CN107507783A - 用于重组晶圆的测试系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于重组晶圆的测试系统，包含：一第一移动机构；一影像撷取单元，连接第一移动机构，其中影像撷取单元于可以于第一移动机构之中移动；一致动平台，用于承载一重组晶圆；一探针卡，于操作时配置于致动平台的上方；以及一透镜，连接第二移动机构，其中透镜可以于第二移动机构之中移动，其中一光源配置于透镜之上并与之结合。

Description

用于重组晶圆的测试系统及其方法

技术领域

本发明关于一种半导体组件的测试机，特别涉及一种用于重组晶圆的测试系统及其方法。

背景技术

随着时代的进步，人类对科技产品的需求已越来越高，在产品保持轻薄短小的原则下，功能需求却只增不减，在对于功能增强但体积缩小的情形下，电子电路已逐渐走向积体化（集成化），在制作有着强大功能的芯片时，所需的制作成本也随之提高，对于这些昂贵的芯片而言，质量管理的要求也必须越来越高。

影像感测芯片，例如互补式金属氧化层半导体影像感测芯片(CMOS imagesensor)或电荷耦合组件(CCD)等，在经过封装之后，仍须进行最终测试。

随着数字相机、行动电话、平板计算机、笔记型计算机、车用摄像头以及各式监视器等大量普及，造就了摄像装置庞大的需求规模，也逐步地提升影像传感器测试领域的蓬勃发展。

在准备出厂的影像感测芯片中，都一定要经过产品的检测。传统方法上，为了测试这些精密的影像感测芯片组件，待测芯片将焊接于测试电路板之上。然而，待测芯片焊接于测试电路板之上，测试完成之后难以取下，易使该待测芯片变成耗材，产生多余的成本。此外，待测芯片于焊接时，常造成接脚折损，亦造成不必要的浪费。

另一方面，封装完成的集成电路必须作电性测试，方可确保芯片的质量。以半导体封装厂来说，由于其生产量大，必须使用能快速测试的芯片测试系统。对于后续下游的电器制造商来说，由于芯片的使用数量相对来说明显较少，在组装前仍然必须先作测试以将可能的不良品筛选出来，藉以降低成品或制程中的半成品的不良率，而可降低整体的制造成本。

除了筛选出良好的芯片之外，有些客户会要求于封装或组装之前再做一次芯片检测。因此，基于上述需求而开发出一种晶圆重组技术，其涉及从已切割晶圆上取得的良好晶粒置放于一粘着材料之上，此粘着材料置于框架之上以维持刚性和平整。重组晶圆类似于一整个晶圆，但它缺乏圆边与未使用的硅围绕其周边。理论上而言，一个重组晶圆应该仅仅包含数个良好的组件。但切割晶圆并且移动晶粒至粘着材料会损坏晶粒或允许粒子沉积于晶粒之上。因此，重组晶圆经历一个最终检测，依着每片晶圆并确定缺陷的晶粒以建立一地图。当取放(pick-and-place)设备置放良好的晶粒于一粘着薄膜之上时，在取放设备中轻微的不准确性可能会轻微地移动或旋转晶粒。虽然切割的晶粒是分离的或“单一化”，而他们仍然保持在原来的固定位置。在一重组晶圆上的晶粒的位置与方向可能与在从切割晶圆上的晶粒的位置与方向有些微地不同。在使用普通型(general-type)测试探针的情况之下，由于每个晶粒的坐标有些微的偏移与焊接垫上多次的接触，导致测试效率降低以及失败率变高。

如图1所示，其显示传统的晶圆测试系统的一示意图。测试系统100包括测试头(test head)，测试头包括测试头本体110、效能电路板(performance board)112、探针卡(probe card)116、晶圆夹盘122与致动平台124。测试头本体110与探针卡116可以通过一接口装置作电性连接。效能电路板112上的引脚(pins)114电性连接探针卡116上的探针一端的接点，以利于重组晶圆120上的晶粒的测试讯号可以通过探针与引脚114而传到效能电路板112以进行晶粒电性的测试。引脚114例如为弹性接触引脚(spring contact pins)。晶圆夹盘122用以夹住重组晶圆120，而致动平台124可以于三轴(XYZ)移动、以及角度(θ)旋转，以带动晶圆夹盘122上的重组晶圆120，以利于重组晶圆120之上的晶粒上的焊接垫可以电性连接探针卡116的探针。晶粒测试过程包括设定致动平台124上的重组晶圆120的位置，然后，致动平台124向上移动使得重组晶圆120之上的晶粒之焊接垫121接触探针卡116的探针118，如图2所示；之后，致动平台124向下移动，利用相机(camera)捕捉影像，利用影像仿真(image simulation)方式以确认探针图案(probe mark)、接触痕迹(contact trace)，再判断接触痕迹的效果如何，以取得正确的位置以进行晶粒测试。于测试时，探针卡116的探针尖端接触晶圆120的焊接垫121，并且焊接垫121接地。由于探针尖端下压晶圆120的焊接垫121而产生金属粉尘(dust)119，例如铝粉尘。适当的调整探针力量的大小有利于测试。本测试系统100的设计之中系使用普通型(general-type)测试探针，其中探针卡与透镜(lens)系结合在一起，在此情况之下，工程人员无法直接检视探针卡上的探针118与重组晶圆120上的晶粒之焊接垫121的连接状况。亦即，工程人员只能通过探针接触痕迹、探针图案来检测以确认是否所有的探针都已经全部接触到晶粒的焊接垫121。由于每个晶粒的坐标有些微的偏移，探针118尖端与重组晶圆120上的晶粒之焊接垫121上多次的接触，导致测试效率降低以及失败率变高。

重组晶圆130包含复数个通过取放设备以置于测试单元(test unit)131之上的良好晶粒132，每一良好晶粒132上具有焊接垫134，请参考图3。从图3可知，每一良好晶粒132的位置与方向均有些微的差异。因此，在测试时无法确认是否所有的探针都已经全部接触到晶粒的焊接垫。

因此，传统的晶圆测试系统100的设计之中，由于探针卡与透镜结合在一起，所以无法从上视的情形准确地确认探针卡上的探针118与重组晶圆120上的焊接垫121的相对位置，而且只能通过探针接触痕迹、探针图案来判断、确认正确的位置。由于重组晶圆的每个晶粒没有正确切位置，工程人员必须检查每个晶粒的位置，而在经过太多次接触之后，就无法检查接触痕迹。亦即，花费太多次数的探针接触痕迹来确定重组晶圆120上的焊接垫121的相对位置，除了无法确认最新一次的探针接触痕迹之外，可能也会造成焊线的缺陷问题的发生次数提高。

为了改善上述缺点，本发明改进现有的晶圆测试系统，进一步提出一具有产业利用的发明；其将详述于后。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于重组晶圆的测试系统与方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种用于重组晶圆的测试系统，包含：一第一移动机构；一影像撷取单元，连接第一移动机构，其中影像撷取单元于可以于第一移动机构之中移动；一致动平台，用于承载一重组晶圆；一探针卡，于操作时配置于致动平台的上方；一第二移动机构；以及一透镜，连接第二移动机构，其中透镜于可以于第二移动机构之中移动，其中一光源配置于透镜之上并与之结合。

其中致动平台可以进行三维移动以及转动。其中探针卡上设有一开口使得透镜可以配置于其中。

其中用于重组晶圆的单芯片测试系统更包括一计算机系统用以控制致动平台。

其中计算机系统可以控制第一移动机构与第二移动机构。

根据本发明的另一观点，提供一种用于重组晶圆的测试方法，包含：移动一影像撷取单元以靠近一探针卡的一开口，以取得一探针轨迹偏移影像，探针卡于操作时配置于于一致动平台的上方，该致动平台承载一重组晶圆；移动致动平台，以校正探针轨迹偏移影像；移动结合一光源的透镜至探针卡的开口的上方；以及移动透镜至探针卡的该开口，以利于进行芯片测试。

上述其中移动一影像撷取单元的步骤系通过一第一移动机构来执行，其中影像撷取单元系连接于第一移动机构。

其中移动透镜的步骤系通过一第二移动机构来执行，其中透镜系连接于第二移动机构。

其中第一移动机构、第二移动机构与致动平台系通过一计算机系统来控制。其中于校正该探针轨迹偏移影像的程序，调整影像撷取单元的焦距。

此些优点及其它优点从以下较佳实施例的叙述及权利要求将使读者得以清楚了解本发明。

附图说明

图1示为传统的晶圆测试系统的一示意图。

图2示为晶粒的焊接垫接触探针卡的探针的一示意图。

图3示为本发明的一重组晶圆的一示意图。

图4示为本发明的一实施例的晶圆测试系统的测试步骤的一示意图。

图5示为本发明的一实施例的校正探针轨迹偏移影像的一示意图。

主要部件附图标记：

100 测试系统

110 测试头本体

112 效能电路板(performance board)

114 引脚

116、143 探针卡(probe card)

118 探针

119 金属粉尘(dust)

120、130、142 重组晶圆

121、134、145 焊接垫

122 晶圆夹盘

124 致动平台

131、144 测试单元(test unit)

132 良好晶粒

140 影像撷取单元

141 开口(hole)

146 光源

147 晶粒

148 透镜

150 第一移动机构

160 第二移动机构

170 全区域记号(global mark)

172 芯片记号(chip mark)。

具体实施方式

此处本发明将针对发明具体实施例及其观点加以详细描述，此类描述为解释本发明的结构或步骤流程，其系供以说明之用而非用以限制本发明的权利要求。因此，除说明书中的具体实施例与较佳实施例外，本发明亦可广泛施行于其它不同的实施例中。以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可藉由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的功效性与其优点。且本发明亦可藉由其它具体实施例加以运用及实施，本说明书所阐述的各项细节亦可基于不同需求而应用，且在不悖离本发明的精神下进行各种不同的修饰或变更。

说明书中所述一实施例指的是一特定被叙述与此实施例有关的特征、方法或者特性被包含在至少一些实施例中。因此，一实施例或多个实施例的各态样的实施不一定为相同实施例。此外，本发明有关的特征、方法或者特性可以适当地结合于一或多个实施例之中。

本发明提供一个有效率的芯片测试方法以及测试机，以用于重组晶圆的单芯片测试。

如图4所示，其显示本发明的晶圆测试系统的测试步骤。在本发明的晶圆测试系统的新的结构中：(1)透镜模块与探针卡是分开的，(2)透镜系与光源结合。在本发明的晶圆测试系统之中，晶粒测试的方法与步骤包括：

步骤一：移动影像撷取单元以靠近探针卡的开口

在步骤一之中，一影像撷取单元140于一轴之中移动，从一第一位置移动一适当的距离至一第二位置，如图4的圆圈1所示。影像撷取单元140例如为一相机单元。在本实施例之中，探针卡143配置于影像撷取单元140的下方，并且探针卡143配置于致动平台(wafer stage)上的重组晶圆142的上方。在一实施例之中，探针卡143可以利用一固定装置而配置于致动平台的上方，或者利用一移动装置而移动至致动平台的上方。致动平台为一XYZθ平台，可以进行三维移动以及转动平台，XYZ为三个坐标轴，θ为旋转角度代表。在一实施例之中，影像撷取单元140可以连接一第一移动机构150，影像撷取单元于可以于第一移动机构150之中移动。通过此第一移动机构150的操作、控制可以相对移动影像撷取单元140。在一实施例之中，影像撷取单元140可以于第一移动机构150之中进行一维方向(Y轴；垂直轴)移动。在一实施例之中，影像撷取单元140可以于第一移动机构150之中进行二维方向(X/Y轴；水平/垂直轴)移动。在一实施例之中，影像撷取单元140可以于第一移动机构150之中进行三维方向(X/Y/Z轴；平面/垂直轴)移动。第一移动机构150带动影像撷取单元140以相对移动一适当的距离，以靠近探针卡143的开口(hole)141，以利于探针卡143上的探针与重组晶圆142上的测试单元144上的晶粒的焊接垫二者之间作接触确认(contact confirmation)。通过探针卡143的开口141，操作影像撷取单元140以捕捉重组晶圆142上的测试单元144的晶粒147的焊接垫145的影像。影像撷取单元140所捕捉的测试单元144的晶粒147的焊接垫145的影像，以取得一探针轨迹偏移影像，如图5左侧的图示所示。在步骤一之中，测试单元144上的晶粒147的焊接垫145的影像，在重组晶圆的坐标轴(beam axis, X2/Y2)与致动平台的坐标轴(stage axis, X1/Y1)的对比之下，显示出有一探针轨迹偏移(probe trace shift)的情形，亦即重组晶圆的坐标轴(X2/Y2)与致动平台的坐标轴(X1/Y1)之间有一偏移。重组晶圆上具有全区域记号(global mark)170与芯片记号(chip mark)172，以利于对准以及调整测试单元144上的芯片的位置与方向，如图5所示。

步骤二：移动重组晶圆至一正确的接触位置

在步骤一之中显示测试单元144上的晶粒147的焊接垫145的影像在重组晶圆的坐标轴(X2/Y2)之下显示出有一探针轨迹偏移。所以，接下来，在步骤二之中，调整(fit)并改变影像撷取单元140的焦距(focal length)，并利用致动平台以移动重组晶圆142的测试单元144至一适当位置，以做一影像确认(image confirmation)的程序，使得探针轨迹偏移的情况矫正回来，即校正该探针轨迹偏移影像，结果调整出一个正确的接触位置(rightcontact position)，如图4的圆圈2所示。亦即，重组晶圆的坐标轴(X2/Y2)与致动平台的坐标轴(X1/Y1)的方向达到一致，如图5所示。此时，影像撷取单元140通过探针卡143的开口141所捕捉到重组晶圆142上的测试单元144的晶粒147的焊接垫145的影像，如图5右侧的图示所示。探针卡143上的探针即对准重组晶圆142上的测试单元144上的晶粒147的焊接垫145，至此即完成探针与焊接垫的接触确认的步骤。在一实施例之中，步骤二系利用一计算机系统来控制致动平台，使得致动平台可以适当地移动其上的重组晶圆142，而使得探针卡143上的探针对准重组晶圆142上的测试单元144上的晶粒的焊接垫。

步骤三：移动结合光源的透镜模块至探针卡的开口的上方

在步骤三之中，透镜148结合光源146而于一轴之中移动，从一第三位置移动一适当的距离至一第四位置，如图4的圆圈3所示。透镜148为一单区域透镜(1 site lens)，以搭配单芯片的测试。在本实施例之中，光源146配置于透镜148之上。在一实施例之中，光源146与透镜148的组合可以连接一第二移动机构160，通过此第二移动机构160的带动以相对移动透镜148。在一实施例之中，透镜148可以于第二移动机构160之中进行一维方向(X轴；垂直轴)移动。在一实施例之中，透镜148可以于二维方向(X/Y轴；水平/垂直轴)移动。在一实施例之中，透镜148可以于第二移动机构160之中进行三维方向(X/Y/Z轴；平面/垂直轴)移动。第二移动机构160带动透镜148以相对移动一适当的距离至探针卡的开口的上方，以对准探针卡143的开口141，以利于透镜148可以置入于探针卡143的开口141之中。

步骤四：移动结合光源的透镜模块至探针卡的开口

在步骤四之中，透镜148结合光源146而于一轴之中移动，从一第五位置移动一适当的距离至一第六位置，以进入至探针卡的开口，如图4的圆圈4所示。基于光源146结合与配置于透镜148之上，并且探针卡143上的探针与重组晶圆142上的测试单元144上的晶粒147之焊接垫145已于步骤二完成接触确认与对准，所以于步骤四之后即可以进行晶粒的测试。

在本发明之中，上述步骤一至步骤四的执行可以通过一计算机系统来控制。亦即，本发明建立了一个计算机基础的控制系统，用于控制第一移动机构、第二移动机构以及致动平台，以确认影像撷取单元140与致动平台的正确的位置，以及使透镜模块得以移动至探针卡143的开口141。

透镜148与探针卡143是分开的，在确认影像撷取单元140与致动平台的正确的位置之后，就可以通过探针卡143的开口141直接判断接触痕迹的效果(contact traceperformance)。因此，本发明之晶圆测试系统可以克服习知技术之芯片测试过程中所产生之问题，(1)探针尖端与重组晶圆上的晶粒的焊接垫多次的接触，而无法检查接触痕迹；(2)焊线的缺陷问题的发生次数提高。因此，本发明的晶圆测试系统，无须多次的接触痕迹检查，是一个稳定、不费时而有效率的设计。

测试芯片可以是一影像感测芯片，例如互补式金属氧化层半导体(CMOS)影像感测芯片或电荷耦合组件(CCD)。影像感测芯片具有一感光区域，感光区域面向一光源所发出的光线。感光区域主要由画素数组构成，画素数组面向光源处可覆盖一微透镜(micro lens)使得光线可以照射到画素数组的每一画素。微透镜具有一定的透光度，其材质可为硅、石英、玻璃、高分子透光材料及其它光学材料等其中之一或其组合。

本发明可以有效地解决传统的习知技术所产生的问题，并获得更好的测试硬件调整的效率。

基于本发明的设计理念，可以解决传统的探针测试机的低良率与高成本的问题。亦即，本发明的测试系统的设计可以达到改善效率和稳定性的目的。

根据上述，本发明的用于重组晶圆的单芯片测试系统主要概念与优点包括：

一、透镜模块与探针卡是分开配置的；

二、提供了一个稳定的测试环境；

三、透镜与光源系结合成为一模块；

四、利用影像撷取单元以确认探针接触轨迹，可以解决多次接触轨迹的问题；

五、利用计算机控制系统来控制影像撷取单元与致动平台以确定正确的位置，可以解决晶粒偏移的问题。

上述叙述系为本发明的较佳实施例。此领域的技艺者应得以领会其系用以说明本发明而非用以限定本发明所主张的权利要求。其专利保护范围当视前附的权利要求及其等同领域而定。凡熟悉此领域之技艺者，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属本发明所揭示精神下所完成之等效改变或设计，且应包含在前述的权利要求内。

Claims (10)

1.一种用于重组晶圆的测试系统，其特征在于，包含：

一第一移动机构；

一影像撷取单元，连接该第一移动机构，其中该影像撷取单元于可以于该第一移动机构之中移动；

一致动平台，用于承载一重组晶圆；

一探针卡，于操作时配置于该致动平台的上方；

一第二移动机构；以及

一透镜，连接该第二移动机构，其中该透镜于可以于该第二移动机构之中移动，其中一光源配置于该透镜之上并与之结合。

2.如权利要求1所述的用于重组晶圆的测试系统，其特征在于，该致动平台能进行三维移动以及转动。

3.如权利要求1所述的用于重组晶圆的测试系统，其特征在于，该探针卡上设有一开口使得该透镜配置于其中。

4.如权利要求1所述的用于重组晶圆的测试系统，其特征在于，还包括一计算机系统用以控制该致动平台。

5.如权利要求4所述的用于重组晶圆的测试系统，其特征在于，该计算机系统控制该第一移动机构与该第二移动机构。

6.一种用于重组晶圆的测试方法，其特征在于，包含：

移动一影像撷取单元以靠近一探针卡的一开口，以取得一探针轨迹偏移影像，探针卡于操作时配置于于一致动平台的上方，该致动平台承载一重组晶圆；

移动该致动平台，以校正该探针轨迹偏移影像；

移动结合一光源之透镜至该探针卡的该开口的上方；以及

移动该透镜至该探针卡的该开口，以利于进行芯片测试。

7.如权利要求6所述的用于重组晶圆的测试方法，其特征在于，该移动一影像撷取单元的步骤通过一第一移动机构来执行，其中该影像撷取单元连接于该第一移动机构。

8.如权利要求7所述的用于重组晶圆的测试方法，其特征在于，移动该透镜之步骤通过一第二移动机构来执行，其中该透镜连接于该第二移动机构。

9.如权利要求8所述的用于重组晶圆的测试方法，其特征在于，该第一移动机构、该第二移动机构与该致动平台通过一计算机系统来控制。

10.如权利要求6所述的用于重组晶圆的测试方法，其特征在于，于校正该探针轨迹偏移影像的程序，调整该影像撷取单元的焦距。