TWI412767B

TWI412767B - Probe device and substrate transfer method

Info

Publication number: TWI412767B
Application number: TW099138043A
Authority: TW
Inventors: Tadashi Obikane; Kazuya Yano; Hiroshi Yamada; Masaru Suzuki; Yasuhito Yamamoto
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2013-10-21
Also published as: TW201140093A; US20110107858A1; KR20110050365A; CN102116835B; KR101147787B1; CN102116835A; US8726748B2

Description

探針裝置及基板搬送方法

本發明關於一種探針裝置及在探針裝置中之基板搬送方法。

習知的探針裝置係使探針卡的探針等探測器接觸半導體晶片的電極接點來進行調查電氣特性之探針測試。該探針裝置係具備有：具備有探針卡及載置台之探針檢查室、於收納有晶圓載體(FOUP；Front-Opening Unified Pod)之載置埠與探針檢查室之間設置有用以進行晶圓搬送的基板搬送機構之裝載室。

然後，利用基板搬送機構來將晶圓從被搬入至載置埠內之晶圓載體取出，並藉由裝載室內的預對位機構或基板搬送機構所設置之預對位機構來進行預對位後，將該晶圓搬送至探針檢查室內的載置台。又，已知亦有一種於裝載室內設置有讀取機構(例如光學性文字讀取機構(OCR機構；optical character reader))之探針裝置，該讀取機構係光學性地讀取被記錄在基板搬送機構所支撐的晶圓之資訊(例如條碼或文字)(例如參照專利文獻1)。

又，已知亦有一種於裝載室設置有複數個探針檢查室之探針裝置。從縮短無塵室內之搬送機械臂所形成的搬送高度及減少佔置空間(foot print)之觀點來看，此類探針裝置的結構如圖9所示，係將FOUP(晶圓載體)20配置於較探針檢查室21要高之位置，並藉由裝載室1內所設置之基板搬送機構3來將從FOUP20取出後的晶圓下降至探針檢查室21之搬出入口23的高度後，再將晶圓沿水平方向搬送，以從各搬出入口23搬出入至探針檢查室21內。又，此類探針裝置的情況，OCR機構60係設置於FOUP20的載置部下側所構成。

該探針裝置，如圖9中箭頭所示，將從FOUP20取出後的晶圓搬入至探針檢查室21時，首先係使基板搬送機構3下降至OCR機構60的高度位置(圖中的箭頭A)後，朝向OCR機構60側暫時沿水平方向移動(圖中的箭頭B)。然後，藉由OCR機構60來讀取記錄在晶圓之文字後，使基板搬送機構3回到原先的水平位置(圖中的箭頭C)，並再度下降至探針檢查室21之搬出入口23的高度(圖中的箭頭D)。之後再將晶圓水平地搬送至既定探針檢查室21的搬出入口23前面(圖中的箭頭E)。

基板搬送機構係使用具備有例如2片基板支撐構件(臂體)者，於探針檢查室進行晶圓探針測試期間，係利用其中一臂體來將接下來要被進行檢查之晶圓取出並進行預對位，當探針檢查室內的晶圓檢查結束後，再利用另一臂體來收取檢查結束後的晶圓，並將其中一臂體所支撐之未檢查的晶圓傳遞至載置台。

另一方面，被保持在基板搬送機構的臂上之晶圓會通過探針檢查室正面所設置之搬出入口，而被搬送至位在探針檢查室內之載置台。此時，必須將基板搬送機構設置在各探針檢查室的正面位置處。

另一方面，已知有一種具備一個基板搬送機構與複數個探針檢查室之探針裝置(例如專利文獻2)。此類探針裝置則係基板搬送機構會在配設於直線上之複數個探針檢查室前方所設置之軌道上左右移動。如圖10所示，在將晶圓搬送至各探針檢查室21時，必須將基板搬送機構3移動至各探針檢查室21之基板搬出入口23的正面位置處。此外，圖10中，元件符號35、36係於基板搬送機構3中用以支撐晶圓之第1、第2臂體。

專利文獻1：日本特開2007-329458號公報

專利文獻2：日本特開平3-289152號公報

上述探針裝置被要求要能夠更進一步地提高產能，來有效率地對被檢查基板進行檢查。又，上述探針裝置被要求要能夠更進一步地減少佔置空間(foot print)，以減少無塵室內的佔有面積。又，亦被要求要能夠維持探針檢查室內雰圍的清潔，以於清潔雰圍下對被檢查基板進行檢查。

本發明係鑑於上述情事所發明者，係提供一種可提高產能，來有效率地對被檢查基板進行檢查之探針裝置。又，本發明係提供一種可減少佔置空間(foot print)之探針裝置。又，本發明係提供一種能夠維持探針檢查室內雰圍的清潔之探針裝置。又，本發明係提供一種於具備有複數個探針檢查室與在其前方左右地平行移動的搬送機構之探針裝置中，可提高基板搬送時的產能，並使裝載室小型化之基板搬送方法。

本發明之探針裝置具備有：複數台探針檢查室，係配設於直線上；以及具備有基板搬送機構之裝載室，該基板搬送機構係從較該探針檢查室要上方所配置之收納容器取出被檢查基板，並將被檢查基板下降至該探針檢查室之搬出入口的高度後，在該探針檢查室之列的前方平行於該列移動，而將從收納容器所取出之被檢查基板搬送至該探針檢查室內；並且，藉由使得設置於該探針檢查室內之載置台所載置之被檢查基板上的電極接點與探針卡的探針相接觸，來測量該被檢查基板之被檢查晶片的電氣特性；其特徵在於使該基板搬送機構在該探針檢查室之列的前方平行於該列移動之水平移動機構上，係設置有用以讀取記錄在該基板搬送機構所支撐之被檢查基板的資訊之讀取機構。

本發明之探針裝置具備有：探針檢查室，係設置有載置台；以及具備有搬送機構之裝載室，該搬送機構係將從收納容器所取出之被檢查基板搬送至該探針檢查室內的載置台上；並且，藉由使得該載置台所載置之被檢查基板上的電極接點與探針卡的探針相接觸，來測量該被檢查基板之被檢查晶片的電氣特性；其特徵在於該探針檢查室之框體的側壁係設置有從前面繞到側面側開口形狀為曲折或彎曲的搬出入口。

本發明之基板搬送方法係在探針裝置中之基板搬送方法，該探針裝置具備有：偶數台探針檢查室，係配設於直線上；以及具有搬送機構之裝載室，該搬送機構係在該探針檢查室之列的前方平行於該列移動，來將從收納容器所取出之被檢查基板搬送至該探針檢查室內；並且，藉由使得設置於該探針檢查室內之載置台所載置之被檢查基板上的電極接點與探針卡的探針相接觸，來測量該被檢查基板之被檢查晶片的電氣特性；其特徵在於係移動該搬送機構，並使該搬送機構停止在鄰接之2個該探針檢查室的約略中央正面位置處，而藉由該搬送機構來將被檢查基板搬出或搬入至2個該探針檢查室。

依據本發明之探針裝置，便可提高產能，並可有效率地對被檢查基板進行檢查。又，可將晶圓從探針檢查室的斜前方搬入或搬出至內部，並能夠使佔置空間(foot print)為最小來構成裝置整體。又，藉由設置用以開閉曲折或彎曲的開口部之擋門構件，來使各探針檢查室內為密閉狀態以遮蔽外部氣體，便能夠防止粒子侵入，或獲得內部的絕熱效果。

依據本發明之基板搬送方法，藉由使基板搬送機構停止在鄰接之2台探針檢查室的約略中央正面處，以在2台探針檢查室之間進行晶圓的搬入或搬出，便能夠縮短基板搬送機構的移動距離，從而提高基板搬送時的產能。又，可縮短基板搬送機構左右方向的移動範圍，從而使裝載室小型化。

以下，針對本發明一實施形態之探針裝置，參照圖1至圖7來加以說明。

如圖1所示，探針裝置係具備有：用以進行配列有多個被檢查晶片之基板(晶圓W)的傳遞之裝載室1；與對晶圓W進行探測之探針裝置本體2。首先，針對裝載室1及探針裝置本體2整體的配置加以說明。

裝載室1係具備有：被搬入有收納有複數片晶圓W的密閉型搬送容器FOUP20，而相互分離地對向配置於Y方向(圖示左右方向)之載置埠11及載置埠12；與配置於該等載置埠11、12之間之搬送室10。

載置埠11、12係分別具備有罩殼(casing)13、14，而將FOUP20從載置埠11、12之圖示X方向所設置之搬入口15、16搬入至罩殼13、14內。被搬入之FOUP20係藉由載置埠11、12所設置之蓋體開閉機構(圖中未顯示)來將蓋體卸下，並將蓋體保持於載置埠11、12內的側壁，而蓋體被卸下之FOUP20則會被旋轉，以使得開口部朝向搬送室10側。

裝載室1係設置有如圖2所示般用以進行探針裝置的控制之控制部5。控制部5係由例如電腦所構成，並具備有由記憶體、CPU所構成的資訊處理部，該控制部5係安裝有探針測試程式50等控制程式。探針測試程式50係包含有用以控制從將FOUP20搬入至載置埠11、12，到將晶圓W從FOUP20搬入至探針裝置本體2來進行探針測試，之後再將晶圓W返回FOUP20並將FOUP20搬出為止的晶圓W搬送時程表或一連串的各部動作之步驟群。再者，亦包含有關於處理參數的輸入操作或顯示之程式，其係收納在例如軟碟、光碟、MO(磁光碟)、硬碟等記憶媒體並被安裝至控制部5。

探針裝置本體2係與裝載室1如同併排於圖示X軸方向般地鄰接配置於該裝載室1，並於Y軸方向具備有併排的複數台(例如4台)探針檢查室21。此外，各探針檢查室21上方係安裝有檢查用測試頭(圖中未顯示)。

探針檢查室21係具備有圖3A所示之框體22，並於框體22內部設置有台座單元24與上側攝像部9。台座單元24可向X、Y、Z(上下)軸方向自由移動，亦即於水平面上縱橫地自由移動且於高度方向自由移動，更進一步地上部可繞鉛直軸周圍旋轉。該台座單元24的上部係設置有用以載置晶圓W之載置台(即具有真空吸附功能之晶圓夾具4)。然後，台座單元24的側部係設置有下側攝像部8，其係具備有用以拍攝探針卡6的微照相機等(參照圖2)。

如圖3A所示，上側攝像部9係具備有用以拍攝晶圓夾具4所載置的晶圓W之微照相機等。晶圓夾具4及上側攝像部9的移動區域上方係設置有構成框體22的頂部之頂板25，而探針卡6則被安裝保持於該頂板25。

探針卡6的上面側安裝有測試頭(圖中未顯示)，且探針卡6與測試頭係透過彈針單元(pogo pin unit)而電連接。又，探針卡6的下面側處，係對應於晶圓W之電極接點的配列，而於例如探針卡6整面設置有分別電連接於上面側電極群之探針7。

如圖3B所示，搬送室10係設置有用以搬送晶圓W之基板搬送機構3。基板搬送機構3係具備有設置在可繞鉛直軸周圍自由旋轉、自由昇降及向圖示Y方向自由移動之搬送基台30上，而可進退的第1臂體35與第2臂體36之2片臂體。圖3B中顯示了沿著向Y方向延伸的軌道19移動之基台移動部33、相對於基台移動部33進行昇降之基台昇降部32、以及設置於基台昇降部32之旋轉部31。

又，沿著軌道19往Y方向移動之基台移動部33係設置有光學性文字讀取機構(OCR機構)60來作為用以讀取被記錄在晶圓W的資訊之讀取機構。該OCR機構60係藉由支撐構件61而被支撐在基台移動部33，並設置在與探針檢查室21之搬出入口23的大致相同高度位置處。然後，將晶圓W下降至探針檢查室21之搬出入口23的高度並往Y方向搬送時，不暫時停止在高度方向的中途位置處，而是在下降至搬出入口23高度後的位置處才利用OCR機構60來進行文字讀取。亦即，本實施形態中，晶圓W的搬送動作僅有2階段動作，如圖3B中之虛線箭頭A、B所示般，一為使從FOUP20取出後的晶圓W下降至探針檢查室21之搬出入口23的高度之下降動作(A)，另一為將該下降後的晶圓W水平搬送至既定搬出入口23的前面之水平搬送動作(B)，而利用OCR機構60所進行之文字讀取則能夠藉由位在下降後的位置之搬送基台30的旋轉動作及第1臂體35或第2臂體36的伸縮動作等來進行。

如上所述，本實施形態中，由於OCR機構60係設置在沿著軌道19往Y方向移動之基台移動部33，因此相較於圖9所示之習知探針裝置的情況，藉由基板搬送機構3便可縮短將晶圓W從FOUP20取出並搬送至探針檢查室21的晶圓夾具4之時間。亦即，圖9所示，將晶圓W從FOUP20取出並使其下降時，相較於暫時停止下降動作而沿水平方向移動來利用OCR機構60進行讀取的情況(進行圖9所示之箭頭A→B→C→D→E的搬送情況)，則可將基板搬送機構3的搬送動作簡化為圖3B所示般A→B的搬送，並可縮短搬送路徑與藉由減少搬送的暫時停止次數來提高搬送效率，從而能夠提高產能。

又，如圖4所示，第1臂體35與第2臂體36係於前端側形成有U字狀的缺陷部55、56。然後，位在搬送基台30的上方面之臂體的左右兩端係平行地設置有一對導引軌道37，而第1臂體35與第2臂體36係分別透過導引臂38、39而沿著該等導引軌道37前後移動。

又，搬送基台30係設置有用以對第1臂體35或第2臂體36所載置之晶圓W進行預對位之預對位機構40。如圖4所示，該預對位機構40係具備有夾具部41、感測器橋接器(sensor bridge)42、感光感測器43、光線穿透部44，且第1臂體35、第2臂體36的下方係設置有發光部(圖中未顯示)。

夾具部41係使晶圓W旋轉之旋轉台座，而夾具部41的旋轉中心係設定在對應於在搬送基台30上向後退後之第1臂體35、第2臂體36上的晶圓W中心之位置處。該夾具部41係具備有向圖示Z軸方向昇降之昇降部，當未進行預對位之待機狀態時，會下降並停止在不會干擾到第1臂體35、第2臂體36的進退之位置處。然後，在進行預對位時，則為能夠上昇並將晶圓W從第1臂體35或第2臂體36上稍微舉起並使其旋轉之結構。

搬送基台30的上方面係設置有不會干擾第1臂體35、第2臂體36所支撐的晶圓W之感測器橋接器42，該感測器橋接器42係內建有能夠接受從發光部(圖中未顯示)照射並通過晶圓W的光線之感光感測器43。然後，該第1臂體35、第2臂體36係形成有朝圖式X軸方向延伸之光線穿透部44，以使得來自發光部的光線通過穿透部44而從下方照射在包含有藉由夾具部41而從第1臂體35或第2臂體36被舉起的晶圓W周緣部(端部)之區域。

接下來，針對本實施形態之晶圓搬出入口的結構加以說明。如圖5所示，晶圓夾具4係設置在X、Y台座上，而能夠在用以進行晶圓W傳遞之傳遞位置、晶圓W表面的攝像位置、及使晶圓W接觸至探針卡6的探針7之檢查位置之間自由移動。構成用以收納X、Y台座及晶圓夾具4的框體22的側壁當中，搬送室10側(前面側)之側壁22a相接於鄰接之探針檢查室21的區域處係形成有倒角形狀的角部27。亦即，該角部27係以使得連接前面側的側壁22a與鄰接之探針檢查室21之間的側壁之角的部分為倒角之方式所形成。然後，框體22的側壁係形成有從框體22前面的側壁22a到角部27，而從前面繞到側面側開口為曲折狀的搬出入口23。透過該搬出入口23來將搬送室10的內部與框體22的內部加以連接。

如圖6所示，曲折狀的搬出入口23係設置有與搬出入口23同樣為曲折狀之擋門構件17。該擋門構件17係藉由壓缸18而昇降以進行搬出入口23的開閉。藉由擋門構件17，在晶圓W的搬出入時以外，搬出入口23便會被塞住而將探針檢查室21的內部維持於密閉狀態。將晶圓W往框體22內的晶圓夾具4上搬送時，壓缸18會動作而讓擋門構件17降下以打開搬出入口23。

接下來，針對於該探針裝置所進行之探針測試的一連串流程加以說明。首先，藉由基板搬送機構3來將晶圓W從載置埠11、12所載置之FOUP20搬出，並藉由已詳述之組合設置於基板搬送機構3的預對位機構40來進行預對位。

接下來，將晶圓W下降至搬出入口23的高度，首先利用OCR機構60來進行被記載於晶圓W之文字的辨識，之後再往水平方向搬送至既定探針檢查室21的搬出入口23。之後，下降擋門構件17來打開搬出入口23，並經由搬出入口23來將晶圓W搬送至探針檢查室21的晶圓夾具4上。如此從FOUP20到探針檢查室21的晶圓夾具4之晶圓W的搬入動作中，如上所述，本實施形態中，由於OCR機構60係設置在沿著軌道19往Y方向移動之基台移動部33，因此相較於圖9所示之習知探針裝置的情況，便能夠縮短晶圓W搬送的所需時間。

此處，晶圓W的搬入結束後，藉由關閉擋門構件17，便能夠使探針檢查室21的內部為氣密狀態。藉此，可減少晶圓搬送時的熱量或凝點惡化。

如圖7A所示，藉由使晶圓W的搬出入口23接近形成於相鄰接之探針檢查室21之間，便能夠使相對於2個探針檢查室21之基板搬送機構3的晶圓載置位置位在兩台座的約略中央處的1部位。

再者，如圖7B所示，藉由將透過框體側壁(遮蔽板)而相鄰接之2個探針檢查室21的角部27形成為相互對向之倒角形狀，便能夠更輕易地從被固定在一部位之基板搬送機構3來進行晶圓W的搬出入。亦即，將晶圓W從中央的載置位置處往兩探針檢查室21的晶圓夾具4搬送時，前面的搬出入口必須如圖7A所示般地充分確保搬出入口的寬度，又，亦必須充分確保臂的衝程(stroke)。然而，藉由使得搬出入口23為圖7B所示之形狀，便能夠以最短的臂衝程，來避免搬送臂與搬出入口23的干擾，以將晶圓W往兩探針檢查室21搬送。

如上所述，藉由從一部位將晶圓W往2個晶圓夾具4搬送，便可縮小基板搬送機構3的移動距離而改善產能，且亦可縮小基板搬送機構3的尺寸。

藉由重複上述動作來將晶圓W搬送至全部的探針檢查室21，並於各探針檢查室21進行探針測試。於此期間，基板搬送機構3會以第1臂體35搬出接下來要進行檢查之晶圓W並進行預對位，而在搬送室10內待機。

搬入有晶圓W之第1探針檢查室21中，係以下側攝像部8來對探針卡6進行攝像，而以上側攝像部9來對晶圓夾具4上的晶圓W進行攝像，以取得探針7的前端位置處與晶圓W表面之電極接點(圖中未顯示)位置處的攝像資訊，並以該攝像資訊為基礎來求得使得探針7與電極接點相接觸之接觸座標，以將晶圓W往該接觸座標移動。

然後，使探針7與電極接點相接觸而結束探針測試後，晶圓夾具4會移動至搬出入口23附近。此時，由於基板搬送機構3之第2臂體36未乘載有晶圓W，因此會以第2臂體36來收取檢查結束後的晶圓W，並將被支撐在第1臂體35之尚未檢查的晶圓W傳遞至晶圓夾具4。之後基板搬送機構3會使檢查結束後的晶圓W返回FOUP20，且當FOUP20收納有尚未檢查的晶圓W時，便會將成為接下來的檢查對象之晶圓W搬出。

在其他的第2~第4探針檢查室21中亦同樣地進行上述一連串的步驟。在實施上述步驟之本實施形態探針裝置中係以1個基板搬送機構3來將晶圓W依序搬送至4台探針檢查室21而進行探針測試。上述探針測試係藉由控制部5依據探針測試程式50來控制各單元而進行。此外，本實施形態中雖設置有4台探針檢查室21，但只要是偶數台皆可。

接下來參照圖8加以說明第2實施形態。此實施形態之探針裝置係由具備有用以收納FOUP20的收容部與基板搬送機構3之裝載室1，及1個探針檢查室21所構成。探針檢查室21之框體22的前面角部27係設置有與第1實施形態同樣為曲折狀的搬出入口23。

設置在探針檢查室21斜前方之基板搬送機構3不會往橫向移動，而是藉由θ旋轉與第1臂體35、第2臂體36的伸縮，來將從FOUP20取出後的晶圓W經由搬出入口23而搬送或搬出至探針檢查室21內部。而其他的結構則與第1實施形態相同，故省略說明。

藉由在探針檢查室21設置上述曲折狀的搬出入口23，便可自由地配置探針檢查室21、基板搬送機構3與FOUP20之收容部，從而使裝置整體的佔置空間(foot print)最小化。

此外，上述第1及第2實施形態中，探針檢查室21的搬出入口23雖為曲折狀，但亦可為彎曲狀。又，擋門構件17之開閉驅動機構雖係使用壓缸18，但亦可利用馬達或其他驅動機構。再者，亦可為一種使乾燥空氣充滿藉由擋門構件17而為密閉狀態之探針檢查室21內，來防止水氣凝結在內部。

本申請案係根據2009年11月17日所申請之日本專利申請第2009-262082號、2009年11月6日所申請之日本專利申請第2009-255159號與2009年11月6日所申請之日本專利申請第2009-255158，並參照該等全部內容而援用於此。

W．．．晶圓

1．．．裝載室

2．．．探針裝置本體

3．．．基板搬送機構

4．．．晶圓夾具

5．．．搬入口控制部

6．．．探針卡

7．．．探針

8．．．下側攝像部

9．．．上側攝像部

10．．．搬送室

11、12．．．載置埠

13、14．．．罩殼

15、16．．．搬入口

17．．．擋門構件

18．．．壓缸

19．．．軌道

20．．．密閉型搬送容器FOUP

21．．．探針檢查室

22．．．框體

22a．．．側壁

23．．．搬出入口

24．．．台座單元

25．．．頂板

27．．．角部

30．．．搬送基台

31．．．旋轉部

32．．．基台昇降部

33．．．基台移動部

35‧‧‧第1臂體

36‧‧‧第2臂體

37‧‧‧導引軌道

38、39‧‧‧導引臂

40‧‧‧預對位機構

41‧‧‧夾具部

42‧‧‧感測器橋接器

43‧‧‧感光感測器

44‧‧‧光線穿透部

50‧‧‧探針測試程式

55、56‧‧‧缺陷部

60‧‧‧光學性文字讀取機構(OCR機構)

61‧‧‧支撐構件

圖1係概略顯示本發明第1實施形態之探針裝置之立體圖。

圖2係概略顯示第1實施形態之探針裝置之俯視圖。

圖3A、圖3B係概略顯示第1實施形態之探針裝置之側面圖。

圖4係概略顯示第1實施形態之探針裝置的晶圓搬送臂之立體圖。

圖5係概略顯示第1實施形態之探針裝置的探針檢查室內部之立體圖。

圖6係顯示第1實施形態之探針裝置的搬出入口外觀之立體圖。

圖7A、圖7B係顯示利用第1實施形態之探針裝置所進行之基板搬送方法之說明圖。

圖8係概略顯示第2實施形態的探針裝置之俯視圖。

圖9係顯示習知探針裝置的結構之圖式。

圖10係顯示習知基板搬送方法之說明圖。