TWI832577B - 探針卡及檢查系統 - Google Patents

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TWI832577B
TWI832577B TW111145050A TW111145050A TWI832577B TW I832577 B TWI832577 B TW I832577B TW 111145050 A TW111145050 A TW 111145050A TW 111145050 A TW111145050 A TW 111145050A TW I832577 B TWI832577 B TW I832577B
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成田寿男
廣田英輝
下澤省吾
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日商日本麥克隆尼股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種藉由真空吸附而連接於測試頭，且確保探針與探針基板之連接之探針卡及檢查系統。
探針卡具備：探針導件，係保持探針；以及探針基板，係積層於探針導件。探針基板具有與測試頭相對向之第1面及與探針導件相對向之第2面，且設置有自第1面貫通至第2面之通孔。藉由真空吸附，在探針基板抵接於測試頭的狀態下將通孔之內部進行排氣，藉此使探針導件抵接於探針基板。

Description

探針卡及檢查系統
本發明係關於在被檢查體之檢查中所使用之探針卡及檢查系統。
為了在晶圓之狀態下檢查半導體積體電路等之被檢查體之電性特性，係使用安裝有與被檢查體接觸之探針的探針卡。用於被檢查體之檢查之測試器(tester)係具有測定電性特性之測定裝置及連接於測定裝置之測試頭(tester head)。於被檢查體之檢查中，探針卡連接於測試頭。目前，正在研究使用真空吸附將探針卡連接於測試頭之方法(參照專利文獻1。)。
在探針卡使用積層有保持探針的探針導件、及形成有連接於探針的配線圖案的探針基板的構成。藉由真空吸附，使位於探針卡之上側的探針基板被吸附於測試頭。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2008-288286號公報
由於探針基板被吸附於測試頭，會使位於探針卡的下側之探針導件產生撓曲等，而產生會阻礙被保持於探針導件之探針與探針基板之連接的問題。本發明之目的在於提供一種藉由真空吸附而連接於測試頭，且確保探針與探針基板之連接之探針卡及檢查系統。
根據本發明之一態樣，提供一種探針卡，該探針卡具備：探針導件，係保持探針；以及探針基板，係積層於探針導件。探針基板具有與測試頭相對向之第1面及與探針導件相對向之第2面，且設置有自第1面貫通至第2面之通孔(through hole)。藉由真空吸附，在探針基板抵接於測試頭的狀態下將通孔之內部進行排氣，藉此使探針導件抵接於探針基板。
根據本發明，可提供一種藉由真空吸附而連接於測試頭，且確保探針與探針基板之連接之探針卡及檢查系統。
1:檢查系統
10:探針卡
10M1:第1比較探針卡
10M2:第2比較探針卡
11M1:探針導件
11M2:探針導件
12M1:探針基板
12M2:探針基板
30M:固定螺絲
60M:固定具
11:探針導件
12:探針基板
13:搬送用凸緣
20:探針
30:測試頭
31:排氣裝置
32:導管
40:夾頭
50:真空片
60:固定環
70:真空密封機構
100:測試器
101:搬送口
102:搬送部
103:測定部
110:凹部
111:上表面
112:下表面
113:導孔
120:通孔
121:第1面
122:第2面
200:晶圓
300:空洞部
A:區域
S10,S20,S30,S40,S50,S60,S70,S80:步驟
圖1係顯示實施形態之檢查系統之構成之示意圖。
圖2係放大圖1之區域A之示意性剖視圖。
圖3係顯示實施形態之探針卡之未真空吸附之狀態之示意圖。
圖4係顯示比較例之探針卡之構成之示意圖。
圖5係顯示其他比較例之探針卡之構成之示意圖。
圖6A係顯示測試器之構成之示意圖。
圖6B係顯示測試器的測定部的構成的示意圖。
圖7係用以說明使用具有實施形態之檢查系統之測試器之檢查方法之流程圖。
圖8係顯示實施形態之探針卡之探針導件之構成之示意性俯視圖。
其次，參照圖式說明本發明之實施形態。於以下之圖式之記載中，對相同或類似之部分標註相同或類似之符號。但是，圖式係示意性者，應留意各部之厚度之比率等會與實物不同。又，於圖式相互間當然亦包含相互之尺寸之關係或比率不同之部分。以下所示之實施形態係例示用以使本發明之技術思想具體化之裝置或方法者，本發明之實施形態並非將構成零件之材質、形狀、構造、配置等特定為下述者。
圖1所示之本發明之實施形態之檢查系統1係使用於形成於檢查對象之晶圓200之被檢查體之檢查。如圖1所示，檢查系統1具備探針卡10、探針20、測試頭30。將放大圖1之區域A之剖面圖顯示於圖2。
探針卡10安裝有與被檢查體接觸之探針20。如後詳述，探針卡10係藉由真空吸附而連接於測試頭30。探針卡10具有保持探針20之探針導件11、及積層於探針導件11之探針基板12。
如圖2所示，探針導件11具有將探針導件11自探針導件11之上表面111貫通至下表面112之導孔113。探針導件11係於探針20通過導孔113之內部之狀態下保持探針20。例如圖2所示，探針20係由外徑不同之部分連結而成之構成，導孔113係由內徑不同之部分連通而成之構成。藉由使探針20之 外徑較粗之部分之端部抵接於導孔113之內徑變細之部分，而防止探針20自探針導件11落下。又，藉由適當地設定導孔113之位置，可將探針20配置於預定之位置。
自探針導件11之下表面112延伸之探針20之前端部係與晶圓200相對向。晶圓200搭載於夾頭40。將省略圖示之吸附裝置安裝於夾頭40，將晶圓200真空吸附於夾頭40。
檢查系統1係垂直動作式探針卡，於被檢查體之檢查時，探針20之前端部係與被檢查體接觸。圖1中，顯示探針20未與被檢查體接觸之狀態。於測定時，例如使搭載有晶圓200之夾頭40上升，而使探針20之前端部與被檢查體接觸。
探針導件11係於與探針基板12相對向之上表面111形成有凹部110。凹部110形成於形成有導孔113之區域之剩餘區域。凹部110與導孔113未連通。
探針基板12具有與測試頭30相對向之第1面121及與探針導件11相對向之第2面122。自第1面121貫通至第2面122之通孔120係設置於探針基板12。於探針導件11與探針基板12積層之狀態下，凹部110係配置於與形成於第2面122之通孔120之開口部連續之位置。亦即，形成於探針基板12之第2面122之通孔120係與配置於探針導件11之凹部110連續。
測試頭30配置於探針卡10之探針基板12之第1面121。在測試頭30之內部形成有空洞部300。於與探針基板12之第1面121相對向之測試頭30之表面，形成有空洞部300之開口部。亦即，空洞部300之開口部朝向第1面121。以使測試頭30之空洞部300與探針基板12之通孔120連續之方式，配置 測試頭30與探針基板12。換言之，通孔120係形成於：在探針基板12抵接於測試頭30時，形成於測試頭30之內部的空洞部300與通孔120連通的場所。
露出於探針導件11之上表面111之探針20之基端部係與配置於探針基板12之第2面122之配線圖案連接。配置於第2面122之配線圖案係與配置於探針基板12之第1面121之配線圖案藉由配置於探針基板12之內部之內部配線而連接。配置於第2面122之配線圖案係連接於設置於測試頭30之電極端子。測試頭30之電極端子係與測試器之測定裝置(省略圖示)電性連接。
於測試頭30安裝有以導管32與空洞部300連接之排氣裝置31。排氣裝置31將空洞部300之內部進行排氣。藉由將空洞部300之內部進行排氣，使空洞部300之內部成為較大氣更低壓之狀態。其結果，在配置於探針基板12之第1面121的配線圖案與測試頭30之電極端子接觸的狀態下，探針基板12被真空吸附於測試頭30。
進而，藉由將空洞部300之內部進行排氣，而將通孔120之內部進行排氣。伴隨通孔120之內部之排氣，將探針導件11之凹部110之內部進行排氣。因此，通孔120之內部及凹部110之內部成為較大氣更低壓之狀態。其結果，於探針20之基端部與配置於探針基板12之第2面122之配線圖案連接之狀態下，藉由真空吸附而使探針導件11抵接於探針基板12。亦即，根據檢查系統1，可使用真空吸附而將探針導件11與探針基板12一體地連接於測試頭30。以下，亦將使用真空吸附而將探針導件11與探針基板12一體地連接於測試頭30之動作稱為「吸附相接(contact)」。
如上所述，於檢查系統1中，係藉由真空吸附，在與探針基板12抵接於測試頭30大致同時使探針導件11抵接於探針基板12。亦即，在探針基 板12抵接於測試頭30的狀態下，將通孔120之內部進行排氣，藉此使探針導件11抵接於探針基板12。此時，形成於晶圓200的被檢查體與測試器的測定裝置係經由探針20、探針卡10及測試頭30而電性連接。亦即，藉由檢查系統1，於被檢查體與測試器之測定裝置之間收發信號。
連接於圖1所示之探針卡10的搬送用凸緣13係在搬送探針卡10時用以保持探針卡10的把手。探針卡10與測試頭30之連接區域係藉由真空片50自外部遮蔽。真空片50之內部可維持為較大氣壓更為低壓。
藉由於探針導件11之上表面111配置凹部110，使被真空吸附之面積擴大。因此，會使將探針導件11吸附於探針基板12之吸附力增大。再者，較佳為以使探針導件11不撓曲之方式，遍及探針導件11之上表面111之整個區域而配置凹部110。又，亦可將複數個凹部110形成於探針導件11之上表面111。而且，亦可將複數個凹部110相互連通。藉由將凹部110相互連通，而於至少一個部位使凹部110與探針基板12之通孔120連續，藉此，可將所有的凹部110之內部排氣。使所有的凹部110連通時，探針基板12之通孔120亦可為一個。
在未使用真空吸附將探針卡10連接於測試頭30的情況，如圖3所示，探針導件11與探針基板12分離。如圖3所示，亦可藉由配置於探針基板12之外緣之固定環60支持探針導件11之外緣，以使探針導件11於將搬送用凸緣13作為把手而搬送探針卡10時不會落下。再者，被檢查體之檢查時，於探針20最收縮之狀態下，固定環60之下端必須不與晶圓200接觸。例如，藉由在形成於探針基板12之外緣的凹部配置固定環60，使固定環60之下端之自探針卡10之下表面突出的部分變小。
藉由吸附相接，探針20之基端部被推抵於探針基板12。將在未進行檢查之期間之自探針20施加於探針基板12之推壓亦稱為「預壓」。於檢查系統1中，藉由吸附相接而對探針基板12施加預壓。藉由預壓，可使探針20之基端部與探針基板12始終接觸。預壓係根據探針20之根數或探針導件11之剛性，以使探針導件11不撓曲之方式設定。
若使探針基板12與探針20不接觸之狀態持續，則探針20之基端部或探針基板12之配線圖案之表面會氧化或附著污垢。又，若於探針基板12與探針20之間重複進行接觸與非接觸，則有於探針基板12或探針20產生破損之虞。其結果，會產生探針基板12與探針20之接觸不良。藉由始終接觸，可抑制探針基板12與探針20之接觸不良之產生。
如圖3所示，亦可於固定環60與探針導件11之間配置真空密封機構70。真空密封機構70將探針導件11與探針基板12之邊界與外部遮斷。藉由真空密封機構70，可抑制在真空吸附開始時之來自探針導件11與探針基板12之邊界之真空洩漏。真空密封機構70例如使用O型環等。
將高剛性的材料使用於探針導件11，以抑制撓曲。進而，將與因晶圓200之熱膨脹係數及檢查時之探針導件11之到達溫度而導致探針20之前端部之位置變化相對應之材料使用於探針導件11。亦即，將可確保探針20之前端部之位置有不會自被檢查體之電極焊墊突出之餘裕(焊墊邊緣裕度，pad edge margin)之熱膨脹率之材料使用於探針導件11。
此外，例如在探針20使用彈簧針等於軸方向伸縮自如的探針。藉由伸縮自如之探針20，可確實地相接。另一方面，會由於使用伸縮自如之探針20而對探針基板12施加來自探針20之推壓(以下，亦稱為「荷重」。)。又，還 會由於將探針20推靠於被檢查體之過驅動(overdrive)而使檢查時之探針基板12之荷重增大。尤其，在面積較大之晶圓200中同時檢查多個被檢查體之批次測試之情形時，由於探針20之根數多，故而探針基板12之荷重較大。
例如，在直徑為300nm的晶圓200的總括測試中，由於作為被檢查體的晶片的小型化，會使裝設於探針卡10的探針20的根數成為數萬根以上。此時，探針基板12的荷重為100kgf以上。因此，為了承受探針基板12的荷重，會產生檢查系統的框體變得厚重的問題。若外殼變得厚重，會使測試系統之接地面積(佔據面積，footprint)變大，且使且測試成本增加。
藉由使用真空吸附將探針卡吸附於測試頭，可使檢查系統之框體小型化。然而，為了使安裝檢查系統之空間變窄，必須縮短探針之長度，使探針導件變薄。因此，在採用將探針基板吸附於測試頭之方法的檢查系統中，會產生以下的問題。
於圖4中，係顯示第1比較探針卡10M1作為檢查系統1之比較例。在第1比較探針卡10M1中，藉由固定螺絲30M連接探針導件11M1與探針基板12M1。因此，探針卡需要用以配置固定螺絲30M的空間，會阻礙探針卡的小型化。而且，探針卡之組裝步驟繁雜。進而，還有自供固定螺絲30M通過之螺絲孔產生真空洩漏之虞。又，還會有探針導件11M1因自重而於固定螺絲30M與固定螺絲30M之間撓曲之虞。由於探針導件11M1撓曲，配置於探針導件11M1之探針20之基端部無法與探針基板12M1始終接觸。
於圖5中，係顯示第2比較探針卡10M2作為檢查系統1之其他比較例。在第2比較探針卡10M2中，藉由固定具60M連接探針導件11M2的外緣與探針基板12M2的外緣。於第2比較探針卡10M2中，僅探針導件11M2 之外緣連接於探針基板12M2。因此，探針導件11M2之中央部會有因加壓而如圖5所示般撓曲之虞。由於探針導件11M2之中央部撓曲，配置於探針導件11M2之探針20之基端部無法與探針基板12M2始終接觸。
相對於上述比較例，於檢查系統1中，係藉由真空吸附而將探針導件11與探針基板12一體地連接於測試頭30。因此，不需要用以連接探針導件11與探針基板12之固定銷或固定具。因此，根據檢查系統1，可使探針卡小型化，且可使探針20與探針基板12始終接觸。
如以上所說明，根據檢查系統1，探針卡10藉由真空吸附而連接於測試頭30，且可確保探針20與探針基板12之連接。
圖1所示之檢查系統1係例如在圖6A及圖6B所示之測試器100等較佳地使用。如圖6A所示，測試器100具有搬送晶圓200之搬送部102、及與搬送部102鄰接配置之複數個測定部103。如圖6B所示，測試器100具有6個測定部103。
自搬送口101搬入至搬送部102的晶圓200是藉由搬送部102而搬送至測定部103。而且，於各個測定部103中進行形成於晶圓200之被檢查體之特性之檢查。已結束在測定部103之檢查的晶圓200是藉由搬送部102而自測定部103搬送至搬送口101。
以下，亦將如測試器100般具有複數個測定部103之測試器稱為「多階段測試器」(multi-stage tester)。雖然顯示出測試器100具有6個測定部103的例子，但多階段測試器的測定部103的數量不限定於6個。在多階段測試器的各個測定部103中，係執行藉由上述所說明的真空吸附方式進行的吸附相接。
於記憶體裝置等半導體裝置之製造步驟中，為了降低製造成本，正推進晶圓之大型化、晶片尺寸之小型化。其結果，形成於1片晶圓之晶片之個數變得非常大。因此，要求藉由縮短1片晶圓之檢查所需之時間而提高產能(throughput)。
為了提高產能，可考慮使探測器(prober)之台數增加之對策。但是，若增加探測器的台數，就會產生製造線之探測器的設置面積增加之問題。又，若增加探測器之台數，則裝置成本亦會增加。另一方面，根據使用多階段測試器之檢查，可同時檢查複數個晶圓之晶片，故而會提高產能。進而，根據多階段測試器，可抑制測試器之設置面積之增加或裝置成本之增加。
尤其，在多階段測試器中，探針卡係配置在非常有限的狹窄空間中。例如，如圖6B所示，於測定部103之內部配置探針卡。因此，藉由真空吸附將探針導件11與探針基板12一體地連接於測試頭30而藉此小型化之檢查系統1係可較佳地使用於多階段測試器。
以下，參照圖7，說明使用探針卡10之測試器100所進行之檢查方法的例子。
首先，於步驟S10中，將探針卡10搬送至測試器100之內部。例如，將探針卡10搬送至配置有測試頭30及夾頭40之測定部103。
於步驟S20中，如上述說明般，使用真空吸附進行使探針卡10吸附於測試頭30之吸附相接。藉由吸附相接，對探針基板12施加預壓。
於步驟S30中，測定探針20之前端部之位置。探針20之前端部之位置之資訊係使用於後述步驟S60中之晶圓200與探針20之位置對合。
於步驟S40中，將晶圓200搬送至測試器100之測定部103。搬送至測定部103之晶圓200係搭載於夾頭40。然後，在步驟S50中，使晶圓200被真空吸附於夾頭40。
於步驟S60中，進行搭載於夾頭40之晶圓200與探針20之位置對合。具體而言，使用步驟S30中所測定之探針20之前端部之位置之資訊，進行形成於晶圓200之被檢查體之電極焊墊與探針20之前端部之位置對合。
於步驟S70中，使探針20之前端部與晶圓200接觸。此時，藉由使夾盤40相對於探針卡10之位置相對地變化，而使探針20之前端部與晶圓200接觸。進而，為了執行過驅動而執行使用真空吸附將探針20之前端部推靠於晶圓200之動作(以下，亦稱為「真空相接」。)。其後，於步驟S80中，開始進行形成於晶圓200之被檢查體之檢查。
於上述步驟S20之吸附相接及步驟S50之真空吸附中，無需太考慮因吸附而產生之壓力。因此，亦可在任意的高真空度下執行吸附。另一方面，於步驟S70之真空相接中，會有因高真空度下之強力的吸附而導致探針20或晶圓200破損之可能性。於真空相接中，必須以探針20或晶圓200不破損之方式調整真空度。
如已說明般，在配置於探針導件11之所有的凹部110為相互連通時，使凹部110之一個部位與探針基板12之通孔120連續即可。於圖8顯示探針導件11之凹部110之配置例。如圖8所示，於未配置有供探針20貫通之複數個導孔113之區域，配置有凹部110。
於圖8所示之探針導件11中，複數個導孔113配置成陣列狀。而且，凹部110具有沿著探針導件11之外緣而連續形成之外緣部分、及與外緣部 分連通之內部部分。內部部分係於複數個導孔113之相互間之區域連續而配置成條(stripe)狀。
導孔113係與形成於晶圓200之被檢查體之電極焊墊之位置相對應而配置。因此，亦可將凹部110配置於與被檢查體及被檢查體之間之晶圓200之劃線(scribe line)相對應之探針導件11之位置。
以下，探討圖8中所示之探針導件11之凹座110之大小的例子。在將預壓設為50kgf以上時，將1atm設為大致1kgf/cm2，凹部110之尺寸為50cm2以上。此時，例如在探針導件11形成寬度3mm×長度1650mm的凹部110。凹部110之深度雖為任意的深度，但將凹部110之深度設為例如0.5mm以上。
若因探針導件11之破損等而導致凹部110與導孔113連通，就會有產生真空破壞之虞。因此，凹部110與導孔113之間隔較佳為凹部110之深度的程度以上。
(其他實施形態)
本發明已藉由實施形態記載如上，惟形成本揭示一部分之論述及圖式不應理解為用以限定本發明者。對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，當可從本揭示得知各種替代實施形態、實施例及運用技術。
例如，於上述內容中，係顯示出於上表面111配置有凹部110之探針導件11。然而，若為可藉由將探針基板12之通孔120之內部進行排氣而將探針導件11吸附於探針基板12者即可，亦可不於探針導件11配置凹部110。此時，係以使探針導件11不產生撓曲之方式，遍及探針基板12之第2面122之整個面而配置複數個通孔120之開口部。此時，係對應於所需之加壓之大小而設定通孔120之開口部之總面積。例如，在將預壓設為50kgf以上時，係與上述凹 部110之尺寸同樣地，將第2面122中之通孔120之開口部之總面積設為50cm2以上。
如此，本發明當然包含此處未記載之各種實施形態等。因此，本發明之技術範圍係由上述說明中僅藉由妥當的申請專利範圍相關之發明特定事項而決定。
1:檢查系統
10:探針卡
11:探針導件
12:探針基板
13:搬送用凸緣
20:探針
30:測試頭
31:排氣裝置
32:導管
40:夾頭
50:真空片
110:凹部
120:通孔
121:第1面
122:第2面
200:晶圓
300:空腔
A:區域

Claims (7)

  1. 一種探針卡，係安裝有與被檢查體接觸之探針，且藉由真空吸附而連接於測試頭，該探針卡具備：
    探針導件，係保持前述探針；以及
    探針基板，係積層於前述探針導件，該探針基板具有與前述測試頭相對向之第1面及與前述探針導件相對向之第2面，且設置有自前述第1面貫通至前述第2面之通孔；且
    藉由真空吸附，在前述探針基板抵接於前述測試頭的狀態下將前述通孔之內部進行排氣，藉此使前述探針導件抵接於前述探針基板。
  2. 如請求項1所述之探針卡，其中，前述探針導件係具有：凹部，係配置於與前述探針基板相對向之前述探針導件之上表面；且
    於前述探針導件與前述探針基板積層之狀態下，前述凹部係配置於與形成於前述第2面之前述通孔之開口部連續之位置。
  3. 如請求項2所述之探針卡，其中，複數個前述凹部形成於前述探針導件之形成有導孔之區域之剩餘區域，該導孔係供前述探針貫通；且
    複數個前述凹部相互連通；
    前述凹部與前述導孔未連通。
  4. 如請求項3所述之探針卡，其中，複數個前述導孔於探針導件中配置成陣列狀，且前述凹部具有：
    外緣部分，係沿著前述探針導件之外緣而連續形成；以及，
    內部部分，係與前述外緣部分連通，且於複數個前述導孔之相互間之區域連續而配置。
  5. 如請求項1所述之探針卡，更具備：真空密封機構，將前述探針導件與前述探針基板之邊界與外部遮斷。
  6. 如請求項1所述之探針卡，其中，前述通孔係形成於：在前述探針基板抵接於前述測試頭時，形成於前述測試頭之內部的空洞部與前述通孔連通的場所。
  7. 一種檢查系統，係具備：
    請求項1至6中任一項所述之探針卡；以及
    前述測試頭，係具有排氣裝置；且
    前述排氣裝置係將前述通孔之內部進行排氣，藉由真空吸附而將前述探針導件及前述探針基板一體地連接於前述測試頭。
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