JP2000258493A

JP2000258493A - 半導体素子検査装置

Info

Publication number: JP2000258493A
Application number: JP11059741A
Authority: JP
Inventors: Shinji Tanaka; 伸司田中; Masatoshi Kanamaru; 昌敏金丸; Atsushi Hosogane; 敦細金; Kiju Endo; 喜重遠藤; Ryuji Kono; 竜治河野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体素子の検査用テスターのなかで、狭小ピ
ッチの半導体チップの検査を個別的に計測する信頼性の
高い構造を提供する。【解決手段】半導体チップを挿入して自動アライメント
を容易に行うためのトレーと、位置決めした後に半導体
チップを押圧する基板と、押圧時に半導体チップ上の電
極パッドに接触して電気的導通を得るためのプローブを
有する基板で構成される。【効果】本発明の装置を用いることによって、半導体チ
ップを自動アライメントして、あらかじめ形成したプロ
ーブに確実に接触させることができ、この結果、電気的
接続を得てチップの検査を容易に行うことができる信頼
性の高い構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の電気
的特性を検査する検査装置に係り、特にウエハ上に形成
された複数の半導体素子をチップ状に切断した後、複数
の素子の電気特性を同時に検査できる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまでの半導体素子検査においては、
微細な金属線を規定のピッチで配列して端子とし、電極
パッドに押圧しながら水平方向にわずかに移動すること
によりパッド材料の上面酸化皮膜を除いて新生面を創出
して、電気的な導通をとっていた。しかしながら、これ
らの方法では狭小ピッチ化への対応出来なかった。狭小
ピッチ化を実現する方法としては特開平８−５０１４６
号公報あるいは特開平９−２４３６６３号公報に記載の
ように、シリコン基板に多数のプローブを形成し、さら
にこれらのプローブに導通を得るために、多くの引き出
し用配線を形成して素子を検査する方法が提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記各公報には、素子
を個々に検査するのか、ウエハ全体を検査するのかにつ
いては明確にされていない。また、チップ単位で検査を
行う場合の位置合わせ技術に関しても何等開示されてい
ない。

【０００４】本発明はチップレベルで電気特性を検査す
る場合に、トレーにチップ状の半導体素子を位置決めし
て、コンタクタと半導体素子に設けられたパッドが確実
に接触して検査できる構成の簡単な半導体素子検査装置
を提供することを目的としたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】チップレベルで素子を検
査ために、素子を正確に位置決めしてコンタクタを接触
させる必要がある。素子を位置決めするために該トレー
の内壁に基準点または基準面を設ける。素子チップが基
準点または基準面に自動的に接触するためにはトレーを
傾斜させる構造とすることで容易に実現できる。

【０００６】なお、位置決めされた素子チップの検査用
電極パッドと、コンタクタのプローブが確実に接触する
ためには、トレーとコンタクタプローブの位置関係を予
め調整して固定した基板を、ガイドポストで位置合わせ
することで実現可能である。この時、チップのずれを防
止して、確実に押し付けるためには撓み可能な押圧基板
をエラストマのように柔軟性のあるシートを介すること
で特定のプローブにのみ力が加わること無く、均一な押
圧力を与えることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に関して実施例を用いて詳
細に説明する。図１は本発明におけるチップトレー方式
の素子検査用基板の一例を示している。半導体素子の検
査においては、本基板に半導体チップを搭載した状態で
加熱して特性を検査するいわゆるバーンイン検査等の電
気特性検査を行なうもので、検査用の機器等は図示して
いない。

【０００８】本装置はトレー基板３と押圧基板１０およ
びコンタクタ基板１とそれぞれの基板を固定するバーン
イン基板と称する配線基板８で構成されている。半導体
チップ４をトレー基板３に設けた溝であるトレー部に挿
入した状態で、電気的な導通や高温環境での導通による
不良検査、寿命加速試験を行うものである。

【０００９】図１において、半導体チップ４の長手方向
をＸ方向、短手方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向とした
時に、トレー内壁に半導体チップ４のＸ−Ｙ面内におけ
る位置を規定する、位置決め基準部５が複数個形成され
ている。また、トレー基板３の位置決め基準部は配線基
板８側に設けた基板位置決め部９で行われる。半導体チ
ップ４はウエハ状態でダイシング装置によって切断さ
れ、この時の寸法精度の高い面がトレー内に設けた位置
決め基準部５に接触するように設定されている。

【００１０】一方、トレー基板３の基板位置決め部９
は、この位置決め部を基準として半導体チップ中央の長
手方向に形成された電極パッド７の空間的な位置を正確
に決定するものである。この結果、トレー基板３に設け
た溝（トレー）が正確に位置決めされる。そのため、コ
ンタクタ基板１のプローブ形成部２に設けられた各プロ
ーブ２０は、電極パッド７に接触することが可能とな
る。また、配線基板８に形成された接続ピン１２は、コ
ンタクタ基板１の裏面に形成されたプローブ２０の電極
と接触して半導体チップ４との導通が取れるように導体
で形成された構成となっている。なお、電極の接続を確
実にするために、エラストマシート１１を介して押圧板
１０により、電極パッド７と各プローブ２０の電極との
間に押付け力を作用させることができるように構成して
ある。

【００１１】上述の構成に関して、図２及び図３を用い
てさらに詳細に説明する。図2は図1に記載した斜視図の
Ｙ−Ｚ断面を示したものである。図３はプローブの詳細
構成を示したものである。

【００１２】コンタクタ基板１に形成された多数のプロ
ーブ２０には、図３に示すように個々にその表面に電極
が形成されその電極は接続パッド２２（図７参照）まで
導体で配線されている。このプローブ２０の電極が半導
体チップ４の電極パッド７と接触する。一方、コンタク
タ基板１に形成されたプローブ２０からの電極配線は接
続パッド２２で配線基板８から出ている接続ピン１２と
接続している。配線基板８の内部に形成された立体配線
を通して基板外部に形成されたソケット１５に電気的に
接続される。また、プローブ２０はその両側に可撓性の
梁２１によって支持されている。

【００１３】なお、ここでプローブ２０と半導体チップ
４の電極パッド７が確実に接触して電気的導通を得るた
めに、可撓性のビーム３１（図８参照）を両サイドに持
つ押圧基板１０をエラストマー１１のような粘弾性体の
シートを介して押し付ける。この押付け力によってプロ
ーブ２０を支持する可撓性の梁２１が変形して、プロー
ブ２０に押圧基板１０で発生した押付け力が作用するも
のである。

【００１４】また、上述のコンタクタ基板１は、補強の
ため補強板１３を介して固定治具１４によって配線基板
８に固定される。この結果、押圧力を発生させ、各プロ
ーブ２０での電極と対応する電極パッド７の電気的導通
が可能となる。なおコンタクト基板１のプローブ形成部
２以外の半導体チップ４と接触する部分には、配線の保
護も兼ねるポリイミド樹脂等からなる保護膜１６を設け
てある。

【００１５】以上のように、トレー基板３の半導体チッ
プ４を設置する溝の内壁の少なくとも隣合う２辺に位置
決め用の基準部を設けることで、半導体チップ４をこの
基準部に押付けるだけで、正確な位置決めができ検査精
度の向上を図れ、位置合わせ時間すなわち検査時間を短
縮できる。

【００１６】前述までは、１個のチップの電気特性を検
査するための装置として説明してきたが、次に複数のチ
ップを同時に検査するための装置について説明する。図
4は複数のトレーを持つトレー基板を同一の配線基板設
ける構成を示した例である。

【００１７】本実施例では、メモリー等の半導体チップ
４の外形は８ｍｍ×５ｍｍ程度の大きさである。半導体
チップ４を挿入するための溝（トレー）をシリコン基板
上に複数個形成することは可能であり、各基板を異方性
エッチング等の手段によって形成することができる。

【００１８】この中でも、トレー基板３は半導体チップ
４を挿入して指定の位置に電極パッド７が来るように位
置決めする上で重要な役割を果たす。トレー基板３の内
壁に形成される位置決め基準部５としては種々の形状の
組み合わせが考えられる。

【００１９】図５（ａ）〜（ｄ）には点、あるいは線、
又は面接触方式の位置決め基準部の一例を示す。図５
（ａ）はトレーの内壁に位置決め基準部を設けた場合の
斜視図を示している。図５（ｂ）〜（ｄ）は正面図を示
してある。（ａ）に示すように、四角形のトレーの一辺
側に、先の尖った突起形状の位置決め基準部５を間隔を
開けて設け、隣接する辺に半導体チップ４が線接触する
ように四角形状の突起を設けたものである。このように
構成することで、半導体チップ４をトレー内に載せて一
方側に押し当てるだけで半導体チップの位置を決めるこ
とができ、位置決めに要する時間を短縮し、正確な位置
決めが可能となる。（ｂ）は先の尖った突起を隣接する
２辺に設けた例であり、（ｃ）は円形の突起とした例で
あり、（ｄ）は四角形状の突起とした例である。これら
の効果は、（ａ）の場合と同じである。なお突起部を１
つの辺にのみ設けた場合でも、位置決め精度は若干劣る
が、従来に比べ位置決めが簡単になる。

【００２０】この場合、トレー形状は位置決め基準部を
基準として半導体チップを容易に挿入可能な空間を有し
ている。すなわち、図５に示すようにトレー挿入部の縦
・横寸法をそれぞれＬＸ，ＬＹとしたときに、ＬＸ，Ｌ
Ｙは半導体チップの縦・横寸法よりも５０μｍ以上大き
く形成すれば、ロボット等によって高速に半導体チップ
をトレー内に自動挿入することが可能である。

【００２１】図６（ａ）〜（ｄ）に、トレーに半導体チ
ップを挿入後、位置決めを行う手順を示す。

【００２２】すなわち、図６（ａ）において、半導体チ
ップ４をトレー基板３に設けられたトレー内に挿入す
る。

【００２３】次に、図６（ｂ）のように、半導体チップ
４挿入後トレーを傾斜させて押圧板１０上を滑らせ、位
置決め基準部５に押し当てる。この場合、装置全体に微
小な振動を与えたり、半導体チップ４の下面を支える押
圧基板１０の面に微細なテクスチャーを設けて半導体チ
ップ４と押圧板１０の摩擦を低減させることによって、
半導体チップ４が押圧基板１０上をより滑りやすくし、
位置決め基準部５に確実に押し当てることが可能とな
る。

【００２４】次に、図６（ｃ）に示すように位置決め完
了後コンタクタ基板１をチップに押し当てる。この場
合、コンタクタ基板１とトレー基板３はそれぞれの基板
合わせ段差面で位置合わせするようにしている。このた
め、板厚さ方向を除いた、半導体チップ４の電極パッド
７とそれに対応するコンタクタ基板１に設けられたプロ
ーブ２０の位置関係を正確に決定することができる。

【００２５】その後、図６（ｄ）に示すように、補強板
１３を介してコンタクタ基板１を押圧すれば、半導体チ
ップ４をささえる押圧部以外のエラストマシート１１が
沈んで、相対的に押圧部が半導体チップ４を押し付け、
半導体チップ４の電極パッド７とプローブ２０の電極と
の電気的な導通を得ることが可能になる。

【００２６】図７に本発明の検査装置に用いる電極付き
プローブ２０を有するコンタクタ基板１を示す。コンタ
クト基板１の中央には可撓性の梁２１が多数形成されて
おり、各梁２１の中央には半導体チップ４の表面の電極
パッド７に接するためのプローブ２０が形成されてい
る。図７（ｂ）に示すように、コンタクト基板１の裏面
にはプローブ２０先端まで導通するように電極が形成さ
れている。また、トレー基板３との位置合わせ用の段差
面２５が設けられている。

【００２７】図８（ａ）は押圧基板１０の形状の例を示
す。押圧基板１０は中央に半導体チップ４を載せてコン
タクタ基板１に押し付けるチップ押し付け部３０を有
し、押し付け部３０は可撓性の薄板部３１によって押し
付けを容易にすることができる。また、押圧基板１０の
両サイドにはコンタクタ基板１に接続するピンを立てる
空間１２ａを有する。また、押圧基板１０は半導体チッ
プ４をトレー基板３のトレーに挿入する際に半導体チッ
プ４の下部を支える役割を果たすが、トレー基板３の位
置決め基準部５に当てて自動的にアライメントするため
に、押圧基板１０のチップ押し付け部３０は半導体チッ
プ４が滑りやすくなる構造が望ましい。

【００２８】このため、図８（ｂ）に示すようにチップ
押し付け部３０の表面に多数の小さな窪み３２を形成す
ることで接触抵抗を低下させ、確実に位置決めすること
が可能である。このようなテクスチャーは例えば水酸化
カリウム水溶液による異方性エッチングによって加工が
可能となる、図９はトレー基板３の形成プロセスを示
す。

【００２９】結晶面方位が（１００）のシリコン基板を
用いて、まず、熱酸化膜１０１を形成する（（ａ））。
次に、片側の面にレジスト１０３を塗布し（（ｂ））、
マスクパターンの露光現像により、レジスト開口部を形
成する（（ｃ））。残ったレジスト膜１０３をマスクと
して、酸化シリコン膜１０１をフッ酸およびフッ化アン
モニウムの混合液を用いてエッチングし、酸化シリコン
膜の開口パターンを得る。その後レジスト１０３を除去
する（（ｄ））。

【００３０】この後、水酸化カリウム水溶液を用いてシ
リコンをエッチングすると（１１１）面を斜面とする台
形状の窪み１０５を得ることができる（（e））。次い
で、残存の酸化シリコン膜１０１を除去した後、再度全
面に熱酸化によって酸化シリコン膜１０１を形成する
（（ｆ））。

【００３１】次に、窪みを形成した面と反対側に、上述
と同様の手法によって開口部１０６を有する酸化シリコ
ン膜１０１のマスク１０７を得る（（ｇ））。該マスク
１０７の形状の上面図パターンとして、図９（ｉ）ある
いは（ｊ）を形成して、水酸化カリウム水溶液でエッチ
ングすると位置決め形成マスク部位５’に対応して、前
述の図５（ｂ），（ｃ）で示した位置決め基準部５を有
するトレー基板３を得ることができる。

【００３２】なお、トレー基板３とコンタクタ基板１の
正確な位置合わせは上記プロセスの前段階で基板合わせ
段差を形成することで解決できる。

【００３３】上記実施例では、トレー基板３の形成プロ
セスについて述べたが同様の異方性エッチング加工技術
を利用することで、プローブを備えたコンタクタ基板１
ならびに押圧基板１０を得ることができる。また、同じ
加工技術を利用して一枚の基板に複数のトレーを有する
トレー基板３を製作することが可能である。前述の加工
方法を用いることによって、図４に記載の複数の半導体
チップ４を同時に検査できる検査用基板を製作すること
が可能である。

【００３４】図１０は図４に記載の半導体検査装置を複
数個、配線基板８上に設置して一度に多くのチップを検
査可能にする検査装置の例である。各基板は剛性の高い
補強板の四隅をネジ等の固定治具１４によって固定す
る。この時、押圧力が発生し、プローブと半導体チップ
の電極パッドの電気的導通を得ることができる。

【００３５】図１０において、押圧基板１０、トレー基
板３等のＸ、Ｙ面内におけるずれは四隅に設けた基板位
置決め部９によって位置決めされる。また、１５０℃程
度の高温環境下でのバーンイン検査では、各基板が同一
材料のシリコンで形成されているために、基板相互間の
相対的な位置ずれは生じない。

【００３６】なお、配線基板８との熱膨張による応力発
生は、各基板の直交する二辺に数個の位置決め部を設け
て、該基板の他の二辺の角部をバネ等で押し付ければ、
熱膨張差によるひずみを吸収することができる。

【００３７】

【発明の効果】半導体チップを一個ずつ検査する装置に
おいて、トレーの内部に位置決め用の基準を設けること
で、確実にプローブとの電気的接触が可能となり、導通
検査、バーンイン検査を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における検査用基板の構成図。

【図２】本発明の検査用基板の断面図。

【図３】プローブ形成部詳細図。

【図４】同一基板に複数のトレーを形成した検査用基板
の構成図。

【図５】セルフアライメントのための位置決め基準部の
形状を示す図。

【図６】トレー挿入時の自動位置決め操作から検査まで
の前処理工程の説明図。

【図７】複数の梁およびプローブを形成した電極付きコ
ンタクタ基板の図。

【図８】押圧基板の形状を示した図。

【図９】トレー基板の形成プロセスを説明する図。

【図１０】複数のトレーから構成されたバーンイン検査
用ボード

【符号の説明】

１…コンタクト基板、２…プローブ形成部、３…トレー
基板、４…半導体チップ、５…位置決め基準部、６…位
置合わせ段差部、７…電極パッド、８…電極基板、９…
基板位置決め部、１０…押圧基板、１１…エラストマシ
ート、１２…接続ピン、１３…補強板、１４…固定治
具、１５…ソケット、１６…ＰＩＱ保護膜、２０…プロ
ーブ、２１…梁、２２…接続パッド、３０…チップ押し
付け部、３１…薄板部。

フロントページの続き (72)発明者細金敦茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者遠藤喜重茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者河野竜治茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内Ｆターム(参考） 2G003 AA07 AC01 AG03 AG08 AG12 AG16 4M106 AA02 BA01 BA14 CA56 DJ02 DJ07 DJ33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の半導体素子を個々に切り離した状態
で電気的な特性および寿命検査を行う半導体素子検査装
置において、前記半導体素子を収納する検査用トレーと、前記検査用
トレーの内壁に前記半導体素子を位置決めする基準部を
有し、前記半導体素子の電極に接触する複数の梁構造の
プローブを備えたコンタクト基板と、前記プローブと前
記半導体素子の電極とを接触させるための押圧基板とを
有することを特徴とする半導体素子検査装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体素子検査装置におい
て、前記トレーは四角形状で、前記基準部が隣あう２辺に設
けられ、二つの面あるいは線、または複数個の点で構成
されていることを特徴とする半導体素子検査装置。
【請求項３】請求項２記載の半導体素子検査装置におい
て、前記検査用トレーの半導体素子の挿入部の縦・横寸法が
少なくとも、前記半導体素子の寸法よりも０．０５ｍｍ
以上大きく形成したことを特徴とする半導体素子検査装
置。
【請求項４】請求項１記載の半導体素子検査装置におい
て、前記押圧基板が、可撓性を有することを特徴とする半導
体素子検査装置。
【請求項５】請求項４記載の半導体素子検査装置におい
て、前記押圧基板は、素子に接触する面が凹凸状に形成され
ていることを特徴とする半導体素子検査装置。