CN101504440B - 检查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在高温检查中探针卡热膨胀也始终能够以适当的接触负载进行检查的检查装置。本发明的检查装置(10)具有能够调节温度的载置台(11)、升降驱动机构(12)、探针卡(13)和控制装置(14)，升降驱动机构(12)包括：使载置台(11)升降、且通过联结部件(125A、125B)连结的第一、第二驱动轴(123A、123B)；驱动这些驱动轴(123A、123B)的步进电动机(124)；和在第一、第二驱动轴(123A、123B)间对基于多个探针(13A)与器件间的接触负载的转矩进行检测的转矩检测单元(128)，控制装置(14)具有根据探针卡(13)由于温度变化而膨胀时的来自转矩检测单元(128)的转矩信号控制为基准转矩的转矩控制部(143)。

Description

检查装置
技术领域
本发明涉及对半导体晶片等被检查体的电特性进行检查的检查装置，更详细地说，涉及能够可靠地进行高温检查或低温检查的检查装置。
背景技术
现有的检查装置，例如图5所示，具有载置被检查体(例如半导体晶片)W的能够移动的载置台1；能够在水平方向和上下方向使载置台1移动的驱动机构2；配置在载置台1的上方的探针卡3；进行探针卡3的多个探针3A与载置台1上的半导体晶片W的多个电极垫的定位的对准机构4；以及控制包括载置台1和对准机构4的各种设备的控制装置5，在控制装置5的控制下，进行载置台1上的半导体晶片W的多个电极垫与探针卡3的多个探针3A的定位，使多个电极垫与多个探针3A接触后使半导体晶片W过驱动(overdrive)，以规定的接触负载进行半导体晶片W的电特性检查。
驱动机构2包括驱动XY工作台的伺服电动机、和构成使载置台1升降的升降驱动机构的步进电动机。对准机构4具有对载置台1上的半导体晶片W进行摄像的第一摄像机4A、对探针卡3的探针3A进行摄像的第二摄像机4B、以及对第一、第二摄像机4A、4B摄取的图像进行图像处理的图像处理部4C、4D，根据半导体晶片W的多个电极垫和探针卡3的多个探针3A各自被摄取的图像，进行多个电极垫与多个探针3A的定位。另外，在图5中，4E是对准桥。
例如，在对半导体晶片W进行高温检查的情况下，使用内置于载置台1内的温度调整机构，将载置台1上的半导体晶片W例如加热至150℃，另一方面，通过对准机构4进行载置台1上的半导体晶片W的多个电极垫和探针卡3的多个探针3A的对准，通过以步进电动机为主体的升降驱动机构使载置台1上升，使多个电极垫与多个探针3A接触， 进而，使半导体晶片W过驱动并以规定的接触负载使多个电极垫与多个探针3A电接触，在150℃的高温下进行半导体晶片W的电特性检查。
然而，在检查的初始阶段，虽然半导体晶片W被加热至150℃的高温，但探针卡3未被加热，所以半导体晶片W与探针3A之间存在很大的温度差。因此，在检查时，多个探针3A与半导体晶片W的最初的电极垫接触时，多个探针3A被载置台1上的半导体晶片W直接加热、产生热膨胀而伸长。进而，探针卡3本体也由于来自半导体晶片W侧的散热而逐渐被加热并热膨胀。探针卡3本体和探针3A在反复进行半导体晶片W内的器件的检查的期间，温度逐渐升高，探针3A从例如图6(a)所示的状态或者该图(b)中细线所示的状态伸长到该图(b)中实线所示的状态，其针尖位置从初始位置逐渐向下方移位，因此，如果使用步进电动机以预先设定的过驱动量使半导体晶片W过驱动，则由于来自探针3A的接触负载过大，存在损伤探针3A、电极垫P的危险。而且，还存在探针卡3热膨胀、探针3A的针尖位置需要很长时间才能够稳定的问题。
因此，在进行高温检查的情况下，先将探针卡预热，使探针卡完全热膨胀且尺寸稳定之后再进行高温检查。然而，随着探针卡的大型化，预热也需要较长时间，例如20～30分钟。例如在专利文献1所记载的技术中，使探针与检查时设定为高温的半导体晶片直接接触，从靠近探针卡的位置开始预热探针卡。
[专利文献1]日本特开2007-088203
发明内容
但是，在专利文献1的技术中，虽然在高温检查中探针卡几乎不会热膨胀，能够以规定的过驱动获得探针与半导体晶片的稳定的接触负载，能够防止探针卡、半导体晶片的损伤，但是存在除了检查时间之外还需要探针卡的预热时间，检查时间由于预热的时间而变长的问题。另外，如果不预热探针卡，则如上所述，在高温检查中探针3A的针尖位置向下方移位而施加过大的接触负载，半导体晶片W的器件、探针卡3存在被损伤的危险。
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种检查装置，即使不预热探针卡地进行高温检查，探针的针尖位置变动，也能够通过升降驱动机构实时地检测接触负载，保持适当的接触负载，进行可靠性高的检查，进而能够防止探针卡、被检查体的损伤。
本发明的方案1所记载的检查装置包括：内置有温度调整机构并能够移动的载置台；使上述载置台升降的升降驱动机构；控制上述升降驱动机构的控制装置；和配置在上述载置台的上方的具有多个探针的探针卡，将搭载在上述载置台上的被检查体通过上述温度调整机构加热或冷却至规定的温度，通过上述升降驱动机构以规定的接触负载使在上述被检查体上形成的多个器件的至少一个器件与上述探针卡的多个探针电接触，从而进行上述器件的电特性检查，该载置装置的特征在于：上述升降驱动机构包括：驱动上述载置台并通过联结(coupling)部件连结的第一、第二驱动轴；驱动第一、第二驱动轴的电动机；和在上述第一驱动轴与上述第二驱动轴间对基于上述多个探针与至少一个上述器件间的接触负载的转矩进行检测的转矩检测单元，上述控制装置具有根据上述探针卡因温度变化而膨胀、收缩时的上述转矩检测单元的检测结果控制上述转矩的转矩控制部。
另外，本发明的方案2所记载的检查装置的特征在于：在方案1所记载的发明中，上述转矩检测单元包括：介于上述联结部件之间的转矩检测部件；检测上述转矩检测部件的扭转角的扭转角检测器；和根据由扭转角检测器检测出的扭转角，检测上述转矩检测部件的转矩的转矩检测器。
另外，本发明的方案3所记载的检查装置的特征在于：在方案1所记载的发明中，上述转矩检测单元包括：介于上述联结部件之间的转矩检测部件；检测上述电动机侧的第一驱动轴的旋转角的第一编码器；检测上述载置台侧的第二驱动轴的旋转角的第二编码器；和求取第一、第二编码器间的检测角度差的角度差检测器。
另外，本发明的方案4所记载的检查装置的特征在于：在方案3所记载的发明中，上述转矩检测单元具有检测上述第二驱动轴的旋转角的微线性标尺(micro linear scale)，上述第二编码器对利用上述微线性标尺检测出的上述旋转角进行检测。
根据本发明，能够提供一种检查装置，即使不预热探针卡地进行高温检查，探针的针尖位置产生变动，也能够通过升降驱动机构实时地检测接触负载，并修正到适当的接触负载而进行可靠性高的检查，进而能够防止探针卡、被检查体的损伤。
附图说明
图1是用于说明本发明的检查装置的主要部份的结构的说明图。
图2(a)、(b)是分别表示本发明的检查装置中使用的载置台的一实施方式的图，(a)是说明半导体晶片的分度输送(index feed)的平面图，(b)是用于说明检查时间与步进电动机的转矩的关系的图。
图3(a)、(b)是分别表示在图1所示的载置台上使半导体晶片与探针卡接触并进行高温检查的状态的局部放大图，(a)表示刚接触后的截面图，(b)是表示探针卡热膨胀、半导体晶片已下降的状态的截面图。
图4是用于说明本发明的检查装置的其他实施方式的主要部份的说明图。
图5是示意性地表示现有的检查装置的一个例子的结构图。
图6(a)、(b)是分别表示使用图6所示的检查装置使半导体晶片与探针卡接触并进行高温检查的状态的局部放大图，(a)表示刚接触后的截面图，(b)是表示探针卡热膨胀和状态的截面图。
符号说明：
10检查装置
11载置台
12升降驱动机构
13探针卡
13A探针
14控制装置
123A第一驱动轴
123B第二驱动轴
124步进电动机(电动机)
128转矩检测单元
128A转矩检测部件
128E第一编码器
128F微线性标尺
128G第二编码器
W半导体晶片(被检查体)
D器件
具体实施方式
以下，根据图1～图4所示的实施方式对本发明进行说明。其中，在各图中，图1是用于说明本发明的检查装置的一个实施方式的主要部分的结构的说明图，图2(a)、(b)是分别用于说明使用本发明的检查装置的检查过程的图，(a)是说明半导体晶片的分度输送的平面图，(b)是用于说明检查时间与步进电动机的转矩的关系的图，图3(a)、(b)是分别表示在图1所示的载置台上使半导体晶片与探针卡接触并进行高温检查的状态的局部放大图，(a)表示刚接触后的截面图，(b)是表示探针卡热膨胀、半导体晶片已下降的状态的截面图，图4是用于说明本发明的检查装置的其他实施方式的主要部份的说明图。
例如图1所示，本实施方式的检查装置10包括：载置被检查体(例如半导体晶片)W并具有调整被检查体W的温度的温度调整机构(未图示)的载置台11；使载置台11向水平方向移动的XY工作台(未图示)；使载置台11向上下方向升降的升降驱动机构12；配置在载置台11的上方的探针卡13；和使探针卡13的探针13A与载置台11上的半导体晶片W的电极垫对准的对准机构(未图示)。在控制装置14的控制下，将载置台11上的半导体晶片W调整至规定的温度(例如150℃)后，使载置台11上的半导体晶片W过驱动，使多个探针13A与半导体晶片W的多个电极垫以规定的接触负载电接触，对半导体晶片W进行高温检查。
如图1所示，升降驱动机构12包括：从载置台11的下表面中央垂下的滚珠丝杠(ball screw)121；与滚珠丝杠121螺纹固定的螺母部件122；使滚珠丝杠121旋转的驱动轴123；和使驱动轴123旋转的步 进电动机124。驱动轴123由步进电动机124侧的第一驱动轴123A和滚珠丝杠121侧的第二驱动轴123B构成，第一，第二驱动轴123A、123B通过联结部件125A、125B被连结。滚珠丝杠121与第二驱动轴123B通过环架在各个滑轮126A、126B上的无端状带(endless belt：环形带)127被连结。因此，当步进电动机124通过驱动轴123使滚珠丝杠121旋转时，载置台11通过滚珠丝杠121和螺母部件122进行升降。
另外，如图1所示，控制装置14包括：进行步进电动机124的位置控制的位置控制部141；和根据来自该位置控制部141的控制信号驱动步进电动机124的驱动器142，位置控制部141对步进电动机124进行位置控制，使载置台11上升至规定位置，使载置台11上的半导体晶片W的多个电极垫与探针卡13的多个探针13A以规定的接触负载接触，进行半导体晶片W的高温检查。
然而，例如在进行半导体晶片W的高温检查时，如前所述，探针卡13由于与已被加热的半导体晶片W的接触和来自半导体晶片W的散热而热膨胀。由于该热膨胀，使探针卡13的探针13A的针尖位置产生变动，因此，如果通过步进电动机124的位置控制使载置台11上的半导体晶片W过驱动至规定的距离，则器件的多个电极垫与多个探针13A的接触负载超过适当的接触负载，探针卡13和/或半导体晶片W存在被损伤的危险。于是，在本实施方式中，在升降驱动机构12上设置检测步进电动机124的转矩的转矩检测单元128，通过该转矩产生单元128，使得多个探针13A与半导体晶片W的多个电极垫的接触负载在高温检查时维持为适当的接触负载。
如图1所示，转矩检测单元128包括：介于联结部件125A、125B之间，且作为扭转检测出在第一、第二驱动轴123A、123B间作用于驱动轴123的转矩的转矩检测部件128A；检测转矩检测部件128A的扭转角的扭转角检测器128B；和根据扭转角检测器128B，检测第一、第二驱动轴123A、123B间的现在的转矩的转矩检测器128C，转矩检测器128C所检测出的现在的转矩信号通过增幅器(未图示)增幅，并向控制装置14发送。另外，在转矩检测部件128A的上下两侧分别安装有板簧128D、128D，联结部件125A、125B与这些板簧128D、128D 连结。
因此，当步进电动机124驱动，载置台11上升的过程中载置台11上的半导体晶片W的多个电极垫与多个探针13A的接触负载被施加时，第二驱动轴123B侧的制动力产生作用，在介于第一、第二驱动轴123A、123B之间的转矩检测部件128A上产生扭转。此时的扭转角通过扭转角检测器128B被检测。扭转角根据转矩检测部件128A的上下的板簧128D、128D间的旋转量的差而被检测出来。作为扭转角检测器128B，例如也可以使用编码器。
本实施方式中的升降驱动机构12包括具有上述结构的转矩检测单元128，因此，在进行半导体晶片W的高温检查时，即使多个探针13A由于其与多个电极垫的接触而热膨胀，与多个电极垫的接触负载会变得大于适当的接触负载，但转矩检测单元128总是监视基于接触负载的现在的转矩，使该可能增加的转矩如后所述收敛至适当的接触负载，以适当的接触负载进行可靠性高的高温检查。
即，控制装置14中设置有转矩控制部143，该转矩控制部143根据从转矩检测单元128的转矩检测器128C接收的转矩信号对步进电动机124的现在的转矩进行控制。该转矩控制部143包括：将多个探针13A与多个电极垫最初接触时由转矩检测器128C检测出的转矩信号作为基准转矩进行存储的存储部；和在其后的检查时，计算由转矩检测器128C检测出的该时刻的转矩信号与基准转矩信号的差的偏差计数器，将基于偏差计数器的计数结果的转矩控制信号发送至驱动器142，并使步进电动机124的现在的转矩收敛(返回)至基准转矩。另外，转矩控制部143具有根据转矩信号求取此时的接触负载，并将此时的接触负载显示在显示部中的功能。本实施方式的升降驱动机构12在现有的步进电动机124上添设转矩检测单元128，从而在步进电动机124上添加转矩控制功能。由此，本实施方式的升降驱动机构12能够直接对现有的步进电动机124进行改良而使用。
接着，关于本实施方式的检查装置的动作，参照图2(a)、(b)和图3进行说明。首先，在控制装置14的控制下，通过温度调整机构将载置台11例如半导体晶片W加热至能够设定为150℃的温度。当将半导体晶片W载置在该载置体11上时，在载置台11在水平方向上移动 的过程中，通过对准机构进行载置体11上的半导体晶片W的多个电极垫和探针卡13的多个探针13A的定位。在此期间，载置体11上的半导体晶片W被设定在150℃。
然后，控制装置14通过XY工作台使载置台11向水平方向移动，如图2(a)所示，当载置台11上的半导体晶片W的多个器件D中最先应该检查的器件D1到达探针卡13的多个探针13A的正下方时，使载置台11停止。接着，控制装置14将位置控制信号从位置控制部141发送至驱动器142，通过驱动器142使步进电动机124旋转。步进电动机124通过驱动轴123、滑轮126B、无端状带127和滑轮126A使滚珠丝杠121旋转驱动，使载置台11通过螺母部件122上升。载置台11根据位置控制部141的位置控制信号上升，如图2(a)所示，载置台11上的半导体晶片W的最初的器件D1的多个电极垫与多个探针13A接触，进而，载置台11过驱动，多个电极垫与多个探针13A以规定的接触负载(进行器件D的高温检查的情况下的适当的接触负载)接触。由于该接触负载，步进电动机124的转矩大于一直以来的非接触时的转矩。由于该接触负载导致的转矩的变化，在驱动轴123的第一驱动轴123A与第二驱动轴123B之间的转矩检测部件128A上产生扭转。扭转角检测器128B检测出该扭转角，并将检测信号发送至转矩检测器128C。转矩检测器128C，例如图2(b)中的A所示，根据来自扭转角检测器128B的检测信号求得现在的转矩之后，将转矩信号通过增幅器(未图示)发送至控制装置14的转矩控制部143。
转矩控制部143根据来自转矩检测器128C的转矩信号，将最初的器件的转矩作为基准转矩存储在存储部。该基准转矩是半导体晶片W与多个探针13A接触后即刻测得的转矩，因此作为与探针卡13的热膨胀前的多个探针13A没有受到热膨胀影响的高温检查时的适当的接触负载相对应的转矩进行处理。接着，使载置台11过驱动，进行最初的器件的高温检查。然后，在控制装置14的控制下，步进电动机124反向旋转并停止，载置台11下降至开始上升的位置(基准位置)。载置台11在下降端沿水平方向移动，以图2(a)中箭头所示的方式对半导体晶片W进行分度输送。
接着，根据上述方法，步进电动机124根据来自控制装置14的位 置控制部141的控制信号进行驱动，载置台11从基准位置上升，半导体晶片W的第二个器件D2的多个电极垫与多个探针13A接触、过驱动后，第二个器件D2的多个电极垫与多个探针13A以新的接触负载接触。由于探针卡13的热膨胀，新的接触负载大于多个探针13A对最初的器件D1的适当的接触负载。在转矩检测单元128中，根据新的接触负载，如上所述，转矩检测部件128A检测出扭转；角检测器128B检测出转矩检测部件128A的扭转角；如图2(b)的B所示，转矩检测器128C根据扭转角检测出转矩，并将转矩信号发送至转矩控制部143。
转矩控制部143，在偏差计数中，对现在的转矩与来自存储部的基准转矩的差Δt1进行计数，根据该计数差实时地控制驱动器142，使步进电动机124逆向旋转，使载置台11从图3(b)中的点划线所示的位置下降至实线所示的位置，使现在的转矩总是收敛至基准转矩，能够保持适当的接触负载。由此，第二个器件D2的多个电极垫与多个探针13A以适当的接触负载接触，能够不损伤器件D2或探针卡13地可靠地进行器件D2的高温检查。
在进行第三个器件D3的高温检查时，探针卡13进一步热膨胀，多个探针13A的针尖位置更加接近半导体晶片W侧，因此，仅仅根据位置控制部141的控制信号对步进电动机124进行控制的话，器件Dn的多个电极垫与多个探针13A的接触负载会进一步增加而变得过大，在本实施方式中，如图2(b)所示，通过转矩控制部143的偏差计数监视现在的转矩与基准转矩的计数差Δt2，根据计数差控制驱动器142，使接触负载收敛至适当的接触负载，总是能够进行可靠的高温检查。这样，步进电动机124通过转矩检测单元128能够进行转矩控制，因此，即使随着探针卡13的热膨胀接触负载变大，如图2(b)中箭头C所示，步进电动机124的失步转矩(pullout torque)也逐渐变大，步进电动机124不会失调，并能够可靠地进行驱动。
如上所述，根据本实施方式，使载置台11升降的升降驱动机构12包括：用于使载置台11升降、且通过联结部件128D、128D连结的第一、第二驱动轴123A、123B；驱动第一、第二驱动轴123A、123B的步进电动机124；以及在第一驱动轴123A与第二驱动轴123B之间对基于多个探针13A与器件D的多个电极垫间的接触负载的转矩进行检 测的转矩检测单元128，因为控制装置14包括进行步进电动机124的位置控制的位置控制部141、和根据探针卡13因温度变化而膨胀时的转矩检测单元128的检测结果控制转矩的转矩控制部143，因此，即使不预热探针卡13而进行高温检查，探针13A因热膨胀而伸长、针尖位置产生变动，但在控制装置14中，在转矩控制部143中根据从转矩检测单元128实时发送来的转矩信号使步进电动机124逆向旋转，使载置台11下降而吸收探针13A的伸长，使探针13A与半导体晶片W的接触负载收敛至适当的接触负载，从而能够进行可靠性高的检测，其结果，能够防止半导体晶片W、探针卡13的损伤。
图4是表示本发明的其他的实施方式中作为主要部分的步进电动机和转矩检测单元的图。本实施方式的检查装置，除了转矩检测单元有所不同之外，其他均按照上述实施方式构成。因此，在本实施方式中，与上述实施方式相同或相当的部分标注相同的符号，从而说明本发明。
本实施方式中的步进电动机124的驱动轴123，如图4所示，由第一、第二驱动轴123A、123B构成，通过联结部件125A、125B被连结。联结部件125A、125B之间插入设置有转矩检测部件128A。另外，步进电动机124上安装有第一编码器128E，第二驱动轴123B上卷绕有微线性标尺128F的线128F1。该微线性标尺128F与第二编码器128G一体化，第二编码器128G根据微线性标尺128F的线128F1的卷绕长度来求取第二驱动轴123B的旋转角。另外，步进电动机124侧的第一编码器128E的旋转角度与微线性标尺128F侧的第二编码器128G的旋转角度之差，通过角度差检测器128H进行光学检测。即，在本实施方式中，转矩检测单元128包括：转矩检测部件128A；第一、第二编码器128E、128G；和角度差检测器128H。
从而，如果在探针卡已热膨胀的状态下进行半导体晶片的高温检查，则由于载置台上的器件的多个电极垫与多个探针的接触负载，第一、第二驱动轴123A、123B间的转矩检测部件128A产生扭转。此时的角度差检测器128H求取第一编码器128E的检测角度与第二编码器128G的检测角度的差，并将该角度差发送至控制装置的转矩控制部。由此，载置台与上述实施方式一样下降，使器件的多个电极垫与多个 探针的接触负载收敛至适当的接触负载，能够不损伤器件、探针卡地确实且高可靠性地进行器件的高温检查。
如上所述，根据本实施方式，转矩检测单元128包括：转矩检测部件128A；检测步进驱动器124侧的第一驱动轴123A的旋转角的第一编码器128E；检测载置台侧的第二驱动轴123B的旋转角的第二编码器128G；以及求取第一、第二编码器128E、128G间的旋转角度差的角度差检测器128H，因此，当角度差检测器128H向转矩控制部143发送旋转角度差的检测信号时，转矩控制部143根据检测信号启动驱动器142，能够使载置台收敛至基准转矩并以适当的接触负载进行器件的高温检查。转矩检测单元128具有检测第二驱动轴123B的旋转角的微线性标尺128F，第二编码器128G能够高精度的检测出利用微线性标尺128F检测出的第二驱动轴123B的旋转角，并能够高精度地控制接触负载。
另外，本发明不局限于上述各实施方式，对本发明的构成要素能够适当地进行设计变更。例如，上述各实施方式中对使用编码器检测转矩产生部件的扭转角的情况进行了说明，但也能够使用应变计检测转矩。另外，上述各实施方式中对半导体晶片的高温检查进行了说明，但也能够适用于半导体晶片的低温检查，还能够适用于半导体晶片以外的被检查体。
产业上的可利用性
本发明能够适用于进行半导体晶片等被检查体的高温检查或低温检查的检查装置。

Claims (4)

1.一种检查装置，其包括：内置有温度调整机构并能够移动的载置台；使所述载置台升降的升降驱动机构；控制所述升降驱动机构的控制装置；和配置在所述载置台的上方的具有多个探针的探针卡，将载置在所述载置台上的被检查体通过所述温度调整机构加热或冷却至规定的温度，通过所述升降驱动机构使在所述被检查体上形成的多个器件的至少一个器件与所述探针卡的多个探针以规定的接触负载电接触，进行所述器件的电特性检查，该检查装置的特征在于：
所述升降驱动机构包括：驱动所述载置台并通过联结部件连结的第一、第二驱动轴；驱动第一、第二驱动轴的电动机；和在所述第一驱动轴与所述第二驱动轴间对基于所述多个探针与至少一个所述器件间的接触负载的转矩进行检测的转矩检测单元，
所述控制装置具有根据所述探针卡因温度变化而膨胀、收缩时的所述转矩检测单元的检测结果控制所述转矩的转矩控制部。
2.如权利要求1所述的检查装置，其特征在于：
所述转矩检测单元包括：介于所述联结部件间的转矩检测部件；检测所述转矩检测部件的扭转角的扭转角检测器；和根据由扭转角检测器检测出的扭转角检测所述转矩检测部件的转矩的转矩检测器。
3.如权利要求1所述的检查装置，其特征在于：
所述转矩检测单元包括：介于所述联结部件间的转矩检测部件；检测所述电动机侧的第一驱动轴的旋转角的第一编码器；检测所述载置台侧的第二驱动轴的旋转角的第二编码器；和求取第一、第二编码器间的检测角度差的角度差检测器。
4.如权利要求3所述的检查装置，其特征在于：
所述转矩检测单元具有检测所述第二驱动轴的旋转角的微线性标尺，所述第二编码器对利用所述微线性标尺检测出的所述旋转角进行检测。
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