(57)【要約】【課題】テストヘッドとプローブカードとの間、或いはこれらを中継する中継部材との間を接離可能に構成した半導体試験装置において、光を用いた完全な非接触式の信号伝送を行うことで、半導体デバイスの試験を高速に且つ安定して行うことを目的とする。【解決手段】半導体ウェハＷに接触するプローブ針８を有するプローブカード５とこのプローブカード５に対して接離可能に設けられるテストヘッド２とを備える半導体試験装置であって、プローブカード５とテストヘッド２との間、およびパフォーマンスボード３との間で光空間伝送により信号伝送を行うために、光送信ユニット１１、１４、１５、１８と受光ユニット１２、１３、１６、１７とを備えている。【選択図】  図１
2010181251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験体に接触するプローブ針を有するプローブカードとこのプローブカードに対して接離可能に設けられるテストヘッドとを備える半導体試験装置であって、
前記プローブカードと前記テストヘッドとは、これらプローブカードとテストヘッドとの間で光空間伝送により信号伝送を行う光伝送手段を備えていること
を特徴とする半導体試験装置。
【請求項２】
前記光伝送手段は、前記光伝送手段のうち送信側の送信側光伝送手段と受信側の受信側光伝送手段との間でシリアル転送を行うこと
を特徴とする請求項１記載の半導体試験装置。
【請求項３】
前記プローブカードと前記テストヘッドとの間に１または複数設けられ、前記プローブカードと前記テストヘッドとの一方または両方に対して接離可能に設けられる中継部材に前記光伝送手段を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の半導体試験装置。
【請求項４】
前記測定モジュールはピンエレクトロニクスカードであり、前記中継部材はパフォーマンスボードとコンタクトリングとのうち一方または両方であること
を特徴とする請求項３記載の半導体試験装置。
【請求項５】
前記送信側光伝送手段は、シリアル転送を行うシリアルデータの開始と終了とを示す制御データを付加して符号化を行う符号化部を備え、
前記受信側光伝送手段は、前記制御データに基づいて前記シリアルデータを復号する復号化部を備えていること
を特徴とする請求項２記載の半導体試験装置。
【請求項６】
前記送信側光伝送手段は、パラレルデータを前記シリアルデータに変換するデータ変換部を備えていること
を特徴とする請求項２記載の半導体試験装置。
【請求項７】
前記テストヘッドは複数の測定モジュールを備え、
これら複数の測定モジュールのうち一部または全部を相互に接続して、相互に接続された測定モジュールのうち１つの測定モジュールに前記光伝送手段を設けたこと
を特徴とする請求項１記載の半導体試験装置。
【請求項８】
前記中継部材に光信号の光路を変換する光路変換部材を備えたこと
を特徴とする請求項３記載の半導体試験装置。
【請求項９】
前記中継部材に、光信号の光路を２つに分割する光路分割手段を備え、
前記光路分割手段により分割された光信号のうち一方を前記中継部材に設けた受光手段に受光させ、他方を前記光空間伝送による信号伝送を行わせること
を特徴とする請求項３記載の半導体試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被試験体の試験を行う半導体試験装置に関し、特にテストヘッドとプローブカードとを備えている半導体試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣチップやＬＳＩチップ、メモリ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の半導体デバイスを多数形成した半導体ウェハに対してプローブ針を接触させてプローブテストを行うようにした半導体試験装置が従来から用いられている。この半導体試験装置について図５を用いて説明する。図５の半導体試験装置は、プローバ１０１とテストヘッド１０２とパフォーマンスボード１０３とコンタクトリング１０４とプローブカード１０５とを備えて概略構成している。
【０００３】
プローバ１０１は筐体内部に前記の半導体ウェハＷを設けており、この半導体ウェハＷは検査ステージ１０６により任意の吸着手段等により固定されて支持されている。検査ステージ１０６の下部にはＺ軸方向に昇降可能な昇降機構１０６Ｚ、回転方向に調整可能な回転機構１０６θ、Ｙ軸方向に移動可能なＹ軸移動機構１０６Ｙ、Ｘ軸方向に移動可能なＸ軸移動機構１０６Ｘが設けられており、これらの機構により検査ステージ１０６をＸ、Ｙ、θおよびＺ方向に位置調整を可能にしている。また、図示はしていないが、プローバ１０１或いはその外部にカメラ等を設けておき、プローブカード１０５と検査ステージ１０６とが厳格に位置合わせされるようにアライメントが行われる。
【０００４】
テストヘッド１０２は半導体ウェハＷの電気的特性の試験を行うテスト部であり、複数枚の測定モジュール１０７を装着している。測定モジュール１０７は所謂ピンエレクトロニクスカードと呼ばれるものであり、半導体ウェハＷに印加する試験信号の生成や半導体ウェハＷから出力された試験信号の良否判定等を行う。なお、図５では１枚の測定モジュール１０７を示しているが、実際にはテストヘッド１０２には複数枚の測定モジュール１０７が接続されている。
【０００５】
パフォーマンスボード１０３およびコンタクトリング１０４はプローバ１０１とテストヘッド１０２との間を中継するための中継部材になり、パフォーマンスボード１０３はテストヘッド１０２の側に設けられ、コンタクトリング１０４はプローバ１０１の側に設けられている。パフォーマンスボード１０３は試験に必要な種々の回路を設けたボードであり、テストヘッド１０２とコンタクトリング１０４との両者に接続可能なようになっている。コンタクトリング１０４はパフォーマンスボード１０３とプローブカード１０５との間を中継するリング状部材である。また、プローブカード１０５は半導体ウェハＷに接触する複数のプローブ針１０８を有するカードである。
【０００６】
テストヘッド１０２とパフォーマンスボード１０３との間、パフォーマンスボード１０３とコンタクトリング１０４との間、コンタクトリング１０４とプローブカード１０５との間はそれぞれ接離（着脱）可能に構成されており、各部の間はポゴピンにより電気的に接続を行っている。テストヘッド１０２には多数のポゴピン１１０を設けており、パフォーマンスボード１０３の一面に対してポゴピン１１０が接触することにより両者が接続される。また、コンタクトリング１０４の表裏両面に弾性的に伸縮可能な多数のポゴピン１１１および１１２を設けており、一面においてパフォーマンスボード１０３と接続され、反対面においてプローブカード１０５と接続される。
【０００７】
なお、図５のようにポゴピンにより各部を接離可能に構成した技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２７６９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図５の方式および特許文献１の方式では、ポゴピンを用いて各部を電気的に接続しており、且つ接離可能なように構成している。ポゴピンの他にもＺＩＦ（Zero Insertion Force Socket）方式を用いて各部の間を電気的に接続するようにしているものもあるが、これらのポゴピンやＺＩＦはピンやソケットを物理的に接触させることにより信号伝送を行っているものになる。
【００１０】
近年の半導体デバイスは高性能化の傾向にあり、例えば半導体デバイスとしてのＣＭＯＳイメージセンサは多数の画素信号を有しており、ＣＭＯＳイメージセンサの試験を行うときに画素信号は高速なシリアルデータとして出力される。このとき、ポゴピンは高速に信号伝送を行うことができないことから、ＣＭＯＳイメージセンサから出力される画素信号を低速なパラレルデータに変換した後にポゴピンを介して信号伝送を行うようにしている。このため、試験を行うピンエレクトロニクスカードと被試験体であるＣＭＯＳイメージセンサとの両者が高速に動作可能であるにもかかわらず、ポゴピンを介在して信号伝送を行っているために、ポゴピンの性能に引きずられることによって試験速度が低速になる。
【００１１】
この点、ポゴピンの数を増やして同時に多くの信号を伝送可能にすることにより高速に動作させることも考えられるが、ハードウェアが著しく複雑化・大型化する。特に、近年の半導体デバイスの高性能化に伴い、試験速度の飛躍的向上が求められており、且つ一度に大量の試験を行わなければならないことから、増加させるポゴピン数も膨大なものになる。この点、半導体試験装置には省スペース化の要請もあるため、ポゴピンの数を極端に増やしてハードウェアを著しく複雑化・大型化することはあまり現実的ではない。
【００１２】
そもそも、ポゴピンやＺＩＦを用いた方式の場合には、波形品位が劣化するという問題がある。物理的にピンやソケットを接触させて信号伝送を行うと、接触点においてインピーダンスの不整合を生じ、このインピーダンスの不整合により波形品位が劣化する。また、ピンやソケットを繰り返し接離させると、磨耗等により接触抵抗が変化し、これによっても波形品位が劣化する。このため、試験の安定性や信頼性といった点において大きな問題になる。さらに、ピンやソケットの長さに応じて波形品位はさらに劣化するため、ピンやソケットの長さをできる限り短くしなければならず、このため機械設計の自由度が失われる。
【００１３】
特許文献１では、コンタクトリングに試験部を設けることにより波形品位の劣化を回避し得る点で非常に高い効果を奏するが、ポゴピンを用いて信号伝送を行っているため、やはり前述したような試験速度の問題や波形品位の劣化といった問題は少なからず生じる。
【００１４】
そこで、本発明は、テストヘッドとプローブカードとの間、或いはこれらを中継する中継部材との間を接離可能に構成した半導体試験装置において、光を用いた完全な非接触式の信号伝送を行うことで、半導体デバイスの試験を高速に且つ安定して行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上の課題を解決するため、本発明の請求項１の半導体試験装置は、被試験体に接触するプローブ針を有するプローブカードとこのプローブカードに対して接離可能に設けられるテストヘッドとを備える半導体試験装置であって、前記プローブカードと前記テストヘッドとは、これらプローブカードとテストヘッドとの間で光空間伝送により信号伝送を行う光伝送手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
この半導体試験装置によれば、プローブカードとテストヘッドとは接離可能に構成されており、プローブカードとテストヘッドとの間の信号伝送は光空間伝送により行われる。ここで、光空間伝送とは空気中の空間を用いて光を送受信させる信号伝送をいい、例えば光ファイバ等のようにファイバ繊維を用いて光を信号伝送するものとは異なる。光空間伝送により信号伝送を行っているため、物理的にピンやソケット等の部材同士を接触させることがないため、波形品位の劣化がなく、また光の伝送速度は極めて高速になるため、高速に試験を行うことができる。
【００１７】
また、本発明の請求項２の半導体試験装置は、請求項１記載の半導体試験装置において、前記光伝送手段は、前記光伝送手段のうち送信側の送信側光伝送手段と受信側の受信側光伝送手段との間でシリアル転送を行うことを特徴とする。
【００１８】
この半導体試験装置によれば、シリアル転送で信号伝送が行われるため、１方向の信号伝送については送信側光伝送手段と受信側光伝送手段とをそれぞれ１つだけ設ければよいため、多数のピンやソケットを設ける場合と比較して、ハードウェアを著しく簡略化・小型化できるようになる。なお、双方向の信号伝送を行う場合には、送信側光伝送手段と受信側光伝送手段とを２組設けるようにする。
【００１９】
また、本発明の請求項３の半導体試験装置は、請求項１記載の半導体試験装置において、前記プローブカードと前記テストヘッドとの間に１または複数設けられ、前記プローブカードと前記テストヘッドとの一方または両方に対して接離可能に設けられる中継部材に前記光伝送手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この半導体試験装置によれば、中継部材を介在させているような装置構成であっても、プローブカードと中継部材との間、中継部材と測定モジュールとの間或いは中継部材同士の間において光空間伝送を行うことができるようになる。
【００２１】
また、本発明の請求項４の半導体試験装置は、請求項３記載の半導体試験装置において、前記測定モジュールはピンエレクトロニクスカードであり、前記中継部材はパフォーマンスボードとコンタクトリングとのうち一方または両方であることを特徴とする。
【００２２】
この半導体試験装置によれば、プローブカードとパフォーマンスボードとコンタクトリングとプローブカードとの間をそれぞれ光空間伝送により信号伝送を行うことができるようになる。
【００２３】
また、本発明の請求項５の半導体試験装置は、請求項２記載の半導体試験装置において、前記送信側光伝送手段は、シリアル転送を行うシリアルデータの開始と終了とを示す制御データを付加して符号化を行う符号化部を備え、前記受信側光伝送手段は、前記制御データに基づいて前記シリアルデータを復号する復号化部を備えていることを特徴とする。
【００２４】
この半導体試験装置によれば、低速な信号のシリアルデータについては符号化部が制御データを付加して符号化を行うことで、高速な信号のシリアルデータと低速な信号のシリアルデータとを１つのシリアル転送の経路に混在させることができ、経路を１本にすることができるようになる。
【００２５】
また、本発明の請求項６の半導体試験装置は、請求項２記載の半導体試験装置において、前記送信側光伝送手段は、パラレルデータを前記シリアルデータに変換するデータ変換部を備えていることを特徴とする。
【００２６】
この半導体試験装置によれば、パラレルデータを出力するような場合であっても、データ変換部がシリアルデータに変換することで、シリアル転送を行うことができるようになる。
【００２７】
また、本発明の請求項７の半導体試験装置は、請求項１記載の半導体試験装置において、前記テストヘッドは複数の測定モジュールを備え、これら複数の測定モジュールのうち一部または全部を相互に接続して、相互に接続された測定モジュールのうち１つの測定モジュールに前記光伝送手段を設けたことを特徴とする。
【００２８】
この半導体試験装置によれば、複数の測定モジュールを相互に接続した１つのグループとして、このグループのうち１つの測定モジュールに光伝送手段を設けていることから、グループの他の測定モジュールに光伝送手段を設ける必要がなくなる。これにより、測定モジュールの実装面積の低減、回路構成の簡略化といった効果を得ることができるようになる。
【００２９】
また、本発明の請求項８の半導体試験装置は、請求項３記載の半導体試験装置において、前記中継部材に光信号の光路を変換する光路変換部材を備えたことを特徴とする。
【００３０】
この半導体試験装置によれば、プローブカードと測定モジュールとの間の空間に光信号の光路を阻害するような部材が配置されていたとしても、中継部材により光路を変えていることから、光空間伝送を行うことが可能になる。
【００３１】
また、本発明の請求項９の半導体試験装置は、請求項３記載の半導体試験装置において、前記中継部材に、光信号の光路を２つに分割する光路分割手段を備え、前記光路分割手段により分割された光信号のうち一方を前記中継部材に設けた受光手段に受光させ、他方を前記光空間伝送による信号伝送を行わせることを特徴とする。
【００３２】
この半導体試験装置によれば、光信号のうち分割された一方を中継部材に設けた受光手段に受光させることにより中継部材の各種回路に光信号を供給させることが可能になるとともに、他方を光空間伝送させることでプローブカードや測定モジュール、他の中継部材に光信号を送信することができるようになる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、プローブカードとテストヘッドの測定モジュールとの間、或いは中継部材との間を光空間伝送により信号伝送を行っていることから、完全に非接触な状態で信号伝送を行うことが可能になる。従って、高い波形品位を維持しながら信号伝送を行うことができるため安定して試験を行うことができるとともに、光信号により信号伝送を行っていることから高速に試験を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の半導体試験装置の概略構成を説明する図である。
【図２】光送信ユニットと受光ユニットとの概略構成を説明する図である。
【図３】第１の変形例の半導体試験装置の概略構成を説明する図である。
【図４】第２の変形例の半導体試験装置の概略構成を説明する図である。
【図５】従来の半導体試験装置の概略構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の半導体試験装置は、プローバ１とテストヘッド２とパフォーマンスボード３とコンタクトリング４とプローブカード５と検査ステージ６と測定モジュール７とを備えて概略構成している。プローバ１の検査ステージ６には被試験体としての半導体ウェハＷが搭載されており、検査ステージ６の下部には昇降機構６Ｚ、回転機構６θ、Ｙ軸移動機構６Ｙ、Ｘ軸移動機構６Ｘが設けられており、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向、Ｚ軸方向に位置調整が可能なようになっている。また、プローブカード５にはプローブ針８が設けられており、半導体ウェハＷに接触して試験が行われる。これらの構成および動作については前述した背景技術と同じものである。なお、半導体ウェハＷとしては、ＩＣやＬＳＩ、メモリ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の任意の半導体デバイスを適用することができる。
【００３６】
測定モジュール７は所謂ピンエレクトロニクスカードであり、テストヘッド２に複数枚装着されている。図１には１枚の測定モジュール７を図示しており、この測定モジュール７には光送信ユニット１１と受光ユニット１２とをパフォーマンスボード３に対向する位置に設けている。送信側光伝送手段としての光送信ユニット１１は光を送信するためのユニットであり、受信側光伝送手段としての受光ユニット１２は光を受信するためのユニットになる。送信側光伝送手段と受信側光伝送手段とが組みになって光伝送手段を構成する。
【００３７】
同様に、パフォーマンスボード３の測定モジュール７と対向する面に受光ユニット１３と光送信ユニット１４とを設けており、パフォーマンスボード３のコンタクトリング４と対抗する面に光送信ユニット１５と受光ユニット１６とを設けている。また、プローブカード５のコンタクトリング４と対向する面に受光ユニット１７と光送信ユニット１８とを設けている。以下、光送信ユニットと受光ユニットとを搭載している機構（測定モジュール７、パフォーマンスボード３、コンタクトリング４およびプローブカード５）を総称してユニット搭載機構とする。このユニット搭載機構のうちパフォーマンスボード３が中継部材になる。
【００３８】
光送信ユニット１１と１４と１５と１８とは同じものであり、受光ユニット１２と１３と１６と１７とは同じものである。図２に示すように、光送信ユニットはインターフェイス部（図中ではＩ／Ｆ部として示している）２１とデータ変換部２２と符号化部２３と発光素子２４とコリメータレンズ２５とを備えて概略構成している。インターフェイス部２１はユニット搭載機構に設けられている各種回路に接続されており、ユニット搭載機構に設けた各種回路からの信号を入力するインターフェイス部になる。例えば、ユニット搭載機構としての測定モジュール７の場合には、試験信号を印加するためのドライバ回路にインターフェイス部２１が接続されている。
【００３９】
データ変換部２２はインターフェイス部２１が入力したデータがパラレルデータである場合にはシリアルデータに変換するシリアライザである。ユニット搭載機構の回路によっては扱うデータとしてシリアルデータとパラレルデータとがあり、パラレルデータの場合にはデータ変換部２２によりシリアルデータに変換される。なお、インターフェイス部２１に入力したデータがシリアルデータであれば、データ変換部２２はそのままのデータを出力する。この点から、扱うデータが全てシリアルデータである場合にはデータ変換部２２を設ける必要はない。
【００４０】
符号化部２３はデータ変換部２２から出力されたシリアルデータが低速な信号である場合には符号化を行う。シリアルデータに対する符号化はＫ符号（Ｋコード或いはＫキャラクタとも呼ばれる）という特殊データを付加することにより行う。このＫ符号はシリアルデータの開始と終了とを示す特殊データであり、この特殊データを付加することにより、低速な信号からなるシリアルデータと高速な信号からなるシリアルデータとを１つの伝送経路で送信することが可能になる。なお、符号化を行わない場合には、符号化部２３を設ける必要はない。
【００４１】
発光素子２４は符号化部２３に接続されており、符号化部２３により符号化されたデータを入力して電気信号を光に変換して信号光として発振を行う。例えば、信号が「１」を示す場合には光の発振を行い、「０」を示す場合には光を発振しないようにすることにより、信号光の生成を行うことができる。発光素子２４は光送信ユニットに１つだけ設けられており、この意味で光送信ユニットは送信する信号をシリアル転送していることになる。発光素子２４から発振されたレーザ光は発散しながらコリメータレンズ２５に入力される。コリメータレンズ２５は発散光を平行光にして出力を行なうレンズであり、非常に小さい光径の信号光が受光ユニット１３にまで導かれる。なお、発光素子２４から発振される信号光としてはレーザ光であることが最も望ましいが、ＬＥＤ等であってもよい。
【００４２】
そして、図２（ｂ）に示すように、受光ユニット１３は受光素子２６と復号化部２７とインターフェイス部（図中では「Ｉ／Ｆ部」として示している）２８とを備えて概略構成している。受光素子２６はフォトダイオードであり、入力した信号光を光電変換して電気信号を生成する。復号化部２７は電気信号に含まれているＫ符号に基づいて、データの開始と終了とを認識して符号化されたデータを復号する。インターフェイス部２８は復号化されたデータをユニット搭載機構の回路に出力する。なお、受光素子２６の受光領域が狭小な場合には、集光レンズを設けることにより集光した信号光を受光素子２６に受光させるようにしてもよい。
【００４３】
図２（ａ）の構成は光送信ユニット１１と１４と１５と１８とに備えられており、同図（ｂ）の構成は受光ユニット１２と１３と１６と１７とに備えられている。そして、光送信ユニットと受光ユニットとの間で信号光の発振・受光を行うことで、信号をシリアル転送することができる。光送信ユニットと受光ユニットとの間の空間は光信号の信号経路となっており、光信号はこの空気中の空間を伝送していく。この点が、光ファイバ等と異なり、ファイバ繊維等の何かしらの媒体中を光が進むものではなく、信号光は空気中を伝送されていくものになる。このため、光送信ユニットと受光ユニットとの間は完全に非接触の状態になり、各ユニット搭載機構はそれぞれ独立して自由に接離（着脱）可能になっている。このように、光が空気中の空間を伝送することにより信号の送受信を行うことを光空間伝送とする。なお、図１において、光送信ユニットと受光ユニットとの間を結んでいる線が光空間伝送の信号光の信号経路になる。
【００４４】
一方で、図１に示すように、テストヘッド２とパフォーマンスボード３との間、パフォーマンスボード３とコンタクトリング４との間、コンタクトリング４とプローブカード５との間にはそれぞれポゴピン３１、３２、３３を設けている。これらのポゴピンは信号伝送を行うものではなく、テストヘッド２から電源を供給するために設けている。パフォーマンスボード３やコンタクトリング４、プローブカード５において必要な電源の供給はテストヘッド２に設けた図示しない電源供給部により行われる。
【００４５】
つまり、本発明の半導体試験装置は信号伝送と電源供給とをそれぞれ別個独立の２系統の経路に分離しており、高速性が要求される信号伝送は光空間伝送を用いており、動作速度が殆ど要求されない電源供給は従来のようにポゴピン（或いはＺＩＦ）のように部材同士を接触する方式を用いている。信号伝送用の経路を光空間伝送としていることにより、ポゴピンは電源供給のためだけに設ければよく、大幅にポゴピンの数を削減することができるようになる。
【００４６】
以上における動作について説明する。以下において、被試験対象である半導体ウェハＷの半導体デバイスとしてはＣＭＯＳイメージセンサであるものとして説明する。まず、測定モジュール７は半導体ウェハＷの試験を行うための試    験データの生成を行い、この試験データをシリアルデータとしてインターフェイス部２１に出力する。当該シリアルデータは高速なシリアルデータであり、データ変換部２２におけるデータ変換処理（パラレルデータからシリアルデータに変換する処理）および符号化部２３における符号化処理（Ｋ符号を付加して符号化する処理）は行われない。発光素子２４は試験データから信号光を生成して発振を行い、当該信号光はコリメータレンズ２５により平行光にされて、パフォーマンスボード３における受光ユニット１２の受光素子２６に受光される。
【００４７】
受光素子２６は受光した信号光を光電変換により電気信号に変換を行なって、送信された試験データを生成する。この試験データは符号化されていないシリアルデータであるため、復号化処理（Ｋ符号に基づいて復号化する処理）は行われない。パフォーマンスボード３には種々の回路（例えば、測定回路やＡ／Ｄコンバータ、サンプルホールド回路等）が設けられており、これらの回路に試験データが供給されるとともに、光送信ユニット１５のインターフェイス部２１に試験データが出力される。光送信ユニット１５は試験データに基づいて発光素子２４から信号光を発振し、発振した信号光がプローブカード５の受光ユニット１７における受光素子２６に受光される。そして、インターフェイス部２８からプローブカード５の各種回路に試験データが供給される。
【００４８】
以上により、測定モジュール７が生成した試験データがプローブカード５にまで伝送される。プローブカード５に設けたプローブ針８は受信した試験データに基づいて半導体ウェハＷの試験を行う。
【００４９】
半導体ウェハＷの半導体デバイスは高速動作を行うＣＭＯＳイメージセンサであり、その殆どが画素信号により占められている。大半のＣＭＯＳイメージセンサは画素信号を高速なシリアルデータとして出力しており、半導体ウェハＷからは高速なシリアルデータが出力される。一方で、ＣＭＯＳイメージセンサのデータは画素信号だけではなく、全画像の先頭を示す信号（ＶＤパルス）やラインの先頭を示す信号（ＨＤパルス）も含まれており、これらは画素信号とは異なり低速な信号になる。従って、半導体ウェハＷから出力されるデータ（出力データ）は高速な画素信号と低速なＶＤパルスやＨＤパルス等の信号とが混在したデータになる。さらに、ＣＭＯＳイメージセンサの種類によってはパラレルデータの形式で出力を行うものもある。
【００５０】
そこで、プローブカード５のデータ変換部２２は出力データがパラレルデータであればシリアルデータに変換するデータ変換処理を行う。また、ＶＤパルスやＨＤパルス等の低速なシリアルデータが含まれている場合には、ＶＤパルスやＨＤパルス等の低速信号に開始と終了とを示すＫ符号を付加する符号化処理を行う。この符号化処理を行うことにより、高速な画素信号と低速なＶＤパルスやＨＤパルス等の信号とを１つの信号経路によりシリアル転送することが可能になる。この点、出力データが高速な信号と低速な信号とのうち何れか一方のみである場合には、符号化処理の必要はない。
【００５１】
発光素子２４は符号化部２３で符号化された出力データを信号光として発振して、パフォーマンスボード３における受光ユニット１６の受光素子２６に受光させる。受光素子２６が光電変換した信号は復号化部２７により復号化処理を行って出力データを生成し、この出力データがパフォーマンスボード３の各種回路に供給されると共に、光送信ユニット１４に出力データが供給される。光送信ユニット１４は送信する出力データに高速な信号と低速な信号とが混在しているため、再び符号化部２３により符号化を行う。そして、発光素子２４から信号光を発振して、受光ユニット１２に受光させる。受光ユニット１２が受光した信号光に基づいて出力データが生成される。なお、パフォーマンスボード３の各種回路において出力データを必要としない場合には、パフォーマンスボード３の受光ユニット１６と光送信ユニット１４とにおいて、それぞれ復号化と符号化とを行う必要はなく、受信した信号をそのまま送信するようにしてもよい。
【００５２】
以上により、プローブカード５から測定モジュール７に対して出力データが伝送される。測定モジュール７からプローブカード５に向かう経路（往路）にしろ、プローブカード５から測定モジュール７に向かう経路（復路）にしろ、完全に非接触式の光空間伝送を行っている。このため、インピーダンスの不整合といった問題を生じることがなく、またピンやソケット等のような金属媒体ではなく空気中を信号光が伝達しているため、安定した信号伝送が可能になる。そして、光を用いて信号伝送を行っているため、飛躍的に高速に信号伝送を行うことができるようになる。
【００５３】
また、ポゴピンは電源供給用だけにすることができるため、大幅にポゴピン数を削減でき、ハードウェアを極めて簡略化することができるようになる。また、信号光は空気を伝送媒体としており、殆ど損失なく信号伝送が可能になるため、光送信ユニットと受光ユニットとの間を離間させても確実に信号を伝送することができる。このため、各ユニット搭載機構の間隔を自由に離間させることができるようになる。さらに、ＣＭＯＳイメージセンサ等のように、低速な信号と高速な信号とを混在させたような場合であっても、符号化部により符号化を行っているため、１本の信号経路でシリアルに伝送させることができるようになる。
【００５４】
以上において、光送信ユニットと受光ユニットとはそれぞれユニット搭載機構の端部に設けるようにしている。例えば、図１に示すように、光送信ユニット１１と受光ユニット１２とはそれぞれ測定モジュール７の両端に設け、受光ユニット１７と光送信ユニット１８とはそれぞれプローブカード５の端部に設けるようにしている。テストヘッド２、パフォーマンスボード３、コンタクトリング４およびプローブカード５は、その中央部に光路を阻害する種々の部材が設けており、端部に面している空間は開放的な空間となっている。従って、光送信ユニットと受光ユニットとの組みを端部に配置することにより、他の部材により邪魔されることなく信号光の伝送を行うことができるようになる。
【００５５】
また、光送信ユニットと受光ユニットとを１つのユニット搭載機構の両端位置にそれぞれ設けることにより、両者をある程度離間させている。これにより、光送信ユニットから送信される信号光と受光ユニットに受信される信号光とがクロストークすることなく、安定的な信号伝送を行うことができるようになる。より確実にクロストークをなくすためには、例えば光送信ユニットから送信される信号光と受光ユニットに受信される信号光との間に遮蔽部材を配置してもよい。ただし、光送信ユニットから送信される信号光は非常に光径が小さい平行光であるため、信号光の間でクロストークすることは殆どない。このため、光送信ユニットと受光ユニットとを近接した位置に設けるようにしてもよい。
【００５６】
また、図１の例では、コンタクトリング４には光送信ユニットと受光ユニットとを設けていないが、コンタクトリング４に光送信ユニットと受光ユニットとを設けるようにしてもよい。コンタクトリング４に設けられる回路が測定モジュール７から送信される試験データ或いは測定モジュール７に受信される出力データを必要とする場合には、コンタクトリング４を中継させてデータの使用をさせることができるようになる。この場合には、パフォーマンスボード３だけではなくコンタクトリング４も中継部材を構成する。
【００５７】
また、光送信ユニットと受光ユニットとの組みをユニット搭載機構に１方向について１つだけを設けてシリアル転送を行うようにしたが、２つ以上の経路を設けるようにしてもよい。例えば、１方向について２組を設けることで、高速な信号の経路と低速な信号の経路とに割り当てるようにしてもよい。ただし、符号化部２３により高速な信号と低速な信号とを混在させることができるため、ハードウェアの簡略化の観点から、１組に限定して設けることが望ましい。
【００５８】
また、前述したように、テストヘッド２には複数枚の測定モジュール７を装着しており、各測定モジュール７に光送信ユニットと受光ユニットとを設けることもできるが、複数枚の測定モジュール７を相互に接続して１つのグループとし、各グループの１つの測定モジュール７に光送信ユニットおよび受光ユニット（光伝送手段）を設けるようにしてもよい。複数枚の測定モジュール７のそれぞれに光送信ユニットと受光ユニットとを設けると、ハードウェアが複雑化する。このため、複数枚のうち１枚の測定モジュール７に光伝送手段を設けることにより、ハードウェアを大幅に簡略化することができる。
【００５９】
また、前記のグループにそれぞれ光伝送手段のための専用のモジュールを設けるようにしてもよい。測定モジュール７には多数の回路が形成されており、光伝送手段を設けるためのスペースにそれほどの余裕はない。このため、光伝送手段を測定モジュール７に実装できないような場合には、光伝送手段のための専用のモジュール（伝送モジュール）を設け、この伝送モジュールに複数枚の測定モジュール７を接続する。そして、伝送モジュールが複数枚の測定モジュール７の信号伝送を担うようにしてもよい。従って、光伝送手段は測定モジュール７だけではなく、テストヘッド２に設けられる伝送モジュールに設けるようにしてもよく、テストヘッド２の何れかに設けられるようにすればよい。
【００６０】
ところで、前述したように、信号伝送用のポゴピンの数を大幅に削減しているため、もともとポゴピンを配置していた空間は開放区間となる。ポゴピンは円筒形状或いは角柱形状の孔にピン部材を装着して構成されるものであり、信号伝送用のポゴピンを装着しないことにより、本来ポゴピンが装着される孔は貫通された開放空間となる。そこで、この開放空間を光空間伝送とすることもできる。つまり、光送信ユニットから受光ユニットに向けて発振される光をポゴピン抜脱後の貫通孔に向けることで、信号光の伝送経路を確実に確保できるようになる。なお、削減されたポゴピンのスペース分だけユニット搭載機構のサイズを小型化した場合には、ユニット搭載機構に信号光の伝送経路確保のために新たな貫通孔を設けるようにする。また、測定モジュールとパフォーマンスボードとの間のようにもともと開放空間になっているような場合には貫通孔を形成する必要はない。ただし、ユニット搭載機構同士を接続する配線等が設けられている場合には、配線を纏める等して信号光の伝送経路を確保するようにする。
【００６１】
次に、図３を用いて、第１の変形例について説明する。この変形例においては、パフォーマンスボード３に光送信ユニットと受光ユニットとは設けておらず、代わりに光路変換部材としての反射ミラー４１〜４４を設けている。そして、パフォーマンスボード３の各種回路が試験データを使用せず、測定モジュール７からプローブカード５に直接試験データを送信している。
【００６２】
まず、測定モジュール７の光送信ユニット１１から発振した信号光はパフォーマンスボード３に設けた反射ミラーにおいて反射される。反射ミラー４１は、その入射面が光送信ユニット１１から発振された信号光の光路に対して４５度の角度を形成するように設けており、これにより信号光の光路は９０度曲げられる。同様に、反射ミラー４２は、その入射面が信号光の光路に対して４５度の角度を形成するように設けており、これにより信号光の光路は９０度曲げられる。そして、信号光はプローブカード５の受光ユニット１７に導かれる。
【００６３】
図３にも示すように、測定モジュール７の幅よりもプローブカード５の幅が小さく、且つ光送信ユニット１１と受光ユニット１２と測定モジュール７の両端に設置され、受光ユニット１７と光送信ユニット１８とがプローブカード５の両端に設置されている場合には、信号光の光路を直線状にすることができない。このため、信号光の光路を変換するための反射ミラー４１〜４４を設けている。
【００６４】
この第１の変形例においては、パフォーマンスボード３は単に信号光を通過する経路上に設けられており、パフォーマンスボード３に光送信ユニットと受光ユニットとは設けていない。このように、中継部材において試験用のシリアルデータを必要としない場合には、光送信ユニットと受光ユニットとを設ける必要がなくなるため、ハードウェアの簡略化を図ることができるようになる。なお、図３において、信号光を通過させるためには、パフォーマンスボード３には光路確保のための貫通孔を形成しておくようにする。
【００６５】
同様に、図３に示すように、反射ミラー４３と４４とをパフォーマンスボード３に信号光の光路をそれぞれ９０度曲げるように配置することにより、プローブカード５から測定モジュール７に直接信号光を導くことができるようになる。この場合においても、プローブカード３において出力データは使用されない。なお、反射ミラー４１〜４４は図示しないホルダによりその角度が確実に固定されている。また、信号光の経路上に他の部材が存在する場合には、複数枚の反射ミラーを用いて当該部材を回避するような光路となるように反射ミラーを配置するようにする。
【００６６】
以上のように、パフォーマンスボード等の中継部材に光路を変換するための反射ミラーを設けることにより、ユニット搭載機構のサイズや配置態様等によらず、信号光の伝送経路を確実に確保できるようになる。また、パフォーマンスボード３において試験データや出力データを使用しない場合には、光送信ユニットと受光ユニットとの配備が不要になるため、ハードウェアを簡略化できるようになる。
【００６７】
次に、図４を用いて第２の実施例について説明する。第１の変形例においては、信号光はパフォーマンスボード３を通過するため、パフォーマンスボード３にプローブカード５からの出力データは供給されない。第２の変形例では、パフォーマンスボード３の反射ミラー４４の位置に光分割手段としてのハーフミラー４６を設けており、また受光ユニット４７を設けている。ハーフミラー４６は信号光を受光ユニット１２に向けて反射させる光と受光ユニット４７に向けて透過させる光とに分割する。受光ユニット４７は前述してきた受光ユニット１２、１３、１６および１７と同じものであり、受光した信号光を光電変換してパフォーマンスボード３の各種回路に信号を出力する。
【００６８】
以上により、第２の実施例では、信号光の光路を自由に変換させるとともに、パフォーマンスボード３にも信号を供給することが可能になる。例えば、パフォーマンスボード３において半導体ウェハＷからの波形を観測する機構を設けることにより、試験結果の波形の観測も可能になる。なお、反射ミラー４２の位置にハーフミラーを設けて、ハーフミラーを透過した信号光を受光可能な位置に受光ユニットを配置することにより、測定モジュール７からの試験データについてもパフォーマンスボード３に供給することが可能になる。
【符号の説明】
【００６９】
１    プローバ            ２    テストヘッド
３    パフォーマンスボード        ４    コンタクトリング
５    プローブカード            ７    測定モジュール
８    プローブ針            ２１    インターフェイス部
２２    データ変換部            ２３    符号化部
２４    発光素子            ２５    コリメータレンズ
２６    受光素子            ２７    復号化部
１１、１４、１５、１８    光送信ユニット
１２、１３、１６、１７    受光ユニット
４１〜４４            反射ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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