发明名称 高解析度分析探针站
摘要 本发明系揭示一种用以探测于积体电路样品的电气测试讯号之方法及系统,运用一扫描电子显微镜(SEM)为定位以观察样品的一表面,其露出于样品上的导电端子。一载座系提供以支撑样品为关于扫描电子显微镜,而一控制器系由扫描电子显微镜而取得样品表面的一影像识别导电路径标记。由控制器所遥控之一电动化的操纵器系操纵复数个探针,其可定位于样品表面以输送及取得在一真空室之内的电气测试讯号,真空室系容纳至少一部分之扫描电子显微镜、载座、电动化的操纵器、与复数个探针,以供于真空而分析样品。。于真空室之一馈通件系耦接来自控制器之电气讯号至电动化的操纵器与复数个探针。控制器系通讯于电动化的操纵器以供定位复数个探针,且供施加电气测试讯号至样品上的端子,运用由控制器所取得的影像,以由扫描电子显微镜所观察之样品表面的导电路径标记而识别导电端子。软体系允许使用者以移动自一个测试点至另一者,藉以降低欲取得一个新测试位置且开始探测所需要的时间量。该行动系致使探针组件及/或位于壳体内的载座以定位所期望的测试点于显微镜之下,因而模拟显微镜移动。该种系统系可接线于种种的架构,其助于进行低电压低电流之探测,且可允许种种的样品以经由其可为交换进出于系统之种种的载座与探针而作测试。欲有利于多个样品之测试,所运用于探针站之构件与引线系可具有其位在邻近于种种的构件与馈通件之可分离的互连件,使得构件系可为以所需要作出之最少的接线与连接而交换。于较佳形式之探针站,探针系利用延伸的包覆层以使得不想要的绝缘器充电为最小,且利用一触碰式感测机构以降低其归因于过量的探针接触而损坏样品之风险。探针站亦可运用一机构以降低高解析度显微镜之工作周期,降低经由显微镜之射束而对于DUT所作出的损坏。
申请公布号 TWI295732 申请公布日期 2008.04.11
申请号 TW092107976 申请日期 2003.04.08
申请人 微操纵装置股份有限公司 发明人 肯尼斯F侯尔曼
分类号 G01R1/067(2006.01) 主分类号 G01R1/067(2006.01)
代理机构 代理人 桂齐恒 台北市中山区长安东路2段112号9楼;阎启泰 台北市中山区长安东路2段112号9楼
主权项 1.一种探针站,用于一待测试装置(DUT)之高解析度 、低电流探测,该探针站包含: 一真空壳体,具有一DUT为配置于其之一内部空间, 该内部空间系于测试作业期间为在真空条件之下; 一高解析度显微镜,延伸至该内部空间,以取得DUT 之影像; 一壳体壁组件,概括为延伸于该内部空间;及 该壳体壁组件之至少二部分系导电材料且为彼此 绝缘,以允许于提供针对该内部空间之不同的电气 防护或屏蔽配置之弹性。 2.如申请专利范围第1项之探针站,其中,该壳体壁 组件之至少二部份包含彼此呈电气隔离之不同的 壁部。 3.如申请专利范围第1项之探针站,其中,该壳体壁 组件之至少二部份包含一概括为环形的外壁构件 与一概括为环形的内壁构件,该等壁构件之至少一 者系构成于一讯号、防护与屏蔽配置之至少一者, 以使得于一探测作业之杂讯与干扰为最小化。 4.如申请专利范围第3项之探针站,更包含: 一载座,以供支撑DUT于该内部空间,其构成于一讯 号、防护与屏蔽配置之至少一者;及 一台座,位于该内部空间,以供支撑及移位该载座 至复数个不同位置。 5.如申请专利范围第1项之探针站,其中,该高解析 度显微镜包括其延伸至该内部空间之一部分,其具 有构成于一讯号、防护与屏蔽配置之至少一者的 一导电层。 6.如申请专利范围第1项之探针站,其中,该真空壳 体包含: 至少一个通道,延伸通过该壁组件之二个部分,藉 以提供引线至壳体的内部空间之通路,引线系自该 壳体外部延伸至内部空间的多个构件;及 至少一个连接器,附接至壳体以密封该通道,并且 连接该壳体外部之部分的引线至壳体内部空间之 部分的引线。 7.如申请专利范围第1项之探针站,其中,该等构件 包含一载座、台座、探针组件、与环境控制之至 少一者,且其中该等多个构件与引线系能够构成于 一讯号、防护与屏蔽配置之至少一者。 8.如申请专利范围第7项之探针站,其中,该等多个 构件包含一探针组件,其具有一导电元件以探测于 DUT的一特定目标,该探针组件系连接至引线之至少 一者,俾使该探针组件系构成于一讯号、防护与屏 蔽配置之至少一者。 9.如申请专利范围第1项之探针站,更包含: 一探针组件,具有一导电元件以探测于DUT的一特定 目标;及 一触碰式感测器,电气连接至该探针组件,该触碰 式感测器系侦测该探针组件为何时已作成与一DUT 之充分的电气接触以供探测,藉以防止经由过量的 触碰力量而损坏该DUT。 10.如申请专利范围第9项之探针站,其中,该触碰式 感测器包含一逻辑构件,以供施加一载波讯号至DUT ,且接收来自该导电元件之一对应的电气讯号,当 一充分的电气连接系已作成于探针与DUT之间以供 探测时。 11.如申请专利范围第10项之探针站,其中,该载波讯 号系一低频讯号,且来自该探针之对应的电气讯号 包含于电位之一快速变化,其系代表该导电元件为 作成与DUT之电气接触时。 12.如申请专利范围第1项之探针站,更包含: 一驱动系统,以供移位其位于内部空间之一构件至 一预定位置;及 该驱动系统之一热绝缘或偏转装置,允许该构件藉 由驱动系统之精确移位于真空壳体。 13.如申请专利范围第12项之探针站,其中,该驱动系 统包括一马达,且该热绝缘或偏转装置包含该马达 之一输出轴,其中该马达与马达输出轴之一者的至 少一部分系由一预定的热绝缘材料所作成。 14.如申请专利范围第12项之探针站,其中,该驱动系 统包括一马达与马达输出轴,其系于马达之操作时 而旋转,以藉由驱动系统而移位该构件于真空壳体 ;及 该热绝缘或偏转装置包含一屏蔽,其为配置于马达 与输出轴之间,以偏转来自操作马达之热量或能量 而远离该输出轴与构件。 15.如申请专利范围第1项之探针站,其中,该高解析 度显微镜系发射一带电的射束,以供观视该DUT之至 少一部分,该探针站系进而包含一快门,以供移位 于一第一位置与一第二位置之间,于第一位置之该 显微镜的射束系允许以接触DUT,于第二位置之该射 束系阻止接触DUT以防止对其之损坏。 16.一种探针站,用于一待测试装置(DUT)之高解析度 、低电流探测,该探针站包含: 一真空壳体,具有一DUT为配置于其之一内部空间, 该内部空间系于测试作业期间为在真空条件之下; 一高解析度显微镜,延伸至该内部空间,以取得DUT 之影像; 一探针组件,于该壳体内部空间,以取得来自DUT之 低电流测量; 一载座,于该壳体空间,以于测试作业期间而支撑 DUT; 一驱动系统,以移位该探针与载座之至少一者于一 预定的测试位置;及 一装置,供引起该探针组件与载座之一者的精确移 动,经由驱动系统于真空壳体之操作,不顾热能量 之产生于该驱动系统操作。 17.如申请专利范围第16项之探针站,其中,该供引起 精确移动之装置包含该驱动系统之一热绝缘或偏 转装置,以藉着于真空壳体之驱动系统而允许探针 与载座之一者的精确移位。 18.如申请专利范围第17项之探针站,其中,该驱动系 统包括一马达,且该热绝缘或偏转装置包含一预定 的热绝缘材料之该马达的一输出转轴。 19.如申请专利范围第18项之探针站,其中,该热绝缘 或偏转装置包含一陶瓷、蓝宝石与红宝石材料之 至少一者,其具有低的热膨胀系数。 20.如申请专利范围第17项之探针站,其中,该驱动系 统包括一马达与一马达输出转轴,且该热绝缘或偏 转装置包含一预定的热绝缘材料作成之一耦合件, 其令该输出转轴之部分者为绝缘于彼此,以使得热 量自一部分而转移至另一部分。 21.如申请专利范围第17项之探针站,其中,该驱动系 统包括一马达与一马达输出转轴,该转轴系于马达 之操作时而旋转,以藉着于真空壳体之驱动系统而 移位该探针与载座之至少一者;且 该热绝缘或偏转装置包含一屏蔽,其配置于该马达 与输出转轴之间,以偏转来自操作马达之热或能量 而远离该转轴以及于真空壳体之探针与载座的一 者。 22.如申请专利范围第21项之探针站,其中,该屏蔽系 形成绕于马达之一环形者,且以一角度而延伸出自 该马达,该角度为充分以偏转来自操作马达之辐射 热或能量而远离该转轴以及于真空壳体之探针与 载座的一者。 23.一种高解析度探针站,用于分析一待测试装置( DUT)且控制该DUT之暴露至有害的辐射线,该探针站 包含: 一壳体,界定一内部空间,该DUT可置放于其以供测 试; 一探针组件,定位于该壳体,且具有一探针尖端以 定位为关联于DUT以供进行其测试; 一高解析度显微镜,定位为至少部分于该壳体,且 能够发射一带电的射束以供观视该DUT与探针尖端 之至少一部分;及 一快门,供为移位于一第一位置与一第二位置之间 ,第一位置系允许该显微镜之射束为通过以供观视 DUT,第二位置系限制该射束之暴露至DUT以使得对其 的潜在损坏为最小化。 24.如申请专利范围第23项之探针站,其中,该快门包 含一碟片,其系经由旋转而移位,且界定其对应于 快门之第一位置的复数个开口。 25.如申请专利范围第23项之探针站,其中,该快门系 位于该显微镜之延伸至内部空间的部位,且包含一 旋转碟片,其具有复数个开口以允许该射束为通过 以供DUT之观视。 26.如申请专利范围第23项之探针站,其中,该快门系 位于该显微镜与DUT之间,且包含一旋转碟片,其具 有复数个开口以允许该射束为通过以供DUT之观视 。 图式简单说明: 第1图系显示其实施本发明之一种高解析度探针站 ; 第2图系显示根据本发明之一真空室的横截面,其 容纳至少部分之一扫描电子显微镜(SEM)、电动化 的操纵器、与其为定位于一积体电路样品的复数 个探针; 第3A、3B与3C图系真空室之立体图,于其,来自一电 脑之电气讯号系耦接至电动化的操纵器与复数个 探针,允许该电脑为通讯于该电动化的操纵器,以 供定位探针以施加电气测试讯号; 第4图系一SEM相片,显示其提供电气测试讯号至一 积体电路样品之探针定位,且显示样品表面标记与 复数个探针; 第5A-K图系根据本发明的另一形式之高解析度探针 站的视图,显示其容纳探针组件与夹盘之一真空室 ,该站系通常为装设于三轴或同轴的配置; 第5A图系高解析度分析探针站之立体图,其盖部为 打开; 第5B图系高解析度分析探针站之前视图,其盖部为 闭合; 第5C图系高解析度分析探针站之右侧视图,其盖部 为打开; 第5D图系高解析度分析探针站之俯视图,其盖部为 打开; 第5E图系高解析度分析探针站之壳体的立体图,取 自壳体之下方; 第5F图系高解析度分析探针站之右侧视图,其盖部 为闭合; 第5G图系高解析度分析探针站之后视图,其盖部为 闭合; 第5H图系高解析度分析探针站之横截面图,其盖部 为闭合; 第5I图系高解析度分析探针站之左上侧的放大图, 其盖部为闭合; 第5J图系高解析度分析探针站之右上侧的放大图, 其盖部为闭合; 第5K图系高解析度分析探针站之壳体的横截面图, 其盖部为闭合; 第6图系一种三轴电气连接器之部分横截面的正面 图,其可为运用于安装至真空室的馈通件; 第7A-B图系其他连接器的正面图,其可为运用于安 装至真空室的馈通件; 第8图系第5图之扫描电子显微镜的示意图; 第9A-B图系一热夹盘之横截面的正面图与平面图; 第10A-E图系第5图之三轴夹盘的正面图、平面图、 分解图与放大图; 第11A-B图系一插座台座转接器之立体图与侧视图, 其运用为代替一夹盘以供测试封装的样品; 第12A-C图系运用于高解析度分析探针站之一种探 针组件的立体图、放大图与横截面图; 第13A-C图系另一种探针组件的立体图、放大图与 横截面图,显示一操纵器与一探针,具有滑动组件 为可实施以移位该探针于X、Y与Z方向; 第14图系高解析度探针组件之放大示意图,显示其 自馈通件的一者至探针组件的一者之三轴接线配 置,且显示另一种夹盘; 第15A-F图系固定式的探针卡转接器之立体图、前 视图与放大图,其可运用为代替第12与13图之探针 组件; 第16图系另一种探针之放大图,其显示于探针上的 包层,且该探针为接线于一种三轴的配置; 第17图系另一种探针之侧视图,该探针具有一可分 开的探针尖端部,且显示一延伸的防护导体,其保 持讯号导体之未防护的暴露为一最小値; 第18图系高解析度探针站之示意图,其显示该探针 站为装设于一种同轴的配置; 第19图系第18图之高解析度探针组件的放大示意图 ,显示自馈通件的一者至探针组件的一者之同轴配 置; 第20图系一种电子触碰感测机构之方块图,其供感 测 第21图系第5图之高解析度探针站的示意横截面图, 包括一温度控制系统,且显示一层之热交换管,一 冷却或加热流体系透过其而运行以控制于真空室 内的温度; 第22A-B图系萤幕印出之图,其显示样品之视讯影像 与样品之一晶圆轮廓; 第23图系升降机构之例图,显示水压汽缸、臂凸轮 组件与轨道,其为该系统所运用以升高及降低壳体 盖子; 第24A-C图系其位于高解析度分析探针站壳体内之 探针站的立体图、前视图与右侧视图,显示壳体地 板及倾斜/尖端机构; 第25A-B图系用于系统平台之X与Y台座(平台台座)的 俯视图与侧视图,侧视图系显示于部分横截面; 第26A-B图系其运用以平移该载座于X方向之X台座的 俯视图与侧视图,侧视图系显示于部分横截面;及 第27图系用于操纵器之台座驱动机构的侧视图,其 显示于部分横截面。
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