JP2020027922A

JP2020027922A - 半導体検査装置および半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2020027922A
Application number: JP2018153619A
Authority: JP
Inventors: 聖史志賀; Satoshi Shiga; 唯史佐々木; Tadashi Sasaki; 栄一高屋; Eiichi Takaya
Original assignee: Ablic Inc
Current assignee: Ablic Inc
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2020-02-20

Abstract

【課題】製造コストを低減する半導体検査装置および半導体装置の製造方法の提供をする。【解決手段】ウェハチャック６０内の電磁石７０を励磁し、磁性体２１を備えるプローブ２０を引き寄せることで、プローブ２０の先端を電極パッド３０に確実に接触させた後に、電極パッド３０上の金属酸化膜３１を除去し、電気特性の検査を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体検査装置および半導体装置の製造方法に関する。

一般的に半導体集積回路が形成された半導体装置にはプロービング検査やファイナル検査が適用される。プロービング検査はシリコン基板などのウェハの状態で半導体装置の電気特性を検査する工程である。半導体装置には外部端子となる複数の電極パッドが設けられ、この電極パッドにプローブカード基板に固定された複数のプローブが接触して半導体装置の電気特性が検査される。

電極パッドはアルミニウム、銅、銅合金等からなり、それらの表面には数十ｎｍ程度の薄い金属酸化膜が形成されやすく、その金属酸化膜の接触抵抗値は１０Ωを超える。プローブと電極パッドが接触することで、電極パッド上に形成された金属酸化膜を破壊、又は除去し、さらに、プローブを介して電気特性を調べることで半導体装置の良品、不良品の判別を行なっている。

そして、ウェハから半導体装置を個片化して、良品のみをリードフレーム等の基板へ搭載した後、半導体装置の複数の電極パッドと内部リードを電気的に接続し、内部リードから延伸する外部リードを除く領域、すなわち半導体装置や内部リード等を樹脂封止する。

上記のように、電気特性の検査工程において半導体装置の良否判定をし、良品である半導体装置のみを次工程に流動させることは半導体装置の製造コスト低減に大きく寄与している。（例えば、特許文献１参照）

特開平５−７４８９８号公報

しかしながら、従来のプローブを用いる電気特性検査では、プローブによって電極パッド上に形成された金属酸化膜を十分に除去できず、本来良品と判定されるべき半導体装置が不良品と判定され、歩留まりを低下することで製造コストが上昇することがあった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、電気特性検査においてプローブと半導体装置の電極パッドを精度良く接触させ、電極パッド上に形成された金属酸化膜を十分に除去した後に電気特性検査を行う半導体検査装置および半導体装置の製造方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では以下の手段を用いた。
半導体装置を載置するウェハチャックと、
前記ウェハチャックに備えられた複数の電磁石と、
前記ウェハチャックと対向した複数のプローブと、
前記プローブに備えられた磁性体と、を有し、
前記電磁石の励磁により、前記半導体装置と前記プローブが接触することを特徴とする半導体検査装置とした。

複数の電磁石を備えたウェハチャックと、前記ウェハチャックと対向し、磁性体を備えた複数のプローブと、を有する半導体検査装置を準備する工程と、
前記ウェハチャック上に半導体装置を載置する工程と、
前記半導体装置上に設けられた電極パッドの下方の電磁石を励磁して、前記電極パッドと前記プローブを接触させる工程と、
前記プローブから前記電極パッドへ検査信号を供給して前記半導体装置の電気特性を検査する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。

上記手段を用いることで、プローブと半導体装置上の電極パッドとを確実に接触させることが可能となり、製造コストの低減を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に掛かる半導体検査装置の断面図である。本発明の電極パッド上の金属酸化膜の除去を説明する平面図である。本発明のウェハチャックの平面図である。本発明の第２の実施形態に掛かる半導体検査装置の断面図である。本発明の第３の実施形態に掛かる半導体検査装置の断面図である。

従来のプロービング検査に用いる半導体検査装置では、ウェハチャックの上方にプローブカード基板を対向して設け、プローブカード基板の下面には複数の針状のプローブが固定されている。また、ウェハチャック上にはウェハが載置されている。そして、ウェハチャックの上下動によってウェハとプローブとの接触、または離間がなされるが、ウェハに形成された半導体装置の複数の電極パッドと複数のプローブとの接触時に、均一に接触することが望ましい。しかしながら、プローブカード基板に固定された複数のプローブと複数の電極パッドとの距離は必ずしも均一ではない。また、低温検査や高温検査などプロービング検査時の温度の影響により、電極パッドにプローブが精度良く接触しない場合もある。そして、このような状態が電極パッド上の金属酸化膜の除去が均一かつ十分に行われないという課題を生み出している。この課題について発明者らが鋭意検討したところ、プローブとウェハチャックとの間に磁力を働かせることで上記課題を解決できることを見出した。

以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に掛かる半導体検査装置の断面図である。ウェハチャック６０の上方にプローブカード基板１０が対向して設けられ、プローブカード基板１０の下面には複数の針状のプローブ２０がバネ部材２２を介して半固定されている。バネ部材２２はコイル状のバネ部材２２であって、その一端がプローブカード基板１０に接続され、他端がプローブ２０に接続されている。この構成により、プローブ２０に対し下方向の応力が加わるとバネ部材２２が伸長してプローブ２０がプローブカード基板１０から突出する状態（領域ｂに図示）になり、また、該応力が無い場合（荷重はプローブ２０のみ）はバネ部材２２がほぼ自由長となり、プローブ２０がプローブカード基板１０の凹部１０ａにほぼ収納されることになる（領域ａに図示）。また、プローブはタングステンやレニウムタングステン等の材料のみで構成されるが、本発明のプローブ２０は磁性体２１を備え、磁性体２１を内蔵する構成である。下方からの磁界を受けやすくするために磁性体２１はプローブ２０の先端近傍に埋め込まれるが、プローブ２０の先端に露出しない構成としている。これにより、先端の耐摩耗性を確保しつつ下方からの磁界を受けやすいプローブ２０としている。

プローブカード基板１０と対向するウェハチャック６０の上部には複数の電磁石７０を備え、本例では電磁石７０がウェハチャック６０の上部に埋め込まれ、個々の電磁石７０と隣接する電磁石７０の間には遮蔽板８０が置かれている。個々の電磁石７０は鉄等の磁心の周囲にコイルを巻いた構成である。また、遮蔽板８０はフェライト等の材料からなり電磁石で発生した磁界が側方に広がるのを防止する役目を果たしている。従って、この構成では電磁石で発生した磁界は上方および下方に作用することになる。

複数の電磁石７０が埋め込まれた側のウェハチャック６０の表面には半導体装置４０が形成されたウェハ５０が載置され、半導体装置４０の表面に設けられた複数の電極パッド３０とプローブ２０が接触して半導体装置４０のプロービング検査が行われるが、その動作は次のとおりである。

まず、測定対象となる半導体装置４０を形成したウェハ５０を載置したウェハチャック６０をプローブカード基板１０の下へ移動する。次に、半導体装置４０上の電極パッド３０の垂直下方にある特定の電磁石７０を励磁して強磁界を発生する電磁石７０ａとする。励磁によって発生した磁界は上方に位置するプローブ２０へ作用し、プローブ２０を下方へ引き付ける引力が働き、プローブ２０と電極パッド３０が接触する（領域ｂに図示）。次に、ウェハチャック６０を水平方向に微動させることで電極パッド３０の表面を覆う金属酸化膜３１を除去することができる。水平方向に微動させる距離は電極パッドの大きさにもよるが、１００μｍ角の電極パッドであれば電極パッドの中心から微動させる距離は片側５μｍ〜２０μｍ程度である。そして、図２（ａ）は１軸方向にプローブ２０を動かした例である。電極パッド３０の中心から１軸方向の両側に動かすだけでも金属酸化膜３１が除去されて金属酸化膜除去部３２が現れ、プローブ２０と電極パッド３０の電気的接触を良好なものとなる。図２（ｂ）は十字方向など多方向にプローブ２０を動かした例である。プローブ２０が電極パッド３０上の多方向に微動することで広範囲な領域の金属酸化膜除去部３２が現れるとともにプローブ２０表面の活性が回復され、より良好な電気特性検査が可能となる。次に、テスタ（不図示）からプローブ２０を介して電極パッド３０へ検査信号を供給し、これに対して半導体装置４０から出力された応答信号に基づいて、半導体装置４０が仕様を満たすか否かを検査する。半導体装置４０の電気特性を検査した後、電磁石７０の励磁を停止することで磁界がなくなり、プローブ２０が電極パッド３０から離れて（領域ａに図示）プローブカード基板１０の凹部１０ａに収納される。このとき、電磁石７０とプローブ２０の間に斥力が働くような磁界を発生させても良い。

図３は本発明のウェハチャックの平面図である。図３（ａ）に示すように、矩形のウェハチャック６０のコーナー部にはウェハ（不図示）のアライメントに利用するアライメント基準点６１ａ、６１ｂが２つ以上設けられている。本図では矩形の対角の位置に２つのアライメント基準点が配置されている。そして、アライメント基準点６１ａ、６１ｂの内側領域には電磁石７０をマトリックス状に埋め込んだ電磁石埋込領域７１が設けられている。電磁石７０は電極パッド（不図示）の１辺の長さの半分以下のピッチで埋め込まれ、隣接する電磁石７０の間には遮蔽板（不図示）が設けられている。本発明では電磁石７０の埋込ピッチを２０μｍ〜５０μｍとした。図３（ｂ）はウェハチャック６０上にウェハ５０を載置した図である。ウェハ５０上にはスクライブライン５１で区切られた領域に半導体装置４０が形成され、個々の半導体装置４０には電極パッド３０が設けられている。アライメント基準点６１ａ、６１ｂと半導体装置４０の配列と電極パッド３０の配置を観察することで、電極パッド３０とその垂直下方に位置する特定の電磁石７０の座標を知ることができる。半導体装置４０の電気特性検査をする場合、この座標にある特定の電磁石７０を励磁することで、発生した磁界が上方に位置するプローブ２０へ作用し、プローブ２０を下方へ引き付ける引力が働き、プローブ２０と電極パッド３０が接触する。次に、ウェハチャック６０を水平方向に微動させることで電極パッド３０の表面を覆う金属酸化膜３１を除去し、半導体装置４０の電気特性検査を行う。

図４は本発明の第２の実施形態に掛かる半導体検査装置の断面図である。図１に示した半導体検査装置との違いは電磁石７０を励磁して発生する磁界の強さを段階的にした点であり、強い磁界と弱い磁界を発生できるようにした点である。この機能を利用した検査について以下説明する。

まず、図の領域ｂに示すように、電極パッド３０とプローブ２０をコンタクトさせるために、電極パッド２０の真下に位置する電磁石７０を励磁して強磁界を発生する電磁石７０ａとする。次に、電極パッド３０表面の金属酸化膜３１を除去するに際し、図の領域ｃに示すように、プローブ２０自身を水平方向に僅かに移動させる。電極パッド３０の真下には強磁界を発生する電磁石７０ａを配置した状態で電磁石７０ａの周囲に隣接する電磁石を励磁して弱磁界を発生する電磁石７０ｂ、７０ｃとすることでプローブ２０には垂直下方方向に加えて、斜め下方方向の応力が加わり、これによってプローブ２０が電極パッド３０の表面を移動（微動）して金属酸化膜３１を除去することになり、プローブ２０と電極パッド３０の電気的接触を良好なものとなる。ここで弱磁界とは強磁界よりも弱いというだけでその強さは数段階選ぶことが可能である。周囲の電磁石７０ｂ，７０ｃを弱めの弱磁界よりも強めの弱磁界とすることでプローブ２０の移動量を大きくすることができる。金属酸化膜３１の除去を終えたら、周囲の弱磁界を発生する電磁石７０ｂ，７０ｃの励磁を停止し、領域ｂに示した状態として、半導体装置４０の電気特性検査を行う。なお、他の半導体検査装置の構成および動作は第１の実施形態で説明した内容に準ずる。

図５は本発明の第３の実施形態に掛かる半導体検査装置の断面図である。図１に示した半導体検査装置との違いは遮蔽板８０に代えて遮蔽層９０を設けた点である。ウェハチャック６０の上層をパーマロイ等からなる遮蔽層９０とし、この遮蔽層９０の中に電磁石７０を埋め込む構成とした。このような構成とすることで電磁石間ピッチを小さくでき、電極パッド間ピッチが小さい半導体装置への対応が容易となる。

以上説明したように、本発明の半導体検査装置を用いれば、半導体装置４０の電極パッド３０とプローブ２０の電気的接触を良好なものとした上で、電気特性検査をするため従来では不良品と判定されていた半導体装置の一部を良品と判定することができ、歩留まりの向上を期待できる。これにより、製造コストの低減を図ることができる。

１０プローブカード基板
１０ａ凹部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃプローブ
２１磁性体
２２バネ部材
３０電極パッド
３１金属酸化膜
３２金属酸化膜除去部
４０半導体装置
５０ウェハ
５１スクライブライン
６０ウェハチャック
６１ａ、６１ｂアライメント基準点
７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ電磁石
７１電磁石埋込領域
８０遮蔽板
９０遮蔽層
ａ、ｂ、ｃ領域

Claims

半導体装置を載置するウェハチャックと、
前記ウェハチャックに備えられた複数の電磁石と、
前記ウェハチャックと対向した複数のプローブと、
前記プローブに備えられた磁性体と、を有し、
前記電磁石の励磁により、前記半導体装置と前記プローブが接触することを特徴とする半導体検査装置。
前記電磁石は前記ウェハチャック内に埋め込まれ、前記磁性体は前記プローブ内に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置。
前記電磁石の周囲に遮蔽層が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体検査装置。
前記電磁石と隣接する電磁石の間には遮蔽板が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体検査装置。
前記電磁石は発生する磁界が可変であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体検査装置。
複数の電磁石を備えたウェハチャックと、前記ウェハチャックと対向し、磁性体を備えた複数のプローブと、を有する半導体検査装置を準備する工程と、
前記ウェハチャック上に半導体装置を載置する工程と、
前記半導体装置上に設けられた電極パッドの下方の電磁石を励磁して、前記電極パッドと前記プローブを接触させる工程と、
前記プローブから前記電極パッドへ検査信号を供給して前記半導体装置の電気特性を検査する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記半導体検査装置を準備する工程において、前記電磁石は前記ウェハチャック内に埋め込まれ、前記磁性体は前記プローブ内に埋め込まれていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
前記電極パッドと前記プローブを接触させる工程と前記半導体装置の電気特性を検査する工程との間に、
前記電極パッド上で前記プローブを微動させる工程を備えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体装置上に設けられた電極パッドの下方の電磁石を励磁して、前記電極パッドと前記プローブを接触させる工程が、電極パッドの垂直下方の第１の電磁石を励磁する工程と、前記第１の電磁石の周囲に隣接する第２の電磁石を励磁する工程を備えることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。