TW497194B - Inspection method and inspection apparatus - Google Patents

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TW497194B
TW497194B TW090120363A TW90120363A TW497194B TW 497194 B TW497194 B TW 497194B TW 090120363 A TW090120363 A TW 090120363A TW 90120363 A TW90120363 A TW 90120363A TW 497194 B TW497194 B TW 497194B
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sintering
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TW090120363A
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Shinji Iino
Kiyoshi Takekoshi
Tadatomo Suga
Toshihiro Itoh
Kenichi Kataoka
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Tadatomo Suga
Toshihiro Itoh
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Description

A7 R7 五、發明說明（i ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本申請係於2000年8月21日及2001年3月28日提出， 且其内容收錄於此。依曰本申請第2000-249702號及曰本 申請第2001-093303號主張優先權。 本發明係關於檢查方法及檢查裝置。該檢查方法及 該檢查裝置係可藉探針減輕施加於被檢查體之檢查用電 極上之針壓者。 半導體製造步驟中，在半導體晶圓上形成裝置等。 其後，由該半導體晶圓狀態之裝置及半導體晶圓開始，且 檢查被包裝之裝置等被檢查體（以下稱為[裝置])之電特 性。該等檢查步驟係藉透過與裝置之檢查用電極做電性接 觸之探針（接觸子）對測試器收發電信號以檢查裝置。 檢查用電極藉鋁、銅、焊料等易氧化之材料形成時， 在檢查階段中之檢查用電極之表面上形成有氧化等絕緣 皮膜。因此，儘管使探針及檢查用電極接觸，兩者間之電 性接續亦不穩定。尤其，使用鋁當作檢查用電極時，在檢 查用電極之表面上形成硬氧化膜。因此，難以使探針及檢 查用電極做電性接觸。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 從前，依第21圖所示之流程圖，且在第22 A、B圖所 示之實施態樣中，探針與檢查用電極做電性接觸。即，進 行用以檢查裝置之準備後（S1)，如第22A圖所示探針及檢 查用電極P以預定之壓力（例如，10〜2〇g/l支）接觸（S2)。判 斷兩者是否做電性接觸（S3)，判斷為電性接觸時則開始檢 查（S4)。通常，只接觸探針N及檢查用電極p，則絕緣皮膜 〇存在於兩者間之結果係S3中判斷為兩者不做電性接 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4- A7 B7 1、發明說明（ 觸。為處理此種狀況，而以第22B圖之箭頭顯示探針N及 檢查用電極P，並藉相對性的左右往復移動以削去絕緣皮 膜〇(S5)。藉該步驟（S5)使探針N及檢查用電極P做電性接 觸。於確認電性接觸之狀態下，進行S4開始檢查。 破壞絕緣皮膜0之另一方法係使探針之前端呈尖銳 狀態。該方法可提高探針施予檢查用電極之壓力。因此， 可將探針刺入檢查用電極，且可使兩者間之電性接觸良 好。此時，欲確保電性接觸而必須將探針前端至少刺入 2000〜4000人左右。 最近，例如藉使用精密機器加工技術提出有探針 卡’而該探針卡係在矽基板上以狹小之間距形成有直徑為 數ΙΟμπι之微小探針者。該探針卡為精密構造，因此可與 高速信號對應。而且在矽基板上形成探針，因此加熱試驗 中之優點係不受到與裝置間之熱膨脹係數之差異之影響。 削取絕緣皮膜之方法係探針Ν上附著殘屑而可能發 生導通不良之燒結現象。藉此，依上述方法將無法保證可 確保探針及檢查用電極之電性接觸。進而，藉擦洗以縮短 探針Ν之寿命’且掌握如第22Β圖所示由於檢查用電極ρ損 傷而產生所製造之裝置良率降低之問題。藉擦洗，掌握已 配置於最佳位置之探針Ν及檢查用電極Ρ之接觸位置移位 之問題。如第22Β圖所示，藉自絕緣皮膜〇飛散之殘屑而 掌握裝置受污染之問題。必須定期的清潔附著於探針1^上 之殘屑，並掌握檢查效率降低之問題。 關於將探針之前端刺入檢查用電極之方法，係對檢 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： --線. 經濟部智慧林產局員工消費合作社印製 497194
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 查用電極之損害較少，但與前述方法相同地檢查用電極被 損傷。亦要求用以保持探針前端之形狀之持久性。最近裝 置之集成度變得非常高，因此裝置構造之微細化、薄膜化 正飛躍性地進行。因此，檢查用電極之厚度變薄，且刺入 探針直到探針與檢查用電極做電性接觸，則有損傷檢查用 電極基底之憂慮。 使用精密機器加工技術而製作之探針卡，其探針構 造微小。因此，難以施予探針較大之針壓。 本發明係為解決上述問題中至少其一而做成者。 本發明之一觀點目的，係在提供可將探針對測量用 電極外加之針壓大幅降低之檢查方法及檢查裝置。 本發明之另一觀點目的，係在提供可減少檢查用電 極所受之損害，同時可反覆使用探針而延長探針壽命之檢 查方法及檢查裝置。 本發明之又一觀點目的，係在提供可提高檢查效率 之檢查方法及檢查裝置。 本發明之其他目的及方法記載於以下說明書，且可 藉其中一部分指示或本發明之施行而獲得。 本發明之該目的及優點，係藉此處所指出之機構及 組成而實現及獲得。 依本發明之第1觀點，一種被檢查體之檢查方法，包 含有以下步驟： 藉使形成於被檢查體之各檢查用電極上之絕緣皮膜之一 部分產生燒結現象，以破壞該絕緣皮膜之一部分； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6- 497194 經濟祭智慧沐產局員工消費合作社印製 A7 _______B7___ 五、發明說明（4 ) 使檢查用探針與檢查用電極之部分表面做電性接觸，該檢 查用電極之部分表面經燒結現象而呈有破壞狀態；及 藉與該等檢查用探針連接之測試器，以檢查被檢查體之電 特性。 該檢查方法中，破壞該絕緣皮膜之一部分之步驟， 並以包含有以下步驟者為佳： 使探針接觸於被檢查體之檢查用電極；及 對上述探針及檢查用電極間外加電壓，且在形成於檢查用 電極之表面之絕緣皮膜中產生燒結現象。 該檢查方法中，破壞該絕緣皮膜之一部分之步驟， 並以包含有以下步驟者為佳： 使第1探針及第2探針接觸於被檢查體之各檢查用電極；及 對該第1探針及第2探針間外加電壓，且在形成於各檢查用 電極之表面之絕緣皮膜中產生燒結現象。 該檢查方法中，並以包含有以下步驟者為佳： 將與檢查用電極之部分表面接觸之第1探針及第2探針中 至少其一當作檢查用探針加以利用，以檢查被檢查體之電 特性，其中該部分表面藉絕緣皮膜中所產生之燒結現象而 呈有破壞之狀態。 該檢查方法中，將與檢查用電極之部分表面接觸之 第1探針及第2探針中至少其一當作檢查用探針加以利 用，以檢查被檢查體之電特性之步驟，並以包含有以下步 驟者為佳，即： 將該第1探針及第2探針内不當作檢查用探針之探針與該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -------------t--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -7 -
檢一用電極及測試器中至少其-之電性接觸加以切斷。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該檢查方法中，其中切斷與該檢查用電極之電性接績 之刖述步驟’並以包含以下步驟者為佳： 將不當作檢查用探針利用之探針由該檢查用電極拉開。 該檢查方法中，拉開步驟係以利用壓力元件、雙金 屬、靜電元件中至少其一而施行者為佳。 依本發明之第2觀點，提供一種被檢查體之檢查裝 置’其係包含有： 電源電路’係用以對形成於被檢查體之各檢查用電極上之 絕緣皮膜之一部分外加電壓，且在該絕緣皮膜之至少一部 分形成預定之電位傾度者，藉該預定之電位傾度而使該絕 緣皮膜中產生燒結現象，使絕緣皮膜之一部分呈有破壞狀 態； 線· 檢查用探針，係與檢查用電極之部分表面做電性接觸者， 而該部分表面之絕緣皮膜藉燒結現象而呈有破壞狀態；及 測試器’係與該等檢查用探針連接，以檢查被檢查體之電 性特性者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該檢查裝置並具有電流限制器，其係以用以限制該探 針及該檢查用電極間之通電電流者為佳。 該檢查裝置中，用以在絕緣皮膜之至少一部分上形成 預定之電位傾度之電源電路，係包含有以下者為佳： 第1探針及第2探針，係可與被檢查體之各檢查用電極接觸 者；及 一電壓施加機構，係對上述第1探針及第2探針間外加電壓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 497194 • A7 B7 五、發明說明（6 ) 者，而該電壓係可使形成於各檢查用電極表面上之絕緣皮 膜中產生燒結現象者。 該檢查裝置中，第1探針及第2探針中至少其一由鎢、 鈀、鈹-銅合金中其一所形成者為佳。 該檢查裝置，並以包含有用以控制電源電路之控制器 及用以連結該控制器與該測試器之通信線路者為佳。 該檢查裝置中，用以於該絕緣皮膜之至少一部分形成 預定之電位傾度之電源電路係以内建於測試器者為佳。 該檢查裝置中，用以限制該探針及該檢查用電極間之 通電電流之電流限制器係以内建於前述測試器者為佳。 該檢查裝置中，用以在絕緣皮膜之至少一部分上形成 預定之電位傾度之電源電路，係包含有以下者為佳： 第1探針及第2探針，係可與被檢查體之各檢查用電極接觸 者；及 電源，係用以對上述第1探針及第2探針間外加電壓者； 而，該電壓可使形成於各檢查用電極表面上之絕緣皮膜中 產生燒結現象者。 所附之圖示係與說明書之一部分連接且構成一部 分，並顯示本發明之最佳實施例。然後，該圖示係藉與上 述之一般記載及下述之最佳實施例有關之詳細說明，而有 助於本發明之說明者。 (圖示之簡單說明） 第1圖係施行本發明之一實施態樣之檢查方法時所使 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： --線· 經濟新智慧缽產局員工消費合作社印製 497194 A7 B7 五、發明說明（7 ) 用之燒結裝置之原理圖。 第2圖係一構成圖用以顯示適用第1圖所示原理之本 發明之檢查裝置之一實施態樣。 第3圖係本發明之檢查方法之一實施態樣之流程圖。 第4A-B圖係一說明圖用以顯示使用第2圖所示之檢 查用裝置，並藉燒結現象使檢查用探針及檢查用電極做電 性接觸之狀態。第4 A圖係顯示檢查用探針及燒結用探針 與檢查用電極接觸且外加電壓之狀態。第4B圖係顯示藉燒 結現象檢查用探針及檢查用電極做電性接觸之狀態。 第5圖係顯示本發明之檢查裝置之另一實施態樣。 第6圖係顯示用以驗證燒結現象而使用之測量裝置。 第7圖係顯示表示典型燒結現象之電流及電壓之波 形。 第8圖係顯示絕緣膜被機械性破壞時之電流及電壓之 波形。 第9圖係顯示燒結時之電流未達極限值之情況下之電 流及電壓之波形。 第10圖係W探針之針壓及燒結電壓之關係圖。 第11圖係BeCu探針之針壓及燒結電壓之關係圖。 第12圖係Pd探針之針壓及燒結電壓之關係圖。 第13圖係W探針之最大電流及接觸電阻之關係圖。 第14圖係BeCu探針之最大電流及接觸電阻之關係 圖。 第15圖係Pd探針之最大電流及接觸電阻之關係圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ->-0· 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 497194 - A7
經濟部智慧眛產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 ) 第16圖係W探針、Be探針、Cu探針、Pd探針之燒結 電壓及電流之關係圖。 第17圖係W探針、Be探針、Cu探針、Pd探針之燒結 電壓及最大電流之關係圖。 第18圖係顯示燒結後之w探針、電極之接觸電阻、拉 力之關係圖。 第19圖係顯示燒結後之BeCu探針、電極之接觸電 阻、拉力之關係圖。 第20圖係顯示燒結後之Pd探針、電極之接觸電阻、 拉力之關係圖。 第21圖係顯示習知之檢查方法之流程圖。 第22A-B圖係一說明圖用以顯示使用習知之檢查方 法使探針與檢查用電極做電性接觸之狀態。 第22A圖係顯示使探針及檢查用電極接觸之狀態。 第22B圖係顯示藉擦洗而探針及檢查用電極做電性接 觸之狀態。 以下，依第1〜5圖所示之實施態樣以說明本發明。本 發明之實施態樣之檢查方法，係利用燒結現象以破壞形成 於裝置之檢查用電極表面上之檢查用電極表面之氧化膜 等絕緣皮膜之一部分。本發明之實施態樣，在該絕緣皮膜 被破壞處使探針及檢查用電極做電性接觸。由於利用燒結 現象，而可將探針及檢查用電極間之針壓調整成比現狀還 低之針壓（例如，O.lg下）。因此，檢查用電極將不受損傷 且亦可延長探針之壽命。所謂燒結現象，係對形成於金屬 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨！---裝--------訂—丨！ ！ 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - 497194 A7
五、發明說明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (本發明中係檢查用電極）表面之氧化膜等絕緣皮膜，外加 電位傾度為105〜106V/cm左右之電壓後，藉絕緣皮膜之厚 度及金屬之組成之不均等性，以絕緣破壞絕緣皮膜且形成 電路。 第1圖係用以產生燒結現象之本發明之一實施態樣所 使用之燒結裝置之原理圖。該燒結裝置如第1圖所示，係 備有電源（例如，程控電壓源）1、外加電壓緩衝放大器2、 電阻3及外加電流限制器4。程控電壓源1係對探針卡5之第 1、2探針5A、5B外加電壓。第1探針5A係透過電阻3與外 加電壓緩衝放大器2接續，而第2探針5B係與外加電壓緩衝 放大器2之輸入端子側接續同時呈接地狀態。該等探針 5A、5B係以鎢（W)、鈹-銅合金（Be)、鈀（Pd)等導電性金屬 為佳0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上述燒結裝置係如下述般進行動作。探針卡5之第1、第2 探針5A、5B係以低針壓（例如，〇.lg以下）與裝置d之檢查用電 極P接觸。在該狀態下，由程控電壓源1透過外加電壓緩衝放 大器2及電阻3對第1探針5A外加電壓《當絕緣皮膜〇相當薄 時，最初僅有隧道電流流動。由於逐漸提昇自程控電壓 電壓，而第1及第2之探針5A、5B間之電位傾度逐漸變大，且 達到預定之電位傾度（105〜105V/cm)左右。位於第1探針5A及 第2探針5B下之絕緣皮膜〇被破壞，且第1探針5A及第2探針5B 與檢查用電極之金屬面接觸。流向第1探針5 A及第2探針5B之 電流急速加強。外加電流4檢測出該電流，且停止由外加電壓 緩衝放大器2外加電壓而防止上述電流流動。該結果係第1、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- 497194 經濟部智慧狀產局員工消費合作社印製 A7 Β7 五、發明說明（1〇 ) 第2探針5A、5B及檢查用電極p進行電性接觸，且可檢查裝置 之電特性。 第2圖係顯示本發明實施態樣之檢查裝置之構造圖，且採 用上述燒結裝置之原理。本實施態樣之檢查裝置10係如第2圖 所示，備有燒結裝置11、探針卡12。檢查裝置1〇在與具有電 源13 A之測試器13間呈自由通信之狀態連接。燒結裝置丨丨具有 用以完成燒結現象之燒結電路14、用以控制燒結電路14之燒 結控制電路15。該燒結控制電路15係透過RS及GPIB等泛用通 信線路16與測試器13連接。在探針卡12上設有一起與被檢查 體W上之一檢查用電極p相接觸之一對第1探針12A、12β。該 第1探針12A、12B之對數係可與被檢查體（裝置）w之檢查用電 極P之數量對應而設定。在一個裝置上形成有n個檢查用電極p 時，可在探針卡12上設η對第1、第2探針12Α、12Β。第2探針 12Β只使用於藉燒結現象破壞絕緣皮膜〇時。在此，將第1探 針12Α稱為檢查用探針12Α，將第2探針12Β稱為燒結用探針 12Β。電源電路可具有電源13Α、燒結電路14、燒結控制電路 15、第 1及 2探針 12Α、12Β。 上述燒結電路14係備有η個由外加電壓緩衝放大器14Α、 電阻14Β、電流檢測放大器14C、電流限制放大器14D及繼電 開關14Ε、14F所構成之電路。該η對係與檢查用探針12Α及燒 結用探針12Β之對數相對應。燒結控制電路15係用以繼電控制 繼電開關14Ε、14F。繼電開關14Ε係在與燒結裝置11連接之接 點14G及與測試器13連接之接點14Η間切換檢查用探針12Α。 繼電開關14F係在接地點141及浮游接點14J間進行切換。在繼 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 — 1!1!> i I I I I I I t ίι!!> (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -13· A7 B7 五、發明說明（η ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 電開關14Ε上連接檢查用探針12Α，且繼電開關14F連接有燒 結用探針12B。藉將燒結用探針12β之繼電開關14F與極力探 針附近連接，以改善其高頻率特性。藉燒結現象破壞絕緣皮 膜〇後，形成燒結用探針12B對測試器之配線被切斷之狀態。 因此’可採用關掉上述配線之機構、使燒結用探針126上升且 由檢查用電極拉開之機構18。該拉開機構18係可使用壓力元 件、雙金屬、靜電元件等。 一邊參照第3、4圖，一邊說明使用上述檢查裝置1〇之本 發明檢查方法之一實施態樣。進行檢查之準備階段中，進行 檢查用探針12A、燒結用探針12B與裝置D之檢查用電極P之定 位（SI 1)。該等探針12A、12B係如第4A圖所示以低針壓（例如， 〇.lg以下）與裝置D之各檢查用電極p接觸（S12)。此時，透過燒 結控制電路15，並藉繼電開關14E對接點14G進行切換，而使 檢查用探針12A對燒結裝置η連接。然後，繼電開關14F藉對 接地接點141切換而接地。如上述，連接探針卡12及燒結裝置 11 ° 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由燒結控制電路15透過外加電壓緩衝放大器14A及電阻 14B對檢查用探針12A外加電壓，而開始燒結動作（S13)。絕緣 皮膜Ο為極薄時，在外加電壓之最初階段中隧道電流流向第 4A圖之箭頭所事之方向。隧道電流係遠比限制電流值小之微 小電流。該限制電流，例如可藉燒結現象將探針12A、12B(第 4B圖）與檢查用電極接觸之電阻值設定成以下（更理想之 狀態為0·5 Ω以下）之值。電流檢測放大器mc係透過電阻14B 檢測出該微小電流。檢測出之值係向電流限制放大器14d輸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -14- 五 到 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497194 • A7 B7 發明說明（12) 出。限制電流當作基準電流，並由燒結控制電路15向該電流 限制放大器14D輸出。電流限制放大器14D進行比較自電流檢 測放大器14C之檢測電流值及自燒結控制電路15之限制電流 值（基準電流值），以判斷檢測電流值是否到達限制電流 (S14)。自燒結控制電路15之外加電壓逐漸上升之期間，電流 限制放大器14D判斷電阻14B之電流是否到達限制電流。 由於自電壓緩衝放大器14A之外加電壓逐漸提昇，而檢查 用探針12A及燒結用探針12B間之電位傾度逐漸變大。電位傾 度上升至產生燒結現象之值時，檢查用電極P之絕緣皮膜〇將 因燒結現象而被破壞（第4B圖）。若電流檢測放大器14C之檢測 電流急速變大且達到限制電流，則藉燒結現象並透過電流限 制放大器14D停止由外加電壓緩衝放大器14A外加電壓。此 時，檢查用探針12A及燒結用探針12B與檢查用電極p做電性 接觸’且形成可檢查之狀態。該狀態中在燒結控制電路15之 控制下，由繼電開關14E與燒結裝置11連接之接點14G依序朝 與測試器13連接之接點14H切換。同時，繼電開關14F依序由 接地接點141朝浮遊接點14J進行切換。因此，檢查用探針12A 朝測試器13連接，且燒結用探針12B形成電性浮游狀態。於該 狀態下，燒結控制電路15透過泛用通信線路16向測試器13通 知可檢查狀態。測試器13係朝檢查用探針12A輸出檢查用信 號，以檢查被檢查體之電特性（S15)。 如上述說明，依本實施態樣以低針壓使檢查用探針12A 及檢查用電極P接觸之狀態下，利用燒結現象以破壞檢查用電 極P之絕緣皮膜〇,而使檢查用探針12八及檢查用電極p做電性 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------II--· --------訂·！------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -15- 497194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（13) 接觸，且可確實地進行被檢查體之電特性檢查。檢查用探針 12A可藉O.lg極低之針壓與檢查用電極p做電性接觸，因此不 損傷檢查用電極P，且可提高被檢查體之良率，且可延長檢查 用探針12A之壽命。檢查用探針12A可藉l.Og以下之針壓與檢 查對應，因此即使是焊接電纜等所設置之單純探針構造，亦 可確實地進行檢查。依本實施態樣，不由檢查用電極P產生殘 屑。因此，被檢查體被殘屑所污染，且殘屑不附著於檢查用 探針12A上。可將良率更加提高。亦不需清潔檢查用探針 12A，且可提高檢查效率。 依本實施態樣，因檢查用探針12A之針壓較低，而針 頭及樑構造之自由度變大。可大量取得檢查用探針12A由 接觸開始位置增速傳動之移動量。可縮短用以取得同一針 壓之樑長度，且可高密度配置探針。依檢查用探針12A之 針頭形狀，不亦影響接觸之穩定性，因此不需將針頭加工 (金字塔形）成特別之形狀。 測試器之傳動當作燒結電源使用時，如第5圖所示設將燒 結用探針22B接地之用於繼電開關24F之電路即可。即，檢查 用探針22A與測試器23之電壓電源（圖中未示）連接。燒結用探 針22B與繼電開關24F連接。為進行繼電開關24F之控制而可使 用測試器23内之I/O傳動。可否使用測試器23而進行燒結係依 測試器23之電源電流容量。在軟體方面只要對測試器23之程 式追加燒結用之程式即可，且在硬體方面只要追加繼電電路 即可。或，測試器本身亦可具有燒結電源、燒結電路14、燒 結控制電路15。亦可在該等實施態樣中期待與第2圓所示之實 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -J -------^— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線---' 16. 497194 - Α7 Β7 五、發明說明（14 ) 施態樣相同之作用效果。 --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線· 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 使用於探針之材料與燒結特性之關係，使用第6圖所示之 測量裝置以證實。證實結果係顯示於第7〜18圖。第6圖係使用 於本實施例之測量裝置。探針51及晶圓W之電極間之負重（針 壓）係藉電子天秤52進行測量。藉電源53外加之電流及電壓之 測量係使用電流計54、電壓計55 ^燒結之波形測量係使用A/D 轉換器56、57。電流及電源電壓分別被測量及記錄。探針51 之Z方向之控制係使用最大位移量為ι〇〇μιη之壓力台58。壓力 台58係透過壓力操縱桿59而操作。電子天秤52、電源53、電 流計54、電壓計55 A/D轉換器56、57及壓力台58係透過所有通 信線路（GPIB、RS-232C)與電腦60連接。透過電腦60進行外加 電壓、台位置之控制等，且逐次記錄測量結果。反覆進行電 壓控制、電壓測量、電流測量之線路。線路之速度大約每秒 1〇次。使用A/D轉換器56、57進行高頻率上之測量，且各A/D 轉換器56、57測量分別流動之電源電流、電源電壓。A/D轉換 器56、57之轉換值係求得該等之轉換值及電流計54、電壓計 55之測量值之關係，且分別使用電流計54、電壓計55之測量 值以修正。 測量係在下述之測量條件下依①〜⑯之順序進行。①藉驅 動壓力台58而探針51接近晶圓W之電極。此時之針壓係透過 電子天秤52進行監控。針壓在超過設定針壓時，壓力台58將 停止。此時之針壓進行接觸負重。②由電源53呈階梯狀外加 電壓，將產生電流或電壓。在此之前，A/D轉換器56、57該使 動作並記錄轉換值。在A/D轉換器56、57之記憶體上記錄該階 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -17- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497194 A7 __ B7 五、發明說明（15 ) 梯狀之外加電壓之前後情形。③外加電壓後若1mA以上之電 流流動，則將此燒結。若無電流流動，則一旦外加電壓回到0 且將設定電壓設為兩倍，②之測量將再度進行。④產生燒結 現象後，電流設定為1mA並測量電壓。將由該值計算之電阻 值視為接觸電阻。⑤外加電壓被設為〇後，藉驅動壓力台58以 拉開探針51及測量電極。此時所測量之負重最小值被視為拉 力。⑥改變接觸位置並反覆進行①〜⑤之測量。 [測量條件] (a) 電壓控制狀態（S)
設定電壓：30V、5V 電流限制器設定：10mA、100mA、250mA 針壓：O.lg、0.02g、0.005g、O.OOlg (b) 電流控制狀態（1) 設定電流：10mA、100mA、250mA 針壓：O.lg、0.02g、0.005g、O.OOlg (c) 探針材料： 鎢（W) 鈹·銅合金（BeCu) 鈀（Pd) (d) 電極： IS(A1) 1 ·燒結時之波形 使用鎢探針，以測量改變針壓、限制電流、設定電壓 時之電壓、電流隨時間之變化。求得燒結前後之電壓、電 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} I. •線·
-18- 497194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（16) 流之波形之結果，係可獲得3個代表性之圖像波形。其結 果顯示於第7〜9圖。 使用鎢探針並藉O.O.g之針壓，將限制電流設定成 10mA以使電流被控制之狀態下，使用A/D變換器56、57 測量電流及電壓。第7圖係顯示產生燒結時之電流（同一圖 上以實線顯示）及電壓（同一圖以虛線顯示）之波形。該圖係 顯示有燒結現象之典型波形。依該圖，電壓達到引起絕緣 破壞之電壓（燒結電壓）時，產生燒結而電流流動且電阻降 低。電流之最大值以電流限制器設定成10mA，但電流於 作用前花費相當多時間，因此可知瞬間大電流流動。即， 電流開始流動之瞬間到達6V之電壓而超過170mA之電流 流動，且電流開始流動幾乎與電流限制器開始動作而電壓 降低同時，可知電流形成限制電流之設定值之10mA。 使用鎢探針並藉O.lg之針壓，將限制電流設定成 250mA、電壓設定成5V，以使電流被控制之狀態下，使用 A/D轉換器56、57測量電流及電壓。第8圖係顯示電流開 始流動時之電流（同一圖以實線顯示）及電壓(同一圖以虛 線顯示）之波形。如該圖所示，絕緣膜並非第7圖所示之電 性破壞而為機械性破壞時，電壓及電流成比例而變化。 使用鎢探針並藉0.02g之針壓，將限制電流設定成 250mA、電壓設定成30V，以在電流被控制之狀態下使用 A/D轉換器56、57測量電流及電壓。第9圖係顯示燒結產 生時之電流（同一圖以實線顯示）及電壓（同一圖以虛線顯 示）之波形。依該圖可知，燒結時之電流未達限制電流， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — I— — — — — —— — — It· — —--— I — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •19· 497194 A7 ____B7______ — 五、發明說明（17 ) 因此燒結後電壓及電流成比例上升，而達到限制電流時電 壓、電流將顯示一定值。 2·針壓及燒結電壓之關係 在此，燒結電壓係電流首次超過1mA時之電壓值。探針 之材料係使用W、BeCu、Pd。各探針之針壓及燒結電壓之關 係顯示於第10〜12圖。第10〜12圖之縱軸係顯示將全部視為i 時之次數比例。W探針、BeCu探針、Pd探針中之燒結電壓 之分布係依針壓而分開顯示。各探針上分別有0 001g(XK 號）、0.005g(△記號）、〇.〇2g(〇記號）、〇.ig(□記號）之針 壓。第10圖係顯示W探針之結果，第11圖係顯示BeCu探針 之結果，第12圖係顯示Pd探針之結果。 由第10〜12圖可清楚明白，針壓小時在i3V及5V附近 兩處分布有燒結電壓。隨針壓變大，最大電壓向低電壓側 移動同時在IV以下時出現高峰。可見針壓為0elg時，13v 以上之高峰將消失，且儘管為1¥以下電流亦開始流動， 5V時之高峰向3V移動。 由該等結果可推測出以下結果。①絕緣膜有兩種。一種 絕緣膜之破壞需要5V左右之電壓，而另一種絕緣膜之破壞需 要約8 V(=l 3 V-5 V)左右之電壓。後者之絕緣膜有存在及不存在 之狀態。②針壓變大時，以低電壓產生燒結現象之正確率將 變高。在0.1 g之針壓下，顯示8V之破壞電壓之絕緣膜不存在。 針壓變大時於IV以下將高峰出現，但並非絕緣破壞而係機械 性破壞所致。③作為絕緣皮膜係考量A1之氧化膜、探針材料 之氧化膜或水等污染層。④考量到將針壓設為〇.lg時5V以下 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) iST· -i線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- 五 經濟部智慧林產局員工消費合作社印製 497194 • A7 B7 發明說明（18 ) 確實地產生燒結。 3.最大電流及接觸電阻之關係 測量使用W探針、BeCu探針及Pd探針之燒結時之最大電 流及接觸電阻，並將其結果顯示於第13〜15圖。第13〜15圖係 分別顯示W探針、BeCu探針及Pd探針之最大電流及接觸電阻 之關係。在此最大電流係指燒結現象產生時之瞬間所流動電 流之最大值。接觸電阻係指燒結現象後產生將電流設定為 1mA時之接觸電阻值。在各圖中，□係顯示電壓控制狀態之 測量結果，△係指電流控制狀態之測量結果。 各探針於加大電流時可見電阻降低。可知W探針、BeCu 探針之狀態係超過0·5 A之最大電流流動時，電阻將下降至1Q 以下。又，電流相同時W探針及BeCu探針幾乎顯市相同之接 觸電阻值，且Pd探針顯示有W探針及BeCu探針之1.5倍的接觸 電阻值。有此可知，獲得低接觸電阻值之條件係將燒結之最 大電流加大即可。 4·電壓及最大電流之關係 第16圖係顯示燒結之瞬間（檢測iMa以上之電流瞬間）中之電 壓（燒結電壓）及電流之關係。此時之小區域位於25Ω之線上， 但與電路電阻一致。第17圖係顯示燒結電壓及最大電流之關 係。依第1 7圖當燒結時流動之電流小於限制電流時，於燒結 後，電流增加直到達到限制電流（參照第9圖）。燒結電壓大時 燒結之瞬間電流形成最大電流。本實施例中，自電源之容量 最大電流為300Ma，但若使用使500Ma以上之電流流動之電 源’則如第13〜15圖所示可穩定1Ω以下之接觸電阻。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --I----— — — — — — · I--1111 訂·---1111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • 21 - A7
王、發明說明（19 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 燒結時控制外加於接觸部之電壓，因此將電壓設定於一 定值之狀態下進行使探針與電極接觸之實驗。電壓為30V之狀 態下，燒結之瞬間可使遠超過電流限制器之電流流動。該結 果未示於圖中但與第13〜15圖之結果一致，且可知最大電流越 大則接觸電阻越小。 5·接觸電阻與拉力之關係 •線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 測量由電極拉開探針時之力（拉力）。該結果顯示於第 18〜20圖。第18圖係W探針，第19圖係BeCu探針，第20圖係Pd 探針。依第18〜20圖顯示之結果，接觸電阻大時拉力小。可知 接觸電阻變小則拉力變大。此係與實際接觸部分之面積有 關。在實際接觸部份接合有金屬，因此拉力與面積成比例， 另一方面接觸面積變大則接觸電阻變小。在同一接觸電阻 中，Pd探針之拉力最大而BeCu探針及W探針依序變小。本發 明並不限於上述各實施態樣。若具有使燒結現象產生之電路 構造，則包含於本發明。上述實施例係說明探針由〇 〇〇lg變化 至〇·1 g之狀態，但本發明並不限該範圍内之探針，且比現狀之 針壓（針壓=10〜20g/l支）小，以可獲得燒結現象之針壓為佳， 並不限於特定之針壓範圍。由上述實施例說明燒結時之最大 電流越大則探針及電極間之接觸電阻變低，但燒結時之電流 為小亦可。本發明若為可獲得燒結現象之電流，則不限於特 定之電流範圍。 依本發明實施之態樣可大減針壓。依本發明實施之態 樣，可消除檢查用電極之損傷，同時延長探針之壽命且重複 使用探針。依本發明之實施態樣，可提供不需進行探針之清 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） .22- A7 五、發明說明（2〇 ) 潔且可提高檢查效率之檢查方法及檢查裝置。 本發明之特徵及變更係該技術領域之業者所設想者。因 此本發明係更為宏觀者，且並不限於特定之詳述及此所示之 代表性實施例。藉此，在申請專利範圍所定義之廣泛發明概 念及其均等物之解釋與範圍中，並不與其背離且可進行各種 變更。 1Γ 元件標號對照表 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 N 探針 12B第2探針（燒結用探針） 0 絕緣皮膜 13測試器 P 檢查用電極 13A電源 D 裝置 14燒結電路 1 程控電壓源 14A外加電壓緩衝放大器 2 外加電壓緩衝放大器 14B電阻 3 電阻 14C電流檢測放大器 4 外加電流限制器 14D電流限制放大器 5 探針卡 14E繼電開關 5A 探針 14F繼電開關 5B 探針 14G接點 10 檢查裝置 141接地接點 11 燒結裝置 14J浮游接點 12 探針卡 15燒結控制電路 12A第1探針（檢查用探針） 16泛用通信線路 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — — — — — — · 11II111 訂·！ - *5^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -23- 497194 A7 __B7 五、發明說明（21 ) 18機構 22A檢查用探針 22B燒結用探針 23測試器 24F繼電開關 51探針 52電子天秤 53電源 54電流計 55電壓計 56 A/D轉換器 57 A/D轉換器 58壓力台 59壓力操縱桿 60電腦 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -24-

Claims (1)

  1. 497194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種被檢查體之檢查方法，包含有以下步驟： 藉使形成於被檢查體之各檢查用電極上之絕緣皮膜之 一部分產生燒結現象，以破壞該絕緣皮膜之一部分； 使檢查用探針與檢查用電極之部分表面做電性接觸，該 檢查用電極之部分表面經燒結現象而呈有破壞狀態；及 藉與該等檢查用探針連接之測試器，以檢查被檢查體之 電性特性。 2·如申請專利範圍第1項之檢查方法，其中該破壞該絕緣 皮膜之一部分之步驟，並包含有以下步驟： 使探針接觸於被檢查體之檢查用電極；及 對上述探針及檢查用電極間外加電壓，且在形成於檢查 用電極之表面之絕緣皮膜中產生燒結現象。 3·如申請專利範圍第1項之檢查方法，其中該破壞該絕緣 皮膜之一部分之步驟，並包含有以下步驟： 使第1探針及第2探針接觸於被檢查體之各檢查用電 極；及 對該第1探針及第2探針間外加電壓，且在形成於各檢 查用電極之表面之絕緣皮膜中產生燒結現象。 4·如申請專利範圍第3項之檢查方法，並包含以下步驟： 將與檢查用電極之部分表面接觸之第1探針及第2探針 中至少其一當作檢查用探針加以利用，以檢查被檢查體 之電性特性，其中該部分表面藉絕緣皮膜中所產生之燒 結現象而呈有破壞之狀態。 5·如申請專利範圍第4項之檢查方法，其中該將與檢查用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 釋 •線· -25- 外/194 六、申請專利範圍 電極之部分表面接觸之第1探針及第2探針中至少其一 ，當作檢查用探針加以利用，以檢查被檢查體之電性特性 之步驟，並包含有以下步驟，即·· 將該第1探針及第2探針内不當作檢查用探針之探針與 該檢查用電極及測試器中至少其一之電性接觸加以切 斷。 6·如申請專利範圍第5項之檢查方法，其中前述切斷與該 檢查用電極之電性連接之前述步驟，並包含以下步驟： 將不當作檢查用探針利用之探針由該檢查用電極拉開。 7·如申請專利範圍第6項之檢查方法，其中該拉開步驟係 利用壓力元件、雙金屬、靜電元件中至少其一而施行者。 8·—種被檢查體之檢查裝置，包含有·· 電源電路，係用以對形成於被檢查體之各檢查用電極上 之絕緣皮膜之一部分外加電壓，且在該絕緣皮膜之至少 一部分形成預定之電位傾度者，藉該預定之電位傾度而 使該絕緣皮膜中產生燒結現象，使絕緣皮膜之一部分呈 有破壞狀態； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 檢查用探針，係與檢查用電極之部分表面做電性接觸 者’而該部分表面之絕緣皮膜藉燒結現象而呈有破壞狀 態；及 測試器，係與該等檢查用探針連接，以檢查被檢查體之 電性特性者。 9·如申請專利範圍第8項之檢查裝置，並具有電流限制 器’其係用以限制該探針及該檢查用電極間之通電電流 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -26- 497194 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 者。 10·如申請專利範圍第8項之檢查裝置，其中該用以在絕緣 皮膜之至少一部分上形成預定之電位傾度之電源電 路，包含有： 第1探針及第2探針，係可與被檢查體之各檢查用電極 接觸者；及 一電壓施加機構，係對上述第1探針及第2探針間外加 電壓者，而該電壓係可使形成於各檢查用電極表面上之 絕緣皮膜中產生燒結現象者。 11·如申請專利範圍第1〇項之檢查裝置，上述第1探針及 第2探針中至少其一，係由鶴、把、鈹-銅合金中其一所 形成。 12·如申請專利範圍第8項之檢查裝置，並包含有用以控制 電源電路之控制器及用以連結該控制器與該測試器之 通信線路。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i4—___________Φ — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線· 13.如申請專利範圍第12項之檢查裝置，其中該用以於該 絕緣皮膜之至少一部分形成預定之電位傾度之電源電 路係内建於測試器者。 14·如申請專利範圍第η項之檢查裝置，其中該用以限制 該探針及該檢查用電極間之通電電流之電流限制器並 内建於前述測試器者。 15·如申請專利範圍第13項之檢查裝置，其中該用以在絕 緣皮膜之至少一部分上形成預定之電位傾度之電源電 路，包含有： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） -27- 497194 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 • 第1探針及第2探針，係可與被檢查體之各檢查用電極 接觸者；及 ‘ 電源，係用以對上述第1探針及第2探針間外加電壓者; * 而，該電壓可使形成於各檢查用電極表面上之絕緣皮膜 中產生燒結現象者。 -------------裂· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· ;線· 纪濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -28 -
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