本發(fā)明涉及一種使用汞柱作為觸點(diǎn)之一來(lái)測(cè)量半導(dǎo)體晶片的電性能的方法和裝置，其中所述方法和裝置提高了安全性并減少了維護(hù)需求。

背景技術(shù)：

1、使用汞柱作為非侵入式觸點(diǎn)來(lái)測(cè)量半導(dǎo)體晶片的電性能在本領(lǐng)域中是公知的。然而，水銀具有劇毒性，存在健康和環(huán)境污染兩方面的風(fēng)險(xiǎn)，因此其處理是危險(xiǎn)的，需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)的人員。

2、美國(guó)專(zhuān)利第4,587,484號(hào)描述了一種通過(guò)汞柱測(cè)量半導(dǎo)體晶片的電性能的裝置。晶片頂部與毛細(xì)管接觸，水銀通過(guò)真空從容器被吸入毛細(xì)管。晶片與毛細(xì)管之間密封不完善可能導(dǎo)致大量水銀溢出。

3、美國(guó)專(zhuān)利第7,253,649號(hào)描述了一種用于測(cè)量晶片的電性能的類(lèi)似裝置，晶片從下方與汞柱接觸。這種裝置減少了密封失效時(shí)溢出的水銀量，但容器中需要容納大量水銀，而這些水銀必須通過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)的管道才能到達(dá)樣品，如果氣動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障，這仍然具有很大的危險(xiǎn)性。

4、日本公報(bào)第jp6044521號(hào)描述了一種用于經(jīng)由水銀探針測(cè)量半導(dǎo)體晶片的電性能的裝置，其中在多次測(cè)量之間使水銀在容器內(nèi)起泡并清潔。由于定期清潔，水銀筒不需要經(jīng)常更換，但仍然需要定期更換，因?yàn)橛行┪廴疚餆o(wú)法從水銀中完全去除。

5、所有上述裝置均具有相對(duì)較大的水銀容器，通常容積為1-2cm3，該水銀容器與毛細(xì)管流體連通，因此在密封失效或氣動(dòng)系統(tǒng)故障的情況下，存在大量水銀溢出的危險(xiǎn)。

6、在測(cè)量過(guò)程中，水銀會(huì)因水銀的氧化以及從晶片表面收集的小顆粒和其他污染物而受到污染。這導(dǎo)致需要定期更換裝置中容納的水銀，它是通過(guò)手動(dòng)更換包含水銀容器在內(nèi)的整個(gè)單元來(lái)進(jìn)行的。

7、雖然可以通過(guò)減少容器中容納的水銀的量來(lái)降低上述系統(tǒng)中大量水銀溢出的危險(xiǎn)，但這將以縮短水銀容納單元的必要更換的時(shí)間間隔為代價(jià)，因?yàn)橄嗤瑪?shù)量的污染物被引入較少量的水銀中會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度更快降低。根據(jù)裝置周?chē)h(huán)境的清潔度和所進(jìn)行的測(cè)量數(shù)量，供應(yīng)量為1-2cm3的裝置中的水銀可能需要數(shù)周更換一次。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是消除或至少改善現(xiàn)有技術(shù)方案的缺點(diǎn)。更具體而言，本發(fā)明的目的是提供一種用于測(cè)量半導(dǎo)體晶片的電性能的安全性提高的水銀探針裝置，其中在不增加維護(hù)頻率的情況下降低了水銀泄漏的危險(xiǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種安全性提高的測(cè)量裝置，其中該裝置能夠使用新鮮水銀進(jìn)行測(cè)量而無(wú)需人工維護(hù)。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種安全性提高的測(cè)量裝置，其中幾乎消除了水銀的蒸發(fā)和水銀蒸氣的排放。

2、上述目的已經(jīng)通過(guò)開(kāi)發(fā)根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置實(shí)現(xiàn)。權(quán)利要求2-9中闡述了根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選示例性實(shí)施例。通過(guò)開(kāi)發(fā)根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了上述目的。權(quán)利要求11-14中闡述了該方法的優(yōu)選變型。

技術(shù)特征：

1.一種用于測(cè)量半導(dǎo)體晶片(w)的電性能的水銀探針裝置，所述水銀探針裝置包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水銀探針裝置，其特征在于，所述清潔水銀容器(41)包括用于關(guān)閉和密封所述清潔水銀容器(41)的蓋子(5)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水銀探針裝置，其特征在于，所述水銀探針裝置包括污染水銀容器(42)，并且探針頭具有第二水銀更換位置，其中在所述第二水銀更換位置，所述探針頭與所述污染水銀容器(42)流體連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水銀探針裝置，其特征在于，所述清潔水銀容器(41)和所述污染水銀容器(42)布置在單個(gè)封殼內(nèi)，并且所述清潔水銀容器(41)和所述污染水銀容器(42)的各自的壁將其水銀內(nèi)容物分隔開(kāi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水銀探針裝置，其特征在于，所述污染水銀容器(42)成型為桶狀并布置在所述清潔水銀容器(41)內(nèi)，使得所述污染水銀容器(42)的底部擱置在所述清潔水銀容器(41)內(nèi)容納的水銀的頂面上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水銀探針裝置，其特征在于，所述污染水銀容器(42)被蓋板(43)經(jīng)由彈簧(424)向下推，所述蓋板(43)固定在所述清潔水銀容器(41)的頂部上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水銀探針裝置，其特征在于，所述水銀探針裝置包括停放站(6)，所述停放站(6)包括由耐水銀材料制成的平坦且光滑的表面，其中探針頭具有停放位置，在所述停放位置，所述毛細(xì)管(21)放置在所述停放站上，并且所述毛細(xì)管(21)的底部抵接表面與所述停放站(6)的頂面形成密封抵接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水銀探針裝置，其特征在于，所述停放站(6)由具有熱氧化頂面的硅晶片形成。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水銀探針裝置，其特征在于，所述停放站包括自對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(61)，所述自對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(61)用于調(diào)節(jié)所述停放站(6)的表面與放置在所述停放站的頂部的所述毛細(xì)管(21)的底面的對(duì)準(zhǔn)。

10.一種用于測(cè)量布置在晶片保持件(3)上的半導(dǎo)體晶片(w)的電性能的方法，所述方法包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，更換所述汞柱包括：打開(kāi)密封所述清潔水銀容器(41)的蓋子(5)，傾倒所述汞柱(m)，從所述清潔水銀容器(41)中抽吸新的汞柱，以及關(guān)閉所述蓋子(5)。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，更換所述汞柱包括：將所述汞柱傾倒入污染水銀容器(42)中，以及從所述清潔水銀容器(41)中抽吸新的汞柱(m)，其中所述清潔水銀容器(41)與所述污染水銀容器(42)是分離的。

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述毛細(xì)管(21)放置在停放站(6)的平坦表面上，并且將所述汞柱(m)降低至接觸所述平坦表面。

14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述觸發(fā)條件是以下任一項(xiàng)：用戶(hù)的手動(dòng)觸發(fā)，來(lái)自制造控制系統(tǒng)的觸發(fā)，自從上一次水銀更換操作以來(lái)進(jìn)行的電測(cè)量次數(shù)達(dá)到預(yù)定閾值。

15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在更換所述汞柱(m)期間進(jìn)行電測(cè)量，以便控制被抽吸至所述毛細(xì)管(21)的汞柱(m)的高度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量半導(dǎo)體晶片的電性能的水銀探針裝置，其包括：晶片保持件；用于使晶片頂面與汞柱接觸的水銀探針，水銀探針包括容納汞柱的毛細(xì)管；用于在毛細(xì)管內(nèi)的汞柱上方施加部分真空或壓力的氣動(dòng)控制裝置；水銀探針固定于其上的探針臂；用于控制毛細(xì)管相對(duì)于晶片上表面位置的定位裝置；用于使電流流過(guò)晶片并測(cè)量晶片電性能的測(cè)量裝置；與汞柱和測(cè)量裝置電連接的第一電觸點(diǎn)；與晶片保持件和測(cè)量裝置電連接的第二電觸點(diǎn)；清潔水銀容器；與氣動(dòng)控制裝置、定位裝置和測(cè)量裝置操作性連接的控制單元，其中水銀探針具有至少一個(gè)測(cè)量位置和第一水銀更換位置，其中毛細(xì)管在測(cè)量位置與清潔水銀容器分離，而在第一水銀更換位置與清潔水銀容器流體連通。

技術(shù)研發(fā)人員：A·馬頓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：塞米拉布半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)室有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8