(57)【要約】【課題】半導体素子検査において、低荷重でのプローブ針接触にて安定した電気特性検査が得られると共に、プローブ針寿命の向上を図る。【解決手段】ウェハ上の隣り合った同一の構造を持つ２個の半導体素子４上に設けられた複数の電極パッド５にそれぞれに対応して、プローブカード基板１にプローブ針２，３を設ける。一方のプローブ針２は、先端形状を粗面化して凹凸を有する粗面化プローブ針であり、電極パッド５と接触した際に、電極パッド５の表面状態を粗面化させ凹凸を形成する。他方のプローブ針３は、先端形状がフラットな検査用プローブ針であり、粗面化された電極パッド５に接触して、半導体素子４の電気特性検査を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査対象である半導体素子に設けられた電極パッドに、カード基板に配置された複数のプローブ針を接触させて、前記半導体素子の電気的特性検査を行うプローブカードにおいて、先端に凹凸を有する粗面化プローブ針と、先端形状がフラットの検査用プローブ針とを設置したことを特徴とするプローブカード。
【請求項２】
前記粗面化プローブ針と前記検査用プローブ針を、隣接する同じ構造を持つ前記半導体素子における電極パッドに、それぞれ対応させて設置することを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
【請求項３】
隣接する同じ構造を持つ前記半導体素子における一方に対応させて前記粗面化プローブ針を配設し、他方に対応させて前記検査用プローブ針を配設することを特徴とする請求項１または２記載のプローブカード。
【請求項４】
前記粗面化プローブ針の針径が６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１，２または３記載のプローブカード。
【請求項５】
前記検査用プローブ針の針径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１，２または３記載のプローブカード。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載のプローブカードを用いて半導体素子の電気的特性検査を行う半導体素子検査方法であって、半導体素子の電極パッドに対して、先端に凹凸を有する粗面化プローブ針を接触させた後、該粗面化プローブ針が接触した領域内に、検査用プローブ針を接触させて検査を実施することを特徴とする半導体素子検査方法。
【請求項７】
前記電極パッド表面に、前記粗面化プローブ針により略円状あるいは略楕円状の粗面化部分を形成し、該粗面化部分内に前記検査用プローブ針によるプローブ痕を収めることを特徴とする請求項６記載の半導体素子検査方法。
【請求項８】
前記検査対象の半導体素子がウェハ上に、縦方向にｎ個、横方向に２ｍ個（ｎ，ｍは自然数）が配置されているものであることを特徴とする請求項６または７記載の半導体素子検査方法。
【請求項９】
前記粗面化プローブ針の針径が６０μｍ以下であることを特徴とする請求項６または７記載の半導体素子検査方法。
【請求項１０】
前記検査用プローブ針の針径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の半導体素子検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハに製造された半導体素子の電気特性検査であるウェハ検査において、半導体素子の電極パッドと測定器を接続するための冶具であるプローブカード、および該プローブカードを用いる半導体素子検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体製品の製造工程において、ウェハ検査と呼ばれる電気特性検査が行われる。これはウェハに半導体素子が正常に製造されているか否かを判定する検査である。この検査対象となる半導体素子と、検査を行う測定器とは、なんらかの電気的接続、あるいはこれに変わる手段，方法にて電気回路を構成する必要がある。
【０００３】
この電気的接続を得る方法として、通常、測定器と繋がった導電性の触針を半導体素子の電極パッドに対して突出し、この触針を電極パッド表面に接触させることにより測定器と半導体素子の電気的接続を得る。この導電性を有する触針はプローブ針，プローブピンなどと呼ばれ（以下、プローブ針と記す）、主な形状としてはカンチレバー型，垂直型などがあり、材質としてはタングステン，ベリリウムカッパーなどがある。
【０００４】
これらのプローブ針は、電極パッドへの接触時に、電極パッド表面を滑る動作を行うことにより電極パッド表面に存在する酸化層を削り、電極パッド中の導電膜と接触する。これは抵抗値の高い酸化層を除去することによりプローブ針と電極パッド間の接触抵抗を低減し、安定した電気特性検査を行うためである。
【０００５】
一般的に、接触時の荷重を大きくすると、プローブ針と導電膜の接触面積が増え、安定した電気的接続が得られる。しかし、荷重を大きくして接触を続けた場合、プローブ針寿命の低減、あるいはプローブ痕の面積増大による組立上の不具合、削りカスの増大によるパッド表面の汚染、およびプローブ針先端への付着による接触抵抗の増加などの問題を引き起こしてしまう。
【０００６】
よって、接触時の荷重を上げずに接触抵抗を低減する方法が望まれている。この問題を解決する方法として、図６に示すように、先端に突部１４を持つプローブ針１３を、半導体素子４における基板１２上の電極パッド５に当接させ、低荷重の接触でも突部１４によって酸化層を容易に突き破るようにすることにより、接触時の荷重を小さくするようにしたものがある。
【０００７】
また前記方法では、プローブ針１３の突部１４の形状によっては、接触時の表面積を増大させ、接触抵抗を低減させる効果もある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−５１９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の方法において、先端に突部１４を備えたプローブ針１３により電極パッド５との接触を続けると、酸化層の削りカスが突部１４の隙間に入り込み、接触抵抗を悪化させ、安定した電気特性検査を妨げてしまうという問題を発生し、また、使用を続けると、プローブ針１３の針先が磨耗によって平坦化してくるため、安定した接触を続けることが困難である。
【０００９】
このように先端に凹凸形状の突部１４を備えたプローブ針１３を使用する電気特性検査は、さまざまな課題を有するため、量産の場において適用可能なように、接触時の荷重を上げることなく接触抵抗を低減する方法が望まれている。
【００１０】
本発明は、前記従来技術の課題に対し鑑みなされたものであり、低荷重でのプローブ針接触にて安定した電気特性検査が得られると共に、プローブ針寿命の向上を図ることができるプローブカードおよび半導体素子検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、被検査対象である半導体素子に設けられた電極パッドに、カード基板に配置された複数のプローブ針を接触させて、前記半導体素子の電気的特性検査を行うプローブカードにおいて、先端に凹凸を有する粗面化プローブ針と、先端形状がフラットの検査用プローブ針とを設置したものであり、粗面化プローブ針と検査用プローブ針との、それぞれ別機能を果たす２種類の針が１枚のプローブカードに配置されたものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のプローブカードにおいて、粗面化プローブ針と検査用プローブ針を、隣接する同じ構造を持つ半導体素子における電極パッドに、それぞれ対応させて設置したものであり、２種類のプローブ針が混在することなく、それぞれ隣り合った同一の構造を持つ２個の半導体素子上にある電極パッドに対応し、一方の半導体素子の電極パッドに対応したプローブ針は全て粗面化プローブ針であり、他方の半導体素子の電極パッドに対応したプローブ針は全て検査用プローブ針となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のプローブカードにおいて、隣接する同じ構造を持つ前記半導体素子における一方に対応させて前記粗面化プローブ針を配設し、他方に対応させて前記検査用プローブ針を配設するものであり、検査の際、まだプローブ針に接触していない半導体素子には、まず粗面化プローブ針が接触し、その後に該半導体素子に検査用プローブ針が接触することを可能にする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１，２または３記載のプローブカードにおいて、粗面化プローブ針の針径が６０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１，２または３記載のプローブカードにおいて、検査用プローブ針の針径が３０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５いずれか１項に記載のプローブカードを用いて半導体素子の電気的特性検査を行う半導体素子検査方法であって、半導体素子の電極パッドに対して、先端形状が粗面化し凹凸を有する粗面化プローブ針を接触させた後、該粗面化プローブ針が接触した領域内に、検査用プローブ針を接触させて検査を実施するものであり、まず、電極パッドの表面に粗面化プローブ針を接触させて、電極パッド表面を粗面化させて凹凸を持たせ粗面化エリアを形成し、次に、検査用プローブ針を粗面化エリア内に接触させ電気特性検査を行うことになる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の半導体素子検査方法において、電極パッド表面に、粗面化プローブ針により略円状あるいは略楕円状の粗面化部分を形成し、該粗面化部分内に検査用プローブ針によるプローブ痕を収めることにより、良好な検査が行われることになる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項６または７記載の半導体素子検査方法において、検査対象の半導体素子がウェハ上に、縦方向にｎ個、横方向に２ｍ個（ｎ，ｍは自然数）が配置されているものであり、当該検査方法は、同時に複数の半導体素子の検査をする場合に対応している。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、請求項６または７記載の半導体素子検査方法において、粗面化プローブ針の針径が６０μｍ以下であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、請求項６記載の半導体素子検査方法において、検査用プローブ針の針径が３０μｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、１枚の基板に、粗面化プローブ針と検査用プローブ針との２種類の針が配置されたプローブカードを用いることにより、低荷重でのプローブ針接触による安定した電気特性検査が行われると共に、プローブ針寿命を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施形態を説明するためのプローブカードと半導体素子との構成を示す説明図であり、図１（ａ）はプローブカードの側面状態を示し、図１（ｂ）にはウェハ上の半導体素子の平面状態を示している。
【００２４】
図１（ａ），（ｂ）において、ウェハ上の隣り合った同一の構造を持つ２個の半導体素子４上に設けられた複数の電極パッド５のそれぞれに対応して、プローブカード基板１にプローブ針２，３が設けられている。
【００２５】
一方の半導体素子４の電極パッド５に対応したプローブ針２は、先端形状を粗面化して凹凸を有する粗面化プローブ針であり、この粗面化プローブ針２の径は、直径６０μｍ以下であり、電極パッド５と接触した際に、電極パッド５の表面状態を粗面化させ凹凸を形成するためのものである。
【００２６】
他方の半導体素子４の電極パッド５に対応したプローブ針３は、先端形状がフラットな検査用プローブ針であり、半導体素子４の電気特性検査を行うためのものである。一般的に、この検査用プローブ針３の径は直径３０μｍ以下である。
【００２７】
図２（ａ），（ｂ）は本実施形態における２種類のプローブ針の先端形状を示す図であり、粗面化プローブ針２は、図２（ａ）に示すように、先端は粗面化しており、図示したように尖ったような凹凸形状、あるいは、なだらかな凹凸形状であってもよい。検査用プローブ針３は、図２（ｂ）に示すように、先端は平坦な形状をしている。
【００２８】
図３（ａ），（ｂ）は本実施形態における１回の接触で複数の半導体素子の電気特性検査を実施する場合のプローブカードの構成の説明図であり、プローブカード基板１では、プローブ針２，３の配置が縦×横方向にｎ×２ｍ（ｎ、ｍは自然数）の半導体素子４に対応した配置を実現することができるが、本例では図３（ｂ）に示すように、ｎ＝２、ｍ＝１の「２×２」の半導体素子４に対応した配置を示しており、上下に並んだ２個の半導体素子４を一度に検査する場合である。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、粗面化プローブ針２が図３（ｂ）の右側上下の半導体素子４の電極パッド５に対応して配置され、検査用プローブ針３は左側上下の半導体素子４の電極パッド５に対応して配置されている。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る半導体素子検査方法の検査工程の説明図であり、プローブカード基板１に粗面化プローブ針２と検査用プローブ針３との２種類のプローブ針を設置したプローブカードを使用している。
【００３１】
以下、各プローブ針と各半導体素子とが接触する順番を説明する。
【００３２】
まず、図４（ａ）に示すように、粗面化プローブ針２が未検査半導体素子６へ接触し、電極パッド表面の粗面化を行う。このとき、未検査半導体素子６よりも検査順番が早い位置に電極パッドの粗面化がなされた半導体素子７が存在している場合、粗面化プローブ針２が未検査半導体素子６に接触するのと同時に、その粗面化がなされた半導体素子７に検査用プローブ針３が接触して電気特性検査を行う。
【００３３】
粗面化プローブ針２は、針材質が電極パッドの材質より十分硬度の高いものであれば、低荷重であってもパッド表面を粗面化することができる。また、粗面化プローブ針２は電極パッド５と接触することが目的であるため、従来のプローブ針においては、電極パッド５に対しプローブ針先端は角度を持つが、本実施形態の粗面化プローブ針２は電極パッド５に対し垂直に配置されていてもよい。
【００３４】
次に、検査用プローブ針３が、粗面化プローブ針２により粗面化された領域に接触するとき、検査用プローブ針３は粗面化エリア内の電極パッド５の表面が凹凸した部分に接触することによって、低荷重でも電極パッド５における酸化層を容易に除去することができ、導電膜と電気的な接続を形成することができる。さらに、接触の際に発生する酸化層の削りカスの量を抑えることもできる。
【００３５】
両プローブ針２，３による接触および検査が終了すると、図４（ｂ）に示すように、検査修理した半導体素子８を含めて、図４（ｂ）に示すように、半導体素子が１個分移動し、粗面化プローブ針２は次の未検査半導体素子６へ接触し、また検査用プローブ針３は、次の粗面化された半導体素子７に接触して、電気特性検査を行う。そして、図４（ｃ）に示すように、前記接触動作および検査動作を、１ウェハ上にある全ての粗面化された半導体素子７に対して電気特性検査が終わるまで繰り返す。
【００３６】
図５（ａ），（ｂ）は、本実施形態におけるプローブカードを用いて検査した後の電極パッド５の表面状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は横断面図であって、電極パッド５は外部を保護膜９に囲まれており、電極パッド５表面に、粗面化プローブ針２により形成された凹凸を持った円状あるいは楕円状の粗面化エリア１１が存在し、粗面化エリア１１の領域内に、検査用プローブ針３が接触した跡であるプローブ痕１０が存在する。これにより、適正位置で検査が行われることになる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態のプローブカードを用いて、電極パッド５の表面を粗面化させる粗面化プローブ針２と、検査を行う検査プローブ針３とを分けて設けることにより、万一、粗面化プローブ針２の針先に削りカスが付着しても、検査には影響しないようにすることができる。
【００３８】
また、本実施形態のプローブカードを用いれば、検査設備は従来のもので実現することが可能である。
【００３９】
さらに、低荷重での電極パッド５への接触でも安定した電気特性検査が実現することができ、結果として接触の際に発生する削りカス発生も抑えることができるため、ウェハへの汚染を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、半導体ウェハに製造された半導体素子の電気特性検査であるウェハ検査に適用され、特に、ウェハ検査で使用するプローブカードにおいて、低荷重コンタクトで安定した電気特性検査を行いたい場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態を説明するためのプローブカードと半導体素子との構成を示す説明図であり、（ａ）はプローブカードの側面状態を示す図、（ｂ）にはウェハ上の半導体素子の平面状態を示す図
【図２】（ａ），（ｂ）は本実施形態における２種類のプローブ針の先端形状を示す図
【図３】（ａ），（ｂ）は本実施形態における１回の接触で複数の半導体素子の電気特性検査を実施する場合のプローブカードの構成の説明図
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る半導体素子検査方法の検査工程の説明図
【図５】（ａ），（ｂ）は、本実施形態におけるプローブカードを用いて検査した後の電極パッドの表面状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は横断面図
【図６】従来のプローブ針と使用法の説明図
【符号の説明】
【００４２】
１  プローブカード基板
２  粗面化プローブ針
３  検査用プローブ針
４  半導体素子
５  電極パッド
６  未検査半導体素子
７  粗面化がなされた半導体素子
８  検査終了した半導体素子
９  保護膜
１０  プローブ痕
１１  粗面化エリア
１２  基板
【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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