CN117169598A - 电阻测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体测试技术领域，尤其涉及一种电阻测量仪。电阻测量仪包括驱动组件、测量臂、底座和多个探头，测量臂沿长度方向的第一端延伸至检测台的上方，检测台用于承载待测量的晶圆。每个探头的探针类型不同，底座上具有多个安装工位，多个探头分别安装于对应的安装工位上。驱动组件设置于测量臂上且驱动组件的输出端伸出测量臂的第一端并转动连接有底座，以选择性地将其中一个安装工位上的探头转动至测量位置。通过将多种具有不同探针的探头安装于底座上，根据不同晶圆的测量需求灵活选择相匹配的探头，提高了电阻测量仪的通用性和适用范围。同时无需频繁更换探头，提高了电阻测量仪的测量效率和安全性。

Description

电阻测量仪

技术领域

本发明涉及半导体测试技术领域，尤其涉及一种电阻测量仪。

背景技术

四探针电阻测量仪应用在半导体工艺领域中，测量如注入、扩散、外延、金属涂层的薄膜方块电阻或电阻率。对不同工艺制备的晶圆，例如离子注入的晶圆与金属涂层的晶圆需要使用不同类型的探针，测量时需要更换电阻测量仪的探头。

在探头的人工更换过程中，首先需要打开四探针电阻测量仪的维护门，触发联动传感器，系统断电。然后再拧松探头紧固件并取下探头，随后安装新探头后再重新拧紧紧固件，最后更换完成后还需上电初始化，以验证探头是否安装到位。频繁更换探头的过程繁琐，安装精度难以保证，容易影响最终的测量精度。而且探针在安装过程中存在与周围环境发生接触或碰撞的风险，容易导致探针损伤失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电阻测量仪，以解决现有技术中存在的频繁更换探头导致探头的安装精度难以保证，影响测量精度，探针在安装过程中容易损伤失效。

为达此目的，本发明所采用的技术方案是：

电阻测量仪，包括：

测量臂，所述测量臂沿长度方向的第一端延伸至检测台的上方，所述检测台用于承载待测量的晶圆；

底座和多个探头，每个所述探头的探针类型不同，所述底座上具有多个安装工位，多个所述探头分别安装于对应的所述安装工位上；

驱动组件，设置于所述测量臂上且所述驱动组件的输出端伸出所述测量臂的第一端并转动连接有所述底座，以选择性地将其中一个所述安装工位上的探头转动至测量位置。

作为优选方案，所述安装工位上开设有多个卡槽，每个所述卡槽的长度方向不同；在同一所述安装工位内，所述探头选择性卡接安装于其中一个所述卡槽内。

作为优选方案，在同一个所述安装工位中，多个所述卡槽的长度方向的一端相交，且在相交位置沿厚度方向贯穿开设有孔径可调的限位孔，所述限位孔能够抱紧所述探头的探针。

作为优选方案，所述底座开设有分隔间隙，所述分隔间隙的一端与所述限位孔连通，所述分隔间隙的另一端贯穿所述底座的侧壁；

所述电阻测量仪还包括锁杆，所述锁杆活动穿射于所述安装工位内，以调节所述分隔间隙的大小。

作为优选方案，所述探头上沿直线间隔设置有多个所述探针，所述探头转动至所述测量位置时，多个所述探针的排列方向与所述晶圆的径向的夹角为3°～5°。

作为优选方案，所述底座包括两个相连呈V形结构的平板，每个所述平板上均具有一个所述安装工位；

所述驱动组件驱动一个所述平板转动至所述测量位置，且位于所述测量位置的所述平板与所述检测台上的晶圆平行设置。

作为优选方案，驱动组件包括：

驱动模块，设置于所述测量臂上；

传动杆组，所述测量臂内部开设有容纳腔，所述驱动模块与所述传动杆组传动连接，以使所述传动杆组转动设置于所述容纳腔内，且所述传动杆组的一端穿出所述测量臂的第一端并与所述底座转动连接。

作为优选方案，所述传动杆组包括第一杆、转换块和第二杆，所述第一杆与所述第二杆同轴连接于所述转换块相对的两侧，所述第二杆的远离所述转换块的一端穿出所述测量臂的第一端并与所述底座转动连接；所述驱动模块的输出轴与所述转换块传动连接。

作为优选方案，所述转换块上开设有呈圆弧形的滑槽，所述滑槽的圆心位于所述第一杆的轴线上；

所述驱动模块的输出轴沿直线滑动设置于所述滑槽内，以带动所述转换块绕所述第一杆的轴线往复转动。

作为优选方案，所述电阻测量仪还包括两个弹性限位件，两个所述弹性限位件设置于所述容纳腔相对的两个侧壁上，所述转换块夹设于两个所述弹性限位件之间，两个所述弹性限位件用于限定所述转换块的最大旋转角度。

本发明的有益效果为：

本发明提出的电阻测量仪，在底座的每个安装工位上均安装有探头，且每个探头的探针的类型不同。根据待测量晶圆的类型，驱动组件驱动底座转动，以将相匹配的探头转动至测量位置，以精准测量晶圆的电阻或电阻率。通过将多种具有不同探针的探头安装于底座的安装工位上，以根据不同晶圆的测量需求灵活选择相匹配的探头，提高了电阻测量仪的通用性和适用范围。同时无需频繁更换探头，不仅节省了安装、校准过程，提高了测量效率，而且避免安装过程中探针受损失效，提高了安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电阻测量仪的局部结构示意图一。

图2是本发明实施例提供的探头的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的安装有探头的底座的端面视图。

图4是本发明实施例提供的底座的结构示意图。

图5是本发明实施例提供的探头以第一安装角度安装于底座的结构示意图。

图6是本发明实施例提供的探头以第二安装角度安装于底座的结构示意图。

图7是本发明实施例提供的电阻测量仪的局部结构示意图二。

图8是本发明实施例提供的驱动模块与转换块的结构示意图。

图中部件名称和标号如下：

1、测量臂；11、容纳腔；2、底座；21、平板；210、卡槽；211、限位孔；212、分隔间隙；213、分隔槽；22、锁杆；3、探头；31、探针；4、驱动模块；41、输出轴；5、第一杆；6、转换块；61、滑槽；7、第二杆；8、弹性限位件；9、轴承座。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、“左”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本实施例提出了一种电阻测量仪，电阻测量仪包括驱动组件、测量臂1、底座2和多个探头3，测量臂1沿长度方向的第一端延伸至检测台的上方，检测台用于承载待测量的晶圆。每个探头3的探针31类型不同，底座2上具有多个安装工位，多个探头3分别安装于对应的安装工位上。驱动组件设置于测量臂1上且驱动组件的输出端伸出测量臂1的第一端并转动连接有底座2，以选择性地将其中一个安装工位上的探头3转动至测量位置。

需要说明的是，探头3上沿直线间隔设置有多个探针31。如图2所示，本实施例的探头3安装有四个探针31，待测量的晶圆放置于检测台上，检测台能够绕其轴向自转，以带动晶圆旋转。测量臂1长度方向的第二端安装于电阻测量仪的工作台上，测量臂1长度方向的第一端的外侧具有底座2，底座2大致位于检测台上的待测量的晶圆的边缘上方。四个探针31的针尖所在水平面与所在的安装工位的下端面平行。当其中一个安装工位上的探头3转动至测量位置时，该安装工位的下端面与检测台的上表面平行，使得位于测量位置的四个探针31的针尖同步扎到晶圆的薄膜上，以准确测量薄膜方块电阻或电阻率。

在本实施例中，底座2的每个安装工位上均安装有一个探头3，且每个探头3的探针31类型不同。根据待测量的晶圆类型，驱动组件驱动底座2转动，以将相匹配的探头3转动至测量位置，以实现精准测量。将多种具有不同探针31的探头3安装于底座2的安装工位，以根据不同晶圆的测量需求灵活选择相匹配的探头3，提高了电阻测量仪的通用性和适用范围。同时无需频繁更换探头3，不仅节省了探头3的安装、校准过程，提高了测量效率，而且避免安装过程中探针31受损失效，提高了安全性。

本实施例的底座2上具有两个安装工位，每个安装工位上安装有一个探头3，使得电阻测量仪具有双探头功能模块，适用于至少两种不同类型的晶圆。在其他实施例中，底座2上还可以具有两个以上的安装工位，使得电阻测量仪具有多探头功能模块，以满足多种不同类型的晶圆的测量需求。

如图3所示，底座2具有两个安装工位，底座2包括两个相连呈V形结构的平板21，每个平板21上均具有一个安装工位。驱动组件驱动一个平板21转动至测量位置，且位于测量位置的平板21与检测台上的晶圆平行设置，即四个探针31的针尖所在平面与晶圆平行。当驱动组件驱动底座2沿逆时针方向（图3中箭头所示相反方向）转动到位后，左侧的平板21处于水平状态，左侧安装工位的探头3对晶圆进行测量，右侧安装工位的探头3处于悬空状态；当驱动组件驱动底座2沿顺时针方向（图3中箭头所示方向）转动到位后，右侧的平板21处于水平状态，右侧的安装工位的探头3对晶圆进行测量，左侧的安装工位的探头3处于悬空状态。

如图2和图4所示，安装工位上开设有多个卡槽210，每个卡槽210的长度方向不同。在同一安装工位内，探头3选择性卡接安装于其中一个卡槽210内。由于每个卡槽210的长度方向不同，使得探头3在同一个安装工位上具有不同的安装角度，以调整探针31在晶圆上的测量位置，扩大了对晶圆的测量覆盖范围，以实现测量晶圆的电阻时去边范围更小，提高了晶圆的利用率。

如图4所示，每个安装工位上均开设有两个卡槽210，且两个卡槽210的长度方向的夹角为90°。在同一安装工位上，安装于两个卡槽210内的探头3的四个探针31的排列方向相垂直，以尽量扩大对晶圆的测量覆盖范围。在其他实施例中，两个卡槽210的长度方向的夹角还可以为0°～90°范围内，在此不作具体限定。

本实施例的底座2上的两个探头3具有四种不同的安装角度组合。其中一种为：如图5所示，两个探头3分别安装于左右两个安装工位的一个卡槽210内。另一种为：如图6所示，两个探头3分别安装于左右两个安装工位的另一个卡槽210内，以实现探头3的灵活安装。

进一步地，在同一安装工位中，多个卡槽210的长度方向的一端相交，且在相交位置沿厚度方向贯穿开设有孔径可调的限位孔211，限位孔211能够抱紧探头3的探针31。具体地，探头3的一端凸设有柱形壳，四个探针31固定安装于柱形壳内且四个探针31的针尖伸出柱形壳的底端。当探头3安装于其中一个卡槽210时，柱形壳穿设于对应的限位孔211内，限位孔211抱紧柱形壳，以实现探针31的稳固安装，以保证测量位置的准确性。

具体地，如图4所示，底座2开设有分隔间隙212，分隔间隙212的一端与限位孔211连通，分隔间隙212的另一端贯穿底座2的侧壁。电阻测量仪还包括锁杆22，锁杆22活动穿射于安装工位内，以调节分隔间隙212的大小。分隔间隙212的两个侧壁上分别开设有第一孔和第二孔，锁杆22为螺纹杆，螺纹杆沿分隔间隙212的宽度方向依次穿射于第一孔和第二孔内，且螺纹杆与第二孔螺纹配合。当探头3安装于其中一个卡槽210时，拧紧螺纹杆，以使分隔间隙212变小，限位孔211的孔径同步减小，以抱紧伸入限位孔211内的柱形壳。当需要拆下探头3时，只需拧松螺纹杆，以使分隔间隙212变大，限位孔211的孔径同步增大，以松开柱形壳。通过锁杆22的拧紧与拧松操作即可实现探头3的拆装，使得拆装操作简便，效率较高。

进一步地，每个安装工位上还开设有分隔槽213，分隔槽213的一端贯穿底座2的另一个侧壁，以使同一平板21上的分隔槽213与分隔间隙212之间的部分具有较好的弹性，便于锁杆22的拧紧与拧松操作，避免平板21受拧紧力过大发生裂纹或损伤。

需要说明的是，当探头3转动至测量位置时，多个探针31的排列方向与晶圆的径向的夹角为3°～5°，以使探针31的排列方向与晶圆的径向不同，从而避免当多次测量且测量点密集时，四个探针31的针尖每次扎在晶圆的薄膜的位置能够错开一定距离，避免晶圆受损。在其它实施例中，当探头3转动至测量位置时，多个探针31的排列方向与晶圆的径向的夹角还可以设计为其他角度，只需保证四个探针31的针尖每次扎在晶圆的薄膜的位置错开即可。

如图7所示，驱动组件包括驱动模块4和传动杆组，驱动模块4设置于测量臂1上。测量臂1内部开设有容纳腔11，驱动模块4与传动杆组传动连接，以使传动杆组转动设置于容纳腔11内，且传动杆组的一端穿出测量臂1的第一端并与底座2转动连接。传动杆组安装于容纳腔11内，实现了驱动组件的紧凑安装，且不会额外占用安装空间，减小了测量臂1的安装空间。

具体地，传动杆组包括第一杆5、转换块6和第二杆7，第一杆5与第二杆7同轴连接于转换块6相对的两侧，第二杆7的远离转换块6的一端穿出测量臂1的第一端并与底座2转动连接。驱动模块4的输出轴41与转换块6传动连接。容纳腔11内沿长度方向间隔安装有两个轴承座9，第一杆5的远离转换块6的端部通过轴承转动安装于一个轴承座9内，第二杆7同样通过轴承转动安装于另一个轴承座9内。通过两个轴承座9的支撑作用，使得传动杆组的转动过程更加稳定和顺畅。

如图8所示，转换块6上开设有呈圆弧形的滑槽61，滑槽61的圆心位于第一杆5的轴线上。驱动模块4的输出轴41沿直线滑动设置于滑槽61内，以带动转换块6绕第一杆5的轴线往复转动。本实施例的驱动模块4为气缸，气缸的体积较小，便于安装且控制精度高。气缸的输出端具有输出轴41，气缸安装于测量臂1的外部，且气缸通过输出轴41沿左右方向推动转换块6发生转动，以使传动杆组在容纳腔11内往复转动。当气缸带动输出轴41伸出时，输出轴41在滑槽61内由右向左平移，并通过滑槽61带动转换块6沿逆时针方向（图3中箭头所示相反方向）转动直至左侧平板21处于水平状态，此时左侧平板21上的探头3转动到位；当气缸带动输出轴41回缩时，输出轴41在滑槽61内由左向右平移，并通过滑槽61带动转换块6沿顺时针方向（图3中箭头所示方向）转动直至右侧的平板21处于水平状态，此时右侧平板21上的探头3转动到位。

进一步地，电阻测量仪还包括两个弹性限位件8，两个弹性限位件8设置于容纳腔11相对的两个侧壁上，转换块6夹设于两个弹性限位件8之间，两个弹性限位件8用于限定转换块6的最大旋转角度，以精确控制底座2旋转的最大角度。本实施例的弹性限位件8优选为弹簧柱销塞，弹簧柱销塞为成熟的产品，可以通过外购获得，便于拆装更换。

如图7所示，两个弹簧柱销塞的柱塞分别顶紧转换块6的左右两侧。当转换块6沿顺时针转动（图3中箭头所示方向）时，左侧的弹簧柱销塞的柱塞受压回缩，右侧的弹簧柱销塞的柱塞伸出。当左侧的弹簧柱销塞的柱塞压缩到位后，转换块6转动至最大角度，此时右侧的平板21处于水平状态；当转换块6沿逆时针转动（图3中箭头所示方向）时，左侧的弹簧柱销塞的柱塞伸出，右侧的弹簧柱销塞的柱塞受压缩回。当右侧的弹簧柱销塞的柱塞压缩到位后，转换块6转动至最大角度，此时左侧的平板21处于水平状态。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.电阻测量仪，其特征在于，包括：

测量臂（1），所述测量臂（1）沿长度方向的第一端延伸至检测台的上方，所述检测台用于承载待测量的晶圆；

底座（2）和多个探头（3），每个所述探头（3）的探针（31）类型不同，所述底座（2）上具有多个安装工位，多个所述探头（3）分别安装于对应的所述安装工位上；

驱动组件，设置于所述测量臂（1）上且所述驱动组件的输出端伸出所述测量臂（1）的第一端并转动连接有所述底座（2），以选择性地将其中一个所述安装工位上的探头（3）转动至测量位置。

2.根据权利要求1所述的电阻测量仪，其特征在于，所述安装工位上开设有多个卡槽（210），每个所述卡槽（210）的长度方向不同；在同一所述安装工位内，所述探头（3）选择性卡接安装于其中一个所述卡槽（210）内。

3.根据权利要求2所述的电阻测量仪，其特征在于，在同一个所述安装工位中，多个所述卡槽（210）的长度方向的一端相交，且在相交位置沿厚度方向贯穿开设有孔径可调的限位孔（211），所述限位孔（211）能够抱紧所述探头（3）的探针（31）。

4.根据权利要求3所述的电阻测量仪，其特征在于，所述底座（2）开设有分隔间隙（212），所述分隔间隙（212）的一端与所述限位孔（211）连通，所述分隔间隙（212）的另一端贯穿所述底座（2）的侧壁；

所述电阻测量仪还包括锁杆（22），所述锁杆（22）活动穿射于所述安装工位内，以调节所述分隔间隙（212）的大小。

5.根据权利要求2所述的电阻测量仪，其特征在于，所述探头（3）上沿直线间隔设置有多个所述探针（31），所述探头（3）转动至所述测量位置时，多个所述探针（31）的排列方向与所述晶圆的径向的夹角为3°～5°。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的电阻测量仪，其特征在于，所述底座（2）包括两个相连呈V形结构的平板（21），每个所述平板（21）上均具有一个所述安装工位；

所述驱动组件驱动一个所述平板（21）转动至所述测量位置，且位于所述测量位置的所述平板（21）与所述检测台上的晶圆平行设置。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的电阻测量仪，其特征在于，驱动组件包括：

驱动模块（4），设置于所述测量臂（1）上；

传动杆组，所述测量臂（1）内部开设有容纳腔（11），所述驱动模块（4）与所述传动杆组传动连接，以使所述传动杆组转动设置于所述容纳腔（11）内，且所述传动杆组的一端穿出所述测量臂（1）的第一端并与所述底座（2）转动连接。

8.根据权利要求7所述的电阻测量仪，其特征在于，所述传动杆组包括第一杆（5）、转换块（6）和第二杆（7），所述第一杆（5）与所述第二杆（7）同轴连接于所述转换块（6）相对的两侧，所述第二杆（7）的远离所述转换块（6）的一端穿出所述测量臂（1）的第一端并与所述底座（2）转动连接；所述驱动模块（4）的输出轴（41）与所述转换块（6）传动连接。

9.根据权利要求8所述的电阻测量仪，其特征在于，所述转换块（6）上开设有呈圆弧形的滑槽（61），所述滑槽（61）的圆心位于所述第一杆（5）的轴线上；

所述驱动模块（4）的输出轴（41）沿直线滑动设置于所述滑槽（61）内，以带动所述转换块（6）绕所述第一杆（5）的轴线往复转动。

10.根据权利要求9所述的电阻测量仪，其特征在于，所述电阻测量仪还包括两个弹性限位件（8），两个所述弹性限位件（8）设置于所述容纳腔（11）相对的两个侧壁上，所述转换块（6）夹设于两个所述弹性限位件（8）之间，两个所述弹性限位件（8）用于限定所述转换块（6）的最大旋转角度。