ステージの移動時間の改善方法
一実施形態において、第１方向にクリアランス高さを通ってステージを加速し、ステージを第１方向に減速しながら第２方向に加速する方法およびシステムが示される。ステージは第３方向に移動し、第３方向にステージをさらに引き続き移動させる前にステージの第２方向の移動が閾値未満であるかどうかについて判定が行われる。第１方向は第２方向に垂直であり、第３方向に平行かつ第３方向と逆である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本発明は、コンポーネントのプロービング、検査、組み立て、または製造中のステージの移動時間を改善するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002] プロービングは、集積回路のパッド表面をプローブチップに接触させることを伴う。このプロセスは、プローブチップに対してプローブパッドを位置決めすることを伴う。プローブパッドの位置決めは、１つのシステムにおいて、試験中のデバイスを含むウェーハを移動させることによって達成される。試験中の１組のパッドから次の組のパッドまで、移動は、パッドをピンから離すことと、次の組のパッドがプローブチップの下に位置するようにウェーハを移動させることと、パッドをプローブチップの方へ移動させてプローブチップと接触させることと、から成る。
【０００３】
[0003] パッドをピンの下に位置決めするのに極めて高い精度が必要となるため、ウェーハの機械的移動を正確に制御することが必要である。横方向の望ましくない移動は試験中のデバイスを損傷するおそれがある。従って、プローブチップとの接触の前に機械的移動を十分に制御することを確実にするために、細心の注意を払う。
【０００４】
[0004] 図１ａは、単軸移動（垂直または「Ｚ」方向であることが多い）によってステージが接触位置２２からクリアランス高さ位置２４に移動する一般的なステージ移動プロファイル２０を示している。クリアランス高さは、システムのコンポーネントを損傷せずにステージが安全に移動可能である高さとして定義される。その後、ステージは、クリアランス高さと等しい別の指令ステージ位置２６に移動し、その後、ステージは別の接触位置２８に移動する。移動プロファイル２０全体は３つの線分３０、３２、３４で示される。
【０００５】
[0005] 図１ｂは、線分３０、３２、３４上に重ね合わせた加速度プロファイルを示している。第１加速度プロファイルは、加速度軸ａ１および距離軸ｄ１に関して捉えることができる２つの線分３６、３８を有する。２つの線分４０、４２を有する第２加速度プロファイルは、加速度軸ａ２および距離軸ｄ２に関して捉えることができる。２つの線分４４、４６を有する第３加速度プロファイルは、加速度軸ａ３および距離軸ｄ３に関して捉えることができる。線分３６、３８、４０、４２、４４、および４６は移動方向を表さず、加速または減速の期間を示している。
【０００６】
[0006] 第１加速度プロファイルは、接触位置２２とクリアランス高さ位置２４とから等距離の中点４８までの加速３６を示す。中点４８距離に到達した後、ステージはクリアランス高さ２４の停止点に到達するまで、第２線分３８にわたって減速する。第１加速度プロファイルで起こる唯一の移動は加速期間（線分３６）と減速期間（線分３８）の両方を含む垂直移動であることが理解されるであろう。第２加速度プロファイルは、中点５０を伴う加速４０および減速４２を示す。第２加速度プロファイルで起こる唯一の移動は加速期間（線分４０）と減速期間（線分４２）の両方を含む水平移動であることが理解されるであろう。第３加速度プロファイルは、別の接触位置２８に到達する加速４４および減速４６を有する。第３加速度プロファイルで起こる唯一の移動は加速期間（線分４４）と減速期間（線分４６）の両方を含む垂直移動であることが理解されるであろう。
【０００７】
[0007] 従って、Ｚ方向において、Ｚ方向の移動の半分は加速に費やされ、Ｚ方向の移動の他の半分は減速に費やされる。
【０００８】
[0008] 上述の単軸移動には、ウェーハを次の軸に移動させる前に、移動が完了し、かつ擾乱が最小になるという確認が必要となる。これはウェーハとプローブカードの両方の安全のために必要である。
【発明の概要】
【０００９】
[0009] ２つの位置間のステージ移動の効率を向上させる改善された方法およびシステムが提供される。ステージは、試験もしくは検査中のデバイス、または製造プロセスにおけるデバイスを保持することができ、あるいは、プローブチップまたは他の試験もしくは検査コンポーネントを保持することができる。試験または検査は、垂直に、または水平に実行することができる。
【００１０】
[0010] 本発明の態様の一実施形態によると、ステージが第１方向にクリアランス高さを通って加速される。クリアランス高さを通って加速することの後に、ステージを第１方向に減速しながら第２方向に加速する。そして、ステージは第３方向に移動する。
【００１１】
[0011] 第３方向に前記ステージをさらに引き続き移動させる前にステージの第２方向の移動が閾値未満であるかどうかについて判定が行われ得る。第１方向は第２方向に垂直であり、第３方向に平行かつ第３方向と逆である。
【００１２】
[0012] 本発明の別の態様のさらに別の実施形態によると、クリアランス高さを超えて第１垂直方向にステージを移動させる方法が記載される。ステージは、第１垂直方向に引き続き移動し、かつ横方向に移動し始める。そして、ステージは整定チェックポイントへ第２垂直方向に移動する。
【００１３】
[0013] 本発明の別の態様のさらに別の実施形態によると、ステージが第１期間にクリアランス高さを通って垂直方向に加速され、第２期間に減速される。第１期間は第２期間より長い。
【００１４】
[0014] 本発明の別の態様のさらに別の実施形態によると、命令のシーケンスを表すデータが記憶された機械読取可能媒体であって、コンピュータシステムによって実行された際に、コンピュータシステムにステージを移動させる方法を行わせる機械読取可能媒体が記載される。
【００１５】
[0015] 本発明の別の態様のさらに別の実施形態によると、ベースと、ベースによって支持されたステージとが記載される。ステージは３次元座標システム内で移動するように構成される。少なくとも１つのモータが、３次元座標システム内でステージを移動させるステージに接続される。モータは、第１方向にクリアランス高さを通ってステージを加速するように構成され、少なくとも１つのモータは、第１方向にステージを減速し、かつ第１方向にステージを減速するのと同時に第２方向にステージを加速するように構成される。少なくとも1つのセンサがステージに連結され、センサはステージパラメータを測定するように構成される。制御システムが少なくとも１つのセンサに連結される。制御システムは、少なくとも１つのセンサから情報を受け取り、かつクリアランス高さパラメータに基づいてモータの操作パラメータを決定するように構成される。
【００１６】
[0016] 本発明の別の態様のさらに別の実施形態によると、サポートフレームと、サポートフレームによって支持されたベースが記載される。また、３つの移動軸を有する３次元座標システム内で移動するように構成された、ベースによって支持されたステージが記載される。少なくとも１つのモータが、３次元座標システム内でステージを移動させるステージに接続される。モータは、第１移動軸においてクリアランス高さを通ってステージを加速し、かつ第１移動軸および第２移動軸の両方において同時にステージを減速するように構成される。少なくとも1つのセンサがステージに連結され、センサはステージ加速度を測定するように構成される。
【００１７】
[0017] 従って、本発明の少なくとも特定の実施形態によって提供される解決策は、接触、試験、検査、または製造における位置間のステージ移動時間を改善するシステムをもたらす。本発明のこれらのそして他の実施形態、特徴、態様、および利点は、添付の図面ならびに以下の詳細な説明および請求項から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
[0018] 本発明を、例として説明するが、添付の図面により限定されない。図面中、同じ参照符号は同様の要素を示す。
【００１９】
【図１ａ】[0019] 図１ａは、ステージの従来の移動プロファイルの側面図である。
【図１ｂ】[0020] 図１ｂは、ステージの従来の加速度プロファイルの側面図である。
【図２】[0021] 図２は、プローバ試験システムおよびその２つの主要ステージの可能な実施形態の側面図である。
【図３】[0022] 図３は、プローバシステムの上面図である。
【図４】[0023] 図４は、１つの可能な実施形態における、プローブピンと導電素子との間のステージ接触位置の側面図である。
【図５ａ】[0024] 図５ａは、一実施形態におけるステージ移動プロファイルの側面図である。
【図５ｂ】[0025] 図５ｂは、一実施形態におけるステージ加速度プロファイルの側面図である。
【図６ａ】[0026] 図６ａは、別の実施形態における水平プロービング操作におけるステージの側面図である。
【図６ｂ】[0027] 図６ｂは、別の実施形態における水平プロービング操作におけるステージの別の側面図である。
【図６ｃ】[0028] 図６ｃは、別の実施形態における水平プロービング操作におけるステージの別の側面図である。
【図６ｄ】[0029] 図６ｄは、別の実施形態における水平プロービング操作の別の側面図である。
【図７ａ】[0030] 図７ａは、別の実施形態におけるステージ移動プロファイルの側面図である。
【図７ｂ】[0031] 図７ｂは、別の実施形態におけるステージ加速度プロファイルの側面図である。
【図８】[0032] 図８は、プローバ試験システム、およびその制御システムに接続された２つの主要ステージの可能な実施形態の側面図である。
【図９】[0033] 図９は、ステージ制御プロセスの例示的操作を示すフローチャートである。
【図１０】[0034] 図１０は、放物線移動プロファイルとの比較におけるステージ移動プロファイルの側面図である。
【図１１】[0035] 図１１は、さまざまなコンポーネント間に柔軟性が付加されたプローバ試験システムの可能な実施形態の側面図である。
【図１２】[0036] 図１２は、曲げ接続部を有するプローバ試験システムの加速度検知の実施形態を示す。
【図１３】[0037] 図１３は、相対加速度補償を組み入れるフィードバック制御スキームのブロック図である。
【図１４】[0038] 図１４は、相対加速度測定に基づいた加速度補償スキームの詳細を示すブロック図である。
【図１５】[0039] 図１５は、加速度ベースの補償を付加することによる図１２の等価加速度ループのブロック図である。
【図１６】[0040] 図１６は、移動擾乱検知および補償を組み入れることによって望ましいプローブ対パッド位置を正確に維持する試験システムの例示的操作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[0041] 図１は、本発明のさまざまな実施形態および態様を、以下に検討する詳細を参照して説明する。また、添付の図面はさまざまな実施形態を示している。以下の説明および図面は本発明を説明しており、本発明を限定すると解釈されない。本発明のさまざまな実施形態の完璧な理解を提供するために、多数の特定の詳細が述べられる。しかし、特定の場合において、本発明の実施形態の簡明な検討を提供するために周知または従来の詳細は説明されない。
【００２１】
[0042] 集積回路、複数の集積回路を含むウェーハ、または１つ以上の他のコンポーネントを含む基板などのコンポーネントを試験または検査するために本発明の少なくとも特定の実施形態が使用され得る。以下の記載はウェーハプロービングを目的とするものであるが、ウェーハプロービングは本発明の一実施形態の一例に過ぎず、また、他の実施形態のすべての他の例がウェーハプロービングのために使用されるのではないことが理解されよう。
【００２２】
[0043] ウェーハプロービングは、パッド表面をプローブチップに接触させることを伴う。プローブチップはプロービングの操作中、移動したり変形したりする。この移動によって、プローブチップは、試験されるウェーハの接合パッド、ボール／バンプまたは接触面をこすり、またはそれらの上を摺動する。この機械的移動は、プローブチップおよび／またはパッド上の汚染および酸化物を克服するために必要である。さらに、酸化物または汚染層をこすり落とすために大きな圧力が使用される。
【００２３】
[0044] 本発明の一実施形態において、プローバシステムは２つの主なコンポーネント、すなわちステージから成り、１つはウェーハを保持し、他方はプローブカードを保持する。接合パッドとプローブチップとの高圧接触を作り出すために、２つのステージは、互いに対して移動し、組み合わされる。
【００２４】
[0045] 図２は、２つの主要ステージを含むシステム１００の１つの可能な実施形態の概略図である。主要ステージは、ウェーハホルダアセンブリ１０２およびプローブカードホルダアセンブリ１０４である。この具体例において、ウェーハホルダアセンブリ１０２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、およびθｇ方向の移動を行うことができ、一方、プローブカードホルダアセンブリ（ＰＣＨＡ）１０４は静止状態に保持される。別の実施形態では、ＷＨＡ１０２を静止状態に保持することができ、一方、ＰＣＨＡ１０４は移動可能である。さらに別の実施形態では、ＷＨＡ１０２およびＰＣＨＡ１０４は、ともに移動を行うことができる。加えてウェーハ１０６自体が、ウェーハホルダアセンブリ１０２の保持チャック１０８に対してθｗ方向に回転可能である。このように、ウェーハホルダアセンブリ１０２によって支持されたウェーハ１０６は、プローブカードピン１５８がウェーハ１０６上のパッドまたはボール／バンプなどの導電素子１１０と接触できるように、プローブカードホルダアセンブリ１０４によって支持されたプローブカードピン１５８に対して移動可能である。
【００２５】
[0046] ウェーハホルダアセンブリ１０２は、グラナイトベース１１２と、支持面１１６上に位置する金属フレーム１１４とによって支持される。ウェーハホルダアセンブリ１０２は、移動システム１１８と、Ｚステージ１２０と、保持チャック１０８とを含む。保持チャック１０８は、一実施形態において、試験用の多数のボンディングパッド１１０ａを提供するウェーハ１０６を保持する。Ｘ、Ｙ、Ｚ、およびθｇ方向１２２に移動可能なチャック１０８は、ガントリのＺステージ１２０に接続される。一実施形態において、ＸＹ移動システム１１８は、Ｘステージ１３８がＸ方向に移動し、かつＹステージ１４６がＹ方向に移動することを可能にするＸＹガントリシステムをすることができる。ＸＹ移動システム１１８は、Ｚ方向１５４に移動可能であることによってプローブピン１５８がウェーハ１０６上のパッド１１０ａと接触することを可能にするＺステージ１２０に接続される。また、ＸＹ移動システム１１８は、Ｚステージ１２０およびウェーハ１０６の位置、速度、および加速度を追跡するエンコーダまたはセンサに接続される。
【００２６】
[0047] また、別の実施形態では、Ｚステージ１２０がグラナイトベース１１２上で滑らかに移動し、ひいてはＺステージ１２０とグラナイトベース１１２との接触摩擦の一部を軽減するのを助けるために、Ｚステージ１２０は、空気をＺステージ１２０の方へ上向きに吹く、均一に分布した一連の抽気孔を有するグラナイトベースの上方に浮くことが明らかであろう。
【００２７】
[0048] 別の実施形態において、ＸＹ移動システム１１８は、滑らかなプラテン表面と、磁化フォーサと、駆動コイルとを有するソーヤ（Ｓｅｗｙｅｒ）モータシステムとすることができ、これらはフォーサの磁束に影響を及ぼしてＺステージ１２０をプラテン表面上でＸまたはＹ方向１４０、１５０に移動させる。ソーヤモータシステムでは、プラテンは、ウェーハホルダアセンブリ１０２に取り付けされた空気軸受がウェーハホルダアセンブリ１０２とプラテン表面との間の加圧領域を形成できるように、非多孔質面である。オリフィス空気軸受または多孔質媒質軸受などの空気軸受は、Ｚステージ１２０の下面に取り付けられてプラテンの方へ下向きに空気を吹き、それによってＺステージ１２０とプラテンとの間の均一の空隙を形成する。
【００２８】
[0049] さらに、図２は、支持部材またはアセンブリ１２４と、リングキャリア１２６と、プローブカード１２８と、プローブチップ１５８とを含むプローブカードホルダアセンブリ１０４を示している。リングキャリア１２６は、支持アセンブリ１２４によって支持され、アルミニウムまたはスチールなどの金属から形成することができる。支持アセンブリ１２４は、グラナイトベース１１２に接続される金属フレーム１１４に接続される。この実施形態では、プローブカードホルダアセンブリ１０４は静止状態であるが、プローブカードホルダアセンブリ１０４に、プローブカードがウェーハホルダアセンブリ１０２に対して移動可能であるように移動機構を備えることが可能である。
【００２９】
[0050] プローブカード１２８はプローブチップ１５８に接続され、ウェーハ１０６と接触するためのプローブチップ１５８を提供する。この具体例において、Ｚステージ１２０が作動すると、プローブチップ１５８は導電素子１１０と接触する。
【００３０】
[0051] システム１００は、車輪１３０および１３２などの車輪上を移動してよい。車輪１３０および１３２は、好ましくは４つの車輪などの１組の車輪の一部であるが、いくつでも車輪を使用することができる。車輪は、金属フレーム１１４およびグラナイトベース１１２が直接に床上に、または伸縮自在の脚部によって床に載るように後退させることが可能である。図２において、車輪１３０および１３２は後退位置にあるが、車輪は、システム１００が支持面１１６にわたって転がることができ、それによってシステム１００が可搬となるように、延伸位置に移動することできる。
【００３１】
[0052] 図３は、図２に示すシステム１００の上面図である。図３は、簡単に上述した通り、ＸＹ移動システム１１８がＸＹガントリシステム１３４である例を示している。ＸＹガントリシステム１３４において、１組の２つのＸレール１３６によってＺステージ１２０がＸ方向１４０に直線的に、かつ低摩擦で移動することが可能になる。Ｘレール１３６は、Ｙ方向の移動が制限されるように、または存在しないようにＺステージ１２０の移動のチャネルを形成する。ブリッジ１３８（またはＸステージ）は、グラナイトベース１１２およびＸレール１３６の上面に載る。ブリッジ１３８はＺステージ１２０に接続され、空気軸受またはブローホールによってＺステージ１２０が独立して支持されることが可能である。また、ブリッジ１３８は、ウェーハ１０６およびその導電素子１１０を保持するチャック１０８に接続される。チャック１０８は、ブリッジ１３８に接続された２つのＸモータ１４２によって、グラナイトベース１１２に対してＸレール１３６上をＸ方向１４０に沿って移動する。チャック１０８は、２つのモータの代わりに、１つのモータまたは任意の数のモータによってＸ方向１４０に移動可能であることが明らかである。ガントリシステムに収容された追加の移動機構は、チャック１０８をＹ、Ｚ、およびシータ（θ）方向に移動させることができる。
【００３２】
[0053] 一実施形態によると、図３は、Ｙ方向１５０にＹステージ１４６を誘導する２つのＹレール１４８に接続されたＹステージ１４６に接続されたＹモータ１４４を含むＸＹガントリシステム１３４を示している。Ｚステージ１２０は、チャック１０８およびウェーハ１０６（ここでは図示せず）がＹ方向１５０にも移動可能であるようにＹステージ１４６で支持、またはＹステージ１４６に接続されている。Ｙモータ１４４はＸＹ移動システム１１８内に設けられてよく、またはＹステージ１４６から離れて設けられ、かつＹステージ１４６に接続されてよく、チャック１０８がＹ方向１５０に移動することを可能にする。
【００３３】
[0054] また、図３は、一実施形態によると、Ｚ方向１５４またはシータ（θｇ）１５６方向にＺステージ１２０を上げることが可能な、ＸＹ移動システム１１８内のブラシレス回転モータ１５２を示している。システムの具体的使用によって、回転モータ１５２を、水平力を垂直力に転換してＺステージ１２０をＺ方向１５４に駆動する圧電昇降機構、リニアモータ、ボールねじ配置、およびスライダー機構、空気軸受、またはＺ方向１５４にＺステージ１２０を移動させる形状記憶合金材料と取り替えることができ、または回転モータ１５２をこれらと共に使用することができる。好ましくは、回転モータ１５２はＸＹ移動システム１１８内に設けられるが、別の実施形態において、回転モータ１５２を離れて設けてＺ方向１５４またはシータ１５６方向にＺステージ１２０を駆動してよい。
【００３４】
[0055] 図４は、リングキャリア１２６、プローブカード１２８、およびプローブピン１５８がボンドパッド１１０ａとの電気接触を形成するようにボンドパッド１１０ａと接触するプローブピン１５８の近接側面図である。チャック１０８を保持するＺステージ１２０ならびにコンポーネントまたはウェーハ１０６は接触位置１６４に位置する。Ｚステージ１２０の第１接触位置高さ１６２が示されている。Ｚステージ１２０の基準点１６０がＺステージ１２０の上部に位置し、コンポーネントまたはウェーハ１０６がプローブピン１５８と接触している際に接触位置高さ１６２と直接的に位置合わせされる。Ｚステージ１２０の基準点１６０は、保持チャック１０８およびウェーハ１０６の下で、Ｚステージ１２０の最上部に位置し、かつＺステージ１２０の中心軸１７０に沿って位置すると示される。Ｚステージ１２０の基準点１６０は説明のためにこの位置に選択され、同一のＺステージ１２０移動プロファイルをさらに説明するために別の基準点位置を選択可能であることが明らかである。
【００３５】
[0056] Ｚステージ１２０は、Ｚステージ１２０の上方向または第３方向１６６（または第２垂直方向）の上昇移動によって第１接触位置高さ１６２に到達することができる。プローブピン１５８がコンポーネントまたはウェーハ１０６と接触した後で、Ｚステージ１２０は、下方向または第１方向１６８（または第１垂直方向）に移動することによってウェーハ１０６をプローブカードホルダアセンブリ１０４から離す。
【００３６】
[0057] ２次元座標システム１７２が、Ｚステージ１２０の中心軸１７０に平行なＺ方向１５４とならびに第１および第３方向１６８、１６６を示している。Ｚ方向１５４に垂直な方向は、Ｘ方向１４０、Ｙ方向１５０、またはＸおよびＹ方向１４０、１５０の組合せであり得る。
【００３７】
[0058] 図５ａは、Ｚステージ１２０が３つの別個の移動線を経て移動する際の、Ｚステージ１２０の基準点１６０がたどる移動プロファイル１９４を示している。Ｚ軸およびＸまたはＹ軸は、Ｚステージ１２０の移動が示される平面を規定する。
【００３８】
[0059] 上記Ｚステージ１２０の移動は図示の面の外、３次元空間で起こり得るが、説明を容易にするために、記載の例は２次元座標システムで起こることが明らかである。
【００３９】
[0060] Ｚ軸が正のＺ方向１５４に延在する一方で、Ｚ軸に垂直な軸はＸ方向１４０、Ｙ方向１５０、またはＸおよびＹの両方向１４０、１５０に延在する。Ｚステージ基準点１６０は第１始点１７４から始まる。第１始点１７４は、図４に示すような接触位置１６４にある際のＺステージ１２０を表す。Ｚステージ１２０は、第１方向１６８の第１移動プロファイル１７８に従って第１始点１７４から第２点１７６の方へ移動する。第１方向１６８は負のＺ方向１５４または第１垂直方向の移動として表すこともできる。第２点１７６は、第１クリアランス高さ１８０を規定する平面内に位置する。
【００４０】
[0061] 本発明の一実施形態において、クリアランス高さ１８０、２０２は第１方向１６８に垂直な方向の移動をシステム１００内のコンポーネントへの損傷無しに安全に達成することができる高さである。
【００４１】
[0062] 第１クリアランス高さ１８０で、プローブピン１５８、導電素子１１０、ウェーハ１０６、保持チャック１０８、プローブカード１２８、リングキャリア１２６、Ｚステージ１２０、またはシステム１００内のいかなるコンポーネントを損傷するリスクを全く伴わずに、Ｚステージ１２０を（第１方向に対して）横に移動させることができる。
【００４２】
[0063] 第１クリアランス高さ１８０を通って移動した後、Ｚステージ１２０は第２移動プロファイル１８８に従いながら整定チェックポイント１８６の方へ移動する。第２移動プロファイル１８８は、横方向のステージ１２０の移動中の曲線状の非放物線移動である。整定チェックポイント１８６は、Ｚステージ１２０が閾値内で第２方向１９２に整定することが可能になる場所である。一実施形態において、Ｚステージ１２０は、（第１クリアランス高さ１８０を超えて）第１垂直方向１６８にステージ１２０を移動させることと、第２接触位置１９８までステージ１２０を移動させることとの間に１つの整定チェックポイント１８６のみを有する。
【００４３】
[0064] 第２移動プロファイル１８８は２つの移動区間を有する。第１区間１８２は、Ｚステージ１２０が第２点１７６で第１クリアランス高さ１８０を通過した直後に現れ、底点１９０に近づく。第２区間１８４は底点１９０と整定チェックポイント１８６との間に現れる。
【００４４】
[0065] 底点１９０は第１方向１６８の最遠隔距離であり、Ｚステージ１２０は移動プロファイル１９４全体を進むことになる。移動プロファイル１９４全体において、底点１９０は、第１方向１６８に垂直な第２方向１９２に沿って、第２点１７６と整定チェックポイント１８６とから等距離でない場所に現れる。
【００４５】
[0066] 第１区間１８２の間、Ｚステージ１２０は第１方向１６８と同時に第２方向１９２に移動し始める。第２方向１９２は、図示の座標システムに対して正のＸ方向１４０またはＹ方向１５０とすることができる。底点１９０を通過した後、Ｚステージは整定チェックポイント１８６の方へ第２区間１８４に沿って移動し始める。整定チェックポイント１８６は第２クリアランス高さ２０２に位置する。第２クリアランス高さ２０２は第１クリアランス高さ１８０と同一の高さとすることができ、またはシステムの因子、例えば、ウェーハ１０６の平面性、プローブピンのサイズ、材料、ボンドパッド、またはシステム１００内の他の関連した変数によって異ならせることもできる。一実施形態では、第２クリアランス高さ２０２は、第１クリアランス高さ１８０と比較して２０マイクロメートルまでの差を有することができる。
【００４６】
[0067] 図５ａおよび図５ｂにおいて、第２クリアランス高さ２０２は、説明を容易にするために第１クリアランス高さ１８０と全く同一の値であるとして示されている。
【００４７】
[0068] 第２区間１８４の移動の間、Ｚステージ１２０は第２方向１９２と同時に第３方向１６６に移動する。第２区間１８４は、（別の平面内の）第２方向１９２以外の別の方向と同時の第３方向１６６の移動から成ることも可能である。なお、第１方向１６８は第２方向１９２に垂直であって、第３方向１６６に平行および第３方向１６６と逆であることに留意されたい。
【００４８】
[0069] 整定チェックポイント１８６に到達後、Ｚステージ１２０は第３移動プロファイル１９６に沿って純粋に第３方向１６６に移動して第２接触位置高さ２００に位置する第２接触位置１９８に近づく。第２接触位置高さ２００は第１接触位置高さ１６２と同一の高さであってよく、前述のシステム因子、例えば、ウェーハ１０６の平面性、プローブピンのサイズ、材料、ボンドパッド、またはシステム１００内の他の関連した変数によって実質的に異なっていてもよい。再び、第２接触位置高さ２００は、説明を容易にするために第１接触位置高さ１６２と同一の高さであるとして示されている。
【００４９】
[0070] 上述の通り、Ｚステージ１２０は第３移動プロファイル１９６に沿って距離を進む。第３移動プロファイル１９６が進む距離は、Ｚステージ１２０が横移動から切り離されている必要があるクリアランス間隔距離２０４によって規定される。Ｚステージ１２０がクリアランス間隔距離２０４内にある間にＺステージ１２０の横移動が起こる場合、システム１００のコンポーネントを損傷する危険性が存在する。
【００５０】
[0071] クリアランス間隔距離２０４は、クリアランス高さ１８０、２０２と接触位置高さ１６２、２００との間の距離を規定する。一実施形態においては、クリアランス間隔距離２０４は少なくとも１２５マイクロメートル（ ）の範囲内とすることができる。別の実施形態においては、クリアランス間隔距離２０４は１２５〜１ｍｍの範囲内である。クリアランス距離２０４はシステム１００のコンポーネントおよび制御パラメータによって数ミリメートルまでであり得ることは当然である。
【００５１】
[0072] 図５ａは、第１および第２接触位置１７４、１９８間の距離を規定するダイステップ寸法２５４を示している。ダイステップ寸法２５４は、ステップ寸法の半分の距離値を有する中点を有している。Ｚステージ１２０は、２つの接触位置１７４、１９８間の中点に到達する前に底点１９０に到達する。
【００５２】
[0073] 一例において、一実施形態によると、Ｚステージ１２０は、．３３０ｍｍの距離を第１移動プロファイル１７８に沿って進む。この例でのクリアランス間隔距離２０４もまた．３３０ｍｍである。第２移動プロファイル１８８の間、Ｚステージ１２０は、第２点１７６と整定チェックポイント１８６との間の６．５ｍｍのダイステップ寸法２５４を第２方向１９２に移動する。そして、Ｚステージ１２０は、第３移動プロファイル１９６に沿って第２接触位置１９８まで．３３０ｍｍの距離を第３方向１６６に上向きに移動する。さらに、この例では、第２点１７６と底点１９０との間の第１方向１６８（または負のＺ方向）の距離は、後述するターンアラウンド時間２２４において約．１５ｍｍ〜．１６５ｍｍである。従って、第１方向のＺステージ１２０の総移動距離は約．４８０ｍｍ〜．４９５ｍｍである。
【００５３】
[0074] 説明した実施形態によると、第１方向１６８の第１移動プロファイル１７８と第３方向１６６の第３移動プロファイル１９６の移動距離は、ともに、システム１００のコンポーネントの損傷を回避するためのクリアランス距離２０４と等しい。
【００５４】
[0075] 別の実施形態によると、第１移動プロファイル１７８と第２移動プロファイル１９６の各々の長さは間隔距離２０４より長いことが可能であり得るが、そのようなシステムはＺステージ１２０の総移動距離を増加させ、それによってステージ１２０の移動効率が低下するであろう。
【００５５】
[0076] 図５ｂは、図５ａで説明した移動プロファイル１９４の加速度プロファイル２０６を示している。図５ａの移動プロファイル１９４は、参照のために図５ｂにおいて概して点線で示されている。第１加速度プロファイル２０８は第１加速度軸ａ１および第１距離軸ｄ１に関して説明される。この例示的実施形態によると、第１加速度軸ａ１は第１方向１６８に垂直であり、正のＸ方向１４０、Ｙ方向１５０、またはＸおよびＹ方向に増加する。第１距離軸ｄ１は、第１方向１６８に平行であり、負のＺ方向１５４に増加する。
【００５６】
[0077] 第１加速度プロファイル２０８は、第１方向１６８の移動プロファイル１９４の加速挙動を説明する２つの区間２１０、２１２を有する。Ｚステージ１２０は第１始点１７４のゼロ加速度から開始する。Ｚステージ１２０が第１方向１６８に移動すると、Ｚステージ１２０は加速区間２１０によって例示される増加等加速度で第２点１７６の方へ加速する。
【００５７】
[0078] Ｚステージ１２０が第２点１７６に到達すると、Ｚステージは第１クリアランス高さ１８０のピーク加速度で加速している。一実施形態において、第１方向１６８の加速度および減速度は約．７ｇ（．３ｇ〜１ｇ）である。
【００５８】
[0079] Ｚステージ１２０の加速度はシステム能力によって可能な限り高く制限されるべきであることが明らかである。例えば、増幅器の変更、増幅器の数、電力供給、システムサイズ、ステージ慣性、および他のシステム１００のコンポーネントパラメータがＺステージ１２０の能力に影響を及ぼして特定の速度で加速する。システム１００の特定の変数を変化させることによって加速度を増加または減少させることができる。例えば、移動中により低い慣性を有するより小さいステージサイズは、より大きいステージサイズよりも早い位置合せ時間および加速度を実現することができる。
【００５９】
[0080] ステージ移動全体を通じて最大加速度および減速度の値を維持することは、説明した効率的な移動プロファイル１９４を利用する上で重要である。
【００６０】
[0081] 第２点１７６を通過した後、減速区間２１２（明確にするために点線で示す）に例示されるように、Ｚステージ１２０は加速度軸ａ１および距離軸ｄ１に対する第１方向１６８に減速し始める。第１方向６８の移動が完了し、かつ第１方向１６８の加速度がゼロ２１６まで減少する際に、Ｚステージ１２０は底点１９０に到達するまで第１方向１６８に減速する。
【００６１】
[0082] Ｚステージ１２０が第１クリアランス高さ１８０を通過した後に第１方向１６８に減速している間、減速が第２方向１９２においても起こる。第２加速度プロファイル２１８は、第２加速度軸ａ２および第２距離軸ｄ２に関して説明される。この例示的実施形態によると、第２加速度軸ａ２は第２方向１９２に垂直であり、第１方向１６８に平行である。第２加速度軸ａ２は正のＺ方向１５４に増加する。第２距離軸ｄ２は第１方向１６８に垂直であり、第２方向１９２に平行である。第２距離軸ｄ２は正のＸ方向１４０、Ｙ方向１５０、またはＸおよびＹの両方向１４０、１５０に増加している。
【００６２】
[0083] さらに、図５ｂは、第２方向１９２の移動プロファイル１９４の加速挙動を説明する２つの区間２２０、２２２を有する第２加速度プロファイル２１８を示している。減速区間２２０は前述の（第２移動プロファイル１８８の）第１移動区間１８２に直接的に関連している。同様に、加速区間２２２は図５ａに示す第２移動区間１８４に直接的に関連している。
【００６３】
[0084] Ｚステージ１２０が第１方向１６８と同時に第２方向１９２に移動すると、Ｚステージ１２０は第１および第２の両方向１６８、１９２に第２点１７６から底点１９０まで減速する。一実施形態において、Ｚステージ１２０は第１方向１６８の減速と同時に第２方向１９２の加速を受け得る。一実施形態において、第２方向１９２のＺステージ１２０の加速度および減速度の値は約．７ｇ（．３ｇ〜１ｇ）である。前述の通り、加速度値は多くのシステム１００の変数によって影響を及ぼされ得る。
【００６４】
[0085] 第１方向１６８の減速が起こるので、この領域は、第２移動プロファイル１８８の第１区間１８２のＺステージ１２０の移動と密接に関連するターンアラウンド時間２２４と呼ぶことができる。
【００６５】
[0086] 前述の例において、第２点１７６と底点１９０との間の第１方向１６８（または負のＺ方向）の距離は、ターンアラウンド時間２２４において約．１５ｍｍ〜．１６５ｍｍであった。また、Ｚステージ１２０は．３３０ｍｍの距離を第１移動プロファイル１７８に沿って進んだ。第２点１７６と底点１９０との間の距離は、Ｚステージ１２０がターンアラウンド時間２２４中に第１方向に進む距離も表す。ターンアラウンド時間２２４は、第２方向１９２の横移動が始まり、ならびにＺステージ１２０の減速が横に、かつ縦に起こり始める場所に相当する。
【００６６】
[0087] Ｚステージ１２０は、第１クリアランス高さ１８０を通って加速し、第１方向１６８にＺステージ１２０の総垂直移動距離２８４の約３分の１の減速距離２８０（．１６５ｍｍ／．４９５ｍｍ＝．３３）を有する。第１方向１６８の減速距離２８０（クリアランス高さの下）は、せいぜい、クリアランス高さ１８０の上で生じる加速距離２８２の２分の１である。言い換えると、減速距離２８０はせいぜい、第１方向１６８のステージの加速距離２８２の半分である。
【００６７】
[0088] 一実施形態において、第１方向１６８の減速距離２８０はせいぜいクリアランス間隔距離２０４の２分の１である（クリアランス間隔距離２０４および加速距離２８２が等しい場合）。
【００６８】
[0089] 図５ｂは、加速度軸ａ２および距離軸ｄ２に関する減速区間２２０を示している。減速区間２２０は、Ｚステージ１２０が底点１９０に到達するまで第２方向１９２に減速するＺステージ１２０を表している。底点１９０において、第１方向１６８の減速は、減速区間２１２に従ってゼロ値２１６に到達する。同時に、底点１９０において、第２方向１９２の減速もまた、減速区間２２０に従ってゼロ値に到達する。底点１９０は、第１方向の１６８の加速または減速が完了する点も表す。
【００６９】
[0090] 底点１９０の後、加速区間２２２が表すように、Ｚステージ１２０の加速が第２方向１９２に起こり始める。一実施形態において、Ｚステージ１２０は底点１９０に到達する前に第２方向１９２に加速し得ることが理解される。加速区間２２２の間、第３方向１６６に生じる加速（図示せず）も存在する。一実施形態によると、加速２２２は、ステージが整定チェックポイント１８６に到達するまで第２方向１９２および第３方向１６６に（横におよび縦に）継続する。
【００７０】
[0091] 整定チェックポイント１８６において、制御システム２５０（詳細に後述する）は、ＸおよびＹ方向１４０、１５０の移動がゼロなどの閾値まで減少しているかどうか判定する。前述の通り、Ｚステージ１２０が第２クリアランス高さ２０２を通過した後のクリアランス間隔距離２０４内のＺステージ１２０の横の移動（または第３方向１６６に垂直な移動）は、起こり得る損傷をシステム１００に与える可能性がある。整定チェックポイント１８６は、望ましくない横移動が原因となる損傷が生じないことを制御システム２５０が確実なものにする場所である。整定チェックポイント１８６でのＺステージ１２０のゼロまたは最小の横移動を確実にするために必要な整定チェック時間は、２０ｍｓｅｃの速度または数秒とすることができる。
【００７１】
[0092] 一実施形態において、整定チェック時間は最小であり、Ｚステージ１２０の移動を大幅には妨げないので、加速区間２２２によって例示されるように第２方向１９２の加速が整定チェックポイント１８６の方へ常に起こることができる。
【００７２】
[0093] 別の実施形態において、整定チェック時間は重要である場合があり、従って、横移動が切り離されることが可能であるように、Ｚステージ１２０が停止点まですべての方向に減速することを必要とすることがある。
【００７３】
[0094] 図５ｂは、加速区間２３０の間にＺステージ１２０が中点２２８まで加速する第３加速度プロファイル２２６も示している。そして、Ｚステージ１２０は減速区間２３２の間、第２接触位置１９８まで減速する。一実施形態において、第３方向１６６の加速および減速は約．７ｇ（．３ｇ〜１ｇ）である。再び、加速値は、システム１００の多くの変数によって影響を及ぼされる。
【００７４】
[0095] 図６ａ〜図６ｄは、Ｚステージ１２０の中心軸１７０がサイドプロービングのために水平方向に方向付けられた場合以外の、図５ａおよび図５ｂで説明した移動プロファイル１９４全体の間のＺステージ１２０の移動およびプローブ針１５８との相互作用を示している。図６ａ〜図６ｄは、サイドプロービングと、Ｚステージ１２０が支持面またはベースに対して垂直方向に方向付けられる必要はないという事実とを強調する。図６ａ〜図６ｄの基準点１６０は、上述したように移動プロファイル１９４に従う。
【００７５】
[0096] 図６ａは、第１移動プロファイル１７８に沿って第１方向１６８に移動しているＺステージ１２０を示している。図６ｂは、概して矢印２３４で示されるように第１方向１６８および第２方向１９２に第２移動プロファイル１８８、１８２に沿って移動しているＺステージ１２０を示している。図６ｃは、底点１９０を通過した後に概して矢印２３６で示されるように第３方向１６６および第２方向１９２に移動するＺステージ１２０を示している。図６ｄは、Ｚステージ１２０によってプローブピン１５８がウェーハ１０６上の別の場所のボンドパッド１１０ａと接触することが可能になる第２接触位置１９８まで、第３方向１６６に移動するＺステージ１２０を示している。
【００７６】
[0097] 図７ａは、別の第２移動プロファイル２３８を有する移動プロファイル２４４に関する別の実施形態を示している。この実施形態では、第１および第３移動プロファイル１７８、１９６は、図５ａに示すものと同様である。しかし、Ｚステージ１２０が別の底点２４２まで減速し、その後チェックポイント２４０まで加速する、別の第２移動プロファイル２３８が存在する。多くの異なる用途に対してチェックポイント２４０を使用することができる。例えば、チェックポイント２４０において検査プロセスを実施することができ、または、制御システム２５０は続行の前に垂直の移動が完了しているかどうか確認することができる。チェックポイント２４０は、Ｚステージ１２０の移動２４４の休止とすることができ、または、Ｚステージ１２０が第２方向１９２に常に加速することを可能にして整定チェックポイント１８６に到達する比較的滑らかな移動とすることができる。
【００７７】
[0098] チェックポイント２４０の後、Ｚステージ１２０は整定チェックポイント１８６の方へ第２方向１９２に移動する。図５ａの第２移動プロファイル１８８は説明および参照のために点線で示されている。別の底点２４２は、移動プロファイル１８８の底点１９０よりも第２方向にわずかに早く生じる。
【００７８】
[0099] 図７ｂは、図７ａに示す移動プロファイル２４４の加速度プロファイルを示している。別の第２移動プロファイル２３８の間、Ｚステージ１２０は底点２４２からチェックポイント２４０まで加速する。Ｚステージ１２０は、第２方向１９２に、チェックポイント２４０の後、継続して加速することができる。そして、第２方向１９２のＺステージ１２０の加速は、加速度軸ａ３および距離軸ｄ３に関して説明される。Ｚステージ１２０は、Ｚステージ１２０が減速し始めて整定チェックポイント１８６に到達する中点２４６まで、主に第２方向に引き続き加速する。再び、チェックポイント２４０は、Ｚステージ１２０が続行の前にある時間にわたって休止する場所とすることができ、そのような場合、第２方向１９２の減速が求められるであろう。
【００７９】
[00100] 図８は、システム１００、ならびにシステム１００とセンサ２４８および制御システム２５０との接続を示している。特に、センサ２４８は、Ｚステージ１２０のパラメータが常に正確に分かるように移動システム１１８およびＺステージ１２０に連通または接続する。センサ２４８によって測定されるパラメータは、Ｚステージ１２０の位置、速度、または加速度であり得る。センサ２４８は、モータ１４２、１４４などのＺステージ１２０を移動させる機構へ正確な移動制御コマンドを伝達することができるように情報を制御システム２５０へ中継する。センサ２４８は、エンコーダ、カメラシステム、または公知の移動制御センサなどの任意のタイプのセンサとすることができる。
【００８０】
[00101] 一実施形態において、制御システム２５０は、さらに詳細に説明される移動プロファイル、軌跡、および整定時間を予測できるモデルベースの制御システムである。
【００８１】
[00102] 図９は、制御システム２５０の制御プロセス２５２を説明するフローチャートを示している。制御プロセス２５２は、クリアランス距離２０４およびダイステップ寸法２５４を判定２５６または読み取ることによって開始する。クリアランス距離２０４およびダイステップ寸法２５４は、ウェーハ１０６、コンポーネント、またはプローブピン１５８のどのタイプが使用されているかなどのシステム１００のさまざまなパラメータに依存する入力パラメータ（システムによって自動的に、またはユーザによって手動で入力される）とすることができる。また、ウェーハ１０６上の開始場所は、ウェーハ１０６と接触するプローブピン１５８について決定されるべきである。クリアランス距離２０４から、Ｚステージ１２０に関して第１クリアランス高さ１８０および第２クリアランス高さ２０２を計算することができる。
【００８２】
[00103] また、制御プロセス２５２は、負のＺ方向１５４（第１方向１６８など）に加速するＺ移動距離を決定する２５８。制御プロセス２５２は次に進んで、クリアランス高さを超えて負のＺ方向１５４にステージを加速する２６０。
【００８３】
[00104] クリアランス高さを超えると、Ｚステージ１２０は負のＺ方向１５４に惰行し始め２６２、減速を生じさせると同時にＸ方向１４０、Ｙ方向１５０、またはＸおよびＹの両方向１４０、１５０の移動を開始させる。惰行２６２効果は、電流などのモータパラメータを調整してモータを減速させることによって達成することができる。逆方向に電量を印加することによって、モータは加速したのと同じ速さで減速することができる。惰行は、Ｚステージ１２０が底点のゼロまで減速するまで、Ｚ方向１５４のモータを遮断することによっても達成できる。
【００８４】
[00105] さらに、図９はステップアンドリピートプロセスを示している。Ｚステージ１２０は、底点に到達した後、正のＺ方向１５４に加速する２６４。制御プロセス２５２は、Ｚステージ１２０が第２クリアランス高さ２０２または整定チェックポイントに到達したかどうかを常に監視する２６６。第２クリアランス高さ２０２に到達していない場合、Ｚステージ１２０は正のＺ方向１５４に引き続き加速する。第２クリアランス高さ２０２に到達している場合、制御プロセス２５２は、Ｘ方向１４０またはＹ方向１５０の移動があるかどうか、およびその移動が閾値未満であるかどうか確認する２６８。
【００８５】
[00106] 一実施形態において、制御プロセスは、ＸまたはＹ移動がセンサ２４８を監視することによってなされるかどうか確認する２６８。センサ２４８は複数のセンサまたは単一のセンサとすることができ、図３に示すＸＹガントリシステム１３４とすることができる移動システム１１８に接続される、または移動システム１１８を監視する。
【００８６】
[00107] 一実施形態によると、ＸＹガントリシステム１３４において、センサ２４８は、Ｘステージ１３８および／またはＹステージ１４６の移動が停止または閾値未満に低下したかどうか監視する（安全確認）。ＸおよびＹステージ１３８、１４６において移動が検出されないが第２クリアランス高さ２０２に到達していない場合、第２クリアランス高さ２０２に到達するまでＺステージ１２０はＺ方向１５４に引き続き加速する。
【００８７】
[00108] 図９において、システム１００においてＺステージ１２０が第２クリアランス高さ２０２に位置するがＸおよび／またはＹ方向１４０、１５０の移動が依然として存在する場合、Ｚステージ１２０は正のＺ方向１５４の移動を停止して２７０、ＸＹ移動が第２クリアランス高さ２０２より上で起こらないようにする。制御プロセス２５２は、Ｘおよび／またはＹ方向の移動が存在するかどうか引き続き確認する２７２。ＸＹ移動が続く場合、Ｚステージ１２０は、そのようなＸＹ移動が終了するまでクリアランス高さで維持される。ＸＹ移動が終了し、Ｚステージ１２０が第２クリアランス高さ２０２に位置した後、Ｚステージ１２０は、試験がウェーハ１０６上で開始する指令タッチダウン位置までの正のＺ方向１５４の移動を終了する２７４。
【００８８】
[00109] 別の実施形態によると、移動プロファイルまたは移動ごとに軌跡計算を行って、加速時間および距離を最適化しながらウェーハ１０６およびプローブカード１２６の安全を維持することによって移動時間を最小化する。この移動プロファイルの更新は、５０マイクロ秒ごとに起こる。
【００８９】
[00110] 高い更新率を組み入れることによって、安全確認は、移動の完了後ではなく、ステージ移動とともに行われることが可能である。モデルベースの制御を用いて、整定時間（ｔ*−ＸＹ移動が特定公差内まで整定される時間）を予測することができる。それによって、軌跡のＺコンポーネントは、ＸＹ移動が十分に整定するまでウェーハがプローブピン１５８と接触しないように設計される（時間調節される）。逆に、ダイステップのＸＹ軌跡は、Ｚ軌跡または移動プロファイルがウェーハをプローブピンとの接触から安全にずらすときに開始するように設計する（時間調節する）ことができる。従って、本発明は、１つのダイから次のダイに進む時間を速めながらも、このことを決定性垂直上昇およびタッチタウン軌跡とともに達成する。
【００９０】
[00111] 図１０は、中点２７８を有する放物線移動プロファイル２７６と比較した図５ａの非放物線移動プロファイル１９４を示している。本発明は放物線移動プロファイル２７６に対する重要な利点を有している。放物線移動プロファイル２７６は、クリアランス高さに到達する前に横移動を示し、コンポーネントを損傷する実質的な危険性を有している。さらに、放物線移動プロファイル２７６は移動プロファイル２７６より移動距離の点で短くなり得るが、放物線移動プロファイル２７６は移動プロファイル１９４よりゆっくりと移動する。従って、放物線プロファイル２７６は、より長い「位置合せ」時間を有する。たとえ移動プロファイル１９４が放物線プロファイル２７６より長い距離を進んでも、本発明は減速よりも加速に長い時間を費やす。移動プロファイル１９４は、底点１９０で第２方向１９２の加速を開始する一方、放物線プロファイル２７６は後の中点２７８で加速を開始する。結果として、移動プロファイル１９４は、より短い位置合せ時間およびより長い加速時間を有することによってより効果的かつ効率的である。
【００９１】
[00112] 第１クリアランス高さ１８０を通じた第１垂直方向１６８のＺステージ１２０の加速は、Ｚステージ１２０がクリアランス高さ１８０を通過した後で減速している第２期間より長い第１期間で起こる。
【００９２】
[00113] 本発明は、１つの接触位置から別の接触位置に移動するＺステージ１２０の「位置合せ時間」が非常に減少するという点で、図１ａおよび図１ｂに示す従来技術に対して重要な利点を有する。Ｚステージ１２０が２つの接触位置間で第２方向に６．５ｍｍ（ステップ寸法２５４）移動するシナリオにおいて、本発明は２３０〜２４２秒で移動全体を完了するであろう。対して、図１ａおよび図１ｂに示す従来技術は、約３１９ミリ秒で移動を完了するであろう。本発明は、従来技術に対して約２４〜３０％の接触位置間の位置合せ時間の減少を実現する。
【００９３】
[00114] 一実施形態において、本発明の整定時間は２０ミリ秒と速くすることができる一方、従来技術の整定時間は少なくとも４０ミリ秒以上という長さである。本発明は、ステージの整定時間を著しく減少させる。
【００９４】
[00115] 一実施形態において、前述の通り、モデルベースの制御によって整定時間を設計または予測することが可能である。前のステージ移動、試験されるコンポーネントのタイプ、増幅器、増幅器の数、電力供給、システムサイズ、ステージ慣性、および他のシステムコンポーネントパラメータなどの要因に基づいて整定時間または移動軌跡を予測するために経験的データを使用することができる。
【００９５】
[00116] さらに、本発明で説明される加速度プロファイルは、Ｚ方向１５４に約３分の２の加速および３分の１の減速を有するＺ移動を実現する。公知の従来技術は、Ｚ方向１５４に２分の１の加速および２分の１の減速しか有さないＺ移動を有する。本発明は、従来技術よりＺ方向１５４に遠くへ移動するが、より少ない時間をＺ方向１５４の移動に費やす。
【００９６】
[00117] 本発明の別の利点は、最低クリアランス距離を超えて最高速度ステージを加速することによって、Ｚ方向の減速時間を減少させ、かつＺ方向の加速時間を増加させることである。減速は、位置合せ時間を減少させる横移動において起こる。本発明は、待ち時間を減少させ、従って効率および生産能力を向上させる。
【００９７】
[00118] 説明したステージ制御プロセス２５２および方法は、インクジェット、ノズル分配プロセス、エーロゾルスプレー塗布、ソフトリソグラフィ、レーザ誘導アプローチ、ＡＦＭディップペン技術、またはプリセットパターンもしくはレイアウトに引き続いてさまざまな表面上に別々のタイプの材料を堆積する、施す、または処理することが可能な任意の技術もしくはプロセスなどの「直接記録」操作において実行することができる。制御プロセス２５２は、上述のプロセス内で製造コンポーネントを保持するステージを速くかつ効率的に移動させることができる。制御プロセス２５２は、電子デバイス、センサ、ＭＥＭＳデバイス、および他の公知のデバイスの製造システムに適用することができる。
【００９８】
[00119] 説明した制御プロセス２５２および方法は、すべてのタイプのガラスおよび金属、合金、半導体、クリスタル、合成材料、セラミックス、プラスチック、および生物学的材料を含む天然有機材料などの広範囲の材料を扱うシステムとともに使用することができる。
【００９９】
[00120] 説明した制御プロセス２５２および方法は、ウェーハプロービングシステムではなく、検査ステージシステムにおいて使用することができる。検査ステージシステムでは、接触位置１７４、１９８は、ウェーハ、電子デバイス、またはコンポーネントが欠陥に関して試験または結像される検査位置と考えられ得る。検査ステージシステムにおけるステージ１２０の移動は、既に述べたものと同一の方法および原理を適用するであろう。
【０１００】
[00121] 典型的なシステムでは、別々のコンポーネントをつなぐ接続部は柔軟性を示す。コンポーネントとコンポーネントとの間の接続は完全に剛性があるわけではないので、システムの一部が擾乱にさらされる場合、システムのコンポーネントとコンポーネントとの間の相対振動変位または相対曲げ変位が存在することになる。ひいては、曲げ変形がウェーハパッドとプローブカードピンとの間の非補償変位を引き起こすことがあり、それによって性能が劣化する。
【０１０１】
[00122] 図１１は、さまざまなコンポーネントのうちの一部のコンポーネント間の曲げ接続部を表すプロービングシステム３００の可能な実施形態を示している。一部のコンポーネント間の多数の例示的な非剛性接続部が図１１に示される。従って、Ｚステージ３０２とグラナイトベース３０１との間の接合部３１０が、接合部の曲げ（および振動）性を示すばね符号３１０で示されている。作動システム３０８がガントリシステムに接続される。同様に、プローブカードホルダアセンブリ（ＰＨＡ）ステージ３１５、３１６とウェーハホルダアセンブリ（ＷＨＡ）ステージ３１４のグラナイトベース３０１との間の接続部３０９、ならびにグラナイトベース３０１と床３０２との間の接合部３１１がばね符号で示されている。実際の物理的ばねは存在しないが、これらのばねによって接合部がモデル化される、または表されることが理解されるであろう。座標システム３１３は分かりやすくするために示される。プローブカードホルダチャック３０６が、プローブカード３０７をウェーハ３０４上のボンドパッド３０５に対して維持する。
【０１０２】
[00123] 接続部の曲げ剛性を増大させることによって、または床とシステムとの間の分離を提供することによって、望ましくない相対変位を減少させることができる。これらの方法は、システムの重量増加を必要とする（それによって移動擾乱に対する周波数領域の感度をあげる）という不利点、およびプロービングシステムの設置での分離特性の変化を必要とするという不利点を有する。望ましくない振動の影響を減少させるであろう、より安価で複雑でない解決策は、感知および制御システムを介して移動擾乱を能動的に抑制または補償することである。
【０１０３】
[00124] 本発明の別の態様の可能な実施形態において、擾乱測定デバイスをプロービングシステム上のいくつかの場所に追加することができる。例えば、１つのセンサをグラナイトベース上に配置してよく、別のセンサをガントリシステム上のＸＹＺ移動機構上に配置してよく、第３のセンサをプローブピン位置決めインターフェイス上に配置してよい。擾乱振幅および位相情報はすべての３つの場所で、かつ別々の方向（Ｘ、Ｙ、およびＺ）に沿って継続して測定される。感知情報はローパスフィルタを介して移動コントローラ内に入力されて、信号の高周波数雑音を除去し得る。そして、コントローラは相対振幅および位相情報を処理して、移動機構の既存の作動デバイスを介してＸ、Ｙ、Ｚ、またはシータ方向にシステムに対して補償補正を施し得る。結果として生じる移動には、ウェーハ基板とプローブピンとの間の制御されていない相対変位が全くない。加えて、補正によってシステムがウェーハ上のダイからダイへかなり速く進むことが可能になり得る。というのは、ウェーハチャックが１つのダイをプローブすることから次のダイをプローブする位置へ移動する際に、反力（内部擾乱）を相殺するために加速度計が使用され得るからである。
【０１０４】
[00125] 図１２は、図１１に示す例示的なプロービングシステムにシステム上の３つの異なる場所の加速度計が追加された同一の側面図である。ボックスＡ１４１２、Ａ２４１３、Ａ３４１４は、グラナイトベース３０１、ブリッジ／チャック／ウェーハアセンブリ４０２（強固に接続されていると見なすことができ、ひいては単一の振動素子として考えられる）、およびＰＣＨＡステージ３１５の移動を測定するために追加された３つの加速度計を表す。座標システム４０７が、分かりやすくするために示されている。
【０１０５】
[00126] これらの３つのセンサを追加することによって、外部擾乱または内部擾乱によって３つの場所の各々で引き起こされた振動加速および／または速度の大きさおよび位相の定量化が可能になる。同様に、測定値を利用して、測定されたコンポーネント間の相対的な加速度、速度、大きさ、および位相を導出することができる。個別測定および相対測定の両方のタイプを別々の制御スキームにおいて使用して、望ましくない変位を補償することができる。
【０１０６】
[00127] 本発明の同一の態様の別の実施形態において、別々の場所における速度センサ、速度センサおよび加速センサの組合せ、または別の数のセンサを代わりに使用することが可能であろう。そのようなセンサを使用して、（ガントリシステムではなく）ソーヤモータを使用するウェーハプロービングシステムの移動擾乱を補償してウェーハチャックおよびプローブカードプラットフォームの１つまたは両方を互いに対して移動させ得ることが理解されよう。
【０１０７】
[00128] 図１３は、グラナイトベースおよびガントリのそれぞれに位置する２つのセンサ５０１および５０２からの加速情報を組み入れる制御システムの、可能な実施形態のブロック図である。この特定の実施形態は、本発明の別の態様、すなわち操作中の接触位置擾乱を除去するように設計された制御スキームを示す役割を果たす。図１３に示す特定の具体的実施形態では、コントローラは２つの主要ループ、すなわち、独自の位置コントローラ５０８を有する位置制御ループ５１３と、独自の振動コントローラ５０９を有する加速度制御ループ５１４とから成る。
【０１０８】
[00129] 説明した通り、Ｚステージはガントリシステムのブリッジに取り付けられ、グラナイトベース上に浮かんでいる。ここでガントリは図１２のブリッジ／チャック／ウェーハアセンブリ４０２を含むと見なされる。作動モータがガントリを前進させると、同量の牽引力が（ニュートンの第三法則によって）逆方向にグラナイトベースに作用する。これを内部擾乱と考えることができる。同様に、ガントリとグラナイトベースとの間の牽引力に起因して（例えば、床の振動から）ベースに作用する外部擾乱がガントリに生じることになる。ガントリとベースとの間の非剛性接続に起因して、そのような擾乱によって相対振動変位が引きこされることになるからである。
【０１０９】
[00130] 図１３に示す補償スキームの設計目的は、ガントリとグラナイトベースの両方が同一の振幅および位相を有する、すなわち、制御システムがガントリとベースとの間の相対振動を補償する（または除去する）ことを確実にすることである。
【０１１０】
[00131] 本発明の態様のこの特定の具体的実施形態のために、グラナイトベースと床との間の剛性接続部が存在し、両者を質量ＭＥＱおよび剛性ＫＥＱを有する単一のばね質量システムとして捉えるものとする。剛性ＫＥＱは、ベースとガントリとの間の図１２に示すばね３１０に対応するであろう。
【０１１１】
[00132] 床／ベース構造は、ガントリの質量に対して移動することができ、この具体例は質量ＭＧａｎｔｒｙを有し、かつ剛性を有さない線形システムとする。上記前提に基づいて、ＧＧａｎｔｒｙ−ｏｎ−Ｇｒａｎｉｔｅ（図１３のコントローラが抑制するように設計されるベースとガントリとの間の相対移動を生成する）と呼ばれる、グラナイトベースに対するガントリの動特性を以下の変換関数として周波数領域に書き込むことができる。
【数１】
ここで、
ＡｃｃＲｅｌａｔｉｖｅ（ｓ）は、ベース５１１およびガントリ５１２の加速度計の読取値を減じることによって得られるベースとガントリとの間の相対加速度５０３である。
ＦＡｃｔｕａｌ（ｓ）は、補償力５１０と所望の操作力５０５との組合せ作用から生じるベースおよびガントリに加えられた操作力５０４である。
ＧＧａｎｔｒｙ（ｓ）は、ガントリの動特性の変換関数である。
ＧＧｒａｎｉｔｅ（ｓ）は、床／ベースの動特性の変換関数である。
【数２】
は、床／ベース構造の共振周波数である。
【数３】
は、組み合わされたガントリおよび床／ベースの質量の共振周波数である。
【０１１２】
[00133] １および ２の組合せとなる、式１の共振（または、分母のルートを計算することによって得られる極）からして、サーボコントローラ（図１３の位置コントローラ５０８と振動コントローラ５０９の組合せである）が指令位置５０６の完全追跡（すなわち、ゼロ位置誤差５０７）を達成することは困難であろう。従って、図１３の所望の制御５０５の信号と相対加速度５０３の信号との間の動特性を線形化する補償５１０を設計することが望ましいであろう。その場合、サーボコントローラは理想（ゼロ）誤差制御を有し得る。本発明の別の態様では、制御スキームの実施形態はそのような線形化を含み得る。
【０１１３】
[00134] 図１４は、ベース６０２とガントリ６０３との間の相対動特性６０４を線形化し、ひいては共振を除去するように設計された、ＨＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ（図１３の振動コントローラ５０９と同等である）と呼ばれる補償制御６０１の可能な実施形態のブロック図である。結果として生じる補償６０５、すなわちＦＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎは以下のように設計可能である。
【数４】
ここで、ＡｃｃＧｒａｎｉｔｅはグラナイトベースの加速度である。
【０１１４】
[00135] 式２は、所望の通り共振周波数の影響を受けない。ガントリとベースとの相対動特性、ＧＧａｎｔｒｙ−ｏｎ−Ｇｒａｎｉｔｅを式（２）に組み入れると、補償制御、ＨＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ６０１を以下の通り導くことができる。
【数５】
＾ＧＧａｎｔｒｙ−ｏｎ−Ｇｒａｎｉｔｅと呼ばれる、上記補償を伴う同等のシステム動特性は、
【数６】
である。
従って、結果として生じる、補償を伴うシステム動特性（式（２）および式（３）を式（４）に代入する）は、
【数７】
となる。
【０１１５】
[00136] 式（５）の補償を伴う相対動特性＾ＧＧａｎｔｒｙ−ｏｎ−Ｇｒａｎｉｔｅと式（１）の補償を伴わない動特性ＧＧａｎｔｒｙ−ｏｎ−Ｇｒａｎｉｔｅを比較すると、牽引力および外部擾乱が引き起こす共振が上記補償ＨＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎによって除去されることが明らかである。実際に、擾乱が操作中に存在し、かつ継続しながらプローブピンがボンディングパッドと接触している場合であっても、ＨＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎは理想的線形システム、ひいては改善された位置追跡につながることが予想される。
【０１１６】
[00137] 図１５は、図１４の加速度ベースの補償制御６０１が図１３の制御スキーム全体に組み入れられる際の完全制御ブロック図である。
【０１１７】
[00138] 任意の方向に、かつ移動擾乱の存在下で、プローブピンに対するウェーハパッドの正確かつ継続的な位置決めを実現するために同一または他の種類の多数のセンサの読取値を組み入れる制御システムの他の実施形態も、本発明に含まれる。同様に、プロービングシステムの移動擾乱の能動的抑制をもたらす別々の方法での、システムの別々のコンポーネントの個別（非相対的）または相対的加速度を補償する他の制御スキームも、本発明に含まれる。
【０１１８】
[00139] 図１６は、センサおよび制御システムを利用してＷＨＡステージ上の移動擾乱を補償する試験システムに関わるプロセスの可能な実施形態を示している。第１操作８０１として、所望の接触位置および力が達成されるまでＷＨＡステージおよびＰＣＨＡステージは接触している。その所望の接触位置を維持するために、ガントリとベースとの間の振動（大きさおよび位相）が継続的に測定されて８０２、床の振動またはガントリの作動などの移動擾乱に起因する所望の接触位置の変化を検出する。そして、制御システムはセンサ情報に基づいて必要な補正作用を決定する８０３。そして、ＷＨＡステージに組み入れられたアクチュエータを介して補正力をガントリに加えて望ましくない位置擾乱を除去し、かつ所望の位置を追跡する８０４。少なくとも特定の実施形態において操作８０２〜８０４を継続的に繰り返して（例えば、５０ミリ秒ごと）所望の位置に対する擾乱が迅速に補正されることを確実にする。これらの操作（８０２〜８０４）は、プローブプロセスにおいてダイからダイに進んでプローブチップを新しい組のボンディングパッドに対して位置決めするために、ＷＨＡステージおよびＰＣＨＡステージが互いに対して移動する際にも繰り返して実行される（例えば、５０ミリ秒ごと）。他のパラメータおよびシステムのコンポーネントが監視され、かつ制御される他の実施形態も、実現可能である。
【０１１９】
[00140] 本明細書で記載される方法は、ソフトウェアがさまざまなコンピュータ読取可能媒体に格納されるソフトウェア制御下で作動する汎用または専用コンピュータなどのデータプロセシングシステムによって実行することができる。
【０１２０】
[00141] 本発明のさまざまな実施形態は、全ウェーハを保持するウェーハチャックを有するウェーハプローバ、または（可撓性の）フィルムフレーム上のダイまたは複数のダイまたは（剛性であり得る）ストリップをプローブするシステムなどの他のタイプのプロービングシステムに対して使用され得る。
【０１２１】
[00142] 従って、擾乱の存在下で試験システムにおいて接触位置決めをプローブする正確なパッドを実現および維持する装置および方法が提供されている。本発明を特定の例示的実施形態に関して説明してきたが、請求項に記載の本発明のより広範な精神および範囲から逸脱することなくこれらの実施形態に対してさまざまな変形および変更を行うことができることは明らかである。従って、明細書および図面は説明上のもので制約的なものでない。
【０１２２】
[00143] 上記明細書において、本発明を特定の例示的実施形態に関して説明してきた。添付の請求項に記載の本発明のより広範な精神および範囲から逸脱することなくこれらの実施形態に対してさまざまな変形を行うことができることは明らかである。従って、明細書および図面は説明上のもので制約的なものでない。
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本発明は、コンポーネントのプロービング、検査、組み立て、または製造中のステージの移動時間を改善するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002] プロービングは、集積回路のパッド表面をプローブチップに接触させることを伴う。このプロセスは、プローブチップに対してプローブパッドを位置決めすることを伴う。プローブパッドの位置決めは、１つのシステムにおいて、試験中のデバイスを含むウェーハを移動させることによって達成される。試験中の１組のパッドから次の組のパッドまで、移動は、パッドをピンから離すことと、次の組のパッドがプローブチップの下に位置するようにウェーハを移動させることと、パッドをプローブチップの方へ移動させてプローブチップと接触させることと、から成る。
【０００３】
[0003] パッドをピンの下に位置決めするのに極めて高い精度が必要となるため、ウェーハの機械的移動を正確に制御することが必要である。横方向の望ましくない移動は試験中のデバイスを損傷するおそれがある。従って、プローブチップとの接触の前に機械的移動を十分に制御することを確実にするために、細心の注意を払う。
【０００４】
[0004] 図１ａは、単軸移動（垂直または「Ｚ」方向であることが多い）によってステージが接触位置２２からクリアランス高さ位置２４に移動する一般的なステージ移動プロファイル２０を示している。クリアランス高さは、システムのコンポーネントを損傷せずにステージが安全に移動可能である高さとして定義される。その後、ステージは、クリアランス高さと等しい別の指令ステージ位置２６に移動し、その後、ステージは別の接触位置２８に移動する。移動プロファイル２０全体は３つの線分３０、３２、３４で示される。
【０００５】
[0005] 図１ｂは、線分３０、３２、３４上に重ね合わせた加速度プロファイルを示している。第１加速度プロファイルは、加速度軸ａ１および距離軸ｄ１に関して捉えることができる２つの線分３６、３８を有する。２つの線分４０、４２を有する第２加速度プロファイルは、加速度軸ａ２および距離軸ｄ２に関して捉えることができる。２つの線分４４、４６を有する第３加速度プロファイルは、加速度軸ａ３および距離軸ｄ３に関して捉えることができる。線分３６、３８、４０、４２、４４、および４６は移動方向を表さず、加速または減速の期間を示している。
【０００６】
[0006] 第１加速度プロファイルは、接触位置２２とクリアランス高さ位置２４とから等距離の中点４８までの加速３６を示す。中点４８距離に到達した後、ステージはクリアランス高さ２４の停止点に到達するまで、第２線分３８にわたって減速する。第１加速度プロファイルで起こる唯一の移動は加速期間（線分３６）と減速期間（線分３８）の両方を含む垂直移動であることが理解されるであろう。第２加速度プロファイルは、中点５０を伴う加速４０および減速４２を示す。第２加速度プロファイルで起こる唯一の移動は加速期間（線分４０）と減速期間（線分４２）の両方を含む水平移動であることが理解されるであろう。第３加速度プロファイルは、別の接触位置２８に到達する加速４４および減速４６を有する。第３加速度プロファイルで起こる唯一の移動は加速期間（線分４４）と減速期間（線分４６）の両方を含む垂直移動であることが理解されるであろう。
【０００７】
[0007] 従って、Ｚ方向において、Ｚ方向の移動の半分は加速に費やされ、Ｚ方向の移動の他の半分は減速に費やされる。
【０００８】
[0008] 上述の単軸移動には、ウェーハを次の軸に移動させる前に、移動が完了し、かつ擾乱が最小になるという確認が必要となる。これはウェーハとプローブカードの両方の安全のために必要である。
【発明の概要】
【０００９】
[0009] ２つの位置間のステージ移動の効率を向上させる改善された方法およびシステムが提供される。ステージは、試験もしくは検査中のデバイス、または製造プロセスにおけるデバイスを保持することができ、あるいは、プローブチップまたは他の試験もしくは検査コンポーネントを保持することができる。試験または検査は、垂直に、または水平に実行することができる。
【００１０】
[0010] 本発明の態様の一実施形態によると、ステージが第１方向にクリアランス高さを通って加速される。クリアランス高さを通って加速することの後に、ステージを第１方向に減速しながら第２方向に加速する。そして、ステージは第３方向に移動する。
【００１１】
[0011] 第３方向に前記ステージをさらに引き続き移動させる前にステージの第２方向の移動が閾値未満であるかどうかについて判定が行われ得る。第１方向は第２方向に垂直であり、第３方向に平行かつ第３方向と逆である。
【００１２】
[0012] 本発明の別の態様のさらに別の実施形態によると、クリアランス高さを超えて第１垂直方向にステージを移動させる方法が記載される。ステージは、第１垂直方向に引き続き移動し、かつ横方向に移動し始める。そして、ステージは整定チェックポイントへ第２垂直方向に移動する。
【００１３】
[0013] 本発明の別の態様のさらに別の実施形態によると、ステージが第１期間にクリアランス高さを通って垂直方向に加速され、第２期間に減速される。第１期間は第２期間より長い。
【００１４】
[0014] 本発明の別の態様のさらに別の実施形態によると、命令のシーケンスを表すデータが記憶された機械読取可能媒体であって、コンピュータシステムによって実行された際に、コンピュータシステムにステージを移動させる方法を行わせる機械読取可能媒体が記載される。
【００１５】
[0015] 本発明の別の態様のさらに別の実施形態によると、ベースと、ベースによって支持されたステージとが記載される。ステージは３次元座標システム内で移動するように構成される。少なくとも１つのモータが、３次元座標システム内でステージを移動させるステージに接続される。モータは、第１方向にクリアランス高さを通ってステージを加速するように構成され、少なくとも１つのモータは、第１方向にステージを減速し、かつ第１方向にステージを減速するのと同時に第２方向にステージを加速するように構成される。少なくとも1つのセンサがステージに連結され、センサはステージパラメータを測定するように構成される。制御システムが少なくとも１つのセンサに連結される。制御システムは、少なくとも１つのセンサから情報を受け取り、かつクリアランス高さパラメータに基づいてモータの操作パラメータを決定するように構成される。
【００１６】
[0016] 本発明の別の態様のさらに別の実施形態によると、サポートフレームと、サポートフレームによって支持されたベースが記載される。また、３つの移動軸を有する３次元座標システム内で移動するように構成された、ベースによって支持されたステージが記載される。少なくとも１つのモータが、３次元座標システム内でステージを移動させるステージに接続される。モータは、第１移動軸においてクリアランス高さを通ってステージを加速し、かつ第１移動軸および第２移動軸の両方において同時にステージを減速するように構成される。少なくとも1つのセンサがステージに連結され、センサはステージ加速度を測定するように構成される。
【００１７】
[0017] 従って、本発明の少なくとも特定の実施形態によって提供される解決策は、接触、試験、検査、または製造における位置間のステージ移動時間を改善するシステムをもたらす。本発明のこれらのそして他の実施形態、特徴、態様、および利点は、添付の図面ならびに以下の詳細な説明および請求項から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
[0018] 本発明を、例として説明するが、添付の図面により限定されない。図面中、同じ参照符号は同様の要素を示す。
【００１９】
【図１ａ】[0019] 図１ａは、ステージの従来の移動プロファイルの側面図である。
【図１ｂ】[0020] 図１ｂは、ステージの従来の加速度プロファイルの側面図である。
【図２】[0021] 図２は、プローバ試験システムおよびその２つの主要ステージの可能な実施形態の側面図である。
【図３】[0022] 図３は、プローバシステムの上面図である。
【図４】[0023] 図４は、１つの可能な実施形態における、プローブピンと導電素子との間のステージ接触位置の側面図である。
【図５ａ】[0024] 図５ａは、一実施形態におけるステージ移動プロファイルの側面図である。
【図５ｂ】[0025] 図５ｂは、一実施形態におけるステージ加速度プロファイルの側面図である。
【図６ａ】[0026] 図６ａは、別の実施形態における水平プロービング操作におけるステージの側面図である。
【図６ｂ】[0027] 図６ｂは、別の実施形態における水平プロービング操作におけるステージの別の側面図である。
【図６ｃ】[0028] 図６ｃは、別の実施形態における水平プロービング操作におけるステージの別の側面図である。
【図６ｄ】[0029] 図６ｄは、別の実施形態における水平プロービング操作の別の側面図である。
【図７ａ】[0030] 図７ａは、別の実施形態におけるステージ移動プロファイルの側面図である。
【図７ｂ】[0031] 図７ｂは、別の実施形態におけるステージ加速度プロファイルの側面図である。
【図８】[0032] 図８は、プローバ試験システム、およびその制御システムに接続された２つの主要ステージの可能な実施形態の側面図である。
【図９】[0033] 図９は、ステージ制御プロセスの例示的操作を示すフローチャートである。
【図１０】[0034] 図１０は、放物線移動プロファイルとの比較におけるステージ移動プロファイルの側面図である。
【図１１】[0035] 図１１は、さまざまなコンポーネント間に柔軟性が付加されたプローバ試験システムの可能な実施形態の側面図である。
【図１２】[0036] 図１２は、曲げ接続部を有するプローバ試験システムの加速度検知の実施形態を示す。
【図１３】[0037] 図１３は、相対加速度補償を組み入れるフィードバック制御スキームのブロック図である。
【図１４】[0038] 図１４は、相対加速度測定に基づいた加速度補償スキームの詳細を示すブロック図である。
【図１５】[0039] 図１５は、加速度ベースの補償を付加することによる図１２の等価加速度ループのブロック図である。
【図１６】[0040] 図１６は、移動擾乱検知および補償を組み入れることによって望ましいプローブ対パッド位置を正確に維持する試験システムの例示的操作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[0041] 図１は、本発明のさまざまな実施形態および態様を、以下に検討する詳細を参照して説明する。また、添付の図面はさまざまな実施形態を示している。以下の説明および図面は本発明を説明しており、本発明を限定すると解釈されない。本発明のさまざまな実施形態の完璧な理解を提供するために、多数の特定の詳細が述べられる。しかし、特定の場合において、本発明の実施形態の簡明な検討を提供するために周知または従来の詳細は説明されない。
【００２１】
[0042] 集積回路、複数の集積回路を含むウェーハ、または１つ以上の他のコンポーネントを含む基板などのコンポーネントを試験または検査するために本発明の少なくとも特定の実施形態が使用され得る。以下の記載はウェーハプロービングを目的とするものであるが、ウェーハプロービングは本発明の一実施形態の一例に過ぎず、また、他の実施形態のすべての他の例がウェーハプロービングのために使用されるのではないことが理解されよう。
【００２２】
[0043] ウェーハプロービングは、パッド表面をプローブチップに接触させることを伴う。プローブチップはプロービングの操作中、移動したり変形したりする。この移動によって、プローブチップは、試験されるウェーハの接合パッド、ボール／バンプまたは接触面をこすり、またはそれらの上を摺動する。この機械的移動は、プローブチップおよび／またはパッド上の汚染および酸化物を克服するために必要である。さらに、酸化物または汚染層をこすり落とすために大きな圧力が使用される。
【００２３】
[0044] 本発明の一実施形態において、プローバシステムは２つの主なコンポーネント、すなわちステージから成り、１つはウェーハを保持し、他方はプローブカードを保持する。接合パッドとプローブチップとの高圧接触を作り出すために、２つのステージは、互いに対して移動し、組み合わされる。
【００２４】
[0045] 図２は、２つの主要ステージを含むシステム１００の１つの可能な実施形態の概略図である。主要ステージは、ウェーハホルダアセンブリ１０２およびプローブカードホルダアセンブリ１０４である。この具体例において、ウェーハホルダアセンブリ１０２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、およびθｇ方向の移動を行うことができ、一方、プローブカードホルダアセンブリ（ＰＣＨＡ）１０４は静止状態に保持される。別の実施形態では、ＷＨＡ１０２を静止状態に保持することができ、一方、ＰＣＨＡ１０４は移動可能である。さらに別の実施形態では、ＷＨＡ１０２およびＰＣＨＡ１０４は、ともに移動を行うことができる。加えてウェーハ１０６自体が、ウェーハホルダアセンブリ１０２の保持チャック１０８に対してθｗ方向に回転可能である。このように、ウェーハホルダアセンブリ１０２によって支持されたウェーハ１０６は、プローブカードピン１５８がウェーハ１０６上のパッドまたはボール／バンプなどの導電素子１１０と接触できるように、プローブカードホルダアセンブリ１０４によって支持されたプローブカードピン１５８に対して移動可能である。
【００２５】
[0046] ウェーハホルダアセンブリ１０２は、グラナイトベース１１２と、支持面１１６上に位置する金属フレーム１１４とによって支持される。ウェーハホルダアセンブリ１０２は、移動システム１１８と、Ｚステージ１２０と、保持チャック１０８とを含む。保持チャック１０８は、一実施形態において、試験用の多数のボンディングパッド１１０ａを提供するウェーハ１０６を保持する。Ｘ、Ｙ、Ｚ、およびθｇ方向１２２に移動可能なチャック１０８は、ガントリのＺステージ１２０に接続される。一実施形態において、ＸＹ移動システム１１８は、Ｘステージ１３８がＸ方向に移動し、かつＹステージ１４６がＹ方向に移動することを可能にするＸＹガントリシステムをすることができる。ＸＹ移動システム１１８は、Ｚ方向１５４に移動可能であることによってプローブピン１５８がウェーハ１０６上のパッド１１０ａと接触することを可能にするＺステージ１２０に接続される。また、ＸＹ移動システム１１８は、Ｚステージ１２０およびウェーハ１０６の位置、速度、および加速度を追跡するエンコーダまたはセンサに接続される。
【００２６】
[0047] また、別の実施形態では、Ｚステージ１２０がグラナイトベース１１２上で滑らかに移動し、ひいてはＺステージ１２０とグラナイトベース１１２との接触摩擦の一部を軽減するのを助けるために、Ｚステージ１２０は、空気をＺステージ１２０の方へ上向きに吹く、均一に分布した一連の抽気孔を有するグラナイトベースの上方に浮くことが明らかであろう。
【００２７】
[0048] 別の実施形態において、ＸＹ移動システム１１８は、滑らかなプラテン表面と、磁化フォーサと、駆動コイルとを有するソーヤ（Ｓｅｗｙｅｒ）モータシステムとすることができ、これらはフォーサの磁束に影響を及ぼしてＺステージ１２０をプラテン表面上でＸまたはＹ方向１４０、１５０に移動させる。ソーヤモータシステムでは、プラテンは、ウェーハホルダアセンブリ１０２に取り付けされた空気軸受がウェーハホルダアセンブリ１０２とプラテン表面との間の加圧領域を形成できるように、非多孔質面である。オリフィス空気軸受または多孔質媒質軸受などの空気軸受は、Ｚステージ１２０の下面に取り付けられてプラテンの方へ下向きに空気を吹き、それによってＺステージ１２０とプラテンとの間の均一の空隙を形成する。
【００２８】
[0049] さらに、図２は、支持部材またはアセンブリ１２４と、リングキャリア１２６と、プローブカード１２８と、プローブチップ１５８とを含むプローブカードホルダアセンブリ１０４を示している。リングキャリア１２６は、支持アセンブリ１２４によって支持され、アルミニウムまたはスチールなどの金属から形成することができる。支持アセンブリ１２４は、グラナイトベース１１２に接続される金属フレーム１１４に接続される。この実施形態では、プローブカードホルダアセンブリ１０４は静止状態であるが、プローブカードホルダアセンブリ１０４に、プローブカードがウェーハホルダアセンブリ１０２に対して移動可能であるように移動機構を備えることが可能である。
【００２９】
[0050] プローブカード１２８はプローブチップ１５８に接続され、ウェーハ１０６と接触するためのプローブチップ１５８を提供する。この具体例において、Ｚステージ１２０が作動すると、プローブチップ１５８は導電素子１１０と接触する。
【００３０】
[0051] システム１００は、車輪１３０および１３２などの車輪上を移動してよい。車輪１３０および１３２は、好ましくは４つの車輪などの１組の車輪の一部であるが、いくつでも車輪を使用することができる。車輪は、金属フレーム１１４およびグラナイトベース１１２が直接に床上に、または伸縮自在の脚部によって床に載るように後退させることが可能である。図２において、車輪１３０および１３２は後退位置にあるが、車輪は、システム１００が支持面１１６にわたって転がることができ、それによってシステム１００が可搬となるように、延伸位置に移動することできる。
【００３１】
[0052] 図３は、図２に示すシステム１００の上面図である。図３は、簡単に上述した通り、ＸＹ移動システム１１８がＸＹガントリシステム１３４である例を示している。ＸＹガントリシステム１３４において、１組の２つのＸレール１３６によってＺステージ１２０がＸ方向１４０に直線的に、かつ低摩擦で移動することが可能になる。Ｘレール１３６は、Ｙ方向の移動が制限されるように、または存在しないようにＺステージ１２０の移動のチャネルを形成する。ブリッジ１３８（またはＸステージ）は、グラナイトベース１１２およびＸレール１３６の上面に載る。ブリッジ１３８はＺステージ１２０に接続され、空気軸受またはブローホールによってＺステージ１２０が独立して支持されることが可能である。また、ブリッジ１３８は、ウェーハ１０６およびその導電素子１１０を保持するチャック１０８に接続される。チャック１０８は、ブリッジ１３８に接続された２つのＸモータ１４２によって、グラナイトベース１１２に対してＸレール１３６上をＸ方向１４０に沿って移動する。チャック１０８は、２つのモータの代わりに、１つのモータまたは任意の数のモータによってＸ方向１４０に移動可能であることが明らかである。ガントリシステムに収容された追加の移動機構は、チャック１０８をＹ、Ｚ、およびシータ（θ）方向に移動させることができる。
【００３２】
[0053] 一実施形態によると、図３は、Ｙ方向１５０にＹステージ１４６を誘導する２つのＹレール１４８に接続されたＹステージ１４６に接続されたＹモータ１４４を含むＸＹガントリシステム１３４を示している。Ｚステージ１２０は、チャック１０８およびウェーハ１０６（ここでは図示せず）がＹ方向１５０にも移動可能であるようにＹステージ１４６で支持、またはＹステージ１４６に接続されている。Ｙモータ１４４はＸＹ移動システム１１８内に設けられてよく、またはＹステージ１４６から離れて設けられ、かつＹステージ１４６に接続されてよく、チャック１０８がＹ方向１５０に移動することを可能にする。
【００３３】
[0054] また、図３は、一実施形態によると、Ｚ方向１５４またはシータ（θｇ）１５６方向にＺステージ１２０を上げることが可能な、ＸＹ移動システム１１８内のブラシレス回転モータ１５２を示している。システムの具体的使用によって、回転モータ１５２を、水平力を垂直力に転換してＺステージ１２０をＺ方向１５４に駆動する圧電昇降機構、リニアモータ、ボールねじ配置、およびスライダー機構、空気軸受、またはＺ方向１５４にＺステージ１２０を移動させる形状記憶合金材料と取り替えることができ、または回転モータ１５２をこれらと共に使用することができる。好ましくは、回転モータ１５２はＸＹ移動システム１１８内に設けられるが、別の実施形態において、回転モータ１５２を離れて設けてＺ方向１５４またはシータ１５６方向にＺステージ１２０を駆動してよい。
【００３４】
[0055] 図４は、リングキャリア１２６、プローブカード１２８、およびプローブピン１５８がボンドパッド１１０ａとの電気接触を形成するようにボンドパッド１１０ａと接触するプローブピン１５８の近接側面図である。チャック１０８を保持するＺステージ１２０ならびにコンポーネントまたはウェーハ１０６は接触位置１６４に位置する。Ｚステージ１２０の第１接触位置高さ１６２が示されている。Ｚステージ１２０の基準点１６０がＺステージ１２０の上部に位置し、コンポーネントまたはウェーハ１０６がプローブピン１５８と接触している際に接触位置高さ１６２と直接的に位置合わせされる。Ｚステージ１２０の基準点１６０は、保持チャック１０８およびウェーハ１０６の下で、Ｚステージ１２０の最上部に位置し、かつＺステージ１２０の中心軸１７０に沿って位置すると示される。Ｚステージ１２０の基準点１６０は説明のためにこの位置に選択され、同一のＺステージ１２０移動プロファイルをさらに説明するために別の基準点位置を選択可能であることが明らかである。
【００３５】
[0056] Ｚステージ１２０は、Ｚステージ１２０の上方向または第３方向１６６（または第２垂直方向）の上昇移動によって第１接触位置高さ１６２に到達することができる。プローブピン１５８がコンポーネントまたはウェーハ１０６と接触した後で、Ｚステージ１２０は、下方向または第１方向１６８（または第１垂直方向）に移動することによってウェーハ１０６をプローブカードホルダアセンブリ１０４から離す。
【００３６】
[0057] ２次元座標システム１７２が、Ｚステージ１２０の中心軸１７０に平行なＺ方向１５４とならびに第１および第３方向１６８、１６６を示している。Ｚ方向１５４に垂直な方向は、Ｘ方向１４０、Ｙ方向１５０、またはＸおよびＹ方向１４０、１５０の組合せであり得る。
【００３７】
[0058] 図５ａは、Ｚステージ１２０が３つの別個の移動線を経て移動する際の、Ｚステージ１２０の基準点１６０がたどる移動プロファイル１９４を示している。Ｚ軸およびＸまたはＹ軸は、Ｚステージ１２０の移動が示される平面を規定する。
【００３８】
[0059] 上記Ｚステージ１２０の移動は図示の面の外、３次元空間で起こり得るが、説明を容易にするために、記載の例は２次元座標システムで起こることが明らかである。
【００３９】
[0060] Ｚ軸が正のＺ方向１５４に延在する一方で、Ｚ軸に垂直な軸はＸ方向１４０、Ｙ方向１５０、またはＸおよびＹの両方向１４０、１５０に延在する。Ｚステージ基準点１６０は第１始点１７４から始まる。第１始点１７４は、図４に示すような接触位置１６４にある際のＺステージ１２０を表す。Ｚステージ１２０は、第１方向１６８の第１移動プロファイル１７８に従って第１始点１７４から第２点１７６の方へ移動する。第１方向１６８は負のＺ方向１５４または第１垂直方向の移動として表すこともできる。第２点１７６は、第１クリアランス高さ１８０を規定する平面内に位置する。
【００４０】
[0061] 本発明の一実施形態において、クリアランス高さ１８０、２０２は第１方向１６８に垂直な方向の移動をシステム１００内のコンポーネントへの損傷無しに安全に達成することができる高さである。
【００４１】
[0062] 第１クリアランス高さ１８０で、プローブピン１５８、導電素子１１０、ウェーハ１０６、保持チャック１０８、プローブカード１２８、リングキャリア１２６、Ｚステージ１２０、またはシステム１００内のいかなるコンポーネントを損傷するリスクを全く伴わずに、Ｚステージ１２０を（第１方向に対して）横に移動させることができる。
【００４２】
[0063] 第１クリアランス高さ１８０を通って移動した後、Ｚステージ１２０は第２移動プロファイル１８８に従いながら整定チェックポイント１８６の方へ移動する。第２移動プロファイル１８８は、横方向のステージ１２０の移動中の曲線状の非放物線移動である。整定チェックポイント１８６は、Ｚステージ１２０が閾値内で第２方向１９２に整定することが可能になる場所である。一実施形態において、Ｚステージ１２０は、（第１クリアランス高さ１８０を超えて）第１垂直方向１６８にステージ１２０を移動させることと、第２接触位置１９８までステージ１２０を移動させることとの間に１つの整定チェックポイント１８６のみを有する。
【００４３】
[0064] 第２移動プロファイル１８８は２つの移動区間を有する。第１区間１８２は、Ｚステージ１２０が第２点１７６で第１クリアランス高さ１８０を通過した直後に現れ、底点１９０に近づく。第２区間１８４は底点１９０と整定チェックポイント１８６との間に現れる。
【００４４】
[0065] 底点１９０は第１方向１６８の最遠隔距離であり、Ｚステージ１２０は移動プロファイル１９４全体を進むことになる。移動プロファイル１９４全体において、底点１９０は、第１方向１６８に垂直な第２方向１９２に沿って、第２点１７６と整定チェックポイント１８６とから等距離でない場所に現れる。
【００４５】
[0066] 第１区間１８２の間、Ｚステージ１２０は第１方向１６８と同時に第２方向１９２に移動し始める。第２方向１９２は、図示の座標システムに対して正のＸ方向１４０またはＹ方向１５０とすることができる。底点１９０を通過した後、Ｚステージは整定チェックポイント１８６の方へ第２区間１８４に沿って移動し始める。整定チェックポイント１８６は第２クリアランス高さ２０２に位置する。第２クリアランス高さ２０２は第１クリアランス高さ１８０と同一の高さとすることができ、またはシステムの因子、例えば、ウェーハ１０６の平面性、プローブピンのサイズ、材料、ボンドパッド、またはシステム１００内の他の関連した変数によって異ならせることもできる。一実施形態では、第２クリアランス高さ２０２は、第１クリアランス高さ１８０と比較して２０マイクロメートルまでの差を有することができる。
【００４６】
[0067] 図５ａおよび図５ｂにおいて、第２クリアランス高さ２０２は、説明を容易にするために第１クリアランス高さ１８０と全く同一の値であるとして示されている。
【００４７】
[0068] 第２区間１８４の移動の間、Ｚステージ１２０は第２方向１９２と同時に第３方向１６６に移動する。第２区間１８４は、（別の平面内の）第２方向１９２以外の別の方向と同時の第３方向１６６の移動から成ることも可能である。なお、第１方向１６８は第２方向１９２に垂直であって、第３方向１６６に平行および第３方向１６６と逆であることに留意されたい。
【００４８】
[0069] 整定チェックポイント１８６に到達後、Ｚステージ１２０は第３移動プロファイル１９６に沿って純粋に第３方向１６６に移動して第２接触位置高さ２００に位置する第２接触位置１９８に近づく。第２接触位置高さ２００は第１接触位置高さ１６２と同一の高さであってよく、前述のシステム因子、例えば、ウェーハ１０６の平面性、プローブピンのサイズ、材料、ボンドパッド、またはシステム１００内の他の関連した変数によって実質的に異なっていてもよい。再び、第２接触位置高さ２００は、説明を容易にするために第１接触位置高さ１６２と同一の高さであるとして示されている。
【００４９】
[0070] 上述の通り、Ｚステージ１２０は第３移動プロファイル１９６に沿って距離を進む。第３移動プロファイル１９６が進む距離は、Ｚステージ１２０が横移動から切り離されている必要があるクリアランス間隔距離２０４によって規定される。Ｚステージ１２０がクリアランス間隔距離２０４内にある間にＺステージ１２０の横移動が起こる場合、システム１００のコンポーネントを損傷する危険性が存在する。
【００５０】
[0071] クリアランス間隔距離２０４は、クリアランス高さ１８０、２０２と接触位置高さ１６２、２００との間の距離を規定する。一実施形態においては、クリアランス間隔距離２０４は少なくとも１２５マイクロメートル（ ）の範囲内とすることができる。別の実施形態においては、クリアランス間隔距離２０４は１２５〜１ｍｍの範囲内である。クリアランス距離２０４はシステム１００のコンポーネントおよび制御パラメータによって数ミリメートルまでであり得ることは当然である。
【００５１】
[0072] 図５ａは、第１および第２接触位置１７４、１９８間の距離を規定するダイステップ寸法２５４を示している。ダイステップ寸法２５４は、ステップ寸法の半分の距離値を有する中点を有している。Ｚステージ１２０は、２つの接触位置１７４、１９８間の中点に到達する前に底点１９０に到達する。
【００５２】
[0073] 一例において、一実施形態によると、Ｚステージ１２０は、．３３０ｍｍの距離を第１移動プロファイル１７８に沿って進む。この例でのクリアランス間隔距離２０４もまた．３３０ｍｍである。第２移動プロファイル１８８の間、Ｚステージ１２０は、第２点１７６と整定チェックポイント１８６との間の６．５ｍｍのダイステップ寸法２５４を第２方向１９２に移動する。そして、Ｚステージ１２０は、第３移動プロファイル１９６に沿って第２接触位置１９８まで．３３０ｍｍの距離を第３方向１６６に上向きに移動する。さらに、この例では、第２点１７６と底点１９０との間の第１方向１６８（または負のＺ方向）の距離は、後述するターンアラウンド時間２２４において約．１５ｍｍ〜．１６５ｍｍである。従って、第１方向のＺステージ１２０の総移動距離は約．４８０ｍｍ〜．４９５ｍｍである。
【００５３】
[0074] 説明した実施形態によると、第１方向１６８の第１移動プロファイル１７８と第３方向１６６の第３移動プロファイル１９６の移動距離は、ともに、システム１００のコンポーネントの損傷を回避するためのクリアランス距離２０４と等しい。
【００５４】
[0075] 別の実施形態によると、第１移動プロファイル１７８と第２移動プロファイル１９６の各々の長さは間隔距離２０４より長いことが可能であり得るが、そのようなシステムはＺステージ１２０の総移動距離を増加させ、それによってステージ１２０の移動効率が低下するであろう。
【００５５】
[0076] 図５ｂは、図５ａで説明した移動プロファイル１９４の加速度プロファイル２０６を示している。図５ａの移動プロファイル１９４は、参照のために図５ｂにおいて概して点線で示されている。第１加速度プロファイル２０８は第１加速度軸ａ１および第１距離軸ｄ１に関して説明される。この例示的実施形態によると、第１加速度軸ａ１は第１方向１６８に垂直であり、正のＸ方向１４０、Ｙ方向１５０、またはＸおよびＹ方向に増加する。第１距離軸ｄ１は、第１方向１６８に平行であり、負のＺ方向１５４に増加する。
【００５６】
[0077] 第１加速度プロファイル２０８は、第１方向１６８の移動プロファイル１９４の加速挙動を説明する２つの区間２１０、２１２を有する。Ｚステージ１２０は第１始点１７４のゼロ加速度から開始する。Ｚステージ１２０が第１方向１６８に移動すると、Ｚステージ１２０は加速区間２１０によって例示される増加等加速度で第２点１７６の方へ加速する。
【００５７】
[0078] Ｚステージ１２０が第２点１７６に到達すると、Ｚステージは第１クリアランス高さ１８０のピーク加速度で加速している。一実施形態において、第１方向１６８の加速度および減速度は約．７ｇ（．３ｇ〜１ｇ）である。
【００５８】
[0079] Ｚステージ１２０の加速度はシステム能力によって可能な限り高く制限されるべきであることが明らかである。例えば、増幅器の変更、増幅器の数、電力供給、システムサイズ、ステージ慣性、および他のシステム１００のコンポーネントパラメータがＺステージ１２０の能力に影響を及ぼして特定の速度で加速する。システム１００の特定の変数を変化させることによって加速度を増加または減少させることができる。例えば、移動中により低い慣性を有するより小さいステージサイズは、より大きいステージサイズよりも早い位置合せ時間および加速度を実現することができる。
【００５９】
[0080] ステージ移動全体を通じて最大加速度および減速度の値を維持することは、説明した効率的な移動プロファイル１９４を利用する上で重要である。
【００６０】
[0081] 第２点１７６を通過した後、減速区間２１２（明確にするために点線で示す）に例示されるように、Ｚステージ１２０は加速度軸ａ１および距離軸ｄ１に対する第１方向１６８に減速し始める。第１方向６８の移動が完了し、かつ第１方向１６８の加速度がゼロ２１６まで減少する際に、Ｚステージ１２０は底点１９０に到達するまで第１方向１６８に減速する。
【００６１】
[0082] Ｚステージ１２０が第１クリアランス高さ１８０を通過した後に第１方向１６８に減速している間、減速が第２方向１９２においても起こる。第２加速度プロファイル２１８は、第２加速度軸ａ２および第２距離軸ｄ２に関して説明される。この例示的実施形態によると、第２加速度軸ａ２は第２方向１９２に垂直であり、第１方向１６８に平行である。第２加速度軸ａ２は正のＺ方向１５４に増加する。第２距離軸ｄ２は第１方向１６８に垂直であり、第２方向１９２に平行である。第２距離軸ｄ２は正のＸ方向１４０、Ｙ方向１５０、またはＸおよびＹの両方向１４０、１５０に増加している。
【００６２】
[0083] さらに、図５ｂは、第２方向１９２の移動プロファイル１９４の加速挙動を説明する２つの区間２２０、２２２を有する第２加速度プロファイル２１８を示している。減速区間２２０は前述の（第２移動プロファイル１８８の）第１移動区間１８２に直接的に関連している。同様に、加速区間２２２は図５ａに示す第２移動区間１８４に直接的に関連している。
【００６３】
[0084] Ｚステージ１２０が第１方向１６８と同時に第２方向１９２に移動すると、Ｚステージ１２０は第１および第２の両方向１６８、１９２に第２点１７６から底点１９０まで減速する。一実施形態において、Ｚステージ１２０は第１方向１６８の減速と同時に第２方向１９２の加速を受け得る。一実施形態において、第２方向１９２のＺステージ１２０の加速度および減速度の値は約．７ｇ（．３ｇ〜１ｇ）である。前述の通り、加速度値は多くのシステム１００の変数によって影響を及ぼされ得る。
【００６４】
[0085] 第１方向１６８の減速が起こるので、この領域は、第２移動プロファイル１８８の第１区間１８２のＺステージ１２０の移動と密接に関連するターンアラウンド時間２２４と呼ぶことができる。
【００６５】
[0086] 前述の例において、第２点１７６と底点１９０との間の第１方向１６８（または負のＺ方向）の距離は、ターンアラウンド時間２２４において約．１５ｍｍ〜．１６５ｍｍであった。また、Ｚステージ１２０は．３３０ｍｍの距離を第１移動プロファイル１７８に沿って進んだ。第２点１７６と底点１９０との間の距離は、Ｚステージ１２０がターンアラウンド時間２２４中に第１方向に進む距離も表す。ターンアラウンド時間２２４は、第２方向１９２の横移動が始まり、ならびにＺステージ１２０の減速が横に、かつ縦に起こり始める場所に相当する。
【００６６】
[0087] Ｚステージ１２０は、第１クリアランス高さ１８０を通って加速し、第１方向１６８にＺステージ１２０の総垂直移動距離２８４の約３分の１の減速距離２８０（．１６５ｍｍ／．４９５ｍｍ＝．３３）を有する。第１方向１６８の減速距離２８０（クリアランス高さの下）は、せいぜい、クリアランス高さ１８０の上で生じる加速距離２８２の２分の１である。言い換えると、減速距離２８０はせいぜい、第１方向１６８のステージの加速距離２８２の半分である。
【００６７】
[0088] 一実施形態において、第１方向１６８の減速距離２８０はせいぜいクリアランス間隔距離２０４の２分の１である（クリアランス間隔距離２０４および加速距離２８２が等しい場合）。
【００６８】
[0089] 図５ｂは、加速度軸ａ２および距離軸ｄ２に関する減速区間２２０を示している。減速区間２２０は、Ｚステージ１２０が底点１９０に到達するまで第２方向１９２に減速するＺステージ１２０を表している。底点１９０において、第１方向１６８の減速は、減速区間２１２に従ってゼロ値２１６に到達する。同時に、底点１９０において、第２方向１９２の減速もまた、減速区間２２０に従ってゼロ値に到達する。底点１９０は、第１方向の１６８の加速または減速が完了する点も表す。
【００６９】
[0090] 底点１９０の後、加速区間２２２が表すように、Ｚステージ１２０の加速が第２方向１９２に起こり始める。一実施形態において、Ｚステージ１２０は底点１９０に到達する前に第２方向１９２に加速し得ることが理解される。加速区間２２２の間、第３方向１６６に生じる加速（図示せず）も存在する。一実施形態によると、加速２２２は、ステージが整定チェックポイント１８６に到達するまで第２方向１９２および第３方向１６６に（横におよび縦に）継続する。
【００７０】
[0091] 整定チェックポイント１８６において、制御システム２５０（詳細に後述する）は、ＸおよびＹ方向１４０、１５０の移動がゼロなどの閾値まで減少しているかどうか判定する。前述の通り、Ｚステージ１２０が第２クリアランス高さ２０２を通過した後のクリアランス間隔距離２０４内のＺステージ１２０の横の移動（または第３方向１６６に垂直な移動）は、起こり得る損傷をシステム１００に与える可能性がある。整定チェックポイント１８６は、望ましくない横移動が原因となる損傷が生じないことを制御システム２５０が確実なものにする場所である。整定チェックポイント１８６でのＺステージ１２０のゼロまたは最小の横移動を確実にするために必要な整定チェック時間は、２０ｍｓｅｃの速度または数秒とすることができる。
【００７１】
[0092] 一実施形態において、整定チェック時間は最小であり、Ｚステージ１２０の移動を大幅には妨げないので、加速区間２２２によって例示されるように第２方向１９２の加速が整定チェックポイント１８６の方へ常に起こることができる。
【００７２】
[0093] 別の実施形態において、整定チェック時間は重要である場合があり、従って、横移動が切り離されることが可能であるように、Ｚステージ１２０が停止点まですべての方向に減速することを必要とすることがある。
【００７３】
[0094] 図５ｂは、加速区間２３０の間にＺステージ１２０が中点２２８まで加速する第３加速度プロファイル２２６も示している。そして、Ｚステージ１２０は減速区間２３２の間、第２接触位置１９８まで減速する。一実施形態において、第３方向１６６の加速および減速は約．７ｇ（．３ｇ〜１ｇ）である。再び、加速値は、システム１００の多くの変数によって影響を及ぼされる。
【００７４】
[0095] 図６ａ〜図６ｄは、Ｚステージ１２０の中心軸１７０がサイドプロービングのために水平方向に方向付けられた場合以外の、図５ａおよび図５ｂで説明した移動プロファイル１９４全体の間のＺステージ１２０の移動およびプローブ針１５８との相互作用を示している。図６ａ〜図６ｄは、サイドプロービングと、Ｚステージ１２０が支持面またはベースに対して垂直方向に方向付けられる必要はないという事実とを強調する。図６ａ〜図６ｄの基準点１６０は、上述したように移動プロファイル１９４に従う。
【００７５】
[0096] 図６ａは、第１移動プロファイル１７８に沿って第１方向１６８に移動しているＺステージ１２０を示している。図６ｂは、概して矢印２３４で示されるように第１方向１６８および第２方向１９２に第２移動プロファイル１８８、１８２に沿って移動しているＺステージ１２０を示している。図６ｃは、底点１９０を通過した後に概して矢印２３６で示されるように第３方向１６６および第２方向１９２に移動するＺステージ１２０を示している。図６ｄは、Ｚステージ１２０によってプローブピン１５８がウェーハ１０６上の別の場所のボンドパッド１１０ａと接触することが可能になる第２接触位置１９８まで、第３方向１６６に移動するＺステージ１２０を示している。
【００７６】
[0097] 図７ａは、別の第２移動プロファイル２３８を有する移動プロファイル２４４に関する別の実施形態を示している。この実施形態では、第１および第３移動プロファイル１７８、１９６は、図５ａに示すものと同様である。しかし、Ｚステージ１２０が別の底点２４２まで減速し、その後チェックポイント２４０まで加速する、別の第２移動プロファイル２３８が存在する。多くの異なる用途に対してチェックポイント２４０を使用することができる。例えば、チェックポイント２４０において検査プロセスを実施することができ、または、制御システム２５０は続行の前に垂直の移動が完了しているかどうか確認することができる。チェックポイント２４０は、Ｚステージ１２０の移動２４４の休止とすることができ、または、Ｚステージ１２０が第２方向１９２に常に加速することを可能にして整定チェックポイント１８６に到達する比較的滑らかな移動とすることができる。
【００７７】
[0098] チェックポイント２４０の後、Ｚステージ１２０は整定チェックポイント１８６の方へ第２方向１９２に移動する。図５ａの第２移動プロファイル１８８は説明および参照のために点線で示されている。別の底点２４２は、移動プロファイル１８８の底点１９０よりも第２方向にわずかに早く生じる。
【００７８】
[0099] 図７ｂは、図７ａに示す移動プロファイル２４４の加速度プロファイルを示している。別の第２移動プロファイル２３８の間、Ｚステージ１２０は底点２４２からチェックポイント２４０まで加速する。Ｚステージ１２０は、第２方向１９２に、チェックポイント２４０の後、継続して加速することができる。そして、第２方向１９２のＺステージ１２０の加速は、加速度軸ａ３および距離軸ｄ３に関して説明される。Ｚステージ１２０は、Ｚステージ１２０が減速し始めて整定チェックポイント１８６に到達する中点２４６まで、主に第２方向に引き続き加速する。再び、チェックポイント２４０は、Ｚステージ１２０が続行の前にある時間にわたって休止する場所とすることができ、そのような場合、第２方向１９２の減速が求められるであろう。
【００７９】
[00100] 図８は、システム１００、ならびにシステム１００とセンサ２４８および制御システム２５０との接続を示している。特に、センサ２４８は、Ｚステージ１２０のパラメータが常に正確に分かるように移動システム１１８およびＺステージ１２０に連通または接続する。センサ２４８によって測定されるパラメータは、Ｚステージ１２０の位置、速度、または加速度であり得る。センサ２４８は、モータ１４２、１４４などのＺステージ１２０を移動させる機構へ正確な移動制御コマンドを伝達することができるように情報を制御システム２５０へ中継する。センサ２４８は、エンコーダ、カメラシステム、または公知の移動制御センサなどの任意のタイプのセンサとすることができる。
【００８０】
[00101] 一実施形態において、制御システム２５０は、さらに詳細に説明される移動プロファイル、軌跡、および整定時間を予測できるモデルベースの制御システムである。
【００８１】
[00102] 図９は、制御システム２５０の制御プロセス２５２を説明するフローチャートを示している。制御プロセス２５２は、クリアランス距離２０４およびダイステップ寸法２５４を判定２５６または読み取ることによって開始する。クリアランス距離２０４およびダイステップ寸法２５４は、ウェーハ１０６、コンポーネント、またはプローブピン１５８のどのタイプが使用されているかなどのシステム１００のさまざまなパラメータに依存する入力パラメータ（システムによって自動的に、またはユーザによって手動で入力される）とすることができる。また、ウェーハ１０６上の開始場所は、ウェーハ１０６と接触するプローブピン１５８について決定されるべきである。クリアランス距離２０４から、Ｚステージ１２０に関して第１クリアランス高さ１８０および第２クリアランス高さ２０２を計算することができる。
【００８２】
[00103] また、制御プロセス２５２は、負のＺ方向１５４（第１方向１６８など）に加速するＺ移動距離を決定する２５８。制御プロセス２５２は次に進んで、クリアランス高さを超えて負のＺ方向１５４にステージを加速する２６０。
【００８３】
[00104] クリアランス高さを超えると、Ｚステージ１２０は負のＺ方向１５４に惰行し始め２６２、減速を生じさせると同時にＸ方向１４０、Ｙ方向１５０、またはＸおよびＹの両方向１４０、１５０の移動を開始させる。惰行２６２効果は、電流などのモータパラメータを調整してモータを減速させることによって達成することができる。逆方向に電量を印加することによって、モータは加速したのと同じ速さで減速することができる。惰行は、Ｚステージ１２０が底点のゼロまで減速するまで、Ｚ方向１５４のモータを遮断することによっても達成できる。
【００８４】
[00105] さらに、図９はステップアンドリピートプロセスを示している。Ｚステージ１２０は、底点に到達した後、正のＺ方向１５４に加速する２６４。制御プロセス２５２は、Ｚステージ１２０が第２クリアランス高さ２０２または整定チェックポイントに到達したかどうかを常に監視する２６６。第２クリアランス高さ２０２に到達していない場合、Ｚステージ１２０は正のＺ方向１５４に引き続き加速する。第２クリアランス高さ２０２に到達している場合、制御プロセス２５２は、Ｘ方向１４０またはＹ方向１５０の移動があるかどうか、およびその移動が閾値未満であるかどうか確認する２６８。
【００８５】
[00106] 一実施形態において、制御プロセスは、ＸまたはＹ移動がセンサ２４８を監視することによってなされるかどうか確認する２６８。センサ２４８は複数のセンサまたは単一のセンサとすることができ、図３に示すＸＹガントリシステム１３４とすることができる移動システム１１８に接続される、または移動システム１１８を監視する。
【００８６】
[00107] 一実施形態によると、ＸＹガントリシステム１３４において、センサ２４８は、Ｘステージ１３８および／またはＹステージ１４６の移動が停止または閾値未満に低下したかどうか監視する（安全確認）。ＸおよびＹステージ１３８、１４６において移動が検出されないが第２クリアランス高さ２０２に到達していない場合、第２クリアランス高さ２０２に到達するまでＺステージ１２０はＺ方向１５４に引き続き加速する。
【００８７】
[00108] 図９において、システム１００においてＺステージ１２０が第２クリアランス高さ２０２に位置するがＸおよび／またはＹ方向１４０、１５０の移動が依然として存在する場合、Ｚステージ１２０は正のＺ方向１５４の移動を停止して２７０、ＸＹ移動が第２クリアランス高さ２０２より上で起こらないようにする。制御プロセス２５２は、Ｘおよび／またはＹ方向の移動が存在するかどうか引き続き確認する２７２。ＸＹ移動が続く場合、Ｚステージ１２０は、そのようなＸＹ移動が終了するまでクリアランス高さで維持される。ＸＹ移動が終了し、Ｚステージ１２０が第２クリアランス高さ２０２に位置した後、Ｚステージ１２０は、試験がウェーハ１０６上で開始する指令タッチダウン位置までの正のＺ方向１５４の移動を終了する２７４。
【００８８】
[00109] 別の実施形態によると、移動プロファイルまたは移動ごとに軌跡計算を行って、加速時間および距離を最適化しながらウェーハ１０６およびプローブカード１２６の安全を維持することによって移動時間を最小化する。この移動プロファイルの更新は、５０マイクロ秒ごとに起こる。
【００８９】
[00110] 高い更新率を組み入れることによって、安全確認は、移動の完了後ではなく、ステージ移動とともに行われることが可能である。モデルベースの制御を用いて、整定時間（ｔ*−ＸＹ移動が特定公差内まで整定される時間）を予測することができる。それによって、軌跡のＺコンポーネントは、ＸＹ移動が十分に整定するまでウェーハがプローブピン１５８と接触しないように設計される（時間調節される）。逆に、ダイステップのＸＹ軌跡は、Ｚ軌跡または移動プロファイルがウェーハをプローブピンとの接触から安全にずらすときに開始するように設計する（時間調節する）ことができる。従って、本発明は、１つのダイから次のダイに進む時間を速めながらも、このことを決定性垂直上昇およびタッチタウン軌跡とともに達成する。
【００９０】
[00111] 図１０は、中点２７８を有する放物線移動プロファイル２７６と比較した図５ａの非放物線移動プロファイル１９４を示している。本発明は放物線移動プロファイル２７６に対する重要な利点を有している。放物線移動プロファイル２７６は、クリアランス高さに到達する前に横移動を示し、コンポーネントを損傷する実質的な危険性を有している。さらに、放物線移動プロファイル２７６は移動プロファイル２７６より移動距離の点で短くなり得るが、放物線移動プロファイル２７６は移動プロファイル１９４よりゆっくりと移動する。従って、放物線プロファイル２７６は、より長い「位置合せ」時間を有する。たとえ移動プロファイル１９４が放物線プロファイル２７６より長い距離を進んでも、本発明は減速よりも加速に長い時間を費やす。移動プロファイル１９４は、底点１９０で第２方向１９２の加速を開始する一方、放物線プロファイル２７６は後の中点２７８で加速を開始する。結果として、移動プロファイル１９４は、より短い位置合せ時間およびより長い加速時間を有することによってより効果的かつ効率的である。
【００９１】
[00112] 第１クリアランス高さ１８０を通じた第１垂直方向１６８のＺステージ１２０の加速は、Ｚステージ１２０がクリアランス高さ１８０を通過した後で減速している第２期間より長い第１期間で起こる。
【００９２】
[00113] 本発明は、１つの接触位置から別の接触位置に移動するＺステージ１２０の「位置合せ時間」が非常に減少するという点で、図１ａおよび図１ｂに示す従来技術に対して重要な利点を有する。Ｚステージ１２０が２つの接触位置間で第２方向に６．５ｍｍ（ステップ寸法２５４）移動するシナリオにおいて、本発明は２３０〜２４２秒で移動全体を完了するであろう。対して、図１ａおよび図１ｂに示す従来技術は、約３１９ミリ秒で移動を完了するであろう。本発明は、従来技術に対して約２４〜３０％の接触位置間の位置合せ時間の減少を実現する。
【００９３】
[00114] 一実施形態において、本発明の整定時間は２０ミリ秒と速くすることができる一方、従来技術の整定時間は少なくとも４０ミリ秒以上という長さである。本発明は、ステージの整定時間を著しく減少させる。
【００９４】
[00115] 一実施形態において、前述の通り、モデルベースの制御によって整定時間を設計または予測することが可能である。前のステージ移動、試験されるコンポーネントのタイプ、増幅器、増幅器の数、電力供給、システムサイズ、ステージ慣性、および他のシステムコンポーネントパラメータなどの要因に基づいて整定時間または移動軌跡を予測するために経験的データを使用することができる。
【００９５】
[00116] さらに、本発明で説明される加速度プロファイルは、Ｚ方向１５４に約３分の２の加速および３分の１の減速を有するＺ移動を実現する。公知の従来技術は、Ｚ方向１５４に２分の１の加速および２分の１の減速しか有さないＺ移動を有する。本発明は、従来技術よりＺ方向１５４に遠くへ移動するが、より少ない時間をＺ方向１５４の移動に費やす。
【００９６】
[00117] 本発明の別の利点は、最低クリアランス距離を超えて最高速度ステージを加速することによって、Ｚ方向の減速時間を減少させ、かつＺ方向の加速時間を増加させることである。減速は、位置合せ時間を減少させる横移動において起こる。本発明は、待ち時間を減少させ、従って効率および生産能力を向上させる。
【００９７】
[00118] 説明したステージ制御プロセス２５２および方法は、インクジェット、ノズル分配プロセス、エーロゾルスプレー塗布、ソフトリソグラフィ、レーザ誘導アプローチ、ＡＦＭディップペン技術、またはプリセットパターンもしくはレイアウトに引き続いてさまざまな表面上に別々のタイプの材料を堆積する、施す、または処理することが可能な任意の技術もしくはプロセスなどの「直接記録」操作において実行することができる。制御プロセス２５２は、上述のプロセス内で製造コンポーネントを保持するステージを速くかつ効率的に移動させることができる。制御プロセス２５２は、電子デバイス、センサ、ＭＥＭＳデバイス、および他の公知のデバイスの製造システムに適用することができる。
【００９８】
[00119] 説明した制御プロセス２５２および方法は、すべてのタイプのガラスおよび金属、合金、半導体、クリスタル、合成材料、セラミックス、プラスチック、および生物学的材料を含む天然有機材料などの広範囲の材料を扱うシステムとともに使用することができる。
【００９９】
[00120] 説明した制御プロセス２５２および方法は、ウェーハプロービングシステムではなく、検査ステージシステムにおいて使用することができる。検査ステージシステムでは、接触位置１７４、１９８は、ウェーハ、電子デバイス、またはコンポーネントが欠陥に関して試験または結像される検査位置と考えられ得る。検査ステージシステムにおけるステージ１２０の移動は、既に述べたものと同一の方法および原理を適用するであろう。
【０１００】
[00121] 典型的なシステムでは、別々のコンポーネントをつなぐ接続部は柔軟性を示す。コンポーネントとコンポーネントとの間の接続は完全に剛性があるわけではないので、システムの一部が擾乱にさらされる場合、システムのコンポーネントとコンポーネントとの間の相対振動変位または相対曲げ変位が存在することになる。ひいては、曲げ変形がウェーハパッドとプローブカードピンとの間の非補償変位を引き起こすことがあり、それによって性能が劣化する。
【０１０１】
[00122] 図１１は、さまざまなコンポーネントのうちの一部のコンポーネント間の曲げ接続部を表すプロービングシステム３００の可能な実施形態を示している。一部のコンポーネント間の多数の例示的な非剛性接続部が図１１に示される。従って、Ｚステージ３０２とグラナイトベース３０１との間の接合部３１０が、接合部の曲げ（および振動）性を示すばね符号３１０で示されている。作動システム３０８がガントリシステムに接続される。同様に、プローブカードホルダアセンブリ（ＰＨＡ）ステージ３１５、３１６とウェーハホルダアセンブリ（ＷＨＡ）ステージ３１４のグラナイトベース３０１との間の接続部３０９、ならびにグラナイトベース３０１と床３０２との間の接合部３１１がばね符号で示されている。実際の物理的ばねは存在しないが、これらのばねによって接合部がモデル化される、または表されることが理解されるであろう。座標システム３１３は分かりやすくするために示される。プローブカードホルダチャック３０６が、プローブカード３０７をウェーハ３０４上のボンドパッド３０５に対して維持する。
【０１０２】
[00123] 接続部の曲げ剛性を増大させることによって、または床とシステムとの間の分離を提供することによって、望ましくない相対変位を減少させることができる。これらの方法は、システムの重量増加を必要とする（それによって移動擾乱に対する周波数領域の感度をあげる）という不利点、およびプロービングシステムの設置での分離特性の変化を必要とするという不利点を有する。望ましくない振動の影響を減少させるであろう、より安価で複雑でない解決策は、感知および制御システムを介して移動擾乱を能動的に抑制または補償することである。
【０１０３】
[00124] 本発明の別の態様の可能な実施形態において、擾乱測定デバイスをプロービングシステム上のいくつかの場所に追加することができる。例えば、１つのセンサをグラナイトベース上に配置してよく、別のセンサをガントリシステム上のＸＹＺ移動機構上に配置してよく、第３のセンサをプローブピン位置決めインターフェイス上に配置してよい。擾乱振幅および位相情報はすべての３つの場所で、かつ別々の方向（Ｘ、Ｙ、およびＺ）に沿って継続して測定される。感知情報はローパスフィルタを介して移動コントローラ内に入力されて、信号の高周波数雑音を除去し得る。そして、コントローラは相対振幅および位相情報を処理して、移動機構の既存の作動デバイスを介してＸ、Ｙ、Ｚ、またはシータ方向にシステムに対して補償補正を施し得る。結果として生じる移動には、ウェーハ基板とプローブピンとの間の制御されていない相対変位が全くない。加えて、補正によってシステムがウェーハ上のダイからダイへかなり速く進むことが可能になり得る。というのは、ウェーハチャックが１つのダイをプローブすることから次のダイをプローブする位置へ移動する際に、反力（内部擾乱）を相殺するために加速度計が使用され得るからである。
【０１０４】
[00125] 図１２は、図１１に示す例示的なプロービングシステムにシステム上の３つの異なる場所の加速度計が追加された同一の側面図である。ボックスＡ１４１２、Ａ２４１３、Ａ３４１４は、グラナイトベース３０１、ブリッジ／チャック／ウェーハアセンブリ４０２（強固に接続されていると見なすことができ、ひいては単一の振動素子として考えられる）、およびＰＣＨＡステージ３１５の移動を測定するために追加された３つの加速度計を表す。座標システム４０７が、分かりやすくするために示されている。
【０１０５】
[00126] これらの３つのセンサを追加することによって、外部擾乱または内部擾乱によって３つの場所の各々で引き起こされた振動加速および／または速度の大きさおよび位相の定量化が可能になる。同様に、測定値を利用して、測定されたコンポーネント間の相対的な加速度、速度、大きさ、および位相を導出することができる。個別測定および相対測定の両方のタイプを別々の制御スキームにおいて使用して、望ましくない変位を補償することができる。
【０１０６】
[00127] 本発明の同一の態様の別の実施形態において、別々の場所における速度センサ、速度センサおよび加速センサの組合せ、または別の数のセンサを代わりに使用することが可能であろう。そのようなセンサを使用して、（ガントリシステムではなく）ソーヤモータを使用するウェーハプロービングシステムの移動擾乱を補償してウェーハチャックおよびプローブカードプラットフォームの１つまたは両方を互いに対して移動させ得ることが理解されよう。
【０１０７】
[00128] 図１３は、グラナイトベースおよびガントリのそれぞれに位置する２つのセンサ５０１および５０２からの加速情報を組み入れる制御システムの、可能な実施形態のブロック図である。この特定の実施形態は、本発明の別の態様、すなわち操作中の接触位置擾乱を除去するように設計された制御スキームを示す役割を果たす。図１３に示す特定の具体的実施形態では、コントローラは２つの主要ループ、すなわち、独自の位置コントローラ５０８を有する位置制御ループ５１３と、独自の振動コントローラ５０９を有する加速度制御ループ５１４とから成る。
【０１０８】
[00129] 説明した通り、Ｚステージはガントリシステムのブリッジに取り付けられ、グラナイトベース上に浮かんでいる。ここでガントリは図１２のブリッジ／チャック／ウェーハアセンブリ４０２を含むと見なされる。作動モータがガントリを前進させると、同量の牽引力が（ニュートンの第三法則によって）逆方向にグラナイトベースに作用する。これを内部擾乱と考えることができる。同様に、ガントリとグラナイトベースとの間の牽引力に起因して（例えば、床の振動から）ベースに作用する外部擾乱がガントリに生じることになる。ガントリとベースとの間の非剛性接続に起因して、そのような擾乱によって相対振動変位が引きこされることになるからである。
【０１０９】
[00130] 図１３に示す補償スキームの設計目的は、ガントリとグラナイトベースの両方が同一の振幅および位相を有する、すなわち、制御システムがガントリとベースとの間の相対振動を補償する（または除去する）ことを確実にすることである。
【０１１０】
[00131] 本発明の態様のこの特定の具体的実施形態のために、グラナイトベースと床との間の剛性接続部が存在し、両者を質量ＭＥＱおよび剛性ＫＥＱを有する単一のばね質量システムとして捉えるものとする。剛性ＫＥＱは、ベースとガントリとの間の図１２に示すばね３１０に対応するであろう。
【０１１１】
[00132] 床／ベース構造は、ガントリの質量に対して移動することができ、この具体例は質量ＭＧａｎｔｒｙを有し、かつ剛性を有さない線形システムとする。上記前提に基づいて、ＧＧａｎｔｒｙ−ｏｎ−Ｇｒａｎｉｔｅ（図１３のコントローラが抑制するように設計されるベースとガントリとの間の相対移動を生成する）と呼ばれる、グラナイトベースに対するガントリの動特性を以下の変換関数として周波数領域に書き込むことができる。
【数１】
ここで、
ＡｃｃＲｅｌａｔｉｖｅ（ｓ）は、ベース５１１およびガントリ５１２の加速度計の読取値を減じることによって得られるベースとガントリとの間の相対加速度５０３である。
ＦＡｃｔｕａｌ（ｓ）は、補償力５１０と所望の操作力５０５との組合せ作用から生じるベースおよびガントリに加えられた操作力５０４である。
ＧＧａｎｔｒｙ（ｓ）は、ガントリの動特性の変換関数である。
ＧＧｒａｎｉｔｅ（ｓ）は、床／ベースの動特性の変換関数である。
【数２】
は、床／ベース構造の共振周波数である。
【数３】
は、組み合わされたガントリおよび床／ベースの質量の共振周波数である。
【０１１２】
[00133] １および ２の組合せとなる、式１の共振（または、分母のルートを計算することによって得られる極）からして、サーボコントローラ（図１３の位置コントローラ５０８と振動コントローラ５０９の組合せである）が指令位置５０６の完全追跡（すなわち、ゼロ位置誤差５０７）を達成することは困難であろう。従って、図１３の所望の制御５０５の信号と相対加速度５０３の信号との間の動特性を線形化する補償５１０を設計することが望ましいであろう。その場合、サーボコントローラは理想（ゼロ）誤差制御を有し得る。本発明の別の態様では、制御スキームの実施形態はそのような線形化を含み得る。
【０１１３】
[00134] 図１４は、ベース６０２とガントリ６０３との間の相対動特性６０４を線形化し、ひいては共振を除去するように設計された、ＨＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ（図１３の振動コントローラ５０９と同等である）と呼ばれる補償制御６０１の可能な実施形態のブロック図である。結果として生じる補償６０５、すなわちＦＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎは以下のように設計可能である。
【数４】
ここで、ＡｃｃＧｒａｎｉｔｅはグラナイトベースの加速度である。
【０１１４】
[00135] 式２は、所望の通り共振周波数の影響を受けない。ガントリとベースとの相対動特性、ＧＧａｎｔｒｙ−ｏｎ−Ｇｒａｎｉｔｅを式（２）に組み入れると、補償制御、ＨＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ６０１を以下の通り導くことができる。
【数５】
＾ＧＧａｎｔｒｙ−ｏｎ−Ｇｒａｎｉｔｅと呼ばれる、上記補償を伴う同等のシステム動特性は、
【数６】
である。
従って、結果として生じる、補償を伴うシステム動特性（式（２）および式（３）を式（４）に代入する）は、
【数７】
となる。
【０１１５】
[00136] 式（５）の補償を伴う相対動特性＾ＧＧａｎｔｒｙ−ｏｎ−Ｇｒａｎｉｔｅと式（１）の補償を伴わない動特性ＧＧａｎｔｒｙ−ｏｎ−Ｇｒａｎｉｔｅを比較すると、牽引力および外部擾乱が引き起こす共振が上記補償ＨＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎによって除去されることが明らかである。実際に、擾乱が操作中に存在し、かつ継続しながらプローブピンがボンディングパッドと接触している場合であっても、ＨＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎは理想的線形システム、ひいては改善された位置追跡につながることが予想される。
【０１１６】
[00137] 図１５は、図１４の加速度ベースの補償制御６０１が図１３の制御スキーム全体に組み入れられる際の完全制御ブロック図である。
【０１１７】
[00138] 任意の方向に、かつ移動擾乱の存在下で、プローブピンに対するウェーハパッドの正確かつ継続的な位置決めを実現するために同一または他の種類の多数のセンサの読取値を組み入れる制御システムの他の実施形態も、本発明に含まれる。同様に、プロービングシステムの移動擾乱の能動的抑制をもたらす別々の方法での、システムの別々のコンポーネントの個別（非相対的）または相対的加速度を補償する他の制御スキームも、本発明に含まれる。
【０１１８】
[00139] 図１６は、センサおよび制御システムを利用してＷＨＡステージ上の移動擾乱を補償する試験システムに関わるプロセスの可能な実施形態を示している。第１操作８０１として、所望の接触位置および力が達成されるまでＷＨＡステージおよびＰＣＨＡステージは接触している。その所望の接触位置を維持するために、ガントリとベースとの間の振動（大きさおよび位相）が継続的に測定されて８０２、床の振動またはガントリの作動などの移動擾乱に起因する所望の接触位置の変化を検出する。そして、制御システムはセンサ情報に基づいて必要な補正作用を決定する８０３。そして、ＷＨＡステージに組み入れられたアクチュエータを介して補正力をガントリに加えて望ましくない位置擾乱を除去し、かつ所望の位置を追跡する８０４。少なくとも特定の実施形態において操作８０２〜８０４を継続的に繰り返して（例えば、５０ミリ秒ごと）所望の位置に対する擾乱が迅速に補正されることを確実にする。これらの操作（８０２〜８０４）は、プローブプロセスにおいてダイからダイに進んでプローブチップを新しい組のボンディングパッドに対して位置決めするために、ＷＨＡステージおよびＰＣＨＡステージが互いに対して移動する際にも繰り返して実行される（例えば、５０ミリ秒ごと）。他のパラメータおよびシステムのコンポーネントが監視され、かつ制御される他の実施形態も、実現可能である。
【０１１９】
[00140] 本明細書で記載される方法は、ソフトウェアがさまざまなコンピュータ読取可能媒体に格納されるソフトウェア制御下で作動する汎用または専用コンピュータなどのデータプロセシングシステムによって実行することができる。
【０１２０】
[00141] 本発明のさまざまな実施形態は、全ウェーハを保持するウェーハチャックを有するウェーハプローバ、または（可撓性の）フィルムフレーム上のダイまたは複数のダイまたは（剛性であり得る）ストリップをプローブするシステムなどの他のタイプのプロービングシステムに対して使用され得る。
【０１２１】
[00142] 従って、擾乱の存在下で試験システムにおいて接触位置決めをプローブする正確なパッドを実現および維持する装置および方法が提供されている。本発明を特定の例示的実施形態に関して説明してきたが、請求項に記載の本発明のより広範な精神および範囲から逸脱することなくこれらの実施形態に対してさまざまな変形および変更を行うことができることは明らかである。従って、明細書および図面は説明上のもので制約的なものでない。
【０１２２】
[00143] 上記明細書において、本発明を特定の例示的実施形態に関して説明してきた。添付の請求項に記載の本発明のより広範な精神および範囲から逸脱することなくこれらの実施形態に対してさまざまな変形を行うことができることは明らかである。従って、明細書および図面は説明上のもので制約的なものでない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージを移動させる方法であって、
第１方向にクリアランス高さを通ってステージを加速することと、
前記クリアランス高さを通って前記加速することの後に、前記第１方向に前記ステージを減速しながら第２方向に前記ステージを加速することと、
第３方向に前記ステージを移動させることと
を含み、前記第１方向は、前記第２方向に垂直であり、前記第３方向に平行かつ前記第３方向と逆である、方法。
【請求項２】
前記加速することは、前記第１方向の前記ステージの総移動距離の約３分の２の加速距離にわたって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記減速することは、前記第１方向の前記ステージの総移動距離の約３分の１の減速距離にわたって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記減速することは、前記第１方向の前記ステージの加速距離の最大で２分の１の減速距離にわたって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記クリアランス高さは距離値であり、前記ステージは別のコンポーネントとの接触を引き起こさずに前記第２方向に移動することができる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
別のコンポーネントはプローブカードまたはプローブピンである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記クリアランス高さと接触位置との差は、少なくとも１２５マイクロメートルであるクリアランス間隔距離である、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第３方向に前記ステージをさらに引き続き移動させる前に前記ステージの前記第２方向の移動が閾値未満であるかどうかを判定する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記加速することおよび前記減速することは、最大可能加速率および最大可能減速率で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記減速することは、前記クリアランス高さを通って加速した後に、少なくとも１つのモータのパラメータを調整し、前記第１方向に前記ステージを惰行させることによって実現される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ステージを移動させる方法であって
クリアランス高さを超えて第１垂直方向に前記ステージを移動させ、および前記第１垂直方向に前記ステージを引き続き移動させ、前記クリアランス高さを超えて移動した後、かつ前記第１垂直方向に前記ステージを引き続き移動させながら、横方向に前記ステージを移動させ始めることと、
整定チェックポイントの方へ第２垂直方向に前記ステージを移動させることと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記整定チェックポイントの方へ前記第２垂直方向に移動した後、前記ステージは、前記整定チェックポイントへ前記横方向に移動する前に休止する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記整定チェックポイントへ前記第２垂直方向に前記ステージを移動させることは、前記横方向に前記ステージを移動させることと同時に行われる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
接触位置へ前記第２垂直方向に前記ステージをさらに移動させる前に、前記ステージが前記整定チェックポイントで整定することを可能にすることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステージは、２つの接触位置の中点を通過する前に底点に到達する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ステージは、前記クリアランス高さを超えて前記接触位置へ前記第１垂直方向に前記ステージを移動させる間に１つの整定チェックポイントのみを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステージは、前記クリアランス高さを超えて前記接触位置へ前記第１垂直方向に前記ステージを移動させる間にチェックポイントおよび整定チェックポイントを有する移動プロファイルを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステージが前記横方向に移動して前記整定チェックポイントに到達する際に前記ステージは曲線状の非放物線移動で移動する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
ステージを移動させる方法であって
第１期間にクリアランス高さを通って垂直方向にステージを加速することと、
第２期間に前記ステージを減速することと
を含み、前記第１期間は前記第２期間より長い、方法。
【請求項２０】
命令のシーケンスを表すデータが記憶された機械読取可能媒体であって、コンピュータシステムによって実行された際に、前記コンピュータシステムに
第１垂直方向にクリアランス高さを通ってステージを加速することと、
前記クリアランス高さを通って前記加速することの後に、前記第１方向に前記ステージを減速しながら第２方向に前記ステージを加速することと、
第３方向に前記ステージを移動させることと
を含み、前記第１方向は前記第２方向に垂直であり、前記第３方向に平行かつ前記第３方向と逆である、方法を行わせる、機械読取可能媒体。
【請求項２１】
命令のシーケンスを表すデータが記憶された機械読取可能媒体であって、コンピュータシステムによって実行された際に、前記コンピュータシステムに
クリアランス高さを超えて第１垂直方向に前記ステージを移動させ、および前記第１垂直方向に前記ステージを引き続き移動させ、前記クリアランス高さを超えて移動した後、かつ前記第１垂直方向に前記ステージを引き続き移動させながら、横方向に前記ステージを移動させ始めることと、
整定チェックポイントへ第２垂直方向に前記ステージを移動させることと
を含む、方法。
【請求項２２】
システムであって、
ベースと、
前記ベースによって支持されたステージであって、３次元座標システム内で移動するように構成されたステージと、
前記３次元座標システム内で前記ステージを移動させる前記ステージに接続された少なくとも１つのモータであって、第１方向にクリアランス高さを通って前記ステージを加速するように構成され、かつ第１方向にステージを減速するように構成され、かつ前記第１方向に前記ステージを減速し、かつ同時に第２方向に前記ステージを加速するように構成された少なくとも１つのモータと、
前記ステージに連結された少なくとも1つのセンサであって、ステージパラメータを測定するように構成された少なくとも1つのセンサと、
前記少なくとも１つのセンサに連結された制御システムであって、前記少なくとも１つのセンサから情報を受け取り、かつクリアランス高さパラメータに基づいて前記少なくとも１つのモータの操作パラメータを決定するように構成された制御システムと
を備える、システム。
【請求項２３】
装置であって、
サポートフレームと、
前記サポートフレームによって支持されたベースと、
前記ベースによって支持されたステージであって、３つの移動軸を有する３次元座標システム内で移動するように構成されたステージと、
前記３次元座標システム内で前記ステージを移動させるステージに接続された少なくとも１つのモータであって、第１移動軸においてクリアランス高さを通って前記ステージを加速し、かつ前記第１移動軸および第２移動軸の両方において同時に前記ステージを減速するように構成された少なくとも１つのモータと、
前記ステージに連結された少なくとも１つのセンサであって、ステージ加速度を測定するように構成された少なくとも１つのセンサと
を備える、装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのモータはブラシレスモータである、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのモータはソーヤモータである、請求項２３に記載の装置。
【請求項１】
ステージを移動させる方法であって、
第１方向にクリアランス高さを通ってステージを加速することと、
前記クリアランス高さを通って前記加速することの後に、前記第１方向に前記ステージを減速しながら第２方向に前記ステージを加速することと、
第３方向に前記ステージを移動させることと
を含み、前記第１方向は、前記第２方向に垂直であり、前記第３方向に平行かつ前記第３方向と逆である、方法。
【請求項２】
前記加速することは、前記第１方向の前記ステージの総移動距離の約３分の２の加速距離にわたって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記減速することは、前記第１方向の前記ステージの総移動距離の約３分の１の減速距離にわたって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記減速することは、前記第１方向の前記ステージの加速距離の最大で２分の１の減速距離にわたって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記クリアランス高さは距離値であり、前記ステージは別のコンポーネントとの接触を引き起こさずに前記第２方向に移動することができる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
別のコンポーネントはプローブカードまたはプローブピンである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記クリアランス高さと接触位置との差は、少なくとも１２５マイクロメートルであるクリアランス間隔距離である、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第３方向に前記ステージをさらに引き続き移動させる前に前記ステージの前記第２方向の移動が閾値未満であるかどうかを判定する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記加速することおよび前記減速することは、最大可能加速率および最大可能減速率で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記減速することは、前記クリアランス高さを通って加速した後に、少なくとも１つのモータのパラメータを調整し、前記第１方向に前記ステージを惰行させることによって実現される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ステージを移動させる方法であって
クリアランス高さを超えて第１垂直方向に前記ステージを移動させ、および前記第１垂直方向に前記ステージを引き続き移動させ、前記クリアランス高さを超えて移動した後、かつ前記第１垂直方向に前記ステージを引き続き移動させながら、横方向に前記ステージを移動させ始めることと、
整定チェックポイントの方へ第２垂直方向に前記ステージを移動させることと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記整定チェックポイントの方へ前記第２垂直方向に移動した後、前記ステージは、前記整定チェックポイントへ前記横方向に移動する前に休止する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記整定チェックポイントへ前記第２垂直方向に前記ステージを移動させることは、前記横方向に前記ステージを移動させることと同時に行われる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
接触位置へ前記第２垂直方向に前記ステージをさらに移動させる前に、前記ステージが前記整定チェックポイントで整定することを可能にすることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステージは、２つの接触位置の中点を通過する前に底点に到達する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ステージは、前記クリアランス高さを超えて前記接触位置へ前記第１垂直方向に前記ステージを移動させる間に１つの整定チェックポイントのみを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステージは、前記クリアランス高さを超えて前記接触位置へ前記第１垂直方向に前記ステージを移動させる間にチェックポイントおよび整定チェックポイントを有する移動プロファイルを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステージが前記横方向に移動して前記整定チェックポイントに到達する際に前記ステージは曲線状の非放物線移動で移動する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
ステージを移動させる方法であって
第１期間にクリアランス高さを通って垂直方向にステージを加速することと、
第２期間に前記ステージを減速することと
を含み、前記第１期間は前記第２期間より長い、方法。
【請求項２０】
命令のシーケンスを表すデータが記憶された機械読取可能媒体であって、コンピュータシステムによって実行された際に、前記コンピュータシステムに
第１垂直方向にクリアランス高さを通ってステージを加速することと、
前記クリアランス高さを通って前記加速することの後に、前記第１方向に前記ステージを減速しながら第２方向に前記ステージを加速することと、
第３方向に前記ステージを移動させることと
を含み、前記第１方向は前記第２方向に垂直であり、前記第３方向に平行かつ前記第３方向と逆である、方法を行わせる、機械読取可能媒体。
【請求項２１】
命令のシーケンスを表すデータが記憶された機械読取可能媒体であって、コンピュータシステムによって実行された際に、前記コンピュータシステムに
クリアランス高さを超えて第１垂直方向に前記ステージを移動させ、および前記第１垂直方向に前記ステージを引き続き移動させ、前記クリアランス高さを超えて移動した後、かつ前記第１垂直方向に前記ステージを引き続き移動させながら、横方向に前記ステージを移動させ始めることと、
整定チェックポイントへ第２垂直方向に前記ステージを移動させることと
を含む、方法。
【請求項２２】
システムであって、
ベースと、
前記ベースによって支持されたステージであって、３次元座標システム内で移動するように構成されたステージと、
前記３次元座標システム内で前記ステージを移動させる前記ステージに接続された少なくとも１つのモータであって、第１方向にクリアランス高さを通って前記ステージを加速するように構成され、かつ第１方向にステージを減速するように構成され、かつ前記第１方向に前記ステージを減速し、かつ同時に第２方向に前記ステージを加速するように構成された少なくとも１つのモータと、
前記ステージに連結された少なくとも1つのセンサであって、ステージパラメータを測定するように構成された少なくとも1つのセンサと、
前記少なくとも１つのセンサに連結された制御システムであって、前記少なくとも１つのセンサから情報を受け取り、かつクリアランス高さパラメータに基づいて前記少なくとも１つのモータの操作パラメータを決定するように構成された制御システムと
を備える、システム。
【請求項２３】
装置であって、
サポートフレームと、
前記サポートフレームによって支持されたベースと、
前記ベースによって支持されたステージであって、３つの移動軸を有する３次元座標システム内で移動するように構成されたステージと、
前記３次元座標システム内で前記ステージを移動させるステージに接続された少なくとも１つのモータであって、第１移動軸においてクリアランス高さを通って前記ステージを加速し、かつ前記第１移動軸および第２移動軸の両方において同時に前記ステージを減速するように構成された少なくとも１つのモータと、
前記ステージに連結された少なくとも１つのセンサであって、ステージ加速度を測定するように構成された少なくとも１つのセンサと
を備える、装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのモータはブラシレスモータである、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのモータはソーヤモータである、請求項２３に記載の装置。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公表番号】特表２０１２−５１２５２９（Ｐ２０１２−５１２５２９Ａ）
【公表日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４０９１３（Ｐ２０１１−５４０９１３）
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６７５９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６８８２５
【国際公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（５１１１３９３７２）セネカ マージャー サブ，インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６７５９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６８８２５
【国際公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（５１１１３９３７２）セネカ マージャー サブ，インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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