JP5368440B2 - 試験システム - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップを試験する試験システムに関する。特に本発明は、半導体ウエハに形成された複数の半導体チップを試験する試験システムに関する。

半導体ウエハに形成された複数の半導体チップを試験する装置として、ウエハ上の多数のパッド電極に対して一括してコンタクトできるプローブカードを用いた装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。当該装置は、プローブカードと、被試験ウエハとを一体に吸着させた状態で検査装置に投入して、高温中での検査等を行う。
特開２００６−１７３５０３号公報

しかし、上述した装置では、検査終了後に被試験ウエハおよびプローブカードを検査装置から搬出して、次に検査すべき被試験ウエハを、当該プローブカードに吸着させる。つまり、被試験ウエハだけでなく、プローブカードも検査装置から搬出しなければならない。このため、次の試験では、被試験ウエハおよびプローブカード間のアライメントと、検査装置内におけるプローブカードのアライメントの双方を調整しなければならない。このため、試験の効率が低下してしまう。

そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる試験システムを提供することを目的とする。この目的は請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、半導体ウエハに形成された複数の半導体チップを試験する試験システムであって、半導体ウエハが搬送されるチャンバと、チャンバ内において固定され、複数の半導体チップのパッドと一括して電気的に接続される複数のバンプが設けられた試験用ウエハと、チャンバ内において、半導体ウエハを載置して移動することで、半導体ウエハを試験用ウエハと対向する位置に移動させるウエハステージと、ウエハステージに対して所定の位置に設けられ、半導体ウエハをウエハステージに載置すべく、ウエハステージに対して半導体ウエハが移動しているときに、半導体ウエハの表面の少なくとも一部をスキャンすることで、半導体ウエハに設けられたアライメントマークの位置を検出する測定部と、測定部が測定したアライメントマークの位置に基づいて、ウエハステージに載置された半導体ウエハの位置を調整する位置制御部とを備える試験システムを提供する。

本発明の第２の形態においては、半導体ウエハに形成された複数の半導体チップを試験する試験システムであって、半導体ウエハが搬送されるチャンバと、チャンバ内において固定され、複数の半導体チップのパッドと一括して電気的に接続される複数のバンプが設けられた試験用ウエハと、チャンバ内において、半導体ウエハを載置して移動することで、半導体ウエハを試験用ウエハと対向する位置に移動させるウエハステージと、ウエハステージの移動経路に設けられ、ウエハステージに載置された半導体ウエハの表面の少なくとも一部をスキャンすることで、半導体ウエハに設けられたアライメントマークの位置を検出する測定部と、測定部が測定したアライメントマークの位置に基づいて、半導体ウエハの位置を調整する位置制御部とを備える試験システムを提供する。

なお、上記の発明の概要は、発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

一つの実施形態に係る試験システム４００の概要を示す図である。 試験システム４００における試験の概要を説明する図である。 ウエハステージ４１０の所定の位置に、半導体ウエハ３００をアライメントする方法の一例を説明する図である。 測定部４０６がスキャンした画像の一部を示す。 チャンバ２０の内部構造の一例を示す図である。 ウエハステージ４１０が移動している間に、アライメントマーク２２６を検出する例を説明する図である。 ウエハステージ４１０が移動している間に、アライメントマーク２２６を検出する他の例を説明する図である。 試験用ウエハ１００の断面図の一例である。 回路部１１０の構成例を示す図である。 試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００を電気的に接続する構成例を示す図である。

符号の説明

１０・・・制御装置、２０・・・チャンバ、４０・・・搬送部、６０・・・ウエハカセット、１００・・・試験用ウエハ、１０２・・・ウエハ接続面、１０４・・・装置接続面、１１０・・・回路部、１１２・・・ウエハ側接続パッド、１１４・・・装置側接続パッド、１１６・・・スルーホール、１１７・・・配線、１２２・・・パターン発生部、１２４・・・パターンメモリ、１２６・・・期待値メモリ、１２８・・・フェイルメモリ、１３０・・・波形成形部、１３２・・・ドライバ、１３４・・・コンパレータ、１３６・・・タイミング発生部、１３８・・・論理比較部、１４０・・・特性測定部、１４２・・・電源供給部、１５０・・・中間パッド、２０４・・・支持部、２１２・・・装置側異方性導電シート、２１３・・・貫通孔、２１４・・・装置側シール部、２１８・・・ウエハ側異方性導電シート、２１９・・・貫通孔、２２０・・・固定リング、２２２・・・メンブレン、２２４・・・ウエハ側シール部、２２６・・・アライメントマーク、２３０・・・吸気経路、２３２・・・吸気経路、２３４・・・減圧部、２３６・・・減圧器、２３８・・・減圧器、２４０・・・貫通孔、２４２・・・貫通孔、３００・・・半導体ウエハ、３１０・・・半導体チップ、４００・・・試験システム、４０２・・・マザーボード、４０４・・・パフォーマンスボード、４０６・・・測定部、４０７・・・撮像素子、４０８・・・ウエハトレイ、４１０・・・ウエハステージ、４１２・・・水平ステージ、４１６・・・垂直ステージ、４１８・・・ステージ支持部、４２０・・・ガイド部、４２２・・・試験用ウエハ位置検出部、４５０・・・位置制御部

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一つの実施形態に係る試験システム４００の概要を示す図である。試験システム４００は、半導体ウエハ３００に形成される複数の半導体チップを試験する。また、試験システム４００は、複数の半導体ウエハ３００を並列に試験してよい。試験システム４００は、制御装置１０、複数のチャンバ２０、搬送部４０、および、ウエハカセット６０を備える。

制御装置１０は、試験システム４００を制御する。例えば制御装置１０は、チャンバ２０、搬送部４０、および、ウエハカセット６０を制御してよい。チャンバ２０は、試験すべき半導体ウエハ３００を順次受け取り、チャンバ２０の内部で半導体ウエハ３００を試験する。それぞれのチャンバ２０は、独立に半導体ウエハ３００を試験してよい。つまり、それぞれのチャンバ２０は、他のチャンバ２０と同期せずに、半導体ウエハ３００を試験してよい。

ウエハカセット６０は、複数の半導体ウエハ３００を格納する。搬送部４０は、試験すべき複数の半導体ウエハ３００を、それぞれのチャンバ２０に順次搬送する。例えば搬送部４０は、ウエハカセット６０が格納したそれぞれの半導体ウエハ３００を、空いているいずれかのチャンバ２０内に搬送する。また、搬送部４０は、試験が終了した半導体ウエハ３００を、チャンバ２０から搬出してウエハカセット６０に格納してよい。

図２は、試験システム４００における試験の概要を説明する図である。試験システム４００は、試験用ウエハ１００を用いて、半導体ウエハ３００のそれぞれの半導体チップ３１０を試験する。試験用ウエハ１００は、図１に示したそれぞれのチャンバ２０内に、予め設置される。

試験用ウエハ１００は、試験対象の半導体ウエハ３００と同一の半導体材料で形成されてよい。例えば、半導体ウエハ３００は、円盤状の半導体ウエハであってよい。より具体的には、半導体ウエハ３００はシリコン、化合物半導体、その他の半導体ウエハであってよい。

また、試験用ウエハ１００は、試験対象の半導体ウエハ３００と略同一の直径を有してよい。半導体ウエハ３００は、チャンバ２０内において試験用ウエハ１００と対向する所定の位置にアライメントされる。そして、半導体ウエハ３００を、試験用ウエハ１００と重なるように移動させることで、試験用ウエハ１００の複数のウエハ側接続パッド１１２と、複数の半導体チップ３１０における検査用のパッドとが、一括して電気的に接続される。

例えば半導体ウエハ３００は、チャンバ２０内においてウエハステージに載置され、ウエハステージにより試験用ウエハ１００と対向する位置に移動される。試験用ウエハ１００およびウエハステージの相対位置は予め調整される。このため、試験システム４００は、半導体ウエハ３００を、ウエハステージの表面における所定の位置に載置することで、試験用ウエハ１００に対して所定の位置に半導体ウエハ３００をアライメントしてよい。

試験用ウエハ１００の、半導体ウエハ３００と対向する面には、半導体チップ３１０のそれぞれのパッドに対応する、複数のパッドが形成されてよい。なお、試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００は、直接に接触することで電気的に接続されてよく、また、静電結合、誘導結合等の非接触の結合により、電気的に接続されてもよい。また、試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００は、光伝送路を介して信号を受け渡してもよい。

試験用ウエハ１００は、試験対象の半導体ウエハ３００と電気的に接続されることで、制御装置１０と、半導体ウエハ３００との間で信号を伝送してよい。例えば半導体ウエハ３００は、制御装置１０が生成した試験信号を、半導体ウエハ３００のそれぞれの半導体チップ３１０に供給してよい。また、試験用ウエハ１００は、それぞれの半導体チップ３１０が出力する信号を、制御装置１０に伝送してよい。

また、試験用ウエハ１００は、複数の半導体チップ３１０に対応する、複数の回路部１１０を有してよい。例えば試験用ウエハ１００は、複数の半導体チップ３１０に一対一に対応して、複数の回路部１１０を有してよい。それぞれの回路部１１０は、対応する半導体チップ３１０に供給する信号を生成してよく、また、対応する半導体チップ３１０が出力する信号を処理してもよい。それぞれの回路部１１０は、対応する半導体チップ３１０を独立して試験してよい。この場合、制御装置１０は、それぞれの回路部１１０に、電源電力および制御信号等を供給してよい。

図３は、ウエハステージ４１０の所定の位置に、半導体ウエハ３００をアライメントする方法の一例を説明する図である。図３は、ウエハステージ４１０および半導体ウエハ３００の上面図を示す。本例の試験システム４００は、ウエハステージ４１０に対する相対位置が予め定められた測定部４０６を備える。また、半導体ウエハ３００の予め定められた位置にアライメントマーク２２６が形成される。

測定部４０６は、半導体ウエハ３００をウエハステージ４１０に載置すべく、ウエハステージ４１０に対して半導体ウエハ３００が移動しているときに、半導体ウエハ３００の表面の少なくとも一部をスキャンすることで、半導体ウエハ３００に設けられたアライメントマークの位置を検出する。例えば測定部４０６は、半導体ウエハ３００が通過する領域における、予め定められた固定のスキャン位置を撮像するように設けられ、当該スキャン位置を半導体ウエハ３００が通過することにより、半導体ウエハ３００の表面の少なくとも一部をスキャンしてよい。

例えば、半導体ウエハ３００において、ウエハステージ４１０と対向する面にアライメントマーク２２６が形成される場合、測定部４０６は、ウエハステージ４１０に設けられ、上方を通過する半導体ウエハ３００を撮像してよい。また、半導体ウエハ３００において、ウエハステージ４１０と対向する面の裏面にアライメントマーク２２６が形成される場合、測定部４０６は、ウエハステージ４１０の上方に設けられ、下方を通過する半導体ウエハ３００を撮像してよい。

なお、搬送部４０は、半導体ウエハ３００を保持して移動させるハンドラの、半導体ウエハ３００に対する相対位置を予め制御する。このため、半導体ウエハ３００がチャンバ２０内に搬送される前に、半導体ウエハ３００と、ウエハステージ４１０との相対位置は、概ね調整されているが、試験システム４００は、チャンバ２０内において、測定部４０６を用いて半導体ウエハ３００の位置を微調整する。

測定部４０６は、アライメントマーク２２６の位置に対応する位置に設けられることが好ましい。試験システム４００には、半導体ウエハ３００におけるアライメントマーク２２６の位置が予め与えられてよい。上述したように、半導体ウエハ３００と、ウエハステージ４１０との相対位置は、半導体ウエハ３００がチャンバ２０内に搬送される前に概ね調整されている。

このため図３に示すように、測定部４０６は、半導体ウエハ３００の進行方向（以下、Ｙ方向と称する）に対して垂直な方向（以下、Ｘ方向と称する）における撮像範囲が、半導体ウエハ３００の直径より小さくなるように設けられてよい。例えば測定部４０６のＸ方向における撮像範囲は、アライメントマーク２２６の２〜３倍程度であってよい。測定部４０６は、Ｘ方向におけるアライメントマーク２２６の位置を検出できるように、Ｘ方向に沿って所定のピッチで配列された複数の撮像素子を有する。

また、測定部４０６は、Ｘ方向における位置が変更可能に設けられてよい。試験システム４００は、予め与えられるアライメントマーク２２６の位置データに基づいて、測定部４０６のＸ方向における位置を変更してよい。

また、測定部４０６は、Ｘ方向の軸上において異なる位置に複数設けられてよい。この場合、複数のアライメントマーク２２６の位置を検出することができるので、より精度よく半導体ウエハ３００の位置を検出することができる。

図４は、測定部４０６がスキャンした画像の一部を示す。上述したように、測定部４０６は、Ｘ方向に沿って複数の撮像素子４０７を有するので、Ｘ方向におけるアライメントマーク２２６の位置を、撮像素子４０７のピッチに応じた分解能で検出することができる。撮像素子４０７のピッチは、アライメントマーク２２６のＸ方向における幅より小さいことが好ましい。また、撮像素子４０７のピッチは、半導体ウエハ３００および試験用ウエハ１００の端子幅に応じて定まる、アライメント誤差の許容範囲より小さいことが好ましい。試験システム４００は、それぞれの測定部４０６が撮像した画像から、それぞれのアライメントマーク２２６のＸ方向における位置を検出する。

また、試験システム４００の位置制御部は、それぞれの測定部４０６が、それぞれのアライメントマーク２２６を検出したタイミングに基づいて、それぞれのアライメントマーク２２６のＹ方向における位置を算出してよい。例えば、位置制御部は、それぞれの測定部４０６がアライメントマーク２２６を検出してから、ハンドラが半導体ウエハ３００をどれだけＹ方向に移動させてウエハステージ４１０に載置させたかに基づいて、ウエハステージ４１０に半導体ウエハ３００を載置した後におけるアライメントマーク２２６のＹ方向における位置を検出してよい。

また、試験システム４００の位置制御部は、上述した方法により検出した、それぞれのアライメントマーク２２６のＸ方向における位置、および、Ｙ方向における位置に基づいて、半導体ウエハ３００の回転量を算出してよい。半導体ウエハ３００の回転量とは、ウエハステージ４１０と平行な面内において、半導体ウエハ３００が中心を軸として、正規の位置から回転した量を示す。

例えば試験システム４００の位置制御部は、検出したそれぞれのアライメントマーク２２６の位置と、予め与えられるアライメントマーク２２６の正規位置との回転角を算出してよい。当該回転角は、Ｘ方向およびＹ方向における、アライメントマーク２２６の検出位置と、アライメントマーク２２６の正規位置との差分、および、半導体ウエハ３００の中心からアライメントマーク２２６までの距離から求めることができる。試験システム４００の位置制御部には、半導体ウエハ３００の中心と、アライメントマーク２２６との距離が予め与えられてよい。

試験システム４００の位置制御部は、上述した方法により検出した、アライメントマーク２２６のＸ方向における位置、Ｙ方向における位置、および、回転量に基づいて、ウエハステージ４１０を制御してよい。ウエハステージ４１０は、半導体ウエハ３００を載置した状態で、Ｘ方向、Ｙ方向、および、回転量を調整できる水平ステージを有する。また、試験システム４００の位置制御部は、測定部４０６が測定したアライメントマーク２２６の位置に基づいて水平ステージを制御することにより、ウエハステージ４１０に載置された半導体ウエハ３００のＸ方向、Ｙ方向における位置、および、回転量を調整してよい。

図５は、チャンバ２０の内部構造の一例を示す図である。チャンバ２０には、試験対象の半導体ウエハ３００が順次搬送され、チャンバ２０内において固定された試験用ウエハ１００と電気的に接続される。チャンバ２０の内部には、試験用ウエハ１００、パフォーマンスボード４０４、マザーボード４０２、ウエハトレイ４０８、ウエハステージ４１０、ガイド部４２０、ステージ支持部４１８、測定部４０６、および、位置制御部４５０が設けられる。

試験用ウエハ１００は、チャンバ２０内において固定される。本例では、試験用ウエハ１００は、チャンバ２０内のパフォーマンスボード４０４に固定される。パフォーマンスボード４０４は、例えば配線が形成されるプリント基板であってよい。また、パフォーマンスボード４０４は、チャンバ２０内のマザーボード４０２に固定されてよい。マザーボード４０２は、パフォーマンスボード４０４を介して、制御装置１０と試験用ウエハ１００との間で信号を伝送する。上述したように、試験用ウエハ１００における半導体ウエハ３００と対向する面には、複数のバンプを有するメンブレンが設けられる。試験用ウエハ１００は、当該複数のバンプにより、半導体ウエハ３００に形成された複数の半導体ウエハ３００のパッドと一括して電気的に接続される。

ウエハステージ４１０は、チャンバ２０内において、半導体ウエハ３００を載置して移動させる。本例では、半導体ウエハ３００は、ウエハトレイ４０８に吸着等により固定され、ウエハステージ４１０は、ウエハトレイ４０８を載置する。また、ウエハステージ４１０は、ガイド部４２０と、ステージ支持部４１８を介して接続されており、ガイド部４２０に沿って移動する。

例えば、ガイド部４２０は、ウエハステージ４１０を、半導体ウエハ３００を搬送部４０から受け取る受取位置Ａと、試験用ウエハ１００と対向する所定の位置Ｂとの間で、所定の経路で移動させる。ガイド部４２０は、当該所定の経路に沿って設けられるレールであってよい。

ウエハステージ４１０は、試験用ウエハ１００に対向する所定の位置Ｂに移動してから、半導体ウエハ３００を垂直方向に移動させて試験用ウエハ１００と電気的に接続させる。ウエハステージ４１０は、水平ステージ４１２および垂直ステージ４１６を有する。

水平ステージ４１２は、ウエハトレイ４０８を載置し、半導体ウエハ３００の表面と水平な面内における半導体ウエハ３００の位置を調整する。水平ステージ４１２は、当該面内におけるＸ方向およびＹ方向における半導体ウエハ３００の位置、並びに、当該面内における半導体ウエハ３００の回転量を調整する。これにより、半導体ウエハ３００の各パッドが試験用ウエハ１００の各バンプと電気的に接続するように、半導体ウエハ３００の位置を調整できる。

垂直ステージ４１６は、水平ステージ４１２を載置して、水平ステージ４１２の垂直方向における位置を制御する。例えば垂直ステージ４１６は、試験用ウエハ１００と対向する位置において、半導体ウエハ３００を載置した状態の水平ステージ４１２を試験用ウエハ１００に接近させることで、半導体ウエハ３００および試験用ウエハ１００を電気的に接続させてよい。また、垂直ステージ４１６が、半導体ウエハ３００を、試験用ウエハ１００に対して所定の距離まで接近させた後に、半導体ウエハ３００と試験用ウエハ１００との間の空間を減圧することで、半導体ウエハ３００と試験用ウエハ１００とを電気的に接続してもよい。また、垂直ステージ４１６には、ステージ支持部４１８が固定されてよい。

位置制御部４５０は、図４に関連して説明したように、測定部４０６が撮像した画像に基づいて、ウエハステージ４１０の位置を制御する。位置制御部４５０は、水平ステージ４１２の位置を制御することにより、半導体ウエハ３００の各パッドが、試験用ウエハ１００の各バンプと対応する位置に配置されるように、半導体ウエハ３００の位置を調整する。

また、試験用ウエハ位置検出部４２２は、ウエハステージ４１０に固定され、試験用ウエハ１００の位置を予め測定する。例えば試験用ウエハ位置検出部４２２は、所定の位置Ｂに配置されたウエハステージ４１０に対する、試験用ウエハ１００のアライメントマークの、水平面内における相対位置を予め測定してよい。水平ステージ４１２は、水平面内での位置が変動するので、試験用ウエハ位置検出部４２２は、垂直ステージ４１６に設けられることが好ましい。

位置制御部４５０は、試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００の端子を精度よく接続させるべく、試験用ウエハ位置検出部４２２が測定した試験用ウエハ１００の位置に更に基づいて、水平ステージ４１２を制御してよい。

このような構成により、試験用ウエハ１００に対する半導体ウエハ３００の位置を調整することができ、半導体ウエハ３００の複数の端子と、試験用ウエハ１００の複数の端子とを電気的に接続することができる。また、本例の試験用ウエハ１００の位置は、チャンバ２０内で固定されているので、試験用ウエハ位置検出部４２２は、半導体ウエハ３００を交換するたびに、試験用ウエハ１００の位置を測定しなくともよい。試験用ウエハ位置検出部４２２は、所定の期間毎に、試験用ウエハ１００の位置を測定すればよい。このため、複数の半導体ウエハ３００を効率よく試験することができる。

以上においては、測定部４０６は、半導体ウエハ３００をウエハステージ４１０に載置すべく移動させている間に、半導体ウエハ３００のアライメントマーク２２６の位置を検出した。他の例では、測定部４０６は、半導体ウエハ３００をウエハステージ４１０に載置して、ウエハステージ４１０が位置Ａから位置Ｂに移動している間に、半導体ウエハ３００のアライメントマーク２２６の位置を検出してもよい。この場合、測定部４０６は、ウエハステージ４１０の移動経路上に設けられ、移動するウエハステージ４１０に載置された半導体ウエハ３００の表面の少なくとも一部をスキャンする。

図６は、ウエハステージ４１０が移動している間に、アライメントマーク２２６を検出する例を説明する図である。本例の測定部４０６は、一例としてマザーボード４０２に対して所定の位置に固定され、下方を通過する半導体ウエハ３００の一部を撮像する。本例では、ウエハステージ４１０の進行方向をＹ方向として、当該進行方向に垂直な方向をＸ方向とする。

本例においても、測定部４０６は、図３から図５に関連して説明した測定部４０６と同様の画像を検出する。また、位置制御部４５０は、測定部４０６が検出した画像に基づいて、水平ステージ４１２を制御する。

ただし、位置制御部４５０は、測定部４０６がアライメントマーク２２６を検出したときの、ウエハステージ４１０のＹ方向における位置に基づいて、アライメントマーク２２６のＹ方向における位置を検出してよい。測定部４０６がアライメントマーク２２６を検出したときのウエハステージ４１０のＹ方向における位置と、図５に示したＹ方向における位置Ｂとの差分から、アライメントマーク２２６のＹ方向における位置を検出することができる。

位置制御部４５０は、このように検出したそれぞれのアライメントマーク２２６のＸ方向およびＹ方向における位置に基づいて、水平ステージ４１２のＸ方向およびＹ方向における位置、および、回転量を調整する。このように、ウエハステージ４１０の移動中においても、アライメントマーク２２６のＸ方向およびＹ方向における位置を検出して、半導体ウエハ３００の位置を調整することができる。

図７は、ウエハステージ４１０が移動している間に、アライメントマーク２２６を検出する他の例を説明する図である。本例の試験システム４００は、一つの測定部４０６を備える。また、図３に関連して説明した、ウエハステージ４１０に半導体ウエハ３００を搬送している間に、アライメントマーク２２６を検出する場合においても、同様に一つの測定部４０６を用いて、アライメントマーク２２６を検出してよい。

この場合、半導体ウエハ３００には、図７に示すように、Ｘ方向の軸上において略同一の位置に、複数のアライメントマーク２２６が設けられてよい。測定部４０６は、これらのアライメントマーク２２６の位置を検出できるように配置される。このような構成によっても、半導体ウエハ３００のＸ方向およびＹ方向における位置ずれ、および、回転量を検出することができる。

なお、図３から図７においては、矩形のアライメントマーク２２６を一例として示したが、アライメントマーク２２６の形状は、当該形状に限定されない。アライメントマーク２２６は、十字等の所定の形状を有してよい。また、アライメントマーク２２６は、所定の形状に沿って配列された複数のパッドを有してもよい。

図８は、試験用ウエハ１００の断面図の一例である。本例の試験用ウエハ１００は、上述したように、制御装置１０および半導体ウエハ３００との間で信号を伝送する。試験用ウエハ１００は、ウエハ側接続パッド１１２、装置側接続パッド１１４、スルーホール１１６、中間パッド１５０、および、配線１１７を有する。

試験用ウエハ１００は、図８に示すように、ウエハ接続面１０２、および、ウエハ接続面１０２の裏面に形成される装置接続面１０４を有する。ウエハ接続面１０２は、半導体ウエハ３００と対向する面を指してよい。また、装置接続面１０４は、制御装置１０と電気的に接続される面を指してよい。

複数のウエハ側接続パッド１１２は、試験用ウエハ１００のウエハ接続面１０２に形成される。また、ウエハ側接続パッド１１２は、それぞれの半導体チップ３１０に対して少なくとも一つずつ設けられる。例えばウエハ側接続パッド１１２は、それぞれの半導体チップ３１０のそれぞれの入出力端子に対して、一つずつ設けられてよい。つまり、それぞれの半導体チップ３１０が複数の入出力端子を有する場合、ウエハ側接続パッド１１２は、それぞれの半導体チップ３１０に対して複数個ずつ設けられてよい。

それぞれのウエハ側接続パッド１１２は、半導体ウエハ３００におけるそれぞれの入出力端子と同一の間隔で設けられ、対応する半導体チップ３１０の入出力端子と電気的に接続される。なお、電気的に接続するとは、２つの部材間で電気信号を伝送可能となる状態を指してよい。例えば、ウエハ側接続パッド１１２および半導体チップ３１０の入出力端子は、直接に接触、または、他の導体を介して間接的に接触することで、電気的に接続されてよい。本例のウエハ側接続パッド１１２は、図１０において後述するメンブレンを介して、半導体チップ３１０の入出力端子と電気的に接続される。メンブレンには、各パッドと対応する位置にバンプが形成される。

また、ウエハ側接続パッド１１２および半導体チップ３１０の入出力端子は、容量結合（静電結合）または誘導結合（磁気結合）等のように、非接触の状態で電気的に接続されてもよい。また、ウエハ側接続パッド１１２および半導体チップ３１０の入出力端子の間の伝送線路の一部が、光学的な伝送線路であってもよい。

複数の装置側接続パッド１１４は、試験用ウエハ１００の装置接続面１０４に形成され、パフォーマンスボード４０４と電気的に接続される。また、装置側接続パッド１１４は、複数のウエハ側接続パッド１１２と一対一に対応して設けられる。ここで、装置側接続パッド１１４は、パフォーマンスボード４０４の端子と同一の間隔で設けられる。このため図８に示すように、装置側接続パッド１１４は、ウエハ側接続パッド１１２とは異なる間隔で設けられてよい。

スルーホール１１６、中間パッド１５０、および配線１１７は、試験用ウエハ１００に形成され、対応するウエハ側接続パッド１１２および装置側接続パッド１１４を電気的に接続する。例えば、中間パッド１５０は、装置接続面１０４において、ウエハ側接続パッド１１２と対向する位置に設けられる。スルーホール１１６は、一端がウエハ側接続パッド１１２に接続され、他端が中間パッド１５０に接続されるように、試験用ウエハ１００を貫通して形成される。また、配線１１７は、装置接続面１０４において、中間パッド１５０および装置側接続パッド１１４を電気的に接続する。このような構成により、配列間隔が異なる装置側接続パッド１１４およびウエハ側接続パッド１１２を電気的に接続する。

例えば、ウエハ側接続パッド１１２は、半導体チップ３１０の各入力端子と電気的に接続するべく、各入力端子と同一の間隔で配置される。このため、ウエハ側接続パッド１１２は、例えば図２に示すように、半導体チップ３１０毎に予め定められた領域に、微小な間隔で設けられる。

これに対し、それぞれの装置側接続パッド１１４は、一つの半導体チップ３１０に対応する複数のウエハ側接続パッド１１２の間隔より広い間隔で設けられてよい。例えば装置側接続パッド１１４は、装置接続面１０４の面内において、装置側接続パッド１１４の分布が略均等となるように等間隔に配置されてよい。

本例の試験用ウエハ１００は、半導体ウエハ３００と同一の半導体材料で形成されるので、周囲温度が変動したような場合であっても、試験用ウエハ１００と半導体ウエハ３００との間の電気的な接続を良好に維持することができる。このため、例えば半導体ウエハ３００を加熱して試験を行うような場合であっても、半導体ウエハ３００を精度よく試験することができる。

また、試験用ウエハ１００が半導体材料で形成されるので、試験用ウエハ１００に多数のウエハ側接続パッド１１２等を容易に形成することができる。例えば、露光等を用いた半導体プロセスにより、ウエハ側接続パッド１１２、装置側接続パッド１１４、スルーホール１１６、および、配線１１７を容易に形成することができる。このため、多数の半導体チップ３１０に対応する多数のウエハ側接続パッド１１２等を、試験用ウエハ１００に容易に形成することができる。また、試験用ウエハ１００の端子は、導電材料を試験用ウエハ１００にメッキ、蒸着等することで形成されてよい。

図９は、回路部１１０の構成例を示す図である。回路部１１０は、パターン発生部１２２、波形成形部１３０、ドライバ１３２、コンパレータ１３４、タイミング発生部１３６、論理比較部１３８、特性測定部１４０、および、電源供給部１４２を有する。なお、回路部１１０は、接続される半導体チップ３１０の入出力ピンのピン毎に、図９に示した構成を有してよい。

パターン発生部１２２は、試験信号の論理パターンを生成する。本例のパターン発生部１２２は、パターンメモリ１２４、期待値メモリ１２６、および、フェイルメモリ１２８を有する。パターン発生部１２２は、パターンメモリ１２４に予め格納された論理パターンを出力してよい。パターンメモリ１２４は、試験開始前に制御装置１０から与えられる論理パターンを格納してよい。また、パターン発生部１２２は、予め与えられるアルゴリズムに基づいて当該論理パターンを生成してもよい。

波形成形部１３０は、パターン発生部１２２から与えられる論理パターンに基づいて、試験信号の波形を成形する。例えば波形成形部１３０は、論理パターンの各論理値に応じた電圧を、所定のビット期間ずつ出力することで、試験信号の波形を成形してよい。

ドライバ１３２は、波形成形部１３０から与えられる波形に応じた試験信号を出力する。ドライバ１３２は、タイミング発生部１３６から与えられるタイミング信号に応じて、試験信号を出力してよい。例えばドライバ１３２は、タイミング信号と同一周期の試験信号を出力してよい。ドライバ１３２が出力する試験信号は、切替部等を介して、対応する半導体チップ３１０に供給される。

コンパレータ１３４は、半導体チップ３１０が出力する応答信号を測定する。例えばコンパレータ１３４は、タイミング発生部１３６から与えられるストローブ信号に応じて応答信号の論理値を順次検出することで、応答信号の論理パターンを測定してよい。

論理比較部１３８は、コンパレータ１３４が測定した応答信号の論理パターンに基づいて、対応する半導体チップ３１０の良否を判定する判定部として機能する。例えば論理比較部１３８は、パターン発生部１２２から与えられる期待値パターンと、コンパレータ１３４が検出した論理パターンとが一致するか否かにより、半導体チップ３１０の良否を判定してよい。パターン発生部１２２は、期待値メモリ１２６に予め格納された期待値パターンを、論理比較部１３８に供給してよい。期待値メモリ１２６は、試験開始前に制御装置１０から与えられる論理パターンを格納してよい。また、パターン発生部１２２は、予め与えられるアルゴリズムに基づいて当該期待値パターンを生成してもよい。

フェイルメモリ１２８は、論理比較部１３８における比較結果を格納する。例えば、半導体チップ３１０のメモリ領域を試験する場合、フェイルメモリ１２８は、半導体チップ３１０のアドレス毎に、論理比較部１３８における良否判定結果を格納してよい。制御装置１０は、フェイルメモリ１２８が格納した良否判定結果を読み出してよい。例えば、装置側接続パッド１１４は、フェイルメモリ１２８が格納した良否判定結果を、試験用ウエハ１００の外部の制御装置１０に出力してよい。

また、特性測定部１４０は、ドライバ１３２が出力する電圧または電流の波形を測定する。例えば特性測定部１４０は、ドライバ１３２から半導体チップ３１０に供給する電流または電圧の波形が、所定の仕様を満たすか否かに基づいて、半導体チップ３１０の良否を判定する判定部として機能してよい。

電源供給部１４２は、半導体チップ３１０を駆動する電源電力を供給する。例えば電源供給部１４２は、試験中に制御装置１０から与えられる電力に応じた電源電力を、半導体チップ３１０に供給してよい。また、電源供給部１４２は、回路部１１０の各構成要素に駆動電力を供給してもよい。

回路部１１０がこのような構成を有することで、制御装置１０の規模を低減した試験システム４００を実現することができる。例えば制御装置１０として、汎用のパーソナルコンピュータ等を用いることができる。

図１０は、試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００を電気的に接続する構成例を示す図である。本例の試験システム４００は、試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００を密閉空間内に配置して、当該密閉空間内を減圧することで、試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００を接近させて、電気的に接続させる。

より具体的には、試験用ウエハ１００が固定されるパフォーマンスボード４０４、および、半導体ウエハ３００を載置するウエハトレイ４０８の間に密閉空間を形成する。また、パフォーマンスボード４０４、試験用ウエハ１００、および、半導体ウエハ３００の間にそれぞれ異方性導電シートを設ける。そして、密閉空間内を減圧することで、試験用ウエハ１００等により異方性導電シートを押圧させ、試験用ウエハ１００等を電気的に接続させる。このため、試験用ウエハ１００は、垂直方向において移動可能なように、パフォーマンスボード４０４に固定される。

また、試験用ウエハ１００が、水平方向において移動可能な範囲は、試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００の間における、アライメント誤差の許容範囲内となることが好ましい。例えば、試験用ウエハ１００が、水平方向において移動可能な範囲は、試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００のパッド幅に比べて、十分小さいことが好ましい。

試験用ウエハ１００は、支持部２０４により、パフォーマンスボード４０４に固定される。支持部２０４は、装置側異方性導電シート２１２、装置側シール部２１４、試験用ウエハ１００、ウエハ側異方性導電シート２１８、メンブレン２２２、および、固定リング２２０をパフォーマンスボード４０４に固定する。

装置側異方性導電シート２１２は、試験用ウエハ１００およびパフォーマンスボード４０４の間に設けられ、押圧されることにより、試験用ウエハ１００の電極と、パフォーマンスボード４０４の電極とを電気的に接続する。試験用ウエハ１００は、装置側異方性導電シート２１２を押圧して、パフォーマンスボード４０４と電気的に接続できる程度に、パフォーマンスボード４０４の下面に対する垂直方向の位置が所定の範囲で変位できるように支持される。

装置側シール部２１４は、メンブレン２２２のパフォーマンスボード４０４側の面の周縁部に沿って設けられ、メンブレン２２２におけるパフォーマンスボード４０４側の面の周縁部、および、パフォーマンスボード４０４の間をシールする。装置側シール部２１４は、メンブレン２２２が装置側異方性導電シート２１２を介してパフォーマンスボード４０４と導通できる程度に、弾性を有する弾性材料で形成されてよい。

ウエハ側異方性導電シート２１８は、試験用ウエハ１００およびメンブレン２２２の間に設けられる。ウエハ側異方性導電シート２１８は、押圧されることで、試験用ウエハ１００の半導体ウエハ３００側の面に設けられたウエハ側接続端子と、メンブレン２２２のバンプ端子とを電気的に接続する。

メンブレン２２２は、ウエハ側異方性導電シート２１８および半導体ウエハ３００の間に設けられる。メンブレン２２２は、半導体ウエハ３００の端子と、試験用ウエハ１００のウエハ側接続端子とを電気的に接続するバンプ端子を有してよい。固定リング２２０は、メンブレン２２２を装置側シール部２１４に対して固定する。

例えば固定リング２２０は、メンブレン２２２における半導体ウエハ３００側の面の周縁部に沿って環状に設けられてよい。固定リング２２０の内径は、ウエハ側異方性導電シート２１８および半導体ウエハ３００の直径より大きくてよい。

メンブレン２２２は、固定リング２２０と略同一直径の円形状を有しており、端部が固定リング２２０に固定される。装置側異方性導電シート２１２、試験用ウエハ１００、および、ウエハ側異方性導電シート２１８は、メンブレン２２２およびパフォーマンスボード４０４の間に配置され、メンブレン２２２により、パフォーマンスボード４０４に対して所定の位置に保持される。図１０に示すように、装置側異方性導電シート２１２、試験用ウエハ１００、および、ウエハ側異方性導電シート２１８と、装置側シール部２１４との間には、隙間が設けられてよい。このような構成により、半導体ウエハ３００でメンブレン２２２を押圧することで、半導体ウエハ３００と試験用ウエハ１００とを電気的に接続することができる。

支持部２０４は、固定リング２２０を支持することにより、メンブレン２２２等を支持してよい。支持部２０４は、メンブレン２２２が、パフォーマンスボード４０４の下面に対して所定の範囲で接近できるように、試験用ウエハ１００を支持する。例えば支持部２０４は、固定リング２２０の下端が、パフォーマンスボード４０４の下面から所定の距離以上はなれないように、パフォーマンスボード４０４の下面から所定の距離だけ離れた位置で、固定リング２２０の下端を支持してよい。

ウエハトレイ４０８は、所定の位置に配置された場合に、パフォーマンスボード４０４と密閉空間を形成するように設けられる。本例のウエハトレイ４０８は、パフォーマンスボード４０４、装置側シール部２１４、および、ウエハ側シール部２２４と、密閉空間を形成する。また、ウエハトレイ４０８は、当該密閉空間側の面に、半導体ウエハ３００を載置する。

ウエハ側シール部２２４は、ウエハトレイ４０８の表面において、メンブレン２２２の周縁部に対応する領域に沿って設けられ、メンブレン２２２におけるウエハトレイ側の面の周縁部、および、ウエハトレイ４０８の間をシールする。ウエハ側シール部２２４は、ウエハトレイ４０８の表面において環状に形成されてよい。

また、ウエハ側シール部２２４は、ウエハトレイ４０８の表面からの距離が大きくなるに従い、環状の直径が大きくなるようなリップ状に形成されてよい。ウエハ側シール部２２４は、メンブレン２２２に押し付けられた場合に、その押圧力に応じて先端がたわむことで、メンブレン２２２と半導体ウエハ３００との距離を接近させる。また、ウエハ側シール部２２４は、メンブレン２２２に押し付けられていない状態における、ウエハトレイ４０８の表面からの高さが、半導体ウエハ３００の高さより高くなるように形成される。

図５に関連して説明した垂直ステージ４１６は、ウエハ側シール部２２４の上端部が、メンブレン２２２と密着する位置まで、ウエハトレイ４０８を移動させる。このような構成により、パフォーマンスボード４０４、ウエハトレイ４０８、装置側シール部２１４、および、ウエハ側シール部２２４により、試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００を格納する密閉空間を形成することができる。なお、水平ステージ４１２は、垂直ステージ４１６が、ウエハトレイ４０８を垂直方向に移動させる前に、半導体ウエハ３００の水平面内における位置および傾きを調整することが好ましい。

減圧部２３４は、パフォーマンスボード４０４、ウエハトレイ４０８、装置側シール部２１４、および、ウエハ側シール部２２４により形成される、パフォーマンスボード４０４およびウエハトレイ４０８の間の密閉空間を減圧する。減圧部２３４は、ウエハステージ４１０がウエハトレイ４０８を移動させて、上述した密閉空間が形成された後に、当該密閉空間を減圧する。

これにより減圧部２３４は、ウエハトレイ４０８をパフォーマンスボード４０４に対して所定の位置まで接近させる。ウエハトレイ４０８は、当該所定の位置に配置されることで、装置側異方性導電シート２１２およびウエハ側異方性導電シート２１８に押圧力を印加して、パフォーマンスボード４０４および試験用ウエハ１００を電気的に接続させ、且つ、試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００を電気的に接続させる。

また、ウエハ側シール部２２４は、固定リング２２０の内側において、メンブレン２２２と接触してよい。この場合、メンブレン２２２により、密閉空間が、パフォーマンスボード４０４側の空間と、ウエハトレイ４０８側の空間に分断されてしまう。このため、メンブレン２２２には、これらの空間を接続する貫通孔２４２が設けられることが好ましい。

また、試験用ウエハ１００、装置側異方性導電シート２１２、および、ウエハ側異方性導電シート２１８にも、貫通孔２４０、貫通孔２１３、および、貫通孔２１９が設けられることが好ましい。メンブレン２２２、試験用ウエハ１００、装置側異方性導電シート２１２、および、ウエハ側異方性導電シート２１８に設けられる貫通孔は、それぞれの面内において略均等に分散配置されることが好ましい。このような構成により、密閉空間を減圧する過程で吸気される空気は、多数の貫通孔により分散して流動する。なお、貫通孔２４２、貫通孔２４０、貫通孔２１３、および、貫通孔２１９は、対応する位置に設けられてよく、また、それぞれ異なる位置に設けられてもよい。

このため、密閉空間を減圧する過程において、装置側異方性導電シート２１２、および、ウエハ側異方性導電シート２１８にかかる押圧力が、それぞれの面内において略均等に分散され、減圧過程における応力歪を大幅に低減することができる。このため、試験用ウエハ１００の割れ、異方性導電シートの歪み等を防ぐことができる。このような構成により、一つの減圧部２３４で、パフォーマンスボード４０４およびメンブレン２２２の間の空間と、メンブレン２２２および半導体ウエハ３００の間の空間とを減圧することができる。

また、減圧部２３４は、半導体ウエハ３００をウエハトレイ４０８に吸着させてよい。本例の減圧部２３４は、密閉空間用の減圧器２３６と、半導体ウエハ用の減圧器２３８とを有する。また、ウエハトレイ４０８には、密閉空間用の吸気経路２３２と、半導体ウエハ用の吸気経路２３０とが形成される。

このような構成により、パフォーマンスボード４０４に固定される試験用ウエハ１００と、半導体ウエハ３００とを電気的に接続することができる。上述したように、試験用ウエハ１００が、パフォーマンスボード４０４に固定されているので、試験用ウエハ１００および半導体ウエハ３００の間のアライメントを容易に行うことができる。

以上、発明を実施の形態を用いて説明したが、発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

Claims (6)

1. 半導体ウエハに形成された複数の半導体チップを試験する試験システムであって、
   前記半導体ウエハが搬送されるチャンバと、
   前記チャンバ内において固定され、複数の前記半導体チップのパッドと一括して電気的に接続される複数のバンプが設けられた試験用ウエハと、
   前記チャンバ内において、前記半導体ウエハを載置して移動することで、前記半導体ウエハを前記試験用ウエハと対向する位置に移動させるウエハステージと、
   前記ウエハステージに対して所定の位置に設けられ、前記半導体ウエハを前記ウエハステージに載置すべく、前記ウエハステージに対して前記半導体ウエハが移動しているときに、前記半導体ウエハの表面の少なくとも一部をスキャンすることで、前記半導体ウエハに設けられたアライメントマークの位置と前記アライメントマークを検出したタイミングとを検出する測定部と、
   前記測定部が検出した前記アライメントマークの位置およびタイミングに基づいて前記ウエハステージの進行方向について前記ウエハステージの位置を算出し、前記ウエハステージの位置に基づいて前記ウエハステージの進行方向における位置を調整し、前記測定部が検出した前記アライメントマークの位置およびタイミングに基づいて前記ウエハステージの進行方向に垂直な方向について前記ウエハステージの位置を算出し、前記ウエハステージの位置に基づいて前記ウエハステージの進行方向に垂直な方向における位置を調整し、前記測定部が検出した前記アライメントマークの位置およびタイミングに基づいて前記半導体ウエハと並行な面について前記ウエハステージの回転量を算出し、前記ウエハステージの回転量に基づいて前記ウエハステージの前記半導体ウエハと並行な面における回転量を調整する位置制御部と、
   を備える試験システム。
2. 前記測定部は、前記ウエハステージの進行方向と垂直な垂直方向に配列された複数の撮像素子を有し、前記アライメントマークを撮像した撮像素子の位置に基づいて、前記垂直方向における前記アライメントマークの位置を検出し、
   前記位置制御部は、前記測定部が測定した前記アライメントマークの位置に基づいて、前記半導体ウエハの前記垂直方向における位置を調整する
   請求項１に記載の試験システム。
3. 前記測定部は、前記垂直方向の軸上における異なる位置にそれぞれ設けられる
   請求項２に記載の試験システム。
4. 前記位置制御部は、前記半導体ウエハの中心と、前記アライメントマークとの距離が予め与えられ、前記距離に更に基づいて、前記半導体ウエハの回転量を調整する
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の試験システム。
5. 半導体ウエハに形成された複数の半導体チップを試験する試験システムであって、
   前記半導体ウエハが搬送されるチャンバと、
   前記チャンバ内において固定され、複数の前記半導体チップのパッドと一括して電気的に接続される複数のバンプが設けられた試験用ウエハと、
   前記チャンバ内において、前記半導体ウエハを載置して移動することで、前記半導体ウエハを前記試験用ウエハと対向する位置に移動させるウエハステージと、
   前記ウエハステージの移動経路に設けられ、前記ウエハステージに載置された前記半導体ウエハの表面の少なくとも一部をスキャンすることで、前記半導体ウエハに設けられたアライメントマークの位置と前記アライメントマークを検出したタイミングとを検出する測定部と、
   前記測定部が検出した前記アライメントマークの位置およびタイミングに基づいて前記ウエハステージの進行方向について前記ウエハステージの位置を算出し、前記ウエハステージの位置に基づいて前記ウエハステージの進行方向における位置を調整し、前記測定部が検出した前記アライメントマークの位置およびタイミングに基づいて前記ウエハステージの進行方向に垂直な方向について前記ウエハステージの位置を算出し、前記ウエハステージの位置に基づいて前記ウエハステージの進行方向に垂直な方向における位置を調整し、前記測定部が検出した前記アライメントマークの位置およびタイミングに基づいて前記半導体ウエハと並行な面について前記ウエハステージの回転量を算出し、前記ウエハステージの回転量に基づいて前記ウエハステージの前記半導体ウエハと並行な面における回転量を調整する位置制御部と、
   を備える試験システム。
6. 前記位置制御部は、それぞれの前記測定部が前記アライメントマークを検出したときの前記ウエハステージの前記進行方向におけるそれぞれの位置に基づいて、前記半導体ウエハの回転量を調整する
   請求項５に記載の試験システム。

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