(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、ウエハの一主面に半導体装置を形成する形成工程、前記ウエハに形成された半導体装置の不良を検査する検査工程とを有し、前記検査工程は、被検査半導体装置の検査電極に接触するプローブを複数備え、前記プローブと電気的に接続し前記プローブの反対側面に配置される二次電極と、を備えた複数のコンタクタを有する複数のコンタクタユニットと、前記コンタクタユニットと導通装置により電気的に連絡される電極が形成された基板と、前記複数のコンタクタユニットを収納し、前記コンタクタユニットの外周端を含む領域で前記コンタクタユニットを上下方向に可動的に設置する位置決め枠と、前記位置決め枠を上下方向に可動的に設置する位置決め枠支持構造とを有し、前記コンタクタユニットが前記被検査半導体装置に接触した際に前記コンタクタと前記位置決め枠との間の位置変動を許容しうるよう形成された検査装置を前記半導体装置の検査電極に接触させることにより行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体装置の製造方法であって、ウエハの一主面に半導体装置を形成する形成工程、前記ウエハに形成された半導体装置の不良を検査する検査工程とを有し、前記検査工程は、被検査半導体装置の検査電極に接触するプローブを複数備え、前記プローブと電気的に接続し前記プローブの反対側面に配置される二次電極と、を備えたコンタクタを有する複数のコンタクタユニットと、前記コンタクタユニットと導通装置により電気的に連絡される電極が配置された基板と、を有し、前記導通装置は、前記被検査半導体装置に前記プローブが接触していない状態で、前記導通装置と前記基板上の電極或いは前記コンタクタ上の二次電極との間に間隙を有し、前記被検査半導体装置に前記プローブが接触している状態で、前記導通装置は前記コンタクタと前記基板とを電気的に連絡することを特徴とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体装置の製造方法であって、ウエハの一主面に半導体装置を形成する形成工程、前記ウエハに形成された半導体装置の不良を検査する検査工程とを有し、前記検査工程は、被検査半導体装置の検査電極に接触するプローブを複数備え、前記プローブと電気的に接続し前記プローブの反対側面に配置される二次電極と、を備えたコンタクタを有する複数のコンタクタユニットと、を有し、前記コンタクタユニットの外側端部に形成される第一のプローブに対応する前記二次電極或いは貫通孔は前記プローブに対して第一の相対位置に配置され、前記外側端部に形成される前記プローブより内側に形成される第二のプローブに対応する前記二次電極或いは前記貫通孔は前記プローブに対して第二の相対位置に配置されるよう形成された検査装置を前記半導体装置の検査電極に接触させることにより行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３の半導体装置の製造方法において、前記第一のプローブの前記貫通孔或いは前記二次電極は、プローブに対して片側、或いは前記コンタクタユニットの外側端と反対側及び前記コンタクタユニットの外側端と隣接する側に形成され、前記第二のプローブの前記貫通孔或いは前記二次電極は、プローブに対して両側に配置されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係わり、半導体装置の検査工程を簡略化、効率化した半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造過程において、特に検査工程で用いる検査装置については、例えば、特開平７−７０５２号公報に単結晶Si（シリコン）からなる片持ち梁構造の表面に導通用の金属皮膜を形成し、これらを導通配線パターンを形成した絶縁基板で保持して電気的特性測定用プローブとしたものが開示されている。特開２００１−５６３４４号公報にフィルム状プローブユニットは、複数の配線をシート状部材に形成し、このプローブユニットは、矩形をした複数のプローブ領域をマトリクス状に有し、各プローブユニットが単一基板上に固定されているものが開示されている。特開２００１−７１６５号公報には、絶縁物ボードと、複数のバンプが配設され、被測定用ウェハと同様の材質からなるプローブカードウェハとを備え、プローブカードウェハには、被測定用ウェハを真空吸着するために、被測定用ウェハとプローブカードウェハとの間をシールするスペーサと、真空引きのためのウェハ貫通孔を形成したものが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平７−７０５２号公報に開示された構成では、プローブ数の多数化を図ろうとすると、各配線の形成領域の確保が困難となる。配線が梁のプローブ（突起）からこのプローブが形成されている面（表面）を通って、プローブを形成する基板（一例として単結晶Si）の外周側面に形成されて二次電極に到達せねばならず、その間に存在する他の配線や素子を回避する必要があるからである。
【０００４】
また、特開２００１−５６３４４号公報或いは特開２００１−７１６５号公報に開示された構成では、多数のプローブを配置する構成が開示されているが、基板とウエハとの反りなどがあった場合等であっても、全体として良好なコンタクト或いは導通を図る構造について開示されておらず、また、各プローブユニットを基板に具体的に支持固定する方法等について開示がなされていない。
【０００５】
例えば、このように、この位置精度がプローブユニット間で相対的に不十分だと、被検ウェハのパッドにプローブがコンタクトできないといった不都合を生じる恐れがある。  また、各プローブユニットは常に単一の基板（１６）に実質固定される構造においては、全体構造を構成する上で基板の製造コストが莫大になるおそれがある。、さらに例えばひとつでもプローブから外部システムまでの配線系に故障が生じると、検査装置の性質上これらを全て取り替えねばならず、そのリペアにも莫大な費用を投じる必要がある。さらに、本発明において後述するような、面積（直径）の大きなウェハ中の広い面積をカバーしようとしたときに、基板とウェハとの反りを吸収できず、特定の場所では均一なコンタクトがなされないといった性能的な不都合を生じるおそれがあるので対応を図る必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、これらの問題点を解決し、ひとつの検査装置内に、例えば被検ウェハの全面積などといった広い面積を一括にカバーするに十分な数のプローブを配置し、ならびにそれらを良好に被検ウェハに対してコンタクトさせることができる半導体検査工程を実施して、簡略・効率的に半導体装置を製造できる半導体製造装置の製造法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体装置の製造方法であって、ウエハの一主面に半導体装置を形成する形成工程、前記ウエハに形成された半導体装置の不良を検査する検査工程とを有し、前記検査工程は、被検査半導体装置の検査電極に接触するプローブを複数備え、前記プローブと電気的に接続し前記プローブの反対側面に配置される二次電極と、を備えた複数のコンタクタを有する複数のコンタクタユニットと、前記コンタクタユニットと導通装置により電気的に連絡される電極が形成された基板と、前記複数のコンタクタユニットを収納し、前記コンタクタユニットの外周端を含む領域で前記コンタクタユニットを上下方向に可動的に設置する位置決め枠と、前記位置決め枠を上下方向に可動的に設置する位置決め枠支持構造とを有し、前記コンタクタユニットが前記被検査半導体装置に接触した際に前記コンタクタと前記位置決め枠の間の位置変動を許容しうるよう形成された検査装置を前記半導体装置の検査電極に接触させることにより行う工程を含むことを特徴とする。
【００１２】
または、半導体装置の製造方法であって、ウエハの一主面に半導体装置を形成する形成工程、前記ウエハに形成された半導体装置の不良を検査する検査工程とを有し、前記検査工程は、被検査半導体装置の検査電極に接触するプローブを複数備え、前記プローブと電気的に接続し前記プローブの反対側面に配置される二次電極と、を備えたコンタクタを有する複数のコンタクタユニットと、前記コンタクタユニットと導通装置により電気的に連絡される電極が配置された基板と、を有し、前記導通装置は、前記被検査半導体装置に前記プローブが接触していない状態で、前記導通装置と前記基板上の電極或いは前記コンタクタ上の二次電極との間に間隙を有し、前記被検査半導体装置に前記プローブが接触している状態で、前記導通装置は前記コンタクタと前記基板とを電気的に連絡するように構成する。
【００１７】
または、半導体装置の製造方法であって、ウエハの一主面に半導体装置を形成する形成工程、前記ウエハに形成された半導体装置の不良を検査する検査工程とを有し、前記検査工程は、被検査半導体装置の検査電極に接触するプローブを複数備え、前記プローブと電気的に接続し前記プローブの反対側面に配置される二次電極と、を備えたコンタクタを有する複数のコンタクタユニットと、を有し、前記コンタクタユニットの外側端部に形成される第一のプローブに対応する前記二次電極或いは前記貫通孔は前記プローブに対して第一の相対位置に配置され、前記外側端部に形成される前記プローブより内側に形成される第二のプローブに対応する前記二次電極或いは前記貫通孔は前記プローブに対して第二の相対位置に配置されるよう形成された検査装置を前記半導体装置の検査電極に接触させることにより行う工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、前記半導体装置の製造方法において、前記第一のプローブの前記貫通孔或いは前記二次電極は、プローブに対して片側、或いは前記コンタクタユニットの外側端と反対側及び前記コンタクタユニットの外側端と隣接する側に形成され、前記第二のプローブの前記貫通孔或いは前記二次電極は、プローブに対して両側に配置されることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、それぞれ図を用いて説明する。
【００２３】
まず、半導体装置の製造方法について、図を用いながら以下に概要を説明する。
【００２４】
半導体装置の製造工程は、いわゆる前工程と呼ばれる、ウェハ上へ多数のLSI（狭義には異なるが、本文中では以下、チップと記す）を形成する工程と、これらチップに対する各種の検査工程と、各チップを最終的な製品形態に仕上げる組立工程とに大別できる。以下、それらを詳細に説明する。
▲１▼前工程
前工程を図２を用いて説明する。この図２は、チップが形成された様子を示すウェハの外観図である。この前工程は、例えば、直径２０cm、あるいは３０cm程度のSiウェハ１aの表面に多数のチップ１bを形成する工程である。この前工程は、さらに多くの工程に細別されるが、ここではその詳細は省略する。
【００２５】
この前工程を実行した結果、ウェハ表面には数百程度のチップ１bが形成される。
【００２６】
ここで、各チップの表面には、電源、グランド、各種シグナルなどのパッド（電極）１c群が形成・配置される。このパッド１cについて、図３を用いて説明する。
【００２７】
図３は、図２に示したチップ１bのうちのひとつを取り出して拡大した外観斜視図である。図３において。各パッド１cはチップ１b中の配線の一部を表面に露出させたものであり、最表層には通常アルミニウム、金、などを主材とする材質が用いられる。各パッド１cの寸法は通常、一辺長が数十ないし百数十μm程度であり、また、配列のピッチも数十ないし百数十μm程度である。これらパッド１cは、後の組立工程の段階で必要に応じ半導体装置の外部端子に接続される。
【００２８】
図４および図５は、ウェハ１a内のチップおよびパッドのレイアウト例を示したものである。図４では、図２および図３で説明したと同様に、チップ１bの長手方向に実質一列にパッド１c群がレイアウトされている。一方、図５では、パッド１cがチップ１bの周縁部全体にレイアウトされている。
▲２▼検査工程
この検査工程は、ウェハ１a上に形成した各チップ１bの基本的特性および最終的な実性能を検査する工程である。また、さらにはチップ１bの潜在不良を加速的に選別し摘出する工程である。行われる検査の段階、性質、内容等から、これらはウェハテスト、選別、バーンイン等、種々の名称が存在する。またこれら各々の検査工程は、通常７０℃ないし１２０℃程度の比較的高温中で行われる場合が多い。
▲３▼組立工程
組立工程は、ウェハ１a内の各チップ１bを個々の単位に切断し、必要に応じてリードフレームへの接合や外周の樹脂封止、およびリードフレームの成形等、いわゆる組立を行って半導体装置の製品としての構造・形態を形成する工程である。
【００２９】
ここでは、上記した検査工程、組立工程が、その順序で行われるように記したが、実際には、また近年の半導体装置製品の多様化を受けて、その順序は一様ではなく、例えば検査工程、組立工程の順序が逆転する場合、あるいはそれら各工程の項で述べたさらに細分化した工程が順序的に複雑に入り交じって行われる場合もある。
【００３０】
図１は、本発明で用いる検査装置の概断面図である。簡単のため、例えばプローブや配線の数などは実際よりも大幅に少なく記している。
【００３１】
図１において、検査装置３には、複数のコンタクタユニット４が存在している。各コンタクタユニット４は、複数のプローブ１０、二次電極（図示せず）、プローブ１０と二次電極とを各々電気的に接続する配線（図示せず）を有するコンタクタ５すなわちプローブの集合体と、補助プレート６と、各二次電極の位置に合致したポゴピン７群を備えたピンベッド８と、これら各々の機械的接続手段、すなわち接着材９とねじなど、から構成されている。
【００３２】
複数のコンタクタユニット４は、コンタクタ支持部材である位置決め枠１１に載置されることによりそれぞれの相対位置（間隔）が決定されている。なお、場合によってはただ載置するのみではなく、例えば磁力によって、あるいはねじなどによって機械的に固定される。通常、各コンタクタユニット４はいずれも実質同一形状および同一構成のものを用いる。
【００３３】
コンタクタ支持部材である位置決め枠１１は、さらに支持部材である位置決め枠支持構造１２上に載置されている。位置決め枠支持構造１２は、基板２に対して固定されていることが好ましい。位置決め枠１１は、位置決め枠支持構造１２上にZ軸方向（上下方向）に可動的に設置され、コンタクタユニット４は、位置決め枠１１上にZ軸方向
（上下方向）に可動的に設置される。
【００３４】
基板２は、紙面上その下面にて各ポゴピン７に合致する位置にパッド（図示せず）が存在しており、それらは必要に応じて基板２内に設けた多層の配線２１層を通じて基板２の紙面上、上面へ電気的に接続される。基板２の上面では、それらがコンデンサ、抵抗、その他の実装部品に接続される。それらを受け、配線２１は最終的に基板の外周部へと引き延ばされ外部システム（図示せず）へ接続するためのパッドへ通じる。
【００３５】
基板２の紙面上上面には、補強板１４が接合されている。これは、被検ウェハ１aとプローブ１０がコンタクトしたときの荷重によって基板２に生じる反りを低減するためのものである。
【００３６】
ピンベッド８において、ポゴピン７群は筐体１５の中で、ポゴピンの長手方向ならびに直径方向に適度な遊びを持つよう構成される。また、ポゴピン７群は、基板２（のパッド）との接触面に、初期、すなわち検査を行う以前の状態にて適度な空隙を持つよう構成される。
【００３７】
一方、ウェハプローバ（図示せず）内の一構成要素であるウェハステージ１６には、被検ウェハ１aが所定の位置に載置される。また、ウェハステージ１６の、ウェハ１aの外周には、ウェハ１aの厚さとほぼ同等の座ぐり１７が形成されている。さらに、ウェハステージ１６の内部にはウェハを所定の検査温度に制御するためのヒータ１８が内蔵される。
【００３８】
次に、図６を用いて、本検査装置の組立および特定のコンタクタ（ユニット）のリペアの手順を説明する。
【００３９】
図６は、図１で示した検査装置の分解図である。
【００４０】
まず、コンタクタユニット４の組立について説明する。
【００４１】
コンタクタユニット４は、まずコンタクタ５と補助プレート６とを、接着材９によって特にx、y方向の相対位置に注意しながら接合する。接着材９には、熱硬化性、熱可塑性いずれかの性質を有するものが用いられ、硬化後ゴム弾性的性質を生じるものを選定してもよい。あるいは、コンタクタ５と補助プレートとを一体化する上で、溶融接合の手法を採る場合もある。
【００４２】
次に、コンタクタ５と補助プレート６とを一体化したものに対して、ピンベッドを接合する。これに際しては、その両者をねじ止めすることがよい。以上により、コンタクタユニット４の構成が終了する。
【００４３】
コンタクタユニット４を必要な個数構成した後、これらを位置決め枠１１に紙面上、上方向より載置する。
【００４４】
次に、位置決め枠１１を位置決め枠支持構造１２に、紙面上、上方向より載置する。
【００４５】
次に、位置決め枠支持構造１２を、基板２に紙面上、下方向よりねじなどで機械的に固定する。
【００４６】
一方、基板２には、予め補強板１４が接合されている。また、実装部品１３がはんだ付け等により実装されている。
【００４７】
以上の作業により、本発明の検査装置の組立が完了する。特定のコンタクタユニット４のリペアの際には、これに準じた手順を採る。
【００４８】
図７、図８、図９は、上述したコンタクタユニット４の具体的形状の一例であり、図７は、図１の検査装置に用いたコンタクタユニットの概断面図、また図８はその斜視図、さらに図９はその分解図である。
【００４９】
前記コンタクタユニット４はコンタクタ５と補助プレート６を介してピンヘッド８と接続されている。  なおここでは、その代表的形態として、コンタクタ５とピンベッド８との間に補助プレート６を介したが、補助プレート６により、
▲１▼コンタクタ５の剛性向上（補強）
▲２▼コンタクタ５の製造プロセス上止むを得ず生じる反りの矯正（平坦化）
▲３▼ポゴピン７の筐体１５からの突出部を確保するためのコンタクタ５とピンベッド８とのスペーサ
を図ることができる。よって、これらが実質的に満足できるのであれば、例えばピンベッド８の筐体１５の形状を、筐体１５と補助プレート６とが一体化したように変更することによりその代替、すなわち補助プレート６の省略も可能である。あるいはコンタクタ５に同様の措置を施して補助プレート６を省略してもよい。
【００５０】
続いて、コンタクタ５の一例の詳細を説明する。
【００５１】
図１０は、本発明で用いたコンタクタ５の上面方向からの斜視図であり、また図１１は下面方向からの斜視図である。
【００５２】
本コンタクタ５は、複数のプローブ１０を単一のSi基板（ウェハ）内に、エッチングの手法により形成し、プローブ１０形成面の反対面の二次電極、ないしはその両者を電気的に接続する配線（図示せず）を、めっきおよびスパッタリングにより形成したものである。プローブ１０形成面とその反対面とを配線で繋ぐために、ここではコンタクタ５の基板に貫通孔１９を予め形成し、各貫通孔１９内を配線が通るようにしてある。貫通孔１９は、ここでは配線の数（すなわちプローブ１０あるいは二次電極の数）と同等設けたが、ひとつの貫通孔１９に複数の配線を通すことも可能であり、この目的に対しては貫通孔１９の形状、数、レイアウトに多くのバリエーションが存在する。またさらに、貫通孔１９を異方性エッチングにより形成した場合、その側壁は原理的に所定角度を持った斜面をなす（図１０の貫通孔１９を参照）ので、また前述のようにこの斜面にも配線の一部が敷設されることになるから、この斜面を二次電極とみなしてポゴピンを挿入するよう相互をレイアウトしてもよい。この措置によって、
▲１▼別途改めて図１０のように二次電極を形成する必要がなくなるため、二次電極のレイアウトスペースが十分に確保できない場合でもポゴピンとの接続が可能になる
▲２▼斜面に対してポゴピンを挿入することになるから、両者の相対位置が強制的に拘束される、すなわちセルフアライメントされることになるため、位置決め性が向上し、結果、電気的接続信頼性が向上する
といった利点が享受される。
【００５３】
本コンタクタ５において、配線は、通常複数の材質の積層構造を採る。それらは、めっき配線とSi基板との相互接着性を向上させるためのスパッタリングによる下地膜、できる限り低抵抗を得る主配線、および配線表面を酸化ないしは機械的衝撃から保護する保護膜に大別される。それぞれの厚さは数十nmから数μｍ程度の値とするのがよい。
【００５４】
本発明のコンタクタ５では、各プローブ１０は通常それぞれ独立の梁上に設けられる。各梁２０、プローブ１０、および上述の貫通孔１９は、周囲のSi基板を厚さ方向にエッチングすることにより得られる立体である。それぞれの寸法はおおよそ次の程度に設定される。
▲１▼梁
梁は、幅を被検ウェハのコンタクトすべきパッドの最小間隔を基にして、それよりも小さくする。例えば最小間隔が８０μｍであれば７５μｍ程度、１５０μｍであれば１４０μｍ程度とする。また、厚さは数十μｍとし、定めた幅と厚さ、およびこの梁を所定値たわませたときに得るべき荷重の必要値から長さが決定される。通常、長さは０．５ｍｍないし２ｍｍ程度の値を採る。
▲２▼プローブ
プローブは、その高さを、最低限プローブ形成プロセスにおいて止むを得ず生じる個々の高さばらつきよりも高くする必要がある。理想的には、高さを前記高さばらつきに所望の梁たわみ量を加えた値に設定するのがよい。このことにより、梁が規定量だけたわんだときにコンタクタ５のプローブ１０形成側主面が被検ウェハに接触し、結果、与える押圧荷重がそれ以上の値であれば梁のたわみは常に一定値となるため、各プローブ１０と被検ウェハのパッドとのコンタクト荷重が一定値に自動制御され、特に慎重な荷重制御を施さなくても梁が破損するといった不都合を回避することができる。これらを満足するプローブの高さは通常１０から５０μｍ程度の範囲に含まれる。
▲３▼貫通孔
貫通孔は、上述したように異方性エッチングにより所定の斜面を有するよう形成することにより、Si基板の厚さ方向への配線の敷設（スパッタリング）の信頼性を向上させることができる。この結果、通常は最も大きい部分においてその一辺長が０．４ｍｍから１．０ｍｍ程度の値になる。また、その反対表面の最も小さな部分は、Si基板の両面で配線が確実に接続されることを条件としてその最低寸法が決定される。通常、一辺長数十μｍ程度の寸法が必要である。
【００５５】
ここでは、コンタクタ５をSiを基材として構成した場合に限り説明したが、例えば既存の有機薄膜を基材とするもの、もしくはセラミックを基材とするものでも、補助プレートに対して高精度に一体化させることを条件として代用することができる。
【００５６】
続いて、補助プレートの詳細を、図１２、図１３を用いて説明する。
【００５７】
図１２は、本発明で用いた補助プレートの上面方向からの斜視図であり、また図１３は下面方向からの斜視図である。
【００５８】
図から明らかなように、補助プレート６には多くの貫通孔２２が存在する。この貫通孔２２は、補助プレート６を介してコンタクタの二次電極とポゴピンとが接触することができるようにするために採る措置である。図１２、図１３の例では、図１０、図１１に示したコンタクタ５の貫通孔１９にポゴピンが挿入できるようその位置をレイアウトしている場合の例である。  他にポゴピンの配置によっては、図１０、図１１で示した二次電極２６の位置に合致するよう貫通孔２２をレイアウトしてもよい。
【００５９】
補助プレート６は、コンタクタが上述のSiを基材とするものを前提とした場合、それにできる限り線膨張係数を合致させることが好ましい。そのため、材質として４２ニッケル合金、もしくはパイレックスガラス等を採用することができる。基材を４２ニッケル合金とする場合は、その製法としてフォトファブリケーションを採用するのがよく、これにより形状を高精度に構成することができる。この製法を採る場合は、複数の薄板を熱圧着して結果的に一枚の厚板を得る手法を採る。ただし、注意すべき点として、コンタクタの配線同士が短絡せぬよう、配線と本補助プレート６が直接接しないような形状的処理を施す、もしくは補助プレート６およびコンタクタの配線表面を絶縁処理する、等の対策をすべきである。また、大きな面積を一括にカバーすべく、ひとつの検査装置内に多くのコンタクタユニットを用いると、その自重により位置決め枠にたわみが生じる等の不都合が生じるので、それを軽減するために補助プレートはできる限り軽量化されることが望ましい。そのためには、図１３でわかるように、コンタクタと直接接する部分２１の面積を少なくし、その他の部分は肉厚を薄くするといった措置を講じることが好ましい。さらに、補助プレート６は、前述したようにプロセス上止むを得ない反りを生じたコンタクタを平坦に矯正する役割も有するので、特にコンタクタとの接合面の平坦性には気を遣うべきである。
【００６０】
続いて、ピンベッドの詳細を、図１４、図１５、図１６を用いて説明する。
【００６１】
図１４は、図１の検査装置に用いたコンタクタユニット中の特にピンベッドの概断面図、また図１５はその斜視図、さらに図１６はその分解図である。
【００６２】
ピンベッド８は、これまでの記述から明らかなように、コンタクタと基板（ひいては外部システム）との電気的接続を果たすインタフェース部品である。その構成は、ポゴピン７および筐体１５よりなる。また筐体１５は、特に図１６からわかるように上板１５a、本体１５b、下板１５cの３つの部品よりなる。これらは樹脂モールドにより形成されることが多い。本体１５bにはポゴピン７群が入る貫通孔が複数設けられており、その上下より、本体１５bの貫通孔よりも小さな貫通孔を有する上板１５a、下板１５cをねじ止めしてポゴピン７の脱落を防止する。
【００６３】
なお、ここではポゴピン７を用いた場合に限り記述したが、そのコスト、電気的信頼性等によってはこれを例えばプレスにより一体成形した金属ピンに置き換えてもよい。
【００６４】
続いて、位置決め枠について説明する。
【００６５】
図１７は、図１の検査装置に用いた位置決め枠の概断面図、また図１８はその上面方向からの斜視図、さらに図１９はその下面方向からの斜視図、さらに図２０はその分解図である。
【００６６】
位置決め枠１１は、複数のコンタクタ（ユニット）を被検ウェハのパッドレイアウトに合致するよう相対的に位置決めする上で重要な構成部品である。位置決め枠１１には、コンタクタに予め設けられた位置決め用のエッジ（図２９にて後述）をはめるための、相応の寸法精度を有する貫通孔２４が設けられている。貫通孔２４を設ける部分の板厚２５は、コンタクタのエッジ部分がこれを貫通して検査装置表面に露出するようその高さよりも小さくする必要があり、その結果通常位置決め枠１１の周囲よりも大幅に薄くされる。一方、周囲は、前述したようなコンタクタユニットの自重によるたわみを低減する上で相応の厚さが必要になる。
【００６７】
このように、部分によって板厚が異なり、かつ特に貫通孔２４に相応の位置精度を要求するような形状を実現するためには、フォトファブリケーションおよび熱圧着の製法を採ることが有効である。このことを、図２０を用いて説明する。各々断面形状の異なる複数の薄板１１a、１１b、１１c（、あるいはさらに多くの薄板）をフォトファブリケーション（エッチング）により作製し、それらを熱圧着により一体化している。
【００６８】
位置決め枠１１は、検査工程における温度によって被検ウェハとの間に生じる熱膨張差をできる限り小さくすることが好ましい。これは、両者の熱膨張差によってプローブと被検ウェハのパッドとの間に位置ずれを生じ、当該の双方がコンタクトできなくなる不都合を回避するためである。そのため、上述の製法を採ることが可能でかつ被検ウェハ（シリコン）との線膨張係数の差が小さな４２ニッケル合金を材質に用いるのが好ましい。
【００６９】
なお、位置決め枠１１に、コンタクタユニットと同数のサブ基板を構成し、コンタクタユニットをこのサブ基板に搭載した後位置決め枠１１に紙面上、下方向より取り付けてもよい。この措置により、コンタクタユニットのリペア性をさらに向上させることができる。
【００７０】
図２１は、本発明の検査装置の位置決め枠支持構造に対して位置決め枠を配置し、さらに位置決め枠に対して複数のコンタクタユニットを配置した状態の、上面方向からの斜視図である。
【００７１】
図２２、図２３は、複数のコンタクタを再配置することによってウェハ内の広い面積をカバーする構造を達成しようとしたときに考えられるユニットの形態例を示す検査装置の概断面図である。そのうち図２２は、コンタクタ、補助プレート、ピンベッド、さらに必要に応じて設けるインタポーザのそれぞれを、同種の部品ごとに一体化してユニットとした例（平面ユニット構成）を示す図であり、また図２３は各部品をコンタクタの単位で一体化してユニットとした例（立体ユニット構成）を示す図である。本発明では、これまでの記述から明らかなように後者の立体ユニット構成を採っている。これは、立体ユニット構成の方が平面ユニット構成に比して次の点が有利であるためである。
▲１▼特に被検ウェハをカバーする上で非常に多くのコンタクタを用いる必要がある場合、ユニット当たりの部品数が少なく、したがってユニットの製造歩留が高い
▲２▼特定のユニットが万一破損した際、リペアすることによる実損が少ない
▲３▼ユニットごとの動作のフレキシビリティが高い（図２７にて後述）
▲４▼被検ウェハとの熱膨張差が小さい
よって、本発明では後者の立体ユニット構成を採るものであり、本発明の特徴のひとつである。
【００７２】
続いて、本発明の検査装置における機構的な作用について順次説明する。
【００７３】
図２４は、本発明のように複数のコンタクタ（ユニット）を用いて被検ウェハ内の大面積をカバーしようとしたときに、各プローブごとに押圧荷重の不均一を生じ、結果、必要なコンタクト信頼性が得られなくなる原因を示す、検査装置および被検ウェハの構造概念図である。よって、言い換えれば、図２４に示す各原因を各々解決することにより上述の目的が達せられることになる。
【００７４】
まず、押圧不均一の各原因を、図２４中▲１▼から(10)に示す。それぞれは以下のとおりである。
▲１▼１コンタクタ内のプローブ高さの個体差
▲２▼コンタクタのプローブ形成面の凹凸（例えば反り）
▲３▼被検ウェハのパッド形成面の凹凸（例えば反り）
▲４▼基板のz方向の変形（例えば押圧時の反力による反り、あるいは熱変形）
▲５▼コンタクタごとの不連続な高さばらつき
▲６▼コンタクタごとの、x、y方向の相対的位置ばらつき
▲７▼コンタクタとウェハとの相対的勾配
▲８▼熱膨張に伴う、各プローブと各々当該するパッドとのx、y方向の位置ずれ
▲９▼ウェハプローバのz方向ストローク（押圧量）ばらつき
(10)コンタクタ面の凹凸（例えばコンタクタユニットの自重による位置決め枠の反り）
これらのうち、▲６▼および▲９▼を除いてはいずれも、結果的に各プローブと各々当該するパッドとの相対距離が各ペアごとに見かけ上変化してしまい、さらにその結果コンタクト時の押圧量がばらついてしまう（最悪の場合押圧量が０、すなわちコンタクトしない）現象を誘発するものである。本発明における、上述の各不均一要因への機構的対応を、図を用いながら以下順序に沿って示す。
▲１▼１コンタクタ内のプローブ高さの個体差 への対応
図２５は、本発明で用いるコンタクタのプローブ近傍の概断面図である。
【００７５】
本コンタクタ５では、各プローブ１０は各々独立の梁２０の上に設けられている。このプローブ１０を、被検ウェハ１aのパッド１cにコンタクトさせると、そのとき生じる荷重によって梁２０が図示のようにたわみを生じる。このため、各プローブ１０の高さに個体差が存在しても、それを吸収することができる。
▲２▼コンタクタのプローブ形成面の凹凸（例えば反り） への対応
図２６は、本発明で用いるコンタクタユニットの補助プレートと、反りを生じたコンタクタの接合直前の概断面図である。
【００７６】
これまで述べたような、シリコンの基板に対してエッチングによりプローブ、梁、その他の立体を形成し、かつその表層に配線を施すコンタクタ５を用いる場合には、コンタクタ５の基材であるシリコンウェハ内に予め存在する残留応力が部分的に開放される作用、ならびに配線を形成するプロセス的な応力等により、コンタクタ５に反りを生じる場合がある。その量は、コンタクタ５の形状や寸法にも左右されるが、通常数ないし数十μｍ程度となることが多い。このことは、先に述べたように各プローブ１０の見かけ上の高さばらつきを生じることになるから、コンタクトの不均一の要因となる。
【００７７】
これを回避するため、本発明では、所定の平坦性を予め確保した補助プレート６にコンタクタ５を接触させ、コンタクタ５を補助プレート６の接合面の平坦度に倣わせるという措置を採る。よって、本発明においては、コンタクタ５の曲げ剛性は補助プレート６に比して小さくする。
▲３▼被検ウェハのパッド形成面の凹凸（例えば反り） への対応
図２７は、本発明のコンタクタが、反りを有するウェハに対してコンタクトしている状態を示す概断面図である。
【００７８】
本発明では、ひとつの検査装置についてコンタクタ５は必ず複数存在し、またひとつのコンタクタ５の外形は常に被検ウェハ１aの外形よりも小さくなっている。さらに、各コンタクタ５はウェハ１aにコンタクトした状態で実質それぞれが独立なz方向移動量および傾きを持つことができる（本作用は図３０、図３１の説明時に詳述する）。この結果、各コンタクタ５は被検ウェハ１a内の自らの直下部の凹凸に自在に対応できることを意味する。すなわち、コンタクタ５の外形を被検ウェハ１aに比して小さくすることにより、マクロ的に反りを有するウェハは反りが見かけ上ある値の直線的な勾配に変換され（コンタクタ５の微分効果）、それに対して図２６の措置によって平面を保証されたコンタクタ５が任意の勾配で接することを可能にする。よって、題記の対応が可能になる。
▲４▼基板のz方向の変形（例えば押圧時の反力による反り、あるいは熱変形） への対応
図２８は、反りを有する基板の様子を示す概断面図である。
【００７９】
大きな面積内の多くのプローブを一活にコンタクトさせようとすると、それに要する荷重の総和は単一のプローブのコンタクトに必要な値にプローブ数を乗じた値となり、例えば直径３０cmのウェハでは、その値は１０００ないし２０００Ｎと大きなものになる。このとき、検査装置の基板２には、その押圧力の総和に等しい反力がかかるため、通常用いられるガラスエポキシなどの材料では相当の反りを生じる。この反りに伴う基板２の個々の点における勾配は、これまでの記載と同様にプローブ高さを見かけ上変化させてしまうため、やはりコンタクト不均一の要因となる。
【００８０】
このため本発明では、基板２に対して部分的に金属および相応の剛性を有する材質で補強板を構成し、基板の曲げ変形を抑制する。
▲５▼コンタクタごとの不連続な高さばらつき への対応
図２９は、複数のコンタクタと、それを再配置するのに用いる位置決め枠の概断面図である。
【００８１】
各コンタクタ５は、位置決め枠１１の貫通孔２４の外形と相対的に合致する形状の段差２７を有している。コンタクタ５の段差２７および位置決め枠１１の貫通孔２４は、それぞれが主にエッチングの手法で形成されることが好ましい。そうすることにより、その結果通常の機械加工等の手法に比べ高い寸法精度を有している。この状態で位置決め枠１１に対してコンタクタ５を載置（搭載）することにより、両者が接触した段階で自動的に各コンタクタのz方向の高さが定まる。ここで、コンタクタ５を図２６の措置によって平坦化し、かつ位置決め枠１１の平坦性を保証し、さらにコンタクタ５の段差２７相応の寸法公差で規定することにより題記の対応が可能になる。
▲６▼コンタクタごとの、x、y方向の相対的位置ばらつき への対応
再度図２９を用いて説明する。
【００８２】
▲５▼と同様の措置によって、題記ばらつきを所定値まで低減することができる。
▲７▼コンタクタとウェハとの相対的勾配 への対応
コンタクタ５と被検ウェハ１aは、ウェハプローバの検査装置取り付け部とウェハステージとの相対的勾配、あるいはそれらに検査装置ならびに被検ウェハをセットしたときの誤差によりある程度の相対的勾配を有する。この勾配は、これまでの記述と同様にプローブと被検ウェハの当該パッドとの相対距離にばらつきを生じさせることになるから、押圧不均一の一要因となる。
【００８３】
図３０は、本発明の検査装置と被検ウェハとがコンタクトする際の機構的作用の流れを示すフローチャートであり、また図３１はその機構的作用を示す本発明の検査装置の主要部断面図である。両図を用いてこのことに対応する本発明の機構的作用を説明する。
▲１▼ウェハプローバに被検ウェハをセット（ロード）し、検査装置３のプローブ１０と被検ウェハ１aのパッド（図示せず）とのx、y位置をアライメントする（図３１（a））。
【００８４】
次に、検査装置３とウェハステージ１６とを相対的に接近させる。一般にはウェハステージ１６が紙面上、上方に移動する。
【００８５】
そのとき、経時的に、
▲２▼まず、プローブ１０と被検ウェハ１aとが接触し、結果としてコンタクタユニット４が位置決め枠１１から紙面上上方に離脱し、かつ図３１（a）における基板２とポゴピン７の空隙２８が減少もしくは消滅する（図３１（b））。このことにより、各コンタクタユニット４は被検ウェハ１ａ上のしかるべき位置に自らの自重および若干のポゴピン７のばね力のみによって一時的に固定されることになり、結果、図２７で述べたように各コンタクタユニット４がその直下のウェハ１aの傾斜に沿う、すなわちz方向のプリアライメントがなされる。
▲３▼次に、位置決め枠１１とウェハステージ１６もしくは被検ウェハ１aとが接触し、結果として位置決め枠１１が位置決め枠支持構造１２から離脱し、かつポゴピン７と基板２とがポゴピン７の縮み変形量に対応した荷重で接触し、かつその荷重でコンタクタ５のプローブ１０と被検ウェハ１a（のパッド）とがコンタクトする（プロービングされる）（図３１（c））。このことにより、コンタクタ５と被検ウェハ１a、およびコンタクタ５とポゴピン７、およびポゴピン７と基板２がそれぞれ電気的に接続され、検査が行われることになる。
【００８６】
上記の一連の動作からわかるように、本発明の検査装置では、被検ウェハとプローブがコンタクトしていない状態では、プローブから基板までの導通はされておらず、被検ウェハにコンタクトし、検査装置内部にポゴピンのばね力による荷重が作用して初めてそれらの導通が確保されることになる。この措置を採る理由を、図３２を用いて説明する。
【００８７】
図３２は、位置決め枠がコンタクタユニットの自重によって紙面上、下に凸に反った上体を示す当該部分の概断面図である。
検査装置内部を予め導通させるために必要な荷重を検査装置内部に与えることは、その荷重が前述のように膨大なために、図３２に破線で示したように検査装置（のうち特に位置決め枠、あるいは基板２）にたわみを生じてしまうことにつながる。本措置はこの不都合を回避するためのものである。
【００８８】
図３３によってこのことをさらに説明する。
【００８９】
図３３は、本発明で用いるポゴピンの、内蔵されたコイルばねの縮み変形量とそのときばねが発生する荷重との関係、および本発明における当該ポゴピンの用い方を示すグラフである。
【００９０】
ポゴピンに内蔵されたばね（あるいはばね機構）は、使用する縮み変形量の範囲で線形（弾性）挙動を示す。プローブと被検ウェハがコンタクトしていない状態では、ポゴピンは基板との間に空隙を有するから、ばねの縮み変形のエネルギはポゴピン内部にのみ作用しており、結果、検査装置に与える荷重はほぼ０である。プローブと被検ウェハとを相対的に近づけるとそれに伴ってばねが縮み、応じて荷重が増加する。ウェハプローバのオーバードライブ量、すなわち押し付け量を、結果的に導通が保証される荷重値に達するまでばねを縮ませるように設定することにより、初期的にはたわみを生じず、検査の段階で導通する検査装置の機械系が成立することになる。
【００９１】
なお、図３０のフローチャートでは、それぞれの処理がフィードバック制御のもとに行われるのではなく、一連の動作が連続的に、しかも一瞬のうちに行われるものであっても良い。
▲８▼熱膨張に伴う、各プローブと各々当該するパッドとのx、y方向の位置ずれ への対応
位置決め枠を例えば４２ニッケル合金などのように、線膨張係数が比較的被検ウェハに近い値をもつ材質で構成する（図１７、図１８、図１９、図２０の説明で前述）ことができる。
▲９▼ウェハプローバのz方向ストローク（押圧量）ばらつき への対応
この現象による荷重ばらつきは、本発明の機構によればポゴピンの縮み変形量のばらつきに伴う値と等価である。よって、この現象が懸念されるときには、用いる各ポゴピンのばね定数を小さくする。
(10)コンタクタ面の凹凸（例えばコンタクタユニットの自重による位置決め枠の反り） への対応
・図３２、図３３にて説明したようにすることができる。
・位置決め枠の厚い部分の厚さをできる限り厚く構成し、曲げ剛性を高めることも考えられる。
・ポゴピンのばね力で反りを生じぬよう、初期的に基板とポゴピンとの間に空隙を設ける。
【００９２】
続いて、図２４で示した以外の押圧時の不都合、ならびに本発明でのそれへの対応を、図３４、図３５および図３６を用いて説明する。
【００９３】
図３４は、一般的なウェハステージそれに設置された被検ウェハ、および本発明の検査装置の主要部断面図であり、また図３５は図３４の構成における不都合を示す主要部断面図である。さらに、図３６は本発明のウェハステージを用いた場合の主要部断面図である。
【００９４】
本発明の検査装置では、用いる複数のコンタクタユニット４はその互換性を高める上からも実質同一のものを用いる。その結果、一般に略円形の被検ウェハに対して全面を一括にカバーできるようこれらを再配置しようとすると、通常被検ウェハの外周にコンタクタユニット４一部がはみ出す場合が多い。このこと自体は、検査に際して特に悪影響を与えるものではなく、はみ出した部分はそれを無視すればよい。しかし、この状態でコンタクタユニット４に押し付け荷重を与えると、図３５のようにコンタクタユニット４が傾いてしまう場合がある。
【００９５】
そこで、このような現象を回避するため、本発明では図３６に示したように、ウェハステージ１６の被検ウェハ１a外周部に、被検ウェハ１aの厚さとできる限り等しい座ぐり１７を設ける。
【００９６】
続いて、本発明におけるコンタクタのひとつの実施形態について述べる。
【００９７】
図３７は、本発明の検査装置における被検ウェハの輪郭と、その全体をカバーすべく再配置された複数のコンタクタのレイアウトを示す略上面図であり、図３８はここで用いた各コンタクタの一例を示す上面図である。
【００９８】
図３７において、各矩形はコンタクタ（ユニット）の上面形状を、また円形の一点鎖線は被検ウェハの上面形状を示すものである。各コンタクタ（ユニット）はできる限り外形を小さくし、隣接間に隙間２９を確保することが必要である。この隙間２９には、例えば図８で示したようなコンタクタユニットのねじ止めのためのリブ３０その他必要な機能を配置する。また、コンタクタ（ユニット）の使用数量を必要最小限に留めるため、被検ウェハの紙面上上下部は他に比べコンタクタ（ユニット）配置数を少なくしてもよい。このことは同時に、検査装置の外形を小さく留める上でも有効である。
【００９９】
複数のコンタクタ（ユニット）を再配置する上では、ひとつのコンタクタの面積は当該コンタクタがカバーするチップの総面積よりも小さいことが幾何学的必要条件である。コンタクタには外形を小さくするためのレイアウト的な措置が必要になる。図３８からわかるように、各チップのコンタクトすべきパッドに対応する梁２０（およびプローブ）の配置は被検ウェハの形状に依存するため変更は不可能であるが、コンタクタ５のその他の構成部品、すなわち貫通孔１９や二次電極２６などは、上記に応じてレイアウトを変更する。図３８において採られた措置は、まずコンタクタ５の紙面上、上下の貫通孔１９１は、その内側にある貫通孔１９と異なり、コンタクタ５の内側へ配置してある。  なお、最外周に配置するコンタクタの形成されるプローブと二次電極を連絡する貫通孔は、その内側に位置するコンタクタに形成される貫通孔と異なる配置（プローブと貫通孔との相対的配置）をとる。内側に位置するコンタクタに形成される貫通孔は、対応するプローブの複数の側に形成される。一方、最外側に位置するコンタクタに形成される貫通孔は、対応するプローブの片側、或いは内側及び外側と隣接する側に形成される。つまり、外側を除く側に形成されることが好ましい。
【０１００】
また二次電極２６は、それがコンタクタ５の外周部に位置せぬよう可能な限り内側に纏めて配置してある。これらの結果、コンタクタ５の外形は、当該コンタクタ５がカバーすべきチップの総面積よりも小さくなっており、さらにこの結果、複数のコンタクタを実質同一面上にある隙間を持って再配置することが幾何学的に可能になっている。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明により、ひとつの検査装置内に、例えば被検ウェハの全面積などといった広い面積を一括にカバーするに十分な数のプローブを配置し、ならびにそれらを良好に被検ウェハに対してコンタクトさせることができる半導体検査工程を実施して、簡略・効率的に半導体装置を製造できる半導体製造装置の製造法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】検査装置の概断面図
【図２】被検体であるウェハの一例
【図３】ウェハ内に複数形成されているチップの拡大図
【図４】図２および図３で示したと同様のチップの例
【図５】パッドが各チップの外周に配置されているチップの例
【図６】図１で示した検査装置の分解図
【図７】図１の検査装置に用いたコンタクタユニットの概断面図
【図８】図７に関する斜視図
【図９】図７に関する分解図
【図１０】コンタクタの上面方向からの斜視図
【図１１】下面方向からの斜視図
【図１２】補助プレートの上面方向からの斜視図
【図１３】下面方向からの斜視図
【図１４】図１の検査装置に用いたコンタクタユニット中の特にピンベッドの概断面図
【図１５】図１４に関する斜視図
【図１６】図１４に関する分解図
【図１７】図１の検査装置に用いた位置決め枠の概断面図
【図１８】図１７に関する上面方向からの斜視図
【図１９】図１７に関する下面方向からの斜視図
【図２０】図１７に関する分解図
【図２１】検査装置の位置決め枠支持構造に対して位置決め枠を配置し、さらに位置決め枠に対して複数のコンタクタユニットを配置した状態の、上面方向からの斜視図
【図２２】ウェハ内の広い面積をカバーする構造の形態例を示す検査装置の概断面図
【図２３】ウェハ内の広い面積をカバーする構造の形態例を示す検査装置の概断面図
【図２４】検査装置および被検ウェハの構造概念図
【図２５】コンタクタのプローブ近傍の概断面図
【図２６】コンタクタユニットの補助プレートとコンタクタの接合直前の概断面図
【図２７】コンタクタが、反りを有するウェハに対してコンタクトしている状態を示す概断面図
【図２８】反りを有する基板の様子を示す概断面図
【図２９】複数のコンタクタと、それを再配置するに用いる位置決め枠の概断面図
【図３０】検査装置と被検ウェハとがコンタクトする際の機構的作用の流れを示すフローチャート
【図３１】検査装置の主要部断面図
【図３２】位置決め枠がコンタクタユニットの自重によって紙面上、下に凸に反った上体を示す当該部分の概断面図
【図３３】ポゴピンの、内蔵されたコイルばねの縮み変形量とそのときばねが発生する荷重との関係を示すグラフ
【図３４】ウェハステージそれに設置された被検ウェハ、および本発明の検査装置の主要部断面図
【図３５】図３４の構成における不都合を示す主要部断面図
【図３６】ウェハステージを用いた場合の主要部断面図
【図３７】被検ウェハの輪郭と、その全体をカバーすべく再配置された複数のコンタクタのレイアウトを示す略上面図
【図３８】各コンタクタの一例を示す上面図
【符号の説明】
1a：ウェハ、1b：チップ、1c：パッド、２：基板、２１：配線、１０：プローブ、３：検査装置、４：コンタクタユニット、５：コンタクタ、６：補助プレート、７：ポゴピン、８：ピンベッド、９：接着材、１０：ねじ、１１：位置決め枠、１１a、１１b、１１c：薄板、１２：位置決め枠支持構造、１３：実装部品、１４：補強板、１５：筐体、１５a：上板、１５b：本体、１５c：下板、１６：ウェハステージ、１７：座ぐり、１８：ヒータ、１９：貫通孔、１９１：貫通孔、２０：梁、２１：コンタクタと直接接する部分、２２：貫通孔、２３：電極、２４：貫通孔、２５：板厚、２６：二次電極、２７：段差、２８：空隙、２９：隙間、３０：リブ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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