TWI427295B - Probe device and detection method - Google Patents

Description

探針裝置及探測方法

本發明係關於使探針與被檢測體之電極銲墊電性接觸來檢測該被檢測體的電氣特性之技術。

於半導體晶圓(以下，稱為晶圓)上形成被檢測晶片之IC(積體電路)晶片後，為了調查IC晶片的電氣特性，於晶圓狀態下進行藉由探針裝置之探測測試。另外，此探測測試係用以判定在IC晶片的製造工程中途，至目前為止所製作的電路部分是否適當所進行。此種探針裝置，構造上係如第11圖所示般，將晶圓W載置於可以在X、Y、Z方向移動自如，且可以在Z軸周圍旋轉自如之晶圓夾頭101，以使設置於晶圓夾頭101之上方的探針卡102的探針，例如探針103與晶圓W的IC晶片的電極銲墊接觸之方式，來控制晶圓夾頭101的位置。而且，使測試頭105位於構成裝置的外裝部之框體104的上方，介由中間環106使此測試頭105與探針卡102電性連接，介由在測試頭105與晶圓W之間進行訊號的授予與接收，來調查晶圓W上的電路之電氣特性。

晶圓夾頭101基於移動時之與空氣的摩擦或驅動部的摩擦等，有時會帶電，另外，關於探針卡102，由於卡本體係藉由絕緣材料，例如玻璃環氧樹脂等之樹脂材料所構成，有時會帶電。第12圖係表示在探針卡102帶電之情 形時，接觸(使探針103與晶圓W側的電極銲墊接觸)前之電荷的狀態之模型圖。再產生此種帶電之狀態下，如使晶圓W上的電路的電極銲墊與探針103接觸，責前述電路，例如完成的IC晶片的電路會被靜電破壞，另外，靜電成為檢測的干擾源，而成為妨礙電氣檢測之因素。

基於此，有在檢討在檢測時間以外，將晶圓夾頭101予以接地。如此一來，晶圓夾頭101的帶電會受到抑制，另外，即使探針卡102帶電，該電荷會介由探針103、晶圓W及晶圓夾頭101而流至地面，可以抑制晶圓W上的電路之靜電破壞或雜訊的產生。

但是，即使是藉由此種手法，也無法使探針卡102的電荷完全不見。而且，基於IC晶片的薄膜化、小型化等要求，電路的耐壓變小，被要求更進一步降低零件的帶電。另外，最近，開始在使用將2片的晶圓介由絕緣層予以貼合之基板，於此種基板中，電荷從晶圓W的表面側流至背面側，探針卡102如帶電，即使使晶圓夾頭101接地，於接觸時，電流從探針卡102流至IC晶片，基於此，引起電路的靜電破壞之顧慮變大。

另外，在專利文獻1中，雖記載了於晶圓夾頭的旁邊設置導電性薄片，使此導電性薄片接地，使晶圓夾頭上升，以使探針接觸此導電性薄片的手法，但是，為了減少接觸次數，探針的數目變多，晶圓夾頭的旁邊無法確保寬廣的空間。如此一來，為了求得晶圓上的電極銲墊的位置，於攝取晶圓表面的影像時，晶圓夾頭的移動半徑變大，妨 礙小型化。進而，也有必須頻繁地更換導電性薄片之不當狀況。

本發明係有鑑於此種情形所完成者，其目的在於提供：抑制基板上的被檢測晶片(也包含作為目的之積體電路的製造中途階段的電路)的靜電破壞，另外，可以抑制靜電所致的電氣特性的檢測之不好影響的探針裝置、探測方法及儲存程式之記憶媒體。

本發明係一種探針裝置，為將排列有多數個被檢測晶片的基板載置於可以移動的載置台，且使前述被檢測晶片的電極接觸探針卡的探針，來進行被檢測晶片的檢測之探針裝置，其特徵為具備：用以將氣體予以離子化之離子化器；及為了除電，將藉此離子化器所被離子化的氣體供給至探針卡之噴嘴部。

前述噴嘴部，例如係設置成從探針卡的上方來供給被離子化的氣體。此種具體例，可以舉出如下的構成。

前述探針卡，係設置於包圍載置台的框體之上板，於前述上板的上方，設置有與前述探針卡電性接觸，且中央具有上下貫穿的開口部之測試頭， 對前述噴嘴部供給氣體的氣體供給管，係通過前述開口部而被拉至外部。在此情形時，例如離子化器為設置於前述測試頭之外。

進而，前述探針卡，係設置於包圍載置台的框體之上板，於前述上板的上方，設置有與前述探針卡電性接觸之探測頭，對前述噴嘴部供給氣體的氣體供給管，係通過前述測試頭與前述上板之間而被拉至外部。在此情形時，例如離子化器為設置於從前述測試頭的下方區域偏離的位置。

另外，前述噴嘴部也可以設置成從探針卡的下方供給被離子化的氣體。此種具體例，可以舉出以下之構成。

於前述探針卡的探針與載置台上的基板之間的高度位置，設置有具備用以攝取前述基板的被檢測晶片的電極銲墊的攝影手段之可在水平方向移動自如的移動體， 前述噴嘴部，係設置於前述移動體。在此情形時，前述離子化器，可以舉出設置於前述移動體之例子。

其他的發明為一種探測方法，係將排列有多數個被檢測晶片的基板載置於可以移動的載置台，且藉由探針卡來進行檢測之探測方法，其特徵為包含：將藉由離子化器所被離子化之氣體供給至前述探針卡，將該探針卡予以除電之工程；及接著，使載置於前述載置台之基板的被檢測晶片的電極銲墊與探針卡的探針接觸，來進行被檢測晶片的檢測之 工程。另外，本發明於儲存有用以執行此探測方法之在電腦上動作的程式的記憶媒體中也成立。

本發明於將排列有多數個被檢測晶片的基板載置於載置台，且藉由探針卡來進行檢測時，係將藉由離子化器而被離子化的氣體從噴嘴供給至探針卡，即使是探針卡帶電，也被除去，使因探針卡的帶電所引起的基板之被檢測晶片的電路靜電破壞的顧慮減少，另外，基於帶電所引起的雜訊也被降低，所以，可以進行穩定的檢測。

[第1實施型態]

關於本發明之實施型態的探針裝置，係如第1圖及第2圖所示般，具備：構成探針裝置本體的外裝體之框體1。於此框體1的底部之基台11上，沿著延伸於Y方向(紙面的表背方向)之導軌，例如藉由滾珠導螺桿等，於Y方向被驅動之Y工作台21；及沿著延伸於X方向之導軌，例如藉由滾珠導螺桿，於X方向被驅動的X工作台22則從下依此順序而設置。於此X工作台22及Y工作台21，雖個別設置有組合了編碼器之電動機，但是，此處予以省略。

於X工作台22上，設置有藉由組合了編碼器之未圖示出的電動機，於Z方向(上下方向)被驅動的Z移動部 23，於此Z移動部23設置有可以在Z軸的周圍旋轉自如之(可以在θ方向移動自如的)載置台之晶圓夾頭2。因此，此晶圓夾頭2成為可以在X、Y、Z、θ方向移動。

於晶圓夾頭2的移動區域之上方，探針卡3可以裝卸自如地被安裝於框體1的上板之頭板12上。於探針卡3的上面側形成有電極群，為了在配置於頭板12的上方之測試頭4與前述電極群之間取得電氣導通，有中間環41介於其間。於測試頭4的中央部上下貫穿地形成窺視孔之開口部4a，此開口部4a與中間環41之開口部41a為重疊。中間環41係以對應探針卡3的電極群之配置位置的方式，構成為電極部之所謂探針41b多數地形成於下面之探針單元，例如被固定於測試頭4側。測試頭4例如係藉由設置於框體1的旁邊之未圖示出的絞鏈機構，於第1圖所示之水平的檢測位置與中間環41側向上之退避位置之間，可以繞水平的旋轉軸的周圍旋轉所構成。

另外，個別電性連接於上面側的電極群之探針，例如由對於晶圓W的表面斜下方延伸的金屬線所形成之所謂橫針等之探針31係對應晶圓W的電極銲墊之排列而設置於探針卡3的下面側。探針也可以是對於晶圓W的表面垂直延伸之垂直針或形成於撓性的薄膜之金凸塊電極等。

進而此探針裝置，為了進行晶圓W與探針31的對位，係具備：攝取探針31的針前端之第1攝影手段及攝取晶圓W上的電極銲墊的第2攝影手段。此等攝影手段係圖示於第3實施型態，於此實施型態中，為了避免圖面繁 雜，雖省略記載，但是如簡單說明時，第1攝影手段係被固定於晶圓夾頭2的下方之Z移動部23，第2攝影手段係設置成可以在探針卡3與晶圓夾頭2之間水平移動。

而且，此探針裝置例如係具備：離子化器5、及將藉此離子化器5而被離子化的氣體，例如乾燥空氣吹向探針卡3之噴嘴部61、及連結離子化器5與噴嘴部61之氣體供給管的空氣供給管62。在此實施型態中，離子化器5係設置於框體1的上面之緣部，空氣供給管62係從前述測試頭4的開口部4a之上被插入，且從其下方側突出而被迂迴配置。另外，為了方便，於第1圖、第2圖中，離子化器5係被表示於從框體1偏離的處所。

離子化器5的安裝位置，例如可以是測試頭4的上面，或是開口部4a內。噴嘴部61係例如構成為喇叭狀，可對此空氣供給管62的前端部、探針卡3的上面吹出。空氣供給管62係以噴嘴部61的位置被設定在從探針卡3稍微偏離上方側之處的方式，例如介由安裝構件62a可以裝卸自如地被安裝於測試頭4之上面。

此安裝構件62a的安裝構造，係以貫穿空氣供給管62之狀態來固定於橫跨開口部4a的大小之平板，於此平板的兩端部設置被卡合部，另一方面，於開口部4a的口緣部設置與前述被卡合部卡合的卡合部。在此情形下，於使測試頭4旋轉至退避位置時，例如將前述安裝構件62a從測試頭4拆下，來將空氣供給管62及噴嘴部61從開口部4a拉出。

於離子化器5的上流側之空氣供給管62設置有成為空氣供給控制機構的一部份之閥門63，進而於其上流側設置有乾燥空氣的供給源之例如空氣儲桶64。閥門63例如係設置於框體1，空氣儲桶64例如係設置於從框體1偏離處。

離子化器5係如第3圖所示般，於形成電場形成空間的本體51內設置有電極52，將此電極52連接於直流電源53來構成。電極52的形狀，可以使用例如將複數的棒狀電極與空氣的流路交叉排列者，以便有效率地與通過本體51內的空氣接觸。如對此電極52施加高電壓時，於電極52的周圍形成不均勻電場，於此狀態下，如被供給乾燥空氣時，此乾燥空氣藉由電場而被離子化，並被送至噴嘴部61。離子化器5基本上為使正離子與負離子等量發生者，與帶電物具有同極性的離子，與該電帶物產生相斥，另一方面，具有反極性的離子，被該電帶物吸引，電荷被中和而被除電。

另外，此探針裝置，係具備包含電腦等之控制部10，此控制部10係具有輸出：藉由記憶體內的程式來進行晶圓夾頭2的移動、已經敘述之未圖示出的攝影手段之攝影操作、依據該攝影結果之接觸位置的計算、離子化器5及閥門63的動作等之控制訊號的功能。前述程式係被儲存於硬碟、光碟、MO(光磁性碟)等之記憶媒體，而被安裝於控制部10。

接著，敘述前述實施型態的作用。首先，藉由未圖示 出的搬運手臂，將晶圓W載置於晶圓夾頭2。接著，使用已經敘述的第1攝影手段及第2攝影手段，來計算接觸位置(關於此點，於第3實施型態用圖來說明)。另一方面，使離子化器5及閥門63動作，將被離子化的空氣從噴嘴部61例如供給20秒程度給探針卡3。第4(a)圖係探針卡3帶電之狀態，在此階段，並不進行接觸。此處如已經敘述般，如將被離子化的空氣供給至探針卡3時，則如第4(b)圖所示般，探針卡3所帶電的電荷被中和而除電。

之後，使晶圓夾頭2上升，使探針31依序接觸形成於晶圓W上之被檢測晶片的電極銲墊，從測試頭4介由中間環41、探針卡3及探針31對電極銲墊供給電氣訊號來進行電氣特性的檢測。且，依序使探針31接觸晶圓W上的電極銲墊，針對各晶片進行檢測。另外，也可以是整批地使探針接觸晶圓之各被檢測晶片的全部之電極銲墊的方式。另外，在進行接觸前，以針對晶圓夾頭2例如藉由接地等來進行除電較佳。

如此針對晶圓W上的被檢測晶片，檢測一結束時，晶圓夾頭2移動至起始位置，藉由未圖示出的搬運手臂，該晶圓W一被搬出之同時，下一晶圓W被載置於晶圓夾頭2上。

藉由離子化器5之探針卡3的除電工程，雖可以在每次檢測晶圓W時，於該檢測前來進行，但是例如在檢測被搬入鄰接框體1之載具之載體1個份(1批次份)的晶圓前先進行，之後，不進行除電工程，只進行1批次份的 晶圓之檢測亦可。

如依據前述實施型態，係將藉由離子化器5被離子化的氣體從噴嘴部61供給至探針卡3，即使是探針卡3帶電而被除電，造成探針卡3的帶電所引起的晶圓W之被檢測晶片的電路靜電破壞之顧慮減少，另外，基於帶電所引起的雜訊也被降低，所以，可以進行穩定的檢測。

[第2實施型態]

於此實施型態中，如第5圖所示般，於用以安裝探針卡3之頭板12的開口部之口緣部，以被離子化的空氣被朝向探針卡3吐出之方式來設置噴嘴部61，同時，從噴嘴部61至離子化器5之空氣供給管62的迂迴配置，係在測試頭4與頭板12之間的間隙進行。針對此種構成，也具有同樣的作用及效果。

[第3實施型態]

如已經敘述般，在先前的實施型態中，關於所謂之晶圓校正的攝影手段雖未圖示出，但是，在此實施型態中，於第6圖及第7圖記載整體構成與攝影手段。第1攝影手段之微相機7係如第7圖所示般，被固定於晶圓夾頭2的下面之Z移動部23。進而，於晶圓夾頭2與探針31的針前端之間的高度位置，設置有一面面對晶圓夾頭2一面可以水平移動的橫長之角筒狀的移動體8。此移動體8例如係一面被安裝於頭板12的下面之導軌81所導引，一面藉 由未圖示出的驅動機構被驅動而可以水平移動。

於前述移動體8設置有可以攝取晶圓W的影像之第2攝影手段的微相機82，將此移動體8移動至特定的校正位置，藉由於其下方側使晶圓夾頭2移動，可以藉由微相機82來攝取晶圓W上的被檢測晶片的電極銲墊之影像。在使此等微相機7及82的光軸一致時、藉由微相機7來攝取探針31的針前端之影像時、藉由微相機82來攝取晶圓W側的電極銲墊的影像時，藉由求得個別之晶圓夾頭2的座標位置，可以計算接觸時之晶圓夾頭2的座標位置。

此處，於此實施型態中，係於前述移動體8設置離子化器5、噴嘴部61及閥門63。此例子中之噴嘴部61，是一段被堵住，於探針卡3的大略直徑的長度之管子上，於長度方向留有間隔來穿設複數的吐出孔61a，使得空氣可被朝上吐出。離子化器5之上游側之空氣供給管62，係被迂迴配置於框體1內而被引出外部。

於此種構成中，係於探針卡3的下方側，以掃瞄該探針卡3之方式，一面使移動體8移動，一面從噴嘴部61以第6圖的點線所示般，將被離子化的空氣朝向探針卡3吐出，如此，進行探針卡3的除電。藉由此實施型態，也具有同樣的作用及效果。

[確認試驗]

於第1圖所示之裝置中，不使離子化器5動作，即不對探針卡3進行除電，測量接觸時之晶圓夾頭2的電位， 可以獲得第8圖所示的結果。於第8圖中，探針影像攝取，係藉由設置於晶圓夾頭2之下面的Z移動部3之相機來取得探針31的影像之階段，所謂晶圓影像攝取，係藉由移動於框體1內的相機來攝取晶圓W上的被檢測晶片的電極銲墊之階段。

進而於同一裝置中，於進行接觸後，使離子化器5動作，測量進行探針卡3的除電後之晶圓夾頭2的電位，可以獲得第9圖所示之結果。由此等結果，探針卡3如帶電時，藉由離子化器5來進行除電時，知道該帶電量減少。

另外，於同一裝置時，在進行接觸前，使離子化器5動作，測量進行過探針卡3的除電時之晶圓夾頭2的電位，可以獲得第10圖所示的結果。由此結果，得知如依據本發明，晶圓W即使接近探針卡3，晶圓W的帶電受到抑制，靜電破壞之顧慮減少。

W‧‧‧晶圓

1‧‧‧框體

2‧‧‧晶圓夾頭

3‧‧‧探針卡

4‧‧‧測試頭

4a‧‧‧開口部

5‧‧‧離子化器

7、82‧‧‧微相機

10‧‧‧控制部

11‧‧‧基台

12‧‧‧頭板

21‧‧‧Y工作台

22‧‧‧X工作台

23‧‧‧Z移動部

31‧‧‧探針

41‧‧‧中間環

41a‧‧‧中間環開口部

41b‧‧‧探針

61‧‧‧噴嘴部

62‧‧‧空氣供給管

62a‧‧‧安裝構件

63‧‧‧閥門

64‧‧‧空氣儲桶

第1圖係表示本發明之實施型態中之探針裝置的整體之縱剖面圖。

第2圖係表示同一裝置之概略平面圖。

第3圖係表示離子化器的概略構成之一部份切開側面圖。

第4圖係模型地表示前述之探針裝置中之探針卡的帶電、除電的樣子說明圖。

第5圖係表示本發明之第2實施型態中之探針裝置的 整體之縱剖面圖。

第6圖係表示本發明之第3實施型態中之探針裝置的整體之縱剖面圖。

第7圖係表示本發明之第3實施型態中之探針裝置的整體之概略斜視圖。

第8圖係表示不使用離子化器的情形時，晶圓夾頭電壓的測量結果之特性圖。

第9圖係表示為了確認本發明的效果之晶圓夾頭電壓的測量結果的特性圖。

第10圖係表示為了確認本發明的效果之晶圓夾頭電壓的測量結果的特性圖。

第11圖係表示以往之探針裝置的概略側面圖。

第12圖係表示以往之探針裝置中之探針卡與晶圓的帶電樣子之說明圖。

W‧‧‧晶圓

1‧‧‧框體

2‧‧‧晶圓夾頭

3‧‧‧探針卡

4‧‧‧測試頭

4a‧‧‧開口部

5‧‧‧離子化器

10‧‧‧控制部

11‧‧‧基台

12‧‧‧頭板

12‧‧‧頭板

21‧‧‧Y工作台

22‧‧‧X工作台

23‧‧‧Z移動部

31‧‧‧探針

41‧‧‧中間環

41a‧‧‧中間環開口部

41b‧‧‧探針

61‧‧‧噴嘴部

62‧‧‧空氣供給管

62a‧‧‧安裝構件

63‧‧‧閥門

64‧‧‧空氣儲桶

Claims (12)

1. 一種探針裝置，係將排列有多數個被檢測晶片的基板載置於可以移動的載置台，且使前述被檢測晶片的電極銲墊接觸探針卡的探針，來進行被檢測晶片的檢測之探針裝置，其特徵為具備：用以將氣體予以離子化之離子化器；及為了除電，將藉此離子化器所被離子化的氣體供給至探針卡之噴嘴部，於前述探針卡的探針與載置台上的基板之間的高度位置，設置有具備用以攝取前述基板的被檢測晶片的電極銲墊的攝影手段之可在水平方向移動自如的移動體，前述噴嘴部，係設置於前述移動體。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之探針裝置，其中前述噴嘴部，係設置成從探針卡的上方來供給被離子化的氣體。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之探針裝置，其中前述探針卡，係設置於包圍載置台的框體之上板，於前述上板的上方，設置有與前述探針卡電性接觸，且中央具有上下貫穿的開口部之測試頭，對前述噴嘴部供給氣體的氣體供給管，係通過前述開口部而被拉至外部。
4. 如申請專利範圍第3項所記載之探針裝置，其中前述離子化器，係設置於前述測試頭之外。
5. 如申請專利範圍第2項所記載之探針裝置，其中 前述探針卡，係設置於包圍載置台的框體之上板，於前述上板的上方，設置有與前述探針卡電性接觸之探測頭，對前述噴嘴部供給氣體的氣體供給管，係通過前述測試頭與前述上板之間而被拉至外部。
6. 如申請專利範圍第5項所記載之探針裝置，其中前述離子化器，係設置於從前述測試頭的下方區域偏離的位置。
7. 如申請專利範圍第1項所記載之探針裝置，其中前述噴嘴部，係設置成從探針卡的下方供給被離子化的氣體。
8. 如申請專利範圍第1項所記載之探針裝置，其中前述離子化器，係設置於前述移動體。
9. 一種探測方法，係將排列有多數個被檢測晶片的基板載置於可以移動的載置台，且藉由探針卡來進行檢測之探測方法，其特徵為包含：將藉由離子化器所被離子化之氣體供給至前述探針卡，將該探針卡予以除電之工程；及接著，使載置於前述載置台之基板的被檢測晶片的電極銲墊與探針卡的探針接觸，來進行被檢測晶片的檢測之工程，於前述探針卡的探針與載置台上的基板之間的高度位置，設置有用以攝取前述基板的被檢測晶片的電極銲墊的攝影手段之可在水平方向移動自如的移動體， 將前述探針卡予以除電之工程，係從設置於前述移動體的噴嘴部，將前述被離子化之氣體朝向探針卡吐出於上方之工程。
10. 如申請專利範圍第9項所記載之探測方法，其中前述探針卡，係設置於包圍載置台之框體的上板，於前述上板的上方，設置有與前述探針卡電性接觸，且中央具有上下貫穿的開口部之測試頭，將前述探針卡予以除電之工程，係從設置於介由前述開口部而從外部被迂迴配置的氣體供給管之前端部的噴嘴部，將前述被離子化的氣體供給至前述探針卡之工程。
11. 如申請專利範圍第9項所記載之探測方法，其中前述探針卡，係設置於包圍載置台之框體的上板，於前述上板的上方，設置有與前述探針卡電性接觸之測試頭，將前述探針卡予以除電之工程，係從設置於由外部被迂迴配置於前述測試頭的下方側的氣體供給管之前端部的噴嘴部，將前述被離子化的氣體供給至前述探針卡之工程。
12. 一種記憶媒體，係儲存在電腦上動作的程式之記憶媒體，該程式係被使用於將排列有多數個被檢測晶片的基板載置於可以在水平方向及垂直方向移動的載置台，且藉由探針卡來進行檢測之探針裝置，其特徵為：前述程式，係編入有執行申請專利範圍第9、10、11或12項所記載之探測方法的步驟群。