JPH0469816B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はIC（集積回路）プローブ装置、特にIC
ウエハ又はチツプの動作テストに好適な装置に関
する。

〔従来技術とその問題点〕

量産ICテスト用でないエンジニアリング用IC
テスト、即ち新たに設計されたICの特性評価等
に使用するICプローブ装置はICチツプを載置す
る固定（静止）台を有する。この台に対してプロ
ーブが可動であつて、プローブの接触素子をチツ
プの接触パツドを電気的に接触させるよう構成し
ている。このプローブは1984年11月16日付米国特
許出願第672846号明細書に記載する如きセラミツ
クプローブであつてもよい。この種のセラミツク
プローブを使用するプローブステーシヨンの２種
の実用装置では、複数のプローブを支持構体上に
取付け、各プローブをＸ−Ｙ（水平）軸に沿つて
相互に移動し、各接触素子のパターンを被測定チ
ツプの接触パツドパターンに対応させ、且つＺ
（垂直）軸に沿つて接触素子を共通面内で位置さ
せる。プローブを支持構体上で適切に位置させる
と、支持構体の１例では２軸精密ねじを用いて水
平方向に移動させ、プローブの接触素子を被測定
チツプの接触パツドと位置合わせ（アライメン
ト）する。他の例では、プローブ支持構体は静止
しており、被測定チツプがグリース板上で水平方
向へ移動する。いずれの場合とも、次に支持構体
を下げてプローブの接触素子とチツプの接触パツ
ド間の物理的接触が行われるようにする。プロー
ブの支持構体を正確に加工することが困難であ
り、プローブの接触素子の平面性を正確に実現す
るのが極めて困難であるので、この技法は面倒で
あることが判つている。更にまた、この支持構体
は重く且つ大型であるので、支持構体を垂直方向
へ高精度に移動するのが困難である。第１の理由
により、プローブの１以上の接触素子は電気的接
触を確立するに足る十分な力で被測定チツプの接
触パツドに接触できないか、接触パツドに全く接
触しない。もしオペレータが支持構体を垂直方向
に移動させて総ての接触素子が好ましい接触を図
ると、２番目のフアクタが支持構体の移動精度を
制限する。その結果、セラミツクプローブの１個
又は複数個がチツプのパツドとプローブの接触素
子間の接触力により過度の歪みを生じて破壊する
かも知れない。更に、支持構体の性質により、支
持構体を垂直方向に移動すると、接触素子の同一
平面性が損なわれるかも知れない。

エレクトログラス社のモデル1034Xオートプロ
ーバは上面にプローブが取付けられ使用時に静止
している水平面を定めるテーブル（台）を有す
る。２軸ステツピングモータを用いてテーブル上
へウエハチヤツクを移動し、ウエハチヤツク上の
チツプの接触パツドをプローブの接触素子の下に
位置させる。ウエハチヤツクを正しい水平位置に
すると、Ｚ軸ステツピングモータを作動してチツ
プを持ち上げチツプの接触パツドとプローブの接
触素子間の物理的接触を行わせる。ウエハチヤツ
クの最初の位置は、ジヨイステイツクを用いて手
動で行う。このジヨイステイツクはＸ及びＹ軸パ
ルス発生器に結合されて、Ｘ，Ｙ軸ステツピング
モータを駆動するパルスを発生する。初期位置決
めが終わつた後、チヤツクを順次のダイ位置へ何
らオペレータの関与なく自動的に進める。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、プローブの支持構体を移動さ
せせる必要のないICプローブ装置を提供するこ
とである。本発明の他の目的は、高程度でチヤツ
クの水平移動の制御が可能なICプローブ装置を
提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によるICプローブ装置は、平らなテー
ブル表面（又は上面）４を有するテーブル２上に
載置したチヤツクキヤリア１０を具え、このテー
ブル表面４から一定の位置にICプローブ８が支
持されている。テーブル表面４とチヤツクキヤリ
ア１０の間に、グリースなどで粘着性薄膜層５を
設ける。これによりチヤツクキヤリア１０は、手
動で力を加えればテーブル表面４上でXY（水平）
方向に容易に滑動して移動できる一方、力を加え
るのをやめれば略瞬間的に滑動を停止できる。チ
ヤツクキヤリア１０の上には、被試験デバイス
（ICウエハ）受け部４４を有するチヤツク２０が
載置されている。チヤツク２０とチヤツクキヤリ
ア１０の間に設けられた移動手段２２，２６及び
４２により、チヤツク２０はテーブル表面４に垂
直に、プローブ８の方向へ移動できる。

粘着性薄膜層５はオペレータがチヤツクをつか
んで水平方向に移動すると触覚フイードバツクを
与え、オペレータが高精度でチヤツクを水平移動
の制御を可能にする。従つて、水平方向の分解能
と反復体は、水平移動の制御にメカトロニクス
（電気機械）手法を使用する既存のプローブステ
ーシヨンに比して優れている。チヤツクキヤリヤ
とチヤツク間で適切なメカニカル移動が作動する
とすれば、プローブ支持構体の垂直移動に関する
問題が解決できる。

〔実施例〕

第１図に示すプローブ装置（ステーシヨン）は
精密加工した上面４を有するテーブル２を具えて
いる。このプローブステーシヨンを使用するに
は、上面４が水平になるよう配置する。ブリツジ
（橋脚状）構体６をテーブル４に取付け、これに
プローブ８を上面４に対して固定した高さに固定
する。プローブ８の詳細は図示していないが、上
述したセラミツク製プローブ、又は1985年12月23
日付米国特許出願第812145号明細書（対応日本特
許、特開昭62−163973号公報）に開示する如きポ
リイミドプローブであつてもよい。セラミツク製
プローブを使用した場合には、このブリツジ構体
にXYZマニピユレータ（操作器）を組込んで、
多数のプローブ相互間を移動できるようにする。
もしポリイミドプローブを使用すると、ブリツジ
構体はプローブがテーブルに対して移動を阻止す
るよう設計してもよい。また、ブリツジ構体はポ
リイミドプローブとセラミツクプローブとを
（XYZマニピユレータと共に）交換可能に設計し
てもよい。

チヤツクキヤリヤ１０は面４上に停止する。チ
ヤツクキヤリヤ１０は精密研磨した下面１２を有
し、グリース薄膜層５が上面４と下面１２間に挿
入されている。上面４でのチヤツクキヤリヤ１０
の移動はグリース薄膜層５により粘着性ダンピン
グ力によつてのみ実質的に制約される。よつて、
チヤツクキヤリヤ１０は手動で力を加えることに
よりXY（水平）方向に容易に移動することがで
き、手の力を抜くと粘着性ダンピング力により略
瞬間的に移動停止する。チヤツクキヤリヤを介し
て粘着性ダンピング力によりオペレータに与えら
れる触覚帰還により、チヤツクキヤリヤを面４の
任意の位置（チヤツクキヤリヤ自体の寸法及び形
状で決まる限界内）に高精度で移動することがで
きる。

（図中では１つのみを示す）一連のプレート１
４はチヤツクキヤリヤ１０に固定され、チヤツク
キヤリヤと共に移動し、上面４及びグリース薄膜
層５からゴミや他の汚染物を排除し、グリースに
より与えられる触覚帰還を保存する。

チヤツク２０はチヤツクキヤリヤ１０に載置さ
れ、チヤツクキヤリヤと共にＸ及びＹ方向に移動
する。このチヤツクキヤリヤはケーブル２４を介
してコントローラ６０から電気信号を受ける２個
の固定子巻線を有するステツピングモータ２２を
組込んでいる。このモータはねじ２６を各パルス
毎に所定角度だけ回転応答させる。このねじ２６
はチヤツク２０に固定されたナツト４２とねじ係
合している。ガイド（図示せず）はチヤツクをチ
ヤツクキヤリヤに対してねじ２６の中心軸に平行
方向に線形移動を可能にするが、チヤツクがチヤ
ツクキヤリヤに対して回転するのを阻止する。従
つて、ねじ２６をモータ２２により回転すると、
チヤツクはチヤツクキヤリヤに対して上下する。
モータ２２とねじ２６はコントローラ６０により
与えられる各パルスに対してチヤツクが約0.013
mmの距離だけ上下するようにする。限界スイツチ
２８がチヤツクキヤリヤ上に取付けられ、それが
限界点まで下がるときチヤツクにより付勢され
る。この限界スイツチはケーブル２４によりコン
トローラ６０に接続される。

チヤツク２０は凹部を有するウエハ受け上面４
４を具えており、この凹面は真空ポンプに接続さ
れる管４６で連結されている。従つて、プローブ
したいチツプを含むウエハ４８（第１図）がウエ
ハ受け面４４に配置され、真空ポンプを付勢する
と、真空は凹部とつながり、ウエハ４８は面４４
に確実に保持される。別の管５２が面４４のすぐ
下方に形成され、管５２を介して帰還しておりウ
エハ４８の温度を制御する温度調整流体供給源に
接続されている。

またプローブステーシヨンには図中では単に模
型的に示す顕微鏡５４を有し、これを通してプロ
ーブステーシヨンのユーザはプローブの接触素子
とチヤツクに保持するウエハのICチツプの接触
パツドを観察することができるようにする。

コントローラ６０はメモリを有し且つ、５つの
異なる動作状態を有する。コントローラ６０が
HOME状態にあると、コントローラ６０はパル
スを与えてチヤツクが限界スイツチに係合するま
でチヤツクを下げ、次にチヤツクを僅かに上げ
る。これがホーム位置である。チヤツクがホーム
位置になる為に持ち上げられる量は、コントロー
ラ６０のメモリにストアされたデータにて定ま
る。チヤツク２０がホーム位置になると、チヤツ
クキヤリヤ１０はＸ及びＹ方向に移動し、プロー
ブすべきチツプの接触パツドが、顕微鏡５４で観
察して決めたプローブの接触位置の略直下に来る
ようにする。次にコントローラ６０を
MANUAL状態にする。MANUAL状態では、
調節つまみ６２を用いてチヤツク２０の高さを調
整する。即ち、つまみ６２は１回転毎に所定数の
パルスを発生するパルス発生器６４に接続され
る。これらパルスをモータ２２に供給して、この
モータによりねじ２６をつまみ６２の回転方向に
応じて一方又は他方に回転し、チヤツク２０を上
下する。コントローラ６０がMANUAL状態に
あると、オペレータはチヤツク２０をホーム位置
から被試験チツプの接触パツドがプローブの接触
素子と電気的接触するまで持ち上げる方向へつま
み６２を回転する。この状態は顕微鏡５４により
監視するが（図示せずも）プローブに接続された
電子計器により検出することが可能である。チヤ
ツク２０がこの位置にあると、オペレータはチヤ
ツクキヤリヤ１０位置の微調整を行い。チツプの
接触パツドがプローブの接触素子に正常に接触さ
れることを保証する。また、オペレータはコント
ローラ６０をSTORE状態にすることもできる。
この状態では、チヤツク２０をホーム位置から接
触パツドが接触素子に丁度接触するまで持ち上げ
るに必要なパルス発生器６４が発生するパルス数
を表すデジタルワードをコントローラ６０がその
メモリにストアする。次に、オペレータはコント
ローラ６０をPROBE状態にする。もし、コント
ローラがMANUAL状態にあると、オペレータ
は不注意によりつまみ６２をチヤツクが下がる方
向に回転し、チヤツクは限界スイツチ２８と係合
し、コントローラ６０はHOME状態を入力する
ことにより応答し、つまみ６２をデイスエーブル
し、チヤツクをホーム位置に戻す。

PROBE状態では、コントローラは付加パルス
をモータ２２に供給して、プローブ又はウエハの
いずれかを破損することなくプローブの接触素子
と被試験チツプの接触パツド間が確実に接触する
ようチヤツクを十分に持ち上げる。セラミツクプ
ローブの場合、プローブにはストレンゲージを組
込んでプローブの歪みを検出し、PROBE状態で
はコントローラ６０はモータにパルスを供給し続
け、ストレンゲージが検出した歪みの程度が適正
接触圧になつたことを示すと停止する。ポリイミ
ドプローブの場合には、接触素子はポリイミド被
膜上に形成され、接触圧は弾性変形バツクアツプ
部材（例えばエラストマ）で行われるので、限界
スイツチを用いポリイミド被膜の最高反りを定
め、この値に到達するときコントローラ６０に対
して信号を送る。限界スイツチが出した信号はコ
ントローラ６０がモータに付加パルスを供給する
のをデイスエーブルする。第２図の回路ブロツク
６６はプローブに関連ないし付随するストレンゲ
ージ又は限界スイツチを示すものである。或い
は、これに加えて、ポリイミドプローブの場合に
は、十分な接触圧を加えるに必要な付加パルスは
上述したバツクアツプ部材の機械的特性で決定し
てコントローラ６０のメモリにストアしてもよ
い。

特定のチツプがプローブされ、必要な測定が行
われると、オペレータはコントローラ６０に
HOME状態を入力させ、且つコントローラはチ
ヤツク２０が限界スイツチ２８に係合するまで下
げ、次にチヤツクを僅かに持ち上げてチヤツクを
ホーム位置に戻す。チヤツクがホーム位置にある
と、オペレータはチヤツクキヤリヤ１０の水平位
置を調整し、他のチツプの接触パツドをプローブ
の接触素子の下に位置させ、次にコントローラ６
０が丁度接触（JUST TOUCHING）状態にす
る。この状態では、コントローラはSTOREモー
ドでストアした数を読み出してモータ２２にその
パルス数を供給する。従つて、チヤツクはホーム
位置から、次のチツプの接触パツドがプローブの
接触素子に丁度接触する位置に上げる。チヤツク
の水平位置はこの時点で調整してチツプの接触パ
ツドがプローブの接触素子と正しくアライメント
されることを保証し、アライメントが完了すると
オペレータはコントローラ６０をPROBE状態に
する。

上述の説明から、明らかな如く、チヤツクをホ
ーム位置から丁度接触する位置へチヤツクを持ち
上げるに要するパルス数を１度ストアすると、Ｚ
軸移動はオペレータがコントローラ６０に与えた
命令に応じて自動的に行われ、しかもプローブ又
はチツプを破壊する危険は軽減するので、本発明
によるプローブステーシヨンは半自動であると言
える。チヤツクの水平移動を直接手動調整する
と、チヤツクが任意の希望水平位置に迅速且つ正
確に移動可能にする。コントローラがHOME，
JUST TOUCHING又はPROBE状態にあると、
ステツピングモータに印加されるパルス速度は、
モータが静止状態から円滑に加速又は減速され、
チツプ及びプローブの振動衝撃は回避できる。

以上は本発明のICプローブ装置を好適実施例
に基づき詳述したが、本発明は何ら斯る実施例の
みに限定すべきではなく、必要に応じて種々の変
形変更が可能であり、これらも本発明の技術範囲
に包含されること勿論である。例えば、本発明は
ウエハ状、即ちダイ（又はチツプ状）に切断する
前にプロービングすることにつき説明したが、真
空チヤツクの設計を適当に行うことにより、本発
明は、ダイ状のチツプのプロービング又はハイブ
リツドICの他の半導体エレクトロニクスデバイ
スのプロービングにも適用可能である。

〔発明の効果〕

プローブの支持構体を高精度に加工し、被測定
ICウエハと接触するプローブの接触素子を平行
にすることは容易でない。また、プローブ支持構
体は大きくて重たいため、移動させるのは困難で
ある。しかし、本発明のICプローブ装置は、プ
ローブの支持構体を移動させないでICウエハ又
はチツプ（被試験デバイス）を乗せるチヤツクを
移動させるため、プローブを移動させる必要がな
く、ICウエハとプローブの平行に接触させるこ
とが容易である。また、本発明によれば、チヤツ
クを載置したチヤツクキヤリヤが、テーブル表面
の粘着性薄膜層上に滑動する。これによつて、手
動で平行方向に容易にチヤツクキヤリヤを滑動で
きる一方で、略瞬間的に滑動を停止することもで
きる。さらに、テーブル表面を平面にすること
は、プローブの支持構体を高精度で加工するより
も容易である。従つて、チヤツクキヤリヤをテー
ブル表面上で滑動させれば、水平方向についてプ
ローブの支持構体を動かすよりも容易にチヤツク
上のICウエハとプローブとを高精度でアライメ
ント（位置決め）できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるICプローブ装置の一部
断面とした正面図、第２図は第１図の一部拡大且
つ詳細図である。 ２はテーブル、４はテーブル表面、５は粘着性
薄膜層、１０はチヤツクキヤリヤ、２０はチヤツ
ク、２２，２６及び４２は移動手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ テーブルと、 該テーブルのテーブル表面から一定距離に支持
   されたプローブと、 上記テーブル表面上に載置されたチヤツクキヤ
   リアと、 上記テーブル表面と上記チヤツクキヤリアとの
   間に設けられ、該チヤツクキヤリアを上記テーブ
   ル表面上で滑動可能にする粘着性薄膜層と、 上記チヤツクキヤリアと上記プローブとの間に
   設けられ、上記プローブとの対向面に被試験デパ
   イス受け部を有するチヤツクと、 該チヤツクと上記チヤツクキヤリアの間に設け
   られ、上記テーブル表面の垂直方向に上記チヤツ
   クを移動可能な移動手段とを具えるICプローブ
   装置。