(57)【要約】【課題】電極パッドおよび下層の層間絶縁膜へのダメージの低減、クラックの発生の低減を図るとともに、信頼性の高い半導体装置のテストの実施を可能とするプローブカードを提供する。【解決手段】プローブ針１の先端部３は、面積が７８．５μｍ２以上の平面形状を有している。また、先端部３の電極パッド２への押圧時に、先端部３への負荷荷重が８０ｋｇｆ／ｍｍ２以下となるように、負荷荷重を設定するための負荷荷重設定手段２０と、先端部３の電極パッド２への押圧時に、電極パッド２の平面と、先端部３の平面との交差角度が２°以下となるように、交差角度を設定するための交差角度設定手段３０とを有している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ針の先端部を半導体装置の電極パッドに押圧し、前記プローブ針の先端部と前記電極パッドを電気的に接触させて、半導体装置の動作テストを行なうためのプローブカードであって、
前記プローブ針の先端部は、面積が７８．５μｍ２以上の平面形状を有し、
前記プローブ針の先端部の前記電極パッドへの押圧時に、前記プローブ針の先端部への負荷荷重が８０ｋｇｆ／ｍｍ２以下となるように、前記負荷荷重を設定するための負荷荷重設定手段と、
前記プローブ針の先端部の前記電極パッドへの押圧時に、前記電極パッドの平面と、前記プローブ針の先端部の平面との交差角度が２°以下となるように、前記交差角度を設定するための交差角度設定手段と、
を備える、プローブカード。
【請求項２】
前記プローブ針の先端部は、面積が７８．５μｍ２以上３１５μｍ２以下の平面形状を有し、
前記負荷荷重設定手段は、前記プローブ針の先端部への負荷荷重が１２ｋｇｆ／ｍｍ２以上８０ｋｇｆ／ｍｍ２以下となるように制御するとともに、前記プローブ針の先端部の、前記電極パッドの平面上での移動量が１０μｍ以上となるように制御する、請求項１に記載のプローブカード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プローブカードに関し、より特定的には、プローブカードの装置構成の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路における電気的特性確認のテスト（ウエハテスト）、表示デバイスの表示テスト、電子回路基板の動作テスト、その他の半導体装置のテストを行うためにプローブカードが用いられる。このプローブカードにおいては、プローブ針の先端部を半導体装置の電極パッドに押圧し、プローブ針の先端部と電極パッドを電気的に接触させて、半導体装置の動作テストを行なう。このようなプローブ針を備えるプローブカードに関する特許文献として下記のものが挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２５０７４４号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開２００１−１５９６４３号公報
【０００５】
【特許文献３】
特開平０８−１５２４３６号公報
【０００６】
【特許文献４】
特開２００２−３２３５３５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、プローブカードを用いた動作テスト時においては、プローブ針を電極パッドに押圧した際に、電極パッドの下層に位置する層間絶縁膜にクラックが発生することが知られていた。しかし、従来の半導体装置の構成によれば、層間絶縁膜下に配線層が設けられていることは無かったため、クラックの発生は問題とならなかった。
【０００８】
しかし、近年、Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  技術を用いた大規模パッケージを有する半導体装置においては、図６の断面図に示すように、層間絶縁膜２２を介在させて積層配置される、配線層２３，２４を有する能動素子領域の上に層間絶縁膜２２を介在させて、ポリイミド膜２６で保護された電極パッド２１が配置される構成が多く採用されるようになってきている。
【０００９】
このような構成からなる半導体装置において、プローブカードを用いた動作テスト時に、プローブ針１１を電極パッド２１に押圧した際には、電極パッド２１を含む半導体装置が一定距離プローブ針１１側に押し上げられるために（オーバードライブ）、プローブ針１１は電極パッド２１の表面を移動しながら（図６中ｈ方向）押し付けられることになる。
【００１０】
その結果、電極パッド２１は下層側およびプローブ針１１の移動方向側に向けて変形するとともに、電極パッド２１の下層に位置する層間絶縁膜２２にはクラック４が入り、電極パッド２１と配線層２３との間の電気的な絶縁性能が破壊されることとなる。そのため、半導体装置の回路が機能しなくなり、半導体装置の信頼性の低下、製造段階における歩留まりの低下を招くことになる。
【００１１】
このような問題は、半導体装置の微細化にともない、配線信号速度の遅延の増大を回避するために、層間絶縁膜２２に低誘電率膜としてフッ素がドーピングされたシリコン酸化膜を使用した場合に、より顕著な問題として表れる。
【００１２】
また、Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  技術を用いた大規模パッケージを有する半導体装置に限らず、チップサイズの縮小化、ＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）用途などにおいても、配線層を有する能動素子領域の上に層間絶縁膜を介在させて、電極パッドを配置させる構成が採用されているため、同様の問題が発生する。
【００１３】
ここで、一般に用いられるカンチレバータイプと呼ばれるプローブカードの場合、テスト検査時のプローブ針の先端部が、電極パッドに対して大きな角度を形成するため、プローブ針の先端部と電極パッドとの接触面積が少なく、実効接触面積における荷重が増大する。また、垂直タイプと呼ばれるプローブカードの場合、荷重を多くして接触安定性を確保しているため、接触面積における荷重が大きい。
【００１４】
その結果、いずれのタイプにおいても、オーバードライブ量を低減させることにより、電極パッドおよび層間絶縁膜へのダメージの低減、クラックの発生の低減を図ることは可能であるが、本来の目的である安定的な電気的接触に基づく半導体装置のテストを高い信頼性の下で実施することはできない。
【００１５】
したがって、この発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであり、電極パッドおよび下層の層間絶縁膜へのダメージの低減、クラックの発生の低減を図るとともに、信頼性の高い半導体装置のテストの実施を可能とするプローブカードを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に基づいたプローブカードにおいては、プローブ針の先端部を半導体装置の電極パッドに押圧し、上記プローブ針の先端部と上記電極パッドを電気的に接触させて、半導体装置の動作テストを行なうためのプローブカードであって、上記プローブ針の先端部は、面積が７８．５μｍ２以上の平面形状を有し、上記プローブ針の先端部の上記電極パッドへの押圧時に、上記プローブ針の先端部への負荷荷重が８０ｋｇｆ／ｍｍ２以下となるように、上記負荷荷重を設定するための負荷荷重設定手段と、上記プローブ針の先端部の上記電極パッドへの押圧時に、上記電極パッドの平面と、上記プローブ針の先端部の平面との交差角度が２°以下となるように、上記交差角度を設定するための交差角度設定手段とを備える。
【００１７】
上記構成からなるプローブカードを用いて、半導体装置のテストを行なった場合、電極パッドに対する十分な押圧力を確保させながら、電極パッドおよび下層の層間絶縁膜へのダメージの低減を図ることを可能とする。その結果、下層の層間絶縁膜へのクラックの発生が低減され、半導体装置の信頼性を確保し、製造段階における歩留まりの向上を図ることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に基づいた実施の形態におけるプローブカード１００について、図１を参照して説明する。なお、図１（Ａ）は、半導体装置のテストの際における、電極パッドへプローブ針を接触させた状態を示す、プローブ針先端領域の拡大模式図であり、図１（Ｂ）は、プローブ針を先端側から見た、プローブ針の先端部の形状を示す図である。
【００１９】
まず、本実施の形態におけるプローブ針１は、先端部３が平坦面からなり、面積は約７８．５μｍ２である。図１（Ｂ）に示すように、プローブ針の先端部の形状が円形の場合には、円の直径は、φ１０μｍに相当する。なお、プローブ針の先端部の形状は円形に限定されるものではなく、平坦であって、面積が７８．５μｍ２またはそれ以上であれば、楕円等の形状の採用も可能である。なお、電極パッド２への電気的接触の安定性を図るためには、平面面積は、後述する理由から７８．５μｍ２以上３１５μｍ２（円形の場合には、直径φ２０μｍに相当）の範囲に設けられることが好ましい。
【００２０】
電極パッド２は、一般的なロジック系集積半導体装置では、膜厚さ０．６μｍ〜１．５μｍ程度であり、材質はＡｌ−Ｃｕである。
【００２１】
また、本実施の形態におけるプローブカード１００においては、負荷荷重設定手段２０および交差角度設定手段３０を用いて、上記形態を有するプローブ針１の負荷荷重（押圧力）制御、および姿勢制御を行なう。
【００２２】
負荷荷重設定手段２０においては、プローブ針１の先端部の電極パッド２への押圧時に、プローブ針１の先端部への負荷荷重が８０ｋｇｆ／ｍｍ２以下となるように制御する（プローブ針１の先端部がφ１０μｍの場合、６ｇ以下／ピンに相当）。なお、電極パッドへの電気的接触の安定性を図るためには、負荷荷重が１２ｋｇｆ／ｍｍ２以上８０ｋｇｆ／ｍｍ２以下の範囲に制御されることが好ましい。
【００２３】
ここで、図２に、電極パッドの下層の層間絶縁膜（酸化膜）に生じる引張応力（ｋｇｆ／ｍｍ２）のシミュレーション結果を示す。電極パッドの下層の層間絶縁膜（酸化膜）に約１５０ｋｇｆ／ｍｍ２程度以上の引張応力が生じた場合、層間絶縁膜にクラックが発生すると考えられる。したがって、図２を参照した場合、プローブ針１への負荷荷重（針圧）は、約８０ｋｇｆ／ｍｍ２以下であることが好ましいことが分かる。また、図３に示す抵抗値（Ω）と負荷荷重（ｋｇｆ／ｍｍ２）との関係から、負荷荷重が１２ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることが好ましい。
【００２４】
なお、負荷荷重設定手段２０の機構は、従来のプローブカードに適用される機構により実現可能であるため、ここでの説明は省略する。
【００２５】
交差角度設定手段においては、図１に示すように、プローブ針１の先端部３の電極パッド２への押圧時に、電極パッド２の平面と、プローブ針１の先端部３の平面との交差角度（θ１）が２°以下（０°〜２°の範囲）となるように制御される。なお、プローブ針１の軸１０と電極パッド２の平面との交差角度（θ２）で見た場合には、８８°〜９２°の範囲となるように制御される。なお、交差角度設定手段３０の機構は、従来のプローブカードに適用される機構により実現可能であるため、ここでの説明は省略する。
【００２６】
上記構成からなるプローブカード１００を用いて、半導体装置のテストを行なう場合、ウエハ状態でのテストの場合には、プローブ針１が電極パッド２に電気的に接触した後に、負荷荷重設定手段２０によりウエハに対して一定量の押上げ（図１中ｙ方向）負荷を与えた後（オーバドライブ（ＯＤ）またはオーバトラベル）、安定した接触を確保してテストを実行する。また、この際には、上記したように、交差角度設定手段により、電極パッド２の平面と、プローブ針１の先端部３の平面との交差角度（θ１）が２°以下（０°〜２°の範囲）となるように制御する。
【００２７】
なお、ウエハに対してオーバドライブを与える際に、プローブ針１の先端部３は、電極パッド２の平面に沿って（図１中ｘ方向）に移動する。この移動量（ｈ：スクラブ量）が、１０μｍ以上となるように、負荷荷重設定手段２０において制御する。ここで、１０μｍ以上が好ましいのは、先端部の５０％以上が新しい面へ移動した後に電気的導通を図ることになり、接触の安定を確保する観点からは１０μｍ以上が必要となるからである。なお、図４は、負荷荷重が大きくても接触安定性に欠ける場合を示すものである。
【００２８】
上記条件の下で、半導体装置のテストを行なった結果について、図５を参照して説明する。なお、図５は、プローブカードにおける電極パッドへのコンタクト回数による電極パッドの下層の層間絶縁膜（酸化膜）へのクラック発生の有無を、従来のプローブカードの場合を併せて示したものであり、プローブ針１の先端部の平面面積が７８．５μｍ２の場合と、３１５μｍ２の場合とを示す。
【００２９】
従来のプローブカードの場合、［オーバドライブ（ＯＤ）量（μｍ），針圧（ｋｇｆ／ｍｍ２）］が、［４０（μｍ），５６．６（ｋｇｆ／ｍｍ２）］、［６０（μｍ），８４．９（ｋｇｆ／ｍｍ２）］、［８０（μｍ），１１３．２（ｋｇｆ／ｍｍ２）］、および［１００（μｍ），１４１．５（ｋｇｆ／ｍｍ２）］の場合について考察したが、［６０（μｍ），８４．９（ｋｇｆ／ｍｍ２）］、［８０（μｍ），１１３．２（ｋｇｆ／ｍｍ２）］、［１００（μｍ），１４１．５（ｋｇｆ／ｍｍ２）］の場合には、コンタクト数が３回目で、下層の層間絶縁膜（酸化膜）へのクラックの発生が確認された。また、［４０（μｍ），５６．６（ｋｇｆ／ｍｍ２）］の場合には、少なくともコンタクト数が５回目までは、下層の層間絶縁膜（酸化膜）へのクラックの発生は確認されなかった。
【００３０】
一方、上記条件の下で行なった本実施の形態におけるプローブカードの場合には、まず、図５を参照して、プローブ針１の先端部の平面面積が７８．５μｍ２の場合、［オーバドライブ（ＯＤ）量（μｍ），針圧（ｋｇｆ／ｍｍ２）］が、［１５０（μｍ），８５．４（ｋｇｆ／ｍｍ２）］の場合には、コンタクト数が１０回目で下層の層間絶縁膜（酸化膜）へのクラックの発生が確認された。しかし、［１３０（μｍ），７９．４（ｋｇｆ／ｍｍ２）］および［１２０（μｍ），７６．４（ｋｇｆ／ｍｍ２）］の場合には、コンタクト数が２０回目であっても、下層の層間絶縁膜（酸化膜）へのクラックの発生は確認されなかった。
【００３１】
また、プローブ針１の先端部の平面面積が３１５μｍ２の場合、いずれの場合であっても、下層の層間絶縁膜（酸化膜）へのクラックの発生は確認されなかった。
【００３２】
以上、図２に示すシミュレーション結果、および、図３から図５に示す実験データから、プローブ針１の先端部の平面面積が７８．５μｍ２以上３１５μｍ２以下の場合においては、プローブ針１への負荷荷重（針圧）が約８０ｋｇｆ／ｍｍ２以下であれば、層間絶縁膜（酸化膜）へのクラックの発生を回避させることが可能となる。
【００３３】
なお、上述した各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３４】
【発明の効果】
この発明に基づいたプローブカードによれば、電極パッドおよび下層の層間絶縁膜へのダメージの低減、クラックの発生の低減を図るとともに、信頼性の高い半導体装置のテストの実施を可能とするプローブカードを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、実施の形態におけるプローブカードを用いた半導体装置のテストの際の、電極パッドへプローブ針を接触させた状態を示す、プローブ針先端領域の拡大模式図であり、（Ｂ）は、プローブ針を先端側から見た、プローブ針の先端部の形状を示す図である。
【図２】電極パッドの下層の層間絶縁膜（酸化膜）に生じる引張応力（ｋｇｆ／ｍｍ２）のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】負荷荷重と抵抗値との関係を示す図である。
【図４】オーバドライブ量と抵抗値との関係を示す図である。
【図５】プローブカードにおける電極パッドへのコンタクト回数による電極パッドの下層の層間絶縁膜（酸化膜）へのクラック発生の有無を、従来のプローブカードの場合を併せて示した図である。
【図６】従来のプローブカードにおける問題点を示す模式図である。
【符号の説明】
１  プローブ針、２  電極パッド、３  先端部、２０  負荷荷重設定手段、３０  交差角度設定手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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