JPH04505962A - 集積回路を試験するための接触感知 - Google Patents

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】 集積回路を試験するための接触感知 発明の背景 本発明は一般に集積回路の試験に係り、更に具体的にいえば試験中のデバイスの 接続点にプローブが電気的に接触しているかどうかを決定する技術に係るもので ある。

ウェーハをさいの目に切って、そのチップをパッケージする前に集積回路デバイ スを試験することはよく知られたことである。

典型的な試験環境では、集積回路試験はさいの目に切るダイシングの前にウェー ハ選別を行い、その場合ウェーハは真空チャックの上にのせられて、ダイス毎に 試験される。１つのダイスを試験するには多数のプローブチップを宵するプロー ブカードをダイスに合わせて各ボンド・パッドに対応するプローブチップを接触 させる。それから、種々の電圧レベル、信号そして信号の組み合わせを被試験集 積回路デバイスの入力に加え、そしてそれの出力で被試験集積回路デバイス応答 を解析する。このレベルでの試験では被試験デバイスのボンド・パッド（これは 大きい）に接近するだけのことである。しかしながら、プローブは多数（例えば １００）であるので同時に接触させるのは煩わしい問題である。

更に、このような試験はいつも完全な絵を作り出すということはない。一つもし くはそれ以上の内部回路接続点における信号応答を決定することがしばしば必要 となることがある。時には、ボンド・パッドよりはるかに小さい試験パッドによ って内部接続点へ接近する。チップの能動区域の導電路を試験することが必要と なるときさえある。

典型的なアプローチは細いワイヤーチップを有するプローブを使用する。現在の 回路技術では導電路は非常に狭く、そして直接プローブを当てるにはチップの損 傷を回避するための段階を経ることを必要とする。すなわち、過大な機械的な力 を回避し、しかも適切な電気的接触がつくられたその時を正確に決定できること が重要である。

一つのアプローチとして、接触を視覚で確認することがある。

プローブが接触して、さらに下方へ力をかけるとプローブはチップの表面を滑り 、それは視覚で検出できる。この方法は自動化された試験には実際的ではない。

自動接触感知のための一つの可能性としてのアプローチは２つの近接したチップ を有するプローブを使用し、これらのプローブのチップ間に直列に電圧発生・電 流検知回路を接続する。プローブの両方のチップがデバイスと接触すると、ルー プが閉じ、そして電流が検出される。

このアプローチは用途によっては実行できると考えられるが、幾つもの制限を有 する。例えば、２つのチップが同時に接触しないと、最初のチップの接触は第２ のチップの接触前に過大な力を働らかしてしまう。更に、接触区域は大きい（こ れはボンド・パッドをプローブで検査するときは許容できるかもしれない）。更 に、このデュアルチップのプローブは、プローブを測定モードで使用するときリ レーが接触感知回路を切り離していてさえも、余分な容量性負荷をかけることに なる。更に、デュアルチップのプローブは、（実際のプローブチップへ近接して トランジスタ増幅器を配置した）能動プローブとして使用するには適していない 。

トランジスタの被試験デバイス側でプローブへ接触させれないからである。

実際の試験装置が精妙であるにもかかわらず、プローブが被試験デバイスに実際 に接触したときを決定する技術は比較的不器用であるということが理解されよう 。一種のアキレス鍵である。

発明の要約 本発明はプローブチップと被試験デバイスとの間で所望程度の電気接触が確立さ れたかどうかを検出する簡単で有効な技術を提供する。この技術により被試験デ バイスの通電状態と非通電状態との両方で接触状態を試験でき、通電状態で被試 験デバイスが作動していても接触状態を試験でき、そして受動プローブにも能動 プローブにも適用できる。

広い意味では、本発明は、接触感知甲被試験デバイスの接地もしくはグラウンド から（そして試験装置の残りの部分から）適当に隔離されている電圧基準（典型 的には接地もしくはグラウンド）を有する接触感知回路を対象としている。電流 感知回路は被試験デバイスの端子の一つ、例えば接地端子へ特性信号を加えるよ うに作動する要素を有する。このことによって総ての被試験デバイスのグラフは （接触感知基準に対し）印加信号を追跡する。更に電流感知回路は、プローブに 接続され、プローブ上の特性信号の存在を検知するよう作動する要素を含んでい る。例えば、特性信号はある特定周波数の正弦波であると、そのような検出要素 はその周波数近くに中心を置くバンドパスフィルタと、そのフィルタ回路がその 周波数の所定の成分を通過させたかどうかを指示する信号を出す決定回路とを含 んでいる。

この決定回路の検出要素からの出力はＬＥＤインディケータへ送られてプローブ が被試験デバイスと接触していることを可視的に示し、そして上記の出力はオプ ティカル・カプラーのドライバーへ送られて試験装置の残りの部分へ接触状態を 伝える。一度電気接触が確立されると特性信号の出力は被試験デバイスから切り 離され、試験装置のグラウンドが接触感知回路のグラウンドへ接続され、そして プローブ出力が試験装置回路の残りの部分へ結合される。

本発明はシングルプローブ機構とマルチプローブ機構とに適用できる。マルチプ ローブの場合には、各プローブがそれ自体の検出回路を有し、そしてウェーハチ ャックを使用しているのであれば、特性信号はそのウェーハチャックに加えられ る。検出器の出力はオプチカルファイバーへも接続されている。

本発明の思想と利点とは以下の説明と図面とから更に理解されよう。

図面の簡単な説明 図ＩＡ−Ｂは接触感知・測定モードの本発明の接触感知回路を略図的に示すブロ ック図である。

図２は典型的な能動プローブの簡単化した図である。

図３Ａ−Ｂは図ＩＡ−Ｈに対応する回路図である。

図４はマルチプローブの実施例を示すブロック図である。

好ましい実施例の説明 図ＩＡ−Ｂは本発明の接触感知回路１０を示すブロック図である。接触感知回路 １０はチップ１３を有するプローブ１２と一緒に作動して被試験デバイス１５と の十分な電気接触をチップ１３がつくったときを検出する。好ましい実施例では 被試験デバイスは集積回路デバイス（ウェハーもしくはチップ）である。接触が 一度つくられると、プローブ１２の信号は試験装置の適当な入力端子１７へ加え れる（試験装置の入力端子以外は図示されていない）。図ＩＡは接触感知モード の回路構成を示す。被試験デバイス１２と試験装置とに給電している電源は、被 試験デバイスのグラウンドとして参照され、そして図面では大地へ普通の３線記 号で示されている共通のグラウンドを有している。接触感知回路１０の要素は独 立した電源から給電され、この電源のグラウンドは接触感知グラウンドとして参 照され、通常の記号と異なり、一本の線と小さい丸とで表されている。以下に詳 述するように、絶縁の程度は回路要素の種々の特性によって決まる。

接触感知回路の基本要素は信号発生器２０と検出回路２２とを含む。信号発生器 ２０の出力端子２５から所定の特性の信号が供給される。好ましい実施例ではこ の信号は所定周波数の正弦波である。検出器２２は入力端子２７と出力端子２８ とを有し、この出力端子は十分な程度の既定の特性を呈する入力信号を入力端子 ２７で検出するとアサ−ｈ　（ａｓｓｅｒｔ）される信号を発生する。

検出器の出力端子２８の信号は可視指示器３０と信号指示器３２に伝達するよう にしてもよい。可視指示器３０は、出力端子２８で信号がアサートされているこ とを可視的に指示するＬＥＤであるのが好ましい。信号指示器３２は、被試験デ バイスのグラウンドと接触感知回路のグラウンドとの間の絶縁を維持しながら、 試験装置へ信号を送る。

接触感知中信号発生器２０からの出力信号は被試験デバイス１５上の接続点３５ へ送られる。接続点３５は被試験デバイスのグラウンドであるが、典型的には被 試験デバイス上のピンでよい。

プローブ１２に現れる信号は検出器２７の入力端子２７へ送られる。接触感知グ ラウンドと被試験デバイスのグラウンドとは相互から少なくとも部分的に絶縁さ れているので、接続点３５に加えられる信号は（接触感知グラウンドに対して） 被試験デバイス１５のすべての接続点のレベルに重なる。プローブ１２と被試験 デバイス１５との間で十分な電気接触が確立されると、特性信号が′検出器の入 力端子２７に現れ、そして検出器の出力端子２８に現れる信号がアサートされる 。

図ＩＢに示す測定モードの回路は接触が確立してから使用する。適当なリレーが ３つの接続変化を行う。第１は、プローブは検出器の入力端子２７へ接続されず 、試験装置の入力端子１７へ接続される。第２に、被試験デバイスのグラウンド と接触感知のグラウンドとが一緒に結合される。第３に、信号発生器の出力信号 が被試験デバイスから切り離され、そして何処へも送られないようにする。

図２はプローブ１２の略図である。適当な能動プローブとして、フロリダ州ナブ ルのＧＧＢインダストリーズから販売されているＰＩＣＯＰＲＯＢＥ　（登録商 標）がある。プローブは本発明の部分を構成するものではないが、典型的な能動 プローブを簡単に説明しておく。プローブのチップ１３はタングステンワイヤー （直径１０−５０ミクロン、先端半径０．　５−３．　０ミクロン）であり、こ れはＭＯＳデバイス３５０入力（ゲート）へ接続される。ＭＯＳデバイスは剛性 の同軸フィード３８により増幅器３７へ結合される。この増幅器の出力は試験装 置と接触感知回路とへ同軸ケーブル３９を介して送られる。

図３Ａ接触感知回路１０の略図であり、接触感知モードの接続となっている。こ の回路は隔離電源４０を有し、これは隔離グラウンドに対して直流電圧を供給す る。信号発生器２０は発振器４２と出力ドライバー４３とを備える。発振器の出 力信号は出力ドライバー４３へ送られ、そしてそこから被試験デバイス上の接続 点、好ましくは被試験デバイスのグラウンドへ送られる。典型的な作動周波数は ］０ＫＨｚ程度であるが、これに限られるものではない。検出回路２２は二次能 動フィルタ４５、ピーク・ディテクタ４７そして決定回路４８を含む。フィルタ ４５は発振器の周波数の信号を通し、それの出力をピーク・ディテクタ４７へ送 り、ピーク・ディテクタ４７は実行値を直流に変換する変換器を利用している。

ピーク・ディテクタ４７からの出力は決定回路４８へ送られ、この決定回路は入 力信号がある臨界値を超えるとオプティカル・カップラー３２を作動する。オプ ティカル・カップラー３２の信号は被試験デバイスのグラウンドとして参照され 、接触がなされたことを試験装置へ伝える信号である。

種々の信号レベルと臨界値とがこの好ましい実施例では使用できるが、発振器／ ドライバーは（ピークからピークまでの大きさで）約１０ボルトの信号を被試験 デバイスへ加え、そして決定回路の臨界値は約１００ミリボルトの特性信号がプ ローブに現れると明確な接触指示を出すようにセットされる。

図３Ｂは、電気接触が確立されるとつくられる接続を略図的に示す。測定モード において、被試験デバイスのグラウンドと接触感知グラウンドは一緒に短絡され 、信号発生器２０からの信号は被試験デバイスのグラウンドから（もしくはそれ が接続されている被試験デバイス上の接続点から）切り離され、そしてプローブ からの信号は接触感知回路へではなく試験装置へ送られる。

図４は本発明のマルチプルプローブの実施例を示すブロック図である。図ＩＡ− Ｂと図３Ａ−Ｂに使用したのと同じ参照数字を使用している。真空チャック６２ に保持されたウェーハ６０の面に２つのプローブチップ１３が接触している。上 に説明したように、各プローブに関連した検出器はフィルタ４５、ピーク・ディ テクタ４７そして決定回路４８を備えている。決定回路の出力はマルチプレクサ ６５へ送られ、それの出力は信号指示器（オプティカル・カップラ）３２と可視 指示器（ＬＥＤ）３０とに送られる。

図３Ａを参照して上に説明したように、決定回路の臨界値は調整できる。臨界値 入力はデジタルからアナログへ変換する変換器（ＤＡＣ）７（ｌの出力へ接続さ れ、この変換器の入力はプログラムできる。それぞれの場合によるが、臨界値は （−変法めると）一定のままであり、そして選択したプローブによって変更する ことができる。

プローブを多重送信して、単一の検出回路を使用することは理論的には可能であ る。しかしながら、検出回路はそれらのＲＣ時定数のため遅延特性を持っている 。かくして回路が安定する時間が、各プローブがサンプルするので、生じること となる。このことはプローブが２個とか、３個であれば許容できるが、多数にな るとシステム全体の遅延は禁止的なものとなろう。

上に説明したように、接触感知中特性信号は被試験デバイスへ加えられ、他方接 触感知グラウンドは被試験デバイスのグラウンドから隔離されている。ウェハー 試験の場合信号は真空チャックへ加えるのが便利である。

以上の説明は、プローブと被試験デバイスとの間で接触し、そして電源のグラウ ンドどうしは絶縁されているものとしてなされている。しかし、「接触」と「絶 縁」もしくは「隔離」は絶対的な意味ではなくて、相対的な、もしくは比較的な 意味であるとして考えるべきものである。

先ず、回路が接触感知モードであるとき２つのグラウンドもしくは接地端子間の 所要程度の絶縁を考える。（被試験デバイスのグラウンドを駆動する）信号発生 器２０からの信号が接触感知のグラウンドへ短絡されないようにする程度の絶縁 を必要とする。

好ましい実施例では２つのグラウンドは並列にした抵抗（約１０Ｋ）とコンデン サ（約１−１０μｆ）によって接続されて雑音を減少させている。しかし、これ は信号発生器からの特性信号に対して十分に大きいインピーダンスである。妥当 な大きさの特性信号が被試験デバイスに現れるにはこの程度の絶縁で十分なので ある。

検出回路からはっきりした指示を与えるプローブ対被試験デバイスの接触の程度 を次に考える。プローブからのある大きさの特性信号を検出することによって接 触が感知されるので、はっきりした指示を出すのに必要な接触の程度は検出回路 の臨界値を調整することによって調整できる。

結論として、本発明は被試験デバイスの所望の部分とプローブとが接触したとき を決定する簡単で、有効な方法を提供することが理解されよう。これはそれ以後 の試験段階に影響を与えることなく自動的に行われる。

以上は本発明の好ましい実施例の完全な説明であるけれども、種々の変更、代替 的な構成そして均等物を利用できる。

例えば、特性信号は正弦波である必要はない。矩形波や他の周期的な信号の発生 器を使用できる（同じタイプのフィルタは最も適当であろう）。特性は周波数で さえなくてよい。周波数シフト・キーイング技術を使用でき、そして特性のシフ トを検出することもできる。

更に、好ましい実施例では決定回路４８（さ所望程度の接触が達成されたかどう かを表すバイナリ出力を出すが、ピーク・ディテクタ４７からの信号は、もしそ れが望まれるのであれば、一層微妙な決定（接触の程度）が可能となる。

本発明は請求の範囲によって限定されるものであって、以上の説明と図示とは本 発明を限定するものではない。

ｌ　／ 接触感知回路 このモードにおいて ＋４＋ 接触感知回路 ÷　ｍ＋ 国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．発生器参照端子と発生器出力端子とを有し・発生器参照端子に対して発生器 出力端子に規定の特性の第１の信号を発生する発生器手段、そして プローブへ結合される検出器入力端子、検出器出力端子そして検出器参照端子と を有し、この検出器参照端子に対して検出器出力端子に第２の信号を発生する検 出器手段を備え、 前記の第２の信号は前記の検出器入力端子に現れる前記の検出器参照端子に対す る規定の特性を有する信号の大きさを表し、前記の発生器参照端子と前記の検出 器参照端子とは相互に接続され、そして少なくとも部分的に被試験デバイスから 絶縁されることができ、前記の発生器参照端子と前記の検出器参照端子とが少な くとも部分的に被試験デバイスから絶縁されるとき、前記の第１の信号は被試験 デバイスの端子へ結合され、そしてプローブは前記の入力端子へ結合され、前記 の第２の信号はプローブチップと被試験デバイスとの間の電気的接触の程度を示 すようにしたプローブと被試験デバイスとの間の電気接触の状態を感知する回路 。
2. ２．発生器手段は特性周波数を有する正弦波発振器である請求項１の回路。
3. ３．検出器手段は特性周波数の信号を通すバンドパス・フィルタを備える請求項 ２の回路。
4. ４．検出器手段はバンドパス・フィルタヘ接続されたピークデイテクタを更に備 える請求項３の回路。
5. ５．検出器手段は調整可能の臨界値を規定する手段を含む請求項１の回路。
6. ６．第２の信号に応答して、所望程度の接触を可視的に指示する可視指示手段を 更に備えている請求項１の回路。
7. ７．可視指示手段がＬＥＤを備えている請求項６の回路。
8. ８．第２の信号に応答して、被試験デバイスから絶縁されていない参照に対して 第２の信号を表している信号を発生するオプティカルなカップリング手段を更に 備える請求項１の回路。
9. ９．発生器参照端子と発生器出力端子とを有し、発生器参照端子に対して発生器 出力端子に規定の特性の第１の信号を発生する発生器手段、そして 複数のプローブの一つへ結合される検出器入力端子、検出器出力端子そして検出 器参照端子とを有し、この検出器参照端子に対して検出器出力端子に第２の信号 を発生する、複数のプローブのそれぞれへ接続された複数の検出器手段を備え、 前記の第２の信号は前記の検出器入力端子に現れる前記の検出器参照端子に対す る規定の特性を有する信号の大きさを表し、前記の発生器参照端子と前記の検出 器参照端子とは相互に接続され、そして少なくとも部分的に被試験デバイスから 絶縁されることができ、前記の発生器参照端子と前記の検出器参照端子とが少な くとも部分的に被試験デバイスから絶縁されるとき、前記の発生器出力端子は被 試験デバイスに接続され、そしてプローブは前記の検出器入力端子へ結合され、 前記の第２の信号はプローブチップと被試験デバイスとの間の電気的接触の程度 を示すようにした複数のプローブと被試験デバイスとの間の電気接触の状態を感 知する回路。
10. １０．検出器出力端子へ結合されたマルチプレクサ入力と、第２の信号の選択さ れた一つを出力するマルチプレクサ出力とを有するマルチプレクサを更に備える 請求項９の回路。
11. １１．被試験デバイスから少なくとも部分的に絶縁されているレベルの規定の特 性の信号を被試験デバイス上の接続点へ加える段階、 被試験デバイスから少なくとも部分的に絶縁されているレベルに対して信号をプ ローブ上で検出する段階、そしてプローブ上の信号が規定の特性を有する程度を 決定する段階を備えるプローブと被試験デバイスとの間の電気的接触の状態を感 知する方法。
12. １２．被試験デバイスがチャックに保持されたウェーハ上のダイスであり、そし て信号印加段階でそのチャックへ信号を加える請求項１１の方法。