JP5436146B2 - ウェーハ検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の半導体集積回路装置が形成されたウェーハの電気検査を行うウェーハ検査装置及びそれを用いた半導体ウェーハの検査方法に関し、特に、検査用プローブカードをウェーハに押圧することにより電気検査を行うウェーハ検査装置及びそれを用いた半導体ウェーハの検査方法に関する。

半導体集積回路は、製造時には、半導体ウェーハに行う拡散プロセスを経て、複数個の半導体集積デバイス（チップ）が同時に形成される。しかしながら、製造工程においてはダスト等の種々の要因により、同時に製造された複数のチップの全てを良品とすることは通常困難である。このため、ウェーハ上に複数個が同時に製造されたチップは、それぞれを切り離して組み立てられる前に、ウェーハの状態で個々に良品か否かを検査する必要がある。この検査には、ウェーハ上の１つ又は複数個のチップに対し、電気的接続を行うための接触端子を有するプローブカードと、ウェーハを搬送し、プローブカードとの位置合わせ（アライメント）を行った後、ウェーハをこのプローブカードに押し当てるプローバと呼ばれる検査装置が用いられる（例えば、特許文献２を参照。）。

近年では、電気検査を行うためのテスタと呼ばれる電源や電気信号を発生し、ウェーハに電源及び信号を送り、またウェーハから戻ってきた信号を処理する装置の性能向上により、一度により多くの半導体チップの検査が可能となり、ウェーハを一括で同時に検査するためのプローブカードも供給されるようになってきている。

しかしながら、同時に検査するチップの数が増えるに従い、ウェーハをプローブカードに押し当てる力はより大きな力が必要となる。この押し当てる力は、ボールねじをステッピングモータ等によって回転させることにより得ており、１つの機構ではその力には限界がある。通常、ステッピングモータは２〜４個程度設けられているが、これを増やすことは、設置面積上も限界がある。また、押し当てられるプローブカードもその力によって反りを生じないよう補強板で平坦度を維持することが求められる（例えば、非特許文献１を参照。）。また、同時に検査するチップ数の増大により、プローブカードの接触端子の面積も必然的に拡大するため、プローブカードとウェーハとの平行度も重要であり、この間の平行度に狂いが生じると、いわゆる片当たりにより、全面で均一な接触を得ることが困難となる（例えば、非特許文献２を参照。）。これを解決する１つの方法として、ウェーハトレーを用い、大気圧との差圧により荷重値を得る方法が特許文献１に開示されている。

特開平０８−５６６６号公報 特開２００３−５９９８６号公報

Nicolas Salles, Wayne Nelson, "Reinforcement of PCB using Advanced Stiffeners for High Pin Count Devices" IEEE Semiconductor Wafer Test Workshop 2007, Session4-2, Jun, 2007、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.swtest.org/swtw_library/2007proc/PDF/S04_02_Salles_SWTW2007.pdf＞ Sunil Wijeyesekera, Makarand Shinde, "One Touch 300mm Wafer Probing" IEEE Semiconductor Wafer Test Workshop 2006, Session5-2, Jun, 2006、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.swtest.org/swtw_library/2006proc/PDF/S05_01_Wijeyesekera.pdf＞

しかしながら、前記従来のウェーハトレーを用い、大気圧との差圧によって半導体ウェーハにプローブカードを押圧する方法では、大気圧と真空との差圧である１００ｋＰａ以上の押圧力を得ることは困難となる。また、ウェーハ保持台（ウェーハチャック）をプローブカードに近接させる際に、ウェーハとプローブカードとの間隔が小さくなることにより、密閉空間の圧力が上昇して、該密閉空間を形成するためのシールリングが外部に押し出される。これにより、プローブカードを形成する、接触端子が設けられた薄膜基板（メンブレン）が外周方向に押し出されてしまい、薄膜基板上の接触端子がウェーハとの間で位置ずれを起こす等の問題がある。

このため、ウェーハと接触させる接触端子の電極の数に制限を設けたり、ウェーハがプローブカードに近接する際の速度を遅くして、密閉空間の内部の圧力を減圧しながらウェーハをプローブカードに徐々に近接させたりする等の必要がある。

本発明の目的は、前記従来の問題に鑑み、大気圧以上の押圧力によりプローブカードをウェーハに押圧することができ、且つウェーハとプローブカードとの押圧接触を速やかに行えるようにすることにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、ウェーハ検査装置を、ウェーハ保持台の外周部に設けたシールリングによってプローブカードの間に密閉空間を形成し、形成された密閉空間の気圧を大気圧と比べて減圧する構成とする。

具体的に、本発明に係る第１のウェーハ検査装置は、半導体集積回路が形成された半導体ウェーハの電気的特性を検査するウェーハ検査装置を対象とし、半導体ウェーハに対して電気検査を行うプローブカードを保持する保持機構と、上面に半導体ウェーハを保持し、且つ可動可能に設けられたウェーハ保持台と、保持されたプローブカードと半導体ウェーハとの位置合わせを行い、且つウェーハ保持台をプローブカードに押圧する押圧機構とを備え、ウェーハ保持台には、その外周部に、プローブカードとの間で密閉空間を形成するシールリングが設けられており、シールリングは、プローブカードと接触することにより、密閉空間をウェーハとプローブカードとを近接させた状態で形成し、且つ、密閉空間の気圧を減圧可能に設けられていることを特徴とする。

第１のウェーハ検査装置によると、ウェーハ保持台、該ウェーハ保持台の外周部に設けられたシールリング及びプローブカードによって形成された密閉空間を減圧することにより、大気圧との間で生じる差圧によってプローブカードを半導体ウェーハに確実に押圧することができる。

第１のウェーハ検査装置において、ウェーハ保持台は１００ｋｇ以上の押圧力を備えていることが好ましい。

このようにすると、大気圧との差圧による荷重に加え、ウェーハ保持台による押圧力も加わるため、より大きな荷重でプローブカードを半導体ウェーハに押圧することができる。

第１のウェーハ検査装置において、シールリングは、ウェーハ保持台にプローブカードの主面と垂直な方向に可動可能に設けられていることが好ましい。

このようにすると、半導体ウェーハのプローブカードへの近接と、密閉空間の形成及び該密閉空間の減圧とをそれぞれ独立したタイミングで行うことができるため、大気圧との差圧による押圧力をより迅速に得ることができる。なお、この際のウェーハ保持台の荷重力は、半導体ウェーハをプローブカードに近接するのに十分な荷重力であればよい。

この場合に、シールリングの可動範囲は、ウェーハ保持台において、半導体ウェーハに対してプローブカードと反対側に離れた位置と、半導体ウェーハよりもプローブカードに近い位置との間であってもよい。

このようにすると、プローブカードと半導体ウェーハとをアライメントする際に、半導体ウェーハの高さを計測するセンサ、又は半導体ウェーハに形成されたパッド電極の位置を検出するカメラ等と干渉することを避けることができる。

第１のウェーハ検査装置において、シールリングは、プローブカードの主面の傾きに合わせて可動可能に設けられ、且つ、密閉空間を減圧することにより、密閉空間と該密閉空間の外部の大気圧との差圧によってプローブカードに吸着されるように、プローブカードの主面に対し垂直な方向にも可動可能に設けられていてもよい。

このようにすると、プローブカードが多少傾きを持って保持された際にも、密閉空間を無理なく形成できると共に、該密封空間が形成される際に、半導体ウェーハのプローブカードへの近接により、密閉空間の圧力が上昇することをも防止することができる。その上、減圧と共に最適な位置に動くため、片当たり状態での無理な押圧及び内圧上昇によるアライメントずれを防ぐことができ、且つ押圧力を迅速に得ることができる。

第１のウェーハ検査装置は、ウェーハ保持台の上に脱着可能に設けられたウェーハトレーをさらに備え、シールリングは、ウェーハ保持台のプローブカードから離れる位置に退避可能に設けられていてもよい。

このようにすると、プローブカードと半導体ウェーハとのアライメントが完了した後に、ウェーハトレーと共にプローブカードとアライメントされた状態の半導体ウェーハを他の検査装置に移して別の検査を行うことができる。このため、より高機能な温調システム上での検査を実施できるだけでなく、検査装置の稼働率を高めることができる。

本発明に係る第２のウェーハ検査装置は、半導体集積回路が形成された半導体ウェーハの電気的特性をプローブカードを用いて検査するウェーハ検査装置を対象とし、プローブカードは、接触用電極と容量性結合又は誘導性結合を用いる非接触プローブパターンとが形成された薄膜基板を有し、且つ、プローブカードと薄膜基板との互いに対向する面同士により構成される第１の密閉空間の気圧が制御可能に形成されており、上面に半導体ウェーハを保持し、且つ可動可能に設けられたウェーハ保持台と、プローブカードと半導体ウェーハとの位置合わせを行う機構とを備え、ウェーハ保持台の外周部には、半導体ウェーハをプローブカードに近接又は押圧することにより、薄膜基板と半導体ウェーハとの間で第２の密閉空間を形成するシールリングが設けられており、第１の密閉空間及び第２の密閉空間のそれぞれの気圧は、独立して減圧可能であることを特徴とする。

第２のウェーハ検査装置によると、プローブカードとして、容量性結合又は誘導性結合を用いる非接触プローブパターンが形成された薄膜基板を有するプローブカードを用いた場合にも、大気圧の差圧によってプローブカードを半導体ウェーハに確実に押圧することができる。

第２のウェーハ検査装置は、第１の密閉空間の気圧と第２の密閉空間の気圧とを同一とする気圧短絡スイッチ機構と、第１の密閉空間と第２の密閉空間とを、それぞれ独立に制御する複数の圧力制御弁とをさらに備えていてもよい。

この場合に、複数の圧力制御弁のうち、第１の密閉空間と接続された圧力制御弁は、第１の密閉空間の圧力と第２の密閉空間の圧力とに差圧を持たせるように、第１の密閉空間の圧力を制御してもよい。

本発明に係る半導体ウェーハの検査方法は、半導体集積回路が形成された半導体ウェーハの電気的特性をプローブカードを用いて検査する半導体ウェーハの検査方法を対象とし、半導体ウェーハをウェーハ保持台の上に保持する工程（ａ）と、工程（ａ）よりも後に、半導体ウェーハとプローブカードとの各電極の位置合わせを行う工程（ｂ）と、工程（ｂ）よりも後に、半導体ウェーハをプローブカードに近接させるか又は押圧する工程（ｃ）と、工程（ｃ）において、又は工程（ｃ）よりも後に、ウェーハ保持台の外周部に設けられたシールリングを、ウェーハ保持台と接触させることにより、プローブカードとウェーハ保持台の上面とシールリングとからなる密閉空間を形成する工程（ｄ）と、工程（ｄ）よりも後に、密閉空間の気圧を減圧する工程（ｅ）とを備えていることを特徴とする。

本発明の半導体ウェーハの検査方法によると、ウェーハ保持台、該ウェーハ保持台の外周部に設けられたシールリング及びプローブカードによって形成された密閉空間を減圧することにより、大気圧との間で生じる差圧によって、プローブカードを半導体ウェーハに確実に押圧することができる。

本発明に係るウェーハ検査装置及びそれを用いた半導体ウェーハの検査方法によると、接触端子を有するプローブカードを用いて半導体ウェーハの電気検査を行う際に、大気圧以上の押圧力で半導体ウェーハに対してプローブカードを位置ずれを起こすことなく押圧でき、また、半導体ウェーハとプローブカードとの押圧接触を迅速に得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係るウェーハ検査装置のウェーハ保持部を示す模式的な断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るウェーハ検査装置のウェーハ保持部であって、プローブカードとウェーハとの間に密封空間が形成された状態を示す模式的な断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るウェーハ検査装置のウェーハ保持部を示す模式的な断面図である。 本発明の第２の実施形態の一変形例に係るウェーハ検査装置のウェーハ保持部を示す模式的な断面図である。 本発明の第１及び第２の実施形態に係るプローブカードを用いた場合の半導体ウェーハの検査方法を示すフロー図である。 本発明の第３の実施形態に係るウェーハ検査装置に用いるプローブカードを示す模式的な部分断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るウェーハ検査装置の内圧調整機構を示す模式的な断面図である。 本発明の第３の実施形態の一変形例に係るウェーハ検査装置の内圧調整機構を示す模式的な断面図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るウェーハ検査装置について図１を参照しながら説明する。

図１に示すように、第１の実施形態に係るウェーハ検査装置１は、ウェーハ保持台１１と、ウェーハ保持台１１の上部で且つその外周部に設けられた剛性体からなる環状のシールリング保持部材１２と、シールリング保持部材１２の上に形成された弾性体からなるシールリング１３とを備えている。

シールリング保持部材１２には、内圧調整管１４が表裏方向に貫通して設けられており、該内圧調整管１４におけるシールリング保持部材１２と反対側の端部には内圧を調整する調圧弁（図示せず）が接続されている。

ウェーハ保持台１１は、押圧機構部２にねじ等により固定され、且つ、ＸＹ方向に可動可能に設けられたステージ（図示せず）の上に載置されている。押圧機構部２は、移動部２１、案内部２２、ボールねじ部２３、ナット部２４、モータ部２５及びボールベアリング部２６等から構成されている。中間部材３を介してウェーハ保持台１１と接続され、ボルト等で脱着自在に固定される移動部２１は、中央にリング状の中空部２１ａが設けられた円盤状に形成されている。移動部２１の下面からは、ボールねじ部２３を収容する円筒部材２７が下方に垂直に設けられている。円筒部材２７は、移動部２１の周方向に等間隔に複数、好ましくは２〜４個設けられる。これにより、ウェーハ保持台１１の上下動及び該ウェーハ保持台１１が検査時に受ける接触圧の不均等によって傾くことを防止することができる。円筒部材２７の内部には、モータ部２５にベルト又はカップリング等で連結しているボールねじ部２３が収容されており、円筒部材２７の下端部に設けられたナット部２４がボールねじ部２３と嵌合している。

円筒部材２７の外周には、円筒状の案内部２２が設けられ、円筒部材２７と案内部２２との間にボールベアリング部２６が配置されている。これにより、パルスモータ等であるモータ部２５の駆動によってボールねじ部２３が回転し、ナット部２４が取り付けられた円筒部材２７が案内部２２に案内されて上下動する。ここで、円筒部材２７を固定した移動部２１及びウェーハ保持部１１が上下動する。また、複数のモータ部２５は、同期して駆動される。なお、１つのモータをベルトで連結し、ボールねじ部２３を回転させて、同期するように駆動してもよい。

ウェーハ保持台１１を含むウェーハ検査装置１は、プローブカード保持機構４２を有しており、プローブカード４を装着して保持することができる。

シールリング保持部材１２は、例えば、ジルコニア等の熱容量が小さく且つ熱伝導率が小さい材料により形成されていることが好ましい。これにより、ウェーハ保持台１１を通してウェーハ５の温度を調節する際に、ウェーハ保持台１１の全体の熱抵抗を上げることがなく、またその熱容量を増大させることがない。また、シールリング保持部材１２は、ウェーハ保持台１１と接着されてその隙間を密閉されていてもく、例えば、脱着可能に組み立てられ、且つ空気漏れがないようにＯリング等によってウェーハ保持台１１のとの間を密閉されていることが好ましい。

シールリング１３を形成する材料には、シロキサン等の酸化シリコン化合物を発生するシリコーンゴム系ではなく、フッ素系のゴム材を用いることが好ましい。これにより、ウェーハ保持台１１とプローブカード４とシールリング１３とにより形成される密閉空間を開放する際に、シールリング１３がプローブカード４に固着して、種々の問題を引き起こすことを回避できる。また、シールリング１３におけるウェーハ保持台１１の上面に対して垂直な方向の断面形状は、外側に羽が広がる形状、すなわちベーローズタイプが好ましい。このようにすると、密閉空間とその外部の大気圧との差圧によって羽の先端部がプローブカード４に押し当てられて、シールリング１３のシール性が向上する。

プローブカード４は、平坦度を維持すると共に、押圧機構部２の押圧力によって歪むことを防止するため、補強板４３等により補強されていてもよい。

これらの構造により、ウェーハ保持台１１は、ウェーハ５を載置した後、プローブカード４に形成された複数の接触端子４１とアライメントされ、その後、プローブカード４に押圧することが可能となる。

これにより、図２に示すように、ウェーハ保持台１１と該ウェーハ保持台１１の外周部に設けられたシールリング１３とプローブカード４とによって密閉空間４４が形成される。形成された密閉空間４４の圧力を内圧調整管１４を通じて減圧することにより、密閉空間４４とその外部の大気圧との差圧によって、プローブカード４はウェーハ５に対してさらに強い力で押圧される。

通常、押圧機構２による押圧力は、３００ｍｍ径のウェーハプローバで、１００ｋｇから４００ｋｇ程度まで得ることができる。これに加え、大気圧との差圧を用いると、同様に３００ｍｍ径のウェーハで、７００ｋｇ以上の押圧力を得ることができる。これは、密閉空間４４の内部を真空にした際の差圧（１００ｋＰａ）に、ウェーハ５の径３００ｍｍの面積（１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×π（円周率））を乗じることにより求められる。従って合計で、８００ｋｇから１１００ｋｇ程度の荷重を得ることができる。この荷重は、仮に、接触端子４１がウェーハ５上のアルミニウムからなる電極に対し、２．５ｇの荷重で電気的接触を得ることができるとすると、約４４万端子の電極を同時にウェーハ５に電気的に接続できることを示す。

以上、説明したように、第１の実施形態によると、ウェーハ保持台１１の上部で且つその外周部に設けられたシールリング保持部材１２及び該シールリング保持部材１２の上面に設けられたシールリング１３により形成される、プローブカード４とウェーハ保持台１１との間の密閉空間４４を減圧するため、大気圧以上の押圧力でウェーハ５にプローブカード４を押圧でき、その上、密閉空間４４の圧力が上昇して、該密閉空間４４を形成するためのシールリング１３が外側に押し出されることがない。その結果、プローブカード４に形成される接触端子４１が外周方向に押し出されることがなくなるので、特にプローブカード４の周縁部に形成された接触端子とウェーハ５に形成された電極との間で位置ずれを起こすことがない。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係るウェーハ検査装置について図３を参照しながら説明する。図３において、図１に示した構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。

図３に示すように、第２の実施形態に係るウェーハ検査装置１は、ウェーハ保持台１１と、ウェーハ保持台１１の上部で且つ外周部に設けられた剛性体からなる環状のシールリング保持部材１２と、シールリング保持部材１２の上に形成された弾性体からなるシールリング１３とを備えている。

シールリング保持部材１２には、内圧調整管１４が貫通して設けられており、該内圧調整管１４におけるシールリング保持部材１２と反対側の端部には内圧を調整する調圧弁（図示せず）が接続されている。

ここで、第２の実施形態の特徴として、ウェーハ保持台１１の側面には、シールリング保持部材１２をプローブカード保持機構４２に装着されたプローブカード４の主面に対し、垂直な方向に移動可能なシールリング駆動機構１５が設けられている。ここで、シールリング駆動機構１５は、ウェーハ保持台１１の周囲の３か所以上に設けられていることが好ましい。また、プローブカード４から最も遠ざかった位置において、シールリング１３の先端部が、ウェーハ５の主面よりも下側にあることが好ましい。これにより、ウェーハ５のアライメントを行う際の各種センサと干渉するのを防ぐことができる。

ウェーハ保持台１１をＺ方向（ウェーハの保持面に対して垂直な方向）に駆動する機構には、第１の実施形態のようなステッピングモータ２５等による駆動は必ずしも必要ではなく、ウェーハ保持台１１及びウェーハ５等の重量を操作可能であればよく、エアシリンダ７を用いた近接機構部２Ａであってもよく、また、これらを組み合わせてもよい。

シールリング駆動機構１５は、複動型エアシリンダであることが好ましく、さらには、駆動エア圧が調整可能であればさらに良い。エア圧を適当に調整することにより、シールリング１３をプローブカード４に強く押し当て過ぎることがないという効果を得られる。また、ウェーハ５がプローブカード４に急速に近接又は押圧された場合にも、シールリング保持部材１２はプローブカード４から離れる方向に戻される。このため、ウェーハ保持台１１とプローブカード４とシールリング１３とによって形成される密閉空間が急速に縮まって、一時的にその内圧が上昇することを防止できるという効果がある。逆に、密閉空間の内圧の低下に伴って、プローブカード４側に引き寄せられるため、従来の機械的な力によりシールリング１３をプローブカード４に押し当てるのとは異なり、シールリング１３による一定の反発力と平衡する位置にシールリング１３を保持することができる。

シールリング保持部材１２は、気密性を保持しながらウェーハ保持台１１の外周部を摺動する。このため、シールリング保持部材１２の内面とウェーハ保持台１１の外周面とはＯリング１６等の弾性材によって気密性を確保することが好ましい。このとき、Ｏリング１６の表面は、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂加工がされていることがさらに好ましい。これにより、Ｏリング１６は滑りやすく、且つ摩耗しにくくなる。

以上、説明したように、第２の実施形態によると、ウェーハ保持台１１の上部で且つその外周部にシールリング１３を保持するシールリング保持部材１２が摺動可能に設けられているため、半導体ウェーハ５のプローブカード４への近接と、密閉空間の形成及び該密閉空間の減圧とをそれぞれ独立したタイミングで行うことができる。このため、大気圧との差圧による押圧力をより迅速に得ることができる。

（第２の実施形態の一変形例）
図４に第２の実施形態の一変形例を示す。

図４に示すように、本変形例に係るウェーハ検査装置１は、ウェーハ保持台１１の上に脱着可能なウェーハトレー６を載置することができる。

ここでは、摺動可能に設けられたシールリング１３を保持するシールリング保持部材１２がプローブカード４から遠ざかる位置に退避可能であることが好ましい。このようにすると、アライメントが完了した後、ウェーハトレー６と共にプローブカード４とアライメントされた状態のウェーハ５を他の検査装置に移して所望の検査を行うことができる。このため、より高機能な温調システム上での検査を実施できるだけでなく、検査装置の稼働率を高めることができる。

（半導体ウェーハの検査方法）
以下、第１の実施形態、第２の実施形態及びその変形例に係る、プローブカードを用いた半導体ウェーハの検査方法について図５を参照しながら説明する。

図５に示すように、工程Ｓ０１において、ウェーハ保持台１１の上にウェーハ５を載置する。ウェーハ５には、それぞれが検査対象となる半導体集積回路を含む複数の半導体チップが形成されている。

これと並行して、工程Ｓ０２において、プローブカード４がプローブカード保持機構４２に装着される。

次に、工程Ｓ０３において、ウェーハ５に形成された各半導体チップのパッド電極（図示せず）とプローブカード４に形成された接触端子４１とをアライメントする。その後、ウェーハ保持台１１を上昇することにより、ウェーハ５をプローブカード４に近接又は押圧して、プローブカード４とウェーハ５とを密着する。なお、第１の実施形態においては、シールリング保持部材１２に駆動機構を持たないため、工程Ｓ０３において、ウェーハ保持台１１とプローブカード４とシールリング１３とにより密閉空間が形成される。

次に、第２の実施形態の場合に、工程Ｓ０４において、ウェーハ保持台１１におけるウェーハ５の周囲に設けられた、シールリング１３を保持するシールリング保持部材１２を上昇しプローブカード４に接近させて、シールリング１３をプローブカード４と密着させる。これにより、ウェーハ保持台１１とプローブカード４とシールリング１３とによって密閉空間が形成される。

次に、工程Ｓ０５において、形成された密閉空間の圧力を減圧する。これにより、プローブカード４の各接触端子４１は、ウェーハ５のパッド電極と確実に接触して電気的導通を得る。

なお、第２の実施形態においても、工程Ｓ０３において、シールリング保持部材１２を上昇してシールリング１３をプローブカード４と密着させてもよい。

また、第１の実施形態においては、工程Ｓ０３の段階で密閉空間の内圧を減圧してもよい。このとき、ウェーハ保持台１１の上昇に合わせ、徐々に減圧度合いを増していくのが好ましい。

このようにして、互いにアライメントされて確実に接触したプローブカード４とウェーハ５とは、プローブカード４の上に設けられた検査機能を有するテスタチップ、又はプローブカード４の外部に置かれたテスタと接続されて所望の検査が行われる。

以上のように、本検査方法においては、ウェーハ５とプローブカード４との間の減圧された密閉空間の圧力と大気圧との差圧により、プローブカード４とウェーハ保持台１１とは互いに引き寄せ合う。その結果、プローブカード４の接触端子４１は、ウェーハ５のパッド電極に押圧されて、互いの電気的接続を得ることができる。この際、ウェーハ保持台１１がプローブカード４に押圧されると、その押圧により生じた力は、大気圧との差圧により発生した押圧力に加算されるため、より確実な押圧力を得ることができる。従って、この後は、直ちに所定の検査を始めることが可能となる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係るウェーハ検査装置について図面を参照しながら説明する。

まず、第３の実施形態に係るウェーハ検査装置に用いるプローブカードを図６を用いて説明する。

図６に示すように、第３の実施形態で用いられるプローブカード４Ａは、内部に複数の配線４７ａが形成され、表裏方向に貫通する貫通孔４８を設けた配線基板４７と、ウェーハ５に形成された複数のパッド電極５１とそれぞれ電気的に接触する複数の接触端子４１が形成された薄膜基板４９と、配線基板４７と薄膜基板４９との間に圧着方向にのみ導通する弾性体からなる異方性導電シート４０とを有している。

ここで、薄膜基板４９には、ウェーハ５に形成された半導体集積回路との間で、容量性結合又は誘導性結合により所望の信号の授受を行う非接触パターン４６が形成されている。また、異方性導電シート４０は、接触端子４１及び非接触パターン４６とパッド電極５１とをそれぞれ圧着方向にのみ導通させる。

配線基板４７と薄膜基板４９との間には、貫通孔４８を閉じることにより、第１の密封空間４５を形成することができる。

図７に、図６で説明したプローブカード４Ａを用いて検査を行うウェーハ検査装置の圧力調整機構を示す。

プローブカード４Ａには、貫通孔４８と接続された第１の内圧調整管３５、及び該第１の内圧調整管３５におけるプローブカード４Ａと反対側の端部と接続された第１の調圧弁３７が設けられている。第１の調圧弁３７は、プローブカード４Ａと薄膜基板４９との間で形成される第１の密閉空間４５における第１の内圧を調整可能である。

シールリング保持部材１２には、ウェーハ保持台１１とプローブカード４Ａとシールリング１３とにより形成される第２の密閉空間４４と接続された第２の内圧調整管１４、及び該第２の内圧調整管１４におけるシールリング保持部材１２と反対側の端部と接続された第２の調圧弁３８が設けられている。

さらに、第１の内圧調整管３５と第２の内圧調整管１４とは、気圧短絡スイッチ３６によって互いに接続されている。気圧短絡スイッチ３６は、一般には一の電気信号により第１の内圧調整管３５と第２の内圧調整管１４とを導通させ、両者を同一の気圧にすることができる。また、他の電気信号により気圧短絡スイッチ３６を不導通にすることもできる。不導通にした際には、各調圧弁３７、３８によって独立して圧力を調整することができる。従って、各調圧弁３７、３８は、電気信号により互いに独立に所定の圧力値を変更できることが望ましい。

これにより、プローブカード４Ａは、該プローブカード４Ａに形成された各接触端子４１をウェーハ５に形成された各パッド電極５１と押圧させることができると共に、第１の密封空間４５の圧力を第２の密封空間４４の圧力よりも高くすることができる。その結果、薄膜基板４９をウェーハ５側に膨らませて、非接触パターン４６と接触させることができるため、非接触パターン４６における電磁的結合が強くなるので、より安定した電気信号の非接触通信を行うことができる。

（第３の実施形態の一変形例）
図８に第３の実施形態の一変形例を示す。

図７に示した、第１の内圧調整管３５と接続された第１の調圧弁３７は、図８に示すように、第２の密封空間４４の圧力に対して所定の差圧となるように調整する差圧弁３９であってもよい。

これにより、第１の密封空間４５の圧力は、予め設定された差圧に自動的に調整される。その結果、プローブカード４Ａの接触端子４１の個数に応じて、所定の接触端子圧となるように、第２の調圧弁３８の設定値を変更した場合においても、差圧弁３９の設定値はその都度変更する必要がなくなるので、例えば人為的な操作ミスを防ぐことができる。

本発明に係るウェーハ検査装置及びそれを用いた半導体ウェーハの検査方法は、集積回路が形成された半導体ウェーハと接触させて電気的測定を行う際に、大気圧との差圧を利用することにより大きな荷重値を得ることができる。また、従来の加圧方法と組み合わせることにより、さらに大きな荷重を得ることができ、より多くの端子を有するプローブカードを用いた検査を安定して行えるようになる。また、半導体ウェーハに対して一括に検査を行う際にも有用である。

１ ウェーハ検査装置
１１ ウェーハ保持台
１２ シールリング保持部材
１３ シールリング
１４ （第２の）内圧調整管
１５ シールリング駆動機構
１６ Ｏリング
２ 押圧機構部
２１ 移動部
２１ａ 中空部
２２ 案内部
２３ ボールねじ部
２４ ナット部
２５ モータ部
２６ ボールベアリング部
２７ 円筒部材
２Ａ 近接機構部
３ 中間部材
３５ 第１の内圧調整管
３６ 気圧短絡スイッチ
３７ 第１の調圧弁
３８ 第２の調圧弁
３９ 差圧弁
４ プローブカード
４０ 異方性導電シート
４１ 接触端子
４２ プローブカード保持機構
４３ 補強板
４４ （第２の）密封空間
４５ 第１の密封空間
４６ 非接触パターン
４７ 配線基板
４７ａ 配線
４８ 貫通孔
４９ 薄膜基板
５ ウェーハ
６ ウェーハトレー
７ エアシリンダ

Claims (3)

1. 半導体集積回路が形成された半導体ウェーハの電気的特性を検査するウェーハ検査装置であって、
   前記半導体ウェーハに対して電気検査を行うプローブカードを保持する保持機構と、
   上面に前記半導体ウェーハを保持し、且つ可動に設けられたウェーハ保持台と、
   保持された前記プローブカードと前記半導体ウェーハとの位置合わせを行い、且つ前記ウェーハ保持台を前記プローブカードに押圧する押圧機構とを備え、
   前記ウェーハ保持台には、その外周部に、前記プローブカードとの間で密閉空間を形成するシールリングが設けられており、
   前記シールリングは、前記プローブカードと接触することにより、前記密閉空間を前記ウェーハと前記プローブカードとを近接させた状態で形成し、且つ、前記密閉空間の気圧を減圧可能に設けられており、
   前記シールリングは、前記ウェーハ保持台に、前記プローブカードの主面と垂直な方向に可動に設けられていることを特徴とするウェーハ検査装置。
2. 前記シールリングの可動範囲は、前記ウェーハ保持台において、前記半導体ウェーハに対して前記プローブカードと反対側に離れた位置と、前記半導体ウェーハよりも前記プローブカードに近い位置との間であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ検査装置。
3. 前記ウェーハ保持台の上に脱着可能に設けられたウェーハトレーをさらに備え、
   前記シールリングは、前記ウェーハ保持台の前記プローブカードから離れる位置に退避可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のウェーハ検査装置。

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