TWI276816B - Zero-point detecting method of probe pin and probe device - Google Patents

Description

1276816 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種更正確地檢測探針的零點檢測方法 及探針裝置。更具體而言，是關於一種可顯著地減輕檢查 時的探針與被檢查體的針壓的檢測探針的零點的方法及可 檢測零點的探針裝置。 【先前技術】 在製造半導體裝置的工程中，爲了檢查形成於晶圓上 的元件的電性特性使用著探針裝置。如第9 A，9 B圖所示 地，探針裝置是具備：搬運晶圓W的裝載室1，及檢查從 裝載室1所移動的晶圓W的電性特性的探測室2。裝載室1 是具備：晶盒收納部3 ;將晶圓W搬運至裝載室1的晶圓 搬運機構4 ;及在晶圓搬運機構4搬運晶圓W的過程，以 晶圓W的定向平面或凹槽作爲基準來預先對準晶圓〜的 輔助夾具5。 探測室2是具備：用以載置晶圓搬運機構4將預先對準 的晶圓W從裝載室1所移動的晶圓w的載置台6 ;將載置 台6朝X，Y方向及Z方向移動的移動機構7;配置於載置 台6上方的探針卡8 ;以及正確對位探針卡8的複數探針8 A 與載置台6上的晶圓W的複數墊片的對位機構（對準機構）9 。對準機構9是具備：安裝於對準橋9A且攝影晶圓 W所 用的上部攝影機9B，及附設於載置台6且攝影探針8A的下 部攝影機9C。對準橋路9A是依照一對導軌9D可從探測室 -5- 1276816 (2) 2的正面內深部移動至中央的探針中心。利用控制該移動 ，即可將晶圓W的電極墊片對準於探針8A。 如第9A圖所示地，在探測室2的頭板2A上配置有測 試頭T成爲可迴旋狀態。測試頭T與探針卡8是經由性板（ 未圖示）電性地連接。來自測試器Te的檢查用信號是經由 測試頭T及性能板被發送至探針8A，而從探針8A施加於 晶圓W的電極墊片。依據該檢查用信號，測試器Te檢查 被形成於晶圓W上的複數元件的電性特性。 晶圓W與探針8 A的對準是使用先前公知的方法可進 行。亦即，X-Y工作台7利用朝X、Y方向移動載置台6， 使得附設於載置台6的下部攝影機9C到達所定探針8A的 正下方。利用昇降載置台6，下部攝影機9 C攝到所定探針 8A的針頭。由此時的載置台6的位置，算出探針8A針頭 的X，Y及Z的位置座標。然後，利用對準橋路9A進出 於探針中心，使上部攝影機9B與下部攝影機9C的光軸一 致。在該位置下，利用上部攝影機9B攝到晶圓W上的所 定電極墊片，算出電極墊片的X，Y及Z的位置座標。由 以上，完成晶圓W上的電極墊片與所定探針8A的對準。 完成對準之後，檢查形成於晶圓 W上的元件的電性 特性的工程如下地說明。載置台6上昇至事先設定的Z方 向設定位置（以下，稱爲「Z方向對準位置」）。利用過激 晶圓W，所定針壓從探針8A施加於晶圓W上的電極墊片 。探針8A與電極墊片電性地導通。在該狀態中，測試器 Te是檢查元件的電性特性。檢查後，載置台6是下降，完 -6- 1276816 (3) 成該元件的檢查。晶圓W上的下一元件的電性特性，利 用重複上述工程進行檢查。 先前的探測裝置是如上述地可正確地進行X，y方向 的對準。但是，很難以高精度接觸晶圓 W與探針8A。亦 即，利用下部攝影機9 C由正下方攝到探針8 A的針頭，檢 測探針8A的針頭與晶圓W的電極墊片間的距離。但是， 很難正確地檢測該距離，會產生誤差。所以，依據該距離 很難正確地求出探針8 A與晶圓W幾乎沒有針壓的狀態（過 激量=0)下接觸的位置（以下，稱爲「零點」）。例如第5A 圖是表示上昇的載置台6的Z方向對準位置對於零點僅不 足尺寸6 !的狀態。在該狀態下，晶圓W的電極墊片P是 未接觸於探針。相反地，第5B圖是表示載置台6的Z方向 對準位置比零點僅過度上昇尺寸（5 2的狀態。在該狀態下 ’在探針8A與電極墊片P間作用過度針壓。所以，先前 操作人員依據其經驗與直感來設定每一探針裝置自z方向 對準位置一直到零點的誤差。 在日本特開平4-3407 3 4號公報（段落[001 3]的第1行至 第6行）所述的探針裝置中，探針是否接觸於九塊（元件）的 電極的判斷，是如下述地實施。亦即，電壓施加於特定的 兩支探針。將此些特定的探針接近於以鋁等金屬層所覆蓋 的被檢查體的電極表面。當兩支探針接觸於電極表面時， 電流流在兩支探針間。利用測定該電流，探針檢測出與電 極接觸的位置。 如此地’在上述日本特開平4-3407 34號公報所述的探 1276816 (4) 針裝置中，依據元件的電極與探針相接觸時檢出流在 探針的電流，來判斷兀件的電極與採針相接觸的情形 是，在電極表面形成有自然氧化膜等的氧化膜（電性 體）之故，因而在僅探針接觸於電極表面的狀態下， 不會流在兩支探針間。爲了在兩支探針間流動電流， 將探針有力地推向電極。所以無法將電流流在兩支探 時的晶圓的位置使用作爲探針的零點。特別是，如最 當元件的配線層等的薄膜化，多層化有所進步，則檢 的針在有對於電極墊片或其底質層的損傷之虞。 【發明內容】 本發明是在於解決上述課題內的至少一種。本發 在於提供一種也可實現以更高精度檢測探針的零點， 想是確實地防止因檢查時的針壓對於元件的損傷的探 零點檢測方法及可檢測零點的探針裝置。 本案申請人在日本特願2002-322096中，提案一 用接觸具有金薄膜表面的晶圓（以下，稱爲「金晶圓 探針，檢測探針的接觸位置（零點）的方法。利用之後 究，判明了探針與金晶圓之接觸阻力比預想外地較ί 照第6圖）。結果，判明了接觸探針與金晶圓，欲檢測 ，至少需要以0.5 g/針左右的針壓將探針接觸於金晶圓 而，今後起因於元件的薄膜化，多層化，以及探針的 化等，成爲被要求以更低針壓（例如0.1 g/針以下）將探 觸於電極，則在金晶圓無法對應於此種低針壓化。 兩支 。但 絕緣 電流 必須 針間 近地 查時 明是 更理 針的 種利 )與 的硏 I (參 零點 。然 細線 針接 -8- 1276816 (5) 如此’本案申請人對於零點檢測板的導電性膜作各種 檢討。如第6圖所示地，藉由作爲導電性膜的材料使用還 原銅或與此相同程度的導電性金屬（例如銅合金，其他導 電性金屬）’可得到比金速低的接觸電阻，而得到可對應 於今後的低針壓化的見識。本發明是依據上述見識而創作 者。 依照本案發明第一觀點，提供一種屬於接觸載置於載 置台上的被檢查體的電極與探針，來檢查被檢查體的電性 特性的方法中，檢測被檢查體的電極表面接觸於探針的位 置爲零點的方法。該方法爲具備：加熱零點檢測板：（在 此零點檢測板的表面是以導電性材料所構成）；利用於該 零點檢測板接觸還原性氣體，還原零點檢測板的表面；將 該零點檢測板在還原性或惰性氣體環境中施以冷卻；以及 於該零點檢測板的表面接近探針，電性地檢測探針接觸於 該表面。 依照本案發明的第一觀點的方法，又具備下述（a)至 (d)內的任一種，或是組合此些內的任何複數較理想。 U)構成該零點檢測板的表面的導電性材料是銅。 (b) 零點檢測板是配置於附設在載置台的支持台上及 載置台的表面上的任一種。 (c) 零點檢測板的加熱，是使用電性加熱體及紅外線 燈內的至少一種所實施。 (d) 與零點檢測板接觸之前或是接觸中還原探針。 依照本案發明的第二觀點，提供一種屬於在接觸被檢 -9- 1276816 (8) P (第5 A圖）接觸探針8 A的狀態下，來檢查被檢查體W ’的 電性特性（第5B圖）。 如第1A圖，第1B圖及第2圖所示地，在載置台6附設 有支持台1 〇。該支持台1 〇的上面是與載置面同樣地水平較 理想。該支持台10是利用移動機構7及旋轉機構6B而與載 置台6—起朝X，Y，Z，0方向移動。在支持台10的上面 ，設有具導電性材料（如還原銅）的表面的零點檢測板1 1。 當探針卡8的兩支探針8 A接觸於該零點檢測板1 1，利用檢 測電流流在兩支探針8A間的現象，可檢測針頭的零點。 零點檢測板1 1是在發生不方便時可更換。 第7圖是表示零點檢測板1 1配置於載置台6上的表面 6 A的其他實施形態。在該實施形態中，零點檢測板i i以 外的其他構造及動作，是基本上與表示於第2圖的實施形 態相同。 又’第1 B圖是僅表示支持台1 〇及零點檢測板丨丨的動 作，而省略了載置台6。 零點檢測板1 1的表面的導電性膜材料是藉由如還原銅 的導電性金屬所形成者就沒有特別加以限制者。因此，零 點檢測板1 1本體是藉由還原銅或銅合金所形成者均可以， 又’如於矽基板的表面被覆還原銅或銅合金者也可以（以 下將還原銅或銅合金等的導電性金屬稱爲「銅」）。然而 ，銅是容易在大氣中形成氧化銅之故，因而經時性地失去 表面的導電性。 在本實施形態中，利用還原形成於零點檢測板n的還 -12- 12 1276816 (9) 原銅表面的氧化銅的表面，恢復成還原銅的狀態下使用 亦即，如第1 B圖所示地，設在支持台1 0內的加熱機構 是將零點檢測板1 1加熱至可還原零點檢測板1 1的溫度程 (如200至30(TC )較理想。加熱機構12的構造是並未特別 以限制者。加熱機構1 2是例如可使用紅外線燈或電阻發 體。 如第1A圖，第1 B圖所示地，在探測室2內，設有 還原性氣體（如含有氫氣.的氣體）接觸於零點檢測板的表 的氣體供給機構1 3較理想。從該氣體供給機構1 3，將還 性氣體噴在被加熱成還原溫度的零點檢測板1 1，俾還原 點檢測板1 1的氧化銅表面，還原性氣體中的氫氣體量， 沒有特別加以限制，惟氫氣濃度是在如4 %以內的防爆 圍內的濃度較理想。例如可使用含有如約3 %的氫氣的 成氣體。組成氣體是以如1至5 L /分的流量供給5至3 0分 較理想。又，爲了活性化氫氣，事先加熱氫氣加以供給 可以。使用大氣電漿裝置將氫氣加以電漿化的氫氣也可 〇 如第1 A圖，第1 B圖所示地，氣體供給機構1 3是可 備氣體供給源1 3 A，配管1 3 B，噴氣部1 3 C，流量控制 1 3 D及閥1 3 E。利用流量控制器1 3 D —面調節組成氣體 流量，一面從吹氣部1 3C將組成氣體噴向組成氣體，俾 原氧化銅的表面。爲了加熱或活性化氫氣，在配管上介 加熱機構也可以。 以下，一面參照第1 A圖至第3 C圖一面說明本發明 度 加 熱 將 面 原 零 並 範 組 鐘 也 以 具 器 的 還 設 的 -13- 1276816 (10) 探針的零點檢測方法的一實施形態。在檢查被檢查體之前 ’還原探針11的氧化銅表面。亦即，首先支持台1 〇內的加 熱機構1 2將零點檢測板1 1加熱至氧化銅的還原溫度程度（ 如3OOt )。在該期間附設於載置台6的支持台10是與載置 台6—起移動，如第1B圖所示地位於噴氣部13C正下方的 還原領域R。然後，打開氣體供給機構1 3的閥1 3E，利用 流量控制器13D以2L/分的流量朝零點檢測板11噴至零點 檢測板1 1。零點檢測板1 1是已經被加熱至氧化銅的還原溫 度程度之故，因而零點檢測板11表面的氧化銅是被還原。 利用將組成氣體如供給20分鐘，零點檢測板1 1表面的氧化 銅是完全地被還原，恢復導電性。然後，切斷對於加熱機 構1 2的通電，俾將零點檢測板1 1冷卻至如5(TC以下。確認 溫度是藉由被***在支持台10的溫度檢測手段112所進行 。又，該冷卻期間也流動組成氣體較理想。若爲再氧化來 進行的環境下，或是流動惰性氣體也可以。可知還原處理 的零點檢測板1 1是大約一小時左右的期間，可使用於零點 檢測所用。 然後，載置台6利用XY工作台7從還原領域R移動至 檢查領域Pr。如第3 A圖所示地，以對準機構9的下部攝影 機9 C檢測探針8 A。之後，將對準機構9的對準橋路移動至 探針卡8下方的探針中心之後，使得載置台6藉由移動機構 7朝XY方向。在該期間，如第3B圖所示地，以上部攝影 機9B在檢測支持台1 〇的時機上停止載置台6。 之後’後退對準橋路而回到原來位置。於探針卡8施 -14- 1276816 (11) 加電壓之狀態下，載置台6藉由昇降機構上昇至事先設定 的Z方向對準位置。探針卡8未達到z方向對準位置時， 操作人員操作控制裝置而上昇載置台6，如第3 C圖所示地 接觸零點檢測板1 1與探針8 A。在探針8 A的接觸電阻穩定 的時機’停止昇降驅動機構。將此時的載置台6的Z方向 的位置座標作爲探針8 A的針頭零點。 相反地，載置台6的Z方向對準位置超過零點時，則 探針8A間的接觸電阻會一下子降低。操作人員是徐徐地 下降載置台6，而在接觸電阻剛要成爲不穩定之前停止載 置台6。將這時候的位置座標作爲零點。 如上述地，探測零點之後，與習知同樣地從裝載室將 晶圓W搬運於探測室2內的載置台6上。在對準機構9進行 探針卡8與晶圓W的對準的狀態下，檢查晶圓w的電性特 性。這時候，在本實施形態下，高精度地檢測探針8A與 晶圓W上的被檢查體的電極墊片5所接觸的零點之故，因 而在零點可正確地接觸電極與探針8 A。結果，可將檢查 時的針壓與習知相比較可顯著地降低。 如以上說明地依照第一實施形態，與使用金晶圓時相 比較低的針壓可檢測探針8A的針頭零點。在檢查薄膜化 ，多層化的被檢查體之際，減輕探針8 A給予元件的損傷 ，可實施高可靠性的檢查。又，可高精度地管理過激晶圓 W之際的過激量。 之後，說明本發明的第二實施形態。在本實施形態中 ，如第4A圖，第4B圖所示地，可將表面藉由銅所形成的 -15· 1276816 (12) 銅晶圓使用作爲零點檢測板1 1 A °零點檢測板1 1 A是可被 收納在裝載室1內的收納部1 A (第8 A圖）°載置台6具備晶 圓W的高溫測試用加熱機構時’可將該加熱機構使用作 爲銅晶圓的還原用加熱機構。氣體供給機構1 3是與上述實 施形態同榡地可使用設於探測室2者。 說明第二實施形態的零點的檢測方法。從裝載室取出 零點檢測板1 1 A而載置於探測室內的載置台6上。利用載 置台6的電阻加熱機構1 2 A，將零點檢測板1 1 A加熱至可還 原氧化銅的溫度。使得載置台6移動，如第4A圖所示地使 得零點檢測板1 1 A位於噴氣部1 3 C的正下方。之後，與上 述實施形態同樣地，從氣體供給機構1 3將組成氣體以所定 流量藉由僅所定時間噴在零點檢測板1 1 A，俾還原零點檢 測板1 1的氧化銅。然後，切斷對於加熱機構1 2 A的通電， 將零點檢測板1 1 A冷卻至如5 0 °C以下。又，該冷卻之期間 也流動組成氣體較理想。在再氧化未進行的環境下也可以 ，而流動惰性氣體也可以。確認溫度是藉由***於載置台 6的溫度檢測手段1 1 2 A所進行。 之後，在探針卡8施加電壓之狀態下，載置台6從表示 於第1 A圖的還原領域r移動至探針卡正下方的檢查領域 Pr °在該狀態，利用載置台6上昇，俾接觸零點檢測板1 1 A 與探針卡8的探針。與上述實施形態同樣地檢測探針的零 點。檢測零點後，從載置台6將零點檢測板1 1 A搬運至裝 載室內的收納場所之後，與習知同樣地從晶盒將晶圓W 搬運至載置台6，進行晶圓w的電性特性檢查。 -16- 1276816 (13) 第三實施形態表示於第4 B圖。在表示於第4 B圖的實 施形態中，載置台6所具備的加熱機構1 2B是使用紅外線 燈。表示於第4B圖的第二實施形態是除了加熱機構1 2B 之外，是與表示於第4 A圖的實施形態作成同樣。 又，也可採用組合電阻加熱機構1 2 A，及紅外線燈加 熱機構12B。 說明第四實施形態。在本實施形態中，如第8 A圖所 示地，在裝載室內設有收納零點檢測板的收納零點檢測板 的收納部1 A。作爲零點檢測板1 1 A，可採用表示於第4 A 圖的銅晶圓。 如第8B圖所示地，可將用以加熱零點檢測板1 1 A的 電阻加熱機構1 2A配置於裝載室內（例如收納部1 A內）。同 樣地，如第8 C圖所示地加熱機構是燈1 2 B也可以。 還原性氣體供給機構1 3是可配置於收納部1 A上部。 如第8 A圖所示地，於收納部1 a內配置加熱機構及還 原性氣體供給機構時，在收納部1 A內，銅晶圓是被加熱 ’噴上還原性氣體，銅晶圓上的氧化銅表面是被還原，成 爲還原銅。將該狀態的銅晶圓從裝載室丨搬運至探測室2， 並載置於載置台上。利用該銅晶圓，與表示於第4A圖的 實施形態同樣地，可檢測零I占。 如以上說明地在上述實施形態的任一形態，均可高精 度地檢測探針卡8的探針的零點。 又’本發明是於上述於上述各實施形態並沒有任何限 制者。例如’在第一實施形態時，使用零點檢測板丨丨可檢 -17 - 1276816 (14) 測零點，及將晶圓搬運至載置台，是任一種先實施均可以 〇 又，在與零點檢測板接觸前或接觸中將氫氣噴至探針 而進行還原探針前端部的處理也可以。 依照本發明的實施形態，可高精度地檢測探針的零點 。甚至於可提供一種可確實地防止因檢查時的針壓對於元 件的損傷的探針的零點檢測方法及探針裝置。 【圖式簡單說明】 弟1A圖’弟1B圖是槪略地表不本發明的探針裝置的 一實施形態的主要部分的圖式。第1 A圖是表示其俯視圖 ;第1 B圖是表示其側視圖。 第2圖是表不圖不於第1圖的探針裝置的載置台，支持 台及探針卡的關係的立體圖。 第3A圖，第3B圖，第3C圖是表示用以說明本發明 的探針的零點檢測方法的一實施形態的說明圖。第3 A _ 是表示以下部攝影機檢測探針的狀態的圖式；第3 B Η胃 表示以上部攝影機檢測支持台的狀態的圖式；第3 C Β胃 表示接觸零點檢測板與探針以檢測零點的狀態的圖式。 弟4Α圖’弟4Β圖是槪略表不本發明的探針裝置的宜 他實施形態的主要部分的側視圖。 第5Α圖及第5Β圖是分別表示Ζ方向對準位置與探針 之關係的模式圖。 第6圖是表示比較金與銅的接觸電阻的圖表。 -18- 1276816 (15) 桌7圖疋表不在圖示於第i圖的探針裝置的載置台上載 - 置零點檢測板1 1的情形的立體圖。 - 第8A圖至第8C圖是表示於裝載室內設置收納零點檢 測板的收納部1 A的探針裝置的圖式。 第9A圖及第9B圖是表示習知的探針裝置的一例子的 圖式。第9 A圖是表示切割探測室的正面部分的前視圖’ 第9 B圖是表示探針裝置的內部的俯視圖。 [圖號說明] 1 :裝載室 2 =探測室 3 =晶盒收納部 4 :晶圓搬運機構 5 :輔助夾具 6 :載置台 7 :移動機構 · 8 :探針卡 8 A :探針 9 :對位機機構 9A :對準橋路 9B :上部攝影機 9C :下部攝影機 9D :導軌 1 〇 :支持台 -19- 1276816 (16) 1 1、1 1 A :零點檢測板 1 2 :加熱機構 1 3 :氣體供給機構 1 3 A :氣體供給源 1 3 B :配管 1 3 C :噴氣部 1 3 D :流量控制器

1 A :收納部 R :還原領域 P :電極 W :晶圓 W’ ：被檢查體 P r :檢查領域

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Claims (1)

1276816 (1) 拾、申請專利範圍 第93 1 041 02號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國95年8月2日修正 1. 一種探針的零點檢測方法’屬於接觸載置於載置台 上的被檢查體的電極與探針’來檢查被檢查體的電性特性 的方法中，檢測被檢查體的電極表面接觸於探針的位置爲 零點的方法，其特徵爲具備： 加熱零點檢測板：在此零點檢測板的表面是以導電性 材料所構成； 利用於該零點檢測板接觸還原性氣體，還原零點檢測 板的表面； 將該零點檢測板在還原性或惰性氣體環境中施以冷卻 :以及 於該零點檢測板的表面接近探針，電性地檢測探針接 觸於該表面。 2. 如申請專利範圍第1項所述的零點檢測方法，其中 ，構成該零點檢測板的表面的導電性材料是銅。 3 .如申請專利範圍第1項所述的零點檢測方法，其中 ，零點檢測板是配置於附設在載置台的支持台及載置台的 表面上的任一種。 4 ·如申請專利範圍第1項所述的零點檢測方法，其中 ，零點檢測板的加熱，是使用電性加熱體及紅外線燈內的 至少一種所實施。 1276816 (2) 5 ·如申請專利範圍第1項所述的零點檢測方法，其中 ，又具備與零點檢測板接觸之前或是接觸中還原探針。 6 · —種探針裝置，屬於在接觸被檢查體的電極與探針 的狀態下，檢查被檢查體的電性特性的探針裝置，其特徵 爲具備： 載置台，載置台是載置被檢查體； 探針卡，該探針卡是具有複數探針，而相對向配置於 載置台； 零點檢測板；在此，零點檢測板的表面是以導電性材 料所構成’零點檢測板是使用於用以檢測被檢查體的電極 表面接觸於探針的位置爲零點； 加熱零點檢測板的加熱機構；以及 構成於零點檢測板接觸還原性氣體的還原性氣體供給 機構。 7 ·如申請專利範圍第6項所述的探針裝置，其中，構 成該零點檢測板的表面的導電性材料是銅。 8 ·如申請專利範圍第6項所述的探針裝置，其中，零 點檢測板是配置於附設在載置台的支持台及載置台的表面 上的任一種。 9 ·如申請專利範圍第6項所述的探針裝置，其中，又 具有將還原氣體接觸於探針的還原性氣體供給機構。 10.—種探針裝置，屬於在接觸被檢查體的電極與探 針的狀態下，檢查被檢查體的電性特性的探針裝置，其特 徵爲具備：裝載室，該裝載室是具有收納部； -2- 1276816 (3) 探測室； 配置於探測室內的載置台，該載置台是載置被檢查體 9 配置於探測室內的探針卡，該探針卡是具備複數探針 之同時，相對向配置於載置台； 配置於探測室內的用以載置零點檢測板的載置部’在 此，零點檢測板是使用於用以檢測被檢查體的電極表面接 觸於探針的位置爲零點，零點檢測板的表面是以導電性材 料所構成； 配置於裝載室內的零點檢測板，在此，零點檢測板是 配置於設在裝載室內的收納部內； 構成加熱零點檢測板的加熱機構； 構成將還原性氣體接觸於零點檢測板的還原性氣體供 給機構； 在此，加熱機構及還原性氣體供給機構是配置於裝載 室內及探測室內的至少任一室內。 11. 如申請專利範圍第10項所述的探針裝置，其中， 構成該零點檢測板的表面的導電性材料是銅。 12. 如申請專利範圍第10項所述的探針裝置，其中， 該加熱機構是具備紅外線燈及電阻加熱機構內的至少一種 I3·如申請專利範圍第10項所述的探針裝置，其中， 又具有將還原性氣體接觸於探針的還原性氣體供給機構。