(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テスタからの指示に基づいて検査用電極にプローブを電気的に接触させて被検査体の電気的特性検査を行う検査方法において、
上記検査用電極と一対の第１、第２のプローブを一緒に接触させる第１の工程と、
上記検査用電極に上記第１、第２のプローブを接触させた後、上記第１のプローブと上記第２のプローブとの間に上記検査用電極の酸化被膜を介して電圧を印加し、上記電圧を徐々に昇圧して上記検査用電極の表面に形成された酸化被膜中においてフリッティング現象を生じさせ、このフリッティング現象により上記検査用電極の表面の絶縁被膜の一部を破壊する第２の工程と、
上記電圧の昇圧により徐々に大きくなる上記第１のプローブと上記第２のプローブとの間に流れる電流と予め設定された制限電流値と比較して上記第１、第２のプローブ間に流れる電流が上記制限電流値に達した時に、上記第１のプローブと上記検査用電極間への電圧の印加を停止する第３の工程と、
上記電圧の停止により上記検査用電極の表面の絶縁被膜が破壊された一部に上記第１、第２のプローブを導通自在に接触させる第４の工程と、
上記第１のプローブに接続された上記テスタにより、上記第１のプローブに検査用信号を印加して上記被検査体の電気特性検査を行う第５の工程と、を備えた
ことを特徴とする検査方法。
【請求項２】
上記第５の工程は、上記第１のプローブと上記第２のプローブが上記検査用電極の表面の絶縁被膜が破壊された一部に接触している間に実施されることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
【請求項３】
上記第２のプローブの上記検査用電極との電気的接触を切断する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
【請求項４】
上記第２のプローブの上記検査用電極との電気的接触を切断する工程では、上記第２のプローブを上記検査用電極から物理的に引き離すことを特徴とする請求項３に記載の検査方法。
【請求項５】
上記第２のプローブを上記検査用電極から物理的に引き離す時には、ピエゾ素子、バイメタル、静電素子のうちの少なくとも一つを利用することを特徴とする請求項４に記載の検査方法。
【請求項６】
テスタからの指示に基づいて検査用電極にプローブを電気的に接触させて被検査体の電気的特性検査を行う検査装置において、
上記検査用電極と一対の第１、第２のプローブを一緒に接触させる接触手段と、
上記検査用電極に上記第１、第２のプローブを接触させた後、上記第１のプローブと上記第２のプローブとの間に上記検査用電極の酸化被膜を介して電圧を印加し、上記電圧を徐々に昇圧させてこの電圧が所定の電位傾度に達することによりフリッティング現象を生じさせ、上記フリッティング現象によって上記検査用電極の表面の絶縁被膜の一部を破壊する印加手段と、
上記電圧の昇圧により徐々に大きくなる上記第１のプローブと上記第２のプローブとの間に上記検査用電極を介して流れる電流を予め設定された制限電流値に制限し、上記電流が上記制限電流値に達した時に上記印加手段による上記第１のプローブと上記検査用電極間への電圧の印加を停止する電流制限手段と、
上記第１のプローブに接続されて、上記被検査体の電気的特性検査を実施する上記テスタと、を備えた
ことを特徴とする検査装置。
【請求項７】
上記印加手段及び上記電流制限手段を制御する制御手段と上記テスタを通信回線で結んだことを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
【請求項８】
上記制御手段を上記テスタに設けたことを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
【請求項９】
上記第１のプローブ及び上記第２のプローブの少なくともいずれか一つは、タングステン、パラジウム、ベリリウム−銅合金のいずれか一つからなることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査方法及び検査装置に関し、更に詳しくは、プローブの針圧を軽減し検査用電極を損傷することなく確実に被検査体の検査を行うことができると共に歩留まりを高めることができる検査方法及び検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程では半導体ウエハにデバイス等を作製した後、半導体ウエハ状態のデバイスやパッケージ後のデバイス等の被検査体（以下、「デバイス」と称す。）について電気的特性を検査する工程がある。これらの各検査工程ではプローブを接触子としてデバイスの検査用電極に電気的に接触させ、プローブを介して電気信号を送信してデバイスの検査を行う。
【０００３】
ところで、検査用電極はアルミニウム、銅、半田等の酸化し易い材料によって形成されていると、検査段階では検査用電極の表面には酸化膜等の絶縁被膜が形成されているため、プローブと検査用電極を電気的に接触させようとしても両者の電気的接触が安定しない。特に、検査用電極として一般的に用いられているアルミニウムの場合には非常に硬い酸化膜が検査用電極の表面に形成されるため、プローブと検査用電極の電気的接触が難しい。
【０００４】
そこで、従来は図２１に示すフローに従ってプローブと検査用電極を図２２に示すように電気的に接触させている。即ち、デバイスの検査の準備を行った後（Ｓ１）、図２２の（ａ）に示すようにプローブＮと検査用電極Ｐを例えば１０〜２０ｇ／本程度の針圧で接触させ（Ｓ２）、電気的に接触したか否かを判断し（Ｓ３）、電気的に接触してエラーがないと判断すれば検査を開始する（Ｓ４）。しかし、通常はプローブＮと検査用電極Ｐを接触させただけでは絶縁被膜Ｏは破れず、Ｓ３において電気的に接触していないエラーと判断し、プローブＮと検査用電極Ｐを図２２の（ｂ）で矢印で示すように相対的に左右に往復移動させるスクラブを行って絶縁被膜Ｏを削り取り（Ｓ５）、プローブＮと検査用電極Ｐを電気的に接触させる。電気的接触が確認されればＳ４へ移行して検査を開始する。
【０００５】
また、絶縁被膜を破る他の方法としてプローブ先端を尖らせ、先端の面圧を上げて検査用電極に刺し込むことで電気的接触を取る方法もある。この場合には電気的接触を取るためにはプローブ先端を最低でも２０００〜４０００オングストローム程刺し込んで電気的に接触させている。
【０００６】
更に、最近では例えばマイクロマシン加工技術を用いてシリコン基板に数１０μｍの微小なプローブを狭ピッチで作製したプローブカードも提案されている。このプローブカードはマイクロ構造であるため、高速信号に対応することができ、しかもシリコン基板上にプローブを形成するため、デバイスとの熱膨張係数の違いによる加熱試験への影響がない利点を具備している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、絶縁被膜を削り取る方法の場合には、スクラブによって電気的接触を取れる保証はなく（プローブＮに削り屑が付着し導通不良になった場合等）、またスクラブによりプローブＮの寿命を縮めたり、図２２の（ｂ）に示すように検査用電極Ｐを傷つけてデバイスの歩留りを低下させるという課題があった。その上、スクラブによって折角位置決めされたプローブＮと検査用電極Ｐの接触位置が最適位置から位置ずれするという課題もあった。また、図２２の（ｂ）に示すように絶縁被膜Ｏの削り屑が飛散しデバイスを汚染したり、削り屑がプローブＮに付着し接触の安定性を阻害するという課題があった。更に、プローブＮに削り屑が付着すればプローブＮのクリーニングが定期的に必要となり自ずと検査効率が低下するという課題があった。
【０００８】
また、プローブの先端を検査用電極に刺し込む方法の場合にもダメージは少ないものの検査用電極を傷つける点では上述の場合と変わりなく、しかもプローブの先端の形状を保持するための耐久性が要求される。更に、最近ではデバイスの集積度が非常に高くなって微細化、薄膜化が飛躍的に進んで検査用電極の厚さが薄くなっているため、電気的に接触するまでどプローブを刺し込むと下地を傷つける虞がある。
【０００９】
また、マイクロマシン加工技術を用いて作製したプローブカードは、プローブの構造が微小であるため、大きな針圧を得ることが難しい。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、針圧を格段に小さくすることができ、ひいては検査用電極のダメージを無くすると共にプローブの寿命を延ばしてプローブを繰り返し使用することができ、しかもプローブのクリーニングを行う必要がなく検査効率を高めることができる検査方法及び検査装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の検査方法は、テスタからの指示に基づいて検査用電極にプローブを電気的に接触させて被検査体の電気的特性検査を行う検査方法において、上記検査用電極と一対の第１、第２のプローブを一緒に接触させる第１の工程と、上記検査用電極に上記第１、第２のプローブを接触させた後、上記第１のプローブと上記第２のプローブとの間に上記検査用電極の酸化被膜を介して電圧を印加し、上記電圧を徐々に昇圧して上記検査用電極の表面に形成された酸化被膜中においてフリッティング現象を生じさせ、このフリッティング現象により上記検査用電極の表面の絶縁被膜の一部を破壊する第２の工程と、上記電圧の昇圧により徐々に大きくなる上記第１のプローブと上記第２のプローブとの間に流れる電流と予め設定された制限電流値と比較して上記第１、第２のプローブ間に流れる電流が上記制限電流値に達した時に、上記第１のプローブと上記検査用電極間への電圧の印加を停止する第３の工程と、上記電圧の停止により上記検査用電極の表面の絶縁被膜が破壊された一部に上記第１、第２のプローブを導通自在に接触させる第４の工程と、上記第１のプローブに接続された上記テスタにより、上記第１のプローブに検査用信号を印加して上記被検査体の電気特性検査を行う第５の工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の検査方法は、請求項１に記載の発明において、上記第１のプローブと上記第２のプローブが上記検査用電極の表面の絶縁被膜が破壊された一部に接触している間に実施されることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項３に記載の検査方法は、請求項１に記載の発明において、上記第２のプローブの上記検査用電極との電気的接触を切断する工程を有することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４に記載の検査方法は、請求項３に記載の発明において、上記第２のプローブの上記検査用電極との電気的接触を切断する工程では、上記第２のプローブを上記検査用電極から物理的に引き離すことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項５に記載の検査方法は、請求項４に記載の発明において、上記第２のプローブを上記検査用電極から物理的に引き離す時には、ピエゾ素子、バイメタル、静電素子のうちの少なくとも一つを利用することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項６に記載の検査装置は、テスタからの指示に基づいて検査用電極にプローブを電気的に接触させて被検査体の電気的特性検査を行う検査装置において、上記検査用電極と一対の第１、第２のプローブを一緒に接触させる接触手段と、上記検査用電極に上記第１、第２のプローブを接触させた後、上記第１のプローブと上記第２のプローブとの間に上記検査用電極の酸化被膜を介して電圧を印加し、上記電圧を徐々に昇圧させてこの電圧が所定の電位傾度に達することによりフリッティング現象を生じさせ、上記フリッティング現象によって上記検査用電極の表面の絶縁被膜の一部を破壊する印加手段と、上記電圧の昇圧により徐々に大きくなる上記第１のプローブと上記第２のプローブとの間に上記検査用電極を介して流れる電流を予め設定された制限電流値に制限し、上記電流が上記制限電流値に達した時に上記印加手段による上記第１のプローブと上記検査用電極間への電圧の印加を停止する電流制限手段と、上記第１のプローブに接続されて、上記被検査体の電気的特性検査を実施する上記テスタと、を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項７に記載の検査装置は、請求項６に記載の発明において、上記印加手段及び上記電流制限手段を制御する制御手段と上記テスタを通信回線で結んだことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項８に記載の検査装置は、請求項６に記載の発明において、上記制御手段を上記テスタに設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項９に記載の検査装置は、請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記第１のプローブ及び上記第２のプローブの少なくともいずれか一つは、タングステン、パラジウム、ベリリウム−銅合金のいずれか一つからなることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明に実施の形態】
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。
本発明の検査方法はフリッティング現象を利用してデバイスの検査用電極の表面に形成された酸化膜等の絶縁被膜を破ってプローブと検査用電極とを電気的に接触させる点に特徴がある。フリッティング現象を利用すればプローブと検査用電極間の針圧を現状の針圧以下、例えば０．１ｇ以下で済ますことができるため、検査用電極を傷つけることがなく、しかもプローブの寿命を延ばすことができる。フリッティング現象とは金属（本発明では検査用電極）の表面に形成された酸化膜等の絶縁被膜に印加される電位傾度が１０５〜１０６Ｖ／ｃｍ程度になると絶縁被膜の厚さや金属の組成の不均一性により電流が流れて絶縁被膜が破壊される現象をいう。
【００２０】
図１はフリッティング現象を生じさせるために工夫された本発明に用いられるフリッティング装置を示す原理図である。このフリッティング装置は、図１に示すように、プログラマブル電圧源１、電圧印加バッファアンプ２、電流センス抵抗３及び印加電流リミッタ４を備え、プログラマブル電圧源１からプローブカード５の第１、第２のプローブ５Ａ、５Ｂに電圧を印加するように構成されている。第１のプローブ５Ａは電流センス抵抗３を介して電圧印加バッファアンプ２に接続され、第２のプローブ５Ｂは電圧印加バッファアンプ２の入力端子側に接続されていると共に接地されている。これらのプローブ５Ａ、５Ｂとしては、例えばタングステン（Ｗ）、ベリリウム−銅合金（ＢｅＣｕ）及びパラジウム（Ｐｄ）等の導電性金属が好ましい。
【００２１】
上記フリッティング装置は以下のようにして動作する。まず、プローブカード５の第１、第２のプローブ５Ａ、５ＢをデバイスＤの検査用電極Ｐに低い針圧（例えば、０．１ｇ以下）で接触させる。この状態でプログラマブル電圧源１が作動し、電圧印加バッファアンプ２及び電流センス抵抗３を介して第１のプローブ５Ａに電圧を印加すると絶縁被膜Ｏが極めて薄い場合には最初は極めて僅かにトンネル電流が流れる。そして、プログラマブル電圧源１の電圧を徐々に昇圧すると、第１、第２のプローブ５Ａ、５Ｂ間の電位傾度が徐々に大きくなり、所定の電位傾度（１０５〜１０６Ｖ／ｃｍ程度）に達するとフリッティング現象が生じ、検査用電極Ｐの絶縁被膜Ｏが破壊して第１のプローブ５Ａ及び第２のプローブ５Ｂが金属面と接触し、第１のプローブ５Ａと第２のプローブ５Ｂの電流が急激に大きくなる。この電流を印加電流リミッタ４が検出し、それ以上の電流が流れないように電圧印加バッファアンプ２からの電圧の印加を停止させる。この結果、第１、第２のプローブ５Ａ、５Ｂと検査用電極Ｐが電気的に接触し、その後のデバイスの検査が可能になる。
【００２２】
図２は上記フリッティング装置の原理を適用した本実施形態の検査装置を示す構成図である。本実施形態の検査装置１０は、図２に示すように、フリッティング装置１１と、プローブカード１２とを備え、上述のようにテスタ１３との間で通信自在に接続されている。フリッティング装置１１は、フリッティング現象を実現するフリッティング回路１４と、フリッティング回路１４を制御するフリッティング制御回路１５とを備えている。このフリッティング制御回路１５がＲＳやＧＰＩＢ等の汎用通信回線１６を介してテスタ１３と接続されている。プローブカード１２には、一つの検査用電極Ｐに一緒に接触する第１、第２のプローブ１２Ａ、１２Ｂがデバイスの検査用電極Ｐの数に対応して設けられている。例えばデバイスにｎ個の検査用電極Ｐがあれば、ｎ対の第１、第２のプローブ１２Ａ、１２Ｂがプローブカード１２に設けられている。第１、第２のプローブ１２Ａ、１２Ｂのうち、第２のプローブ１２Ｂはフリッティング現象により絶縁被膜Ｏを破る時のみに使用される。そこで、以下では、第１のプローブ１２Ａを検査用プローブ１２Ａ、第２のプローブ１２Ｂをフリッティング用プローブ１２Ｂと称す。
【００２３】
上記フリッティング回路１４は、電圧印加バッファアンプ１４Ａ、電流センス抵抗１４Ｂ、電流検出アンプ１４Ｃ、電流制限アンプ１４Ｄ及びリレースイッチ１４Ｅ、１４Ｆをそれぞれｎ対の検査用プローブ１２Ａ及びフリッティング用プローブ１２Ｂに対応して備え、リレースイッチ１４Ｅ、１４Ｆはフリッティング制御回路１５を介してリレー制御される。リレースイッチ１４Ｅは検査用プローブ１２Ａをフリッティング装置１１側の接点１４Ｇとテスタ１３側の接点１４Ｈ間の切り換えを行い、リレースイッチ１４Ｆは接地接点１４Ｉと浮遊接点１４Ｊ間の切り換えを行う。そして、リレースイッチ１４Ｅには検査用プローブ１２Ａが接続され、リレースイッチ１４Ｆにはフリッティング用プローブ１２Ｂが接続されている。フリッティング用プローブ１２Ｂのリレースイッチ１４Ｆは極力プローブの近傍に接続し、高周波特性を良好なものにする。リレースイッチ１４Ｅ、１４Ｆとしては例えばピエゾ素子、バイメタル、静電素子等を用いることができる。
【００２４】
次に、上記検査装置１０を用いた本発明の検査方法の一実施形態について図３、図４をも参照しながら説明する。まず、検査用プローブ１２Ａ及びフリッティング用プローブ１２ＢとデバイスＤの検査用電極Ｐとの位置合わせを行い、検査を開始するための準備を行う（Ｓ１１）。続いて、これらのプローブ１２Ａ、１２ＢとデバイスＤの各検査用電極Ｐを図４の（ａ）に示すように低針圧（例えば、０．１ｇ以下）で接触させる（Ｓ１２）。この時フリッティング制御回路１５を介してリレースイッチ１４Ｅが接点１４Ｇへ切り換わって検査用プローブ１２Ａをフリッティング装置１１へ接続し、リレースイッチ１４Ｆが接地接点１４Ｉへ切り換えて接地し、プローブカード１２とフリッティング装置１１を接続する。
【００２５】
次いで、フリッティング制御回路１５から印加電圧バッファアンプ１４Ａ及び電流センス抵抗１４Ｂを介して検査用プローブ１２Ａへ電圧を印加してフリッティング動作に入る（Ｓ１３）。絶縁被膜Ｏが極めて薄い場合には当初は図４の（ａ）の矢印で示す方向へ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。この微小電流を電流検出アンプ１４Ｃが電流センス抵抗１４Ｂを介して検出し、電流制限アンプ１４Ｄへ出力する。この電流制限アンプ１４Ｄにはフリッティング制御回路１５から制限電流を基準電流として出力されている。従って、電流制限アンプ１４Ｄは電流検出アンプ１４Ｃからの入力電流とフリッティング制御回路１５からの制限電流とを比較し、電流センス抵抗１４Ｂの電流が制限電流に達したか否かを判断している（Ｓ１４）。フリッティング制御回路１５からの印加電圧を徐々に昇圧するとこの間も電流制限アンプ１４Ｄは電流センス抵抗１４Ｂの電流が制限電流に達したか否かの判断を行う。
【００２６】
フリッティング制御回路１５からの印加電圧が徐々に昇圧し、検査用プローブ１２Ａとフリッティング用プローブ１２Ｂ間の電位傾度が徐々に大きくなり、フリッティング現象を生じて検査用電極Ｐの絶縁被膜Ｏが破れ（図４の（ｂ）参照）、電流検出アンプ１４Ｃの検出電流が急激に大きくなり制限電流に達すると、電流制限アンプ１４Ｄを介して印加電圧バッファアンプ１４Ａからの電圧印加を止める。この時点で検査用プローブ１２Ａとフリッティング用プローブ１２Ｂは検査用電極Ｐと電気的に接触し、検査可能な状態になる。この状態でフリッティング制御回路１５の制御下でリレースイッチ１４Ｅがフリッティング装置１１側の接点１４Ｇからテスタ１３側の接点１４Ｈへ順次切り換わると共にこれと同期してリレースイッチ１４Ｆが接地接点１４Ｉから浮遊接点１４Ｊへ順次切り換わる。これにより検査用プローブ１２Ａがテスタ１３へ順次接続され、フリッティング用プローブ１２Ｂが電気的に順次浮遊状態になる。この状態でフリッティング制御回路１５は検査可能状態になったことを汎用通信回線１６を介してテスタ１３に通知した後、テスタ１３が検査用信号を検査用プローブ１２Ａへ出力しデバイスの検査を実行する（Ｓ１５）。
【００２７】
以上説明したように本実施形態によれば、検査用プローブ１２Ａと検査用電極Ｐを低針圧で接触させるだけでもフリッティング現象を利用して検査用電極Ｐの絶縁被膜Ｏを破って検査用プローブ１２Ａと検査用電極Ｐを電気的に接触させることができるため、被検査体の電気的特性検査を確実に行うことができる。しかも、検査用プローブ１２Ａは０．１ｇという極めて低い針圧で検査用電極Ｐを傷つけることなく検査用電極Ｐと電気的に接触をさせることができるため、被検査体の歩留りを高めることができると共に検査用プローブ１２Ａの寿命を延ばすことができる。また、検査用プローブ１２Ａは０．１ｇ以下の針圧で検査できるため、例えばボンディングワイヤ等で立てただけの単純なプローブでも確実に検査を行うことができる。更に、本実施形態によれば、検査用電極Ｐから削り屑が発生することがないため、被検査体を削り屑により汚染したり、検査用プローブ１２Ａに削り屑が付着したりすることがなく、歩留りを更に高めることができると共に、検査用プローブ１２Ａのクリーニングも不要となって検査効率を高めることができる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、検査用プローブ１２Ａに掛かる針圧が低いため、針先及び針構造の自由度が大きくなる。即ち、検査用プローブ１２Ａのコンタクト開始から方向のバラツキを吸収するためのプローブの移動量（オーバードライブ）を大きく取ることができる。また、同一の針圧を得るための針の長さを短くすることができ、プローブの高密度化が可能になる。また、検査用プローブ１２Ａの針先形状によって接触の安定性に影響が出ることが少ないため、針先に特別の形状加工（ピラミッド形状等）が不要になる。
【００２９】
また、テスタのドライバをフリッティング電源として使用できる場合には、図５に示すようにフリッティング用プローブ２２Ｂを接地するリレー回路を設ければ良い。即ち、検査用プローブ２２Ａはテスタ２３の電圧電源（図示せず）に接続されている。フリッティング用プローブ２２Ｂはリレースイッチ２４Ｆに接続されている。リレースイッチ２４Ｆの制御にはテスタ２３内のＩ／Ｏドライブを使用することができる。テスタ２３を使用してフリッティングを行うことができるか否かはテスタ２３の電源電流容量に依存する。ソフト面ではテスタ２３のプログラムにフリッティング用のプログラムを追加するだけで良く、ハード面ではリレー回路を追加するだけで良い。本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。
【００３０】
【実施例】
次に、プローブに使用される材料とフリッティング特性の関係について図６に示す測定装置を用いて検証し、その結果を図７〜図１８に示した。図６は本実施例に用いられた測定装置である。プローブ５１とウエハＷの電極の間の荷重（針圧）は電子天秤５２によって測定した。電源５３によって印加された電流と電圧の測定には電流計５４、電圧計５５を用いた。また、フリッティングの波形の測定にはＡ／Ｄ変換器５６、５７を利用し、電流及び電源電圧をそれぞれ測定し、記録した。プローブ５１のＺ方向の制御には最大変位量が１００μｍのピエゾステージ５８を用いた。ピエゾステージ５８はピエゾドライバ５９を介して操作した。また、電子天秤５２、電源５３、電流計５４、電圧計５５、Ａ／Ｄ変換器５６、５７及びピエゾステージ５８は全て通信回線（ＧＰＩＢ、ＲＳ−２３２Ｃ）を介してコンピュータ６０に接続され、コンピュータ６０を介して印加電圧、ステージ位置の制御等を行い、測定結果を逐次記録するようにした。測定は電圧制御、電圧測定、電流測定のループを繰り返して行い、この時のループの速度はほぼ１０回／秒であった。Ａ／Ｄ変換器５６、５７を用いて高周波での測定を行い、各Ａ／Ｄ変換器５６、５７はそれぞれを流れる電源電流、電源電圧を測定した。Ａ／Ｄ変換器５６、５７の変換値は、これらの変換値と電流計５４、電圧計５５の測定値との関係を求め、ぞれぞれ電流計５４、電圧計５５の測定値を用いて補正した。
【００３１】
測定は下記の測定条件で▲１▼〜▲６▼の手順に従って行った。
▲１▼ピエゾステージ５８を駆動し、プローブ５１とウエハＷの電極を近づける。この時の針圧は電子天秤５２を介してモニターする。針圧が設定針圧を超えた時点でピエゾステージ５８を停止し、この時点での針圧を接触荷重とする。
▲２▼電源５３をステップ状に印加し、電流または電圧を発生させる。この直前にＡ／Ｄ変換器５６、５７を始動させ、変換値を記録する。Ａ／Ｄ変換器５６、５７のメモリにはこのステップ状の電圧印加の前後の様子を記録する。
▲３▼電圧印加後、１ｍＡ以上の電流が流れれば、これをフリッティングと看做す。電流が流れなければ、一旦印加電圧を０に戻し、設定電圧を２倍にして▲２▼の測定を再度行う。
▲４▼フリッティングが起こった後、電流を１ｍＡに設定して電圧を測定する。この値から計算される抵抗値を接触抵抗とする。
▲５▼印加電圧を０にした後、ピエゾステージ５８を駆動してプローブ５１と電極を引き離す。この時に測定される荷重の最小値を引き離し力とする。
▲６▼コンタクト位置を変えて▲１▼〜▲５▼の測定を繰り返す。
【００３２】
［測定条件］
▲１▼電圧コントロールモード（Ｓ）
設定電圧：３０Ｖ、５Ｖ
電流リミッタ設定：１０ｍＡ、１００ｍＡ、２５０ｍＡ
針圧：０．１ｇ、０．０２ｇ、０．００５ｇ、０．００１ｇ
▲２▼電流コントロールモード（Ｉ）
設定電流：１０ｍＡ、１００ｍＡ、２５０ｍＡ
針圧：０．１ｇ、０．０２ｇ、０．００５ｇ、０．００１ｇ
▲３▼プローブ材料：タングステン（Ｗ）、ベリリウム−銅合金（ＢｅＣｕ）
パラジウム（Ｐｄ）
▲４▼電極：アルミニウム（Ａｌ）
【００３３】
１．フリッティング時の波形
まず、タングステンプローブを用い、針圧、制限電流、設定電圧を種々変更した時の電圧、電流の経時変化を測定し、フリッティング前後の電圧、電流の波形を求めた結果、３つの代表的なパターン波形が得られた。その結果を図７〜図９に示した。
【００３４】
図７は、タングステンプローブを用い、０．０１ｇの針圧を掛けて制限電流を１０ｍＡに設定した状態で、電流をコントロールしてＡ／Ｄ変換器５６、５７を用いて電流及び電圧を測定し、フリッティングを起こした時の電流（同図に実線で示す）と電圧（同図に破線で示す）の波形を示す図である。この図はフリッティング現象の典型的な波形を示している。この図によれば、電圧が絶縁破壊を起こす電圧（フリッティング電圧）に達したところでフリッティングが起こって電流が流れ、抵抗が下がる。電流の最大値は電流リミッタで１０ｍＡに設定されているが、電流リミッタが働くまでに時間が掛かるために瞬間的に大きな電流が流れることが判る。即ち、電流が流れ始める瞬間には６Ｖの電圧が掛かって１７０ｍＡを超える電流が流れ、電流が流れ始めるのとほぼ同時に電流リミッタが作動して電圧が下がり、電流が制限電流の設定値の１０ｍＡになっていることが判る。
【００３５】
図８は、タングステンプローブを用い、０．１ｇの針圧を掛けて制限電流を２５０ｍＡに設定し、電圧を５Ｖに設定した状態で、電流をコントロールしてＡ／Ｄ変換器５６、５７を用いて電流及び電圧を測定し、フリッティングを起こした時の電流（同図に実線で示す）と電圧（同図に破線で示す）の波形を示す図である。この図によれば、フリッティング後、電圧と電流が比例して変化していることが判る。このことから絶縁膜は図７で示す電気的破壊ではなく、機械的破壊であることが判る。
【００３６】
図９は、タングステンプローブを用い、０．０２ｇの針圧を掛けて制限電流を２５０ｍＡに設定し、電圧を３０Ｖに設定した状態で、電流をコントロールしてＡ／Ｄ変換器５６、５７を用いて電流及び電圧を測定し、フリッティングを起こした時の電流（同図に実線で示す）と電圧（同図に破線で示す）の波形を示す図である。この図によれば、フリッティング時の電流が制限電流に達していないため、フリッティング後には電圧と電流が比例して上昇し、制限電流に達した時点で電圧、電流が一定値を示していることが判る。
【００３７】
２．針圧とフリッティング電圧の関係
ここではフリッティング電圧とは電流が初めて１ｍＡを超えた瞬間の電圧値のことを云う。プローブの材料として、Ｗ、ＢｅＣｕ、Ｐｄを用いて、それぞれのプローブの針圧とフリッティング電圧との関係を求め、その結果を図１０〜図１２に示した。図１０〜図１２は、縦軸は全体を１とした場合の度数の割合を示し、Ｗプローブ、ＢｅＣｕプローブ、Ｐｄプローブにおけるフリッティング電圧の分布を針圧によって分けて示した。各プローブにはそれぞれ０．００１ｇ（×印で示す）、０．００５ｇ（△印で示す）、０．０２ｇ（○印で示す）及び０．１ｇ（□印で示す）の針圧を掛けた。図１０はＷプローブ、図１１はＢｅＣｕプローブ、図１２はＰｄプローブの結果を示している。
【００３８】
図１０〜図１２から明らかなように、針圧が小さい時には１３Ｖと５Ｖ付近の２箇所にフリッティング電圧が分布している。針圧が大きくなるに連れて全体的にピークが低電圧側にシフトすると同時に、１Ｖ以下のところにピークが現れる。針圧が０．１ｇになると１３Ｖ以上のピークがなくなり、１Ｖ以下でも電流が流れ始め、５Ｖのところのピークが約３Ｖのところにシフトしているように観える。
【００３９】
これらの結果から以下のことが推察される。
▲１▼絶縁膜は２種類あり、一つの絶縁膜は５Ｖ程度の破壊電圧を要し、もう一つの絶縁膜はおそらく８Ｖ（＝１３Ｖ−５Ｖ）程度の破壊電圧を要することが判った。また、後者の絶縁被膜は介在する場合と介在しない場合のあることが判った。
▲２▼針圧が大きくなると、低い電圧でフリッティングする確率が高くなり、０．１ｇの針圧では８Ｖの破壊電圧を示す絶縁被膜は存在しないことが判った。また、針圧が大きくなると１Ｖ以下にピークが現れるが、これは絶縁破壊ではなく、機械的な破壊によるものと考えられる。
▲３▼絶縁被膜はＡｌの酸化膜、プローブ材料の酸化膜あるいは水等の汚染層が考えられる。
▲４▼また、針圧を０．１ｇにすると５Ｖ以下でほぼ確実にフリッティングが起こると考えられる。
【００４０】
３．最大電流と接触抵抗の関係
Ｗプローブ、ＢｅＣｕプローブ及びＰｄプローブを用いたフリッティング時の最大電流と接触抵抗を測定し、その結果を図１３〜図１５に示した。図１３〜図１５はぞれそれぞれＷプローブ、ＢｅＣｕプローブ及びＰｄプローブの最大電流と接触抵抗の関係を示している。ここで最大電流とはフリッティングの瞬間に流れる電流の最大値のことを云い、接触抵抗とはフリッティング後に電流を１ｍＡに設定した時の接触抵抗値のことを云う。各図において、□は電圧コントロールモードによる測定結果、△は電流コントロールモードによる測定結果を示している。
【００４１】
各プローブ共電流を大きくすると抵抗が下がる傾向が観られる。Ｗプローブ、ＢｅＣｕプローブの場合には０．５Ａを超える最大電流が流れると抵抗が１Ω以下に下がっていることが判る。また、電流が同じ場合にはＷプローブとＢｅＣｕプローブがほぼ同じ接触抵抗値を示し、ＰｄプローブがＷプローブ及びＢｅＣｕプローブの１．５倍の接触抵抗値を示している。これらのことから、低い接触抵抗を得る条件としてはフリッティングの最大電流が大きくすれば良いことが判った。
【００４２】
４．フリッティング電圧と最大電流の関係
図１６はフリッティングの瞬間（１ｍＡ以上の電流を検出する瞬間）における電圧（フリッティング電圧）と電流の関係を示す。この時のプロットは２５Ωの線上にあるが、これは回路抵抗と一致した。また、図１７はフリッティング電圧と最大電流の関係を示している。図１７によれば、フリッティング時に流れる電流（図１６で示す電流）が制限電流より小さい時にはフリッティング後、電流は制限電流に達するまで増加する（図９参照）。フリッティング電圧が大きい時にはフリッティングの瞬間の電流が最大電流になっている。本実施例では電源の容量から最大電流が３００ｍＡであったが、５００ｍＡ以上の電流を流せる電源を用いれば、図１３〜図１５に示したように１Ω以下の接触抵抗を安定して得ることができると考えられる。
【００４３】
また、電圧を一定値に設定した状態でプローブを電極に近づける測定を行った。これによって接触部に掛かる電圧を制御することができる。３０Ｖの電圧を掛けた場合、フリッティングの瞬間には電流リミッタを大きく超える電流を流すことができた。この結果、図示してないが図１３〜図１５に示す結果と良く一致し、最大電流が大きいほど接触抵抗を小さくできることが判った。
【００４４】
５．接触抵抗と引き離し力の関係
プローブを電極から引き離す時の力（引き離し力）を測定し、この結果を図１８〜図２０に示した。図１８はＷプローブ、図１９はＢｅＣｕプローブ、図２０はＰｄプローブに関するものである。図１８〜図２０に示す結果によれば、接触抵抗が大きい時には引き離し力は小さいが、接触抵抗が小さくなるに従って引き離し力が大きくなることが判った。このことは、真の接触部分の面積に関係していると考えられる。真の接触部分では金属同士が接合しているため、これを引き離す力は面積に比例する一方、接触面積が大きくなると接触抵抗が小さくなると考えられる。同一の接触抵抗ではＰｄプローブの引き離し力が最も大きく、ＢｅＣｕプローブ、Ｗプローブの順に小さくなる。
【００４５】
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、フリッティング現象を生じさせる回路構成を有するものであれば、本発明に包含される。また、上記実施例では針圧が０．００１〜０．１ｇまで変化させた場合について説明したが、本発明は、この範囲の針圧に制限されるものではなく、現状の針圧（針圧＝１０〜２０ｇ／１本）より小さく、フリッティング現象が得られる針圧であれば良く、特定の針圧範囲に制限されるものではない。また、上記実施例ではフリッティング時の最大電流が大きいほどプローブと電極間の接触抵抗が低くなる点について説明したが、フリッティング時の電流は小さくても良く、本発明はフリッティング現象を得られる電流であれば、特定の電流範囲に制限されるものではない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、一対のプローブの針圧を格段に小さくすることができ、ひいては一対のプローブを検査用電極に接触させた状態で一対のプローブ間に検査用電極を介して所望の電圧を、検査用電極の表面の絶縁被膜の状態に即して効率よく安定的に印加することができ、検査用電極及び一対のプローブそれぞれのダメージを無くすると共に一対のプローブの寿命を延ばして一対のプローブを繰り返し使用することができ、しかも一対のプローブのクリーニングを行う必要がなく検査効率を高めることができる検査方法及び検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検査方法を実施する際に用いられるフリッティング装置の原理図である。
【図２】図１に示す原理を適用した本発明の検査装置の一実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明の検査方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図４】図２に示す検査装置を用いてフリッティング現象により検査用プローブと検査用電極を電気的に接触させる状態を示す説明図で、（ａ）は検査用プローブ及びフリッティング用プローブが検査用電極に接触し、電圧が印加された状態を示す図、（ｂ）はフリッティング現象により検査用プローブと検査用電極が電気的に接触した状態を示す図である。
【図５】本発明の検査装置の他の実施形態を示す図２に相当する図である。
【図６】フリッティング現象を検証するために用いられた測定装置である。
【図７】典型的なフリッティング現象を示す電流及び電圧の波形を示す図である。
【図８】絶縁膜が機械的に破壊された時の電流及び電圧の波形を示す図である。
【図９】フリッティング時の電流がリミット値に達しない場合の電流及び電圧の波形を示す図である。
【図１０】Ｗプローブの針圧とフリッティング電圧との関係を示すグラフである。
【図１１】ＢｅＣｕプローブの針圧とフリッティング電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】Ｐｄプローブの針圧とフリッティング電圧との関係を示すグラフである。
【図１３】Ｗプローブの最大電流と接触抵抗の関係を示すグラフである。
【図１４】ＢｅＣｕプローブの最大電流と接触抵抗の関係を示すグラフである。
【図１５】Ｐｄプローブの最大電流と接触抵抗の関係を示すグラフである。
【図１６】Ｗプローブ、ＢｅＣｕプローブ、Ｐｄプローブのフリッティング電圧と電流の関係を示すグラフである。
【図１７】Ｗプローブ、ＢｅＣｕプローブ、Ｐｄプローブのフリッティング電圧と最大電流の関係を示すグラフである。
【図１８】フリッティング後のＷプローブと電極の接触抵抗と引き離し力の関係を示すグラフである。
【図１９】フリッティング後のＢｅＣｕプローブと電極の接触抵抗と引き離し力の関係を示すグラフである。
【図２０】フリッティング後のＰｄプローブと電極の接触抵抗と引き離し力の関係を示すグラフである。
【図２１】従来の検査方法を示すフロー図である。
【図２２】従来の検査方法を用いてプローブと検査用電極を電気的に接触させる状態を示す説明図で、（ａ）はプローブと検査用電極を接触させた状態を示す図、（ｂ）はスクラブによりプローブと検査用電極が電気的に接触した状態を示す図である。
【符号の説明】
Ｄ デバイス（被検査体）
Ｏ 絶縁被膜
１０ 検査装置
１１ フリッティング装置
１２ プローブカード
１２Ａ 検査用プローブ（プローブ）
１２Ｂ フリッティング用プローブ（第２のプローブ）
１３ テスタ
１４ フリッティング回路
１４Ａ 印加電圧バッファアンプ（印加手段）
１４Ｄ 電流制限アンプ（電流制限手段）
１５ フリッティング制御回路（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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