JP4939129B2

JP4939129B2 - プローブの研磨部材、プローブの研磨方法、プローブカード及びプローブ装置

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Publication number: JP4939129B2
Application number: JP2006185359A
Authority: JP
Inventors: 俊裕米沢
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2026-07-05
Also published as: JP2008014758A

Description

本発明は、被検査体の電気的特性検査を行う際に使用するプローブカードのプローブを研磨する研磨方法に関し、更に詳しくは、被検査体との電気的接触が向上するプローブ先端面を得ることができるプローブの研磨方法及びプローブ装置に関するものである。

プローブ装置は、通常、被検査体（例えば、ウエハ）を搬送するローダ室と、ローダ室に隣接し且つローダ室から受け取ったウエハの電気的特性検査を行うプローバ室と、を備えて構成されている。プローバ室にはウエハを載置する載置台がＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動可能に配設され、また、載置台の上方にはウエハの電気的特性検査を行うプローブカードが配置されている。そして、載置台がＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動して、ウエハの複数のデバイスにそれぞれ形成された複数の電極パッドとプローブカードの複数のプローブとが電気的に接触して、ウエハの各デバイスについて電気的特性検査を行う。

而して、電極パッドとプローブとを電気的に接触させるためには、載置台上のウエハの電極パッドとプローブとが接触した後、所定の距離だけ載置台がオーバードライブする。オーバードライブにより、図６に矢印で示すようにプローブ１の先端が電極パッドＰ上を移動する間に酸化膜Ｏを削り取ってプローブ１と電極パッドＰの金属導体とを電気的に接触させて導通を取る。

しかしながら、プローブ１の先端面が図６に示すように滑らかな曲面として形成されている場合には、プローブ１と電極パッドＰとの導通を取ってもプローブ１の先端面が滑らかなため、プローブ１の電極パッドＰとの接触角により接触抵抗が安定しない。そのため、先端面を梨地処理したプローブが用いられる。梨地処理したプローブは、微細な多数の突起を介して比較的安定した接触抵抗を得ることができる。

梨地処理の有無にかかわらずプローブの先端面には、検査を繰り返す間に電極パッドＰから削り取られた金属酸化物の削り屑が付着する。この削り屑は、プローブ１の先端面と電極パッドＰとの摩擦熱によりプローブ１の先端面に溶着して電極パッドＰとの間の接触抵抗を増大させるため、従来から研磨部材を用いてプローブ１先端を研磨して付着物を除去している。研磨部材としては、従来から種々のものが提案されている。

例えば特許文献１では、導電性を有する母材に研磨材を付着させた研磨板が提案されている。ところが、この研磨板ではプローブ先端が研磨されて先端面が平坦になって電極パッドとの安定した接触を確保できなくなる。そこで、特許文献２では、複数回のクリーニングを繰り返してもプローブの先端が研磨されず、プローブの長寿命化を図ることができるクリーニング部材が提案されている。このクリーニング部材は、シリコンゴム又はウレタンゴムからなる弾性を有する母材にアルミナ、シリコンカーバイド又はダイヤモンド粉である微粉研磨材を混入し、全体としてウエハと同一形状、同一寸法に形成されたものである。また、特許文献２のクリーニング部材と同種の研磨部材として、特許文献３、４に記載された研磨部材がある。特許文献３に記載の研磨部材は、基材上に微粒子の研磨砥粒層を配設した研磨層と、弾性及び緩衝性を有するクッション層とからなっている。特許文献４に記載の研磨部材は、プローブの先端が削れて細くなるのを防止する研磨部材として、ベース板状に形成された第１の弾性部材と第１の弾性部材上に形成された第２の弾性部材と、第２の弾性部材上に形成された硬質粒子とバインダ材料で構成された研磨層とで構成されている。

また、特許文献５では、ウエハに代えてウエハチャックに研磨板を載置し、研磨板の表面に形成された溝の上縁にプローブを斜め方向から摺接させてプローブを研磨することによって、プローブから付着物を除去するクリーニング装置が提案されている。また、特許文献６では超音波振動子を用いて針先を尖らせる研磨手段を備えた基板検査装置が提案されている。

また、特許文献７には、検査により磨耗した電極板の電極部の接続面に容易且つ確実に所定の凹凸を形成する電極の回復処理方法に関する技術が記載されている。この技術では、磨耗した電極板の電極部の接続面と凹凸表面を有する転写板とを圧接させ、この状態で電極板と転写板を相対的に移動させて、接続面に所定の凹凸を形成する。

実開平０７−０２６７７２特開平０７−２４４０７４特開平１０−３００７７７特開２００３−０６８８１０特開２０００−０１９２２６特開平０５−１２６８４９特開２００４−０５６０７８

しかしながら、従来の特許文献２〜４及び特許文献６に記載の研磨部材を用いればプローブ１先端の研磨を抑制しつつ付着物を除去することができるが、これらの場合でもプローブ１の先端は少なからず研磨されるため、例えば先端面が梨地処理されたプローブでもその処理面が平滑になり、折角の梨地処理が無駄になり、安定した接触抵抗が得られなくなる。また、これらの研磨部材で研磨されたプローブの先端は滑らかな面が形成されるため、上述したようにプローブと電極パッドとの接触抵抗が安定しない。また、特許文献５に記載の研磨板ではプローブと溝の上縁との摺接部分の付着物を除去できるが、その他の部位の付着物を十分に除去することが難しい。

また、特許文献１の研磨板の場合には上述のように母材に分散した研磨部材でプローブの先端を研磨するため、表面の研磨状態を管理することができない。また、特許文献７の転写板の場合にも特許文献１の場合と同様に転写板表面の凹凸が不規則に形成され、圧接状態での電極板と転写板の相対移動によって形成される電極板の電極部の接続面の凹凸も不規則でその転写状態を管理することができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プローブの先端表面の研磨状態を管理することができ、しかも研磨後にもプローブと被検査体との間に安定した導通を確保することができるプローブの研磨方法を提供することを目的としている。また、本発明は、プローブと被検査体との間で安定した導通を確保することができ、信頼性の高い検査を行うことができるプローブ装置を併せて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方法は、被検査体の電極に電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行う際に用いられるプローブカードのプローブを研磨する方法において、上記プローブを研磨する際に、四角錐形状の凸部が縦横に配列して形成され且つ隣接する凸部が底辺の一つを共有するように形成された研磨面を有する研磨部材と上記プローブとを相対的に移動させて上記プローブの先端面を上記研磨面で研磨し、上記プローブの先端面に上記凸部と実質的に同一形態の突起部を複数形成す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方法は、請求項１に記載の発明において、上記研磨部材の上記研磨面と上記プローブの先端面とを圧接させる工程と、上記研磨部材と上記プローブとを圧接した状態で相対的に一方向へ移動させて上記複数の凸部により複数筋の溝部を上記プローブの先端面に形成する工程と、上記研磨部材と上記プローブの先端面とを圧接した状態で相対的に互いに上記一方向とは直交する方向へ移動させて上記複数の凸部により上記複数の溝間の筋状の突起部それぞれに複数筋の溝部を形成して残余の部分で上記凸部と実質的に同一形態の複数の四角錐状の突起部を形成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプローブ装置は、複数のプローブを有するプローブカードと、上記プローブカードの複数のプローブを研磨する研磨部材と、を備え、上記複数のプローブと被検査体とを電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置において、上記研磨部材は、ダイヤモンド素材または超硬合金からなり、上記研磨部材の研磨面が縦横に配列して形成された複数の四角錐形状の凸部からなり且つ隣接する凸部が底辺の一つを共有して形成されており、上記プローブは、上記研磨部材を用いる請求項１または請求項２に記載の研磨方法によって研磨して上記プローブの先端面の形態が上記凸部と実質的に同一形態として更新可能形成されてなる複数の四角錐形状の突起部を上記先端面に有し、且つ、隣接する上記突起部は底辺の一つを共有することを特徴とするものである。

本発明によれば、プローブの先端表面の研磨状態を複数の四角錘形状の突起部が縦横に配列した状態として管理することができ、しかも研磨後にもプローブ先端面に縦横に配列して形成された複数の四角錘形状の突起部と被検査体との間に常に安定した導通を確保することができるプローブの研磨方法を提供することができる。また、本発明によれば、本発明に係る研磨部材を用いることによってプローブの先端表面の研磨状態を複数の四角錘形状の突起部が縦横に配列した状態として管理することができ、プローブ先端面に縦横に配列して形成された複数の四角錘形状の突起部と被検査体との間で常に安定した導通を確保することができ、信頼性の高い検査を行うことができるプローブ装置を併せて提供することができる。

以下、図１〜図５に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。

まず、本実施形態のプローブ装置について説明する。本実施形態のプローブ装置１０は、例えば図１に示すように、被検査体であるウエハＷを載置しＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動可能な載置台１１と、この載置台１１の上方に配置されたプローブカード１２と、を備え、制御装置の制御下で載置台１１上のウエハＷの電極パッド（図示せず）とプローブカード１２の複数のプローブ１２１とのアライメントを行った後、複数のプローブ１２１とウエハの電極パッドと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ように構成されている。プローブ１２１と電極パッドのアライメントは、アライメント機構を介して行われる。

プローブカード１２は、ヘッドプレート１３の開口部に取り付けられている。アライメント機構は、図１に示すように、載置台１１の側方に取り付けられた第１カメラ１４と、アライメントブリッジ（図示せず）に取り付けられた第２カメラ（図示せず）と、を備え、第１カメラ１４によってプローブ１２１を撮像し、第２カメラによってウエハＷの電極パッドを撮像し、それぞれの位置データに基づいてプローブ１２１と電極パッドのアライメントを行う。

また、載置台１１の側方には研磨部材１５が配置されている。この研磨部材１５は、載置台１１の側方に取り付けられた支持台１６上に固定されている。この支持台１５は、例えば平面形状が略正方形状を呈し、昇降機構１６Ａを介して載置台１１の載置面のやや下方とやや上方との間を昇降するようになっている。プローブ１２１を研磨する時には図１に実線で示すように支持台１５が昇降機機構１６Ａを介して載置面のやや上方まで上昇し、それ以外の時には同図に一点鎖線で示すように支持台１６は昇降機構１６Ａを介して載置面のやや下方まで下降する。

而して、研磨部材１５は、例えば図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、基材である基板１５Ａの一方の面（上面）が研磨面として形成されている。この研磨面には四角錐形状（ピラミッド型）の凸部１５Ｂが縦横に複数配列して形成され、これらの凸部１５Ｂでプローブ１２１を研磨する。複数の凸部１５Ｂは、同図の（ｂ）からも明らかなように基板１５Ａ上面に隙間なく詰めて形成されており、隣接するピラミッド型の凸部１５Ｂはそれぞれの底辺（溝部）の一つを共有するように形成されている。凸部１５Ｂは、例えば底辺の長さが０．５〜１．５μｍで頂点の溝部からの高さが０．３〜１．０μｍの大きさに形成されていることが好ましい。本実施形態では底辺の長さが１.０μｍで頂点の溝部からの高さが０．５μｍに形成されている。この研磨部材１５は、プローブ１２１よりも硬い材料によって形成され、プローブ１２１を研磨すると共に複数の凸部１５Ｂが切削刃として機能するように形成されている。従って、研磨部材１５の材料は、プローブ１２１より硬い材料であれば特に制限されない。このような材料としては、例えばダイヤモンド素材、超硬合金（例えば、タングステンカーバイト）等が好ましく用いられる。

研磨部材１５は、上述のように凸部１５Ｂが切削刃としての機能を有するため、例えば図３の（ａ）に矢印で示すように移動して研磨面がプローブ先端に圧接された状態でプローブ１２１の先端面をＸ、Ｙ方向に研磨することにより、同図の（ｂ）に示すようにプローブ１２１の先端面に縦横に交差した溝部１２１Ａを形成し、残余の部分で複数の突起部１２１Ｂを形成することができる。従って、研磨部材１５を用いてプローブ１２１の先端面に図４に示すように複数の突起部１２１Ｂを設けことができる。そして、このプローブ１２１を図５に示すように電極パッドＰに押圧するだけで複数の突起部１２１Ｂが電極パッドＰの酸化膜Ｏを突き破って電極パッドＰの金属導体と直接接触し、プローブ１２１と電極パッドＰとの導通を取ることができる。

次に、本実施形態の研磨部材１５を用いてプローブ１２１を研磨する方法について図３を参照しながら説明する。

まず、アライメント機構を介して載置台１１に付設された研磨部材１５とプローブ１２１とのアライメントを行った後、図３の（ａ）に示すように載置台１１が移動して研磨部材１５がプローブ１２１の真下にくる。引き続き、同図に白抜きの矢印で示すように載置台１１が上昇して研磨部材１５とプローブ１２１とが接触し、更に所定量だけオーバードライブして研磨部材１５とプローブ１２１の先端面とが圧接した状態で、載置台１１が例えばＸ方向へ移動する。これにより、同図の（ｂ）に示すように研磨部材１５の複数の凸部１５Ｂによって断面が三角形状の筋状の溝部１２１Ａがプローブ１２１の先端面に複数筋に渡って形成される。その後、載置台１１が一旦下降した後、再度上昇し、オーバードライブして研磨部材１５とプローブ１２１の先端面が圧接した状態で、載置台１１がＹ方向へ移動する。これにより、研磨部材１５の複数の凸部１５Ｂによって先に形成された筋状の溝部１２１Ａと直交する方向に溝部１２１Ａが形成される。そして、図４に示すように互いに直交する溝部１２１Ａの間に残った部分に複数の四角錐状の突起部１２１Ｂが形成される。

プローブ１２１の先端面に形成された突起部１２１Ｂは、研磨部材１５の凸部１５Ｂと実質的に同一形態に形成されている。つまり、研磨部材１５によってプローブ１２１の先端面を研磨する度毎に、プローブ１２１の先端面に研磨部材１５の凸部１５Ｂと実質的に同一形態の突起部１２１Ｂが複数転写された状態になる。これら複数の突起部１２１Ｂは、図４に示すように、縦横に配列して形成され、隣接する突起部１２１Ｂは底辺（溝部１２１Ａ）の一つを共有している。この突起部１２１Ｂは、上記凸部１５Ｂと同様に、例えば底辺の長さが０．５〜１．５μｍで頂点の溝部１２１Ａからの高さが０．３〜１．０μｍの大きさになっている。本実施形態では底辺の長さが１.０μｍで頂点の溝部１２１Ａからの高さが０．５μｍに形成されている。

次に、先端面に複数の突起部１２１Ｂを有するプローブ１２１を用いるウエハＷの検査について図１、図５を参照しながら説明する。

まず、載置台１１上にウエハＷを載置し、アライメント機構を介して載置台１１上のウエハＷの電極パッドとプローブカード１２の複数のプローブ１２１とのアライメントを行った後、載置台１１をＸ、Ｙ方向へ移動させると、プローブカード１２の複数のプローブ１２１の真下へウエハＷの所定の電極パッドが位置する。この状態で載置台１１が上昇し、ウエハＷの電極パッドと複数のプローブ１２１が接触する。更に載置台１１がオーバードライブして複数のプローブ１２１とそれぞれに対応する電極パッドとが圧接すると、各プローブ１２１それぞれの複数の突起部１２１Ｂが図５に示すように電極パッドＰの酸化膜Ｏを破って突き刺さる。

電極パッドＰの酸化膜Ｏを突き破ったプローブ１２１の複数の突起部１２１Ｂは、それぞれ図５に示すように電極パッドＰの金属導体と直接接触してプローブ１２１と電極パッドＰとが導通する。複数の突起部１２１Ｂは、図４に示すようにプローブ１２１の先端面全面に渡って形成されているため、金属導体との接触面積が大きく、安定した導通状態を確保することができプローブ１２１と電極パッドＰとの間で信号の送受信を確実に行うことができ、信頼性の高い検査を実施することができる。また、プローブ１２１は、複数の突起部１２１Ｂが電極パッドＰに突き刺さるだけで、削り取らないため、電極パッドＰへのダメージがない。この状態で信号の授受を完了すると、載置台１１が下降した後、載置台１１がウエハＷのインデックス送りを行って、ウエハＷ内の全てのデバイスについて電気的特性検査を行う。

検査中にプローブ１２１の先端面に酸化膜Ｏの一部が付着して複数の突起部１２１Ｂの谷間が金属酸化物によって埋められると、電極パッドＰとの接触抵抗が大きくなり、検査の信頼性が低下する。この場合には研磨部材１５を用いてプローブ１２１を研磨する。

それには、載置台１１に付設された研磨部材１５とプローブカード１２の複数のプローブ１２１とのアライメントを行った後、図１に示すように載置台１１を介して研磨部材１５と複数のプローブ１２１とを圧接させた後、載置台１１をＸ方向に移動させて、プローブ１２１の先端面を研磨して金属酸化物を除去すると共に新たに筋状の溝部１２１Ａを形成する。次いで、載置台１１を下降させて再度研磨部材１５と複数のプローブ１２１とを圧接した後、Ｙ方向に移動させて、筋状の溝部１２１Ａと直交する溝部１２１Ａを形成する。これにより残余の部分で図４に示す四角錐状の突起部１２１Ｂがマトリックス状に配列された状態で形成され、新たな突起部１２１Ｂへと更新される。更新された突起部１２１Ｂによって、プローブ１２１と電極パッドＰとの導通状態が回復し、信頼性の高い検査を行えるようになる。

以上説明したように本実施形態によれば、研磨部材１５は、上面に研磨面を有する基材１５Ａからなり、研磨面は縦横に配列して形成された複数の四角錐形状の凸部１５Ｂからなり、且つ、隣接する凸部１５Ｂが底辺の一つを共有するため、この研磨部材１５を用いてプローブ１２１の先端面を研磨すると、プローブ１２１の先端面に研磨部材１５の凸部１５Ｂと実質的に同一形態の突起部１２１Ｂを複数形成することができる。従って、プローブ１２１先端面の研磨状態を一定の形態に管理することができ、しかも研磨後にはプローブ１２１先端の複数の突起部１２１Ｂを介してウエハＷとの間に安定した導通を確保することができる。

また、本実施形態によれば、研磨部材１５の基材１５Ａは、プローブ１２１より硬い物質によって形成されているため、研磨部材１５によってプローブ１２１の先端面を研磨する度にプローブ１２１の先端面に複数の突起部１２１Ｂを確実に形成することができる。また、研磨部材１５の凸部１５Ｂはプローブ１２１の先端面に縦横に複数配置される大きさであるため、研磨部材１５による研磨によりプローブ１２１の先端面に複数の突起部１２１Ｂを確実に形成することができ、プローブ１２１先端の複数の突起部１２１Ｂを介してウエハＷとの導通が安定し、信頼性の高い検査を行うことができる。

更に、研磨部材１５の凸部１５Ｂの高さは、プローブ１２が電気的に接触する電極パッドＰの酸化膜Ｏの厚みを超え且つ電極パッドＰの厚みを超えない高さであるため、プローブ１２１の先端面に形成された突起部１２１Ｂによって酸化膜Ｏを突き破って、電極パッドＰを損傷させることなくプローブ１２１先端の複数の突起部１２１Ｂを介してウエハＷとの導通を確実に取ることができる。

また、本実施形態によれば、プローブカード１２は、プローブ１２１の先端面に上述した突起部１２１Ｂを複数有するため、複数の突起部１２１Ｂを電極パッドＰに押圧するだけでウエハＷとの導通を取ることができ、従来のように電極パッドＰを削り取ることがなく電極パッドＰへのダメージを格段に軽減することができる。

尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を適宜変更することができる。また、上記実施形態では、プローブ１２１の突起部１２１Ｂは、研磨部材１５によって形成されたものについて説明したが、研磨部材以外のものによって形成されたものであっても良い。また、突起部１２１Ｂの形態が研磨部材によって形成された四角錐状のものを縦横に配列されたものについて説明したが、研磨部材以外の手段によって形成されたもので、四角錐以外の形態の突起部が配列されたものであっても良い。この場合には突起部がプローブと別の材料によって形成されていても良い。

本発明は、半導体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。

本発明のプローブ装置の一実施形態を示す要部断面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示すプローブ装置に用いられる研磨部材を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図である。（ａ）は図２に示す研磨部材を用いてプローブの先端面を研磨する状態を示す側面図、（ｂ）は研磨部材によって研磨されたプローブの先端部の要部を破断して示す側面図である。図３の（ｂ）に示すプローブの先端面を示す平面図である。図４に示すプローブとウエハの電極パッドとが電気的に接続された状態の一部を破断して示す側面図である。従来のプローブと電極パッドとが電気的に接続された状態の一部を破断して示す側面図である。

符号の説明

１０プローブ装置
１１載置台
１２プローブカード
１５研磨部材
１５Ａ基材
１５Ｂ凸部
１２１プローブ
１２１Ａ溝部
１２１Ｂ突起部

Claims

被検査体の電極に電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行う際に用いられるプローブカードのプローブを研磨する方法において、上記プローブを研磨する際に、四角錐形状の凸部が縦横に配列して形成され且つ隣接する凸部が底辺の一つを共有するように形成された研磨面を有する研磨部材と上記プローブとを相対的に移動させて上記プローブの先端面を上記研磨面で研磨し、上記プローブの先端面に上記凸部と実質的に同一形態の突起部を複数形成することを特徴とするプローブの研磨方法。
上記研磨部材の上記研磨面と上記プローブの先端面とを圧接させる工程と、上記研磨部材と上記プローブとを圧接した状態で相対的に一方向へ移動させて上記複数の凸部により複数筋の溝部を上記プローブの先端面に形成する工程と、上記研磨部材と上記プローブの先端面とを圧接した状態で相対的に互いに上記一方向とは直交する方向へ移動させて上記複数の凸部により上記複数の溝間の筋状の突起部それぞれに複数筋の溝部を形成して残余の部分で上記凸部と実質的に同一形態の複数の四角錐状の突起部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプローブの研磨方法。
複数のプローブを有するプローブカードと、上記プローブカードの複数のプローブを研磨する研磨部材と、を備え、上記複数のプローブと被検査体とを電気的に接触させて上記被検査体の電気的特性検査を行うプローブ装置において、上記研磨部材は、ダイヤモンド素材または超硬合金からなり、上記研磨部材の研磨面が縦横に配列して形成された複数の四角錐形状の凸部からなり且つ隣接する凸部が底辺の一つを共有して形成されており、上記プローブは、上記研磨部材を用いる請求項１または請求項２に記載の研磨方法によって研磨して上記プローブの先端面の形態が上記凸部と実質的に同一形態として更新可能形成されてなる複数の四角錐形状の突起部を上記先端面に有し、且つ、隣接する上記突起部は底辺の一つを共有することを特徴とするプローブ装置。