(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイス用電気的試験システムであって、
第１の部位および第２の部位を有する閉鎖可能なカセットであって、前記第１の部位および前記第２の部位は見当合わせ機構を備え、前記カセットの前記第１の部位および前記第２の部位が相互に向き合わされたときに、前記カセットの前記第１の部位および前記第２の部位は、相互に既知の空間的見当合わせされる、カセットと、
ウェーハを支持するように前記カセットの前記第１の部位に連結されたウェーハ支持部と、
アライメント機構であって、前記ウェーハの光学的アライメントデータをキャプチャする撮像装置と、前記撮像装置によってキャプチャされた前記アライメントデータに少なくとも部分的に基づいてウェーハ支持部に対してウェーハを選択的に移動させるアライメントステージとを含む、アライメント機構と、
ウェーハを電気的に試験するために前記カセットの前記第２の部位に連結されたプローブカードであって、前記プローブカードは、前記カセットの前記第２の部位に対する既知の位置において、前記第２の部位に連結される、プローブカードと、
前記カセットが閉位置にある際に前記カセットを支持することができる支持機構であって、前記支持機構は、複数のカセットを支持するためのラックと、前記カセットの前記第２の部位に固定されたプローブカードを電気的テスターへと電気的に連結するための電気的コネクタを少なくとも含み、前記電気的テスターは、前記ラック内の前記複数のカセット内部に保持された複数のウェーハを同時にテストするように構成されている、支持機構と、
を含む、半導体デバイス用電気的試験システム。
【請求項２】
マニピュレータをさらに含み、前記マニピュレータは、閉められたカセットを把持して、前記閉められたカセットを前記カセットの積み下ろしが可能な位置から前記支持機構へと移動させるように適合され、前記支持機構において、前記カセット内のウェーハを電気的に試験することができる、請求項１に記載の半導体デバイス用電気的試験システム。
【請求項３】
前記プローブカードと前記ウェーハとの間に力を負荷する手段をさらに含み、前記手段は、プレスおよび前記見当合わせ機構のロック機構からなる群から選択される、請求項１に記載の半導体デバイス用電気的試験システム。
【請求項４】
少なくとも１つのＦＯＵＰおよび１つのロボットを有するウェーハハンドラと、
前記閉鎖可能なカセットの第１の部分および第２の部分を把持するように適合されたグリッパーを備えたマニピュレータと、
をさらに含む、請求項１に記載の半導体デバイス用電気的試験システム。
【請求項５】
前記アライメントステージは、前記ウェーハ支持部上に配置されたウェーハを選択的に向き合わせるように適合された運動学的アライメントステージであり、前記運動学的アライメントステージは、ウェーハ支持部に対して移動可能である、請求項１に記載の半導体デバイス用電気的試験システム。
【請求項６】
前記アライメント機構は、プローブカードの性能の分析において有用な接着パッドの画像をキャプチャするために、十分な分解能の光学的システムを有する、請求項１に記載の半導体デバイス用電気的試験システム。
【請求項７】
前記マニピュレータが前記第２の部分を、プローブカードキャリアが第１の部分に対して見当合わせされ得る第１の位置と、プローブカード分析システムが前記第２の部分上に取り付けられたプローブカードを検査し得る第２の位置と、の間で移動させ得るように位置決めされた前記プローブカード分析システムをさらに含む、請求項４に記載の半導体デバイス用電気的試験システム。
【請求項８】
前記マニピュレータは、前記第２の部分および前記第１の部分のうちの一方を反転させて前記第２の部分を前記第１の部分に対して見当合わせし、前記見当合わせは、前記第１の部分に固定されたウェーハの少なくとも１つの接着パッドを前記第２の部分に固定されたプローブカードのプローブに向き合わせることである、請求項４に記載の半導体デバイス用電気的試験システム。
【請求項９】
半導体デバイスを電気的に試験する方法であって、
閉鎖可能なカセットを提供するステップであって、前記閉鎖可能なカセットは、プローブカードが固定されるように適合された第１の部位と、半導体デバイスが固定されるように適合された第２の部位とを有し、前記第１の部位および前記第２の部位は、前記第１の部位および前記第２の部位を空間的に相互に見当合わせする見当合わせ機構をさらに備える、ステップと、
前記プローブカードに対して既知の方向において前記プローブカードを前記カセットの前記第１の部位に固定するステップと、
前記半導体デバイスに対して既知の方向において前記半導体デバイスを前記カセットの前記第２の部位に固定するステップと、
前記プローブカードの少なくとも１つのプローブピンが前記半導体デバイスの接着パッドに向き合うように、前記カセットを閉めるステップであって、前記プローブカードおよび前記半導体デバイスの、前記カセットのそれらの対応する部位に対する前記既知の方向は、前記カセットの前記見当合わせ機構により、前記プローブカードの前記少なくとも１つのプローブピンが前記半導体デバイスの接着パッドに確実に向き合わされる方向である、ステップと、
前記カセットを、複数のカセットを支持するためのラックを含む支持機構内に位置決めするステップと、
前記プローブカードの前記少なくとも１つのプローブピンを電気的テスターに連結するステップと、
前記電気的テスターを起動して、ラック内に支持された前記半導体デバイスおよび少なくとももう１つの半導体デバイスを、同時に電気的に試験するステップと、
を含む、半導体デバイスを電気的に試験する方法。
【請求項１０】
前記電気的に試験するステップが完了した後に前記半導体デバイスの前記接着パッドを光学的に検査するステップをさらに含む、請求項９に記載の半導体デバイスを電気的に試験する方法。
【請求項１１】
機械的アライメント機構とのインターフェースを有するプローブカード分析システムを提供するステップと、
ユーザが規定した定期的なスケジュールに基づいて、プローブカードキャリアの前記アライメント機構を前記プローブカード分析システムの前記アライメント機構に対して向き合わせるステップと、
をさらに含む、請求項９に記載の半導体デバイスを電気的に試験する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、２００７年５月１５日出願の米国仮特許出願第６０／９３８，１４２号からの優先権を主張する。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、電気的試験方法および機器の分野に関する。より詳細には、本発明は、半導体ウェーハの高並列試験ならびにプレプローブおよびポストプローブ検査および分析のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体業界において、多数の複製コンポーネントまたはダイが、単一のシリコンウェーハ上に生成される。高コストステップであるパッケージングの前に不良ダイを除去するために、半導体製造業者は典型的には、ウェーハ試験またはソーティングを行う。ウェーハ試験の一局面は典型的には、個々のダイそれぞれの内部に設けられた金属化接着パッドまたはバンプと、外部試験機器との間に電気的接続性を確立するステップからなる。このようにして、各ダイの回路の特性が評価される。ウェーハ試験は、いわゆる半導体デバイスの「フロントエンド」処理における最終ステップである。ウェーハ試験プロセスまたは「バックエンド」検査および試験プロセスにおいて用いられる機器の検査および試験も関連する。
【０００４】
バックエンド検査および試験プロセスの局面では、プローブカードの特性および性能を評価するプローブカード分析器と、下記に説明するプロービングプロセスの結果ウェーハ上に生成されたウェーハプローブマークの特徴付けを通じてウェーハ試験プロセスを評価するウェーハプローブマーク分析器とが用いられ得る。例示的なプローブカード分析器が、プローブＷｏＲｘ（登録商標）３００／２００プローブカード分析システム（Ｒｕｄｏｌｐｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ、米国ニュージャージー州フランダース）において具現化されている。例示的なウェーハプローブマーク分析器が、ウェーハＷｏＲｘ（登録商標）プロービングプロセス分析システム（Ｒｕｄｏｌｐｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ、米国ニュージャージー州フランダース）において具現化されている。
【０００５】
従来のウェーハ試験ステーション、すなわち試験セル１１（例えば、図１中に示すもの）は典型的には、以下のコンポーネントを採用している。すなわち、プローブカードまたはプローブアレイカード１０であって、前記カード上に、細ワイヤ、形成されたバネ、またはプローブピン１２として知られる類似の導電性要素のアレイが配置されたカード１０と、試験ヘッド１４であって、その上（またはその内部）にプローブカードが構造的に連結され得る試験ヘッド１４と、前記プローブカードと試験機の電子回路との間の電気的接触を確立する信号送達システム１６と、前記連結された試験ヘッドおよびプローブカードを支持および移動させるよう機能するマニピュレータ１８と、試験機またはテスター２０であって、プローブカード１０に電気的に連結され、かつ、１つ以上のダイ８（被試験デバイス、すなわちＤＵＴとしても知られる）の実際の性能を決定するのに適した様態で電気的信号を生成、検出および測定することが可能なテスター２０と、プローブピン１２がウェーハ接着パッド２４と正確に接触するようにウェーハＷをプローブカード１０とアライメントさせるプローバ(prober)２２と、前記プローブカード／試験ヘッド複合体と前記プローバとの間のドッキング手段として機能するヘッドプレート２６とである。
【０００６】
従来のウェーハ試験セル構成１１において、ウェーハＷは、プローバ２２内にロードされ、水平方向に配置され、接着パッド２４が上方に向いた状態で方向付けられる。プローブカード１０は、プローブピン１２が下方を向いた状態でウェーハＷ上方に水平に配置できるように、試験ヘッド１４にロードまたは固定される。任意の適切な種類のマニピュレータ１８（一実施形態において、試験ヘッド１４の角度調節を可能にするための回転可能なカップリングを有する３軸ロボットアーム）が、前記プローブカード／試験ヘッド複合体をプローバ２２のヘッドプレート２６に配置するために用いられ得る。プローバ２２は、一実施形態において、プローバチャック２８により、アライメント機能性を提供する。プローバチャック２８は、角度調節（図示せず）のための回転ステージを有する３軸ステージ上に取り付けられ得、かつ、プローブカード１０とＤＵＴ８の接着パッド２４との間の位置関係を展開させる。
【０００７】
例示的なプローバアライメントシステムおよび機能性について、米国特許第６，０９６，５６７号および米国特許第６，１１１，４２１号中に記載がある。同文献双方の全体を、参考のため本明細書に援用する。例えば、プローバ２２は、２つのカメラ（図示せず）を採用し得、そのうち１つはプローブカード１０のプローブピン１２を画像生成するように動作可能であり、もう１つは、前記ＤＵＴの接着パッド２４を画像生成するように動作可能である。このような画像データに基づいて、プローバ２２は、プローブピン１２を対応する接着パッド２４へとアライメントさせる。第１のウェーハＷがアライメントされた後、プローバ２２は通常はステップを有しかつサブシステムを繰り返し、これにより、各ＤＵＴ８またはＤＵＴのグループに対してこのプロセスを繰り返すことができる。実施時において、従来の試験セル１１は、１つ以上のプローバ２２を制御する１つのテスター２０を用い、各プローバは、１つのウェーハＷの１つまたは複数のＤＵＴを同時に試験する。
【０００８】
過去１０年間において、ウェーハ試験（特に、動的およびフラッシュメモリ試験）の並列性を高める動向がある。その結果、長い時間をかける試験を伴うデバイス８を、より効率的に処理することが可能となり、これによりコストが低減される。現在の技術水準では、ウェーハＷの試験を４回の接触で行う（すなわち、前記ウェーハ上での各ダイ８の試験を容易にするために、前記プローブカードのプローブピン１２は単一のウェーハＷと４回接触させられる）。ごく近い将来において、一部のウェーハは２回のタッチダウンおよび最終的には１回のタッチダウンで試験可能となることが期待される。特定の半導体（例えば、いくつかのメモリデバイス）の場合、各「タッチダウン」を完了するには、１０分〜３０分が必要となり得る。メモリセクタにおいて、ＤＵＴ８の試験時間は、メモリ密度に相対して増加する（すなわち、メモリ密度が増えるにつれ、試験時間も増加する）。
【０００９】
従来のウェーハ試験方法には、多くの欠点がある。第１に、試験時間が長いため、プローバ２２のインデキシング(indexing)およびアライメントハードウェアが十分に活用されず、その結果、プローバ２２の投資に対する利益が低減し、場合によってはテスター２０も同様の結果となる。第２に、プロービング試験コストを低減するために、半導体業界では、複数層による複雑性を、チップ作製プロセスに付加した。すなわち、マルチＤＵＴプローブカード１０と、より小さな接着パッド２４と、接着パッド２４のピッチ短縮とである。これらの変更が行われた結果、プローブ力(probe forces)の増加と、ハードウェアの精度とプローバ２２内の重量との間の関連する妥協とが生まれた。第３に、試験設備配置は、現在では、プローブカード１０へのアクセスのために試験ヘッド１４が反転するように設計されている。その結果、配置空間が最適に活用できなくなっている。第４に、テスターの複雑度が高まるので、コンポーネント間の相互接続部の量が増加し、信頼性の問題の可能性が高まる。最後に、試験プロセスの複雑度が増加したため、プローブカード１０そのものが、プローバ／プローブカードの経済性において支配的な要素となっている。
【００１０】
当該分野において必要とされているのは、プレプローブウェーハ検査および分析、ウェーハ試験、ならびにポストプローブウェーハ検査および分析のための効率的なプロセスであって、ウェーハのアライメントおよび取り扱いに対する簡単かつ向上したアプローチを用いたプロセスである。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の特定の実施形態は、最適化されたウェーハ試験セルまたはステーションを提供する。この最適化されたウェーハ試験セルまたはステーションは、ウェーハ試験と、プレプローブウェーハ検査および分析ならびにポストプローブウェーハ検査および分析とに対して一体型プロセスを用いつつ、ウェーハのアライメントおよび取り扱いに対して簡単かつ向上したアプローチを用いる。
【００１２】
特定の実施形態において、キャリアプレートまたはウェーハキャリア上へのウェーハのプレアライメント(予備アラインメント：prealignment)のためのシステムが提供される。前記ウェーハがウェーハキャリア上にプレアライメントされた後、さらなる自動化ウェーハアライメントは不要となる。前記ウェーハキャリアそのものが、汎用取り付けおよびアライメントハードウェアを組み込み得るので、これにより、試験機器とのアライメントが容易になる。前記試験位置における前記ハードウェアも、よりシンプルになる。前記試験機器は、取り付けハードウェアを単に組み込むだけである。この取り付けハードウェアは、前記ウェーハキャリア取り付けハードウェアに対して相補的(complementary)であるか、または、他の場合に前記ウェーハキャリア取り付けハードウェアを受け入れるように動作可能である。前記ウェーハキャリアを前記試験機器における複数の工具位置に配置することにより、いくつかの現在の複数のタッチダウンによるウェーハ試験において必要なＸ−Ｙウェーハインデキシングが可能となり得る。前記ウェーハアライメントハードウェアは、ウェーハ検査機能性をさらに用い得、これにより、前記ウェーハのプレプローブおよびポストプローブ検査を提供する。ウェーハ試験プロセス全体および最終的にはプロセスイールドマネジメントを評価するように動作可能な詳細なプレプローブウェーハ分析およびポストプローブウェーハ分析を可能にするために、多様なソフトウェアモジュールが、前記取得されたウェーハ検査データを利用し得る。
【００１３】
本発明の特定の局面は、従来のウェーハ試験方法と比較して、多様な恩恵を提供する。第１に、本発明により、従来のプローバが不要となるため、ハードウェアコストが低減する。第２に、本発明により、単一のプローバ内で待機するのではなく、ウェーハロットを細分化し、複数の試験機器間で共有することができるため、テスター利用が増加する。第３に、ウェーハアライメントは各試験位置における個々のプローバ性能に依存しないため、より良いプロセス制御が可能となる。第４に、本発明の特定の局面によれば、「完全自動の」ウェーハ試験フロアが可能となる。第５に、本発明の特徴は、固定具の偏向を最低低減にしかつより一定のプローブ力を用いたプロービング解決法を提供することにより、将来の半導体試験における需要（さらに小型のプローブおよびより高密度で配置された接着パッドの必要性を含む）を見越したものである。最後に、本発明の態様は、ウェーハ試験プロセス全体の単純化を通じて、より高い信頼性および良好な誤差予算管理を提供する。
【００１４】
本発明の特定の実施形態は、試験ステーションまたはセルを用いる。一例において、前記試験ステーションまたはセルは、（ａ）ウェーハアライナ(wafer aligner)またはウェーハアライメントステーション、（ｂ）ウェーハキャリア、および（ｃ）複数の試験ヘッド取り付けハードウェアを用いる。上記および他のコンポーネントについては、下記においてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】先行技術の例示的な試験セルを示す模式的側面図である。
【図２】ウェーハ−プローバカセットを模式的に示す。
【図３】複数のウェーハ−プローバカセットを収容するラックの模式的側面図である。
【図４】ウェーハカセット配置構成を用いてウェーハを試験するように適合された試験セルの一実施形態の模式的平面図である。
【図５】ウェーハポッド配置構成を用いてウェーハを試験するように適合された試験セルの一実施形態の模式的斜視図である。
【図６】ウェーハをウェーハキャリアに対してアライメントさせるための機構の一実施形態の模式的断面側面図である。
【図７】ウェーハキャリアの一実施形態の平面図である。
【図８】見当合わせ機構の一実施形態の側面図である。
【図９】マルチタッチ電気的試験およびバーンインを容易化するように適合された見当合わせ機構の一実施形態の部分的平面図である。
【図１０】半導体デバイスまたはウェーハの試験またはバーンインの方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態によるプローブカードキャリアの模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の発明を実施するための形態において、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する。これらの添付図面中、例示目的のため、本発明を実施することが可能な特定の実施形態が図示される。これらの図面中、類似の参照符号は、いくつかの図において、実質的に同様なコンポーネントを指す。当業者が本発明を実施することが可能なよう、これらの実施形態について十分に詳細に説明する。他の実施形態を用いてもよく、また、本発明の範囲から逸脱すること無く、構造的変更、論理的変更および電気的変更が可能である。よって、以下の詳細な説明は限定的にとられるべきではなく、本発明の範囲はひとえに添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される。
【００１７】
図２は、試験セルの利用を増加させるのに有用な本発明の一実施形態を示す。カセット５０は、プローブカード５２と、ハウジング５６内に取り付けられたウェーハステージ５４とを含む。プローブカード５２は、カセット５０の第１の部位(first portion)５６ａに取り付けられ、ウェーハステージ５４はカセット５０の第２の部位(second portion)５６ｂに取り付けられる。カセット５０の部位５６ａおよび部位５６ｂは、図示の実施形態において、部位５６ａおよび部位５６ｂが図３に示すような実質的に平行な閉位置内へと回転可能なように、ヒンジ５８によってともに蝶番付けされる。他の接続手段および見当合わせ手段(あるいは登録手段：registration means)をヒンジの代わりに用いてもよい。ウェーハステージ５４は、保持機構６０を備えている。保持機構６０は、必要に応じて、真空型システムまたは機械的保持デバイスであり得る。いずれの場合でも、前記保持機構は、所望の方向においてウェーハＷをステージ５４上に保持する。真空型保持機構６０を用いると、ウェーハＷをステージ５４の平坦表面に適合させるという恩恵も得られる。ステージ５４の方向付けは、ウェーハＷをステージ５４上に前記所望の方向で配置するか、または、カセット５０（より重要にはプローブカード５２）に対してステージ５４をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向またはθ方向へ平行移動または回転移動することにより、達成され得る。この移動を達成するため、ステージ５４は、公知の種類（図示せず）のＸ移動ステージ、Ｙ移動ステージ、Ｚ移動ステージまたはθ移動ステージ上に取り付けられ得る。プローブカード５２もまた、プローブピン１２をウェーハＷのＤＵＴ上の接着パッド２４にアライメントさせるのが必要なときに、Ｘ移動ステージ、Ｙ移動ステージ、Ｚ移動ステージまたはθ移動ステージ（図示せず）に取り付けるか、あるいはカセット部位５６ａに直接固定され得る。
【００１８】
カメラ６２は、（図２に示すような）ウェーハＷ上のＤＵＴ８および／またはプローブカード５２の画像を撮影するために設けられ得る。カメラ６２から導出された画像データは、接着パッド２４をプローブピン１２とアライメントさせるのに必要な、ステージ５４およびプローブカード５２の移動を計算するために用いられ得る。１つ以上のアライメントカメラ６２を、カセット５０に対しておよび／またはこれらのアライメントカメラ６２の相互に対して空間較正すると、画像の比較または減算により、アライメントを決定し得る。従って、前記画像データの差を、ステージ５４および／またはプローブカード５２と関連付けられた移動ステージの必要な移動に変換することができる。外観(feature)またはエッジの検出技術（例えば、Ｃａｎｎｙエッジ検出）は、アライメント目的に用いられ得る外観を特定するために用いられ得、外観の相違は、上述したような必要な移動を計算するために用いられる。アライメントが達成された後、カセット５０の部位を図３に示すようなその閉位置に回転させて、プローブピン１２を接着パッド２４に対して向き合わせて、電気的試験を容易化することができる。
【００１９】
ウェーハＷがカセット５０内に配置され、前記カセットが閉められた後、閉められたカセット５０は、テスター２０ならびに図３に示すような必要な試験を行うのに必要な他の任意の機械的システムまたは電気的システムに接続され得る。例えば、ステージ５４が真空保持機構を備えている場合、カセット５０は、カップリング６６ａおよびカップリング６６ｂを介して真空６４のソースに連結され得る。同様に、信号送達システム１６も、電気的カップリング６８ａおよび電気的カップリング６８ｂにより連結されて、プローブカード５２とテスター２０との間の電気的接続が得られる。やはり図３から分かるように、複数のカセット５０は、テスター２０の利用を増やすように、単一のテスター２０に連結され得る。一実施形態において、内部にウェーハＷを有する閉められたカセット５０は、適切な配置構成のラック７０内に配置され得る。
【００２０】
図４に示すように、一実施形態において、マニピュレータ７４は、その遠位端に適切なグリップ部材７５を有する４軸ロボットアームである。このマニピュレータ７４は、閉められたカセット５０を１つ以上の積み下ろし領域(loading/unloading areas)７２と、ラック７０等との間で移動させる。ウェーハＷは、公知のように、ロボットアーム７８を有するハンドラ(handler)７６により、ウェーハキャリアまたはＦＯＵＰ７５から積み下ろし領域７２へ提供される。ハンドラ７６はプレアライナ(pre-aligner)８０を備えており、ウェーハＷがカセット５０のステージ５４上に配置される前に、ウェーハＷをアライメントさせる。
【００２１】
上述したように、プローブカードは、ウェーハＷ上で１回、２回、３回、４回またはそれ以上の回数の接触で試験を行うように、配置構成され得る。図２〜図４に示すカセット５０の実施形態は単一接触プローブカードと共に用いられるように適合される（すなわち、プローブカード５２は、ウェーハＷ上の接着パッドの実質的に全てを同時に向き合う(address)ようにサイズ指定される）が、ウェーハＷをステージ５４上の複数の位置へと移動させて、マルチタッチ試験を可能にすることができる。
【００２２】
使用時において、一実施形態の試験セル９０は、以下のように動作する。内部にウェーハＷを有するウェーハキャリアは、ＦＯＵＰ７５のうちの１つに連結される。ハンドラ７６のロボット７８は、ウェーハＷを前記ウェーハキャリアから取り出し、ウェーハＷをプレアライナ８０へと移動させて、ウェーハＷを試験セル９０のコンポーネントに対して粗くアライメントさせる。その後、粗くアライメントされたウェーハＷを、積み下ろしステーション７２内に配置されたカセット５０のステージ５４へと移動させる。必要な場合でかつそのように設けられている場合、カメラ６２をステージ５４と共に用いて、上述したように、ウェーハＷをプローブカード５２に対して精密にアライメントさせる。このようなアライメントの仕様は、用途、接着パッド２４のサイズおよび接着パッド２４のピッチによって異なり得るが、約５μの範囲内であることが多い。精密なアライメントが達成された後、カセット５０の保持機構６０は、ウェーハＷをそのアライメント位置に保持するように、起動される。カセットは積み下ろしステーション７２において真空ソースに接続され得、かつ、一実施形態では、閉められたカセット５０の搬送中に、真空リザーバ（図示せず）により保持機構６０内のこの真空が維持される点に留意されたい。あるいは、カセット５０およびマニピュレータ７４が補助真空カップリング（図示せず）備えていて、マニピュレータ７４による移送中に真空を前記カセットに提供してもよい。アライメントが完了した後、カセット５０の部位５６ａおよび５６ｂを閉めて、プローブピン１２をウェーハＷ上のＤＵＴの接着パッド２４に対して向き合わせる(address)。その後、こここで閉められたカセット５０をマニピュレータ７４によってラック７０へと移送する。マニピュレータ７４は、特殊な設計の取手７７により、カセット５０を把持(grip)することができる。ラック７０内において、前記カセット５０は、最低でも、テスター２０と通信する信号送達システム１６へと連結される。
【００２３】
試験セル９０は本質的にモジュール式システムであるため、さらなるモジュールを追加することにより、さらなる機能を得ることができる。例えば、１つ以上のプローブカード分析器８２（例えば、上記したプローブＷｏＲｘ（登録商標）３００／２００）を設けてプローブカード５２を検査して、その適切な機能を確保し、損傷または摩耗を特定することができる。さらに、光学的検査システム８３（例えば、ウェーハＷｏｒｘ（登録商標）またはＮＳＸ（登録商標）光学的検査システム（どちらもＲｕｄｏｌｐｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ（米国ニュージャージー州フランダース）から入手可能））を設けて、プローブカード５２のプローブ１２によってウェーハＷの接着パッド２４上に付けられたプローブマークの高分解能光学的検査を行うことができる。図４は本質的に模式的なものであり、さらなる機能的モジュール（例えば、プローブカード分析器または光学的検査システム）の実際の配置構成は、任意の有用な配置構成において編成され得る点に留意されたい。一実施形態において、ロボット７６は、プローブカード分析器８２または光学的検査システム８３のうちの１つ以上をロボット７６に連結するように、適合され得る。モジュール式システム（例えば、図４に示すようなもの）の多様な部位は、プロセッサまたはコントローラ（クラスタコントローラ（図示せず）と呼ばれることが多い）により、公知の様態で制御される。適切なクラスタコントローラは、試験セル９０を構成するモジュール式コンポーネントのうちの任意の１つ内に取り付けられたコンピュータでよいが、ハンドラ７６内に見受けられることが多い。前記クラスタコントローラは、試験セル９０から遠隔位置に設けてもよい。予めプログラムされた(pre-programmed)ウェーハ（１枚又は複数枚）の検査および試験の実施に加え、試験セル９０と関連付けられたクラスタコントローラは、試験中または検査中に発生した条件に基づいて、ウェーハＷの試験および検査を改変し得る。例えば、クラスタコントローラがウェーハＷ上の欠陥を特定した場合または多数のＤＵＴが電気的試験において失格となった場合、試験を受けているウェーハＷに関する所定の試験および検査レシピは、失格となったＤＵＴをさらなる試験または検査から除外するように改変され得る。
【００２４】
ここで図５を参照すると、本発明による試験セル１００の別の実施形態が図示されている。この実施形態において、試験セル１００は、ウェーハキャリア（図示せず）を試験セル１００に連結させる一対のＦＯＵＰ１０２を含む。これらのＦＯＵＰ１０２自身は、ウェーハハンドラ１０３へと連結され得る。ウェーハハンドラ１０３は、ウェーハＷの搬送および操作のための１つ以上のロボット１０６を含み得る。ウェーハハンドラ１０３は、ウェーハＷの方向付けを決定し、前記方向付けを修正するアライナ１０８をさらに含む。
【００２５】
一実施形態において、ウェーハアライナ１０８は、前記ウェーハをウェーハキャリア１０４に見当合わせ(あるいは登録：regisiter)するために、高分解能光学的システム１１０を含みかつ利用して、前記ウェーハ上のアライメント特性(alignment features)を特定する。さらに、光学的システム１１０は、プレプローブウェーハ検査およびポストプローブウェーハ検査（ウェーハプローブマーク検査としても知られる）を実施するように動作可能である。あるいは、図４に示すものと同様のウェーハＷの粗い方向付けを決定するさらなるプレアライナ１０９を設け、１つ以上の高分解能アライナ１０８および光学的検査機構を公知の様態で（例えばクラスタ構成により）ウェーハハンドラ１０３に連結してもよい。いずれの場合においても、アライナ１０８は、ウェーハＷの取り付け先となるウェーハキャリア１０４を受け入れるように、適合される。
【００２６】
ウェーハキャリア１０４は、ウェーハチャック１１２を組み込み得る。ウェーハチャック１１２は、ウェーハＷのためのプラットフォームとして機能し、かつ、ウェーハキャリア上のウェーハＷの正確な位置決めを保持および容易にする。ウェーハキャリア１０４は、アライメントハードウェア１１６（図６）をさらに具現化する。アライメントハードウェア１１６は、ウェーハチャック１１２に対するＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標（ならびに回転）における前記キャリアの再現可能な位置決めを可能にする。アライメントハードウェア１１６は、運動学的(kinematic)または他の適切な方法を通じて、機能し得る。図６に示すように、例えば、ウェーハＷは、マルチポイント運動学的システム１１６により、操作され得る。マルチポイント運動学的システム１１６は、運動学的システム１１８および可搬型のステージ(transportable stage)１２０、または他の適切で、再現可能で、精密なドッキング、取り付け、もしくは位置決め手段の組み合わせである。一実施形態のシステム１１６は、ステージ１２０上に取り付けられた、垂直方向に往復可能な３つ以上の指部１２２を含む。これらの指部１２２は、ウェーハキャリア１０４内の穴部１２４を通じて延びる。これらの穴部１２４の直径は指部１２２よりも大きく、これにより、指部１２２上で支持されたウェーハＷをウェーハキャリア１０４に対して移動させることが可能となる。一実施形態において、ステージ１２０は、Ｘ方向およびＹ方向において移動可能であるだけではなく、ウェーハキャリア１０４に対して垂直なＺ軸の周りに回転可能でもある。あるいは、ウェーハＷが指部１２２上に支持されているときに、ウェーハＷおよびウェーハキャリア１０４が互いに対して回転可能となるように、ウェーハキャリア１０４を回転ステージ上に取り付けてもよい。指部１２２は、伸長位置において、ウェーハＷをキャリア１０４の表面より上方に持ちあげるように、Ｚ方向に往復可能であり、これにより、ウェーハキャリア１０４と運動学的システム１１６との間の相対運動が可能となる。ウェーハＷがウェーハキャリア１０４に対して所望の位置に来た後、前記指部は、ウェーハＷをウェーハキャリア１０４の表面上に下降させるように、ウェーハキャリア１０４の下側に退避(retract)する。前記退避位置において、指部１２２はウェーハキャリア１０４から離れる。ウェーハキャリア１０４は、指部１２２と衝突することなく、移動され得る。
【００２７】
いくつかの実施形態において、ウェーハＷをキャリア１０４に対してアライメントさせるアライメントプロセスは反復的なものである。そのように設けられている場合、プレアライナ１０９は、前記ウェーハのロボット１０６に対する方向が比較的粗いアライメント内にあることが知られているように、前記ウェーハの粗いアライメントを実施し得る。ウェーハＷは、精密なアライメントのためのアライナ１０８に隣接して位置決めされたキャリア１０４上に配置される。ウェーハＷは、システム１１０のカメラ１１１によって画像生成され、第２のアライメント（プレアライナ１０９が存在しない場合には、第１のアライメント）が決定される。その後、運動学的システム１１６が起動して、ウェーハＷとウェーハキャリア１０４との精密なアライメントが得られるように、ウェーハＷをウェーハキャリア１０４に移動させる。いくつかの場合において、ウェーハＷは、指部１１８と穴部１２４との間のクリアランスよりも大きい距離だけ移動させなければならず、これらの場合において、ウェーハＷはウェーハキャリア１０４上に降ろされ、指部１２２は、ウェーハキャリア１０４とウェーハＷとの間のさらなる相対運動が可能なように再度位置決めされる（すなわち、指部１２２がウェーハＷに対して移動された後、ウェーハＷが再度指部１２２上で支持される）。さらに、ウェーハＷをウェーハキャリア１０４に固定するためにウェーハキャリア１０４が真空保持機構を用いている場合、ウェーハＷをウェーハキャリア１０４に固定する動作により、両者間に移動が導入され得る点に留意されたい。従って、一実施形態において、ウェーハキャリア１０４に固定された後、ウェーハＷをアライメントについて再度検査して、そのアライメントを確認する場合がある。理解されるように、ウェーハＷの性質および所望のアライメントの特異性に応じて、複数のアライメントが必要となり得る。
【００２８】
ウェーハキャリア１０４は、その意図する目的（すなわち、ウェーハＷをプローブカードと共に試験目的のために見当合わせ(あるいは登録)すること）を達成するように、多くの様態で適合され得る。しかし、ウェーハキャリア１０４は、ウェーハＷをウェーハキャリア１０４に固定し、ウェーハＷをプローブカードに見当合わせ(あるいは登録)する何らかの手段を持たなければならない。図７中に最良に示される一実施形態において、前記ウェーハキャリアは、ウェーハＷを支持する中央ボディ１３０を有する。ウェーハＷに加えて、ウェーハキャリア１０４は、多くの異なる種類のＤＵＴ（単離したダイなどを含むが、これに限定されない）を支持するように適合され得る点に留意されたい。ウェーハキャリアのボディ１３０は、任意の有用な形状（この形状は、多数の要素（例えば、空間およびサイズの制約、構造的要件、および既存の試験機器との適合性）に応じて異なり得る）でよい。添付図中に示すような三角形のキャリア１０４の例は、例示目的のみのために提供するものであり、本発明の範囲をいかなる様態でも限定するものではない。ウェーハキャリア１０４は、別の構成（例えば、円形構成、四角形構成または非対称構成）において設けられ得る。
【００２９】
キャリア１０４のボディ１３０は、上述したように、自身の上でのウェーハＷのアライメントを容易にするための穴部１２４を含み得る。さらに、ボディ１３０は、真空保持機構１３２を備え得る。ウェーハキャリア１０４はまた、電力接続部１３４、識別ハードウェア（例えば、ＲＦＩＤまたは何らかの種類のタグ（図示せず））、真空接続部１３６、高い構造的剛性または硬さ、ならびに熱伝達または熱制御機能および特性（例えば、熱チャックまたはホットチャック（図示せず）として当該分野において公知のもの）を用いてもよい。さらに、ウェーハキャリア１０４は、取り扱いおよび搬送を容易化する手段（例えば、マニピュレータによって把持されるように適合された把持点１３８）を用いてもよい。
【００３０】
ウェーハキャリア１０４は、プローブカードキャリア１４０と共に、従来のプローバを必要とせずにウェーハＷ上の１つ以上のＤＵＴの試験を容易化する。これは、ウェーハキャリア１０４によってウェーハＷをプローブカードに対して直接向き合わせる(address)ことができるという利点を生かすことにより、達成される。プローブカードキャリア１４０は、プローブカードキャリア１４０に固定されたプローブカード１４２と共に、試験ヘッド１４４を形成する。プローブカードキャリア１４０およびウェーハキャリア１０４はそれぞれ、相補的な機械的見当合わせ機構(あるいは相補的な機械的登録機構：complimentary mechanical registration mechanisms)１４６を有する。相補的な機械的見当合わせ機構１４６は、ウェーハＷのプローブカード１４２に対する正確かつ再現性のある見当合わせ(あるいは登録)を保証する。ウェーハキャリア１０４およびプローブカードキャリア１４０は、共に用いられると、ウェーハポッド９９を形成する。ウェーハポッド９９は、プローブカードキャリア１４０に対して固定的なものであり得る。というのも、プローブカードキャリア１４０上にプローブカード１４２が取り付けられた後は、プローブカードキャリア１４０は単一の位置に位置決めされ、その後に一連のウェーハキャリア１０４がプローブカードキャリア１４０に連結されるからである。他の実施形態において、ウェーハポッド９９は、形成された後、適切な試験のための多様な試験セルの間で移動され得る。例えば、一実施形態において、ウェーハポッド９９は、試験セル内に形成および配置される。この試験セルにおいて、電気的試験およびバーンインプロセスの両方が行われる。別の実施形態において、ウェーハポッド９９は、別個の試験セル（図示せず）間で移動される。別個の試験セルのうち、電気的試験は第１の試験セルにおいて行われ、バーンインプロセスは別個の試験セルにおいて行われる。前記した試験セルは、本発明の範囲を超えること無く、添付図面中に示されるものと異なり得る点に留意されたい。さらに、当業者に理解されるように、異なる試験セルを異なる温度において異なる種類の試験またはバーンイン手順に合わせて維持可能であることが、理解されるべきである。
【００３１】
図８中に示す実施形態において、ウェーハキャリア１０４は、見当合わせ機構(あるいは登録機構)１４６の雄部位１４６ａを備えており、プローブカードキャリア１４０は、前記機構の雌部位１４６ｂを備えている。理解されるように、雄部位１４６ａおよび雌部位１４６ｂにより、雄部位１４６ａおよび雌部位１４６ｂが無い場合に必要となり得る時間のかかるアライメント手順へ依存すること無く、キャリア１０４および１４０の相互の正確かつ再現可能な見当合わせ(あるいは登録)が可能となる。雄／雌型の機構１４６が図示されているが、当業者であれば、他の種類の実用的な見当合わせ機構を用いてもよいことを容易に理解するであろう。図９に示すように、プローブカードキャリア１４０が見当合わせ機構１４６の複数の雌部位１４６ｂを備えて、プローブカードと、ウェーハＷの複数の部位との間の正確な見当合わせ(あるいは登録)を可能にすることができる。図９中に示す雌部位１４６ｂの相対的位置はそれぞれ、マルチタッチ試験プロセスにおいてプローブカード１４２を選択されたＤＵＴのグループに対して向き合わせる(address)ように、配置され得る。図９中の雌部位１４６ｂの位置はＤＵＴの性質に基づいて決定されるため、試験されている各種類のＤＵＴによって異なり得る点に留意されたい。
【００３２】
プローブ１２を接着パッド２４内に適切に設置するには、大きな力が必要となり得る。一実施形態において、見当合わせ機構(あるいは登録機構)１４６がロック手段（例えば、カム機構、真空アシスト機構、ネジ式ロックデバイス等）を備えて、前記キャリアが相互に連結された際に部位１４６ａおよび１４６ｂを結びつけることができる。キャリア１０４およびキャリア１４０がどちらとも平面状である場合、各見当合わせ機構１４６から付加されるクランプ力だけででも、プローブ１２を接着パッド２４内に均等に駆動することができる。いくつかの場合において、プローブカード１４２および／またはプローブカードキャリア１４０あるいはウェーハチャック１１２に若干の湾曲部を導入すると望ましい場合がある。この湾曲部により、前記湾曲部の位置において、プローブ１２と接着パッド２４との間に付加される力を増加させることができる。湾曲部を選択した場合または湾曲部が無い場合にプローブ１２と接着パッド２４との間の適切な力が達成されることを確認するよう、注意が必要である。別の実施形態において、見当合わせ機構１４６は、前記キャリアを相互に見当合わせ(あるいは登録)する機能のみを持ち、前記キャリアに力を付加するように適切な種類のプレスをステーション１６４に設け、これにより、前記ウェーハおよび前記プローブカードが相互に接触する。
【００３３】
ウェーハキャリア１０４と同様に、プローブカードキャリア１４０は、中央ボディ１４８を有する。中央ボディ１４８は、自身の上にプローブカード１４２が取り付けられるようなサイズにされる。中央ボディ１４８のサイズ、形状および複雑度は、中央ボディ１４８上に取り付けられるプローブカード１４２のサイズに応じて、異なり得る。プローブカード１４２とウェーハＷとの間に付加しなければならない力は高い場合がある（２００〜３００ポンドのオーダー）ため、プローブカードキャリア１４８の中央ボディは、十分な強度の中実の金属プレートで作製するか、リブ付きの鋳造品、繊維強化樹脂鋳造品、または試験中の機器が常套的に受ける必要な力および温度変動を取り扱うことが可能な他の任意の適切な構造とすればよい点に留意されたい。
【００３４】
中央ボディ１４８は、プローブカード１４２をキャリア１４０に固定する１つ以上の保持機構１５０も備える。一実施形態において、前記保持機構は、プローブカード１４２に取り付けられた第１のブロック１５２と、プローブカードキャリア１４０の中央ボディ１４８に取り付けられた第２のブロック１５４とを含む。ブロック１５２およびブロック１５４にはねじ山が付けられて、ねじ山が付けられた調節ピン１５６を受け入れるようになっている。調節ピン１５６は、ブロック１５２とブロック１５４との間の距離を調節するように、回転され得る。ピン１５６は、手で回転させてもよいし、あるいは、ロータリアクチュエータ（図示せず）によって回転させてもよい。さらに、１つ以上のエンコーダまたは位置インジケータ（図示せず）をプローブカード１４２と中央ボディ１４８との間に取り付けて、任意の所与の時間におけるプローブカード１４２のキャリア１４０に対する相対位置を示すことができる。このようにして、位置情報をプローブカード１４２について生成して、プローブカード１４２がウェーハＷとアライメントされていることを保障することができる。保持機構が高さ改変機能性も備えて、プローブカードキャリア１４０に対するプローブカード１４２の平面性を調節してもよい。必要な平面性の調節を提供するよう、ねじ山が付けられた調節ねじ機構が用いられ得る。キャリア１４０上に取り付けられた位置高さセンサ（図示せず）により、プローブカード１４２の平面性を改変する際に用いられる高さ情報を得ることができる。適切な位置高さセンサは、容量性高さセンサである。
【００３５】
信号送達システム１６は、キャリア１４０に固定されたプローブカード１４２をテスター２０に連結させるように、設けられる。さらなる機械的システム、空気圧式システムおよび電気的システムが、必要に応じてキャリア１４０にさらに連結され得る。
【００３６】
図５に示すように、マニピュレータは、キャリア１０４および１４０をキャリア１０４および１４０の必要位置に移動させるように、適合される。マニピュレータ１６０は、一実施形態において多軸ロボットであり、その遠位端においてグリッパー（把持部）１６２を有する。図５中に示すグリッパー１６２は、簡単な２顎型グリッピングであり、これらの顎部により、キャリア１０４または１４０が顎部間でクランプされる。好適には、グリッパー１６２は、指定位置のみにおいてキャリア１０４または１４０を把持するかまたは係合させるが、グリッパーは任意の有用な位置においてキャリアを把持し得ると理解されるべきである。別の実施形態において、グリッパー１６２は、カップリングの雄部位または雌部位を形成し得る。このカップリングは、機械的カップリング手段だけでなく、電気的カップリング手段および空気圧式カップリング手段も含む。この実施形態において、マニピュレータ１６０によって前記キャリアがその意図する位置へと移動される間、前記カップリングを通じて真空圧がキャリアへと提供され得る。同様に、マニピュレータ１６０を通じて電気的信号を経路設定して、前記ウェーハまたはプローブカードの識別を支援し、安全および／または機能的フィードバックをコントローラ（図示せず）に送ることができる。別の実施形態において、トラックシステムまたはコンベヤシステム（図示せず）を介して、積み下ろしステーションと試験ステーションとの間でウェーハキャリア１０４を移動させることができる。
【００３７】
図６に関連して上述したように、プローブカード１４２をプローブカードキャリア１４０に対してアライメントさせるために、画像生成デバイスすなわちカメラが設けられ得る。このカメラは、キャリア１４０と分離されていてもよく、例えば、前記プローブカードをプローブカードキャリア１４０に対してアライメントさせるためにアライナ１０８のカメラを用いることができる。プローブカード１４０がプローブカードキャリアに対してアライメントされた後は、このアライメントはもはや不要となるか、あるいは、所定数の試験サイクル後までまたはプローブカード１４２に問題があると決定されるまでは、少なくとも不要となる点に留意されたい。別の実施形態において、アライナ１０８と関連付けられていない独立的に取り付けられたカメラが、キャリア１４０上のプローブカード１４２と向き合わされ(addressed)、これにより、これら２つが相互に見当合わせ(あるいは登録)されていることを確認し得る。この独立したカメラは、プローブカード分析システムの一部であり得る。さらに、プローブカード１４２の背面上がアライメントマークまたはレチクルを備えている場合、簡単なカメラ１４１（図１１）をキャリア１４０の中央ボディ１４８上に直接取り付けるかまたはキャリア１４０の中央ボディ１４８内に設けて、前記プローブカードが中央ボディ１４８に対して適切にアライメントされていることを保証することができる。
【００３８】
いくつかの実施形態において、プローブカードキャリア１４０から分離されたプローブカードアライメントジグ（図示せず）が、プローブカードをテスターフレームまたはプローブカードキャリアに対してアライメントさせるように、設けられ得る。前記プローブカードアライメントジグは、光学系および適切な工具を用いて、見当合わせ点(あるいは登録点)を適切な精度で位置決めすることができる。
【００３９】
試験セル１００は、１個、２個またはそれ以上のステーション１０３を備えることができる。ステーション１０３内において、プローブカードキャリア１４０を、ウェーハＷの電気的試験のために位置決めすることができる。さらに、このようなステーションを垂直方向にスタックまたはエッジ方向に方向付けて、試験セル１００の密度およびスループットを増加させることができる。
【００４０】
図１０は、本発明の例示的な実施形態を示す。その最も簡単な形態において、本発明の原理に従って配置構成された試験セルを用いたウェーハの試験のプロセスでは、プローブカードをプローブカードキャリアに対してアライメントするステップ（２００）およびカップリング（連結）するステップ（２０２）を含む。同様に、ウェーハは、ウェーハキャリアにアライメント（２０４）およびカップリング（連結）される（２０６）。これは、同時に行ってもよいし、あるいは時間的に別個に行ってもよい。一実施形態において、プローブカードは、プローブカードキャリアに対してアライメントおよび連結され、その後、一連のウェーハが１つ以上のキャリアに対してアライメントおよび連結される。
【００４１】
各キャリアがそれらに対してアライメントおよび連結されたプローブカードまたはウェーハを有した後、それぞれのキャリアは、見当合わせ(あるいは登録)された様態で相互に連結される（２０８）。一対のキャリアの相互カップリングに加えて、試験セルが複数のプローブカードキャリア上の複数のプローブカードを取り扱うように適合されている場合、複数のプローブカードキャリアを複数のウェーハキャリアに連結することができる（２１０）。
【００４２】
その後、ウェーハキャリアおよびプローブカードキャリアを含むウェーハポッドを電気的に試験し（２１２）、かつ／または、前記ウェーハポッド上でバーンイン試験を行うことができる（２１４）。ウェーハポッド上の所与のウェーハについて、一般的に電気的試験２１２の後にバーンイン試験２１４が行われる点に留意されたい。しかし、複数のウェーハポッドが同時に処理される場合、電気的試験２１２およびバーンイン試験２１４は別個のウェーハポッド上で同時に行ってよい。
【００４３】
別の実施形態において、使用される試験セル１００を調製するステップは、プローブカード１４２をキャリア１４０に取り付けるステップを含む。プローブカード１４２の設計は、試験されるウェーハＷの設計と相補的であり、キャリア１４０の設計も、同様に試験されるウェーハＷを保持するウェーハキャリア１０４の設計に対して相補的である。キャリア１４０およびプローブカード１４２は、１つまたは複数の上述したような接触電気的試験に対して適合され得る。一実施形態において、プローブカード１４２は、プローブが上を向く方向で、保持機構１５０によってプローブカードキャリア１４０に固定される。この方向は、見て判る通りの明らかな理由のため、「デッドバグ(dead bug：死んだ虫)」方向と呼ばれる場合がある。別の実施形態において、プローブカード１４２およびプローブカードキャリアは、より従来的な「ライブバグ(live bug：生きている虫)」方向に適合され、この場合、これらのプローブは下向きに方向付けられる。
【００４４】
プローブカード１４２がプローブカードキャリア１４０に取り付けられた後、キャリア１４０上に取り付けられたセンサまたはプローブカード分析システムのセンサが、プローブカード１４２の他の特性のうちアライメントおよび平面性を測定するために用いられる。これらの特性は、ユーザが規定した許容可能なアライメントの範囲内のアライメントが得られるように、保持機構１５０などを用いて調節される。プローブカード１４２のプローブカードキャリア１４０に対するアライメントは、ウェーハＷをプローブカード１４２に対してアライメントさせる際に将来参照されるように、注記および保持される。プローブカード１４２がプローブカードキャリア１４０に対してアライメントされた後、マニピュレータ１６０は、自身のグリッパー１６２を用いてキャリア１４２を把持し、キャリア１４２をステーション１６４のうちの１つへと移動させる。この移動は、ステーション１６４のうちの１つの中で、プローブカード１４２がプローブカードキャリア１４０に直接取り付けられていないものと仮定する。理解されるように、複数のプローブカード１４２をこのように配置構成して、試験セル９０の利用を増加させることができる。この段階において、プローブカード１４２は試験向けに準備完了しており、所定温度まで加熱または冷却され得るか、または、雰囲気温度で維持され得る。
【００４５】
その後、ウェーハＷは、試験向けに準備完了となる。ウェーハＷは、ハンドラ７６のロボット７８によってＦＯＵＰ７５から得られ、粗いアライメントのためのプレアライナへと提供される。プレアライナは、図２中に示す比較的簡単な種類のものでもよいし、あるいは、図５に示すより高分解能型１０８であってもよい。図５に示す実施形態において、高分解能アライナ１０８を用いてウェーハの画像を生成して、当該ウェーハ上の外観(feature)を識別する。これらの外観の相対的位置を用いて、アライナ１０８は、ウェーハＷを適切にアライメントするよう、マルチポイント運動学的システム１１６に命令する。アライナ１０８は、ウェーハＷを単一のステップにおいてアライメントすることもできるし、あるいは、このアライメントする作業を反復的に行うこともできる。ウェーハＷがアライメントされた後、ウェーハＷは、真空保持システムによってウェーハチャック１１２に固定される。一実施形態において、アライナ１０８は、ウェーハＷがウェーハチャック１１２に固定された後、ウェーハＷのアライメントを確認して、ウェーハＷが前記チャックに固定されている状態でウェーハＷのアライメントのずれが無いことを確実にする。
【００４６】
ウェーハＷがウェーハキャリア１０４に取り付けられた後、マニピュレータ１６０は、ウェーハキャリア１０４を、プローブカードキャリア１４０が配置されているステーションへと移動させる。プローブカード１４２は図５に示す実施形態においてデッドバグ方向にあるため、ウェーハキャリア１０４は反転され、２つのキャリア１０４および１４０の見当合わせ機構(あるいは登録機構)１４６は相互に連結されて、これにより、ウェーハＷの接着パッド２４を前記プローブカードのプローブ１２に対して向き合わせる(address)。その後、ウェーハＷおよびプローブカード１４２は、プレスを用いてまたは見当合わせ機構１４６のロック機構を活性化させることにより、共にプレスされる。これらの連結されたキャリアは、前記電気的試験の間、この配置構成において維持される。
【００４７】
図５に示す実施形態は、水平方向の組み合わせられたキャリア１０４および１４０を有する。一例において、前記ウェーハおよびプローブピンは、従来の様式で方向付けられ得る（すなわち、ウェーハ接着パッドは上方を向き、プローブピンは下方を向く）。別の例において、これらのプローブピンは上方を向き、前記接着パッドは下方を向き得る。さらなる例において、垂直方向が用いられ得る。
【００４８】
上記にて暗示したように、試験セル９０によって実施される電気的試験の他にも、これらのアイテムが損傷の無い状態であることを確実にするためだけでなく、試験セル９０そのものの動作をトレースするために、さらなる試験を前記プローブカードおよびウェーハに対して行ってよい。例えば、電気的試験の前後にウェーハの光学的検査を行えば、ウェーハ中の欠陥に繋がり得るような、試験セル９０の動作中の障害を知ることができる。接着パッドの光学的２Ｄおよび３Ｄ検査を行えば、プローブピンが当該接着パッドに対して個々にまたは全体的に不適切に適用されている場合を特定することができる。すなわち、単一のプローブピンに問題がある場合、その結果発生した欠陥を光学的検査によって特定することができる。同様に、前記プローブマークを計測および検査すれば、問題（例えば、平面性の欠如、プローブピンのスペーシング(spacing)の誤差、熱膨張の問題、および前記プローブカードの前記ウェーハに対するアライメントのずれ）を知ることができる。最小限の実施形態において、試験セル９０は、ウェーハキャリアと、プローブカードキャリアと、最小限のアライメントシステムと、テスターへの接続器具（コネクタ）とのみを含み得るが、より完全かつ有用な試験セル９０は、接着パッド上に形成されたプローブマークの検査および計測のための１つ以上の高分解能光学的検査システムと、前記プローブカードに関する問題を特定および修正するためのプローブカード分析ツールとを含む。
【００４９】
試験セルは好適には、前記したコンポーネントの一体型クラスタとして形成される点に留意されたい。あるいは、企図される試験セルをネットワーク化するかまたは他の場合に遠隔バックエンド試験機器にリンクしてもよい。完全一体型の試験セルの場合、より効率的ではあるが、既存機器を完全に引退させることができるほど十分に効率的ではない場合がある。そのため、試験セルおよび任意の関連付けられたクラスタコントローラまたは工場監視システムのユーザは、ウェーハおよび／またはプローブカード（これは、取り付けられたプローブカードキャリアを有するかまたは有さない）を遠隔位置に設けられた検査または分析機器へと搬送するためのスケジュールを組み立てることが必要である点を考慮すべきである。本発明の特定の局面によれば、このような機能性を用いることで、ウェーハ製造業者は、閉ループ計測および分析を介して、総体的なウェーハイールドマネジメントのためのツールを得ることができる。
【００５０】
完全にモジュール式のコンポーネントを試験セル内において用いるようにすると好ましい。例えば、ウェーハキャリアは、２００ｍｍウェーハおよび３００ｍｍの双方のウェーハならびに他のサイズおよび形状の半導体基板および搬送機構を取り付け可能とすべきである。プローブカード間の可変性が大きいほど、最終的に、各半導体製品に対して固有(unique)となり、プローブカード１４２をキャリア１４０に接続するための汎用またはモジュール式アプローチの採用に有利に働く。このようにして、単一の種類のキャリアを複数の種類のプローブカードに用いることができる。さらに、本発明のその多数の形態における採用が成長するにつれ、さらなるツールまたはシステムが、キャリアのモジュール式局面を採用することができ、これによりその機能性を延ばすことができる。上記にて述べた光学的検査のコンセプトを拡張するため、光学的検査システム１７０は、ウェーハキャリアをその上に取り付けるように適合されたステージを備え得る。同様に、プローブカード分析システムまたは接着パッド検査システム１７２も含み得る。従って、マニピュレータ１６０を用いて、ウェーハ（これは、ウェーハキャリア上に依然配置されている）を光学的検査のための検査システム１７０内に配置するか、または、プローブカードが載せられたプローブカードキャリアをプローブカード分析システムまたは接着パッド検査システム１７２内に配置することができる。
【００５１】
理解されるように、前記半導体用試験システムの前記実施形態のうちの特定のものは、ウェーハ分析ソフトウェアモジュールを含み得る。これらのウェーハ分析ソフトウェアモジュールは、以下を提供する。すなわち、スクラブ(scrub)に対するパッド相関分析、ウェーハ並列性に対するテスター、固定具偏向、荷重下のウェーハキャリア精度および性能、温度分析における試験、ウェーハロット(wafer lot)分析、固定具バネ定数分析、ウェーハ試験セルの事前評価および分析、プロセス限界分析、分析を通じたウェーハ接着パッドパンチ、ウェーハスクラブ深さ分析、欠陥検査、および／またはバンプ高さである。
【００５２】
本発明の特定の他の実施形態において、上述したようなウェーハポッドを、ウェーハポッドが同時または連続的にウェーハ試験からフルウェーハバーンイン(full wafer burn-in)に直接進むように動作できるように、構成することができる。この実施形態において、前記ウェーハポッドは、前記ウェーハ試験およびバーンインプロセスの間中ずっと分離されない。その結果、タッチダウン数が低減し、ウェーハ損傷が低減し、信頼性が増加する。
【００５３】
（結論）
本明細書中、本発明の特定の実施形態について図示および説明してきたが、当業者であれば、同一の目的を達成するように計算された任意の配置構成を記載の特定の実施形態と置き換えることが可能であることを理解されたい。本発明の多くの適合例が、当業者にとって明らかである。よって、本出願は、本発明の任意の適合または変更を網羅することを意図する。本発明は以下の請求項およびその均等物のみによって限定されることが、明確に意図される。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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