(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、
半導体ウエハに電極パッドを備えた半導体素子を形成する形成工程、
前記形成された半導体素子の電気的性能を検査する検査工程、を有し、
前記検査工程は、前記被検査半導体素子に形成される電極パッドに前記検査装置を電気的に連絡する連絡工程を含み、
前記連絡工程は、前記電極パッドに電気的に連絡させるプローブを備えた梁を複数備えたプローブ形成基板を有し、前記プローブ形成基板は、少なくとも一つの前記電極パッドに電気的に連絡するプローブを備えた第一の梁と、前記第一の梁にて電気的に連絡する電極パッドより多い数の電極パッドに電気的に連絡しうる数のプローブを備えた第二の梁とを有する前記検査装置と前記電極パッドとを電気的に連絡させ、
前記第二の梁は前記第一の梁より大きい梁断面積を有する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、
半導体ウエハに電極パッドを備えた半導体素子を形成する形成工程、
前記形成された半導体素子の電気的性能を検査する検査工程、を有し、
前記検査工程は、前記被検査半導体素子に形成される電極パッドに前記検査装置を電気的に連絡する連絡工程を含み、
前記連絡工程は、前記電極パッドに電気的に連絡させるプローブを備えた梁を複数備えたプローブ形成基板を有し、前記プローブ形成基板は、少なくとも一つの前記電極パッドに電気的に連絡するプローブを備えた第一の梁と、前記第一の梁にて電気的に連絡する電極パッドより多い数の電極パッドに電気的に連絡しうる数のプローブを備えた第二の梁とを有する前記検査装置と前記電極パッドとを電気的に連絡させ、
前記第二の梁は前記第一の梁より短い梁長を有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、
半導体ウエハに電極パッドを備えた半導体素子を形成する形成工程、
前記形成された半導体素子の電気的性能を検査する検査工程、を有し、
前記検査工程は、前記被検査半導体素子に形成される電極パッドに前記検査装置を電気的に連絡する連絡工程を含み、
前記連絡工程は、前記電極パッドに電気的に連絡させるプローブを備えた梁を複数備えたプローブ形成基板を有し、前記プローブ形成基板は、少なくとも一つの前記電極パッドに電気的に連絡するプローブを備えた第一の梁と、前記第一の梁にて電気的に連絡する電極パッドより多い数の電極パッドに電気的に連絡しうる数のプローブを備えた第二の梁とを有する前記検査装置と前記電極パッドとを電気的に連絡させ、
前記第二の梁は前記第一の梁より大きい梁幅或いは梁厚を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体装置の製造方法であって、
半導体ウエハに半導体素子を形成する形成工程、
前記形成された半導体素子の電気的性能を検査する検査工程、を有し、
前記検査工程は、前記被検査半導体素子に形成される電極パッドに前記検査装置を電気的に連絡する連絡工程を含み、
前記連絡工程は、周囲より薄く形成された複数の梁を備え、前記梁は前記電極パッドに電気的に連絡させるプローブを備えた第一の梁と前記プローブを非設置とした第二の梁を備えたプローブ形成基板を有する前記検査装置を前記電極パッドに電気的に連絡することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体装置の製造方法であって、
半導体ウエハに半導体素子を形成する形成工程、
前記形成された半導体素子の電気的性能を検査する検査工程、を有し、
前記検査工程は、前記被検査半導体素子に形成される電極パッドに前記検査装置を電気的に連絡する連絡工程を含み、
前記連絡工程は、前記電極パッドに電気的に連絡させるプローブを備えた梁を複数備えたプローブ形成基板を有し、第一の梁は第一の支持部を介して前記プローブ形成基板に連絡し、第二の梁は前記第一の梁より多い数の支持部を備えた第二の支持部を介して基板に連絡するようにした前記検査装置を前記電極パッドに電気的に連絡す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り、高信頼性、高歩留りを得る半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ICやLSIなどの半導体装置については、シリコンウェハ表面に集積回路を形成する前工程や、所定の段階において、各回路の電気的特性検査が行われ、チップ単位で良品、不良品の判定が行われる検査工程を有する。或いはこのシリコンウェハを個別のチップに切り離す工程、また、場合によっては、更に樹脂やセラミック等で封止する工程を含む後工程とに大別される。
【０００３】
上記の電気的特性検査は各回路間の導通の良否を判別するプロービング検査と、熱的、電気的ストレスを回路に付与して不良を加速選別するバーンイン検査、及び最終的に高周波で検査を行う最終検査とに大きく分別できる。
【０００４】
前記各種の検査方法共、被検ウェハーもしくは被検チップと外部の検査システムとの基本的な接続手段は同様であり、被検ウェハー上に数十ないし百数十μｍピッチでパターニングされた、数十ないし百数十μｍ角、厚さ１μｍ程度の個々のアルミニウム合金もしくはその他の合金の電極パッドに対して、個々に導電性の微細なプローブを機械的に押圧する方法が採られる。前記プローブ例として、先端が２０μｍ程度の曲率を有するタングステン針等が用いられている。
【０００５】
半導体製造装置の製造方法の前記工程に関し、特開平１―１５０８６３号に基板の上面に両端が固定されたブリッジを形成し、その中央にプローブを形成し、プローブから導電性配線が形成されている形態が開示されている。特開平７―７０５２号には、片持ち梁構造体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特性測定用プローブとしている形態が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来技術で述べたような半導体装置の検査方法では、以下に示すような課題があった。
【０００７】
前記公知例共に、基板に複数のブリッジもしくは片持ち梁構造体を個々に貼り付けているため、プローブを高精度に位置決め、固定することに大きな手間を要し、狭ピッチ化に対応することが困難であり、製造歩留まりを高めることも困難容易ではない。また、貼り付け方式では複数個のプローブを形成した場合、プローブ高さばらつきを少なくすることが困難であると考えられる。
【０００８】
また、半導体素子の高集積化にともなって狭ピッチ検査技術もしくは半導体素子の薄膜電極パッドに対応した電極パッドにダメージを抑制した低荷重検査技術が望まれる。
【０００９】
本発明は前記課題を解決しようとするものであり、半導体装置の電気的特性検査において、例えば検査用半導体素子の狭ピッチに形成された電極パッドとプローブとを信頼性高くコンタクトさせる効率的な検査工程を有し、半導体装置を効率的に製造できる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の発明は、半導体装置の製造方法であって、半導体ウエハに電極パッドを備えた半導体素子を形成する形成工程、前記形成された半導体素子の電気的性能を検査する検査工程、を有し、前記検査工程は、前記被検査半導体素子に形成される電極パッドに前記検査装置を電気的に連絡する連絡工程を含み、前記連絡工程は、前記電極パッドに電気的に連絡させるプローブを備えた梁を複数備えたプローブ形成基板を有し、前記プローブ形成基板は、少なくとも一つの前記電極パッドに電気的に連絡するプローブを備えた第一の梁と、前記第一の梁にて電気的に連絡する電極パッドより多い数の電極パッドに電気的に連絡しうる数のプローブを備えた第二の梁とを有する前記検査装置と前記電極パッドとを電気的に連絡させることを特徴とする。
【００１１】
前記第一基板の梁に形成された異なるプローブ数に応じて、各プローブに印加される押圧力が一定となる梁構造を形成することができる。押圧力の差を抑制しつつ狭ピッチの電極パッドに対応することが容易にできる。また、絶縁層を介して、配線がプローブから２次電極パッド部まで連絡していることが好ましい。
【００１２】
なお、本発明で製造する半導体装置は例えば隣接する電極パッド間が８０μｍ以下程度の狭いピッチのものに適応することが好ましい。
【００１３】
また、前記半導体装置の製造方法において、前記第二の梁は前記第一の梁より大きい梁断面積を有することができる。
【００１４】
また、前記半導体装置の製造方法において、前記第二の梁は前記第一の梁より短い梁長を有することができる。
【００１５】
また、前記半導体装置の製造方法において、前記第二の梁は前記第一の梁より大きい梁幅或いは梁厚を有することができる。
【００１６】
または、第二の発明は、半導体装置の製造方法であって、半導体ウエハに電極パッドを備えた半導体素子を形成する形成工程、前記形成された半導体素子の電気的性能を検査する検査工程、を有し、
前記検査工程は、前記被検査半導体素子に形成される電極パッドに前記検査装置を電気的に連絡する連絡工程を含み、前記連絡工程は、前記電極パッドに電気的に連絡させるプローブを備えた梁と前記プローブを配線を介して連絡される二次電極を複数備えたプローブ形成基板を有し、前記プローブ形成基板は、第一のプローブに連絡し、第一の配線幅を有する第一の配線と、第二のプローブに連絡し、前記第一の配線幅より広い第二の配線幅を有する第二の配線とを有する前記検査装置と前記電極パッドとを電気的に連絡させるようにした前記検査装置を前記電極パッドに電気的に連絡することを特徴とする。
【００１７】
なお、前記配線幅は前記配線の体積或いは投影面積で比較しても良い。
【００１８】
また、前記半導体装置の製造方法において、前記第二の配線は前記第一の配線より２倍以上広い配線幅を有することができる。
【００１９】
また、前記半導体装置の製造方法において、前記第二の配線は前記第一の配線より１０倍以上広い配線幅を有することができる。
【００２０】
また、前記半導体装置の製造方法において、第一の配線は信号線であり、第二の配線は電源或いはグランド線であることができる。
【００２１】
または、第三の発明は、半導体装置の製造方法であって、半導体ウエハに半導体素子を形成する形成工程、前記形成された半導体素子の電気的性能を検査する検査工程、を有し、前記検査工程は、前記被検査半導体素子に形成される電極パッドに前記検査装置を電気的に連絡する連絡工程を含み、前記連絡工程は、周囲より薄く形成された複数の梁を備え、前記梁は前記電極パッドに電気的に連絡させるプローブを備えた第一の梁と前記プローブを非設置とした第二の梁を備えたプローブ形成基板を有する前記検査装置を前記電極パッドに電気的に連絡することを特徴とする。
【００２２】
または、第四の発明は、半導体装置の製造方法であって、半導体ウエハに半導体素子を形成する形成工程、前記形成された半導体素子の電気的性能を検査する検査工程、を有し、前記検査工程は、前記被検査半導体素子に形成される電極パッドに前記検査装置を電気的に連絡する連絡工程を含み、前記連絡工程は、前記電極パッドに電気的に連絡させるプローブを備えた梁を複数備えたプローブ形成基板を有し、第一の梁は第一の支持部を介して前記プローブ形成基板に連絡し、第二の梁は前記第一の梁より多い数の支持部を備えた第二の支持部を介して基板に連絡するようにした前記検査装置を前記電極パッドに電気的に連絡することを特徴とする。  例えば、両端支持梁及び片持ち梁を共に備える。
【００２３】
または、第五の発明は、半導体装置の製造方法であって、半導体ウエハに半導体素子を形成する形成工程、前記形成された半導体素子の電気的性能を検査する検査工程、を有し、前記検査工程は、前記被検査半導体素子に形成される電極パッドに前記検査装置を電気的に連絡する連絡工程を含み、前記連絡工程は、前記電極パッドはウエハから切断された後に生じる半導体素子の周囲の辺に沿って形成され、前記電極パッドに電気的に連絡させるプローブを備えた梁を複数備えたプローブ形成基板を有し、前記辺のうち少なくとも２辺の電極パッドに連絡するためのプローブを備えた梁は複数の支持部によりプローブ形成基板に支持されるようにした検査装置を前記電極パッドに電気的に連絡することを特徴とする。
【００２４】
例えば、２辺の電極パッドに連絡するためのプローブを備えた梁は両持梁によりプローブ形成基板に連絡する構成をとることができる。また、その他の電極パッドに連絡するプローブは片持梁により基板に支持されるようにすることができる。
【００２５】
なお前記梁は、シリコンからなる梁を用いることができる。また、ドライエッチング加工によって梁の輪郭を形成するようにすることができる。
【００２６】
または、本発明の半導体装置は、前記何れかの製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００２７】
また、各プローブの押圧力を均一化するための制御法として、前記梁のプローブ形成面の反対面に単体もしくは複合体を形成するでも制御することが可能である。前記梁にシリコンを適用することによりシリコンのマイクロマシニング技術を適用することが可能で、微細な梁構造を形成できる。また、線膨張係数が同一であることから検査時に発生する電極パッドとの位置ずれも防止できる。さらに、シリコンからなる梁の輪郭形成法としてドライエッチング加工を適用することで、応力集中部である梁の付け根部分に曲率を形成することができるため梁全体の剛性を増加させることが可能である。
【００２８】
前記の構造を検査用半導体素子の狭ピッチ電極パッドに適用することにより、個々に梁が形成できない部分でも、確実にプローブを形成することが可能で、しかも低加圧力でのコンタクト方法が可能となる。
【００２９】
半導体装置の電気的特性検査において、例えば検査用半導体素子の狭ピッチに形成された電極パッドとプローブとを信頼性高くコンタクトさせる効率的な検査工程を有し、半導体装置を効率的に製造できる半導体装置の製造方法を得ることができる。
【００３０】
また、プローブ間の低押圧力の差を抑制し、電極パッドに不要な傷を形成することがなく、プローブ寿命を増大させることができる。加えて、それによって製造歩留まりを向上させ、製造コストを低減し、結果的に安価で高信頼性を有する半導体装置を得る。その結果、検査した半導体素子もしくは電子部品は非常に安価で提供することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態に関する説明を図１から図１２を参照して説明する。
【００３２】
まず、ICやLSIなどの半導体装置に関して、本発明の実施例の半導体装置の製造方法は、ウェハ表面に集積回路を形成する工程であるいわゆる前工程と、前工程中の所定の段階において、各回路の電気的特性検査を行う検査工程を有する。検査工程では、例えば、チップ単位等所定の単位で良品、不良品の判定が行われる。必要に応じて、更に、このシリコンウェハを個別のチップに切り離す工程、或いは更に樹脂やセラミック等で封止する工程、いわゆる後工程を有する。
【００３３】
例えば、上記の電気的特性検査は８５℃程度の温度雰囲気で各回路間の導通の良否を判別するプロービング検査と、１２５℃程度の高温中で熱的、電気的ストレスを回路に付与して不良を加速選別するバーンイン検査、及び最終的に高周波で検査を行う最終検査とに大きく分別できる。
【００３４】
本発明の代表的な説明図を図１に示す。図１は断面図を示しており、プローブ形成基板４には変形が容易な両端支持梁１９が形成され、各両端支持梁１９には個数が異なるプローブ６が形成されている。前記プローブの表面には電気的なやり取りを行うための金属配線７が形成されている。なお、各両端支持梁は、各梁に形成された異なるプローブ数に応じて、電極パッドとの接触時に印加される押圧力がほぼ一定となるように梁形状が決められている。この構造を有することにより、狭ピッチに形成されている電極パッドにも対応したプローブ形成が行え、しかも各プローブには一定の低押圧力を与えることができるため、電極パッドに形成される圧痕は小さく良好に導通が得られる。
【００３５】
本発明の一実施例に関するウエハ検査装置の構造について図２の装置構成図を用いて説明する。本発明のウエハ検査装置の構成は図２に示すように、プローブ形成基板４には変形が容易な支持梁（本実施例ではそのうち両持梁の例を示す）が形成され、前記両端支持梁にはプローブ６が形成されている。プローブ形成基板４では絶縁層を介して、金属配線７がプローブからプローブ形成基板４に形成された貫通孔（図示せず）を介して、プローブ形成面の反対面に形成された電極パッド３ｂまで連続してつながっている。プローブ形成基板の詳細な説明に関しては後述する。
【００３６】
前記プローブ形成基板は電気接続基板８に半田ボール９により固定されている。本発明では半田ボールを用いてプローブ形成基板の固定及び電気的接続を同時に行っているが他の方法、例えば銀ペーストや白金ペーストもしくは１５０℃以下で溶解しない金属材料、複合材料をスクリーン印刷法等によって形成し焼成することにより電気的導通がはかれ、かつ、プローブ形成基板を固定する方法を用いても良い。電気接続基板８の内部は多層配線が形成されており、一定のピッチで配置されている電極パッド３ｃを電気接続基板の上部に配置されたポゴピン１４の間隔まで広げる役割をしている。なお、電気接続基板８に形成された電極パッド３ｃはマトリックス状に１０００μｍピッチで形成されている。この電気接続基板の材料としてはセラミックスが好ましく、特にムライトを用いることが線膨張率の点から良い。これは、各種検査の中でバーンイン検査が１２５〜１５０℃の温度雰囲気中で行われるため、シリコンからなる被検ウエハの電極パッドとプローブとが相対的に位置ずれが生じないために線膨張率が近い方が好ましい。また、電気接続基板８には検査時に加わる加圧力により半田ボール９が一定以上つぶれないようにするため、座屈防止用の突起１０が形成されていることができる。前記、電気接続基板８及びプローブ形成基板４は多層配線基板１３に治具１１を介して、ボルト１２により固定されている。なお、治具の材料は、150℃以上で熱変形が少ない材料、例えば、窒化アルミニウムもしくはインバーなどを用いると良い。前記、多層配線基板１３の内部はガラエポ材には多層配線が形成されている構造で、ポゴピン１４が多数形成されていて内部多層配線とつながっている。なお、ポゴピンとはばね機構がついた電気的導通端子である。ウエハ検査装置１６には多層配線基板１３と電気的な導通をとるために用いるポゴピンまたは接続ピン１５が多層配線基板１３の電極パッド３eの間隔で配置されている。また、ウエハ検査装置１６には多層配線基板１３と電気的な導通をとるための方法は前記の方式に限らず、電気的な接続を可能とする方法であれば、コネクタのようなものを用いても良い。
【００３７】
前記，プローブ形成基板からウエハ検査装置までの間に電気接続基板及び多層配線基板の２枚の基板を介した理由は、電気接続基板はセラミックスの中に多層配線が形成されているため、非常にコストが高く基板の変更は容易に行えない。そのため、検査方式が変更した場合や接点の変更などは安価な多層配線基板を用いて行うことができる。また，他の検査装置への適用を行う場合には安価な多層配線基板を変更することにより容易に行える。なお、電極パッド数及び電極パッド間隔によっては前記、電気接続基板を用いず、直接多層配線基板に接続することも可能である。
【００３８】
被検ウエハ２は固定ステージ１に真空チャックで固定されている。前記固定ステージ１は周辺機器により、数１００μｍ単位での高さ制御機構及び数グラム単位での加圧力制御が可能な構造となっており、さらに上下、左右、円周方向に移動が可能な構造となっており、被検ウエハ２に形成された電極パッド３aとプローブ形成基板４のプローブ６を高精度に位置合わせしながら、互いに接触させることができる構造となっている。また、前記の構造では位置合わせ用の移動機能を固定ステージ側に付加したが、本発明では前記構造に限らず、例えば、プローブ形成基板側もしくはプローブ形成基板側と固定ステージの両者に位置合わせ用の移動機能を付加しても良い。
【００３９】
ウエハ検査装置１６と被検ウエハ２との電気信号の授受を行うための電気的な導通手段に関する構造について説明する。被検ウエハ２とプローブ形成基板４との位置合わせが終了後、前記の機構を用いて両者を接触させると被検ウエハの表面保護膜５にプローブ形成基板が押し付けられ、被検ウエハの反りや傾きを抑制し、プローブ形成基板の両端支持梁が上方にたわみ、その反力で電極パッド３aに一定の押圧力を与える。本発明で電気的導通に必要な押圧力はおよそ５ｇ程度であった。これ以上の押圧力であれば良好に電気的導通が得られる。しかし、押圧力があまり大き過ぎると電極パッド３aにダメージを与える。なお、被検ウエハ２にはアルミニウムからなる約８０μｍ角の大きさの電極パッドが形成されている。その電極パッドの周辺にはポリイミド系の樹脂からなる表面保護膜５が接触不良等を防止するために形成されている。また、電極パッド３ｂ及びプローブ６以外の配線上にはポリイミドなどからなる絶縁膜が配線の段差を埋めるように形成されている。また、前記、プローブ形成基板表面の絶縁膜は表面保護膜５にダメージを与えない材料で、少なくとも１５０℃以上の温度に耐えられる材料であれば他の絶縁材料を用いても良い。また、配線はプローブ形成基板に溝を形成しその溝の中に埋め込む構造を用いても良い。
【００４０】
前記電極パッド３aはプローブ形成基板４のプローブ６と接触することにより電気的に導通する。プローブ形成基板４のプローブから金属配線がプローブ形成基板のプローブ形成面と反対面に形成された電極パッド３bまで形成されている。プローブ形成基板の電極パッド３bと電気接続基板８の下面電極パッド３ｃは半田ボールにより電気的に接続されている。電気接続基板８の下面電極パッド３ｃと上面電極パッド３ｄは電気接続基板の内部に形成された多層配線により電気的な接続が施されている。電気接続基板８の上面電極パッド３ｄと多層配線基板１３との電気的な授受は、多層配線基板に形成されたポゴピンを用いて行う。ポゴピンにはばね機構が付加されているため、例えば、基板にうねり等が発生している場合でも導通不良を起こすことなく確実に電気的な接続が得られる。また、この部分にポゴピンを採用したことにより、検査対象物が変更した時にも、電気接続基板から下の部分を容易に交換することが可能である。多層配線基板１３に配置されたポゴピンは、多層配線基板の内部配線により多層配線基板の上面に形成された電極パッド３eまでつながっている。また、最終的なウエハ一括検査装置１６との電気的な授受は検査装置に形成されたポゴピンまたは接続端子１５を用いている。
【００４１】
以上のように配置された各種基板を用いることにより、被検ウエハの電極パッドから検査装置まで電気的な信号の授受が可能となる。また、前記に記載したように各種検査の検査装置によって、電気接続基板から下の部分を容易に交換することが可能であることから、
本発明はプロービング検査に限らずその他の検査方式にも用いることができる。例えば、５ＭＨｚの駆動周波数で１５０℃程度の高温中で数時間から数１０時間、熱的、電気的ストレスを回路に付与して不良を加速選別するバーンイン検査や最終的に１３３ＭＨｚ以上の駆動周波数で高周波で検査を行う最終検査などの検査方法にも適用することができる。
【００４２】
次にプローブ形成基板の詳細構造について図３及び図４を用いて説明する。図３はプローブ形成基板の詳細図を示したもので、図３（a）にプローブ側から見たプローブ形成基板の平面図、（ｂ）にＸ方向のＡ−Ａ断面図、（ｃ）にＹ方向のＢ−Ｂ断面図を示している。プローブ形成基板４はシリコン材からなりマイクロマシニング技術により、両端支持梁１９と両端支持梁上にプローブ６が形成されている。各両端支持梁には数が異なるプローブが形成され、プローブ数によって梁幅の寸法が変化している。この梁幅の寸法は個々のプローブが同様の押圧力となるように梁の断面形状が形成されている。電気的にはプローブ６からプローブ形成基板４の裏面側に形成された電極パッド３ｂまで複数の金属からなる金属配線７が、プローブ形成基板４に形成された貫通孔１７を介してつながっている。また、図３（ｂ）に示した断面図より、配線７の表面には保護膜１８が形成されている。なお、図３に示した梁周辺には空間２０が形成されている。
【００４３】
本発明ではシリコンプローブの相対的な位置精度は、シリコンウエハをマイクロマシニング技術によって加工しているために非常に良い。その位置精度はマスク精度に依存するためである。一般的なマスク精度は±１μｍ以下であり、加工されるプローブの相対的な位置精度もその範囲内に入る。
【００４４】
図４に図３に示した構造を実際に電極パッドに接触させた場合の説明図を示す。図４（ａ）に被検ウエハに接触する前の状態を、（ｂ）に接触後の状態を示す。同図よりプローブ形成基板４を被検ウエハ２の電極パッド３aに接触させると両端支持梁１９は弧を描いて変形し、プローブ６は変位した両端支持梁の反力により電極パッド３aに対して垂直に接触する。梁の反力がプローブに印加される押圧力を決める。
【００４５】
図５は今まで説明してきたプローブ形成基板の形成についてマイクロマシニング技術を用いた加工工程について説明する。なお、図５のＡ−Ａ破線の左側に図３に示したＸ方向の断面図を右側に図３に示したＹ方向の断面図を示す。
【００４６】
図５より、はじめに、図５(a)に示すように厚さ５００μｍ（１００）方位のシリコンウエハ３１を準備する。次に０．５μｍ厚さの熱酸化膜３２を形成し、ホトリソプロセスを用いて、シリコンウエハ３１の表面に形成された熱酸化膜３２上にレジスト塗布・パターン露光・現像・熱酸化膜のエッチングを片面から行い、プローブ６を形成するためのマスクパターンを形成する。目的のプローブ先端形状を得るために、マスクパターン形状にはエッチングによる角落ちに対処するための補償パターンが形成されている。その後、７０℃の水酸化カリウム水溶液を用いてシリコンを２０μｍ段差の異方性エッチング加工を片面から行い、図５(ｂ)に示すようにプローブ６を形成する。この時、プローブ形成部には｛１１１｝結晶面２４からなる斜面が形成される。前記シリコンのエッチング加工は水酸化カリウム水溶液だけではなく、その他のウエットエッチング液、例えば、エチレンジアミンピロカテコール、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、ヒドラジンを用いることができる。さらに、異なる深さの孔を時間差で一括してエッチング加工を行うために、多層マスク法を用いる。図５(ｃ)に示すようにホトリソプロセスを用いて、酸化・レジスト塗布・パターン露光・現像・熱酸化膜のエッチング・酸化を繰り返し行う。より詳細には酸化膜形成後、浅い孔から順番にパターニングを行う。なお、図５に示した構造のプローブ形成基板は異なる孔が３種類ある。はじめに酸化膜３２ｃを形成し、プローブを分離するためのパターニングを行う。次に両面酸化を行い、酸化膜３２ｂを形成し、梁を所定の厚さまでエッチングするためのパターニングを行う。次に両面酸化を行い、酸化膜３２aを形成する。図５（ｄ）に示すように一番深いエッチング孔３３aのパターニングを行った後、異方性エッチング加工を途中まで行う。図５（e）に示すように二番目に深い孔の酸化膜３２aを除去して、さらに一番目と二番目の孔３３ｂ加工を所定の深さまで同時に異方性エッチング加工を行う。次に、図５（ｆ）に示すように酸化膜３２ｂを除去した後、矢印３５に示す方向から酸化膜３２ｃをマスキング材としてドライエッチング加工を行い、垂直な壁に囲まれた空間２０の加工が行える。その結果、プローブ6及び両端支持梁１９は個々に分離される。この時、梁は梁厚４０μｍ、プローブ間ピッチ３５μｍの狭ピッチで加工することができた。前記ドライエッチング加工装置には誘導結合型のプラズマエッチング［ICP―RIE(Inductively  Coupled  Plasma―RIE)］装置を用いることによりアスペクト比２０程度の垂直な壁を有するエッチング加工を行える。ここで、ドライエッチング加工ではなく、異方性エッチング加工を適用しても、梁の分離加工を行うことは可能である。図５（ｆ´）にその例を示す。酸化膜３２ｂを除去した後、矢印３５に示す方向から酸化膜３２ｃをマスキング材として異方性エッチングを行うことにより梁には｛１１１｝結晶面２４が現れる。この加工では｛１１１｝結晶面が斜面となるため、電極パッド間隔の広い場合に適用することが可能である。前記加工技術では、異方性エッチングのマスク材に熱酸化膜を適用した例について説明したが、マスク材としてシリコンナイトライド膜、薄い熱酸化膜の上にシリコンナイトライド膜を形成した複合膜を用いても良い。
【００４７】
その後、図５（ｇ）に示すように、構造体全面に酸化膜を形成した後、両面に金属薄膜をスパッタリング装置により形成し、電着レジストを用いたホトリソプロセスにより、金属薄膜のパターニングを行った。次にメッキ装置を用いて銅及びニッケル材料を形成して多層配線３４を形成した。スパッタリング装置を用いた金属薄膜にはCrを２０ｎｍその上にAuを１０００ｎｍ形成した。Ｃｒ以外にもＴｉを適用することができる。これはCrやTiは下地とAuの密着性を向上させるために形成しているためである。前記配線材料は１５０℃以上で溶解せず、電気的導通がある薄膜形成可能な材料であれば他の材料を用いても良い。配線などに用いる装置もスパッタリング装置以外の装置、例えば、蒸着装置やCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いても良い。さらに、配線の形成方法はリフトオフ法にかぎらず、電着レジストまたはスプレーレジスト塗布装置等３次元的にレジストパターンの形成が可能なレジストを用いて基板全面に薄膜を形成した後、ホトリソを行い、エッチングによって形成し、その後めっきで形成しても良い。その上にCuを８μｍさらにその上にNiを２μｍめっき装置により、プローブから電極パッドまで多層配線３４を形成した。
【００４８】
次に本発明の他の実施例について説明する。図６は梁に片持ち梁を適用した例で、図６（a）にプローブ側から見たプローブ形成基板の平面図を、（ｂ）にＡ−Ａ断面図を示している。プローブ形成基板４はシリコン材からなりマイクロマシニング技術により、片持ち梁２３と片持ち梁上にプローブ６が形成されている。各片持ち梁には数が異なるプローブが形成され、プローブ数によって梁幅の寸法が変化している。この梁幅の寸法は個々のプローブが同様の押圧力となるように梁の断面形状が形成されている。
【００４９】
電気的にはプローブ６からプローブ形成基板４の裏面側に形成された電極パッド３ｂまで複数の金属からなる配線７が、プローブ形成基板４に形成された貫通孔１７を介してつながっている。また、図６（ｂ）に示した断面図より、配線７の表面には保護膜１８が形成されている。なお、図６に示した梁はシリコンの異方性エッチング技術を用いて加工しているため、梁を囲うように｛１１１｝結晶面２４が存在する。梁周辺には空間２０が形成されている。なお、図５で説明したように梁の分離方法にドライエッチング加工を適用することも可能である。
【００５０】
次に梁の分離方法としてドライエッチング加工を適用した場合の梁形状について説明する。図７（a）にプローブ側から見たプローブ形成基板の平面図を、（ｂ）にＢ−Ｂ断面図を示す。同図は図３に示したプローブ形成基板の梁を分離する加工にドライエッチング加工法を適用した場合の図である。図７（a）の両端支持梁の付け根部分はある曲率を有する曲線２５で形成されている。このように梁の付け根部分に曲率を有する曲線で構成することにより梁の剛性を格段に高めることができる。そのため、衝撃などに対して強い梁を形成することができる。また、梁の分離方法としてドライエッチング加工を適用することによって、応力集中部を緩和するために梁の輪郭を曲線だけで形成することも可能である。この場合、図７（ｂ）に示した断面図に示すように梁の断面は長方形断面となる。
【００５１】
次に梁に形成する異なるプローブ数に対して梁設計法について図８を参照して説明する。本発明において、プローブにかかる押圧力は梁のたわみ量によって決まる。これは梁がたわんだ際の反力をプローブが支点となり、荷重をうけるためである。梁のたわみ量νは両端支持梁の場合（１）式、片持ち梁の場合（２）式で表せられる。
【００５２】
ν＝ＷＬ３／１９２ＥＩ  ………（１）
ν＝ＷＬ３／３ＥＩ  ………（２）
ここで、Ｗが押圧力、Ｌは梁の長さ、Ｅはヤング率、Ｉは断面２次モーメントである。この式より、ヤング率は一定であるためプローブに印加される押圧力は梁の長さ及び断面２次モーメントで決まる。
一方、断面２次モーメントは長方形断面の場合、（３）式で表される。
【００５３】
Ｉ＝ｂｈ３／１２  ………（３）
ここで、ｂは長方形断面の幅、ｈは長方形断面の高さである。
【００５４】
そのため、梁の押圧力は梁の長さ及び梁断面の幅と高さで決まる。梁断面の高さは図５に示したプロセスから各梁ごとに梁高さ、すなわち梁厚を制御することは各梁を同時に形成しているため困難である。
【００５５】
以上のことから、梁の長さ及び梁の幅によって押圧力を変化させることになるが、（３）式より梁幅を変化させるとそれに１次比例して断面２次モーメントも変化する。そのため、プローブにかかる押圧力は単純に梁幅を変えるだけで変化させることができる。
【００５６】
図８より、プローブ形成基板４において、一つのプローブ６が形成された梁幅Ｗ１と二つのプローブ６が形成された梁幅Ｗ２との関係は（４）式になる。
【００５７】
Ｗ２＝２Ｗ１    ………（４）
一つのプローブが形成された梁幅に対して二つのプローブが形成された梁幅を２倍にすることにより各プローブに印加される押圧力を一定にすることが可能である。
しかし、被検ウエハの電極パッドの配置によっては、梁幅Ｗ２が形成できないことも考えられるため、その場合は一つのプローブが形成された梁長さＬ１に対して二つのプローブが形成された梁長さＬ２も変化させることにより押圧力を一定にしても良い。
【００５８】
前記に示すように、プローブ数に応じた各梁の押圧力は梁幅を主に変更することによって制御することが可能であるが、さらにプローブ数に応じた各梁の押圧力をより精度を高める場合には図９に示す断面構造が有効である。この構造は梁のプローブ形成面の反対面に金属膜２９を薄く形成することにより、押圧力のばらつきを制御するもので、実際は金属膜２９の面積を変えることで押圧力を制御することができ、場合によっては金属膜を必要な梁だけに形成する方法を用いても良い。また、ひとつの金属だけでなく、数種類の膜を組み合わせて形成しても良い。さらに、梁の剛性を変化させる材質であれば、金属にかぎらずセラミックス材料、有機材料を用いることも可能である。
【００５９】
本発明では被検ウエハに形成されたいろいろなパターンの電極パッド配置によって、梁の形状、配置もしくは梁の本数及び前記梁に形成するプローブ数を自由に選定配置できる。その一例を図１０、図１１を参照して説明する。図１０は検査用半導体素子の電極パッド部３aが複数のチップ２６aの両側に直線上に配置されたパターンを示す。この電極パッド構造ではプローブ形成基板４aは１０個の電極パッド３aを４本の両端支持梁１９で構成している。なお、梁の周辺は空間２０が形成されている。
【００６０】
また、図１１はマイコンなどの検査用半導体素子の電極パッド部３aがチップ２６ｂを四角に囲うように配置されたパターンを示す。この電極パッド構造では、プローブ形成基板４ｂには複数の両端支持梁１９及び複数の片持ち梁２６の両者の梁によって構成され、電極パッドにあてるためのプローブは各梁にひとつないし複数個形成されている。このような構造をとることにより、２次電極パッドまで配線するために必要な貫通孔の面積を確保することができ、複数個のチップを同時に検査することが可能である。また、電極パッドの間隔によっては、両端支持梁もしくは片持ち梁だけの構造でもかまわない。なお、図１０と同様に梁の周辺部には空間２０が形成されている。
【００６１】
前記の各実施例については梁の材質にシリコンを適用した例について説明したが、本発明では梁の材質にシリコン以外のものを用いても良い。その梁の構造例を図１２に示す。図１２（a）は金属梁を適用した場合の例である。この構造はシリコンのプローブ形成基板４に金属梁２７形成し、その上に金属プローブ３０が少なくともひとつ以上、形成されている。プローブは金属から形成されており、金属梁との絶縁を得るために、金属は梁とプローブとの間には絶縁膜２８が形成されている。また、梁の材質に金属以外の剛性のある材料を用いても良い。なお、プローブ形成基板にシリコンを適用した例について説明したが、プローブ形成基板はシリコンと線膨張率が近い材料であれば他の材料を用いても良い。
【００６２】
また、図１２（ｂ）に示すようにプローブ形成基板４にシリコンの両端支持梁１９が形成された梁表面に金属プローブ３０だけ、後から形成する構造を用いても良い。この構造では、梁形成とプローブ形成を別のプロセスで行うことができるため、目的の位置にプローブを形成することができプロセスが容易になる。
【００６３】
以上のようにそれぞれ説明した本発明のプローブ形成基板にプロービング検査に適用した結果、被検ウエハの電極パッドとプローブ末端端子との接触抵抗が５Ω以下と低く、テスト周波数も１５０ＭＨｚ以上得られた。その時に温度雰囲気を常温から８５℃まで変化させたが、被検ウエハの電極パッドとプローブは極めて良好にコンタクトされていた。また、本発明では被検ウエハを対象として説明したが、例えばベアチップの検査もしくははんだボールが形成された素子の検査にも適用することができる。また、特にバーンイン向けソケット用テープへのコンタクト応用に用いることができる。本発明で検査された半導体素子または半導体チップなどのデバイスは電極パッドにおける傷の深さが一定となるため、低ダメージの電極パッドの製品を作り出すことができる。そのため、検査後にはんだボールを形成する時でも良好に形成することができ、他の検査時でも同じ電極パッドを用いることができる。
【００６４】
以上のことより狭ピッチで、しかも信頼性の高い電気的検査が可能になり、このようなプロセスを含む半導体装置の製造方法により製造した半導体素子もしくは電子部品は非常に安価で提供することができる
このようなシリコンからなるプローブ形成基板の梁に形成された異なるプローブ数に応じて、各プローブに印加される押圧力が一定となる梁構造を適用した検査装置を用いて各種検査を行うことにより、狭ピッチ電極パッド部に対して、確実にコンタクトがとれるために信頼性が高く、また、検査時間を短縮することができる。さらに多種の電極パッド配置構造に用いることができるため、従来コンタクトが困難であった製品への適用範囲が広がる。また、量産性に優れており、低コストで信頼性の高い半導体デバイスを提供できる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明は半導体装置の電気的特性検査において、例えば検査用半導体素子の狭ピッチに形成された電極パッドとプローブとを信頼性高くコンタクトさせる効率的な検査工程を有し、半導体装置を効率的に製造できる半導体装置の製造方法及び半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に関する断面図
【図２】本発明の一実施例に関する装置構成図
【図３】本発明の一実施例に関する平面図及び断面図
【図４】被検ウエハの電極パッド部へのコンタクトに関する断面図
【図５】本発明の一実施例に関する構造体の加工プロセス
【図６】本発明の他の一実施例に関する平面図及び断面図
【図７】梁の輪郭形成に関する平面図及び断面図
【図８】プローブ数と梁形状を説明する図
【図９】本発明の他の一実施例に関する断面図
【図１０】本発明の他の一実施例に関する平面図
【図１１】本発明の他の一実施例に関する平面図
【図１２】本発明の他の一実施例に関する断面図
【符号の説明】
１…固定ステージ、２…被検ウエハ、３…電極パッド、４…プローブ形成基板、
５…表面保護膜、６…プローブ、７…配線、８…電気接続基板、９…半田ボール、
10…突起、11…治具、12…ボルト、13…多層配線基板、14…ポゴピン、
15…ポゴピンまたは接続ピン、16…ウエハ検査装置、17…貫通孔、18…保護膜、
19…両端支持梁、20…空間、21…酸化膜、23…片持ち梁、
24…｛１１１｝結晶面、25…曲線、26…チップ、27…金属梁、28…絶縁膜、
29…金属膜、30…金属プローブ、31…シリコンウエハ、32…熱酸化膜、
33…エッチング孔、34…多層配線、35…エッチング方向
【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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