JP2007227840A

JP2007227840A - プローブ針のクリーニング装置

Info

Publication number: JP2007227840A
Application number: JP2006049958A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamaguchi; 浩山口
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech DE Technology Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Fine Systems Corp; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】クリーニング機構を複雑化することなく、複数種類のプローブカードに対応したクリーニングを行うことを目的とする。
【解決手段】半導体素子Ｓの電気的特性の検査を行う半導体検査装置は、複数のプローブ針３が取り付けられ、半導体ウェハＷを構成する各半導体素子と電気的な信号の授受を行うプローブカード２と、半導体ウェハＷを載置するウェハステージ５と、プローブ針３の研磨を行うクリーニングステージ１３とを有している。そして、クリーニングステージ１３にはプローブカード２に対応して水平面上に配列して異なる種類の第１のクリーニングシート１１と第２のクリーニングシート１２とが設けられている。ウェハステージ５とクリーニングステージ１３とは水平駆動部７により水平面上を駆動し、第１のクリーニングシート１１と第２のクリーニングシート１２とのうちプローブカード２に対応したクリーニングシートを選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を含む半導体ウェハの電気的特性を検査するプローブ針のクリーニングを行うプローブ針のクリーニング装置であって、特にプローブカードに具備される複数のプローブ針のクリーニングを行うプローブ針のクリーニング装置に関するものである。

プローブ針を有する半導体検査装置は、半導体ウェハに含まれる多数の半導体素子の電気的特性を試験するために使用されるものである。半導体検査装置には、半導体ウェハを載置するためのウェハステージと複数のプローブ針を有するプローブカードとが具備されている。半導体ウェハには多数の半導体素子がチップ領域ごとに形成されており、プローブカードに具備される複数のプローブ針が、各チップ領域上の電極端子（電極パッドやボンディングパッド等）と接触する。そして、プローブ針から端子にテストパターンの電圧をかけ、その出力を測定することにより、電気的特性の試験が行われる。

プローブカードに備えられる複数のプローブ針は硬質の部材から形成されているのに対し、電極端子は比較的軟質の部材から形成されており、測定回数を重ねるとプローブ針の先端部分に電極端子表面の削り屑等が付着する。その結果、やがてはプローブ針の間での短絡が発生する。従って、正確な検査を続行するために、プローブ針の先端部分のクリーニングが必要となる。プローブ針のクリーニングはクリーニングシートにより行われることが一般的である。クリーニングシートはシリコンゴムやウレタンゴム等の弾性を有する樹脂に、研磨粒子を混入したものや粗面にされた基板表面に研磨粒子が混入された弾性を有する樹脂を貼り付けたもの等がある。プローブ針のクリーニングを行うときには、プローブカードのプローブ針の先端をクリーニングシートに押し付けた状態で、上下動等させることにより、プローブ針先端の研磨が施され、針先端に付着した削り屑等をクリーニングすることができる。一般的に、プローブ針のクリーニングは専用のクリーニングステージで行われる。

そこで、プローブ針のクリーニングを行うクリーニング機構が特許文献１に開示されている。特許文献１のクリーニング機構は常時交換可能な１又は複数のクリーニングステージを有し、プローブ針のクリーニングを行うときには、クリーニングステージを半導体ウェハが載置されているウェハチャック機構上に移動している。
特開２０００−１６４６４９号公報

ところで、近年の半導体素子は微細化が進んでおり、これに伴いチップ領域上の電極端子のサイズや間隔が縮小化する傾向にあり、チップ領域上の電極端子の数も増加する傾向にある。従って、半導体ウェハも様々な種類のものが用いられるようになってきているため、これに対応して、プローブカードも多種多様な形式や材質が使用されるようになってきている。プローブカードは、その種類に応じてクリーニングを行うための条件も異なるため、プローブカードの種類に応じてクリーニングシートも別個の種類のものを使用する必要がある。プローブカードに対応したクリーニングシートを用意する場合には、一度プローバを停止させて、クリーニングシートを交換した後に、プローバを再稼動させる必要があるため、検査工程が煩雑になるという問題があった。

特許文献１では、異なった材質の研磨面を有する複数のクリーニングステージを用意し、プローブカードの種類によってクリーニングの種類や組み合わせを変えているが、一列に配列されたクリーニングステージから１つを選択して、アームによりクリーニングステージを吸着して移載する必要があるため、クリーニングステージの移行動作が複雑化するという問題がある。

そこで、本発明は、クリーニング機構を複雑化することなく、複数種類のプローブカードに対応したクリーニングを行うことを目的とする。

本発明のプローブ針のクリーニング装置は、プローブ針が複数取り付けられ、半導体ウェハを構成する各半導体素子と電気的な信号の授受を行うプローブカードと、前記半導体ウェハを載置するウェハステージと、前記プローブ針の研磨を行うクリーニングステージとを有し、前記クリーニングステージには水平面上に配列して異なる種類の複数のクリーニングシートが設けられ、前記ウェハステージ及び前記クリーニングステージの両ステージ又は前記プローブカードのうち少なくとも何れか一方には水平面上を移動可能な水平駆動手段及び垂直方向に昇降可能な昇降手段が設けられ、前記水平駆動手段が水平面上を駆動することにより、前記クリーニングステージに配列された複数種類のクリーニングシートのうち、前記プローブカードに対応したクリーニングシートが選択されて、選択されたクリーニングシートにより前記プローブ針がクリーニングされることを特徴とする。

本発明は、クリーニング機構を複雑化することなく、複数種類のプローブカードに対応したクリーニングを行うことができる。また、本発明は、プローブカードの種類が複数種類であったとしても、クリーニングシートの交換作業を行うことなく、プローブカードの種類にあったクリーニングを行うことができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１で説明する半導体検査装置は、本発明のプローブ針のクリーニング装置を用いている。勿論、プローブ針をクリーニングするものであれば、他の装置にプローブ針のクリーニング装置を適用することができる。図１において、半導体検査装置は、プローバ１とテストヘッド８とを有して構成され、プローバ１は検査部９とクリーニング部１０とを有して構成される。検査部９は、多数のプローブ針３が取り付けられたプローブカード２と、プローブカード２とテストヘッド８とを電気的に接続するための接続装置４と、半導体ウェハＷを載置するウェハステージ５と、ウェハステージ５を駆動するためのウェハステージ駆動機構６と、検査部９及びクリーニング部１０とを水平方向に移動させる水平駆動部７とを有して構成される。クリーニング部１０は、夫々異なる種類のプローブカードに対応した２種類のクリーニングシート（第１のクリーニングシート１１及び第２のクリーニングシート１２）が貼り付けられたクリーニングステージ１３と、クリーニングステージ１３を駆動するためのクリーニングステージ駆動機構１４とを有して構成される。

図２に示されるように、半導体ウェハＷはシリコン等の半導体インゴッドを薄くスライスした円盤状の板であり、円盤状の板は格子状となるように領域を分割し、最終的に各領域に沿って分割することにより、多数の半導体素子Ｓを大量生産することができる。従って、半導体ウェハＷの状態で各領域の半導体素子Ｓの電気的特性の検査を行うプローブカード２も半導体ウェハＷと同様に円盤状の形状を有しているものが適用されることが多い。勿論、四角形状のものを適用しても半導体素子Ｓの電気的特性の検査を行うこともできるが、ここでは、プローブカード２の形状は円盤状であるものとして説明する。

プローブカード２は半導体ウェハＷと対面するような上部位置に配置され、半導体ウェハＷと対面するように、垂直方向又は傾斜方向に多数のプローブ針３が取り付けられている。プローブ針３は信号の授受を行うための探針であり、プローブ針３が半導体ウェハＷの各領域の電極端子に接触して、試験信号又は試験パターンの信号を各領域の半導体素子Ｓに入力し、その結果としての出力信号（戻り信号）を得る。試験信号（試験信号又は試験パターンの信号）を半導体素子Ｓに入力するために、プローブカード２は図示しないテスタに電気的に接続される。テスタは半導体素子Ｓに試験信号を出力し、半導体素子Ｓからの戻り信号を入力して、半導体素子Ｓの電気的特性の検査を行う。このため、テスタはテストヘッド８に接続され、テストヘッド８とプローブカード２とは接続装置４を中継して電気的な接続が行われる。接続装置４はパフォーマンスボードやスプリング式コンタクトピン等を含むプローバ１の構成部品であり、接続装置４とテストヘッド８とは着脱可能に接続される。従って、半導体素子Ｓの電気的特性の検査を行うときには、テストヘッド８を接続装置４に装着して行う。

上記のテスタが半導体ウェハＷを構成する各半導体素子Ｓの電極端子に電気信号を出力し、戻り信号を解析して、正常な戻り信号であると判定した場合には良品と判定し、そうでない場合は不良品と判定する。そして、良品と判定された半導体素子Ｓのみが次の工程（組立工程等）に移行される。

次に、水平駆動部７について説明する。水平駆動部７にはウェハステージ駆動機構６とクリーニングステージ駆動機構１４とが取り付けられており、水平駆動部７が水平面上を駆動することにより、ウェハステージ５又はクリーニングステージ１３のうち何れか一方がプローブカード２と対面する位置に移行する。このため、水平駆動部７は水平方向に移動可能とするため搬送手段と駆動するための駆動手段とが設けられる。ここでは、搬送手段がガイドレールであるものとして説明し、水平駆動部７は当該ガイドレールを滑走することにより水平方向に移動可能とする構成を採用する。勿論、ガイドレールには限定されず、水平方向に移行することができるものであれば、任意の方法を適用することができる。また、水平駆動部７は、これに接続される駆動制御部３０により水平方向の駆動が制御される。

半導体ウェハＷの半導体素子Ｓの電気的特性の検査を行うときには、ウェハステージ５に載置されている半導体ウェハＷとプローブカード２とが対面する位置にまで、水平駆動部７を駆動させる。駆動制御部３０の駆動制御により、ガイドレールを滑走した水平駆動部７は上記の位置で停止する。このとき、ウェハステージ駆動機構６は、極めて微小な半導体ウェハＷを構成する各半導体素子Ｓの電極端子とプローブカード２のプローブ針３とが接触するように位置関係の補正を行う。

このため、ウェハステージ駆動機構６は、水平面における相互に直交する２つの方向（Ｘ方向及びＹ方向）、回転方向（θ方向）に微調整可能な駆動機構を有する。そして、プローブカード２と半導体ウェハＷとが対面した位置から、両者を接触させるために、ウェハステージ駆動機構６は昇降動作が可能な構成を採っている。従って、検査が行われるときには、位置関係の補正を行った後に、ウェハステージ駆動機構６が上昇することにより、半導体ウェハＷを構成する各半導体素子Ｓの電極端子とプローブカード２のプローブ針とが接触する。そして、電気信号の授受が終了したら、ウェハステージ駆動機構６はウェハステージ５を下降させ、次の電極端子を検査すべく水平方向に微細に移動して、再び電極端子とプローブ針３とを接触させるべく、ウェハステージ５を上昇させる。以上の検査を、半導体ウェハＷを構成する全ての半導体素子Ｓの全ての電極端子について繰り返し行う。

半導体ウェハＷは露光やエッチング等の所定工程を経た後にプローバ１で検査が行われ、その後格子状に切断される。従って、プローバ１には順次半導体ウェハＷが搬入され、半導体ウェハＷの全ての半導体素子Ｓについて検査が終了した後にプローバ１から搬出される。

プローブカード２に取り付けられているプローブ針３は使用を重ねると、先端に電極端子の削り屑等の異物が付着する。そこで、プローブ針３に付着した異物を除去すべく、クリーニング部１０においてプローブ針３のクリーニングを行う必要がある。プローブ針３をクリーニングするタイミングとしては、半導体素子Ｓの電気的特性の試験を行った回数をカウントしておき、試験回数が所定回数に達したときにプローブカード２をクリーニング部１０に移行してクリーニングを行う。

クリーニングを行うクリーニング部１０と半導体素子Ｓの検査を行うウェハステージ５とは水平方向において異なる位置に配置されているため、クリーニングを行うときには、プローブ針３とクリーニング部１０とが対面する位置関係になるように、水平駆動部７によりクリーニング部１０が水平方向に移動する。つまり、検査を行っているときには、プローブカード２とウェハステージ５とが対面する位置にウェハステージ５はあるが、クリーニングを行うときには、プローブカード２とクリーニングステージ１３とが対面するように、クリーニングステージ１３を移行する必要がある。そこで、駆動制御部３０の制御により、水平駆動部７はガイドレールを滑走し、クリーニングステージ１３がプローブカード２の下部の位置にまで水平方向に移動する。

クリーニング部１０には第１のクリーニングシート１１及び第２のクリーニングシート１２の２枚のクリーニングシートがクリーニングステージ１３に貼り付けられている。第１のクリーニングシート１１と第２のクリーニングシート１２とは水平方向に並列してクリーニングステージ１３に設けられている。第１のクリーニングシート１１と第２のクリーニングシート１２とは夫々プローブ針３をクリーニングするために用いられるクリーニングシートであるが、夫々異なる種類のプローブカード２に対応したクリーニングシートである。上述したように、プローブカードの種類は多種多様なものが用いられるようになってきているため、プローブカードの材質や形式に対応して複数種類のクリーニングシートを用いる必要がある。このため、クリーニング部１０には２種類のクリーニングシートが用意されている。なお、図１には２種類のクリーニングシートが図示されているが、２種類には限定されず複数種類のクリーニングシートがクリーニングステージ１３に貼り付けられていてもよい。

ところで、プローブカード２には多数のプローブ針３が取り付けられる（勿論、１つであってもよいが、通常は多数のプローブ針３が取り付けられる）。従って、第１のクリーニングシート１１及び第２のクリーニングシート１２は、夫々１枚で多数のプローブ針３をクリーニングすることになる。このため、第１のクリーニングシート１１及び第２のクリーニングシート１２は、多数のプローブ針３を研磨クリーニングするべく、ある程度の大きさを有している。最も大きい場合は、第１のクリーニングシート１１及び第２のクリーニングシート１２のサイズはプローブカード２と同じサイズとなる。よって、第１のクリーニングシート１１及び第２のクリーニングシート１２はある程度の大きさを必要とするため、その枚数が増えると、クリーニング部１０の形状は大きくなり、プローバ１が全体として大型化する。このため、クリーニングシートの枚数は、プローバ１の全体のサイズと対応するクリーニングシートの枚数とのバランスを考慮し、適宜に設定することが可能である。

上述したように、水平駆動部７が水平方向に駆動することにより、プローブカード２がクリーニング部１０に移行し、プローブ針３が第１のクリーニングシート１１又は第２のクリーニングシート１２のうち何れか一方のクリーニングシートが選択され、当該クリーニングシートと対面するように水平移動される。ここで、プローブ針３のクリーニングは、その種類に応じて第１のクリーニングシート１１又は第２のクリーニングシート１２のうち何れか一方のクリーニングシートによりクリーニングが行われる。このため、駆動制御部３０は、水平方向に並列に設けられる第１のクリーニングシート１１と第２のクリーニングシート１２とのうち、プローブ針３の種類に対応したクリーニングシートがプローブカード２の下部に位置するように水平駆動部７を駆動制御する。そして、選択されたクリーニングシートとプローブ針３とが対面する位置で停止した後に、クリーニングステージ駆動機構１４がクリーニングステージ１３を上昇させることにより、プローブ針３がクリーニングシートに押し付けられる。

プローブ針３をクリーニングシートによりクリーニングする手法としては種々のものが考えられるが、基本的にはプローブ針３に対してクリーニングシートを摺動動作させて、研磨させることにより、クリーニングを行う。従って、クリーニングステージ駆動機構１４はクリーニングステージ１３を昇降させる手段の他に、クリーニングシートを摺動動作させる手段を設ける。ただし、摺動動作によらず、他の手段でプローブ針３をクリーニングシートによりクリーニングする場合には、上記の摺動動作するための手段は必要とはならない。そして、クリーニングが終了すると、クリーニングステージ駆動機構１４はクリーニングステージ１３を下降させ、半導体ウェハＷとプローブカード２とが再び対面する位置にまで、水平駆動部７が水平方向に移動する。

このとき、第１のクリーニングシート１１又は第２のクリーニングシート１２のうち何れか一方を選択して、選択されたクリーニングシートとプローブ針３とを対面させる必要があるが、何れのクリーニングシートを使用するかの特定は、例えばプローブカード２をプローバ１に取り付けたときに、対応するクリーニングシートを駆動制御部３０に記憶させること等が考えられる。従って、駆動制御部３０は、プローブカード２のプローブ針３のクリーニングを行うときには、プローブカード２に対応したクリーニングシートを選択し、当該選択されたクリーニングシートとプローブ針３とが対面するように水平駆動部７が駆動するように制御を行う。

以上説明したように、本発明のプローブ針のクリーニング装置は、ウェハステージとは別個にクリーニングステージを設け、クリーニングステージには複数種類のクリーニングシートが設けられている。そして、プローブカードのプローブ針がクリーニングされるときには、対応するクリーニングシートと対面する位置に移行して、クリーニングが行われる。これにより、プローブカードが多種類であっても、対応したクリーニングシートによりクリーニングを行うことができる。

このとき、本発明では、クリーニングステージには複数種類のクリーニングシートが設けられており、プローブカードに対応するクリーニングシートによりクリーニングが行われるため、プローバを停止させてクリーニングシートを交換する作業を省略することができる。従って、検査工程を簡略化することができるという効果を奏する。

また、プローブカードのプローブ針に対応したクリーニングシートを選択するときには、異なる種類の複数のクリーニングシートが並列に設けられるため、水平駆動部が水平方向に移動するだけで、特定のクリーニングシートを選択することができる。このため、クリーニングシートを選択するための動作が複雑化することはない。

なお、本実施形態では、ウェハステージ駆動機構及びクリーニングステージ駆動機構が昇降可能な構成を採用し、ウェハステージ及びクリーニングステージが上昇することにより、プローブ針と半導体素子の電極端子とが接触するように構成したが、例えばプローブカードに昇降手段を取り付けて、プローブカードを下降させるような構成を採用してもよい。また、本実施形態では、プローブカードは水平方向には固定され、ウェハステージ及びクリーニングステージが取り付けられる水平駆動部が水平方向に駆動することにより、ウェハステージ又はクリーニングステージのうち一方をプローブカードと対面させているが、例えばプローブカードに水平方向に移動可能な移動手段を取り付けて、ウェハステージ及びクリーニングステージは固定し、プローブカードを移動する構成を採用してもよい。また、ウェハステージ及びクリーニングステージが取り付けられる水平駆動部を設け、プローブカードにも水平方向に移動可能な移動手段を設けて、両者が動作するように構成してもよい。

また、図１では、水平方向に移動可能なガイドレールによりウェハステージ又はクリーニングステージのうち１つを選択するような構成を採用したが、例えば、回転テーブルの構成をしているもの等を採用してもよい。この場合、ウェハステージ及びクリーニングステージを回転テーブルに載置する。クリーニングステージには回転方向に複数のクリーニングシートが貼り付けられ、回転テーブルを回転することにより、ウェハステージ又はクリーニングステージに貼り付けられている複数のクリーニングシートの何れか１つを択一的にプローブカードに対面させることができる。これにより、水平方向だけではなく、回転方向によってもプローブカードに対応したクリーニングシートを選択させることができる。つまり、水平方向や回転方向を含む水平面上に配列された複数のクリーニングシートから最適なクリーニングシートを選択するようにすることができる。

なお、上述した実施形態では、クリーニングステージ１３上に２枚のクリーニングシートが水平方向に並列して貼り付けられているが、他の実施例では、クリーニングステージ１３上にシート固定板が設けられ、その上にクリーニングシートが貼り付けられている構成を採用する。図３に示されるように、クリーニングステージ１３上には第１のシート固定板１６と第２のシート固定板１７とが取り付けられ、第１のシート固定板１６には第１のクリーニングシート１１が、第２のシート固定板１７には第２のクリーニングシート１２が貼り付けられている。そして、図示しないが、第１のシート固定板１６と第２のシート固定板１７とを交換するための図示しないシート板交換機構が設けられている。

上述した実施形態で述べたように、水平駆動部７が水平方向に駆動することにより、ウェハステージ５又はクリーニングステージ１３のうち何れか一方をプローブカード２に対面させることができる。そこで、クリーニングステージ１３とプローブカード２とが対面したときに、シート板交換機構が、第１のシート固定板１６に貼り付けられている第１のクリーニングシート１１又は第２のシート固定板１７に貼り付けられている第２のクリーニングシート１２のうちプローブカード２に対応したクリーニングシートがプローブカード２と対面するように適宜交換を行う。そして、プローブカード２は対応したクリーニングシートによりクリーニングが行われる。

半導体検査装置の全体を示す説明図である。半導体ウェハの一例を示す説明図である。半導体検査装置の他の例の全体を示す説明図である。

符号の説明

１プローバ２プローブカード
３プローブ針５ウェハステージ
６ウェハステージ駆動機構７水平駆動部
９検査部１０クリーニング部
１１第１のクリーニングシート１２第２のクリーニングシート
１３クリーニングステージ１４クリーニングステージ駆動機構
３０駆動制御部Ｗ半導体ウェハ

Claims

プローブ針が複数取り付けられ、半導体ウェハを構成する各半導体素子と電気的な信号の授受を行うプローブカードと、前記半導体ウェハを載置するウェハステージと、前記プローブ針の研磨を行うクリーニングステージとを有し、
前記クリーニングステージには水平面上に配列して異なる種類の複数のクリーニングシートが設けられ、
前記ウェハステージ及び前記クリーニングステージの両ステージ又は前記プローブカードのうち少なくとも何れか一方には水平面上を移動可能な水平駆動手段及び垂直方向に昇降可能な昇降手段が設けられ、
前記水平駆動手段が水平面上を駆動することにより、前記クリーニングステージに配列された複数種類のクリーニングシートのうち、前記プローブカードに対応したクリーニングシートが選択されて、選択されたクリーニングシートにより前記プローブ針がクリーニングされることを特徴とするプローブ針のクリーニング装置。
前記クリーニングステージは、前記半導体ウェハに前記プローブ針を接触させて前記半導体ウェハを構成する複数の半導体素子の電気的特性を検査する半導体検査装置に用いられることを特徴とする請求項１記載のプローブ針のクリーニング装置。