TWI453846B - Detection device and detection method - Google Patents

Description

探測裝置及探測方法

本發明係關於使探針電氣接觸被檢查體之電極墊來進行該被檢查體之電氣特性之檢測的探測裝置及探測方法，尤其是，與測試頭之驅動部分相關。

半導體裝置之製造工程時，藉由完成積體電路晶片後之各種電氣特性檢查，而在單片化前之狀態判定各積體電路晶片之良否。此種檢查，係藉由將半導體晶圓(以下，簡稱為晶圓)載置於載置台，使載置台上昇，使晶圓上之積體電路晶片之電極墊與探針卡之例如探測針進行接觸來實施。此外，最近，亦在完成積體電路前之階段，實施以判定到當時為止所形成之電路部分之良否為目的之此種探測。

此種探測裝置，具備：收容著載置台，由其天花板配設有探針卡之框體所構成檢查裝置本體；及在該檢查裝置本體之上方位置與退避位置之間旋動於水平旋轉軸之周圍的測試頭。測試頭，係以水平姿勢位於檢查裝置之上方，且，與探針卡之電極進行電氣接觸，介由探針卡對基板之被檢查晶片(也包含製造途中之晶片)提供檢查信號來調查晶片之電氣特性者。

其次，以旋動測試頭為目的之絞鏈機構，與裝置本體分開配設，其旋轉軸之中心係位於低於探針卡之上面的位置。所以，因為測試頭之旋轉半徑相對較長，探針卡之上面附近之測試頭之前端部的移動軌跡，可謂係大致沿著垂直方向。然而，隨著晶圓之大口徑化，要求裝置之設置空間的狹窄化變強，所以，將絞鏈機構配載於裝置本體應較為有利。

然而，此種佈局，因為絞鏈機構與測試頭之距離較短，而且，探針卡之上面低於絞鏈機構之旋轉軸，如第8圖所示，因為測試頭100之旋轉半徑變短，探針卡101之上面附近，測試頭100之前端部之移動軌跡之水平方向的移動量變大。另一方面，探針卡101固定於裝置本體102之上面之圓形開口部之下側，而位於低於裝置本體102之上面的位置。所以，測試頭100之前端部，進入前述開口部之中而接觸探針卡101，然而，測試頭100藉由絞鏈機構103進行旋動時，於前述開口部之中，測試頭100之前端部在水平方向移動時，可能與探針卡101之補強構件或開口部之周緣部發生干涉。絞鏈機構103除了旋動機構以外，尚持有昇降機構，即使使測試頭100旋動至水平位置，其後，再使其下降，因為測試頭100以單側獲得旋轉臂104之支撐，測試頭100之重量會導致旋轉臂104之變形，而可能與補強構件等發生干涉，此外，裝置之構造會繁雜化而導致成本上揚。

專利文獻1所記載之技術，係藉由於裝置本體上垂直抬高測試頭並進行90°旋轉，而縮小測試頭之旋動空間來進行測試頭與探針卡之接觸、及性能板之更換的技術。然而，為了更換裝設於測試頭之執行板(performance board)，作業者必須利用梯子在高處進行作業，而有不易維修的問題。

此外，專利文獻2所記載之技術，係旋動測試頭使其載置於預定之位置後，利用支撐機構實施測試頭位置及傾斜的微調整技術，然而，並無法解決上述課題。

[專利文獻1]日本特開平8-148534(段落(0016)、第1圖、第2圖)

[專利文獻2]日本特開平9-22927(段落(0048)～(0053))

本發明有鑑於上述情形，其目的在提供可將測試頭適當地裝設於裝置本體之探測裝置及探測方法。

本發明之探測裝置，係將配列著多數被檢查晶片之基板載置於移動自如之基板載置台，使前述被檢查晶片之電極墊接觸探針卡之探針來進行被檢查晶片之檢查的探測裝置，其特徵為具備；內部具備前述基板載置台，天花板部配設著探針卡之檢查裝置本體；從該探針卡之上方接近並電氣接觸前述探針卡之上面，進行信號之授受的測試頭；使該測試頭，在前述探針卡之上方，於其下面成為水平之水平位置與離開前述檢查裝置本體之天花板之退避位置間，沿著水平旋轉軸之周圍旋動的旋轉驅動部；配設於前述旋轉軸，用以保持前述測試頭的保持部；配設於前述檢查裝置本體，從前述保持部受取前述水平位置之測試頭，使該測試頭下降至與探針卡進行電氣接觸之位置為止，而且，使該測試頭上昇至前述水平位置為止並交付給保持部的昇降支撐機構；以及用以設定將測試頭保持於前述保持部之保持狀態及解除保持之解除狀態之一方，以從前述保持部將測試頭受取至前述昇降支撐機構時做為解除狀態，此外，以從前述昇降支撐機構將測試頭受取至前述保持部時做為保持狀態之保持/解除手段。

前述旋轉驅動部以配設於前述檢查裝置本體，前述旋轉軸之中心，於前述測試頭電氣接觸於探針卡時，以設定成高於該測試頭之下面的位置為佳。

於前述保持部及測試頭之間，以配設著於上下方向導引測試頭之導引機構為佳。

以前述保持/解除手段位於測試頭電氣接觸探針卡之位置時，該測試頭保持於前述保持部之狀態為佳。

本發明之探測方法，係具備內部配設著移動自如之基板載置台且天花板部配設著探針卡之檢查裝置本體，將配列著多數被檢查晶片之基板載置於前述基板載置台，使前述被檢查晶片之電極墊接觸前述探針卡之探針來進行被檢查晶片之檢查的探測方法，其特徵為含有：藉由使測試頭保持於配設在水平旋轉軸之保持部而於該旋轉軸之周圍進行旋動，而於前述探針卡之上方，從離開前述檢查裝置本體之天花板之退避位置至其下面為水平之水平位置為止進行旋動之程；以配設於前述檢查裝置本體之昇降支撐機構支撐前述水平位置之測試頭之工程；其次，解解利用前述保持部之測試頭之保持，利用前述昇降支撐機構使測試頭下降至該測試頭電氣接觸探針卡之位置為止之工程；以及其後，使基板接觸探針卡之探針來進行前述基板之被檢查晶片之檢查的工程。

利用前述昇降支撐機構使測試頭下降之工程，以一邊利用配設於前述保持部與測試頭之間的導引機構進行導引一邊實施為佳。

以於利用前述昇降支撐機構使該測試頭下降至至測試頭電氣接觸探針卡之位置之工程後，實施使其保持於前述保持部之工程。

本發明，於使探針電氣接觸被檢查體之電極墊來進行該被檢查體之電氣特性的檢測時，因為使測試頭從離開檢查裝置本體之天花板的退避位置旋轉至水平姿勢之位置為止後，藉由配設於檢查裝置本體之昇降支撐機構使測試頭下降，即使測試頭之旋轉半徑較小，該測試頭亦不會與裝置本體側之構件發生干涉，而確實地將測試頭裝設於裝置本體。此外，即使測試頭之旋轉軸高於探針卡之上面，測試頭與探針卡亦可確實地電氣接觸，而可將旋動驅動部配載於裝置本體，進行實現裝置之小型化。

參照第1圖～第3圖，針對本發明之探測裝置之探測裝置進行說明。該探測裝置，具備檢查裝置本體之探針器本體11、測試頭12、以及裝載部13。

探針器本體11，具備構成外裝部之框體20。於該框體20內，如第2圖所示，配設著：用以載置表面配列著多數被檢查晶片之被檢查基板之晶圓W的載置台21；及使該載置台21於X、Y、Z方向移動並於垂直方向軸周圍旋轉之移動機構22。該圖中，23係X方向移動部，24係Y方向移動部，25係Z方向移動部。此外，於Z方向移動部25，省略了圖示，配設著以拍攝後述探測針26為目的之攝影機。

於框體20之天花板35，形成有圓形之開口部27，於其周緣，藉由插入環28之凸緣部29之嵌合而固定著該插入環28。該插入環28之下緣係內側有水平突出之環狀卡止面部30。

其次，藉由用以保持探針卡31之保持環32之上部之凸緣與插入環28之前述卡止面部30之卡止，使探針卡31固定於框體20之天花板35。所以，探針卡31之上面，係位於例如比天花板35之上面低3.9cm之高度水準的位置。於該探針卡31之下面側，形成有例如相對於晶圓W呈斜向延伸之探針的多數探測針26。此外，探針亦可以為垂直針或凸塊。於探針卡31之上面，以環繞電極之配置區域且與探針卡31為同心之方式，設置外徑小於探針卡31之外徑的補強材33。該補強材33係用以抑制探針卡31之變形。

於天花板35之下面側，設置著可於水平方向自由移動之以拍攝晶圓W表面為目的之未圖示的攝影機。藉由該攝影機、及配設於前面所述之Z方向移動部25之未圖示的攝影機，取得晶圓W上之被檢查晶片之電極墊與探測針26之座標位置。

如第1圖及第3圖所示，於天花板35之右緣及左緣(以X方向為左右方向來進行記載)，以受取並昇降測試頭12為目的，昇降體40之前後，例如分別配設著3個。該昇降體40，可藉由例如氣筒(圖中看不到)之昇降用驅動機構進行昇降，該實例係以昇降體40與氣筒構成昇降支撐機構。

此外，於天花板35之後緣側，配設著具備旋轉軸41之絞鏈機構42、及使該旋轉軸41進行旋轉之未圖示的驅動部，於從絞鏈機構42朝右側突出之旋轉軸41，裝設著長度較短之旋轉臂43。該實例，係以絞鏈機構42與驅動部構成旋動驅動部，後述之測試頭12，係於探針卡31之上方之平行於水平面的水平位置、及於探針器本體11之後方之例如用以進行測試頭12之維修等之退避位置之間，進行旋動。該退避位置之測試頭12，例如，係具備電極之下面側朝上之狀態。前述旋轉軸41之旋轉中心，設定成例如比天花板35之上面高22.5cm之位置。

於旋轉臂43之前端部，如第3圖所示，連結著構成左右分開朝前方延伸之腕部44、44之平面為字形之保持體45的後面部。以位於該腕部44、44之間而被左右夾持之方式，概略方形之測試頭12介由隨著沿著腕部44之長度方向而形成之間隙52獲得保持。此外，第1圖之腕部44，為了方便觀察前述之昇降體40，以切除下側之一部分的方式來圖示。

於左右之兩腕部44之內側(測試頭12側)的側面，配設著2組以相對於腕部44之長度方向並列之上下間隔並列之例如2個導引座51之組，另一方面，以對應於該2組之導引座51之位置的方式，於測試頭12之兩側面，配設著從前述之上側之導引座51之上端，形成為長於下側之導引座51之下端且相對於前述導引座51進行滑動嵌合之2個垂直導引63。所以，藉由該等導引座51及垂直導引63之滑動作用，測試頭12受到兩腕部44之導引座51的導引，且藉由前述之昇降體40進行昇降。該等導引座51與垂直導引63構成導引機構。

於該腕部44、44之長度方向之概略中央的上部，前後(Y方向)並列地配設著沿著腕部44使鎖定銷47b進退之鎖定銷進退部47a、及形成兩端部朝測試頭12伸出之橫剖面形狀為字形之溝部的鎖定銷支撐部49。該鎖定銷支撐部49，具有使鎖定銷47b貫通分別形成於前述兩端部之貫通孔48並支撐的機能。其次，於測試頭12之側面，以嵌入為鎖定銷支撐部49之字部形狀部分所環繞之溝部的方式配設著縱長之擋止部61，於該擋止部61，於分別對應於用以在保持體45與昇降體40之間進行測試頭12之授受的上位置、及將測試頭12裝設於探針卡31上之下位置之高度位置，形成上下2個之鎖定銷47b之貫通孔62。所以，鎖定銷支撐部49之貫通孔48與擋止部61之貫通孔62成為前後重疊之狀態下，藉由使鎖定銷47b貫通該等貫通孔48、62而成為鎖定狀態，亦即，成為測試頭12保持於保持體45之狀態，此外，藉由鎖定銷47b從擋止部61退出，而成為解除其保持之狀態。本實例時，係藉由鎖定銷進退部47a、鎖定銷47b、鎖定銷支撐部49、及擋止部61來構成保持/解除手段46。

於測試頭12之下面側，裝設著以使該測試頭12與探針卡31進行電氣接觸為目的之中間環64，該中間環64，外徑稍小於探針卡31之外徑，此外，內徑則稍大於補強材33之外徑。此外，該中間環64之高度尺寸，設定成大於從探針卡31之上面至天花板35之上面為止之高度尺寸。所以，使該中間環64下降而載置於探針卡31上時，測試頭12不會衝擊天花板35。此外，測試頭12上昇時之中間環64之下端面與探針卡31之上面的距離，設定成例如3.4cm，利用前述之旋轉臂43之測試頭12之旋動中，例如，即使因為該測試頭12之重量而使旋轉臂43變形時，亦不會與補強材33等發生干涉，而具有充份之間隙。

於測試頭12之腕部44側之兩側面的下側，對應3個昇降體40之各位置，背面固定於測試頭12，下端面配置成從測試頭12水平延伸之L字形之座構件65，隔著間隔配設著3個。所以，以昇降體40受取座構件65，介由該座構件65支撐測試頭12，於該狀態下使昇降體40昇降時，測試頭12可進行昇降。該測試頭12，介由纜線連結著測試機(皆未圖示)，從該測試機傳送檢查晶圓W之電氣信號。

探針器本體11之右側，連結著裝載部13，該裝載部13之框體71內之深側，藉由區隔壁72區隔成上方區域73及下方區域74。於該上方區域73，設置著用以載置例如可收容25片晶圓W之密閉型搬送容器FOUP2的載置台75。FOUP2之右面之框體71形成開口部76，介由該開口部76於未圖示之搬送手段與載置台75之間進行FOUP2之授受。

於框體71之近側區域，配設著旋轉、昇降、及伸縮自如之搬送臂77，於上方區域73之FOUP2與探針器本體11之載置台21之間，介由形成於探針器本體11與裝載部13之間的開口部78，進行晶圓W之授受。

於該探測裝置，如第3圖所示，配設著例如由電腦所構成之控制部5，該控制部5，具備由程式儲存部、記憶體、CPU所構成之資料處理部等。儲存於該程式儲存部之程式，具備：以對天花板35上之測試頭12實施卸裝為目的之步驟群、及以進行晶圓W之搬送及對位等之步驟群。此外，例如，記憶體具備被寫入移動機構22之移動步驟、或移動量等之處理參數之值的區域，CPU執行程式之各命令時，讀取該處理參數，將對應該參數值之控制信號傳送至該探測裝置之各部位。該程式(包含處理參數之輸入操作及顯示相關之程式)，被儲存於例如軟式磁碟、光碟、MO(光磁碟)、硬碟等電腦記憶媒體之記憶部6並被安裝至控制部5。

其次，針對本發明之探測方法進行說明。首先，如第4(a)圖所示，使設定於離開天花板35上方之水平位置的退避位置且利用保持/解除機構46固定於保持體45之測試頭12朝下側旋轉。此時，如前面所述，因為旋轉軸41之旋轉中心設定成高於天花板35上面之位置，中間環64及測試頭12之下面所描繪之軌跡，不會與補強材33及插入環28等發生干涉。其次，使測試頭12停止於第4(b)圖之水平位置。其次，使昇降體40上昇而接觸座構件65之下面(第1(c)圖)。

其次，如第5(a)圖所示，從鎖定銷支撐部49拔出鎖定銷47b，解除測試頭12之保持，而將測試頭12從保持部45交付給昇降體40，測試頭12之荷重全部施加於昇降體40。所以，使該昇降體40下降(第5(b)圖)，測試頭12之垂直導引63一邊接受保持體45之導引座51之導引，一邊使昇降體40下降直到中間環64之下面接觸探針卡31之上面為止之位置。其次，將鎖定銷47b插入鎖定銷支撐部49內(第5(c)圖)，再度使測試頭12處於保持狀態。該測試頭12之再保持，係為了防止例如昇降體40之氣筒之故障等而導致測試頭12之全荷重施加於探針卡31。第6圖與前述之第2圖相同，係改變視點重新描繪第4圖、第5圖之圖，第6(a)圖係對應於第5(a)圖，第6(b)圖係對應於第5(b)圖。

其後，利用未圖示之搬送手段將例如收容著25片晶圓W之FOUP2載置於載置台75。其次，利用搬送臂77從FOUP2取出1片晶圓W並載置於探針器本體11內之載置台21。其次，如前面所述，進行探測針26與晶圓W之對位，使探測針26接觸形成於該晶圓W上之被檢查晶片的電極墊(第6(c)圖)，從測試頭12，介由中間環64、探針卡31、及探測針26，對該電極墊供應特定之電氣信號，實施電氣特性之檢查。其後，依序使探測針26接觸晶圓W上之電極墊，對晶圓W之各晶片進行檢查。此外，亦可以使探測針26整體接觸晶圓W之各晶片之全部電極墊的方式。檢查完成後，利用搬送臂77將晶圓W搬回FOUP2。

其次，例如，於晶圓W之各批次間，更換中間環64時、或進行測試頭12之維修時等，如第7圖所示，使測試頭12從天花板35之上方之水平位置旋動至探針器本體11之例如180。後側之退避位置之維修位置為止。此外，為了簡化圖示，第4圖～第7圖中，省略了部份圖示。此外，第4圖(b)及(c)、第5(a)圖及第6(a)圖，為了容易觀看該圖，將中間環64之下面位置描繪成高於天花板35之上面之位置，然而，實際上，如前面所述，中間環64之下面位置會比天花板35之上面位置低5mm。

依據上述之實施形態，使探測針26電氣接觸於晶圓W之電極墊來進行晶圓W之電氣特性的檢測時，以保持體45保持測試頭12並從離開天花板35之退避位置旋轉至水平姿勢之位置為止後，將測試頭12從保持體45交付給配設於探針器本體11之昇降體40並下降，故，即使測試頭12之旋轉半徑較小，該測試頭12與探針器本體11側之構件，例如與補強材33及插入環28等不會發生干涉，而確實地將測試頭12裝設至探針器本體11。此外，即使測試頭12之旋轉軸41高於探針卡31之上面，亦可以確實地使測試頭12與探針卡31形成電氣接觸，故可將絞鏈機構42配載於探針器本體11而實現裝置之小型化。此外，因為測試頭12之旋動機構之絞鏈機構42與昇降機構昇降體40係分開配設，故可簡化裝置之構成而實現低成本化。

此外，非以旋轉軸41單側支撐測試頭12，而是藉由水平支撐之昇降體40，且利用導引座51將垂直導引63導引至下側，而使探針卡31與中間環64形成接觸，故可以高精度進行測試頭12之定位。所以，例如，即使前述之補強材33之外徑較大，而中間環64之間隙較小時，亦可以抑制補強材33與中間環64或測試頭12之干涉。

11．．．探針器本體

12．．．測試頭

13．．．裝載部

31．．．探針卡

33．．．補強材

40．．．昇降體

41．．．旋轉軸

42．．．絞鏈機構

43．．．旋轉臂

45．．．保持體

46．．．保持/解除機構

51．．．導引座

63．．．垂直導引

65．．．座構件

第1圖係本發明之探測裝置之一例的透視圖。

第2圖係上述探測裝置的縱剖面圖。

第3圖係上述探測裝置的平面圖。

第4圖係連結於測試頭之下側之中間環與探針卡形成接觸時之縱剖面圖。

第5圖係連結於測試頭之下側之中間環與探針卡形成接觸時之縱剖面圖。

第6圖係連結於測試頭之下側之中間環與探針卡形成接觸時之縱剖面圖。

第7圖係使測試頭旋動至維修位置為止時之縱剖面圖。

第8圖係傳統探測裝置之測試頭位置不當時之側面圖。

11．．．探針器本體

12．．．測試頭

13．．．裝載部

20．．．框體

27．．．開口部

28．．．插入環

29．．．凸緣部

35．．．天花板

31．．．探針卡

33．．．補強材

40．．．昇降體

41．．．旋轉軸

42．．．絞鏈機構

43．．．旋轉臂

44．．．腕部

45．．．保持體

46．．．保持/解除機構

47a．．．鎖定銷進退部

47b．．．鎖定銷

49．．．鎖定銷支撐部

61．．．擋止部

62．．．貫通孔

63．．．垂直導引

64．．．中間環

65．．．座構件

71．．．框體

Claims (10)

1. 一種探測裝置，係將配列著多數被檢査晶片之基板載置於移動自如之基板載置台，使前述被檢査晶片之電極墊接觸探針卡之探針來進行被檢査晶片之檢査的探測裝置，其特徵為具備：檢査裝置本體，內部具備前述基板載置台，天花板部配設著探針卡；測試頭，從該探針卡之上方接近並電氣接觸於前述探針卡之上面，進行信號之授受；旋轉驅動部，使該測試頭，在前述探針卡之上方，於其下面成為水平之水平位置與離開前述檢査裝置本體之前述天花板部之退避位置間，沿著水平旋轉軸之周圍旋動；保持部，配設於前述旋轉軸，用以保持前述測試頭；昇降支撐機構，與前述旋轉驅動部分開地配設於前述檢査裝置本體的前述天花板部，從前述保持部受取前述水平位置之測試頭，使該測試頭下降至與探針卡進行電氣接觸之位置為止，而且，使該測試頭上昇至前述水平位置為止並交付給保持部；以及保持/解除手段，用以設定將測試頭保持於前述保持部之保持狀態及解除保持之解除狀態之一方，以從前述保持部將測試頭受取至前述昇降支撐機構時做為解除狀態，此外，以從前述昇降支撐機構將測試頭受取至前述保持部時做為保持狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之探測裝置，其中 前述旋轉軸，在平面所見時，被配置於對於前述檢査裝置本體中的配置有前述探針卡的領域朝一方側遠離的位置，前述保持部，是將前述測試頭從一方側懸臂支撐用，前述退避位置，是在從前述旋轉軸所見時在前述檢查裝置的相反側的位置，使前述測試頭的下面被設定成朝向上方的位置。
3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之探測裝置，其中前述旋轉驅動部係配設於前述檢査裝置本體，前述旋轉軸之中心，於前述測試頭電氣接觸於探針卡時，設定成高於該測試頭之下面的位置。
4. 如申請專利範圍第1或2項所記載之探測裝置，其中於前述保持部與測試頭之間，配設著於上下方向導引測試頭之導引機構。
5. 如申請專利範圍第1或2項所記載之探測裝置，其中前述保持/解除手段位於測試頭電氣接觸探針卡之位置時，該測試頭保持於前述保持部之狀態。
6. 一種探測方法，係具備內部配設著移動自如之基板載置台且天花板部配設著探針卡之檢査裝置本體，將配列著多數被檢査晶片之基板載置於前述基板載置台，使前述被檢査晶片之電極墊接觸前述探針卡之探針來進行被檢 査晶片之檢査的探測方法，其特徵為含有：藉由使測試頭保持於配設在水平旋轉軸之保持部並透過旋轉驅動部於該旋轉軸之周圍進行旋動，而於前述探針卡之上方，從離開前述檢査裝置本體之前述天花板部之退避位置至其下面為水平之水平位置為止進行旋動之工程；將與前述旋轉驅動部分開地配設於前述檢査裝置本體之前述天花板部之昇降支撐機構支撐於前述水平位置之測試頭之工程；其次，解除利用前述保持部之測試頭之保持，利用前述昇降支撐機構使測試頭下降至該測試頭電氣接觸探針卡之位置為止之工程；以及其後，使基板接觸探針卡之探針來進行前述基板之被檢査晶片之檢査的工程。
7. 如申請專利範圍第6項所記載之探測方法，其中前述旋轉軸，在平面所見時，被配置於對於前述檢査裝置本體中的配置有前述探針卡的領域朝一方側遠離的位置，前述退避位置，是在從前述旋轉軸所見時在前述檢查裝置的相反側的位置，使前述測試頭的下面被設定成朝向上方的位置，前述水平位置為止進行旋轉的工程，是在藉由前述保持部將前述測試頭從一方側懸臂支撐下進行。
8. 如申請專利範圍第6或7項所記載之探測方法，其中 前述旋轉軸係配設於前述檢査裝置本體，前述旋轉軸之中心，於前述測試頭電氣接觸於探針卡時，設定成高於該測試頭之下面的位置。
9. 如申請專利範圍第6或7項所記載之探測方法，其中利用前述昇降支撐機構使測試頭下降之工程，係在利用配設於前述保持部與測試頭間之導引機構進行導引下實施。
10. 如申請專利範圍第6或7項所記載之探測方法，其中利用前述昇降支撐機構使測試頭下降至電氣接觸於探針卡為止之位置的工程後，實施以前述保持部保持該測試頭之工程。