TWI631346B - 探針機及探針尖端位置定位和獲得探針與清針紙接觸資訊的方法 - Google Patents

探針機及探針尖端位置定位和獲得探針與清針紙接觸資訊的方法 Download PDF

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Abstract

一種探針機及使用該探針機定位一探針尖端位置和獲得探針與清針紙接觸資訊的方法。所述探針機包括：一探針卡夾持部，用於夾持一具有至少一探針的一探針卡，該至少一探針中的每一者具有一探針尖端；一力感測器，位於該探針卡夾持部的下方，具有一供與該探針尖端接觸的感測面；以及至少一移動裝置，用於使該力感測器與該探針以彼此接近的方向相對移動，其中，當該感測面與該探針尖端接觸，該力感測器因受力而產生一訊號，使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動。

Description

探針機及定位探針尖端位置和獲得探針與清針紙接觸資訊的方法
本發明係有關一種探針機及其定位方法，尤指一種藉由一力感測器感測探針接觸來定位探針尖端位置的探針機及探針尖端位置定位的方法，以及用於獲得探針與清針紙接觸資訊的方法。
在半導體製程中，半導體晶圓製作完成後需要在探針機中進行晶圓的電性測試。測試時，探針與晶圓接觸時會伴隨晶屑刮起，在多次接觸後，晶屑會累積殘留在探針上而影響探針性能，導致測試良率降低，因此需要定期對探針進行清潔拋光以維持晶圓測試品質。探針的清潔是由探針機中的清針裝置來執行，而清針裝置是否能有效地清針將直接反應於測試品質及良率，並且會影響測試時間及探針壽命。因此，如何讓探針機的清針裝置達到最佳效能是晶圓測試程序中的一個重要課題。清針裝置是否能達到最佳效能的關鍵參數在於清針的頻率及深度，其中，探針的Z軸(即垂直方向)清針高度設定將決定清針深度是否能有效清針且不會損傷探針，而適當的Z軸清針高度設定則需要準確定位探針針尖的Z軸高度位置。
目前一些市售探針機的清針裝置配備有探針高度偵測系統，例如空氣噴嘴回授轉換電壓系統及影像辨識自動對焦系統，但市面上仍存 在一些未配備探針高度偵測系統的探針機。未配備探針高度偵測系統的探針機通常是採用人工目測的方式透過顯微鏡手動設定Z軸清針高度。然而，由於人工目測缺乏客觀數據佐證，常會發生清針深度不足或過深的問題。清針深度不足表示Z軸清針高度設定過低，此時容易造成探針卡無法確實清針而使測試良率降低，並因重測導致測試時間過長而降低產線效率。清針深度過深表示Z軸清針高度設定過高，此時因為清針紙的差異，可能導致清針成效不佳而使測試良率偏低，或過度清針造成探針卡壽命短少；Z軸清針高度設定過高也可能導致探針跪針損傷或報廢，而探針的損傷若未及時發現，將可能造成晶圓損傷或報廢，導致良率下降。此外，探針磨耗或探針卡更換也會使探針的高度改變，故每次架設探針卡皆須重新設定Z軸清針高度，使用人工目測設定除上述問題之外也過於費時，降低整體晶圓測試的效率。
有鑑於此，為解決上述的問題，本發明提供一種探針機及定位探針尖端位置和獲得探針與清針紙接觸資訊的方法，能提高探針尖端定位的精確性，並能提供探針與清針紙的接觸資訊，以協助Z軸清針高度設定，藉此提高晶圓測試良率，縮短設定Z軸清針高度所需要的時間，並能輕易應用於現有的探針機上。
為達上述目的，本發明提供一種探針尖端位置的定位方法，用於在一探針機中定位一探針之一探針尖端的位置，其中該探針機包括一力感測器，該力感測器具有一感測面，該方法包括以下步驟：A1.以至少一移動裝置使該力感測器與該探針以彼此接近的方向相對移動，使該感測面與該探針尖端接觸；以及 A2. 當該感測面與該探針尖端接觸時，使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動，並取得該力感測器與該探針的位置。
於實施時，前述力感測器的感測面上可設有一清針紙，供與前述探針尖端接觸。
於實施時，前述步驟A2可包括：當該感測面與該探針尖端接觸，該力感測器因受力而產生一訊號，一使用者根據該訊號使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動，並取得該力感測器與該探針的位置。
於實施時，前述步驟A2可包括：當該感測面與該探針尖端接觸，該力感測器因受力而產生一訊號，將該訊號轉換成一數值，一使用者根據該數值使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動，並取得該力感測器與該探針的位置。
於實施時，前述步驟A2可包括：當該感測面與該探針尖端接觸，該力感測器因受力而產生一訊號，該訊號使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動，並取得該力感測器與該探針的位置。
於實施時，前述至少一移動裝置可用於移動前述力感測器以及前述探針中的至少其中一者。
本發明另提供一種獲得一探針與一清針紙接觸資訊的方法，其中該探針具有一探針尖端，該清針紙係設置於一力感測器之上，該方法包括以下步驟：B1. 以至少一移動裝置使該力感測器與該探針以彼此接近的方向相對移動；B2. 當該探針尖端與該力感測器上的該清針紙接觸後，該力感測器因受力不同而產生複數個訊號，將該複數個訊號轉換成複數個相對應的訊號值； B3. 取得與該複數個訊號中的每一者相對應的該力感測器與該探針的距離；以及B4. 根據所取得的與該複數個訊號相對應的訊號值和與該複數個訊號相對應的距離，產生一距離與訊號值的關係。
此外，本發明提供一種探針機，其包括：一探針卡夾持部，用於夾持一具有至少一探針的一探針卡，該至少一探針中的每一者具有一探針尖端；一力感測器，位於該探針卡夾持部的下方，具有一供與該探針尖端接觸的感測面；以及至少一移動裝置，用於使該力感測器與該探針以彼此接近的方向相對移動，其中，當該感測面與該探針尖端接觸，該力感測器因受力而產生一訊號，使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動。
於實施時，前述探針機中的力感測器的所述表面上可設有一清針紙，供與該探針尖端接觸。
於實施時，前述探針機中的移動裝置可用於移動前述力感測器以及前述探針中的至少其中一者。
於實施時，前述方法和探針機中的力感測器為一秤重感測器。
於實施時，前述方法和探針機中的力感測器為一平行樑式秤重感測器。
於實施時，前述方法中的訊號可為一電壓訊號或一電流訊號。
為對於本發明之特點與作用能有更深入之瞭解，茲藉實施例配合圖式詳述於後。
10‧‧‧探針機
12‧‧‧底座
20‧‧‧探針卡夾持部
22‧‧‧探針卡
24‧‧‧探針
25‧‧‧探針尖端
30‧‧‧測試模組
32‧‧‧晶圓平台
34‧‧‧移動裝置
35‧‧‧水平移動機構
36‧‧‧垂直移動機構
40‧‧‧清針裝置
42‧‧‧清針盤基座
43、47‧‧‧清針紙
44‧‧‧連接支架
46‧‧‧力感測器
48‧‧‧感測面
50‧‧‧晶圓
300、400‧‧‧方法
A1、A2、B1、B2、B3、B4‧‧‧步驟
第1圖為本發明一種探針機的一個實施例的示意圖。
第2圖為本發明一種探針機中的清針裝置的一個實施例的示 意圖。
第3圖為本發明一種探針尖端位置的定位方法的一個實施例的流程圖。
第4圖為本發明一種獲得一探針與一清針紙接觸資訊的方法的一個實施例的流程圖。
第5圖為本發明一種獲得一探針與一清針紙接觸資訊的方法的一個實施例所測得之力感測器與探針的距離和力感測器訊號值的關係圖。
本發明提供一種探針機，其包括：一探針卡夾持部，用於夾持一具有至少一探針的一探針卡，該至少一探針中的每一者具有一探針尖端；一力感測器，位於該探針卡夾持部的下方，具有一供與該探針尖端接觸的感測面；以及至少一移動裝置，用於使該力感測器與該探針以彼此接近的方向相對移動；其中，當該感測面與該探針尖端接觸，該力感測器因受力而產生一訊號，使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動。
第1圖為本發明所提供的一種探針機的一個實施例。探針機10包括：一探針卡夾持部20、一測試模組30以及一清針裝置40；探針卡夾持部20係用於夾持一具有至少一探針24的一探針卡22；測試模組30位於探針卡夾持部20的下方，其包括一晶圓平台32以及一移動裝置34，晶圓平台32設置於移動裝置34上，供承載一晶圓50，移動裝置34是用於移動晶圓平台32；清針裝置40位於探針卡夾持部20的下方並以一連接支架44與晶圓平台32連接，清針裝置40包括一清針盤基座42，清針盤基座42上設有一清針紙43以及一力感測器46。
第1圖所示的實施例可包含一底座12，移動裝置34係設置於底座12上並包括一水平移動機構35以及一垂直移動機構36。水平移動機構35可在底座12上水平移動晶圓平台32，垂直移動機構36可在水平移動機構35上垂直升降晶圓平台32。水平移動機構35及垂直移動機構36可以一步進的方式移動晶圓平台32。進行晶圓測試時，先以水平移動機構35將晶圓平台32水平移動到探針24正下方，再以垂直移動機構36逐步提升晶圓平台32的高度，直到晶圓平台32接觸探針24的尖端25，再進行晶圓測試程序。而進行探針清針時則是以水平移動機構35將清針裝置40上的清針紙43水平移動到探針24下方，再以垂直移動機構36逐步提升清針裝置40的高度，直到清針紙43接觸探針尖端25，再進行清針程序。
在清針程序中，為了在不損壞探針的情況下確實地清針，需要準確定位探針尖端的位置，尤其是探針尖端的垂直位置。本發明提出以一力感測器來協助判斷探針尖端的垂直位置的設計。在一個實施例中，力感測器可設置在清針裝置上。如第2圖所示，力感測器46具有一感測面48，在清針裝置40上的清針紙43旁設置力感測器46，並使其感測面48朝上。定位探針尖端25時，先將力感測器46水平移動到探針24下方，再逐步提升力感測器46的高度，當探針尖端25與感測面48接觸時，力感測器46因受力而產生一訊號，此時停止提升力感測器並取得力感測器46的垂直位置，據此定義探針尖端25的垂直位置。在一個實施例中，力感測器46的感測面48上可設有另一清針紙47。在定位探針尖端25的位置時，使探針尖端25與清針紙47接觸，以避免損傷探針。
在一個實施例中，力感測器46可為一秤重感測器，較佳為一平行樑式秤重感測器。平行樑式秤重感測器可從例如實驗電子秤、郵政電子秤、廚房電子秤、湯匙秤等一般市售電子秤取得，其具有精度高、易加 工、結構簡單緊湊、抗偏載能力佳、高頻率等優點，且經由簡易加工即可應用於本發明所提供的探針機中。
在前述實施例中，探針係固定於探針機台中，而以移動裝置移動力感測器接近探針來定位探針尖端的位置。在一個實施例中，可固定力感測器在探針機台中的位置，並以移動裝置移動探針接近力感測器來定位探針尖端的位置。在另一個實施例中，移動裝置可同時移動探針與力感測器，使其向彼此接近的方向相對移動，當探針尖端與感測面接觸並產生訊號時，停止移動探針與力感測器並取得探針與力感測器在探針機台中的位置。本發明中的移動裝置可包括其他移動機構。在一個實施例中，所述移動裝置可為一機械手臂，其可上下左右移動力感測器及探針的至少其中一者。
本發明亦提供一種探針尖端位置的定位方法300，用於在一探針機中定位一探針之一探針尖端的位置，其中該探針機包括一力感測器，該力感測器具有一感測面。如第3圖所示，方法300包括以下步驟：A1.以至少一移動裝置使該力感測器與該探針以彼此接近的方向相對移動，使該感測面與該探針尖端接觸；以及A2.當該感測面與該探針尖端接觸時，使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動，並取得該力感測器與該探針的位置。
在一個實施例中，步驟A2可包括：當所述感測面與所述探針尖端接觸，所述力感測器因受力而產生一訊號，一使用者根據該訊號使所述至少一移動裝置停止力感測器與探針的相對移動，並取得力感測器與探針的位置。
在一個實施例中，步驟A2可包括：當所述感測面與所述探針尖端接觸，所述力感測器因受力而產生一訊號，將該訊號轉換成一數值， 一使用者根據該數值使所述至少一移動裝置停止力感測器與探針的相對移動，並取得力感測器與探針的位置。
在一個實施例中，步驟A2可包括：當所述感測面與所述探針尖端接觸，所述力感測器因受力而產生一訊號，該訊號使所述至少一移動裝置停止力感測器與探針的相對移動，並取得力感測器與探針的位置。
在一個實施例中，所述力感測器上可設置一清針紙，供與所述探針尖端接觸，以避免損傷探針。
在一個實施例中，所述力感測器可為一秤重感測器，較佳為一平行樑式秤重感測器。平行樑式秤重感測器可從例如實驗電子秤、郵政電子秤、廚房電子秤、湯匙秤等一般市售電子秤中取得。
在一個實施例中，前述力感測器產生的訊號可為一電壓訊號或一電流訊號。在一個實施例中，力感測器產生的電壓或電流訊號可觸發一控制裝置，以控制所述移動裝置停止力感測器與探針的相對移動。所述力感測器可包括一轉換裝置，用於將力感測器因受力而產生的訊號轉換成一訊號值。
在一個實施例中，所述移動裝置可以一步進的方式使力感測器與探針相對移動。在一個實施例中，所述至少一移動裝置可用於移動所述力感測器或所述探針，亦可同時移動所述力感測器及探針兩者，只要能取得探針及力感測器在探針機中的位置。在一個實施例中，所述移動裝置可包括一水平移動機構以及一垂直移動機構。在另一個實施例中，所述移動裝置可為一機械手臂，其可上下左右移動力感測器以及探針至少其中一者。
此外，本發明並提供一種獲得一探針與一清針紙接觸資訊的方法400，其中該探針具有一探針尖端，且該清針紙係設置於一力感測器之 上。如第4圖所示，方法400包括以下步驟：B1. 以至少一移動裝置使該清針紙與該探針以彼此接近的方向相對移動；B2. 當該探針尖端與該清針紙接觸後，該力感測器因受力不同而產生複數個訊號，將該複數個訊號轉換成複數個相對應的訊號值；B3.取得與該複數個訊號中的每一者相對應的該力感測器與該探針的距離；以及B4. 根據所取得的與該複數個訊號相對應的訊號值和與該複數個訊號相對應的距離，產生一距離與訊號值的關係。
在一個實施例中，所述力感測器可為一秤重感測器，較佳為一平行樑式秤重感測器。平行樑式秤重感測器可從例如實驗電子秤、郵政電子秤、廚房電子秤、湯匙秤等一般市售電子秤中取得。
在一個實施例中，所述力感測器產生的訊號為一電壓訊號或一電流訊號。
在一個實施例中，所述移動裝置可以一步進的方式使力感測器與探針相對移動。在一個實施例中，所述至少一移動裝置可用於移動所述力感測器或所述探針，亦可同時移動所述力感測器及探針兩者，只要能取得探針及力感測器在探針機中的位置。在一個實施例中，所述移動裝置可包括一水平移動機構以及一垂直移動機構。在另一個實施例中，所述移動裝置可為一機械手臂，其可上下左右移動力感測器以及探針至少其中一者。
實施時，所述力感測器通常具有一最小閾值，力感測器必須受力超過該最小閾值才能產生可偵測的訊號。第5圖所示為在一個實施例中，以方法400所測得之力感測器與探針的距離及力感測器訊號值的關係 圖。在此實施例中，力感測器為一平行樑式秤重感測器，力感測器的最小閾值為0.6克，力感測器與探針的距離以一針測行程(overdrive)的深度(mil)表示，即探針與清針紙的接觸深度，力感測器產生的訊號值以一受力值(克重)表示；當力感測器的受力值為0.6克時，定義為探針尖端與力感測器上的清針紙接觸，此時定義針測行程深度為0，並以0.25mil的步進單位逐步提升力感測器的高度；由圖中可見力感測器受力值基本上隨著針測行程深度的增加而線性增加，針測行程深度每增加0.25mil，力感測器受力增加約0.2克。進行探針清針時，即可根據上述資訊來設定清針的最佳高度位置。
以晶圓測試良率的數據來看，在同樣的測試條件下，以傳統人工目測的方法設定清針所測得的晶圓測試良率約為30%，而使用本發明所提供的定位方法來設定清針，所測得的晶圓測試良率約為90%。本發明所提供的定位方法可明顯提高晶圓測試良率。
因此，本發明具有以下優點：
1、本發明所提供的定位探針尖端的方法及裝置，能提高探針尖端定位的精確性，因此能提升清針裝置的效能，能確實的清潔探針，進而提高晶圓測試良率。
2、由於探針磨耗或探針卡更換，需要定期偵測並重新設定Z軸清針高度，本發明所提供的定位探針尖端的方法及裝置，能有效縮短每次重新設定Z軸清針高度所需要的時間，進而提高晶圓測試的效率。
3、本發明所提供的定位探針尖端的方法及裝置，能提供探針與清針紙的接觸資訊，以協助設定適當的Z軸清針高度，因此能避免清針過深造成探針跪針損傷或報廢的問題，進而避免晶圓損傷或報廢。
4、本發明所提供的定位探針尖端的方法及裝置，係在現有的探針機台 上加裝一力感測器協助定位探針尖端的位置，所使用的力感測器易於取得且花費低廉，其設計簡單並能輕易應用於現有的探針機上。
綜上所述，本發明提供的定位探針尖端的方法及裝置確實可達到預期之目的，能提高探針尖端定位的精確性，並能提供探針與清針紙的接觸資訊，以協助Z軸清針高度設定，本發明提供的方法及裝置能提高晶圓測試良率，縮短設定Z軸清針高度所需要的時間，並能輕易應用於現有的探針機上。其確具產業利用之價值，爰依法提出發明專利申請。
又上述說明與圖示僅是用以說明本發明之實施例，凡熟於此業技藝之人士，仍可做等效的局部變化與修飾，其並未脫離本發明之技術與精神。

Claims (16)

  1. 一種探針尖端位置的定位方法，用於在一探針機中定位一探針之一探針尖端的位置，其中該探針機包括一力感測器，該力感測器具有一感測面，該感測面上設有一清針紙，供與該探針尖端接觸，該方法包括以下步驟：A1.以至少一移動裝置使該力感測器與該探針以彼此接近的方向相對移動，使該清針紙與該探針尖端接觸；以及A2.當該清針紙與該探針尖端接觸時，使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動，並取得該力感測器與該探針的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之探針尖端位置的定位方法，其中該力感測器為一秤重感測器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之探針尖端位置的定位方法，其中該力感測器為一平行樑式秤重感測器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之探針尖端位置的定位方法，其中該步驟A2包括：當該清針紙與該探針尖端接觸，該力感測器因受力而產生一訊號，一使用者根據該訊號使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動，並取得該力感測器與該探針的位置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之探針尖端位置的定位方法，其中該步驟A2包括：當該清針紙與該探針尖端接觸，該力感測器因受力而產生一訊號，將該訊號轉換成一數值，一使用者根據該數值使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動，並取得該力感測器與該探針的位置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之探針尖端位置的定位方法，其中該步驟A2包括：當該清針紙與該探針尖端接觸，該力感測器因受力而產生一訊 號，該訊號使該至少一移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動，並取得該力感測器與該探針的位置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之探針尖端位置的定位方法，其中該至少一移動裝置係用於移動該力感測器以及該探針中的至少其中一者。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之探針尖端位置的定位方法，其中該訊號係為一電壓訊號或一電流訊號。
  9. 一種獲得一探針與一清針紙接觸資訊的方法，其中該探針具有一探針尖端，該清針紙係設置於一力感測器之上，該方法包括以下步驟：B1.以至少一移動裝置使該力感測器與該探針以彼此接近的方向相對移動；B2.當該探針尖端與該力感測器上的該清針紙接觸後，該力感測器因受力不同而產生複數個訊號，將該複數個訊號轉換成複數個相對應的訊號值；B3.取得與該複數個訊號中的每一者相對應的該力感測器與該探針的距離；以及B4.根據所取得的與該複數個訊號相對應的訊號值和與該複數個訊號相對應的距離，產生一距離與訊號值的關係。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之獲得一探針與一清針紙接觸資訊的方法，其中該力感測器為一秤重感測器。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之獲得一探針與一清針紙接觸資訊的方法，其中該力感測器為一平行樑式秤重感測器。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之獲得一探針與一清針紙接觸資訊的方法，其中該訊號係為一電壓訊號或一電流訊號。
  13. 一種探針機，其包括： 一探針卡夾持部，用於夾持一具有至少一探針的一探針卡，該至少一探針中的每一者具有一探針尖端；一力感測器，位於該探針卡夾持部的下方，具有一感測面，該感測面上設有一清針紙，供與該探針尖端接觸；以及至少一移動裝置，用於使該力感測器與該探針以彼此接近的方向相對移動，其中，當該清針紙與該探針尖端接觸，該力感測器因受力而產生一訊號，使至少一該移動裝置停止該力感測器與該探針的相對移動。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之探針機，其中該力感測器為一秤重感測器。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之探針機，其中該力感測器為一平行樑式秤重感測器。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之探針機，其中該至少一移動裝置係用於移動該力感測器與該探針中的至少其中一者。
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