JPWO2010038433A1 - プローブカードの製造方法、プローブカード、半導体装置の製造方法およびプローブの形成方法 - Google Patents

プローブカードの製造方法、プローブカード、半導体装置の製造方法およびプローブの形成方法 Download PDF

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Abstract

本発明のプローブカードの製造方法は、複数の半導体装置の電気特性を一括して検査するためのプローブカードの製造方法であって、前記プローブカードの基体をなすボードの一方面側に、半導体装置の外部端子に接触される複数のプローブを形成する工程と、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、前記ボードに、前記ボードの他方面から各前記プローブに達する複数の貫通孔を形成する工程と、各前記貫通孔に、前記プローブと導通可能に接続される貫通電極を形成する工程と、前記ボードの前記他方面側に、前記貫通電極と導通可能に接続される配線を形成する工程とを含む。

Description

本発明は、プローブカードおよびその製造方法、そのプローブカードを用いた半導体装置の製造方法、ならびにプローブの形成方法に関する。
従来、半導体ウエハ上に作製された各半導体チップ(半導体装置)の電気特性を検査するための装置として、プローバ装置が知られている。プローバ装置には、プローブカードが取り付けられている。プローブカードは、半導体ウエハ上の半導体チップを1チップずつ検査するものである。プローブカードには、各半導体チップの全外部端子(入力端子および出力端子)の配置に適合するように、検査用のプローブが配置されている。
プローバ装置を用いて半導体チップを検査するには、まず、半導体ウエハ上の1つの半導体チップ上にプローブカードが位置合わせされる。次いで、1つの外部端子に1本のプローブが対応するように、全外部端子にプローブが接触させられる。次いで、半導体チップの入力端子にプローバ装置から電気信号が入力される。そして、その入力信号に応じて半導体チップの出力端子から出力される電気信号がプローブ装置で読み取られ、その信号波形と予めプローブ装置に記憶されている期待値とが比較される。この比較により、検査されたチップの電気特性についての良否が判別される。
一方、近年では、半導体チップのサイズの縮小化および回路の微細化が進められており、それとともにチップに設けられる外部端子の狭ピッチ化が進んでいる。そのため、半導体チップの検査に際して外部端子に接触するプローブの先端部のピッチを狭くする必要がある。しかし、プローブの先端部のピッチの大きさだけを調整して外部端子のピッチに適合させようとすると、隣接するプローブの先端部同士が接触してこれらの間で短絡し、検査精度が低下するおそれがある。
そこで、プローブの先端部を、プローブの作製後に放電加工などにより研磨して他の部分よりも薄くすることにより、隣接するプローブ同士の接触を防止し、プローブの先端部の狭ピッチ化を図るプローブの形成方法が提案されている。
特開2007−86025号公報
従来のプローブカードは、半導体チップを1チップずつしか検査できない。そのため、半導体ウエハ上のチップ全部の検査には、非常に長い時間を要する。その上、近年進められている半導体チップのチップサイズの縮小化により、ウエハ上のチップ数が増加すると、検査時間が以前よりもさらに長くなってしまう。
そこで、複数の半導体チップを一括して検査し、検査におけるスループットを向上させることにより、半導体チップの検査に要する時間を短縮したいという考えがある。
この考えの実現のためには、複数の半導体チップを一括検査可能なプローブカードが必要となる。ところが、プローブカードは、熟練工により手作業で1つ1つ作製されるものであるので、そのようなプローブカードの作製には、非常に長い時間を要するとともに、製造コストが非常に高くつく。
また、従来のプローブの形成方法では、プローブの先端部を薄くできるものの、プローブを一旦作製した後、先端部をわざわざ加工しなければならない。そのため、非常に手間がかかり、製造効率が低下する。
本発明の目的は、複数の半導体装置の電気特性を一括して検査可能なプローブカードを、低コストかつ簡単に製造することのできるプローブカードの製造方法およびその製造方法により得られるプローブカード、ならびにそのプローブカードを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、半導体装置の外部端子の狭ピッチ化に対応可能なプローブを容易に形成することのできるプローブの形成方法を提供することにある。
本発明のプローブカードの製造方法は、複数の半導体装置の電気特性を一括して検査するためのプローブカードの製造方法であって、前記プローブカードの基体をなすボードの一方面側に、半導体装置の外部端子に接触される複数のプローブを形成する工程と、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、前記ボードに、前記ボードの他方面から各前記プローブに達する複数の貫通孔を形成する工程と、各前記貫通孔に、前記プローブと導通可能に接続される貫通電極を形成する工程と、前記ボードの前記他方面側に、前記貫通電極と導通可能に接続される配線を形成する工程とを含む。
この方法によれば、プローブカードの基体をなすボードの一方面側に複数のプローブが形成される。ボードには、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、その他方面から各プローブに達する複数の貫通孔が形成される。各貫通孔には、プローブと導通可能に接続される貫通電極が形成される。そして、ボードの他方面側には、貫通電極と導通可能に接続される配線が形成される。
たとえば、熟練工によるプローブカードの作製工程では、プローブカードの基体をなすセラミックス基板の一方面に、多数の非常に細いプローブがピンセットなどを用いて配置される。このプローブは、セラミックス基板の略中央部に開けられた大きな1つの開口を介して、セラミックス基板の他方面側に引き回される。そして、引き回されたプローブは、セラミックス基板の他方面に別に形成された配線に、手作業で接続される。そして、このような複雑な作業をプローブ1本1本に対して行なわなければならないため、プローブカードの作製に長時間および高コストが必要となる。
これに対し、上記の方法では、フォトリソグラフィおよびエッチングという半導体装置の製造工程に採用される技術を利用して複数の貫通孔が形成され、各貫通孔に形成される貫通電極を介して、各プローブと配線との導通が達成される。つまり、半導体装置の製造工程に採用される技術を利用して、1本のプローブと配線とを1つの貫通電極を介して接続することができる。そのため、プローブ1本あたりの接続時間を短縮することができる。したがって、プローブカードの製造時間を従来よりも増加させることなく、より多くのプローブと配線とを接続することができる。その結果、複数の半導体装置を一括して検査可能なプローブカードを、低コストかつ簡単に製造することができる。
そして、この製造方法によって、たとえば、本発明のプローブカードを製造することができる。つまり、シリコン系ボードと、前記シリコン系ボードの一方面側に形成され、半導体装置の外部端子に接触される複数のプローブと、各前記プローブに対応して形成され、前記シリコン系ボードの前記一方面とその反対側の他方面との間を貫通する複数の貫通孔と、前記貫通孔に埋設され、前記プローブと導通可能に接続される貫通電極と、前記シリコン系ボードの前記他方面側に形成され、前記貫通電極と導通可能に接続される配線とを含み、前記プローブが、所定のパターンで配置された複数を1組として、複数組設けられている、プローブカードを製造することができる。
このプローブカードでは、プローブが複数を1組として、複数組設けられているため、複数の半導体チップを一括して検査することができる。そのため、検査におけるスループットを向上させることができる。その結果、半導体チップの検査に要する時間を短縮することができる。
また、上記プローブカードの製造方法では、前記プローブ、前記貫通電極および前記配線が、めっき法により形成されることが好ましい。
この場合、プローブ、貫通電極および配線が、めっき法により作成される。めっき法のように単純な工程により、プローブ、貫通電極および配線が形成されるので、プローブカードをより低コストかつ簡単に製造することができる。また、プローブ、貫通電極および配線を同じめっき装置を利用して形成することができるので、設備コストの増加を抑制することもできる。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体ウエハに、電気接続のための外部端子を複数有する半導体チップを複数形成する工程と、プローブカードを用いて、前記半導体チップの電気特性を検査する工程と、検査後、前記半導体ウエハを、各前記半導体チップに分割する工程とを含み、前記プローブカードは、シリコン系ボードと、前記シリコン系ボードの一方面側に形成され、半導体チップの外部端子に接触される複数のプローブと、各前記プローブに対応して形成され、前記シリコン系ボードの前記一方面とその反対側の他方面との間を貫通する複数の貫通孔と、前記貫通孔に埋設され、前記プローブと導通可能に接続される貫通電極と、前記シリコン系ボードの前記他方面側に形成され、前記貫通電極と導通可能に接続される配線とを含み、前記プローブが、所定のパターンで配置された複数を1組として、複数組設けられており、前記検査では、1組の前記プローブと1つの前記半導体チップの前記外部端子とを接触させ、各前記外部端子に電気信号を入力することにより、複数の前記半導体チップの電気特性を一括して検査する。
この製造方法によれば、本発明のプローブカードを用いて、複数の半導体チップの電気特性が一括して検査されるので、検査におけるスループットを向上させることができる。その結果、半導体チップの検査に要する時間を短縮することができ、半導体装置の製造効率を向上させることができる。
また、本発明のプローブの形成方法は、半導体装置の外部端子に接触する相対的に厚さの小さい先端部およびこの先端部を支持する相対的に厚さの大きい支持部を有し、半導体装置の電気特性を検査するために用いられるプローブの形成方法であって、半導体基板の表面に、金属材料からなるめっき下地層を形成する工程と、めっき法により、前記めっき下地層上に、前記先端部と同じ厚さの第1めっき層を選択的に形成する工程と、前記第1めっき層における所定部分を被覆するマスクを形成する工程と、めっき法により、前記第1めっき層における前記マスクから露出する部分上に、前記支持部の厚さから前記先端部の厚さを差し引いた厚さの第2めっき層を形成する工程とを含む。
この方法によれば、半導体装置の外部端子に接触する相対的に厚さの小さい先端部およびこの先端部を支持する相対的に厚さの大きい支持部を有し、半導体装置の電気特性を検査するために用いられるプローブが形成される。具体的には、半導体基板の表面に形成されためっき下地層上に、めっき法により、先端部と同じ厚さの第1めっき層が選択的に形成される。第1めっき層の形成後、第1めっき層における所定部分がマスクにより被覆される。そして、第1めっき層におけるマスクから露出する部分上に、めっき法により、支持部の厚さから先端部の厚さを差し引いた厚さの第2めっき層が形成される。これにより、第1めっき層におけるマスクで被覆されていた部分に先端部が形成され、マスクで被覆されていなかった部分に支持部が形成される。
つまり、上記方法により形成されたプローブでは、先端部が第1めっき層からなり、支持部が第1めっき層および第2めっき層からなる。そのため、先端部の厚さが相対的に小さく、支持部の厚さが相対的に大きくなる。したがって、半導体装置の外部端子のピッチに合わせてプローブのピッチを狭くしても、第1めっき層の厚さを適当な厚さに設計しておけば、隣接するプローブ同士の接触を防止することができる。よって、上記の方法により、半導体装置の外部端子の狭ピッチ化に対応可能なプローブを形成することができる。その結果、上記の方法により形成されたプローブを用いて、半導体装置の電気特性を、精度よく検査することができる。
さらに、相対的に厚さの小さい先端部が、プローブの形成過程において、めっき法により形成される。そのため、プローブ作製後に先端部を研磨するなどして加工する必要がない。したがって、相対的に厚さの小さい先端部を有するプローブを、手間なく容易に形成することができる。
また、上記したプローブの形成方法では、前記プローブとともに、前記プローブを取り囲む外枠、およびこの外枠と前記プローブとを連結する連結部が形成され、前記外枠は、前記第1めっき層および前記第2めっき層からなり、前記連結部は、前記第1めっき層からなることが好ましい。
この場合、プローブを取り囲む外枠、および外枠とプローブとを連結する連結部が形成される。プローブが連結部を介して外枠に支持されるので、外枠を半導体基板から分離することにより、それにともなってプローブを半導体基板から容易に分離することができる。
さらに、外枠が第1めっき層および第2めっき層からなり、連結部が第1めっき層からなる。したがって、外枠および連結部をプローブと同じ工程により形成することができる。また、連結部が相対的に厚さの小さい第1めっき層からなることから、外枠(プローブ)と半導体基板との分離後、プローブと連結部とを容易に分離することができる。
また、上記したプローブの形成方法では、前記第1めっき層を形成する工程が、前記めっき下地層と異なる金属材料を用いて前記第1めっき層を形成する工程であることが好ましい。
この場合、第1めっき層がめっき下地層と異なる金属材料を用いて形成される。金属材料が異なれば、特定のエッチング液に対するエッチングレートが異なる。したがって、第1めっき層とめっき下地層とのエッチングレートの差を利用したリフトオフ法により、第1めっき層を半導体基板から容易に分離することができる。
本発明の一実施形態に係るプローブカードを示す模式的な平面図である。 図1に示す2点鎖線円で囲まれる部分の拡大図である。 図2に示す単位セルをIII−IIIで示される切断線で切断したときの断面図である。 図1に示すプローブカードの製造方法を示す模式的な断面図である。 図4Aの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Bの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Cの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Dの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Eの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Fの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Gの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Hの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Iの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Jの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Kの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Lの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Mの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Nの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Oの次の工程を示す模式的な断面図である。 図4Pの次の工程を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。 図5Aの次の工程を示す模式的な断面図である。 図5Bの次の工程を示す模式的な断面図である。 図5Cの次の工程を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係るプローブを示す模式的な平面図である。 図6に示すプローブをVIIA−VIIAで示す切断線で切断したときの模式的な断面図である。 図6に示すプローブをVIIB−VIIBで示す切断線で切断したときの模式的な断面図である。 図6に示すプローブの形成方法を示す模式的な断面図である。 図8Aの次の工程を示す模式的な断面図である。 図8Bの次の工程を示す模式的な断面図である。 図8Cの次の工程を示す模式的な断面図である。 図8Dの次の工程を示す模式的な断面図である。 図8Eの次の工程を示す模式的な断面図である。 図6に示すプローブが取り付けられたプローブカードの模式的な平面図である。 図6に示すプローブが取り付けられたプローブカードの模式的な側面図である。
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るプローブカードを示す模式的な平面図である。
プローブカード1は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップ(半導体装置)の電気特性を一括して検査するための機器であって、円盤状のシリコン系ボードとしてのシリコン基板2を備えている。
シリコン基板2の略中央部には、半導体チップを検査するために必要なプローブおよび配線などが配置される、平面視円形の配線ユニット3が設けられている。配線ユニット3には、平面視略正方形の検査部4が形成されている。検査部4は、たとえば、5×5の格子窓状に区画されている。検査部4において区画された各格子窓部分は、半導体チップ1チップに対応する単位セル5をなしており、それぞれ平面視正方形に形成されている。
図2は、図1に示す2点鎖線円で囲まれる部分の拡大図である。
各単位セル5には、プローブ6が設けられている。プローブ6は、半導体チップ1チップ(たとえば、後述する各半導体チップ53)の外部端子(たとえば、後述する電極パッド54)と同数を1組として設けられ、単位セル5の各辺において、検査対象である半導体チップの外部端子のピッチに適合するピッチで配列されている。
図3は、図2に示す単位セルをIII−IIIで示される切断線で切断したときの断面図である。
シリコン基板2の一方面2Aおよび他方面2Bには、酸化シリコンからなる酸化膜7および酸化膜8がそれぞれ形成されている。
酸化膜7上には、下地配線9が選択的に形成されている。下地配線9は、たとえば、アルミニウムからなる。
下地配線9には、プローブ6が接続されている。プローブ6は、下地配線9からシリコン基板2の一方面2Aに対して垂直上方へ延びる第1垂直部10と、第1垂直部10の上端とほぼ同一平面上に位置する下端を有し、シリコン基板2の一方面2Aに対して垂直上方へ延びる第2垂直部11と、シリコン基板2の一方面2Aと平行をなして単位セル5の内外に跨り、第1垂直部10の上端と第2垂直部11の下端とを連接する連接部12とが一体的に有している。これにより、プローブ6は、酸化膜7の表面から浮いた状態のクランク形状に形成されている。
また、プローブ6は、めっき法により形成可能な金属からなり、たとえば、ニッケル、ニッケル合金(たとえば、ニッケル−マンガン合金など)などからなる。プローブ6が上記のような金属からなり、さらにクランク形状であることにより、プローブ6に適当なばね特性を付与することができる。このようなばね特性により、プローブ6を外部端子に良好に接触させることができ、また、プローブ6の接触による外部端子の損傷を抑制することができる。
プローブ6の第1垂直部10における単位セル5の外側に臨む一方側面は、シード膜13により覆われている。また、第1垂直部10における他方側面(単位セル5の内側に臨む面)および連接部12におけるシリコン基板2との対向面は、シード膜13により覆われている。シード膜13は、プローブ6をめっき成長させるときの下地膜であり、たとえば、Ti/Cu積層膜、TiW/Au積層膜などからなる。
また、プローブカード1には、酸化膜8の表面におけるシリコン基板2を介して下地配線9に対向する部分から、シリコン基板2および酸化膜7を貫通する貫通孔15が形成されている。
貫通孔15には、貫通電極16が埋設されている。これにより、貫通電極16は、下地配線9を介してプローブ6に電気的に接続されることとなる。貫通電極16は、めっき法により形成可能であって、配線材料として適した低抵抗の金属からなり、たとえば、銅、チタン/窒化チタン/アルミニウム−銅合金(Ti/TiN/Al−Cu)などからなる。
貫通電極16と貫通孔15の内面との間には、シード膜17が全域にわたって介在されている。シード膜17は、貫通電極16をめっき成長させるときの下地膜であり、たとえば、Ti/Cu積層膜、TiW/Au積層膜などからなる。
酸化膜8上には、貫通電極16に電気的に接続され、酸化膜8上に引き回された引き回し配線18が所定パターンで形成されている。引き回し配線18は、めっき法により形成可能であって、配線材料として適した低抵抗の金属からなり、たとえば、銅、チタン/窒化チタン/アルミニウム−銅合金(Ti/TiN/Al−Cu)などからなる。
引き回し配線18と酸化膜8との間には、シード膜19が介在されている。シード膜19は、引き回し配線18をめっき成長させるときの下地膜であり、たとえば、Ti/Cu積層膜、TiW/Au積層膜などからなる。
図4A〜図4Qは、図1に示すプローブカードの製造方法を工程順に示す模式的な断面図であって、図3と同一切断面における断面図である。
プローブカード1を製造するには、図4Aに示すように、熱酸化処理により、シリコン基板2の一方面2Aおよび他方面2Bに、酸化膜7および酸化膜8がそれぞれ形成される。次いで、スパッタ法により、酸化膜7上に、下地配線9の材料であるアルミニウム膜20が成膜される。
次いで、図4Bに示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、アルミニウム膜20がパターニングされる。これにより、酸化膜7上に、下地配線9が形成される。
次いで、図4Cに示すように、酸化膜7上に犠牲膜21が塗布される。犠牲膜21は、金属材料のスパッタに耐えることのできる絶縁材料であって、たとえば、ポリイミド、Low−k材料(たとえば、SiOC)などからなる。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、犠牲膜21が、プローブ6の第1垂直部10のパターンにパターニングされる。これにより、犠牲膜21に、下地配線9を部分的に露出させる、第1垂直部10と同パターンの開口22が形成される。
次いで、図4Dに示すように、スパッタ法により、開口22の内面および犠牲膜21の表面全域に、シード膜13が成膜される。
シード膜13の成膜後、図4Eに示すように、開口22内に、プローブ6の材料がめっき成長させられる。めっき成長は、当該材料が開口22を埋め尽くすまで続けられる。これにより、開口22内にプローブ6の第1垂直部10が形成される。
次いで、図4Fに示すように、シード膜13上に犠牲膜23が塗布される。犠牲膜23は、たとえば、犠牲膜21と同様の材料からなる。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、犠牲膜23が、プローブ6の連接部12のパターンにパターニングされる。これにより、犠牲膜23に、シード膜13を部分的に露出させる、連接部12と同パターンのプローブ溝24が形成される。
次いで、図4Gに示すように、プローブ溝24内に、プローブ6の材料がめっき成長させられる。めっき成長は、当該材料がプローブ溝24を埋め尽くすまで続けられる。これにより、プローブ溝24内にプローブ6の連接部12が形成される。
次いで、図4Hに示すように、犠牲膜21上に犠牲膜25が塗布される。犠牲膜25は、たとえば、犠牲膜21と同様の材料からなる。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、犠牲膜25が、プローブ6の第2垂直部11のパターンにパターニングされる。これにより、犠牲膜25に、連接部12を部分的に露出させる、第2垂直部11と同パターンの開口26が形成される。
次いで、図4Iに示すように、連接部12から、プローブ6の材料がめっき成長させられる。めっき成長は、当該材料が開口26から犠牲膜25の上方へ突出するまで続けられる。これにより、開口26から犠牲膜25の上方へ突出するプローブ6の第2垂直部11が形成される。
次いで、図4Jに示すように、犠牲膜25の表面全域に保護膜27が塗布される。保護膜27は、たとえば、犠牲膜21と同様の材料からなり、犠牲膜25から突出する第2垂直部11全体を被覆する厚さで形成される。これにより、シリコン基板2の一方面2A側が保護膜27により保護される。
次いで、図4Kに示すように、酸化膜8上にマスク28が塗布される。マスク28の材料としては、公知のフォトレジストなど、半導体装置の製造工程におけるパターニング材料が適用される。続いて、このマスク28が貫通孔15のパターンにパターニングされる。これにより、マスク28におけるシリコン基板2を介して下地配線9に対向する位置に、貫通孔15と同パターンの開口29が形成される。そして、この開口29を介して酸化膜8、シリコン基板2および酸化膜7がドライエッチングされる。こうして、酸化膜8の表面からシリコン基板2および酸化膜7を貫通し、下地配線9の裏面に達する貫通孔15が形成される。貫通孔15の形成後、アッシングにより、マスク28が除去される。
次いで、図4Lに示すように、スパッタ法により、貫通孔15の内面全域にシード膜17が成膜されるとともに、酸化膜8の表面全域にシード膜19が成膜される。
シード膜17およびシード膜19の成膜後、図4Mに示すように、貫通孔15内に、貫通電極16の材料がめっき成長させられる。めっき成長は、当該材料が貫通孔15を埋め尽くすまで続けられる。これにより、貫通孔15内に埋設された貫通電極16が得られる。貫通孔15を埋め尽くす貫通電極16は、下地配線9を介してプローブ6に電気的に接続されることとなる。
次いで、図4Nに示すように、シード膜19上にマスク30が塗布される。マスク30の材料としては、たとえば、マスク28と同様のものが適用される。続いて、このマスク30が、引き回し配線18のパターンにパターニングされる。これにより、マスク30に、シード膜19を部分的に露出させる、引き回し配線18と同パターンの配線溝31が形成される。次いで、配線溝31内に、引き回し配線18の材料がめっき成長させられる。めっき成長は、当該材料が配線溝31を埋め尽くすまで続けられる。これにより、配線溝31内に引き回し配線18が形成される。
引き回し配線18の形成後、図4Oに示すように、アッシングにより、マスク30が除去される。続いて、シード膜13上の犠牲膜23、犠牲膜25および保護膜27が、ウェットエッチングにより一括して除去される。
次いで、図4Pに示すように、プローブ6よりもシード膜13に対するエッチングレートの大きいエッチング液を用いたウェットエッチングにより、シード膜13におけるプローブ6から露出する部分が除去される。つまり、プローブ6の連接部12により覆われているシード膜13は、ウェットエッチング後も残存することとなる。また、引き回し配線18よりもシード膜19に対するエッチングレートの大きいエッチング液を用いたウェットエッチングにより、シード膜19における引き回し配線18から露出する部分が除去される。つまり、引き回し配線18により覆われているシード膜19は、ウェットエッチング後も残存することとなる。
次いで、図4Qに示すように、アッシングやウェットエッチングにより、犠牲膜21が除去される。これにより、プローブ6が酸化膜7の表面から浮いた状態になるとともに、プローブ6と酸化膜7との間に、所定の間隔の空隙が形成される。
以上の工程を経て、図1に示すプローブカード1が得られる。なお、プローブカード1の製造工程では、図4A〜図4Qで示された工程以外にも、プローブカード1に備えられるその他の部材を形成する工程が実行されるが、ここでは省略している。
以上のように、上記の方法によれば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、犠牲膜21、犠牲膜23および犠牲膜25に、開口22、プローブ溝24および開口26がそれぞれ形成される(図4C,F、H参照)。また、めっき法により、開口22、プローブ溝24および開口26に、第1垂直部10、連接部12および第2垂直部11がそれぞれ形成される(図4E,G,I参照)。これにより、シリコン基板2の一方面2A側にプローブ6が形成される(図4I参照)。
また、シリコン基板2には、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、貫通孔15が形成される(図4K参照)。そして、この貫通孔15には、めっき法により、プローブ6と導通可能に接続される貫通電極16が形成される(図4M参照)。
そして、シリコン基板2の他方面2B側においては、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、マスク30に配線溝31が形成される。また、めっき法により、配線溝31に、貫通電極16と導通可能に接続される引き回し配線18が形成される(図4N参照)。
たとえば、熟練工によるプローブカードの作製工程では、プローブカードの基体をなすセラミックス基板の一方面に、多数の非常に細いプローブがピンセットなどを用いて配置される。このプローブは、セラミックス基板の略中央部に開けられた大きな1つの開口を介して、セラミックス基板の他方面側に引き回される。そして、引き回されたプローブは、セラミックス基板の他方面に別に形成された配線に、手作業で接続される。そして、このような複雑な作業をプローブ1本1本に対して行なわなければならないため、プローブカードの作製に長時間および高コストが必要となる。
これに対し、上記の方法では、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術およびめっき法という半導体装置の製造工程に採用される技術を利用して、プローブ6、貫通電極16および引き回し配線18が導通可能に形成される。つまり、半導体装置の製造工程に採用される技術を利用して、1本のプローブ6と引き回し配線18とを1つの貫通電極16を介して接続することができる。そのため、プローブ1本あたりの接続時間を短縮することができる。したがって、プローブカード1の製造時間を従来よりも増加させることなく、より多くのプローブ6と引き回し配線18とを接続することができる。その結果、複数の半導体チップを一括して検査可能なプローブカード1を、低コストかつ簡単に製造することができる。
また、めっき法のように単純な工程により、プローブ6、貫通電極16および引き回し配線18が形成されるので、プローブカード1をより低コストかつ簡単に製造することができる。また、プローブ6、貫通電極16および引き回し配線18を同じめっき装置を利用して形成することができるので、設備コストの増加を抑制することもできる。
また、犠牲膜21、犠牲膜23および犠牲膜25を3段に積層し、これらの積層に合わせて第1垂直部10、連接部12および第2垂直部11を形成してプローブを形成し、その後、3段の犠牲膜21,23,25全てを除去することによって、プローブ6と酸化膜7との間に空隙を簡単に形成することができる。
また、プローブ6の形成後引き回し配線18の形成完了まで、犠牲膜25から突出する第2垂直部11全体が保護膜27により被覆される。これにより、接触による衝撃から第2垂直部11を保護することができる。そのため、保護膜27形成後の工程(リソグラフィ工程、エッチング工程など)において、各装置のウエハステージに、シリコン基板2の一方面2A側を下に向けた姿勢で設置することができる。その結果、保護膜27形成後の作業性を向上させることができる。
上記の方法によって得られるプローブカード1では、検査部4が5×5の格子窓状に区画され、その各単位セル5に、半導体チップ1チップの外部端子と同数のプローブ6が1組として設けられている。そのため、複数の半導体チップ(この実施形態では、25チップ)を一括して検査することができる。そのため、検査におけるスループットを向上させることができる。その結果、半導体チップの検査に要する時間を短縮することができる。
そして、上記のプローブカード1は、たとえば、本発明の半導体装置の製造に用いることができる。
図5A〜図5Dは、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置を製造するには、たとえば、図5Aに示すように、円盤状の半導体ウエハ52に、平面視正方形の複数の半導体チップ53が格子状に区画されるように形成される。図5Aおよび図5Bでは、互いに隣接する半導体チップ53の境界を破線で表している。
次いで、各半導体チップ53に配線(図示せず)が形成され、表面保護膜(図示せず)が形成された後、最表層の配線が電気接続のため電極パッド54として露出するように、表面保護膜に開口が形成される。電極パッド54は、半導体チップ53の各辺に沿って等ピッチに配置される。
次いで、図5Bに示すように、上記プローブカード1を用いて半導体チップ53の電気特性が検査される。検査では、1つの単位セル5と1つの半導体チップ53とが1対1で適合するように、プローブカード1の全ての単位セル5に半導体チップ53が位置合わせされる。その状態から、1組のプローブ6と各半導体チップ53の電極パッド54とを接触させ、複数の半導体チップ53の電極パッド54に一括して電気信号が入力される。そして、たとえば、その入力信号に応じて電極パッド54から出力される電気信号がプローブ装置で読み取られ、その信号波形と予めプローブ装置に記憶されている期待値とが比較される。この比較により、検査された複数の半導体チップ53の電気特性についての良否が一工程で判別される。
次いで、図5Cに示すように、たとえば、ダイシングソーを用いて、半導体ウエハ52が各半導体チップ53のサイズに切断されることにより、半導体チップ53の個片が得られる。
その後は、各半導体チップ53が、ボンディング剤55を用いてリードフレームの各ダイパッド56にダイボンディングされ、各電極パッド54とリードフレームの各リード57とがボンディングワイヤ58で接続される。そして、リードフレームが成形金型にセットされ、全ての半導体チップ53がリードフレームとともに、樹脂パッケージ59により一括して封止される。最後に、ダイシングソーを用いて、リードフレームが樹脂パッケージ59とともに各半導体装置51のサイズに切断されることにより、半導体装置51の個片が得られる。
以上のように、上記の製造方法によれば、上記したプローブカード1を用いて、複数の半導体チップ53の電気特性が一括して(一工程で)検査されるので、検査におけるスループットを向上させることができる。その結果、半導体チップ53の検査に要する時間を短縮することができ、半導体装置51の製造効率を向上させることができる。
図6は、本発明の一実施形態に係るプローブを示す模式的な平面図である。図7Aは、図6に示すプローブをVIIA−VIIAで示す切断線で切断したときの模式的な断面図である。図7Bは、図6に示すプローブをVIIB−VIIBで示す切断線で切断したときの模式的な断面図である。
プローブ61は、半導体チップ(半導体装置)の電気特性を検査するためにプローブカードに取り付けられるカンチレバー型プローブであって、複数を1組として外枠62に取り囲まれている。各プローブ61と外枠62との間には、連結部63が架設されている。各プローブ61は、連結部63を介して外枠62により支持されている。
プローブ61、外枠62および連結部63は、一体的に形成され、その各部は、相対的に厚さの小さい下層64のみからなるか、または下層64および下層64上に選択的に形成された相対的に厚さの大きい上層65からなる。
下層64および上層65は、めっき法により形成可能な金属からなり、たとえば、ニッケル、ニッケル合金(たとえば、ニッケル−マンガン合金など)などからなる。また、下層64の厚さTは、たとえば、3〜15μm、好ましくは、8〜12μmである。一方、上層65の厚さTは、たとえば、30〜140μm、好ましくは、45〜55μmである。そして、下層64の厚さおよび上層65の厚さを合わせた総厚さT+Tは、たとえば、33〜155μmであり、好ましくは、53〜67μmである。
プローブ61は、プローブカードへの取り付けのための取付部66と、半導体チップを検査するための針部67とを一体的に備えている。
取付部66は、その全体が下層64および上層65からなり、全体的に一様な厚さで形成されている。取付部66は、長方形平板状の本体部68と、プローブカードの配線に接続される長方形平板状の2つのプラグ69とを一体的に備えている。
2つのプラグ69は、本体部68の長さ方向において互いに間隔を空けて、本体部68の幅方向一方面に対して垂直に延びている。
針部67は、半導体チップの外部端子に接触する略正方形平板状の先端部70と、取付部66の本体部68に接続され、先端部70を支持するための長方形平板状の支持部71とを一体的に備えている。
支持部71は、その全体が下層64および上層65からなり、全体的に一様な厚さで形成されている。支持部71は、本体部68の幅方向他方面(プラグ69が設けられている側と反対側の面)における一端部(図6における左側端部)に接続されている。支持部71は、本体部68の幅方向他方面に対して鈍角(たとえば、α=14°)をなす方向に延びている。
また、支持部71の幅Wは、たとえば、100〜400μmである。支持部71が下層64および上層65からなり、さらに支持部71の幅Wが上記範囲であることにより、支持部71に適当なばね特性を付与することができる。このようなばね特性により、先端部70を外部端子に良好に接触させることができ、また、先端部70の接触による外部端子の損傷を抑制することができる。
先端部70は、その全体が下層64からなり、支持部71の先端から本体部68に対するプラグ69の延出方向の反対側に突出している。
すなわち、針部67では、支持部71および先端部70のうち、選択的に支持部71のみに上層65が形成されている。
外枠62は、その全体が下層64および上層65からなり、間隔を空けてプローブ61を取り囲む略長方形環状に形成されている。
連結部63は、その全体が下層64からなり、長方形平板状に形成されている。連結部63は、1つのプローブ61に対して2つ1組として設けられている。1組の連結部63は、プローブ61を介して対向する外枠62の両長辺に1本ずつ接続されている。1組の連結部63は、いずれも外枠62の辺に対して垂直方向に延び、一方の連結部63がプローブ61の支持部71に接続され、他方の連結部63がプローブ61の本体部68に接続されている。
図8A〜図8Fは、図6に示すプローブの形成方法を工程順に示す模式的な断面図である。なお、図8A〜図8Fにおいて、左側に配置される図が図7Aと同一切断面における断面図であり、右側に配置される図が図7Bと同一切断面における断面図である。
図6および図7A,Bに示すプローブを形成するには、まず、図8Aに示すように、たとえば、スパッタ法により、半導体基板としてのシリコン基板72の表面全域に、めっき下地層73が成膜される。めっき下地層73は、下層64および上層65の材料とは異なる金属材料からなる膜であり、たとえば、Ti/Cu積層膜、TiW/Au積層膜などからなる。
次いで、図8Bに示すように、プローブ61、外枠62および連結部63を形成すべき領域に開口を有するレジストマスク74が形成される。そして、たとえば、電解めっき法により、下層64の材料が、レジストマスク74の露出部分からめっき成長させられる。これにより、図8Bに示すように、めっき下地層73上に、第1めっき層としての下層64が選択的に形成される。なお、めっき下地層73における下層64の形成されなかった部分は、下層64から露出することとなる。下層64の形成後、図8Cに示すように、レジストマスク74が除去される。
続いて、図8Dに示すように、下層64から露出するめっき下地層73および下層64における連結部63および先端部70を形成すべき領域を被覆するレジストマスク75が形成される。そして、たとえば、電解めっき法により、上層65の材料が、レジストマスク75の露出部分からめっき成長させられる。これにより、図8Dに示すように、下層64上に、第2めっき層としての上層65が選択的に形成される。こうして、シリコン基板72上には、下層64および上層65からなる各部(外枠62、取付部66および支持部71)、および下層64からなる各部(連結部63および先端部70)が選択的に形成される。その後、図8Eに示すように、レジストマスク75が除去される。
次いで、図8Fに示すように、たとえば、下層64および上層65がほぼエッチングされず、めっき下地層73に対するエッチングレートの大きいエッチング液(たとえば、アンモニア水など)を用いたウェットエッチングにより、めっき下地層73がエッチング除去される。これにより、下層64および上層65からなる構造物がシリコン基板72から分離(リフトオフ)される。そして、連結部63におけるプローブ61との接続部分を切断することにより、外枠62から分離されたプローブ61が得られる。
上記のようにして得られるプローブ61は、たとえば、図9に示すプローブカード76に取り付けられる。
図9Aは、図6に示すプローブが取り付けられたプローブカードの模式的な平面図である。図9Bは、図6に示すプローブが取り付けられたプローブカードの模式的な側面図である。
プローブカード76は、半導体ウエハ上に形成された半導体チップの電気特性を1チップずつ検査するための機器であって、円盤状のセラミックス基板77を備えている。
セラミックス基板77には、プローブ61が取り付けられる配線ユニット78と、プローブカード76とプローバ装置(図示せず)とを接続するための接続ユニット79とが設けられている。
配線ユニット78は、セラミックス基板77の中央部に設けられ、セラミックス基板77と中心を共有する円盤状に形成されている。配線ユニット78は、セラミックス基板77よりも大きい厚さを有し、セラミックス基板77の一方面および他方面それぞれから張り出している。配線ユニット78の略中央部には、配線ユニット78の一方側から他方側を貫通する平面視長方形状の貫通孔80が形成されている。
配線ユニット78の一方側(プローブ装置への取付側)には、後述する配線84が接続される多数の配線受け81が形成されている。多数の配線受け81は、たとえば、検査対象である半導体チップの外部端子と同数設けられ、貫通孔80の外周に沿うように長方形環状に並べて配置されている。
また、配線ユニット78の他方側(半導体チップの検査側)には、プローブ61を接続するためのプラグ受け82が設けられている。プラグ受け82は、プローブ61のプラグ69と嵌合可能な形状に形成され、各配線受け81に対向する位置に1つずつ設けられている。つまり、配線ユニット78の他方側には、配線受け81と同数のプラグ受け82が、貫通孔80の外周に沿うように、長方形環状に並べて配置されている。プラグ受け82は、配線ユニット78内で配線受け81に電気的に接続されている。
そして、プローブ61の針部67が配線ユニット78の内側へ向くように各プラグ受け82にプラグ69を挿着することにより、プローブ61は、本体部68におけるプラグ69側の長辺が配線ユニット78の他方面に対して垂直に当接された姿勢で、配線ユニット78に取り付けられる。これにより、全プラグ受け82に取り付けられた多数のプローブ61は、互いに隣接するプローブ61の先端部70同士が厚さ方向に対向し、全体として貫通孔80の周方向に沿って並べて配置される。すなわち、プローブカード76において、互いに隣接する先端部70の対向方向における間隔がプローブ61のピッチとなる。そして、プラグ受け82に取り付けられたプローブ61は、配線84を介して、接続ユニット79に電気的に接続される。
接続ユニット79は、プローバ装置(図示せず)との接続のための接続端子83と、配線受け81に接続される配線84と、接続端子83と配線84との接続を中継する中継配線85とを有している。
接続端子83は、セラミックス基板77の厚さ方向外側に尖る針状をなし、セラミックス基板77の外周縁部において、セラミックス基板77の全周にわたって多数(プラグ受け82と同数)設けられている。なお、図9A,Bでは、多数の接続端子83のうち、一部のみを表している(配線84および中継配線85についても同様)。
中継配線85は、セラミックス基板77上において、接続端子83からセラミックス基板77の中心方向に延び、その先端部に配線84が接続されている。
そして、プローブカード76を用いて半導体チップの電気特性を検査するには、たとえば、まず、半導体ウエハ上の1つの半導体チップ上にプローブカード76が位置合わせされ、半導体チップにおける1つの外部端子に1つのプローブ61が対応するように、全外部端子にプローブ61が接触させられる。次いで、半導体チップの入力端子にプローバ装置から電気信号が入力される。そして、その入力信号に応じて半導体チップの出力端子から出力される電気信号がプローブ装置で読み取られ、その信号波形と予めプローブ装置に記憶されている期待値とが比較される。この比較により、検査されたチップの電気特性についての良否が判別される。
以上のように、プローブ61では、半導体チップを検査するための針部67において、半導体チップの外部端子に接触する先端部70が、相対的に厚さの小さい(たとえば、3〜15μm)下層64からなる。また、先端部70を支持するための支持部が、下層64および相対的に厚さの大きい(たとえば、30〜140μm)上層65からなる。そのため、半導体チップの外部端子のピッチに合わせてプローブ61のピッチ(互いに隣接する先端部70の間隔)を狭くしても、下層64の厚さを適当な厚さに設計しておけば、隣接するプローブ61同士の接触を防止することができる。よって、上記の方法により、半導体チップの外部端子の狭ピッチ化に対応可能なプローブ61を形成することができる。その結果、上記の方法により形成されたプローブ61を用いて、半導体チップの電気特性を、精度よく検査することができる。
さらに、相対的に厚さの小さい先端部70が、プローブ61の形成過程において、めっき法により形成される。そのため、プローブ61作製後に先端部70を研磨するなどして加工する必要がない。したがって、相対的に厚さの小さい先端部70を有するプローブ61を、手間なく容易に形成することができる。
また、上記の方法では、プローブ61を取り囲む外枠62、および外枠62とプローブ61とを連結する連結部63が形成される。プローブ61が連結部63を介して外枠62に支持されるので、リフトオフ工程において外枠62をシリコン基板72から分離することにより、それにともなってプローブ61をシリコン基板72から容易に分離することができる。
さらに、外枠62が下層64および上層65からなり、連結部63が下層64からなる。したがって、外枠62および連結部63を、下層64および上層65からなるプローブ61と同じ工程により形成することができる。また、連結部63が相対的に厚さの小さい下層64からなることから、外枠62(プローブ61)とシリコン基板72との分離後、連結部63におけるプローブ61との接続部分を容易に切断することができる。
また、下層64がめっき下地層73と異なる金属材料を用いて形成されるため、下層64とめっき下地層73とのエッチングレートの差を利用したリフトオフ法により、下層64および上層65からなる構造物をシリコン基板72から容易に分離することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、検査部4の区画数は、適宜変更することが可能である。区画数を増加させることにより、たとえば、1ウエハ上の半導体チップ全部(たとえば、100000チップ程度)や、1枚のレチクルによるパターニング1ショット単位分(たとえば、1000チップ程度)のチップを一括して検査することもできる。
また、単位セル5の配置形態は、格子窓状に限定されない。たとえば、複数の単位セル5は、各列における各単位セル5と、当該列に隣接する列の各単位セル5とが交互に配置される千鳥状に配置されていてもよい。
また、たとえば、前述の実施形態では、プローブカード1を用いて製造される半導体装置51のパッケージタイプとして、QFNタイプの半導体装置を取り上げたが、本発明の半導体装置の製造方法は、SON(Small Outlined Non-leaded Package)、QFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Outline Package)などといった他の種類のパッケージタイプの半導体装置の製法に適用することもできる。
また、たとえば、上記プローブの形成方法の実施形態では、本発明のプローブの一例としてカンチレバー型プローブを取り上げたが、本発明のプローブの形成方法は、垂直型プローブに適用することもできる。
また、外枠62および連結部63は、形成されなくてもよい。また、上記実施形態のように外枠62および連結部63が形成される場合、外枠62は、下層64のみからなっていてもよい。
また、下層64および上層65、ならびにめっき下地層73の材料については、上記例示した金属以外に、適当な金属を用いることができる。
本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の精神および範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
本出願は、2008年9月30日に日本国特許庁に提出された特願2008−253083号および2008年9月30日に日本国特許庁に提出された特願2008−253700号に対応しており、これらの出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
1・・・プローブカード、2・・・シリコン基板、6・・・プローブ、15・・・貫通孔、16・・・貫通電極、18・・・引き回し配線、2A・・・(シリコン基板の)一方面、2B・・・(シリコン基板の)他方面、51・・・半導体装置、52・・・半導体ウエハ、53・・・半導体チップ、54・・・電極パッド、61・・・プローブ、62・・・外枠、63・・・連結部、64・・・下層、65・・・上層、70・・・先端部、71・・・支持部、72・・・シリコン基板、73・・・めっき下地層、75・・・レジストマスク

Claims (7)

  1. 複数の半導体装置の電気特性を一括して検査するためのプローブカードの製造方法であって、
    前記プローブカードの基体をなすボードの一方面側に、半導体装置の外部端子に接触される複数のプローブを形成する工程と、
    フォトリソグラフィおよびエッチングにより、前記ボードに、前記ボードの他方面から各前記プローブに達する複数の貫通孔を形成する工程と、
    各前記貫通孔に、前記プローブと導通可能に接続される貫通電極を形成する工程と、
    前記ボードの前記他方面側に、前記貫通電極と導通可能に接続される配線を形成する工程とを含む、プローブカードの製造方法。
  2. 前記プローブ、前記貫通電極および前記配線が、めっき法により形成される、請求項1に記載のプローブカードの製造方法。
  3. シリコン系ボードと、
    前記シリコン系ボードの一方面側に形成され、半導体装置の外部端子に接触される複数のプローブと、
    各前記プローブに対応して形成され、前記シリコン系ボードの前記一方面とその反対側の他方面との間を貫通する複数の貫通孔と、
    前記貫通孔に埋設され、前記プローブと導通可能に接続される貫通電極と、
    前記シリコン系ボードの前記他方面側に形成され、前記貫通電極と導通可能に接続される配線とを含み、
    前記プローブが、所定のパターンで配置された複数を1組として、複数組設けられている、プローブカード。
  4. 半導体ウエハに、電気接続のための外部端子を複数有する半導体チップを複数形成する工程と、
    プローブカードを用いて、前記半導体チップの電気特性を検査する工程と、
    検査後、前記半導体ウエハを、各前記半導体チップに分割する工程とを含み、
    前記プローブカードは、
    シリコン系ボードと、
    前記シリコン系ボードの一方面側に形成され、半導体チップの外部端子に接触される複数のプローブと、
    各前記プローブに対応して形成され、前記シリコン系ボードの前記一方面とその反対側の他方面との間を貫通する複数の貫通孔と、
    前記貫通孔に埋設され、前記プローブと導通可能に接続される貫通電極と、
    前記シリコン系ボードの前記他方面側に形成され、前記貫通電極と導通可能に接続される配線とを含み、
    前記プローブが、所定のパターンで配置された複数を1組として、複数組設けられており、
    前記検査では、1組の前記プローブと1つの前記半導体チップの前記外部端子とを接触させ、各前記外部端子に電気信号を入力することにより、複数の前記半導体チップの電気特性を一括して検査する、半導体装置の製造方法。
  5. 半導体装置の外部端子に接触する相対的に厚さの小さい先端部およびこの先端部を支持する相対的に厚さの大きい支持部を有し、半導体装置の電気特性を検査するために用いられるプローブの形成方法であって、
    半導体基板の表面に、金属材料からなるめっき下地層を形成する工程と、
    めっき法により、前記めっき下地層上に、前記先端部と同じ厚さの第1めっき層を選択的に形成する工程と、
    前記第1めっき層における所定部分を被覆するマスクを形成する工程と、
    めっき法により、前記第1めっき層における前記マスクから露出する部分上に、前記支持部の厚さから前記先端部の厚さを差し引いた厚さの第2めっき層を形成する工程とを含む、プローブの形成方法。
  6. 前記プローブとともに、前記プローブを取り囲む外枠、およびこの外枠と前記プローブとを連結する連結部が形成され、
    前記外枠は、前記第1めっき層および前記第2めっき層からなり、
    前記連結部は、前記第1めっき層からなる、請求項5に記載のプローブの形成方法。
  7. 前記第1めっき層を形成する工程が、前記めっき下地層と異なる金属材料を用いて前記第1めっき層を形成する工程である、請求項5または6に記載のプローブの形成方法。
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