JP2007165697A - プローバのプローブクリーニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械による量産が可能なように、よく知られた部品によって構成された安価なクリーニングブラシユニットの提供。
【解決手段】移動台の寸法に合わせたプレート８４と、プレート８４の上に載せたブラシベース８５と、ブラシベース８５の上に敷いたブラシベースラバー８８とその上に必要な数だけ並べたクリーニングブラシ８１と、クリーニングブラシ８１の端を押さえて固定するクランプベース８６と、サポートプレート８７と、サポートプレート８７を押さえて固定する六角穴付き止めネジ８９とでクリーニングブラシユニットを構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウェハ上に形成された複数の半導体チップ（ダイ）の電気的検査お行うプローバのプローブクリーニングに用いるクリーニング装置に関する。

半導体製造工程においては、薄い円盤状の半導体ウェハに各種の処理を施して、半導体装置（デバイス）をそれぞれ、または、複数有する複数のチップ（ダイ）を形成する。各チップは電気的特性が検査され、その後ダイサーで切り離された後、リードフレーム等に固定されて組み立てられる。上記の電気的特性の検査は、プローバとテスタを組み合わせたウェハテストシステムで行われる。プローバは、ウェハをステージに固定し、各チップの電極パッドにプローブを接触させる。テスタは、プローブに接続される端子から、電源及び各種の試験信号を供給し、チップの電極に出力される信号をテスタで解析して正常に動作するかを確認する。そして、正常に動作しないデバイスは後の組み立て工程から除かれることになる。

プローブはプローブカードに設けられ、プローブの配列は検査を行う半導体チップの電極パッドの配列に対応している。プローブには、カンチレバー式プローブ、スプリングレバー式プローブ等がある。検査を行う半導体チップ内のデバイスの種類が変わる時には対応するプローブカードに交換する必要がある。プローブカードを交換すると、プローバに設けられたプローブ位置検出カメラでプローブ位置の検出処理を行う。なお、プローブ位置の検出処理は、プローブカードを交換しないときでも、１枚のウェハ上の半導体チップの検査が終了したときなどに随時行われる。

一方、ウェハステージにウェハを保持すると、プローバに設けられたウェハアライメントカメラによりチップの電極パッドの位置を検出する。そして、チップの電極パッドの配列方向とプローブの配列方向が一致するようにウェハステージを回転させた後、電極パッドが対応するプローブの真下に位置するようにウェハステージに移動する。この状態でウェハステージを上昇させれば、電極パッドがプローブに接触する（このことを、プロービングと言う。）。

電極パッドとプローブの接触後に、テスタからプローブに接続される端子を通し、電源及び各種の試験信号を供給し、チップの電極に出力される信号をテスタで解析して正常に動作するかを確認することで電気的テストは終了する。

プローブは、ウェハに形成された電極パッドと接触すると、パッド滓等の付着物が付着することがあり、このような付着物により、プローブの位置検出処理が適切に行えない等の問題を生ずる。そのため、このような付着物を除去するためにクリーニング処理として、クリーニングシートによりパッド滓を除去するクリーニングシート処理と、クリーニングシート処理によりプローブに付着するクリーニングシート滓を、クリーニングブラシによって除去するクリーニングブラシ処理がある。

上述のクリーニングブラシ処理は、クリーニングブラシにより、プローブ先端約１ｍｍをブラッシングする。そのため、クリーニングブラシの先端高さ位置の誤差を、０．１ｍｍ以内に抑える必要がある。

図１に従来のクリーニングブラシを示す。従来のクリーニングブラシ１は、羊の毛や合成繊維等の一方向に伸びた繊維２を、プレート３に、編み上げ部４のように編み上げることによって構成される。このようなブラシを機械的に製作することは困難であるため、クリーニングブラシは、人間により製作されており、そのため、高価である。

また、人間の手作業により製作されるブラシは、ブラシの大きさが制限されるため、プローブカードのプローブ占有面積に対して小さい。そのような小さい面積のブラシにより、プローブをブラッシングするため、一度プローブをブラッシングして付着物が付着したブラシで、他のプローブを複数回ブラッシングするということになる。そのため、プローブへの付着物の再付着等、プローブを十分にクリーニングできない場合があり、また、ブラシに付着物が付き易い。このため、ブラシに対し付着物を除去するためのブラシメンテナンス処理を頻繁に行う必要がある。

クリーニングブラシは、先端高さ位置を均等にする等の品質的な制限のため、特殊技能を要求する手作業で製作されており、大形化が困難であり、高価である。また、そのためにクリーニングブラシのメンテナンス処理を頻繁に行わなければならないという課題がある。

本発明は、上記のような問題を解決するもので、クリーニングブラシの形状、及び、プローバ内の配置に関して各種の改良を行うことを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明に係るプローブクリーニング装置は、ウェハ上に形成された半導体装置の動作を、半導体装置の電極パッドにプローブを接触させて電気的に検査するプローバのプローブをクリーニングするプローブクリーニング装置において、ブラシを板金で挟み込んだクリーニングブラシを複数有し、かつ、複数のプローブの全てを覆う大きさを有するクリーニングブラシユニットと、クリーニングブラシユニットを搭載するブラシステージと、を備えて構成し、ブラシステージをプローブに移動して、ブラシユニットでブラッシングすることでプローブをクリーニングする。

また、本発明に係るプローブクリーニング方法は、ウェハ上に形成された半導体装置の動作を、半導体装置の電極パッドにプローブを接触させて電気的に検査するプローバのプローブをクリーニングするプローブクリーニング方法において、ブラシを板金で挟み込んだクリーニングブラシを複数有し、かつ、複数のプローブの全てを覆う大きさを有するクリーニングブラシユニットを搭載するブラシステージを、前記プローブに移動するステップ、及び、ブラシユニットでプローブをブラッシングするステップ、を有することとした。

本発明によれば、プローブのクリーニングブラシを機械的に製作することで、クリーニングブラシの製作コストを低下し、及び、プローブ全体を覆う大きさに大形化する。また、クリーニングブラシの大型により、クリーニングブラシのメンテナンス処理頻度を少なくすることができる。

以下、本発明に係るプローブクリーニングブラシ装置の実施例を、添付図面を参照して詳述する。

図２は、本発明の実施例によるプローバの概略構成を示す図である。プローバ１０は、テスタ３０とＧＰＩＢシステム４０とでウェハテストシステムを構成する。図示のように、プローバ１０は、基台１１と、その上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７と、ウェハステージ１８と、Ｆ軸移動部６１と、Ｆ軸移動台６２と、プローブの位置を検出するプローブ位置検出カメラ１９と、側板２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、支柱３１に設けられたウェハアライメントカメラ２３と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダー２４と、カードホルダー２４に取り付けられるプローブカード２５と、ステージ移動制御部２７、画像処理部２８及び温度制御部４６等を有する制御部２９と、を有する。

プローブカード２５には、カンチレバー式のプローブ２６が設けられる。移動ベース１２と、Ｙ軸移動台１３と、Ｘ軸移動台１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７と、Ｆ軸移動部６１とは、ウェハステージ１８を３軸方向及びＺ軸周りに回転する移動・回転機構を構成し、ステージ移動制御部２７により制御される。移動・回転機構については、広く知られているので、ここでは説明を省略する。プローブカード２５は、検査するデバイスの電極配置に応じて配置されたプローブ２６を有し、検査するデバイスに応じて交換される。画像処理部２８は、プローブ位置検出カメラ１９の撮影した画像からプローブの配置及び高さ位置を算出し、ウェハアライメントカメラ２３の撮影した画像からウェハ上の半導体チップ（ダイ）の電極パッドの位置を検出する。なお、制御部２９の一部の機能を実行する画像処理部２８は、ウェハアライメントカメラ２３、又は、プローブ位置検出カメラ１９による検出画像を画像処理し、電極バッド内の接触痕の位置、大きさ等を画像認識したり、プローブ２６の位置を検出できる。

テスタ３０は、テスタ本体と、テスタ本体に設けられたコンタクトリング３２と、を有する。プローブカード２５には各プローブに接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テスタ本体は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。また、テスタ本体とプローバ１０の制御部２９は、ＧＰＩＢシステム４０を介して通信可能に接続されている。制御部２９は、画像処理部２８とステージ移動処理部２７とを有する。ステージ移動処理部２７は、後述するＺ軸移動台１６や、Ｆ軸移動台６２等の移動制御を行う。

検査を行う場合には、プローブ位置検出カメラ１９がプローブ２６の下に位置するように、Ｚ軸移動台１６を移動させ、プローブ位置検出カメラ１９でプローブ２６の先端位置を検出する。プローブ２６の先端の水平面内の位置（Ｘ及びＹ座標）は、カメラの座標により検出され、垂直方向の位置（Ｚ座標）はカメラの焦点位置で検出される。このプローブ２６の先端位置の検出は、プローブカードを交換したときには必ず行う必要があり、プローブカードを交換しない時でも所定個数のチップを測定する毎に適宜行われる。なお、プローブカード２５には、通常１０００以上ものプローブ２６が設けられているため、全てのプローブ２６の先端位置を検出せずに、通常は作業効率を考慮して、特定のプローブの先端位置を検出する。

次に、ウェハステージ１８に検査するウェハＷを保持した状態で、ウェハＷがウェハアライメントカメラ２３の下に位置するように、Ｚ軸移動台１６を移動させ、ウェハＷ上の半導体チップの電極パッドの位置を検出する。

プローブ２６の位置及びウェハＷの位置を検出した後、チップの電極パッドの配列方向がプローブ２６の配列方向に一致するように、θ回転部１７によりウェハステージ１８を回転する。そして、ウェハＷの検査するチップの電極パッドがプローブ２６の下に位置するように移動した後、ウェハステージ１８を上昇させて、電極パッドをプローブ２６に接触させる。

プローブ２６に電極パッドを接触させる時には、電極パッドの表面がプローブ２６の先端部に接触する高さ位置（接触開始位置）から、更に所定量高い位置（検査位置）まで電極パッドを上昇させる。検査位置は、プローブ２６と電極パッドとの間で確実な電気的接触を実現する接触圧が得られるようなプローブ２６の撓み量が得られるプローブの先端部の変位量を、接触開始位置に加えた高さ位置である。実際には、プローブ２６の本数は、例えば１０００本以上であり、全てのプローブ２６と電極パッドの間で確実な電気的接触が実現されるように検査位置が設定される。

テスタ３０は、プローブ２６に接続される端子から、電源及び各種の試験信号を供給し、チップの電極に出力される信号をテスタ３０で解析して正常に動作するかを確認する。

クリーニングブラシユニット６３は、Ｆ軸移動台６２上に載置される。ウェハＷの電気的テストが終了すると、ウェハＷは、図示しないロボットアームによってウェハステージ１８上から取り外され、ウェハステージ１８には、ロボットアームにより、図示しないクリーニングユニットが載置される。Ｚ軸移動台１８は、プローブ２６の真下に移動されて、ウェハステージ１８を上昇させて、クリーニングシートユニットをプローブ２６に接触させ、プローブ２６の付着物を除去する。

次に、Ｆ軸移動台６２がプローブの真下に移動し、所定量上昇してクリーニングブラシユニット６３をプローブ２６に接触し、プローブ２６をブラッシングする。

図３に、本発明の実施例のクリーニングブラシユニット６３を構成するクリーニングブラシ８１を示す。図示のように、クリーニングブラシ８１は、ブラシ８２とクリーニング取付用板金８３により構成される。ブラシ８２に接着剤を付け、クリーニング取付用板金に挟み込むことによりクリーニングブラシ８１は、製作される。ブラシ８２は、帯電しにくい特性を有するナイロン等の良く知られた化学繊維が使用される。ブラシ８２は、同じ長さに機械的に裁断されるため、ブラシ先端位置の誤差を、０．１ｍｍ以内にすることができる。

図４に、本発明の実施例であるＦ軸移動台搭載用のクリーニングブラシユニット６３の平面図、と正面図を示す。Ｆ軸移動台搭載用のクリーニングブラシユニット６３は、Ｆ軸移動台の寸法に合わせたプレート８４と、プレート８４の上に載せたブラシベース８５と、ブラシベース８５の上に敷いたブラシベースラバー８８と、その上に必要な数だけ並べたクリーニングブラシ８１と、クリーニングブラシ８１の端を押さえて固定するクランプベース８６と、サポートプレート８７と、サポートプレート８７を押さえて、固定する六角穴付き止めネジ８９と、を有する。プレート８４と、ブラシベースラバー８８は平坦であるため、クリーニングブラシ８１をブラシベースラバー８８に載置しても、ブラシ先端位置の誤差を、０．１ｍｍ以内にすることができ、従来のクリーニングブラシと比較して、品質の低下はない。

このように本発明に係るクリーニングブラシユニット６３の製作は、特別な技能を必要とせず簡単に製作可能であり、かつ、よく知られた部品によって構成されるので安価であり、機械による大量生産も可能である。また、クリーニングブラシ８１を上述のように固定しやすいので、大型化が可能である。そのため、プローブ全てを覆う大きさにすることができ、ブラッシング頻度をより少なくすることが可能である。これにより、従来のクリーニングブラシより汚れがブラシに付着しにくく、ブラシ自体の洗浄処理等のメンテナンス処理頻度を少なくできる。さらに、一度プローブをブラッシングしたブラシを、他のプローブに使用しないことも可能である。このように、適格なブラッシングにより、付着物の除去が行えることで、プローブ位置検出の際に適格にプローブ位置が適格に判別される等、異常処理出現頻度を減らし、プローバ処理能力を向上させる。

以上説明したように、本発明は、従来は小型で、高価であったクリーニングブラシを、容易に製作可能であり安価な製作コストを実現でき、かつ、大型化することによって、ブラシへの付着物の付着を少なくできる。そのため、メンテナンスの頻度が少なく、かつ、ブラッシングが適格に行えることで、本発明に係るプローブクリーニング装置は、プローバのテスト処理能力の向上を可能としている。

従来のクリーニングブラシを示す図である。 本発明に係るプローバの概略構成を示す図である。 本発明に係るクリーニングブラシユニットを構成するクリーニングブラシを示す図である。 （ａ）は、本発明に係るＦ軸移動台搭載用のクリーニングブラシユニット６３の平面図であり、（ｂ）はそのクリーニングブラシユニットの正面図である。

符号の説明

１０ プローバ
１８ ウェハステージ
１９ プローブ位置検出カメラ
２２ ヘッドステージ
２３ ウェハアライメントカメラ
２５ プローブカード
６３ クリーニングブラシユニット
８１ クリーニングブラシ
８２ ブラシ
８３ クリーニング取付用板金
８４ プレート
８５ ブラシベース
８６ クランプベース
８７ サポートプレート
８８ ブラシベースラバー

Claims (2)

1. ウェハ上に形成された半導体装置の動作を、該半導体装置の電極パッドにプローブを接触させて電気的に検査するプローバにおいて、
   一方向に伸びた細長いブラシを板金で挟み込んだクリーニングブラシを複数有し、かつ、前記複数のプローブの全てを覆う大きさを有するクリーニングブラシユニットと、
   前記クリーニングブラシユニットを搭載するブラシステージと、を備え、
   前記ブラシステージを前記プローブに移動して、前記ブラシユニットでブラッシングすることで該プローブをクリーニングするプローバ。
2. ウェハ上に形成された半導体装置の動作を、該半導体装置の電極パッドにプローブを接触させて電気的に検査するプローバであって、前記プローブをクリーニングする方法において、
   一方向に伸びた細長いブラシを板金で挟み込んだクリーニングブラシを複数有し、かつ、前記複数のプローブの全てを覆う大きさを有するクリーニングブラシユニットを搭載するブラシステージを、前記プローブに移動するステップ、及び、
   前記ブラシユニットで前記プローブをブラッシングするステップ、を有する方法。

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