JP2007317681A - プローブカードおよびそれを用いた半導体素子検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のプローブ痕による段差で発生する組立付着不具合を撲滅して、歩留まりを向上することができるとともに、導電層部分を活用することで導電性を容易に確保することができ、安定した検査環境を実現することができるプローブカードおよびそれを用いた半導体素子検査方法を提供する。
【解決手段】半導体ウェハー１０４を検査するためのプローブカードを垂直方式によるプレス型構造とすることにより、プローブ針１０１自体の動作を上下動作のみに限定して、また導通性を容易に確保できる導電層部分１０２を形成して、検査パッド１０３への接触の際に検査パッド１０３の表面を削るのではなく、圧接するように接触することで検査パッド１０３の表面の大きな凹凸を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハー上の検査技術に関し、今後の微細化に伴う挟ピッチに対応できるプローブカードの新規構造に関するものである。

近年、半導体集積回路の高集積化、多機能化が進み、それらと共にシステムＬＳＩの低コスト化が必須になってきている。これに対して、チップサイズを小さくするというのは言うまでもなく、組立て品の検査コストの低減ということが安価な製品を出荷する上で避けられない項目であり、特に組立て品の検査方法については、一方で品質・信頼性という観点から重要な課題となっている。

しかしながら、この検査コストという位置づけは、検査内容や検査の信頼性などに注力されており、検査上の装置や設備についてはあまり危惧されていない部分がある。
そこで、この検査上の装置や設備に関して、特にウェハーとプローブ針との接点で発生しているプローブ痕が組立て工程へ多大なる影響を与えていることや、また従来のプローブカードでは対応しきれないパッドピッチやコンタクトの信頼性を得ることが挙げられており、これらに対してプローブの新規構造（例えば、特許文献１を参照）が提案されてきている。

以上のような従来のプローブカードのカンチレバー方式について、図６を参照しながら以下に説明する。
まず、図６において、２００は従来のカンチレバー方式のプローブ針、２０１は検査パッド、２０２はシステムＬＳＩチップが搭載されているウェハー、２０３はプローブ針２００の検査パッド２０１への接触により検査パッド２０１上に発生したプローブ痕、２０４はウェハー検査後の次工程であるワイヤーボンディング工程において検査パッド２０１に接続されるボンディングワイヤーのワイヤーボンディング部位である。

次に動作について説明する。
図６（ａ）に示すように、カンチレバー方式のプローブ針２００が検査パッド２０１に接触する際に、プローブ針２００の高さバラツキ、装置やウェハーのバラツキを吸収するためにプローブ針２００が上へしなり、プローブ針２００の針先が検査パッド２０１上を滑るような挙動を示す。これにより、図６（ｂ）に示すように、検査パッド２０１についたプローブ痕２０３は、縦長の円を描くような跡になり、針先の径は２０μｍ程でプローブ痕２０３は非常に小さいものである。これを横から見ると、図６（ｃ）に示すように、検査パッド２０１上の酸化膜を破り、アルミまでを削り取っている。

このように、従来のカンチレバー方式のプローブ針２００では、その酸化膜とアルミを削ることで検査パッド２０１上に凹凸を作り上げている。この凹凸が次工程であるワイヤーボンディング工程に影響される。プローブ痕２０３により、検査パッド２０１の上面に凹凸、つまり段差が発生したため、ワイヤーボンディング部位２０４と検査パッド２０１との接合面積が規定範囲内より少なくなる。これに対して、例えば検査パッド２０１上面をプローブ痕領域とワイヤーボンディング領域とに分けて対応している。
特開２０００−２１４１８３号公報

しかしながら、上記のように従来提案されている技術では、検査パッド（ボンディングワイヤー接続用の電極パッドとしても利用）に対して、検査パッドとプローブ針との接触性やコンタクト性の安定化のみが目的とされていること、また微細化に伴うチップサイズ縮小により、プローブ針とワイヤーボンディング部位との接合面積を考慮して各領域を確保していることなど、大きな問題となっている。

さらに、今回、ウェハー上での検査により発生したプローブ痕が検査パッド（電極パッド）上に凹凸を作り上げ、次工程、特に組立て時のワイヤーボンディングを行う際に、電極パッド（検査パッド）上の凹凸が原因となってワイヤーボンディングでの付着に不具合が発生し、製品の歩留まりが大幅に低下して製品コストがアップするため、全体の検査コストを低減せざるを得なくなり、この検査コストの低減が一方で製品の品質・信頼性という観点から非常に大きな問題となっている。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、ウェハー検査工程でのコンタクト安定化を保持しつつ、後工程、特に組立て工程でのワイヤーボンディング不良を撲滅することができ、製品の歩留向上を実現することができるプローブカードおよびそれを用いた半導体素子検査方法を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のプローブカードは、検査対象の半導体素子に形成された検査パッドと、前記半導体素子を検査するためにその電気特性を測定する測定装置とを、電気的に接続するプローブカードであって、前記検査のための各種信号を伝送する基板内配線が形成されたプローブカード基板、および前記基板内配線と前記測定装置とを電気接続するための接続基板からなり、前記プローブカード基板と前記接続基板とにわたって貫通するプローブホールが形成され、前記プローブホールの内側面に前記基板内配線と導通するように導電層部分が形成されたプローブカード本体と、前記プローブホール内に前記導電層部分と接触状態で上下移動するように配置され導電性材料からなるプローブ針とを有し、前記プローブ針は、前記検査パッドとの接触面が、直径が５μｍ〜３０μｍの平坦面形状で、かつ０．３μｍ〜２μｍの凹凸がある表面粗面化状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載のプローブカードを用いた半導体素子検査方法は、請求項１記載のプローブカードを用いた半導体素子検査方法であって、前記検査パッドに前記プローブ針を接触させて前記検査パッドの表面に平均０．２μｍの段差を発生させ、その段差を利用して、後工程であるワイヤーボンディング工程時に、ワイヤーボンディング部位の前記検査パッドとの電気接続面に対して、少なくとも５０％以上の接合面積を確保することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、プローブ針のすべりを防止して、検査パッドに対して圧接してコンタクトするような垂直型プレス方式とすることにより、プローブ形状を垂直型の平坦なピンとして形成し、左右方向の動きがなく上下移動のみのプローブ針と基板内配線との接続を導電層部分により可能にすることができる。

以上により、ウェハー検査工程でのコンタクト安定化を保持しつつ、後工程、特に組立て工程でのワイヤーボンディング不良を撲滅することができ、製品の歩留向上を実現することができる。

またさらに、プローブ針製作のＴＡＴ短縮と今後の微細化に伴う挟ピッチにも対応することができ、全体の検査での低コスト化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を示すプローブカードおよびそれを用いた半導体素子検査方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は本実施の形態のプローブカードの配置構造図である。図２は本実施の形態のプローブカードにおける接触動作時の配置構造図である。図３は本実施の形態のプローブカードにおける接触後検査動作時の配置構造図である。図４は本実施の形態のプローブカードにおける導電層部分形成時の説明図である。図５は本実施の形態のプローブカードにおける別形状の配置構造図である。

図１において、１００はプローブカード本体、１０１はプローブ針、１０２は導電層部分、１０３はシステムＬＳＩチップの検査パッド（ワイヤーボンディング工程でボンディングワイヤー接続用の電極パッドとしても利用）、１０４はシステムＬＳＩチップを形成するウェハー、１０５はプローバー装置内のウェハー１０４を置くチャック、１０６はプローバー装置内のチャック１０５の動作方向を示す矢印である。

次に、動作について説明する。
図１に示すように、ウェハー１０４上のシステムＬＳＩチップを検査するために、プローバー装置内の上下方向に動作可能なチャック１０５上にウェハー１０４が配置され、プローブカード本体１００もプローバー装置内のチャック１０５の上方に固定される。ウェハー１０４上のシステムＬＳＩチップを順番に検査する際に、プローブカード本体１００は固定のままで、チャック１０５が動作方向１０６で上にあがる。

検査中のプローブ針１０１と検査対象であるウェハー１０４上のチップ上面に形成された検査パッド１０３との接触動作について、図２を参照しながら説明する。
まず、図２に示すように、各部位の名称および配置については図１と全く同じものである。図２において検査が開始されると、チャック１０５が動作方向１０６のように作動して、検査パッド１０３がプローブ針１０１に接触する。この接触の際に、プローブ針１０１はチャック１０５の動作方向１０６と同じ方向に押し上げられ、図に示すようにプローブカード本体１００よりプローブ針１０１の凸先端部分が現れるというように、プローブ針１０１は、プローブカード本体１００に形成されたプローブホール内で、導電層部分１０２に接触した状態で上下動作によるスライド移動が可能な構造となっている。

プローブ針１０１は、およそ７０〜１００μｍ幅で製作されるもので、長さも数千μｍというものであり、当然製作時のバラツキが考えられ、さらに、プローバー装置内のチャック１０５の高さやウェハー１０４などにも面内の凹凸などのバラツキもあり、これらのバラツキを吸収するために、プローブ針１０１は上下動作する構造となっている。

次に、検査パッド１０３がプローブ針１０１に接触した後の動作について、図３を参照しながら説明する。
図３（ａ）、（ｂ）において、１０７はテスター装置、１０８はテスター装置１０７とプローバー装置１０９を接続するテストヘッド、１０９はプローバー装置、１１０はテストヘッド１０８と接続されるプローブカード本体１００の接続ピン、１１１はプローブカード本体内に形成された基板内配線、１１２は導通経路である。

図３（ｂ）に示すようにプローブ針１０１が検査パッド１０３に接触した状態で、図３（ａ）のテスター装置１０７内のプログラムにより、検査パッド１０３に電圧や電流を印加するよう指示が送られる。このとき、プローブ針１０１と検査パッド１０３が正確に安定して接触しているかをテストするため、図３（ｂ）に示すように、プローブカード本体１００の接続ピン１１０のところより、基板内配線１１１を通って電圧あるいは電流が流れてきて、その電圧あるいは電流がプローブ針１０１にその側面の導電層部分１０２を通って流れ、プローブ針１０１から検査パッド１０３へ流れる。この場合の電圧あるいは電流の流れる経路は、導通経路１１２のように示される。

このように、基板内配線１１１を活用して、基板内配線１１１をプローブ針１０１に直接に接触させること、また接触時に導電層部分１０２を使用することにより、摩擦や変位に強く、プローブ針１０１と検査パッド１０３との間で安定した接触を確保することができる。

また、このプローブ針１０１は針先が平坦であるため、検査パッド１０３と接触する際に、検査パッド１０３の酸化膜を破らない限り導通性は得られないが、これに対して、針先の平坦部分をダイヤモンド粒子などのクリーニングシートで荷重をかけて研磨することで、針先を荒らすことができ、この針先により検査パッド１０３の酸化膜を破り、プローブ針１０１と検査パッド１０３との十分な導通性を確保する。

また、導電層部分１０２の製作について、図４を参照しながら以下に説明する。
図４において、１１３は液状金の流し込み方向、１１４は導電層部分１０２に導電層材料（ここでは、金（きん）とする）が付着しやすいように加工されている金付着可能な加工部位であり、そのほかの部位は図１とまったく同じものである。

図４に示すように、まず、プローブカード本体１００において、プローブ針１０１が入るプローブホールを製作した後、その内壁面の導電層部分に金が付着しやすいように金付着可能な加工部位１１４を形成しておく。そのプローブホールに対して、液状金の流し込み方向１１３で液状金の流し込みを実施することにより、導電層部分１０２を確保することができる。

なお、金は、プローブ針１０１の上下動作による摩擦に強く、変位しにくい材質であり、接触についても少しの荷重で導電性が高いことから、今回の構造においては、最適な導電層材料と言える。

さらに、図５に示すように、検査パッド１０３への接触動作や検査の導通方法などは全く同じもので、プローブ針の形状を、前述のプローブ針１０１からプローブ針１１５のように変えたものも、本実施の形態の一構成例として挙げることができる。

以上のように本実施の形態によると、プローブ針１０１の上下動作により今までのカンチレバー方式と違って針が滑ることはなく、圧接により検査パッド１０３との接触を可能としたことで、プローブ痕が検査パッド１０３全体にプレスした形となり、検査パッド１０３上の凹凸を低減し、次工程であるワイヤーボンディングでの付着不具合の防止を実現することができる。

また、検査パッド１０３のサイズに合わせたプローブ針製作ができることから、微妙な調整や折り曲げると言った工程を削減することができ、プローブ針製作におけるＴＡＴ短縮を図ることができる。

さらに、検査パッドサイズの縮小化に伴うプローブ針対応も容易で、サイズに合わせたプローブ針が提供できると共に、プローブ針が磨耗した際の針交換が容易である。

本発明のプローブカードおよびそれを用いた半導体素子検査方法は、プローブカード自体の構造と動作等に有用である。

本発明の実施の形態のプローブカードの配置構造図 同実施の形態のプローブカードにおける接触動作時の配置構造図 同実施の形態のプローブカードにおける接触後検査動作時の配置構造図 同実施の形態のプローブカードにおける導電層部分形成時の説明図 同実施の形態のプローブカードにおける別形状の配置構造図 従来のカンチレバー方式のプローブカードの配置構造図

符号の説明

１００ プローブカード本体
１０１ プローブ針
１０２ 導電層部分
１０３ 検査パッド
１０４ ウェハー
１０５ チャック
１０６ チャック動作方向
１０７ テスター装置
１０８ テストヘッド
１０９ プローバー装置
１１０ 接続ピン
１１１ 基板内配線
１１２ 導通経路
１１３ 液状金の流し込み方向
１１４ 金付着可能な加工部位
１１５ （プローブ針１０１と別形状の）プローブ針
１１６ 導電層部分
２００ （カンチレバー方式の）プローブ針
２０１ 検査パッド
２０２ （システムＬＳＩ搭載の）ウェハー
２０３ （カンチレバー方式での）プローブ痕
２０４ ワイヤーボンディング部位

Claims (2)

1. 検査対象の半導体素子に形成された検査パッドと、前記半導体素子を検査するためにその電気特性を測定する測定装置とを、電気的に接続するプローブカードであって、
   前記検査のための各種信号を伝送する基板内配線が形成されたプローブカード基板、および前記基板内配線と前記測定装置とを電気接続するための接続基板からなり、前記プローブカード基板と前記接続基板とにわたって貫通するプローブホールが形成され、前記プローブホールの内側面に前記基板内配線と導通するように導電層部分が形成されたプローブカード本体と、
   前記プローブホール内に前記導電層部分と接触状態で上下移動するように配置され導電性材料からなるプローブ針とを有し、
   前記プローブ針は、前記検査パッドとの接触面が、直径が５μｍ〜３０μｍの平坦面形状で、かつ０．３μｍ〜２μｍの凹凸がある表面粗面化状に形成されている
   ことを特徴とするプローブカード。
2. 請求項１記載のプローブカードを用いた半導体素子検査方法であって、
   前記検査パッドに前記プローブ針を接触させて前記検査パッドの表面に平均０．２μｍの段差を発生させ、
   その段差を利用して、後工程であるワイヤーボンディング工程時に、ワイヤーボンディング部位の前記検査パッドとの電気接続面に対して、少なくとも５０％以上の接合面積を確保する
   ことを特徴とする半導体素子検査方法。

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