JP2015524616A - ウェハを試験するための設備 - Google Patents

Abstract

本発明は、１つの基板６の複数の電気接点上に押圧される複数の試験端子８を有する１つの走査ヘッド７によって複数の集積回路を試験するための設備に関する。当該試験端子が、１つの基板６、例えば、複数の集積回路を有する１つのウェハ、の複数の電気接点上に押圧される。当該設備は、前記走査ヘッド７が固定されている１つのフレーム１と、前記基板６を収容するための１つの基板キャリア５とを有する。少なくとも１つの磁気要素が、力を発生させる。前記複数の試験端子８が、前記力によって前記集積回路の前記電気接点上に押圧される。この場合、少なくとも３つの磁石アクチュエータ１０が使用される。それぞれ１つの距離センサ１１が、これらの磁石アクチュエータ１０に付設されていて、これらの磁石アクチュエータ１０が、前記基板キャリア５の周りに配置されている結果、前記磁石アクチュエータ１０と前記フレーム１との間の距離、すなわち前記基板キャリア５と前記走査ヘッド７との間の距離が調整可能である。

Description

本発明は、テスタとも呼ばれる、ウェハを試験するための設備に関する。１つのウェハ上の複数の集積回路が、別々に分離されて独立したケース内に梱包される前に、これらの集積回路は、当該テスタによって既に試験されてある。

テスタの典型的な構造が、米国特許第６９０６５４６号明細書に記載されていて、図１に概略的に示されている。ウェハ６が、基板キャリア５上に存在する。試験すべき集積回路に適合された交換可能な走査ヘッド７が、当該テスタのフレーム１に固定されている。この走査ヘッド７は、その弾性試験端子８によって当該ウェハの電気接点（すなわち、後にボンディングワイヤが集積回路に固定される、当該集積回路のいわゆるボンディングパッド）に接触し、且つ当該集積回路を試験するための電子機器に接続されている。基板キャリア５が、Ｚθステージ４上に配置されている。この基板キャリア５が、Ｚ方向に試験端子８に向かって移動され、このＺ方向を中心にして回転され得る。このＺθステージ４が、交差された２つの直線軸２，３上に配置されている。この基板キャリア５が、これらの軸ステージ２，３によってＸ方向とＹ方向とに移動され得る。

当該２つの直線軸２，３と当該Ｚθステージ４の回転軸とによって、ウェハ６が、走査ヘッド７に対して調整される。次いで、このウェハが、このＺθステージによって試験端子８上に押圧され、試験プログラムが開始される。

この場合、個々の試験端子８の弾性力は弱い。しかし、非常の多数の当該試験端子が、同時に使用されるので、ウェハ６を走査ヘッド７に対して押圧しなければならない力が、数千ニュートンの範囲内にし得る。図１によるテスタでは、押圧ループ９によって示されているように、走査ヘッド１とウェハ６との間のこの高い力は、フレーム１と直線軸２，３とＺθステージ４とを介して、試験ヘッド７によって、基板キャリア５上に伝達されなければならない。それ故に、全てのこれらの要素が、当該力に対抗できるように、これらの要素は設計されなければならない。これに応じて、当該個々の要素は、大きく且つ重く構成せざるを得ない。

Ｘ方向とＹ方向との可動性を得るため、図１に示されている設備とは違う設備も可能である。すなわち、米国特許第５７６０５６４号明細書に記載されている交差された直線軸のようなガントリー型の機構、又は米国特許第６５３１７９３号明細書に図示されている平面モータが適する。基板キャリアが、当該基板キャリアの平面に対して平行に存在する独立した２つの直線方向に、走査ヘッドに対して可動であることが重要である。

米国特許第７６５６１７４号明細書には、走査ヘッドとウェハとの間の力を真空によって又は磁気要素（電磁石）によって発生させることが既に提唱されている。こうして、試験端子を電気接点に対して押圧するための力が、基板キャリアと走査ヘッドとの間に直接に作用する。当該大きい力を有する負荷が、テスタのフレームとその他の構成要素とに印加されず、当該フレームとその他の構成要素とが、より軽く且つより小さく構成され得る。

ムーアの法則にしたがって増々高密度に集積され、より微細な構造で製造される次世代の集積回路に対しては、試験が増々面倒になる。増々より増大し且つより小さくなる電気接点を増々より微細になる試験端子に接触させることは、集積回路の製造の場合だけではなくて、試験の場合でも、より正確なプロセス制御の要求を増大させる。

米国特許第６９０６５４６号明細書 米国特許第５７６０５６４号明細書 米国特許第６５３１７９３号明細書 米国特許第７６５６１７４号明細書

本発明の課題は、非常に良好なプロセス制御を集積回路の試験時に可能にする、集積回路を試験するための設備を提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する設備によって解決される。当該装置の好適な詳細は、請求項１に従属する請求項に記載されている。

本発明は、試験端子を有する走査ヘッドによって集積回路を試験するための設備に関する。試験端子が、基板、例えば、集積回路を有するウェハ上に押圧される。当該設備は、走査ヘッドが固定されているフレームと、基板を収容するための基板キャリアとを有する。電磁石が、当該押圧力を発生させる。試験端子が、当該押圧力によって集積回路の電気端子上に押圧される。この場合、少なくとも３つの磁石アクチュエータが使用される。それぞれ１つの距離センサが、これらの磁石アクチュエータに付設されていて、これらの磁石アクチュエータが、基板キャリアの周りに配置されている。その結果、磁石アクチュエータとフレームとの間の距離、すなわち基板キャリアと走査ヘッドとの間の距離が、コントローラによって調整可能である。

当該少なくとも３つの磁石アクチュエータによって及ぼされる押圧力が、走査ヘッド（又は走査ヘッドが固定されているフレーム）と基板キャリアとの間に直接に作用する。この場合、磁気回路が、機械的な間隙を調整する。複数の弾性試験端子も、この間隙内に存在する。これらの試験端子のばね定数と、走査ヘッドと基板との間の距離とが、押圧力を決定する。この押圧力は、テスタのその他の機械要素に負荷を印加しない。

走査ヘッドと基板キャリアとの間の距離の非常に均一な調整が、３つ又はそれより多い磁石アクチュエータを使用することによって可能である。基板内の又は試験すべき集積回路内の不均一な距離のバラツキを引き起こす様々な影響が、制御技術的に補正され得る。
すなわち、その都度の基板が、その中央付近で走査されるか又はその縁部で走査されるかに応じて、基板キャリアに印加される負荷が、非常に異なる。したがって、押圧力が、中央に印加されない場合には、基板キャリアが傾きやすい。当該傾きは、３つ又はそれより多い磁石アクチュエータを適切に制御することによって補正制御され得る。

さらに、負荷が、Ｚθステージの機械要素と直線軸方向の機械要素とに印加され得ない。したがって、テスタが、明らかにより軽く構成され得る。すなわち、押圧力が、このＺθステージに印加されないで、走査ヘッドの近くの、基板を有する基板キャリアだけに印加され、必要ならば、当該可動部材の重力が補正される。このため、比較的小さい押圧力だけが、当該基板キャリアの大きい移動範囲（数センチメートル）にわたって必要である。この場合には、磁石アクチュエータが、この移動範囲（数十ミリメートル）の、実際の試験のために重要な、ボンディングパッドと試験端子とが接触される部分に対して押圧力を印加する。したがって、負荷が、当該基板キャリアの下側にあるこのキャリア基板を位置決めするための機械要素に印加されない。

これにより、当該可動質量が、全体的に軽くなり、位置決めが、より速く且つより正確になり、テスタの設置場所から床に伝達される信号が減少される。さらに、機械歪みが、垂直のＺ方向の当該減少した押圧力によって回避される。これにより、基板の位置決めが、水平なＸ−Ｙ方向においてさらに正確になる。

以下に、本発明のその他の利点及び詳細を図面に基づく好適な実施の形態から説明する。

従来の技術により集積回路を試験するための設備を示す。 集積回路を試験するための本発明の設備を側面から示す。 図２の設備を上側から示す。 集積回路を試験するための設備の磁石アクチュエータを制御するための装置を示す。

図１は、従来の技術により集積回路を試験するための設備を示し、冒頭で既に説明したものである。

図２は、集積回路を試験するための本発明の設備を示す。当該設備では、図１で既に説明した構成要素が、同一の符号で記されている。この実施の形態では、複数の磁石アクチュエータ１０が、新たに追加される必要がある。これらの磁石アクチュエータ１０は、離間して基板キャリア５の周りに配置されている。基板キャリア５とフレーム１又はこのフレームに固定された走査ヘッド７との間の距離を調整できるようにするため、１つの距離センサ１１が、各磁石アクチュエータ１０に付設されている。これらの距離センサ１１は、特に電磁誘導式距離センサとして構成されている。しかし、例えば、静電容量効果又は光学効果に基づくその他のセンサも使用される。

各磁石アクチュエータ１０は、１つ又は複数のコイルが巻き付けられているＥ型鉄心から構成される。当該コイルに通電する電流が、この鉄心を透過する磁束を形成する。この場合、磁気回路が、フレーム１の複数の強磁性領域を経由して閉じられるように、この鉄心の複数の解放脚部が、これらの強磁性領域に並列されている。磁石の引力が、磁石アクチュエータ１０とフレーム１の強磁性領域との間に発生する。当該引力は、磁石アクチュエータ１０とフレーム１との間の空隙を狭めようとする。磁気抵抗力とも呼ばれるこの力は、試験端子８の弾性力に逆らうように調整されていて、押圧力を発生させる。走査ヘッド７の試験端子８が、この押圧力によって試験すべき基板６の電気接点上に押圧される。

Ｆ＝Ｋ＊ｉ^２／ｄ^２が、当該押圧力の大きさに対して近似的に成立する。この場合、ｉは、コイルに通電する電流であり、ｄは、空隙の大きさであり、Ｋは、単位Ｎｍ^２／Ａ^２を有する定数である。すなわち、当該押圧力は、電流の二乗に比例し、空隙の大きさの二乗に反比例する。当該磁石アクチュエータの有効領域は、約１ｍｍである。何故なら、その磁力が、当該有効領域外では非常に小さくなるからである。

好適な実施の形態では、コイルが、Ｅ型鉄心の３つの解放脚部のうちの中央の解放脚部に巻き付けられる。このコイルは、外側の２つの脚部までの中間空間を占有する。このとき、同様な磁束密度を各脚部内で得るため、コイルで巻き付けられた中央の脚部は、外側の２つの脚部の約２倍の幅でなければならない。さらに、当該中央の脚部は、永久磁石を担持する。この永久磁石は、静止位置で重力を或る程度まで補正するか又はさらには押圧力の一部も請け負う。したがって、全押圧力が、可変なコイル電流によって（上方と下方との）両垂直方向に作用され得る。さらに、必要な最大電流が、この永久磁石によって減少する。その結果、熱負荷が低下する。

図２では、押圧力を発生させるための押圧ループ９が、図１に示された設備より遥かに小さいことを明瞭に認識することができる。Ｘ軸ステージ２、Ｙ軸ステージ３及びＺθステージ４が、この押圧力によって負荷を印加されない。フレーム１も、狭い領域内だけでこの押圧力に対抗すれば済む。

図３には、図２のテスタの幾つかの構成要素が、上側から示されている。交差された直線軸２，３及びこれらの軸ステージ２，３上に配置された基板キャリア５が認識される。付設されたそれぞれ１つの距離センサ１１が、基板キャリア５の周りに規則的な角度間隔で示されている。１つの実施の形態では、（実線で示された）３つの当該磁石アクチュエータ１０が、１２０°の間隔で配置されている。別の実施の形態では、規則定期な配置にある隣接した２つの磁石アクチュエータ間の距離が、６０°であるように、（破線で示された）さらに３つの当該磁石アクチュエータ１０が追加されて配置されている。

距離センサ１１と一緒に３つ又はそれより多い当該磁石アクチュエータ１０を使用することには、基板キャリア５が、Ｚ方向に調整可能であるだけではなくて、Ｘ方向とＹ方向とを中心にして（特定の範囲内で）傾倒され得るという利点がある。当該傾倒は、各磁石アクチュエータ１０で距離測定することによって適切に調整され得る。したがって、基板６が、全ての６つの自由度で位置決め可能である。当該方向Ｘ及びＹが、直線軸２，３によって調整される。Ｚ方向及びｒＺ回転（すなわち、Ｚ軸を中心にした回転）の予めの位置決めが、Ｚθステージ４によって調整される。Ｚ方向（すなわち、押圧力）並びに（Ｘ軸及びＹ軸を中心とした）ｒＸ傾倒及びｒＹ傾倒の細かい位置決めが、ウェハの試験中に磁石アクチュエータ１０を適切に制御することによって調整される。システム内に存在する弾性が十分でない場合、基板キャリア５を傾倒させるために必要な可動性が、適切な継手（例えば、板ばね）によって保証され得る。

個々の磁石アクチュエータ１０が、基板キャリア５の極端な位置で（すなわち、ウェハの縁領域の試験時に）フレーム１の強磁性領域にもはや対向しない結果、押圧力を発生し得ないときに、３つより多い磁石アクチュエータ１０の使用が必要になり得る。

図４は、磁石アクチュエータ１０を制御するためのコントローラ１２を示す。このコントローラは、ＳＩＳＯ（単入力単出力）コントローラとして構成され得る。このコントローラでは、一対の固有のＰＩＤコントローラが、各センサ／アクチュエータに対して存在する。したがって、自由度より多いセンサ／アクチュエータ対を制御する必要があるときは、確かに１つの構成では不都合がある。この場合には、ＭＩＭＯ（他入力他出力）制御が好ましい。このＭＩＭＯ制御では、最初に、全てのセンサ１１の信号が、座標Ｚ，ｒＸ及びｒＹに変換（センサ変換）され、これらの信号がそれぞれ、１つのＰＩＤコントローラに供給される。その結果、１つのＰＩＤが、各自由度に対して必ず存在する。次いで、これらのコントローラの出力が、磁石アクチュエータ１０に対する制御信号に変換（アクチュエータ変換）される。これらの変換のための計算上の労力が増大するにもかかわらず、ＭＩＭＯコントローラは有益である。何故なら、当該ＭＩＭＯコントローラは、より良好な結果を提供するからである。

このコントローラ１２に対して重要な対象は、押圧力Ｆ＿ｒｅｆに対する目標値であるか、又は（試験端子８の弾性力と弾性経路との間の線形関係に起因して）同じことを意味する、基板キャリア５と走査ヘッド７との間の距離に対する目標値である。これらの２つの目標値は、同等に使用することができ、定数だけが相違する。さらに、２つの自由度ｒＸ及びｒＹを調整できるようにするため、傾倒ｒＸ＿ｒｅｆ又はｒＹ＿ｒｅｆがプリセットされ得る。多くの使用態様では、これらの対象は、零になる。零とは違う対象に対する使用態様は、くさび形基板を考慮したものであり得る。したがって、基板６が、くさび形を成すにもかかわらず、全ての試験端子が、同一の圧縮力、すなわち同一の押圧力を得る。

さらに、距離センサ１１の距離測定値が、コントローラ１２に供給される。次いで、このコントローラ１２は、プリセット値ｒＸ＿ｒｅｆ，ｒＹ＿ｒｅｆ，Ｆ＿ｒｅｆから複数の磁石アクチュエータ１０内の電流に対する目標値を計算する。これらの目標値は、複数の増幅器１３に出力される。これらの増幅器１３は、これらの磁石アクチュエータ１０内のこれらの電流を調整する。

距離又は押圧力をプリセットする代わりに、負荷が、Ｚθステージ４にＺ軸方向に印加されないように又は僅かしか印加されないように、磁石アクチュエータ１０が制御されてもよい。このため、当該Ｚθステージ４のＺ軸方向に対する最大電流が、コントローラ１２にプリセットされる。その結果、負荷が、このＺθステージ４にＺ軸方向に印加されず、実際の押圧力（の少なくとも大部分）が、当該磁石アクチュエータ１０によって発生される。このとき、ウェハ６と走査ヘッド７との間の距離が、従来の技術のように、Ｚθステージ４の制御回路によってプリセットされる。

一般には、前後して試験されなければならない多数の同一の集積回路が、ウェハ６上に存在する。それ故に、当該ウェハは、Ｘ方向及びＹ方向に常に繰り返し新たに位置決めされなければならず、したがってステップごとに試験されなければならない。この場合、当該ウェハの縁部に沿った領域が試験されるときに、基板キャリア５が、高い押圧力によって傾くおそれがある。確かに、当該基板キャリア５の傾きは、コントローラ１２によってプリセット値ｒＸ＿ｒｅｆ＝ｒＹ＿ｒｅｆ＝０になるように制御されるものの、若干の制御時間が、当該制御に対して必要である。この制御時間を短縮するため、すなわち試験の工程を加速させるため、当該発生する傾きが、フィードフォワード制御され得る。コントローラ１２が、試験すべき実際の位置を認識するので、このコントローラ１２は、当該傾斜力を補正するために必要な、磁石アクチュエータ１０内の電流を計算し、フィードフォワード値として電流制御回路内で考慮に入れ得る。したがって、コントローラ１２は、フィードフォワード制御部を有する。このフィードフォワード制御部は、磁石アクチュエータ１０の制御時に、走査ヘッド７に対する基板キャリア５のＸ−Ｙ位置に応じた、当該個々の磁石アクチュエータ１０上に対する押圧力の分布を考慮に入れる。したがって、このコントローラ１２は、現実の電流と偏差とだけを補正し、実際に確定した結果を補正しない。

１ フレーム
２ Ｘ軸ステージ
３ Ｙ軸ステージ
４ Ｚθステージ
５ 基板キャリア
６ 基板
７ 走査ヘッド
８ 試験端子
９ 押圧ループ
１０ 磁石アクチュエータ
１１ 距離センサ
１２ コントローラ
１３ 増幅器

Claims (10)

1. １つの基板（６）の複数の電気接点上に押圧される複数の試験端子（８）を有する１つの走査ヘッド（７）によって複数の集積回路を試験するための設備であって、
   当該設備は、前記走査ヘッド（７）が固定されている１つのフレーム（１）と、前記基板（６）を収容するための１つの基板キャリア（５）と、力を発生させるための１つの磁気要素とを有し、前記複数の試験端子（８）が、前記力によって前記集積回路の前記電気接点上に押圧される当該設備において、
   少なくとも３つの磁石アクチュエータ（１０）が設けられていて、それぞれ１つの距離センサ（１１）が、これらの磁石アクチュエータ（１０）に付設されていて、これらの磁石アクチュエータ（１０）が、前記基板キャリア（５）の周りに配置されている結果、前記磁石アクチュエータ（１０）と前記フレーム（１）との間の距離、すなわち前記基板キャリア（５）と前記走査ヘッド（７）との間の距離が調整可能であることを特徴とする設備。
2. 前記基板キャリア（５）は、この基板キャリア（５）の平面に対して平行に存在する独立した２つの直線方向（Ｘ，Ｙ）に、前記走査ヘッド（７）に対して可動であることを特徴とする請求項１に記載の設備。
3. 前記基板キャリア（５）は、駆動される第１直線軸（２）によって前記フレーム（１）に対して第１方向（Ｘ）に移動可能であること、及び
   第２直線軸（３）が、この第１直線軸（２）上に且つこの第１直線軸（２）に対して直角に配置されていて、前記基板キャリア（５）が、この第２直線軸（３）によって第２方向（Ｙ）に移動可能に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の設備。
4. 前記基板キャリア（５）は、１つのＺθステージ（４）上に配置されていて、前記基板が、このＺθステージ（４）によって、前記第１方向（Ｘ）と前記第２方向（Ｙ）とに対して直角に直立している第３方向（Ｚ）に可動であり、且つこの第３方向（Ｚ）を中心にして回転可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載の設備。
5. 所定の１つの押圧力（Ｆ＿ｒｅｆ）又は所定の１つの、前記基板キャリア（５）と前記走査ヘッド（７）との間の距離が、前記磁石アクチュエータ（１０）を制御するための１つのコントローラ（１２）にプリセット可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の設備。
6. 前記Ｚθステージ（４）のＺ軸に対する最大電流が、前記コントローラ（１２）にプリセット可能であることを特徴とする請求項４又は５に記載の設備。
7. 前記第１方向（Ｘ）又は前記第２方向（Ｙ）を中心とした前記基板キャリア（５）の傾きが、前記コントローラ（１２）によって調整可能であることを特徴とする請求項５又は６に記載の設備。
8. 前記コントローラ（１２）は、フィードフォワード制御部を有し、このフィードフォワード制御部が、前記磁石アクチュエータ（１０）の制御時に、前記走査ヘッド（７）に対する前記基板キャリア（５）の位置に応じた、個々の前記磁石アクチュエータ（１０）上に対する押圧力の分布を考慮に入れることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の設備。
9. 複数の前記磁石アクチュエータ（１０）が、１つの磁気回路を構成し、この磁気回路が、前記基板キャリア（５）と前記フレーム（１）の複数の強磁性領域との間の空隙を介して閉じられている結果、前記複数の試験端子（８）の弾性力に逆らうように作用する磁気抵抗力が発生することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の設備。
10. 前記複数の磁石アクチュエータ（１０）は、Ｅ型鉄心から構成されていて、当該Ｅ型鉄心の複数の脚部が、前記フレーム（１）の前記複数の強磁性領域に対向されていて、少なくとも１つのコイルが、これらの脚部に巻き付けられていることを特徴とする請求項９に記載の設備。

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