CN109116057A - 探针台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于批接触的、结构简单的探针台。所述探针台具有：其载置面可供载置半导体晶圆的晶圆载置台；探针卡；平面微小移动机构；以及光学系统单元。探针卡的大小与晶圆载置台大致相同，具有能够与形成在半导体晶圆上的所有芯片的电极接触的电极。平面微小移动机构使晶圆载置台的载置面在包含该载置面的平面内最大只移动与晶圆载置台载置半导体晶圆时出现的平面位置偏差相应的精度量。光学系统单元在进行晶圆载置台的定位时被配置在探针卡与晶圆载置台之间，分别拍摄半导体晶圆的电极和探针卡的电极。

Description

探针台

技术领域

本发明涉及一种探针台。

背景技术

近年来，许多情况下都需要保存、整理、灵活运用大量数据，而半导体存储器是其主要的存储介质。半导体存储器形成在描画并曝光细微图案后的半导体芯片上，经过电气特性测试后封入封装中。在一片半导体晶圆上形成多个半导体芯片。电气特性测试使用探针台，该探针台使探针卡具有的电极与半导体芯片具有的电极接触(例如，参见专利文献1或2)。

为了降低半导体存储器的单价，通过缩小形成在半导体芯片上的布线图案或者增大半导体晶圆的直径来增加可由一片半导体晶圆切出的半导体芯片数量是比较有效的。另外，通过同时进行多个半导体芯片的测试来缩短电气特性测试时间从而增加可同时切出的半导体芯片数量也是比较有效的。

鉴于上述情况，近年来，各半导体生产商实现了半导体晶圆大尺寸化和半导体芯片的多片同时测试。作为上述多片同时测试的最有效方法，有将探针卡的电极与整个半导体晶圆的所有半导体芯片接触的批接触法(Batch Contact)。

在使用现有的探针台对形成在半导体晶圆上的所有半导体芯片进行批接触时，在对探针卡和半导体晶圆实施定位进行校准之后，仅通过一次移动就将探针卡移动到预定位置，即，所谓的步进移动。

这里，现有的探针台是在这样的前提下开发的，即，在对多个半导体芯片进行同时测试时，一边移动与形成在半导体晶圆上的多个半导体芯片的芯片尺寸的整数倍相当的距离，一边分开多次进行电气特性测试。因此，现有的探针台以一芯片单位的测试为前提，因此，保持了步进移动的机械行程。例如，如果是与12英寸晶圆对应的探针台，则X、Y轴方向均最少需要300mm行程。而且，整个行程必须保持高精度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本“特开第2006-339196号”专利公开公报

专利文献2：日本“特开第2007-095753号”专利公开公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，伴随着半导体晶圆的大尺寸化，如果使用移动距离与芯片尺寸的整数倍相当的机构，多个半导体芯片同时测试所要求的精度和刚性近年来飞速提高。现有探针台的探针卡有时会从半导体晶圆的中心位置偏离，即，发生位置偏移，为了对应在位置偏移状态下进行接触时造成的垂直方向上的偏载所产生的力矩，就需要使用具有特别构成的Z轴，或者，使用刚性非常高的引导机构。

因此，探针台的设计和制造难度逐渐增加。

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种用于对形成在半导体晶圆上的所有芯片的电极进行批接触的结构简单的探针台。

解决课题所需的手段

为了实现上述目的，本发明的对半导体晶圆的电气特性进行测试的探针台具有：其载置面可供载置半导体晶圆的晶圆载置台；探针卡；平面微小移动机构；以及光学系统单元。

探针卡的大小与晶圆载置台大致相同，具有能够与形成在半导体晶圆上的所有芯片的电极接触的电极。平面微小移动机构使晶圆载置台的载置面在包含该载置面的平面内最大只移动与晶圆载置台载置半导体晶圆时出现的平面位置偏差相应的精度量。光学系统单元在进行晶圆载置台的定位时被配置在探针卡与晶圆载置台之间，分别拍摄半导体晶圆的电极和探针卡的电极。

发明效果

根据本发明的探针台，其所具备的探针卡的大小与晶圆载置台大体相同，并具有可以与形成在半导体晶圆上的所有芯片的电极接触的电极，以与形成在半导体晶圆上的所有芯片的电极进行批接触为目的。因此，在进行校准之后，即，将探针卡和晶圆载置台对齐之后，无需“步进移动”就能够实现半导体晶圆的电极与探针卡的电极之间的接触。

由此，平面微小移动机构的移动量与在平面内对晶圆载置台载置半导体晶圆时可能产生的偏差予以修正对齐所需的充分的量相当即可，而不需要现有的探针台的情况下进行“步进移动”所需的行程。

另外，在本发明的探针台中，由于探针卡与半导体晶圆肯定只在确定的位置接触，因此，Z轴不会产生不需要的力矩。因此，易于对垂直负载进行适当的设计和制造。

附图说明

图1是用于说明本发明的探针台的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。关于各结构要素的形状、大小以及配置关系，仅仅是为便于理解本发明而进行了概略说明。另外，有时还会省略结构要素的部分图示和说明。

另外，以下将对本发明的优选构成例进行说明，但其仅仅是优选实施例。因此，本发明不限于以下的实施方式，在不脱离本发明的构成范围内，可以进行能够实现本发明的效果的众多变更或变形。

参考图1说明本发明的探针台。图1是用于说明本发明的探针台的图。图1(A)是从侧面观察探针台的示意图，图1(B)是用于说明探针台具有的平面微小移动机构的一个结构例的图，是从顶面观察的示意图。

本发明的探针台例如具有测试头10、性能板(performance board)20、探针卡30、晶圆载置台60、压力传感器80、Z轴移动机构90、平面微小移动机构70以及光学系统单元40。

在进行电气特性测试时，测试头10响应来自外部的指示将测试信号发送至半导体晶圆50，对半导体晶圆50输出的响应信号进行评价。

性能板20设置在测试头10和探针卡30之间。测试头10和探针卡30之间的信号传输通过性能板20来实现。

探针卡30具有可以与形成在半导体晶圆50上的所有半导体芯片具有的电极接触的电极(或者探测销、探测针)。因此，探针卡30至少具有与半导体晶圆50大体相同的尺寸。设置在探针卡30上的电极数量可以为20000以上。

晶圆载置台60在其载置面上载置半导体晶圆50。因此，晶圆载置台60的尺寸与半导体晶圆50的尺寸相比略大。这里，将包含晶圆载置台60的载置面的平面设为XY平面，将与该XY平面正交的轴设为Z轴进行说明。

光学系统单元40在晶圆载置台60的XY平面内的微小移动、即定位时被设置在探针卡30和晶圆载置台60之间。该光学系统单元40具有上下视场光学系统，该上下视场光学系统使用了上下视场光学显微镜，可以对半导体晶圆50具有的电极和与之对应的探针卡30具有的电极同时进行拍摄。作为一个实施例，光学系统单元40可以由照相机等拍摄装置42和棱镜44构成。

在现有的探针台中，作为对探针卡和半导体晶圆进行定位的拍摄装置，分别准备观察上方的探针卡校准用光学系统和观察下方的晶圆校准用光学系统，并利用进行光学系统之间的位置校正所需的参数进行定位。

在现有的探针台中，探针卡校准用光学系统需要与晶圆载置台一起移动。因此，为了确认与晶圆校准用光学系统之间的相互位置关系，两个光学系统的光轴一致的位置通常也需要包含在移动范围中。因此，在现有探针台的情况下，需要以比与晶圆尺寸对应的行程更大的行程进行移动。

但是，如果使用具有上下视场光学系统的光学系统单元40进行定位，则不需要进行多个光学系统之间的位置校正，易于进行XY平面内的定位。另外，也不需要象现有的探针台那样扩大移动行程。

平面微小移动机构70基于由光学系统单元40拍摄到的结果使晶圆载置台60在XY平面内进行微小移动，从而实现XY平面内的定位。

平面微小移动机构70例如由具有X1、X2、Y1、Y2四个驱动轴的四轴台构成。如果使X1驱动轴74a和X2驱动轴74b沿相同方向移动，则晶圆载置台60沿X轴移动。即，X1驱动轴74a和X2驱动轴74b作为使晶圆载置台60沿X轴移动的X驱动轴而发挥作用。

同样地，如果使Y1驱动轴76a和Y2驱动轴76b沿相同方向移动，则晶圆载置台60沿Y轴移动。即，Y1驱动轴76a和Y2驱动轴76b作为使晶圆载置台60沿Y轴移动的Y驱动轴发挥作用。

如果适当设定X1、X2、Y1、Y2四个驱动轴的移动量，则沿旋转方向移动。即，X1、X2、Y1、Y2四个驱动轴作为θ驱动轴发挥作用。

另外，X1、X2、Y1、Y2四个驱动轴的移动量、即四轴台的移动量为能够对晶圆载置台60载置半导体晶圆50时因机器人等的搬送所造成的位置偏差进行校正的数mm程度就足够。这样，平面微小移动机构70整体以较薄的厚度构成，例如可以在一个平面内进行XYθ的驱动，由此，能够使用易于确保刚性的台来构成平面微小移动机构70。

在现有的探针台中，用于接触半导体晶圆整个区域的移动量再加上用于校准用光学系统的移动量，在其整个区域要求数μm程度的定位精度。而在本发明的探针台中，所要求的移动量为将半导体晶圆载置至晶圆载置台的机器人等的搬送精度的程度(数mm程度)就足够，从而可以设计为更简易的结构。另外，本发明的探针台中的平面微小移动机构70的移动量不依赖于目标半导体晶圆的大小。

另外，这里说明了平面微小移动机构70由具有四个驱动轴的四轴台构成的例子，但是不限于此。可以使用具有机器人等的搬送精度程度的移动量和数μm程度的定位精度的适当的机构。也可以使用以X轴、Y轴以及θ轴为驱动轴的台、或以U轴、V轴以及W轴为驱动轴的台来代替四轴台。

Z轴移动机构90使晶圆载置台60沿与载置面正交的方向、即沿Z轴方向移动。Z轴移动机构90例如可以包括驱动用马达和通过马达的动作而上下移动的螺丝。

在探针卡30与晶圆载置台60在XY平面内的定位完成的状态下，Z轴移动机构90使晶圆载置台60移动，使得探针卡30与半导体晶圆50接触。Z轴移动机构90的轴的驱动部上安装有测压元件等的压力传感器80。例如，如果半导体晶圆50整体具有20000个电极，以每一个电极10g的接触压力接触，则施加到Z轴移动机构90的驱动轴的负载、即半导体晶圆50整体的接触压力约为2000N。因此，如果压力传感器80对该接触压力的测试结果为接触压力达到预定值(这里约为2000N)，则认为探针卡30的电极与半导体晶圆50的电极充分接触。

另外，校准完成后开始测试前，光学系统单元40避让至即使晶圆载置台沿Z轴上升也不阻碍的位置。

(其他构成例)

在现有的探针台中，由于晶圆载置台在XY平面内的移动量大，因此，与上述构成例同样地，测试头配置在上侧，探针卡朝下配置。

但是，测试头是长、宽、高分别为1m程度的大尺寸，重量也接近1t。在进行探针卡更换或测试头单元保养时，由于需要将测试头翻转移动至地面侧，因此，就需要配置用于翻转测试头的机构，从而使得装置的设置面积和设置重量增大。

而在上述构成例中，晶圆载置台60在XY平面内的移动量小。其结果，晶圆载置台60、平面微小移动机构70以及Z轴移动机构90可以在构造上实现小型化，其结果，其重量为数百kg，比测试头10要轻。

因此，探针台除了可以形成为从地面侧依次具有Z轴移动机构90、压力传感器80、平面微小移动机构70、晶圆载置台60、探针卡30、性能板20和测试头10的结构，也可以形成为上下翻转的状态。即，可以将测试头10设置在地面侧。在这种情况下，探针台形成为从地面侧依次具有测试头10、性能板20、探针卡30、晶圆载置台60、平面微小移动机构70、压力传感器80以及Z轴移动机构90。此时，探针卡30朝上配置使得电极位于上侧，测试时，使晶圆载置台60朝下移动，使半导体晶圆50从上侧与探针卡30接触。

通过该结构，不需要用于使测试头10翻转的大型机构，从而可以实现简易的结构。

附图标记说明：

10 测试头

20 性能板

30 探针卡

40 光学系统单元

42 拍摄装置

44 棱镜

50 半导体晶圆

60 晶圆载置台

70 平面微小移动机构(校准台)

80 压力传感器

90 Z轴移动机构

Claims (3)

1.一种测试半导体晶圆的电气特性的探针台，其特征在于，具有：

晶圆载置台，其载置面上可供载置半导体晶圆；

探针卡，其大小与所述晶圆载置台大致相同，并具有能够与形成在所述半导体晶圆上的所有芯片的电极接触的电极；以及

光学系统单元，在进行所述晶圆载置台的定位时，所述光学系统单元被配置在所述探针卡与所述晶圆载置台之间，用于分别对所述半导体晶圆的电极和所述探针卡的电极进行拍摄，

其中，仅具有平面微小移动机构作为所述晶圆载置台的平面移动机构，所述平面微小移动机构使所述载置面在包含所述载置面的平面内最大只移动与所述晶圆载置台载置所述半导体晶圆时出现的平面位置偏差相应的精度量，

所述平面微小移动机构由在一个平面进行XYθ驱动的四轴台、XYθ台或UVW台构成，所述四轴台具有四个驱动轴X1、X2、Y1、Y2，所述XYθ台以X轴、Y轴和θ轴为驱动轴，所述UVW台以U轴、V轴和W轴为驱动轴，

所述光学系统单元具有上下视场光学系统，所述上下视场光学系统由一组拍摄装置和棱镜构成。

2.根据权利要求1所述的探针台，其特征在于，还具有：

Z轴移动机构，使所述晶圆载置台沿与所述载置面正交的方向移动；以及

压力传感器，被安装在所述Z轴移动机构上，对所述半导体晶圆与所述探针卡之间的接触压力进行测试。

3.根据权利要求1或2所述的探针台，其特征在于，

所述探针卡朝上配置，

朝下移动所述晶圆载置台，使得所述半导体晶圆与所述探针卡接触。