(57)【要約】【課題】検査対象の電極パッド表面に触れること無く、電極パッド表面の酸化被膜を除去することができる、半導体テストシステムおよび半導体テストシステムにおける検査対象となる半導体の電極パッド表面の酸化被膜除去方法を提供する。【解決手段】複数のプローブを搭載したプローブカードと、半導体を積載するステージと、上記プローブカードと上記ステージとの距離を調節する移動機構と、上記プローブに接続された放電用電源を備え、上記放電用電源によって上記プローブの先端にアーク放電を生じさせたあと、上記移動機構によって上記プローブと上記半導体を接触させ、上記半導体の検査を行う。【選択図】  図２
2010025623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプローブを搭載したプローブカードと、半導体を積載するステージと、上記プローブカードと上記ステージとの距離を調節する移動機構と、上記プローブに接続された放電用電源を備え、上記放電用電源によって上記プローブの先端にアーク放電を生じさせたあと、上記移動機構によって上記プローブと上記半導体を接触させ、上記半導体の検査を行うことを特徴とする半導体テストシステム。
【請求項２】
上記プローブを＋電極、検査対象となる半導体の電極パッドを−電極として上記放電用電源に接続し、上記放電用電源によって、上記プローブの先端と上記電極パッドの間にアーク放電を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の半導体テストシステム。
【請求項３】
１個の電極パッドに対して、＋電極のプローブと−電極のプローブの２本のプローブを一組で配置して上記放電用電源に接続し、上記放電用電源によって上記＋電極のプローブと上記−電極のプローブの間にアーク放電を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の半導体テストシステム。
【請求項４】
上記プローブが、中央の針部と上記針部を取り囲むシールド部からなる同軸形状のプローブであって、上記針部を＋電極、上記シールド部を−電極として上記放電用電源に接続し、上記放電用電源によって上記針部の先端と上記シールド部の先端との間にアーク放電を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の半導体テストシステム。
【請求項５】
半導体テストシステムのプローブカードに搭載されたプローブの先端を、検査対象となる半導体の電極パッドに対して所定の間隔まで接近させ、上記プローブに接続された放電用電源によって上記プローブの先端に、アーク放電を生じさせることにより、上記電極パッド表面の酸化被膜を所定の範囲除去することを特徴とする半導体テストシステムにおける検査対象となる半導体の電極パッド表面の酸化被膜除去方法。
【請求項６】
上記プローブを＋電極、上記電極パッドを−電極として上記放電用電源に接続し、上記放電用電源によって上記プローブの先端と上記電極パッドの間に上記アーク放電を生じさせることを特徴とする請求項５に記載の半導体テストシステムにおける検査対象となる半導体の電極パッド表面の酸化被膜除去方法。
【請求項７】
上記電極パッド１個に対してプローブを２本配置し、１本のプローブを＋電極、１本のプローブを−電極として上記放電用電源に接続し、上記プローブの先端を、＋電極のプローブと−電極のプローブとの間隔よりも近くなるまで上記電極パッドに接近させ、上記２本のプローブの間に、上記電極パッドの表面を通過するように上記放電用電極によってアーク放電を生じさせて上記電極パッド表面の酸化被膜を除去することを特徴とする請求項５に記載の半導体テストシステムにおける検査対象となる半導の電極パッド表面の酸化被膜除去方法。
【請求項８】
上記プローブとして、中央の針部と上記針部を取り囲むシールド部からなる同軸形状のプローブを用い、上記針部を＋電極、上記シールド部を−電極として上記放電用電源に接続し、上記プローブの先端を、上記針部と上記シールド部の間隔よりも近くなるまで上記電極パッドに接近させ、上記針部と上記シールド部との間に、上記電極パッドの表面を通過するように上記放電用電源によってアーク放電を生じさせて上記電極パッド表面の酸化被膜を除去することを特徴とする請求項５に記載の半導体テストシステムにおける検査対象となる半導体の電極パッド表面の酸化被膜除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触することなく検査対象となる半導体の電極パッド表面の酸化被膜を除去することができる半導体テストシステム、およびその半導体テストシステムにおける検査対象となる半導体の電極パッド表面の酸化被膜除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩチップなどの半導体の電気的諸特性の測定は、半導体テストシステムのプローブカードに搭載されたプローブを検査対象となる電極パッドに接触させて行われる。測定の際、電極パッドとプローブとの電気的接続を確保するために、上記電極パッド表面の酸化被膜を除去する必要がある。
【０００３】
従来はプローブカードに所定の荷重を加え、オーバードライブによりプローブの先端で電極パッド表面の酸化被膜を機械的に削り取り、電極パッドの導電部分を露出させることが行われている。
【０００４】
このような、オーバードライブにより電極パッド表面の酸化膜を削り取る場合には、オーバードライブの量が多くてもスクラブ痕の増大を制御する必要があり特許文献１にも示されているように、プローブ形状に様々な工夫が成されていた。
【特許文献１】特開２００２−３２８１３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、プローブカードの多ピン化が進む一方で、プローブカードに加えられる荷重には物理的に限度があることから、１本当りのプローブに加えられる荷重には制限があり、また、最近の半導体ウエハは電極パッドの密度が高くなると共に、電極パッド下が脆弱であることから、細いプローブで低荷重で少スクラブコンタクトを行う必要がある。
【０００６】
しかしながら、微小化するプローブでは、十分なコンタクト圧を確保するのが難しいという問題が発生する。また、酸化被膜の機械的破壊に伴って、電極パッド下エレメントに損傷を与える恐れがある。さらに、プローブ支持基板の強度不足で、多数プローブによる一括検査が難しくなってくる。
【０００７】
そこで、本発明はこのような従来の課題を解決するために、検査対象の半導体の電極パッド表面に触れること無く、電極パッド表面の酸化被膜を除去することができる、半導体テストシステムおよび半導体テストシステムにおける検査対象となる半導体の電極パッド表面の酸化被膜除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体テストシステムは、複数のプローブを搭載したプローブカードと、半導体を積載するステージと、上記プローブカードと上記ステージとの距離を調節する移動機構と、上記プローブに接続された放電用電源を備え、上記放電用電源によって上記プローブの先端にアーク放電を生じさせたあと、上記移動機構によって上記プローブと上記半導体を接触させ、上記半導体の検査を行うことを特徴とする。
【０００９】
そのために、上記プローブを＋電極、検査対象となる半導体の電極パッドを−電極として上記放電用電源に接続し、上記放電用電源によって、上記プローブの先端と上記電極パッドの間にアーク放電を生じさせる。
【００１０】
あるいは、１個の電極パッドに対して、＋電極のプローブと−電極のプローブの２本のプローブを一組で配置して上記放電用電源に接続し、上記放電用電源によって上記＋電極のプローブと上記−電極のプローブの間にアーク放電を生じさせる。
【００１１】
または、上記プローブが、中央の針部と上記針部を取り囲むシールド部からなる同軸形状のプローブであって、上記針部を＋電極、上記シールド部を−電極として上記放電用電源に接続し、上記放電用電源によって上記針部の先端と上記シールド部の先端との間にアーク放電を生じさせることもできる。
【００１２】
本発明の半導体テストシステムにおける検査対象となる半導体の電極パッド表面の酸化被膜除去方法は、半導体テストシステムのプローブカードに搭載されたプローブの先端を、検査対象となる半導体の電極パッドに対して所定の間隔まで接近させ、上記プローブに接続された放電用電源によって上記プローブの先端に、アーク放電を生じさせることにより、上記電極パッド表面の酸化被膜を所定の範囲除去することを特徴とする。
【００１３】
そのために、上記プローブを＋電極、上記電極パッドを−電極として上記放電用電源に接続し、上記放電用電源によって上記プローブの先端と上記電極パッドの間に上記アーク放電を生じさせる。
【００１４】
あるいは、上記電極パッド１個に対してプローブを２本配置し、１本のプローブを＋電極、１本のプローブを−電極として上記放電用電源に接続し、上記プローブの先端を、＋電極のプローブと−電極のプローブとの間隔よりも近くなるまで上記電極パッドに接近させ、上記２本のプローブの間に、上記電極パッドの表面を通過するように上記放電用電極によってアーク放電を生じさせて上記電極パッド表面の酸化被膜を除去する。
【００１５】
または、上記プローブとして、中央の針部と上記針部を取り囲むシールド部からなる同軸形状のプローブを用い、上記針部を＋電極、上記シールド部を−電極として上記放電用電源に接続し、上記プローブの先端を、上記針部と上記シールド部の間隔よりも近くなるまで上記電極パッドに接近させ、上記針部と上記シールド部との間に、上記電極パッドの表面を通過するように上記放電用電源によってアーク放電を生じさせて上記電極パッド表面の酸化被膜を除去する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体テストシステムは、複数のプローブを搭載したプローブカードと、半導体を積載するステージと、上記プローブカードと上記ステージとの距離を調節する移動機構と、上記プローブに接続された放電用電源を備え、上記放電用電源によって上記プローブの先端にアーク放電を生じさせたあと、上記移動機構によって上記プローブと上記半導体を接触させ、上記半導体の検査を行うことによって、検査対象となる半導体の電極パッドに接触することなく、電極パッド表面の酸化被膜を除去することが可能となる。
【００１７】
本発明の半導体テストシステムにおける検査対象となる半導体の電極パッド表面の酸化被膜除去方法は、半導体テストシステムのプローブカードに搭載されたプローブの先端を、検査対象となる半導体の電極パッドに対して所定の間隔まで接近させ、上記プローブに接続された放電用電源によって上記プローブの先端に、アーク放電を生じさせることにより、上記電極パッド表面の酸化被膜を所定の範囲除去することにより、検査対象となる電極パッドを傷付けることなく表面の酸化被膜を除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の半導体テストシステムおよび半導体テストシステムにおける検査対象となる半導体の電極パッド表面の酸化被膜除去方法について以下に詳細に説明する。
【００１９】
本発明は、アーク放電を用いて、検査対象となる半導体ウエハ上に設けられた電極パッド表面に接触することなく、上記電極パッド表面の酸化被膜を除去することを特徴としている。
【００２０】
まずは、半導体テストシステム１について説明する。半導体テストシステム１は、図１に示すように、複数のプローブ２を搭載したプローブカード３と、半導体ウエハ９を積載するステージ４と、上記プローブカード３と上記ステージ４との距離を調節する移動機構５と、上記プローブ２に接続された放電用電源６と、不活性ガス噴射手段７と、上記プローブ２に接続されたテスター１７を備える。
【００２１】
上記プローブカード３は、上記プローブ２を保持するガイド基板１８と、メイン基板１９と、補強板２０を備えた垂直型プローブカードである。一例として、垂直型プローブカードを用いて説明するが、特にこれに限定するものではなく、その他のカンチレバー型プローブカードを用いることも可能である。
【００２２】
上記放電用電源６は、上記プローブ２の先端にマイクロアーク放電を生じさせるために上記プローブ２に電気を流すために用いる電源であり、上記不活性ガス噴射手段７は、アーク放電を生じさせる時に上記プローブ２の先端付近にＡｒ、Ｈｅといった不活性ガスを噴射するためのものである。
【００２３】
上記不活性ガスは、上記プローブ２の先端付近に噴射することが好ましいが、上記半導体システム１の内部を、Ａｒ等の不活性ガスで希釈した空気で置換してもよい。マイクロアーク放電はＡｒ濃度がゼロの場合でも生じるので、上記プローブ２と検査対象となる電極パッド１０の距離に応じてその濃度を適宜選択する。また、マイクロアーク放電が生じにくい場合には、上記半導体テストシステム１の内部を負圧にするとよい。
【００２４】
上述のような半導体テストシステム１を用いて、半導体ウエハ９上に設けられたＡｌの電極パッド１０の表面に付着しているＡｌ２Ｏ３の酸化被膜１１を除去する。そのために、上記電極パッド１０の表面と、半導体テストシステム１のプローブカード３に設けられたプローブ２の先端との間にアーク放電を生じさせる。アーク放電は−電極から＋電極へと電子が移動するときに生じる現象であり、上記プローブ２を＋電極、上記電極パッド１０を−電極とする。
【００２５】
そして、上記プローブ２の先端を上記電極パッド１０に所定の間隔まで接近させ、上記不活性ガス発射手段７により不活性化ガスを上記電極パッド１０と上記プローブ２の間に噴射し、上記プローブ２に接続した放電用電源６によって所定値の電流を流すと、図２（ａ）に示すように、アーク放電８が発生する。
【００２６】
上記アーク放電８によって、上記電極パッド１０の表面から上記プローブ２の先端に電子が移動するが、この時、上記電極パッド１０の材質Ａｌと上記酸化被膜１１の材質Ａｌ２Ｏ３の仕事関数を比較すると、Ａｌ２Ｏ３の方が仕事関数が小さいことから、酸化被膜１１の方が上記電極パッド１０よりも電子を放出しやすいので、上記電極パッド１０の電子ではなく、上記酸化被膜１１の電子が上記プローブ２の先端へと移動して上記アーク放電８が発生する。
【００２７】
このようなアーク放電８が発生することにより、上記酸化被膜１１は電子が放出されて上記電極パッド１０の表面から除去されていく。上記プローブ２が接触する範囲の上記酸化被膜１１が除去されたら、上記放電用電源６および上記不活性ガス噴射手段７を停止し、アーク放電を終了する。これによって、上記プローブ２が接触する範囲は、図２（ｂ）に示すように、上記電極パッド１０の表面が露出した状態となる。  
【００２８】
このように検査対象となる電極パッド１０が露出された状態となれば、従来のようにオーバードライブによって上記プローブ２を上記電極パッド１０に押し付けて上記酸化被膜１１を除去する必要が無くなるので、上記移動機構５によって上記ステージ４上の半導体ウエハ９を移動させ、図２（ｃ）に示すように、上記プローブ２を上記電極パッド１０に接触させて、テスター１７を作動させると検査を行うことができる。
【００２９】
図１に示す半導体テストシステム１は、上記プローブ２と上記電極パッド１０の距離をステージ４側に設けられた移動機構５で調整する構造であるが、上記ステージ４の位置を固定し、上記プローブカード３を移動させるように、上記移動機構５を設置しても良い。
【００３０】
本発明は、このようにして、従来のように上記プローブ２によって機械的に酸化被膜１１を削ることなく、全く上記電極パッド１０に触れずに酸化被膜１１を除去することが可能となる。
【００３１】
従って、上記プローブカード３に対して加える荷重は、上記電極パッド１０に対するコンタクト圧だけですむので、非常に小さくなる。また、上記電極パッド１０を機械的に削らないので、上記電極パッド１０を傷付けることもなくなる。
【００３２】
次に、具体的な例を用いてさらに詳しく説明する。第１の実施形態として、図３に示すような、１個の電極パッド１０に対して、＋電極のプローブ１２と−電極のプローブ１３の２本のプローブを一組でプローブカード３に配置し、上記放電用電源６に接続した半導体テストシステム１’を用いて説明する。
【００３３】
本実施形態の半導体テストシステム１’は、プローブ１２，１３以外の構成は、図１に示す半導体テストシステム１と同じであり、上記プローブ１２、１３を搭載したプローブカード３と、ステージ４と、移動機構５と、上記プローブ１２、１３に接続された放電用電源６と、不活性ガス噴射手段７と、テスター１７を備える。さらに本実施形態では、上述のように、２本のプローブ１２，１３を一組として用いる。これは、２本のプローブ１２，１３の先端の間でアーク放電を生じさせるためである。
【００３４】
この２本のプローブ１２，１３の先端の間隔は、数μｍから４０μｍとしており、本実施形態では、２本のプローブ１２，１３の先端の間隔は２０μｍとする。検査対象となる電極パッド１０は、Ａｌの電極パッド１０とし、表面に付着しているのがＡｌ２Ｏ３の酸化被膜１１とする。
【００３５】
本実施形態の半導体テストシステム１’において、単に、上記放電用電源６を用いて、上記プローブ１２と上記プローブ１３の先端の間で放電を生じさせても、上記酸化被膜１１を除去することはできない。そこで上記プローブ１２と上記プローブ１３の先端を上記電極パッド１０に接近させ、上記プローブ１２と上記プローブ１３の先端の間隔よりも、上記プローブ１２，１３の先端と上記電極パッド１０の表面との間隔を近づける必要がある。
【００３６】
例えば、上記プローブ１２，１３の先端を上記電極パッド１０の表面から１０μｍまで近づける。そして、上記不活性ガス噴射手段７によって不活性ガスを上記プローブ１２，１３の先端と上記電極パッド１０との間に噴射し、上記放電用電源６によって、例えば、１０−２Ａの電流を上記プローブ１２と上記プローブ１３に通すと、上記プローブ１２の先端と上記プローブ１３の先端との間に生じるアーク放電８’は、図３（ａ）（プローブカード３を省略した図）に示すように、上記電極パッド１０の表面を通過して発生する。
【００３７】
このように、本実施形態では２本のプローブ１２，１３の先端の間隔よりも、上記プローブ１２，１３と上記電極パッド１０との間隔の方が小さくなるまで、上記プローブ１２，１３の先端を上記電極パッド１０の表面に接近させてアーク放電８’を生じさせ、上記アーク放電８’が上記電極パッド１０の表面を通過することによって、上記酸化被膜１１の電子が放出され、図３（ｂ）に示すように、上記電極パッド１０表面の上記酸化被膜１１が除去される。
【００３８】
所定の範囲の上記酸化被膜１１を除去したら、アーク放電を終了し、上記移動機構５によって上記ステージ４上の半導体ウエハ９を移動させ、図３（ｃ）に示すように、上記プローブ１２だけを上記電極パッド１０に接触させ、上記テスター１７を作動させて上記電極パッド１０の検査を行う。  
【００３９】
このように、本実施形態では、２本のプローブ１２，１３を用いることによって、２本のプローブ１２，１３の間隔を調整して、容易に酸化被膜１１を除去する範囲を調節することが可能となる。
【００４０】
次に、第２の実施形態として、図４の断面図（プローブカード３を省略した概略断面図）に示すような、同軸形状のプローブ１４を用いた半導体テストシステム１’’について説明する。
【００４１】
本実施形態の半導体テストシステム１’’は、同軸形状のプローブ１４以外の構成は、上述の他の実施形態と同様であって、上記プローブ１４を搭載したプローブカード３と、ステージ４と、移動機構５と、上記プローブ１４に接続された放電用電源６と、不活性ガス噴射手段７と、テスター１７を備える。
【００４２】
ここでは、同軸形状のプローブ１４を中心に詳しく説明する。上記プローブ１４は、中央の針部１５と上記針部１５を取り囲むシールド部１６からなる同軸形状であり、上記針部１５の先端は上記シールド部１６から突出した状態としている。そして、上記針部１５を＋電極、上記シールド部１６を−電極として上記放電用電源６に接続し、上記放電用電源６によって上記針部１５の先端と上記シールド部１６の先端との間にアーク放電を生じさせる。
【００４３】
上記プローブ１４は、上記シールド部１６の直径を１０μｍとし、上記針部１５の直径を３μｍとしている。これにより、上記針部１５の先端と、上記シールド部１６の先端との間隔は、５μｍとなる。検査対象となる電極パッド１０は、Ａｌの電極パッド１０とし、表面に付着しているのがＡｌ２Ｏ３の酸化被膜１１とする。
【００４４】
本実施形態の半導体テストシステム１’’で、アーク放電を用いて上記酸化被膜１１を除去するためには、上記針部１５の先端と、上記シールド部１６の先端との間隔よりも、上記針部１５の先端を上記電極パッド１０の表面に近づける必要がある。
【００４５】
例えば、上記針部１５の先端を上記電極パッド１０の表面から２μｍまで近づける。そして、上記不活性ガス噴射手段７によって不活性ガスを上記プローブ１４の先端と上記電極パッド１０との間に噴射する。本実施形態では上記プローブ１５が同軸形状であるので、上記シールド部１６の内側、つまり上記シールド部１６と上記針部１５の間の空間に不活性ガスを噴射する。
【００４６】
このように、上記シールド部１６の内側に不活性ガスを噴射し、上記放電用電源６によって、例えば、１０−２Ａの電流を上記針部１５とシールド部１６に通すと、上記針部１５の先端と上記シールド部１６の先端との間に生じるアーク放電８’’は、図４（ａ）に示すように、上記電極パッド１０の表面を通過して発生する。
【００４７】
上記不活性ガスは、上記シールド部１６の内部に噴射されることから、上記プローブ１５の先端は、他の実施形態に較べて、より効果的に上記不活性ガスに囲まれた状態となり、上記アーク放電８’’が効果的に行われる。そして、上記アーク放電８’’は、上記針部１５を中心として上記シールド部１６に向って放射状に生じて、図４（ｂ）に示すように、上記電極パッド１０の表面の酸化被膜１１を除去する。
【００４８】
所定の範囲の上記酸化被膜１１を除去したら、アーク放電８’’を終了し、上記移動機構５によって上記ステージ４上の半導体ウエハ９を移動させ、図４（ｃ）に示すように、上記針部１５の先端だけを上記電極パッド１０にコンタクトさせ、上記テスター１７を作動させて上記電極パッド１０の検査を行う。  
【００４９】
このように、本実施形態では、同軸形状のプローブ１４を用いることにより、不活性ガスを適切に噴射することが可能となり、より効果的にアーク放電を生じさせて確実に酸化被膜１１を除去することが可能となる。
【００５０】
ここまで垂直型のプローブを用いて説明したが、カンチレバー形状のプローブを用いることも可能であり、また、半導体テストシステムの構成についても、プローブ、放電用電源以外の構成については、特に限定するものではなく、様々な形態を用いることが可能である。
【００５１】
このように、本発明では、検査対象となる電極パッドの表面に接触することなく、効果的に酸化被膜を除去することが可能であり、これによって、プローブカードに対して加える荷重は、上記電極パッドに対するコンタクト圧だけですむので、非常に小さくなる。また、上記電極パッドを機械的に削らないので、上記電極パッドを傷付けることもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の半導体テストシステムの概略断面図。
【図２】アーク放電を用いて酸化被膜を除去する方法を示す図であり、（ａ）が、アーク放電が発生している状態、（ｂ）が酸化被膜が除去された状態、（ｃ）が検査を行っている状態を示す。
【図３】第１の実施形態の半導体テストシステムを用いてアーク放電を用いて酸化被膜を除去する方法を示す図であり、（ａ）が、アーク放電が発生している状態、（ｂ）が酸化被膜が除去された状態、（ｃ）が検査を行っている状態を示す。
【図４】第２の実施形態の半導体テストシステムを用いてアーク放電を用いて酸化被膜を除去する方法を示す概略断面図であり、（ａ）が、アーク放電が発生している状態、（ｂ）が酸化被膜が除去された状態、（ｃ）が検査を行っている状態を示す。
【符号の説明】
【００５３】
１，１’，１’’  半導体テストシステム
２    プローブ
３    プローブカード
４    ステージ
５    移動機構
６    放電用電源
７    不活性ガス噴射手段
８，８’，８’’  アーク放電
９    半導体ウエハ
１０  電極パッド
１１  酸化被膜
１２  プローブ
１３  プローブ
１４  プローブ
１５  針部
１６  シールド部
１７  テスター
１８  ガイド基板
１９  メイン基板
２０  補強板
【図１】
2010025623.tif 000003
【図２】
2010025623.tif 000004
【図３】
2010025623.tif 000005
【図４】
2010025623.tif 000006