JP5082799B2

JP5082799B2 - 洗浄装置

Info

Publication number: JP5082799B2
Application number: JP2007304771A
Authority: JP
Inventors: 哲浩南部; 資裕儀賀
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2027-11-26
Also published as: JP2009130202A

Description

本発明は、半導体チップに接触させるプローブ針を有しており、当該半導体チップの電気的試験を行うプローブカードにおいて、プローブ針の先端部分を洗浄する洗浄装置及び方法に関する。

通常、半導体チップの電気的試験を行うには、半導体ウェーハに形成された半導体チップに接触させるプローブ針を有するプローブカードが用いられる。
電気的試験を行う際には、プローブカードのプローブ針を半導体チップの試験用端子(針当てパッド)に接触させ、プローブカードを介して半導体チップと測定機器とを接続させて電気的試験を実行する。

プローブカードでは、上記の電気的試験を多数回行うことにより、プローブ針の先端部分には、針当てパッドの表面物質そのものやその他の異物(以下、何れも異物と言う。)が付着して蓄積される。そのため、プローブ針の針当てパッドとの接触性が劣化し、試験を重ねてゆくと正常な電気的試験を行うことができなくなる。

そこで、プローブ針の先端部分に付着・蓄積した異物を除去し、針当てパッドとの優れた接触性を維持すべく、定期的に洗浄装置を用いてプローブ針の洗浄が行われる。
この洗浄装置を用いてプローブ針の洗浄を行うには、洗浄盤の洗浄面にプローブ針を接触させ、洗浄面に駆動部によりプローブ針が接触した状態で洗浄盤をプローブ針に対して相対的に移動させる。このとき、プローブ針の先端部分が洗浄盤の洗浄面で摩擦され、プローブ針の先端部分が研磨される。これにより、当該先端部分に付着・蓄積した異物が擦り落とされる。

特開２０００−１９２２６号公報特開２００５−９３７４８号公報

近年の半導体チップでは、トランジスタの大集積化及びチップサイズ縮小化が進行し、半導体チップの針当てパッドにも極小化が要求されている。これに伴って、半導体チップの電気的検査でも、コンタクタとなるプローブ針を針当てパッドのサイズに追従して微細化する必要がある。プローブ針は、その更なる微細化により、外力に対してよりデリケートとなり、針位置(通常ではＸ−Ｙ方向)や高さ(通常ではＺ方向)のバラツキも問題となる。

これらの問題に対処するには、プローブ針にできるだけ余計な負荷をかけることなく、その洗浄を行うことが要請される。
例えば特許文献１には、プローブ針の先端部分を挿入可能な溝が形成された研磨板を用意し、プローブ針を所定の接触角度で溝に接触させ、所定動作によりプローブ針の先端部分に付着した異物を掻き落す手法が開示されている。しかしながらこの場合、溝が形成された特殊な研磨板を要するため、洗浄装置の構成を変更することを要する。
また特許文献２には、信号電圧入力端子、グランド端子及び電源印加端子にプローブピンを接触させ、グランド端子及び電源印加端子に定電圧を与えると共に、信号電圧入力端子に所定範囲外の信号電圧を印加してプローブピンに電流を流す手法が開示されている。しかしながらこの場合、電気的手法で異物除去を行う構成を採るため、必然的に大掛かりな装置構成を要する。

このように、プローブ針の洗浄装置を改良する工夫は種々なされているものの、特殊な、或いは大掛かりな装置構成の変更を要するという問題がある。

本件は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、外力に対してデリケートな微細なプローブ針に損傷や磨耗を生ぜしめることなく確実な洗浄を行って異物除去するも、装置構成の大幅な変更をすることなく、可及的に簡易にプローブ針の洗浄を行うことを可能とする洗浄装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の洗浄装置は、プローブ針の先端部分を洗浄する洗浄装置であって、前記プローブ針が接触する洗浄面を有する洗浄部と、前記洗浄部を、前記洗浄面に水平方向で二次元状に移動させる駆動部とを含み、前記プローブ針の前記洗浄面に対する移動開始から移動方向転換又は移動停止までの相対移動を１回の洗浄動作として、前記駆動部は、二次元状に複数回の前記洗浄動作を前記洗浄面内のそれぞれ異なる場所で行うものであり、９０°の転換角で前記移動方向転換が行われ、４回の前記洗浄動作を１周期として、複数周期の前記洗浄動作を行う。

本件によれば、外力に対してデリケートな微細なプローブ針に損傷や磨耗を生ぜしめることなく確実な洗浄を行って異物除去するも、装置構成の大幅な変更をすることなく、可及的に簡易にプローブ針の洗浄を行うことを可能とする洗浄装置及び方法が実現する。

以下、本発明を適用した好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態によるプロービング装置（プローバ）の概略構成を示す模式図である。
電気的試験の対象は、複数の半導体チップが形成されてなる半導体ウェーハ１０である。この電気的試験に用いられるプローブカード２０は、矩形状のベース２１に複数のプローブホルダ２２が設けられて構成されている。プローブホルダ２２には、半導体チップの試験用端子(針当てパッド)に対応して当該針当てパッドに接触する複数のプローブ針２３が設けられている。ここでは簡略化のため、プローブホルダ２２の両端における２本のプローブ針２３のみを示す。詳細には、円Ｃ内に拡大して示すように、プローブホルダ２２には四辺形の各辺毎に半導体チップの針当てパッドに対応した複数のプローブ針２３が設けられている。

本実施形態によるプロービング装置は、半導体ウェーハ１０が載置固定されるウェーハステージ３１と、例えばウェーハステージ３１の下部に設けられ、プローブカード２０のプローブ針２３と電気的に接続されて電気的試験を行う検査部３２とを有している。
更にプロービング装置は、プローブ針２３の先端部分に付着・蓄積した異物を除去し、半導体チップの針当てパッドとの優れた接触性を維持するためのクリーニング装置を有している。

クリーニング装置は、プローブカード２０のプローブ針２３が接触する洗浄面１１ａを有するクリーニング盤１１と、クリーニング盤１１を洗浄面１１ａ内（Ｘ−Ｙ面内）でプローブカード２０に対して相対的に移動させる駆動部１２とを有して構成されている。
クリーニング盤１１は、その洗浄面１１ａで当該洗浄面１１ａに接触したプローブ針２３の先端部分が摩擦されて、先端部分に付着した異物を除去するように構成されている。洗浄面１１ａとしては、クリーニング盤１１の上面が洗浄面１１ａとされる場合や、クリーニング盤１１の上面に専用のラッピングシートが貼付されて洗浄面１１ａとされる場合がある。

駆動部１２は、クリーニング盤１１と連結された支持棒１２ａを有しており、支持棒１２ａを上下方向（Ｚ方向）に駆動することにより、クリーニング盤１１を上下方向に移動させるとともに、支持棒１２ａを洗浄面１１ａ内（Ｘ−Ｙ面内）で駆動することにより、支持棒１２ａを介してクリーニング盤１１を洗浄面１１ａ内で移動させる。駆動部１２は、プローブ針２３の先端部分がクリーニング盤１１の洗浄面１１ａに接触した状態でクリーニング盤１１を洗浄面１１ａ内で先端部分に対して相対移動させることで、異物が付着・蓄積した先端部分を摩擦して異物を除去する。

プローブホルダ２２のクリーニング盤１１に対する洗浄面１１ａ内における具体的な相対移動形態の一例を、本実施形態の比較例として図２に示す。
比較例で示す従来の相対移動形態としては、プローブ針２３の先端部分をクリーニング盤１１の洗浄面１１ａに接触させて、一定方向のみに片道移動する形態と、一定方向のみに往復移動する形態とが用いられている。

前者の相対移動形態としては、例えば図２（ａ）の各矢印で示すように、プローブホルダ２２の洗浄面１１ａ内における横方向のみの片道の相対移動、図２（ｂ）の各矢印で示すように、プローブホルダ２２の洗浄面１１ａ内における斜め方向のみの片道の相対移動が考えられる。
後者の相対移動形態としては、例えば図２（ｃ）の各矢印で示すように、プローブホルダ２２の洗浄面１１ａ内における横方向のみの往復の相対移動、図２（ｄ）の各矢印で示すようにプローブホルダ２２の洗浄面１１ａ内における斜め方向のみの往復の相対移動が考えられる。

ところが、図２（ａ）〜（ｄ）のように一定方向のみ、即ち一次元状の相対移動形態では、以下のような問題が生じる。
クリーニング時には、図３（ａ）の状態から、プローブ針２３の先端部分を洗浄面１１ａに接触させ、クリーニング盤１１を洗浄面１１ａ内で先端部分に対して相対移動させる。図３（ｂ）のようにプローブ針２３の先端部分を洗浄面１１ａから離間させた状態では、先端部分は洗浄面１１ａに対して垂直となっている。図３（ｃ）のようにプローブ針２３の先端部分を洗浄面１１ａに接触させ、先端部分の相対移動を開始すると、四辺形のプローブホルダ２２の洗浄面１１ａの移動方向に対応する対向２辺に設けられたプローブ針２３では、一方のプローブ針２３の先端部分は巻き込まれ、他方のプローブ針２３の先端部分は伸張される状態となる。

実際に、プローブ針２３を洗浄した後の洗浄面１１ａの様子を調べてみた。その結果（（OLYMPUS MX50 ）による顕微鏡写真）を図４に示す。図示のように、先端部分が巻き込まれるプローブ針２３（図中、実線の円内に示す。）に比べて、先端部分が伸張されるプローブ針２３（図中、破線の円内に示す。）の方が過負荷であることが確認された。

プローブ針２３は、図１のように、四辺形のプローブホルダ２２の４辺にそれぞれ複数設けられている、このことに起因して、一次元状の相対移動形態が図２（ａ），（ｂ）のように片道の相対移動である場合には、クリーニング時にプローブホルダ２２の４辺のプローブ針２３の負荷状態が各辺で常に一定となってしまう。詳細には、プローブホルダ２２の４辺のうち、洗浄面１１ａの移動方向に対応する対向２辺（一方の対向２辺）では、各辺のプローブ針２３の先端部分が、常に図３（ｂ）の左図のように巻き込み又は図３（ｂ）の右図のように伸張される状態となる。一方、プローブホルダ２２の４辺のうち、他の対向２辺では、そのプローブ針２３の設置方向が一方の対向２辺におけるプローブ針２３の設置方向と直交しており、常にプローブ針２３の先端部分がそのプローブ針２３の設置方向に直交する方向に伸張される。このように、４辺のプローブ針２３に掛かる負荷が不均一となる。

また、一次元状の相対移動形態が図２（ｃ），（ｄ）のように往復の相対移動である場合には、一方の対向２辺では、往復の相対移動によりプローブ針２３に掛かる負荷は均一となる。同様に他の対向２辺でも、往復の相対移動によりプローブ針２３に掛かる負荷は均一となる。しかしながら、一方の対向２辺と他の対向２辺とでは、クリーニング時におけるプローブ針２３の負荷状態が異なるため、一方の対向２辺と他の対向２辺とでプローブ針２３に掛かる負荷が不均一となる。

上記のようにプローブ針２３に掛かる負荷が不均一となると、プローブ針２３の磨耗の度合いに差異が生じ、特定のプローブ針２３に高さばらつきや偏磨耗が発生して、電気的試験時の針当てパッドへの接触に異常を来たす結果となる。
本来、プローブ針のクリーニングは、プローブ針の先端部分に付着した異物を除去し、電気的試験の精度向上に努めるべく行為であるが、逆に高さのバラツキや偏磨耗を発生させてしまい、異物除去効果が次第に薄れることで電気的試験の精度異常が頻繁に発生したり、プローブカードの寿命を縮める等の悪循環を来たす。

上記の比較例に対して、本実施形態では、プローブホルダ２２のクリーニング盤１１に対する洗浄面１１ａ内における上記の相対移動形態として、２次元状に相対移動を行う。
本実施形態における２次元状の相対移動形態の一例を図５に示す。ここで、プローブ針２３の洗浄面１１ａに対する移動開始から移動方向転換までの直線状の相対移動を１回の洗浄動作とする。本実施形態では、クリーニングを常に洗浄面１１ａのダメージ等（先行する洗浄動作で異物が付着していたり、損傷等が発生していること）のない部分で行うため、各周期の洗浄動作を洗浄面１１ａ内のそれぞれ異なる場所（図中、コンタクト場所と記す。）で行うべく、例えば螺旋状に複数周期の洗浄動作を行う。図示の例では、２周期の洗浄動作（（１）〜(５)の一連の洗浄動作と、（５）〜（９）)の一連の洗浄動作）を示す。

上記の比較例の場合と同様に、プローブホルダ２２の４辺のうち、洗浄面１１ａの移動方向に対応する対向２辺を一方の対向２辺、他の２辺を他方の対向２辺として説明する。
本実施形態における２次元状の相対移動形態では、１周期の例えば（１）〜(５)の一連の洗浄動作において、プローブホルダ２２の４辺をａ辺、ｂ辺、ｃ辺、ｄ辺とした場合、（１）〜（２），（３）〜（４）の洗浄動作では、一方の対向２辺がａ辺及びｂ辺、他方の対向２辺がｃ辺及びｄ辺となる。これに対して（２）〜（３），（４）〜（５）の洗浄動作では、一方の対向２辺がｃ辺及びｄ辺、他方の対向２辺がａ辺及びｂ辺となる。

ａ辺〜ｄ辺における各プローブ針２３ではそれぞれ、１周期における４回の洗浄動作（（１）〜（２），（２）〜（３），（３）〜（４），（４）〜（５））で上記した２種類の負荷状態を均等に経験し、しかも各負荷状態が往復の相対移動で行われる。従って、１周期の洗浄動作の全体でみれば、プローブホルダ２２の４辺における各プローブ針２３に掛かる負荷が均一となる。

このように、本実施形態では、上記のような２次元状の相対移動形態でプローブ針２３のクリーニングを実行することにより、特定のプローブ針２３に高さばらつきや偏磨耗が発生させることなく、プローブカード２０のライフタイムを可及的に長命化しつつ、プローブ針２３の針当てパッドへの接触を良好に保って常に高精度の電気的試験を行うことが可能となる。

図６は、本実施形態によるプローブ針のクリーニング方法を説明するためのフロー図である。図７は、図６のクリーニング方法を説明するための模式図であり、クリーニング装置の構成は図１に対応している。
先ず、図７（ａ）及び図７（ｂ）の上図に示すように、駆動部１２は、支持棒１２ａをＺ方向で上方へ駆動することにより、クリーニング盤１１を上方向に移動させ、プローブカード２０のプローブ針２３の先端部分（異物４０が付着している）をクリーニング盤１１の洗浄面１１ａに接触させる（ステップＳ１）。

続いて、図７（ｂ）の下図に示すように、駆動部１２は、支持棒１２ａを洗浄面１１ａ内（Ｘ−Ｙ面内）で駆動することにより、支持棒１２ａを介してクリーニング盤１１を洗浄面１１ａ内で移動させ、１回の直線状の洗浄動作を行う（ステップＳ２）。図示の例は、当該洗浄動作により、プローブ針２３の先端部分から異物４０が除去された様子を示す。

続いて、駆動部１２は、クリーニング盤１１を停止させ、支持棒１２ａをＺ方向に下方へ駆動することにより、クリーニング盤１１を下方向に移動させ、プローブ針２３の先端部分をクリーニング盤１１の洗浄面１１ａから離間させる（ステップＳ３）。

以上の一連ステップＳ１〜Ｓ３により、１回の洗浄動作が終了する。ここで、洗浄動作とは、プローブ針２３の洗浄面１１ａに対する移動開始から移動方向転換又は移動停止までの相対移動の動作を指す。また、移動方向転換を行う場合における移動方向の変化角度を転換角と称する。

続いて、クリーニング装置では、図５のように転換角を９０°とした一連ステップＳ１〜Ｓ３を所定回数（図５の例では、（１）〜（２），（２）〜（３），（３）〜（４），（４）〜（５），（５）〜（６），（６）〜（７），（７）〜（８），（８）〜（９）の２周期で８回）行ったか否かを確認する（ステップＳ４）。所定回数の一連ステップＳ１〜Ｓ３が終了したと判断された場合、当該クリーニングを終了する。一方、所定回数の一連ステップＳ１〜Ｓ３が終了していないと判断された場合、駆動部１２は、転換角を９０°として、一連ステップＳ１〜Ｓ３を再度実行する。

図８は、クリーニング前後において、電気的試験時のプローブ針２３の先端部分を半導体チップの針当てパッドに接触させた際の様子を示す、オリンパス株式会社の製品名ＭＸ５０による顕微鏡写真である。
図８（ａ）に示すように、クリーニングを行わずに、プローブ針２３の先端部分を半導体チップの針当てパッドに接触させた場合、プローブ針２３の先端部分に付着していた異物が針当てパッドに移動して付着する。
これに対して、図８（ｂ）に示すように、クリーニングを行った後に、プローブ針２３の先端部分を半導体チップの針当てパッドに接触させた場合、プローブ針２３の先端部分には異物が存しないために、針当てパッドにも異物は何等存しない。

以上説明したように、本実施形態によれば、外力に対してデリケートな微細なプローブ針に損傷や磨耗を生ぜしめることなく確実な洗浄を行って異物除去するも、装置構成の大幅な変更をすることなく、可及的に簡易にプローブ針の洗浄を行うことが可能となる。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）プローブ針の先端部分を洗浄する洗浄装置であって、
前記プローブ針が接触する洗浄面を有する洗浄部と、
前記洗浄部を、前記洗浄面に水平方向で二次元状に移動させる駆動部と
を含むことを特徴とする洗浄装置。

（付記２）前記駆動部は、前記洗浄部を前記プローブ針に対して前記洗浄面内で螺旋状に相対移動させることを特徴とする付記１に記載の洗浄装置。

（付記３）前記プローブ針の前記洗浄面に対する移動開始から移動方向転換又は移動停止までの相対移動を１回の洗浄動作として、前記駆動部は、二次元状に複数回の前記洗浄動作を前記洗浄面内のそれぞれ異なる場所で行うことを特徴とする付記１又は２に記載の洗浄装置。

（付記４）９０°の転換角で前記移動方向転換が行われ、４回の前記洗浄動作を１周期として、複数周期の前記洗浄動作を行うことを特徴とする付記３に記載の洗浄装置。

（付記５）プローブ針の先端部分を洗浄面に接触させる第１のステップと、
前記プローブ針を前記洗浄面に対して水平方向で二次元状に移動させる第２のステップと
を含むことを特徴とする洗浄方法。

（付記６）前記第２のステップの後、前記プローブ針の先端部分を前記洗浄面から離間させる第３のステップを更に含み、
前記第１、第２及び第３のステップからなる一連ステップを、前記洗浄面内の異なる場所で複数回実行することを特徴とする付記５に記載の洗浄方法。

（付記７）前記各一連ステップにおいて、９０°の転換角で前記移動方向転換が行われ、４回の前記一連ステップを１周期として、複数周期の前記一連ステップを行うことを特徴とする付記６に記載の洗浄方法。

本実施形態によるプロービング装置（プローバ）の概略構成を示す模式図である。プローブホルダのクリーニング盤に対する洗浄面内における上記の相対移動形態の一例を、本実施形態の比較例として示す模式図である。比較例の問題点を説明するための模式図である。比較例の問題点を説明するための写真を示す図である。本実施形態における２次元状の相対移動形態の一例を示す模式図である。本実施形態によるプローブ針のクリーニング方法を説明するためのフロー図である。図６のクリーニング方法を説明するための模式図である。クリーニング前後において、電気的試験時のプローブ針２３の先端部分を半導体チップの針当てパッドに接触させた際の様子の写真を示す図である。

符号の説明

１０半導体ウェーハ
１１クリーニング盤
１１ａ洗浄面
１２駆動部
２０プローブカード
２１ベース
２３プローブ針
３１ウェーハステージ
３２検査部

Claims

プローブ針の先端部分を洗浄する洗浄装置であって、
前記プローブ針が接触する洗浄面を有する洗浄部と、
前記洗浄部を、前記洗浄面に水平方向で二次元状に移動させる駆動部と
を含み、
前記プローブ針の前記洗浄面に対する移動開始から移動方向転換又は移動停止までの相対移動を１回の洗浄動作として、前記駆動部は、二次元状に複数回の前記洗浄動作を前記洗浄面内のそれぞれ異なる場所で行うものであり、
９０°の転換角で前記移動方向転換が行われ、４回の前記洗浄動作を１周期として、複数周期の前記洗浄動作を行うことを特徴とする洗浄装置。