CN108957272A - 半导体测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种半导体测试装置包含一测试腔室、一承载盘以及一制冷组件。承载盘设置于测试腔室内，以固定一待测半导体组件。制冷组件与测试腔室连接，以降低测试腔室的一腔室环境温度自一第一温度至一第二温度。上述半导体测试装置能够使测试腔室的腔室环境温度等于或低于指定的测试温度。

Description

半导体测试装置
【技术领域】
本发明是有关一种测试装置，特别是一种测试晶圆或芯片的半导体测试装置。
【背景技术】
半导体组件(例如晶圆)制作完成后会在常温以及高温或低温环境下对半导体组件进行测试，以找半导体组件在常温以及高温或低温的故障模式。请参照图1，已知的半导体测试装置包含一测试腔室11以及设置于测试腔室11内的一承载盘12以及一探针卡13。待测半导体组件80设置于承载盘12上，并在指定的测试温度下以探针卡13测试半导体组件80。一测试模块14a与探针卡13电性连接，以处理探针卡13所量测到的信号。测试模块14a另与一主机14b电性连接，测试人员即通过主机14b操作半导体测试装置。
为了满足不同测试温度的需求，已知的半导体测试装置的承载盘12有四种规格，分别为常温机型、高温机型(可操作温度范围为常温至摄氏150度)、气冷高温机型(可操作温度范围为摄氏25度至摄氏150度)以及冷却机高低温机型(可操作温度范围为摄氏-55度至摄氏150度)。目前常用的半导体测试装置为高温机型，但在常温测试时，承载盘12的温度会受到环境温度的影响。举例而言，测试腔室11的环境温度为摄氏28度时，承载盘12的温度即无法低于摄氏28度，换言之，承载盘12无法达到指定的测试温度，例如摄氏25度。此时需选用气冷高温机型或冷却机高低温机型进行测试。
请再参照图1，已知的气冷高温机型或冷却机高低温机型是在承载盘12内部设置冷却管路15，将冷却气体或冷却液从输入端151输入冷却管路15，并借由冷却气体/冷却液与承载盘12进行热交换即可降低承载盘12的温度。受热的冷却气体/冷却液从输出端152输出，经过冷却后可再次输入冷却管路15。由于承载盘12需内建冷却管路15增加了机构复杂度且需设置冷却机等冷却系统，因此气冷高温机型以及冷却机高低温机型的成本远高于高温机型。此外，冷却机高低温机型尚需加计冷却液耗材的成本，导致整体的测试成本进一步增加。
有鉴于此，如何简化半导体测试装置的冷却系统便是目前极需努力的目标。
【发明内容】
本发明提供一种半导体测试装置，其是利用一制冷组件与测试腔室连接，以降低测试腔室内的一腔室环境温度。因此，在较高室温的情况下，本发明的半导体测试装置仍能够使设置于测试腔室内的一承载盘以及一待测半导体组件能够达到略低于室温的指定测试温度。
本发明一实施例的半导体测试装置包含一测试腔室、一承载盘以及一制冷组件。承载盘设置于测试腔室内，以固定一待测半导体组件。制冷组件与测试腔室连接，以降低测试腔室的一腔室环境温度自一第一温度至一第二温度。
以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
【附图说明】
图1为一示意图，显示已知的半导体测试装置。
图2为一示意图，显示本发明第一实施例的半导体测试装置。
图3为一示意图，显示本发明第二实施例的半导体测试装置。
图4为一示意图，显示本发明第三实施例的半导体测试装置。
图5为一示意图，显示本发明一实施例的半导体测试装置的制冷组件。
图6为一示意图，显示本发明第四实施例的半导体测试装置。
图7为一示意图，显示本发明第五实施例的半导体测试装置。
【符号说明】
11 测试腔室
12 承载盘
13 探针卡
14a 测试模块
14b 主机
15 冷却管路
151 输入端
152 输出端
21 测试腔室
21a 内侧
21b 外侧
22 承载盘
23 探针卡
24a 测试模块
24b 主机
25 制冷组件
251a 冷端
251b 热端
252a 第一导热件
252b 第二导热件
253a 第一风扇
253b 第二风扇
254 壳体
26 温度传感器
27 控制器
28 加热组件
80 待测半导体组件
AI 内侧空气
AO 外侧空气
CA 较冷空气
HA 较热空气
【具体实施方式】
以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了该多个详细说明之外，本发明亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或组件并未描述于细节中，以避免对本发明形成不必要的限制。图式中相同或类似的组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表组件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。
请参照图2，本发明的一实施例的半导体测试装置包含一测试腔室21、一承载盘22以及一制冷组件25。测试腔室21定义出一测试空间，使测试空间与外部环境有所区隔。需注意的是，测试腔室21并非完全密闭，因此，外部环境的室温可能对测试腔室21内的温度造成影响。为了简化说明，以下称外部环境的室温为外部环境温度；称测试腔室21内的温度为腔室环境温度。承载盘22设置于测试腔室21内，待测半导体组件80即固定于承载盘22上进行测试。举例而言，待测半导体组件80可为一晶圆或单芯片。
制冷组件25与测试腔室21连接，并借由冷却测试腔室21内的气体来降低测试腔室21的腔室环境温度。举例而言，降低测试腔室21的腔室环境温度至指定的测试温度。当测试腔室21内的承载盘22以及其上的待测半导体组件80达到热平衡时，即能够以探针卡23接触待测半导体组件80并量测所需的信号。探针卡23所量测的信号再经由测试模块24a以及主机24b处理并判断待测半导体组件80是否故障。由于探针卡23、测试模块24a、主机24b以及未图标的晶圆传送模块等组件并非本发明的主要技术特征，且本发明所属技术领域中具有通常知识者能够以现有的技术加以实现，故在此不再赘述。
需说明的是，制冷组件25是冷却测试腔室21中的气体以降低测试腔室21的腔室环境温度，进而降低承载盘22的温度。因此，相较于图1所示的已知技术，本发明的半导体测试装置无需于承载盘22中设置冷却管路，换言之，本发明的半导体测试装置的冷却系统设计较为简单。此外，设计本发明的半导体测试装置的主要目的的一在于将测试腔室21的腔室环境温度小幅度地降低至测试温度即可，因此，制冷组件25的冷却能力只需要小幅度地降低腔室环境温度即可。
举例而言，假设测试腔室21外侧的外部环境温度为摄氏22度，测试腔室21内的腔室环境温度虽然会受到外部环境温度的影响，但进行测试时，测试腔室21内的腔室环境温度将高于外部环境温度，例如摄氏26度至27度，因此，若无配置冷却系统的机型，测试腔室21内的承载盘22即无法达到指定的测试温度，例如摄氏25度。依据上述情况，本发明的半导体测试装置的制冷组件25的冷却能力只需要将测试腔室21内的腔室环境温度从摄氏26-27度降低至指定的测试温度(摄氏25度)即可。于一实施例中，制冷组件25的冷却能力可将测试腔室21内的腔室环境温度自一第一温度降低至一第二温度，其中，第一温度是指无配置冷却系统的半导体测试装置于测试时测试腔室21内的腔室环境温度；第二温度则等于或低于指定的测试温度；且第一温度以及第二温度的温度差小于或等于摄氏10度。可以理解的是，适当的测试腔室21设计可以调整测试腔室21内的腔室环境温度与外部环境温度的温度差。于一实施例中，第一温度以及外部环境温度的温度差小于或等于摄氏10度皆可适用本发明的架构。
请参照图3，于一实施例中，本发明的半导体测试装置更包含一温度传感器26以及一控制器27。温度传感器26用以量测承载盘22的操作温度。控制器27与制冷组件25以及温度传感器26电性连接。控制器27依据温度传感器26所量测的操作温度来控制制冷组件25是否启动。举例而言，承载盘22的操作温度高于指定的测试温度时即开启制冷组件25。当承载盘22的操作温度等于或低于指定的测试温度时即关闭制冷组件25。
请参照图4，于一实施例中，本发明的半导体测试装置更包含一加热组件28。加热组件28与承载盘22连接，以加热承载盘22。依据此结构，本发明的半导体测试装置可在较高的测试温度进行测试程序。可以理解的是，加热组件28搭配制冷组件25即可在室温范围内精准控制承载盘22的操作温度。于一实施例中，现有的高温机型即有适当的温度控制设计，其包含量测承载盘22的操作温度的温度传感器。因此，图4中虚线所示的温度传感器26以及控制器27能够与现有的高温机型的主机24b整合在一起，亦即由主机24b来控制制冷组件25是否启动。
于一实施例中，制冷组件25的一制冷端的一制冷温度小于测试腔室外侧之外部环境温度，且制冷温度以及外部环境温度的一温度差小于或等于摄氏6度。请参照图5，举例而言，制冷组件25可为一半导体制冷组件(或称为制冷芯片)。半导体制冷组件的一冷端251a设置于测试腔室21的一内侧21a，以冷却测试腔室21内的气体，而半导体制冷组件的一热端251b则设置于测试腔室21的一外侧21b，以将热量排至测试腔室21外侧。可以理解的是，为了增加热传导效率，制冷组件25更包含一第一导热件252a，其与半导体制冷组件的冷端251a连接，以增加半导体制冷组件的冷端251a的热交换面积。于一较佳实施例中，制冷组件25更包含一第一风扇253a，其导引测试腔室21之内侧21a的空气流经第一导热件252a。举例而言，测试腔室21内的空气AI受到第一风扇253a驱动吹向第一导热件252a进行热交换，经冷却的较冷空气CA再吹回测试腔室21内。
同理，制冷组件25更包含一第二导热件252b，其与半导体制冷组件的热端251b连接，以增加半导体制冷组件的热端251b的热交换面积。于一较佳实施例中，制冷组件25更包含一第二风扇253b，其导引测试腔室21之外侧21b的空气流经第二导热件252b。举例而言，测试腔室21外的空气AO受到第二风扇253b驱动吹向第二导热件252a进行热交换，热交换后的较热空气HA再吹至测试腔室21外，以协助半导体制冷组件的热端251b散热。
请参照图6，于一实施例中，半导体制冷组件可设置于一壳体254中。壳体254分隔为一冷端空间以及一热端空间，其中，冷端空间与测试腔室21之内侧连通，而热端空间则连通至测试腔室21之外侧或是排热的通道。半导体制冷组件的冷端朝向壳体254的冷端空间设置，其热端朝向壳体254的热端空间设置。依据此架构，壳体254的冷端空间可视为测试腔室21的延伸，而壳体254的热端空间则可视为测试腔室21之外侧。如前所述，利用风扇可将测试腔室21内的空气AI吸入壳体254的冷端空间进行冷却，并将较冷空气CA吹入测试腔室21。同样的，利用风扇可将测试腔室21外的空气AO吸入壳体254的热端空间并排出较热空气HA，以协助半导体制冷组件的热端散热。可以理解的是，半导体制冷组件的冷端以及热端以上下配置(如图6所示)或左右配置(如图7所示)皆能够实现本发明。
于一实施例中，制冷组件可为一涡流管。涡流管包含一进气口、一热气出口以及一冷气出口。气体从进气口输入涡流管后，较热气体从热气出口输出，较冷气体则从冷气出口输出。因此，将涡流管的冷气出口与测试腔室连通即可降低测试腔室的腔室环境温度。可以理解的是，涡流管虽然可输出摄氏0度以下的较冷空气，但需要消耗大量的气体。当单一厂房设置大量半导体测试装置时，厂房的供气系统则需重新设计。因此，若仅需要小幅度地降低测试腔室21的腔室环境温度时，以半导体制冷组件作为本发明的半导体测试装置中制冷组件是较佳的选择。
综合上述，本发明的半导体测试装置是利用一制冷组件与测试腔室连接，以降低测试腔室内的一腔室环境温度。依据本发明的架构，半导体测试装置的冷却系统设计可以大幅简化，因而降低半导体测试装置的成本。此外，本发明的制冷组件无需使用冷却液等耗材且易于维护，因此可进一步降低整体的测试成本。
以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明之内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (12)

1.一种半导体测试装置，其特征在于，包含：
一测试腔室；
一承载盘，其设置于该测试腔室内，以固定一待测半导体组件；以及
一制冷组件，其与该测试腔室连接，以降低该测试腔室的一腔室环境温度自一第一温度至一第二温度。
2.如权利要求1所述的半导体测试装置，其特征在于，该第一温度以及该第二温度的一温度差小于或等于摄氏10度。
3.如权利要求1所述的半导体测试装置，其特征在于，该第一温度大于该测试腔室的一外侧的一外部环境温度，且该第一温度以及该外部环境温度的一温度差小于或等于摄氏10度。
4.如权利要求1所述的半导体测试装置，其特征在于，更包含：
一温度传感器，其量测该承载盘的一操作温度；以及
一控制器，其与该制冷组件以及该温度传感器电性连接，并依据该温度传感器所量测的该操作温度控制该制冷组件是否启动。
5.如权利要求1所述的半导体测试装置，其特征在于，更包含：
一加热组件，其与该承载盘连接，以加热该承载盘。
6.如权利要求1所述的半导体测试装置，其特征在于，该制冷组件的一制冷端的一制冷温度小于该测试腔室的一外侧的一外部环境温度，且该制冷温度以及该外部环境温度的一温度差小于或等于摄氏6度。
7.如权利要求1所述的半导体测试装置，其特征在于，该制冷组件包含一半导体制冷组件，且该半导体制冷组件的一冷端设置于该测试腔室的一内侧，以及该半导体制冷组件的一热端设置于该测试腔室的一外侧。
8.如权利要求7所述的半导体测试装置，其特征在于，该制冷组件更包含一第一导热件，其与该半导体制冷组件的该冷端连接，以增加该半导体制冷组件的该冷端的热交换面积。
9.如权利要求8所述的半导体测试装置，其特征在于，该制冷组件更包含一第一风扇，其导引该测试腔室内的空气流经该第一导热件。
10.如权利要求7所述的半导体测试装置，其特征在于，该制冷组件更包含一第二导热件，其与该半导体制冷组件的该热端连接，以增加该半导体制冷组件的该热端的热交换面积。
11.如权利要求10所述的半导体测试装置，其特征在于，该制冷组件更包含一第二风扇，其导引该测试腔室外的空气流经该第二导热件。
12.如权利要求1所述的半导体测试装置，其特征在于，该制冷组件包含一涡流管，且该涡流管的一冷气出口与该测试腔室连通。
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