JPH0661319A - 補助チャックを有するウェーハ・プローブ・ステーション - Google Patents

補助チャックを有するウェーハ・プローブ・ステーション

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JPH0661319A
JPH0661319A JP12142793A JP12142793A JPH0661319A JP H0661319 A JPH0661319 A JP H0661319A JP 12142793 A JP12142793 A JP 12142793A JP 12142793 A JP12142793 A JP 12142793A JP H0661319 A JPH0661319 A JP H0661319A
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    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/06705—Apparatus for holding or moving single probes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェーハ・プローブ・ステーションに於い
て、プローブで計測する試験片及び基板を夫々載置した
面を相互連結し、互いに独立又は連通して据え付け、取
り外し、位置調整が出来るようにする。 【構成】 ウェーハ・プローブ・ステーションはウェー
ハを支持する吸引チャックと、接触基板と校正基板を前
記ウェーハと同時に支持する１個またはそれ以上の基板
支持用の補助吸引チャックとからなる。これら種々のチ
ャックは取り外し自在に相互連結され、個々に独立して
取り外しが出来るとともに、各ウェーハ、接触及び校正
基板の厚さの差異を補償するために、垂直方向の位置調
整が可能である。環境調整下の試験を行うときには、多
種類のウェーハ・チャックを交換する必要があり、環境
を調整することが出来る覆い内にこのステーションを収
納しておけば、継続的な試験ができるので便利である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ウェーハ・レベルで
の高速、大規模の集積回路、又はその他の電子部品を高
精密計測するためのプローブ・ステーションに関する。
【０００２】
【従来の技術】上記のような計測は夫々の計測に先立
ち、又はその間に、据え付けと、接触基板及び校正基板
とを用いての校正段階とが必要である。最も新しいプロ
ーブ・ステーションでも、接触及び校正基板、及び試験
ウェーハは、指示チャック上に同時に載せることは出来
ない。従って夫々の据え付け、校正及び計測の間に、時
間の浪費となるチャックの取り外し及び取り付けが必要
となる。低温下の試験のために乾燥状態の環境を現出す
るように密閉状態にした、調節可能な環境下のプローブ
・ステーションにおいては、上記の問題は更に深刻であ
る。なぜなら、据え付け、取り外しの間に乾燥ガスを通
して再清浄して定常的な熱環境を再構築しなければなら
ないからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の問題は、米国オ
レゴン州ビーバートン所在のカスケード・マイクロテッ
ク社のサミット9000TM プローブ・ステーションが、中
央のウェーハ支持面領域と、校正基板とウェーハと同期
する接触基板とのために、分離して吸引制御される隅角
部表面領域とを有するようにしたことによって、幾分解
消された。しかしながら、この隅角部のウェーハ・チャ
ックの全体的性質からみて、未解決の問題が残されてい
る。チャックのための中央のウェーハ支持面領域は、異
なる金属板を持つ異なる形式の表面と取り替えることは
出来ない。また、各々のウェーハの各々の正面あるいは
支持板の表面は、接触、校正及びウェーハ基板作業の間
に厚さの違いを補償するために調整をすることも出来な
い。さらに、隅角部の真空調節のために隅角のウェーハ
・チャック上に直接吸気調節弁を互いに離して設置した
ために、調節された雰囲気に関して表面領域を外的影
響、例えば電磁障害（ＥＭＩ）、湿気、及び／又は光線
の影響からチャックを隔離することは、実施不可能であ
る。何故なら、この遮蔽を行えば弁へ接近することが出
来なくなるからである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によるウェーハ・
プローブ・ステーションは、接触基板と校正基板をウェ
ーハと同時に支持するために、ウェーハ・チャックと取
り外し可能に相互連結している、１個又はそれ以上の補
助チャックからなる相互連結装置すなわち基準チャック
装置を用いることにより、既存のステーションの欠点を
除去している。この取り外し可能な相互連結装置は、ウ
ェーハ・チャックを補助チャックとは独立して、他の金
属板やインピーダンス特性又は熱特性を持つウェーハ・
チャックと容易に交換することを可能にしている。相互
連結装置はまた、ウェーハ、接触基板及び校正基板との
間の基板の厚さの違いを補償するために、夫々のチャッ
ク支持面の高さを調節することが出来る。
【０００５】この相互連結装置すなわち基準チャック装
置は、環境調整用覆いと共に、または該覆い無しに使用
することが出来る。このような覆いを用いる時、据え付
け、校正及び計測に際して脱負荷と負荷を繰り返す必要
があった従来品に比べて、装置を開放したり再清浄した
りする操作を繰り返す必要が無い。夫々の補助チャック
の独立した吸引調整弁は基準チャック装置から離れて配
置されているので、いかなる環境調整用覆いも、補助チ
ャックの使用の妨げにならない。
【０００６】既に述べたこと、及び本発明のその他の目
的、態様及び効果は、以下に添付図面との関連で述べる
発明の実施例の詳細な説明によって、より良く理解でき
るであろう。
【０００７】
【実施例】図１、２Ａ，２Ｂ及び３には本発明のプロー
ブ・ステーションが示されており、基台10 (部分的に示
す) はプラテン12を、以下に述べる目的で基台に対して
僅かな距離（約１／10インチ) 垂直に選択的に上下動さ
せるため、一群のジャッキ14ａ、14ｂ、14ｃ、14ｄを通
して支持する。又プローブ・ステーションの基台10によ
り支持されているものに、モータを備えたウェーハ位置
決め機16があり、移動可能な基準チャック20を支持して
いる。基準チャック20はプラテン12内の大きい開口22を
自由に通過することができ、該基準チャックはプラテン
から独立して位置決め機16によって例えば相互に直交す
るｘ、ｙ軸に沿って水平方向に、ｚ軸に沿って垂直方向
に動くことが出来る。同様に、プラテン12はジャッキ14
によって垂直方向に動かされるとき、基準チャック20と
位置決め機16から独立して動くことが出来る。
【０００８】プラテン12の頂上面には多数の独立したプ
ローブ位置決め機24 (その内１個のみ図示）が装着さ
れ、夫々その延長部材26が夫々のウェーハ・プローブ30
を交互に支持するプローブ・ホルダー28を保持してい
る。ウェーハ・プローブ30は、基準チャック20の頂面に
載置されたウェーハその他の試験片に接触するために、
下方に傾斜した同一平面上の伝達ライン・プローブ・チ
ップ32を有している。勿論この他の形式のチップも使用
可能である。プローブ位置決め機24はプローブ・ホルダ
ー28従ってプローブ30自体の位置を基準チャック20との
関連でｘ、ｙ、ｚ軸に沿って調節するためのマイクロメ
ータ調整機34、36及び38を備える。ｚ軸はプローブ・ホ
ルダー28と基準チャック20との間の典型的な「アプロー
チ軸」として緩やかに用いられる。但し、プローブ・チ
ップとウェーハ又は他の試験装置について、接近の方向
が垂直でもなく、直線的でもないものについても又、
「アプローチ軸」の言葉の意味に用いられる。
【０００９】更に、マイクロメータ調整器40はプローブ
・ホルダー28を傾斜調整し、プローブ・チップ32の面
が、基準チャック20に支持されたウェーハ又は他の試験
片の面と平行になるようにする。12個の夫々独立したプ
ローブ位置決め機24があるだけ、各々のプローブを夫々
支持している各位置決め機は、基準チャック20の周りを
囲むようにし、車輪のスポークと同様に基準チャックの
方に向けて半径方向に集中するように、プラテン12上に
配置される。上記の配置により、各独立の位置決め機24
は、独立して夫々のプローブをｘ、ｙ、ｚ軸方向に調整
可能であり、他方ジャッキ14はプラテン12及び全位置決
め機24と夫々のプローブを、一斉に上下動させることが
出来る。
【００１０】環境調整用覆いは上部箱部分42と、基台10
に固着した下部箱部分44とから構成される。両箱部分共
にＥＭＩ遮蔽を形成するために、鋼その他導電性物質で
作られる。ジャッキ14がプラテン12を上下動させるとき
の小さな垂直方向の移動を許容するために、好ましくは
銀又は炭素飽和シリコンよりなる導電性の気泡ガスケッ
ト46が覆いの外側面と、下部箱部分44とプラテン12との
間に夫々片面が密接して周辺を覆うように配置され、２
個の箱部分42、44の相対的な垂直方向の移動に係わらず
ＥＭＩを形成する。上部箱部分42はプラテン12に固着さ
れているが、電磁遮蔽をより完全にするために、同様の
気泡ガスケット47が部分42とプラテンの頂面との間に介
在するようにすることが望ましい。
【００１１】図５Ａ及び５Ｂを参照すると、上部箱部分
42の頂部は、８個の側壁面をもち、夫々プローブ位置決
め機24の延長部材26が該壁面を貫通することが出来るよ
うにした八角形の鋼製の箱からなる。夫々の側壁面は中
空のハウジングからなり、その空間に前述したガスケッ
トと同じ材質の、弾性気泡材のシート50が配置される。
符号52のようなスリットが気泡材の部分に縦方向に切り
込まれ、このスリットは各ハウジングの内外板面に設け
たスロット54に対応している。そしてこのスロットを通
してプローブ位置決め機の延長部材26が移動可能に貫通
することが出来る。
【００１２】この様に切り込みを設けた気泡材は覆いに
よるＥＭＩ特性、気密性及び光の遮蔽状態を保持しつ
つ、各プローブ位置決め機の延長部材26のｘ、ｙ、ｚ軸
方向の移動を可能にする。側壁面の内４個は、ｘ、ｙ軸
方向に更に大きな移動を可能にするために、気泡材シー
ト50が内側にスロット54を有する一対の鋼板55の間に挟
み込まれ、このような板体はハウジング内を、ハウジン
グの内外面に設けられたより大きなスロット56で測られ
る許容範囲内で、横方向に滑動することが出来る。
【００１３】八角形の箱体48の頂上面には円形の透視孔
58が設けられ、その内部凹所に円形透明の覆い窓60が設
けられる。ブラケット62は有孔の滑りシャッター64を保
持し、窓60を通して光線が入るのを許容したり遮断した
りする。ＣＲＴモニターに連結されたステレオスコープ
(図示せず) が窓上に配置されて、据え付け又は操作時
のウェーハその他の試験片とプローブ・チップの状態を
拡大表示することが出来る。また選択的に窓60を取り去
って、気泡ガスケットに包まれたマイクロスコープ・レ
ンズ (図示せず) を、ＥＭＩや密封性や遮光性を維持し
ながら透視孔58を通して挿入することも出来る。
【００１４】環境調整用覆いの上部箱部分42は又、図２
Ｂに示すように丁番70の枢軸の周りに外側に開く鋼製扉
68を含む。この丁番は、気密で重ね合わされ、滑り自在
な周縁シール68ａによって、扉を上部箱部分42の頂上面
に対して下方に押圧するように付勢される。図２Ｂに示
すように、扉が開かれ、基準チャック20が位置決め機16
によって開かれた扉の直下に移動した時、基準チャック
は積み込み、積みおろしのために、接近することが可能
になる。
【００１５】図３及び４を参照すると、頂上面が互いに
滑り自在に積み重ねられた４枚の密封板72、74、76及び
78の組によって、覆いの密封特性はモータ駆動された位
置決め機16の位置決め移動によっても同様に維持され
る。各板の寸法は頂上から底部に行くに従い大きくなっ
ており、夫々の板72、74、76及び78に形成された中央開
口72ａ、74ａ、76ａ及び78ａ、又下部箱部分44の底部44
ａに形成された開口79ａの夫々の寸法も同様になってい
る。頂上の板72の中央開口72ａは垂直方向に上下動する
プランジャ18の軸受ハウジング18ａの周りに蜜に嵌合し
ている。下方に展開するその次の板74には、上方に突き
出る縁部74ｂが設けられ、板72が板74の頂上で横向きに
滑動する領域を規制する。
【００１６】板74の中央開口74ａは、頂上板72の縁部が
板74の縁部74ｂ当接するまで、位置決め機16のプランジ
ャ18およびその軸受ハウジング18ａがｘ、ｙ軸方向に移
動するすることが出来るようにしている。しかしながら
開口74ａの寸法は、上記のような重ね合わせを行った時
に、頂上密封板72の蓋が開くには遙かに小さいので、プ
ランジャ18とその軸受ハウジングのｘ、ｙ軸方向の移動
に係わりなく、板72と板74の間には密封状態が維持され
る。更に、板72が縁部74ｂへ当接する方向への、プラン
ジャ18とその軸受ハウジングの移動は、板74が次の下層
を形成する板76の縁部76ｂまで板74を滑動させることに
なる。同様に、板76の中央開口76ａは板74が縁部76ｂと
当接するまで充分な大きさを持つが、板74が開口76ａを
開放してしまわず板74と板76との密封状態を維持する程
度の小ささに止まっている。
【００１７】更に又、同方向へのプランジャ18とその軸
受ハウジングの移動は、開口78ａと開口79ａとが開放さ
れることなく板76と板78を夫々の下層板との関連で縁部
78ｂと箱部分44の側面とに当接させる。この滑り板と次
第に大きくなる一連の開口との組み合わせは、位置決め
機16によるｘ、ｙ軸周りのプランジャ18のあらゆる方向
の移動を可能にする一方、これら位置の変化にもかかわ
らず密封された環境覆いを保持している。本構造による
ＥＭＩシーリングは、位置決め機16の電動モータが有っ
ても、それらは滑り板群の下側に置かれるので、覆い内
で有効に保持される。
【００１８】特に図３と図６を見ると、基準チャック20
は環境制御覆いを用いた、又はそれを用いない独特のモ
ジュール構造からなる。プランジャ18は調整板81を支持
し、板81は代わりに長方形ステージ83を支持し、ステー
ジには通常型の円盤状ウェーハ・チャック80がネジ87等
により着脱自在に支持されている。シム85等がレベル調
節に用いられる。ウェーハ・チャック80は垂直方向の孔
84の列と平滑な上面ウエーハ支持面82を持つ。これらの
孔84はＯリング88で隔離された個々の空室と連通し、空
室は個々に制御される吸引弁 (図示せず) に導通された
吸引管90ａ、90ｂ、90ｃに個々に連結する。夫々の吸引
管は個々の空室と夫々の孔に選択的に連結しており、通
常の方法でウェーハを吸引支持するか、又はウェーハを
開放するためにこの孔と吸引源との連結を遮断する。こ
れら空室の吸引の遠隔制御により、異なる直径のウェー
ハを支持することが可能になる。
【００１９】円盤状のウェーハ・チャック80に加えて、
４個までの補助チャック例えば92、94がウェーハ・チャ
ック80から独立して、ステージ83の隅角部分に例えばネ
ジ96によって着脱自在に装着される。夫々の補助チャッ
ク92、94は夫々上面が平滑な面100 、102 を有し、これ
らはウェーハ・チャック80の支持面82と夫々平行してい
る。吸引用孔104 が夫々の補助チャックの本体内の空室
106 、108 から夫々の面100 、102 に連通している。夫
々の空室は図３に図式的に示すように、１個ずつ隔離さ
れた吸引管110 と独立して作動する吸引弁114 を通し
て、吸引源118 に連結される。各弁114 は、ウエーハ・
チャック80の孔84とは独立して、個々の空室106 又は10
8 を吸引源と選択的に連通したり遮断したりして、ウエ
ーハから独立して補助チャックの表面100 及び102 上に
載置された接触基板又は校正基板を面上に固着させた
り、開放したりする。
【００２０】ウェーハ・チャック80との関連で補助チャ
ック92、94は着脱自在に相互連結しているので、異なる
チャックで夫々独立して載置物の取り替えを行うほか、
チャックの各表面の水準が均一になるよう垂直方向の調
整を行うことが出来る。図３に示したように、補助チャ
ックのシム120 はステージ83と補助チャックとの間に挿
入され、補助チャックの上部平滑面とウェーハ・チャッ
ク又は他の補助チャックの上部平滑面との間の水準調整
を行う。これは、同時にチヤック部材20に載置されるウ
ェーハ、接触基板及び校正基板の間の厚さの違いを補償
し、プローブが接触圧力の違いがなく、又はプローブ・
チップの先端が段差により損傷する恐れもなく、一から
他へと容易に移動することが出来る。
【００２１】環境調整用覆いを用いる時には、夫々の補
助チャック用吸引弁114 はチャック機から隔離して、望
ましくは図３に示すように覆いの外側に置いて、覆いに
よって弁への接近が妨げられないようにする。このこと
は補助チャックをこの様な環境用覆いと両立させて用い
るのを可能にし、特に補助チャックの存在により、据え
付け及び校正作業の間、接触基板と校正基板の夫々の取
り出し及び据え付けの必要性を除去し、またそれらの作
業の間環境用覆いを開いたり、再調整する時の時間の損
失を回避できるという点で重大な利点を持っている。規
格化され、取り外し自在に連結されたチャック装置は
又、環境調節プローブ・ステーションと組み合わせて用
いるとき、この種のプローブ・ステーションで使用可能
な、様々な違う種類のウェーハ・チャックを互いに交換
する必要がある時には特に有利である。
【００２２】上記の説明に使用した言葉や表現は当該記
述内で使用したものであって、限定的に取られるべきで
はない。またこれらの言葉や表現の使用が図示し、記述
した実施態様又はその部分の均等物を排除することを意
味するものでもなく、先の請求項に記載された限りのも
のであれば、本発明の範囲に包含されるものと認められ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により構成されたウェーハ・プローブ・
ステーションの典型的実施例の部分的正面図である。
【図２】Ａは図１に示すウェーハ・プローブ・ステーシ
ョンの頂上から見た平面図。Ｂは図１に示すウェーハ・
プローブ・ステーションの部分平面図で、覆いの扉を一
部開いた状態を示す。
【図３】図１に示すウェーハ・プローブ・ステーション
の部分的断面及び部分的に図式的に表した正面図。
【図４】ウェーハ位置決め機構が覆いの底部に拡がるよ
うにしたシーリング装置の頂上から見た平面図。
【図５】Ａは図１の５Ａ−５Ａ線から見た拡大平面図。
Ｂは図１の５Ｂ−５Ｂ線から見た断面の拡大平面図。
【図６】図３の６−６線から見たチャック装置の平面
図。
【符号の説明】
10 基台 12 プラテン 14 ジャッキ 16 ウェーハ位置決め機 18 プランジャ 20 基準チャック 22 開口 24 プローブ位置決め機 26 延長部材 28 プローブ・ホルダー 30 ウェーハ・プローブ 32 プローブ・チップ 34、36、38、40 マイクロメータ調整機 42 上部箱部分 44 下部箱部分 46、47 気泡ガスケット 50 シート 52 スリット 54 スロット 55 鋼板 58 透視孔 60 覆い窓 62 ブラケット 64 シャッター 68 鋼製扉 68ａ 周縁シール 72、74、76、78 密封板 72ａ、74ａ、76ａ、78ａ 中央開口 72ｂ、74ｂ、76ｂ、78ｂ 縁部 79ａ 開口 80 ウェーハ・チャック 81 調整板 82 ウェーハ支持面 83 長方形ステージ 84 孔 85 シム 87 ネジ 88 Ｏリング 90ａ、90ｂ、90ｃ 吸引管 92、94 補助チャック 96 ネジ 100 、102 平滑面 104 吸引用孔 106 、108 空室 110 吸引管 114 吸引弁 118 吸引源 120 シム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール エイ ターボ アメリカ合衆国 ワシントン州 98682 バンクーバー エヌイー ワンハンドレッ ドフィフティセブンス アベニュー 3011 (72)発明者 リチャード エッチ ワーナー アメリカ合衆国 オレゴン州 97202 ポ ートランド エスイー エクセター ドラ イブ 1834

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 面の中に第１吸引孔群を持つ実質的に平
    滑な第１面と、前記第１吸引孔群と吸引源とを選択的に
    連結したり遮断して前記第１面上の試験片を面上に固着
    したり面から開放したりする装置と、前記第１面と実質
    的に平行関係にある少なくとも１個の実質的に平滑な第
    ２面とからなり、前記第２面はその中に第２吸引孔群
    と、前記第１吸引孔群の吸引装置とは独立して前記第２
    吸引孔群と吸引源とを選択的に連結したり遮断して前記
    第２面上の基板を面上に固着したり面から開放したりす
    る装置と、試験片と基板とに接触するための電気プロー
    ブの保持器と、前記プローブが前記保持器により保持さ
    れている間前記第１面上にある時には試験片に対し、前
    記第２面上にある時には基板に対し選択的に交互に接触
    するようにした位置決め機構とからなるプローブ・ステ
    ーションに於いて、前記第１面上の交換を前記第２面と
    独立して行うことが出来るようにするために、前記第１
    面と第２面とは、連結装置によって取り外し可能に連結
    されていることを特徴とする、補助チャックを有するウ
    ェーハ・プローブ・ステーション。
  2. 【請求項２】 前記連結装置は前記第１面又は前記第２
    面上の交換を個々に独立して行うことが出来るようにし
    た装置を含むことを特徴とする、請求項１に記載のプロ
    ーブ・ステーション。
  3. 【請求項３】 前記第１面と前記第２面には更に、夫々
    一の上面位置を他の上面位置との対比において相互に位
    置調整することを可能とした調整装置を設けた、請求項
    １に記載のプローブ・ステーション。
  4. 【請求項４】 前記連結装置は前記第１面又は前記第２
    面上の交換を個々に独立して行うことが出来るようにし
    た装置を含むことを特徴とする、請求項３に記載のプロ
    ーブ・ステーション。
  5. 【請求項５】 更に前記第１面と前記第２面とを囲むシ
    ーリング用覆いを設けた、請求項１に記載のプローブ・
    ステーション。
  6. 【請求項６】 前記覆いは前記第１面と前記第２面とを
    実質的に密封状態に覆う手段を含む、請求項５に記載の
    プローブ・ステーション。
  7. 【請求項７】 前記覆いは前記第１面と前記第２面とを
    電磁的影響からシーリングする手段を含む、請求項５に
    記載のプローブ・ステーション。
  8. 【請求項８】 更に前記第２吸引用孔の吸引源は前記覆
    いの外側に置かれており、該吸引源によって選択的に吸
    引連結したり開放したりする弁が設けられている、請求
    項５に記載のプローブ・ステーション。
  9. 【請求項９】 前記弁は前記第１面及び第２面から隔離
    して設けられている、請求項８に記載のプローブ・ステ
    ーション。
  10. 【請求項１０】 前記位置決め機構は、前記プローブが
    前記試験片に接触することが出来る第１位置と前記プロ
    ーブが前記基板に接触することが出来る第２位置との間
    で調和して、前記第１及び第２面上を移動させる手段を
    含む、請求項１に記載のプローブ・ステーション。
JP12142793A 1992-05-29 1993-05-24 補助チャックを有するウェーハ・プローブ・ステーション Expired - Fee Related JP3338510B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/890,970 US5237267A (en) 1992-05-29 1992-05-29 Wafer probe station having auxiliary chucks
US07/890970 1992-05-29

Publications (2)

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