TW201506421A - 探針裝置 - Google Patents

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TW201506421A
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Eiichi Shinohara
Munetoshi Nagasaka
Yoshiyasu Kato
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

提供一種可長時間實施精度良好之檢查的探針裝置。探針裝置(100)，係具備：導體膜電極(220)，被形成於載置半導體晶圓(W)之載置台(111)中之半導體晶圓(W)的載置面，且與形成於半導體晶圓(W)之半導體元件之背面側的背面側電極接觸；電極板(221)，與測試器(300)電性連接；接觸探針(220)，被配設於載置台(111)的側方且與導體膜電極(220)電性連接，並與電極板(221)連接自如，藉由抵接於電極板(221)的方式使背面側電極與測試器(300)電性連接；及清洗單元(410)。清洗單元(410)係具有：研磨單元，研磨接觸探針(220)的上面；刷子單元(411)，進行該上面之刷子清洗；及接觸電阻測定單元(413)，測定該上面的接觸電阻。

Description

探針裝置
本發明，係關於探針裝置。
在半導體元件的製造工程中，係使用用於進行形成於半導體晶圓之半導體元件之電性檢查的探針裝置。在像這樣的探針裝置中，係將半導體晶圓載置於載置台(吸盤頂)，藉由驅動載置台等，使探針與半導體晶圓之半導體元件的電極接觸且得到電性導通。且，經由探針從測量儀器(測試器)對半導體元件施加預定的檢查信號，檢測來自半導體元件的輸出訊號並進行半導體元件的檢查。
又，於半導體晶圓之背面側具有電極的半導體元件例如在進行集極電極被形成於背面側之功率元件等之電性檢查的探針裝置中，係在載置台(吸盤頂)的載置面形成由金等之導電性金屬所構成的導體膜電極等來作為載置台電極，並使該導體膜電極與半導體晶圓之背面側的電極接觸且得到電性導通。功率元件，係相較於通常的半導體元件，具有高耐壓化且大電流化，又因應於用途而高 速化、高頻化的特性。作為功率元件，舉例有絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)、二極體、功率電晶體、功率MOS-FET、閘流體等。該些功率元件，係分別藉由電性特性(靜態特性、動態特性)的測定來篩選良品。
又，在進行上述功率元件等之電性檢查的探針裝置中，以纜線等電性連接導體膜電極與測試器時，在載置台被驅動的情況上，存在有纜線變長且纜線之電阻或電感增加的問題。因此，亦已知一種探針裝置，其係在載置台的側面配設與導體膜電極電性連接之金屬製的連接導體，且使此接觸於配設在上方之金屬製的電極板並得到電性導通的構成(例如，參閱專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2012-58225號公報
然而，在上述構成之探針裝置中，由於是使金屬製之連接導體接觸於金屬製的電極板且得到電性導通，因此，在藉由接觸來產生金屬片等反覆實施檢查中，存在有連接導體與電極板之接觸電阻逐漸增加而難以進行高精度之檢查的問題。
本發明之目的，係提供一種可長時間實施精度良好之檢查的探針裝置。
為了達成上述目的，根據本發明，提供一種探針裝置，係與形成於半導體晶圓的半導體元件電性連接，並藉由測試器進行前述半導體元件之電性檢查，該探針裝置其特徵係具備：載置台，載置前述半導體晶圓；載置台電極，被形成於在前述載置台載置有前述半導體晶圓的載置面，並與形成於前述半導體元件之背面側的背面側電極接觸；探針卡，被配設於前述載置台的上方，且具有與前述測試器電性連接的複數個探針；驅動機構，驅動前述載置台並使前述複數個探針接觸於被載置於該載置台之前述半導體晶圓之前述半導體元件的電極；電極板，被配設於前述載置台的上方，且與前述測試器電性連接；連接導體，被配設於前述載置台的側方且與前述載置台電極電性連接，並與前述電極板連接自如，藉由抵接於前述電極板的方式，使前述背面側電極與前述測試器電性連接；及清洗機構，具有：研磨單元，研磨與前述連接導體中之前述電極板的抵接部；刷子清洗單元，進行前述抵接部的刷子清洗；及接觸電阻測定單元，測定前述抵接部的接觸電阻。
根據本發明，能夠提供一種可長時間實施精度良好之檢查的探針裝置。
W‧‧‧半導體晶圓
100‧‧‧探針裝置
111‧‧‧載置台
112‧‧‧驅動機構
210‧‧‧探針卡
211‧‧‧探針
220‧‧‧導體膜電極
221‧‧‧電極板
222‧‧‧接觸探針
300‧‧‧測試器
410‧‧‧清洗單元
412‧‧‧研磨單元
411‧‧‧刷子單元
413‧‧‧接觸電阻測定單元
[圖1]模式地表示本發明之實施形態之探針裝置之全體構成的平面圖。
[圖2]模式地表示圖1之探針裝置之主要部份構成的側視圖。
[圖3]模式地表示圖1之接觸探針及其周邊之構成的立體圖。
[圖4]模式地表示圖1之接觸探針之構成的側視圖。
[圖5]模式地表示圖1之清洗單元之側面之構成的側視圖。
[圖6]模式地表示圖1之清洗單元之下面之構成的底視圖。
[圖7]圖1之探針裝置所執行之接觸探針之清洗方法的流程圖。
[圖8]用於說明藉由圖1中的清洗單元進行2個接觸探針之清洗之動作的平面圖。
[圖9]用於說明藉由圖1中的清洗單元進行2個接觸探針之清洗之動作的平面圖。
以下參閱圖面，說明本發明之實施形態。
圖1，係模式地表示本發明之實施形態之探針裝置100之全體構成的平面圖，圖2係模式地表示圖1之探針裝置100之主要部份構成的側視圖。
如圖1所示，探針裝置100之主要部，係具有測定部110、作為搬送單元的裝載部150及控制部600，探針裝置100之全體的動作係藉由由電腦等所構成的控制部600來予以控制。
在測定部110，係被設為可沿x-y-z-θ方向移動，且設有載置半導體晶圓W的載置台111，藉由驅動機構112來加以驅動載置台111，藉此，使被配設於探針卡210的探針211(參閱圖2)與複數個被形成於半導體晶圓W之半導體元件的電極接觸，並測定半導體元件的電性特性。
又，在載置台111之上方，配設有搭載對準用攝像機(未圖示)的架橋400。該架橋400，係被設成為與載置台111的載置面平行，且能夠沿探針裝置100的前後方向(圖1中的上下方向)予以驅動。在該架橋400，係配設有清洗單元410。另外，關於清洗單元410之詳細的構成係如後所述。
裝載部150係在其前方側(圖1中下側)配設有裝載埠152，且鄰接於該裝載埠152配設有晶圓搬送機構160，該裝載埠152係載置有收容半導體晶圓W之晶圓載體(晶圓匣盒或晶圓傳送盒)151。又，在裝載部 150的後方側(圖1中上側)配設有對位機構170。對位機構170，係以使半導體晶圓W旋轉且檢測該晶圓W之槽口之位置與半導體晶圓W之偏心之狀態的方式予以構成。
晶圓搬送機構160，係具備有用於真空吸附半 導體晶圓W並加以搬送的晶圓搬送臂161。在該晶圓搬送臂161，係配設有複數個(本實施形態中係2個)用於真空吸附半導體晶圓W的吸附部(吸附盤)162。在該些吸附部162，係連接有被連接於真空泵等之吸引源的真空管線(在圖1中未圖示)。另外，因應所需例如沿上下重疊配設複數個晶圓搬送臂161。
晶圓搬送機構160，係藉由使晶圓搬送臂161 進退及旋轉的方式，在被載置於裝載埠152的晶圓載體151、對位機構170及測定部110的載置台111之間搬送半導體晶圓W。
裝載埠152係被設成為可藉由上下動機構上 下移動自如，在裝載埠152與晶圓搬送機構160之間配設有支撐框架153。在支撐框架153，係配設有未圖示的光學檢測器。且，使載置於裝載埠152之晶圓載體151上下移動的同時，可藉由以該光學檢測器檢測有無半導體晶圓W，來予以檢測半導體晶圓W被配置於晶圓載體151內的哪個縫槽。
如圖2所示，探針卡210，係經由夾持機構 (未圖示)被固定於配置在測定部110之上部的蓋板 110A，以使位於載置台111的上方。在探針卡210係配設有複數個探針211，該些探針211係與測試器300電性連接。
又，在載置台111之半導體晶圓W的載置面 及載置台111之側面的上側部分，形成有導體膜電極220(圖2係以粗線表示)，該導體膜電極220係由金等之導電體金屬構成為載置台電極，並與形成於所載置之半導體晶圓W之半導體元件之背面側的背面側電極接觸。又，在載置台111係配設有未圖示真空夾頭及溫度調節機構，且能夠吸附被載置於載置台111的半導體晶圓W，並使晶圓W溫度調節至所期望的溫度。
在探針卡210與載置台111之間，配置有電極板221。該電極板221，係與測試器300電性連接。又，在載置台111之側方，係配設複數個作為連接導體的接觸探針222(在本實施形態中係被配設於彼此間隔180°的位置且合計為2個)。該接觸探針222，係與導體膜電極220電性連接，使載置台111上升時，接觸探針222與電極板221將抵接，藉此，導體膜電極220與測試器300會被電性連接。另外，電極板221，係在驅動載置台111並使探針211接觸於半導體晶圓W之表面側的電極時，在任一個位置中均形成為接觸探針222可抵接於電極板221的形狀，例如能夠以使環狀或2個接觸探針222被各別抵接的方式，形成為分割成2個的形狀等。
如圖3所示，接觸探針222，係在其頂部配設 有圓板狀的抵接部222a，在抵接部222a之上面形成凹凸。在抵接部222a的正下方配設有被形成為長方體形狀的纜線連接部222b，該些抵接部222a與纜線連接部222b係例如由黃銅等的金屬一體構成。亦即，藉由從1個金屬材料進行切削加工等，形成有抵接部222a與纜線連接部222b。
又，在抵接部222a與纜線連接部222b的表面，係形成有厚度為例如0.3μm~0.5μm左右的鍍金層。另外，在鍍金層的下層，係形成有由厚度為例如3μm左右之無電解鍍鎳等所構成的中間鍍敷層。
如圖4所示，在纜線連接部222b的側壁部，係以位於纜線連接部222b之縱長方向之兩側端部的方式，形成有2個螺孔222c。且，使螺絲223(參閱圖3)螺合於該些螺孔222c，並使螺絲224螺合於被形成在載置台111之導體膜電極220之部份的螺孔(未圖示)，且藉由以該些螺絲223、螺絲224加以固定纜線225之導體的方式，電性連接導體膜電極220與接觸探針222。
在纜線連接部222b的下側係形成有圓柱部222d，該圓柱部222d係被收容於圓筒構件222e內。且，形成為藉由被配設於該圓筒構件222e內之螺旋彈簧等的彈壓構件(未圖示)，使抵接部222a及纜線連接部222b等朝向上側而被彈壓至圓筒構件222e的狀態。且，如圖4中箭頭所示，抵接部222a及纜線連接部222b等係形成為可沿上下方向移動至圓筒構件222e。藉此，抵接部 222a係在被彈性彈壓至電極板221的狀態下進行抵接。
如上述，本實施形態之探針裝置100，係在接 觸探針222之抵接部222a的正下方配設有纜線連接部222b。又，抵接部222a與纜線連接部222b皆係一體構成，且形成為在該些間未介設有用於使抵接部222a彈性接觸於電極板221之滑動部等的構成。且，在該些抵接部222a與纜線連接部222b的表面，形成有鍍金層。
藉此，可縮短抵接部222a與纜線連接部222b之間的電氣路徑，且可抑制電阻增大及電感增大的問題。又，由於纜線連接部222b與導體膜電極220係藉由電阻小且長度短的纜線225予以電性連接，因此，相較於以往，可大幅減低導體膜電極220與測試器300之間的電阻。且，由於從導體膜電極220至抵接部222a的電氣路徑短，因此，亦可降低電感成分。
如圖3所示，在載置台111的側壁部係固定有由鋁等所構成之止動件與導塊226。又，在載置台111的下部係突出配設有由不鏽鋼等所構成的基塊227，接觸探針222，係經由例如由PEEK等之樹脂所構成的探針導塊228或例如由鋁等所構成的探針壓件229等，被卡合於該基塊227上。
且，在基塊227的下部係配設有用於使接觸探針222上下移動的升降機構230。該升降機構230，係在載置台111上升且探針211接觸於半導體晶圓W之表面側的電極時，使接觸探針222上下移動，並使抵接部 222a在接觸於電極板221的上升位置與抵接部222a不接觸於電極板221的下降位置之間移動。
又，升降機構230，係可設定為在上述上升位 置與下降位置之間多階段地改變接觸探針222之上下方向的位置。藉此，可將抵接部222a與電極板221的抵接狀態調整成最適當的狀態。
圖5，係模式地表示清洗單元410之側面之構 成的圖，圖6係模式地表示清洗單元410之下面之構成的圖。如該些圖5、圖6所示，在清洗單元410配設有刷子單元411、研磨單元412及接觸電阻測定單元413。刷子單元411係具備有刷子411a，且藉由使接觸探針222之抵接部222a的上面抵接於該刷子411a而摩擦抵接部222a的上面，進行刷子清洗。
研磨單元412係具備有由陶瓷等所構成的研 磨用構件412a，且藉由使接觸探針222之抵接部222a的上面抵接於該研磨用構件412a，加以研磨抵接部222a的上面。又，接觸電阻測定單元413係具備有接觸電阻測定用電極413a，且使接觸探針222之抵接部222a的上面抵接於該接觸電阻測定用電極413a，並藉由未圖示的測定機構測定接觸電阻。
接下來，參閱圖7的流程圖，說明上述構成 之清洗單元410所致之接觸探針222的清洗方法。另外，以下所說明的清洗方法，係藉由圖1所示之控制部600的控制予以執行。
在本實施形態之接觸探針222的清洗方法 中，首先，藉由使接觸探針222之抵接部222a的上面抵接於刷子411a且使載置台111移動的方式，以刷子411a摩擦抵接部222a的上面而進行刷子清洗(步驟S501)。
接下來，藉由使載置台111移動，使接觸探 針222之抵接部222a的上面抵接於接觸電阻測定用電極413a，並藉由未圖示的測定機構來測定抵接部222a的接觸電阻。且，判定所測定之接觸電阻的值是否為預定值以下(步驟S502)。另外，在該情況下，形成為接觸電阻之值之判定基準的預定值，係例如可設定為1mΩ~10mΩ左右例如5mΩ等。
步驟S502的判定結果，在接觸探針222之接 觸電阻的值為預定值以下時(在步驟S502為OK)，藉由被配設於架橋400之未圖示的氣體噴吹機構，將氣體噴吹至載置台111的載置面並實施去除載置面上之塵埃等的夾頭噴吹(步驟S503)，進而結束清洗(步驟S504)。
另一方面，步驟S502的判定結果，在接觸探 針222之接觸電阻的值大於預定值時(步驟S502為NG)，接下來藉由使載置台111移動，使接觸探針222之抵接部222a的上面抵接於研磨用構件412a，並藉由使載置台111移動的方式，以研磨用構件412a摩擦抵接部222a的上面且加以研磨抵接部222a的上面(步驟S505)。
接下來，上述研磨用構件412a所致之抵接部 222a之上面的研磨結束後，再次進行刷子411a所致之接觸探針222之抵接部222a的刷子清洗(步驟S506)。
然後，再次使接觸探針222之抵接部222a的 上面抵接於接觸電阻測定用電極413a，並藉由未圖示的測定機構來測定抵接部222a的接觸電阻。且，判定所測定之接觸電阻的值是否為預定值以下(步驟S507)。
步驟507的判定結果，在接觸探針222之接 觸電阻的值為預定值以下時(在步驟S507為OK)，藉由被配設於架橋400之未圖示的氣體噴吹機構，將氣體噴吹至載置台111的載置面並實施去除載置面上之塵埃等的夾頭噴吹(步驟S503)，進而結束清洗(步驟S504)。
另一方面，步驟507判定的結果，在接觸探 針222之接觸電阻的值大於預定值(在步驟S507為NG)時，對接觸探針222之接觸電阻較大的原因進行調查，並實施修正(步驟S508)且返回至步驟S507。
如上述，在本實施形態中，係藉由清洗單元 410來執行接觸探針222的清洗，因此，可長時間恆將接觸探針222的接觸電阻值加以維持為預定值以下之較低的狀態，且可長時間實施精度良好的檢查。
另外，在本實施形態的探針裝置100中，由 於具備有2個接觸探針222，因此，如圖8、圖9所示，首先，在藉由使架橋400移動的方式使清洗單元410位於一方之接觸探針222的上方並執行一方之接觸探針222的清洗後，進一步藉由使架橋400移動的方式，使清洗單元 410位於另一方之接觸探針222的上方並執行另一方之接觸探針222的清洗。
接下來，說明上述探針裝置100所致之半導體晶圓W的檢查順序。
首先，當收容半導體晶圓W之晶圓載體151被載置於裝載部150的裝載埠152時，藉由上下動機構使晶圓載體151上下移動，並藉由光學檢測器檢測半導體晶圓W被收容於哪個縫槽。
接下來，使半導體晶圓W吸附於晶圓搬送機構160的晶圓搬送臂161，並搬送至對位機構170。且，藉由對位機構170，檢測半導體晶圓W的槽口並檢測半導體晶圓W的位置。
接下來，藉由晶圓搬送機構160的晶圓搬送臂161，將對位機構170所致之位置檢測已結束的半導體晶圓W從對位機構170取出，並將半導體晶圓W載置於測定部110的載置台111上。
且，使探針211抵接於載置台111上之半導體晶圓W的半導體元件，且得到測試器300與半導體晶圓W之表面側之電極的電性導通，並使接觸探針222之抵接部222a接觸於電極板221且得到測試器300與半導體晶圓W之背面側之電極的電性導通。在該狀態下，從測試器300將測試訊號供給至半導體元件，並藉由測定來自半導體元件的輸出訊號進行半導體元件之電性特性的檢查。
然後，當半導體晶圓W之半導體元件之電性狀態的檢查結束時，藉由晶圓搬送機構160的晶圓搬送臂161取出載置台111上的半導體晶圓W並收容至晶圓載體151，進而結束半導體晶圓W的檢查。
以上，雖使用上述實施形態說明了本發明，但本發明並不限定上述實施形態者。例如，接觸探針並不限於圖3所示之形狀者，可適用於使用複數個彈簧銷者或各種形狀者。
本申請係根據2013年3月28日所申請之日本專利申請號2013-067810來主張其優先權者，記載於該日本申請之所有全內容皆可引用於本申請。
100‧‧‧探針裝置
110‧‧‧測定部
111‧‧‧載置台
112‧‧‧驅動機構
150‧‧‧裝載部
151‧‧‧晶圓載體
152‧‧‧裝載埠
153‧‧‧支撐框架
160‧‧‧晶圓搬送機構
161‧‧‧晶圓搬送臂
162‧‧‧吸附部
170‧‧‧對位機構
220‧‧‧導體膜電極
222‧‧‧接觸探針
400‧‧‧架橋
410‧‧‧清洗單元
600‧‧‧控制部
W‧‧‧半導體晶圓

Claims (4)

  1. 一種探針裝置，係與形成於半導體晶圓的半導體元件電性連接，並藉由測試器進行前述半導體元件之電性檢查，該探針裝置其特徵係具備：載置台，載置前述半導體晶圓；載置台電極，被形成於在前述載置台載置有前述半導體晶圓的載置面，並與形成於前述半導體元件之背面側的背面側電極接觸；探針卡，被配設於前述載置台的上方，並具有與前述測試器電性連接的複數個探針；驅動機構，驅動前述載置台並使前述複數個探針接觸於被載置在該載置台之前述半導體晶圓之前述半導體元件的電極；電極板，被配設於前述載置台的上方，並與前述測試器電性連接；連接導體，被配設於前述載置台的側方且與前述載置台電極電性連接，並與前述電極板連接自如，藉由抵接於前述電極板的方式，使前述背面側電極與前述測試器電性連接；及清洗機構，具有：研磨單元，研磨與前述連接導體中之前述電極板的抵接部；刷子清洗單元，進行前述抵接部的刷子清洗；及接觸電阻測定單元，測定前述抵接部的接觸電阻。
  2. 如申請專利範圍第1項之探針裝置，其中， 前述清洗機構，係在藉由前述刷子清洗單元進行前述抵接部的刷子清洗後，藉由前述接觸電阻測定單元測定前述抵接部的接觸電阻，而在所測定之接觸電阻的值為設定值以上時，藉由前述研磨單元來研磨前述抵接部。
  3. 如申請專利範圍第1項之探針裝置，其中，沿前述載置台的圓周方向隔開間隔配設複數個前述連接導體。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之探針裝置，其中，前述清洗機構，係被配設於前述載置台的上方，且藉由前述驅動機構平行移動於前述載置面。
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