半導体装置の製造方法
【課題】ウエハの電気特性検査時にプローブ針の先端に付着する異物に起因する検査精度の低下を抑制する。
【解決手段】ウエハの電気特性検査工程で使用するプローブカード１５Ａは、配線基板３０と、配線基板３０に取り付けられた金属製のプローブ針固定部３１と、プローブ針固定部３１に接合された複数のプローブ針３３とを有している。プローブ針固定部３１には、冷却管２４が挿通されており、この冷却管２４内を流れる冷却液Ｃによって、プローブ針固定部３１に接合されたプローブ針３３が冷却されるようになっている。
【解決手段】ウエハの電気特性検査工程で使用するプローブカード１５Ａは、配線基板３０と、配線基板３０に取り付けられた金属製のプローブ針固定部３１と、プローブ針固定部３１に接合された複数のプローブ針３３とを有している。プローブ針固定部３１には、冷却管２４が挿通されており、この冷却管２４内を流れる冷却液Ｃによって、プローブ針固定部３１に接合されたプローブ針３３が冷却されるようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、前工程（ウエハプロセス）の最終工程で行う電気特性検査（ウエハプローブテスト）に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（ＬＳＩ、ＩＣ等）の製造工程は、単結晶シリコン（Ｓｉ）等からなる半導体ウエハ（以下、単にウエハという）の主面（集積回路形成面）にフォトリソグラフィー技術、成膜（ＣＶＤ、スパッタリング等）技術、エッチング技術等を組み合わせて集積回路を形成する前工程（ウエハプロセス）と、この前工程が終了したウエハをダイシングして複数の半導体チップに個片化した後、個片化された個々の半導体チップを樹脂等で封止する後工程（パッケージングプロセス）とに大別される。
【０００３】
上記した前工程では、通常、その最終工程でウエハプローブテストとも呼ばれる電気特性検査が行われる。この電気特性検査は、ウエハの主面に形成された多数の電極パッド（ボンディングパッド）の表面にプローブ針と呼ばれる金属製の探針を接触させ、集積回路を構成する素子の良否や素子間を接続する配線の導通・非導通等を調べることによって、個々の半導体チップの良・不良を判定する工程である。
【０００４】
電気特性検査工程で使用するウエハ検査装置は、プローブカード、テストヘッド、被検査対象であるウエハを載置するウエハステージ等を含む試料測定系や、ウエハを試料測定系に１枚ずつ搬送する搬送系等を有している。このうち、プローブカードは、前述したプローブ針と、プローブ針の支持板を兼ねた配線基板等で構成されている。プローブカードに取り付けられるプローブ針としては、プローブカードに片持ち方式で固定され、プローブカードの下面から斜め下方に延びるカンチレバー方式のプローブ針が代表的なものである。
【０００５】
カンチレバー方式のプローブ針を使って電気特性検査を行う際には、ウエハの主面に露出した電極パッドの表面に自然酸化膜が生じていたり、汚染物質が付着していると正しい測定を行うことができない。そこで、プローブ針を電極パッドの表面に接触させる際には、プローブ針を摺動させて電極パッド表面の自然酸化膜を破り、清浄な金属面を露出させるワイピング作業が行われる。
【０００６】
近年、ウエハに形成される電極パッド数の増加（多ピン化）、隣接する電極パッド間距離の縮小（狭ピッチ化）、電極パッド面積の縮小等に伴い、上記したカンチレバー方式では、プローブ針の細線化に限界が生じている。
【０００７】
そこで、カンチレバー方式の欠点を補うために、薄い絶縁シートに複数の配線を形成し、これらの配線のそれぞれの一端に電極パッドと接触する金属製のバンプを形成した、いわゆる薄膜シート方式のプローブカードが開発され、電気特性検査工程での利用が進められている。また、薄膜シート方式のプローブカードは、電源／ＧＮＤ用の幅広配線をバンプの近傍に形成できるので、高周波デバイスの電気特性検査にも応用可能である。
【０００８】
上記したカンチレバー方式のプローブカードや、薄膜シート方式のプローブカードを使用したウエハの電気特性検査は、ウエハを高温に加熱した状態で行う高温テストと、ウエハを低温に冷却した状態で行う低温テストを含んでいる。高温テストは、ウエハを室温よりも高い温度に加熱して行うテストであり、このときのウエハ温度は、一般に７０℃〜１００℃程度である。また、車載用ＩＣ等の場合は、ウエハを１４０℃〜１５０℃まで加熱した状態で高温テストを行う場合もある。他方、低温テストは、ウエハを室温よりも低い温度に冷却して行うテストであり、このときのウエハ温度は、一般に−２０℃〜−４０℃程度である。
【０００９】
上記した高温テストを行う際には、高温状態にあるウエハからプローブ針を通じてプローブカードの配線基板に熱が伝わるため、配線基板の熱変形（反り）や、プローブ針先端と電極パッドとの位置ずれ等が問題となる。
【００１０】
特許文献１（特開２０００−２４１４５４号公報）に記載された高温テスト用プローブカードは、配線基板と、この配線基板に取り付けられたプローブ針固定用の補強板およびセラミック板とを備えており、補強板には冷却回路が設けられている。ウエハの高温テスト時には、この冷却回路によって補強板が冷却され、補強板に接するセラミック板の温度が下がる。これにより、プローブ針をセラミック板に固定している樹脂の変形が抑制されるので、ウエハからプローブ針に伝わる熱に起因する配線基板の熱変形やプローブ針先端の位置変動が抑制される。
【００１１】
特許文献２（特開平１１−０２６５２３号公報）に記載されたウエハ検査装置のテストヘッドには、プローブカードの表面に冷却ガス（例えば乾燥空気）を吹きつけるガス供給系が取り付けられている。ウエハの高温テスト時には、ウエハからプローブ針を介して配線基板に伝わる熱がこの冷却ガスによって放散するので、配線基板の熱変形が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−２４１４５４号公報
【特許文献２】特開平１１−０２６５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明者は、電気特性検査（ウエハプローブテスト）工程で生じた不良の推移を調査する過程で、プローブ針と電極パッドとの接触に起因する歩留まり（検査精度）の低下が特に高温テスト時に発生し易いという現象を見出した。
【００１４】
そこで、ウエハを高温にした時と低温にした時におけるプローブ針と電極パッドとの接触回数によるコンタクト抵抗の推移を調査したところ、図１６に示すように、高温（ウエハ温度＝９５℃）時のコンタクト抵抗が低温（ウエハ温度＝−３０℃）時のコンタクト抵抗に比べて高くなるという結果を得た。
【００１５】
また、コンタクト抵抗が増加したプローブ針を観察し、その先端に付着している異物の成分を分析したところ、Ａｌ（アルミニウム）とＯ（酸素）が検出されたため、この異物はＡｌ酸化物であると推定された。これは、電極パッドの材料であるＡｌがプローブ針の先端に付着し、さらに酸化することによって生じたものと考えられる。そして、このＡｌ酸化物は絶縁物であることから、これがプローブ針の先端に付着することによって、コンタクト抵抗の増大が引き起こされたものと推測される。
【００１６】
プローブ針の先端に付着した上記Ａｌ酸化物に起因してコンタクト抵抗が増大すると、電気特性検査の精度が低下する。これを防ぐためには、プローブ針のクリーニングを頻繁に行う必要があるため、電気特性検査工程の稼働率が低下してしまう。また、プローブ針のクリーニングを頻繁に行うとその先端が急速に摩耗するため、プローブ針の寿命が低下してしまうという問題も生じる。
【００１７】
高温テスト時にプローブ針の先端にＡｌ酸化物が付着し易い原因としては、電極パッドの材料であるＡｌが低温テスト時に比べて軟化し易く、その状態でプローブ針が電極パッドに接触すると、電極パッドの表面から剥離したＡｌ片がプローブ針の表面の細かい凹凸内に侵入し易くなること等が考えられる。
【００１８】
この推測は、図１７に示すＡｌの耐力データ（社団法人日本アルミニウム協会編 アルミニウムハンドブック第６版より抜粋）からも裏付けられる。この耐力データは、Ｓｉが添加されたＡｌ合金である「４０３２−Ｔ６」（ＪＩＳ呼称）のものであるが、温度が１００℃を超えるとその耐力が急激に低下することが判る。
【００１９】
高温テスト時にプローブ針と電極パッドが接触する領域の面積は、通常２０μｍφ程度であり、このような狭い領域に数１０ｍＡ（通常５０ｍＡ以上）の電流が流れると、電流集中による過熱が生じる。そして、この接触領域の周囲のウエハ温度はすでに９５℃前後になっていることから、上記電流集中によって接触領域の温度が１００℃を超えることは容易に想像できる。その結果、この接触領域では温度上昇による電極パッド（Ａｌ）の軟化が起こり、軟化したＡｌ片がプローブ針の先端に付着した後、酸化されてＡｌ酸化物になるものと推測される。他方、低温テスト時には、接触領域の周囲のウエハ温度が−３０℃前後であることから、電流集中により発生する熱は急速に周囲に放熱される。従って、低温テスト時に接触領域の温度が１００℃を超えることはないので、プローブ針の先端にはＡｌ酸化物が付着し難くなるものと推測される。
【００２０】
本発明の目的は、ウエハの高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因する電気特性検査の精度の低下を抑制する技術を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、ウエハの高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因する電気特性検査工程の稼働率の低下を抑制する技術を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、ウエハの高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因するプローブ針の寿命の低下を抑制する技術を提供することにある。
【００２３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２５】
本願発明の好ましい一態様である半導体装置の製造方法は、
（ａ）主面が複数のチップ領域に区画された半導体ウエハを用意する工程と、
（ｂ）前記複数のチップ領域のそれぞれに集積回路を形成する工程と、
（ｃ）前記複数のチップ領域のそれぞれの表面に、前記集積回路に電気的に接続された複数の電極パッドを形成する工程と、
（ｄ）前記複数の電極パッドのそれぞれにプローブ針を接触することによって、前記集積回路の電気特性検査を行う工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）の後、前記半導体ウエハをダイシングして前記複数のチップ領域のそれぞれを個片化することにより、複数の半導体チップを取得する工程とを含み、
前記工程（ｄ）において、前記複数の電極パッドのそれぞれに前記プローブ針を接触する際、前記プローブ針を冷却することによって、前記複数の電極パッドのそれぞれと前記プローブ針との接触点の温度を、前記複数の電極パッドのそれぞれの表面温度よりも低くするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００２７】
高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因する電気特性検査の精度の低下を抑制することができる。
【００２８】
高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因する電気特性検査工程の稼働率の低下を抑制することができる。
【００２９】
本発明の他の目的は、高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因するプローブ針の寿命の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程を示す全体フロー図である。
【図２】電極パッドの形成が完了したウエハの全体平面図である。
【図３】実施の形態１で使用するウエハ検査装置の主要部の概略構成図である。
【図４】実施の形態１で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの上面側平面図である。
【図５】実施の形態１で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの下面側平面図である。
【図６】実施の形態１で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの断面図である。
【図７】実施の形態２で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの上面側平面図である。
【図８】実施の形態２で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの下面側平面図である。
【図９】実施の形態２で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの断面図である。
【図１０】実施の形態３で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの一例を示す断面図である。
【図１１】プローブカードのプローブ針固定部に取り付けられたペルチェ素子の構造の一例を示す拡大断面図である。
【図１２】実施の形態３で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの別例を示す断面図である。
【図１３】実施の形態４で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの一例を示す下面側平面図である。
【図１４】実施の形態４で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの一例を示す断面図である。
【図１５】実施の形態４で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの別例を示す断面図である。
【図１６】ウエハを高温にした時と低温にした時におけるプローブ針と電極パッドとの接触回数によるコンタクト抵抗の推移を示すグラフである。
【図１７】アルミニウムの耐力と温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。さらに、以下の実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、断面図であってもハッチングを省略する場合がある。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態である半導体装置の製造工程を示す全体フロー図である。半導体装置を製造するには、まず、単結晶シリコンからなるウエハを用意し、その主面（集積回路形成面）にＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子を形成した後、半導体素子間を接続する配線を形成する。続いて、配線の上部に酸化シリコン膜や窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜（表面保護膜）を形成した後、このパッシベーション膜をエッチングして配線の一部を露出させることにより、電極パッド（ボンディングパッド）を形成する。上記した半導体素子、配線および電極パッドは、周知のフォトリソグラフィー技術、ＣＶＤ技術、スパッタリング技術およびエッチング技術等を組み合わせて形成するので、それらの製造工程の説明は省略する。
【００３３】
図２は、電極パッドの形成が完了したウエハの全体平面図である。ウエハ１の主面は、複数のチップ領域１Ａに区画されており、各チップ領域１Ａには、例えばマイコン、ロジック回路、メモリ回路、入出力回路等の集積回路が形成されている。また、各チップ領域１Ａの周辺部には、上記した集積回路の電源端子、ＧＮＤ端子、信号端子等を構成する複数の電極パッド（ボンディングパッド）２が形成されている。これらの電極パッド２は、集積回路の配線材料であるＡｌ合金で構成されている。
【００３４】
次に、上記ウエハ１の各チップ領域１Ａに形成された集積回路の電気特性検査（ウエハプローブテスト）を行う。この電気特性検査は、ウエハ１の各チップ領域１Ａに形成された電極パッド２にウエハ検査装置のプローブ針を接触させ、集積回路を構成する半導体素子の良否や配線の導通・非導通等をチップ領域１Ａ単位で判別する検査である。
【００３５】
図１に示すように、この電気特性検査は、後述するプローブカードに取り付けられたプローブ針と電極パッド２との接触状態を確認するためのコンタクトテスト、集積回路のＤＣ特性を調べるためのＤＣテスト、集積回路の動作を確認するためのファンクションテスト、集積回路の電源電流を調べるための電源電流テスト等のテスト項目を含んでいる。その他、必要に応じてアナログ回路や特殊セル等の動作を確認するためのテストを行うこともある。
【００３６】
図３は、ウエハ検査装置の主要部の概略構成図、図４は、ウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの上面側平面図、図５は、プローブカードの下面側平面図、図６は、プローブカードの断面図である。
【００３７】
図３に示すウエハ検査装置１０は、テスター本体１１、テストヘッド１２、パフォーマンスボード１３、ポゴタワー１４、プローブカード１５Ａ、プローバ１６を有している。
【００３８】
テストヘッド１２は、図示しない駆動機構によって上下動が可能に設置されており、その内部には、ウエハ１の電極パッド２に電圧を印加する電源や、電極パッド２からの出力を取り込むピンエレクトロニクス等のテスト回路１７が内蔵されている。
【００３９】
ケーブル１８を介してテストヘッド１２に接続されたテスター本体１１は、内蔵されたプログラムを実行することによって、ウエハ１のテスト条件を設定したり、テスト結果の読み込みや出力等を行ったりする。
【００４０】
テストヘッド１２の下面に設置されたパフォーマンスボード１３は、電気回路が形成された基板であり、ウエハ１のチップ領域１Ａに形成された集積回路の種類毎に異なるものが使用される。
【００４１】
パフォーマンスボード１３の下方に設置されたポゴタワー１４は、一端がパフォーマンスボード１３の電気回路に接続され、他端がポゴタワー１４の下方のプローブカード１５Ａに接続される複数のポゴピン１９を備えている。
【００４２】
プローブカード１５Ａは、箱状のプローバ１６の上面に取り付けられたカードホルダ２０によって水平に支持されている。プローバ１６の内部に設置されたウエハステージ２１の上部にはウエハ１が搭載されており、このウエハ１の主面（上面）とプローブカード１５Ａの下面とが対向するようになっている。
【００４３】
ウエハ１は、ウエハステージ２１の上面に設置されたウエハチャック２２によって水平に支持されている。ウエハチャック２２は、図示しない駆動機構によって水平方向（Ｘ、Ｙ、θ方向）および上下方向（Ｚ方向）に移動が可能になっており、ウエハ１の検査時には、複数のチップ領域１Ａをプローブカード１５Ａに対して順次アライメントする。
【００４４】
ウエハステージ２１の内部には、加熱・冷却装置２３が内蔵されている。加熱・冷却装置２３は、高温テスト時にウエハ１を所定の温度に加熱し、低温テスト時にウエハ１を所定の温度に冷却する。
【００４５】
プローブカード１５Ａは、中央部に開口を有する円盤状の配線基板３０と、この配線基板３０に取り付けられた金属製のプローブ針固定部３１と、このプローブ針固定部３１に接合された複数のプローブ針３３とを有している。プローブ針固定部３１は、ネジ等の固定部材３７によって配線基板３０の下面に固定されている。また、複数のプローブ針３３は、プローブ針固定部３１の表面を覆うエポキシ樹脂等の絶縁部材３２を介してプローブ針固定部３１の下面に支持されている。
【００４６】
配線基板３０の上面の外周部には、前述したポゴタワー１４のポゴピン１９と電気的に接続される複数のランド３４が形成されている。また、配線基板３０の下面の外周部には、図示しないビアホールを介して上記ランド３４と電気的に接続された複数のランド３５が形成されている。さらに、配線基板３０の下面において、ランド３５よりも内周側の領域には図示しない配線を介して上記ランド３５と電気的に接続された複数のランド３６が形成されている。すなわち、配線基板３０の上面のランド３４と下面のランド３６は、ビアホール、ランド３５および配線を介して互いに電気的に接続されている。
【００４７】
配線基板３０の下面に配置されたプローブ針３３は、例えばレニウム（Ｒｅ）−タングステン（Ｗ）合金やパラジウム（Ｐｄ）等の金属材料で構成されており、それらの一端は、半田等を介してランド３６に接合されている。また、プローブ針３３の他端（先端部）は、プローブカード１５Ａの下面中央部に下方を向いて配置されており、ウエハ１の検査時には、チップ領域１Ａの周辺部に形成された電極パッド２に接触する。すなわち、ウエハ１の検査時には、ウエハ１の電極パッド２からプローブ針３３、ランド３６、３５、３４、ポゴピン１９、パフォーマンスボード１３等を経てテストヘッド１２内のテスト回路１７に至る電気的経路が形成される。
【００４８】
上記配線基板３０の下面に取り付けられたプローブ針固定部３１には、冷却管２４が挿通されている。この冷却管２４は、その両端が図示しない冷媒供給源に接続されており、この冷媒供給源から供給される冷却液Ｃがその内部を循環する構造になっている。冷却液Ｃとしては、例えばフッ素系の不活性液体（商品名：フロリナート）等を挙げることができる。
【００４９】
前述したように、プローブ針固定部３１の下面には複数のプローブ針３３が接合されている。そのため、冷却管２４内を流れる冷却液Ｃによってプローブ針固定部３１が冷却されると、プローブ針固定部３１に接合された複数のプローブ針３３も冷却される。すなわち、冷却管２４は、プローブ針３３を冷却する目的でプローブ針固定部３１に取り付けられている。なお、冷却管２４の取り付け位置は、プローブ針固定部３１に限定されるものではなく、プローブ針３３を冷却することができる位置であれば、プローブカード１５Ａの任意の位置に取り付けることができる。
【００５０】
また、プローブ針固定部３１の一部には、温度センサ２５が取り付けられている。テスター本体１１は、この温度センサ２５を使ってプローブ針固定部３１、ひいてはプローブ針固定部３１に接合されたプローブ針３３の温度をモニターする。そして、このモニター値に基づいて冷却管２４内を流れる冷却液Ｃの流量、流速等を制御することにより、プローブ針３３の温度設定を行う。
【００５１】
上記ウエハ検査装置１０を用いてウエハ１の高温テストを行う場合は、まず、ウエハステージ２１内の加熱・冷却装置２３を作動させ、ウエハチャック２２に支持されたウエハ１を所定の温度（ここでは９５℃）まで昇温させる。
【００５２】
続いて、ウエハチャック２２がウエハ１を搭載した状態でＸ、Ｙ、Ｚおよびθ方向に移動し、ウエハ１の所定のチップ領域１Ａをプローブカード１５Ａに対してアライメントする。そして、アライメント終了後、ウエハチャック２２が上昇することにより、上記チップ領域１Ａに形成された電極パッド２がプローブ針３３の先端と接触し、両者が導通可能状態となる。
【００５３】
次に、この状態でテストヘッド１２から、パフォーマンスボード１３、ポゴピン１９、プローブ針３３、電極パッド２等を通じてチップ領域１Ａの集積回路に電気信号を入力する。そして、この入力信号に基づいた出力信号が集積回路から上記経路を経てテストヘッド１２に取り込まれることにより、前述したテスト項目（図１参照）順に集積回路の高温テストが行われる。
【００５４】
次に、ウエハチャック２２がウエハ１を搭載した状態で移動し、上記チップ領域１Ａに隣接する他のチップ領域１Ａがプローブカード１５Ａに対してアライメントされると、このチップ領域１Ａに形成された集積回路に対して上記した高温テストが行われる。このようにして、ウエハ１内の全てのチップ領域１Ａの高温テストが順次行われ、各チップ領域１Ａの良・不良が判定される。
【００５５】
上記した高温テストは、ウエハ１を９５℃に加熱した状態で行うので、テスト時にはチップ領域１Ａに形成された電極パッド２の表面温度もほぼ９５℃になっている。そのため、電極パッド２の表面は、高温テスト前の状態に比べて軟化している。従って、この状態で電極パッド２の表面にプローブ針３３の先端を接触させて通電すると、両者の接触点では、電流集中による過熱が生じて温度がさらに高くなり、軟化したＡｌ片がプローブ針３３の先端に付着し易くなる。このような現象が生じると、プローブ針３３の先端に付着したＡｌ片が酸化されて絶縁物となり、高温テストが繰り返されるにつれてプローブ針３３と電極パッド２とのコンタクト抵抗が増大する結果、高温テストの精度が次第に低下するようになる。
【００５６】
そこで、本実施の形態では、上記した高温テストの開始に先立って、冷却管２４内に冷却液Ｃを供給し、プローブ針固定部３１およびこれに接合されたプローブ針３３をあらかじめ冷却しておく。
【００５７】
このようにした場合は、プローブ針３３の先端が高温の電極パッド２の表面に接触した際、電極パッド２の熱が低温のプローブ針３３を通じて急速に放熱されるため、電極パッド２とプローブ針３３との接触点では、電極パッド２の表面温度が周囲に比べて低くなる。これにより、電極パッド２とプローブ針３３との接触点では、電極パッド２を構成するＡｌの軟化が抑制され、プローブ針３３の先端にＡｌ片が付着し難くなる。
【００５８】
図１７に示したように、Ａｌ系材料は、温度が１００℃を超えるとその耐力が急激に低下する。すなわち、Ａｌ系材料は、温度が１００℃を超えると急激に軟化し易くなる。従って、Ａｌの軟化に起因してプローブ針３３の先端にＡｌ片が付着する現象を抑制するためには、プローブ針３３の先端が電極パッド２の表面に接触した際、両者の接触点における電極パッド２の表面温度が１００℃以下に低下するように、プローブ針３３を冷却することが望ましい。
【００５９】
このように、高温テスト時にプローブ針３３を冷却する本実施の形態によれば、プローブ針３３の先端にＡｌ片が付着し難くなるので、このＡｌ片が酸化して絶縁物となることに起因するプローブ針３３と電極パッド２とのコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。これにより、高温テスト精度の低下を抑制することができる。
【００６０】
また、プローブ針３３の先端にＡｌ片が付着し難くなることにより、プローブ針３３のクリーニング頻度を減らすことができるので、電気特性検査工程の稼働率の低下を抑制することができ、かつ、プローブ針３３の寿命の低下を抑制することもできる。
【００６１】
次に、上記ウエハ検査装置１０を用いてウエハ１の低温テストを行う。この場合は、まず、ウエハステージ２１内の加熱・冷却装置２３を作動させ、ウエハチャック２２に支持されたウエハ１を所定の温度（ここでは−３０℃）まで冷却する。
【００６２】
続いて、ウエハチャック２２がウエハ１を搭載した状態で移動し、ウエハ１の所定のチップ領域１Ａをプローブカード１５Ａに対してアライメントした後、ウエハチャック２２が上昇することにより、上記チップ領域１Ａに形成された電極パッド２がプローブ針３３の先端と接触する。そして、この状態で前述したテスト項目（図１参照）に従い、集積回路の低温テストを行う。
【００６３】
この低温テスト時には、電極パッド２の表面温度がほぼ−３０℃になっているので、プローブ針３３との接触領域の温度が１００℃を超えることはない。従って、低温テスト時には、冷却液Ｃを使ってプローブ針３３を冷却しなくともよい。
【００６４】
次に、上記した電気特性検査以降の工程（後工程）について説明する。まず、ウエハ１をチップ領域１Ａ単位でダイシングし、電気特性検査工程で良品と判定された半導体チップを選別する。次に、良品の半導体チップをアセンブリ工程に搬送してパッケージを組み立てた後、このパッケージに対してバーンイン試験等のファイナルテストを行い、このファイナルテストで良品と判定されたパッケージの外観テストを行うことにより、半導体装置が完成する。
【００６５】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、カンチレバー方式のプローブカード１５Ａを使って電気特性検査を行う例を説明したが、本実施の形態では、薄膜シート方式のプローブカードを使って電気特性検査を行う場合について説明する。
【００６６】
なお、本実施の形態で使用するウエハ検査装置は、プローブカード以外の構成（テスター本体１１、テストヘッド１２、パフォーマンスボード１３、ポゴタワー１４、プローバ１６等）が前記実施の形態１のウエハ検査装置１０とほぼ同じであるため、プローブカード以外の構成については説明を省略する。
【００６７】
図７は、薄膜シート方式のプローブカードの上面側平面図、図８は、このプローブカードの下面側平面図、図９は、このプローブカードの断面図である。
【００６８】
プローブカード１５Ｂは、配線基板３０、薄膜シート４０、プランジャ４１を有している。薄膜シート４０は、例えば厚さが２５μｍ〜６０μｍのポリイミド樹脂フィルムからなり、その端部は、ネジ等の固定部材４２によって配線基板３０の下面に固定されている。
【００６９】
薄膜シート４０の下面には、プローブ針として機能する複数のバンプ４３が形成されている。バンプ４３は、例えばＮｉ（ニッケル）で構成されており、その形状は四角錐または四角錐台形である。また、バンプ４３の高さは、５０μｍ程度である。
【００７０】
本実施の形態のプローブカード１５Ｂは、上記のような柔軟性を有する薄膜シート４０に形成された複数のバンプ４３をウエハ１の電極パッド２に確実に接触させるため、薄膜シート４０の上方に配置されたプランジャ４１が押圧板４４を介して薄膜シート４０を下方に押圧する構造になっている。すなわち、プランジャ４１に内蔵されたばね４５の弾性力によって押圧板４４に一定の圧力を加え、押圧板４４の下面に接着された薄膜シート４０を下方に押し下げる構造になっている。これにより、薄膜シート４０には張力が働き、この張力によって薄膜シート４０が引き伸ばされるので、バンプ４３と電極パッド２との位置を精度よく合わせることができる。
【００７１】
薄膜シート４０の下面には、バンプ４３のそれぞれと電気的に接続され、バンプ４３のそれぞれから薄膜シート４０の周辺端部まで延在する複数の配線４６が形成されている。配線基板３０の下面には、この複数の配線４６の周辺端部とそれぞれ電気的にされる複数の受け部４７が形成されており、この複数の受け部４７のそれぞれは、配線基板３０に形成された図示しない配線を通じて配線基板３０の下面のランド部３５、さらには配線基板１の上面のランド部３４と電気的に接続されている。
【００７２】
ネジ等の固定部材３９によって配線基板３０の上面に取り付けられたプランジャ４１には、冷却管２４が挿通されている。前記実施の形態１の冷却管２４と同じように、この冷却管２４は、その両端が図示しない冷媒供給源に接続されており、この冷媒供給源から供給される冷却液Ｃがその内部を循環する構造になっている。
【００７３】
前述したように、プランジャ４１は、押圧板４４を介して薄膜シート４０を下方に押圧する構造になっている。そのため、冷却管２４内を流れる冷却液Ｃによってプランジャ４１およびプランジャ４１に接続された押圧板４４が冷却されると、薄膜シート４０に形成されたバンプ４３も冷却される。すなわち、冷却管２４は、バンプ４３を冷却する目的でプランジャ４１に取り付けられている。なお、冷却管２４の取り付け位置は、プランジャ４１に限定されるものではなく、バンプ４３を冷却することができる位置であれば、プローブカード１５Ｂの任意の位置に取り付けることができる。
【００７４】
また、押圧板４４の一部には、温度センサ２５が取り付けられている。ウエハ検査装置のテスター本体は、この温度センサ２５を使って押圧板４４、ひいては押圧板４４の下面に接着された薄膜シート４０に形成されたバンプ４３の温度をモニターする。そして、このモニター値に基づいて冷却管２４内を流れる冷却液Ｃの流量、流速等を調節することにより、バンプ４３の温度設定を行う。
【００７５】
本実施の形態では、高温テストの開始に先立って、冷却管２４内に冷却液Ｃを供給し、薄膜シート４０に形成されたバンプ４３をあらかじめ冷却しておく。
【００７６】
このようにした場合は、バンプ４３の先端が高温に加熱されたウエハ１の電極パッド２の表面に接触した際、電極パッド２の熱が低温のバンプ４３およびバンプ４３に接続された配線４６を通じて急速に放熱されるため、電極パッド２とバンプ４３との接触点では、電極パッド２の表面温度が周囲に比べて低くなる。これにより、電極パッド２とバンプ４３との接触点では、電極パッド２を構成するＡｌの軟化が抑制されるので、バンプ４３の先端にＡｌ片が付着し難くなる。
【００７７】
前述したように、Ａｌ系材料は、温度が１００℃を超えると急激に軟化し易くなる。従って、Ａｌの軟化に起因してバンプ４３の先端にＡｌ片が付着する現象を抑制するためには、バンプ４３の先端が電極パッド２の表面に接触した際、両者の接触点における電極パッド２の表面温度が１００℃以下に低下するように、バンプ４３を冷却することが望ましい。
【００７８】
このように、高温テスト時にバンプ４３を冷却する本実施の形態によれば、バンプ４３の先端にＡｌ片が付着し難くなるので、このＡｌ片が酸化して絶縁物となることに起因するバンプ４３と電極パッド２とのコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。これにより、薄膜シート方式のプローブカード１５を使用して高温テストを行う場合においても、テスト精度の低下を抑制することができる。
【００７９】
また、バンプ４３の先端にＡｌ片が付着し難くなることにより、バンプ４３のクリーニング頻度を減らすことができるので、電気特性検査工程の稼働率の低下を抑制することができ、かつ、バンプ４３の寿命の低下を抑制することもできる。
【００８０】
（実施の形態３）
前記実施の形態１、２では、冷却管２４内を流れる冷却液Ｃを使用してプローブ針３３（実施の形態１）あるいはバンプ４３（実施の形態２）を冷却したが、本実施の形態では、ぺルチェ素子を使用してプローブ針３３あるいはバンプ４３を冷却する。
【００８１】
図１０は、ぺルチェ素子を取り付けたカンチレバー方式のプローブカードの断面図である。前記実施の形態１のプローブカード１５Ａは、配線基板３０の下面に取り付けたプローブ針固定部３１に冷却管２４を挿通したのに対し、本実施の形態のプローブカード１５Ａは、プローブ針固定部３１の一部にぺルチェ素子５０を取り付けたことを特徴とする。すなわち、ペルチェ素子５０は、プローブ針３３を冷却する目的でプローブ針固定部３１に取り付けられている。
【００８２】
上記ペルチェ素子５０は、例えばネジ等の固定部材３８によってプローブ針固定部３１の上面に固定されている。また、ペルチェ素子５０の上面にはＡｌ等からなるヒートシンク５１が接合されている。さらに、プローブ針固定部３１の一部には、プローブ針固定部３１に接合されたプローブ針３３の温度をモニターするための温度センサ２５が取り付けられている。
【００８３】
図１１は、プローブ針固定部３１に取り付けられたペルチェ素子５０の構造の一例を示す拡大断面図である。
【００８４】
ペルチェ素子５０は、それぞれが一対のｎ型半導体５２ｎおよびｐ型半導体５２ｐからなる複数の素子を金属電極５３、５４を介して直列に接続した構造になっている。ペルチェ素子５０は、このｎ型半導体５２ｎとｐ型半導体５２ｐとのｐｎ接合部（金属電極５３、５４）に電流を流したとき、ｎ→ｐ接合部分で吸熱現象が発生し、ｐ→ｎ接合部分で発熱現象が発生する性質を利用して熱を低温側（吸熱側）から高温側（発熱側）へ輸送する。
【００８５】
ペルチェ素子５０の吸熱側の金属電極５３にはセラミック板５５を介してプローブ針固定部３１が接合され、発熱側の金属電極５４にはセラミック板５６を介してヒートシンク５１が接合されている。従って、このペルチェ素子５０にリード線５８を通じて電流を流すと、プローブ針固定部３１からヒートシンク５１に向かって熱が流れ、プローブ針固定部３１が冷却される。
【００８６】
プローブ針固定部３１をペルチェ素子５０で冷却する場合は、冷却液Ｃを還流させるための冷却管２４が不要となるので、プローブ針固定部３１を冷却液Ｃで冷却する場合に比べてプローブカード１５Ａの構造が簡単になる。
【００８７】
図１２は、前記実施の形態２で説明した薄膜シート方式のプローブカード１５Ｂにペルチェ素子５０を取り付けた例を示している。
【００８８】
この例では、プランジャ４１の一部にペルチェ素子５０を固定し、低温側（吸熱側）である押圧板４４を冷却することによって、薄膜シート４０に形成されたバンプ４３を冷却する。また、プランジャ４１の高温側（発熱側）には冷却フィン５７を形成し、プランジャ４１自体をヒートシンクとして機能させている。
【００８９】
（実施の形態４）
図１３は、カンチレバー方式のプローブカードの下面側平面図、図１４は、このプローブカードの断面図である。
【００９０】
本実施の形態のプローブカード１５Ａは、前記実施の形態１のプローブカード１５Ａと同じように、プローブ針固定部３１に挿通した冷却管２４内に冷却液Ｃを供給することによって、プローブ針３３を冷却する。
【００９１】
また、本実施の形態のプローブカード１５Ａは、ネジ等の固定部材３８によって配線基板３０の下面に金属製の冷却板６０を取り付けると共に、この冷却板６０に冷却管２４を挿通している。すなわち、本実施の形態のプローブカード１５Ａは、冷却管２４の一部をプローブ針固定部３１に挿通すると共に、冷却管２４の他の一部を冷却板６０に挿通し、図示しない冷媒供給源から冷却管２４内に冷却液Ｃを供給する。
【００９２】
上記のように構成された本実施の形態のプローブカード１５Ａによれば、高温テスト時にプローブ針３３を冷却できるのみならず、冷却板６０と接している配線基板３０も冷却することができる。これにより、ウエハ１から配線基板３０に伝わる熱に起因する配線基板３０の熱変形や、この熱変形に伴うプローブ針３３の先端の位置変動を抑制することができるので、高温テストの精度をより向上させることができる。
【００９３】
なお、ここでは、１本の冷却管２４の一部をプローブ針固定部３１に挿通し、この冷却管２４の他の一部を冷却板６０に挿通したが、プローブ針固定部３１に挿通する冷却管と冷却板６０に挿通する冷却管とを分離し、それぞれの冷却管に供給する冷却液の種類、流量、流速を最適化することにより、プローブ針３３の温度と配線基板３０の温度を独立に制御してもよい。
【００９４】
図１５は、薄膜シート方式のプローブカードの断面図である。このプローブカード１５Ｂは、前記実施の形態２のプローブカード１５Ｂと同じように、プランジャ４１に挿通した冷却管２４内に冷却液Ｃを供給することによって、バンプ４３を冷却する。
【００９５】
また、このプローブカード１５Ｂは、ネジ等の固定部材３８によって配線基板３０の下面に金属製の冷却板６０を取り付けると共に、この冷却板６０に冷却管２４を挿通している。すなわち、このプローブカード１５Ｂは、冷却管２４の一部をプランジャ４１に挿通すると共に、冷却管２４の他の一部を冷却板６０に挿通し、図示しない冷媒供給源から冷却管２４内に冷却液Ｃを供給する。
【００９６】
上記のように構成された本実施の形態のプローブカード１５Ｂによれば、高温テスト時にバンプ４３を冷却できるのみならず、冷却板６０と接している配線基板３０も冷却することができる。これにより、ウエハ１から配線基板３０に伝わる熱に起因する配線基板３０の熱変形や、この熱変形に伴うバンプ４３の先端の位置変動を抑制することができるので、高温テストの精度をより向上させることができる。
【００９７】
この場合も、プランジャ４１に挿通する冷却管と冷却板６０に挿通する冷却管とを分離し、それぞれの冷却管に供給する冷却液の種類、流量、流速を最適化することにより、バンプ４３の温度と配線基板３０の温度を独立に制御することができる。
【００９８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００９９】
例えば前記実施の形態では、プローブ針やバンプを冷却する冷媒として、フッ素系の不活性液体からなる冷却液Ｃを例示したが、これに限定されるものではなく、他の液体または気体からなる冷媒を使用してもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、前工程（ウエハプロセス）の最終工程で行う電気特性検査（ウエハプローブテスト）に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 半導体ウエハ
１Ａ チップ領域
１Ｂ 半導体チップ
２ 電極パッド（ボンディングパッド）
１０ ウエハ検査装置
１１ テスター本体
１２ テストヘッド
１３ パフォーマンスボード
１４ ポゴタワー
１５Ａ、１５Ｂ プローブカード
１６ プローバ
１７ テスト回路
１８ ケーブル
１９ ポゴピン
２０ カードホルダ
２１ ウエハステージ
２２ ウエハチャック
２３ 加熱・冷却装置
２４ 冷却管
２５ 温度センサ
３０ 配線基板
３１ プローブ針固定部
３２ 絶縁部材
３３ プローブ針
３４、３５、３６ ランド
３７、３８、３９ 固定部材
４０ 薄膜シート
４１ プランジャ
４２ 固定部材
４３ バンプ
４４ 押圧板
４５ ばね
４６ 配線
４７ 受け部
５０ ペルチェ素子
５１ ヒートシンク
５２ｎ ｎ型半導体
５２ｐ ｐ型半導体
５３、５４ 金属電極
５５、５６ セラミック板
５７ 冷却フィン
５８ リード線
６０ 冷却板
Ｃ 冷却液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、前工程（ウエハプロセス）の最終工程で行う電気特性検査（ウエハプローブテスト）に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（ＬＳＩ、ＩＣ等）の製造工程は、単結晶シリコン（Ｓｉ）等からなる半導体ウエハ（以下、単にウエハという）の主面（集積回路形成面）にフォトリソグラフィー技術、成膜（ＣＶＤ、スパッタリング等）技術、エッチング技術等を組み合わせて集積回路を形成する前工程（ウエハプロセス）と、この前工程が終了したウエハをダイシングして複数の半導体チップに個片化した後、個片化された個々の半導体チップを樹脂等で封止する後工程（パッケージングプロセス）とに大別される。
【０００３】
上記した前工程では、通常、その最終工程でウエハプローブテストとも呼ばれる電気特性検査が行われる。この電気特性検査は、ウエハの主面に形成された多数の電極パッド（ボンディングパッド）の表面にプローブ針と呼ばれる金属製の探針を接触させ、集積回路を構成する素子の良否や素子間を接続する配線の導通・非導通等を調べることによって、個々の半導体チップの良・不良を判定する工程である。
【０００４】
電気特性検査工程で使用するウエハ検査装置は、プローブカード、テストヘッド、被検査対象であるウエハを載置するウエハステージ等を含む試料測定系や、ウエハを試料測定系に１枚ずつ搬送する搬送系等を有している。このうち、プローブカードは、前述したプローブ針と、プローブ針の支持板を兼ねた配線基板等で構成されている。プローブカードに取り付けられるプローブ針としては、プローブカードに片持ち方式で固定され、プローブカードの下面から斜め下方に延びるカンチレバー方式のプローブ針が代表的なものである。
【０００５】
カンチレバー方式のプローブ針を使って電気特性検査を行う際には、ウエハの主面に露出した電極パッドの表面に自然酸化膜が生じていたり、汚染物質が付着していると正しい測定を行うことができない。そこで、プローブ針を電極パッドの表面に接触させる際には、プローブ針を摺動させて電極パッド表面の自然酸化膜を破り、清浄な金属面を露出させるワイピング作業が行われる。
【０００６】
近年、ウエハに形成される電極パッド数の増加（多ピン化）、隣接する電極パッド間距離の縮小（狭ピッチ化）、電極パッド面積の縮小等に伴い、上記したカンチレバー方式では、プローブ針の細線化に限界が生じている。
【０００７】
そこで、カンチレバー方式の欠点を補うために、薄い絶縁シートに複数の配線を形成し、これらの配線のそれぞれの一端に電極パッドと接触する金属製のバンプを形成した、いわゆる薄膜シート方式のプローブカードが開発され、電気特性検査工程での利用が進められている。また、薄膜シート方式のプローブカードは、電源／ＧＮＤ用の幅広配線をバンプの近傍に形成できるので、高周波デバイスの電気特性検査にも応用可能である。
【０００８】
上記したカンチレバー方式のプローブカードや、薄膜シート方式のプローブカードを使用したウエハの電気特性検査は、ウエハを高温に加熱した状態で行う高温テストと、ウエハを低温に冷却した状態で行う低温テストを含んでいる。高温テストは、ウエハを室温よりも高い温度に加熱して行うテストであり、このときのウエハ温度は、一般に７０℃〜１００℃程度である。また、車載用ＩＣ等の場合は、ウエハを１４０℃〜１５０℃まで加熱した状態で高温テストを行う場合もある。他方、低温テストは、ウエハを室温よりも低い温度に冷却して行うテストであり、このときのウエハ温度は、一般に−２０℃〜−４０℃程度である。
【０００９】
上記した高温テストを行う際には、高温状態にあるウエハからプローブ針を通じてプローブカードの配線基板に熱が伝わるため、配線基板の熱変形（反り）や、プローブ針先端と電極パッドとの位置ずれ等が問題となる。
【００１０】
特許文献１（特開２０００−２４１４５４号公報）に記載された高温テスト用プローブカードは、配線基板と、この配線基板に取り付けられたプローブ針固定用の補強板およびセラミック板とを備えており、補強板には冷却回路が設けられている。ウエハの高温テスト時には、この冷却回路によって補強板が冷却され、補強板に接するセラミック板の温度が下がる。これにより、プローブ針をセラミック板に固定している樹脂の変形が抑制されるので、ウエハからプローブ針に伝わる熱に起因する配線基板の熱変形やプローブ針先端の位置変動が抑制される。
【００１１】
特許文献２（特開平１１−０２６５２３号公報）に記載されたウエハ検査装置のテストヘッドには、プローブカードの表面に冷却ガス（例えば乾燥空気）を吹きつけるガス供給系が取り付けられている。ウエハの高温テスト時には、ウエハからプローブ針を介して配線基板に伝わる熱がこの冷却ガスによって放散するので、配線基板の熱変形が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−２４１４５４号公報
【特許文献２】特開平１１−０２６５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明者は、電気特性検査（ウエハプローブテスト）工程で生じた不良の推移を調査する過程で、プローブ針と電極パッドとの接触に起因する歩留まり（検査精度）の低下が特に高温テスト時に発生し易いという現象を見出した。
【００１４】
そこで、ウエハを高温にした時と低温にした時におけるプローブ針と電極パッドとの接触回数によるコンタクト抵抗の推移を調査したところ、図１６に示すように、高温（ウエハ温度＝９５℃）時のコンタクト抵抗が低温（ウエハ温度＝−３０℃）時のコンタクト抵抗に比べて高くなるという結果を得た。
【００１５】
また、コンタクト抵抗が増加したプローブ針を観察し、その先端に付着している異物の成分を分析したところ、Ａｌ（アルミニウム）とＯ（酸素）が検出されたため、この異物はＡｌ酸化物であると推定された。これは、電極パッドの材料であるＡｌがプローブ針の先端に付着し、さらに酸化することによって生じたものと考えられる。そして、このＡｌ酸化物は絶縁物であることから、これがプローブ針の先端に付着することによって、コンタクト抵抗の増大が引き起こされたものと推測される。
【００１６】
プローブ針の先端に付着した上記Ａｌ酸化物に起因してコンタクト抵抗が増大すると、電気特性検査の精度が低下する。これを防ぐためには、プローブ針のクリーニングを頻繁に行う必要があるため、電気特性検査工程の稼働率が低下してしまう。また、プローブ針のクリーニングを頻繁に行うとその先端が急速に摩耗するため、プローブ針の寿命が低下してしまうという問題も生じる。
【００１７】
高温テスト時にプローブ針の先端にＡｌ酸化物が付着し易い原因としては、電極パッドの材料であるＡｌが低温テスト時に比べて軟化し易く、その状態でプローブ針が電極パッドに接触すると、電極パッドの表面から剥離したＡｌ片がプローブ針の表面の細かい凹凸内に侵入し易くなること等が考えられる。
【００１８】
この推測は、図１７に示すＡｌの耐力データ（社団法人日本アルミニウム協会編 アルミニウムハンドブック第６版より抜粋）からも裏付けられる。この耐力データは、Ｓｉが添加されたＡｌ合金である「４０３２−Ｔ６」（ＪＩＳ呼称）のものであるが、温度が１００℃を超えるとその耐力が急激に低下することが判る。
【００１９】
高温テスト時にプローブ針と電極パッドが接触する領域の面積は、通常２０μｍφ程度であり、このような狭い領域に数１０ｍＡ（通常５０ｍＡ以上）の電流が流れると、電流集中による過熱が生じる。そして、この接触領域の周囲のウエハ温度はすでに９５℃前後になっていることから、上記電流集中によって接触領域の温度が１００℃を超えることは容易に想像できる。その結果、この接触領域では温度上昇による電極パッド（Ａｌ）の軟化が起こり、軟化したＡｌ片がプローブ針の先端に付着した後、酸化されてＡｌ酸化物になるものと推測される。他方、低温テスト時には、接触領域の周囲のウエハ温度が−３０℃前後であることから、電流集中により発生する熱は急速に周囲に放熱される。従って、低温テスト時に接触領域の温度が１００℃を超えることはないので、プローブ針の先端にはＡｌ酸化物が付着し難くなるものと推測される。
【００２０】
本発明の目的は、ウエハの高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因する電気特性検査の精度の低下を抑制する技術を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、ウエハの高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因する電気特性検査工程の稼働率の低下を抑制する技術を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、ウエハの高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因するプローブ針の寿命の低下を抑制する技術を提供することにある。
【００２３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２５】
本願発明の好ましい一態様である半導体装置の製造方法は、
（ａ）主面が複数のチップ領域に区画された半導体ウエハを用意する工程と、
（ｂ）前記複数のチップ領域のそれぞれに集積回路を形成する工程と、
（ｃ）前記複数のチップ領域のそれぞれの表面に、前記集積回路に電気的に接続された複数の電極パッドを形成する工程と、
（ｄ）前記複数の電極パッドのそれぞれにプローブ針を接触することによって、前記集積回路の電気特性検査を行う工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）の後、前記半導体ウエハをダイシングして前記複数のチップ領域のそれぞれを個片化することにより、複数の半導体チップを取得する工程とを含み、
前記工程（ｄ）において、前記複数の電極パッドのそれぞれに前記プローブ針を接触する際、前記プローブ針を冷却することによって、前記複数の電極パッドのそれぞれと前記プローブ針との接触点の温度を、前記複数の電極パッドのそれぞれの表面温度よりも低くするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００２７】
高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因する電気特性検査の精度の低下を抑制することができる。
【００２８】
高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因する電気特性検査工程の稼働率の低下を抑制することができる。
【００２９】
本発明の他の目的は、高温テスト時にプローブ針の先端に付着する異物に起因するプローブ針の寿命の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程を示す全体フロー図である。
【図２】電極パッドの形成が完了したウエハの全体平面図である。
【図３】実施の形態１で使用するウエハ検査装置の主要部の概略構成図である。
【図４】実施の形態１で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの上面側平面図である。
【図５】実施の形態１で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの下面側平面図である。
【図６】実施の形態１で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの断面図である。
【図７】実施の形態２で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの上面側平面図である。
【図８】実施の形態２で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの下面側平面図である。
【図９】実施の形態２で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの断面図である。
【図１０】実施の形態３で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの一例を示す断面図である。
【図１１】プローブカードのプローブ針固定部に取り付けられたペルチェ素子の構造の一例を示す拡大断面図である。
【図１２】実施の形態３で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの別例を示す断面図である。
【図１３】実施の形態４で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの一例を示す下面側平面図である。
【図１４】実施の形態４で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの一例を示す断面図である。
【図１５】実施の形態４で使用するウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの別例を示す断面図である。
【図１６】ウエハを高温にした時と低温にした時におけるプローブ針と電極パッドとの接触回数によるコンタクト抵抗の推移を示すグラフである。
【図１７】アルミニウムの耐力と温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。さらに、以下の実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、断面図であってもハッチングを省略する場合がある。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態である半導体装置の製造工程を示す全体フロー図である。半導体装置を製造するには、まず、単結晶シリコンからなるウエハを用意し、その主面（集積回路形成面）にＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子を形成した後、半導体素子間を接続する配線を形成する。続いて、配線の上部に酸化シリコン膜や窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜（表面保護膜）を形成した後、このパッシベーション膜をエッチングして配線の一部を露出させることにより、電極パッド（ボンディングパッド）を形成する。上記した半導体素子、配線および電極パッドは、周知のフォトリソグラフィー技術、ＣＶＤ技術、スパッタリング技術およびエッチング技術等を組み合わせて形成するので、それらの製造工程の説明は省略する。
【００３３】
図２は、電極パッドの形成が完了したウエハの全体平面図である。ウエハ１の主面は、複数のチップ領域１Ａに区画されており、各チップ領域１Ａには、例えばマイコン、ロジック回路、メモリ回路、入出力回路等の集積回路が形成されている。また、各チップ領域１Ａの周辺部には、上記した集積回路の電源端子、ＧＮＤ端子、信号端子等を構成する複数の電極パッド（ボンディングパッド）２が形成されている。これらの電極パッド２は、集積回路の配線材料であるＡｌ合金で構成されている。
【００３４】
次に、上記ウエハ１の各チップ領域１Ａに形成された集積回路の電気特性検査（ウエハプローブテスト）を行う。この電気特性検査は、ウエハ１の各チップ領域１Ａに形成された電極パッド２にウエハ検査装置のプローブ針を接触させ、集積回路を構成する半導体素子の良否や配線の導通・非導通等をチップ領域１Ａ単位で判別する検査である。
【００３５】
図１に示すように、この電気特性検査は、後述するプローブカードに取り付けられたプローブ針と電極パッド２との接触状態を確認するためのコンタクトテスト、集積回路のＤＣ特性を調べるためのＤＣテスト、集積回路の動作を確認するためのファンクションテスト、集積回路の電源電流を調べるための電源電流テスト等のテスト項目を含んでいる。その他、必要に応じてアナログ回路や特殊セル等の動作を確認するためのテストを行うこともある。
【００３６】
図３は、ウエハ検査装置の主要部の概略構成図、図４は、ウエハ検査装置に取り付けられたプローブカードの上面側平面図、図５は、プローブカードの下面側平面図、図６は、プローブカードの断面図である。
【００３７】
図３に示すウエハ検査装置１０は、テスター本体１１、テストヘッド１２、パフォーマンスボード１３、ポゴタワー１４、プローブカード１５Ａ、プローバ１６を有している。
【００３８】
テストヘッド１２は、図示しない駆動機構によって上下動が可能に設置されており、その内部には、ウエハ１の電極パッド２に電圧を印加する電源や、電極パッド２からの出力を取り込むピンエレクトロニクス等のテスト回路１７が内蔵されている。
【００３９】
ケーブル１８を介してテストヘッド１２に接続されたテスター本体１１は、内蔵されたプログラムを実行することによって、ウエハ１のテスト条件を設定したり、テスト結果の読み込みや出力等を行ったりする。
【００４０】
テストヘッド１２の下面に設置されたパフォーマンスボード１３は、電気回路が形成された基板であり、ウエハ１のチップ領域１Ａに形成された集積回路の種類毎に異なるものが使用される。
【００４１】
パフォーマンスボード１３の下方に設置されたポゴタワー１４は、一端がパフォーマンスボード１３の電気回路に接続され、他端がポゴタワー１４の下方のプローブカード１５Ａに接続される複数のポゴピン１９を備えている。
【００４２】
プローブカード１５Ａは、箱状のプローバ１６の上面に取り付けられたカードホルダ２０によって水平に支持されている。プローバ１６の内部に設置されたウエハステージ２１の上部にはウエハ１が搭載されており、このウエハ１の主面（上面）とプローブカード１５Ａの下面とが対向するようになっている。
【００４３】
ウエハ１は、ウエハステージ２１の上面に設置されたウエハチャック２２によって水平に支持されている。ウエハチャック２２は、図示しない駆動機構によって水平方向（Ｘ、Ｙ、θ方向）および上下方向（Ｚ方向）に移動が可能になっており、ウエハ１の検査時には、複数のチップ領域１Ａをプローブカード１５Ａに対して順次アライメントする。
【００４４】
ウエハステージ２１の内部には、加熱・冷却装置２３が内蔵されている。加熱・冷却装置２３は、高温テスト時にウエハ１を所定の温度に加熱し、低温テスト時にウエハ１を所定の温度に冷却する。
【００４５】
プローブカード１５Ａは、中央部に開口を有する円盤状の配線基板３０と、この配線基板３０に取り付けられた金属製のプローブ針固定部３１と、このプローブ針固定部３１に接合された複数のプローブ針３３とを有している。プローブ針固定部３１は、ネジ等の固定部材３７によって配線基板３０の下面に固定されている。また、複数のプローブ針３３は、プローブ針固定部３１の表面を覆うエポキシ樹脂等の絶縁部材３２を介してプローブ針固定部３１の下面に支持されている。
【００４６】
配線基板３０の上面の外周部には、前述したポゴタワー１４のポゴピン１９と電気的に接続される複数のランド３４が形成されている。また、配線基板３０の下面の外周部には、図示しないビアホールを介して上記ランド３４と電気的に接続された複数のランド３５が形成されている。さらに、配線基板３０の下面において、ランド３５よりも内周側の領域には図示しない配線を介して上記ランド３５と電気的に接続された複数のランド３６が形成されている。すなわち、配線基板３０の上面のランド３４と下面のランド３６は、ビアホール、ランド３５および配線を介して互いに電気的に接続されている。
【００４７】
配線基板３０の下面に配置されたプローブ針３３は、例えばレニウム（Ｒｅ）−タングステン（Ｗ）合金やパラジウム（Ｐｄ）等の金属材料で構成されており、それらの一端は、半田等を介してランド３６に接合されている。また、プローブ針３３の他端（先端部）は、プローブカード１５Ａの下面中央部に下方を向いて配置されており、ウエハ１の検査時には、チップ領域１Ａの周辺部に形成された電極パッド２に接触する。すなわち、ウエハ１の検査時には、ウエハ１の電極パッド２からプローブ針３３、ランド３６、３５、３４、ポゴピン１９、パフォーマンスボード１３等を経てテストヘッド１２内のテスト回路１７に至る電気的経路が形成される。
【００４８】
上記配線基板３０の下面に取り付けられたプローブ針固定部３１には、冷却管２４が挿通されている。この冷却管２４は、その両端が図示しない冷媒供給源に接続されており、この冷媒供給源から供給される冷却液Ｃがその内部を循環する構造になっている。冷却液Ｃとしては、例えばフッ素系の不活性液体（商品名：フロリナート）等を挙げることができる。
【００４９】
前述したように、プローブ針固定部３１の下面には複数のプローブ針３３が接合されている。そのため、冷却管２４内を流れる冷却液Ｃによってプローブ針固定部３１が冷却されると、プローブ針固定部３１に接合された複数のプローブ針３３も冷却される。すなわち、冷却管２４は、プローブ針３３を冷却する目的でプローブ針固定部３１に取り付けられている。なお、冷却管２４の取り付け位置は、プローブ針固定部３１に限定されるものではなく、プローブ針３３を冷却することができる位置であれば、プローブカード１５Ａの任意の位置に取り付けることができる。
【００５０】
また、プローブ針固定部３１の一部には、温度センサ２５が取り付けられている。テスター本体１１は、この温度センサ２５を使ってプローブ針固定部３１、ひいてはプローブ針固定部３１に接合されたプローブ針３３の温度をモニターする。そして、このモニター値に基づいて冷却管２４内を流れる冷却液Ｃの流量、流速等を制御することにより、プローブ針３３の温度設定を行う。
【００５１】
上記ウエハ検査装置１０を用いてウエハ１の高温テストを行う場合は、まず、ウエハステージ２１内の加熱・冷却装置２３を作動させ、ウエハチャック２２に支持されたウエハ１を所定の温度（ここでは９５℃）まで昇温させる。
【００５２】
続いて、ウエハチャック２２がウエハ１を搭載した状態でＸ、Ｙ、Ｚおよびθ方向に移動し、ウエハ１の所定のチップ領域１Ａをプローブカード１５Ａに対してアライメントする。そして、アライメント終了後、ウエハチャック２２が上昇することにより、上記チップ領域１Ａに形成された電極パッド２がプローブ針３３の先端と接触し、両者が導通可能状態となる。
【００５３】
次に、この状態でテストヘッド１２から、パフォーマンスボード１３、ポゴピン１９、プローブ針３３、電極パッド２等を通じてチップ領域１Ａの集積回路に電気信号を入力する。そして、この入力信号に基づいた出力信号が集積回路から上記経路を経てテストヘッド１２に取り込まれることにより、前述したテスト項目（図１参照）順に集積回路の高温テストが行われる。
【００５４】
次に、ウエハチャック２２がウエハ１を搭載した状態で移動し、上記チップ領域１Ａに隣接する他のチップ領域１Ａがプローブカード１５Ａに対してアライメントされると、このチップ領域１Ａに形成された集積回路に対して上記した高温テストが行われる。このようにして、ウエハ１内の全てのチップ領域１Ａの高温テストが順次行われ、各チップ領域１Ａの良・不良が判定される。
【００５５】
上記した高温テストは、ウエハ１を９５℃に加熱した状態で行うので、テスト時にはチップ領域１Ａに形成された電極パッド２の表面温度もほぼ９５℃になっている。そのため、電極パッド２の表面は、高温テスト前の状態に比べて軟化している。従って、この状態で電極パッド２の表面にプローブ針３３の先端を接触させて通電すると、両者の接触点では、電流集中による過熱が生じて温度がさらに高くなり、軟化したＡｌ片がプローブ針３３の先端に付着し易くなる。このような現象が生じると、プローブ針３３の先端に付着したＡｌ片が酸化されて絶縁物となり、高温テストが繰り返されるにつれてプローブ針３３と電極パッド２とのコンタクト抵抗が増大する結果、高温テストの精度が次第に低下するようになる。
【００５６】
そこで、本実施の形態では、上記した高温テストの開始に先立って、冷却管２４内に冷却液Ｃを供給し、プローブ針固定部３１およびこれに接合されたプローブ針３３をあらかじめ冷却しておく。
【００５７】
このようにした場合は、プローブ針３３の先端が高温の電極パッド２の表面に接触した際、電極パッド２の熱が低温のプローブ針３３を通じて急速に放熱されるため、電極パッド２とプローブ針３３との接触点では、電極パッド２の表面温度が周囲に比べて低くなる。これにより、電極パッド２とプローブ針３３との接触点では、電極パッド２を構成するＡｌの軟化が抑制され、プローブ針３３の先端にＡｌ片が付着し難くなる。
【００５８】
図１７に示したように、Ａｌ系材料は、温度が１００℃を超えるとその耐力が急激に低下する。すなわち、Ａｌ系材料は、温度が１００℃を超えると急激に軟化し易くなる。従って、Ａｌの軟化に起因してプローブ針３３の先端にＡｌ片が付着する現象を抑制するためには、プローブ針３３の先端が電極パッド２の表面に接触した際、両者の接触点における電極パッド２の表面温度が１００℃以下に低下するように、プローブ針３３を冷却することが望ましい。
【００５９】
このように、高温テスト時にプローブ針３３を冷却する本実施の形態によれば、プローブ針３３の先端にＡｌ片が付着し難くなるので、このＡｌ片が酸化して絶縁物となることに起因するプローブ針３３と電極パッド２とのコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。これにより、高温テスト精度の低下を抑制することができる。
【００６０】
また、プローブ針３３の先端にＡｌ片が付着し難くなることにより、プローブ針３３のクリーニング頻度を減らすことができるので、電気特性検査工程の稼働率の低下を抑制することができ、かつ、プローブ針３３の寿命の低下を抑制することもできる。
【００６１】
次に、上記ウエハ検査装置１０を用いてウエハ１の低温テストを行う。この場合は、まず、ウエハステージ２１内の加熱・冷却装置２３を作動させ、ウエハチャック２２に支持されたウエハ１を所定の温度（ここでは−３０℃）まで冷却する。
【００６２】
続いて、ウエハチャック２２がウエハ１を搭載した状態で移動し、ウエハ１の所定のチップ領域１Ａをプローブカード１５Ａに対してアライメントした後、ウエハチャック２２が上昇することにより、上記チップ領域１Ａに形成された電極パッド２がプローブ針３３の先端と接触する。そして、この状態で前述したテスト項目（図１参照）に従い、集積回路の低温テストを行う。
【００６３】
この低温テスト時には、電極パッド２の表面温度がほぼ−３０℃になっているので、プローブ針３３との接触領域の温度が１００℃を超えることはない。従って、低温テスト時には、冷却液Ｃを使ってプローブ針３３を冷却しなくともよい。
【００６４】
次に、上記した電気特性検査以降の工程（後工程）について説明する。まず、ウエハ１をチップ領域１Ａ単位でダイシングし、電気特性検査工程で良品と判定された半導体チップを選別する。次に、良品の半導体チップをアセンブリ工程に搬送してパッケージを組み立てた後、このパッケージに対してバーンイン試験等のファイナルテストを行い、このファイナルテストで良品と判定されたパッケージの外観テストを行うことにより、半導体装置が完成する。
【００６５】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、カンチレバー方式のプローブカード１５Ａを使って電気特性検査を行う例を説明したが、本実施の形態では、薄膜シート方式のプローブカードを使って電気特性検査を行う場合について説明する。
【００６６】
なお、本実施の形態で使用するウエハ検査装置は、プローブカード以外の構成（テスター本体１１、テストヘッド１２、パフォーマンスボード１３、ポゴタワー１４、プローバ１６等）が前記実施の形態１のウエハ検査装置１０とほぼ同じであるため、プローブカード以外の構成については説明を省略する。
【００６７】
図７は、薄膜シート方式のプローブカードの上面側平面図、図８は、このプローブカードの下面側平面図、図９は、このプローブカードの断面図である。
【００６８】
プローブカード１５Ｂは、配線基板３０、薄膜シート４０、プランジャ４１を有している。薄膜シート４０は、例えば厚さが２５μｍ〜６０μｍのポリイミド樹脂フィルムからなり、その端部は、ネジ等の固定部材４２によって配線基板３０の下面に固定されている。
【００６９】
薄膜シート４０の下面には、プローブ針として機能する複数のバンプ４３が形成されている。バンプ４３は、例えばＮｉ（ニッケル）で構成されており、その形状は四角錐または四角錐台形である。また、バンプ４３の高さは、５０μｍ程度である。
【００７０】
本実施の形態のプローブカード１５Ｂは、上記のような柔軟性を有する薄膜シート４０に形成された複数のバンプ４３をウエハ１の電極パッド２に確実に接触させるため、薄膜シート４０の上方に配置されたプランジャ４１が押圧板４４を介して薄膜シート４０を下方に押圧する構造になっている。すなわち、プランジャ４１に内蔵されたばね４５の弾性力によって押圧板４４に一定の圧力を加え、押圧板４４の下面に接着された薄膜シート４０を下方に押し下げる構造になっている。これにより、薄膜シート４０には張力が働き、この張力によって薄膜シート４０が引き伸ばされるので、バンプ４３と電極パッド２との位置を精度よく合わせることができる。
【００７１】
薄膜シート４０の下面には、バンプ４３のそれぞれと電気的に接続され、バンプ４３のそれぞれから薄膜シート４０の周辺端部まで延在する複数の配線４６が形成されている。配線基板３０の下面には、この複数の配線４６の周辺端部とそれぞれ電気的にされる複数の受け部４７が形成されており、この複数の受け部４７のそれぞれは、配線基板３０に形成された図示しない配線を通じて配線基板３０の下面のランド部３５、さらには配線基板１の上面のランド部３４と電気的に接続されている。
【００７２】
ネジ等の固定部材３９によって配線基板３０の上面に取り付けられたプランジャ４１には、冷却管２４が挿通されている。前記実施の形態１の冷却管２４と同じように、この冷却管２４は、その両端が図示しない冷媒供給源に接続されており、この冷媒供給源から供給される冷却液Ｃがその内部を循環する構造になっている。
【００７３】
前述したように、プランジャ４１は、押圧板４４を介して薄膜シート４０を下方に押圧する構造になっている。そのため、冷却管２４内を流れる冷却液Ｃによってプランジャ４１およびプランジャ４１に接続された押圧板４４が冷却されると、薄膜シート４０に形成されたバンプ４３も冷却される。すなわち、冷却管２４は、バンプ４３を冷却する目的でプランジャ４１に取り付けられている。なお、冷却管２４の取り付け位置は、プランジャ４１に限定されるものではなく、バンプ４３を冷却することができる位置であれば、プローブカード１５Ｂの任意の位置に取り付けることができる。
【００７４】
また、押圧板４４の一部には、温度センサ２５が取り付けられている。ウエハ検査装置のテスター本体は、この温度センサ２５を使って押圧板４４、ひいては押圧板４４の下面に接着された薄膜シート４０に形成されたバンプ４３の温度をモニターする。そして、このモニター値に基づいて冷却管２４内を流れる冷却液Ｃの流量、流速等を調節することにより、バンプ４３の温度設定を行う。
【００７５】
本実施の形態では、高温テストの開始に先立って、冷却管２４内に冷却液Ｃを供給し、薄膜シート４０に形成されたバンプ４３をあらかじめ冷却しておく。
【００７６】
このようにした場合は、バンプ４３の先端が高温に加熱されたウエハ１の電極パッド２の表面に接触した際、電極パッド２の熱が低温のバンプ４３およびバンプ４３に接続された配線４６を通じて急速に放熱されるため、電極パッド２とバンプ４３との接触点では、電極パッド２の表面温度が周囲に比べて低くなる。これにより、電極パッド２とバンプ４３との接触点では、電極パッド２を構成するＡｌの軟化が抑制されるので、バンプ４３の先端にＡｌ片が付着し難くなる。
【００７７】
前述したように、Ａｌ系材料は、温度が１００℃を超えると急激に軟化し易くなる。従って、Ａｌの軟化に起因してバンプ４３の先端にＡｌ片が付着する現象を抑制するためには、バンプ４３の先端が電極パッド２の表面に接触した際、両者の接触点における電極パッド２の表面温度が１００℃以下に低下するように、バンプ４３を冷却することが望ましい。
【００７８】
このように、高温テスト時にバンプ４３を冷却する本実施の形態によれば、バンプ４３の先端にＡｌ片が付着し難くなるので、このＡｌ片が酸化して絶縁物となることに起因するバンプ４３と電極パッド２とのコンタクト抵抗の増大を抑制することができる。これにより、薄膜シート方式のプローブカード１５を使用して高温テストを行う場合においても、テスト精度の低下を抑制することができる。
【００７９】
また、バンプ４３の先端にＡｌ片が付着し難くなることにより、バンプ４３のクリーニング頻度を減らすことができるので、電気特性検査工程の稼働率の低下を抑制することができ、かつ、バンプ４３の寿命の低下を抑制することもできる。
【００８０】
（実施の形態３）
前記実施の形態１、２では、冷却管２４内を流れる冷却液Ｃを使用してプローブ針３３（実施の形態１）あるいはバンプ４３（実施の形態２）を冷却したが、本実施の形態では、ぺルチェ素子を使用してプローブ針３３あるいはバンプ４３を冷却する。
【００８１】
図１０は、ぺルチェ素子を取り付けたカンチレバー方式のプローブカードの断面図である。前記実施の形態１のプローブカード１５Ａは、配線基板３０の下面に取り付けたプローブ針固定部３１に冷却管２４を挿通したのに対し、本実施の形態のプローブカード１５Ａは、プローブ針固定部３１の一部にぺルチェ素子５０を取り付けたことを特徴とする。すなわち、ペルチェ素子５０は、プローブ針３３を冷却する目的でプローブ針固定部３１に取り付けられている。
【００８２】
上記ペルチェ素子５０は、例えばネジ等の固定部材３８によってプローブ針固定部３１の上面に固定されている。また、ペルチェ素子５０の上面にはＡｌ等からなるヒートシンク５１が接合されている。さらに、プローブ針固定部３１の一部には、プローブ針固定部３１に接合されたプローブ針３３の温度をモニターするための温度センサ２５が取り付けられている。
【００８３】
図１１は、プローブ針固定部３１に取り付けられたペルチェ素子５０の構造の一例を示す拡大断面図である。
【００８４】
ペルチェ素子５０は、それぞれが一対のｎ型半導体５２ｎおよびｐ型半導体５２ｐからなる複数の素子を金属電極５３、５４を介して直列に接続した構造になっている。ペルチェ素子５０は、このｎ型半導体５２ｎとｐ型半導体５２ｐとのｐｎ接合部（金属電極５３、５４）に電流を流したとき、ｎ→ｐ接合部分で吸熱現象が発生し、ｐ→ｎ接合部分で発熱現象が発生する性質を利用して熱を低温側（吸熱側）から高温側（発熱側）へ輸送する。
【００８５】
ペルチェ素子５０の吸熱側の金属電極５３にはセラミック板５５を介してプローブ針固定部３１が接合され、発熱側の金属電極５４にはセラミック板５６を介してヒートシンク５１が接合されている。従って、このペルチェ素子５０にリード線５８を通じて電流を流すと、プローブ針固定部３１からヒートシンク５１に向かって熱が流れ、プローブ針固定部３１が冷却される。
【００８６】
プローブ針固定部３１をペルチェ素子５０で冷却する場合は、冷却液Ｃを還流させるための冷却管２４が不要となるので、プローブ針固定部３１を冷却液Ｃで冷却する場合に比べてプローブカード１５Ａの構造が簡単になる。
【００８７】
図１２は、前記実施の形態２で説明した薄膜シート方式のプローブカード１５Ｂにペルチェ素子５０を取り付けた例を示している。
【００８８】
この例では、プランジャ４１の一部にペルチェ素子５０を固定し、低温側（吸熱側）である押圧板４４を冷却することによって、薄膜シート４０に形成されたバンプ４３を冷却する。また、プランジャ４１の高温側（発熱側）には冷却フィン５７を形成し、プランジャ４１自体をヒートシンクとして機能させている。
【００８９】
（実施の形態４）
図１３は、カンチレバー方式のプローブカードの下面側平面図、図１４は、このプローブカードの断面図である。
【００９０】
本実施の形態のプローブカード１５Ａは、前記実施の形態１のプローブカード１５Ａと同じように、プローブ針固定部３１に挿通した冷却管２４内に冷却液Ｃを供給することによって、プローブ針３３を冷却する。
【００９１】
また、本実施の形態のプローブカード１５Ａは、ネジ等の固定部材３８によって配線基板３０の下面に金属製の冷却板６０を取り付けると共に、この冷却板６０に冷却管２４を挿通している。すなわち、本実施の形態のプローブカード１５Ａは、冷却管２４の一部をプローブ針固定部３１に挿通すると共に、冷却管２４の他の一部を冷却板６０に挿通し、図示しない冷媒供給源から冷却管２４内に冷却液Ｃを供給する。
【００９２】
上記のように構成された本実施の形態のプローブカード１５Ａによれば、高温テスト時にプローブ針３３を冷却できるのみならず、冷却板６０と接している配線基板３０も冷却することができる。これにより、ウエハ１から配線基板３０に伝わる熱に起因する配線基板３０の熱変形や、この熱変形に伴うプローブ針３３の先端の位置変動を抑制することができるので、高温テストの精度をより向上させることができる。
【００９３】
なお、ここでは、１本の冷却管２４の一部をプローブ針固定部３１に挿通し、この冷却管２４の他の一部を冷却板６０に挿通したが、プローブ針固定部３１に挿通する冷却管と冷却板６０に挿通する冷却管とを分離し、それぞれの冷却管に供給する冷却液の種類、流量、流速を最適化することにより、プローブ針３３の温度と配線基板３０の温度を独立に制御してもよい。
【００９４】
図１５は、薄膜シート方式のプローブカードの断面図である。このプローブカード１５Ｂは、前記実施の形態２のプローブカード１５Ｂと同じように、プランジャ４１に挿通した冷却管２４内に冷却液Ｃを供給することによって、バンプ４３を冷却する。
【００９５】
また、このプローブカード１５Ｂは、ネジ等の固定部材３８によって配線基板３０の下面に金属製の冷却板６０を取り付けると共に、この冷却板６０に冷却管２４を挿通している。すなわち、このプローブカード１５Ｂは、冷却管２４の一部をプランジャ４１に挿通すると共に、冷却管２４の他の一部を冷却板６０に挿通し、図示しない冷媒供給源から冷却管２４内に冷却液Ｃを供給する。
【００９６】
上記のように構成された本実施の形態のプローブカード１５Ｂによれば、高温テスト時にバンプ４３を冷却できるのみならず、冷却板６０と接している配線基板３０も冷却することができる。これにより、ウエハ１から配線基板３０に伝わる熱に起因する配線基板３０の熱変形や、この熱変形に伴うバンプ４３の先端の位置変動を抑制することができるので、高温テストの精度をより向上させることができる。
【００９７】
この場合も、プランジャ４１に挿通する冷却管と冷却板６０に挿通する冷却管とを分離し、それぞれの冷却管に供給する冷却液の種類、流量、流速を最適化することにより、バンプ４３の温度と配線基板３０の温度を独立に制御することができる。
【００９８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００９９】
例えば前記実施の形態では、プローブ針やバンプを冷却する冷媒として、フッ素系の不活性液体からなる冷却液Ｃを例示したが、これに限定されるものではなく、他の液体または気体からなる冷媒を使用してもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、前工程（ウエハプロセス）の最終工程で行う電気特性検査（ウエハプローブテスト）に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 半導体ウエハ
１Ａ チップ領域
１Ｂ 半導体チップ
２ 電極パッド（ボンディングパッド）
１０ ウエハ検査装置
１１ テスター本体
１２ テストヘッド
１３ パフォーマンスボード
１４ ポゴタワー
１５Ａ、１５Ｂ プローブカード
１６ プローバ
１７ テスト回路
１８ ケーブル
１９ ポゴピン
２０ カードホルダ
２１ ウエハステージ
２２ ウエハチャック
２３ 加熱・冷却装置
２４ 冷却管
２５ 温度センサ
３０ 配線基板
３１ プローブ針固定部
３２ 絶縁部材
３３ プローブ針
３４、３５、３６ ランド
３７、３８、３９ 固定部材
４０ 薄膜シート
４１ プランジャ
４２ 固定部材
４３ バンプ
４４ 押圧板
４５ ばね
４６ 配線
４７ 受け部
５０ ペルチェ素子
５１ ヒートシンク
５２ｎ ｎ型半導体
５２ｐ ｐ型半導体
５３、５４ 金属電極
５５、５６ セラミック板
５７ 冷却フィン
５８ リード線
６０ 冷却板
Ｃ 冷却液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）主面が複数のチップ領域に区画された半導体ウエハを用意する工程と、
（ｂ）前記複数のチップ領域のそれぞれに集積回路を形成する工程と、
（ｃ）前記複数のチップ領域のそれぞれの表面に、前記集積回路に電気的に接続された複数の電極パッドを形成する工程と、
（ｄ）前記複数の電極パッドのそれぞれにプローブ針を接触することによって、前記集積回路の電気特性検査を行う工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）の後、前記半導体ウエハをダイシングして前記複数のチップ領域のそれぞれを個片化することにより、複数の半導体チップを取得する工程と、
を含む半導体装置の製造方法であって、
前記工程（ｄ）において、前記複数の電極パッドのそれぞれに前記プローブ針を接触する際、前記プローブ針を冷却することによって、前記複数の電極パッドのそれぞれと前記プローブ針との接触点の温度を、前記複数の電極パッドのそれぞれの表面温度よりも低くすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記複数の電極パッドのそれぞれに前記プローブ針を接触する際、前記複数の電極パッドのそれぞれと前記プローブ針との接触点の温度が１００℃以下となるように、前記プローブ針を冷却することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記プローブ針は、プローブカードの一面に取り付けられたカンチレバー方式のプローブ針であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記プローブ針は、プローブカードに取り付けられた薄膜シートの一面に形成された導電性のバンプであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
冷却媒体を用いて前記プローブ針を冷却することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記プローブ針の近傍に前記冷却媒体が流れる冷却管を配置することによって、前記プローブ針を冷却することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
ペルチェ素子を用いて前記プローブ針を冷却することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記プローブ針を冷却する際、前記プローブ針を支持するプローブカードも冷却することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記プローブ針の近傍および前記プローブカードの近傍に冷却媒体が流れる冷却管をそれぞれ配置することによって、前記プローブ針および前記プローブカードを冷却することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
（ａ）主面が複数のチップ領域に区画された半導体ウエハを用意する工程と、
（ｂ）前記複数のチップ領域のそれぞれに集積回路を形成する工程と、
（ｃ）前記複数のチップ領域のそれぞれの表面に、前記集積回路に電気的に接続された複数の電極パッドを形成する工程と、
（ｄ）前記複数の電極パッドのそれぞれにプローブ針を接触することによって、前記集積回路の電気特性検査を行う工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）の後、前記半導体ウエハをダイシングして前記複数のチップ領域のそれぞれを個片化することにより、複数の半導体チップを取得する工程と、
を含む半導体装置の製造方法であって、
前記工程（ｄ）において、前記複数の電極パッドのそれぞれに前記プローブ針を接触する際、前記プローブ針を冷却することによって、前記複数の電極パッドのそれぞれと前記プローブ針との接触点の温度を、前記複数の電極パッドのそれぞれの表面温度よりも低くすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記複数の電極パッドのそれぞれに前記プローブ針を接触する際、前記複数の電極パッドのそれぞれと前記プローブ針との接触点の温度が１００℃以下となるように、前記プローブ針を冷却することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記プローブ針は、プローブカードの一面に取り付けられたカンチレバー方式のプローブ針であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記プローブ針は、プローブカードに取り付けられた薄膜シートの一面に形成された導電性のバンプであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
冷却媒体を用いて前記プローブ針を冷却することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記プローブ針の近傍に前記冷却媒体が流れる冷却管を配置することによって、前記プローブ針を冷却することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
ペルチェ素子を用いて前記プローブ針を冷却することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記プローブ針を冷却する際、前記プローブ針を支持するプローブカードも冷却することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記プローブ針の近傍および前記プローブカードの近傍に冷却媒体が流れる冷却管をそれぞれ配置することによって、前記プローブ針および前記プローブカードを冷却することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−７６０３（Ｐ２０１３−７６０３Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３９２８９（Ｐ２０１１−１３９２８９）
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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