【0094】 各溝270は2つのカム表面272及び274により画定されている。カム表
面272はカートリッジ10をバーンイン室内に進めるために使用され、これに
よりカートリッジの電気的コネクタをバーンイン室内の対応するコネクタと係合
させる。カム表面274は、コネクタを解除するためにカートリッジ10を引込
めるために使用される。カム・プレート260のZ方向の最大移動、2.5イン
チ(64mm)、に対して、溝内(Y方向に移動するように制限されている)に
位置するボール・ベアリングは約0.35インチ(9mm)移動して、約7の機
械的利点を与える。すなわち、Z方向にカム・プレート264に印加された力は
、y方向にボール・ベアリングに加えられる7倍の力を生ずる。
【0095】 図23及び図24を参照すると、使用中のカム・プレート260がバーンイン
室内で空気シリンダ276にカラー266を介して接続されている。空気シリン
ダ276は次に接続ブロック280を介してバーンイン室内の垂直バー278に
搭載されている。空気シリンダは約2.5インチのストロークを有し、カム・プ
レートをZ方向へ移動するのに使用される。カム・プレート260は線形スライ
ダ282によりバー278へ移動可能に搭載されていて、カム・プレート260
により経験される横方向力をバー278へ移し、カム・プレートがZ方向へバー
278に沿って移動することを可能にする。バー278にはカートリッジ10の
レール32を受けるための少なくとも1つのチャンネル281が搭載されている
【0096】 カム・プレート260のカラー266と空気シリンダ276との間の接続が図
23により詳細に示される。スタッド284が空気シリンダ276のピストン内
にねじ込まれている。スタッド284は空気シリンダ276のピストンに形成さ
れた孔にネジ係合するためにその一端に画定されたネジ286を有する。スタッ
ド284は他端に斜めになった頭288を有する。カラー266は保持リング2
92を受けるための溝290を含む。カラー266はまた内部リング294を含
む。組立てられた形では、カラーはまたワッシャー296、2つの対向した斜め
ワッシャー298及び300、及びスプリング・ワッシャー302を受ける。使
用の際、空気シリンダのピストンが前に進むと、スタッド284の頭288が斜
めワッシャー298を押す。斜めワッシャー298は次にワッシャー296を押
し、これは次にスプリング・ワッシャー302を押し、これは保持リング292
を押し、次にこれが空気シリンダの動作力をカラー266へ伝える。空気シリン
ダのピストンが引込むと、斜めになった頭288は斜めワッシャー300を押し
、これは空気シリンダ276の動作力をカラー266へ伝える。図23に示され
る部品は合理的に一緒に合致していて、スプリング・ワッシャーはスタッド28
4とカラー266の間の章動不整列、ワッシャー298、300の外側表面間の
クリアランスを許す十分な遊びを与え、スタッド286とカラー266との側方
の不整列を許す十分な遊びを与える。
【0097】 図24は、バーンイン室内でカートリッジ10の2つの側と係合して支持する
のに必要な構造と部品の半分のみを示していることが理解される。バーンイン室
内にはカートリッジ10の他の側と係合して受けるために同一だか鏡像の部品の
第2組が設けられる。
【0098】 使用の際、カートリッジ10は、レール32がバーンイン室内のチャンネル2
81内に適合されてバーンイン室内に電気コネクタ端を頭にして水平方向に滑り
込ませられる。カートリッジがその完全に挿入した位置に近づくと、整列ピン4
8がバーンイン室の対応する整列孔に入る。これはコネクタ46がバーンイン室
内に設けられた相補的電気コネクタと整列する役割を果たす。この時に、ボール
・ベアリング258が2つの対向するカム・プレート260の溝の一端に受けら
れる。そして、空気シリンダ276のピストンがカートリッジ上の電気コネクタ
46がバーンイン室の壁の対応する電気コネクタと係合するための必要な力(カ
ム・プレート260を経由して)を与えるために前進する。前述したように、係
合した時、コネクタ46はバーンイン室内の壁に形成された開口を通じてバーン
イン室のより冷たい部分に突出する。カートリッジが完全にバーンイン室内に挿
入された時、フランジ40及びシール42は開口を閉じる役割を果たし、より冷
たい部分(従って、コネクタ46)がバーンイン室のより熱い部分から隔離され
る。さらに、カートリッジが完全にバーンイン室に挿入された時、カートリッジ
10のチャンネル22は冷却空気を与えるために空気口と整列し、そして外部電
力及びテスト信号がコネクタ46を介してウェハ74に印加できる。そして、ウ
ェハのバーンイン及びテストが、同時に出願されて係属し、共通に所有された発
明の名称「ウェハ・レベル・バーンイン及び電気テスト・システム及び方法」の
米国特許出願(1999年7月14日出願、米国特許出願シリアル番号09/3
53,121)により詳細に説明されるように進行する。
【0099】 一般には、バーンイン室内の温度が必要な温度に上昇されて、そして電力及び
タイミング、ロジック又は他のテスト信号が必要なバーンイン期間中にウェハに
印加される。しかし、カートリッジは他のウェハ・レベル・テスト及びバーンイ
ン方法にも使用できることに注意する。バーンイン及び/又はテスト手順の終わ
りには、空気シリンダ276のピストンが引込み、電気コネクタ46がバーンイ
ン室内の電気コネクタから解除される。そして、カートリッジ10はバーンイン
室から取外されて、整列装置(又は特注道具)内に置かれ、そしてウェハがピス
トン64(従って、プローブ・カード50)をウェハから引込ませることにより
取外されて、そして機械的接続装置90を解除し、整列装置を使用してプローブ
・プレート14をチャック・プレート12から持ち上げる。そして、ウェハ取扱
いロボットがウェハを取外す。プローブ・カード50が動かない場合は、整列装
置又は道具は機械的接続装置が解除される前にカートリッジ10に圧縮力を印加
することが必要であろう。
【0100】 以上、本発明が完全に開示されたが、当業者には理解されるように多くの変化
及び修正が特許請求の範囲の記載の範囲及び精神から逸脱することなく可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるウェハ・レベル・バーンイン及びテスト用カートリ
ッジの斜視図。
【図2】 図1に示されるカートリッジのプローブ・プレートの一部を切欠
いた展開斜視図。
【図3】 図1のカートリッジに使用されるリーフ・スプリングの平面図。
【図4】 図1のカートリッジに使用されるリーフ・スプリングの図。
【図5】 図1のカートリッジの部分的な断面図。
【図6】 図1のカートリッジの機械的接続装置の断面図。
【図7】 図6の接続装置の下側部分の平面図。
【図8A】 図6及び図7の機械的接続装置の動作を示す図。
【図8B】 図6及び図7の機械的接続装置の動作を示す図。
【図8C】 図6及び図7の機械的接続装置の動作を示す図。
【図8D】 図6及び図7の機械的接続装置の動作を示す図。
【図9】 図6の機械的接続装置の雄コネクタとアゴの間の関係を示す概略
図。
【図10】 図6の機械的接続装置のアゴの代替的な構成を示す図。
【図11】 図6の機械的接続装置のアゴの代替的な構成を示す図。
【図12】 図6の機械的接続装置のアゴの代替的な構成を示す図。
【図13】 図1のカートリッジのプローブ・プレートの接続端の断面図。
【図14】 図1のカートリッジのプローブ・プレートの下側の概略図。
【図15】 図1−3のカートリッジのチャック・プレート台の上表面上の
等温線を示す平面図。
【図16】 図1−3のカートリッジのチャック・プレート台の上表面上の
等温線を示す平面図。
【図17】 図1−3のカートリッジのチャック・プレート台の上表面上の
等温線を示す平面図。
【図18】 図1のカートリッジのチャック・プレート、ピストン、プロー
ブ・カード及び関連部品の拡大した部分断面図。
【図19】 整列プラグとプローブ・カードとの間のエポキシ接着の形状と
大きさを示すための図18の整列プラグの下側表面の平面図。
【図20】 図1のカートリッジの1つの角の斜視図。
【図21】 図1及び図20のカートリッジに使用されるカム・プレートの
斜視図。
【図22】 図1及び図20のカートリッジに使用されるカム・プレートの
斜視図。
【図23】 図21及び図22及び空気シリンダーとの間の結合を示す断面
図。
【図24】 バーンイン室内の対応する電気コネクタに図1のカートリッジ
の電気コネクタが係合する及び係合解除するための機構を示す斜視図。
【手続補正書】
【提出日】平成14年2月22日(2002.2.22)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01R 31/26 G01R 31/26 Z (31)優先権主張番号 09/353,121 (32)優先日 平成11年7月14日(1999.7.14) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN, YU,ZA,ZW (72)発明者 カーボン マーク チャールズ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94043 マウンテン ヴィュー ウェスト ミドルフィールド ロード 2532 (72)発明者 リッチモンド ドナルド ポール ザ セ カンド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94303 パロ アルト モントローズ ア ベニュー 743 Fターム(参考) 2G003 AA07 AA08 AA10 AB01 AC01 AD01 AG04 AG11 AG13 AG16 AG20 2G011 AA16 AA17 AB01 AB04 AB08 AC02 AC06 AC14 AC21 AC31 AE03 AF07 4M106 AA01 BA01 CA61 DD03 DJ02

Claims (98)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バーンイン又はテストのためのカートリッジにおいて、 ウェハを受けるためのチャック・プレートと、 ウェハとの電気的接続を確立するためのプローブ・プレートと、 チャック・プレートとプローブ・プレートとを互いに固定するための機械的接
    続装置と、 を含むカートリッジ。
  2. 【請求項2】 機械的接続装置が使用の際にチャック・プレート及びプロー
    ブ・プレートを一緒に引く正の固定力を出す請求項1に記載のカートリッジ。
  3. 【請求項3】 機械的接続装置が運動学的結合である請求項1に記載のカー
    トリッジ。
  4. 【請求項4】 チャック及びプローブ・プレートが一緒に固定される時、 チャック・プレート及びプローブ・プレートは機械的接続装置により加えられ
    る固定力によりウェハに垂直な方向に分離することが防止され、 チャック・プレート及びプローブ・プレートはチャック・プレート及びプロー
    ブ・プレート間の摩擦係合によりウェハと平行な方向に互いに移動することが防
    止される請求項1に記載のカートリッジ。
  5. 【請求項5】 機械的接続装置は、前記プレートの1つに搭載された調節可
    能なストップを含む請求項1に記載のカートリッジ。
  6. 【請求項6】 プローブ・プレートに搭載されたプローブ・カードをさらに
    含む請求項1に記載のカートリッジ。
  7. 【請求項7】 プローブ・カードがプローブ・プレートに移動可能に搭載さ
    れている請求項6に記載のカートリッジ。
  8. 【請求項8】 チャック及びプローブ・プレートが互いに固定される時、プ
    ローブ・カードはウェハに対して移動可能である請求項7に記載のカートリッジ
  9. 【請求項9】 チャック及びプローブ・プレートが互いに固定される時、プ
    ローブ・カードがウェハとの接触から引込み可能である請求項7に記載のカート
    リッジ。
  10. 【請求項10】 プローブ・カードの移動が使用の際に固定されたプローブ
    及びチャック・プレート内に圧力差を生成することにより達成される請求項7に
    記載のカートリッジ。
  11. 【請求項11】 圧力差が使用の際にウェハの近辺の圧力を変えることによ
    り生成される請求項10に記載のカートリッジ。
  12. 【請求項12】 圧力差が使用の際にプローブ・カードの背後の圧力を変え
    ることにより生成される請求項10に記載のカートリッジ。
  13. 【請求項13】 使用の際に圧力差を維持するためのバルブをさらに含む請
    求項10に記載のカートリッジ。
  14. 【請求項14】 プローブ・カードがプローブ・プレートに少なくとも1つ
    のコンプリアント部材により搭載されている請求項7に記載のカートリッジ。
  15. 【請求項15】 少なくとも1つのコンプリアント部材が少なくとも2つの
    リーフ・スプリングを含む請求項14に記載のカートリッジ。
  16. 【請求項16】 各リーフ・スプリングが非線形プロフアイルを有する請求
    項15に記載のカートリッジ。
  17. 【請求項17】 各リーフ・スプリングが曲線の中央部分を有する請求項1
    5に記載のカートリッジ。
  18. 【請求項18】 各リーフ・スプリングがリーフ・スプリングの幅を横断す
    る溝形状中央部分を有する請求項15に記載のカートリッジ。
  19. 【請求項19】 ウェハに垂直な軸回りのプローブ・プレートに対するプロ
    ーブ・カードの回転に対して実質的に最大の抵抗を与えるためにリーフ・スプリ
    ングがプローブ・カードの周辺回りに離間されている請求項15に記載のカート
    リッジ。
  20. 【請求項20】 プローブ・カードが矩形形状であり、そしてプローブ・カ
    ードの4つの角の各々に1つのリーフ・スプリングが存在する請求項19に記載
    のカートリッジ。
  21. 【請求項21】 プローブ・カードの後のプローブ・プレート内に形成され
    た窪み内に移動可能に位置するピストンをさらに含む請求項7に記載のカートリ
    ッジ。
  22. 【請求項22】 プローブ・カードの後のプローブ・プレート内に形成され
    た窪み内に移動可能に位置するピストンをさらに含む請求項14に記載のカート
    リッジ。
  23. 【請求項23】 プローブ・プレートに搭載されそしてプローブ・カードと
    電気的に結合する印刷回路基板をさらに含む請求項6に記載のカートリッジ。
  24. 【請求項24】 プローブ・プレートの外側に搭載された電気コネクタをさ
    らに含み、該電気コネクタは印刷回路基板に電気的に結合している請求項23に
    記載のカートリッジ。
  25. 【請求項25】 プローブ・プレートに搭載されそしてプローブ・カードと
    電気的に結合する印刷回路基板をさらに含む請求項14に記載のカートリッジ。
  26. 【請求項26】 プローブ・プレートの外側に搭載された電気コネクタをさ
    らに含み、該電気コネクタは印刷回路基板に電気的に結合している請求項25に
    記載のカートリッジ。
  27. 【請求項27】 プローブ・プレートに搭載されそしてプローブ・カードと
    電気的に結合する印刷回路基板をさらに含む請求項22に記載のカートリッジ。
  28. 【請求項28】 プローブ・プレートの外側に搭載された電気コネクタをさ
    らに含み、該電気コネクタは印刷回路基板に電気的に結合している請求項27に
    記載のカートリッジ。
  29. 【請求項29】 ウェハ・レベル・バーンイン又はテストのためのプローブ
    装置において、 プローブ・プレートと、 プローブ・プレートに移動可能に結合されたプローブ・カードと、 を含むプローブ装置。
  30. 【請求項30】 プローブ・カードがプローブ・プレートに少なくとも1つ
    のコンプリアント部材により搭載されている請求項29に記載のカートリッジ。
  31. 【請求項31】 少なくとも1つのコンプリアント部材が少なくとも2つの
    リーフ・スプリングを含む請求項30に記載のカートリッジ。
  32. 【請求項32】 各リーフ・スプリングが非線形プロフアイルを有する請求
    項31に記載のカートリッジ。
  33. 【請求項33】 各リーフ・スプリングが曲線の中央部分を有する請求項3
    2に記載のカートリッジ。
  34. 【請求項34】 各リーフ・スプリングがリーフ・スプリングの幅を横断す
    る溝形状中央部分を有する請求項32に記載のカートリッジ。
  35. 【請求項35】 プローブされるウェハに垂直な軸回りのプローブ・プレー
    トに対するプローブ・カードの回転に対して実質的に最大の抵抗を与えるために
    リーフ・スプリングがプローブ・カードの周辺回りに離間されている請求項36
    に記載のカートリッジ。
  36. 【請求項36】 プローブ・カードが矩形形状であり、そしてプローブ・カ
    ードの4つの角の各々に1つのリーフ・スプリングが存在する請求項35に記載
    のカートリッジ。
  37. 【請求項37】 ウェハに垂直な軸回りのプローブ・プレートに対するプロ
    ーブ・カードの回転に対して実質的に最大の抵抗を与えるためにリーフ・スプリ
    ングがプローブ・カードの周辺回りに離間されている請求項31に記載のカート
    リッジ。
  38. 【請求項38】 プローブ・カードの後のプローブ・プレート内に形成され
    た窪み内に移動可能に位置するピストンをさらに含む請求項29に記載のカート
    リッジ。
  39. 【請求項39】 プローブ・カードの後のプローブ・プレート内に形成され
    た窪み内に移動可能に位置するピストンをさらに含む請求項30に記載のカート
    リッジ。
  40. 【請求項40】 プローブ・カードの後のプローブ・プレート内に形成され
    た窪み内に移動可能に位置するピストンをさらに含む請求項37に記載のカート
    リッジ。
  41. 【請求項41】 プローブ・プレートに搭載されそしてプローブ・カードと
    電気的に結合する印刷回路基板をさらに含む請求項29に記載のカートリッジ。
  42. 【請求項42】 プローブ・プレートの外側に搭載された電気コネクタをさ
    らに含み、該電気コネクタは印刷回路基板に電気的に結合している請求項41に
    記載のカートリッジ。
  43. 【請求項43】 プローブ・プレートに搭載されそしてプローブ・カードと
    電気的に結合する印刷回路基板をさらに含む請求項30に記載のカートリッジ。
  44. 【請求項44】 プローブ・プレートの外側に搭載された電気コネクタをさ
    らに含み、該電気コネクタは印刷回路基板に電気的に結合している請求項41に
    記載のカートリッジ。
  45. 【請求項45】 プローブ・プレートに搭載されそしてプローブ・カードと
    電気的に結合する印刷回路基板をさらに含む請求項38に記載のカートリッジ。
  46. 【請求項46】 プローブ・プレートの外側に搭載された電気コネクタをさ
    らに含み、該電気コネクタは印刷回路基板に電気的に結合している請求項41に
    記載のカートリッジ。
  47. 【請求項47】 バーンイン又はテストのカートリッジにおいて、 第1プレートと、 第2プレートと、 第1プレートに搭載されて下が削られた表面を有する雄コネクタと、 第2プレートと移動可能に結合した少なくとも1つのアゴであり、該アゴは雄
    コネクタがアゴにより受けられることが可能な引込み位置から雄コネクタの下が
    削られた表面と係合することにより雄コネクタがアゴから引出されることを防止
    する係合位置へ移動可能である、 を含むカートリッジ。
  48. 【請求項48】 ウェハのバーンイン又はテストの方法において、 チャック・プレート上にウェハを置き、 ウェハにプローブ・プレートを整列させ、 チャック・プレートとプローブ・プレートを一緒に固定する、 各ステップを含む方法。
  49. 【請求項49】 チャック・プレート上にウェハを置くステップが、第1許
    容差内でウェハをチャック・プレートと整列させるステップを含み、 ウェハにプローブ・プレートを整列させるステップが、第2許容差内で実行さ
    れ、 第1許容差が第2許容差よりも大きい、 請求項48に記載の方法。
  50. 【請求項50】 チャック・プレートとプローブ・プレートを一緒に固定す
    るステップが、機械的接続装置により達成される請求項49に記載の方法。
  51. 【請求項51】 チャック・プレートとプローブ・プレートを一緒に固定す
    るステップが、 チャック及びプローブ・プレートに搭載された機械的結合を使用してチャック
    及びプローブ・プレートを一緒に引くステップを含む請求項49に記載の方法。
  52. 【請求項52】 プレートを一緒に固定するステップの後に、 チャック・プレート及びプローブ・プレートは機械的結合により加えられる固
    定力によりウェハに垂直な方向に分離することが防止され、 チャック・プレート及びプローブ・プレートはチャック・プレート及びプロー
    ブ・プレート間の摩擦係合によりウェハと平行な方向に互いに移動することが防
    止される請求項51に記載の方法。
  53. 【請求項53】 チャック及びプローブ・プレートは、1つのプレートに搭
    載された少なくとも1つの調節可能なストップに対して一緒に引かれる請求項5
    1に記載の方法。
  54. 【請求項54】 整列及び固定ステップが整列装置内で実行され、そして、
    固定されたチャック及びプローブ・プレートを整列装置から取外し、固定された
    チャック及びプローブ・プレートをバーンイン又はテスト装置内に置き、そして
    、ウェハのバーンイン又はテストを行なう、各ステップをさらに含む請求項48
    に記載の方法。
  55. 【請求項55】 プローブ・プレートに搭載されたプローブ・カードを使用
    して、ウェハとの電気的接触が作られるステップをさらに含む請求項48に記載
    の方法。
  56. 【請求項56】 プローブ・カードが移動可能にプローブ・プレートに搭載
    されている請求項55に記載の方法。
  57. 【請求項57】 電気的接触が作られるステップが、 チャック及びプローブ・プレートが互いに固定された後でウェハに対してプロ
    ーブ・カードを押すステップを含む請求項56に記載の方法。
  58. 【請求項58】 チャック及びプローブ・プレートを一緒に固定するステッ
    プの前にプローブ・カードを引込めるステップをさらに含む請求項57に記載の
    方法。
  59. 【請求項59】 ウェハに対してプローブ・カードを押すステップが、 固定されたプローブ及びチャック・プレート内に圧力差を生成することにより
    達成される請求項57に記載の方法。
  60. 【請求項60】 圧力差が、ウェハの近辺の圧力を減少することにより生成
    される請求項59に記載の方法。
  61. 【請求項61】 圧力差が、プローブ・カードの後の圧力を増加することに
    より生成される請求項59に記載の方法。
  62. 【請求項62】 圧力差が生成後にプローブ・プレート上又はチャック・プ
    レート上のバルブにより維持される請求項59に記載の方法。
  63. 【請求項63】 プローブ・カードがプローブ・プレートに少なくとも2つ
    のリーフ・スプリングにより搭載されている請求項56に記載の方法。
  64. 【請求項64】 ウェハに対してプローブ・カードを押すことが、プローブ
    ・カードの後に位置するピストンにより達成される請求項57に記載の方法。
  65. 【請求項65】 プローブ・カードがプローブ・プレート内に含まれる印刷
    回路基板と電気的に結合している請求項55に記載の方法。
  66. 【請求項66】 印刷回路基板が、固定されたプローブ・プレート及びチャ
    ック・プレートの外部からアクセス可能な電気コネクタに電気的に結合している
    請求項55に記載の方法。
  67. 【請求項67】 プローブ・プレートに搭載されたプローブ・カードを使用
    してウェハと電気的に接続するステップをさらに含む請求項51に記載の方法。
  68. 【請求項68】 プローブ・カードが移動可能にプローブ・プレートに搭載
    されている請求項67に記載の方法。
  69. 【請求項69】 電気的に接続するステップが、 チャック及びプローブ・プレートが一緒に固定された後にウェハに対してプロ
    ーブ・カードを押すステップを含む請求項68に記載の方法。
  70. 【請求項70】 チャック及びプローブ・プレートを一緒に固定するステッ
    プの前にプローブ・カードを引込めるステップをさらに含む請求項69に記載の
    方法。
  71. 【請求項71】 プローブ・カードをウェハに対して押すステップが、 固定されたプローブ及びチャック・プレート内に圧力差を生成することにより
    達成される請求項69に記載の方法。
  72. 【請求項72】 圧力差が、ウェハの近辺の圧力を減少することにより生成
    される請求項71に記載の方法。
  73. 【請求項73】 圧力差が、プローブ・カードの後の圧力を増加することに
    より生成される請求項71に記載の方法。
  74. 【請求項74】 圧力差が生成後にプローブ・プレート上又はチャック・プ
    レート上のバルブにより維持される請求項71に記載の方法。
  75. 【請求項75】 プローブ・カードがプローブ・プレートに少なくとも2つ
    のリーフ・スプリングにより搭載されている請求項68に記載の方法。
  76. 【請求項76】 ウェハに対してプローブ・カードを押すことが、プローブ
    ・カードの後に位置するピストンの移動により達成される請求項69に記載の方
    法。
  77. 【請求項77】 プローブ・カードがプローブ・プレート内に含まれる印刷
    回路基板と電気的に結合している請求項67に記載の方法。
  78. 【請求項78】 印刷回路基板が、固定されたプローブ・プレート及びチャ
    ック・プレートの外部からアクセス可能な電気コネクタに電気的に結合している
    請求項67に記載の方法。
  79. 【請求項79】 プローブ・プレートに搭載されたプローブ・カードを使用
    してウェハと電気的に接続するステップをさらに含む請求項54に記載の方法。
  80. 【請求項80】 プローブ・カードが移動可能にプローブ・プレートに搭載
    されている請求項79に記載の方法。
  81. 【請求項81】 電気的に接続するステップが、 チャック及びプローブ・プレートが一緒に固定された後にウェハに対してプロ
    ーブ・カードを押すステップを含む請求項80に記載の方法。
  82. 【請求項82】 チャック及びプローブ・プレートを一緒に固定するステッ
    プの前にプローブ・カードを引込めるステップをさらに含む請求項81に記載の
    方法。
  83. 【請求項83】 プローブ・カードをウェハに対して押すステップが、 固定されたプローブ及びチャック・プレート内に圧力差を生成することにより
    達成される請求項81に記載の方法。
  84. 【請求項84】 圧力差が、ウェハの近辺の圧力を減少することにより生成
    される請求項83に記載の方法。
  85. 【請求項85】 圧力差が、プローブ・カードの後の圧力を増加することに
    より生成される請求項83に記載の方法。
  86. 【請求項86】 圧力差が生成後にプローブ・プレート上又はチャック・プ
    レート上のバルブにより維持される請求項83に記載の方法。
  87. 【請求項87】 プローブ・カードがプローブ・プレートに少なくとも2つ
    のリーフ・スプリングにより搭載されている請求項80に記載の方法。
  88. 【請求項88】 ウェハに対してプローブ・カードを押すことが、プローブ
    ・カードの後に位置するピストンにより達成される請求項81に記載の方法。
  89. 【請求項89】 プローブ・カードがプローブ・プレート内に含まれる印刷
    回路基板と電気的に結合している請求項79に記載の方法。
  90. 【請求項90】 印刷回路基板が、固定されたプローブ・プレート及びチャ
    ック・プレートの外部からアクセス可能な電気コネクタに電気的に結合している
    請求項79に記載の方法。
  91. 【請求項91】 ウェハを置く及び整列するステップが、ウェハがプローブ
    ・プレートと整列されているチャック・プレート上の位置にウェハを置くことに
    より同時的に行われる請求項48に記載の方法。
  92. 【請求項92】 ウェハを置く及び整列するステップが、 ウェハをロボット・アーム内に保持し、 ウェハの映像を取り、 取られた映像から、ウェハの整列位置を決定し、 ウェハを整列位置に置く、 ことにより達成される請求項91に記載の方法。
  93. 【請求項93】 チャック・プレートとプローブ・プレートとを一緒に移動
    し、 チャック・プレートとプローブ・プレートとが接触する前にプローブ・プレー
    トがチャック・プレート上のウェハと接触する、 各ステップをさらに含む請求項55に記載の方法。
  94. 【請求項94】 チャック・プレートとプローブ・プレートとが外部装置に
    より少なくとも部分的に一緒に動かされる請求項93に記載の方法。
  95. 【請求項95】 チャック・プレートとプローブ・プレートの一緒の移動が
    、チャック及びプローブ・プレートの組合せ内に含まれる機械的接続装置により
    完了される請求項94に記載の方法。
  96. 【請求項96】 最初のプローブ動作力を与えるために外部装置がチャック
    ・プレートとプローブ・プレートを一緒に移動する請求項94に記載の方法。
  97. 【請求項97】 さらなるプローブ動作力が、チャック及びプローブ・プレ
    ート組合せ内に含まれる機械的接続装置により与えられる請求項96に記載の方
    法。
  98. 【請求項98】 さらなるプローブ動作力が、プローブ・カードの後に位置
    するピストンにより与えられる請求項96に記載の方法。
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