JP4722227B2 - 試験用ウエハユニットおよび試験システム - Google Patents

Description

本発明は、試験用ウエハユニットおよび当該試験用ウエハユニットを備えた試験システムに関する。特に本発明は、複数の半導体チップが形成された半導体ウエハの温度分布を調整する温度分布調整部を有する試験用ウエハユニットおよび当該試験用ウエハユニットを備えた試験システムに関する。

半導体チップの試験において、複数の半導体チップが形成された半導体ウエハの状態で、各半導体チップの良否を試験する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。当該装置は、半導体ウエハ上の複数の半導体チップと一括して電気的に接続可能なプローブカードを備え、同時に複数の半導体チップを試験することができる。

特開２００２−２２２８３９号公報

同時に複数の半導体チップに対して試験を実施したときに、例えば特定の半導体チップにおいて過電流が生じた場合、当該半導体チップは、周囲の試験中の半導体チップと比べて、温度が上昇することがある。この場合、周囲の半導体チップの温度も少なからず上昇するので、当該過電流が生じた半導体チップの周囲の半導体チップを他の半導体チップと同じ温度条件で試験できないという課題があった。

そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる試験用ウエハユニットおよび当該試験用ウエハユニットを備えた試験システムを提供することを目的とする。この目的は請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、被試験ウエハに形成された複数の被試験チップと電気的に接続する試験用ウエハユニットであって、被試験ウエハと対向して配置され、それぞれの被試験チップと電気的に接続される接続用ウエハと、接続用ウエハに設けられ、被試験ウエハの温度分布を調整する温度分布調整部とを備え、温度分布調整部は、それぞれの被試験チップと対向する位置に設けられ、それぞれの被試験チップの温度を調整する複数の個別温度調整部を有する試験用ウエハユニットを提供する。また、本発明の第２の形態においては、被試験ウエハに形成された複数の被試験チップを試験する試験システムであって、複数の被試験チップと電気的に接続する試験用ウエハユニットと、試験用ウエハユニットを介して、それぞれの被試験チップを試験する制御装置とを備え、試験用ウエハユニットは、被試験ウエハと対向して配置され、それぞれの被試験チップと電気的に接続される接続用ウエハと、接続用ウエハに設けられ、被試験ウエハの温度分布を調整する温度分布調整部とを有し、温度分布調整部は、それぞれの被試験チップと対向する位置に設けられ、それぞれの被試験チップの温度を調整する複数の個別温度調整部を有する試験システムを提供する。

なお、上記の発明の概要は、発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る試験システム４００の概要を示す図である。 本発明の一の実施形態に係る試験システム４００の構成例を示す概略図である。 接続用ウエハ１１０の単位セル１１１−１、および、被試験ウエハ３００の被試験チップ３１０−１の断面の一例を示す図である。 接続用ウエハ１１０の単位セル１１１−１、および、被試験ウエハ３００の被試験チップ３１０−１の断面の他の一例を示す図である。 接続用ウエハ１１０の単位セル１１１−１、および、被試験ウエハ３００の被試験チップ３１０−１の断面の他の一例を示す図である。 試験回路１３０の機能構成例を示すブロック図である。 試験システム４００のチャンバ２０内に設けられるプローブ装置２００の構成例を示す断面図である。 試験システム４００の他の構成例を示す概略図である。 回路用ウエハ１５０の単位セル１５１−１、接続用ウエハ１１０の単位セル１１１−１、および、被試験ウエハ３００の被試験チップ３１０−１の断面の一例を示す図である。 単位セル１５１−１、単位セル１１１−１、および、被試験チップ３１０−１の断面の他の一例を示す図である。 単位セル１５１−１、単位セル１１１−１、および、被試験チップ３１０−１の断面の他の一例を示す図である。 単位セル１５１−１、単位セル１１１−１、および、被試験チップ３１０−１の断面の他の一例を示す図である。 試験システム４００のチャンバ２０内に設けられるプローブ装置２００の他の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 制御装置、２０ チャンバ、４０ 搬送装置、６０ ウエハカセット、１００ 試験用ウエハユニット、１１０ 接続用ウエハ、１１１ 単位セル、１１２ 上面、１１３ 下面、１１４ 装置側パッド、１１５ 被試験ウエハ側パッド、１１６ パターン配線、１１７ ビア、１１８ 回路用ウエハ側パッド、１１９ 被試験ウエハ側パッド、１２０ 温度分布調整部、１２１ 個別温度調整部、１２２ 制御回路、１２３ ヒータ、１２４ 温度センサ、１３０ 試験回路、１５０ 回路用ウエハ、１５１ 単位セル、１５２ 上面、１５３ 下面、１５６ パターン配線、１５７ ビア、１５８ 装置側パッド、１５９ 接続用ウエハ側パッド、２００ プローブ装置、２０２ 配線基板、２０４ 支持部、２１２ 装置側異方性導電シート、２１４ 装置側シール部、２１８ ウエハ側異方性導電シート、２２０ 固定リング、２２２ メンブレン、２２４ ウエハ側シール部、２２６ ウエハトレイ、２２８ ウエハステージ、２３０ 吸気経路、２３２ 吸気経路、２３４ 減圧部、２３６ 減圧器、２３８ 減圧器、２４２ 貫通孔、２５２ 異方性導電シート、３００ 被試験ウエハ、３１０ 被試験チップ、３１２ 端子、４００ 試験システム、５２２ パターン発生部、５２４ パターンメモリ、５２６ 期待値メモリ、５２８ フェイルメモリ、５３０ 波形成形部、５３２ ドライバ、５３４ コンパレータ、５３６ タイミング発生部、５３８ 論理比較部、５４０ 特性測定部、５４２ 電源供給部

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る試験システム４００の概要を示す図である。試験システム４００は、複数の半導体チップが形成された被試験ウエハ３００における試験対象である複数の半導体チップ（以下、「被試験チップ」と称する）を試験する。また、試験システム４００は、複数の被試験ウエハ３００を並行して試験してよい。試験システム４００は、制御装置１０、複数のチャンバ２０（２０−１、２０−２、２０−３、２０−４）、搬送装置４０、および、ウエハカセット６０を備える。

制御装置１０は、試験システム４００を制御する。例えば制御装置１０は、チャンバ２０、搬送装置４０、および、ウエハカセット６０を制御してよい。複数のチャンバ２０は、それぞれ試験すべき被試験ウエハ３００を順次受け取り、チャンバ２０の内部で被試験ウエハ３００を試験する。それぞれのチャンバ２０は、独立に被試験ウエハ３００を試験してよい。つまり、それぞれのチャンバ２０は、他のチャンバ２０と同期せずに、被試験ウエハ３００を試験してよい。

ウエハカセット６０は、複数の被試験ウエハ３００を格納する。搬送装置４０は、ウエハカセット６０が格納したそれぞれの被試験ウエハ３００を、空いているいずれかのチャンバ２０内に搬送する。また、搬送装置４０は、試験が終了した被試験ウエハ３００を、チャンバ２０から搬出してウエハカセット６０に格納してよい。

図２は、本発明の一の実施形態に係る試験システム４００の構成例を示す概略図である。本実施形態の試験システム４００は、例えば図２に示すように、複数の被試験チップ３１０（３１０−１、３１０−２、・・・）が形成された被試験ウエハ３００を試験する。これら複数の被試験チップ３１０は、例えば被試験ウエハ３００に対して露光等の半導体プロセスを用いて形成されてよい。

試験用ウエハユニット１００は、接続用ウエハ１１０と、温度分布調整部１２０とを備える。接続用ウエハ１１０は、被試験ウエハ３００と対向して配置される。接続用ウエハ１１０は、被試験ウエハ３００における複数の被試験チップ３１０のそれぞれと対応する位置に設けられた複数の単位セル１１１（１１１−１、１１１−２、・・・）を有する。したがって、例えば試験システム４００のチャンバ２０内に設けられる後述のプローブ装置２００において、試験用ウエハユニット１００と被試験ウエハ３００とが電気的に接続された場合、例えば接続用ウエハ１１０における単位セル１１１−１の端子と被試験ウエハ３００における被試験チップ３１０−１のパッドとが電気的に接続される。

制御装置１０は、接続用ウエハ１１０を介して、被試験ウエハ３００におけるそれぞれの被試験チップ３１０を試験する。例えば制御装置１０は、試験用ウエハユニット１００を介して、それぞれの被試験チップ３１０に試験信号を供給してよい。また、制御装置１０は、それぞれの被試験チップ３１０が試験信号に応じて出力する応答信号を、試験用ウエハユニット１００を介して受け取り、応答信号に基づいてそれぞれの被試験チップ３１０の良否を判定してよい。

温度分布調整部１２０は、被試験ウエハ３００の温度分布を調整する。具体的には、温度分布調整部１２０は、後述のプローブ装置２００により被試験ウエハ３００の複数の被試験チップ３１０に対して良否を試験したときに、例えば特定の被試験チップ３１０における過電流もしくは電流断等に起因して生じた被試験ウエハ３００の局所的な温度変化を検出し、当該局所的な温度変化を緩和させるべく被試験ウエハ３００の温度分布を調整する。

なお、温度分布調整部１２０は、図２において接続用ウエハ１１０とは別個に図示されているが、接続用ウエハ１１０に設けられてよい。温度分布調整部１２０は、例えば、複数の被試験チップ３１０に対応して設けられる後述の個別温度調整部１２１であってもよく、また、それぞれの個別温度調整部１２１を制御する制御回路であってもよい。接続用ウエハ１１０上にエッチング等によりパターン形成されてもよい。

図３は、接続用ウエハ１１０の単位セル１１１−１、および、被試験ウエハ３００の被試験チップ３１０−１の断面の一例を示す図である。図３では、接続用ウエハ１１０における単位セル１１１−１と、被試験ウエハ３００における当該単位セル１１１−１に対向する被試験チップ３１０−１を抜き出して示す。なお、図３に示す単位セル１１１−１以外の単位セル１１１については、それぞれ同様の構成を有するので説明を省略する。また、被試験チップ３１０−１以外の被試験チップ３１０についても、それぞれ同様の構成を有するので説明を省略する。

単位セル１１１−１は、個別温度調整部１２１と、試験回路１３０とを有する。個別温度調整部１２１は、制御回路１２２、ヒータ１２３、および温度センサ１２４を含む。制御回路１２２および試験回路１３０は、単位セル１１１−１における被試験チップ３１０と対向する面の裏面（以下、「単位セル１１１−１の上面１１２」と称する）に設けられる。ヒータ１２３は、単位セル１１１−１における被試験チップ３１０−１と対向する面（以下、「単位セル１１１−１の下面１１３」と称する）に設けられる。

単位セル１１１−１の上面１１２には、装置側パッド１１４が設けられる。また、単位セル１１１−１の下面１１３には、被試験チップ３１０−１の上面に設けられる端子３１２に対応する位置に被試験ウエハ側パッド１１５が設けられる。更に、単位セル１１１−１には、上面１１２から下面１１３に貫通する複数のビア１１７（１１７−１、１１７−２、１１７−３）が設けられる。

制御回路１２２は、パターン配線１１６およびビア１１７−３を介してヒータ１２３と電気的に接続される。また、制御回路１２２は、パターン配線１１６およびビア１１７−２を介して温度センサ１２４と電気的に接続する。

試験回路１３０は、パターン配線１１６を介して装置側パッド１１４と電気的に接続する。また、試験回路１３０は、装置側パッド１１４から単位セル１１１−１を貫通して設けられるビア１１７−１、および、パターン配線１１６を介して、単位セル１１１−１の下面１１３に設けられる被試験ウエハ側パッド１１５とも電気的に接続する。

被試験ウエハ３００の試験時において、被試験ウエハ側パッド１１５は、端子３１２と近接する。また、ヒータ１２３および温度センサ１２４のそれぞれの先端は、被試験チップ３１０−１の上面に近接する。そして、被試験チップ３１０−１を含む複数の被試験チップに対して、試験システム４００により試験される。

ここで、試験回路１３０は、被試験チップ３１０−１に対して、端子３１２を介して所定の試験信号を送り、また、当該端子３１２を介して被試験チップ３１０−１からの応答信号を受け取る。このとき、個別温度調整部１２１の制御回路１２２は、被試験チップ３１０−１の端子３１２を介して、被試験チップ３１０−１の電力消費に応じた情報を検出する。本例では、制御回路１２２は、温度センサ１２４により測定される被試験チップ３１０−１の表面温度を検出してよい。

そして、制御回路１２２は、検出した被試験チップ３１０−１の表面温度に基づいて、ヒータ１２３を制御する。例えば、制御回路１２２は、検出した被試験チップ３１０−１の表面温度が所定温度よりも低い場合は、被試験チップ３１０−１の温度が当該所定温度よりも高くなるまでヒータ１２３により被試験チップ３１０−１を加熱する。ここで、所定温度は、例えば、良品である被試験チップ３１０が、試験中に電流による発熱等により達する温度の基準値、あるいは当該基準値に基づいて定めた管理幅の下限値であってよい。

図４は、接続用ウエハ１１０の単位セル１１１−１、および、被試験ウエハ３００の被試験チップ３１０−１の断面の他の一例を示す図である。本例では、図３を参照して説明した上記の例と比べて以下の部分が異なる。すなわち、制御回路１２２は、ヒータ１２３および試験回路１３０と電気的に接続する。

本例では、制御回路１２２は、試験されている状態における被試験チップ３１０−１の消費電流を試験回路１３０を流れる電流値に基づいて検出する。そして、制御回路１２２は、検出した消費電流の大きさに基づいて、ヒータ１２３を制御する。

具体的には、制御回路１２２は、検出した上記消費電流が予め定められた値よりも小さい場合、ヒータ１２３により被試験チップ３１０−１を加熱する。具体的には、制御回路１２２は、例えば、良品である被試験チップ３１０に流れる電流により当該被試験チップ３１０が所定温度まで加熱される場合、電流断が生じている被試験チップ３１０−１が当該所定温度と略等しい温度となるまでヒータ１２３により加熱する。

また、制御回路１２２は、検出した上記表面温度が予め定められた値よりも大きいとき、被試験チップ３１０−１に与えられる電流を調整してよい。すなわち、この場合、被試験チップ３１０−１に与えられる電流を小さくすることにより、被試験チップ３１０−１に流れる電流の大きさを、良品である被試験チップから検出される電流の大きさと略等しいかあるいはそれよりも小さいレベルに調整する。このとき、制御回路１２２は、例えば制御装置１０に対して被試験チップ３１０−１に与えられる電流を小さくすべき旨の信号を出力してもよく、また、試験回路１３０に対して当該信号を出力してもよい。

図５は、接続用ウエハ１１０の単位セル１１１−１、および、被試験ウエハ３００の被試験チップ３１０−１の断面の他の一例を示す図である。本例では、図３および図４を参照して説明した上記の各例と比べて、個別温度調整部１２１がヒータ１２３および温度センサ１２４を含まない点で異なる。

本例では、制御回路１２２は、試験されている状態における被試験チップ３１０−１の消費電流を試験回路１３０を流れる電流値に基づいて検出する。そして、制御回路１２２は、検出した消費電流の大きさに基づいて、被試験チップ３１０に与えられる電流を調整する。

具体的には、制御回路１２２は、検出した上記消費電流が予め定められた値よりも小さい場合、被試験チップ３１０に与えられる電流を大きくすることにより、被試験チップ３１０に流れる電流の大きさを、良品である被試験チップから検出される電流の大きさと略等しいレベルに調整してよい。また、制御回路１２２は、検出した上記消費電流が予め定められた値よりも大きい場合、被試験チップ３１０に与えられる電流を小さくすることにより、被試験チップ３１０に流れる電流の大きさを、良品である被試験チップから検出される電流の大きさと略等しいレベルに調整してよい。

なお、制御回路１２２は、例えば制御装置１０に対して被試験チップ３１０に与えられる電流を調整すべき旨の信号を出力してもよく、また、試験回路１３０に対して当該信号を出力してもよい。

このように、個別温度調整部１２１は、試験時に被試験チップ３１０−１が不良であることなどにより被試験チップ３１０−１に過電流もしくは電流断が生じた場合でも、被試験チップ３１０−１の温度を良品である被試験チップの温度と略等しくなるように、被試験チップ３１０−１の表面温度、または、被試験チップ３１０−１に与えられる電流を調整する。また、被試験チップ３１０−１を含む被試験ウエハ３００の他の被試験チップ３１０についても、個別温度調整部１２１による上記温度調整と同様に、それぞれの被試験チップ３１０に対応する個別温度調整部が温度調整を実施する。

したがって、被試験ウエハ３００のそれぞれの被試験チップ３１０は、試験時において周囲の複数の被試験チップ３１０−１に過電流もしくは電流断が生じた場合でも、温度変化の影響をほとんど受けることなく、試験が実施される。よって、それぞれの被試験チップ３１０の試験精度が向上する。

図６は、試験回路１３０の機能構成例を示すブロック図である。試験回路１３０は、パターン発生部５２２、波形成形部５３０、ドライバ５３２、コンパレータ５３４、タイミング発生部５３６、論理比較部５３８、特性測定部５４０、および、電源供給部５４２を有する。なお、試験回路１３０は、接続される被試験チップ３１０の入出力ピンのピン毎に、図６に示した構成を有してよい。これらの構成は、露光等の半導体プロセスにより、接続用ウエハ１１０に形成されてよい。

パターン発生部５２２は、試験信号の論理パターンを生成する。本例のパターン発生部５２２は、パターンメモリ５２４、期待値メモリ５２６、および、フェイルメモリ５２８を有する。パターン発生部５２２は、パターンメモリ５２４に予め格納された論理パターンを出力してよい。パターンメモリ５２４は、試験開始前に制御装置１０から与えられる論理パターンを格納してよい。また、パターン発生部５２２は、予め与えられるアルゴリズムに基づいて当該論理パターンを生成してもよい。

波形成形部５３０は、パターン発生部５２２から与えられる論理パターンに基づいて、試験信号の波形を成形する。例えば波形成形部５３０は、論理パターンの各論理値に応じた電圧を、所定のビット期間ずつ出力することで、試験信号の波形を成形してよい。

ドライバ５３２は、波形成形部５３０から与えられる波形に応じた試験信号を出力する。ドライバ５３２は、タイミング発生部５３６から与えられるタイミング信号に応じて、試験信号を出力してよい。例えばドライバ５３２は、タイミング信号と同一周期の試験信号を出力してよい。ドライバ５３２が出力する試験信号は、被試験ウエハ側パッド１１５等を介して、対応する被試験チップ３１０に供給される。

コンパレータ５３４は、被試験チップ３１０が出力する応答信号を測定する。例えばコンパレータ５３４は、タイミング発生部５３６から与えられるストローブ信号に応じて応答信号の論理値を順次検出することで、応答信号の論理パターンを測定してよい。

論理比較部５３８は、コンパレータ５３４が測定した応答信号の論理パターンに基づいて、対応する被試験チップ３１０の良否を判定する判定部として機能する。例えば論理比較部５３８は、パターン発生部５２２から与えられる期待値パターンと、コンパレータ５３４が検出した論理パターンとが一致するか否かにより、被試験チップ３１０の良否を判定してよい。パターン発生部５２２は、期待値メモリ５２６に予め格納された期待値パターンを、論理比較部５３８に供給してよい。期待値メモリ５２６は、試験開始前に制御装置１０から与えられる論理パターンを格納してよい。また、パターン発生部５２２は、予め与えられるアルゴリズムに基づいて当該期待値パターンを生成してもよい。

フェイルメモリ５２８は、論理比較部５３８における比較結果を格納する。例えば、被試験チップ３１０のメモリ領域を試験する場合、フェイルメモリ５２８は、被試験チップ３１０のアドレス毎に、論理比較部５３８における良否判定結果を格納してよい。制御装置１０は、フェイルメモリ５２８が格納した良否判定結果を読み出してよい。例えば、装置側パッド１１４は、フェイルメモリ５２８が格納した良否判定結果を、試験用ウエハユニット１００の外部、例えば制御装置１０に出力してよい。

また、特性測定部５４０は、ドライバ５３２が出力する電圧または電流の波形を測定する。例えば特性測定部５４０は、ドライバ５３２から被試験チップ３１０に供給する電流または電圧の波形が、所定の仕様を満たすか否かに基づいて、被試験チップ３１０の良否を判定する判定部として機能してよい。

電源供給部５４２は、被試験チップ３１０を駆動する電源電力を供給する。例えば電源供給部５４２は、試験中に制御装置１０から与えられる電力に応じた電源電力を、被試験チップ３１０に供給してよい。また、電源供給部５４２は、試験回路１３０の各構成要素に駆動電力を供給してもよい。

試験回路１３０がこのような構成を有することで、制御装置１０の規模を低減した試験システムを実現することができる。例えば制御装置１０として、汎用のパーソナルコンピュータ等を用いることができる。

図７は、試験システム４００のチャンバ２０内に設けられるプローブ装置２００の構成例を示す断面図である。本例において、プローブ装置２００は、例えば、被試験ウエハ３００と電気的に接続するとともに、制御装置１０からの制御信号に応じて、被試験ウエハ３００との間で信号を受け渡すことにより、被試験ウエハ３００を試験する。

プローブ装置２００は、試験用ウエハユニット１００、ウエハ側シール部２２４、ウエハトレイ２２６、ウエハステージ２２８、および、減圧部２３４を有する。試験用ウエハユニット１００は、接続用ウエハ１１０、配線基板２０２、支持部２０４、装置側異方性導電シート２１２、装置側シール部２１４、ウエハ側異方性導電シート２１８、メンブレン２２２、および、固定リング２２０を含む。

本例において、試験対象とされる被試験ウエハ３００は、例えば円盤形状の半導体基板であり、より具体的には、シリコン、化合物半導体、その他の半導体基板であってよい。被試験ウエハ３００は、プローブ装置２００において、ウエハトレイ２２６上に載置される。また、被試験ウエハ３００は、表面に複数のパッドを有してよい。

配線基板２０２は、例えばプリント基板に配線および端子が形成された基板であり、下面に複数の端子を有する。接続用ウエハ１１０は、被試験ウエハ３００と対応する形状を有する半導体基板であってよく、配線基板２０２と被試験ウエハ３００との間において被試験ウエハ３００と対向して配される。接続用ウエハ１１０は、例えば被試験ウエハ３００が円盤形状の半導体基板である場合、被試験ウエハ３００と略同一の直径、あるいは被試験ウエハ３００よりも大きな直径を有する円形、半円形、あるいは扇形等の形状を有する半導体基板であってよい。なお、接続用ウエハ１１０の形状は、被試験ウエハ３００の上面の少なくとも一部と対向する形状であれば、これに限られない。

接続用ウエハ１１０の上面すなわち配線基板２０２側の面上には、配線基板２０２の上記複数の端子に対応する位置にパッドが設けられる。また、接続用ウエハ１１０の下面すなわち被試験ウエハ３００側の面上には、被試験ウエハ３００の上面に設けられるパッドに対応する位置に端子（以下、「被試験ウエハ側端子」と称する）が設けられる。なお、被試験ウエハ３００の上面に端子が設けられる場合は、接続用ウエハ１１０の下面には、上記端子に替えてパッドが設けられることが好ましい。

装置側異方性導電シート２１２は、配線基板２０２と接続用ウエハ１１０の間に配される。装置側異方性導電シート２１２は、例えば、所定以上の圧力で押圧された部分について、導電性を有するシート材料で形成される。装置側異方性導電シート２１２は、配線基板２０２の端子と、接続用ウエハ１１０における配線基板２０２側の面に設けられたパッドとにより押圧されることにより、それぞれの端子−パッド間を電気的に接続する。

ウエハ側異方性導電シート２１８は、接続用ウエハ１１０の下方に配される。ウエハ側異方性導電シート２１８は、例えば、所定以上の圧力で押圧された部分について、導電性を有するシート材料で形成される。ウエハ側異方性導電シート２１８は、接続用ウエハ１１０における被試験ウエハ３００側の面に設けられた端子と、後述するメンブレン２２２のバンプパッドとにより押圧されることにより、それぞれの端子−パッド間を電気的に接続する。

メンブレン２２２は、例えば接続用ウエハ１１０より大きな直径の円盤形状の半導体基板であり、ウエハ側異方性導電シート２１８と被試験ウエハ３００との間に配される。メンブレン２２２は、接続用ウエハ１１０のウエハ側接続端子と、被試験ウエハ３００のパッドとを電気的に接続するバンプパッドを有してよい。また、メンブレン２２２には、ウエハ側異方性導電シート２１８側から被試験ウエハ３００側へと貫通する貫通孔２４２が設けられる。

固定リング２２０は、例えばリング状の弾性部材であり、メンブレン２２２の下面における当該メンブレン２２２の周縁部に沿って設けられる。固定リング２２０の外径は、メンブレン２２２の外径と略等しくてよく、内径は、後述のウエハ側シール部２２４および被試験ウエハ３００の直径より大きくてよい。

支持部２０４は、プローブ装置２００のフレーム等に固定されており、固定リング２２０、メンブレン２２２、および、配線基板２０２を保持する。これにより、装置側異方性導電シート２１２、接続用ウエハ１１０、および、ウエハ側異方性導電シート２１８は、メンブレン２２２および配線基板２０２とともに所定の位置に保持される。

装置側シール部２１４は、例えばリング状の弾性部材であり、配線基板２０２とメンブレン２２２との間において接続用ウエハ１１０を囲むように設けられる。

ウエハ側シール部２２４は、例えばリング状の弾性部材であり、ウエハトレイ２２６の上面において、被試験ウエハ３００の外周を囲むように配される。また、ウエハ側シール部２２４の一端は、ウエハトレイ２２６の上面に固定されており、他端は、ウエハトレイ２２６の上面からの離れるに連れて、環状の直径が大きくなるようなリップ状に形成されてよい。ウエハ側シール部２２４は、ウエハトレイ２２６がメンブレン２２２に押し付けられた場合に、上記他端がメンブレン２２２の下面と接触してたわむ。

ウエハステージ２２８は、ウエハトレイ２２６を保持する。また、ウエハステージ２２８は、ウエハトレイ２２６を、少なくとも鉛直方向すなわち配線基板２０２に対して近接または離間する方向へ移動させることができる。

減圧部２３４は、減圧器２３６および減圧器２３８を有する。減圧器２３６は、ウエハトレイ２２６の上面における被試験ウエハ３００が載置されていない部分に一方の開口が形成される密閉空間用の吸気経路２３２と接続する。半導体ウエハ用の減圧器２３８は、ウエハトレイ２２６の上面における被試験ウエハ３００が載置されている部分に一方の開口が形成される半導体ウエハ用の吸気経路２３０と接続する。

このような構成を有するプローブ装置２００によりウエハトレイ２２６上に載置された被試験ウエハ３００を試験する場合、先ず、ウエハステージ２２８がウエハトレイ２２６をメンブレン２２２側へ移動させることにより、ウエハ側シール部２２４の上端部をメンブレン２２２に密着させる。このとき、接続用ウエハ１１０および被試験ウエハ３００の周囲には、配線基板２０２、ウエハトレイ２２６、装置側シール部２１４、メンブレン２２２、および、ウエハ側シール部２２４により囲まれる密閉空間が形成される。

ここで、メンブレン２２２は上記密閉空間を仕切る位置に配されるが、上記のようにメンブレン２２２には貫通孔２４２が設けられるので、当該密閉空間は一体の空間となる。

次に、減圧器２３６は、密閉空間用の吸気経路２３２を通じて吸気することにより、上記密閉空間の内部を減圧する。ここで、上記のように、メンブレン２２２には貫通孔２４２が設けられているので、メンブレン２２２よりも配線基板２０２側の空間、および、メンブレン２２２よりもウエハトレイ２２６側の空間を含む上記密閉空間の内部を効率良く減圧することができる。

減圧器２３６により上記密閉空間の内部が減圧されることにより、試験用ウエハユニット１００およびウエハトレイ２２６が互いに押し付けられ、伴って、被試験ウエハ３００がメンブレン２２２に押し付けられる。そして、メンブレン２２２が装置側シール部２１４を収縮させつつ配線基板２０２が移動して、配線基板２０２、装置側異方性導電シート２１２、接続用ウエハ１１０、および、ウエハ側異方性導電シート２１８を互いに当接させた状態に保持する。

これにより、配線基板２０２の下面に設けられる端子と、接続用ウエハ１１０の上面に設けられるパッドとが、装置側異方性導電シート２１２を介して電気的に接続される。また、接続用ウエハ１１０の下面に設けられる端子と、被試験ウエハ３００の上面に設けられるパッドとが、ウエハ側異方性導電シート２１８およびメンブレン２２２のバンプパッドを介して電気的に接続される。

また、減圧器２３８は、例えば減圧器２３６による上記吸気動作と略同じタイミングで半導体ウエハ用の吸気経路２３０を吸気する。これにより、被試験ウエハ３００は、ウエハトレイ２２６に吸着される。

これにより、上記密閉空間の内部の減圧時または復圧時等に被試験ウエハ３００がウエハトレイ２２６上で移動したり、ウエハトレイ２２６から外れたりするのを防ぐことができる。プローブ装置２００は、減圧器２３６および減圧器２３８による上記減圧までが完了した状態で、被試験ウエハ３００に対して試験を実施する。

図８は、試験システム４００の他の構成例を示す概略図である。本例において、図２等を参照して説明した構成と略同じ構成については、同じ参照番号を付して説明を省略する。

図８に示す試験用ウエハユニット１００は、接続用ウエハ１１０と、回路用ウエハ１５０と、温度分布調整部１２０とを備える。回路用ウエハ１５０は、接続用ウエハ１１０と対向して設けられる。回路用ウエハ１５０は、接続用ウエハ１１０における複数の単位セル１１１（１１１−１、１１１−２、・・・）のそれぞれと対応する位置に設けられた複数の単位セル１５１（１５１−１、１５１−２、・・・）を有する。したがって、プローブ装置２００において、上記のように試験用ウエハユニット１００と被試験ウエハ３００とが電気的に接続された場合、回路用ウエハ１５０は、接続用ウエハ１１０を介して被試験ウエハ３００に電気的に接続される。

制御装置１０は、回路用ウエハ１５０および接続用ウエハ１１０を介して、被試験ウエハ３００のそれぞれの被試験チップ３１０に試験信号を供給することにより、それぞれの被試験チップ３１０を試験してよい。また、制御装置１０は、それぞれの被試験チップ３１０が試験信号に応じて出力する応答信号を、接続用ウエハ１１０および回路用ウエハ１５０を介して受け取り、応答信号に基づいてそれぞれの被試験チップ３１０の良否を判定してよい。

図９は、回路用ウエハ１５０の単位セル１５１−１、接続用ウエハ１１０の単位セル１１１−１、および、被試験ウエハ３００の被試験チップ３１０−１の断面の一例を示す図である。図９では、それぞれが互いに対向して配される回路用ウエハ１５０の単位セル１５１−１、接続用ウエハ１１０の単位セル１１１−１、および、被試験ウエハ３００の被試験チップ３１０−１を抜き出して示す。なお、図９において、図３〜図５等を参照して説明した構成と略同じ構成については、同じ符号を付して説明を一部省略する。

本例では、単位セル１５１−１における単位セル１１１−１と対向する面の裏面（以下、「単位セル１５１−１の上面１５２」と称する）に、制御回路１２２および試験回路１３０が設けられる。また、単位セル１１１−１の下面１１３、すなわち、単位セル１１１−１における単位セル１５１−１と対向する面の裏面には、ヒータ１２３および温度センサ１２４が設けられる。

単位セル１５１−１の上面１５２には、装置側パッド１５８が設けられる。また、単位セル１５１−１の下面１５３には、単位セル１１１−１の上面１１２に設けられる複数の回路用ウエハ側パッド１１８（１１８−１、１１８−２、１１８−３）に対応する位置に接続用ウエハ側パッド１５９（１５９−１、１５９−２、１５９−３）が設けられる。また、単位セル１１１−１の下面１１３には、被試験チップ３１０−１の上面に設けられる端子３１２に対応する位置に被試験ウエハ側パッド１１９が設けられる。

単位セル１５１−１には、上面１５２から下面１５３に貫通する複数のビア１５７（１５７−１、１５７−２、１５７−３）が設けられる。また、単位セル１１１−１には、上面１１２から下面１１３に貫通する複数のビア１１７（１１７−１、１１７−２、１１７−３）が設けられる。

被試験ウエハ３００を試験する場合、被試験ウエハ側パッド１１９は、端子３１２と近接する。また、ヒータ１２３および温度センサ１２４のそれぞれの先端は、被試験チップ３１０−１の上面に近接する。また、複数の接続用ウエハ側パッド１５９は、それぞれ対応する回路用ウエハ側パッド１１８と近接する。すなわち、例えば、ウエハ側パッド１５９−１は、回路用ウエハ側パッド１１８−１と近接する。

このとき、制御回路１２２は、パターン配線１５６、ビア１５７−３、接続用ウエハ側パッド１５９−１、回路用ウエハ側パッド１１８−１、パターン配線１１６、およびビア１１７−３を介して、ヒータ１２３と電気的に接続される。また、制御回路１２２は、パターン配線１５６、ビア１５７−２、接続用ウエハ側パッド１５９−２、回路用ウエハ側パッド１１８−２、パターン配線１１６、およびビア１１７−２を介して、温度センサ１２４と電気的に接続する。

また、試験回路１３０は、パターン配線１５６、ビア１５７−１、接続用ウエハ側パッド１５９−１、回路用ウエハ側パッド１１８−１、パターン配線１１６、およびビア１１７−１を介して、被試験チップ３１０−１の端子３１２と電気的に接続する。

試験システム４００は、回路用ウエハ１５０の各々の単位セル１５１、接続用ウエハ１１０のそれぞれの単位セル１１１、および、被試験ウエハ３００のそれぞれの被試験チップ３１０が、単位セル１５１−１、単位セル１１１−１、および、被試験チップ３１０−１と同様に電気的に接続された状態で、被試験ウエハ３００のそれぞれの被試験チップ３１０に対して試験を実施する。また、上記試験中において、それぞれの被試験チップ３１０−１の表面温度が検出され、その検出結果に基づいてヒータ１２３が制御される。上記表面温度が検出およびヒータ１２３の制御については、図３を参照して説明した内容と同様であるので説明を省略する。

本例では、試験用ウエハユニット１００は、接続用ウエハ１１０、および、接続用ウエハ１１０に対して被試験ウエハ３００と反対側に配される回路用ウエハ１５０を有する。そして、接続用ウエハ１１０における被試験ウエハ３００と対向する面にヒータ１２３を設けられるとともに、回路用ウエハ１５０における被試験ウエハ３００から遠い側の面に制御回路１２２および試験回路１３０が設けられる。これにより、制御回路１２２および試験回路１３０にヒータ１２３からの放熱による影響が生じにくい。

図１０は、単位セル１５１−１、単位セル１１１−１、および、被試験チップ３１０−１の断面の他の一例を示す図である。図１０において、図３〜図５および図９等を参照して説明した構成と略同じ構成については、同じ符号を付して説明を一部省略する。

本例では、被試験ウエハ３００における被試験チップ３１０−１の上面には、複数の端子３１２（３１２−１、３１２−２、３１２−３）が設けられる。また、回路用ウエハ１５０における単位セル１５１−１の下面１５３には、上記複数の端子３１２（３１２−１、３１２−２、３１２−３）と異なるピッチで複数の接続用ウエハ側パッド１５９（１５９−１、１５９−２、１５９−３）が設けられる。

一方、接続用ウエハ１１０の単位セル１１１−１の上面１１２には、上記複数の接続用ウエハ側パッド１５９（１５９−１、１５９−２、１５９−３）に対応する位置に複数の回路用ウエハ側パッド１１８（１１８−１、１１８−２、１１８−３）が設けられる。また、単位セル１１１−１の下面１１３には、上記複数の端子３１２（３１２−１、３１２−２、３１２−３）に対応する位置に複数の被試験ウエハ側パッド１１９（１１９−１、１１９−２、１１９−３）が設けられる。

そして、単位セル１１１−１において、それぞれの回路用ウエハ側パッド１１８は、対応する被試験ウエハ側パッド１１９と電気的に接続される。例えば、回路用ウエハ側パッド１１８−１は、パターン配線１１６およびビア１１７−１を介して被試験ウエハ側パッド１１９−１と電気的に接続される。

このように、制御回路１２２および試験回路１３０が設けられる回路用ウエハ１５０のパッドと、被試験ウエハ３００における端子のピッチが異なる場合でも、その間にピッチを変換するための接続用ウエハ１１０を設けることにより、当該回路用ウエハ１５０と当該被試験ウエハ３００のパッド−端子間を電気的に接続することができる。また、本例のようにピッチを変換するための接続用ウエハ１１０を用いれば、端子配置の異なる被試験ウエハ３００毎に回路用ウエハ１５０を設ける必要がないので、回路用ウエハ１５０の汎用性が高まる。

図１１は、単位セル１５１−１、単位セル１１１−１、および、被試験チップ３１０−１の断面の他の一例を示す図である。図１１において、図３〜図５、図９、および図１０等を参照して説明した構成と略同じ構成については、同じ符号を付して説明を一部省略する。

本例では、図９を参照して説明した構成に対して、温度センサ１２４、および温度センサ１２４と制御回路１２２とを電気的に接続するためのパターン配線、パッド、ビア等を有しない。また、本例では、制御回路１２２は、試験回路１３０とパターン配線１５６を介して電気的に接続される。

本例では、制御回路１２２は、試験が実施されている状態における被試験チップ３１０−１の消費電流を試験回路１３０を流れる電流値に基づいて検出する。そして、制御回路１２２は、検出した消費電流の大きさに基づいて、ヒータ１２３を制御する。上記検出および制御については、図４を参照して説明した上記構成における検出および制御と同様であるので説明を省略する。

本例では、単位セル１５１−１の接続用ウエハ側パッド１５９と、被試験チップ３１０−１の端子３１２の位置が互いに対応していない。すなわち、回路用ウエハ１５０と被試験ウエハ３００とを、対応する単位セル１５１と被試験チップ３１０の位置を合わせて近接させた場合に、接続用ウエハ側パッド１５９と端子３１２とを直接には接続させることができない。しかしながら、回路用ウエハ１５０と被試験ウエハ３００との間に、異なる位置に設けられるパッド−端子間を接続するための接続用ウエハ１１０を設けることにより、接続用ウエハ側パッド１５９と端子３１２とを電気的に接続させることができる。

図１２は、単位セル１５１−１、単位セル１１１−１、および、被試験チップ３１０−１の断面の他の一例を示す図である。図１２において、図３〜図５、図９〜図１１等を参照して説明した構成と略同じ構成については、同じ符号を付して説明を一部省略する。

本例では、図１１を参照して説明した構成に対して、ヒータ１２３、およびヒータ１２３と制御回路１２２とを電気的に接続するためのパターン配線、パッド、ビア等を有しない。

本例では、制御回路１２２は、試験が実施されている状態における被試験チップ３１０−１の消費電流を試験回路１３０を流れる電流値に基づいて検出する。そして、制御回路１２２は、検出した消費電流の大きさに基づいて、被試験チップ３１０に与えられる電流を調整する。上記検出および調整については、図５を参照して説明した上記構成における検出および調整と同様であるので説明を省略する。

本例では、図１１を参照して説明した構成と同様に、回路用ウエハ１５０と被試験ウエハ３００との間に、異なる位置に設けられるパッド−端子間を接続するための接続用ウエハ１１０を設けることにより、接続用ウエハ側パッド１５９と端子３１２とを電気的に接続させることができる。

図１３は、試験システム４００のチャンバ２０内に設けられるプローブ装置２００の他の構成例を示す断面図である。本例において、プローブ装置２００は、例えば、被試験ウエハ３００と電気的に接続するとともに、制御装置１０からの制御信号に応じて、被試験ウエハ３００との間で信号を受け渡すことにより、被試験ウエハ３００を試験する。

プローブ装置２００は、試験用ウエハユニット１００、ウエハ側シール部２２４、ウエハトレイ２２６、ウエハステージ２２８、および、減圧部２３４を有する。試験用ウエハユニット１００は、接続用ウエハ１１０、配線基板２０２、支持部２０４、装置側異方性導電シート２１２、装置側シール部２１４、ウエハ側異方性導電シート２１８、メンブレン２２２、および、固定リング２２０を含む。

図１３は、接続用ウエハ１１０および回路用ウエハ１５０を用いる場合の、プローブ装置２００の構成例を示す図である。なお、プローブ装置２００の被試験ウエハ３００側の構成は、図７を参照して説明した構成と同一であるので説明を省略して示す。

回路用ウエハ１５０の上面には、図２から図７に関連して説明した接続用ウエハ１１０と同様に装置側異方性導電シート２１２が配置される。また、接続用ウエハ１１０の下面には、図２から図７に関連して説明した接続用ウエハ１１０と同様に、ウエハ側異方性導電シート２１８が配置される。

また、本例のプローブ装置２００では、接続用ウエハ１１０と回路用ウエハ１５０との間にも、異方性導電シート２５２が配置される。なお、これらの構成は、配線基板２０２およびメンブレン２２２の間の空間に設けられる。本例のプローブ装置２００により被試験ウエハ３００を試験する場合の動作については、図７を参照して説明したプローブ装置２００と同様であるので説明を省略する。

以上、発明を実施の形態を用いて説明したが、発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

Claims (11)

1. 被試験ウエハに形成された複数の被試験チップと電気的に接続する試験用ウエハユニットであって、
   前記被試験ウエハと対向して配置され、それぞれの前記被試験チップと電気的に接続される接続用ウエハと、
   前記接続用ウエハに設けられ、前記被試験ウエハの温度分布を調整する温度分布調整部と
   を備え、
   前記温度分布調整部は、それぞれの前記被試験チップと対向する位置に設けられ、それぞれの前記被試験チップの温度を調整する複数の個別温度調整部を有する試験用ウエハユニット。
2. 前記接続用ウエハは、前記被試験ウエハと対応する形状を有する
   請求項１に記載の試験用ウエハユニット。
3. それぞれの前記個別温度調整部は、対応する前記被試験チップの電力消費に応じた情報を検出し、検出結果に基づいて前記被試験チップの温度を調整する
   請求項１または２に記載の試験用ウエハユニット。
4. それぞれの前記個別温度調整部は、前記被試験チップを加熱するヒータを有する
   請求項３に記載の試験用ウエハユニット。
5. それぞれの前記個別温度調整部は、前記被試験チップに供給する電流を調整する
   請求項３に記載の試験用ウエハユニット。
6. 前記接続用ウエハと対向して設けられ、前記接続用ウエハを介して前記被試験ウエハに電気的に接続される回路用ウエハと、
   複数の前記被試験チップと対応して前記回路用ウエハに設けられ、前記接続用ウエハを介して、それぞれ対応する前記被試験チップを試験する複数の試験回路と
   を更に備える請求項４に記載の試験用ウエハユニット。
7. 複数の前記個別温度調整部は、
   複数の前記被試験チップのそれぞれに対応して前記回路用ウエハに設けられ、対応する前記被試験チップに供給される電源電流の検出結果に基づいて、対応する前記ヒータを制御する
   請求項６に記載の試験用ウエハユニット。
8. 前記ヒータは、前記接続用ウエハにおいて、前記回路用ウエハと対向する面の裏面に設けられ、
   前記試験回路は、前記回路用ウエハにおいて、前記接続用ウエハと対向する面の裏面に設けられる
   請求項６に記載の試験用ウエハユニット。
9. 前記接続用ウエハには、前記回路用ウエハと対向する面に、それぞれの前記試験回路と電気的に接続される複数の回路用ウエハ側パッドが形成され、前記回路用ウエハと対向する面の裏面に、それぞれの前記被試験チップと電気的に接続される複数の被試験ウエハ側パッドが形成される
   請求項８に記載の試験用ウエハユニット。
10. 複数の前記被試験ウエハ側パッドは、複数の前記回路用ウエハ側パッドとは異なる間隔で配置される
    請求項９に記載の試験用ウエハユニット。
11. 被試験ウエハに形成された複数の被試験チップを試験する試験システムであって、
    複数の前記被試験チップと電気的に接続する請求項１から１０のいずれか一項に記載の試験用ウエハユニットと、
    前記試験用ウエハユニットを介して、それぞれの前記被試験チップを試験する制御装置と
    を備える試験システム。

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