(57)【要約】【課題】ウエハカセットシステム及びウエハカセットシステムを用いた方法を提供する。【解決手段】ウエハカセットシステムは、ベースとプローブカードアセンブリとを備えうる。ベースとプローブカードアセンブリとはそれぞれ、相補的な連結位置合わせ要素を備えうる。位置合わせ要素は、ベースのウエハ受け入れ表面に垂直な方向においてベースとプローブカードアセンブリとの相対移動を許容しつつ、受け入れ表面に平行な方向において相対移動を規制しうる。【選択図】図１
2013516770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを保持するためのウエハカセットシステムであって、
基準部と、前記ウエハを受け入れる大きさの受け入れ表面と、複数の第１位置合わせ要素と、を有するベースと、
基板と、前記基板の表面上に配置され前記ウエハの端子と接するよう配列された複数のプローブと、前記第１位置合わせ要素に対応する複数の第２位置合わせ要素と、を有するプローブカードアセンブリと、を備え、
前記第１位置合わせ要素と前記第２位置合わせ要素は、前記受け入れ表面に略垂直な方向での前記ベース及び前記プローブカードアセンブリの相対移動を許容しつつ、前記受け入れ表面に略平行な方向での前記ベース及び前記プローブカードアセンブリの相対移動を規制する、連結可能な相補形状を有する、
システム。
【請求項２】
前記第１位置合わせ要素と前記第２位置合わせ要素が、２度の並進及び３度の回転で規制され、第３度の並進における並進を可能にする、前記ベースと前記プローブカードアセンブリとの所定の相対位置を規定するよう連結可能である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ベースと前記プローブカードアセンブリとの間の空間をシールするよう配置される真空シールをさらに備える、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ベースと前記プローブカードアセンブリのうちの１つが、前記ベースと前記プローブカードアセンブリとの互いの方向への相対移動の制限を規定するよう配置される圧縮留め具を有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記圧縮留め具は、調整可能な高さを有する、
請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１位置合わせ要素と前記第２位置合わせ要素のうちの一方が凸部を有し、前記第１位置合わせ要素と前記第２位置合わせ要素のうちの他方がサーモセントリックスロットを有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１位置合わせ要素と前記第２位置合わせ要素が、運動誘導機構と直列にキネマティックカップリングを有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記運動誘導機構が屈曲部を有する、
請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１位置合わせ要素と前記第２位置合わせ要素のうちの一方が凸部を有し、前記第１位置合わせ要素と前記第２位置合わせ要素のうちの他方が屈曲部を有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ベースと前記プローブカードアセンブリとを共にロック可能なように配置されるラッチ機構をさらに備える、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１位置合わせ要素と前記第２位置合わせ要素により、前記端子に対する前記プローブの拭き取り動作を提供する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
ウエハ上に配置される端子との電気接触を提供する方法であって、
ベースの受け入れ表面上であって、前記ベースに配置される基準部に対して所定の位置に前記ウエハを配置する工程と、
プローブカードアセンブリに前記ベースを結合する工程であって、前記プローブカードアセンブリは、その基板上に配置される複数のプローブを有し、前記ベース上に配置される複数の第１位置合わせ要素が前記プローブカードアセンブリ上に配置される対応する複数の第２位置合わせ要素と連結して、前記受け入れ表面に平行な方向での前記受け入れ表面と前記プローブカードアセンブリとの相対位置を規制する、工程と、
前記第１位置合わせ要素と前記第２位置合わせ要素とにより規制されながら前記受け入れ表面に垂直な方向に前記プローブアセンブリに対して前記ベースを移動させ、前記プローブを前記端子の対応するものと接触させて、仮の圧力に基づく電気接続を形成する工程と、を含む、
方法。
【請求項１３】
前記移動工程は、前記プローブアセンブリに対する前記ベースの回転を規制し、第１の方向及び第２の方向における前記プローブアセンブリに対する前記ベースの並進を規制し、第３の方向における前記ベースの並進を許可する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記移動工程は、
前記プローブと前記端子の前記対応するものとの間の接触力を生むようオーバートラベルを行う工程と、
前記端子の前記対応するものを横切って前記プローブがこする動作を発生させる工程と、を含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記結合工程は、前記プローブカードアセンブリと前記ベースのうちの一方に配置される凸部を前記プローブカードアセンブリと前記ベースのうちの他方に配置される対応する凹部に挿入する工程を含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記ベースと前記プローブカードアセンブリとの間の領域に真空を作成する工程をさらに含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記結合工程の前に、前記ベースと前記ウエハとの温度を変更する工程をさらに含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記ベースと前記ウエハの温度を第１の温度に変更する工程をさらに含み、前記プローブカードアセンブリは第２の温度であって、前記第１の温度での前記ウエハの熱歪みは前記第２の温度での前記プローブカードアセンブリの熱歪みと整合する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記移動工程が所定のオーバートラベルを生むように、前記ウエハの公称高さに応じて、前記ベースと前記プローブカードアセンブリのうちの一方に配置される圧縮留め具の高さを調整する工程をさらに含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
複数のウエハを同時にテストする方法であって、
複数のプローブカードアセンブリを備えるテスタユニットを得る工程であって、各プローブカードアセンブリは、複数のプローブと複数の第１要素とを有し、前記プローブカードアセンブリはテストサブシステムと電気的に接続する、工程と、
前記テスタユニット内に複数のウエハを充填する工程と、
前記テストサブシステムを用いて前記複数のウエハをテストする工程と、を含み、
前記複数のウエハをそれぞれ充填する工程は、
複数のベースのうちの対応するものの水平表面上であって、前記対応するベースに配置される基準部に対して所定の位置に前記ウエハを配置する工程であって、前記対応するベースは複数の第２位置合わせ要素を有する、工程と、
前記対応するベースを前記対応するプローブカードアセンブリの近くの位置に移動させ、前記対応するベースの前記第２位置合わせ要素を前記対応するプローブカードアセンブリの前記第１位置合わせ要素に連結させる工程と、
前記対応するプローブカードアセンブリに対して前記対応するベースを垂直方向に並進させつつ、前記第１位置合わせ要素と前記第２位置合わせ要素とにより水平方向に規制されながら前記対応するプローブカードアセンブリの前記プローブと前記ウエハの前記端子との間の仮の圧力に基づく電気接続を形成する工程と、を含む、
方法。
【請求項２１】
前記充填工程は、前記配置工程の後であって前記移動工程の前に、前記対応するベースと前記ウエハとの温度を変更する工程をさらに含む、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記充填工程は、前記対応するベースと前記対応するプローブカードアセンブリとの間の領域に真空を作成する工程をさらに含む、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記テスト工程は、前記複数のウエハに関する通電テストを行うことを含む、
請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
[0001]  マイクロエレクトロニクス素子（例えば、チップ（dies））は通常、半導体ウエハ上で大量に生産される。様々な理由により、マイクロエレクトロニクス素子が正しく動作しない場合がある。ゆえに、製造工程の一部として、マイクロエレクトロニクス素子の各種テストが通常行われる。テストとして、機能テスト、速度テスト及び選別、通電テスト等がある。素子の組み立ての前に不良となる素子が分かるように、ウエハレベルでの（例えば、マイクロエレクトロニクス素子をダイシング（singulation）と呼ばれる工程で個別にする前に）テストを行うことが多い。
【０００２】
[0002]  ウエハ上でテストを行うには、ウエハ上のマイクロエレクトロニクス素子に対して仮の電気接続を行う。例えば、ウエハをプローバ内に設置してプローブカードアセンブリに接触させる。プローブカードアセンブリは、マイクロエレクトロニクス素子上の対応する端子（例えば、アルミニウム接着パッド）に対して仮の圧力ベースの電気接点をなすよう配置される多くのプローブを備えうる。ウエハとプローブカードアセンブリとの位置合わせは、光学系を用いて行える。テストには、プローブを介したウエハとの信号のやり取りが含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]  多くの要因により、プローブカードアセンブリとウエハとの適切な位置合わせを確実に行うには困難が生じる。例えば、プローブカードアセンブリをプローバ内に設置する際、プローブの先端がウエハを置いておくステージの表面と平行な配置となるように、様々な位置合わせ作業（例えば、傾斜調整）を行う。プローブカードアセンブリを取り除いてプローバに再設置する際には、通常この位置合わせ工程をもう一度経る必要がある。
【０００４】
[0004]  ほとんどの材料は温度に応じて寸法が変化するので、温度差がある場合には適切な位置合わせがさらに複雑になる。プローブカードアセンブリは通常（ウエハと比較して）比較的大きな熱質量を有し、従ってプローブカードアセンブリの温度を変える（例えば、高い温度で通電テストを行う場合）には、かなりの時間がかかる。プローブカードアセンブリの位置合わせ、冷却、加熱を行っている時間内に、プローバを用いたテストは行われない。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】[0005]本発明の幾つかの実施態様によるウエハカセットテストシステムの側面図である。
【図２】[0006]本発明の幾つかの実施態様による連結位置合わせ要素の一例を詳細に示した垂直断面図である。
【図３】[0007]本発明の幾つかの実施態様による連結位置合わせ要素の他の例を詳細に示した上面図である。
【図４】[0008]本発明の幾つかの実施態様による連結位置合わせ要素の他の例を示した上面図である。
【図５】[0009]本発明の幾つかの実施態様による位置合わせ要素として使用可能なサーモセントリックスロットの様々な代替配置を示す図である。
【図６】[0009]本発明の幾つかの実施態様による位置合わせ要素として使用可能なサーモセントリックスロットの様々な代替配置を示す図である。
【図７】[0009]本発明の幾つかの実施態様による位置合わせ要素として使用可能なサーモセントリックスロットの様々な代替配置を示す図である。
【図８】[0009]本発明の幾つかの実施態様による位置合わせ要素として使用可能なサーモセントリックスロットの様々な代替配置を示す図である。
【図９】[0009]本発明の幾つかの実施態様による位置合わせ要素として使用可能なサーモセントリックスロットの様々な代替配置を示す図である。
【図１０】[0010]本発明の幾つかの実施態様による位置合わせ要素として使用可能な屈曲部（flexure）の一例を示す図である。
【図１１Ａ】[0010]本発明の幾つかの実施態様による位置合わせ要素として使用可能な屈曲部の様々な代替配置を示す図である。
【図１１Ｂ】[0010]本発明の幾つかの実施態様による位置合わせ要素として使用可能な屈曲部の様々な代替配置を示す図である。
【図１２】[0010]本発明の幾つかの実施態様による位置合わせ要素として使用可能な屈曲部の様々な代替配置を示す図である。
【図１３】[0011]本発明の幾つかの実施態様による圧縮留め具（compression stop）を備えた、ウエハテストカセットシステムの他の例を示す図である。
【図１４】[0012]本発明の幾つかの実施態様による真空シールを備えた、ウエハテストカセットシステムの他の例を示す図である。
【図１５】[0013]本発明の幾つかの実施態様によるロック要素を備えた、ウエハテストカセットシステムの他の例を示す図である。
【図１６】[0014]本発明の幾つかの実施態様による中間要素を備えた、ウエハテストカセットシステムの他の例を示す図である。
【図１７】[0015] 本発明の幾つかの実施態様によるウエハテストシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[0016]  本明細書は、本発明の例示的な実施形態及び応用を記載する。ただし、本発明は、これらの例示的な実施形態及び応用、又は、本明細書において例示的な実施形態及び応用が動作する態様又は記載される態様に限定されない。さらに、図面は、簡略図又は部分図であり、図における要素の寸法は明確にするために誇張されているか、又は実際の縮尺と異なる。また、本明細書において「上に（on）」、「に取り付けられる（attached to）」又は「に結合される（coupled to）」という用語を使用する際に、１つの物体（例えば、素材、層、基板など）は、別の物体の「上に」あるか、これ「に取り付けられる」か、又はこれ「に結合される」ことができ、ここで、１つの物体が直接、別の物体の上にあるか、これに取り付けられているか、若しくは結合されているか、又は、１つの物体と別の物体との間に介在する１つ以上の物体があるかどうかは問わない。また、方向（例えば、上方、下方、頂部、底部、側面、上、下、真下、真上、上部、下部、水平、垂直、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」など）が与えられている場合、これらは相対的であり、単に例示を目的として、説明及び記述を容易にする目的のみで与えられており、限定する目的でない。いくつかの図面には、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」軸が右手座標系に従い与えられているが、記述及び説明を容易にする目的のためであって、限定する目的でない。特定の方向や向きについて、略（substantially）という用語が用いられる場合があるが、記載された方向や向きが正確である必要はなく、業界で知られている許容誤差、測定誤差、測定精度の限界、換算率、丸め誤差、及び他の要因等の逸脱や変動を含んでもよい。さらに、構成要素の列挙（例えば構成要素ａ、ｂ、ｃ）を参照する場合、このような参照は、列挙された構成要素それ自体のいずれか１つの構成要素、列挙された構成要素のすべてではないがいくつかの任意の組み合わせ、及び／又は、列挙された構成要素のすべての組み合わせを含むことを意図している。さらに、数値の範囲について述べる際には、明示的に記載された範囲だけでなく、その範囲に含まれる個々の数値や部分的な範囲もすべて意図している。
【０００７】
[0017]  図１は、概して１００と示されるウエハテストカセットシステムを概略的に示した側面図であり、先に述べた問題のいくつかに対処可能である。カセットシステムは、ベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０とを備えうる。ベース１０２は、ウエハ１５０を受容可能であり、ウエハを保持し配置するための様々な特徴を備えうる。例えば、ベースは、ウエハ１５０を受け入れる大きさの受け入れ表面１０６を備えうる。ベース上には、１以上の基準部（fiducials）１０４と第１位置合わせ要素１０８を備えうる。基準部１０４は例えば、ベース１０２上でウエハ１５０を位置合わせの補助となるよう使用可能である。例えば、基準部１０４は、第１位置合わせ要素１０８に対してベース１０２上での所定の位置内にウエハを配置するのに使用可能である。基準部は例えば、ベース上に（例えば、印刷、エッチング、エンボス加工等で）形成された光学的に視認可能なマークでありうる。
【０００８】
[0018]  ウエハ１５０は、１以上のダイシングされていない半導体チップを備える半導体ウエハでありうる。あるいは、ウエハは、担体や他の保持素子に保持される複数の電子素子（例えば、ダイシングされたチップ）でありうる。実際、ウエハ１５０は、任意の電子素子又はテスト対象の素子でありうる。
【０００９】
[0019]  プローブカードアセンブリ１２０は、複数のプローブ１２４が配置された表面１２６を有する基板１２２を備えうる。例えば、プローブ１２４は、硬質基板の（図示しない）導電性端子上に配置可能であり、基板上又は基板内の（図示しない）導電性配線と電気的に接続可能である。プローブアセンブリ１２０は、プローブ１２４とカセットシステム１００外部上の電気的インタフェース１３２（例えば、コネクタ）との電気接続１３０を備えうる。プローブ１２４は、ウエハ１５０の端子１５２に対応したパターンで配列可能である。ベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０とが一緒になると、プローブ１２４は、端子１５２と仮の圧力による電気接触をなし、これにより、プローブ１２４と端子１５２との間で電気信号の送信が可能となる。（例えば後述のような）ラッチ機構を備えていてもよく、これにより、ベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０とが一緒に取り付けられる。プローブカードアセンブリ１２０は、ウエハ１５０と接するためのプローブ１２４と電気接続を有する任意の接触器素子（contactor device）でありうる。
【００１０】
[0020]  プローブ１２４は、弾性構造を備え、プローブを介して電気信号を送信可能な導電性材料を備えうる。プローブ１１２の例として、これに限定されるものではないが、米国特許番号５，４７６，２１１号、米国特許番号５，９１７，７０７号及び米国特許番号６，３３６，２６９号に開示の弾性材料で全体的にコーティングされた基板１２２上の（図示されない）導電性端子に接着された心線で形成される複合構造が挙げられる。プローブ１２４はあるいは、米国特許第５，９９４，１５２号、米国特許第６，０３３，９３５号、米国特許６，２５５，１２６号、米国特許６，９４５，８２７号、米国特許出願第２００１／００４４２２５号及び米国特許出願第２００４／００１６１１９号に開示されたバネ要素等の、リソグラフにより形成された構造でありうる。さらにプローブは、これにも限定されるものではないが、米国特許第６，８２７，５８４号、米国特許第６，６４０，４３２号、米国特許第６，４４１，３１５号及び米国特許出願第２００１／００１２７３９号に開示される。その他プローブ２３６として、これに限定されるものではないが、ポゴピン、バンプ、スタッド、スタンプドスプリング（stamped springs）、針、バックリングビーム（buckling beams）等が挙げられる。
【００１１】
[0021]  プローブカードアセンブリはさらに、ベース１０２の第１位置合わせ要素１０８に対応して配置される、第２位置合わせ要素１２８を備えうる。第１位置合わせ要素１０８と第２位置合わせ要素１２８とは協働して、ベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０とが一緒になったときに、プローブ１２４と端子１５２とが正しく位置合わせされるように設けられる。例えば、第１位置合わせ要素１０８と第２位置合わせ要素１２８とは、プローブカードアセンブリ１２０に対してベース１０２を所望の自由度に規制するよう共に連結するような相補的な形状を有しうる。
【００１２】
[0022]  例えば、プローブ１２４と端子１５２とを接触させる際、プローブ１２４と端子１５２とが酸化物や炭化水素フィルム等の端子１５２上の非導電層を突破するのに役立つ小さい量の接触力で共に押圧されるよう、少量のオーバートラベル（overtravel）を見越しておくことが望ましい。従って、ウエハ１５０に略垂直な垂直方向において（及び、従って受け入れ表面１０６に略垂直に）プローブカードアセンブリ１２０に対するベース１０２の移動を見越しておくことが望ましいといえる。一方、端子１５２を横切るようなプローブ１２４の横方向の移動は、プローブ１２４、端子１５２、又はその双方にダメージとなる可能性があるので、一般的に望ましくない。従って、プローブが端子と一旦接触したならば、ウエハ１５０（及び受け入れ表面１０６）に略平行な水平方向においてプローブカードアセンブリ１２０に対するベース１０２の制約されない移動は望ましくない。より具体的には、位置合わせ要素は、２度の並進（例えば、ｘ及びy方向）及び３度の回転において規制される一方で、第３度の並進（例えば、ｚ方向、ここで、「ｘ」軸は、紙面上で左右に伸び、「ｚ」軸は、紙面上で上下に伸び、「ｙ」軸はｘ及びｚ軸に垂直、すなわち、紙面に入る及び紙面から出るように伸びる）における並進を可能にしながら、ベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０との所定の相対位置を規定するよう協働可能である。ベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０とが共に移動すると、プローブ１２４と端子１２５とがｚ方向並進の範囲上でｘ及びｙ移動及び回転を規制するように接触するべく十分に接近する前に、位置合わせ要素が係合可能である。具体的な例として、これに限定されるものではないが、位置合わせ要素は、＋１，０００マイクロメータから−１００マイクロメータのｚ変位範囲上でのｘ及びｙ移動を排除するよう係合可能であり、ここで０はプローブが端子に接触する位置であり、０から−１００マイクロメータは、オーバートラベル範囲を表す。
【００１３】
[0023]  プローブ１２４先端の少量の横方向の移動は、所望されれば、酸化層を突破するのに役立つ拭き取り（wiping）作用を生むために行われる場合がある。例えば、プローブ１２４は、垂直にセットされた場合に、先端の拭き取り作用を行うよう構成可能である。あるいは、特定の方向において、ベース１０２に対してプローブカードアセンブリ１２０の少量の所定の横方向の移動が設けられてもよい。このような移動は、プローブカードアセンブリ１２０とベース１０２のいずれかを他方に対して移動させ、他方は固定した状態で行える。例えば、位置合わせ要素は、横方向の拭き取り移動を見越して、非対称性、段差部、傾斜部、又はその他の構造を備えうる。これに限定されない例によると、およそ１０マイクロメータのプローブ先端の横方向の動きが、非導電層の突破に有用でありうる。従って、所望されれば、ウエハ１５０の端子１５２を横切ったプローブ１２４のこするような動作が生じてもよい。
【００１４】
[0024]  さらに、ベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０との差異となる寸法の変化に順応可能であることが望ましい。例えば、熱膨張の差によって、ベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０との径方向の膨張に差が出てくる。従って、カセットシステム１００は、以下に更に説明するようにベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０との位置合わせを維持しながら、このような径方向の膨張に順応可能である。
【００１５】
[0025]  カセットシステム１００によれば、従来のプローブシステムと比較してより信頼度の高いプローブ１２４と端子１５２との位置合わせが可能である。これは、かなり小さな構造ループ（structural loop）が設けられており、端子１５２に対するプローブ１２４の位置合わせが、ベース１０２に対するウエハ１５０の位置合わせ及びプローブカードアセンブリ１２０に対するベース１０２の位置合わせに基づくからである。一方従来のプローバでは、端子に対するプローブの位置合わせは、チャックに対するウエハ、ステージアクチュエータに対するチャック、フレームに対するステージアクチュエータ、ヘッドプレートに対するフレーム、プローブカードアセンブリに対するヘッドプレート、プローブ先端に対するプローブカードアセンブリといった各機械的インタフェースにおける正しい位置合わせに依存している。従って、カセットシステム１００と比べると、従来のプローバには、より多くの位置のずれの原因が存在している。実際、従来のプローブシステムでは一般に、位置合わせが確実に維持されるように定期的に様々な較正及び位置合わせ動作（例えば、傾斜補正）を行う必要がある。
【００１６】
[0026]  カセットシステム１００の実施態様において、ベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０との所望の規制を設けるために、第１位置合わせ要素１２８及び第２位置合わせ要素１０８の様々な他の構成を使用可能である。例えば、図２は、凸部（protrusion）２０８と凹部（receptacle）２２８を備える連結位置合わせ要素の一例を示す垂直断面図である。凸部２０８は、ベース２０２上に設置可能である（従って、ベース１０２上の第１位置合わせ要素１０８の限定されない例でありうる）。凹部２２８は、プローブカードアセンブリ２２０上に設置可能である（従って、プローブカードアセンブリ２２０上の第２位置合わせ要素１２８の限定されない例である）。凸部と凹部とは、同様の断面形状（例えば、円形、楕円形、正方形、矩形等）を有しうる。例えば、凹部は穴であって、凸部は柱（post）であってよい。あるいは、凸部２０８がプローブカードアセンブリ２２０上に設置され、凹部２２８がベース２０２上に設置されてもよい。凸部２０８と凹部２２８とは、この凹部及び凸部によりプローブカードアセンブリ２２０に対するベース２０２の位置合わせ及び規制が所定の量と確実になるような所望の許容誤差の程度で製造可能である。図示されていないが、所望されれば、凹部２２８の縁と凸部２０８の面とを面取り可能である。
【００１７】
[0027]  幾つかの実施態様において、凹部２２８は、サーモセントリックスロット（thermocentric slot）でありうる。例えば、図３は、凹部がサーモセントリックスロット３０２である（従って、第１位置合わせ要素１０８又は第２位置合わせ要素１２８の限定されない例である）連結要素の一例を示す上面図である。サーモセントリックスロット３０２は、凸部３０８を受け入れ可能な中央部３０４を備えうる。凸部３０８は、第１の方向３１０において比較的規制がないが、第２の方向３１２において比較的厳しく規制される。例えば、凸部３０８が中央スロット３０２の幅より若干大きい断面を有するならば、隣接するスロット３０６により、この突起を中央のスロット３０４の中心に向かわせ、第１の方向３１０の移動については考慮する傾向のある弾性力が提供される。
【００１８】
[0028]  従って、幾つかの実施態様において、カセットシステム１００は、第１位置合わせ要素１０８又は第２位置合わせ要素１２８に１以上のサーモセントリックスロットを使用しうる。様々な向きのサーモセントリックスロットを多数使用することで、ベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０との係合のきっかけとなり、ベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０との間に温度差がある場合であっても、係合が維持される。例えば、（サーモセントリックスロットを備える）位置合わせ要素の対応するペアが多数設けられる場合、プローブカードアセンブリ１２０に対するベース１０２の位置が全体的に規制されうる。従って、位置合わせ要素は、任意の位置誤差を弾性的に平均化する傾向となりうる。例えば、３つ以上の位置合わせ要素の対応するペアを備えることによって、プローブカードアセンブリの位置は、ベースに対して２方向において全体的に規制されうる。
【００１９】
[0029]  これにより、特にベース１０２とプローブカードアセンブリ１２０との間に温度差がある場合に有益となりうる。例えば、大抵の材料は、加熱されると寸法が大きくなる傾向がある。従って、プローブカードアセンブリ１２０がベース１０２よりも温かい場合には、プローブカードアセンブリ１２０がベース１０２より若干大きくなる場合があり、位置合わせ要素が完全に位置合わせしない場合がある。さらに、このような寸法差異の変化は、ベース１０２、プローブカードアセンブリ１２０、又はしっかりと共に接続されている場合にはその双方の湾曲につながる可能性がある。例えば、図４は、サーモセントリックスロットの凹部４０８を有する（ベース１０２の限定されない例でありうる）ベース４０２を示す上面図である。（図示しない）対応するプローブカードアセンブリの凸部４２８は、（実線で示す）位置４３０内の凹部４０８の中心に名目上位置合わせ可能である。しかしながらプローブカードアセンブリがベースより温かい場合には、プローブカードアセンブリの寸法が増加して、凸部４２８がさらに離れることになり、従って（点線で示す）位置４３２のベースの外周に向かって移動する。サーモセントリックスロット凹部４０８はそれぞれ、スロットの中央部に向かって凸部を押す弾性力を提供可能である。これによりベースに対して中心を保つ位置でプローブカードアセンブリを圧迫することが可能である。これにより、温度差があっても、ベースに対してプローブカードアセンブリの正確で再現性のある配置が行える。例えば、テストシステムが通常受ける温度範囲において、約２マイクロメータ内のプローブ先端の再現可能な配置精度が実現可能である。
【００２０】
[0030]  出願番号１２／３２７，５７６に更に詳細に記載されるように、サーモセントリックスロットの様々な配置が使用可能である。図５〜図９は、本発明の様々な実施態様において第１位置合わせ要素１０８又は第２位置合わせ要素１２８として使用可能であるサーモセントリックスロットの更なる配置について示す図である。
【００２１】
[0031]  位置合わせ要素（例えば、第１位置合わせ要素１０８又は第２位置合わせ要素１２８）として使用可能な凹部の他の例として屈曲部（flexure）がある。図１０に屈曲部の一例を図示するが、これは第１位置合わせ要素又は第２位置合わせ要素の限定されない例となりうる。屈曲部は、弾性材料６０２から形成可能であり、対応する凸部６０６を受け入れ可能な窪み又は溝６０４を備えうる。幾つかの実施態様において、第１位置合わせ要素１０８又は第２位置合わせ要素１２８は、キネマティックカップリング（kinematic coupling）となりうるインタフェースを有しうる。例えば、第１位置合わせ要素１０８が、第２位置合わせ要素のＶ字型溝部内で連結する球形の部分を有しうる。同様に、第１位置合わせ要素１０８がＶ字型溝部を備え、第２位置合わせ要素１２８が球形部を備えてもよい。ここで使用されるように、キネマティックカップリングとは、最小限の数の位置合わせ機能ペアを使用するカップリングを意味する。例えば、６自由度（ＤＯＦ）のキネマティックカップリングを、屈曲部又は屈曲部系等の運動誘導機構（motion guidance mechanism）と組み合わせ可能であり、ベース１２０とプローブカードアセンブリ１０２との既定の相対動作が可能となる。別の限定されない例として、単一のＤＯＦ屈曲部と直列に配置される６ＤＯＦのキネマティックカップリングがあり、これによりベース１０２はプローブカードアセンブリ１２０に対して５ＤＯＦ内（例えば３つの回転方向及びｘ−ｙ並進）で規制可能であり、単一ＤＯＦ（例えば、ｚ並進）内で可動となる。屈曲部は水平移動を規制可能であるが、垂直方向には撓む。例えば、点線を用いて撓み位置での屈曲部を示す。屈曲部は、ベース又はプローブカードアセンブリのいずれか上に配置可能である（対応する凸部がベース及びプローブカードアセンブリの他方上に配置される）。
【００２２】
[0032]  図１１〜図１２は、本発明の様々な実施態様において位置合わせ用として使用可能な屈曲部の更なる配置を示す図である。図１１Ａは、丸みを帯びた凸部６５２を受け入れる凹部６５４として使用される屈曲部６５０の別の配置を示す図である。図１１Ｂは、撓み位置にある屈曲部を示している。屈曲部は、留め具として機能する一体構造６５６を備え、所定量の撓みが起こったならば屈曲部の撓み具合を制限可能である。図１２は、凹部として使用可能な屈曲部の別の配置を示す図であり、垂直方向の移動を大まかに（例えば、オーバートラベルを可能にするように）規制し、水平方向の移動を厳しく（例えば、サーモセントリックに平均化するために）規制するようにバネが使用される。
【００２３】
[0033]  カセットシステムは、例えば図２〜図１２に示した様々な位置合わせ要素のいずれか１つ以上及びその組み合わせや変形したものを使用可能である。図１３にカセットシステムの他の例を示す。このカセットシステムは、（ベース１０２のようでありうる）ベース７０２と（プローブカードアセンブリ１２０のようでありうる）プローブカードアセンブリ７２０とを備えうる。このプローブカードアセンブリは、複数のプローブ７２４が搭載された１つ以上の基板７２２を備えうる。例えば、３つの基板７２２が図示されており、基板の数はもっと多くても少なくてもよい。基板７２２は、上述の基板１２２のようであり、プローブ７２４は、上述のプローブ１２４のようでありうる。
【００２４】
[0034]  プローブカードアセンブリ７２０上の第１位置合わせ要素７２８は、ベース７０２上の第２位置合わせ要素７０８と位置合わせして配置可能であり、これによってベースに対するプローブカードアセンブリの移動が規制される。例えば、上述のように、位置合わせ要素７０８、７２８は協働して、ベースに対するプローブカードアセンブリの垂直な移動を可能としながら、水平な移動を限定する。位置合わせ要素７０８、７２８は、上述の位置合わせ要素１０８、１２８、２０８、２２８、３０２、４０８、４２８、６０４、６０６，６５２及び６５４のいずれかのようでありうる。カセットシステムシステム７００は、基準部１０４を備えうる。
【００２５】
[0035]  カセットシステム７００は、１つ以上の圧縮留め具７３０を備えうる。圧縮留め具によって、ベース７０２に対するプローブカードアセンブリ７２０の垂直な移動に関する限界が規定できる。例えば、圧縮留め具は、プローブカードアセンブリ７２０とベース７０２とが一緒に押圧される場合、所定量のオーバートラベルをもたらすよう選択された高さを有する。すなわち、圧縮留め具の高さは、プローブ７２４が特定の所定の厚さのウエハに関してウエハ１５０の端子１５２と接触したら、所定量の圧縮を受けるように選択可能である。
【００２６】
[0036]  圧縮留め具７３０は、ベース７０２又はプローブカードアセンブリ７２０のいずれかに取り付け可能である。圧縮留め具は所定の高さを有し、調整可能である。例えば、圧縮留め具は、上方または下方に調節される圧縮留め具の高さを考慮したねじアセンブリを備えうる。調整可能な圧縮留め具は例えば、カセットシステムを異なる厚さのウエハに使用すべき場合に有用となりうる。例えば、圧縮留め具は、ウエハ厚さに応じて所望のオーバートラベル量となるよう調整可能である。幾つかの実施態様では、圧縮留め具の高さは、プローブの高さにウエハの厚さを加えたものから、所望のオーバートラベル量を引いたものと等しく設定可能である。
【００２７】
[0037]  プローブ７２４と電気インタフェース７３２との間の電気接続は、プローブカードアセンブリ内の電気接続によりもたらされる。例えば、電気配線７３４を基板７２２上又は内部に設けることが可能である。電気配線７３４は、プローブカードアセンブリ７２０上又はその内部に設けられた電気路７３６に電気的に接続可能であり、電気インタフェース７３２に電気的に接続可能である。
【００２８】
[0038]  図１４にウエハテストカセットシステムの別の実施態様を示す。カセットシステム８００は、（ベース７０２のようでありうる）ベース８０２と（プローブカードアセンブリ７２０のようでありうる）プローブカードアセンブリ８２０とを備えうる。位置合わせ要素８０８及び８２８は、位置合わせ要素７０８、７２０について上述したような方法で移動及び位置合わせを規制するために設けられる（例えば、位置合わせ要素は、上述の位置合わせ要素１０８、１２８、２０８、２２８、３０２、４０８、４２８、６０４、６５２及び６５４のいずれかのようでありうる）。カセットシステムシステム８００は、上述の基準部１０４のような基準部を備えうる。カセットシステム８００は、上述の７３２、７３４、７３６のような電気接続を備えうる。カセットシステム８００は、ベース８０２又はプローブカードアセンブリ８２０のいずれかに配置される圧縮留め具７３０のような圧縮留め具を備えうる。
【００２９】
[0039]  カセットシステム８００は、真空シール８４０を備えうる。この真空シールは、ベース８０２とプローブカードアセンブリ８２０との間の空間をシールする位置に配置可能である。ベースとプローブカードアセンブリとの間に真空を作ることにより、プローブ７２４によるプローブカードアセンブリ上に対する湾曲力箇所を相殺するのに役立つ。例えば、ベース８０２に対するプローブカードアセンブリ８２０のオーバートラベルにより、プローブ７２４上に対して圧縮力が加わる。この圧縮力は、プローブカードアセンブリ８２０に対抗する反力となり、基板７２２及び／又はプローブカードアセンブリ８２０の本体が上方に曲がりやすくなる。真空により、反作用力が生み出され、反力の一部又は略全てが相殺される。
【００３０】
[0040]  真空シール８４０は、様々な形態をとることが可能であり、例えば、ｏリング、ガスケット、リップシール等であってもよい。所望であれば、真空シールをベース８０２及びプローブカードアセンブリ８２０とは別に異なるものとしてもよく、又は、真空シールをベース８２０又はプローブカードアセンブリ８２０の一方又は他方に取り付けてもよい。
【００３１】
[0041]  図１５にウエハテストカセットシステムの別の実施態様を示す。カセットシステム９００は、（ベース７０２のようでありうる）ベース９０２と（プローブカードアセンブリ９２０のようでありうる）プローブカードアセンブリ９２０とを備えうる。位置合わせ要素９０８及び９２８は、位置合わせ要素７０８、７２０について上述したような方法で移動及び位置合わせを規制するために設けられる（例えば、位置合わせ要素は、上述の位置合わせ要素１０８、１２８、２０８、２２８、３０２、４０８、４２８、６０４、６５２及び６５４のいずれかのようでありうる）。カセットシステムシステム９００は、上述の基準部１０４のような基準部を備えうる。カセットシステム９００は、上述の７３２、７３４、７３６のような電気接続を備えうる。カセットシステム９００は、ベース９０２又はプローブカードアセンブリ９２０のいずれかに配置される圧縮留め具７３０のような圧縮留め具を備えうる。
【００３２】
[0042]  カセットシステム９００は、ロック機構９５０を備えうる。ロック機構９５０は、ベース９０２とプローブカードアセンブリ９２０とを一緒にロック可能な位置に配置可能である。様々な種類のロック機構が使用可能であり、例えば、ねじ、ピン、ラッチ等が含まれる。ロック機構は、所望されれば位置合わせ要素８０８、８２０内に一体化可能である。例えば、ロック機構は、第１位置合わせ要素９０８上に配置される格納式ピン９５２を備えうるものであり、これが第２位置合わせ要素９２８上に配置されたスロット９５４内に連結する。ピン９５２の作動は、機械的又は電気的に始動可能である。あるいは、ロック機構９５０は、位置合わせ要素とは別にすることができ、例えば、ベース及びプローブカードアセンブリ上に配置される。別の例として、ロック機構９５０は、ベース９０２及びプローブカードアセンブリ９２０のうちの一方内に配置された（図示しない）ゆとり穴（clearance hole）を貫通し、ベース９０２及びプローブカードアセンブリ９２０のうちの他方内に配置された（図示しない）ねじ穴内を通るねじを備えうる。ベース９０２とプローブカードアセンブリ９２０とを一緒にロックすることにより、カセット９００（例えば、ウエハを内部に挿入した充填カセット）の運搬中に有益となる。
【００３３】
[0043]  図１６にウエハテストカセットシステムの別の実施態様を示す。カセットシステム５００は、（ベース７０２のようでありうる）ベース５０２と（プローブカードアセンブリ７２０のようでありうる）プローブカードアセンブリ７２０とを備えうる。位置合わせ要素５０８及び５２８は、位置合わせ要素７０８、７２０について上述したような方法で移動及び位置合わせを規制するために設けられる（例えば、位置合わせ要素は、上述の位置合わせ要素１０８、１２８、２０８、２２８、３０２、４０８、４２８、６０４、６５２、６５４、７０８、７２８、８０８及び８２８のいずれかのようでありうる）。カセットシステムシステム５００は、（例えば基準部１０４のような）基準部、（例えば７３２、７３４、７３６のような）電気接続、（例えば７３０のような）圧縮留め具、（例えば真空シール８４０のような）真空シール及び（例えばロック機構９４０のような）ロック機構のいずれか１つ以上を備えうる。
【００３４】
[0044]  カセットシステム５００は、１つ以上の中間アセンブリ５６０、５６０’を備えうる。中間アセンブリ５６０は、１つ以上の位置合わせ要素５０８、５２８を備えうるものであり、従って、ベース５０２又はプローブカードアセンブリ５２０の一部となりうる。例えば、リング形態の中間アセンブリ５６０を基板５２３に取り付けて、これにプローブ７２４を結合させることが可能であり、これによってプローブカードアセンブリ５２０を形成する。別の例として、中間アセンブリ５６０’をウエハ受け入れ可能な基板５０３に取り付けて、これによりベース５０２を形成可能である。ベース５０２とプローブカセットアセンブリ５６０とはそれぞれ、１つ以上の中間アセンブリ５６０、５６０’を備えうる。
【００３５】
[0045]   例えば上述のようなウエハテストカセットシステムは、次に例示するようにテストシステム内で使用可能である。図１７にウエハテストシステムの概略図を示す。ウエハテストシステム１０００は、ウエハロードサブシステム１００２とウエハテストラック１００４とを備えうる。
【００３６】
[0046]  ウエハロードサブシステム１００２により、ベース（例えばベース１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃ）上にウエハ１０５０ａ、１０５０ｂ、１０５０ｃを充填可能である。このベースは、ベース１０２、２０２、４０２、５０２、７０２、８０２及び９０２のいずれかのようでもありうる。ウエハは、ベースの表面上に配置可能であり、ベース上の基準部に位置合わせ可能である。例えば、カメラ１０１０を備える光学位置合わせシステムを用いて、ウエハポジショナ１０１２によりウエハを配置可能である。
【００３７】
[0047]  ウエハは、様々な方法でベース上に保持可能である。例えば、ウエハを留どまらせるようにベースが粘着性のある受け入れ表面を備えていてもよい。あるいは、静電気力を加えることにより又は真空によりウエハの位置を保持してもよい。
【００３８】
[0048]  ウエハテストラック１００４は、複数のプローブカードアセンブリ１２００ａ、１２００ｂ、１２００ｃを備えうる。プローブカードアセンブリ１２００ａ、１２００ｂ、１２００ｃは、プローブカードアセンブリ１２０、２２０、５２０、７２０、８２０及び９２０のいずれかのようでありうる。プローブカードアセンブリ１２００ａ、１２００ｂ、１２００ｃは、その設置や、保守や品種切替のためにウエハテストラック１００４から取り除く作業を容易にするために（図示しない）中間アセンブリを介してウエハテストラック１００４内に取り付け可能である。
【００３９】
[0049]  ウエハ１０５０ａ、１０５０ｂ、１０５０ｃを対応するベース１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃに充填した後、ロボットアーム１００６によってベースをウエハテストラック１００４に移動可能である（例えば、ロボットアーム位置を点線で示す。各ベースをプローブカードアセンブリのうちの対応するものの近くに配置可能となり、ベース上の位置合わせ要素がプローブカードアセンブリ上の位置合わせ要素と係合する。（ベース及びプローブカードアセンブリは、上述の位置合わせ要素１０８、１２８、２０８、２２８、３０２、４０８、４２８、５０８、５２８、６０４、６０６、６５２、６５４、７０８、７２８、８０８、８２８、９０８及び９２８等の（図示しない）位置合わせ要素を備えうる）。各ベースはその後、垂直方向に並進可能であり（例えば、ロボットアーム１００６又はその他の（図示しない）配置機構を用いてテストラック１００４内に配置）、ウエハの端子の対応するものにプローブを接触させる。これにより、プローブの対応するものとウエハ上の端子との間で電気接触がなされる。垂直移動は、オーバートラベルを含み、例えば上述のような圧縮留め具により制限可能である。
【００４０】
[0050]  ウエハ１０５０ａ、１０５０ｂ、１０５０ｃは、ベース上に配置された基準部に対して所定の位置内でベース１００２ａ、１００２ｂ、１００２ｃ上に配置されるので、ウエハはベース上の位置合わせ要素に対して所定の位置内にある。ベースがプローブカードアセンブリ上の対応する位置合わせ要素内に連結されたなら、これによりプローブはウエハの端子と自動的に位置合わせ可能となる。所望されれば、（図示しない）真空システムを用いてベースと対応するプローブカードアセンブリとの間の隙間に真空を作ることができる。例えば、真空システムは、プローブカードアセンブリ又はベース上の穴と接続可能である。
【００４１】
[0051]  プローブカードアセンブリ１２００ａ、１２００ｂ、１２００ｃは、テスタ１００８と電気接続可能である。プローブカードアセンブリは、コネクタや（図示しない）ワイヤを備え、通信リンク又はテスタ１００８へのケーブル１０１４と電気接続可能である。例えば、プローブは、プローブカードアセンブリの配線及び／又はビア、インターポーザーアセンブリ、フレキシブルケーブル、コネクタ及び／又は無線リンクのいずれかを介して電気的に接続され、プローブから及びプローブへの電気信号の通信が可能となる。プローブカードアセンブリ１２００ａ、１２００ｂ、１２００ｃはテストラック１００４に保持されているので、所望であればテスタ１００８への固定接続を有することができる。プローブカードアセンブリは、テスタ１００８によって行われるテストを増やしたり交換したりするための電子回路（例えば、テストチップ、バッファ、テスト制御装置、スイッチ等）を備える。
【００４２】
[0052]  プローブが端子と接触したならば、ウエハのテストが可能となる。テストラック１００４には複数のウエハを充填可能であり、ゆえに複数のウエハのテストを同時に行える。例えば、最初のウエハを充填し、２番目のウエハを充填しながら最初のウエハのテストを進められる。テストとしては例えば、機能テスト、通電テスト、及びその他の種類のテストが挙げられる。テストラック１００４内の幾つかのウエハをテストしながら、その他のウエハを充填したり、ウエハロードサブシステム１００２を用いてテストラックから取り出すことができる。
【００４３】
[0053]  所望であれば、（図示しない）環境制御システムによってテストラック１００４を高い温度に保持可能である。例えば、通電テスト中は高温を使用することが多い。従って、テストラックの位置に移動させる前に、テストラック１００４の温度に近くなるように配置サブシステム１００２内の（図示しない）ヒータを用いてベース１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃ及び充填されたウエハ１０５０ａ、１０５０ｂ、１０５０ｃを予備加熱可能である。あるいは、プローブをウエハの端子に接触させる前に、テストラック１００４内でベースを加熱してもよい。テストラック１００４及びベース１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃを加熱する代わりに、配置サブシステム１００２内の（図示しない）冷却装置を用いて冷却してもよい。このようにベース及びウエハの温度の変更は、対応するプローブカードアセンブリにベースを連結する前に行える。
【００４４】
[0054]  ベース１００４ａ、１００４ｂ、１００４ｃは、プローブカードアセンブリ１２００ａ、１２００ｂ、１２００ｃと比較すると熱質量が比較的小さい。従って、ベース及びウエハは、比較的速く加熱（又は冷却）可能であり、（プローブカードアセンブリを加熱したり冷却したりするシステムと比較すると）全体のテスト時間の短縮に役立つ。さらに、サーモセントリックスロットを用いれば、ウエハをプローブカードアセンブリに接触させる前にウエハ（及びベース）温度をプローブカードアセンブリ温度近くに合わせる必要性を回避するのに役立つ。
【００４５】
[0055]  所望であれば、ベース１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃ（及びウエハ１０５０ａ、１０５０ｂ、１０５０ｃ）は、テストラック１００４を保持する第２温度とは異なる第１温度になるよう加熱又は冷却可能である。例えば、第１温度と第２温度とは、第１温度でのウエハの熱歪みが第２温度でのプローブカードアセンブリの熱歪みと整合するように選択可能である。ベース、ウエハ、及びプローブカードアセンブリの温度による寸法変化に起因する位置合わせ誤差を最小限にするのに有用である。
【００４６】
[0056]  高さ調整可能な圧縮留め具がベース上に備わっている場合、圧縮留め具の高さはウエハの公称高さに基づいてベースにウエハを充填する前又はその最中に調整可能である。これにより、プローブカードアセンブリ上へのベースの垂直並進中、所定のオーバートラベル量が必ず得られるようにするのに役立つ。
【００４７】
[0057]  本発明の特定の実施形態および応用が本明細書において説明されたが、これらの実施形態及び応用は単に例示的なものであり多くの変更が可能である。従って、本発明がこれらの例示的実施形態および応用又は例示的実施形態および応用が動作する又は本明細書に説明される方法に限定されるよう意図されない。例えば、ある実施形態で示した特徴と別の実施形態で示した特徴とを組み合わせることが可能である。明細書に例示したバネ接触は、記載したものとは異なる方法で製造可能であり、記載された方法を用いて例示したものとは異なる種類のバネ接触を製造可能である。従って、以下に述べる請求の範囲によるものを除き、本発明が限定されるよう意図されない。
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
2013516770.tif 000021
2013516770.tif 000022