JP4713763B2

JP4713763B2 - プローブの位置ずれ検出方法・プローブの位置決定方法・プローブの位置ずれ検出装置・プローブの位置決定装置

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Publication number: JP4713763B2
Application number: JP2001148765A
Authority: JP
Inventors: 純松本; 実相馬; 俊延金井
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: JP2002039738A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば半導体集積回路素子（以下半導体デバイスと称す）を試験する半導体デバイス試験装置に用いられる校正用治具に適用して好適なプローブの位置ずれ検出方法、プローブの位置決定方法、これらの方法を用いたプローブの位置ずれ検出装置、プローブの位置決定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この発明の理解を容易にするために予め半導体デバイス試験装置について説明する。図１に半導体デバイス試験装置の概略の構成を示す。半導体デバイス試験装置ＴＥＳは主制御器１１と、パターン発生器１２，タイミング発生器１３，波形フォーマッタ１４，論理比較器１５，ドライバ１６，アナログ比較器１７，不良解析メモリ１８，論理振幅基準電圧源２１，比較基準電圧源２２，デバイス電源２３等により構成される。
【０００３】
主制御器１１は一般にコンピュータシステムによって構成され、利用者が作製した試験プログラムに従って主にパターン発生器とタイミング発生器１３を制御して、パターン発生器１２から試験パターンデータを発生させ、このパターンデータを波形フォーマッタ１４で実波形を持つ試験パターン信号に変換し、この試験パターン信号を、論理振幅基準電圧源２１で設定した振幅値を持った電圧波形に増幅するドライバ１６を通じて被試験デバイス１９に印加し記憶させる。
被試験デバイス１９から読み出した応答信号はアナログ比較器１７で比較基準電圧源２２から与えられる基準電圧と比較し、所定の論理レベル（Ｈ論理の電圧、Ｌ論理の電圧）を持っているか否かを判定し、所定の論理レベルを持っていると判定した信号はパターン発生器１２から出力される期待値と論理比較器１５で比較し、期待値と不一致が発生した場合は、被試験デバイス１９中のその読み出したアドレスのメモリセルに不良があるものと判定し、不良発生ごとに不良解析メモリ１８にその不良アドレスを記憶し、試験終了時点で例えば不良セルの救済が可能か否か等を不良解析メモリ１８の記憶内容から判定する。
【０００４】
ここで、タイミング発生器１３は被試験デバイス１９に与える試験パターン信号の波形の立上がりのタイミング及び立下りのタイミングを規定するタイミングと、論理比較器１５で論理比較するタイミングを規定するストローブパルスのタイミングとを発生する。
これらの各タイミングは利用者が作製した試験プログラムに記載され、利用者が意図したタイミングで被試験デバイス１９を動作させ、またその動作が正常か否かを試験できるように構成されている。
【０００５】
図１では被試験デバイス１９の一つの入力ピンに試験パターン信号を供給する構成と、一つの出力ピンから出力される応答信号を取り込んで論理比較する構成を示しているが、現実には図に示した構成が被試験デバイス１９のピンの数だけ設けられる。ピン数は被試験デバイス１９がメモリであるものとすると６４ピン程度、被試験デバイス１９がロジックＩＣの場合は２５０〜５００ピン程度となる。
これらの多数のピン数に対する各試験パターン供給路及び応答信号の取り込み通路の各信号伝搬遅延時間はそれぞれ一定値に揃えられている必要がある。各信号伝搬通路の信号伝搬遅延時間を一定値に揃える調整を一般にスキュー調整と称している。
【０００６】
図２に試験パターン供給路のスキュー調整を行う様子を示す。被試験デバイス（図２では省略している）の各ピンに対応して設けられるドライバ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄにはタイミング発生器、パターン発生器、波形フォーマッタ等を内蔵した装置３０から試験パターン信号が入力される。各試験パターン信号の伝送路には可変遅延素子ＤＹ１，ＤＹ２，ＤＹ３，ＤＹ４が挿入され、同一試験パターン信号を被試験デバイスの各ピンに印加する場合、この可変遅延素子ＤＹ１〜ＤＹ４の遅延時間を調整してテストヘッド４０に設けたＩＣソケット４３の各ピンに与えられる試験パターン信号の位相が一定値となるようにスキュー調整を行う。
【０００７】
テストヘッド４０はマザーボード４１と、ソケットボード４２とこのソケットボード４２に実装したＩＣソケット４３とによって構成される。図２ではＩＣソケット４３を１個だけ示しているが、現実にはソケットボード４２にメモリ試験の場合は例えば６４個程度のＩＣソケットが実装される。
スキュー調整を行う場合にはＩＣソケット４３にコンタクトボード４４を装着し、コンタクトボード４４の表面に形成したシグナルパッドを通じてＩＣソケット４３の各ピンにプローブ４５を接触させ、ＩＣソケット４３に与えられる試験パターン信号をプローブ４５を通じてオシロスコープ４６に印加し、標準として定めたピンに印加される試験パターン信号と、スキュー調整をすべきピンに印加される試験パターン信号との位相差を求め、この位相差がゼロとなるように可変遅延素子ＤＹ１乃至ＤＹ４を調整してスキュー調整が行われる。プローブ４５は自動治具１００で自動的に位置決めされてコンタクトボード４４上に形成されたシグナルパッドに接触され、自動的にスキュー調整が行われる。
【０００８】
オシロスコープ４６には基準と定めた信号の位相と校正すべき信号との位相差を求める演算手段を装備し、半導体デバイス試験装置ＴＥＳにはオシロスコープ４６で求めた位相差に基づいて可変遅延素子ＤＹ１〜ＤＹ４の遅延時間を調整して可変遅延素子ＤＹ１〜ＤＹ４が接続された試験パターン信号供給路の伝搬時間が基準となる試験パターン信号供給路の伝搬遅延時間に合致させる調整を行う機能が装備されている。
上述したように、従来より半導体デバイス試験装置のスキュー調整を行う場合にはテストヘッド４０に自動治具１００を装着し、この自動治具１００によりプローブ４５を、ＩＣソケット４３に装着したコンタクトボード４４のパッドに自動的に接触させ、コンタクトボード４４を介してＩＣソケット４３の各ピンにオシロスコープ４６を接続している。
【０００９】
自動治具１００はテストヘッド４０に対して、図に示していない位置合わせ機構を介して装着され、自動治具１００が認識しているＸ−Ｙ座標と、テストヘッド４０上のコンタクトボード４４との位置関係は装着時において整合が採れた状態に設置される。
しかしながら自動治具１００に正確にプローブヘッド１０１を装着したとしても、プローブ４５はわずかに変形して取り付けられる場合が多い。
図３にプローブ４５の詳細構造を示す。プローブ４５は例えば２本のシグナルプローブＳ１，Ｓ２と、その両側の各２本のグランドプローブＧ１，Ｇ２及びＧ３、Ｇ４とが一列に配列されてプローブ保持片４５Ａに取付けられている。シグナルプローブＳ１，Ｓ２の何れか一方は図２に示したオシロスコープ４６に信号を取り込むためのプローブとして動作し、他方は半導体デバイス試験装置ＴＥＳのアナログ比較器１７に信号を送り出すプローブとして動作する。
【００１０】
シグナルプローブＳ１，Ｓ２とグランドプローブＧ１〜Ｇ４は図４に示すようにコンタクトボード４４に接触する。シグナルプローブＳ１，Ｓ２はコンタクトボード４４の小さなシグナルパッド４４Ａに接触し、グランドプローブＧ１〜Ｇ４はコンタクトボード４４に形成した大きな面積のグランドパッド４４Ｂに接触する。グランドパッド４４Ｂにはデバイスの各ピン群と対応したシグナルパッド群が位置する方形窓が形成されている。
図４に示したように、シグナルプローブＳ１とＳ２は形状が小さいシグナルパッド４４Ａに接触するものであるから、自動治具１００が認識しているシグナルプローブＳ１，Ｓ２の位置と、テストヘッド４０の上に配置された接触されるべきシグナルパッド４４Ａの位置は正確に一致していなければならない。このため従来は、例えばシグナルプローブＳ１又はＳ２をコンタクトボード４４に接触させることを繰り返しながらプローブＳ１又はＳ２をわずかずつＸ方向に移動させ、その接触ごとにシグナルプローブＳ１又はＳ２とグランドパッド４４Ｂを介してグランドプローブとの間に電気的導通があるか否かを調べ、グランドパッド４４Ｂの縁４４Ｘの位置を検出し、つまり電気的導通が得られている状態から導通が得られなくなった状態に変化した時点、又はその逆に変化した時点により、縁４４Ｘを検出し更にＹ方向にも同様にシグナルプローブＳ１又はＳ２をコンタクトボード４４に接触させることを繰り返しながら、プローブＳ１又はＳ２を移動させてグランドパッド４４Ｂの縁４４Ｙの位置を検出し、これらの縁４４Ｘと４４Ｙの位置から各シグナルパッド４４Ａの位置を割り出し、各シグナルパッド４４ＡにシグナルプローブＳ１又はＳ２を接触させている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
シグナルプローブが１個である場合でもシグナルパッドは更に小さくなる方向であり、シグナルプローブをシグナルパッド上に位置合わせすることが大変な操作となっている。更に現実には上述したようにシグナルプローブはＳ１とＳ２の２本が存在する。このため、例えば図５に示すようにシグナルプローブＳ１とＳ２を結ぶ線Ｊが、自動治具１００が認識しているＸ軸（又はＹ軸）に対してわずかでも傾斜した状態でプローブ保持片４５Ａがプローブヘッド１０１に装着されたとすると、シグナルプローブはＳ１をシグナルパッド４４Ａに接触させる場合と、シグナルプローブＳ２をシグナルパッド４４Ａに接触させる場合とで特に、Ｙ軸方向（又はＸ軸方向）において位置ずれが発生し、その位置ずれの量が大きい場合は何れか一方（縁４４Ｘ，４４Ｙの位置を検出する場合に用いたシグナルプローブ以外のシグナルプローブ）はシグナルパッド４４Ａに接触できない事態が発生するおそれがある。Ｘ軸方向（又はＹ軸方向）においてもわずかな位置ずれが発生し、このためでもシグナルプローブがシグナルパッドに接触できない場合もある。
【００１２】
この位置ずれを解消するにはプローブ保持片４５Ａのプローブヘッド１０１への取付けを正確に行えば済む問題であるが、この取付けが正確に行われたとしても、そこには誤差が伴い、自動治具１００の例えばＸ軸とシグナルプローブＳ１，Ｓ２を結ぶ線Ｊが完全に平行した状態に取付けることはむずかしい。またプローブは一般に消耗品であるため、しばしば交換する必要がある。この場合にはプローブ保持片４５Ａごとに交換するため、その取付時にもシグナルプローブＳ１とＳ２を結ぶ線ＪとＸ軸とがずれた状態（図５では角度θだけずれている状態を示す）に取付けられてしまう場合が多い。
【００１３】
このようにシグナルプローブをシグナルパッドに正確に接触させる問題は、半導体試験装置における自動的スキュー調整の場合に限らず、一般に、小さなパッドに対し、シグナルプローブを接触させて測定を行う装置においては同様の問題が生じる。
この発明の目的はシグナルプローブがシグナルプローブを正確にシグナルパッドに接触させることができるプローブの位置ずれ検出方法及びプローブの位置ずれ方法、プローブの位置ずれ検出方法を用いたプローブの位置ずれ検出装置、プローブ位置ずれ決定方法を用いたプローブの位置決定装置を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明によるプローブ位置ずれ検出方法によれば、少なくとも１つのシグナルプローブがプローブヘッドに装着され、このプローブヘッドをプローブヘッド駆動機構によってＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させ、Ｘ，Ｙ平面上に配列された複数の導電パッドにシグナルプローブを選択的に接触させて、測定を行う自動治具のプローブ位置ずれ検出方法において、
プローブヘッドに導電パッドの形成面に向かって光ビームを照射する光ビーム照射手段と、この光ビーム照射手段が照射した光ビームの反射光量を測定する反射光量測定手段とを設けると共に、導電パッドの配列面と平行な面に位置ずれ検出用導電パターンを設け、この位置ずれ検出用導電パターンの位置を、光ビーム照射手段及び反射光量測定手段により検出して、プローブヘッドにおける光ビームの照射位置を検出し、更に、この位置ずれ検出用導電パターンにシグナルプローブを接触させ、この接触によりそのシグナルプローブの取付位置を検出し、上記光ビームの照射位置とシグナルプローブ位置との位置ずれ量、つまり光ビーム照射位置に対するシグナルプローブ位置の関係を検出する。
【００１５】
このプローブの位置ずれ検出方法において、好ましくは以下のようにするとよい。即ち位置ずれ検出用導電パターンとしてＹ軸方向に延長されて形成された第１細条導電パターンと、Ｘ軸方向に延長されて形成された第２細条導電パターンとを備え、第１細条導電パターンにより光ビームのＸ軸方向の照射位置を検出し、第１細条導電パターンに上記シグナルプローブを接触させることにより、この接触したシグナルプローブの位置と光ビーム照射位置との間のＸ軸方向におけるずれ量を検出し、第２細条導電パターンにより光ビームのＹ軸方向の照射位置を検出し、第２細条導電パターンに上記シグナルプローブを接触させることにより、そのシグナルプローブの位置と上記光ビームの照射位置とのＹ軸方向におけるずれ量を検出する。
【００１６】
この発明のプローブ位置決定方法では、この発明によるプローブの位置ずれ検出方法によって検出したシグナルプローブの光ビーム照射位置に対する位置ずれ量を記憶保存し、この記憶保存したシグナルプローブの位置ずれ量と、光ビーム照射位置とを用いてそのシグナルプローブの各位置を決定する。
この発明のプローブ位置ずれ検出装置では、少なくとも１つのシグナルプローブと、光ビーム照射手段と、この光ビーム照射手段が照射した光ビームの反射光を受光する反射光量測定手段とを搭載したプローブヘッドと、
このプローブヘッドをＸＹ座標に沿って移動させ、設定したＸＹ座標位置において、プローブヘッドを降下させ、シグナルプローブを測定対象物に接触させる動作を実行するＸＹＺ駆動手段。
【００１７】
このＸＹＺ駆動手段によりプローブヘッドが移動させられる範囲はＸＹ座標上に設置され、ＸＹＺ駆動手段のＹ軸方向に延長形成した第１細条導電パターンおよびＸ軸方向に延長形成した第２細条導電パターンと、
ＸＹＺ駆動手段によりプローブヘッドをＸ又はＹ軸方向に移動させ、この移動中に第１細条導電パターン及び第２細条導電パターンを光ビームが横切ることにより、第１細条導電パターンと第２細条導電パターンのＸ軸上とＹ軸上の位置を検出し、これら検出位置を上記光ビーム位置とする光ビーム位置測定手段と、
この光ビーム位置測定手段が測定した光ビーム位置をプローブヘッドの位置として記憶するヘッド位置記憶手段と、
このヘッド位置記憶手段に記憶したヘッド位置とシグナルプローブとの間のＸ軸方向及びＹ軸方向における各位置のずれ量を測定する位置ずれ測定手段とを具備する。
【００１８】
この発明のプローブ位置決定装置では、この発明のプローブの位置ずれ検出装置に、光ビーム照射位置とシグナルプローブの位置との位置ずれ量をそれぞれ記憶する記憶手段と、この位置ずれ記憶手段に記憶した位置ずれ量と光照射位置とによりシグナルプローブの位置を決定する演算手段とが付加される。
この発明のプローブの位置ずれ検出方法によれば、光ビームの照射位置を基準位置として、この基準位置からシグナルプローブまでのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれを測定するから、この位置ずれ量を記憶し保存することにより、シグナルプローブの位置を光ビーム照射位置を基準として正確に求めることができる。特にシグナルプローブが複数存在しても、各シグナルプローブごとに位置ずれ量を測定することにより、何れのジクナルプローブを用いる場合でも、その位置を正確に求めることができる。
【００１９】
この結果、シグナルプローブを搭載したプローブヘッドをＸＹＺ駆動手段によって駆動させて測定対象物にシグナルプローブを確実に接触させることができる。特に複数のシグナルプローブに対してもその各１つずつに対して正しい位置を決定することができるため、各シグナルプローブを正確に目標位置に接触させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図６にこの発明装置の一部である自動治具１００のプローブヘッド１０１をＺ軸方向に移動させる部分の構造を示す。プローブヘッド１０１には下向きに図３に示したプローブ保持片４５Ａを装着する。プローブ保持片４５Ａには図３に示した複数のシグナルプローブＳ１，Ｓ２とグランドプローブＧ１〜Ｇ４が下向きに突出して支持される。これら複数本のプローブを総称して参照番号４５によりプローブとして表示している。
【００２１】
プローブヘッド１０１は直線駆動機構１０２によってＺ軸方向に駆動される。直線駆動機構１０２はこの例では鉛直な姿勢に支持されたスクリューシャフト１０２Ａと、このスクリューシャフト１０２Ａに螺合したナット１０２Ｂと、このナット１０２Ｂとプローブヘッド１０１とを連結した連結具１０２Ｃと、スクリューシャフト１０２Ａを正転及び逆転方向に駆動するモータ１０２Ｄとによって構成した場合を示す。
テストヘッド４０の盤面と平行してＹ軸方向に架設したＹ軸ガイド１０４に、直線駆動機構１０２を支持する支持板１０３は、スライド自在に支持される。特に図示していないがテストヘッド４０の盤面と平行にＸ軸方向に架設したＸ軸ガイドに、Ｙ軸ガイド１０４の両端は、スライド自在に支持される。
【００２２】
従って、直線駆動機構１０２はテストヘッド４０の盤面に沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向に自由に移動することができ、その移動させたＸＹ座標上の任意の位置にプローブ４５を位置決めし、その位置決めした位置でプローブ４５を降下させ、目標位置にプローブ４５を接触させることができる。
図６中のチェーン１０５は直線駆動機構１０２、つまりその支持板１０３をＹ軸ガイド１０４に沿って移動させるための駆動手段である。また、図では明らかとしていないが、自動治具１００はフレーム１０８に支持され、そのフレーム１０８の一部が示されている。このフレーム１０８は自動治具１００をテストヘッド４０に装着する場合の位置合わせ手段を兼ねている。つまり、フレーム１０８に形成した孔に、テストヘッド４０に突出して設けたピン４０Ａを係合させ、自動治具１００をテストヘッド４０に対して位置合わせして装着する。
【００２３】
フレーム１０８とピン４０Ａとによる位置合わせによって、自動治具１００のＸＹ駆動系が認識しているＸＹ座標と、テストヘッド４０に配置されたＩＣソケット４３の位置関係は整合される。
この発明では自動治具１００に取付けられたプローブ４５の基準位置との位置関係を検出するために、プローブ位置ずれ検出用導電パターンを、テストヘッド４０のＩＣソケット取付け面と平行に設けると共に、プローブヘッド１０１の代表位置を決定する光ビーム照射手段１０６をプローブヘッド１０１に設ける。光ビーム照射手段１０６には例えばレーザー光源と、このレーザー光源から出射した光を測定対象物に集光させる集光レンズと、測定対象物で反射した光を受光する受光器とを装備し、光ビームＰＢをテストヘッド４０に向かって照射する姿勢にプローブヘッド１０１に装着される。
【００２４】
プローブ位置ずれ検出用導電パターンは図６中の印刷配線基板１０７に形成される。この印刷配線基板１０７は例えば自動治具１００側に、テストヘッド４０に対して固定の位置関係で支持される。図６に示す例では自動治具１００のフレーム１０８に、テストヘッド４０の盤面と平行に印刷配線基板１０７を装着した場合を示す。
印刷配線基板１０７の表面（テストヘッド４０と反対側の面）には、例えば図７に示すように自動治具１００が認識しているＸＹ座標のＹ軸方向に延長されて形成した第１細条導電パターンＡ１と、Ｘ軸方向に延長され、Ｙ軸方向に間隔をおいて形成した２本の第２細条導電パターンＢ１とを具備し、第１細条導電パターンＡ１にはこれより幅が広い補助パターンＡ２とＡ３が両側に間隔Ｄ１をおいて連結パターンで連結形成される。図示例では補助パターンＡ２とＡ３は反対向きに延長されている。間隔Ｄ１はシグナルプロープＳ１とＳ２の間隔Ｄ２より小さくされている。また、各第２細条導電パターンＢ１にはその一端と連結し、幅広の補助パターンＢ２とＢ３がＹ軸方向に延長して一体に形成される。
【００２５】
またこの例ではプローブヘッド及びテストヘッド間距離設定用に、導電パターンＣも印刷配線基板１０７上に形成されている。
これら第１細条導電パターンＡ１と、第２細条導電パターンＢ１を使ってプローブ４５を構成する主にシグナルプローブＳ１とＳ２の光ビームＰＢに対する位置ずれ（位置関係）を検出する。以下にその手順を説明する。
▲１▼ プローブヘッド１０１ととの間の距離を一定値に合致させる制御を行う。
このためには光ビーム照射手段１０６から光ビームＰＢを印刷配線基板１０７の例えば導電パターンＣに照射し、導電パターンＣからの反射量が最大になるＺ軸位置を求める。つまり、光源の光を集光する集光レンズと印刷配線基板１０７との間の距離が、集光レンズの焦点距離に合致すると、反射光量が最大になる。この反射光量が最大になるＺ軸位置を求め、そのＺ軸位置をプローブヘッド１０１のＺ軸方向の基準位置として設定する。
【００２６】
後の説明で理解されるように、テストヘッド４０の種類に対応して、プローブヘッド１０１から測定対象物までの距離が各種存在しても、光ビームＰＢの位置とシグナルプローブＳ１及びＳ２の各位置との関係を求めるには、光ビーム照射手段１０６に反射光量測定手段を設けることにより、この反射光量測定手段が検出する反射光量が最大となるＺ軸位置を求めれば、導電パターンＣとプローブ４５との間の間隙が一定値になるようにすることができる。また、この結果としてプローブヘッド１０１を前記検出されたＺ軸方向の基準位置に合わせる事により、光ビームＰＢは常に印刷配線基板１０７の配線に対して焦点が合致し、上述した細条導電パターンＡ１及びＢ１のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を精度よく測定することができる。
【００２７】
○２（○の中に数字を組み込んだ記号を示す）Ｚ軸基準位置に対しシグナルプローブのＺ軸方向の位置を校正する。プローブヘッド１０１を上の比較的面積が広い導電パターン、例えばＣ上に位置させ、つまり図７中の破線Ｊ５で囲う状態にて、プローブヘッド１０１をそのＺ軸方向の前記基準位置から徐々に下げ、シグナルプローブＳ１とＳ２が導電パターンＣを通じて導通するようになった時の、Ｚ軸方向の位置を求め、このＺ軸方向の位置と、Ｚ軸方向の前記基準位置との差を、光ビームＰＢの焦点に対するシグナルプローブＳ１、Ｓ２の先端のＺ軸方向における差（位置ずれ）とする。
【００２８】
▲３▼ プローブヘッド１０１のＸ軸方向、Ｙ軸方向における各代表位置（基準点）を光ビームＰＢの位置に校正する。
自動治具１００はＸ軸方向及びＹ軸方向の駆動手段を具備し、プローブヘッド１０１の位置はＸ軸方向及びＹ軸方向の駆動手段（ＸＹ駆動系）に設けられている位置信号発生器によって管理されている。ここではプローブヘッド１０１のＸ、Ｙ方向における代表位置を光ビームＰＢのＸ、Ｙ方向における位置とする。従って、光ビームＰＢの位置とＸＹ駆動系が持つＸＹ座標との対応付けを行う必要がある。
【００２９】
印刷配線基板１０７に形成した各細条導電パターンＡ１及びＢ１はＸＹ駆動系が管理しているＸＹ座標に対して既知の位置とすることが好ましい。つまりこれら細条導電パターンＡ１，Ｂ１のＸＹ座標位置が既知であれば、これらのパターンを光ビームＰＢで検出するが、光ビームをその各導電パターンの位置に自動的に移動させることができ、細条導電パターンＡ１，Ｂ１を探索する必要がない。プローブヘッド１０１をＺ軸の基準位置に合わせて、光ビームＰＢで印刷配線基板１０７の面上をＸ軸方向に走査（プローブヘッド１０１をＸ軸方向に移動させる）させ、第１細条導電パターンＡ１の幅Ｗの中心位置（Ｘ軸方向の位置）を検出することにより、その時のＸＹ駆動系が持っているＸ軸方向の現在位置情報を光ビームＰＢの基準位置とする。なお、光ビームＰＢによって第１細条導電パターンＡ１の中心位置を検出するには、光ビームＰＢが第１細条導電パターンＡ１を横切る際に、その反射光量は図８Ａに示すように、第１細条導電パターンＡ１の中央位置に光ビームＰＢが存在するとき最大となる。この反射光量が最大になる点を中心位置ＸＭとして検出する。つまり光ビームＰＢの直径と第１細条導電パターンＡ１の幅Ｗとを等しくしておくことにより、このような中心位置ＸＭの検出を行うことができる。
【００３０】
あるいは光ビームＰＢの直径よりも第１Ａ１の幅が比較的大きい場合は光ビームＰＢをＸ軸方向に移動させると例えば図８Ｂに示すように、光ビームＰＢの反射光量は、第１Ａ１にない状態からパターンＡ１上に移動すると、急にほぼ最大値ＶＭとなり、パターンＡ１から外れると急にほぼゼロになる。この反射光量の立上り位置Ｘ-１と立下り位置Ｘ-２との中心ＸＭ＝（Ｘ-２―Ｘ-１）/２がＡ１の中心位置ＸＭを求めてもよい。
また、光ビームＰＢをＹ軸方向に移動させ、第２細条導電パターンＢ１の中心位置を検出することにより、その中心位置ＹＭによりＸＹ駆動系が持っているＹ軸方向の現在位置情報を光ビームＰＢの基準位置とする。
【００３１】
これらの検出により自動治具１００のプローブヘッド１０１は光ビームＰＢの位置ＸＭ，ＹＭを基準点としてＸＹ座標上で管理され位置が制御される。
▲４▼ 光ビーム照射手段１０６が照射する光ビームＰＢの位置とシグナルプローブＳ１，Ｓ２のＸ軸方向の位置ずれを検出する。
光ビームＰＢとシグナルプローブＳ１，Ｓ２の理想的な配置状況を図９に示す。光ビームＰＢがＸＹ座標上の或る点（Ｘ０，Ｙ０）に位置しているものとすると、シグナルプローブＳ１とＳ２は設計上（Ｘ０―Ｘ１，Ｙ０＋Ｙ１）と（Ｘ０＋Ｘ２，Ｙ０＋Ｙ２）の関係（Ｘ１＝Ｘ２，Ｙ１＝Ｙ２）を保ってプローブヘッド１０１に装着されているものとする。
【００３２】
従って、光ビームＰＢによって第１細条導電パターンＡ１の位置を検出し、その検出位置からＸ軸方向に＋Ｘ１又は−Ｘ２だけ光ビームＰＢの位置を移動させてプローブヘッド１０１をテストヘッド４０側に近ずけると、シグナルプローブＳ１又はＳ２は第１細条導電パターンＡ１の中心位置（幅Ｗの中心位置）に接触するはずである。
シグナルプローブＳ１又はＳ２が第１細条導電パターンＡ１の中心位置に接触しているか否かを検出するために、シグナルプローブＳ１又はＳ２を上下に動かしながら少しずつＸ軸方向に移動させる動作を繰り返し、シグナルプローブＳ１又はＳ２と第１細条導電パターンとの間に電気的導通があるか否かを調べる。
【００３３】
図７に示す点線Ｊ１で取り囲んだ状態はシグナルプローブＳ１の光ビームＰＢの位置に対するＸ軸方向の位置ずれを測定している状態を示す。この場合には、シグナルプローブＳ１を第１細条導電パターンＡ１に接触させ、シグナルプローブＳ２を補助パターンＡ３に接触させる。補助パターンＡ３のＸ軸方向の長さは第１細条導電パターンＡ１のＸ軸方向の幅Ｗより充分大きく、例えば３倍程度に選定し、シグナルプローブＳ１が第１細条導電パターンＡ１の幅方向の移動と上下動を繰り返す間、シグナルプローブＳ２はその上下動の際に必ず補助パターンＡ３に接触するようにする。
【００３４】
前記移動と上下動の繰り返しにおいて、シグナルプローブＳ１と第１細条導電パターンＡ１との接触と非接触との境界位置Ｘ１-１又はＸ１-２の何れか一方（図１０参照）を、シグナルプローブＳ１とＳ２との間の導通の有無を調べることにより求めて、この境界位置Ｘ１-１又はＸ１-２は第１細条導電パターンＡ１の両側の縁の一方の位置であることから、この位置を読み取ることができる。この結果、光ビームＰＢのＸ軸方向の座標Ｘ０から、境界点Ｘ１-１又はＸ１-２までのＸ軸方向の距離Ｘ１を求めることができる。
【００３５】
これにより現在のシグナルプローブＳ１の光ビームＰＢからのＸ軸方向の位置ずれ、つまりＳ１とＰＢとの間のＸ軸方向における距離Ｘ１′を求めることができる。いま自動治具１００におけるＸＹ座標の原点０（Ｘ＝０，Ｙ＝０）が例えば図９中に示す点にあるとすると、Ｓ１のＰＢに対する位置ずれＸ１′は次式で求まる。
Ｘ１′＝Ｘ１-１＋（Ｗ／２）−ＸＭ
又はＸ１′＝Ｘ１-２−（Ｗ／２）−ＸＭ
ここでＷは第１細条導電パターンＡ１の幅である。より正確には次式で求めるとよい。
【００３６】
Ｘ１′＝（Ｘ１-１＋Ｘ１-２）／２−ＸＭ
なお光ビームＰＢとシグナルプローブＳ１とが理想的な配置状況（図９）にあればＸ１′＝Ｘ１となる。
シグナルプローブＳ２の光ビームＰＢからのＸ軸方向の位置ずれを検出するには、図７に示す点線Ｊ２で取り囲んだ状態で行われる。つまり、シグナルプローブＳ１を補助パターンＡ２に接触させ、シグナルプローブＳ２を第１細条導電パターンＡ１に接触させる。この状態でシグナルプローブＳ２の位置をわずかずつＸ軸方向にずらす動作と、プローブの上下動作を繰り返すことにより、第１細条導電パターンＡ１の境界を検出することができる。この移動の間シグナルプローブＳ１は補助パターンＡ３と必ず接触するように補助パターンＡ３のＸ軸方向の長さが選定されている。この第１細条導電パターンＡ１の境界を検出することにより、シグナルプローブＳ２と光ビームＰＢの位置とのＸ軸方向における距離Ｘ２′を次式で求めることができる。
【００３７】
Ｘ２′＝ＸＭ−（Ｘ２-２＋Ｗ／２）
又はＸ２′＝ＸＭ−（Ｘ２-１−Ｗ／２）
好ましくはＸ２′＝ＸＭ−（Ｘ２-１＋Ｘ-）／２
このようにして測定された距離Ｘ１′，Ｘ２′を記憶保存することによりシグナルプローブＳ１，Ｓ２の位置を、光ビームＰＢの位置を基準としてＸＹ座標上で指示することができる。
▲５▼ 光ビームＰＢの位置とシグナルプローブＳ１，Ｓ２のＹ軸方向の位置ずれを検出する。
【００３８】
図７に点線Ｊ３で取り囲んだ状態はシグナルプローブＳ１のＹ軸方向の位置ずれを検出する状態を示す。この場合には、シグナルプローブＳ１を第２細条導電パターンＢ１に接触させ、シグナルプローブＳ２を補助パターンＢ２に接触させる。
この状態でシグナルプローブＳ１を少しずつＹ軸方向に移動させながら上下動を繰り返すことにより、第２細条導電パターンＢ１の境界を検出することができる。この移動中シグナルプローブＳ１は補助パターンＢ２と必ず接触するように補助パータンＢ２のＹ軸方向の長さが選定されている。この第２細条導電パターンＢ１の境界と、光ビームＰＢの基準位置ＰＢとによってシグナルプローブＳ１のＹ軸方向の距離Ｙ１′（図９参照）を検出することができる。この検出した距離Ｙ１′を記憶し保存することにより、シグナルプローブＳ１の位置を、光ビームＰＢの位置を基準としてＸＹ座標上に指示し、目標位置に位置合わせすることができる。
【００３９】
シグナルプローブＳ２のＹ軸方向の位置ずれを測定するには、図７に示す点線Ｊ４で取り囲んだ状態で行われる。
つまり、この場合にはシグナルプローブＳ２を第２細条導電パターンＢ１に接触させ、シグナルプローブＳ１を補助パターンＢ３に接触させる。この状態でシグナルプローブＳ２をわずかずつＹ軸方向にずらす動作を上下動させながら繰り返すことにより、第２細条導電パターンＢ１の境界を検出する。この境界の検出により、シグナルプローブＳ２の現在位置を知ることができ、現在位置と光ビームＰＢの現在位置とによってシグナルプローブＳ２と光ビームＰＢとのＹ軸方向の距離Ｙ２′（図９参照）を求めることができる。
【００４０】
以上の結果、例えば図１１に示すようにシグナルプローブＳ１とＳ２を結ぶ線Ｊが、Ｘ軸に対して角度θだけ傾いてプローブヘッド１０１に取付けられていたとしても、この傾斜角θによって発生する各シグナルプローブＳ１，Ｓ２と光ビームＰＢとの間のＸ軸方向とＹ軸方向における距離Ｘ１′，Ｘ２′とＹ１′，Ｙ２′を前述したようにして全て求めることができるから、この距離Ｘ１′，Ｘ２′，Ｙ１′，Ｙ２′を記憶保存することにより、シグナルプローブＳ１又はＳ２をコンタクトボード４４に形成したシグナルパッド４４Ａ（図４参照）に接触させる場合に、前記記憶した光ビームＰＢから各シグナルプローブＳ１とＳ２までの距離値を光ビームＰＢの位置に対して、図９に示した関係に応じて加減算し、各シグナルプローブＳ１又はＳ２の正確な位置を求め、これによりシグナルプローブＳ１又はＳ２にシグナルパッド４４Ａに正確に接触させることができる。
【００４１】
つまり、例えばシグナルプローブＳ１が光ビームＰＢの位置（Ｘ０，Ｙ０）に対し、図１１に示す関係にあった場合に、シグナルプローブＳ１をシグナルパッドに接触させるには、シグナルプローブＳ１のＸＹ座標上の位置を（Ｘ０−Ｘ１′，Ｙ０＋Ｙ１′）として求めればよい。
なお、実際にシグナルパッド４４ＡにシグナルプローブＳ１又はＳ２を接触させるには、コンタクトボード４４に設けてあるアライメント用パターン（例えば図４中のＰＡ）に対して、光ビームＰＢを照射し、その反射光を受光シグナルプローブ（光ビーム出射点）のコンタクトボードに対する距離（Ｚ軸方向）を求め、更にコンタクトボード４４の少なくとも２点のＸＹ座標を求め、ＸＹ面内におけるコンタクトボード４４の姿勢を求め、これより理想的な姿勢に対するずれを求め、このずれに応じて、接触されるべきシグナルパッド４４Ａの座標値を修正し、その修正した座標に対し、前記求めた座標位置にあるシグナルプローブＳ１（又はＳ２）を移動させて、その後、Ｚ軸方向に降下させてシグナルパッド４４Ａと接触させる。
【００４２】
図１２に上述したプローブの位置ずれ検出方法及びプローブの位置決定方法を利用して動作するプローブの位置ずれ検出装置及びプローブの位置決定装置の実施例を示す。
ＸＹＺ駆動機構１１０は自動治具１００の概略の構成を、またＸＹＺ駆動装置１２０はこのＸＹＺ駆動機構１１０を駆動する装置の概略の構成をそれそれ示す。ＸＹＺ駆動機構１１０は枠形のフレーム１０８（図６参照）と、このフレーム１０８に支持されたＸ軸ガイド１１１と、このＸ軸ガイド１１１にスライド自在に支持された第１スライダ１１２と、この第１スライダ１１２に差し渡されたＹ軸ガイド１０４と、このＹ軸ガイド１０４にスライド自在に装着した第２スライダ１１３と、この第２スライダ１１３に装着した直線駆動機構１０２と、この直線駆動機構１０２によってＺ軸方向に移動できるように支持されたプローブヘッド１０１と、第１スライダ１１２をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動モータ１１４Ｘと、第２スライダ１１３をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動モータ１１４Ｙと、Ｘ軸駆動モータ１１４Ｘの回転量を計数し、第１スライダ１１２のＸ軸上の位置信号を発信するＸ位置発生器１１５Ｘと、Ｙ軸駆動モータ１１４Ｙの回転量を計数し、第２スライダ１１３のＹ軸上の位置信号を発信するＹ位置発生器１１５Ｙとプローブヘッド１０１の可動範囲内に設けられ、プローブヘッド１０１の位置（正確には光ビームＰＢとシグナルプローブＳ１，Ｓ２の位置）を校正するための第１細条導電パターンＡ１及び第２細条導電パターンＢ１などが形成された印刷配線基板１０７とを具備する。
【００４３】
ＸＹＺ駆動装置１２０は従来装置と同様に、ヘッド位置記憶手段１２１と、コントローラ１２２と、コントローラ１２２から出力されるＸＹＺの各位置指定信号によりＸ駆動モータ１１４Ｘと、Ｙ駆動モータ１１４Ｙを駆動し、プローブヘッド１０１を目標位置に移動させ、また目標において直線駆動機構１０２を制御してプローブヘッド１０１をＺ軸方向に移動させ、シグナルプローブＳ１又はＳ２を目的とするシグナルパッドに接触させる動作を実行するＸＹＺ駆動回路１２３とを具備している。
【００４４】
この発明では、この従来から用いられているＸＹＺ駆動装置に対して光ビーム位置測定手段１２４と、シグナルプローブの位置ずれ測定記憶手段１２５とを付加したものである。
光ビーム位置測定手段１２４は上述したように印刷配線基板１０７に形成した第１細条導電パターンＡ１及び第２細条導電パターンＢ１の位置（細条導電パターンＡ１及びＢ１の幅Ｗの中心位置）を光ビームＰＢによって検出することによってＸＹ座標上の光ビームＰＢの基準位置ＸＭ，ＸＹを測定する。この測定結果をプローブヘッド１０１の代表位置としてヘッド位置記憶手段１２１に記憶させる。このプローブヘッド１０１の代表位置はプローブヘッド１０１の移動に従って更新される。
【００４５】
一方、シグナルプローブの位置ずれ測定記憶手段１２５はＸ軸方向の位置ずれ測定記憶手段１２５Ｘと、Ｙ軸方向の位置ずれ測定記憶手段１２５Ｙとによって構成される。
Ｘ軸方向の位置ずれ測定記憶手段１２５Ｘは第１細条導電パターンＡ１を用いて光ビームＰＢの位置からシグナルプローブＳ１，Ｓ２のＸ軸方向における位置のずれ量（距離）Ｘ１′，Ｘ２′を測定する。Ｙ軸方向の位置ずれ測定記憶手段１２５Ｙは第２細条導電パターンＢ１を用いて光ビームＰＢの位置からシグナルプローブＳ１，Ｓ２までのＹ軸方向のずれ量（距離）Ｙ１′，Ｙ２′を測定する。
【００４６】
これらの測定結果を記憶保存し、その記憶したＸ１′，Ｘ２′及びＹ１′，Ｙ２′をコントローラ１２２に設けた補正演算手段１２６に入力し、シグナルプローブＳ１又はＳ２の何れかをシグナルパッド４４Ａに接触させる際に各シグナルプローブＳ１又はＳ２の位置を、プローブヘッド位置記憶手段１２１に記憶したプローブヘッド１０１の現在の代表位置に対し、対応するずれ量Ｘ１′，Ｙ１′又はＸ２′，Ｙ２′を加減算して求める。このようにしてシグナルプローブＳ１とＳ２の位置が設計値からずれていても、シグナルプローブＳ１とＳ２の現在位置が正しく求められ、シグナルプローブＳ１又はＳ２をシグナルパッド４４Ａに正確に接触させることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によればプローブヘッド１０１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の何れにおいても位置を光ビームＰＢの位置で代表させ、この光ビームＰＢの位置を基準にシグナルプローブＳ１，Ｓ２の位置を測定し、シグナルプローブＳ１，Ｓ２の光ビームＰＢに対する位置ずれを求め、その位置ずれ量を用いて、光ビームＰＢの位置に対して加減算してシグナルプローブＳ１，Ｓ２の正しい位置を求めるため、シグナルプローブＳ１，Ｓ２の位置が設計値から外れていても問題なくシグナルプローブＳ１，Ｓ２を目的とするシグナルパッド４４Ａに接触させることができる。
【００４８】
また、プローブを交換した場合でも、その取付けの状態によりシグナルプローブＳ１，Ｓ２の位置が変化しても、自動校正動作の開始時点でその位置の変化を測定することができるから、シグナルプローブＳ１，Ｓ２がシグナルパッド４４Ａに接触できない状態が発生することはなく、信頼性の高い自動治具を提供することができる利点が得られる。
なおシグナルプローブとしては２本のみならず１本あるいは３本以上であってもこの発明を適用して、高精度で求められる光ビーム位置を基準にして、シグナルプローブの位置を決めることができ、よって正確にシグナルパッドにシグナルプローブを接触させることができる。またこの発明はＩＣ試験装置のスキュー調整に適用する場合に限らず、小さい導電パッドが複数配列され、その導電パッドに対してプローブを自動的に接触させて測定を行うような自動機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体デバイス試験装置の概要を説明するためのブロック図。
【図２】図１に示した半導体デバイス試験装置を校正する場合に用いる自動治具を説明するためのブロック図。
【図３】図２に示した自動治具に用いられるプローブヘッドの構造を説明するための正面図。
【図４】図２に示した自動治具を動作させる場合に用いるコンタクトボードの構造とプローブとの関係を説明するための平面図。
【図５】図３に示したプローブヘッドに対するプローブの取付状況の一例を説明するための平面図。
【図６】この発明の要部の構成を説明するための側面図。
【図７】この発明に用いる第１細条導電パターン及び第２細条導電パターンの一例を説明するための平面図。
【図８】光ビームによって細条導体の位置を検出する様子を説明するための図。
【図９】図６に示したプローブヘッドに搭載した光ビームＰＢの位置とシグナルプローブの理想的な位置関係を説明するための平面図。
【図１０】シグナルプローブＳ１又はＳ２を第１及び第２細条導電パターンに接触させ、シグナルプローブの位置を測定する様子を説明するための拡大断面図。
【図１１】プローブヘッドにシグナルプローブＳ１，Ｓ２が位置ずれを発生して取付けられた状況を説明するための図。
【図１２】この発明によるプローブの位置ずれ測定装置及びプローブの位置決定装置の一実施例を説明するためのブロック図。

Claims

少なくとも１つのシグナルプローブがプローブヘッドに装着され、このプローブヘッドをプローブヘッド駆動機構によってＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させ、Ｘ，Ｙ平面上に配列された複数の導電パッドの何れかに選択的に接触させ、測定を行う自動測定装置に用いられる自動治具のプローブ位置検出方法において、
上記プローブヘッドに上記複数の導電パッドの形成面に向かって光ビームを照射する光ビーム照射手段と、この光ビーム照射手段が照射した光ビームの反射光量を測定する反射光量測定手段とを設けると共に、上記複数の導電パッドの配列面と平行な面に位置ずれ検出用導電パターンを設け、
この位置ずれ検出用導電パターンの位置を、上記光ビーム照射手段及び反射光量測定手段により検出することにより、
上記光ビームの位置ずれ検出用導電パターンを検出した位置をプローブヘッドの代表位置として記憶し、
更に、この位置ずれ検出用導電パターンに上記シグナルプローブを接触させ、この接触により上記シグナルプローブのＸＹ座標における位置を検出し、
上記光ビームの位置ずれ検出用導電パターンを検出した位置と上記シグナルプローブの位置との位置ずれ量を検出することを特徴とするプローブの位置ずれ検出方法。
上記位置ずれ検出用導電パターンはＹ軸方向に延長されて形成された第１細条導電パターンと、Ｘ軸方向に延長されて形成された第２細条導電パターンとを備え、
上記光ビームの第１細条導電パターンを検出した上記代表位置と、上記第１細条導電パターンに対する上記シグナルプローブの接触により検出した位置とにより、この接触したシグナルプローブの上記代表位置に対するＸ軸方向の位置ずれ量を検出し、
上記第２細条導電パターンにより検出した上記プローブヘッドにおける上記代表位置と、上記第２細条導電パターンに対する上記シグナルプローブの接触により検出した上記シグナルプローブの位置とにより、上記シグナルプローブの上記代表位置に対するＹ軸方向の位置ずれ量を検出する
請求項１記載のプローブの位置ずれ検出方法。
プローブの位置ずれ検出方法の何れかによって検出した、シグナルプローブと上記代表位置との位置ずれ量を記憶保存し、
この記憶保存したシグナルプローブの位置ずれ量と上記プローブヘッドの移動に従って更新する上記代表位置とを用いて上記シグナルプローブの位置を決定する
請求項１または２に記載の位置ずれ検出方法を用いたプローブの位置決定方法。
Ａ．少なくとも１つのシグナルプローブと、光ビーム照射手段と、この光ビーム照射手段が照射した光ビームの反射光を受光する反射光量測定手段とを搭載したプローブヘッドと、
Ｂ．このプローブヘッドを既知のＸＹ座標に沿って移動させ、設定したＸＹ座標位置において、上記プローブヘッドを降下させ、上記シグナルプローブの１つを測定対象物に接触させる動作を実行するＸＹＺ駆動手段と、
Ｃ．このＸＹＺ駆動手段により移動させられる上記プローブヘッドの移動範囲内のＸＹ座標上に設置され、上記ＸＹ座標のＹ軸方向に延長形成した第１細条導電パターンおよびＸ軸方向に延長形成した第２細条導電パターンと、
Ｄ．上記ＸＹＺ駆動手段により上記プローブヘッドをＸ又はＹ方向に移動させ、この移動中に上記第１細条導電パターン及び第２細条導電パターンを上記光ビームが横切ることにより、上記第１細条導電パターンと第２細条導電パターンの駆動機構の持つＸＹ座標におけるＸ軸上とＹ軸上の各位置を検出し、これら検出位置を代表位置とする光ビーム位置測定手段と、
Ｅ．この光ビーム位置測定手段が測定した代表位置を上記プローブヘッドの位置として記憶するヘッド位置記憶手段と、
Ｆ．このヘッド位置記憶手段に記憶したプローブヘッドのＸ軸上の位置と上記シグナルプローブが上記第１細条導電パターンを検出したＸ軸上の位置とのずれ量と、このヘッド位置記憶手段に記憶したプローブヘッドのＹ軸上の位置と上記シグナルプローブが上記第２細条導電パターンを検出したＹ軸上の位置とのずれ量を測定する位置ずれ測定手段と、によって構成したことを特徴とするプローブの位置ずれ検出装置。
上記代表位置から上記シグナルプローブまでのＸ軸方向及びＹ軸方向における各位置ずれ量をそれぞれ記憶する記憶手段と、この位置ずれ記憶手段に記憶した位置ずれ量と上記プローブヘッドの移動に従って更新される上記代表位置とによってシグナルプローブの位置を求める演算手段とを付加した構成とした
請求項４に記載の位置ずれ検出装置を用いたプローブの位置決定装置。