JP2005175094A - プローバ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウェハに形成された半導体装置の電気特性検査を行うプローブ針と、それに付着する電極パッド削り屑を除去するためのエアーとの温度差によって結露が起こり、プローブ針と電極パッドとの間の接触抵抗が大きくなり、電気的試験の測定値に影響が及ぶ。
【解決手段】 半導体ウェハ７が設置されるＸＹＺステージ６と、テスタ８に接続され、ＸＹＺステージ６上の半導体ウェハ７に形成された半導体装置の電極パッド７ａに接触されるプローブ針４を有したプローブカード３と、プローブ針４に向けてエアーを噴射してプローブ針４に付着する電極パッド７ａの削り屑を除去する噴射ノズル９などのエアー噴射手段とを備えたプローバ装置において、噴射ノズル９から噴射するエアーを温度調節する熱交換型エアヒーター２１などの温度調節手段を設ける。プローブ針４との温度差を解消するようにエアーを温度調節することで結露を防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェハに形成された半導体素子の電気特性検査に使用するプローバ装置に関し、詳しくはプローブカードに設けられたプローブ針を半導体装置の電極パッドに接触させ、プローブ針と接続したテスタにより電気的試験行うプローバ装置に関するものである。

半導体装置を製造する際には一般に、半導体装置が正常に形成されているかを判定するために、ウェハ状態で電気特性を検査する。そのために、検査対象となる半導体装置と測定器とになんらかの電気的接続、あるいはこれに変わる手段・方法を通して、電気回路を形成する必要がある。

電気的接続を得るために、測定器側から導電性の触針を出して半導体装置上のアルミニウム主体の電極パッドに接触させる方法がとられる。この導電性の触針はタングステンなどの金属で作られており、プローブ針、プローブピン等と呼ばれている（以下、プローブ針と言う）。プローブ針は、電極パッドに接触するとパッド表面を滑るように動作し、その動作を通じて、パッド表面に自然に形成される絶縁体であるアルミ酸化膜を削り、内部のアルミ層と接触するため、接触抵抗が低下することになり、安定した電気的接続が可能である。その状態で測定器によって電気的試験、つまりプローブ検査を行うのである。

ところが、削り取られる電極パッドの削り屑がプローブ針の針先に付着して、プローブ針と電極パッドとの間の安定した電気的接続を阻害し、接触抵抗を悪化させ、正確な測定を妨げてしまう。複数のプローブ針に渡って削り屑が付着した場合には、プローブ針同士が導通してしまい、ショートを起こす恐れもある。しかし削り屑の発生は、パッド電極の素材が酸化しやすいアルミニウムである限り不可避である。

削り屑を除去する手法として、針研板による研磨やブラシ等による接触式の除去方法がある。また、噴射機よりエアーをプローブ針に吹き付けて削り屑を吹き飛ばす、もしくはプローブ針付近に吸引口を設けて削り屑を吸引する、という非接触式の方法がある。非接触式の除去法は、接触式の除去方法に比べて針先の磨耗を避けることができ、プローブ針の長寿命化に有利である。

図５は電極パッド削り屑を除去するエアー噴射手段を備えたプローバ装置の断面図である。プローバ装置１においては、本体ケーシング２（以下本体２という）の天部に設置されたプローブカード３から下向きにプローブ針４が伸び、本体２内に、チャック５を備えたＸＹＺステージ６が設置されていて、チャック５上に吸着保持された半導体ウェハ７がＸＹＺステージ６によって適当位置に配置されることで、半導体ウェハ７上の所望の半導体装置の電極パッドにプローブ針４が接触し、このプローブ針４を通じて、プローバ装置１上に搭載されたテスタ８で半導体装置の電気的試験が行われる。

プローブカード３の中央開口部３ａの上方に配置された噴射ノズル９は、テスタ８の遮光板を兼ねたノズル固定部８ａで支持され、ダクト１０を介して送風機や圧縮機等の圧縮空気源（図示せず）に接続されるとともに、ダクト１０への接続部分にエアー噴射の噴出量を調整かつ表示できるダイアル摘み１１が設けられていて、簡単な構造でありながら、プローブ針４による削り屑をエアー噴射で除去することができ、測定の正確性を向上できる（たとえば特許文献１参照）。
特開平９−８２７６６号公報

プローブ検査は、常温から例えば９０℃の高温状態で測定を行うことがある。しかし従来のプローバ装置では、噴射ノズルから吹き出すエアーの温度には注意が払われておらず、圧縮空気源から供給されるエアーをそのまま使用しているため、高温状態でのエアー噴射時にエアーとプローブ針との間の温度差で結露が起こることがある。結露水がプローブ針の先に付着すると、プローブ針と電極パッドとの間の接触抵抗が大きくなり、電気的試験の測定値に影響が及び、正確な電気特性検査を行なえなくなるという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みなされたもので、エアーを温度調節することによりプローブ針との間の温度差を解消して、結露の発生を防止し、安定した検査品質の確保を図るものである。

すなわち本発明のプローバ装置は、半導体ウェハが設置されるＸＹＺステージと、測定器に接続され、前記ＸＹＺステージ上の半導体ウェハに形成された半導体装置の電極パッドに接触されるプローブ針を有したプローブカードと、前記プローブ針に向けてエアーを噴射してプローブ針に付着する前記電極パッドの削り屑を除去するエアー噴射手段とを備えたプローバ装置において、前記エアー噴射手段から噴射するエアーを温度調節する温度調節手段を有したことを特徴とする。

好ましくは、電極パッドの削り屑を吸引する吸引手段の吸引口をＸＹＺステージ上に配置する。プローブ針に付着した削り屑をエアー噴射によって除去すると同時に吸引することで、プローブ針から効率よく削り屑を除去できるとともに、吹き飛ばされた削り屑がプローバ装置内や半導体ウェハ上に飛散するのを防ぐことができる。

また好ましくは、プローブ針の温度を測定する温度センサをプローブカードに内蔵し、温度調節手段は、前記温度センサにより測定されたプローブ針の温度に基づき温度調節するように構成する。プローブ針の温度を基準にすることで、結露の発生を確実に防止できる。

また好ましくは、吸引手段のダクト内を通過する削り屑の量を計測する粒子センサと、この粒子センサで削り屑が検知されなくなった時点でエアー噴射手段と吸引手段の少なくとも一方を停止する制御手段とを備える。これにより、効率よい削り屑処理を自動的に行える。

本発明のプローバ装置は、プローブ針に向けて噴射するエアーを温度調節する温度調節手段を有するため、高温状態で検査を行う際にプローブ針との温度差を小さくするようにエアーを温度調節することでプローブ針の表面での結露を防止することができ、安定した検査品質が確保できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態におけるプローバ装置を測定器とともに示した断面図である。このプローバ装置において、先に図５を用いて説明した従来のものと同様の作用を有する部材に、図５と同じ符号を付して説明する。

プローバ装置１には、複数のプローブ針４を有したプローブカード３が本体２の天部に設置され、半導体ウェハ７を吸着保持するチャック５を有したＸＹＺステージ６が本体２内に設置されている。本体２上には、半導体ウェハ７に形成された半導体装置の電気的試験を行うテスタ８が搭載され、このテスタ８に前記プローブカード３のプローブ針４が接続されている。

プローブカード３には四角形の中央開口部３ａが形成されており、複数のプローブ針４は中央開口部３ａに臨む内端近傍で支持されて、内端の辺と直交するように内方へ斜め下向きに伸びている（後述する図４参照）。テスタ８には、中央開口部３ａと同軸状に穴が形成された、遮光板を兼ねたノズル固定部８ａが設けられている。そしてノズル固定部８ａの穴に噴射ノズル９が挿通されて上下方向に設置され、その噴射口９ａが中央開口部３ａ内、プローブ針４の上方に非接触で配置されている。この噴射ノズル９は、ダクト１０を介して本体２外の加圧圧縮空気源１２に接続されている。噴射口９ａの形状は、図示したように複数のプローブ針４の先端部が形成する四角形を内接する円形で、その直径はたとえばプローブ針４の針先対面距離より１mm大きい。

ＸＹＺステージ６上には、ダクト１３を介して本体２外の吸引機１４に接続された吸引口１５が上向きに開口している。この吸引口１５の形状は噴射口９ａと同じく円形をしているが、その直径は噴射口９ａよりも大きく、たとえばプローブ針４の針先対面距離より２mm大きい。

上記構成により、ＸＹＺステージ６を動作させることで、そのチャック５上に吸着保持された半導体ウェハ７をその内の検査対象の半導体装置の電極パッド７ａにプローブ針４が接触する適当位置に配置し、さらにＸＹＺステージ６をＺ方向（水平方向）に動作させることで、プローブ針４を電極パッド７ａの表面を滑らせる。それによりプローブ針４が電極パッド７ａの表面に自然に形成された絶縁体であるアルミ酸化膜を削り、内部のアルミ層と接触するので、その状態でプローブ針４を通じて半導体装置からの電気信号を取り出し、テスタ８で半導体装置に流れる電流を測定する入力電流テストや、出力特性を評価するファンクションテストなどの電気的試験を行うことにより、半導体装置の電気特性検査を行う。

半導体装置の電気特性検査が終了したら、図２に示すように、ＸＹＺステージ６を動作させて吸引口１５をプローブカード３の中央開口部３ａの下に配置し、圧縮空気源１２および吸引機１４を動作させることにより、電極パッド７ａから削り取られてプローブ針４に付着した削り屑７ｂを噴射ノズル９からの噴射エアーによって除去するととともに、吸引口１５内に吸引して本体２外へ排出する。

このとき、上記したような形状およびサイズの噴射口９ａがプローブ針４の上に非接触で設置され、プローブ針４の下に上記したような形状およびサイズの吸引口１５が配置されているため、エアー噴射でプローブ針４から除去された削り屑７ｂは直ちに吸引口１５内に吸引され、ダクト１３を通じて吸引機１４へと吸引排除され、チャック５に吸着固定された半導体ウェハ７上やプローバ装置１内に飛散することは防止される。

以下、詳細に説明する。
噴射ノズル９は、噴射量調整弁１６を介してダクト１０の一端部に接続され、ダクト１０の他端部に設けられた加圧圧縮空気源１２より空気溜めタンク１７を経てエアー供給を受ける。噴射量調整弁１６は、噴射エアーの流速を計測する流速計１８を備え、制御ラインを通じて制御装置１９に接続されていて、プローブ針４に負担のかからない最適なエアー噴射量となるように、流速計１８で計測された計測値に基づいて制御装置１９によって開度調整される。

またダクト１０には、噴射量調整弁１６寄りの位置にフィルタ付き減圧弁２０が介装され、このフィルタ付き減圧弁２０と空気溜めタンク１７との間に熱交換型エアヒーター２１が介装されている。この熱交換型エアヒーター２１は、図３に示すように、制御ラインを通じて温度コントローラ２２に接続されていて、チャック５に内蔵されている温度センサ５ａから信号ラインを通じて温度コントローラ２２に送られるチャック表面温度を基に、噴射ノズル９に送られるエアーとの温度差を小さくするように温度制御される。

吸引機１４に接続したダクト１３には、ダクト１３内を通過する削り屑の量を計測する粒子センサ２３が介装されている。吸引機１４、粒子センサ２３とも、信号ライン，制御ラインを通じて制御装置１９に接続されている。

このことにより、加圧圧縮空気源１２から送り出されたエアーは、空気溜めタンク１７を通り、熱交換型ヒーター２１で適温に温度調節された後、フィルタ付き減圧弁２０で除湿され、噴射ノズル９の噴射口９ａから最適なエアー噴射量で吹き出されることになり、プローブ針４とエアーとの温度差による結露は起こらず、電気特性検査の安定した検査品質が確保できる。なお、プローブ針４に主に使用されているタングステンは金属の中で最も熱膨張係数の小さい金属なので、高温に温調したエアーを吹きつけても影響はない。

一方で、プローブ針４の近傍の削り屑を含んだエアーは吸引口１５内に吸引され、ダクト１３を通じて本体２外へ排出される。このときダクト１３内を通過する削り屑は粒子センサ２３で計測されていて、削り屑が検知されなくなった時点で、制御装置１９によってプローブ針４から削り屑が除去できたと判断され、自動的に、噴射量調整弁１６が閉じられてエアー噴射が停止されるとともに、吸引機１４が停止される。よって効率的な削り屑除去を行える。

以上の削り屑除去工程は、半導体装置に対する１回の測定の毎に実施しても良いし、複数回の測定の毎に実施しても良い。粒子センサ２３を設けずに、削り屑除去に必要であると経験的に推測される時間以上に削り屑除去工程を実施してもよい。熱交換型エアヒーター２１に代わる他のヒータを使用するなどの変更も可能である。

図４に示すように、プローブ針４の温度を測定する温度センサ４ｂを内蔵したプローブカード３を使用して、温度センサ４ｂを温度コントローラ２２に配線しておき、削り屑除去の開始前にプローブ針４の温度を測定するようにしてもよい。

たとえば、プローブ針４に電圧を印加すると、プローブ針４の温度がアナログ信号で出力され、コントローラ２２でデジタル信号に変換されて数値として得られるように構成することができる。この温度情報を基に、上記と同様にして熱交換型ヒーター２１の制御を行うことで、最適な温度に温度調節したエアーを吹きつけることが可能となる。

本発明のプローバ装置は、半導体ウェハに形成された半導体装置の電気特性検査を安定して行うのに有用である。

本発明の一実施形態におけるプローバ装置の概略全体構成を示す断面図 図１のプローバ装置のプローバ針部分を示す一部拡大断面図 図１のプローバ装置の温度調節機構を示す構成図 図１のプローバ装置に設置可能な他の温度調節機構を示す構成図 従来のプローバ装置の概略全体構成を示す断面図

符号の説明

１：プローバ装置
２：本体
３：プローブカード
４：プローブ針
６：ＸＹＺステージ
７：半導体ウェハ
7a：電極パッド
7b：削り屑
８：テスタ
９：噴射ノズル
13：ダクト
15：吸引口
21：熱交換型エアヒーター
22：温度コントローラ
23：粒子センサ

Claims (4)

1. 半導体ウェハが設置されるＸＹＺステージと、測定器に接続され、前記ＸＹＺステージ上の半導体ウェハに形成された半導体装置の電極パッドに接触されるプローブ針を有したプローブカードと、前記プローブ針に向けてエアーを噴射してプローブ針に付着する前記電極パッドの削り屑を除去するエアー噴射手段とを備えたプローバ装置において、前記エアー噴射手段から噴射するエアーを温度調節する温度調節手段を有したプローバ装置。
2. 電極パッドの削り屑を吸引する吸引手段の吸引口をＸＹＺステージ上に配置した請求項１記載のプローバ装置。
3. プローブ針の温度を測定する温度センサがプローブカードに内蔵され、温度調節手段は、前記温度センサにより測定されたプローブ針の温度に基づき温度調節する請求項１記載のプローバ装置。
4. 吸引手段のダクト内を通過する削り屑の量を計測する粒子センサと、この粒子センサで削り屑が検知されなくなった時点でエアー噴射手段と吸引手段の少なくとも一方を停止する制御手段とを備えた請求項１記載のプローバ装置。

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