JP4527777B2 - 複数のプローブが形成されたシリコンウェハ、シリコンウェハモジュール及びプローブボンディング方法 - Google Patents

Description

本発明は、プローブボンディングに使用されるシリコンウェハ及びそれを用いたプローブボンディング方法に係り、より詳しくは、シリコンウェハの表面にチップ部と支持ビームとが形成されたプローブ基板においてプローブボンディングが容易に行えるように改良されたプローブボンディング方法に関する。

一般的に、半導体集積回路装置の製造工程では、その装置の電気特性が設計通りであるか否かを検査するため、プローブ装置が用いられている。プローブカードは、プローブ装置の一部を構成し、半導体集積回路装置内のパッドに接触して、プローブ装置内の電気信号発生部や信号検出部とパッドとを導通させる機能を有する。プローブカードのプローブとパッドとの間の導通を測定し、半導体集積回路装置が正常に作動するか否かを検査する。

従来より用いられるカンチレバー型のプローブカードは、検査対象である電子部品のチップ配列に応じて、横方向に４個、縦方向に８個のチップ配列構造（即ち、４×８＝３２パラ）を有していた。

このようなプローブカードの製造方法について説明する。
まず、図１に示すように、プローブ基板１０の表面には、検査対象である電子部品やチップなどの表面に配列されたパッドと対応するようにバンプ１１が形成される。次に、図２に示すように、プローブチップ２１及び支持ビーム２２が形成された６インチシリコンウェハ２０を準備する。バンプ１１、プローブチップ２１及び支持ビーム２２は、フォトリソグラフィ工程及びメッキ工程によって形成される。続いて、図３に示すように、バンプ１１の上端にソルダペーストＰを塗布する。そして、バンプ１１の上面に支持ビーム２２の端部を接触させた状態で、約２００℃〜３５０℃の温度で加熱する。この過程で、ソルダペーストＰが溶融して、バンプ１１と支持ビーム２２とが接合する。そして、シリコンウェハ２０をエッチングによって除去することで、プローブカードの最も重要な製造工程であるボンディング工程が終了する。

近年、半導体製造技術の発展に伴い、コスト低減及び生産性向上のために、より多くの数のチップが１つの基板から形成されるとともに、その検査に用いられるプローブカードが大型化している。例えば、図４及び図５に示すように、横方向に８個、縦方向に１６個のチップ配列構造を有する１２８パラの大型プローブ基板３０と、これに対応する１２インチシリコンウェハ４０とを用いてプローブカードを製作していた（図６参照）。しかし、図１〜図３に示す従来のプローブカードの製造方法には次のような問題点があった。

即ち、プローブ基板１０のバンプ１１とシリコンウェハ２０の支持ビーム２２とを接合するため、２００℃〜３５０℃の高温で加熱する必要があることから、基板１０の材質は主にセラミックに制限されていた。このため、プローブカードの価格が高くなるという問題があった。

また、基板１０及びシリコンウェハ２０の加熱及び冷却過程で熱膨張及び熱収縮が繰り返される。このとき、加熱時には、シリコンウェハ２０と、セラミックからなる基板１０との間の熱膨張係数の差に起因して、バンプ１１と支持ビーム２２との接合部分に位置ずれが発生し、冷却時には、残留応力に起因して前記接合部分に剪断力が発生し、バンプ１１と支持ビーム２２との接合が維持できなくなるという問題があった。

また、上述した製法によるプローブカードによれば、基板及びシリコンウェハのサイズが変更されると、例えば、図４〜図６に示すように、プローブ基板３０が３２パラから１２８パラに増加した場合、６インチシリコンウェハを全て１２インチシリコンウェハに交換しなければならない。このため、基板のサイズの変更に伴い、シリコンウェハの互換性が損なわれるという問題があった。さらに、プローブ検査装置の大型化に伴い、従来の方法によるプローブボンディングの互換性が損なわれるという問題もあった。

最後に、使用されるシリコンウェハの大型化に伴い、不良品の発生する確率が高くなり、製造コストが高くなるという問題があった。

本発明の目的は、常温下でレーザーによる局部加熱を利用してプローブカードが作製されることにより、プローブ基板に多くの種類の材料を使用することができ、それにより、製造コストを低減し、熱膨張及び熱収縮による残留応力の発生に起因するプローブの損傷を最小限に抑えることにある。また、プローブ基板のサイズが変更されても、既存のサイズのシリコンウェハを用いてプローブボンディングを実施でき、プローブボンディング用シリコンウェハの互換性を高くすることにある。

上記の目的を達成するため、本発明のプローブボンディング用シリコンウェハによれば、プローブチップを端部に備える支持ビームが所定の形態に整列されたプローブボンディング用シリコンウェハにおいて、支持ビームのプローブチップと反対側の部分を開放する空間部が、シリコンウェハに形成されている。

また、上記の目的を達成するため、本発明のプローブボンディング用シリコンウェハモジュールによれば、複数のプローブチップと、端部において各プローブチップと接触する複数の支持ビームとが所定の形態に整列されたプローブボンディング用シリコンウェハを所定の形態に分割して形成されるプローブボンディング用シリコンウェハモジュールにおいて、プローブボンディング用シリコンウェハには、支持ビームを横断するように複数の空間部が形成され、支持ビームの端部は、空間部を介して露出されている。

また、上記の目的を達成するため、本発明のプローブボンディング方法によれば、プローブボンディング用シリコンウェハをプローブ基板上に配置し、プローブボンディング用シリコンウェハの空間部を介して露出された各支持ビームを、プローブ基板上に形成された各バンプに接触させる第１段階と、空間部を介して、外部からレーザーを照射して、支持ビームとバンプとをボンディングする第２段階と、プローブボンディング用シリコンウェハのウェハ部分をエッチングによって除去する第３段階とを含む。

また、上記の目的を達成するため、本発明のプローブボンディング方法によれば、プローブボンディング用シリコンウェハモジュールをプローブ基板上の所定の領域に配置し、プローブボンディング用シリコンウェハモジュールの空間部を介して露出された各支持部を、プローブ基板上に形成された各バンプに接触させる第１段階と、プローブボンディング用シリコンウェハモジュールと結合してプローブ基板上の全てのバンプと対応するように一つ以上のシリコンウェハモジュールを組み合わせる第２段階と、空間部を介して、外部からレーザーを照射して、支持ビームとバンプとをボンディングする第３段階と、全てのプローブボンディング用シリコンウェハモジュールのウェハ部分をエッチングによって除去する第４段階とを含む。

また、上記の目的を達成するため、本発明のプローブボンディング方法によれば、プローブボンディング用シリコンウェハが対象となるプローブ基板より小さい場合に実施されるプローブボンディング方法において、プローブボンディング用シリコンウェハをプローブ基板上の所定の領域に配置し、プローブボンディング用シリコンウェハ上の空間部を介して露出された各支持ビームをプローブ基板上に形成された各バンプに接触させる第１段階と、空間部を介して、外部からレーザーを発射して、支持ビームとバンプとをボンディングする第２段階と、プローブボンディング用シリコンウェハのウェハの部分をエッチングによって除去する第３段階と、プローブボンディング用シリコンウェハと類似する他のプローブボンディング用シリコンウェハを使用し、プローブ基板上の残りの部分に第１〜第３段階を順次繰り返して実施する第４段階とを含む。

本発明のプローブボンディング用シリコンウェハ及びそれを用いたプローブボンディング方法によれば、常温下でレーザーによる局部加熱を利用してプローブカードを作製することにより、プローブ基板に多くの種類の材料を使用することができ、それにより、製造コストを低減し、熱膨張及び熱収縮による残留応力の発生に起因するプローブの損傷を最小限に抑えることができる。

また、本発明によれば、プローブ基板のサイズが変更されても、既存サイズのシリコンウェハを用いてプローブボンディングを行うことで、プローブボンディング用シリコンウェハの互換性を高くすることができる。

また、エポキシや両面テープを用いて、ガラスをシリコンウェハモジュールの上面に接合することで、ガラスによってシリコンウェハモジュールの平坦度を制御することができ、プローブボンディングの際、レーザービームによりバンプと支持ビームとの接合部分が加熱及び冷却されたときに、熱収縮や熱膨張が繰り返されて生じるウェハの変形を防止することができる。

以下、本発明のプローブボンディング用シリコンウェハについて添付図面を参照してより詳細に説明する。
図７及び図８に示すように、シリコンウェハ１４０の表面には、フォトリソグラフィ工程及びメッキ工程を用いてプローブチップ１４１と支持ビーム１４２とが形成されており、隣接する２つの支持ビーム１４２対の間には、これらを繋ぐように空間部１４３形成されている。また、支持ビーム１４２対が隣接していない箇所では、単位格子内の一対の支持ビーム１４２のみに空間部１４３’が形成されている。そして、空間部１４３、１４３’は、いずれもシリコンウェハ１４０を貫通している。従って、各支持ビーム１４２の端部は、対応する空間部１４３、１４３’を通じて外部に露出されている。図７では、空間部１４３、１４３’は、一対又は隣接する４つの支持ビーム１４２を繋ぐように形成されているが、これに限定されず、１つ以上の支持ビーム１４２上であれば任意の形態にすることができる。さらに、図９に示すように、隣接して配列される複数の支持ビーム１４２を繋ぐように横方向に長い複数の空間部１４３’’を並行に形成することもできる。また、支持ビーム１４２の配列によっては、空間部を曲線に沿って形成することもできる。

空間部１４３は、シリコンウェハ１３０の上面にフォトレジストをコーティングし、その上面に空間部１４３を有するマスクを配置した状態で、露光及び現象することにより形成される。

具体的には、まず、図１０に示すように、シリコンウェハ１４０の支持ビーム１４２が形成される面と反対側の面（図１０における上面）にフォトレジスト１６０を塗布する。次に、図１１に示すように、空間部１４３が形成される部分を露光及び現象して、フォトレジスト１６０の一部を除去することにより、空間部１４３のパターン１６１を形成する。そして、図１２に示すように、シリコンウェハ１４０をドライエッチングして、シリコンウェハ１４０に空間部１４３を形成する。最後に、図１３に示すように、フォトレジスト材料に応じて選択されるアセトン等の薬品を用いて、ウェハの表面からフォトレジスト１６０を除去する。以上の工程によって、シリコンウェハ１４０に空間部１４３が形成され、その空間部１４３を介して支持ビーム１４２の端部が露出される。

以上のように形成されたシリコンウェハ１４０では、図８に示す方法を用いてプローブボンディングが施される。即ち、シリコンウェハ１４０の空間部１４３を介して露出された支持ビーム１４２の端部は、基板１３０上のバンプ１３１の上端と接触し、その接触部分に、空間部１４３を介して、外部に設置されたレーザー光源部２００からレーザー２０１が照射される。レーザー２０１によりバンプ１３１の上端に塗布されたソルダペーストＰが加熱されて溶融することによって、支持ビーム１４２がバンプ１３１にボンディングされる。同様に、基板１３０上の全てのバンプ１３１に対し支持ビーム１４２をボンディングした後、シリコンウェハ１４０のウェハ部分をエッチングして除去することにより、プローブカードが完成する。

一方、本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハとレーザーを用いたプローブボンディング方法とによれば、バンプと支持ビームとが局部加熱方式により接合され、常温下で、プローブカードを作製することができる。このため、プローブ基板の材質が制限されないため、基板の材料コストを節約することができる。また、従来技術とは異なり、熱膨張及び熱収縮による残留応力の発生が抑止されるため、プローブボンディングによるプローブの損傷を防止することができる。

一方、本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハは、不良部分を取り除くように、図７のプローブボンディング用シリコンウェハ１４０から四分面に相当する部分を切断して、シリコンウェハをモジュール化することもできる。

即ち、図１４に示すように、不良Ｅが発生した部分を取り除くように、プローブボンディング用シリコンウェハ２４０の四分面に相当する部分２４０ａを切断する。
その後、図１５に示すように、不良Ｅを含む部分２４０ａ以外の残りのウェハ２４０ｂを、プローブ基板２３０の残りのウェハ２４０ｂと対応する部分に接合し、プローブ基板２３０の部分２４０ａと対応する部分に、他のシリコンウェハから分離したウェハモジュール３４０ａを接合する。

このようなシリコンウェハのモジュール化は、シリコンウェハを四分面に相当する部分２４０ａを切断する代わりに、シリコンウェハ２４０をその中心を通る線で２つに分割してもよく、必要に応じて、シリコンウェハ２４０をその中心を通らない直線で切断してもよい。そして、以上のようにモジュール化されたシリコンウェハのプローブボンディングは、ウェハに形成された各開口を通じてレーザーを照射することによって行われる。

また、以上に開示した発明を応用すれば、プローブ基板の大型化にも関わらず、従来サイズのプローブボンディング用のシリコンウェハを使用することができる。例えば、図１６に示すように、従来のボンディング方法によれば、１２８パラのプローブ基板４３０に対して、３２パラの６インチシリコンウェハ４４０を使用することができなかった。しかし、本発明により、６インチシリコンウェハ４４０に図７の空間部１４３が形成されると、プローブ基板４３０を四分面の一つをボンディングすることができる。即ち、空間部が形成された６インチシリコンウェハ４４０を基板４３０の四分面の一つに接合して、レーザーによりプローブボンディングを実施した後に、エッチングによってウェハ部分を除去する。そして、前記の過程を四分面に対し順次に実施することにより、プローブカードが完成する。

また、図１７に示すように、本発明によれば、空間部を有する６インチシリコンウェハを準備した後、それらを、プローブ基板４３０を四分面に相当する各部分に対応するように互いに隣接して配置し、重なり合う隣接部分を切除して形成された６インチシリコンウェハモジュール４４０ａをレーザーボンディングに使用することもできる。シリコンウェハモジュール４４０ａを用いたボンディングは、プローブ基板４３０の四分面毎に順次実施することができ、あるいは、全てのシリコンウェハモジュール４４０ａをプローブ基板４３０の四分面に対し所定の高さに配置した状態で、同時にボンディングを実施することもできる。

一方、本発明によれば、プローブボンディング用シリコンウェハ１４０は、図１８に示すように、その上面にガラス１７０を接合した状態で使用してもよい。これは、特に、図９のように長い空間部１４３”が形成されたプローブボンディング用シリコンウェハを使用する場合、空間部１４３”に起因してウェハ中心部に垂れまたは捩れが発生することを防止するためである。また、プローブボンディングの際、レーザービームによって、バンプと支持ビームとの接合部分が加熱及び冷却されると、その接合部分に収縮力または膨張力が発生する。これにより、空間部１４３”の存在によるウェハの垂れや捩れが発生する。ガラス１７０は、ウェハの垂れや捩れの発生を防止することができる。

ガラス１７０は、図１５に示すように組み合わされたシリコンウェハモジュール３４０ａ、２４０ｂ、または、図１７に示すように組み合わされたシリコンウェハモジュール４４０ａ上に接合される。この場合、ガラス１７０は、シリコンウェハモジュールの平坦度を維持する機能も有している。

ガラス１７０は、エポキシ、両面テープなどを用いて、シリコンウェハまたはシリコンウェハモジュールの表面に接合される。ガラス１７０を備えるプローブボンディング用シリコンウェハ１４０では、図１９に示すように、レーザー２１０がガラス１７０を通過するため、ボンディング作業に影響を及ぼすことはない。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明は、これに限定されず、本発明が属する技術分野において、通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神を逸脱することなく、本発明を修正または変更することができる。

従来プローブカードの製造過程を説明する平面図。 従来プローブカードの製造過程を説明する平面図。 従来プローブカードの製造過程を説明する平面図。 従来の他のプローブカードの製造過程を説明する平面図。 従来の他のプローブカードの製造過程を説明する平面図。 従来の他のプローブカードの製造過程を説明する平面図。 本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハの一実施例を示す平面図。 図７のプローブボンディング用シリコンウェハを用いたプローブカードの製造過程を説明する図面。 本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハの他の実施例を示す部分拡大平面図。 本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハを製作する過程を示す側断面図。 本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハを製作する過程を示す側断面図。 本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハを製作する過程を示す側断面図。 本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハを製作する過程を示す側断面図。 本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハモジュールの一実施例を説明するための平面図。 本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハモジュールの一実施例を説明するための平面図。 本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハの他の実施例を使用したプローブボンディングする過程を説明する平面図。 本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハモジュールの他の実施例を説明するための平面図。 本発明によるプローブボンディング用シリコンウェハのさらに他の実施を示す側断面図。 図１８のプローブボンディング用シリコンウェハを使用してプローブボンディングする過程を説明する部分拡大側断面図。

Claims (10)

1. 支持ビームと前記支持ビームの一端部に備えられたプローブチップとを含む複数のプローブが所定の形態に整列し形成されたシリコンウェハにおいて、
   前記支持ビームの他端部を開放する少なくとも一つの空間部がシリコンウェハを貫通して形成され、
   前記複数のプローブが形成された表面と反対側のシリコンウェハの表面にガラスが接合されている複数のプローブが形成されたシリコンウェハ。
2. 前記空間部は、前記シリコンウェハ上で直線に沿って形成されている請求項１記載の複数のプローブが形成されたシリコンウェハ。
3. 前記空間部は、前記シリコンウェハ上で曲線に沿って形成されている請求項１記載の複数のプローブが形成されたシリコンウェハ。
4. プローブチップと端部において前記プローブチップと接触する支持ビームとを含む複数のプローブが所定の形態に整列されたシリコンウェハを所定の形態に分割して形成されるシリコンウェハモジュールにおいて、
   前記支持ビームの他端部を開放する複数の空間部が前記シリコンウェハモジュールを貫通して形成され、
   前記複数のプローブが形成された表面と反対側のシリコンウェハの表面にガラスが接合されている複数のプローブが形成されたシリコンウェハモジュール。
5. 前記複数の空間部は、前記シリコンウェハモジュール上で横方向に延びるとともに、互いに並行に配置されている請求項４記載の複数のプローブが形成されたシリコンウェハモジュール。
6. 各空間部は、前記シリコンウェハモジュール上で曲線に沿って形成されている請求項４記載の複数のプローブが形成されたシリコンウェハモジュール。
7. シリコンウェハ上に、支持ビームと前記支持ビームの一端部に備えられたプローブチップとを含む複数のプローブを所定の形態で整列し形成する段階と、
   前記支持ビームの他端部を開放する少なくとも一つの空間部を、前記シリコンウェハを貫通して形成する段階と、
   前記シリコンウェハをプローブ基板上に配置し、前記シリコンウェハの空間部を介して露出された前記各支持ビームを、前記プローブ基板上に形成されたバンプに接触させる段階と、
   前記空間部を介して、外部からレーザーを照射して、前記支持ビームと前記バンプとをボンディングする段階と、
   前記複数のプローブを除いたシリコンウェハの部分をエッチングにより除去する段階と
   を含むプローブボンディング方法。
8. シリコンウェハ上に、支持ビームと前記支持ビームの一端部に備えられたプローブチップとを含む複数のプローブを所定の形態で整列し形成する段階と、
   前記支持ビームの他端部を開放する複数の空間部を、前記シリコンウェハを貫通して形成する段階と、
   前記シリコンウェハを所定の形態に分割してシリコンウェハモジュールを形成する段階と、
   前記シリコンウェハジュールをプローブ基板上の所定の領域に配置し、前記シリコンウェハモジュールの空間部を介して露出された前記支持ビームを、前記プローブ基板上に形成されたバンプに接触させる段階と、
   前記分割されたシリコンウェハモジュール同士を結合して前記プローブ基板上の全てのバンプと対応するように前記シリコンウェハモジュールを組み合わせる段階と、
   前記空間部を介して、外部からレーザーを照射して、前記支持ビームと前記バンプとをボンディングする段階と、
   前記全てのシリコンウェハモジュールのウェハの部分をエッチングによって除去する段階と
   を含むプローブボンディング方法。
9. 前記組み合わされたシリコンウェハモジュール上にガラスを接合する段階を含む請求項８記載のプローブボンディング方法。
10. プローブ基板より小さいサイズを有するシリコンウェハ上に、支持ビームと前記支持ビームの一端部に備えられたプローブチップとを含む複数のプローブを所定の形態で整列し形成する第１段階と、
    前記支持ビームの他端部を開放する少なくとも一つの空間部を、前記シリコンウェハを貫通して形成する第２段階と、
    前記シリコンウェハを前記プローブ基板上の所定の領域に配置し、前記シリコンウェハ上の空間部を介して露出された前記支持ビームを、前記プローブ基板上に形成されたバンプに接触させる第３段階と、
    前記空間部を介して、外部からレーザーを照射して、前記支持ビームと前記バンプとをボンディングする第４段階と、
    前記複数のプローブを除いたシリコンウェハの部分をエッチングにより除去する第５段階と、
    前記プローブ基板上の残りの部分に前記第１〜第５段階を順次繰り返して実施する第６段階と
    を含むプローブボンディング方法。

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