(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを保持するウェハトレイと、
前記半導体ウェハに形成された被試験電子部品に電気的に接続されるプローブに対して、前記ウェハトレイを相対移動させる移動手段と、
前記プローブと前記ウェハトレイとの間に形成された密閉空間を減圧する減圧手段と、を備え、
前記ウェハトレイは、
前記半導体ウェハが載置される載置部と、
前記プローブに接触する環状のシール部材を有すると共に前記載置部を微動可能に支持する本体部と、
前記載置部に振動を付与する振動付与手段と、を備えており、
前記移動手段は、前記ウェハトレイの前記本体部を着脱可能に保持することを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体ウェハ試験装置であって、
前記振動付与手段は、前記載置部と前記本体部との間に介装されていることを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体ウェハ試験装置であって、
前記振動付与手段は、圧電セラミックアクチュエータを含むことを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の半導体ウェハ試験装置であって、
前記ウェハトレイは、前記載置部と前記本体部との間に介装された転動体を備えたことを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の半導体ウェハ試験装置を用いた半導体ウェハの試験方法であって、
前記プローブと前記ウェハトレイとの間に密閉空間を形成するように、前記移動手段によって前記ウェハトレイを移動させる移動工程と、
前記減圧手段によって前記密閉空間を第１の圧力に減圧する第１の減圧工程と、
前記半導体ウェハの電極と前記プローブの接触子とが接触している状態で、前記振動付与手段によって前記ウェハトレイを振動させる振動付与工程と、
前記減圧手段によって前記密閉空間を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に減圧する第２の減圧工程と、を備えたことを特徴とする半導体ウェハの試験方法。
【請求項６】
半導体ウェハを保持するウェハトレイと、
前記半導体ウェハに形成された被試験電子部品に電気的に接続されるプローブに対して、前記ウェハトレイを相対移動させる移動手段と、
前記プローブと前記ウェハトレイとの間に形成された密閉空間を減圧する減圧手段と、
前記ウェハトレイに振動を付与する振動付与手段と、を備えた半導体ウェハ試験装置を用いた半導体ウェハの試験方法であって、
前記プローブと前記ウェハトレイとの間に密閉空間を形成するように、前記移動手段によって前記ウェハトレイを移動させる第１の移動工程と、
前記減圧手段によって前記密閉空間を第１の圧力に減圧する第１の減圧工程と、
前記移動手段が前記ウェハトレイに再度接触するように、前記移動手段を移動させる第２の移動工程と、
前記半導体ウェハの電極と前記プローブの接触子とが接触している状態で、前記振動付与手段によって前記ウェハトレイを振動させる振動付与工程と、
前記減圧手段によって前記密閉空間を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に減圧する第２の減圧工程と、を備えたことを特徴とする半導体ウェハの試験方法。
【請求項７】
半導体ウェハを保持するウェハトレイと、
前記半導体ウェハに形成された被試験電子部品に電気的に接続されるプローブに対して、前記ウェハトレイを相対移動させる移動手段と、
前記プローブと前記ウェハトレイとの間に形成された密閉空間を減圧する減圧手段と、
前記ウェハトレイに振動を付与する振動付与手段と、を備えた半導体ウェハ試験装置を用いた半導体ウェハの試験方法であって、
前記プローブと前記ウェハトレイとの間に密閉空間を形成するように、前記移動手段によって前記ウェハトレイを移動させる移動工程と、
前記減圧手段によって前記密閉空間を第１の圧力に減圧する第１の減圧工程と、
前記半導体ウェハの電極と前記プローブの接触子とが接触している状態で、前記振動付与手段によって前記ウェハトレイを振動させる振動付与工程と、
前記減圧手段によって前記密閉空間を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に減圧する第２の減圧工程と、を備えたことを特徴とする半導体ウェハの試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体ウェハに形成された集積回路素子等の被試験電子部品（以下、代表的にＩＣデバイスとも称する。）を試験するための半導体ウェハ試験装置及び半導体ウェハの試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハ状態でのＩＣデバイスのテストに用いられる半導体ウェハ試験装置として、プローブとウェハトレイとの間に密閉空間を形成して、当該密閉空間を減圧することで、プローブのバンプとＩＣデバイスの電極とを電気的に接触させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０３９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体ウェハのＩＣデバイスの電極上にはＡｌ２Ｏ３等の酸化被膜が形成されているため、バンプと電極とを確実に導通させるために、この酸化被膜を破壊する必要がある。【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、プローブと被試験電子部品との間の電気的接続の安定化を図ることが可能な半導体ウェハ試験装置及び半導体ウェハの試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る半導体ウェハ試験装置は、半導体ウェハを保持するウェハトレイと、前記半導体ウェハに形成された被試験電子部品に電気的に接続されるプローブに対して、前記ウェハトレイを相対移動させる移動手段と、前記プローブと前記ウェハトレイとの間に形成された密閉空間を減圧する減圧手段と、を備え、前記ウェハトレイは、前記半導体ウェハが載置される載置部と、前記プローブに接触する環状のシール部材を有すると共に前記載置部を微動可能に支持する本体部と、前記載置部に振動を付与する振動付与手段と、を備えており、前記移動手段は、前記ウェハトレイの前記本体部を着脱可能に保持することを特徴とする（請求項１参照）。
【０００７】
上記発明において、前記振動付与手段は、前記載置部と前記本体部との間に介装されていることが好ましい（請求項２参照）。【０００８】
上記発明において、前記振動付与手段は、圧電セラミックアクチュエータを含むことが好ましい（請求項３参照）。【０００９】
上記発明において、前記ウェハトレイは、前記載置部と前記本体部との間に介装された転動体を備えていてもよい（請求項４参照）。
【００１１】
上記発明において、前記半導体ウェハ試験装置は、前記プローブに対して前記半導体ウェハを相対的に位置決めする位置決め手段をさらに備えてもよい。【００１２】
本発明に係る半導体ウェハの試験方法は、上記の半導体ウェハ試験装置を用いた半導体ウェハの試験方法であって、前記プローブと前記ウェハトレイとの間に密閉空間を形成するように、前記移動手段によって前記ウェハトレイを移動させる移動工程と、前記減圧手段によって前記密閉空間を第１の圧力に減圧する第１の減圧工程と、前記半導体ウェハの電極と前記プローブの接触子とが接触している状態で、前記振動付与手段によって前記ウェハトレイを振動させる振動付与工程と、前記減圧手段によって前記密閉空間を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に減圧する第２の減圧工程と、を備えたことを特徴とする（請求項５参照）。
【００１３】
上記発明において、前記半導体ウェハの試験方法は、前記プローブに対して前記半導体ウェハを前記位置決め手段によって相対的に位置決めする位置決め工程をさらに備えてもよい。【００１６】
（２）本発明に係る半導体ウェハの試験方法は、半導体ウェハを保持するウェハトレイと、前記半導体ウェハに形成された被試験電子部品に電気的に接続されるプローブに対して、前記ウェハトレイを相対移動させる移動手段と、前記プローブと前記ウェハトレイとの間に形成された密閉空間を減圧する減圧手段と、前記ウェハトレイに振動を付与する振動付与手段と、を備えた半導体ウェハ試験装置を用いた半導体ウェハの試験方法であって、前記プローブと前記ウェハトレイとの間に密閉空間を形成するように、前記移動手段によって前記ウェハトレイを移動させる第１の移動工程と、前記減圧手段によって前記密閉空間を第１の圧力に減圧する第１の減圧工程と、前記移動手段が前記ウェハトレイに再度接触するように、前記移動手段を移動させる第２の移動工程と、前記半導体ウェハの電極と前記プローブの接触子とが接触している状態で、前記振動付与手段によって前記ウェハトレイを振動させる振動付与工程と、前記減圧手段によって前記密閉空間を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に減圧する第２の減圧工程と、を備えたことを特徴とする（請求項６参照）。
【００１７】
（３）本発明に係る半導体ウェハの試験方法は、半導体ウェハを保持するウェハトレイと、前記半導体ウェハに形成された被試験電子部品に電気的に接続されるプローブに対して、前記ウェハトレイを相対移動させる移動手段と、前記プローブと前記ウェハトレイとの間に形成された密閉空間を減圧する減圧手段と、前記ウェハトレイに振動を付与する振動付与手段と、を備えた半導体ウェハ試験装置を用いた半導体ウェハの試験方法であって、前記プローブと前記ウェハトレイとの間に密閉空間を形成するように、前記移動手段によって前記ウェハトレイを移動させる移動工程と、前記減圧手段によって前記密閉空間を第１の圧力に減圧する第１の減圧工程と、前記半導体ウェハの電極と前記プローブの接触子とが接触している状態で、前記振動付与手段によって前記ウェハトレイを振動させる振動付与工程と、前記減圧手段によって前記密閉空間を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に減圧する第２の減圧工程と、を備えたことを特徴とする（請求項７参照）。
【００１８】
上記発明において、前記半導体ウェハの試験方法は、前記プローブに対して前記半導体ウェハを前記位置決め手段によって相対的に位置決めする位置決め工程をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、ウェハトレイを介して半導体ウェハをプローブに対して相対的に振動させることで、半導体ウェハの電極上に形成された酸化被膜を破壊することができ、被試験電子部品とプローブとの間の電気的接続の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における半導体ウェハ試験装置を示す概略側面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態におけるウェハトレイを示す平面図である。
【図３】図３は、図２のIII-III線に沿った断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態における移動装置の保持ステージを示す平面図である。
【図５】図５は、図４のV-V線に沿った断面図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態における半導体ウェハの試験方法のフローチャートである。
【図７Ａ】図７Ａは、図６のステップＳ１１を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６のステップＳ１２を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図６のステップＳ１３を示す図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、図７ＣのVII部の拡大断面図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態における半導体ウェハの試験方法のフローチャートである。
【図９Ａ】図９Ａは、図８のステップＳ２１を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図８のステップＳ２２を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図８のステップＳ２３を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図８のステップＳ２４を示す図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、図８のステップＳ２５を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施形態におけるウェハトレイの断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態における半導体ウェハの試験方法のフローチャートである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１１のステップＳ３１を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１１のステップＳ３２を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、図１１のステップＳ３３を示す図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、図１１のステップＳ３４を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
＜第１実施形態＞
図１は本実施形態における半導体ウェハ試験装置を示す図である。
【００２３】
本実施形態における半導体ウェハ試験装置１（電子部品試験装置）は、半導体ウェハ１００に形成されたＩＣデバイスの電気的特性を試験する装置であり、図１に示すように、テストヘッド３０、プローブ４０（プローブカード）、ウェハトレイ５０、及び移動装置７０を備えている。なお、以下に説明する半導体ウェハ試験装置は一例に過ぎず、特にこれに限定されない。
【００２４】
この半導体ウェハ試験装置１では、ＩＣデバイスの試験に際して、ウェハトレイ５０に保持されている半導体ウェハ１００を、移動装置７０によってプローブ４０に対向させ、この状態で第２の真空ポンプ５６（図２参照）によって密閉空間５４（図７Ｃ参照）内を減圧することで、半導体ウェハ１００がプローブ４０に押し付けられる。さらにこの状態で、テストヘッド３０からＩＣデバイスに対して試験信号を入出力することで、ＩＣデバイスのテストが実施される。なお、減圧以外の方式（例えば加圧方式）によって、半導体ウェハ１００をプローブ４０に押し付けてもよい。
【００２５】
プローブ４０は、半導体ウェハ１００の電極１１０（図７Ｄ参照）に電気的に接触する多数のバンプ４１１を有するメンブレン４１を備えており、特に図示しない異方導電性ゴムやピッチ変換基板を介して、パフォーマンスボード４５に電気的に接続されている。パフォーマンスボード４５は、特に図示しないコネクタやケーブル等を介して、テストヘッド３０内に収容されたピンエレクトロニクスに電気的に接続されている。
【００２６】
なお、プローブの構造は上記のものに特に限定されない。また、接触子として、上記のメンブレン４１に代えて、カンチレバータイプのプローブ針或いはポゴピン等を用いてもよい。
【００２７】
また、半導体ウェハ１００の電極１１０を撮像する第１のカメラ４６が、例えばプローバのトッププレート（不図示）に設けられている。この第１のカメラ４６によって撮像された画像から、画像処理装置（不図示）が半導体ウェハ１００の電極１１０の位置を検出する。そして、この電極１１０の位置情報と、後述する第２のカメラ７７を用いて検出されたプローブ４０のバンプ４１１の位置情報と、に基づいて、移動装置７０が半導体ウェハ１００をプローブ４０に対して相対的に位置決めする。なお、本実施形態における第１のカメラ４６と、後述する移動装置７０及び第２のカメラ７７とが、本願発明における位置決め手段の一例に相当する。
【００２８】
図２及び図３は本実施形態におけるウェハトレイを示す図である。
【００２９】
ウェハトレイ５０（ウェハ保持装置）は、図２及び図３に示すように、平坦な上面５０１を有すると共に、半導体ウェハ１００よりも大きな直径を有する円形板状の部材である。
【００３０】
このウェハトレイ５０の上面５０１には、半導体ウェハ１００よりも小径の３つの環状溝５０２が同心円状に形成されている。これらの環状溝５０２は、ウェハトレイ５０内に形成された吸着用通路５０３に連通している。この吸着用通路５０３は、吸着ポート５０４を介して第１の真空ポンプ５５に接続されている。
【００３１】
従って、ウェハトレイ５０に半導体ウェハ１００を載置した状態で第１の真空ポンプ５５によって吸引を行うと、環状溝５０２内に発生した負圧によって半導体ウェハ１００がウェハトレイ５０に吸着保持される。なお、環状溝５０２の形状や数は特に限定されない。
【００３２】
また、ウェハトレイ５０内には減圧用通路５０５が形成されている。この減圧用通路５０５は、上面５０１において環状溝５０２よりも外側に位置する吸引孔５０６で開口している。この減圧用通路５０５は、減圧ポート５０７を介して、第２の真空ポンプ５６に接続されている。
【００３３】
また、ウェハトレイ５０の上面５０１の外周近傍には、環状のシール部材５１が設けられている。このシール部材５１の具体例としては、例えばシリコーンゴムからなるパッキン等を例示することができる。ウェハトレイ５０がプローブ４０に押し付けられると、このシール部材５１によって、ウェハトレイ５０の上面５０１とプローブ４０との間に密閉空間５４（図７Ｃ参照）が形成される。
【００３４】
さらに、ウェハトレイ５０内には、半導体ウェハ１００を加熱するためのヒータ５２が埋設されている。また、このウェハトレイ５０内には、冷媒を循環させるための冷媒用通路５０８が形成されている。この冷媒用通路５０８は、一対の冷却ポート５０９を介してチラー５７に接続されている。
【００３５】
なお、ヒータ５２に代えて、ウェハトレイ５０内に形成した通路に温媒を循環させることで半導体ウェハ１００を加熱してもよい。また、半導体ウェハ１００を加熱だけの場合には、ウェハトレイ５０にヒータ５２のみを埋設すればよい。一方、半導体ウェハ１００を冷却するだけの場合には、ウェハトレイ５０に冷却用通路５０８のみを形成すればよい。
【００３６】
また、ウェハトレイ５０には、半導体ウェハ１００の温度を計測するための温度センサ５３が埋設されている。この温度センサ５３の計測結果に基づいて、上述のヒータ５２やチラー５７がウェハトレイ５０の温度を調節することで、半導体ウェハ１００の温度が目標温度に維持される。
【００３７】
図４及び図５は本実施形態における移動装置の保持ステージを示す図である。
【００３８】
本実施形態における移動装置７０は、図１に示すように、上述したウェハトレイ５０を保持することが可能な保持ステージ７５を有している。
【００３９】
保持ステージ７５は、図４及び図５に示すように、平坦な上面７５１を有すると共にウェハトレイ５０よりも大きな直径を有する円形板状の部材である。
【００４０】
この保持ステージ７５の上面７５１には、ウェハトレイ５０よりも半径の小さい３つの環状溝７５２が同心円状に形成されている。これらの環状溝７５２は、保持ステージ７５内に形成された吸着用通路７５３に連通している。さらに、この吸着用通路７５３は、吸着ポート７５４を介して第３の真空ポンプ７６に接続されている。
【００４１】
従って、この保持ステージ７５にウェハトレイ５０を載置した状態で、第３の真空ポンプ７６によって吸引を行うと、環状溝７５２内に発生した負圧によってウェハトレイ５０が保持ステージ７５に吸着保持される。なお、環状溝７５２の形状や数は特に限定されない。
【００４２】
また、この移動装置７０は、図１に示すように、モータやボールねじ機構等を用いて、保持ステージ７５を三次元的に（Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に）移動させると共に図１中のＺ軸を中心として回転させることが可能となっている。特に本実施形態では、この移動装置６０は、ＸＹ平面（ウェハトレイ５０の上面５０１に実質的に平行な方向）に沿って、所定の周波数で往復移動（振動）させることが可能となっている。この往復移動のストロークは、例えば、±２０［μｍ］以下であることが好ましく、特に±１０［μｍ］以下であることが好ましいが特に限定されない。なお、本実施形態における移動装置７０が、本発明における移動手段及び振動付与手段の一例に相当する。
【００４３】
また、この保持ステージ７５には、プローブ４０のバンプ４１１を撮像する第２のカメラ７７が設けられている。この第２のカメラ７７によって撮像された画像から、画像処理装置（不図示）がプローブ４０のバンプ４１１の位置を検出する。そして、上述のように、このバンプ４１１の位置情報と、半導体ウェハ１００の電極１１０の位置情報と、に基づいて、移動装置７０が半導体ウェハ１００をプローブ４０に対して相対的に位置決めする。なお、図４及び図５には第２のカメラ７７を図示していない。
【００４４】
次に、以上に説明した半導体ウェハ試験装置１による半導体ウェハ１００の試験方法について、図６〜図７Ｄを参照しながら説明する。
【００４５】
図６は本実施形態における半導体ウェハの試験方法を示すフローチャート、図７Ａ〜図７Ｄは図６の各ステップを示す図である。
【００４６】
ウェハトレイ５０上に半導体ウェハ１００が載置されると、第１の真空ポンプ５５が環状溝５０２内に負圧を発生させ、半導体ウェハ１００がウェハトレイ５０に吸着保持される。
【００４７】
次いで、第１及び第２のカメラ４６，７７を用いて、移動装置７０が半導体ウェハ１００をプローブ４０に対して位置決め（図６のステップＳ１０）した後に、図６のステップＳ１１において、図７Ａに示すように、半導体ウェハ１００の電極１１０と、プローブ４０のバンプ４１１とが接触する位置に、移動装置７０が保持ステージ７５を上昇させる。この状態において、半導体ウェハ１００の電極１１０とプローブ４０のバンプ４１１とは、例えば０．１〜２［ｇｆ／ｐｉｎ］（＝０．９８×１０−３〜１９．６×１０−３［Ｎ／ｐｉｎ］）程度の弱い力で軽く接触している。なお、単位［ｇｆ／ｐｉｎ］は、半導体ウェハ１００の電極１１０一つ当たりに印加する力を示す。
【００４８】
次いで、図６のステップＳ１２において、図７Ｂに示すように、移動装置７０をＸＹ平面（ウェハトレイ５０の上面５０１に実質的に平行な方向）に沿って所定の振動数で往復移動させて、半導体ウェハ１００をプローブ４０に対して微振動させる。これにより、プローブ４０のバンプ４１１によって半導体ウェハ１００の電極１１０がスクラブされて、当該電極１１０の表面に形成された酸化被膜が破壊されるので、プローブ４０と半導体ウェハ１００のＩＣデバイスとの間に安定した電気的接続を確保することができる。
【００４９】
次いで、図６のステップＳ１３において、図７Ｃに示すように、第２の真空ポンプ５６を作動させて、減圧用通路５０５を介して密閉空間５４内を減圧する。この減圧により、ウェハトレイ５０がプローブ４０に引き寄せられ、図７Ｄに示すように、例えば５〜十数［ｇｆ／ｐｉｎ］（＝４９．０×１０−３〜２００．０×１０−３［Ｎ／ｐｉｎ］）程度の強い力で、半導体ウェハ１００の電極１１０がプローブ４０のバンプ４１１に押し付けられるので、電極１１０とバンプ４１１とが完全に導通する。
【００５０】
この状態で、テストヘッド３０からプローブ４０を介して半導体ウェハ１００のＩＣデバイスに試験信号が入出力されて、当該ＩＣデバイスの試験が実行される。
【００５１】
なお、第２の真空ポンプ５６による密閉空間５４の減圧の前、或いはそれとほぼ同時に、第３の真空ポンプ７６を停止させて、保持ステージ７５によるウェハトレイ５０の吸着を解除する。
【００５２】
以上のように、本実施形態では、ウェハトレイ５０を介して半導体ウェハ１００をプローブ４０に対して相対的に微振動させるので、半導体ウェハ１００の電極１１０上に形成された酸化被膜を破壊することができ、半導体ウェハ１００のＩＣデバイスとプローブ４０との間に安定した電気的接続を確保することができる。
【００５３】
また、押圧方式のプローバでは、半導体ウェハとプローブとのコンタクト時の非常に大きな荷重（数百キロ〜１トン程度）に耐え得る剛性がステージに要求される。そのため、このステージを振動させる場合には、振動付与機構も大型化及び高コスト化する。これに対し、本実施形態では、保持ステージ７５には、半導体ウェハとプローブとを軽く接触させるだけの剛性しか要求されないため、振動付与機構の構成の簡素化を図ることができる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
本発明の実施形態では、半導体ウェハ試験装置の機械的な構成は上述の第１実施形態のものと同一であり、半導体ウェハを試験する方法が第１実施形態と相違する。従って、半導体ウェハ試験装置については同一の符号を付して説明を省略し、以下に、図８〜図９Ｅを参照しながら、本実施形態における半導体ウェハの試験方法について説明する。
【００５５】
図８は本実施形態における半導体ウェハの試験方法のフローチャートであり、図９Ａ〜図９Ｅは図８の各ステップを示す図である。
【００５６】
第１実施形態と同様に、半導体ウェハ１００がウェハトレイ５０上に載置されると、第１の真空ポンプ５５が作動して、半導体ウェハ１００がウェハトレイ５０に吸着保持される。
【００５７】
次いで、第１及び第２のカメラ４６，７７を用いて、移動装置７０が半導体ウェハ１００をプローブ４０に対して位置決め（図８のステップＳ２０）した後に、図８のステップＳ２１において、図９Ａに示すように、プローブ４０にウェハトレイ５０を吸着させることが可能な位置まで、移動装置７０が保持ステージ７５を上昇させる。
【００５８】
次いで、図８のステップＳ２２において、図９Ｂに示すように、第３の真空ポンプ７６を停止させて、保持ステージ７５によるウェハトレイ５０の吸着保持を解除すると共に、第２の真空ポンプ５６を作動させて、密閉空間５４内を第１の圧力Ｐ１に減圧する。この第１の圧力Ｐ１は、半導体ウェハ１００の電極１１０とプローブ４０のバンプ４１１とを、例えば０．１〜２［ｇｆ／ｐｉｎ］（＝０．９８×１０−３〜１９．６×１０−３［Ｎ／ｐｉｎ］］）程度の弱い力で接触させる程度の圧力であり、比較的真空度の低い圧力である。
【００５９】
ステップＳ２２での減圧によって、ウェハトレイ５０がプローブ４０に引き寄せられるので、当該ウェハトレイ５０と保持ステージ７５との間に隙間が発生する。そのため、図８のステップＳ２３において、図９Ｃに示すように、移動装置７０は、トルク制御を用いて、保持ステージ７５がウェハトレイ５０に接触するまで保持ステージ７５を上昇させる。保持ステージ７５がウェハトレイ５０に接触したら、第３の真空ポンプ７６を作動させて、保持ステージ７５によってウェハトレイ５０を再び吸着保持する。
【００６０】
次いで、図８のステップＳ２４において、図９Ｄに示すように、移動装置７０をＸＹ平面（ウェハトレイ５０の上面５０１に実質的に平行な方向）に沿って所定の振動数で往復移動させて、半導体ウェハ１００をプローブ４０に対して微振動させる。これにより、プローブ４０のバンプ４１１によって半導体ウェハ１００の電極１１０がスクラブされて、当該電極１１０の表面に形成された酸化被膜が破壊されるので、プローブ４０と半導体ウェハ１００上のＩＣデバイスとの間に安定した電気的接続を確保することができる。
【００６１】
次いで、図８のステップＳ２５において、図９Ｅに示すように、第３の真空ポンプ７６を停止させて、保持ステージ７５によるウェハトレイ５０の吸着を解除すると共に、第２の真空ポンプ５６によって密閉空間５４内を第２の圧力Ｐ２に減圧する。この第２の圧力Ｐ２は、上述の第１の圧力Ｐ１よりも相対的に低い圧力であり（Ｐ２＜Ｐ１）、比較的真空度の高い圧力である。
【００６２】
この減圧により、ウェハトレイ５０がプローブ４０に向かって引き寄せられ、例えば５〜十数［ｇｆ／ｐｉｎ］（＝４９．０×１０−３〜２００．０×１０−３［Ｎ／ｐｉｎ］）程度の強い力で、半導体ウェハ１００の電極１１０がプローブ４０のバンプ４１１に押し付けられるので、電極１１０とバンプ４１１とが完全に導通する。この状態で、テストヘッド３０からプローブ４０を介して半導体ウェハ１００のＩＣデバイスに試験信号が入出力されて、当該ＩＣデバイスの試験が実行される。
【００６３】
以上のように、本実施形態では、ウェハトレイ５０を介して半導体ウェハ１００をプローブ４０に対して相対的に微振動させるので、半導体ウェハ１００の電極１１０上に形成された酸化被膜を破壊することができ、半導体ウェハ１００のＩＣデバイスとプローブ４０との間に安定した電気的接続を確保することができる。
【００６４】
また、押圧方式のプローバでは、半導体ウェハとプローブとのコンタクト時の非常に大きな荷重（数百キロ〜１トン程度）に耐え得る剛性がステージに要求される。そのため、このステージを振動させる場合には、振動付与機構も大型化及び高コスト化する。これに対し、本実施形態では、保持ステージ７５には、ウェハトレイを保持する程度の剛性しか要求されないため、振動付与機構の構成の簡素化を図ることができる。
【００６５】
＜第３実施形態＞
図１０は本実施形態におけるウェハトレイの断面図である。本実施形態ではウェハトレイ６０の構成が第１実施形態と相違するが、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。以下に、第３実施形態における半導体ウェハ試験装置について第１実施形態との相違点についてのみ説明し、第１実施形態と同様の構成である部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６６】
本実施形態におけるウェハトレイ６０は、図１０に示すように、ウェハ載置板６１と、トレイ本体６２と、を備えている。なお、本実施形態におけるウェハ載置板６１が本発明における載置部の一例に相当し、本実施形態におけるトレイ本体６２が本発明における本体部の一例に相当する。
【００６７】
ウェハ載置板６１は、半導体ウェハ１００よりも大きな直径を有する平坦な上面６１１を有すると共に、径方向に向かって突出しているフランジ６１４を外周面６１３に有している。このウェハ載置板６１の上面６１１には、半導体ウェハ１００よりも小径の複数の環状溝６１５が同心円状に形成されている。これらの環状溝６１５は、ウェハ載置板６１内に形成された吸着用通路６１６に連通している。なお、環状溝６１５の形状や数は特に限定されない。
【００６８】
一方、トレイ本体６２は、ウェハ載置板６１を収容した凹状の収容部６２２を有している。この収容部６２２の開口周縁には、内側に向かって突出している突出部６２３が設けられており、この突出部２２３が、収容部６２２内に収容されたウェハ載置板６１のフランジ６１４に係止している。
【００６９】
トレイ本体６２内にも吸着用通路６２４が形成されている。また、ウェハ載置板６１の下面６１２と、トレイ本体６２の収容部６２２の底面６２２ａとの間には、例えば環状のパッキン等の第１のシール部材６２が介装されている。この第１のシール部材６２によって、ウェハ載置板６１の吸着用通路６１６と、トレイ本体６２の吸着用通路６２４とが、気密性を維持した状態で連通している。
【００７０】
さらに、トレイ本体６２の吸着用通路６２４は、吸着ポート６２５を介して第１の真空ポンプ５５に接続されている。従って、ウェハ載置板６１に半導体ウェハ１００を載置した状態で第１の真空ポンプ５５によって吸引を行うと、吸着用通路６１６，６２４を介して環状溝６１５内に負圧が発生し、これにより半導体ウェハ１００がウェハトレイ６０に吸着保持される。
【００７１】
また、トレイ本体６２内には減圧用通路６２６が形成されている。この減圧用通路６２６は、吸引孔６２７で上面６２１に開口している。この減圧用通路６２６は、減圧ポート６２８を介して、第２の真空ポンプ５６に接続されている。
【００７２】
また、トレイ本体６２の上面６２１の外周近傍には、環状の第２のシール部材６３が設けられている。この第２のシール部材６３の具体例としては、例えば環状のシリコーンゴムからなるパッキン等を例示することができる。ウェハトレイ６０がプローブ４０に押し付けられると、この第２のシール部材６３によって、ウェハトレイ６０とプローブ４０との間に密閉空間６６（図１２Ｂ〜図１２Ｄ参照）が形成される。
【００７３】
また、ウェハ載置板６１の外周面６１３と、トレイ本体６２の収容部６２２の内周面６２２ｂとの間には、複数の振動アクチュエータ６４が介装されている。この振動アクチュエータ６４は、ＸＹ平面（ウェハ載置板６１の上面６１１に実質的に平行な方向）に沿った振動を発生する。なお、本実施形態では、この振動アクチュエータ６４が、本発明における振動付与手段の一例に相当し、移動装置７０が本発明における移動手段の一例に相当する。
【００７４】
この振動アクチュエータ６４の具体例としては、例えば、電圧を印加することで圧電歪によって伸縮したり体積が変化する圧電セラミックアクチュエータ等を例示することができる。圧電セラミックアクチュエータは、堅牢な構造であり、且つ精密なストロークと大きな推力を得ることができるので、本実施形態における振動アクチュエータ６４に適している。
【００７５】
この振動アクチュエータ６４が発生する振動のストロークとしては、例えば、±２０［μｍ］以下であることが好ましく、特に±１０［μｍ］以下であることが好ましい。なお、振動アクチュエータ６４の設置位置は、特に限定されず、例えばウェハ載置板６１の左右２箇所に配置してもよいし、ウェハ載置板６１の四方に配置してもよい。
【００７６】
また、ウェハ載置板６１の下面６１２と、トレイ本体６２の収容部６２２の底面６２２ａとの間には、複数の転動体６５が介装されている。この転動体６５は、トレイ本体６２に対するウェハ載置板６１のＸＹ平面（ウェハ載置板６１の上面６１１に対して実質的に平行な方向）に沿った相対移動を許容して、トレイ本体６２に対してウェハ載置板６１をスムーズに振動させる。この転動体６５の具体例としては、例えば、ベアリング用のボールやコロ等を例示することができる。なお、このボールやコロ等が本発明における転動体の一例に相当する。
【００７７】
なお、特に図示しないが、本実施形態においても、第１実施形態におけるウェハトレイ５０と同様に、ウェハ載置板６１内にヒータや温度センサを埋設したり、ウェハ載置板６１内に冷却用通路を形成してもよい。
【００７８】
次に、以上に説明したウェハトレイ６０を備えた半導体ウェハ試験装置による半導体ウェハ１００の試験方法について、図１１〜図１２Ｄを参照しながら説明する。
【００７９】
図１１は本実施形態における半導体ウェハの試験方法を示すフローチャート、図１２Ａ〜図１２Ｄは図１１の各ステップを示す図である。
【００８０】
第１実施形態と同様に、半導体ウェハ１００がウェハトレイ６０上に載置されると、第１の真空ポンプ５５が作動して、半導体ウェハ１００がウェハトレイ６０に吸着保持される。
【００８１】
次いで、第１及び第２のカメラ４６，７７を用いて、移動装置７０が半導体ウェハ１００をプローブ４０に対して位置決め（図１１のステップＳ３０）した後に、図１１のステップＳ３１において、図１２Ａに示すように、ウェハトレイ６０がプローブ４０を吸着することが可能な位置まで、移動装置７０が保持ステージ７５を上昇させる。
【００８２】
次いで、図１１のステップＳ３２において、図１２Ｂに示すように、第３の真空ポンプ７６を停止させて、保持ステージ７５によるウェハトレイ５０の吸着保持を解除すると共に、第２の真空ポンプ５６を作動させて、第１の圧力Ｐ１に密閉空間６６内を減圧する。この第１の圧力Ｐ１は、半導体ウェハ１００の電極１１０とプローブ４０のバンプ４１１とを、例えば０．１〜２［ｇｆ／ｐｉｎ］（＝０．９８×１０−３〜１９．６×１０−３［Ｎ／ｐｉｎ］）程度の弱い力で接触させる圧力であり、比較的真空度の低い圧力である。
【００８３】
なお、ステップＳ３１及びＳ３２に代えて、第１実施形態のステップＳ１１のように、半導体ウェハ１００の電極１１０とプローブ４０のバンプ４１１とが接触する位置に、移動装置７０が保持ステージ７５を移動させてもよい。この場合には、第２の真空ポンプ５６を作動させずに第３の真空ポンプ７６を作動したままにしておき、次のステップＳ３３が完了した後に第３の真空ポンプ７６を停止させる。
【００８４】
次いで、図１１のステップＳ３３において、図１２Ｃに示すように、ウェハトレイ６０の振動アクチュエータ６４を駆動させて、ウェハ載置板６１をトレイ本体６２に対して振動させることで、半導体ウェハ１００をプローブ４０に対して振動させる。これにより、プローブ４０のバンプ４１１によって半導体ウェハ１００の電極１１０がスクラブされて、当該電極１１０の表面に形成された酸化被膜が破壊されるので、プローブ４０と半導体ウェハ１００のＩＣデバイスとの間に安定した電気的接続を確保することができる。
【００８５】
次いで、図１１のステップＳ３４において、図１２Ｄに示すように、第２の真空ポンプ５６によって密閉空間内を第２の圧力Ｐ２に減圧する。この第２の圧力Ｐ２は、上述の第１の圧力Ｐ１よりも相対的に低い圧力であり（Ｐ２＜Ｐ１）、比較的真空度の高い圧力である。
【００８６】
この減圧により、ウェハトレイ６０がプローブ４０にさら引き寄せられ、例えば５〜十数［ｇｆ／ｐｉｎ］（＝４９．０×１０−３〜２００．０×１０−３［Ｎ／ｐｉｎ］）程度の強い力で、半導体ウェハ１００の電極１１０がプローブ４０のバンプ４１１に押し付けられるので、電極１１０とバンプ４１１とが完全に導通する。この状態で、テストヘッド３０によってプローブ４０を介して半導体ウェハ１００のＩＣデバイスに試験信号が入出力されて、当該ＩＣデバイスの試験が実行される。
【００８７】
以上のように、本実施形態では、ウェハトレイ６０を介して半導体ウェハ１００をプローブ４０に対して相対的に振動させるので、半導体ウェハ１００の電極１１０上に形成された酸化被膜を破壊することができ、半導体ウェハ１００のＩＣデバイスとプローブ４０との間に安定した電気的接続を確保することができる。
【００８８】
また、本実施形態では、ウェハトレイ６０自体が振動付与機能を備えているので、例えば複数のテストヘッド３０で一つの移動装置７０を共用している場合、ウェハトレイ６０によって振動を付与している間に、移動装置７０は他の作業（他の半導体ウェハ１００の移動や位置決め等）を行うことができ、半導体ウェハ試験装置全体の稼働率の向上を図ることができる。
【００８９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００９０】
１…半導体ウェハ試験装置
３０…テストヘッド
４０…プローブ
５０…ウェハトレイ
５１…シール部材
５４…密閉空間
５５…第１の真空ポンプ
５６…第２の真空ポンプ
６０…ウェハトレイ
６１…ウェハ載置板
６２…トレイ本体
６２２…収容部
６２４…吸着用通路
６２６…減圧用通路
６２７…吸引孔
６２…第１のシール部材
６３…第２のシール部材
６４…振動アクチュエータ
６５…転動体
６６…密閉空間
７０…移動装置
１００…半導体ウェハ
１１０…電極
【図１】
0005405575.tif 000002
【図２】
0005405575.tif 000003
【図３】
0005405575.tif 000004
【図４】
0005405575.tif 000005
【図５】
0005405575.tif 000006
【図６】
0005405575.tif 000007
【図７Ａ】
0005405575.tif 000008
【図７Ｂ】
0005405575.tif 000009
【図７Ｃ】
0005405575.tif 000010
【図７Ｄ】
0005405575.tif 000011
【図８】
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【図９Ａ】
0005405575.tif 000013
【図９Ｂ】
0005405575.tif 000014
【図９Ｃ】
0005405575.tif 000015
【図９Ｄ】
0005405575.tif 000016
【図９Ｅ】
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【図１０】
0005405575.tif 000018
【図１１】
0005405575.tif 000019
【図１２Ａ】
0005405575.tif 000020
【図１２Ｂ】
0005405575.tif 000021
【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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