JP2008014733A

JP2008014733A - 半導体装置の検査装置

Info

Publication number: JP2008014733A
Application number: JP2006185018A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Inoue; 佳介井上; Tsuneyasu Katsuma; 常泰勝間
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】非測定対象の半導体装置の電極や電気回路部分を傷つけることなく、高周波・高速用半導体装置の検査を高精度に行うことを目的とする。
【解決手段】検査基板１０１に開放部６０３を形成し、開放部６０３に電子部品１０４を実装して導電シートコネクター６０１の導電性電極６０５に直接接続することにより、フレームプローバ方式を利用して高周波・高速用半導体装置の高周波特性検査を高精度に行う場合に、コンデンサなどの電子部品１０４を検査基板１０１に取り付けても、電送経路の線路長は短いまま、かつ整合がとれ、測定対象の半導体装置の周辺にある非測定対象の半導体装置に干渉しないため、半導体装置の電極と電気回路部分を傷つけることなく、高周波・高速用半導体装置の高周波特性検査を高精度に行うことが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯電話に組み込まれる高周波・高速用（アナログで周波数の高いものを高周波といい、デジタルでパルス幅およびパルス間隔が非常に短いものを高速という）半導体装置などの電気的特性を検査する検査装置に関するものである。

従来の半導体装置の検査装置について図３，図４，図５，図６，図７，図８を用いて説明する。図３は従来の半導体装置の検査装置の構成を示す断面図、図４は従来のフレームプローバ装置におけるウエハ保持部の構成を示す図、図５は従来の半導体装置の検査装置における検査状態を示す図、図６は従来の半導体装置の検査装置における非測定対象の半導体装置と電子部品が接触する検査状態を示す図、図７は従来の半導体装置の検査装置における電子部品を異方性導電シート実装面の反対面に形成した時の検査状態を示す図、図８は特許文献１の半導体装置の検査装置における非測定対象の半導体装置と電子部品が接触する検査状態を示す図である。

近年の半導体装置においては、携帯電話などの高周波機器に使用可能で良好な高周波特性を有する半導体装置が求められている。
半導体装置の高周波特性検査を高精度に行うためには、検査装置の入出力信号レベルが反射、減衰しないように、伝送経路の線路長を短くするとともに、検査基板の配線パターンやソケットの接触子の近傍に、コンデンサなどのインピーダンス整合部品を取付け、配線パターンの特性インピーダンスを出来るだけ整合させる必要がある。

そのため、半導体装置の高周波特性検査は、図３のような検査装置を用いて行なわれる。図３において、検査基板１０１は、高周波特性を考慮して、下面には一面に接地部電極１０２が、上面には配線パターン１０３と接地部電極１０２が一定の間隔で形成された（図１，図２参照）マイクロストリップライン構造になっており、さらにインピーダンスを整合するためのコンデンサなどの電子部品１０４や同軸導電シートコネクターが実装されている。また、検査基板１０１上には、接触子１０５が収容されたソケット１０６が搭載されている。接触子１０５は、両端が伸縮し、半導体装置の電極１０８に圧接し、他端が検査基板１０１に圧接する。また、接触子１０５に代表的なものとして、異方性導電シートやポゴピンなどの長さが短いものが用いられている。

また、半導体装置の高周波特性検査をさらに高精度に行うための一つの方法として、ソケットのハウジングに開口部を設けて、ソケットと同一面でかつ接触子の出来るだけ直近に電子部品を実装することで、電子部品と接触子間の伝送経路の線路長をさらに短くして高周波特性を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、半導体装置はパッケージ化して基板上に実装されるが、その半導体パッケージとして、サイズ小型化と高周波特性向上のために、半導体ウエハ上に形成された半導体装置の電極に、実装基板と半導体装置を接続するための半田電極が取り付けられたウエハレベルチップサイズパッケージ（以下、ＷＬＣＳＰという）が用いられることがある。

以上のようなＷＬＣＳＰタイプの半導体装置に対して電気特性を検査する半導体装置の検査装置は、最近では半導体装置の電極と検査装置のソケットの接触子との電気的接続において、画像認識装置を用いて高精度な位置合わせが行えるフレームプローバ装置が使われている。

フレームプローバ装置は、個片化した半導体装置を搬送するハンドラ装置と異なり、図４に示すように、半導体ウエハ２０３がリング状のフレーム２０２に内周縁より大きいサイズの円形状の粘着シート２０１を貼り付けたウエハ保持具によって搬送される。そして、ウエハ保持具内の半導体ウエハ２０３は、ダイシング装置によって個片化されているとする。

このようなＷＬＣＳＰの半導体装置１０７を電気特性検査するには、図５に示すように、粘着シート２０１を貼り付けたウエハ保持具をフレームプローバのステージ３０１に装着して、測定対象の半導体装置１０７の電極１０８と電気接続する検査装置３０２をフレームプローバのステージ３０１の上部に水平に取り付けた構造とする。

フレームプローバ装置による検査フローは、最初に画像認識装置（図示せず）により半導体装置１０７の電極１０８の位置を認識して、上部に取り付けられた検査装置のソケット１０６の接触子１０５と接触できるように、ステージ３０１を水平且つ垂直方向に移動動作させ位置合わせを行う。そして、位置合わせ後、ステージ３０１を垂直方向に上昇させることにより、測定対象である半導体装置１０７の電極１０８と検査装置３０２のソケット１０６の接触子１０５とが接続され電気特性検査が行える。
特開２００１−１３２０９号公報

フレームプローバ装置を使用して前記従来例よりも動作周波数の高い半導体装置の高周波特性検査を行う場合、検査装置の高周波特性を良くするために、接触子には従来使用するものよりさらに背の低く低インダクタンスの異方性導電シートやポゴピン（高さ２ｍｍ以下）を使用する必要があるが、図８のように、従来の検査装置と同じような構成で短いポゴピンを収容したソケットを搭載した検査装置を用いて半導体装置の高周波特性検査を行う場合、ポゴピンを備えるソケット１０６の厚みよりもインピーダンス整合のために検査基板１０１上のソケット１０６の開口部に搭載されたコンデンサなどの電子部品１０４の厚みのほうが厚く突出してしまい、ウエハ保持具を装着したステージ３０１を垂直方向に上げたとき、測定対象である半導体装置１０７の周辺にある非測定対象の半導体装置１０７上面にある電極１０８や電気回路部分と干渉して、非測定対象の半導体装置１０７の電極１０８と電気回路部分を傷つけてしまう。

また、図６に示すように、異方性導電シートを搭載した検査装置を用いて半導体装置の高周波特性検査を行う場合も、電極を備える異方性導電シート４０１の厚みよりもインピーダンス整合のために検査基板１０１に搭載されたコンデンサなどの電子部品１０４の厚みのほうが厚くなり、ウエハ保持具を装着したステージ３０１を垂直方向に上げたとき、測定対象である半導体装置１０７の周辺にある非測定対象の半導体装置１０７上面にある電極や電気回路部分と干渉して、非測定対象の半導体装置１０７の電極１０８と電気回路部分を傷つけてしまう。

また、例えば図７のように、干渉を避ける為にコンデンサなどの電子部品１０４を、検査基板１０１の異方性導電シート４０１実装面と反対の側に実装したとしても、検査基板１０１の厚さは通常２〜３ｍｍ程度あり、検査基板１０１を貫通して電子部品１０４と異方性導電シート４０１とを接続するスルーホール５０１のインダクタンス値も数ナノヘンリー［ｎＨ］あるため、配線線路長が長くなるともに、インピーダンスの不整合が起こり、高精度測定が不可能になる。

本発明の半導体装置の検査装置は、上記従来の問題点を解決するもので、非測定対象の半導体装置の電極や電気回路部分を傷つけることなく、高周波・高速用半導体装置の検査を高精度に行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の半導体装置の検査装置は、半導体ウエハ形状のまま個片化された複数の半導体装置の電極に導通して検査を行う半導体装置の検査装置であって、検査基板と、前記検査基板に形成され前記半導体装置の前記電極と１対１で対応して接続される導電性電極を備える導電性シートコネクターと、前記検査基板の前記導電性シートコネクターに隣接する領域に形成される開口部と、前記開口部に実装されて前記導電性電極と直接接続する電子部品とを有することを特徴とする。

請求項２記載の半導体装置の検査装置は、請求項１記載の半導体装置の検査装置において、前記導電性シートコネクターに着脱可能な状態で搭載されるソケットを備え、前記ソケットに回転可能な状態で前記導電性電極と接続される接触子を有することを特徴とする。

以上により、非測定対象の半導体装置の電極や電気回路部分を傷つけることなく、高周波・高速用半導体装置の検査を高精度に行うことができる。

以上のように、検査基板に開放部を形成し、開放部に電子部品を実装して導電シートコネクターの導電性電極に直接接続することにより、フレームプローバ方式を利用して高周波・高速用半導体装置の高周波特性検査を高精度に行う場合に、コンデンサなどの電子部品を検査基板に取り付けても、電送経路の線路長は短いまま、かつ整合がとれ、測定対象の半導体装置の周辺にある非測定対象の半導体装置に干渉しないため、半導体装置の電極と電気回路部分を傷つけることなく、高周波・高速用半導体装置の高周波特性検査を高精度に行うことが出来る。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の検査装置について、図１を参照しながら説明する。

図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るＷＬＣＳＰを対象とする高周波半導体装置用の検査装置の構成を示す要部縦断面図である。
図１（ａ）に示すように、フレームプローバ方式を利用して高周波・高速用半導体装置の検査を行う場合、フレームプローバ装置のステージ３０１上には、装着された半導体ウエハの形状に整列したまま個片化された半導体装置１０７が装着されている。また、フレームプローバ装置のステージ３０１上部には半導体装置の検査装置３０２がステージ３０１に対向して水平に取り付けられる。そして、測定対象となる半導体装置１０７が上部に取り付けられた検査基板１０１に搭載された導電シートコネクター６０１と接触できるようにするため、ステージ３０１を水平且つ垂直方向に移動動作させ位置合わせを行う。そして、位置合わせ後、ステージ３０１を垂直方向に上昇させることにより測定対象である半導体装置１０７の電極１０８と検査装置３０２の導電シートコネクター６０１とが接続され電気特性検査が行える。

図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の検査装置の分解斜視図で、検査装置は検査基板１０１とコンデンサなどの電子部品１０４と導電シートコネクター６０１より構成されている。

図１（ａ）および図１（ｂ）において、検査基板１０１は高周波特性を考慮して、上面には一面に接地部電極１０２が、導電シートコネクター６０１が設けられる下面には配線パターン１０３と接地部電極１０２が一定の間隔に形成されたマイクロストリップライン構造になっている。

さらに、配線パターン１０３の検査基板１０１中心側の一端には導電シートコネクター６０１と接続する為の複数のランド６０２が設けられている。また、検査基板１０１の導電シートコネクター６０１に隣接する領域には、複数の開口部６０３が検査基板１０１を貫通するように設けられており、コンデンサなどの電子部品１０４が収容され、半田付けにより実装される。コンデンサなどの電子部品１０４が導電シートコネクター６０１に隣接する領域に形成された開口部６０３に実装されるため、コンデンサなどの電子部品１０４と導電シートコネクター６０１の電極６０５とを直接接続することができる。

また、検査基板１０１上には、半導体装置１０７の電極１０８に対応した位置に導電シートコネクター６０１が搭載されている。
導電シートコネクター６０１は、絶縁性を有する液晶ポリマー製のメッシュシート６０４に、表裏間に導通がある導電性電極６０５が形成されている。導電性電極６０５は、半導体装置１０７の電極１０８に対応して電極用パターンが配置され、その周辺には接地用パターンが形成されている。導電シートコネクター６０１のメッシュシート６０４としては、ポリエステル、ナイロン等の化学繊維、たんぱく質を原料とした溶解性繊維、絹、木綿等の天然繊維を編んでシート状にしたものがある。さらに、ポリイミド樹脂などの絶縁性材料の薄板にパンチングドリル、レーザー等で多孔を形成した多孔性シートであってもよい。また、導電性電極６０５は、感光性樹脂によりパターンを露光形成し、めっきで形成する。他に、シート上にスクリーン印刷法によりカーボンインクや金属ペーストを刷り込み形成してもよい。尚、得られた導電性電極上にめっきを施してもよい。

半導体装置の高周波特性検査を行う場合，周辺装置（図示せず。）から出力された各種電気信号は，検査基板１０１に入力され，検査基板１０１に形成された配線パターン１０３を経由して，配線パターン１０３と半田付けで接続されたコンデンサなどの電子部品１０４を通り、コンデンサなどの電子部品１０４と直接接続された導電シートコネクター６０１の導電性電極６０５に達する。このとき、導電性電極６０５は半導体装置１０７に形成されている電極１０８に電気的に接続されている。したがって，周辺装置から出力された各種電気信号および電源電圧は，半導体装置１０７に供給され，電気的に駆動されることになる。また，半導体装置１０７から出力された各種電気信号は，半導体装置１０７の電極１０８から導電シートコネクター６０１の導電性電極６０５、コンデンサなどの電子部品１０４を経由して，検査基板１０１に取り込まれ，更に周辺装置へ送出されることになる。

従って、上記構成によれば、検査装置３０２のインピーダンス整合に必要なコンデンサなどの電子部品１０４は検査基板１０１の開口部６０３に隠れるように収容、接続されるため、配線パターン形成面側には導電シートコネクター６０１より高い突起は無くなり、検査装置３０２と半導体装置１０７の電極１０８とを接続する際に、測定対象である半導体装置１０７の周辺にある非測定対象の半導体装置１０７上面にある電極１０８や電気回路部分と干渉しないので非測定対象の半導体装置１０７の電極１０８と電気回路部分を傷つけてしまうことはない。

また、従来のようにコンデンサなどの電子部品１０４を検査基板１０１裏面へ配置してスルーホール５０１により接続するのではなく、コンデンサなどの電子部品１０４を導電シートコネクター６０１の導電性電極６０５の直下で直接接続し、かつ導電性電極６０５と同一面に配置するので、電子部品と半導体装置間の伝送経路を最短にすることが可能となり、インダクタンスを低減することでノイズの影響が少なくなるとともにインピーダンスの不整合を押えることが出来、検査をより高精度に行うことが出来る。
また、半導体装置との接続は導電シートコネクターの導電性電極を介して行なわれるので、検査基板の配線パターンを傷つけることはなく、検査基板の耐久性が向上する。
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の検査装置について、図２を参照しながら説明する。

図２（ａ）は本発明の第２の実施形態に係るフレームプローバ方式を利用した半導体装置用の検査装置の構成を示す要部縦断面図であり、フレームプローバ方式を利用して本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の検査装置を用いて検査を行う際のフレームプローバ装置の測定部の構成を示す断面図である。また、図２（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の検査装置の分解斜視図である。

第２の実施形態の検査装置は、基本的な構造において第１の実施形態と同じであるが、導電シートコネクター６０１の上面にＬ字型接触子ソケット７０１が搭載された構造となっている。

Ｌ字型接触子ソケット７０１は板状のカバーすなわちハウジング７０２と、半導体装置１０７の電極１０８に個々に対応された複数のＬ字型接触子７０３と、ハウジングに配置された複数の弾性体で構成されており、ねじ７０４により検査基板１０１に固定され自在に着脱可能となっている。

ハウジング７０２は樹脂などの絶縁性材料からなり、半導体装置１０７の電極１０８に対向するように並列的に配され複数のＬ字型接触子７０３が収容できる収納穴７０５と、収納穴７０５を横切るように連続的に伸びて収納穴７０５に連通された複数の収納溝７０６が形成されている。

Ｌ字型接触子７０３は、ベリリウム銅などの導電性材料からなりＬ字状の薄い板状に形成されおり、先端側が対応するハウジング７０２の収納穴７０５を貫通して上端がハウジング７０２から突出するように配されている。

弾性体７０７は、シリコーンゴムのような弾性材料からなり、細い棒状に形成されており、ハウジングの収納溝７０６内に沿って収納されている。
ソケットに組み立てられた状態において、各Ｌ字型接触子７０３は、接触子の弧状の内側の溝部に弾性体７０７がはまり込み、かつハウジング７０２により検査基板１０１に押し付けられて固定され、安定した状態に維持される。

これらＬ字型接触子７０３の先端部分に半導体装置１０７の電極１０８を押圧すると、Ｌ字型接触子７０３の導電シートコネクター６０１の導電性電極６０５の接触部分を支点にしてテコの原理により回転運動するとともに、弾性材料７０７をこれが捻るように変形させることでＬ字型接触子７０３の先端部分を検査基板側に変位させ、半導体装置１０７の電極１０８を擦るように接触することにより、導電性電極６０５と電気的に接続される。

従って、上記構成によれば、測定対象の半導体装置との接続の際、半導体装置１０７の電極の高さにばらつきがあっても、Ｌ字型接触子７０３が接触部分を支点にしてテコの原理により回転する変位によって吸収できるので、常に良好な接触を得ることが出来、検査をより高精度に行うことが出来る。

また、Ｌ字型接触子ソケット７０１は着脱可能となっているので、検査の際に、Ｌ字型接触子７０３に度重なる接触による磨耗などが生じてＬ字型接触子７０３と半導体装置１０７の電極１０８間の接触状態が悪くなっても、Ｌ字型接触子ソケット７０１を交換することにより良好な接触状態を回復することが出来るので、常に安定した検査を行うことが出来る。

また、検査の際に、度重なる接触によって導電シートコネクター６０１の導電性電極６０５も磨耗などが生じてくるが、配線パターン１０３のランド６０２の厚み（５０μｍ）に比べ、導電性電極６０５の厚みは非常に厚い（５００μｍ以上）ので、Ｌ字型接触子７０３を直接配線パターン１０３のランド６０２に接触させる場合よりも耐久性は高くなる。

なお、以上の本発明の実施形態例においては、これらの例に限られず、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。

本発明は、非測定対象の半導体装置の電極や電気回路部分を傷つけることなく、高周波・高速用半導体装置の検査を高精度に行うことができ、高周波・高速用半導体装置などの電気的特性を検査する検査装置等に有用である。

（ａ）本発明の第１の実施形態に係るＷＬＣＳＰを対象とする高周波半導体装置用の検査装置の構成を示す要部縦断面図（ｂ）本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の検査装置の分解斜視図（ａ）本発明の第２の実施形態に係るフレームプローバ方式を利用した半導体装置用の検査装置の構成を示す要部縦断面図（ｂ）本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の検査装置の分解斜視図従来の半導体装置の検査装置の構成を示す断面図従来のフレームプローバ装置におけるウエハ保持部の構成を示す図従来の半導体装置の検査装置における検査状態を示す図従来の半導体装置の検査装置における非測定対象の半導体装置と電子部品が接触する検査状態を示す図従来の半導体装置の検査装置における電子部品を異方性導電シート実装面の反対面に形成した時の検査状態を示す図特許文献１の半導体装置の検査装置における非測定対象の半導体装置と電子部品が接触する検査状態を示す図

符号の説明

１０１検査基板
１０２接地部電極
１０３配線パターン
１０４コンデンサなどの電子部品
１０５接触子
１０６ソケット
１０７半導体装置
１０８電極
２０１粘着シート
２０２フレーム
２０３半導体ウエハ
３０１ステージ
３０２検査装置
４０１異方性導電シート
５０１スルーホール
６０１導電シートコネクター
６０２ランド
６０３開口部
６０４メッシュシート
６０５導電性電極
７０１Ｌ字型ソケット
７０２ハウジング
７０３Ｌ字型接触子
７０４ねじ
７０５収納穴
７０６収納溝
７０７弾性体

Claims

半導体ウエハ形状のまま個片化された複数の半導体装置の電極に導通して検査を行う半導体装置の検査装置であって、
検査基板と、
前記検査基板に形成され前記半導体装置の前記電極と１対１で対応して接続される導電性電極を備える導電性シートコネクターと、
前記検査基板の前記導電性シートコネクターに隣接する領域に形成される開口部と、
前記開口部に実装されて前記導電性電極と直接接続する電子部品と
を有することを特徴とする半導体装置の検査装置。
前記導電性シートコネクターに着脱可能な状態で搭載されるソケットを備え、
前記ソケットに回転可能な状態で前記導電性電極と接続される接触子を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の検査装置。