JP2009231848A - 半導体ウェハのテスト装置、半導体ウェハのテスト方法及び半導体ウェハ用プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】高加重を必要とする多数のピンを有するプローブカード及びプローバ装置によるウェハ一括コンタクトに際し、確実なコンタクトを達成できる多ピン高加重の半導体ウェハのテスト装置を提供する。
【解決手段】プローブカード１０の配線基板を、外側配線基板１１及び内側配線基板１２から構成する。内側配線基板１２の周縁部にゴム材などの弾性体により形成した環状のシールリング１６ａを形成しておく。外側配線基板１１に真空バルブ１７ａを搭載し、この真空バルブ１７ａから延びる真空導路３０ａを、シールリング１６ａの内側で外側配線基板１１の内面に開口するようにしておく。
【選択図】図１

Description

本発明はプローブカードとプローバ装置を用いて半導体デバイスのウェハテストを行う技術に関するもので、特に多ピン高加重のコンタクトを行うための構造及び方法に関するものである。

半導体ウェハに形成された半導体デバイスのテスト工程では、プローブカードとプローバ装置を用いて、ウェハ上の半導体デバイスに検査電極をコンタクトさせ、信号を印加、収集してテストを実施する。従来、このテストを行うためには、プローバ装置のステージ上に置かれた半導体ウェハに対し、上方向よりタングステンなどによるプローブピンを接触させるカンチレバー方式、屈曲ピンを用いて接触させるマトリクス方式などが用いられ、プローブカードを区分的にウェハに当てて検査電極をコンタクトさせている。

図９を用いて従来のカンチレバー方式のプローブカードとプローバ装置を用いたテスト方法（例えば下記特許文献１参照）について説明する。図９において、５１はプローブカードのプローブピンであり、このプローブピン５１の先端のピン先５２を、半導体ウェハ５３上の引出し端子であるボンディングパッドにコンタクトさせてテストを実行する。プローブピン５１はコンタクトする端子の数だけ準備される。５４は絶縁台であり、プローブピン５１を保持又は支持するものである。５５は配線基板であり、プローブピン５１を保持する絶縁台５４はこの配線基板５５に設けられるとともに、配線基板５５の引出し線５６によりプローブピン５１の信号を引き出し、端子５７により外部への信号の接続又は取り出しを行う。プローブカードは保持部５８によりプローバ装置の筐体５９に装着状態で支持される。

プローバ装置は、前述のように、筐体５９によりプローブカード全体を保持すると共に、内部に備えるＸＹＺ（水平垂直）駆動装置６０上のステージ６１にウェハ５３を載置し、ウェハ５３を動かしながらウェハ５３をプローブカードに順次押し付ける役割を持つ。６２はパフォーマンスボードであり、プローブカードからの信号線又は信号を受け取る役割を持つ。６３はポゴピンであり、高さばらつきを吸収しながらプローブカード又は配線基板５５の端子５７からの信号をパフォーマンスボード６２に接続し又は伝え、パフォーマンスボード６２はさらにコネクタ６４を介して半導体テスタを構成するテストヘッド６５に接続し又は伝える機能を持つ。

次にこのプローブカード及びプローバ装置の動作を図９を用いて説明する。ウェハ５３はプローバ装置のステージ６１上に載せられ、固定されているプローブカード又は配線基板５５に対し、下方からステージ６１を上昇させて押し付けられる。この時、ウェハ５３のボンディングパッドにプローブピン５１のピン先５２が当たると同時に、プローブピン５１はピン先５２が上昇するように曲がり、高さばらつき吸収を行うと共に、ボンディングパッドとの必要な接触圧を得る。同時にプローブピン５１はボンディングパッド上を引っかきながら滑るスクライブ動作を行い、ボンディングパッドを覆っているアルミの酸化膜を破壊して安定なボンディングパッドへのコンタクトを実現している。このようなウェハ５３のボンディングパッドをプローブピン５１のピン先５２にコンタクトさせる動作をウェハ５３上の全半導体チップに対しＸＹＺ駆動装置６０によりステージ６１を移動させながら順次繰り返し、ウェハ５３のテストを実施する。

特開２００３−４３１１２号 特開平７−２３１０１９号 特許第２９２５９６４号 特開２００４−５３４０９号

ＮＩＫＫＥＩ ＭＩＣＲＯＤＥＶＩＣＥＳ １９９７年７月号１２ ６−１３１頁

しかしながら、従来のプローブカードを用いたテストにおいては、プローブカードにてコンタクトできるウェハ上の半導体チップはウェハ全体の一部であり、そのため区分的にコンタクトをしながらプローバ装置にて順次ウェハを移動してウェハ全体のテストを実施するのが通常であった。また、ウェハ全体に一括してコンタクトできるワンタッチダウンのプローブカードを用いたとしても（例えば特許文献２参照）、ピン数が多くなるため必要な圧力に耐えるプローバ装置の実現が困難であった。すなわち、１ピン当たりのコンタクトに必要な圧力は１０ｇ程度であるが、１チップ当たりのピン数を４０ピン、直径３００ｍｍウェハにて１０００チップが形成されているとして、合計１０ｇ×４０×１０００＝４００kｇの押圧力がプローバ装置のステージとプローブカード双方に加わり、この押
圧力のもとで、例えば、ピンの正確かつ確実なコンタクトに必要な距離間誤差２０〜４０μmに、プローブカードとステージの間隔を全面にわたって一定にするのは困難であった
。なお、特許文献３及び非特許文献１には、ウェハのすべての検査用端子にプローブ端子を同時に接触させる技術が記載されているが、この技術は、プローバ装置とプローブカードとを備えたテスト装置に関するものではない。また、特許文献４は、２つの配線基板を有するプローブカードを記載している。

そこで本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、高加重を必要とする多数のピンを有するプローブカード及びプローバ装置によるウェハ一括コンタクトに際し、確実なコンタクトを達成できる多ピン高加重の半導体ウェハのテスト装置および確実なコンタクトを達成できる多ピン高加重の半導体ウェハのテスト方法を提供することを目的としている。また、本発明は、このような半導体ウェハのテスト装置やテスト方法に用いることが可能な半導体ウェハ用プローブカードを提供することを目的としている。

この目的を達成するための本発明の半導体ウェハのテスト装置は、半導体ウェハを載せるためのステージと、このステージに向き合うように配置されるプローブカードと、を備え、前記プローブカードは、配線基板と、前記ステージ上に載せられた前記半導体ウェハの複数の集積回路端子又は多数の集積回路の端子に電気的に接触する複数のバンプ又は多数のバンプと、を有している、半導体ウェハのテスト装置であって、前記プローブカード又は前記配線基板の周縁部には、ステージ側（ステージ又は半導体ウェハ）と接触してこのステージ側及び前記プローブカード又は前記配線基板の間に閉じた空間を形成するシールリング（弾性を有するシールリング）が設けられ、閉じた前記空間内を減圧することにより、前記集積回路端子と前記バンプとの電気的コンタクトに必要な圧力を確保するものである。あるいは、半導体ウェハを載せるためのステージと、このステージに向き合うように配置されるプローブカードと、を備え、前記プローブカードは、配線基板と、前記ステージ上に載せられた前記半導体ウェハの複数の集積回路端子又は多数の集積回路の端子に電気的に接触する複数のバンプ又は多数のバンプと、を有している、半導体ウェハのテスト装置であって、前記ステージの周縁部には、前記配線基板又は前記プローブカードと接触して前記プローブカード又は前記配線基板及びステージ側の間に閉じた空間を形成するシールリングが設けられ、閉じた前記空間内を減圧することにより、前記集積回路端子と前記バンプとの電気的コンタクトに必要な圧力を確保するものである。半導体ウェハは、例えば吸引により、ステージに固定される。閉じた空間内の減圧により、プローブカード又は前記配線基板とステージ側との間隔を、全面にわたって均一に狭めることが可能となる。あるいは、プローブカード又は前記配線基板とステージ側とを均一な押圧力で接触させることができる。例えば、ステージは、閉じた空間が形成されるまでプローブカードの側に移動するよう、駆動装置により駆動され、閉じた空間が形成されたら、駆動装置によるステージのプローブカードの側への移動は停止され、この空間内が減圧される、といったように構成できる。あるいは、ステージは、閉じた空間が形成されるまでプローブカードの側に移動するよう、駆動装置により駆動され、閉じた空間が形成されたら、駆動装置によるステージのプローブカードの側への移動と、この空間内の減圧とが同時に行われるといったようにも構成できる。

ここでは、ステージを、内側ステージと、この内側ステージに取り付けられた外側ステージと、を有するようにしておき、外側ステージ上に半導体ウェハを載せた状態で、閉じた空間が形成されるまでプローブカードの側に移動するようステージを一体として駆動し、閉じた空間内を減圧するというように構成できる。減圧により外側ステージが内側ステージから離れるようにプローブカードの側に引き寄せられ、その結果、集積回路端子とバンプとの電気的コンタクトが必要な圧力下で行われることとなる。例えば、外側ステージは、プローブカードとの離接方向にスライドできるように内側ステージに取り付けられる。あるいは、プローブカードの周縁をバネ部材により支えておいて、閉じた空間内を減圧すると、例えばバネ部材が撓んで、ブローブカードがステージの側に引き寄せられ、又は、引き付けられ、その結果、集積回路端子とバンプとの電気的コンタクトが必要な圧力下で行われるというように構成できる。バネ部材は、例えば枠体から水平方向に延びてプローブカード又は配線基板の周縁を支える板バネとして形成できる。

ところで、配線基板が湾曲していたり、半導体ウェハが湾曲していたりする場合にも、すべてのプローブカードのバンプと半導体ウェハのボンディングパッドとの良好な接触が行われるためには、減圧により配線基板が好適に撓まなくてはならない。したがって、配線基板は十分な可撓性を有していることが好ましい。しかしながら、配線基板はまた、パフォーマンスボード等との安定した接続のためなどにある程度の剛性や厚さを有していることも必要である。そこで、配線基板を、外側配線基板と、この外側配線基板の内側に、導電性層を介して設けられた内側配線基板と、を有するように構成し、内側配線基板を外側配線基板よりも可撓性に優れたものとすることが効果的である。このように構成することにより、外側配線基板により必要な剛性や厚さを確保し、内側配線基板により十分な可撓性を得ることができる。

一般的に、シールリングは、外側配線基板の周縁部又は外側配線基板よりも柔軟なあるいは可撓性の大きな内側配線基板の周縁部に設けることができる。あるいは、シールリングはプローブカードのゴム弾性層（ゴム弾性を有する層、例えば異方性導電ゴム弾性シート）の周縁部に、ゴム弾性層と同一の材料を用いて一体的に形成できる。このように構成すると、シールリングの形成が容易となる。また、シールリングは、ステージ又は半導体ウェハと接触して閉じた空間を形成する。シールリングをステージの周縁部に設ける場合には、外側配線基板又は外側配線基板よりも柔軟なあるいは可撓性の大きな内側配線基板に接触して閉じた空間を形成するように構成する。ただし、特に、柔軟な内側配線基板が撓みやすくなるように、シールリングを内側配線基板の周縁部に設けておくのが好ましく、あるいは、シールリングを内側配線基板に接触するように構成するのが適当である。さらに、減圧時にシールリングに無理な変形力が加わらないようにするためには、シールリングの高さを低くしておくことが必要である。したがって、シールリングを半導体ウェハに接触するように構成するのも効果的である。さらに、プローブカードのゴム弾性層（例えば異方性導電ゴム弾性シート）にシールリングを形成し、このシールリングを半導体ウェハに接触するように構成することも効果的である。このように構成すれば、シールリングの形成が容易であり、減圧時に、シールリングの無理な変形を防止でき、かつ、プローブカードと半導体ウェハとの間隔が外周縁又は周縁部で小さくなりすぎて、プローブカードと半導体ウェハとの間の接触圧が中央部で小さくなってしまうといったことが効果的に防止される。

本発明の半導体ウェハのテスト方法は、ステージ上に載せられた半導体ウェハの複数の集積回路端子又は多数の集積回路の端子に、プローブカードの配線基板に設けられた複数のバンプ又は多数のバンプを電気的に接触させて前記半導体ウェハを検査する半導体ウェハのテスト方法であって、前記プローブカード、ステージ側及びシールリングにより閉じた空間を形成し、閉じたこの空間内を減圧することにより、前記集積回路端子と前記バンプとの電気的コンタクトに必要な圧力を確保するものである。ここでも、減圧時に、すべてのプローブカードのバンプと半導体ウェハのボンディングパッドとが良好に接触することとなる。閉じた空間は、具体的には、プローブカード、半導体ウェハ及びプローブカードに設けられたゴム弾性層（例えば異方性導電ゴム弾性シート）に、このゴム弾性層と同一の材料で一体的に形成されたシールリングにより形成することができる。

本発明の半導体ウェハのテスト装置及びテスト方法は、ステージ上に載せられた半導体ウェハとプローブカードとを減圧手段を用いて電気的に接触させ、この状態で、検査信号を半導体ウェハの集積回路端子に、例えばテストヘッドから加え、半導体ウェハの検査を行うものである。

また、本発明のプローブカードは、配線基板と、半導体ウェハに形成された複数の集積回路端子又は多数の集積回路の端子に電気的に接触する複数のバンプと、を備え、さらに、ゴム弾性層が設けられた半導体ウェハ用プローブカードであって、前記ゴム弾性層の周縁部には、このゴム弾性層と同一の材料を用いて、シールリングが一体的に形成されているものである。配線基板とバンプとの間に配置され、配線基板及びバンプを電気的に接続する異方性導電ゴム弾性シートの周縁部にシールリングを一体的に形成できる。

バンプ付きメンブレンシートによるプローブカードは、従来のカンチレバー方式のプローブカードに比べ多数ピンを容易に形成できるため、半導体ウェハ全体を一括にてコンタクトできるワンタッチダウンのプローブカードを実現できるようになってきている。しかしながら、例えば、多数ピンを同時コンタクトするには大きな加圧力が必要であり、４００kｇを超える加圧力を加えればステージ及びプローブカード双方が機械的に歪み、この
ため安定コンタクトに必要な双方間の距離間誤差２０〜４０μmの実現が困難であった。
本発明によるテスト装置及びテスト方法では、真空圧による加圧を利用しているので、加圧力が、ステージ及びプローブカード双方で、全面にわたって均一に作用する。これにより、すべての接点で確実な電気的接触が可能となるウェハ一括コンタクトが実現される。

本発明の第１の実施の形態における半導体ウェハのテスト装置を示す図であ る。 本発明の第１の実施の形態におけるプローブカードの詳細を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における内側配線基板、ＰＣＲ層及びバンプ付き メンブレンシートの詳細を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における内側配線基板の撓みの状態を示す図であ る。 本発明の第２の実施の形態における半導体ウェハのテスト装置の構成を示す 図である。 本発明の半導体ウェハのテスト装置の変更例を示す図である。 本発明の半導体ウェハのテスト装置の別の変更例を示す図である。 本発明の第３の変更例を示す図である。 従来のプローブカードおよびプローバ装置の構成を示す図である。

以下、本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。

図１において、１は半導体ウェハのテスト装置、１０はテスト装置１のプローブカードである。プローブカード１０は配線基板を有し、この配線基板は、外側配線基板（配線基板）１１と、この外側配線基板１１の下方（内方）に配置された、検査対象の半導体ウェハとほぼ同一サイズの面積を有する（ここでは半導体ウェハよりも若干大きな面積を有する）内側配線基板（一次配線基板）１２と、を備えていて、内側配線基板１２と外側配線基板１１との間には柔軟性を有する導電材料層であるＩＦ−ＰＣＲ層（インターフェース−感圧導電ゴム層又は異方性導電ゴム弾性シート）１３が形成され、内側配線基板１２及び外側配線基板１１の間でこのＩＦ−ＰＣＲ層１３を介して信号が伝えられる。内側配線基板１２は、ＩＦ−ＰＣＲ層１３を介して伝えられた信号を、さらにその下（内側）に形成されたバンプ付きメンブレンシート１５に、柔軟性を有する導電材料層であるＰＣＲ層（感圧導電ゴム層又は異方性導電ゴム弾性シート）１４を介して伝える。すなわち、内側配線基板１２とバンプ付きメンブレンシート１５との間では、ＰＣＲ層１４を介して信号が伝えられる。バンプ付きメンブレンシート１５は、膜（メンブレンシート）上にバンプ（検査電極）を配置して構成されている。また、内側配線基板１２の周縁部には、ゴム材などの弾性体により構成された環状のシールリング１６ａが下向き（内向き）に形成されている。すなわち、シールリング１６ａの上端（外端）が内側配線基板１２の周縁部に固定されている。さらに、外側配線基板１１には真空バルブ１７ａが設けられている。

次にプローブカード１０の周辺について説明を行う。外側配線基板１１の周縁部は保持部１８によりプローバ装置１９に保持されている。プローバ装置１９は、筐体（収容体又は枠体）２０を有し、この筐体２０中にＸＹＺ（水平垂直）駆動装置２１、およびこのＸＹＺ駆動装置２１に搭載されたステージ２２を備えている。一方、プローブカード１０の上方（外側）にはパフォーマンスボード２３が配置され、さらにパフォーマンスボード２３の上方（外側）にはテストヘッド２４が配置されている。外側配線基板１１とその上部に配置されたパフォーマンスボード２３との間には高さばらつき誤差を吸収しながら接続（信号接続）する機能を持つポゴピン２５が配置され、このポゴピン２５を介して外側配線基板１１とパフォーマンスボード２３が接続され、外側配線基板１１及びパフォーマンスボード２３の間で信号が伝えられる。さらにパフォーマンスボード２３とテストヘッド２４との間にはコネクタ２６が配置され、このコネクタ２６を介してパフォーマンスボード２３とテストヘッド２４が接続され、パフォーマンスボード２３及びテストヘッド２４の間で信号が伝えられる。

プローブカード１０の詳細は図２に示すとおりである。外側配線基板１１は、上面（外面）にポゴピン２５に接続するためのポゴピン接続電極２７を有し、下面（内面）にＩＦ−ＰＣＲ層１３に接続するためのＩＦ−ＰＣＲ接続電極２８を備えていて、このポゴピン接続電極２７は引出し線を通してＩＦ−ＰＣＲ接続電極２８に接続されている。したがって、外側配線基板１１からは、柔軟性を有する導電材料層であるＩＦ−ＰＣＲ層１３を介して内側配線基板１２に信号が伝えられる。内側配線基板１２は上記信号を、ＰＣＲ層１４の通電部に接触するＰＣＲ接続電極２９を通してＰＣＲ層１４に伝える。ＰＣＲ層１４の下（内側）にはバンプ付きメンブレンシート１５が配置され、ＰＣＲ層１４の通電部を介してバンプ付きメンブレンシート１５に信号が伝えられる。シールリング１６ａは、径方向外側に湾曲しながら下側（内側）に短く延びる断面形状を有し、真空バルブ１７ａからは真空導路３０ａが内側に延びていて、この真空導路３０ａは、シールリング１６ａの径方向内側かつＰＣＲ層１４及びバンプ付きメンブレンシート１５の径方向外側で、内側配線基板１２の外周部下面（内面）に開口している。

次に、ＰＣＲ層１４及びバンプ付きメンブレンシート１５の詳細を図３を用いて説明する。バンプ付きメンブレンシート１５の膜（メンブレンシート）の上面（外面）には背面電極３１が形成されているが、この背面電極３１は、メンブレンシートに貼り付けられた銅パターンをエッチングして形成する。バンプ付きメンブレンシート１５のメンブレンシートの下面（内面）にはバンプ３２（検査電極）が形成されていて、このバンプ３２は、メッキによる背面電極３１から、メンブレンシートにレーザなどを用いて開けた穴を通して成長させて形成する。バンプ３２の表面は、接触するボンディングパッドの表面を覆っている酸化アルミを破壊して安定な接触を得るため、セラミックシートに押し付けるなどして表面を凸凹に粗面化している。また、ＰＣＲ層１４は弾性体にて構成されており、通電部又は電極部分３３が圧縮されることにより、この電極部分３３のみ電気を通して上下（内外）を接続すると共に、バンプ３２の高さばらつき及び半導体ウェハ３４上のボンディングパッドの高さばらつきを吸収する役割を持つ。ＩＦ−ＰＣＲ層１３もＰＣＲ層１４と同一の構成を有し、弾性体（ゴム）にて構成され、通電部又は電極部分が圧縮されると、電極部分のみ電気を通して内側配線基板１２の電極（接続電極）と外側配線基板１１の電極（接続電極）とを接続する。

上記構造によるプローブカード１０では、印刷技術を用いてバンプ３２などを形成するため、精度が高く、多数のバンプ３２を形成することが可能であり、半導体ウェハ３４に対し一括してコンタクトできる多ピンのプローブカード１０を提供できる。

テスト装置１のステージ２２は、ＸＹＺ駆動装置２１に固定された円盤状の下部ステージ（内側ステージ）２２Ａと、この下部ステージ２２Ａ上に配置された上部ステージ（外側ステージ）２２Ｂと、を有している。上部ステージ２２Ｂは、下部ステージ２２Ａ上に載置された円盤状の本体部２２Ｂ−１と、この本体部２２Ｂ−１の下面（内面）外周に一体的に形成され、下側（内側）に短く延びる環状部２２Ｂ−２と、を備えて構成され、環状部２２Ｂ−２が下部ステージ２２Ａの外周にスライド可能に嵌るように、下部ステージ２２Ａに取り付けられている。下部ステージ２２Ａの上面からは、案内ピン（くさび）３５が上方に突出し、上部ステージ２２Ｂの本体部２２Ｂ−１には、この案内ピン（くさび）３５がスライド可能に嵌り込む案内孔２２Ｂ−３が下面（内面）に形成されている。したがって、上部ステージ２２Ｂは、下部ステージ２２Ａに対してＸＹ（水平）方向に位置決め固定されているが、下部ステージ２２Ａの外周及び案内ピン（くさび）３５に沿って、下部ステージ２２Ａから離れるようにしてＺ方向（上方）に移動でき、かつ、図示の状態に戻るまでＺ方向（下方）に移動できるように構成されている。

以上のように構成されたテスト装置１について、図１を用いてその動作を説明する。半導体ウェハ３４はプローバ装置１９のウェハカセット（図示せず）より自動的に搬送されてステージ２２上に配置され、減圧によりステージ２２に吸着され固定される。次に、半導体ウェハ３４のボンディングパッドとプローブカード１０のバンプ３２との位置合わせをプローバ装置１９の認識装置（例えばＣＣＤカメラ、図示せず）とＸＹＺ駆動装置２１によって行う。さらに半導体ウェハ３４は、固定されているプローブカード１０に対し、ステージ２２全体の上昇（接近）により下方から（正面から）接近する。この時、シールリング１６ａがステージ２２（上部ステージ２２Ｂの本体部２２Ｂ−１）の周縁部に軽く接触し、内側配線基板１２又は内側配線基板１２側（バンプ付きメンブレンシート１５を有する内側配線基板１２）、ステージ２２側（半導体ウェハ３４を有するステージ２２）及びシールリング１６ａによる閉じた空間を形成する。ここで、ステージ２２の上昇駆動は停止する。この状態にて真空接続バルブ１７ａを介して真空ポンプにて吸引すると、真空接続バルブ１７ａに連なる真空導路３０ａは、外側配線基板１１、ＩＦ−ＰＣＲ層１３及び内側配線基板１２を通って内側配線基板１２又は内側配線基板１２側、ステージ２２側及びシールリング１６ａによる閉じた空間に導かれているので、この空間が減圧される。この時、上部ステージ２２Ｂは、案内ピン（くさび）３５に沿って（より詳しくは、案内ピン（くさび）３５及び下部ステージ２２Ａの外周に沿って）下部ステージ２２Ａから上方向に分離移動する。すなわち、下部ステージ２２Ａは停止しているが、上部ステージ２２Ｂのみが上方に移動し、半導体ウェハ３４のボンディングパッドがバンプ３２に当たると同時に、バンプ３２はＰＣＲ層１４に対して上に押し上げられ、ＰＣＲ層１４（電極部分３３）を圧縮して電気的接続が行われ、高さばらつき吸収を行うと共に必要な接触圧を得る。また、内側配線基板１２と外側配線基板１１によりＩＦ−ＰＣＲ層１３（電極部分）が圧縮され、内側配線基板１２及び外側配線基板１１の電気的接続が行われる。同時にバンプ３２はバンプ表面の粗面化部分によりボンディングパッドを覆っているアルミの酸化膜を破壊し安定にボンディングパッドにコンタクトされる。この時、減圧による圧力にてバンプ３２は半導体ウェハ３４に押し付けられている。

ところで、内側配線基板１２は、減圧により半導体ウェハ３４とバンプ３２との全体的なコンタクトが可能となるように、十分撓むことができる剛性の低い構成であることが必要である。例えば、図２の仮想線Ａで示すように、内側配線基板１２は、中央が上方（外側）に反った状態で設けられることがあるが、閉じた空間内を減圧することにより、内側配線基板１２の中央部が下方向（内側）に引き寄せられて撓み、内側配線基板１２が反りの少ない又は反りの無い状態で、半導体ウェハ３４とバンプ３２とが接触することとなるように構成するのが好ましい。ここでは、半導体ウェハ３４の直径（２００ｍｍ乃至３００ｍｍ）に等しい長さを有する桁橋試験片の両端を支持し、１ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えると、中央部が１００μm以上撓むこととなる場合の材料及び厚さで内側配線基板１２を
形成するのが好ましい。さらに、半導体ウェハ３４に形成されているチップの直径（５ｍｍ乃至１０ｍｍ）に等しい長さを有する桁橋試験片に、１ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えると、中央部の撓み量が５μm以下となる場合の材料及び厚さで内側配線基板１２を形成する
のが効果的である。これにより、バンプ３２、３２間で内側配線基板１２が撓みすぎるといったことがないので（図４参照、図４のＬはチップの直径、Ｗは撓み量で、Ｗが大きくなりすぎない）、バンプ３２の間隔の差異により異なったバンプ圧が加わることはなくなる。このように、配線基板を外側配線基板１１と内側配線基板１２とから構成し、内側配線基板１２を外側配線基板１１に較べ厚みを薄くするなどして剛性の低いものとすることにより、空間内を減圧した際の適度な内側配線基板１２の撓み量を得ることができ、半導体ウェハ３４面内での均一な圧力印加が可能となる。外側配線基板１１はガラスエポキシ基板、内側配線基板１２は低熱膨張率及び微細パターンを実現できるセラミック基板とすることができ、この場合には、内側配線基板１２は外側配線基板１１よりも薄く形成される。

次に、本発明の第２の実施の形態について、図５を参照して説明する。

第２の実施の形態は、第１の実施の形態のステージ２２の構成及び外側配線基板１１の支持構造を変更したものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同一又は実質的に同一であるので、概略的には、同一又は実質的に同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態の半導体ウェハのテスト装置４１では、ステージ４２は、第１の実施の形態のステージ２２と同一の大きさの円盤状体として形成されているが、ステージ２２と異なり一体的に形成され、分割されてはいない。また、テスト装置４１では、筐体１９の周方向複数箇所に、径方向内側への突出支持部４３が設けられ、それぞれの突出支持部４３位置で、外端部がこの突出支持部４３の上面に固定され、内端部が外側配線基板１１の外周部下面に固定されてこの外周部下面を支える、水平方向に延びた板バネ４４が配置されている。ここでは、ステージ４２は、閉じた空間が形成されるまでプローブカード１０の側に移動するよう、駆動装置２１により駆動され、閉じた空間が形成されたら、駆動装置２１によるステージ４２のプローブカード１０の側への移動は停止され、この空間内が減圧される、といったように構成できる。この場合には、減圧時に、板バネ４４のバネ力に抗して外側配線基板１１がステージ４２側にずれることとなる。あるいは、ステージ４２は、閉じた空間が形成されるまでプローブカード１０の側に移動するよう、駆動装置２１により駆動され、閉じた空間が形成されたら、駆動装置２１によるステージ４２のプローブカード１０の側への移動と、この空間内の減圧とが同時に行われるといったようにも構成できる。この場合には、減圧時に、ステージ４２とプローブカード１０とが互いに接近することとなる。そして、空間の減圧時に、ＸＹＺ駆動装置２１のＺ軸を用いて更に加圧すれば、減圧による加圧の限界（例えば３００ｍｍウェハに完全真空状態で加わるおおよそ７０６ｋｇの加圧）に加えてより大きい加圧を得ることが可能である。

さらに、図６及び図７を参照して半導体ウェハのテスト装置１又は４１の変更例を説明する。

図６は、半導体ウェハのテスト装置１のシールリング１６ａ周辺の変更例（第１の変更例）を示す。この変更例では、ＩＦ−ＰＣＲ層１３及び内側配線基板１２は半導体ウェハ３４と同一の面積を有するように形成され、また、シールリングとの干渉を避けるため、ＰＣＲ層１４及びバンプ付きメンブレンシート１５は、内側配線基板１２よりもさらに小さく形成されている。図１の場合と同様に、内側配線基板１２の周縁部に設けられた環状のシールリング１６ｂは、径方向外側に湾曲しながら下側（内側）に短く延びる断面形状を有しているが、シールリング１６ａよりもさらに短く形成されている。そして、外側配線基板１１では、真空バルブ１７ａから真空導路３０ｂが内側に延びていて、この真空導路３０ｂは、シールリング１６ｂの径方向内側かつＰＣＲ層１４及びバンプ付きメンブレンシート１５の径方向外側で、内側配線基板１２の外周部下面（内面）に開口している。シールリング１６ｂを備えたテスト装置１の動作は、シールリング１６ｂが半導体ウェハ３４に軽く接触し、内側配線基板１２又は内側配線基板１２側（バンプ付きメンブレンシート１５を有する内側配線基板１２）、半導体ウェハ３４及びシールリング１６ｂによる閉じた空間が形成される点以外は、シールリング１６ａを備えたテスト装置１と同様である。なお、ここでの変更例はテスト装置４１に適用できる。

図７は、半導体ウェハのテスト装置４１のシールリング１６ａ及び真空バルブ１７ａ周辺の変更例（第２の変更例）を示す。この変更例では、ステージ４２の周縁部に、ゴム材などの弾性体により構成された環状のシールリング１６ｃが上向き（外向き）に形成されている。すなわち、シールリング１６ｃの下端（内端）がステージ４２の周縁部に固定されている。シールリング１６ｃは、径方向外側に湾曲しながら上側（外側）に短く延びる断面形状を有している。また、真空バルブ１７ｂは、外側配線基板１１ではなくステージ４２に設けられていて、この真空バルブ１７ｂからは真空導路３０ｃがステージ４２内を通って延び、この真空導路３０ｃは、シールリング１６ｃの径方向内側かつ半導体ウェハ３４の径方向外側で、ステージ４２の外周部上面（外面）に開口している。シールリング１６ｃ及び真空バルブ１７ｂを備えたテスト装置４１の動作は、シールリング１６ｃが内側配線基板１２の周縁部に軽く接触し、内側配線基板１２又は内側配線基板１２側（バンプ付きメンブレンシート１５を有する内側配線基板１２）、ステージ４２側（半導体ウェハ３４を有するステージ４２）及びシールリング１６ｃによる閉じた空間を形成する点、および、閉じた空間が真空バルブ１７ｂにより減圧される点以外は、シールリング１６ａ及び真空バルブ１７ａを備えたテスト装置４１と同一である。

次に、図６に示す第１の変更例をさらに変更した第３の変更例について、図８を参照して説明する。

この第３の変更例では、ＩＦ−ＰＣＲ層１３、内側配線基板１２及びＰＣＲ層１４が半導体ウェハ３４と同一の面積を有するように形成されている。ＰＣＲ層（異方性導電ゴム弾性シート）１４は、ゴム弾性シート（ここでは具体的にはゴムシート）の所定個所に導電材料を混入して通電部３３を形成することにより構成されているが（第１及び第２の実施の形態、第１及び第２の変形例でも同様）、このＰＣＲ層１４の周縁部にはゴムシートを一体的に延長するようにして、上側及び下側に膨らんだ又は突出した断面形状を有するシールリング１６ｄが形成されている。より具体的に説明すると、ＰＣＲ層又はゴムシート１４の周縁部には、上方に小さく突出する断面長方形状の上側シールリング１６ｅと下方に大きく突出する断面長方形状の下側シールリング１６ｆが一体的に形成され、この上側シールリング１６ｅ及び下側シールリング１６ｆによりシールリング１６ｄが形成されている。また、外側配線基板１１上に配置された真空バルブ１７ａから内側に延びる真空導路３０ｄは、外側配線基板１１、ＩＦ−ＰＣＲ層１３及び内側配線基板１２を貫通して、上側シールリング１６ｅの径方向内側で、内側配線基板１２とＰＣＲ層１４との間に開口する第１の真空導路３０ｅと、ＰＣＲ層１４を貫通して、下側シールリング１６ｆの径方向内側に開口する第２の真空導路３０ｆと、を有している。すなわち、真空導路３０ｄは、外側配線基板１１、ＩＦ−ＰＣＲ層１３及び内側配線基板１２の外周部、そしてＰＣＲ層１４の外周部を貫通して形成されている。シールリング１６ｄを備えたテスト装置１の動作は、上側シールリング１６ｅと内側配線基板１２との接触、そして下側シールリング１６ｆと半導体ウェハ３４との接触により、プローブカード１０又は内側配線基板１２と半導体ウェハ３４との間に閉じた空間が形成される点以外は、シールリング１６ａを備えたテスト装置１と同様である。なお、ここでの変更例はテスト装置４１に適用できる。

なお、図１、図５、図６、図７及び図８はそれぞれ、閉じた空間が形成されたとき、あるいは、閉じた空間が減圧されたときを示している。

また、実施の形態にはバンプ付メンブレンシート１５によるプローブカード１０について述べたが、最近のＭＥＭＳ（メムス、Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を応用した微小ピンを植え込んだプローブカード１０でも本発明記載の減圧による加圧を応用できる。

本発明の半導体ウェハのテスト装置又は半導体ウェハのテスト方法によれば、多数ピンを備えるワンタッチダウンプローブカードを容易に使用することができ、併せて構成の簡単なプローバ装置により設備の低価格化が実現できる。したがって、半導体ウェハに形成された半導体デバイスのテストを実施するに必要なコストの削減が行える。

１、４１ 半導体ウェハのテスト装置
１０ プローブカード
１１ 外側配線基板
１２ 内側配線基板
１３ ＩＦ−ＰＣＲ層
１４ ＰＣＲ層
１５ バンプ付きメンブレンシート
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ シールリング
１７ａ、１７ｂ 真空バルブ
１９ プローバ装置
２０ プローバ装置の筐体
２１ ＸＹＺ駆動装置
２２、４２ ステージ
２３ パフォーマンスボード
２４ テストヘッド
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ 真空導路
３２ バンプ
３４ 半導体ウェハ
３５ 案内ピン
４４ 板バネ

Claims (5)

1. 半導体ウェハを載せるためのステージと、このステージに向き合うように配置されるプローブカードと、を備え、前記プローブカードは、配線基板と、前記ステージ上に載せられた前記半導体ウェハの複数の集積回路端子に電気的に接触する複数のバンプと、を有している、半導体ウェハのテスト装置であって、
   前記プローブカードの周縁部には、前記半導体ウェハの外周で、前記ステージと接触してこのステージ及び前記プローブカードの間に閉じた空間を形成するシールリングが設けられ、閉じた前記空間内を減圧することにより、前記集積回路端子と前記バンプとの電気的コンタクトに必要な圧力を確保する、ことを特徴とする半導体ウェハのテスト装置。
2. 前記ステージは、内側ステージと、この内側ステージ上に配置された外側ステージと、を備え、前記シールリングは、前記外側ステージと接触してこの外側ステージ及び前記プローブカードの間に閉じた空間を形成するように構成されていて、前記ステージは、前記外側ステージ上に前記半導体ウェハを載せた状態で、閉じた前記空間が形成されるまでプローブカード側に移動するよう駆動され、閉じた前記空間内を減圧すると、前記外側ステージが前記内側ステージから離れるように前記プローブカードの側に引き寄せられる、ことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハのテスト装置。
3. 前記配線基板は、外側配線基板と、この外側配線基板の内側に、導電性層を介して設けられた内側配線基板と、を有し、この内側配線基板は、前記外側配線基板よりも可撓性が大きくなるように形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウェハのテスト装置。
4. 前記シールリングは、前記内側配線基板の周縁部に設けられている、ことを特徴とする請求項３記載の半導体ウェハのテスト装置。
5. ステージ上に載せられた半導体ウェハの複数の集積回路端子に、プローブカードの配線基板に設けられた複数のバンプを電気的に接触させて前記半導体ウェハを検査する半導体ウェハのテスト方法であって、
   前記プローブカード、前記ステージ及び前記プローブカードの周縁部に設けられた、前記半導体ウェハの外周のシールリングにより閉じた空間を形成し、閉じたこの空間内を減圧することにより、前記集積回路端子と前記バンプとの電気的コンタクトに必要な圧力を確保する、ことを特徴とする半導体ウェハのテスト方法。

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