(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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、
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。
【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１１２が、１００℃以上の温度下で且つプローブカード１０２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、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２２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１５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
【図１】
0003784148.tif 000002
【図２】
0003784148.tif 000003
【図３】
0003784148.tif 000004
【図４】
0003784148.tif 000005
【図５】
0003784148.tif 000006