JP2006339472A - プローブカード触針のクリーニング装置およびクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プローブカードの全てのプローブ端子において、付着物を残すことなく完全に除去できる。
【解決手段】 ウェハ２０３をステージ１０２上に載置した状態で、ウェハに形成された半導体デバイスの電気的特性を測定するためのプローバに使用され、プローブカード触針２０１の先端部を下方よりブラッシングする第１のクリーニングブラシ４０４と、プローブカード触針の先端部を側方よりブラッシングする第２のクリーニングブラシ４０１と、第１のクリーニングブラシをステージの平面方向に振動させ、第２のクリーニングブラシを上から下へ移動させるクリーニング動作部４０２とを備えている。これにより、プローブカード触針の針先に付着した異物はもちろんのこと、先端よりやや奥まった部分にリング状又は傘上に付着した異物も確実に取り除くことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウェハ上に形成された複数の半導体デバイスの電気的特性を測定するためのプローバに使用されるプローブカードの触針(プローブニードル)のクリーニング装置およびクリーニング方法に関する。

プロービング装置を用いて半導体ウェハに多数形成された半導体素子の検査を行う場合、ウェハ状態のまま個々の素子について電気的特性検査を行うが、この際、通常は、装置本体内のＸ，Ｙ，Ｚ及びΘ方向に移動可能なウェハチャック上にウェハを載せ、ウェハチャックを介してウェハを移動しながらその上方のプローブカードとウェハの各素子の電極パッドとを接触させて検査を行っている。

ここで、触針はタングステン又はベリリウム等のように硬い材質から形成されているのに対し、電極パッドはアルミニウム等の軟らかい材質から形成されている。そのため、測定の回数を重ねると触針の先端部にアルミニウム等の電極パッドの削りかすが付着し、測定が正確に行われなくなる。

従来、このことが原因で半導体デバイスの不良が発生すると、プローバからプローブカードを外して顕微鏡などで触針の先端部などを観察し、サンドペーパ、ブラシ等を使用して人手で触針のクリーニングを行っていた。そのためこのクリーニング作業に手間がかかり、非常に作業効率が悪かった。

この問題を解決するために、最近では、ウェハステージに研磨材を取り付けた一体型タイプのプローブ装置（特許文献１参照）や、ウェハステージの近傍にクリーニング材を取り付けたタイプのプローブ装置（特許文献２参照）を用いて触針のクリーニングを行っている。また、触針の針先をクリーニング用具にオーバードライブし、その後、クリーニングブラシをＸ方向、Ｙ方向に動くことにより針先の付着物を除去しているプローブ装置（特許文献３参照）もある。
特開平０４−１７７８４９号公報 特開平０４−３６４７４６号公報 特開平１１−１４５２１９号公報

しかしながら上記した従来のクリーニング方法の場合では、図５に示すように、クリーニングを行う際に触針とクリーニングブラシ２０１が接触した後にＸ，Ｙ軸方向に移動してクリーニングを行っているため、図４に示すように、針３０１の先端よりやや奥まった部分にリング状又は傘上に異物３０２が残る。しかし、従来のクリーニングブラシの表面部は平坦であることから、この異物の掻き取り効果が低く完全に異物を除去することができないという課題がある。

また、プローブカードはクリーニング段階では電気的に絶縁されており、天然繊維及び化学繊維でクリーニングを行うと触針が帯電し、デバイスの電極パッドと接触した時に帯電していた電荷が放電されてデバイスを破壊してしまうという課題も発生する。

したがって、本発明の目的は、上記の課題に鑑みて、プローブカードの全てのプローブ端子において、付着物を残すことなく完全に除去できるプローブカード触針のクリーニング装置およびクリーニング方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載のプローブカード触針のクリーニング装置は、ウェハをステージ上に載置した状態で、前記ウェハに形成された半導体デバイスの電気的特性を測定するためのプローバに使用されるプローブカード触針のクリーニング装置であって、前記プローブカード触針の先端部を下方よりブラッシングする第１のクリーニングブラシと、前記プローブカード触針の先端部を側方よりブラッシングする第２のクリーニングブラシと、前記第１のクリーニングブラシを前記ステージの平面方向に振動させ、前記第２のクリーニングブラシを上から下へ移動させるクリーニング動作部とを備えた。

請求項２記載のプローブカード触針のクリーニング装置は、請求項１記載のプローブカード触針のクリーニング装置において、前記クリーニング動作部は、第１および第２のクリーニングブラシを平面内で回転させることを可能とした。

請求項３記載のプローブカード触針のクリーニング装置は、請求項１または２記載のプローブカード触針のクリーニング装置において、予め記憶されている前記プローブカード触針の基準パターンデータと、前記プローブカード触針の先端部を撮影する前記プローバのステージ側に設置された撮像素子とをさらに備え、前記基準データパターンと、前記撮像素子で撮影された前記プローブカード触針の実際の位置を認識した結果に基づいて、前記第２のクリーニングブラシを前記プローブカード触針に接触させる方向及び位置を決定する機構を備えている。

請求項４記載のプローブカード触針のクリーニング装置は、請求項１，２または３記載のプローブカード触針のクリーニング装置において、前記第１および第２のクリーニングブラシの繊維部材の表面には複数の突起物が形成されている。

請求項５記載のプローブカード触針のクリーニング装置は、請求項１，２，３または４記載のプローブカード触針のクリーニング装置において、前記第１および第２のクリーニングブラシの繊維部材は、導電性もしくは導電性を維持できる部材からなる。

請求項６記載のプローブカード触針のクリーニング方法は、ウェハをステージ上に載置した状態で、前記ウェハに形成された半導体デバイスの電気的特性を測定するためのプローバに使用されるプローブカード触針のクリーニング方法であって、第１のクリーニングブラシを用いて前記プローブカード触針の先端部を下方より前記ステージの平面方向にブラッシングする工程と、第２のクリーニングブラシを用いて前記プローブカード触針の先端部を側方より上から下へブラッシングする工程とを含む。

請求項７記載のプローブカード触針のクリーニング方法は、請求項６記載のプローブカード触針のクリーニング方法において、前記第２のクリーニングブラシを用いて前記プローブカード触針の先端部を側方より上下方向にブラッシングする工程は、予め記憶されている前記プローブカード触針の基準パターンデータと、前記プローブカード触針の先端部を実際に撮影した撮像図から前記プローブカード触針の実際の位置を認識した結果に基づいて、前記第２のクリーニングブラシを前記プローブカード触針に接触させる方向及び位置を決定する工程を含む。

本発明の請求項１記載のプローブカード触針のクリーニング装置によれば、プローブカード触針の先端部を下方よりブラッシングする第１のクリーニングブラシと、プローブカード触針の先端部を側方よりブラッシングする第２のクリーニングブラシと、第１のクリーニングブラシをステージの平面方向に振動させ、第２のクリーニングブラシを上から下へ移動させるクリーニング動作部とを備えたので、プローブカード触針の針先に付着した異物はもちろんのこと、先端よりやや奥まった部分にリング状又は傘上に付着した異物も確実に取り除くことができる。このため、デバイスの評価において、触針−電極パッド間の接触抵抗の増加あるいは、オープン不良の発生が抑制され、正確なデバイス評価を行うことができる。

請求項２では、クリーニング動作部は、第１および第２のクリーニングブラシを平面内で回転させることを可能としたので、プローブカード触針の並び方が様々であっても、ブラシを当てる向きを変えることができる。このため、プローブカードの触針の並び方に関係無く、クリーニングを行うという効果を得ることができる。

請求項３では、予め記憶されているプローブカード触針の基準パターンデータと、プローブカード触針の先端部を撮影するプローバのステージ側に設置された撮像装置とをさらに備え、基準データパターンと、撮像素子で撮影されたプローブカード触針の実際の位置を認識した結果に基づいて、第２のクリーニングブラシをプローブカード触針に接触させる方向及び位置を決定する機構を備えているので、プローブカード触針をクリーニングするに際して、第２のクリーニングブラシをプローブカード触針の横から当てることができる。

請求項４では、第１および第２のクリーニングブラシの繊維部材の表面には複数の突起物が形成されているので、ブラシクリーニングを行うときに異物はこの突起物に引っかかる。このため、上記クリーニング機構にこのブラシを使用することにより更に異物を除去する能力が向上するという効果を得ることができる。

請求項５では、第１および第２のクリーニングブラシの繊維部材は、導電性もしくは導電性を維持できる部材からなるので、ブラシ自体をグランドに接続することによりプローブカードの帯電を防ぐことができるという効果を得ることができる。このように、ブラシクリーニングの際に発生していた帯電も抑えることができ、デバイス破壊を防止することが可能となる。

本発明の請求項６記載のプローブカード触針のクリーニング方法によれば、第１のクリーニングブラシを用いてプローブカード触針の先端部を下方よりステージの平面方向にブラッシングする工程と、第２のクリーニングブラシを用いてプローブカード触針の先端部を側方より上から下へブラッシングする工程とを含むので、請求項１と同様の効果が得られる。

請求項７では、第２のクリーニングブラシを用いてプローブカード触針の先端部を側方より上下方向にブラッシングする工程は、予め記憶されているプローブカード触針の基準パターンデータと、プローブカード触針の先端部を実際に撮影した撮像図からプローブカード触針の実際の位置を認識した結果に基づいて、第２のクリーニングブラシをプローブカード触針に接触させる方向及び位置を決定する工程を含むので、請求項３と同様の効果が得られる。

以下、本発明の実施形態に係るプローブカードのクリーニング装置について、図１〜図３に基づいて説明する。

まず、本実施形態のクリーニング装置を具備したプローブ装置の概要について、図１（ａ）を参照しながら説明する。

図１（ａ）に示すように、ウェハ状態のままで個々の素子について電気的特性検査を行う場合、本実施形態におけるプローブ装置１０１は、主として、ウェハを載置するステージ１０２、ステージ駆動用モータ１０３、プローブカード触針２０１が設けられたプローブカード１０４、テスタ１０５、アライメント光学装置１０６、触針２０１を撮影するステージ側のＣＣＤカメラ１０７、制御部１０８、クリーニング装置１０９から構成される。また、ステージ１０２の上部には、ウェハ２０３を載置して保持するチャック部１０２ａが設けられている。チャック部１０２ａには、触針２０１を下方から撮像して針の先端の位置を検出するＣＣＤカメラ１０７が取り付けられている。ステージ１０２を移動してＣＣＤカメラ１０７を動かし、その焦点を合わせながら触針２０１の先端の位置を測定し、その移動結果を制御部１０８に入力する構成となっている。

ステージ１０２は制御部１０８によって制御されるステージ駆動用モータ１０３によって、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向及びＺ軸を中心とするΘ回転方向に移動可能に構成され、ステージ１０２のチャック部１０２ａに保持されるウェハ２０３を３次元的に移動することができる。

次に、本実施形態のクリーニング装置の詳細について説明する前に、図２および従来例に示した図４，５を参照しながら、プローブカード触針への異物の付着について説明する。

ウェハ２０３の多数の半導体デバイスの表面には電極パッド２０２が形成されており、図２では説明の便宜上１つの電極パッド２０２しか示していないが、実際には、１枚のウェハ上に数百、数千という多数の電極パッド２０２が形成されている。また、図１に示すように、プローブカード１０４には、ウェハ２０３の各半導体デバイスの電極パッド２０２に対応する触針２０１が設けられている。

従って、テスタ１０５に接続されているプローブカード１０４の触針２０１をウェハ２０３の電極パッド２０２に接触させることにより、各半導体デバイスの電気的特性を検査することができる。上記の様に検査を繰り返し行っていくと、図４に示すような現象が起こる。

図２および図４に触針２０１とウェハ２０３の電極パッド２０２の拡大図が示されている。上述したように触針２０１はタングステン、ベリリウム等のような硬い素材で形成されている一方で、電極パッド２０２はアルミニウム等の軟らかい素材で形成されている。また、触針２０１は、かなりの接触圧力で電極パッド２０２に接触する。そのため試験測定を繰り返すと、触針２０１の先端部には図４におけるアルミニウムのかす等の異物３０２がやや奥まった部分にリング状又は傘状に付着する。

次に、本実施形態のクリーニング装置およびクリーニング方法の詳細について、図１（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。

図１（ｂ）に示すように、クリーニング装置は、プローブカード触針の先端部を下方よりブラッシングする第１のクリーニングブラシ４０４と、プローブカード触針の先端部を側方よりブラッシングする第２のクリーニングブラシ４０１と、第１のクリーニングブラシ４０４をステージ１０２の平面方向に振動させ、第２のクリーニングブラシ４０１を上から下へ移動させるクリーニング動作部４０２とを備えている。

この場合、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ステージ１０２にクリーニング装置１０９が付設されている。このクリーニング装置１０９はクリーニング装置の動作部４０２、研磨板４０３、既存クリーニングブラシ４０４からなる既存のクリーニング装置部分にクリーニングブラシ４０１を付設したものである。

既存のクリーニング装置部分４０２〜４０４の動作やチャック部１０２ａの動作を利用し、Ｘ，Ｙ軸そしてＺ軸を動かすことによりプローブカード１０４の横方向より第２のクリーニングブラシ４０１が入る。

その際に、触針２０１をクリーニングするために、第２のクリーニングブラシ４０１の位置を決める必要がある。そこで、ＣＣＤカメラ１０７で触針２０１を撮像し、触針２０１先端の位置を測定し、その結果を制御部１０８に入力する。ここで、予め記憶されている触針２０１の基準パターンデータより、第２のクリーニングブラシ４０１を当てる方向及び位置を決定する。

また必要に応じて制御部１０８より第２のクリーニングブラシ４０１を図１（ｂ）の点線上を軸に回転させる。その後、第２のクリーニングブラシ４０１の先端と触針までの位置を算出し、制御部１０８よりプローブカード１０４の横まで移動させる。その後、状況に応じて１００μｍ〜１０００μｍのオーバードライブを行う。その後、ステージ１０２のＺ軸を下方に動かす。

このように、クリーニングブラシ４０１を横から当て、針の先端部に向かってクリーニングを行うことにより、リング状又は傘上になっている異物を上部に押し上げることが無くなるので、異物を下方に確実に除去するという効果を得ることができる。

また、既存のクリーニング装置部分４０２〜４０４の動作やチャック部１０２ａの動作を利用し、Ｘ，Ｙ軸方向（平面内）で回転することにより、プローブカードの触針２０１の並び方が様々であっても、ブラシ４０１を当てる向きを変えることができるので、プローブカードの触針２０１の並び方に関係無く、クリーニングを行うという効果を得ることができる。

また、既存のＣＣＤカメラ１０７と制御部１０８により、クリーニングブラシ４０１の位置決めを自動で行うことができる。

既存の第１のクリーニングブラシ４０４においては、従来例と同様にクリーニングを行う際に触針とクリーニングブラシが接触した後にＸ，Ｙ軸方向に移動してクリーニングを行う。

次に、本発明の実施形態におけるクリーニング装置に用いるクリーニングブラシについて以下に説明する。

第２のクリーニングブラシ４０１は多数本の繊維部材を束ねている。このクリーニングブラシ４０１は、図３に示すように、その表面５０２に突起物５０１が形成されている。

これにより触針２０１に付着した図４におけるリング状もしくは傘状の異物３０２を引っ掛けて取り去るため、確実に取り除くことができる。この突起物５０１は例えば微粒子がブラシの表面部に溶融することにより固着して形成することができる。この微粒子の形状としてはこの発明の目的を達成することができる限り特に制限はない。

また、クリーニングブラシの材質については、プローブカードはクリーニング段階では電気的に絶縁されており、天然繊維及び化学繊維でクリーニングを行うと触針に帯電するので、導電性をもつクリーニングブラシであることが望ましい。導電性を持つ合成繊維としては、例えばサンダーロン[日本蚕毛染色(株)製]がある。

また、クリーニングブラシの表面５０２に突起物５０１を有し、且つ導電性を得るためにはなるべく導電性の持つ繊維に突起物５０２を形成することが望ましいが、導電性を維持できるのであれば、上記突起物５０２を有している天然繊維及び化学繊維と導電性のある合成繊維を組み合わせてもよい。

このように、ブラシの表面に突起物を形成することにより、ブラシクリーニングを行うときに異物はこの突起物に引っかかるため、上記クリーニング機構にこのブラシを使用することにより更に異物を除去する能力が向上するという効果を得ることができる。

また、ブラシの表面に微粒子を有した導電性のブラシもしくは導電性を維持できるように微粒子を有したブラシと導電性のあるブラシを混合させることにより、ブラシ自体を接地電位に接続することができ、プローブカードの帯電を防ぐことができるという効果を得ることができる。なお、第１のクリーニングブラシも第２のクリーニングブラシと同様に構成してもよい。

本発明に係るプローブカード触針のクリーニング装置およびクリーニング方法は、プローブカードの全てのプローブ端子において、付着物を残すことなく完全に除去できるものであり、ウェハ上に形成された複数の半導体デバイスの電気的特性を測定するためのプローバに使用されるプローブカードの触針(プローブニードル)のクリーニング等に有用である。

（ａ）は本発明の実施形態のクリーニング装置を適用したプローブ装置の概念図、（ｂ）はクリーニング装置の詳細を示した図である。 プローブカードの触針先端部と半導体デバイスの電極パッドとの関係を説明する拡大図である。 本発明の実施形態においてクリーニングブラシに突起物を形成した斜視図である。 従来例において触針先端部への異物の付着を説明する図である。 従来のクリーニングブラシのクリーニング方法を説明する図である。

符号の説明

１０２ ステージ
１０２ａ チャック部
１０３ ステージ駆動用モータ
１０４ プローブカード
１０５ テスタ
１０６ アライメント光学装置
１０７ ＣＣＤカメラ
１０８ 制御部
１０９ クリーニング装置
２０１ 触針
２０２ 電極パッド
２０３ ウェハ
３０２ 異物
４０１ 第２のクリーニングブラシ
４０２ クリーニング装置の動作部
４０３ 研磨板
４０４ 第１のクリーニングブラシ
５０１ 突起物
５０２ クリーニングブラシの表面

Claims (7)

1. ウェハをステージ上に載置した状態で、前記ウェハに形成された半導体デバイスの電気的特性を測定するためのプローバに使用されるプローブカード触針のクリーニング装置であって、
   前記プローブカード触針の先端部を下方よりブラッシングする第１のクリーニングブラシと、
   前記プローブカード触針の先端部を側方よりブラッシングする第２のクリーニングブラシと、
   前記第１のクリーニングブラシを前記ステージの平面方向に振動させ、前記第２のクリーニングブラシを上から下へ移動させるクリーニング動作部とを備えたプローブカード触針のクリーニング装置。
2. 前記クリーニング動作部は、第１および第２のクリーニングブラシを平面内で回転させることを可能とした請求項１記載のプローブカード触針のクリーニング装置。
3. 予め記憶されている前記プローブカード触針の基準パターンデータと、
   前記プローブカード触針の先端部を撮影する前記プローバのステージ側に設置された撮像素子とをさらに備え、
   前記基準データパターンと、前記撮像素子で撮影された前記プローブカード触針の実際の位置を認識した結果に基づいて、前記第２のクリーニングブラシを前記プローブカード触針に接触させる方向及び位置を決定する機構を備えている請求項１または２記載のプローブカード触針のクリーニング装置。
4. 前記第１および第２のクリーニングブラシの繊維部材の表面には複数の突起物が形成されていることを特徴とする請求項１，２または３記載のプローブカード触針のクリーニング装置。
5. 前記第１および第２のクリーニングブラシの繊維部材は、導電性もしくは導電性を維持できる部材からなることを特徴とする請求項１，２，３または４記載のプローブカード触針のクリーニング装置。
6. ウェハをステージ上に載置した状態で、前記ウェハに形成された半導体デバイスの電気的特性を測定するためのプローバに使用されるプローブカード触針のクリーニング方法であって、
   第１のクリーニングブラシを用いて前記プローブカード触針の先端部を下方より前記ステージの平面方向にブラッシングする工程と、
   第２のクリーニングブラシを用いて前記プローブカード触針の先端部を側方より上から下へブラッシングする工程とを含むプローブカード触針のクリーニング方法。
7. 前記第２のクリーニングブラシを用いて前記プローブカード触針の先端部を側方より上下方向にブラッシングする工程は、
   予め記憶されている前記プローブカード触針の基準パターンデータと、前記プローブカード触針の先端部を実際に撮影した撮像図から前記プローブカード触針の実際の位置を認識した結果に基づいて、前記第２のクリーニングブラシを前記プローブカード触針に接触させる方向及び位置を決定する工程を含む請求項６記載のプローブカード触針のクリーニング方法。

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