JP2010243314A - 半導体チップ素子試験治具及び自動試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性樹脂によるパッケージ後の半導体チップ素子を半導体ウェハ測定用の自動試験装置（ＡＴＥ）に搬送できる工夫を取り入れ、自動測定による工数削減を狙うものであり、パッケージ後の半導体チップ素子の電気的試験評価の工数削減及び高精度化を図る。
【解決手段】絶縁性樹脂でパッケージングされた半導体チップ素子３０を、半導体ウェハ試験用の自動試験装置（ＡＴＥ）１０にて試験するための半導体チップ素子試験治具２０において、自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローバステージ１６上に載置された半導体チップ素子試験治具２０に装着された半導体チップ素子３０の端子３１と、自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローバカード１４の針（プローバ）１５とを接触させ、端子３１と針１５との間に半導体チップ素子測定用の試験信号を送受信し、複数の半導体チップ素子３０の自動試験を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハの自動試験装置（ＡＴＥ：Automatic Test Equipment）を用いて、絶縁性樹脂でパッケージングされた半導体チップ素子を高速、且つ、効率的に試験することができる半導体チップ素子試験治具及び半導体チップ素子試験治具を用いた試験装置に関する。

従来は、絶縁性樹脂でパッケージングされた半導体チップ素子を試験する場合、温度特性評価工程にて、サーモストリーマを用いて、半導体チップ試験ソケットに半導体チップ素子を装着して、半導体チップ素子のサンプル交換及びマニュアル測定を実施している。図６は、従来例のサーモストリーマ内での半導体チップ試験ソケットによる半導体チップの試験動作を示す図である。

図６において、複数の端子３１を備えた絶縁性樹脂でパッケージングされた半導体チップ３１は、それぞれ、半導体チップ試験ソケット５０内に装着され、室内の温度制御がされたサーモストリーマ６０内に配置され、複数の半導体チップ試験ライン５１を介して試験信号の送受信を行うことにより半導体チップ素子の恒温状態での試験を行う。

また、従来技術として、半導体ウェハを自動的に試験する自動試験装置（ＡＴＥ）が知られており、自動試験装置（ＡＴＥ）に設けられた針（プローブ）を半導体ウェハの電極に接触させ、針（プローブ）と半導体ウェハ電極との相対的な位置を制御しながら、針（プローブ）と半導体ウェハ電極間に試験信号を送受信することにより高速な半導体ウェハの試験を実施している。図７は、従来例の自動試験装置（ＡＴＥ）による半導体ウェハの試験動作を示している。

図７において、自動試験装置（ＡＴＥ）１０には、ＡＴＥ基板インタフェース（Ｉ／Ｆ）１１、メイン基板１２、プローブカードインタフェース（Ｉ／Ｆ）、プローブカード１４、針（プローブ）１５、プローバステージ１６を備えており、プローバステージ１６上に、検査対象である半導体ウェハ４０が載置される。

自動試験装置（ＡＴＥ）１０の動作時には、プローブカード１４に設けられた複数の針（プローブ）１５が半導体ウェハ４０の半導体ウェハ電極４１に接触して試験信号を送受信する。自動試験装置（ＡＴＥ）１０本体とプローバステージ１６との間は、水平方向、及び垂直方向の移動動作を自動制御することが可能であり、プローブカード１４上針（プローブ）１５と、半導体ウェハ４０上の異なる半導体ウェハ電極４１、あるいは、異なる半導体ウェハ４０の半導体ウェハ電極４１との間で高速、且つ、効率的な試験が可能である。

更に、特許文献１には、ウェハプローバのステージ部材上に導電性部を配置し、導電性部に載置部にＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などのデバイスを載置し、導電性部にＩＧＢＴの裏面のコレクタ部を接触させ、導電性部に接触するスプリングピン４４と触針（プローブ）４５に電圧を印加して測定を行う技術が開示されている。

特開２００７−４０２９６号公報

従来の、サーモストリーマを用いて、絶縁性樹脂でパッケージングされた半導体チップを試験する方法では、半導体チップ試験ソケットに半導体チップ素子を装着する際に、人の手を用いて、サンプル交換及びマニュアル測定を行う必要があり、試験のための作業工程が煩雑であるという問題点があった。

また、セラミックパッケージのイメージセンサーやウェハ表面にガラスを貼り付けたチップへの適用、あるいは、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＱＦＰ（Quad Flat Package）のような形状のチップの受光部を下向きに置いて測定することが困難であるという問題点があった。

また、自動試験装置（ＡＴＥ：Automatic Test Equipment）を用いた半導体試験装置では、半導体ウェハ上に正確に位置決めされた半導体ウェハの電極に針（プローブ）を接触させて試験を行うために、個々の絶縁性樹脂でパッケージングされた半導体チップ素子の試験には適用できないという問題点があった。

また、上記引用文献１では、自動試験装置（ＡＴＥ）であるウェハプローバをデバイスの試験に用いようとする試みはなされているものの、引用文献１の導電性部２２は、ＩＧＢＴなどのデバイスの裏面のコレクタ部を接触させて、導電性部に接触するスプリングピン４４と触針（プローブ）４５に電圧を印加して測定を行うものであって、絶縁性樹脂でパッケージングされた半導体チップ素子の試験には適用できないという問題点があった。

他にも、上記引用文献１の装置は、プローバのウェハを吸着する機能を前提にしており、チップ交換時に常温に戻す等の処理が必要で、多数のトレーを自動搬送して大量測定することができないという問題点があった。

本発明は、絶縁性樹脂によるパッケージ後の半導体チップ素子を半導体ウェハ測定用の自動試験装置（ＡＴＥ）に搬送できる工夫を取り入れ、自動測定による工数削減を狙うものであり、パッケージ後の半導体チップ素子の電気的試験評価の工数削減及び高精度化を目的とするものである。

本発明のウェハ型の半導体チップ素子試験治具は、絶縁性樹脂によりパッケージングされた半導体チップ素子を装着するチップ固定部と、半導体ウェハの自動試験が可能な自動試験装置のウェハステージ上に載置されるウェハ型の台座とから成り、チップ固定部に装着された複数の半導体チップ素子の複数の端子と、自動試験装置のプローブカードの複数の針とを接触して、端子と針との間に半導体チップ素子測定用の試験信号を送受信し、複数の半導体チップ素子の自動試験を行うことを特徴とする。

また、本発明の半導体チップ素子の自動試験装置は、絶縁性樹脂によりパッケージングされた半導体チップ素子を装着するチップ固定部と、半導体ウェハの自動試験が可能な自動試験装置のウェハステージ上に載置されるウェハ型の台座とから成るウェハ型の半導体チップ素子試験治具と、前記半導体チップ素子試験治具を載置するウェハステージと、半導体チップ素子測定用の試験信号を送受信可能な複数の針を有するプローブカードを備えており、前記ウェハ型の半導体チップ素子試験治具の前記チップ固定部に装着された複数の半導体チップ素子の複数の端子と、前記自動試験装置のプローブカードの複数の針とを接触して、前記端子と前記針との間に半導体チップ素子測定用の試験信号を送受信し、前記複数の半導体チップ素子の自動試験を行うことを特徴とする。

本発明によれば、絶縁性樹脂によるパッケージング後の半導体チップ素子の電気的特性・信頼性特性の工数削減及び高精度測定化、半導体評価の高スループット化することができ、また、装置の温度サイクル減少による省電力化を図ることができる。

図１は、本発明の実施例１のウェハ型の半導体チップ素子試験治具を用いた自動試験装置（ＡＴＥ）による半導体チップ素子の試験動作を説明する断面図である。 図２は、本発明の実施例１のウェハ型の半導体チップ素子試験治具に半導体チップ素子を搭載する状態を説明する図である。 図３は、本発明の実施例１のウェハ型の半導体チップ素子試験治具に搭載した半導体チップ素子を蓋固定具により固定する状態を説明する図である。 図４は、本発明の実施例２のウェハ型の半導体チップ素子試験治具に搭載した半導体チップ素子を蓋固定具により固定する状態を説明する図である。 図５は、本発明の実施例３のウェハ型の半導体チップ素子試験治具に搭載した半導体チップ素子をバネ固定具により固定する状態を説明する図である。 図６は、従来例のサーモストリーマ内での半導体チップ試験ソケットによる半導体チップ素子の試験動作を説明する図である。 図７は、従来例の自動試験装置（ＡＴＥ）による半導体ウェハの試験動作を説明する図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施例１のウェハ型の半導体チップ素子試験治具を用いた自動試験装置（ＡＴＥ）による半導体チップ素子の試験動作を示す断面図である。１０は自動試験装置（ＡＴＥ）、１１はＡＴＥ基板インタフェース（Ｉ／Ｆ）、１２はメイン基板、１３はプローブカードインタフェース（Ｉ／Ｆ）、１４はプローブカード、１５は針（プローブ）、１６はプローバステージを示している。

また、図１において、２０はウェハ型の半導体チップ素子試験治具、２１はウェハ型の台座、２７は蓋固定部を示しており、３０は半導体チップ素子、３１は端子を示している。複数の端子３１を備え、絶縁性樹脂でパッケージングされた半導体チップ素子３０が、ウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０のウェハ型の台座２１に複数の端子３１を上方に向けて装着され、蓋固定部２７で固定される。

複数の半導体チップ素子３０が装着されたウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０は、自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローバステージ１６上に載置される。自動試験装置（ＡＴＥ）１０の複数の針（プローブ）１５を備えたプローブカード１４と、自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローバステージ１６とは、水平方向及び上下方向に位置制御が可能であり、プローブカード１４の針（プローブ）１５がプローバステージ１６上に載置されたウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０に装着された半導体チップ素子３０の端子３１に接触するように自動的に位置決めできる。

図２は、本発明の実施例１のウェハ型の半導体チップ素子試験治具に半導体チップ素子を搭載する状態を説明する図である。図２において、２０はウェハ型の半導体チップ素子試験治具、２１はウェハ型の台座、２３はチップ固定ガイド、２６はノッチ、２７は蓋固定部、２８は蓋基板、３０は半導体チップ素子、３１は端子を示している。
ウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０は、ウェハステージ上に載置可能なウェハ型の台座２１が設けられており、ウェハ型の台座２１の上面には縦横に配置されたチップ固定ガイド２３により画定される複数の区画部が形成され、これらの各区画部内に、複数の端子３１を備えた半導体チップ素子３０をそれぞれ装着することが可能である。

図３は、本発明の実施例１のウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０に搭載した半導体チップ素子を蓋固定具により固定する状態を説明する図である。図３において、２０はウェハ型の半導体チップ素子試験治具、２１はウェハ型の台座、２３はチップ固定ガイド、２６はノッチ、２７は蓋固定部、２８は蓋基板、３０は半導体チップ素子、３１は端子を示している。本発明の実施例１のウェハ型の半導体チップ素子試験治具では、蓋基板２８に設けられた蓋固定部２７により、半導体チップ素子を固定する。

蓋基板２８に設けられた蓋固定部２７は格子状に形成されていて、複数の開口部２９を備えており、蓋基板２８にも複数の開口部２９に対応して同様の開口部が設けられている。複数の開口部２９は、蓋基板２８と蓋固定部２７を貫通して開口している。各開口部２９の広さは、ウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０に搭載した半導体チップ素子３０の大きさより若干狭く、複数の半導体チップ素子３０が搭載されたウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０の上面に配置されると、半導体チップ素子３０の端子３１が各開口部２９から現われる状態で、各半導体チップ素子３０を固定することができる。

実施例１において、ウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０に装着された複数の半導体チップ素子３０を複数の開口部２９を備えた蓋固定部２７により固定したものを自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローバステージ１６上に載置した状態で、自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローブカード１４の針（プローブ）１５から、ウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０に装着された半導体チップ素子３０の端子３１に、半導体チップ素子３０を測定するための試験信号を送受信することにより、半導体チップ素子３０を高速に効率的に試験することができる。

また、ウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０に装着された複数の半導体チップ素子３０の複数の端子３１と自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローブカード１４の複数の針（プローブ）１５との間の位置決めと、それぞれの位置決めされた状態での異なる複数の試験信号の送受信とを自動制御により行うことにより、複数の半導体チップ素子３０の複数の試験項目を高速、且つ、効率的に実施することが可能である。

図４は、本発明の実施例２のウェハ型の半導体チップ素子試験治具に搭載した半導体チップ素子を蓋固定具により固定する状態を説明する図である。

図４において、２０はウェハ型の半導体チップ素子試験治具、２１はウェハ型の台座、２３はチップ固定ガイド、２６はノッチ、２７は蓋固定部、２８は蓋基板、３０は半導体チップ素子、３１は端子を示している。本発明の実施例２のウェハ型の半導体チップ素子試験治具では、蓋基板２８に設けられた蓋固定部２７の四隅に補助固定具３２が設けられており、蓋固定部２７と四隅の補助固定具３２が半導体チップ素子を固定する。

蓋基板２８に設けられた蓋固定部２７は格子状に形成されていて、複数の開口部２９を備えており、蓋基板２８にも複数の開口部２９に対応して同様の開口部が設けられている。複数の開口部２９は、蓋基板２８と蓋固定部２７を貫通して開口し、開口部２９の四隅に補助固定具３２が設けられている。複数の半導体チップ素子３０が搭載されたウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０の上面に配置されると、半導体チップ素子３０の端子３１が各開口部２９から現われる状態で、蓋基板２８の蓋固定部２７と四隅の補助固定具３２が各半導体チップ素子３０を固定することができる。

実施例１と同様に、実施例２において、ウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０に装着された複数の半導体チップ素子３０を複数の開口部２９を備えた蓋固定部２７により固定したものを自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローバステージ１６上に載置した状態で、自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローブカード１４の針（プローブ）１５から、ウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０に装着された半導体チップ素子３０の端子３１に、半導体チップ素子３０を測定するための試験信号を送受信することにより、半導体チップ素子３０を高速に効率的に試験することができる。

また、ウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０に装着された複数の半導体チップ素子３０の複数の端子３１と自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローブカード１４の複数の針（プローブ）１５との間の位置決めと、それぞれの位置決めされた状態での異なる複数の試験信号の送受信とを自動制御により行うことにより、複数の半導体チップ素子３０の複数の試験項目を高速、且つ、効率的に実施することが可能である。

図５は、本発明の実施例３のウェハ型の半導体チップ素子試験治具に搭載した半導体チップ素子をバネ固定具により固定する状態を説明する図である。

図５において、２０はウェハ型の半導体チップ素子試験治具、２１はウェハ型の台座、２３はチップ固定ガイド、２６はノッチ、３０は半導体チップ素子、３１は端子を示している。本発明の実施例３のウェハ型の半導体チップ素子試験治具では、チップ固定ガイド２３により構成される開口部の２辺にバネ固定具３３，３３が設けられており、チップ固定ガイド２３の開口部に配置された半導体チップ素子をバネ固定具３３，３３により２辺から押圧して固定する。

チップ固定ガイド２３は格子状に形成されていて、複数の開口部を備えている。複数の開口部には、それぞれ、２辺にバネ固定具３３，３３が設けられている。複数の半導体チップ素子３０が搭載されたウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０の上面に配置されると、半導体チップ素子３０の端子３１が各開口部２９から現われる状態で、チップ固定ガイド２３の開口部の左上隅に接触した半導体チップ素子３０を、２辺に設けられたバネ固定具３３，３３が押圧して固定することができる。

実施例１と同様に、実施例３において、ウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０に装着された複数の半導体チップ素子３０を、チップ固定ガイド２３の開口部の２辺に設けられたバネ固定具３３，３３が押圧して固定したものを自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローバステージ１６上に載置した状態で、自動試験装置（ＡＴＥ）１０のプローブカード１４の針（プローブ）１５から、ウェハ型の半導体チップ素子試験治具２０に装着された半導体チップ素子３０の端子３１に、半導体チップ素子３０を測定するための試験信号を送受信することにより、半導体チップ素子３０を高速に効率的に試験することができる。

バネ式にすることにより、半導体チップ素子３０のチップサイズが異なる場合でも、バネの弾性に応じて調整して押圧固定することができるため、より多種類の半導体チップ素子３０に対して汎用的に適用可能となる。

本発明のウェハ型の半導体チップ素子試験治具及びこの半導体チップ素子試験治具を適用した自動試験装置（ＡＴＥ）は、各種の半導体チップ素子の恒温試験装置等に広範囲に適用可能である。

１０ 自動試験装置（ＡＴＥ）
１１ ＡＴＥ基板インタフェース（Ｉ／Ｆ）
１２ メイン基板
１３ プローブカードインタフェース（Ｉ／Ｆ）
１４ プローブカード
１５ 針（プローブ）
１６ プローバステージ
２０ ウェハ型の半導体チップ素子試験治具
２１ ウェハ型の台座
２３ チップ固定ガイド
２６ ノッチ
２７ 蓋固定部
２８ 蓋基板
２９ 開口部
３０ 半導体チップ素子
３１ 端子
３２ 補助固定具
３３ バネ式固定具
４０ 半導体ウェハ
４１ 半導体ウェハ電極
５０ 半導体チップ試験ソケット
５１ 半導体チップ試験ライン
６０ サーモストリーマ

Claims (7)

1. 絶縁性樹脂によりパッケージングされた半導体チップ素子を装着するチップ固定部と、半導体ウェハの自動試験が可能な自動試験装置のウェハステージ上に載置されるウェハ型の台座とから成るウェハ型の半導体チップ素子試験治具であって、
   前記チップ固定部に装着された複数の半導体チップ素子の複数の端子と、前記自動試験装置のプローブカードの複数の針とを接触して、前記端子と前記針との間に半導体チップ素子測定用の試験信号を送受信し、前記複数の半導体チップ素子の自動試験を行うことを特徴とするウェハ型の半導体チップ素子試験治具。
2. 請求項１に記載のウェハ型の半導体チップ素子試験治具において、
   前記チップ固定部の上面には、縦横に配置されたチップ固定ガイドにより画定される複数の区画部が形成され、前記複数の区画部の各区画部内に、複数の端子を備えた半導体チップ素子をそれぞれ装着することを特徴とするウェハ型の半導体チップ素子試験治具。
3. 請求項２に記載のウェハ型の半導体チップ素子試験治具において、
   前記複数の前記複数の区画部の各区画部内にバネ式固定具を備えており、前記バネ式固定具が複数の区画部の各区画部内にそれぞれ装着された半導体チップ素子を押圧固定することを特徴とするウェハ型の半導体チップ素子試験治具。
4. 請求項２に記載のウェハ型の半導体チップ素子試験治具において、
   格子状に複数の開口部が形成された蓋固定部を備えており、蓋固定部が前記複数の半導体チップ素子が搭載されたウェハ型の半導体チップ素子試験治具の上面に配置され、半導体チップ素子の端子が各開口部から現われる状態で、各半導体チップ素子を固定することを特徴とするウェハ型の半導体チップ素子試験治具。
5. 請求項４に記載のウェハ型の半導体チップ素子試験治具において、
   前記複数の開口部の四隅に補助固定具が設けられており、前記蓋固定部と前記四隅の補助固定具により前記各半導体チップ素子を固定することを特徴とするウェハ型の半導体チップ素子試験治具。
6. 絶縁性樹脂によりパッケージングされた半導体チップ素子を装着するチップ固定部と、半導体ウェハの自動試験が可能な自動試験装置のウェハステージ上に載置されるウェハ型の台座とから成るウェハ型の半導体チップ素子試験治具と、前記半導体チップ素子試験治具を載置するウェハステージと、半導体チップ素子測定用の試験信号を送受信可能な複数の針を有するプローブカードを備えた自動試験装置であって、
   前記ウェハ型の半導体チップ素子試験治具の前記チップ固定部に装着された複数の半導体チップ素子の複数の端子と、前記自動試験装置のプローブカードの複数の針とを接触して、前記端子と前記針との間に半導体チップ素子測定用の試験信号を送受信し、前記複数の半導体チップ素子の自動試験を行うことを特徴とする半導体チップ素子の自動試験装置。
7. 請求項６に記載の複数の半導体チップ素子の自動試験装置において、
   前記ウェハ型の半導体チップ素子試験治具と、前記半導体チップ素子試験治具を載置するウェハステージと、半導体チップ素子測定用の試験信号を送受信可能な複数の針を有するプローブカードを備えた自動試験装置が、温度制御が可能なサーモストリーマ内に配置され、前記複数の半導体チップ素子について低温及び高温の恒温状態での自動試験を行うことを特徴とする半導体チップ素子の自動試験装置。