JP2013093467A - ファーストコンタクト検出システム及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】探針の先端等の電気的接触性が悪化しても、探針のファーストコンタクトを正確に検出する。
【解決手段】プローブカードの複数の探針の研磨を行う際に上記各探針のうちのいずれかが最初に研磨材に接触するファーストコンタクトを検出するファーストコンタクト検出システム及びそれを用いた研磨装置である。上記探針の接触に伴って発生して上記プローブカードを伝播する弾性波を検出するＡＥセンサと、当該ＡＥセンサの検出信号を基に、上記ファーストコンタクトを検知するＡＥ検知装置と、当該ＡＥ検知装置からの検知信号を受けて、その時点での研磨材の位置を基準に設定し、その基準位置に上記各探針のばらつき量を加算した位置を目標位置に設定して、上記研磨材をその目標位置まで上昇させる制御部とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プローブカードの複数の探針のうちの最初の探針の接触を検出するファーストコンタクト検出システム及びそれを用いた研磨装置に関するものである。

プローブカードが組み込まれる試験装置は、半導体ウエハ等の被検査体の電気的特性の試験を行う装置である。プローブカードは、複数の探針を備えている。各探針は、被検査体の複数の電極にそれぞれ接触して、試験信号を印加する。

プローブカードの各探針は、試験に使用されると、その先端が次第に削れたり、削り屑等の異物が付着したりする。このような削れや異物の付着は、探針の電気的接触性を悪化させる。さらに、探針の削れは、各探針の先端の高さのばらつきを生じさせる。

このため、探針の先端の異物をクリーニングすると共に、各探針の先端を研磨してその高さを揃える必要がある。

各探針の先端のクリーニングや研磨をする手段としては、例えば特許文献１に記載の手段がある。この手段では、各探針の先端がプレートに電気的に接触することによる電気信号を利用して各探針の高さ情報を取得し、この高さ情報を基にして、各探針の先端が研磨される。

特開２００５―４４８２５号公報

上述のような従来の技術では、各探針の先端がプレートに電気的に接触して導通することで発生する電気信号を利用しているため、導通しない場合は、探針高さ情報を取得することはできない。

また、探針の先端に異物が付着すると、探針の先端の電気的接触性が悪化するため、探針の先端がプレートに接触しても、電気的に導通しづらくなる。

この結果、各探針のうちの最初の探針の接触を正確に取得することが難しくなり、研磨作業に支障をきたすという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、電気的接触性が悪化しても、各探針のうちの最初の探針の接触を正確に検出することができるファーストコンタクト検出システム及びそれを用いた研磨装置を提供することを目的とする。

本発明のファーストコンタクト検出システムは、プローブカードの複数の探針の研磨を行う際に上記各探針のうちのいずれかが最初に研磨材に接触するファーストコンタクトを検出するファーストコンタクト検出システムであって、上記プローブカードの設置位置に設けられ上記探針の接触に伴って発生して上記プローブカードを伝播する弾性波を検出するＡＥセンサと、当該ＡＥセンサの検出信号を基に、上記ファーストコンタクトを検知するＡＥ検知装置と、当該ＡＥ検知装置からの検知信号を受けて、その時点での研磨材の位置を基準に設定し、その基準位置に上記各探針のばらつき量を加算した位置を目標位置に設定して、上記研磨材をその目標位置まで上昇させるように制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明の研磨装置は、高さにばらつきが生じたプローブカードの複数の探針を研磨して、すべての探針の高さを揃える研磨装置であって、上記プローブカードの各探針に研磨材を押し当てて各探針を研磨する際に上記研磨材を支持するチャックトップと、当該チャックトップを支持して上下方向へ移動させるＺステージと、上記プローブカードを支持するプローブカードホルダと、上記プローブカードホルダに設けられ上記探針の上記研磨材への接触に伴って発生して上記プローブカードを伝播する弾性波を検出するＡＥセンサと、当該ＡＥセンサの検出信号を基に、上記各探針のうちのいずれかが最初に上記研磨材に接触するファーストコンタクトを検知するＡＥ検知装置と、当該ＡＥ検知装置からの検知信号を受けて、その時点での研磨材の位置を基準に設定し、その基準位置に上記各探針のばらつき量を加算した位置を目標位置に設定して、上記Ｚステージを制御して上記チャックトップ上の上記研磨材を上記目標位置まで上昇させる制御部とを備えたことを特徴とする。

上記発明により、探針の先端等の電気的接触性が悪化しても、探針の接触により弾性波は発生するため、各探針のうちの最初の探針の接触を正確に検出することができる。

本願発明の実施形態に係る研磨装置を示す構成図である。 本願発明の実施形態に係るファーストコンタクト検出システムを示す概略構成図である。 本願発明の実施形態に係るファーストコンタクト状態を示す模式図である。 ファーストコンタクト検出を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態に係るプローブカードの探針のファーストコンタクト検出システム及び研磨装置について説明する。このファーストコンタクト検出システムは、探針の研磨装置に組み込まれるものである。

まず、研磨装置を図１〜３に基づいて説明する。図１は研磨装置を示す構成図、図２はファーストコンタクト検出システムを示す概略構成図、図３はファーストコンタクト状態を示す模式図である。

研磨装置１は、使用により高さにばらつきが生じたプローブカード２の各探針３を研磨して、すべての探針３の高さを揃えるための装置である。研磨装置１は主に、装置本体５と、プローブカードホルダ６と、ＡＥセンサ７と、ＡＥ検知装置８と、制御部９とから構成されている。

装置本体５は、プローブカード２の各探針３を研磨するために、各探針３に研磨材１１を押し当てるための装置である。装置本体５は少なくとも、Ｚステージ１２と、チャックトップ１３とを備えている。Ｚステージ１２は、チャックトップ１３を支持してその上側面の研磨材１１を上下方向へ移動させるための装置である。Ｚステージ１２は、μ単位で上昇、下降を制御できる、既存のステージ機構を用いることができる。

チャックトップ１３は、研磨材１１を支持するための部材である。チャックトップ１３は、研磨材１１を水平に支持して、研磨材１１の上側表面の水平度を高く維持している。チャックトップ１３は、Ｚステージ１２に支持されて、上下方向にμ単位の精度で移動して、研磨材１１を各探針３に正確に当接させるようになっている。

プローブカードホルダ６は、プローブカード２を支持するための部材である。プローブカードホルダ６は主に、筒体部１５と、プローブカード受け部１６とから構成されている。筒体部１５は、プローブカード２の形状に合わせて、円筒状等に形成されている。プローブカード受け部１６は、筒体部１５の上端部に設けられた環状の窪みによって構成されている。プローブカード受け部１６は、プローブカード２の下側面に直接当接して支持する水平環状の支持面１７Ａを備えたプローブカード支持部１７と、このプローブカード支持部１７の外周に設けられてプローブカード２の外縁を支持する外周壁部１８とから構成されている。

ＡＥセンサ７は、探針３の研磨材１１への接触に伴って発生しプローブカード２を伝播する弾性波を検出するセンサである。ＡＥセンサ７は、圧電素子を用いて構成され、弾性波を電気的変化として検出する。ＡＥセンサ７は、プローブカード２の設置位置である、プローブカード受け部１６の外周壁部１８の部分に取り付けられている。これにより、プローブカード２を伝わった弾性波が、プローブカード支持部１７や外周壁部１８を介してＡＥセンサ７に伝わるようになっている。ＡＥセンサ７は、数kHz〜数MHzの非常に高い周波数成分を持つアコーステックエミッション（ＡＥ）を検出することができる。このため、ＡＥセンサ７は、高さにばらつきが生じたプローブカード２の各探針３が研磨材１１に押し当てられる際のファーストコンタクト（最初の探針３の研磨材１１への接触）による振動である弾性波を検出する。

ＡＥ検知装置８は、ＡＥセンサ７での検出信号を基に、ファーストコンタクトを検知するための装置である。ＡＥ検知装置８は、ＡＥセンサ７での検出信号を増幅する増幅器、検出信号が閾値を超えたか否かを判断する比較器等を備えて構成されている。例えば、オシロスコープを用いて構成されている。ＡＥ検知装置８でのファーストコンタクトの検知信号は、制御部９に送信される。

制御部９は、研磨装置１全体を制御するための装置である。制御部９は、Ｚステージ１２の上下動を制御すると共に、ＡＥ検知装置８からの検知信号を受けて、その時点でのＺステージ１２の位置を基準に設定し、その基準位置から設定量だけ上昇させるようになっている。即ち、制御部９は、上記基準位置に、他の装置で予め特定しておくばらつき量（最も高い探針３と最も低い探針３との距離）を加算した位置を目標位置に設定して、Ｚステージ１２がチャックトップ１３（研磨材１１）をその目標位置まで上昇させるように、制御する。

以上のように構成された研磨装置１は、次のように動作する。以下、図４を用いて説明する。

プローブカード２は、試験装置(図示せず)に組み込まれて、半導体ウエハ等の検査に供される。ある程度の回数検査が行われると、プローブカード２の各探針３の先端に異物が付着すると共にその高さにばらつきが生じる。この場合は、各探針３の先端を研磨し直して、異物を除去すると共に探針３の先端の高さを揃える。

この場合は、まずプローブカード２を試験装置から取り外して、各探針３の高さのばらつきを検査する。このとき、最も高い探針３と最も低い探針３との距離（ばらつき量）を特定しておく。次いで、プローブカード２を研磨装置１のプローブカードホルダ６に設置する。具体的には、プローブカード２を、プローブカード支持部１７の支持面１７Ａに載置して設置する。

次いで、研磨処理が開始されて、Ｚステージ１２がチャックトップ１３を上昇させる。さらに、ＡＥ検知装置８が作動されて、ＡＥセンサ７からの検出信号を監視する。

高さのばらついた各探針３のうち、最初にチャックトップ１３上の研磨材１１に接触した探針３によって生じる弾性波を、ＡＥセンサ７が検出する。ＡＥセンサ７は、その検出信号をＡＥ検知装置８に出力する。ＡＥ検知装置８は、検出信号を受信して、プローブカード２の複数の探針３のうちのいずれかが最初に接触したこと（ファーストコンタクト）を検知し、その検知信号を制御部９に出力する。

制御部９では、ファーストコンタクトの検知信号を受信した時点でのチャックトップ１３の位置を基準位置として設定する。なお、ファーストコンタクトから制御部９がそのファーストコンタクトの検知信号を受信するまでにタイムラグがあるため、そのタイムラグとＺステージ１２によるチャックトップ１３の移動速度とを考慮して上記基準位置を補正してもよい。

次いで、Ｚステージ１２がチャックトップ１３を上記目標位置まで上昇させる。即ち、上記基準位置に、他の装置で予め特定したばらつき量（最も高い探針３と最も低い探針３との距離）を加算した位置を上記目標位置に設定して、Ｚステージ１２がチャックトップ１３をその目標位置まで上昇させる。

これにより、研磨材１１が各探針３の先端部に押し付けられることで、各探針３が斜めに撓みながらその先端部が研磨材１１の表面でずれて削られる。目標位置までチャックトップ１３が上昇すると、すべての探針３が研磨材１１に押し付けられて削られる。これにより、すべての探針３の先端部の高さが揃い、異物も除去されて、探針３の研磨処理を終了する。

研磨処理が終了したら、プローブカード２を取り出し、試験装置に組み込む。

以上のように、探針３の研磨材１１への接触を、電気的な変動ではなく、弾性波としてＡＥセンサ７及びＡＥ検知装置８で検出するため、確実にファーストコンタクトを検出することができる。プローブカード２の各探針３が異物の付着により電気的に導通しづらい場合でも、探針３の接触位置の導通性が悪い場合でも、確実にファーストコンタクトを検出することができる。

この結果、各探針３の先端の電気的接触性が悪化しても、各探針３の接触により発生する弾性波を確実に検出してファーストコンタクトを検出できるため、各探針３の研磨処理を正確に行うことができ、各探針３の高さを正確に揃えることができるようになる。

[変形例]
なお、上記実施形態では、研磨材１１は、Ｚステージ１２で上下に移動されて、各探針３の先端部に押し付けられることで、この探針３の先端部を削るようにしたが、研磨材１１を水平方向に移動させて探針３の先端部を削るようにしてもよい。具体的には、Ｚステージ１２に加えてＸＹステージを備えて、Ｚステージ１２で研磨材１１を設定位置まで上昇させると共に、研磨材１１を水平（ＸＹ方向）に往復動させて、探針３の先端部を削るようにしてもよい。この場合も、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、ＡＥセンサ７をプローブカードホルダ６のプローブカード支持部１７の外周壁部１８に設けたが、ＡＥセンサ７をプローブカード支持部１７の支持面１７Ａに設けてもよい。これにより、ＡＥセンサ７が直接プローブカード２に接触して、このプローブカード２を伝播する弾性波を直接検出することができる。これにより、より正確に探針３のファーストコンタクトを検出することができる。

さらに、上記実施形態では、ＡＥセンサ７を１つだけ設けたが、外周壁部１８や環状の支持面１７Ａに複数設けて、弾性波を複数のＡＥセンサ７で検出するようにしてもよい。この場合、ＡＥ検知装置８は、各ＡＥセンサ７の検出信号を比較して、その平均値が閾値を超えたか否かや、各ＡＥセンサ７の設定数が閾値を超えたか否か等でファーストコンタクトであるか否かを判断する。この場合も、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。

１：研磨装置、２：プローブカード、３：探針、５：装置本体、６：プローブカードホルダ、７：ＡＥセンサ、８：ＡＥ検知装置、９：制御部、１１：研磨材、１２：Ｚステージ、１３：チャックトップ、１５：筒体部、１６：プローブカード受け部、１７：プローブカード支持部、１７Ａ：支持面、１８：外周壁部。

Claims (2)

1. プローブカードの複数の探針の研磨を行う際に上記各探針のうちのいずれかが最初に研磨材に接触するファーストコンタクトを検出するファーストコンタクト検出システムであって、
   上記プローブカードの設置位置に設けられ上記探針の接触に伴って発生して上記プローブカードを伝播する弾性波を検出するＡＥセンサと、
   当該ＡＥセンサの検出信号を基に、上記ファーストコンタクトを検知するＡＥ検知装置と、
   当該ＡＥ検知装置からの検知信号を受けて、その時点での研磨材の位置を基準に設定し、その基準位置に上記各探針のばらつき量を加算した位置を目標位置に設定して、上記研磨材をその目標位置まで上昇させるように制御する制御部とを備えたことを特徴とするファーストコンタクト検出システム。
2. 高さにばらつきが生じたプローブカードの複数の探針を研磨して、すべての探針の高さを揃える研磨装置であって、
   上記プローブカードの各探針に研磨材を押し当てて各探針を研磨する際に上記研磨材を支持するチャックトップと、
   当該チャックトップを支持して上下方向へ移動させるＺステージと、
   上記プローブカードを支持するプローブカードホルダと、
   上記プローブカードホルダに設けられ上記探針の上記研磨材への接触に伴って発生して上記プローブカードを伝播する弾性波を検出するＡＥセンサと、
   当該ＡＥセンサの検出信号を基に、上記各探針のうちのいずれかが最初に上記研磨材に接触するファーストコンタクトを検知するＡＥ検知装置と、
   当該ＡＥ検知装置からの検知信号を受けて、その時点での研磨材の位置を基準に設定し、その基準位置に上記各探針のばらつき量を加算した位置を目標位置に設定して、上記Ｚステージを制御して上記チャックトップ上の上記研磨材を上記目標位置まで上昇させる制御部とを備えたことを特徴とする研磨装置。

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