JPH11503564A

JPH11503564A - 自動検査機器のためのインターフェース装置

Info

Publication number: JPH11503564A
Application number: JP8529408A
Authority: JP
Inventors: スロッカム，アレグザンダー・エイチ; チュー，マイケル・エイ; レビー，デービッド・エイチ
Original assignee: イーソップ・インコーポレーテッド
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1999-03-26
Also published as: US5982182A; DE69601167T2; WO1996030772A1; EP0817973A1; EP0817973B1; DE69601167D1; ATE174691T1; KR19980703465A; KR100363762B1

Abstract

(57)【要約】処理装置に連結させなければならないテストヘッドを備えた検査システムのための運動継ぎ手に関する。この継ぎ手は、テストヘッドに装着された複数のモジュールにより援助される。各々のモジュールは、１つの運動表面を有しており、該表面は処理装置上の他の運動表面と対応するように設計されている。各々のモジュールは、その運動表面を繰り出したり、引っ込めたりすることができるモータを備えている。これらのモジュールは、最終的にハンドラーに対し垂直方向の動きで、テストヘッドを処理装置へ連結させることができる。また、これらのモジュールは、テストヘッドとハンドラーとの間の傾斜角度を、平面化を達成するように調整することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】自動検査機器のためのインターフェース装置本発明は、自動検査機器に係り、より詳しくは、検査対象となる半導体デバイスを配置する際の該デバイスと自動検査機器とのインターフェースを調整する装置に関する。半導体素子を製造する間、各素子は様々な工程で検査される。製造業者は、可能な限り早期に、製造過程において欠陥素子を探査し、これを除去するという意義のある経済的な動機を持っている。例えば、多数の半導体集積回路は、通常、大きなシリコンウェハーの上で製作される。このウェハーはカットされ、集積回路は分離されて型の中へ入れられる。それから、この型は、フレームへ取り付けられる。その型と、そのフレームから延びている導線とを接続するための結合ワイヤーが取り付けられる。それから、そのフレームは、プラスチック製、或いは他のパッケージ用材料で包まれ、最終的な生産物が製造される。この製造プロセスは、比較的高価である。従って、ほとんどの半導体製造業者は、ウェハーをカットする前にウェハーの上で集積回路を検査する。欠陥のある集積回路は、マークされ、ウェハーがカットされた後で除去される。このようにして、欠陥のある型をパッケージすることによるコストアップが避けられる。最終的なチェックとして、ほとんどの製造業者は、各々の最終生産物を、出荷前に検査する。顧客に配送されたうちの非常に高いパーセンテージの割合を占める半導体素子が適切に機能することを保証する製造業者は、実際の生産物の対価より高い値段を請求することができる。半導体素子は、一般に大量に生産される。大量の素子を迅速に検査するためには、自動検査機器（いわゆる「テスター」）が用いられる。テスターは、集積回路への応用のための入力信号を迅速に発信し、適切な応答信号が発信されたか否かを判定することができる。テスターは、高度に自動化されているので、一連の数百万のテストケースを数秒間のうちに直ちに実行することができる。効率的に集積回路を検査するためには、検査されるデバイスを動かしたり、テスターへ迅速に接続するための何らかの装置が必要とされる。ウェハーを動かすために、「プロバー(prober)」と呼ばれる装置が用いられる。パッケージ化された部品を動かすために、「ハンドラー(handler)」と呼ばれる装置が用いられる。これらの装置は、テスターの出力端子と電気的に接触するように、検査素子に正確に位置決めされる。検査中のデバイスをテストヘッドに関係して位置決めするためのプロバー、ハンドラー及び他の装置は、総称して、「処理装置(handlin g device)」と呼ばれている。この処理装置をテスターへ接続する工程には、いくつかの難題がある。まず第１に、半導体回路は、多くの入力端子及び出力端子を持っていることが挙げられる。典型的な回路では、２０から１００の間の入力端子及び出力端子がある。しかし、５００前後の入力端子及び出力端子を持つようなより大きな回路もあり、また１０００を越える入力端子及び出力端子を備えた回路が企図されている。このようにテスターは、数百の信号を発信したり、受信したりしなければならない。動作及び信号受信のために必要とされる電気的な回路は、高速処理を可能とするために、可能な限り検査されるデバイスに接近しなければならない。その結果として、大部分のテスターは、テストヘッドに、動作回路及び受信回路のすべてを含むように設計される。このテストヘッドは、信号を発信すべきか否かを決定し受信信号の値を予期した値と比較するデータ処理回路を備えた電子キャビネットに、ケーブル束を経由して接続されている。このテストヘッドは、動作回路及び受信回路のすべてを保持するために、直径にして２、３フィートとすることができる。検査されるデバイスは、最終生産物の場合では、１平方インチのオーダーであり、ウェハー上の集積回路の場合では、さらに小さい。電気的に接触させるためには、テストヘッドからの数百という信号を、大変小さい領域に集中させなければならない。インターフェースは、テストヘッドとウェハーとの間でテスト信号を伝送する。このインターフェースのテストヘッド側は、デバイスインターフェースボード（device interface board）、すなわち「ＤＩＢ」を含む。ＤＩＢは、検査対象となる特別の半導体素子のためのテスターにあつらえた回路を時折含むことがあり、これ故に、ＤＩＢは、テストヘッドから取り外すことが可能でなければならない。テストヘッド内のばねで負荷が加えられた接点は、ＤＩＢとテストヘッドとの間で信号を伝送する。「プローブカード（probe card）」が、インターフェースのプロバー側を形成する。ばねで負荷が加えられた接点は、ＤＩＢとプローブカードとの間で信号を伝送する。プローブカードは、１つの側で多数のプローブワイヤを有している。このプローブワイヤは、半導体回路上にあるテストパッドに接触するように配置される。プローブカードが、製造されるとき、プローブワイヤの長さは、すべてのワイヤの先端が１つの平面内にあるように調整される。機械的なロックリング、すなわちカラーがインターフェースと一緒に設けられている。一般的に、インターフェースは、プロバーなどの処理装置に取り付けられる。理想的には、この配置は、プローブワイヤの先端が、半導体ウェハーの表面と平行な平面内にあることを確実にする。プロバーは、一般的に回転可能であると共に、プローブワイヤを半導体素子の接点に整列させるために、この平行平面内で半導体ウェハーを移動させることができる。しかしながら、商業的に入手可能なプロバーは、プローブワイヤの先端がＸ− Ｙ平面の外にあるということが原因となって、半導体ウェハーを動かす能力を持っていない。その結果として、プローブカードが半導体ウェハーに対し平行に取り付けられることが確実に可能となるような精密な製造技術が要求される。精密な製造技術なしにプローブワイヤの先端及び半導体ウェハーの表面を平面化するための簡単な方法が工夫できるならば、望ましいことであろう。さらに、たとえ精密な製造技術が用いられたとしても、テストヘッドの大きな重量によって、プローブカードがＸ−Ｙ平面の外へ動いてしまう。プローブカードの先端がＸ−Ｙ平面の外へ動くならば、テスターは検査されるデバイスと良好な電気的接触を維持できなくなり、検査結果の信頼性が低くなってしまうだろう。現行のテストヘッドとプロバー間のインターフェースに関するさらなる難題は、デバイスインターフェースボード、すなわちプローブカードを度々変える必要があるということである。異なるデバイスインターフェースボード、すなわちプローブカードが、異なる型の素子を検査するのに必要とされ、或いは同じ型の素子についての異なる検査を行うのに必要とされることが多い。ボードを変えるためには、テストヘッドをプロバーから除去する必要がある。テストヘッドは大きな装置であり、５００ポンドを優に越える重量をもっている。これを動かすのを容易にするために、テストヘッドは、サポートアームを介してマニピュレータへ接続されている。このマニピュレータは、テストヘッドをより容易に動かすために、釣り合い重りとなるような他の機械装置を含んでいる。このマニピュレータもまた、テストヘッドが動かされるとき、その本来の設計デザイン及び製造時の公差を与えるのと同じ位置に可能な限り近い位置に戻すことができるように調整される。プロバーの上に設けられたガイドポートもまた、テストヘッドを、その元の位置に戻すことを援助する。テストヘッドが再度配置されるとき、厳密に同じ位置とならないとすれば、半導体ウェハーをプローブカードに関して再度配置するために、プロバーを用いて補正作業を実行しなければならない。この方式でプロバーを補正することは時間がかかり、製造作業では、望ましくない。従って、テストヘッドと処理装置との間の正確な結合を、再現可能とすることが非常に望まれている。テストヘッドを動かすことに関連した第２の問題が確認されている。ＤＩＢ上の接触パッド、すなわちテストヘッドの内側のばね接点は、テストヘッドが再配置されるときに、時折、損傷することがある。テスターのスプリングピンがＤＩＢ上の接触パッドに抗して押圧されるように、テストヘッドをインターフェースに対し最初に垂直方向に動かし、それからテストヘッドをインターフェースに平行に動かした場合、スプリングピンは、接触パッドを引きずるだろう。このとき、スプリングピンの上に十分な重荷がかかっているならば、接触パッド或いはスプリングピンは、損傷するだろう。従って、位置決めシステムは、テストヘッドがその最終的な位置に近づいたときは、インターフェースに対しテストヘッドを垂直方向に動かすことのみを可能とすることが望ましい。発明の要約先に述べた背景に鑑み、本発明の目的は、自動検査設備のためのインターフェースを改善することである。また、処理装置に関するインターフェースを、正確かつ再現可能に配置できるようなテストヘッドと処理装置との間の機械的なインターフェースを提供することも本発明の目的とする。本発明の他の目的は、テストヘッドと処理装置との間で一定の力を提供するようなテストヘッドと処理装置との間の機械的なインターフェースを提供することである。本発明のさらなる目的は、テストヘッドを処理装置へ結合させる間、垂直方向の動きのみが可能なこれら２体間の機械的インターフェースを提供することである。また、テストヘッド上のプローブを、検査対象のデバイスに関して平面化することを可能とするインターフェースの配列を提供することも本発明の目的とする。また、複数の異なる形状のテストヘッド或いは処理装置に使用可能なインターフェースの配列を提供することも本発明の目的とする。先に述べた目的及び他の目的は、テストヘッド及び処理装置の間に複数の機械的接点を有するインターフェースによって達成される。いくつかの接点或いはすべての接点の位置は、テストヘッドと処理装置との間のラインに沿って調整される。このモーションによって、プローブの先端と検査中のデバイスとの間の傾斜角度が変化する。傾斜角度を測定し、選択的に接点を調整することによって、プローブの先端は、検査中のデバイスに対し、平面化される。１つの実施例では、テストヘッドは、シャフトに取り付けられた複数対の表面（mating surfaces）を有する。このシャフトは、傾斜角度を変えるために伸縮可能とされている。さらに他の実施例では、処理装置上の対の表面が、平面化を図るために伸縮可能とされている。さらに他の実施例では、インターフェース内の素子の動き、或いは処理装置内の検査中のデバイスの動きにより、平面化が達成される。好ましい実施例では、対の表面が、テストヘッドと処理装置との間の運動継ぎ手（Kinematic coupling）を形成する。１つの実施例では、この運動継ぎ手は、溝と相補的な湾曲された部品によって提供される。好ましい実施例では、運動的対の表面（Kinematic mating surfaces）は、処理装置に設けられる。運動的対の表面は、モジュールに取り付けられており、これらのモジュールは、テストヘッドの外部表面に容易に取り付けできる。さらに他の実施例では、それぞれのモジュールは、運動的対の表面とテストヘッドとの間の距離を変えることができるモータを含んでいる。結合以前に、テストヘッドから離れている運動的対の表面を伸長することによって、運動接触が、処理装置から離れて保持されているテストヘッドにもたらされる。それから、運動的対の表面は、テストヘッドのプローブとＤＵＴとの間を電気的に接触するために、テストヘッドの方へ移動される。各々の運動的対の表面とテストヘッドとの間の間隔を選択的に調整することによって、プローブを検査中のデバイスに対し平面化してもよい。図面の簡単な説明本発明は、次に記述した詳細な説明及び添付した以下のような図面を参照することによって、より良く理解できるであろう。図１は、テストヘッドの上に運動表面を取り付けるためのモジュールの配置の外観図であり、図２は、図１のモジュールの詳細を示す外観図である。実施例の説明テストヘッドとプロバーとの間の運動継ぎ手（Kinematic coupling）が、スロコム（Slocum）その他によって１９９４年９月１日に出願され、”自動検査設備のためのインターフェース装置（Interface Apparatus For Automatic Test Equ ipment）”の題で参照可能な米国特許出願継続番号０８／２９９、８３１において、開示されている。その特許出願によれば、テストヘッドと処理装置との間で正確に再現可能なインターフェースが、テストヘッドと処理装置との間の運動継ぎ手によって形成されるということが説明されている。運動継ぎ手は、厳密に６点で接触することにより形成される。６点での接触を確立するために好適な方法は、３つの溝に組合わされる３つのボールを用いることである。各々のボールは、各々の溝の１つの側面に１点において接触する。３つの溝は各々２つの側面を持つので、この組み合わせ配置は、６つの接点を実現する。ここで説明されている実施例は、上述した特許出願で述べられているように、運動継ぎ手の利点を与える。また、それは、組み立て作業を簡単化すると共に、高精度に組み立てられなければならない部品の点数を削減する。さらに、それは、以下で述べるような垂直方向の継ぎ手及び自動平面化を容易にする。運動継ぎ手の操作運動継ぎ手は良く知られている。それは以下のような文献に記載されている。すなわち、アレキサンダー・エッチ・スロコム（Alexander H．Slocum）、プレンティス・ホール（Prentice Hall）による「精密機械設計（Precision Machine Design）１９９２」のような参考文献、並びに、エイ・スロコム（A.Slocum）による「精密固定用の運動継ぎ手（Kinematic Coupling For Precision Fixturi ng）」のパート１、「設計パラメータの形成、概要技術（Formulation of Desig n Parameters,Precis.Eng.）」第１０巻Ｎｏ，２、１９８８、エイ・スロコム（ A.Slocum）及びエイ・ドメツ（A.Donmez）による「精密固定用の運動継ぎ手（ki nematic Coupling For Precision Fixturing）」のパート２、「反復可能性及び堅さの経験的決定、概要技術（Experimental Determination of Repeatability and Stiffnes,Precis.Eng.）」第１０巻Ｎｏ，３、１９８８、及びアレキサンダー・エッチ・スロコム（Alexander H．Slocum）による「三つの溝を有する運動継ぎ手の設計、概要技術（Design of Three-Groove Kinematic Couplings,Preci s.Eng.）」ページ６７ないし７５、１９９２のような論文であり、これらはの全ては参考として組み込まれている。手短にいえば、運動継ぎ手の背後にある思想は、正確に物を配置するということであり、それは、全自由度で運動を禁止するのに必要となる最小数のポイントで接触させるということである。６つの自由度の運動を抑制するためには、接点のうち２つ以上が同一線形順序で並んでいないならば、６つの接点が必要とされる。好適な実施例では、３つのボールが３つの溝に適合している。各々の溝は、２つの表面を持ち、各々の表面は、１点のみでボールと接触する。このようにして、３つのボールと３つの溝との組み合わせは、６自由度での運動を制限するのに十分な運動継ぎ手を形成している。好適な実施例では、溝は、実用上十分広く間隔をおいて配置されている。さらに、溝は、前述した文献に詳細に記述されている技術に従って、最大限の可能な安定性を確保できるように定められている。ボール及び溝のそれぞれの対は、その対が運動継ぎ手を形成するのに必要な接触を提供するので、運動接触部（Kinematic contact）と呼ばれている。溝の各々の側面は、それが１点における接触を提供するので、運動表面（Kinematic su rface）と呼ばれている。ボールは、それが１点のみで運動表面と接触するので、運動的対の表面（Kinematic mating surfaces）と呼ばれている。運動継ぎ手を満足いくように操作するためには、運動表面として必ずしも溝を用いる必要はない。他の形状、例えばゴシックアークなどを同様に用いることができる。また、運動的対の表面として必ずしもボールを使用する必要はない。他の形状、例えばコーンの先端などが、１点において表面に接触するように構成することができる。同様に、各々の運動接触部において、必ずしも２つの運動表面を有する必要はない。他の適切な運動接触部の例は、次の通りである。すなわち、１つの平面に対し押圧されている１つのボール（１接触部当たり１つの運動表面）、４面体に対し押圧されている１つのボール（１接触部当たり３つの運動表面）或いは３つのボールに対し押圧されている１つのボール（１接触部当たり３つの運動表面）などがある。様々な型の接触部を、合計して６つの運動表面がある限り、１つの継ぎ手において用いることができる。モジュール構造図１は、テストヘッド及び任意設計の処理装置に容易に取り付けられるるモジュールとして組み立てられた運動表面の実施例を示している。テストヘッドの支持体５０２が示されている。これを明瞭に示すために、テストヘッドの電子回路及びカバーは図示されていない。支持体５０２の外部表面には、３つの取付ブロック５１２が示されている。各々の取付ブロック５１２は、モジュール５１０を取り付けるための場所を提供する。各々のモジュール５１０は、球状表面５８０を含んでいる。各々の球状表面５８０は、処理装置の表面５４６に設置された溝５８２と嵌合するように配置されている。球状表面５８０と溝５８２の組み合わせは、上述した運動接触部を形成する。モジュール５１０は、その下端部においてＬ字形ブラケット５１６を備えている。このＬ字形ブラケット５１６は、取付ブロック５１２の下に滑り込まされ、モジュール５１０の下部を取付ブロック５１２に保持する。モジュール５１０の上縁は、ねじ５１４によって取付ブロック５１２へ固定され、これによってモジュール５１０をしっかりと位置決めする。ねじ５１４は、スロット５２０を通り抜ける。ねじ５１４を緩めると、モジュール５１０を、取付ブロック５１２に対して横方向にスライドさせることができる。このようにして、モジュール５１０は、様々な位置に取り付けられた溝付きブロック５８２を持つ様々なハンドラーと結合できるように適応的に位置決めすることができる。図１は、スペーサー５１８が、モジュール５１０と取付ブロック５１２との間に配置されていることを示している。スペーサー５１８は、取付ブロック５１２に対するモジュール５１０の位置を調整する他の方法を提供する。しかしながら、運動継ぎ手が、連結を形成する運動表面の位置の厳密さに係わらず、再現性のある安定なインターフェースを形成するように用いられるということを認識すべきである。テストヘッド５０２と処理装置５４６との間の接触は運動的であるので、溝付きブロック５８２及びモジュール５１０はいずれも高精度に位置決めする必要はない。３つの溝付きブロック５８２及び３つの球状表面５８０は、再現可能な運動接触部を形成している。仮に、溝５８２及びモジュール５１０の位置決めが、テストヘッドのプローブカードを処理装置内の検査中のデバイスに対してＸ−Ｙ平面上で回転させることに帰着するならば、処理装置の通常の較正手順は、この回転を補償するだろう。仮に、溝５８２及びモジュール５１０の位置決めが、プローブワイヤの先端を処理装置の検査中のデバイスの平面に対して斜めに傾けることに帰着するならば、以下で述べるような「自動平面化（autoplanarization）」手順は、この斜めの傾きを補償するだろう。しかしながら、１度、補償手順が実行されたならば、テストヘッドは動かされ、同じ位置に戻るだろう。図１の実施例では、球状表面５８０は、それを通して延設されたＴ字形柱５８４を有している。溝付きブロック５８２には、Ｔ字形柱５８４と嵌合するためのスロット５８６が設けられている。スロット５８６にＴ字形柱５８４を挿入するために、Ｔ字形柱５８４は、スロット５８６の方向と平行となるように回転される。Ｔ字形状柱は、スロット５８６に一旦挿入されると、スロット５８６の方向と垂直となるように回転され、これにより、表面５４６へモジュール５１０が固定される。それから、モジュール５１０はＴ字形状柱５８４に上方向の力を働かせ、上述したような運動接触部を実現する。Ｔ字形状柱５８４の回転は、例えば柱に取り付けられたレバーを動かすことにより、手動で行うことができる。或いはその代わりに、モータ、ソレノイド又は類似の装置などで回転を自動化することもできる。溝付きブロック５８２は、処理装置の上部表面を示す表面５４６に固定されている。利便性のために、溝付きブロック５８２は、スロット５８７を介して取り付けられており、これによって、溝付きブロック５８２を様々なサイズのテストヘッドに適合するように調整可能となっている。図２では、モジュール５１０のより詳細な構造が示されている。プレート６０８がモジュール５１０のための支持体を形成している。プレート６２２がプレート６０８に対して垂直に取り付けられている。モータ６１０がプレート６２２に取り付けられている。ベルト車６１４がモータ６１０のシャフト（図示せず）に取り付けられている。ドライブベルト６１６がシャフトの回転をベルト車６１８へ伝達させる。ベルト車６１８は、親ねじ６２０に取り付けられている。親ねじ６２０は、プレート６２２に設けられたベアリングに取り付けられている。このベアリングは自在に回転可能であるが、その軸線に沿っては動かない。球状表面５８０は、シャフト６２６に取り付けられている。シャフト６２６は、細長い再循環ベアリング６２４により支持されており、このベアリングはニューヨーク州ポートワシントンのトムソンインダストリー（Thomson Industries o f Port Washington,NY）により販売されているピローブロックとして知られているものである。ベアリング６２４は、シャフト６２６を、従って球状表面５８０を、シャフト６２６の長手方向に沿って横方向に動かすことを可能とする。シャフト６２６は、少なくとも貫通する内部表面（図示せず）に空洞部分を有している。親ねじ６２０は、この貫通された内部表面とかみ合う。親ねじ６２０の回転により、シャフト６２６は、その長手方向に駆動される。後述するように、この動きは、テストヘッドを処理装置へ結合するのを容易にする。シャフト６２６及び球状表面５８０の位置を示すために、位置エンコーダを、モータ６１０又は親ねじ６２０に取り付けてもよい。この位置エンコーダは、球状表面５８０を、既知の位置に戻すために用いられる。Ｔ字形状柱５８４は、シャフト６２６、親ねじ６２０及びプレート６２２を貫通してリニアアクチュエータ６１２まで延設されている。リニアアクチュエエータ６１２は、上述したようにエアーシリンダで構成することができる。アクチュエータが作動するとき、一定の力でＴ字形状柱５８４が牽引され、これによって、テストヘッドと処理装置との再現可能な結合に必要となる力が提供される。モータ６１０及びアクチュエータ６１２のための制御回路は、明確に示されていない。しかしながら、テストヘッドはコンピュータ制御装置を含む検査システムの部分をなしている。好適な実施例では、検査システムにおけるコンピュータ制御装置は、これらのデバイスを制御するようにプログラムされている。垂直方向の結合及び自動平面化従来のインターフェースを用いても、テストヘッドは、処理装置に取り付けられているインターフェースと接触することにより処理装置と結合される。テストヘッドのスプリングピンは、デバイスインターフェースボードの接触パッドと接触して押圧される。そのようなインターフェースを用いた場合、テストヘッドが最終的に垂直の動きで、結合が完了することが望ましい。この垂直方向の動きは、テストヘッドがインターフェースに対して垂直方向に動かされるということを意味している。この垂直方向の動きによって、スプリングピンが接触パッドを横切り、スプリングピンと接触パッドのいずれかに損傷を与えることが回避される。処理装置へのテストヘッドの結合の前に、親ねじ６２０が回転され、よってシャフト６２６が延びる。そのとき、球状表面５８０が溝付きブロック５８２（図１）と接触し、回転したＴ字形状柱５８４によって、ロック位置に固定される。その後、リニアアクチュエータ６１２が作動し、球状表面５８０と溝付きブロック５８２との間で予備荷重力を発生させる。シャフト６２６は、それらが延長された位置において、テストヘッドを表面５４６から離れた位置に保持する支柱として作用する。テストヘッド上のスプリングピンが、インターフェース接触パッドに損傷を与えるおそれは無い。この配置では、テストヘッドは、表面５４６と平行に動くことは無いと考えられる。それから、親ねじ６２０は、シャフト６２６を収縮させるように回転される。シャフト６２６が収縮されるにつれ、テストヘッドのスプリングは、インターフェースとの接触に至る。純粋に垂直方向の動きを確保するために、すべてのシャフト６２６は、同じ収縮量で同時に収縮される。テストヘッドとインターフェースとの接触をもたらすような動きは表面５４６の垂直方向に制限され、このようにしてスプリングピンが表面をこすることにより引き起こされる接触パッドへのダメージは避けられる。その代わりとなるインターフェースは、処理装置に装着されるというよりも、テストヘッドに装着されて使用される。そのようなインターフェースでは、係止リングなどの装着用具を、インターフェースをテストヘッドに保持するために用いることができる。インターフェースをテストヘッドに装着することにより、テストヘッドのスプリングピンとＤＩＢ上の接触パッドとの間の接触をもたらす。このようにして、そのようなインターフェースとの垂直方向の結合の必要性は、より少なくなる。しかし、インターフェースは、プローブカードを含んでおり、プロバー上に取り付けられていないので、プローブワイヤの先端が、検査中のデバイスの表面に対して確実に平面化されている必要がある。図２のモジュールは、この平面化を可能とするものである。必ずしもすべての親ねじ６２０を同時に調整する必要はない。また、各々の親ねじ６２０を同じ総量だけ調整する必要もない。各々の親ねじ６２０に異なる調整を適用することによって、プローブカード５２８を、表面５４６に対して傾斜させることができる。プローブカード５２８は、プローブカード上のプローブ先端（図示せず）が、表面５４６の下方でチャックに保持されているＤＵＴと同一平面上になるまで傾斜させられる。プローブの先端をＤＵＴと同一平面とすることは重要であり、このことは「平面化（planarization）」と称されることがある。ＤＵＴを検査するためには、すべてのプローブ先端がＤＵＴ面と接触していなければならず、これによって、平面化が要求される。図１のメカニズムを、平面化のために使用することが可能である。それは、複数のチャック、或いはＤＵＴ及びプローブカード先端を測定するメカニズムと連結させて使用されることが望ましい。この測定は、様々な方法でなされ得る。１つの方法は、位置測定システムをハンドリングシステムに組み込むことである。例えば、画像プロセッサに接続されたビデオカメラを用いてもよい。このビデオカメラは、チャック或いはＤＵＴと平面をなし、て処理装置内に取り付けられ、プローブ先端に向けられている。撮像された画像は、すべてのプローブ先端が同一面の焦点にあるか否かを決定するために、処理される。カメラの焦点を調整することによって、各々のプローブ先端とカメラとの間の相対距離を決定することが可能となる。この情報は、プローブ先端及びＤＵＴを平面化するためにプローブカードが傾斜されなければならない傾斜量を表す値に変換され得る。その代わりとなる方法は、プローブカードを、少なくとも３つのセンサーを含む装置とすることであり、これらのセンサーは、プローブカードが取り付けられたときにプローブ先端と平面をなすように取り付けられる。それから、テストヘッドは、センサーが、チャックに保持されたＤＵＴ或いは平面化のためにチャックに保持された他のフラット面と接触するまで、下方に下げられる。これらのセンサーは、接触センサーで簡単に構成することができる。接触センサーが用いられるとき、各々のセンサーが接触するまでの相対時間が計測される。最初に接触したセンサーが表面により近いと判断できる。この情報は、センサーとＤＵＴとの間の傾斜角を推定するのに用いられる。代替として、センサーは、力センサーでもよい。この方法では、テストヘッドは、すべてのセンサーがＤＵＴ、すなわちチャックで保持された平面と接触するまで下げられる。それから、各々のセンサーにかかっている相対的な力が測定される。より大きい力がかかっているセンサーは、ＤＵＴに対して傾けられた面の１つの部分の上にある。相対的な力もまた、センサーとＤＵＴとの間の傾斜角を推定するのに用いることができる。さらに別の代替案として、プローブの先端それ自身を接触センサーの形態として機能させることができるということを記すべきである。各々のプローブ先端は、プローブの電気信号を入力しこれを測定するために設計されたテスター内部の電気回路へ接続されている。プローブ先端における電気信号は、それがＤＵＴへ接触したとき、変化するだろう。この変化は、テスター内部の電気回路によって測定され、これにより、各々のプローブがＤＵＴ或いは他の面と接触した時点を決定することができる。どの型のセンサーが用いられたかに係わらず、これらのセンサーはフィードバックループの１部分を形成する。センサーからの情報は、テスターに接続されているコンピュータワークステーション（図示なし）へ供給される。コンピュータワークステーションは、平面度を改善するために各々のモータ６１０に与える命令を演算する。モータが調整された後、適切な平面度が達成されるまで、測定及び調整が繰り返される。位置情報が処理装置の機器から引き出されたところで、テスターを制御するコンピュータワークステーションと処理装置との間のインターフェースが必要となってくる。コンピュータ間、或いはコンピュータ制御システムの間では、そのようなインターフェースは、よく知られている。このインターフェースは、コンピュータワークステーションから、平面度の測定を指示している処理装置へ与えられる命令を変換することが最小限必要である。それから、傾斜角度の測定値が、インターフェースを介してコンピュータワークステーションへ供給されなければならない。コンピュータワークステーション及び処理装置の両方のインターフェースとして使用できる限り、任意のインターフェースを使用することができる。本発明の特徴である自動平面化の１つの簡単な使用方法は、プローブワイヤを検査中のデバイスに対して平面化することである。この型の自動平面化は、テスターを据え付ける毎に一度実行するようにしてもよい。例えば、プローブカードが取り付けられ、変えられたときはいつでも、自動平面化を繰り返すようにしてもよい。また、各々の生産工程の始めに、それを繰り返すようにしてもよい。また、生産工程の間で検査の信頼性を確実にするために生産工程中に周期的に自動平面化のルーチンを任意に実行するようにしてもよい。そのような平面化の周期的なチェックは、テスターが使用されていないときはいつでも実行することができる。さらに、自動平面化の他の使用方法は、接触機構における摩耗量を特定することである。例えば、プローブワイヤが接触機構として使用されるとき、その先端は、検査中のデバイスが保持されている面から離れ、度を越えて動くことがある。検査中において、半導体デバイスは、プローブの先端へ繰り返し押圧される。このように接触が繰り返されると、ワイヤは僅かに曲げられ、或いは擦り減ってくることさえあり得る。また、自動平面化のために必要とされる調整量は、調整毎に探知される。自動平面化のために必要とされる調整量の変化は、部品が擦り減ってきており、交換する必要があることを示している。調整の度合いは、シャフト６２６（図２）の回りに取り付けられた位置エンコーダによって測定することができる。接触機構が擦り減ってくるにつれて、シャフト６２６をよりいっそう繰り出すことが必要となってくる。シャフト６２６の繰り出しがさらに大きくなると、位置エンコーダの読み取り位置が増大することになる。これによって、位置エンコーダの出力変化をモニターすることができる。その出力値が、プローブカードやその他の接触機構を取り付けたときのその値から、予め定められた量だけ変化したとき、接触機構を取り替えるべきである。本発明の要旨を逸脱することなく、様々な変更及び代替を行うことにより、より望ましい実施例として開示することができる。例えば、図２は、空気アクチューエータでも運動接触部へ予備荷重力を供給する手段として使用できることを示している。また、予備荷重力を供給する他の任意の手段を用いることもできる。ボール及び溝が運動接触部として示されている。このボール及び溝の配置は、相互に入れ替えることができる。例えば、球状表面５８０は、プロバー上に取り付けることができ、溝５８２はテストヘッド上に取り付けることができる。また、運動接触部は、ボールと溝とに限定される必要はない。運動継ぎ手を形成する任意の運動接触部を用いることができる。さらに、プローブワイヤを備えたプローブカードが記述された。本発明は、デバイスをプローブで調べる方法か否かに係わらず、適用可能である。例えば、本発明は、伝導性の部材であるブレードなどをウェハーを調べるために用いたとしても、同様の効果を奏することができる。また、図２において、球状表面５８０を繰り出したり引っ込ませたりするために、親ねじが用いられたが、横方向の動きを供給できるものであれば任意の装置を用いることができる。例えば、ソレノイドを用いてもよい。このソレノイドは、連結の前にシャフト６２６を繰り出すように用いられてもよい。この場合、テストヘッドがプローブカードの上方に一旦配置されると、ソレノイドは、シャフト６２６を引き込ませるのに用いられる。テストヘッドをゆっくりと確実に下げるために、減衰シリンダー（Damping cylinder）を用いてもよい。親ねじの代わりに例えばソレノイドのような器具を用いることにより、連結を最終的に行う工程において、処理装置を対するテストヘッドの垂直方向のみの動きをさらに正確に行うことができる。シャフト上の横方向の動きを与えるためのそのような器具には、平面化のために必要とされる球状表面５８０の高さを容易には調整できないものがある。しかし、本発明のいくつかの進んだ利点を達成するためには、継ぎ手が平面化のために形成される必要はない。図２は、運動接触部が、その接触部を繰り出したり引っ込めたりするための機構と連結されて用いられることを示している。テストヘッドを上部表面５４６に対し垂直方向にのみ動かすことの利点は、使用される接触部の種類によらず、達成され得る。平面化のための接触表面の配置を独立に調整可能にすることの利点も、運動接触部を使用することなく達成され得る。しかしながら、運動継ぎ手は、その配置に係わらず安定な連結を提供できるという利点がある。図１は、各々の運動接触部が、テストヘッドに容易に再配置可能なモジュールとして構成されていることを示している。このことは、テストヘッドを様々な型の処理装置へ連結すること、言い換えれば処理装置を様々な型のテストヘッドへ連結することを簡単化にする。そのモジュールは、テストヘッドの外部表面に取り付けられるので、その取り付けは非常に簡単である。現存するテストヘッドは、モジュールで改装される。このモジュールは、テストヘッド内部の電子部品と干渉するあそれはない。しかしながら、接触部は、テストヘッドヘ容易に組み込まれ、或いはこの柔軟性が要求されない場合には、別の方法で取り付けられる。これらの図に示されているように、継ぎ手は、２つの面を各々備えた複数の接触部によりなされている。各々の接触部における１つの面の位置は、平面化のためのみならず垂直方向の連結を達成するために調整可能とされている。平面化のみを提供するためには、すべての接触部が調整可能な表面を持つ必要はない。調整可能な接触表面がテストヘッドに取り付けられることも必ずしも必要ではない。調整可能な接触部を、処理装置に取り付けてもよい。このような取り付け配置は、処理装置中のチャックに対するプローブの傾斜角度を測定するための装置が処理装置に設けられているとき、より好適となる。接触表面の位置を制御するための制御信号が、テスターに接続されたコンピュータワークステーションにより発信されることは既に述べた。この制御信号を他の方法で発信してもよい。例えば、それらの制御信号を、処理装置を制御するコンピュータの１つにより生成してもよい。代わりに、制御装置は、システムと分離しているコンピュータ装置や、或いはその目的のためにシステムに加えられたコントローラにより発信されてもよい。本発明は、テストヘッドをプロバーへインターフェースで連結したときに図示されたものであったということも記すべきである。本発明は、パッケージされたＩＣ部品のためのハンドラーとのインターフェースとしても使用可能である。ハンドラーと共に使用した場合、プローブカードを用いる必要はない。伝統的には、ハンドラーは、デバイスインターフェースボードへ取り付けられたソケットへパッケージ部品を差し込むためのものである。ハンドラーは、プロバーが水平方向に適応されるのに対し、一般的に垂直方向に適応される。本発明のインターフェースは、あらゆる方向で有効である。さらには、平面化が、検査中のデバイスに対してテストヘッドを動かすことにより達成されたものであることも記すべきである。必ずしもテストヘッド全体を動かす必要はない。例えば、インターフェースそのものを平面化のために動かしてもよい。それ以外では、インターフェースの幾つかの部分のみを動かすようにしてもよい。この場合、アクチュエータは、テストヘッド全体の代わりにこれらの部分を動かすように取り付けられる。継続番号０８／２９９，８３１の米国特許出願は、プローブカードとテストヘッドとの間の運動継ぎ手を示している。アクチュエータは、この継ぎ手の運動表面を、平面化を達成するべく、選択的に延ばしたり縮めたりするために用いられる。さらには、プローブカードと検査中のデバイスとの間の相対的な傾斜角度を、テストヘッド上の部品を傾けることにより変える必要もない。同様の結果が、処理装置内で検査中のデバイスを傾けることにより達成され得る。そのような実施例では、アクチュエータは、処理装置に備えられる。従って、本発明は、添付された請求項の思想及び範囲によってのみ限定されるべきであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者レビー，デービッド・エイチアメリカ合衆国マサチューセッツ州02140, ケンブリッジ，ブレイク・ストリート 16

Claims

【特許請求の範囲】１．テストヘッド、コンピュータコントローラ、及び表面を有する処理装置を備えた型の検査システムにおいて、改善されたインターフェースは、ａ）テストヘッドに設けられた複数の第１接触面ｂ）処理装置に設けられた複数の第２接触面であって、各々の第２接触面は、第１接触面の少なくとも対応する一つの面と接触するように配置され、これによって、テストヘッドが処理装置と連結されるときに運動接触部を形成する第２接触面及びｃ）コンピュータコントローラに応答して、第２接触面とこれに対応する第１接触面との間の接触点を、複数の第２接触面の少なくとも一部に対し前記表面に垂直な方向で調整する調整手段を含む検査システム。２．複数の接触点を調整する前記調整手段が、各々の接触点を独立に調整する手段を含む請求項１の検査システム。３．前記調整手段が、各々の接触点の位置を、ある範囲にわたって連続的に変化可能な位置の一つに調整する手段を含む請求項２の検査システム。４．前記調整手段が、ａ）第１接触面及び第２接触面のいずれかに装着されたシャフトであって、ある軸線に沿って配置されたシャフト及びｂ）前記軸線に沿って前記シャフトを駆動するために前記シャフトに連結されたモータを含む請求項１の検査システム。５．前記調整手段は、複数の同様のモジュールを含み、各々のモジュールは、第１接触面の１つを各々備え、かつ各々のモジュールはテストヘッドの外部表面に装着されている請求項１の検査システム。６．前記モジュールの各々が、調整可能なようにテストヘッドに装着されている請求項５の検査システム。７．第１接触面及びこれに対応する第２接触面が、テストヘッドと処理装置との間の運動継ぎ手を形成している請求項１の検査システム。８．各々が接触面を備えたテストヘッドと処理装置とを有する型の検査システムを操作する方法であって、前記方法は、テストヘッドを処理装置へ連結させるための方法であり、ａ）処理装置又はテスターの接触面を、前記接触面が接触したときの処理装置とテストヘッドとの間の距離を増大させるように繰り出すステップ、ｂ）処理装置の接触面とテストヘッドの接触面とが接触するように、テストヘッド及び処理装置を整列させるステップ、ｃ）繰り出された接触面を、テストヘッドと処理装置との間の距離を減少させるように引込めるステップ、からなる方法。９．テストヘッドの接触面及び処理装置の接触面がテストヘッドと処理装置との間の運動継ぎ手を形成する請求項８の方法。１０．接触面を繰り出す前記ステップは、テストヘッドの接触面を、前記接触面とテストヘッドとの間の距離が増大するように繰り出すステップからなる請求項８の方法。１１．ａ）テストヘッドのプローブにより規定される平面と、処理装置により保持された検査中のデバイスの表面により規定される平面との間の傾斜角度を測定するステップ、及びｂ）前記傾斜角度が減少するように、選択された接触面を繰り出したり、引込めたりするステップ、をさらに有する請求項８の方法。１２．運動継ぎ手を形成する前記ステップは、運動継ぎ手における各々の運動接触部に、予備負荷力を印加するステップを含む請求項９の方法。１３．運動継ぎ手を形成するために用いられるモジュールであって、ａ）運動表面、ｂ）前記運動表面に装着されたシャフトであって、ある１つの軸線を有する前記シャフト、ｃ）前記シャフトを保持すると共に、前記軸線に沿った前記シャフトの運動を可能にする支持体、及びｄ）前記シャフトを前記軸線に沿って駆動する手段、を備えるモジュール。１４．前記運動表面は、球状表面からなる請求項１３のモジュール。１５．前記シャフト及び前記運動表面は、そこを貫通する穴が形成され、かつ、ａ）前記運動表面及び前記シャフトの穴を通して延設された柱、及びｂ）前記柱に力を供給する手段を、さらに備える請求項１３のモジュール。１６．前記モジュールをテストヘッドに調整可能なように取り付けるための手段をさらに備える請求項１５のモジュール。１７．テストヘッド、コンピュータコントローラ、及び表面を有する処理装置を備えた型の検査システムにおいて、改善されたインターフェースは、ａ）テストヘッドに設けられた複数の第１接触面、ｂ）処理装置に設けられた複数の第２接触面であって、各々の第２接触面は、テストヘッドが処理装置と連結されるときに、第１接触面の少なくとも対応する一つの面と接触するように配置される第２接触面、及びｃ）コンピュータコントローラに応答して、第２接触面とこれに対応する第１接触面との間の接触点を、複数の第２接触面の少なくとも一部に対し前記表面に垂直な方向で調整する調整手段、を備える検査システム。１８．複数の接触点を調整する前記調整手段が、各々の接触点を独立に調整する手段を含む請求項１７の検査システム。１９．テストヘッド及び処理装置を有する検査システムを、テストヘッドがハンドリングシステムに対して平面化するように操作する方法であって、前記方法は、ａ）テストヘッドに設けられた複数の接触表面を、処理装置に設けられた複数の接触表面に係合させるステップ、ｂ）テストヘッドとハンドラーとの間の傾斜角度を測定するステップ、及びｃ）選択された接触表面を動かすことによって、前記傾斜角度を調整するステップ、を含む方法。２０．テスター内部の電気回路と、処理装置により一平面内に保持された検査中のデバイスとが接触するようになっている接触機構を有するテスターを操作する方法であって、前記方法は、ａ）接触機構と検査中のデバイスがなす前記平面との間の距離を測定するステップ、ｂ）接触機構の少なくとも１点と検査中のデバイスの前記平面との間の距離を、前記接触機構が検査中のデバイスの前記平面に至るように調整するステップ、ｃ）基準位置に対する前記距離の調整量を示す値を格納するステップ、ｄ）前記距離の調整ステップ及び調整量と後の調整量とを比較するステップを繰り返すステップ、及びｅ）後になされた調整量が、予め定められた量まで増大したとき、接触機構が摩耗していることを警告するステップ、を備える方法。