JP2009170597A - プローブ針圧力不良検出用の半導体装置、プローブ針圧力不良検出システム及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、プローブ針の針圧不良を容易に検出することができ、不良解析時間を短縮することができるプローブ針圧力不良検出用の半導体装置、プローブ針圧力不良検出システム及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体チップのパッドレイアウトに対応して配列された複数の圧力センサ３０を有するプローブ針圧検出部２０と、
前記圧力センサ３０で検出した圧力を示す電気信号の各々をデジタル変換し、データ出力する制御回路４０と、
該制御回路４０で出力された前記データを外部に送信する通信回路５０と、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、プローブ針圧力不良検出用の半導体装置、プローブ針圧力不良検出システム及び半導体装置の製造方法に関する。

従来から、ボンディングパッドを有するチップからなる集積回路をウエハ上に製造する方法であって、ウエハ上に、プローバテストを行うプローブ針の押圧力を測定するためのセンサパッドを設け、センサパッドにプローブ針を押し当てて押圧力の変化を測定し、この変化に基づいてプローブ針のウエハに対する相対傾斜角度や相対距離等の相対位置を調整し、この相対位置に基づいてプローブ針をボンディングパッドに接触させ、ボンディングパッドの損傷を低減しながらプローブテストを行うようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−３５８５６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、プローブテストを行うウエハの総てにセンサパッドを設ける必要があり、ウエハの製造工程を複雑にするとともに、製造コストを増加させてしまうという問題があった。また、プローブ針自体に不具合が生じた場合までは想定していないため、そのような場合には、プローブ針の調整が不能になってしまい、別途不具合の調査、解析が必要となるという問題があった。

一方、プローブカードのプローブ針は、不具合が生じた場合には、半導体装置の電気的検査において不良が発生してしまうため、半導体装置の電気的検査で不良が多発した場合には、プローブカードの調査、解析を行い、プローブ針の接触不良に起因することを突き止め、プローブカード修理を行うようにしていた。

そこで、本発明は、プローブ針の針圧不良を容易に検出することができ、不良解析時間を短縮することができるプローブ針圧力不良検出用の半導体装置、プローブ針圧力不良検出システム及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係るプローブ針圧力不良検出用の半導体装置（１０）は、半導体チップのパッドレイアウトに対応して配列された複数の圧力センサ（３０）を有するプローブ針圧検出部（２０）と、
前記圧力センサ（３０）で検出した圧力を示す電気信号の各々をデジタル変換し、データ出力する制御回路（４０）と、
該制御回路（４０）で出力された前記データを外部に送信する通信回路（５０）と、を有することを特徴とする。

これにより、複数本のプローブ針に対応した圧力センサによりプローブ針圧をデータ送信することができ、プローブ針圧のデータ解析を容易に行うことができる。

第２の発明は、第１の発明に係るプローブ針圧力不良検出用の半導体装置（１０）において、
前記プローブ針圧検出部（２０）は、複数種類のパッドレイアウトに対応して複数種類形成されていることを特徴とする。

これにより、複数種類のプローブカードのブローブ針の針圧不良検出を同一の半導体装置で行うことができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明に係るプローブ針圧力不良検出用の半導体装置（１０）において、
前記圧力センサ（３０）は、表面にダイヤフラム（３１）を有し、
該ダイヤフラム（３１）にプローブ針（７１）が接触したときに、抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）を有することを特徴とする。

これにより、プローブ針の接触時の圧力を電気信号として検出することができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれか一つの発明に係るプローブ針圧力不良検出用の半導体装置（１０）において、
前記圧力センサ（３０）で検出した前記電気信号は電圧信号であり、
前記制御回路（４０）は、前記電圧信号を電流信号に変換して増幅する信号変換・増幅回路（４１）と、
該信号変換・増幅回路（４１）で増幅された前記電流信号を演算して圧力値に補正するデータ演算・補正回路（４２）と、
該データ演算・補正回路（４２）で補正された前記圧力値をデジタル変換してデータ出力する信号変換回路（４３）と、を有することを特徴とする。

これにより、圧力センサで検出した電気信号を、解析容易及び送信容易な形でデータ出力することができる。

第５の発明は、第１〜４のいずれか一つの発明に係るプローブ針圧力不良検出用の半導体装置（１０）において、
前記通信回路（５０）は、無線又は赤外線通信により前記データを外部に送信することを特徴とする。

これにより、半導体装置に通信用の接続線を設けることが不要となり、半導体装置の取り扱いを容易にすることができる。

第６の発明に係るプローブ針圧力不良検出用の半導体装置（１０ａ）は、半導体チップのパッドレイアウトに対応して配列された複数の圧力センサ（３０）を有するプローブ針圧力情報検出部（２０）と、
前記圧力センサ（３０）で検出した圧力情報を示す電気信号の各々をデータ出力する複数の端子（１５）と、を有することを特徴とする。

これにより、プローブ針の圧力情報データを、接続線を用いて外部に出力することができる。

第７の発明に係るプローブ針圧力不良検出システム（１００）は、
第１〜５のいずれか一つの発明に係るプローブ針圧力検出用の半導体装置（１０）と、
該半導体装置（１０）の通信回路（５０）から送信されるデータを受信する演算手段（６０）とを有し、
該演算手段（６０）は、前記データ間の差分に基づいて、プローブ針圧力不良を検出することを特徴とする。

これにより、半導体装置から受信したプローブ針の圧力のバラツキに基づいて、プローブ針圧力不良を容易に検出することができる。

第８の発明に係る半導体装置（１０、１０ａ）の製造方法は、プローブ針圧力不良検出用の圧力センサ（３０）を有する半導体装置（１０、１０ａ）の製造方法であって、
シリコン基板（３６）と、表面シリコン層（３４）との間に絶縁層（３５）が挿入されたＳＯＩ基板を用意する工程と、
前記表面シリコン層（３４）に、複数の高濃度拡散領域（３２）を形成するとともに、該高濃度拡散層（３２）間をピエゾ抵抗素子（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）で接続する工程と、
前記シリコン基板（３６）及び前記表面シリコン層（３４）の表面を、絶縁膜（３８、３９）で覆う工程と、
前記シリコン基板（３６）側の前記絶縁膜（３８、３９）及び前記シリコン基板をエッチングにより除去し、前記絶縁層（３２）を表面とするダイヤフラム（３１）を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

これにより、プローブカードのプローブ針の圧力不良を検出できるダイヤフラムを有する半導体装置を、通常のＳＯＩ基板を用いて簡素な工程で製造することができる。

第９の発明は、第８の発明に係る半導体装置（１０、１０ａ）の製造方法において、
前記絶縁膜（３８、３９）で覆う工程と、前記ダイヤフラム（３１）を形成する工程の間に、前記表面シリコン層（３４）を覆う前記絶縁膜（３８、３９）を除去し、前記高濃度拡散領域（３２）と接続される金属配線層（３３）を形成する工程を有することを特徴とする。

これにより、圧力センサの反対側には、電気的接続を図るための電極を設けることができる。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、プローブカードのプローブ針の圧力情報を一括で取得することができ、不良解析時間を短縮し、プローブ針圧力不良検出を容易にすることができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明を適用した実施例に係るプローブ針圧力不良検出システム１００の概略全体構成を示した図である。図１において、本実施例に係るプローブ針圧力不良検出システム１００は、プローブ針圧力不良検出用の半導体装置１０と、演算処理手段であるパーソナルコンピュータ６０とを有する。また、本実施例に係るプローブ針圧力不良検出システム１００の関連構成要素として、プローバ装置９０を備えてよい。

プローバ装置９０は、半導体ウエハ上に形成された半導体チップ（半導体集積回路装置）の電気的特性を検査するための装置であり、プローブカード７０と、プローブ針７１と、マザーボード７５と、ステージ８０とを有する。プローバ装置９０による通常の半導体ウエハの検査では、ステージ８０上に半導体ウエハを載置し、プローブカード７０に取り付けられたプローブ針７１を半導体ウエハ上の半導体チップの検査用パッドに接触させ、プローブ針７１に電気を通電することにより、半導体チップの電気的特性を検査する。なお、マザーボード７５は、プローブカード７０を支持する。プローブ針７１は、複数備えられ、半導体チップの検査用パッドに対応したレイアウトでプローブカード７０のプローブ針７１が取り付けられる。

このような、プローブカード７０を用いたプローブ装置９０による検査の際、複数あるプローブ針７１のうち、例えば部分的に水平位置が上がっていたり、固定が緩んでいたりして、半導体チップの検査用パッドに十分な針圧で接触できないと、接触不良となるおそれがある。かかる接触不良が発生すると、半導体チップの電気的特性試験の結果、半導体チップは不良と判定されることになるが、半導体チップの不良が多く検出される場合には、半導体チップ自体ではなく、プローブカード７０のプローブ針７１の接触不良に起因する場合もあり得、これらの原因解析には、多大の時間と労力を要する。

そこで、本実施例に係るプローブ針圧力不良検出システム１００においては、プローブ針圧力不良検出用の半導体装置１０を用い、プローブ針７１の圧力不良が容易かつ迅速に検出できるシステムとしている。

プローブ針圧力不良検出用の半導体装置１０は、半導体チップの検査用のパッドレイアウトに対応した圧力センサ（図１においては図示せず）を半導体ウエハの表面に備える。そして、プローブカード７０により通常の半導体チップのプローブ検査を行うのと同様に、プローブ針７１を圧力センサに接触させたときに、プローブ針圧力不良検出用の半導体装置１０は、プローブ針７１の圧力情報を取得するとともに、データ送信可能なデジタルデータに変換し、パーソナルコンピュータ６０に送信して転送する。パーソナルコンピュータ６０は、各プローブ針７１の圧力情報を表示するとともに、プローブ針圧力不良があるか否かの解析及び判定を行う。

このときの手順を具体的に説明すると、まず、本実施例に係るプローブ針圧力不良検出用の半導体装置１０を、ステージ８０に載置する。そして、プローブ針７１の圧力不良を検査するプローブカード７０を、プローバ装置９０に設置する。なお、半導体装置１０のステージ８０への載置と、プローブカード７０のプローバ装置９０への設置は、どちらが先であってもよい。次に、プローブカード７０に対応する座標に、ステージ８０を移動させ、プローブ針７１が圧力センサの直上に来るように半導体装置１０のアライメントを行う。ステージ８０を上昇動作させ、半導体装置１０の圧力センサにプローブ針７１が接触するようにする。圧力センサでは、各プローブ針７１の圧力を、圧力情報として出力する。出力された圧力情報は、上述のようにデジタルデータに変換され、パーソナルコンピュータ６０に転送され、プローブ針の圧力不良の解析及び判定がなされる。

プローブ針圧力不良の有無の解析及び判定は、例えば、各プローブ針７１同士の針圧データ同士の差分を算出し、差分が所定値以上であれば、プローブ針圧力不良である、というような判定アルゴリズムにより、プローブ針圧力不良の有無を判定するようにしてもよい。このように、プローブ針圧力不良検出用の半導体ウエハ１０を用いてプローブ針７１の圧力情報データを取得し、これを送信容易なデジタルデータに変換して出力し、このデジタル圧力情報データをパーソナルコンピュータ６０に送信し、パーソナルコンピュータ６０では所定のアルゴリズムにより針圧情報を表示及び解析判定することにより、プローブ針７１の圧力不良を容易に検出できる。

なお、パーソナルコンピュータ６０で行うプローブ針圧力不良の検出は、各々のプローブ針７１の正確な圧力値を測定して表示することを必ずしも要しない。例えば、針圧に連動した値を圧力情報として取得し、各々のプローブ針７１の針圧に連動した値同士を比較して差分を取ることにより、異常な値を取るプローブ針７１、つまり圧力不良のプローブ針７１を検出することができる。よって、プローブ針７１の圧力情報は、例えば針圧の変化に応じて変化する電圧値であってもよいし、電流値であってもよい。また、プローブ針７１の圧力情報は、圧力値そのものであってもよいことは、言うまでもない。

プローブ針圧力不良検出用の半導体装置１０においては、１つのプローブカード７０に備えられたプローブ針７１の圧力情報を同一の条件で取得し、パーソナルコンピュータ６０においては、プローブ針圧力不良検出用の半導体装置１０で取得した圧力情報に基づいて、針圧に異常のあるプローブ針７１を検出する。このようなシステムにより、プローブカード７０のプローブ針７１の不良を容易に検出することができる。

次に、図２乃至図６を用いて、プローブ針圧力不良検出用の半導体装置１０の具体的構成について説明する。

図２は、本実施例に係るプローブ針圧力不良検出用の半導体装置１０の平面構成を示した平面図である。図２において、本実施例に係る半導体装置１０は、プローブ針圧力情報検出部２０と、制御回路４０と、通信回路５０とを有する。

半導体装置１０は、基板全体としては半導体ウエハと同様の材質で形成され、半導体ウエハ上に半導体チップを形成するのと同様の考え方で形成される。従って、半導体装置１０は、プローブ針圧力不良検出用の半導体ウエハであると考えても良い。従って、半導体装置１０は、通常の半導体ウエハと同様に、例えばオリエンタルフラット１１が形成されていてもよく、これにより半導体装置１０の位置決め（アライメント）がなされてもよい。なお、半導体装置１０の製造方法については、後述する。

プローブ針圧力情報検出部２０は、プローブカード７０に備えられた複数のプローブ針７１の各々の圧力情報を検出する領域である。プローブ針圧力情報検出部２０は、半導体装置１０を構成する半導体ウエハの表面に、１つの半導体チップ（半導体集積回路装置）のパッドレイアウトに対応した圧力センサ３０を複数有する。プローブ針７１のレイアウトは、プローブカード７０毎に定められるが、プローブカード７０は、半導体チップのパッドレイアウトに対応してプローブ針７１を配置する。従って、圧力センサ３０のレイアウトを、半導体チップにパッドレイアウトに対応して配列することにより、それに対応するプローブカード７０のプローブ針７１に対応したレイアウトとなる。プローブカード７０のプローブ針７１の位置に対応して圧力センサ３０を配列したと考えてもよい。

プローブ針圧力情報検出部２０は、複数種類のプローブカード７０に適用できるように、半導体装置１０上に複数種類形成されていることが好ましい。図２において、種々の大きさと圧力センサ３０のレイアウトを有するプローブ針圧力情報検出部２０が、半導体装置１０上に９種類形成されている。よって、図２に示された半導体装置１０の場合には、９種類のプローブカード７０についてプローブ針圧力情報検出を行うことができる。

圧力センサ３０は、その表面にプローブ針７１が接触して圧力が加わったときに、圧力情報を検出する圧力検出手段である。圧力センサ３０は、プローブ針７１の圧力の大きさに連動した圧力情報を検出できるセンサであれば、種々の態様の圧力センサ３０を適用することができる。本実施例においては、表面にダイヤフラムが形成され、ダイヤフラムの下にはピエゾ抵抗素子が設けられ、プローブ針７１がダイヤフラムに接触して圧力が加わったときに、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化し、その電圧変化を検出することにより、圧力情報を取得する圧力センサ３０の例を挙げて説明するが、他の種類の圧力センサ３０も適用可能である。

なお、本実施例に係る半導体装置１０で採り上げた、ダイヤフラムを用いた圧力センサ３０の具体的構成の詳細は後述する。

制御回路４０は、プローブ針圧力情報検出部２０で検出したプローブカード７０のプローブ針７１の圧力情報を、デジタル変換してデータ出力する回路である。プローブ針圧力情報検出部２０の各圧力センサ３０で検出した圧力情報は、図１において説明したように、半導体装置１０からパーソナルコンピュータ９０等の演算処理機能を有する手段に送信されてプローブ針７１の不良が解析、検出されるが、圧力情報を送信するためには、送信容易なビット列のデジタルデータに変換することが好ましい。一方、プローブ針圧力情報検出部２０の各圧力センサ３０で検出した圧力情報は、アナログデータとして検出されるため、これをデジタル変換することが必要であり、制御回路４０は、かかるデータ変換処理を行う。

制御回路４０は、例えば、半導体集積回路装置としてパッケージ化されたものが適用されてもよく、コントロールＩＣ（Integrated Circuit）が適用されてもよい。制御回路４０は、半導体装置１０上の、圧力センサ３０と同じ面に形成されていてもよいが、反対面に形成されていてもよい。例えば、制御回路４０にパッケージ化されたコントロールＩＣが適用されている場合には、プローブ針７１を圧力センサ３０に接触させるときに厚み等が障害とならないように、圧力センサ３０とは反対面に設けられていることが好ましい。

制御回路４０は、各圧力センサ３０とは、電気的に接続されており、半導体装置１０内に接続配線（パターン）が設けられて接続されてよい。

制御回路４０は、プローブ針圧力情報検出部２０が半導体装置１０上に複数設けられている場合であっても、必ずしも対応して複数設けられている必要はなく、１つだけ設けられていてもよい。プローブ針圧力情報検出部２０が複数存在しても、１回のプローブ針圧力不良検出に用いられるのは１個のプローブ針圧力情報検出部２０のみであるため、並行処理を行う必要は無く、また、異なる種類のプローブ針圧力情報検出部２０に対しても、圧力センサ３０が同一のものが用いられている限り、制御回路４０で行うデジタル変換の処理は同一だからである。

制御回路４０は、圧力情報データのデジタル変換の他、他の信号処理も実行してよい。例えば、圧力センサ３０にダイヤフラムが用いられ、圧力センサ３０で検出した圧力情報が電圧で検出された場合には、電圧信号を電流信号に変換して増幅する信号変換・増幅回路と、増幅電流を圧力値にデータ演算して絶対圧力に補正するデータ演算・補正回路とを更に備え、絶対圧力をデジタル化する信号変換回路により、デジタル化された圧力情報データを出力するように構成してもよい。

通信回路５０は、制御回路４０でデジタル変換されてデータ出力された圧力情報データを外部に送信するための回路である。通信回路５０は、例えば、ワイヤレス通信が可能なデータ送信用ＩＣが適用されてもよい。通信回路５０は、例えば、図１で示したパーソナルコンピュータ６０に、無線又は赤外線通信を利用してデータ送信可能な通信回路５０が適用されてもよく、そのような機能を有するデータ送信用ＩＣが利用されてもよい。

通信回路５０は、制御回路４０と同様に、圧力センサ３０と同じ面に設けられてもよいが、圧力センサ３０と反対面に設けられてもよい。特に、通信回路５０に、パッケージ化されたデータ送信用ＩＣが適用される場合には、プローブ針７１の圧力センサ３０への接触を妨げないように、圧力センサ３０の反対面に設けられることが好ましい。

通信回路５０は、半導体装置１０内に設けられた接続配線により、制御回路４０と電気的に接続される。

次に、図３を用いて、ダイヤフラムを用いた圧力センサ３０の構成について説明する。図３は、ダイヤフラムを用いた圧力センサ３０に適用されるピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を用いた圧力情報検出回路の構成を示した図である。

図３において、圧力情報検出回路は、ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を用いたホイートストンブリッジ回路を構成している。ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、圧力が加わるとその抵抗値が変化する素子であり、この抵抗値の変化により電圧計Ｖの示す電圧が変化し、これにより圧力情報を検出することができる。圧力センサ３０の表面のダイヤフラムの下に、ホイートストンブリッジ回路が設けられており、ダイヤフラムにプローブ針７１が接触しないときには、ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２を流れる電流は均衡を保って同じ大きさの電流が流れ、電圧計Ｖは０〔Ｖ〕を示す。一方、ダイヤフラムにプローブ針７１が接触し、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化したときには、抵抗変化によりピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２を流れる電流が変化し、従って電圧計Ｖが示す出力電圧も変化する。そして、これにより、電圧情報に換算された圧力情報を検出することができる。

なお、電圧計Ｖが示す出力電圧Ｖｏｕｔは、（１）式により求められる。

（１）式により、プローブ針７１がダイヤフラムに接触したときの押圧力に応じた出力電圧Ｖｏｕｔを検出することができ、これにより、プローブ針７１の圧力情報を電気信号（電圧信号）により取得することができる。

次に、図４を用いて、圧力センサ３０の内部構成について説明する。図４は、圧力センサ３０の内部構成例を示した平面図である。

図４において、圧力センサ３０は、ダイヤフラム３１と、高濃度拡散領域３２と、ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、金属配線層３３とを有する。

ダイヤフラム３１は、圧力センサ３０の表面に存在し、プローブ針７１が接触し、これに圧力が加わるようになっている。ダイヤフラム３１は、例えば、ＳｉＯ_２酸化膜等で構成されてもよい。

高濃度拡散領域３２は、半導体ウエハ上に導電性の高い領域を設けるためのものであり、電極の役割を果たす。

ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、図３で説明したホイートストンブリッジ回路の抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に対応しており、ホイートストンブリッジ回路を構成するとともに、各々の抵抗値が圧力変化に応じて変化する。従って、ダイヤフラム３１に加わった圧力に応じて、ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値は変化し、図３で説明したように、出力電圧Ｖｏｕｔを検出することにより、プローブ針７１の圧力情報を検出できる。

ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、高濃度拡散領域３２間を接続するように配置され、ホイートストンブリッジ回路を構成する。

金属配線層３３は、圧力センサ３０内に、図３で説明したホイートストンブリッジ回路を構成するための電気配線の役割を果たす。従って、金属配線層３３は、アルミニウムや銅等の配線材料と同様の金属で構成されてよい。金属配線層３３により、ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が接続された高濃度拡散領域３２間を接続し、圧力情報検出のためのホイートストンブリッジ回路を圧力センサ３０内に構成する。

このように、圧力センサ３０内に、例えば図３で説明したホイートストンブリッジ回路を構成することにより、プローブ針７１の圧力情報を電圧信号として検出できる圧力センサ３０とすることができる。なお、図３及び図４においては、ホイートストンブリッジ回路を圧力センサ３０内に構成する例を挙げて説明したが、圧力センサ３０は、他の電気回路や手段により、プローブ針７１の圧力情報を検出するものであってもよい。

次に、図５を用いて、半導体装置１０のデータ処理例について説明する。図５は、半導体装置１０上に形成されたプローブ針圧力情報検出部２０の圧力センサ３０と制御回路４０間のデータ処理例を示した機能ブロック図である。

図５において、圧力センサ３０で実行されるデータ処理と、制御回路４０で実行されるデータ処理が示されている。制御回路４０は、機能別に、信号変換・増幅回路４１と、データ演算・補正回路４２と、信号変換回路４３とを有する。

まず、制御回路４０では、圧力情報を検出するための回路に、検出電流が流れており、圧力情報検出のための準備がなされている。このとき、圧力センサ３０にプローブ針７１が接触し、圧力センサ３０に圧力が加わると、圧力が加わったという現象が検出され、圧力に応じた信号が出力される。例えば、図３で説明したホイートストンブリッジ回路が圧力センサ３０に適用されている場合には、出力電圧Ｖｏｕｔの信号を出力することになる。

圧力センサ３０で出力された圧力情報を示す信号は、電気的に接続された制御回路４０に出力される。制御回路４０では、例えば最初に、信号変換・増幅回路４１により、信号変換・増幅処理を行う。圧力センサ３０から入力された圧力情報を示す信号が、十分な信号強度を持っていれば、増幅処理は必ずしも行う必要は無いが、信号の大きさが不十分な場合には、圧力情報を示す信号を増幅する。また、信号増幅において、増幅し易い信号への変換が必要な場合には、信号の変換を増幅の前に行う。例えば、圧力センサ３０で検出した圧力情報信号が電圧信号の場合には、増幅容易な電流信号に変換する。

信号変換・増幅回路４１で増幅された信号は、データ演算・補正回路４２に入力され、信号をデジタル変換する前に必要なデータ演算、補正等の処理が行われる。本実施例に係る半導体装置１０においては、増幅された電流信号を圧力に変換してデータ演算を行い、圧力を絶対圧力（例えば、Pascal単位）で表現する補正処理を行っている。

データ演算・補正回路４２において必要な処理が行われたアナログ信号は、信号変換回路４３に入力され、デジタル化されてデータ出力される。アナログ信号のままでは、データ送信が困難であるので、信号変換回路４３は、圧力情報のアナログデータ信号を、デジタルのデータ信号に変換し、ビット列で表現してデータ出力する。これにより、データ通信を容易に行うことができるデジタルデータとして圧力情報を出力することができる。

制御回路４０から出力された圧力情報のデジタルデータは、通信回路５０に出力され、通信回路５０から外部のパーソナルコンピュータ６０等の演算処理手段に送信され、プローブ針７１の圧力不良が解析、検出されることになる。

このようなデータ処理を、圧力センサ３０の各々について行うことにより、プローブカード７０に設けられている総てのプローブ針７１について、同一条件で同時に圧力情報をリアルタイムで取得でき、プローブ針７１の圧力の不均衡や異常な圧力のプローブ針７１を発見することができる。

なお、図５の制御回路４０のデータ処理において、圧力情報のアナログ信号をデジタル変換する信号変換回路４３に相当する手段は必要であるが、信号変換・増幅回路４１及びデータ演算・補正回路４２は、データ処理の対象となるデータの種類に応じて、必要に応じて備えるようにしてよい。圧力センサ３０で検出した圧力情報のデータが、そのままデジタル化して送信することが可能であれば、そのような構成としてもよい。

次に、図６を用いて、本発明を適用した実施例に係る半導体装置１０の変形例について説明する。図６は、変形例に係るプローブ針圧力不良検出用の半導体装置１０ａ及び制御ユニット４５の全体構成について示した図である。

図６において、変形例に係る半導体装置１０ａは、その表面に複数種類のプローブ針圧力情報検出部２０が形成されており、各々に種々のパターンの圧力センサ３０が形成されているが、制御回路４０及び通信回路５０は半導体装置１０ａ上には形成されておらず、複数の端子１５が形成されている。そして、端子１５には、接続線１６により半導体装置１０ａとは別体の制御ユニット４５が接続されている。制御ユニット４５には、制御回路４０及び通信回路５０が設けられている。

このように、半導体装置１０ａ上には、プローブ針圧力検出部２０及び圧力センサ３０のみを形成し、圧力センサ３０で検出した圧力情報は、端子１５から半導体装置１０ａの外部の制御ユニット４５に出力するようにしてもよい。プローブ針７１の圧力情報の検出は、プローブ針７１の配置に対応したレイアウトを有する圧力センサ３０による必要があるので、プローブ針圧力検出部２０は半導体装置１０ａ上に形成されている必要がある。しかしながら、圧力情報のデータ処理は、必ずしも半導体装置１０ａ上で行う必要はないので、図６に示すように、制御回路４０及び通信回路５０は半導体装置１０ａの外部の制御ユニット４５に配置し、これへの圧力情報データの出力は、複数の端子１５を介して接続線１６を用いて行うようにしてもよい。

この場合、例えば、制御ユニット４５に表示手段を設け、各圧力センサ３０で検出した圧力情報を表示できるようにしたり、また、その圧力情報からプローブ針７１の不良検出を行う演算回路を設けたりするようにすれば、通信回路５０及び外部の演算処理手段であるパーソナルコンピュータ６０を設けることなくプローブ針７１の圧力不良を検出することもできる。

なお、半導体装置１０ａは、図２で説明したのと同様に、半導体ウエハが利用されてよく、また、圧力センサ３０、制御回路４０、通信回路５０についても、今までの説明と同様のものが適用されてよい。

また、制御ユニット４５の基板は、接続線１６と接続可能な端子４６を備え、端子４６から制御回路４０に電気的に接続可能な種々の基板が適用されてよい。

このように、本変形例に係る半導体装置１０ａによれば、接続線１６を用いて圧力センサ３０の圧力情報データを出力することができる。

次に、図７及び図８を用いて、プローブ針圧力不良検出用の圧力センサ３０を有する本実施例に係る半導体装置１０及び本変形例に係る半導体装置１０ａの製造方法について説明する。図７及び図８は、本実施例に係る半導体装置１０及び本変形例に係る半導体装置１０ａの製造工程を示した図である。なお、図７及び図８は、図４におけるＡ−Ａ'断面における製造工程の状態を示している。

図７（ａ）は、半導体装置１０、１０ａに用いられる半導体ウエハが準備された状態の工程を示した図である。本実施例及び本変形例に係る半導体装置１０、１０ａは、例えば、図７（ａ）に示すように、表面シリコン層３４とシリコン基板３６の間にＳｉＯ_２酸化層３５が挿入されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が適用されてもよい。

図７（ｂ）は、ＳＯＩ基板の半導体ウエハの表面が酸化され、ＳｉＯ_２酸化膜３７が表面シリコン層３４及びシリコン基板３６の両表面に形成された状態の工程を示した図である。これは、意図的にＳｉＯ_２酸化膜３７を形成したのではなく、空気中に半導体ウエハが曝されることにより、自然的にＳｉＯ_２酸化膜３７が形成された状態を含んでよい。

図７（ｃ）は、半導体ウエハの表面シリコン層３４に、複数の高濃度拡散領域３２を形成するとともに、高濃度拡散領域３２間を、ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ３で接続する工程を示した図である。導電性が高い高濃度拡散領域３２を電極として形成し、ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ３を半導体装置１０、１０ａの圧力センサ３０内に設ける工程である。

図７（ｄ）は、半導体ウエハの両表面上に絶縁膜３８を形成し、絶縁膜３８で半導体ウエハの両面を覆う工程を示した図である。これにより、ピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ３を用いて電気回路を構成できる状態となる。なお、絶縁膜３８の種類は、種々の絶縁膜３８が適用可能であり、また、絶縁膜３８の形成方法も、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposit）等の種々の方法により実行されてよい。

図８は、図７の続きの、本実施例に係る半導体装置１０及び本変形例に係る半導体装置１０ａの製造工程を示した図である。

図８（ａ）は、絶縁膜３８の表面に、更に絶縁膜の窒化膜３９を形成して、半導体装置１０、１０ａの両表面を窒化膜３９で覆う工程を示した図である。半導体装置１０、１０ａの表面を窒化膜３９で覆うことにより、水分や不純物を通し難くするとともに絶縁性を良好にし、半導体装置１０、１０ａの安定性を高めることができる。

図８（ｂ）は、高濃度拡散領域３２上の絶縁膜３８、３９をエッチングにより除去し、窪みに金属配線層３３を形成する工程を示した図である。この工程により、圧力情報を検出する回路、例えば、ホイートストンブリッジ回路等の圧力情報検出回路の回路パターンを構成することができる。

図８（ｃ）は、ダイヤフラム３１を形成する工程を示した図である。ダイヤフラム形成工程においては、シリコン基板３６側の絶縁膜３８、３９及びシリコン基板３６をエッチングにより除去し、ＳｉＯ_２絶縁層３５を表面とするダイヤフラムを形成する。ＳｉＯ_２絶縁層３５は、エッチングの際、エッチングを止める役割を果たす。ＳｉＯ_２絶縁層３５の下は、高濃度拡散領域３２及びピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ３を備えた圧力情報検出回路を有するシリコンダイヤフラムを形成する。これにより、圧力センサ３０が完成する。

なお、図４のＡ−Ａ'断面を例に挙げて説明したが、圧力センサ３０の全体に亘って、図７及び図８に示した製造工程が実行される。

このように、本実施例及び本変形例に係る半導体装置１０、１０ａの製造方法によれば、一般的なＳＯＩ基板を利用して、簡素な工程で本実施例及び本変形例に係る半導体装置１０、１０ａを製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本実施例に係るプローブ針圧力不良検出システム１００の概略全体構成図である。 本実施例に係るプローブ針圧力不良検出用の半導体装置１０の平面構成図である。 ダイヤフラムを用いた圧力センサ３０に適用されるピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を用いた圧力情報検出回路の構成を示した図である。 圧力センサ３０の内部構成例を示した平面図である。 圧力センサ３０と制御回路４０間のデータ処理例を示した機能ブロック図である。 変形例に係る半導体装置１０ａ及び制御ユニット４５の全体構成図である。 本実施例及び本変形例に係る半導体装置１０、１０ａの製造工程を示した図である。図７（ａ）は、半導体装置１０、１０ａに用いられる半導体ウエハが準備された状態の工程図である。図７（ｂ）は、ＳｉＯ_２酸化膜３７が表面シリコン層３４及びシリコン基板３６の両表面に形成された状態の工程図である。図７（ｃ）は、半導体ウエハの表面に高濃度拡散領域３２を形成し、高濃度拡散領域３２間をピエゾ抵抗素子Ｒ１、Ｒ３で接続する工程の図である。図７（ｄ）は、絶縁膜３８で半導体ウエハの両面を覆う工程の図である。 図７の続きの、本実施例及び本変形例に係る半導体装置１０、１０ａの製造工程を示した図である。図８（ａ）は、半導体装置１０、１０ａの両表面を窒化膜３９で覆う工程の図である。図８（ｂ）は、金属配線層３３を形成する工程の図である。図８（ｃ）は、ダイヤフラム３１を形成する工程の図である。

符号の説明

１０、１０ａ 半導体装置
１１ オリエンタルフラット
１５、４６ 端子
１６ 接続線
２０ プローブ針圧力情報検出部
３０ 圧力センサ
３１ ダイヤフラム
３２ 高濃度拡散領域
３３ 金属配線層
３４ 表面シリコン層
３５ ＳｉＯ_２酸化層
３６ シリコン基板
３７ ＳｉＯ_２酸化膜
３８ 絶縁膜
３９ 窒化膜（絶縁膜）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ ピエゾ抵抗素子
４０ 制御回路
４１ 信号変換・増幅回路
４２ データ演算・補正回路
４３ 信号変換回路
４５ 制御ユニット
５０ 通信回路
６０ パーソナルコンピュータ
７０ プローブカード
７１ プローブ針
７５ マザーボード
８０ ステージ
９０ プローバ装置
１００ プローブ針圧力不良検出システム

Claims (9)

1. 半導体チップのパッドレイアウトに対応して配列された複数の圧力センサを有するプローブ針圧力情報検出部と、
   前記圧力センサで検出した圧力情報を示す電気信号の各々をデジタル変換し、データ出力する制御回路と、
   該制御回路で出力された前記データを外部に送信する通信回路と、を有することを特徴とするプローブ針圧力不良検出用の半導体装置。
2. 前記プローブ針圧力情報検出部は、複数種類のパッドレイアウトに対応して複数種類形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ針圧力不良検出用の半導体装置。
3. 前記圧力センサは、表面にダイヤフラムを有し、
   該ダイヤフラムにプローブ針が接触したときに、抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブ針圧力不良検出用の半導体装置。
4. 前記圧力センサで検出した前記電気信号は電圧信号であり、
   前記制御回路は、前記電圧信号を電流信号に変換して増幅する信号変換・増幅回路と、
   該信号変換・増幅回路で増幅された前記電流信号を演算して圧力値に補正するデータ演算・補正回路と、
   該データ演算・補正回路で補正された前記圧力値をデジタル変換してデータ出力する信号変換回路と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプローブ針圧力不良検出用の半導体装置。
5. 前記通信回路は、無線又は赤外線通信により前記データを外部に送信することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプローブ針圧力不良検出用の半導体装置。
6. 半導体チップのパッドレイアウトに対応して配列された複数の圧力センサを有するプローブ針圧力情報検出部と、
   前記圧力センサで検出した圧力情報を示す電気信号の各々をデータ出力する複数の端子と、を有することを特徴とするプローブ針圧力不良検出用の半導体装置。
7. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプローブ針圧力不良検出用の半導体装置と、
   該半導体装置の通信回路から送信されるデータを受信する演算手段とを有し、
   該演算手段は、前記データ間の差分に基づいて、プローブ針圧力不良を検出することを特徴とするプローブ針圧力不良検出システム。
8. プローブ針圧力不良検出用の圧力センサを有する半導体装置の製造方法であって、
   シリコン基板と、表面シリコン層との間に絶縁層が挿入されたＳＯＩ基板を用意する工程と、
   前記表面シリコン層に、複数の高濃度拡散領域を形成するとともに、該高濃度拡散領域間をピエゾ抵抗素子で接続する工程と、
   前記シリコン基板及び前記表面シリコン層の表面を、絶縁膜で覆う工程と、
   前記シリコン基板側の前記絶縁膜及び前記シリコン基板をエッチングにより除去し、前記絶縁層を表面とするダイヤフラムを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 前記絶縁膜で覆う工程と、前記ダイヤフラムを形成する工程の間に、前記表面シリコン層を覆う前記絶縁膜を除去し、前記高濃度拡散領域と接続される金属配線層を形成する工程を有することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。

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