JP4491513B1

JP4491513B1 - 半導体ウェハ試験装置

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Publication number: JP4491513B1
Application number: JP2009509207A
Authority: JP
Inventors: 敏之清川; 隆内藤
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2029-02-12
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Abstract

プローブカード３２１が電気的に接続された複数のテストヘッド３２ａ〜３２ｄと、半導体ウェハＷを保持可能なウェハトレイ２と、ウェハトレイ２に保持された半導体ウェハＷをプローブカード３２１に対して相対的に位置決めして、ウェハトレイ２をプローブカード３２１に対向させるアライメント装置５と、を備えており、ウェハトレイ２は、当該ウェハトレイ２をプローブカード３２１に引き寄せる減圧機構を有し、アライメント装置５は、テストヘッド３２ａ〜３２ｄの配列方向に沿って移動することが可能となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウェハに造り込まれた集積回路等の電子回路を試験するための半導体ウェハ試験装置に関する。

ウェハ載置台に吸着保持された半導体ウェハを、ウェハ載置台駆動機構によりプローブカードに対して位置決めした後に、当該半導体ウェハをウェハ載置台駆動機構によってプローブカードに押し付ける半導体ウェハ試験装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許第２６９４４６２号公報

複数の試験を実施する場合、上記の半導体ウェハ試験装置を複数必要とするので、広いスペースが必要になると共にコストが高くなるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、省スペース化及び低コスト化が可能な半導体ウェハ試験装置を提供することである。

また、本発明によれば、プローブカードが電気的に接続された複数のテストヘッドと、半導体ウェハを保持可能であり、径方向に突出した凸部を有するウェハトレイと、前記ウェハトレイに保持された前記半導体ウェハを前記プローブカードに対して相対的に位置決めして、前記ウェハトレイを前記プローブカードに対向させるアライメント手段と、前記プローブカードが装着される複数の装着孔が開口したトッププレートと、前記ウェハトレイの前記凸部に対応する凹部を有し、前記ウェハトレイが通過可能な通過孔が形成されていると共に、前記トッププレートに対向するように配置されたリング状の保持部と、前記トッププレートにおいて前記装着孔の周囲に設けられ、前記保持部を前記トッププレートに対して接近／離反させる接近／離反機構と、を備えており、前記アライメント手段は、前記半導体ウェハを前記プローブカードに対して相対的に位置決めする位置決め機構と、前記位置決め機構を前記テストヘッドの配列方向に沿って移動させる移動機構と、を有し、前記ウェハトレイは、前記アライメント手段から着脱可能であり、前記ウェハトレイが前記保持部に対して相対的に回転することで、前記保持部が前記ウェハトレイを保持することを特徴とする半導体ウェハ試験装置が提供される。

上記発明において、前記ウェハトレイの下面には嵌合穴が形成され、前記アライメント手段は、前記嵌合穴に嵌合可能なピンを有してもよい。

また、上記発明において、前記アライメント手段は、前記ウェハトレイを昇降させる昇降機構を有してもよい。

上記発明において、前記ウェハトレイを複数備え、複数の前記ウェハトレイは、前記半導体ウェハの加熱又は冷却の少なくとも一方を相互に独立して実行可能な温度調節手段を有してもよい。

上記発明において、前記半導体ウェハを撮像する１又は複数の第１の撮像手段を備えてもよい。

上記発明において、複数の前記第１の撮像手段は、前記プローブカードにそれぞれ隣接して設けられており、前記テストヘッドの配列方向において、複数の前記第１の撮像手段のなかで端に位置する第１の撮像手段が、前記プローブカードに対して内側に配置されてもよい。

上記発明において、前記プローブカードを撮像するために、前記アライメント手段に設けられた１又は複数の第２の撮像手段を備えてもよい。

また、上記発明において、前記テストヘッドの配列方向において、複数の前記第２の撮像手段は、前記アライメント手段に保持された前記ウェハトレイの両側に配置されてもよい。

上記発明において、前記アライメント手段に保持された前記ウェハトレイに、前記半導体ウェハを搬送する搬送手段を備えてもよい。

上記発明において、前記半導体ウェハを収容可能な収容手段を備え、前記搬送手段は、前記収容手段と前記アライメント手段との間で前記半導体ウェハを搬送してもよい。

上記発明において、前記アライメント手段は、前記プローブカードに対向している前記ウェハトレイを、他の前記プローブカードに対向するように移動させてもよい。

本発明では、複数のテストヘッドを備えており、一つの半導体ウェハ試験装置で複数の試験を実施することができるので、省スペース化を図ることができる。

また、本発明では、アライメント手段がテストヘッドの配列方向に沿って移動可能となっているので、複数のテストヘッドでアライメント手段を共用することができ、半導体ウェハ試験装置の低コスト化を図ることができる。

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平面図である。図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。図３は、図１のIII−III線に沿った断面図である。図４は、図１に示す半導体ウェハ試験装置のウェハトレイの平面図である。図５は、図４のV-V線に沿った断面図である。図６は、図１に示す半導体ウェハ試験装置のアライメント装置の平面図である。図７は、図６に示すアライメント装置の側面図である。図８は、図１に示す半導体ウェハ試験装置のサポート装置の平面図である。図９は、図８のIX−IX線に沿った断面図である。図１０は、サポート装置の他の例を示す平面図である。図１１は、図１０のXI-XI線に沿った断面図である。図１２は、サポート装置のさらに他の例を示す平面図である。図１３は、図１２のXII-XII線に沿った断面図である。図１４Ａは、サポート装置の別の例を示す平面図である。図１４Ｂは、図１４ＡのXIVB-XIVB線に沿った断面図である。図１５Ａは、図１４Ａに示すサポート装置の動作を示す図である。図１５Ｂは、図１５ＡのXVB-XVBに沿った断面図である。図１６Ａは、本発明の第２実施形態における半導体ウェハ試験装置を示す平面図である。図１６Ｂは、図１６ＡにおけるXVIB-XVIB線に沿った断面図である。図１７Ａ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の動作を示す図である（その１）。図１７Ｂ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の動作を示す図である（その２）。図１７Ｃ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の動作を示す図である（その３）。図１７Ｄ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の動作を示す図である（その４）。図１７Ｅ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の動作を示す図である（その５）。図１７Ｆ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の動作を示す図である（その６）。図１７Ｇ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の動作を示す図である（その７）。図１７Ｈ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の動作を示す図である（その８）。図１７Ｉ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の動作を示す図である（その９）。図１７Ｊは、図１７ＩのXVIIJ部の拡大図である。図１７Ｋ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の動作を示す図である（その１０）。図１７Ｌ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の動作を示す図である（その１１）。図１８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の他の動作を示す図である。

符号の説明

１…半導体ウェハ試験装置
２…ウェハトレイ
２１…トレイ本体
２１２…環状溝
２１３…吸着用通路
２１４…減圧用通路
２１６…冷却用通路
２２…シール部材
２５…ヒータ
２６…温度センサ
２７…密閉空間
２８１，２８２…真空ポンプ
２９…チラー
３…テスト部
３１ａ〜３１ｄ…テスタ
３２ａ〜３２ｄ…テストヘッド
３２１…プローブカード
３２２…接触子
３３…フレーム
３４１…トッププレート
３４２…装着孔
４…位置決め部
５…アライメント装置
５１…Ｘ方向移動機構
５２…Ｙ方向移動機構
５３…回転機構
５４…昇降機構
５５…トレイ保持面
６１ａ〜６１ｄ…第１の撮像装置
６２ａ、６２ｂ…第２の撮像装置
７…サポート装置
８…搬送部
８１…搬送ロボット
８２…水平移動装置
９…格納部
９１…フープ
Ｗ…半導体ウェハ

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。

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平面図、図２は図１のII-II線に沿った断面図、図３は図１のIII-III線に沿った断面図である。

本実施形態における半導体ウェハ試験装置１は、半導体ウェハＷに造り込まれた電子回路を試験するための装置であり、図１〜図３に示すように、テスト部３、位置決め部４、搬送部８、及び格納部９を備えている。

テスト部３は、図１〜図３に示すように、半導体ウェハＷに試験信号を入力すると共に半導体ウェハＷからの出力信号を診断する４つのテスタ３１ａ〜３１ｄと、半導体ウェハＷとテスタ３１ａ〜３１ｄとの間を電気的に中継する４つのテストヘッド３２ａ〜３２ｄと、テストヘッド３２ａ〜３２ｄを支持するフレーム３３と、を有している。このテスト部３では、テストヘッド３２ａ〜３２ｄのプローブカード３２１に半導体ウェハＷを電気的に接触させた状態で、テスタ３１ａ〜３１ｄがテストヘッド３２ａ〜３２ｄを介して半導体ウェハＷの電子回路の試験を実行する。

テストヘッド３２ａ〜３２ｄは、ケーブル３１１を介してテスタ３１ａ〜３１ｄにそれぞれ電気的に接続されていると共に、半導体ウェハＷが押し付けられるプローブカード３２１が電気的に接続されている。プローブカード３２１は、半導体ウェハＷの電子回路の電極パッドに接触する多数の接触子３２２を備えている。接触子３２２の具体例としては、例えば、基板に実装されたポゴピンやニードル、或いは、メンブレンに形成されたバンプ等を例示することができる。

フレーム３３は、位置決め部４を収納可能な内部空間を有しており、テストヘッド３２ａ〜３２ｄが被さるトッププレート３４１を上部に有している。このトッププレート３４１には、プローブカード３２１が装着される装着孔３４２が形成されている。本実施形態では、トッププレート３４１に４つの装着孔３４２がＸ方向に沿って配列されている。

プローブカード３２１は、接触子３２２が位置決め部４内に臨むように装着孔３４２に装着されている。本実施形態では、４つの装着孔３４２にプローブカード３２１がそれぞれ装着されるため、トッププレート３４１上には４つのテストヘッド３２ａ〜３２ｄが並んで配置されている。

なお、テストヘッドの数や配置は、特に限定されず、例えば、複数のテストヘッドをＸ方向及びＹ方向に沿ってマトリックス状に配列してもよい。因みに、この場合には、本発明において移動機構は位置決め機構をＸ方向及びＹ方向（テストヘッドの配列方向）に沿って移動させる。また、複数のテストヘッドを円形状に配置してもよい。この場合には、本発明において移動機構は位置決め機構を円周方向（テストヘッドの配列方向）に沿って移動させる。

位置決め部４は、アライメント装置５、第１の撮像装置６１ａ〜６１ｄ、第２の撮像装置６２ａ，６２ｂ、及びサポート装置７を有している。

なお、位置決め部４における半導体ウェハＷの取り廻しは、ウェハトレイ２を用いて行われるため、先ずそのウェハトレイ１０の構成について説明する。図４は本実施形態におけるウェハトレイの平面図、図５は図４のV-V線に沿った断面図である。

図４及び図５に示すように、ウェハトレイ２は、例えばアルミナ（ＡｌＯ_３）、アルミニウム又は銅等の金属材料からなる円盤状のトレイ本体２１を有している。

このトレイ本体２１の主面２１１には、３つの環状溝２１２が同心円状に形成されている。これらの環状溝２１２は、トレイ本体２１内に形成された吸着用通路２１３に連通しており、さらにこの吸着用通路２１３は吸着ポート２３１を介して真空ポンプ２８１に接続されている。トレイ本体２１に半導体ウェハＷを載置した状態で真空ポンプ２８１によって吸引を行うと、環状溝２１２内に発生した負圧によって半導体ウェハＷがウェハトレイ２０に吸着保持される。

また、トレイ本体２１内には減圧用通路２１４が形成されており、この減圧用通路２１４は、主面２１１において環状溝２１２よりも外周側に位置する吸引孔２１５で開口している。この減圧用通路２１４は減圧ポート２３２を介して真空ポンプ２８２に接続されている。

また、トレイ本体２１の主面２１１の外周近傍には環状のシール部材２２が設けられている。このシール部材２２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２がプローブカード３２１に押し付けられると、このシール部材２２によってトレイ本体２１とプローブカード３２１との間に密閉空間２７（図１７Ｊ参照）が形成される。さらにこの状態で、減圧用通路２１４及び吸引孔２１５を介して真空ポンプ２８２によって密閉空間２７内を真空引きすることで、ウェハトレイ２がプローブカード３２１に向かって引き寄せられ、結果的に、当該トレイ２に保持されている半導体ウェハＷがプローブカード２に押し付けられる。なお、密閉空間２７をプローブカード３２１側から減圧してもよい。

さらに、トレイ本体２１内には、半導体ウェハＷを加熱するためのヒータ２５が埋設されていると共に、冷却水を流通させるための冷却用通路２１６が形成されている。この冷却用通路２１６は、冷却ポート２４１，２４２を介してチラー２９に接続されている。冷却水の具体例としては、例えば、フッ素系不活性液体（例えばスリーエム社製フロリナート（Fluorinert（登録商標）））等の電気絶縁性に優れた液体を例示することができる。なお、ヒータ２５に代えて、トレイ本体２１内に形成した通路に加熱流体を流通させることで半導体ウェハＷを加熱してもよい。また、半導体ウェハＷを加熱のみする場合にはトレイ本体２１にヒータ２５のみを埋設すればよい。一方、半導体ウェハＷを冷却のみする場合にはトレイ本体２１に冷却用通路２１６のみを形成すればよい。

また、トレイ本体２１には半導体ウェハＷの温度を直接的又は間接的に計測するための温度センサ２６が埋設されている。この温度センサ２６の計測結果に基づいて、ヒータ２５やチラー２９がトレイ本体２１の温度を調節することで、半導体ウェハＷの温度が目標温度に維持される。

なお、図３に示すように、本実施形態では、４つのテストヘッド３２ａ〜３２ｄに対してそれぞれ一つずつウェハトレイ２０が割り当てられているが、これら複数のウェハトレイ２では、半導体ウェハＷの温度調整を相互に独立して実行することが可能となっている。

なお、本実施形態におけるシール部材２２が本発明における封止手段の一例に相当し、本実施形態における真空ポンプ２８２、減圧用通路２１４及び吸引孔２１５が本発明における減圧手段の一例に相当する。また、本実施形態におけるヒータ２５、チラー２９、冷却通路２１６、冷却ポート２４１，２４２及び温度センサ２６が本発明における温度調節手段の一例に相当する。

図６は図１に示す半導体ウェハ試験装置のアライメント装置の平面図、図７は図６に示すアライメント装置の側面図である。

位置決め部４のアライメント装置５は、半導体ウェハ１０をプローブカード３２１に対して位置決めする装置であり、図６及び図７に示すように、Ｘ方向移動機構５１、Ｙ方向移動機構５２、回転機構５３、及び昇降機構５４を備えている。なお、図３に示すように、本実施形態では位置決め部４が一つのアライメント装置５を備えているが、特にこれに限定されない。位置決め部４が複数のアライメント装置５を備えることで、テストヘッド３２ａ〜３２ｄへの半導体ウェハＷの供給作業の効率化を図ることができる。

Ｘ方向移動機構５１は、ボールネジ及びモータからなる送り機構５１１と、レール及びガイドからなる案内機構５１２と、を有しており、テストヘッド３２ａ〜３２ｄの配列方向（Ｘ方向）に沿って移動することが可能となっている。本実施形態におけるＸ方向移動機構５１は、位置決めの際にＸ方向における半導体ウェハＷの位置の微調整を行うだけでなく、アライメント装置５自体を４つのテストヘッド３２ａ〜３２ｄの間で横断的に移動させる場合にも使用される。なお、アライメント装置５が、半導体ウェハＷの位置決めのための微調整機構と、アライメント装置５自体の移動機構と、を独立して備えてもよい。

Ｙ方向移動機構５２も、ボールネジやモータ等からなる送り機構５２１と、レールやガイドからなる案内機構５２２と、を有しており、Ｙ方向に沿って移動することが可能となっている。このＹ方向移動機構５２は、位置決めの際にＹ方向における半導体ウェハＷの位置の微調整を行う。

回転機構５３は、特に図示しないモータやギアによって半導体ウェハＷをＺ軸を中心として回転させることが可能となっている。

昇降機構５４は、特に図示しないボールネジ機構等によって、半導体ウェハＷを昇降させることが可能となっている。この昇降装置５４の上面５５に半導体ウェハＷが載置されるが、このトレイ保持面５５からピン５４１が突出しており、ウェハトレイ２の下面に形成された固定穴２１７（図５参照）にこのピン５１４が嵌合することで、半導体ウェハＷの位置ズレを防止するようになっている。

なお、本実施形態におけるＸ方向移動機構５１、Ｙ方向移動機構５２及び回転機構５３が、本発明における位置決め機構の一例に相当する。また、本実施形態におけるＸ方向移動機構５１が本発明における移動機構の一例に相当する。また、本実施形態における昇降機構５４が本発明における昇降機構の一例に相当する。

第１の撮像装置６１ａ〜６１ｄは、半導体ウェハＷを撮像するＣＣＤカメラであり、図３に示すように、トッププレート３４１の装着孔３４２の周囲にそれぞれ設けられている。第１の撮像装置６１ａ〜６１ｄは、下方を向いた姿勢でトッププレート３４１にそれぞれ取り付けられている。これらの第１の撮像装置６１ａ〜６１ｄは、半導体ウェハＷの位置決めの際に、半導体ウェハＷに造り込まれた電子回路の電極パッドの位置を認識するために使用される。なお、第１の撮像装置の数は、特に限定されず、１つであってもよい。

本実施形態では、図３に示すように、半導体ウェハ試験装置１の中心から左側に位置する２つの第１の撮像装置６１ａ，６１ｂは、装着孔３４２の右側にそれぞれ配置されている。これに対し、半導体ウェハ試験装置１の中心から右側に位置する２つの第１の撮像装置６１ｃ、６１ｄは、装着孔３４２の左側にそれぞれ配置されている。

第１の撮像装置６１ａ〜６１ｄを複数設けることで、画像認識のためのアライメント装置５の移動距離を短くすることができる。また、上記のような配置関係を採用することで、位置決め部４のＸ方向に沿った全長を短くすることができる。

第２の撮像装置６２ａ,６２ｂは、プローブカード３２１を撮像するＣＣＤカメラである。図６及び図７に示すように、第２の撮像装置６２ａ,６２ｂは、上方を向いた姿勢でアライメント装置５のＹ方向移動機構５２に設けられている。これらの第２の撮像装置６２ａ，６２ｂは、半導体ウェハＷの位置決めの際に、プローブカード３２１の接触子３２２の位置を認識するために使用される。

本実施形態では、第２の撮像装置６２ａ，６２ｂは、Ｘ方向において昇降機構５４を中心として対称に配置されている。すなわち、一方の第２の撮像装置６２ａが昇降機構５４の左側に配置され、他方の第２の撮像装置６２ｂが昇降機構５４の右側に配置されている。第２の撮像装置６２ａ、６２ｂを複数設けることで、位置決め部４のＹ方向に沿った全長を短くすることができる。なお、第２の撮像装置の数は、特に限定されず、１つであってもよい。

図８は図１に示す半導体ウェハ試験装置のサポート装置の平面図、図９は図８のIX-IX線に沿った断面図、図１０及び図１１はサポート装置の他の例を示す図、図１２及び図１３はサポート装置のさらに他の例を示す図、図１４Ａ〜図１５Ｂはサポート装置の別の例を示す図である。なお、図９、図１１、図１３、図１４Ｂ及び図１５Ｂにはプローブカード３２１を図示していない。

サポート装置７は、ウェハトレイ２の落下を防止するための装置であり、図８及び図９に示すように、ウェハトレイ２を保持する４つの保持部７１と、モータ及びボールネジ機構等によって保持部７１を開閉する開閉機構７２と、を有している。本実施形態では、トッププレート３４１の装着孔３４２の周囲にサポート装置７がそれぞれ設けられている。

４つの保持部７１は、開閉機構７２によって相互に接近／離反可能となっている。これらの保持部７１が相互に接近した状態（図９に実線で示す状態）では、保持部７１の間に形成される通過孔７１１の内径が、ウェハトレイ２の直径より小さくなるので、ウェハトレイ２が保持部７１によって保持される。一方、保持部７１が相互に離反した状態（図９で破線で示す状態）では、通過孔７１１の内径が、ウェハトレイ２の直径よりも大きくなる（拡径する）ので、アライメント装置５がプローブカード３２１にウェハトレイ２を供給したり回収することができる。

なお、保持部７１の数や形状は特に限定されず、例えば、図１０及び図１１に示すように、保持部７１を２枚の半リング状部材で構成してもよい。また、図１２及び図１３に示すように、保持部７１と開閉機構７２との間に、モータ及びボールネジ機構によって保持部７１をトッププレート３４１に向かって引き寄せる引寄機構７３を介装してもよい。この場合には、引寄機構７３によってウェハトレイ２をプローブカード３２１に引き寄せることができるので、上述のウェハトレイ２の減圧機構を省略することができる。

さらに、保持部７１は、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、１枚のリング状部材で構成してもよい。この場合の通過孔７１１には、径方向に窪んでいる２つの凹部７１１ａを対向するように形成する。また、同図に示すように、ウェハトレイ２には、通過孔７１１の凹部７１１ａに対応する凸部２１ａがその側面に設けられている。

図１４Ａ及び図１４Ｂのサポート装置の動作を、同図、図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して説明する。まず、図１４Ａに示すように、保持部７１の下方にウェハトレイ２を位置させた状態で、アライメント装置５が、ウェハトレイ２の凸部２１ａと保持部７１の凹部７１１ａとを位置合わせする。次いで図１５Ａ及び１５Ｂに示すように、昇降装置５４がウェハトレイ２を上昇させ、通過孔７１１内を通過させる。次いで、回転機構５３がウェハトレイ２を回転させると、保持部７１がウェハトレイ２を保持可能となる。この後、引寄機構７３が保持部７１を介してウェハトレイ２をプローブカード３２１に引寄可能となる。このようなサポート装置では、開閉機構７２を省略することができる。なお、保持部７１をウェハトレイ２に対して回転させてもよい。

搬送部８は、図１及び図２に示すように、位置決め部４と格納部９との間で半導体ウェハＷをハンドリングする搬送ロボット８１と、当該搬送ロボット８１をテストヘッド３２ａ〜３２ｄの配列方向（本例ではＸ方向）に沿って移動させる水平移動装置８２と、を有している。

搬送ロボット８１は、半導体ウェハＷを保持する保持部８１２と、当該保持部８１２を三次元的に移動させるアーム部８１１と、を有しており、具体的にはスカラロボット等を例示することができる。なお、搬送ロボット８１として、双腕型ロボットを用いてもよく、これによりアライメント装置５への半導体ウェハＷの供給と回収を同時に行うことができる。

水平移動装置８２は、モータと送りねじからなる送り機構８２１と、レールとガイドからなる案内機構８２２と、を有しており、搬送ロボット８１をＸ方向に移動させることが可能となっている。なお、図１に示すように、本実施形態では、水平移動装置８２上に一台の搬送ロボット８１を配置しているが、特にこれに限定されず、水平移動装置８２上に複数台の搬送ロボット８１を配置してもよい。

格納部９は、図１及び図２に示すように、複数の半導体ウェハＷを収容可能な４つのフープ９１（ＦＯＵＰ（Front-Opening Unified Pod））（収容手段）を有している。図２に示すように、フープ９１の内壁面には、複数のリブ９２が相互に対向するように形成されている。これらのリブ９２に半導体ウェハＷの両端を載せることで、半導体ウェハＷがフープ９１内に保持される。

なお、格納部９におけるフープ９１の数は特に限定されない。図１６Ａ及び図１６Ｂは本発明の第２実施形態における半導体ウェハ試験装置を示す平面図及び断面図である。例えば、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、格納部９を構成するフープ９１の数を一つとしてもよい。この場合には、アライメント装置５のＸ方向移動機構５１を利用して、半導体ウェハＷをそれぞれのテストヘッド３２ａ〜３２ｄに供給することで、搬送部８の水平移動装置８２を省略することができ、更なる低コスト化を図ることができる。

次に、本発明の第１実施形態における半導体ウェハ試験装置１の一連の動作について、図１７Ａ〜図１７Ｌを参照しながら説明する。図１７Ａ〜図１７Ｌ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の動作を説明するための図である。

先ず、アライメント装置５は、これから試験を実行するテストヘッドの下方にトレイ保持面５５を位置させる。図１７Ａに示す例では、アライメント装置５は、Ｘ方向移動機構５１によって、図中左端のテストヘッド３２ａの下方にトレイ保持面５５を移動させる。

次いで、図１７Ｂに示すように、アライメント装置５は昇降機構５４を上昇させ、プローブカード３２１に密着しているウェハトレイ２をトレイ保持面５５によって保持する。この状態で、真空ポンプ２８２が密閉空間２７の減圧を解除する。次いで、サポート装置７の保持部７１が開閉機構７２により相互に離反した後に、昇降機構５４がウェハトレイ２を下降させる。

次いで、搬送ロボット８１がフープ９１から試験前の半導体ウェハＷを取り出して、アライメント装置５に供給する。この際、搬送ロボット８１は、図１７Ｃに示すように、アライメント装置５に保持されているウェハトレイ２の上に半導体ウェハＷを載置する。ウェハトレイ２に半導体ウェハＷが載置されると、真空ポンプ２８１が駆動して、ウェハトレイ２によって半導体ウェハＷが吸着保持される。

次いで、図１７Ｄに示すように、アライメント装置５は、Ｘ方向移動機構５１及びＹ方向移動機構５２を駆動させることで、昇降機構５４の左側に配置されている第２の撮像装置６２ａを、プローブカード３２１において左端の接触子３２２の下方に位置させる。次いで、第２の撮像装置６２ａは、プローブカード３２１において左端の接触子３２２を撮像し、当該画像データを画像処理装置（不図示）が画像処理することで、当該左端の接触子３２２の位置を認識する。

次いで、図１７Ｅに示すように、アライメント装置５は、Ｘ方向移動機構５１を駆動させることで、第２の撮像装置６２ａをプローブカード３２１において右端の接触子３２２の下方に位置させる。次いで、第２の撮像装置６２ａは、プローブカード３２１において右端の接触子３２２を撮像し、当該画像データを画像処理装置が画像処理することで、当該右端の接触子３２２の位置を認識する。

画像処理装置は、左端の接触子３２２の位置と右端の接触子３２２の位置からプローブカード３２１における全ての接触子３２２の中心（全体中心）と傾き（全体傾き）を算出する。なお、接触子３２２の全体中心と全体傾きの算出に当たり、２以上の接触子３２２の位置を認識してもよい。

次いで、図１７Ｆに示すように、アライメント装置５は、Ｘ方向移動機構５１及びＹ方向移動機構５２を駆動させることで、半導体ウェハＷにおいて左端の電極パッドを第１の撮像装置６１ａの下方に位置させる。次いで、第１の撮像装置６１ａは、半導体ウェハＷにおいて左端の電極パッドを撮像し、当該画像データを画像処理装置が画像処理することで、当該左端の電極パッドの位置を認識する。

次いで、図１７Ｇに示すように、アライメント装置５は、Ｘ方向移動機構５１を駆動させることで、半導体ウェハＷにおいて右端の電極パッドを、第１の撮像装置６１ａの下方に位置させる。次いで、第１の撮像装置６１ａは、半導体ウェハＷにおいて右端の電極パッドを撮像し、当該画像データを画像処理装置が画像処理することで、当該右端の電極パッドの位置を認識する。

画像処理装置は、左端の電極パッドの位置と右端の電極パッドの位置から、半導体ウェハＷにおける全ての電極パッドの中心（全体中心）と傾き（全体傾き）を算出する。なお、電極パッドの全体中心と全体傾きの算出に当たり、２以上の電極パッドの位置を認識してもよい。

以上の画像処理による位置認識が終わったら、図１７Ｈに示すように、アライメント装置５は、Ｘ方向移動機構５１及びＹ方向移動機構５２によって、半導体ウェハＷをプローブカード３２１の下方に移動させる。この際、アライメント装置５は、接触子３２２の全体中心と電極パッドの全体中心とが一致し、且つ、接触子の全体傾きと電極パッドの全体傾きとが一致するように、Ｘ方向移動機構５１、Ｙ方向移動機構５２及び回転機構５３によって、プローブカード３２１に対する半導体ウェハＷの位置決めも行う。なお、半導体ウェハＷとプローブカード３２１の位置合わせの方法は上述のものに限定されない。

次いで、図１７Ｉに示すように、アライメント装置５は、ウェハトレイ２のシール部材２２がプローブカード３２１に密着するまで、昇降機構５４によって半導体ウェハＷを上昇させる。この状態で真空ポンプ２８２が作動すると、図１７Ｊに示すように、シール部材２２によってトレイ本体２１とプローブカード３２１との間に形成された密閉空間２７内が減圧され、ウェハトレイ２がプローブカード３２１に向かって引き寄せられる。この真空ポンプ２８２による密閉空間２７の減圧によって、アライメント装置５が半導体ウェハＷから離れても、プローブカード３２１とウェハトレイ２とのに密着状態が維持される。

真空ポンプ２８２による密閉空間２７の減圧によって、ウェハトレイ２がプローブカード３２１に向かって引き寄せられると、当該トレイ２に保持されている半導体ウェハＷがプローブカード３２１に押し付けられ、半導体ウェハＷの電極パッドとプローブカード３２１の接触子３２２とが電気的に接触する。この状態で、テスタ３１ａがテストヘッド３２ａを介して半導体ウェハＷの電子回路に試験信号を入出力することで、当該電子回路の試験が実行される。なお、半導体ウェハＷはウェハトレイ２に保持されている間中、ヒータ２５、チラー２９及び温度センサ２６によって常時温度調節されている。

一方、真空ポンプ２８２による密閉空間２７の減圧によってウェハトレイ２がプローブカード３２１に保持されたら、図１７Ｋに示すように、アライメント装置５は昇降機構５４を下降させる。また、サポート装置７は、ウェハトレイ２の落下防止のために、保持部７１を開口機構７２によって相互に接近させる。

次いで、図１７Ｌに示すように、アライメント装置５はＸ方向移動機構５１によってトレイ保持面５５を隣のテストヘッド３２ｂの下方に移動させて、以上に説明した手順と同様の手順で当該テストヘッド３２ｂのプローブカード３２１に半導体ウェハＷを供給する。

テストヘッド３２ｂのプローブカード３２１への半導体ウェハＷの供給作業が完了したら、アライメント装置５は、他のテストヘッド３２ｃ、３２ｄについても、以上に説明した手順と同様の手順でプローブカード３２１に半導体ウェハＷを供給する。なお、テストヘッド３２ｃ、３２ｄに対する供給作業では、接触子３２２の位置認識の際に、昇降機構５４の右側に配置されている第２の撮像装置６２ｂを使用する。これにより、位置決め部４のＹ方向に沿った全長を短くすることができる。

半導体ウェハＷの試験が完了したら、当該ウェハＷを保持しているウェハトレイ２をアライメント装置５がプローブカード３２１から回収する。次いで、搬送ロボット８１が、アライメント装置５上のウェハトレイ２から試験済みの半導体ウェハＷを取り上げてフープ９１に返送する。

以上のように、本実施形態では、複数のテストヘッド３２ａ〜３２ｄを備えており、一つの半導体ウェハ試験装置１で複数の試験を実施することができるので、省スペース化を図ることができる。

また、アライメント装置５がテストヘッド３２ａ〜３２ｄの配列方向に沿って移動可能となっているので、４つのテストヘッド３２ａ〜３２ｄでアライメント装置５を共用することができ、半導体ウェハ試験装置の低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態では、ウェハトレイ２に設けられた減圧機構によって半導体ウェハＷをプローブカード３２１に押し付けるため、アライメント装置５に高い剛性を必要としないので、半導体ウェハ試験装置の更なる低コスト化を図ることができる。

なお、本実施形態では、ウェハトレイ２をテストヘッド３２ａ〜３２ｄにそれぞれ割り当てるように説明したが、特にこれに限定されない。例えば、図１８に示すように、一つのウェハトレイ２を４つのテストヘッド３２ａ〜３２ｄで横断的に使用してもよい。図１８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の他の動作を示す図である。

すなわち、この動作例では、図１８において左端のテストヘッド３２ａで半導体ウェハＷを試験した後、当該半導体ウェハＷを保持しているウェハトレイ２を隣のテストヘッド３２ｂに移動させて、このテストヘッド３２ｂで半導体ウェハＷを試験する。以降、この半導体ウェハＷについてテストヘッド３２ｃ、３２ｄでも試験を実行する。

このように、一つの半導体ウェハＷを複数のテストヘッド３２ａ〜３２ｄで順次試験をすることで、一台の半導体ウェハ試験装置において同一の半導体ウェハＷに対して複数の試験を実行することができる。なお、半導体ウェハ試験装置１内におけるウェハトレイ２の数は、特に限定されず、１枚であってもよく、複数であってもよい。

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。

Claims

プローブカードが電気的に接続された複数のテストヘッドと、
半導体ウェハを保持可能であり、径方向に突出した凸部を有するウェハトレイと、
前記ウェハトレイに保持された前記半導体ウェハを前記プローブカードに対して相対的に位置決めして、前記ウェハトレイを前記プローブカードに対向させるアライメント手段と、
前記プローブカードが装着される複数の装着孔が開口したトッププレートと、
前記ウェハトレイの前記凸部に対応する凹部を有し、前記ウェハトレイが通過可能な通過孔が形成されていると共に、前記トッププレートに対向するように配置されたリング状の保持部と、
前記トッププレートにおいて前記装着孔の周囲に設けられ、前記保持部を前記トッププレートに対して接近／離反させる接近／離反機構と、を備えており、
前記アライメント手段は、
前記半導体ウェハを前記プローブカードに対して相対的に位置決めする位置決め機構と、
前記位置決め機構を前記テストヘッドの配列方向に沿って移動させる移動機構と、を有し、
前記ウェハトレイは、前記アライメント手段から着脱可能であり、
前記ウェハトレイが前記保持部に対して相対的に回転することで、前記保持部が前記ウェハトレイを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１に記載の半導体ウェハ試験装置であって、
前記ウェハトレイの下面には嵌合穴が形成され、
前記アライメント手段は、前記嵌合穴に嵌合可能なピンを有することを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
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、
前記アライメント手段は、前記ウェハトレイを昇降させる昇降機構を有することを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
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、
前記ウェハトレイを複数備え、
複数の前記ウェハトレイは、前記半導体ウェハの加熱又は冷却の少なくとも一方を相互に独立して実行可能な温度調節手段を有していることを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
請求項１〜４の何れかに記載の半導体ウェハ試験装置であって、
前記半導体ウェハを撮像する１又は複数の第１の撮像手段を備えていることを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
請求項５記載の半導体ウェハ試験装置であって、
複数の前記第１の撮像手段は、前記プローブカードにそれぞれ隣接して設けられており、
前記テストヘッドの配列方向において、複数の前記第１の撮像手段のなかで端に位置する第１の撮像手段が、前記プローブカードに対して内側に配置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１〜６の何れかに記載の半導体ウェハ試験装置であって、
前記プローブカードを撮像するために、前記アライメント手段に設けられた１又は複数の第２の撮像手段を備えていることを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
請求項７記載の半導体ウェハ試験装置であって、
前記テストヘッドの配列方向において、複数の前記第２の撮像手段は、前記アライメント手段に保持された前記ウェハトレイの両側に配置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１〜８の何れかに記載の半導体ウェハ試験装置であって、
前記アライメント手段に保持された前記ウェハトレイに、前記半導体ウェハを搬送する搬送手段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９記載の半導体ウェハ試験装置であって、
前記半導体ウェハを収容可能な収容手段を備え、
前記搬送手段は、前記収容手段と前記アライメント手段との間で前記半導体ウェハを搬送することを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
請求項１〜１０の何れかに記載の半導体ウェハ試験装置であって、
前記アライメント手段は、前記プローブカードに対向している前記ウェハトレイを、他の前記プローブカードに対向するように移動させることを特徴とする半導体ウェハ試験装置。