CN100446207C - 探针的零点检测方法及探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的零点检测方法在使载置台(6)上的被检查体W’和探测卡(8)的探针8A接触、进行晶片W的电特性检查之前实施。零点检测板(11)的表面由导电性材料(例如，铜)构成。零点检测板用于检测为被检查体的表面与探针接触的位置的零点。零点检测板包括：加热零点检测板(11)、向零点检测板(11)吹送还原性气体以将其表面的铜的氧化物还原、在还原气体气氛中将还原后的零点检测板(11)冷却、使零点检测板(11)上升以使其表面与探针(8A)接触、利用电检测来检测该接触。

Description

探针的零点检测方法及探测装置
技术领域
本发明涉及更正确地检测探针的零点的方法及探测装置。特别涉及能够大幅度减轻检查时的探针和被检查体的针压的检测探针的零点的方法及能够检测出零点的探测装置。
技术背景
在制造半导体装置的工序中，为了检测形成在晶片上的设备的电特性使用检测装置。例如如图9A、B所示，检测装置具备：传送晶片W的装载室1、检查从装载室1移动的晶片W的电特性的探测室2。装载室1具备：盒式收纳部3、将晶片W传送到装载室1的晶片传送机构4、在晶片传送机构4传送晶片W的过程中以晶片W的标记(オリフヲ)或者切口为基准对晶片W进行预定位的辅助卡盘5。
探测室2具备：用于载置晶片传送机构4使被预先定位的晶片W从装载室1移动的晶片W的载置台6、使载置台6沿X、Y方向及Z方向移动的移动机构7、配置在载置台6的上方的探测卡8、使探测卡8的多个探针8A和载置台6上的晶片W的多个电极垫片正确地对准位置的位置对准机构(定位机构)9。定位机构9具备：安装在定位桥9A上且用于对晶片W进行摄像的上摄像机9B、安装在载置台6上且对探针8A进行摄像的下摄像机9C。定位桥9A可以沿一对导轨9D从探测室2的正面里侧移动到中央的探测中心。通过控制该移动将晶片W的电极垫片定位在探针8A处。
如图9A所示，在探测室2的顶板2A上配置有测试头T，该测试头T可以转动。测试头T和探测卡8通过功能板(图中未示出)电连接。来自测试器Te的检查用信号通过测试头T以及功能板发送到探针8A，从探针8A施加在晶片W的电极垫片上。测试器Te根据该检查用信号检查形成在晶片W上的多个设备的电特性。
晶片W和探针8A的定位可以使用现有的公知方法进行。即，通过X-Y台7使载置台6沿X、Y方向移动，安装在载置台6上的下摄像机9C到达规定的探针8A的正下方。通过使载置台6升降，下摄像机9C对规定的探针8A的针尖摄像。根据这时的载置台6的位置计算出探针8的针尖的X、Y及Z的位置坐标。接下来，通过定位桥9A进出探测中心，使上摄像机9B和下摄像机9C的光轴一致。通过在该位置上摄像机9B对晶片W上的规定电极垫片进行摄像，计算出电极垫片的X、Y及Z的位置坐标。通过以上步骤，晶片W上的电极垫片和规定的探针8的定位结束。
以下对定位结束后检查形成在晶片W上的设备的电特性的工序进行说明。载置台6上升到预先设定的Z方向的设定位置(以下称为「Z方向定位位置」)。通过使晶片W过驱动使规定的针压从探针8施加在晶片W上的电极垫片上。探针8A和电极垫片电导通。在该状态下，测试器Te检查设备的电特性。检查后，载置台6下降，该设备的检查结束。通过反复进行上述工序，检查晶片W上的下一个设备的电特性。
现有的探测装置可以如以上所述正确地进行X、Y方向的定位。但是，很难使晶片W和探针8A高精度地接触。即，通过利用下摄像机9C从正下方对探针8A的针尖进行摄像，来检测探针8A的针尖和晶片W的电极垫片间的距离。但是，要正确地检测出该距离是很难的，有时会产生误差。因此，根据该距离正确地求出探针8A和晶片W在几乎没有针压的状态(过驱动量＝0)下接触的位置(以下称为「零点」)是困难的。例如，图5A表示上升的载置台6的Z方向定位位置相对零点不足尺寸δ1的状态。在该状态下，晶片W的电极垫片P没有与探针接触。反过来，图5B表示载置台6的Z方向定位位置上升超过零点尺寸δ2的状态。在该状态下，在探针8A和电极垫片P之间产生过大的针压。因此，已往操作员按探测装置根据经验和直觉设定从Z方向定位位置到零点的误差。
在记载在日本特开平4-340734号公报(段落[0013]的第1行～第6行)的探测装置中，如下述那样实施探针(探测针)是否与圆片(设备)的电极接触的判断。即，在特定的2根探针之间施加电压。使这些特定的探针接近被铝等金属层覆盖的被检查体的电极表面。在2根探针与电极表面接触时，在2根探针之间流过电流。通过测定该电流，来检测探针与电极接触的位置。
这样，在记载在上述日本特开平4-340734号公报中的探测装置中，在设备的电极和探针接触时，根据检测出流过2根探针之间的电流判断设备的电极和探针已经接触。但是，由于在电极表面能够形成自然氧化膜等氧化膜(电绝缘体)，在探针单纯地与电极表面接触的状态下，在2根探针之间没有电流流过。为了在2根探针之间流过电流必须将探针强压在电极上。因此，不能将在2根探针之间流过电流时的晶片的位置作为探针的零点使用。特别是，如最近设备的配线层等薄膜化、多层化后，检查时的针压有可能给电极垫片或其基底层带来损伤。
发明内容
本发明要解决上述课题中的至少一个。本发明的目的在于提供一种探针的零点检测方法及能够检测零点的探测装置，该方法及装置能够实现以更高的精度检测出探针的零点，进一步，可以可靠防止由于检查时的针压给设备带来的损伤。
本申请人在日本发明申请2002-322096(特开2004156984)中曾经提出通过使具有金属薄膜表面的晶片(以下称为「金属晶片」)和探针接触来检测探针的接触位置(零点)的方法。通过以后的研究判明探针和金属晶片的接触电阻预想以上的高(参照图6)。其结果判明，要使探针和金属晶片接触并检测出零点至少需要使探针以0.5g/针左右的针压与金属晶片接触。但是，今后由于设备的薄膜化、多层化、进一步探针的细线化等原因，如果要求使探针以更低的针压(例如，0.1g/针以下)与电极接触，对于金属晶片来说则不能与这样的低针压化对应。
因此，本申请人对零点检测板的导电性膜进行了种种研究。如图6所示，通过使用还原铜或与此相当的导电性金属(例如，铜合金、其它导电性金属)作为导电性膜的材料，可以得到比金更低的接触电阻，得到能够与将来的低针压化对应的见解。本发明是在上述见解的基础上而做出的。
根据本发明的第1观点，在使载置在载置台上的被检查体的电极与探针接触并检查被检查体的电特性的方法中，提供检测被检查体的电极表面与探针接触的位置的零点的方法。该方法包括：加热零点检测板(零点检测板的表面由导电性材料构成)的步骤、通过使还原性气体与该零点检测板接触来还原零点检测板的表面的步骤、在还原性气体或惰性气体的气氛中冷却该零点检测板的步骤、使探针与该零点检测板的表面接近，利用电检测来检测出探针已与该表面接触的步骤。
遵从本发明的第1观点的方法最好进一步具备下述(a)～(d)中的任何一个或者使其中任何几个的组合。
(a)构成该零点检测板的表面的导电性材料为铜。
(b)零点检测板配置在附设于载置台上的支撑台上和载置台的表面上的任意一方。
(c)零点检测板的加热使用电加热体和红外线灯中的至少一方来实施。
(d)在与零点检测板接触之前或者在接触中使探针还原。
按照本发明的第2个观点，提供在使被检测体的电极和探针接触的状态下检查被检查体的电特性的探测装置。该探测装置具备：载置台(载置台载置被检查体)；探测卡(该探测卡具有多个探针，与载置台相对配置)；零点检测板(零点检测板的表面由导电性材料构成，零点检测板用于检测被检查体的电极表面与探针接触的位置的零点)；加热零点检测板的加热机构；用于使还原性气体与零点检测板接触的还原性气体供给机构。
遵从本发明的第2观点的探测装置最好进一步具备下述(e)～(g)中的任何一个或者使其中任何几个的组合。
(e)构成该零点检测板的表面的导电性材料为铜。
(f)零点检测板配置在附设于载置台上的支撑台上和载置台的表面上的任意一方。
(g)使还原性气体与探针接触的还原性气体供给机构。
按照本发明的第3观点，提供在使被检测体的电极和探针接触的状态下检查被检查体的电特性的探测装置。该探测装置具备：装载室(该装载室具有收纳部)；探测室；配置在探测室内的载置台(该载置台载置被检查体)；配置在探测室内的检测卡(该检测卡具备多个探针并与载置台相对配置)；配置在探测室内用于载置零点检测板的载置部(零点检测板用于检测为被检查体的电极表面与探针接触的位置的零点，零点检测板的表面由导电性材料构成)；配置在装载室内的零点检测板(零点检测板配置在设于装载室内的收纳部内)；为加热零点检测板而构成的加热机构；用于使还原性气体与零点检测板接触的还原性气体供给机构(加热机构和还原性气体供给机构配置在装载室内和探测室内的至少一方的室内)。
遵从本发明的第3观点的探测装置最好进一步具备下述(h)～(j)中的任何一个或者使其中任何几个的组合。
(h)构成该零点检测装置的表面的导电性材料为铜。
(i)该加热机构具备红外线灯和电阻加热机构中的至少一方。
(j)使还原性气体与探针接触的还原性气体供给机构。
附图说明
图1A、1B是示意地表示本发明的探测装置的一实施例的主要部分的图。
图2是表示图1所示的探测装置的载置台、支撑台及探测卡的关系的立体图。
图3A、3B、3C是用于说明本发明的探针的零点检测方法的一实施例的说明图。图3A是表示以下摄像机检测探针的状态的图，图3B是表示以上摄像机检测支撑台的状态的图，图3C是表示使零点检测板和探针接触并检测零点的状态的图。
图4A、4B是示意地表示本发明的探测装置的其它实施例的主要部分的侧视图。
图5A、5B分别是表示Z方向定位位置和探针的关系的示意图。
图6是比较金和铜的接触电阻并进行表示的图表。
图7是表示将零点检测板11载置在图1所示的探测装置的载置台上的实例的立体图。
图8A、8B、8C是表示在装载室内设置收纳零点检测板的收纳部1A的探测装置的图。
图9A、9B是表示现有的探测装置的一例的图。图9A是剖开探测室的正面部分并进行表示的图。图9B是表示探测装置的内部的平面图。
具体实施方式
以下，根据图1A～图5B所示的第1实施例，对于与现有技术相同或相当的部分付与相同的符号，以本发明的特征为中心进行说明。
如图1A、1B、图2所示，除了在探测室2内具有零点检测板11及还原机构(12、13)以外，以现有的探测装置为基准而构成。即，探测室2具备：载置晶片W并沿水平方向及上下方向移动的载置台6、使该载置台6向X、Y、Z方向移动的移动机构7、使载置台向θ方向移动的旋转机构6B、配置在这些载置台的上方并具有多个探针8A的探测卡8。在探测室2，与现有技术同样，在使探针8A与晶片W上的被检查体(例如，设备)W’的电极P(图5A)接触的状态下，检查被检查体W’的电特性(图5B)。
如图1A、1B、图2所示，支撑台10付设在载置台6上。该支撑台10的上表面最好与载置台6的载置面同样呈水平状态。该支撑台10通过移动机构7及旋转机构6B与载置台6一起沿X、Y、Z、θ方向移动。在支撑台10的上面设置具有导电性材料(例如，还原铜)的表面的零点检测板11。探测卡8的2根探针8A与该零点检测板11接触后，在2根探针8A之间有电流流过，通过检测出这一现象，可以检测出针尖的零点。在零点检测板11发生故障时可以进行更换。
图7表示将零点检测板11配置在载置台6上的表面6A的其它实施例。在该实施例中，零点检测板11以外的其它构造及动作与图2所示的实施例基本相同。
另外，图1B只表示了支撑台10及零点检测板11的动作，省略了载置台6。
零点检测板11的表面的导电性膜的材料只要是由与还原铜类似的导电性金属形成的，则没有特别限制。因此，可以是零点检测板11自身由还原铜或铜合金形成的，或者，例如也可以将还原铜或铜合金覆盖在硅基板的表面而形成(以下将还原铜或铜合金等导电性金属称为“铜”)。但是，由于铜在大气中容易形成氧化铜，所以，经过一段时间就会失去表面的导电性。
因此，在本实施例中，通过还原形成在零点检测板11的还原铜表面的氧化铜表面，回到还原铜后来使用。即，如图1B所示，设置在支撑台10内的加热机构12最好将零点检测板11加热到能够还原的温度左右(例如，200～350℃)。加热机构的构造没有特别的限定。加热机构12可以使用例如红外线灯或者电阻发热体。
如图1A、B所示，在探测室2内最好设置使还原性气体(例如含氢气的气体)与零点检测板的表面接触的气体供给机构13。从该气体供给机构13向被加热到还原温度的零点检测板11吹还原性气体，还原零点检测板11的氧化铜表面。还原性气体中的氢气的量没有特别限定，但是，氢气浓度最好是例如4％以内的防爆范围内的浓度。例如可以使用含大约3％的氢气的发泡(フオ一ミング)气体。发泡气体最好以例如1～5L/分的流量供给5～30分钟。另外，为了使氢气活性化，也可以预先对氢气进行加热后供给。也可以使用利用大气等离子装置将氢气等离子化的氢气。
例如如图1A、B所示，气体供给机构13可以具备：气体供给源13A、配管13B、吹气部13C、质量流量控制器13D及阀门13E。通过利用质量流量控制器13D调节发泡气体的流量的同时，从吹气部13C向零点检测板11吹发泡气体来还原氧化铜的表面。为了加热或使氢气活性化，也可以在配管途中设置加热机构。
接下来，参照图1A～图3C对本发明的探针的零点检测方法的一实施例进行说明。在被检查体的检查之前，先将零点检测板11的氧化铜表面还原。即，首先支撑台10内的加热机构12将零点检测板11加热到氧化铜的还原温度左右(例如，300℃)。在此期间，付设在载置台6上的支撑台10随着载置台6移动，如图1B所示置于吹气部13C的正下方的还原区域R。接下来，打开气体供给机构13的阀门13E，通过质量流量控制器13D以2L/分的流量向零点检测板11吹发泡气体。由于零点检测板11已经被加热到氧化铜的还原温度左右，所以，零点检测板11表面的氧化铜被还原。通过供给例如20分钟发泡气体来完全还原零点检测板11表面的氧化铜，恢复导电性。之后，断开加热机构12的电源，将零点检测板11冷却到例如50℃以下。温度的确认通过插入到支撑台10的温度检测装置112进行。另外，在该冷却期间最好也先使发泡气体流过。只要是不会发生再次氧化的环境即可，也可以使惰性气体流过。经判明，经过还原处理的零点检测板11在大约1小时左右期间可以用于零点检测。
然后，载置台6通过XY工作台7从还原区域R移动到检查区域Pr。如图3A所示，利用定位机构9的下摄像机9C检测出探针8A。使定位机构9的定位桥移动到探测卡8下方的探测中心后，载置台6通过移动机构7沿XY方向移动。在该期间，如图3B所示，在利用上摄像机9B检测出支撑台10的时刻使载置台6停止。
接下来，定位桥后退，返回到原来的位置。在向探测卡8施加电压的状态下，载置台6通过升降机构上升到预先设定的Z方向定位位置。在探测卡8没有到达Z方向定位位置的情况下，操作员操作控制装置使载置台6上升，如图3C所示的，使零点检测板11和探针8A接触。在探针8A的接触电阻稳定的时刻，使升降驱动机构停止。将这时的载置台6的Z方向的位置坐标作为探针8A的针尖的零点。
反过来，在载置台6的Z方向定位位置超过零点的情况下，探针8A之间的接触电阻一下子降低。操作员使载置台徐徐下降，在接触电阻即将变得不安定之前使载置台6停止。将这时的位置坐标作为零点。
按照上述步骤检测出零点后，与现有技术同样将晶片W从装载室传送到探测室2内的载置台6上。在定位机构9进行探测卡8和晶片W的定位的状态下，检查晶片W的电特性。这时，由于本实施例高精度地检测出探针8A和晶片W上的被检测体的电极垫片接触的零点，所以，可以使电极和探针8A在零点正确地接触。其结果，与现有技术相比可以使检查时的针压大幅度降低。
如以上说明的，根据第1实施例，与使用金属晶片的情况相比，可以以更低的针压检测出探针8A的针尖的零点。在检查薄膜化、多层化的被检测体时，可以减轻探针8A给设备带来的损伤，实施高信赖性的检查。另外，可以高精度地管理使晶片W过驱动时的过驱动量。
接下来，对本发明的第2实施例进行说明。如图4A、4B所示，在本实施例中，可以使用表面由铜形成的铜晶片作为零点检测板11A。零点检测板11A可以收纳在装载室1内的收纳部1A(图8A)中。在载置台6具备晶片W的高温试验用加热机构的情况下，可以将该加热机构作为铜晶片的还原用加热机构使用。气体供给机构13可以与上述实施例同样使用设置在探测室2内的构成。
对第2实施例的零点检测方法进行说明。将零点检测板11A从装载室取出载置在探测室内的载置台6上。通过载置台6的电阻加热机构12A将零点检测板11A加热到氧化铜能够还原的温度。移动载置台，如图4A所示的将零点检测板11A置于吹起部13C的正下方。接下来，与上述实施例同样，通过以规定的流量从气体供给机构13向零点检测板11吹发泡气体规定的时间，来还原零点检测板11的氧化铜。之后，切断加热机构12的电源，将零点检测板11A冷却到例如50℃以下。另外，在该冷却期间最好流过发泡气体。只要是再次氧化不会发生的环境即可，也可以流过惰性气体。温度的确认通过插入到载置台6中的温度检测装置112进行。
接下来，在向探测卡8施加电压的状态下，载置台6从图1A所示的还原区域(R)移动到探测卡的正下方的检查区域(Pr)。在该状态下，通过载置台6上升使零点检测板11A和探测卡8的探针接触。与上述实施例同样检测出探针的零点。在检测出零点后，将零点检测板11A从载置台6传送到装载室内的收纳场所，之后，与现有技术同样，将晶片W从盒式(收纳部)传送到载置台6，进行晶片W的电特性检查。
图4B表示第3实施例。图4B所示的实施例，载置台6具备的加热机构12B使用了红外线灯。图4B所示的第3实施例除加热机构12B以外可以与图4A所示的实施例同样。
另外，也可以组合使用电阻加热机构12A和红外线灯加热机构12B。
对第4实施例进行说明。在本实施例中，在装载室内设置收纳零点检测板的收纳部1A。作为零点检测板11A，可以采用图4A所示的铜晶片。
如图8B所示，可以将用于加热零点检测板11A的电阻加热机构12A配置在装载室内(例如，收纳部1A内)。同样，如图8C所示，加热机构也可以是灯12B。
还原性气体供给机构13可以配置在收纳部1A的上部。
在将加热机构及还原性气体供给机构配置在收纳部1A的情况下，如图8A所示，在收纳部1A内，铜晶片被加热并吹还原性气体，铜晶片上的氧化铜表面被还原成还原铜。将该状态的铜晶片从装载室1传送到探测室2并载置在载置台上。与图4A所示的实施例同样，利用该铜晶片可以检测出零点。
如以上说明的，在上述实施例的任意一实施例中都可以高精度地检测出探测卡8的探针的零点。
另外，本发明不限定于上述各实施例。例如，在第1实施例的情况下，可以先利用零点检测板11检测出零点，也可以先将晶片传送到载置台上。
另外，也可以进行在与零点检测板接触之前或接触中向探针吹氢气以使探针前端部还原的处理。
根据本发明的实施例，可以高精度地检测出探针的零点。因此，可以提供能够可靠防止由于探针的针压给设备带来的损伤的探针零点检测方法及探测装置。

Claims (16)

1、一种零点检测方法，在使载置在载置台(6)上的被检查体(w’)的电极(P)与探针(8A)接触，检查被检查体的电特性的方法中，检查被检查体的电极表面与探针接触的位置的零点的方法，其特征在于，该方法包括：
加热零点检测板(11)的步骤，在此，零点检测板的表面由导电性材料构成，所述导电性材料由铜和铜合金中的一个构成；
通过使还原性气体(13F)与该零点检测板接触，来还原零点检测板的表面的步骤；
在还原性气体或惰性气体的气氛中冷却该零点检测板的步骤；
使探针与该零点检测板的表面接近，利用电检测来检测出探针与该表面已经接触的步骤。
2、如权利要求1所述的零点检测方法，其特征在于，
构成该零点检测板的表面的导电性材料为铜。
3、如权利要求1所述的零点检测方法，其特征在于，
零点检测板配置在附设于载置台上的支撑台(10)上和载置台的表面(6A)上的任意一方。
4、如权利要求1所述的零点检测方法，其特征在于，
零点检测板的加热使用电加热体(12A)和红外线灯(12B)中的至少一方来实施。
5、如权利要求1所述的零点检测方法，其特征在于，
在与零点检测板接触之前或者在接触中使探针还原。
6、如权利要求1所述的零点检测方法，其特征在于，
所述导电性材料由还原铜构成。
7、一种探测装置，在使被检测体的电极和探针接触的状态下，检查被检查体的电特性，其特征在于，该探测装置具备：
载置台(6)，载置被检查体(W’)；
探测卡(8)，该探测卡具有多个探针(8A)，与载置台相对配置；
零点检测板(11)，该零点检测板的表面由导电性材料构成，所述导电性材料由铜、铜合金中的一个构成，零点检测板用于检测作为被检查体的电极表面与探针接触的位置的零点；
加热零点检测板的加热机构；
用于使还原性气体与零点检测板接触的还原性气体供给机构。
8、如权利要求7所述的检测装置，其特征在于，
构成该零点检测板的表面的导电性材料为铜。
9、如权利要求7所述的检测装置，其特征在于，
零点检测板配置在附设于载置台上的支撑台(10)上和载置台的表面(6A)上的任意一方。
10、如权利要求7所述的检测装置，其特征在于，
进一步具有使还原性气体与探针接触的还原性气体供给机构。
11、如权利要求7所述的检测装置，其特征在于，
所述导电性材料由还原铜构成。
12、一种探测装置(1、2)，在使被检测体(W’)的电极(P)和探针(8A)接触的状态下，检查被检查体的电特性，其特征在于，
该探测装置具备：
装载室(1)，该装载室具有收纳部(1A)；
探测室(2)；
配置在探测室内的载置台(6)，该载置台载置被检查体；
配置在探测室内的检测卡，该检测卡具备多个探针并与载置台相对配置；
配置在探测室内、用于载置零点检测板(11)的载置部(10、6A)，零点检测板用于检测作为被检查体的电极表面与探针接触的位置的零点，零点检测板的表面由导电性材料构成，所述导电性材料由铜、铜合金中的一个构成；
配置在装载室内的零点检测板(11)，该零点检测板配置在设于装载室内的收纳部(1A)内；
用于加热零点检测板的加热机构(12)；
用于使还原性气体与零点检测板接触的还原性气体供给机构(13)，
在此，加热机构和还原性气体供给机构配置在装载室内和探测室内的至少一方的室内。
13、如权利要求12所述的检测装置，其特征在于，
构成该零点检测装置的表面的导电性材料为铜。
14、如权利要求12所述的检测装置，其特征在于，
该加热机构具备红外线灯和电阻加热机构中的至少一方。
15、如权利要求12所述的检测装置，其特征在于，
进一步具有使还原性气体与探针接触的还原性气体供给机构。
16、如权利要求12所述的检测装置，其特征在于，
所述导电性材料由还原铜构成。
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