JP4907513B2 - ウェハカセット装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハ上に形成された複数チップの集積回路をウェハ状態で同時に検査できるするためのウェハカセット装置に関する。

従来、半導体集積回路では、半導体集積回路素子とリードフレームとがボンディングワイヤによって電気的に接続され、その後、半導体集積回路素子とリードフレームのリードとが樹脂又はセラミックにより封止された状態で供給され、プリント基板に実装される。

しかし、今日では、電子機器の小型化及び低価格化の要求から、半導体集積回路を半導体ウェハから切り出したままのベアチップ状態で回路基板に実装する方法が開発されており、品質が保証されたベアチップを低価格で供給することが望まれる。

ベアチップに対して品質保証を行うためには、半導体集積回路素子の電気的特性をウェハ状態で一括してバーンインを行うことが、低コスト化の点で望ましい。このため、半導体ウェハ上に形成された複数の半導体集積回路素子の各検査用電極と接続されるプローブ端子を有するコンタクタを用いて、半導体ウェハ上に形成された複数の半導体集積回路に対してウェハ状態で一括してバーンインを行う検査方法が採用される。

図６はウェハ状態で一括して検査する場合のウェハカセット装置の要部構成を示す。同図に示すように、半導体ウェハ２０は、ステージ２１上のウェハトレイ２２内の真空溝２２ａを真空状態にすることにより、ウェハトレイ２２の上面に吸着固定される。ガラス配線基板２３には弾性体２４が接着され、メンブレンシート２５にはりプローブ端子（図示せず）が半導体ウェハ２０の検査用電極２０ａに固定される。ウェハトレイ２２と基板２３、及び側方に配置したシールリング２６とによって囲まれる密閉空間ｓは、ウェハトレイ２２に形成した真空通路２２ｂにより真空状態にされて、半導体ウェハ２０上の検査用電極２０ａとプローブ端子との接触を可能にしている。

しかしながら、前記従来のウェハカセット装置では、次の５つの欠点がある。第１に、自動でウェハカセット装置の運搬、保管、ウェハ上の半導体集積回路素子の電気的検査、及びウェハ取出しを行なう場合には、ウェハカセット装置の前記ウェハトレイ２２の真空溝２２ａに接続する真空接続装置の位置が、半導体ウェハ２０を基準にアライメントを行なっているため、ｘ-ｙ-θ精度によるバラツキが発生し、前記自動化が困難又は複雑化する。

第２に、密閉空間ｓの真空圧力が減圧された状態でウェハカセット装置を運搬又は保管したりする際や、電気的検査時に真空接続装置と前記真空溝２２ａとの接続を外す際に、作業ミス等によって真空漏れが拡大又は発生すると、ウェハカセット装置の密閉空間ｓの真空容量が少量であるために、微少な真空漏れであっても真空圧力は急激に低下し、その結果、半導体ウェハとのアライメントズレが生じて、プローブ端子が半導体ウェハにキズを付けたり、作業をやり直さなければならないことがある。

第３に、半導体ウェハ２０をウェハトレイ２２に吸着する際には、半導体ウェハ２０の真空溝２２ａの上方に位置する部分が真空溝２２ａに沈降するため、プローブ端子と半導体ウェハ２０の検査用電極２０ａとのコンタクト時にコンタクト不良を生じさせる要因となる。特に、半導体ウェハは今後益々薄形になるため、プローブ端子とのコンタクト時に半導体ウェハの破損を招かないようにする必要がある。

第４に、ウェハトレイ２２の真空通路２２ａと真空コネクタとの接続の着脱は、従来では固定ネジで行っているため、時間を要し、作業負担が大きい。また、半導体ウェハ２０の交換毎に真空コネクタを着脱する際や、アライメント後のウェハカセット装置を運搬、保管したり半導体ウェハ２０の半導体集積回路素子の容量など測定検査時には、密閉空間ｓを真空状態に保持する必要があるものの、真空コネクタとの着脱時には真空漏れを起す場合がある。

第５に、半導体ウェハ２０に対する一連の処理が終わった後に、半導体ウェハ２０をウェハトレイ２２から取り外す際には、半導体ウェハ２０が薄いために、人手で半導体ウェハ２０を取り出す作業は困難である。

本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、その目的は、半導体ウェハをウェハトレイ上に真空吸着する際には、半導体ウェハの部分的な沈下を防止して、半導体ウェハの平坦度を良好に維持することにある。

前記目的を達成するために、請求項１記載の発明のウェハカセット装置は、上面に半導体ウェハを保持するウェハ保持部を有するウェハトレイと、前記ウェハトレイの上方に前記ウェハ保持部と対向するように設けられたプローブカードと、前記ウェハトレイ上面のウェハ保持部の外方に設けられ、前記プローブカードと共に密閉空間を形成するシール部材とを備え、前記ウェハ保持部には、前記半導体ウェハの下面を前記ウェハ保持部の上面に真空吸着させるための材料として、組織中にポアを有するポーラス構造の材料が配置され、前記ポーラス構造の材料は、その上面に前記半導体ウェハの下面が直接に配置されるものであり、且つ、前記半導体ウェハの下面には前記ポーラス構造の材料のみが位置するものであって、前記ポーラス構造の材料の側端部には、前記真空吸着のための真空通路がつながることを特徴とする。

以上の構成により、請求項１記載の発明では、半導体ウェハの下面をウェハ保持部の上面に真空吸着させる際には、ポーラス材料の組織中の多数のポアを吸引するので、半導体ウェハの部分的な沈下を抑制して、半導体ウェハの平面度を高精度に確保でき、プローブ端子とのコンタクト不良を有効に防止できる。特に、半導体ウェハが薄型化して強度低下した場合に有効である。

以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、半導体ウェハの下面をウェハ保持部の上面に真空吸着させる際には、ポーラス材料の組織中の多数のポアを吸引するので、半導体ウェハの部分的な沈下を抑制して、半導体ウェハの平面度を高精度に確保でき、プローブ端子とのコンタクト不良を有効に防止できる。特に、半導体ウェハが薄型化して強度低下した場合に有効である。

以下、発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１の参考例）
図１は、本発明の第１の参考例のウェハカセットの構造を示す断面図を示す。

図１において、４は被検査対象の半導体ウェハであって、その半導体ウェハ４上には、多数の集積回路素子を有する複数個の半導体チップが形成され、これら半導体チップは各々上面に複数のＡＬパッド４ａを有する。６はウェハトレイであって、このウェハトレイ６上面は、前記半導体ウェハ４を保持するウェハ保持部６ａとなる。

また、１は、前記半導体ウェハ４上の多数の集積回路素子の電気的特性を検査するためのプローブカードであって、前記ウェハトレイ６の上方の位置に前記ウェハ保持部６ａと対向するように配置される。このプローブカード１は、前記半導体ウェハ４の各ＡＬパッド４ａと接触するためのプローブ端子（図示せず）が固定されたメンブレン１ａと、前記メンブレン１ａの上方に配置されたＰＣＲ（弾性体）１ｂと、前記ＰＣＲ１ｂの上方に配置されてＰＣＲ１ｂを介して前記プローブ端子に接続される配線１ｅを有するガラス配線基板１ｃと、前記ガラス配線基板１ｃの上方に配置されて、前記配線１ｅと外部取り出し電極１ｆを介して接続される配線１ｇを有するエポキシＤＵＴ基板１ｄとを備える。

また、５はシールリングゴム（シール部材）５であって、前記ウェハトレイ６のウェハ保持部６ａの半径方向外方に配置されていて、その下端は前記ウェハトレイ６の周端部に位置し、その上端は前記プローブカード１のガラス配線基板１ｃの端部に位置して、前記ウェハトレイ６とガラス配線基板１ｃとシールリングゴム５とにより、メンブレン１ａ及び半導体ウェハ４を含む密閉空間ｓが形成されている。

そして、前記プローブカード１のガラス配線基板１ｃ及びエポキシＤＵＴ基板１ｄには、前記密閉空間ｓ内に一端が臨む真空通路２ａが挿入されていて、この真空通路２ａの他端は、ＤＵＴ基板１ｄ上方に配置した減圧用の接続口（ワンタッチカプラ）２に接続されている。前記接続口２は、前記ウェハトレイ６上面に吸着された半導体ウェハ４と前記プローブカード１のメンブレン１ａとのアライメント後、本ウェハカセット装置の運搬、保管及び半導体ウェハ４の状態での電気的特性の検査時に、前記密閉空間ｓの真空状態を維持するために使用されるものである。

従って、本参考例では、密閉空間ｓの真空保持用の接続口２がプローブカード１のエポキシＤＵＴ基板１ｄ上に設けられているので、この接続口２を所定の位置に位置付ける際には、その位置のｘ-ｙ-θ精度によるバラツキは小さく、所定の位置に正確に固定できる。

尚、前記接続口２は設備に合わせてどの位置にでも設置することが可能である。また、１箇所だけでなく、設備にあわせて複数箇所準備してもよい。

（第２の参考例）
次に、本発明の第２の参考例を図２を用いて説明する。図２は、本発明の第２の参考例のウェハカセット装置の構造を示す断面図である。尚、図１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。この同一部分の説明は第１の実施の形態及び第３、第４の参考例でも同様に省略する。

図２において、ウェハトレイ６とガラス配線基板１ｃとシールリングゴム５とによって囲まれる密閉空間ｓには、ＤＵＴ基板１ｄ及びガラス配線基板１ｃとに形成した真空通路７ａの一端が開口している。前記ＤＵＴ基板１ｄ上には、タンク７が配置され、このタンク７には、前記真空通路７ａの他端が開口している。前記タンク７の容量は、前記密閉空間ｓの真空容量に比較して大きい。このタンク７の容量は、密閉空間ｓの真空状態を保持すべき時間によって決定することができる。

尚、図２において、６ｂはウェハトレイ６に設けられた真空通路であって、密閉空間ｓを減圧して真空にするために使用される。

従って、本参考例では、密閉空間ｓの真空容量が少量であっても、この密閉空間ｓとこの空間ｓに連通するタンク７との合計容量は大きくなるので、密閉空間ｓの真空漏れが発生した際にも、真空圧力の急激な低下が有効に抑制される。その結果、従来のように真空圧力の低下に起因して半導体ウェハ４とメンブレン１ａとの良好なアライメントがズレを生じることが小さく抑制される。

（第１の実施の形態）
次に、本発明の第１の実施の形態について図３を用いて説明する。

ウェハトレイ６のウェハ保持部６ａには、ポーラス材料１０が配置される。前記ポーラス材料１０は、組織中に多数のポア（気孔）を有するポーラス（多孔質）構造の材料である。このポーラス材料１０の上面には、前記半導体ウェハ４が直接に配置されると共に、前記半導体ウェハ４の下面には前記ポーラス材料１０のみが存在する。このポーラス材料１０の図３左側方には、ウェハトレイ６に横方向に延びる真空通路６ｃが形成され、ポーラス材料１０の側端部は前記真空通路６ｃにつながる。

従って、前記真空通路６ｃから排気すると、前記ポーラス材料１０の組織中の多数のポアがこの真空通路６ｃから排出されて、ポーラス材料１０の全体が均一に縮小しながら、半導体ウェハ４の下面がポーラス材料１０に真空吸着されることになる。ポーラス材料１０の組織中のポアは半導体ウェハ４の下面のみに存在し、真空が漏れることはない。

よって、半導体ウェハ４をウェハトレイ６上に真空吸着する際には、半導体ウェハ４の部分的な沈下を抑制して、半導体ウェハ４の平面度を高精度に確保できるので、たとえ半導体ウェハ４が薄型で強度の低いものであっても、メンブレン１ａのプローブ端子と半導体ウェハ４のＡＬパッド４ａとのコンタクト不良を有効に防止することができる。

尚、ポーラス材料１０は、半導体ウェハ４をウェハトレイ６に吸着するのに十分な真空圧力が得られるものであれば、特に限定されない。

（第３の参考例）
更に、本発明の第３の参考例について図４を用いて説明する。本参考例は、密閉空間ｓを真空状態にするために用いる真空コネクタの形状に関するものである。本参考例では、図２及び図３に示すように、密閉空間ｓに一端がつながる真空通路６ｂが形成されたウェハトレイ６を持つウェハカセット装置が前提である。

図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、８は前記ウェハトレイ６の真空通路６ｂの他端につながる真空コネクタである。また、３６は真空コネクタ本体であって、このコネクタ本体３６は、前記真空コネクタ８に挿入されるバルブ差込部３７を持つ。また、前記真空コネクタ本体３６の外周には、ツメ３２が形成される。このツメ３２は、支点ピン３１により支持されて、所定角度開くことが可能である。更に、前記ツメ３２にはツメ外し用押さえ３４が固定され、この押さえ３４は、圧縮バネ３３により外方に押さえ付けられていて、前記ツメ３２を図４（ｂ）で水平に保持する。

前記ツメ３２の先端部はテーパ面３２ａに形成される。一方、ウェハトレイ６の真空コネクタ８には、バルブ固定部３５が設けられる。このバルブ固定部３５には、前記ツメ３２先端のテーパ面３２ａと同傾斜のテーパ面３５ａと、このテーパ面３５ａの内方に位置して前記ツメ部３２をチャックする凹部３５ｂとが設けられている。

従って、本参考例では、真空コネクタ本体３６を真空コネクタ８に接続する場合には、最初、ツメ３２は閉じているが、ツメ３２先端のテーパ面３２ａがバルブ固定部３５のテーパ面３５ａに接触し、更に荷重がウェハトレイ６の中心方向に作用すると、ツメ３２先端部が支点ピン３１を中心に開き、その後、図４（ａ）に示すように、ツメ３２の先端がバルブ固定部３５の凹部３５ｂにチャックされると、真空コネクタ本体３６は真空コネクタ８に確実に接続されて、ツメ３２は外れることがない。従って、真空漏れの心配はない。

次に、真空コネクタ本体３６を真空コネクタ８から外す場合には、図４（ｃ）に示すように、真空コネクタ本体３６のツメ外し用押さえ３４を手動で又は装置内の治具により圧縮バネ３３に抗して押さえ、ツメ３２の先端部を開いてバルブ固定部３５の凹部３５ｂから外し、後方に移動させる。

以上のように、ウェハトレイ６のウェハ支持部６ａに支持された半導体ウェハ４に外部から応力を与えることなく、真空コネクタ本体３６をウェハトレイ６の真空コネクタ８に容易に取り付け及び取り外しできるので、半導体ウェハ４とプローブカード１とのアライメント後に真空コネクタ本体３６を取り外す際には、ウェハカセット装置内の密閉空間ｓからの真空漏れを有効に防止できる。よって、密閉空間ｓを真空状態に保持しながら、ウェハカセット装置を運搬、保管したり、半導体ウェハ４に対し電気的計測、測定することが可能である。

（第４の参考例）
続いて、本発明の第４の参考例について図５を用いて説明する。

ウェハトレイ６の上面の周囲には、半導体ウェハ４の周囲下方に位置する部分に、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、前後左右の４箇所にピンセットなどの半導体ウェハ４の端部を把持する治具の先端が挿入可能な溝１１が形成されている。

従って、本参考例では、半導体ウェハ４とプローブカード１とのアライメントを行う前及び後には、例えばピンセットの先端を溝１１の下に挿入して、半導体ウェハ４を把持する。よって、半導体ウェハ４の取り出しが容易になる。また、前記溝１１は、自動化を行う場合のチャックの逃げとしても利用することができる。

本参考例では、半導体ウェハ４を把持する治具としてピンセットをあげたが、半導体ウェハ４の表面に損傷を与えることなく溝１１に挿入できる治具であれば、特に限定されるものではない。

本発明の第１の参考例のウェハカセットの断面図である。 本発明の第２の参考例のウェハカセットの断面図である。 本発明の第１の実施の形態のウェハカセットの断面図である。 本発明の第３の参考例のウェハカセットの断面図である 本発明の第４の参考例のウェハカセットの断面図である 従来例を示すウェハカセットの断面図である。

１ プローブカード
１ａ メンブレン
１ｂ ＰＣＲ
１ｃ ガラス配線基板
１ｄ エポキシＤＵＴ基板
２ カプラ（接続口）
２ａ 真空通路
４ 半導体ウェハ
４ａ ＡＬパッド
５ シールリングゴム（シール部材）
６ ウェハトレイ
６ａ ウェハ支持部
６ｂ、６ｃ 真空通路
ｓ 密閉空間
７ タンク
８ 真空コネクタ
１０ ポーラス材料
１１ 溝
３１ 支点ピン
３２ ツメ
３３ 圧縮バネ
３４ ツメ外し用押さえ
３５ バルブ固定部
３６ コネクタ本体
３７ バルブ差し込み部

Claims (1)

1. 上面に半導体ウェハを保持するウェハ保持部を有するウェハトレイと、
   前記ウェハトレイの上方に前記ウェハ保持部と対向するように設けられたプローブカードと、
   前記ウェハトレイ上面のウェハ保持部の外方に設けられ、前記プローブカードと共に密閉空間を形成するシール部材とを備え、
   前記ウェハ保持部には、前記半導体ウェハの下面を前記ウェハ保持部の上面に真空吸着させるための材料として、組織中にポアを有するポーラス構造の材料が配置され、
   前記ポーラス構造の材料は、その上面に前記半導体ウェハの下面が直接に配置されるものであり、且つ、前記半導体ウェハの下面には前記ポーラス構造の材料のみが位置するものであって、
   前記ポーラス構造の材料の側端部には、前記真空吸着のための真空通路がつながる
   ことを特徴とするウェハカセット装置。

Images