JP2002082130A - 半導体素子検査装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来構成では、電極パッド部にプローブを押し
付けると、垂直方向にのみしか押圧力が作用せず、アル
ミナなどからなる酸化膜を破るために、押圧力を大きく
しなければならなかった。 【解決手段】本発明では、第一基板に形成した複数のプ
ローブ位置は、個々の梁上であって、梁の中心からずれ
た位置に形成し、かつ、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続してつながっている構
造とした。なお、梁にシリコンからなる両端支持梁を用
い、プローブを両端支持梁の支持部側にずらした位置に
形成した構造とすることで、検査用電極パッドへ接触す
るプローブは、電極パッドの個々の高さばらつきを吸収
し、かつ電極パッドの表面をこすりながら電極パッドに
対して確実に低押圧力でコンタクトを行うことができ、
良好な接触抵抗が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子もしくは
半導体デバイスの試験方法に係り、特に、プロービング
検査およびウエハ状態で行うバーンイン検査など半導体
製造工程における半導体素子の電気的特性を効率的に検
査することにより、高信頼性、高歩留りを達成した半導
体装置および半導体装置の電気的特性の検査方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置では、シ
リコンウェハ表面に集積回路を形成するまでのいわゆる
前工程と、このシリコンウェハを個別のチップに切り離
して樹脂やセラミック等で封止するまでのいわゆる後工
程とに大別される。

【０００３】これらの半導体装置では前工程中の所定の
段階において、各回路の電気的特性検査が行われ、チッ
プ単位で良品、不良品の判定が行われる。

【０００４】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、１５０℃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。特に高周波で行
われる最終検査では高速デバイスの検査を超高周波で行
う高速動作の検査方式が望まれている。

【０００５】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μ
ｍ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。そ
の一例として、先端が２０μｍ程度の曲率を有するタン
グステン針を用いて微細なアルミニウムからなる電極パ
ッドに接触させ電気的に導通を得る場合、電極パッドの
表面に形成された酸化膜を破るためにパッド表面を滑ら
して電気的な接触を得ている。そのため、検査後のパッ
ド表面には大きな傷痕が形成させる。今後、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
ジを与えない低荷重検査技術が必要となる。

【０００６】プロービング検査の従来例として、特開平
１―１５０８６３号公報に記載の方式がある。この方式
は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たもので、プローブから導電
性配線が形成されている。

【０００７】また、特開平８―７５７５８号公報に記載
の方式がある。この方式では両端支持梁に幅方向にレバ
ーを形成しそのレバーの先端にプローブを形成してい
る。すなわち、両端支持梁の長手方向の中心線に対して
直角方向にずれた位置（幅方向にずれた位置）にプロー
ブが設けられている。なお、この発明は走査型プローブ
顕微鏡（ＳＰＭ）および記録再生装置等の情報処理装置
に用いるものである。

【０００８】

【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
問題点があった。

【０００９】前者の方式では基板の上面に複数のブリッ
ジを個々に貼り付けているため、狭ピッチの製品には対
応することが困難である。また、プローブは梁の中央に
形成されているため、電極パッドに押し付けると、垂直
方向にのみ押圧力が作用せず、アルミニウム材からなる
電極パッドの表面に形成されたアルミナなどからなる酸
化膜を破ることができず、その結果、抵抗値が大きくな
り良好な導通が得られないことが予測できる。

【００１０】後者の方式では、両端支持梁の長手方向の
中心線から垂直方向にずれた位置にプローブを形成し、
梁全体はシリコン基材上に形成しているため、プローブ
の形成面積が大きくなり、かつ、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、製造歩留まりも低いことが予
測できる。また、梁を反らすために梁上に２種類の電極
を形成しているため、複数個のプローブを形成したとし
ても、プローブ高さばらつきが大きくなり、一定の高さ
でプローブを形成できないことが予測でき、構造が複雑
である。さらにこの方式ではプローブ数が一点しかな
く、プローブを接触させて用いることおよび複数のプロ
ーブを形成して用いることを対象にしていないために、
複数のプローブの高さばらつきおよび例えば、電極パッ
ドへの接触なども想定した構造となっていないことが予
測できる。

【００１１】本発明の目的は、これまで述べた多くの問
題点を解決し、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確実にコンタクトさせ、かつ低押圧
力で、電極パッドに不要な傷を形成することがなく、プ
ローブ寿命を飛躍的に増大させることができる半導体検
査装置を実現ことにある。

【００１２】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
導体装置を得ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、検査用半導体素子の複数の電極パッドと検査装置に
配置された複数の電気接続基板の第一基板形成された梁
に形成されたプローブを個々に直接接触させて、電気的
に接続しながら半導体素子を検査する装置において、前
記第一基板に形成された複数のプローブは、個々の梁上
の略中心線上であって、梁の支持点側にずらした位置に
形成し、かつ、配線が絶縁層を介してプローブから２次
電極パッド部まで連続してつながっている構造としてい
る。

【００１４】前記梁に両端支持梁を用い、プローブを両
端支持梁の長手方向の中心から、前記梁の一方側の支持
部側へずらした位置に形成した構造が好ましく、検査用
電極パッドへ接触するプローブは、電極パッドの個々の
高さばらつきを吸収しかつ電極パッドの表面をこすりな
がら電極パッドに対して確実にコンタクトを行うことが
でき、良好な接触抵抗が得られる。

【００１５】また、前記の梁に片持ち梁を用い、プロー
ブを片持ち梁の長手方向の中心線に対して直交する方向
へずらした位置に形成した構造を用いることにより、プ
ローブが電極パッドに接触場合、回転方向に傾きが加え
らる構造を用いても良い。さらに、前記第一基板にシリ
コンを用いることにより、検査における温度上昇時でも
位置ずれを起こすことがない。プローブを垂直方向に対
して４５度以上の傾きを有して電極パッドと接触させる
構造とすることにより、電極パッドの表面をこする効果
が大きくなり良好な接触抵抗を得ることができ、低加圧
力で良好な接触抵抗を得ることができるため、電極パッ
ドへの傷も浅くなる。また、狭ピッチの電極パッドに対
応する構造はホトリソプロセスを用いてプローブの補償
パターンをパターニングする手順と、ウエットエッチン
グによってプローブを形成する手順と、ホトリソプロセ
スを用いて多層マスクパターンを形成する手順と、ウエ
ットエッチングによって梁の裏側を加工する手順と、ド
ライエッチングによって梁を形成する手段を用いて第一
基板を形成する加工プロセスを用いることにより達成で
きる。この加工プロセスは狭ピッチまたは高密度に配置
されたプローブを個々の梁で分離するために量産性の良
いウエットエッチングを用いて加工した後、高アスペク
ト比の溝をドライエッチングで加工する方式である。

【００１６】検査用半導体素子の複数の電極パッドと検
査装置に配置された複数の電気接続基板の第一基板の梁
に形成されたプローブを個々に直接接触させて、電気的
に接続しながら半導体素子を検査する装置において、前
記半導体素子の電極パッド表面をプローブが、ワイピン
グしながら電気的検査を行う半導体素子の検査方法を用
いることにより、電極パッドへの傷が小さく、低加圧力
でしかも低ダメージのコンタクト方法が可能となる。

【００１７】さらに、上記の構造および方式を用いるこ
とにより、たとえ酸化膜が数オングストローム形成され
た電極パッドであったとしても、確実にコンタクトさせ
ることが可能となる。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。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明に係る実施例の説明を図１
から図１８を参照して説明する。

【００１９】本発明の代表的な実施例の説明図を図１に
示す。半導体素子が形成された被検ウエハ２には検査用
の電極パッド３aが数十μｍ角の大きさで複数個形成さ
れている。図１はその一部分を拡大したものである。梁
または薄膜３０上に形成されたプローブ６は電極パッド
３aに対してθの角度を持って接触するように構成して
いる。すなわち、梁または薄膜上に形成されたプローブ
が、同図Ａ−Ａ中心線のように電極パッド平面に対して
垂直方向から角度（同図Ｂ−Ｂ中心線）を持って電極パ
ッドに接触し、矢印３１のように電極パッド表面をプロ
ーブ先端部が移動（ワイピング）する構造である。この
構造とすることにより、たとえ表面に酸化膜や汚れが形
成された電極パッドでも、力を作用させた場合、プロー
ブが電極パッドの接触面上を移動することにより、酸化
膜や汚れを除去し、良好に接触し電気的にも抵抗値は小
さくなる。前記梁に両端支持梁を用い、かつプローブが
個々の両端支持梁上に独立もしくは数プローブごと独立
した構造を用いることにより、検査用電極パッドに対す
る高さばらつきを吸収し、かつ電極パッド表面をこする
ことで良好に導通が得られる。

【００２０】また、プローブが電極パッド面に対して垂
直に形成されていても、電極パッド部の位置を移動して
設けることによって、プローブとの接触角度を変え、電
極パッド表面をワイピングさせる方法を用いても良い。
すなわち両持ち梁の力の作用中心よりプローブの位置
を、梁の一方の支持部側へずらして設けることで、力が
作用してもプローブ先端が力の作用中心に向かうように
構成したものである。本実施例は、プローブと電極パッ
ドを接触させた場合、どちらか一方が数μｍ程度移動す
る機構もしくは構造を用いることにより、プローブと電
極パッドが良好に接触し電気抵抗値が小さくなる方法を
提供するものである。

【００２１】一実施例に関するウエハ検査装置の構造を
図２のにて説明する。図２に示すように、プローブ形成
基板４には、変形が容易な両持ち梁が形成され、両持ち
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がプローブから貫通
孔１７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。

【００２２】プローブ形成基板４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。本実施例では、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。なお、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を図り、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、狭ピッチに配置されている電
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。

【００２３】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８００μｍ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１５０℃の温度雰囲気中で行われる。このため、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の間
で、相対的な位置ずれを防止するためには、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。

【００２４】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１
２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。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と電気的に導通させるために用い
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と電気的に導通させるため
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。

【００２５】前述のように、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。

【００２６】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。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いる。
そして、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、本実施例では前記構造に限
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側の両者に位置合わせ用の移動
機能を付加しても良い。

【００２７】次に、ウエハ検査装置１６と被検ウエハ２
との間で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持ち梁が上方に撓
み、その反力で電極パッド３aに一定の押圧力を与え
る。本実施例で電気的導通に必要な押圧力はおよそ２ｇ
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。

【００２８】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１８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。

【００２９】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。

【００３０】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３
e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。

【００３１】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、３０ＭＨｚの駆動周波数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、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、及び最終的に１３３ＭＨｚ以上の高周波
の駆動周波数で検査を行う、最終検査などの検査方法に
適用することができる。

【００３２】本実施例の半導体検査装置は、前記のプロ
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、バーンイン検査をウエハレベルでパ
ッキングした状態で連続して電気的特性検査を行う場合
にも、確実に電極パッドとプローブのコンタクトが得ら
れるため用いることができる。また、被検ウエハの周辺
部に数μｍ程度微動させることができる機構、もしくは
プローブ側に数μｍ程度微動させることができる機構、
例えば、圧電素子を被検ウエハの側面に付加することに
より、コンタクト後、被検ウエハ全体を動かすことがで
きる構造を適用しても、本実施例と同様のワイピング効
果が得られる。

【００３３】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）に断面図、
（ｂ）にプローブ側から見たプローブ形成基板の平面図
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、
両端支持梁上に形成したプローブ６より構成されてい
る。図３Ａ−Ａ中心線に示したようにプローブの位置は
被検ウエハ２に形成された電極パッド３aの中心位置と
同じ位置に加工されている。なお、被検ウエハ２の電極
パッド３a以外の部分は、電極パッドより数μｍ高く、
表面保護膜５によって形成されている。前記プローブの
位置は両端支持梁の長手方向の中心Ｂ−Ｂ中心線からず
れた位置Ａ−Ａ中心線の位置(すなわち、両端支持梁の
一方の支持部側に近づけた位置）に形成されている。な
お、両端支持梁の長手方向と直角方向は梁幅の中心にプ
ローブが形成されている。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。なお、配線７の
表面には保護膜１８が形成されている。

【００３４】本実施例の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
を利用し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。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。同図（ｂ）の平面図からプロ
ーブ６は、被検ウエハの複数個の電極パッドと同じ位置
に複数個のプローブが両端支持梁１９上に形成されてお
り、梁周辺は空間２０となっている。また、両端支持梁
１９がプローブ毎に形成されているのは、個々に押圧力
を電極パッドに与えるためである。なお、同図（ｂ）の
平面図に示したＸ方向及びＹ方向は平面図から見たとき
の断面方向を示している。以後に示す断面図はこれを基
準にして説明する。

【００３５】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。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は弧を描いて変形する。この時、プ
ローブ６は両持ち梁の一方側の支持部に片寄って設けて
あるため、電極パッド３aに対して斜めに接触し、梁中
心側に若干移動する。

【００３６】一方、図５に梁の中心にプローブを形成さ
せた場合の断面図を示す。なお、同図の断面方向は図３
平面図に示したＸ方向について示している。同図（a）
に被検ウエハと接触する前の断面図を、（ｂ）に接触後
の断面図を示す。図５（a）の断面図はプローブ形成基
板４に形成された両端支持梁１９の中心にプローブ６が
形成されている。電極パッド３aも同様にプローブの中
心位置に形成されている。このような構造のものを接触
させると図５（ｂ）に示すように梁は弧を描くように撓
む。プローブ６は電極パッドに対して垂直に接触する。
この構造では電極パッドへの押圧力は下側にしか働かな
い。一方、図４の構造では下側のみならず横方向への力
も働く。このような構造を用いることにより、電極パッ
ドに対して、傷が浅く、低押圧力で良好なコンタクトを
得ることができる。詳細については後で述べる。

【００３７】半導体素子の検査用電極パッドは、半導体
素子の高密度化に伴って微細化が一段と進む。図６を用
いて微細化された電極パッドの構造について説明する。
図６より、被検ウエハ２に形成された電極パッド３ａの
膜厚ｔは薄膜化がいっそう進み、電極パッド幅ｄは狭く
なる。また、電極パッド間隔Ｐも狭ピッチ化が進む。な
お、電極パッド３ａにアルミニウムなどの材料を用いた
場合、その表面には酸化物２１が形成されている。以上
のことを考慮して、電極パッドに接触させるプローブ
は、低押圧力でしかも大きな傷を形成しない低ダメージ
の検査方式が必要である。接触抵抗が大きいと目的の駆
動周波数で検査ができなくなるためである。

【００３８】ここで、微小なプローブと電極パッドの接
触抵抗とプローブの先端面積あるいは接触面積の関係に
ついて述べる。図７に電極パッド表面に酸化物が形成さ
れた場合の関係図を示す。一般的に接触抵抗を低下させ
るには電極パッド部と接触している面積が大きいほど良
い。しかし、同一の押圧力と仮定した場合、プローブ先
端面積は小さいほど接触抵抗が低下する。これは同一の
押圧力ではプローブ先端面積が小さいほど面圧が上昇す
るために、電極パッド表面に酸化膜などが存在していた
としても容易に破ることが可能となるためである。

【００３９】より詳細な説明を図８から図１４を用いて
行う。図８（a）は梁または薄膜１９に形成されたプロ
ーブ６の先端面積２２aが小さい場合、図８（ｂ）は梁
または薄膜１９に形成されたプローブ６の先端面積２２
ｂが大きい場合を示す。このような２種類のプローブを
被検ウエハの電極パッド面に対して垂直に押し付けた場
合の一例を図９に示す。図９（a）はプローブ先端面積
が小さいため、容易に電極パッド３aの表面に形成され
た酸化膜２１を破ることができ、電極パッド３aの材料
と十分な接触部２３aを得ることが可能である。

【００４０】一方、図９（b）はプローブ先端面積が大
きいため、電極パッド３aの表面に形成された酸化膜２
１を破ることができない。このために、電極パッド３a
の材料と十分な接触部２３ｂを得られず、接触抵抗が大
きくなる。そのため、図７に示した同一押圧力でプロー
ブ先端面積が大きくなるほど接触抵抗は増加する。

【００４１】一方、検査するためのプローブには、製品
によってその寿命を考慮する必要がある。例えば、バー
ンイン検査の場合では数１００回程度、プロービング検
査では２０万回程度必要とされている。そのため、先端
面積が小さい場合は、使用回数が増加すると図１０に示
すようにプローブ６の先端部がつぶれ、結果的に電極パ
ッド３aの酸化膜２１を破れず、良好な接触抵抗を得る
ことができなくなるという問題がある。

【００４２】本実施例はこれらのことを鑑みて、プロー
ブを電極パッドに対して斜めに接触させ、電極パッド表
面をワイピングさせることにより低押圧力で電極パッド
に対して低ダメージの検査方法を提供するものである。
より詳細には図１１（a）に示すように梁または薄膜１
９に形成されたプローブ６を電極パッド３aに対して斜
めに接触させる構造をとることにより、接触面積ｃが増
加し、容易に酸化膜２１を破ることが可能でありその時
の接触抵抗も低下する。前記プローブの先端形状はプロ
ーブ先端からプローブの底辺に対して数本の稜線が形成
されている。すなわち角が形成されているプローブ構造
が酸化膜を破りやすいため好ましい。

【００４３】より接触抵抗を低下させる場合には、図１
１（ｂ）に示すように電極パッドに接触した後、ワイピ
ングさせることにより、酸化膜を除去しながら接触面積
を増加させることができ、より確実に接触抵抗を低下さ
せることができる。

【００４４】図１２にそのときのプローブ痕を示す。同
図の電極パッド３aの周囲を保護膜５が形成されてい
る。図１２（a）は図１１（a）に対応しており、図１２
（ｂ）は図１１（ｂ）に対応している。両者を比較する
とプローブ痕２４aに対してプローブ痕２４ｂの方がワ
イピングして広く形成されていることが分かる。

【００４５】本実施例は、特に表面に酸化膜が形成され
たアルミニウム、はんだまたはその合金など表面に酸化
膜が形成されやすい金属の電極パッド材に接触抵抗を低
下させる効果がある。また、本発明は電極パッドに深く
傷を付けるのではなく、電極パッド表面を浅くこするこ
とで良好な導通を得ようとするものであることから、低
ダメージの検査方法であり、例えば、表面酸化膜が形成
されにくい金属からなる電極パッドに対してもさらに低
押圧力での検査が可能となるため、非常に有効である。

【００４６】また、本実施例のワイピング量は数μｍ程
度の移動量で効果がある。実験によれば、シリコン製の
プローブに金属配線を施したものを用い、先端面積を９
０平方μｍとして個々のプローブの押圧力を５ｇで実験
を行った結果、３μｍのワイピングで接触抵抗が１Ω以
下であった。

【００４７】図１３を用いて本実施例におけるプローブ
痕の深さについて説明する。一般的に図９（a）に示し
た構造では、電極パッドの厚さが薄い場合、押圧力を増
加させると、電極パッドを突き抜けてしまう。そのた
め、低押圧力で電極パッドへ接触させる必要があるが、
十分な接触抵抗を得るためにプローブ先端を非常に小さ
く形成すると、この構造では前にも述べたように寿命が
短い。本実施例では梁または薄膜１９に形成したプロー
ブ６は電極パッドの水平面に対して垂直方向からθの角
度を持って電極パッドへ接触させる。前記、θ角度が４
５度では下方に働く押圧力と横に働く押圧力が同じ力に
なる。θ角度が４５度以下では下方に働く押圧力よりも
横に働く押圧力が強くなり、４５度以上では横に働く押
圧力よりも下方に働く押圧力が強くなる。すなわち、電
極パッドに対してプローブが接触してかつ、ワイピング
させるためにはθ角度が４５度以下とすることが好まし
い。

【００４８】一方、梁などに形成するプローブ位置には
制限がある。図１４を用いて説明する。梁の中心Ａ−Ａ
中心線からＢ−Ｂ中心線まで位置をＭ１長さだけずらし
てプローブを形成した場合、両端支持梁におけるプロー
ブ形成側の梁の支点２５に応力が働き、あまり梁の支点
２５の近くにプローブを形成することが困難となる。そ
のため、プローブ位置は材料及び梁の形状などを考慮し
て形成する必要がある。基本的には材料力学などの文献
に記載されている公式によって計算することができる。
前記、図１４に示した構造では梁材料にシリコンを用
い、プローブ変位量１０μｍ、梁厚２８μｍ、梁長さ１
ｍｍの場合、最大１２０μｍ程度まで梁の中心からプロ
ーブ位置をずらすことができる。

【００４９】本発明の他の実施例として図１５に示す。
図１５（a）に片持ち梁の断面図を図１５（ｂ）にその
平面図を示す。プローブ形成基板４には片持ち梁２６及
び貫通孔１７が形成されている。片持ち梁２６にはプロ
ーブ６が形成されており、その位置は片持ち梁の長手方
向の中心Ｂ−Ｂ中心線からずれた位置のＣ−Ｃ中心線上
に形成されている。このように形成されたプローブを電
極パッドに接触させ場合、ねじれが生じながら、良好に
接触させることができる。なお、図中２０は空間を示し
ており、配線７はプローブ６から貫通孔１７を介して電
極パッド３ｂまでつながっている。

【００５０】本実施例のプローブをワイピングさせるた
めの構造は、基本的にプローブ位置が梁の長手方向の中
心及びそれと交わる垂直方向の中心位置からずれた位置
にプローブが形成されていることにより、ワイピングや
回転などの効果を有することができる。また、プローブ
は梁とかならずしも一体構造である必要はなく、例え
ば、梁を形成した後、プローブだけ痕で形成した構造を
用いることもできる。

【００５１】図１６は本発明の他の実施例を説明する図
である。図１６（a）は押圧前を、（ｂ）は押圧後を示
す。変形が容易な内部に配線が形成されたシート材料２
９にはプローブ６を形成されている。押圧治具２８を押
圧機構２７で矢印３１に示すように押圧すると（b）に
示すように押圧治具２８がシート材料２９を変形させ、
その結果、プローブ６は斜めに維持された状態で電極パ
ッド（図示せず）と接触し、ワイピングさせることがで
きる。また、押圧機構２７を用いず、全体を真空パック
のようなもので密閉し、真空状態で押圧する構造を用い
ても良い。

【００５２】一方、狭ピッチでプローブを形成する方法
について図１７を用いて説明する。図１７（a）は図３
に示した断面方向のＸ方向断面図を、図１７（ｂ）はY
方向の断面図を示す。シリコンを材料に加工する場合、
一般的にはシリコンの異方性エッチング技術を用いて構
造体を形成する。これはシリコンの異方性エッチング技
術はウエットエッチングであることから量産性に優れて
いるためである。この技術は例えば、（１００）結晶面
にマスキングを施した部分以外の位置をエッチングする
と、（１１１）結晶面だけがエッチング速度は遅くな
り、最終的に（１００）結晶面３３と（１１１）結晶面
３２で囲まれた構造体が形成される。そのため、図１７
（ｂ）に示すように梁とプローブを合わせた高さＭとプ
ローブ間ピッチＰとの間には数１の関係で表される。

【００５３】

【数１】

【００５４】例えば、シリコンウエハを用いて、梁とプ
ローブを合わせた高さＭを３０μｍ厚とした場合、最小
プローブ間ピッチは、４２．４μｍとなりそれ以下のピ
ッチでは、個々に独立した梁の形成が困難となる。

【００５５】そこで、狭ピッチで加工でき、しかも量産
性に優れた加工プロセスについて図１８を用いて説明す
る。図１８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１８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。

【００５６】図１８より、始めに、図１８(a)に示すよ
うに厚さ５００μｍ（１００）方位のシリコンウエハ３
４を準備する。次に０．５μｍ厚さの熱酸化膜を形成
し、ホトリソプロセスを用いて、シリコンウエハ３４の
表面に形成された熱酸化膜３５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１８(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３２からなる斜面が形成され
る。

【００５７】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。

【００５８】図１８(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１８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３５ｃ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３５ｂ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３５aを形成する。

【００５９】図１８（ｄ）に示すように一番深いエッチ
ング孔３７a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１８（e）に示すように二
番目に深い孔の酸化膜３５aを除去して、さらに一番目
と二番目の孔３７ｂ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１８（ｆ）に示すよう
に酸化膜３５ｂを除去した後、矢印３１に示す方向から
酸化膜３５ｃ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。

【００６０】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３０μｍ、プロ
ーブ間ピッチ２５μｍの狭ピッチで加工することができ
た。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
可能であるが、前記に述べたように異方性エッチング加
工では斜面が形成されるために狭ピッチの梁を形成する
ことは困難となる。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(Inductive
ly 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。

【００６１】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。

【００６２】その後、図１８（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３６を形成した。スパッタリング装置を用
いた金属薄膜はＣｒ又はＴｉを２０ｎｍ、その上にＡｕ
を１０００ｎｍ積層した膜を用いた。このＣｒやＴｉ
は、下地とＡｕの密着性を向上させるために形成したも
のである。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。

【００６３】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 Va
por 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限らず、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１
０μｍ、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４２を形成し
た。

【００６４】以上、説明した各実施例発明のプローブ形
成基板を、バーンイン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２Ω以
下と低く、テスト周波数も１００ＭＨｚ以上得られた。
また、その時の寿命は２万回以上であった。その時に温
度雰囲気を常温から１５０℃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、本実施例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。

【００６５】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。各実施例
の検査装置を用いて検査し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が浅いた
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。

【００６６】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、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

【００６７】

【発明の効果】本発明のプローブを電極パッド表面でワ
イピングさせる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、電極パッド部へプローブ痕が小さ
く、確実にコンタクトが取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。さらに狭ピッチ
に対応した加工技術を適用することで、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に関する斜視図。

【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断面図及び平面図。

【図４】本発明の一実施例に関するプローブと電極パッ
ドに関する断面図。

【図５】従来例に関する断面図。

【図６】半導体ウエハの詳細図。

【図７】接触抵抗と接触面積に関する説明図。

【図８】プローブ先端の詳細図。

【図９】電極パッドとの接触面積に関する図。

【図10】寿命に関する説明図。

【図11】本発明の一実施例に関する断面図。

【図12】本発明の一実施例に関するプローブ圧痕図。

【図13】本発明の一実施例に関する断面図。

【図14】本発明の一実施例に関する断面図。

【図15】本発明の他の一実施例に関する断面図及び平面
図。

【図16】本発明の他の一実施例に関する断面図。

【図17】本発明の狭ピッチに関する断面図。

【図18】本発明の一実施例に関する構造体の加工プロセ
ス。

【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、22…プローブ先端、23…接触
部、24…圧痕、25…支点、26…片持ち梁、27…押圧機
構、28…押圧治具、29…絶縁シート、30…梁または薄
膜、31…矢印、32…（１１１）結晶面、33…（１００）
結晶面、34…シリコンウエハ、35…熱酸化膜、36…多層
配線、37…エッチング孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青野 宇紀 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 河野 竜治 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 宮武 俊雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 青木 英之 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 伴 直人 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Ｆターム(参考） 2G003 AA10 AC01 AG04 AH05 AH07 2G011 AA09 AB08 AC21 AE03 AF07 4M106 AA01 BA01 BA14 CA01 CA27 CA56 DD06 DD10 DD13 DD23 DJ02 DJ04 DJ05 DJ06 DJ07

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検査用半導体素子の複数の電極パッドと、
   検査装置に配置された複数の電気接続基板のうち、第一
   基板に形成された複数の梁上にプローブを設け、前記プ
   ローブを個々に直接接触させて、電気的に接続しながら
   半導体素子を検査する装置において、 前記プローブは、前記梁の支持部側の位置に形成され、
   絶縁層を介して、配線がプローブから２次電極パッド部
   まで連続してつながっていることを特徴とする半導体検
   査装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の半導体検査装置におい
   て、 前記梁に両端支持梁を用い、前記プローブを両端支持梁
   の長手方向の中心から、前記梁の一方の支持部側へずら
   した位置に形成したことを特徴とする半導体検査装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の半導体検査装置におい
   て、 前記梁に片持ち梁を用い、プローブを片持ち梁の長手方
   向と直交する方向の中心から長手方向と直交する方向へ
   ずらした位置に形成したことを特徴とする半導体検査装
   置。
4. 【請求項４】検査用半導体素子の複数の電極パッドと、
   検査装置に配置された複数の電気接続基板のうち、第一
   基板に形成された複数の梁上にプローブを設け、前記プ
   ローブを個々に直接接触させて、電気的に接続しながら
   半導体素子を検査する装置において、 前記プローブは、前記梁の力の作用点よりずらして設け
   たことを特徴とする半導体検査装置。
5. 【請求項５】請求項１から３のいずれか１項に記載の半
   導体検査装置において、 前記プローブを電極パッド面に垂直な方向に対して４５
   度以上の傾きを有して電極パッドと接触させる構造とし
   たことを特徴とする半導体検査装置。
6. 【請求項６】検査用半導体素子の複数の電極パッドと、
   検査装置に配置された複数の電気接続基板のうち、第一
   基板に形成された複数の梁上にプローブを設け、前記プ
   ローブを個々に直接接触させて、電気的に接続しながら
   半導体素子を検査する装置の製造方法において、 ホトリソプロセスを用いてプローブの補償パターンをパ
   ターニングする手順と、ウエットエッチングによってプ
   ローブを形成する手順と、ホトリソプロセスを用いて多
   層マスクパターンを形成する手順と、ウエットエッチン
   グによって梁の裏側を加工する手順と、ドライエッチン
   グによって梁を形成する手段を用いて第一基板を形成し
   たことを特徴とする半導体検査装置の製造方法。
7. 【請求項７】検査用半導体素子の複数の電極パッドと検
   査装置に配置された複数の電気接続基板の第一基板の梁
   に形成されたプローブを個々に直接接触させて、電気的
   に接続しながら半導体素子を検査する半導体素子の検査
   方法において、 前記半導体素子の電極パッド表面をプローブが、ワイピ
   ングしながら電気的検査を行うことを特徴とする半導体
   素子の検査方法。