(57)【要約】半導体試験用プローブの位置決めを効果的に行うための撮像装置を含むシステムである。
2013522886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験デバイスをプロービングする方法であって、
（ａ）顕微鏡の単一の光路を通過した、被試験デバイスを試験するために用いるプローブのイメージを受け取る受取ステップと、
（ｂ）前記顕微鏡の焦点を、前記プローブに実質的に合わせる焦点合わせステップと、
（ｃ）前記焦点合わせステップに基づいて、前記プローブと前記被試験デバイスとの間の垂直方向の高さ調整を決定する決定ステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記プローブの前記イメージは、前記プローブ先端近くのものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記垂直方向の高さ調整に基づいて、前記被試験デバイスと前記プローブとの間の距離を調整する調整ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記調整ステップが、プラテンを移動するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記調整ステップが、チャックを移動するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記調整ステップが、前記プローブを移動するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記受取ステップと前記焦点合わせステップとを、前記被試験デバイスの複数の位置に対して実施して、複数の前記垂直方向の高さ調整を決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の前記垂直方向の高さ調整を用いて、前記被試験デバイスの様々な位置での、前記垂直方向の高さ調整に基づいて、前記被試験デバイスと前記プローブとの間の距離を調整する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の前記垂直方向の高さ調整を用いて、前記被試験デバイスの前記複数の位置のいずれにも近くない位置に対して、前記被試験デバイスと前記プローブとの間の距離を調整する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
温度の変化に基づいて、前記複数の前記垂直方向の高さ調整を異なるものとする、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハを効率的に試験する撮像装置を含むシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハプロセスには、半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」と呼ぶ）の内部及びウエハの表面上に、多数のデバイスを形成するプロセスが含まれる。これらのデバイスは製造後、一般的に、様々な電気的試験及び特性評価にかけられる。電気的試験は、ある場合には回路動作の特性を評価し、また他の場合には半導体プロセスの特性を評価する。回路及びデバイスの特性を評価することによって、半導体プロセスの歩留まりを改善することができる。
【０００３】
多くの場合、半導体プロセスの特性評価においては（例えばカスケード・マイクロテック社から入手可能な）プローブ・ステーションが用いられる。図１、２及び３を参照すると、プローブ・ステーションは、多数のジャッキ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ及び１４Ｄによってプラテン１２を支持するベース１０（部分的に図示する）を備える。ジャッキ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ及び１４Ｄは、後述する目的のために、ベースに対してプラテンを垂直方向に小さな増加量（約１／１０インチ）で選択的に上昇または下降させる。電動ポジショナ１６もまたベース１０によって支持され、電動ポジショナ１６は、可動式チャックアセンブリ２０を支持する矩形プランジャ１８を備える。可動式チャックアセンブリ２０は、ウエハまたは他の試験デバイスを支持する。チャックアセンブリ２０はプラテン１２内部の大開口部２２を自由に通過する。これにより、チャックアセンブリ２０は、ポジショナ１６によって、プラテンから独立してＸ、Ｙ及びＺ軸方向に（すなわち互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿って水平方向に、及び、Ｚ軸に沿って垂直方向に）移動する。同様に、プラテン１２は、ジャッキ１４によって垂直方向に移動する場合、チャックアセンブリ２０及びポジショナ１６から独立して移動する。
【０００４】
プラテン１２上には、多数の個別のプローブポジショナ（例えば２４、１つのみを図示する）が取り付けられる。各ポジショナはプローブホルダ２８が取り付けられた延長部材２６を有する。プローブホルダ２８は、チャックアセンブリ２０上に取り付けられたウエハ及び他のデバイスに接触する各々のプローブ３０を支持する。プローブポジショナ２４は、チャックアセンブリ２０に対する、プローブホルダ２８ひいてはプローブ３０の位置を、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向それぞれで調整するためのマイクロメータ調整器３４、３６及び３８を有する。Ｚ軸は、ここで一般的に、プローブホルダ２８とチャックアセンブリ２０との間の大まかな「接近軸」として参照している。プローブ先端と、ウエハまたは他の試験デバイスとを互いに接触させる接近方向は、垂直方向でも直線状でもないが、該接近方向は「接近軸」との用語に含まれるものとする。さらなるマイクロメータ調整器４０はプローブホルダ２８の傾斜を調整して、チャックアセンブリ２０に支持されるウエハまたは他の試験デバイスに対するプローブの平面性を調整する。１２個もの個別のプローブポジショナ２４が、それぞれプローブを支持し、プラテン１２上において、車輪のスポークのようにチャックアセンブリ２０に向けてチャックアセンブリ２０の周囲に配置することができる。この配置によって、各々のポジショナ２４は、個々のプローブをＸ、Ｙ及びＺ軸方向に独立で調整することができる。一方ジャッキ１４は、プラテン１２、ひいては全てのポジショナ２４及びそれぞれのポジショナのプローブを、一斉に上昇または下降動作させることができる。
【０００５】
環境制御エンクロージャは、完全に密封された、部分的に密封された、または他の形態であって、プラテン１２に強固に取り付けられた上ボックス部４２、及びベース１０に強固に取り付けられた下ボックス部４４から構成される。上ボックス部４２及び下ボックス部４４は、スチールまたは他の適切な導電性材料で作られており、電磁シールド(EMI shielding)を実現する。ジャッキ１４がプラテン１２を上昇または下降動作させる際に、上ボックス部４２と下ボックス部４４との間の小さな垂直方向の動きを受け入れるため、（好ましくは銀または炭素を含浸させたシリコーンからなる）導電性の弾性発泡体のガスケット４６が、該エンクロージャの前面、及び下ボックス部４４とプラテン１２との間の、嵌合接合の周囲に挿入される。これにより、上ボックス部４２と下ボックス部４４とが相対的に垂直運動しても、電磁環境耐性、実質的密封及び光学的密閉が維持される。上ボックス部４２はプラテン１２に強固に取り付けられているが、密封を最大化するために、同様のガスケット４７を、上ボックス部４２とプラテンの上端との間に挿入することが好ましい。
【０００６】
図５Ａ及び５Ｂを参照すると、上ボックス部４２の上面は、各プローブポジショナ２４の延長部材２６が移動可能に貫通する（４９Ａ、４９Ｂ等の）８枚の側板を有する八角形のスチールボックス４８を備える。各側板は、上述したガスケット材と同様とできる弾性発泡体のシート５０を内部に配置する中空のハウジングを備える。５２等のスリットは、各側板のハウジングの内側表面及び外側表面に形成されたスロット５４に沿って、垂直方向に部分的に切り込みを入れて形成される。各プローブポジショナ２４の延長部材２６はそれぞれ、該スリットを通過することができる。スリットが形成された発泡体は、エンクロージャによる電磁環境耐性、実質的密封及び光学的密閉を維持しつつ、各プローブポジショナの延長部材２６のＸ、Ｙ及びＺ軸方向の動きを可能とする。４枚の側板においては、Ｘ軸及びＹ軸の可動範囲をより大きくするために、発泡体シート５０が、内部にスロット５４を有する一対のスチールプレート５５の間に挟まれている。このようなプレートは、側板のハウジングの内側表面及び外側表面のより大きなスロット５４に囲まれた可動範囲内で、側板のハウジング内を横方向に摺動可能である。
【０００７】
八角形のボックス４８の上には、円形の透明な封止窓６０が内部に埋め込まれた、中が覗ける円形の開口部５８が設けられている。ブラケット６２は開口部を有する摺動シャッタ６４を保持し、窓６０を通る光を選択的に通過または遮断する。ＣＲＴモニタに接続されたステレオスコープ（図示せず）を窓６０の上方に配置することができ、これにより、セットアップ中または動作中にプローブを適切に配置するために、ウエハまたは他の試験デバイス、及びプローブ先端の、拡大された表示を提供する。あるいは、窓６０を外して、発泡体ガスケットに囲まれた顕微鏡のレンズ（図示せず）を開口部５８に挿入することができ、発砲体は、電磁環境耐性、実質的密封及び光学的密閉を実現する。環境制御エンクロージャの上ボックス部４２は、図２Ａに示すように、ヒンジ７０の旋回軸で外側に回転するヒンジ付きのスチールドア６８も備える。ヒンジはドアを、上ボックス部４２の上面に向かって下方に付勢して、ドアと上ボックス部の上面とで、密接した、重ね合わせの、摺動可能な周囲の密封６８ａを形成する。ドアが開き、図２Ａに示すように、ポジショナ１６によってチャックアセンブリ２０がドアの隙間の下で動かされているときは、取り付けや取り外しのためにチャックアセンブリ２０にアクセスすることができる。
【０００８】
図３及び図４を参照すると、電動ポジショナ１６による位置決め動作の間においては、互いに摺動可能に積み重なる一連の４枚の密封プレート７２、７４、７６及び７８によって、エンクロージャの密封の完全性はさらに維持される。プレートのサイズは、上部のプレートから下部のプレートにかけて次第に増加し、プレート７２、７４、７６及び７８のそれぞれに形成される中央開口部７２Ａ、７４Ａ、７６Ａ及び７８Ａ、並びに下ボックス部４４の底部４４Ａに形成される開口部７９Ａのサイズも同様に、上部から下部にかけて次第に増加する。一番上側のプレート７２の中央開口部７２Ａは、垂直方向に移動可能なプランジャ１８の軸受ケーシング１８Ａの周りに緊密に嵌合する。一枚下のプレート７４は、プレート７２がプレート７４の上面で摺動可能な範囲を制限する上方に突出する周縁７４Ｂを有する。プレート７４の中央開口部７４Ａは、ポジショナ１６がプランジャ１８及び軸受ケーシング１８Ａを、一番上側のプレート７２の縁がプレート７４の縁７４Ｂに当接するまで、Ｘ軸及びＹ軸方向にわたって動かせる大きさである。開口部７４Ａのサイズはまた一方、一番上側のプレート７２の縁がプレート７４の縁７４Ｂに当接した際に、上側のプレート７２が開口部７４Ａを覆える小ささである。そのため、プランジャ１８及びプランジャ１８の軸受ケーシングのＸ軸及びＹ軸への動きに関わらず、プレート７２とプレート７４との間の密封は維持される。プランジャ１８及び軸受ケーシングの、プレート７２が縁７４Ｂに当接した方向への更なる移動により、プレート７４は更に一枚下のプレート７６の周縁７６Ｂへと摺動する。先と同様に、プレート７６の中心開口部７６Ａは、プレート７４を縁７６Ｂに当接させるのに十分な大きさであるが、プレート７４が開口部７６Ａを覆える小ささである。このことによって同様に、プレート７４とプレート７６との間の密封を維持する。プランジャ１８及び軸受ケーシングの、同じ方向へのより更なる動きによって、プレート７６の、プレート７６より下のプレート７８に対する、縁７８Ｂへ当接する方向に、同様の摺動が起きる。また、プランジャ１８及び軸受ケーシングの、同じ方向へのより更なる動きによって、プレート７８の、プレート７８より下のプレートに対する、ボックス部４４の側壁へ当接する方向に、同様の摺動が起きる。プレート７６が縁７８Ｂへ当接する際にはプレート７６は開口部７８Ａを覆い、及びプレート７８がボックス部４４の側壁に当接する際にはプレート７８は開口部７９Ａを覆う。この、次第に増加する大きさの、摺動可能なプレートと中央開口部との組み合わせは、ポジショナ１６によって、プランジャ１８がＸ軸及びＹ軸方向の全範囲に移動することを可能としつつ、そのような移動時にも、エンクロージャの密封状態が維持されることを可能とする。ポジショナ１６の電気モータは摺動可能なプレートの下方に配置されているため、この構造による電磁環境耐性はポジショナ１６の電気モータに対しても有効である。
【０００９】
図３、６及び７に特に示すように、チャックアセンブリ２０は、環境制御エンクロージャとともに、または環境制御エンクロージャ無しに使用可能な、モジュール構造である。プランジャ１８は調整プレート７９を支持し、調整プレート７９は、プローブからの接近軸に沿った距離が次第に遠くなるように配置される、第１、第２及び第３のチャックアセンブリ要素８０、８１及び８３それぞれを支持する。要素８３は、円形の導電性要素８０及び８１を着脱可能に取り付ける、導電性の矩形の、ステージまたはシールドである。要素８０は、垂直方向の開口部８４の列を持った平坦で上向きのウエハ支持面８２を有する。これらの開口部は、Ｏリング８８で分離された各チャンバと連通する。各チャンバは、別々に制御される真空バルブ（図示せず）を介して真空源と連通する真空ライン９０Ａ、９０Ｂ、及び９０Ｃ（図６参照）に別々に接続する。前記真空ラインはそれぞれ、従来の方式で、選択的に、各チャンバ及び開口部を真空源に接続してウエハを保持したり、開口部を真空源から隔離してウエハを解放したりする。それぞれのチャンバ及びチャンバに対応する開口部を独立して操作できるため、チャックは様々な直径のウエハを保持することができる。
【００１０】
円形の要素８０及び８１に加えて、要素８０がウエハまたは他の試験デバイスを同時に支持しながら、接触基板及び校正基板を支持することを目的として、９２及び９４等の補助的なチャックが、要素８０及び８１とは独立に、（図示しない）ネジによって要素８３の角に着脱可能に取り付けられている。補助チャック９２及び９４はそれぞれ、要素８０の面８２と平行で、上方を向いた別々の平面１００及び１０２を有する。真空開口部１０４は面１００及び１０２から突出し、面１００及び１０２の真空開口部１０４はそれぞれのチャンバと、それぞれの補助チャックの本体内で連通する。これらのチャンバはそれぞれ別個の真空ライン及び独立駆動の真空バルブ（図示せず）を介して真空源と連通する。ウエハまたは他の試験デバイスとは無関係に、面１００及び１０２のそれぞれに配置された接触基板または校正基板を選択的に保持したり解放したりするため、それぞれの真空バルブは、要素８０の開口部８４の動作とは独立して、真空源に関する開口部１０４のそれぞれの組と、選択的に接続したり切り離されたりする。任意の金属シールド１０６を要素８３の縁から上方に突出させて、他の要素８０、８１、及び補助チャック９２、９４を取り囲むことができる。
【００１１】
チャックアセンブリ要素８０、８１及び８３、並びに更なるチャックアセンブリ要素７９は全て、導電性の金属で構成され、９６等の金属ネジで着脱可能に相互接続されているが、互いに電気的に絶縁されている。図３及び３Ａを参照すると、弾性誘電体Ｏリング８８に加えて、誘電体スペーサ８５及び誘電体ワッシャ８６を設けることで、電気的な絶縁がもたらされる。ネジ９６が誘電体スペーサ８５及び誘電体ワッシャ８６を通じて２つの要素を結合し、下方の要素に形成されたサイズの大きい開口部をネジ９６が貫通することによって、ネジのシャンクと下側の要素との間の電気的接触を妨げ、所望の絶縁がもたらされる。図３から明らかなように、誘電体スペーサ８５は、相互に連結したチャックアセンブリ要素の対向する面のほんの一部上に延在しているだけであり、対向する面の間の大部分の空隙を残している。このような空隙は、それぞれのチャックアセンブリ要素間の空間の誘電率を最小化し、それによって、チャックアセンブリ要素間の静電容量と、ある要素から他の要素へリーク電流が流れる能力とを最小化させる。スペーサ８５及びワッシャ８６は、それぞれ、高い寸法安定性及び高い体積抵抗率とともに、できる限り小さな誘電率を持つ材料で構成されていることが好ましい。スペーサ及びワッシャに適切な材料は、ガラスエポシキ、またはＥ．Ｉ．デュポン社のDelrin（登録商標）として市販されているホモポリマーである。
【００１２】
図６及び７を参照すると、チャックアセンブリ２０は、１０８及び１１０として表される、一組の着脱可能な電気コネクタアセンブリも備える。電気コネクタアセンブリ１０８及び１１０はそれぞれ、少なくとも２つの導電性コネクタ要素１０８Ａ、１０８Ｂ及び１１０Ａ、１１０Ｂを持ち、これらは互いに電気的に絶縁され、好ましくはコネクタ要素１０８Ｂ及び１１０Ｂはそれぞれコネクタ要素１０８Ａ及び１１０Ａを同軸的に取り囲んで防護する。必要に応じて、図７に示すように、コネクタ要素１０８Ｂ及び１１０Ｂをそれぞれ取り囲む、外側のシールド１０８Ｃ及び１１０Ｃを備えるように、コネクタアセンブリ１０８及び１１０を、３軸同軸構造とすることができる。外側のシールド１０８Ｃ及び１１０Ｃは、必要に応じて、シールドボックス１１２及びコネクタ支持ブラケット１１３を介して、チャックアセンブリ要素８３と、電気的に接続することができる。しかしながら、そのような電気的接続は、周囲の電磁シールドのエンクロージャ４２及び４４を特に考慮した、任意のものである。いずれの場合でも、コネクタ要素１０８Ａ及び１１０Ａがそれぞれ、並列にコネクタプレート１１４に電気的に対として接続され、コネクタプレート１１４は、ネジ１１４Ｂ及び１１４Ｃによって、湾曲した接触面１１４Ａに沿って、チャックアセンブリ要素８０の湾曲した縁に着脱可能に接続される。一方で、コネクタ要素１０８Ｂ及び１１０Ｂは、同様に対として、着脱可能に要素８１に接続されるコネクタプレート１１６に並列に接続される。コネクタ要素は、ボックス１１２の矩形の開口部１１２Ａを自由に通り抜け、ボックス１１２ひいては要素８３から電気的に絶縁されるとともに、コネクタ要素同士も絶縁されている。１１８等の取付ネジは、コネクタ要素を、コネクタプレート１１４及び１１６それぞれに、着脱可能に固定する。
【００１３】
同軸、または図示したような３軸同軸ケーブル１１８及び１２０はそれぞれ、着脱可能な電気コネクタアセンブリ１０８及び１１０の一部を構成するとともに、環境制御エンクロージャの下部４４の壁を貫通する、３軸同軸の着脱可能なコネクタ１２２及び１２４の一部を形成する。そして、３軸同軸コネクタ１２２及び１２４の外側のシールドは電気的に該エンクロージャに接続される。さらに３軸同軸ケーブル１２２Ａ及び１２４Ａは、適切な試験装置に接続するための、コネクタ１２２及び１２４と着脱可能に接続する。適切な試験装置は、試験内容に応じて、例えばヒューレット・パッカード社の4142BモジュラDCソース／モニタまたはヒューレット・パッカード社の4284A精密LCRメータである。ケーブル１１８及び１２０が単に同軸ケーブル、または２つのみのコンダクタを持つ他の種類のケーブルである場合、一方のコンダクタは、コネクタ１２２または１２４の内部（信号）コネクタ要素と、コネクタ要素１０８Ａまたは１１０Ａとをそれぞれ相互に接続し、他方のコンダクタは、コネクタ１２２または１２４の中間（ガード）コネクタ要素と、コネクタ要素１０８Ｂまたは１１０Ｂとをそれぞれ相互に接続する。特許文献１は、プローブ・ステーション及びチャックを記載しており、その内容を本明細書に参照のために取り込む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第５，５３２，６０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
被試験半導体に対し、典型的には導電性のパッド上に、プローブを位置合わせするために、顕微鏡を使用することができる。顕微鏡を半導体上に配置するプロセスは、時間がかかるとともに難儀である。顕微鏡用の広い視野角を持つ対物レンズが選ばれて設置される。それから、プローブを顕微鏡の一般的な視野内に移動させ、半導体を顕微鏡の下方に設置し、対物レンズの焦点をプローブの上部に合わせる。従って、プローブ先端からかなり離れたプローブの上部に、一般に焦点が合わせられている。対物レンズの被写界深度が限られているために、プローブの下部及びプローブ先端には一般に、焦点が合っていない。ここで、半導体のより大きな外観のみが識別可能である。オペレータは顕微鏡のズームを増加させることができ、顕微鏡の焦点をプローブの、より離れた部分に合わせて視野をより狭くし、顕微鏡の中間部に焦点を合わせることができる。対物レンズの被写界深度が限られているために、プローブの中間部を見る際には、プローブの上部及びプローブ先端部には一般に焦点が合っていない。そして、この段階においては半導体のより小さな領域が識別可能である。オペレータは顕微鏡のズームを増加させることができ、顕微鏡の焦点をプローブ先端部に合わせて視野をより一層狭くし、一般にプローブ先端部と被試験デバイスとに焦点を合わせることができる。対物レンズの被写界深度が限られているために、プローブ先端部を見る際には、プローブの下部及びプローブの上部には一般に焦点が合っていない。
【００１６】
プローブ先端を被試験デバイス上に適切に配置することは簡単に見えるが、実際には厄介かつ困難な作業である。しばしば、顕微鏡をズームさせると、プローブに焦点が合わなくなり、また顕微鏡の焦点を再度合わせると、プローブは視野外になる。上記の事態が起こると、顕微鏡をズームアウトして視野を広くし、工程をやり直す必要が生じる。また、複数のデバイスが互いに近接しており、広い視野で観察している場合には、どの被試験デバイスがプローブ先端部に実際に近接しているかを認識することが困難である。顕微鏡をズームアップして視野をより狭くすると、近接するデバイスの組の中でどれを実際に試験しているのか判定することが困難となる傾向がある。多くの場合、オペレータは高倍率の顕微鏡を使用したいと望むが、それには顕微鏡を後退させて、対物レンズを取り替え、顕微鏡を元の位置に戻す必要がある。残念なことに、環境条件等のためにウエハがプローブに対していずれかの方向に動くと、プローブが位置合わせされていなくなり、プローブが被試験デバイスのパッドを見逃したり、詳細な試験を実施する際にパッドが滑ったりすることがある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に従って構成されたウエハのプローブ・ステーションの例示的実施形態を示す部分正面図である。
【図２Ａ】図１に示すウエハのプローブ・ステーションの部分平面図を、エンクロージャのドアを部分的に開いた状態で示す図である。
【図２Ｂ】図１に示すウエハのプローブ・ステーションの平面図である。
【図３】図１に示すプローブ・ステーションの部分正面断面図及び部分正面概略図である。
【図３Ａ】図３の３Ａ−３Ａ線に沿った拡大断面図である。
【図４】モータ駆動の位置決め機構がエンクロージャの底部を貫通している密封アセンブリの上面図である。
【図５Ａ】図１の線５Ａ−５Ａに沿った詳細な拡大上面図である。
【図５Ｂ】図１の線５Ｂ−５Ｂに沿った拡大上面断面図である。
【図６】図３の線６−６に沿った、チャックアセンブリの詳細な部分上面概略図である。
【図７】図６に示すチャックアセンブリの部分正面概略図である。
【図８】プロービングシステムを顕微鏡とともに示す図である。
【図９】ウエハのプロ−ビングのテストパターンを示す図である。
【図１０】プローブ先端のパターン認識システムを示す図である。
【図１１】経時的なＸ軸及びＹ軸方向のドリフトを示す図である。
【図１２】Ｚ軸方向のオフセットを決定するための、プローブの焦点位置に対するパターン認識を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図８を参照すると、プロービングシステムは、ウエハ２０４の支持部２０２を有するプロービング環境２００とともに、顕微鏡２０６を備えることができる。顕微鏡２０６は好ましくは、対物レンズ２１２を通過する単一の光路２１０を備える。加えて、本システムは好ましくは、被試験デバイスを撮像するための光路を１つのみ備えるか、あるいは単一の光路を用いて、プローブを被試験デバイス上に自動的に位置決めする。被試験デバイスからの光路を単一の光路２１０とすることで、顕微鏡によって異なる対物レンズ間で必要な、見当合わせまたは位置合わせは軽減される。光路は第１レンズ２１４を通過し、被試験デバイスからの光は、電荷結合素子（ＣＣＤ）等の第１撮像装置２１６で撮像される。光分岐装置２１８を用いて、第１撮像装置２１６で撮像される光の一部２２０を案内することができる。光２２０はミラー２２１に反射されて、第２レンズ２２２を通過することができる。光分岐装置２２６及びミラー２３０を用いて、光の一部２２８が第２撮像装置２２４で撮像されるように案内することができる。従って、第２レンズ２２２からの光は第２撮像装置２２４で撮像される。光分岐装置２２６を通過した光は、レンズ２３２を通過し、第３撮像装置２３４で撮像される。
【００１９】
第１撮像装置２１６は、対物レンズ２１２及び第１レンズ２１４に基づく第１の倍率で、被試験デバイスを撮像する。通常、第１撮像装置２１６は比較的広い視野を撮像する。
【００２０】
第２撮像装置２２４は、対物レンズ２１２、第１レンズ２１４及び第２レンズ２２２に基づく第２の倍率で、被試験デバイスを撮像する。通常、第２撮像装置２２４は、第１撮像装置２１６の比較的広い視野よりも大きな倍率の、中程度の視野を撮像する。
【００２１】
第３撮像装置２３４は、対物レンズ２１２、第１レンズ２１４、第２レンズ２２２及び第３レンズ２３２に基づく第３の倍率で、被試験デバイスを撮像する。通常、第３撮像装置２３４は、第２撮像装置２２４の中程度の視野よりも大きな倍率の、狭い視野を撮像する。
【００２２】
第１撮像装置２１６の広い視野によって、被試験デバイスの大きな外観を観察することができる。第２撮像装置２２４のより狭い視野によって、被試験デバイスのより小さな外観を観察することができる。第３撮像装置２３４のより一層狭い視野によって、被試験デバイスのより一層小さな外観を観察することができる。このように、３つの撮像装置は、同じデバイスに対して異なる視野を提供することができる。加えて、単一の光路２１２を用いることで、各撮像装置からの各イメージが互いに適切に位置合わせ（センタリング等）される可能性を高めることができる。顕微鏡の内部で多数の光路を存在させることができる。
【００２３】
多くの場合、被試験デバイスは様々な温度で試験することが望ましい。例えば、被試験デバイスを、−１００℃（もしくはそれ未満）〜３００℃（もしくはそれを超える）という大変広い温度範囲にわたって試験することができる。特定の試験または試験手順の間に、広範な温度変化があった場合、または比較的極端な温度でプロービングを行った場合、結果として、プローブまたはプローブ・ステーションを構成する材料は大きく膨張したり圧縮したりしがちである。加えて、材料によって、相対的な膨張率または圧縮率は異なる傾向がある。このような膨張または圧縮により、ますます小型化される、被試験デバイスのパッドに対して、プローブを位置決めすることが難しくなる。
【００２４】
被試験デバイスを試験するためのプローブの位置調整を支援するため、ある場合には、多数のカメラがプローブの周辺に配置されて、プロービング環境の３次元像を取得する。プロービング環境の３次元像に基づいてプローブの位置が調整され、プローブは被試験デバイスと適切に接触する。このような技術は温度の変化に対応するが、プローブの位置決めに用いる多数の撮像装置によって複雑さが増して、撮像装置のそれぞれは、限られた環境内で位置決めされる。
【００２５】
プロービングが抱える課題の１つは、特に温度が大きく上昇する際に、被試験デバイスに対するプローブの軸方向の高さが大きく増加したり減少したりすることである。同様に、特に温度が大きく減少する際に、被試験デバイスに対するプローブのＺ軸方向の高さが大きく減少したり増加したりする。一般に、プローブも同様に、試験期間にわたって、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に位置が変化することがある。プローブの種類及び試験期間（例えば１０分から１０日）によって、この動きが重大となることがあり、しばしば不正確な試験データを取得することになる。この動きは主に、熱により引き起こされる、プローブシステムの機械的膨張及び収縮によって引き起こされる傾向がある。プローブシステムは例えば、プローブ本体部、プローブ信号線（例えば針及び／または先端）、プローブ取付器具（例えば、プローブのアームまたはプローブのカードホルダ）、及びプラテンとウエハチャックとの間の機械的接続を備える。この結果として生じるプローブの相対的な動きは、プローブが顕微鏡の焦点から外れることにつながる傾向があり、そのために被試験デバイス及びプローブに同時に焦点が合わなくなる。被試験デバイス及びプローブに焦点が同時に合わなくなくなることで、被試験デバイスに対するプローブの（特にＺ軸方向の）位置を決定すること、ひいては被試験デバイスの正確な配置が難しくなる。
【００２６】
歴史的に見て、ウエハ上のパッドのサイズが相対的に大きく（８０〜１５０μｍ）、一般に試験時の温度がより低いと、プロービングシステムは、プロービング装置の機械的誤差やドリフトに容易に対応できる。集積回路の形状は小型化しており、それに対応してパッドサイズも減少（例えば２０〜６０μｍ）している。また、試験時の温度が厳しくなっている。したがって、プロービング装置の誤差及びドリフトによって、ウエハの実質的な部分を正確に試験することが、より困難となっている。
【００２７】
顕微鏡から単一の光路を使用するために、そしてプローブ先端位置をより正確に決定するために他の方向からプローブを観測する更なる撮像装置を必要としないために、プローブ先端の焦点を再度合わせるために必要なオフセット量は、垂直方向でプローブ先端が変更した距離に関連すると結論づけられた。従って、プローブ先端（または他の適切なプローブ上の構造）に実質的に焦点が合っている際の顕微鏡のオフセットを評価するために、顕微鏡の焦点はプローブ先端（または他の適切なプローブ上の構造）に対して徐々に修正される。この評価方法は、プローブ先端のＺ軸方向への移動距離を評価するために用いられる。該距離の変動に基づいて、プラテン、プローブ及び／またはチャックを適切な距離だけ移動させて、プローブを再度焦点に配置することができ、あるいはプロービング中の垂直方向の適切な移動量を決定することができる。
【００２８】
図９を参照すると、試験ウエハに対して一連の試験を選択することができる。チャックがプローブ・ステーション内の様々な位置に移動する際の、１つ以上のプローブ先端の針の経時的な動きが評価される。例えば、ウエハ上の１０個の異なるダイに移動することができ、各試験位置でのソーク時間を１時間とした際の、経時的なドリフト量を決定して、距離のオフセットに対する焦点の相関をとる。
【００２９】
図１０を参照すると、パターン認識技術を用いて、プローブ先端のＸ軸及びＹ軸方向の動きを観測することができる。プローブ先端の上昇に依存して、顕微鏡が観察するイメージは変化する。例えば、プローブ先端部が上昇すると、焦点はぼやける。同様に、図１１は試験ウエハで試験された各デバイスにおける、プローブ先端部のＸ軸方向及びＹ軸方向の経時的なドリフトを示す図である。
【００３０】
図１２を参照すると、いずれかの適切なパターンマッチング技術を用いることで、様々な焦点合わせ時に、顕微鏡によって得られるイメージに、「理想的な」イメージまたは既知のイメージとの「一致」に基づくマッチングスコアが提供される。一般に、いずれかの適切なイメージ処理技術を用いて、プローブ先端に焦点が合っているかどうかの度合いを決定することができる。プローブ先端に最も焦点が合っている位置が、プローブ先端のオフセット距離に関連する。この距離を用いて、被試験デバイスのプロービングを調整することができる。
【００３１】
本明細書で用いた用語及び表現は、説明のために用いたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。そして、該用語及び表現を使用して、図示されまたは明細書に記載された特徴の均等物を除外するものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲のみによって定義され限定されると認識される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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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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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年1月12日(2012.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験デバイスをプロービングする方法であって、
（ａ）顕微鏡の単一の光路を通過した、被試験デバイスを試験するために用いるプローブのイメージを受け取る受取ステップと、
（ｂ）前記顕微鏡の焦点を、前記プローブに実質的に合わせる焦点合わせステップと、
（ｃ）前記焦点合わせステップに基づいて、前記プローブと前記被試験デバイスとの間の垂直方向の高さ調整を決定する決定ステップと
を含み、
前記受取ステップと前記焦点合わせステップとを、前記被試験デバイスの複数の様々な位置に対して実施して、複数の前記垂直方向の高さ調整を決定し、
前記複数の前記垂直方向の高さ調整を用いて、前記被試験デバイスの複数の様々な位置のいずれにも近くない位置に対して、前記被試験デバイスと前記プローブとの間の距離を調整する方法。
【請求項２】
前記プローブの前記イメージは、前記プローブ先端近くのものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記垂直方向の高さ調整に基づいて、前記被試験デバイスと前記プローブとの間の距離を調整する調整ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記調整ステップが、プラテンを移動するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記調整ステップが、チャックを移動するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記調整ステップが、前記プローブを移動するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の前記垂直方向の高さ調整を用いて、前記被試験デバイスの様々な位置での、前記垂直方向の高さ調整に基づいて、前記被試験デバイスと前記プローブとの間の距離を調整する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
温度の変化に基づいて、前記複数の前記垂直方向の高さ調整を異なるものとする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記被試験デバイスの温度を上昇させる温度上昇ステップを含み、
前記温度上昇ステップに続いて、前記プローブに焦点を再度合わせる再焦点合わせステップと、
前記プローブに実質的に焦点が合っている際に、前記顕微鏡のオフセットを評価するオフセット評価ステップと、
前記顕微鏡の前記オフセット量と、前記プローブの垂直方向位置の変化との相関をとる相関ステップと、
前記プローブの垂直方向位置の変化に基づいて、前記プローブと前記被試験デバイスとの間の距離を調整する調整ステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記受取ステップは、複数の撮像装置で、単一の光路を通過した前記イメージを受け取るステップを含み、
前記複数の撮像装置は少なくとも、
第１の倍率と第１の視野を持つ第１撮像装置と、
第２の倍率と第２の視野を持つ第２撮像装置と、
第３の倍率と第３の視野を持つ第３撮像装置と
を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１撮像装置は、第１電荷結合素子（ＣＣＤ）を備え、
前記第２撮像装置は、第２ＣＣＤを備え、
前記第３撮像装置は、第３ＣＣＤを備え、
前記受取ステップは、前記第１ＣＣＤによるイメージと、前記第２ＣＣＤによるイメージと、前記第３ＣＣＤによるイメージとを受け取るステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第３の倍率は前記第２の倍率よりも大きく、前記第２の倍率は前記第１の倍率よりも大きく、
前記第１の視野は前記第２の視野よりも広く、前記第２の視野は前記第３の視野よりも広く、
前記受取ステップは、前記第１撮像装置による第１のイメージを受け取るステップと、前記第２撮像装置による第２のイメージを受け取るステップと、前記第３撮像装置による第３のイメージを受け取るステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記被試験デバイスに対して前記プローブを移動して、前記プローブを前記被試験デバイス上の導電性パッドに位置合わせする移動ステップをさらに含み、前記移動ステップは、少なくとも部分的に、前記第１のイメージ及び前記第２のイメージの少なくとも一方に基づいて行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記被試験デバイスと前記プローブとの間の距離を調整する調整ステップをさらに含み、前記調整ステップは、少なくとも部分的に、前記第３のイメージに基づいて行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも一部は前記受取ステップ及び前記焦点合わせステップに基づいて、前記プローブを前記被試験デバイス上に自動的に位置決めする位置決めステップをさらに含む、請求項１の記載の方法。
【請求項１６】
前記焦点合わせステップは、パターンマッチング技術を利用して前記プローブに焦点が合っている時を決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
プローブで被試験デバイスをプロービングする方法であって、
（ａ）顕微鏡の単一の光路を通過したイメージを収集する収集ステップと、
（ｂ）前記単一の光路から、第１撮像装置による第１の倍率で、第１のイメージを受取る第１イメージ受取ステップと、
（ｃ）前記単一の光路から、第２撮像装置による第２の倍率で、第２のイメージを受取る第２イメージ受取ステップと、
（ｄ）前記単一の光路から、第３撮像装置による第３の倍率で、第３のイメージを受取る第３イメージ受取ステップと、
（ｅ）前記第３撮像装置の焦点を前記被試験デバイスに実質的に合わせる被試験デバイス焦点合わせステップと、
（ｆ）前記第３撮像装置の焦点を前記プローブに実質的に合わせるプローブ焦点合わせステップと、
（ｇ）少なくとも部分的に前記被試験デバイス焦点合わせステップ及び前記プローブ焦点合わせステップに基づいて、前記顕微鏡のオフセット量を決定するオフセット量決定ステップと、
（ｈ）少なくとも部分的に前記オフセット量決定ステップに基づいて、前記プローブと前記被試験デバイスとの距離を決定する距離決定ステップと、
（ｉ）少なくとも部分的に前記距離決定ステップに基づいて、前記プローブと前記被試験デバイスとの距離を調整して前記プローブを前記被試験デバイスに接触させる調整ステップとを含む方法。
【請求項１８】
前記プローブを前記被試験デバイスに対して移動させて、前記プローブを前記被試験デバイス上の導電性パッド上に位置合わせする移動ステップをさらに含み、前記移動ステップは、少なくとも部分的に、前記第１のイメージ及び前記第２のイメージの少なくとも一方に基づいて行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第３撮像装置の第３の倍率は、前記第２撮像装置の第２の倍率よりも大きく、
前記第２の倍率は、前記第１撮像装置の第１の倍率よりも大きく、
前記第１撮像装置の第１の視野は、前記第２撮像装置の第２の視野よりも広く、
前記第２の視野は、前記第３撮像装置の第３の視野よりも広い、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記被試験デバイスは、ウエハ上に存在する複数の被試験デバイスから選ばれ、
複数の被試験デバイスの第１の部分に対して、請求項１７に記載の方法を繰り返し、さらに、
前記複数の被試験デバイスの第２の部分に対するオフセット量及び距離を決定せずに、前記複数の被試験デバイスの前記第１の部分とは異なる、前記複数の被試験デバイスの前記第２の部分を前記プローブに接触させる接触ステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【国際調査報告】
2013522886.tif 000017