JP7129261B2

JP7129261B2 - 試験装置

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Publication number: JP7129261B2
Application number: JP2018141446A
Authority: JP
Inventors: 友子藤原; 敬雄末山; 圭子金田; 路子津村
Original assignee: Kioxia Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2022-09-01
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: JP2020017701A; US20200030856A1; CN115267276A; TWI770344B; TW202007977A; US11090694B2; CN110763881A; CN110763881B

Description

本発明の実施形態は、試験装置に関する。

半導体ウェハ上に形成された金属パッドにプローブカードのプローブ（針）を接触させて電気的特性を試験することが知られている。このような試験を繰り返すと、金属屑がプローブに付着する場合がある。この場合、試験精度が低下するおそれがあるので、プローブは、定期的にクリーニングシートでクリーニングされる。

特開２００７－１２０９６１号公報

クリーニングシートでクリーニングすると、プローブは、研磨されて摩耗する。そのため、プローブの寿命が低下するおそれがある。

本発明の実施形態は、試験精度を維持しつつ、プローブの寿命低下を回避することが可能な試験装置を提供する。

本実施形態に係る半導体装置は、チャンバーと、チャンバー内で露出したプローブを有するプローブカードと、チャンバー内で試験対象物を支持する支持台と、試験対象物がプローブに接触する試験位置と、試験対象物がプローブから水平方向に離れたクリーニング位置との間で支持台を移動させる移動機構と、支持台がクリーニング位置に配置されているときにプローブカードを通じてチャンバー内に第１ドライエアーを導入するエアーチューブと、を備える。

第１実施形態に係る試験装置の概略的な構成を示す模式図である。プローブカードの概略的な平面図である。（ａ）は第１実施形態に係る試験装置を用いた試験状態を示す模式図であり、（ｂ）は、当該試験装置を用いたクリーニング状態を示す模式図である。（ａ）は、変形例１に係る試験装置を用いた試験状態を示す模式図であり、（ｂ）は当該試験装置を用いたクリーニング状態を示す模式図である。変形例２に係る試験装置を用いた試験状態を示す模式図であり、（ｂ）は当該試験装置を用いたクリーニング状態を示す模式図である。変形例３に係る屑受け部材の構造を簡略的に示す模式図である。（ａ）は、第２実施形態に係る試験装置の概略的な構成を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示す点線領域の拡大図である。（ａ）は、変形例４に係る試験装置を用いた試験状態を示す模式図であり、（ｂ）は当該試験装置を用いたクリーニングの準備状態を示す模式図である。変形例２に係る試験装置を用いたクリーニング状態を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す点線領域の拡大図である。（ａ）は、第３実施形態に係る試験装置を用いた試験状態を示す模式図であり、（ｂ）は当該試験装置を用いたクリーニング状態を示す模式図である。図１０（ｂ）に示す点線領域の拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る試験装置１の概略的な構成を示す模式図である。図１に示す試験装置１は、チャンバー１０と、プローブカード２０と、テストヘッド３０と、エアーチューブ４０と、支持台５０と、屑受け部材６０と、移動機構７０と、を備える。

チャンバー１０は、プローブカード２０、支持台５０、および屑受け部材６０を収容する。本実施形態では、試験対象物１００が、チャンバー１０内で種々の温度条件で試験される。試験対象物１００は、例えば半導体ウェハである。この半導体ウェハ表面には、金属パッド(不図示)が形成されている。金属パッドは、例えばアルミニウムを用いて形成される。

プローブカード２０は、チャンバー１０の内面上部に固定されている。プローブカード２０には、開口部２１が形成されている。また、図２に示すように、複数のプローブ２２が開口部２１に沿って並ぶように設けられている。上方から見たとき、プローブ２２の先端は開口部２１に配置されている。プローブ２２は、上記金属パッドに接触できるようにチャンバー１０内で露出している。

テストヘッド３０は、チャンバー１０の外面上部でプローブカード２０と電気的に接続されている。テストヘッド３０は、試験対象物１００の試験に関する電気的な条件に応じて、プローブへの信号の送受信を行う。また、テストヘッド３０には、開口部２１が形成されている。開口部２１は、プローブカード２０に形成された開口部２１と連通する。

エアーチューブ４０は、テストヘッド３０の開口部３１およびプローブカード２０の開口部２１を通じてドライエアー２００(第１ドライエアー)をチャンバー１０内に導入する。ドライエアー２００の露点は、例えば－６０～－７０℃である。ドライエアー２００は、プローブ２２に付着した金属屑(本実施形態ではアルミニウム屑)を吹き落すために用いられる。

支持台５０は、試験対象物１００を支持する。支持台５０は、移動機構７０により水平方向および鉛直方向に移動可能である。

屑受け部材６０は、支持台５０と一体に設けられている。具体的には、屑受け部材６０は、支持台５０の外周部から水平方向に張り出している。屑受け部材６０は凹状に形成されている。屑受け部材６０内には、ドライエアー２００によってプローブ２２から吹き落された金属屑が回収される。

移動機構７０は、試験対象物１００の試験時およびプローブ２２のクリーニング時に応じて支持台５０および屑受け部材６０の位置を調整する。移動機構７０は、支持台５０および屑受け部材６０を駆動するためのモータや、このモータの駆動回路等を有する。

図３（ａ）は、試験対象物１００の試験状態を示す模式図である。図３（ｂ）は、プローブ２２のクリーニング状態を示す模式図である。

試験対象物１００を試験するとき、図３（ａ）に示すように、移動機構７０は支持台５０を試験位置まで鉛直方向に移動させる。試験位置では、支持台５０に支持された試験対象物１００の金属パッド(不図示)が、プローブ２２に接触する。金属パッドとプローブ２２とが接触した状態で、テストヘッド３０が、プローブ２２を通じて試験対象物１００に通電する。これにより、試験対象物１００の電気的特性が試験される。

上記のような試験を繰り返すと、金属パッドの金属が、金属屑としてプローブ２２に付着し得る。そこで、本実施形態では、試験対象物１００の試験が終了すると、移動機構７０は、毎回または定期的に支持台５０をクリーニング位置まで水方向に移動させる。クリーニング位置では、支持台５０に支持された試験対象物１００がプローブ２２から水平方向に離れる一方で、屑受け部材６０がプローブ２２の下方に配置される。

続いて、ドライエアー２００が、エアーチューブ４０からテストヘッド３０の開口部３１を通過する。さらに、ドライエアー２００は、プローブカード２０の開口部２１からチャンバー１０内に流れ込む。開口部２１に沿ってプローブ２２が設けられているので、プローブ２２に付着した金属屑は、ドライエアー２００によって、吹き落される。吹き落された金属屑は、プローブ２２の真下に配置された屑受け部材６０に回収される。

以上説明した本実施形態によれば、ドライエアー２００によって、プローブ２２に付着した金属屑を除去している。そのため、クリーニングシート等のクリーニング部材をプローブに接触させなくても金属屑を除去でき、試験対象物１００の試験精度を維持できる。また、クリーニング時におけるプローブ２２の摩耗も防ぐことができるので、プローブ２２の寿命低下を回避することが可能となる。

(変形例１)
変形例１について説明する。上述した第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

図４（ａ）は、変形例１に係る試験装置１ａを用いた試験対象物１００の試験状態を示す模式図である。図４（ｂ）は、試験装置１ａを用いたプローブ２２のクリーニング状態を示す模式図である。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、本変形例に係る試験装置１ａでは、屑受け部材６０が、支持台５０から離れて設けられている。また、移動機構７０が支持台５０を単独で移動させ、移動機構７１が屑受け部材６０を単独で移動させる。すなわち、支持台５０および屑受け部材６０がそれぞれ独立して移動することができる。

本変形例では、試験対象物１００を試験するとき、図４（ａ）に示すように、試験対象物１００がプローブ２２に接触するように、移動機構７０が支持台５０を上昇移動させる。

一方、プローブ２２をクリーニングするとき、図４（ｂ）に示すように、試験対象物１００がプローブ２２から水平方向に離れるように、移動機構７０が支持台５０を水平移動させる。また、移動機構７１がプローブ２２の下方に屑受け部材６０を移動させる。その後、ドライエアー２００がエアーチューブ４０からチャンバー１０内に導入されると、プローブ２２に付着した金属屑が吹き落される。

以上説明した本変形例によれば、第１実施形態と同様に、ドライエアー２００によって、プローブ２２に付着した金属屑を除去できる。そのため、試験対象物１００の試験精度を維持しつつ、プローブ２２の寿命低下を回避することが可能となる。

また、本変形例では、試験対象物１００を支持する支持台５０と屑受け部材６０とがそれぞれ独立して移動できる。そのため、試験対象物１００および屑受け部材６０の各々の位置調整が容易になる。

(変形例２)
図５（ａ）は、変形例２に係る試験装置１ｂを用いた試験対象物１００の試験状態を示す模式図である。図５（ｂ）は、試験装置１ｂを用いたプローブ２２のクリーニング状態を示す模式図である。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、本変形例に係る試験装置１ｂの構成は、上述した第１実施形態と同様であるが、上記変形例１と同様に、移動機構７０および移動機構７１を備えていてもよい。この場合、試験対象物１００を支持する支持台５０と屑受け部材６０とをそれぞれ独立して移動させることができる。

本変形例では、試験対象物１００の試験中に図５（ａ）に示すように、ドライエアー２０１(第２ドライエアー)が、エアーチューブ４０からテストヘッド３０およびプローブカード２０を通じてチャンバー１０内へ導入される。換言すると、ドライエアー２０１は、ドライエアー２００と同じ流路でチャンバー１０内へ導入される。

試験対象物１００の試験温度、すなわちチャンバー１０の内部温度が、例えば－４０℃のような低温である場合、プローブカード２０の上面に存在する湿気が結露を引き起こす可能性がある。また、チャンバー１０の内部温度が、例えば１５０～２００℃のような高温である場合、プローブ２２が膨張して、試験対象物１００に対する位置ずれが起こり得る。

しかし、本変形例のように低温試験中にドライエアー２０１をチャンバー１０内へ導入すると、結露を回避できる。また、高温試験中にドライエアー２０１をチャンバー１０内へ導入すると、プローブ２２の温度上昇を抑制して、上記位置ずれを軽減することが可能となる。また、試験中のドライエアー２０１の流量を、クリーニング時に使用するドライエアー２００の流量よりも小さく設定することで、試験中には金属屑を落とさず、クリーニング時に金属屑を落とす構成とすることができる。

(変形例３)
図６は、変形例３に係る屑受け部材６０の構造を簡略的に示す模式図である。屑受け部材６０以外の構成については、第１実施形態または変形例１、２と同様であるので詳細な説明を省略する。

本変形例では、図６に示すように、粘着シート６１が屑受け部材６０の表面に設けられている。粘着シート６１は、金属と接着可能な接着剤を含んでいる。屑受け部材６０がクリーニング位置に配置されているとき、粘着シート６１は、プローブ２２と対向している。

そのため、プローブ２２のクリーニング中にドライエアー２００がエアーチューブ４０からチャンバー１０内へ導入されると、プローブ２２から吹き落された金属屑３００は、粘着シート６１に固定される。これにより、金属屑３００がチャンバー１０内で拡散することを防止できる。

（第２実施形態）
図７（ａ）は、第２実施形態に係る試験装置２の概略的な構成を示す模式図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す点線領域の拡大図である。なお、上述した第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る試験装置２は、移動機構７２および静電気発生器８０を備える点で第１実施形態に係る試験装置１と異なる。移動機構７２は、静電気発生器８０を水平方向および鉛直方向に移動させることができる。

試験対象物１００を試験するとき、移動機構７０は、試験対象物１００がプローブ２２に接触する試験位置へ支持台５０を上昇移動させる。一方、プローブ２２をクリーニングするとき、図７（ａ）に示すように、移動機構７０は、試験対象物１００がプローブ２２から水平方向に離れるように支持台５０を水平移動させる。また、移動機構７２は、プローブ２２の下方に静電気発生器８０を水平移動させる。

静電気発生器８０は、プローブ２２に接触しない状態でプローブ２２の下方に配置されたときに高電圧を出力する。これにより、静電気発生器８０とプローブ２２との間に静電気Ｑが発生する。その結果、図７（ｂ）に示すように、プローブ２２に付着した金属屑３００は、静電気発生器８０に吸着される。クリーニング後、テストヘッド３０はプローブ２２に０Ｖの電圧を印加する。これにより、プローブ２２はディスチャージされる。

以上説明した本実施形態によれば、静電気発生器８０で発生させた静電気Ｑにより、プローブ２２に付着した金属屑３００が除去される。そのため、クリーニングシート等のクリーニング部材をプローブ２２に接触させることなく金属屑３００を除去できる。これにより、クリーニング中にプローブ２２の摩耗を防止できるので、試験対象物１００の試験精度を維持しつつ、プローブ２２の寿命低下を回避することが可能となる。

なお、本実施形態では、プローブ２２をクリーニングするときに、静電気発生器８０の静電気Ｑだけでなく、第１実施形態で説明したドライエアー２００も用いて金属屑３００を除去してもよい。この場合、金属屑３００の除去効果を高めることができる。

(変形例４)
図８（ａ）は、変形例４に係る試験装置２ａを用いた試験対象物１００の試験状態を示す模式図である。図８（ｂ）は、試験装置２ａを用いてプローブ２２をクリーニングする前の準備状態を示す模式図である。

本変形例に係る試験装置２ａは、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、屑受け部材６２を備えること、および静電気発生器８０の構成が第２実施形態に係る試験装置２と異なる。屑受け部材６２は、支持台５０に一体に設けられている。なお、屑受け部材６２の上面には、図６に示す粘着シート６１が貼付されていてもよい。

本変形例に係る静電気発生器８０は、一対の伸縮部材８１ａ、８１ｂと、一対の板状部材８２ａ、８２ｂと、を有する。一対の伸縮部材８１ａ、８１ｂの後端は、チャンバー１０内部の側面に固定され、先端には、一対の板状部材８２ａ、８２ｂが取り付けられている。一対の板状部材８２ａ、８２ｂは、例えばアクリル等の絶縁部材で形成されている。

本変形例に係る試験装置２ａを用いて試験対象物１００を試験するとき、図８（ａ）に示すように、一対の伸縮部材８１ａ、８１ｂは短縮状態となっている。一方、プローブ２２をクリーニングするとき、図８（ｂ）に示すように、支持台５０に支持された試験対象物１００がプローブ２２から水平方向に離れ、屑受け部材６２がプローブ２２の下方に配置される。

さらに、一対の伸縮部材８１ａ、８１ｂが、支持台５０に支持された試験対象物１００とプローブカード２０との間で、自動的に水平方向に延伸する。さらに、一対の板状部材８２ａ、８２ｂをこすり合わせるように一対の伸縮部材８１ａ、８１ｂが鉛直方向に振動する。

図９（ａ）は、試験装置２ａを用いたプローブ２２のクリーニング状態を示す模式図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す点線領域の拡大図である。一対の板状部材８２ａ、８２ｂがプローブ２２の下方空間を挟んで互いに水平方向に対向するように一対の伸縮部材８１ａ、８１ｂが自動的に短縮すると、図９（ａ）に示すように、静電気Ｑが上記下方空間に発生する。その結果、図９（ｂ）に示すように、プローブ２２に付着した金属屑３００は、静電気発生器８０に吸着されるか、または、屑受け部材６２に回収される。

以上説明した本変形例によれば、第２実施形態と同様に、静電気Ｑにより、プローブ２２に付着した金属屑３００を除去できる。そのため、試験対象物１００の試験精度を維持しつつ、プローブ２２の寿命低下を回避することが可能となる。さらに、本変形例によれば、一対の板状部材８２ａ、８２ｂをこすり合わせることによって静電気Ｑを発生させている。これにより、高電圧の出力が不要になるので、装置の消費電力を抑制することができる。

（第３実施形態)
図１０（ａ）は、第３実施形態に係る試験装置３を用いた試験対象物１００の試験状態を示す模式図である。図１０（ｂ）は、試験装置３を用いたプローブ２２のクリーニング状態を示す模式図である。図１１は、図１０（ｂ）に示す点線領域の拡大図である。なお、上述した第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る試験装置３は、移動機構７３、容器９０、超音波発生器９１、および蓋部材９２を備える点で第１実施形態に係る試験装置１と異なる。移動機構７３は、容器９０を水平方向および鉛直方向に移動させることができる。容器９０は、液体４００を貯留する。液体４００は、例えばアルコール等の揮発性液体である。超音波発生器９１は、容器９０に設置されている。超音波発生器９１は、液体４００を超音波振動させる発振器等で構成されている。蓋部材９２は、支持台５０に一体に設けられている。

本実施形態に係る試験装置３を用いて試験対象物１００を試験するとき、図１０（ａ）に示すように、容器９０の上端開口は、蓋部材９２によって覆われている。そのため、試験対象物１００の試験中に、容器９０に貯留された液体４００がチャンバー１０内に拡散することを防止できる。

一方、プローブ２２をクリーニングするときには、図１０（ｂ）に示すように、蓋部材９２が容器９０の上端開口を開放するように移動機構７０が支持台５０を水平移動させる。次に、プローブ２２が液体４００に浸漬するように移動機構７３が容器９０を移動させる。

次に、超音波発生器９１が発振することによって、液体４００が超音波振動する。液体４００の振動は、プローブ２２に伝達される。これにより、プローブ２２は、超音波でクリーニングされる。その結果、図１１に示すように、プローブ２２に付着した金属屑３００は、除去されて液体４００内に沈殿する。

プローブ２２のクリーニングが終了すると、移動機構７３が、容器９０を下降移動させるので、プローブ２２は、液体４００から離れる。このとき、液体４００は揮発性液体であるので、プローブ２２に残った液体４００は、蒸発しやすい。よって、プローブ２２のクリーニング時間を短縮することができる。なお、移動機構７３が、容器９０を下降移動させた後、第１実施形態で説明したドライエアー２００を用いてプローブ２２を乾燥させてもよい。この場合、プローブ２２に残った液体４００を迅速に蒸発できるので、クリーニング時間をより一層短縮することができる。

以上説明した本実施形態によれば、超音波により、プローブ２２に付着した金属屑３００が除去される。そのため、クリーニングシート等のクリーニング部材をプローブ２２に接触させることなく金属屑３００を除去できる。これにより、クリーニング中にプローブ２２の摩耗を防止できるので、試験対象物１００の試験精度を維持しつつ、プローブ２２の寿命低下を回避することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１～３試験装置、１０チャンバー、２０プローブカード、２２プローブ、４０エアーチューブ、５０支持台、６０、６２屑受け部材、６１粘着シート、７０～７３移動機構、８０静電気発生器、８１ａ、８１ｂ伸縮部材、８２ａ、８２ｂ板状部材、９０容器９０超音波発生器、９２蓋部材、１００試験対象物、２００第１ドライエアー、２０１第２ドライエアー、４００液体

Claims

チャンバーと、
前記チャンバー内で露出したプローブを有するプローブカードと、
前記チャンバー内で試験対象物を支持する支持台と、
前記試験対象物が前記プローブに接触する試験位置と、前記試験対象物が前記プローブから水平方向に離れたクリーニング位置との間で前記支持台を移動させる移動機構と、
前記支持台が前記クリーニング位置に配置されているときに前記プローブカードを通じて前記チャンバー内に第１ドライエアーを導入するエアーチューブと、を備え、
前記支持台が前記試験位置に配置されているときに前記エアーチューブが前記プローブカードを通じて前記チャンバー内に第２ドライエアーを導入し、前記第２ドライエアーの流量は、前記第１ドライエアーの流量よりも小さい、試験装置。
前記支持台と一体または前記支持台から離れて設けられた屑受け部材をさらに備え、
前記移動機構は、前記支持台が前記クリーニング位置に配置されているときに前記屑受け部材を前記プローブの下方に配置させる、請求項１に記載の試験装置。
前記屑受け部材は、前記支持台が前記クリーニング位置に配置されているときに前記プローブに対向する表面に、粘着シートを有する、請求項２に記載の試験装置。
前記支持台が前記クリーニング位置に配置されているときに前記プローブの下方で静電気を発生させる静電気発生器をさらに備える、請求項１に記載の試験装置。
前記支持台が前記クリーニング位置に配置されているときに前記プローブが浸漬する液体を貯留する容器と、
前記液体を超音波振動させる超音波発生器と、をさらに備える、請求項１に記載の試験装置。
チャンバーと、
前記チャンバー内で露出したプローブを有するプローブカードと、
前記チャンバー内で試験対象物を支持する支持台と、
前記試験対象物が前記プローブに接触する試験位置と、前記試験対象物が前記プローブから水平方向に離れたクリーニング位置との間で前記支持台を移動させる移動機構と、
前記支持台が前記クリーニング位置に配置されているときに前記プローブの下方で静電気を発生させる静電気発生器と、
を備え、
前記静電気発生器は、前記支持台に支持された前記試験対象物と前記プローブカードとの間で前記水平方向に延伸および短縮することが可能な一対の伸縮部材と、前記一対の伸縮部材の先端にそれぞれ設けられた一対の板状部材と、を有し、
前記試験対象物が前記クリーニング位置に配置されているときに前記一対の板状部材をこすり合わせることによって前記静電気を発生させる、試験装置。
チャンバーと、
前記チャンバー内で露出したプローブを有するプローブカードと、
前記チャンバー内で試験対象物を支持する支持台と、
前記試験対象物が前記プローブに接触する試験位置と、前記試験対象物が前記プローブから水平方向に離れたクリーニング位置との間で前記支持台を移動させる移動機構と、
前記支持台が前記クリーニング位置に配置されているときに前記プローブが浸漬する液体を貯留する容器と、
前記液体を超音波振動させる超音波発生器と、
前記支持台と一体に設けられた蓋部材と、
を備え、
前記蓋部材は、前記支持台が前記試験位置に配置されているときに前記容器の上端開口を塞ぎ、前記支持台が前記クリーニング位置に配置されているときに前記上端開口を開放する、試験装置。
前記液体が揮発性液体である、請求項７に記載の試験装置。