(57)【要約】半導体ウエハーの試験用に、プローブを効率的に位置決めするための撮像装置を有するシステム。
2008529304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験デバイス用プロービングシステムであって、
（ａ）単一の光学経路を介して前記被験デバイスを検出する対物レンズと、
（ｂ）前記単一の光学経路から、第一の倍率で前記被験デバイスの第一ビデオシーケンスを検出する第一撮像装置と、
（ｃ）前記単一の光学経路から、第二の倍率で前記被験デバイスの第二ビデオシーケンスを検出する第二撮像装置とを備え、
（ｄ）前記第一ビデオシーケンス及び前記第二ビデオシーケンスを、コンピュータ装置に同時に提供し、
（ｅ）前記コンピュータ装置は、ビデオ信号を、前記第一ビデオ信号及び前記第二ビデオ信号を第一モニタに同時に表示するディスプレイに提供することを特徴とする被験デバイス用プロービングシステム。
【請求項２】
前記ビデオ信号が第二モニタに提供される、請求項１記載のプロービングシステム。
【請求項３】
（ａ）前記単一の光学経路から、第三の倍率で前記被験デバイスの第三ビデオシーケンスを感知する第三撮像装置を備え、
（ｂ）前記第一ビデオシーケンス、前記第二ビデオシーケンス及び前記第三ビデオシーケンスを、前記コンピュータ装置に同時に提供する、請求項１記載のプロービングシステム。
【請求項４】
前記コンピュータ装置は、ビデオ信号を、前記第一ビデオ信号、前記第二ビデオ信号及び前記第三ビデオ信号を同時に表示する前記第一モニタに提供する、請求項３記載のプロービングシステム。
【請求項５】
前記コンピュータ装置は、ビデオ信号を、前記第三ビデオ信号を表示する第二モニタに提供する請求項３記載のプロービングシステム。
【請求項６】
被験デバイス用プロービングシステムであって、
（ａ）単一の光学経路を介して前記被験デバイスを検出する対物レンズと、
（ｂ）前記単一の光学経路から、第一の倍率で前記被験デバイスの第一ビデオシーケンスを検出する第一撮像装置と、
（ｃ）前記単一の光学経路から、第二の倍率で前記被験デバイスの第二ビデオシーケンスを検出する第二撮像装置と、
（ｄ）前記単一の光学経路から、第三の倍率で前記被験デバイスの第三ビデオシーケンスを検出する第三撮像装置とを含み、
（ｅ）前記第一ビデオシーケンス、前記第二ビデオシーケンス及び前記第三ビデオシーケンスを、前記コンピュータ装置に同時に提供することを特徴とする被験デバイス用プロービングシステム。
【請求項７】
被験デバイス用プロービングシステムであって、
（ａ）単一の光学経路を介して前記被験デバイスを検出する対物レンズと、
（ｂ）前記単一の光学経路から、第一の倍率で前記被験デバイスの第一ビデオシーケンスを検出する第一撮像装置と、
（ｃ）前記単一の光学経路から、第二の倍率で前記被験デバイスの第二ビデオシーケンスを検出する第二撮像装置と、
（ｄ）前記単一の光学経路から、第三の倍率で前記被験デバイスの第三ビデオシーケンスを検出する第三撮像装置とを含み、
（ｅ）ビデオ信号を、前記第一ビデオ信号、前記第二ビデオ信号及び前記第三ビデオ信号をモニタに同時に表示するディスプレイに提供することを特徴とする被験デバイス用プロービングシステム。
【請求項８】
前記第一ビデオ信号は第一ウィンドウに表示され、前記第二ビデオ信号は第二ウィンドウに表示され、前記第三ビデオ信号は第三ウィンドウに表示される、請求項７記載のプロービングシステム。
【請求項９】
被験デバイス用プロービングシステムであって、
（ａ）単一の光学経路を介して前記被験デバイスを検出する対物レンズと、
（ｂ）前記単一の光学経路から、第一の倍率で前記被験デバイスの第一ビデオシーケンスを検出する第一撮像装置と、
（ｃ）前記単一の光学経路から、第二の倍率で前記被験デバイスの第二ビデオシーケンスを検出する第二撮像装置とを含み、
（ｄ）前記第一ビデオシーケンス及び前記第二ビデオシーケンスを、ディスプレイに同時に提供し、
（ｅ）前記第一ビデオ信号の倍率は選択可能であり、前記第二ビデオ信号の倍率は選択可能であることを特徴とする被験デバイス用プロービングシステム。
【請求項１０】
前記第一ビデオ信号の前記倍率は、全倍率範囲の少なくとも５％の、ユーザによる選択ができない範囲を含む、請求項９記載のプロービングシステム。
【請求項１１】
被験デバイス用プロービングシステムであって、
（ａ）単一の光学経路を介して前記被験デバイスを検出する対物レンズと、
（ｂ）前記単一の光学経路から、第一の倍率で前記被験デバイスの第一ビデオシーケンスを検出する第一撮像装置と、
（ｃ）第一ウィンドウに前記ビデオシーケンスを表示するディスプレイとを含み、
（ｄ）前記ディスプレイは第二ウィンドウに前記第一ビデオシーケンスの領域を表示することを特徴とする被験デバイス用プロービングシステム。
【請求項１２】
前記第二ウィンドウに表示される前記ビデオは、前記１つの光学経路から第二倍率で他の撮像装置が得たものである、請求項７記載のプロービングシステム。
【請求項１３】
プロービングシステム用ビデオ表示方法であって、
（ａ）被験デバイスのビデオ信号を受信し、
（ｂ）ディスプレイ上の第一ウィンドウで前記ビデオ信号を表示し、
（ｃ）前記ディスプレイの一部の第二ウィンドウで前記ビデオ信号の第一部分を表示し、
（ｄ）前記ディスプレイの一部の第三ウィンドウで前記ビデオ信号の第二部分を表示することを含み、
（ｅ）前記第一部分及び前記第二部分はオペレータによって選択できることを特徴とするプロービングシステム用ビデオ表示方法。
【請求項１４】
第四ウィンドウで表示される前記ビデオ信号の第三部分と、
第五ウィンドウで表示される前記ビデオ信号の第四部分と、
第六ウィンドウで表示される前記ビデオ信号の第五部分と、
第七ウィンドウで表示される前記ビデオ信号の第六部分とをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記第二、第三、第四、第五、第六及び第七ウィンドウは、２×３の形式で配置される、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記第二、第三、第四、第五、第六及び第七ウィンドウは、３×２の形式で配置される、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
被験デバイス用プロービングシステムであって、
（ａ）前記被験デバイスを感知する対物レンズと、
（ｂ）前記被験デバイスの第一ビデオシーケンスを感知する撮像装置とを含み、
（ｃ）前記被験デバイスのビデオ信号をディスプレイに提供し、
（ｄ）オペレータは被験デバイスの前記ビデオ信号の領域を示し、前記システムはこれに応じ、ユーザ入力を要さず、前記被験デバイスの複数部分の拡大図を、複数ウィンドウに表示することを特徴とする被験デバイス用プロービングシステム。
【請求項１８】
前記複数ウィンドウは少なくとも４つのウィンドウを含む、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記ウィンドウは碁盤目配列である、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記オペレータの指示は長方形領域である、請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
前記少なくとも４つのウィンドウは、通常、前記長方形領域の４隅にある、請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
前記複数ウィンドウは少なくとも６つのウィンドウを含む、請求項１８記載のシステム。
【請求項２３】
少なくとも２つの前記ウィンドウは、他のウィンドウによるそれぞれの組の間にある、請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
プロービングシステム用ビデオ表示方法であって、
（ａ）被験デバイスのビデオ信号を受信し、
（ｂ）ディスプレイ上の第一ウィンドウで前記ビデオ信号を表示することを含み、
（ｃ）オペレータは被験デバイスの前記ビデオ信号の領域を示し、前記システムはこれに応じ、ユーザ入力を要さず、前記被験デバイスの複数部分の拡大図を、複数ウィンドウに表示することを特徴とするプロービングシステム用ビデオ表示方法。
【請求項２５】
前記複数ウィンドウは少なくとも４つのウィンドウを含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記ウィンドウは碁盤目配列である、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記オペレータの指示は長方形領域である、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも４つのウィンドウは、通常、前記長方形領域の４隅にある、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記複数ウィンドウは少なくとも６つのウィンドウを含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも２つの前記ウィンドウは、他のウィンドウによるそれぞれの組の間にある、請求項２９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００５年１月３１日出願の米国仮特許出願第６０/６４８７４７号、２００５年１月３１日出願の米国仮特許出願第６０/６４８９５１号、及び２００５年１月３１日出願の米国仮特許出願第６０/６４８９５２号の利益を主張する。
【０００２】
この発明は、半導体ウエハーを試験するために、効率的にプローブを位置決めする撮像装置を有するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体ウエハーの処理は、半導体ウエハー（以下、単に「ウエハー」という）の内部及び表面上に、多数のデバイスを形成する処理を含む。製造後、これらのデバイスには、通常、様々な電気的試験及び特性解析が行われる。ある場合には、この電気的試験は回路動作の特性を明らかにし、他の場合には、半導体処理の特性を明らかにする。回路とデバイスの特性を明らかにすることにより、半導体処理の生産性を増加させることができる。
【０００４】
多くの場合には、カスケードマイクロテックインコーポレイテッドから入手できる、プローブステーションが半導体処理の特性解析に利用される。図１、図２、及び図３を参照すると、プローブステーションは、（部分的に表示される）ベース１０を備え、このベース１０は複数のジャッキ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを通じて、プラテン１２を支持し、この複数のジャッキは、この後に記載する目的のために、ベースに対して垂直方向に小さい増分（おおよそ１０分の１インチ、即ち２．５４ミリメートル）だけプラテン１２を選択的に垂直方向に上昇及び下降させる。また、プローブステーションのベース１０によってモーター付ポジショナ１６が支持されており、モーター付ポジショナ１６は、ウエハー又は他の試験デバイスを支持するため、可動式チャックアセンブリ２０を支持する長方形プランジャ１８を有する。チャックアセンブリ２０は、プラテン１２中の大型開口部２２を自由に通り、プラテン１２は、Ｘ、Ｙ及びＺ軸に沿って、すなわち水平方向に相互に垂直な軸Ｘ及びＹに沿って、そして垂直方向にＺ軸に沿って、ポジショナ１６により、チャックアセンブリをプラテンから独立して移動可能にする。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には、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。
【０００５】
２４のような複数の個別のプローブポジショナ（図には１つのみ示している）がプラテン１２の上に設置され、各ポジショナは、プローブホルダ２８が取付けられる延伸部材２６を有し、プローブホルダ２８は、チャックアセンブリ２０の上に設置されるウエハー及び他の試験デバイスと接するために、それぞれのプローブ３０を順に支持する。プローブポジショナ２４は、チャックアセンブリ２０に対し、Ｘ、Ｙ及びＺ軸それぞれに沿って、プローブホルダ２８と、そしてプローブ３０の位置を調整する、マイクロメーター調節器３４、３６及び３８を有する。Ｚ軸は、プローブホルダ２８とチャックアセンブリ２０との間の「接近軸」として、ここで大まかに言及する軸の一例である。しかし、プローブ先端とウエハー又は他の試験デバイスとが、お互い接する際に沿う、垂直でも直線でもない接近の方向もまた、「接近軸」の言葉の意味の範囲に含まれることを意図している。他のマイクロメーター調節器４０は、プローブホルダ２８を調整用に傾け、チャックアセンブリ２０に支持されるウエハー又は他の試験デバイスに対して、プローブの平面性を調整する。それぞれのプローブを支持する、１２個もの個別プローブポジショナ２４を、プラテン１２上のチャックアセンブリ２０の周囲に配置可能であり、車輪のスポークと同様に、チャックアセンブリに向かって放射状に収束する。かかる配置により、各個別ポジショナ２４は、Ｘ、Ｙ及びＺ方向にそれぞれのプローブを独立して調節することが可能であり、一方ジャッキ１４は、プラテン１２及び全てのポジショナ２４と、それぞれのポジショナとを、一斉に上昇又は下降するために動作可能である。
【０００６】
環境制御筐体は、プラテン１２に堅く取付けられた上側ボックス部４２と、ベース１０に堅く取付けられた下側ボックス部４４とを含む。両ボックス部は鋼鉄又は他の好適な導電性材料で作られ、ＥＭＩシールドをもたらす。ジャッキ１４がプラテン１２を上昇又は下降するために作動された場合に、２つのボックス部４２及び４４の間の小さな縦方向の移動を調整するために、好適には銀又は炭素含浸シリコンで作られた、導電性弾性発泡体ガスケットが、筐体前部の両ボックス部の接合点と、下側ボックス部４４及びプラテン１２の間との周囲に設置され、２つのボックス部４２及び４４の間の相対的な縦方向移動にかかわらず、ＥＭＩ、実質的な密封性、及び軽い密閉性は全て維持される。上側ボックス部４２はプラテン１２に堅く取付けられているが、類似のガスケット４７をボックス部４２とプラテン上面との間に置き、密閉性を最大化することができる。
【０００７】
図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、上側ボックス部４２の上面は、それぞれのプローブポジショナ２４の延伸部材２６が可動して貫通できる、４９ａ及び４９ｂのような、８枚のサイドパネルを有する、八角形鋼鉄ボックス４８を備える。各パネルは、上で特定したガスケット材と類似しうる、弾性発泡体のシート５０がそれぞれの中に設置される、中空筐体を備える。５２のようなスリットは、各パネル筐体の内側及び外側に形成されるスロット５４と並んで、発泡体内を垂直方向に、部分的に切り込まれ、ここを通り、それぞれのプローブポジショナ２４のそれぞれの延伸部材２６は、可動して通過することができる。スリットのある発泡体は、ＥＭＩ、実質的な密封性、及び筐体によって提供される軽い密閉性を維持しながら、各プローブポジショナの延伸部材２６の、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向の移動を可能にする。４つのパネルでは、Ｘ及びＹ方向の移動範囲をより拡大するため、発泡体シート５０は内部にスロット５４を有する鋼鉄プレート５５のペアの間に挟まれ、かかるプレートは、パネル筐体の内側及び外側表面内のより大きなスロット５６で囲まれる移動範囲を通り、パネル筐体内で横方向に摺動可能である。
【０００８】
八角形ボックス４８の上には、凹状円形透明密閉窓６０を内部に有する、円形観察用開口部５８が備えられる。ブラケット６２は開口摺動式シャッター６４を保持し、窓を通る光の通過を選択的に許可又は阻止する。ＣＲＴモニタに接続される立体鏡（図示していない）を窓の上に配置し、起動時又は操作中、適切なプローブ配置のため、ウエハー又は他の試験デバイス、及びプローブチップの拡大表示を提供できる。代替的に、窓６０は削除可能であり、発泡体ガスケットで覆われた顕微鏡レンズ（図示していない）を、ＥＭＩ、密封性及び軽い密閉性を提供する発泡体と共に、観察用開口部５８を通して挿入できる。環境制御筐体の上側ボックス部４２はまた、図２Ａに示すようにヒンジ７０の旋回軸に対し外方向に向かって旋回する、ヒンジで連結された鋼鉄ドア６８を有する。ヒンジは、ドアを、上側ボックス部４２の上面に対し下方向に付勢し、上側ボックス部の上面と共に、堅く、重なりあった摺動式周囲密閉部６８ａを形成する。図２Ａに示すように、ドアが開き、チャックアセンブリ２０がポジショナ１６によって開くドアの下に移動された場合には、チャックアセンブリは積み降ろしのためにアクセス可能になる。
【０００９】
図３及び図４を参照すると、筐体の密閉完全性は、互いの上部で摺動できるように積み重なった、一連の４つの密閉プレート７２、７４、７６及び７８を設けることによって、モーター付ポジショナ１６による位置決め移動の間、同様に維持される。プレートの大きさは、プレート７２、７４、７６及び７８それぞれに形成される中央開口部７２ａ、７４ａ、７６ａ及び７８ａ、並びに下側ボックス部４４の底面４４ａに形成される開口部７９と同様に、一番上のプレートから一番下のプレートに向かって漸増する。一番上のプレート７２の中央開口部７２ａは、垂直方向に可動できるプランジャ１８の軸受筐体１８aの周囲と近接して対になる。一つ下側のプレート７４は、プレート７４の上面全域のプレート７２の摺動をそこまでに制限する、上方向に出張った周辺マージン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とその軸受筐体１８aを、Ｘ及びＹ軸に沿って横方向に、一番上のプレート７２の境界がプレート７４のマージン７４ｂと接するまで、移動可能にする大きさである。しかしながら、開口部７４ａの大きさは、上記接触が起きた場合でも、一番上のプレート７２によって覆われるために十分小さく、従って、プランジャ１８及びその軸受筐体のＸ及びＹ軸に沿った移動にかかわらず、プレート７２及び７４の間で密閉性は維持される。プレート７２がマージン７４ｂと接触する方向への、プランジャ１８と軸受筐体の更なる移動は、その下に位置するプレート７６の周辺マージン７６ｂに向かう、プレート７４の摺動を生じさせる。また、プレート７６の中央開口部７６ａは、マージン７６ｂとプレート７４の接触を可能にするためには十分大きいが、プレート７４による開口部７６ｂの露出を防止するためには十分小さく、従って、同様にプレート７４と７６との間の密閉性を維持する。さらに、同じ方向への、プランジャ１８と軸受筐体の更なる移動は、開口部７８ａ及び７９ａを露出することなく、その下に位置するプレートに対し、マージン７８ｂ及びボックス部４４の側面と接触する、プレート７６及び７８それぞれの、類似した摺動を生じさせる。摺動式プレートと、漸増する中央開口部の大きさとを組み合わせることで、ポジショナ１６による、Ｘ及びＹ軸に沿ったプランジャ１８の最大範囲での移動と、一方でこのような位置決め移動にかかわらず、筐体の密閉状態の維持とが可能になる。この構造によってもたらされるＥＭＩ密閉効果は、ポジショナ１６の電気モーターに関してさえ有効である。なぜならこのモーター１６は摺動式プレートの下に位置するからである。
【００１０】
図３、図６及び図７を特に参照すると、チャックアセンブリ２０は、環境制御筐体と共に、又は独立して利用できるモジュール構造である。プランジャ１８は、調節プレート７９を支持し、この調整プレート７９は、接近軸に沿ってプローブからの距離が漸増するように配置された、第一、第二及び第三チャックアセンブリ８０、８１及び８３をそれぞれ順に支持する。要素８３は、円形状の導電性要素８０及び８１を分離して積載する、導電性の長方形ステージすなわちシールド８３である。要素８０は、内部に垂直開口部８４が並んでいる、平面的な上向きのウエハー支持面８２を有する。これらの開口部はＯリング８８によって分けられた、それぞれのチャンバと通じており、このチャンバは、個別に制御される真空バルブ（図示していない）を経て真空源と通じる、異なる真空ライン９０ａ、９０ｂ及び９０ｃ（図６）と、順に、個別に接続される。従来の方法では、それぞれの真空ラインは、選択的に、それぞれのチャンバ及びその開口部を真空源に接続してウエハーを保持し、あるいは、開口部を真空源から分離してウエハーを放す。それぞれのチャンバ及び対応する開口部を個別に操作できるため、チャックが異なる直径のウエハーを保持することが可能になる。
【００１１】
ウエハー又は他の試験デバイスを要素８０によって同時に支持しつつ、円形要素８０及び８１に加えて、９２及び９４のような補助チャックを、要素８０及び８１から独立して、ねじ（図示していない）により、要素８３の角に分離して設置して、接触基板を支え、かつ、基板をキャリブレーションする。各補助チャック９２、９４は、要素８０の表面８２と並列関係にある、個別の上向きの平面表面１００、１０２をそれぞれ有する。真空開口部１０４は、各補助チャックの本体内で、表面１００及び１０２を通りそれぞれのチャンバと通じる。これらのチャンバのそれぞれは、順に、個別の真空ライン及び個別の独立に動作する真空バルブ（図示していない）を通って真空源と通じ、各バルブは、要素８０の開口部８４の動作から独立して、真空源に対してそれぞれの開口部１０４の組を、選択的に接続又は絶縁し、ウエハー又は他の試験デバイスから独立して、それぞれの表面１００及び１０２上に位置する、接触基板又はキャリブレーション基板を、選択的に支持又は開放する。随意的な金属シールド１０６は、要素８３の境界から上方向にはみ出し、他の要素８０、８１及び補助チャック９２、９４を囲むことができる。
【００１２】
全てのチャックアセンブリ要素８０、８１及び８３と、同様に追加チャックアセンブリ要素７９は、電気伝導性の金属で構成されるが、お互い電気的に絶縁され、９６のような金属ねじによって分離して相互に連結される。図３及び図３Ａを参照すると、この電気的な絶縁は、弾性誘電Ｏリング８８に加え、誘電スペーサ８５と誘電ウエハー８６が備わっているという事実に起因する。これらは、ねじ９６は各ねじが結びつける２つの要素のうち低い方の特大開口部を通り、従って、ねじの軸部と低い方の要素との間の電気的接触を防ぐという事実と相まって、所望の絶縁性をもたらす。図３から明らかなように、誘電性スペーサ８５は相互接続したチャックアセンブリ要素の対向する表面領域のうち小領域のみに広がるため、従って、対向する表面の間で、それぞれの領域の大部分に空隙を残す。このような空隙はそれぞれのチャックアセンブリ要素の間の空間の誘電定数を最小化し、従って、対応してその間の電気容量と、ある要素から他の要素へと電流が漏電する可能性とを最小化する。好適には、このスペーサ８５及びワッシャー８６は、それぞれ、高い次元の安定性及び高い抵抗力に対応する、最小許容誘電定数を有する材料で構成される。スペーサ及びウエハーに好適な材料は、ガラスエポキシ、又はＥ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔによる商標Ｄｅｌｒｉｎの下で市販される、アセチルホモポリマである。
【００１３】
図６及び図７を参照すると、チャックアセンブリ２０はまた、全体として１０８及び１１０として示される、取外し可能な電気コネクタアセンブリの組を含み、各コネクタアセンブリは、互いから電気的に絶縁された少なくとも２つの導電性コネクタ要素１０８ａと１０８ｂ及び１１０ａと１１０ｂをそれぞれ含み、好適にはコネクタ要素１０８ｂと１１０ｂは、コネクタ要素１０８ａ及び１１０ａを、それらの保護として同軸上に取り囲む、とを備える。必要であれば、コネクタアセンブリ１０８及び１１０を三軸に構成して、図７に示すように、それぞれのコネクタ要素１０８ｂ及び１１０ｂを取り囲む、それぞれの外側のシールド１０８ｃ及び１１０ｃを含むことが可能である。外側のシールド１０８ｃ及び１１０ｃは、必要であれば、シールドボックス１１２と、コネクタ支持ブラケット１１３とを通って、チャックアセンブリ要素８３と電気的に接続されて良い。しかしこのような電気的な接続は、特に周囲のＥＭＩシールディング筐体４２、４４を考慮すると、随意的なものである。いずれにせよ、それぞれのコネクタ要素１０８ａ及び１１０ａは、湾曲接触面１１４ａに沿ってねじ１１４ｂ及び１１４ｃによりチャックアセンブリ要素８０と嵌合的かつ分離可能に接続されるコネクタプレート１１４と平行に、電気的に接続される。反対に、コネクタ要素１０８ｂ及び１１０ｂは、要素８１と、同様に嵌合的かつ取外し可能に接続されるコネクタプレート１１６と平行に接続される。コネクタ要素は、ボックス１１２の長方形開口部１１２ａを自由に通り、ボックス１１２から、したがって要素８３から電気的に絶縁されるとともに、互いに電気的に絶縁される。１１８のような位置決めねじは、コネクタ要素をそれぞれのコネクタプレート１１４及び１１６に取外し可能に固定する。
【００１４】
同軸か、図示するように、３軸かのケーブル１１８及び１２０は、環境制御筐体の下部４４の壁を貫通し、３軸コネクタ１２２及び１２４の外側シールドは電気的に筐体に接続される、それぞれの３軸の取外し可能なコネクタ１２２及び１２４のように、それぞれの取外し可能な電気コネクタアセンブリ１０８及び１１０の一部を形成する。他の３軸ケーブル１２２ａ、１２４ａは、試験アプリケーションに応じ、ヒューレットパッカード４１４２Ｂモジュール式ＤＣ源／モニタ、又はヒューレットパッカード４２８４精密ＬＣＲメータのような好適な試験デバイスから、コネクタ１２２、１２４に取外し可能に接続可能である。ケーブル１１８及び１２０が、単に同軸ケーブル又は２つの導体のみ有する他種類のケーブルの場合には、一方の導体は、それぞれのコネクタ１２２又は１２４の内部（信号）コネクタ要素を、それぞれのコネクタ要素１０８ａ又は１１０ａと相互接続し、他方の導体は、それぞれのコネクタ１２２又は１２４の中間（ガード）コネクタ要素を、それぞれのコネクタ要素１０８ｂ、１１０ｂと相互接続する。米国特許第５５３２６０９号は、プローブステーション及びチャックを開示しており、参照することにより本願に援用される。
【００１５】
半導体試験用プローブを、通常は伝導性パッド上に、位置決めするため、顕微鏡が使用できる。半導体上における顕微鏡の位置決め処理は、時間がかかり、労力を要する。視野角の広い顕微鏡用の対物レンズが選択され、取付けられる。そして、プローブは、半導体が下に来るように、顕微鏡の通常視野に移動され、対物レンズは、プローブの上部領域に焦点を合わせる。ここで、プローブ先端から離れた、プローブの上部領域に、通常、焦点が合っている。プローブの下部領域とプローブ先端には、対物レンズの被写界深度が限られているため、通常焦点が合っていない。また、この時点では、半導体のより大きい特徴だけが識別できる。オペレータによって顕微鏡のズームは増加可能であり、顕微鏡は、より狭い視野を提供する、プローブからより離れた部分へと焦点をずらし、半導体の中間領域に焦点を合わせる。ここで、プローブの中間領域を観察している場合には、対物レンズの被写界深度が限られているため、プローブの上部領域とプローブ先端領域には、通常焦点が合っていない。また、この時点では、半導体のより小さい領域が識別できる。オペレータによって顕微鏡のズームは増加可能であり、顕微鏡は、さらにより狭い視野を提供する、プローブ先端へと焦点をずらし、対応する被験デバイスと共に、プローブ先端領域に焦点を合わせる。プローブのプローブ先端領域を観察している場合には、対物レンズの被写界深度が限られているため、プローブの下部領域とプローブ上部領域には、通常焦点が合っていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
所望の被験デバイス上にプローブ先端を位置決めすることは単純に思われる一方、これは厄介で困難な仕事であることが判明する。顕微鏡をズームする場合には、プローブが焦点からはずれ、顕微鏡の焦点を再度あわせた場合には、プローブが視野の中にないことがよくある。これが起きた場合には、広い視野にズームアウトし、処理を再開する必要がある。また、お互いの近接にいくつかのデバイスがあり、広範な視野を観察している場合には、どの被験デバイスにプローブ先端が実際に近接しているのか識別することは困難である。顕微鏡がズームし、視野がますます狭くなると、プローブが近接するデバイス群の中からどのデバイスを実際に試験しているか判断することが困難になりがちである。多くの場合には、オペレータは高倍率顕微鏡の使用を希望し、これは顕微鏡の収縮、対物レンズの交換、及び顕微鏡の後方位置への移動を必要とする。不運にも、わずかな振動によってでさえ、プローブに対するウエハーの移動が発生すると、プローブはもはや近接配置ではなくなる。このように、対物レンズは通常、低い拡大率のレンズへと元に戻され、処理が再び開始される。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明の一実施形態は、
被験デバイス用のプローブシステムであって、
単一の光学経路を介して前記被験デバイスを検出する対物レンズと、
この単一光学経路から、第一の倍率でこの被験デバイスの第一ビデオシーケンスを検出する第一撮像装置と、
この単一光学経路から、第二の倍率でこの被験デバイスの第二ビデオシーケンスを検出する第二撮像装置と、
この単一光学経路から、第三の倍率でこの被験デバイスの第三ビデオシーケンスを検出する第三撮像装置とを含み、
ビデオ信号を、第一ビデオ信号、第二ビデオ信号及び第三ビデオ信号を一台のモニタに同時に表示するディスプレイに提供するプローブシステムを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図８を参照すると、プロービングシステムは、顕微鏡２０６と共に、ウエハー２０４用の支持部２０２を有するプロービング環境２００を含むことができる。好適には、顕微鏡２０６は、対物レンズ２１２を通過する、単一の光学経路２１０を含む。さらに、好適には、このシステムは被験デバイスの撮像用に単一の光学経路のみを含む。被験デバイスからの単一の光学経路２１０を含むことにより、そうしない場合に複数の顕微鏡の異なる対物レンズ間で必要になる、レジストレーションと位置合わせが軽減される。この光学経路は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のような、第一撮像装置２１６上に、被験デバイスからの光を撮像する、第一レンズ２１４を通過できる。光学スプリッタ装置２１８を用いて、第一撮像装置２１６上に撮像される光の一部２２０の方向を変えることができる。この光２２０は鏡２２１で反射され、第二レンズ２２２を通過できる。光学スプリッタ装置２２６と鏡２３０を用いて、第二撮像装置２２４上に撮像される光の一部２２８の方向を変えることができる。従って、第二レンズ２２２からの光は第二撮像装置２２４上に光を撮像する。光学スプリッタ装置２２６を通過する光はレンズ２３２を通過し、第三撮像装置２３４上に撮像される。
【００１９】
第一撮像装置２１６は、対物レンズ２１２及び第一レンズ２１４に基づく第一拡大率で、被験デバイスを撮像する。通常、第一撮像装置２１６は比較的広い視野を撮像する。
【００２０】
第二撮像装置２２４は、対物レンズ２１２、第一レンズ２１４及び第二レンズ２２２に基づく第二拡大率で、被験デバイスを撮像する。通常、第二撮像装置２２４は、第一撮像装置２１６の比較的広い視野よりも大きい拡大率である、中程度の視野を撮像する。
【００２１】
第三撮像装置２３４は、対物レンズ２１２、第一レンズ２１４、第二レンズ２２２、及び第三レンズ２３２に基づく第三拡大率で、被験デバイスを撮像する。通常、第三撮像装置２３４は、第二撮像装置２２４の中程度の視野よりも大きい拡大率である、狭い視野を撮像する。
【００２２】
第一撮像装置２１６に対する広い視野では、被験デバイスの大きい特徴が観察できる。第二撮像装置２２４のより狭い視野では、被験デバイスのより小さい特徴が観察できる。第三撮像装置２３４のさらに狭い視野では、被験デバイスのさらに小さい特徴が観察できる。見てわかるとおり、３つの撮像装置は同一デバイスの異なる視野を提供する。さらに、１つの光学経路２１２の使用により、各撮像装置からの各画像が、中心画像とその両脇といったように、互いに適切に並べられる可能性が増加する。顕微鏡内部には、複数の光学経路があっても良い。
【００２３】
それぞれが被験デバイスのビデオシーケンスフレームを提供する、３つ以上の異なる撮像装置を使用すると、半導体装置試験アプリケーションにおいて被験デバイスに対するプローブのより効率的な位置合わせが容易となる。ある実施形態では、２つ以上の撮像装置のみを用いても良い。
【００２４】
顕微鏡２０６は、ギガビットネットワークケーブルのようなケーブル２４０に接続された出力部２３８を有する。各撮像装置２１６、２２４、２３４は、ケーブル２４０に（ほとんどの場合は、連続するフレームシーケンスで構成される）ビデオ信号を提供する。ケーブル２４０中の複数のビデオ信号は、好適には、それぞれの撮像装置２１６、２２４、２３４から連続フレームとして撮影された、同時ビデオシーケンスである。さらに、ビデオ信号は、好適には、例えケーブル２４０内で多重化されていても、同時に送信される。顕微鏡２０６はビデオ信号用に１つの出力部を有することが望ましいが、ある実施形態では、顕微鏡２０６は、各一つの撮像装置及びビデオ信号を備える、複数の出力部と複数のケーブルを有することができる。
【００２５】
ケーブル２４０内で送信される複数ビデオ信号はコンピュータ装置２５０に提供される。多くの場合には、この入力画像はＡＧＰ接続又はＰＣＩ接続されたグラフィックカードに提供される。従って、コンピュータ装置は複数の同時ビデオストリームを受信する。各ビデオストリームは、要望どおり、鮮鋭化及び細部を改善するための時間的解析を用いることにより、画像品質を改善することができる。３つのビデオ画像は、合成ビデオ画像上に表示される各ビデオ画像の一部を備える１つの合成ビデオ画像へと組み合わされ、観察者に示すために１つの画面に提供されても良い。この場合には、各観察者は複数ビデオ画像を１つの画面で見ることができる。
【００２６】
図９を参照すると、コンピュータ装置２５０に信号が提供さている。３つのビデオ画像は、２つ又は３つのモニタのように、複数のモニタ２６０、２６２に提供することができる。１つ以上のモニタに対するビデオ信号は、顕微鏡からの２つ以上のビデオストリームの合成物を含むことができる。合成ビデオストリームは複数ビデオストリームが与えられることを示す。これは通常、信号を１つのビデオストリームに組み合わせることで行われるが、他の方法を利用しても良く、２つの個別のビデオストリームを同じモニタに与えることも含む。
【００２７】
図１０を参照すると、第一撮像装置２１６を使い、プローブ３０４及び被験デバイス３０６を、画面３００の第一ウィンドウ３０２内で観察することが望ましい。第一撮像装置２１６を使うことで、プローブ３０４及び被験デバイス３０６の比較的広い視野が観察できる。プローブ３０４を被験デバイス３０６に略合わせることができる。これにより、オペレータが被験デバイスの大きい領域を観察し、被験デバイス群から所望の被験デバイスにプローブ３０４を合わせることが可能になる。
【００２８】
さらに、第二撮像装置２２４を使い、プローブ３０４及び被験デバイス３０６を、画面３００の第二ウィンドウ３１０で観察することが望ましい。第二撮像装置２２４を使うことで、プローブ３０４及び被験デバイス３０６のより狭い視野が観察できる。被験デバイス３０６の細部が第二ウィンドウ３１０で観察できるため、プローブ３０４をより正確に被験デバイス３０６に合わせることが可能になる。これにより、オペレータが、第一ウィンドウ３０２を使い、被験デバイスの大きな領域を観察してプローブ３０４を配置し、第二ウィンドウ３１０で被験デバイスのより狭い領域を観察して、プローブ３０４を配置することができる。このようにして、顕微鏡の焦点ずれを発生させがちな、ズームイン・ズームアウトの必要なく、オペレータは、第一ウィンドウ３０２を使って、大まかにプローブを導くことができ、そしてさらに第二ウィンドウを使って、プローブをより正確に導くことができる。
【００２９】
まださらに、第三撮像装置２３４を使い、プローブ３０４及び被験デバイス３０６を、画面３００の第三ウィンドウ３２０で観察することが望ましい。第三撮像装置２３４を使うことで、プローブ３０４及び被験デバイス３０６のさらにより狭い視野が観察できる。被験デバイス３０６の細部は第三ウィンドウ３２０で観察できるため、プローブ３０４をより正確に被験デバイス３０６に合わせることが可能になる。これにより、オペレータが、第一ウィンドウ３０２を使い、被験デバイスの大きな領域を観察してプローブ３０４を配置し、第二ウィンドウ３１０で被験デバイスのより狭い領域を観察してプローブ３０４を配置することができ、第三ウィンドウ３２０を使って、被験デバイス３０６の上にプローブ３０４をより正確に位置決めすることができる。このようにして、顕微鏡の焦点ずれを発生させがちな、ズームイン・ズームアウトの必要なく、オペレータは、第一ウィンドウ３０２を使って、大まかにプローブを導くことができ、そしてさらに第二ウィンドウを使ってプローブをより正確に導くことができ、そして第三ウィンドウ３２０を使って被験デバイスにプローブを導くことができる。要望どおり、追加のウィンドウ及び撮像装置が使用できる。ある実施形態では、各（２つ以上の）ウィンドウに対するビデオは、１つの撮像装置、２つの撮像装置、又は３つ以上の撮像装置によって提供されうる。
【００３０】
装置操作中、通常、プローブ３０４及び被験デバイス３０６が第一ウィンドウ３０２に表示される。この後、オペレータがプローブ３０４を被験デバイス３０６に近づけると、プローブ３０４が第二ウィンドウ３１０に表示される。オペレータは、第二ウィンドウ３１０でプローブ３０４及び被験デバイス３０６を同時に観察しながら、プローブ３０４を動かすことができる。そして、オペレータがプローブを被験デバイス３０６に近づけると、プローブ３０４が第三ウィンドウ３２０に現れる。オペレータは、第三ウィンドウ３２０でプローブ３０４及び被験デバイス３０６を同時に観察しながら、プローブが被験デバイス上に位置するように、プローブ３０４を動かすことができる。従って、プローブ３０４のＸ、Ｙ及びＺ方向の先端は、被験デバイス３０６と効率的に合わせることができる。
【００３１】
図１１を参照すると、このシステムは、ウィンドウ４００を被験デバイス上でズームイン・ズームアウトさせる、ズーム機能４０２を含むことができる。このズームの範囲は０（零）から１００の範囲で拡大・縮小可能であり、０（零）は最広角、１００は最狭角を表す。第一撮像装置２１６は、範囲Ａの画像ズームに対するデジタルズームを提供する際の、基礎として利用することができる。第一撮像装置２１６の「自然」画像モードは、ズームが０（零）の点である。第二撮像装置２２４は、範囲Ｂの画像ズームに対するデジタルズームを提供する際の、基礎として利用することができる。第二撮像装置２２４の「自然」画像モードは、ズームが１／３の点で良い。第三撮像装置２３４は、範囲Ｃの画像ズームに対するデジタルズームを提供する際の、基礎として利用することができる。第三撮像装置２３４の「自然」画像モードは、ズームが２／３の点で良い。（自然モードの次に低い）最良の利用可能な画像品質に基づくデジタルズームの使用は、第三撮像装置２３４を８０％のデジタルズームに対して使用するように、より高品質なデジタルズームを提供する。「自然」モードは通常、撮像装置からのデジタルズームされていない画像を指す。
【００３２】
オペレータが最高品質の画像だけを観察したいと望む場合には、品質モード４１０を選択できる。品質モードにおける動作では、利用できるズームは、それぞれの撮像装置の、デジタルズームされていない「自然」画像であることを表す０（零）、１／３及び２／３に設定できる。また、ある撮像装置は、画像取得に用いるサンプリングに応じて、複数の、デジタルズームされていない「自然」画像を有することができる。さらに、例えば各範囲Ａ、Ｂ及びＣの１／２のような、他の選択されたズームも提供できる。通常、ズーム機能４０２は、利用できる全てのデジタルズームより小範囲に制限可能であり、そうしない場合の過剰なデジタルズームからは生じないであろう、画像品質を維持する。例えば、オペレータからは選択できない、（０（零）から１００のスケールに基づいて）５％以上のズーム範囲の領域が、１つ以上存在することができる。
【００３３】
図１２を参照すると、このシステムはまた、複数のウィンドウ４２０、４２２、４２４を含むことができ、各ウィンドウは、選択されたズームにおける、ウィンドウ４００の選択された一部分でありうる。ウィンドウ４００は任意のズームでよいが、好適には最広角の視野となる。この方式では、オペレータは被験デバイスの複数の領域を同時に観察することができ、各領域は、異なる被験デバイスを試験する、異なるプローブと関連することができる。この場合には、親ウィンドウ４００をビデオフレームレートで更新し、各ウィンドウ４２０、４２２、４２４も同様にビデオフレームレートで更新することができる。ある実施形態では、画像を、必要であれば、ビデオフレームレートより遅いレートで更新しても良い。
【００３４】
多くの状況では、被験デバイスは、３×２の通常配列で配置され、各３つの整列されたパッドは、グラウンド−信号−グラウンドとなる。図１３を参照すると、３×２のウィンドウが縦配列で配置されるウィンドウの組４３２を表示する、縦モード４３０が選択可能であることが好ましい。通常、ウィンドウ４３４Ａは左側プローブのグラウンド経路に関し、ウィンドウ４３４Ｂは左側プローブの信号経路に関し、ウィンドウ４３４Ｃは左側経路のグラウンドパスに関し、ウィドウ４３４Ｄは右側プローブのグラウンド経路に関し、ウィドウ４３４Ｅは右側プローブの信号経路に関し、ウィドウ４３４Ｆは右側プローブのグラウンド経路に関する。このようにして、ウィンドウ４３４Ａ−Ｆは、被験デバイスに用いられるプローブの組と類似する位置に位置付けられる。
【００３５】
多くの状況では、被験デバイスは、２×３の通常配列で配置され、各３つの整列されたパッドは、グラウンド−信号−グラウンドとなる。図１４を参照すると、２×３のウィンドウが縦配列で配置されるウィンドウの組４３６を表示する、横モード４３８が選択可能であることが好ましい。通常、ウィンドウ４４０Ａは上側プローブのグラウンド経路に関し、ウィンドウ４４０Ｂは上側プローブの信号経路に関し、ウィンドウ４４０Ｃは上側経路のグラウンドパスに関し、ウィドウ４４０Ｄは下側プローブのグラウンド経路に関し、ウィドウ４４０Ｅは下側プローブの信号経路に関し、ウィドウ４４０Ｆは下側プローブのグラウンド経路に関する。このようにして、ウィンドウ４４０Ａ−Ｆは、被験デバイスに用いられるプローブの組と類似する位置に位置付けられる。
【００３６】
ある場合には、オペレータは、プローブの特別なプローブ設定に対する、ウィンドウの特別な設定を必要としても良い。この場合には、ユーザは、任意の所望の配置で、ユーザが画面上にウィンドウの組をレイアウトできる、レイアウト４５０を選択することができる。さらに、ユーザはこれらのカスタムレイアウトを将来の使用のため、保存又は検索できる。
【００３７】
図１５を参照すると、プローブパッドの組５０２を含む、画像ビデオ５００の領域を観察することが望ましい。通常、プローブカード又は１つ以上のプローブを使う場合には、針すなわち接点の組が、プローブパッド５０２のパターンマッチングと並べられる。通常、オペレータは、左上のパッド５０４のような、パッドの１つに針を合わせる。そして、オペレータは、右下のパッド５０６のような、他の接点の１つに針を合わせる。そして、オペレータは、左下の針５０８及び右上の針５１０を合わせる。オペレータは同様に、中心の針を、中央上のパッド５１２及び中央下のパッド５１４に合わせる。接点パッドに対する針の位置あわせの間、通常、顕微鏡は動かされ、好適な観察が可能になる。不運にも、１つの針の配置に必要な、プローブカード（又は被験デバイス）のＸ、Ｙ、Ｚ軸及びシータの調整は、それ以前に配置されたパッドに対し、他の針のわずかな移動を生じさせる。従って、各針は通常、適切な位置合わせを保証するため、チェック及び数回の再チェックをする必要がある。
【００３８】
図１６を参照すると、被験デバイスと針（すなわち接点）との位置あわせに対する不満を減少させるため、ユーザは、所望の被験デバイス５０２の周りにボックス５２０を描画することにより、被験デバイスを含む領域を選択することができる。好適には、ボックス５２０は、被験デバイス５０２を近接して取り囲む、対角の組を選択することで、表示される。ボックス５２０に基づき、左上領域５２２、左下領域５２８、右上領域５２６、右下領域５３２は、ユーザの選択ではなく自動的に選択されても良い。これらの領域５２２、５２６、５２８及び５３２は、それぞれより大きいウィンドウで提供され、オペレータはより簡単にそれぞれの領域を観察することができる。このより大きなウィンドウは同様に、被験デバイスと一致する方式で配列され、各領域はより簡単に識別できる。
【００３９】
プローブ又はプローブカードの針は、顕微鏡を移動させる必要なく、プローブの位置合わせを簡単に示すより大きいウィンドウを観察しながら、被験デバイス５０２と合わせることができる。この方法により、オペレータは全ての４つの角でプローブを観察することができる。
【００４０】
被験デバイスの位置合わせに関し、プローブ針の角度関係をよりよく示すため、このシステムは、領域５２４及び５３０のような、中央領域の表示を備えることが望ましい。この方法により、オペレータはプローブを全ての４つの角及び中央領域で観察することができる。
【００４１】
このシステムは、ユーザによる、各領域５２２、５２４、５２６、５２８、５３０及び５３０の大きさ及び位置の修正を可能にしても良い。他の設定及び選択は、同様に、要望どおり自動的に投入されても良い。ビデオは１つの撮像装置を端緒としてよく、又は複数の異なる画像装置から表示され、画像品質向上を実現させても良い。装置操作中、通常、プローブ針は、１つ以上のウィンドウで表示される。ユーザが、プローブカードのＸ、Ｙ、Ｚ軸及びシータを調整し、針をより大きなウィンドウに示されるパッドに合わせることができる。このようにして、顕微鏡を前後に動かす必要なく、ユーザプローブを効率的に合わせることができる。
【００４２】
前述の明細書中で用いられた用語及び表現は、限定のためではなく説明のために明細書中で使われ、このような用語及び表現の使用には、ここに図示及び記載された特徴又はその一部との均等物を排除する意図はなく、この発明の範囲は、明細書に添付した特許請求の範囲によってのみ規定及び限定されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明に従って構成されたウエハープローブステーションの典型的な実施形態の部分的な正面図である。
【図２】図１のウエハープローブステーションの上面図である。
【図２Ａ】図１のウエハープローブステーションの部分的な上面図であり、筐体ドアを部分的に開いた状態で示す。
【図３】図１のプローブステーションの部分断面及び部分概略正面図である。
【図３Ａ】図３の線３Ａ−３Ａに沿った拡大断面図である。
【図４】モーター付位置決め機構が筐体の底面を通じて伸びる、密閉アセンブリの上面図である。
【図５Ａ】図１の線５Ａ−５Ａに沿った拡大上面詳細図である。
【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部分概略上面詳細図である。
【図７】図６のチャックアセンブリの部分断面正面図である。
【図８】顕微鏡と共にプロービングシステムを示す。
【図９】顕微鏡と共に他のプロービングシステムを示す。
【図１０】グラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図１１】他のグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図１２】他のグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図１３】他のグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図１４】他のグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図１５】被験デバイスのパターンを示す。
【図１６】被験デバイスのパターンと自動導入されたウィンドウの組を示す。
【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】
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【図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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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