(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１７）をプローブする方法であって：
第１センサ（３６）をプローブ・システムのチャック（１６）上に有する測定ツール（３０）を配置する段階；
前記第１センサ（３６）と前記プローブ・システムにおける検査ヘッド（２２）のインターフェース（２８）表面との距離を測定する段階であって：
前記第１センサ（３６）を用いて測定を行い；
この段階の間前記第１センサ（３６）を前記表面から離間させておく段階；
前記チャック（１６）から前記測定ツール（３０）を取り外す段階；
前記測定ツール（３０）を取り外した後、前記チャック（１６）上に基板（１７）を配置する段階；および
前記プローブ・システムを用いて前記基板（１７）をプローブする段階；
から成ることを特徴とする方法。
【請求項２】
基板（１７）をプローブする方法であって：
第１センサ（３６），第２センサ（３６），および第３センサ（３６）を有する測定ツール（３０）をプローブ・システムのチャック（１６）上に配置する段階；
前記第１，第２，および第３センサ（３６）と前記プローブ・システムにおける検査ヘッド（２２）のインターフェース（２８）の表面との間の複数の距離を測定する段階であって：
前記第１，第２，および第３センサ（３６）を用いて測定を行い；
この段階の間前記第１，第２，および第３センサ（３６）を前記表面から離間させておく段階；
前記表面と前記第１，第２および第３センサ（３６）の１つとの間の最少距離を判定する段階；
前記表面と前記第１，第２および第３センサ（３６）の別の１つとの間の最大距離を判定する段階；
平面率を判定する段階であって：
前記最大距離から前記最少距離を減算した値を差分距離とし；
前記第１，第２および第３センサ（３６）の前記１つと前記第１，第２および第３センサ（３６）の前記別の１つとの間の距離を変位距離とし；および
前記差分距離の前記変位距離に対する比率を前記平面率とする段階；
前記チャック（１６）から前記測定ツール（３０）を取り外す段階；
前記測定ツール（３０）を取り外した後、前記チャック（１６）上に基板（１７）を配置する段階；ならびに
前記プローブ・システムを用いて前記基板（１７）をプローブする段階；
から成ることを特徴とする方法。
【請求項３】
基板（１７）をプローブする方法であって：
検査ヘッド（２２），インターフェース（２８）およびチャック・アセンブリ（１６）を含み、前記検査ヘッド（２２），前記インターフェース（２８），またはチャック・アセンブリ（１６）の１つが第１センサ（３６），第２センサ（３６），および第３センサ（３６）を含む試験システムを用意する段階；
前記第１，第２，および第３センサ（３６）と前記インターフェース（２８）の表面との間の複数の距離を測定する段階であって：
前記第１，第２，および第３センサ（３６）を用いて測定を行い；
この段階の間前記第１，第２，および第３センサ（３６）を前記表面から離間させておく段階；
前記表面と前記第１，第２および第３センサ（３６）の１つとの間の最少距離を判定する段階；
前記表面と前記第１，第２および第３センサ（３６）の別の１つとの間の最大距離を判定する段階；
平面率を判定する段階であって：
前記最大距離から前記最少距離を減算した値を差分距離とし；
前記第１，第２および第３センサ（３６）の前記１つと前記第１，第２および第３センサ（３６）の前記別の１つとの間の距離を変位距離とし；
前記差分距離の前記変位距離に対する比率を前記平面率とする段階；
前記チャック・アセンブリ（１６）上に基板（１７）を配置する段階；
および前記プローブ・システムを用いて前記基板（１７）をプローブする段階；
から成ることを特徴とする方法。
【請求項４】
基板（１７）をプローブする方法であって：
検査ヘッド（２２），インターフェース（２８）およびチャック・アセンブリ（１６）を含み、前記検査ヘッド（２２），前記インターフェース（２８），またはチャック・アセンブリ（１６）の１つが第１センサ（３６），第２センサ（３６），および第３センサ（３６）を含むプローブ・システムを用意する段階；
前記第１，第２，および第３センサ（３６）と前記インターフェース（２８）の表面との間の複数の距離を測定する段階であって：
前記第１，第２，および第３センサ（３６）を用いて測定を行い；
この段階の間前記第１，第２，および第３センサ（３６）を前記表面から離間させておく段階；
前記表面と前記第１，第２および第３センサ（３６）の１つとの間の最少距離を判定する段階；
前記表面と前記第１，第２および第３センサ（３６）の別の１つとの間の最大距離を判定する段階；
平面率を判定する段階であって：
前記最大距離から前記最少距離を減算した値を差分距離とし；
前記第１，第２および第３センサ（３６）の前記１つと前記第１，第２および第３センサ（３６）の前記別の１つとの間の距離を変位距離とし；
前記差分距離の前記変位距離に対する比率を前記平面率とし；
前記平面率が０．００５対１を超過しない段階；
前記チャック・アセンブリ（１６）上に基板（１７）を配置する段階；および前記プローブ・システムを用いて前記基板（１７）をプローブする段階；
から成ることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、基板のプローブ方法に関し、更に特定すれば、プローブ・システムに対する平面化プロセス後に基板をプローブする方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パッド・サイズが縮小し（パッド・ピッチが狭くなる）、素子上のパッド数が多くなるに連れて、ウエハ形態の半導体素子のプローブは技術的に増々難しくなっていく。図１は、検査ヘッド１２およびブローバ１４を含む、従来技術のプローブ・システム１０の図を示す。検査ヘッド１２は、その底面の一部に沿ってコンタクトを含む。このプローブ・システムは、複数のダイ（半導体素子）を含む、半導体素子基板１７をプローブする。基板１７は、典型的に、単結晶半導体ウエハである。プローバ１４は、ヘッド・プレート１４２，負荷ボード１４４，ポゴ・スタック(pogo stack)１４６，およびプローブ・ニードル１４９を有するブローブ・カード１４８を含む。負荷ボード１４４，ポゴ・スタック１４６，およびプローブ・カード１４８の組み合わせが、インターフェース１８を形成する。プローブ・システム１０に伴う問題の１つに、インターフェース１８の検査ヘッド１２に対する整合がある。この整合は、非常に問題となり、しかも時間がかかる可能性がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のプローブ・システム１０を用いる場合、インターフェース１８とブローブ・チャック１６との平面性を得るには、典型的に、プローブ・カード１４８を、典型的にいくつかのオリフィスを有する固定具と交換する。プローブ・チャック１６の表面と固定具との間の平面性を調節する場合、典型的に手作業による測定が行われる（即ち、マイクロメータ）。読み取り値に基づいて、典型的にシム(shim)を用いてインターフェース１８を調節する。これは、プローブ・チャック１６がインターフェース１８と平面であることを確かめる１つの方法であるが、手作業による測定は典型的に時間がかかり、困難であり、何回もの繰り返しを必要とする。この平面化シーケンスでは、検査ヘッド１２をプローブ１４から取り外して測定しなければならない。
【０００４】
新たなプローブ・システムには、図２のプローブ・システム２０によって例示されるような、直接ドッキング・システム(direct docking system)が含まれる。プローブ・システム２０は、検査ヘッド２２およびプローバ２４を含む。インターフェース２８は、プローバ２４ではなく、検査ヘッド２２に直接取り付けられる。この特定のプローバ２０におけるインターフェース２８は、負荷ボード１４４，改良したポゴ・スタック２２２，およびプローブ・カード１４８を含む。プローブ・カード１４８を含むインターフェース２８を直接検査ヘッド２２に取り付けるので、図１のプローブ・システム１０の平面化のために用いられる固定具は、図２のプローブ・システム２０と用いることはできない。
【０００５】
代わりとして、プローブ・ニードル１４９の端部を検査するために、光学的方法が用いられている。典型的に、光学センサをプローブ・チャック１６の辺に沿って取り付け、プローブ・ニードル１４９の平面性を検査することができる。図２の外部マウント２６を用いて調節を行う。しかしながら、プローブ・ニードル１４９とインターフェース２８によって形成される面が同一面であることを想定しているものの、そうではない場合もあるので、この方法にも問題がある。更に、平面化が得られない程に個々のプローブ・ニードル１４９が歪んでしまう虞れもある。したがって、プローブ・システム２０でもなお、平面化に問題が生ずる可能性がある。
【０００６】
システムおよび方法には関わらず、平面化シーケンスの間基板は事実全く存在しない。基板に対する損傷の可能性は非常に高い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に一例として本発明を示すが、これは限定ではない。同様の参照番号は同様のエレメントを示すものとする。
【０００８】
尚、図面におけるエレメントは、簡略化および明確化して図示されており、必ずしも同一の拡縮率で描かれている訳ではないことを、当業者は認めよう。例えば、図面におけるエレメントの中には、他のエレメントに対して誇張され、本発明の実施例の理解を高めるのに役立てようとするものがある。
【０００９】
チャック（または基板）と、インターフェースまたは検査ヘッドの底面のような、試験システムの表面との平面性をチェックした後、基板をプローブする。一方法では、センサを有する測定ツールを、プローブ・システムのチャック上に配置する。センサを用いて、当該センサとプローブ・システム内の表面との間の距離を測定する。表面は比較的平面である。これは、プローブ・ニードルではない。センサは、測定の間、表面から離間した状態に保たれる。測定ツールをチャックから取り外す。測定ツールを取り外した後、チャック上に基板を配置し、プローブ・システムを用いてプローブする。あるいは、１つ以上のセンサを使用することも可能である。更に、センサ（群）をチャック，インターフェースまたは検査ヘッドに一体化することにより、別個の測定ツールを不要とすることも可能である。加えて、適正な平面性を得るための測定および調節の全てを自動的に行うように、測定を構成することも可能である。本発明は、特許請求の範囲によって規定され、以下に続く説明を読んだ後には一層よく理解されよう。
【００１０】
図３および図４は、プローブ・チャックの表面とインターフェースの底面との間の平面性を測定するために用いる、平面性（測定）ツール３０の図である。平面性ツール３０は、プレート３２，センサ・アーム３４，およびセンサ３６を含む。プレート３２は、良好な平面特性を有さなければならない。その平面性は、全ての方向において、１ミリメートルの長さ当たり約５．０ミクロンでなければならず、更に典型的には１ミリメートル当たり約２．０ミクロン未満である。平面性は、プレート３２の大幅なコスト上昇を招くことなく、できるだけ小さく抑えなければならない。プレートに選択する材料は、大きな平面性変化の可能性がないものとしなければならない。陽極処理アルミニウムのような、加工が容易な硬質材が、特にプレート３２には適している。プラスチック，クオーツ，セラミックス等のような、代わりの材料も使用可能である。しかしながら、これら代わりの材料は、経時的な変形あるいは、熱，湿気またはその他の条件による変形の可能性のないものでなければならない。プレート３２のサイズは、プローブ・チャック１６のサイズに基づいて種々の値を取る。この特定実施例では、部分断面図を含む図４に示すように、取り付けタブ３２２を用いて、プレート３２をプローブ・チャック１６に固着する。あるいは、真空を用いてプローブ・チャック１６上にプレート３２を保持することも可能である。
【００１１】
プレート３２上に、センサ・アーム３４を取り付け、Ｔ−ボルト３４２によってプレート３２上に保持する。この特定実施例では、３つの異なるアーム３４を用いる。しかしながら、これとは異なる数のアーム３４も使用可能である。これについては、後に更に詳しく論ずることにする。各センサ・アーム３４の端部付近には、センサ３６がある。センサ３６は、誘導性，容量性，赤外線，紫外線，磁気，または光センサを含む、数種類の異なる近接センサの１つとすることができる。光センサとは、可視光スペクトル内で動作し、光検出器，光ファイバ，およびレーザを含むセンサである。実際に使用するセンサは、用途およびユーザの好みに基づいて、当業者が選択することができる。センサ３６は、図４に示すように、センサ配線３６２を含み、これを電子測定または制御システムに接続する。
【００１２】
図５は、平面化（整合）プロセスの間に使用する場合の平面性ツール３０の図を示す。図５に示すように、平面化ツール３０は、プローブ・チャック１６上に配置されている。センサ３６は、検査ヘッド２２のインターフェース２８と対向している（図５では確認できない）。プローブ・ニードル１４９とは異なり、これらは各々比較的平坦な底面を有する。センサ３６の位置は変動し得るが、典型的に、プレート３２の周囲の外側に位置する。特定的な一例では、プレート３２の中心とセンサ３６との間の距離は、約１４０ミリメートルである。平面性が得られるのは、差分距離が約２５ミクロン以下となるときである。差分距離とは、１つのセンサ３６と検査ヘッド２２またはインターフェース２８の表面との間の最大距離から、別のセンサ３６とその表面との間の最少距離を減算した値である。これら２点におけるセンサ間の距離を、この明細書では「変位距離(displacement distance)」と呼ぶ。平面率とは、差分距離の変位距離に対する比のことである。これは具体的な例であるが、一般的に、変位距離１ミリメートル毎に約５．０ミクロンの差分距離までの範囲（約０．００５対１以下の平面率）とすることができる。この範囲は、変位距離１ミリメートル毎に、約２．０ミクロン以下の差分距離（約０．００２対１以下の平面率）とすべき場合の方が多い。
【００１３】
平面性が仕様の限度以内であれば、調節を行う必要はない。しかしながら、仕様の限度外である場合、図２に示すような外部マウント２６において調節を行う。外部マウント２６に対する調節により、検査ヘッド２２およびインターフェース２８の表面も調節される。この調節は、手作業による操作によって行うことができ、あるいはステッパ・モータ等の使用により自動的に行うことも可能である。再度測定を行う。このプロセスは、許容し得る平面性が得られるまで繰り返される。平面性が得られた後、平面性ツール３０を取り外し、プローブ・システム２０を用いて基板１７（図５には示されていない）をプローブする。
【００１４】
図６は、別の実施例を示し、ここではセンサ６６をチャック１６の側面に取り付ける。センサ３６と同様、センサ６６はセンサ配線６６２を有する。この特定実施例では、平面化は、半導体素子基板１７がプローブ・チャック１６上にある間に行う。平面性の測定は、基板１７の各ロットの始め、またはロット間のいずれかの時点で行うことができる。
【００１５】
他の実施例では、異なる数のセンサを用いる場合もある。３つのセンサが典型的に用いられる。何故なら、これはｘ，ｙ，ｚ軸に平面性を容易に設定するからである。センサを１つのみ用いることも可能であり、他の実施例では、３つ以上のセンサも使用可能である。手短に図６に戻ると、可視光，赤外線，紫外線光線等のような光線を用いてインターフェース２８の表面を走査することにより、１つのセンサ６６の使用で済ますことも可能である。表面を走査した後、チャック１６とインターフェース２８の下面との間の平面性について判定を行う。それに応じて調節を行う。走査は、チャックを静止状態に保持してスキャナを移動させることにより、またはチャックに対してセンサを静止状態に保持してチャックを移動させることにより、行うことができる。
【００１６】
図７は、本発明の更に別の代替実施例を示す。センサ７６は、インターフェース２８内またはインターフェース２８外の検査ヘッド２２内に取り付けることができる。図７は４つのセンサ７６を示すが、センサ７６はこれら２つの異なるセンサ位置を示す。典型的に一方の組（即ち、検査ヘッド２２内）または他方の組（即ち、インターフェース２８内）を用いる。今後、プローブ・システム２０が自動的に変更可能なインターフェースを有することも可能である。この特定実施例では、インターフェース２８内のセンサ７６は、インターフェース２８を変更するときはいつでも平面性をチェックする際に供することができる。
【００１７】
センサ３６，６６と同様、センサ７６は、インターフェース２８とプローブ・チャック１６，平面性タブ７４，および基板１７のいずれか１つとの間の距離を判定するために用いられる。平面性タブ７４およびプローブ・チャック１６の表面は、ほぼ同一面に沿って位置しなければならない。この測定は、プローブ・チャック１６の上に位置する基板１７があってもなくても、行うことができる。プローブ・チャック１６の面を用いて平面性測定を行う場合、典型的に、基板１７はプローブ・チャック１６上には存在しない。
【００１８】
前述の実施例は、従来技術に対して多数の利点がある。平面性ツールを用いる方法は、直接ドッキング（検査ヘッドに取り付けたインターフェース）を用いるプローブ・システムに非常に適している。これによって、手動方法（即ち、マイクロメータ等）を用いずに、平面性の測定が可能となる。加えて、センサは、プローブ・ニードル１４９ではなく、プローブ・チャック１６およびインターフェース２８の表面の平面性を測定するために用いられている。前者の平面化方法は、プローブ・ニードルの変形または歪みによって生ずるばらつきの影響を受けにくい。
【００１９】
更に別の利点は、前述の平面化方法が自動化プロセスとして実施可能なことである。配線３６２または６６２は、コンピュータのようなコントローラに結合することができる。測定を行った後、コンピュータがステッパ・モータを制御して外部マウント２６を調節する。
【００２０】
また、別の長所(benefit)として、これらのセンサの配向を変更することにより、チャック１６の中心からセンサまでの距離の延長が可能であることがあげられる。プローブ・チャック１６とインターフェース２８の下面との間の平面化精度を一層高めることができる。
【００２１】
更に別の利点は、本方法は自動化インターフェース交換器(automated interface changer)と共に使用可能なことである。即ち、半導体素子の種類間で、単にプローブ・カードではなく、インターフェースを交換することができる。インターフェース２８を交換するときはいつでも、平面性をチェックしなければならない。この特定実施例では、センサ７６を内蔵し、インターフェース２８の対向側に電気接続を備える。すると、インターフェース２８は検査ヘッド２２と接続し、センサ７６からの読み取り値は、検査ヘッド２２を介して、コンピュータまたはその他の電子制御システムに伝達することができる。これに応じて調節が行われる。
【００２２】
前述の平面化方法による更にまた別の長所は、図１に示したような従来技術のプローブ・システムを含む、現存する機器において使用可能なことである。インターフェースの底面とプローバ・チャックとの間の平面性を測定し、シムを加える等して、調節を行った後、試験システム１０を固定し(lock down)、通常通り試験を進めることができる。
【００２３】
前述の明細書では、具体的な実施例を参照しながら、本発明の説明を行った。しかしながら、特許請求の範囲に明記されている本発明の範囲から逸脱することなく、種々の改良や変更が可能であることを当業者は認めよう。したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で解釈すべきであり、かかる改良は全て、本発明の範囲に含まれることを意図するものである。具体的な実施例に関して、長所やその他の利点を記載した。しかしながら、長所，利点，およびこれらの長所や利点のいずれかを想起させるまたは一層明白にさせるあらゆるエレメント（群）は、いずれの請求項でも、重大、必要、または必須の特徴またはエレメントとして解釈しないものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の試験システムの断面図。
【図２】従来技術の試験システムの断面図。
【図３】インターフェースの底面とプローブ・チャックの表面との間の平面性を確保するために用いられる平面性ツールの平面図。
【図４】インターフェースの底面とプローブ・チャックの表面との間の平面性を確保するために用いられる平面性ツールの側面図。
【図５】プローブ・チャック１６をインターフェースに整合する際に用いる、図３および図４のツールの断面図。
【図６】改良した平面性ツールを用いた試験システムの断面図。
【図７】検査ヘッド内にセンサを含む試験システムの断面図。
【符号の説明】
１０    検査システム
１２    検査ヘッド
１４    プローブ
１６    ブローブ・チャック
１７    基板
１８    インターフェース
２０    試験システム
２２    検査ヘッド
２４    プローバ
２６    外部マウント
２８    インターフェース
３０    平面性（測定）ツール
３２    プレート
３４    センサ・アーム
３６    センサ
６６    センサ
７４    平面性タブ
７６    センサ
１４２    ヘッド・プレート
１４４    負荷ボード
１４８    プローブ・カード
１４９    プローブ・ニードル
２２２    ポゴ・スタック
３２２    取り付けタブ
３４２    Ｔ−ボルト
３６２    センサ配線
６６２    センサ配線
【図１】
0004435328.tif 000002
【図２】
0004435328.tif 000003
【図３】
0004435328.tif 000004
【図４】
0004435328.tif 000005
【図５】
0004435328.tif 000006
【図６】
0004435328.tif 000007
【図７】
0004435328.tif 000008