JPH11121548A - ウェハカセット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バーンイン等の検査工程の終了後にウェハカ
セットから半導体ウェハを容易に取り出すことができる
ようにする。 【解決手段】 半導体ウェハを保持するウェハトレイ１
１には、複数の集積回路素子及びその各電極が形成され
た半導体ウェハ１２が載置されており、半導体ウェハ１
２の上には、該半導体ウェハ１２の素子形成面と対向
し、複数の集積回路素子の各電極と電気的に接続される
バンプ群２１を有するプローブカード２２が設けられて
いる。ウェハトレイ１１のウェハ保持部の外側には、プ
ローブカード２２の主面におけるバンプ群２１の周辺部
と対向すると共に環状で且つ中空のシリコンゴム等より
なるシールリング１５が設けられており、ウェハトレイ
１１の側部には、中空のシールリング１５と導通し、該
シールリング１５の内部に流通する流体を制御するバル
ブ１６が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ上に
形成されたチップの複数の集積回路をウェハ状態で同時
に検査するために用いられるウェハカセットに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路装置を搭載した電
子機器の小型化及び低価格化の進歩は目ざましく、これ
に伴って、半導体集積回路装置に対する小型化及び低価
格化の要求が強くなっている。

【０００３】通常、半導体集積回路装置は、半導体チッ
プとリードフレームとがボンディングワイヤによって電
気的に接続された後、半導体チップが樹脂又はセラミク
ス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。ところが、電子機器の小型化の要求から、半
導体集積回路装置を半導体から切り出したままの状態
（以後、この状態の半導体集積回路装置をベアチップ又
は単にチップと呼ぶ。）で直接回路基板に実装する方法
が開発され、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ている。

【０００４】ベアチップに対して品質保証を行なうため
には、半導体集積回路装置をウェハ状態でバーンインす
る必要がある。

【０００５】しかしながら、半導体ウェハに対するバー
ンインは、半導体ウェハの取り扱いが非常に複雑になる
ので、低価格化の要求に応えられない。また、一の半導
体ウェハ上に形成されている複数のベアチップを１個又
は数個ずつ何度にも分けてバーンインを行なうのは、多
くの時間を要するので、時間的にもコスト的にも現実的
でないので、すべてのベアチップをウェハ状態で一括し
て同時にバーンインを行なうことが要求される。

【０００６】そこで、日経マイクロデバイス（１９９７
年７月号１２９ページ）に開示されているような、ウェ
ハ状態で一括して同時にバーンインを行なえる従来のウ
ェハカセットを図面を用いて説明する。

【０００７】図５は従来の一括バーンイン（以下、ウェ
ハ・バーンインと呼ぶ。）用のウェハカセットの断面構
成を示している。図５に示すように、周縁部がセラミク
ス等よりなる剛性リング１０１に保持され、ポリイミド
薄膜よりなるプローブカード１０２には、その主面に半
導体ウェハ１０３上の集積回路素子の検査用の各電極と
対応する位置に設けられたプローブ端子となる複数のバ
ンプ１０４が形成されている。このバンプ１０４は、プ
ローブカード１０２の主面と反対側の面（裏面）に貫通
するコンタクトを介して配線基板（図示せず）と電気的
に接続されている。

【０００８】このプローブカード１０２を用いてウェハ
・バーンインを行なうには、該プローブカード１０２の
各バンプ１０４と半導体ウェハ１０３上に形成された集
積回路素子の各電極とを完全に接触させる必要がある。
そのための治具として、アルミニウム等の金属よりな
り、半導体ウェハ１０３を保持するウェハトレイ１１１
が必要となる。

【０００９】ウェハトレイ１１１におけるプローブカー
ド１０２の主面と対向する面（＝主面）の周縁部には、
プローブカード１０２の主面とウェハトレイ１１１の主
面と共に密閉空間を形成するためのシリコンゴム等から
なるシールリング１１２が設けられ、また、側部に密閉
空間と外部とを導通させ且つ減圧状態を維持する真空バ
ルブ１１３が設けられている。

【００１０】この真空バルブ１１３から密閉空間の空気
を排気して該密閉空間を減圧することにより、プローブ
カード１０２の裏面とウェハトレイ１１１の裏面とが互
いに大気圧に押圧されるため、プローブカード１０２の
主面に形成された各バンプ１０４と半導体ウェハ１０３
に形成された各電極とが接近してさらに圧着されること
になる。これにより、プローブカード１０２、半導体ウ
ェハ１０３及びウェハトレイ１１１が一体化された状態
で、プローブカード１０２の裏面と配線基板とを接触さ
せ、該配線基板をバーンイン装置と接続すれば、ウェハ
・バーンインを行なうことができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のウェハ・バーンイン用のウェハカセットは、プロー
ブカード１０２の主面、ウェハトレイ１１１の主面及び
シールリング１１２とにより形成される密閉空間を減圧
して、プローブカード１０２の各バンプ１０４と半導体
ウェハ１０３上に形成された集積回路素子の各電極とを
電気的に接続し、バーンイン工程の終了後に、収納器か
ら半導体ウェハ１０３を取り出す際に、シールリング１
１２が、１００℃以上の温度下で且つプローブカード１
０２及びウェハトレイ１１１に圧着されたまま長時間放
置されるため、プローブカード１０２の主面に固着して
しまい、半導体ウェハ１０３を容易に取り出すことがで
きないという問題を有している。

【００１２】本発明は、前記従来の問題を解決し、バー
ンイン等の検査工程の終了後にウェハカセットから半導
体ウェハを容易に取り出すことができるようにすること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、ウェハトレイの周縁部に設けられ、互い
に対向するウェハトレイとプローブカードとを気密に保
つための環状のシール部材を中空にすると共に、該環状
のシール部材の内部の圧力を変更できる構成とするもの
である。

【００１４】本発明に係る第１のウェハカセットは、半
導体ウェハ上に形成されている複数の半導体集積回路素
子の各電極に電圧を印加して、複数の半導体集積回路素
子の電気的特性をウェハレベルで一括して検査するため
のウェハカセットであって、半導体ウェハを保持するウ
ェハトレイと、ウェハトレイのウェハ保持部と対向する
ように設けられ、複数の半導体集積回路素子の各電極と
対応する位置にプローブ端子を有するプローブカード
と、ウェハトレイにおけるウェハ保持部の外側に、ウェ
ハトレイ及びプローブカードと共に密閉空間を形成する
ように設けられた環状で且つ中空のシール部材と、シー
ル部材に設けられ、該シール部材の内部に対する流体の
流出入の通路を開閉するバルブと、密閉空間を減圧して
半導体ウェハの半導体集積回路素子の各電極とプローブ
カードの各プローブ端子とを電気的に接続させる減圧手
段とを備えている。

【００１５】第１のウェハカセットによると、ウェハト
レイにおけるウェハ保持部の外側に、ウェハトレイ及び
プローブカードと共に密閉空間を形成するように設けら
れた中空で且つ環状のシール部材と、シール部材に設け
られ、該シール部材の内部に対する流体の流出入の通路
を開閉するバルブとを備えているため、半導体ウェハが
減圧状態で保持されているウェハカセットから該半導体
ウェハを取り出す際に、減圧されていた密閉空間に対し
て減圧手段を用いて該密閉空間の気密を破ると共に、シ
ール部材に設けられたバルブから、例えば、空気を流入
又は流出させてシールリングの環状中心に対する断面積
を変化させることにより、シール部材におけるプローブ
カードと接する部分の面積を小さくすることができる。

【００１６】本発明に係る第２のウェハカセットは、半
導体ウェハ上に形成されている複数の半導体集積回路素
子の各電極に電圧を印加して、複数の半導体集積回路素
子の電気的特性をウェハレベルで一括して検査するため
のウェハカセットであって、半導体ウェハを保持するウ
ェハトレイと、ウェハトレイのウェハ保持部と対向する
ように設けられ、複数の半導体集積回路素子の各電極と
対応する位置にプローブ端子を有するプローブカード
と、ウェハトレイにおけるウェハ保持部の外側に、ウェ
ハトレイ及びプローブカードと共に密閉空間を形成する
ように設けられた環状のシール部材と、密閉空間を減圧
して半導体ウェハの半導体集積回路素子の各電極とプロ
ーブカードの各プローブ端子とを電気的に接続させる減
圧手段と、密閉空間を加圧して、プローブカードにおけ
るプローブ端子が形成されている面と、ウェハトレイに
おけるウェハ保持部との間隔を大きくする加圧手段とを
備えている。

【００１７】第２のウェハカセットによると、ウェハト
レイ、プローブカード及び環状のシール部材により形成
される密閉空間を加圧して、プローブカードにおけるプ
ローブ端子が形成されている面と、ウェハトレイにおけ
るウェハ保持部との間隔を大きくする加圧手段とを備え
ているため、半導体ウェハが減圧状態で保持されている
ウェハカセットから該半導体ウェハを取り出す際に、該
密閉空間の減圧状態を大気圧と同一程度の圧力に戻すだ
けでなく、加圧手段から積極的に密閉空間に空気を流入
することにより該密閉空間を加圧状態にすると、プロー
ブカードにおけるプローブ端子形成面と、ウェハトレイ
におけるウェハ保持部との間隔が大きくなるため、シー
ル部材におけるプローブカードと接する部分の面積を小
さくすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について図面
を参照しながら説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施形態に係るウェハ・
バーンイン用のウェハカセットの断面構成を示してい
る。図１に示すように、半導体ウェハを保持するウェハ
トレイ１１には、上面に複数の半導体集積回路素子及び
その各電極が形成された半導体ウェハ１２が載置されて
おり、半導体ウェハ１２の上には、該半導体ウェハ１２
の素子形成面と対向し、複数の半導体集積回路素子の各
電極と対応する位置に複数のプローブ端子としてのバン
プ群２１を有するプローブカード２２が設けられてい
る。

【００２０】このプローブカード２２は、例えば、ポリ
イミド等の絶縁性薄膜よりなり、主面に形成されている
バンプ群２１の各バンプには、該プローブカード２２の
主面と反対側の面（裏面）に貫通して入出力端子（図示
せず）が形成されており、該入出力端子は配線基板（図
示せず）と電気的に接続される。

【００２１】プローブカード２２におけるバンプ形成面
側の周縁部は、セラミクス等よりなる剛性リング２３に
よって保持されている。

【００２２】ウェハトレイ１１におけるウェハ保持部の
外側には、プローブカード２２の主面におけるバンプ群
２１の周辺部と対向すると共に環状で且つ中空のシール
部材としてのシリコンゴム等よりなるシールリング１５
が設けられている。

【００２３】また、ウェハトレイ１１の側部には、中空
のシールリング１５と導通し、該シールリング１５の内
部に対する流体の流出入の通路を開閉するバルブ１６が
設けられており、さらに、プローブカード２２のバンプ
形成面とウェハトレイ１１のウェハ保持部とシールリン
グ１６とにより形成される密閉空間１７と外部とを導通
させ且つ内部の圧力状態を維持する加圧手段及び減圧手
段としての調圧バルブ１８が設けられている。

【００２４】以下、前記のように構成されたウェハカセ
ットの使用方法について図面を参照しながら説明する。

【００２５】図２（ａ）〜（ｃ）は本実施形態に係るウ
ェハカセットの使用方法であって、シールリングが工程
順に変化する断面を示している。

【００２６】まず、図２（ａ）に示すように、シールリ
ング１５の内圧を大気圧程度に設定しておき、プローブ
カード２２におけるバンプ群の各バンプ位置と半導体ウ
ェハ１２における複数の集積回路素子の各電極の位置と
を合わせる。

【００２７】次に、図２（ｂ）に示すように、プローブ
カード２２の調圧バルブからプローブカード２２のバン
プ形成面とウェハトレイ１１のウェハ保持部とシールリ
ング１５とにより形成される密閉区間１７の空気を吸引
して該密閉空間１７を減圧すると、プローブカード２２
の裏面とウェハトレイ１１の裏面とが互いに大気圧に押
圧されるため、プローブカード２２に形成されたバンプ
群の各バンプと半導体ウェハに形成された各電極とが接
近してさらに圧着されるので、その結果、プローブカー
ド２２に形成されているバンプ群の各バンプと半導体ウ
ェハに形成されている複数の集積回路素子の各電極とが
電気的に接続される。次に、プローブカード２２、半導
体ウェハ及びウェハトレイ１１が一体化された状態で、
プローブカード２２の裏面と配線基板（図示せず）とを
接触させ、該配線基板をバーンイン装置（図示せず）と
接続すれば、ウェハ・バーンインを行なうことができ
る。

【００２８】次に、図２（ｃ）に示すように、バーンイ
ン装置からウェハカセットを取り出した後、ウェハカセ
ットにおける減圧されていた密閉空間に対して調圧バル
ブを開いて気密を破ると共に、中空のシールリング１５
に設けられたバルブ１６から、空気を流入させて、シー
ルリング１５の環状中心に対する断面積を増大させるこ
とにより、シールリング１５におけるプローブカード２
２と接する部分の面積を低減させることができるため、
長時間互いに密着していたシールリング１５とプローブ
カード２２とを容易に剥離することができる。

【００２９】ここで、さらに、調圧バルブを開いて気密
を破るだけでなく、該調圧バルブから空気を流入させて
密閉空間の内圧を大気圧以上にまで高めることが好まし
い。このようにすると、プローブカード２２のバンプ形
成面とウェハトレイ１１のウェハ保持部との間隔が広が
るため、シールリング１５におけるプローブカード２２
と接する部分の面積が一層低減するため、シールリング
１５とプローブカード２２とをさらに容易に剥離させる
ことができる。

【００３０】以上説明したように、本実施形態による
と、ウェハトレイ１１におけるウェハ保持部の外側に、
ウェハトレイ１１及びプローブカード２２と共に密閉空
間を形成するように設けられた環状で且つ中空のシール
リング１５には、該シールリング１５の内部に対する空
気の流通通路を開閉するバルブ１６が設けられているた
め、バルブ１６からシールリング１５の内部に空気を流
入させて内圧を高めると、該シールリング１５の環状中
心に対する断面積が増大するので、シールリング１５に
おけるプローブカード２２と接する部分の面積が低減す
ることになる。このため、互いに密着していたシールリ
ング１５とプローブカード２２とを容易に剥離すること
ができる。

【００３１】さらに、ウェハカセットから半導体ウェハ
を取り出す際に、密閉空間の内圧を大気圧まで戻すだけ
でなく、加圧状態にまで移行させれば、シールリング１
５とプローブカード２２との剥離は一層容易となる。

【００３２】以下、本実施形態の使用方法に係る第１変
形例について図面を参照しながら説明する。まず、図３
（ｂ）に示すように、密閉空間１７を減圧する際に、シ
ールリング１５に対してバルブ１６から空気を流入する
ことにより、図３（ａ）に示すような空気を流入する前
の環状中心に対するシールリング１５の断面積（以下、
所定断面積という。）よりも大きくする。

【００３３】次に、図３（ｃ）に示すように、検査終了
後における半導体ウェハ取り出し時には、シールリング
１５の環状中心に対する断面積が所定断面積以下にまで
小さくなる程度に、バルブ１６からシールリング１５内
部の空気を流出させて内圧を下げる。これにより、シー
ルリング１５におけるプローブカード２２と接する部分
の面積が低減するので、互いに密着していたシールリン
グ１５とプローブカード２２とが容易に剥離する。

【００３４】また、第２変形例として、図４（ｂ）に示
すように、シールリング１５に対して内圧を変えること
なく、すなわち、所定断面積のままで密閉空間１７を減
圧してもよい。検査後は、図４（ｃ）に示すように、第
１変形例と同様に、シールリング１５の内圧を下げて、
シールリング１５とプローブカード２２とを剥離させ
る。

【００３５】なお、前述したように、ウェハ・バーンイ
ン等の検査時には、プローブカード２２に形成されてい
る各バンプと、半導体ウェハに形成されている半導体集
積回路素子の各電極とは電気的に確実に接続される必要
があるため、プローブカード２２のバンプ形成面とウェ
ハトレイ１１のウェハ保持部とシールリング１５とによ
り形成される密閉区間１７を減圧することにより、各バ
ンプと電極とを圧着させていることから、シールリング
１５の高さ方向の寸法が重要な要素となる。従って、本
実施形態及び各変形例において、シールリング１５の所
定断面積及び弾性率をそれぞれの場合で最適化する必要
がある。

【００３６】

【発明の効果】本発明に係る第１のウェハカセットによ
ると、半導体ウェハが減圧状態で保持されているウェハ
カセットから該半導体ウェハを取り出す際に、減圧され
ていた密閉空間に対して減圧手段を用いて該密閉空間の
気密を破ると共に、シール部材に設けられたバルブか
ら、例えば、空気を流入又は流出させてシールリングの
環状中心に対する断面積を変化させることによって、シ
ール部材におけるプローブカードと接する部分の面積を
小さくする。その結果、シール部材におけるプローブカ
ードと接する部分の面積が小さくなるため、シールリン
グとプローブカードとが容易に剥離するようになるの
で、検査工程に要する時間が短縮されると共に、検査の
自動化を容易にすることができる。

【００３７】本発明に係る第２のウェハカセットによる
と、半導体ウェハが減圧状態で保持されているウェハカ
セットから該半導体ウェハを取り出す際に、該密閉空間
の減圧状態を大気圧と同一程度の圧力に戻すだけでな
く、加圧手段から積極的に密閉空間に空気を流入するこ
とにより該密閉空間を加圧状態にすると、プローブカー
ドにおけるプローブ端子形成面と、ウェハトレイにおけ
るウェハ保持部との間隔が大きくなるため、シール部材
におけるプローブカードと接する部分の面積が小さくな
る。その結果、シールリングとプローブカードとが容易
に剥離するようになるので、検査工程に要する時間が短
縮されると共に、検査の自動化を容易にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るウェハカセットを示
す構成断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係るウ
ェハカセットの使用方法を示し、ウェハカセットにおけ
るシールリング部分の部分断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態の第１変
形例に係るウェハカセットの使用方法を示し、ウェハカ
セットにおけるシールリング部分の断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態の第２変
形例に係るウェハカセットの使用方法を示し、ウェハカ
セットにおけるシールリング部分の断面図である。

【図５】従来のウェハカセットを示す構成断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ ウェハトレイ １２ 半導体ウェハ １５ シールリング（シール部材） １６ バルブ １７ 密閉空間 １８ 調圧バルブ（減圧手段／加圧手段） ２１ バンプ群（プローブ端子） ２２ プローブカード ２３ 剛性リング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェハ上に形成されている複数の
   半導体集積回路素子の各電極に電圧を印加して、前記複
   数の半導体集積回路素子の電気的特性をウェハレベルで
   一括して検査するためのウェハカセットであって、 前記半導体ウェハを保持するウェハトレイと、 前記ウェハトレイのウェハ保持部と対向するように設け
   られ、前記複数の半導体集積回路素子の各電極と対応す
   る位置にプローブ端子を有するプローブカードと、 前記ウェハトレイにおけるウェハ保持部の外側に、前記
   ウェハトレイ及びプローブカードと共に密閉空間を形成
   するように設けられた環状で且つ中空のシール部材と、 前記シール部材に設けられ、該シール部材の内部に対す
   る流体の流出入の通路を開閉するバルブと、 前記密閉空間を減圧して前記半導体ウェハの半導体集積
   回路素子の各電極と前記プローブカードの各プローブ端
   子とを電気的に接続させる減圧手段とを備えていること
   を特徴とするウェハカセット。
2. 【請求項２】 半導体ウェハ上に形成されている複数の
   半導体集積回路素子の各電極に電圧を印加して、前記複
   数の半導体集積回路素子の電気的特性をウェハレベルで
   一括して検査するためのウェハカセットであって、 前記半導体ウェハを保持するウェハトレイと、 前記ウェハトレイのウェハ保持部と対向するように設け
   られ、前記複数の半導体集積回路素子の各電極と対応す
   る位置にプローブ端子を有するプローブカードと、 前記ウェハトレイにおけるウェハ保持部の外側に、前記
   ウェハトレイ及びプローブカードと共に密閉空間を形成
   するように設けられた環状のシール部材と、 前記密閉空間を減圧して前記半導体ウェハの半導体集積
   回路素子の各電極と前記プローブカードの各プローブ端
   子とを電気的に接続させる減圧手段と、 前記密閉空間を加圧して、前記プローブカードにおける
   前記プローブ端子が形成されている面と、前記ウェハト
   レイにおけるウェハ保持部との間隔を大きくする加圧手
   段とを備えていることを特徴とするウェハカセット。