(57)【要約】      （修正有）【課題】プローバ装置の順応化によって、生産試験を行うことが出来ない時間（最大５時間）を、短縮することができるプローバ装置及びその操作方法を提供する。【解決手段】該プローバ装置の操作方法は、該プローバ装置の少なくとも一部の温度を制御する工程を有する。プローバ装置の他の操作方法は、熱交換手段と上記プローバ装置の少なくとも１つの部材との間において熱エネルギーを生成および伝達する工程を有し、ここでは、熱エネルギーの、生成工程、伝達工程、または、生成すると共に伝達する工程が制御される。プローバ装置は、少なくとも１つの熱交換素子２４を備え、該熱交換素子２４は、少なくとも１つのプローブ冶具支持体２２に対して空間的関係に配置されて、該プローブ冶具支持体の温度に影響を与えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローバ装置の操作方法であって、
試験用デバイスをプローバ装置の内部に配置する工程と、
選択的に上記プローバ装置の少なくとも一部に熱エネルギーを供給するか、または、選択的に上記プローバ装置の少なくとも一部から熱エネルギーを排除することによって、能動的に上記プローバ装置の少なくとも一部の温度を制御する工程と、
上記温度が所定のレベルに達した後に、上記試験用デバイスに電気試験を行う工程とを有することを特徴とする、プローバ装置の操作方法。
【請求項２】
上記温度を制御する工程は、パルス幅変調によって、または、必要に応じてマイクロコントローラに基づいた自動制御によって、熱エネルギーの流れを制御する工程を有することを特徴とする、請求項１に記載のプローバ装置の操作方法。
【請求項３】
上記温度を制御する工程は、閉ループ制御によって、熱エネルギーの流れを制御する工程を有することを特徴とする、請求項１に記載のプローバ装置の操作方法。
【請求項４】
上記温度を制御する工程は、熱交換素子を用いて上記温度を制御する工程を有することを特徴とする、請求項１に記載のプローバ装置の操作方法。
【請求項５】
上記温度を制御する工程は、加熱素子を用いて上記温度を制御する工程を有することを特徴とする、請求項４に記載のプローバ装置の操作方法。
【請求項６】
上記加熱素子は、電気加熱ホイル、電熱線、電気輻射炉またはペルチェ素子を有することを特徴とする、請求項５に記載のプローバ装置の操作方法。
【請求項７】
上記温度を制御する工程は、冷却素子を用いて上記温度を制御する工程を有することを特徴とする、請求項４に記載のプローバ装置の操作方法。
【請求項８】
上記熱交換素子は、閉ループ制御技術を用いて制御されることを特徴とする、請求項４に記載のプローバ装置の操作方法。
【請求項９】
上記閉ループ制御技術は温度センサを利用することを特徴とする、請求項８に記載のプローバ装置の操作方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの温度センサが、上記プローバ装置の温度制御された部分に取り付けられていることを特徴とする、請求項９に記載のプローバ装置の操作方法。
【請求項１１】
プローバ装置であって、
試験環境を提供するハウジングと、
上記ハウジングの内部に配置されて、試験用デバイスを支える寸法である支持構造物と、
上記支持構造物に隣接して配置されると共に、配置された試験用デバイスに電気試験を行うように形成されたプローバと、
上記プローバに隣接して配置されると共に、上記プローバの少なくとも１つの部品のみを温度制御するように形成された熱交換素子とを備えることを特徴とする、プローバ装置。
【請求項１２】
上記熱交換素子は加熱素子を備えることを特徴とする、請求項１１に記載のプローバ装置。
【請求項１３】
上記加熱素子は、電気加熱ホイル、電熱線、電気輻射炉またはペルチェ素子を備えることを特徴とする、請求項１２に記載のプローバ装置。
【請求項１４】
上記熱交換素子は冷却素子を備えることを特徴とする、請求項１１に記載のプローバ装置。
【請求項１５】
上記プローバは、プローブカードを備え、上記熱交換素子は、上記プローブカードのみを温度制御するように形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のプローバ装置。
【請求項１６】
上記プローバは、プローブ冶具支持体を備え、上記熱交換素子は、上記プローブ冶具支持体のみを温度制御するように形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のプローバ装置。
【請求項１７】
上記ハウジングは、ヘッドプレートを備え、上記熱交換素子は、さらに上記ヘッドプレートのみを温度制御するように形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のプローバ装置。
【請求項１８】
上記熱交換素子に接続されたコントローラをさらに備え、上記コントローラは、上記熱交換素子の閉ループ制御を行うことを特徴とする、請求項１１に記載のプローバ装置。
【請求項１９】
上記コントローラに接続された複数の温度センサをさらに備えることを特徴とする、請求項１８に記載のプローバ装置。
【請求項２０】
上記温度センサは、上記プローバ装置の温度制御された部分に取り付けられていることを特徴とする、請求項１９に記載のプローバ装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本願は、２００７年５月４日出願の米国仮出願番号第６０／９１６，２０５号の利益を主張し、その全てを参照することにより本願明細書に援用する。
【０００２】
〔技術分野〕
本明細書には、プローバ装置、例えばウェハプローバ機器、および、そのセットアップ操作方法を開示する。
【０００３】
〔背景〕
高いＯＥＥ（設備総合効率：overall equipment efficiency）を達成するには、計測時間だけでなくプロービングセットアップ時間にも照準を当てる必要がある。多くの場合、ウェハまたはダイスのような半導体製品を試験するプローバ装置の操作は、起動手順に時間がかかるために遅くなりがちである。例えば、異なる製品を試験する場合には、所定の試験挿入と上記装置の設定とを変える必要がある。他の例では、使い古された冶具の取り替えが必要となるか、または、他のメンテナンスが必要となる。このような処理が完了すると、上記プローバ装置は、再スタートされるか、または、新たな条件のためにセットアップされる。特に、試験手順を、極めて高温度または極めて低温度において行う必要がある場合には、上記プローバ装置の順応化によって、生産試験を行うことが出来ないかなりの時間（最大５時間）が必要となる。つまり、熱くなった試験用デバイス、または、冷たくなった試験用デバイスが放熱するだけでその部材の定常状態の熱ひずみが生じることに対してプローバ装置が適合するために、生産試験を行うことが出来ないかなりの時間が必要となる。所定の温度条件の下での半導体製品の生産試験は、試験環境の熱平衡を必要とする。
【０００４】
〔図面の簡単な説明〕
プローバ装置の温度制御された部分の典型的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図１は、プローバ装置の温度制御されたヘッドプレートを示す図である。
【０００６】
図２は、本発明のプローバ装置を示す図である。
【０００７】
図３は、上記プローバ装置の選択された部分が温度制御された場合、および、温度制御されていない場合の、該プローバ装置のヘッドプレートの温度チャートを示す図である。
【０００８】
〔実例となる実施形態の詳細な説明〕
好ましい本実施形態の形成方法および使用方法について、以下に詳細を説明する。しかしながら、本発明は、広範囲の様々な具体的状況に実施することが出来る多くの利用可能な発明概念を提供することに留意されたい。説明する特定の実施形態は、単に、本発明を製造すると共に利用するための具体的方法を説明するものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【０００９】
好ましい実施形態では、プローバ装置の操作方法は、該プローバ装置のプローブ冶具支持体の温度を能動的に変動させる工程を有する。本明細書において用いるように、該プローブ冶具支持体の温度を変動させる工程とは、加熱する工程、および、冷却する工程を有する。提案する方法は、メモリ用、論理回路用、その他の製品用のプローバ装置のヘッドプレートの温度を能動的に変動させる工程、および、能動的に制御する工程を有してもよい。多くの実施例において、上記ヘッドプレートは、１つのプローブ冶具、または、複数のプローブ冶具を支えている。他の実施例の場合には、該ヘッドプレートは、分化したプローブ冶具支持体を支えている。
【００１０】
上記ヘッドプレートの温度を能動的に変動させる工程および能動的に制御する工程は、場合によっては、上記プローブ冶具、および／または、プローブ冶具支持体の温度を急速に変動させる。提案する方法は、プローブ冶具の温度を能動的に変動させる工程も有してもよい。この場合、熱エネルギーを、上記プローブ冶具から上記プローブ冶具支持体まで伝達すると共に、該プローブ冶具支持体を介して、上記プローバ装置の周囲の部材、例えばヘッドプレートまで伝達することも可能である。
【００１１】
温度や伝達されるエネルギーの量等を特定することは、不可能であり、必要でもない。むしろ、本明細書に開示する方法および装置の原理は、当業者に、プローバ装置のセットアップ時間および起動時間を大幅に短縮する冶具を提供する。ターゲット温度およびそれに伴って必要とされるエネルギーの量は、数回の熱的安定性のある実験によって、または、以下に詳細に説明するような制御された熱伝達によって、容易に決定される。例えば実験では、ウェハプローバ装置内が＋８８℃の試験温度である場合には、上記ヘッドプレートまでの制御された熱伝達は、３６℃の温度に達することを目標にする必要があることが示された。なぜなら、３６℃は、熱平衡に達する場合の上記ヘッドプレートの定常温度であるからである。−４０℃のような他の試験挿入では、３２℃のターゲット温度に自動的に制御される。上記ヘッドプレートをこの温度まで加熱することによって、平衡に達するために必要とされるタイムスパンは、大幅に短縮される。低温度から高温度へ、そして再び低温度に戻る温度計測の切り替えは、ヘッドプレートの適切なターゲット温度によって行われると共に制御され、上記プローバの操作メニューにおいて実行され、チャックの温度に組み込まれる。
【００１２】
ここに開示するプローバ装置は、熱交換素子を備え、該熱交換素子は、プローブ冶具支持体に対して空間的関係に配置されており、該プローブ冶具支持体の温度に影響を与えている。ここで用いられる熱交換素子は、その近傍にある他の本体を加熱および／または冷却することが可能な任意のデバイスを意味する。換言すると、熱交換素子は、それ自体によって熱または冷気（以下では、一般的および一律に、熱エネルギーと称する）を生成して、熱エネルギーを、上記プローブ冶具支持体、または、上記熱交換素子に隣接するプローバ装置の他の部材まで伝達してもよい。あるいは、熱交換素子は、外部の熱エネルギー源からの熱エネルギーの供給を受けて、この熱エネルギーを、上記プローブ冶具支持体、または、上記熱交換素子に隣接するプローバ装置の他の部材まで伝達してもよい。本明細書において用いるように、熱エネルギーの伝導とは、熱の状態、熱の放射、および、熱の対流のいずれか、または、全てを含むことが可能である。
【００１３】
一実施形態では、上記熱交換素子は、加熱ホイルを備える。該加熱ホイルは、例えば、電熱線を支えるキャリアシートを含み、電熱線は、熱を生成して、熱を電熱線に接している本体に伝達することが可能である。上記キャリアシートは、高分子薄膜から構成されてもよく、および／または、自動接着性であってもよい。上述の加熱ホイルのために、熱エネルギーの生成および上記プローバ装置の部材への伝達は、同じ位置、つまり加熱ホイルがプローバ装置の部材に接している場所において行われる。上記電熱線は、電気エネルギー源から給電される。その抵抗のために、この電気エネルギーの一部が熱に変換される（本明細書では、熱エネルギーが「生成される」と用いる）。上記加熱ホイルが上記装置の部材の表面にぴったりとくっ付いているので、その後、上記熱は、この部材に伝達される。他の実施形態では、熱エネルギーの生成の場所と伝達の場所とは、相隔てられている。
【００１４】
上記電熱線が取り付けられた本体は、例えば、プローブ冶具支持体、上記プローバ装置のヘッドプレート、または、上記プローブ冶具の近傍に配置されたプローバ装置の別の部材であってよい。上記熱交換素子が取り付けられた本体は、熱伝導率の高い材料から形成されていてもよい。上記熱交換素子は、例えば、上記プローバ装置の上部表面または下部表面に取り付けられてもよい。上記ヘッドプレートは、上記プローバ装置の上端においてプレートを備え、該プレートは、上端壁を形成し、円形の開口部を有し、その上部表面または下部表面上において、少なくとも１つのプローブ冶具、例えばプローブカードを支えている。伝達された熱は、上記ヘッドプレートの上部表面に入り、該ヘッドプレート内に熱ひずみを生じさせる。
【００１５】
この熱ひずみは、全方向（ｘ、ｙ、ｚ、シータ等）において、上記プローブ冶具の位置ずれをもたらす。この熱は、上記ヘッドプレートの材料によって伝導され、従って、該ヘッドプレートが支えているプローブ冶具に伝達される。その後、該熱は、さらに、上記プローブ冶具内に熱ひずみを生じさせ、該熱ひずみによって、上記プローブ冶具のプローブチップの位置ずれが起こる。比較的短時間で上記加熱ホイルから上記ヘッドプレートおよび上記プローブ冶具まで熱伝達が行われた後、プローバ装置は、該ヘッドプレートおよび該プローブ冶具における温度分布および熱ひずみの定常状態、つまり、熱平衡に達する。
【００１６】
実験では、提案する方法を用いた場合に、セットアップ時間および起動時間（つまり、熱エネルギー伝達の開始から定常状態に達する時間）が大幅に短縮することが示された。
【００１７】
特に、起動手順のためのターゲット温度が分かっているか、または、決定され得る場合においては（ただしこの場合に限定されない）、熱交換手段と上記プローバ装置の部材との間において、熱エネルギーを制御しながら生成すること、熱エネルギーを制御しながら伝達すること、または、熱エネルギーを生成すると共に伝達することを利用して、例えば、上記手順を大幅に短縮し、および／または、このプロセスの信頼性および安定性を改善する。一実施形態では、熱エネルギーの生成および／または伝達は、閉ループ制御部において行われる。この閉ループ制御部は、例えば、プロービングプロセスにおける、低温度計測、および／または、高温度計測のために、温度駆動されていてもよい。
【００１８】
このために、提案するプローバ装置は、制御ユニットを備えていてもよい。該制御ユニットは、１つ以上の温度センサに接続されていてもよい。温度センサは、例えば、プローブ冶具、プローブ冶具支持体または上記プローバ装置のハウジング、そのヘッドプレートなどの、プローバ装置の部材に取り付けてもよい。上記制御ユニットは、熱エネルギーの生成および／または伝達をパルス幅変調によって制御するように、構成されていてもよい。例えば、電気エネルギーのパルスが、熱交換素子（例えば、加熱ホイル、冷却装置、または、同様なもの）に、供給され得る。エネルギー源であるこれらのパルス幅を変動させることによって、結果として、出力電力の変動が生じる。つまり、生成される熱エネルギーの量に変動が生じる。上記熱交換素子が、上記プローバ装置の部材に取り付けられた、異なる設計および異なる電力消費値を有する加熱ホイルである場合、熱エネルギーの生成を制御することは、同時に、該熱交換素子が取り付けられている本体までのエネルギーの伝達を制御することをも意味している。また、熱エネルギーの生成が熱エネルギーの伝達の位置から離れた位置において行われる場合には、該生成および該伝達のうちのいずれか一方を制御してもよい。もちろん、上記プロセスをさらに安定させるように、これら両方を制御することも可能である。
【００１９】
プローバ装置は、ハウジングを備え、該ハウジングは、試験用デバイス（通常はウェハまたは他の半導体製品）に、所定の試験条件の下で電子試験を行うために必要とされる試験環境を提供する。該所定の試験条件は、試験用デバイスの予想される動作温度によって決定され得る。上記ハウジングは、上端壁、いわゆるヘッドプレート１を有している。これを図１に示す。該ヘッドプレートを用いて、例えば、試験用デバイスの電気端子に電気的に接触する１つ以上のプローブチップを有するプローブカードのような、１つ以上のプローブ冶具を支えている。ヘッドプレート１は、上記プローブ冶具と試験用デバイスとの間に電気的な接触を可能にする挿入部２を有している。該試験用デバイスは、上記ハウジングの内部における、ヘッドプレート１の挿入部２の真下に配置される。試験開始前にヘッドプレート１の上端に搭載されるカバーによって、試験の間、挿入部２は閉じられていると共にドッキングされている。
【００２０】
図１に示したように、ヘッドプレート１上には、２つの熱交換素子３、４が、熱伝導するように配置されている。ここでは、熱交換素子３、４は、電気的に動作された加熱ホイル「北」（３）および「南」（４）であり、これら加熱ホイルは、熱を直接生成し、ヘッドプレート１に接触しているので、この生成された熱をヘッドプレート１に伝達することが可能である。このように、ヘッドプレート１は、上記プローバ装置の温度制御された部分である。加熱ホイル３、４を動作させてヘッドプレート１を加熱することにより、極めて短時間に、ヘッドプレート１は均一な温度になる。
【００２１】
ヘッドプレート１は、１つのプローブ冶具または複数のプローブ冶具を支えている。つまりヘッドプレート１は該プローブ冶具に熱伝導するように接触しているので、熱は、ヘッドプレート１から該プローブ冶具まで伝達される。この場合も同様に、該プローブ冶具は、この熱伝達のために、極めて短時間に定常温度レベルに達する。熱交換素子３、４を用いない場合、上記プローバ装置の起動時間は、試験用デバイスからヘッドプレート１およびプローブ冶具までの熱の放熱に大幅に左右されるであろう。上記ヘッドプレートにヘッドプレート１の温度を選択的に制御する手段を設けることによって、上記プローブ冶具の温度制御を行うことができるので、上記起動時間を大幅に短縮することが可能である。
【００２２】
一実験的構成では、図１のヘッドプレートは、その温度を閉ループ制御するように構成されている。このために、ヘッドプレート１には、いくつかの温度センサ、すなわちセンサＡ、センサＢおよびセンサＣが設けられている。センサＡは、加熱ホイル「北」３から離間されたヘッドプレート１の「西」ブリッジ上に配置され、センサＢは、ヘッドプレート１の「北」ブリッジ上であって加熱ホイル「北」３上に配置され、センサＣは、加熱ホイル「北」３から離間されたヘッドプレート１の「北西」の角上に配置されている。さらに、データロガーのための計測点ＤＬ１〜ＤＬ６が設けられている。
【００２３】
図２は、本発明の複数の形態を利用することが可能な、典型的なプローバ装置１０を示している。ハウジング１２は、試験環境を提供する。ハウジング１２の内部には、支持構造物１４があり、支持構造物１４は、試験用デバイス１６を支えるように形成されている。例えば、試験用デバイスは、半導体ウェハ、または、他の電子デバイスであってもよい。支持構造物１４に隣接して、プローバ１８が配置されており、該プローバは、試験用デバイス１６に電気試験を行うように形成されている。プローバ１８は、プローブカード２０、および、プローブ冶具支持体２２を備えてもよい。
【００２４】
上述のように、プローバ１８に隣接して、１つの熱交換素子、または、複数の熱交換素子が配置されていてもよい。該熱交換素子は、プローバ１８の少なくとも一部のみを温度制御するために設けられている。図示した実施例では、熱交換素子２４は、プローバカード２０のみを温度制御するために形成されており、熱交換素子２６は、プローブ冶具支持体２２のみを温度制御するために形成されている。他の実施形態では、これより多くの熱交換素子、または、これより少ない熱交換素子を備えていてもよい。
【００２５】
図２は、さらに、上記熱交換素子に接続されたコントローラ２８を示す。コントローラ２８は、ハウジング１２内に示されているが、多くの実施形態では、コントローラ２８は、温度制御された環境外に設けられる。上述のように、コントローラ２８は、上記熱交換素子の閉ループ制御を行う。この制御は、上記コントローラに接続された複数の温度センサ３０を用いることによって、さらに容易になる。上記複数の温度センサは、プローバ装置１０の温度制御された部分に取り付けられていることが好ましい。
【００２６】
図３に、ヘッドプレート１を集中的に加熱した場合および加熱しない場合の温度経過を示す。一例では、上記ヘッドプレートのターゲット温度Ｔｔａｒｇｅｔを３６℃に設定した。上記ヘッドプレート温度を能動的に制御しなかった場合では、４時間以上の起動時間の後（ｔ２＞２４０）でなければ、有効な試験を開始することができなかった。これに対し、熱エネルギーを上記加熱ホイルから上記ヘッドプレートまで制御しながら伝達させた場合には、上記ヘッドプレートおよびプローブ冶具の均一なターゲット温度が、わずか３５分後（ｔ１＝３５ｍｉｎ）に達成されるという結果が示された。この方法によって、上記プロセス中の針の再調整を最小限に抑え、パッドエッジのダメージを防ぐことが可能である。計測したウェハの追加的な光学インスペクションを削減することが可能であるということは、プロービングを継続する間に中断が少ないことを意味している。
【００２７】
本発明を典型的な実施形態を参照して説明したが、本明細書は、限定された意味に解釈されることを意図するものではない。当業者には、説明した実施形態および本発明の他の実施形態の、様々な変形例および組み合わせが、本明細書を参照することによって明らかであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、任意のこのような変形例または実施形態を含有することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】プローバ装置の温度制御されたヘッドプレートを示す図である。
【図２】本発明のプローバ装置を示す図である。
【図３】上記プローバ装置の選択された部分が温度制御された場合、および、温度制御されていない場合の、該プローバ装置のヘッドプレートの温度チャートを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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