(57)【要約】【課題】【解決手段】半導体ウエハ上のデバイスのパラメトリックおよび信頼性テストに用いるためのユニバーサル・マルチピン・調整可能プロービングアセンブリ（１００）またはマニピュレータ。プロービングアセンブリは、磁場を用いて、金属プラテン（１２０）上に取り付けられ、調整されうる。磁場の強度は、アーム（１１０）を介してブロック（１４０）が接続された切り替え可能磁気スラブ（１３０）によって調整されうる。プローブヘッド（１５０）が、ブロックの側面に取り付けられることができ、ブロックは、プローブ（１７０）のチップがダイのパッド上に同時に着地することを保証するようにプローブヘッドを傾斜させるための傾斜制御メカニズムを備える。プローブヘッドは、さらに、Ｘ、Ｙ、および、Ｚ方向の横移動、ならびに、Ｚ軸に関する回転のための４つの調整メカニズムを備える。【選択図】図１
2020502508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ上のデバイスのパラメトリックおよび信頼性テストのためのユニバーサルプロービングアセンブリであって、
切り替え可能磁気スラブと、
複数の調整メカニズムを備えたプローブヘッドと、
前記ウエハのＸ−Ｙ平面に垂直な前記プローブヘッドの傾斜調整を可能にするための傾斜制御メカニズムを備えたブロックであって、前記プローブヘッドは、前記ブロックに取り付けられている、ブロックと、
第１端および第２端を有するアームであって、前記第１端は、前記切り替え可能磁気スラブに取り付けられ、前記第２端は、前記ブロックに取り付けられている、アームと、
を備える、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のユニバーサルプロービングアセンブリであって、さらに、金属プラテンを備え、前記切り替え可能磁気スラブは、前記切り替え可能磁気スラブと前記金属プラテンとの間の磁場を増大させることにより、前記金属プラテンへの前記アーム、前記ブロック、および、前記プローブヘッドの取り付けを可能にする、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載のユニバーサルプロービングアセンブリであって、前記切り替え可能磁気スラブは、前記切り替え可能磁気スラブと前記金属プラテンとの間の前記磁場を低減させることにより、前記金属プラテンからの前記アーム、前記ブロック、および、前記プローブヘッドの解放を可能にする、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載のユニバーサルプロービングアセンブリであって、前記傾斜制御メカニズムは、前記プローブヘッドを傾斜させるために、ネジによって制御される可動部分を備える、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載のユニバーサルプロービングアセンブリであって、前記プローブヘッドは、前記ブロックの取り付け側面に取り付けられる、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載のユニバーサルプロービングアセンブリであって、前記プローブヘッドは、前記ブロックの前記取り付け側面上のダブテール受けに取り付けられ、前記ダブテール受けは、前記可動部分によって傾斜されることができる、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項７】
請求項５に記載のユニバーサルプロービングアセンブリであって、前記ブロックは、前記ブロックの３つの未使用の側面の内の任意の側面を用いて前記アームに取り付けられることができ、前記３つの未使用の側面は、前記プローブヘッドが取り付けられた前記取り付け側面ではない前記ブロックの任意の側面である、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項８】
請求項５に記載のユニバーサルプロービングアセンブリであって、前記プローブヘッドは、Ｘ軸、Ｙ軸、および、Ｚ軸に沿った横移動、ならびに、Ｚ軸に関する回転のための調整メカニズムを含む４つの調整メカニズムを備え、前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、および、前記Ｚ軸は、互いに直交する、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載のユニバーサルプロービングアセンブリであって、前記プローブヘッドは、前記Ｙ軸に関して傾斜可能である、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項１０】
請求項１に記載のユニバーサルプロービングアセンブリであって、前記プローブヘッドは、ロックメカニズムおよびレバーを用いて、レールベースのシステムに取り付けられることができる、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項１１】
半導体ウエハ上のデバイスのパラメトリックおよび信頼性テストのためのプロービングアセンブリであって、
切り替え可能磁気スラブと、
複数の調整メカニズムを備えたプローブヘッドと、
前記プローブヘッドの傾斜調整を可能にするための傾斜制御メカニズムを備えたブロックであって、前記プローブヘッドは、前記ブロックに取り付けられている、ブロックと、
第１端および第２端を有するアームであって、前記第１端は、前記切り替え可能磁気スラブに取り付けられ、前記第２端は、前記ブロックに取り付けられている、アームと、
金属プラテンであって、前記切り替え可能磁気スラブと前記金属プラテンとの間の磁場を用いて、前記アーム、前記ブロック、および、前記プローブヘッドが、前記金属プラテンに取り付けられることができる、金属プラテンと、
を備える、プロービングアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のユニバーサルプロービングアセンブリであって、前記切り替え可能磁気スラブは、前記切り替え可能磁気スラブと前記金属プラテンとの間の磁場の強度を調整するためのスイッチを備える、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のユニバーサルプロービングアセンブリであって、より強い磁場が、よりしっかりと、前記磁気スラブ、前記アーム、および、前記プローブヘッドを前記金属プラテンに取り付ける、ユニバーサルプロービングアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１１に記載のプロービングアセンブリであって、前記複数の調整メカニズムは、Ｘ軸、Ｙ軸、および、Ｚ軸に沿った横移動、ならびに、Ｚ軸に関する回転のための調整メカニズムを含む４つの調整メカニズムを含み、前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、および、前記Ｚ軸は、互いに直交する、プロービングアセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプロービングアセンブリであって、前記４つの調整メカニズムは、手動で調整可能なノブである、プロービングアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプロービングアセンブリであって、前記プローブヘッドは、前記Ｙ軸に関して傾斜可能である、プロービングアセンブリ。
【請求項１７】
半導体ウエハ上のデバイスのパラメトリックおよび信頼性テストのためのプロービングアセンブリであって、
切り替え可能磁気スラブと、
４つの調整メカニズムを備えたプローブヘッドと、
前記ウエハのＸ−Ｙ平面に垂直な前記プローブヘッドの傾斜調整を可能にするための傾斜制御メカニズムを備えたブロックであって、前記プローブヘッドは、前記ブロックに取り付けられている、ブロックと、
前記切り替え可能磁気スラブおよび前記ブロックを接続するアームと、
を備える、プロービングアセンブリ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプロービングアセンブリであって、さらに、金属プラテンを備え、前記切り替え可能磁気スラブは、前記切り替え可能磁気スラブと前記金属プラテンとの間の磁場の強度を制御する、プロービングアセンブリ。
【請求項１９】
請求項１７に記載のプロービングアセンブリであって、前記プローブヘッドは、前記ブロックの第１側面に取り付けられ、前記ブロックは、前記ブロックの第１、第２、または、第３側面のいずれでも、前記アームに取り付けられることができる、プロービングアセンブリ。
【請求項２０】
請求項１７に記載のプロービングアセンブリであって、前記傾斜制御メカニズムは、前記プローブヘッドを傾斜させるために、ネジによって制御される可動部分を備える、プロービングアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は、２０１６年１２月２０日出願の同時係属の米国仮特許出願第６２／４３６，７６２号の利益を主張し、すべての目的のために上述の出願を本明細書に参照によって組み込む。
【０００２】
本発明は、一般に、ウエハレベルテスト装置に関し、特に、半導体ウエハ上のデバイスのパラメトリックおよび信頼性テストに用いるためのマルチピンの調整可能プロービングアセンブリまたはマニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００３】
ウエハレベルテストおよび特性評価は、通例、テストされる半導体ウエハ上の１または複数のデバイスにおける複数のピンへの直接アクセスを必要とし、ここで、各精密金属ニードル（プローブ）が、テストされるダイ上の専用金属パットに接触する。特定のダイへのアクセスは、ウエハ平面（Ｘ−Ｙ）の横移動、Ｚ（高さ）調整、Ｚ軸に関する（すなわち、Ｘ−Ｙ平面における）回転調整、および、Ｙ軸に関する（すなわち、Ｘ−Ｚ平面における回転（本明細書では以後「傾斜」とする）に関して、ダイと接触するプローブすべての正確かつ信頼性の高い制御を必要とする。したがって、正確な制御ができるプローブアセンブリを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
一実施形態によると、半導体ウエハ上のデバイスのパラメトリックおよび信頼性テストのためのユニバーサルプロービングアセンブリが提供されている。アセンブリは、切り替え可能磁気スラブと、プローブヘッドと、ウエハのＸ−Ｙ平面に垂直なプローブヘッドの傾斜調整を可能にするための傾斜制御メカニズムを備えたブロックと、第１端および第２端を有するアームと、を備える。アームの第１端は、切り替え可能磁気スラブに取り付けられ、アームの第２端は、ブロックに取り付けられている。プローブヘッドは、ブロックに取り付けられ、調整メカニズムを備える。
【０００５】
別の実施形態によると、半導体ウエハ上のデバイスのパラメトリックおよび信頼性テストのためのプロービングアセンブリが提供されている。アセンブリは、切り替え可能磁気スラブと、調整メカニズムを有するプローブヘッドと、ブロックと、第１端および第２端を有するアームと、切り替え可能磁気スラブと金属プラテンとの間の磁場を用いて、アーム、ブロック、および、プローブヘッドを取り付けできる金属プラテンと、を備える。ブロックは、プローブヘッドの傾斜調整を可能にするための傾斜制御メカニズムを備え、プローブヘッドは、ブロックに取り付けられている。アームの第１端は、切り替え可能磁気スラブに取り付けられ、アームの第２端は、ブロックに取り付けられている。
【０００６】
さらに別の実施形態によると、半導体ウエハ上のデバイスのパラメトリックおよび信頼性テストのためのプロービングアセンブリが提供されている。アセンブリは、切り替え可能磁気スラブと、４つの調整メカニズムを備えたプローブヘッドと、ブロックと、切り替え可能磁気スラブおよびブロックを接続するアームと、を備える。ブロックは、ウエハのＸ−Ｙ平面に垂直なプローブヘッドの傾斜調整を可能にするための傾斜制御メカニズムを備える。プローブヘッドは、ブロックに取り付けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明、ならびに、そのさらなる目的および利点は、添付の図面に関連して行う以下の説明を参照することによって最も良く理解できる。
【０００８】
【図１】一実施形態に従って、ユニバーサルプロービングアセンブリおよびプラテンを示す斜視図。
【０００９】
【図２】３つの並進自由度Ｘ、Ｙ、および、Ｚと、Ｘ−Ｙ平面における回転（ΘＺで示す）および傾斜（Θｙで示す）とを示す、図１のユニバーサルプロービングアセンブリの斜視図。
【００１０】
【図３】プローブヘッドおよびプローブカードのない図１に示したユニバーサルプロービングアセンブリの斜視図。
【００１１】
【図４Ａ】図１に示したユニバーサルプロービングアセンブリのブロックおよびアームを示す正面図。
【００１２】
【図４Ｂ】図１に示したユニバーサルプロービングアセンブリのブロックおよびアームを示す側面図。
【図４Ｃ】図１に示したユニバーサルプロービングアセンブリのブロックおよびアームを示す側面図。
【００１３】
【図４Ｄ】図１に示したユニバーサルプロービングアセンブリのブロックおよびアームを示す上面図。
【００１４】
【図５Ａ】図１に示したプローブヘッドおよびユニバーサルプロービングアセンブリを示す正面図。
【００１５】
【図５Ｂ】図１に示したプローブヘッドおよびユニバーサルプロービングアセンブリを示す側面図。
【図５Ｃ】図１に示したプローブヘッドおよびユニバーサルプロービングアセンブリを示す側面図。
【００１６】
【図５Ｄ】図１に示したプローブヘッドおよびユニバーサルプロービングアセンブリを示す上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、一般に、ウエハレベルテスト装置に関する。本明細書の実施形態は、半導体ウエハ上のデバイスのパラメトリックおよび信頼性テストに用いるためのマルチピンの調整可能プロービングアセンブリまたはマニピュレータについて記載する。プロービングアセンブリの実施形態は、以下で詳述するように、５自由度での調整を提供する。
【００１８】
図１〜図５を参照して、ユニバーサルプロービングアセンブリ１００の実施形態について説明する。一実施形態によると、図１に示すように、マニピュレータアーム（以降「アーム」とする）１１０が、切り替え可能磁気スラブ１３０を介して磁力によって金属プラテン１２０に取り付けられている。後に詳述するように、切り替え可能磁気スラブ１３０上のスイッチを用いて、アーム１１０とプラテン１２０との間の磁力の強さを制御できる。
【００１９】
アーム１１０は、長方形の接続／傾斜調整ブロック（以降「ブロック」とする）１４０に取り付けられている。一実施形態によると、アーム１１０は、精密ネジを用いてブロック１４０に取り付けられている。ブロック１４０は、４つの側面の内の３側面のいずれからアーム１１０に取り付けられてもよく、一方、残りの（第４）側面は、プローブヘッド（以降「ヘッド」とする）１５０に接続され、ヘッド１５０は、傾斜可能である。図の実施形態において、プローブヘッド１５０は、ブロック１４０の第４側面上のダブテール受け１４４に取り付け可能であり、安定性および反復可能性を両立した動作が保証される。アーム１１０は、極小の熱膨張率を有する材料から形成される。
【００２０】
上述の傾斜調整に加えて、プローブヘッド１５０は、４つのさらなる調整メカニズム（すなわち、Ｘ、Ｙ、Ｚ、および、Ｚ軸に関する回転）を備えており、ここで、その側面の内の１つは、垂直プローブカード１６０に取り付けられ、垂直プローブカードについては、米国特許第７，１２６，３６１Ｂ１号に記載されており、その特許は、すべての目的のために参照によって本明細書に組み込まれる。プローブ１７０は、プローブカード１６０の底部に接続され、通常は、１または２列に配列される。一実施形態によると、すべての５つの調整メカニズムが、傾斜制御メカニズム１４２および専用ノブ１５２を用いて、ユーザによって手動で駆動される。プローブ１７０の位置がテストダイ上のそれぞれのパッドと整列されると、プローブ１７０とテストダイ上のパッドとの間の適切な機械的および電気的接触を保証するために、最後のＺ−調整がなされる。
【００２１】
図１は、ユニバーサルプロービングアセンブリ１００の一実施形態を示す斜視図である。図１に示すように、切り替え可能磁気スラブ１３０が、アーム１１０に取り付けられ、その磁力によって金属プラテン１２０上に保持されている。一実施形態によると、切り替え可能磁気スラブ１３０は、ネジを用いてアーム１１０に取り付けられてよい。磁気スラブ１３０上のスイッチを用いて磁力を低減することができ、したがって、磁力を低減させることで、プラテン１２０に対して容易に位置決めおよび調整を行うことが可能になる。所望の位置が達成されると、磁気スラブ１３０上のスイッチを用いて磁力を強めることで、プラテン１２０上に磁気スラブ１３０を強固にしっかりと保持するためのより強力な磁力を生み出すことができる。
【００２２】
図２は、概して、図１に示したプローブアセンブリ１００を示すが、プラテン１２０がない。また、図２は、３つの並進自由度Ｘ、Ｙ、および、Ｚと、Ｘ−Ｙ平面における回転（ΘＺで示す）および上述の傾斜（Θｙで示す）とを示す。図２に示すように、プローブヘッド１２０上のノブ１５２は、ユーザが、プローブヘッド１５０を、Ｘ、Ｙ、および、Ｚ方向に調整すると共に、Ｚ軸に関して回転調整することを可能にする。上述のように、傾斜制御メカニズム１４２を用いて、Ｙ軸に関してプローブヘッド１５０を傾斜させることができる。したがって、プローブアセンブリ１００は、５自由度を有する。
【００２３】
図３は、プローブヘッド１５０およびプローブカード１６０のない図１に示したアセンブリの斜視図である。図３に示すように、ブロック１４０は、アーム１１０の傾斜部分１１２に接続できる。ブロック１４０は、ブロックの３つの平坦な側面のいずれか（ダブテール受け１４４が取り付けられていない側面のいずれか）でアーム１１０の傾斜部分１１２に取り付けられうることに注意されたい。アーム１１０をブロック１４０の３つの側面のいずれに取り付けることもできることで、プラテン１２０上の異なる位置にブロック１４０を移動させることなしに、互いに関して１８０°または９０°に向けられたダイを同時にテストすることが可能になる。傾斜制御メカニズム１４２が、１つの側面に力を掛けることによって、ブロック１４０内の内部金属部分１４８を移動させる一方で、他方の側面は、対向するバネ（図示せず）によってバランスを取られる。内部金属部分１４８は、ダブテール受け１４４に取り付けられており、ブロック１４０の第４側面に垂直な軸に関して自由に回転する。したがって、傾斜制御メカニズム１４２を用いて、プローブヘッド１５０が取り付けられるダブテール受け１４４またはその他の取り付けメカニズムを傾斜させることができる。
【００２４】
図４Ａは、内部の傾斜制御メカニズム１４２およびダブテール受け１４４が取り付けられたブロック１４０およびアーム１１０を示す正面図である。図４Ｂおよび図４Ｃは、ブロック１４０およびアーム１１０の側面図であり、図４Ｄは、上面図である。Ｙ軸に関するダブテール受け１４４の傾斜調整は、ブロック１４０の上部の２つの開口部１４６によって可能になっており、それにより、内部金属部分が傾斜に応じて動くことが可能になっている。
【００２５】
図５Ａ〜図５Ｄは、プローブヘッド１５０およびアセンブリ１００の様々な図を示す。プローブヘッド１５０は、ブロック１４０のダブテール受け１４４を介してブロック１４０上に取り付けられる。米国特許第７，１２６，３６１号は、すべての目的のために参照により本明細書に組み込まれており、プローブヘッド１５０の一実施形態を記載し、ここで、ロックメカニズムおよびレバー１５４が、ヘッド１５０をそのレールに固定し、必要に応じて解放する。
【００２６】
ＸおよびＹ方向の横移動は、ウエハ上の対象ダイに対してプローブ１７０を位置決めし、一方、Ｚ軸に関する回転は、すべてのプローブ１７０がそれぞれ意図したパッドと整列されるのを保証すると理解される。ブロック１４０は、ウエハ（Ｘ−Ｙ）平面に垂直なプローブヘッド１５０の傾斜調整を可能にする。プローブヘッド１５０の傾斜は、プローブチップを結ぶ仮想のラインと、下にあるウエハ（Ｘ−Ｙ）平面との間の可能な角度を修正することによって、プローブ１７０のすべてのチップが同時にパッドに着地することを保証する。アーム１１０をブロック１４０の３つの側面のいずれに取り付けることもできることで、プラテン１２０上の異なる位置にプロ−ビングアセンブリ１００を移動させることなしに、互いに関して１８０°または９０°に向けられたダイを同時にテストすることが可能になる。マルチピン垂直プローブは、マルチパッド接続を可能にしつつ、ウエハからプローブヘッドへの熱伝導を最小化する。
【００２７】
いくつかの実施形態だけを詳細に説明したが、本発明は、本発明の範囲から逸脱することなしに多くの他の形態で実施されうることを理解されたい。上記に鑑みて、本実施形態は例示であり、限定的ではなく、本発明は、本明細書に記載の詳細事項に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形されてよいことが明らかである。
【図１】
2020502508.tif 000003
【図２】
2020502508.tif 000004
【図３】
2020502508.tif 000005
【図４Ａ】
2020502508.tif 000006
【図４Ｂ】
2020502508.tif 000007
【図４Ｃ】
2020502508.tif 000008
【図４Ｄ】
2020502508.tif 000009
【図５Ａ】
2020502508.tif 000010
【図５Ｂ】
2020502508.tif 000011
【図５Ｃ】
2020502508.tif 000012
【図５Ｄ】
2020502508.tif 000013
【国際調査報告】
2020502508.tif 000014
2020502508.tif 000015
2020502508.tif 000016
2020502508.tif 000017
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