TWI547701B - Probe device - Google Patents

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TWI547701B
TWI547701B TW101134601A TW101134601A TWI547701B TW I547701 B TWI547701 B TW I547701B TW 101134601 A TW101134601 A TW 101134601A TW 101134601 A TW101134601 A TW 101134601A TW I547701 B TWI547701 B TW I547701B
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Eiichi Shinohara
Ken Taoka
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Tokyo Electron Ltd
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Description

探針裝置
本發明關於一種進行功率元件的電氣特性(靜態特性、動態特性)的測量之探針裝置。
功率元件被使用作為各種電源或汽車的電裝關連零件，或產業機器的電裝關連零件等，汎用性提高。功率元件相較於通常的半導體元件，具有高耐壓化、大電流化，又，對應於用途而高速、高頻率化之特性。功率元件舉例有IGBT、二極體、功率電晶體、功率MOS-FET、閘流體等。該等功率元件係分別藉由電氣特性(靜態特性、動態特性)的測量來篩選良品後，分別對應於用途而販售到市場。
探針裝置係作為一種在功率元件尚未從晶圓被切割出之狀態下測量記憶體元件等之半導體元件的電氣特性之檢查裝置，廣汎受到使用。探針裝置一般來說具有載置室與鄰接於其之探針室，係在載置室搬送晶圓的期間進行預對位，且在探針室測量從載置室搬入的晶圓電氣特性後，將測量後的晶圓返回載置室。目前，已開發各種將這類探針裝置使用於功率元件的電氣特性測量之技術，並且已開發使用於功率元件之電阻值等的靜態特性測量之探針裝置，並將其實用化。
圖4係顯示傳統探針裝置的一例之概念圖。圖4係顯示以晶圓等級來測量功率元件的靜態特性以晶圓等級 來測量功率元件的靜態特性之探針裝置的探針室。
探針室如圖4所示，係具備有載置晶圓W之可移動的載置台1，與配置在載置台1的上方之探針卡2。載置台1的表面係形成有金等導電性金屬所構成的導體膜電極(同圖中以粗線顯示)3，該導體膜電極3係透過量測線路(例如線纜)4而電連接於測試器5。
使用圖4所示之探針裝置並以晶圓等級來測量功率元件的靜態特性之情況，將晶圓W載置於載置台1上後，晶圓W下面之功率元件的集極電極會與載置台1的導體膜電極3電性接觸。使探針卡2接觸該晶圓W後，功率元件的閘極電極及射極電極與複數探針2A便會電連接。此狀態下，從探針2A對功率元件的閘極電極施加電壓後，從測試器5會有大電流流往量測線路4、導體膜電極3、集極電極及射極電極。此時，係透過其他探針2A來測量功率元件之電阻值等的靜態特性。此外，圖4中，探針卡2係透過箝位機構(未圖示)而被固定在平板6。
如上所述地，使用於功率元件的靜態特性測量之探針裝置雖已被實用化，但測量功率元件的動態特性之探針裝置仍然在開發中，而尚未達實用化的等級。因此，功率元件的動態特性測量便不得不在包裝階段中進行，若包裝品被評價為不良品，由於會直接丟棄，因此該部分會使得作為功率元件的製品之生產效率惡化，而有容易發生不良品之問題。
又，本案申請人已開發一種以圖4所示之探針裝置為基礎，可進行功率元件的動態特性測量之探針裝置(參閱專利文獻1)。亦即，專利文獻1之探針裝置係於該探針裝置的載置台設置有與圖4所示之量測線路4相同的量測線路，藉此便可以一台探針裝置來測量功率元件的靜態特性與動態特性兩者。
專利文獻1：日本特開2012-58225號公報
然而，已知圖4所示之探針裝置，由於係藉由量測線路4來將載置台1的導體膜電極3與測試器5經常性地連接，因此設置有與該量測線路4相同的量測線路之專利文獻1的探針裝置，在測量功率元件之開關特性等的動態特性時，量測線路4的電感成分便會成為障礙，而無法精確度良好地測量動態特性。
本發明之課題為提供一種探針裝置，可以晶圓等級來測量功率元件的靜態特性及動態特性兩者，特別是不會受到使用於靜態特性的測量之量測線路的影響，可以晶圓等級來確實地測量功率元件的動態特性。
為解決上述課題，本發明第1樣態提供一種探針裝置，其具有：可移動的載置台，係載置形成有複數功率元件的被檢查體；探針卡，其具有配置於該載置台上方之複數探針；導體膜電極，係至少形成於該載置台的載置面；以及，至少一個量測線路，係電連接該導體膜電極與測試器；該探針裝置係使該載置台上所載置之該被檢查體之各功率元件分別的複數電極與該複數探針電性接觸來測量該功率元件的電氣特性；其特徵為：該至少一個量測線路係設置有在該導體膜電極與該測試器之間開閉該量測線路之開關機構。
本發明第1樣態中，較佳地，該開關機構係由繼電器開關機構所構成。
本發明第1樣態中，較佳地，該開關機構係具有螺旋管開關機構，與透過該螺旋管開關機構而與該導體膜電極電性離接之接觸子。
為解決上述課題，本發明第2樣態提供一種探針 裝置，其具有：可移動的載置台，係載置形成有複數功率元件的被檢查體；探針卡，其具有配置於該載置台上方之複數探針；導體膜電極，係至少形成於該載置台的載置面；第1量測線路，係為了使用於該功率元件的動態特性測量，而經由該探針卡來電連接該導體膜電極與測試器；以及，第2量測線路，係為了使用於該功率元件的靜態特性測量，而電連接該導體膜電極與測試器；該探針裝置係使該載置台上所載置之該被檢查體之各功率元件分別的複數電極與該複數探針電性接觸來測量該功率元件的靜態特性或動態特性；其特徵為：該第2量測線路係設置有在該導體膜電極與該測試器之間開閉該第2量測線路之開關機構。
本發明第2樣態中，較佳地，該開關機構係由繼電器開關機構所構成。
本發明第2樣態中，較佳地，該開關機構係具有螺旋管開關機構，與透過該螺旋管開關機構而與該導體膜電極電性離接之接觸子。
本發明第2樣態中，較佳地，該第1量測線路係具有介設於該導體膜電極與該探針卡之間之導體。
依據本發明，便可提供一種探針裝置，可以晶圓等級來測量功率元件的靜態特性及動態特性兩者，特別是不會受到使用於靜態特性的測量之量測線路的影響，可以晶圓等級來確實地測量功率元件的動態特性。
10‧‧‧探針裝置
12‧‧‧載置台
12A‧‧‧夾具頂
14‧‧‧探針卡
14A‧‧‧探針
15‧‧‧第1量測線路
15A‧‧‧導通銷(導體)
16‧‧‧第2量測線路
17‧‧‧測試器
18‧‧‧開關機構
181‧‧‧繼電器開關機構
182‧‧‧螺旋管開關機構
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示本發明實施型態之探針裝置之概念圖。
圖2係顯示圖1所示之探針裝置的主要部分之結構圖。
圖3係顯示本發明其他實施型態之探針裝置的主要部分 之結構圖。
圖4係顯示傳統探針裝置的一例之概念圖。
以下，針對本發明實施型態之探針裝置，參閱圖1~圖3加以說明。
圖1係顯示本發明實施型態之探針裝置之概念圖。
本實施型態之探針裝置10例如圖1所示，係構成為從搬送晶圓W之載置室(未圖示)在探針室11內接收晶圓W，並在探針室11內測量形成於晶圓W之複數功率元件的電氣特性(靜態特性、動態特性)。
如圖1所示，探針室11係設置有可往X方向、Y方向、Z方向及θ方向移動之載置晶圓W的載置台12，載置台12之夾具頂12A的載置面整面及周面整面係形成有作為集極電極之金等導電性金屬所構成的導體膜電極(圖1中以粗線顯示)13。夾具頂12A係構成為形成有真空吸附機構，來將晶圓W真空吸附在夾具頂12A的載置面。又，載置台12係內建有溫度調節機構，來將晶圓W加熱或冷卻至特定溫度，以測量功率元件的電氣特性(靜態特性及動態特性)。導體膜電極13係由形成於夾具頂12A的載置面整面之第1導體膜電極部13A，與形成於夾具頂12A的外周面整面之第2導體膜電極部13B所構成。
載置台12的上方，如圖1所示，附卡片保持部的探針卡14係透過箝位機構(未圖示)而被固定在形成探針室11的上面之平板11A。探針卡14的下面中央部係安裝有複數探針14A，該等探針14A係構成為與形成於晶圓W之功率元件的閘極電極及射極電極電連接，來測量功率元件的電氣特性。
然後，本實施型態之探針裝置10如後所述，具備有：在測量功率元件的動態特性時所使用之第1量測線路15；以及，在測量功率元件的靜態特性時所使用之第2量測線路16。
第1量測線路15如圖1所示，具備有：於周圍方向相距特定間隔而設置於例如探針卡14下面的外周緣部之複數導通銷15A；以及，透過導體部(未圖示)而電連接於該複數導通銷15A之線纜15B；線纜15B的另一端係電連接於測試器17。作為導通銷15A與線纜15B的連接媒介之導體部係裝設於探針卡14的下面。複數導通銷15A係構成為夾具頂12A會透過內建於載置台12之升降驅動機構(未圖示)而升降，藉以與第1導體膜電極部13A電性離接。該等導通銷15A係構成為如彈針般地具有彈力，而與第1導體膜電極部13A彈性接觸。該等導通銷15A較佳雖係相距特定間隔而設置於探針卡14之外周緣部的複數部位處，但亦可僅設置於一個部位處。
測量功率元件的動態特性時，載置台12的夾具頂12A會上升特定尺寸。藉此，則夾具頂12A的第1導體膜電極部13A(集極電極)便會與導通銷15A電性接觸，且透過第1量測線路15來將測試器17與夾具頂12A的導體膜電極(集極電極)13電連接。又，複數探針14A會與夾具頂12A上之形成於晶圓W之功率元件的閘極電極及射極電極電性接觸。在此狀態下，從測試器17對功率元件的閘極電極施加特定電壓後，從測試器17便會透過第1量測線路15而有大電流流往夾具頂12A的第1導體膜電極部13A，該電流會從功率元件的集極電極經過射極電極而到達測試器17。由於第1量測線路15極短，因此電感成分極小，不會受到電感成分的影響，可確實地測量功率元件的動態特性。
又，第2量測線路(線纜)16係構成為將測試器17 與第2導體膜電極部13B之間予以電連接，而在測量功率元件的靜態特性時被加以使用。該量測線路16為了盡量抑制來自周圍的電磁雜訊影響，較短為佳，本實施型態中係設定為2000mm左右。該量測線路16係設置有開關機構18，開關機構18會開閉第2導體膜電極部13B與測試器17間的電路。該開關機構18係如上述般地，在測量功率元件的動態特性時，會打開開關來使第2量測線路16自夾具頂12A分離，以防止第2量測線路16之電感成分造成的影響。
作為開關機構18，可舉出例如繼電器開關機構、 螺旋管開關機構及壓缸開關機構。依開關機構18的種類，如圖2、圖3所示，第2量測線路16與第2導體膜電極部13B的連接樣態不相同。圖2係顯示使用繼電器開關機構之探針裝置，圖3係顯示使用螺旋管開關機構之探針裝置。因此，以下，舉繼電器開關機構及螺旋管開關機構為例來加以說明。
圖2係顯示圖1所示之探針裝置的主要部分之結構圖。
作為開關機構18之繼電器開關機構181如圖2所示，具備有：設置於第2量測線路16之開關181A；開關181A的接點181B；激發接點181B的磁力之線圈181C；連結線圈181C與電源(未圖示)之配線181D；以及，控制線圈181C之控制器181E；而構成為透過線圈181C來激發接點181B的磁力後，開關181A會如一點鏈線所示般地與接點181B電性接觸，且透過第2量測線路16來將夾具頂12A上之功率元件的集極電極與測試器17電連接。開關181A、接點181B及線圈181C皆收納在高絕緣性塊部181F內。
設置有繼電器開關機構181之第2量測線路16 如圖2所示，一端係電連接於形成於夾具頂12A的周面整面之第2導體膜電極部13B，另一端則電連接於測試器17。為了充分確保第2量測線路16與第2導體膜電極部13B的電性連接，第2量測線路16與第2導體膜電極部13B的連接部係貼附有特定範圍的導體板12B，而藉由螺絲等固定機構來將第2量測線路16強固地第固定在該導體板12B。繼電器開關機構181係如同圖所示般地位在載置台12的附近，而設置於第2量測線路16。繼電器開關機構181在測量功率元件的動態特性時會成為開啟狀態，而在測量功率元件的靜態特性時則會成為關閉狀態。
作為開關機構18之螺旋管開關機構182如圖3 所示，具備有：電連接於第2量測線路16的端部之接觸子182A；使接觸子182A直線前進之螺旋管開關機構182B；激發螺旋管開關機構182B的磁力之驅動控制部182C；以及，當螺旋管開關機構182B被消磁時會使接觸子182A回到原來的位置之線圈彈簧182D；而構成為會在驅動控制部182C的控制下使螺旋管開關機構182B與線圈彈簧182D一起動作，來使接觸子182A朝直線方向往復移動，並使接觸子182A的前端相對於夾具頂12A的第2導體膜電極部13B離接。測量功率元件的靜態特性之情況，接觸子182A會與第2導體膜電極部13B接觸，來使測試器17與第2導體膜電極部13B成為導通狀態。另一方面，測量功率元件的動態特性之情況，則接觸子182A會自第2導體膜電極部13B遠離，來使第2量測線路16自導體膜電極13分離，而將第2導體膜電極部13B自測試器17阻隔。雖未圖示，螺旋管開關機構182B係具備有活塞、接收活塞之接收部、以及使活塞往復移動之線圈。接觸子182A係沿著活塞的軸芯裝設，且透過活塞而往復移動。
接下來，說明本實施型態之探針裝置10的動作。 測量功率元件的電氣特性之情況，係在測量例如靜態特性後，測量動態特性。其首先，係預先使開關機構18驅動來關閉第2量測線路16的電路，而使夾具頂12A的第2導體膜電極部13B與測試器17預先電連接。在此狀態下，將形成有複數功率元件之晶圓W從載置室載置於探針室11內之載置台12的夾具頂12A上，並透過真空吸附機構來將晶圓W固定在夾具頂12A上。接下來，透過對位機構來使載置台12上之晶圓W的閘極電極及射極電極與探針卡14的複數探針14A對位。
接著，移動載置台12且從最初待測量的功率元件正下方使載置台12上升，來使功率元件的閘極電極及射極電極與複數探針14A電性接觸。在此狀態下，透過探針14A來從測試器17對功率元件的閘極電極施加電壓後，從測試器17便會透過第2量測線路16而有大電流流往夾具頂12A的第2導體膜電極部13B(即導體膜電極13)。該電流會從功率元件的集極電極流往射極電極。此時，透過其他探針14A來測量功率元件之電阻值等的靜態特性，且測試器17會依據該測量結果來求得電阻值等的靜態特性。針對最初的功率元件測量靜態特性後，移動載置台12而依序測量後續功率元件的靜態特性。
測量功率元件的靜態特性後，測量動態特性。亦即，使開關機構18驅動來打開第2量測線路16的電路，而將測試器17自夾具頂12A阻隔。在此狀態下，使最初待測量的功率元件移動至探針卡14正下方後，上升夾具頂12A，則功率元件的閘極電極及射極電極便會與探針卡14的複數探針14A電性接觸，且夾具頂12A的第1導體膜電極部13A會與自探針卡14朝下方突出的複數導通銷15A電性接觸。藉此，則功率元件的閘極電極及射極電極便會 透過探針14A而與測試器17相連接，且功率元件的集極電極會透過夾具頂12A的第1導體膜電極部13A及複數導通銷15A(第1量測線路15)而與測試器17電連接。
然後，透過探針14A來從測試器17對功率元件 的閘極電極施加電壓，藉此，便會透過第1量測線路15(線纜15B及導通銷15A)而從測試器17有大電流流入夾具頂12A的導體膜電極13。該大電流會流入功率元件的集極電極，並從射極電極流入測試器17，可在測試器17中測量功率元件的動態特性。此時，由於第2量測線路16會自夾具頂12A分離，因此可防止第2量測線路16之電感的不良影響。
如以上的說明，依據本實施型態，藉由使用一台 探針裝置10，便可進行功率元件的靜態特性及動態特性兩者，並且，在測量動態特性時不會受到使用於靜態特性的測量之第2量測線路16的影響，可以晶圓等級來確實地測量功率元件的動態特性。
本發明不限於上述實施型態，可依需要而針對各 構成要素做設計變更。設置於第2量測線路16之開關機構不限於本實施型態中所說明者，只要是具有開關機構者，則可適當地適用於本發明。
10‧‧‧探針裝置
11‧‧‧探針室
11A‧‧‧平板
12‧‧‧載置台
12A‧‧‧夾具頂
12B‧‧‧導體板
13‧‧‧導體膜電極
13A‧‧‧第1導體膜電極部
13B‧‧‧第2導體膜電極部
14‧‧‧探針卡
14A‧‧‧探針
15‧‧‧第1量測線路
15A‧‧‧導通銷(導體)
15B‧‧‧線纜
16‧‧‧第2量測線路
17‧‧‧測試器
18‧‧‧開關機構
W‧‧‧晶圓

Claims (5)

  1. 一種探針裝置，其具有：可移動的載置台，係載置形成有複數功率元件的被檢查體；探針卡，其具有配置於該載置台上方之複數探針；導體膜電極，係至少形成於該載置台的載置面；以及，至少一個量測線路，係電連接該導體膜電極與測試器；該探針裝置係使該載置台上所載置之該被檢查體之各功率元件分別的複數電極與該複數探針電性接觸來測量該功率元件的電氣特性；其特徵為：該至少一個量測線路係設置有在該導體膜電極與該測試器之間開閉該量測線路之開關機構；該開關機構係由繼電器開關機構所構成；該開關機構係具有螺旋管開關機構，與透過該螺旋管開關機構而與該導體膜電極電性離接之接觸子。
  2. 一種探針裝置，其具有：可移動的載置台，係載置形成有複數功率元件的被檢查體；探針卡，其具有配置於該載置台上方之複數探針；導體膜電極，係至少形成於該載置台的載置面；第1量測線路，係為了使用於該功率元件的動態特性測量，而經由該探針卡來電連接該導體膜電極與測試器；以及，第2量測線路，係為了使用於該功率元件的靜態特性測量，而電連接該導體膜電極與測試器；該探針裝置係使該載置台上所載置之該被檢查體之各功率元件分別的複數電極與該複數探針電性接觸來測量該功率元件的靜態特性或動態特性；其特徵為：該第2量測線路係設置有在該導體膜電極與該測試器之間開閉該第2量測線路之開關機構。
  3. 如申請專利範圍第2項之探針裝置，其中該開關機構係由繼電器開關機構所構成。
  4. 如申請專利範圍第2項之探針裝置，其中該開關機構係具有螺旋管開關機構，與透過該螺旋管開關機構而與該導體 膜電極電性離接之接觸子。
  5. 如申請專利範圍第2項之探針裝置，其中該第1量測線路係具有介設於該導體膜電極與該探針卡之間之導體。
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