JP4944129B2 - 動的なプローブ調節の方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、全体として、半導体製造プロセスに関する。より具体的には、本発明はダイのプロービングと試験に関する。

半導体技術に基づくエレクトロニクスは、最近の数十年間の間に現代生活に必要不可欠な一部となった。数百万もの構成要素を含む半導体チップが多数の電子デバイス又は機械類に埋め込まれており、これらの半導体ベースの電子デバイスは、娯楽、医学、製造、輸送を含む、我々の生活の多数の領域において一般に見出される。

これらの電子デバイスがより遍在的になるにしたがって、半導体チップに課せられる要件は、より厳密かつ広範になっている。例えば、様々な目的や機能のために、多数の集積回路（ＩＣ）チップが現代の車両（例えば、乗用車）に使用されており、それらの目的や機能の一部は車両の動作にとって重要なものである。同じ方法で、あるいは同じプロセスから製造されたこれらのチップの多くは、−５０〜２００℃又は場合によってはそれ以上に及ぶ温度変化など、多くの異なる、かつ場合によっては変動する環境で動作可能であるべきである。したがって、電子デバイスに対するこの要件により、半導体製造プロセスに対する要件が付加される。特に、ＩＣチップは、これらの異なる動作環境において試験する必要がある。例えば、メーカーが、製造プロセス中に、多くの場合はパッケージングの前に、これらのチップを多くの異なる温度で試験することは珍しいことではない。

ＩＣチップは、シリコン・ウエハなどの半導体基板上に製造される場合が多い。一般的には円形の半導体ウエハは、通常、格子パターンで配置された多数のＩＣデバイスを含む。各ＩＣ上には、ＩＣを外部回路群に接続してＩＣが機能できるようにするために使用される、複数のテスト・パッド又はボンド・パッドが配置される。ウエハ上のこれらのチップ、すなわちダイは、試験機に接続されたプローブ・カードを使用して試験される場合が多い。プローブ・カードは、一群のコンタクト電極、すなわちプローブ・ピンを有する。次に、ウエハは、試験に備えて、プローブ・カード上のピンがダイのテスト・パッド又はボンド・パッドと接触するようにして位置付けられる。このプロセスはウエハ・プロービングとして知られており、ウエハ・プローバと呼ばれる専用の機械がこの目的に使用される。カリフォルニア州サンノゼのＥｌｅｃｔｒｏｇｌａｓ，Ｉｎｃ．は、ウエハ・プローバを製造する会社である。場合によっては、プロービングは、切断、すなわちダイシングされ、フィルム・フレーム又は「ストリップ」などの他の可撓性又は剛性基板上に取り付けられた、１つ又は複数のダイに対して行われる。例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏｇｌａｓ，Ｉｎｃ．は、テスト・ハンドラーと呼ばれることが多い、この目的のために設計された機械も製造している。ただし、これらの場合のプロービングや試験の多くの関連動作は、切断前のウエハ上の（パッケージングされていない）ダイのプロービング又は試験の場合と本質的に同じである。発明者らは、本開示全体を通して、これらのより一般的な状況を含めるために、ウエハ・プロービング、すなわちダイ・プロービングという用語を使用する。

ウエハ・プロービングの主要な目的は、デバイスのテスト・パッド若しくはボンド・パッド、又は単にパッドが、プローブ・カードのプローブ・チップと十分に電気的に接触するようにして、ウエハを適切に位置付けることである。パッドは非常に小さく、多くの場合３０〜５０ミクロン程度なので、高い精度が必要とされる。プローブ・カード・ピンがパッド領域の外側に接触する場合、デバイスを再度位置付けなければならず、試験プロセスが遅くなり、多くの場合、操作者の介入を必要とする。さらに、不正確な位置付けは、デバイスの不活性化層によってプローブ・カード・ピンが壊れることがあるので、デバイスの損傷を引き起こす可能性がある。

ウエハのプロービングと試験手順の最中に、特定のウエハに対して、又はウエハごとに試験の条件又は環境を変更することは、比較的高価となる。プロービングと試験に関与するプローブ・カード及びウエハ並びに他の構成要素は、異なる物理的条件下では異なる性質と特性を有することがあるので、試験条件が変化すれば、ウエハのプロービングさらには測定と較正を再び行わなければならない。さらに重要なのは、ウエハ・チャックの温度の変化など、条件が変化した後、システムが定常状態に達するのにしばらく時間を要する点である。例えば、１００℃程度の温度変化の後、一般的なウエハ・プローバ・システムが熱平衡に達するには１時間以上かかる。これは、従来技術では、ウエハ・プローバの熱的可変能力と称される場合が多い。熱的緩和のこの期間の間は試験を行うことができないので、所定の時間量内に試験することができるダイの数は大幅に低減され、それによって、集積回路デバイス１つ当たりの製造コストに追加の間接費用が付加される。

システム内の異なる材料は、一般的に異なる感受性を有し、変化する条件に対する反応が異なり、さらに、ウエハ・プローブ・システム内の様々な構成要素の状態が変化する過渡期間の間の試験プロセスを複雑にする。例えば、ウエハ・チャックの制御された温度が変化するとき、プローブ・カード、ウエハ、カメラなどの様々な部品はすべて、異なる速度で、かつ異なる量だけ膨張又は収縮する。

現在知られているウエハ・プロービングの方法は、特に、温度の大きな変化など、動的に変化する条件下で劣った性能を示す場合が多い。プロービングと試験が、変動する条件下で（例えば、異なる温度で）行われる当該技術の現在の状況では、新たな測定と較正は、一般的に環境変化が平衡した後に行われ、その後ミスアラインメントのずれが小さいことが確認されるまで頻繁に行われる。測定と較正が一般的に１分程度かかることを考慮すると、頻繁に測定することで、それをしなければ所定期間に試験することができる、ダイの数が大幅に低減される可能性がある。

従来技術における、温度変化後の一般的なプロービングと試験プロセスが、図１Ａに示される。フロー・チャートはブロック１０２で始まり、１１４で終わる。ウエハ・チャックの温度が変化し、十分な時間量が経過すると（１０４）、さらなるいずれかのダイをプロービングする前に、新たな測定と較正を行う必要がある（１０６）。次に、ダイ又は一組のダイが選択され、以前の測定に基づいてプロービングされる（１０８）。プロービングが終わると、選択されたダイ又は一組のダイに対して所望の試験が行われる（１１０）。次に、要件と他の条件に応じて、プロセスは終了するか、あるいは別のダイ又は一組のダイを用いて継続する（１１２）。プロセスが継続する場合、様々な材料の熱膨張又は熱収縮によって変化する寸法を明らかにするため、ウエハ・プローバを再較正する必要がある（１０６）。これは、プローブ・カードやウエハを含むプローバの様々な部品の温度が過渡期間の間絶えず変化し、ウエハ・チャックの制御された温度の変化に関連する新たな温度に漸近的に達するためである。フロー・チャートに示されるこの特定のシナリオでは、特定のダイ（１つ又は複数）のプロービングと試験が、ある臨界の持続時間よりも長くかかる場合、過渡期間の間は試験を効率的に行うことができない。

各較正の間に複数のプロービングと試験が行われるとき、最も最近の測定からのパラメータが、次の測定前の後続のプロービングすべてに使用される。システムは概ね指数関数的に弛緩する傾向があるので、また、熱によって引き起こされるミスアラインメント誤差のダイナミクスは「ランダムウオーク」のものに類似しているので、これらの値は、２つの連続する測定の間の時間が増加するにしたがって平均してより不正確になっていく。これにより、所定期間内にプロービングし試験することができるダイの数がさらに少なくなる。さらに、各測定と較正サイクルの終わり又はその近くでは、ますます不正確な値が使用されるようになり、それによって、試験誤差と試験されるデバイスを損傷するさらなるリスクの可能性が増加する。

図１Ｂは、従来技術における、温度変化後にダイをプロービングし試験するための、このプロセスの一例を示す。この代表的なプロセスは、例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏｇｌａｓ，Ｉｎｃ．によって市販されているウエハ・プローバＨｏｒｉｚｏｎ ４０９０（登録商標）を使用して実施することができる。両端のブロック１２２と１３４の間で決められたプロセスは、ウエハ・チャックの制御温度がＴ₁からＴ₂に変化するブロック１２４から始まる。ウエハ・チャックが所望の温度Ｔ₂に達すると、ブロック１２６に示されるように、ウエハ・プローバ機の様々な構成要素の寸法を測定し、これらの構成要素間の距離を測定する必要があり、様々な測定ゲージと測定ツールを較正する必要がある。次に、測定値に基づいてプロービング（１２８）が行われ、試験プロセス（１３０）に続く。試験が行われた後、ブロック１３２のＹｅｓ分岐に続いてプロセスを終了するか、あるいは、Ｎｏ分岐に続いて他のダイを用いて続けることができる。

過渡期間の間（例えば、様々な構成要素の温度がそれぞれの平衡温度又は定常温度に近づく間）、様々な構成要素の熱膨張又は収縮によって変化する寸法を明らかにするため、プローバを頻繁に（例えば、毎分ごとに）再整列させる必要がある。図１Ｂに示されるフロー・チャートでは、新たな測定が必要か否かの決定は、最後の測定以降に経過した時間に基づいて、及び／又は最後の測定以降の特定の構成要素の温度変化に基づいて行われる。これは、図面のブロック１３８、１４０に示される。ブロック１３８では、経過時間及び／又はウエハ・プローバの関連部分の温度変化が測定される。次に、ブロック１４０では、これらの値は事前設定値と比較される。経過時間が事前設定の持続時間よりも長い場合、あるいは最後の測定以降の関連構成要素の温度変化のいずれかが特定の事前設定値よりも大きい場合、新たな測定が必要であり、プロセスは１４０におけるＹｅｓ分岐を介して継続する。一方、これらの基準が満たされない場合、１４０におけるＮｏ分岐に続いて、新たなオフセット測定を行うことなくプロービングと試験は継続する。

図１Ｂのフロー・チャートは、一方は１３２、１３８、１４０、１２８、１３０を通り（これを内側ループと呼ぶ）、他方は１３２、１３８、１４０、１２６、１２８、１３０を通る（これを外側ループと呼ぶ）、２つのループを示すことに留意されたい。決定ブロック１４０の結果に応じて、プロセスはどちらかのループを通ることができる。複数のダイ又は複数組のダイを試験しプロービングするプロセスの間、内側ループがより頻繁に使用されるほど、より多数のダイをプロービングし試験することができる。ただし、任意の特定のプロービングに使用される測定値はますます不正確になる。一方、外側ループをより頻繁に通るほど、プロービングはより正確になっていく。ただし、精度がより高くなる代償として、プロービングと試験することができるダイの数は少なくなる。さらに、従来技術において得ることができる精度には固有の制限がある。

本発明は、ダイをプロービングする改善された方法及び装置を提供する。特に、本発明は、変化する条件下で、複数のコンタクト電極を集積回路デバイスの複数のテスト・パッド又はボンド・パッドと自動的に整列させる、新規な方法及び装置を提供する。

本発明の少なくとも１つの実施態様によれば、動的に変化する条件下でウエハをプロービングする改善された方法及び装置が提供される。特に、頻繁に測定し較正することなく、プロービングのための関連パラメータを推定する正確な方法が提供される。本発明の実施態様の１つの態様では、過渡期間の間にプロービングを行うことができる。特定の実施態様の別の態様では、試験が行われている間にプロービングを行うことができる。

本発明の少なくとも１つの実施態様では、予め定められた誤差許容差内で、ウエハ・プロービング・プロセスに対する変化する条件の影響を正確に予測するため、動的モデルが使用される。例えば、ウエハ・プローバの特定の主要構成要素間の距離は、システムの様々な部分がウエハ・チャックの温度の変化に適応している間に変化する。時間の関数として、関連アラインメントのずれを予測する数学的モデルを使用することで、プロービングの前及び／又はその間に頻繁に測定と較正を行う必要性が低減され、それによって、所定の期間内にプロービングし試験することができるダイの数が増加する。同時に、特に、２つの連続する測定と較正の間に複数のダイがプロービングされ試験されるとき、プロービングの精度が増加する。いくつかの実施態様では、カルマン・フィルタなどの線形フィルタが、アラインメントのずれの時間的ダイナミクスを予測するのに使用される。カルマン・フィルタは、例えば、ノイズの多い環境において時間的ダイナミクスをモデル化するのに使用される場合が多く、コンピュータ・ビジョン及び自立ナビゲーションを含む様々な分野において広く、また多くの場合は成功裡に使用されてきた。カルマン・フィルタは、特定の十分に規定された条件／仮定の下での統計的意味合いにおいて最適であることが証明されており、入力及び測定ノイズ源の変動によって駆動される、ウエハ・プローバの熱的環境などの、確率的な動的システム・線形システムの状態の高品質な推定と予測を実現することができる。

数学的モデルを利用する本発明の少なくとも１つの実施態様は、以下の動作を特徴とする。（１）プロービングに使用することができる関連構成要素とそれらの幾何学形状が最初に特定され、（２）特定のプローバ又はプローバ群に対する様々な仮定及び測定データに基づいて、それらの関連構成要素の動的モデルが構築され、（３）次に、このモデルが後続のプロービングと試験に使用される。本発明は、一般的には１分程度かかる頻繁な測定と較正の必要性を低減し、したがって、所定の期間内に試験することができるダイの数を大幅に増加させることができる。

少なくとも１つの実施態様によれば、プロービングは、試験が行われている間に、連続的又は断続的に行うことができる。これにより、プローバ・システムが新たな条件に応答してまだ調節を行っている間に、所定の時間量以内にプロービングし試験することができるダイの数が増加する。さらに、このことは、従来技術では実行不可能な場合が多かった、測定ノイズをフィルタリングすることによって、プロービングの全体的な精度も増加させることができる。

本発明のこれら及び他の実施態様、特徴、態様、及び利点は、添付図面から、並びに以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲から明白になるであろう。

本発明は、例示として説明されるものであり、添付図面の図に限定されるものではない。図面中、類似の参照番号は類似の要素を示す。

本発明は、ここで、本発明の様々な代表的実施形態が示される添付図面を参照して、以下にさらに十分に記載される。記載中、説明目的のため、本発明の完全な理解を提供するための多数の特定の詳細が説明される。ただし、本発明は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、それらの特定の詳細なしで実施されてもよく、また、本明細書に説明される実施形態に限定されるものと解釈すべきではないことが、当業者には明白になるであろう。むしろ、これらの実施形態は、本開示が十分かつ完全になるように提供され、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるであろう。適切な場合、本発明を不必要に不明瞭にしないようにするため、周知の構造やデバイスはブロック図の形態で示される。

さらに、以下の説明において、外部刺激又は条件の一例として温度が使用される場合が多いが、それは、本発明を限定するものとして解釈すべきではない。当業者であれば、本発明の実施形態は、温度変化を含むがそれに限定されない多くの異なる条件下で実施できることを理解するであろう。

自動的なウエハ・プロービングのシステム及び方法が本明細書によって記載される。本発明の様々な実施形態は、個別のハードウェア構成要素に、あるいは、実行時間中に実行するため、コンパイルされ、リンクされ、次にディスクに基づく記憶装置からロードされるソフトウェアを使用して、デジタル信号プロセッサなどのプログラムされた処理装置に実装されてもよい。これらの実施形態に使用される方法を含む様々なプログラムは、また、ファームウェア又は他の類似の不揮発性記憶デバイス内に存在する。

本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、変化する条件下でウエハをプロービングするための改善された方法及び装置が提供される。特に、頻繁に測定し較正することなく、プロービングのための関連パラメータを推定する正確な方法が提供される。本発明の１つの態様では、プロービングは、プローバ・システム内の温度が変化する過渡期間の間に、かつ試験を行っている間に行うことができる。以下に、添付図面を参照して、本発明の様々な実施形態が詳細に記載される。

図２は、本発明の様々な実施形態について記載するために使用される、代表的なウエハ・プローバの様々な構成要素を示す。この概略的な上位図は、代表的なウエハ・プローブの２つの主要構成要素、すなわちウエハ・チャック・アセンブリ１６０とプローブ・カード・ホルダ・アセンブリ１５８を示す。ウエハ・チャック・アセンブリ１６０上に取り付けられたウエハ１８４を、上から目視又は検査するのに使用することができるカメラ・アセンブリ１５６も、図中に示される。図面に示されるように、これらの構成要素は、別個の構成要素として具体化されてもされなくてもよい。多くのウエハ・プローバでは、これらの構成要素は、何らかの手段によって、例えば共通のフレーム（１つ又は複数）を共有することによって、互いに連結される。ウエハ・プローバによっては、カメラ・アセンブリ１５６とプローブ・カード・ホルダ・アセンブリ１５８は、ブリッジと称されることがある単一の可動部材に結合される。

カメラ・アセンブリ・ユニット１５６は、光学カメラ又はデジタル・カメラ１６６、支持部材１６４、モータ・アセンブリ１６２を含む。モータ・アセンブリ１６２は、支持部材１６４を移動させることによって、カメラ１６２の位置と方向を制御する。図３Ｂを参照してさらに記載されるように、モータ・アセンブリは、６つまでの自由度、３つまでの位置自由度、３つまでの回転自由度を制御することができる。いくつかの実施形態では、モータ・アセンブリは、予め定められた軸線の周りで、３つの空間自由度と１つの角度自由度のみを制御してもよい。ブリッジ・カメラ１６６も、いくつかのウエハ・プローバ・システムにおけるより微細な確度を達成するため、独立に制御されてもよい。特定の実施形態では、カメラ・アセンブリ・ユニット１５６は、フレームに固定され、移動能力を有さなくてもよく、それらの実施形態ではモータ・アセンブリ１６２は存在しない。

プローブ・カード・ホルダ・アセンブリ１５８は、プローブ・カード・ホルダ・ユニット１７０を含む。図面は、プローブ・カード・ホルダ・ユニット１７０に結合されたプローブ・カード１７２も示す。プローブ・カード１７２は、プローブ・ピンと呼ばれる複数のコンタクト電極１７４を含む。これらのプローブ・ピンは、特定のウエハ又はウエハ群向けに設計された特定のパターンで配置される。プローブ・カード・ホルダ・アセンブリ１５８は、ホルダ・ユニット１７０に結合されたプローブ・カード１７２の位置と向きを制御する、任意のモータ・アセンブリ１６８も含んでもよい。

図面に示される第３の構成要素、すなわちウエハ・チャック・アセンブリ１６０は、モータ・アセンブリ１７８に連結されたウエハ・チャック１８０を備える。図面では、これらのユニットは固定のプラットフォーム１７６上に配置されており、この固定のプラットフォームは、多くの場合、プローブ・カード・ホルダ・アセンブリに、かつ１つ又は複数のカメラ・アセンブリ・ユニットに連結されたフレームの一部である。ウエハ・チャック・アセンブリ１６０は、測定と較正目的のため、ウエハ・チャック１８０に連結された光学又はデジタル・カメラ・ユニット１８２も含む。この実施形態では、カメラ１８２は、プローブ・カード１７２とブリッジ・カメラ１６６をカメラ１８２の視野範囲内におくように配置される。図３Ａを参照してさらに説明されるように、これらのカメラユニット１６６、１８２は、いくつかの実施形態では直接プローブ・センシング（ＤＰＳ）に使用される。

図２のウエハ・チャック・アセンブリは、ウエハ・チャック１８０上に取り付けられたウエハ１８４を保持するための領域も含む。ウエハ１８４の一般的な直径は２００ｍｍ又は３００ｍｍのどちらかであり、数百〜数千個の範囲の複数のダイを含む。各ダイは、電気接点となる複数のテスト・パッド又はボンド・パッド１８４を含む。ウエハ・プロービングの主要目的は、ウエハ上のパッド１８４がプローブ・ピン１７４と十分に電気的に接触するようにして、プローブ・カード１７２に対してウエハ１８６を適切に位置付けることである。一般的には、１つのダイの電気試験を可能にするため、１つのダイ上のすべてのパッドが少なくとも一組のプローブ・ピン１７４と電気的に接触するようにされるが、ある場合には、プローブ・ピンをいくつかのダイ上の対応する組のパッドと電気的に接触させることによって、複数のダイが同時に試験されてもよい。ウエハ・チャック・アセンブリを備えるウエハ・プローバが、本開示全体にわたって例示目的で使用される場合が多いものの、本発明は、フィルム・フレーム又はストリップ基板を使用するものなど、異なるタイプのプローバに対して実施されてもよいことに留意されたい。その場合、ウエハ・チャックという用語は、例えば、基板保持ユニットとして適切に解釈されるべきである。他の用語は、同様に適切に解釈されるべきである。図面は、システムを較正するため、特に、ウエハ・チャック１８０又はウエハ１８４の垂直及び水平の変位を測定し較正するために使用される、「定規」１８８、１９２の概略図も含む。図面は、目盛り読取りヘッド１９０、１９４を備えたゼロＣＴＥ目盛りを示す。いくつかの実施形態では、回折格子が使用される。

図３Ａを参照すると、直接プローブ・センシングのための代表的なカメラ・システムが示される。光学又はデジタル・カメラ２０２は、図面に十字マーク２０８として示される焦点範囲が狭いレンズ２０６、及びフィルム又はＣＣＤ画面２０４を備える。この種のカメラは、特定の実施形態では、ウエハ・プローバ・システムを較正するために使用することができる。本明細書に記載されるいくつかの実施形態では、システム内の特定の十分に規定された地点までの距離を測定するため、光学カメラが使用される。図面は、画面２０４、レンズ２０６、焦点２０８とそれぞれ関連付けられた、関連位置又は寸法２１０、２１２、２１４を規定する。いくつかの実施形態に使用されるカメラでは、焦点距離、すなわち２１０と２１４の間の距離は調節可能である。図面は、アラインメントのため、ブリッジ・カメラによって見ることができる突出した標線２１０を示す。いくつかの実施形態では、突出した標線の焦点とカメラの焦点／視線との間の相違２１２はアラインメントに使用される。

図３Ｂは、本発明の様々な実施形態の位置決めシステムとして使用される一般的なモータ・アセンブリ２２２を示す。この特定の例では、モータ・アセンブリ２２２はウエハ・チャック２２４を制御する。しかし、同じ又は類似のタイプのモータ・アセンブリを使用して、ウエハ・プローブ・システムの様々な可動部品を制御することができる。例えば、図２では、カメラ支持ユニット１６４、プローブ・カード・ホルダ・ユニット１７０、ウエハ・チャック１８０をそれぞれ制御する、３つのモータ・アセンブリ１６２、１６８、１７８が示されている。

空間内の固体対象物は、３つの並進自由度及び３つの回転自由度の６つの自由度を有する。モータ・アセンブリは、１つ又は複数のモータを含む様々な方法を使用して、これらの６つの自由度のいくつか又はすべてを制御することができる。例えば、電気作動式のサーボ・モータを使用して制御対象物を回転させることができ、また、リニア・モータを使用して、対象物を３つの直交方向の一方向に移動させることができる。特定の実施形態では、より限定的なモータ・アセンブリを使用することができる。例えば、図３Ｂに示される特定のモータ・ユニットは、主軸、すなわちｚ軸の周りでの、３つの位置自由度、１つの角度自由度を制御する。これは、図面の左側に座標系２２６として示される。変数θは、ｚ軸の周りでの回転自由度を示す。ｚ軸は、一般的に、ウエハ面とプローブ・ピンの「面」の間の分離距離がそれに沿って測定される軸線として規定される。

一般的に、ウエハ・プローバは、図３Ａに示されるカメラ・システムなどの測定技術、及び図３Ｂに示されるモータ・アセンブリなどの位置制御技術を使用して較正される。較正が行われると、複数のプロービングと試験にシステムを使用することができる。しかし、プローブ・カードとウエハ、及びプロービングと試験に関与する他の構成要素は、異なる物理的条件下で異なる性質と特性を有することがあるので、試験条件が変化したときは、ウエハのプロービングを再び行い、かつ測定と較正を再び行うべきである。一般的な試験条件では、条件が変化した後、ウエハ・プローバ・システムが平衡に、すなわち定常状態に達するのに数時間かかる。例えば、一般的なウエハ・プローバ・システムは、ウエハ・チャックの温度が変化した後、熱的に安定な状態に達するのに１時間以上かかる。一般的に、ウエハ・チャックのみが意図的に加熱又は冷却されるが、システムの残りの部分は、熱伝導、熱対流、熱放射などのプロセスによって、ウエハ・チャックの温度変化に影響される。

システムの異なる材料は、一般的に異なる感受性を有し、変化する条件に対する反応が異なり、過渡期間（例えば、ウエハ・チャックの温度変化の後の、及び様々な構成要素の温度がそれぞれの漸近値に達する前の期間）の間の試験プロセスをさらに複雑にする。例えば、ウエハ・チャックの制御された温度が変化すると、プローブ・カード、ウエハ、カメラ、ウエハ・チャック・プラットフォームに直接又は間接的に接続された様々な構成要素を含む、ウエハ・プローバの異なる部品はすべて、異なる率で膨張又は収縮し、その最終結果も異なる。

図４は、ウエハ・プローバ・システムにおけるダイのプロービングと試験に関連する様々な材料の熱的特性を示す。表２４２は、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）を含む。Ｓｉ₃Ｎ₄は、半導体ウエハの不活性化層、すなわちガラス絶縁層のための絶縁材料として使用される場合が多い。多くのウエハ・プローバは、銅（Ｃｕ）合金などの様々な合金で作られた構成要素を含むことに留意されたい。表は、室温におけるこれらの材料の熱伝導率、熱膨張係数（ＣＴＥ）、比熱を示す。表に示されるように、それらは広範囲の値を有する。例えば、Ａｌは、Ｓｉよりもはるかに高い熱伝導率と熱膨張係数を有する。この広範なばらつきは、温度変化に応答したシステムの不均質な膨張や収縮につながる。

次に図５を参照すると、ウエハ・プローバ・システムに対する温度変化の影響を示す単純な一例が示される。特に、ウエハ・チャック１８０上に取り付けられたウエハ１８４の高さの変化が示される。図５Ａは、１つの特定の温度における固定のプラットフォーム１７６に連結されたウエハ・チャック・アセンブリ１７８を示し、図５Ｂは、大幅に高い温度における同じウエハ・チャック・アセンブリ１７８を示す。これらの図は、これらの異なる２つの温度におけるウエハ１８４の最上層のいくらか誇張された高さ（ｚ方向の変位）を示す。また、高さが温度に応じて変わることを示す、目盛り１８８（例えば、ゼロＣＴＥ目盛り、回折格子など）の概略図を示す。図面に示されるように、目盛り１８８上に２７２として印を付けた、低温におけるウエハ１８４の高さは、目盛り１８８上に２７４として印を付けた、高温におけるウエハ１８４の高さよりも低い。目盛り読取りヘッド１９０は、一般的に、熱的に安定なブラケット（例えば、Ｉｎｖａｒ（商標）、Ｓｕｐｅｒ Ｉｎｖａｒ（商標）、又は他の低ＣＴＥ金属）上に取り付けられる。いくつかの実施形態では、この高さの変化は、関連するモータ・アセンブリを使用して（プローブ・ピンがダイ上に接している間、及びこのダイの試験が行われている間であっても）自動的に補償される。他のいくつかの実施形態では、この変化は較正プロセスの間に明示的に明らかにされる。これは、例えば、図１２を参照してさらに詳細に説明される。

図６Ａを参照すると、プロービング・プロセスに関連する構成要素のいくつかが示される。図面は、カメラ保持ユニット１６４に結合された、下向きの上側ＤＰＳカメラ１６６と、支持ユニット１７０上に取り付けられたプローブ・カード１７２と、ウエハ・チャック１８０上に取り付けられたウエハ１８４とを示す。図２と同様に、ウエハ・チャック１８０は追加のＤＰＳカメラ１８２を有する。このカメラは、ブリッジ・カメラ１６６とプローブ・カード１７２を目視するために使用される。ウエハ・チャック１８０はモータ・アセンブリ１７８に連結され、それは次に固定のプラットフォーム１７６上に取り付けられる。ブリッジ・カメラ・アセンブリ１６４とプローブ・カード・アセンブリ１７０は、他のモータ・アセンブリを使用して、位置付けられ向けられてもよい。この図は、３つの変位ベクトル３０４、３０６、３０８を定義する。ベクトル３０４は、特定のテスト・パッド又はボンド・パッド１８６Ａから上側カメラ１６６の先端までの変位として定義される。ベクトル３０６は、ウエハ・チャック・カメラ１８２の先端から特定のプローブ・ピン１７４Ａまでの変位である。ベクトル３０８は、パッド１８６Ａからプローブ・ピン１７４Ａまでの変位である。これらのベクトルは、任意の所定の瞬間における様々な構成要素の位置とそれらの温度に依存するという意味で、動的変数であることに留意されたい。

図６Ｂは、カメラ１６６の先端からカメラ１８２の先端までのもう１つの変位ベクトル３０２を定義する。この図面では、明瞭にするため、関連構成要素の場所、すなわち頂部カメラ１６６の先端、ウエハ・チャック・カメラ１８２の先端、パッド１８６Ａ、プローブ・ピン１７４Ａはすべて、円形ドットとして描かれる。カメラが関与するベクトル、すなわち、変位３０２、３０４、３０６は一般に測定することができる。一方、プロービングに使用されるベクトル３０８は測定不能なことがある。しかし、例えば、このベクトルは、他の関連ベクトル間の単純な幾何学的関係を利用して容易に計算することができる。これは図６Ｃに示される。パッド１８６Ａからプローブ・ピン１７４Ａまでのベクトル３０８は、３つのベクトル３０４、３０２、３０６の合計であることが容易に分かるであろう。これは、あらゆる外部条件から独立した数学的に同一であることに留意されたい。特に、この同一性はすべての温度に有効である。

図７Ａは、例えば、時間の関数として、プローブ・ピンとパッドの間の距離、例えば図６に示されるベクトル３０８の大きさに対する一般的な熱膨張曲線を示す。水平軸３８４は、ウエハ・チャックが目標温度に達する瞬間から始まる時間を表す。垂直軸３８２は、アラインメントのずれ、又はプロービングに関連する一般的な変位ベクトルの距離若しくはサイズの変化を表す。温度の上昇後、曲線３８６として図面に示されるように、システムは一般的には膨張する。この曲線は例示のためのものに過ぎず、実際のデータに基づくものではないことに留意されたい。膨張の大きさ、すなわち垂直軸に沿った値は、ウエハ・チャックの目標温度変化にほぼ直線的に比例する。目標温度変化が約１００℃の場合、曲線の最初の傾斜は、一般的に約１ミクロン／分である。図面はいかなる特定の縮尺でも描かれていないことに留意されたい。

図面に示される曲線は、一般的なプローバ・システムにおける熱緩和の比較的複雑な性質を示す。上述したように、システムが不均質であることにより、曲線は単純な指数関数的緩和から大幅に逸脱する。図面に示される曲線３８６は、例えば、一方は時定数３９２によって規定され他方は時定数３９４によって規定される、少なくとも２つの個別の緩和モードを示す。この特定の代表的な曲線は、これらの２つの特徴的な時間の間で最大値３８８を示す。図面に目盛り３９６によって表される十分に長い時間の後の曲線は、最終的に、新たな温度における漸近値、すなわち定常値であるプラトー３９０に落ち着く。この状態において、プローバ・システムの構成要素は、すべて、ウエハ・チャック又は基板保持ユニットのみに対して最初に設定された目標温度の結果として、それぞれの温度に達する。

図７Ｂは、曲線３８６の周りの「誤差棒」を示す。図面に破線エンベロープによって示されるように、誤差は時間の関数として増加する。定常偏差は、図面に矢印４１２によって表される。図面における「誤差」は、試行から試行までの変動によるものと解釈することができる。すなわち、同じシステムは、温度変化に応答してわずかに異なる挙動を示し、関連距離又は寸法の異なる値が得られる。これは、部分的には、システムに固有の「ノイズ」によるものであり、様々な測定誤差にもよるものである。この図面は、特に、一般的なプローバ・システムの熱応答は一般に決定的ではないという事実を示す。

図８Ａを参照すると、本発明の一実施形態に使用される動的モデルが単純なフロー・チャートの形態で示される。特に、線形フィルタ動作の３つの基本的な成分、すなわち、最初の推定４７２動作、（モデルに基づく）予測４７４動作、（モデルに基づく補正４７６動作を示す。

一般的なモデル化プロセスは、通常、システムを記述するのに関連した状態変数を決めることによって始まる。これは、図１０を参照してさらに詳細に説明される。図面に示されるように、モデルは、ブロック４７２に示されるように状態変数の初期値を設定することによって最初に使用される。いくつかの実施形態では、任意の以前の試行に基づく値を使用することができる。他のいくつかの実施形態では、任意の無作為な値が使用されてもよい。誤り分散行列も、図面に示されるように、このブロックにおいて初期化される。モデルが初期化されると、次の２組の動作４７４と４７６が事前設定された時間間隔で繰り返される。最初に、「予測」４７４が行われる。本発明の一実施形態によれば、予測は、ブロック４７４に示されるように、次の時間セグメントｋ＋１における状態変数の値の推定を含む。次に、状態変数は、次の時間セグメントにおいて測定されるか、又は別の方法で計算され、これらの測定に基づいて「補正」４７６が行われる。次に、図面のループによって示されるように、この一対の動作が後に続く時間において繰り返される。終了条件はチャートに示されないことに留意されたい。いくつかの実施形態では、このプロセスは無限に継続していく。他のいくつかの実施形態では、システムが全体的な平衡か定常状態に達すると終了する。

図８Ｂは、ピン対パッドの位置合わせを更新する代表的なプロセスを示す。このグラフは、図７に示される例に基づいており、ピン対パッドの変位曲線３８６が時間３８４軸と距離３８２軸に対して描かれる。実線３８６は「実際の」ずれを表し、破線曲線３８６Ａは、モデルに基づく事後（測定前の予測とは対照的に測定後の）推定値を示す。図に示されるように、この代表的なプロセスは、モデルの状態を動的に「補正」する（すなわち、図８Ａの動作４７６）ため、２つの異なる更新モードを利用する。一般的なプローバ・システムでは、ピン−カメラ間の距離のみの測定を伴う「ピン更新」（図面に白い三角形５０４によって表される）は、ピン−カメラ間の変位、カメラ−ブリッジ間の変位、ブリッジ−ダイ間の変位の測定を伴う「全ブリッジ更新」（黒い三角形５０２）よりもかかる時間がはるかに少ない。（例えば、全ブリッジ更新の１分とは対照的に、ピン更新では１０〜１５秒。）任意の所定の瞬間では、システムを事前設定された誤差許容差内で維持するために、より安価なピン更新で十分なことがある。これは図８Ｂの代表的なプロセスに反映される。初期段階では、図面に示されるように、より完全なブリッジ更新５０２が行われる。しかし、時間が経過するにしたがってその頻度は徐々に低減され、不定期にのみ行われる。この例では、１つ又は複数の変位ベクトルの変動が事前設定閾値を超えたときに、いずれかの更新が引き起こされる。

発明者らはこれまで、プローバ・システムの様々な関連構成要素と決められたいくつかの関連する概念とモデルを説明してきた。次に図９〜１２に移り、様々なフロー・チャートを参照して本発明の実施形態のいくつかを記載する。

図９は、本発明の一実施形態を使用する代表的なシナリオを示す上位フロー・チャートを示す。開始ブロック５５２と終了ブロック５６６の間で決められたこの例のプロセスは、ブロック５５４において動的モデルを決めることによって始まる。モデルは、所定のタイプのウエハ・プローバにおいて試験される所定のウエハに対して動的に作成することができ、又は、モデルは、様々な異なるタイプのウエハ・プローバにおける様々な異なるタイプのウエハに対して予め構築することができ、かつ使用される適切なモデルを後で選択することができる。いくつかの実施形態では、モデルは、特定のプローブ・カード／テスター群と関連付けることができる。この動作は、図１０を参照してさらに説明される。本発明のこの代表的な実施形態により、システムが熱的平衡に達するのを待つ必要がなく、及び／又は頻繁にオフセットを測定し再較正する必要もなく、ユーザが、多数の温度においてプロービングと試験を行うことが可能になる。

図９のチャートに示されるプロービング・プロセスは、ブロック５５６において制御温度を設定することによって始まる。多くの場合、半導体ウエハの温度は、試験プロセスの間にウエハ・チャックの温度を変化させることによって制御される。ウエハ・チャックの温度が目標温度に達すると、ウエハ・システムは再較正される。次に、試験プロセスの間の特定の時間において、ブロック５５８に示されるように、ダイ又は一組のダイが選択され、プロービングされる。プロービングは、測定に基づいて、又は５５４で選択された現在のモデルを使用した推定に基づいて行うことができる。選択されたダイ（１つ又は複数）を試験するとき（５６０）、プロセスは、５６２におけるＮｏ分岐の後に、同じ温度で継続することができる。５６２におけるＹｅｓ分岐の後に、１つの特定の温度で試験が終了すると、５６４におけるＮｏ分岐の後に異なる温度でプロセスを繰り返す。別の方法として、プロセス全体は、５６４におけるＹｅｓ分岐に続いてブロック５６６で終了する。

図１０は、プロービング目的に使用されるべき数学的モデルを作成する代表的なプロセスを示す。やはり、プロセス全体は２つのブロック５８２、５９０の間に決められる。ブロック５８４、５８６、５８８を含む図面のループによって示されるように、モデルの作成は一般的に反復プロセスである。モデル化プロセスは、一般的に、関連状態変数を決めることによって始まる。ウエハのプロービング目的のため、これらの状態変数は、例えば図６に示される様々な変位ベクトルの位置成分を含んでもよい。第１のプロセス・ブロック５８４で、これらの変数は決定され、熱伝導率や熱膨張係数などの、様々な材料の熱的特性に関するデータが収集される。この分析は、モデルの次元数を決めるために使用される。次に、ブロック５８６において、様々な必要な仮定と関連測定データに基づいて、選択された状態変数に対する動的モデルが作成される。カルマン・フィルタなどの時間的予測に使用される多くの動的モデルは、様々な測定値を使用して適合させることができる少なくとも１つのパラメータ（例えば、時定数又は輸送遅れ）を含む。図１０に示される動的モデルは適合可能なパラメータも含む。これらのパラメータは、ブロック５８８において、特定のウエハ・プローバ装置に適合される。通常、この作業はシステム識別と呼ばれる。上述したように、このように作成された動的モデルは、一般的に、特定のプローブ・カード／テスター群（その群に対する「リング・キャリア」支持体を含む）に特異的である。

本発明の一実施形態によれば、以下の確率的モデルは、状態ベクトル、例えばピン対パッドのアラインメントずれｘ（ｔ）と、（別個の）時間ｔ＝ｔ_kにおけるその測定値ｚ_kに使用される。

式中、時間ｔ＝ｔ_kにおいてｘ_k＝ｘ（ｔ_k）である。これらは一般に多成分式、すなわち行列式であることに留意されたい。例えば、ｘ（ｔ）は、ピン対パッドの変位ベクトルのｘ、ｙ、ｚ成分を表す３つの要素を有する列行列である。同様に、ｕ（ｔ）、ｗ（ｔ）、ｚ_k、ｖ_k、Ａ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｇ（ｔ）、Ｈは適切な次元の行列である。ｕ（ｔ）は時間ｔにおけるチャック温度であり、ｗ（ｔ）は共分散Ｑを有するノイズ源である。カルマン・フィルタなど、いくつかの場合では、ノイズはゼロ平均のガウス白色ノイズであると仮定される。時間ｔ＝ｔ_kにおける測定ノイズｖ_kはまた、ゼロ平均及び場合によっては分散Ｒのガウス形であると仮定される。Ｑ、Ｒ、Ｈなどのパラメータのいくつかは、このモデルでは適合可能なパラメータである。上述の動的状態モデルは、システム識別に基づいて特定のシステムに対して選択され、ここでは単に一例として示される。当該技術の当業者には周知のように、異なるシステムが、異なるモデル、特に異なるパラメータを有する異なる確率式をもたらすことがある。

この特定のモデルによれば、フィルタリング及び予測の式は次の形態をとる。

式中、山形記号はそれらが予測値であることを示す。

は、時間ｔ_k（ｔ_m≧ｔ_k）までのすべての測定値を所与とし、かつその時間を含む、時間ｔ_mにおける予測状態であり、Σ_m｜_kは、時間ｔ_kまでのすべての測定値を所与とし、かつその時間を含む、時間ｔ_mにおける状態推定値の共分散である。

式中、Ｅ［ ］は期待値を示し、因数は適切な行列乗算として解釈されるべきである。Φ（_tm，_tk）は、時間ｔ_kとｔ_mの間の状態遷移行列及びＡ（ｔ）の畳込積分であり、

これらのフィルタリング及び予測式は、例えば、時間ｔ_kにおける状態ベクトルの予測値と測定値の間の誤差を最小化することによって得られる。

様々な拡張も可能である。いくつかの実施形態では、状態ベクトルｘ（ｔ）は、システムのバイアスを緩やかに変動させる効果を含めるため、べき等誤差状態ベクトルｅ（ｔ）を用いて補強される。これらのバイアスは、一般的に、周囲温度の上下又はウエハ・プローバに連結された様々な構成要素（例えば、テスター）を介しての熱放散などの、外部「入力」によるものである。この場合、補強された状態ベクトル

は、次の形態をとる。

式中、ｘ自体は、上述したような可能な複数の要素を有する列行列であり、ｅは、この代表的な実施形態では２つの成分ｅ₁とｅ₂を含む。モデルは、ランダムウオーク入力としてｅ₂を、低域フィルタとしてｅ₁を組み込む。ｅ₁とｅ₂の変動は、一般的にはブラウン運動の時間とともに直線的に増加する。この特定のモデルのいくつかの実現例では、システムの時定数は、Ａ（ｔ）の最小の固有値の逆数に設定される。測定値にｅ₁を加えることによって、システムの状態を予測する際、緩やかに変動するシステムのバイアスはモデルに組み込まれている。この特定のモデルによれば、アラインメントのずれ予測の変動

は、予測時間とともに増加する。いくつかの実施形態では、このアラインメントのずれ予測は新たなアラインメント測定を引き起こすために使用される。この特定の設計により、システムが静止モードのときであってもアラインメント測定が（すなわち、周期的又は半周期的に）行われる。

以下の記載では、図１０に示されるのと類似のプロセスによって作成される、プロービングに関連する様々な状態変数の未来の値を推定するため、何らかのタイプの動的モデルを使用する、本発明の様々な実施形態が検討される。

図１１Ａは、本発明の一実施形態による、過渡期間の間の代表的なプロービング・プロセスを示すフロー・チャートである。チャートは、ブロック６１２においてウエハ・チャックの温度がＴ₁からＴ₂に変化するときに始まり、この新たな温度で試験が行われるまでの、ブロック６３０で終わるプロセスを記載する。チャートは２つの広域のループを示す。ブロック６１４で始まりブロック６２８で終わる外側ループは、１つ又は複数の選択されたダイを試験するプロセスを記載する。一方、ブロック６１６で始まりブロック６２６で終わる内側ループは、選択されたダイ（１つ又は複数）を試験する間の様々な可能な動作を示す。ブロック６１６において、最後の測定から経過した時間に基づいて、プロービングに必要な、状態変数の新たな空間的オフセット値を推定する。このプロセスに示される実施形態によれば、これは動的モデルを使用して行われる。これらの値が事前設定された誤差許容差以内にある場合、６１８におけるＮｏ分岐に続いて、これらの値は次のプロービング６２２に使用される。別の方法として、新たな測定が（ウエハ・プローバの１つ又は複数の構成要素の温度の連続的な変化を補償するのに必要な空間的オフセットを決定するために）行われ、６２０において新たな値が得られる。これらの新しい測定値は、ブロック６２２、６２４において、次のプロービングと試験プロセスに使用され、さらに、図６２０に示されるように、測定から新たな情報を組み込むため、モデルの状態を更新するのに使用される。いくつかの実施形態では、このブロックは、図８に示される様々な動作を含む。このプロセスは、６２６におけるＮｏ分岐に続いて、選択されたダイ（１つ又は複数）の試験が終了するまで繰り返すことができる。

決定ブロック６１８に関して、１つの可能な基準は、最後の測定からの、図６Ａのプローブ・カード１７２などの関連構成要素の経過時間（Δｔ）と予測されたピン対パッドのずれ（ΔＰ）を測定し、それらを事前設定値（それぞれ、Δｔ_cとΔＰ_c）と比較することである。
例えば、
｜ΔＰ｜²＞｜ΔＰｃ｜²
又は、
Δｔ＞Δｔ_c及びｔ＜ｔ_cであるか？
式中、｜ΔＰ｜²はピン対パッドのアラインメントの予測される変動であり、｜ΔＰ_c｜²は最大可能変動である。同様の検査もこの例における時間に関して行われる。すなわち、ウエハ・チャックの温度変化の瞬間から経過した時間（ｔ）が、一般的にシステムの緩和時定数の数分の１である値、例えば図７Ａの３９６に設定される、特定の値（ｔ_c）よりも大きい場合、比較は誤りに戻り、すなわち新たな測定は不要である。ｔ_cは、一般的に、予測されたピン対パッドのアラインメントずれを所望のアラインメント精度の数分の１に限定するように設定される。いくつかの実施形態では、より単純な基準が使用されてもよい。例えば、プロービングされるダイの数は測定間で数えられてもよく、それが事前設定値に達すると、新たな測定が行われ、カウンターがゼロに設定される。いくつかの実施形態では、例えば図１０を参照して説明されるように、様々な決定基準に対してより詳細な数式が使用される。

図１１Ｂは、代替実施形態における異なる代表的なプロービング・プロセスを示すフロー・チャートを示す。図面に示されるプロセスは、制御温度が新たな温度（Ｔ₂）に変化するブロック６５４から始まり、この新たな温度で試験が終了する６７６で終わる。フロー・チャートは、２つの主要ループ、又は図１１Ａに示される実施形態におけるように分岐条件６６０が示される場合は３つの個別のループを示す。しかし、この例におけるループは、図１１Ａとは異なるように配置される。例えば、この実施形態の内側ループ、すなわちブロック６６８〜６７２では、再較正することなく恐らくは複数のダイの試験とプロービングが行われる。

制御温度の変化の後、プロセスは、６５６において、ウエハ・プローバ・システムの様々な関連構成要素の時間と温度を測定することによって継続する。モデルを使用して、特定のプローブ・ピンと特定のテスト・パッド又はボンド・パッドとの間の距離などの、関連状態変数が最初に推定される（図８の４７４）。６６０において、予め決められた誤差許容差内で推定値を使用することができる場合、プロセスは、推定値に基づいてシステムが再度整列される次のブロック６６６に継続する。別の方法として、新たなオフセット値が測定され（６６２）、また、これらの測定値と推定値（図８の４７６）を使用して、モデルの状態が更新される（６６４）。これらの新たに測定又は推定された値に基づいて、フロー・チャートのループ６６８〜６７２に示されるように、少なくとも１つのダイ又は一組のダイに対してプロービングと試験を行うことができる。この実施形態によるこの特定のシナリオは、１つのダイの試験時間が比較的短いとき、すなわち、一般的に１分程度である測定と較正時間よりもはるかに短いときに有用であり得る。一方、図１１Ａの例は、ダイを試験する時間が比較的長い場合により有用である。

図１１Ｃは、本発明の一実施形態の別の態様を示す。図面のフロー・チャートは、実施形態によるプロービングと試験のプロセスの一部を示す。このフロー・チャートは、特に、ウエハ・プローバ・システム全体が熱的平衡又は別の熱的に安定な状態に達するのを待つ必要がなく、複数の温度においてプロービングを行うことができることを強調する。図面では、ブロック６８２は、１つの温度、例えば−５０℃におけるプロービングと試験プロセスを記載する。次に、６８４において、ウエハ・チャックの温度は、別の温度、例えば凝固温度よりも上の１５０℃に変化し、６８６、６８８において、システム内の他の構成要素が温度変化に依然として適応している間に、動的モデルを使用してプロービングと試験が行われる。

次に図１２を参照すると、本発明の特定の実施形態による他の代表的なプロービング・プロセスが示される。図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに示されるものと比較して、図１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのフロー・チャートは、特定の実施形態において、特定のダイ又は一組のダイを試験する間、ウエハ・プローバが連続的に調節されてもよいことを強調する。

図１２Ａは上位フロー・チャートであり、また、ブロック７０２〜７２４で特定されるように、ウエハ・チャック温度の変化（７０４）後のプロービングと試験プロセスを示す。チャートは、ウエハ・プロービングに関与する動作要素の２つの個別の群を含む。上側の群７０６は、図８の４７６の動作に対応する「補正」作業を含み、下側の群７１４に示される作業は、モデルを使用した「予測」と、予測に基づく連続的なプロービング／試験に対するものである。この群７１４は図８の４７４の動作に対応する。補正群７０６には３つのプロセス・ブロックが含まれる。最初に空間的オフセットが測定される（７０８）。次に、測定値及びもしあれば以前に予測された値に基づいて、状態変数が更新される（７１０）。次に、ブロック７１２において、新たに測定されたデータに基づいてプローバが再整列させられる。予測群７１４は、３つのブロック７１６〜７２０を含む。これらの３つのプロセス・ブロックはループを形成する。単純にするため、分岐条件はチャート内では省略される。ブロック７１６では、新たな空間的オフセット値が予測される。これらのオフセット値は、例えば、図６に示されるようなパッドからプローブ・ピンまで距離を含んでもよく、これらの値は、７１８と７２０において、特定のダイ（１つ又は複数）をプロービングするのに使用される。群７１４におけるループは、これらの動作を必要に応じて繰り返すことができることを示す。決定ブロック７２２によって決定されるように、試験が行われると、この代表的なプロセスは７２４で終了する。

図１２Ｂは、本発明の教示による、連続的なプロービングと試験プロセスの別の態様をさらに詳細に示す。この代表的なフロー・チャートは、プロービング・プロセスの関連動作を示し、そのプロセスの間、少なくとも１つのプローブ・ピンとダイの少なくとも１つのパッドとは互いに接触している。そのプロセスは、新たな較正と整列が行われるブロック７３２で始まる。次に、フロー・チャートは、７３４〜７３６の間でダイ（１つ又は複数）を試験する間の関連動作を記載する。プロセスは２つの分岐を含む。７３６におけるＹｅｓ分岐によって示されるように、新たな調節が必要な場合、この要件を反映するため、追加動作が行われる（７３８及び７４０）。別の方法として、試験はブロック７４２によって明示的に示されるように継続する。決定ブロック７３６では、図１１Ｂのプロセスにおける６６０のものと類似の基準が使用されてもよい。これらの動作は、決定ブロック７４４におけるＮｏ分岐の後に続くループによって示されるように、必要に応じて繰り返すことができる。選択されたダイ（１つ又は複数）の試験が行われると、７４６において、プローブ・カードとウエハは分離され、代表的な試験プロセスは終了する。

図１２Ｃは、図１２Ａ、１２Ｂに示されるものに類似の別の代表的なプロセスを示す。このフロー・チャートは、プローブ・カード・アセンブリのプロービング、特にウエハ・プラットフォームに対するその移動が、同じダイ（１つ又は複数）の試験の間に連続的かつ同時に発生し得ることを強調する。換言すれば、プローブ・カード上のプローブ・ピンが、ダイのテスト・パッド又はボンド・パッドに接しており、ダイの試験が行われている間、移動（例えば、ｚ方向のみ）が発生する可能性があり、この移動は、本明細書に記載される熱的モデル（例えば、図１１Ｃの方法）からの予測に基づくものである。この図の開始ブロック７７２と終了ブロック７７８はそれぞれ、図１２Ｂのブロック７３４、７４６に対応する。ブロック７７４は、同時に発生するこれらのプロービングと試験動作を記載する。ブロックに記載されるように、ウエハのパッドに対するプローブ・ピンの位置は、それらが互いに接触している間に調節することができる。いくつかの実施形態では、ウエハ・プローバの様々な部分の不均質な膨張又は収縮によるあらゆる壊滅的な結果を回避するため、ｚ方向に沿った相対移動のみが調節される。他の実施形態では、プローブ・カード・アセンブリとウエハ・アセンブリは、３つの方向すべてで互いに対して移動されてもよい。しかし、プローブ・カードの先端などの様々な構成要素の弾性により、「移動」又は「調節」は、物理的空間におけるこれらの構成要素の（相対）位置の実際の変化を伴わなくてもよいことに留意されたい。図１２Ａ、１２Ｂに示される代表的なプロセスと同様に、このプロセスは、７７６における決定に基づいて、選択されたダイ（１つ又は複数）に対する試験が終了するまで繰り返すことができる。

本発明の方法の多くは、従来の汎用コンピュータなどのデジタル処理システムを用いて行われてもよい。ハードウェア・レベル及び／又はソフトウェア・レベルで特別にプログラムされた、専用の処理及び／又は周辺デバイスを有する専用コンピュータ・システムも使用されてもよい。

図１３を参照すると、データ処理システムとして具体化された本発明がブロック図として示される。図面は、主要バス９０２に接続された様々な主要構成要素、及び入出力コントローラ９１２と連結された補助バス９２２に接続された他の周辺デバイスを含む。主要構成要素は、主要プロセッサ９０４、メモリ９０６、大容量記憶ユニット９０８、表示デバイス９１０を含む。クロック９１４も、この代表的な実施形態中の主要バス９０２に連結される。本発明の様々な実施形態に使用される他の周辺デバイスとしては、１つ又は複数のＤＰＳカメラ９２４、キーボード９２６などの様々な入力デバイス、及びモータ・システム９３０が挙げられるが、それらに限定されない。プローバ・システムの様々な機能を自動制御するため、ヒーター又は冷却９３２及びサーミスタ９２８もシステムに接続されている。図１３は、本発明のいくつかの実施形態に関連するデータ処理システムの様々な構成要素を示すが、構成要素を相互接続する任意の特定のアーキテクチャ又は方式の詳細は本発明に密接に結び付くものではないので、それらを表すことを意図するものではないことに留意されたい。また、図面に示されるよりも少数又は多数の構成要素を有するデータ処理システムも、本発明とともに使用されてもよいことが認識されるであろう。

上述したように、プローバにおいて、プローブ・カードをＩＣデバイスのテスト・パッド又はボンド・パッドに自動的に整列させる方法及び装置を記載してきた。本発明を、特定の代表的な実施形態を参照して記載してきたが、特許請求の範囲に記載される本発明のより広範な趣旨及び範囲から逸脱することなく、これらの実施形態を様々に修正及び変更してもよいことが明白であろう。したがって、明細書及び図面は、限定目的ではなく例示目的であるものと見なされるべきである。

温度変化後の、従来技術におけるダイをプロービングし試験する一般的なプロセスを示す図である。 従来技術において現在行われているような、温度変化後にダイをプロービングし試験する別の一般的なプロセスを示す図である。 本発明の特定の実施形態を実施するために使用できるウエハ・プローバを示す図である。 図３Ａは、ウエハ・プローバ・システムを較正するのに使用される一般的なカメラ・システムを示す図であり、図３Ｂは、ウエハ・チャックを制御する一般的なモータ・アセンブリを示す図である。 ウエハ・プローバ・システムの一部である関連材料の様々な熱的特性を示す図である。 図５Ａ及び５Ｂは、ウエハ・チャックの高さの特定の変化における、ウエハ・プローバのサイズの変化を示す図である。 ウエハ・プロービング・プロセスに関連する関連構成要素のいくつかを示す図である。 図６Ａの代表的なウエハ・プローバ・システムに示される様々な構成要素間で規定される変位ベクトルを示す図である。 図６Ａの代表的なウエハ・プローバ・システムに示される様々な構成要素間で規定される変位ベクトルを示す図である。 図７Ａは、時間の関数として、ピン対パッドの距離（又は、プロービングに関連する他の任意の関連変位ベクトル）の変化、すなわちアラインメントのずれの一般的な熱膨張曲線を示すグラフであり、図７Ｂは、「誤差棒」を含む図７Ａのグラフを示す図である。 本発明の一実施形態に使用される動的モデルを示す図、特に、線形フィルタのいくつかの動作（「予測」、「平滑化（補正）」など）を示す図である。 図７Ａに示される例に基づく、ピン対パッドの距離を測定し、推定し、かつ更新する代表的なプロセスを示す図である。 本発明の一実施形態を示す上位フロー・チャートである。 数学的モデルを作成する代表的なプロセスを示す図である。 本発明の一実施形態による過渡期間の間の代表的なプロービング・プロセスを示すフロー・チャートである。 他の実施形態における異なる代表的なプロービング・プロセスを示すフロー・チャートである。的なプロービング・プロセスを示すフロー・チャートである。 他の実施形態における異なる代表的なプロービング・プロセスを示すフロー・チャートである。 本発明の特定の実施形態による様々な代表的なプロービング・プロセスを示す図であり、これらの実施形態では、ウエハ・プローバはプロービングの間連続的に調節することができる。 本発明の特定の実施形態による様々な代表的なプロービング・プロセスを示す図であり、これらの実施形態では、ウエハ・プローバはプロービングの間連続的に調節することができる。 本発明の特定の実施形態による様々な代表的なプロービング・プロセスを示す図であり、これらの実施形態では、ウエハ・プローバはプロービングの間連続的に調節することができる。 本発明の一実施形態による代表的なデータ処理システムのブロック図である。

Claims (19)

1. プローバにおいて、条件が実質的に変化した後に、複数の電気接点の少なくとも１つの電気接点に対して複数のコンタクト電極の少なくとも１つのコンタクト電極を動的に位置付ける方法であって、
   時間の関数として、前記複数の電気接点の少なくとも１つの電気接点の位置に対する前記複数のコンタクト電極の少なくとも１つのコンタクト電極の相対位置を予測するステップと、
   前記予測に基づいて、前記少なくとも１つのコンタクト電極及び前記少なくとも１つの電気接点の１つを互いに対して移動させるステップとを含む、方法。
2. 前記複数のコンタクト電極がプローブ・ピンを含み、前記移動が、前記少なくとも１つのコンタクト電極が前記少なくとも１つの電気接点に対する予め定められた位置から予め定められた距離内にあるように行われる請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の電気接点が、複数のダイからの少なくとも１つのダイのパッドを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記条件の変化が温度の変化を含む請求項１に記載の方法。
5. 前記移動が、前記少なくとも１つのコンタクト電極及び前記少なくとも１つの電気接点を予め定められた方向に沿って整列させるように行われる請求項１に記載の方法。
6. 前記予測が少なくとも１つの状態変数を有する動的モデルを使用して行われ、前記少なくとも１つの状態変数が、前記少なくとも１つの電気接点に対する前記少なくとも１つのコンタクト電極の前記相対位置を含む請求項１に記載の方法。
7. 前記動的モデルが、線形フィルタ、非線形フィルタ、最適フィルタ、非最適フィルタの少なくとも１つを含む請求項６に記載の方法。
8. 前記プローバの少なくとも１つの構成要素の位置の測定を行うステップと、
   前記測定に基づいて、前記動的モデルの前記少なくとも１つの状態変数を更新するステップとをさらに含む請求項６に記載の方法。
9. 前記更新が少なくとも１つの予め定められた関数を最小化するために行われ、前記少なくとも１つの予め定められた関数が、前記予測及び前記測定の少なくとも１つの関数を含む請求項８に記載の方法。
10. 前記少なくとも１つの予め定められた関数が、前記予測と前記測定の間の誤差の関数を含む請求項９に記載の方法。
11. 前記移動が試験の間に行われる請求項１に記載の方法。
12. プローバにおいて、処理システムによって実行されたとき、前記処理システムに、
    時間の関数として、複数の電気接点の少なくとも１つの電気接点の位置に対する複数のコンタクト電極の少なくとも１つのコンタクト電極の相対位置を予測するステップと、
    前記予測に基づいて、前記少なくとも１つのコンタクト電極及び前記少なくとも１つの電気接点の１つを互いに対して移動させるステップとを含む動作を行わせる、実行可能なプログラム命令を格納した機械可読媒体。
13. 前記予測が少なくとも１つの状態変数を有する動的モデルを使用して行われ、前記少なくとも１つの状態変数が、前記少なくとも１つの電気接点に対する前記少なくとも１つのコンタクト電極の前記相対位置を含み、前記移動が、前記少なくとも１つのコンタクト電極が前記少なくとも１つの電気接点に対する予め定められた位置から予め定められた距離内にあるように行われる請求項１２に記載の機械可読媒体。
14. 前記プローバの少なくとも１つの構成要素の少なくとも１つの位置の測定を行うステップと、
    前記測定に基づいて前記少なくとも１つの状態変数を更新するステップとをさらに含む請求項１３に記載の機械可読媒体。
15. 前記更新が少なくとも１つの予め定められた関数を最小にするために行われ、前記少なくとも１つの予め定められた関数が、前記予測及び前記測定の少なくとも１つの関数を含む請求項１４に記載の機械可読媒体。
16. 条件が実質的に変化した後に、複数の電気接点の少なくとも１つの電気接点に対して複数のコンタクト電極の少なくとも１つのコンタクト電極を動的に位置付ける装置であって、
    少なくとも１つのモータ・アセンブリと、
    プロセッサと、
    前記プロセッサと連結されたメモリとを備える装置において、
    前記プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサに、
    時間の関数として、前記複数の電気接点の少なくとも１つの電気接点の位置に対する前記複数のコンタクト電極の少なくとも１つのコンタクト電極の相対位置を予測するステップと、
    前記予測に基づいて、前記少なくとも１つのモータ・アセンブリに、前記少なくとも１つのコンタクト電極及び前記少なくとも１つの電気接点の少なくとも１つの互いに対する移動を行わせるステップとを行わせる一連の命令が前記メモリに収容された、装置。
17. 前記予測が少なくとも１つの状態変数を有する動的モデルを使用して行われ、前記少なくとも１つの状態変数が、前記少なくとも１つの電気接点に対する前記少なくとも１つのコンタクト電極の前記相対位置を含み、前記移動により、前記少なくとも１つのコンタクト電極が前記少なくとも１つの電気接点に対する予め定められた位置から予め定められた距離内に置かれる請求項１６に記載の装置。
18. 前記プローバの少なくとも１つの構成要素の位置を測定する手段をさらに備え、前記動的モデルの少なくとも１つの状態変数が前記測定に基づいて更新される請求項１７に記載の装置。
19. モータ・アセンブリに連結された、複数の電気接点を有する少なくとも１つのダイを含む基板を保持するように構成された基板保持ユニットと、
    複数のコンタクト電極を有するプローブ・カードを保持する試験プローブ取付け具を備えるプローブ・カード・アセンブリと、
    前記モータ・アセンブリに連結されたプロセッサと、
    前記プロセッサに連結されたメモリとを備えるプローバであって、
    前記プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサに、
    時間の関数として、前記複数の電気接点の少なくとも１つの電気接点の位置に対する前記複数のコンタクト電極の少なくとも１つのコンタクト電極の相対位置を予測するステップと、
    前記予測に基づいて、前記モータ・アセンブリに、前記少なくとも１つのコンタクト電極及び前記少なくとも１つの電気接点の少なくとも１つ移動を行わせるステップとを行わせる一連の命令が前記メモリに収容された、プローバ。

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