JP2008198819A - 半導体装置及びその評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置上からクリーニングシートまで移動させることなく半導体装置上でプローブのクリーニングを行い、且つ、室温以外の高温又は低温の測定環境による電極パッドとプローブとのアライメントエラー及びコンタクト不良を回避する。
【解決手段】電気信号の入出力端子となる電極パッドを備えた半導体装置において、電極パッドは、第１のパッド材料からなる第１の電極パッド部分と第２のパッド材料からなる第２の電極パッド部分とから構成されている。ウェハの上に形成された第１の電極パッド部分と第２の電極パッド部分とは平面的に見て少なくとも一辺が隣接しており、第２のパッド材料は第１のパッド材料と同等以上の硬度を有し、且つ半導体装置を検査する際に電極パッドと接触するプローブの硬度と同等以下の硬度を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置及びその評価方法に関し、特に、プローブを用いて製品を評価する半導体装置及びその評価方法に関する。

従来より、半導体装置の評価方法において、評価対象ＴＥＧ（Test Elemental Group）と該評価対象ＴＥＧに電位又は電流を与えるための電極パッドとを接続し、該電極パッドにプローブカードのプローブを接触させることによる半導体装置の評価が行われている。測定器で設定した電気信号をプローブカードを介して評価対象ＴＥＧに入力し、又は評価対象ＴＥＧからの電気信号をプローブカードを介して測定器に出力することによって評価対象ＴＥＧを評価することができる。

しかしながら、電極パッドとプローブとの接触が繰り返されることによって、プローブが電極パッドの表面を傷つけ、その際に生じた金属等の異物がプローブの先端に付着し、電極パッドとプローブとの間の導通を不安定にする。このため、評価対象とする半導体装置に所定の電位又は電流を印加することができなくなり、半導体装置の評価を行うことが不可能になる。

そこで、プローブの先端に付着した金属等の異物を除去するためにクリーニングシートという研磨シートを用いて定期的にプローブの先端を研磨することによって、クリーニングを行うことが一般的に行われている。しかしながら、定期的なプローブの研磨によるクリーニングには、以下の２つの問題がある。

（１）定期的にプローブのクリーニングを実施するために、プローブの先端に金属等の異物が付着していない場合でもプローブの先端の研磨が繰り返される。これにより、プローブの摩耗が進行するため、プローブの交換が必要であり、プローブの交換回数が増加する。

（２）定期的にプローブのクリーニングを実施していたとしても、プローブの先端に金属等の異物が残留する場合、又はプローブの先端に金属等の異物が強固に付着する場合には、研磨によってプローブの先端に付着した金属等の異物が完全に除去できない。

これらの問題に対して、電極パッドに対するプローブの接触抵抗を測定することにより定期的なプローブのクリーニングに対する問題の解決を図っている（例えば、特許文献１を参照。）。すなわち、プローブの摩耗量を減少させるために不要なプローブのクリーニングを抑制するか、又はプローブのクリーニング後に残留する異物を除去するために追加のクリーニングを実施するかを電極パッドに対するプローブの接触抵抗の値から判断している。

図９は、従来のプローブのクリーニングの実施手順を示すフローチャートを示している。

図９に示すように、クリーニングプレートのクリーニング位置にプローブカードを移動し（４０１）、プローブをクリーニングプレートの研磨面に接触（研磨）させる（４０２）と共に、接触抵抗を測定し（４０３）、該接触抵抗の値から更なるクリーニングが必要か否かを判断する（４０４）。更なるクリーニングが必要なほどに接触抵抗の値が高い場合は、プローブに対するクリーニングプレートの接触を繰り返し（４０５）、接触抵抗の値から更なるクリーニングが不要の場合は、クリーニングを終える（４０６）。

このように、プローブの接触抵抗を測定すると共にプローブのクリーニングが必要か否かを判断することができ、適正なプローブの研磨及びクリーニングを実施することができるため、プローブを用いる半導体装置の評価において電極パッドとプローブとの間の導通を安定化させることができる。
特開２０００−３３８１５２号公報

しかしながら、前記従来の半導体装置の評価方法におけるプローブのクリーニングは、図１０に示すように、プローブ１０３をウェハ１０６を載せたチャックトップ１０５の上方からクリーニングシート１０４の上方まで移動させなければ行うことができない。このため、プローブを移動させるための時間が必要であり、プローブの接触抵抗を測定するため及びプローブをクリーニングするために長時間を要するという問題が発生する。

また、室温以外の高温又は低温の条件でプローブ１０３を用いてウェハ１０６の評価をオートプロービング装置等を用いて行い、ウェハ１０６から離れてプローブ１０３のクリーニング及びプローブの接触抵抗の測定を行うと、プローブ１０３は収縮又は膨張するため、プローバがプローブ１０３の先端を誤認識し、ウェハ１０６上に形成された電極パッド１０７とプローブ１０３とのアライメントができなくなること（アライメントエラー）がある。これは、ウェハ１０６を評価する際に、プローブ１０３はウェハ１０６の温度の影響を受けるため、ウェハ１０６が高温であれば膨張し、ウェハ１０６が低温であれば収縮する。ウェハ１０６の温度がプローブ１０３の形状に影響を及ぼす程の高温又は低温でのウェハ１０６の評価の環境から、プローブ１０３のクリーニングを行うと、プローブ１０３に温度変化が生じるためアライメントエラーが起きる恐れがある。

また、プローバのアライメントエラーが発生しないまでも、高温環境で膨張又は低温環境で収縮したプローブ１０３は、該プローブ１０３の高さ位置が変化し、ウェハ１０６の評価を行う際に電極パッド１０７と接触しなくなる、又は電極パッド１０７に強く接触することによってプローブ１０３が電極パッド１０７を踏み外してしまう等のプローブ１０３と電極パッド１０７とのコンタクト不良が発生する恐れがある。

本発明は、上記課題に鑑み、プローブのクリーニングであるプローブの先端の研磨をするために、プローブを半導体装置上からクリーニングシートまで移動させることなく半導体装置上で行い、且つ、室温以外の高温又は低温の測定環境による電極パッドとプローブとのアライメントエラー及びコンタクト不良を回避することができる半導体装置及びその評価方法を得られるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、外部との電気信号の入出力端子となる第１及び第２の電極パッドからなる電極パッドを備え、第１の電極パッドとプローブとの接触により半導体装置の評価を行い、第２の電極パッドとプローブとの接触によりプローブのクリーニングを行う構成とする。

具体的には、電気信号の入出力端子となる電極パッドを備えた半導体装置であって、電極パッドは、第１のパッド材料からなる第１の電極パッド部分と第２のパッド材料からなる第２の電極パッド部分とから構成され、ウェハの上に形成された第１の電極パッド部分と第２の電極パッド部分とは平面的に見て少なくとも一辺が隣接し、第２のパッド材料は、第１のパッド材料と同等以上の硬度を有し、且つ半導体装置を検査する際の電極パッドと接触するプローブの硬度と同等以下の硬度を有していることを特徴とする。

本発明の半導体装置によると、第２の電極パッド部分でプローブの先端のクリーニングを行うことができるため、プローブのクリーニングのために、クリーニングシートまでプローブを移動させる必要がなくなるため、クリーニングにかかる時間を短縮することができる。また、第２の電極パッド部分がウェハ上にあるため、ウェハの評価とプローブのクリーニングとを行う温度に極端な温度差が生じることがないため、プローブとのアライメントエラー及びコンタクト不良を引き起こすことがない。さらに、第２の電極パッド材料が有する硬度によりプローブが必要以上に摩耗することがない。

また、本発明に係る半導体装置において、第２の電極パッド部分における第１の電極パッド部分と隣接する部分は、第１の電極パッド部分の上に形成され、第１の電極パッド部分と第２の電極パッド部分との隣接部において、第２の電極パッド部分がウェハの上面に対して傾斜した側面を有することが好ましい。

また、本発明の半導体装置において、第２の電極パッド部分のウェハの上面からの高さは、第１の電極パッド部分とほぼ等しい高さを有するように形成されていることが好ましい。

また、本発明の半導体装置において、第２の電極パッド部分の表面には、凹凸が形成されていることが好ましい。

このようにすると、第２の電極パッド部分の表面に凹凸が形成されているため、プローブの研磨が効率よく行われ、クリーニング効果が向上する。

また、第２の電極パッド部分が第１の電極パッド部分の周囲に形成されていることが好ましい。

このようにすると、プローバの研磨であるクリーニングを繰り返し行う場合に、前回とは異なる第２の電極パッド部で行うことができるためクリーニング効果を向上させることができる。

本発明に係る第１の半導体装置の評価方法は、プローブを用いて半導体装置の電気特性を測定することによって行い、半導体装置の電極パッドを構成する第１の電極パッド部分に半導体装置を評価するためのプローブを接触させる前に、第１の電極パッド部分に平面的に見て少なくとも一部が隣接して形成された第２の電極パッド部分にプローブを接触させて該プローブに付着した異物を除去する異物除去工程と、異物除去工程の後、プローブを第１の電極パッド部分に接触させて半導体装置の電気特性を測定する検査工程とを備えていることを特徴とする。

第１の半導体装置の評価方法によると、プローブの先端が第２の電極パッド部分の側面上を擦るように接触してプローブの先端に付着した電気特性の不良の原因となる金属等の異物を剥がれ落としてから第１の電極パッド部分と接触し、半導体装置の評価のための測定をすることができるため、プローブの先端に付着した異物が原因の測定異常を回避することができる。また、第１の電極パッド部分に隣接する第２の電極パッド部分でプローブの先端のクリーニングを行うことができるため、プローブのクリーニングのために、クリーニングシートまでプローブを移動させる必要がなく、クリーニングにかかる時間を短縮することができる。また、第１の電極パッド部分での半導体装置の評価及び第２の電極パッド部分でのクリーニングを行う温度に極端な温度差がないため、プローブとのアライメントエラー及びコンタクト不良を引き起こすことがない。

また、異物除去工程は、第２の電極パッド部分が第１の電極パッド部分に跨るように形成された隣接部の側面上で行うことが好ましい。

本発明に係る第２の半導体装置の評価方法は、プローブを用いて半導体装置の電気特性を測定することによって行い、半導体装置の電極パッドを構成する第１の電極パッド部分に半導体装置を評価するためにプローブを接触させて電気特性を測定する検査工程と、検査工程の後、第１の電極パッド部分に隣接し、且つ第１の電極パッド部分と同一の高さを有するように形成された第２の電極パッド部分の表面にプローブを接触させて平行移動することにより、該プローブに付着した異物を除去する異物除去工程とを備えていることを特徴とする。

第２の半導体装置の評価方法によると、プローブを用いて半導体装置の評価を終了した後、プローブが第１の電極パッド部分の表面と接触していた状態から隣接する第２の電極パッド部分に向けて水平方向に滑らせ第２の電極パッド部分の上に移動させ、第２の電極パッド部分の上部でプローブの先端が第２の電極パッド部分と接触した状態でそのまま水平方向に移動させることによって、プローブの先端が研磨され、プローブの先端に付着した電気特性の不良の原因となる異物を剥がし落とすことができるため、次の検査工程において、プローブの先端がクリーニングされ異物等が付着していないプローブを用いることができ、異物が原因の測定異常を回避することができる。また、第１の電極パッド部分に隣接する第２の電極パッド部分でプローブの先端のクリーニングを行うことができるため、プローブのクリーニングのために、クリーニングシートまでプローブを移動させる必要がなく、クリーニングにかかる時間を短縮することができる。また、第１の電極パッド部分での半導体装置の評価及び第２の電極パッド部分でのクリーニングを行う温度に極端な温度差がないため、プローブとのアライメントエラー及びコンタクト不良を引き起こすことがない。

また、異物除去工程は、プローブに付着した異物が除去できたか否かを判定する判定工程を含み、判定工程において異物が除去できなかったと判定された場合は、異物除去工程を繰り返すことが好ましい。

また、異物除去工程を繰り返す場合に、先にプローブと接触させた第２の電極パッド部分とは異なる部分にプローブを接触させることが好ましい。

このようにすると、前回とは異なる第２の電極パッド部で行うことができるためクリーニング効果を向上させることができる。

また、判定工程は、プローブの画像を撮影して判断することが好ましい。

また、判定工程は、プローブを第１の電極パッドに接触させて半導体装置の電気特性が測定可能か否かで判断することが好ましい。

また、少なくとも異物除去工程及び検査工程はオートプロービング装置を用いて行うことが好ましい。

本発明に係る半導体装置及びその評価方法によると、プローブのクリーニングを実行するためにプローブを半導体装置上からクリーニングシートまで移動させる必要がない。また、室温以外の高温又は低温の測定環境でも電極パッドとプローブとのアライメントエラー及びコンタクト不良を回避することができるため、電極パッドとプローブとの間の導通が安定した測定を行うことができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその評価方法に用いられるプローブのクリーニング方法について図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の平面構成を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示している。

図１（ａ）に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置の電極パッドは、プローブを用いて半導体装置を評価する際にプローブと接触するために半導体装置上にあり、パッドコンタクト部１の周辺領域にパッド研磨部２が形成されている。例えば、平面的にみてパッドコンタクト部１の露出部分は、一辺が５０μｍの正方形をしており、その外周に幅２０μｍのパッド研磨部２が形成されており、全体として一辺が９０μｍの正方形である電極パッドを構成している。

また、図１（ｂ）に示すように、パッド研磨部２はパッドコンタクト部１の上に形成され、パッドコンタクト部１が露出した部分と隣接する電極パッド研磨部２の側面は外周に向かって段を形成している。パッドコンタクト部１及びパッド研磨部２は、第１の実施形態の半導体装置のウェハ３の上に形成されている。

パッドコンタクト部１は、プローブによる半導体装置の評価の際に、テスタからの電気信号を半導体装置に入力するため、又は半導体装置からの出力信号をテスタに出力するためにプローブが半導体装置と接触する電極パッドの一部分である。

ウェハ３の上に電極パッドコンタクト部１及び電極パッド研磨部２の作製方法を以下に説明する。

まず、ウェハ３の上に層間絶縁膜を形成し、次いで、例えばアルミニウム（Ａｌ）材料をスパッタリングし、リソグラフィ工程及びエッチング工程を経て電極パッドコンタクト部１を含む電極パッドを形成する。次に、電極パッドコンタクト部１の上に例えばタングステン（Ｗ）材料からなる層を形成してリソグラフィ工程及び異方性エッチング工程、さらにリソグラフィ工程及び等方性エッチング工程を繰り返し、平面的に見て中央部に電極パッドコンタクト部１を露出させ、その周辺領域に電極パッド研磨部２を形成する。

このように、Ｗ材料からなる層を形成し、等方性エッチング工程によって電極パッドコンタクト部１を露出させることが本発明の第１の実施形態の特徴である。この等方性エッチングによって電極パッドコンタクト部１の露出した部分と隣接する電極パッド研磨部２が電極パッドコンタクト部１側の側面に該電極パッド研磨部２の一部が段状を形成し、上方に向かって開くように傾斜した形状を形成することができる。

また、等方性エッチング工程の前に電極パッド研磨部２の上にリソグラフィ工程でパターニングを行い、異方性エッチングを行うことによって電極パッド研磨部２の側面上を含む表面上に凹凸が形成されることになる。また、電極パッド研磨部２は、電極パッドコンタクト部１の硬度と同等以上の硬度を有している。

このように電極パッド研磨部２の側面上を含む表面上には凹凸が形成されているため、効率よくプローブの先端が研磨され、クリーニング効果を向上することができる。また、プローブの先端をクリーニング（電極パッド研磨部２との研磨）することによって受けるプローブの先端の摩耗量は、従来のクリーニングプレートによる摩耗量の半分以下である。このため、プローブの摩耗量からプローブの寿命を判断するとクリーニングプレートを使用するクリーニング法に比べ本発明のクリーニング法によるプローブの寿命は２倍以上になる。このことは、電極パッド研磨部２の材料にＷを選択することにより、プローブの硬度と同等又は同等以下の硬度を有する電極パッド研磨部２によりプローブの先端がクリーニングされ、プローブの摩耗量を抑制することができるためである。

図２（ａ）は、プローブの先端を電極パッド研磨部２に接触することによって行われるプローブの先端のクリーニング方法を示した図であり、クリーニング時のプローブの先端の動きを模式的に逆三角形を用いて示している。また、図２（ｂ）は、半導体装置の評価方法の手順を示すフローチャートである。

第１の実施形態に係る半導体装置の評価方法は、まず、プローブを保持するプローブカードを介して電気的信号を入出力する装置であるプローバを水平方向に移動させ、平面的にみてプローブの先端が電極パッドコンタクト部１の露出している側に隣接した電極パッド研磨部２の側面上で重なるように位置を調整する。次に、ウェハ３を徐々に上昇させプローブの先端が電極パッド研磨部２に接触するようにする。さらに、ウェハ３を徐々に上昇させると、プローブの先端が電極パッドコンタクト部１の露出部に向かって、電極パッド研磨部２の側面を擦るようにして接触しながら進む。このようにすると、プローブの先端に付着した電気特性の不良の原因となる金属等の異物が剥がれ落ちる。このように、電極パッド研磨部２の側面上で電極パッドコンタクト部１に向かってプローブの先端を擦る一動作につき、１回のプローブのクリーニングとする。その後、プローブの先端が電極パッドコンタクト部１の露出部に接触する前にプローバを垂直方向に移動させ、プローブの先端が電極パッドコンタクト部１には接触しないようにする。再度プローブの先端が電極パッドコンタクト部１の露出部の中央で接触するようにウェハ３を調整し、半導体装置の評価を行う。

このように、プローブを半導体装置の電極パッドと接触させて半導体装置の評価を行う際に、プローブの先端が電極パッドに跨って形成された電極パッド研磨部２の側面上を擦るように接触してプローブの先端に付着した電気特性の不良の原因となる金属等の異物を剥がれ落としてから電極パッドと接触し、半導体装置の評価のための測定をすることができるため、プローブの先端に付着した異物が原因の測定異常を回避することができる。

次に、プローブのクリーニングを繰り返す方法について説明する。

図３（ａ）は、第１の実施形態におけるプローブ先端のクリーニングを複数回行う方法の一例を示し、図３（ｂ）は、繰り返しクリーニングを行う半導体装置の評価方法の手順を示すフローチャートである。

まず、図３（ａ）に示すように、２回目以降のクリーニングを１回目のクリーニングを行った場所と同一の場所で行う方法について説明する。

１回目のクリーニングを行った場所と同一の場所でプローブ先端のクリーニングを繰り返し行う方法は、ウェハ３の上下移動によって行う。１回目のクリーニングの終了後、具体的には、プローブの先端が電極パッド研磨部２の側面上を擦るようにして接触した後、平面的に見てプローブが電極パッド研磨部２の電極パッドコンタクト部側の側面上にある位置から、今度はウェハ３を徐々に下げていく。このようにすると、プローブの先端が電極パッド研磨部２の側面上を電極パッドコンタクト部１が露出する側とは反対側に向かって擦るように接触しながら上昇し、２回目のクリーニングが行われる。このようにウェハ３を上下に動かすことを繰り返すことにより、プローブの先端が電極パッド研磨部２の側面上と接触しクリーニングが行われ、プローブの先端の異物が除去されることになる。その後、プローブの先端が電極パッドコンタクト部１の露出部の中央で接触するようにウェハ３を調整し、半導体装置の評価を行う。

また、図４は２回目以降のクリーニングを１回目のクリーニングを行った電極パッド研磨部２の場所とは別の電極パッド研磨部２の側面上で行う方法を説明した図であり、例えば、１回目のクリーニングを行った電極パッド研磨部２と電極パッドコンタクト部１が露出した部分をはさんで対向する電極パッド研磨部２の側面上で２回目のクリーニングを行う図である。このように、電極パッドコンタクト部１が露出した部分を囲む４辺の電極パッド研磨部１のうち２回目のクリーニングを１回目のクリーニングを行った辺とは異なる辺で行うことにより、それまでにプローブと接触していない電極パッド研磨部２でクリーニングをすることができるためクリーニング効果を向上させることができる。以下、そのクリーニング方法を説明する。

１回目のクリーニング終了後、プローバを垂直方向に移動させて電極パッドコンタクト部１の露出部に接触しないようにすると共に、２回目のクリーニング位置へプローバの水平方向の位置調整を行う。次いで、１回目のクリーニングを行った電極パッド研磨部２と電極パッドコンタクト部１が露出した部分をはさんで対向する電極パッド研磨部２の側面上にプローブを移動させ、それまでに接触していない電極パッド研磨部２の側面上でプローブの先端を擦ることによって、プローブの先端のクリーニングを行う。このようにして、プローブのクリーニングを繰り返し行った後に、プローバを水平方向に移動させ、電極パッドコンタクト部１の中央にくるように位置合わせを行い、プローバを垂直方向に移動させてプローブの先端が電極パッドコンタクト部１の中央で接触させ、プローブによる半導体装置の評価を行う。

このように、プローブの先端が電極パッドに跨って形成された電極パッド研磨部２の側面上でプローブのクリーニングを複数回行うことにより、プローブの先端に付着した電気特性の不良の原因となる金属等の異物を除去することができる。このため、異物を剥がれ落としたプローブを用いて、半導体装置の評価のための測定を行うことができるため、プローブの先端に付着した異物が原因の測定異常を回避することができる。

次に、第１の実施形態に係る半導体装置の評価方法において、プローブの先端に付着した異物の確認手段を備えた評価方法について説明する。

図５は、第１の実施形態に係る半導体装置の評価方法において追加のプローブのクリーニングが必要か否かの判断を行う場合の実施手順を示すフローチャートである。

図５に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置の評価方法は、まず、プローブを保持するプローブカードを介して電気的信号を入出力する装置であるプローバを水平方向に移動させ、平面的にみてプローブの先端が電極パッドコンタクト部１の露出している側に隣接した電極パッド研磨部２の側面上で重なるように位置を調整する。次に、ウェハ３を徐々に上昇させプローブの先端が電極パッド研磨部２に接触するようにする。さらに、ウェハ３を徐々に上昇させると、プローブの先端が電極パッドコンタクト部１の露出部に向かって、電極パッド研磨部２の側面を擦るようにして接触しながら進む。プローブの先端が電極パッドコンタクト部１の露出部に接触する前にプローバを垂直方向に移動させ、プローブの先端が電極パッドコンタクト部１には接触しないようにする。プローブの先端と電極パッド研磨部２とが接触しないような充分な高さにに調整し、プローブの先端をカメラで観察する。ここで、異物の大きさ及び異物の位置を観察し、追加のクリーニングが必要か否かを確認する。１回のクリーニングによりプローブの先端に付着した異物が除去された場合は、プローブの先端が電極パッドコンタクト部には接触していない状態から、プローバを水平方向に移動させ、電極パッドコンタクト部１の中央にくるように位置合わせを行い、プローバを垂直方向に移動させてプローブの先端を電極パッドコンタクト部２に接触させ、プローブによる半導体装置の評価を行う。

１回のクリーニングによりプローブの先端に付着した異物を除去できなかった場合は、図５のフローチャートに示すように、プローブの先端に付着した異物が除去されるまでクリーニングを繰り返し行う。２回目以降のクリーニングは、繰り返しクリーニングを行う方法で説明したような方法で行う。図５においては、繰り返しクリーニングを行う場合は、それまでにクリーニングを行っていない電極パッド研磨部でプローブ先端のクリーニングを行う方法を示しているが、１回目のプローブの先端のクリーニングを行った電極パッド研磨部２と同一の場所でクリーニングを行っても良い。

プローブのクリーニングを繰り返し行い、プローブの先端の異物が除去されたことが確認できたら、プローバを水平方向に移動させ、電極パッドコンタクト部１の中央にくるように位置合わせを行い、プローバを垂直方向に移動させてプローブの先端を電極パッドコンタクト部１に接触させ、プローブによる半導体装置の評価を行う。

なお、プローブの先端に付着した異物が除去されたか否かを確認する方法は、プローブの先端の画像を観察する方法に代えて、プローブと電極パッドコンタクト部１との電気特性を測定することによって行ってもよい。

このように、本発明の第１の実施形態の半導体装置によると、プローブのクリーニングを実施する際に、プローブをチャックトップ上方からクリーニングシート上方まで移動させる必要がないため、プローブのクリーニングのための時間を短縮することができる。また、ウェハが高温又は低温の条件下でプローブを用いた評価を行ったとしても、プローブのクリーニングにおいて高温又は低温のウェハから離れることがないためプローブが温度変化によるアライメントエラー及びコンタクト不良を引き起こすことがなく、電極パッドとプローブとの間の導通が安定した測定を実現することができる。

本発明の第１の実施形態において電極パッド研磨部２は、電極パッドコンタクト部１の外周全体に隣接して形成されているが、電極パッドコンタクト部１の１辺又は１部が電極パッド研磨部２と隣接して形成されていればよい。

なお、プローブを用いる半導体装置の評価はオートプロービング装置を用いても良い。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る半導体装置及びその評価方法に用いられるプローブのクリーニング方法について図面を参照しながら説明する。

図６（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の平面構成を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線における断面構成を示している。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、電極パッドコンタクト部１及び電極パッド研磨部２はウェハ３の上に形成され、電極パッドコンタクト部１と電極パッド研磨部２とは隣接し、互いにほぼ同じ高さを有するように形成されている。第２の実施形態においては、例えば、電極パッドコンタクト部１は５０μｍ×３０μｍ、電極パッド研磨部２は３０μｍ×３０μｍの大きさであり、電極パッド研磨部１の３０μｍの辺で電極パッド研磨部２と隣接している。

第２の実施形態においても、プローブを用いて半導体装置を評価する際にプローブと半導体装置が接触するための電極パッドは、電極パッドコンタクト部１及び電極パッド研磨部２から構成され、半導体装置上に形成されている。また、電極パッドコンタクト部１は、半導体装置を評価する際に、テスタからの電気信号を半導体装置に入力するため、又は半導体装置からの出力信号をテスタに出力するために、プローブが半導体装置と接触する電極パッドの一部分である。

ウェハ３の上に電極パッドコンタクト部１及び電極パッド研磨部２の作製方法を以下に説明する。

まず、ウェハ３の上に層間絶縁膜を形成し、次いで、例えばアルミニウム（Ａｌ）材料をスパッタリングし、リソグラフィ工程及びエッチング工程を経て電極パッドコンタクト部１を含む電極パッドを形成する。次に、電極パッドコンタクト部１の上に例えば、タングステン（Ｗ）薄膜を、スパッタリング法又はスパッタリング法と化学気相成長（ＣＶＤ）法との併用により形成し、リソグラフィ工程により選択的にストライプ形状又はドット形状のレジストパターンを形成し、それらをマスクにして異方性エッチングを行うことにより電極パッド研磨部２の表面上に凹凸を形成する。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に異方性エッチングと等方性エッチングとを組み合わせて実施したことにより電極パッド研磨部２の表面上に凹凸が形成されているため、効率よくプローブの先端が研磨され、クリーニング効果を向上することができる。

また、第２の実施形態においてプローブの先端をクリーニング（電極パッド研磨部２との研磨）することによって受けるプローブ先端の磨耗量は、従来のクリーニングプレートによる摩耗量の半分以下であることも第１の実施形態と同様であり、プローブの摩耗量からプローブの寿命を判断するとクリーニングプレートを使用するクリーニング法に比べプローブの寿命は２倍以上になる。

図６（ｂ）には、プローブの先端を電極パッド研磨部２に接触させることによって行われるプローブの先端のクリーニング方法を示しており、プローブの先端が電極パッド研磨部２の上部でクリーニングされる動きを模式的に逆三角形を用いて示している。

図７は、半導体装置の評価方法の手順を示すフローチャートである。

図７に示すように、プローブを用いて半導体装置の評価を終了した後、ウェハ３を下げて、プローブの先端が接触していた電極パッドコンタクト部１と隣接する電極パッド研磨部２に向けて、ウェハ３を水平方向に移動させる。次に、ウェハ３を上げてプローブの先端を電極パッド研磨部２に接触させ、プローブの先端と電極パッド研磨部２とが接触した状態でさらに水平方向に移動させることによって、プローブの先端が研磨され、プローブの先端に付着した電気特性の不良の原因となる異物を剥がし落とすことができる。プローブに付着した異物が研磨により除去されたならば、次の評価のための検査位置にプローブを移動させ、次の半導体装置の評価を継続して行うことになる。

このように、プローブによる半導体装置の評価を行った後に、該評価を行った電極パッドに隣接する電極パッド研磨部２でプローブを研磨することによるプローブのクリーニングを行うことができるため、次の検査位置に移動した時点では異物が付着していないプローブが電極パッドと接触することになる。このため、プローブ先端に付着した異物が原因の測定異常を回避することができる。

また、プローブの先端と電極パッド研磨部２との接触は、プローブの先端に付着した金属等の異物が除去されれば良く、電極パッドコンタクト部１から電極パッド研磨部２に向かう方向に限らない。

図８は、第２の実施形態に係る半導体装置の評価方法において追加のプローブのクリーニングが必要か否かの判断を行う場合の実施手順を示すフローチャートである。

図８に示すように、プローブによる半導体装置の評価である一検査が終了後、プローブの先端が接触していた電極パッドコンタクト部１と隣接する電極パッド研磨部２でプローブの先端をクリーニングを行う。その後、ウェハ３を徐々に下降させ、プローブの先端と電極パッド研磨部２とが接触しないような高さに調整し、プローブの先端をカメラで観察する。プローブに付着した異物が除去され、更なるプローブのクリーニングが不要な場合は、次に評価を行う電極パッドコンタクト部の上にプローブの先端が位置するようプローブを移動させ、プローブによる半導体装置の評価工程に移ることとする。

ここで、プローブの先端に付着した異物が除去されておらず、更なるクリーニングが必要な場合は、再度電極パッド研磨部２とプローブの先端を接触させて、クリーニングを行い、更なるクリーニングが不要と判断されるまでクリーニングを繰り返し行う。

なお、繰り返しクリーニングを行う際に、第１の実施形態のように１回目にクリーニングを行った場所と同一の場所で行っても良いが、クリーニング効果を向上させるために、それまでにクリーニングを行っていない電極パッド研磨部２の上で行っても良い。

また、第２の実施形態においては、プローブの先端に付着した異物が除去されたか否かを確認するために、プローブの先端をカメラで観察したが、カメラによる観察に代えて、プローブと電極パッドコンタクト部１との電気特性を測定することによって確認を行っても良い。

このように、本発明の第２の実施形態の半導体装置によると、プローブのクリーニングを実施する際に、プローブをチャックトップ上方からクリーニングシート上方まで移動させる必要がないため、プローブのクリーニングのための時間を短縮することができる。また、ウェハが高温又は低温の条件下でプローブを用いた評価を行ったとしても、プローブのクリーニングにおいて高温又は低温のウェハから離れることがないためプローブが温度変化によるアライメントエラー及びコンタクト不良を引き起こすことがなく、電極パッドとプローブとの間の導通が安定した測定を実現することができる。

本発明の第２の実施形態において、電極パッド研磨部２は、電極パッドコンタクト部１の１辺と隣接して形成されているが、電極パッドコンタクト部１の２辺以上又は外周全体に隣接されて形成されていても良い。

また、第２の実施形態は、まず、半導体装置の評価を行い、続いて、該半導体装置の評価の際にプローブが接触していた電極パッドコンタクト部１と隣接する電極パッド研磨部２によってプローブの先端のクリーニングを行った後に、次の半導体装置の評価を行っているが、先に電極パッド研磨部２でプローブの先端のクリーニングを行い、続いて、クリーニングを行った電極パッド研磨部２に隣接する電極パッドコンタクト部１において半導体装置の評価を行うこととしても良い。

なお、プローブを用いる半導体装置の評価はオートプロービング装置を用いても良い。

本発明の半導体装置及びその評価方法は、プローブの先端のクリーニングを実行するためにプローブを半導体装置上からクリーニングシートまで移動させる必要がなく、また、室温以外の高温環境又は低温環境の測定でも電極パッドとプローブとのアライメントエラー及びコンタクト不良を回避することができるため、プローブを用いて製品の評価を行う半導体装置の評価方法に有用である。

（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示し、（ａ）は電極パッドの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置によるプローブのクリーニング方法を示し、（ａ）はクリーニング時の断面図であり、（ｂ）はクリーニングのフローチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置によるプローブのクリーニング方法を示し、（ａ）はクリーニング時の断面図であり、（ｂ）はクリーニングのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置によるプローブのクリーニング方法を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置によるプローブのクリーニングのフローチャートある。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示し、（ａ）は電極パッドの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線における断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置によるプローブのクリーニングのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置によるプローブのクリーニングのフローチャートである。 従来例に係るプローブのクリーニングの実施手順を示す図である。 従来例に係る接触抵抗の測定を実施するための基本的な装置構成を示す図である。

符号の説明

１ 電極パッドコンタクト部
２ 電極パッド研磨部
３ ウェハ

Claims (13)

1. 電気信号の入出力端子となる電極パッドを備えた半導体装置であって、
   前記電極パッドは、第１のパッド材料からなる第１の電極パッド部分と第２のパッド材料からなる第２の電極パッド部分とから構成され、
   ウェハの上に形成された前記第１の電極パッド部分と前記第２の電極パッド部分とは平面的に見て少なくとも一辺が隣接し、
   前記第２のパッド材料は、前記第１のパッド材料と同等以上の硬度を有し、且つ前記半導体装置を検査する際の前記電極パッドと接触するプローブの硬度と同等以下の硬度を有していることを特徴とする半導体装置。
2. 前記第２の電極パッド部分における前記第１の電極パッド部分と隣接する部分は、前記第１の電極パッド部分の上に形成され、
   前記第１の電極パッド部分と前記第２の電極パッド部分との隣接部において、前記第２の電極パッド部分が前記ウェハの上面に対して傾斜した側面を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第２の電極パッド部分の前記ウェハの上面からの高さは、前記第１の電極パッド部分とほぼ等しい高さを有するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記第２の電極パッド部分の表面には、凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記第２の電極パッド部分が前記第１の電極パッド部分の周囲に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. プローブを用いて半導体装置の電気特性を測定することによって行う前記半導体装置の評価方法において、
   前記半導体装置の電極パッドを構成する第１の電極パッド部分に前記半導体装置を評価するためのプローブを接触させる前に、前記第１の電極パッド部分に平面的に見て少なくとも一部が隣接して形成された第２の電極パッド部分に前記プローブを接触させて該プローブに付着した異物を除去する異物除去工程と、
   前記異物除去工程の後、前記プローブを前記第１の電極パッド部分に接触させて半導体装置の電気特性を測定する検査工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の評価方法。
7. 前記異物除去工程は、前記第２の電極パッド部分が前記第１の電極パッド部分に跨るように形成された隣接部の側面上で行うことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の評価方法。
8. プローブを用いて半導体装置の電気特性を測定することによって行う前記半導体装置の評価方法において、
   前記半導体装置の電極パッドを構成する第１の電極パッド部分に前記半導体装置を評価するためにプローブを接触させて電気特性を測定する検査工程と、
   前記検査工程の後、前記第１の電極パッド部分に隣接し、且つ前記第１の電極パッド部分と同一の高さを有するように形成された第２の電極パッド部分の表面に前記プローブを接触させて平行移動することにより、該プローブに付着した異物を除去する異物除去工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の評価方法。
9. 前記異物除去工程は、前記プローブに付着した異物が除去できたか否かを判定する判定工程を含み、
   前記判定工程において異物が除去できなかったと判定された場合は、前記異物除去工程を繰り返すことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の評価方法。
10. 前記異物除去工程は、該異物除去工程を繰り返す場合に、先に前記プローブと接触させた前記第２の電極パッド部分とは異なる部分に前記プローブを接触させることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の評価方法。
11. 前記判定工程は、前記プローブの画像を撮影して判断することを特徴とする請求項９又は１０に記載の半導体装置の評価方法。
12. 前記判定工程は、前記プローブを前記第１の電極パッドに接触させて前記半導体装置の電気特性が測定可能か否かで判断することを特徴とする請求項９又は１０に記載の半導体装置の評価方法。
13. 少なくとも前記異物除去工程及び前記検査工程は、オートプロービング装置を用いて行うことを特徴とする請求項９〜１２に記載の半導体装置の評価方法。

Images