JP5034614B2

JP5034614B2 - プロービング方法、プローブ装置及び記憶媒体

Info

Publication number: JP5034614B2
Application number: JP2007095181A
Authority: JP
Inventors: 一成石井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: KR101037255B1; KR20080089185A; US7626406B2; CN101275985A; TW200907370A; CN101275985B; US20080238455A1; JP2008252048A; TWI425227B

Description

本発明は、プローブ針を被検査体の電極パッドに電気的に接触させて当該被検査体の電気的特性を測定する技術に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、ＩＣチップの完成後、種々の電気的特性の検査によって、ウェハの状態で個々のＩＣチップの良否が判定される。この検査を行うプローブ装置は、ウエハを載置台に載置し、プローブカードのプローブ針とウエハとの位置合わせを行った後、載置台を上昇させてウエハ上のＩＣチップの電極パッドとプローブ針とを順次接触させるように構成されている。プローブ針としては、従前はいわゆる横針が主流であったが、ＩＣチップの高集積化、微細化に伴い、プローブ針の配列密度を高くできる垂直針が多用化されている。

ところで、プローブ針を電極パッドに接触させるコンタクト動作においては、プローブ針が電極パッドの表面の自然酸化膜を突き破って確実な電気的接触を確保することが必要である。また、コンタクト動作の終了後に、電極パッド上の針跡をカメラで撮像して正しくコンタクトが行われたか否かを確認する作業が行われるが、確認を容易にするために、ある程度の大きさの針跡を残すことも要求される。図７（ａ）は、プローブカード１０２から斜め下方に延びるプローブ針（横針）１０１を示しており、図７（ｂ）はこのプローブ針１０１を用いたときのコンタクトの様子を示している。この場合、載置台を上昇させて、プローブ針１０１をウエハ上の電極パッド１０３に接触させた後、更に載置台を僅かに上昇させていわゆるオーバドライブをかけると、プローブ針１０１が撓んでその針先が横にすべりながら電極パッド１０３の表面の自然酸化膜１０５を削り取る。従って、プローブ針１０１と電極パッド１０３とが確実に接触し、また針跡の確認作業も行いやすい。

一方、図８（ａ）に示すように、プローブカード１０２から垂直にプローブ針１０４が延びている垂直針においては、オーバードライブ時のウェハの上昇速度が速すぎると、プローブ針１０４の針先が電極パッド１０３を突き破り、ＩＣチップを破壊してしまうおそれがあり、更にプローブ針１０４と電極パッド１０３とが接触した時の衝撃により、プローブ針１０４が破損するおそれがある。そのため、オーバードライブ時にはウェハを緩やかに上昇させる必要があるが、プローブ針１０４が垂直であることと、全てのプローブ針１０４の針先の高さが完全に揃っている訳ではないことと、から、プローブ針１０４が自然酸化膜１０５を突き破れず、導通不良となるし、また電極パッド１０３とプローブ針１０４とに対して垂直方向に大きな力が加わり、プローブ針１０４やＩＣチップを損傷させるおそれもある。更にまた電極パッド１０３上の針跡が点であることから画像認識が容易に行えないという問題もある。

一方、特許文献１には、垂直針であるプローブ針１０４により、オーバードライブをかけた後、ウェハを水平方向に移動させる技術が記載されている。しかし、図８（ｂ）に示すように、オーバードライブ時には、プローブ針１０４が電極パッド１０３に食い込んでいるので、電極パッド１０３が水平方向に移動しても、プローブ針１０４が撓むだけで、自然酸化膜１０５が削り取られず、更にプローブ針１０４が破損するおそれもある。

特開平６−１２４９８５（（００１１））

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、被検査体上の電極パッドに対して、垂直針であるプローブ針により良好な導通を確保することができ、また適切な大きさの針跡を残すことができる技術を提供することにある。

本発明のプロービング方法は、
被検査体に対向し、かつ垂直となるように形成されたプローブ針を前記被検査体の電極パッドに電気的に接触させて、当該被検査体の電気的特性を測定するプローピング方法において、
前記被検査体を載置台に載置する工程（ａ）と、
次いで前記被検査体と前記プローブ針との位置合わせを行う工程（ｂ）と、
その後、前記載置台を上昇させて、前記電極パッドと前記プローブ針とを接触させる工程（ｃ）と、
続いて前記プローブ針の針先を前記電極パッド内に食い込ませるために、前記載置台を鉛直方向に上昇させながら水平方向に移動させて、前記電極パッドの表面に前記プローブ針の針跡を形成することにより当該表面の酸化膜を削り取り、前記電極パッドと前記プローブ針とを導通させる工程（ｄ）と、を含み、
前記針跡は、前記電極パッドを上面から見た時における当該針跡の幅寸法が一方側から他方側に向かって広がると共に、この針跡の深さ寸法が前記一方側から前記他方側に向かって深くなるように形成されることを特徴とする。

前記接触させる工程（ｃ）は、前記電極パッド内において、前記プローブ針が前記電極パッドの中心位置からずれた偏移位置に接触するように、前記載置台を上昇させる工程であり、
前記導通させる工程（ｄ）は、前記プローブ針の針先が前記偏移位置から前記電極パッドの中心位置に向かうように、前記載置台を前記偏移位置と前記中心位置との間の距離の倍の距離を直線状に水平方向に移動させる工程であることが好ましい。
前記接触させる工程（ｃ）における前記載置台の上昇速度は、前記導通させる工程（ｄ）における前記載置台の上昇速度よりも速いことが好ましい。

本発明のプローブ装置は、
載置台に載置された被検査体に対向し、かつ垂直となるように設けられたプローブ針を、前記被検査体と当該プローブ針との位置合わせを行った後、前記被検査体の電極パッドに電気的に接触させて、当該被検査体の電気的特性を測定するプローブ装置において、
前記載置台を水平方向及び鉛直方向に移動させるための駆動機構と、
前記載置台を上昇させて、前記プローブ針と前記載置台上の被検査体の電極パッドとを接触させ、続いて前記プローブ針の針先を前記電極パッド内に食い込ませるために、前記載置台を鉛直方向に上昇させながら水平方向に移動させて、前記電極パッドに前記プローブ針の針跡を形成することにより当該表面の表面の酸化膜を削り取り、前記電極パッドと前記プローブ針とを導通させるように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。

前記制御部は、前記プローブ針と前記電極パッドとを接触させる時、前記電極パッド内において、前記プローブ針が前記電極パッドの中心位置からずれた偏移位置に接触するように、前記載置台を上昇させ、
前記プローブ針の針先を前記電極パッド内に食い込ませる時に、前記プローブ針の針先が前記偏移位置から前記電極パッドの中心位置に向かうように、前記載置台を前記偏移位置と前記中心位置との間の距離の倍の距離を直線状に水平方向に移動させるように制御信号を出力することが好ましい。
前記制御部は、前記プローブ針の針先を前記電極パッド内に食い込ませる時の前記載置台の上昇速度を、前記プローブ針と前記電極パッドとを接触させる時までの前記載置台の上昇速度よりも遅くなるように制御信号を出力することが好ましい。

本発明の記憶媒体は、
プローブ針を被検査体の電極パッドに電気的に接触させて、当該被検査体の電気的特性を測定するプロービング方法を実施するための制御部に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体において、
前記コンピュータプログラムは、上記プロービング方法を前記制御部が実施するようにステップが組まれていることを特徴とする。

本発明は、被検査体に対して垂直となるように形成されたプローブ針を用いてプロービングを行うにあたり、被検査体を上昇させてプローブ針と電極パッドとを接触させた後、被検査体を鉛直方向に上昇させながら水平方向に移動させるようにしているので、プローブ針の針先が電極パッド内に食い込みながらその表面部を横に削っていくこととなる。従って、電極パッドの表面の酸化膜をスムーズに掻き取ることができるため、電極パッドとプローブ針との導通を確実に得ることができ、またプローブ針と被検査体とに対して垂直方向に大きな力が加わることが抑制され、更にプローブ針により電極パッド上に大きな針跡を残すことができる。

本発明のプロービング方法を実施するための装置について、図１及び図２を参照して説明する。このプローブ装置２０は、装置の外装部をなす筐体２１を備えており、この筐体２１内の底面には、駆動機構であるＸＹＺステージ３０が設けられている。このＸＹＺステージ３０は、ボールネジ、ガイド機構及びパルスモータを含むＸ方向移動部３１、Ｙ方向移動部３２及びＺ方向移動部３３により構成され、Ｚ方向移動部３３の上部には被検査体であるウェハＷを載置するための載置台３が設けられている。

筐体２１の上面部には、プローブ針２が装着された装着部材であるプローブカード２３が水平に取り付けられている。このプローブカード２３は、電極２５が配列されたプリント基板２６と、このプリント基板２６の下方側に設けられたブロック体２７と、を備えており、電極２５は、複数の垂直型のプローブ針２に各々電気的に接続されている。ブロック体２７の下方側には、プローブ針２を案内するための案内板２８が上下に重なるように複数枚例えば２枚設けられている。プローブ針２は、ブロック体２７内の上方側において、樹脂材２９によって固定されており、各々のプローブ針２の針先を含む面は、載置台３の載置面（ウェハＷの表面）と平行になるように設定されている。

このプローブ装置２０には、例えばコンピュータからなる制御部５が設けられており、この制御部５は、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。このプログラムには、制御部５からプローブ装置２０の各部に制御信号を送り、ウェハＷの電気的特性の測定やウェハＷの搬送を行うように命令が組み込まれている。また、例えばメモリには、ＸＹＺステージ３０の移動速度、移動量あるいは電極２５からプローブ針２に流す電流値などの検査信号等の処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際、これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこのプローブ装置２０の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、ハードディスクなどの記憶部６に格納されて制御部５にインストールされる。

ここで、このプロービング方法により電気的特性が検査される被検査体であるウェハＷについて、図３を参照して説明する。このウェハＷの表面に形成されたＩＣチップには、金属例えばアルミニウムなどからなる角型の電極パッド４０が形成されており、この電極パッド４０の表面には、極めて薄い厚さの酸化膜４１が形成されている。この酸化膜４１は、ＩＣチップが完成した後、ウェハＷを大気中に曝すことで、大気中の酸素などに触れて生成した自然酸化膜である。

次に、本発明のプロービング方法について説明する。先ず、ウェハＷの位置のアライメントを行う。即ち図示しない搬送手段により、ウェハＷを載置台３に載置し、図示しない撮像手段例えばＣＣＤカメラなどにより、ウェハＷ上に形成された図示しないアライメントマークとプローブ針２の位置とを検出して、プローブ針２とウェハＷとの水平方向（Ｘ、Ｙ方向及び鉛直方向軸回りの回転方向）の位置を合わせると共に、プローブ針２の針先に対して所定の距離だけ低い位置となるように、ＸＹＺステージ３０によって載置台３の初期位置を設定する。尚、このアライメント動作は、ＸＹＺステージ３０の歪み等も考慮して、予め取得された情報に基づいて、極めて正確に行われる。

次いで、プローブ針２と電極パッド４０とが接触するように、ＸＹＺステージ３０により載置台３を移動させる。具体的には、プローブ針２の針先が電極パッド４０の中心位置から所定の距離偏移した位置にて接触するように、載置台３を移動させる。図４はこの様子を示す図であり、ウェハＷの表面（酸化膜４１も含めた電極パッド４０の表面）が高さレベルＬ１からＬ２まで上昇し、プローブ針２の針先が電極パッド４０の表面（酸化膜４１の表面）に接触する。この接触位置は、例えば電極パッド４０に形成する針跡４２の長さをａとすると、電極パッド４０の中心からその長さａの半分の距離（ａ／２）だけ変位させた位置であり、このような接触が行われるようにＸＹＺステージ３０がコントロールされる。この時、載置台３は、プローブ針２と電極パッド４０（酸化膜４１）とが接触するまでは、例えば従来知られているように高速で移動するように調整され、プローブ針２と電極パッド４０（酸化膜４１）とを接触させた後、オーバードライブ工程として、以下のように移動する。即ち、載置台３を上昇させながら、既述の接触位置から、電極パッド４０の中心位置に向かってプローブ針２の針跡４２が形成されるように、載置台３を距離ａだけ直線状に水平方向に移動させる。ここで既述のアライメント動作によってＩＣチップの電極パッド４０の縦の一辺と横の一辺とは、各々ＸＹＺステージ３０の移動方向であるＸ方向及びＹ方向に沿うようにウェハＷの向きが調整されているため、ここで言う水平方向とは、例えばＸ方向あるいはＹ方向である。このオーバードライブ工程により、図４に示すように、電極パッド４０が高さレベルＬ３の導通位置に移動して、プローブ針２の針先が電極パッド４０に対して相対的に斜め下方にスムーズに移動するので、プローブ針２が電極パッド４０の表面の酸化膜４１を削り取りながら電極パッド４０内に食い込んでプローブ針２と電極パッド４０との間の導通（電気的接触）が得られる。

図４は、上述したように、載置台３により電極パッド４０（ウェハＷ）を移動させた時のある１個の電極パッド４０の位置の推移を示したものであるが、図５に、例えば電極パッド４０の位置を固定したと仮定して同図を描画し直した模式図を示す。この図４及び図５から、電極パッド４０に対して、プローブ針２が電極パッド４０に食い込みながら水平方向に移動して行くことが分かる。図６はオーバードライブ工程後の電極パッド４０を上面（プローブ針２側）から観察した様子を示しており、このオーバードライブ工程によって、プローブ針２の径に合わせて徐々に幅が広くなる長さａの針跡４２が電極パッド４０の表面（電極パッド４０及び酸化膜４１）に形成される。
この時の載置台３の移動速度は、プローブ針２と電極パッド４０とが接触するまでの速度よりも十分遅い低速に設定される。
その後、電極２５から所定の検査信号がプローブ針２を介して電極パッド４０に流されて、電気的特性の検査が行われる。また、所定の枚数のウェハＷの処理毎に、図示しない画像処理装置により、電極パッド４０に形成された針跡４２が撮像されて、プローブ針２と電極パッド４０とが接触したか否かの画像検査が行われる。

上述の実施の形態によれば、垂直に伸びるプローブ針２によってプロービングを行うにあたり、ウェハＷを上昇させてプローブ針２と電極パッド４０とを接触させた後、オーバードライブ工程として、ウェハＷを鉛直方向に上昇させながら、ウェハＷを水平方向に移動させるようにしているので、プローブ針２の針先が電極パッド４０の表面の酸化膜４１を横から引っ掻く動きになるため、酸化膜４１が剥がれやすくなり、電極パッド４０とプローブ針２との導通を確実に得ることができ、ウェハＷに形成されたＩＣチップの電気的特性の評価を良好に行うことができる。

また、本発明では、載置台３の移動速度を遅くして、電極パッド４０内にプローブ針２の針先を少しずつ食い込ませながら水平方向に電極パッド４０を移動させており、既述の図８（ｂ）のように、深くプローブ針２を食い込ませてから移動させていないので、プローブ針２と電極パッド４０とに加わる衝撃が縦と横に分散され、垂直方向に過大な力が加わらず、プローブ針２が折れ曲がったり、プローブ針２やＩＣチップが破損したりすることを抑えて、プローブ針２の針先を確実に電極パッド４０内に収めることができる。

このように電極パッド４０に対して垂直に形成されたプローブ針２であっても、図５及び図７に示すように、横針である既述のプローブ針１０１と同じような軌跡を描き、針跡４２を大きく形成できるので、その後の画像検査を行う場合にも、精度高くプローブ針２と電極パッド４０との接触（針跡４２）の有無を判別できる。

尚、上述の例では、初期位置から接触位置までの載置台３の水平方向の移動距離と、オーバードライブ工程における載置台３の水平方向の移動距離と、を同じ長さ（ａ／２）としたが、プローブ針２の針先が電極パッド４０からはみ出さないように移動させるのであれば、それぞれ別の長さとしても構わない。また、初期位置においてプローブ針２と電極パッド４０の中心位置とを合致させて、その後偏移位置において接触するように、載置台３を上昇させたが、例えば初期位置において予め偏移した位置に載置台３を移動させておき、その後鉛直方向に垂直に載置台３を上昇させるようにしても良い。更に、針跡４２を長く形成するために、偏移位置においてプローブ針２と電極パッド４０とを接触させるようにしたが、例えば上記の画像検査を行わない場合等には、初期位置から垂直に載置台３を上昇させて、プローブ針２を電極パッド４０に接触させ、その後オーバードライブ工程を行うようにしても良い。
また、上記のように、プローブ針２と電極パッド４０とが接触するまでは載置台３を速く移動させるようにしたが、接触後も同じ速度で移動させるようにしても良い。

本発明のプロービング方法を実施するためのプローブ装置の一例を示す斜視図である。上記のプローブ装置の縦断面図である。上記のプロービング方法に適用される基板の一例を示す縦断面図である。上記のプロービング方法において、電極パッドの移動軌跡を示す模式ずである。上記の電極パッドを固定したと仮定した時のプローブ針の移動軌跡を示す模式図である。上記のプロービング方法におけるオーバードライブ工程後の電極パッドを上面から観察した水平上面図である。従来の電極パッドに対して斜めに形成されたプローブ針についての説明図である。従来の電極パッドに対して垂直に形成されたプローブ針についての説明図である。

符号の説明

２プローブ針
３載置台
２０プローブ装置
２３プローブカード
２５電極
４０電極パッド
４１酸化膜
４２針跡

Claims

被検査体に対向し、かつ垂直となるように形成されたプローブ針を前記被検査体の電極パッドに電気的に接触させて、当該被検査体の電気的特性を測定するプローピング方法において、
前記被検査体を載置台に載置する工程（ａ）と、
次いで前記被検査体と前記プローブ針との位置合わせを行う工程（ｂ）と、
その後、前記載置台を上昇させて、前記電極パッドと前記プローブ針とを接触させる工程（ｃ）と、
続いて前記プローブ針の針先を前記電極パッド内に食い込ませるために、前記載置台を鉛直方向に上昇させながら水平方向に移動させて、前記電極パッドの表面に前記プローブ針の針跡を形成することにより当該表面の酸化膜を削り取り、前記電極パッドと前記プローブ針とを導通させる工程（ｄ）と、を含み、
前記針跡は、前記電極パッドを上面から見た時における当該針跡の幅寸法が一方側から他方側に向かって広がると共に、この針跡の深さ寸法が前記一方側から前記他方側に向かって深くなるように形成されることを特徴とするプロービング方法。
前記接触させる工程（ｃ）は、前記電極パッド内において、前記プローブ針が前記電極パッドの中心位置からずれた偏移位置に接触するように、前記載置台を上昇させる工程であり、
前記導通させる工程（ｄ）は、前記プローブ針の針先が前記偏移位置から前記電極パッドの中心位置に向かうように、前記載置台を前記偏移位置と前記中心位置との間の距離の倍の距離を直線状に水平方向に移動させる工程であることを特徴とする請求項１に記載のプロービング方法。
前記接触させる工程（ｃ）における前記載置台の上昇速度は、前記導通させる工程（ｄ）における前記載置台の上昇速度よりも速いことを特徴とする請求項１または２に記載のプロービング方法。
載置台に載置された被検査体に対向し、かつ垂直となるように設けられたプローブ針を、前記被検査体と当該プローブ針との位置合わせを行った後、前記被検査体の電極パッドに電気的に接触させて、当該被検査体の電気的特性を測定するプローブ装置において、
前記載置台を水平方向及び鉛直方向に移動させるための駆動機構と、
前記載置台を上昇させて、前記プローブ針と前記載置台上の被検査体の電極パッドとを接触させ、続いて前記プローブ針の針先を前記電極パッド内に食い込ませるために、前記載置台を鉛直方向に上昇させながら水平方向に移動させて、前記電極パッドの表面に前記プローブ針の針跡を形成することにより当該表面の酸化膜を削り取り、前記電極パッドと前記プローブ針とを導通させるように制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記針跡は、前記電極パッドを上面から見た時における当該針跡の幅寸法が一方側から他方側に向かって広がると共に、この針跡の深さ寸法が前記一方側から前記他方側に向かって深くなるように形成されることを特徴とするプローブ装置。
前記制御部は、前記プローブ針と前記電極パッドとを接触させる時、前記電極パッド内において、前記プローブ針が前記電極パッドの中心位置からずれた偏移位置に接触するように、前記載置台を上昇させ、
前記プローブ針の針先を前記電極パッド内に食い込ませる時に、前記プローブ針の針先が前記偏移位置から前記電極パッドの中心位置に向かうように、前記載置台を前記偏移位置と前記中心位置との間の距離の倍の距離を直線状に水平方向に移動させるように制御信号を出力することを特徴とする請求項４に記載のプローブ装置。
前記制御部は、前記プローブ針の針先を前記電極パッド内に食い込ませる時の前記載置台の上昇速度を、前記プローブ針と前記電極パッドとを接触させる時までの前記載置台の上昇速度よりも遅くなるように制御信号を出力することを特徴とする請求項４または５に記載のプローブ装置。
プローブ針を被検査体の電極パッドに電気的に接触させて、当該被検査体の電気的特性を測定するプロービング方法を実施するための制御部に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体において、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし３のいずれか一つに記載のプロービング方法を前記制御部が実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。