CN110208672A - 探针卡及探针台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体测试技术领域，提供了一种探针卡，包括：电路板；多个探针，与电路板连接，探针包括至少一个第一探针和至少一个第二探针；偏移部，与多个探针耦合，响应于第一探针加载有或者将加载测量信号而第二探针未加载或者未将加载测量信号，偏移部能够移动第一探针和/或第二探针，以使第一探针的先端比第二探针的先端更加远离电路板的所在平面。本发明提供的探针卡能够使加载有或者将加载测量信号的探针移动至优先与焊垫接触的位置，进而在测量过程中，仅将加载有测量信号的探针扎进待测物的焊垫中，而避免其他未加载测量信号的探针发生损伤，有效提高了探针的使用效率，避免探针的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及半导体测试技术领域，更详细地说，本发明涉及一种探针卡以及具有该探针卡的探针台。
背景技术
为了对半导体器件进行测试，目前的一种常见的测试方式是通过一个探针卡的多个探针分别触压待测物(Device Under Test，DUT)的多个焊垫(pad)，在多个焊垫上加载测试信号，进而分析、获得待测物的测试结果。
测试机台主要由测试机与探针台组成，在进行测试时，测试机能够通过矩阵开关，将输入信号传输至探针卡的探针尖端，利用扎针来接触焊垫，以实现量测。
探针卡上大多设置有多个探针，在测量过程中，需要将探针卡上的这些探针均扎进焊垫中，之后，选择性地仅在部分探针上加载测试信号。然而，将探针扎进焊垫的操作不可避免地会造成探针本身以及焊垫的损伤，鉴于即使部分探针损坏也需要对探针卡重新进行植针，采用以上扎针方式，会造成探针的巨大浪费。
发明内容
鉴于现有技术的上述问题，本发明提供了一种探针卡，能够有效提高探针的使用效率，避免探针的浪费。
该探针卡包括：电路板；多个探针，与电路板连接，探针包括至少一个第一探针和至少一个第二探针；偏移部，与多个探针耦合，响应于第一探针加载有或者将加载测量信号而第二探针未加载或者未将加载测量信号，偏移部能够移动第一探针和/或第二探针，以使第一探针的先端比第二探针的先端更加远离电路板的所在平面。
本发明提供的探针卡能够使加载有或者将加载测量信号的探针移动至优先与焊垫接触的位置，进而在测量过程中，仅将加载有测量信号的探针扎进待测物的焊垫中，而避免其他未加载测量信号的探针发生损伤，有效提高了探针的使用效率，避免探针的浪费。
在本发明的较优技术方案中，偏移部包括分析装置和驱动装置，分析装置与探针以及驱动装置分别耦合，若分析装置确定探针加载有或者将加载测量信号，驱动装置驱动探针移动至远离电路板所在平面的位置；或者，若分析装置确定探针未加载或者未将加载测量信号，驱动装置驱动探针移动至靠近电路板所在平面的位置。
在本发明的可选技术方案中，由驱动装置驱动的探针的移动具有多段行程。多段行程的探针移动方式可以确保探针的先端即使发生了一定程度的损耗，也可以通过移动探针，将其调整至合适的扎入位置。
在本发明的可选技术方案中，多段行程中每段行程的长度为5-20μm。
在本发明的可选技术方案中，探针的先端长度为350-520μm。具有较长先端长度的探针能够保障探针的使用寿命。在本发明的一些实施方式中，通过延长探针先端长度与多段移动探针组合使用的方式，在不更换探针的情况下，探针的使用寿命可以达到现有探针使用寿命的3-5倍以上。
在本发明的可选技术方案中，探针卡还包括激光位移传感器，与探针的先端耦合；处理器，与激光位移传感器通信耦合，能够根据激光位移传感器的测量结果，确定探针的先端的长度变化。通过激光位移传感器，能够精确地监视探针先端的长度变化，避免探针损耗程度严重时，发生探针扎入焊垫不完全的情况。
在本发明的可选技术方案中，处理器与偏移部通信耦合，能够根据探针的先端的长度变化，移动探针，以补偿先端的长度变化。通过移动探针补偿先端的长度变化，能够适应性地调整探针的先端位置，保证各探针扎入焊垫的合理位置。
在本发明的可选技术方案中，探针卡为悬臂式探针卡或者垂直式探针卡。较优选地，探针卡为悬臂式探针卡。
本发明还提供了一种具有探针卡的探针台。
在本发明的可选技术方案中，探针台在进行测量时，由第一探针触压待测物的导电接点，而第二探针远离待测物的导电接点。
附图说明
图1是现有技术中一种悬臂式探针卡的结构示意图；
图2是本发明一种实施方式中的悬臂式探针卡的结构示意图；
图3是图2实施方式中单个探针的结构示意图；
图4是图2实施方式中探针偏移控制的流程图。
附图说明：
10a-第一探针，10b-第二探针，12-电路板，100-本体，102-先端段，102T-先端，104-驱动装置。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边大致说明本发明的优选实施方式。另外，本发明的实施方式并不限定于下述实施方式，能够采用在本发明的技术构思范围内的各种各样的实施方式。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施方式并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
如背景技术所述，参考图1，现有的探针卡上所具有的若干探针，包括加载有或者将加载测量信号的第一探针10a和未加载或者未将加载测量信号的第二探针10b，均被设计在同一平面上，不会因为是否加载有或者是否将加载测量信号而产生不同动作。相应地，第一探针10a和第二探针10b在测量时，将被一同扎入待测物的焊垫中，并根据测量需求在部分探针(第一探针10a)上加载相应的测量信号。以上配置方式将使得每次测量，探针卡上的所有探针均会被磨损，而且，现有的探针卡中，任意一根探针出现损坏就需要在维护时全面重新植针，将所有探针全部换掉，这会导致探针使用的巨大浪费。
为了解决上述问题，本实施方式提供了一种悬臂式探针卡，参考图2，该探针卡包括一电路板12以及与安装在圆盘状的电路板12上的若干探针。电路板12为印刷电路板(Printed Circuit Board)，电路板12的一面(图中上表面)为测试机接触面，另一面(图中下表面)为晶圆接触面。探针安装在电路板12的下面，朝向远离电路板12的方向延伸，其最为远离电路板12的端部为探针的先端102T，用于扎入待测晶圆的焊垫中，向待测晶圆上形成的集成电路加载测量信号。
本实施方式中，在未加载任何测量信号的状态下，所有探针，包括第一探针10a和第二探针10b的先端102T将均处于同一平面内，而当仅部分探针被加载了或者将被加载测量信号时，例如，第一探针10a上被加载了或者将被加载测量信号，而第二探针10b上未加载或者未将加载测量信号时，本实施方式提供的探针卡针对以上情形的响应将与现有的探针卡有所不同。
结合图3，本实施方式提供的探针卡具有偏移部，包括分析装置(未示出)和驱动装置104，每根探针(包括每根第一探针10a和每根第二探针10b)上均独立安装有驱动装置104。驱动装置104根据分析装置的分析结果，对探针进行伸缩控制。
具体地，当第一探针10a上加载有或者将加载测量信号，而第二探针10b未加载或者未被加载测量信号时，偏移部的驱动装置104能够：响应于第一探针10a上加载有或者将加载测量信号，将第一探针10a的先端102T移动至远离电路板12的位置；和/或响应于第二探针10b未加载或者未将加载测量信号，将第二探针10b的先端102T移动至靠近电路板12的位置。
偏移部能够通过移动加载有测量信号的第一探针10a和/或移动未加载测量信号的第二探针10b，使第一探针10a的先端102T比第二探针10b的先端102T处于更加远离电路板12的平面，进而使得，在扎针时，更加靠近待测物(本实施方式中为待测晶圆)所在平面的第一探针10a，将被优先扎入待测晶圆的焊垫中。
通过以上方式，本实施方式提供的探针卡只需要将加载信号的第一探针10a扎入焊垫中，在每次测试过程中，仅对部分需要加载测量信号的第一探针10a进行扎针，而不会磨损未加载或者未将加载测量信号的第二探针10b，减少对于探针的无意义的损耗行为，提高探针的使用效率。
具体参考图3，本实施方式中，对探针实施偏移控制的控制部包括用于分析每根探针是否加载有或者将被加载测量信号的分析装置(未示出)，以及与分析装置电性连接的驱动装置104。在一些实施方式中，分析装置与每根探针均耦合，能够检测以确定每根探针上是否加载有测量信号，并据此控制驱动装置104的运行，驱动相应探针靠近或者远离电路板12(亦即远离或者靠近待测晶圆)。在一些实施方式中，分析装置也可以通过读取和分析测量任务，来判断每根探针上是否需要相应地加载测量信号，以确定对哪些探针、采用何种移动方式实施偏移控制。
本实施方式中，包括第一探针10a和第二探针10b在内的探针，如图3所示，该探针包括先端段102、本体100以及驱动装置104，驱动装置104套在先端段102的外部，与先端段102机械连接，能够根据控制信号沿长度方向推出或者收入先端段102，进而使得先端段102的顶端，即先端102T，更加接近或者远离待测晶圆。
对于先端段102的长度监控，本实施方式中，采用长度监控装置(未示出)监控先端段的长度，包括依次通信的激光发射器、激光接收器及MCU处理器。激光发射器设置在驱动装置104的远离待测晶圆的一侧，激光接收器设置在驱动装置104的靠近待测晶圆的一侧，MCU处理器与驱动装置104通信连接。
长度监控装置监控探针结构的先端段102的长度过程如下：激光发射器发射激光信号至先端102T；激光接收器接收经先端102T反射的激光信号并反馈给MCU处理器；MCU处理器根据激光信号获知先端段102减少的长度数值。
通过以上方式，扎针多次后，激光发射器通过镜头将可见红色激光射向先端102T(在一些实施方式中，也可以经待测晶圆表面反射)，反射的激光通过接收器镜头接收信号，反馈给MCU处理器，通过模拟和数字电路分析就可以计算出先端段102的长度减少值，当减少的长度达到阈值，这种激光位移传感器会将信号传输给MCU处理器，MCU处理器根据长度减少值，生成控制指令以控制驱动装置104将先端段102拉伸一定长度或者移动一定距离，以补偿先端段102的长度减少。
本实施方式中，先端段102的轴线与垂直方向的夹角在10度以内，本体100的轴线与驱动装置104的轴线夹角为80度左右；先端段102的总长度h20为350-420μm，未经推出的先端段102，其初始先端段的长度h00为250-320μm。本实施方式中，未经推出的先端段102，其可推出长度为h20-h00约100μm，以每次推出10μm为例，该探针可被推出10次。
现有的探针卡在使用时，扎针过程需要将所有探针(包括加载有测量信号的第一探针10a和未加载测量信号的第二探针10b)扎入待测晶圆的焊垫中，因此，每次扎针时，所有探针仍会遭受一定程度的磨损，使得所有探针的整体磨损速度较快。
本实施方式中，驱动装置104能够根据探针上是否加载有测量信号来对探针实施伸缩控制。具体地，参考图4，探针卡对于探针的控制方法包括以下步骤：
S01复位。在复位过程中，驱动装置104能够根据激光光路形成的长度监控装置的反馈，将探针卡上的各探针，包括第一探针10a和第二探针10b，均移动至同一平面上。在本发明的其他实施方式中，也可以通过打磨等方式将多根探针复位至同一平面上。
S02确定每根探针是否加载有或者将被加载测量信号。在一些实施方式中，探针上是否加载有测量信号可以基于对探针的电位测量而确定。在一些实施方式中，探针上是否加载有测量信号可以基于读取和分析测量任务，来判断每根探针上是否需要相应地加载测量信号。
S03根据探针上加载测量信号的情况，偏移部移动探针先端段102，使加载有或者将被加载测量信号的第一探针10a和未加载或者未将加载测量信号的第二探针10b移动至不同平面上，以使扎针时选择性地仅扎入第一探针10a。
具体地，针对测量信号加载情况不同的多根探针，根据测量信号加载情况的不同，将探针移动至不同的平面上：
若第一探针10a上加载有或者将被加载测量信号，将第一探针10a的先端移动至远离电路板12的位置；和/或
若第二探针10b上未加载或者未将被加载测量信号，将第二探针10b的先端移动至靠近电路板12的位置。
第一探针10a与第二探针10b的先端102T之间相距一定的安全距离(以该安全距离为30μm为例进行说明)以上，可仅将第一探针10a扎入待测晶圆的焊垫之中而保持第二探针10b不与焊垫接触，则可在扎针前，将第一探针10a推出大于安全距离的长度(例如40μm)，或者，将第二探针10b缩回40μm，之后进行扎针动作。在一些情形中，该台测试设备需要对一批次的大量待测晶圆执行相同或者类似的测试项目，需要重复地仅使用第一探针10a进行测试，因此，随着测试过程的持续，不断被使用的第一探针10a将逐渐被磨损和缩短。当与第一探针10a耦合的长度监控装置检测到：将第一探针10a推出40μm或者将第二探针10b缩回40μm已经不足以保持第二探针10b保持不与焊垫接触时，或者，已经检测到第二探针10b被扎入待测晶圆的焊垫中时，响应于上述条件被满足，在原本推出的大于安全距离的长度(40μm)的基础上，将第一探针10a进一步推出预定长度(以步长为10μm为例)或者将第二探针10b进一步缩回预定长度(10μm)，以确保第一探针10a与第二探针10b的先端102T之间仍旧能够保持相距30μm以上。
在本实施方式中，由于第一探针10a和第二探针10b均具有多段行程，每段行程为10μm，可重复移动10次。通过配置合理的多段行程的方式，探针卡可以兼顾补偿探针磨损过程中探针运动的精确性，以及未加载测量信号的第二探针10b在使用时的安全性(确保扎入第一探针10a时，第二探针10b保持与焊垫远离)。
S04扎针，仅将加载有测量信号的第一探针10a扎入待测晶圆的焊垫中。
本实施方式中，探针卡为环氧树脂型悬臂式探针卡，焊垫为铝焊垫。在本发明的其他实施方式中，也可以根据实际需要调整探针卡和焊垫类型，例如可以是垂直式探针卡或者薄膜式探针卡等。
S05将测量信号载入待测晶圆中对待测晶圆进行测量。
需要说明的是，虽然在本实施方式中，待测物为待测晶圆，但在本发明的其他实施方式中，待测物也可为晶片、晶粒或印刷电路板，其中晶片或晶粒可为记忆体晶片、晶粒或逻辑晶片、晶粒等。探针卡可为多待测物测试用悬臂式探针卡或单一待测物测试用悬臂式探针卡等类型的探针卡。此外，虽然本实施方式探针触压的导电接点为焊垫，在本发明的其他实施方式中，导电接点也可以是其他任何合适形式的导电接点。
至此，已经结合附图描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种探针卡，其特征在于，包括：
电路板；
多个探针，与所述电路板连接，所述探针包括至少一个第一探针和至少一个第二探针；
偏移部，与多个所述探针耦合，响应于所述第一探针加载有或者将加载测量信号而所述第二探针未加载或者未将加载测量信号，所述偏移部能够移动所述第一探针和/或所述第二探针，以使所述第一探针的先端比所述第二探针的先端更加远离所述电路板的所在平面。
2.如权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述偏移部包括分析装置和驱动装置，所述分析装置与所述探针以及所述驱动装置分别耦合，
若所述分析装置确定所述探针加载有或者将加载测量信号，所述驱动装置驱动所述探针移动至远离所述电路板所在平面的位置；或者，
若所述分析装置确定所述探针未加载或者未将加载测量信号，所述驱动装置驱动所述探针移动至靠近所述电路板所在平面的位置。
3.如权利要求2所述的探针卡，其特征在于，由所述驱动装置驱动的所述探针的移动具有多段行程。
4.如权利要求3所述的探针卡，其特征在于，所述多段行程中每段行程的长度为5-20μm。
5.如权利要求1或4所述的探针卡，其特征在于，所述探针的先端长度为350-520μm。
6.如权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述探针卡还包括
激光位移传感器，与所述探针的先端耦合；
处理器，与所述激光位移传感器通信耦合，能够根据所述激光位移传感器的测量结果，确定所述探针的先端的长度变化。
7.如权利要求6所述的探针卡，其特征在于，所述处理器与所述偏移部通信耦合，能够根据所述探针的先端的长度变化，移动所述探针，以补偿所述先端的长度变化。
8.如权利要求1-4、6、7中任一项所述的探针卡，其特征在于，所述探针卡为悬臂式探针卡或者垂直式探针卡。
9.一种探针台，其特征在于，所述探针台包括如权利要求1-8中任一项所述的探针卡。
10.如权利要求9所述的探针台，其特征在于，所述探针台在进行测量时，由所述第一探针触压待测物的导电接点，而所述第二探针远离待测物的导电接点。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190906 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |