JPH0669296A - 試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］１台の試験装置で、チップ検査もデバイス検査
も自動式で行えるようにする。 ［構成］チップの検査が行われるときは、載置台として
のチャックトップ３２の載置面３２ａ上に半導体ウエハ
３４が直接載置され、ウエハ３４上の被検査チップの各
電極パッドにプロービングカード２６の各プローブ針２
６ｃが加圧接触する。半導体デバイスの検査が行われる
ときは、チャックトップ３２の載置面３２ａ上に円盤状
のデバイス保持具３６がたとえばボルト３７によって取
付され、このデバイス保持具３６の上面中心部に設けら
れた凹部３４ａ内に半導体デバイス３８が配置される。
また、プローバ１８においてはデバイス検査用のプロー
ビングカード４０に交換され、テストヘッド１０側にあ
っては該デバイス検査用プロービングカード４０に対応
したパフォーマンスボード４２に交換される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ上のチッ
プおよびパッケージ化された電子部品の電気特性を検査
するための試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造工程では、半導体
ウエハ上に多数形成されたチップ（半導体素子）の電気
的特性が検査され、良品チップと不良品チップが選別さ
れる。このような検査を行うチップ試験装置は、一般
に、ウエハを載置するチャックトップと、このチャック
トップに載置されているウエハ上の各チップの電極パッ
ドにプローブピンを接触させるためのウエハプローバ
と、プローブピンを介して電気的に各チップについての
特性検査を行うテスタとから構成される。

【０００３】図８に、典型的なチップ試験装置の外観を
示す。テスタ１００は、特性検査のための信号の生成・
処理等を行う定置型のテスタ本体１０２と、プローバ１
０６にインタフェースするための可動型のテストヘッド
１０８とからなる。テスタ本体１０２とテストヘッド１
０６とはフラットケーブル１１０を介して接続されてい
る。プローバ１０６においては、筐体１１２の上面に円
形の開口１１４が設けられ、この開口１１４の周縁部に
固着されたリング状の支持板１１６に、チップの電極パ
ターンに応じた配列パターンで多数本のプローブピンを
設けてなるプローブカード（図示せず）が着脱可能に取
付されるようになっている。開口１１４の下（奥）に
は、ウエハを載置するチャックトップ（図示せず）が設
けられている。このプローバ１０６の付近には、チャッ
クトップにウエハをセットするウエハローダ（図示せ
ず）やチャックトップ上のウエハの位置を検出するウエ
ハ位置検出装置（図示せず）等も設置される。

【０００４】ところで、半導体集積回路の製造工程で
は、上記のような良品チップをパッケージに封入してな
る完成品つまり半導体デバイスの電気的特性についても
検査が行われる。このような検査を行うデバイス試験装
置は、一般にチップ試験装置とは別の試験装置であり、
ＩＣハンドラまたは単にハンドラ等と称されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】半導体製造工場におい
て、上記のようなチップ試験装置とデバイス試験装置と
をそれぞれ導入するとなると、相当な設備コストが必要
となる。半導体集積回路の集積度・動作速度等の向上に
つれて試験装置の性能速度も向上し、そのぶん装置価格
は非常に高い価格になっている。

【０００６】そこで、検査コストの低減化を図るため、
チップ試験装置にデバイス試験装置を兼用させることが
行われている。この場合、テスタ内は、デバイス試験用
のソフトウェアを追加することで対応することが可能で
ある。問題は、如何にしてテスタとデバイスとの電気的
接触を形成するかである。

【０００７】従来は、図８において、テストヘッド１０
８を、その接続面つまりプローバ１０６と接触する内側
面１０８が上になるように仰向けにして、接続面１０８
にソケットを装着し、そのソケットにデバイスの端子ピ
ンを差し込んでいた。この作業は、検査員がマニュアル
操作で行っていた。しかし、数百〜数千本もの多数の端
子ピンを有する半導体デバイスをソケットに正しく挿入
するのは、極めて難しく煩わしい作業であり、検査員に
とっては大きな負担となっていた。

【０００８】また、２００ＭＨｚ以上のテストレートで
高速試験を行うチップ試験装置にあっては、図８のよう
にテストヘッド１０８をテスタ本体１０２から離して長
いケーブル１１０で結ぶわけにはいかず、図９のように
テストヘッド１２０をテスタ本体１２２に一体化して直
結する構成を採らざるを得ない。このような試験装置で
は、テストヘッド１２０の接続面は常に下を向いたまま
で、これを仰向けにすることができないので、半導体デ
バイスを装着することは事実上不可能である。

【０００９】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、一台でチップ検査もデバイス検査も自動式で行
うようにした試験装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の試験装置は、被検査体を載置台上に配置
し、テスタに電気的に接続された接触子手段を前記被検
査体の端子に接触させ、前記テスタにより前記接触子手
段を介して前記被検査体の電気的特性を検査するように
した試験装置において、第１の被検査体としての半導体
ウエハ上のチップを検査する際に前記半導体ウエハを直
接載置するための載置面を前記載置台に形成するととも
に、第２の被検査体としてのパッケージ化された電子部
品を試験する際に前記電子部品を保持するための保持部
材を前記載置台上に着脱可能に取り付けるようにし、前
記半導体ウエハ上のチップに対応した第１の接触子手段
または前記電子部品に対応した第２の接触子手段を選択
的に前記テスタに接続する構成とした。

【００１１】

【作用】本発明の試験装置では、半導体ウエハ上のチッ
プの検査が行われるときは、載置台の載置面がそのまま
被検査体載置面として用いられ、この面に半導体ウエハ
が載置される一方、チップの電極パッド配列パターンに
対応するパターンで配列された多数の接触子を有する接
触子手段がテスタに接続される。そして、その接触子手
段と載置台が互いに接近して、被検査チップの各電極パ
ッドに各接触子が接触することで、接触子手段を介して
被検査チップとテスタとの電気的接続が形成される。

【００１２】また、パッケージ化された電気部品の検査
が行われるときは、載置台の載置面上に保持部材が取付
され、この保持部材の所定箇所または所定位置に検査を
受けるべき電気部品が配置される。一方、この電気部品
の端子ピンの形状および配列パターンに対応する多数の
接触子を有する接触子手段がテスタに接続される。そし
て、その接触子手段と保持部材が互いに接近して該電気
部品の端子ピンに各接触子が接触することで、該接触子
手段を介して該電気部品とテスタとの電気的接続が形成
される。

【００１３】このように、本発明の試験装置において
は、保持部材および接触子手段を取付け、取外しまたは
交換するだけで、チップ検査もデバイス検査も載置台を
用いて自動式で行われる。

【００１４】

【実施例】以下、図１〜図７を参照して本発明の実施例
を説明する。図１〜図４は本発明の一実施例による試験
装置を説明するための図であって、図１は半導体デバイ
スの検査を行うときの試験装置の構成を示す断面図、図
２は半導体ウエハ上のチップの検査を行うときの試験装
置の構成を示す断面図、図３はチャックトップおよびデ
バイス保持部材の構成を示す斜視図、および図４は試験
装置のシステム構成を示すブロック図である。

【００１５】先ず、図２に示すように、本試験装置は、
基本的には従来のウエハ試験装置と同様な構成を有す
る。テストヘッド１０は、テスタ本体（図示せず）と電
気的に接続されている。このテストヘッド１０の接続面
１０ａには複数本の支柱１２を介してパフォーマンスボ
ード１４が着脱可能に取付される。各支柱１２の下端に
はツバ状のネジ１４が螺着され、このネジ１４でパフォ
ーマンスボード１４が着脱可能に担持される。パフォー
マンスボード１４には、プローバ１８との電気的接続を
形成するための多数のポゴピン（スプリングプローブ）
２０が所定のパターンで所定位置に貫設されている。各
ポコピン２０の端子はケーブル２２を介してテストヘッ
ド１０の入出力端子に接続されている。

【００１６】パフォーマンスボード１４の周縁部には位
置合わせ用の複数の開口１４ａが形成されており、これ
らの開口１４ａにリングインサート２４の位置合わせピ
ン２４ａがそれぞれ嵌合することで、テストヘッド１０
とプローバ１８とが互いに結合し、パフォーマンスボー
ド１４の各ポゴピン２０がプロービングカード２６の裏
面（上面）上の各パンプ２６ａに加圧接触するようにな
っている。

【００１７】プローバ１８は、環状の支持板２８と、こ
の支持板２８の内周縁部に係止される環状のリングイン
サート２４と、このリングインサート２４にたとえばボ
ルト３０によって着脱可能に取付されるウエハ検査用の
プロービングカード２６もしくは図１に示すようなデバ
イス検査用のプロービングカード４０とからなる。

【００１８】チップ検査用のプロービングカード２６
は、その前面（下面）の中心部に設けた窓２６ｂの回り
に多数のプローブ針２６ｃを所定のパターンで下向きに
取付してなり、スルーホール２６ｄを通じてカード前面
側の各プローブ針２６ｃとカード裏面側の各バンプ２６
ａとを１対１の関係で電気的に接続している。

【００１９】チップ検査時には、図２に示すように、載
置台としてのチャックトップ３２の載置面３２ａ上に直
接載置された半導体ウエハ３４がプローバ１８に近接さ
せられ、ウエハ３４上の被検査チップの各電極パッドに
プロービングカード２６の各プローブ針２６ｃが加圧接
触する。これにより、プロービングカード２６およびパ
フォーマンスボード１４を介して被検査チップとテスト
ヘッド１０との電気的接続が確立し、テストヘッド１０
による被検査チップの電気的特性検査が可能となる。

【００２０】さて、パッケージ化された電気部品とし
て、たとえば半導体デバイスの検査を行うとき、本試験
装置は、図１に示すように構成に変わる。

【００２１】すなわち、チャックトップ３２にあって
は、その載置面３２ａ上に円盤状のデバイス保持具３６
がたとえばボルト３７によって取付される。このデバイ
ス保持具３６は、プラスチックまたはセラミック等の絶
縁材からなり、その上面の中心部に被検査体としての半
導体デバイス３８を収容保持するための凹部３４ａを設
けてなる。この例の半導体デバイス３８はパッケージよ
り四方へ端子ピン３８ａが突出するＱＦＰタイプである
ことから、この凹部３６ａの底面には、パッケージの位
置を規制し、かつ各端子ピン３８ａの水平基端部を下か
ら支持するための突起部３６ｂが設けられている。ま
た、デバイス保持具３６の周縁部には、取付ボルト３７
を通すための穴３７ｃが設けられ、チャックトップ３２
の周縁部には取付ボルト３７と螺合するためのネジ穴３
２ｂが設けられている。

【００２２】また、プローバ１８にあっては、デバイス
検査用のプロービングカード４０に交換される。このプ
ロービングカード４０は、デバイス３８の端子ピンのパ
ターンに対応したパターンで複数本のポゴピン４０ａを
貫設してなるもので、各ポゴピン４０ａの端子をカード
裏面上のバンプ４０ｂに接続している。

【００２３】また、テストヘッド１０側にあっては、デ
バイス検査用のプロービングカード４０に対応したパフ
ォーマンスボード４２に交換される。このパフォーマン
スボード４２は、ウエハ検査用のパフォーマンスボード
１４と同様に、ポゴピン４４と位置合わせ穴４２ａを設
け、各ポゴピン４４の端子をケーブル４６を介してテス
トヘッド１０の端子に接続させるものである。ただし、
ポゴピン４４の配置位置がプロービングカード４０のバ
ンプ４０ｂに対応したパターンになっている。前記ケー
ブル４６は、高周波による測定またはノイズ対策として
同軸ケーブルまたはツイス・ペアー配線を用いることが
望ましい。

【００２４】デバイス検査時には、図１に示すように、
デバイス保持具３６の凹部３６ａに収容保持された半導
体デバイス３８がプローバ１８に近接させられ、デバイ
ス３８の各端子ピンにプロービングカード４０の各ポゴ
ピン４０ａが加圧接触する。これにより、プロービング
カード４０およびパフォーマンスボード４２を介して半
導体デバイス３８とテストヘッド１０との電気的接続が
確立し、テストヘッド１０によるデバイス３８の電気的
特性検査が可能となる。

【００２５】図３に、チャックトップ３２とデバイス保
持具３６の相互の関係および各々の機能が明瞭に示され
る。チップ検査が行われるときは、チャックトップ３２
の載置面３２ａが、そのまま被検査体載置面として用い
られ、この面の中央部に半導体ウエハ３４が載置され
る。検査が行われるときは、チャックトップ３２の載置
面３２ａ上にデバイス保持具３６がボルト３７によって
取付され、このデバイス保持具３６の上面中央部に設け
られた凹部３６ａ内に半導体デバイス３８が配置され
る。

【００２６】上記のように、本実施例の試験装置におい
ては、半導体ウエハ上のチップの検査が行われるとき
は、チャックトップ３２の載置面３２ａがそのまま被検
査体としての半導体ウエハ３４を載置する面として用い
られ、プローバ１８にはウエハ検査用のプロービングカ
ード２６が取付され、テストヘッド１０には該プロービ
ングカード２６に対応したパフォーマンスボード１４が
取付され、半導体デバイスの検査が行われるときは、チ
ャックトップ３２の載置面３２ａ上に被検査体としての
半導体デバイス３８を保持するためのデバイス保持具３
６が取付され、プローバ１８にはデバイス検査用のプロ
ービングカード４０が取付され、テストヘッド１０には
該プロービングカード４０に対応したパフォーマンスボ
ード４２が取付される。

【００２７】なお、本実施例の試験装置におけるテスト
ヘッド１０は、図８に示すような可動型または図９に示
すような固定型のいずれでもよい。テストヘッド１０が
可動型の場合はプローバ１８が固定型となり、テストヘ
ッド１０が固定型の場合はプローバ１８が可動型に構成
される。このように、テストヘッド１０とプローバ１８
は、少なくともいずれか一方が可動型に構成され、相互
に接続・分離できるようになっている。そして、テスト
ヘッド１０においては、支柱１２からネジ１６を外すこ
とでパフォーマンスボード１４，４２の交換を簡単に行
うことができ、プローバ１８においては、支持板２８か
らリングインサート２４を外し、リングインサート２４
からボルト３０を外すことでプロービングカード２６，
４０の交換を簡単に行えるようになっている。このよう
なパフォーマンスボードおよびプロービングカードの交
換はマニュアル操作で行われることになる。もっとも、
マニュアル操作型に代えて、ロボットを用いる慣用の自
動交換機構を設けることも可能である。

【００２８】本実施例の試験装置において、チャックト
ップ３２の載置面３２ａ上に半導体ウエハ３４を載置し
て位置決めする操作、およびデバイス保持具３４の凹部
３４ａ内に半導体デバイス３８を装填して位置決めする
操作は、被検査体自動装填機構およびチャックトップ駆
動機構によって行われる。

【００２９】図４につき、本実施例における被検査体自
動装填機構およびチャックトップ駆動機構の構成および
動作を概略的に説明する。チャックトップ３２は、昇降
機構５０を介してステージ５２に支持されている。ステ
ージ５２は、チャックトップ３２をＸ方向に移動させる
ためのＸ方向駆動機構５２ａ，チャックトップ３２をＹ
方向に移動させるためのＹ方向駆動機構５２ｂ、および
チャックトップ３２を回転移動させるためのθ方向駆動
機構５２ｃを備えている。

【００３０】ステージ５２は、Ｘ方向駆動機構５２ａに
よりＸレール５３上を自走することで、検査部ＣＥ、位
置検出部ＰＢおよびローディング部ＬＤの３つのステー
ションへ移動できるようになっている。

【００３１】先ず、ローディング部ＬＤにおいて、被検
査体がチャックトップ３２上にロードされる。被検査体
が半導体ウエハ３４上のチップのときは、ウエハローダ
５４がチャックトップ３２の載置面３２ａ上に半導体ウ
エハ３４を載置する。被検査体が半導体デバイス３８の
ときは、デバイスローダ５６がチャックトップ３２上に
取付されたデバイス保持具３６の凹部３６ａ内にデバイ
ス３８をセットする。これら被検査体としての半導体ウ
エハ３４、半導体デバイス３８は、それぞれトレイまた
はスタック等からなるウエハ供給部５８，デバイス供給
部６０より供給される。

【００３２】上記のようにして被検査体（３４，３８）
がチャックトップ３２上に直接またはデバイス保持具３
６を介してロードされたなら、次にステージ５２は位置
検出部ＰＢへ移動する。この位置検出部ＰＢにおいて、
ステージ５２の上方にカメラ６２が配設されており、こ
のカメラ６２によって被検査体（３４，３８）の所定目
印（所定のパッドまたは所定の端子ピン等）が撮像され
る。カメラ６２より出力された被検査体画像信号はＣＰ
Ｕ６４に取り込まれ、ＣＰＵ６４において画像処理によ
り被検査体（３４，３８）の配置位置が割り出され、
Ｘ、Ｙ、Ｚ、θの各方向における基準位置に対する誤差
つまり位置ずれ量も割り出される。この画像処理を行う
ためのプログラムはＲＯＭ６６に格納されている。ま
た、ＲＡＭ６８には、ＣＰＵ６４に取り込まれた画像信
号が格納されるほか、ＣＰＵ６４の演算処理データや基
準位置データ等も格納される。

【００３３】ＣＰＵ６４は、割り出した位置ずれ量に基
づき、被検査体（３４，３８）の位置を補正するための
制御を行う。この制御のため、所定のインタフェースを
介して昇降機構５０，ステージ５２のＸ方向駆動機構５
２ａ，Ｙ方向駆動機構５２ｂおよびθ方向駆動機構５２
ｃに各方向についての位置補正信号を与える。このよう
な位置補正によって、検査部ＣＥにおいてステージ５２
ないしチャックトップ３２上の被検査体（３４，３８）
はプローバ１８に対して正確に位置合わせされる。その
結果、図１および図２に示すように、被検査体（３４，
３８）の各端子（パッド、端子ピン）がそれと対応する
接触子（プローブピン２６ｃ、ポゴピン４０ａ）に正し
く接触することになる。

【００３４】なお、テスタ本体６９には、チップ検査用
のソフトウェアとデバイス検査用のソフトウェアが組み
込まれており、被検査体（３４，３８）に応じて検査ソ
フトウェアが切り換えられるようになっている。また、
検査部ＣＥの付近には、検査済みの被検査体（３４，３
８）をチャックトップ３２またはデバイス保持具３６か
ら取り出すアンローディング部等（図示せず）も設けら
れている。

【００３５】上記のように、本実施例の試験装置では、
チップ検査またはデバイス検査に際して、デバイス保持
具３６が取付けまたは取外しされ、プロービングカード
（２６，４０）およびパフォーマンスボード（１４，４
２）が交換されるだけで、チャックトップ３２、ステー
ジ５２、テストヘッド１０、プローバ１８の支持部（２
４，２８）等は両検査に共通に用いられる。これによっ
て、デバイス検査もチップ検査と同様に自動式で行わ
れ、従来のように検査員がマニュアル操作でデバイスを
ソケットに差し込む作業は不要となっている。

【００３６】以上、本発明の好適な一実施例について説
明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
く、その技術的思想の範囲内で種々の変形、変更が可能
である。たとえば、上記した実施例では、半導体デバイ
ス３８の検査のための接触子としてポゴピン４０ａを用
いたが、図５に示すように、プローブピン７０を用いる
ことも可能である。また、図５に示すように、デバイス
保持具３６の上面に凸面部３６ｄを設けることで、その
内側にデバイス３８を収容保持する凹部３６ａが形成さ
れる構造とすることも可能である。また、デバイス３８
の位置を規制する突起部３６ｂを設けた場合は、凹部３
６ａまたは凸面部３６ｄを省略することも可能である。
また、図６に示すように、デバイス保持具３６に複数の
デバイス３８を保持させる構造とすることも可能であ
る。

【００３７】また、上記実施例では、パッケージ化され
た電気部品として、パッケージより四方に端子ピンが突
出するＱＦＰタイプの半導体デバイスを例にとったが、
種々の半導体デバイスその他の電気部品に対してもデバ
イス保持具およびプロービングカード等を変形すること
で対応できる。たとえば、パッケージの底面からマトリ
クス状に多数の端子ピンが突出するような半導体デバイ
スに対しては、図７に示すような構成が可能である。図
７において、デバイス保持具３６の凹部３６ａの底面は
平坦に形成され、この中に半導体デバイス７２が仰向け
になって、つまりマトリクス配列の端子ピンを上方に向
けて配置される。このような半導体デバイス７２に対す
るプロービングカード７４はソケット型に構成され、接
触子として雌ピン７６が設けられるとともに、検査終了
後に各雌ピン７６と各端子ピン７２ａとを分離するため
の弾圧部材７８が設けられる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の試験装置
によれば、半導体ウエハ上のチップの検査を行うとき
は、載置台の載置面に半導体ウエハを載置してチップ検
査用の接触子手段を介してチップとテスタとの電気的接
続を形成し、パッケージ化された電気部品の検査を行う
ときは、載置台上に保持部材を着脱可能に取り付けて該
保持部材に電気部品を配置して電気部品検査用の接触子
手段を介して該電気部品とテスタとの電気的接続を形成
するようにしたので、装置一台でチップ検査もデバイス
検査も載置台を利用して自動式で行うことが可能であ
り、検査員の煩わしいマニュアル操作が不要になるとと
もに、検査コストの低減、試験装置の設置スペースの節
約化等をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体デバイスの検査を行うときの本発明の一
実施例における試験装置の構成を示す断面図である。

【図２】半導体ウエハ上のチップの検査を行うときの実
施例における試験装置の構成を示す断面図である。

【図３】実施例におけるチャックトップおよびデバイス
保持部材の構成を示す斜視図である。

【図４】実施例における試験装置のシステム構成を示す
ブロック図である。

【図５】実施例におけるデバイス保持部材およびプロー
ビングカードの一変形例を示す略断面図である。

【図６】実施例におけるデバイス保持部材の別の一変形
例の構造を示す斜視図である。

【図７】実施例におけるデバイス保持部材およびプロー
ビングカードの他の変形例を示す略断面図である。

【図８】ウエハ試験装置の典型的な外観構成を示す略斜
視図である。

【図９】高速型ウエハ試験装置の外観構成を示す略斜視
図である。

【符号の説明】

１０ テストヘッド １４ パフォーマンスボード １８ プローバ ２６ プロービングカード ３２ チャックトップ ３４ 半導体ウエハ ３６ デバイス保持具 ３８ 半導体デバイス ４０ プロービングカード ４２ パフォーマンスボード ７２ 半導体デバイス ７４ プロービングカード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体を載置台上に配置し、テスタに
   電気的に接続された接触子手段を前記被検査体の端子に
   接触させ、前記テスタにより前記接触子手段を介して前
   記被検査体の電気的特性を検査するようにした試験装置
   において、 第１の被検査体としての半導体ウエハ上のチップを検査
   する際に前記半導体ウエハを載置するための載置面を前
   記載置台に形成するとともに、第２の被検査体としての
   パッケージ化された電子部品を試験する際に前記電子部
   品を保持するための保持部材を前記載置台上に着脱可能
   に取り付けるようにし、前記半導体ウエハ上のチップに
   対応した第１の接触子手段または前記電子部品に対応し
   た第２の接触子手段を選択的に前記テスタに接続するよ
   うに構成したことを特徴とする試験装置。