JP2006507694A - 低インダクタンス経路を有するプローブステーション - Google Patents

Abstract

要約書なし。

Description

本発明は、半導体ウエハのような電気デバイスを試験するため、手動、半自動、又は全自動で使用される、通常パッケージ又はウエハプローバとして知られている、プローブステーションに関するものである。

既存のプローブステーションは、電気的に乱れのない環境で、低電流と高周波での双方の測定を行うことができる。この環境は、例えば、環境エンクロージャ内部で、一以上のガード及び電磁妨害（ＥＭＩ）シールド構体を内蔵することで、提供され得る。ガード及びＥＭＩシールド構体は周知であり、技術文献上にて広く開示されている。例えば、Ｗｉｌｌｉａｍ ＫｎａｕｅｒによるＦｉｘｔｕｒｉｎｇ ｆｏｒ Ｌｏｗ Ｃｕｒｒｅｎｔ／Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇと題した論文が、１９９０年１１月のＥｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇの１５０〜１５３ページに掲載されている。このようなガード及びＥＭＩシールド構体を提供する、既存のプローブステーションの例は、米国特許第５，４３４，５１２号及び第５，２６６，８８９号に開示されており、引用した内容はこの明細書に含まれる。

プローブステーションは、半導体ウエハのような、特性を測定すべき電気デバイスに試験信号を供給する。試験状態は制御され、かつ試験器具又は近くにある他の電気機器から生じたり、或いはスプリアス気流又はこれに類似するもののために生じ得る電磁妨害は、完全にというわけではないがほぼ生じないようにするのが望ましい。制御され、かつほぼノイズのない試験環境を提供するために、ガード構体を内蔵する既存のプローブステーションは通常、少なくとも部分的には、試験信号経路を該試験信号と近似するガード信号で包囲しており、こうして、この試験信号経路からそれを直に取り巻く環境への電磁流の漏洩を防止する。同様に、ＥＭＩシールド構体は、プローブ環境の周辺部の大部分を包囲する環境エンクロージャに、シールド信号を供給することができる。環境エンクロージャは、典型的には、シールド、アースグラウンド、器具グラウンド又は他の所望の電位点に接続することができる。

プローブステーションにテスト信号と、ガード信号と、シールド信号とを供給するために、既存のプローブステーションは、試験中に電気デバイスを載せる多段チャックを具えることがよくある。当該電気デバイスを支持するチャックの最上段は、典型的には、固体の電気伝導性金属プレートを具え、この金属プレートを経て試験信号を流すことができる。チャックの中段及び下段も同様に、固体の電気伝導性金属プレートを具え、この金属プレートを経て、ガード信号とシールド信号とをそれぞれ流すことができる。このようにして、このような多段チャック上に載せた電気デバイスは、下方からガードし、かつシールドすることもできる。同様に、単一段及び二重段チャック、並びに中心部に相当な開口部を有するチャックも同じく頻繁に使用される。

典型的には、試験信号経路からは電気的に絶縁され、かつガード信号に接続される電気デバイス上に亘って懸垂導電性プレートを位置させることで、妨害を更に低減させることができる。この懸垂プレートは、プローブアセンブリが電気デバイスと電気的に接触できるように、中央開口部を規定する。このようにして、当該電気デバイスに供給される信号に近似する信号によって、電気デバイスは、下方と上方の双方からガードされ得る。

このようなプローブステーションは、電気デバイスの低電流試験及び高周波試験を行うには有効であるが、前述した既存のプローブステーションは、不都合なことに高電流測定に対してはかなりのインダクタンスを呈することがしばしばあり、特にパルス化信号を用いて試験を行う際には顕著となる。この高インダクタンスは、電流レベルの迅速な変化に抵抗する傾向があり、この結果、所望よりも高い電圧及び電流レベルとなる。

従って、高電流及び／又はパルス化試験を行うのに好適なプローブステーションが望まれる。

図１は、ガード及び電磁シールド構体を有する、既存のプローブステーション１０の一般的な図解線図を示す。試験信号は、試験経路１２を経て、チャック２０に載っている電気デバイス１８と接触する、プローブ針１６を有しているプローブ１４に与えられる。プローブ針は、例えばプローブカード、可動ポジショナ上のプローブ、光学信号、メンブレンプローブなどのような、任意のタイプの接触式のものにもし得る。チャック２０は、第１の伝送ライン２２を経て伝えられるガード信号を受信し、また、懸垂ガード部材２４は、第２の伝送ライン２６を経て伝えられるガード信号を受信する。第１の伝送ライン２２は、同様にチャック２０への試験信号経路も含んでいる。図１に示すように、第１の伝送ライン２２と、試験経路１２と、プローブ１４と、プローブ針１６と、デバイス１８と、チャック２０とが全体として、試験器具における共通の信号源までの大きなループを形成している。通常は、このプローブステーション内では、伝送ライン２２は、チャック２０の動きに適応させるため、長さ数フィートのサービスループ内にある。

本発明者らは、高電流又はパルス化試験信号を用いると、試験機器から発生してチャックを通過する大きな試験ループが不所望なインダクタンスを生じさせる、ということを確かめた。この大きなループから生じるインダクタンスは、試験測定を妨害することがしばしばあり、特に高電流及び／又はパルス化信号においては妨害が生じる。更に、伝送ライン２２は、通常は細い導体であり、高電流を流すのに特に適しているわけではない。図２は、明瞭化のために当該試験ループを概略的に示している。

本発明者らは更に、従来は認識されていなかった、高電流及び／又はパルス化信号に対するこのインダクタンスの源を低減するか、或いは他の方法で変更すること、即ち、この誘導試験ループによって当該測定を改善し得ることを確かめた。このような変更とは、チャック２０から試験器具までの試験信号経路を変更するか、又は他の方法でチャック２０から試験器具まで別の試験信号経路を設けることを含むものである。図３は、試験ループの長さを低減させた一実施例のプローブステーション１０を示している。チャック２０から伝送ライン２２を経る試験信号を送るだけでなく、伝送ライン２８が、懸垂ガード部材２４とチャック２０を相互接続することができ、そしてこの懸垂ガード部材２４は、他の伝送ライン２９によって、試験器具に電気的に接続されている。この試験を行う際には、懸垂ガード部材２４は、典型的にはそのガード電位が除去されるようにする。従って、懸垂ガード部材２４は、従来式でない方法で使用しており、すなわちガード電位に相互接続していない。チャック２０において、伝送ライン２８が相互接続をするのは、チャック２０の頂部層のような、チャック２０の層のひとつとすることができる。少なくとも部分的に環状を成す導電部材３３は、通常はガード電位に接続されており、これはチャックの頂部表面よりも高い高さを有するようにもでき、チャックの頂部表面と同じ高さを有するようにもでき、またチャックの頂部表面よりは低い高さを有するようにすることもできる。導電部材３３とチャック２０との間には、エアギャップを設けるのが好適である。このエアギャップには、誘電性の材料を部分的に充填させたり、ほぼ完全に充填させたり、完全に充填させたりするようにできる。チャックの頂部表面への、又はチャックの頂部表面からの信号経路は、導電部材３３の開口部を経て設けることができる。図４に概略的に示すように、伝送ライン２８によって、チャック２０と懸垂ガード部材２４とを電気的に接続し、かつ、伝送ライン２９によって、チャック２０と試験器具とを電気的に接続することで、既存のプローブステーションの場合よりもループ経路が短くなる。この試験経路のループの長さを減らすことで、電気的性能が向上し、特に、高電流及び／又はパルス化信号を用いて電気デバイスをテストする場合に電気的性能の改善が得られる。

懸垂プレートは、典型的には絶縁体を用いて、上方から懸垂することも、又はプローブステーションの内部から支持体によって支持することも、又はチャック若しくはチャックアセンブリによって支持することもできるものとする。通常は、この懸垂プレートは、チャック２０と共に動くのではなく、プローブステーション１０に対して固定した空間的関係で維持されるようになっている。また、懸垂プレートは、チャック２０と共に移動せずに、プローブステーション１０に対して固定した空間的関係で維持される特性を有している、プローブステーション内部の任意の導電部材とすることができる。或いは、この懸垂プレートは、前述の配置で使用する際に、ガード及び／又はシールド電位に電気的に接続されない、プローブステーション内部の任意の導電部材とすることもできる。

チャック２０から懸垂ガード２４までの相互接続は、全体的に環境エンクロージャ内で行うようにするのが好適である。環境エンクロージャの更なる説明については、米国特許第５，４５７，３９８号に開示されているが、引用した内容は、参照することによりこの明細書に含まれる。環境エンクロージャ内の相互接続によって、相互接続部が少なくとも部分的に環境エンクロージャの外部にある場合や、或いは他に、試験経路が環境エンクロージャ内部から外部に出て、また内部に亘っている場合と比較すると、導電経路の長さを減少させることになる。

図２〜４に概略的に示した伝送ライン２８及び２９は、多様な構造に具体化することができる。例えば、伝送ライン２８及び２９は、ワイヤ、同軸ケーブル、３軸ケーブル、１個又は複数個の導電タブのような、慣例の伝送ラインにすることができる。或いは、図５に示すように、伝送ライン２８は導電性シェル又はボウル５０で構成することができ、これがチャック２０の試験経路（例えば最上層）とその下面で接触するようにし、かつ懸垂プレート２４とはその上面で接触するようにし得る。このシェル５０は、チャック２０の大部分を取り囲むようにするのが好適であり、チャック２０のほぼ全てを取り囲むのは更に好適である。更に、シェル５０は、実質上閉じたループを形成することが好適であるが、少なくとも部分的には、チャック２０により画成される外周よりも小さくすることができる。また好ましくは、導電性シェル５０は、懸垂部材と接触する、可撓性を有する上部を具えるようにもし得る。これにより、押付けて係合させた際に、導電性シェル５０が懸垂プレート２４に対して水平方向に動いても、優れた導電性相互接続が得られる。更に、シェル５０は、例えば「フリップアップ」式のフィンガを用いる場合のように、その高さを変化させて、懸垂部材と着脱自在に係合することができる。更に、可撓性を有する上部を用いることで、Ｚ軸方向のチャックの移動範囲を大きくすることもできる。更にシェルは、固体のもの、可撓性のもの、及び／又は所望のように開口部を設けたものとすることもできる。特に、この開口部は、被試験デバイスの周りに空気流を流す際に有効となり得る。

図６を参照するに、インダクタンスを減少させた試験経路は、チャックを取囲むエンクロージャ３７を具える構体内に含めることができる。被試験デバイスの試験中には、エンクロージャ３７はチャック２０と共に移動する。懸垂部材との相互接続２８は、チェンバ内の場所から或いはチェンバ内のチャックと接続された他の経路で、ケーブル又は他の手段によって行うことができる。

図７を参照するに、試験信号経路を提供するために、デュアルプローブアセンブリを用いることができる。第１プローブ７０は、被試験デバイスに試験信号を供給し得る。それから試験信号は、被試験デバイスを経てチャック２０に伝えられる。チャック２０は、懸垂プレート２４に電気的に相互接続される。第２プローブ７２は、懸垂プレート２４から試験信号を受信することができる。或いは、第２プローブ７２は、試験信号を受信するために、チャック２０に直接相互接続することもできる。

図８を参照するに、試験信号経路を提供し、かつ検知するために、単一プローブアセンブリ８０を使用することができる。プローブ８０は、プローブの第１先端部８２を経て被試験デバイスに試験信号を供給することができる。そして試験信号は、被試験デバイスを経てチャック２０に送られる。チャック２０は、懸垂プレート２４に電気的に相互接続されている。単一プローブアセンブリ８０は、懸垂プレート２４からプローブの第２先端部８４を経て試験信号を受信することができる。或いは、プローブアセンブリ８０の第２先端部は、試験信号を受信するために、チャック２０に直接相互接続することもできる。このようにして、単一プローブアセンブリは、試験信号を供給することも、試験信号を検知することもできる。また、プローブアセンブリ８０から試験器具までの相互接続部は、単一ケーブルアセンブリとするのが好適であり、インダクタンスを最小化するために撚り対線とするのは更に好適である。撚り対線は、プローブと試験器具との距離の少なくとも５０％までとするのが好適である。

上述の明細書中で用いた用語及び表現は、記述的に用いたものであり、限定的に用いたものではない。またそのような用語及び表現を用いることで、表示及び記述した特徴の又はその特徴の一部の均等物を除外する意図はなく、本発明の範囲は請求の範囲によってのみ規定され限定されるものである。

ガード及び電磁シールド構体を有する既存のプローブステーションを示す図解線図である。 図１の概略図である。 低減インダクタンスを呈する、変更プローブステーションを示す図解線図である。 図３の概略図である。 低減インダクタンスを呈する、他の変更プローブステーションを示す図解線図である。 低減インダクタンスを呈する、更に他の変更プローブステーションの概略図である。 低減インダクタンスを呈する、更に他の変更プローブステーションを示す図解線図である。 低減インダクタンスを呈する、改良したプローブステーションを示す図解線図である。

Claims (10)

1. 電気デバイスをプローブするプローブアセンブリであって、前記プローブアセンブリが、
   （ａ）電気デバイスを支持するのに適した第１導電性部材を有するチャックと、
   （ｂ）前記チャックから離間された第２導電性部材と
   を具え、前記電気デバイスは、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材との間に離間して配置され、前記第１導電性部材は前記第２導電性部材と電気的に相互接続され、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材とが同電位に電気的に接続されているプローブアセンブリ。
2. 請求項１に記載のプローブアセンブリにおいて、前記第２導電性部材は、前記電気デバイスの試験信号に電気的に相互接続されているプローブアセンブリ。
3. 請求項１に記載のプローブアセンブリにおいて、前記第１導電性部材は第１プレートを具え、前記第２導電性部材は第２プレートを具え、かつ前記第２導電性部材は、前記電気デバイスからの距離を、前記第１導電性部材よりも更なる距離離間されているプローブアセンブリ。
4. 請求項１に記載のプローブアセンブリにおいて、前記第２導電性部材は第２プレートを具え、かつ前記第１導電性部材から垂直方向に離間されているプローブアセンブリ。
5. 請求項１に記載のプローブアセンブリにおいて、前記第２導電性部材は、完全に環境チェンバ内で前記第１導電性部材に電気的に相互接続されているプローブアセンブリ。
6. 請求項１に記載のプローブアセンブリにおいて、前記第２導電性部材は、前記チャックによって支持されないプローブアセンブリ。
7. 請求項１に記載のプローブアセンブリにおいて、前記第１導電性部材は第１プローブに電気的に相互接続され、前記第２導電性部材は第２プローブに電気的に相互接続されているプローブアセンブリ。
8. 請求項１に記載のプローブアセンブリにおいて、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材とが、第１プローブに電気的に相互接続されているプローブアセンブリ。
9. 請求項１に記載のプローブアセンブリにおいて、前記第１プローブは、試験器具に、前記第１プローブと前記試験器具との距離の少なくとも５０％に亘る撚り対線によって、電気的に相互接続されているプローブアセンブリ。
10. 請求項１に記載のプローブアセンブリにおいて、更に、前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材と係合可能な着脱自在のほぼ閉じたループ部材を具え、前記ループ部材は、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材とを相互接続する可撓性部材を含むプローブアセンブリ。

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