JP3565086B2 - プローブカード及び半導体装置の試験方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハ上に形成された複数のチップやチップサイズパッケージ（以下ＣＳＰ）をウエハ状態で同時に試験するプローブカード及びチップの形成されたウエハまたはウエハーレベルＣＳＰ等の半導体装置の試験方法に関する。
【０００２】
樹脂等で封止された半導体装置の形状を半導体素子（以下チップ）に極力近づけるために、チップ上に突起電極により形成された外部出力端子を設け、ウエハ状態で少なくとも突起電極の側面を樹脂封止し、その後各チップに切断した構造の半導体パッケージが提案されている。（特開平１０−７９３６２参照 ；米国出願番号：０９／０２９，６０８）
この半導体装置を試験する時に、切断されたＣＳＰ後で個々に試験するよりも、ウエハ状態で一括して試験すれば効率的に試験ができる。これは通常のチップが複数形成されたウエハでも同じことが言える。本発明は、チップやＣＳＰが複数形成されているウエハ状態で各チップを試験するためのプローブカード及び半導体装置の試験方法に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
図１〜図３は、従来のＣＳＰの一例を示す図であり、図１はその断面図であり、図２は、図１のＣＳＰが個片に切断される前の状態を示し、図３は、図２の平面図である。
【０００４】
図１に示されるＣＳＰは、チップ１上のアルミニウムパッド４以外の領域が窒化シリコン膜２で覆われ、さらにその上にポリイミド層３が形成されている。チップ上に形成されているアルミニウム電極パッド４は、そのままの配置では間隔が狭過ぎて試験時にプローバーがコンタクトできなかったり、実装時に実装基板に実装できない問題がある。そこで、ポリイミド層３上には再配線層５が形成され、チップ上の適当な位置に引き回されて銅突起電極６に接続され、アルミニウムパッド４の間隔が広げられている。実装基板に実装するために、銅突起電極６上にバリアメタル層７を介して半田ボール８が形成されている。
【０００５】
図１のＣＳＰを製造する際に、ウエハ上に銅突起電極６を形成した後で、少なくとも銅突起電極６の側面が封止されるように樹脂層９を形成する。その後、半田ボール８を形成し、図２に示されるように、ダイシングライン１２に沿って個片に切断する。
【０００６】
しかし、ＣＳＰを試験するにあたり、個片に切断した後では試験の効率が悪くなってしまうので、切断される前の図３に示される状態で試験を行いたいという要望が強い。
【０００７】
図３は、ＣＳＰがウエハ状態で形成されている状態を示し、ウエハ１１はテープ１０で保持されている。この状態で各チップの電極パッド（不図示）に従来の針で構成されたプローバーを当てようとしても、パッドの間隔が狭過ぎて針を当てることが非常に難しい。
狭い間隔のパッドを有するチップを試験する一例として特開平７−２６３５０４号に示されるような手法ある。これは、フレキシブルなシート上にチップのパッド位置に対応したコンタクトを形成し、これを負圧によりチップのパッドに押し当ててコンタクトをとるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−２６３５０４には、従来認識されていなかった問題として図４に示されるような問題がある。
【０００９】
特開平７−２６３５０４に紹介されている手法をウエハ状態の試験に応用しようとすると、プローブカードとしてコンタクト基板１３上にウエハ１１上の各チップに対応する位置にコンタクト電極が形成されているものを用いてウエハの試験を行うことになる。そして、試験時に負圧をかけてコンタクト基板１３とウエハ１１とを密着させると、端部の半田ボール８ａとコンタクト基板はコンタクトするものの、中央部の半田ボール８ｂ部分ではコンタクト基板が浮いてしまい、コンタクトがとれない問題がある。
また、端部の半田ボールが押されることにより、端部のボールほど変形しやすいという問題もある。
また、不均一にコンタクト基板が引っ張られるので、局部的にシートが延びてしまう問題もある。
【００１０】
また、シートの中央部と端部とでは、ウエハとシートの熱膨張率の違いから端部にいくほど双方の電極位置がずれ、コンタクト不良を起こす問題もある。
【００１１】
さらに、コンタクト基板の電極から信号線を外部に引き出さねばならないが、シートが波打つことで断線する恐れもある。
【００１２】
以上の問題点は、ＣＳＰをウエハ状態で試験する時に限らず、通常のチップが複数形成されたウエハをウエハ状態で試験する際にも同様の問題が生じている。
【００１３】
従って本発明は、チップやＣＳＰをウエハ状態で試験する際に、各チップやＣＳＰの電極パッドと常に良好なコンタクトの得られるプローブカード及び半導体装置の試験方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するために手段】
上記の課題は、以下の各独立項に対応した手段を講じることにより解決することができる。
【００１５】
請求項１記載の発明では、フレキシブル性を有するコンタクト基板と、該コンタクト基板上に所定の配置で設けられた複数のコンタクト電極群と、該コンタクト電極群の間の該コンタクト基板上に設けられ、コンタクト電極の形成された領域の該コンタクト基板を露出する開口部を有する剛性体と、該コンタクト基板上に設けられ、該コンタクト電極に接続される配線とを有することを特徴とするプローブカードにより上記課題を解決できる。
【００１６】
また、請求項１０記載の発明は、チップの領域に対応した大きさを有し、フレキシブル性を有するコンタクト基板と、該コンタクト基板上に所定の配置で設けられた複数のコンタクト電極群と、該コンタクト電極群の間の領域に設けられ、コンタクト電極の形成された領域の該コンタクト基板を露出する開口部を有する剛性体と、該コンタクト基板上に設けられ、該コンタクト電極に接続される配線とを有することを特徴とするプローブカードにより上記課題を解決できる。
【００１７】
また、請求項１１記載の発明は、コンタクト基板と、該コンタクト基板上に所定の配置で設けられた複数のコンタクト電極群と、該コンタクト電極群の間の該コンタクト基板上に設けられ、コンタクト電極の形成された領域の該コンタクト基板を露出する開口部を有する剛性体と、該コンタクト基板上に設けられ、該コンタクト電極に接続される配線を有するプローブカードを準備する工程と、該プローブカードのコンタクト電極をチップの形成されたウエハに密着させ、該コンタクト電極とチップの外部電極とをコンタクトさせる工程と、該配線を介してウエハ上の各チップを試験する工程とを有することを特徴とする半導体装置の試験方法により上記課題を解決できる。
【００１８】
上述の各手段は次のような作用を有する。
【００１９】
請求項１記載のプローブカードは、プローブカード全体としての剛性は、剛性体により保ちつつ、開口部に対応した領域のコンタクト基板上のコンタクト電極にフレキシビリティを付与することができる作用を有する。
【００２０】
さらに、開口部内のコンタクト基板はフレキシビリティを有しているので、ウエハ上のバンプの高さが多少ばらついていても、コンタクト基板のフレキシビリティによりバンプの高さのばらつきを吸収することができ、コンタクト不良を起こすことがない。また、剛性体は格子状に形成されているので、開口部を持たない板状のものよりウエハの厚さ方向の動きが可能となり、バンプ高さ不均一によるコンタクト不良は、この点でも起きにくくなっている。
【００２１】
さらに、剛性体の存在により、各チップに対応したコンタクト基板上のそれぞれのコンタクト電極は隔てられているので、ウエハの周囲において、ウエハとコンタクト基板との熱膨張係数の不一致からくる歪が、隣の領域のコンタクト電極に及び位置ずれとなって累積していくことがなく、ウエハのどの位置でも同じ条件でコンタクトすることができる作用が得られる。
【００２２】
また、請求項１０記載のプローブカードは、コンタクト基板が各開口部ごとに設けられることにより、コンタクト電極や配線に一部不良が生じたとしても、その部分のコンタクト基板のみを交換するだけで容易にプローブカードのリペアが行える作用が得られる。
【００２３】
また、請求項１１記載の半導体装置の試験方法は、使用するプローブカードが開口部を有し、開口部内のコンタクト基板がフレキシビリティを有しているので、ウエハ上のバンプの高さが多少ばらついていても、コンタクト基板のフレキシビレティによりバンプの高さのばらつきを吸収することができ、コンタクト不良を起こすことなくウエハを試験することができる作用が得られる。また、剛性体は格子状に形成されているので、開口部を持たない板状のものよりウエハの厚さ方向の動きが可能となり、バンプ高さ不均一によるコンタクト不良は、この点でも起きにくくなっている。
【００２４】
さらに、剛性体の存在により、各チップに対応したコンタクト基板上のそれぞれのコンタクト電極は隔てられているので、ウエハの周囲において、ウエハとコンタクト基板との熱膨張係数の不一致からくる歪が、隣の領域のコンタクト電極に及び位置ずれとなって累積していくことがなく、ウエハのどの位置でも同じ条件でコンタクトしてウエハを試験することができる作用が得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に本発明のプローブカード及び半導体装置の試験方法の実施の形態について図５〜２９を用いて説明する。
（第１実施例）
図５〜２０は、本発明の第１実施例を説明する図であり、図５は第１実施例のプローブカードの分解斜視図を示し、図６（ａ）は、図５の側面図を示す図であり、図６（ｂ）は、後述するコンタクト基板２２の電極形成面からみた平面図である。
【００２６】
図中、２１は、複数のＣＳＰもしくは通常のチップが形成された半導体ウエハを示ている。このウエハ２１上に形成されたＣＳＰもしくはチップ（以下単にチップと言う。）は電極２５を有しており、この上にはバンプ２５ａ（図７参照）が形成されており、これは個片に切断された後で実装基板に搭載されるための外部端子となる。
【００２７】
２２は、各チップの電極２５と電気的な接続をとるためのコンタクト電極２４が形成されたコンタクト基板を示し、ポリイミド，シリコンゴム等から形成されている。このコンタクト基板は、厚さ２５〜５０μｍ，熱膨張率が１０〜１，０００程度であり、応力が加わった際にある程度のフレキシブル性を有していることが必要である。コンタクト基板の大きさは、被試験ウエハの大きさによるがウエハが８インチの場合、４００〜５００×４００〜５００ｍｍ程度である。
【００２８】
図６（ｂ）に示されるように、コンタクト電極２４は、ウエハ２１上の各チップの電極２５の配置に対応して形成され、電極群を構成している。各コンタクト電極２４は、配線３１によりコンタクト基板２２の端部に導かれ、周縁部において幅広に形成された外部接続端子３２に接続されている。配線３１は、二点鎖線で示されたウエハ対応領域の外に向かって延びており、コンタクト基板の端部において、配線３１の間隔は十分に広げられている。幅広に形成された外部接続端子３２により、後述する試験ボードと接続することができる。
【００２９】
２３は、コンタクト基板２２上に設けられたセラミックで形成された厚さ３〜５ｍｍ，熱膨張率３．５ｐｐｍの剛性体２３を示している。その直径は被試験ウエハにるが、ウエハが８インチの場合、それと同一かそれより大きいものであり、直径２００ｍｍ（８インチ）〜３００ｍｍである。
【００３０】
剛性体は、熱膨張率の要求から、被試験ウエハがベアウエハの場合、シリコン，ガラス等が適しており、被試験ウエハがウエハレベルＣＳＰの場合、ガラスエポキシ製プリント板，圧延鋼板等が適している。この剛性体２３は、コンタクト基板２２に形成されたコンタクト電極２４の電極群の間の領域であるダイシングラインに対応した位置に設けられ、コンタクト電極２４の形成された領域のコンタクト基板２２を露出する開口部２６を有している。図６（ａ）では、剛性体２３はコンタクト電極２４が形成されている面とは反対側の面のコンタクト基板に形成されているが、この状態も、剛性体がコンタクト電極群の間のコンタクト基板上に設けられ、コンタクト電極の形成された領域のコンタクト基板を露出する開口部を有する状態を指している。
【００３１】
剛性体２３は、エポキシ系の熱硬化型接着剤によりコンタクト基板２２に固定されるか、ピンにより固定されている。図に示されるように、剛性体２３は、チップ形成領域以外の領域であるダイシングラインに対応した位置を覆うことになるので、剛性体２６は格子状の形状となる。そして、各開口部２６は、ウエハ上の各チップの領域に対応した位置になる。また、開口部２６の大きさは、チップの領域より僅かに大きいものとなる。
【００３２】
半導体ウエハ２１は、その表面の複数のチップに周知のウエハプロセスにより電子回路が形成されているが、それらのチップを出荷する前に、バーンイン試験（Ｂｕｒｎ−ｉｎ Ｔｅｓｔ）や機能試験（Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ）が必要となる。これらの試験を各チップそれぞれ個片に切断する前に行うには、ウエハ上に形成された各チップそれぞれの電極に接続する何らかの手段が必要となる。本実施例ではその手段として、剛性体２３を伴ったコンタクト基板２２により構成されるプローブカードにより実現している。
【００３３】
この構成により、プローブカード全体としての剛性は、剛性体２３により保たれ、かつ開口部２６に対応した領域のコンタクト電極の形成されたコンタクト基板２２にフレキシビリティを付与することができる作用が得られる。コンタクト基板は、ウエハのダイシングエリアに対応した領域で剛性体により固定され、熱膨張の影響が隣のチップ領域におよぶことがないので、コンタクト基板の材質として熱膨張率が１０〜１，０００とかなり広い幅で選ぶことができる。
【００３４】
なお、本発明では、被試験ウエハとして、ベアウエハとＣＳＰがウエハレベルで形成されているものと両方を対象としており、以下単にそれらをウエハとして扱う。
【００３５】
以下にウエハ上に形成された各チップ（ウエハレベルＣＳＰの場合は各ＣＳＰ）の試験を行う工程を説明する。
【００３６】
まず、チップ上の電極２５とコンタクト電極２４との位置合わせをして、ウエハプロセス終了後の被試験ウエハ２１の上にコンタクト基板２２を重ねて固定する。固定方法は後述する。
【００３７】
次に、コンタクト基板２２上の配線３１を介してテスト信号を供給し、ウエハ２１上の各チップを試験する。この時、バーンーイン試験であれば、ウエハを高温、多湿の環境において試験を行う。
【００３８】
図７にウエハ２１とコンタクト基板２２とが接触し、試験を行っている状態を示す。各チップ上のバンプ２５ａは、コンタクト基板２２上に設けられたコンタクト電極２４と接触するが、このコンタクト電極２４は、剛性体２３の開口部２６内のコンタクト基板上に位置している。この構成により、開口部２６内のコンタクト基板はフレキシビリティを有しているので、ウエハ２１上のバンプ２５ａの高さが多少ばらついていても、図８に示されるようにコンタクト基板のフレキシビレティによりバンプ高さのばらつき（Δｈ）を吸収することができ、コンタクト不良を起こすことがない。
【００３９】
本発明でいうコンタクト基板のフレキシブル性とは、上述のように被試験ウエハの電極やバンプとコンタクト基板の電極とが接触した時に、コンタクト基板がバンプの位置のばらつきを吸収するように、縦，横方向にある程度動き得る状態を指している。
【００４０】
また、剛性体２３は格子状に形成されているので、開口部を持たない板状のものよりウエハの厚さ方向の動きが可能となり、バンプ高さ不均一によるコンタクト不良は、この点でも起きにくくなっている。剛性体の厚さは、薄ければ厚さ方向の動きが大きくなり、厚ければ逆に小さくなるので、必要に応じた厚さに設定すればよい。
【００４１】
また、剛性体２３の存在により、各チップに対応したコンタクト基板上のそれぞれのコンタクト電極２４が隔てられている。この構成により、図９に示されるようにウエハ２１の周囲において、ウエハ２１とコンタクト基板２２との熱膨張係数の不一致からくる歪２７が、隣の領域のコンタクト電極におよび位置ずれとなって累積していくことがなく、ウエハのどの位置でも同じ条件でコンタクトすることができる作用が得られる。仮に位置ずれが一つのチップ領域内で起こったとしても、チップサイズが１０ｍｍ角の場合、５ｍｍ×１０ｐｐｍ×１００°Ｃ＝５μｍ程度のずれであり、問題は生じない。（２５°Ｃ〜１２５°Ｃでのバーンイン試験の場合）
さらに、剛性体２３がコンタクト基板をチップ領域ごとに固定しているので、ウエハとコンタクトさせた時に、コンタクト基板が局部的に延びたり、波うつことがなくなり、配線が断線する恐れもなくなる。
【００４２】
バーンイン試験のように高温の下で行われる試験では、ウエハ２１とコンタクト基板２２の熱膨張係数は一致していることが望ましいが、ウエハ２１，コンタクト基板２２，剛性体２３のそれぞれを同じ熱膨張係数の材質で形成するのは、それぞれに求められる機能が異なるので困難である。そこで、剛性体２３の熱膨張係数をコンタクト基板２２よりもウエハ２１に近くしておけば、コンタクト基板２２は前述したようにそのフレキシビリティによりある程度撓むことができるので、剛性体２３がウエハ２１と同程度の伸縮をすることにより、ウエハの中央部と周囲の各チップの電極２５とコンタクト電極２４とが、位置づれを起こすことを最小限に抑えられる作用が得られる。
【００４３】
また、剛性体２３をシリコンで形成すれば、被試験ウエハと全く同一の熱膨張係数の剛性体が得られる。剛性体の加工は、半導体製造プロセスと同様の加工技術により形成できる。
【００４４】
なお、被試験ウエハが、ウエハレベルＣＳＰのように外部端子のサイズがベアウエハのチップ電極よりかなり大きい場合には、熱膨張による位置ずれがシビアではないので、剛性体を鋼やスレンレス等の金属で形成してもよい。
【００４５】
図１０は、本実施例の変形例を示す図である。図に示されるように、剛性体２３の開口部にシリコンゴム等の弾性体により構成されたブロック体２７が嵌め込まれている。被試験ウエハのピン数が多く、コンタクトする全体の圧力が大きくなる場合、コンタクト基板自身の張力だけでは耐えきれず、コンタクト基板が変形する問題がある。このような場合に、ブロック体２７を用いることにより、コンタクト基板の強度を補いつつ、コンタクト基板のフレキシビリティを保つことができ、確実に被試験ウエハの全ての電極とコンタクト基板の電極とをコンタクトすることができるという作用が得られる。
【００４６】
また、ブロック体２７を剛性体２３より僅かに突出させれば、その突出部分を加圧することにより、被試験ウエハの電極へのコンタクト圧力を集中的に印加することができる。
【００４７】
図１１は本実施例の別の変形例を示す図である。この変形例では、コンタクト基板としてゴムシート２８を用いている。この構成により、ウエハ２１上に形成されたバンプ２５ａとコンタクト電極との接触が、ポリイミド等のシート状のコンタクト基板に比べよりソフトなものとなる作用が得られる。
【００４８】
図１２は、本実施例のさらに別の変形例を示す図である。この変形例では、剛性体の開口部として、各チップの対応する位置に空間部３０を剛性体２９に設けている。コンタクト基板２２のコンタクト電極２４は、この空間部に対応した位置に設けられるので、前述した開口部２６によるコンタクト基板のフレキシビリティが同様に空間部３０で得られるとともに、剛性体２９は全体として一体なのでプローブカードとして高い剛性が得られる作用がある。
【００４９】
図１３、１４はコンタクト基板に設けるコンタクト電極及び配線についての本実施例の変形例である。図１３では、コンタクト電極上にバンプ等の突起電極２４ａを形成し、ウエハ２１上の電極と接触させるものである。この構成により、ウエハ上にバンプ等の突起電極が形成されていないベアウエハに対しても、ウエハレベルの試験を行うことができる作用が得られる。
【００５０】
図１４は、コンタクト基板２２の剛性体２３側に、配線３１及び外部接続端子３２を設けたものである。この構成により被試験ウエハに形成されているチップの電極とコンタクト基板の配線とがショートするのを避けられるという作用が得られる。
【００５１】
図１５は、剛性体２３を設ける位置の変形例である。図に示されるように、剛性体２６が、コンタクト電極群の間のコンタクト基板上に設けられ、コンタクト電極と同じ側のコンタクト基板２２上に貼り付けられ、コンタクト基板２２とウエハ２１との間に位置している。剛性体２３の厚さは、当然ウエハ２１上のバンプ２５ａより薄い必要がある。開口部２６は、コンタクト基板２２とウエハ２１との間に形成されることになるが、開口部におけるコンタクト基板のフレキシビリティは、前述の図７の状態と変わらない。また、剛性体２３は、チップ間のダイシングライン上に位置するので、チップにダメージが加わることはない。このように剛性体をコンタクト基板とウエハの間に位置させることにより、過剰な圧力が被試験ウエハに加わるのを防げる作用が得られる。
【００５２】
図１６も、剛性体２３を設ける位置の変形例である。図に示されるように、剛性体２３ａと２３ｂの２つがコンタクト基板２２の両面に設けられている。この構成により、コンタクト基板と被試験ウエハとの間のスペーサとしての機能を剛性体２３ｂで確保し、コンタクト基板の剛性と熱膨張係数の差を補正する機能を剛性体２３ａで確保するので、それぞれの機能をコンタクト基板の上下に設ける剛性体で最適に設定できるという作用が得られる。
【００５３】
次に、ウエハ２１，コンタクト基板２２，剛性体２３の接続について説明する。
【００５４】
図１７は、ウエハ２１，コンタクト基板２２，剛性体２３が接続される時の分解斜視図を示し、図１８は三者が接続された状態の断面図を示している。
【００５５】
コンタクト基板２２のウエハ２１に対応した領域の周囲には孔３３ａが設けられ、ウエハ２１を固定しているウエハホルダ３５と、剛性体の周囲に形成された孔３３ｂをネジ３４によりウエハ２１，コンタクト基板２２，剛性体２３を締め付けてそれぞれを密着させる。
【００５６】
図１７に示されるように、ウエハ２１に対応した領域の周囲で剛性体２３を固定することにより、コンタクト基板の周縁部に設けた外部接続端子３２をフレキシブルな状態にしておくことができる。この構成により、次の作用が得られる。
【００５７】
図１９，２０はこの作用を説明する図である。図１９は、コンタクト基板の周縁部の外部接続端子３２をバーンインボード等のテストボード３６の端子３７に表面実装した状態の斜視図であり、図２０は、この状態の断面図である。
【００５８】
通常、バーンイン試験やファンクションテストでは、試験に必要な信号を供給するための試験ボードが必要である。この試験ボードには複数のウエハが搭載されて試験されることになる。この時、コンタクト基板２２と試験ボードとをコネクタ等を介して接続したのでは、その分コストが高くなってしまう。
【００５９】
図１９，２０の構成によれば、コンタクト基板の周縁部に設けた外部接続端子３２がフレキシブルな状態なので、コンタクト基板２２の周縁部の外部接続端子３２をそのまま試験ボード３６の端子に半田等により表面実装でき、コネクタを用いない分コストを安くできる作用が得られる。
（第２実施例）
図２１、２２は本発明の第２実施例を説明する図である。
【００６０】
本実施例の構成は、剛性体の構成を除いて前述の第１実施例と変わりがないので、剛性体以外の説明は省略する。
【００６１】
本実施例の剛性体２３は、図２１に示されるように複数の層で形成されている。各層は、被試験ウエハがベアウエハの場合、シリコン，ガラス（熱膨張率：０．５〜９．０）等で形成される。被試験ウエハがウエハレベルＣＳＰの場合、半田ボール８（図１参照）のピッチは、再配線層５によりチップ上の電極ピッチより拡大されているので、コンタクト基板の熱膨張に対する許容度が大きく、コンタクト基板の材質として、ガラスエポキシ製プリント板，圧延鋼板等を用いることができる。剛性体２３の各層の表面には銅の配線パターンが施され、必要に応じて各層間を接続するためのビアが設けられている。銅配線パターンやビアは、通常のプリント基板製造技術により形成される。
【００６２】
最下層２３ａは、底面に電極４０が設けられ、これと対応する位置のコンタクト基板２２上で配線３１と接続されている。電極４０と反対側の最下層２３ａの表面には配線層が設けられ、これとビア４１が接続されている。ビア４１は中間層２３ｂ，２３ｃを貫通し、最上層２３ｄに達している。最上層２３ｄの表面には電極４２が設けられ、ビア４１と接続されている。電極４２は、剛性体２３の上面に設けられ、第１実施例のコンタクト基板周縁部の外部接続端子３２に相当し、試験ボードと接続される。
【００６３】
この構成により、コンタクト基板のみで配線を引き出すには限界があったが、剛性体２３の表面で十分に間隔の広がった電極４２において、コンタクト基板２２のコンタクト電極２４からの信号を取り出すことができる作用が得られる。
【００６４】
また、第１実施例と異なり、ウエハからの信号を剛性体の上面で取り出せるので、被試験ウエハの表面に形成されたチップの電極と、コンタクト電極からの信号を取り出す配線とがショートする危険を避けれるという作用も得られる。
【００６５】
また、剛性体２３の上面でウエハからの信号を取り出すので、コンタクト基板の端部に配線を引き回す必要がなくなり、コンタクト基板を被試験ウエハと同等か僅かに大きい程度に小型化できる作用も得られる。
【００６６】
また、剛性体２３の複数の層のなかに電源層やグランド層を設けることにより、広い配線層でこれらを供給でき、高速試験に対応できる作用も得られる。
【００６７】
さらに、剛性体をシリコンウエハで構成し、半導体ウエハ製造プロセスにより加工すれば、上述したプリント板と同様な機能を有する配線層やビアを容易に精度高く形成することができる。
【００６８】
なお、図２１では剛性体２３が４層からなる例を示したが、層数はこれに限らず、単層であってもよい。配線の引回しがそれほど多くない場合には、剛性体が単層でも十分対応でき、剛性体の上部に電極を配置することにより、上述した複数の層の場合と同様な作用も得られる。
【００６９】
図２２は、第２実施例の変形例を示し、剛性体を複数の層で形成するとともに、コンタクト基板２２の周縁部にも外部接続端子３２を設けたものである。
【００７０】
剛性体２３は、図２１のものと同様に複数の層で構成され、最上層にコンタクト電極２４からの信号が電極４２に導かれている。さらに、コンタクト基板２２の端部に向かって、コンタクト電極２４の信号が配線３１を介して外部接続端子３２に導かれている。
【００７１】
コンタクト電極２４の数が多くなった場合でも、ウエハからの信号を剛性体２３の表面の電極４２と、コンタクト基板２２の周縁部の外部接続端子３２とに導くことにより、十分な間隔をもって電極４２や外部接続端子３２を形成できる作用が得られる。
（第３実施例）
図２３〜２５は本発明の第３実施例を説明する図である。
【００７２】
本実施例の構成は、コンタクト基板の構成を除いて前述の第１実施例と変わりがないので、それ以外の説明は省略する。
【００７３】
本実施例のコンタクト基板２２ａ〜２２ｃは、図に示されるように試験するチップに対応した大きさに設定されており、チップより僅かに大きいなものとなっている。各コンタクト基板２２ａ〜２２ｃは、それぞれその表面にコンタクト電極４３が形成され、各コンタクト電極４３に配線４４が接続されてコンタクト基板２２ａの周囲に導かれ電極４５に接続されている。
【００７４】
剛性体２３の開口部２６は、チップの領域に対応した位置と大きさであり、コンタクト電極４３の形成されている領域のコンタクト基板を露出するように設けられている。
【００７５】
このようにコンタクト基板が各開口部ごとに設けられることにより、コンタクト電極４３や配線４４、電極４５に一部不良が生じたとしても、その部分のコンタクト基板のみを交換するだけで容易にプローブカードのリペアが行える作用が得られる。
【００７６】
図２５は本実施例の変形例であり、コンタクト基板２２ｅを被試験ウエハの一列のチップに対応した一列の開口部２６ごとに短冊状に設けたものである。この構成により、上述したリペア性を有するとともに、短冊状のコンタクト基板の端部にコンタクト電極からの配線を引き出すことができる作用が得られる。
（第４実施例）
図２６、２７は本発明の第４実施例を説明する図である。
【００７７】
本実施例の構成は、剛性体の表面にヒューズや抵抗等の過剰電流制限素子、試験回路を設ける点を除いて前述の第１〜第３実施例と変わりがないので、それ以外の説明は省略する。
【００７８】
図２６は、剛性体２３表面にヒューズ５３を設けた状態を示している。剛性体は、第２実施例で説明したように複数の層（不図示）で形成され、ウエハからの信号は、最下層の電極５０でコンタクト基板と接続され、ビア５１を介して最上層の電極５２に導かれている。剛性体２３の最上層は、比較的その面積にゆとりがあり、ヒューズを設けることで電極５４の配置に問題を生じるようなことはない。
【００７９】
ヒューズ５３の一端は電極５２に接続され、他端は電極５４に接続されている。電極５４は試験ボードに接続されてウエハが試験される。ヒューズは、不良のチップがあった場合に、他の良品のチップに悪影響が及ばないように、ヒューズが溶解することで電源供給をストップし、良品のチップを保護している。
【００８０】
ヒューズの代わりに抵抗を設けても、異常があった場合に良品のチップに過剰な電流が流れるのを制限する点でヒューズと同様の効果が得られる。
【００８１】
また、剛性体がシリコンウエハを加工して形成された場合、ウエハ上にヒューズや抵抗といった素子を周知のウエハプロセスで形成することができる。
【００８２】
なお、剛性体は、本実施例では複数の層で形成された例で説明したが、単層で構成してもよい。
【００８３】
図２７は、剛性体２３表面に試験回路チップ５５を搭載した状態を示している。剛性体２３は、図２６と同様に複数の層（不図示）で形成され、ウエハからの信号が最下層の電極５０でコンタクト基板と接続され、ビア５１を介して剛性体２５の上面の電極５２に導かれている。
【００８４】
試験回路チップ５５の一端は、電極５０，ビア５１，電極５２を介して試験対象のチップの電極と接続され、他端は、図に示されるように別の経路でやはり試験対象のチップの別の電極と接続されている。
【００８５】
チップのなかには、チップ自身の中に試験回路を内蔵し、自らを試験するものがある。しかしこの場合、その試験回路の分だけチップ面積が犠牲となる問題がある。そこで、図２７に示されるように、試験回路チップを剛性体２３の表面に設けることにより、試験対象のチップ、つまり製品となるチップ内に試験回路を設ける必要がなくなり、試験回路の面積分だけチップのサイズを小さくできる。
【００８６】
また、剛性体をシリコンウエハを加工して形成した場合、ウエハ上に試験回路チップを周知のウエハプロセスで形成することができる。
【００８７】
以下に図２８，２９を用いて、各実施例で説明したプローブカードとウエハとの固定方法のうち、負圧を用いて固定する方法について説明する。
【００８８】
図２８は、ウエハ２１とプローブカード（２２，２３）とを位置合わせして固定する位置合わせ装置７０の側面図であり、７１はウエハのＸ，Ｙ，θの位置を調整するためのステージであり、７２はこれらのステージを上下させる昇降機構である。
【００８９】
ウエハ２１とプローブカードとを固定する工程は、まずＸ，Ｙ，θテーブル上にウエハ２１を保持したウエハホルダ６０を搭載する。
【００９０】
次に、コンタクト基板の端部を仮止め部７４にて位置合わせ装置７０に固定し、ウエハ２１の位置を昇降機構７２により適宜その高さを調整するとともに、Ｘ，Ｙ，θテーブルによりさらに微調整し、ウエハ２１の各チップの電極の位置とコンタクト電極２４とを位置合わせする。この際、画像認識装置７５により両者の位置合わせを精密に行う。
【００９１】
次に、昇降機構７２を上昇させてウエハ２１をコンタクト基板２２に密着させる。この状態で負圧をかけてウエハ２１とコンタクト基板とを強固に密着させる。負圧は、真空発生部７３により供給され、ウエハホルダ６０の側面に設けられたバルブ６３を介してウエハホルダに導入される。バルブは真空路６２を介してウエハホルダ内のウエハを搭載しているキャビティ６４に通じており、真空発生部７３から供給される負圧は、このキャビティ６４を負圧にする。
【００９２】
図２９は、このキャビティ６４内が負圧になった状態を示す拡大図である。キャビティ６４内が負圧になると、コンタクト基板２２がウエハ２１側に吸いよせられ、ウエハ２１上の各チップの電極２５とコンタクト電極２４とが強固に密着し、電気的導通が取られる。バルブ６３を閉じても、キャビティ６４内の負圧はシール部６１により保たれ、ウエハとコンタクト基板との密着は維持される。この後、仮止め部にて固定したコンタクト基板２２を離しても、コンタクト基板とウエハとの密着は保たれる。
【００９３】
もし、コンタクト基板と被試験ウエハのコンタクト圧力が足りない場合は、真空による負圧の他に機械的な圧力を付加してコンタクト圧力を補えばよい。具体的には、図１７に示した方法を用いて、ウエハ，コンタクト基板，剛性体を機械的にネジ３４で固定して圧力を補えばよい。
【００９４】
また、図２８で説明した位置合わせ装置７０は、画像認識装置７５がコンタクト基板２２と被試験ウエハ２１との間に位置しているが、画像認識装置をコンタクト基板の上部に位置させ、コンタクト基板を透過してコンタクト電極２４とウエハ２１上の電極との位置合わせを行ってもよい。これにより、一台のカメラで両者の位置合わせ行うことができる作用が得られる。
【００９５】
なお、図２８，２９は、コンタクト基板がウエハと位置合わせされるが、図１９，２０に示したように、コンタクト基板を試験ボードに表面実装したものとウエハとの位置合わせを行い、ウエハを試験してもよい。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプローブカードを用いれば、チップやＣＳＰをウエハ状態で試験する際に、各チップやＣＳＰの電極パッドと常に良好なコンタクトが得られ、信頼性の高い半導体装置の試験方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の試験の対象となるＣＳＰを説明する図である。
【図２】本発明の試験の対象となるウエハ状態のＣＳＰを説明する断面図である。
【図３】本発明の試験の対象となるウエハ状態のＣＳＰを説明する平面図である。
【図４】特開平７−２６３５０４の手法をウエハ状態の試験に応用した場合の問題点を説明する図である。
【図５】本発明の第１実施例の分解斜視図である。
【図６】本発明のプローブカードの側面図と平面図である。
【図７】コンタクト基板とウエハがコンタクトした状態の断面図である。
【図８】本発明の第１実施例の作用を示す図である。
【図９】本発明の第１実施例の作用を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施例の変形例を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施例の変形例を示す図である。
【図１２】本発明の第１実施例の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の第１実施例の変形例を示す図である。
【図１４】本発明の第１実施例の変形例を示す図である。
【図１５】本発明の第１実施例の変形例を示す図である。
【図１６】本発明の第１実施例の変形例を示す図である。
【図１７】本発明の剛性体，コンタクト基板，ウエハの固定方法を説明する図である。
【図１８】図１７の断面図を示す図である。
【図１９】コンタクト基板を試験ボードに表面実装した状態を示す図である。
【図２０】図１９の断面図を示す図である。
【図２１】本発明の第２実施例を示す図である。
【図２２】本発明の第２実施例の変形例を示す図である。
【図２３】本発明の第３実施例を示す図である。
【図２４】図２３の断面図を示す図である。
【図２５】本発明の第３実施例の変形例を示す図である。
【図２６】本発明の第４実施例を示す図である。
【図２７】本発明の第４実施例の変形例を示す図である。
【図２８】本発明のプローブカードとコンタクト基板を位置合わせする機構を示す図である。
【図２９】図２８の要部拡大断面図である。
【符合の説明】
２１………ウエハ ２２………コンタクト基板
２３………剛性体 ２４………コンタクト電極
２５………電極 ２６………開口部
２７………歪 ２８………ゴムシート
２９………剛性体 ３０………空間部
３１………配線 ３２………外部接続端子
３３………孔 ３４………ネジ
３５………ウエハホルダ ３６………テストボード
３７………端子 ４０………電極
４１………ビア ４２………電極
４３………電極 ４４………配線
４５………外部接続端子 ５０………電極
５１………ビア ５２………電極
５３………ヒューズ ５４………電極
５５………試験回路チップ ６０………ウエハホルダ
６１………シール部 ６２………真空路
６３………バルブ ６４………キャビティ
７０………位置合わせ装置 ７１………ステージ
７２………昇降機構 ７３………真空発生部
７４………仮止め部 ７５………画像認識装置

Claims (16)

1. ウェハ上に形成された複数のチップを同時に試験するプロープカードであって、
   フレキシブル性を有するコンタクト基板と、
   該コンタクト基板上に所定の配置で設けられた複数のコンタクト電極群と、
   該コンタクト電極群の間の該コンタクト基板上に設けられ、該ウェハ上の該複数のチップ領域毎に該コンタクト基板を露出する開口部を有する剛性体と、
   該コンタクト基板上に設けられ、該コンタクト電極に接続される配線とを有することを特徴とするプローブカード。
2. 前記剛性体の熱膨張係数が前記コンタクト基板よりもシリコンに近いかシリコンと同一であることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
3. 前記コンタクト基板がポリイミドまたはゴムシートからなることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
4. 前記配線が前記コンタクト基板の端部に引き出されるとともに、該配線より幅広な外部接続端子に接続されていることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
5. コンタクト電極上に突起電極を設けることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
6. 前記剛性体が、前記コンタクト電極と同じ側の前記コンタクト基板上に設けられていることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
7. 前記剛性体が単数または複数の層で構成され、該剛性体の底面に前記コンタクト基板上の前記配線と接続される第１の電極を有し、該剛性体の上面に該第１の電極と接続された第２の電極を有することを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
8. 前記剛性体がプリント基板またはシリコンウエハにより形成されることを特徴とする請求項７記載のプローブカード。
9. 前記剛性体の表面に過剰電流制限素子もしくは試験回路チップを搭載し、前記第２の電極と接続することを特徴とする請求項７記載のプローブカード。
10. 被試験チップの領域に対応した大きさを有し、フレキシブル性を有する複数のコンタクト基板と、
    該コンタクト基板上に所定の配置で設けられた複数のコンタクト電極群と、
    該複数のコンタクト基板の複数のコンタクト電極群毎に開口部を有する剛性体と、
    該コンタクト基板上に設けられ、該コンタクト電極に接続される配線とを有することを特徴とするプローブカード。
11. ウェハ上に形成された複数のチップを同時に試験する半導体装置の試験方法であって、
    コンタクト基板と、該コンタクト基板上に所定の配置で設けられた複数のコンタクト電極群と、該コンタクト電極群の間の該コンタクト基板上に設けられ、該ウェハ上の該複数のチップ領域毎に該コンタクト基板を露出する開口部を有する剛性体と、該コンタクト基板上に設けられ、該コンタクト電極に接続される配線を有するプローブカードを準備する工程と、
    該プローブカードのコンタクト電極をチップの形成されたウエハに密着させ、該コンタクト電極とチップの外部電極とをコンタクトさせる工程と、
    該配線を介してウエハ上の各チップを試験する工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の試験方法。
12. 前記プローブカードのコンタクト電極をチップの形成されたウエハに密着させる時に、真空吸引による負圧により両者を密着させる工程を有することを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の試験方法。
13. 前記剛性体の熱膨張係数が前記コンタクト基板よりもシリコンに近いことを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の試験方法。
14. 前記剛性体を第１の固定部材により固定し、前記ウエハを第２の固定部材により固定し、前記コンタクト基板を該第１及び第２の固定手
    段の間に置いて固定する工程を有し、前記コンタクト基板周縁部の外部接続端子を試験ボードに表面実装する工程
    を有することを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の試験方法。
15. 前記コンタクト基板が、該ウエハの各チップに対応した大きさであることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の試験方法。
16. ウエハの各チップ上に突起電極が設けられ、少なくとも該突起電極の側面がウエハ状態で樹脂封止されているウエハを試験の対象とすることを特徴とする請求項１１〜１５記載の半導体装置の試験方法。

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