JP5089166B2 - プローブカードアナライザにおける部品のたわみの影響を軽減する方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２００３年３月１４日提出の発明の名称「ＭＩＴＩＧＡＴＩＮＧ ＴＨＥ ＥＦＦＥＣＴＳ ＯＦ ＰＲＯＢＥ ＣＡＲＤ／ＦＩＸＴＵＲＥ ＡＮＤ ＭＥＴＲＯＬＯＧＹ ＢＡＳＥ ＤＥＦＬＥＣＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＰＲＯＢＥ ＣＡＲＤ ＡＮＡＬＹＺＥＲ」の米国仮特許出願第６０／４５４，５７４号の利益を主張するものであり、これにより、この特許の開示は、その内容全体を参照によって本願明細書に引用したものとする。

（発明の分野）
本発明の態様は、全般的にはプローブカードアナライザの分野に関し、特にプローブカードアナライザシステムにおける部品のたわみの影響を軽減するシステムおよび方法に関する。

（発明の背景）
従来のプローブカードアナライザは、電気的手段によってプローブの平坦度を測定し、一般に光学的手段によってプローブのアライメントを測定する。通常、電気的平坦度測定は、導電性接触面をプローブカード上の複数のプローブに徐徐に接触させていくことによって行われる。その際、導電性接触面がプローブカードに向かって移動する。この導電面はプローブカードの表面からの延出が最も長いプローブ（「最低」プローブ）と最初に接触し、プローブカードの表面からの延出が最も短いプローブ（「最高」プローブ）と最後に接触する。本明細書では、「最低」および「最高」という用語は、必ずしも垂直方向を意味するものではない。導電性接触面と接触する最初のプローブには、最初の接触点からそれ以降荷重がかけられるので、当業界では、このように最初の接触点から最後の接触点を越えたところまで導電性接触面を移動させるプロセスは一般に「オーバトラベル」という。

プローブが「オーバトラベル」されるにつれて、接触荷重が増す。多くのプローブを実装するプローブカードでは、これらの接触荷重が非常に高くなってしまい、システム部品にたわみを生じさせかねない。これが、測定結果の精度に大きく影響を及ぼすおそれがある。

単一の大きな接触面にわたって平坦度を電気的に測定する典型的なプローブカードアナライザシステムにおいては、プローブカード、プローブカードの取り付け部、測定フレーム、またはそれらの組み合わせに生じるたわみは、平坦度測定それ自体と切り離せない関係になることがある。これは、低い位置にあるプローブ群との接触からの荷重がたわみを発生させ、ひいては高い位置にあるプローブ群の平坦度が見かけ上増えてしまうからである。

一方、光学的平坦度測定では、フリーハンギングプローブのチップを光学的に走査することによって測定を実施することができる。このような状況下（すなわち、オーバトラベルがないフリーハンギングプローブ）では接触荷重が生じないため、部品のたわみまたはいかなる種類の湾曲も生じ得ない。したがって、分析するプローブカードが同じであっても、上記のような光学的平坦度測定と、電気的平坦度測定とでは結果が異なることがある。さらに、光学的手法は一般に、電気的平坦度評価方法よりも速さという点で勝っている。光学的平坦度測定および技術の速さが、このような光技術の魅力である。迅速な光学的測定をもとにして、またはそこからの利点を生かして、同等の電気的平坦度分析を実現する方法を開発することが非常に望ましい。

接触荷重が発生しない光学的平坦度測定と、そのような接触荷重が発生しそれに左右される電気的平坦度測定とが、従来の手法によって適切に関連付けられていないため、現在実行されているシステムおよび方法は不十分である。

（発明の概要）
本発明の態様は、従来技術の前述およびその他の欠点を克服するものであり、プローブカードアナライザシステムにおける部品のたわみの影響を軽減するシステムおよび方法を提供する。例示的なシステムおよび方法では、「効果的に荷重がかかる」平坦度測定を実現するために非バス型電気的平坦度測定と迅速な光学的平坦度測定が組み合わされる。

例示的一実施形態によれば、プローブカード分析システムにおいて平坦度の測定値を獲得する方法は、基準板のたわみによる平坦度の影響を算定するステップと、プローブカードのたわみによる平坦度の影響とプローブカード取り付け部のたわみによる平坦度の影響とを組み合わせるステップと、算定ステップおよび組み合わせステップに応じて、プローブカードに対して荷重を補整して平坦度を算出するステップとを含む。いくつかの実装において、この方法は、ステージのたわみによる平坦度の影響を計算するステップをさらに含んでもよい。さらに、算出ステップは、さらに計算ステップに応じてもよい。例示的な方法の一態様によれば、計算ステップは、ステージのたわみに近接する距離センサを利用するステップを含む。

算定ステップは、三次元光学的測定方法などの光学的測定技術を利用するステップを含んでもよい。いくつかの実施形態においては、光学的測定技術を利用するステップは、基準板上の基準の画像データを取得するステップと、取得ステップに応じて、基準板のたわみを表すたわみデータ値を特定するステップと、特定ステップに応じて、たわみの１次補正を可能にする補正データ値を提供するステップとを含む。いくつかの別の実施形態においては、この方法は、基準板のたわみの比率を表す比率データ値をさらに特定するステップと、さらなる特定ステップに応じて、たわみの２次補正を可能にする追加の補正データ値を提供するステップとをさらに含む。

平坦度測定方法のいくつかの実施形態の別の態様によれば、組み合わせステップは、プローブカードの光学的平坦度および電気的平坦度の測定値を獲得するステップと、最初の電気的接触時に基準板のたわみを測定するステップと、獲得ステップおよび測定ステップに応じて、プローブカードおよびプローブカード取り付け部の複合的なたわみ値を算定するステップとを含む。

例示的実施形態を具体的に参照して以下に記述するように、プローブカードおよびプローブカード取り付け部のたわみの複合的なたわみ測定値を獲得する方法は、すべての非バス型プローブの光学的平坦度測定値および電気的平坦度測定値を獲得するステップと、すべての非バス型プローブ位置において最初の電気的接触時に基準板のたわみを特定するステップと、獲得ステップおよび特定ステップに応じて、プローブカードのたわみおよびプローブカード取り付け部のたわみに起因する複合的なたわみを算定するステップとを含んでもよい。近接センサの位置でステージのたわみ測定値を取得するステップをさらに含み、算定ステップが、さらに取得ステップに応じる、あるいはステージのたわみ測定値がいくつかの用途においてはゼロと仮定されてもよいいくつかの方法が開示されている。

複合的なたわみ測定値を獲得する方法のいくつかの実施形態によれば、基準板のたわみを特定する動作は、選択された非バス型プローブ位置で光学データを取得するように、イメージング装置を選択的に配置するステップと、選択された非バス型プローブ位置で、非バス型プローブが基準板と接触するときに、光学データを取得するステップと、取得ステップに応じて、選択された非バス型プローブ位置で、基準板のたわみを測定するステップとを含む。異なる選択された非バス型プローブ位置に対して、前述の選択的な配置ステップ、取得ステップ、および測定ステップは選択的に繰り返されてもよい。

あるいは、基準板のたわみを特定する動作は、特定のプローブ位置における全オーバトラベルによるプレートのたわみおよび光学的平坦度の関数として、基準板のたわみを算定するステップを含んでもよい。算定ステップは、他のプローブ位置におけるたわみを概算するために二次元補間計算を利用するステップを含んでもよい。

開示の実施形態の前述およびその他の態様は、図面と共に以下のその詳細な説明の考察を通してさらに十分に理解されるであろう。

（発明を実施するための最良の形態）
一般的な背景として示すまでもないが、当業界で周知の、また本明細書に一例として記述されている光学的平坦度測定値を得るための手法として、以下にさらに詳細に説明するように、例えば、ガラス、アクリル、石英、またはその他の適当な透明基準板などの略透明な基準基板を使用する比較三次元測定がある。例示的な比較三次元測定技術を以下に記述するが、周知の原理に従う別の光学的平坦度評価方法が既にあるかもしれないし、新たに開発されてもよい。以下の記述は、これに限定されるものではなく一例として提供されているに過ぎない。本発明の開示は光学的平坦度分析を実行する何らかの特定の方法に限定されるものではない。

図１は、プローブカードアナライザシステムの一実施形態の部品を示す簡易ブロック図である。当業界で周知のように、システム１００は、他の部品が取り付けられる測定フレーム１１０を含んでもよい。特に、例示的なシステム１００は一般に、略透明な基準板１２２を担持するか、そうでなければ支持するように構成され機能するプレート基準面１２１、プローブカード取り付け部１３１に取り付けられるか、そうでなければ該取り付け部によって支持されるプローブカード１３２、および基準板１２２とプローブカード１３２の間の相対移動（例えば図１ではｚ軸に垂直に沿う）を提供するように構成され機能するｚステージ１４０を含む。いくつかの実施形態においては、プローブカード取り付け部１３１とプレート基準面１２１の間の相対距離を、例えばｚセンサ１４１などの１つ以上のセンサが測定してもよい。

通常基準板１２２は、以下にさらに詳細に記述するように略透明であるのに加え導電性でもあり、電気的な平坦度測定を可能にする。

光学アセンブリ１５０を用いて、略透明な基準板１２２を介し１つ以上のプローブ１３３の画像データ（例えば、可視データまたは光学データ）を取得することができる。このように、本明細書で使用される「略透明」という用語は一般に、例えば光学アセンブリ１５０が、基準板１２２を介して上記のような画像データまたは光学データを取得できるように、スペクトルの可視波長などの電磁スペクトルの少なくとも一部分で十分なエネルギーを伝達することができる特性をいうものである。当然のことながら、本明細書で「略透明」とされている特定の基準板１２２の特徴に種々の要因が影響を及ぼすことがある。例えば、「略」透明は、他の要因の中でもとりわけ以下の要因のいくつか、またはすべてによって影響を受けることもあるし、左右されることもある。すなわち、基準板１２２を構成するのに使用される物質の伝達特性および減衰特性（屈折率、何らかのオクルージョンの存在とその密度など）、光学アセンブリ１５０の光軸に沿う基準板１２２の厚み、基準板１２２に当たるまたはそれを通るエネルギーのタイプ（例えば、周波数および振幅）、光学アセンブリ１５０で使用される光学または画像処理ハードウェアの機能および感度などである。いくつかの実施形態においては、基準板１２２はガラス、アクリル、石英、またはスペクトルの所定または所望の部分の電磁エネルギーを通す略透明な類似の物質で構成されてもよい。

当然のことながらシステム１００はまた、ｚステージ１４０、ｘステージ１６０、ｙステージ（図示せず）、光学アセンブリ１５０、基準板１２２、およびプローブカード１３２などの種々の部品の相対位置決めおよび方向付けを制御するように構成され一般に機能する種々のモータ、アクチュエータ、位置センサなど（図１に図示せず）を含んでもよい。例えば、光学装置の操作上の焦点距離、レンズの配置、センサ（電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ））または相補型金属酸化膜半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＣＭＯＳ））検出器など）、または光学アセンブリ１５０で利用されるその他の画像処理ハードウェアによって、光学アセンブリ１５０と基準板１２２との間の最適または所望の距離（ｚ寸法における）が違ってくることもある。同様に、基準板１２２、プローブカード１３２、またはその双方に対して、光学アセンブリ１５０をｘ方向およびｙ方向のいずれかまたは両方で選択的に位置決めすることが必要である場合もあるし、望ましい場合もある。多くの用途では、種々の部品の精密な三次元の位置決めおよび方向付けを、１つ以上のコンピュータ、マイクロコントローラ、プログラマブル・ロジック・コントローラ、またはステップモータ、ウォームギア、精密アクチュエータ、およびそれらに類する物などのその他の電子部品または電気機械部品が決めてもよいし、制御してもよい。本発明の目的に適した多数のハードウェア構成およびソフトウェア構成は当業界で周知であり、またそこに多くの変更および修正を加えることができる。本発明の開示は、３次元空間でシステム１００の部品を操作するように選択的に機能するハードウェア要素とソフトウェアモジュールとの何らかの特定の組み合わせに限定されるものではない。

さらに、図１の例示的実施形態に示されている種々の部品は、１つ以上のコンピュータまたはその他の処理装置に接続されてもよい。特に、ハードウェアおよびソフトウェアを含むデータ処理装置は、例えば取得された画像データを受け取り平坦度を算定するように、もしくはその他の操作を行なうように構成され機能することができる。さらにこのようなデータ処理装置は、以下にさらに詳細に記述するように、たわみを補正するために種々のシステム部品の移動または回転を命令または要求するように機能してもよい。本発明の開示は、何らかの特定のデータ処理ハードウェアまたはソフトウェアの実装、制御電子装置、フィードバック機構などに限定されるものではない。

当業界で周知のように、速さおよび効率という点で光学的平坦度分析の方が電気的平坦度分析手法より優れているとされる１つの要因として、光技術を使用すればバス型プローブの平坦度を速く効率的に測定することができる点が挙げられる。

いくつかの実施形態においては、本発明の開示に従って構成され機能するシステムおよび方法が、非バス型電気的平坦度測定と高速光学的平坦度測定を組み合わせ、「効果的に荷重がかかる」平坦度測定を実現している。特に、本発明の種々の態様は、典型的な電気的平坦度測定に存在する荷重下のたわみの影響を考慮に入れた平坦度高速測定値の取得に関連している。さらに本明細書に概要を示したように、例示的な手法では、荷重によるプローブカード１３２およびプローブカード取り付け部１３１の複合的なたわみを有用に測定することが実現している。

本明細書で使用され、背景でも使用されている以下の用語は、種々の平坦度測定方法を説明する目的で使用されている。

「電気的平坦度」は一般に、荷重をかけられた状態（すなわち、接触荷重下）で取得される非バス型プローブの電気的平坦度測定値をいう。

「光学的平坦度」または「非荷重下平坦度」は一般に、無荷重状態（すなわち、接触荷重がない時）で取得されるすべてのプローブの光学的平坦度測定値をいう。

「荷重下平坦度」は一般に、荷重下で取得されるすべてのプローブの複合的な平坦度測定値をいう。本明細書では、荷重下平坦度測定値は、高速光学的平坦度測定値と高速非バス型電気的平坦度測定値との組み合わせから得られてもよい。これらの測定値は一般に、荷重下のたわみの影響を考慮に入れることもできるので、「電気的平坦度」測定値と関連づけられる場合もあるし、相互に関連付けられる場合もある。

荷重下平坦度を算定するために、まず種々のシステム部品に関連するたわみまたは湾曲の量が決定されてもよい。上述のように一般に、これらのたわみまたは湾曲は、オーバトラベル状態の結果として１つ以上のプローブに荷重がかかる電気的平坦度の測定時に生じることがある。特にこのようなたわみは、ｚステージ１４０のたわみ、基準板１２２のたわみ、およびプローブカード１３２または取り付け部１３１、あるいはその両方のたわみの中からいくつか、またはすべてを含むことができるが、これに限定されるものではない。

（ステージのたわみ測定の効果）
上述のように電気的平坦度は従来から、プローブカード取り付け部１３１に付随する基準面１３５に対して別の基準面（プレート基準面１２１のような）を徐徐に移動させる「オーバトラベル」をすることによって測定されている。比較測定によって平坦度を光学的に測定するプローブカードアナライザ（図１に参照番号１００で示されているような）の場合、適切な基準面は通常プレート基準面１２１である。プローブカード１３２の平坦度は、最低プローブ１３３が最初に基準板１２２と電気的に接触する地点におけるプレート基準面１２１に対するｚステージ１４０の位置（ｚ軸に沿う）として記録されてもよい。このステージの位置（ｚ寸法における）は、通常、プローブカード取り付け部１３１の基準面１３５に対するプレート基準面１２１の位置を表すものとする。

図２は、オーバトラベルによる接触荷重下のｚステージのたわみを例示的に示す簡易ブロック図である。図２に示されているように、オーバトラベル時に荷重が増す問題が生じるおそれがある。特にｚステージ１４０は、ｚ方向でたわみ易かったり、１つ以上の軸の周囲で曲がったり、そうでなければ構造上のコンプライアンスによって取り付け部１３１の基準面１３５に関わる変形が生じ易くなる。さらにまたはあるいは以下に記載するように、プローブ１３３上の接触荷重によって生じる同じ力が原因となって、湾曲またはその他の変形が、取り付け部１３１、プローブカード１３２、またはその双方で生じることがある。一例として、図２の左側にプローブカード取り付け部１３１の基準面１３５に対するプレート基準面１２１のたわみを示す。平坦度を推測するのに使用されるステージ１４０のベースラインまたは自重時のｚ位置が、このようなたわみの影響の観察も計算もしていない遠隔測定値（例えば、測定フレーム１１０の底部付近のモータシャフトエンコーダから取得される測定値）からとられている場合、平坦度測定値に誤差が取り込まれるおそれがある。

前述の誤差を効果的になくすことができるある１つの例示的な仕組みでは、プレート基準面１２１およびプローブカード取り付け部１３１に付随する基準面１３５に可能な限り近い位置で取得される直接的な測定値が使用される。その点に関し図２に示されている実施形態では、プレート基準面１２１およびプローブカード取り付け部１３１に付随する基準面１３５の双方に近接して適切に配置された直接測定センサ（ｚセンサ１４１）が使用されている。これらの近接センサ測定値に基づいて、またはこれらを考慮に入れて電気的平坦度測定をすると、ステージ１４０のたわみによって引き起こされる誤差を大幅に低減することができる。

（基準面のたわみ）
プローブ１３３がオーバトラベルされると、その荷重を受けて、基準板１２２がたわんだり、湾曲したり、ゆがんだり、または他の形で変形したりすることがある。このようなたわみには特に、２つの主な要素がある。すなわち、基準板１２２の支持材におけるコンプライアンスによる該基準板の剛体のたわみおよび基準板１２２自体のコンプライアンスによる曲げたわみである。このようなたわみは結果として、プローブ配列上の１つ以上のプローブ１３３のオーバトラベルを減少させたり、場合によっては不均一にさせたりすることがある。これに関連し、図３のブロック図は、オーバトラベルによる接触荷重下の基準板のたわみを例示する。

例示的な実施形態によれば、本明細書に記述のシステムおよび方法は、プローブ１３３の配列と実際に接触する基準板１２２の領域で生じたたわみ量を精密に測定することもできる。したがって、定量されたたわみの望ましくない影響を無効にしたり小さくしたりするように、見込まれるオーバトラベルを補整することもできる。具体的にいえば、最終的に結果として生じるオーバトラベルを、望ましいオーバトラベルにかなり近づけることもできる。当然のことながら、補整されないままのたわみ部分を単に、プローブ１３３の配列と実際に接触する領域内の基準板１２２のたわみとすることもできる。実際にこのたわみの要素は、確認されるその他のたわみの要素と比較してそれほど重要ではなく、したがって無視し得るものとして考えることもできる。

上述のように、本明細書に記述の例示的な光学的測定技術は一般に、立体イメージングプロセスおよび略透明な基準板１２２を使用するかそれらを組み込んだ比較三次元測定分析である。プローブの平坦度およびアライメントを測定するのに加え、これらの光学的分析手法はまた、光学アセンブリ１５０に対する基準板１２２のたわみを測定することもできる。

図４は、基準板のたわみの測定技術の一実施形態を示す簡易ブロック図である。一イメージング操作では、基準板１２２に配置されるかその構造に組み込まれる基準格子状網を、２つの視点からイメージングすることができる。このイメージング操作によって、無荷重状況、すなわちこのイメージングプロセスのために基準板１２２に荷重がかからない状況の基準格子の可視またはその他の画像データを取得することができる。基準配列の位置（無荷重状態における）は、各イメージングの視点から測定されてもよい。

別のイメージング操作では、荷重（例えば、プローブ分析用途においてオーバトラベル時に見込まれる荷重など）が基準板１２２にかかり、上述のように、基準板１２２がこのような荷重を受けてたわむことがある。その場合でも基準グリット網を２つの視点からイメージングすることができる。図４に示されている例示的な実施形態を含むいくつかの用途においては、これらの視点は荷重なしのイメージングプロセスで使用された視点に相当するものであってもよい。あるいは、いくつかのさらに高度なイメージング技術では、１つまたは両方の視点が、荷重なしのイメージングプロセスで使用された視点と異なってもよい。この荷重下のイメージング操作（すなわち、可視またはその他の画像データの取得）をもとに、格子構造の測定値（荷重下状態における）を各イメージング視点からとることができる。

当然のことながら、前述のイメージング操作が行われる順序は重要でない場合もあるし、あまり意味がない場合もある。いくつかの用途においては、荷重下状態または無荷重状態のどちらが最初にイメージングされてもよい。いくつかの例示的な実施形態においては、キャリブレーションエラーを防ぐため、またはその影響を軽減するために、各イメージングプロセスは一回以上反復されてもよいし、交互に行われてもよい。図４に示されているように、基準板１２２は、距離δ_ｚ分偏っている。元の位置（例えば、無荷重状態における）に対する基準格子の１つ以上のエレメントの明らかな位置変化（例えば、荷重下状態における）を、各視点に対してδ_ｙ０およびδ_ｙ１として表すことができる。この幾何学的配置を図４に示す。ｚ軸は図中の縦方向にあり、ｙ軸は横方向にある。光学アセンブリ１５０の垂線に対する各視点からの視野角は、角度θによって定義される。

図４の幾何学的配置を前提として、無荷重状態に対する基準板１２２のたわみを式（１）によって算定することができる。

δ_ｚ＝（δ_ｙ０＋δ_ｙ１）／２ｔａｎθ （１）
個々のたわみは、プローブ１３３と接触している基準板１２２の領域上にマッピングされ、以下の式（２）に記述のように、ｎ個の接触領域上のたわみを表す測定値の集合を作成することもできる。

ｐ_１ｉ＝（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，δ_ｇ１ｉ）（ｉ＝１，２，．．．，ｎ） （２）
ここでｘ_ｉおよびｙ_ｉは、たわみ測定値のｘ位置およびｙ位置であり、δ_ｇ１ｉは基準板１２２において測定されたたわみ（ｚ方向の）である。留意すべきは、ｘ軸は図４の平面に対して垂直であることである。

個々の点ｐ_１ｉを、例えば線形最小二乗法またはその他の或る適当な統計的手法などの種々の方法によって最適平面にフィットさせてもよい。この平面へのフィットから、以下の基準板１２２の物理的特性のすべて、すなわち中心のたわみ（δ_{ｇ１ｃｅｎｔｅｒ}）、ｘ軸のピッチ角θ_ｇ１、ｙ軸のロール角Φ_ｇ１を引き出すことができる。

前述の平面へのフィットまたは同様の定量たわみ分析操作に従って、ｚ、ピッチ、ロール、またはそれらの任意の組み合わせのインクリメンタル移動を行い、測定されたたわみの１次補正をするように、ｚステージ１４０を操作することもできるし、他の方法で制御することもできる。このようなインクリメンタル移動または位置調整を、オーバトラベルの公称位置に対して行ってもよく、通常以下の式３〜５に記述のように定義することができる。

Δｚ_１ｃｍｄ＝−δ_{ｇ１ｃｅｎｔｅｒ} （３）
θ_１ｃｍｄ＝−θ_ｇ１ （４）
Φ_１ｃｍｄ＝−Φ_ｇ１ （５）
ここでは、基準板１２２の中心の周りで軸回転する。

これらのインクリメンタル移動または調整をすれば、結果としてたわみの影響を１次補正することができる。多くの場合、顕著なたわみ特性を調整したり、その特性によって生じたあらゆる影響を補正したり、均一なオーバトラベルの所望のレベルをモデル化するのに、この１次補正を実施すれば十分であろう。主として湾曲、変形、またはその他の物質のたわみまたはコンプライアンスが原因で、用途に依っては、見込まれるまたは所望のインクリメンタル移動（ｚ並進、ｘ回転、またはｙ回転）のすべてが実現されない可能性もある。

このような状況のとき、前述の見込まれるまたは所望の調整からのあらゆるずれが通常、２次のたわみの誤差を表しているのは言うまでもない。補正においてさらに高い精度レベル（上述の１次補正によって提供されるものよりも）が所望される場合、基準板１２２のたわみ率も正確に特定されてもよい。そうすれば第２インクリメンタル移動または調整がこのような２次誤差の影響をなくすこともできるし、軽減することもできる。いくつかの用途においては、例えば２次補正は、第１インクリメンタル移動より前に測定された同じ領域上の基準板１２２のたわみを測定することによって果たされてもよい。この第２たわみ分析によって、以下の式（６）に記述のように測定値の集合を取得することもできる。

ｐ_２ｉ＝（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，δ_ｇ２ｉ）（i＝１，２，．．．，ｎ） （６）
これらの測定値ｐ_２ｉも、線形最小二乗法またはその他の適当な統計的手段などを用いて最適平面にフィットさせ、基準板１２２の中心のたわみおよび回転（δ_{ｇ２ｃｅｎｔｅｒ}、θ_ｇ２、およびΦ_ｇ２）を特定してもよい。この２次並進および回転のたわみ率は、式（７〜９）で算定されることもできる。

ｆ_ｚ＝（δ_{ｇ２ｃｅｎｔｅｒ}−δ_{ｇ１ｃｅｎｔｅｒ}）／δ_{ｇ１ｃｅｎｔｅｒ} （７）
ｆ_θ＝（θ_ｇ２−θ_ｇ１）／θ_ｇ１ （８）
ｆ_θ＝（Φ_ｇ２−Φ_ｇ１）／Φ_ｇ１ （９）
オーバトラベルの公称位置（すなわち、たわみ補正なしの位置）に対する追加のインクリメンタル・オーバトラベル・コマンドは、今度は以下の式（１０〜１２）のように表すこともできる。

Δｚ_１ｃｍｄ＝−δ_{ｇ１ｃｅｎｔｅｒ}［１／（１−ｆｚ）］ （１０）
θ_１ｃｍｄ＝−θ_ｇ１［１／（１−ｆ_θ）］ （１１）
Φ_１ｃｍｄ＝−Φ_ｇ１［１／（１−ｆ_Φ）］ （１２）
このように、プローブ１３３の配列上の基準板１２２における曲げのばらつきによる誤差を除く、第２インクリメンタル移動の補正によって、所望のオーバトラベルのすべてが達成されてもよい。

（プローブカードおよび取り付け部のたわみ）
いくつかの実施形態によれば、プローブカード１３２、取り付け部１３１、またはその両方のたわみまたはその他の変形によって生じるたわみの影響を考慮することもできる。２つの前述の部品に関連するコンプライアンスについて事前のの知見がないとすれば、それぞれのコンプライアンスの影響を一緒に組み合わせてもよく、これによって、カード／取り付け部の複合的なたわみ測定値が得られてもよい。

例示的な一実施形態においては、測定された光学的平坦度と電気的平坦度との関係は、一般に以下の式（１３）のように表すこともできる。

ｐ_ｅｉｎｂ＝ｐ_ｏｉｎｂ＋δ_ｇｉｎｂ＋δ_{ｃｆｉｎｂ}＋δ_ｓｉｎｂ （１３）
数量ｐ_ｅｉｎｂおよびｐ_ｏｉｎｂは、非バス型プローブｉ_ｎｂにおける電気的平坦度および光学的平坦度をそれぞれ表す。残りの３つの項、δ_ｇｉｎｂ、δ_{ｃｆｉｎｂ}、およびδ_ｓｉｎｂは、非バス型プローブｉ_ｎｂの最初の電気的接触時の該プローブにおける基準板１２２のたわみ、プローブカード／取り付け部の複合的なたわみ、およびｚステージ１４０のたわみをそれぞれ表す。図２を具体的に参照して前述したように、例えば適切な位置からの妥当なｚセンサのデータを使用して効果的に項δ_ｓｉｎｂをゼロとすることもできる。

式（１３）のカード／取り付け部のたわみδ_{ｃｆｉｎｂ}を求めると、以下の式となる。

δ_{ｃｆｉｎｂ}＝ｐ_ｅｉｎｂ−ｐ_ｏｉｎｂ−δ_ｇｉｎｂ−δ_ｓｉｎｂ （１４）
式（１４）で唯一分からない項は、最初の電気的接触時における基準板１２２のたわみδ_ｇｉｎｂである。本発明の開示では、この最初の接触時のプレートのたわみδ_ｇｉｎｂを測定または概算するいくつかの仕組みを考察する。

δ_ｇｉｎｂを算定する最も直接的な方法は、各プローブ１３３が基準板１２２と接触するときに、該各プローブの正反対でイメージングを行い、その地点で基準板１２２のたわみを測定するように光学アセンブリ１５０を調整することである。しかしこの手法は、複雑さと時間の双方から高価となり、光学アセンブリ１５０、基準板１２２、またはその両方の二次元の移動（ｘおよびｙ方向の両方における）時において、各プローブ１３３が最初に接触するときに光学アセンブリ１５０を該各プローブに正確に配置し、基準板１２２のたわみを正確に測定することが必要になる。

δ_ｇｉｎｂを算定する別の手法は、力、ロールモーメント、ピッチモーメントのいずれにも関連する基準板１２２の荷重が、全累積プローブオーバトラベルと近似的に線形であるとする仮定に基づく。本明細書中の、用語「全累積プローブオーバトラベル」は一般に、プローブそれぞれの最初に接触した地点から現在の地点までのすべてのオーバトラベル要素（各要素が各個々のプローブ１３３にそれぞれ起因してもよい）の合計をいう。典型的な条件下では、基準板に対してプローブが水平化されているほとんどのプローブカードにとって、この線形の全累積荷重の仮定は優れた仮定である。垂直座屈ビーム技術を利用するプローブカードの場合には１つの注目すべき例外が生じるが、この技術であっても、最初に接触する地点から座屈の直前の地点まで線形的に荷重が増す。

前述の線形の仮定を前提とすると、最初の接触時の基準板のたわみは、特定のプローブ（ｉ_ｎｂ）における全オーバトラベルによる基準板のたわみδ_{ｇｆｉｎｂ}および光学的平坦度ｐ_ｏｉｎｂの知見の関数として算定されることもできる。

まず、最初に接触する地点から最後のオーバトラベル地点までの全累積オーバトラベルは、式（１５）に従って決定されることができる。

ここで、ｚ_{ｆｉｎａｌ}量は一般に、上述の式（１０）によって決定された最後のオーバトラベル地点を表し、δ_{ｚｂｕｃｋｌｅ}量は一般に、プローブの座屈長を表す。次に、各プローブｉに対して、最初の接触からオーバトラベルに達するのに必要な全線形オーバトラベルが後述の式（１６）によってもとめられる。本明細書では、「全線形オーバトラベル」は、荷重が変位とともに線形的に増加していくオーバトラベルの総距離をいう。

累積オーバトラベルに対する荷重の線形性を仮定すると、最初の接触時の基準板のたわみは、単に全累積オーバトラベルに対する最初の接触地点への累積オーバトラベルの比率と全オーバトラベルでの基準板のたわみとの積として表される。これは、数学的に後述の式（１７）のように表される。

δ_ｇｉｎｂ＝δ_{ｇｆｉｎｂ}（ＯＴ_ｉｎｂ／ＯＴ_{ｔｏｔａｌ}） （１７）
式（１４）から、各非バス型プローブｉ_ｎｂにおけるカード／取り付け部の複合的なたわみが算定されることもできる。二次元補間によってその他の位置における取り付け部のたわみを、容易に決定、定量化することができる。

（荷重が補整される光学的平坦度）
式（１３）では、電気的平坦度と光学的平坦度との関係が記述されている。この式によって、荷重下の平坦度を算出することができる。所与のプローブに対する光学的平坦度の測定値をとり、該プローブにおける最初の接触時のカード／取り付け部のたわみを加算することによって、同等の荷重下の平坦度が、式（１８）に示されるように表されることができる。

ｐ_１ｉ＝ｐ_Ｏｉ＋δ_ｃｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ） （１８）
式（１８）の項δ_ｃｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）は、数値を求めるためには二次元補間を必要とする。プローブiの位置における特性をモデル化するこの補間は、点（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）で求められるデータの順序付けられた３つ組（ｘ_ｉｎｂ，ｙ_ｉｎｂ，δ_{ｃｆｉｎｂ}）に対して行なわれてもよい。

図５は、プローブカード分析システムにおいて平坦度測定値を得る方法の一実施形態の一般的な動作を示す簡易フローチャートである。図５の中心に示すように、平坦度測定値を得る例示的な方法は一般に、ステージのたわみの影響を算定するか計算するステップ（ブロック５１０）、基準板のたわみの影響を算定するか計算するステップ（ブロック５２０）、プローブカードおよびプローブ取り付け部のたわみの影響を算定するか計算するステップ（ブロック５３０）、および荷重が補整される平坦度を算定するステップ（ブロック５４０）を含んでもよい。

平坦度の誤差の一因となっているステージのたわみの影響を軽減する１つの例示的な手段では、基準板およびプローブカード取り付け部に可能な限り近くで取得される直接測定値を使用する。すなわち、ステージのたわみの測定値を近接センサの位置で取得するのである。このときの「近接」という用語は一般に、ステージのたわみが生じる可能性が最も高い基準板およびプローブカード取り付け部の近傍のことをいう。適切に配置された直接測定センサを使用する用途については、図１および２を具体的に参照して上述した。ブロック５１１に示すように、ステージのたわみによる平坦度の影響を計算するステップは、ステージのたわみに近接する距離センサ（例えば、図２の実施形態におけるｚセンサ１４１）を利用するステップを含んでもよい。

ブロック５２０に表示している基準板のたわみの影響を算定する種々の方法は、図３および４を具体的に参照して詳細に上述している。特に、ブロック５２０の動作は、プローブの配列と接触する基準板領域で生じたたわみの量を精密に測定することができるプロセスを表す。

上述のように、基準板のたわみを測定する光学的分析（ブロック５２１）は、基準板上で格子中の１つ以上の基準または所定のパターンの画像データを取得するステップ（ブロック５２２）を含んでもよい。ブロック５２２で表示されている画像データの取得プロセスでは、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳデバイスを使用することもできるし、さらにその他の光学部品を必要としたり、その利点を生かすこともできる。いくつかの実施形態においては、画像データは、２つ以上の視点などの異なる視点から、また荷重下状態および無荷重状態などの異なる荷重状態のもとで取得されてもよい。特に、ブロック５２２のイメージング操作によって、無荷重状態および荷重下状態で、２つの視点からイメージングされる基準格子の可視またはその他の画像データが結果として得られてもよい。したがって、格子構造の測定値は、異なる状態のもとで、また複数のイメージング視点から取られてもよい。

前述の測定値は、例えば、式１〜５を詳細に参照して上述した１次補正（ブロック５２４）を用いて補整されることもできる基準板のたわみ、ピッチ、ロールを算定する（ブロック５２３）のに使用されてもよい。ブロック５２４からブロック５２０に戻っている破線の矢印は、基準板のたわみを計算するステップがブロック５２４で終結してもよいことを示すものである。すなわち、２次以上の補正が、必要とされなくてもよいし所望されなくてもよい。基準板のたわみ率、ピッチ率、およびロール率がさらに算定（ブロック５２５）され、式６〜１２を参照して上述したように２次補正（ブロック５２６）が可能であってもよい。本明細書に記述の例示的な算定は、多くの修正を加えることができ、例えば全体のシステム構成と機械的精度、使用されるイメージング装置の解像度、データ処理装置の算定能力、所望の補正精度、およびその他の要因によって変更される場合もあるし影響を受ける場合もあることを、当業者は認識するであろう。２次補正を上回る補正も可能であり、適切なハードウェアおよびデータ処理能力で容易にそれを実行することもできる。

図５に示すように、プローブカードおよびプローブカード取り付け部のたわみの影響を算定するか計算するステップ（ブロック５３０）は一般に、すべての非バス型プローブの光学的平坦度測定値および電気的平坦度測定値を得るステップ（ブロック５３１）を含み、すべての非バス型プローブ位置において最初に電気的に接触する地点で基準板のたわみを特定し（ブロック５３２）、プローブカードのたわみおよびプローブカード取り付け部のたわみに起因する複合的なたわみを算定（ブロック５３３）してもよい。一例として、式１３〜１７を具体的に参照して上述したように、ブロック５３０〜５３３に表示されている種々の動作が実質的に行われてもよい。

同様に、上述のように、荷重が補整される平坦度の算定（ブロック５４０）が実質的に行われてもよい。式（１３）で記述したような電気的平坦度と光学的平坦度の間の関係によって、例えば荷重下の平坦度は、測定された所与のプローブの光学的平坦度および該プローブにおいて観察された最初の接触時のカード／取り付け部のたわみの関数として算出されることもできる。

本発明の態様を、限定としてではなく単なる一例として特定の実施形態を参照して詳細に示し説明してきた。当然のことながら、本発明の開示の精神および意図から逸脱することなく、種々の修正および変更を例示的な実施形態に行なうこともできる。したがって、本発明は添付の請求項の範囲によってのみ限定されるものとして考えられるものとする。

図１は、プローブカードアナライザシステムの一実施形態の部品を示す簡易ブロック図である。 図２は、オーバトラベルによる接触荷重下のｚステージのたわみを例示的に示す簡易ブロック図である。 図３は、オーバトラベルによる接触荷重下の基準板のたわみを例示的に示す簡易ブロック図である。 図４は、基準板のたわみの測定技術の一実施形態を示す簡易ブロック図である。 図５は、プローブカード分析システムにおいて平坦度測定値を得る方法の一実施形態の一般的な動作を示す簡易フローチャートである。

Claims (18)

1. プローブカード分析システムにおいて複数のプローブの平坦度測定値を取得する方法であって、前記プローブカード分析システムは、前記複数のプローブが接続されたプローブカードと、前記プローブカードを支持するプローブカード取り付け部と、前記複数のプローブに接触する透明な導電性の基準板とを含み、
   前記方法は、
   非バス型プローブ位置にある各非バス型プローブに対して前記基準板のたわみを算定することであって、前記たわみは、各非バス型プローブの最初の電気的接触時における、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触の位置と、前記複数のプローブによって前記基準板に力が加えられていない場合に前記基準板があるはずの位置との間の距離である、ことと、
   前記基準板のたわみと、光学的平坦度および電気的平坦度の測定値とから、前記各非バス型プローブに対してプローブカードおよびプローブカード取り付け部の複合的なたわみを算定することであって、前記複合的なたわみは、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触時における、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触の位置と、前記基準板によって前記複数のプローブに力が加えられていない場合に前記各非バス型プローブがあるはずの位置との間の距離である、ことと、
   前記複合的なたわみに基づいて、前記複数のプローブの各プローブに対して荷重平坦度を算出することであって、前記荷重平坦度は、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触時における、前記各プローブの先端と所定の位置との間の垂直距離である、ことと
   を含む、方法。
2. 前記方法は、前記各非バス型プローブに対してステージのたわみを計算することをさらに含み、前記ステージが前記基準板を支持し、前記ステージのたわみは、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触時における、前記ステージの位置と、前記基準板によって前記ステージに力が加えられていない場合に前記ステージがあるはずの位置との間の距離であり、前記算出することは、前記計算することに基づいている、請求項１に記載の方法。
3. 前記計算することは、前記ステージのたわみに近接する距離センサを利用することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記基準板のたわみを算定することは、光学的測定技術を利用することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 光学的測定技術を利用することは、
   前記基準板上の基準の画像データを取得することと、
   前記取得された画像データに基づいて、前記基準板のたわみを表すたわみデータ値を特定することと、
   前記特定されたたわみデータ値に基づいて、前記たわみの１次補正を可能にする補正データ値を提供することと
   を含む、請求項４に記載の方法。
6. 光学的測定技術を利用することは、
   前記基準板のたわみに加えて第２のたわみを表す比率データ値をさらに特定することであって、前記第２のたわみは、前記複数のプローブと前記基準板とを、１次補正を可能にする前記補正データが提供された位置から互いに向かってさらに移動させることによって引き起こされる、ことと、
   前記さらに特定することに基づいて、前記第２のたわみの２次補正を可能にする追加の補正データ値を提供することと
   をさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. プローブカード分析システムにおいてプローブカードおよびプローブカード取り付け部のたわみの複合的なたわみ測定値を取得する方法であって、前記プローブカード分析システムは、複数のプローブが接続されたプローブカードと、前記プローブカードを支持するプローブカード取り付け部と、前記複数のプローブに接触する透明な導電性の基準板とを含み、
   前記方法は、
   すべての非バス型プローブの光学的平坦度測定値および電気的平坦度測定値を取得することと、
   すべての非バス型プローブ位置において最初の電気的接触時に基準板のたわみを特定することであって、前記たわみは、各非バス型プローブの最初の電気的接触の位置と、前記複数のプローブによって前記基準板に力が加えられていない場合に前記基準板があるはずの位置との間の距離である、ことと、
   前記取得することおよび前記特定することに基づいて、前記各非バス型プローブに対して前記プローブカードのたわみおよび前記プローブカード取り付け部のたわみに起因する複合的なたわみを算定することであって、前記複合的なたわみは、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触時における、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触の位置と、前記基準板によって前記複数のプローブに力が加えられていない場合に前記各非バス型プローブがあるはずの位置との間の距離である、ことと
   を含む、方法。
8. 前記方法は、近接センサの位置でステージのたわみ測定値を取得することをさらに含み、前記ステージが前記基準板を支持し、前記ステージのたわみは、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触時における、前記ステージの位置と、前記基準板によって前記ステージに力が加えられていない場合に前記ステージがあるはずの位置との間の距離であり、前記算定することは、前記取得することにさらに基づいている、請求項７に記載の方法。
9. 前記ステージのたわみ測定値がゼロと仮定される、請求項８に記載の方法。
10. 前記基準板のたわみを特定することは、
    選択された非バス型プローブ位置で光学データを取得するように、イメージング装置を選択的に配置することと、
    前記選択された非バス型プローブ位置で非バス型プローブが前記基準板に接触するときに、前記光学データを取得することと、
    前記取得することに基づいて、前記選択された非バス型プローブ位置で前記基準板のたわみを測定することと
    を含む、請求項７に記載の方法。
11. 前記基準板のたわみを特定することは、異なる選択された非バス型プローブ位置に対して、前記選択的に配置することと、前記取得することと、前記測定することとを選択的に繰り返すことをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記基準板のたわみを特定することは、特定のプローブ位置における全オーバトラベルによる基準板のたわみおよび光学的平坦度の関数として、前記基準板のたわみを算定することを含む、請求項７に記載の方法。
13. 前記複合的なたわみを算定することは、二次元補間計算を利用することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. プローブカード分析システムに関する複数のプローブの平坦度測定値を取得するためのデータおよび命令が符号化されているコンピュータ読み取り可能な媒体であって、前記プローブカード分析システムは、前記複数のプローブが接続されたプローブカードと、前記プローブカードを支持するプローブカード取り付け部と、前記複数のプローブに接触する透明な導電性の基準板とを含み、前記データおよび前記命令は、
    非バス型プローブ位置にある各非バス型プローブに対して前記基準板のたわみを算定することであって、前記たわみは、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触時における、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触の位置と、前記複数のプローブによって前記基準板に力が加えられていない場合に前記基準板があるはずの位置との間の距離である、ことと、
    前記基準板のたわみと、光学的平坦度および電気的平坦度の測定値とから、前記各非バス型プローブに対してプローブカードおよびプローブカード取り付け部の複合的なたわみを算定することであって、前記複合的なたわみは、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触時における、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触の位置と、前記基準板によって前記複数のプローブに力が加えられていない場合に前記各非バス型プローブがあるはずの位置との間の距離である、ことと、
    前記複合的なたわみに基づいて、前記複数のプローブの各プローブに対して荷重平坦度を算出することであって、前記荷重平坦度は、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触時における、前記各プローブの先端と所定の位置との間の垂直距離である、ことと
    を前記命令を実行する装置に行わせる、コンピュータ読み取り可能な媒体。
15. 前記コンピュータ読み取り可能な媒体にはさらにデータおよび命令が符号化されており、前記データおよび前記命令は、前記各非バス型プローブに対してステージのたわみを計算することを前記命令を実行する装置にさらに行わせ、前記ステージが前記基準板を支持し、前記ステージのたわみは、前記各非バス型プローブの最初の電気的接触時における、前記ステージの位置と、前記基準板によって前記ステージに力が加えられていない場合に前記ステージがあるはずの位置との間の距離である、請求項１４に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
16. 前記コンピュータ読み取り可能な媒体にはさらにデータおよび命令が符号化されており、前記データおよび前記命令は、光学的測定データ処理技術を利用して前記基準板のたわみを算定することを前記命令を実行する装置にさらに行わせる、請求項１４に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
17. 前記コンピュータ読み取り可能な媒体にはさらにデータおよび命令が符号化されており、前記データおよび前記命令は、
    前記基準板上の基準の画像データを取得することと、
    前記取得することに基づいて、前記基準板のたわみを表すたわみデータ値を特定することと、
    前記特定することに基づいて、前記たわみの１次補正を可能にする補正データ値を提供することと
    を前記命令を実行する装置に行わせることによって、前記光学的測定データ処理技術をさらに実行する、請求項１６に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
18. 前記コンピュータ読み取り可能な媒体にはさらにデータおよび命令が符号化されており、前記データおよび前記命令は、
    前記基準板のたわみに加えて第２のたわみを表す比率データ値をさらに特定することであって、前記第２のたわみは、前記複数のプローブと前記基準板とを、１次補正を可能にする前記補正データが提供された位置から互いに向かってさらに移動させることによって引き起こされる、ことと、
    前記さらに特定することに基づいて、前記第２のたわみの２次補正を可能にする追加の補正データ値を提供することと
    を前記命令を実行する装置に行わせることによって、前記光学的測定データ処理技術をさらに実行する、請求項１７に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。

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