TWI656350B - 探測站 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於一齊碰觸之簡易構成的探測站。本發明構成為包含：晶圓台，於搭載面上搭載半導體晶圓；探針卡；平面微小移動機構；及光學系統單元。探針卡係與晶圓台大致相同大小，並具有：電極，可碰觸半導體晶圓上形成的全部晶片之電極。平面微小移動機構，使晶圓台的搭載面在包含該搭載面的平面內，以將半導體晶圓搭載至晶圓台之際的平面位置偏差之精度大小進行移動。光學系統單元於晶圓台的定位之際，配置於探針卡與晶圓台之間，分別拍攝半導體晶圓之電極與探針卡之電極。

Description

探測站

本發明係關於探測站。

近年來，在各種場面中，會尋求將大量資料加以保存、整理、活用，並利用半導體記憶體作為其主要的記憶媒體。半導體記憶體係形成於將微小圖案加以描繪、曝光的半導體晶片上，並經過電特性測試而封入於封裝體。半導體晶片係多數地形成於1片半導體晶圓。在電特性測試中，係使用一種探測站，將探針卡所具有的電極碰觸至半導體晶片所具有的電極（例如參照專利文獻1或2）。

就降低半導體記憶體的單價而言，以下方法為有效：將形成於半導體晶片的配線圖案微縮化，或者加大半導體晶圓的直徑，提高從一片半導體晶圓所能取出的半導體晶片數量。又，以下方法亦為有效：藉由同時進行多數之半導體晶片的量測而縮短電特性測試之時間，就結果而言提高同時間所能取出的半導體晶片數量。

有鑒於此種狀況，各半導體廠家，近年來進行半導體晶圓的大口徑化與半導體晶片的多數同時量測化。就此種多數同時量測的最有效率手法而言，有下述手法：一齊碰觸，使探針卡的電極接觸至半導體晶圓整面的半導體晶片。

此外，使用習知的探測站一齊碰觸半導體晶圓上形成的全部半導體晶片之際，係於進行探針卡與半導體晶圓的對準位置的對齊之後，一次性使探針卡至既定位置，即所謂的步進移動。

在此，習知的探測站係於此前提下開發：於進行多數之半導體晶片的同時量測當下，移動半導體晶圓上多數形成的半導體晶片之晶片尺寸的整數倍之距離，並且分成多次進行電特性之量測。因此，在習知的探測站中，在以1晶片為單位之量測為基本之情況下，係保持著進行步進移動的機構性行程。例如，在12吋晶圓對應機種中，XY軸均最低須要300mm的行程。而且在此行程全域中均須為高精度。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］

專利文獻1：日本特開2006－339196號公報 專利文獻2：日本特開2007－095753號公報

［發明所欲解決之問題］

然而，伴隨著半導體晶圓的大口徑化，移動晶片尺寸之整數倍距離的機構，以及在進行多數之半導體晶片之同時量測當下所要求的精度及剛性，近年來飛躍性地提高。在習知的探測站，為了對應探針卡自半導體晶圓的中心位置偏差，亦即偏移而進行碰觸所產生的垂直方向之偏荷載所致的力矩，必須使用具有特別構成的Z軸，或非常高剛性的導引機構。

因此，探測站之設計及製造上，困難度漸增。

本發明有鑒於上述問題點而成，本發明之目的在於提供一種簡易構成的探測站，用於一齊碰觸半導體晶圓上形成的全部晶片之電極。 ［解決問題之技術手段］

為達成上述目的，本發明之量測半導體晶圓的電特性之探測站購成為包含：晶圓台，於搭載面上搭載半導體晶圓；探針卡；平面微小移動機構；以及光學系統單元。

探針卡係與晶圓台大致相同大小，並具有：電極，可碰觸半導體晶圓上形成的全部晶片之電極。平面微小移動機構，使晶圓台的搭載面在包含該搭載面的平面內，以將半導體晶圓搭載至晶圓台之際的平面位置偏差之精度大小進行移動。光學系統單元於晶圓台的定位之際，配置於探針卡與晶圓台之間，分別拍攝半導體晶圓之電極與探針卡之電極。 ［發明之功效］

依據本發明之探測站，其包含：探針卡，與晶圓台大致相同大小並具有電極，該電極可碰觸半導體晶圓上形成的全部晶片之電極；且目的在於一齊碰觸半導體晶圓上形成的全部晶片之電極。因此，在進行探針卡與晶圓台之對準位置的對齊之後，可在不進行「步進移動」下進行半導體晶圓之電極與探針卡之電極之碰觸。

藉此，平面微小移動機構就移動將半導體晶圓搭載至晶圓台之際所可能發生的偏差在平面內對準位置所需的充分量即可，不必有習知的探測站為了「步進移動」所須的行程。

又，在本發明之探測站中，探針卡與半導體晶圓必定僅在所決定的位置進行碰觸，故不會在Z軸產生不要的力矩。所以，對於垂直荷載的適洽設計與製造為容易。

［實施發明之較佳形態］

以下，參照圖式說明本發明之實施形態，但各構成元件的形狀、大小及配置關係，僅係概略性顯示為能將本發明加以理解的程度。另，有時亦省略構成元件的一部分圖示及說明。

又，以下，說明本發明的較佳構成例，但僅係較佳例。所以，本發明並非限定於以下實施形態，能在不脫離本發明構成範圍，進行能夠達成本發明效果的許多變更或變形。

以下參照圖1說明本發明之探測站。圖1係說明本發明之探測站。圖1（A）係從側面觀察探測站的示意圖，圖1（B）係說明探測站所具有的平面微小移動機構的一構成例，且係從外頂面觀察的示意圖。

本發明之探測站例如構成為包含：測試頭10；效能板20；探針卡30；晶圓台60；壓力感測器80；Z軸移動機構90；平面微小移動機構70；及光學單元40。

測試頭10於進行電特性測試之際，響應來自外部的指示，將試驗信號送至半導體晶圓50，並進行對於半導體晶圓50所輸出的響應信號之評估。

效能板20係設於測試頭10與探針卡30之間。測試頭10與探針卡30之間的信號傳送係經由效能板20而進行。

探針卡30具有：電極（或探測銷、探針），可碰觸至半導體晶圓50上形成的全部半導體晶片所具有之電極。因此，探針卡30具有至少與半導體晶圓50大致相同大小的口徑。設於探針卡30的電極之數量有時亦為20,000以上。

晶圓台60於其搭載面上搭載半導體晶圓50。因此，晶圓台60之口徑稍大於半導體晶圓50之口徑。在此，將包含晶圓台60之搭載面的平面定為XY平面，並將與其正交之軸定為Z軸來說明。

光學單元40於晶圓台60在XY平面內之微小移動，亦即定位之際，配置於探針卡30與晶圓台60之間。此光學單元40構成為具備：上下視野光學系統，係利用上下視野光學顯微鏡，能同時拍攝半導體晶圓50所具有之電極以及與其對應之探針卡30所具有之電極。就一例而言，光學單元40能使用相機等拍攝機構42與稜鏡44來構成。

在習知的探測站中，就進行探針卡與半導體晶圓之定位的拍攝機構而言，係分別準備觀看上方的探針卡對齊用光學系統與觀看下方的晶圓對齊用光學系統，並使用進行光學系統間之位置修正的參數來進行定位。

在習知的探測站中，探針卡對齊用光學系統必須與晶圓台共同地移動。所以，為了確認與晶圓對齊用光學系統之相互位置關係，兩光學系統之光軸為一致的位置通常亦必須包含在移動範圍之中。因此，習知的探測站必須能以比與晶圓口徑對應的行程更大的行程進行移動。

相對於此，若使用包含上下視野光學系統的光學單元40進行定位，則無須多數之光學系統間的位置修正，能容易地進行XY平面內的定位。再者，習知的探測站所必要的移動行程之擴展亦成為不必要。

XY平面內的定位係藉由下述方式進行：平面微小移動機構70根據光學單元40拍攝的結果，使晶圓台60在XY平面內微小移動。

平面微小移動機構70藉由例如具有X1、X2、Y1、Y2這4個驅動軸的4軸平台而達成。若使X1驅動軸74a與X2驅動軸74b往相同方向移動，則晶圓台60沿著X軸移動。亦即，以X1驅動軸74a與X2驅動軸74b作為使晶圓台60沿著X軸移動的X驅動軸而發揮功能。

同樣地，若使Y1驅動軸76a與Y2驅動軸76b往相同方向移動，則晶圓台60沿著Y軸移動。亦即，以Y1驅動軸76a與Y2驅動軸76b作為使晶圓台60沿著Y軸移動的Y驅動軸而發揮功能。

若適當設定X1、X2、Y1、Y2這4個驅動軸的移動量，則會往旋轉方向移動。亦即，X1、X2、Y1、Y2這4個驅動軸作為θ驅動軸而發揮功能。

另，X1、X2、Y1、Y2這4個驅動軸的移動量，亦即，在4軸平台的移動量為數mm左右即為充足，其能修正將半導體晶圓50搭載至晶圓台60之際的機械人等者之搬運所致的位置偏差。如此，平面微小移動機構70宜為使用在一平面進行XYθ的驅動等如下平台來構成：將全體以纖薄的厚度構成，並藉以容易確保剛性者。

在習知的探測站中，在為了碰觸半導體晶圓全域的移動量及為了對齊光學系統的移動量以外，還在其全域中要求數μm左右的定位精度。相對於此，在本發明的探測站中，所要求的移動量在將半導體晶圓載置至平台的機械人等者之搬運精度左右（數mm左右）即為充足，能使其為更加簡易的構成。再加上，本發明的探測站中的平面微小移動機構70的移動量，不取決於對象半導體晶圓的大小。

另，在此，係說明平面微小移動機構70利用具有4個驅動軸的4軸平台來構成之例，但不限定於此。只要使用具有在機械人等者之搬運精度左右的移動量與具有數μm左右的定位精度之恰當機構即可。亦可使用以X軸、Y軸及θ軸作為驅動軸的平台或以U軸、V軸及W軸作為驅動軸的平台來代替4軸平台。

Z軸移動機構90使晶圓台60往與搭載面正交的方向，亦即，往Z軸方向移動。Z軸移動機構90可構成為例如包含：驅動用的電動機；以及螺桿，藉由電動機之動作而上下。

Z軸移動機構90在探針卡30與晶圓台60的XY平面內之定位完畢的狀態下使晶圓台60移動，使探針卡30與半導體晶圓50碰觸。Z軸移動機構90之軸的驅動部安裝有荷重元（load cell）等壓力感測器80。例如，半導體晶圓50全體包含20,000個電極，每單位電極以10g接觸壓進行碰觸之情形，Z軸移動機構90施加於驅動軸的荷載，亦即半導體晶圓50全體的碰觸壓，約為2000N。所以，壓力感測器80量測此碰觸壓之結果若係碰觸壓成為了既定值（在此為約2000N），則可認為探針卡30之電極與半導體晶圓50之電極充分地碰觸。

另，在對齊完畢之後進入探測之前，使光學單元40退避至即使晶圓台沿Z軸上昇亦不產生干渉的位置。

（其他構成例） 在現行的探測站中，因為晶圓台之XY平面內的移動量大，所以與上述構成例同樣地將測試頭配置於上側，將探針卡配置為朝下。

然而，有時測試頭會成為長寬高分別1m左右的大尺寸，重量亦將近1t。因為在探針卡更換或測試頭單元保養之際，必須翻轉測試頭而移動至地面側，所以必須有翻轉測試頭的機構，裝置的設置面積還有設置重量均變大。

相對於此，在上述構成例中，晶圓台60之XY平面內的移動量小。其結果，能使晶圓台60、平面微小移動機構70及Z軸移動機構90結構上小型化，其結果，重量亦輕於測試頭10達數百kg。

所以，探測站不僅為自地面側依序包含Z軸移動機構90、壓力感測器80、平面微小移動機構70、晶圓台60、探針卡30、效能板20及測試頭10的構成，還能使其為上下翻轉的狀態。亦即，能將測試頭10設置於地面側。此時，探測站構成為自地面側起依序包含：測試頭10、效能板20、探針卡30、晶圓台60、平面微小移動機構70、壓力感測器80及Z軸移動機構90。此時，探針卡30以電極成為上側的方式配置為朝上，於量測之際，使晶圓台60向下移動，使半導體晶圓50自上側接觸至探針卡30。

依據此構成，無須使測試頭10翻轉的大型機構，能使其為簡約的構造。

10…測試頭 20…效能板 30…探針卡 40…光學單元 42…拍攝機構 44…稜鏡 50…半導體晶圓 60…晶圓台 70…平面微小移動機構（對齊平台） 74a…X1驅動軸 74b…X2驅動軸 76a…Y1驅動軸 76b…Y2驅動軸 80…壓力感測器 90…Z軸移動機構

［圖1］（A）、（B）係用於說明本發明之探測站。

Claims (3)

1. 一種探測站，係量測半導體晶圓之電特性，其特徵在於，包含：晶圓台，於搭載面上搭載半導體晶圓；探針卡，與該晶圓台大致相同大小，並具有電極，該電極可碰觸該半導體晶圓上形成的全部晶片之電極；以及光學系統單元，於該晶圓台的定位之際，配置於該探針卡與該晶圓台之間，分別拍攝該半導體晶圓之電極與該探針卡之電極；且就該晶圓台的平面移動機構而言，僅包含如下機構：平面微小移動機構，使該搭載面在包含該晶圓台之該搭載面的平面內，以最大為將該半導體晶圓搭載至該晶圓台之際的平面位置偏差之精度大小進行移動；且該平面微小移動機構係在一平面進行XYθ之驅動，並利用具有X1、X2、Y1、Y2這4個驅動軸的4軸平台、以X軸、Y軸及θ軸作為驅動軸的XYθ平台、或以U軸、V軸及W軸作為驅動軸的UVW平台來構成，該光學系統單元構成為包含由1組之拍攝機構與稜鏡所構成的上下視野光學系統。
2. 如申請專利範圍第1項之探測站，其中，更包含：Z軸移動機構，使該晶圓台往與該搭載面正交的方向移動；以及壓力感測器，安裝於該Z軸移動機構，量測該半導體晶圓與該探針卡之碰觸壓。
3. 如申請專利範圍第1或2項之探測站，其中，該探針卡配置為朝上，並使該晶圓台向下移動而使該半導體晶圓接觸至該探針卡。