(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された半導体デバイスの各電極へ接触する複数のプローブを有するプローブカードと、該プローブカードへ電気的に接続されるテストボックスとを備え、前記テストボックスは回路が形成された検査用ボードを有し、前記プローブカード及び前記検査用ボードは、前記基板から切り出されてパッケージ化された前記半導体デバイスの実装環境を再現する基板検査装置であって、
前記パッケージ化された前記半導体デバイスが取り付けられるパッケージ検査カードを、前記プローブカードとは異なる位置へさらに備え、
前記テストボックスは前記パッケージ検査カードへ電気的に接続され、
前記パッケージ検査カードは回路が形成された他の検査用ボードを有し、
前記検査用ボード及び前記他の検査用ボードは前記実装環境を再現することを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】
前記パッケージ検査カードは、間に前記検査用ボードを挟んで前記プローブカードと対向するように配置されることを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
【請求項３】
前記テストボックスは前記検査用ボードと前記プローブカードを接続するハーネスを有し、
前記パッケージ検査カードに前記パッケージ化された前記半導体デバイスを取り付ける際、前記検査用ボードは前記ハーネスによって前記他の検査用ボードへ接続されることを特徴とする請求項２記載の基板検査装置。
【請求項４】
前記テストボックスは、前記パッケージ検査カードを取り付けるホルダを有し、前記ホルダは前記取り付けられたパッケージ検査カードを回動させて前記ハーネスを露出させることを特徴とする請求項３記載の基板検査装置。
【請求項５】
前記パッケージ検査カードは、前記パッケージ化された前記半導体デバイスが取り付けられるソケットを有し、前記ソケットは前記プローブカードと反対側を指向するように前記パッケージ検査カードに配置されることを特徴とする請求項４記載の基板検査装置。
【請求項６】
前記プローブカードは、前記検査用ボード及び前記他の検査用ボードとは異なる検査用ボードであるカードボードを有し、
前記カードボードには、カード側検査回路が形成されていることを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に形成された半導体デバイスを当該基板から切り出すことなく検査する基板検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）に形成された半導体デバイス、例えば、パワーデバイスやメモリの電気的特性を検査する基板検査装置としてプローバが知られている。
【０００３】
プローバは、多数のピン状のプローブを有するプローブカードと、ウエハを載置して上下左右に自在に移動するステージと、ＩＣテスタとを備え、プローブカードの各プローブを半導体デバイスが有する電極パッドや半田バンプに接触させ、半導体デバイスからの信号をＩＣテスタへ伝達させて半導体デバイスの電気的特性を検査する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ＩＣテスタは伝達された信号に基づいて半導体デバイスの電気的な特性や機能の良否を判定するが、ＩＣテスタの回路構成はパッケージ化された半導体デバイス（以下、「パッケージ化デバイス」という。）が実装される回路構成、例えば、マザーボードや機能拡張カードの回路構成と異なるため、ＩＣテスタは実装された状態で電気的な特性や機能の良否を判定することができず、結果として、ＩＣテスタでは検知されなかった半導体デバイスの不具合が、パッケージ化デバイスをマザーボード等に実装した場合に発見されるという問題がある。特に、近年、半導体デバイスの複雑化、高速化に伴い、ＩＣテスタでのテストパターンが厖大化するとともに、テストタイミングの微妙な制御が求められているため、上述した問題が顕著化している。
【０００５】
そこで、半導体デバイスの品質を保証するために、ＩＣテスタに代えて、プローブカードへパッケージ化デバイスが実装される回路構成、例えば、マザーボードの回路構成を再現する検査回路を設け、当該プローブカードを用いてパッケージ化デバイスをマザーボードに実装した環境を再現した状態（以下、「実装環境」という。）で、半導体デバイスをウエハから切り出すことなく半導体デバイスの電気的特性を測定する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。なお、このような実装環境で行われる半導体デバイスの検査をウエハレベルシステムレベルテストという。
【０００６】
ところで、ウエハレベルシステムレベルテストに合格した半導体デバイスをパッケージ化して出荷した後、市場でパッケージ化デバイスが不具合を起こすことがある。この場合、不具合の原因追及のために、ウエハレベルシステムレベルテストを行った実装環境でパッケージ化デバイスの電気的特性を検査することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７―２９７２４２号公報
【特許文献２】特開２０１５−８４３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ウエハレベルシステムレベルテストを行うプローバのプローブカードは各プローブを用いて半導体デバイスの電極パッドや半田バンプと電気的に接触するが、パッケージ化デバイスは電極パッドや半田バンプを備えない。したがって、プローブカードを用いると実装環境でパッケージ化デバイスの電気的特性を検査することができないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、実装環境でパッケージ化された半導体デバイスの電気的特性を検査することができる基板検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の基板検査装置は、基板に形成された半導体デバイスの各電極へ接触する複数のプローブを有するプローブカードと、該プローブカードへ電気的に接続されるテストボックスとを備え、前記テストボックスは回路が形成された検査用ボードを有し、前記プローブカード及び前記検査用ボードは、前記基板から切り出されてパッケージ化された前記半導体デバイスの実装環境を再現する基板検査装置であって、前記パッケージ化された前記半導体デバイスが取り付けられるパッケージ検査カードを、前記プローブカードとは異なる位置へさらに備え、前記テストボックスは前記パッケージ検査カードへ電気的に接続され、前記パッケージ検査カードは回路が形成された他の検査用ボードを有し、前記検査用ボード及び前記他の検査用ボードは前記実装環境を再現することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、テストボックスの検査用ボード、及びパッケージ化された前記半導体デバイスが取り付けられるパッケージ検査カードの他の検査用ボードは、基板から切り出されてパッケージ化された半導体デバイスの実装環境、すなわち、ウエハレベルシステムレベルテストを行った実装環境を再現する。したがって、パッケージ化された半導体デバイスをパッケージ検査カードに取り付けることにより、ウエハレベルシステムレベルテストを行った実装環境でパッケージ化された半導体デバイスの電気的特性を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板検査装置としてのプローバの構成を概略的に説明するための斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る基板検査装置としてのプローバの構成を概略的に説明するための正面図である。
【図３】図１のプローバが備えるプローブカードの構成を概略的に示す正面図である。
【図４】図１のプローバが備えるパッケージ検査カードの構成を概略的に示す正面図である。
【図５】図１のプローバに図４のパッケージ検査カードを取り付けた状態を説明するための正面図である。
【図６】パッケージ検査カードのテストボックスへの取付方法を示すフローチャートである。
【図７】図６の取付方法におけるパッケージ検査カードのカードボード及びテストボックスのテストボードのハーネスを用いた接続を説明するための工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る基板検査装置としてのプローバの構成を概略的に説明するための斜視図であり、図２は、同正面図である。図２は部分的に断面図として描かれ、後述する本体１２、ローダ１３及びテストボックス１４に内蔵される構成要素が示される。
【００１５】
図１及び図２において、プローバ１０は、ウエハＷを載置するステージ１１を内蔵する本体１２と、該本体１２に隣接して配置されるローダ１３と、本体１２を覆うように配置されるテストボックス１４とを備え、ウエハＷに形成されたＤＵＴ（Device Under Test）である半導体デバイスの電気的特性の検査を行う。本体１２は内部が空洞の筐体形状を呈し、当該内部には上述したステージ１１の他に、該ステージ１１に対向するようにプローブカード１５が配置され、プローブカード１５はウエハＷと対向する。プローブカード１５は、板状のカードボード１６と、カードボード１６におけるウエハＷと対向する下面に配置されるプローブヘッド１７とを有する。図３に示すように、プローブヘッド１７はウエハＷの半導体デバイスの電極パッドや半田バンプに対応する多数の針状のプローブ１８を有する。
【００１６】
ウエハＷはステージ１１に対する相対位置がずれないように該ステージ１１へ固定され、ステージ１１は水平方向及び上下方向に関して移動可能であり、プローブカード１５及びウエハＷの相対位置を調整して半導体デバイスの電極パッドや半田バンプをプローブヘッド１７の各プローブ１８へ接触させる。ローダ１３は、搬送容器であるＦＯＵＰ（図示しない）から半導体デバイスが形成されたウエハＷを取り出して本体１２の内部のステージ１１へ載置し、またウエハレベルシステムレベルテストが行われたウエハＷをステージ１１から除去してＦＯＵＰへ収容する。
【００１７】
プローブカード１５のカードボード１６には、ウエハＷから切り出されてパッケージ化された半導体デバイス（パッケージ化デバイス）が実装される回路構成、例えば、マザーボードの回路構成の一部を再現するカード側検査回路２０が形成され（図３参照）、該カード側検査回路２０はプローブヘッド１７へ接続される。プローブヘッド１７の各プローブ１８がウエハＷの半導体デバイスの電極パッドや半田バンプに接触する際、各プローブ１８は半導体デバイスの電源へ電力を供給し、若しくは、半導体デバイスからの信号をカード側検査回路２０へ伝達する。
【００１８】
テストボックス１４は、配線であるハーネス１９と、検査制御ユニットや記録ユニット（いずれも図示しない）と、マザーボードの回路構成の一部を再現するボックス側検査回路２１が形成されるテストボード２２（検査用ボード）とを有する。ハーネス１９は、テストボックス１４のテストボード２２とプローブカード１５のカードボード１６とを接続し、カード側検査回路２０からの信号をボックス側検査回路２１へ伝達する。プローバ１０では、テストボックス１４が有するテストボード２２を取り替えることにより、複数種のマザーボードの回路構成の一部を再現することができる。
【００１９】
ローダ１３は、電源、コントローラや簡素な測定モジュールからなるベースユニット２３を内蔵する。ベースユニット２３は配線２４によってボックス側検査回路２１へ接続され、コントローラはボックス側検査回路２１へ半導体デバイスの電気的特性の検査開始を指示する。プローバ１０では、上述したように、カードボード１６に形成されたカード側検査回路２０及びテストボード２２に形成されたボックス側検査回路２１のそれぞれがマザーボードの回路構成の一部を再現するが、ベースユニット２３は各種のマザーボードに共通する回路構成を再現する。したがって、カードボード１６、テストボード２２及びベースユニット２３が協働してパッケージ化デバイスが実装されるマザーボード全体を再現する。換言すれば、カードボード１６、テストボード２２及びベースユニット２３はパッケージ化デバイスをマザーボードに実装した環境である実装環境を再現する。
【００２０】
プローバ１０では、半導体デバイスの電気的特性の検査を行う際、例えば、ボックス側検査回路２１の検査制御ユニットが、カード側検査回路２０へデータを送信し、さらに、送信されたデータが半導体デバイスと接続されたカード側検査回路２０によって正しく処理されたか否かをカード側検査回路２０からの電気信号に基づいて判定する。また、プローバ１０では、テストボックス１４のテストボード２２とプローブカード１５のカードボード１６とがハーネス１９で接続されるが、テストボックス１４の底面にはカードボード１６に対応した大きさの底面口２５が設けられ、テストボード２２とカードボード１６が対向する。これにより、テストボード２２とカードボード１６を近接して配置することができ、ハーネス１９を極力短くすることができる。その結果、ウエハレベルシステムレベルテストにおいて、ハーネス１９の長さの影響、例えば、配線容量の変化の影響を極力抑えることができ、機能拡張カードやマザーボードを有する実機としてのコンピュータの作動環境に極めて近い実装環境でウエハレベルシステムレベルテストを行うことができる。
【００２１】
ところで、ウエハレベルシステムレベルテストに合格した半導体デバイスをパッケージ化して出荷した後、市場でパッケージ化デバイスが不具合を起こすことがある。この場合、ウエハレベルシステムレベルテストの信頼性を確認するために、当該ウエハレベルシステムレベルテストにおいて上記不具合を発見できないのか、若しくは、上記不具合は、ウエハレベルシステムレベルテストを行った後、半導体デバイスをパッケージ化する際や市場における環境負荷や外力によって引き起こされたのかを判定する必要がある。ウエハレベルシステムレベルテストにおいて上記不具合を発見できるか否かは、ウエハレベルシステムレベルテストを行った実装環境において、不具合を起こしたパッケージ化デバイスの電気的特性を検査し、不具合が再現されるか否かに基づいて判定される。具体的には、上記実装環境において不具合を起こしたパッケージ化デバイスの不具合が再現されなければ、ウエハレベルシステムレベルテストでは上記不具合を発見できないと判定され、上記実装環境において不具合を起こしたパッケージ化デバイスの不具合が再現されれば、上記不具合は、ウエハレベルシステムレベルテストを行った後、半導体デバイスをパッケージ化する際や市場における環境負荷や外力によって引き起こされたと判定される。
【００２２】
また、ウエハレベルシステムレベルテストでは上記不具合を発見できないと判定された場合、ウエハレベルシステムレベルテストの実施内容を変更する必要があるが、実施内容の変更後のウエハレベルシステムレベルテストの検証を行う際、ウエハに形成された半導体デバイスを用いると、当該にウエハに形成された他の多数の半導体デバイスを損傷させることがあるため、ウエハに形成された半導体デバイスを用いるよりもパッケージ化デバイスを用いた方が遙かに安価で検証を行うことができる。さらに、ウエハよりもパッケージ化デバイスの方が取り扱い易いため、パッケージ化デバイスを用いた方が容易に検証を行うことができる。また、プローブカード１５及びウエハに形成された半導体デバイスを用いて検証を行う場合、各プローブ１８が半導体デバイスの電極パッドや半田バンプに接触するが、当該接触によって半導体デバイスが劣化するおそれがある、具体的には、半導体デバイスの電極パッドや半田バンプに針跡が残り、特に接触が繰り返されると針跡が深くなるが、深い針跡は当該半導体デバイスからパッケージ化デバイスが製造された際に不具合を引き起こすことがある。したがって、半導体デバイスの劣化防止の観点からも、ウエハよりもパッケージ化デバイスを用いた検証を行う方が好ましい。すなわち、ウエハレベルシステムレベルテストを行った実装環境でパッケージ化デバイスの電気的特性を検査することが強く求められる。
【００２３】
一方、上述したプローブカード１５は各プローブ１８を用いてウエハＷの半導体デバイスの電極パッドや半田バンプと電気的に接触するが、パッケージ化デバイスは電極パッドや半田バンプを備えない。したがって、プローブカード１５を用いてもウエハレベルシステムレベルテストを行った実装環境でパッケージ化デバイスの電気的特性を検査することができない。本実施の形態では、これに対応して、プローバ１０が、パッケージ化デバイスを装着可能なパッケージ化デバイスの電気的特性の検査を行うためのカード（以下、「パッケージ検査カード」という。）をさらに備える。
【００２４】
図４は、図１のプローバが備えるパッケージ検査カードの構成を概略的に示す正面図である。
【００２５】
図４において、パッケージ検査カード２６は、板状のカードボード２７（他の検査用ボード）と、カードボード２７の図中上面に配置されるソケット２８とを有する。カードボード２７の図中下面にはマザーボードの回路構成の一部を再現するカード側検査回路２９が形成される。ソケット２８の先端にはパッケージ化デバイス３０が取り付けられ、パッケージ化デバイス３０はカード側検査回路２９とソケット２８を介して接続される。ソケット２８はパッケージ化デバイス３０へ電力を供給し、若しくは、パッケージ化デバイス３０からの信号をカード側検査回路２９へ伝達する。
【００２６】
図５は、図１のプローバに図４のパッケージ検査カードを取り付けた状態を説明するための正面図である。図５も部分的に断面図として描かれる。
【００２７】
図５において、テストボックス１４は、天井面において底面口２５に対向するように設けられる天井口３１と、当該テストボックス１４の内部において天井口３１の近傍に設けられるカードホルダ３２とを有する。天井口３１はカードボード２７に対応した大きさを有し、ウエハレベルシステムレベルテストを行う際には天板３３（図２参照）によって閉塞される。
【００２８】
パッケージ化デバイス３０の電気的特性の検査を行う際、天井口３１を介してパッケージ検査カード２６をテストボックス１４の内部へ進入させ、さらに、カードホルダ３２によって保持させる。このとき、カードホルダ３２はソケット２８がプローブカード１５と反対側を指向するようにパッケージ検査カード２６を保持する。また、カードホルダ３２は、間にテストボード２２を挟んでプローブカード１５と対向するようにパッケージ検査カード２６を保持する。ここで、ハーネス１９はテストボード２２に一端が接続されるため、パッケージ検査カード２６はハーネス１９を挟んでプローブカード１５に対向する。パッケージ検査カード２６がカードホルダ３２によって保持される際、ハーネス１９は、テストボックス１４のテストボード２２とパッケージ検査カード２６のカードボード２７とを接続し、カード側検査回路２９からの信号をボックス側検査回路２１へ伝達する。なお、カードホルダ３２は、後述するように、パッケージ検査カード２６がその一端を中心に回動可能となるように、パッケージ検査カード２６を保持する。
【００２９】
パッケージ検査カード２６では、上述したように、カードボード２７に形成されたカード側検査回路２９がマザーボードの回路構成の一部を再現する一方、テストボード２２に形成されたボックス側検査回路２１はマザーボードの回路構成の一部を再現し、さらに、ベースユニット２３は各種のマザーボードに共通する回路構成を再現する。したがって、カードボード２７、テストボード２２及びベースユニット２３も協働してパッケージ化デバイスが実装されるマザーボード全体を再現する。すなわち、カードボード２７、テストボード２２及びベースユニット２３は、ウエハレベルシステムレベルテストを行った実装環境を再現する。
【００３０】
プローバ１０では、パッケージ化デバイス３０の電気的特性の検査を行う際、例えば、ボックス側検査回路２１の検査制御ユニットが、カード側検査回路２９へデータを送信し、さらに、送信されたデータがパッケージ化デバイス３０と接続されたカード側検査回路２９によって正しく処理されたか否かをカード側検査回路２９からの電気信号に基づいて判定する。
【００３１】
図６は、パッケージ検査カードのテストボックスへの取付方法を示すフローチャートであり、図７は、図６の取付方法におけるパッケージ検査カードのカードボード及びテストボックスのテストボードのハーネスを用いた接続を説明するための工程図である。なお、図７では、テストボックス１４を右側方から眺めた断面図で各工程が描かれる。
【００３２】
まず、テストボックス１４から天板３３を取り去り、テストボックス１４の内部を開放する（ステップＳ７１）。このとき、テストボード２２及びプローブカード１５のカードボード１６を接続するハーネス１９が露出する。
【００３３】
次いで、カードボード１６からハーネス１９の他端を取り外し（ステップＳ７２）、その後、天井口３１を介してパッケージ検査カード２６をテストボックス１４の内部へ進入させてカードホルダ３２に載置し（ステップＳ７３）、さらに、カードホルダ３２によってパッケージ検査カード２６を保持させる（ステップＳ７４）。このとき、カードホルダ３２は、パッケージ検査カード２６がその一端を中心に回動可能となるように、パッケージ検査カード２６を保持する。
【００３４】
次いで、図７（Ａ）に示すように、パッケージ検査カード２６をその一端を中心に回動させて当該パッケージ検査カード２６の他端を図中上方へ移動させ（ステップＳ７５）、テストボックス１４の内部を再度開放し、ハーネス１９を露出させる。その後、ハーネス１９の他端をパッケージ検査カード２６のカードボード２７へ接続させる（ステップＳ７６）。
【００３５】
次いで、図７（Ｂ）に示すように、パッケージ検査カード２６をその一端を中心に回動させて当該パッケージ検査カード２６の他端を図中下方へ移動させ（ステップＳ７７）、テストボックス１４の内部を閉鎖し、パッケージ検査カード２６の他端をカードホルダ３２に保持させ、本方法を終了する。
【００３６】
以上説明したように、プローバ１０によれば、テストボックス１４のテストボード２２、及びパッケージ検査カード２６のカードボード２７は、ウエハレベルシステムレベルテストを行った実装環境を再現する。したがって、パッケージ化デバイス３０を、ソケット２８を介してパッケージ検査カード２６に取り付けることにより、ウエハレベルシステムレベルテストを行った実装環境でパッケージ化デバイス３０の電気的特性を検査することができる。その結果、ウエハレベルシステムレベルテストの信頼性を容易に確認することができる。また、ウエハレベルシステムレベルテストを行った実装環境で実施内容の変更後のウエハレベルシステムレベルテストの検証を行う際、ダミーデバイス等ではなくパッケージ化デバイスを用いることができるため、当該検証の信頼性を向上することができる。
【００３７】
上述したプローバ１０では、パッケージ検査カード２６にパッケージ化デバイス３０を取り付ける際、テストボックス１４のテストボード２２は、プローブカード１５のカードボード１６との接続に用いられるハーネス１９によってパッケージ検査カード２６のカードボード２７へ接続される。これにより、プローブカード１５のカードボード１６及びテストボード２２によって再現される実装環境と、パッケージ検査カード２６のカードボード２７及びテストボード２２によって再現される実装環境との差は、カードボード１６及びテストボード２２の構成の差だけになるため、２つの実装環境をほぼ同じ環境にすることができる。
【００３８】
また、上述したプローバ１０では、パッケージ検査カード２６がハーネス１９を挟んでプローブカード１５に対向するので、ハーネス１９はプローブカード１５のカードボード１６及びパッケージ検査カード２６のカードボード２７のいずれにも容易に届く。すなわち、カードボード１６及びカードボード２７のいずれにも同じハーネス１９を容易に接続することができる。
【００３９】
さらに、上述したプローバ１０では、カードホルダ３２は、パッケージ検査カード２６がその一端を中心に回動可能となるように、パッケージ検査カード２６を保持するので、パッケージ検査カード２６を回動させることによってテストボックス１４の内部を開放し、ハーネス１９を容易に露出させる。これにより、プローブカード１５のカードボード１６からのハーネス１９の脱着作業性や、パッケージ検査カード２６のカードボード２７からのハーネス１９の脱着作業性を向上することができる。
【００４０】
上述したプローバ１０では、カードホルダ３２はソケット２８がプローブカード１５と反対側を指向するようにパッケージ検査カード２６を保持するので、ソケット２８がプローブカード１５やテストボード２２と干渉することが無く、パッケージ検査カード２６を容易にテストボックス１４へ装着することができる。また、ソケット２８がプローブカード１５と反対側を指向する結果、ソケット２８の先端に取り付けられるパッケージ化デバイス３０はテストボックス１４から露出する。これにより、パッケージ化デバイス３０の作業者による取扱が容易になり、例えば、パッケージ化デバイス３０の接触改善のための位置の微調整を容易に行うことができる。
【００４１】
さらに、上述したプローバ１０では、カードホルダ３２がテストボックス１４の内部に設けられるため、カードホルダ３２が保持するパッケージ検査カード２６をテストボード２２と近接して配置することができる。これにより、ハーネス１９を長くする必要を無くすことができる。その結果、パッケージ化デバイス３０の電気的特性の検査において、ハーネス１９の長さの影響、例えば、配線容量の変化の影響を極力抑えることができる。
【００４２】
以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４３】
Ｗ  ウエハ
１０  プローバ
１４  テストボックス
１５  プローブカード
１９  ハーネス
２１  ボックス側検査回路
２２  テストボード
２６  パッケージ検査カード
２７  カードボード
２８  ソケット
２９  カード側検査回路
３０  パッケージ化デバイス
３２  カードホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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