(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンタクトターゲットと電気的接続を形成するためのプローブコンタクトシステムに用いる平面調整機構において、
その表面に多数のコンタクタを有するコンタクト基板と、
そのコンタクタと半導体テストシステムのテストヘッド間に電気的接続を形成するためのプローブカードと、
そのコンタクト基板とプローブカード間に設けられた導電エラストマと、
コンタクト基板とプローブカードを、コンタクト基板上の３点位置において接続するための部材であって、それぞれがコンタクト基板とプローブカード間の距離を調整可能に回転する接続部材と、
そのコンタクト基板の上記３点の各位置に近接して設けられ、上記コンタクト基板と半導体ウェハまたは基準プレートまたはターゲット基板間のギャップを計測するギャップセンサーと、
上記３点の各位置において、コンタクト基板と半導体ウェハ間のギャップが互いに同一となるように、上記接続部材を回転する回転調整デバイスと、により構成され、
上記接続部材は、ボルトとナットにより構成されており、そのナットは上記プローブカードの表面に回転可能に支持され、上記回転調整デバイスはそのナットと係合するための底部開口を有し、上記３点位置の各位置において、コンタクト基板とターゲット基板との間のギャップが互いに同一になるように、その底部開口とナットを係合して回転することを特徴とするプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項２】
上記ギャップセンサーは、上記コンタクト基板とターゲット基板との間のギャップを、そのギャップセンサーとそれに対向する電極との間のキャパシタンスを計測することにより決定する、請求項１に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項３】
上記ギャップセンサーは、上記ターゲット基板の上表面あるいは上記コンタクト基板の底表面に設けられる、請求項１に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項４】
上記基準プレートは、上記ギャップセンサーに対向する位置に電極を設けたセラミックまたはアルミナ基板で構成される、請求項１に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項５】
上記コンタクト基板上の上記３点の各位置は、正三角形の頂点に対応している、請求項１に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項６】
上記回転調整デバイスは、上部ノブと下部ノブとノブベースにより構成され、その上部ノブと下部ノブは互いに機械的に接続されており、その下部ノブとノブベースは互いに回転可能に取り付けられており、上記ノブベースは上記プローブカードに固定的に適合し、上記上部ノブは底部に開口を有した下方延長部を有して、その回転により上記３点位置の各位置における上記ギャップを調整する、請求項１に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項７】
上記回転調整デバイスの上記下部ノブは、プランジャーとスプリングを搭載するための複数の保持穴を備えており、そのスプリングのバネ力により、そのプランジャーの下部先端がその下部ノブの底面から突起するようにその保持穴に搭載され、上記回転調整デバイスの上記ノブベースは、複数の半径溝が設けられており、上記上部ノブと下部ノブが回転するとき上記プランジャーの上記下部先端がその溝に係合し、上記保持穴のピッチと上記半径溝の円周方向ピッチは互いに異なっている、請求項６に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項８】
上記プランジャーは、低フリクションプラスティック、あるいは潤滑プラスティックにより構成されている、請求項７に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項９】
上記コンタクト基板と上記導電エラストマとの間に、上記コンタクト基板を支持するためのサポートフレームをさらに有しており、上記接続部材は、上記プローブカードとそのサポートフレームとの間に引き渡されている、請求項８に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項１０】
上記導電エラストマは、シリコンゴムシートと垂直方向に設けられた金属フィラメントにより構成され、これにより垂直方向にのみ電気通信を形成する、請求項１に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項１１】
コンタクトターゲットと電気的接続を形成するためのプローブコンタクトシステムに用いる平面調整機構において、
その表面に多数のコンタクタを有するコンタクト基板と、
そのコンタクタと半導体テストシステムのテストヘッド間に電気的接続を形成するためのプローブカードと、
そのコンタクト基板とプローブカード間に設けられた導電エラストマと、
コンタクト基板とプローブカードを、コンタクト基板上の３点位置において接続するための部材であって、それぞれがコンタクト基板とプローブカード間の距離を調整可能に回転する接続部材と、
そのコンタクト基板の上記３点の各位置に近接して設けられ、上記コンタクト基板と半導体ウェハまたは基準プレートまたはターゲット基板間のギャップを計測するギャップセンサーと、
そのギャップセンサーにより計測したギャップ値に基づいて、制御信号を発生するコントローラと、
そのコントローラからの制御信号に応答して上記接続部材を回転させるモータと、により構成され、
上記接続部材は、ボルトとナットにより構成されており、そのナットは上記プローブカードの表面に回転可能に支持され、上記モータはそのナットと係合して、上記コントローラからの上記制御信号に応答して、上記３点の各位置においてコンタクト基板と半導体ウェハ間のギャップが互いに同一となるように、上記ナットを回転することを特徴とするプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項１２】
上記ギャップセンサーは、上記コンタクト基板とターゲット基板との間のギャップを、そのギャップセンサーとそれに対向する電極との間のキャパシタンスを計測することにより決定する、請求項１１に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項１３】
上記ギャップセンサーは、上記ターゲット基板の上表面あるいは上記コンタクト基板の底表面に設けられる、請求項１１に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【請求項１４】
上記基準プレートは、上記ギャップセンサーに対向する位置に電極を設けたセラミックまたはアルミナ基板で構成される、請求項１１に記載のプローブコンタクトシステムの平面調整機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被試験デバイスとの電気的接続を確立するための多数のコンタクタを有する半導体テストシステムに関する。特に本発明は、コンタクタの先端と被試験半導体ウェハのコンタクトパッドのようなコンタクトターゲットとの距離を調整する平面調整機構を有するプローブコンタクトシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩやＶＬＳＩ回路のような高集積度かつ高スピードの電子デバイスをテストする場合には、プローブカード上に装備された高性能のコンタクトストラクチャを使用しなければならない。コンタクトストラクチャは、基本的に、多数のコンタクタまたはプローブ素子を有するコンタクト基板により構成されている。コンタクト基板は、プローブカード上に搭載され、ＬＳＩやＶＬＳＩチップ、半導体ウェハ、半導体ウェハやダイのバーンイン、パッケージされた半導体デバイスのテストやバーンイン、プリント回路基板等をテストするために用いられる。
【０００３】
被試験デバイスが半導体ウェハの形態をしている場合には、ＩＣテスタのような半導体テストシステムを、自動ウェハプローバ等の基板ハンドラに接続して、その半導体ウェハのテストを自動的に実行する。このような例を第１図に示しており、半導体テストシステムは、一般に別のハウジングとして形成されたテストヘッド１００を有し、そのテストヘッド１００とテストシステムは、ケーブル束１１０により電気的に接続している。テストヘッド１００と基板ハンドラ４００は、モーター５１０により作動するマニピュレータ５００により互いに機械的及び電気的に接続される。被試験半導体ウェハは、基板ハンドラ４００によりテストヘッド１００のテスト位置に自動的に供給される。
【０００４】
テストヘッド１００上では、半導体テストシステムにより生成されたテスト信号が、被試験半導体ウェハに供給される。被試験半導体ウェハ（半導体ウェハ上に形成されたＩＣ回路）からテストの結果として出力される信号は、半導体テストシステムに送信される。半導体テストシステムは、その出力信号と期待値データを比較し、半導体ウェハ上のＩＣ回路が正しく機能しているかを決定する。
【０００５】
第１図において、テストヘッド１００と基板ハンドラ４００は、インタフェース部１４０を介して互いに接続されている。インタフェース部１４０は、テストヘッドの電気的配線形状に固有の電気回路接続を有するプリント回路基板であるパフォーマンスボード１２０（第２図）と、同軸ケーブル、ポゴピン、コネクタとで構成している。第２図において、テストヘッド１００は多数のプリント回路基板を有し、それら回路基板は半導体テストシステムのテストチャンネル（テストピン）の数に対応している。プリント回路基板のそれぞれは、パフォーマンスボード１２０に備えられた対応するコンタクトターミナル１２１と接続するためのコネクタ１６０を有している。パフォーマンスボード１２０上には、さらにフロッグリング１３０が、基板ハンドラ４００に対するコンタクト位置を正確に決定するために搭載されている。フロッグリング１３０は、例えばＺＩＦコネクタまたはポゴピンのような、多数のコンタクトピン１４１を有しており、同軸ケーブル１２４を介して、パフォーマンスボード１２０のコンタクトターミナル１２１に接続している。
【０００６】
第２図に示すように、テストヘッド１００は基板ハンドラ４００上に配置しており、インタフェース部１４０を介して機械的および電気的に基板ハンドラ４００に接続している。基板ハンドラ４００には、チャック１８０上に被試験半導体ウェハ３００が搭載されている。この例では、プローブカード１７０が被試験半導体ウェハ３００の上部に備えられている。プローブカード１７０は、被試験半導体ウェハ３００上のＩＣ回路の回路端子またはコンタクトパッドのようなコンタクトターゲットと接触するために、多数のプローブコンタクタ（カンチレバーまたはニードル）１９０を有している。
【０００７】
プローブカード１７０の電気ターミナルあるいはコンタクトリセプタクル（コンタクトパッド）は、フロッグリング１３０に備えられたコンタクトピン１４１と電気的に接続している。コンタクトピン１４１は、同軸ケーブル１２４を経由して、パフォーマンスボード１２０上のコンタクトターミナル１２１に接続している。それぞれのコンタクトターミナル１２１は、テストヘッド１００内の対応するプリント回路基板１５０に接続している。また、プリント回路基板１５０は、数百の内部ケーブルを有するケーブル束１１０を介して、半導体テストシステム本体と接続している。
【０００８】
この構成の下で、チャック１８０上の半導体ウェハ３００の表面（コンタクトターゲット）に、プローブコンタクタ１９０が接触し、半導体テストシステムから半導体ウェハ３００にテスト信号を与え、かつ半導体ウェハ３００からの結果出力信号を半導体テストシステムが受け取る。被試験半導体ウェハ３００からの結果出力信号は、半導体ウェハ３００上の回路が正しく機能しているかを検証するために、半導体テストシステムにおいて、期待値と比較される。
【０００９】
このような半導体ウェハのテストにおいては、例えば数百または数千のような多数のコンタクタを使用しなければならない。そのような構成において、全てのコンタクタが、コンタクトターゲットに対して同一の圧力で同時に接触するために、各コンタクタの先端の平面高さを均一にする（平坦化）必要がある。コンタクタの先端が平坦化できない場合には、一部のコンタクタのみが対応するコンタクトターゲットと電気的接続を形成し、他のコンタクタは電気接続を形成しない状態が生じることになり、半導体ウェハのテストを正確に実施することが不可能になる。この場合、全てのコンタクタをコンタクトターゲットに接続するには、半導体ウェハをプローブカードにより強く押し当てなければならなくなる。その結果、コンタクタにより、過度の圧力を受けた半導体ウェハ上のダイが、物理的な損傷を被るような問題が生じてしまう。
【００１０】
米国特許番号５８６１７５９は、プローブカードの先端平面化システムを開示している。このシステムは、プローブカードの複数の接触点により定義された第１面を、プローバー上に支持された半導体ウェハの上面により定義された第２面に対して平坦化する。この平坦化プロセスを簡単に説明する。半導体ウェハの上面を基準として、プローブカード上の接触点として選択した少なくとも３点について、その高さをカメラで計測する。そして、測定された値に基づいて、第２面を基準とする第１面の位置を計算する。
【００１１】
この計算結果情報と、プローバーとテスタの幾何学的位置情報を用いて、２点の高さ変更点について、その高さ変数を決定して、第２面に対する第１面を平坦化する。この従来技術は、接触点の高さを平坦化するために、その高さを目視するためにカメラを必要とするため、コストが増加し、またシステム全体としての信頼性を低下させる問題がある。
【００１２】
米国特許番号５９７４６６２は、プローブカードアセンブリのプローブ素子の先端を平坦化する方法を開示している。プローブ素子は、スペーストランスフォーマ（コンタクト基板）に直接に取り付けられている。スペーストランスフォーマの方向、したがってプローブ素子の方向は、プローブカードの方向を変更せずに、調整することができるように構成されている。この方法では、電気導電金属板（仮想ウェハ）が、目的とする半導体ウェハの代わりに基準面として用いられる。さらにケーブルとコンピュータが設けられ、コンピュータの画面上において、プローブの先端のそれぞれが導電金属板と電気通路を形成したか否かを、例えば白黒のドットにより表示する。
【００１３】
この画面におけるビジュアルイメージに基づいて、プローブの先端の平面高さを、プローブの先端全てが金属板と同時に接触するように、差動（ディファレンシャル）ネジを回転させて調整する。しかし、この従来技術は、プローブ素子全ての導電通路を確立させるために導電金属板を用いるので、金属板を装着してそれを目的とする半導体ウェハに置き換えるための余分な時間を必要とする。更に、この方法は、プローブ素子の導電金属板との接触、非接触の状態を表示するために、コンピュータと表示器を必要とするため、全体としての費用が必然的に増加する。
【００１４】
このような状況において、半導体ウェハの表面に対して、コンタクタの先端部の平坦面を、より簡単に低コストで調整できるプローブコンタクトシステムが必要とされている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、全コンタクタの先端高さ平面と被試験半導体ウェハの表面間の距離を調整することができる平面調整機構を有するプローブコンタクトシステムを提供することにある。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、多数のコンタクタを有するコンタクト基板により構成されたコンタクトストラクチャを搭載したプローブカードとコンタクタの先端高さ平面調整機構を備えたプローブコンタクトシステムを提供することにある。
【００１７】
また、本発明の更に他の目的は、コンタクト基板上に設けられたコンタクタの全てが、半導体ウェハの表面に同時に接触するように、コンタクト基板と被試験半導体ウェハ間の距離を調整する平面調整機構を備えたプローブコンタクトシステムを提供することにある。
【００１８】
また、本発明の更に他の目的は、コンタクタが半導体ウェハに接触する際に、各コンタクタが半導体ウェハの表面に対し同一の圧力を発揮するように、コンタクト基板と被試験半導体ウェハ間の距離を調整する平面調整機構を備えたプローブコンタクトシステムを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するためのプローブコンタクトシステムに装備された平面調整機構は、多数のコンタクタを有するコンタクト基板と、そのコンタクタと半導体テストシステムのテストヘッド間に電気的接続を形成するためのプローブカードと、そのコンタクト基板とプローブカード間に設けられた導電エラストマと、コンタクト基板とプローブカードをコンタクト基板上の３点の位置において接続する部材であって、それぞれがコンタクト基板とプローブカード間の距離を調整可能に回転する接続部材と、そのコンタクト基板の各３点位置に近接して設けられ、コンタクト基板と半導体ウェハまたは基準プレート（ターゲットとする基板）間のギャップを計測するギャップセンサーと、各３点位置においてコンタクト基板と半導体ウェハ間のギャップが互いに同一となるように接続部材を回転する回転調整デバイスとにより構成している。
【００２０】
また、本発明の他の態様において、コンタクト基板とプローブカードを接続する接続部材は、ボルトとナットにより構成されており、ナットはプローブカードの表面に回転可能に支持され、回転調整デバイスはそのナットと係合するための底部開口を有し、それぞれ３点の位置において、コンタクト基板とターゲット基板間のギャップが互いに同一になるように、その底部開口とナットを係合して回転する。
【００２１】
また、本発明の更に他の態様においては、平面調整装置は、コンタクト基板とターゲット基板間の距離を調整する自動システムである。平面調整装置は、コントローラからのコントロール信号に基づいてナットを回転させるためのモーターを有している。コントローラは、測定されたギャップを計算してコントロール信号を形成する。
【００２２】
本発明によれば、プローブコンタクトシステムは、コンタクタの先端と被試験半導体ウェハまたは基準プレートの表面間の距離を調整することができる。平面調整機構を用いて、コンタクト基板と半導体ウェハ間の距離を調整することにより、コンタクト基板に搭載したコンタクタの全てが、半導体ウェハの表面に同一の圧力で同時に接触することができる。本発明のプローブコンタクトシステムに用いる平面調整機構は、細かなステップでプローブカード上のナットを回転させる回転調整デバイスを有しており、これによりコンタクト基板と半導体ウェハ間の距離を容易に且つ正確に調整することができる。本発明の平面調整機構は、プローブカードにナットを駆動するモーターと、ギャップセンサーで測定されたギャップ値に基づいて、モーターにコントロール信号を送出するコントローラを用いることにより、自動システムとして構成することも可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、下記の実施例において説明する。
【００２４】
【実施例】
本発明のプローブコンタクトシステムに用いるコンタクトストラクチャの例について、第３図と第４図を参照して説明する。他の多くの異なるタイプのコンタクトストラクチャも、本発明のプローブコンタクトシステムに実現可能である。第３図のコンタクトストラクチャ１０は、半導体製造工程を介して生成されたビーム形状の（シリコンフィンガ）コンタクタ３０を有している。コンタクトストラクチャ１０は、基本的に、コンタクト基板２０とシリコンフィンガコンタクタ３０から構成されている。コンタクトストラクチャ１０は、被試験半導体ウェハ３００上のコンタクトパッドのようなコンタクトターゲット３２０上に位置合わせされており、コンタクタ３０と半導体ウェハ３００が押し当てられたときに、その間で電気的接続が確立される。第３図には、２つのコンタクタ３０しか示していないが、半導体ウェハのテスト等の実際の応用では、数百または数千のような多数のコンタクタ３０を、コンタクト基板２０に配列して用いられる。
【００２５】
このような多数のコンタクタは、シリコン基板上において、フォトリソグラフィ（写真製版）工程のような半導体製造工程により同時に作成され、例えばセラミックにより構成するコンタクト基板２０に搭載される。半導体ウェハ上のコンタクトターゲット３２０間のピッチは、５０マイクロメータまたはそれ以下の微小サイズであり、コンタクト基板２０に搭載されるコンタクタ３０は、半導体ウェハ３００と同様の半導体製造工程により形成されるので、容易に同等のピッチで配列することができる。
【００２６】
シリコンフィンガコンタクタ３０を、第３図および第４図に示すようにコンタクト基板２０上に直接的に搭載してコンタクトストラクチャを形成し、そのコンタクトストラクチャを第２図のプローブカード１７０に搭載している。シリコンフィンガコンタクタ３０は、非常に小さなサイズで作成することができるので、コンタクトストラクチャ、したがって本発明のコンタクタを搭載したプローブカードの動作可能な周波数範囲を容易に２ＧＨｚあるいはそれ以上に増加させることができる。また、微小サイズであるため、プローブカードのコンタクタの数は２０００またはそれ以上に増加させることができ、これによって例えば３２個またはそれ以上のメモリデバイスのテストを、同時に並行に実施することができる。
【００２７】
第３図では、各コンタクタ３０は、フィンガ（ビーム）形状の導電層３５を有する。また、コンタクタ３０は、さらにコンタクト基板２０に固定するベース４０を有する。コンタクト基板２０の底部において、導電層３５と相互接続トレース２４が接続されている。このような相互接続トレース２４と導電層３５間は、例えばハンダボール２８を介して接続される。コンタクト基板２０は更に、バイアホール２３と電極２２を有している。電極２２は、ワイヤまたは導電エラストマを介して、コンタクト基板２０をポゴピンブロックあるいはＩＣパッケージ等の外部のストラクチャに相互接続させる。
【００２８】
従って、半導体ウェハ３００が上方に移動すると、シリコンフィンガコンタクタ３０と半導体ウェハ３００上のコンタクトターゲット３２０は、互いに機械的及び電気的に接続する。その結果、コンタクトターゲット３２０からコンタクト基板２０上の電極２２にわたり信号通路が形成される。相互接続トレース２４、バイアホール２３、電極２２は、ポゴピンブロックまたはＩＣパッケージ等の外部のストラクチャのピッチに適合するように、コンタクタ３０の微小ピッチをファンアウト（拡大）する機能も同時に果たしている。
【００２９】
ビーム形状のシリコンフィンガコンタクタ３０は、ばね力を有するので、半導体ウェハ３００がコンタクト基板２０に押し付けられたとき、導電層３５の先端に十分な接触力が発揮される。導電層３５の先端は、コンタクトターゲット３２０に押し当てられたとき、そのターゲット上の酸化金属層を貫通するような、削り取り作用（スクラビング）を達成できるように、鋭利にすることが望ましい。
【００３０】
例えば、半導体ウェハ３００上のコンタクトターゲット３２０の表面に酸化アルミニウム層を有する場合は、低接触抵抗で電気的接続を実現するために削り取り作用が必要となる。ビーム形状のコンタクタ３０により生じたばね力により、コンタクトターゲット３２０に対し適切な接触力をもたらす。また、シリコンフィンガコンタクタ３０のばね力により発揮された弾性により、コンタクト基板２０、コンタクトターゲット３２０、半導体ウェハ３００、及びコンタクタ３０のそれぞれにおけるサイズまたは平面のばらつきを補償することができる。しかし、コンタクタ全てをコンタクトターゲットに対し、ほぼ同一の圧力で同時に接続させるためには、本発明による平面調整機構を用いる必要がある。
【００３１】
導電層３５の材質の例は、ニッケル、アルミニウム、銅、ニッケルパラジウム、ロジウム、ニッケル金、イリジウム、または他のデポジションが可能な材料等である。半導体テストの応用の場合におけるシリコンフィンガコンタクタ３０のサイズの例は、１００−５００マイクロメータの全体的高さ、１００−６００マイクロメータの水平方向長さ、そして５０マイクロメータまたはそれ以上のピッチを有するコンタクトターゲット３２０に対し、３０−５０マイクロメータのビーム幅である。
【００３２】
第４図は、複数のシリコンフィンガコンタクタ３０を有する第３図のコンタクト基板２０の底面図を示している。実際のシステムでは、数百の多数のコンタクタが、第４図に示すように配列される。相互接続トレース２４は、第４図に示すように、コンタクタ３０のピッチをバイアホール２３と電極２２のピッチに拡張させる。コンタクタ３０のベース４０とコンタクト基板２０の接触点（コンタクタ３０の内側）には、接着剤３３が供給されている。接着剤３３は更に、コンタクタ３０の横側（第４図の一連のコンタクタ３０の上部と下部）にも供給されている。接着剤３３の例は、エポキシ、ポリイミド、シリコン等の熱硬化性樹脂接着剤、アクリル、ナイロン、フェノキシ等の熱可塑性樹脂接着剤、及び紫外線硬化性接着剤等である。
【００３３】
第５図は、第３図および第４図のコンタクトストラクチャを用いて、プローブコンタクトシステムを形成する際のトータルスタックアップ（全体組立）構成を示す断面図である。プローブコンタクトシステムは、被試験デバイスと第２図のテストヘッド間のインタフェースとして用いられる。この例では、インタフェース部は、導電エラストマ５０と、プローブカード６０と、ポゴピンブロック（フロッグリング）１３０とが、第５図に示すような順で、コンタクトストラクチャ１０上に装備されている。
【００３４】
導電エラストマ５０、プローブカード６０、ポゴピンブロック１３０は、互いに機械的及び電気的に接続されている。従って、同軸ケーブル１２４とパフォーマンスボード１２０を介して、コンタクタ３０の先端からテストヘッド１００までの間に電気的通路が作成される（第２図参照）。このような構成において、半導体ウェハ３００とプローブコンタクトシステムが押し付けられると、被試験デバイス（半導体ウェハ３００上のコンタクトターゲット３２０）と半導体テストシステム間に電気的コミュニケーションが確立する。
【００３５】
ポゴピンブロック（フロッグリング）１３０は、第２図において、多数のポゴピンを有して、プローブカード６０とパフォーマンスボード１２０間をインタフェースするものと同一である。ポゴピンの上端には、同軸ケーブル等のケーブル１２４が接続され、パフォーマンスボード１２０を介して、第２図のテストヘッド１００のプリント回路基板（ピンエレクトロニクスカード）１５０に信号を伝送する。プローブカード６０は、多数の電極すなわちコンタクトパッド６２、６５を、その上面と底面に有している。電極６２、６５は、相互接続トレース６３を介して接続されており、ポゴピンブロック１３０のポゴピンのピッチに合うように、コンタクトストラクチャのピッチをファンアウト（拡大）している。
【００３６】
導電エラストマ５０は、コンタクトストラクチャ１０とプローブカード６０間に備えられている。導電エラストマ５０は、コンタクトストラクチャの電極２２とプローブカードの電極６２間の垂直方向の不均一性やばらつきを補償することにより、その間の電気的コミュニケーションを確保する。例として、導電エラストマ５０は、シリコンゴムシートと多数の縦配列の金属フィラメント等から構成されている。金属フィラメント（ワイヤ）は、第５図の垂直方向、例えば導電エラストマ５０の水平シートに直交して設けられている。金属フィラメント間のピッチは例えば０．０２ｍｍ、シリコンゴムシートの厚さは例えば０．２ｍｍ等である。このような導電エラストマは、例えば信越ポリマー社により製造されており、市場で入手できる。
【００３７】
第６図は、本発明の平面調整機構を有するプローブコンタクトシステムの構成を示す断面図である。複数のコンタクタ３０を搭載したコンタクト基板２０は、サポートフレーム５５と導電エラストマ５０を介して、プローブカード６０に取り付けられている。コンタクト基板２０を支持するサポートフレーム５５は、ボルト２５２とナット２５０で構成する固定手段によりプローブカード６０に接続している。このようなボルトとナットは、プローブカード６０の３点で、例えば正三角形の各頂点の位置に取り付ける。ボルトとナットに代えて、例えば差動スクリュー等の他の固定手段を用いることも可能である。第５図を参照して上で説明したように、導電エラストマ５０は、垂直方向のみに、したがって、コンタクト基板２０とプローブカード６０間に電気的伝導を実現している。
【００３８】
コンタクト基板２０の底面において、サポートフレーム５５に接続されたボルト２５２に近接した位置に、電極２９２が設けられている。コンタクト基板２０の上表面に代えて、この電極２９２を、サポートフレーム５５の底面に形成することも可能である。被試験半導体ウェハ３００は、ウェハプローバのチャック１８０に配置される。第６図の例ではさらに、半導体ウェハ３００上に設けられたギャップセンサー２９０と、ギャップセンサー２９０から信号を受信するギャップ測定器２８０を示している。ギャップセンサー２９０は基本的に電極であり、半導体ウェハ３００の表面において、コンタクト基板２０の底面に設けられた上記電極２９２と対向する位置、したがって、例えば上記の３点位置に配置される。また、客に出荷する前に、プローブコンタクトシステムの平坦調整を実施するために、半導体ウェハ３００に代えて、セラミックやアルミナ等による基板を基準プレートとして用いることもできる。
【００３９】
回転調整デバイス２２０は、細かいステップでナット２５０を回転させるために特別に作成されたツールである。ナット２５０の回転により、ボルト２５２を垂直に動作させるので、プローブカード６０とコンタクト基板２０間の平行度を変えることになり、結果としてコンタクト基板２０と半導体ウェハ３００間の平行度を変えることになる。この構成において、コンタクト基板２０の垂直位置は、ボルト２５２が接続された３点の位置で変更されるので、コンタクト基板２０に搭載されたコンタクタ３０の先端高さを、半導体ウェハ３００の表面に対し均一に調整することができる。
【００４０】
上記のギャップセンサー２９０は、例えばキャパシタンスセンサーであって、ギャップセンサー２９０と対向する電極２９２との間（ギャップ）のキャパシタンスを測定するものである。測定されたキャパシタンスの値は、センサーと電極間の距離の関数となる。このようなギャップセンサーの例としては、米国マサチューセッツ州のキャパシテック社が提供するモデルＨＰＴ−５００−Ｖがある。ギャップ測定器２８０により測定された、ギャップセンサー２９０と電極２９２間のギャップを監視することにより、システム使用者は、３点の位置のそれぞれのギャップが互いに同一になるように、回転調整デバイス２２０を用いてナット２５０を回転させる。
【００４１】
第７図は、本発明のプローブコンタクトシステムにおいて、プローブカード６０の上面を示す斜視図である。回転調整デバイス２２０の底部は、プローブカード６０上のナット２５０に適合する開口を有している（第８図（Ｃ））。プローブカード６０には、回転調整デバイス２２０による回転度を簡単に観察できるように、ナット２５０の周りに半径状のスケール２６２またはマークを有している。プローブカード６０には更に、回転調整デバイス２２０のペグ（突起）２２５が挿入できるペグ穴２６４を有している。
【００４２】
第８図（Ａ）−第８図（Ｃ）は、本発明の回転調整デバイス２２０のそれぞれ上面図、正面図、底面図である。第８図（Ｂ）に示すように、回転調整デバイス２２０は、基本的に、上部ノブ２２１、下部ノブ２２２、ノブベース２２３とにより構成されている。第８図（Ａ）に示すように、上部ノブ２２１の上面には、プローブカードに備えられた半径状スケール２６２との組み合わせにより、使用者が回転の度合いが分かるようなマークが設けられている。上部ノブ２２１と下部ノブ２２２は、例えばネジ等で結合穴２２１ａを介して固定される。上部ノブ２２１の横面には、滑り止めのために、切込み（ノッチ）または把持テープを設けることが好ましい。
【００４３】
第８図（Ｂ）および第８図（Ｃ）に示すように、ノブベース２２３と下部ノブ２２２は、互いに回転可能に接続されている。ノブベース２２３は、底部にペグ２２５を有しており、そのペグ２２５をプローブカード６０のペグ穴２６４に挿入する。従って、使用する際には、ノブベース２２３はプローブカード６０に固定され、上部ノブ２２１と下部ノブ２２２はノブベース２２３上を回転してナット２５０を調整する。上部ノブ２２１は、下方に延長した部分２２１ｂと開口２２１ｃを有する。ナット２５０は、この開口２２１ｃに係合し、上部ノブ２２１と下部ノブ２２２の回転によって回転される。
【００４４】
第９図（Ａ）−第９図（Ｇ）は、本発明の回転調整デバイス２２０を示す分解図である。第９図（Ａ）の上部ノブ２２１は、下方に延長した部分２２１ｂを有しており、平坦調整するときにプローブカード６０上のナット２５０に届くようになっている。第９図（Ｄ）の下部ノブ２２２は、第９図（Ｃ）のプランジャ２３３と第９図（Ｂ）のばね２３２が挿入できる多数の保持穴２３５を有する。図には無いが、保持穴２３５の底の直径は、下部ノブ２２２の底面からプランジャ２３３の先端だけが突き出るよう減少している。プランジャ２３３は、例えば低フリクションプラスティック、あるいはデュポン社から提供されているアセテルやデリン等の潤滑プラスティックにより構成されている。
【００４５】
第９図（Ｆ）のノブベース２２３は、その上面に多数の半径溝２３６を有している。アセンブリされたとき、プランジャ２３３の先端は、ばね２３２による下方への圧力により、この半径溝２３６に係合する。下部ノブ２２２の保持穴２３５のピッチとノブベース２２３の半径溝２３６の周辺方向ピッチは、互いに少し異なるように構成されている。したがって、ナット２５０を回転するとき、回転調整デバイス２２０は、利用者にクリックを響かせながら、半径溝２３６のプランジャ２３３の適合により、極めて小さな回転ステップを形成する。
【００４６】
ノブベース２２３は、第９図（Ｅ）の上部保持リング２３４と第９図（Ｇ）の下部保持リング２３８により、下部ノブ２２２に取り付けられている。フランジ２３７を有する上部保持リング２３４は、下部ノブ２２２の開口から挿入され、下部ノブ２２２の底部の位置で保持される。ノブベース２２３を、下部ノブ２２２と下部保持リング２３８間に挟んだ状態で、上部保持リング２３４と下部保持リング２３８を接続することによって、ノブベース２２３を下部ノブ２２２と上部ノブ２２１に回転可能に固定する。
【００４７】
第１０図は、平面調整機構を有する本発明のプローブコンタクトシステムの別の実施例を示す断面図である。この例では、ギャップセンサー２９０は、第６図の例に示した半導体ウェハの上面に代えて、コンタクト基板の底面に設けられている。この構成においては、半導体ウェハの表面には各種の導電パターンを有するので、ギャップを測定するための特別の電極は不要となる。第６図と同様に、客に出荷する前に平坦調整するために、半導体ウェハ３００の代わりに、上記３点位置で導電パッドを有するセラミックまたはアルミナ等の基準プレートを使用してもよい。
【００４８】
第１１図は、平面調整機構を有する本発明のプローブコンタクトシステムのさらに別の実施例を示す断面図である。この例の平面調整機構は、コンタクト基板と半導体ウェハまたは基準プレート間の距離を調整する自動システムになっている。平面調整機構は、コントローラ４３０からのコントロール信号に基づいて、ナット２５０を回転するためのモーター４２０を有している。コントローラ４３０は、ギャップ測定器２８０からのギャップ測定値を計算することにより、コントロール信号を発生する。
【００４９】
好ましい実施例しか記していないが、上述した開示に基づき、添付した請求の範囲で、本発明の精神と範囲を離れることなく、本発明の様々な形態や変形が可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、プローブコンタクトシステムは、コンタクタの先端と被試験半導体ウェハまたは基準プレートの表面間の距離を調整することができる。平面調整機構を用いて、コンタクト基板と半導体ウェハ間の距離を調整することにより、コンタクト基板に搭載したコンタクタの全てが、半導体ウェハの表面に同一の圧力で同時に接触することができる。
【００５１】
本発明のプローブコンタクトシステムに用いる平面調整機構は、細かなステップでプローブカード上のナットを回転させる回転調整デバイスを有しており、これによりコンタクト基板と半導体ウェハ間の距離を容易に且つ正確に調整することができる。本発明の平面調整機構は、プローブカードにナットを駆動するモーターと、ギャップセンサーで測定されたギャップ値に基づいて、モーターにコントロール信号を送出するコントローラを用いることにより、自動システムとして構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】テストヘッドを有する半導体テストシステムと基板ハンドラの構成を示す概念図である。
【図２】半導体テストシステムのテストヘッドを基板ハンドラに接続するための詳細な構成例を示す図である。
【図３】本発明のプローブコンタクトシステムのプローブカードに搭載するビーム形状（シリコンフィンガ）のコンタクタを有するコンタクトストラクチャを示す断面図である。
【図４】複数のビーム形状のコンタクタを有する第３図のコンタクトストラクチャの底面を示す概念図である。
【図５】第３図および第４図のコンタクトストラクチャを被試験デバイスと第２図のテストヘッド間のインタフェースとして構成したプローブコンタクトシステムの全体組立構成（トータルスタックアップ）を示す断面図である。
【図６】本発明の平面調整機構を有するプローブコンタクトシステムの構成を示す断面図である。
【図７】回転調整デバイスを有する本発明のプローブコンタクトシステムのプローブカードの上面を示す斜視図である。
【図８】（Ａ）から（Ｃ）は、本発明の回転調整デバイスのそれぞれ上面図、正面図、および底面図である。
【図９】（Ａ）から（Ｇ）は、本発明の回転調整デバイスに用いる各部品とその組立構造を示す分解図である。
【図１０】本発明の平面調整機構を有する他のプローブコンタクトシステム例を示す断面図である。
【図１１】本発明の平面調整装置を有するさらに他のプローブコンタクトシステム例を示す断面図である。
【符号の説明】
２０    コンタクト基板
３０    コンタクタ
５０    導電エラストマ
５５    サポートフレーム
６０    プローブカード
１８０  チャック
２２０  回転調整デバイス
２５０  ナット
２５２  ボルト
２８０  ギャップ測定器
２９０  ギャップセンサー
２９２  電極
３００  被試験半導体ウェハ
【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１１】
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