JP4745814B2

JP4745814B2 - プローブの研磨部材

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Publication number: JP4745814B2
Application number: JP2005364879A
Authority: JP
Inventors: 将人小林
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: KR100806398B1; KR20070065218A; TW200730297A; TWI404594B; US20080182483A1; CN1986152B; US7465218B2; JP2007170835A; US20070141956A1; CN1986152A

Description

本発明は、プローブ装置に適用されるプローブの研磨部材に関し、更に詳しくは、プローブを損なうことなくプローブの研磨作業時間を短縮して検査のスループットを向上させることができるプローブの研磨部材に関する。

従来のプローブ装置は、例えば図７に示すように、被検査体（例えば、ウエハ）Ｗを載置し且つ昇降駆動機構及び回転駆動機構を内蔵する載置台１と、載置台１を支持し且つＸ方向へ移動するＸステージ２と、Ｘステージ２を支持し且つＹ方向へ移動するＹステージ３と、載置台１の上方に配置されたプローブカード４と、プローブカード４のプローブ４ＡとウエハＷとのアライメントを行うアライメント機構５と、をプローバ室内に備え、プローバ室内でアライメント機構５を介してウエハＷとプローブ４Ａとをアライメントした後、載置台１が基台６上でＸ、Ｙステージ２、３及び昇降機構を介してＸ、Ｙ及びＺ方向に移動し、ウエハＷとプローブ４Ａを電気的に接触させて、ウエハＷの電気的特性検査を行う。Ｘ、Ｙステージ２、３は、それぞれボールネジに連結された駆動機構によってＸ、Ｙ方向へそれぞれ個別に移動する。尚、図７では、Ｘステージ２の駆動機を構成するボールネジ２Ｂと、Ｙステージ３の駆動機構を構成するモータ３Ａが示されている。

また、上記アライメント機構５は、図７に示すように、下ＣＣＤカメラ５Ａ及び上ＣＣＤカメラ５Ｂと、を備え、制御装置の制御下で駆動する。下ＣＣＤカメラ５Ａは、載置台１に付設され、プローブカード４のプローブ４Ａを下方から撮像する。上ＣＣＤカメラ５Ｂは、アライメントブリッジ５Ｃの中央に配置され、載置台１上のウエハＷを上方から撮像する。このアライメントブリッジ５Ｃは、Ｙ方向（前後方向）に沿って配設された一対のガイドレール（図示せず）に従ってプローバ室内の最奥部からプローブセンタまで矢印方向に移動する。

而して、ウエハＷの検査を行う時には、アライメント機構５を介してウエハＷの電極パッドとプローブカード４のプローブ４Ａとをアライメントした後、載置台１をＸ、Ｙ及びＺ方向に移動させ、ウエハＷの電極パッドとプローブ４Ａとを電気的に接触させて電気的特性検査を行う。この検査を繰り返し行うとプローブ４Ａの針先に電極パッド表面の金属酸化物が削り屑として付着し、その後の検査の障害になる。そこで、例えば図７に示す研磨部材７を用いてプローブ４Ａの針先を研磨して削り屑を除去する。

ところが、プローブカード４が大型化してプローブ４Ａによるデバイスの同測数が増えると、プローブカード４におけるプローブ４Ａの占める領域（以下、単に「プローブエリア」と称す。）が研磨部材７の面積より大きくなり、従来の研磨部材７ではプローブ４Ａを研磨することができなくなる。この場合、プローブカード４をプローブ装置から取り外して、プローブ４Ａを研磨することもできるが、プローブカード４の着脱作業に多くの時間が必要になり、研磨効率が悪くなる。

そこで、特許文献１では、プローブカードを取り外すことなく、ウエハサイズの研磨部材を載置台１上に載置し、この研磨部材でプローブを研磨する方法が提案されている。また、特許文献２では、プローブエリアに見合った面積を有する研磨部材を用い、プローブカードの種類で変わるプローブエリアの向きに合わせて研磨部材を回転できるプローブ装置が提案されている。

特開２０００−１６４６４９特開２０００−１８３１１９

しかしながら、特許文献１の技術の場合には、プローブカードの種類に応じて研磨部材を自動的に取り替えることができるが、プローブを研磨する度に載置台上に研磨部材を設置し直さなくてはならず、設置作業に多くの時間を割かざるを得ず、研磨作業効率が悪く、研磨部材を設置するための装置が必要であり、コスト高になる。しかも、プローブカードがウエハと一括接触する大きなプローブカードの場合には、一括してプローブを研磨できるが、研磨部材をインデックス送りできないため、同じ場所を繰り返し使用しなくてはならず、研磨部材を有効に利用することができない。しかも研磨部材が大きく、その収納空間が余分に必要となり、プローブ装置が大型化する。

特許文献２の技術の場合には、プローブエリアに見合った大きさの研磨部材を、プローブエリアに合わせて向きを変えるため、研磨部材の向きを変える時に、プローブエリアの向きによっては研磨部材を載置台の載置面よりも高く上昇させて使用するため、研磨部材の回転駆動機構や昇降駆動機構が必要となり機構的に複雑である。また、特許文献１の場合と同様に同一場所を利用して研磨するため、研磨部材の利用効率が悪く、また、プローブエリアに見合った大きさの研磨部材を収める空間と、研磨部材を方法転換するための空間が余分に必要になりプローブ装置が大型化する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プローブカードの大型化に伴ってプローブが増加してプローブの配列領域が研磨部材からはみ出しても、その研磨部材を用いてプローブを損なうことなく確実且つ効率良く研磨することができ、延いては検査のスループットを高めることができるプローブの研磨部材を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のプローブの研磨部材は、被検査体の電気的特性検査を行うプローブカードに配列された複数のプローブを研磨するために上記被検査体を載置する載置台に付設された支持台上に配置され、上記プローブカードを複数回に分けて研磨する研磨部材において、上記研磨部材は研磨シートとして形成されており、上記研磨シートの外周縁部には内側から外側に向けて下降する傾斜面が形成されており、上記傾斜面は研磨時に上記傾斜面に位置する上記プローブが上記傾斜面の外側に向うに連れて上記傾斜面から遠ざかるように形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のプローブの研磨部材は、請求項１に記載の発明において、上記支持台は、上記支持台の外周縁部には内側から外側に向けて下降する傾斜面を有し、この傾斜面において上記研磨シートの傾斜面が形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプローブの研磨部材は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記研磨シートは、研磨層と、研磨層の下側に形成されたクッション層と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、プローブカードの大型化に伴ってプローブが増加してプローブの配列領域が研磨部材からはみ出しても、その研磨部材を用いてプローブを損なうことなく確実且つ効率良く研磨することができ、延いては検査のスループットを高めることができるプローブの研磨部材を提供することができる。

以下、図１〜図６に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図１は本発明のプローブの研磨方法を概念的に示す側面図、図２は図１に示す研磨部材が付設されたプローブ装置の載置台を示す平面図、図３は図１に示す研磨部材を示す断面図、図４は図１に示す研磨部材の移動領域を示す平面図、図５の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のプローブの研磨方法の一実施形態を示す平面図、図６の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のプローブの研磨方法の他の実施形態を示す平面図である。

本実施形態の研磨部材１０は、例えば図１で概念的に示すように、プローブカード２０に取り付けられた複数のプローブ２１の配列領域（以下、単に「プローブエリア」と称する。）の面積より小さく、プローブエリアが研磨シート１０からはみ出す大きさに形成されている。この研磨部材１０は、例えば図２に示すように被検査体であるウエハ（図示せず）を載置する載置台３０の外周面に付設された支持台３１上に配置されている。載置台３０は、従来と同様にＸ、Ｙ、Ｚ方向及びθ方向に移動可能に構成されている。支持台３１は、載置台３０の周面の一部から水平に張り出し、研磨部材１０の表面が載置台３０の載置面より僅かに上位になるように支持している。

研磨部材１０は、プローブエリアの全てのプローブ２１を一度の研磨作業で研磨することができないため、載置台３０を介して研磨部材１０をインデックス送りすることにより、図１に示すようにプローブエリアのプローブ２１を複数回（同図では一点鎖線を境界として３回）に分けて研磨する。

また、研磨部材１０の平面形状は、必要に応じて適宜設定することができる。本実施形態では研磨部材１０は例えば図２に示すように矩形状に形成され、支持台２１の上面に対して着脱自在に取り付けられ、消耗品として適宜交換できるようにしてある。この研磨部材１０は、可撓性のある研磨シートとして形成されていても、アルミナセラミック等のように研磨板として形成されていても良い。本実施形態では研磨部材１０として可撓性のある研磨シートによって形成されている。そこで、以下では研磨部材１０を研磨シート１０として説明する。本実施形態では、研磨部材１０の研磨材が硬く、研磨材の表面でプローブを研磨する場合に特に有効である。つまり、研磨部材１０表面の硬度がプローブ２１の材料より硬度が大きい場合である。例えばプローブ２１がタングステンの場合にはそのモース硬度は７．５であるから、モース硬度が８以上、例えば９の研磨材を用いる場合、研磨材としては粒径０．５〜１０μｍのアルミナを用いることができる。

而して、支持台３１の外周縁部には図１に示すように内側から外側に向けて下降する傾斜面３１Ａが形成されている。研磨シート１０は、同図に示すように、支持台３１の傾斜面３１Ａを被覆する大きさに形成され、その外周縁部には内側から外側に向けて下降する傾斜面１０Ａが形成されている。研磨シート１０は、支持台３１の傾斜面３１Ａを完全に被覆する大きさでも、同図に示すように傾斜面３１Ａの一部を残して被覆する大きさでも良い。研磨シート１０の傾斜面１０Ａは、傾斜方向の長さが例えば５ｍｍ（５ｍｍ以上が好ましい）で、傾斜が例えば１０％（１０％以下が好ましい）になるように形成されている。このように研磨シート１０の外周縁部に傾斜面１０Ａを設けることによって、プローブエリアの研磨領域の境界（同図では一点鎖線で示してある）からプローブ２１が研磨領域外へ遠ざかるに連れてプローブ２１の先端が研磨シート１０から離れ、研磨時のインデックス送りによって研磨領域に隣接するプローブ２１が研磨シート１０Ａの外周縁部から外れて曲がる等の損傷を受けず、プローブ２１の配列状態を乱さないようにしている。

また、研磨シート１０は、例えば図３に示すように、研磨層１１と、研磨層１１を支持するフィルム層１２と、フィルム層１２を支持するクッション層１３と、を有して構成されている。研磨層１１は、例えば研磨材となるアルミナ等の微粉末をフィルム層１２に塗布して形成されている。フィルム層１２は例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂等によって形成することができる。クッション層１３は、弾力性に富んだ発泡性樹脂（例えば、アクリルフォーム）によって形成され、その上下両面に例えばアクリル系樹脂材料からなる粘着剤層１４が形成されている。尚、１５はライナー紙で、研磨シート１０を支持台３１に貼り付ける時に剥離される。研磨シート１０の厚さは、必要に応じて適宜設定することができるが、例えばライナー紙１５を除いた厚さが５００μｍ前後に形成されている。そして、研磨層１１とフィルム層１２を含む厚さが例えば２００μｍに形成され、クッション層１３と上下の粘着剤層１４を含む厚さが例えば３００μｍに形成されている。アルミナ等の研磨材の微粉末は、プローブ２１の先端径よりも小さい粒径に形成されていることが好ましい。プローブ２１は、例えば先端径が１０〜２０μｍ、針先長さが２００μｍ前後、プローブ２１の間隔が５０〜２００μｍに形成されている。

次に、本発明のプローブの研磨方法の一実施形態について図４〜図６を参照しながら説明する。尚、図５、図６にはプローブエリアを二回に分けて研磨する方法について示してある。

まず、ウエハの検査を行う場合には、ウエハを載置台３０上に載置し、アライメント機構（図示せず）を介してウエハとプローブカード２０のプローブ２１とのアライメントを行った後、載置台３０を介してウエハを最初の検査位置へ水平方向で移動させ、この位置で載置台３０の昇降機構を介してウエハをプローブ２１との接触位置から所定の寸法だけオーバードライブさせて、ウエハの電極パッドとプローブ２１とを電気的に接触させてウエハの電気的特性検査を行う。その後、載置台３０を下降させた後、載置台３０を介してウエハをインデックス送りして、次の検査位置で同様の検査を繰り返す。ウエハの検査を行う際にプローブ２１で電極パッドの酸化膜を削り取って電気的導通を取るため、検査を繰り返していると、プローブ２１の先端部に酸化物等が付着し、その後の検査の障害となる。

そこで、本実施形態のプローブの検査方法を実行して、プローブ２１の先端部から付着物を除去する。プローブ２１を研磨する時には上述したように載置台３０を介して研磨シート１０をインデックス送りしながらプローブエリアのプローブ２１を研磨する。載置台３０のインデックス送りでカバーできる研磨シート１０の研磨領域は、例えば図４に斜線で示す領域である。プローブカード２０は、プローブエリアの中心がプローブ装置ＥのプローブセンタＣになるように配置されている。そして、プローブエリアは研磨領域内にあり、載置台３０によるインデックス送りで全てのプローブ２１を研磨することができる。

プローブ２１の研磨作業は以下のようにして行われる。まず、研磨に先立ってプローブ装置の制御装置にプローブカード２０のプローブエリア及び研磨シート１０それぞれの大きさを登録する。これにより、制御装置はプローブエリアと研磨シート１０の大きさに基づいてプローブエリアを一回で研磨するか複数回に分けて研磨するかを選択する。プローブエリアが研磨シート１０よりも大きい場合には、それぞれの登録内容に基づいて何回に分けて研磨するかを制御装置において自動的に求める。また、オペレータが研磨回数を設定することもできる。図５及び図６に示す場合には制御装置において二回に分けて研磨することを判断する。尚、以下ではプローブエリアを必要に応じてプローブエリア２１としても説明する。

図５の（ａ）、（ｂ）に示すようにプローブエリア２１が縦方向の場合には、プローブエリア２１を上下に２分割して、載置台（図示せず）を介して同図の（ａ）に示すようにプローブエリア２１の上半分が研磨シート１０の下方の左下側に位置するように配置する。この状態で載置台を介して研磨シート１０を上昇させ、プローブエリアのプローブ２１に接触させ、更に５０〜１００μｍ、例えば５０μｍオーバードライブさせる。すると、プローブ２１の先端が研磨層（図３参照)に衝突する。この際、研磨層に含まれる研磨材でプローブ２１を研磨し、プローブ先端部の付着物を削ぎ取る。その後、載置台を介して研磨シート１０を下降端まで下降させてプローブエリア２１から離す。これにより、プローブ２１の先端部から付着物が除去されて、付着物は研磨層に残存する。オーバードライブ量と研磨シート１０の傾斜から算出される傾斜部におけるプローブ２１の接触領域が傾斜の水平方向の１／２以下に設定すると確実にプローブの損傷を防ぐことができる。

一回の研磨作業でプローブ２１の付着物が完全に除去できる場合もあるが、付着物によっては一回の操作で完全に除去できないものもある。この場合には、図５の（ａ）に示すように載置台を介して研磨シート１０を所定の距離δだけインデックス送りして研磨シート１０を同図に矢印で示す横方向（Ｙ方向）へずらした後、上述したように研磨シート１０をオーバードライブさせて研磨シート１０の別の場所で付着物を除去した後、研磨シート１０を下降させる。このように研磨シート１０の研磨位置を変えることによって付着物の除去効率を高めることができる。研磨シート１０を必要回数だけＹ方向へずらせて、プローブエリア２１の同一の部分を複数回研磨して、プローブ２１から付着物を確実に除去する。

プローブエリア２１の上半分を研磨した後、同図の（ｂ）に示すように載置台を介してＸ方向で下向きに移動させて、プローブエリア２１の下半分が研磨シート１０の上方に位置するように配置する。そして、プローブエリア２１の上半分を研磨した場合と同一要領でプローブエリアの下半分のプローブ２１を必要に応じて複数回のインデンクス送りを繰り返して研磨する。

また、図６に示すように（ａ）、（ｂ）に示すようにプローブエリア２１が横向きの場合には、まず始めに、例えば同図の（ａ）に示すように右半分のプローブエリア２１を研磨し、必要に応じて載置台を介して研磨シート１０を矢印で示すように下方に距離δずつインデックス送りして複数回同一のプローブ２１を研磨した後、載置台を介して研磨シート１０を同図（ｂ）に示すように移動させて、左半分のプローブエリアのプローブ２１を右半分と同一要領で研磨する。

以上説明したように本実施形態によれば、研磨シート１０の外周縁部に内側から外側に下降する傾斜面１０Ａを設けたため、プローブエリア２１が研磨シート１０をはみ出す場合であっても、研磨シート１０の外周縁部がプローブ２１に接触し難く、プローブ２１の配列状態を乱すことがなく、プローブエリア２１を複数回に分けて円滑且つ確実に研磨することができる。従って、プローブカード２０が大型化してプローブエリア２１が研磨シート１０からはみ出しても、その研磨シート１０を用いてプローブカード２０を取り外すことなく、載置台３０を介して研磨シート１０を移動させることにより、プローブエリア２１を複数回に分けて確実且つ短時間で研磨することができ、延いては検査のスループットを高めることができる。また、研磨部材２０は、載置台３０に付設された支持台３１の上面に着脱するだけであり、構造が簡単で低コストであり、しかも研磨独自の作業空間が不要でプローブ装置が大型化することもない。

また、本実施形態によれば、研磨シート１０を、載置台３０を介してインデックス送りしてプローブエリアの同一プローブ２１を研磨シート１０の異なる部位で複数回研磨するようにしたため、プローブ２１の付着物を確実且つ効率良くに除去することができる。また、研磨シート１０は、研磨層１１と、クッション層１３と、を有するため、プローブ２１が研磨層１１に弾力的に衝突するため、プローブ２１を損なう虞がない。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、本発明の要旨に反しない限り必要に応じて各構成要素を適宜設計変更することができる。例えば、上記実施形態では支持台３１の傾斜面３１Ａで研磨シート１０の傾斜面１０Ａを形成した場合について説明したが、研磨シート１０自体の外周に傾斜面を設けても良い。この場合にはクッション層１３に傾斜面を設けることが好ましい。また、プローブエリアが研磨部材からはみ出す大きさでなくても本発明のプローブの研磨方法を適用することができる。

本発明は、ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置に好適に利用することができる。

本発明のプローブの研磨方法を概念的に示す側面図である。図１に示す研磨部材が付設されたプローブ装置の載置台を示す平面図である。図１に示す研磨部材を示す断面図である。図１に示す研磨部材の移動領域を示す平面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のプローブの研磨方法の一実施形態を示す平面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のプローブの研磨方法の他の実施形態を示す平面図である。従来のプローブ装置の要部を示す斜視図である。

符号の説明

１０研磨シート（研磨部材）
１０Ａ傾斜面
１１研磨層
１３クッション層
２０プローブカード
２１プローブ
３０載置台
３１支持台
３１Ａ傾斜面

Claims

被検査体の電気的特性検査を行うプローブカードに配列された複数のプローブを研磨するために上記被検査体を載置する載置台に付設された支持台上に配置され、上記プローブカードを複数回に分けて研磨する研磨部材において、上記研磨部材は研磨シートとして形成されており、上記研磨シートの外周縁部には内側から外側に向けて下降する傾斜面が形成されており、上記傾斜面は研磨時に上記傾斜面に位置する上記プローブが上記傾斜面の外側に向うに連れて上記傾斜面から遠ざかるように形成されていることを特徴とするプローブの研磨部材。
上記支持台は、上記支持台の外周縁部には内側から外側に向けて下降する傾斜面を有し、この傾斜面において上記研磨シートの傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブの研磨部材。
上記研磨シートは、研磨層と、研磨層の下側に形成されたクッション層と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプローブの研磨部材。