JP5437667B2 - プローブクリーニングシート及びプローブクリーニング材 - Google Patents

Description

本発明は、電気特性検査に使用するプローブカードのプローブに付着した異物の除去に使用するプローブクリーニングシート及びプローブクリーニング材に関し、特に、低温から高温に至る広範な検査温度範囲下での使用に好適なプローブクリーニングシート及びプローブクリーニング材に関するものである。

半導体装置の製造工程では、チップの電極パッドに検査装置のプローブを接触させ、このプローブを通じての試験信号の印加及び検出により、各チップの電気特性の検査を行っている。

一般に、プローブは、タングステン、ベリリウムなどの硬質の材料から形成されている。一方、電極パッドは、アルミニウムなどの比較的軟質の材料から形成されており、電極パッドにプローブを接触させた際に、プローブの先端部分（先端と先端付近の側面）に電極パッド表面の酸化アルミニウムなどの異物が付着するため、プローブとパッドとの間に導通不良が生じ、検査精度の低下を招いてしまう。また、プローブに大きい異物が付着すると、隣接するプローブ同士が短絡し、チップを破壊することがある。このため、チップの電極パッドの試験においては、プローブの先端部分をクリーニングして、付着した異物の除去を行っている。

プローブ先端部分のクリーニングには、基材シートの表面にクリーニング層を形成したプローブクリーニングシートが使用されている。このプローブクリーニングシートを使用するクリーニングでは、検査テーブルの表面にプローブクリーニングシートを取り付け、プローブの先端部分をこのクリーニング層（研磨層とも称す）の表面からその内部に突き刺し、そして引抜くことにより、プローブ先端部分に付着した異物の除去が行われる。

このようなプローブクリーニングシートとして、従来、研磨粒子（酸化アルミニウム、炭化珪素、ダイヤモンドなどからなる硬質の粒子）を混入したシリコーンゴム、ウレタンゴムなどの弾性材料からなるクリーニング部材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、研磨粒子を含む研磨部材の上にさらに研磨粒子を含まない異物除去膜を設けて、プローブ先端を引き抜く時にこの異物除去膜で異物を効果的に拭い取るクリーニング部材が提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、表面が粗面にされた基板の表面に、弾性を有する研磨層を形成し、プローブの先端の押圧力により研磨層を窪ませ、この窪んだ部分と粗面との間に入り込んだ研磨粒子により、プローブの先端をクリーニングするクリーニング部材が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平７−２４４０７４号公報 特開平１１−８７４３８号公報 特開２００４−２７１３８９号公報

近年、半導体装置のチップサイズの小型化に伴い、チップ上に形成される電極パッドのサイズも小さくなり、電極パッド同士も近接して設けられるようになった。そのため、プローブの径はさらに細くなり、かつプローブカードにはプローブ同士がさらに近接して設けられるようになった。その一方、現状の検査精度の維持に加え、さらなる検査精度の向上の要求がある。これに伴って、プローブは、例えば、ベリリウム‐銅の合金のように高い電気特性を有する比較的軟質な材料から形成されるようになってきた。

また、チップの電気特性検査は、現実の使用状況を考慮して、チップを使用する環境とほぼ同じ環境下で行なわれている。例えば、チップを自動車に搭載させる場合、チップの使用環境温度である低温（−４０℃）〜高温（１５０℃）の広い範囲、さらに好ましくは、−４０℃〜２００℃の範囲における電気特性検査が要求されている。そのため、プローブをクリーニングするクリーニングシートにも、チップの使用環境に応じた同じ温度範囲の環境下において十分なクリーニング性能を発揮することが求められている。

しかしながら、上記したチップの使用環境の温度範囲において、従来のプローブクリーニングシートを使用すると、クリーニング部材の構成によっては、複数回のクリーニングにより、プローブの先端が大きく削られて磨耗し、プローブの寿命が短くなるという問題が起こる。また、この磨耗によりチップの電気特性検査に誤差が生じるという問題も起きてしまう。

本発明は、チップの使用環境下に応じた広範な検査温度範囲下において、プローブに対し十分なクリーニング性能が発揮でき、かつプローブを容易に磨耗させることのないプローブクリーニングシート及びプローブクリーニング材の提供を目的とする。

上記目的を達成するために本発明が提供するのは、プローブの先端部分に付着している異物を除去するためのクリーニング層を有するプローブクリーニングシートであって、基材シートと、該基材シート上に、研磨粒子が混入されたシリコーン樹脂及び／又はシリコーンエラストマーから成る弾性母材で形成される前記クリーニング層とを備えて成り、ＪＩＳ Ｚ０２３７に準拠する粘着性評価の傾斜式ボールタック試験で、傾斜角度２０度、ボールＮｏ．５（φ３．９ｍｍ）、助走距離１００ｍｍ、及び前記クリーニング層を表面とする粘着面の測定距離を１００ｍｍとする条件下で、前記ボールＮｏ．５が、前記測定距離を通過する時間が０．５秒以上４．０秒以下の範囲にあるプローブクリーニングシートである。

このような材質かつ粘着性を有するクリーニング層を備えたプローブクリーニングシートとすることによって、低温から高温に至る広範な温度範囲にある電気特性検査おいて、プローブの先端部分に付着した異物を効率よく除去することができ、且つ、除去された異物が再びプローブに付着したままクリ−ニング層から抜き取られることなく、異物をクリーニング層内に保持することができる。また、弾性母材の粘着性を上記範囲としたので、プローブにクリーニング層の弾性母材がプローブに付着（転写）して針先を汚染するという問題が起こらない。

また、前記弾性母材は、ＪＩＳ Ｌ１０９６に準拠した測定試験おける圧縮率が、０．７％以上１．５％以下とすることが好ましい。上記範囲の圧縮率とすることで、半導体ウェーハのチップのテストにおけるプローブ先端の針圧よりも、低い針圧でクリーニング層に刺し通すことができるのでプローブを損傷することがない。またクリーニング層への突き刺し、及び引き抜き時において、プローブ先端との密着性、摺動性が良く、クリーニング効果を高めることができる。

また、前記研磨粒子が、ダイヤモンド粒子、ＳｉＣ等の炭化物、Ｂ_４Ｃ又はｃＢＮ等の硼素化合物、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ及びＺｒのグループから選ばれる少なくとも１種類の元素を含む酸化物、並びにＳｉ、Ａｌ及びＴｉのグループから選ばれる少なくとも１種類の元素を含む窒化物のグループ、から選択される１又は２以上の種類からなり、前記研磨粒子の平均粒径が０．０５μｍ〜２０μｍの範囲とすることができる。このような研磨粒子を使用することによって、プローブに付着した異物を効率よく除去することができる。

さらに、前記研磨粒子は、母粒子と、該母粒子の周囲に付着又は結合された複数の子粒子とで構成される複合粒子からなり、前記母粒子の平均粒径が１μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあり、前記子粒子の平均粒径が前記母粒子の平均粒径の１／１０以上１／１０００以下の範囲とすることできる。このような複合粒子を研磨粒子として使用することにより、母粒子周囲の微細な子粒子との接触点が増加するので、プローブに与える損傷を抑え、研磨効率を上昇させて異物除去の効率を図ることができる。

さらに、前記母粒子が弾力性を有する有機物粒子であり、前記子粒子が無機物粒子であることが好ましい。弾力性を有する有機物粒子とすることで、プローブに与える損傷をより抑えることができる。

また、前記クリーニング層に混入される前記研磨粒子の配合率を、４０重量％以上８５重量％以下とすることができる。このような配合率にすることで、プローブ先端部分に付着した異物を効率よく除去することができる。

さらに、前記基材シートが、ポリイミド樹脂、シリコーンゴム、ポリエチレンナフタレート及びポリアクリルアクリルケトン(ＰＥＥＫ)のグループから選択される１又は２種類以上から成るシートであることが好ましい。このような材質の基材シートとすることで、クリーニング層と同様に、低温から高温に至る範囲での領域で安定して使用できるので、クリーニング層との熱膨張の違いによって生じる皺や剥離の発生を抑えることができる。また、基材シートは、上記材質の繊維から成る織布であってもよい。

さらに、本発明が提案するのは、プローブの先端部分に付着している異物を除去するためのクリーニング層を形成するプローブクリーニング材であって、研磨粒子と、該研磨粒子が混入されたシリコーン樹脂及び／又はシリコーンエラストマーから成る弾性母材とを有して成り、ＪＩＳ Ｚ０２３７に準拠する粘着性評価の傾斜式ボールタック試験で、傾斜角度２０度、ボールＮｏ．５（φ３．９ｍｍ）、助走距離１００ｍｍ、及び前記クリーニング層を表面とする粘着面の測定距離を１００ｍｍとする条件下で、前記ボールＮｏ．５の前記測定距離を通過する時間が、０．５秒以上４．０秒以下の範囲となるプローブクリーニング材である。

このようなプローブクリーニング材によれば、前記基材シートに代えて、クリーニング層を、直接検査装置の検査テーブルの金属板上に形成させることができる。また再生シリコンウェーハの面上に直接クリーニング層を形成してもよい。

本発明によれば、チップの使用環境下である、低温から高温までの広い温度範囲において、プローブ先端に付着した異物の除去を行うクリーニングを十分に行え、さらにプローブの磨耗を抑えたプローブクリーニングシートを提供することができる。

図１は、本発明に係るプローブクリーニングシートの第１実施形態の一部断面模式図である。 図２（ａ）は本発明に係るプローブクリーニングシートの第２実施形態の一部断面模式図であり、図２（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ（ａ）に示す複合粒子の拡大模式図である。 図３は、本発明に係るプローブクリーニングシートの第３実施形態の一部断面模式図である。 図４は、プローブクリーニング装置の一部断面模式図である。 図５は、クリーニング層の粘着性試験の概略説明図である。 図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ従来のプローブクリーニングシートの一部断面模式図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
本発明に係るプローブクリーニングシートの第１実施形態について、その一部断面模式図を示す図１を参照して説明する。

図１に示すように、プローブクリーニングシート１０は、基材シート２５と、この基材シート２５の表面に形成されるクリーニング層２０とから構成される。クリーニング層２０は、弾性母材２１と、弾性母材２１中に混入された複数の研磨粒子２２とから形成されている。以下に本実施形態のクリーニング層２０及び基材シート２５を説明する。
（１）クリーニング層
ａ）弾性母材
図１に示すように、クリーニング層を構成する弾性母材２１は、シリコーン樹脂及び／又はシリコーンエラストマーで構成される。このシリコーン樹脂及び／又はシリコーンエラストマーは、チップの使用環境温度範囲（−４０℃〜１５０℃、好ましくは−５０℃〜２００℃）に合わせたチップ電気特性検査の環境下で、物性変化がなく安定な材料として提供されるものである。

弾性母材２１に使用されるシリコーン樹脂及び／又はシリコーンエラストマーは、下記の化１の式で示されるシロキサン骨格を有するオルガノポリシロキサンを架橋して得られる。これには、化１の式中における「Ｒ」の全てがメチル基であるポリジメチルシロキサンの他に、メチル基の一部が他のアルキル基、ビニル基、フェニル基、フルオロアルキル基などの一又は二以上の種類と置換された各種のオルガノポリシロキサンの単体、又は二種類以上のものがブレンドされたものが含まれる。

ｂ）研磨粒子
クリーニング層２０に混入される研磨粒子２２の材質及び形状は、プローブをクリーニングできる材質及び形状である限り、特に限定されるものではない。例えば、ダイヤモンド粒子、ＳｉＣ等の炭化物、Ｂ_４Ｃ、ｃＢＮ等の硼素化合物、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒ等から選ばれる少なくとも１種の元素を含む酸化物、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ等から選ばれる少なくとも１種類の元素を含む窒化物等が挙げられる。なお、本発明では、１種類の研磨粒子のみを用いてもよく、材質や形状が異なる２種類以上の研磨粒子を用いてもよい。また、複数個の一次粒子が結合した凝集粒子を用いることもできる。

上記研磨粒子２２の平均粒径は、０．０５μｍ〜２０μｍの範囲にあることが好ましい。凝集粒子の場合は、凝集した粒子の平均粒径をいう。平均粒径が０．０５μｍ未満であると、異物除去のクリーニング効果が低下する。また２０μｍを越えるとプローブ先端の磨耗が激しくなり、さらに研磨粒子に衝突した場合には、プローブ先端が変形及び破損したりする危険性が増加する。
ｃ）クリーニング層の形成
クリーニング層２０は、弾性母材２１と研磨粒子２２とを混練し、分散調整したものを、基材シート上に塗布した後に、所定の温度で乾燥処理して得られる。このとき、クリーニング層２０に混入される研磨粒子２２の重量比率は、クリーニング層を１００重量％とした場合、好ましくは４０〜８５重量％である。研磨粒子２２の含有量を上記範囲とすることによって、良好な研磨特性を維持することができるとともに、過度にプローブ先端を削ることなく、優れたクリーニング特性を発揮することができる。

クリーニング層２０は、プローブ針を突き刺し及び引き抜くことにより、針先の付着物を除去できる厚さが要求され、例えば、５０〜１０００μｍの範囲にあるのが好ましい。

さらに、クリーニング層２０の弾性母材２１は、シリコーン樹脂及び／又はシリコーンエラストマーの発泡体でもよい。上記母材を発泡体にすると、上記クリーニング層の柔軟性を高めることができる。その結果、異物除去のみならずプローブ針先の磨耗減少も可能となる。

本発明のクリーニング層２０の粘着性の程度は、ＪＩＳ Ｚ０２３７に準拠した粘着性評価の傾斜式ボールタックテスター試験において、傾斜角２０度、ボールＮｏ．５（φ３．９ｍｍ）、助走距離１００ｍｍ、及びクリーニング層を表面とする粘着面の測定距離１００ｍｍとする条件下で、ボールＮｏ．５（φ３．９ｍｍ）が、上記測定距離を通過する時間が０．５秒以上４．０秒以下の範囲とするものである。

上記測定距離を通過する時間が４．０秒を超えるクリーニング層では、粘着性が高くなりすぎて、プローブの先端に弾性母材２１の粘着物が付着したままプローブが抜かれことがあり、この粘着物に異物が再付着し、十分なクリーニングができなくなるからである。一方、測定距離を通過する時間が０．５秒未満であると、粘着性が低すぎて、プローブに付着した異物を拭い取る効果が低下するからである。

ＪＩＳ Ｚ０２３７で規格化されたボールタック試験機は、傾斜角２０度、３０度、４０度、ＪＩＳ Ｇ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼材（鋼球）が使用される。ボールの直径を表すボールＮｏは各種選択できる。本発明のプローブクリーニングシート１０のクリーニング層２０は比較的粘着性の低い数値のものが適しているため、傾斜角度を２０度とし、ボールＮｏ．５（φ３．９ｍｍ）及びボールＮｏ．３（φ２．３ｍｍ）を選択して前記試験を行い、最終的に上記Ｎｏ．５による試験の結果により、好適なクリーニング層の粘着性を特定したものである。

さらに、上記弾性母材は、ＪＩＳ Ｌ１０９６に準拠した測定試験における圧縮率が０．７％〜１．５％の範囲のものとすることが好ましい。この範囲にすることによって、半導体ウェーハテストにおけるプローブ先端の針圧よりも低い針圧で、クリーニング層を刺し通すことができ、プローブの損傷を抑えることができる。さらに、クリーニング層への突き刺し・引き抜き時において、プローブ先端とクリーニング層との密着性、摺動性が良く、クリーニング効果を高めることができる。なお、圧縮率が０．７％未満であると、プローブ針の磨耗が増加し、プローブの寿命が短くなる。また、圧縮率が１．５％を超えると、クリーニング効果が低下することになる。

本発明のプローブクリーニングシート１０のクリーニング層２０は、弾性母材２１中に研磨粒子２２を混入してなるものである。研磨粒子２２を混入することにより、クリーニング層２０にプローブを突き刺し、そして引抜くことにより、プローブ先端等に強固に付着した異物を除去することができる。本発明のクリーニング層２０の材質、構成、形態及び物性は、チップの検査時におけるプローブ先端の針圧と同程度以下の針圧により、クリーニング層に刺し通すことができ、また、突き刺し及び引き抜き時において、プローブ先端を破損しない性質を有することが好ましい。

本発明のプローブクリーニングシート１０を使用するチップの性能試験は、チップの使用環境に合わせ、低温から高温までの広範な温度範囲で行われることから、クリーニング層２０は、上記温度領域でも優れた弾性を有し、変性の少ない材料が好ましい。

さらに、本発明のクリーニング層２０を形成する時に、弾性母材２１に着色剤を添加することができる。プローブクリーニング装置では、プローブクリーニングシートをプローブクリーニング装置のステージ上に配置し、レーザー光線等を利用した検出器によるオートフォーカスにより、クリーニングシート表面とプローブの先端との間隔を適宜な値に調整している。ところが、光を透過するシリコーン樹脂では、オートフォーカスの精度が劣り誤動作を生じる場合がある。そのため着色剤を添加することで、光の反射効率を高め、クリーニングシート表面とプローブ先端とのアライメントを正確にすることができる。
（２）基材シート
本発明の基材シート２５は、クリーニング層２０と同様に、低温から高温に至るチップの使用環境に合わせた電気特性検査の温度範囲において、物性変化の少ない材料が好ましい。また、基材シート２５とクリーニング層２０の熱膨張係数の違いや熱変形による、皺、剥離等が発生しない材料が選択される。

基材シート２５の材質として、具体的には、ポリイミド（ＰＩ）、シリコーンゴム、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の耐熱性樹脂が使用される。そして、プローブクリーニングシート１０をプローブクリーニング装置に固定するために、基材シート２５の下側に、粘着層（図示せず）が設けられる。この粘着層は、高温に耐えるシリコーン系接着剤が使用される。

また、上記基材シート２５を使用せずに、プローブクリーニング装置のステージに固定できる形状の金属板上や、再生シリコンウェーハ等の上に、クリーニング層２０を直接形成してもよい。例えば、検査用シリコンウェーハと同一形状の金属板上や、再生シリコンウェーハ上に、クリーニング層２０を形成するクリーニング材により、予めクリーニング層２０を形成し、プローブクリーニング装置のステージに両面接着フィルムや粘着剤を塗布して貼り付けるようにすることができる。また、ステージによっては、真空吸着することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係るプローブクリーニングシートの第２実施形態について、その一部断面模式図及び一部拡大図を示す図２を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一名称のものは同一の符号で示す。

図２（ａ）に示すように、本実施形態のクリーニングシート１０は、基材シート２５と、この基材シート２５の表面に形成されたクリーニング層２０とから構成される。クリーニング層２０は、弾性母材２１に混入された複合粒子２３が分散配置されたものである。

複合粒子２３の一例を示す断面模式図である図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、複合粒子２３は、母粒子２３ａと、母粒子の周囲に位置する複数個の子粒子２３ｂとからなり、母粒子２３ａの表面に複数の子粒子２３ｂが付着又は結合しているものである。

図２（ｂ）に示す複合粒子２３は、母粒子２３ａが中実なものの例であり、図２（ｃ）に示す複合粒子２３は、母粒子２３ａが中空なものの例である。いずれの複合粒子２３とも本実施形態で使用することができるもので、母粒子の材質、粒径に応じて適宜選択することができる。

母粒子２３ａの平均粒径は、１μｍ〜２０μｍの範囲にあり、子粒子２３ｂが母粒子２３ａの１／１０〜１／１０００の範囲とするのが好ましい。複合粒子２３は、無機粒子、有機粒子及び有機・無機混合の複合粒子等が挙げられる。無機粒子としては、実施形態１に挙げた素材のものが使用できる。

本実施形態で使用される複合粒子２３として、母粒子２３ａが弾力性を有する有機物粒子で、子粒子２３ｂが無機物粒子からなるものが好ましい。母粒子２３ａが弾力性を有するものであれば、プローブ針への損傷を抑え、母粒子２３ａの周囲の微細な子粒子２３ｂとの接触点が増加するので研磨効率を上げることができるからである。また、上記有機物粒子としては、耐熱性を有するものが好ましく、例えば、シリコーンエラストマー、シリコーン、エチレンプロピレン、アクリル等が挙げられる。また、上記有機物粒子の形状は、例えば、シリコーン、アクリル等の球状中実粒子、又は球状中空粒子が使用できる。なお、複合粒子２３の母粒子２３ａと子粒子２３ｂとは、クリーニング中に容易に分離しない程度に一体化されていればよい。一方、子粒子２３ｂの形状は、特に限定はなく、目的、用途に応じて多角形、球状、針状のもの（結晶粒子）が使用される。

また、複合粒子２３としては、有機物の重合体粒子等の官能基とシランカップリング剤等により有機粒子の表面に、シリカ、アルミナ、ダイヤモンド粒子等の無機粒子を付着させた粒子を用いることもできる。これらは静電気力により保持されていてもよく、また無機微粒子を有するヒドロキシル基等の官能基とシランカップリング剤等により有機粒子に化学的に結合されていてもよい。さらに、複合粒子２３としては、極性の異なるゼータ電位を有する有機物粒子と無機物粒子とを含む分散体（弾性母材形成液）において、これらの粒子が静電気力により結合されている粒子を使用することもできる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明に係るプローブクリーニングシートの第３実施形態について、その一部断面模式図を示す図３を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一名称のものは同一の符号で示す。

図３に示すプローブクリーニングシート１０は、製品形態としてのプローブクリーニングシートであり、第１実施形態及び第２実施形態のプローブクリーニングシートにおける基材シート２５の裏側に粘着層２８と、この粘着層２８を覆う剥離シート２６とが更に備えられているものである。

一般に、プローブ検査装置に使用されるクリーニングシート１０は、検査装置への固定のために、基材シート２５の裏側に、接着層２８を有する剥離シート（離型フィルム）２６が設けられる。剥離シート２６は、接着層２８の表面から剥がされ、後述するように、図４に示すプローブクリーニング装置４０のステージ４３上に接着層２８を介して貼り付けられる。

接着層２８の材質としては、電気特性検査の環境下の高温に耐えるシリコーン系接着剤を使用するのが好ましい。また、接着層２８の材質は、プローブクリーニング装置のステージを形成する材質に応じて、接着力を維持するために、アクリル系接着剤との２層構造のものが使用される場合がある。剥離シート２６を、基材シート２５から剥がし取り、プローブクリーニングシート１０をプローブクリーニング装置に固定する。

また、プローブクリーニングシート１０に接着層２８を設けないで、基材シート２５をテーブル上に真空吸着させてもよい。

なお、プローブクリーニング装置のテーブルに固定できる形状の金属板上、又は再生シリコンウェーハの面上に、直接クリーニング層２０を形成することもできる。このようにすれば、高温においても、基材シートとの熱膨張係数の違い等によるクリーニング層２０に生じる皺や剥離の問題が回避できる。

さらに、クリーニング層２０の上に、空気中のゴミの付着を避けるための保護シート２７（例えば、ＰＥＴ、ＰＰ、等の樹脂フィルム）を貼り付けてもよい。これら剥離シート２６及び保護シート２７は、使用時に剥がして使用するため、特に耐熱性を必要としない。
（クリーニング方法）
本発明に係るプローブクリーニングシート１０を用いたプローブクリーニング方法を以下に例示する。

プローブクリーニングは、手作業で行うことも可能であるが、一般には、図４に示すプローブクリーニング装置４０を用いて行われる。図４に示すプローブクリーニング装置４０は、プローブカード４１のプローブ４２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４１に対して相対的に移動させるステージ４３と、ステージ４３上にセットされたプローブクリーニングシート４４と、ステージ４３をプローブ４２に対して相対的に移動させるオートフォーカス機構（図示せず）とを備えてなるものである。上記オートフォーカス機構より、ステージ４３対するプローブ４２が位置決めされる。その後、プローブ４２をクリーニングシート４４に一定の圧力を加えて突き刺して、クリーニング層の研磨粒子によってプローブ先端の付着物（異物）を削り取り、引き抜く時に削り取った異物をクリーニング層で拭い取るサイクル動作によって、プローブ４２の先端を傷めずに、付着した異物を除去するようになっている。このプローブクリーニングにおけるプローブ４２の針先の突き刺し量は、プローブの種類によって異なるが、通常２０μｍ〜１００μｍ程度である。

チップの性能試験に用いられるプローブカードは、使用回数や使用時間が増加すると、プローブカードに配置されたプローブの先端部に異物が付着してくる。先端部に異物が付着したプローブを、本発明のプローブクリーニングシートに突き刺し、引き上げることを繰り返すことで、付着した異物の除去を行う。プローブの先端が、本発明のプローブクリーニングを構成するクリーニング層の内部に突き刺さると、研磨粒子に接触してプローブに強固に付着している不純物を除去することができる。そして、プローブを引き抜く際に、弾性体の母材の形状回復と、適度の粘着性とによって、削り取られた不純物をクリーニング層の内部に捕獲することで、プローブのクリーニングがなされることになる。このとき、母材の有する適度な圧縮弾性率（反発弾性率）のため、プローブに過度の圧力が加わらず、プローブの磨耗を抑えることができる。また、比較的柔らかいプローブに対しても先端の変形等が起こらないようにできる。

プローブクリーニングにおけるプローブのクリーニング層への接触の程度は、汚れの量、固着の程度等によって調整すればよく、加圧して一定時間保持する方法、必要量の加熱を加える等の方法がさらに挙げられる。また、プローブの先端をプローブクリーニングシートのクリーニング層に過度に突き刺すことをせずに、プローブ又はプローブクリーニングシートを回転又は振動させる方法も挙げられる。

以下、本発明に係るプローブクリーニングシートについて、実施例によりさらに具体的に説明する。基材シートとして、厚さ７５μｍのポリイミドシート（カプトン：東レ・デュポン株式会社製）の裏面に、シリコーン粘着剤を有する両面接着テープを重ね合せたものを使用した。次に、基材シートの表面にシリコーン樹脂と研磨粒子を混合分散した溶液を塗布後、乾燥させて、厚さ２００μｍのクリーニング層を形成させてプローブクリーニングシートとした。
（１）弾性母材の調整
以下に示すシリコーン樹脂組成物及び架橋助剤を添加した液に、研磨材を加え混合した混合物溶液を用いた。
（２）研磨粒子
使用した研磨粒子は、ＳｉＣ粒子（平均粒径１μｍ、３μｍの不定形）、Ａｌ_２Ｏ_３粒子（平均粒径１μｍの球状）、複合粒子：母粒子（平均粒径；３μｍの中実球状シリコーンゴム粒子）と子粒子（平均粒径；０．１μｍの球状Ａｌ_２Ｏ_３粒子）とからなる複合粒子を使用した。
（３）プローブクリーニングシートの作製
シリコーンエラストマー調整液である上記混合物溶液と、研磨粒子との混合比は、研磨粒子５５重量％〜７０％の範囲で調整した。研磨粒子が混合された上記混合溶液を、厚さ７５μｍのポリイミド基材フィルム（シート）上に塗布した後、１２０℃で乾燥し、厚さ２００μｍのクリーニング層を得た。次いで、両面接着テープ（ＰＥＴフィルム上に約５０μｍのシリコーン粘着層）を使用して、クリーニングシートを得た。実施例１のクリーニングシートは、再生シリコンウェーハに設けたもので、再生シリコンウェーハ／接着層／基材フィルム／クリーニング層／ＰＥＴ保護層の順で積層された構成となっている。
（プローブクリーニングシート性能評価）
（１）クリーニング層の粘着性評価
クリーニング層の粘着性試験は、ＪＩＳ Ｚ０２３７に準拠した傾斜式ボールタック方式で行った。測定装置として、株式会社井本製作所製ボールタックテスターＡ０９２を使用した。測定装置３０の概略を図５に示す。斜面３１は、その傾斜角度θの可動範囲を２０°、３０、４０度に調整できるようになっている。

この斜面に被測定物のシート（プローブクリーニングシート）３２を配置し、規格化されているスチール球３３をスタート地点Ａに置き、助走距離１００ｍｍ（Ａ点〜Ｂ点）を取り、測定範囲１００ｍｍ（測定開始Ｂ点〜測定終了Ｃ点）を通過する時間を測定した。Ｂ点からＣ点に達するボールの通過時間が短い場合は粘着性が低く、長い場合は粘着性が高いことになる。なお、Ａ点からＢ点の助走距離範囲には規格に基づき、被測定シートの上に、厚さ２５μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム３４を敷いている。

プローブクリーニングシート３２を測定装置の傾斜面３１に取付け、傾斜角θを２０度にセットし、ボールＮｏ．５（φ３．９ｍｍのスチール球）及びＮｏ．３（φ２．３ｍｍのスチール球）を用いて、プローブクリーニングシート３２の上にＰＥＴフィルム３４を敷いた、Ａ点の表面に配置し、助走距離１００ｍｍを取り、測定範囲１００ｍｍを通過する時間を測定した。

測定環境は、室温２７℃、湿度４０％とした。測定回数は５回で、その平均値を測定値とした。
（２）圧縮率及び圧縮弾性率の評価
クリーニング層の実質厚さは、２００μｍ〜４００μｍと薄いため、圧縮率及び圧縮弾性率の測定には、ＪＩＳ Ｌ１０９６に準拠したショパー型厚さ測定器（安田精機製作所製、Ｎｏ．１２９−Ｅタイプ）を用いた。直径１０ｍｍの円盤からなる加圧プレートをプローブクリーニングシートの上に載せ、以下の式から圧縮率及び圧縮弾性率を算出した
圧縮率（％）＝（ｔ₀−ｔ₁）／ｔ₀×１００
圧縮弾性率（％）＝（ｔ₂−ｔ₁）／（ｔ₀−ｔ₁）×１００
１）ｔ₀は、初期荷重８０ｇで３０秒加圧し、その厚さの値である。
２）ｔ₁は、その上に荷重（８８０ｇ）を載せ、５分後の厚さの値である。
３）ｔ₂は、すべての荷重を除去し、無荷重にした１分後、再度初荷重（８０ｇ）で、その厚さを測定した値である。
４）上記の式にて圧縮率及び圧縮弾性率を算出する。

測定回数は３回で、その平均値を圧縮率及び圧縮弾性率とした。

次にプローブクリーニング評価は、図４の装置を用い、下記に示す表１のクリーニング条件によって行った。

＜実施例１＞
（１）研磨粒子：ＳｉＣ、平均粒径３μｍ（形状不定形）、配合率６０％、
（２）ボールタックテスト：
１）０．７４秒｛ボールＮｏ．５（直径３．９ｍｍ）｝
２）２．６１秒｛ボールＮｏ．３（直径２．３ｍｍ）｝
＜実施例２＞
（１）研磨粒子：ＳｉＣ、平均粒径１μｍ（形状不定形）、配合率７０％
（２）ボールタックテスト：
１）０．９１秒｛ボールＮｏ．５（直径３．９ｍｍ）｝
２）２．９４秒｛ボールＮｏ．３（直径２．３ｍｍ）｝
＜実施例３＞
（１）研磨粒子：ＳｉＣ、平均粒径１μｍ（形状不定形）、配合率６０％
（２）ボールタックテスト：
１）１．５０秒｛ボールＮｏ．５（直径３．９ｍｍ）｝
２）１２．６秒｛ボールＮｏ．３（直径２．３ｍｍ）｝
＜実施例４＞
（１）研磨粒子：ＳｉＣ、平均粒径１μｍ（形状不定形）、配合率５０％
（２）ボールタックテスト：
１）３．５５秒｛ボールＮｏ．５（直径３．９ｍｍ）｝
２）２５．２秒｛ボールＮｏ．３（直径２．３ｍｍ）｝
＜実施例５＞
（１）研磨粒子：Ａｌ２Ｏ３、平均粒径１μｍ（球状）、配合率６０％
（２）ボールタックテスト：
１）１．０２秒｛ボールＮｏ．５（直径３．９ｍｍ）｝
２）３．１１秒｛ボールＮｏ．３（直径２．３ｍｍ）｝
＜実施例６＞
（１）研磨粒子：複合粒子：母粒子の平均粒径３μｍ（シリコーンゴム、球状）、子粒子の平均粒径０．１μｍ、配合率６０％
（２）ボールタックテスト：
１）０．８８秒｛ボールＮｏ．５（直径３．９ｍｍ）｝
２）２．８５秒｛ボールＮｏ．３（直径２．３ｍｍ）｝
＜比較例１＞
比較例１として、図６（ａ）に示す構成のプローブクリーニングシートを用いてプローブクリーニング試験を行った。

図６（ａ）に示すように、プローブクリーニングシート１２ａは、基材シート２５の上に、クリーニング層２０として、弾性母材２１ａと研磨粒子２２を分散した第１のクリーニング層２０ａと、その上にさらに研磨粒子を含まないシリコーンゲル層２１ｂからなる第２のクリーニング層２０ｂとを設けた２層構造からなっている。

プローブをクリーニング層２０に突き刺す動作の時に、第２のクリーニング層２０ｂを通過し、第１のクリーニング層２０ａでプローブ針先の付着物を削り取り、プローブを抜く時に、第１のクリーニング層２０ａで削り取った付着物を第２のクリーニング層２０ｂ内に捕獲してクリーニングする構造となっている。
（１）研磨粒子：１）上層：研磨粒子なし
２）下層：ＳｉＣ、平均粒径１μｍ（球状）、配合率６０％
（２）ボールタックテスト：
１）５．５０秒｛ボールＮｏ．５（直径３．９ｍｍ）｝
２）３０．２３秒｛ボールＮｏ．３（直径２．３ｍｍ）｝
＜比較例２＞
比較例２として、図６（ｂ）に示す構成のプローブクリーニングシートを用いてプローブにクリーニング試験を行った。

図６（ｂ）に示すように、プローブクリーニングシート１２ｂは、基材シート２５の上に、シリコーンゲルからなる弾性母材２１ｂのみ（研磨粒子を含まない）が塗布されてなるクリーニング層２０が形成されてなるものである。
（１）研磨粒子：研磨粒子なし
（２）ボールタックテスト：
１）６．９０秒｛ボールＮｏ．５（直径３．９ｍｍ）｝
２）３８．４１秒｛ボールＮｏ．３（直径２．３ｍｍ）｝
＜比較例３＞
比較例３として、図６（ｃ）に示す構成のプローブクリーニングシートを用いてプローブにクリーニング試験を行った。

図６（ｃ）に示すように、プローブクリーニングシート１２ｃは、基材シート２５の上に、弾性母材２１として発泡ポリウレタン樹脂を使用したクリーニング層２０が形成されてなるものである。クリーニング層２０は、表面及び内部に気泡２９を有する発泡体からなり、クリーニング層２０の表面凹凸部に複数の研磨粒子２２を付着させた構成からなるものである。
（１）研磨粒子：ＳｉＣ、平均粒径１μｍ（球状）、配合率６０％
（２）ボールタックテスト：
１）０．４８秒｛ボールＮｏ．５（直径３．９ｍｍ）｝
２）１．５０秒｛ボールＮｏ．３（直径２．３ｍｍ）｝
＜試験結果＞
試験結果を下記の表２に示す。

上記表２に示す「クリーニング性」では、「○：研磨残り及び付着物がなし、△：研磨残り少しあり」を表し、「クリーニング層の弾性母材の付着（粘着母材がプローブに転写）」では、「○：なし、×：あり」を表すものである。
＜結果＞
実施例１〜６に示す構成のプローブクリーニングシートを使用して、表１に示す１００００回のクリーニング動作を行った。その後、プローブ先端を顕微鏡観察した結果、プローブ針先の固着物及び付着物が共に除去されており、除去後の再付着や弾性母材の粘着物の転写現象が見られなかった。また、プローブ針先の磨耗量も３μｍ以下と、低い値であった。

一方、比較例１のプローブクリーニングシートを使用した場合には、固着物及び付着物が除去されているものの、弾性母材の粘着物が針先周辺に付着（転写）し、ウェーハの性能試験でプローブの接触不良を発生する場合があった。

また、比較例２のプローブクリーニングシートを使用した場合には、付着物は除去されているものの、針先固着物は研磨残りがあり、十分な除去がされていなかった。

また、比較例３のプローブクリーニングシートを使用した場合には、針先の固着物は完全に除去されていたが、針先の磨耗が激しく、プローブの寿命に問題がある。また、付着物が針の側面に残り完全に除去されていなかった。

上記したように、本発明に係るプローブクリーニングシートの実施例１〜６は、プローブの磨耗を抑え、かつプローブ先端部分に付着した異物の除去を十分に除去することができるものである。また、実施例１〜６に示すプローブクリーニングシートは、基材シート上にクリーニング層を形成したものであるが、プローブクリーニング材により、プローブクリーニング装置のステージの金属板上や、再生シリコンウェーハ上に、クリーニング層を形成してもよい。

１０ プローブクリーニングシート
２０ クリーニング層
２１ 弾性母材
２２ 研磨粒子
２３ 複合粒子
２３ａ 母粒子
２３ｂ 子粒子
２５ 基材シート
２６ 剥離シート
２７ 保護シート
２８ 接着層

Claims (13)

1. プローブの先端部分に付着している異物を除去するためのクリーニング層を有するプローブクリーニングシートであって、
   基材シートと、該基材シート上に形成されたクリーニング層とを備えて成り、
   前記クリーニング層が、シロキサン骨格を有するオルガノポリシロキサンを架橋させたシリコーン樹脂及び／又はシリコーンエラストマーから成る弾性母材と、該弾性母材中に混入された研磨粒子とから成り、
   前記クリーニング層に前記プローブの先端部分を突き刺し、引き抜くときに、除去された異物を前記クリーニング層内に保持するとともに、前記弾性母材が前記プローブの先端部分へ付着することを防ぐよう前記クリーニング層の粘着性が、ＪＩＳ Ｚ０２３７に準拠する粘着性評価の傾斜式ボールタック試験で、傾斜角度２０度、ボールＮｏ．５（φ３．９ｍｍ）、助走距離１００ｍｍ、及び前記クリーニング層の表面を粘着面とする測定距離１００ｍｍの条件下で、前記ボールの前記測定距離を通過する時間が、０．５秒以上４．０秒以下の範囲にある、プローブクリーニングシート。
2. 前記弾性母材は、ＪＩＳ Ｌ１０９６に準拠した測定試験おける圧縮率が、０．７％以上１．５％以下であることを特徴とする請求項１に記載のプローブクリーニングシート。
3. 前記研磨粒子が、ダイヤモンド粒子、ＳｉＣの炭化物、Ｂ_４Ｃ又はｃＢＮの硼素化合物、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ及びＺｒのグループから選ばれる少なくとも１種類の元素を含む酸化物、並びにＳｉ、Ａｌ及びＴｉのグループから選ばれる少なくとも１種類の元素を含む窒化物のグループから選択される１又は２以上の種類からなり、前記研磨粒子の平均粒径が０．０５μｍ〜２０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブクリーニングシート。
4. 前記研磨粒子は、母粒子と、該母粒子の周囲に付着又は結合された複数の子粒子とで構成される複合粒子からなり、前記母粒子の平均粒径が１μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあり、前記子粒子の平均粒径が前記母粒子の平均粒径の１／１０以上１／１０００以下の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブクリーニングシート。
5. 前記母粒子が弾力性を有する有機物粒子であり、前記子粒子が無機物粒子であることを特徴とする請求項４に記載のプローブクリーニングシート。
6. 前記クリーニング層に混入される前記研磨粒子の配合率が、４０重量％以上８５重量％以下であることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一項に記載のプローブクリーニングシート。
7. 前記基材シートが、ポリイミド樹脂、シリコーンゴム、ポリエチレンナフタレート及びポリアクリルアクリルケトン(ＰＥＥＫ)のグループから選択される１又は２種類以上から成るシートであることを特徴とする、請求項１ないし６の何れか一項に記載のプローブクリーニングシート。
8. プローブの先端部分に付着している異物を除去するためのクリーニング層を形成するプローブクリーニング材であって、
   シロキサン骨格を有するオルガノポリシロキサンを架橋させたシリコーン樹脂及び／又はシリコーンエラストマーから成る弾性母材と、該弾性母材中に混入された研磨粒子とから成り、
   前記クリーニング層に前記プローブの先端部分を突き刺し、引き抜くときに、除去された異物を前記クリーニング層内に保持するとともに、前記弾性母材が前記プローブの先端部分へ付着することを防ぐよう前記クリーニング層の粘着性が、ＪＩＳ Ｚ０２３７に準拠する粘着性評価の傾斜式ボールタック試験で、傾斜角度２０度、ボールＮｏ．５（φ３．９ｍｍ）、助走距離１００ｍｍ、及び前記クリーニング層の表面を粘着面とする測定距離１００ｍｍの条件下で、前記ボールの前記測定距離を通過する時間が、０．５秒以上４．０秒以下の範囲にある、プローブクリーニング材。
9. 前記弾性母材は、ＪＩＳ Ｌ１０９６に準拠した測定試験おける圧縮率が、０．７％以上１．５％以下であることを特徴とする請求項８に記載のプローブクリーニング材。
10. 前記研磨粒子が、ダイヤモンド粒子、ＳｉＣの炭化物、Ｂ_４Ｃ又はｃＢＮの硼素化合物、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ及びＺｒのグループから選ばれる少なくとも１種類の元素を含む酸化物、並びにＳｉ、Ａｌ及びＴｉから選ばれる少なくとも１種類の元素を含む窒化物のグループ、から選択される１又は２以上の種類からなり、前記研磨粒子の平均粒径が０．０５μｍ〜２０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項８又は９に記載のプローブクリーニング材。
11. 前記研磨粒子は、母粒子と、該母粒子の周囲に付着又は結合された複数の子粒子とで構成される複合粒子からなり、前記母粒子の平均粒径が１μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあり、前記子粒子の平均粒径が前記母粒子の平均粒径の１／１０以上１／１０００以下の範囲にあることを特徴とする請求項８ないし１０の何れか一項に記載のプローブクリーニング材。
12. 前記母粒子が有機物粒子であり、前記子粒子が無機物粒子であることを特徴とする請求項１１に記載のプローブクリーニング材。
13. 前記クリーニング層に混入される前記研磨粒子の配合率が、４０重量％以上８５重量％以下であることを特徴とする請求項８ないし１１の何れか一項に記載のプローブクリーニング材。

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