JP4592885B2 - 半導体基板試験装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に形成された複数の端子に、コンタクタに設けられたコンタクト電極を接触させて半導体基板の試験を行う半導体基板試験装置および半導体基板試験方法に関する。
【０００２】
近年、ＬＳＩに代表される半導体装置は、配線の微細化により、回路の高密度化と、端子数の増加および微小化が進展している。
【０００３】
このような半導体装置の高密度化は、半導体装置が使用される電子機器、例えば、電話やモバイルパソコン、ビデオ一体型カメラ等の小型携帯機器や高速での動作の信頼性が求められる高機能電算機等において必須である。
【０００４】
このため、半導体装置の出荷に際し、パッケージされないチップ状態のままで機能を保証して出荷するＫＧＤ（Known Good Die）や、ＬＳＩチップ寸法と同等の外形寸法を有する小型パッケージであるＣＳＰ（Chip Size Package）での出荷要求が急増している。
【０００５】
また、半導体装置の試験効率を向上させる観点から、ウエハから切り離された個々の半導体チップについて試験する方法に代えて、半導体チップを分離する前のウエハ状態のままで全ての信頼性試験を実施する必要性が強まっている（以下、ウエハ状態のままで実施される試験をウエハレベル試験という）。
【０００６】
【従来の技術】
従来実施されていたウエハレベル試験は、ウエハに形成された複数の半導体チップの各端子にコンタクタに設けられたコンタクト電極を接触させて、半導体装置とコンタクタとの間を電気的に接続することによって行われる。
【０００７】
このウエハレベル試験によれば、半導体チップを個片化することなく信頼性試験を実施できるため、試験時のハンドリング効率を向上させることができる。すなわち、ダイシングされ個片化された半導体チップは、その大きさが様々であり、同一のハンドリング設備では対応することができない。これに対し、ウエハレベル試験はウエハに対して直接試験を行ない、またウエハの大きさは標準化されているため、ハンドリングが容易となる。
【０００８】
また、ウエハレベル試験では、試験実施により得られた半導体チップの良否の情報をウエハマップとして管理することができる。よって、ウエハのどの位置の半導体チップがどの不良になっているかの解析が可能であり、ＰＴ（Preliminary Test）との照合も容易に行えるため、試験工程の信頼性が増す。
【０００９】
さらに、近年開発が進んでいるウエハレベルＣＳＰの場合、ＣＳＰパッケージング工程までウエハ状態で一括して製造処理が可能であるが、これに加えてウエハ状態での試験が実現されると、ウエハプロセス−パッケージング−試験の全工程を一貫してウエハ状態で取り扱うことが可能となり、更なる製造工程の効率化が期待できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したウエハレベル試験では前記した端子の数の増加、及び端子形状の微小化により以下の問題が発生する。
【００１１】
すなわち、ウエハに形成される端子の総数は、例えば、８インチウエハでは２万ピン〜１０万ピンと膨大な数となる。この多数の端子に対し、前記した試験装置のコンタクタのコンタクト電極を確実に接触させるには、例えば１端子当たり９８ｍＮ程度の接触力が必要であるとすると、ウエハ全体としては、約２０００Ｎ〜１００００Ｎ程度の接触力を必要とする。
【００１２】
このような大きな接触力を与えてウエハと試験装置のコンタクタとを接触させようとすると、コンタクタが荷重に耐えられず著しく湾曲、変形し、さらには破損に至るおそれもある。また、コンタクタとともにウエハも損傷するおそれがある。
【００１３】
なお、この場合、コンタクタに補強板を取り付ける方法が考えられるが、この方法によれば、コンタクタの変形程度を軽減することは可能であるものの変形を皆無にするには至らず、この残存する変形が高密度且つ微小に形成された半導体装置の端子との接触不良の原因となる。また、コンタクタに補強板を取り付けることによりコンタクタの重量が増加するため、コンタクタの運搬等の作業性が阻害される。
【００１４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、半導体基板に形成された複数の半導体基板の各端子にコンタクタに設けられたコンタクト電極を接触させて各半導体基板の試験を行う際に、コンタクタの湾曲、変形、さらには破損を防止することができる半導体基板試験装置および半導体基板試験方法を提供することを主な目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明に係る半導体基板試験装置は、基板上にコンタクト電極が設けられたコンタクタを有し、前記コンタクト電極を半導体基板に形成された複数の端子に接触させて、前記半導体基板の試験を行う半導体基板試験装置において、前記半導体基板を覆うように前記コンタクタの一方の面の側に設けられた気密部の一方と、前記コンタクタの他方の面の側に設けられた気密部の他方と、前記気密部の一方と前記コンタクタの一方の面により囲まれた上室と、前記気密部の他方と前記コンタクタの他方の面により囲まれた下室と、を有し、前記上室及び前記下室において、流体圧を発生させることにより、前記端子に前記コンタクト電極を接触させる際に、前記コンタクタの変形の発生を阻止することを特徴とする。
【００１６】
上記発明の構成とすることにより、コンタクタの両面に与えられる接触力および抗力が均衡するため、コンタクタの湾曲、変形、さらには破損を防止することができる。
【００１７】
尚、上記発明におけるコンタクタは、シート状基板に多数の突起状のコンタクト電極が形成されたメンブレンタイプのものと、ガラス・エポキシ基板に多数のピンプローブが配設されたタイプのものの双方を含む。また、コンタクタは、上記のコンタクト電極が設けられた配線基板のほかに適宜設けられる多層配線基板等を含む。また、半導体基板は半導体チップが複数形成された基板をいい、例えば、半導体チップが複数形成されたＬＳＩウエハ、ウエハ上の各半導体チップ上の電極に接続され、半導体チップの電極位置とは異なる位置に、例えば、Ｃｕ等で形成した外部出力端子を設けたウエハレベルＣＳＰ全般、複数のＣＳＰを基板上に形成して一括樹脂封止した多連ＣＳＰ等をいう。
【００１８】
また、前記抗力付与装置は、前記接触力と同等の前記抗力を付与する構成としてもよい。
【００１９】
この構成とすることにより、より確実にコンタクタの変形等を防止することができる。
【００２０】
また、前記抗力付与装置を前記接触力に応じて可変可能な前記抗力を付与する構成としてもよい。
【００２１】
この構成とすることにより、接触力に応じた適当な抗力がコンタクタに付与されるため、コンタクタの変形をより確実に防止することができる。
【００２２】
また、前記抗力付与装置を、前記接触力が作用する側とは反対側から前記コンタクタに前記抗力を付与する構成としてもよい。
【００２３】
この構成とすることにより、抗力は接触力によるコンタクタの変形を直接的に是正するよう作用する。
【００２４】
また、前記上室に前記流体圧を発生させる接触力付与装置と、前記下室に前記流体圧を発生させる抗力付与装置とは、実質的に同一となるよう構成してもよい。
【００２５】
この構成とすることにより、コンタクタに対して同等の接触力および抗力を印加することが可能となり、コンタクタの変形防止を容易に実現することができる。また、抗力付与装置と接触力付与装置の部品等の共用化を図ることができ、これに伴い半導体基板試験装置のコスト低減を図ることができる。
【００２６】
ここで、実質的に同一の構成とは、半導体基板の表面及び背面の構造に起因して配設される付随的な構成物の相違は含まないことを意味する。
【００２７】
また、前記抗力付与装置が前記抗力を流体圧を用いて発生させる構成としてもよい。
【００２８】
この構成とすることにより、コンタクタの全面にわたって均等な抗力を容易に付与することができる。
【００２９】
また、前記接触力付与装置についても、流体圧を用いて接触力を発生させる構成としてもよい。
【００３０】
この構成とすることにより、コンタクタの全面にわたって均等な接触力を容易に付与することができる。また、抗力および接触力の双方を流体圧を用いて発生させる構成とした場合、装置を共用することにより部品点数の減少を図ることができるとともに、特に、例えば、外乱によって流体圧が変動する場合においても流体源を共通にすることにより、抗力および接触力を同一の大きさに維持することができる。
【００３１】
また、前記抗力付与装置における上室および前記接触力付与装置における下室のうち、少なくとも一方には、前記流体圧によって可動する可動隔壁を設ける構成としてもよい。
【００３２】
この構成とすることにより、流体がコンタクタや半導体基板に直接接触することがなく、コンタクタや半導体基板の汚損等を防止することができる。
【００３３】
また、前記抗力付与装置および前記接触力付与装置の少なくとも一方は、前記抗力または前記接触力を発生させる圧電素子を設ける構成としてもよい。
【００３４】
この構成とすることにより、コンタクタの変形をもたらす過剰な力を発生させることなく、接触力として必要な力のみを発生させることができる。
【００３５】
また、該端子に該コンタクト電極を接触させる際に生じる接触力がもたらす該コンタクタの変形量を検出するセンサと、該センサによって検出した該変形量を解消する抗力を発生させる変形量制御手段とをさらに備えた構成としてもよい。
【００３６】
この構成とすることにより、コンタクタの変形量を解消するのに適当な抗力を精密に付与することができる。
【００３７】
また、前記コンタクタは、試験のための電子部品を実装する構成としてもよい。
【００３８】
この構成とすることにより、例えば、電子部品として試験サポートＬＳＩをコンタクタに実装することでＬＳＩテスタの負荷が軽減する等の効果を得ることができる。
【００３９】
また、前記端子が形成された側と反対側の前記半導体基板の面に該半導体基板の変形を抑止する半導体基板補強部材を設ける構成としてもよい。
【００４０】
この構成とすることにより、半導体基板側から接触力を与える場合に、コンタクタの全面に均一に接触力を加えることができる。
【００４１】
また、前記半導体基板補強部材と該半導体基板との位置ずれを防止する密着手段を備える構成としてもよい。
【００４２】
この構成とすることにより、半導体基板補強部材と半導体基板との位置ずれに起因する端子とコンタクと電極の接触不良等の不具合を防止することができる。
【００４３】
また、前記半導体基板補強部材は、前記半導体基板の温度を調整する温度調整手段を備える構成としてもよい。
【００４４】
この構成とすることにより、半導体基板を所定の試験温度に容易かつ正確に調整することができる。
【００４５】
また、前記コンタクト電極が形成された側とは反対側の前記コンタクタの面に前記半導体基板補強部材と同じ剛性を有するコンタクタ補強部材を備える構成としてもよい。
【００４６】
この構成とすることにより、より確実にコンタクタの変形を防止することができる。
【００４７】
また、半導体基板試験方法は、該端子に該コンタクト電極を接触させる接触力を与えるとともに、該接触力がもたらす該コンタクタの変形の発生を阻止する抗力を同時に付与することを特徴とする。
【００４８】
上記発明の構成とすることにより、コンタクタの両面に与えられる接触力および抗力が均衡するため、コンタクタの湾曲、変形、さらには破損を防止することができる。
【００４９】
また、該コンタクタの変形量を把握するとともに、該変形量を解消する抗力を付与する構成としてもよい。
【００５０】
この構成とすることにより、コンタクタの変形量を解消するのに適当な抗力を精密に付与することができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る半導体基板試験装置および半導体基板試験方法の好適な実施の形態について、図を参照して以下に説明する。
【００５２】
まず、本発明の実施例の説明に先立ち、本願発明の前提となる技術について説明しておく。前記したように、半導体基板試験装置には、メンブレン状の配線基板に多数の突起状のコンタクト電極が形成されたタイプ（以下、メンブレンタイプという。）のものと、配線基板の中央に形成された円状の開口部の周囲から開口部内に多数のピンプローブ状のコンタクト電極が垂下するタイプのもの（以下ピンプローブタイプという。）とがある。
【００５３】
図１及び図２に示すように、メンブレンタイプの半導体基板試験装置１は、多数の端子７が形成された半導体基板であるウエハ８と電気的に接続するコンタクタ４を有している。このコンタクタ４は、多層基板２および配線基板３により構成されている。多層基板２は、例えば多層配線プリント基板により構成されている。また、配線基板３は、樹脂よりなるベースフィルム上に配線パターンが形成された構成とされている。この配線基板３は、多層基板２上に配設（固着）されている。
【００５４】
また、配線基板３の配線パターンの一部には、複数のコンタクト電極５が形成されている。更に、多層基板２は、外周部２ａを図示しない支持部材によって支持された構成とされている。
【００５５】
さらに近年では、試験実施時におけるウエハ８に形成された半導体チップの動作を補助する電子回路、及び試験動作を補助するための電子回路等の複数の試験用の電子回路部品（電子部品）６を多層基板２の裏面に配設することが行なわれている。この構成とした場合、半導体チップと電子回路部品６との配線長を短くすることができるため、高速動作をする半導体チップの試験に好適となる。
【００５６】
上記構成とされた半導体基板試験装置１を用いて半導体基板試験を行うには、コンタクト電極５が上側に向くようコンタクタ４を配置すると共に、ウエハ８をその端子７がコンタクト電極と対峙するよう配置する。この際、コンタクタ４の各コンタクト電極５と、ウエハ８の各端子７とが一致するよう、位置決めしながら、コンタクタ４上にウエハ８を配置する。さらに、コンタクト電極５と端子７とを確実に接触させ電気的導通を図るため、ウエハ８の上方から適宜の加圧手段によって加圧力を、ウエハ８の全面に均等に加える（図１（ａ））。この加圧力は、端子７をコンタクト電極５に接触させる力（以下、この力を接触力という）として作用する。
【００５７】
この場合、十分な接触力を得るためにウエハ８および多層基板２の剛性に勝る加圧力を加えると、外周部２ａを支持された多層基板２、多層基板２上に固着された配線基板３、及び配線基板３に当接したウエハ８は、それぞれ加圧力を受けた中央部が下向きに凸に変形してしまう。さらに、加圧力が多層基板２やウエハ８等の強度を超える場合には、多層基板２やウエハ８等が損傷する可能性もある。
【００５８】
また、前記のように多層基板２の裏面には試験用の電子回路部品６がはんだ付け等により配設されているため、多層基板２が変形すると、はんだ付け部分に過大な応力が発生し、最悪の場合にははんだ剥離が発生してしまうことも考えられる（図１（ｂ）参照）。
【００５９】
上記の不具合を回避し、コンタクタ４の変形発生を防止する手段として、図２（ａ）に示すように、ウエハ８の裏面（図２中上面）に補強ステージ９を設け、この補強ステージ９を介して加圧力をウエハ８に印加する方法が考えられる。
【００６０】
しかしながら、この構成とした場合においても、図２（ｂ）に示すように、多層基板２および配線基板３の変形を解消することはできなかった。即ち、補強ステージ９を設けることによりウエハ８は補強され、ウエハ８の変形は完全ではないもののおおよそ防止されて、ウエハ８は略平面状態が維持される。
【００６１】
しかし、コンタクタ４は補強されていないため、変形し易い状態のままである。また、一般にウエハ８に対してコンタクタ４の面積は広く設定されている。このため、コンタクタ４のウエハ８と対峙している部分に加圧力が印加されると、この部位が他の部位に対して押し下げられ、結果としてコンタクタ４は下側に凸となる形状に変形してしまう。このコンタクタ４の変形により、ウエハ８と配線基板３との間には隙間Ｃが発生してしまい（中央部において最も離間する）、この箇所においては端子７とコンタクト電極５が接触せず、電気的な導通が不良あるいは不能な状態となってしまう。
【００６２】
これに対して、コンタクタに補強板を取り付ける構成では、従来技術のところで既に説明したような不具合があるとともに、さらに、コンタクタに上記の電子回路を構成する抵抗、容量、ヒューズ等を配設することができなくなり、高速動作を行う半導体チップの試験精度が低下することが考えられる。
【００６３】
つぎに、ピンプローブタイプの半導体基板試験装置１０について、図３を用いて説明する。半導体基板試験装置１０は、コンタクタ１４とステージ１５とにより構成されている。ピンプローブタイプにおけるコンタクタ１４は、積層基板１１及び複数のピンピローブ（コンタクト電極）１３ａ、１３ｂ〜１３ｎとにより構成されている。積層基板１１の中央部には開口部１２が設けられており、ピンピローブ１３ａ〜１３ｎはこの開口部１２から下方に向け（ウエハ８に向け）延出した構成とされている。
【００６４】
このピンプローブタイプの半導体基板試験装置１０を用いて半導体基板試験を行うには、半導体基板試験装置１０のステージ１５上にウエハ８を載置し、コンタクタ１４のピンプローブ１３ａ〜１３ｎをウエハ８の端子７に位置決めしながらコンタクタ１４をウエハ８上に配置する。
【００６５】
そして、ピンプローブ１３ａ〜１３ｎが端子７に確実に接触して導通するように、上方から適宜の加圧手段によって加圧力を印加する。この際、加圧力はコンタクタ１４の全面に均等に加えられる（図３（ａ）参照）。
【００６６】
この際、全てのピンプローブ１３ａ〜１３ｎと端子７との間に十分な接触力を得ようとした場合、前記したように加圧力は非常に大きな値（約２０００Ｎ〜１００００Ｎ程度）となるため、この加圧力はウエハ８およびコンタクタ１４の剛性を越えてしまう。このため、コンタクタ１４は、加圧力が加えられた外周部のみが下向きに変位してコンタクタ１４全体として下向きに凹に変形する。
【００６７】
このとき、下向きに凹となったコンタクタ１４の半径方向外側に配列された方のピンピローブ１３ｂは端子７と接触するが、コンタクタ１４の半径方向内側に配列された方のピンピローブ１３ａは、コンタクタ１４のピンピローブ１３ａ、１３ｂ間の変形量Ｌ１と略同じ距離Ｌ２分だけ端子７から浮きあがった状態となる。よって、端子７とピンピローブ１３ｂが接触できず、電気的な導通が不良あるいは不能な状態となってしまう（図３（ｂ）参照）。
【００６８】
以上説明したように、半導体基板試験装置１、１０では、メンブレンタイプやピンプローブタイプのタイプに関わりなく、加圧力（接触力）によりコンタクタ４、１４の変形等を生じ、さらには、コンタクト電極５と端子７が非接触状態となり電気的接続不良を生じることが判明した。また、試験用の電子回路部品６をコンタクタ４、１４に実装した場合には、上記変形に起因して電子回路部品６が剥離することも判明した。更に、補強ステージ９を設けた構成としても、コンタクタ４、１４の変形を防止することはできないことも判明した。
【００６９】
本発明者は、これらの知見を踏まえた上、コンタクタの変形を確実に防止できる半導体基板試験装置および半導体基板試験方法を考案した。以下、この半導体基板試験装置および半導体基板試験方法について説明する。尚、以下の説明に用いる図において、図１乃至図３に示した構成と同一構成については同一符号を付して説明するものとする。なお、ウエハ８に形成される端子７については、本実施例をはじめとする以下の各実施例の各図においては図示を省略する。
【００７０】
まず、本発明の第１実施例である半導体基板試験装置およびその半導体基板試験方法について図４を参照して説明する。
【００７１】
本実施例に係る半導体基板試験装置１００は、大略するとコンタクタ４、気密部１０２、及び圧力流体源１０４等により構成されている。コンタクタ４は、メンブレンタイプの多層基板２および多数のコンタクト電極５が形成された配線基板３により構成されている。
【００７２】
気密部１０２は、上室１０２ｂ及び下室１０２ｃを構成する側壁１０２ａが多層基板２の外周部位と気密に当接することにより、上室１０２ｂと下室１０２ｃに区画される。圧力流体源１０４からの圧縮空気は、上室１０２ｂおよび下室１０２ｃの双方に導入部１０６ａ、１０６ｂから導入される構成となっている。本実施例では、圧力流体として圧縮空気を用いた例について説明するが、圧力流体は圧縮空気に限定されるものではなく、後述する接触力及び抗力を発生できる流体であれば、他の気体や液体等の圧力流体を用いても良い。
【００７３】
尚、本実施例では、多層基板２の上部に位置する上室１０２ｂと圧力流体源１０４が請求項に記載の接触力付与装置を構成し、多層基板２の下部に位置する下室１０２ｃと圧力流体源１０４が請求項に記載の抗力付与装置を構成する。
【００７４】
上記構成とされた半導体基板試験装置１００を用いて、半導体基板となるウエハ８の試験を行うには、まずコンタクタ４を構成する配線基板３上にウエハ８を装着する。この際、ウエハ８の端子７が形成された面を下に向け、かつ各端子７がコンタク電極５と位置決めされるよう装着する。ついで、気密部１０２を構成する上室１０２ｂおよび下室１０２ｃを多層基板２と気密に当接するよう装着する。次に、圧力流体源１０４を駆動し、上室１０２ｂ及び下室１０２ｃのそれぞれに、例えば約２×１０^５Ｐａの圧力の圧縮空気を導入する。
【００７５】
このとき、上室１０２ｂに加えられた圧縮空気の圧力は加圧力としてウエハ８およびコンタクタ４に作用し、端子７とコンタクト電極５との間には、上記加圧力に起因して接触力が発生する。一方、コンタクタ４の多層基板２の下面には上室１０２ｂと同じ圧力の圧縮空気の圧力が抗力として作用する。
【００７６】
これにより、圧縮空気の圧力が多層基板２の両面に多層基板の全面にわたって均等に作用するため、多層基板２の変形が防止され、そのため多層基板２上の配線基板３およびウエハ８の変形も防止される。従って、コンタクタ４およびウエハ８の接触箇所の全面にわたってコンタクト電極５と端子７とを確実に接触させることができ、コンタクタ４とウエハ８とを確実に電気的に接続性することができる。そして、このコンタクタ４とウエハ８が確実に接続された状態で、ウエハ８に対して半導体基板試験（例えば、バーンイン等の信頼性試験）が実施される。
【００７７】
なお、図示しないが、上記した試験用の電子回路部品６（図１参照）を多層基板２の裏面に実装した場合は、多層基板２が変形しないため、電子回路部品６が多層基板２から剥離することがない。
【００７８】
また、圧力流体源１０４が生成する圧縮空気の供給圧力が変化した場合であっても、多層基板２の上下両面には変化した状態での同一の圧力が加わるため、多層基板２の変形を生じることがない。
【００７９】
ところで、本実施例では一つの圧力流体源１０４から各室１０２ｂ、１０２ｃに圧縮空気を供給する構成としているが、この構成とは異なり、各室１０２ｂ、１０２ｃに独立に圧力流体源を設ける構成も考えられる。
【００８０】
しかしながら、この構成では、各圧力流体源が独立しているため、各圧力流体源で生成される流体圧力は周囲温度によって微妙に変化することが考えられ、その場合、本実施例と異なり気密部１０２の上下両室１０２ｂ、１０２ｃに印加される圧縮空気の圧力に差が生じてしまうことが考えられる。このように、上下両室１０２ｂ、１０２ｃに印加される流体圧力に差が生じると、これに起因して多層基板２の微妙な変形を招き接触不良の原因となる。これに対し、本実施例では単一の圧力流体源１０４から各室１０２ｂ、１０２ｃに圧縮空気を供給する構成としているため、このような不都合を生じることがない。また、単一の圧力流体源１０４で済むため、半導体基板試験装置１００の構成の簡単化及び低コスト化を図ることができる。
【００８１】
つぎに、本発明の第２実施例に係る半導体基板試験装置およびその半導体基板試験方法について図５を参照して説明する。
【００８２】
第２実施例に係る半導体基板試験装置１１０は、大略するとコンタクタ１４、圧力流体源１１４、載置台１１６、変形量制御装置（変形量制御手段）１１８、距離センサ（センサ）１２２及び接触力付与装置１２０等により構成されている。
【００８３】
コンタクタ１４は、上記したピンプローブタイプの積層基板１１およびピンプローブ（コンタクト電極）１３ａ〜１３ｎを有している。この積層基板１１の中央部には、ピンプローブ１３ａ〜１３ｎをウエハ８に向け延出させるための開口部１２が形成されている。
【００８４】
変形量制御装置１１８は、気密形成部１１２と、圧力流体源１１４が生成する圧縮空気の圧力を調整する制御部１２４とにより構成されている。
【００８５】
気密形成部１１２は、コンタクタ１４に対して抗力を発生させるものである。
気密形成部１１２の下面中央部には、積層基板１１の外形よりも小さく、かつ開口部１２よりも大きな寸法の凹部１１２ａが形成されている。また、後述するように凹部１１２ａには圧力流体減１１４から圧力流体が供給されるが、この圧力流体が積層基板１１に形成された開口部１２から流出しないよう、気密形成部１１２と積層基板１１の間には、開口部１２を塞ぐ隔壁１２６が介装されている。これにより、凹部１１２ａと隔壁１２６は協働して、気密の部屋を形成する（以下、この部屋を気密室１１２ａという）。
【００８６】
また、載置台１１６は、その上部にウエハ８を載置する構成となっている。また、接触力付与装置１２０は、圧力流体源１１４とは別に、気密形成部１１２を介してコンタクタ１４をウエハ８に向け押下する構成とされている。
【００８７】
距離センサ１２２は非接触式の光学的測距離センサであり、コンタクタ４のピンプローブ１３ａ〜１３ｎが垂下する側に取り付けられている。この距離センサ１２２は、コンタクタ１４と載置台１１６との離間距離（Ｌ３）を測定する。距離センサ１２２で測定された離間距離データは、制御部１２４に送信される。
【００８８】
制御部１２４は、距離センサ１２２で測定されたで離間距離測定したデータに基づき、気密形成部１１２に供給される圧縮空気の圧力を調整する。具体的には、圧力流体源１１４と気密形成部１１２との間には、図示しない圧力制御弁（電磁弁）が設けられており、制御部１２４はこの圧力制御弁の開弁度を制御することにより、気密形成部１１２に供給される圧縮空気の圧力を調整する。
【００８９】
上記構成とされた半導体基板試験装置１１０を用いてウエハ８に対し試験（例えば、信頼性試験）を行うには、まずウエハ８を複数の端子７の形成された側が上方となるよう載置台１１６に載置する。続いて、このウエハ８にコンタクタ１４を装着する。この際、コンタクタ４の各ピンプローブ１３ａ〜１３ｎが、ウエハ８に形成された所定の端子７と位置決めされるよう位置決めを行いつつ、装着処理を行う。
【００９０】
ついで、接触力付与装置１２０が起動され、気密形成部１１２を介してコンタクタ１４がウエハ８に向け押下される。これにより、ピンプローブ１３ａ〜１３ｎとウエハ８の端子７との間には接触力が発生し、この反力としてコンタクタ１４にはピンプローブ１３ａ〜１３ｎを介して積層基板１１を変形させようとする力が発生する。また、接触力付与装置１２０の起動に伴い、圧力流体源１１４も起動され、気密室１１２ａには圧縮空気が導入される。
【００９１】
前記したように、圧力流体源１１４から気密室１１２ａに供給される圧縮空気は制御部１２４により制御されている。以下、制御部１２４が実施する制御動作について、図１０を用いて説明する。
【００９２】
制御部１２４が起動すると、まずステップ１（図ではステップをＳと略称する）において、距離センサ１２２によって計測されたコンタクタ４とウエハ８の離間距離Ｌ３が変形検出量として入力される。よって、接触力の増大によりコンタクタ４の周辺部が変形して離間距離Ｌ３が変化すると、制御部１２４は距離センサ１２２からの信号によりこれを認知することができる。
【００９３】
続くステップ２では、制御部１２４は距離センサ１２２からの信号に基づき、コンタクタ１４とウエハ８の離間距離Ｌ３の変化量（即ち、コンタクタ１４の変形量）が規定値以上か否かが判断される。ここで既定値とは、コンタクタ１４の変形量が、ピンプローブ１３ａ〜１３ｎとウエハ８の端子７との確実な接続を確保できる範囲の変形量で、最大の値に設定されている。即ち、上記離間距離Ｌ３の変化量が既定値を超えた場合、ピンプローブ１３ａ〜１３ｎとウエハ８の端子７との電気的接続は確保できなくなる。
【００９４】
よって、ステップ２において否定判断がされた場合、即ち、離間距離Ｌ３の変化量が既定値未満であり、ピンプローブ１３ａ〜１３ｎとウエハ８の端子７との電気的接続が確保できると判断された場合には、ステップ３、４の抗力を発生させる処理を実施する必要はないため、本制御処理を終了する。
【００９５】
一方、ステップ２において肯定判断がされた場合、即ち、離間距離Ｌ３の変化量が既定値以上であり、ピンプローブ１３ａ〜１３ｎとウエハ８の端子７との電気的接続が確保できないおそれがあると判断された場合には、ステップ３に処理を進める。
【００９６】
ステップ３では、制御部１２４は上記変化量に基づいて、コンタクタ１４の変形を是正するのに要する力を演算する。ここで、コンタクタ１４の変形を是正するのに要する力は、気密形成部１１２の気密室１１２ａに印加される圧力流体の圧力値（以下、この圧力値を目標圧力値という）として求められる。
【００９７】
続くステップ４では、制御部１２４は前記した圧力制御弁を制御することにより、圧力流体源１１４で生成される圧縮空気の圧力を調整し、気密室１１２ａに供給される圧縮空気の圧力が目標圧力となるよう調整する。これにより、積層基板１１の上面（ウエハ８と対向する面と反対側の面）には圧縮空気の圧力により、積層基板１１を下方に向け付勢する抗力が印加される。
【００９８】
これにより、接触力付与装置１２０の押下力に起因したコンタクタ１４の変形は、気密形成部１１２に発生する抗力により是正され、この結果コンタクタ４およびウエハ８の全面にわたって変形の無い平面状体となり、コンタクト電極５と端子７７とを確実に電気的に接続することができる。
【００９９】
尚、本実施例において、気密形成部１１２及び圧力流体源１１４は、請求項に記載の抗力付与装置を構成する。
【０１００】
つぎに、本発明の第３実施例に係る半導体基板試験装置およびその半導体基板試験方法について図６を参照して説明する。
【０１０１】
本実施例に係る半導体基板試験装置１３０は、前記した第１実施例に係る半導体基板試験装置１００と類似の構成を有する。なお、図６では、半導体基板試験装置１００と同じ構成要素である圧力流体源等の一部の構成要素は図示を省いている。
【０１０２】
本実施例に係る半導体基板試験装置１３０は、図４に示した半導体基板試験装置１００に対し、ウエハ８の端子７が形成された側と反対側の面補強ステージ（半導体基板補強部材）１３２を設けると共に、この補強ステージ１３２の裏面に可動隔壁１３４を設けた点で異なる構成とされている。
【０１０３】
補強ステージ１３２は、下面にウエハ８を取り付ける為の凹部１３２ａを有する。補強ステージ１３２は、気密部１０２の側壁１０２ａに突設した突設部０１２ｄに摺接するように構成されており、これにより、補強ステージ１３２の上部が配置された側と補強ステージ１３２の下部が配置された側とが実質的に仕切られている。また、可動隔壁１３４は、気密部１０２の上室１０２ｂを、上部空間部１０２ｂ−１と補強ステージ１３２の配置された下部空間部１０２ｂ−２とに画成するよう配設されている。
【０１０４】
上記構成とされた半導体基板試験装置１３０を用いた半導体基板試験の方法及びその作用効果は、基本的には先に説明した第１実施例と同様である。このため、本実施例特有の作用効果についてのみ以下に述べることとする。
【０１０５】
本実施例に係る半導体基板試験装置１３０は、補強ステージ１３２を設けたことにより、加圧力が補強ステージ１３２を介してウエハ８に均等に加えられる。このため、コンタクタ４の変形が一層防止され、ウエハ８の端子７とコンタクト電極５との電気的接続を一層確実に行なうことができる。また、可動隔壁１３４を設けることにより、圧縮空気がウエハ８が配置された側に浸入することが阻止され、圧縮空気中の汚染物質がウエハ８を汚染することが防止される。
【０１０６】
次に、上記した第３実施例に係る半導体基板試験装置１３０の２つの変形例について以下説明する。
【０１０７】
第１の変形例の半導体基板試験装置１４０は、図７に示すように補強ステージ１３２に複数の吸引孔１３２ｂを形成したことを特徴としている。この吸引孔１３２ｂは、一端が凹部１３２ａに開口しており、他端は真空源１４２に接続されている。
【０１０８】
尚、請求項に記載の密着手段は、これらの吸引孔１３２ｂを有する補強ステージ１３２および真空源１４２によって構成される。また、気密部１０２の下室１０２ｃにもコンタクタ４の多層基板３の裏面側に可動隔壁１４４が設けられている。
【０１０９】
半導体基板試験装置１４０を上記構成とすることにより、前記した第３の実施例に係る半導体基板試験装置１３０と同様の作用効果を得るとともに、半導体基板試験を行うとき、ウエハ８の裏面が補強ステージ１３２に吸着、保持され、位置ずれを生じることを防止できる。また、下側から導入される圧縮空気中の汚染物質により、コンタクタ４やウエハ８が汚染されることを防止できる。
【０１１０】
第２の変形例の半導体基板試験装置１５０は、図８に示すように、補強ステージ１３２内に図示しない加熱源に接続されるヒータ１５２（温度調整手段）を設けたことを特徴としている。また、コンタクタ４の多層基板２の裏面の補強ステージ１３２の外周部と対応する位置に、中央部に開口部１５４ａを有する補強ステージ（コンタクタ補強部材）１５４を設けるとともに、ＬＳＩテストサポート用の複数の電子回路部品６を設けた構成としている。尚、電子回路部品６は、補強ステージ１５４の開口部１５４ａの内側であって、多層基板２の裏面に設けられている。
【０１１１】
半導体基板試験装置１５０を上記構成とすることにより、前記した第３の実施例に係る半導体基板試験装置１３０と同様の作用効果を得るとともに、半導体基板試験を行うとき、ヒータ１５２によってウエハ８を直接加温することで、ウエハ８を所定の試験温度に容易かつ正確に調整することができる。
【０１１２】
また、補強ステージ１５４によってコンタクタ４の多層基板２の変形が一層防止されるため、ＬＳＩテストサポート用の電子回路部品６が多層基板２から剥離することを防止できる。
【０１１３】
つぎに、本発明の第４実施例に係る半導体基板試験装置およびその半導体基板試験方法について図９を参照して説明する。
【０１１４】
本実施例に係る半導体基板試験装置１６０は、メンブレンタイプのコンタクタ４と、気密部１０２と、一対の圧電素子１６２ａ、１６２ｂ（同一の仕様とされている）と、圧電素子１６２ａ、１６２ｂに印加する電圧を発生する電圧発生部１６４とを有した構成とされている。また、ウエハ８を保持する補強ステージ１３２を有する。
【０１１５】
一対の圧電素子１６２ａ、１６２ｂは、図９に示されるように、コンタクタ４の多層基板２の下面に１つの圧電素子１６２ｂが配設され、ウエハ８を保持した補強ステージ１３２の上面に他方の圧電素子１６２ａが配設される。
【０１１６】
この半導体基板試験装置１６０を用いて半導体基板試験を行うには、コンタクト電極５と端子７が位置決めされるよう、コンタクタ４の上にウエハ８を装着する。続いて、コンタクタ４にハウジング１６５を装着することにより、補強ステージ１３２上に圧電素子１６２ａを位置させると共に、多層基板２の下部に圧電素子１６２ｂを位置させる。
【０１１７】
続いて、電圧発生部１６４を稼動することにより、一対の圧電素子１６２ａ、１６２ｂのそれぞれに電圧を印加して歪みを発生させる。圧電素子１６２ａの歪みによってウエハ８は下方に押下され、一方、圧電素子１６２ｂの歪みによってコンタクタ４は上方に押し上げられる。したがって、一対の圧電素子１６２ａ、１６２ｂの一方が接触力を発生し、他の一方が抗力を発生していることになる。
【０１１８】
これにより、一対の圧電素子１６２ａ、１６２ｂによって、コンタクタ４の変形をもたらす過剰な加圧力を発生させることなく、接触力として必要な力のみを発生させることができる。また、電圧発生部１６４において、各圧電素子１６２ａ、１６２ｂに印加する電圧を制御することも可能であり、よって同一の大きさの接触力および抗力が発生するよう各圧電素子１６２ａ、１６２ｂの歪量を制御することも可能である。
【０１１９】
これにより、コンタクタ４およびウエハ８の変形が防止され、コンタクタ４およびウエハ８の全面にわたってコンタクト電極５と端子７とを確実に電気的に接続させることができる。更に、本実施例では、補強ステージ１３２が設けられているため、コンタクタ４およびウエハ８の変形をより確実に防止することができる。よって、これによっても、コンタクト電極５と端子７との電気的接続性の向上を図ることができる。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明によれば、端子にコンタクト電極を接触させる接触力を与えるとともに、接触力に抗する抗力を付与するため、コンタクタの湾曲、変形、さらには破損を防止することができる。
【０１２１】
また、より確実にコンタクタの変形を防止できる。
【０１２２】
また、接触力および抗力として同じ力を与えることが容易であり、また、接触力および抗力を与える装置の部品等の共用化、共通化による装置の簡略化と装置費用の低減を図ることができる。
【０１２３】
また、コンタクタの全面にわたって均等な抗力を容易に付与することができる。
【０１２４】
また、コンタクタの全面にわたって均等な接触力を容易に付与することができ、また、装置を共用することにより部品点数の減少を図ることができ、さらにまた、例えば、外乱によって流体圧が変動する場合においても流体源を共通にすることにより、抗力および接触力を同一の大きさに維持することができる。
【０１２５】
また、流体がコンタクタや半導体基板に直接接触することによるコンタクタや半導体基板の汚損等を防止することができる。
【０１２６】
また、コンタクタの変形をもたらす過剰な力を発生させることなく、接触力として必要な力のみを発生させることができる。
【０１２７】
また、コンタクタの変形量を解消するのに適当な抗力を精密に付与することができる。
【０１２８】
また、例えば、電子部品として試験サポートＬＳＩをコンタクタに実装することでＬＳＩテスタの負荷が軽減する等の効果を得ることができる。
【０１２９】
また、半導体基板側から接触力を与える場合に、コンタクタの全面に均一に接触力を加えることができる。
【０１３０】
また、導体基板補強部材と半導体基板との位置ずれに起因する端子とコンタクと電極の接触不良等の不具合を防止することができる。
【０１３１】
また、半導体基板を所定の試験温度に容易かつ正確に調整することができる。
【０１３２】
また、より確実にコンタクタの変形を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】メンブレンタイプの半導体基板試験装置のコンタクタの変形状態を検討した結果を説明するための半導体基板試験装置の概略側面図であり、（ａ）は接触力を付与する前の状態を示し、（ｂ）は接触力を付与した状態を示す。
【図２】図１の半導体基板試験装置において、ウエハに補強ステージを取り付けたときののコンタクタの変形状態を検討した結果を説明するための半導体基板試験装置の概略側面図であり、（ａ）は接触力を付与する前の状態を示し、（ｂ）は接触力を付与した状態を示す。
【図３】ピンプローブタイプの半導体基板試験装置のコンタクタの変形状態を検討した結果を説明するための半導体基板試験装置の概略側面図であり、（ａ）は接触力を付与する前の状態を示し、（ｂ）は接触力を付与した状態を示す。
【図４】本発明の第１実施例に係る半導体基板試験装置の概略側面図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る半導体基板試験装置を説明するためのものであり、（ａ）は接触力を付与する前の状態を示す半導体基板試験装置の概略側面図であり、（ｂ）は接触力を付与した状態を示す半導体基板試験装置の概略側面図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る半導体基板試験装置の概略側面図である。
【図７】本発明の第３実施例に係る半導体基板試験装置の第１の変形例の概略側面図である。
【図８】本発明の第３実施例に係る半導体基板試験装置の第２の変形例の概略側面図である。
【図９】本発明の第４実施例に係る半導体基板試験装置の概略側面図である。
【図１０】図５に示した半導体基板試験装置の変形量制御装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
２ 多層基板
３ 配線基板
４、１４ コンタクタ
５ コンタクト電極
６ 電子回路部品
７ 端子
８ ウエハ
１１ 積層基板
１３ａ、１３ｂ〜１３ｎ ピンプローブ
１００、１１０、１３０、１４０、１５０、１６０ 半導体基板試験装置
１０２ 気密部
１０４、１１４ 圧力流体源
１１２ 気密形成部
１１８ 変形量制御装置
１２０ 接触力付与装置
１２２ 距離センサ
１２４ 制御部
１３２、１５４ 補強ステージ
１３４、１４４ 可動隔壁
１４２ 真空源
１５２ ヒータ
１６２ａ、１６２ｂ 圧電素子
１６４ 電圧発生部

Claims (8)

1. 基板上にコンタクト電極が設けられたコンタクタを有し、前記コンタクト電極を半導体基板に形成された複数の端子に接触させて、前記半導体基板の試験を行う半導体基板試験装置において、
   前記半導体基板を覆うように前記コンタクタの一方の面の側に設けられた気密部の一方と、前記コンタクタの他方の面の側に設けられた気密部の他方と、
   前記気密部の一方と前記コンタクタの一方の面により囲まれた上室と、
   前記気密部の他方と前記コンタクタの他方の面により囲まれた下室と、
   を有し、前記上室及び前記下室において、流体圧を発生させることにより、前記端子に前記コンタクト電極を接触させる際に、前記コンタクタの変形の発生を阻止することを特徴とする半導体基板試験装置。
2. 前記上室に前記流体圧を発生させる接触力付与装置と、
   前記下室に前記流体圧を発生させる抗力付与装置とは、実質的に同一の構成としたことを特徴とする請求項１記載の半導体基板試験装置。
3. 前記抗力付与装置における上室および前記接触力付与装置における下室のうち、少なくとも一方には、前記流体圧によって可動する可動隔壁を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体基板試験装置。
4. 前記コンタクタは、試験のための電子部品を実装したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体基板試験装置。
5. 前記端子が形成された側と反対側の前記半導体基板の面に該半導体基板の変形を抑止する半導体基板補強部材を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体基板試験装置。
6. 前記半導体基板補強部材と該半導体基板との位置ずれを防止する密着手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の半導体基板試験装置。
7. 前記半導体基板補強部材は、前記半導体基板の温度を調整する温度調整手段を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の半導体基板試験装置。
8. 前記コンタクト電極が形成された側とは反対側の前記コンタクタの面に前記半導体基板補強部材と同じ剛性を有するコンタクタ補強部材を備えたことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の半導体基板試験装置。

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