JPS6369246A

JPS6369246A - Ｉｃプローブ装置

Info

Publication number: JPS6369246A
Application number: JP62217759A
Authority: JP
Inventors: デルマー・イー・スナイダ; コーネリス・ティー・ビーネンダール; セオドール・ジー・クリードン
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1986-09-08
Filing date: 1987-08-31
Publication date: 1988-03-29
Also published as: JPH0469816B2; EP0260096A1; US4904933A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はＩＣ（集積回路）プローブ装置、特にＩＣウェ
ハ又はチップの動作テストに好適な装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

量産ＩＣテスト用でないエンジニアリング用ＩＣテスト
、即ち新たに設計されたＩＣの特性評価等に使用するＩ
Ｃプローブ装置はＩＣチップを載置する固定（静止）台
を有する。この台に対してプローブが可動であって、プ
ローブの接触素子をチップの接触パッドと電気的に接触
させるよう構成している。このプローブは１９８４年１
１月１６日付米国特許出願第６７２．８４６　号明細書
に記載する如きセラミックプローブであってもよい。こ
の種のセラミックプローブを使用するプローブステーシ
ョンの２種の実用装置では、複数のプローブを支持構体
上に取付け、各プローブをＸ−Ｙ　（水平）軸に沿って
相互に移動し、各接触素子のパターンを被測定チップの
接触バンドパターンに対応させ、且つ２（垂直）軸に沿
って接触素子を共通面内で位置させる。プローブを支持
構体上で適切に位置させると、支持構体の１例では２軸
精密ねじを用いて水平方向へ移動させ、プローブの接触
素子を被測定チップの接触パッドと位置合わせ（アライ
メント）する。他の例では、プローブ支持構体は静止し
ており、被測定チップがグリース板上で水平方向へ移動
する。いずれの場合とも、次に支持構体を下げてプロー
ブの接触素子とチップの接触パッド間の物理的接触が行
われるようにする。プローブの支持構体を正確に加工す
ることが困難であり、プローブの接触素子の平面性を正
確に実現するのが極めて困難であるので、この技法は面
倒であることが判っている。更にまた、この支持構体は
重く且つ大型であるので、支持構体を垂直方向へ高精度
に移動するのが困難である。第１の理由により、プロー
ブの１以上の接触素子は電気的接触を確立するに足る十
分な力で被測定チップの接触パッドに接触できないか、
接触パッドに全く接触しない。もしオペレータが支持構
体を垂直方向に移動させて総ての接触素子が好ましい接
触を図ると、２番目のファクタが支持構体の移！ＪＪ精
度を制限する。その結果、セラミックプローブの１個又
は複数個がチップのパッドとプローブの接触素子間の接
触力により過度の歪みを生じて破壊するかも知れない。

更に、支持構体の性質により、支持構体を垂直方向に移
動すると、接触素子の同一平面性が損なわれるかも知れ
ない。

エレクトログラス社のモデル１０３４　Ｘオートブロー
バは上面にプローブが取付けられ使用時に静止している
水平面を定めるテーブル（台）を有する。

２軸ステツピングモータを用いてテーブル上へウニハチ
セックを移動し、ウェハチャック上のチップの接触パッ
ドをプローブの接触素子の下に位置させる。ウェハチャ
ックを正しい水平位置にすると、Ｚ軸ステッピングモー
タを作動してチップを持ち上げチップの接触パッドとプ
ローブの接触素子間の物理的接触を行わせる。ウェハチ
ャックの最初の位置は、ジョイスティックを用いて手動
で行う。このジョイスティックはＸ及びＹ軸パルス発生
器に結合されて、Ｘ、Ｙ軸ステッピングモータを駆動す
るパルスを発生する。初期位置決めが終わった後、チャ
ンクを順次のグイ位置へ何ろオペレータの関与なく自動
的に進める。

〔発明の概要〕

本発明のＩＣプローブ装置は、略平面状の上面を有する
テーブル（台）と、そのテーブル上に上面から離間して
位置したＩＣプローブと、チャックキャリヤと、チアツ
クとにより構成される。このチャックキャリヤは略平坦
な下面を具えテーブルの上面と向かい合って配置され、
テーブルの上面とチャックキャリヤの下面間に粘着性材
料の被膜を設けている。チャックキャリヤはテーブル上
にとどまったままでテーブルに対して水平方向に移動で
きるよう手動で移動可能である。チャックはチャンクキ
ャリヤに取付けられるが、チャックキャリヤに対して垂
直方向に移動可能である。チャックとチャックキャリヤ
間の最も適切な（プライム）機械的移動が行われると、
チャックキャリヤに対してチャックが垂直方向に移動す
る。

この粘着性材料はオペレータがチアツクをつかんで水平
方向に移動するとき触覚フィードバックを与え、オペレ
ータが高精度でチャックを水平移動の制御を可能にする
。従って、水平方向の分解能と反復体は、水平移動の制
御にメカトロニクス（電気機械）手法を使用する既存の
プローブステーションに比して優れている。チャックキ
ャリ４．・とチャック間で適切なメカニカル移動が作動
するとすれば、プローブ支持構体の垂直移動に関する問
題が解決できる。

〔実施例〕

第１図に示すプローブ装ｆｉｔ（ステーション）は精密
加工した上面（４）を有するテーブル（２）を具えてい
る。このプローブステーションを使用するには、上面（
４）が水平になるよう配置する。ブリッジ（橋脚状〉構
体（６）をテーブル（４）に取付け、これにプローブ（
８）を上面（４）に対して固定した高さに固定する。

プローブ（８）の詳細は図示していないが、上述したセ
ラミック製プローブ、又は１９８５年１２月２３日付米
国特許出願第８１２．１４５号明細書（対応日本特許、
特開昭６２−１６３９７３号公報）に開示する如きポリ
イミドプローブであってもよい。セラミック製プローブ
を使用した場合には、このブリッジ構体にＸＹＺマニピ
ュレータ（操作器）を組込んで、多数のプローブ相互間
を移動できるようにする。もしポリイミドプローブを使
用すると、ブリッジ構体はプローブがテーブルに対して
移動を阻止するよう設計してもよい。また、ブリッジ構
体はポリイミドプローブとセラミックプローブとを（Ｘ
ＹＺマニピュレータと共に）交換可能に設計してもよい
。

チャックキャリヤ（１０）は面（４）上に停止する。ナ
ラツタキャリヤ（１０）は精密研磨した下面（１２）を
有し、グリース被膜が上面（４）と下面（１２）面に挿
入されている。上面（４）でのチャックキャリヤ（１０
）の移動はグリース被膜により粘着性ダンピング力によ
ってのみ実質的に制約される。よって、チャックキャリ
ヤ（ｌＯ）は手動で力を加えることによりＸＹ（水平）
方向に容易に移動することができ、手の力を抜くと粘着
性ダンピング力により略瞬間的に移動停止する。チャッ
クキャリヤを介して粘着性ダンピング力によりオペレー
タに与えられる触覚帰還により、チャックキャリヤを面
（４）の任意の位置（チャックキャリヤ自体の寸法及び
形状で決まる限界内）に高精度で移動することができる
。

（図中では１つのみを示す）一連のプレー）　（１４）
はチャックキャリヤ（１０）に固定され、チャックキャ
リヤと共に移動し、上面（４）及びグリース被膜からゴ
ミや他の汚染物を排除し、グリースにより与えられる触
覚帰還を保存するっチャック（２０）はチャックキャリヤ（１０）に載置さ
れ、チャックキャリヤと共にＸ及びＹ方向に移動する。

このチャックキャリヤはケーブル（２４）を介してコン
トローラ（６０）から電気信号を受ける２個の固定子巻
線を有するステッピングモータ（２２）を組込んでいる
。このモータはねじ（２６）を各パルス毎に所定角度だ
け回転応答させる。このねじ（２６）はチャック（２０
）に固定されたナツト←１２）とねじ係合している。ガ
イド（図示せず）はチャックをチャックキャリヤに対し
てねじ（２６）の中心軸に平行方向に線形移動を可能に
するが、チャックがナラツタキャリヤに対して回転する
のを阻止する。従って、ねじ（２６）をモータ（２２）
により回転すると、チャックはチャックキャリヤに対し
て上下する。

モータ（２２）とねじ（２６）はコントローラ（６０）
により与えられる各パルスに対してチャックが約０．０
１３ｍｍの距離だけ上下するようにする。限界スイッチ
（２８）がチャックキャリヤ上に取付けられ、それが限
界点まで下がるときチャックにより付勢される。

この限界スイッチはケーブル（２４）によりコントロー
ラ（６０）に接続される。

チャック（２０）は凹部を有するウェハ受け上面（４４
）を具えており、この凹面は真空ポンプに接続される管
（４６）で連結されている。従って、プローブしたいチ
ップを含むウェハ（４８）　（第１図）がウェハ受け面
（４４）に配置され、真空ポンプを付勢すると、真空は
凹部とつながり、ウェハ（４８）は面〈４４）に確実に
保持される。別の管（５２）が面（４４）のすぐ下方に
形成され、管（５２）を介して帰還しておりウェハ（４
８）の温度を制御する温度調整流体供給源に接続されて
いる。

また、プローブステーションには図中では単に模型的に
示す顕微鏡（５４）を有し、これを通してプローブステ
ーションのユーザはプローブの接触素子とチャックに保
持するウェハのＩＣチップの接触パッドを観察すること
ができるようにする。

コントローラ（６０）はメモリを有し且つ、５つの異な
る動作状態を有する。コントローラ（６０）がＨＯＭＥ
状態にあると、コントローラ（６０）はパルスを与えて
チャックが限界スイッチに係合するまでチャックを下げ
、次にチャックを僅かに上げる。これがホーム位置であ
る。チアツクがホーム位置になる為に持ち上げられる量
は、コントローラ（６０）のメモリにストアされたデー
タにて定まる。チアツク（２０）がホーム位置になると
、チャックキャリヤ（１０）はＸ及びＹ方向に移動し、
プローブすべきチップの接触パッドが、顕微鏡（５４）
で観察して決めたプローブの接触位置の略直下に来るよ
うにする。次にコントローラ（６０）をＭ　Ａ　Ｎ　Ｕ
　Ａ　Ｌ状態にする。

！、＋　Ａ　Ｎ　Ｕ　Ａ　Ｌ状態では、調節つまみ（６
２）を用いてチャック（２０）の高さを調整する。即ち
、つまみ（６２）は１回転毎に所定数のパルスを発生す
るパルス発生器（６４）に接続される。これらパルスを
モータ（２２）に供給して、このモータによりねじ（２
６）をつまみ（６２）の回転方向に応じて一方又は他方
に回転し、チャック（２０）を上下する。コントローラ
（６０）が！、ｌ　Ａ　Ｎ　Ｕ　Ａ　Ｌ状態にあると、
オペレータはチャック（２０）をホーム位置から被試験
チップの接触パッドがプローブの接触素子と電気的接触
するまで持ち上げる方向へつまみ（６２）を回転する。

この状態は顕微鏡（５４）により監視するが（図示せず
も）プローブに接続された電子計器により検出すること
が可能である。チャック（２０）がこの位置にあると、
オペレータはチャックキャリヤ（１０〉位置の微調整を
行い、チップの接触パッドがプローブの接触素子に正常
に接触されることを保証する。また、オペレータはコン
トローラ（６０）を５ＴＯＲ巳状態（ごすることもでき
る。この状態では、チャック（２０）をホーム位置から
接触パッドが接触素子に丁度接触するまで持ち上げるに
必要なパルス発生器（６４）が発生するパルス数を表す
デジタルワードをコントローラ（６０）がそのメモリに
ストアする。次に、オペレータはコントローラ（６０）
をＰＲＯＢＢ　状態にする。もし、コントローラがＭＡ
ＮＵＡＬ状態にあると、オペレータは不注意によりつま
み（６２）をチッヤクが下がる方向に回転し、チャック
は限界スイッチ（２８）と係合し、コントローラ（６０
）はＨＯ！、Ｉ　Ｅ状態を入力することにより応答し、
つまみ（６２）をディスエーブルし、チャックをホーム
位置に戻す。

ＰＲＯＢＢ状態では、コントローラは付加パルスをモー
タ（２２）に供給して、プローブ又はウェハのいずれか
を破損することなくプローブの接触素子と被試験チップ
の接触パッド間が確実に接触するようチャックを十分に
持ち上げる。セラミックプローブの場合、プローブには
ストレンゲージを組込んでプローブの歪みを検出し、Ｐ
ＲＯＢＥ　状態ではコ　゛ントローラ（６０）はモータ
にパルスを供給し続け、ストレンゲージが検出した歪み
の程度が適正接触圧になったことを示すと停止する。ポ
リイミドプローブの場合には、接触素子はポリイミド被
膜上に形成され、接触圧は弾性変形バックアップ部材（
例えばエラストマ）で行われるので、限界スイッチを用
いポリイミド被膜の最高反りを定め、この値に到達する
ときコントローラ（６０）に対して信号を送る。限界ス
イッチが出した信号はコントローラ（６０）がモータに
付加パルスを供給するのをディスエーブルする。第２図
の回路ブロック（６６）はプローブに関連ないし付随す
るストレンゲージ又は限界スイッチを示すものである。

或いは、これに加えて、ポリイミドプローブの場合には
、十分な接触圧を加えるに必要な付加パルスは上述した
パンクアンプ部材の機械的特性で決定してコントローラ
（６０）のメモリにストアしてもよい。

特定のチップがプローブされ、必要な測定が行われると
、オペレータはコントローラ（６０）にＩＩＯＭＢ状態
を人力させ、且つコントローラはチャック（２０）が限
界スイッチ（２８）に係合するまで下げ、次にチャック
を僅かに持ち上げてチャックをホーム位置に戻す。チャ
ンクがホーム位置にあると、オペレータはチャックキャ
リヤ（１０）の水平位置を調整し、他のチップの接触パ
ッドをプローブの接触素子の下に位置させ、次にコント
ローラ（６０）が丁度接触（Ｊ［ＩＳＴ　ＴＯＵＣＨＩ
ＮＧ）　　状態にする。この状態では、コントローラは
５ＴＯＰεモードでストアした数を読み出してモータフ
２２）にそのパルス数を供給する。従って、チャックは
ホーム位置から、次のチップの接触パッドがプローブの
接触素子に丁度接触する位置に上げる。チャックの水平
位置はこの時点で調整してチップの接触パッドがプロー
ブの接触素子と正しくアライメントされることを保証し
、アライメントが完了するとオペレータはコントローラ
（６０）をＰＲＯＢＢ　状態にする。

上述の説明から、明らかな如く、チャックをホーム位置
から丁度接触する位置へチッヤクを持ち上げるに要する
パルス数を１度ストアすると、Ｚ軸移動はオペレータが
コントローラ（６０）に与えた命令に応じて自動的に行
われ、しかもプローブ又はチップを破壊する危険は軽減
するので、本発明によるプローブステーションは半自動
であると言える。チャックの水平移動を直接手動調整す
ると、チャックが任意の希望水平位置に迅速且つ正確に
移動可能にする。コントローラがＨＯＭ巳、　ＪＵＳＴ
　ＴＯ−ＬＩＣＨＩＮＧ又はＰＲＯＢＢ　状態にあると
、ステッピングモ−タに印加されるパルス速度は、モー
タが静止状態から円滑に加速又は減速され、チップ及び
プローブの振動衝撃は回避できる。

以上は本発明のＩＣプローブ装置を好適実施例に基づき
詳述したが、本発明は何ら斯る実施例のみに限定すべき
ではなく、必要に応じて種々の変形変更が可能であり、
これらも本発明の技術範囲に包含されること勿論である
。例えば、本発明はウェハ状、即ちグイ　（又はチップ
状）に切断する前にブロービングすることにつき説明し
たが、真空チャックの設計を適当に行うことにより、本
発明は、グイ状のチップのブロービング又はハイプリン
トＩＣの他の半導体エレクトロニクスデバイスのブロー
ビングにも適用可能である。

〔発明の効果〕。

チッヤクキャリアはテーブル面の粘着膜にて滑動するの
で水平移動が極めて滑らかでありウェハとプローブ間の
正しいアライメントが可能である。

チャックとプローブ間の間隔は例えばステッピングモー
タにより高精度且つ電気的に迅速に行うことが可能であ
り、またメモリ用を用いることにより予め定めた複数位
置へ自動的に移動できるので、正しい接触、迅速な動作
が可能となり、量産用ＩＣ（ウェハ又はチップ）プロー
ブ装置に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＩＣプローブ装置の一部断面とし
た正面図、第２図は第１図の−お拡大且つ詳細図である
。（２）はテーブル、（８）はプローブ、（１０）はチャ
ックキャリヤ、（２０）はチッヤク、（２２）はステッ
ピングモータ、（２６）はねじ、（２８）は限界スイッ
チ、（４４）はウェハ受け面、（４８）はウェハ、（５
８）は顕微鏡、（６２）は調節つまみである。

Claims

【特許請求の範囲】１、テーブルと、該テーブル面に平行に固定されたプロ
ーブと、上記テーブル面に滑動可能に配置されたチャッ
クキャリヤと、該チャックキャリヤに可動的に取付けら
れ上記プローブとの対向面に被試験デバイス受け部を有
するチッャクとを具えるＩＣプローブ装置。２、上記チャックの上記プローブ方向への移動にステッ
ピングモータとねじを用い、上記ステッピングモータの
位置は予めストアした複数位置に自動的に設定可能にし
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＩＣプ
ローブ装置。