(57)【要約】【課題】  クリーニングを行うことにより安定で好適な電気的接続が得られるカンチレバー型プローブと、それを組み込んだプローブカード又はプローブユニット、及びそのクリーニング方法を提供することを課題とする。【解決手段】  針先部と、本体部と、前記針先部と前記本体部とを連結する連結部とを備え、前記連結部は、前記接触針を下向きにしたときに、上下に間隔をあけて配置された上側連結部材と下側連結部材とを有し、前記上側連結部材と前記下側連結部材とを互いに熱膨張係数が異なる材料で構成することにより、前記接触針の向きが環境温度に依存して変化するようにしたカンチレバー型プローブ、及びそれを組み込んだプローブカード又はプローブユニット、並びにそのクリーニング方法を提供することによって解決する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象である半導体素子の電極と接触する接触針を有する針先部と、本体部と、前記針先部と前記本体部とを連結する連結部とを備え、前記連結部は、前記接触針を下向きにしたときに、上下に間隔をあけて配置された上側連結部材と下側連結部材とを有し、前記上側連結部材と前記下側連結部材とを互いに熱膨張係数が異なる材料で構成することにより、前記接触針の向きが環境温度に依存して変化するようにしたカンチレバー型プローブ。
【請求項２】
前記上側連結部材が前記下側連結部材よりも熱膨張係数が大きな材料で構成されており、前記接触針の先端部のクリーニング時の温度が、前記接触針を検査対象である半導体素子の電極と接触させて行われる特性検査時の温度よりも低い温度に設定されている請求項１記載のカンチレバー型プローブ。
【請求項３】
前記上側連結部材が前記下側連結部材よりも熱膨張係数が小さな材料で構成されており、前記接触針の先端部のクリーニング時の温度が、前記接触針を検査対象である半導体素子の電極と接触させて行われる特性検査時の温度よりも高い温度に設定されている請求項１記載のカンチレバー型プローブ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のカンチレバー型プローブを複数個備えているプローブカード又はプローブユニット。
【請求項５】
請求項１記載のカンチレバー型プローブにおいて、前記上側連結部材が前記下側連結部材よりも熱膨張係数が大きな材料で構成されている場合には、前記接触針を検査対象である半導体素子の電極と接触させて行われる特性検査時の温度よりも低い温度で前記接触針の先端部のクリーニングを行い、前記上側連結部材が前記下側連結部材よりも熱膨張係数が小さな材料で構成されている場合には、前記接触針を検査対象である半導体素子の電極と接触させて行われる特性検査時の温度よりも高い温度で前記接触針の先端部のクリーニングを行うことを特徴とするカンチレバー型プローブにおける接触針先端部のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の特性検査や液晶パネルの検査に用いられるカンチレバー型プローブとそのクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウエハ上に形成された各種半導体素子の特性検査や液晶パネルの検査には、従来から、例えば特許文献１〜３に見られるように、カンチレバー型プローブを組み込んだプローブカードやプローブユニットが用いられており、近年では、検査対象素子における電極ピッチの狭小化に対応して、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて、カンチレバー型プローブを製造する方法も種々提案されている（例えば、特許文献４、５参照）。
【０００３】
よく知られているとおり、カンチレバー型プローブは、検査対象素子の電極と接触し、さらにオーバードライブされることによって、検査対象素子の電極表面に形成されている酸化膜を削り取り、新たに露出した電極面と接触することによって安定した電気的接続を実現するプローブである。したがって、電極との接触回数が増すと、削り取られた酸化膜や電極材料が滓となってプローブにおける接触針の先端部に付着し、次第に安定した電気的接続が実現されなくなることがある。このため、カンチレバー型プローブに対しては、定期的又は不定期的に、接触針先端部をクリーニングすることが行われている。
【０００４】
しかし、本発明者らが得た知見によれば、従来のカンチレバー型プローブにあっては、その接触針先端部のクリーニングを行うと、本来、接触針先端部と検査対象物の電極との電気的接触状態が改善され、良好な電気的導通が得られる筈であるにもかかわらず、かえって電気的接触状態が不安定になり、安定した特性検査を行うことができなくなることがあった。そして、この不安定さは、特にカンチレバー型プローブの使用温度、すなわち、検査温度が高温になるほど顕著にみられた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８１７６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５３９９８号公報
【特許文献３】特開２００８−１６４４２７号公報
【特許文献４】特開２００７−２８５８０２号公報
【特許文献５】特開２０１０−２８６３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来のカンチレバー型プローブが有する欠点を解消するために為されたもので、プローブの接触針先端部のクリーニングを行うことにより、期待どおりに安定で好適な電気的接続が得られるカンチレバー型プローブと、それを組み込んだプローブカード又はプローブユニット、及び、カンチレバー型プローブのクリーニング方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明者は、従来のカンチレバー型プローブにおいて、接触針先端部をクリーニングすると、かえってプローブと電極との電気的接触状態が不安定になり、良好な特性検査を行うことができなくなるのは、クリーニングによって接触針先端部がフラットになり、接触針先端部を検査対象物の電極に接触させてオーバードライブを掛けても、電極表面の酸化膜の除去が十分に行われないことが原因であることを見いだした。
【０００８】
すなわち、図８は従来のカンチレバー型プローブの一例を示す側面図であるが、通常、プローブ１０１における接触針１０２の先端部は、同図の左側に拡大して示すとおり、ウエハＷ上に形成されている検査対象素子Ｄの電極Ｈの表面に対して角度αを有するようにプローブカード又はプローブユニットに組み込まれている。この角度αがあるために、図９に示すように、接触針１０２を電極Ｈに接触させ、さらにオーバードライブを掛けると、接触針１０２の角度をもった先端部が電極Ｈの表面と接触し、やや回転しながら前方にスライドするので、電極Ｈの表面に存在する酸化膜１０３が有効に除去され、接触針１０２の先端部は電極Ｈの新たな露出面と接触し、接触針１０２と電極Ｈとの安定した電気的接続が実現されることになる。
【０００９】
しかしながら、接触針１０２の先端部に付着した酸化膜の滓などを取り除くために接触針１０２をクリーニングすると、図１０の（ａ）から（ｂ）への変化として示すように、接触針１０２の先端部で角度αを形成していた部分１０４が除去され、接触針１０２の先端部がフラットになってしまうことが判明した。そして、このように先端部がフラットになった接触針１０２を電極Ｈと接触させると、例えば図１１に示すように、接触針１０２はその先端部がほぼ平行に電極Ｈと接触し、さらにオーバードライブを掛けても、酸化膜１０３は有効に除去されず、プローブ１０１と電極Ｈとの安定で良好な電気的接続は実現されない。
【００１０】
このような知見に基づき、さらに研究と試行錯誤を繰り返した結果、本発明者らは、カンチレバー型プローブにおいて、接触針部分を片持ち梁状態で支持する部材を熱膨張係数の異なる複数の部分に分割することによって、環境温度に依存して接触針の向きを変化させることができること、また、カンチレバー型プローブの想定される使用温度とクリーニング温度とを異ならせることによって、たとえクリーニングによって接触針先端部がフラットになったとしても、検査時には接触針先端部を角度をもって検査対象素子の電極と接触させることができることを見出して本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明は、検査対象である半導体素子の電極と接触する接触針を有する針先部と、本体部と、前記針先部と前記本体部とを連結する連結部とを備え、前記連結部は、前記接触針を下向きにしたときに、上下に間隔をあけて配置された上側連結部材と下側連結部材とを有し、前記上側連結部材と前記下側連結部材とを互いに熱膨張係数が異なる材料で構成することにより、前記接触針の向きが環境温度に依存して変化するようにしたカンチレバー型プローブ、及び、斯かるカンチレバー型プローブを複数個備えているプローブカード又はプローブユニットを提供することによって、上記課題を解決するものである。
【００１２】
また、本発明は、上記のようなカンチレバー型プローブにおいて、前記上側連結部材が前記下側連結部材よりも熱膨張係数が大きな材料で構成されている場合には、前記接触針を検査対象である半導体素子の電極と接触させて行われる特性検査時の温度よりも低い温度で前記接触針の先端部のクリーニングを行い、前記上側連結部材が前記下側連結部材よりも熱膨張係数が小さな材料で構成されている場合には、前記接触針を検査対象である半導体素子の電極と接触させて行われる特性検査時の温度よりも高い温度で前記接触針の先端部のクリーニングを行うことを特徴とするカンチレバー型プローブにおける接触針先端部のクリーニング方法を提供することによって、上記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のカンチレバー型プローブ、及び本発明のカンチレバー型プローブを備えた本発明のプローブカード又はプローブユニットによれば、クリーニングによってカンチレバー型プローブにおける接触針先端部がフラットになったとしても、検査時には接触針先端部を角度をもって検査対象素子の電極と接触させることができ、検査対象素子の電極との間で常に安定で良好な電気的接続を実現することができるという利点が得られる。また、本発明のクリーニング方法によれば、カンチレバー型プローブと検査対象素子の電極との間の電気的接続に悪影響を及ぼさずに接触針先端部のクリーニングを行うことができるので、カンチレバー型プローブを用いて、半導体素子又は液晶パネルの検査を常に安定かつ良好な状態で行うことができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のカンチレバー型プローブの一例を示す断面図である。
【図２】図１に示すプローブ１において環境温度がＴ０からＴ１に低下した場合の変化を示す図である。
【図３】図１に示すプローブ１において環境温度がＴ０からＴ２に上昇した場合の変化を示す図である。
【図４】本発明のクリーニング方法を説明する図である。
【図５】本発明のクリーニング方法を説明する図である。
【図６】本発明のクリーニング方法を説明する図である。
【図７】本発明のクリーニング方法を説明する図である。
【図８】従来のカンチレバー型プローブの一例を示す図である。
【図９】従来のカンチレバー型プローブによって電極表面の酸化膜が除去される様子を示す図である。
【図１０】針先のクリーニングによって針先端部の一部が除去される様子を示す図である。
【図１１】先端部がフラットな接触針が電極と接触したときの様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。
【００１６】
図１は、本発明のカンチレバー型プローブの一例を示す断面図である。図１において、１はカンチレバー型プローブ（以下、単に「プローブ」という。）、２はその針先部、３は本体部、４は針先部２と本体部３とを連結し、針先部２を片持ち梁状に支持する連結部である。針先部２には接触針２Ｔが設けられている。連結部４は、上側連結部材４Ｕ、下側連結部材４Ｌ、及びスペーサ４Ｓとから構成されており、上側連結部材４Ｕと下側連結部材４Ｌとはスペーサ４Ｓによって互いに上下に間隔をあけて配置されている。因みに、本明細書において上下とは、図１に示すように、接触針２Ｔが下向きになるようにプローブ１を配置したときの上下をいうものとする。５はプローブカードの基板であり、プローブ１は本体部３で基板５に取り付けられている。Ａは、接触針２Ｔの向きが基板５と平行な面ｈに対して為す角度であり、図１に示す状態では角度Ａは９０度である。また、プローブ１が置かれている環境温度はＴ０である。
【００１７】
本例において、上側連結部材４Ｕは下側連結部材４Ｌよりも熱膨張係数の大きな材料で構成されている。例えば、上側連結部材４Ｕを構成する材料としてニッケル（Ｎｉ）を用い、下側連結部材４Ｌを構成する材料としてニッケルタングステン合金（Ｎｉ９４質量％：Ｗ６質量％）を用いる場合には、上側連結部材４Ｕの熱膨張係数は約１２．８×１０６、下側連結部材４Ｌの熱膨張係数は約５．４×１０６となり、上側連結部材４Ｕの熱膨張係数を下側連結部材４Ｌの熱膨張係数よりも大きくすることができる。また、上側連結部材４Ｕをニッケル（Ｎｉ）で構成し、下側連結部材４Ｌをニッケルとニッケル鉄合金（Ｎｉ−Ｆｅ）で構成しても良い。いずれにせよ、上側連結部材４Ｕと下側連結部材４Ｌとを構成する材料の組み合わせには特段の制限はなく、上側連結部材４Ｕの熱膨張係数と下側連結部材４Ｌの熱膨張係数とを異ならせることができる限り、どのような材料を組み合わせて用いても良い。
【００１８】
図２は、図１に示すプローブ１において、環境温度がＴ０からＴ１に低下した場合の変化を示す図である。環境温度が低下した場合には、その温度低下に応じて上側連結部材４Ｕ及び下側連結部材４Ｌの双方は熱収縮するが、上側連結部材４Ｕは下側連結部材４Ｌよりも熱膨張係数の大きな材料で構成されているので、その熱収縮量は、上側連結部材４Ｕの方が下側連結部材４Ｌよりも大きい。したがって、上側連結部材４Ｕ、下側連結部材４Ｌ、及びスペーサ４Ｓで構成される連結部４は上方に曲がり、連結部４に固定されている針先部２も上方に向かって移動する。その結果、接触針２Ｔの向きが変わり、接触針２Ｔの向きが基板５と平行な面ｈに対して為す角度はＡからＢへと変化する。ここで、角度Ｂは角度Ａよりも小さく、Ｂ＜Ａである。
【００１９】
図３は、図１に示すプローブ１において、環境温度がＴ０からＴ２に上昇した場合の変化を示す図である。環境温度が上昇した場合には、その温度上昇に応じて上側連結部材４Ｕ及び下側連結部材４Ｌの双方は熱膨張するが、上側連結部材４Ｕは下側連結部材４Ｌよりも熱膨張係数の大きな材料で構成されているので、その熱膨張量は、上側連結部材４Ｕの方が下側連結部材４Ｌよりも大きい。したがって、上側連結部材４Ｕ、下側連結部材４Ｌ、及びスペーサ４Ｓで構成される連結部４は下方に曲がり、連結部４に固定されている針先部２も下方に向かって移動する。その結果、接触針２Ｔの向きが変わり、接触針２Ｔの向きが基板５と平行な面ｈに対して為す角度はＡからＣへと変化する。ここで、角度Ｃは角度Ａよりも大きく、Ｃ＞Ａである。
【００２０】
以上は、上側連結部材４Ｕが下側連結部材４Ｌよりも熱膨張係数の大きな材料で構成されている場合について説明したが、上側連結部材４Ｕが下側連結部材４Ｌよりも熱膨張係数の小さな材料で構成されている場合には、温度変化に対する連結部４の曲がる方向が逆になるだけで、図１〜図３に示したのと同様に、環境温度の変化に依存して、針先部２の接触針２Ｔの向きが変化する。
【００２１】
以上のとおり、本発明のプローブ１においては、連結部４を構成する上側連結部材４Ｕと下側連結部材４Ｌとが、互いに熱膨張係数の異なる材料で構成されているので、連結部４に支持される針先部２に設けられている接触針２Ｔの向きがプローブ１が置かれる環境温度に依存して変化することになる。
【００２２】
なお、上側連結部材４Ｕと下側連結部材４Ｌとは、両者の間にスペーサ４Ｓを介在させずに互いに上下に重ねても良いが、両者が接触していると、温度変化に依存して膨張又は収縮する際に、互いの支障となる可能性があるので、上側連結部材４Ｕと下側連結部材４Ｌとは、両者の間にスペーサ４Ｓを介在させて、互いに間隔をあけて上下に配置するのが好ましい。また、上側連結部材４Ｕと下側連結部材４Ｌとは、必ずしも、上下に重なる必要はないが、上側連結部材４Ｕと下側連結部材４Ｌとの位置が横方向にずれていると、熱膨張又は熱収縮の際に連結部４を曲げる力に捻れが混入し、連結部４が上下方向だけでなく横方向にも曲がることになるので好ましくない。したがって、上側連結部材４Ｕと下側連結部材４Ｌとは、その中心線を合わせて上下に配置するのが好ましい。
【００２３】
上側連結部材４Ｕと下側連結部材４Ｌとは、必ずしも同形、同大でなくても良く、一方の幅を他方よりも狭くしても良い。さらに、上記の例では、プローブ１における連結部４は、スペーサ４Ｓに加えて、上側連結部材４Ｕと下側連結部材４Ｌの２本の連結部材を有しているが、環境温度の変化に依存して接触針２Ｔの向きが変わる限り、連結部材の数は３本であっても良く、４本以上であっても良い。
【００２４】
なお、以上説明したようなプローブ１は、適宜の方法で製造することができるが、好適には、例えば、特許文献４、５に見られるような、半導体製造技術を応用した微細加工技術によって製造することができる。
【００２５】
次に、図４及び図５を用いて本発明のクリーニング方法について説明する。図４は、図１〜図３に示したのと同じく、上側連結部材４Ｕが下側連結部材４Ｌよりも熱膨張係数の大きな材料で構成されるプローブ１を示している。図４の左側には接触針２Ｔの部分を拡大して示してある。接触針２Ｔの先端部は、基板５と平行な面に対して角度αを有しており、これにより、検査対象素子の電極と接触した場合には、その電極表面に存在する酸化膜を効果的に除去して、接触針２Ｔと電極との安定した良好な電気的接続が実現される。斯かるプローブ１において、接触針２Ｔの先端部に汚れや酸化膜の削り滓などが付着したときには、針先のクリーニングが行われる。
【００２６】
このとき、図４のプローブ１は上側連結部材４Ｕが下側連結部材４Ｌよりも熱膨張係数の大きな材料で構成されているので、クリーニングを行う環境温度は、プローブ１が実際の検査に使用されるときの環境温度よりも低い温度に設定される。例えば、プローブ１が高温での特性検査に用いられるものである場合には、クリーニングを行うときの環境温度は室温若しくはそれ以下の温度に設定され、プローブ１が室温での特性検査に用いられるものである場合には、クリーニングを行うときの環境温度は室温以下の温度に設定される。
【００２７】
図５は、図４に示したプローブ１の環境温度が低下した状態を示している。環境温度が低下すると連結部４は上方に曲がり、それに伴い、接触針２Ｔの向きも上向きに変化するが、上側連結部材４Ｕ及び下側連結部材４Ｌを構成する材料の熱膨張係数の差、上側連結部材４Ｕ及び下側連結部材４Ｌの長さ、及び／又はクリーニング温度を適宜設定することによって、クリーニング時における接触針２Ｔの先端部が基板５と平行な面ｈに対して為す角度を、図５に示すように、「零」に近づけることが可能である。つまり、本発明のプローブ１を用いて本発明のクリーニング方法を実行する場合には、クリーニング時には接触針２Ｔの先端部は基板５と平行な面ｈと平行になるので、クリーニングによって接触針２Ｔの先端部が面ｈと平行にフラットに仕上げられた場合でも、接触針２Ｔの先端部において角度αを為す部分までもが除去されてしまうことがない。このため、クリーニングが終了してプローブ１が再び検査実行時の温度環境に戻されたときには、プローブ１における接触針２Ｔの先端部は再び基板５と平行な面ｈに対して所定の角度αを為すことになり、電極との接触時には、電極表面の酸化膜を確実に除去し、電極との安定した良好な電気的接続が実現される。
【００２８】
次に図６及び図７を用いて、本発明のクリーニング方法の他の例を説明する。図６に示すプローブ１は、これまでのものとは違って、上側連結部材４Ｕが下側連結部材４Ｌよりも熱膨張係数の小さな材料で構成されており、検査実行時の温度環境においては、図６の左側に示すとおり、接触針２Ｔの先端部は、基板５と平行な面に対して角度αを有している。
【００２９】
図６に示すようなプローブ１のクリーニングを行う場合には、上側連結部材４Ｕが下側連結部材４Ｌよりも熱膨張係数の小さな材料で構成されているので、クリーニングを行う環境温度は、プローブ１が実際の検査に使用されるときの環境温度よりも高い温度に設定される。例えば、プローブ１が低温での特性検査に用いられるものである場合には、クリーニングを行うときの環境温度は室温若しくはそれ以下の温度に設定され、プローブ１が室温での特性検査に用いられるものである場合には、クリーニングを行うときの環境温度は室温以下の温度に設定される。
【００３０】
図７は、図６に示したプローブ１の環境温度が上昇した状態を示している。環境温度が上昇すると連結部４は上方に曲がり、それに伴い、接触針２Ｔの向きも上向きに変化するが、先に説明したとおり、上側連結部材４Ｕ及び下側連結部材４Ｌを構成する材料の熱膨張係数の差、上側連結部材４Ｕ及び下側連結部材４Ｌの長さ、及び／又はクリーニング温度を適宜設定することによって、クリーニング時における接触針２Ｔの先端部が基板５と平行な面ｈに対して為す角度を、図７に示すように、「零」に近づけることが可能である。これにより、本発明のプローブ１を用いて本発明のクリーニング方法を実行する場合には、クリーニングによって接触針２Ｔの先端部が面ｈと平行にフラットに仕上げられた場合でも、接触針２Ｔの先端部において角度αを為す部分までもが除去されてしまうことがなく、クリーニングが終了してプローブ１が再び検査実行時の温度環境に戻されたときには、プローブ１における接触針２Ｔの先端部は再び基板５と平行な面ｈに対して所定の角度αを為すことになり、電極との接触時には、電極表面の酸化膜を確実に除去し、電極との安定した良好な電気的接続が実現される。
【００３１】
以上のとおり、本発明のプローブ１のクリーニングを行う場合には、上側連結部材４Ｕが下側連結部材４Ｌよりも熱膨張係数が大きな材料で構成されている場合には、接触針２Ｔを検査対象である半導体素子の電極と接触させて行われる特性検査時の温度よりも低い温度で接触針２Ｔの先端部のクリーニングを行い、上側連結部材４Ｕが下側連結部材４Ｌよりも熱膨張係数が小さな材料で構成されている場合には、接触針２Ｔを検査対象である半導体素子の電極と接触させて行われる特性検査時の温度よりも高い温度で接触針２Ｔの先端部のクリーニングを行なうようにすれば良い。
【００３２】
上述したような本発明のクリーニング方法によれば、クリーニングを実行してもプローブ１における接触針２Ｔの先端部の基板５と平行な面ｈに対して為す角度αが失われることがなく、電極表面の酸化膜を確実に除去して、プローブ１における接触針２Ｔと検査対象素子の電極との間の安定した良好な電気的接続を継続して実現することが可能となる。
【００３３】
本発明のプローブ１は、通常、その複数個がプローブカード又はプローブユニットに組み込まれ、半導体素子や液晶パネルの検査に用いられる。本発明のプローブ１が組み込まれるプローブカードやプローブユニットの構造、大きさ等には特段の制限はない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のカンチレバー型プローブ及びそれを組み込んだプローブカード又はプローブユニット、さらには本発明のクリーニング方法によれば、接触針先端部のクリーニングを行っても検査対象素子の電極との間の安定した良好な電気的接続を継続して実現することが可能となる。本発明は、半導体素子や液晶パネルなどの検査効率と検査精度の向上に寄与するところが大であり、大いなる産業上の有用性を備えるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１、１０１    カンチレバー型プローブ
２、１０２    針先部
２Ｔ          接触針
３            本体部
４            連結部
４Ｕ          上側連結部材
４Ｌ          下側連結部材
５            基板
１０３        酸化膜
１０４        被除去部
Ｄ            半導体素子
Ｈ            電極
Ｗ            ウエハ
【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】
2013246091.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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