JP2003075469A - プローブカードおよび半導体素子のウェーハレベルにおける評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ全面に針当て可能な例えば樹脂製の
比較的強度の低いプローブカードにおいて、目視用の開
口部を設けることによる強度の低下を抑える。 【解決手段】 目視用開口部３はプローブカード１全面
に形成されたプローブ針２のそれぞれに対して個別に配
置される。プローブカードが、フルオートプローバに用
いられる樹脂製ものであっても、その強度の劣化を抑え
ることができる。また、全面針当て可能なプローブカー
ドに必須である全面目視による針当ての確認は従来どお
り可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プローブカードに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子のウェーハレベルにおける特
性評価の手法として、フルオートプローバによる１サン
プルないし数サンプルのシーケンシャルな測定を行う方
法がある。また、特性評価を複数個のチップ、究極的に
はウェーハ上の全チップに対してパラレルに行うことに
より、評価の効率化を図ることができる。

【０００３】例えば、ゲート絶縁膜の信頼性評価の一つ
に、定電圧ストレスよる経時絶縁破壊（ＣＶＳ−ＴＤＤ
Ｂ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔｒｅｓｓ
Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉ
ｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）という評価がある。

【０００４】図３はゲート絶縁膜のＣＶＳ−ＴＤＤＢ
（以下、ＴＤＤＢと略す）評価を説明するための図であ
る。図３（ａ）は評価対象となるゲート絶縁膜ＴＥＧ
（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）の概略図で
ある。この図において１０１はシリコン基板、１０２は
ゲート絶縁膜、１０３はゲート電極を示している。Ｖｇ
はゲート絶縁膜１０２に印加するストレス電圧、Ｉｇは
ＴＤＤＢ評価のための測定電流（以下、説明の便宜上
「評価電流」という）である。ＴＤＤＢ評価において
は、ストレス電圧Ｖｇを所定の時間だけ印加した後の評
価電流Ｉｇを測定し、ゲート絶縁膜１０２の破壊を検出
することで評価が行われる。また図３（ｂ）は、ストレ
ス電圧Ｖｇを印加したときの、評価電流Ｉｇの時間変化
の一例を示したものである。この図の例では、時間ｔ１
において評価電流Ｉｇが増大しており、つまり時間ｔ１
においてゲート絶縁膜１０２の破壊が発生したことを表
している。

【０００５】特にこのＴＤＤＢのような”時間”が要素
に含まれる評価においては、その評価を複数個のチップ
に対してパラレルに行うことによる効率向上の効果は大
きく、ウェーハ上の全チップに対しての評価をパラレル
に一括して行うことが望ましい。

【０００６】例えば、一般的なＴＤＤＢ評価装置におい
ては、ストレス電圧Ｖｇを印加するための電源および評
価電流Ｉｇを測定するための電流計は１系統のみ有して
いる。よって、ストレス電圧の印加と評価電流の測定と
いう２つのシーケンスを１個のチップごとに行った場
合、ｎ個のチップのＴＤＤＢ評価試験に要する時間は、
ストレス電圧の印加時間をＴｓ、評価電流の測定時間を
Ｔｍとすると、ｎ×（Ｔｓ＋Ｔｍ）となる。

【０００７】それに対し、ストレス電圧印加をｎ個のチ
ップに対してパラレルで行い、その後ｎ個のチップそれ
ぞれに対する評価電流測定を行えば、ｎ個のチップのＴ
ＤＤＢ評価試験に要する時間はＴｓ＋ｎ×Ｔｍとでき、
明らかに時間が短縮される。この時間短縮の効果は、ス
トレス印加時間Ｔｓが長くなるほど、ストレス電圧印加
がパラレルに行われるチップの個数ｎが増えるほど顕著
になる。

【０００８】よって、従来のＴＤＤＢ評価装置において
は、マニュアルプローバと、ウェーハの全面のチップに
針当て可能な専用のプローブカード（以下「ウェーハ全
面プローブカード」と略すこともある）を用い、ウェー
ハ全面の各チップに対してパラレルにストレス電圧印加
を行っている。図４は、従来のＴＤＤＢ評価装置に付随
するマニュアルプローバ用のウェーハ全面プローブカー
ドにおけるプローブ針の配置を示す図である。この図の
ようにプローブカード１０には、ウェーハ上の各チップ
のパッドの配置に合わせて導電性のプローブ針１１が全
面に配置されている。

【０００９】例えば製品評価等に用いられるプローブカ
ードでは、１チップ当たりのピン数（プローブ針数）が
数十ピンにもなるために、ウェーハ全面のチップ全てに
対してプローブ針を配置するのは非常に困難である。し
かし、上記したようなゲート絶縁膜のＴＤＤＢ評価にお
いては１チップあたり１ピンあれば評価可能であるの
で、ウェーハ全面のチップ全てに対応させてプローブ針
を配置することは比較的容易にできる。プローブ針はそ
れぞれ単独に配線されており、ストレス電圧印加および
評価電流測定は該プローブ針を介して、ＴＤＤＢ評価装
置のリレースキャナ（マトリクス）によって制御され順
次行われる。

【００１０】図５は、従来のＴＤＤＢ評価装置の動作を
説明するための図である。この図において、２０はマト
リクスのリレー、２１はＴＤＤＢ評価の対象となるゲー
ト絶縁膜評価ＴＥＧを示している。まず、ＴＤＤＢ評価
におけるストレス電圧Ｖｇ印加時は、図５（ａ）に示す
ようにリレー２０は全てＯＮ状態とされ、上記したよう
に、ウェーハ上の全てのチップ（ＴＥＧ２１）に対して
パラレルにストレス電圧Ｖｇが印加される。そして、ス
トレス電圧Ｖｇを所定の時間だけ印加した後の評価電流
Ｉｇの測定の際は、図５（ｂ）のように、リレー２０を
1個ずつＯＮして、ストレス電圧Ｖｇが印加されたＴＥ
Ｇ２１の評価電流Ｉｇを１個ずつ測定する動作を繰り返
し、全てのＴＥＧに対して評価電流Ｉｇの測定、即ちＴ
ＤＤＢ評価が行われる。

【００１１】ところで、上記したようなＴＤＤＢ評価装
置において、従来の厚いゲート絶縁膜の信頼性評価にお
いては１ウェーハ相当（１００チップ程度）の測定を行
えば初期故障の評価は可能であるとされており、マニュ
アルプローバによる評価で問題は無かった。しかし、近
年の薄膜化されたゲート絶縁膜の信頼性評価において
は、初期故障を評価するためには小面積ＴＥＧを大量に
評価する必要があるため、評価のさらなる効率化が望ま
れている。

【００１２】そのために従来のマニュアルプローバによ
るＴＤＤＢ評価装置にウェーハ交換機能を搭載させるこ
とは技術的には容易であるが、コストパフォーマンスが
非常に悪い。そこで、比較的容易にかつ低コストで連続
測定による効率化を可能とする方法として、フルオート
プローバに、ウェーハ全面に針当て可能なプローブカー
ドを組み合わせることが考えられる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】特にプローブカードに
よる針当てを行うパッドのサイズが小さい場合、例え
ば、プローブ針を全面に形成する際に生じた針のピッチ
のバラツキや、高温の評価環境におけるプローブカード
基板およびウェーハの膨張などの理由により、ウェーハ
の全面に正確に針当てを行うためには全面目視による確
認が必須になる。そのため、ウェーハ全面に針当て可能
なプローブカードの全面には目視のための開口が設けら
れる。

【００１４】図６は、従来のＴＤＤＢ評価装置に付随す
るマニュアルプローバ用のウェーハ全面プローブカード
における目視用開口部の配置を示す図である。この図に
示すようにプローブカード１０の全面に、プローブ針１
１の列に沿ったスリット状の目視用開口部１２が設けら
れる。これにより、ウェーハ全面における針当ての目視
による確認が可能になる。ここで、従来のＴＤＤＢ評価
装置に付随するマニュアルプローバ用のウェーハ全面プ
ローブカードは、例えばセラミック等の強固なベース基
板によって形成されていたので、図６に示したような目
視用開口部を形成してもプローブカードの基板強度的な
問題は生じなかった。

【００１５】しかし、フルオートプローバに用いるプロ
ーブカードには、プローバによる個体差はあるものの、
一般に比較的薄い樹脂系の基板が用いられている。その
ような樹脂系基板の全面にプローブ針を形成すること自
体には問題は無いが、上記したような目視用開口部を形
成するとなると基板強度的に問題が生じる可能性があ
る。

【００１６】例えば、プローブカードの中央付近にのみ
プローブ針を有し、ウェーハ上の１個あるいは少数のチ
ップのみを対象としているプローブカードであれば、目
視用開口部は中央付近にのみ設ければよく、比較的強度
の低い樹脂製のプローブカードであっても強度的な問題
は生じない。しかし樹脂製のプローブカード全面に、図
６に示したようなスリット状の目視用開口部を設けた場
合、その強度は大きく低下する。そして評価試験時に加
わる応力によってプローブカードに大きなたわみが生
じ、最悪の場合プローブカードが破損してしまう恐れが
ある。

【００１７】そこでフルオートプローバに、例えばセラ
ミック製の強固な基板によるプローブカードを用いるこ
とで、その問題を解決することが考えられる。しかし、
現状のフルオートプローバのほとんどが樹脂製のプロー
ブカードにしか対応していないのが現状である。

【００１８】ここで、例えばセラミック製のプローブカ
ードをフルオートプローバに対応させることは技術的に
は可能なことである。しかし、樹脂製のプローブカード
は他の材料によるものに比較して低コストであるため、
例えばセラミック製のプローブカードをフルオートプロ
ーバに対応させたとしても、コストの増大を伴うことと
なる。

【００１９】本発明は以上のような課題を解決するため
になされたものであり、目視用の開口部を有する全面針
当て可能な例えば樹脂製の比較的強度が低いプローブカ
ードにおいて、当該開口部を設けることによる強度の低
下を抑えることを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のプロー
ブカードは、ウェーハ全面のチップに対する針当てを同
時に行えるように配置された複数のプローブ針と、前記
針当ての確認を行うための開口部を備え、前記開口部
が、前記複数のプローブ針のうち少なくとも２つ以上に
個別に配置されることを特徴とする。

【００２１】請求項２に記載のプローブカードは、請求
項１に記載のプローブカードであって、前記開口部が、
前記複数のプローブ針の全てに対して設けられることを
特徴とする。

【００２２】請求項３に記載のプローブカードは、請求
項１に記載のプローブカードであって、前記開口部が、
前記複数のプローブ針のうちの、プローブカードの外周
付近に位置し、且つ、互いに離れた２つの前記プローブ
針にのみ設けられることを特徴とする。

【００２３】請求項４に記載の半導体素子のウェーハレ
ベルにおける評価方法によれば、請求項１から請求項３
のいずれかに記載のプローブカードを用いて、ウェーハ
全面のチップに対して同時に前記プローブ針の針当てを
行う工程と、前記プローブカードの前記開口部を介し
て、前記針当ての確認を行う工程と、前記プローブ針を
介して前記チップに所定の信号を付与することにより、
前記チップの評価を行う工程とを備えることを特徴とす
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】＜実施の形態１＞図１は本発明の
実施の形態１に係るウェーハ全面プローブカードの構成
を示す図である。１はプローブカード、２はプローブ
針、３は目視用開口部である。プローブ針２は、ウェー
ハ全面のチップに針当て可能なように配置されている。
また同図に示すように、本実施の形態においては目視用
開口部３はプローブカード全面に形成されたプローブ針
２のそれぞれ全てに対して個別に配置される。

【００２５】明らかに、図６に示した従来のウェーハ全
面プローブカードに比べてその強度の劣化は抑えられ
る。よって、プローブカードが、フルオートプローバに
用いられる樹脂製ものであっても、図１の構成によれば
その強度の劣化を抑えることができる。また、目視用開
口部はプローブカード全面に配置された全てのプローブ
針に設けられているので、ウェーハ全面プローブカード
に必須であるウェーハの全面目視による針当ての確認
は、従来どおり可能である。

【００２６】＜実施の形態２＞ところで、評価対象とな
るウェーハの中には、パッドのサイズがある程度大きい
ものがある。そのようなウェーハに全面針当てを行う場
合は、必ずしも全面目視による針当て確認は必要とはな
らない。つまり、そのようなウェーハを評価の対象とし
たウェーハ全面プローブカードにおいては、図１のよう
にプローブ針の全てに対して目視用開口部３を設ける必
要は無く、幾つかの所定の位置のプローブ針２にのみ開
口部３を設ければよい。その場合、実施の形態１に比較
して明らかに目視用開口部３を設けることによる強度の
劣化をさらに抑えることができる。

【００２７】図２は実施の形態２に係るウェーハ全面プ
ローブカードの構成を示す図である。１はプローブカー
ド、２はプローブ針、３は目視用開口部である。ここ
で、プローブ針２はウェーハの全面のチップに針当て可
能なように配置されている。同図に示すように本実施の
形態においては、目視用開口部３は、全面に配置された
プローブ針２のうちの、プローブカードの外周付近に位
置し、且つ、互いに離れた２つのプローブ針２にのみ目
視用開口部３を設けている。

【００２８】複数のプローブ針を有するプローブカード
においては、ウェーハとの位置合せは横方向（Ｘ方向）
および縦方向（Ｙ方向）と、回転角度（θ方向）を定め
ることによって行われる。そのうちＸ方向およびＹ方向
の位置合せは、任意の１点により行うことができる。し
かし、θ方向を定めるためには少なくとも２点における
位置合せが必要である。また、その２点間の距離が離れ
ているほど、θ方向の位置合せを効率良く正確に行うこ
とができる。

【００２９】よって、図２のように目視用開口部３を２
つのみ配置することによって、Ｘ方向およびＹ方向、θ
方向の位置合わせを行うことができると共に、目視用開
口部を設けることによるプローブカードの強度の劣化は
最小限に抑えられる。さらに、２つの目視用開口部３は
共にプローブカードの外周部に位置し、且つ、両者は互
いに離れた位置に配置されているので、θ方向の位置合
せを効率良く、正確に行うことができる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１に記載のプローブカードによれ
ば、針当ての確認を行うための開口部が、複数のプロー
ブ針のうち少なくとも２つ以上の各々に個別に配置され
るので、従来のプローブカードに比べてその強度の劣化
は抑えられる。よって、プローブカードが、フルオート
プローバに用いられる樹脂製ものであっても、その強度
の劣化を抑えることができる。

【００３１】請求項２に記載のプローブカードによれ
ば、請求項１に記載のプローブカードにおいて、開口部
が、複数のプローブ針の全てに対して設けられるので、
全面目視による針当ての確認が可能である。よって、針
当てを行うパッドのサイズが小さい場合にも対応可能で
ある。

【００３２】請求項３に記載のプローブカードによれ
ば、請求項１に記載のプローブカードにおいて、開口部
が、複数のプローブ針のうちの、プローブカードの外周
付近に位置し、且つ、互いに離れた２つのプローブ針に
のみ設けられるので、Ｘ方向およびＹ方向、θ方向の位
置合わせを行うことができると共に、目視用開口部を設
けることによるプローブカードの強度の劣化を最小限に
抑えることができる。さらに、両者は互いに離れた位置
に配置されているので、θ方向の位置合せを効率良く、
正確に行うことができる。

【００３３】請求項４に記載の半導体素子のウェーハレ
ベルにおける評価方法によれば、ウェーハ全面のチップ
に対して同時にプローブ針の針当てを行う工程おいて用
いられるプローブカードが、請求項１から請求項３のい
ずれかに記載のプローブカードであるので、プローブカ
ードがフルオートプローバに用いられる樹脂製ものであ
ってもよい。よって、フルオートプローバにこの評価方
法を適用することが可能であり、半導体素子の評価試験
の効率化に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１に係るウェーハ全面プローブカ
ードの構成を示す図である。

【図２】 実施の形態２に係るウェーハ全面プローブカ
ードの構成を示す図である。

【図３】 ゲート絶縁膜のＣＶＳ−ＴＤＤＢ評価を説明
するための図である。

【図４】 従来のＴＤＤＢ評価装置に付随するマニュア
ルプローバ用のウェーハ全面プローブカードにおけるプ
ローブ針の配置を示す図である。

【図５】 従来のＴＤＤＢ評価装置の動作を説明するた
めの図である。

【図６】 従来のＴＤＤＢ評価装置に付随するマニュア
ルプローバ用のウェーハ全面プローブカードにおける目
視用開口部を示す図である。

【符号の説明】

１ プローブカード、２ プローブ針、３ 目視用開口
部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハ全面のチップに対する針当てを
   同時に行えるように配置された複数のプローブ針と、 前記針当ての確認を行うための開口部を備え、 前記開口部が、前記複数のプローブ針のうち少なくとも
   ２つ以上に個別に配置される、ことを特徴とするプロー
   ブカード。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプローブカードであっ
   て、 前記開口部が、 前記複数のプローブ針の全てに対して設けられる、こと
   を特徴とするプローブカード。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のプローブカードであっ
   て、 前記開口部が、 前記複数のプローブ針のうちの、プローブカードの外周
   付近に位置し、且つ、互いに離れた２つの前記プローブ
   針にのみ設けられる、ことを特徴とするプローブカー
   ド。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
   のプローブカードを用いて、ウェーハ全面のチップに対
   して同時に前記プローブ針の針当てを行う工程と、 前記プローブカードの前記開口部を介して、前記針当て
   の確認を行う工程と、 前記プローブ針を介して前記チップに所定の信号を付与
   することにより、前記チップの評価を行う工程とを備え
   る、ことを特徴とする半導体素子のウェーハレベルにお
   ける評価方法。