CN103308735B

CN103308735B - 晶片检查用接口和晶片检查装置

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Publication number: CN103308735B
Application number: CN201310081922.5A
Authority: CN
Inventors: 山田浩史
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: JP2013191736A; TW201350883A; CN103308735A; KR20130105444A; KR101406753B1; TWI583976B; US9151780B2; JP5941713B2; US20130249587A1

Abstract

本发明提供一种晶片检查用接口，其能够确保探针卡中的晶片相对面的平滑度，该探针卡使多个探针分别一起与形成在晶片上的多个半导体器件的多个电极抵接。晶片检查用接口（18）包括：探针卡（20），其具有基板（20a）和多个探针（25），该多个探针与形成在该晶片（W）上的多个半导体器件的电极相对应地进行设置在该基板（20a）的与晶片（W）相对的面上；抵触框架（pogo frame）（40），其与该探针卡（20）的与晶片（W）相对的面的相反侧的面抵接，支承该探针卡；隔片（51），其设置于与探针卡（20）的抵触框架（40）的抵接面上，调整探针卡（20）的厚度，隔片（51）在俯视时呈十字状。

Description

晶片检查用接口和晶片检查装置

技术领域

本发明涉及具有探针卡的晶片检查用接口和晶片检查装置。

背景技术

作为晶片检查装置，例如已知对形成在晶片上的多个半导体器件进行电特性检查的探针装置和老化检查装置。

图9是表示现有的探针装置、的概略构成的截面图，图10是表示图9的探针装置、中的抵触框架（pogoframe）（抵触环（pogoring））的截面图。

图9中，探针装置、100构成为，具有形成搬送晶片W的搬送区域的装载室101和进行形成在晶片W上的多个半导体器件的电特性检查的检查室102，通过控制装置控制装载室101和检查室102内的各种仪器，对半导体器件进行电特性检查。检查室102包括：载置台106，其载置从装载室101搬入的晶片W并在X、Y、Z以及θ方向上移动；抵触框架109，其配置于载置台106的上方；探针卡108，其支承于抵触框架109；和对准机构110，其与载置台106协作，将设置于探针卡108的多个探针（检查针）和形成在晶片W上的多个半导体器件的各电极对准（位置对准）。通过对准机构110和载置台106的协作来进行晶片W和探针卡108的对准，使探针卡108的各探针分别与晶片W的各电极抵接，对于形成在晶片W上的多个半导体器件，对每个半导体器件进行电特性检查（例如，参照专利文献1）。

图10中，抵触框架109支承于转换环112，借助转换环112被安装于探针装置100的上部板（plate）。抵触框架109在中央具有在厚度方向贯通的开口部109A，在开口部109A的周围的环（ring）部109B，以在厚度方向上贯通的方式配置有多个抵触销（pogopin）109C。抵触销109C与设置于抵触框架109的下方的探针卡108的外周缘部的连接端子108A抵接，将设置于探针卡108的下表面中央部的探针108B与省略图示的检查装置电连接。探针108B与在配置于其下方的晶片W上设置的一个半导体器件所对应的电极抵接。

但是，在现有的探针装置中，对于形成在晶片上的多个半导体器件，对每个半导体器件反复进行与形成在探针卡上的探针的抵接和电特性的检查。因此，与晶片抵接的探针卡的抵接面狭小，该抵接面中的表面的平滑度不构成问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-140241号公报

发明内容

发明需要解决的课题

但是，作为本发明的对象的晶片检查装置是总括接触型装置，其将形成在探针卡上的全部探针分别一起与形成在晶片上的全部的半导体器件的全部电极抵接，一次性地对全部的半导体器件进行电特性检查。因此，与形成在晶片上的多个半导体器件抵接的探针卡的抵接面与现有装置相比大幅扩大，维持探针卡中的晶片抵接面的平滑度变得困难。

本发明的课题在于，提供一种晶片检查用接口和晶片检查装置，其在将多个探针分别一起与形成在晶片上的多个半导体器件的多个电极抵接的探针卡中的晶片相对面的平滑度保持在规定范围。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，技术方案1所述的晶片检查用接口，其特征在于，包括：探针卡，其具有基板和多个探针，该多个探针与形成在晶片上的多个半导体器件的电极相对应地设置在该基板的与该晶片相对的面上；框架，其与所述探针卡的与所述晶片相对的面的相反侧的面抵接，支承该探针卡；和垫片，其形成在所述探针卡的与所述框架的抵接面上，调整该探针卡的厚度。

技术方案2所述的晶片检查用接口，其特征在于，在技术方案1所述的晶片检查用接口中，上述垫片是用于确保上述探针卡的与上述晶片相对的面的平滑度的垫片。

技术方案3所述的晶片检查用接口，其特征在于，在技术方案2所述的晶片检查用接口中，上述探针卡的与上述晶片相对的面是由形成在该探针卡的与上述晶片相对的面上的多个探针的前端部形成的面。

技术方案4所述的晶片检查用接口，其特征在于，在技术方案1～3中的任一项所述的晶片检查用接口中，上述探针卡的上述多个探针划分为对应于形成在上述晶片上的多个半导体器件的多个探针组，上述垫片设置于上述多个探针组彼此的间隙中。

技术方案5所述的晶片检查用接口，其特征在于，在技术方案4所述的晶片检查用接口中，上述多个探针组以棋盘格状排列，上述垫片设置于排列为棋盘格状的上述多个探针组彼此之间的格子状的间隙的角部。

技术方案6所述的晶片检查用接口，其特征在于，在技术方案5所述的晶片检查用接口中，上述垫片在俯视时呈十字状。

技术方案7所述的晶片检查用接口，其特征在于，在技术方案1～6中的任一项所述的晶片检查用接口中，上述垫片由热膨胀率与上述探针卡的基板相同或相近的低膨胀率材料形成。

技术方案8所述的晶片检查用接口，其特征在于，在技术方案2～7中的任一项所述的晶片检查用接口中，上述平滑度为算术平均粗糙度Ra≦30μm。

为了解决上述课题，技术方案9所述的晶片检查装置具有检查形成在晶片上的半导体器件的电特性的检查室和对该检查室搬出搬入所述晶片的搬送机构，该晶片检查装置的特征在于：所述检查室具有晶片检查用接口，该晶片检查用接口包括：探针卡，其具有基板和多个探针，该多个探针与形成在该晶片上的多个半导体器件的电极相对应地设置在该基板的与晶片相对的面上；框架，其与所述探针卡的与所述晶片相对的面的相反侧的面抵接，支承该探针卡；和垫片，其形成在所述探针卡的与所述框架的抵接面上，调整该探针卡的厚度。

发明效果

根据本发明，探针卡的与框架的抵接面上设置有调整探针卡的厚度的垫片，因此，能够将探针卡中的晶片相对面的平滑度保持在规定范围，该探针卡使多个探针分别一起与形成在晶片上的多个半导体器件的多个电极抵接。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的晶片检查装置的外观的立体图。

图2是图1中的晶片检查装置的沿II-II线的截面图。

图3是表示图2中的检查室所具有的晶片检查用接口的构成的概略截面图。

图4是表示图3中的探针卡的图，图4（A）是表示与抵触框架的抵接面的俯视图，图4（B）是表示与晶片的抵接面的俯视图。

图5是图4中的隔片（shim）的立体图。

图6是图3的晶片检查用接口的局部放大截面图。

图7是使用图6的晶片检查用接口的晶片中的各半导体器件的电特性检查的工序图。

图8是使用图6的晶片检查用接口的晶片中的各半导体器件的电特性检查的工序图。

图9是表示现有的探针装置的概略构成的截面图。

图10是表示图9中的抵触框架的截面图。

符号说明

W晶片

14检查室

18晶片检查用接口

20探针卡

20a基板

23吸盘头

25探针

40抵触框架

51隔片（垫片）

具体实施方式

下面，参照附图，说明本发明的实施方式。

该晶片检查装置10是总括接触型的检查装置，其将形成在探针卡上的全部探针分别一起与形成在晶片上的全部半导体器件的全部电极抵接，一次性地进行电特性检查，其中对于能够共用的装置是在尽量共用的理念下进行开发的。从而，为了实现装置的小型化，在检查室以外的另外的地方进行晶片的对准。

图1中，晶片检查装置10主要包括：在该晶片检查装置10的背面进行晶片的搬出搬入的搬出搬入区域S10；与该搬出搬入区域S10相对地设置于正面的检查区域S40；和设置于搬出搬入区域S10和检查区域S40之间的搬送区域S30。

搬出搬入区域S10与多个载置机构相对，被分隔为多个的单位搬出搬入区域，检查区域S40也与多个检查室相对应地被分隔为多个的单位检查区域。即，搬出搬入区域S10和检查区域S40分别以公寓样式被分隔为多个室，晶片搬送机构（参照后述的图2）在其间的搬送区域S30移动，搬送晶片。

图2是沿图1的II-II线的截面图。

图2中，在搬出搬入区域S10中作为载置机构例如设置有多个前开式晶圆盒（Foup）F的接收机构。另外，在搬出搬入区域S10的图中左端形成有具有对准室12的对准区域S20，在右端设置有具有针迹检查装置17的针迹检查区域S50。另外，在搬送区域S30设置有晶片搬送机构13，在检查区域S40设置有多个检查室14。

晶片搬送机构13例如具有：设置于基台上的旋转体、在旋转体上各自分别在一个方向往复移动的上下两个臂、使基台和臂升降的升降机构和使基台和臂沿搬送区域S30往复移动的移动机构，在上侧的臂13A的前端设置有载置并搬送晶片W的拾取器13B（参照后述的图3）。

在晶片检查装置10中，晶片搬送机构13从前开式晶圆盒F接受未检查的晶片W并搬送到对准室12，该对准室12对晶片搬送机构13的拾取器13B进行晶片W的对准，晶片搬送机构13将对准后的晶片W搬入到规定的检查室14。检查室14具有后述的晶片检查用接口18，该晶片检查用接口18对形成在晶片W上的多个半导体器件进行电特性检查。

进而，晶片搬送机构13将检查完成的晶片W从规定的检查室14交给设置于位于搬出搬入区域S10的一端的针迹检查区域S50内的针迹检查装置17，针迹检查装置17对检查完成的晶片W中的各半导体器件的电极中的针迹（探针25的接触痕）进行检查，然后，晶片搬送机构13将检查后的晶片W搬入到搬出搬入区域S10的前开式晶圆盒F。

此时，晶片搬送机构13将例如从第一前开式晶圆盒F搬出的第一晶片W搬入到第一检查室14内，但是在第一检查室14内对形成在第一晶片W上的半导体器件进行电特性检查的期间，能够将从第二前开式晶圆盒F搬出的第二晶片W搬入到第二检查室14内。另外，晶片搬送机构13也能够在第一检查室14内对形成在第一晶片W上的半导体器件进行电特性检查的期间，从第三检查室将检查后的第三晶片W搬出并搬入到第三前开式晶圆盒F。也就是说，晶片搬送机构13在多个前开式晶圆盒F和多个检查室14之间依次进行晶片W的搬出搬入，多个检查室14在各检查室14中，依次对多个晶片W进行形成在该晶片W上的半导体器件的电特性检查。

图3中，晶片检查用接口18具有配置于检查室14内的顶部的包括板状部件的顶板（headplate）19、构成该顶板19的下表面的框架（以下称为‘抵触框架’）40和以与该抵触框架40的下表面抵接的方式进行配置的探针卡20。探针卡20主要包括基板20a和形成在该基板20a的与晶片W相对的面上的多个探针25。探针卡20的与抵触框架40的抵接面上配置有多个调整探针卡20的厚度的垫片（以下称为‘隔片（shim）’）51。晶片检查用接口18还具有支承探针卡20的外周并固定于抵触框架40上的固定环21、从检查室14内的底部直立设置并在图3中上下方向上移动的棒状的升降器（lifter）22和设置于该升降器22的顶部的台状的吸盘头（chucktop）23。吸盘头23的截面呈凸状，并具有在中央部向图中上方突出的凸部23A和包围该凸部23A并形成得比凸部23A低一阶的台阶部23B，凸部23A的上部平面构成晶片W的载置面23C。

图4是表示图3中的探针卡20的图，图4（A）是表示与抵触框架40的抵接面的俯视图，图4（B）是表示与晶片W的抵接面的俯视图。

图4（A）、（B）中，探针卡20例如为陶瓷制，呈直径为330mmΦ的圆形板状体，其厚度例如为2.9mm。在中央部的抵接区域52例如规则地排列有一边为10mm的正方形的多个探针区域53，在各探针区域53设置有一组探针25，该一组探针25分别对应于形成在晶片W上的多个半导体器件中的各半导体器件的多个电极。由一组探针25形成对应于一个半导体器件的多个电极的一个探针组。

图4（A）中，在抵接区域52内规则地排列的多个探针区域53相互之间形成有格子状的间隙，在该格子状的间隙的角部分别配置有在俯视时呈十字状的隔片51。

图5是表示图4中的隔片51的立体图。

图5中，隔片51在俯视时呈十字状。隔片51的长度a例如为15～20mm、厚度b例如为150～250μm。隔片51由热膨胀率与探针卡20的基板20a相同或相近的材料例如因瓦合金（インバー）等的低热膨胀率材料形成。由此，发生热膨胀或热收缩时，基板20a与隔片51之间也不会产生变形。热膨胀率相近是指，例如，即使随着进行形成在晶片W上的半导体器件的电特性检查的检查温度的变更，气氛温度变化，两个部件的热膨胀率之差也小到两个部件的抵接面中不产生变形的程度。

在此，探针卡20中的基板20a的表面平滑度例如算术平均粗糙度Ra为Ra=50～100μm。从而，当使基板20a与表面平滑度高的抵触框架40抵接时，与抵触框架40的抵接面变平坦，但是，抵接面的相反侧的面不平坦。另外，探针卡20的厚度是从在基板20a的与晶片W的相对的面上植入多个探针25而形成探针卡20时的基板20a的与抵触框架40的抵接面至探针25的前端部的长度，该探针卡20的厚度由于探针25的长度的差异和基板20a的厚度的差异的相乘作用，而具有较大的差异。

但是，作为本发明的对象的探针装置中，作为探针卡20中的与晶片W相对的面的平滑度，例如要求算术平均粗糙度Ra≦30μm。

因此，本发明人为了达到对于探针卡20中的与晶片W相对的面的平滑度的要求，在探针卡20中的被规则地排列的多个探针区域53相互之间的格子状的间隙的各角部，分别配置图5的十字状的隔片51，由此使探针卡20的厚度变得均等，并且，确保了晶片相对面所要求的平滑度。

另外，探针卡20中的与晶片W相对的面是指，由形成在探针卡20中的与晶片W相对的面上的多个探针25的前端部所形成的面。

以如下方式将隔片51粘贴于探针卡20。

首先，对探针卡20中的被规则地排列的多个探针区域53相互之间的格子状的间隙的全部的角部（以下，称为‘隔片贴合位置’），测量探针卡20的厚度。接着，准备例如厚度变化均在10μm的多个隔片51，求出通过在各隔片贴合位置应贴合多大厚度的隔片51来使探针卡20的厚度变均等，并将求出的规定厚度的隔片51贴合在各自对应的贴合位置。由此，探针卡20的厚度变均等，并能够实现该探针卡20中的与晶片W相对的面的算术平局粗糙度为Ra≦30μm。隔片51对探针卡20的贴合例如通过热硬化性粘合剂来实施。

图6是图3的晶片检查用接口的局部放大截面图。

图6中，探针卡20的与抵触框架40的抵接面上贴合有多个规定厚度的隔片51。也就是说，晶片检查用接口18主要包括：具有基板20a和设置于该基板20a的与晶片W相对的面上的多个探针25的探针卡20；隔着晶片W与探针卡20相对地配置的台状的吸盘头23；和抵接于探针卡20的与晶片W相对的面的相反侧的面并支承该探针卡20的抵触框架40。

在探针卡20的与抵触框架40的抵接面的隔片贴合位置上分别贴合有隔片51。由此，校正探针卡20中的厚度的差异，将探针卡20的与晶片W相对的面的平滑度保持在规定范围。

另外，以围绕探针卡20中的抵接区域52的方式形成的固定环21将探针卡20固定于抵触框架40。另外，在探针卡20与晶片W之间形成有内侧空间28，在吸盘头23和固定环21之间形成有包含内侧空间28的外侧空间27。内侧空间28和外侧空间27分别被密封部件26和24密封（参照图3）。

下面，针对通过具有这种构成的晶片检查用接口的晶片检查装置对形成在晶片上的半导体器件进行的电特性检查进行说明。

图7和图8是通过具有图6的晶片检查用接口的晶片检查装置对形成在晶片上的半导体器件进行的电特性检查的工序图。

首先，晶片搬送机构13将对准后的晶片W搬入到检查室14内，使已对拾取器13B进行了对准的晶片W与探针卡20相对。此时，晶片搬送机构13使臂13A微小地移动，进行拾取器13B和探针卡20的对准（图7（A））。由此，进行晶片W和探针卡20的对准。

接着，晶片搬送机构13使拾取器13B向探针卡20移动从而使晶片W与探针卡20抵接。此时，已经进行晶片W和探针卡20的对准，因此，探针卡20的各探针25分别正确地与形成在晶片W上的各半导体器件的各电极抵接（图7（B））。此时，由于探针卡20的与抵触框架40的抵接面上配置有多个隔片51，探针卡20的厚度被调整为均等的厚度，因此，探针卡20中的与晶片W相对的面的平滑度保持在规定范围，例如算术平均粗糙度Ra保持在Ra≦30μm。从而，探针卡20的探针25与形成在晶片W上的半导体器件的各电极正确地接触。

接着，对形成在探针卡20和晶片W之间的内侧空间28进行减压，将晶片W吸引到探针卡20暂时固定，其后，拾取器13B离开晶片W并通过晶片搬送机构13从检查室14退出（图7（C））。

接着，支承吸盘头23的升降器22使吸盘头23向上方移动，使吸盘头23与固定环21抵接。此时，吸盘头23的凸部23A从台阶部23B向上方突出，因此，作为该凸部23A的上部平面的晶片载置面23C与暂时固定在探针卡20上的晶片W抵接，其结果，晶片W位于晶片载置面23C上（图8（A））。

接着，吸盘头23与固定环21抵接，对形成在吸盘头23和固定环21之间的外侧空间27进行减压并使吸盘头23被吸引到固定环21，通过固定环21间接地固定吸盘头23。此时，被吸引到固定环21的吸盘头23将位于晶片载置面23C上的晶片W推压到探针卡20，但是，由于吸盘头23具有比晶片W更高的刚性，因此，能够将晶片W均匀地推压到探针卡20。其后，升降器22向图中下方移动，离开吸盘头23（图8（B））。

接着，规定值的电流从探针卡20的各探针25流向各半导体器件的各电极，同时对各半导体器件进行电特性检查，其后，结束本检查。

根据本实施方式，探针卡20的与抵触框架40的抵接面上设置有调整探针卡20的厚度的隔片51，因此，将多个探针分别一起与形成在晶片W上的多个半导体器件的多个电极抵接的探针卡的厚度变均等，能够确保晶片相对面的平滑度。另外，由此，能够使形成在探针卡20上的各探针25正确地与形成在晶片W上的多个半导体器件的各电极抵接，并且，能够对形成在晶片上的半导体器件进行适当的电特性检查。

根据本实施方式，隔片51的形状在俯视时呈十字状，因此，易于符合形成在作为隔片贴合位置的探针卡20上的多个探针组相互之间的格子状的间隙的角部的形状，并且，该隔片51很容易例如通过操作员的手或器具抓取，因此，将隔片51粘贴在探针卡20的基板20a时的操作变容易，从而提高操作性。另外，成为探针卡的隔片贴合位置的所有地方都易于贴合隔片51，因此，厚度调整变容易，从而更易于保持与晶片W相对的面的平滑度。进而，隔片51例如与截面为圆形的隔片相比具有规定的平面面积，因此，能够防止局部的应力集中从而抑制探针卡20的局部的变形。由此，也能够防止形成在基板20a上的探针25的局部的倾斜。

本实施方式中，作为探针卡20的抵接区域52的周边部附近的隔片，优选使用在俯视时呈L字状的隔片。由此，能够在抵接区域52的整个面均等地贴合隔片，更易于确保探针卡20中的与晶片W相对的面的平滑度。另外，本实施方式中，也能够以圆柱或棱柱的隔片代替在俯视时呈十字状的隔片51应用。

本实施方式中，能够将探针卡20的各探针25一起与各自对应的晶片W的全部半导体器件中的全部电极抵接，从而一次性地进行电特性检查，因此，半导体器件的生产率提高。

上面利用上述实施方式说明了本发明，但是，本发明并不限于上述实施方式。

Claims

1.一种晶片检查用接口，其特征在于，包括：

探针卡，其具有基板和多个探针，该多个探针与形成在晶片上的多个半导体器件的电极相对应地设置在该基板的与该晶片相对的面上；

框架，其与所述探针卡的与所述晶片相对的面的相反侧的面抵接，支承该探针卡；和

多个垫片，其形成在所述探针卡的与所述框架的抵接面上，调整该探针卡的厚度，

所述探针卡的所述多个探针划分为对应于形成在所述晶片上的多个半导体器件的多个探针组，

所述多个垫片设置于不与形成在所述晶片上的半导体器件抵接的部分的、所述多个探针组彼此的间隙中，

根据测得的在相应的垫片贴合位置的所述探针卡的厚度来设定各个垫片的厚度，使得包括所述探针卡的厚度和所述各个垫片的厚度在内的整体厚度在各个垫片贴合位置均等。

2.如权利要求1所述的晶片检查用接口，其特征在于：

所述各个垫片是用于确保所述探针卡的与所述晶片相对的面的平滑度的垫片。

3.如权利要求2所述的晶片检查用接口，其特征在于：

所述探针卡的与所述晶片相对的面是由形成在该探针卡的与所述晶片相对的面上的多个探针的前端部形成的面。

4.如权利要求1所述的晶片检查用接口，其特征在于：

所述多个探针组以棋盘格状排列，所述各个垫片设置于排列为所述棋盘格状的所述多个探针组彼此间的格子状的间隙的角部。

5.如权利要求4所述的晶片检查用接口，其特征在于：

所述各个垫片俯视时呈十字状。

6.如权利要求2所述的晶片检查用接口，其特征在于：

所述平滑度为算术平均粗糙度Ra≦30μm。

7.一种晶片检查用接口，其特征在于，包括：

所述垫片由热膨胀率与所述探针卡的基板相同或相近的低膨胀率材料形成。

8.如权利要求7所述的晶片检查用接口，其特征在于：

9.如权利要求8所述的晶片检查用接口，其特征在于：

10.如权利要求7所述的晶片检查用接口，其特征在于：

11.如权利要求10所述的晶片检查用接口，其特征在于：所述各个垫片俯视时呈十字状。

12.如权利要求8所述的晶片检查用接口，其特征在于：所述平滑度为算术平均粗糙度Ra≦30μm。