JP2007109899A - Method for inspecting semiconductor device - Google Patents

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Tomoyuki Nakayama
知之 中山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for inspecting a semiconductor device which enables an electric contact without forming a scribing mark, and corresponds even to an area array type electrode-pad constitution. <P>SOLUTION: A membrane type probe 5 brought into contact with electrode pads is contacted and operated on the whole surface of a wafer. The scribing mark is not generated on the electrode pads 4 by bringing a cantilever type probe needle 2 into contact with bump rear sections 5b, under the state in which bumps 5c are left as they are abutted and arranged on the top face of the wafer to the electrode pads 4. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置の検査方法に関し、半導体ウェハに形成された半導体装置の電気特性を検査する工程において電極パッドに対してプローブを接続する技術に係るものである。   The present invention relates to a method for inspecting a semiconductor device, and relates to a technique for connecting a probe to an electrode pad in a step of inspecting electrical characteristics of a semiconductor device formed on a semiconductor wafer.

従来、半導体装置の製造工程における検査では、製造工程で半導体ウェハ内に形成された半導体装置の電極パッドにプローブカードのプローブ針を押し当て、半導体装置テスタから試験信号を半導体装置に印加して半導体装置からの出力信号を検出することで、半導体装置の動作をテストし、正常に動作しない半導体装置を不良なものとして分離させている。   Conventionally, in a semiconductor device manufacturing process inspection, a probe needle of a probe card is pressed against an electrode pad of a semiconductor device formed in a semiconductor wafer in the manufacturing process, and a test signal is applied to the semiconductor device from the semiconductor device tester. By detecting an output signal from the device, the operation of the semiconductor device is tested, and a semiconductor device that does not operate normally is separated as a defective one.

プローブ検査は、電極パッドとの電気的な導通を得るためにプローブカードを使用して行うものであり、プローブカードのプローブ針によって電極パッド上で物理的なコンタクト動作(スクラブ等)を行い、プローブ針と電極パッドとの接続状態を確保した上で、電気特性の検査を行う。   Probe inspection is performed using a probe card in order to obtain electrical continuity with the electrode pad. A physical contact operation (such as scrubbing) is performed on the electrode pad by the probe needle of the probe card, and the probe is probed. Electrical characteristics are inspected after ensuring the connection between the needle and the electrode pad.

ところで、近年、LSIの高集積化および微細化に伴って電極パッドの配置構成が狭ピッチ化されるとともに、多ピン狭ピッチ化の傾向になっている。従来の電極パッドの配置構成には、ウェハ検査の容易性と、組立工程の容易性を考慮してペリフェラルタイプ(周辺配置端子)が広く使われてきた。このペリフェラルタイプは半導体装置の周囲辺に電極パッドを配置するものである。   By the way, in recent years, with the high integration and miniaturization of LSIs, the arrangement of electrode pads is becoming narrower and the pitch of multi-pins is becoming narrower. As a conventional electrode pad arrangement configuration, a peripheral type (peripheral arrangement terminal) has been widely used in consideration of easy wafer inspection and easy assembly process. In this peripheral type, electrode pads are arranged on the peripheral side of a semiconductor device.

また、近年の更なる多ピンの要望に対し、電極パッドの配置構成として半導体装置の面全体に電極パッドを二次元的に配置するエリア・アレイタイプ(面配置端子)が提案されており、このエリア・アレイタイプの配置構成に対応したコンタクトプローブが提案されている。   In response to the demand for more pins in recent years, an area array type (surface arrangement terminal) has been proposed in which electrode pads are arranged in a two-dimensional manner over the entire surface of the semiconductor device. A contact probe corresponding to an area array type arrangement has been proposed.

プローブカードにはプローブ針を片持ち支持する従来のカンチレバー方式に加え、エリア・アレイタイプの配置デザインに対応したものとしてプローブ針を垂直方向に並べた垂直型プローブカード(バーチカル方式)がある。   In addition to the conventional cantilever system in which the probe needle is cantilevered, the probe card includes a vertical probe card (vertical system) in which probe needles are arranged in the vertical direction as corresponding to the area / array type arrangement design.

しかし、何れの電極パッドの配置構成においても、プローブ検査時のコンタクト動作によってアルミニウムの電極パッドに発生するスクラブマークが後工程の組立工程、例えばワイヤボンド工程において接合面積不足の原因になる。あるいは、電極パッドに直接はんだ等の接続用端子を生成する工程ではスクラブマークに洗浄液などが混入することで、はんだボール工程の成形不良の原因となり、もしくは長期間の間に腐食が起こる原因となっていた。   However, in any electrode pad arrangement, a scrub mark generated on an aluminum electrode pad due to a contact operation at the time of probe inspection causes a shortage of a bonding area in a subsequent assembly process such as a wire bonding process. Alternatively, in the process of generating solder connection terminals directly on the electrode pads, a cleaning solution or the like is mixed into the scrub mark, which may cause molding defects in the solder ball process or cause corrosion over a long period of time. It was.

また、半導体装置を機能別に検査する手法が一般化して検査工程の分割による検査回数が増加したことにより、アルミニウムの電極パッドに生じるスクラブマークの面積が増大し、また電極パッド表面が荒れる事象が多発していた。   In addition, the method of inspecting semiconductor devices by function has been generalized, and the number of inspections due to the division of the inspection process has increased, resulting in an increase in the area of the scrub mark generated on the aluminum electrode pad and frequent occurrence of rough electrode pad surfaces. Was.

特許文献1には、絶縁層の一方の面から複数のコンタクトピン(プローブ端子)が突出するコンタクトプローブが記載されている。絶縁層は弾性率の異なる複数の分割層を一方の面側ほど弾性率が低くなるように積層して構成し、コンタクトピンは基端部が絶縁層を貫通し、絶縁層の他方の面に配された分割層中における貫通方向と一方の面側に配された分割層中における貫通方向が互いにずれている。   Patent Document 1 describes a contact probe in which a plurality of contact pins (probe terminals) protrude from one surface of an insulating layer. The insulating layer is formed by laminating a plurality of divided layers having different elastic moduli such that the elastic modulus decreases toward the one surface side, and the contact pin has a base end portion penetrating the insulating layer and is formed on the other surface of the insulating layer. The penetrating direction in the arranged divided layer and the penetrating direction in the divided layer arranged on one surface side are shifted from each other.

このコンタクトプローブでは、コンタクトピンを電極パッドに接触させた際にオーバードライブを加えると、コンタクトピンを貫通方向のずれた方向に移動させる力が発生し、自発的にコンタクトピンが横滑りしてスクラブを行う。   In this contact probe, if overdrive is applied when the contact pin is brought into contact with the electrode pad, a force is generated to move the contact pin in a direction shifted in the penetrating direction, and the contact pin spontaneously slides and scrubs. Do.

また、メンブレンタイプと呼ばれる半田バンプを利用したコンタクトプローブにおいては、針先がほとんど横滑りせず、スクラブしないので、アルミニウムの電極パッドへのコンタクトにおいては高針圧が必要であり、コンタクト不良が発生しやすいという不都合があることが記載されている。
特開2002−277486号公報
In the contact probe using solder bumps called membrane type, the needle tip hardly slides and does not scrub. Therefore, high contact pressure is required to contact the aluminum electrode pad, and contact failure is likely to occur. It is described that there is an inconvenience.
JP 2002-277486 A

従来の技術では、電気的なコンタクト性を確保しながら、電極パッドのアルミニウム上のスクラブマークを小型化できるプローブ検査方法は見当たらない。スクラブマークサイズを低減させることは、単にプローブ針荷重を低減させることで可能であるが、プローブ検査時の電気的なコンタクト性が低下するという課題があった。   In the prior art, there is no probe inspection method that can reduce the size of the scrub mark on the electrode pad aluminum while ensuring electrical contact. Although it is possible to reduce the scrub mark size by simply reducing the probe needle load, there is a problem that the electrical contact property at the time of probe inspection is lowered.

また、電極パッドの配置構成がエリア・アレイタイプであるものにおいても同様にスクラブマークを小型化できるプローブ検査方法は見当たらない。このエリア・アレイタイプの電極パッドに対してカンチレバー方式のプローブカードを用いると、半導体装置の中心部に近い電極パッドほど、コンタクト動作時のプローブ針の移動量が大きくなり、電極パッド内にプローブ針の先端が留まらず、プローブ針が電極パッドに接触できない状態となる課題がある。   Similarly, no probe inspection method can be found that can reduce the size of the scrub mark even when the electrode pad arrangement is an area array type. If a cantilever probe card is used for this area array type electrode pad, the closer the electrode pad is to the center of the semiconductor device, the greater the amount of movement of the probe needle during contact operation. There is a problem that the tip of the probe does not stay and the probe needle cannot contact the electrode pad.

さらに、近年では半導体装置の各トランジスタ回路をアルミニウムの電極パッドの下に配置することが検討されているが、通常のコンタクト動作に起因して電極パッドの下に配置されたトランジスタ回路において電気特性変動が約7%近く発生することが分かっている。この場合においても、プローブ針荷重を低減させることで、トランジスタ回路の電気特性変動を低減させることはできるが、プローブ検査時の電気的なコンタクト性が低下する課題があった。   Furthermore, in recent years, it has been studied to dispose each transistor circuit of a semiconductor device under an aluminum electrode pad. However, due to normal contact operation, electrical characteristics fluctuate in the transistor circuit disposed under the electrode pad. Has been found to occur at about 7%. Even in this case, although it is possible to reduce the electrical characteristic fluctuation of the transistor circuit by reducing the probe needle load, there is a problem that the electrical contact property at the time of probe inspection is lowered.

本発明は上記した課題を解決するものであり、ウェハ状態での半導体装置の電気的なプローブ検査において不具合を発生させない検査方法と、組立工程での不具合につながる電極パッド上のスクラブマークを小型化することを両立させた半導体装置の検査方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problems, and an inspection method that does not cause a defect in an electrical probe inspection of a semiconductor device in a wafer state, and a scrub mark on an electrode pad that leads to a defect in an assembly process is downsized. It is an object of the present invention to provide a method for inspecting a semiconductor device that achieves both.

上記した課題を解決するために、本発明の半導体装置の検査方法は、半導体ウェハに形成された単数もしくは複数の半導体装置の電気特性を検査する方法であって、メンブレン方式プローブに設けた電気的に孤立するバンプを半導体ウェハ全面の半導体装置の各電極パッド上に位置合わせして接続するアライメント工程と、前記メンブレン方式プローブの裏面側において各バンプ裏面部にカンチレバー方式あるいは垂直方式のプローブをコンタクト動作させる工程を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a semiconductor device inspection method according to the present invention is a method for inspecting electrical characteristics of one or more semiconductor devices formed on a semiconductor wafer, and is an electrical device provided in a membrane probe. An alignment process that aligns and connects isolated bumps on each electrode pad of the semiconductor device on the entire surface of the semiconductor wafer, and a contact operation of a cantilever type or vertical type probe on the back side of each bump on the back side of the membrane type probe It is characterized by comprising a step of causing

この構成において、プローブ検査実施前に、メンブレン方式プローブを半導体ウェハの各電極パッドに対してアライメント動作させるとともに、半導体装置の電極パッド上の酸化膜を破るために必要なプローブ荷重をメンブレン方式プローブに少なくとも1度は印加して電気的な導通を可能にし、この状態でバンプ裏面部に対してプローブをコンタクトさせることによって、電極パッド上にスクラブマークが発生することを無くす。   In this configuration, the membrane probe is aligned with each electrode pad of the semiconductor wafer before the probe inspection, and the probe load necessary to break the oxide film on the electrode pad of the semiconductor device is applied to the membrane probe. Applying at least once to enable electrical conduction, and in this state, the probe is brought into contact with the back surface of the bump to eliminate the occurrence of a scrub mark on the electrode pad.

また、本発明の半導体装置の検査方法は、コンタクト動作後に行うプローブ検査時に、メンブレン方式プローブの各バンプと半導体装置の各電極パッドとを電気的な検査に必要なプローブ荷重だけでコンタクトさせることにより、前記電極パッドの下に配置された半導体素子の電気特性変動量を低減させて検査することを特徴とする。   Further, the semiconductor device inspection method of the present invention makes contact between each bump of the membrane type probe and each electrode pad of the semiconductor device with only a probe load necessary for electrical inspection at the time of probe inspection performed after the contact operation. The semiconductor device disposed under the electrode pad is inspected by reducing a variation amount of electrical characteristics of the semiconductor element.

この構成において、プローブ検査に必要な荷重は、カンチレバー方式あるいは垂直方式のプローブ針をバンプ裏面部へコンタクトする針荷重値と、電気的な導通が可能になった半導体装置の電極パッド4とバンプ5cとの電気的なコンタクトを維持するのに必要なプローブ荷重値のどちらか大きい荷重を選択する。   In this configuration, the load required for the probe inspection includes a needle load value for contacting a cantilever type or vertical type probe needle to the back surface of the bump, and electrode pads 4 and bumps 5c of the semiconductor device capable of electrical conduction. Select a load that is greater of the probe load values required to maintain electrical contact with

また、本発明の半導体装置の検査方法は、カンチレバー方式のプローブにおいて生じるプローブ針の先端の滑り量に合致させてバンプ裏面部を異なったサイズに形成することを特徴とする。さらに、カンチレバー方式のプローブにおいて生じるプローブ針の先端の滑り方向とバンプ裏面部の拡張形成方向とを合致させることを特徴とする。   The semiconductor device inspection method of the present invention is characterized in that the back surface of the bump is formed in a different size so as to match the slip amount of the tip of the probe needle generated in the cantilever type probe. Furthermore, the sliding direction of the tip of the probe needle generated in the cantilever type probe is matched with the extension forming direction of the back surface of the bump.

この構成において、カンチレバー方式のプローブ針の先端部が長いほどにバンプ裏面部との接触が保てなくなり、このすべり量をコントロールすることはできないが、プローブ針の滑り量に合わせてバンプ裏面部を異なったサイズに形成し、バンプ裏面部の拡張形成方向をプローブ針の滑り方向に合わせることで、プローブ針とバンプ裏面部との電気的なコンタクトを維持できる。   In this configuration, the longer the tip of the cantilever type probe needle, the more the contact with the back surface of the bump cannot be maintained, and the amount of slip cannot be controlled, but the back surface of the bump is adjusted according to the amount of slip of the probe needle. It is possible to maintain electrical contact between the probe needle and the back surface of the bump by forming the different sizes and matching the extension forming direction of the back surface of the bump with the sliding direction of the probe needle.

本発明の半導体装置の検査方法は、半導体ウェハに形成された単数もしくは複数の半導体装置の電気特性を検査する方法であって、半導体ウェハ全面の半導体装置の各電極パッドにプローブ針を直接的にコンタクトさせるのに際し、電極パッド上の酸化膜を破るために必要なプローブ針荷重でコンタクト動作させる工程と、プローブ針荷重を電気的な検査に必要な針荷重値まで低減させる工程を備え、低減させたプローブ針荷重下で前記電極パッドの下に配置された半導体素子の電気特性変動量を低減させて検査することを特徴とする。   The method for inspecting a semiconductor device of the present invention is a method for inspecting the electrical characteristics of one or a plurality of semiconductor devices formed on a semiconductor wafer, and a probe needle is directly applied to each electrode pad of the semiconductor device on the entire surface of the semiconductor wafer. When making contact, it is provided with a step of making contact operation with the probe needle load necessary to break the oxide film on the electrode pad and a step of reducing the probe needle load to the needle load value necessary for electrical inspection. It is characterized by inspecting the semiconductor element disposed under the electrode pad under a reduced probe needle load while reducing the amount of variation in electrical characteristics.

この構成により、コンタクト動作の工程において、電極パッド上の酸化膜を破ってプローブ針がアルミニウムに接触した後に、接触面を大気に触れない状態を維持しつつ、プローブ針が電極パッドから離れない高さにまで、プローブ針の針荷重を低減させて検査を実施することによって、半導体装置のトランジスタ回路を電極パッド下に配置する場合にあっても、トランジスタ回路の電気特性変動を低減させてプローブ検査を実施できる。   With this configuration, in the contact operation process, after the probe needle breaks the oxide film on the electrode pad and the probe needle comes into contact with the aluminum, the probe needle does not move away from the electrode pad while maintaining the state where the contact surface is not exposed to the atmosphere. In addition, by performing inspection while reducing the needle load on the probe needle, even when the transistor circuit of the semiconductor device is placed under the electrode pad, the electrical characteristics fluctuation of the transistor circuit is reduced and probe inspection is performed. Can be implemented.

本発明の半導体装置の検査方法によれば、プローブ検査実施後においても半導体装置のアルミニウムの電極パッドにスクラブマークを残すことがない。また、カンチレバー方式もしくは垂直方式のプローブをメンブレン方式プローブのバンプ裏面部へ何度コンタクト動作させても、半導体装置の電極パッドのアルミニウムの削れや電極パッド表面の荒れを発生させないので、後工程の組立工程で不具合を生じさせない。更に電極パッドの下にトランジスタ回路があっても電気特性変動を低減させて従来と同様のウェハ状態での検査が可能である。   According to the semiconductor device inspection method of the present invention, a scrub mark is not left on the aluminum electrode pad of the semiconductor device even after the probe inspection. Also, no matter how many times the cantilever type or vertical type probe is contacted to the back surface of the bump of the membrane type probe, the aluminum electrode pad surface of the semiconductor device is not scraped or the electrode pad surface is not roughened. Does not cause problems in the process. Further, even if there is a transistor circuit under the electrode pad, it is possible to reduce the variation in electrical characteristics and to perform inspection in the same wafer state as before.

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1において、カンチレバー方式のプローブカードはプローブカード基板1とタングステン等からなる複数のプローブ針2で構成されており、半導体ウェハ3に形成する半導体装置の電極パッド4の位置に合わせてプローブ針2を配置している。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the cantilever type probe card is composed of a probe card substrate 1 and a plurality of probe needles 2 made of tungsten or the like, and the probe needle 2 is aligned with the position of the electrode pad 4 of the semiconductor device formed on the semiconductor wafer 3. Is arranged.

また、メンブレン方式プローブ5はプローブ端子をなす複数のバンプ5cを備えており、バンプ5cの配置構成は半導体ウェハ3の全面の半導体装置の電極パッド4に一括して接続できる形態をなす。このメンブレン方式プローブ5としては、電極パッド4に対向する表面側に配置するバンプ5cがニッケルからなり、メンブレン方式プローブ5の裏面側に配置するバンプ裏面部5bが銅パターンを金メッキしてなることが最良の形態である。   Further, the membrane probe 5 includes a plurality of bumps 5c that form probe terminals, and the arrangement of the bumps 5c can be collectively connected to the electrode pads 4 of the semiconductor device on the entire surface of the semiconductor wafer 3. In the membrane probe 5, the bump 5 c disposed on the front surface side facing the electrode pad 4 is made of nickel, and the bump back surface portion 5 b disposed on the back surface side of the membrane probe 5 is formed by plating a copper pattern with gold. It is the best form.

このメンブレン方式プローブ5のバンプ5cと電極パッド4とのコンタクト動作においてアルミニウムの電極パッド4に付くスクラブマークは、カンチレバー方式や垂直方式のプローブカードを使用する場合に比べて面積で25%程度小さくなり、深さ方向にも約10%〜30%浅くなり、エッチングで製作されるためにスクラブマークが均一にそろっていることが特徴である。   The scrub mark attached to the aluminum electrode pad 4 in the contact operation between the bump 5c of the membrane type probe 5 and the electrode pad 4 is about 25% smaller in area than when using a cantilever type or vertical type probe card. In addition, the depth is about 10% to 30% shallower in the depth direction, and the feature is that the scrub marks are evenly aligned because they are manufactured by etching.

半導体ウェハ3の電極パッド4とメンブレン方式プローブ5のバンプ5cとの位置調整を一括的に行うアライメント動作は、市販のウェハプローバ装置やアライメント装置を用いてもよい。ただし、ウェハプローバ装置やアライメント装置におけるプローブカードの固定部(説明図省略)は、メンブレン方式とカンチレバー方式もしくは垂直方式の手動もしくは自動交換機能を有するものとする。   A commercially available wafer prober device or alignment device may be used for the alignment operation for collectively adjusting the positions of the electrode pads 4 of the semiconductor wafer 3 and the bumps 5c of the membrane probe 5. However, the probe card fixing portion (not shown) in the wafer prober apparatus or alignment apparatus has a manual or automatic exchange function of a membrane system and a cantilever system or a vertical system.

このアライメント動作は、半導体ウェハ3の全面の電極パッド4に対してメンブレン方式プローブ5の各バンプ5cを位置決めし、全ての電極パッド4の範囲内において各バンプ5cの位置を合致させるものである。   In this alignment operation, the bumps 5c of the membrane probe 5 are positioned with respect to the electrode pads 4 on the entire surface of the semiconductor wafer 3, and the positions of the bumps 5c are matched within the range of all the electrode pads 4.

更にこの動作においては、電極パッド4のアルミニウム表面の酸化膜を破るために、例えば1バンプ当たり8g以上のプローブ荷重を与える押し当て動作も必要である。この押し当て動作後においては、半導体ウェハ3の上に置かれたメンブレン方式プローブ5の各バンプ5cはその位置を変化させないことで、1バンプ当たり1g以下のプローブ荷重下においても電極パッド4とバンプ5cの接触面を大気にさらさない状態に維持する。   Further, in this operation, in order to break the oxide film on the aluminum surface of the electrode pad 4, for example, a pressing operation for applying a probe load of 8 g or more per bump is also necessary. After this pressing operation, the bumps 5c of the membrane type probe 5 placed on the semiconductor wafer 3 are not changed in position so that the electrode pads 4 and the bumps can be used even under a probe load of 1 g or less per bump. Maintain the contact surface of 5c not exposed to the atmosphere.

この後に、カンチレバー方式のプローブカードを装着し、一般的なプローバ装置動作によってカンチレバー方式のプローブカードのプローブ針2をメンブレン方式プローブ5のバンプ裏面部5bにコンタクトさせてプローブ検査を行う。   Thereafter, a cantilever probe card is mounted, and probe inspection is performed by bringing the probe needle 2 of the cantilever probe card into contact with the bump back surface portion 5b of the membrane probe 5 by a general prober operation.

このプローブ検査において必要な荷重は、カンチレバー方式のプローブカードのプローブ針2によるバンプ裏面部5bへの針荷重値において1.5g以上であり、すでに電気的な導通が可能になった電極パッド4とバンプ5cとの電気的なコンタクトを維持するのに必要なプローブ荷重値は電極パッド4およびバンプ5cの高さのバラツキを考慮しても3gであり、装置に設定するプローブ荷重を3g程度とすることにより、メンブレン方式プローブ5が電極パッド4のアルミニウム表面の酸化膜を破るための荷重に比べてプローブ検査時の荷重は50%以下になる。   The load required for this probe inspection is 1.5 g or more in the needle load value to the bump back surface portion 5b by the probe needle 2 of the cantilever type probe card, and the electrode pad 4 that has already become electrically conductive The probe load value necessary for maintaining electrical contact with the bump 5c is 3 g even if the height variation of the electrode pad 4 and the bump 5c is taken into consideration, and the probe load set in the apparatus is about 3 g. As a result, the load at the time of probe inspection is 50% or less as compared with the load for the membrane probe 5 to break the oxide film on the aluminum surface of the electrode pad 4.

なお、図1で示されたメンブレン方式プローブ5はセラミックリング5cの熱膨張が半導体ウェハ3の熱膨張に一致することで、プローブ検査温度が高温120℃に設定されてもメンブレン方式プローブ1のバンプ5cは半導体ウェハ全面において電極パッド4との接触面を外すことはない。   The membrane type probe 5 shown in FIG. 1 has a bump of the membrane type probe 1 even if the probe inspection temperature is set to a high temperature of 120 ° C. because the thermal expansion of the ceramic ring 5 c matches the thermal expansion of the semiconductor wafer 3. 5c does not remove the contact surface with the electrode pad 4 on the entire surface of the semiconductor wafer.

ところで、図2(a)、(b)に示すように、エリア・アレイタイプの電極パッド4の配置構成に対して、メンブレン方式プローブ5を介してカンチレバー方式のプローブカードを使用する場合に、プローブ針2の構成は、図2(a)に示すように、立体的で複雑になる。   By the way, as shown in FIGS. 2A and 2B, when a cantilever type probe card is used via a membrane type probe 5 for the arrangement configuration of the electrode pads 4 of the area array type, the probe is used. The configuration of the needle 2 is three-dimensional and complicated as shown in FIG.

図3(a)で示すように、メンブレン方式プローブ5のバンプ裏面部5bの上方に配置したカンチレバー方式のプローブカードのプローブ針2はコンタクト動作前にプローブ針位置10にある。   As shown in FIG. 3A, the probe needle 2 of the cantilever type probe card arranged above the bump back surface portion 5b of the membrane type probe 5 is at the probe needle position 10 before the contact operation.

図3(b)に示すように、プローバ装置のコンタクト動作によってカンチレバー方式のプローブカードのプローブ針2がプローブ針位置10からバンプ裏面部5bに当接する位置に降下する際にプローブ針2によるスクラブ動作が発生し、スクラブ動作においてプローブ針2の先端部11、12a、12bが固定端13に対して前方へ少なくとも20μm滑る。   As shown in FIG. 3B, when the probe needle 2 of the cantilever type probe card is lowered from the probe needle position 10 to a position in contact with the bump back surface portion 5b by the contact operation of the prober device, the scrub operation by the probe needle 2 is performed. And the tip portions 11, 12a, 12b of the probe needle 2 slide forward with respect to the fixed end 13 by at least 20 μm during the scrubbing operation.

この際に、先端部11、12a、12bの針同士の接触を防ぐために、カンチレバー方式のプローブカードの各プローブ針2は先端部11、12a、12bの長さが異なっており、最も短い先端部11に対して最も長い先端部12aが3倍の長さを有している。   At this time, in order to prevent contact between the needles of the tip portions 11, 12a, 12b, the probe needles 2 of the cantilever type probe card have different lengths of the tip portions 11, 12a, 12b, and the shortest tip portion. 11, the longest tip 12a is three times as long.

この結果、図3(b)に示すように、長い先端部12a、12bほどバンプ裏面部5bとの接触が保てなくなり、離間距離Bが生じる。このすべり量は設計上、完全に制御することは不可能であるので、バンプ裏面部5bは前記の離間距離Bを含む大きさに設計することが必要である。   As a result, as shown in FIG. 3B, the longer tip portions 12a and 12b cannot be kept in contact with the bump back surface portion 5b, resulting in a separation distance B. Since this slip amount cannot be completely controlled by design, it is necessary to design the bump back surface portion 5b to a size including the above-mentioned separation distance B.

あるいは、図4に示すように、コンタクト動作を実施する全てのプローブ針2の針荷重を極力均一にするために、各プローブ針2で発生する異なるすべり量に合致させてバンプ裏面部5bを異なるサイズにすることで接触を保つように設計する。   Alternatively, as shown in FIG. 4, in order to make the needle loads of all the probe needles 2 that perform the contact operation as uniform as possible, the bump back surface portions 5b are made different in accordance with different slip amounts generated in each probe needle 2. Designed to keep contact by size.

図4において、バンプ裏面部5bの間隔は200μm以上であり、バンプ裏面部5bのサイズはプローブ針2の滑る方向に対しては幅50μm以上、長さ100μm以上を有している。   In FIG. 4, the interval between the bump back surface portions 5b is 200 μm or more, and the size of the bump back surface portion 5b is 50 μm or more in width and 100 μm or more in length in the sliding direction of the probe needle 2.

この場合に、各プローブ針2の異なるスクラブ動作を考慮する領域7を設定し、さらにこの領域7におけるプローブ針2のスクラブ方向を設計段階で考慮するために、領域7内でのバンプ裏面部5bの異なるサイズと拡張形成方向を決定する境界線8を定める。図4においては境界線8によって矢印で示すようにプローブ針2の2方向の異なるスクラブ方向を定義する。   In this case, in order to set a region 7 in which different scrubbing operations of each probe needle 2 are considered, and to further consider the scrub direction of the probe needle 2 in this region 7 at the design stage, the bump back surface portion 5b in the region 7 is set. Boundary lines 8 that determine different sizes and directions of extension formation are defined. In FIG. 4, two different scrub directions of the probe needle 2 are defined as indicated by arrows by the boundary line 8.

また、図5に示すように、プローブ針2のスクラブ動作を考慮する領域7内を、境界線9によって4ブロックに分割してプローブ針2の4方向の異なるスクラブ方向を定義し、カンチレバー方式のプローブ針2を合理的に設計製作することもできる。   Further, as shown in FIG. 5, the region 7 in which the scrub movement of the probe needle 2 is taken into consideration is divided into four blocks by the boundary line 9 to define four different scrub directions of the probe needle 2 so that the cantilever method can be used. The probe needle 2 can be rationally designed and manufactured.

また、プローブ針2のスクラブ方向は、前述の2方向もしくは4方向でなくとも良く、プローブ針2ごとに任意に設定することが可能であり、この場合には任意に設定されたプローブ針2のスクラブ方向にバンプ裏面部5bの拡張方向を合致させる。   Further, the scrub direction of the probe needle 2 does not have to be the above-described two directions or four directions, and can be arbitrarily set for each probe needle 2. In this case, the probe needle 2 arbitrarily set is set. The extending direction of the bump back surface portion 5b is matched with the scrub direction.

このようなカンチレバー方式のプローブカードおよびメンブレン方式プローブ5を用いたウェハ検査の終了後に、メンブレン方式プローブ5はウェハレベルバーンインを実施するためのウェハ一括プローブの一部品として、そのまま後工程で流用することもできる。   After the wafer inspection using such a cantilever type probe card and the membrane type probe 5 is completed, the membrane type probe 5 is used as a part of a wafer batch probe for performing wafer level burn-in as it is in a subsequent process. You can also.

さらに、本発明では、コンタクト動作の工程において、半導体ウェハ3の全面の電極パッド4に対してメンブレン方式プローブ5の各バンプ5cを合致させて電極パッド4のアルミニウム表面の酸化膜を破り、電極パッド4とバンプ5cの接触面を大気に触れない状態に保ったままで、プローブ荷重を低減させて検査を実施するので、電極パッド4の下に半導体装置を配置する場合にあっても、半導体装置のトランジスタ回路(半導体素子)の電気特性変動を大きく生じさせることがない。   Furthermore, in the present invention, in the contact operation step, the bumps 5c of the membrane probe 5 are matched with the electrode pads 4 on the entire surface of the semiconductor wafer 3 to break the oxide film on the aluminum surface of the electrode pads 4, thereby Since the inspection is performed while reducing the probe load while keeping the contact surface between the bump 4c and the bump 5c in contact with the atmosphere, even when the semiconductor device is disposed under the electrode pad 4, the semiconductor device There is no significant variation in electrical characteristics of the transistor circuit (semiconductor element).

図6は、カンチレバー方式のプローブ針2を用いて従来の電極パッド4へ直接にコンタクト動作する場合における電極パッド4の下のトランジスタ回路の電気特性変動量を示すものである。   FIG. 6 shows the electric characteristic fluctuation amount of the transistor circuit under the electrode pad 4 when the cantilever type probe needle 2 is used to directly contact the conventional electrode pad 4.

図6に示すように、カンチレバー方式のプローブ針2には通常において2.4〜3gの針荷重を与えるために、電極パッド4の下のトランジスタ回路(半導体素子)において電気特性変動が約5〜7%生じていた。しかし、この後に、針荷重の設定を0.74gまで落としてトランジスタの電気特性変動を測定したところ約1.3%に低減させることができた。   As shown in FIG. 6, in order to apply a needle load of 2.4 to 3 g to the cantilever type probe needle 2 normally, an electric characteristic variation is about 5 to 5 in the transistor circuit (semiconductor element) under the electrode pad 4. 7% occurred. However, after this, when the needle load setting was reduced to 0.74 g and the change in the electrical characteristics of the transistor was measured, it was reduced to about 1.3%.

すなわち、プローブ検査時において針荷重を電極パッド4とプローブ針2との電気的なコンタクトを維持するのに必要な値まで低減させることによって、電極パッド4の下のトランジスタの電気特性変動の約3/4(75%)を低減させた状態でプローブ検査が実施できる。   That is, by reducing the needle load to a value necessary for maintaining the electrical contact between the electrode pad 4 and the probe needle 2 at the time of the probe inspection, it is possible to reduce the electric characteristic variation of the transistor under the electrode pad 4 by about 3%. / 4 (75%) can be reduced and probe inspection can be performed.

図7はカンチレバー方式のプローブ針2によるコンタクト動作の検証の一例を示すものである。ここで、コンタクト抵抗が1.5Ωになるためには、針荷重を最低2.22gに設定してコンタクト動作を行う必要がある。また、針荷重の設定を0.74gに変えてコンタクト動作を実施すると約2.4Ωのコンタクト抵抗になった。   FIG. 7 shows an example of verification of contact operation by the cantilever type probe needle 2. Here, in order for the contact resistance to be 1.5Ω, it is necessary to perform the contact operation with the needle load set to a minimum of 2.22 g. Further, when the contact operation was carried out by changing the setting of the needle load to 0.74 g, the contact resistance was about 2.4Ω.

しかし、針荷重を2.22gに設定してコンタクト動作を実施し、コンタクト状態を保持したままで針荷重を0.74gまで低減させると、コンタクト抵抗に0.2Ωの上昇をみるが、その後に50時間以上にわたってコンタクト状態のまま放置しても、コンタクト抵抗の増加は見受けられない。   However, when the contact operation is performed with the needle load set at 2.22 g, and the needle load is reduced to 0.74 g while maintaining the contact state, the contact resistance increases by 0.2Ω. Even if the contact state is left for 50 hours or more, no increase in contact resistance is observed.

つまり電極パッド4とプローブ針2の接触面に導通するだけの針荷重があれば、酸化も進行せずに安定したプローブ検査が可能であることを示している。   That is, when there is a needle load sufficient to conduct the contact surface between the electrode pad 4 and the probe needle 2, oxidation does not proceed and stable probe inspection is possible.

以上のように本発明の半導体装置の検査方法は、エリア・アレイタイプ(面配置端子)の電極パッド構成をなす半導体装置にも対応し、従来型のプローブであっても半導体ウェハ上の電極パッドに用いられるアルミニウムにスクラブマークによる削れや荒れを生じさせず、スクラブマークによる半導体装置の組立工程での不具合を解消し、電極パッド内で実施されるプローブのコンタクトの安定性を確保し、電極パッドの下に配置されるトランジスタ回路の電気特性変動を緩和するので、半導体装置のプローブ検査において利用可能な技術である。   As described above, the method for inspecting a semiconductor device according to the present invention is compatible with a semiconductor device having an area / array type (surface-arranged terminal) electrode pad configuration, and even with a conventional probe, an electrode pad on a semiconductor wafer. This prevents the scrub mark from being scraped or roughened in the aluminum used in the process, eliminates problems in the assembly process of the semiconductor device due to the scrub mark, and ensures the stability of the probe contact performed in the electrode pad. This is a technique that can be used in the probe inspection of a semiconductor device because the fluctuation of the electrical characteristics of the transistor circuit disposed below the circuit is reduced.

本発明の実施形態における半導体装置の検査方法を説明する図The figure explaining the inspection method of the semiconductor device in the embodiment of the present invention 同実施形態におけるカンチレバー方式のプローブ針を示すものであり、(a)は(b)のA−A’断面図、(b)はカンチレバー方式のプローブ針の平面図1 shows a cantilever type probe needle in the same embodiment, (a) is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of (b), and (b) is a plan view of the cantilever type probe needle. (a)、(b)はそれぞれカンチレバー方式のプローブの動作課題を説明する図(A), (b) is a figure explaining the operation | movement subject of a cantilever type probe, respectively. 動作量の違いおよびスクラブ方向を2方向に定義する場合を説明する図The figure explaining the case where the difference in movement amount and the scrub direction are defined in two directions 動作量の違いおよびスクラブ方向を4方向に定義する場合を説明する図The figure explaining the case where the difference in movement amount and the scrub direction are defined in four directions カンチレバー方式のプローブ針の針荷重値とコンタクト抵抗の関係図Relationship diagram between needle load value and contact resistance of cantilever type probe needle プローブ検査時における電極パッド下のトランジスタ回路の電気特性変動量を示す図The figure which shows the electric characteristic fluctuation amount of the transistor circuit under the electrode pad at the time of probe inspection

符号の説明Explanation of symbols

1 プローブカード基板
2 カンチレバー方式のプローブ針
3 半導体ウェハ
4 電極パッド
5 メンブレン方式プローブ
5a セラミックリング
5b バンプ裏面部
5c バンプ
6 半導体装置
7 異なる針動作を考慮する領域
8 プローブ針の2方向のスクラブ方向を定義する境界線
9 プローブ針の4方向のスクラブ方向を定義する境界線
10 コンタクト動作前のプローブ針位置
11、12a、12b プローブ針の先端部
13 プローブ針の固定端
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Probe card board 2 Cantilever type probe needle 3 Semiconductor wafer 4 Electrode pad 5 Membrane type probe 5a Ceramic ring 5b Bump back surface part 5c Bump 6 Semiconductor device 7 The area | region which considers a different needle movement 8 The scrub direction of 2 directions of a probe needle Boundary line to be defined 9 Boundary line to define four scrub directions of the probe needle 10 Probe needle positions 11, 12 a, 12 b before the contact operation Probe needle tip 13 Probe needle fixed end

Claims (7)

半導体ウェハに形成された単数もしくは複数の半導体装置の電気的特性を検査する方法であって、メンブレン方式プローブに設けた電気的に孤立するバンプを半導体ウェハ全面の半導体装置の各電極パッド上に位置合わせして接続するアライメント工程と、前記メンブレン方式プローブの裏面側において各バンプ裏面部にカンチレバー方式あるいは垂直方式のプローブをコンタクト動作させる工程を備えたことを特徴とする半導体装置の検査方法。 A method for inspecting the electrical characteristics of one or more semiconductor devices formed on a semiconductor wafer, wherein electrically isolated bumps provided on a membrane probe are positioned on each electrode pad of the semiconductor device on the entire surface of the semiconductor wafer A method for inspecting a semiconductor device, comprising: an alignment step of connecting together and a step of causing a contact of a cantilever type or vertical type probe to the back side of each bump on the back side of the membrane type probe. アライメント工程において、半導体装置の電極パッド上の酸化膜を破るために必要なプローブ荷重をメンブレン方式プローブに少なくとも1度は印加することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の検査方法。 2. The method for inspecting a semiconductor device according to claim 1, wherein in the alignment step, a probe load necessary for breaking the oxide film on the electrode pad of the semiconductor device is applied to the membrane type probe at least once. アライメント工程を経た後において、メンブレン方式プローブのバンプと半導体装置の電極パッドの接触面を大気にさらさない状態に保持することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の検査方法。 2. The method for inspecting a semiconductor device according to claim 1, wherein the contact surface between the bump of the membrane probe and the electrode pad of the semiconductor device is not exposed to the atmosphere after the alignment step. コンタクト動作後に行うプローブ検査時に、メンブレン方式プローブの各バンプと半導体装置の各電極パッドとを電気的な検査に必要なプローブ荷重だけでコンタクトさせることにより、前記電極パッドの下に配置された半導体素子の電気特性変動量を低減させて検査することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の検査方法。 A semiconductor element disposed under the electrode pad by contacting each bump of the membrane probe and each electrode pad of the semiconductor device with only a probe load necessary for electrical inspection at the time of probe inspection performed after the contact operation. 2. The method of inspecting a semiconductor device according to claim 1, wherein the inspection is performed by reducing the amount of fluctuation in electrical characteristics of the semiconductor device. カンチレバー方式のプローブにおいて生じるプローブ針の先端の滑り量に合致させてバンプ裏面部を異なったサイズに形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の検査方法。 2. The method for inspecting a semiconductor device according to claim 1, wherein the back surface of the bump is formed in a different size in accordance with a slip amount of the tip of the probe needle generated in the cantilever type probe. カンチレバー方式のプローブにおいて生じるプローブ針の先端の滑り方向とバンプ裏面部の拡張形成方向とを合致させることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の検査方法。 2. The method for inspecting a semiconductor device according to claim 1, wherein a sliding direction of a tip of a probe needle generated in a cantilever type probe is matched with an extension forming direction of a bump back surface portion. 半導体ウェハに形成された単数もしくは複数の半導体装置の電気的特性を検査する方法であって、半導体ウェハ全面の半導体装置の各電極パッドにプローブ針を直接的にコンタクトさせるのに際し、電極パッド上の酸化膜を破るために必要なプローブ針荷重でコンタクト動作させる工程と、プローブ針荷重を電気的な検査に必要な針荷重値まで低減させる工程を備え、低減させたプローブ針荷重下で前記電極パッドの下に配置された半導体素子の電気特性変動量を低減させて検査することを特徴とする半導体装置の検査方法。 A method for inspecting the electrical characteristics of one or more semiconductor devices formed on a semiconductor wafer, wherein the probe needle is directly contacted with each electrode pad of the semiconductor device on the entire surface of the semiconductor wafer. The electrode pad includes a step of performing contact operation with a probe needle load necessary to break the oxide film, and a step of reducing the probe needle load to a needle load value necessary for electrical inspection, and the electrode pad under the reduced probe needle load. A method for inspecting a semiconductor device, comprising: inspecting the semiconductor element disposed under the semiconductor element while reducing an amount of fluctuation in electrical characteristics.
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