JP2002134572A

JP2002134572A - 半導体素子検査装置

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Publication number: JP2002134572A
Application number: JP2000332124A
Authority: JP
Inventors: Kiju Endo; 喜重遠藤; Masatoshi Kanamaru; 昌敏金丸; Takanori Aono; 宇紀青野; Ryuji Kono; 竜治河野; Hiroya Shimizu; 浩也清水
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】従来技術では、１２５℃〜１５０℃に昇温させ
て加速検査するバーンイン検査では、ポリイミドからな
るプローブシートを用いているためバーンイン検査時に
プローブシートに設けたバンプと集積回路端子とが熱膨
張係数の違いによってずれてしまうので、予めプローブ
シートに張力歪みを与えて熱膨張差をなくす方法がある
が張力歪み量を一定に制御するのが困難であり、且つ時
間を要する。【解決手段】第１基板３及び第２基板４は半導体ウエハ
と同材質すなわちシリコンウエハを用いているため、バ
ーンイン検査時に昇温しても熱膨張率が同一なので、被
検集積回路の端子とプローブ端子とがずれて接触不良を
起こすことがない。

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
リコンウエハ表面に集積回路を形成するまでのいわゆる
前工程と、このシリコンウエ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、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。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、被検ウエハもしく
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、被検ウエハ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。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 号に公開されている。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】一方、本発明にもっとも近い公知例が特開
平8―5666 号に公開されている。

【０００８】この方式では、複数の集積回路端子を有す
る半導体ウエハを保持する保持板と、前記保持板と対向
するように設けられ、対応する前記複数集積回路端子と
電気的に接続される複数のプローブシートと、前記プロ
ーブシートに対して前記保持板と反対側に設けられ、前
記複数のプローブ端子と電気的に接続された配線を有す
る絶縁性基板と、前記配線と電気的に接続されており検
査用の電源電圧又は信号が入力される外部電極と、前記
プローブシートと前記絶縁基板との間に設けられた弾性
体と、前記保持板と前記プローブシートとがお互いに接
近して前記保持板及び前記絶縁基板のうちの少なくとも
一方を押圧する押圧手段とを備えている半導体ウエハ収
納器によって、プローブシートのすべてのバンプを半導
体ウエハのすべての検査用端子に確実に接触させると共
に、多数の半導体ウエハに対してバーンイン検査を行え
るようにしている。

【０００９】

【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。

【００１０】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。

【００１１】一方後者の方式では、バーンイン検査では
温度加速を行うために半導体ウエハを通常１２５℃〜１
５０℃に昇温させる必要があるが、ポリイミドからなる
プローブシートを用いているためバーンイン検査時にプ
ローブシートに設けたバンプと集積回路端子とが熱膨張
係数の違いによってずれてしまい、バンプと端子との電
気的接触が保たれないといった問題が生じる。このため
予めプローブシートに張力歪みを与えて熱膨張差をなく
す方法が特開平7−231019 号公報に開示されている。し
かし、この方法では張力歪み量を一定に制御するのが困
難であり、且つ時間を要する。

【００１２】またプローブシートと絶縁基板との間に弾
性体、具体的には異方性導電ゴムを用いることによって
ウエハの反り及びプローブシートに設けたバンプの高さ
ばらつきを吸収して確実に電気的接続を得るようにして
いる。しかし、異方性導電ゴムの導電時の抵抗は一般的
に１Ω〜２Ωである。したがって、せいぜい５MHz 程度
の周波数でしか検査ができないという問題がある。

【００１３】上記に鑑み、本発明は半導体ウエハが例え
ば１２インチ径（３００mm径）のように大きくなって
も、プローブ端子をすべての検査用端子に確実に接触さ
せてバーンイン検査を行えるようにすることを目的とす
る。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素
子を得ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、半導体ウエハ上に形成された半導体素子の電気特性
を検査する半導体検査装置において、前記半導体ウエハ
を保持するウエハトレイと、前記ウエハトレイと対向し
て対応する前記半導体素子の複数の端子と電気的に接続
される複数の突起状プローブ端子を設けた梁を有する半
導体ウエハと同材質からなる第１基板と、前記第１基板
の裏面と対向して対応する第１基板の複数の端子と電気
的に接続される複数の端子と裏面に突起状プローブ端子
を設けた梁とを有する半導体ウエハと同材質からなる第
２基板と、前記第２基板裏面の複数の突起状プローブ端
子と電気的に接続される配線と裏面に検査用の電源電圧
及び信号入出力端子とを有する絶縁性配線基板と、前記
半導体素子の端子と前記絶縁基板の電源電圧及び信号入
出力端子とが電気的に接続されるように押圧する押圧手
段を備えている構成とするものである。

【００１５】上記構成では、第１基板及び第２基板は半
導体ウエハと同材質すなわちシリコンウエハを用いてい
るため、バーンイン検査時に昇温しても熱膨張率が同一
なので被検集積回路の端子とプローブ端子とがずれて接
触不良を起こすことがない。

【００１６】また、被検半導体ウエハの反りやうねりが
あっても第１基板には突起状プローブ端子を設けた両端
支持の梁を有しているので何ら支障なく、すべての被検
半導体検査用端子に接触させることができる。

【００１７】さらに半導体ウエハ上に形成された半導体
素子の電気特性を検査する半導体検査装置において、ウ
エハトレイに設けたアライメント溝に前記半導体ウエハ
を設置する工程と、前記ウエハトレイに設けた減圧吸引
孔から減圧吸着、ウエハそり補正を行う工程と、前記半
導体ウエハと対向して対応する前記半導体素子の複数の
端子と電気的に接続される複数の突起状プローブ端子を
設けた梁を有する半導体ウエハと同材質からなる第１基
板と、前記第１基板の裏面と対向して対応する第１基板
の複数の端子と電気的に接続される複数の端子と裏面に
突起状プローブ端子を設けた梁とを有する半導体ウエハ
と同材質からなる第２基板を設置する工程と、前記第２
基板裏面の複数の突起状プローブ端子と電気的に接続さ
れる配線と裏面に検査用の電源電圧及び信号入出力端子
とを有する絶縁性配線基板を前記ウエハトレイに機械的
に仮止めする工程と、前記ウエハトレイと前記絶縁基板
との間に形成した空間を前記ウエハトレイに設けた弾性
シール材によってシールし、前記ウエハトレイに設けた
減圧吸引孔から減圧する工程とを有しているので、前記
半導体素子の端子と前記絶縁性配線基板の電源電圧及び
信号入出力端子とが電気的に接続することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態に関する
説明を図１〜図７により説明する。

【００１９】図１において、１はウエハ吸着、減圧保持
用穴１ａ，１ｂ及び真空ポンプ（図示せず）接続口１
ｃ、減圧押圧用穴１ｄ及び真空ポンプ（図示せず）接続
口１ｅ、減圧シール用弾性体保持溝（図示せず）を有す
るウエハトレイ、２は被検半導体ウエハ、３は被検半導
体ウエハ２に形成した半導体素子に対向して半導体素子
の複数の端子と電気的に接続される複数の突起状プロー
ブ端子を設けた梁を有する半導体ウエハと同材質からな
る第１基板、４は第１基板３の裏面と対向して対応する
第１基板３の複数の端子と電気的に接続される複数の端
子と裏面に突起状プローブ端子を設けた梁とを有する半
導体ウエハと同材質からなる第２基板、５は第１基板３
と第２基板４との電気的接続と固定するための端子、６
は第２基板４裏面の複数の突起状プローブ端子と電気的
に接続される配線と裏面に検査用の電源電圧及び信号入
出力端子とを有する絶縁性基板、７はウエハトレイ１と
絶縁基板６とで形成される空間を減圧状態に保つために
設けた弾性シール材、８はウエハトレイ１と絶縁基板６
とを機械的に保持するための螺旋である。

【００２０】前記構成装置において、まず被検半導体ウ
エハ２をウエハトレイ１に位置合わせをして保持する。
この場合ウエハトレイ１には被検ウエハ径Ｄに対してＤ
＋２μｍ〜５μｍの加工精度で溝が設けてあるので、精
度良く位置決めを行うことができる。また、被検ウエハ
と対向する面には、減圧保持用の減圧保持用穴１ａから
外部真空ポンプによって減圧される構造となっている。
したがって被検半導体ウエハ２のウエハ全体の反りをこ
の方法によって調整し、ほぼ平滑に保つことができる。
この場合、真空ポンプ接続口１ｃには一方向性バルブ
（図示せず）を設けてあるので減圧吸引後、真空ポンプ
と切り離しても減圧は保持されている。このようにして
ほぼ平滑化された被検半導体ウエハに対向してウエハト
レイ１の一方の壁を位置決めの基準として第１基板３を
設置する。

【００２１】この第１基板３の詳細構造について図２及
び図３により説明する。図２（ａ）は第１基板３の断面
図、（ｂ）はプローブ側から見た第１基板の平面図を示
した。第１基板３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３１と両端支持梁上にプロ
ーブ３２が形成されている。図２Ａ−Ａ中心線に示した
ようにプローブ３２の位置は被検半導体ウエハ２に形成
された電極パッド２１の中心位置と同じ位置に位置決め
されるように加工されている。なお、検査用電極パッド
２１以外の部分は電極パッドより数μｍ高く、表面保護
膜２２が形成されている。前記プローブの位置は両端支
持梁の長手方向の中心線Ｂ−Ｂからずれた位置に形成さ
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３２か
ら第１基板３の裏面側に形成された電極パッド３３まで
複数の金属からなる配線３４が、第１基板３に形成され
た貫通穴３５を介して電気的に導通している。また配線
３４の表面には保護膜３６が形成されている。

【００２２】これら第１基板の構造体の相対的な位置精
度は、シリコンウエハをマイクロマシニング技術を応用
して加工しているので非常に良好である。その位置精度
はマスク精度に依存するが、一般的にはマスク精度は±
１μｍ以下であり、加工したプローブの位置精度もほぼ
その精度内に入る。同図（ｂ）の平面図からプローブ３
２は被検半導体ウエハ２の複数の電極パッド２１と同じ
位置の両端支持梁３１上に形成されており、梁周辺は空
間３６となっている。また両端支持梁３１がプローブご
とに独立に形成されているので各検査用電極パッドとプ
ローブとの高さばらつきがあってもそれぞれ独立に調整
されて適切な押圧力が得られて確実に導通させることが
できる。

【００２３】図３は図２に示した構造体を実際に電極パ
ッドに接触させた場合の説明図を示す。同図より第１基
板を半導体被検ウエハ２の電極パッド２１に接触させて
いくと、両端支持梁３１は弧を描いてアーチ状に変形
し、プローブ３２は電極パッド２１上をすべりながら斜
めに接触する。一般的に電極パッド表面にはアルミニウ
ム薄膜が形成されており、その最表面は絶縁性の自然酸
化アルミニウム被膜で覆われているため、この酸化被膜
を破壊しなければ電気的導通が得られない。したがって
このような構造体用いることにより、プローブ３２は電
極パッド２１最表面の酸化被膜を削りとりながら接触し
ていくので、低押圧力で良好な電気的導通を得ることが
できる。

【００２４】次に第１基板３と同様にマイクロマシニン
グ技術を適用して作成した第２基板４を同様に位置決め
して第１基板に対向して設置する。この場合の第１基板
３と第２基板４との配置を図４に示す。第１基板３の裏
面側に形成された電極パッド３３と電気的接続が得られ
るように第２基板４には電極パッド４３が設けられてい
る。この電極パッド３３と電極パッド４３との電気的接
続及び固定すなわち第１基板３と第２基板との固定は、
電極パッド３３若しくは４３のいずれか一方に、導電性
接着端子５によって行う。具体的には、銀ペーストや白
金ペースト若しくは１５０℃以下で溶融しない金属材料
や複合材料をスクリーン印刷等によって塗布し、熱処理
することによって行う。また半田ボールを用いても構わ
ない。また上記方法によって予め第１基板３と第２基板
とを電気的接続及び固定を行っておいても構わない。第
２基板４には複数の金属材料からなる配線４４が電極パ
ッド４３から貫通穴４５を介してプローブ４２まで設け
られている。

【００２５】以上記述したような構造にすることで、半
導体ウエハ２に形成された半導体電極パッド２１の微小
面積、微小ピッチを確実に電気的接続を得ながら数十倍
に拡大することが可能となる。

【００２６】即ち、半導体の高密度化に伴って電極パッ
ド２１の面積及び電極パッド同士の間隙（ピッチ）は益
々微小化しており、例えば記憶素子である64MDRAM では
電極パッドの面積は５０μｍ×５０μｍ、ピッチは８０
μｍ程度である。このような微小面積、ピッチを第１基
板３によって電極パッド３３では面積を５００μｍ×５
００μｍ、ピッチを６００μｍまでに拡張している。さ
らに第２基板のプローブ４２ではピッチを１０００〜１
５００μｍまでに拡張している。したがって第２基板と
対向させた絶縁性配線基板は、通常半導体分野で使用さ
れている耐熱性のポリイミド多層基板などの絶縁基板を
応用することができる。また第２基板４には第１基板と
同様に両端支持の梁構造を有しているので、絶縁性配線
基板の反りを吸収してもれなく電気的接続を得ることが
できる。

【００２７】図５は第２基板４と絶縁性配線基板６との
対応部分図である。絶縁性配線基板６には第２基板４の
プローブ４２と対向した面に電極パッド６１を有してお
り、低抵抗導電性材料による配線６２により裏面の電極
パッド６３と電気的に接続されている。この絶縁性配線
基板６はウエハトレイ１と複数の螺旋８によって機械的
に仮止めされている。この場合、絶縁性配線基板の螺旋
穴は、中心から円周方向に長穴に加工されている。さら
にこの螺旋より内周側に弾性シール材７が設けられてい
る。ここで仮止めとは、絶縁性基板６の端面とウエハト
レイの端面とが接触していない状態を意味する。この
時、ウエハトレイ内に設置される半導体ウエハ、第１基
板及び第２基板のプローブ高さを含めた厚さの総和Ｈｓ
は、これらを設置するウエハトレイの溝深さＵｓよりも
大きくなるように設定する。また弾性シール材の変形可
能な量は、Ｈｓ−Ｕｓよりも大きいものを選定する。

【００２８】このような構造により、一度それぞれ位置
合わせを行いながら組み立てると、螺旋８によってウエ
ハトレイに半導体ウエハ２、第１基板３、第２基板４及
び絶縁性配線基板６は所定の位置で固定されることにな
る。次にウエハトレイ１に設けた減圧孔１ｄ及び一方向
バルブ（図示せず）を設置した真空ポンプ接続口１ｅか
ら真空ポンプによって内部空間を減圧する。減圧するこ
とによって弾性シール材はさらに変形して行きこの過程
で半導体の電極パッド２１と第１基板のプローブ３２、
第１基板の電極パッド３３と第２基板の４３、第２基板
のプローブ４２と絶縁性配線基板の電極パッド６１及び
６３の間で電気的導通が得られて、外部検査装置からの
電源電圧及び信号入出力端子とが半導体に接続される。

【００２９】半導体ウエハを１２５〜１５０℃に加熱し
て加速試験を行うバーンイン試験では、これらすべての
構成部品が同様に加熱されることになる。この時、半導
体ウエハ２、第１基板３及び第２基板４はシリコン材を
用いているので熱膨張による位置ずれを起こすことはな
い。ウエハトレイ１及び絶縁性配線基板６をシリコン材
と同様な熱膨張係数を持つ材料を選定すれば、位置ずれ
を起こすことなくバーンイン試験を行うことができる。
この場合、被検ウエハが小さい時はこれら部品も小さく
できるので材料を入手しやすく、比較的安価に製造する
ことが可能である。しかし、半導体ウエハ径が８インチ
さらには１２インチになると、入手が困難となりかつ非
常に高価となる。本実施例では、ウエハトレイをＳＵＳ
材、絶縁性配線基板をポリイミドで構成している。

【００３０】このような構成で例えば８インチ径の半導
体ウエハをバーンイン試験する場合、バーンイン試験時
に室温（２５℃）から１２５℃の試験温度まで昇温する
と、ＳＵＳ材の熱膨張率は１７.３×１０^-6／℃である
から、２０３.２mm(８インチ)×１００（℃）×１７.３
×１０^-6／℃＝０.３５mm膨張する。一方、ポリイミド
の場合にはその熱膨張率は１６×１０^-6／℃であるか
ら、同様にして０.３２mm膨張する。

【００３１】前述のように電極パッド面積、ピッチが比
較的小さい半導体素子、第１基板及び第２基板は同材質
のシリコン材を用いているので、それぞれの相対位置が
昇温によってずれることはない。ポリイミド製配線基板
と対向する第２基板の電極パッドのピッチは１０００〜
１５００μｍに拡張しているので、この絶縁性配線基板
に設ける電極パッド面積を例えば８００μｍ×８００μ
ｍに設定できる。したがって、昇温によって２００μｍ
〜３００μｍ程度ずれても何ら問題なく電気的接触を保
つことができる。また、絶縁性配線基板には径方向に長
い螺旋孔を有している。この径方向の長孔寸法を昇温に
よるずれ量よりも大きくしている。この螺旋は機械的に
仮止めしているので、バーンイン昇温時には絶縁性配線
基板は自由に動くことができるので昇温による熱的応力
が発生しないのでこれによって変形することはない。こ
の時の形成空間の減圧状態は弾性シール材７によって保
持されている。したがって熱膨張差によってこの弾性シ
ール材上をポリイミド基板よりも熱膨張率が大きいＳＵ
Ｓ材が減圧状態を保持しながら滑ることになる。

【００３２】以上のように、本実施例の構成では容易に
入手できるＳＵＳ材、ポリイミド材を用いることができ
るので検査装置を安価に製作することが可能である。ま
た導通抵抗値が比較的高い異方性導電ゴム等を使用しな
いため、高速例えば100MHz以上での高速検査が可能であ
り、このため半導体製造コストのさらなる低減を図るこ
とができる。

【００３３】次に本発明のキー技術であるシリコン材に
よる両端支持梁とプローブの製造方法について説明す
る。

【００３４】図６（ａ）は図２に示した断面方向のＸ方
向断面図を、図６（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）結晶面はエッ
チング速度が遅くなり、最終的に（１００）結晶面１０
３と（１１１）結晶面１０２で囲まれた構造体が形成さ
れる。そのため図６（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）式の関係で表される。

【００３５】

【数１】Ｐ＝２Ｍ／√２ …（数１）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、４２.５μｍ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。

【００３６】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７を用いて説明す
る。図７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７のＡ−Ａ破線の左側に図２に
示したＸ方向の断面図を右側に図２に示したＹ方向の断
面図を示す。

【００３７】図７より、はじめに、図７（ａ）に示すよ
うに厚さ５００μｍ（１００）方位のシリコンウエハ１
０４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１０４
の表面に形成された熱酸化膜１０５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３２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７（ｂ）
に示すようにプローブ３２を形成する。この時、プロー
ブ形成部には（１１１）結晶面１０２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。

【００３８】図７（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７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１０５ｃ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１０５ｂ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１０５ａを形成する。

【００３９】図７（ｄ）に示すように一番深いエッチン
グ孔１０７ａ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。

【００４０】図７（ｅ）に示すように二番目に深い孔の
酸化膜１０５ａを除去して、さらに一番目と二番目の孔
１０７ｂ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７（ｆ）に示すように酸化膜１０
５ｂを除去した後、矢印 101に示す方向から酸化膜１０
５ｃ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１２０の加工が行える。そ
の結果、プローブ３２及び両端支持梁３１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。

【００４１】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―Ｒ
ＩＥ（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。

【００４２】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。

【００４３】その後、図７（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１０６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
を用いた。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１０μｍ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。

【００４４】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１２５℃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。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。

【００４５】

【発明の効果】本発明の検査装置を用いて各種検査を行
うことにより、昇温させてバーンイン検査を行っても被
検半導体ウエハと同材質のプローブを有する両端支持梁
を設けた第１基板及び第２基板によって、確実に電気的
コンタクトしながら検査電極パッド面積及びそのピッチ
を広げ、且つ機械的仮止めと減圧との併用方式を採用し
ているので、外部検査装置との電気的接続は従来技術に
よる安価な絶縁性基板を用いることができる。したがっ
て、信頼性が高く、高速検査が可能であり、且つ大口径
の半導体ウエハにも対応できる。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装置を示す構成図。

【図２】本発明の一実施例に関する図。

【図３】本発明の一実施例に関する断面図。

【図４】本発明の一実施例に関する断面図。

【図５】本発明の一実施例に関する断面図。

【図６】本発明の一実施例に関する断面図。

【図７】本発明の一実施例に関する断面図。

【符号の説明】

１…ウエハトレイ、２…被検半導体ウエハ、３…第１基
板、４…第２基板、５…電気的接続端子、６…絶縁性配
線基板、７…弾性シール材、８…螺旋、２１…検査用電
極パッド、２２…表面保護膜、３１…両端支持梁、３２
…プローブ、３３…電極パッド、３４…配線、３５…貫
通孔、３６…保護膜、３７…空間、４１…両端支持梁、
４２…プローブ、４３…電極パッド、４４…配線、４５
…貫通孔、４６…保護膜、６１…電極パッド、６２…配
線、６３…電極パッド。

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者清水浩也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Ｆターム(参考） 2G003 AA10 AC03 AG04 AG12 AH05 AH07 2G011 AA12 AB06 AB08 AC01 AC14 AE03 2G032 AA00 AB02 AE03 AF02 AF03 AL03 4M106 AA01 BA01 CA01 CA27 CA56 CA60 DD04 DD06 DD10 DD13 DD15 DD30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハ上に形成された半導体素子の
電気特性を検査する半導体検査装置において、前記半導
体ウエハを保持するウエハトレイと、前記半導体ウエハ
と対向して対応する前記半導体素子の複数の端子と電気
的に接続される複数の突起状プローブ端子を設けた梁を
有する半導体ウエハと同材質からなる第１基板と、前記
第１基板の裏面と対向して対応する第１基板の複数の端
子と電気的に接続される複数の端子と裏面に突起状プロ
ーブ端子を設けた梁とを有する半導体ウエハと同材質か
らなる第２基板と、前記第２基板裏面の複数の突起状プ
ローブ端子と電気的に接続される配線と裏面に検査用の
電源電圧及び信号入出力端子とを有する絶縁性配線基板
と、前記ウエハトレイと前記絶縁基板との間に密閉空間
を形成する弾性シール材とを備え、前記半導体素子の端
子と前記絶縁性配線基板の電源電圧及び信号入出力端子
とが電気的に接続されるように前記ウエハトレイと前記
絶縁基板とを押圧することを特徴とする半導体素子検査
装置。