JPH11145216A - ウェハバーンイン装置、検査用基板及びポゴピン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハバーンインにおいて、プローブカード
を保持した配線基板が熱膨張しても、配線基板の外部電
極がパフォーマンスボード等の引き出し基板に設けられ
ているポゴピンの先端部によって損傷しないようにす
る。 【解決手段】 半導体ウェハ１１を保持するウェハトレ
イ１１と対向するようにプローブカード１２が設けられ
ており、該プローブカード１２は配線基板１３に保持さ
れている。配線基板１３には、パフォーマンスボード２
１のポゴピン２３を介して検査用電圧が供給される外部
電極２７と、該外部電極２７とプローブカード１２のバ
ンプ１６とを接続する銅等よりなる多層配線２５とが設
けられている。外部電極２７の少なくとも表面部は、タ
ングステン等のように金属配線２５を構成する金属より
も硬い金属により形成されている。

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
形成された複数の半導体集積回路素子に対して一括して
バーンインを行なうウェハバーンイン装置、該ウェハバ
ーンイン装置に組み込まれる検査用基板、及び該検査用
基板に検査用電圧を印加するためのポゴピンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体集積回路装置は、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た後、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スにより
封止された状態で供給されて、プリント基板に実装され
る。

【０００３】ところが、電子機器の小型化及び低価格化
の要求から、半導体集積回路装置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なう必要がある。

【０００５】そこで、例えば、NIKKEI MICRODEVICES 19
97年 7月号に記載されているように、半導体集積回路素
子が形成された半導体ウェハを保持するウェハトレイ
と、該ウェハトレイに保持された半導体ウェハと対向す
るように設けられ、該半導体ウェハの半導体集積回路素
子の検査用端子と接続されるバンプを有するプローブカ
ードと、ウェハトレイとプローブカードとの間に設けら
れ、ウェハトレイ及びプローブカードと共に密封空間を
形成する環状のシール材とを備えたウェハバーンイン装
置が提案されている。

【０００６】以下、前記のウェハバーンイン装置につい
て、図３及び図４を参照しながら説明する。図３はウェ
ハバーンイン装置の断面構造を示しており、図４は図３
の部分拡大断面構造を示している。

【０００７】図３に示すように、半導体ウェハ１０を保
持したウェハトレイ１１と、プローブカード１２を保持
した配線基板１３とが対向するように設けられていると
共に、ウェハトレイ１１の周縁部に環状のシール材１４
が設けられており、ウェハトレイ１１とプローブカード
１２とを接近させると、ウェハトレイ１１、プローブカ
ード１２及びシール部材１４によって密封空間１５が形
成される。

【０００８】図４に示すように、半導体ウェハ１０上に
形成されている各半導体集積回路素子は検査用電極１６
を有している。

【０００９】図３及び図４に示すように、プローブカー
ド１２における、半導体ウェハ１０上の半導体集積回路
素子の検査用電極１６と対応する部位にはバンプ１７が
設けられていると共に、プローブカード１２の周縁部は
剛性のリング１８により保持されている。

【００１０】図４に示すように、配線基板１３には、一
端部が電源電圧、接地電圧又は信号電圧等の検査用電圧
を供給する図示しない検査装置に接続される多層配線２
５と、該多層配線２５の他端側とプローブカード１２の
バンプ１７とを電気的に接続する異方導電性ゴム２６と
が設けられている。

【００１１】図３に示す状態で、ウェハトレイ１１、プ
ローブカード１２及びシール部材１４によって形成され
ている密封空間１５を図示しない減圧手段により減圧す
ると、ウェハトレイ１１とプローブカード１２とが一層
接近して、図４に示すように、半導体ウェハ１０上の半
導体集積回路素子の検査用電極１６とプローブカード１
２のバンプ１７とが電気的に接続する。その後、検査装
置から検査用電圧を半導体ウェハ１０上の各半導体集積
回路素子に印加したり、各半導体集積回路素子からの出
力信号を検査装置に入力したりして、検査装置は各半導
体集積回路素子の電気特性を評価する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、検査装置か
ら検査用電圧を半導体ウェハ１０上の各半導体集積回路
素子に印加したり、各半導体集積回路素子からの出力信
号を検査装置に入力したりするために、図５及び図６に
示すようなウェハバーンイン装置を考慮した。図５はウ
ェハバーンイン装置の全体構成を示す断面図であり、図
６の左側部分は図５におけるＡ部の拡大断面図であり、
図６の右側部分は図５におけるＢ部の拡大断面図であ
る。

【００１３】図５に示すように、ウェハトレイ１１に保
持された半導体ウェハ１０と、配線基板１３に保持され
たプローブカード１２とが対向しており、ウェハトレイ
１１、プローブカード１２及び環状のシール部材１４に
よって密封空間１５が形成される。

【００１４】図５において、２０は半導体ウェハ１０上
の各半導体集積回路素子の電気特性を評価する検査装置
であって、該検査装置２０はパフォーマンスボード２１
を介して配線基板１３に接続される。

【００１５】パフォーマンスボード２１の側部には、検
査装置２０と接続するためのコネクタ２２が設けられて
いると共に、パフォーマンスボード２１の周縁部には多
数のポゴピン２３が設けられており、検査装置２０から
供給される検査用電圧は、コネクタ２２及びパフォーマ
ンスボード２１の内部に形成された配線を介してポゴピ
ン２３に印加される。

【００１６】図６に示すように、配線基板１３は、ポゴ
ピン２３の先端部と電気的に接続される外部電極２４、
一端側が外部電極２４と接続されている多層配線２５、
及び多層配線２５の他端側とプローブカード１２のバン
プ１７とを電気的に接続する異方導電性ゴム２６を有し
ている。

【００１７】図５に示すウェハバーンイン装置におい
て、検査装置２０から、パフォーマンスボード２１、ポ
ゴピン２３、外部電極２４、多層配線２５及び異方導電
性ゴム２６を介してプローブシート１２のバンプ１７に
検査用電圧を供給すると、供給された検査用電圧はバン
プ１７から半導体ウェハ１０の各半導体集積回路素子の
検査用電極１６に印加され、これによって、半導体ウェ
ハ１０上の各半導体集積回路素子に対してウェハバーン
インを行なうことができる。

【００１８】ところが、前記のウェハバーンイン装置に
おいては、以下に説明するような問題が発生する。

【００１９】すなわち、ウェハバーンインにおいては、
温度加速を行なうべく半導体ウェハ１０を例えば１２５
℃に昇温する必要がある。このため、ウェハトレイ１１
に内蔵されたヒーターによって半導体ウェハ１０を昇温
させたり、又は半導体ウェハ１０上の各半導体集積回路
素子の動作に伴う熱によって半導体ウェハ１０自体を昇
温させたりする。昇温した半導体ウェハ１０の熱はプロ
ーブカード１２を介して配線基板１３に伝えられるの
で、配線基板１３は熱膨張する。従って、配線基板１３
の外部電極２４がパフォーマンスボード２１のポゴピン
２３に対して配線基板１３の面内方向に相対移動するの
で、ポゴピン２３の先端部によって配線基板１３の外部
電極２４が損傷するという問題が発生する。また、熱膨
張した配線基板１３が室温に戻る際にも同様の問題が発
生する。

【００２０】前記に鑑み、本発明は、ウェハバーンイン
装置において、プローブカードを保持した配線基板が熱
膨張しても、配線基板の外部電極がパフォーマンスボー
ド等の引き出し基板に設けられているポゴピンの先端部
によって損傷しないようにすることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係るウェハバーンイン装置は、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プローブカード
と、プローブカードを保持しておりプローブカードのプ
ローブ端子と電気的に接続された外部電極を有する配線
基板と、ポゴピンを有しており入出力端子に供給された
検査用電圧をポゴピンを介して配線基板の外部電極に供
給する引き出し基板とを備えたウェハバーンイン装置を
前提とし、ポゴピンは、筒状体と、筒状体の先端部に保
持されたボールと、筒状体内に収納されボールを先端部
側に付勢しているスプリングとを有している。

【００２２】本発明のウェハバーンイン装置によると、
ポゴピンの先端部に、スプリングにより付勢されたボー
ルが設けられているため、昇温した半導体ウェハの熱が
プローブカードを介して配線基板に伝わって配線基板が
熱膨張したり、熱膨張した配線基板が室温に戻ったりす
る際に、配線基板の外部電極が面内方向に相対移動する
と、ポゴピンの先端部のボールは回転しながら外部電極
と摺接する。

【００２３】本発明に係る検査用基板は、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プローブカード
と、該プローブカードを保持すると共に、引き出し基板
のポゴピンを介して検査用電圧が供給される外部電極及
び該外部電極とプローブカードのプローブ端子とを接続
する金属配線を有する配線基板とを備えた検査用基板を
前提とし、外部電極の少なくとも表面部は、金属配線を
構成する金属よりも硬い金属により形成されている。

【００２４】本発明の検査用基板によると、配線基板の
外部電極の少なくとも表面部は金属配線を構成する金属
よりも硬い金属により形成されているため、昇温した半
導体ウェハの熱がプローブカードを介して配線基板に伝
わって配線基板が熱膨張したり、熱膨張した配線基板が
室温に戻ったりする際に、配線基板の外部電極が面内方
向に相対移動して、配線基板の外部電極と引き出し電極
のポゴピンの先端部とが摺接しても、外部電極は損傷し
難い。

【００２５】本発明に係るポゴピンは、筒状体と、該筒
状体の内部に収納されたスプリングと、筒状体の内部に
おけるスプリングよりも先端側に軸方向へ移動自在に保
持されたプランジャと、筒状体の先端部にプランジャと
接するように保持されたボールとを備え、ボールはスプ
リングによりプランジャを介して先端側に付勢されてい
る。

【００２６】本発明のポゴピンによると、筒状体の先端
部にスプリングにより先端側に付勢されたボールを備え
ているため、該ポゴピンはボールを介して基板の電極と
接触することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係るウェハバーンイン装置につい
て、図１及び図３を参照しながら説明する。

【００２８】図１は第１の実施形態に係るウェハバーン
イン装置の断面構造を示しており、図１における左側部
分は図３におけるＡ部の拡大断面構造を示し、図１にお
ける右側部分は図３におけるＢ部の拡大断面構造を示し
ている。

【００２９】第１の実施形態に係るウェハバーンイン装
置は、従来のウェハバーンイン装置と同様、半導体ウェ
ハ１０を保持したウェハトレイ１１と、プローブカード
１２を保持した配線基板１３とが対向するように設けら
れていると共に、ウェハトレイ１１の周縁部に環状のシ
ール材１４が設けられており、ウェハトレイ１１、配線
基板１３及びシール部材１４によって形成される密封空
間１５を減圧すると、図１に示すように、半導体ウェハ
１０上の半導体集積回路素子の検査用電極１６とプロー
ブカード１２のバンプ１７とが電気的に接続する。

【００３０】また、パフォーマンスボード２１には、検
査装置２０と接続されて入出力端子となるコネクタ２２
及び多数のポゴピン２３が設けられており、検査装置２
０から供給される検査用電圧は、コネクタ２２及びパフ
ォーマンスボード２１の内部に形成された配線を介して
ポゴピン２３に印加される。

【００３１】また、図１に示すように、配線基板１３に
は、ポゴピン２３の先端部と電気的に接続される外部電
極２７、一端側が外部電極２７と接続されている多層配
線２５、及び多層配線２５の他端側とプローブカード１
２のバンプ１７とを電気的に接続する異方導電性ゴム２
６が設けられており、検査装置２０から、パフォーマン
スボード２１、ポゴピン２３、外部電極２７、多層配線
２５及び異方導電性ゴム２６を介してプローブシート１
２のバンプ１７に検査用電圧を供給すると、検査用電圧
は半導体ウェハ１０の各半導体集積回路素子の検査用電
極１６に印加されるので、各半導体集積回路素子に対し
てウェハバーンインを行なうことができる。

【００３２】第１の実施形態の特徴として、配線基板１
３の多層配線２５は銅又はアルミニウムにより形成さ
れ、配線基板１３の外部電極２７は、多層配線２５と同
一工程により形成された銅又はアルミニウムよりなる下
地層と、該下地層の上にメッキにより形成されたタング
ステン、ロジウム、ベリリウム又はニッケル等よりなる
被覆層とから構成されている。すなわち、多層配線２５
は柔らかいが抵抗値の低い金属により形成され、外部電
極２７は抵抗値は若干高いが多層配線２５を構成する金
属よりも硬い金属によって形成されている。

【００３３】従って、第１の実施形態によると、昇温し
た半導体ウェハ１０の熱がプローブカード１２を介して
配線基板１３に伝わって配線基板１３は熱膨張したり、
熱膨張した配線基板１３が室温に戻ったりする際に、配
線基板１３の外部電極２７が面内方向に相対移動してポ
ゴピン２３の先端部と摺接しても、外部電極２７がポゴ
ピン２３の先端部によって損傷する事態を防止できる。

【００３４】尚、第１の実施形態においては、外部電極
２７は、多層配線２５と同一工程により形成された銅又
はアルミニウムよりなる下地層の上に、多層配線２５を
構成する金属よりも硬い金属よりなる被覆層を形成した
が、これに代えて、多層配線２５を構成する金属よりも
硬い金属のみによって形成してもよい。

【００３５】また、外部電極２７の少なくとも表面部
は、抵抗値は若干高いが多層配線２５を構成する金属よ
りも硬い金属により形成されていると説明したが、外部
電極２７を構成する金属の抵抗値は低い方が好ましいの
は当然である。

【００３６】（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ハバーンイン装置について説明する
が、第２の実施形態においては、第１の実施形態におけ
るポゴピンを除いては、第１の実施形態と同様の構造を
有しているので、ポゴピンの構造についてのみ説明す
る。

【００３７】図２に示すように、ポゴピン３０は、金属
よりなる断面円形状の筒状体３１を有しており、該筒状
体３１の内部における基端側（下側）にはコイルスプリ
ング３２が収納されている。また、筒状体３１の内部に
おけるコイルスプリング３２の先端側（上側）には、筒
状体３１の軸方向に対して垂直な下端面３３ａと筒状体
３１の軸方向に対して傾斜する上端面３３ｂとを有する
プランジャ３３が収納されており、該プランジャ３３の
下端面３３ａはコイルスプリング３２の上端部と接して
いる。

【００３８】筒状体３１の上部には、金属よりなるボー
ル３４が回転自在に保持されており、該ボール３４はプ
ランジャ３３の上端面３３ｂと接している。従って、ボ
ール３４は、コイルスプリング３２によりプランジャ３
３を介して上側に付勢されている。ボール３４を構成す
る材料は、導電性を有しておれば特に問わないが、低い
抵抗値と耐磨耗性を有していることが好ましい。従っ
て、耐磨耗性を有する硬い金属材料の表面に金メッキ等
を施すことが好ましい。

【００３９】第２の実施形態に係るウェハバーンイン装
置においては、ポゴピン３０のボール３４が図１に示し
た配線基板１３の外部電極２７と接触するように設けら
れている。従って、第１の実施形態と同様、検査装置２
０からパフォーマンスボード２１に検査用電圧を供給す
ると、供給された検査用電圧は、ポゴピン３０の筒状体
３１からコイルスプリング３２及びプランジャ３３を介
してボール３４に供給された後、該ボール３４から配線
基板１３の外部電極２７、多層配線２５、異方導電性ゴ
ム２６及びプローブシート１２のバンプ１７を介して半
導体ウェハ１０の各半導体集積回路素子の検査用電極１
６に印加されるので、各半導体集積回路素子に対してウ
ェハバーンインを行なうことができる。

【００４０】第２の実施形態においては、ポゴピン３０
の先端部にボール３４が回転自在に保持されているた
め、第１の実施形態において説明したように、昇温した
半導体ウェハ１０の熱がプローブカード１２を介して配
線基板１３に伝わって配線基板１３が熱膨張したり、熱
膨張した配線基板１３が室温に戻ったりする際に、配線
基板１３の外部電極２７が面内方向に相対移動すると、
ポゴピン３０の先端部のボール３４は回転しながら外部
電極２７と摺接する。このため、外部電極２７がポゴピ
ン３０の先端部によって損傷する事態を防止できる。

【００４１】尚、第２の実施形態においては、配線基板
１３には、第１の実施形態と同様の構造を有する外部電
極２７が設けられているので、外部電極２７がポゴピン
３０の先端部によって損傷する事態をより一層防止する
ことができるが、第２の実施形態においては、第１の実
施形態の外部電極２７に代えて、図４に示した従来と同
様の外部電極２４を形成してもよい。

【００４２】また、第２の実施形態においては、プラン
ジャ３３の下端面３３ａはコイルスプリング３２の上端
部と直接に接しているが、これに代えて、プランジャ３
３とコイルスプリング３２との間にボールを介在させて
もよい。このようにすると、ボール３４が筒状体３１に
対してより一層回転自在になるので、外部電極２７がポ
ゴピン３０の先端部によって損傷する事態をより一層防
止することができる。

【００４３】尚、第１の実施形態及び第２の実施形態に
おいては、ポゴピン２３、３０はパフォーマンスボード
２１に設けられていたが、これに代えて、フロッグリン
グ、テストボード、マザーボード等のように、入出力端
子に供給された検査用電圧をポゴピンを介して配線基板
の外部電極に供給するための引き出し基板に設けられて
いてもよい。

【００４４】

【発明の効果】本発明のウェハバーンイン装置による
と、昇温した半導体ウェハの熱がプローブカードを介し
て配線基板に伝わって配線基板が熱膨張したり、熱膨張
した配線基板が室温に戻ったりする際に、配線基板の外
部電極が面内方向に移動すると、ポゴピンの先端部のボ
ールは回転しながら外部電極と摺接するため、外部電極
がポゴピンの先端部によって損傷する事態を防止できる
ので、配線基板ひいてはウェハバーンイン装置の耐久性
が向上する。

【００４５】本発明の検査用基板によると、昇温した半
導体ウェハの熱がプローブカードを介して配線基板に伝
わって配線基板が熱膨張したり、熱膨張した配線基板が
室温に戻ったりする際に、配線基板の外部電極が面内方
向に移動して、配線基板の外部電極と引き出し電極のポ
ゴピンの先端部とが摺接しても、外部電極が損傷し難い
ので、検査用電極の耐久性が向上する。また、配線基板
の金属配線は、抵抗値の低い銅やアルミニウム等により
形成できるので、プローブカードのバンプに供給される
検査用電圧の電圧低下を最小限に抑制することができ
る。

【００４６】本発明のポゴピンによると、筒状体の先端
部にスプリングにより先端側に付勢されたボールを備え
ているため、該ポゴピンは先端部のボールを介して基板
の電極と接触するので、ポゴピンと基板の電極とが相対
移動しても、基板の電極が損傷することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るウェハバーンイ
ン装置の部分拡大断面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係るウェハバーンイ
ン装置におけるポゴピンの断面図である。

【図３】従来のウェハバーンイン装置の全体構成を示す
断面図である。

【図４】従来のウェハバーンイン装置の部分拡大断面図
である。

【図５】本発明の前提となるウェハバーンイン装置の全
体構成を示す断面図である。

【図６】本発明の前提となるウェハバーンイン装置の部
分拡大断面図である。

【符号の説明】

１０ 半導体ウェハ １１ ウェハトレイ １２ プローブカード １３ 配線基板 １４ シール部材 １５ 密封空間 １６ 検査用電極 １７ バンプ １８ 剛性のリング ２０ 検査装置 ２１ パフォーマンスボード ２２ コネクタ ２３ ポゴピン ２４ 外部電極 ２５ 多層配線 ２６ 異方導電性ゴム ２７ 外部電極 ３０ ポゴピン ３１ 筒状体 ３２ コイルスプリング ３３ プランジャ ３３ａ 下端面 ３３ｂ 上端面 ３４ ボール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   子を有するプローブカードと、 前記プローブカードを保持しており、前記プローブカー
   ドのプローブ端子と電気的に接続された外部電極を有す
   る配線基板と、 ポゴピンを有しており、入出力端子に供給された検査用
   電圧を前記ポゴピンを介して前記配線基板の外部電極に
   供給する引き出し基板とを備えたウェハバーンイン装置
   であって、 前記ポゴピンは、筒状体と、該筒状体の先端部に保持さ
   れたボールと、前記筒状体内に収納され前記ボールを先
   端部側に付勢しているスプリングとを有していることを
   特徴とするウェハバーンイン装置。
2. 【請求項２】 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
   子を有するプローブカードと、該プローブカードを保持
   すると共に、引き出し基板のポゴピンを介して検査用電
   圧が供給される外部電極及び該外部電極と前記プローブ
   カードのプローブ端子とを接続する金属配線を有する配
   線基板とを備えた検査用基板であって、 前記外部電極の少なくとも表面部は、前記金属配線を構
   成する金属よりも硬い金属により形成されていることを
   特徴とする検査用基板。
3. 【請求項３】 筒状体と、該筒状体の内部に収納された
   スプリングと、前記筒状体の内部における前記スプリン
   グよりも先端側に軸方向へ移動自在に保持されたプラン
   ジャと、前記筒状体の先端部に前記プランジャと接する
   ように保持されたボールとを備え、前記ボールは前記ス
   プリングにより前記プランジャを介して先端側に付勢さ
   れていることを特徴とするポゴピン。