JP5108238B2 - 検査方法、検査装置及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハに形成された半導体装置等の検査対象物の電極にプローブを接触させて電気的な検査を行う検査方法、検査装置及び制御プログラムに関する。

従来から、半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハに形成された半導体装置等の検査対象物の電極にプローブを接触させて電気的な検査を行うことが知られている。このような検査において、プローブを接触させる電極は、アルミニウム、銅、半田等の酸化し易い材料によって形成されていると、検査段階では、電極の表面に酸化膜等の絶縁膜が形成されている。このため、プローブを電極に接触させた時に、これらの間の電気抵抗が高くなり、良好な電気的接触状態が得られない。このため、プローブを電極に当接させる荷重（針圧）を例えば３ｇ以上に高め、絶縁膜を突き破って電気抵抗を減少させることが知られている。

しかしながら、上記の方法では、電極の下地にダメージを与える等の問題がある。このため、フリッティング現象を利用することによって、より低い針圧で、良好な電気的接触状態を得る検査方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１３９５４２号公報

上記のフリッティング現象を利用した検査方法では、１つの電極に２つのプローブを近接させて接触させる。そして、これらのプローブの間に電圧を印加することにより、フリッティング現象を生じさせ、電気的に絶縁膜を破壊して良好な電気的接続を得るものである。しかしながら、このような検査方法においては、針圧が低いためにプローブの先端が電極上を滑ってしまい、十分な電気的接触が得られないままフリッティングを行うことにより、フリッティングによっても検査に必要とする電気的な接触状態を得られない場合があることが判明した。このため、このような検査方法においても、さらに、確実に良好な電気的な接触状態を得ることができるようにし、より正確かつ確実に検査を行えるようにすることが必要とされる。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べてより確実に良好な電気的な接触状態を得ることができ、正確かつ確実に検査を行うことのできる検査方法、検査装置及び制御プログラムを提供しようとするものである。

請求項１の検査方法は、検査対象物の電極にプローブを接触させて電気的な検査を行う検査方法であって、前記プローブを前記電極に所定荷重で当接させて機械的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を第１の所定値以下に減少させる工程と、フリッティング現象により電気的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を、前記第１の所定値より少ない第２の所定値以下に減少させるフリッティング工程と、前記プローブをフリッティング回路からテスト回路に接続させるスイッチング工程と、前記テスト回路により前記検査対象物の電気的な検査を行う工程と、前記検査対象物の電気的な検査を所定回数行う毎に、粒径２μｍ以上の研磨部材を使用し、前記プローブの先端部の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上となるように前記プローブの先端部に凹凸を形成するプローブ先端成形工程と、を具備したことを特徴とする。

請求項２の検査方法は、請求項１記載の検査方法であって、前記プローブ先端成形工程を、前記プローブの先端部を研磨部材に当接させて研磨することにより行うことを特徴とする。

請求項３の検査方法は、請求項２記載の検査方法であって、前記プローブ先端成形工程において前記プローブの先端部を前記研磨部材に当接させてこれらを相対的に水平移動させることを特徴とする。

請求項４の検査方法は、請求項１乃至３いずれか1項記載の検査方法であって、前記電極に前記プローブとフリッティング用プローブを当接させ、前記プローブと前記フリッティング用プローブとの間に電圧を印加して前記フリッティング工程を行うことを特徴とする。

請求項５の検査方法は、請求項１乃至４いずれか１項記載の検査方法であって、前記第１の所定値が１ＭΩであることを特徴とする。

請求項６の検査方法は、請求項１乃至５いずれか１項記載の検査方法であって、前記所定荷重が１ｇ以下であることを特徴とする。

請求項７の検査装置は、検査対象物の電極にプローブを接触させて電気的な検査を行う検査装置であって、前記プローブにフリッティング電圧を印加するフリッティング回路と、前記プローブにテスト電圧を印加するテスト回路と、前記フリッティング回路と前記テスト回路とを制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記プローブを前記電極に所定荷重で当接させて機械的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を第１の所定値以下に減少させるように前記検査装置を制御し、前記制御部は、フリッティング現象により電気的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を、前記第１の所定値より少ない第２の所定値以下に減少させるように前記検査装置を制御し、前記制御部は、フリッティング回路から前記テスト回路に前記プローブを接続し、前記テスト回路によって前記測定対象物の電気的な検査を行うように前記検査装置を制御し、前記制御部は、前記検査対象物の電気的な検査を所定回数行う毎に、粒径２μｍ以上の研磨部材を使用し、前記プローブの先端部の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上となるように前記プローブの先端部に凹凸を形成するように前記検査装置を制御することを特徴とする。

請求項８の検査装置は、前記プローブの先端部を研磨部材に当接させて研磨することにより、前記プローブの先端部に凹凸を形成することを特徴とする。

請求項９の検査装置は、請求項８記載の検査装置であって、前記プローブの先端部を前記研磨部材に当接させてこれらを相対的に水平移動させることを特徴とする。

請求項１０の検査装置は、請求項７乃至９いずれか1項記載の検査装置であって、前記電極に前記プローブとフリッティング用プローブを当接させ、前記プローブと前記フリッティング用プローブとの間に電圧を印加して前記フリッティング現象を生じさせることを特徴とする。

請求項１１の検査装置は、請求項７乃至１０いずれか１項記載の検査装置であって、前記第１の所定値が１ＭΩであることを特徴とする。

請求項１２の検査装置は、請求項７乃至１１いずれか１項記載の検査装置であって、前記所定荷重が１ｇ以下であることを特徴とする。

請求項１３の制御プログラムは、検査対象物の電極にプローブを接触させて電気的な検査を行う検査装置を制御するための制御プログラムであって、前記プローブを前記電極に所定荷重で当接させて機械的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を第１の所定値以下に減少させる工程と、フリッティング現象により電気的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を、前記第１の所定値より少ない第２の所定値以下に減少させる工程と、前記プローブをフリッティング回路からテスト回路に接続させる工程と、前記テスト回路により前記検査対象物の電気的な検査を行う工程と、前記検査対象物の電気的な検査を所定回数行う毎に、粒径２μｍ以上の研磨部材を使用し、前記プローブの先端部の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上となるように前記プローブの先端部に凹凸を形成する工程と、をコンピュータが実施するようにすることを特徴とする。

本発明によれば、従来に比べてより確実に良好な電気的な接触状態を得ることができ、正確かつ確実に検査を行うことのできる検査方法、検査装置及び制御プログラムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る検査装置の概略構成を模式的に示すものである。同図に示すように、検査装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に移動可能とされた駆動台１を具備している。この駆動台１には、被検査物としての半導体ウエハＷを載置可能とされた載置台２が設けられている。また、載置台２の上方には、プローブカード３が配設されており、このプローブカード３には、多数のプローブ４が設けられている。さらに、駆動台１の載置台２の側方には、例えば、研磨シート等の研磨部材が設けられた研磨部５が配設されている。この研磨部５は、プローブ４の先端部を研磨してクリーニングするとともに、プローブ４の先端部に凹凸を形成するプローブ先端成形工程を行うためのものである。

上記プローブカード３のプローブ４は、スイッチ１２を介してテスト回路（所謂テスタ）１１とフリッティング用回路１０に接続されている。そして、スイッチ１２を切り替えることにより、プローブ４に、テスト回路１１が電気的に接続された状態と、フリッティング用回路１０が電気的に接続された状態とを選択できるようになっている。

上記した駆動台１、スイッチ１２、フリッティング用回路１０及びテスト回路１１は、制御部１３と接続されている。そして、駆動台１の駆動、スイッチ１２の切り替え、フリッティング用回路１０によるフリッティングの開始、及びテスト回路１１による電気的なテスト（検査）の開始等は、制御部１３からの信号によって実行されるようになっている。この制御部１３による検査装置の制御は、制御プログラム（ソフトウェア）に基づいて実行される。この制御プログラムは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

ここで、フリッティング現象とは金属（本実施形態における電極）の表面に形成された酸化膜等の絶縁膜に印加される電位傾度が１０⁵〜１０⁶Ｖ／ｃｍ程度になると絶縁膜の厚さや金属の組成の不均一性により電流が流れて絶縁膜が破壊される現象をいう。図２は、このようなフリッティング現象を生じさせるためのフリッティング用回路１０の概略構成を示すものである。同図に示すように、フリッティング用回路１０は、プログラマブル電圧源２１、電圧印加バッファアンプ２２、電流センス抵抗２３及び印加電流リミッタ２４を備え、プログラマブル電圧源２１からプローブカード３のプローブ４ａ，４ｂに電圧を印加するように構成されている。

プローブ４ａは、電流センス抵抗２３を介して電圧印加バッファアンプ２２に接続されている。また、プローブ４ｂは電圧印加バッファアンプ２２の入力端子側に接続されていると共に接地されている。これらのプローブ４ａ，４ｂは、例えばタングステン（Ｗ）、ベリリウム−銅合金（ＢｅＣｕ）及びパラジウム（Ｐｄ）等の導電性金属によって構成される。また、これらのプローブ４ａ，４ｂの針先の径は、検査対象物の電極の大きさに応じて選択されるが、検査対象物が半導体デバイスの場合、例えば２０μｍ程度である。

上記のプローブ４ａ，４ｂのうちの一方、例えば、プローブ４ａは検査用であり、フリッティング用回路１０によるフリッティング時のみでなくテスト回路１１による電気的な検査にも用いられる。また、他方のプローブ４ｂはフリッティング用回路１０によるフリッティング用であり、テスト回路１１による電気的な検査を行う際には、電気的に浮遊状態とされる。

これらのプローブ４ａ，４ｂの先端部には、前記した研磨部５に当接して研磨することにより、凹凸が形成されている。すなわち、駆動台１を駆動してプローブ４ａ，４ｂの先端部を研磨部５に所定荷重で押し当て、この状態で研磨部５を水平方向に移動させることによって、先端部を研磨し成形して凹凸を形成する。このプローブ４ａ，４ｂの凹凸による表面粗さ（算術平均粗さ（Ｒａ））は、例えば０．５μｍ以上程度とすることが好ましい。また、この場合研磨部５の粒径は２μｍ以上程度とすることが好ましい。

このように先端部に凹凸が形成されたプローブ４ａ，４ｂを、検査対象物である半導体デバイスＤの電極Ｐに低い針圧（例えば、１ｇ以下）で接触させると、プローブ４ａ，４ｂが電極Ｐ上を滑ることなく絶縁膜Ｏに食い込むことにより、機械的に電極Ｐ上の絶縁膜Ｏに損傷を与え、電極Ｐとプローブ４ａ，４ｂとの間の電気抵抗値を第１の所定値以下、例えば１ＭΩ以下（数百キロΩ程度）に減少させることができる。この時の抵抗値は、デバイスＤの電気的な検査を行うためには、高すぎて不十分である。しかし、フリッティングを行うには十分であり、この状態でフリッティング用回路１０によるフリッティングを行うことにより、フリッティング現象により電気的に電極Ｐ上の絶縁膜Ｏに損傷を与え、電極Ｐとプローブ４ａ，４ｂとの間の電気抵抗値を、第１の所定値より少ない第２の所定値以下、例えば第１の所定値の１／１０以下に減少させることができる。すなわち、このような絶縁膜Ｏの機械的な破壊とフリッティングによる電気的な破壊の２段階の破壊を行うことにより、少ない針圧においても従来に比べてより確実に良好な電気的な接触状態を得ることができ、正確かつ確実に検査を行うことができる。

次に、図３を参照して、上記構成の検査装置の動作について説明する。同図に示すように、制御部１３では、まず、それまでに実行した検査回数ｎが、予め設定された所定回数Ｎ（例えば、１００回）未満であるか判断する（１０１）。そして、所定回数に達している場合は、プローブ先端の成形を行い（１０２）、検査回数ｎをクリアして０とする（１０３）。プローブ先端の成形工程では、駆動台１を駆動し、プローブ４ａ，４ｂの先端部を研磨部５に所定荷重で押し当て、この状態で駆動台１を水平移動させる。これによってプローブ４ａ，４ｂの先端部を研磨部５に当接させた状態で摺動させて研磨し、その表面状態を粗すことによって凹凸を形成する。

上記のプローブ先端の成形工程の後、又は上記の検査回数ｎがＮ未満の場合はプローブ先端の成形工程を行わずに、プローブカード４の先端部に凹凸を形成したプローブ４ａ、４ｂを検査対象物であるデバイスＤの電極Ｐに所定針圧（例えば、１ｇ以下）で接触させる（１０４）。このように、先端部に凹凸が形成されたプローブ４ａ，４ｂを検査対象物である半導体デバイスＤの電極Ｐに低い針圧（例えば、１ｇ以下）で接触させることにより、機械的に電極Ｐ上の絶縁膜Ｏに損傷を与え、電極Ｐとプローブ４ａ，４ｂとの間の電気抵抗値を第１の所定値以下、例えば１ＭΩ以下に減少させることができる。

次に、上記のように電極Ｐとプローブ４ａ，４ｂとの間の電気抵抗値を第１の所定値以下とした状態でフリッティングを行い、電気的に電極Ｐ上の絶縁膜Ｏに損傷を与え、電極Ｐとプローブ４ａ，４ｂとの間の電気抵抗値を第１の所定値より小さな第２の所定値以下とする（１０５）。このフリッティング工程では、図１に示したスイッチ１２をフリッティング回路１０側に切り替えた状態とし、図２に示したプログラマブル電圧源２１を作動させる。そして、電圧印加バッファアンプ２２及び電流センス抵抗２３を介してプローブ４ａに電圧を印加すると、絶縁膜Ｏが極めて薄い場合には最初は極めて僅かにトンネル電流が流れる。この状態から、プログラマブル電圧源２１の電圧を徐々に昇圧すると、プローブ４ａ，４ｂ間の電位傾度が徐々に大きくなり、所定の電位傾度（１０⁵〜１０⁶Ｖ／ｃｍ程度）に達するとフリッティング現象が生じ、電極Ｐの絶縁膜Ｏが破壊してプローブ４ａ，４ｂが電極Ｐの金属面と接触し、プローブ４ａとプローブ４ｂの間の電流が急激に大きくなる。この電流を印加電流リミッタ２４が検出し、それ以上の電流が流れないように電圧印加バッファアンプ２２からの電圧の印加を停止させる。この結果、プローブ４ａ，４ｂと電極Ｐとの電気抵抗が前記した第１の所定値より小さな第２の所定値（例えば第１の所定値の１／１０）以下とすることができる。

しかる後、図１に示したスイッチ１２をテスト回路１１側に切り替えて、テスト回路１１による半導体デバイスＤの電気的な検査を行う（１０６）。この後、実行した検査回数ｎをプラス１とし（１０７）、終了か否かの判断を行い（１０８）、全ての検査対象の半導体デバイスＤの検査が終了するまで、上記の工程を繰り返して実行し、この後処理を終了する。

図４（ａ），（ｂ）は、縦軸を抵抗値（対数目盛）、横軸をカウント数（測定回数）として、上記の工程における機械的接触時におけるプローブ４ａ，４ｂと電極Ｐとの電気抵抗値の実測値（図４（ａ））と、フリッティング後におけるプローブ４ａ，４ｂと電極Ｐとの電気抵抗値の実測値図（４（ｂ））とを多数の針に対して比較して示すものである。同図に示されるように、フリッティング前には抵抗値が高く、かつ抵抗値にばらつきが大きいが、この状態からフリッティングを行うことによって、抵抗値を低くすることができ、かつ、抵抗値のばらつきを小さくすることができた。

以上のように、本実施形態によれば、従来に比べてより確実に良好な電気的な接触状態を得ることができ、正確かつ確実に検査を行うことができる。なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。例えば、上記実施形態では、駆動台１の上に研磨部５を設け、この研磨部５にプローブ４の先端部を押し当てた状態で、研磨部５側を水平方向に移動させて研磨を行い、プローブ４の先端部に凹凸を形成するよう成形したが、研磨材は、別途搬入するようにしても良く、また、プローブ４側を移動させるようにしても良い。また、このようなプローブ４の先端部の成形工程は、所定検査回数毎ではなく、所定枚数の半導体ウエハＷ検査毎など、他のタイミングで行っても良い。

本発明の一実施形態に係るプローブ装置の要部概略構成を示す図。 図１のプローブ装置のフリッティング用回路の構成を示す図。 図１のプローブ装置による検査方法を説明するためのフローチャート。 機械的接触時とフリッティング後の抵抗値を測定した結果を示すグラフ。

符号の説明

１……駆動台、２……載置台、３……プローブカード、４……プローブ、５…研磨部、１０……フリッティング用回路、１１……テスト回路、１２……スイッチ、１３……制御部、Ｗ……半導体ウエハ。

Claims (13)

1. 検査対象物の電極にプローブを接触させて電気的な検査を行う検査方法であって、
   前記プローブを前記電極に所定荷重で当接させて機械的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を第１の所定値以下に減少させる工程と、
   フリッティング現象により電気的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を、前記第１の所定値より少ない第２の所定値以下に減少させるフリッティング工程と、
   前記プローブをフリッティング回路からテスト回路に接続させるスイッチング工程と、
   前記テスト回路により前記検査対象物の電気的な検査を行う工程と、
   前記検査対象物の電気的な検査を所定回数行う毎に、粒径２μｍ以上の研磨部材を使用し、前記プローブの先端部の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上となるように前記プローブの先端部に凹凸を形成するプローブ先端成形工程と、
   を具備したことを特徴とする検査方法。
2. 請求項１記載の検査方法であって、
   前記プローブ先端成形工程を、前記プローブの先端部を研磨部材に当接させて研磨することにより行うことを特徴とする検査方法。
3. 請求項２記載の検査方法であって、
   前記プローブ先端成形工程において前記プローブの先端部を前記研磨部材に当接させてこれらを相対的に水平移動させることを特徴とする検査方法。
4. 請求項１乃至３いずれか1項記載の検査方法であって、
   前記電極に前記プローブとフリッティング用プローブを当接させ、前記プローブと前記フリッティング用プローブとの間に電圧を印加して前記フリッティング工程を行うことを特徴とする検査方法。
5. 請求項１乃至４いずれか１項記載の検査方法であって、
   前記第１の所定値が１ＭΩであることを特徴とする検査方法。
6. 請求項１乃至５いずれか１項記載の検査方法であって、
   前記所定荷重が１ｇ以下であることを特徴とする検査方法。
7. 検査対象物の電極にプローブを接触させて電気的な検査を行う検査装置であって、
   前記プローブにフリッティング電圧を印加するフリッティング回路と、
   前記プローブにテスト電圧を印加するテスト回路と、
   前記フリッティング回路と前記テスト回路とを制御する制御部とを含み、
   前記制御部は、前記プローブを前記電極に所定荷重で当接させて機械的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を第１の所定値以下に減少させるように前記検査装置を制御し、
   前記制御部は、フリッティング現象により電気的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を、前記第１の所定値より少ない第２の所定値以下に減少させるように前記検査装置を制御し、
   前記制御部は、フリッティング回路から前記テスト回路に前記プローブを接続し、前記テスト回路によって前記測定対象物の電気的な検査を行うように前記検査装置を制御し、
   前記制御部は、前記検査対象物の電気的な検査を所定回数行う毎に、粒径２μｍ以上の研磨部材を使用し、前記プローブの先端部の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上となるように前記プローブの先端部に凹凸を形成するように前記検査装置を制御する
   ことを特徴とする検査装置。
8. 請求項７記載の検査装置であって、
   前記プローブの先端部を研磨部材に当接させて研磨することにより、前記プローブの先端部に凹凸を形成することを特徴とする検査装置。
9. 請求項８記載の検査装置であって、
   前記プローブの先端部を前記研磨部材に当接させてこれらを相対的に水平移動させることを特徴とする検査装置。
10. 請求項７乃至９いずれか1項記載の検査装置であって、
    前記電極に前記プローブとフリッティング用プローブを当接させ、前記プローブと前記フリッティング用プローブとの間に電圧を印加して前記フリッティング現象を生じさせることを特徴とする検査装置。
11. 請求項７乃至１０いずれか１項記載の検査装置であって、
    前記第１の所定値が１ＭΩであることを特徴とする検査装置。
12. 請求項７乃至１１いずれか１項記載の検査装置であって、
    前記所定荷重が１ｇ以下であることを特徴とする検査装置。
13. 検査対象物の電極にプローブを接触させて電気的な検査を行う検査装置を制御するための制御プログラムであって、
    前記プローブを前記電極に所定荷重で当接させて機械的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を第１の所定値以下に減少させる工程と、
    フリッティング現象により電気的に前記電極上の絶縁膜に損傷を与え、当該電極とプローブとの間の電気抵抗値を、前記第１の所定値より少ない第２の所定値以下に減少させる工程と、
    前記プローブをフリッティング回路からテスト回路に接続させる工程と、
    前記テスト回路により前記検査対象物の電気的な検査を行う工程と、
    前記検査対象物の電気的な検査を所定回数行う毎に、粒径２μｍ以上の研磨部材を使用し、前記プローブの先端部の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以上となるように前記プローブの先端部に凹凸を形成する工程と、
    をコンピュータが実施するようにすることを特徴とする制御プログラム。

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