特許 6471401 半導体ウエハーの試験ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6471401

(24)【登録日】2019年2月1日

(45)【発行日】2019年2月20日

(54)【発明の名称】半導体ウエハーの試験ユニット

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/28 20060101AFI20190207BHJP

   G01R 31/26 20140101ALI20190207BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20190207BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/28 H

   G01R31/26 Z

   H01L21/66 D

【請求項の数】4

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2018-44813(P2018-44813)

(22)【出願日】2018年3月12日

【審査請求日】2018年3月19日

(31)【優先権主張番号】特願2017-211321(P2017-211321)

(32)【優先日】2017年10月31日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2017-226383(P2017-226383)

(32)【優先日】2017年11月26日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】510208767

【氏名又は名称】合同会社ＰＬＥＳＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100166073

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 秀治

(72)【発明者】

【氏名】宮川 末晴

【審査官】 小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭４８−１６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１４７７１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−１６４６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−７３７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５１８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３００７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４７６５１２７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平３−２１１７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４３２８５５３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１２５５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１４８０６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３１／２６−３１／３１９３

Ｈ０１Ｌ ２１／６６−２１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プローブカードを有したテスターボードと、
半導体ウエハーを搭載するウエハートレーと、
前記ウエハートレーを昇降させる昇降機構とを備え、
前記半導体ウエハーと前記プローブカードとを加圧接触させて試験を実施する半導体ウエハーの試験ユニットであり、
前記ウエハートレーは、
前記プローブカードとの位置合せを行うトレー位置決めピンと嵌合するスライドブッシュを四隅に備えたトレーフレームと、
ウエハー搭載ステージと、
円周方向スライド機構を有したウエハー搭載ステージ支持体との主要部材で構成され、
該ウエハートレーは、
前記ウエハー搭載ステージを直交するＸ軸またはＹ軸の方向に移動させ、その移動量を制御するＸ−Ｙ位置制御機構と、
前記ウエハー搭載ステージを円周方向に移動させ、その移動量を制御するシータ制御機構とを備えることを特徴とする、半導体ウエハーの試験ユニット。

【請求項2】

前記Ｘ−Ｙ位置制御機構は、
前記ウエハー搭載ステージをＸ方向またはＹ方向に移動させる送り機構を有した駆動部と、
前記送り機構と連動する受動部と、
該受動部を前記駆動部の駆動方向にスライドさせる駆動方向スライド機構と、
前記駆動部を該駆動部の駆動方向と直交する方向にスライドさせる直交方向スライド機構と、
前記駆動部と対向する側にＸ方向とＹ方向の両方向にスライドするＸＹ方向スライド機構とを備えることを特徴とする、請求項1に記載する半導体ウエハーの試験ユニット。

【請求項3】

前記シータ制御機構は、
前記ウエハー搭載ステージを円周方向に移動させる歯車と、
前記歯車と噛み合い該歯車を円周方向に移動させる駆動用の歯車と、
前記駆動用の歯車を有した駆動部とを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載する半導体ウエハーの試験ユニット。

【請求項4】

プローブカードを有したテスターボードと、
半導体ウエハーを搭載するウエハートレーと、
前記ウエハートレーを昇降させる昇降機構とを備え、
前記半導体ウエハーと前記プローブカードとを真空圧により加圧接触させて試験を実施する半導体ウエハーの試験ユニットであり、
前記ウエハートレーは、
該プローブカードとの位置合せを行うトレー位置決めピンと嵌合するスライドブッシュを四隅に備えたトレーフレームと、
前記半導体ウエハーを搭載するウエハー搭載ステージと、
該ウエハー搭載ステージの中心を回転中心として、
円周方向にスライドする円周方向スライド機構を有したウエハー搭載ステージ支持体との主要部材で構成され、
該ウエハートレーは、
前記ウエハー搭載ステージを直交するＸ軸またはＹ軸の方向に移動させ、その移動量を制御するＸ−Ｙ位置制御機構と、
前記ウエハー搭載ステージの中心を回転中心として、該ウエハー搭載ステージを円周方向に移動させ、その移動量を制御するシータ制御機構とを備え、
前記Ｘ−Ｙ位置制御機構は、
前記ウエハー搭載ステージをＸ方向またはＹ方向に移動させる送り機構を有した駆動部と、
前記送り機構と連動する受動部と、
該受動部を前記駆動部の駆動方向にスライドさせる駆動方向スライド機構と、
前記駆動部を該駆動部の駆動方向と直交する方向にスライドさせる直交方向スライド機構と、
前記駆動部と対向する側にＸ方向とＹ方向の両方向にスライドするＸＹ方向スライド機構とを備え、
前記シータ制御機構は、
前記ウエハー搭載ステージの中心を回転中心として、該ウエハー搭載ステージを円周方向に移動させる歯車と、
前記歯車と噛み合い該歯車を円周方向に移動させる駆動用の歯車と、
前記駆動用の歯車を有した駆動部とを備えることを特徴とする、半導体ウエハーの試験ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は半導体ウエハーの試験ユニットに関し、詳細には、半導体デバイスのバーンイン試験装置、後工程試験装置、及び前工程試験装置等に使用されるプローブカードを有したテスターボード（個々の装置ではバーンインボード、パフォーマンスボード、或はロードボードと称される）と、半導体ウエハーが搭載されるウエハートレーと、該ウエハートレーを昇降させる昇降機構とを備え、さらに前期半導体ウエハーと前期プローブカードとを、真空圧により加圧接触させて、試験を実施する半導体ウエハーの試験ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハーの試験は、個別半導体パッケージの試験と同様に高温或いは低温の環境下で、プローバーと呼ばれる試験装置を使用してストレス試験や機能試験等の電気的特性試験が行われている。
ウエハーの試験が終了後、ウエハーの切断・組立工程を経て個別半導体パッケージとして、バーンインソケットやテストソケットに搭載され、バーンイン試験や後工程試験が行われている。

【0003】

これに対して、半導体ウエハーの試験でプローバー装置を小型化し多段構成のマルチウエハーテストを実現し、プローブカードとウエハーを真空圧により加圧接触させて、半導体ウエハーの試験を行うウエハー検査装置が特許文献１に開示されている。

【0004】

該特許文献１には、プローブカードとウエハーとをバキューム吸引力により加圧接触させて行われるウエハーレベルの検査において、所望のバキューム吸引力を発生させるための真空引きを高速かつ安定に行う発明が開示されている。

【0005】

すなわち、特許文献１に係る発明は、ウエハーの搭載ステージであるウエハー搭載部に搭載されたウエハーとプローブカードの電気的接続に真空圧を利用し、さらにウエハー搭載部をチャックトップとチャックトップを押し上げる移動ステージに分離する構成を採用することにより、従来のプローバー装置に比べ、プローバー機構の高さを低くしウエハー検査装置の多段構成を実現している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６−４６２８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載の発明は、ウエハー搭載部をチャックトップとチャックトップを押し上げる移動ステージに分離し、前記チャックトップをプローブカード側に押上げ真空吸引が行われた後、前記移動ステージを水平方向に移動して次のプローバーへのウエハーの搭載、或は取出しに備える構成にすることにより、プローバー機構の高さを低くし、ウエハー検査装置の多段構成を実現している。
しかしながら、移動ステージを無くしたことではない為、プローバー機構の高さを低くするには限界があり、本特許文献に示されるように３段或は４段のプローバー構成が最大と思われる。
また、高さ方向における多段構成の限界から、処理能力を増大するには、プローバー機構を横方向に数列設置することになるが、ウエハー検査装置が横方向に大きくなり設置面積がさらに大きくなるという課題があった。

【0008】

従って、本発明の解決しようとする課題は、半導体ウエハーの端子とプローブカードの端子（以降プローブピンと称する）をウエハートレー上で高精度に位置合せし、一度にコンタクトさせ、さらに前記ウエハートレーの高さを低くすることにより多段構成を可能にする、低コストのバーンイン試験を含めた半導体ウエハーの試験ユニットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の課題を解決するための手段は、下記のとおりである。
なお、下記において「所定の」とは、当業者にとって常識的な事項を示している。

【0010】

第１に、
プローブカードを有したテスターボードと、
半導体ウエハーを搭載するウエハートレーと、
前記ウエハートレーを昇降させる昇降機構とを備え、
前記半導体ウエハーと前記プローブカードとを真空圧により加圧接触させて、試験を実施する半導体ウエハーの試験ユニットであり、
前記ウエハートレーは、
前記プローブカードの下側又は上側に保持され、
トレー位置決めピンで前記プローブカードとの位置合せが行われ、
該プローブカードとの位置合せを行うトレーフレームと、
前記半導体ウエハーを搭載するウエハー搭載ステージと、
該ウエハー搭載ステージの中心を回転中心として円周方向にスライドする円周方向スライド機構を外側又は内側に備えるウエハー搭載ステージ支持体とで構成され、
前記ウエハー搭載ステージをＸ軸またはＹ軸の方向に移動させ、
その移動量を制御するＸ−Ｙ位置制御機構と、
前記ウエハー搭載ステージの中心を回転中心として、
該ウエハー搭載ステージを円周方向に移動させ、
その移動量を制御するシータ制御機構とを備えることを特徴とする、
半導体ウエハーの試験ユニット。
なお、前記ウエハートレーを昇降させる前記昇降機構は、試験空間の形成を担う押圧板と、該押圧板を昇降させるエアーシリンダーと、該エアーシリンダーをボードラックに取付ける取付け金具とで構成されている。
ここで、前記半導体ウエハーと前記プローブカードとの加圧接触に必要な試験空間は、前記昇降機構を構成する前記押圧板の昇降により、前記ウエハートレーを前記プローブカード側に移動させることで形成することができ、試験空間形成後、前記試験空間を減圧することにより、前記半導体ウエハーの端子と前記プローブピンとの加圧接触が行われる。
また、前記ウエハートレーを前記プローブカードの下側又は上側に保持する高さは、該ウエハートレーと前記プローブカードの間に、後述のアライメント用撮影機構が搭載された搬送ロボットのアームを出し入れし、撮影対象を撮影できる高さを示す。
さらに、前記プローブカードと前記トレーフレームとの位置合せは、トレー位置決めピンとスライドブッシュの嵌合により行われる。
前記ウエハートレーが前記プローブカードの下側に保持される場合、
前記トレー位置決めピンは前記昇降機構に設けられ、前記スライドブッシュは前記トレーフレームと前記プローブカードに設けられ位置合せが行われる。
また、前記ウエハートレーが前記プローブカードの上側に保持される場合、
前記トレー位置決めピンは前記プローブカードに設けられ、前記スライドブッシュは前記トレーフレームに設けられ位置合せが行われる。

【0011】

第２に、
前記Ｘ−Ｙ位置制御機構は、
前記ウエハートレー上面に直交してＸ軸とＹ軸上に取付けられ、
前記ウエハー搭載ステージをＸ方向またはＹ方向に移動させる送り機構を有した駆動部と、
前記送り機構と連動する受動部と、
該受動部を前記駆動部の駆動方向にスライドさせる駆動方向スライド機構と、
前記駆動部を該駆動部の駆動方向と直交する方向にスライドさせる直交方向スライド機構と、
前記駆動部と対向する側にＸ方向とＹ方向の両方向にスライドするＸＹ方向スライド機構とを備え、
前記駆動方向スライド機構は、
前記駆動部の回転シャフトに加わる重量を下側より支え、前記受動部のスムーズな移動を可能にし、
前記直交方向スライド機構は、
Ｘ軸の前記駆動部が制御されると該駆動部の駆動方向の移動を停止させ、前記受動部は駆動方向に移動すると同時に、前記ウエハー搭載ステージとＹ軸に設けられた前記Ｘ−Ｙ位置制御機構を駆動方向に移動させ、
Ｙ軸の前記駆動部が制御されると該駆動部の駆動方向の移動を停止させ、前記受動部は駆動方向に移動すると同時に、前記ウエハー搭載ステージとＸ軸に設けられた前記Ｘ−Ｙ位置制御機構を駆動方向に移動させることができ、
前記ＸＹ方向スライド機構は、
前記駆動部の駆動方向にスライドする前後方向スライド機構と、前記駆動部の駆動方向と直交する方向にスライドする左右方向スライド機構を有し、前記駆動部の制御に応じてＸ方向とＹ方向に移動することができることを特徴とする、前記第1に記載の半導体ウエハーの試験ユニット。
なお、前記駆動部にはパルスモーターが使用され、前記送り機構にはボールネジが使用され、さらに前記受動部はボールネジ仕様のナットを備えている。

【0012】

第３に、
前記シータ制御機構は、
前記ウエハートレー上面に取付けられ、
前記ウエハー搭載ステージの中心を回転中心として、
該ウエハー搭載ステージを円周方向に移動させる円弧状の歯車と、
前記円弧状の歯車と噛み合い該円弧状の歯車を円周方向に移動させる駆動用の歯車と、
前記駆動用の歯車を有した駆動部とを備え、
前記円弧状の歯車と前記駆動用の歯車の噛み合い機構にウオームギヤ機構を使用することを特徴とする、前記第１又は第２に記載の半導体ウエハーの試験ユニット。
なお、前記駆動部にパルスモーターを使用し、歯車の噛み合い機構にウオームギヤ機構を使用することで、前記円弧状の歯車と前記駆動用の歯車の回転比を、１／１０から１／１００まで広範囲に適用できる。
また、前記円弧状の歯車は円弧状に限らず、円弧状に分割前の歯車を使用しても良い。

【0013】

第４に、
プローブカードを有したテスターボードと、
半導体ウエハーを搭載するウエハートレーと、
前記ウエハートレーを昇降させる昇降機構とを備え、
前記半導体ウエハーと前記プローブカードとを真空圧により加圧接触させて試験を実施する半導体ウエハーの試験ユニットであり、
前記ウエハートレーは、
前記プローブカードの下側に保持され、
トレー位置決めピンで前記プローブカードとの位置合せが行われ、
該プローブカードとの位置合せを行うトレーフレームと、
前記半導体ウエハーを搭載するウエハー搭載ステージと、
該ウエハー搭載ステージの中心を回転中心として、円周方向にスライドする円周方向スライド機構を有したウエハー搭載ステージ支持体とで構成され、
前記ウエハー搭載ステージを直交するＸ軸またはＹ軸の方向に移動させ、その移動量を制御するＸ−Ｙ位置制御機構と、
前記ウエハー搭載ステージの中心を回転中心として、該ウエハー搭載ステージを円周方向に移動させ、その移動量を制御するシータ制御機構とを備え、
前記Ｘ−Ｙ位置制御機構は、
前記ウエハートレーに直交してＸ軸とＹ軸上に取付けられ、
前記ウエハー搭載ステージをＸ方向またはＹ方向に移動させる送り機構を有した駆動部と、
前記駆動部の送り機構と連動する受動部と、
該受動部を前記駆動部の駆動方向にスライドさせる前記駆動方向スライド機構と、
前記駆動部を該駆動部の駆動方向と直交する方向にスライドさせる前記直交方向スライド機構と、
前記駆動部と対向する側にＸ方向とＹ方向の両方向にスライドする前記ＸＹ方向スライド機構とを備え、
前記駆動方向スライド機構は、
前記駆動部の回転シャフトに加わる重量を下側より支え、前記受動部のスムーズな移動を可能にし、
前記直交方向スライド機構は、
Ｘ軸の前記駆動部が制御されると該駆動部の駆動方向の移動を停止させ、前記受動部は駆動方向に移動すると同時に、前記ウエハー搭載ステージとＹ軸に設けられた前記Ｘ−Ｙ位置制御機構を駆動方向に移動させ、
Ｙ軸の前記駆動部が制御されると該駆動部の駆動方向の移動を停止させ、前記受動部は駆動方向に移動すると同時に、前記ウエハー搭載ステージとＸ軸に設けられた前記Ｘ−Ｙ位置制御機構を駆動方向に移動させることができ、
前記ＸＹ方向スライド機構は、
前記駆動部の駆動方向にスライドする前後方向スライド機構と、前記駆動部の駆動方向と直交する方向にスライドする左右方向スライド機構を有し、前記駆動部の制御に応じてＸ方向とＹ方向に移動することができ、
前記シータ制御機構は、
前記ウエハートレーに取付けられ、
前記ウエハー搭載ステージの中心を回転中心として、該ウエハー搭載ステージを円周方向に移動させる円弧状の歯車と、
前記円弧状の歯車と噛み合い該円弧状の歯車を円周方向に移動させる駆動用の歯車と、
前記駆動用の歯車を有した駆動部とを備え、
前記円弧状の歯車と前記駆動用の歯車の噛み合い機構にウオームギヤ機構を使用することを特徴とする、半導体ウエハーの試験ユニット。

【0014】

第５に、
前記Ｘ−Ｙ位置制御機構と前記シータ制御機構とは、
前記半導体ウエハーを搬送するアームを備えた前記搬送ロボットに搭載される前期アライメント用撮影機構で撮影した位置情報で、
前記ウエハー搭載ステージと該ウエハー搭載ステージに搭載された前記半導体ウエハーのＸ方向とＹ方向の移動量と、円周方向の移動量とを制御することを特徴とする、前記第１〜４のいずれか一つに記載の半導体ウエハーの試験ユニット。
さらに、前記半導体ウエハーの端子と前記プローブピンとの位置合せは、前記アライメント用撮影機構で撮影した位置情報でＸ、Ｙ、θ（シータ）を個々に且つ相互に制御することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば以下の効果を奏することができる。

【0016】

第１の発明によれば、前記ウエハートレーと前記プローブカードとの位置合せは、前記トレー位置決めピンと前記スライドブッシュの嵌合により行われる。
さらに、前記ウエハートレーに搭載される前記半導体ウエハーと前記プローブカードとの位置合せは、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構と前記シータ制御機構が制御されることにより高精度に行うことができる。

【0017】

第２の発明によれば、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構はＸ軸方向とＹ軸方向に個々に且つ相互に制御することで、前記半導体ウエハーの端子と前記プローブピンのＸ方向とＹ方向の位置合せを高精度に行うことができる。
前記Ｘ−Ｙ位置制御機構において、前記駆動方向スライド機構と前記直交方向スライド機構と前記ＸＹ方向スライド機構を備えることで次のような効果がある。
前記駆動方向スライド機構と前記ＸＹ方向スライド機構を構成する前記前後方向スライド機構を設けることにより、前記受動部を小さな推力で駆動方向に移動させることができ、前記駆動部も小型のパルスモーターが使用でき、前記ウエハートレーの高さを低くすることができる。
さらに、前記直交方向スライド機構と前記ＸＹ方向スライド機構を構成する前記左右方向スライド機構を設けることにより、ＸテーブルとＹテーブルの二つのテーブルを設けることなく、一つのテーブルでＸ−Ｙテーブルと同じ動作を実現することができ、前記ウエハートレーの高さを低くすることができる。
以上のように高さの低いウエハートレーを使用することで、多段構成の半導体ウエハーの試験装置を実現できる。

【0018】

第３の発明によれば、円弧状の歯車と駆動用の歯車の噛み合い機構にウオームギヤ機構を使用することで、１対１００までの大きな回転比を持つ歯車を選ぶことができ、前記ウエハー搭載ステージの円周方向の移動量を高精度に制御することができる。
また円弧状の歯車を使用することで歯車の重量を軽減することができ、歯車を安価に製作することができる。

【0019】

第４の発明によれば、前記ウエハートレーは前記プローブカードの下側に保持され、該ウエハートレーと前記プローブカードとの位置合せは、前記トレー位置決めピンと前記スライドブッシュの嵌合により行われるとともに、該ウエハートレーに搭載される前記半導体ウエハートレーと前記プローブカードとの位置合せは、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構と前記シータ制御機構が個々に且つ相互に制御されることにより高精度に行うことができる。
前記シータ制御機構において、円弧状の歯車と駆動用の歯車に回転比の大きな歯車を使用することで、前記ウエハー搭載ステージの円周方向の移動量をより高精度に制御することができる。
前記Ｘ−Ｙ位置制御機構において、前記駆動方向スライド機構と前記直交方向スライド機構と前記ＸＹ方向スライド機構を備えることで次のような効果がある。
前記駆動方向スライド機構と前記ＸＹ方向スライド機構を構成する前記前後方向スライド機構を設けることにより、前記受動部を小さな推力で駆動方向に移動させることができ、前記駆動部も小型のパルスモーターが使用でき、前記ウエハートレーの高さを低くすることができる。
さらに、前記直交方向スライド機構と前記ＸＹ方向スライド機構を構成する前記左右方向スライド機構を設けることにより、ＸテーブルとＹテーブルの二つのテーブルを設けることなく、一つのテーブルでＸ−Ｙテーブルと同じ動作を実現することができ、前記ウエハートレーの高さを低くすることができる。
以上のように高さの低いウエハートレーを使用することで、多段構成の半導体ウエハーの試験装置を実現できる。
また、前記ウエハートレーを前記プローブカードの上側に保持する方式のウエハートレーに比較し、次のような効果がある。
半導体ウエハーを搭載後の移動を防止できることで高精度の位置決めができ、搬送ロボットのアームを前記ウエハートレーの下側に挿入する必要がなく、複雑な位置制御が不要になり、前記ウエハートレーの高さを低くすることができる。
さらに、試験温度に加熱冷却される試験空間内にモーターやスライド機構などの部品が無くなるため、高耐熱部品の使用が不要になる。

【0020】

第５の発明によれば、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構と前記シータ制御機構は、前記アライメント撮影機構から、前記半導体ウエハーの端子と前記プローブピンの位置情報を得て、Ｘ、Ｙ、θ（シータ）を個々に且つ相互に制御することで、高精度の位置合せができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る半導体ウエハーの試験ユニットで、図３で示されるウエハートレーが搭載された斜視図である。

【図2】図１の半導体ウエハーの試験ユニットを斜め下方より見た斜視図である。

【図3】本発明に係るウエハートレーで、プローブカードの下側に保持され、円周方向スライド機構が、ウエハー搭載ステージ支持体の外側に取付けられる構成のウエハートレーを示す斜視図である。

【図4】本発明に係る図３のウエハートレーで示されるＡ部（Ｘ−Ｙ位置制御機構）の詳細図である。

【図5】本発明に係る図３のウエハートレーで示されるＢ部（ＸＹ方向スライド機構）の詳細図である。

【図6】本発明に係る図３のウエハートレーで示されるＣ部（シータ制御機構）の詳細図である。

【図7】図３で示されるウエハートレーの構成を示す断面図である。

【図8】本発明に係る半導体ウエハーの試験ユニットで、図９で示されるウエハートレーが搭載された、半導体試験ユニットの外観を示す斜視図である。

【図9】本発明に係るウエハートレーで、プローブカードの下側に保持され、円周方向スライド機構が、ウエハー搭載ステージ支持体の内側に取付けられるウエハートレーを示す斜視図である。

【図10】本発明に係る図９のウエハートレーの側面図である。

【図11】本発明に係る図９のＸ−Ｙ位置制御機構を示す斜視図である。

【図12】本発明に係る図９のＸＹ方向スライド機構を示す斜視図である。

【図13】本発明に係る図９のシータ制御機構を示す斜視図である。

【図14】図１又は図８で示される半導体ウエハーの試験ユニットが搭載されたボードラックと、ウエハー搬送ロボットと、ウエハーアライナーとを示す斜視図である。

【図15】図１４で示される搬送ロボットの第２のアームが半導体ウエハーの試験ユニットに挿入された状態を示す側面図である。

【図16】本発明に係る半導体ウエハーの試験ユニットで、ウエハートレーがプローブカードの上側に保持される構成を示す斜視図である。

【図17】図１６で説明の半導体ウエハーの試験ユニットを斜め下方より見た斜視図である。

【図18】本発明に係るウエハートレーで、プローブカードの上側に保持され、円周方向スライド機構が、ウエハー搭載ステージ支持体の外側に取付けられるウエハートレーを示す斜視図である。

【図19】図１６で示されるテスターボードにプローブカードが搭載された構成を示す斜視図である。

【図20】図１９で示されるＤ部（トレー支持具）の構成を示す断面図である。

【図21】本発明に係る図１８で示されるウエハートレーで、ウエハー搭載ステージのガイド穴の形状が多角形をしたウエハートレーを示す斜視図である。

【図22】本発明に係る図１８で示されるウエハートレーで、ウエハー搭載ステージのガイド穴の形状が格子状をしたウエハートレーを示す斜視図である。

【図23】本発明に係る図１８、図２１、及び図２２で示されるウエハートレーの構成を示す断面図である。

【図24】図１６で示される半導体ウエハーの試験ユニットがボードラックに搭載され、第１のアームにウエハーチャックを備え、第２のアームにアライメント用撮影機構を備えたウエハー搬送ロボットと、ウエハーアライナーとを示す斜視図である。

【図25】図２４で示されるアライメント用撮影機構が半導体ウエハーの試験ユニットに挿入され、半導体ウエハーがウエハー搭載ステージに搭載される時の状態を示す側面図である（但し、第１のアームは理解を容易にするため挿入時の位置で表示している）。

【図26】本発明に係るウエハー試験装置の外観斜視図である。

【図27】図２６で示されるウエハー試験装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明を実施するための形態を、半導体ウエハーを引用し、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。
ここで、添付図面において同一の部材には同一符号を付しており、また重複した説明は省略されている。
なお、ここでの説明は本発明が実施される一形態であることから、本発明は該当形態に限定されるものではない。

【0023】

図１に示される本発明に係る半導体ウエハーの試験ユニット１０は、ウエハートレー２０と、プローブカード６０（図２）を裏面に搭載したテスターボード３０と、前記ウエハートレー２０を昇降させる昇降機構７６とで構成されている。

【0024】

前記昇降機構７６は、前記ウエハートレー２０と前記プローブカード６０との位置合せを行うトレー位置決めピン６３を備えた押圧板７１と、該押圧板７１に連結されたエアーシリンダー７３と、該エアーシリンダー７３をボードラック７０に取付ける取付け金具７５で構成されている。
前記テスターボード３０は、前記取付け金具７５の基板ガイド溝７７に装着されるが、分かり易くするため分離した図としている。

【0025】

また、試験空間（図示は省略）は、前記ウエハートレー２０を構成するウエハー搭載ステージ２９と、該ウエハー搭載ステージ２９に設けられた真空シール２５と、前記プローブカード６０との間で構成される。

【0026】

前記試験空間は、前記ウエハー搭載ステージ２９が前記エアーシリンダー７３の上昇で前記押圧板７１と共に押し上げられ、前記真空シール２５と前記プローブカード６０が接触することで形成される。

【0027】

次に、真空ポンプ（図示省略）を稼働させ、前記ウエハー搭載ステージ２９に設けられる真空吸引口７２より前記試験空間の空気を吸引することで、前記ウエハー搭載ステージ２９がさらに押し上げられ、前記ウエハー搭載ステージ２９に搭載された半導体ウエハー４０と前記プローブカード６０とが接触し電気的接続が行われる。

【0028】

前記ウエハートレー２０と前記プローブカード６０には、前記トレー位置決めピン６３と嵌合するスライドブッシュ２４がそれぞれの対向する位置に設けられ、前記ウエハートレー２０と前記プローブカード６０との位置合せが行われ、前記ウエハートレー２０のスムーズな上下動が行われる。

【0029】

また、図示及び説明は省略するが前記ウエハー搭載ステージ２９には、該ウエハー搭載ステージ２９に搭載される前記半導体ウエハー４０を、試験温度に加熱冷却する機能が設けられる。

【0030】

なお、前記テスターボード３０及び前記プローブカード６０に搭載される回路部品及び接続コネクター部材等の図示は省略している。

【0031】

さらに、前記ウエハートレー２０は、前記ウエハー搭載ステージ２９のＸ方向とＹ方向及び回転方向の位置制御を行うＸ−Ｙ位置制御機構５０とシータ制御機構５２（図３）、及び前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０を構成するＸＹ方向スライド機構５１を備えている。

【0032】

また、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０と前記シータ制御機構５２は、図１４及び図１５で説明するアライメント用撮影機構８４による前記プローブカード６０と前記半導体ウエハー４０の端子の位置情報の撮影により、高精度に位置合せがなされる。

【0033】

図２は、図１で示される半導体ウエハーの試験ユニット１０を斜め下方から見た図面であり、テスターボード３０の裏面に搭載されたプローブカード６０とプローブピン６１を可視状態にしている。

【0034】

また、トレー位置決めピン６３を上下動させるためのエアーシリンダー７８が、押圧板７１の下面の４ヵ所に設けられている。
前記エアーシリンダー７８は、前記テスターボード３０とウエハートレー２０を保守時に切り離す時に使用するものである。
図２の構成は全て図１と同じであるので、説明は省略する。

【0035】

図３に示される本発明に係るウエハートレー２０は、プローブカード６０の下側に保持され、円周方向スライド機構５４が、ウエハー搭載ステージ支持体５３の外側に取付けられたウエハートレーである。

【0036】

前記ウエハートレー２０は、前記プローブカード６０との位置合わせを行うトレーフレーム２１と、ウエハー搭載ステージ２９と、前記円周方向スライド機構５４を外側に備えた前記ウエハー搭載ステージ支持体５３とで構成されている。

【0037】

さらに前記ウエハートレー２０は、前記ウエハー搭載ステージ２９のＸ方向またはＹ方向の移動量を制御するＸ−Ｙ位置制御機構５０と前記ウエハー搭載ステージ２９の円周方向の移動量を制御するシータ制御機構５２とを備えている。

【0038】

前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０は、前記ウエハー搭載ステージ支持体５３上に直交してＸ軸及びＹ軸上に設けられ、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０を構成する駆動部２７（図４）と対向する側にＸＹ方向スライド機構５１（図５）が設けられている。
其々の詳細は、図４及び図５で説明する。

【0039】

また、前記シータ制御機構５２は、前記トレーフレーム２１と前記ウエハー搭載ステージ支持体５３に取付けられている。詳細は、図６で説明する。

【0040】

前記ウエハー搭載ステージ２９は、前記半導体ウエハー４０を搭載時、該半導体ウエハー４０を吸引保持するチャック部（図示は省略）と、試験空間を形成する真空シール２５と、該試験空間の空気を吸引する真空吸引口７２とを備えている。
また、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０を構成する受動部２６と（図４）と、前記ＸＹ方向スライド機構５１を取付けるＸＹ方向スライド機構取付け部２９ａ（図５）は、前記ウエハー搭載ステージ２９に取り付けられている。

【0041】

なお、前記ウエハー搭載ステージ２９は、前記半導体ウエハー４０を試験温度に加熱冷却する機能（図示、詳細は省略）を有するが、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０に加わる負荷を小さくするため、軽量化することが望ましい。

【0042】

前記ウエハートレー２０を構成する前記トレーフレーム２１は、その上方に設置される前記プローブカード６０との位置合せを行うスライドブッシュ２４を四隅に備えている。
該スライドブッシュ２４は、前記トレー位置決めピン６３と嵌合して、前記ウエハートレー２０のスムーズな上下動を可能にしている。

【0043】

図４は、図３のＡ部（Ｘ−Ｙ位置制御機構５０）の詳細を示している。
該Ｘ−Ｙ位置制御機構５０は、駆動部２７と、受動部２６と、ナット２６ａと、駆動方向スライド機構２８と、直交方向スライド機構５５と、取付け板２７ｃとＸＹ方向スライド機構５１（図５）とで構成されている。
前記駆動部２７には、パルスモーターが使用されている。

【0044】

なお、前記受動部２６は、ウエハー搭載ステージ２９を構成する一部材であり、その材質には断熱材が使用され、該ウエハー搭載ステージ２９と外部を断熱する機能を有している。

【0045】

前記受動部２６は、前記駆動部２７の回転シャフトに取付けられる送りネジ２７ａと噛み合わされる前記ナット２６ａを有し、該受動部２６の下面と前記取付け板２７ｃとの間に、前記駆動部２７が駆動する方向にスライドする前記駆動方向スライド機構２８が取付けられ、前記送りネジ２７ａに加わる負荷を下側から支え、前記受動部２６のスムーズな移動を可能にしている。

【0046】

前記駆動部２７が駆動すると、前記送りネジ２７ａが回転し、前記ナット２６ａを回転させて移動させるように駆動力が伝わり、前記ナット２６ａを固定している前記受動部２６が、駆動方向に制御された所定の距離を移動することで、前記ウエハー搭載ステージ２９が移動する。

【0047】

前記駆動部２７は、前記取付け板２７ｃを介して駆動方向と直交してスライドする前記直交方向スライド機構５５の上面に取付けられている。
さらに、該直交方向スライド機構５５はウエハー搭載ステージ支持体５３に取付けられている。

【0048】

ここで、駆動方向と直交して取り付けられる前記直交方向スライド機構５５の動きを説明する。
Ｘ軸の前記駆動部が制御されると、Ｘ軸に設けられた該直交方向スライド機構５５は、前記駆動部２７のＸ軸方向の移動を停止させる。
この際、前記受動部２６は、Ｘ軸方向に移動すると同時に前記ウエハー搭載ステージ２９とＹ軸に設けられた前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０を、Ｘ軸方向に制御された所定の距離を移動させることができる。

【0049】

同じ様にＹ軸の前記駆動部２７が制御されると、Ｙ軸に設けられた該直交方向スライド機構５５は前記駆動部２７のＹ軸方向の移動を停止させる。
この際、前記受動部２６は、Ｙ軸方向に移動すると同時に前記ウエハー搭載ステージ２９とＸ軸に設けられた前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０を、Ｙ軸方向に制御された所定の距離を移動させることができる。

【0050】

ここで、前記送りネジ２７aにボールネジを使用し、前記ナット２６ａにボールネジ仕様のナットを使用することで、前記ナット２６ａを有する前記受動部２６はスムーズに駆動方向に移動することができ、小さな推力で且つ高精度に、前記ウエハー搭載ステージ２９を移動させることができる。

【0051】

以上のように前記Ｘ-Ｙ位置制御機構５０を、前記ウエハートレー２０上に直交して取付けることにより、簡単な機構でコンパクトなＸ-Ｙテーブルを前記ウエハートレー２０上に構築することができる。

【0052】

前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０は、前記シータ制御機構５２と共に前記アライメント用撮影機構８４（図１４）により、半導体ウエハーの端子４１の位置とプローブピン６１の位置（図１５）を撮影し、試験装置９０の制御装置９１（図２６）により位置制御が行なわれる。

【0053】

さらに、図６で説明する前記シータ制御機構５２と前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０の相互の位置制御により、高精度の位置合せができる。

【0054】

図５は、図３のＢ部（ＸＹ方向スライド機構５１）の詳細を示している。
該ＸＹ方向スライド機構５１は前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０を構成し、前記駆動部２７と対向する側のウエハー搭載ステージ支持体５３と、ウエハー搭載ステージ２９に取付けられたＸＹ方向スライド機構取付け部２９ａとの間に取付けられている。

【0055】

前記ウエハー搭載ステージ２９は、Ｘ軸及びＹ軸が駆動されると駆動される方向に移動することができるものである。
なお、前記ＸＹ方向スライド機構取付け部２９ａの材質には断熱材が使用されている。

【0056】

前記ＸＹ方向スライド機構５１は、駆動部の駆動方向にスライドする前後方向スライド機構５１ａと、駆動部の駆動方向と直交する方向にスライドする左右方向スライド機構５１ｂと、スペーサー５１ｃとで構成されている。
前記前後方向スライド機構５１aの上面は前記ＸＹ方向スライド機構取付け部２９ａに取付けられ、下面は前記スペーサー５１ｃに取付けられ、該スペーサー５１ｃの下面には前記左右方向スライド機構５１ｂが取付けられ、その下面は前記ウエハー搭載ステージ支持体５３に取付けられている。
以上のような構成により、前記ＸＹ方向スライド機構５１は、Ｘ方向及びＹ方向のいずれの方向にもスライドすることができる。

【0057】

図６は、図３のＣ部（シータ制御機構５２）の詳細を示している。
該シータ制御機構５２は、ウエハー搭載ステージ支持体５３を円周方向に移動させる円弧状の歯車２６ｇと、駆動用の歯車２７ｄを回転シャフトに有する駆動部２７と、取付け板２７ｆとで構成されている。

【0058】

前記駆動部２７は、前記取付け板２７ｆを介してトレーフレーム２１に取付けられている。
前記円弧状の歯車２６ｇは、スペーサー２９ｄを介して前記ウエハー搭載ステージ支持体５３に取付けられている。

【0059】

さらに、前記駆動部２７を回転させることで前記駆動用の歯車２７ｄと前記円弧状の歯車２６ｇが噛み合い、前記ウエハー搭載ステージ支持体５３を円周方向に制御された所定の距離を移動させることができる。

【0060】

以上の動作により、前記ウエハー搭載ステージ支持体５３に直交して取り付けられた前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０を介して、ウエハー搭載ステージ２９を円周方向に移動させることができる。

【0061】

前記円弧状の歯車２６ｇと前記駆動用の歯車２７ｄの噛み合せ機構は、ウオームギヤ機構の一種である。
前記駆動部２７にパルスモーターを使用し歯車の回転比を大きくすることで、前記ウエハー搭載ステージ２９の円周方向の移動量を高精度に制御することができる。

【0062】

図７は、ウエハートレー２０を構成する主要部材を示す断面図である。
前記ウエハートレー２０は、トレーフレーム２１と、円周方向スライド機構５４を有するウエハー搭載ステージ支持体５３と、ウエハー搭載ステージ２９とから構成され、前記円周方向スライド機構５４の内輪が回転する機構になっている。

【0063】

前記トレーフレーム２１は、フレーム２１ａとプレート２１ｂと固定用ネジ２１ｃとで、前記円周方向スライド機構５４の外輪を固定している。
前記ウエハー搭載ステージ支持体５３は、フレーム５３ａとプレート５３ｂと前記固定用ネジ２１ｃとで、前記円周方向スライド機構５４の内輪を固定している。

【0064】

前記ウエハー搭載ステージ２９は、真空シール２５と真空吸引口７２と、半導体ウエハー４０を吸引するチャック部（図示は省略）を備えている。
なお、前記ウエハー搭載ステージ２９に取付けられたＸＹ方向スライド機構取付け部２９ａと、前記ウエハー搭載ステージ支持体５３の間には、ＸＹ方向スライド機構５１が設けられている。

【0065】

図８は、図９で説明のウエハートレー２０が搭載される本発明に係る半導体ウエハーの試験ユニット１０の構成を示し、ウエハートレー２０は前記プローブカード６０を裏面に搭載したテスターボード３０の下側に、昇降機構７６で保持されている。
図９で説明のウエハートレー２０を除いて、すべて図１で説明の半導体ウエハーの試験ユニット１０と同じ構成のため詳細の説明は省略する。

【0066】

図９は、本発明に係るウエハートレー２０で、前記プローブカード６０の下側に保持され、円周方向スライド機構５４をウエハー搭載ステージ支持体５３の内側に取付けたウエハートレーである。

【0067】

前記ウエハートレー２０の構成は、図３で説明のウエハートレー２０と同じである。
大きな違いは、前記円周方向スライド機構５４の取付け位置の違いによる、Ｘ−Ｙ位置制御機構５０とシータ制御機構５２と前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０を構成するＸＹ方向スライド機構５１の取付け位置の違いである。

【0068】

前記円周方向スライド機構５４の内輪は、ウエハー搭載ステージ２９に取付けられたウエハー搭載ステージ取付け台２９ｃ（図１０）に固定され、外輪は前記ウエハー搭載ステージ支持体５３に固定されている。

【0069】

前記ウエハートレー２０は、前記ウエハー搭載ステージ２９の位置を制御する前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０と、前記シータ制御機構５２とを備えている。
該Ｘ−Ｙ位置制御機構５０と、シータ制御機構５２の構成及び機能は、図４、図５、図６の説明と同じため説明は省略する。

【0070】

前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０は、トレーフレーム２１上に直交してＸ軸及びＹ軸上に設けられている。
取付け場所の説明は、図１１及び図１２にて行う。

【0071】

また、前記シータ制御機構５２は、前記ウエハー搭載ステージ支持体５３と前記ウエハー搭載ステージ２９を構成するスペーサー２９ｄに取付けられている。
取付け場所の説明は、図１３にて行う。

【0072】

前記ウエハー搭載ステージ２９は、前記半導体ウエハー４０を搭載時、該半導体ウエハー４０を吸引保持するチャック部（図示は省略）と、前記試験空間を形成する真空シール２５と、該試験空間の空気を吸引する真空吸引口７２（図１０）とを備えている。

【0073】

なお、前記ウエハー搭載ステージ２９は、前記半導体ウエハー４０を試験温度に加熱冷却する機能（図示、詳細は省略）を有する。

【0074】

前記ウエハートレー２０を構成する前記トレーフレーム２１は、その上方に設置される前記プローブカード６０との位置合せを行うスライドブッシュ２４を四隅に備え、前記トレー位置決めピン６３と嵌合して、前記ウエハートレー２０のスムーズな上下動を可能にしている。

【0075】

図１０は、図９で示されるウエハートレー２０の主要な構成を示す側面図である。
Ｘ−Ｙ位置制御機構５０の駆動部２７は取付け板２７ｃに取付けられ、該取付け板は駆動部２７の駆動方向と直交する方向に取付けられた直交方向スライド機構５５を介して、トレーフレーム２１に取付けられている。
また、ＸＹ方向スライド機構５１を構成する左右方向スライド機構５１ｂも、同じ様に前記トレーフレーム２１に取付けられている。
取付けの詳細は図１１で行う。

【0076】

前記駆動部２７側に設けられる駆動方向スライド機構２８の上面は、ウエハー搭載ステージ支持体５３に取付けられている。
また、前記ＸＹ方向スライド機構５１を構成する前後方向スライド機構５１ａも、同じ様にウエハー搭載ステージ支持体５３に取付けられている。

【0077】

さらに、該ウエハー搭載ステージ支持体５３の上面に、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０の受動部２６と、前記シータ制御機構５２と、円周方向スライド機構５４とが取り付けられている。

【0078】

ウエハー搭載ステージ２９は、ウエハー搭載ステージ取付け台２９ｃを介して、前記円周方向スライド機構５４の内輪に取付けられ、前記試験空間を形成する真空シール２５と真空吸引口７２を備えている。
また、前記シータ制御機構５２を構成する円弧状の歯車２６ｇが、前記ウエハー搭載ステージ２９の下面にスペーサー２９ｄを介して取り付けられている。

【0079】

以上のような構成により、前記ウエハー搭載ステージ支持体５３は、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０の駆動する方向に所定の距離を移動するができる。
また、前記ウエハー搭載ステージ２９は、前記シータ制御機構５２の駆動する円周方向に所定の距離を移動することができる。

【0080】

図１１は、Ｘ−Ｙ位置制御機構５０の取付け場所と、ウエハー搭載ステージ２９とウエハー搭載ステージ支持体５３の位置関係を示す斜視図である。
前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０は、駆動部２７、取付け板２７ｃ、送りネジ２７ａ、受動部２６、ナット２６ａ、駆動方向スライド機構２８、直交方向スライド機構５５、及びＸＹ方向スライド機構５１で構成されている。

【0081】

前記駆動部２７を取り付ける前記取付け板２７ｃは、前記直交方向スライド機構５５を介して、トレーフレーム２１に取付けられている。
また、前記受動部２６は前記ウエハー搭載ステージ支持体５３に取付けられている。

【0082】

さらに前記ウエハー搭載ステージ２９は、その中央下面にウエハー搭載ステージ取付け台２９ｃを介して、円周方向スライド機構５４の内輪（図１０）に取付けられ、前記ウエハー搭載ステージ２９は円周方向に回転可能になっている。

【0083】

図１２は、ＸＹ方向スライド機構５１の取付け場所を示す斜視図である。
該ＸＹ方向スライド機構５１は、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０の駆動部２７と対向する側のトレーフレーム２１とウエハー搭載ステージ支持体５３間に取付けられている。

【0084】

前記ＸＹ方向スライド機構５１は、前後方向スライド機構５１ａと左右方向スライド機構５１ｂとスペーサー５１ｃとで構成されている。
前記前後方向スライド機構５１ａの上面は前記ウエハー搭載ステージ支持体５３に取付けられ、下面は前記スペーサー５１ｃに取付けられ、該スペーサー５１ｃの下面には前記左右方向スライド機構５１ｂが取付けられ、その下面は前記トレーフレーム２１に取付けられている。
以上のような構成により、前記ＸＹ方向スライド機構５１はＸ方向及びＹ方向のいずれの方向にもスライドすることができる。

【0085】

図１３は、シータ制御機構５２の取付け場所を示す斜視図である。
該シータ制御機構５２は、円弧状の歯車２６ｇと、駆動用の歯車２７ｄを回転シャフトに有する駆動部２７と、取付け板２７ｆとで構成されている。

【0086】

前記円弧状の歯車２６ｇは、断熱機能を持つスペーサー２９ｄを介してウエハー搭載ステージ２９に取付けられている。
前記駆動部２７は、前記取付け板２７ｆを介してウエハー搭載ステージ支持体５３に取付けられている。

【0087】

さらに、前記駆動部２７を回転させることで前記駆動用の歯車２７ｄと前記円弧状の歯車２６ｇが噛み合い、前記ウエハー搭載ステージ２９を円周方向に制御された所定の距離を移動させることができる。
図６で説明したように、前記円弧状の歯車と前記駆動用の歯車の回転比を大きくすることで、前記ウエハー搭載ステージ２９を高精度に移動することができる。

【0088】

図１４は、図１又は図８で示される複数の半導体ウエハーの試験ユニット１０が、ボードラック７０に搭載された構成を示す斜視図である。

【0089】

ここで、アライメント用撮影機構８４を有する搬送ロボット８２は、第１のアーム８６ａと第２のアーム８６ｂと、昇降機構８３とを備えている。
また、半導体ウエハー４０の位置決めを行うウエハーアライナー８９が、ボードラック７０の下部に配置されている。

【0090】

前記第１のアーム８６ａは、前記半導体ウエハー４０を吸引保持するチャック部８７ａを備え、ウエハーカセット８１（図２６）から前記半導体ウエハー４０を取り出し、前記ウエハーアライナー８９に搭載し位置決めした後、ウエハートレー２０に搭載するものである。
また、前記第２のアーム８６ｂは、２個のアライメント用カメラ８４ａと照明８５ｃとを備えている。

【0091】

さらに、前記搬送ロボット８２は、前記ボードラック７０に搭載された複数の前記半導体ウエハーの試験ユニット１０に、前記半導体ウエハー４０の搭載と取出しを行うための前記昇降機構８３を備えている。

【0092】

図１５は、図１４で示される半導体ウエハーの試験ユニット１０を側面から見た図である。
半導体ウエハー４０が搭載されたウエハートレー２０と、第２のアーム８６ｂが挿入された時の位置関係を示している。

【0093】

アライメント用撮影機構８４は、第２のアーム８６ｂに２個のアライメント用カメラ８４ａと２個の照明８５ｃとを備えている。
２個の前記アライメント用カメラ８４ａは、半導体ウエハーの端子４１とプローブピン６１を撮影するため、それぞれ上側と下側に向けられて搭載されている。

【0094】

前記第１のアーム８６ａは、前記半導体ウエハー４０を前記ウエハーカセット８１から取り出し、前記ウエハーアライナー８９でセンタリングとオリフラ・ノッチを位置出し後、ウエハー搭載ステージ２９に搭載する。
その後、前期半導体試験ユニット１０の外側に移動する。

【0095】

前記第２のアーム８６ｂは、前記第１のアーム８６ａが外側へ移動した後、前期半導体試験ユニット１０の内側に移動しながら、前記アライメント用撮カメラ８４ａで対抗する２ヵ所の前記半導体ウエハーの端子４１と前記プローブピン６１の位置を撮影する。

【0096】

図１６に示される本発明に係る半導体ウエハーの試験ユニット１０は、ウエハートレー２０と、プローブカード６０を上側に搭載したテスターボード３０と、前記ウエハートレー２０を昇降させる昇降機構７６とで構成されている。

【0097】

前記昇降機構７６は、前記ウエハートレー２０を昇降させる押圧板７１と、該押圧板７１に連結されたエアーシリンダー７３と、該エアーシリンダー７３を前記ボードラック７０に取付ける取付け金具７５で構成されている。
前記テスターボード３０は、前記取付け金具７５の基板ガイド溝７７に装着される。

【0098】

前記テスターボード３０は、前記プローブカード６０と、前記押圧板７１とで試験空間（図示は省略）を構成する真空チャンバー枠３２と、前記テスターボード３０を補強するボードフレーム（図示は省略）と、前記テストトレー２０を下部より支持するトレー支持具６４と、前記ウエハートレー２０と前記プローブカード６０との位置合せを行うトレー位置決めピン６３とから構成されている。

【0099】

なお、前記テスターボード３０に搭載される回路部品及びテスターとの接続コネクター部材等の図示は省略している。

【0100】

前記試験空間は、前記押圧板７１が前記エアーシリンダー７３により前記ウエハートレー２０を下方に押下げ、前記押圧板７１に設けられた真空シール（図示は省略）と前記真空チャンバー枠３２を接触させることで形成される。

【0101】

次に、真空ポンプ（図示省略）を稼働させ、前記押圧板７１に設けられる前記真空吸引口７２より前記試験空間の空気を吸引することで、前記ウエハートレー２０がさらに押し下げられ、半導体ウエハー４０と前記プローブカード６０とが接触し電気的接続が行われる。

【0102】

なお、前記ウエハートレー２０には、前記トレー位置決めピン６３と嵌合するスライドブッシュ２４が四隅に設けられ、前記ウエハートレー２０と前記プローブカード６０との位置合せが行われ、前記ウエハートレー２０のスムーズな上下動が行われる。

【0103】

また前記押圧板７１は、その中央部に円形状の凸部７４を有し、図示及び説明は省略するが、ウエハー搭載ステージ２９に搭載される前記半導体ウエハー４０を試験温度に加熱冷却する機能が設けられる。

【0104】

前記ウエハートレー２０は、ウエハー搭載ステージ２９を備えている。
前記半導体ウエハー４０の外周の端子の外側を支えるガイド穴２２（図１８）は、円形状をしている。

【0105】

また、前記真空チャンバー枠３２を前記テスターボード３０に取付け、前記押圧板７１との間で前記試験空間を構成しても良い。

【0106】

前記トレー支持具６４は、前記半導体ウエハー４０が搭載された重量ではたわまないバネ定数を有した圧縮バネ６４ｂ（図２０）と支持ピン６４ａ（図２０）で構成されている。
該トレー支持具６４は、前記アライメント撮影機構８４を備えた前記搬送ロボット８２の第２のアーム８６ｂが出し入れできる高さに保持できる機構を備えている。

【0107】

前記ウエハートレー２０は、前記半導体ウエハー４０の位置決めを行うＸ−Ｙ位置制御機構５０とシータ制御機構５２とを備え、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０を構成するＸＹ方向スライド機構５１が駆動部（図１８）の対向する側に取付けられている。

【0108】

前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０は、前記ウエハー搭載ステージ２９のＸ方向またはＹ方向の移動量を制御するものである。
前記シータ制御機構５２は、前記ウエハー搭載ステージ２９の円周方向の移動量を制御するものである。
詳細の説明は、図１８にて行う。

【0109】

さらに、Ｘ、Ｙ、θ（シータ）が個々に且つ相互に制御されることで、前記半導体ウエハーの端子４１を高精度に位置決めすることができる。

【0110】

図１７は、図１６に示される半導体ウエハー試験ユニット１０を斜め下方より見た図面であり、昇降機構７６を構成する押圧板７１と円形状の凸部７４と真空吸引口７２を可視状態にしている。
ウエハートレー２０とテスターボード３０の構成は全て図１６と同じであるので、説明は省略する。

【0111】

図１８に示される本発明に係るウエハートレー２０は、前記プローブカード６０の上側に保持され、前記プローブカード６０との位置合せを行うトレーフレーム２１と、前記半導体ウエハー４０を搭載するウエハー搭載ステージ２９と、円周方向スライド機構５４を外側に備えたウエハー搭載ステージ支持体５３とで構成されている。

【0112】

さらに前記ウエハートレー２０は、前記ウエハー搭載ステージ２９のＸ方向またはＹ方向の移動量を制御するＸ−Ｙ位置制御機構５０と前記ウエハー搭載ステージ２９の円周方向の移動量を制御するシータ制御機構５２とを備えている。

【0113】

前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０は、前記ウエハー搭載ステージ支持体５３上に直交して、Ｘ軸及びＹ軸上に設けられ、駆動部２７と受動部２６と駆動方向スライド機構２８（図４）と直交方向スライド機構５５（図４）と取付け板（図４）とＸＹ方向スライド機構５１（図５）とで構成されている。
前記受動部２６は、前記ウエハー搭載ステージ２９に設けられている。
其々の詳細説明は、図４及び図５と同じため省略する。

【0114】

前記シータ制御機構５２は、回転シャフトに駆動用の歯車２７ｄを有した駆動部２７を前記トレーフレーム２１に、円弧状の歯車２６ｇを前記ウエハー搭載ステージ支持体５３に取付けた構成になっている。
詳細説明は、図６と同じため省略する。

【0115】

前記ウエハー搭載ステージ２９は、前記半導体ウエハー４０を搭載時、その外形をガイドして搭載する円形状のウエハーガイド穴２３と、前記半導体ウエハーの端子４１を穴の内側に収容し、前記半導体ウエハー４０の下面を支える円形状のガイド穴２２と、前記受動部２６と、該受動部２６と対向する側にＸＹ方向スライド機構取付け部２９ａとを備えている。

【0116】

前記ウエハートレー２０を構成する前記トレーフレーム２１は、その下方に設置される前記プローブカード６０との位置決めを行うスライドブッシュ２４を四隅に備えている。

【0117】

該スライドブッシュ２４は、トレー位置決めピン６３と嵌合して、前記プローブカード６０との位置合せを行い、前記ウエハートレー２０のスムーズな上下動を可能にしている。

【0118】

図１９は、図１６で示される半導体ウエハーの試験ユニット１０のテスターボート３０に、プローブカード６０が搭載された構成を示す斜視図である。

【0119】

前記プローブカード６０は、プローブピン６１を備えたプローブ基板６２と、前記ウエハートレー２０との位置合せを行うトレー位置決めピン６３と、前記ウエハートレー２０を下側から支持するトレー支持具６４と、前記押圧板７１と前記プローブカード６０とで試験空間を構成するための、真空チャンバー枠３２とで構成されている。

【0120】

図２０は、図１９で示されるＤ部（トレー支持具６４）の詳細を示している。
該トレー支持具６４は、支持ピン６４ａと、圧縮バネ６４ｂとストッパー６５とＥリング６６とで構成されている。

【0121】

ウエハートレー２０を所定の高さに保持する前記ストッパー６５と前記Ｅリング６６が、前記ウエハートレー２０の上面に取付けられ、該ウエハートレー２０を設定した所定の高さに保持できる機構を構成している。
なお、前記Ｅリング６６をナットに替え、前記支持ピン６４ａの先端にネジを設ける機構でも良い。

【0122】

図２１は、図１８で示される本発明に係るウエハートレー２０と同じ構成で、違いはウエハー搭載ステージ２９のガイド穴２２の形状が多角形をしていることである。
図１８で示される円形状のガイド穴２２に比較し、半導体ウエハー４０との接地面積が大きくなり、前記半導体ウエハー４０の中央部のたわみ量を小さくすることができる。
他の説明は、図１８と同じ為省略する。

【0123】

図２２は、図１８で示される本発明に係るウエハートレー２０と同じ構成で、違いはウエハー搭載ステージ２９のガイド穴２２の形状が、多数の矩形で構成された格子状をしていることである。
これにより、前記半導体ウエハー４０の中央部のたわみを防止することができる。
他の説明は、図１８と同じ為省略する。

【0124】

なお、格子状のガイド穴２２は、前記半導体ウエハーの端子４１との接触を防ぐため、可能な範囲で格子の幅を小さくし、エッチング加工が可能な板厚０．１ミリメートル前後のステンレス板などで作られることが望ましい。

【0125】

図２３は、図１８、図２１及び図２２で示されるウエハートレー２０を構成する主要部材を示す断面図である。

【0126】

ウエハートレー２０は、トレーフレーム２１と、円周方向スライド機構５４を外側に有するウエハー搭載ステージ支持体５３と、ウエハー搭載ステージ２９とから構成され、前記円周方向スライド機構５４の内輪が回転する機構になっている。

【0127】

前記トレーフレーム２１は、フレーム２１ａとプレート２１ｂと固定用ネジ２１ｃとで、前記円周方向スライド機構５４の外輪を固定している。

【0128】

前記ウエハー搭載ステージ支持体５３は、フレーム５３ａとプレート５３ｂと前記固定用ネジ２１ｃとで、前記円周方向スライド機構５４の内輪を固定している。

【0129】

図２４は、図１６で示される複数の半導体ウエハーの試験ユニット１０が、ボードラック７０に搭載された構成の斜視図である。

【0130】

ここで、アライメント用撮影機構８４を有する搬送ロボット８２は、第１のアーム８６ａと第２のアーム８６ｂと、昇降機構８３とを備えている。
また、半導体ウエハー４０の位置決めを行うウエハーアライナー８９が、前記ボードラック７０の下部に配置されている。

【0131】

前記第１のアーム８６ａは、前記半導体ウエハー４０を吸引保持するウエハーチャック８７ａと反転ユニット８８とを備えている。
前記第２のアーム８６ｂは、アライメント用カメラ８４ａと照明８５ｃとをそれぞれ２個備え、撮影対象を撮影する為それぞれ上面と下面に向けられている。

【0132】

次に、前記半導体ウエハーの試験ユニット１０における前記第１のアーム８６ａと前記第２のアーム８６ｂの動作と、試験工程について簡単に説明する。

【0133】

前記第１のアーム８６ａは、ウエハーキャリア８１（図２６）から前記半導体ウエハー４０を取出し、前記反転ユニット８８で反転し前記半導体ウエハー４０の端子面を下側にし、前記ウエハーアライナー８９で位置決めを行った後、前記ウエハートレー２０の上側に挿入し、さらに下方に降下させ前記ウエハー搭載ステージ２９に搭載する。

【0134】

次に、前記第２のアーム８６ｂは、前記半導体ウエハー４０が前記ウエハー搭載ステージ２９に搭載される直前、前記ウエハートレー２０の下側に挿入しながら、２個の前記アライメント用カメラ８４ａで対向する２ヵ所の前記半導体ウエハーの端子４１と、前記ウエハー搭載ステージ２９の前記ガイド穴２２とを撮影する。

【0135】

前述の搭載される直前に前記第２のアーム８６ｂを挿入し撮影対象を撮影し、前記半導体ウエハーの端子４１と前記プローブピン６１との位置合せを行うが、その必要性を次に記述する。

【0136】

前記ウエハー搭載ステージ２９に前記半導体ウエハー４０を搭載する時、前記半導体ウエハーの端子４１が格子状をしたガイド穴２２（図２２）に、接触しない空間を保持しているか否かの確認を行う。

【0137】

そして、接触する恐れがある場合は、初めに前記半導体ウエハーの端子４１と前記ガイド穴２２の位置合せを行い、その次に前記半導体ウエハーの端子４１と前記プローブピン６１の位置情報を撮影し、位置合せを行う。

【0138】

前記アライメント用カメラ８４ａの撮影が終了後、前記第２のアーム８６ｂは前記半導体ウエハーの試験ユニット１０の外部へ移動する。
そして、前記第１のアーム８６ａは挿入時の高さに復帰し、前記半導体ウエハーの試験ユニット１０の外部へ移動して試験開始が始まる。

【0139】

試験は、前記押圧板７１を前記エアーシリンダー７３により降下させると共に前記ウエハートレー２０を降下させ、前記押圧板７１に設けられる真空シール（図示は省略）と前記真空チャンバー枠３２が接触することで前記試験空間が形成される。

【0140】

次に、真空ポンプを稼働させ、前記押圧板７１に設けられる前記真空吸引口７２により、前記試験空間の空気を吸引することで、前記半導体ウエハー４０と前記プローブカード６０が接触し、電気的接続が行われることにより試験が開始される。

【0141】

試験終了後、前記第１のアーム８６ａで前記半導体ウエハー４０を搬出し、前記反転ユニット８８で反転して前記ウエハーキャリア８１に搭載する。

【0142】

図２５は、図２４で示される半導体ウエハーの試験ユニット１０に搭載されたウエハートレー２０と、半導体ウエハー４０を吸引保持する第１のアーム８６ａと、第２のアーム８６ｂに搭載されたアライメント撮影機構８４と、押圧板７１との位置関係を示す側面図である。

【0143】

前記第１のアーム８６ａは、理解を容易にするため、前記ウエハートレー２０の上側に挿入した状態を図示している。
実際には、前記第２のアーム８６ｂを前記ウエハートレー２０の下側に挿入する時に、前記第１のアーム８６ａは下方に降下し、前記半導体ウエハー４０を前記ウエハー搭載ステージ２９に搭載する直前の状態になっている。

【0144】

前記第２のアーム８６ｂは、前記ウエハートレー２０の下側に挿入しながら、対向する２ヵ所の半導体ウエハーの端子４１と、プローブピン６１と、前記ウエハー搭載ステージ２９のガイド穴２２の位置とを撮影することができる。

【0145】

これまで説明したように、前記半導体ウエハーの端子４１と前記プローブピン６１との位置合せは、前記アライメント用撮影機構８４で撮影した位置情報を、前記試験装置９０に搭載される制御部９１（図２６）により、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０と前記シータ制御機構５２が、個々に且つ相互に制御されることで高精度の位置合せが行われるものである。

【0146】

図２６及び図２７は、試験装置９０の外観斜視図と平面図を示すものである。
該試験装置９０は、装置前面に制御部９１と半導体ウエハー４０を収容するウエハーカセット８１とを備えている。

【0147】

前記試験装置９０に設けられている搬送室８０には、搬送ロボット８２が設置され、前記搬送室８０の奥には、ボードラック７０に複数の半導体ウエハーの試験ユニット１０が搭載され、その下段にはウエハーアライナー８９が搭載され、前記半導体ウエハーの試験ユニット１０の奥には、テスター部９２が設置されている。

【0148】

次に、本発明に係る半導体ウエハーの試験ユニット１０の使用例について、図１及び図８をベースに説明する。

【0149】

半導体ウエハーの試験ユニット１０は、ウエハートレー２０に半導体ウエハー４０が位置決めして搭載され、試験が開始される前には減圧用真空ポンプ（図示は省略）は停止している。
昇降機構７６を構成する押圧板７１は、下方で停止している。

【0150】

試験開始時は、エアーシリンダー７３が押圧板７１を上方へ押上げることで、前記ウエハートレー２０が上方へ押上げられ、ウエハー搭載ステージ２９に設けられた真空シール２５とプローブカード６０が接触することで、試験空間が形成される。

【0151】

次に、前記減圧用真空ポンプを稼働させ、真空吸引口７２により前記試験空間の空気を吸引することで該試験空間は減圧され、前記ウエハー搭載ステージ２９が前記半導体ウエハー４０をさらに押し上げ、半導体ウエハーの端子４１とプローブピン６１が接続し、半導体ウエハー４０の試験が行われる。

【0152】

試験終了時は、前記減圧用真空ポンプを停止し、前記エアーシリンダー７３で前記押圧板７１を下方へ押し下げる。

【0153】

この時前記ウエハートレー２０は、前記押圧板７１と共に試験開始前の位置に降下し、前記第１のアーム８６ａにより、前記半導体ウエハー４０が前記ウエハー搭載ステージ２９から取り出される。

【0154】

本発明は以上のように構成するので、具体的には、次の課題に対応が可能となる。
従来のプローバー装置に比較し、簡単な構造で高さの低いウエハートレー上で高精度のウエハーの位置決めができることで、特許文献１で提案されるウエハー試験装置以上の多段構成のウエハー試験装置が実現できる。
また、ウエハーレベルパッケージにおける機能テスト及びバーンインテスト双方に、少量生産から多量生産まで安価なコストの試験装置を提供できる。

【0155】

また、ＩＯＴデバイスが注目されている現在、半導体デバイスのパッケージもＢＧＡ，ＦＢＧＡ，ＣＳＰ、ＷＬＣＳＰと広がり、さらに新しい実装技術であるＦＯＷＬＰへと進展してきている。
さらに、ＭＥＭＳデバイスもＦＯＷＬＰ等の半導体ウエハーの開発が進展している。

【0156】

今後の半導体ウエハーのテストは、ＫＧＤへの要求に限らず、ウエハーレベルパッケージの生産量も多くなると考えられており、従来の前工程試験だけでなくウエハーレベルでの機能試験とバーンイン試験も避けられなくなる。

【0157】

本発明の半導体ウエハーの試験ユニットは、前工程試験だけでなくウエハーレベルでの機能試験とバーンイン試験への適用が可能であり、安価で信頼性を備えたコンタクトが提供されることで広範囲に普及すると考える。

【符号の説明】

【0158】

１０ 半導体ウエハーの試験ユニット
２０ ウエハートレー
２１ トレーフレーム
２１ａ フレーム
２１ｂ プレート
２１ｃ 固定用ネジ
２２ ガイド穴
２３ ウエハーガイド穴
２４ スライドブッシュ
２５ 真空シール
２６ 受動部
２６ａ ナット
２６ｃ スライド穴
２６ｄ 支持ピン
２６ｇ 円弧状の歯車
２７ 駆動部
２７ａ 送りネジ
２７ｃ 取付け板
２７ｄ 駆動用の歯車
２７ｆ 取付け板
２８ 駆動方向スライド機構
２９ ウエハー搭載ステージ
２９ａ ＸＹ方向スライド機構取付け部
２９ｃ ウエハー搭載ステージ取付け台
２９ｄ スペーサー
３０ テスターボード
３２ 真空チャンバー枠
４０ 半導体ウエハー
４１ 半導体ウエハーの端子
５０ Ｘ−Ｙ位置制御機構
５１ ＸＹ方向スライド機構
５１ａ 前後方向スライド機構
５１ｂ 左右方向スライド機構
５１ｃ スペーサー
５２ シータ制御機構
５３ ウエハー搭載ステージ支持体
５３ａ フレーム
５３ｂ プレート
５４ 円周方向スライド機構
５５ 直交方向スライド機構
６０ プローブカード
６１ プローブピン
６２ プローブ基板
６３ トレー位置決めピン
６４ トレー支持具
６４ａ 支持ピン
６４ｂ 圧縮バネ
６５ ストッパー
６６ Ｅリング
７０ ボードラック
７１ 押圧板
７２ 真空吸引口
７３ エアーシリンダー
７４ 円形状の凸部
７５ 取付け金具
７６ 昇降機構
７７ 基板ガイド溝
７８ エアーシリンダー
８０ 搬送室
８１ ウエハーカセット
８２ 搬送ロボット
８３ 昇降機構
８４ アライメント用撮影機構
８４ａ アライメント用カメラ
８５ｃ 照明
８６ａ 第１のアーム
８６ｂ 第２のアーム
８７ａ ウエハーチャック
８８ 反転ユニット
８９ ウエハーアライナー
９０ 試験装置
９１ 制御部
９２ テスター部

【要約】

【課題】半導体ウエハーの端子とプローブカードの端子をウエハートレー上で高精度に位置合せし、ウエハートレーの高さを低くすることにより多段構成の検査装置を可能にし、且つ低コストの製作が可能になる、半導体ウ エハーの試験ユニットを提供する。
【解決手段】ウエハートレー２０は、ウエハー搭載ステージ２９をＸ方向及びＹ方向に移動・制御するＸ−Ｙ位置制御機構５０と、前記ウエハー搭載ステージ２９を円周方向に移動・制御するシータ制御機構５２を備え、前記Ｘ−Ｙ位置制御機構５０と前記シータ制御機構５２を個々に且つ相互に制御することができ、半導体ウエハーの端子とプローブピンとの位置合せを高精度に行うことができる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】