JPH11251383A - テスト・ヘッド - Google Patents

テスト・ヘッド

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JPH11251383A
JPH11251383A JP10361361A JP36136198A JPH11251383A JP H11251383 A JPH11251383 A JP H11251383A JP 10361361 A JP10361361 A JP 10361361A JP 36136198 A JP36136198 A JP 36136198A JP H11251383 A JPH11251383 A JP H11251383A
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デニス・アール・コンチ
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ジェームス・エム・クラフツ
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デビッド・エル・ガーデル
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マーク・アール・ラフォース
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チャールズ・エイチ・ペリー
Roger R Skumid Dr
ドクター・ロジャー・アール・スクミッド
J Van Horne Joseph
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    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2855Environmental, reliability or burn-in testing
    • G01R31/286External aspects, e.g. related to chambers, contacting devices or handlers
    • G01R31/2863Contacting devices, e.g. sockets, burn-in boards or mounting fixtures

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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Measuring Leads Or Probes (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロダクト・ウエハ上の非常に多数の集積回
路チップを同時にテストまたはバーンインするための装
置を提供する。 【解決手段】 本装置は、第1のボード22上に実装さ
れるプローブ44と、第2のボード24上に実装される
テスタ・チップ28とを含み、2つのボードを接続する
電気的コネクタ78が設けられる。パワーをプロダクト
・チップに分配するために、またはプロダクト・チップ
をテストするためにテスタ・チップ28が提供される。
プローブ44及びそれらが装着される薄膜42の配線
が、プロービングされる特定のウエハ26のパッド・フ
ットプリントのために専用化される。第1のボード22
のベース40及び第2のボード24の両方が、プロダク
ト・ファミリ内の全てのウエハに対して、同一に維持さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に、集積回路を
テストする装置に関して、特に、ウエハ・レベルで集積
回路をテストまたはバーンインする装置に関する。より
詳細には、本発明は、専用のウエハ接触ボードから空間
的に分離されるが、電気的に接続される汎用テスタ・チ
ップ・ボードを有する、デュアル・ボード・テスタ・イ
ンタフェースに関する。
【0002】
【従来の技術】集積回路をウエハ・レベルでテスト及び
バーンインすることが、特に関心の的となっている。な
ぜなら、この早期の段階における故障の判断は、コスト
を多大に低減するからである。ウエハ・バーンインは、
多数のチップを含む半導体モジュール内にパッケージ化
するための既知の優れたダイを提供する魅力的な技術で
ある。
【0003】Leasらによる米国特許第5600257号
は、集積回路ウエハ上の全てのプロダクト・チップを、
同時にテストまたは同時にバーンインする構成を開示す
る。この構成は、テスト・ヘッドと半導体ウエハとの間
の熱マッチングと、大規模電力分配と、電力分配構造か
ら短絡したプロダクト・チップを除去する電子手段とを
提供する。1実施例では、テスト・ヘッドがガラス・セ
ラミック基板、すなわちシリコンに熱的に緊密にマッチ
ングされた材料を含み、テスト・チップが片側に配置さ
れ、またプローブが別の側に配置される。ガラス・セラ
ミック基板は、集積回路ウエハ上の各プロダクト・チッ
プに、最小の電圧降下により電流を提供するための、十
分な数の銅のパワー・プレーンを有する。テスト・チッ
プは、プロダクト・ウエハ上の各チップに、厳密に制御
されたVdd及びグラウンド電圧を提供するための電圧レ
ギュレータを有する。これらの電圧は、そのチップ及び
その隣接チップにより引き込まれる電流に実質的に無関
係であり、プロダクト・ウエハ上の短絡チップの存在に
実質的に無関係である。レギュレータはまた、パワーを
短絡チップから遮断するためにも使用され得る。
【0004】米国特許出願第882989号は、複数の
ガラス・セラミック基板が一緒に配列され、大きな面積
のテスト・ヘッドを提供する改善された構成を提供す
る。
【0005】しかしながら、これらの両方の構成は、テ
スタ・チップがバーンインの間にウエハとほぼ同一の温
度で動作するほど、テスタ・チップをプロダクト・ウエ
ハの近くに提供するので、テスタ・チップの寿命を制限
する。更に、ウエハ上の全てのチップに接触するための
これらの両方の構成は、高価なハードウェアを含み、ま
た、異なるフットプリントを有する種々のタイプのチッ
プへ接触することができない。
【0006】例えば、技術の改善によりチップ設計が"
縮小"し、チップのサイズが小さくなって、ウエハ上に
形成できるチップ数が増加したとき、増加されたチップ
数及び新たなチップ・フットプリントに適応させるよう
にテスト・ヘッド全体を再設計する必要がないのが望ま
しい。従って、改善されたテスタ・チップ寿命と、コン
タクトを専用化するための優れた柔軟性及び廉価性の両
方を提供する、より適切な解決策が必要とされる。そし
て、この解決策が以下の本発明により提供される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、集積
回路ウエハ上の複数のプロダクト・チップを同時にテス
ト及びバーンインするための、改善されたテスト構成を
提供することである。
【0008】本発明の別の目的は、プロダクト・ウエハ
をバーンイン温度に保持する間に、テスタ・チップをか
なり低い温度に保持する手段を提供することである。
【0009】本発明の特徴は、少なくとも2つのボード
またはキャリアを有するテスト・ヘッドを提供すること
であり、一方のボードは被テスト・ウエハに熱的にマッ
チングされて、専用化され、他方はテスト・チップを実
装される。そして、2つのボード間に温度差を提供する
ために、それらの間に接続及び断熱を提供する手段が設
けられる。
【0010】本発明の別の特徴は、メモリまたは論理ウ
エハのファミリ内の異なるチップ・フットプリントを有
するウエハが、同一のテスタ・チップ・ボードと、異な
る専用のボードとによりテストされることである。
【0011】更に本発明の別の特徴は、ボードがタイル
状に配列されたガラス・セラミック部分から成り、全て
の個々のタイルが同一であり、個々のタイルが互いに回
転されることである。
【0012】更に本発明の別の特徴は、プロダクト・ウ
エハとの接続に適したようにボードを専用化するため
に、ボード上で薄膜配線が使用されることである。
【0013】更に本発明の別の特徴は、2つのボード間
にインターポーザを使用して、相互接続配線のための間
隔をあけ、それらの間の接続を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらの及び他
の目的、特徴及び利点が、第1のボードと第2のボード
を含むテスト・ヘッドにより達成される。第1のボード
は、プローブ側と接続側とを有し、プローブ側はプロダ
クト・ウエハ上の少なくとも1つのダイに接触するため
のプローブを有し、接続側は第2のボードへの電気接続
のために適応化される。第2のボードは、コンタクト側
とテスタ・チップ側とを有し、コンタクト側は第1のボ
ードの接続側への電気接続のためのコンタクトを有し、
テスタ・チップ側は電力をダイに分配するための、また
はダイをテストするためのテスタ・チップを有する。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明は、バーンインの間に、テ
スタ・チップとウエハが接近するにも関わらず、テスタ
・チップがウエハよりも著しく低い温度で動作可能なよ
うに、テスタ・チップをプロダクト・ウエハから絶縁す
る方法を提供することにより、前記米国特許第5600
257号及び前記米国特許出願第882989号を改良
するものである。本発明はまた、実質的に異なるコンタ
クト・フットプリントを有するチップに、接触、テスト
及びバーンインするための迅速で廉価な方法を提供する
改善された接触柔軟性を提供する。更に本発明は、温度
が変化しても接触の劣化を発生せずに、非常に大きなウ
エハ上の、実質的に全てのプロダクト・チップとの接触
を提供及び維持する手段を提供する。
【0016】本発明は、単一のチップをテスト及びバー
ンインするために使用され得るが、ウエハと一体の非常
に多数のプロダクト・チップ(例えば4分の1のチップ
または大多数など)に接触、テストまたはバーンインす
るために、特にプロダクト・ウエハ上の全ての、または
実質的に全てのプロダクト・チップに同時に接触するた
めに最も好適である。
【0017】本願では、図1に示されるように、テスト
されるプロダクト・ウエハ上に位置決めされるテスト・
ヘッドに関連して、"頂部"または"上面"、"底部"また
は"底面"、"上"、"下"などの語句が、テスト・ヘッド及
びウエハが実際に保持される方向には関係無しに定義さ
れる。たとえ介在する層が存在しても、ある層は別の層
上に存在する。
【0018】図1及び図2に示される1実施例では、テ
スト・ヘッド20が2つの分離されたテスト・ボード、
すなわち特定のプロダクト・チップに合うように設計特
定化された専用ボード22及びキャリア・ボード24か
ら形成される。専用ボード22は、プロダクト・ウエハ
26に接触するために使用され、キャリア・ボード24
は、個々のテスタ・チップ28を載置するために使用さ
れる。ここでテスタ・チップ28は、調整されたパワー
及びテスト信号を、ウエハ26上のプロダクト・チップ
30に提供するために使用される。専用ボード22及び
キャリア・ボード24の両方は、3次元配線を有する多
層ボードである。好適には、専用ボード22及びキャリ
ア・ボード24は、ほぼ同一のサイズである。各ボード
は、相互接続のためのコンタクトを対向面上に有し、反
対面上には、プロダクト・ウエハ26上のプロダクト・
チップ30、またはテスタ・チップ28のいずれかに接
続するためのコンタクトを有する。
【0019】前記米国特許第5600257号で述べら
れるように、専用ボード22は、テストされるウエハの
熱膨張率(TCE)に一致する熱膨張率を有する材料か
ら成る。ガラス・セラミックまたは窒化アルミニウムな
どのセラミック材料が好適である。A. H. Kumarによる
米国特許第4301324号で述べられるように、特に
ガラス・セラミックが好適である。ガラス・セラミック
は、最小の電圧降下により、ウエハ・テスト及びバーン
インに必要とされる大きな電流を導通するように、厚い
銅導体の多くの層を有する。
【0020】専用ボード22はまた、低TCEを有する
絶縁された金属、またはポリマと低TCE金属の交互層
から成る積層金属から形成され得る。低TCE金属は、
インバーまたはコバー(Kovar)などの金属合金、及び
タングステンまたはモリブデンなどの元素金属を含む。
積層金属については、Duxらによる米国特許第5224
265号、及びChenらによる米国特許第5128008
号で述べられている。要求される電流が余り大きくな
く、薄膜層内で収容され得る場合、専用ボード22はプ
ロダクト・ウエハ26と同じ材料(通常はシリコン)か
ら形成され得る。この場合、対向面の間に、プロダクト
・ウエハとテスタ・チップ間に孤立した接触を提供する
フィード・スルーが形成されなければならない。
【0021】専用ボード22は、図2の断面図に示され
るように、ベース40、少なくとも1つの薄膜層42及
びウエハ・コンタクト・プローブ44を含む。好適に
は、図3乃至図5に示されるように、標準の内部導体
(図示せず)、及びベース40の底面50上にバイア4
8を有する標準ベース40が使用される。プロダクト・
チップ30の任意のコンタクト・フットプリントをバイ
ア48に接続するために、薄膜層42及びウエハ・コン
タクト・プローブ44の配列だけが変更される。バイア
48はプロダクト・ファミリ内の全ての製品のために、
ベース40上に標準のパターンを有する。専用ボード2
2のエッジ付近のバイア48の配列の拡大図が図4に示
される。図5は、4つのベースが専用ボード22の中央
付近で一緒にタイル状に配置された、バイア48の配列
の拡大図を示す。図示のバイアの配列は、等しいXピッ
チ及びYピッチを有するが他の配列も可能である。
【0022】従って、異なるパッド・フットプリントを
有するプロダクト・ファミリ内の広範囲のプロダクト・
チップ30(例えばメモリ、マイクロプロセッサ、カス
タム論理及び混合信号論理)が、ベース40上の薄膜層
42及びコンタクト・プローブ44の比較的単純な変更
により接触され、完成された専用ボード22が提供され
る。全ての専用化を薄膜層42内に提供することによ
り、ベース40が全てのこうした専用ボードに対して同
一となり、コストを低減し形成時間を短縮することがで
きる。周知のように、薄膜層42は、配線パターン52
(図6)を形成するための1つまたは幾つかの導電層及
び絶縁層を含む。
【0023】薄膜配線レベル42内の配線パターン52
が図6に示され、図7に拡大図で示されるように、ベー
ス40の底面50上のバイア48をプローブ・コンタク
ト・パッド54に接続するように専用化される。そして
図8及び図9に示されるように、ウエハ・コンタクト・
プローブ44がプローブ・コンタクト・パッド54に取
り付けられる。配線52の経路、及びプローブ・コンタ
クト・パッド54及びウエハ・コンタクト・プローブ4
4の位置は、特定のチップ・パッド・フットプリントに
適合するように専用化される。図6乃至図9に示される
場合では、DRAMチップ上のパッドのリニア・アレイ
に接触する、プローブのリニア・プローブ・アレイが提
供される。図10は、図5のバイア48、図7の配線パ
ターン52、及び図9のプローブ・コンタクト・パッド
54及びウエハ・コンタクト・プローブ44のオーバレ
イを示しそれらの間の接続を示す。
【0024】専用ボード22は、図1、図3に示される
ように、また前記米国特許出願第882989号で述べ
られるように、一緒に接合される幾つかのより小さなボ
ードまたはタイル60のアレイから形成される。8イン
チ・ウエハまたは12インチ・ウエハをプロービングす
るために、6インチのガラス・セラミック・タイル60
の2×2アレイが使用され得る。好適には、タイル・ア
レイ内の各タイル60が、他のベースと同一のベース4
0を有し、タイル60が単にお互いに対して回転され
て、図3の底面図に示されるように、ウエハの4つの四
分区画とのコンタクト配列を提供する。もちろん、図9
に示されるように、薄膜層42及びコンタクト・プロー
ブ44は、回転を考慮するように、また専用ボード22
に渡って、コンタクトの一貫した方位を提供するように
ベース40に提供される。配線パターン52はまた、専
用ボードの回転を考慮して、専用ボードを構成する4つ
のタイルの各々に対して専用化されなければならない。
【0025】図11に示されるように、キャリア・ボー
ド24との接続のためのコンタクト62aのアレイが、
キャリア・ボード24に面する専用ボード22の上面6
3に配置される。コンタクト62aの各アレイに隣接
し、アレイ62aのパワー・コンタクトとグラウンド・
コンタクト間に接続されるデカップリング・コンデンサ
64が、テストされるプロダクト・チップ30の非常に
近くにデカップリング・キャパシタンスを提供する。デ
カップリング・コンデンサ64は、専用ボード22の上
面63、すなわちプロダクト・チップ30とは反対側の
面上に示されるが、これらはより接近し改善されたデカ
ップリングのために、プロダクト・チップ30に面する
専用ボード22の底面上の薄膜配線42内にも提供され
得る。
【0026】図12に示されるように、専用ボード22
への接続のためのキャリア・ボード24上のコンタクト
62bのアレイが、専用ボード22に面するキャリア・
ボード24の底面65上に配置される。ボード22及び
24上の対向するコンタクト62a、62bは、約75
0μm乃至1000μm(約30ミル乃至40ミル)の
範囲のほぼ等しい寸法を有する。コンタクト間の間隔は
約250μm(10ミル)であり、約1000μm乃至
1250μm(40ミル乃至50ミル)のピッチを提供
する。キャリア・ボード24内の内部配線(図示せず)
が、コンタクト62bをキャリア・ボード24の上面7
0の薄膜配線(図示せず)に接続し、その上面70には
テスタ・チップ28、デカップリング・コンデンサ7
2、及び信号ピン74が取り付けられる。テスタ・チッ
プ28に延びる配線は、パワー線、グラウンド線、及び
信号線を含み、前記米国特許第5600257号で述べ
られるように、キャリア・ボード24内の導電配線層内
に提供される。パワー接続及び信号接続は、図13に示
されるように、パワー・タブ75及び信号ピン74を通
じてキャリア24に提供される。信号は、信号ピン74
に接続されるテスタからケーブルを通じてキャリア24
に提供される。
【0027】プロダクト・ファミリ内の全ての被テスト
・ウエハに対して、同一のキャリア・ボード24が使用
され、これらのウエハがキャリア・ボード上に実装され
るテスタ・チップによりテストされる。キャリア・ボー
ド24は、前述のように、プロダクト・ウエハ26に熱
的にマッチングされた材料から形成され得る。従って、
キャリア・ボード24は、専用ボード22のタイル60
と同様に、個々のタイル70から形成され得る。そし
て、キャリア・ボードのタイル70が、専用ボード22
のタイル60に関連して前述したように回転され、4つ
の別々のパーツ番号の必要性を除去する。この場合、テ
スタ・チップ28も回転される。次に、専用ボード22
上の専用層42が、回転を考慮してセットされる。この
場合、専用ボード22の4つのタイル60の各々が異な
る薄膜層42を有し、各こうしたパーツが専用ボード2
2のある特定の四分区画内でのみ使用され得る。必要に
応じて、追加の配線レベルを提供する薄膜層がキャリア
・ボード24上にも提供され得る。
【0028】しかしながら、キャリア・ボード24に対
する熱マッチング要求が著しく緩和され、プロダクト・
ウエハとの熱膨張率の緊密なマッチングの必要性が除去
される。第1に、キャリア・ボード24は、専用ボード
22が遭遇する温度変位に遭遇しない。これはテスト・
ヘッドがもっぱらテストのために使用される場合であ
り、またボード22、24間に十分な熱抵抗が提供され
る場合、バーンインにも当てはまる。第2に、ボード2
2、24間のコンタクトは、ウエハ30上のパッドより
も多大に大きいので、ボード間接続はボード−ウエハ間
接続よりも多大に大きな熱不整合を許容できる。従っ
て、専用ボード22に対して前述した材料に加え、キャ
リア・ボード24はFR4、Getek、及びテフロン
などの標準のPCボード材料から形成され得る。
【0029】本発明者は、図14の実施例で示されるよ
うに、ガラス・セラミックから成る専用ボード22、及
び標準のPCボード材料であるFR4から成るキャリア
・ボード24'を含むテスト・ヘッド20'を組み立て、
テストした。キャリア・ボード24'は、ウエハ30上
の各チップのためのドータ・カード28'を含み、これ
は短絡したプロダクト・チップ30をウエハ26から切
断するための単純な方法を提供する。ドータ・カード2
8'は、こうした短絡チップとの接触を切断するために
簡単に除去され得る。或いは、テスト回路、電源制御回
路(電圧レギュレータなど)、メモリ、タイミング及び
フォーマット生成、ピン・エレクトロニクス及びサポー
ト回路(例えばデジタル−アナログ変換器など)を含む
テスタ・チップ28が、全てドータ・カード28'上に
提供され得る。テスタ・チップ28は全てが同一である
必要はなく、様々なテスト機能を提供するために、また
信号ピン74と他のテスタ・チップ間のファンアウトの
ために幾つかの異なるチップが使用され得る。
【0030】専用ボード22とキャリア・ボード24間
のコンタクトは、係属中の米国特許出願第FI9951
67号で述べられるように、プラスチックの相互接続ハ
ウジング78を通じて延びる相互接続ピン76により提
供される。図1及び図2に示されるように、また図15
乃至図17に拡大されて示されるように、専用ボード2
2の各タイルに対応して、4つの相互接続ハウジング7
8がインバーのフレーム80内に実装される。フレーム
80およびハウジング78の組合せは、相互接続用のイ
ンターポーザとして働く。ピン76の正面図及び側面図
が、それぞれ図15乃至図16に示される。各ピンは、
ボード22、24間のバネ圧コンタクトを提供するため
に、曲率半径82を有する一片のワイヤから形成され
る。相互接続ハウジング78は、図17に示されるよう
に、各ピンに対するスロット84を有し、ピン76の屈
曲を可能にする。各相互接続ハウジング78は、2つの
対向するボード22、24上のコンタクト62a、62
bを相互接続するために、ピン76の33×33アレイ
を具備し、それらの間で1089個のコンタクトが提供
され、プロダクト・ウエハ全体では、17424個の個
々のコンタクトが提供される。インバーのフレーム80
は、テスト・ヘッド20により提供される大きな面積に
渡って熱マッチングを提供する。ボード22、24上の
コンタクト62a、62bは、約0.75mm乃至1m
m(約30ミル乃至40ミル)の十分に大きな寸法を提
供され、相互接続ハウジング78といずれかのボードと
の間の熱勾配または熱膨張率の差が許容される。
【0031】テスト・ヘッド20のアセンブリにおい
て、インバーのフレーム80が専用ボード22に位置合
せされ接着される。次に、相互接続ハウジング78が、
インバーのフレーム80内に設置される。次に、キャリ
ア24が、ピン76とパッド62b間の接続のために位
置決めされる。1ピン当たり約15グラムの力が、ウエ
ハ26とテスト・ヘッド20間に加えられ、コンポーネ
ント間の良好な電気接続を保証する。
【0032】バーンインの間に、キャリア・ボード24
がウエハ26または専用ボード22よりも著しく低い温
度で保持されるように、ボード22と24の間に熱抵抗
が提供される。熱抵抗は、ボード22、24とインバー
のフレーム80またはプラスチック相互接続ハウジング
78との間のエア・ギャップにより、最も容易に提供さ
れる。ボード間の空間をOリングまたは他のガスケット
により密封し、真空排気することにより改善された熱抵
抗が提供される。専用ボード22とキャリア・ボード2
4間に十分な熱抵抗を提供することにより、プロダクト
・チップ30が140℃以上の温度でバーンインされる
間に、テスタ・チップ28が85℃以下の温度に保持さ
れ得る。従って、テスタ・チップ28の繰返しバーンイ
ン応力が回避され、それらの有効寿命が向上される。
【0033】改善された熱抵抗を提供することに加え、
ボード22と24の間の空間を真空排気することによ
り、ピン76を圧縮するために必要な力が提供され、従
ってパッド62a、62b間の良好な電気接触が提供さ
れる。
【0034】本発明は、プロダクト・ウエハ26上の全
てのプロダクト・チップ30を同時にテストまたはバー
ンインすることを可能にするが、より少ない数のチップ
のテストにも適応し得る。図18、図19に示されるよ
うに、テスト・ヘッド20の2つのステップの各々にお
いて、チップの半分がテストされる。陰影付けされた領
域が、テスト・ヘッド20のテスト・プローブ44と、
プロダクト・ウエハ26上のプロダクト・チップ30と
の間の接触領域を示す。最初に、図18に示されるよう
に、テスト・ヘッド20がプロダクト・チップ30のコ
ンタクト列30aに位置決めされ、同時にテストされ
る。次にテストの完了後、同時テスト・ステップのため
に、テスト・ヘッドがプロダクト・チップの列30bと
接触するようにステップ送りされる。従って、2つのテ
スト・ステップだけにより、ウエハ26上の全てのチッ
プが接触され、完全にテストされる。
【0035】ウエハ26をテスト・ヘッド20に接触さ
せるのに必要とされる力を提供するために、2つの方法
が使用可能である。一般に、ウエハ26は真空により、
X−Y−Z−θステッパ上に装着された真空チャックに
保持され、機械的な力及び位置決めが、X−Y−Z−θ
ステッパを通じて提供される。或いは、図20乃至図2
1に示されるように、位置決めについては、同様にX−
Y−Z−θステッパにより提供されるが、ウエハとテス
ト・ヘッド間の力は、真空チャックとテスト・ヘッド間
に真空を提供することにより増強される。
【0036】図20に示されるように、ウエハ26は、
真空溝88及びウエハ抑え真空ポート90を有する真空
チャック86上に真空装着される。真空チャック86は
また、図21に示されるように、Oリング・シール92
と真空チャック86をテスト・ヘッド20に真空密封す
るための、プローブ・システム真空ポート94を有す
る。それにより、気圧Fまで加えられ、全てのウエハ・
コンタクト・プローブ44を一様に圧縮する。必要に応
じて、追加の圧力が従来の機械式手段により提供され得
る。ウエハ26はまた、機械式または静電式手法により
真空チャック86にクランプされ得る。Oリング・シー
ル92に加え、ガスケットまたはCリングなどの他のシ
ールも使用され得る。好適には、シールのコンプライア
ンスは、ほぼプローブ44のコンプライアンスに等し
い。
【0037】図22乃至図23は、テスト・ヘッド20
に対するウエハ26のステップ送りを示す。一旦ウエハ
26上のチップの第1のセットがテストされると、図2
2に示されるように、真空がプローブ・システム真空ポ
ート94から解除され、真空チャック86が下降される
(図20)。次に、真空チャック86により運搬された
ウエハ26が、X−Y−Z−θステッパ96により再度
位置合せされる。次に、真空チャック86が上昇され、
図23に示されるように、別のグループのチップの接触
のためにウエハ26とテスト・ヘッド20との間の接触
を再度確立する。真空の使用は、完全に機械的な力に頼
る従来システムにより提供されるよりも低い機械応力に
より、相当に高い、またより一様な力の印加を可能にす
る。このことは特に、非常に多数のプローブを有するプ
ローブ・アレイの場合に有利である。
【0038】テストのスループットは、図24の三日月
状のテスト・プローブ・パターンを用いることにより、
図18乃至図19の直線のプローブ・パターンよりも多
大に改善される。三日月形状は、各ステップ毎に、ほぼ
全てのプローブがチップに当たることを可能にし、実質
的に効率を高め、全ウエハ・テストに要求されるステッ
プ数を低減する。例えば、図24に示される604個の
ダイは、128チップの並列テスタにより僅か6ステッ
プでテストされ得る。図25の直線プローブ・パターン
またはエリア・アレイ・プローブ・パターン(図示せ
ず)では、1タイル当たり32個のプローブを有する対
称のタイルを用いることにより、8ステップが要求され
る。従って、三日月状のプローブ配列は、標準のエリア
・アレイまたは直線ストライプ状パターンに比較して、
スループットの25%の向上をもたらす。更に有利な点
として、三日月状プローブ・パターンは、エリア・アレ
イまたはストライプ状パターンよりも、より一様で不変
の力を提供する。その上、真空支援Z力のために、密封
するのに必要な面積が低減される。更に、ウエハ・エッ
ジを越えて延びるプローブの数が実質的に低減され、プ
ローブ損傷の可能性を実質的に制限する。最終的に、ス
テップ送りは、三日月状またはストライプ状のプローブ
・パターンに対して、オール・イン・ワン方向であり、
プローブ装置及び機構を単純化する。エリア・アレイ・
パターンは複数の方向のステップ送りを要求する。
【0039】第1のテスト・ステップでは、図24の陰
影付けされた全てのチップ30aがテストされる。次に
ウエハ26が−X寸法だけステップ送りされ、陰影付け
されたチップに隣接するチップ30bがテストされる。
そして全てのチップがテストされるまで、この手順が繰
り返される。この場合、6回のプローブ・タッチダウン
が要求される。
【0040】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【0041】(1)プロダクト・ウエハ上の少なくとも
1つのダイに接触するためのプローブを有するプローブ
側と、第2のボードとの電気接続のために適応化される
接続側とを有する第1のボードと、前記第1のボードの
前記接続側との電気接続のためのコンタクトを有するコ
ンタクト側と、前記ダイにパワーを分配するための、ま
たは前記ダイをテストするためのテスタ・チップを有す
るテスタ・チップ側とを有する第2のボードとを含む、
テスト・ヘッド。 (2)前記第1のボードが、前記プロダクト・ウエハの
熱膨張率にマッチングする熱膨張率を有する材料を含
む、前記(1)記載のテスト・ヘッド。 (3)前記第2のボードが、前記プロダクト・ウエハの
熱膨張率にマッチングする熱膨張率を有する材料を含
む、前記(1)記載のテスト・ヘッド。 (4)前記第1のボードが、前記プロダクト・ウエハの
熱膨張率にマッチングする熱膨張率を有する材料を含
み、前記第1のボードが、前記ダイに接触するように当
該ボードを専用化するベース及び薄膜層を含み、前記テ
スト・ヘッドが前記第1のボードと前記第2のボード間
にインターポーザを含み、前記インターポーザがフレー
ム内に設けられるハウジングを含む、前記(1)記載の
テスト・ヘッド。 (5)前記第1及び第2のボード間に熱抵抗を含む、前
記(1)記載のテスト・ヘッド。 (6)前記熱抵抗が前記第1及び第2のボード間の空間
を含み、空気が前記熱抵抗を提供する、前記(5)記載
のテスト・ヘッド。 (7)前記熱抵抗が前記第1及び第2のボード間の耐熱
材料を含む、前記(5)記載のテスト・ヘッド。 (8)前記耐熱材料が前記第1及び第2のボード間のイ
ンターポーザを含む、前記(7)記載のテスト・ヘッ
ド。 (9)前記熱抵抗が前記第1及び第2のボード間の空気
または真空を含む、前記(5)記載のテスト・ボード。 (10)前記第1のボードと前記第2のボード間にデカ
ップリング・コンデンサを含む、前記(1)記載のテス
ト・ヘッド。 (11)前記第1のボード上に複数のパワー・パッドを
含み、前記デカップリング・コンデンサが各前記パワー
・パッド上に提供される、前記(10)記載のテスト・
ヘッド。 (12)プロダクト・ウエハ上の集積回路プロダクト・
チップをバーンイン可能な装置であって、プローブが実
装されるプローブ側と、テスタ・チップが実装されるテ
スタ・チップ側とを有するテスト・ヘッドを含み、前記
テスタ・チップが前記プローブに電気的に接続され、前
記プロダクト・ウエハ上の前記集積回路プロダクト・チ
ップが約140℃の温度の間に、前記プローブが前記プ
ロダクト・チップに接触し、前記プロダクト・チップが
前記約140℃の温度の間に、前記テスト・ヘッドが前
記テスタ・チップを100℃以下の温度に保つように構
成される、装置。 (13)前記テスト・ヘッドが、前記プローブ側と、第
2のボードとの電気接続のために適応化される接続側と
を有する第1のボードと、前記第1のボードの前記接続
側との電気接続のためのコンタクトを有するコンタクト
側と、前記テスタ・チップ側とを有する第2のボードと
を含む、前記(12)記載の装置。 (14)プロダクト・ウエハ上の複数の集積回路プロダ
クト・チップをテストまたはバーンインする方法であっ
て、前記プロダクト・チップが信号入出力パッド、グラ
ウンド・パッド、及びパワー・パッドを有するものにお
いて、 a)前記プロダクト・ウエハ上の前記複数のプロダクト
・チップのパッドを、同時にテスト・ヘッドに接触させ
るステップであって、前記テスト・ヘッドが、前記プロ
ダクト・ウエハ上の少なくとも1つのダイに接触するた
めのプローブを有するプローブ側と、第2のボードとの
電気接続のために適応化される接続側とを有する第1の
ボードと、前記第1のボードの前記接続側との電気接続
のためのコンタクトを有するコンタクト側と、前記プロ
ダクト・チップにパワーを分配するための、または前記
プロダクト・チップをテストするためのテスタ・チップ
を有するテスタ・チップ側とを有する第2のボードとを
含み、 b)電源から前記テスト・ヘッドを通じて、前記プロダ
クト・チップの前記パワー・パッドにパワーを供給する
ステップと、 c)前記テスト・ヘッドを通じて、前記プロダクト・ウ
エハ上の前記複数のプロダクト・チップをテストまたは
バーンインするステップとを含む、方法。 (15)プロダクト・ウエハ上の集積回路プロダクト・
チップをバーンインする方法であって、 a)前記プロダクト・ウエハ上の前記プロダクト・チッ
プのパッドを、テスト・ヘッドに接触させるステップで
あって、前記テスト・ヘッドが、プローブが実装される
プローブ側と、テスタ・チップが実装されるテスタ・チ
ップ側とを有し、前記テスタ・チップが前記プローブに
電気的に接続されるものにおいて、前記プロダクト・ウ
エハ上の前記集積回路プロダクト・チップが約140℃
の温度の間に、前記プローブが前記プロダクト・チップ
に接触し、前記プロダクト・チップが前記約140℃の
温度の間に、前記テスト・ヘッドが前記テスタ・チップ
を100℃以下の温度に保つように構成され、 b)電源から前記テスト・ヘッドを通じて、前記プロダ
クト・チップのパワー・パッドにパワーを供給するステ
ップと、 c)前記テスト・ヘッドを通じて、前記プロダクト・ウ
エハ上の前記複数のプロダクト・チップをバーンインす
るステップとを含む、方法。 (16)所与の直径を有する半導体ウエハをテストする
テスト構造であって、前記ウエハ直径よりも大きなチャ
ック寸法を有するチャックと、前記ウエハ直径よりも大
きなテスト・ヘッド寸法を有するテスト・ヘッドと、前
記ウエハを前記チャックにクランプする手段と、前記チ
ャックと前記テスト・ヘッドとの間の真空を密封するシ
ールとを含む、構造。 (17)半導体ウエハをテストするためのテスタであっ
て、前記ウエハ上の複数のチップに同時に接触し、テス
トするプローブを有するテスト・ヘッドを含み、被テス
ト・チップ間の前記チップがテストされないようなパタ
ーンに前記プローブが配列される、テスタ。 (18)前記パターンが複数のストライプを含む、前記
(17)記載のテスタ。 (19)前記ストライプが三日月状である、前記(1
8)記載のテスタ。 (20)ステップ送りがもっぱら一方向となるように、
前記プローブが配列される、前記(17)記載のテス
タ。 (21)半導体ウエハをテストするためのテスタであっ
て、プローブの複数のセットを含み、各プローブ・セッ
トが前記ウエハ上の1チップをテストし、前記プローブ
・セットが三日月状パターンに配列される、テスタ。 (22)前記プローブ・セットが複数の三日月状パター
ンに配列される、前記(21)記載のテスタ。 (23)前記プローブ・セットが異なる凸状を有する三
日月状パターンに配列される、前記(22)記載のテス
タ。 (24)前記プローブ・セットが反対方向を向く三日月
状パターンに配列される、前記(22)記載のテスタ。 (25)前記ウエハがチップの行を有し、第1のチップ
が前記ウエハのエッジに隣接するあらゆる行内に存在
し、前記三日月状パターンがあらゆる行内の前記第1の
チップを含む、前記(21)記載のテスタ。
【図面の簡単な説明】
【図1】テストのために位置決めされた本発明のテスト
・ヘッド及びウエハの拡大斜視図である。
【図2】図1に示されるテスト・ヘッドのパーツの断面
図である。
【図3】配列を表す厚膜バイアのプロダクト特有でない
レイアウトを含む領域を示す、専用ボードのベースの底
面の平面図であり、X及びYのピッチは等しい。
【図4】専用ボードのエッジ付近の1つのタイルのエッ
ジ部分を示す、図3の厚膜バイアのレイアウトの拡大図
である。
【図5】4つのタイルの交差領域を示す、図4の厚膜バ
イアのレイアウトの拡大図である。
【図6】プロダクト・ウエハ上のプロダクト・チップの
アレイとの接触のための、専用のウエハ・コンタクト・
プローブとパッドとの専用の薄膜配線を示す、専用ボー
ドの底面の平面図である。
【図7】4つのタイルの交差領域を示す、図6の専用の
薄膜配線の拡大図である。
【図8】特定のプロダクト・ウエハ用に適合化されたプ
ローブ・コンタクト・パッド及びウエハ・コンタクト・
プローブの構成を示す、専用ボードの底面の平面図であ
る。
【図9】4つのタイルの交差領域を示す、図8のプロー
ブ・コンタクト・パッド及びウエハ・コンタクト・プロ
ーブの拡大図である。
【図10】図5の厚膜、図7の専用の薄膜配線及び図9
のプローブ・コンタクト・パッド及びプローブのオーバ
レイであり、バイアからプローブへの専用の接続を示す
図である。
【図11】ボード間接続用のコンタクトのアレイ及びデ
カップリング・コンデンサを示す、専用ボードの上面の
平面図である。
【図12】ボード間接続用のコンタクトのアレイ及びパ
ワー・バス・タブを示す、キャリア・ボードの底面の平
面図である。
【図13】テスタ・チップのアレイ、各テスタ・チップ
周辺のデカップリング・コンデンサ、パワー・バス・タ
ブ、及びキャリア・ボードへのI/O接続用のピンを示
す、キャリア・ボードの上面の平面図である。
【図14】キャリア・ボードが標準のPCボード材料か
ら成り、ドータ・カードを分布された、本発明の代替実
施例のテスト・ヘッドの拡大斜視図である。
【図15】ボード間接続用に使用されるピンの正面図で
ある。
【図16】ボード間接続用に使用されるピンの別の側面
図である。
【図17】図15乃至図16のピンのための相互接続ハ
ウジングの平面図である。
【図18】プロダクト・チップの交互の行をテストする
ために分布された、本発明のテスト・ヘッドによるプロ
ダクト・ウエハのテストを示す図である。
【図19】プロダクト・チップの交互の行をテストする
ために分布された、本発明のテスト・ヘッドによるプロ
ダクト・ウエハのテストを示す図である。
【図20】気圧の増大により、真空チャックが保持する
プロダクト・ウエハをテスト・ヘッドに接続する、プロ
ダクト・ウエハと本発明のテスト・ヘッドとの接触を示
す図である。
【図21】気圧の増大により、真空チャックが保持する
プロダクト・ウエハをテスト・ヘッドに接続する、プロ
ダクト・ウエハと本発明のテスト・ヘッドとの接触を示
す図である。
【図22】図20乃至図21において、気圧の増大によ
り、真空チャックが保持するプロダクト・ウエハをテス
ト・ヘッドに接続し、別途プロダクト・ウエハとチャッ
クとの真空接続を提供するとき、プロダクト・ウエハの
ステップ送りによりテスト・ヘッドをプロダクト・ウエ
ハと接触させる図である。
【図23】図20乃至図21において、気圧の増大によ
り、真空チャックが保持するプロダクト・ウエハをテス
ト・ヘッドに接続し、別途プロダクト・ウエハとチャッ
クとの真空接続を提供するとき、プロダクト・ウエハの
ステップ送りによりテスト・ヘッドをプロダクト・ウエ
ハと接触させる図である。
【図24】プローブが三日月状のストライプに配列され
る場合の、プローブとプロダクト・ウエハとの接触を示
す図である。
【図25】プローブが直線状のストライプに配列される
場合の、プローブとプロダクト・ウエハとの接触を示す
図である。
【符号の説明】
20、20' テスト・ヘッド 22 専用ボード 24、24' キャリア・ボード 26 プロダクト・ウエハ 28 テスタ・チップ 28' ドータ・カード 30 プロダクト・チップ 30a、30b プロダクト・チップのコンタクト列 40 ベース 42 薄膜層(薄膜配線レベル) 44 ウエハ・コンタクト・プローブ 48 バイア 50 ベース底面 52 配線パターン 54 プローブ・コンタクト・パッド 60、70 タイル 62a、62b コンタクト・パッド 63 専用ボード上面 64、74 デカップリング・コンデンサ 65 キャリア・ボード底面 70 キャリア・ボード上面 72 信号ピン 75 パワー・タブ 76 相互接続ピン 78 相互接続ハウジング 80 フレーム 82 曲率半径 84 スロット 86 真空チャック 88 真空溝 90 ウエハ抑え真空ポート 92 Oリング・シール 94 プローブ・システム真空ポート 96 X−Y−Z−θステッパ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・ダブリュ・バチェルダー アメリカ合衆国05488、バーモント州スワ ントン、グランド・アベニュー 118 (72)発明者 デニス・アール・バリンジャー アメリカ合衆国12589、ニューヨーク州ウ ォーキル、ニュー・ハーレイ・ロード 478 (72)発明者 デニス・アール・コンチ アメリカ合衆国05452、バーモント州エセ ックス・ジャンクション、ロツンダ・アベ ニュー 11 (72)発明者 ジェームス・エム・クラフツ アメリカ合衆国05674、バーモント州ウォ ーレン、プランクトン・ロード(番地な し) (72)発明者 デビッド・エル・ガーデル アメリカ合衆国05454、バーモント州フェ アファックス、リチャーズ・ロード 51 (72)発明者 マーク・アール・ラフォース アメリカ合衆国05452、バーモント州エセ ックス・ジャンクション、ブルースター ン・ロード 1 (72)発明者 チャールズ・エイチ・ペリー アメリカ合衆国12603、ニューヨーク州ポ キプシ、スパイ・ヒル・ロード 14 (72)発明者 ドクター・ロジャー・アール・スクミッド アメリカ合衆国12601、ニューヨーク州ポ キプシ、ルッカーマン・アベニュー 44 (72)発明者 ジョセフ・ジェイ・バン・ホーン アメリカ合衆国05489、バーモント州アン ダーヒル、ベアタウン・ロード 51 (72)発明者 ウェイド・エイチ・ホワイト アメリカ合衆国12538、ニューヨーク州ハ イド・パーク、リスター・ドライブ 6

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プロダクト・ウエハ上の少なくとも1つの
    ダイに接触するためのプローブを有するプローブ側と、
    第2のボードとの電気接続のために適応化される接続側
    とを有する第1のボードと、 前記第1のボードの前記接続側との電気接続のためのコ
    ンタクトを有するコンタクト側と、前記ダイにパワーを
    分配するための、または前記ダイをテストするためのテ
    スタ・チップを有するテスタ・チップ側とを有する第2
    のボードとを含む、テスト・ヘッド。
  2. 【請求項2】前記第1のボードが、前記プロダクト・ウ
    エハの熱膨張率にマッチングする熱膨張率を有する材料
    を含む、請求項1記載のテスト・ヘッド。
  3. 【請求項3】前記第2のボードが、前記プロダクト・ウ
    エハの熱膨張率にマッチングする熱膨張率を有する材料
    を含む、請求項1記載のテスト・ヘッド。
  4. 【請求項4】前記第1のボードが、前記プロダクト・ウ
    エハの熱膨張率にマッチングする熱膨張率を有する材料
    を含み、前記第1のボードが、前記ダイに接触するよう
    に当該ボードを専用化するベース及び薄膜層を含み、前
    記テスト・ヘッドが前記第1のボードと前記第2のボー
    ド間にインターポーザを含み、前記インターポーザがフ
    レーム内に設けられるハウジングを含む、請求項1記載
    のテスト・ヘッド。
  5. 【請求項5】前記第1及び第2のボード間に熱抵抗を含
    む、請求項1記載のテスト・ヘッド。
  6. 【請求項6】前記熱抵抗が前記第1及び第2のボード間
    の空間を含み、空気が前記熱抵抗を提供する、請求項5
    記載のテスト・ヘッド。
  7. 【請求項7】前記熱抵抗が前記第1及び第2のボード間
    の耐熱材料を含む、請求項5記載のテスト・ヘッド。
  8. 【請求項8】前記耐熱材料が前記第1及び第2のボード
    間のインターポーザを含む、請求項7記載のテスト・ヘ
    ッド。
  9. 【請求項9】前記熱抵抗が前記第1及び第2のボード間
    の空気または真空を含む、請求項5記載のテスト・ボー
    ド。
  10. 【請求項10】前記第1のボードと前記第2のボード間
    にデカップリング・コンデンサを含む、請求項1記載の
    テスト・ヘッド。
  11. 【請求項11】前記第1のボード上に複数のパワー・パ
    ッドを含み、前記デカップリング・コンデンサが各前記
    パワー・パッド上に提供される、請求項10記載のテス
    ト・ヘッド。
  12. 【請求項12】プロダクト・ウエハ上の集積回路プロダ
    クト・チップをバーンイン可能な装置であって、 プローブが実装されるプローブ側と、テスタ・チップが
    実装されるテスタ・チップ側とを有するテスト・ヘッド
    を含み、前記テスタ・チップが前記プローブに電気的に
    接続され、前記プロダクト・ウエハ上の前記集積回路プ
    ロダクト・チップが約140℃の温度の間に、前記プロ
    ーブが前記プロダクト・チップに接触し、 前記プロダクト・チップが前記約140℃の温度の間
    に、前記テスト・ヘッドが前記テスタ・チップを100
    ℃以下の温度に保つように構成される、装置。
  13. 【請求項13】前記テスト・ヘッドが、 前記プローブ側と、第2のボードとの電気接続のために
    適応化される接続側とを有する第1のボードと、 前記第1のボードの前記接続側との電気接続のためのコ
    ンタクトを有するコンタクト側と、前記テスタ・チップ
    側とを有する第2のボードとを含む、請求項12記載の
    装置。
  14. 【請求項14】プロダクト・ウエハ上の複数の集積回路
    プロダクト・チップをテストまたはバーンインする方法
    であって、前記プロダクト・チップが信号入出力パッ
    ド、グラウンド・パッド、及びパワー・パッドを有する
    ものにおいて、 a)前記プロダクト・ウエハ上の前記複数のプロダクト
    ・チップのパッドを、同時にテスト・ヘッドに接触させ
    るステップであって、前記テスト・ヘッドが、前記プロ
    ダクト・ウエハ上の少なくとも1つのダイに接触するた
    めのプローブを有するプローブ側と、第2のボードとの
    電気接続のために適応化される接続側とを有する第1の
    ボードと、前記第1のボードの前記接続側との電気接続
    のためのコンタクトを有するコンタクト側と、前記プロ
    ダクト・チップにパワーを分配するための、または前記
    プロダクト・チップをテストするためのテスタ・チップ
    を有するテスタ・チップ側とを有する第2のボードとを
    含み、 b)電源から前記テスト・ヘッドを通じて、前記プロダ
    クト・チップの前記パワー・パッドにパワーを供給する
    ステップと、 c)前記テスト・ヘッドを通じて、前記プロダクト・ウ
    エハ上の前記複数のプロダクト・チップをテストまたは
    バーンインするステップとを含む、方法。
  15. 【請求項15】プロダクト・ウエハ上の集積回路プロダ
    クト・チップをバーンインする方法であって、 a)前記プロダクト・ウエハ上の前記プロダクト・チッ
    プのパッドを、テスト・ヘッドに接触させるステップで
    あって、前記テスト・ヘッドが、プローブが実装される
    プローブ側と、テスタ・チップが実装されるテスタ・チ
    ップ側とを有し、前記テスタ・チップが前記プローブに
    電気的に接続されるものにおいて、前記プロダクト・ウ
    エハ上の前記集積回路プロダクト・チップが約140℃
    の温度の間に、前記プローブが前記プロダクト・チップ
    に接触し、前記プロダクト・チップが前記約140℃の
    温度の間に、前記テスト・ヘッドが前記テスタ・チップ
    を100℃以下の温度に保つように構成され、 b)電源から前記テスト・ヘッドを通じて、前記プロダ
    クト・チップのパワー・パッドにパワーを供給するステ
    ップと、 c)前記テスト・ヘッドを通じて、前記プロダクト・ウ
    エハ上の前記複数のプロダクト・チップをバーンインす
    るステップとを含む、方法。
  16. 【請求項16】所与の直径を有する半導体ウエハをテス
    トするテスト構造であって、 前記ウエハ直径よりも大きなチャック寸法を有するチャ
    ックと、 前記ウエハ直径よりも大きなテスト・ヘッド寸法を有す
    るテスト・ヘッドと、 前記ウエハを前記チャックにクランプする手段と、 前記チャックと前記テスト・ヘッドとの間の真空を密封
    するシールとを含む、構造。
  17. 【請求項17】半導体ウエハをテストするためのテスタ
    であって、前記ウエハ上の複数のチップに同時に接触
    し、テストするプローブを有するテスト・ヘッドを含
    み、被テスト・チップ間の前記チップがテストされない
    ようなパターンに前記プローブが配列される、テスタ。
  18. 【請求項18】前記パターンが複数のストライプを含
    む、請求項17記載のテスタ。
  19. 【請求項19】前記ストライプが三日月状である、請求
    項18記載のテスタ。
  20. 【請求項20】ステップ送りがもっぱら一方向となるよ
    うに、前記プローブが配列される、請求項17記載のテ
    スタ。
  21. 【請求項21】半導体ウエハをテストするためのテスタ
    であって、プローブの複数のセットを含み、各プローブ
    ・セットが前記ウエハ上の1チップをテストし、前記プ
    ローブ・セットが三日月状パターンに配列される、テス
    タ。
  22. 【請求項22】前記プローブ・セットが複数の三日月状
    パターンに配列される、請求項21記載のテスタ。
  23. 【請求項23】前記プローブ・セットが異なる凸状を有
    する三日月状パターンに配列される、請求項22記載の
    テスタ。
  24. 【請求項24】前記プローブ・セットが反対方向を向く
    三日月状パターンに配列される、請求項22記載のテス
    タ。
  25. 【請求項25】前記ウエハがチップの行を有し、第1の
    チップが前記ウエハのエッジに隣接するあらゆる行内に
    存在し、前記三日月状パターンがあらゆる行内の前記第
    1のチップを含む、請求項21記載のテスタ。
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