WO2004023548A1 - プローブ方法及びプローブ装置 - Google Patents

Abstract

本発明のプローブ方法は、テスタ回路（Ｔ）と少なくとも１つのプローブ（１４４）を具備するプローブ装置（１０）を使用して、少なくとも１つの電極（Ｐ）を具備する被検査体（Ｗ）の電気的特性を検査するプローブ方法である。このプローブ方法は、（ａ）該被検査体の電極を還元処理する、（ｂ）該電極と該プローブを接触させる、（ｃ）該プローブにフリッティング現象を形成するための電圧を印加する（該電圧をプローブに印加することにより形成された該フリッティング現象は該電極と該プローブとの間を電気的な導通状態にする）を具備している。　　

Description

明 細 書

プローブ方法及びプローブ装置

こ の出願は、 2 0 0 2年 9 月 2 日 に提出され、 その内容は ここ に取り 込まれる、 前の 日本特許出願 2 0 0 2 — 2 5 6 7 4 6 に基づいてお り 、 優先権を主張します。

技術分野

本発明は、 プローブ方法及びプローブ装置に関する。 更に 詳し く は、 被検査体の電極と プローブとの電気的導通状態を 改善する こ とができ るプローブ方法及びプローブ装置に関す る。

背景技術

半導体を処理する工程中には、 ウェハ状態の被検査体を検 查する工程、 パッケージ状態にある被検査体を検查する工程 等の種々 の工程がある。 半導体の電気的特性を検査する場合 は、 半導体の電極にプローブの先端を接触させる。 このプロ ープを介して、 テスタから半導体に検査用信号を印加する。 半導体の電極の表面が大気中に置かれる と、 該表面には電気 的に絶縁性の酸化膜が形成される。 このため、 プローブを半 導体の電極に接触させても、 両者の間を電気的導通状態にす る こ と はできず、 テスタからの検査用の信号を、 プローブを 介して効率良く 電極に伝える こ と はできない。 このため、 従 来は、 電極に所定の針圧の下でプローブを接触させ、 そ して プローブを電極表面でス ク ラブさせていた。 このスク ラブに よ り 、 電極表面の酸化膜は削 り と られ、 プローブと電極間の 電気的導通状態を確保していた。 発明の開示

被検査体 （例、 半導体製品） がますます超高集積化される に伴って、 半導体上に形成される層が加速度的に薄膜化され その電極も薄膜化されている。 従来のプローブ方法のよ う に プローブを電極上の酸化膜を破る針圧で接触させる と、 プロ ープからの針圧が ト ラ ンジスタの特性等を変化させる虞があ つた。 また、 電極の下層に低誘電率材のよ う な柔らかい材料 が配置されている場合には、 プローブに上記針圧を付与する こ と ができ ないとい う課題もあった。

本発明は、 上記課題の少な く と も 1 つを解決する。 本発明 の実施態様によれば、 プローブと電極と を接触させるだけで 両者間の電気的導通状態を改善するこ とができる。 この結果 信頼性の高い検査を確実に実施する こ とができ るプローブ方 法及びプローブ装置が提供される。

本発明の他の 目的及び利点は、 以下の明細書に記載され、 その一部は該開示から 自明であるか、 又は本発明の実行によ り得られるであろ う 。 本発明の該目的及び利点は、 こ こに特 に指摘される手段と組み合わせによ り実現される こ とができ る。

本願発明の第 1 の観点に従って、 少なく と も 1 つのプロ一 ブを具備するプローブ装置を使用 して、 少な く と も 1 つの電 極を具備する被検査体の電気的特性を検査するプローブ方法 が提供される。 該プローブ方法は下記を具備する ； （ a ) 被 検査体の電極を還元処理する ； （ b ) 被検査体の電極と プロ 一ブと を接触させる ； （ c ) プローブにフ リ ツティ ング現象 を形成するための電圧を印加する、 該電圧によ り 形成された 該フ リ ッティ ング現象は電極と プローブと を電気的な導通状 態で接触させる。

該プロープ方法は、 下記構成 _a ) 乃至 f ) の少なく と も 1 つを具備するこ と、 或いは下記構成 a ) 乃至 f ) のいずれか 複数を任意に組み合わせて具備する こ とが好ま しい。

a ) . 該 （ a ) の還元処理は、 被検査体を加熱する こ と を 含む。

b ) . 該 （ b ) の接触においては、 2本のプローブが 1 つ の電極に接触する。

c ) . 該プローブ装置はテス タ回路を具備 し、 該 （ c ) の プローブにフ リ ッティ ング現象を形成するための電圧は、 テ スタ回路の ドライバ力 ら供される。

d ) . 被検查体の電極は、 銅または銅合金を有する。

e ) . 該 （ a ) の還元処理の後に、 被検查体の周囲を非酸 化性雰囲気にする。

f ) . 該フ リ ツティ ングは、 各電極に接触 した 2本のプロ 一ブを リ レーで切 り 替える こ と によ り 実施される。

本願発明の第二の観点に従って、 少なく と も 1 つのプロ一 ブを具備 し、 少なく と も 1 つの電極を具備する被検査体の電 気的特性を検査するプローブ装置が提供される。 該プローブ 装置は下記を具備する ； 被検査体の電極を還元性ガスを使用 して還元処理する機構 ； 被検査体と プローブの内の少なく と も 1 つを移動させる こ と によ り 、 被検査体の電極とプローブ と を接触させる機構 ； プローブにフ リ ッティ ング現象を形成 するための電圧を印加するための電源回路、 該電圧をプロ一 ブに印加する こ と によ り形成されたフ リ ッティ ング現象は電 極と プローブと を電気的な導通状態で接触させる。

該プローブ装置は、 下記構成 g ) 乃至 k ) の少な く と も 1 つを具備する こ と、 或いは下記構成 g ) 乃至 k ) のいずれか 複数を任意に組み合わせて具備する こ とが好ま しい。

g ) . 被検査体の電極と プローブと を接触させる該機構に おいて、 被検查体の 1 つの電極に接触するプローブは一対の プローブである、

h ) . 電源回路は、 一対のプローブ間に電圧を印加するた めの電源と、 電源と プローブ間の電気的接続をオンオフする スィ ッチ機構と、 スィ ッチ機構のオンオフ動作を制御するた めの コ ン ト ローラーと を有する。

i ) . 該プローブ装置はテスタ回路を具備 し、 電源回路の 電源は該テスタ回路の ドライバである。

j ) . 還元処理された被検査体の周囲を非酸化性雰囲気に する機構を具備する。

k ) . さ らに、 被検査体を加熱する加熱機構を具備する。

1 ) . 電源回路は、 一対のプローブ間に電圧を印加するた めの電源と、 電源と プローブ間の電気的接続をオンオフする リ レーと を具備する。

m ) . 該一対のプローブは、 それぞれ固有の配線を有する 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明のプローブ装置の一実施形態を示す断面図 である。 図 2 A， 2 B は、 図 1 に示すプローブカー ドを示す図で、 図 2 Aはその分解側面図、 図 2 B はそのブロ ック 図である。

図 3 A , 3 B は、 プロープの 2本のプローブの長さが異な る場合の動作の概念を示す図で、 図 3 Aはフ リ ッティ ング動 作時を示す側面図、 図 3 B ) はプローブ検査の動作時を示す 側面図である。

図 4 は、 本発明の他の実施形態に用いられるプローブカー ドの要部を示すブロ ック図である。

図 5 は、 本発明の更に他の実施形態に用いられるプローブ カー ドの要部を示すプロ ック図である。

図 6 は、 本発明の実施例に用いられたフ リ ッティ ング特性 測定装置を示す概念図である。

図 7 A〜 7 Cはそれぞれ銅膜ウェハ試料の還元後大気暴露 時間とそのフ リ ッティ ング後の接触抵抗値の関係を示すグラ フである。

図 8 A ~ 8 C は、 それぞれ銅膜ウェハ試料の還元後大気暴 露時間と そのフ リ ッティ ング後の接触抵抗値の関係を示すグ ラフである。

発明を実施するための最良の形態

本願発明のプローブ方法及びプローブ装置が検査する被検 査体は、 半導体に限定されない。 本願発明のプローブ方法及 ぴプローブ装置は、 半導体ウェハ上に形成されたままのデバ イ ス 、 半導体ウェハから切 り 出された個々 のデバイ ス 、 L C Dなどの電気的特性を検査するために供される こ とができ る しかし、 以下においては、 理解を容易 とするために、 本願発 明が半導体ウェハ上に形成されたデバイ スの電気的特性を検 査するケース について説明する。

図 1 〜図 8 C に示された実施形態に基づいて、 本発明の実 施態様が説明される。 本発明のプローブ方法は、 還元性ガス (例えば、 フォー ミ ングガス） を用いて、 ウェハの検査用の 電極上に形成された酸化膜を還元処理する。 この後、 フ リ ツ ティ ング現象を利用 して電極上の酸化膜を破る こ と によ り 、 プローブと電極と の間の電気的導通状態を改善する。 酸化膜 の還元及びフ リ ッティ ング現象の利用によ り 、 プローブと電 極間の針圧を低く する （例、 殆どゼロ） する こ と ができ る。 この結果、 電極を傷つける こ と がなく 、 プローブの寿命も延 ばすこ と ができ る。 フ リ ツティ ング現象は、 金属 （本発明で は電極） の表面に形成された酸化膜に電圧 （例、 直流電圧） 'を印加し、 酸化膜中に 1 0 ⁵〜 1 0 ⁶ Vノ c m程度の電位傾 度が形成され、 酸化膜中に電流が流れる。 フ リ ツティ ング現 象は、 この電流によ り 酸化膜を破壌する現象である。 この現 象が発生する一因は、 酸化膜の厚さや金属の組成の不均一性 によ り 、 電流が酸化膜中に流れる こ と と考え られる。

本実施形態のプローブ装置が説明される。 本実施形態のプ ロープ装置 1 0 は、 例えば図 1 に示すよ う に、 被処理体 （例 えば、 半導体ウェハ） Wを搬送する ローダ室 （図示せず） と ウェハ Wの電気的特性を検査するプローバ室 1 1 と、 これら に配置された各種機器を制御する コン ト ローラー 3 1 (図示 せず） と を備えている。

ローダ室は、 例えば 2 5枚のウェハ Wが収納されたカセッ ト を載置する载置部と 、 载置部のカセ ッ トから ウェハ Wを一 枚ずつ搬送する ウェハ搬送機構と 、 このウェハ搬送機構を介 してウェハ Wを搬送する間にウェハを所定の向き に揃えるサ ブチャ ック と を備えている。

プローバ室 1 1 は、 載置台 （例、 メ イ ンチャ ック） 1 3 と メ イ ンチャ ック 1 3 を三軸 （ X軸、 Y軸、 Z軸） 方向へ移動 させる移動機構 1 2 と、 メ イ ンチャ ッ ク 1 3 を 0 方向に正逆 回転させる 0 駆動機構 （図示せず） と 、 メ イ ンチャ ッ ク 1 3 の上方に配置され且つフ リ ッティ ング現象を利用 して ウェハ W上に形成された電極 P (例えば、 銅、 銅合金、 アルミ ニゥ ム等の導電性金属によって形成される こ と ができ る。 ） に接 触する多数のプローブを具備するプロープカー ド 1 4 と、 こ のプローブカー ド 1 4 のプローブと ウェハ Wの位置合わせを 行な う ァライメ ン ト機構 （図示せず） と、 ウェハ Wの電極 P を還元する還元処理手段 1 5 と を備える こ と ができ る。 還元 処理手段 1 5 は、 メ イ ンチャ ック 1 3 上の ウェハ Wの電極 P 表面を還元処理する。 フ リ ツティ ング現象を利用 して、 プロ ーブは還元処理された電極 P に電気的に良好に接触する こ と ができ る。 このプローブを介して、 テスタから測定信号をゥ ェハ W上に形成されたデバイスに送り 、 その電気的特性を検 查する。

プローブカー ド 1 4 は、 プローバ室 1 1 上部に配置された へッ ドプレー ト 1 6 に固定される こ と ができ る。 このへッ ド プレー ト 1 6上には、 テス トへッ ド Tがプローブカー ド 1 4 と電気的に接続可能に配置される こ と ができ る。 移動機構 1 2 は、 同図に示すよ う に、 プローバ室 1 1 内の底面に配置さ れ、 Y方向 （同図では紙面に垂直方向） に移動する Yテープ ル 1 2 Aと、 この Yテーブル 1 2 A上に配置され、 X方向に 移動する Xテーブル 1 2 B と、 この Xテーブル 1 2 B上に配 置され、 Z方向に昇降する Z軸機構 1 2 C と を有する こ とが でき る。 さ らに、 メ イ ンチャ ック は、 e 駆動機構によ り 中心 軸を中心に正逆方向に回転される。 同図に示された移動機構 1 2 は、 1 つの例であって、 これに限られない。 移動機構 1 2 は、 例えば、 リ ニアモータの原理を利用 した機構であって も よい。 載置台 1 3 は、 例えば一 5 5 °C ~ 2 2 0 °Cの範囲で 温度を調節する温度調節機構を内蔵する こ とができる。

プローブカー ド 1 4 は、 図 2 A， 2 B に示すよ う に、 メ イ ンボー ド 1 4 1 と、 中間ボー ド 1 4 2 と、 サブボー ド 1 4 3 と、 一つの電極に対して一対のプローブ 1 4 4 と を有してい る。 2本のプローブ 1 4 4 は、 例えば、 図 2 A， 2 B に示さ れる よ う に同一の長さであっても、 図 3 A， 3 B に示すよ う に異なった長さであっても良い。 図 3 Aに示される よ う に、 プローブ 1 4 4 の長さが異なる場合には、 プローブは二段階 で電極に接触する。 即ち、 フ リ ツティ ング現象を起こ させる と き は、 ウェハ Wをオーバ ドライ ブさせて 2本のプローブ 1 4 4 を電極 Pに接触させる。 フ リ ッティ ング現象を起こ させ た後、 被検査体の電気的特性を検查する時には、 ウェハ Wを 下降させ、 フ リ ツティ ング用のプローブ 1 4 4 ' は電極から 離し、 検査用のプローブ 1 4 4 は電極 P に接触させた状態と する。 図 2 B に示すよ う に、 メ イ ンボー ド 1 4 1 は、 フ リ ツティ ングライ ン 1 4 1 A と 、 リ レー回路 （例えばピエゾ素子等） 1 4 1 B と 、 リ レー制御ライ ン 1 4 1 C と 、 信号ライ ン 1 4 1 D と を有する こ と ができ る。 メ イ ンボー ド 1 4 1 の フ リ ッ ティ ングライ ン 1 4 1 A、 リ レー制御ライ ン 1 4 1 C は、 ケ 一ブルコネク タ 1 4 5 を介 してフ リ ッティ ング回路 1 4 6 に 接続される。 信号ラ イ ン （整合イ ン ピーダンス 5 Ο Ω ) 1 4 1 D は、 ケーブルコネク タ 1 4 7 を介 して高速信号を計測で き る機器 （高速信号確認用機器と い う ） 1 4 8 に接続される こ と ができ る。 フ リ ツティ ング回路 1 4 6 は、 フ リ ツテ ィ ン グ制御回路 （図示せず） 3 1 Aを具備する こ と ができ る。 フ リ ッティ ング制御回路 3 1 Aは、 フ リ ッテ ィ ング回路 1 4 6 と は別に設置される こ と もでき る。 フ リ ツテ ィ ング制御回路 3 1 Aは、 フ リ ッテ ィ ング回路 1 4 6 を制御する と と も に、 リ レー制御ライ ン 1 4 1 C を介 して、 リ レー回路 1 4 1 B を 制御する こ と ができ る。 フ リ ツテ ィ ング制御回路は、 プロ一 ブ装置 1 0 (図 1 ) に接続される こ と によ り 、 テスタ ま たは プロ ーブ装置の コ ン ト ロ ーラ 3 1 によ り 制御される よ う にェ 夫される こ と もでき る。 中間ポー ド 1 4 2及ぴサブボー ド 1 4 3 は、 信号ライ ン 1 4 2 A、 1 4 3 A及びグラ ン ドライ ン 1 4 2 B、 1 4 3 B を具備する こ と ができ る。 サブボー ド 1 4 3 の信号ライ ン 1 4 3 A及びグラ ン ドライ ン 1 4 3 B は、 プロ ーブ 1 4 4 に接続される。 従って、 フ リ ツティ ング回路 1 4 6 は、 コ ン ト ロ ーラー 3 1 Aによ る制御の下で、 リ レー 制御ライ ン 1 4 1 C を介 して リ レー回路 1 4 1 B を駆動する リ レー回路 1 4 I B は、 フ リ ツティ ング回路 1 4 6 と高速信 号確認用機器 1 4 8 のいずれかをプローブ 1 4 4 に接続する よ う に、 スィ ッチ機能を果たす。 図 2 B において、 1 4 1 E はメ イ ンボー ド 1 4 1 内に形成されたグラ ン ドライ ンである， フ リ ツティ ング回路 1 4 6 の動作を説明する。 （ a ) プロ ーブカー ド 1 4 の 2本のプロ ーブ 1 4 4 が電極 P に低針圧 (例えば、 1 m N以下） で接触する。 （ b ) 電源 1 4 6 Aが 電圧印加バッファアンプ 1 4 6 A (図 3 A , 3 B ) 及ぴ電流 センス抵抗 1 4 6 B を介して、 プローブ 1 4 4 の内の 1 つに 電圧を印加する。 こ の時、 電極 P上の酸化膜が極めて薄い場 合には、 極めて僅かの ト ンネル電流が流れる。 （ c ) 電源 1 4 6 Aからの電圧値を徐々 に大き く していく に従い、 2本の プローブ 1 4 4 間の電位傾度は徐々 に大き く なる。 電位傾度 が所定の電位傾度 （例、 1 0 ⁵〜 1 0 ⁶ V / c m程度） に達 する と、 フ リ ツティ ング現象が発生する。 フ リ ツティ ング現 象は電極の酸化膜を破壊して、 2本のプローブ 1 4 4 は電極 Pの金属面に接触する。 この結果、 2本のプローブ 1 4 4間 に流れる電流値は急激に大き く なる。 電流測定器 1 4 6 Cは この電流値を検出 し、 それ以上の電流が流れないよ う に電源 1 4 6 Aからの電圧の印加は停止される。 この結果、 2本の プローブ 1 4 4 と電極 Pは、 良好に電気的に接触する。

図 2 B に示すメ イ ンボー ド 1 4 1 は、 一つの電極 P のた めに 2個の リ レー回路 1 4 1 Bが設け られている。 電極が高 密度化する と、 リ レー回路 1 4 1 Bの数も飛躍的に多く なる そこで、 例えば図 4 に示すよ う に、 一つの電極 P のために一 つの リ レー回路 1 4 I B を設ける こ と で、 リ レー回路 1 4 1 Bの数は半減される こ とができ る。 この場合には、 同図に示 すよ う にフ リ ッテ ィ ングを実行 している電極 P 以外の電極 P ' を信号ライ ン 1 4 1 Dに接続した状態で、 所定の電極 P のフ リ ツティ ングを実行する。 図 5 に示すよ う に、 テスタの ドライバ 1 4 9 をフ リ ッティ ングライ ン 1 4 1 Aに接続する こ と によ り 、 リ レー回路を省略する こ とができ る。 この場合 全てのプローブ 1 4 4 を一括してフ リ ッティ ングする こ と に よ り 、 スループッ ト を高める こ と ができ る。

還元処理手段 1 5 は、 例えば、 常圧または減圧下のプロ一 バ室 1 1 内で、 銅、 銅合金等によ って形成された電極 P を還 元処理する。 還元処理手段 1 5 は、 例えば図 1 に示すよ う に ヘッ ドプ レー ト 1 6 上に配置された断熱容器 1 5 Aと、 断熱 容器 1 5 A内に設け られたヒータ 1 5 B と 、 断熱容器 1 5 A の入口 に接続された供給管 1 5 C と、 供給管 1 5 Cに接続さ れた、 フ ォ ー ミ ングガスを供給するガス供給手段 1 5 D と、 ガス供給手段 1 5 Dからのフ ォー ミ ングガス の流量を制御す るマス フ ロ ー コ ン ト ローラ 1 5 H と を有する こ と ができ る。 断熱容器 1 5 A内のヒータ 1 5 B はフォー ミ ングガス中の水 素ガスを加熱する こ と によ り 、 活性化水素を生成する。 活性 化水素は、 還元力が強く 、 メ イ ンチャ ック 1 3 上のウェハ W の電極を効果的に還元する。 断熱容器 1 5 Aは、 例えば石英 セラ ミ ックス等の耐熱性材料から形成される こ と ができ る。

断熱容器 1 5 Aは断熱構造と される こ と ができ る。 断熱構 造は、 ヒータ 1 5 Bの温度が低下するのを防止して、 断熱容 器 1 5 A内の温度を所定の高温に容易に維持する こ と ができ る。 断熱容器 1 5 Aのガス噴出 口 1 5 i は、 同図に示すよ う に、 プローブカー ド 1 4 に隣接する位置で、 ヘッ ドプレー ト 1 6 を貫通 し、 メ イ ンチャ ック 1 3 に対向する よ う に配置さ れる こ と ができ る。 プローバ室 1 1 に設け られた排気口 1 1 Aは、 排気管 1 5 E を介して排気装置 1 5 j に接続される こ とができ る。 移動機構 1 2 の上端には、 その上部が開 口 し且 つメ イ ンチャ ッ ク 1 3 を取 り 囲む扁平な容器 1 5 F を配置す る こ と ができ る。 この容器 1 5 F は、 メ イ ンチャ ッ ク 1 3 よ り もかな り 大径に形成される こ と ができ る。 この大径の容器 1 5 F内は、 断熱容器 1 5 Aから供給されたフォーミ ングガ スで満たされ、 還元性雰囲気と される。 断熱容器 1 5 Aのガ ス噴出口 1 5 j は、 メ イ ンチャ ック 1 3 が移動すべき範囲内 であれば、 いずれの場所にも設置される こ と ができる。

フォー ミ ングガス は還元性ガスの例である。 フォー ミ ング ガス は、 水素ガス と キャ リ アガス （例えば、 窒素ガス等の不 活性ガスやアルゴン、 ヘリ ウムガス等の希ガス） とからなる 混合ガス と される こ と ができ る。 フ ォーミ ングガス の水素ガ ス含有量は、 マ ス フ ロ ー コ ン ト ロ ーラ に よ り 、 防爆範囲内 (例えば、 5容量％以下、 具体的には 3 %程度） に調整され る こ とができ る。

プローバ室 1 1 の内面には、 シール ド部材 1 5 Gが配置さ れる こ と ができ る。 シール ド部材 1 5 Gによ り 、 プローバ室 1 1 内はさ らに気密にされ、 所定の減圧状態を容易に形成す る こ とができ る。 プローバ室 1 1 の内外に、 酸素濃度計 1 7 がそれぞれ配置される こ と ができ る。 酸素濃度計 1 7 によ り プローバ室 1 1 の内外の酸素濃度が監視される こ とができ る , 酸素濃度計 1 7 の測定結果に応じて、 アラーム等の警報手段 は酸素濃度が危険域濃度に達したこ と を警報する こ とができ る。

図 1 に記載されたプローブ装置 1 0 では、 還元処理手段 1 5 はプローパー室内に配置された。 還元処理手段 1 5 は、 プ ローバ室の外 （例、 ローダー室内） に配置する こ と もでき る , さ らに、 還元処理手段 1 5 は、 プローブ装置 1 0 と は別体で 配置する こ と もでき る。

また、 ガス供給手段が供する還元性ガスは、 加熱される こ と な く 、 被検査体の電極上に供給され、 電極表面に形成され た酸化膜を還元する こ と もでき る。 この場合、 還元性ガスの 還元作用をよ り 高めるために、 被

検查体を加熱する こ と もでき る。

図 1 に示 したプローブ装置 1 0 を用いた本発明のプローブ 方法の一実施形態について説明する。 プローバ室 1 1 内で、 プローブピン 1 4 4 と ウェハ W上に形成された被検査体 （デ バイ ス） Wの電極 P と の位置合わせが行われる。 排気管 1 5 Eから、 プローバ室 1 1 内の空気を排気する と共に、 ガス供 給手段 1 5 Dはフォー ミ ングガスを断熱容器 1 5 A内に供給 する。 断熱容器 1 5 内のヒータ 1 5 Bがフォー ミ ングガスを 加熱して水素ガスを活性化する。 加熱されたフォーミ ングガ スは断熱容器 1 5 Aの嘖射ロ 1 5 i 力 らメ イ ンチャ ッ ク 1 3 上のウェハ Wに向けて送られる。 容器 1 5 F内はフォー ミ ン グガスで充満され、 容器 1 5 F内に還元雰囲気が形成される： フォーミ ングガスは、 メ イ ンチャ ック 1 3 上に載置されたゥ ェハ W上に形成されたデバイ スの電極 P に接触する。 この接 触に先立って、 被検査体は、 メ イ ンチャ ッ ク 1 3 内の加熱手 段 3 3 によ り加熱される （例えば 2 0 0 °C以上の温度、 好ま しく は 2 6 0乃至 3 0 0 °C ) こ とができ る。 ウェハ W上の電 極 P と接触したフォーミ ングガス中の活性化水素ガスは電極 上の酸化膜を還元し、 電極上の酸化膜を薄く する。

還元処理後のフォーミ ングガスは、 容器 1 5 Fからプロ一 バ室 1 1 内を経由 して、 排気管 1 5 E力、らプローバ室 1 1 外 へ排気される。 この動作中、 プローバ室 1 1 内の空気の排気 が十分でな く 、 酸素濃度が所定の設定値よ り も高い場合、 警 報が発せられる こ と ができ る。

還元処理されたウェハ W上に酸化膜が再度形成される こ と を防ぐために、 非酸化性ガス供給手段 3 5 から管 3 4 を介 し て、 ウェハ W上に非酸化性ガス （例、 窒素ガス） を供給する こ と によ り 、 ウェハ Wを非酸化性雰囲気に置 く こ とができ る 図 2 A， 2 B を参照する。 還元処理と並行 して、 あるいは 還元処理後に、 移動機構 1 2及び昇降機構は、 プローブカー ド 1 4 のプローブ 1 4 4 と ウェハ Wの電極とを低い針圧で接 触させる。 この時、 各電極は複数 （例、 2本） のプローブ 1 4 4 が接触する。 また、 フ リ ツティ ング回路 1 4 6 は、 リ レ 一制御ライ ン 1 4 1 Cを介して、 リ レー回路 1 4 1 B を駆動 する。 リ レー回路 1 4 1 Bがフ リ ツティ ングライ ン 1 4 1 A とプローブ 1 4 4 と を接続した後、 フ リ ッティ ング回路 1 4 6 は所定の電圧をプローブ 1 4 4 に印加する。 還元処理によ り 酸化膜が極めて薄く されている場合には、 当初、 プローブ 1 4 4 間に ト ンネル電流が流れる。 ト ンネル電流は制限電流 よ り 遥かに小さい微小電流である。 電流測定器 1 4 6 。はこ の微小電流を検出する。 その後、 フ リ ッティ ング回路 1 4 6 からの印加電圧は徐々 に昇圧され、 2本のプローブ 1 4 4 間 の電位傾度は徐々 に大き く なる。 この結果、 フ リ ツティ ング 現象が発生し、 フ リ ツティ ング現象は電極 P の酸化膜を破り 2本のプローブ 1 4 4間の電流は急激に大き く なる。 この時 点で、 電圧の印加は止め られる。 2本のプローブ 1 4 4 は、 電極 P と それぞれ電気的に導通する。 この結果、 被検査体の 電気的特性を検査でき る状態が形成される。 フ リ ツティ ング 制御回路の制御下で、 リ レー制御ライ ン 1 4 1 C を介 してリ レー回路 1 4 1 Bが駆動される。 リ レー回路 1 4 1 B は、 プ ロープ 1 4 4 をフ リ ッティ ングライ ン 1 4 1 A力、ら切 り 離し て、 信号ライ ン 1 4 1 Dに切 り 換える。 これら一連の動作は 全ての電極に対して行われる。 プローブ 1 4 4はテスタ 1 3 へ順次接続され、 検査が実行される。

以上説明 したよ う に、 本実施形態の方法は、 フォー ミ ング ガスを用いてウェハ Wの電極 P を還元処理する こ と、 電極 P とプローブ 1 4 4 を接触させる こ と、 フ リ ッティ ング現象を 利用 して電極 P とプローブ 1 4 4 を電気的に導通させる こ と を備えている。 このため、 プローブ 1 4 4 と電極 P と は、 極 めて低い針圧 （例えば、 l m N以下） で接触され、 これら両 者は電気的に導通される こ とができる。 この結果、 電極 Pの 下地層等の成膜層が薄膜'化されても、 プローブの針圧は下地 層を損傷させる こ と な く 、 安定した信頼性の高い検査が行わ れる こ と ができ る。 本実施形態では、 ヒータ 1 5 Bがフ ォー ミ ングガス中の水素ガスを活性化 し、 活性化された水素が電 極 P の酸化膜を短時間で還元除去する こ とができ る。 フ ォー ミ ングガス及びウェハ Wのすく な く と も 1 つを加熱する こ と によ り 、 還元反応は促進され、 電極は確実に還元される こ と ができ る。

実施例について

本実施例では、 銅膜ウェハ （銅薄膜 = 1 μ πι、 T i N下地 = 1 5 n m ) の銅膜の酸化、 還元現象を具体的に観察する と 共に、 本発明のプローブ方法の効果を確認した。

実施例 1

本実施例では、 図 6 に示すフ リ ツティ ング特性測定装置 2 0 0 が銅膜ウェハ試料 S 2 を使用 してフ リ ッティ ングコ ンタ ク ト特性を評価した。 フ リ ッティ ング特性測定装置 2 0 0 は 7 0本のタ ングステン製プローブ 2 0 1 、 2 0 2 、 2 0 3 を 有するプローブカー ドと、 こ のプローブカー ドに リ レースキ ャナを構成するス ィ ッ チ S W 1 〜 S W 3 0 を介して接続され たフ リ ッティ ング用の電源 2 0 4 と、 プローブを流れる電流 を測定する電流計 2 0 5 と、 プローブと電極間の電圧を測定 する電圧計 2 0 6 と を備えている。 7 0本のプローブの中の 6 0本は、 3 0対のフ リ ツティ ング用プローブ 2 0 1 、 2 0 2 と して用いられる。 残り の 1 0本のプローブは、 銅膜ゥェ ハ試料 S 2上の銅電極 （膜） を電圧計 2 0 6 に接続するため の電圧測定用プローブ 2 0 3 と して用い られる。 アナロ グ一 デジタル （ A D ) 変換器 （図示せず） が A— A ' 間、 B — C 間、 B — D間に接続され、 こ のアナロ グ一デジタ ノレ （ A D ) 変換器はフ リ ッティ ング時の電流、 電圧変化をモニタする。 銅膜ウェハ試料 S 2 を載置 した X Y Z ス テージ （図示せず） を移動する こ と によ り 、 プローブのコ ンタ ク ト位置やコ ンタ ク ト力が変え られる。

フ リ ッテ ィ ング特性測定 ¾置 2 0 0 を用いた評価実験は以 下の要領で行われた。

1 ) 銅膜ウェハ試料 S 2 が載置されたス テージを所望の位置 に移動させる こ と によ り 、 プローブ 2 0 1 、 2 0 2、 2 0 3 を銅膜ウェハ試料 S 2 に機械的に コ ンタ ク ト させる。

2 ) リ レースキャナを構成するスィ ッチ S 1 〜 S 3 0 を全て 開に した状態で、 電源 2 0 4 からの電圧を設定する。

3 ) スィ ッチ S W 1 のみを閉状態にする。 スィ ッチ S W 1 に 接続された一対のフ リ ッテ ィ ングコ ンタ ク ト用のプロ ーブ 2

0 1 、 2 0 2 間に、 電源 2 0 4 力、ら電圧を印加する こ と によ り 、 フ リ ツティ ングを起こ させる。

次いで、 スィ ッチ S W 1 を開状態に した後、 スィ ッチ S W 2 のみを閉状態に した状態で、 上述の場合と 同様にスィ ッチ S W 2 に接続された一対のフ リ ッティ ングコ ンタ ク ト用のプ ロ ーブ 2 0 1 、 2 0 2 に電圧を印力 [I してフ リ ッティ ングを起 こ させる。

以下同様に して、 スィ ッチ S W 3 — 3 0 を切 り 換え、 3 0 対の個々 のプロ ーブ間にフ リ ッティ ングを起こ させる。 4 ) 電源 2 0 4 の設定電圧を抵抗測定用の所定の低電圧に切 り換える。

5 ) 上記 3 ) の場合と 同様に、 ス ィ ッ チ S W 1 力ゝ ら スイ ツ チ S W 3 0 まで接続を順次切 り換える こ と によ り 、 3 0対の 個々 のプローブ 2 0 1 、 2 0 2 間の抵抗を測定する。 こ の際 に測定される抵抗は、 接触抵抗の他に、 プローブ 2 0 1 、 2 0 2 と電源 2 0 4 を結ぶ配線の抵抗を含んでため、 測定した 抵抗値から配線の抵抗 （実測で約 0 . 7 Ω ) を除いた値を接 触抵抗と した。

銅膜ウェハ試料 S 2 は、 銅金属をスパッタ蒸着後、 大気保 管した試料と、 それを下記還元処理条件で水素還元処理し、 真空中で 1 0分間冷却 した後、 大気中に取り 出 した試料を用 いた。 尚、 測定雰囲気は、 温度が 2 0 〜 2 2 °C、 相対湿度が 2 0 〜 2 3 %であった。

〔還元処理条件〕

還元性ガス ： 水素ガス

ガス流量 ： 3 0 0 m 1 /分

水素ガス圧力 ： 1 3 0 P a

処理時の試料温度 ： 4 9 O K：、 6 2 0 K

図 7 A〜 7 C及び図 8 A〜 8 Cは、 水素還元後の大気暴露 時間と フ リ ツティ ング後の接触抵抗 （平均値） と の関係を示 す。 図 7 A〜 7 Cはプローブのコ ンタ ク ト力を l m N と した 場合である。 図 8 A〜 8 Cはプローブのコンタク トカを 5 m Nと した場合である。 図 7 A〜 7 C及び図 8 A〜 8 Cに示す 全ての条件において、 大気保管 した試料を水素還元処理をせ ずに、 そのまま用いた場合 （破線） に比べ、 水素還元 したケ ース は接触抵抗が低く なつている。 また、 水素還元したケー スは、 大気暴露時間が長く なる に従ってその接触抵抗が増加 してレヽる。 そ して、 大気中に、 1 0 0〜 3 0 0分暴露した場 合には、 接触抵抗はほぼ水素還元 しない試料の値にほぼ戻る これは、 大気暴露によって再酸化が進行する こ と によ る。 本 実験雰囲気では、 1 0 0〜 3 0 0 分の暴露は、 試料をほぼ元 の酸化状態に戻すこ と を示している。 換言すれば、 水素還元 後 3 0分程度以内にプロ一ビングを行えば、 水素還元の効果 によ り低抵抗接触が得られる。 そ して、 プローブが一度接触 すれば、 接触部は大気に曝されないため、 検査中は接触抵抗 を低く保つこ と ができ る。

試料を水素還元処理しない場合には、 低電圧 （ V = 0 . 5 V ) 、 低荷重 （ F = l m N ) の下では、 接触抵抗は 5 Ω以上 になる。 試料を水素還元処理した場合には、 大気に暴露した 後 2 0〜 3 0分は、 低電圧 . 低荷重であっても 1 Ω前後の低 抵抗接触を得る こ と ができ る。 図 7 Cから も判る よ う に、 フ リ ツティ ング電圧を高く （ V = 1 0 V ) すれば、 低荷重 （ F = 1 m N ) であっても 1 Ω以下の低抵抗接触が得られる。 更 に、 被測定試料の前処理と して水素還元処理を施すこ と によ り 、 低電圧 （ V = 0 . 5 V ) で低抵抗接触を得る こ とが示さ れている。 つま り 、 フ リ ツティ ングと水素還元前処理を組み 合わせれば、 低ダメ ージで機械的にも電気的にもプロ一ビン グをする こ とができ る。

尚、 本発明は上記実施形態に何等制限される ものではない 例えばウェハの還元処理手段は、 図 2 に示す構成以外に も 種々 の形態を採用する こ と ができ る。 水素ガスに代えて ゥェ ハに支障のない還元性を有するガスを適宜選択して使用する こ と ができ る。 ウェハの還元処理はカセ ッ ト 内のウェハを一 括して行な う こ と もでき る。 上記実施形態では被検査体と し てウェハ Wを用いたが、 ウェハ以外のパッケージ品、 あるい は L C D用基板にも本発明を適用する こ と ができ る。

本発明の実施態様によれば、 プローブピンと検査用電極と を接触させるだけで両者間の電気的に確実に導通させる こ と ができ、 信頼性の高い検査を確実に行な う こ とができ るプロ ーブ方法及びプローブ装置を提供する こ と ができ る。

さ らなる特徴及び変更は、 当該技術分野の当業者には着想 される と ころである。 それ故に、 本発明はよ り 広い観点に立 つも のであ り 、 特定の詳細な及びこ こ に開示された代表的な 実施例に限定される ものではない。

従って、 添付された請求の範囲に定義された広い発明概念 及ぴその均等物の解釈と範囲において、 そこから離れる こ と 無く 、 種々 の変更をおこな う こ とができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 少な く と も 1 つのプローブを具備するプローブ装置を使 用 して、 少な く と も 1 つの電極を具備する被検査体の電気的 特性を検査するプローブ方法、 該プロ ブ方法は下記を具備 する ；

( a ) 被検査体の電極を還元処理する ；

( b ) 被検査体の電極とプローブと を接触させる ； ( c ) プローブにフ リ ッティ ング現象を形成するための 電圧を印加する、 該電圧によ り 形成された該フ リ ツティ ング 現象は電極と プローブと を電気的な導通状態で接触させる。

2 . 該 （ a ) の還元処理は、 被検查体を加熱する こ と を含む 請求項 1 に記載のプローブ方法。

3 . 該 （ b ) の接触においては、 2本のプローブが 1 つの電 極に接触する、 請求項 1 に記載のプローブ方法。

4 . 該プローブ装置はテス タ回路を具備し、 該 （ c ) のプロ ーブにフ リ ッティ ング現象を形成するための電圧は、 テス タ 回路の ドライバから供される、 請求項 1 に記載のプローブ方 法。

5 . 被検査体の電極は、 銅または銅合金を有する、 請求項 1 に記載のプローブ方法。

6 . さ ら に、 該 （ a ) の還元処理の後に、 被検査体の周囲を 非酸化性雰囲気にする、 こ と を具備する請求項 1 に記載のプ ローブ方法。

7 . 少な く と も 1 つのプローブを具備し、 少なく と も 1 つの 電極を具備する被検査体の電気的特性を検査するプローブ装 置、 該プローブ装置は下記を具備する ；

被検査体の電極を還元性ガスを使用 して還元処理する機 構 ；

被検查体と プローブの内の少なく と も 1 つを移動させる こ と によ り 、 被検査体の電極と プローブと を接触させる機 構 ；

プローブにフ リ ッティ ング現象を形成するための電圧を 印加するための電源回路、 該電圧をプローブに印加するこ と によ り形成されたフ リ ッティ ング現象は電極とプローブと を 電気的な導通状態で接触させる。

8 . 被検査体の電極とプローブと を接触させる該機構におい て、 被検査体の 1 つの電極に接触するプローブは一対のプロ ーブである、

電源回路は、 一対のプローブ間に電圧を印加するための 電源と、 電源とプローブ間の電気的接続をオンオフするスィ ツチ機構と 、 ス ィ ツチ機構のオンオフ動作を制御するための コ ン ト ローラーと を有する、 請求項 7 に記載のプローブ装置

9 . 該プローブ装置はテ ス タ回路を具備し、 電源回路の電源 は該テス タ回路の ドライバである、 請求項 7 に記載のプロ一 ブ装置。

1 0 . さ らに、 還元処理された被検査体の周囲を非酸化性雰 囲気にする機構を具備する、 請求項 7 に記載のプローブ装置

1 1 . さ らに、 被検査体を加熱する加熱機構を具備する、 請 求項 7 に記載のプローブ装置。