專(zhuān)利名稱(chēng)：探測(cè)方法、探測(cè)器和電極還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種探測(cè)方法、探測(cè)器和電極還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種能改進(jìn)被測(cè)物體的電極與探針的電接觸狀態(tài)的探測(cè)方法、探測(cè)器和電極還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
制造電子產(chǎn)品和電子部件(例如半導(dǎo)體)的工藝包括各個(gè)步驟，如在目標(biāo)物體(例如晶片)上形成如互連層等各種類(lèi)型金屬層的膜形成步驟、測(cè)試形成在晶片上的被測(cè)物體的步驟以及測(cè)試封裝的被測(cè)物體的步驟。例如，為了測(cè)試形成在晶片上的被測(cè)物體的電氣特性，探針將與被測(cè)物體的電極接觸。從測(cè)試器通過(guò)探針將測(cè)量信號(hào)施加于被測(cè)物體上。如果電絕緣氧化物膜已經(jīng)形成在被測(cè)物體的電極表面上，只通過(guò)使探針與電極接觸，電極有時(shí)不能電連接到探針上。在這種情況下，不能從測(cè)試器將測(cè)試信號(hào)施加于電極上。常規(guī)地，在利用預(yù)定針壓使探針與電極接觸時(shí)，探針擦洗電極表面，從而破壞電極表面上的氧化物膜，由此使探針和電極彼此電接觸。
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品的集成度變?yōu)槌呒啥?，半?dǎo)體產(chǎn)品的淀積層的厚度也加速減小。電極也變薄。如果利用恰好破壞氧化物膜的程度的針壓使探針與電極接觸，如常規(guī)探測(cè)方法那樣，探針的針壓可能使半導(dǎo)體產(chǎn)品的電氣特性被不希望地改變。當(dāng)電極的下層由具有低介電常數(shù)的軟材料如低k材料構(gòu)成時(shí)，利用這個(gè)針壓不能使探針與電極接觸。
在膜形成步驟中，金屬層上的氧化物膜妨礙了其上的另一金屬層的形成。因此，必須通過(guò)清洗等方法預(yù)先還原并除去該氧化物膜。例如，Jpn.Pat.Appln.KOKAI公報(bào)No.2000-311868(權(quán)利要求14和第 段)介紹了在形成用于連接多層互連中的不同互連層的通孔的工藝中，在形成上金屬互連之前清洗通孔的工藝。在該工藝中，通過(guò)使用給氫基團(tuán)輸送電子而產(chǎn)生的負(fù)氫離子除去形成在硅襯底表面的通孔中的本地氧化物膜等。在這個(gè)工藝中，在真空容器中對(duì)含有氫原子的氣體進(jìn)行微波放電輻射，由此產(chǎn)生氫等離子體。電子輸送裝置向氫基團(tuán)輸送熱電子，從而產(chǎn)生負(fù)氫離子。在這篇參考文獻(xiàn)中，使用負(fù)氫離子進(jìn)行清洗。
在測(cè)試步驟中，探針與晶片表面上的電極電接觸。在探針和電極彼此電接觸時(shí)，進(jìn)行被測(cè)物體的測(cè)試。如果氧化物膜存在于電極表面上，由于氧化物膜是絕緣體，因此它干擾探針和電極的電接觸。為此，必須在測(cè)試之前除去電極表面上的氧化物膜。為了除去氧化物膜，可以使用在Jpn.Pat.Appln.KOKAI公報(bào)No.2000-311868中所述的還原方法。然而，利用這種還原方法，晶片暴露于苛刻條件下。相應(yīng)地，形成在晶片上的元件可能被破壞，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。
U.S.P.No.6191416B1(權(quán)利要求和第四列，4-16行)介紹了一種產(chǎn)生自由原子或基團(tuán)顆粒的設(shè)備。這種設(shè)備具有用于輸送氣體例如氫氣或鹵素氣體的管子以及沿著管子延伸并連接到電源的導(dǎo)線。電流輸送給導(dǎo)線，給它加熱。導(dǎo)線的輻射熱將管子中流動(dòng)的氣體加熱到1500°K到2500°K，從而熱分解氣體，由此形成原子材料或基團(tuán)。該氣體的原子材料或基團(tuán)用于還原其他材料。這種設(shè)備與Jpn.Pat.Appln.KOKAI公報(bào)No.2000-311868中所述的設(shè)備相比是緊湊的并且便宜。然而，管子必須加熱到高溫。
“Characterization of Cu surface cleaning by hydrogen plasma”，M.R.Baklanov，D.G.Shamiryan，Zs.Tokei，G.P.Beyer，T.Conard，S.Vanhaelemeersch，和K.Maexj.Vac.Sci.Technol.B19(4)，2001年7月/8月(第1201頁(yè)的序言部分)報(bào)導(dǎo)了一種如下技術(shù)在真空下在150℃或更高的溫度下將這種氧化銅、氫氧化銅等熱分解成水等和氧化銅從而從金屬表面除去水等，并用氫等離子體還原和除去剩余的氧化銅。
根據(jù)在U.S.P.No.6191416B1中所述的技術(shù)，可以利用相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)備由氫氣產(chǎn)生氫基團(tuán)和原子氫。然而，氫基團(tuán)和原子氫的還原能力不清楚。
根據(jù)“Characterization of Cu surface cleaning by hydrogenplasma”，通過(guò)使用氫等離子體在150℃或更高的溫度下在真空中還原銅金屬表面上的氧化銅、氫氧化銅等。因此，必須利用與Jpn.Pat.Appln.KOKAI公報(bào)No.2000-311868相同的方式在真空氣氛下進(jìn)行還原。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于上述問(wèn)題且解決了它們中的至少一個(gè)問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種探測(cè)方法、探針和電極還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)，能利用盡可能低的針壓使探針與電極電接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以在相對(duì)低的加熱溫度下在大氣壓下還原目標(biāo)物體的金屬層表面或電極層表面上的氧化物等。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以提供一種減少對(duì)目標(biāo)物體的損傷的目標(biāo)物體還原方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種使探針與具有電極的被測(cè)物體的至少一個(gè)電極電接觸從而測(cè)試被測(cè)物體的電氣特性的探測(cè)方法。該探測(cè)方法包括(a)對(duì)被測(cè)物體的電極進(jìn)行還原處理和等離子體刻蝕處理中的至少一種處理；(b)在非氧化氣氛中使測(cè)試電極和探針彼此電接觸；和(c)測(cè)試被測(cè)物體的電氣特性。
這種探測(cè)方法優(yōu)選包括以下設(shè)置a)至j)中的任何一項(xiàng)或這些設(shè)置的任何組合形式。
a)通過(guò)使含氫氣的氣體和通過(guò)用催化劑金屬激活含氫氣體而獲得的氣體中的一種氣體與被測(cè)物體的電極表面接觸來(lái)進(jìn)行還原處理，通過(guò)含有等離子體化的氫氣的氣體進(jìn)行等離子體刻蝕處理，和非氧化氣氛包括干燥氣氛。
b)催化劑金屬是鉑族金屬和鉑族金屬合金中的至少一種。
c)還原/等離子體刻蝕處理包括加熱被測(cè)物體。
d)該方法包括在被測(cè)物體的電極的還原處理之前，將被測(cè)物體放在惰性氣體氣氛中并加熱被測(cè)物體，其中還原處理是通過(guò)在大氣壓下使還原氣體與被測(cè)物體的電極接觸來(lái)進(jìn)行的。
e)還原處理中的還原氣體是含有氫氣的常溫還原氣體和常溫形成氣體中的一種。
f)在被測(cè)物體的電極的還原處理之前將被測(cè)物體的溫度加熱到150-270℃范圍內(nèi)。
g)催化劑包括鈀。
h)還原氣體是形成氣體。
i)電極含有銅和銅合金中的至少一種。
j)惰性氣體是氮?dú)狻?br> 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于使探針與具有電極的被測(cè)物體的至少一個(gè)電極電接觸從而測(cè)試被測(cè)物體的電氣特性的探測(cè)器。該探測(cè)器包括還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)，它對(duì)被測(cè)物體的電極進(jìn)行使用還原氣體的還原處理和使用等離子體氣體的刻蝕處理中的至少一個(gè)處理；和移動(dòng)被測(cè)物體和探針中的至少一個(gè)使被測(cè)物體的電極與探針彼此電接觸的機(jī)構(gòu)。
探測(cè)器優(yōu)選包括下列設(shè)置k)-x)中的任何一個(gè)或者這些設(shè)置的任何組合形式。
k)還原氣體是含有氫氣的氣體和形成氣體中的一種。
l)包括將被測(cè)物體放在惰性氣體氣氛中并加熱被測(cè)物體的機(jī)構(gòu)，其中利用還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)進(jìn)行的還原處理是通過(guò)在大氣壓氣氛下使還原氣體與被測(cè)物體的電極接觸來(lái)進(jìn)行的。
m)利用還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)進(jìn)行的還原處理中的還原氣體是常溫氫氣和常溫形成氣體中的一種。
n)加熱機(jī)構(gòu)將被測(cè)物體加熱到150-270℃范圍內(nèi)。
o)至少在已經(jīng)被還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)處理過(guò)的被測(cè)物體的電極周?chē)O(shè)置非氧化氣氛的機(jī)構(gòu)。
p)設(shè)置非氧化氣氛的機(jī)構(gòu)至少在電極周?chē)O(shè)置干燥氣氛。
q)探測(cè)器包括在其中測(cè)試被測(cè)物體的電氣特性的探測(cè)室，并且在該探測(cè)室中設(shè)置還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)。
r)探測(cè)器包括裝載和卸載被測(cè)物體的裝載室，并且在裝載室中提供還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)。
s)還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)具有處理容器、設(shè)置在處理容器中并且其上放置被測(cè)物體的工作臺(tái)、工作臺(tái)的調(diào)溫機(jī)構(gòu)、向由調(diào)溫機(jī)構(gòu)加熱的被測(cè)物體的表面輸送還原氣體的機(jī)構(gòu)以及輸送刻蝕氣體的機(jī)構(gòu)中的至少一個(gè)。
t)用于向被測(cè)物體的表面輸送還原氣體的裝置包括含有氫氣的氣體的供給源、在其中從氣體供給源輸送氣體的氣體通道以及用于激活氣體通道中的氣體的裝置。
u)用于激活氣體通道中的氣體的裝置包括設(shè)置在氣體通道的內(nèi)表面上的催化劑金屬。
v)催化劑金屬是鉑族金屬和鉑族金屬合金中的至少一種。
w)催化劑是鈀。
x)還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)具有處理容器、設(shè)置在處理容器中并且其上放置被測(cè)物體的工作臺(tái)、向處理容器輸送還原氣體的機(jī)構(gòu)、和由處理容器中的還原氣體來(lái)產(chǎn)生等離子體的機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在用于測(cè)試被測(cè)物體的電氣特性的探測(cè)器中，提供一種還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)，以便對(duì)被測(cè)物體的電極進(jìn)行還原處理和等離子體刻蝕處理中的至少一種處理。還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)包括供給含有氫氣的氣體的氣體源；在其中從氣體源供給含氫氣體的氣體通道；和設(shè)置在氣體通道中并使用含氫氣體進(jìn)行激活處理和等離子體化處理中的至少一種處理的機(jī)構(gòu)。
在還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)中，優(yōu)選地，氣體通道包括內(nèi)壁表面，并且該內(nèi)壁表面的表面包括催化劑金屬。


圖1A和1B是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的探測(cè)器的剖面圖，其中圖1A表示具有在氣體供給容器15A中的加熱器15B的探測(cè)器，圖1B表示沒(méi)有此種加熱器的探測(cè)器；圖2A和2B是表示可以應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的探測(cè)器的還原處理裝置的剖面圖；圖3A和3B是表示應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的探測(cè)器的還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)的剖面圖，其中圖3A表示具有加熱器15B的還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)的剖面圖，圖3B表示沒(méi)有此種加熱器的還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)的剖面圖；圖4表示應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的探測(cè)器的還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)的剖面圖；圖5是表示與對(duì)比例一起示出的在使用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的探測(cè)方法進(jìn)行銅晶片的還原處理時(shí)獲得的薄銅膜中的氧濃度的分布的曲線圖；圖6是表示銅晶片的溫度和在通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的探測(cè)方法進(jìn)行銅晶片的還原處理時(shí)獲得的薄銅膜中的氧濃度的曲線圖；圖7A和7B是表示濕度對(duì)被還原銅晶片的氧化的影響的曲線圖，其中圖7A表示銅晶片的溫度和在將銅晶片留在干燥空氣中和大氣下預(yù)定時(shí)間內(nèi)而獲得的薄銅膜中的氧濃度的分布的曲線圖，圖7B是表示干燥空氣中和大氣下的氧化速度的曲線圖；圖8A-8C表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的探測(cè)方法，并且是表示過(guò)驅(qū)動(dòng)量和接觸電阻之間的關(guān)系的曲線圖；圖9A-9C表示非還原銅晶片的過(guò)驅(qū)動(dòng)量和接觸電阻之間的關(guān)系，并且是與圖8A-8C對(duì)應(yīng)的曲線圖；圖10A是表示用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的探測(cè)方法測(cè)量的銅晶片的接觸電阻隨著時(shí)間的變化的曲線圖，圖10B是表示通過(guò)在大氣下測(cè)量還原銅晶片而獲得的銅晶片的接觸電阻隨著時(shí)間變化的曲線圖；圖11(a)-11(h)是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的目標(biāo)物體還原方法中的各個(gè)步驟的草圖；圖12A和12B是表示可以安裝在圖1的測(cè)試裝置等中的還原處理裝置的另一例子的示意圖，其中圖12A是其剖面圖，圖12B是其平面圖；圖13是表示氧濃度和距離薄銅膜層的表面的深度之間的關(guān)系的曲線圖，從而呈現(xiàn)本發(fā)明的示例6的試驗(yàn)結(jié)果；圖14是表示氧濃度和距離薄銅膜層的表面的深度之間的關(guān)系的曲線圖，從而呈現(xiàn)本發(fā)明的示例7的試驗(yàn)結(jié)果；和圖15是表示氧濃度和距離薄銅膜層的表面的深度之間的關(guān)系的曲線圖，從而呈現(xiàn)本發(fā)明的示例8的試驗(yàn)結(jié)果。
發(fā)明詳述下面將參照?qǐng)D1A-10B介紹本發(fā)明的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)使用例如氫氣或含有氫氣的還原氣體(作為氫氣和氮?dú)獾臍怏w混合物的形成氣體)，還原或等離子體刻蝕處理形成在晶片電極表面上的氧化物膜，由此部分地或完全地除去氧化物膜(以下將其稱(chēng)為“除去氧化物膜”)。
當(dāng)除去電極上的氧化物膜時(shí)，可以利用低針壓使探針14A與電極電接觸。因而，電極將不會(huì)受到探針14A的損傷，并且可以延長(zhǎng)探針14A的使用壽命。
下面將介紹根據(jù)本實(shí)施例的探測(cè)器。例如如圖1A所示，本實(shí)施例的探測(cè)器10可以具有傳送目標(biāo)物體W(例如晶片)的裝載室(圖4中的56)、在其中測(cè)量形成在晶片W上的被測(cè)物體W′(以下稱(chēng)為集成電路)的電氣特性的探測(cè)室11、以及控制設(shè)置在兩個(gè)腔室中的各種裝置的控制器51。
裝載室56可包括其中放置存儲(chǔ)有例如25個(gè)晶片W的盒子的工作臺(tái)部分、從盒子C逐個(gè)傳送晶片W的晶片傳送機(jī)構(gòu)16A、以及在利用晶片傳送機(jī)構(gòu)16A傳輸晶片W時(shí)在預(yù)定方向?qū)?zhǔn)晶片的子卡盤(pán)(subchuck)。
探測(cè)室11可包括工作臺(tái)13、設(shè)置在工作臺(tái)13上的探測(cè)卡14、使探測(cè)卡14的探針14A與晶片W上的被測(cè)物體W′的電極P對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(未示出)以及對(duì)晶片W上的被測(cè)物體W′的電極P進(jìn)行還原處理和等離子體刻蝕處理中的至少一種處理的處理裝置15(以下稱(chēng)為“還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)”)。
可以利用三軸(X軸、Y軸和Z軸)移動(dòng)機(jī)構(gòu)12使工作臺(tái)13在三軸方向移動(dòng)，并且可以利用轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)13在θ方向上順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。工作臺(tái)13還可以包括調(diào)節(jié)放在工作臺(tái)13上的被測(cè)物體W′的溫度的調(diào)溫機(jī)構(gòu)35J。
探測(cè)卡14的探針14A與形成在晶片W上的集成電路的電極P接觸，從而使測(cè)試器T和電極P彼此連接。電極P可以由導(dǎo)電金屬構(gòu)成，例如銅、銅合金或鋁。
還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)15除去在工作臺(tái)13上的被測(cè)物體(W′)的電極表面上形成的氧化物膜。
探測(cè)卡14可以固定到探測(cè)室11的上部的頭板16上。具有測(cè)試器T的測(cè)試頭TH設(shè)置在頭板16上，從而使得測(cè)試頭TH可以電連接到探測(cè)卡14上。如圖1A所示，移動(dòng)機(jī)構(gòu)12可以具有在探測(cè)室11中的底表面上在Y方向移動(dòng)(垂直于圖1A中的頁(yè)面表面的方向)的Y臺(tái)12A、在Y臺(tái)12A上在X方向移動(dòng)的X臺(tái)12B、以及設(shè)置在X臺(tái)12B上的Z軸機(jī)構(gòu)12C。移動(dòng)機(jī)構(gòu)12可以是采用線性電機(jī)的原理的機(jī)構(gòu)。移動(dòng)機(jī)構(gòu)12在X、Y和Z方向移動(dòng)工作臺(tái)13。工作臺(tái)13可以與調(diào)溫機(jī)構(gòu)35J結(jié)合在一起，它在例如-55到400℃的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)放在工作臺(tái)13上的被測(cè)物體(W′)的溫度?？梢酝ㄟ^(guò)θ-驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)使工作臺(tái)13順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)(以下稱(chēng)為還原處理機(jī)構(gòu))15對(duì)放在工作臺(tái)13上并被加熱的被測(cè)物體(W′)的電極表面上的氧化物膜在大氣壓或還原氣氛下進(jìn)行還原處理和等離子體刻蝕處理中的至少一種處理。例如如圖1A所示，還原處理機(jī)構(gòu)15可以具有設(shè)置在頭板16上并由耐熱材料如石英或陶瓷材料構(gòu)成的氣體供給容器15A、設(shè)置在氣體供給容器15A中的加熱器15B、連接到氣體供給容器15A的入口的氣體供給管15C、連接到氣體供給管15C并供給形成氣體的氣體供給源15D以及控制來(lái)自氣體供給源15D的形成氣體的流速的質(zhì)流控制器15H。還原處理機(jī)構(gòu)15可以利用氣體供給容器15A中的加熱器15B加熱形成氣體。被加熱的形成氣體對(duì)在工作臺(tái)13上加熱的被測(cè)物體W′的電極P上的氧化物膜進(jìn)行還原或等離子體刻蝕。
氣體供給容器15A可包括絕熱機(jī)構(gòu)。絕熱機(jī)構(gòu)防止氣體供給容器15A中的溫度下降。如圖1A所示，氣體供給容器15A的排氣口35K可以被設(shè)置成穿過(guò)頭板16在與探測(cè)卡14相鄰的位置上延伸并與工作臺(tái)13的上表面相對(duì)。探測(cè)室11具有排氣口11A。排氣口11A可以通過(guò)排氣管15E連接到排氣裝置52上。具有開(kāi)口上端并圍繞工作臺(tái)13的平坦容器15F可以固定到移動(dòng)機(jī)構(gòu)12的上部。容器15F可以被形成為其具有的直徑大于工作臺(tái)13的直徑。容器15F可以用從氣體供給容器15A供給的形成氣體填充?？梢岳眯纬蓺怏w在容器15F的內(nèi)部設(shè)置還原氣氛。氣體供給容器15A的排氣口35K可以設(shè)置在任何位置上，只要它在工作臺(tái)13的移動(dòng)范圍內(nèi)即可。
形成氣體可以是由氫氣和載體氣體(氮?dú)?構(gòu)成的氣體混合物。探測(cè)室11中的形成氣體可以通過(guò)質(zhì)流控制器15H來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使氫氣的含量落在非爆炸范圍(例如體積比為5％或更小，特別是大約3％)內(nèi)。作為載體氣體，除了氮?dú)庵猓纾€可以使用惰性氣體如氬氣或氦氣。
探測(cè)室11的內(nèi)表面可具有屏蔽部件15G。屏蔽部件15G可以使探測(cè)室11的內(nèi)部保持在氣密狀態(tài)，從而使探測(cè)室的內(nèi)部保持為預(yù)定還原壓力狀態(tài)。氧濃度計(jì)17可以設(shè)置在探測(cè)室11的內(nèi)部和外部。氧濃度計(jì)17測(cè)量探測(cè)室11內(nèi)部和外部的氧濃度。當(dāng)氧濃度計(jì)17檢測(cè)到臨界值的氧濃度時(shí)，警告單元53如警報(bào)器可以產(chǎn)生警告。
探測(cè)器10可以包括用于輸送干燥空氣的裝置54。干燥空氣供給源54向探測(cè)室11中的工作臺(tái)輸送干燥空氣，從而可以在干燥氣氛下測(cè)試被測(cè)物體W′的電氣特性。利用干燥氣氛，可以防止已經(jīng)被處理機(jī)構(gòu)15除去氧化物膜的被測(cè)物體W′的這些電極表面再次被空氣中的水份氧化。當(dāng)向探測(cè)室供給干燥空氣時(shí)，可以利用還原處理機(jī)構(gòu)15的氣體供給管15C。
下面介紹使用探測(cè)器10的探測(cè)方法的實(shí)施例。在探測(cè)室11中，探針14A和被測(cè)物體W′的電極P對(duì)準(zhǔn)。探測(cè)室11中的空氣通過(guò)排氣管15E被排空，并且將形成氣體從氣體供給源15D輸送到氣體供給容器15A內(nèi)。氣體供給容器15A中的加熱器15B加熱形成氣體。被加熱的形成氣體通過(guò)氣體供給容器15A的排氣口35K輸送給工作臺(tái)13上的被測(cè)物體(W′)。
容器15F的內(nèi)部用形成氣體填充，從而在容器15F中形成還原氣氛。形成氣體對(duì)已經(jīng)被工作臺(tái)13的調(diào)溫機(jī)構(gòu)(35J)加熱到例如200℃或以上的被測(cè)物體W′的電極P的氧化物膜進(jìn)行還原處理，從而部分地或全部地除去電極表面上的氧化物膜。在還原處理之后的形成氣體從容器15F流到探測(cè)室11中，并且從探測(cè)室11經(jīng)排氣管15E排放到外部。在這個(gè)操作期間，如果空氣沒(méi)有從探測(cè)室11被充分地排出和氧濃度高于預(yù)定預(yù)置值，則警告單元53產(chǎn)生警告信號(hào)。
在還原處理機(jī)構(gòu)15除去電極P上的氧化物膜之后，向容器15F輸送干燥空氣(例如露點(diǎn)為-70℃)，從而在容器15F中設(shè)置干燥氣氛。在這個(gè)狀態(tài)下，移動(dòng)機(jī)構(gòu)12驅(qū)動(dòng)來(lái)使探測(cè)卡14的探針14A和被測(cè)物體W′的電極P彼此接觸。此時(shí)，因?yàn)橐殉ル姌OP的氧化物膜，所以只需利用低于常規(guī)情況的針壓來(lái)使探針14A和電極P彼此接觸，從而使它們彼此電接觸。這樣，測(cè)試器T可以測(cè)試被測(cè)物體W′的電氣特性。
如上所述，本實(shí)施例包括通過(guò)使用還原氣體(例如形成氣體)在大氣壓下或還原壓力下還原電極P上的氧化物膜，并使電極P和探針14A在干燥氣氛下彼此電接觸。這樣，只須利用非常低的針壓(例如0.2mN或更低)使探針14A和電極P彼此接觸，從而使它們彼此電接觸?？梢员苊獗〉矸e層如電極P或它們的下層由于探針14A的低針壓而損傷。根據(jù)本實(shí)施例，形成氣體中的氫氣被加熱器15B激活。使用被激活氫氣的還原處理或等離子體刻蝕處理可以在短時(shí)間內(nèi)除去電極P上的氧化物膜。此外，由于形成氣體和被測(cè)物體(W′)被加熱，因此可以促進(jìn)還原反應(yīng)/等離子體刻蝕處理。
在本實(shí)施例中，使用具有加熱器15B的還原處理機(jī)構(gòu)15?；蛘撸鐖D1B所示，加熱器15B可以省略，并且只提供氣體供給源15D。在這種情況下，還原氣體(形成氣體)從氣體供給源15D輸送到探測(cè)室11中，從而還原工作臺(tái)13上的被加熱到預(yù)定溫度(例如，200℃或以上)的被測(cè)物體W′。
圖2A示出了還原處理機(jī)構(gòu)的另一實(shí)施例。根據(jù)本實(shí)施例的探測(cè)器不同于上述實(shí)施例的地方只在于還原處理機(jī)構(gòu)。如圖2A所示，本實(shí)施例中使用的還原處理機(jī)構(gòu)25具有由鉑族元素(例如鈀)或其合金構(gòu)成的鈀管(例如，其直徑為3-100mm)25A。鈀管25A是氣體通道。還原處理機(jī)構(gòu)25可以具有包圍鈀管25A的管狀加熱器25B、用于容納加熱器25B的絕熱管25C以及具有雙壁結(jié)構(gòu)和容納絕熱管25C的儲(chǔ)存管25D。還原處理機(jī)構(gòu)25可以固定到頭板16上。
氣體供給源15D經(jīng)氣體供給管25E連接到鈀管25A的上端。氣體供給源15D向鈀管25A輸送含有氫氣的氣體(例如形成氣體)同時(shí)用質(zhì)流控制器15H控制氣體的流速。絕熱管25C和儲(chǔ)存管25D各具有底表面，并且底表面具有形成在其中心的出口。儲(chǔ)存管25D的底表面還具有雙結(jié)構(gòu)，并且惰性氣體如氮?dú)獗惠斔偷絻蓚€(gè)壁之間的空間。從儲(chǔ)存管25D的出口輸送到探測(cè)室中的惰性氣體對(duì)探測(cè)室中的空氣進(jìn)行凈化。鈀管25A具有激活氫氣的功能。鈀管25A可以是網(wǎng)型或海綿型。代替鈀管25A，可以在由耐腐蝕材料構(gòu)成的管子中設(shè)置粒狀鈀催化劑或鈀線圈。
下面介紹還原處理機(jī)構(gòu)25的操作。首先，從儲(chǔ)存管25D向探測(cè)室中輸送氮?dú)?。氮?dú)鈨艋谔綔y(cè)室中的空氣。加熱器25B將鈀管25A加熱到氫氣的激活溫度(600℃或更低)或等離子體化氫氣的溫度。接著，從氣體供給源15D向鈀管25A中輸送形成氣體。形成氣體中的氫氣在其與鈀管25A接觸時(shí)被激活。向探測(cè)室中的晶片W輸送形成氣體。被激活的氫氣還原或等離子體刻蝕被加熱的晶片W上的電極P的氧化物膜。在還原或等離子體刻蝕由例如銅或銅合金構(gòu)成的金屬材料時(shí)，優(yōu)選使用還原處理機(jī)構(gòu)25。
圖3A示出了在根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的探測(cè)器中使用的還原處理機(jī)構(gòu)15。根據(jù)本實(shí)施例的探測(cè)器可以按照與上述實(shí)施例相同的方式形成，除了還原處理機(jī)構(gòu)15之外。本實(shí)施例中使用的并進(jìn)行還原處理和等離子體刻蝕處理中的至少一種處理的還原處理機(jī)構(gòu)15形成在裝載室56中，如圖3A所示。在測(cè)試形成在晶片W上的被測(cè)物體W′之前，還原處理機(jī)構(gòu)15還原形成在裝載室56中的晶片W上的被測(cè)物體W′的電極P的氧化膜。還原處理機(jī)構(gòu)15可以包括處理容器35A、加熱和冷卻處理容器35A中的晶片W的調(diào)溫機(jī)構(gòu)35J、工作臺(tái)13、接收工作臺(tái)13上的晶片W的多個(gè)升降柱35C、設(shè)置在處理容器35A上方并具有加熱器15B的氣體供給容器15A、連接到氣體供給容器15A的氣體供給管15C、氣體供給源15D、和連接到氣體供給容器15A的排氣管15E。從氣體供給源15D經(jīng)過(guò)氣體供給管15C引入的形成氣體在氣體供給容器15A中被加熱。將被加熱的形成氣體引入到處理容器35A中，從而還原被測(cè)物體W′的電極P的氧化膜。晶片傳送機(jī)構(gòu)16A設(shè)置在裝載室56中。晶片傳送機(jī)構(gòu)16A在盒子C和處理容器35A之間傳送晶片W。優(yōu)選地，按照與探測(cè)室中相同的方式向裝載室56中輸送干燥空氣，從而將裝載室56內(nèi)部調(diào)節(jié)為干燥氣氛。參考標(biāo)記G表示用于打開(kāi)/關(guān)閉處理容器35A的打開(kāi)/關(guān)閉門(mén)。
下面介紹還原處理機(jī)構(gòu)15的操作。在裝載室56中，晶片傳送機(jī)構(gòu)16A從盒子C提取晶片W，將晶片W經(jīng)打開(kāi)的打開(kāi)/關(guān)閉門(mén)G傳送到處理容器35A中，并將晶片W從工作臺(tái)13放到已經(jīng)向上移動(dòng)的升降柱35C上。升降柱35C向下移動(dòng)，從而將晶片W放在工作臺(tái)13上。工作臺(tái)13的加熱器15B將晶片W加熱到預(yù)定溫度。同時(shí)，從氣體供給源15D向氣體供給容器15A輸送形成氣體。形成氣體在氣體供給容器15A中被調(diào)溫機(jī)構(gòu)35J加熱(例如加熱到基本上與晶片W相同的溫度)。被加熱的形成氣體流進(jìn)處理容器35A，從而還原或等離子體刻蝕晶片W上的被測(cè)物體W′的電極P。還原或等離子體刻蝕氧化物膜之后，晶片傳送機(jī)構(gòu)16A從處理容器35A提取晶片W并將其傳送到探測(cè)室11中。在探測(cè)室11中測(cè)試形成在被傳送晶片W上的被測(cè)物體W′的電氣特性。
圖3B不同于圖3A所示的設(shè)備的地方在于它不包括加熱器15B。圖3B所示的還原處理機(jī)構(gòu)15從氣體供給源15D向處理容器35A輸送還原氣體(例如形成氣體)。還原氣體部分地或完全地還原設(shè)置在處理容器35A中的工作臺(tái)13上的被加熱的被測(cè)物體W′的電極P的氧化物膜。
圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的探測(cè)器中使用的還原處理機(jī)構(gòu)15。根據(jù)本實(shí)施例的探測(cè)器可以按照與上述實(shí)施例相同的方式形成，除了還原處理機(jī)構(gòu)15之外。如圖4所示，本例中使用的還原處理機(jī)構(gòu)15可包括裝載室56、經(jīng)門(mén)G連接到裝載室56從而使處理容器35可以與裝載室56連通和隔離的處理容器35、設(shè)置在處理容器35中并用作下電極的工作臺(tái)13、與工作臺(tái)13平行地設(shè)置在工作臺(tái)13上方并具有大量氣體供給孔的上電極45C、用于向處理容器35中輸送形成氣體的氣體供給源15D、和用于排出處理容器35中的氣體的排氣裝置52?？梢栽谘b載室56中設(shè)置干燥氣氛。
例如如圖4所示，工作臺(tái)13可以包括連接到11.56MHz高頻電源45E上的下電極45F、具有加熱器的加熱部分45G、設(shè)置在加熱部分45G下面并具有制冷通道的冷卻部分45H、以及用于垂直移動(dòng)工作臺(tái)表面上的晶片W的升降柱(圖3A中的35C)。當(dāng)高頻電源45E在預(yù)定還原壓力下給下電極45F施加高頻功率時(shí)，在下電極45F和上電極45C之間產(chǎn)生形成氣體等離子體。加熱部分45G和冷卻部分45H調(diào)節(jié)工作臺(tái)13上的晶片W的溫度。例如，如圖4所示，氣體供給源15D可包括用于供給氫氣的氫氣供給源45I、用于供給氮?dú)獾牡獨(dú)夤┙o源45J、以及用于調(diào)節(jié)氫氣和氮?dú)獾牧魉俚馁|(zhì)流控制器15H。質(zhì)流控制器15H將氫氣調(diào)節(jié)到預(yù)定濃度并將其輸送給處理容器35。來(lái)自處理容器35的處理氣體經(jīng)排氣管15E排出。
下面介紹還原處理機(jī)構(gòu)15的操作。在裝載室56中，從盒子取出晶片W。在測(cè)試形成在晶片W上的被測(cè)物體W′的電氣特性之前，晶片傳送機(jī)構(gòu)將晶片W從裝載室56傳送到處理容器35中的工作臺(tái)13上。門(mén)閥G被關(guān)閉以便隔離處理容器35的內(nèi)部與外部空氣。然后，排氣裝置52排出處理容器35內(nèi)的空氣。用氮?dú)鈨艋幚砣萜?5中的空氣。以預(yù)定流速將由氫氣和氮?dú)鈽?gòu)成的形成氣體從氣體供給源15D輸送給處理容器35中，以?xún)艋諝?。處理容?5的內(nèi)部保持在一個(gè)能實(shí)現(xiàn)等離子體化的壓力。將高頻功率施加于下電極45F，并且在下電極45F和上電極45C之間產(chǎn)生形成氣體。該等離子體刻蝕了晶片W上的被測(cè)物體W′的銅電極P的氧化物膜。在冷卻部分45H快速冷卻晶片W從而將其溫度降低到常溫之后，停止形成氣體的輸送和排氣。門(mén)閥G打開(kāi)，并同時(shí)使晶片傳送機(jī)構(gòu)進(jìn)入處理容器35中。晶片傳送機(jī)構(gòu)將晶片W從處理容器35卸載到裝載室56中。門(mén)閥G關(guān)閉。晶片W經(jīng)裝載室56傳送到被調(diào)節(jié)到干燥氣氛下的探測(cè)室中。之后，利用與上述實(shí)施例相同的方式，在探測(cè)室中測(cè)試晶片W上的被測(cè)物體W′的電氣特性。
在這些示例中，通過(guò)試驗(yàn)具體觀測(cè)銅的氧化和還原性能及濕度對(duì)氧化所產(chǎn)生的影響。而且，具體實(shí)施本發(fā)明的探測(cè)方法以便檢測(cè)還原效果。
示例1在本示例中，觀測(cè)形成氣體的還原性能。在形成氣體氣氛中還原用于參考的銅晶片(薄銅膜＝1μm，TiN底層＝15nm)(以下只稱(chēng)為“參考晶片”)的氧化物膜。觀測(cè)薄銅膜中的氧濃度分布。更具體地說(shuō)，將參考晶片放在工作臺(tái)上。參考晶片在設(shè)置在150℃的溫度的工作臺(tái)上被加熱。在這個(gè)狀態(tài)下，輸送形成氣體(氫氣濃度＝3體積％)，以便將參考晶片暴露于形成氣體氣氛中。之后，用X射線光電子分光鏡(XPS)觀測(cè)薄銅膜中的氧濃度分布。利用相同方式，在加熱參考晶片的同時(shí)，只輸送氮?dú)?，以便將參考晶片暴露于氮?dú)鈿夥罩小Ｖ?，用XPS觀察薄銅膜中的氧濃度分布。圖5示出了其觀測(cè)結(jié)果。根據(jù)圖5所示的結(jié)果，當(dāng)輸送形成氣體時(shí)，在距離薄銅膜的表面的深度達(dá)到10nm之前，氧濃度為0at％。這表明氧化物膜遠(yuǎn)遠(yuǎn)比參考晶片中的薄，并相應(yīng)地通過(guò)形成氣體對(duì)其進(jìn)行可靠地還原。與此相反，在通過(guò)輸送氮?dú)舛@得的非氧化氣氛中，氧濃度比參考晶片中的更高。
示例2根據(jù)本示例，觀測(cè)在通過(guò)使用形成氣體還原參考晶片的氧化物膜時(shí)工作臺(tái)的溫度的影響。更具體地說(shuō)，如圖6所示，工作臺(tái)的溫度在250℃、300℃、325℃和350℃之間變化，并且用XPS觀察在每個(gè)溫度時(shí)薄銅膜中的氧濃度分布。圖6示出了其觀察結(jié)果。根據(jù)圖6所示的結(jié)果，工作臺(tái)的溫度越高，就越能促進(jìn)還原反應(yīng)。
示例3在本示例中，觀測(cè)濕度對(duì)氧化過(guò)程的影響。更具體地說(shuō)，將晶片在干燥空氣(露點(diǎn)-70℃)、大氣(溫度＝25℃，濕度＝50％)和氮?dú)庵蟹胖靡欢螘r(shí)間，如圖7A所示。觀測(cè)在各個(gè)氣氛中進(jìn)行的銅晶片(薄銅膜＝1μm，TiN底層＝15nm)的氧化。圖7A示出了該觀測(cè)結(jié)果。獲得干燥空氣和大氣中的氧化速度。圖7B示出了所述獲得的結(jié)果。圖7A中的標(biāo)記◆表示在剛剛制造銅晶片之后薄銅膜中的氧濃度分布。根據(jù)圖7A和7B所示的結(jié)果，在高濕度氣氛中的放置時(shí)間越長(zhǎng)，就越能促進(jìn)薄銅膜的氧化，并且將要還原的氧化物膜的厚度越大。與此相反，在干燥空氣中，即使在放置時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，與剛剛制造之后的銅晶片相比也不會(huì)進(jìn)行太多的氧化反應(yīng)。因此，即使還原之后，如果不是在濕度氣氛中而是在干燥空氣中進(jìn)行測(cè)試，可以采用低針壓進(jìn)行測(cè)試。
示例4在本示例中，觀測(cè)在干燥氣氛中探針的針壓和銅晶片的氧化物膜的接觸電阻之間的關(guān)系。通過(guò)使用氫氣利用以下條件來(lái)還原銅晶片，并在氮?dú)鈿夥罩斜３?0分鐘。然后，將被還原的銅晶片放在工作臺(tái)上。在干燥空氣(露點(diǎn)-70℃)中將工作臺(tái)過(guò)驅(qū)動(dòng)到三個(gè)值，即0μm、10μm、和30μm。在每個(gè)過(guò)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)上，測(cè)量銅晶片和探針之間的接觸電阻。圖8A-8C表示在過(guò)驅(qū)動(dòng)量(針壓)和接觸電阻之間的關(guān)系。為了便于比較，通過(guò)使用非還原銅晶片，利用相同方式在干燥空氣(露點(diǎn)-70℃)中測(cè)量探針的針壓和接觸電阻。測(cè)量結(jié)果示于圖9A-9C中。當(dāng)過(guò)驅(qū)動(dòng)(OD)量滿(mǎn)足OD＝0μm、OD＝10μm和OD＝30μm時(shí)，針壓分別為0mN、15mN和50mN。當(dāng)探測(cè)卡的15個(gè)探針都與銅晶片的中心接觸時(shí)并且電阻值為5Ω或更小時(shí)，確定OD＝0μm。而且，Z方向上的變化量為10μm或更小。
處理室中的壓力133.332Pa工作臺(tái)的溫度400℃工作臺(tái)的溫度升高時(shí)間5分鐘利用氫氣進(jìn)行的還原處理時(shí)間15分鐘氫氣的流速500sccm晶片的冷卻時(shí)間15分鐘根據(jù)圖8A-8C所示的結(jié)果，當(dāng)過(guò)驅(qū)動(dòng)量為0μm(即，當(dāng)只有銅晶片和探針彼此接觸時(shí))時(shí)，接觸電阻值有時(shí)超過(guò)1.0Ω，如圖8A所示。然而，隨著增加測(cè)量次數(shù)，接觸電阻減小。當(dāng)過(guò)驅(qū)動(dòng)量為10μm時(shí)，接觸電阻從開(kāi)始測(cè)量值變?yōu)?.2Ω或更小，并且大大提高了薄銅膜和探針之間的電連接。當(dāng)過(guò)驅(qū)動(dòng)量進(jìn)一步增加到30μm時(shí)，接觸電阻值與在10μm時(shí)獲得的值相比基本上沒(méi)有變化。因此，可以利用10μm的過(guò)驅(qū)動(dòng)量，即利用15mN的低針壓對(duì)晶片進(jìn)行可靠地測(cè)試。
與此相反，利用非還原銅晶片，如從圖9A-9C所示結(jié)果明顯看出的，即使將銅晶片放在干燥空氣中，除非使用30μm的過(guò)驅(qū)動(dòng)量即利用50mN的高針壓之外，不能測(cè)試晶片。
示例5在本示例中，觀測(cè)濕度對(duì)還原銅晶片和探針之間的接觸電阻的影響。以300L/min的流速輸送干燥空氣(露點(diǎn)＝-70℃)。在干燥氣氛中，將銅晶片過(guò)驅(qū)動(dòng)到10μm使其與探針接觸。測(cè)量銅晶片的整個(gè)表面的接觸電阻。測(cè)量結(jié)果示于圖10A中。而且，在大氣中(溫度＝25℃，濕度＝50.1％)，將還原銅晶片過(guò)驅(qū)動(dòng)到10μm使其與探針接觸。測(cè)量銅晶片的整個(gè)表面的接觸電阻。測(cè)量結(jié)果示于圖10B中。
根據(jù)圖10A和10B所示的結(jié)果，在干燥氣氛中，銅晶片的整個(gè)表面上的電阻值穩(wěn)定地處于1Ω或更小。在該氣氛中，越接近于測(cè)量時(shí)間的中間時(shí)間，接觸電阻值越高。在本實(shí)例中，對(duì)于探測(cè)卡，使用在它被過(guò)驅(qū)動(dòng)10μm時(shí)產(chǎn)生0.2mN負(fù)載的14針探測(cè)卡。
從上述說(shuō)明看出，在進(jìn)行還原處理之后，在干燥空氣中，即使將晶片放置4小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間，也可以利用大約0.2mN的低針壓可靠地進(jìn)行測(cè)試。在工作臺(tái)上的銅晶片中，中心部分比周邊部分低。這樣，在該氣氛中進(jìn)行測(cè)試時(shí)，即使過(guò)驅(qū)動(dòng)量保持相同，晶片中部的針壓也低于周邊部分的針壓。由此，接觸電阻值增加。
下面參照?qǐng)D2B、11和12介紹使用圖3B所示的還原處理機(jī)構(gòu)15的本發(fā)明的探測(cè)方法的另一實(shí)施例。圖11是從表示圖3B所示的處理容器35A中的處理的方面考慮而只示出了圖3B的處理容器35A。如圖11(a)所示，傳送機(jī)構(gòu)將晶片W經(jīng)打開(kāi)/關(guān)閉門(mén)G從裝載室56傳送到處理容器35A中的工作臺(tái)的升降柱35C上。工作臺(tái)13的升降柱向下移動(dòng)，以將晶片W放在工作臺(tái)13上。工作臺(tái)可以利用真空吸盤(pán)機(jī)構(gòu)固定晶片W。打開(kāi)/關(guān)閉門(mén)G關(guān)閉(參見(jiàn)圖11(b))。接著，將惰性氣體(例如，以1-2L/min的流速輸送惰性氣體)輸送到處理容器35A中。處理容器35A中的空氣被氮?dú)馓鎿Q，并在處理容器35A中形成惰性氣體氣氛。
如圖11(c)所示，在惰性氣體氣氛中，從氣體供給管15C向處理容器35A中的工作臺(tái)13上的晶片W輸送還原氣體(例如，以1-2L/min的流速輸送常溫形成氣體)。
作為氣體供給管15C，可以使用由鉑族金屬(例如鈀)構(gòu)成的管道15C(例如直徑為3-100mm)或含有鈀箔的管道15C，例如如圖2B所示。
如圖11(d)所示，調(diào)溫機(jī)構(gòu)35J加熱工作臺(tái)13，以便在短時(shí)間(例如5分鐘)內(nèi)將工作臺(tái)13上的晶片W快速地加熱到比如150-270℃。在這個(gè)溫度下，如圖11(e)所示，形成氣體在短時(shí)間(例如5-20分鐘)內(nèi)還原由銅、銅合金等構(gòu)成的晶片W上的電極P。還原處理之后，如圖11(f)所示，連續(xù)輸送形成氣體，調(diào)溫機(jī)構(gòu)35J在短時(shí)間內(nèi)(例如5分鐘)將晶片W快速地冷卻到常溫。如圖11(g)所示，在停止輸送形成氣體之后，從氣體供給管15C向處理容器35A中輸送氮?dú)狻Ｌ幚砣萜?5A中的空氣被氮?dú)鈨艋?，并在處理容?5A中形成惰性氣體氣氛。打開(kāi)/關(guān)閉門(mén)G被打開(kāi)，并且傳送機(jī)構(gòu)將被還原的晶片W從處理容器35A經(jīng)裝載室56輸送到探測(cè)室11(圖1A)中。在探測(cè)室中，測(cè)試形成在晶片W上的被測(cè)物體W′的電氣特性。
即使在調(diào)溫機(jī)構(gòu)35J沒(méi)有冷卻裝置時(shí)，也可以加熱工作臺(tái)13，可以關(guān)閉打開(kāi)/關(guān)閉門(mén)G，用形成氣體凈化處理容器35A中的空氣，并且之后利用夾緊方式將晶片W固定到工作臺(tái)13上并通過(guò)加熱進(jìn)行還原處理。
與調(diào)溫機(jī)構(gòu)35J獨(dú)立，例如，可以提供圖12A和12B中所示的冷卻裝置35M′。如圖12A和12B所示，冷卻裝置35M′具有可以為了放大或減小而移動(dòng)的一對(duì)冷卻板22C。下面介紹使用這種冷卻裝置的情況。如上所述，晶片W在處理容器35A中的工作臺(tái)13上被加熱，并還原。在向處理容器35A輸送形成氣體的同時(shí)，升降柱35C將晶片W從工作臺(tái)13抬高。在這種狀態(tài)下，冷卻板22C進(jìn)入晶片W和工作臺(tái)13之間，以便夾住升降柱35C。升降柱35C將晶片W放在冷卻板22C上，或者將其放置成與冷卻板22C稍微分開(kāi)一些。用冷卻板22C冷卻晶片W。冷卻之后，這對(duì)冷卻板22C從工作臺(tái)13收回。傳送機(jī)構(gòu)16A將由升降柱35C支撐的晶片W輸送到探測(cè)室11?；蛘?，可以不使用冷卻板22C，在向處理容器35A輸送形成氣體和升降柱35C將晶片W從工作臺(tái)13提起的同時(shí)，可以冷卻晶片W。而且，可以再提升晶片W之后輸送形成氣體。
下面參照?qǐng)D13-15介紹用常溫形成氣體進(jìn)行銅晶片(薄銅膜＝1μm，TiN下層＝15nm)的氧化物膜的還原處理的情況和加熱銅晶片并用形成氣體進(jìn)行還原的情況。利用與上述實(shí)施例相同的方式進(jìn)行還原處理之前和之后的步驟。
示例6在示例6中，觀測(cè)室溫氫氣的還原性和被加熱(被激活)氫氣的還原性。將處理容器35A中設(shè)置氮?dú)鈿夥罩?，在形成氣體氣氛中還原銅晶片上的氧化物膜。觀測(cè)被還原薄銅膜層中的氧原子濃度分布(下面只將其稱(chēng)為“氧濃度分布”)。更具體地說(shuō)，將銅晶片放在被設(shè)置在350℃的溫度下的工作臺(tái)13上，并將該銅晶片加熱到270℃。在加熱狀態(tài)下，向銅晶片輸送室溫形成氣體(氫氣濃度＝3體積％，流速＝1L/min-2L/min)，并對(duì)其進(jìn)行20分鐘的還原。之后，用X射線光電子分光鏡(XPS)觀測(cè)薄銅膜層中的氧濃度分布。觀測(cè)結(jié)果在圖13中通過(guò)繪制標(biāo)記■而示出。利用相同方式，向被加熱到335℃的銅晶片輸送被加熱到550℃的形成氣體(氫氣被激活)，并對(duì)其進(jìn)行20分鐘的還原。然后，利用XPS觀測(cè)薄銅膜層中的氧濃度分布。觀測(cè)結(jié)果在圖13中通過(guò)繪制標(biāo)記▲來(lái)表示。在圖13中通過(guò)繪制標(biāo)記◆示出了還原處理之前的銅晶片中的氧濃度分布。
根據(jù)圖13所示的結(jié)果，當(dāng)輸送室溫形成氣體時(shí)，在距離銅薄膜層的表面的深度達(dá)到20nm之前氧濃度變?yōu)?at％，如圖13中標(biāo)記■所示的。當(dāng)輸送被加熱的形成氣體時(shí)，在距離薄銅膜層的表面為20nm的深度時(shí)呈現(xiàn)7at％到8at％的氧濃度，如圖13中的標(biāo)記▲所示。當(dāng)使用被加熱的形成氣體時(shí)，氫氣的還原性比使用室溫形成氣體的情況的還原性低。因而，室溫下的形成氣體例如室溫氫氣具有比被加熱氫氣更高的還原能力。這個(gè)結(jié)果表明當(dāng)使用室溫氫氣時(shí)，氫氣被銅晶片的表面吸收，并且被晶片的溫度激活。被激活的氫氣還原氧化銅。在薄銅膜層的表面和內(nèi)部之間形成氧濃度梯度。因而，促進(jìn)從內(nèi)部向表面的氧原子擴(kuò)散。同時(shí)，在薄銅膜層的表面和內(nèi)部之間形成溫度差，其中薄銅膜層的溫度已經(jīng)被室溫氫氣降低了。這個(gè)溫度梯度使薄銅膜層中的氧原子向表面擴(kuò)散。被估計(jì)的是，擴(kuò)散的氧原子被氫氣還原。與此相反，當(dāng)使用加熱氫氣時(shí)，銅晶片的薄銅膜層中的溫度高于薄銅膜層的表面溫度。被估計(jì)的是，延遲了薄銅膜層中的氧原子擴(kuò)散，因而延遲了利用氫氣進(jìn)行的還原反應(yīng)。換言之，被估計(jì)的是，薄銅膜層中的氧原子擴(kuò)散控制了還原反應(yīng)的速度。
示例7在示例7中，將銅晶片放在氮?dú)鈿夥罩?，并在給銅晶片輸送室溫氫氣的情況和不給其輸送這種氫氣的情況下觀測(cè)銅晶片的氧化物膜層中的氧濃度分布。利用與實(shí)例6相同的方式，將銅晶片放在被加熱到350℃的工作臺(tái)13上。以1-2L/min流速向被加熱到270℃的銅晶片輸送室溫形成氣體，對(duì)銅晶片進(jìn)行還原20分鐘。用X射線光電子分光鏡(XPS)觀測(cè)薄銅膜層中的氧濃度分布。結(jié)果是，獲得圖14中用標(biāo)記●表示的氧濃度分布。在氮?dú)鈿夥罩性?35℃下加熱銅晶片20分鐘之后，用XPS觀察薄銅膜層中的氧濃度分布。結(jié)果是，獲得在圖14中用標(biāo)記■表示的氧濃度分布。還原處理之前的銅晶片的氧濃度分布在圖14中通過(guò)繪制標(biāo)記◆而示出。
根據(jù)圖14中所示的結(jié)果，獲得了與示例6相同的結(jié)果，即，當(dāng)在與示例6相同的條件下輸送室溫形成氣體時(shí)，促進(jìn)了薄銅膜層中的還原，如圖14中的標(biāo)記●所示。與此相反，當(dāng)在氮?dú)鈿夥罩袩崽幚磴~晶片時(shí)，由作為雜質(zhì)含在氮?dú)庵械难踹M(jìn)行氧化反應(yīng)，如圖14中的標(biāo)記■所示，并且氧濃度變得高于由圖14中標(biāo)記◆所示的未處理銅晶片中的氧濃度。
示例8在示例8中，觀測(cè)銅晶片的溫度對(duì)還原反應(yīng)的影響。在示例8中，在將銅晶片的溫度升高到高于示例7的情況的同時(shí)進(jìn)行還原和熱處理。更具體地說(shuō)，當(dāng)還原銅晶片時(shí)，除了銅晶片的溫度升高到340℃之外，利用與示例6和7相同的條件進(jìn)行薄銅膜層的還原處理。結(jié)果是，獲得了在圖15中通過(guò)標(biāo)記●表示的氧濃度分布。除了銅晶片的溫度升高到400℃之外，利用與示例7相同的條件進(jìn)行薄銅膜層的熱處理。結(jié)果是，獲得了由圖15中的標(biāo)記■表示的氧濃度分布。還原處理之前的銅晶片的氧濃度分布在圖15中通過(guò)繪制標(biāo)記◆來(lái)表示。
根據(jù)圖15所示的結(jié)果，當(dāng)利用室溫形成氣體進(jìn)行還原處理時(shí)，獲得與示例6和7相同的結(jié)果，如圖15中的標(biāo)記●所示。相應(yīng)地，當(dāng)用室溫氫氣還原銅晶片時(shí)，銅晶片的溫度可以增加到至多270℃，如圖15中的標(biāo)記●所示。與此相反，在氮?dú)鈿夥罩袩崽幚磴~晶片時(shí)，銅晶片的溫度越高，氧化反應(yīng)進(jìn)行得越多，氧化銅的厚度越大，如圖15中的標(biāo)記■所示。
在上述例子中，省略了在270℃或更低溫度下進(jìn)行還原反應(yīng)的說(shuō)明。當(dāng)銅晶片的溫度在150-270℃范圍內(nèi)時(shí)，獲得與上述實(shí)施例相似的還原結(jié)果。即使將晶片W加熱到高于這個(gè)溫度范圍的上限時(shí)，還原能力也沒(méi)有提高。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，當(dāng)在大氣壓下還原銅晶片上形成的薄銅膜層的氧化物膜時(shí)，預(yù)先形成氮?dú)鈿夥?。將銅晶片加熱到150-270℃，并且室溫形成氣體被吹到加熱銅晶片的表面上。因此，即使在大氣壓下，也可以在相對(duì)低的加熱溫度下還原銅晶片的薄銅膜層的表面上的氧化銅。此外，可以防止對(duì)銅晶片的損傷。
根據(jù)本實(shí)施例，在通過(guò)使探針與晶片的電極接觸而測(cè)試晶片的電氣特性之前，其中電極由銅或銅合金構(gòu)成，在大氣壓下還原電極的氧化物膜。在這個(gè)還原處理中，預(yù)先在裝載室56的處理容器15a中形成氮?dú)鈿夥眨缓?，將晶片加熱?50-270℃的范圍。將室溫形成氣體吹到被加熱晶片的表面上，從而甚至可以在大氣壓下、在相對(duì)低的加熱溫度下還原晶片的電極表面上的氧化銅。在測(cè)試晶片的電氣特性時(shí)，只須利用低針壓(例如0.2mN或以下)來(lái)使探針和電極彼此接觸，從而使它們彼此電接觸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以大大抑制探針和電極之間的針壓。可以防止對(duì)電極等的損傷。
因此，即使在淀積層如電極或它們的下層變薄時(shí)，淀積層也將不會(huì)受到來(lái)自探針的針壓的損傷，并可以穩(wěn)定地、高度可靠地進(jìn)行測(cè)試。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以提供一種目標(biāo)物體還原方法，可以在大氣壓下和利用相對(duì)低的加熱溫度還原金屬層表面上或目標(biāo)物體的電極層表面上的氧化物等，從而可以減少對(duì)目標(biāo)物體的損傷。
本發(fā)明根本不限于上述實(shí)施例。例如，除了在各個(gè)實(shí)施例中所示的設(shè)置之外，晶片還原處理裝置還可以采用各種類(lèi)型的實(shí)施例。含氫氣體不限于形成氣體(除了必要時(shí))，可以適當(dāng)?shù)剡x擇和使用載體氣體。當(dāng)進(jìn)行晶片還原處理時(shí)，盒子中的晶片同時(shí)被還原。在上述實(shí)施例中，作為被測(cè)物體W′，使用形成在晶片W上的集成電路。但是，本發(fā)明也可以適用于除晶片以外的封裝物品。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以提供一種探測(cè)方法、探測(cè)器、和電極還原/等離子體刻蝕機(jī)構(gòu)，即使在淀積層如測(cè)試電極變得很薄時(shí)，也可以利用盡可能低的針壓使探針與測(cè)試電極電接觸，同時(shí)不會(huì)損傷淀積層，并且可以將探針和測(cè)試電極彼此可靠地電連接，從而高度可靠地進(jìn)行測(cè)試。
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)方法，使探針與具有電極的被測(cè)物體的至少一個(gè)電極電接觸，從而測(cè)試該被測(cè)物體的電氣特性，該方法包括(a)對(duì)該被測(cè)物體的所述電極進(jìn)行還原處理和等離子體刻蝕處理中的至少一種處理；(b)在非氧化氣氛中使該測(cè)試電極和該探針彼此接觸；和(c)測(cè)試該被測(cè)物體的電氣特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的探測(cè)方法，其中所述還原處理是通過(guò)使含氫氣的氣體和通過(guò)用催化劑金屬激活含氫氣體而獲得的氣體中的一種氣體與所述被測(cè)物體的電極表面接觸來(lái)進(jìn)行的，所述等離子體刻蝕處理是通過(guò)含有等離子體化氫氣的氣體來(lái)進(jìn)行的，和所述非氧化氣氛包括干燥氣氛。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的探測(cè)方法，其中所述催化劑金屬是鉑族金屬和鉑族金屬合金中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的探測(cè)方法，其中所述還原/等離子體刻蝕處理包括加熱所述被測(cè)物體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的探測(cè)方法，還包括在所述被測(cè)物體的電極的還原處理之前，將所述被測(cè)物體放置在惰性氣體氣氛中并加熱所述被測(cè)物體，和其中所述還原處理是通過(guò)在大氣壓下使還原氣體與所述被測(cè)物體的電極接觸來(lái)進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的探測(cè)方法，其中所述還原處理中的所述還原氣體是含有氫氣的常溫還原氣體和常溫形成氣體中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的探測(cè)方法，其中在所述被測(cè)物體的電極的還原處理之前，將所述被測(cè)物體的溫度加熱到150-270℃范圍內(nèi)。
8.一種用于使探針與具有電極的被測(cè)物體的至少一個(gè)電極電接觸從而測(cè)試該被測(cè)物體的電氣特性的探測(cè)器，該探測(cè)器包括還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)，用于對(duì)該被測(cè)物體的電極進(jìn)行使用還原氣體的還原處理和使用等離子體氣體的刻蝕處理中的至少一個(gè)處理；和移動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于移動(dòng)該被測(cè)物體和該探針中的至少一個(gè)使得該被測(cè)物體的電極與該探針彼此電接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的探測(cè)器，其中所述還原氣體是含有氫氣的氣體和形成氣體中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的探測(cè)器，還包括將所述被測(cè)物體放置在惰性氣體氣氛中并加熱所述被測(cè)物體的機(jī)構(gòu)，其中利用所述還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)進(jìn)行的所述還原處理是通過(guò)在大氣壓下使所述還原氣體與所述被測(cè)物體的電極接觸來(lái)進(jìn)行的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的探測(cè)器，其中利用所述還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)進(jìn)行的所述還原處理中的還原氣體是常溫氫氣和常溫形成氣體中的一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的探測(cè)器，其中所述加熱機(jī)構(gòu)將所述被測(cè)物體加熱到150-270℃的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的探測(cè)器，還包括至少在已經(jīng)被所述還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)處理過(guò)的所述被測(cè)物體的電極周?chē)O(shè)置非氧化氣氛的機(jī)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的探測(cè)器，其中設(shè)置所述非氧化氣氛的機(jī)構(gòu)至少在所述電極周?chē)O(shè)置干燥氣氛。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的探測(cè)器，其中所述探測(cè)器包括在其中測(cè)試所述被測(cè)物體的電氣特性的探測(cè)室，和所述還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)設(shè)置在該探測(cè)室中。
16.根據(jù)權(quán)利要求8的探測(cè)器，其中所述探測(cè)器包括裝載和卸載所述被測(cè)物體的裝載室，和所述還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)設(shè)置在該裝載室中。
17.根據(jù)權(quán)利要求8的探測(cè)器，其中所述還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)具有處理容器、設(shè)置在該處理容器中并且其上放置所述被測(cè)物體的工作臺(tái)、該工作臺(tái)的調(diào)溫機(jī)構(gòu)、向被所述調(diào)溫機(jī)構(gòu)加熱的所述被測(cè)物體的表面輸送還原氣體的機(jī)構(gòu)以及輸送刻蝕氣體的機(jī)構(gòu)中的至少一個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的探測(cè)器，其中用于向所述被測(cè)物體的表面輸送還原氣體的裝置包括含有氫氣的氣體的供給源、在其中從所述氣體供給源輸送氣體的氣體通道以及用于激活該氣體通道中的氣體的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的探測(cè)器，其中用于激活所述氣體通道中的氣體的裝置包括設(shè)置在該氣體通道的內(nèi)表面上的催化劑金屬。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的探測(cè)器，其中所述催化劑金屬是鉑族金屬和鉑族金屬合金中的至少一種。
21.一種在用于測(cè)試被測(cè)物體的電氣特性的探測(cè)器中對(duì)該被測(cè)物體的電極進(jìn)行還原處理和等離子體刻蝕處理的至少一種處理的還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)，該還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)包括供給含有氫氣的氣體的氣體源；在其中從該氣體源供給含氫氣體的氣體通道；和設(shè)置在該氣體通道中并使用含氫氣體進(jìn)行激活處理和等離子體化處理中的至少一種處理的處理機(jī)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的還原/等離子體刻蝕處理機(jī)構(gòu)，其中所述氣體通道包括內(nèi)壁表面，并且該內(nèi)壁表面的表面包括催化劑金屬。
全文摘要
本發(fā)明的探測(cè)方法包括使用形成氣體對(duì)晶片(W)的電極(P)進(jìn)行還原的步驟以及使電極(P)和探針(14A)在干燥氣氛中彼此接觸的步驟。該探測(cè)方法還包括，在被測(cè)物體(W′)的電極(P)的還原處理之前，將被測(cè)物體(W′)放置在惰性氣體氣氛中并加熱被測(cè)物體(W′)。還原處理是在大氣壓下通過(guò)使還原氣體與被測(cè)物體(W′)的電極(P)接觸來(lái)進(jìn)行的。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1695238SQ03824859
公開(kāi)日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2003年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月2日
發(fā)明者奧村勝?gòu)? 小松茂和, 阿部祐一, 古屋邦浩, 樊尚·維津, 久保謙一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社奧科泰克, 東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社