JP2011252773A - 半導体検査装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の電極パッドに精度良く接触でき、かつ、半導体装置に損傷を与え難い半導体検査装置を提供すること。
【解決手段】本半導体検査装置は、検査対象物である半導体装置を検査するための電気信号を入出力する半導体検査装置であって、第１基板と、弾性変形可能な接合部を介して前記第１基板と接合された第２基板と、を有し、前記第１基板は、前記第２基板側に開口する凹部と、前記凹部の内側面に形成された配線と、該配線と電気的に接続される配線パターンと、前記凹部内に収容され前記配線と接触して導通している導電性ボールと、を備え、前記第２基板は、一方の面に、前記第１基板の前記凹部に対応する位置に形成され、一端が前記導電性ボールと接触して導通する導電性の第１突起部と、他方の面に、前記第１突起部と電気的に接続される導電性の第２突起部と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象物である半導体装置を検査するための電気信号を入出力する半導体検査装置、及びその製造方法に関する。

従来から、半導体装置の検査工程においては、半導体装置の電極パッドに半導体検査装置の接触子（プローブ）の先端を直接押し当て、外部の半導体検査システムと半導体装置とを一時的に電気的に接続することにより、各回路間の導通の良否を判別するプロービング検査、高温中において熱的又は電気的ストレスを回路に付与して不良を加速選別するバーンイン検査、及び最終的に高周波で検査を行う最終検査等の電気的特性の検査が行われていた。

近年、半導体装置においては、半導体素子の高集積化及び処理信号数の増加によって、半導体装置に形成される電極パッドの数が増加（多ピン化）するとともに、電極パッドの狭ピッチ化が進んでいる。これにともない半導体装置の電気的特性の検査に用いる半導体検査装置の接触子（プローブ）においても多ピン化及び狭ピッチ化が必要となりつつある。

電極パッドがペリフェラル配置の比較的ピッチが大きい半導体装置に対しては、半導体検査装置の接触子（プローブ）として、例えば、タングステン、ニッケル等の硬質のピンが使用されている。又、電極パッドがエリアアレイ配置で狭ピッチ化された最近の半導体装置に対しては、半導体検査装置の接触子（プローブ）として、前述の硬質のピンでは対応できないため、ＭＥＭＳ技術を用いた接触子（プローブ）が検討されている。

特開２０００−１７１４８３号公報 特開２００２−５９９２号公報

しかしながら、電極パッドが多ピン化及び狭ピッチ化された半導体装置に対して、精度良く接触でき、かつ、低針圧で半導体装置に損傷を与え難い半導体検査装置は実現されていない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体装置の電極パッドに精度良く接触でき、かつ、半導体装置に損傷を与え難い半導体検査装置を提供することを課題とする。

本半導体検査装置は、検査対象物である半導体装置を検査するための電気信号を入出力する半導体検査装置であって、第１基板と、弾性変形可能な接合部を介して前記第１基板と接合された第２基板と、を有し、前記第１基板は、前記第２基板側に開口する凹部と、前記凹部の内側面に形成された配線と、該配線と電気的に接続される配線パターンと、前記凹部内に収容され前記配線と接触して導通している導電性ボールと、を備え、前記第２基板は、一方の面に、前記第１基板の前記凹部に対応する位置に形成され、一端が前記導電性ボールと接触して導通する導電性の第１突起部と、他方の面に、前記第１突起部と電気的に接続される導電性の第２突起部と、を備えていることを要件とする。

本半導体検査装置の製造方法は、検査対象物である半導体装置を検査するための電気信号を入出力する半導体検査装置の製造方法であって、第１基板を製造する第１工程と、第２基板を製造する第２工程と、弾性変形可能な接合部を介して前記第１基板と前記第２基板とを接合する第３工程と、を有し、前記第１工程は、前記第１基板の基板本体に凹部を形成する工程と、前記凹部の内側面に配線を形成する工程と、を備え、前記第２工程は、前記第２基板の基板本体の一方の面の、前記第１基板の前記凹部に対応する位置に、導電性の第１突起部を形成する工程と、前記第２基板の前記基板本体の他方の面に、前記第１突起部と電気的に接続された導電性の第２突起部を形成する工程と、前記第３工程は、前記凹部内に前記配線と接触して導通するように導電性ボールを収容する工程と、前記第１突起部の一端が前記導電性ボールと接触して導通するように前記接合部を介して前記第１基板と前記第２基板とを接合する工程と、を備えることを要件とする。

開示の技術によれば、半導体装置の電極パッドに精度良く接触でき、かつ、半導体装置に損傷を与え難い半導体検査装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る半導体検査装置を例示する断面図である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置を用いて半導体装置を検査する方法について説明する図である。 半導体装置が傾いた場合について説明する図である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その２）である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その３）である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その４）である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その５）である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その６）である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その７）である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その８）である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その９）である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その１０）である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その１１）である。 第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図（その１２）である。 第１の実施の形態の変形例に係る半導体検査装置を例示する断面図である。 第２の実施の形態に係る半導体検査装置を例示する断面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
［第１の実施の形態に係る半導体検査装置の構造］
始めに、第１の実施の形態に係る半導体検査装置の構造について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る半導体検査装置を例示する断面図である。図１において、Ｘ方向は後述する基板本体２１の面２１ａと平行な方向、Ｙ方向はＸ方向に垂直な方向（紙面奥行き方向）、Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向に垂直な方向（基板本体２１の厚さ方向）をそれぞれ示している（以降の図においても同様）。

図１を参照するに、第１の実施の形態に係る半導体検査装置１０は、第１基板２０と、第２基板３０と、接合部４０とを有し、第１基板２０と第２基板３０とは、接合部４０を介して固定されている。

第１基板２０は、基板本体２１と、ビアホール２１ｘと、絶縁層２２と、ビア配線２３と、配線パターン２４と、ボール支持部２５と、導電性ボール２６とを有する。第２基板３０は、基板本体３１と、ビアホール３１ｘと、絶縁層３２と、貫通電極３３と、配線パターン３４と、突起バンプ３５と、ポスト３６とを有する。以下、半導体検査装置１０を構成する第１基板２０、第２基板３０、及び接合部４０について詳説する。

第１基板２０において、基板本体２１は、配線パターン２４等を形成する基体となる部分である。基板本体２１の材料としては、シリコン、ガラス、セラミック、絶縁性樹脂（エポキシ系樹脂等）等を用いることができる。但し、半導体検査装置１０の検査対象物である半導体装置は、シリコン基板を有するものが多いため、熱膨張係数を整合させる観点から、基板本体２１の材料としては、シリコンやシリコンに熱膨張係数が近い硼珪酸ガラスを用いると好適である。硼珪酸ガラスは、硼酸（Ｂ_２Ｏ_３）と珪酸（ＳｉＯ_２）を主成分として含むガラスであり、熱膨張係数は３ｐｐｍ／℃程度である。

基板本体２１の厚さは、例えば、６００〜８００μｍ程度とすることができる。なお、基板本体２１の熱膨張係数を半導体検査装置１０の検査対象物である半導体装置の熱膨張係数と整合させる理由は、高温環境下や低温環境下で検査する場合でも、半導体検査装置１０と検査対象物である半導体装置との位置ずれが生じ難くするためである。以下、基板本体２１がシリコンである場合を例にして説明する。

ビアホール２１ｘは、基板本体２１の面２１ａから面２１ｂに貫通する貫通孔である。ビアホール２１ｘの配設ピッチは、適宜選択することが可能であるが、例えば４００〜１５００μｍ程度とすることができる。ビアホール２１ｘは、例えば平面視において（Ｚ方向から視て、以下同様）円形であり、その直径は、例えば３００〜１０００μｍ程度とすることができる。

絶縁層２２は、基板本体２１の面２１ａ及び２１ｂ並びにビアホール２１ｘの内側面を含む基板本体２１の表面に形成されている。絶縁層２２は、基板本体２１とビア配線２３及び配線パターン２４との間を絶縁するための膜である。絶縁層２２の材料としては、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）や窒化珪素（ＳｉＮ）、ポリイミド等を用いることができる。絶縁層２２の厚さは、例えば１〜２μｍ程度とすることができる。

ビア配線２３は、ビアホール２１ｘの内側面上に絶縁層２２を介して形成されている。ビア配線２３の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）等を用いることができる。ビア配線２３は、複数の層から構成されていても良く、表面に金（Ａｕ）めっき等が施されていても良い。ビア配線２３の厚さは、例えば１０μｍ程度とすることができる。

配線パターン２４は、基板本体２１の面２１ａ上に絶縁層２２を介して形成されている。配線パターン２４は、ビア配線２３と電気的に接続されている。配線パターン２４は、後述するテスト基板と電気的に接続される電極パッドとして機能する。配線パターン２４の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）等を用いることができる。配線パターン２４は、複数の層から構成されていても良く、表面に金（Ａｕ）めっき等が施されていても良い。配線パターン２４の厚さは、例えば１０μｍ程度とすることができる。

配線パターン２４上に、必要に応じて、更に絶縁層と配線パターンを必要な層数だけ積層しても構わない。又、配線パターン２４上に、所定の開口部を有するオーバーコート層を形成しても構わない。この場合には、配線パターン２４のオーバーコート層の開口部から露出する部分が、後述するテスト基板と電気的に接続される電極パッドとして機能する。

ボール支持部２５は、ビアホール２１ｘの一方の側（基板本体の面２１ａ側）を封止するように設けられている。ビアホール２１ｘとボール支持部２５は凹部を形成しており、凹部の深さは、例えば、５００〜７００μｍ程度とすることができる。

ボール支持部２５の厚さは、例えば１００μｍ程度とすることができる。ボール支持部２５の材料としては、シリコン樹脂やゴム系樹脂等の弾性変形可能な樹脂を用いることができる。ゴム系樹脂の一例を挙げれば、ポリウレタンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、イソブチレン・イソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、塩素化ブチルゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム等の樹脂である。

ボール支持部２５は、導電性ボール２６が第２基板３０により基板本体２１の面２１ｂ側から面２１ａ側に押されたときに、導電性ボール２６を支持する機能を有する。この際、ボール支持部２５は、弾性変形することで第２基板３０から受ける力を吸収するため、導電性ボール２６やポスト３６が損傷することを防止できる。

導電性ボール２６は、ビアホール２１ｘとボール支持部２５が形成する凹部内に、可動できる状態で複数個収容されている。導電性ボール２６は、凹部内が充填されるほど目一杯に収容されているわけではなく、周囲に遊びがある状態で収容されている。これにより、導電性ボール２６が第２基板３０により基板本体２１の面２１ｂ側から面２１ａ側に押されたときに、各導電性ボール２６が可動し、各導電性ボール２６に大きな力が加わることを防げる。なお、各導電性ボール２６は、可動しても他の導電性ボール２６と接触し、何れかの導電性ボール２６がビア配線２３と接触してビア配線２３と導通する。

このように、弾性変形可能なボール支持部２５を設けることと、導電性ボール２６の周囲に遊びを設け各導電性ボール２６が可動できる状態で収容することにより、導電性ボール２６が損傷することを防いでおり、繰り返し使用にも耐えることができる。但し、導電性ボール２６の周囲に遊びを設け各導電性ボール２６が可動できる状態で収容することのみでも、導電性ボール２６に加わる力を低減できるため、仕様によっては、ボール支持部２５の材料として、シリコン樹脂やゴム系樹脂等の弾性変形可能な樹脂を用いず、エポキシ樹脂や金属層等を用いても構わない。この場合にも、ある程度の繰り返し使用に耐えることができる。

導電性ボール２６としては、金（Ａｕ）ボール、銅（Ｃｕ）ボール、ニッケル（Ｎｉ）ボール、樹脂コアのボール（Ｎｉ、Ｃｕ、はんだ等）、はんだボール等の導電性のボールを用いることができる。なお、導電性ボール２６の表面に、抵抗変化が少ない金（Ａｕ）めっき等を施すと好適である。導電性ボール２６の直径は、ビアホール２１ｘの直径及びビアホール２１ｘとボール支持部２５が形成する凹部の深さよりも小さく、例えば１０〜２００μｍ程度とすることができる。ビアホール２１ｘとボール支持部２５が形成する１つの凹部内に収容される導電性ボール２６の数量は、その直径により異なるが、例えば数個から数千個程度とすることができる。

第２基板３０において、基板本体３１は、配線パターン３４等を形成する基体となる部分である。基板本体３１の材料としては、基板本体２１と同様に、シリコン、ガラス、セラミック、絶縁性樹脂（エポキシ系樹脂等）等を用いることができる。但し、基板本体２１と同様の理由から、基板本体３１の材料としては、シリコンやシリコンと熱膨張係数が近い硼珪酸ガラスを用いると好適である。

基板本体３１の厚さは、例えば、２００〜３００μｍ程度とすることができる。なお、基板本体３１の熱膨張係数を半導体検査装置１０の検査対象物である半導体装置の熱膨張係数と整合させる理由は、基板本体２１の場合と同様である。以下、基板本体３１がシリコンである場合を例にして説明する。

ビアホール３１ｘは、基板本体３１の面３１ａから面３１ｂに貫通する貫通孔である。ビアホール３１ｘは、平面視においてビアホール２１ｘに対応する位置に設けられている。つまり、ビアホール３１ｘの配設ピッチは、ビアホール２１ｘの配設ピッチと同一である。ビアホール２１ｘは、例えば平面視において円形であり、その直径は、例えば５０〜２００μｍ程度とすることができる。

絶縁層３２は、基板本体３１の面３１ａ及び３１ｂ並びにビアホール３１ｘの内側面を含む基板本体３１の表面に形成されている。絶縁層３２は、基板本体３１と貫通電極３３、配線パターン３４、及びポスト３６との間を絶縁するための膜である。絶縁層３２の材料としては、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）や窒化珪素（ＳｉＮ）、ポリイミド等を用いることができる。絶縁層３２の厚さは、例えば１〜２μｍ程度とすることができる。

貫通電極３３は、ビアホール３１ｘを充填するように形成されている。貫通電極３３の一方の面は基板本体３１の面３１ａに形成された絶縁層３２の上面と略面一であり、貫通電極３３の他方の面は基板本体３１の面３１ｂに形成された絶縁層３２の上面と略面一である。貫通電極３３の直径は、ビアホール３１ｘの直径（例えば５０〜２００μｍ程度）と略同一である。貫通電極３３の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）等を用いることができる。

配線パターン３４は、基板本体３１の面３１ｂ上に絶縁層３２を介して形成されている。配線パターン３４は、貫通電極３３と電気的に接続されている。配線パターン３４は、貫通電極３３のピッチと突起バンプ３５のピッチとを変換するために設けられている。配線パターン３４の厚さは、例えば１０μｍ程度とすることができる。配線パターン３４の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）等を用いることができる。配線パターン３４は、複数の層から構成されていても良く、表面に金（Ａｕ）めっき等が施されていても良い。

突起バンプ３５は、配線パターン３４上に形成されている。突起バンプ３５は例えば円柱状であり、半導体検査装置１０の検査対象物である半導体装置の電極パッドと接触する接触子（プローブ）としての機能を有する。そのため、突起バンプ３５は、検査対象物である半導体装置の電極パッドに対応する位置に設けられている。例えば、検査対象物である半導体装置の電極パッドがペリフェラル状に設けられていれば、突起バンプ３５もペリフェラル状に設けられ、検査対象物である半導体装置の電極パッドがエリアアレイ状に設けられていれば、突起バンプ３５もエリアアレイ状に設けられる。なお、突起バンプ３５は、例えば円錐状、円錐台形状、半球状、角柱状、角錐状等であっても構わない。

突起バンプ３５のピッチは、半導体装置の電極パッドのピッチに対応し、例えば１０〜１００μｍ程度とすることができる。なお、突起バンプ３５は、配線パターン３４によりピッチ変換されているため、貫通電極３３よりも狭ピッチとされている。突起バンプ３５は、半導体装置の電極パッドと繰り返し接触する部分であるため、固くて変形や摩耗をしづらい材料を用いると好適であり、例えばニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）等を用いることができる。

突起バンプ３５の配線パターン３４の上面からの突起量（高さ）は、例えば２０〜５０μｍ程度とすることができる。なお、配線パターン３４上に、突起バンプ３５を露出するオーバーコート層を形成しても構わない。なお、突起バンプ３５は、本発明に係る導電性の第２突起部の代表的な一例である。

ポスト３６は、貫通電極３３の一方の面（基板本体３１の面３１ａ側の面）を含む部分に形成されている。ポスト３６は例えば円柱状であり、その中心は貫通電極３３の中心と略一致している。ポスト３６の直径は、貫通電極３３の直径（例えば５０〜２００μｍ程度）と同等以上であることが好ましく、例えば２００〜９００μｍ程度とすることができる。ポスト３６の絶縁層３２の上面からの突起量（高さ）は、例えば１５０〜２００μｍ程度とすることができる。なお、ポスト３６は、例えば円錐状、円錐台形状、半球状、角柱状、角錐状等であっても構わない。

ポスト３６の一端（貫通電極３３と接していない側）は、ビアホール２１ｘとボール支持部２５が形成する凹部内に入り込み、凹部内に収容された導電性ボール２６の何れかと接触し導通している。ポスト３６は、導電性ボール２６をビアホール２１ｘに閉じこめる機能を有する。又、ポスト３６は、突起バンプ３５を、配線パターン３４及び貫通電極３３を介して、第１基板２０のビアホール２１ｘとボール支持部２５が形成する凹部内に収容された導電性ボール２６と電気的に接続する機能を有する。ポスト３６の材料としては、例えばニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等を用いることができる。なお、ポスト３６は、本発明に係る導電性の第１突起部の代表的な一例である。

接合部４０は、第１基板２０の基板本体２１の面２１ｂに形成された絶縁層２２と、第２基板３０の基板本体３１の面３１ａに形成された絶縁層３２とを接合している。接合部４０の厚さは、例えば１００μｍ程度とすることができる。接合部４０の材料としては、シリコン樹脂やゴム系樹脂等の弾性変形可能な樹脂を用いることができる。ゴム系樹脂の一例を挙げれば、ポリウレタンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、イソブチレン・イソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、塩素化ブチルゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム等の樹脂である。

接合部４０が弾性変形可能であるため、第２基板３０は、第１基板２０に対して完全には固定されてなく、全ての突起バンプ３５が検査対象物である半導体装置の全ての電極パッドと接触するように微動する。例えば、検査対象物である半導体装置が第１基板２０に対して傾いていれば、弾性変形可能な接合部４０が弾性変形し、第２基板３０は、検査対象物である半導体装置と略平行になるように自動調整される。なお、微動する範囲は、例えばＸＹＺ方向それぞれに、数μｍ〜数十μｍ程度とすることができる。

なお、第２基板３０及び接合部４０は、第１基板２０から剥離することができる。そのため、例えば、接触子（プローブ）として機能する突起バンプ３５の寿命等により第２基板３０の交換が必要になった場合に、第１基板２０を再利用し、第２基板３０のみを新品と交換できる。

次に、半導体検査装置１０を用いて、半導体装置を検査する方法について説明する。図２は、第１の実施の形態に係る半導体検査装置を検査対象物である半導体装置に接触させた状態を例示する図である。図２において、１００は、テスト基板であり、２００は、検査対象物である半導体装置である。

テスト基板１００は、基板本体１１０に、配線パターン１２０、ビア配線１３０、オーバーコート層１４０、接続端子１５０等が設けられたものであり、接続端子１５０を介して、半導体検査装置１０の配線パターン２４と電気的に接続されている。テスト基板１００は、半導体検査システム（図示せず）と電気的に接続されており、テスト基板１００を介して半導体検査装置１０に検査用の電気信号が入出力される。なお、図２の例では、第１基板２０とテスト基板１００とを接続する接続端子１５０が基板本体１１０側に設けられているが、接続端子１５０は第１基板２０側（配線パターン２４上）に設けられていても良い。

半導体装置２００は、半導体基板２１０に電極パッド２２０等が設けられたものである。半導体基板２１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）等からなる基板に半導体集積回路（図示せず）が形成されたものである。電極パッド２２０は、半導体基板２１０の一方の側にペリフェラル状やエリアアレイ状に形成されており、半導体集積回路（図示せず）と電気的に接続されている。

半導体装置２００の検査時には、半導体装置２００は半導体検査装置１０との位置合わせが可能な載置台（図示せず）に載置され、半導体検査装置１０の各突起バンプ３５と半導体装置２００の各電極パッド２２０とが位置合わせされる。半導体検査装置１０は、Ｚ方向に可動できるように構成されており、半導体検査装置１０がＺ方向（半導体装置２００の方向）に可動することにより、接触子（プローブ）としての機能を有する半導体検査装置１０の各突起バンプ３５は、半導体装置２００の各電極パッド２２０に所定の力で押圧され、各突起バンプ３５の上面（配線パターン３４と反対側の面）が、各電極パッド２２０の上面（半導体基板２１０と反対側の面）と接触する。

半導体検査装置１０は、弾性変形可能な接合部４０の柔軟性により、各突起バンプ３５を各電極パッド２２０に接触させることができる。又、各突起バンプ３５と各電極パッド２２０との間で針圧が発生するが、弾性変形可能な接合部４０の柔軟性により、極めて低針圧となるため、半導体装置２００に損傷を与え難い構造となっている。

各突起バンプ３５と各電極パッド２２０とが接触することにより、半導体装置２００の電極パッド２２０は、突起バンプ３５、配線パターン３４、貫通電極３３、ポスト３６、ポスト３６と接触する導電性ボール２６、導電性ボール２６と側面で導通するビア配線２３、配線パターン２４を介して、テスト基板１００と電気的に接続される。その結果、半導体検査システム（図示せず）は、半導体装置２００の各回路間の導通の良否を判別するプロービング検査、高温中において熱的又は電気的ストレスを回路に付与して不良を加速選別するバーンイン検査、及び最終的に高周波で検査を行う最終検査等の電気的特性の検査を行うことができる。

なお、前述のように、半導体検査装置１０の第２基板３０は、第１基板２０に対して完全には固定されてなく、全ての突起バンプ３５が検査対象物である半導体装置２００の全ての電極パッド２２０と接触するように微動する。例えば、図３に示すように、検査対象物である半導体装置２００が第１基板２０に対して傾いていれば、弾性変形可能な接合部４０が弾性変形し、第２基板３０は、半導体装置２００と略平行になるように自動調整される。

このように、半導体検査装置１０は、テスト基板１００と検査対象物である半導体装置２００との間に配置され、テスト基板１００と半導体装置２００とを一時的に電気的に接続し、半導体装置２００を検査するための電気信号を入出力する。この際、半導体検査装置１０の各突起バンプ３５の上面は、半導体装置２００の各電極パッド２２０の上面と精度良く接触できる。又、半導体検査装置１０の弾性変形可能なボール支持部２５及び弾性変形可能な接合部４０の働きにより、半導体装置２００に損傷を与えることを防止できる。

［第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造方法］
次に、第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造方法について説明する。図４〜図６は、第１の実施の形態に係る半導体検査装置の製造工程を例示する図である。なお、図４Ａ〜図４Ｅは第１基板２０の製造工程の一部を例示する図、図５Ａ〜図５Ｄは第２基板３０の製造工程を例示する図、図６Ａ〜図６Ｃは第１基板２０の製造工程の残部と、第１基板２０と第２基板３０とを接合部４０を介して接合する工程を例示する図である。

始めに、図４Ａに示す工程では、基板本体２１を準備し、基板本体２１の面２１ａにスルーホール２１ｘに対応する開口部８０ｘを有するレジスト層８０を形成する。基板本体２１は、例えば６インチ（約１５０ｍｍ）、８インチ（約２００ｍｍ）、１２インチ（約３００ｍｍ）等のシリコンウェハを、所定の大きさに個片化したものである。シリコンウェハの厚さは、例えば０．６２５ｍｍ（６インチの場合）、０．７２５ｍｍ（８インチの場合）、０．７７５ｍｍ（１２インチの場合）等であるが、バックサイドグラインダー等で適宜薄型化することができる。なお、本実施の形態では、最初に基板本体２１を個片化する工程を例示するが、最初にシリコンウェハの状態で後述する各工程を実施し、最後に個片化しても構わない。

レジスト層８０を形成するには、基板本体２１の面２１ａに、例えばアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂やイミド系樹脂等を含む感光性樹脂組成物からなる液状又はペースト状のレジストを塗布する。或いは、基板本体２１の面２１ａに、例えばアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂やイミド系樹脂等を含む感光性樹脂組成物からなるフィルム状のレジストをラミネートする。そして、塗布又はラミネートしたレジストを露光及び現像することで開口部８０ｘを形成する。これにより、開口部８０ｘを有するレジスト層８０が形成される。なお、予め開口部８０ｘを形成したフィルム状のレジストを基板本体２１の面２１ａにラミネートしても構わない。

次いで、図４Ｂに示す工程では、図４Ａに示すレジスト層８０をマスクとして基板本体２１をエッチングすることにより、基板本体２１の面２１ａから面２１ｂに貫通する貫通孔であるビアホール２１ｘを形成する。ビアホール２１ｘは、例えばＳＦ_６（六フッ化硫黄）を用いた反応性イオンエッチング（DRIE：Deep Reactive Ion Etching）等の異方性エッチング法により形成することができる。ビアホール２１ｘの配設ピッチは、開口部８０ｘの配設ピッチに対応し、例えば４００〜１５００μｍ程度とすることができる。ビアホール２１ｘは、例えば平面視において円形であり、その直径は、例えば３００〜１０００μｍ程度とすることができる。

次いで、図４Ｃに示す工程では、図４Ｂに示すレジスト層８０を除去した後、基板本体２１の面２１ａ及び２１ｂ並びにビアホール２１ｘの内側面を含む基板本体２１の表面に、絶縁層２２を形成する。絶縁層２２としては、熱酸化膜（ＳｉＯ_２）を用いることができる。絶縁層２２は、基板本体２１の表面近傍の温度を例えば１０００℃以上とするウェット熱酸化法により熱酸化することで形成できる。絶縁層２２の厚さは、例えば１〜２μｍ程度とすることができる。なお、絶縁層２２として、ＣＶＤ法等により、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ_２）や窒化珪素（ＳｉＮ）等の膜を形成しても構わない。

次いで、図４Ｄに示す工程では、ビアホール２１ｘの内側面の絶縁層２２上にビア配線２３を形成する。ビア配線２３の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）等を用いることができる。ビア配線２３は、例えばスパッタ法、無電解めっき法、電解めっき法等により形成できる。なお、ビア配線２３は、複数の層から構成されていても良く、表面に金（Ａｕ）めっき等が施されていても良い。

次いで、図４Ｅに示す工程では、基板本体２１の面２１ａに形成された絶縁層２２上に、ビア配線２３と電気的に接続される配線パターン２４を形成する。配線パターン２４は、例えばセミアディティブ法、サブトラクティブ法、リフトオフ法等により形成できる。配線パターン２４の厚さは、例えば１０μｍ程度とすることができる。配線パターン２４の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）等を用いることができる。配線パターン２４は、複数の層から構成されていても良く、表面に金（Ａｕ）めっき等が施されていても良い。

次いで、図５Ａに示す工程では、図４Ａ〜図４Ｃと同様な工程により、ビアホール３１ｘを有する基板本体３１を作製し、基板本体３１の面３１ａ及び３１ｂ並びにビアホール３１ｘの内側面を含む基板本体３１の表面に絶縁層３２を形成した後、ビアホール３１ｘ内に貫通電極３３を充填する。貫通電極３３の直径は、ビアホール３１ｘの直径（例えば５０〜２００μｍ程度）と略同一である。貫通電極３３の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）等を用いることができる。

貫通電極３３は、例えば無電解めっき法や電解めっき法等により形成できる。貫通電極３３は、例えばビアホール３１ｘ内に、銅（Ｃｕ）ペースト等を充填して形成しても構わない。なお、貫通電極３３の材料は銅（Ｃｕ）には限定されず、金（Ａｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の導電性材料を適宜選択することができる。必要に応じ、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等により平坦化を行っても構わない。平坦化により、貫通電極３３の一方の面は基板本体３１の面３１ａに形成された絶縁層３２の上面と略面一に、貫通電極３３の他方の面は基板本体３１の面３１ｂに形成された絶縁層３２の上面と略面一にできる。

次いで、図５Ｂに示す工程では、基板本体３１の面３１ｂに形成された絶縁層３２上に、貫通電極３３と電気的に接続される配線パターン３４を形成する。配線パターン３４は、例えばセミアディティブ法、サブトラクティブ法、リフトオフ法等により形成できる。配線パターン３４の厚さは、例えば１０μｍ程度とすることができる。配線パターン３４の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）等を用いることができる。配線パターン３４は、複数の層から構成されていても良く、表面に金（Ａｕ）めっき等が施されていても良い。

次いで、図５Ｃに示す工程では、配線パターン３４上に、配線パターン３４と電気的に接続される突起バンプ３５を形成する。突起バンプ３５は、例えば無電解めっき法や電解めっき法等により形成できる。突起バンプ３５は例えば円柱状であり、検査対象物である半導体装置の電極パッドに対応する位置に設けられる。例えば、検査対象物である半導体装置の電極パッドがペリフェラル状に設けられていれば、突起バンプ３５もペリフェラル状に設けられ、検査対象物である半導体装置の電極パッドがエリアアレイ状に設けられていれば、突起バンプ３５もエリアアレイ状に設けられる。なお、突起バンプ３５は、例えば円錐状、円錐台形状、半球状、角柱状、角錐状等であっても構わない。

突起バンプ３５のピッチは、半導体装置の電極パッドのピッチに対応し、例えば１０〜１００μｍ程度とすることができる。突起バンプ３５は、半導体装置の電極パッドと繰り返し接触する部分であるため、固くて変形や摩耗をしづらい材料を用いると好適であり、例えばニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）等を用いることができる。突起バンプ３５の配線パターン３４の上面からの突起量（高さ）は、例えば２０〜５０μｍ程度とすることができる。

次いで、図５Ｄに示す工程では、貫通電極３３の一方の面（基板本体３１の面３１ａ側の面）を含む部分に、ポスト３６を形成する。ポスト３６は、例えば無電解めっき法や電解めっき法等により形成できる。ポスト３６は例えば円柱状であり、その中心が貫通電極３３の中心と略一致するように形成する。ポスト３６の直径は、貫通電極３３の直径（例えば５０〜２００μｍ程度）と同等以上であることが好ましく、例えば２００〜９００μｍ程度とすることができる。

ポスト３６の絶縁層３２の上面からの突起量（高さ）は、例えば１５０〜２００μｍ程度とすることができる。なお、ポスト３６は、例えば円錐状、円錐台形状、半球状、角柱状、角錐状等であっても構わない。ポスト３６の材料としては、例えばニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等を用いることができる。

なお、図５Ｄに示す工程の後に、基板本体３１の面３１ａ上に、ポスト３６を露出する開口部を有するオーバーコート層を形成しても構わない。又、基板本体３１の面３１ｂ上に、突起バンプ３５を露出する開口部を有するオーバーコート層を形成しても構わない。

次いで、図６Ａに示す工程では、ビアホール２１ｘの一方の側（基板本体の面２１ａ側）を、ボール支持部２５により封止する。ボール支持部２５の厚さは、例えば１００μｍ程度とすることができる。ボール支持部２５の材料としては、シリコン樹脂やゴム系樹脂等の弾性変形可能な樹脂を用いることができる。ゴム系樹脂の例は、前述の通りである。

次いで、図６Ｂに示す工程では、図６Ａに示す構造体を上下反転し、導電性ボール２６を、ビアホール２１ｘとボール支持部２５が形成する凹部内に、可動できる状態で複数個収容する。導電性ボール２６としては、金（Ａｕ）ボール、銅（Ｃｕ）ボール、ニッケル（Ｎｉ）ボール、樹脂コアのボール（Ｎｉ、Ｃｕ、はんだ等）、はんだボール等の導電性のボールを用いることができる。なお、導電性ボール２６の表面に、抵抗変化が少ない金（Ａｕ）めっき等を施すと好適である。

導電性ボール２６の直径は、ビアホール２１ｘの直径及びビアホール２１ｘとボール支持部２５が形成する凹部の深さよりも小さく、例えば１０〜２００μｍ程度とすることができる。ビアホール２１ｘとボール支持部２５が形成する１つの凹部内に収容される導電性ボール２６の数量は、その直径により異なるが、例えば数個から数千個程度とすることができる。

次いで、図６Ｃに示す工程では、第１基板２０と第２基板３０とを、接合部４０を介して接合する。具体的には、第１基板２０の基板本体２１の面２１ｂに形成された絶縁層２２と、第２基板３０の基板本体３１の面３１ａに形成された絶縁層３２とを接合部４０を介して接合する。接合部４０の厚さは、例えば１００μｍ程度とすることができる。接合部４０の材料としては、シリコン樹脂やゴム系樹脂等の弾性変形可能な樹脂を用いることができる。従って、第２基板３０は、第１基板２０に対して完全には固定されてなく、微動することができる。なお、接合部４０は、第２基板３０の外縁部近傍に連続的に形成しても良いが、第２基板３０の外縁部近傍の複数箇所に所定の間隔で点在するように形成すれば十分である。

以上のように、第１の実施の形態に係る半導体検査装置によれば、支持基板となる第１基板、及び接触子（プローブ）として機能する突起バンプが形成された第２基板をシリコン等の狭ピッチ化が可能な材料により作製し、作製した第１基板と第２基板とを弾性変形可能な樹脂を用いて接合する。その結果、接触子（プローブ）として機能する突起バンプをエリアアレイ状に狭ピッチで形成することが可能となり、電極パッドがペリフェラル状に設けられている半導体装置のみならず、エリアアレイ状に設けられている半導体装置にも対応できる。

又、弾性変形可能な樹脂の機能により、第２基板が第１基板に対して微動するので、例えば検査対象物である半導体装置が第１基板に対して傾いていれば、接合部が弾性変形し、第２基板は半導体装置と略平行になるように自動調整される。その結果、接触子（プローブ）として機能する突起バンプが半導体装置の電極パッドに精度良く接触できる。又、弾性変形可能な樹脂や導電性ボールの周囲に遊びを設けているため、各要所で加わる力を低減でき、半導体装置に損傷を与えることを防止できる。

又、第１基板と第２基板とは、内側面にビア配線が形成された凹部内で可動する導電性ボールを介して電気的に接続されるため、第２基板が第１基板に対して傾いた場合にも、導電性ボールが可動して常に導電性ボールとビア配線とが接触し、安定した導通を確保できる。

〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態では、第２基板３０において配線パターン３４によりピッチ変換し、貫通電極３３及びポスト３６を突起バンプ３５よりも広いピッチとしていた。第１の実施の形態の変形例では、第２基板３０において配線パターン３４を設けず、ピッチ変換を行わない例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、第１の実施の形態と同一構成部分の説明は省略する場合がある。

図７は、第１の実施の形態の変形例に係る半導体検査装置を例示する断面図である。図７を参照するに、第１の実施の形態の変形例に係る半導体検査装置１０Ａでは、半導体検査装置１０の配線パターン３４に対応する構成要素は設けられてなく、ピッチ変換は行われていない。つまり、半導体検査装置１０Ａでは、突起バンプ３５は、貫通電極３３の面３１ｂ側の露出部に直接形成されている。

言い換えれば、半導体検査装置１０（図１参照）では、第２基板３０において配線パターン３４によりピッチ変換し、貫通電極３３及びポスト３６は突起バンプ３５よりも広いピッチとされていた。そのため、第１基板２０において、ビアホール２１ｘのピッチも貫通電極３３及びポスト３６のピッチに対応し、突起バンプ３５よりも広いピッチとされていた。半導体検査装置１０Ａ（図７参照）では、第２基板３０においてピッチ変換が行われていないため、第２基板３０の突起バンプ３５、貫通電極３３、及びポスト３６、並びに第１基板２０のビアホール２１ｘは、全て同一ピッチとされている。

このように、必ずしも第２基板３０においてピッチ変換し、貫通電極３３及びポスト３６を突起バンプ３５よりも広いピッチとする必要はない。製造上困難である等の特段の理由がなければ、ピッチ変換のための配線パターンを形成する工程が削除できるため、製造コストの低減にも寄与できる。

以上のように、第１の実施の形態の変形例に係る半導体検査装置によれば、第１の実施の形態に係る半導体検査装置と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、第２基板においてピッチ変換を行うための配線パターンを形成する工程が削除可能となるため、製造コストを低減できる。

〈第２の実施の形態〉
第１の実施の形態では、ビアホール２１ｘの一方の側をボール支持部２５により封止して凹部を形成し導電性ボール２６を収容した。第２の実施の形態では、基板本体に直接凹部を形成し、凹部内にボール支持部２５及び導電性ボール２６を収容する例を示す。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一構成部分の説明は省略する場合がある。

図８は、第２の実施の形態に係る半導体検査装置を例示する断面図である。図８を参照するに、第２の実施の形態に係る半導体検査装置１０Ｂでは、第１基板２０が第１基板５０に置換されている点が半導体検査装置１０（図１参照）と相違している。

第１基板５０は、基板本体５１と、凹部５１ｘと、ビアホール５１ｙと、絶縁層５２と、ビア配線５３と、配線パターン５４と、ボール支持部５５と、導電性ボール５６と、貫通電極５７と、配線パターン５８とを有する。基板本体５１は、配線パターン５４等を形成する基体となる部分である。基板本体５１の材料や厚さ、機能等は、基板本体２１と同様とすることができるため、その説明は省略する。以下、基板本体５１がシリコンである場合を例にして説明する。

凹部５１ｘは、基板本体５１の面５１ｂ側に開口するように設けられている。凹部５１ｘの配設ピッチは、適宜選択することが可能であるが、例えば４００〜１５００μｍ程度とすることができる。凹部５１ｘは、例えば平面視において円形であり、その直径は、例えば３００〜１０００μｍ程度とすることができる。

ビアホール５１ｙは、基板本体５１の面５１ａから面５１ｂに貫通する貫通孔である。ビアホール５１ｙの配設ピッチは、適宜選択することが可能であるが、例えば６００〜１５００μｍ程度とすることができる。ビアホール５１ｙは、例えば平面視において円形であり、その直径は、例えば３００〜１０００μｍ程度とすることができる。

凹部５１ｘ及びビアホール５１ｙは、第１の実施の形態の図４Ａ及び図４Ｂに示す工程と同様に、例えばＳＦ_６（六フッ化硫黄）を用いた反応性イオンエッチング（DRIE：Deep Reactive Ion Etching）等の異方性エッチング法により形成することができる。

絶縁層５２は、基板本体５１の面５１ａ及び５１ｂ、凹部５１ｘの内側面及び内底面、並びにビアホール２１ｘの内側面を含む基板本体５１の表面に形成されている。絶縁層５２は、基板本体５１とビア配線５３及び貫通電極５７、並びに配線パターン５４及び５８との間を絶縁するための膜である。絶縁層５２の材料や厚さ、機能等は、絶縁層２２と同様とすることができるため、その説明は省略する。

ビア配線５３は、凹部５１ｘの内側面上に絶縁層５２を介して形成されている。ビア配線５３の材料や厚さ、機能等は、ビア配線２３と同様とすることができるため、その説明は省略する。配線パターン５４は、基板本体５１の面５１ａ上に絶縁層５２を介して形成されている。配線パターン５４の材料や厚さ、機能等は、配線パターン２４と同様とすることができるため、その説明は省略する。

ボール支持部５５は、凹部５１ｘの内底面上に設けられている。ボール支持部５５の材料や厚さ、機能等は、ボール支持部２５と同様とすることができるため、その説明は省略する。但し、導電性ボール５６の周囲に遊びを設け各導電性ボール５６が可動できる状態で収容することにより、導電性ボール５６に加わる力を低減できるため、仕様によっては、ボール支持部５５を設けず、導電性ボール５６が凹部５１ｘの内底面に直接接する構造にしても、ある程度の繰り返し使用に耐えることができる。

導電性ボール５６は、凹部５１ｘ内に収容されている。導電性ボール５６の材料や厚さ、機能等は、導電性ボール２６と同様とすることができるため、その説明は省略する。

貫通電極５７は、ビアホール５１ｙを充填するように形成されている。貫通電極５７は、配線パターン５４及び５８を電気的に接続している。貫通電極５７の一方の面は基板本体５１の面５１ａに形成された絶縁層５２の上面と略面一であり、貫通電極５７の他方の面は基板本体５１の面５１ｂに形成された絶縁層５２の上面と略面一である。貫通電極５７の直径は、ビアホール５１ｙの直径（例えば３００〜１０００μｍ程度と）と略同一である。貫通電極５７の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）等を用いることができる。

配線パターン５８は、基板本体５１の面５１ｂ上に絶縁層５２を介して形成されている。配線パターン５８は、ビア配線５３と貫通電極５７とを電気的に接続している。配線パターン５８の材料や厚さは、配線パターン５４と同様とすることができるため、その説明は省略する。配線パターン５８上に、所定の開口部を有するオーバーコート層を形成しても構わない。

このように、半導体検査装置において、ボール支持部及び導電性ボールを、基板本体に直接形成した凹部内に収容しても構わない。

以上のように、第２の実施の形態に係る半導体検査装置によれば、第１の実施の形態に係る半導体検査装置と同様の効果を奏する。

以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、第２の実施の形態において、第１の実施形態の変形例と同様の変形を加えても構わない。

１０、１０Ａ、１０Ｂ 半導体検査装置
２０、５０ 第１基板
２１、３１、１１０ 基板本体
２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ、５１ａ、５１ｂ 面
２１ｘ、３１ｘ、５１ｙ ビアホール
２２、３２、５２ 絶縁層
２３、５３、１３０ ビア配線
２４、３４、５４、５８、１２０ 配線パターン
２５、５５ ボール支持部
２６、５６ 導電性ボール
３０ 第２基板
３３、５７ 貫通電極
３５ 突起バンプ
３６ ポスト
４０ 接合部
５１ｘ 凹部
８０ レジスト層
８０ｘ 開口部
１００ テスト基板
１４０ はんだ
２００ 半導体装置
２１０ 半導体基板
２２０ 電極パッド

Claims (10)

1. 検査対象物である半導体装置を検査するための電気信号を入出力する半導体検査装置であって、
   第１基板と、弾性変形可能な接合部を介して前記第１基板と接合された第２基板と、を有し、
   前記第１基板は、前記第２基板側に開口する凹部と、前記凹部の内側面に形成された配線と、該配線と電気的に接続される配線パターンと、前記凹部内に収容され前記配線と接触して導通している導電性ボールと、を備え、
   前記第２基板は、一方の面に、前記第１基板の前記凹部に対応する位置に形成され、一端が前記導電性ボールと接触して導通する導電性の第１突起部と、他方の面に、前記第１突起部と電気的に接続される導電性の第２突起部と、を備えていることを特徴とする半導体検査装置。
2. 前記導電性ボールは可動できる状態で複数個収容されており、各導電性ボールは他の導電性ボールと接触し、何れかの導電性ボールが前記凹部の内側面に形成された前記配線と接触して導通していることを特徴とする請求項１記載の半導体検査装置。
3. 前記凹部は、前記第１基板を貫通して形成された貫通孔の一端を弾性変形可能な樹脂で封止した構造であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体検査装置。
4. 前記凹部は、前記第１基板を貫通しない孔であり、前記凹部の内底面には弾性変形可能な樹脂が配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体検査装置。
5. 前記第２突起部が前記半導体装置の電極パッドと接触すると、前記接合部が弾性変形し、前記第２基板と前記半導体装置との平行度を自動調整する請求項１乃至４の何れか一項記載の半導体検査装置。
6. 前記第１基板及び前記第２基板は、シリコンからなる基板本体を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の半導体検査装置。
7. 前記接合部は、シリコン樹脂であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の半導体検査装置。
8. 検査対象物である半導体装置を検査するための電気信号を入出力する半導体検査装置の製造方法であって、
   第１基板を製造する第１工程と、第２基板を製造する第２工程と、弾性変形可能な接合部を介して前記第１基板と前記第２基板とを接合する第３工程と、を有し、
   前記第１工程は、前記第１基板の基板本体に凹部を形成する工程と、前記凹部の内側面に配線を形成する工程と、を備え、
   前記第２工程は、前記第２基板の基板本体の一方の面の、前記第１基板の前記凹部に対応する位置に、導電性の第１突起部を形成する工程と、前記第２基板の前記基板本体の他方の面に、前記第１突起部と電気的に接続された導電性の第２突起部を形成する工程と、
   前記第３工程は、前記凹部内に前記配線と接触して導通するように導電性ボールを収容する工程と、前記第１突起部の一端が前記導電性ボールと接触して導通するように前記接合部を介して前記第１基板と前記第２基板とを接合する工程と、を備えることを特徴とする半導体検査装置の製造方法。
9. 前記凹部を形成する工程は、前記第１基板を貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔の一端を弾性変形可能な樹脂で封止する工程と、を備えることを特徴とする請求項８記載の半導体検査装置の製造方法。
10. 前記第１工程は、前記凹部の内底面に弾性変形可能な樹脂を配置する工程を更に備えることを特徴とする請求項８記載の半導体検査装置の製造方法。

Images