(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブの先端部分に付着した異物を除去するのに使用されるプローブ先端クリーニング部材において、表面上が粗面にされた基板と、前記基板の面上に形成された研磨層とを具備しており、前記研磨層は、プローブの周側面ではなくその先端面のみをクリーニングさせるのに必要な厚みにされており且つクリーニング時にプローブの先端面を通じて作用する押圧力により当該プローブの先端面が前記基板の粗面上に到達し得る深さまで表面が窪むような弾性を有した層であって、前記基板の粗面に入り込み可能な粒径を有し且つプローブの先端面をクリーニングするに適した研磨粒子からなる微粉研磨剤が混入されていることを特徴とするプローブ先端クリーニング部材。
【請求項２】
請求項１記載のプローブ先端クリーニング部材において、前記基板の表面上が前記プローブに比べて硬い硬質膜でコーティングされていることを特徴とするプローブ先端クリーニング部材。
【請求項３】
請求項１又は２記載のプローブ先端クリーニング部材において、前記研磨層は、軟質ゴムを母材とした上側研磨層と硬質ゴムを母材とした下側研磨層との２重構造となっていることを特徴とするプローブ先端クリーニング部材。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載のプローブ先端クリーニング部材において、前記基板の代わりに、プローブクリーニング装置のステージ上に貼り付けが容易であり且つ表面上が粗面にされた硬質樹脂膜を用い、前記研磨層も含めて当該ステージに合わせて任意の形状に容易にカットすることが可能な材質のものが用いられていることを特徴とするプローブ先端クリーニング部材。
【請求項５】
プローブカードに取り付けられたプローブの先端部分に付着した異物を除去するプローブクリーニング装置において、プローブカードに対して相対的に移動させるステージと、ステージ上にセットされた請求項１、２、３又は４記載のプローブ先端クリーニング部材と、ステージを相対的に移動させる制御部とを具備しており、制御部は、ステージを相対的に移動させ、これによりプローブカードの面上に取り付けられたプローブの先端面を前記プローブ先端クリーニング部材の基板又は硬質樹脂膜の面上の粗面に近接させ、この状態で、前記粗面に入り込み且つ前記研磨層に混入された微粉研磨剤の研磨粒子により前記プローブの先端面のクリーニングが行われるように、ステージを相対的に微細移動させる構成となっていることを特徴とするプローブクリーニング装置。
【請求項６】
請求項５のプローブクリーニング装置を用いてプローブカードに取り付けられたプローブの先端部分に付着した異物を除去するプローブ先端クリーニング方法において、請求項１、２、３又は４のプローブ先端クリーニング部材をステージ上にセットし、プローブカードに対してステージを相対的に移動させ、これによりプローブカードの面上に取り付けられたプローブの先端面を前記プローブ先端クリーニング部材の研磨層に接触せさ、この際の押圧力により前記研磨層の表面を窪ませ、前記プローブの先端面が前記プローブ先端クリーニング部材の基板又は硬質樹脂膜の面上の粗面に近接した状態で、前記粗面に入り込み且つ前記研磨層に混入された微粉研磨剤の研磨粒子により前記プローブの先端面のクリーニングが行われるように、プローブカードに対してステージを相対的に微細移動させるようにしたことを特徴とするプローブ先端クリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はプローブの先端部分に付着した異物を除去するプローブ先端クリーニング部材、プローブクリーニング装置及びプローブ先端クリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハに数多く形成された半導体チップ等の電気的緒特性を測定する際には、半導体チップ等の電極パッドに合わせて配置された数多くのプローブを有したプローブカードが使用される。即ち、ステージ上に半導体ウエハをセットした後、ステージをプローブカードの方向に移動させ、プローブの先端を半導体チップの電極パッドに押圧接触させる（オーバドライブ）。この状態で半導体チップと半導体テスターとがプローブを通じて電気的に接続されることから、半導体チップの電気的緒特性が半導体テスターにより測定されるようになっている。このような測定は半導体ウエハの製造工程が終了して検査工程の段階で行われている。
【０００３】
ところが、プローブの先端部分が電極パッドにオーバドライブされることから、電極パッドの一部が削り取られ易く、削り取られたアルミニウムの粉等の異物がプローブの先端部分に付着することがある。このように付着した異物を放置すると、プローブと電極パッドとの間の導通不良が生じ、正確な測定を行うことが不可能になる。このような事態を回避するために、プローブカードを所定時間使用した後には、プローブの先端部分のクリーニングを行うようにしている。この際に使用されるのがプローブ先端クリーニング部材である。
【０００４】
プローブ先端クリーニング部材の従来例として特開平７−２４４０７４号公報に開示されたものがある。これは、図７（Ａ）に示すように半導体ウエハと同一形状及び同一寸法の基板１の表面上に研磨層２が形成された構成となっている。研磨層２は、シリコンゴム又はウレタンゴム等の弾性を有する母材にアルミナ、シリコンカーバント又はダイヤモンド等の微粉研磨材が混入されている。即ち、図７（Ｂ）に示すように、プローブ３の先端部分を研磨層２の面上に略垂直に何回か接触させ、この過程でプローブ３の先端部分に付着した異物を除去するようになっている。従来のセラミック板を用いたものは異なり、プローブの先端面が研磨され難いことから、プローブの長寿命化を図ることが可能になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例による場合、クリーニングの過程でプローブの先端部分の周側面が研磨され易いという問題が指摘されている。プローブの先端部分は２０μｍ程度の細さであり、これが数１０回のクリーニングによりその半分程度になってしまうこともある。特に、プローブのクリーニングを自動的に行う場合にあっては、プローブの先端部分とプローブ先端クリーニング部材との両方を方をＣＣＤカメラで撮影し、画像認識を通じてステージの移動を制御しているものの、プローブの先端部分の直径が当初の半分程度の細さになると、ＣＣＤカメラでもってプローブの先端部分を認識することが不可能となり、プローブの自動クリーニング工程が停止してしまう結果となる。
【０００６】
本発明は上記した背景の下で創作されたものであって、その主たる目的とするところは、クリーニングの過程でプローブの先端部分の周側面が研磨され難いプローブ先端クリーニング部材、プローブクリーニング装置及びプローブ先端クリーニング方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプローブ先端クリーニング部材は、プローブの先端部分に付着した異物を除去するのに使用されるプローブ先端クリーニング部材において、表面上が粗面にされた基板と、前記基板の面上に形成された研磨層とを具備しており、前記研磨層は、プローブの周側面ではなくその先端面のみをクリーニングさせるのに必要な厚みにされており且つクリーニング時にプローブの先端面を通じて作用する押圧力により当該プローブの先端面が前記基板の粗面上に到達し得る深さまで表面が窪むような弾性を有した層であって、前記基板の粗面に入り込み可能な粒径を有し且つプローブの先端面をクリーニングにするに適した研磨粒子からなる微粉研磨剤が混入されている。
【０００８】
このような構成による場合、プローブの先端面を研磨層に接触させると、この際の押圧力により研磨層が窪み、プローブの先端面が基板の面上の粗面に近接した状態になる。この粗面には研磨層に混入された微粉研磨材の研磨粒子が入り込むことから、プローブの先端面が当該研磨粒子によりクリーニングされることになる。研磨層はプローブの先端面のみをクリーニングさせるのに必要な厚みにされていることから、プローブのクリーニングが繰り返し行われても、その周側面が研磨され難く、プローブの先端部分が変形することも殆どなくなる。
【０００９】
基板の硬さがプローブより柔らかい場合、基板の表面上をプローブに比べて硬い硬質膜でコーティングするようにすると良い。
【００１０】
プローブの先端面が球面形状である場合、研磨層については、軟質ゴムを母材とした上側研磨層と硬質ゴムを母材とした下側研磨層との２重構造とすることが望ましい。
【００１１】
本発明に係るプローブクリーニング装置は、プローブカードに取り付けられたプローブの先端部分に付着した異物を除去する装置であって、プローブカードに対して相対的に移動させるステージと、ステージ上にセットされた前記プローブ先端クリーニング部材と、ステージを相対的に移動させる制御部とを具備しており、制御部は、ステージを相対的に移動させ、これによりプローブカードの面上に取り付けられたプローブの先端面を前記プローブ先端クリーニング部材の基板又は硬質樹脂膜の面上の粗面に近接させ、この状態で、前記粗面に入り込み且つ前記研磨層に混入された微粉研磨剤の研磨粒子により前記プローブの先端面のクリーニングが行われるように、ステージを相対的に微細移動させる構成となっていることを特徴としている。
【００１２】
このようなプローブクリーニング装置で使用されるプローブ先端クリーニング部材については、前記基板の代わりに、プローブクリーニング装置のステージ上に貼り付けが容易であり且つ表面上が粗面にされた硬質樹脂膜を用い、前記研磨層も含めた当該ステージに合わせて任意の形状に容易にカットすることが可能な材質のものが用いるようにすることが望ましい。
【００１３】
本発明に係るプローブ先端クリーニング方法は、前記プローブクリーニング装置を用いてプローブカードに取り付けられたプローブの先端部分に付着した異物を除去する方法であって、前記プローブ先端クリーニング部材をステージ上にセットし、プローブカードに対してステージを相対的に移動させ、これによりプローブカードの面上に取り付けられたプローブの先端面を前記プローブ先端クリーニング部材の研磨層に接触させ、この際の押圧力により前記研磨層の表面を窪ませ、前記プローブの先端面が前記プローブ先端クリーニング部材の基板又は硬質樹脂膜の面上の粗面に近接した状態で、前記粗面に入り込み且つ前記研磨層に混入された微粉研磨剤の研磨粒子により前記プローブの先端面のクリーニングが行われるように、プローブカードに対してステージを相対的に微細移動させるようにしたことを特徴としている。
【００１４】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１はプローブ先端クリーニング部材の断面図、図２はプローブの平らな先端面がクリーニングされている様子を併せて示した同プローブ先端クリーニング部材の模式的拡大側面図、図３はプローブの球面状の先端面がクリーニングされている様子を併せて示した同プローブ先端クリーニング部材の模式的拡大側面図、図４はプローブ先端クリーニング部材の変形例を説明するための同部材の断面図、図５はプローブクリーニング装置の模式的構成図、図６はプローブ先端クリーニング部材の別の変形例を説明するための同部材の断面図である。
【００１５】
図１に示すプローブ先端クリーニング部材Ａは、プローブ１１０の先端部分に付着した異物を除去するのに使用されるものである。図１（Ａ）に示すように表面上が粗面１１にされた基板１０（図２及び図３参照）と、基板１０の面上に形成された研磨層２０とを具備している。以下、各部を詳細に説明する。
【００１６】
基板１０としてここではウエハ、ガラス、金属板、セラミック板等を用いている。このようなウエハ等の表面にＰＶＤ、ＣＶＤ等の技術を利用して図２又は３に示すような粗面１１が形成されている。また、粗面１１の表面粗さについては、後述する研磨粒子２１の平均粒径の１〜１０倍程度に設定されている。なお、最初から表面に粗面１１がある材質のものを基板１０として使用するときにはＰＶＤ、ＣＶＤ等の処理は不要である。
【００１７】
基板１０についてはビッカース硬度においてプローブ１１０と同等以上のものを選定することが望ましい。もっとも、基板１０の硬さがプローブ１１０より柔らかい場合、基板１０の表面上をプローブ１１０に比べて硬い硬質膜１２でコーティングするようにすると良い。硬質膜１２の材質については、プローブ１１０の材質や先端形状等を考慮して、ＴｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＤＬＣ等を選定し、その厚みについては0. 1μｍ以上にすると良い。
【００１８】
研磨層２０は、クリーニング時にプローブ１１０の先端面を通じて作用する押圧力により表面が窪むように弾性を有した層である。ここではシリコンゴム又はウレタンゴム等を用いている。研磨層２０には、粗面１１に入り込み且つプローブ１１０の先端面をクリーニングにするに適した研磨粒子２１（図２及び図３参照）からなる微粉研磨剤が混入されている。ここでは微粉研磨剤としてシリコン、シリカ、アルミナ、シリコンカーバイド又はダイヤモンド粉等を用いている。その材質や粒径については、プローブ１１０の材質及び先端面形状等に応じて適宜選択し、体積含有率については１〜５０％程度に設定すると良い。
【００１９】
研磨層２０は、プローブ１１０の周側面ではなくその先端面のみをクリーニングさせるのに必要な厚みにされている。即ち、従来０．５ｍｍ程度の厚さであったものを、0. 1μｍ〜１００μｍ程度の厚さにする。具体的な値については、この程度の範囲内において、プローブ１１０の材質及び先端面形状等に応じて適宜選定すれば良い。
【００２０】
このように構成されたプローブ先端クリーニング部材Ａによる場合、プローブ１１０の先端面を研磨層２０に接触させると、図１（Ｂ）に示すように、この際の押圧力により研磨層２０が窪むことになる。このときプローブ１１０の先端面は基板１０の面上の粗面１１に近接した状態になるものの、プローブ接触時において薄く伸びた研磨層２０が緩衝材の役目を果たすことになる。
【００２１】
なお、プローブ接触時の研磨層２０の窪みの形状についてはプローブ１１０の先端面の形状等により若干異なる。例えば、プローブ１１０の先端面の形状が平らであるときには図２に示す通りになる一方、プローブ１１０の先端面の形状が球面であるときには図３に示す通りとなる。
【００２２】
粗面１１には研磨層２０に混入した微粉研磨材の研磨粒子２１が入り込むことから、プローブ１１０等を微細移動させると、プローブ１１０の先端面が研磨粒子２１によりクリーニングされることになる。特に、図２に示すようなプローブ１１０の先端面の形状が平らであるときにはプローブ１１０の先端面にバリが強固に付着し易いが、このバリについても完全に除去することが可能になる。また、研磨層２０はプローブ１１０の先端面のみをクリーニングさせるのに必要な厚みにされていることから、プローブ１１０のクリーニングが繰り返し行われても、その周側面が研磨され難く、プローブ１１０の先端部分が変形することも殆どなくなる。特に、図２又は図３に示すようなプローブ１１０の先端面の形状が平ら又は球面であっても、この形状が殆ど変化しなくなる。
【００２３】
プローブ１１０の硬さがビッカース硬度で１０００以下であり、その先端面の形状が球面であるときには、図４に示すような構造のプローブ先端クリーニング部材Ａを用いることが望ましい。上記したものと構造的に異なる点は、研磨層２０’だけである。研磨層２０’は軟質ゴム（ここではＪＩＳ  Ａ１０以下のゲルを用いている）を母材とした上側研磨層２１’と、軟質ゴム（ＪＩＳ  Ａ５０以上のゲルを用いている）を母材とした下側研磨層２２’との２重構造となっている。微粉研磨剤が混入されている点についても上記のものと同様である。
【００２４】
このようなプローブ先端クリーニング部材Ａを使用してプローブ１００のクリーニングを繰り返し行った場合、上記のものに比べてプローブ１００の先端面の球面の形状が一層維持されることが確かめられている。
【００２５】
プローブ１１０のクリーニングについては手作業で行っても良いが、実際には図５に示すようなプローブクリーニング装置Ｂを用いたプローブ１１０のクリーニングを自動的に行うのが一般的である。
【００２６】
プローブクリーニング装置Ｂは、プローブカード１００に取り付けられたプローブ１１０の先端部分に付着した異物を除去する装置であって、プローブカード１００に対して相対的に移動させるステージ２００と、ステージ２００上にセットされたプローブ先端クリーニング部材Ａと、ステージ２００を相対的に移動させる制御部３００とを具備している。制御部３００は具体的にはマイクロコンピュータ等である。
【００２７】
なお、プローブクリーニング装置Ｂは、プローブカード１００を用いて半導体チップ等の電気的緒特性を測定する測定装置そのものであり、同測定装置の制御部に若干の設計変更を加えたものを制御部３００として表している。
【００２８】
制御部３００は、ステージ２００を相対的に移動させ、これによりプローブカード１００の面上に取り付けられたプローブ１１０の先端面をプローブ先端クリーニング部材Ａの基板１０（又は硬質樹脂膜１２）の面上の粗面１１に近接させ、この状態で、粗面１１に入り込み且つ研磨層２０に混入された微粉研磨剤の研磨粒子２１によりプローブ１１０の先端面のクリーニングが行われるように、ステージ２００を相対的に微細移動させる構成となっている。
【００２９】
次に、以上のように構成されたプローブクリーニング装置Ｂによりプローブ１１０がクリーニングされる過程について説明する。
【００３０】
まず、プローブ先端クリーニング部材Ａをステージ２００上にセットし、プローブカード１００に対してステージ２００を相対的に移動させ、プローブカード１００の面上に取り付けられたプローブ１１０の先端面をプローブ先端クリーニング部材Ａの研磨層２０に接触させる。この際の押圧力により研磨層２０の表面が窪む。プローブ１１０の先端面がプローブ先端クリーニング部材Ａの基板１０（又は硬質樹脂膜１２）の面上の粗面１１に近接した状態で、粗面１１に入り込み且つ研磨層２０に混入された微粉研磨剤の研磨粒子２１によりプローブ１１０の先端面のクリーニングが行われるように、プローブカード１００に対してステージ２００を相対的に微細移動させる。これでプローブ１１０の先端面のクリーニングが完了する。
【００３１】
制御部３００においては、ステージ２００を自動的に移動させるに当たり、実際には、プローブ１１０の先端部分とプローブ先端クリーニング部材Ａとの両方を図外のＣＣＤカメラで撮影している。即ち、ＣＣＤカメラで撮影した画面の画像認識を通じてステージ２００の移動を制御している。しかし、プローブ１１０の先端部分をクリーニングするのに、プローブ先端クリーニング部材Ａを用いている以上、従来例による場合とは異なり、プローブ１１０のクリーニングが繰り返し行われても、その直径が細くなり難いので、ＣＣＤカメラでもってプローブ１１０の先端部分を確実に認識することが可能になり、プローブ１１０の自動クリーニング工程が停止するということがなくなる。
【００３２】
プローブクリーニング装置Ｂを使用してプローブ１１０のクリーニングを行う場合、図６に示すような構造のプローブ先端クリーニング部材Ａ１を用いてもかまわない。
【００３３】
このプローブ先端クリーニング部材Ａ１は、基板１０の代わりに、プローブクリーニング装置Ｂのステージ２００上に貼り付けが容易であり且つ表面上が粗面にされた硬質樹脂膜３０を用いている。そして、研磨層２０’も含めて、ステージ２００に合わせて任意の形状に容易にカットすることが可能な材質のものを用いた構造となっている。なお、図中５０はステージ２００に取り付けられたウエハであり、図中４０はウエハ５０上にプローブ先端クリーニング部材Ａ１を貼り付けるための粘着材である。
【００３４】
硬質樹脂膜３０の材質についてはポリイミドフィルムやＰＥＴフィルム等であり、その厚みは４μｍ〜３００μｍとなっている。この表面にはＰＶＤ、ＣＶＤ等の技術を利用して図２又は３に示すのと同様の粗面が形成されているが、最初から表面に粗面がある材質のものを硬質樹脂膜３０として使用するときにはＰＶＤ、ＣＶＤ等の処理は不要である。研磨層２０’については図４に示すものと全く同じである。
【００３５】
ここではウエハ５０上にプローブ先端クリーニング部材Ａ１を貼り付けるようになっているが、ステージ２００上に直接取り付けるようにしてもかまわないのは当然である。
【００３６】
このようなプローブ先端クリーニング部材Ａ１であっても図１又は図４に示すものと同一のメリットを奏する。また、プローブクリーニング装置Ｂのステージ２００の形状や寸法については多種多様であるものの、プローブ先端クリーニング部材Ａ１による場合、その全体を任意の形状に容易にカットすることが可能であることから、どのようなタイプのプローブクリーニング装置Ｂにも適用が容易であり、汎用性という点でメリットがある。
【００３７】
なお、本発明に係るプローブ先端クリーニング部材は上記実施形態に限定されず、基板、研磨層、微粉研磨材の材質等については、上記と同様な機能を有する限りにおいて適宜設定変更することが可能である。また、本発明に係るプローブクリーニング装置は上記実施形態に限定されず、上記プローブ先端クリーニング部材を用い、しかもプローブの先端面をプローブ先端クリーニング部材の基板の粗面に近接させつつ、クリーニングする限り、どのような設計変更をしてもかまわない。
【００３８】
【発明の効果】
以上、本発明に係るプローブ先端クリーニング部材による場合、基板上に形成された研磨層がプローブの先端面のみをクリーニングさせるのに必要な厚みにされており且つクリーニング時にプローブの先端面を通じて作用する押圧力により当該プローブの先端面が前記基板の粗面上に到達し得る深さまで表面が窪むような弾性を有した層であって、前記基板の粗面に入り込み可能な粒径を有し且つプローブの先端面をクリーニングにするに適した研磨粒子からなる微粉研磨剤が混入された構成となっているので、当該研磨層に混入された研磨粒子が基板の粗面に入り込んでプローブの先端面を研磨する。即ち、プローブの先端面のみを研磨するようになっているので、プローブのクリーニングが繰り返し行われても、その周側面が研磨され難く、プローブの先端部分が変形することも殆どなくなり、プロープの先端面の形状が維持されるというメリットがある。
【００３９】
本発明に係るプローブクリーニング装置及びプローブ先端クリーニング方法による場合、上記プローブ先端クリーニング部材を用いてプローブの先端部分をクリーニングするようになっているので、上記と同様のメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための図であって、プローブ先端クリーニング部材の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を説明するための図であって、プローブの平らな先端面がクリーニングされている様子を併せて示した同プローブ先端クリーニング部材の模式的拡大側面図である。
【図３】本発明の実施の形態を説明するための図であって、プローブの球面形状の先端面がクリーニングされている様子を併せて示した同プローブ先端クリーニング部材の模式的拡大側面図である。
【図４】同プローブ先端クリーニング部材の変形例を説明するための同部材の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態を説明するための図であって、プローブクリーニング装置の模式的構成図である。
【図６】同プローブ先端クリーニング部材の別の変形例を説明するための同部材の断面図である。
【図７】従来例を説明するための図であって、プローブ先端クリーニング部材の断面図である。
【符号の説明】
Ａ  プローブ先端クリーニング部材
１０  基板
１１  粗面
２０  研磨層
２１  研磨粒子
Ｂ  プローブクリーニング装置
１００  プローブカード
１１０  プローブ
２００  ステージ
３００  制御部
【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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