(57)【要約】  半導体デバイスのボンディング・パッドに対して、ウエハ・プローバを自動的に、かつ、正確に位置合わせするための改良された方法と装置を提供する。本発明の一態様の一実施形態では、多数のセンサからの情報を組み込むマルチループ・フィードバック制御システムを使用して、擾乱の存在下でも所望の接触位置が維持される。他の態様及び他の実施形態も述べられる。
2009524238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の接触電極と複数の電気接点との間の相対位置を維持するように動作する試験システムであって、
前記複数の電気接点に結合したデバイスを保持するように構成された第１コンポーネントに結合し、３次元座標系の軸に沿って第１パラメータを測定するように構成された第１センサと、
前記第１コンポーネントに結合し、前記軸に沿って第２パラメータを測定するように構成された第２センサと、
前記第１センサと前記第２センサから情報を受信するように構成され、かつ、前記情報に基づいて作動力を決定するように構成された、前記第１コンポーネントに結合した制御システムとを備え、前記作動力が、前記接触電極と前記電気接点との間の所望の相対位置を維持するように、前記第１コンポーネントに作用するシステム。
【請求項２】
前記第１パラメータと前記第２パラメータは、前記軸に沿う位置、速度、力のうちの１つである請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記軸は、前記接触電極と前記電気接点との間の接触力ベクトルに平行である請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１センサは、温度変動と接触力による前記第１パラメータの変化を測定することが可能である請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御システムは、前記第１センサによって測定された位置情報を使用した第１フィードバック・ループ、及び、前記第２センサによって測定された速度情報を使用した第２フィードバック・ループを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１センサと前記第２センサの少なくとも一方は、リニア・センサである請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１センサは、非熱マウントに結合される請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
複数の接触電極と複数の電気接点との間の相対位置を正確に維持するように動作する試験システムであって、
前記複数の電気接点に結合したデバイスを保持するように構成された第１コンポーネントに結合し、３次元座標系の軸に沿って第１パラメータを測定するように構成され、非熱マウントに結合された第１センサと、
前記第１コンポーネントに結合し、前記軸に沿って第２パラメータを測定するように構成された第２センサと、
前記第１センサと前記第２センサから情報を受信するように構成され、前記情報に基づいて作動力を決定するように構成された、前記第１コンポーネントに結合した制御システムとを備え、前記作動力が、前記接触電極と前記電気接点との間の所望の相対位置を維持するように、前記第１コンポーネントに作用し、
前記制御システムによって決定された作動力を加え、かつ、前記接触電極と前記電気接点との間の接触力によって引き起こされる前記第１コンポーネントの傾斜をなくすように構成された、前記第１コンポーネントに結合された複数のアクチュエータを備える試験システム。
【請求項９】
複数の接触電極と複数の電気接点との間の相対位置を正確に維持するように動作する試験システムであって、
前記複数の電気接点に結合した第１デバイスを保持するように構成された第１コンポーネントと、
前記複数の接触電極に結合した第２デバイスを保持するように構成され、高い圧力で前記第１コンポーネントに接触状態になるように構成された第２コンポーネントと、
前記第１コンポーネントに結合し、かつ、複数のセンサに結合した制御システムとを備え、前記センサは、前記第１コンポーネントの傾斜を測定するように構成され、
前記第１コンポーネント及び前記制御システムに結合されており、前記制御システムからコマンドを受信し、前記傾斜をなくすために、前記第１コンポーネントに力を加えるように構成された複数のアクチュエータを備える試験システム。
【請求項１０】
複数の電気接点に対して複数の接触電極を正確に位置決めする方法であって、
前記複数の電気接点を有するデバイスを保持するように構成された第１コンポーネントに結合した第１センサを使用して３次元座標系の軸に沿って第１パラメータを測定すること、
前記第１コンポーネントに結合した第２センサを使用して前記軸に沿って第２パラメータを測定すること、及び、
前記第１コンポーネントに結合しており、前記第１センサと前記第２センサから情報を受信するように構成された制御システムを使用して、作動力を決定することとを含み、前記作動力は、前記接触電極と前記電気接点との間の所望の相対位置を維持するように、前記第１コンポーネントに作用する、方法。
【請求項１１】
前記第１パラメータと前記第２パラメータは、位置、速度、力のうちの１つである請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記軸は、前記接触電極と前記電気接点との間の接触力ベクトルに平行である請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１センサは、温度変動及び接触力による前記第１パラメータの変化を測定することが可能である請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記制御システムは、前記第１センサによって測定された位置情報を使用した第１フィードバック・ループ、及び、前記第２センサによって測定された速度情報を使用した第２フィードバック・ループを備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１センサと前記第２センサの少なくとも一方は、リニア・センサである請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
複数のパッドに対して複数の接触電極を正確に位置決めする方法であって、
前記複数の電気接点に結合したデバイスを保持するように構成された第１コンポーネントに結合した第１センサを使用して３次元座標系の軸に沿って第１パラメータを測定することを含み、前記第１センサは、非熱マウントに結合されており、
前記第１コンポーネントに結合した第２センサを使用して前記軸に沿って第２パラメータを測定すること、及び、
前記第１コンポーネントに結合されており、前記第１センサと前記第２センサから情報を受信するように構成された制御システムを使用して、作動力を決定することを含み、前記作動力は、前記複数の接触電極と前記複数の電気接点との間の所望の相対位置を維持するように、前記第１コンポーネントに作用する、方法。
【請求項１７】
前記第１センサは非熱マウントに結合され、方法は、
前記第１コンポーネントに結合した複数のアクチュエータを使用して、前記制御システムによって決定された補正力を加えることをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
複数の電気接点に対して複数の接触電極を接触させるために、正確に位置決めする方法であって、
第１コンポーネントと第２コンポーネントを高い圧力の下で接触状態とすること、
圧力による前記第１コンポーネントの傾斜を測定すること、
前記傾斜をなくすために、前記第１コンポーネントに印加する補正力を決定すること、
前記補正力を印加すること
を含み、前記第１コンポーネントは、複数の電気接点に結合した第１デバイスを保持するように構成され、前記第２コンポーネントは、複数の接触電極に結合した第２デバイスを保持するように構成されている、方法。
【請求項１９】
ウエハ・プローバであって、
フレームに結合したウエハ・チャックと、
前記フレームに結合したプローブ・カード・アセンブリ・ホルダと、
非熱機械マウントを通して前記ウエハ・チャックに結合し、前記ウエハ・チャックの位置を検知する位置センサと
を備えるウエハ・プローバ。
【請求項２０】
データ処理システムによって実行されると、そのシステムに、複数の電気接点に対して複数の接触電極を正確に位置決めする方法を実施させる実行可能プログラム命令を備えている機械読み取り可能媒体であって、前記方法は、
前記複数の電気接点を有するデバイスを保持するように構成された第１コンポーネントに結合した第１センサを使用して３次元座標系の軸に沿って第１パラメータを測定すること、
前記第１コンポーネントに結合した第２センサを使用して前記軸に沿って第２パラメータを測定すること、
前記第１コンポーネントに結合しており、前記第１センサと前記第２センサから情報を受信するように構成された制御システムを使用して、作動力を決定すること
を含み、前記作動力は、前記接触電極と前記電気接点との間の所望の相対位置を維持するように、前記第１コンポーネントに作用する作動力を決定すること、
を含む、機械読み取り可能媒体
【請求項２１】
前記第１パラメータ及び前記第２パラメータは、位置、速度、力のうちの１つである請求項２０に記載の媒体。
【請求項２２】
前記軸は、前記接触電極と前記電気接点との間の接触力ベクトルに平行である請求項２０に記載の媒体。
【請求項２３】
前記第１センサは、温度変動及び接触力による前記第１パラメータの変化を測定することが可能である請求項２０に記載の媒体。
【請求項２４】
前記制御システムは、前記第１センサによって測定された位置情報を使用した第１フィードバック・ループ、及び、前記第２センサによって測定された速度情報を使用した第２フィードバック・ループを備える請求項２０に記載の媒体。
【請求項２５】
データ処理システムによって実行されると、前記システムに、複数のパッドに対して複数の接触電極を正確に位置決めする方法を実施させる実行可能プログラム命令を備える機械読み取り可能媒体であって、前記方法は、
前記複数の電気接点に結合したデバイスを保持するように構成された第１コンポーネントに結合した第１センサを使用して３次元座標系の軸に沿って第１パラメータを測定することであって、前記第１センサは非熱マウントに結合される、第１パラメータを測定すること、
前記第１コンポーネントに結合した第２センサを使用して前記軸に沿って第２パラメータを測定すること、
前記第１コンポーネントに結合しており、前記第１センサと前記第２センサから情報を受信するように構成された制御システムを使用して、作動力を決定することであって、前記作動力は、前記接触電極と前記電気接点との間の所望の相対位置を維持するように、前記第１コンポーネントに作用する、作動力を決定すること
を含む、機械読み取り可能媒体。
【請求項２６】
前記第１センサは非熱マウントに結合され、方法は、
前記第１コンポーネントに結合した複数のアクチュエータを使用して、前記制御システムによって決定された補正力を加えることをさらに含む請求項２５に記載の媒体。
【請求項２７】
データ処理システムによって実行されると、前記システムが、複数の電気接点に対して複数の接触電極を接触させるために正確に位置決めする方法であって、
第１コンポーネントと第２コンポーネントを高い圧力の下で接触状態にすることであって、前記第１コンポーネントは、複数の電気接点に結合した第１デバイスを保持するように構成され、前記第２コンポーネントは、複数の接触電極に結合した第２デバイスを保持するように構成される、接触状態にすること、
圧力による前記第１コンポーネントの傾斜を測定すること、
前記傾斜をなくすために、前記第１コンポーネントに印加する補正力を決定すること、
前記補正力を印加すること
を含む、方法を実施するようにさせる実行可能プログラム命令を備えた機械読み取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスなどのターゲットと電気的接触するように設計された複数の箇所を有するプロービング機器のためのシステムに関する。より詳細には、本発明は、集積回路デバイスのボンディング・パッドに対するプローブ・カードの位置決めを正確に達成し、維持する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、シリコン・ウエハなどの半導体基板上に作製されることが多い。シリコン・ウエハは、通常、直径が１５０か、２００か、又は３００ミリメートルで、かつ、ほぼ０．６４ミリメートル厚であるシリコンの円形薄板である。通常、単一ウエハは、格子パターン上に形成される集積回路である多数のデバイスを有する。各デバイスは、多数の回路要素の層と外部ボンディング・パッドの集合体からなる。ボンディング・パッドは、アルミニウムで普通作られ、通常３ミル平方の小さな部分であり、最終的に、ピン・リードに対するデバイスの接続部の役をする。アルミニウム自体は、酸化アルミニウムの非導電性薄層を形成する。この酸化アルミニウムは、良好な電気的接触が作られる前に、なくされるか、又は、打ち破られなければならない。
【０００３】
デバイスのパッケージングは、コストのかかる手順であるため、不良デバイスのパッケージングを回避するために、前もってデバイスを試験することが望ましい。試験プロセスは、プローブ・カードと呼ぶ機器とウエハとの間に電気的接触を確立すること、その後、ウエハの表面上のデバイスに対して一連の試験を実行することを含む。プローブ・カードは、標準ピンの代わりをする電気的接触ピン及びパッケージングされるデバイスのワイヤ・リードの集合体を有する。ウエハは、プローブ・カード上の接触ピンがウエハのボンディング・パッドに接触するように、プローブ・カードに対して位置決めされ、特別なテスタが、ウエハ・デバイスに対する一連の電気的試験を実行する。ウエハ・プローバと呼ぶ特別なマシンを使用して、プローブ・カードに対してウエハを位置決めする。
【０００４】
ウエハ・プローバは、３次元位置決め装置と考えらる。ウエハ・プロービングの主要な目的は、ダイシングし、パッケージングする前にデバイスを適切に試験するために、ウエハ・デバイスのボンディング・パッドが、プローブ・カードのプローブ先端に良好に電気的接触することを確実にするように、プローブ・カードに対してウエハを正確に位置決めすることである。ウエハ上のデバイスのボンディング・パッドが非常に小さな接触フットプリントであるため、高精度が必要とされ、また、プローブ・カード・ピンが、ボンディング・パッド領域の外側で接触する場合、結果として、ウエハの外部表面層の破断が生じる可能性があり、一般に、デバイスの損傷をもたらす。
【０００５】
良好なプロービングに必要とされる３つの主要なプロセス、すなわち、ウエハ整列、厚さのプロファイリング、プローブ−パッドの整列の中で、プローブ−パッドの整列だけが、従来から自動化されてこなかった。しかし、半導体技術の最近の開発は、自動化についての要求を推し進めた。性能を改善し、各デバイス上により多くのフィーチャを含ませようとして、ボンド・パッドの下に、感度の高いコンポーネントが作製されている。ピンの下でのウエハ基板の正確な位置決めは、パッド・サイズの縮小を可能にし、それにより、能動的な回路要素についてのより多くの空間を可能にする。したがって、精度及びスループット問題が、自動ウエハ・プローバの開発に繋がった。
【０００６】
ウエハ・プロービングに関わるいくつかの異なる考慮事項が存在する。通常の大気露光中のボンディング・パッドにわたって形成する非導電性酸化物残渣の薄層のため、下のアルミニウムと接触するために、プローブ先端は、残渣に貫入し、初期接触部を通って垂直に移動しなければならない。たとえば、下にあるアルミニウムと先端とが良好な接触状態になることをさらに保証するために、プローブ・カード技術の最も一般的な形態、片持ちプローブでは、この垂直オーバトラベルの部分が、ウエハの平面に沿う運動に変換される、すなわちスクラビングする。さらに、デバイス（ボンディング・パッドを除く）は、ガラスの絶縁層でコーティングされる。このガラス層が、プローブ先端によって破れ目を作られると、その結果生じるクラックは、破れ目がなければ機能的であるデバイスに損傷を与える可能性がある。したがって、パッド−プローブ整列の重要なコンポーネントは、プローブ・カード・ピンとウエハ・パッドとの間における最適な相対（又は接触）位置の維持である。最適接触位置は、ピンと被試験パッドとの間に、正確な、必要とされる量の接触圧力が加えられることを確実にするのに必要である。小さ過ぎる圧力が加えられる場合、不十分な接触となり、プローバは、外部酸化物残渣を打ち破ることに失敗するため、適切に試験することができない。他方、過剰な圧力が加えられる場合、パッドに対する損傷が生じる可能性がある。その結果、特に、接触負荷軸に沿う正確な位置決めは、適切な試験についての要件である。
【０００７】
正確な接触位置決めの維持についてのさらなる考慮事項は、動作中の擾乱の適切な補償に関する。たとえば、試験システムが稼動しているとき、システムの温度が変化することが予想され、また、試験アセンブリを構成する異なるコンポーネントについて異なるレベルで温度が変化する可能性もある。温度変動は、システムを構成する種々のコンポーネントの相対的に膨張し収縮し、実際には、ピンとパッドとの間の以前の相対（又は接触）位置を変える可能性がある。相対位置における擾乱は、次に、適切な性能を維持するときに極めて重要である、ピンとパッドとの間の所望の又は指令された接触圧力を変化させる可能性がある。
【０００８】
しかし、従来技術のウエハ・プローバ・システムは、熱擾乱補償を提供しない。現行の設計は、ウエハ基板位置決め表面からかなりの距離に位置するドライブ及び測定機構を組み込む。この方法は、プロービング中に、特に、非周囲温度において、基板表面を正確かつ能動的に制御しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
要約すると、半導体技術の最近の進歩は、試験プロセス中の自動的なプローブ−パッドの整列についての必要性を立証した。それに応じて、ウエハ・プローバの主要な販売業者は、ある形態の自動プローブ−パッド整列を提供してきた。しかし、既存の形態の自動整列は、非常に小さくかつ不完全な形状のパッド及びプローブ先端を有する最新の集積回路について正確な整列を提供し、また、擾乱の存在下で、正確な相対的位置決め及び接触の維持を確実にするのに十分でないことが多い。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
複数の接触電極（たとえば、ウエハ・プローバ内のプローブ・カード上のピン）と接触するために、集積回路デバイスの複数のパッドを自動的にかつ正確に位置決めするための改良された方法と装置が提供される。本発明の態様の一実施態様によれば、複数の位置センサ及び／又は力センサ及び／又は速度センサが、マルチループ運動フィードバック制御システム内に統合されて、プローブ・カードに対して基板（ウエハ）位置決め表面の位置が正確に測定され、制御される。制御システムは、センサ情報を使用して、プローバとウエハ・パッドとの間で受ける負荷及び動作中の温度変化の影響による位置変化が補償される。
【００１１】
本発明の別の態様の別の実施態様によれば、熱補償式センサ・マウントを使用して、センサの読みに及ぼす温度変化の影響が分離される。こうしたマウントの例は、温度変化によるサイズの変化が最小である非熱(athermal)材料から作製されるマウントである。
【００１２】
本発明のさらなる実施態様は、プローブ・カードとウエハ・アセンブリとの間で受ける負荷によって導入される位置決め表面に関する傾斜を補償するためのアクチュエータをウエハ整列機構内で使用することを含む。
【００１３】
本発明の、これらの、また、他の実施態様、特徴、態様、利点は、添付図面から、また、以下に続く詳細な説明及び添付特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１４】
本明細書で述べる方法は、ソフトウェア制御下で実施する汎用コンピュータなどのデータ処理システムによって実施でき、ソフトウェアは、種々の読み取り可能媒体においてソートされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、添付図面の図において、制限としてではなく、例として示される。図では、同じ参照は、同様な要素を示す。
【００１６】
試験システムにおいてプローブとパッドとの間で所望の接触位置を正確に達成し、維持するための方法と装置が開示される。以下の説明では、説明のために、本発明の完全な理解を可能にするために、多数の特定の詳細が述べられる。しかし、本発明が、これらの特定の詳細がない状態で実施されてもよいことが当業者に明らかになるであろう。他の事例では、よく知られている構造や装置は、本発明を不必要に曖昧にすることを回避するために、ブロック図の形態で示される。
【００１７】
プロービングは、ウエハのパッド表面をプローブ先端に接触させることであって、それにより、高圧条件下で、先端が、ボンド・パッドの上を「スクラビングする」か、又は、摺動し、ウエハ上の１つ又は複数のＩＣ（集積回路）上のパッドに電気（抵抗）接触する、プローブ先端に接触させることを含む。本発明の考えられる一実施形態では、プローバ・システムは、２つの主要なコンポーネント又はステージ、すなわち、一方はウエハを保持するもの及び他方はプローブ・カードからなる。２つのステージは、互いに対して移動し、パッドと先端との間に高圧接触を生成するように結合される。図１は、２つの主要ステージ１０１、１０２からなるプロービング・システム１００の考えられる１つのこうした実施形態の略図を示す。２つのステージは、ウエハ・ホルダ・アセンブリ（ＷＨＡ）ステージ１０１及びプローブカード・ホルダ・アセンブリ（ＰＨＡ）１０２と呼ばれる。
【００１８】
ＷＨＡステージ１０１は、その上にダイ接触パッド１０４が形成されるウエハ１０３を固定するために使用されるウエハ・チャック１０５と、Ｘ及びＹ方向１１１に沿ってチャックとウエハを移動させることが可能な移動機構１０６と、Ｚ軸１１１に沿うチャックとウエハの直線変位と回転変位を行わせることが可能な垂直又はＺステージ１１２とからなる。
【００１９】
ＰＨＡステージ１０２は、接触ピン１０８が、接触動作中に、ウエハのボンディング・パッド１０４の外部酸化物層を貫通するように設計されたプローブ・カード１０７を保持し固定するプローブ・チャック１０９と、チャックを取り付け点１１３に支持する固定ベース１１０とからなる。
【００２０】
図１に示す実施形態では、ＷＨＡステージが、Ｘ、Ｙ、Ｚの直線方向、ならびに、Ｚ軸を中心とする回転方向（θと呼ぶ）１１１に作動される間、ＰＨＡステージは、固定されたままである。多自由度のこの作動は、プローブ・カード・ピンとウエハ・パッドとの間の接触を得るために必要なＷＨＡとＰＨＡとの間の相対運動を可能にする。考えられる他の実施形態では、ＷＨＡステージ又は両方のステージは、接触を得るために作動させられる（たとえば、１つ又は複数の自由度で移動する）。図２は、試験システム２００の代替の実施形態を示し、ＷＨＡステージ２０１は固定であり、ＰＨＡステージ２０２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ方向に作動する。
【００２１】
本発明の実施形態の一態様は、試験システムの動作中に連続してプローブ−パッド接触位置を測定するセンサの使用を組み入れる。本発明の別の態様では、センサから収集された情報は、フィードバック制御システムに入力され、所望の又はターゲットの接触位置と比較される。センサによって測定された位置が、所望の接触位置と異なる場合、制御システムは、必要とされる補正アクションを計算することになり、必要とされる補正アクションは、ＷＨＡ又はＰＨＡステージ内で運動アクチュエータによって実施される。
【００２２】
図３は、２つのセンサを備えるＷＨＡステージの考えられる実施形態の略図を示し、図３に示す特定の実施形態では、第１センサ３０４は、ウエハ・チャック３０１に結合し、かつ、非熱マウント３０５上に機械的に搭載された高分解能リニア・エンコーダであり、非熱マウント３０５は、非常に低い熱膨張係数（ＣＥＴ）を有する、よく知られているニッケル鉄合金であるインバーなどの非熱材料から作製される。図３に示す第２センサは、Ｚステージ３０７を垂直又はＺ方向に沿って作動させる、モータ３０９の親ねじ３０８に取り付けられた低分解能ロータリ・エンコーダ３０６である。
【００２３】
図３に示す特定の実施形態では、リニア・エンコーダを使用して、ウエハ・チャック３０１の（Ｚ軸３１０に沿う）垂直位置又は変位が測定される。リニア・エンコーダによって提供される高分解能は、ウエハ・チャックの垂直位置の正確な測定を可能にし、非熱マウント３０５は、温度変化による測定誤差を最小にする傾向がある。いくつかの形態のインバーは、２０℃〜１００℃の範囲で、１℃当たり約１．３×１０-6未満の平均ＣＴＥ（熱膨張係数）を有する。一部の形態のインバー（及び、他のタイプの非熱材料）は、１℃当たり約０．６３×１０-6〜１．６×１０-6の範囲の平均ＣＴＥを有する。本発明の別の態様を示すと、リニア・エンコーダ位置センサは、図３に示すように、インバーなどの非熱材料で作ることができる熱補償式機械的マウント３０４を使用して、外部に取り付けられる。試験システムの動作中に、システムを構成する種々のコンポーネントの温度は、上昇し、変動する可能性がある。センサと、センサが追従するように設計されるターゲット・コンポーネント（図３の例ではウエハ・チャック３０１）との間のどんな相対的な収縮も膨張も回避するために、ターゲット・コンポーネント以外のどのコンポーネントからもセンサを熱的に分離することが重要である。非熱マウント上にセンサを搭載することは、この目的を達成することになり、以前に述べた位置センサの熱的分離をもたらす考えられる任意の他の実施形態も、本発明によって包含される。
【００２４】
図３に示す実施形態では、低分解能ロータリ・エンコーダ３０６を使用して、Ｚステージ３０７の垂直速度、また、推定によって、ウエハ・チャック３０１とウエハ３０２の垂直速度を測定することができる。ロータリ・エンコーダからの速度の読みは、主位置センサ（リニア・エンコーダ３０４）からの位置の読みと共に、フィードバック移動制御機構内に組み込まれ、ウエハ・パッドとプローブ・ピンとの間の所望の接触位置を正確に追従することができるようになる。考えられるフィードバック制御システムは、図４に示される。さらなる代替の実施形態では、ロータリ・エンコーダは、垂直位置を調整せずに測定する手段として使用されるが、分解能が低いことや熱分離がないことによって、精度が制限されることになる。
【００２５】
図３は、少なくとも１つの自由度で、位置の変化及び／又は速度の変化を測定する２重センサを用いて検知することを組み入れたＷＨＡステージの考えられる一実施形態だけを示す。考えられる他の実施形態では、異なる組合せと異なる数のリニア・エンコーダやロータリ・エンコーダ、さらには、他の位置センサと速度センサが、ＷＨＡステージとＰＨＡステージのいずれか又は両方において使用され、結合されてもよい。
【００２６】
図４は、Ｚステージ４０８の所望の垂直位置４０５を維持するために、位置センサ４０４と速度センサ４０３からの情報を組み入れる制御システムの考えられる実施形態のブロック図を示す。図４に示すこの制御システムの実施形態を使用して、図３の実施形態についてＺ軸の運動が制御されてもよく、図３では、センサ３０４が位置センサ４０４に相当し、エンコーダ３０６が速度センサ４０３に相当する。制御機構は、２重ループ・モードで両方のセンサ４０３、４０４を利用するように構成され、速度センサ４０３は、制御方式の、速度フィードバック・ループ４０１内で使用され、位置センサ４０４は、制御方式の位置フィードバック・ループ４０２内で使用される。速度ループ４０１は、速度コントローラ４０７内で具現化される制御アルゴリズム（従来の位置決定制御アルゴリズムなど）を使用し、速度コントローラ４０７は、入力として、（所望の位置４０５を差分する４１０ことによって得られる）Ｚステージの所望の速度、（速度の読みを生成するために、正しく差分された４１１）ロータリ・センサ４０３からの読み、及び、位置コントローラ４０６によって出力された制御信号を取得する。動作中の温度の変化は、ステージ４０８（垂直Ｚステージ）に付加される温度擾乱４０９として具現化される。その後、速度を所望の値に制御するために、速度コントローラの計算された出力（アクチュエータによって加えられるあるセットの力）が、ステージ４０８に作用する。同様に、位置ループ４０２は、入力として、所望の又は指令された垂直位置４０５及びリニア・エンコーダ位置センサ４０３の読みを取得して、Ｚステージ４０８の所望のＺ位置４０５を維持するために作用する制御信号（別のセットの力）を計算するために、位置コントローラ４０６によって実現されるそれ自身の制御アルゴリズムを使用する。
【００２７】
考えられる一実施形態では、２つのループ内の出力制御情報と入力制御情報は、５０マイクロ秒ごとに確認され、補償される。こうした方法は、全ての温度において、基板位置決め表面（ウエハ・チャック）位置のより正確でかつ連続した監視と制御を可能にする。任意の方向においてかつ擾乱の存在下で、プローブ・ピンに対するウエハ・パッドの正確でかつ連続した位置決めを達成するために、複数のセンサの読みを組み入れる制御システムの他の実施形態もまた、本発明によって包含される。
【００２８】
図５は、ＷＨＡステージの垂直位置を調節するために、センサ及び制御システム利用する試験システムに関わるステップの考えられる実施形態を示すフロー図である。第１ステップ５０１にて、ＷＨＡステージとＰＨＡステージは、所望の接触位置及び所望の力が達成されるまで、接触状態にされる。その所望の接触位置を維持するために、ウエハ・チャックの位置と速度が、最初に測定されて（５０２）、温度変化又は加えられた負荷などの擾乱による、位置の変化を検出する。制御システムは、その後、センサ情報に基づいて、必要とされる補正アクションを決定する（５０３）。その後、補正力が、ＷＨＡステージに組み込まれたアクチュエータによってウエハ・チャックに加えられて、好ましくないいずれのＺ位置擾乱もなくされ、所望のＺ位置が追従される（５０４）。所望の位置に対するいずれの擾乱も、迅速に確実に補正されるように、ステップ５０２〜５０４は、（たとえば、５０ミリ秒ごとに）連続して繰り返される。システムの他のパラメータやコンポーネントが監視され制御される他の実施形態も可能である。
【００２９】
適切なプロービング・アクションは、ピンが外部酸化物層を打ち破ることを確実にするために、被試験ウエハ・パッドとプローブ・カード・ピンとの間に強い力を加え、かつ大きな摩擦を加えること必要とする。所与のウエハ・パッドの試験中に、圧力は、ウエハ表面の残りではなく、パッドのフットプリントに加えられるだけである。非常に局在化されたこの大きな圧力は、実際には、ウエハと保持チャックに回転トルクを加えることになる。トルクの大きさは、圧力印加点の位置によって変わるが、十分に大きい場合、ＷＨＡステージ又はそのコンポーネントの一部の傾斜をもたらす可能性がある。本発明の別の態様の実施形態では、ウエハ・チャックの周縁の周りに設置されたアクチュエータを使用して、接触負荷が加えられるときの（ＸとＹの両方の軸に沿う）傾斜を補償する。既存の又は付加的なセンサは、Ｘ軸又はＹ軸を中心とする角度変位を検出し、その情報を単純なコントローラに供給し、単純なコントローラは、その後、アクチュエータに対する適切に較正されたコマンド信号を生成し、それにより、いずれの傾斜もなくなる。
【００３０】
本明細書で述べる方法は、ソフトウェア制御下で働く汎用又は専用コンピュータなどのデータ処理システムによって実施され、ソフトウェアは、種々の読み取り可能媒体においてソートされる。
【００３１】
本発明の種々の実施形態は、全ウエハを保持するウエハ・チャックを有するウエハ・プローバ、又は、フィルム・フレーム（柔軟性がある）又はストリップ（剛性がある場合がある）上でダイ又はダイスをプロービングするシステムなどの他のタイプのプロービング・システム上で使用されてもよい。
【００３２】
本発明の少なくともいくつかの実施形態は、２００５年１１月９日に出願され、「Method for Probing Impact Sensitive and Thin Layered Substrate」という名称の、同時係属中の米国特許出願第１１／２７１，４１６号に記載される１つ又は複数の方法及び／又はシステムを利用してもよく、その出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
こうして、擾乱の存在下で、試験システム内で正確なパッド−プローブ接触位置決めを達成し、維持する装置及び方法が提供された。本発明は、特定の例示的な実施形態を参照して述べられたが、添付特許請求の範囲に述べられる本発明のより広範な精神及び範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対して、種々の修正及び変更が行われてもよいことが明らかになるであろう。したがって、仕様及び図面は、制限的ではなく、例証的に考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】プローバ試験システムの実施形態を示す図である。
【図２】プローバ試験システムの代替の実施形態を示す図である。
【図３】プローバ試験システム内の位置及び速度検知の実施形態を示す図である。
【図４】２重ループ・フィードバック制御方式のブロック図である。
【図５】検知による熱擾乱補償を組み込むことによって、所望の相対接触位置を正確に維持する試験システムの動作を示すフロー図である。
【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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【国際調査報告】
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