JP2011112532A

JP2011112532A - プローブクリーニング部材

Info

Publication number: JP2011112532A
Application number: JP2009269770A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Han; 利文樊
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【目的】本発明の目的は、狭ピッチ間隔で配列されたプローブの先端部を、磨耗を抑えてクリーニングすることができるプローブクリーニング部材を提供する。
【構成】前記プローブクリーニング部材は、基板１００と、この基板１００の面上の全領域に設けられており且つ鉄（Ｆｅ）やコバルト（Ｃｏ）等の金属粒子の層である触媒粒子層２００と、この触媒粒子層２００に束状に林立されており且つ基板１００に対する直角方向に延伸した複数のカーボンナノチューブ３００とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブの先端部をクリーニングするためのプローブクリーニング部材に関する。

この種のプローブクリーニング部材としては、微粉研磨材が表面に固着されたクリーニング用薄膜と、このクリーニング用薄膜の下層に設けられた弾性シートと、この弾性シートの下層に設けられた基板とを備えたものがある（特許文献１参照）。このプローブクリーニング部材にプローブカードを相対的に接近させ、該プローブカードのプローブの先端部を前記プローブクリーニング部材に押し付けることにより、プローブの先端部に付着した金属屑をクリーニングしている。

特開平１１−３４５８４６号公報

前記プローブクリーニング部材はプローブの先端部が押し付けられると、前記クリーニング用薄膜及び弾性シートのプローブの先端部に押圧された部分及びその周辺部分が大きく凹むので、プローブの先端部の先端面及び周面をクリーニングするためには、前記プローブカードと前記プローブクリーニング部材とを更に接近させ、プローブの先端が前記プローブクリーニング部材に押し付けられる量（すなわち、オーバードライブ量）を増加させる必要がある。しかし、オーバードライブ量を増加させると、プローブの先端部に対する負荷が大きくなる。すなわち、最低限のオーバードライブ量が増加傾向にあるため、プローブの先端部が磨耗され易くなり、プローブの短寿命化を招来している。

また、近年のプローブカードは、半導体デバイスの高集積化に伴って、プローブの狭ピッチ化（例えば、前記半導体デバイスがDRAMデバイスである場合、プローブのピッチ間隔は６０〜８０μｍ）が進んでいる。このプローブの先端部を前記プローブクリーニング部材に押し付けると、プローブの先端部に押圧された前記プローブクリーニング部材のクリーニング用薄膜及び弾性シートの一部分が局所的に凹む一方、該クリーニング用薄膜及び弾性シートの前記一部分の周辺部分が盛り上がる。このため、前記プローブの隣のプローブの先端部を前記プローブクリーニング部材のクリーニング用薄膜及び弾性シートに十分に押し付けることができず、そのクリーニングが不十分になることがあった。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、狭ピッチ間隔で配列されたプローブの先端部を、磨耗を抑えてクリーニングすることができるプローブクリーニング部材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のプローブクリーニング部材は、触媒層が設けられた基板と、前記触媒層に束状に林立するカーボンナノ材料とを備えている。

このようなプローブクリーニング部材による場合、カーボンナノ材料が触媒層に束状に林立している。このカーボンナノ材料のうちの複数本のカーボンナノ材料にプローブカードのプローブの先端部を各々押し付けると、該プローブの先端部に押圧された複数本のカーボンナノ材料が各々弾性変形する一方、その周辺のカーボンナノ材料は弾性変形しない。このため、最低限のオーバードライブ量でプローブの先端部をクリーニングすることができるので、オーバードライブ量に比例するプローブの先端部に対する負荷を小さくすることができる。よって、プローブの先端部の磨耗を低減することができ、プローブの先端部の長寿命化を図ることができる。また、プローブの先端部に押圧された複数本のカーボンナノ材料の周辺のカーボンナノ材料が弾性変形しないため、狭ピッチ間隔で配列されたプローブの先端部をクリーニングすることができる。更に、クリーニング時に、プローブの先端部は弾性変形した複数本のカーボンナノ材料の応力を受けるだけであるため、プローブの先端部が前記応力により弾性変形し、隣のプローブの先端部に接触することを防ぐことができる。また、プローブの先端の高さ位置にバラツキがある場合であっても、プローブの先端部に押圧され、複数本のカーボンナノチューブが各々弾性変形することにより、前記バラツキを吸収し、プローブの先端部をクリーニングすることできる。

前記基板に設けられた触媒層が複数種類の領域に分かれた構成とすることができる。この場合、触媒層の各領域に異なるカーボンナノ材料を林立させることができるので、各領域に林立するカーボンナノ材料によるプローブの先端部に対するクリーニング効果を相違させることができる。

本発明の実施の形態に係るプローブクリーニング部材の概略図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図である。前記プローブクリーニング部材の概略的正面図であって、（ａ）がクリーニング前の状態を示す図、（ｂ）がクリーニング時の状態を示す図である。前記プローブクリーニング部材によりクリーニングされるプローブの先端部の概略図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が縦断面図である。別のプローブの先端部の概略図であって、（ａ）は円錐状の先端部を示す図、（ｂ）は台形状の先端部を示す図、（ｃ）は突起を有する先端部を示す図である。前記プローブクリーニング部材の設計変更例を示す概略図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るプローブクリーニング部材について図１乃至図３を参照しつつ説明する。図１に示すプローブクリーニング部材は、プローブカードのプローブ１０（図２及び図３参照）をクリーニングするための部材であって、基板１００と、触媒粒子層２００（触媒層）と、複数のカーボンナノチューブ３００（カーボンナノ材料）とを備えている。以下、各部について説明する。

基板１００は、前記プローブカードを用いて電気的諸特性が測定される半導体ウエハと略同じ形状を有するシリコンウエハ、セラミックス、石英ガラス等の板体である。この基板１００の面上の全領域には触媒粒子層２００が形成されている。触媒粒子層２００は、鉄（Ｆｅ）やコバルト（Ｃｏ）等の金属粒子の層である。この触媒粒子層２００に複数の六円環網状のカーボンナノチューブ３００が束状に林立している。このカーボンナノチューブ３００は基板１００に対する直角方向に延伸している。カーボンナノチューブ３００としては、単層ナノチューブ、二層ナノチューブ及び多層ナノチューブのいずれも用いることが可能である。また、カーボンナノチューブ３００は、直径５〜２０ｎｍが適当であり、高さ寸法は数μｍ〜数ｍｍとなっている。カーボンナノチューブ３００の高さ寸法はクリーニングするプローブに応じて適宜選択設定することができるが、本実施の形態ではカーボンナノチューブ３００の高さ寸法は１ｍｍとなっている。また、カーボンナノチューブ３００の密度は数万本（好ましくは、１００００〜３００００本）／ｃｍ２となっている。カーボンナノチューブ３００は、高弾性（超塑性）を有している。このため、カーボンナノチューブ３００の先端にプローブ１０（図３参照）の負荷が加わると、基板１００に対する直角方向に座屈し弾性変形するようになっている。

以下、前述したプローブクリーニング部材の製造方法を詳しく説明する。まず、基板１００の面上に触媒粒子層２００を下記の周知の形成方法を用いて均一に形成する。前記形成方法としては、ＰＶＤ又はスパッタ法により金属触媒粒子を基板１００の面上に累積させ、触媒粒子層２００を形成する方法がある。この場合、触媒粒子層２００は、前記金属触媒粒子間に繋がりがなく、該金属触媒粒子による膜が形成される前の状態とすることが好ましい。別の形成方法としては、金属化合物（例えば、酸化鉄（Ｆｅ２０３））が混入された溶液（例えば、蛋白質フェリチン）を基板１００の面上に滴下した後、加熱処理することにより基板１００の面上に触媒粒子層２００を残存させる方法がある。

基板１００の面上に触媒粒子層２００が形成されると、該基板１００及び触媒粒子層２００をＣＶＤ真空装置内の台に設置する。そして、公知の熱フィラメントＣＶＤ製造法を用いて触媒粒子層２００にカーボンナノチューブ３００を成長させる。具体的には、ＣＶＤ真空装置を真空状態（１０〜０.００１Ｐａ）とする。その後、ガス供給手段により水分を含む炭素ガス類（メタン、アルコール、エチレンやアセチレン等）及び不活性雰囲気ガス（ヘリウムやアルゴン等）をＣＶＤ真空装置内に流通させつつ、ＣＶＤ真空装置の近傍に配置されたヒーターにより基板１００及び触媒粒子層２００を約６００〜７００℃で約１０分間加熱する。すると、前記炭素ガスが熱分解され、炭素と水素にとなる。この炭素が触媒粒子層２００の作用により再構築され、六円環網状のカーボンナノチューブ３００となる。このようにして触媒粒子層２００にカーボンナノチューブ３００が基板１００に対する直角方向に約１０Ｓｅｃ〜６０Ｓｅｃで成長する。このとき、カーボンナノチューブ３００の均一性を確保するために、基板１００及び触媒粒子層２００を周方向に回転させることが好ましい。また、前記炭素ガスの流量は１０〜５０Sｃｃｍ、前記不活性雰囲気ガスの流量は１０〜５０Sｃｃｍであり、前記炭素ガスと前記不活性雰囲気ガスの流量比は１：１〜１：５である。なお、前記不活性雰囲気ガスの導入は、成長したカーボンナノチューブ３００の高純度を保持するために用いている。

以下、上記プローブクリーニング部材を用いてプローブカードのプローブの先端部に付着した金属屑を除去するクリーニング方法について詳しく説明する。まず、プローブカードを用いて半導体ウエハの電気的諸特性を測定するための周知の測定装置の連続検査ラインのステージに、半導体ウエハ数枚毎（例えば、半導体ウエハ１０枚毎）に一枚の割合でプローブクリーニング部材をセットする。ここでクリーニングを行う前記プローブカードのプローブ１０は、図３に示すように、直径１００〜１５０μｍの針であって、先端部がクラウン形状となっている。このプローブ１０はマトリックス状に配列されており、そのピッチ間隔が１５０〜２００μｍとなっている。プローブ１０の先端の高さ位置は、寸法公差及び／又は測定時の磨耗によってバラツキが生じている。このバラツキはプローブ配列エリアが大きくなる程大きくなる傾向にある。例えば、前記プローブカードが８インチの半導体ウエハを一括測定することができるものである場合、図２（ａ）に示すように、プローブ１０の先端の高さ位置のバラツキの最大値Ｒ（すなわち、最も上方に位置するプローブ１０の先端の高さ位置と、最も下方に位置するプローブ１０の先端の高さ位置との間の距離）は約１００〜２００μｍとなる。

前記測定装置を操作すると、半導体ウエハが該測定装置の測定位置に順次搬送され、前記プローブカードを用いて該半導体ウエハの検査が行われる。その後、前記測定位置に前記プローブクリーニング部材が搬送されると、前記プローブカードとステージ上の前記プローブクリーニング部材とが相対的に近接し、図２（ｂ）に示すように、該プローブカードのプローブ１０の先端部が前記プローブクリーニング部材の全カーボンナノチューブ３００のうち複数本のカーボンナノチューブ３００に各々押し付けられる。これにより、複数本のカーボンナノチューブ３００が基板１００に対する直角方向に各々屈曲して弾性変形し、該カーボンナノチューブ３００の先端がプローブ１０の先端部をブラッシングする（これが、一回のクリーニング工程となる）。一方、複数本のカーボンナノチューブ３００の周辺のカーボンナノチューブ３００は座屈しない。換言すると、プローブ１０の先端部の先端面の面積と同等の面積の複数本のカーボンナノチューブ３００のみが各々弾性変形する。前記クリーニング工程を複数回繰り返すことにより、プローブ１０の先端部に付着した金属屑が複数本のカーボンナノチューブ３００に削り取られる。

このようなクリーニング工程では、プローブの先端部がプローブクリーニング部材に押し付けられる距離（すなわち、オーバードライブ量）は、クリーニング回数に応じて適宜可変されるものであるが、従来のクリーニング部材では一般的に１５０〜２００μｍ位が多用されている。これに対して、本実施の形態のプローブクリーニング部材では、プローブ１０の先端部が複数本のカーボンナノチューブ３００に各々押し付けられる距離（すなわち、オーバードライブ量）が、全プローブ１０がカーボンナノチューブ３００に押し付けられることを保証するために、先端の高さ位置が最も上方に位置するプローブ１０を基準として約１５０μｍに設定されている。すなわち、先端の高さ位置が最も上方に位置するプローブ１０が複数本のカーボンナノチューブ３００に約１５０μｍ押し付けられるようになっている。この場合、先端の高さ位置が最も下方に位置するプローブ１０は、バラツキの最大値Ｒが約１００〜２００μｍであることから、該プローブ１０は複数本のカーボンナノチューブ３００に最大３５０μｍ（１５０μｍ＋２００μｍ）で押し付けられることになる。このとき、前者のカーボンナノチューブ３００の屈曲率は１５％であり、後者のカーボンナノチューブ３００の屈曲率は３５％である。なお、カーボンナノチューブ３００の弾性限界を考慮すると、オーバードライブ量の最大値は前述の通り３５０μｍとなるが、カーボンナノチューブ３００の高さ寸法を１ｍｍ以上とすれば、前記最大値を上げることができる。

また、前記測定装置ではなく、プローブクリーニング装置のステージに前記プローブクリーニング部材をセットして、前記プローブカードのプローブ１０をクリーニングすることも可能である。前記プローブクリーニング装置は、前記測定装置そのものであって、同測定装置の制御部のメモリが半導体ウエハ用の測定プログラムから、プローブ１０のクリーニングプログラムに書き換えられたものである。このようなプローブクリーニング装置を用いた場合であっても、前記プローブカードとステージ上の前記プローブクリーニング部材とが相対的に近接し、該プローブカードのプローブ１０の先端部が前記プローブクリーニング部材の全カーボンナノチューブ３００のうち複数本のカーボンナノチューブ３００に各々押し付けられるクリーニング工程を複数回繰り返すことにより、該プローブ１０の先端部がクリーニングされる。

このようなプローブクリーニング部材による場合、プローブ１０の先端部に押圧された複数本のカーボンナノチューブ３００が弾性変形する一方、その周辺のカーボンナノチューブ３００は弾性変形しない。このため、最小限のオーバードライブ量で前記プローブカードの全エリアのプローブ１０の先端部の金属屑を除去することができるので、オーバードライブ量に比例するプローブ１０の先端部に対する負荷を軽減することができる。よって、プローブ１０の先端部の磨耗を低減することができ、プローブ１０の先端部の長寿命化を図ることができる。

また、プローブ１０の先端部に押圧された複数本のカーボンナノチューブ３００の周辺のカーボンナノチューブ３００が弾性変形しないことから、狭ピッチ間隔で配列されたプローブ１０の先端部をクリーニングすることができる。更に、クリーニング時に、プローブ１０の先端部は弾性変形した複数本のカーボンナノチューブ３００の応力を受けるだけであるため、プローブ１０の先端部が複数本のカーボンナノチューブ３００の応力により弾性変形し、隣のプローブ１０の先端部に接触することを防ぐことができる。

また、プローブ１０の先端の高さ位置のバラツキが大きい場合、従来のプローブクリーニング部材は、その弾性変形量が小さく、プローブ１０の先端部に付着した金属屑が除去し難くなるため、プローブ１０の先端部との接触回数を増やす必要があるが、前記接触回数が増加すると、プローブ１０の先端部に対する損傷ダメージが大きくなり、その結果、プローブ１０の先端部の磨耗が促進される。これに対して、本実施の形態におけるプローブクリーニング部材は、カーボンナノチューブ３００の弾性変形量が大きいため、プローブ１０の先端部との接触回数を低減することができ、その結果、プローブ１０の先端部に対する損傷ダメージが小さくなり、該プローブ１０の先端部の磨耗を低減することができるので、プローブ１０の先端部の長寿命化を図ることができる。

なお、上述したプローブクリーニング部材は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載の範囲において任意に設計変更することが可能である。以下、詳しく述べる。

上記実施の形態では、上記プローブクリーニング部材でプローブ１０のクラウン形状の先端部をクリーニングするとしたが、これに限定されるものではない。例えば、図４（ａ）に示す先端部が円錐状のプローブ２０、図４（ｂ）に示す先端部が台形状のプローブ３０や図４（ｃ）に示す先端部に略Ｙ字状の突起が設けられたプローブ４０等も同様に前記プローブクリーニング部材でクリーニングすることができる。なお、後述するプローブクリーニング部材の変形例においても、プローブ１０〜４０等の各種のプローブをクリーニングすることができる。

上記実施の形態におけるカーボンナノチューブ３００の高さ寸法、直径や密度等は、その一例を挙げたものであって、これに限定されるものではない。触媒粒子層２００の金属粒子の径や密度を可変することにより、カーボンナノチューブ３００の高さ寸法、直径や密度等を適宜変更すること可能である。

上記実施の形態では、カーボンナノ材料として、カーボンナノチューブ３００を用いるとしたが、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバやグラファイトナノファイバ等のその他のカーボンナノ材料を用いることが可能である。また、上記実施の形態では、熱フィラメントＣＶＤ製造法を用いてカーボンナノチューブ３００を得るとしたが、プラズマＣＶＤ法や、ウエット式の電気泳動法等の方法によっても、カーボンナノチューブ３００を得ることが可能である。

上記実施の形態では、触媒粒子層２００は、鉄（Ｆｅ）やコバルト（Ｃｏ）等の金属粒子の層であるとしたが、カーボンナノ材料を成長させ得る触媒層である限り任意に選択設定することが可能である。また、上記実施の形態では、基板１００の全面に触媒粒子層２００が形成されているとしたが、これに限定されるものではなく、基板１００上に金属粒子の径や密度が異なる複数種類の触媒層を形成することが可能である。換言すると、触媒層を金属粒子の径や密度が異なる複数種類の領域に分けることができる。この場合、各触媒層（各領域）に、長さ、直径や密度等が異なる複数種のカーボンナノチューブを林立させ、該カーボンナノチューブのプローブの先端部に対するクリーニング効果を相違させることができる。例えば、図５に示すように、基板１００の面上の左右略半分の領域に金属粒子の径や密度が異なる触媒粒子層２００ａ、２００ｂを形成することが可能である。この場合、触媒粒子層２００ａに林立するカーボンナノチューブ３００ａは、高さ寸法が１ｍｍ、密度が１００００本／ｃｍ２となっているのに対し、触媒粒子層２００ｂに林立するカーボンナノチューブ３００ｂは、高さ寸法が０.５ｍｍ、密度が３００００本／ｃｍ２となっている。このカーボンナノチューブ３００ａ、３００ｂにより、プローブの先端部を各々ブラッシングすることにより、クリーニング効果の異なるクリーニングを行うことができる。

上記実施の形態では、基板１００が、シリコンウエハ、セラミックス、石英ガラス等の板体であるとしたが、面上に触媒層及びカーボンナノ材料が設け得るものである限りどのようなものを用いても構わない。

なお、上記実施の形態では、プローブクリーニング部材の各部を構成する素材、形状、寸法及び配置等はその一例を説明したものであって、同様の機能を実現し得る限り任意に設計変更することが可能である。

１００・・・基板
２００・・・触媒粒子層（触媒層）
３００・・・カーボンナノチューブ
１０〜４０・プローブ

Claims

触媒層が設けられた基板と、
前記触媒層に束状に林立するカーボンナノ材料とを備えていることを特徴とするプローブクリーニング部材。
基板に設けられた触媒層が、複数種類の領域に分かれていることを特徴とする請求項１記載のプローブクリーニング部材。