JP3035275B2 - 集積回路素子のプローブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ及びダイな
どの形態を有する集積回路素子の試験に用いられるプロ
ーブ装置に関する。特に、本発明は、テスト装置の測定
用チャンネルと被測定集積回路素子（すなわち「Device
under test」、以下では「ＤＵＴ」とも称する）上の
信号端子との間の電気的な接続を、メンブレンの上に形
成した配線パターンを用いて実現するプローブ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体の微細製造技術の進歩によ
り、より高速動作が可能な多ピン且つ高機能を有する集
積回路素子が、小占有面積で実現できるようになってき
ている。また、近年の携帯機器の小型化の流れは、集積
回路素子のためのより小さな体積の実装パッケージを要
求しており、例えば、フリップチップ実装を適用したＣ
ＳＰ（Chip Scale Package）などの小さなパッケージが
実用化されてきている。更に、近年の集積回路素子で
は、多ピン化及び実装の小型化に関する更なる要求を満
足するために、ボンディングパッド（以下、単に「パッ
ド」とも称する）を素子周辺のみならず素子全面に配置
した構造を有する、いわゆるエリアパッド素子が提案さ
れてきている。

【０００３】これらの集積回路素子の試験に用いられる
プローブ装置に対しては、高密度に配置された集積回路
のパッドを介して高精度の波形を与えたり高速に波形を
読み出して試験を実施することが要求される。

【０００４】従来のプローブ装置は、パッド接続部をタ
ングステン等の針で構成したニードル型プローブ装置
と、ポリイミドなどのメンブレンにマイクロストリップ
ラインの信号配線とタングステンなどのコンタクトバン
プとによってパッド接続部を構成したメンブレン型プロ
ーブ装置と、に大別される。このうちのニードル型プロ
ーブ装置が主流であるが、近年、高速多ピン素子対応の
ためメンブレン型が採用されつつある。

【０００５】従来のメンブレン型プローブ装置の例は、
例えば、米国特許第4,906,920号や、A BiCMOS Active S
ubstrate ProbeCard Technology for Digital Testing
（ISSCC 1996 Technical Digestの第３０８頁）などに
記述されている。前者では、コンタクトバンプの確実な
電気的接続を得る技術が記述され、後者では、高速な測
定を実現するためにテストチップをコンタクトバンプの
近くに搭載する技術が記述されている。ここで、テスト
チップとは、ＤＵＴと測定装置との間のインターフェー
スを行うものであり、ＤＵＴからの測定データをバッフ
ァリングしたり測定装置（ＬＳＩテストシステム）の機
能を補う働きをする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のメンブレン型プ
ローブでは、コンタクトバンプの確実な電気的接続を得
ることが難しい。従って、メンブレンの上に形成された
コンタクトバンプの高さにばらつきがあっても、ＤＵＴ
のパッドとの間で良好な電気的接続を確立しなくてはな
らない。

【０００７】また、従来のメンブレン型プローブでは、
テスト装置との物理的な距離のために、高速な測定が難
しい。すなわち、より高速で多ピンなＤＵＴの検査を行
うためには、テストチップをコンタクトバンプのより近
くに配置して良好な電気的接続を得るための新たな構造
が必要となる。しかし、一般には、プリント基板部の長
さが数１０ｃｍであり、パッド接続部の長さが数ｃｍで
あることから、テスタチャンネルからＤＵＴのパッドへ
の信号の電気長（伝送時間）Ｔｄは数ｎｓになる。この
伝送時間Ｔｄを短くするためには、テスタチャンネルか
らＤＵＴへの距離を更に近づけなくてはならない。

【０００８】しかし、その一方で、多ピンのＤＵＴを処
理できるテスト装置（ＬＳＩテストシステム）は高価で
あり、また、物理的にそのサイズが大きくなるのでＤＵ
Ｔとの距離が大きくなる。

【０００９】更に、現在の技術水準で実現され得るテス
タチャンネルの数は１０００ピン程度であって、エリア
パッドで実現できるピン数よりも少ない数しか実現でき
ない。このため、半導体集積素子の設計が、それを検査
するためのテスト装置のピン数によって制限されるとい
う不都合が生じる。

【００１０】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、その目的は、高速動作する多ピン
の集積回路素子の動作特性の測定において、良好なコン
タクト特性を実現するとともに、高速なＩ／Ｏ処理を行
うパッドに対する測定が可能となっている、集積回路素
子のプローブ装置を提供すること、である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のプローブ装置
は、被測定集積回路素子（ＤＵＴ）とテスト装置との間
の電気的接続を行うプローブ装置であって、該ＤＵＴと
該テスト装置との間の信号の受け渡しを行うテストチッ
プと、該テストチップの該ＤＵＴに対向する位置に、該
テストチップと適当な間隔を隔てて設けられたメンブレ
ンと、該メンブレン上の該テストチップのパッドに対応
する位置に形成されたコンタクトバンプと、を備え、該
テストチップは、該コンタクトバンプを該ＤＵＴに押さ
え付けて固定するように配置され、それによって該ＤＵ
Ｔのパッドと該コンタクトバンプとの間の電気的接続を
確立するものであって、そのことにより、上記の目的が
達成される。

【００１２】特に、該メンブレンは、該コンタクトバン
プ、該テストチップ、及び該テスト装置の間の電気的接
続のための配線を有しており、該テストチップは、該メ
ンブレンの裏面より該コンタクトバンプを該ＤＵＴに押
さえ付けて固定する。

【００１３】ある実施形態では、前記メンブレンの裏面
には、前記コンタクトバンプに接続したバンプ電極が形
成されており、前記テストチップは、該バンプ電極に弾
性力のある接続バンプを用いてフリップチップ実装され
ており、該コンタクトバンプの高さのばらつきを、該テ
ストチップを前記ＤＵＴに押さえつけるときに生じる該
接続バンプの応力変形による高さの変化によって、該コ
ンタクトバンプの先端部によって形成される凹凸形状を
前記ＤＵＴのパッドに合わせるように補償する。

【００１４】前記コンタクトバンプの先端部によって形
成される前記凹凸形状が、前記ＤＵＴのパッドの形状に
あわせて予め固定されていてもよい。

【００１５】他の実施形態では、前記メンブレンの裏面
には、前記コンタクトバンプに接続したバンプ電極が形
成されており、前記テストチップは、絶縁性弾性体と該
絶縁性弾性体を貫通する複数の中継電極とを有する緩衝
電極アレイを挟んで、該バンプ電極にフリップチップ実
装されており、該コンタクトバンプの高さのばらつき
を、該緩衝電極アレイの厚さの変化によって、該コンタ
クトバンプの先端部によって形成される凹凸形状を前記
ＤＵＴのパッドに合わせるように補償する。

【００１６】ある実施形態では、上記のプローブ装置
は、前記テストチップの裏面に設けられたテストチップ
固定板と、該テストチップ固定板を支持する固定板保持
機構と、を更に備えており、該固定板保持機構は、前記
ＤＵＴのパッドの対角方向または長軸方向に直交する回
転軸で支持されている。

【００１７】前記固定板保持機構は、前記ＤＵＴのパッ
ドの重心位置で前記テストチップ固定板を支え得る。

【００１８】上記のプローブ装置は、前記テストチップ
固定板に設けられた放熱フィンまたはペルチェ素子を温
度制御手段として更に備え得て、その場合には、該温度
制御手段を使用して前記テストチップの温度制御を行
う。

【００１９】ある実施形態では、上記のプローブ装置
は、前記メンブレンの裏面側に設けられた気密構造と、
該機密構造の内部に前記テストチップを浸すように満た
す絶縁性の冷媒と、を更に備えており、該冷媒の温度制
御によって該メンブレン及び該テストチップの温度制御
を行う。

【００２０】ある実施形態では、前記テストチップは、
前記テスト装置からのテスタチャンネルが接続されるテ
スタチャンネルパッドと、前記コンタクトバンプに接続
されるデバイスチャンネルパッドと、トライステートバ
ッファと、を備えており、該デバイスチャンネルパッド
の１つに、前記テスト装置に対する入力専用の該テスタ
チャンネルパッドと出力専用の該テスタチャンネルパッ
ドとが、該トライステートバッファを介して対をなすよ
うに接続されており、該トライステートバッファのトラ
イステート制御入力が、該テスタチャンネルパッドに接
続されて該テスト装置から直接に制御される。

【００２１】前記テストチップにおいて、前記デバイス
チャンネルパッドに負荷回路が接続され得る。

【００２２】前記テストチップは、前記テスタチャンネ
ルパッドの信号を複数の前記デバイスチャンネルパッド
に選択的に接続する複数の双方向マルチプレクサと、該
テスタチャンネルパッドの信号を入力として該双方向マ
ルチプレクサに選択信号を供給する選択信号生成回路
と、を備え得る。

【００２３】ある実施形態では、前記デバイスチャンネ
ルパッドに、前記デバイスチャンネルパッドの上の信号
を保持する信号ラッチ回路が接続されており、該信号ラ
ッチ回路は、前記選択信号生成回路からの前記選択信号
により、該デバイスチャンネルパッドに対して選択的に
非接続となる。

【００２４】ある実施形態では、前記テストチップにお
いて、前記選択信号生成回路がビット幅変換回路とメモ
リ回路とを備えており、該ビット幅変換回路は、前記テ
スタチャンネルパッドに入力されるデータのビット幅を
拡大して、該メモリ回路に書き込み、前記選択信号は、
該メモリ回路の出力から生成され、該メモリ回路のアド
レス信号は該テスタチャンネルパッドより入力される。

【００２５】上記のような本発明のプローブ装置の構成
によれば、テストチップでコンタクトバンプをＤＵＴに
押し付ける構造により、テストチップとＤＵＴとが最短
距離で電気的に接続される。これによって、テストチッ
プからＤＵＴへの遅延時間が最小になり、高速に動作す
るＤＵＴの動作特性の測定が可能になる。

【００２６】また、テストチップに、テストパターン発
生回路などを集積したテスト回路を搭載して、テストチ
ップにてＤＵＴの動作試験を行って得られた結果をテス
ト装置（ＬＳＩテストシステム）に返すことにより、テ
スト装置に必要なテスタチャンネル数を削減できる。こ
れによって、テスタチャンネルの少ないテスト装置の利
用による試験コストの削減、及び従来のテスト装置では
不可能である多ピンの集積回路素子の試験が、可能にな
る。

【００２７】また、メンブレン上の配線をマイクロスト
リップラインとすることにより、コンタクトバンプと測
定装置との間のインピーダンス整合をとることができる
ので、波形が安定し、正確な測定が可能になる。メンブ
レン上のマイクロストリップラインはフォトリソグラフ
ィ技術で作成することができるので、細かな配線パター
ンの形成が可能であり、コンタクトバンプの数が増えた
時にも、配線が容易である。

【００２８】また、メンブレン表面のコンタクトバンプ
に接続したバンプ電極とテストチップとの電気的接続の
ために設けられる接続バンプを、弾性に富んだ導電性材
質で形成すれば、コンタクトバンプをＤＵＴに接触させ
た際に、接続バンプの高さが変形する。これによって、
コンタクトバンプ先端の高さが、自動的にＤＵＴの凹凸
を吸収する。従って、コンタクトバンプに高さのばらつ
きがあっても、均一な接触が得ることが可能になる。

【００２９】また、本発明によれば、コンタクトバンプ
先端の高さがＤＵＴの凹凸に揃って均一なコンタクトバ
ンプの接触が得られた状態で所定の荷重を印加して接続
バンプを固化させ得ることにより、コンタクトバンプの
電気的接続を得るために荷重を印加する必要がなくなる
ので、コンタクトバンプのＤＵＴに対する荷重を、より
均一にすることが可能になる。

【００３０】また、テストチップとメンブレン表面のコ
ンタクトバンプに接続したバンプ電極との間に、柔らか
い緩衝電極アレイが挿入されている構成では、コンタク
トバンプをＤＵＴに接触させた際に、緩衝電極アレイの
高さが局所的に変形する。これによって、コンタクトバ
ンプ先端の高さが自動的にＤＵＴの凹凸に揃うので、コ
ンタクトバンプに高さのばらつきがあっても、バンプの
材料や高さを選ばずに均一な接触を得ることが可能にな
る。

【００３１】また、テストチップ固定板を介してテスト
チップを押さえる構成では、テストチップの裏面に均一
に荷重が印加されるので、テストチップの破損を防ぐこ
とが可能になる。

【００３２】更に、テストチップ固定板を支える固定板
保持機構を、テストチップのパッドの長手方向に直交す
る方向を回転軸として支持すれば、固定板保持機構を押
さえてＤＵＴ及びコンタクトバンプに接触させる際に、
コンタクトバンプがＤＵＴのパッドの長手方向に僅かに
ずれる。このスクライブ動作によって、ＤＵＴのパッド
表面に形成された酸化膜が削りとられて、パッドの導体
部を露出させることができるので、メンブレン上に形成
されたコンタクトパッドであっても低抵抗な接続を確立
することが可能になる。また、コンタクトバンプのパッ
ド上における上記スクライブ動作の方向が、パッドの長
手方向になるようにすれば、コンタクトバンプの位置ず
れに対するマージンを大きく取ることが可能になる。

【００３３】固定板保持機構がテストチップ固定板をＤ
ＵＴのパッドの重心（すなわちコンタクトバンプの重
心）で支持する構成にすれば、ＤＵＴのパッドに均一な
加重は印加され、コンタクトパッドの加重の均一性を容
易に実現することが可能になる。

【００３４】また、テストチップ固定板に温度制御手段
を設けてテストチップの温度制御を行う構成とすること
により、テストチップ固定板に設けられた放熱手段をテ
ストチップの裏面に密着させることが可能になり、テス
トチップの裏面から熱交換を行うことが可能になる。こ
れによって、テストチップの温度を所望の定温に保つこ
とにより、テストチップの温度動作条件を固定して、精
度の高い測定が可能になる。

【００３５】また、絶縁性冷媒の使用及びその温度制御
の実施により、メンブレン及びテストチップは、温度制
御された絶縁性の冷媒に直接に接触して定温に保たれる
一方で、ＤＵＴは、コンタクトバンプの熱伝導により定
温に保たれる。これにより、ＤＵＴの様々な温度特性の
測定が可能になる。また、メンブレン及びテストチップ
を大きな熱容量で制御できるため、可能な温度制御範囲
が広くなって、指定温度までの到達時間が短い温度制御
が可能になる。その一方で、急激な温度変化の抑制が可
能になるので、メンブレンの熱ストレスを最小にするこ
とが可能になる。

【００３６】更に、本発明によれば、コンタクトバンプ
に接続されたＤＵＴの入出力パッド（Ｉ／Ｏパッド、或
いは「双方向パッド」とも称される）における出力信号
及び入力信号は、それぞれトライステート（tri-stat
e）バッファを介して独立したテスタチャンネルに接続
され得る。この場合には、信号のストローブ及びドライ
ブの切り替えを、ＤＵＴの入出力パッド（Ｉ／Ｏパッ
ド）において連続的に実施することが可能になる。これ
より、単一のテスタチャンネルを用いて入出力信号（双
方向信号）を測定する際に、入出力遷移（I/O switchin
g）に伴って従来は生じていた時間間隔２Ｔｄの不感帯
が生じず、高速な入出力遷移を伴って動作するＤＵＴの
動作特性の測定が可能になる。

【００３７】テスト装置への出力専用のテスタチャンネ
ルパッドに接続されたトライステートバッファのトライ
ステート制御入力は、ＤＵＴの動作特性の測定時には、
常に駆動状態にあるように制御される。一方、テスト装
置からの入力専用のテスタチャンネルパッドに接続され
たトライステートバッファのトライステート制御入力
は、ＤＵＴが出力状態であるときはハイインピーダンス
状態になるように制御される。これにより、テスト装置
からの出力とＤＵＴの出力との衝突が回避される。

【００３８】更に、テスト装置への出力専用のテスタチ
ャンネルパッドに接続されたトライステートバッファの
トライステート制御入力をハイインピーダンス状態にな
るように制御することにより、テストチップのテスタチ
ャンネルパッドを、全てハイインピーダンス状態、すな
わち開放端とすることができる。これによって、テスト
装置のテスタチャンネルとテスタチャンネルパッドとの
間における反射波による遅延時間の測定を、容易にする
ことが可能になる。

【００３９】テストチップのデバイスチャンネルパッド
に負荷回路を接続した構成では、負荷回路は、トライス
テートバッファにより電気的にテストチャンネルから分
離される。これによって、テスタチャンネルパッドでの
反射波を用いたテスト装置のテスタチャンネルの遅延時
間測定に、影響が及ぼされない。更に、上記の場合に、
終端回路及び負荷回路によりＤＵＴに入出力される波形
の整形が行われるので、ＤＵＴの測定周波数を向上する
とともに、測定条件を規定することが可能となる。

【００４０】また、テストチップに所定の機能を有する
複数の双方向マルチプレクサ及び選択信号生成回路を設
ければ、双方向マルチプレクサの接続を切り替えること
によって、単一のテスタチャンネルを時分割にて複数の
デバイスチャンネル間で共有することが可能になり、テ
スト装置に必要なテストチャンネル数を削減することが
可能となる。更に、テスト装置から双方向マルチプレク
サへの制御信号が選択信号生成回路において生成される
ので、テスト実行中に実時間による双方向マルチプレク
サの接続切替を実現することが可能となる。

【００４１】また、所定の機能を有する信号ラッチ回路
を使用する構成において、信号ラッチ回路が、デバイス
チャンネルパッド上の信号を記憶して、双方向マルチプ
レクサの接続の切り替えによりデバイスチャンネルパッ
ドがテスタチャンネルより開放になった際には、デバイ
スチャンネルパッドへ入力信号を印加し、双方向マルチ
プレクサの接続の切り替えによりデバイスチャンネルパ
ッドがテスタチャンネルに接続になった際には、デバイ
スチャンネルパッド上の信号を接続選択信号により選択
的に記憶するように動作させることにより、単一のテス
タチャンネルを時分割にて複数のデバイスチャンネル間
で共有することが可能になり、テスト装置に必要なテス
トチャンネル数を削減することが可能となる。更に、テ
スト装置から信号ラッチ回路への接続選択信号を選択信
号生成回路にて生成すれば、テスト中の実時間による記
憶タイミングや信号固定タイミングの切り替えを実現す
ることが可能となる。

【００４２】更に、選択信号生成回路に所定の機能を奏
するビット幅変換回路及びメモリ回路を設ければ、選択
信号生成回路において、テスト装置からのアドレス信号
によりメモリ装置に予め記憶されたデータが読み出され
て、選択信号が生成される。これによって、アドレス信
号と選択信号との対応関係が任意に変更できて、選択信
号生成のためのテスタチャンネル数を更に削減すること
が可能となる。更に、選択信号生成回路の選択信号デー
タをビット幅変換回路を介してテスト装置よりメモリ回
路に書き込むことによっても、テスト装置に必要なテス
タチャンネル数を削減することが可能となる。

【００４３】

【発明の実施の形態】図１Ａ及び図１Ｂはそれぞれ、本
発明に従って構成されている集積回路素子のためのプロ
ーブ装置１００の上面図及び下面図である。また、図２
は、図１Ａ及び図１Ｂに示す線Ａ−Ａ’に沿ったプロー
ブ装置１００の断面図である。なお、図２には、プロー
ブ装置１００による動作特性の測定対象となる被測定集
積回路素子（ＤＵＴ）４が、あわせて描かれている。更
に図３には、本発明のプローブ装置１００が組み込まれ
ているテスト装置４００の構成を模式的に示す図であ
る。

【００４４】以下では、まず、本発明に従ってＤＵＴ４
の動作特性を測定する際の基本原理について、説明す
る。

【００４５】プローブ装置１００は、ＤＵＴ４とテスト
装置４００との間の電気的接続を実現するプローブ装置
であって、複数のコンタクトバンプ１と、コンタクトバ
ンプ１とテスト装置４００と間の信号の受け渡しを行う
テストチップ３と、を含む。テストチップ３は、ＤＵＴ
４のテストのための機能を集積したものである。テスト
チップ３には、電気的接続のためのテストチップパッド
８が設けられており、テストチップパッド８はコンタク
トバンプ１に重なるように配置されている。コンタクト
バンプ１は、その上に重なるように設けられたバンプ電
極６に接続され、バンプ電極６は、接続バンプ７を経由
してテストチップパッド８に接続される。

【００４６】上記のような構成で、テストチップ３によ
ってコンタクトバンプ１を押さえて固定することによ
り、ＤＵＴ４に設けられた電気的接続用のパッド５とコ
ンタクトバンプ１との間に、電気的接続を確立する。こ
のような構成では、テストチップ３とＤＵＴ４とは、コ
ンタクトバンプ１及びメンブレン２の厚さに接続バンプ
７の高さを加えた数百μｍ程度の極めて短い距離で接続
される。この結果、テストチップ３からＤＵＴ４までの
遅延時間が非常に短くなって、ＤＵＴ４が高速動作する
デバイスであっても、その動作特性の測定が可能にな
る。

【００４７】なお、従来技術においてもテストチップを
使用するプローブ装置は提案されていたが、その場合の
テストチップは、本発明のようにＤＵＴの直上ではな
く、横にずれた位置に配置されていた。更に、上記の本
発明の構成の様に、テストチップを介した荷重の印加に
よってコンタクトバンプ１を押さえて固定することによ
り、ＤＵＴ４に設けられた電気的接続用のパッド５とコ
ンタクトバンプ１との間に電気的接続を確立すること
は、テストチップの動作特性に悪影響が及ぼされる恐れ
があると懸念されていたために、実施されていなかっ
た。

【００４８】本発明のプローブ装置１００は、ＤＵＴ４
の動作測定にあたって、図３に示すような構成を有する
テスト装置４００に組み込まれる。このテスト装置４０
０は、ウェハプローバ（wafer probing system）２００
及びＶＬＳＩテストシステム３００を含む。

【００４９】ウェハプローバ２００は、複数のＤＵＴ４
が格子状に形成されているウェハを固定するウェハチャ
ック２１０、ウェハチャック２１０をガイドネジ２３０
を使用してＸＹ方向に移動させるＸ−Ｙステージ２２
０、ウェハチャック２１０を回転させるローテータ及び
上下移動させるＺ軸アップダウン機構などから、構成さ
れる。なお、図３では、ローテータ及びＺ軸アップダウ
ン機構は一体的に構成されており、参照番号２４０が付
されている。具体的には、ウェハの中の所望のＤＵＴが
プローブ装置１００の直下に位置するようにウェハチャ
ック２１０を移動して、ＤＵＴ４とプローブ装置１００
とを電気的に接続させる。

【００５０】一方、ＶＬＳＩテストシステム３００は、
ＤＵＴ４の入力パターンや出力期待値を生成するパター
ン発生器３１０、パターン発生器３１０のデータをＤＵ
Ｔ４と受け渡しするピンエレクトロニクス３２０、電源
３３０、ＤＵＴ４の各種のＤＣ的特性を測定するＤＣユ
ニット３４０などより、構成される。

【００５１】ＶＬＳＩテストシステム３００の信号は、
一般にテスタチャンネルと呼ばれており、これには、Ｄ
ＵＴ４に電源を供給するテスタチャンネルや信号の受け
渡しを行うテスタチャンネルなどが含まれる。このうち
の信号の受け渡しを行うテスタチャンネルは、ピンエレ
クトロニクス３２０で構成される。各ピンエレクトロニ
クス３２０には、パターン発生器３１０からのデータに
基づいてＤＵＴ４を駆動するドライバや、ＤＵＴ４から
の出力をＶｏｌ或いはＶｏｈなどの論理期待値の参照電
圧と比較して比較結果をパターン発生器３１０に返すコ
ンパレータなどが含まれる。このようなＶＬＳＩテスト
システム３００のテスタチャンネルは、テスタチャンネ
ルコンタクト３５０を介してプローブ装置１００に接続
され、更にウェハプローバ２００のウェハチャック２１
０に固定されたウェハに含まれるＤＵＴ４と、電気的に
接続される。

【００５２】なお、ＶＬＳＩテストシステム３００のピ
ンエレクトロニクス３２０を含む匡体（通常は「テスト
ステーション」と称される）は、ウェハプローバ２００
に対して、物理的に近い距離で接続される。

【００５３】コンタクトバンプ１は、タングステンなど
の硬質の金属で形成されており、ポリイミドなどの絶縁
性の樹脂で形成されたメンブレン２のうちでＤＵＴ４に
対向している表面に形成されている。また、メンブレン
２には、配線としてマイクロストリップライン１７が形
成されている。特に、このマイクロストリップライン１
７を等インピーダンス配線とすることによって、高速動
作が保証される。また、バンプ電極６の一部は、メンブ
レン２の上の配線であるマイクロストリップライン１
７、プリント基板部１３の上に形成されたマイクロスト
リップライン１４、及び両ストリップライン１４及び１
７を接続するメンブレン接続部１５を介して、テスト装
置４００からのテスタチャンネルピン１６に接続され
る。

【００５４】なお、図２に示すテスタチャンネルピン１
６は、図３に示すテスタチャンネルコンタクト３５０の
中の個別のコンタクト（ピン）に相当する。

【００５５】コンタクトバンプ１は以下の（Ａ）〜
（Ｆ）に分類され、それぞれ以下に述べるような経路で
信号が伝達される。

【００５６】（Ａ）ダミーのコンタクトバンプ１：ダミ
ーのコンタクトバンプ１は、ダミーのバンプ電極６、接
続バンプ７、及び電気的に機能しないダミーのテストチ
ップパッド８を介してテストチップ３に接触している
が、機械的な強度を保つのみであって、電気的には機能
しない。一方、ＤＵＴ４の側では、ダミーのコンタクト
バンプ１は、絶縁膜（不図示）或いは電気的に機能しな
いダミーのパッド５に接触する。

【００５７】（Ｂ）ＤＵＴ４或いはテストチップ３に電
力を供給するコンタクトバンプ１（電力供給用バン
プ）：電力供給用のコンタクトバンプ１は、電源用のテ
スタチャンネルピン１６に接続されているバンプ電極
６、接続バンプ７、及びテストチップ３への電力供給用
のテストチップパッド８を介して、テストチップ３に電
気的に接続している。この場合のパンプ電極６とテスタ
チャンネルピン１６との間の配線は、インピーダンスが
低くなるように広い幅を有している。

【００５８】一方、ＤＵＴ４の側では、電力供給用のコ
ンタクトバンプ１は、ＤＵＴ４への電力供給用パッド５
に接触する。或いは、ＤＵＴ４の側では、電力供給用の
コンタクトバンプ１が、絶縁膜（不図示）或いは電気的
に機能しないダミーのパッド５に接触するように構成す
れば、テストチップ３のみに電力を供給することが可能
になる。

【００５９】更に、機械的強度に余裕がある場合であっ
て電気的接触状態に好ましくない影響が与えられない場
合には、対応するコンタクトバンプ１の形成を省略する
ことによってテストチップ３のみに電力を供給する構成
とすることも可能である。このように対応するコンタク
トバンプ１が存在しない場合には、コンタクトバンプ１
で押さえ付けられることによって発生し得るＤＵＴ４の
損傷が、抑制される。

【００６０】（Ｃ）テストチップ３の信号パッドとＤＵ
Ｔ４の信号パッドとを接続するコンタクトバンプ１：こ
の場合のコンタクトバンプ１は、バンプ電極６、接続バ
ンプ７、及びテストチップ３の信号パッド８を介して、
テストチップ３に電気的に接続している。この接続経路
は最短経路であって、信号波形の完全性（integrity）
が保証される。

【００６１】（Ｄ）テスト装置４００の信号用テスタチ
ャンネルピン１６とテストチップ３の信号パッドとを接
続するコンタクトバンプ１：この場合のコンタクトバン
プ１は、バンプ電極６、接続バンプ７、及びテストチッ
プ３の信号パッド８を介して、テストチップ３に電気的
に接続している。バンプ電極６は、マイクロストリップ
ライン１７、メンブレン接続部１５、及びマイクロスト
リップライン１４の順に経由して、テスタチャンネルピ
ン１６に接続されている。

【００６２】一方、テストチップ３のみに信号が供給さ
れるように、ＤＵＴ４の側では、絶縁膜（不図示）或い
は電気的に機能しないダミーのパッド５に接触させる。
或いは、機械的強度に余裕がある場合であって電気的接
触状態に好ましくない影響が与えられない場合には、コ
ンタクトバンプ１の形成を省略することによってテスト
チップ３のみに信号を供給する構成とすることも可能で
ある。

【００６３】（Ｅ）テスト装置４００の信号用テスタチ
ャンネルピン１６とＤＵＴ４の信号パッドとを接続する
コンタクトバンプ１：この場合のコンタクトバンプ１
は、バンプ電極６、接続バンプ７、及びテストチップ３
の電気的に機能しないパッド８を介してテストチップ３
に接触し、一方、ＤＵＴ４の側では、信号用パッド５に
接続される。バンプ電極６は、マイクロストリップライ
ン１７、メンブレン接続部１５、及びマイクロストリッ
プライン１４の順に経由して、テスタチャンネルピン１
６に接続されている。

【００６４】（Ｆ）テスト装置４００の信号用テスタチ
ャンネルピン１６とテストチップ３及びＤＵＴ４の信号
パッドとを同時に接続するコンタクトバンプ１：この場
合のコンタクトバンプ１は、バンプ電極６、接続バンプ
７、及びテストチップ３の信号パッド８を介してテスト
チップ３に電気的に接続し、一方、ＤＵＴ４の側では、
信号用パッド５に接続される。バンプ電極６は、マイク
ロストリップライン１７、メンブレン接続部１５、及び
マイクロストリップライン１４の順に経由して、テスタ
チャンネルピン１６に接続されている。

【００６５】コンタクトバンプ１とＤＵＴ４のパッド５
との間の電気的接続は、フリップチップ実装されたテス
トチップ３がコンタクトバンプ１を押さえて固定するこ
とにより確立される。

【００６６】続いて以下には、コンタクトバンプ１の高
さを補正する構造、コンタクトバンプ１とＤＵＴ４のパ
ッド５との間の電気的接続を確実に実現する方法、プロ
ーブ装置１００の温度制御を行う方法、並びにテストチ
ップ３の構造を、順に説明する。

【００６７】（コンタクトバンプ１の高さを補正する構
造）メンブレンに形成されたコンタクトバンプの製造技
術における課題の一つは、コンタクトバンプ１の高さを
揃えることである。通常、数１０μｍの高さのコンタク
トバンプ１をメッキなどの方法で形成すると、数μｍの
オーダの高さのばらつきが生じる。コンタクトバンプ１
とＤＵＴ４のパッド５との間に確実且つ良好な電気的接
続を得るには、コンタクトバンプ２の高さのばらつきを
補正して、均一な接触を得る必要がある。

【００６８】従来のメンブレンプローブ装置では、例え
ば、コンタクトバンプとメンブレンとの間に弾性体を挿
入してコンタクトバンプを押さえ、コンタクトバンプの
高さのばらつきを弾性体の厚さの変化で吸収することが
行われている。しかし、本発明のようにコンタクトバン
プ１をテストチップ３によって押さえる構造では、更
に、テストチップ３とコンタクトバンプ１との間の良好
な電気的接続を保つ必要がある。

【００６９】図４（ａ）〜（ｄ）を参照して、本発明に
おけるコンタクトバンプ１の高さを補正する構造の一例
を説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ異なった
条件における、図２におけるコンタクトバンプ１、メン
ブレン２、及びテストチップ３の周辺の断面構成を示す
図である。

【００７０】まず、図４（ａ）は、ＤＵＴ４のパッド５
にコンタクトバンプ１が接触している状態を示してい
る。図４（ａ）において、接続バンプ７のうちで、他の
コンタクトバンプ１よりも背が高いコンタクトバンプ４
１に対応する接続バンプ４０は変形させられていて、こ
れによって、コンタクトバンプ１及び４１の先端をＤＵ
Ｔ４のパッド５の平面に合わせている。

【００７１】接続バンプ４０の変形は、弾性に富んだ導
電性材質を用いて形成された接続バンプ７がコンタクト
バンプ１と接触するときに発生する。或いは、接続バン
プ４０を予め変形させて固定しておけば、接触時に高い
コンタクトバンプ４１がパッド５に余分な加重を印加す
ることが無く、パッド５及びその下地構造の損傷を最小
限に押さえることができる。

【００７２】次に、図４（ｂ）〜（ｄ）を参照して、図
４（ａ）に示すコンタクトバンプ１の高さを補正する構
造の作成方法を、説明する。

【００７３】図４（ｂ）において、４２は、ＤＵＴ４の
パッド５と同等の平面を持つ定盤である。また、図示さ
れた状態では、テストチップ３とメンブレン２とはまだ
接続バンプ７で接続されておらず、分離されている。コ
ンタクトバンプ４１は、その周囲のコンタクトバンプ１
よりも、Δｈだけ高い。

【００７４】図４（ｃ）は、テストチップ３とメンブレ
ン２とを、接続バンプ７の硬度が低下する高温に暖めた
定盤４２に押し当てて接続する様子を示す。ここで、コ
ンタクトバンプ１はタングステンやニッケルの合金など
で構成されており、高温の定盤４２に接触しても変形し
ない。一方、接続バンプ７は、その軟化温度が、ＤＵＴ
４に対する動作特性の測定温度の上限値以上である材
料、例えば、半田や金などの合金、導電性樹脂、或いは
異方性導電ゴムなどで、形成されている。そのため、高
いコンタクトバンプ４１の上にある接続バンプ４０は、
高温の定盤４との接触によって変形する。また、メンブ
レン２は、高いコンタクトバンプ４１及び対応する接続
バンプ４０の近辺で、コンタクトバンプの高さの差Δｈ
のために変形する。

【００７５】続いて、定盤４２の温度を常温まで下げた
後に、図４（ｄ）に示すように、定盤４２からコンタク
トバンプ１を分離する。接続バンプ４０は、コンタクト
バンプ１の定盤４２への圧着時の形態を保っている。メ
ンブレン２の変形は、変形した４０によって固定されて
保持されている。なお、接続バンプ７の数が少ない場合
には、メンブレン２の変形を維持するために接続バンプ
７の接続箇所に大きな応力が印加される恐れがあるが、
これを回避するためには、電気的接続と無関係なダミー
の接続バンプ７を設けて応力を分散すればよい。

【００７６】このような構成により、コンタクトバンプ
１の先端の高さを、ＤＵＴ４の凹凸形状に容易に合わせ
ることができる。

【００７７】（コンタクトバンプ１の高さを補正する構
造の変形例）図４（ａ）〜（ｄ）に示す例では、コンタ
クトバンプ１の高さを接続バンプ４０の変形によって補
正しているが、コンタクトバンプ１の高さのより大きな
ばらつきに対応するためには、図５（ａ）及び（ｂ）に
示される構造を採用することが好ましい。図５（ａ）及
び（ｂ）は、それぞれ異なった条件における、コンタク
トバンプ１、メンブレン２、及びテストチップ３の周辺
の断面構成を示す図である。

【００７８】図５（ａ）は、ＤＵＴ４のパッド５とコン
タクトバンプ１との接触前の状態を示している。

【００７９】図示される構成では、弾性体５２に貫通電
極５３を貫通させて構成されている緩衝電極アレイ５１
が使用される。テストチップ３のテストチップパッド８
は、接続バンプ７、貫通電極５３、及び接続バンプ７を
介して、メンブレン２の上のバンプ電極６に電気的に接
続されている。４１は、周囲のコンタクトバンプ１より
も背の高いコンタクトバンプであり、メンブレン２が平
面であることから、他のコンタクトバンプ１に比べて突
出している。

【００８０】図５（ｂ）は、ＤＵＴ４のパッド５にコン
タクトバンプ１が接触している状態を示している。図５
（ｂ）において、他のコンタクトバンプ１よりも背が高
いコンタクトバンプ４１は、その上に位置するコンタク
トバンプ４１の部分、及び対応する貫通電極５３を変形
させており、これによって、コンタクトバンプ１及び４
１の先端をＤＵＴ４のパッド５の平面に合わせている。

【００８１】コンタクトバンプ１及び４１の高さの差が
大きい時は、厚い弾性体５２を使用すればよい。図４
（ａ）〜（ｄ）を参照して先に説明した構成では、コン
タクトバンプ１及び４１の高さの差Δｈが大きいときに
は接続バンプ７の高さを高くする必要があるが、それに
比べて、厚い弾性体５２の使用は容易に実現される。従
って、上記の構成により、コンタクトバンプ１及び４１
の先端は、高さのばらつきが大きくても、容易にＤＵＴ
４の凹凸形状に合わせることができる。また、コンタク
トバンプの磨耗やその先端の一部の欠損などによって生
じたバンプ高さのばらつきに対応できることも、言うま
でもない。

【００８２】次に、図６（ａ）及び（ｂ）、並びに図７
（ａ）及び（ｂ）を参照して、緩衝電極アレイ５１の作
成方法を説明する。

【００８３】以下の例では、弾性体５２としてシリコン
ゴムを用いる。まず、図６（ａ）において、タングステ
ンなどで構成された貫通電極５３を、支持体６２に所望
のピッチで張るとともに、支持体６２を浸すためのシリ
コンゴム６１の溶液を満たした容器６３を準備する。次
に、図６（ｂ）に示すように、支持体６２を容器６３の
中のシリコンゴム６１の溶液に静かに浸す。このときに
は、容器６３の周辺の気圧を上げて、貫通電極５３の間
に入り込んだ気泡を取り除くことが重要である。続い
て、図７（ａ）に示すように、シリコンゴム６１を十分
に硬化させた上で、容器６３から支持体６２を取り出
す。このとき、硬化したシリコンゴム６１も、支持体６
２と一緒に取り出される。最後に、図７（ｂ）に示すよ
うに、所望の厚さの緩衝電極アレイ５１を支持体６２か
らレーザビームなどで切り出す。

【００８４】上記の方法によれば、厚さが数１００μｍ
〜数ｍｍの緩衝電極アレイ５１が容易に作成される。

【００８５】（電気的接続を確実に取る方法）コンタク
トバンプ１とＤＵＴ４のバッド５とを電気的に接続する
際に、パッド５の表面に存在する酸化膜が破壊されない
と、低抵抗な電気的接続が得られ難い。そこで、接触時
に意図的にコンタクトバンプ１をスライドさせて、酸化
膜を破壊することが考えられる。以下では、そのような
意図的なバンプ１のスライドを生じさせるときに、更に
スライド方向を制約することによって、コンタクトバン
プ１とＤＵＴ４のパッド５と間との電気的接続を、より
確実に実現する機構を説明する。

【００８６】先に参照した図２において、第１固定リン
グ１８は、プリント基板部１３に固定されている。第２
固定リング１９は、ネジ２２とバネ２１とを用いて、第
１固定リング１８に相対的に可動するように支持されて
いる。同様に、第３固定リング２０は、ネジ２２とバネ
２１とを用いて、第１固定リング１８に相対的に可動す
るように支持されている。第２固定リング１９及び第３
固定リング２０は、メンブレン２に張力を与え、コンタ
クトバンプ１に力が加わると微動する。

【００８７】図８（ａ）は、図３におけるコンタクトバ
ンプ１の近傍を特に描いた断面図である。図８（ｂ）
は、図８（ａ）を９０度回転した側面図であり、図８
（ｃ）は、その上面図である。

【００８８】図８（ａ）及び（ｂ）において、第３固定
リング２０には、固定板保持機構１１が、回転軸１２の
周りに回転運動できる様に固定されている。また、回転
軸１２は、アレイ上に配列されているＤＵＴのパッド
（不図示、図２を参照）の対角方向に、並行に設けられ
ている。固定板保持機構１１には突起１１ａが設けられ
ており、テストチップ固定板９を、ＤＵＴのパッドの重
心点１０に対応する点（ここでは、この点を参照番号１
０にて示す）において支持している。

【００８９】このような構成により、テストチップ固定
板９の全面でテストチップ３を支えることができるの
で、テストチップ３の破損を防ぐことができる。更に、
上記の１点支持によって、コンタクトバンプは常にＤＵ
Ｔのパッドに対して平行に保たれ、且つＤＵＴのパッド
に均一な加重が印加されるので、電気抵抗のばらつきの
少ない電気的接触状態が実現される。

【００９０】ＤＵＴにコンタクトバンプが接触する際の
動作を、図９（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図９
（ａ）は、コンタクトバンプの接触時の状態を模式的に
示す図、図９（ｂ）は、接触時における回転軸１２の近
傍（具体的には、図９（ａ）で円ａによって示す範囲）
の模式的な拡大図、及び、図９（ｃ）は、接触時におけ
るＤＵＴ４の上面の状態を模式的に示す図である。

【００９１】第３固定リング２０によりコンタクトバン
プ１がＤＵＴ４に押し付けられると、コンタクトバンプ
１がＤＵＴ４のパッド５に平行になる様な力が働く一方
で、固定板保持機構１１が回転軸１２の周りを回転する
力が働く。図９（ｂ）に示すように、固定板保持機構１
１が回転軸１２の周りを角度θだけ回転すると、突起１
１ａを通じて、その回転動作が距離δの平行移動として
テストチップ固定板９に伝達される。その結果として、
コンタクトバンプ１が、回転軸１２の直角方向、すなわ
ちＤＵＴ４のパッド５の対角方向にδだけ変位して、図
９（ｃ）に示すように、各パッド５をその対角方向にス
クライブして、スクライブ跡７１が付けられる。

【００９２】このようにして付けられたスクライブ跡７
１は、パッド５の表面に形成された酸化膜を破り、良好
な電気的接続を実現する。更に、スクライブ跡７１は、
パッド５の長手方向である対角方向に付けられるため、
コンタクトバンプ１の位置合わせのマージンを大きくと
ることができる。

【００９３】（プローブ装置の温度制御を行う方法）図
１０を参照して、本発明のプローブ装置の温度制御を行
う構造を説明する。図１０は、図２に示したプローブ装
置１００に、更に温度制御機構が組み込まれているプロ
ーブ装置１５０の構成を模式的に示す断面図である。な
お、図１０では、プローブ装置１５０に対向して配置さ
れるＤＵＴは省略している。

【００９４】プローブ装置の温度制御を行うことによっ
て得られるメリットとしては、（１）テストチップ３を
恒温（所定の一定温度）に保つことによって、温度変化
によって生じ得るテストチップ３の動作特性（例えば遅
延時間など）の変化を補償し、測定精度の安定化を実現
できること、及び、（２）ＤＵＴの温度特性の測定時
に、ＤＵＴとテストチップ３とを等しく一定温度に保て
ること、などが挙げられる。

【００９５】図１０のプローブ装置１５０では、図２の
プローブ装置１００の構成に、密閉蓋８３が取り付けら
れている。密閉蓋８３には、冷媒出力管８２及び冷媒入
力管８４が設けられており、ゴム製のＯリング８５を挟
んで第２固定リング１９に密着している。第２固定リン
グ１９とメンブレン２との接触部はパッキン８９で密閉
されており、密閉蓋８３、第２固定リング１９、及びメ
ンブレン２によって密閉室を構成している。この密閉室
は、冷媒出力管８２及び冷媒入力管８４のみによって外
部に通じている。

【００９６】このようなプローブ装置１５０の構成にお
いて、冷媒入力管８４に温度制御された純水などの冷媒
を注入し、冷媒出力管８２から排出することによって、
密閉室内の温度制御をおこなう。この際の冷媒の流れの
方向は、図中に矢印で示している。第３固定リング８１
には、冷媒を上記の密閉室内に循環させるための冷媒通
路穴８８が設けられている。テストチップ３の裏面に密
着したテストチップ固定板８６にはスリットが設けられ
ており、冷媒との接触面積を大きくすることによって、
放熱などによるテストチップ３の温度制御を効率的に行
うことができる。なお、コンタクトバンプ１の絶縁性を
保証する目的で、テストチップ３の上のテストチップパ
ッド８とそれに接続する接続バンプ７及びバンプ電極６
の近傍は、シリコンゴムやエポキシなどの絶縁樹脂によ
って覆われている。

【００９７】上述した構造により、テストチップ３の温
度を大きな熱容量で制御することにより、テストチップ
３の温度を迅速に所定の一定温度に保持する制御を行う
ことができる。加えて、コンタクトバンプ１を通じて、
ＤＵＴをテストチップ３と等しい温度に制御することが
可能になる。更に、メンブレン２の急激な温度変化も防
止できるため、ＤＵＴやテストチップ３などの構成要素
に印加され得る熱ストレスを最小にすることができる。

【００９８】冷媒は液体に限られず、所望の熱交換が実
現される限りは、気体であっても良い。また、上記で
は、冷媒によってテストチップ３を直接的に冷却する例
を示しているが、冷媒をヒートパイプによる熱流で流す
構成や冷却したガス流などの冷媒流を流す構成であって
も良い。或いは、必要な熱容量が比較的少ない場合に
は、テストチップ固定板に放熱フインやペルチェ素子な
どの温度制御手段のみを設けて、テストチップ３及びＤ
ＵＴの温度制御を行うことも可能である。

【００９９】更に、以下には、テストチップ３の具体的
な構成例の幾つかを説明する。

【０１００】（テストチップの構造例１）まず、ＤＵＴ
のＩ／Ｏピンに２つのテスタチャンネルを割り当てて、
高速な測定を実現することができるテストチップの構成
例を示す。図１１は、上記のような特徴を有するテスト
チップ９１の回路構成を模式的に示す図である。

【０１０１】図１１において、テストチップ９１は、信
号を外部とやりとりするパッドとして、テスタチャンネ
ルパッド９２及びデバイスチャンネルパッド９４を備え
る。テスタチャンネルパッド９２は、ＶＬＳＩテストシ
ステム（図３を参照）の信号用テストチャンネルと接続
されており、一方、デバイスチャンネルパッド９４は、
コンタクトバンプ１を介してＤＵＴ（図２などを参照）
の信号用パッドと接続されている。但し、図１１では、
簡潔さのために、デバイスチャンネルパッド９４の１チ
ャンネル分のみの構成が示されている。実際のテストチ
ップでは、数１００のチャンネルが含まれる。

【０１０２】コンタクトバンプに接続されるデバイスチ
ャンネルパッド９４には、インピーダンス整合及び電流
負荷を目的とした負荷回路９５、ドライバ用トライステ
ートバッファ９３の出力、及びコンパレータ用トライス
テートバッファ９６の入力が、接続されている。ドライ
バ用トライステートバッファ９３の入力、コンパレータ
用トライステートバッファ９６の出力、及びこれらトラ
イステートバッファのトライステート制御入力９７は、
テスタチャンネルに接続されるテスタチャンネルパッド
９２に接続されている。

【０１０３】このような構成では、ＤＵＴのパッドとデ
バイスチャンネルパッド９４との間の距離が極めて短く
なるので、それらの間での信号の遅延時間が無視でき
る。更に、単一のデバイスチャンネルパッドにドライブ
及びストローブ専用テスタチャンネルが接続されてお
り、常にストローブ及びドライブが可能になる。このた
め、従来技術では、単一のテスタチャンネルを用いて入
出力信号を測定する時に生じていた入出力遷移時での不
感帯（その時間的長さは２Ｔｄであって、これは、テス
ト装置のテスタチャネルとデバイスパッドとの間の信号
伝搬に要する遅延時間Ｔｄの２倍である）は生じず、要
する時間が２Ｔｄ以下であるような高速な入出力変化を
伴うＤＵＴ（集積回路素子）の動作特性の測定（すなわ
ち、テストチップの動作の高速化）が可能になる。

【０１０４】コンパレータ用トライステートバッファ９
６のトライステート制御入力が試験中は常に駆動状態に
あり、一方、ドライバ用トライステートバッファ９３の
トライステート制御入力がＤＵＴの出力時にハイインピ
ーダンス状態になるように、テスト装置をプログラムす
れば、テスト装置からの出力とＤＵＴの出力との衝突
が、回避される。

【０１０５】また、コンパレータ用トライステートバッ
ファ９６のトライステート制御入力がハイインピーダン
ス状態になるようにテスト装置をプログラムすると、全
てのテスタチャンネルパッド９２を同じインピーダンス
とする（具体的には、全てのテスタチャンネルパッド９
２を開放端とする）ことができる。これより、テスタチ
ャンネルのテスタチャンネルパッドでの反射波の状態が
既知になり、遅延時間の測定が可能になる。

【０１０６】（テストチップの構造例２）次に、高速動
作する他ピンのＤＵＴの動作特性の測定時に、テスタチ
ャンネルを複数のＤＵＴのパッドで共有する測定を実現
することができるテストチップの構成例を示す。図１２
は、上記のような特徴を有するテストチップ１０１の回
路構成を模式的に示す図である。

【０１０７】図１２において、テストチップ１０１は、
テスタチャンネルパッド１０２及びデバイスチャンネル
パッド１０３を備える。デバイスチャンネルパッド１０
３に接続された２本のＤＵＴの信号ピンは、テスタチャ
ンネルパッド１０２に接続された１チャンネル分のテス
トチャンネル回路１０１１に接続されている。

【０１０８】テスタチャンネルパッド１０２の構成及び
動作は、以下の通りである。

【０１０９】テスタチャンネルパッド１０２の信号は、
双方向マルチプレクサ１０４で２つの経路に分岐され
る。各分岐には、マルチプレクサ１０４によって非選択
になったＤＵＴの信号パッドの信号を取り込んで一定値
に保持するための信号ラッチ回路１０５がそれぞれ接続
されており、また、マルチプレクサ１０４と信号ラッチ
回路１０５との点からデバイスチャンネルパッド１０３
に各々接続されている。信号ラッチ回路１０５は、トラ
ンスファゲート１０６とインバータ対とで構成されてお
り、トランスファゲート１０６の開閉により、デバイス
チャンネルパッド１０５の上のデータの読み書きを行
う。一方、双方向マルチプレクサ１０４は、トランスフ
ァゲート１０６で構成されている。

【０１１０】信号ラッチ回路１０５及び双方向マルチプ
レクサ１０４のトランスファゲート１０６の制御信号１
０７としては、テスタチャンネルパッド１０２より、選
択信号生成回路１０８においてデコードされた選択信号
１０１０が与えられる。

【０１１１】この様な構成のテストチップ１０１につい
てその動作を説明する。

【０１１２】双方向マルチプレクサ１０４によって選択
されたデバイスチャンネルパッドは、テスタチャンネル
が接続されているので、通常の動作試験が可能である。
このとき、デバイスチャンネルパッドが駆動状態であれ
ば、信号ラッチ回路１０５を選択状態にすることによ
り、デバイスチャンネルパッドの上の値を信号ラッチ回
路１０５に書き込むことができる。

【０１１３】双方向マルチプレクサ１０４によって非選
択となったデバイスチャンネルパッドは、ＤＵＴが入力
状態であるときは、信号ラッチ回路１０５を選択状態に
することにより、データを読み出してデバイス入力をＤ
Ｃ的に固定することができる。一方、ＤＵＴが出力状態
であるときは、信号ラッチ回路１０５にデータを書き込
むことができる。ここで、双方向マルチプレクサ１０４
とＤＵＴの信号パッドとの間の距離が極めて短くなって
いるので、信号ラッチ回路１０５へのデータの読み書き
は高速に行われて、双方向マルチプレクサ１０４におけ
る高速な信号の切り替えが実現される。

【０１１４】以上のような構成では、双方向マルチプレ
クサ１０４の接続を実時間で切り替えることにより、単
一のテスタチャンネルを時分割で複数のデバイスチャン
ネルにて共有することができるので、テスト装置に必要
なテスタチャンネル数が削減される。また、テストチッ
プ３に上記のような双方向マルチプレクサ１０４を搭載
することによって、その信号切り替え動作を高速に実行
することができる。

【０１１５】なお、上記では、双方向マルチプレクサ１
０４が２分岐の場合を示しているが、２分岐以上の構成
を有する場合であっても、同様の効果を得ることができ
る。

【０１１６】例えば、図１３は、４分岐構成を有する双
方向マルチプレクサ１０４の構成例を模式的に示す図で
ある。図１３の双方向マルチプレクサ１０４の構成で
は、単一のテスタチャンネルパッドから４つのデバイス
チャンネルパッドに分岐できるので、テスタチャンネル
パッドがより有効に活用できる。

【０１１７】また、複数のテスタチャンネルパッドが共
通のデバイスチャンネルパッドに分岐するような双方向
マルチプレクサの構成にすれば、テスタチャンネルパッ
ドが更に有効に活用できる。但し、分岐数が多すぎる
と、信号経路の負荷容量が増加して信号波形の品質が低
下する。テスタチャネルパッドの有効活用に最適な双方
向マルチプレクサの構成は、ＤＵＴに依存する。

【０１１８】次に、図１４を参照して、テストチップ１
０１の内部に含まれる選択信号生成回路１０８の詳細を
示す。この選択信号生成回路１０８は、高速動作を実現
するために、選択パターンがメモリにあらかじめ書き込
まれる構成になっている。

【０１１９】図１４において、選択信号生成回路１０８
は、ビット幅変換回路としてのシリアル−パラレル変換
回路１１５とメモリ回路１１２とを含む。選択信号１０
１０は、メモリ回路１１２のメモリアレイ１１３に記憶
される。

【０１２０】選択信号１０１０を示すデータ（以下で
は、「選択信号データ」とも称する）のメモリ回路１１
２への書き込みについて、説明する。

【０１２１】選択信号データの書き込みは、ＤＵＴのテ
スト前及びテスト実行中に行う。具体的には、メモリ回
路１１２のアドレスが、アドレス入力パッド１１７から
アドレスデコーダ１１８を介して、パラレルデータとし
て入力される。メモリ回路１１２の選択信号データは、
シリアル−パラレル変換回路１１５のシリアル入力１２
０に接続されたデータ入力パッド１１６より、シリアル
データとして入力される。入力されたシリアルデータ
は、シリアル−パラレル変換回路１１５を通過してパラ
レルデータにデコードされて、パラレル出力１１９から
メモリ回路１１２の書き込み回路１１４に入力される。
メモリ回路１１２の読み出し回路１１１の出力が、選択
信号１０１０となる。

【０１２２】上記の様な構成を有する選択信号生成回路
１０８では、テスト装置からのアドレス信号により、メ
モリ装置１１２に予め記憶されたデータが読み出され
て、選択信号１０１０が生成される。このような構成で
は、選択信号１０１０の信号線の数が多くても、アドレ
ス信号の信号線の数は、必要な選択信号の組合せに相当
する数だけを用意すればよい。このために、アドレス信
号と選択信号１０１０との対応が容易に変更できて、少
ないハードウエアで多様且つ高速に選択信号１０１０を
生成することができる。

【０１２３】また、選択信号生成回路１０８の選択信号
データをシリアル−パラレル変換回路１１５を介してテ
スト装置よりメモリ回路１１２に書き込むことにより、
テスト装置に必要なテスタチャンネル数が削減される。
更に、双方向マルチプレクサの切り替え信号が、少ない
テストチャンネルによって高速に生成される。

【０１２４】なお、上記で説明したテストチップの具体
的な回路構成例は、それぞれを個別に使用しても或いは
その幾つかを組み合わせても良いことは、言うまでもな
い。

【０１２５】

【発明の効果】以上のように、本発明のプローブ装置の
構成では、ＤＵＴのパッドとコンタクトバンプとの間の
電気的接続を、メンブレン表面に形成したコンタクトバ
ンプを、コンタクトバンプに重なるように設けられたテ
ストチップによってメンブレン裏面の側から押さえ付け
て固定することにより確立する。コンタクトバンプとテ
スト装置との間の信号の受け渡しは、テストチップを介
して行う。これによって、高速動作を行う集積回路素子
の動作特性の測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明のある実施形態に従って構成されてい
る集積回路素子のためのプローブ装置の構成の上面図で
ある。

【図１Ｂ】本発明のある実施形態に従って構成されてい
る集積回路素子のためのプローブ装置の構成の下面図で
ある。

【図２】図１Ａ及び図１Ｂの線Ａ−Ａ’に沿ったプロー
ブ装置及びその測定対象となる被測定集積回路素子（Ｄ
ＵＴ）の断面図である。

【図３】図１Ａ〜図２のプローブ装置が組み込まれてい
るテスト装置の構成を模式的に示す図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、コンタクトバンプの高さの
ばらつきをバンプの変形によって補償する工程を説明す
るための、図２におけるコンタクトバンプ、メンブレ
ン、及びテストチップの周辺の断面構成を示す図であ
る。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は、コンタクトバンプの高さ
のばらつきを緩衝電極アレイを使用して補償する工程を
説明するための、図２におけるコンタクトバンプ、メン
ブレン、及びテストチップの周辺の断面構成を示す図で
ある。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は、緩衝電極アレイの作成方
法の一部の工程を説明するための断面図である。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は、緩衝電極アレイの作成方
法の一部の工程を説明するための断面図である。

【図８】（ａ）は、コンタクトバンプのスライド方向を
制約して確実な電気的接続を実現するためのプローブ装
置の機構を模式的に説明する側面図であり、（ｂ）は、
（ａ）を９０度だけ回転した側面図であり、（ｃ）は、
（ａ）の上面図である。

【図９】（ａ）は、図８の構成を有するプローブ装置の
コンタクトバンプの接触時の状態を模式的に示す図であ
り、（ｂ）は、（ａ）で円ａによって示される範囲の模
式的な拡大図であり、（ｃ）は、接触時におけるＤＵＴ
の上面の状態を模式的に示す図である。

【図１０】温度制御機構が組み込まれている本発明の他
のプローブ装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図１１】本発明のプローブ装置にて使用され得るテス
トチップのある回路構成を模式的に示す図である。

【図１２】本発明のプローブ装置にて使用され得るテス
トチップの他の回路構成を模式的に示す図である。

【図１３】図１２の構成に含まれ得る双方向マルチプレ
クサの他の回路構成を模式的に示す図である。

【図１４】図１２の構成に含まれ得る選択信号生成回路
の内部回路構成を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１ コンタクトバンプ ２ メンブレン ３ テストチップ ４ 被測定集積回路素子（ＤＵＴ） ５ パッド ６ バンプ電極 ７ 接続バンプ ８ テストチップパッド ９ テストチップ固定板 １０ パッドの重心点 １１ 固定板保持機構 １２ 回転軸 １３ プリント基板部 １４ マイクロストリップライン １５ メンブレン接続部 １６ テスタチャンネルピン １７ マイクロストリップライン ４０ 変形した接続バンプ ４１ 背の高いコンタクトバンプ ５１ 緩衝電極アレイ ５２ 弾性体 ５３ 貫通電極 ７１ スクライブ跡 ８２ 冷媒出力管 ８３ 密閉蓋 ８４ 冷媒入力管 １００、１５０ プローブ装置 ２００ ウェハプローバ ２１０ ウェハチャック ２２０ Ｘ−Ｙステージ ２３０ ガイドネジ ２４０ ローテータ及びＺ軸アップダウン機構 ３００ ＶＬＳＩテストシステム ３１０ パターン発生器 ３２０ ピンエレクトロニクス ３３０ 電源 ３４０ ＤＣユニット ３５０ テスタチャンネルコンタクト ４００ テスト装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 1/073 G01R 31/26 G01R 31/28 H01L 21/66

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定集積回路素子（ＤＵＴ）とテスト
   装置との間の電気的接続を行うプローブ装置であって、 該ＤＵＴと該テスト装置との間の信号の受け渡しを行う
   テストチップと、該テストチップの該ＤＵＴに対向する位置に、該テスト
   チップと適当な間隔を隔てて設けられたメンブレンと、 該メンブレン上の 該テストチップのパッドに対応する位
   置に形成されたコンタクトバンプと、 を備え、 該テストチップは、該コンタクトバンプを該ＤＵＴに押
   さえ付けて固定するように配置され、それによって該Ｄ
   ＵＴのパッドと該コンタクトバンプとの間の電気的接続
   を確立する、集積回路素子のプローブ装置。
2. 【請求項２】 前記メンブレンは、前記コンタクトバン
   プ、前記テストチップ、及び前記テスト装置の間の電気
   的接続のための配線を有しており、 該テストチップは、該メンブレンの裏面より該コンタク
   トバンプを前記ＤＵＴに押さえ付けて固定する、請求項
   １に記載のプローブ装置。
3. 【請求項３】 前記メンブレンの裏面には、前記コンタ
   クトバンプに接続したバンプ電極が形成されており、 前記テストチップは、該バンプ電極に弾性力のある接続
   バンプを用いてフリップチップ実装されており、 該コンタクトバンプの高さのばらつきを、該テストチッ
   プを前記ＤＵＴに押さえつけるときに生じる該接続バン
   プの応力変形による高さの変化によって、該コンタクト
   バンプの先端部によって形成される凹凸形状を前記ＤＵ
   Ｔのパッドに合わせるように補償する、請求項２に記載
   のプローブ装置。
4. 【請求項４】 前記コンタクトバンプの先端部によって
   形成される前記凹凸形状が、前記ＤＵＴのパッドの形状
   にあわせて予め固定されている、請求項３に記載のプロ
   ーブ装置。
5. 【請求項５】 前記メンブレンの裏面には、前記コンタ
   クトバンプに接続したバンプ電極が形成されており、 前記テストチップは、絶縁性弾性体と該絶縁性弾性体を
   貫通する複数の中継電極とを有する緩衝電極アレイを挟
   んで、該バンプ電極にフリップチップ実装されており、 該コンタクトバンプの高さのばらつきを、該緩衝電極ア
   レイの厚さの変化によって、該コンタクトバンプの先端
   部によって形成される凹凸形状を前記ＤＵＴのパッドに
   合わせるように補償する、請求項２に記載のプローブ装
   置。
6. 【請求項６】 前記テストチップの裏面に設けられたテ
   ストチップ固定板と、 該テストチップ固定板を支持する固定板保持機構と、 を更に備えており、 該固定板保持機構は、前記ＤＵＴのパッドの対角方向ま
   たは長軸方向に直交する回転軸で支持されている、請求
   項１に記載のプローブ装置。
7. 【請求項７】 前記固定板保持機構は、前記ＤＵＴのパ
   ッドの重心位置で前記テストチップ固定板を支える、請
   求項６に記載のプローブ装置。
8. 【請求項８】 前記テストチップ固定板に設けられた放
   熱フィンまたはペルチェ素子を温度制御手段として更に
   備えており、該温度制御手段を使用して前記テストチッ
   プの温度制御を行う、請求項６に記載のプローブ装置。
9. 【請求項９】 前記メンブレンの裏面側に設けられた気
   密構造と、 該機密構造の内部に前記テストチップを浸すように満た
   す絶縁性の冷媒と、 を更に備えており、 該冷媒の温度制御によって該メンブレン及び該テストチ
   ップの温度制御を行う、請求項２に記載のプローブ装
   置。
10. 【請求項１０】 前記テストチップは、 前記テスト装置からのテスタチャンネルが接続されるテ
    スタチャンネルパッドと、 前記コンタクトバンプに接続されるデバイスチャンネル
    パッドと、 トライステートバッファと、 を備えており、 該デバイスチャンネルパッドの１つに、前記テスト装置
    に対する入力専用の該テスタチャンネルパッドと出力専
    用の該テスタチャンネルパッドとが、該トライステート
    バッファを介して対をなすように接続されており、 該トライステートバッファのトライステート制御入力
    が、該テスタチャンネルパッドに接続されて該テスト装
    置から直接に制御される、請求項１に記載のプローブ装
    置。
11. 【請求項１１】 前記テストチップにおいて、前記デバ
    イスチャンネルパッドに負荷回路が接続されている、請
    求項１０に記載のプローブ装置。
12. 【請求項１２】 前記テストチップが、 前記テスタチャンネルパッドの信号を複数の前記デバイ
    スチャンネルパッドに選択的に接続する複数の双方向マ
    ルチプレクサと、 該テスタチャンネルパッドの信号を入力として該双方向
    マルチプレクサに選択信号を供給する選択信号生成回路
    と、 を備える、請求項１０に記載のプローブ装置。
13. 【請求項１３】 前記デバイスチャンネルパッドに、前
    記デバイスチャンネルパッドの上の信号を保持する信号
    ラッチ回路が接続されており、 該信号ラッチ回路は、前記選択信号生成回路からの前記
    選択信号により、該デバイスチャンネルパッドに対して
    選択的に非接続となる、請求項１２に記載のプローブ装
    置。
14. 【請求項１４】 前記テストチップにおいて、前記選択
    信号生成回路がビット幅変換回路とメモリ回路とを備え
    ており、 該ビット幅変換回路は、前記テスタチャンネルパッドに
    入力されるデータのビット幅を拡大して、該メモリ回路
    に書き込み、 前記選択信号は、該メモリ回路の出力から生成され、 該メモリ回路のアドレス信号は該テスタチャンネルパッ
    ドより入力される、請求項１２に記載のプローブ装置。