(57)【要約】【課題】スクラブマークを生じずに電気的なコンタクトを可能にし、かつエリア・アレイタイプの電極パッド構成にも対応することができる半導体装置の検査方法を提供する。【解決手段】ウェハ全面の電極パッドにコンタクトするメンブレン方式プローブ５をコンタクト動作させ、電極パッド４に対してバンプ５ｃをウェハ上面に当接配置したままの状態で、バンプ裏面部５ｂに、カンチレバー方式のプローブ針２をコンタクトさせることで、電極パッド４上にスクラブマークを発生させない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハに形成された単数もしくは複数の半導体装置の電気的特性を検査する方法であって、メンブレン方式プローブに設けた電気的に孤立するバンプを半導体ウェハ全面の半導体装置の各電極パッド上に位置合わせして接続するアライメント工程と、前記メンブレン方式プローブの裏面側において各バンプ裏面部にカンチレバー方式あるいは垂直方式のプローブをコンタクト動作させる工程を備えたことを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項２】
アライメント工程において、半導体装置の電極パッド上の酸化膜を破るために必要なプローブ荷重をメンブレン方式プローブに少なくとも１度は印加することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項３】
アライメント工程を経た後において、メンブレン方式プローブのバンプと半導体装置の電極パッドの接触面を大気にさらさない状態に保持することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項４】
コンタクト動作後に行うプローブ検査時に、メンブレン方式プローブの各バンプと半導体装置の各電極パッドとを電気的な検査に必要なプローブ荷重だけでコンタクトさせることにより、前記電極パッドの下に配置された半導体素子の電気特性変動量を低減させて検査することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項５】
カンチレバー方式のプローブにおいて生じるプローブ針の先端の滑り量に合致させてバンプ裏面部を異なったサイズに形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項６】
カンチレバー方式のプローブにおいて生じるプローブ針の先端の滑り方向とバンプ裏面部の拡張形成方向とを合致させることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項７】
半導体ウェハに形成された単数もしくは複数の半導体装置の電気的特性を検査する方法であって、半導体ウェハ全面の半導体装置の各電極パッドにプローブ針を直接的にコンタクトさせるのに際し、電極パッド上の酸化膜を破るために必要なプローブ針荷重でコンタクト動作させる工程と、プローブ針荷重を電気的な検査に必要な針荷重値まで低減させる工程を備え、低減させたプローブ針荷重下で前記電極パッドの下に配置された半導体素子の電気特性変動量を低減させて検査することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の検査方法に関し、半導体ウェハに形成された半導体装置の電気特性を検査する工程において電極パッドに対してプローブを接続する技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造工程における検査では、製造工程で半導体ウェハ内に形成された半導体装置の電極パッドにプローブカードのプローブ針を押し当て、半導体装置テスタから試験信号を半導体装置に印加して半導体装置からの出力信号を検出することで、半導体装置の動作をテストし、正常に動作しない半導体装置を不良なものとして分離させている。
【０００３】
プローブ検査は、電極パッドとの電気的な導通を得るためにプローブカードを使用して行うものであり、プローブカードのプローブ針によって電極パッド上で物理的なコンタクト動作（スクラブ等）を行い、プローブ針と電極パッドとの接続状態を確保した上で、電気特性の検査を行う。
【０００４】
ところで、近年、ＬＳＩの高集積化および微細化に伴って電極パッドの配置構成が狭ピッチ化されるとともに、多ピン狭ピッチ化の傾向になっている。従来の電極パッドの配置構成には、ウェハ検査の容易性と、組立工程の容易性を考慮してペリフェラルタイプ（周辺配置端子）が広く使われてきた。このペリフェラルタイプは半導体装置の周囲辺に電極パッドを配置するものである。
【０００５】
また、近年の更なる多ピンの要望に対し、電極パッドの配置構成として半導体装置の面全体に電極パッドを二次元的に配置するエリア・アレイタイプ（面配置端子）が提案されており、このエリア・アレイタイプの配置構成に対応したコンタクトプローブが提案されている。
【０００６】
プローブカードにはプローブ針を片持ち支持する従来のカンチレバー方式に加え、エリア・アレイタイプの配置デザインに対応したものとしてプローブ針を垂直方向に並べた垂直型プローブカード（バーチカル方式）がある。
【０００７】
しかし、何れの電極パッドの配置構成においても、プローブ検査時のコンタクト動作によってアルミニウムの電極パッドに発生するスクラブマークが後工程の組立工程、例えばワイヤボンド工程において接合面積不足の原因になる。あるいは、電極パッドに直接はんだ等の接続用端子を生成する工程ではスクラブマークに洗浄液などが混入することで、はんだボール工程の成形不良の原因となり、もしくは長期間の間に腐食が起こる原因となっていた。
【０００８】
また、半導体装置を機能別に検査する手法が一般化して検査工程の分割による検査回数が増加したことにより、アルミニウムの電極パッドに生じるスクラブマークの面積が増大し、また電極パッド表面が荒れる事象が多発していた。
【０００９】
特許文献１には、絶縁層の一方の面から複数のコンタクトピン（プローブ端子）が突出するコンタクトプローブが記載されている。絶縁層は弾性率の異なる複数の分割層を一方の面側ほど弾性率が低くなるように積層して構成し、コンタクトピンは基端部が絶縁層を貫通し、絶縁層の他方の面に配された分割層中における貫通方向と一方の面側に配された分割層中における貫通方向が互いにずれている。
【００１０】
このコンタクトプローブでは、コンタクトピンを電極パッドに接触させた際にオーバードライブを加えると、コンタクトピンを貫通方向のずれた方向に移動させる力が発生し、自発的にコンタクトピンが横滑りしてスクラブを行う。
【００１１】
また、メンブレンタイプと呼ばれる半田バンプを利用したコンタクトプローブにおいては、針先がほとんど横滑りせず、スクラブしないので、アルミニウムの電極パッドへのコンタクトにおいては高針圧が必要であり、コンタクト不良が発生しやすいという不都合があることが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２７７４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の技術では、電気的なコンタクト性を確保しながら、電極パッドのアルミニウム上のスクラブマークを小型化できるプローブ検査方法は見当たらない。スクラブマークサイズを低減させることは、単にプローブ針荷重を低減させることで可能であるが、プローブ検査時の電気的なコンタクト性が低下するという課題があった。
【００１３】
また、電極パッドの配置構成がエリア・アレイタイプであるものにおいても同様にスクラブマークを小型化できるプローブ検査方法は見当たらない。このエリア・アレイタイプの電極パッドに対してカンチレバー方式のプローブカードを用いると、半導体装置の中心部に近い電極パッドほど、コンタクト動作時のプローブ針の移動量が大きくなり、電極パッド内にプローブ針の先端が留まらず、プローブ針が電極パッドに接触できない状態となる課題がある。
【００１４】
さらに、近年では半導体装置の各トランジスタ回路をアルミニウムの電極パッドの下に配置することが検討されているが、通常のコンタクト動作に起因して電極パッドの下に配置されたトランジスタ回路において電気特性変動が約７％近く発生することが分かっている。この場合においても、プローブ針荷重を低減させることで、トランジスタ回路の電気特性変動を低減させることはできるが、プローブ検査時の電気的なコンタクト性が低下する課題があった。
【００１５】
本発明は上記した課題を解決するものであり、ウェハ状態での半導体装置の電気的なプローブ検査において不具合を発生させない検査方法と、組立工程での不具合につながる電極パッド上のスクラブマークを小型化することを両立させた半導体装置の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】
【００１６】
上記した課題を解決するために、本発明の半導体装置の検査方法は、半導体ウェハに形成された単数もしくは複数の半導体装置の電気特性を検査する方法であって、メンブレン方式プローブに設けた電気的に孤立するバンプを半導体ウェハ全面の半導体装置の各電極パッド上に位置合わせして接続するアライメント工程と、前記メンブレン方式プローブの裏面側において各バンプ裏面部にカンチレバー方式あるいは垂直方式のプローブをコンタクト動作させる工程を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この構成において、プローブ検査実施前に、メンブレン方式プローブを半導体ウェハの各電極パッドに対してアライメント動作させるとともに、半導体装置の電極パッド上の酸化膜を破るために必要なプローブ荷重をメンブレン方式プローブに少なくとも１度は印加して電気的な導通を可能にし、この状態でバンプ裏面部に対してプローブをコンタクトさせることによって、電極パッド上にスクラブマークが発生することを無くす。
【００１８】
また、本発明の半導体装置の検査方法は、コンタクト動作後に行うプローブ検査時に、メンブレン方式プローブの各バンプと半導体装置の各電極パッドとを電気的な検査に必要なプローブ荷重だけでコンタクトさせることにより、前記電極パッドの下に配置された半導体素子の電気特性変動量を低減させて検査することを特徴とする。
【００１９】
この構成において、プローブ検査に必要な荷重は、カンチレバー方式あるいは垂直方式のプローブ針をバンプ裏面部へコンタクトする針荷重値と、電気的な導通が可能になった半導体装置の電極パッド４とバンプ５ｃとの電気的なコンタクトを維持するのに必要なプローブ荷重値のどちらか大きい荷重を選択する。
【００２０】
また、本発明の半導体装置の検査方法は、カンチレバー方式のプローブにおいて生じるプローブ針の先端の滑り量に合致させてバンプ裏面部を異なったサイズに形成することを特徴とする。さらに、カンチレバー方式のプローブにおいて生じるプローブ針の先端の滑り方向とバンプ裏面部の拡張形成方向とを合致させることを特徴とする。
【００２１】
この構成において、カンチレバー方式のプローブ針の先端部が長いほどにバンプ裏面部との接触が保てなくなり、このすべり量をコントロールすることはできないが、プローブ針の滑り量に合わせてバンプ裏面部を異なったサイズに形成し、バンプ裏面部の拡張形成方向をプローブ針の滑り方向に合わせることで、プローブ針とバンプ裏面部との電気的なコンタクトを維持できる。
【００２２】
本発明の半導体装置の検査方法は、半導体ウェハに形成された単数もしくは複数の半導体装置の電気特性を検査する方法であって、半導体ウェハ全面の半導体装置の各電極パッドにプローブ針を直接的にコンタクトさせるのに際し、電極パッド上の酸化膜を破るために必要なプローブ針荷重でコンタクト動作させる工程と、プローブ針荷重を電気的な検査に必要な針荷重値まで低減させる工程を備え、低減させたプローブ針荷重下で前記電極パッドの下に配置された半導体素子の電気特性変動量を低減させて検査することを特徴とする。
【００２３】
この構成により、コンタクト動作の工程において、電極パッド上の酸化膜を破ってプローブ針がアルミニウムに接触した後に、接触面を大気に触れない状態を維持しつつ、プローブ針が電極パッドから離れない高さにまで、プローブ針の針荷重を低減させて検査を実施することによって、半導体装置のトランジスタ回路を電極パッド下に配置する場合にあっても、トランジスタ回路の電気特性変動を低減させてプローブ検査を実施できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の半導体装置の検査方法によれば、プローブ検査実施後においても半導体装置のアルミニウムの電極パッドにスクラブマークを残すことがない。また、カンチレバー方式もしくは垂直方式のプローブをメンブレン方式プローブのバンプ裏面部へ何度コンタクト動作させても、半導体装置の電極パッドのアルミニウムの削れや電極パッド表面の荒れを発生させないので、後工程の組立工程で不具合を生じさせない。更に電極パッドの下にトランジスタ回路があっても電気特性変動を低減させて従来と同様のウェハ状態での検査が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、カンチレバー方式のプローブカードはプローブカード基板１とタングステン等からなる複数のプローブ針２で構成されており、半導体ウェハ３に形成する半導体装置の電極パッド４の位置に合わせてプローブ針２を配置している。
【００２６】
また、メンブレン方式プローブ５はプローブ端子をなす複数のバンプ５ｃを備えており、バンプ５ｃの配置構成は半導体ウェハ３の全面の半導体装置の電極パッド４に一括して接続できる形態をなす。このメンブレン方式プローブ５としては、電極パッド４に対向する表面側に配置するバンプ５ｃがニッケルからなり、メンブレン方式プローブ５の裏面側に配置するバンプ裏面部５ｂが銅パターンを金メッキしてなることが最良の形態である。
【００２７】
このメンブレン方式プローブ５のバンプ５ｃと電極パッド４とのコンタクト動作においてアルミニウムの電極パッド４に付くスクラブマークは、カンチレバー方式や垂直方式のプローブカードを使用する場合に比べて面積で２５％程度小さくなり、深さ方向にも約１０％〜３０％浅くなり、エッチングで製作されるためにスクラブマークが均一にそろっていることが特徴である。
【００２８】
半導体ウェハ３の電極パッド４とメンブレン方式プローブ５のバンプ５ｃとの位置調整を一括的に行うアライメント動作は、市販のウェハプローバ装置やアライメント装置を用いてもよい。ただし、ウェハプローバ装置やアライメント装置におけるプローブカードの固定部（説明図省略）は、メンブレン方式とカンチレバー方式もしくは垂直方式の手動もしくは自動交換機能を有するものとする。
【００２９】
このアライメント動作は、半導体ウェハ３の全面の電極パッド４に対してメンブレン方式プローブ５の各バンプ５ｃを位置決めし、全ての電極パッド４の範囲内において各バンプ５ｃの位置を合致させるものである。
【００３０】
更にこの動作においては、電極パッド４のアルミニウム表面の酸化膜を破るために、例えば１バンプ当たり８ｇ以上のプローブ荷重を与える押し当て動作も必要である。この押し当て動作後においては、半導体ウェハ３の上に置かれたメンブレン方式プローブ５の各バンプ５ｃはその位置を変化させないことで、１バンプ当たり１ｇ以下のプローブ荷重下においても電極パッド４とバンプ５ｃの接触面を大気にさらさない状態に維持する。
【００３１】
この後に、カンチレバー方式のプローブカードを装着し、一般的なプローバ装置動作によってカンチレバー方式のプローブカードのプローブ針２をメンブレン方式プローブ５のバンプ裏面部５ｂにコンタクトさせてプローブ検査を行う。
【００３２】
このプローブ検査において必要な荷重は、カンチレバー方式のプローブカードのプローブ針２によるバンプ裏面部５ｂへの針荷重値において１．５ｇ以上であり、すでに電気的な導通が可能になった電極パッド４とバンプ５ｃとの電気的なコンタクトを維持するのに必要なプローブ荷重値は電極パッド４およびバンプ５ｃの高さのバラツキを考慮しても３ｇであり、装置に設定するプローブ荷重を３ｇ程度とすることにより、メンブレン方式プローブ５が電極パッド４のアルミニウム表面の酸化膜を破るための荷重に比べてプローブ検査時の荷重は５０％以下になる。
【００３３】
なお、図１で示されたメンブレン方式プローブ５はセラミックリング５ｃの熱膨張が半導体ウェハ３の熱膨張に一致することで、プローブ検査温度が高温１２０℃に設定されてもメンブレン方式プローブ１のバンプ５ｃは半導体ウェハ全面において電極パッド４との接触面を外すことはない。
【００３４】
ところで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、エリア・アレイタイプの電極パッド４の配置構成に対して、メンブレン方式プローブ５を介してカンチレバー方式のプローブカードを使用する場合に、プローブ針２の構成は、図２（ａ）に示すように、立体的で複雑になる。
【００３５】
図３（ａ）で示すように、メンブレン方式プローブ５のバンプ裏面部５ｂの上方に配置したカンチレバー方式のプローブカードのプローブ針２はコンタクト動作前にプローブ針位置１０にある。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、プローバ装置のコンタクト動作によってカンチレバー方式のプローブカードのプローブ針２がプローブ針位置１０からバンプ裏面部５ｂに当接する位置に降下する際にプローブ針２によるスクラブ動作が発生し、スクラブ動作においてプローブ針２の先端部１１、１２ａ、１２ｂが固定端１３に対して前方へ少なくとも２０μｍ滑る。
【００３７】
この際に、先端部１１、１２ａ、１２ｂの針同士の接触を防ぐために、カンチレバー方式のプローブカードの各プローブ針２は先端部１１、１２ａ、１２ｂの長さが異なっており、最も短い先端部１１に対して最も長い先端部１２ａが３倍の長さを有している。
【００３８】
この結果、図３（ｂ）に示すように、長い先端部１２ａ、１２ｂほどバンプ裏面部５ｂとの接触が保てなくなり、離間距離Ｂが生じる。このすべり量は設計上、完全に制御することは不可能であるので、バンプ裏面部５ｂは前記の離間距離Ｂを含む大きさに設計することが必要である。
【００３９】
あるいは、図４に示すように、コンタクト動作を実施する全てのプローブ針２の針荷重を極力均一にするために、各プローブ針２で発生する異なるすべり量に合致させてバンプ裏面部５ｂを異なるサイズにすることで接触を保つように設計する。
【００４０】
図４において、バンプ裏面部５ｂの間隔は２００μｍ以上であり、バンプ裏面部５ｂのサイズはプローブ針２の滑る方向に対しては幅５０μｍ以上、長さ１００μｍ以上を有している。
【００４１】
この場合に、各プローブ針２の異なるスクラブ動作を考慮する領域７を設定し、さらにこの領域７におけるプローブ針２のスクラブ方向を設計段階で考慮するために、領域７内でのバンプ裏面部５ｂの異なるサイズと拡張形成方向を決定する境界線８を定める。図４においては境界線８によって矢印で示すようにプローブ針２の２方向の異なるスクラブ方向を定義する。
【００４２】
また、図５に示すように、プローブ針２のスクラブ動作を考慮する領域７内を、境界線９によって４ブロックに分割してプローブ針２の４方向の異なるスクラブ方向を定義し、カンチレバー方式のプローブ針２を合理的に設計製作することもできる。
【００４３】
また、プローブ針２のスクラブ方向は、前述の２方向もしくは４方向でなくとも良く、プローブ針２ごとに任意に設定することが可能であり、この場合には任意に設定されたプローブ針２のスクラブ方向にバンプ裏面部５ｂの拡張方向を合致させる。
【００４４】
このようなカンチレバー方式のプローブカードおよびメンブレン方式プローブ５を用いたウェハ検査の終了後に、メンブレン方式プローブ５はウェハレベルバーンインを実施するためのウェハ一括プローブの一部品として、そのまま後工程で流用することもできる。
【００４５】
さらに、本発明では、コンタクト動作の工程において、半導体ウェハ３の全面の電極パッド４に対してメンブレン方式プローブ５の各バンプ５ｃを合致させて電極パッド４のアルミニウム表面の酸化膜を破り、電極パッド４とバンプ５ｃの接触面を大気に触れない状態に保ったままで、プローブ荷重を低減させて検査を実施するので、電極パッド４の下に半導体装置を配置する場合にあっても、半導体装置のトランジスタ回路（半導体素子）の電気特性変動を大きく生じさせることがない。
【００４６】
図６は、カンチレバー方式のプローブ針２を用いて従来の電極パッド４へ直接にコンタクト動作する場合における電極パッド４の下のトランジスタ回路の電気特性変動量を示すものである。
【００４７】
図６に示すように、カンチレバー方式のプローブ針２には通常において２．４〜３ｇの針荷重を与えるために、電極パッド４の下のトランジスタ回路（半導体素子）において電気特性変動が約５〜７％生じていた。しかし、この後に、針荷重の設定を０．７４ｇまで落としてトランジスタの電気特性変動を測定したところ約１．３％に低減させることができた。
【００４８】
すなわち、プローブ検査時において針荷重を電極パッド４とプローブ針２との電気的なコンタクトを維持するのに必要な値まで低減させることによって、電極パッド４の下のトランジスタの電気特性変動の約３／４（７５％）を低減させた状態でプローブ検査が実施できる。
【００４９】
図７はカンチレバー方式のプローブ針２によるコンタクト動作の検証の一例を示すものである。ここで、コンタクト抵抗が１．５Ωになるためには、針荷重を最低２．２２ｇに設定してコンタクト動作を行う必要がある。また、針荷重の設定を０．７４ｇに変えてコンタクト動作を実施すると約２．４Ωのコンタクト抵抗になった。
【００５０】
しかし、針荷重を２．２２ｇに設定してコンタクト動作を実施し、コンタクト状態を保持したままで針荷重を０．７４ｇまで低減させると、コンタクト抵抗に０．２Ωの上昇をみるが、その後に５０時間以上にわたってコンタクト状態のまま放置しても、コンタクト抵抗の増加は見受けられない。
【００５１】
つまり電極パッド４とプローブ針２の接触面に導通するだけの針荷重があれば、酸化も進行せずに安定したプローブ検査が可能であることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように本発明の半導体装置の検査方法は、エリア・アレイタイプ（面配置端子）の電極パッド構成をなす半導体装置にも対応し、従来型のプローブであっても半導体ウェハ上の電極パッドに用いられるアルミニウムにスクラブマークによる削れや荒れを生じさせず、スクラブマークによる半導体装置の組立工程での不具合を解消し、電極パッド内で実施されるプローブのコンタクトの安定性を確保し、電極パッドの下に配置されるトランジスタ回路の電気特性変動を緩和するので、半導体装置のプローブ検査において利用可能な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態における半導体装置の検査方法を説明する図
【図２】同実施形態におけるカンチレバー方式のプローブ針を示すものであり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）はカンチレバー方式のプローブ針の平面図
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれカンチレバー方式のプローブの動作課題を説明する図
【図４】動作量の違いおよびスクラブ方向を２方向に定義する場合を説明する図
【図５】動作量の違いおよびスクラブ方向を４方向に定義する場合を説明する図
【図６】カンチレバー方式のプローブ針の針荷重値とコンタクト抵抗の関係図
【図７】プローブ検査時における電極パッド下のトランジスタ回路の電気特性変動量を示す図
【符号の説明】
【００５４】
１  プローブカード基板
２  カンチレバー方式のプローブ針
３  半導体ウェハ
４  電極パッド
５  メンブレン方式プローブ
５ａ  セラミックリング
５ｂ  バンプ裏面部
５ｃ  バンプ
６  半導体装置
７  異なる針動作を考慮する領域
８  プローブ針の２方向のスクラブ方向を定義する境界線
９  プローブ針の４方向のスクラブ方向を定義する境界線
１０  コンタクト動作前のプローブ針位置
１１、１２ａ、１２ｂ  プローブ針の先端部
１３  プローブ針の固定端
【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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【図７】
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