JP2003007782A - プローブおよびプローブ装置 - Google Patents
プローブおよびプローブ装置Info
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Abstract
ーハレベルバーンイン手段を提供する。 【解決手段】 圧力基板15、ウェーハトレイ31およびシ
ールリング33により構成される空間を真空バルブ34より
真空ポンプを用いて減圧すると、圧力基板15にかかった
大気圧は配線基板11に伝えられる。圧力基板15に比べ配
線基板14は面積が小さいため圧力基板15全体で受けた総
圧力は配線基板14の面積と同じウェーハに対し集中的に
加圧される。ここで、硬さの異なる第1〜第4のゴム材
16〜19を介して均一圧力がウェーハにかかるような構成
とする。以上により、従来に比べ、より高い単位面積当
たりの圧力を印加することが可能となり、ピン数の多い
ウェーハに対しウェーハレベルバーンインが可能とな
る。
Description
頼性を高めることを目的としたバーンインによるスクリ
ーニング処理をウェーハ状態にて一括で行うためのプロ
ーブの構成技術に関するものである。
ためのスクリーニング処理として半導体デバイスに定格
もしくは若干の過電圧による電源電圧を加え、各信号入
力電極には実動作に近い信号を印加しつつ125℃程度の
高温状態にして数時間バーンインすることが行われてい
る。
状態にてバーンインを実施していたが、最近のベアチッ
プ、CSPといった半導体デバイスについてはウェーハ
状態での一括バーンインが提案されている。
バーンインを実現するためには、ウェーハ上に一括形成
された複数の半導体チップの引き出し電極であるボンデ
ィングパッドに対し信号線を接続して信号を印加する。
ウェーハ上には通常200から1000個の半導体チップが形
成され、各半導体チップには100μm程度の微少サイズの
電極であるボンディングパッドが20から40個程度配置さ
れており、これらの電極に対し1ウェーハ当たり総数40
00から40000点の信号線接続を正確に行う必要がある。
ウェーハへの一括コンタクトを行う技術については日経
マイクロデバイス1997年7月号のP.126以下にTPSプ
ローブとして述べられている。
示す構造を持つ。このTPSプローブは、配線基板71
と、セラミックリング72と、PCR(Pressure-sensitiv
e Conductive Rubber)73と、バンプ付きメンブレン74と
を備えている。配線基板71はガラスなどウェーハの熱膨
張係数に近い熱膨張係数を持つ材質により構成され、P
CRと接触する面にPCR73から伝えられた信号を外部
に引き出す配線が施されている。PCR73はウェーハの
ボンディングパッドおよびTPSプローブのバンプの高
さのバラツキを吸収しながらバンプからの信号を接続す
る役割を持つ。バンプ付メンブレン74はセラミックリン
グ72に張りつけられたメンブレン上に、ウェーハのボン
ディングパッドに電気的に接続するためのバンプが形成
されており、ウェーハのボンディングパッドに電気的に
接触する役割を持つ。
る従来のウェーハトレイユニットの構造を図8の断面図
に示す。このウェーハトレイユニットは、ウェーハトレ
イ81と、ウェーハ台座82と、シールリング83と、真空バ
ルブ84とを備えている。ウェーハ台座82はウェーハトレ
イ81の中央部を僅かに高くしたものであり、この部分に
てウェーハを支える。シールリング83はゴム材により構
成され、ウェーハトレイ81の周辺部にてウェーハトレイ
に切った溝に支えられ、真空領域に接したプローブの面
との間で真空状態を形成するいわゆる真空室を構成し、
真空を保持する役割を持つ。真空バルブ84は、ここに真
空ポンプを接続しウェーハトレイの内側の空気を減圧す
る機能を持つ。
トレイユニットとをウェーハに接続した状態を示す。図
9において、バーンインを行う対象となるウェーハ91は
ウェーハ台座82の上に置かれ、上からTPSプローブの
バンプ付メンブレン74が接触している。これらバンプ付
メンブレン74、PCR73、および配線基板71の接続手段
は特許第2922486号に示すTPSプローブの構造によっ
ており、配線基板71、ウェーハトレイ81、およびシール
リング83による閉じた空間(いわば真空室)を減圧する
手段は特許第2925964号に示す構造によっている。
作を説明する。通常、プローブにウェーハを合わせ込ん
で接続するには専用のアライメント装置(図示せず)を
用いる。アライメント装置はプローブの位置を認識する
認識手段、ウェーハの位置を認識する認識手段、ウェー
ハを正確に移動するXYテーブル、および真空を制御す
る真空ポンプを備えている。
ーハ台座82の上に置かれたウェーハ91とプローブ全体と
をわずかな高低差をおいて設置する。この状態にてウェ
ーハ91のボンディングパッドの位置を認識することによ
りウェーハ91全体の位置を測定する。一方、プローブの
バンプ位置を認識することにより、プローブ全体の位置
を測定する。これらウェーハ91全体の位置およびプロー
ブ全体の位置情報よりウェーハ91とプローブの位置を合
わせ込んだ後、徐々にウェーハ91とプローブを近接さ
せ、シールリング83が配線基板71に接触するようにし、
この状態にて真空バルブ84より真空ポンプを用いて、配
線基板71、ウェーハトレイ81、およびシールリング83に
よる閉じた空間内を減圧する。この状態では配線基板71
とウェーハトレイ81とは強く引き寄せられ、確実な結合
が行われる。
ウェーハトレイユニットにおいては、ウェーハ91の外形
に対し、シールリング83は近接して配置される。この間
隔が大きいと、この部分に対し、配線基板71とウェーハ
トレイ81とにかかる大気圧を支えるものがないため、配
線基板71の周辺がたわみ、この結果ウェーハ91の周辺部
分に接続されるプローブ側のバンプに対し過大の圧力が
かかる一方、ウェーハ91の中央部分では圧力が下がりバ
ンプの接続に必要な圧力が得られない状態が発生し、全
体として安定な接続が阻害されることになる。
板およびウェーハトレイを用い、プローブの内部を減圧
することにより、この部分にかかる大気圧を利用して接
続に必要な圧力を得る構造のため、プローブ内部を真空
にまで減圧してもウェーハの単位面積当たりの圧力を大
気圧に相当する1kgf以上かけることはできず、上記の
接触する圧力の不安定さも影響し、単位面積当たりのピ
ン数(ボンディングパッドあるいはバンプの数)を一定
以上に増加することが困難であった。通常、1ピン当た
り13gfの加重が必要であり、8インチウェーハの面積31
4cm2(直径200mm)では20,265ピンが上限となる問題が
あった。つまり、平均的には約64本/cm2が限界であっ
た。
になされたもので、ウェーハ全体を均一に加圧し安定な
接続を可能にしたプローブを提供するものである。
ピン(この場合はボンディングパッド)を有するウェー
ハに対してウェーハレベルバーンインが可能なプローブ
を提供するものである。
ェーハ一括にてバーンインまたはテストを行うためのプ
ローブであって、前記プローブの本体基板と、この本体
基板上に配設された弾性体と、この弾性体上に配設され
た配線基板とを備え、ウェーハより広い領域まで真空を
保つシールリングを備えるウェーハトレイユニットと組
み合わせて使用され、前記シールリング内領域の大気圧
を受け、前記配線基板に対し前記弾性体を介して前記本
体基板により加圧することを特徴とする。この構成によ
り、本体基板全体にかかる大気圧を大きくし、ウェーハ
の単位面積当たりのピン数を増加できることとなる。
性体の周辺部の弾性を中心部の弾性より高くする。この
構成により、弾性体の中央部は弱く、周辺部は強く圧縮
され、結果として配線基板全体に対し均一な荷重がかか
ることとなる。
前記本体基板のたわみを吸収できる厚みを有する弾性体
を用いる。この構成により、本体基板の湾曲を弾性体で
吸収し、配線基板の受ける圧力をほぼ均一とすることが
できることとなる。
前記本体基板に予め反りを与えておく。この構成によ
り、配線基板の周辺に対する圧力を減じ、配線基板に均
一な圧力を与えることができることとなる。
配線基板を備え、ウェーハ一括にてバーンインまたはテ
ストを行うためのプローブであって、ウェーハより広い
領域まで真空を保つシールリングを備えるウェーハトレ
イユニットおよび前記シールリングとほぼ同一サイズの
シールリングを有する反転トレイユニットと組み合わせ
て使用され、前記シールリング内領域の大気圧を受け、
前記反転トレイユニットにより前記配線基板の背面が加
圧されることを特徴とする。この構成により、ウェーハ
トレイ全体にかかる大気圧を大きくすることでウェーハ
の単位面積当たりのピン数を増加でき、配線基板の表裏
両面から圧力をかけることで配線基板の湾曲を防止し、
ウェーハ全体を均一に加圧できることとなる。
1乃至5のいずれか記載のプローブと、個々の接触点に
かかる所定圧の総合計よりも大きな力を真空領域に接し
た面が大気圧から受けるように、前記面を形成するシー
ルリングを有するウェーハトレイユニットとを具備する
ことを特徴とする。この構成により、ウェーハの径、ピ
ン数に応じて、適当なサイズのシールリングを有するウ
ェーハトレイユニットを構成することができ、ウェーハ
全体を均一に加圧し、各接触点には必要な加重を負荷
し、確実な電気的接続を実現することができる。
て、図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態
において、プローブとウェーハトレイユニットとの組み
合わせをプローブ装置と呼ぶ。
ブの平面図および断面図をそれぞれ図1(a)、(b)
に示す。このプローブは、配線基板11と、セラミックリ
ング12と、PCR13と、バンプ付きメンブレン14と、配
線基板11に圧力を加えるための本体基板(以下圧力基
板)15と、撓みを吸収できる厚みを持つ弾性体として第
1〜第4のゴム材16〜19と、スペーサ20と、フレキシブ
ルケーブル21とを備えている。
張係数に近い熱膨張係数を持つ材質により構成され、P
CRと接触する面にPCR13から伝えられた信号を外部
に引き出す配線が施されている。PCR13はボンディン
グパッドおよびバンプの高さバラツキを吸収しながらバ
ンプからの信号を接続する役割を持つ。バンプ付メンブ
レン14はセラミックリング12に張り付けられたメンブレ
ン上にバンプが形成されており、ウェーハのボンディン
グパッドに接触する役割を持つ。
より構成され、配線基板11より大きなサイズを持つ。第
1〜第4のゴム材16〜19は同心円の形状を持ち中心側か
ら外周側へ向かって配置され、この順にて弾性が高くな
る素材のゴムからなる。そして、配線基板11と圧力基板
15の間に配置され、中心部は少ない変形にて、周辺部は
比較的多い変形にて同等の圧力を伝える機能を持つ。ス
ペーサ20は圧力基板15の上に配置され、同心円の形状を
持ち、真空を保持しやすくする役割を持つ。フレキシブ
ルケーブル21は配線基板11により引き出された信号線を
圧力基板15の外に伝える役割を持つ。
の第1の実施の形態におけるウェーハトレイユニットの
構造の平面図および断面図をそれぞれ図2(a)、
(b)に示す。このウェーハトレイユニットは、ウェー
ハトレイ31と、ウェーハ台座32と、シールリング33と、
真空バルブ34とを備えている。ウェーハ台座32はウェー
ハトレイ31の中央部を僅かに高くしたものであり、この
部分にてウェーハを支える。シールリング33はゴム材に
て構成され、ウェーハトレイ31の周辺部にてウェーハト
レイ31に切った溝に支えられ、真空を保持する役割を持
つ。真空バルブ34はウェーハトレイ31に備えられた真空
パイプ35を通して真空溝36につながっており、真空ポン
プに接続され、ウェーハトレイ31の内側の空気を減圧す
る機能を持つ。図8に示した従来のウェーハトレイユニ
ットに比べシールリング33の位置がウェーハ台座32に対
し遠くなっている、つまり、従来と同様の8インチウェ
ーハ(直径約200mm)に対し、直径約284mmのシールリン
グを適用した。このようにして、ウェーハより広い領域
まで真空を保つことができることが特徴である。
ローブとウェーハトレイユニットとをウェーハに接続し
た状態を示す。図3において、バーンインを行う対象と
なるウェーハ41はウェーハ台座32の上に置かれ、上から
バンプ付メンブレン14が接触している。接続した状態で
は圧力基板15、ウェーハトレイ31、およびシールリング
33により閉じた空間が形成される。ここで、スペーサ20
は圧力基板15とウェーハトレイ31との間に位置し、両者
の間隔の一部を占めることで空いた距離を短くし、シー
ルリング33の長さを短くしてシールリング33が確実に当
たることにより真空を保ちやすくする機能を持つ。
いて、図3を用いてその動作を説明する。プローブにウ
ェーハを合わせ込んで接続するには従来と同様、専用の
アライメント装置を用いる。アライメント装置はプロー
ブの位置を認識する認識手段、ウェーハの位置を認識す
る認識手段、ウェーハを正確に移動するXYテーブル、
真空を制御する真空ポンプを備えている。
ーハ41とプローブ全体とをわずかな高低差をおいて設置
する。この状態にてウェーハ41のボンディングパッドの
位置を認識することによりウェーハ41全体の位置を測定
する。一方、プローブのバンプ付メンブレン14上のバン
プ位置を認識することにより、プローブ全体の位置を測
定する。これらウェーハ41全体の位置およびプローブ全
体の位置よりウェーハ41とプローブの位置を合わせ込ん
だ後、徐々にウェーハ41とプローブとを近接させ、シー
ルリング33がスペーサ20に接触するようにし、この状態
にて真空バルブ34より真空ポンプを用いて、圧力基板1
5、ウェーハトレイ31、およびシールリング34による閉
じた空間内を減圧する。この状態では圧力基板15とウェ
ーハトレイ31とは強く引き寄せられ、確実な結合が行わ
れる。
より広い領域まで真空を保つことができるため、従来の
TPSプローブに比べ圧力基板15全体にかかる大気圧は
大きくなり、この総圧力は第1〜第4のゴム材16〜19に
より配線基板11に加えられる。本発明による第1の実施
の形態における加圧例を図4に示す。すなわち、本発明
の第1の実施の形態による構造ではウェーハ41とシール
リング33との間が広く、この部分が受ける大気圧により
圧力基板15は図4に示すように湾曲する。そして、配線
基板14と圧力基板15との間に硬さの異なるゴム材16〜19
を挟み込んであり、周辺部のゴム材19は柔らかい材質の
ゴムにより構成されており強く圧縮され、中央部のゴム
材16は硬い材質のゴムにより構成されており弱く圧縮さ
れ、結果として配線基板11全体に対し均一な荷重がかか
る。
よれば、直径約284mmのシールリングを用いることによ
り、圧力基板15の直径約284mmの円板状の面積が受ける
大きな大気圧を弾性率の異なる複数のゴム材16〜19を通
して配線基板11全体に対し均一な加重を加えることによ
り40,000ピン以上の多数のピンを備えるウェーハに対し
1ピン当たり13gfの加重を可能とし確実な接続を実現し
てウェーハレベルバーンインを行うことができる。さら
に、平均的には約130ピン/cm2に増加させることができ
る。
ブとウェーハトレイユニットとをウェーハに接続した状
態を図5に示す。この図において図3と同一の構成要素
には図3で使用した符号を付した。第2の実施の形態の
プローブは第1の実施の形態と同様な構造を持ち、図5
において圧力基板15と配線基板11との間のゴム材を均一
な硬さを持つ第5のゴム材42により構成している。
ェーハより広い領域まで真空を保つことができるため、
従来のTPSプローブに比べ圧力基板15全体にかかる大
気圧は大きくなる。そして、ウェーハ41とシールリング
33との間の部分が受ける大気圧による圧力基板15の湾曲
が少なければゴム材42によりこの湾曲が吸収され、配線
基板11の受ける圧力をほぼ均一とすることができる。
よれば、圧力基板15の受ける大きな大気圧を均一な硬さ
を持つゴム材42を通して配線基板11全体に対し均一な加
重を加えることにより、40,000ピン以上の多数のピンを
備えるウェーハに対し確実な接続を実現してウェーハレ
ベルバーンインを行うことができる。
ブについて説明する。本発明の第3の実施の形態のプロ
ーブは、第2の実施の形態のプローブと同様な構造を持
ち、圧力基板15の裏面にポリイミド膜などを貼った後、
収縮させることにより予め反りを与えておく。そして、
この反りにより配線基板11の周辺に対する圧力を減ずる
ことで均一な圧力を配線基板11に与えることを可能とし
たものである。
よれば、圧力基板15の受ける大きな大気圧を圧力基板15
の反りにより配線基板11全体に対し均一な加重を加える
ことで40,000ピン以上の多数のピンを備えるウェーハに
対し確実な接続を実現してウェーハレベルバーンインを
行うことができる。
示す。本発明の第4の実施の形態のプローブは、配線基
板51と、セラミックリング52と、PCR53と、バンプ付
きメンブレン54とを備えている。配線基板51はガラスな
どウェーハの熱膨張係数に近い熱膨張係数を持つ材質に
より構成され、PCRと接触する面にPCR53から伝え
られた信号を外部に引き出す配線が施されている。PC
R53はボンディングパッドおよびバンプの高さバラツキ
を吸収しながらバンプからの信号を接続する役割を持
つ。バンプ付メンブレン54はセラミックリング52に張り
付けられたメンブレン上にバンプが形成されており、ウ
ェーハのボンディングパッドに接触する役割を持つ。
イユニットは、ウェーハトレイ55と、ウェーハ台座56
と、シールリング57と、真空バルブ58とを備えている。
ウェーハ台座56はウェーハトレイ55の中央部を僅かに高
くしたものであり、この部分にてウェーハを支える。シ
ールリング57はゴム材にて構成され、ウェーハトレイ55
の周辺部にてウェーハトレイ55に切った溝に支えられ、
真空を保持する役割を持つ。真空バルブ58はウェーハト
レイ55に備えられた真空パイプ581を通して真空溝582に
つながっており、真空ポンプに接続され、ウェーハトレ
イ55の内側の空気を減圧する機能を持つ。ウェーハトレ
イ55は図8に示した従来のウェーハトレイに比べサイズ
が大きく、かつシールリング57の位置がウェーハ台座56
に対し遠くなっているのが特徴である。
ンインを行う対象となるウェーハ59はウェーハ台座56の
上に置かれ、上からバンプ付メンブレン54が接触してい
る。
トレイユニットは、反転トレイ60と、反転トレイ台座61
と、反転シールリング62とを備えている。反転トレイユ
ニットはウェーハトレイユニットに対し配線基板51を挟
んだ反対位置に配置される。反転トレイ台座61は反転ト
レイ60の上に形成され、ウェーハ59と同一サイズを持
つ。反転シールリング62はゴム材にて構成され、反転ト
レイ60の周辺部にて反転トレイ60に切った溝に支えら
れ、真空を保持する役割を持つ。通気穴63は配線基板51
に空けられた貫通穴であり、配線基板51、ウェーハトレ
イ55、およびシールリング57により形成される閉じた空
間と配線基板51、反転トレイ60、および反転シールリン
グ62により形成される閉じた空間とをつなぐ役割を持
つ。
ーハ台座56の上に置かれたウェーハ59とプローブ全体と
をわずかな高低差をおいて設置する。この状態にてウェ
ーハ59のボンディングパッドの位置を認識することによ
りウェーハ59全体の位置を測定する。一方、プローブの
バンプ付メンブレン54上のバンプ位置を認識することに
より、プローブ全体の位置を測定する。これらウェーハ
59全体の位置およびプローブ全体の位置よりウェーハ59
とプローブの位置を合わせ込んだ後、徐々にウェーハ59
とプローブとを近接させ、シールリング57が配線基板51
に接触するようにし、この状態にて真空バルブ58より真
空ポンプを用いて、配線基板51、ウェーハトレイ55、お
よびシールリング57による閉じた空間内を減圧する。こ
れと同時に配線基板51に空けられた通気穴63を通して、
配線基板51、反転トレイ60、および反転シールリング62
により形成された閉じた空間内を減圧する。
51とは強く引き寄せられ、確実な結合が行われる。従来
のTPSプローブに比べウェーハトレイ55全体にかかる
大気圧は大きくなり、この総圧力はウェーハ59を通して
配線基板51に加えられバンプ付メンブレン54がウェーハ
に接続されるのに必要な圧力を提供する。一方、反転ト
レイ60と配線基板51とは強く引き寄せられ、反転トレイ
台座61を通してウェーハを通して与えられる圧力と同一
の圧力を配線基板51の反対側より与える。このため、配
線基板51の両側より同一の圧力がかかるため配線基板51
は湾曲することなく、ウェーハ59全体に対し均一な荷重
がかかるようにすることができる。
よれば、ウェーハトレイおよび反転トレイの受ける大き
な大気圧を配線基板に対し表裏両面より加えることによ
り40,000ピン以上の多数のピンを備えるウェーハに対し
確実な接続を実現してウェーハレベルバーンインを行う
ことができる。
面積の大気圧を利用し、ウェーハ全体に対し均一に強い
圧力をかけることにより、ウェーハの単位面積当たりの
接続ピン数を増加することができるという優れた効果を
有するプローブを提供することができるものである。こ
れにより、チップ当たりのピン数の多いデバイスやピン
数は少ないがウェーハ上に多数のチップが形成されてい
るような従来バーンインできなかったウェーハに対して
もウェーハレベルバーンインを実現することができるも
のである。
ーブを示す平面図、(b)本発明の第1の実施の形態に
おけるプローブを示す断面図、
ーブ装置のウェーハトレイユニットを示す平面図、
(b)本発明の第1の実施の形態におけるプローブ装置
のウェーハトレイユニットを示す断面図、
明するための図、
す図、
Claims (6)
- 【請求項1】 ウェーハ一括にてバーンインまたはテス
トを行うためのプローブであって、前記プローブの本体
基板と、この本体基板上に配設された弾性体と、この弾
性体上に配設された配線基板とを具備し、ウェーハより
広い領域まで真空を保つシールリングを有するウェーハ
トレイユニットと組み合わせて使用され、前記シールリ
ング内領域の大気圧を受け、前記配線基板に対し前記弾
性体を介して前記本体基板により加圧することを特徴と
するプローブ。 - 【請求項2】 前記弾性体は周辺部の弾性が中心部の弾
性より高いことを特徴とする請求項1記載のプローブ。 - 【請求項3】 前記弾性体は前記本体基板のたわみを吸
収できる厚みを有することを特徴とする請求項1記載の
プローブ。 - 【請求項4】 前記本体基板には予め反りが与えられて
いることを特徴とする請求項3記載のプローブ。 - 【請求項5】 通気穴を有する配線基板を備え、ウェー
ハ一括にてバーンインまたはテストを行うためのプロー
ブであって、ウェーハより広い領域まで真空を保つシー
ルリングを備えるウェーハトレイユニットおよび前記シ
ールリングとほぼ同一サイズのシールリングを有する反
転トレイユニットと組み合わせて使用され、前記シール
リング内領域の大気圧を受け、前記反転トレイユニット
により前記配線基板の背面が加圧されることを特徴とす
るプローブ。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか記載のプロー
ブと、個々の接触点にかかる所定圧の総合計よりも大き
な力を真空領域に接した面が大気圧から受けるように、
前記面を形成するシールリングを有するウェーハトレイ
ユニットとを具備することを特徴とするプローブ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001185358A JP3891798B2 (ja) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | プローブ装置 |
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