CN111007373A - 高压探针卡系统 - Google Patents

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Abstract

用于测试被测器件的测试组件包括探针卡组件和固定到探针卡组件的盖。探针卡组件包括具有多个开口的探针瓦片。该探针瓦片包括多条探针线，该探针线包括探针针部和探针尖端部。密封件设置在探针瓦片的表面上，并形成加压区域的外周。探针瓦片包括形成在加压区域内的绝缘层，该绝缘层被配置为将探针针部与被测器件分开。绝缘层包括孔，探针尖端部延伸穿过该孔以接触被测器件。该盖包括与探针瓦片的多个开口流体连通的流体入口和流体回流出口。

Description

高压探针卡系统
技术领域
本公开大体涉及用于被测器件(例如但不限于半导体器件)的测试设备和系统。更具体地，本公开涉及包括探针卡的系统和装置，该探针卡可与其他测试设备一起使用以对半导体器件(例如，半导体晶片或微机电系统(MEMS)器件)进行电测试。
背景技术
半导体行业仍然需要使用在半导体晶圆上的许多电子设备。随着半导体行业的发展以及设备的小型化和复杂化，必须对许多电气设备(最常见的是半导体器件和晶圆上电互连)进行电气测试，例如，当设备为晶圆形式时是否存在泄漏电流和极低的工作电流。此外，通常需要在较宽的温度和电压范围内评估电流和器件特性，以了解温度和电压如何影响器件。而且，由于半导体技术的连续和快速变化，半导体器件及其电接触片的尺寸不断变小。
为了有效地测量晶圆形式的半导体器件，使用探针接触晶圆表面上的导电片。这些探针又电连接到测试仪器。通常，额外的电气互连组件(例如电路板)构成了探头和测试仪器之间连接的一部分。为了使电气测量的损耗降到最低，必须将探针和互连组件设计为使测量信号与外部电气干扰、通过介电材料的泄漏电流、寄生电容、摩擦电噪声、压电噪声和介电吸收等隔离开来。
因此，仍然需要改进的用于对半导体器件(例如半导体晶片)进行电测试的半导体测试设备。
发明内容
本公开大体涉及用于被测器件(例如但不限于半导体器件)的测试设备和系统。更具体地，本公开涉及包括探针卡的系统和装置，该探针卡可与其他测试设备一起使用以对半导体器件(例如，半导体晶片或微机电系统(MEMS)器件)进行电测试。
在一个实施例中，本文公开的系统和装置可以用于被测器件的高压测试。在一个实施例中，高压测试可以包括施加300伏或大约300伏或施加大于300伏的电压。在一个实施例中，高压测试能够包括施加大于300伏至高达50,000伏或大约50,000伏的电压。
描述了例如在测试半导体器件的系统中的有用的测试设备。更具体地，描述了可用于对诸如半导体晶片的半导体器件进行电探测的的探针装置。通常，探针装置包括能够相对于另一测试设备或组件(例如电路板)锁定和解锁的探针芯，并且其中探针芯具有一个或多个探头，这些探头能够探测器件并且电连接到其他测试设备的触点，这能够从探头芯传输信号。
在一个实施例中，探针芯探头可以是线针状物，其可以具有电连接并且可以接触其他测试设备。
公开了一种用于测试被测器件的测试组件。该测试组件包括探针卡组件和固定到探针卡组件的盖。探针卡组件包括探针瓦片。探针瓦片包括多个开口。探针瓦片包括多条探针线，该探针线包括探针针部和探针尖端部。密封件设置在探针瓦片的表面上。密封件形成加压区域的外周。探针瓦片包括形成在加压区域内的绝缘层。绝缘层被配置为将探针针部与被测器件分开。绝缘层包括孔，探针尖端部延伸穿过该孔以接触被测器件。盖包括流体入口和流体回流出口。流体入口和流体回流出口与探针瓦片的多个开口处于流体连通。
在一个实施例中，测试组件的绝缘层可以由与测试组件的材料兼容的并且能够防止在电子部件之间形成火花的材料制成。在一个实施例中，绝缘层可以是聚酰亚胺片等。
在一个实施例中，测试组件流体地连接到流体源，其被配置为提供温度受控的流体。在一个实施例中，该温度受控的流体能够从在或大约在-65℃至在或大约在300℃。在一个实施例中，可以基于例如用于测试被测器件的期望测试温度来选择受控流体的温度。
进一步公开了一种探测被测器件的方法。该方法包括将探针卡组件定位到测试位置，其包括将盖保持在探针卡组件。将温度受控的流体从流体源提供到盖的流体入口，该流体入口与探针卡组件中的一个或多个孔处于流体连通，从而在探针卡组件和被测器件之间的测试位置处形成流体凹部。被测器件进行探测。通过探针卡组件与电路板的接触以及探针卡组件与被测器件的接触将信号传输到测试设备，从而允许通过探针线和电路板来传输信号。
附图简要说明
参考形成本公开的一部分的附图，这些附图示出了能够实践本说明书中描述的系统和方法的实施例。
图1A-1C示出了根据一个实施例的探针卡组件的视图。
图2A-2C示出了根据一个实施例的测试组件的视图。
全文中相似的附图标记表示相似的部分。
具体实施方式
本公开大体涉及用于被测器件(例如但不限于半导体器件)的测试设备和系统。更具体地，本公开涉及包括探针卡的系统和装置，该探针卡可与其他测试设备一起使用以对半导体器件(例如，半导体晶片或微机电系统(MEMS)器件)进行电测试。
本文描述的测试设备和系统可以特别适于对包括高压施加的被测器件进行测试。
诸如半导体器件的被测器件，可通过向半导体组件(例如但不限于晶体管，二极管等)施加高电压来进行测试。进行测试时，附近可能会存在许多半导体组件。当向这些组件施加高电压(例如，在约300伏或大于300伏)时，存在产生在空气放电形成火花的风险。降低火花风险的改进方法成为需要。应当理解，这些电压范围仅是示例，可以变化超出所述范围。在一个实施例中，施加的电压可以高达在约50,000伏。
本公开的实施例提供了一种用于被测器件的测试组件，其包括使用温度和压力受控的流体流对被测区域进行加压。
在一个实施例中，流体可以是温度受控的流体流。
在一个实施例中，流体可以是温度受控和压力受控的流体流。在一个实施例中，同时控制温度和压力可以增强测试过程的可重复性和准确性。
在一个实施例中，温度和压力受控的流体流可以减少产生火花的风险。
图1A-1C示出了能够在系统中用于测试诸如半导体器件之类的器件的测试设备的实施例，所述半导体器件包括但不限于半导体晶片或其他MEMS器件。通常，可以使用电路板和探针卡对诸如半导体晶片的半导体器件进行电探测。探针卡接触电路板。探针卡具有探针线，可以探测待测器件并将信号从探针卡传输到电路板。电路板将信号从探针卡传输到例如其他测试设备。
除非另外特别指出，否则图1A-1C将作为一般参考。
图1A-1C示出了探针卡10的实施例。探针卡10具有线引导件16。探针瓦片14与线引导件16连接。线引导件16提供用于探针线的凹槽图案12。例如，将其构造成用于与电路板接触的接触图案。
多条探针线30由线引导件16和探针瓦片14支撑。多条探针线30包括探针线30A和探针线30B。多条探针线30A通常设置在探针卡10的拐角处，并且比探针线30B与探针卡10的中心的距离更远地延伸到探针卡10的中心。也就是说，探针线30B的半径小于探针线30A的半径。探针线30A可以被称为高压探针线30A，而探针线30B可以被称为低压探针线30B。
探针线30A具有特定的方向，以使得标准探针卡(例如，不打算用于高压测试)不会无意间接收到高压。在这种情况下，标准探针卡将不会接触电路板上的高压电源。探针线30提供探针卡10的探测功能。每条探针线30包括具有延伸穿过探针瓦片14的探针尖端33的探针针32。例如，探针针32和尖端33可以朝向在探针瓦片14的中心，其中尖端通常在探针瓦片14的中心处(例如在开口17处)从探针瓦片14暴露出来。应当理解，尖端33可以适当地设置成各种构造。以及各种针头/针尖阵列，以便容纳待测器件。
每条探针线30包括信号传输部分和从线引导件16露出的可选保护部分。信号传输部分和保护部分在线引导件16的凹槽图案12中的探针卡10的一侧上形成接触图案。信号传输部分和保护部分的接触图案与电路板的接触图案匹配。
在未决的美国专利号8,674,715中，对线引导件，探针瓦片和探针线的进一步描述和说明，其全部内容通过引用合并于此。在一个实施例中，探针瓦片14由与线引导件16不同的材料构成。例如，探针瓦片14是绝缘材料，并且可以由例如陶瓷材料构成。
探针卡10还包括位于线引导件16的凹槽图案12所在的另一侧的连接器结构，因此形成探针线30的接触图案的另一侧。
在所示的实施例中，绝缘层50形成在探针瓦片14的面向器件表面上。在一个实施例中，绝缘层50可以是多层的。绝缘层50的厚度t(图1B)可以变化。在一个实施例中，绝缘层50可以为5μm或大约为5μm或比5μm厚。在一个实施例中，绝缘层50可以为在约5μm至在约25μm。在一个实施例中，绝缘层50可以在约5μm至在约25μm。在一个实施例中，绝缘层50可以为在约25μm至在约50μm。绝缘层50的厚度可以基于探针线30和探针尖端33的设计。例如，厚度t小于探针尖端33的长度，使得探针尖端33延伸穿过绝缘体。如果绝缘层50太薄，则绝缘层50可能不足以防止火花的形成。如果绝缘层50太厚，则可能需要重新设计探针尖端33以确保探针尖端33延伸穿过绝缘层50。
绝缘层50可以在探针针32和测试部位(在被测器件上)之间形成屏障。即，绝缘层50可以被安装成使得探针尖端33在绝缘层50和被测器件之间延伸，但是通过绝缘层50探针的其余特征(例如，探针针32)与被测器件屏蔽开。
在一个实施例中，绝缘层50可以由可以防止产生火花的材料形成。在一个实施例中，绝缘层50可以包括聚酰亚胺片。在一个实施方案中，聚酰亚胺片可以是例如可从E.I.杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Company)商购获得的
Figure BDA0002225738090000051
片。应当理解，该材料是示例，并且考虑了适合根据本说明书中的原理起作用的其他材料。
探针瓦片14包括多个孔60，通过该孔可以将流体流(图2A-2C中的F)提供给测试位置。孔60的数量和孔60的几何形状不意图是限制性的。可以选择孔60的数量和几何形状，以例如确保向流体凹部(图2A-2C中的流体凹部140)提供足够的流体。密封件65设置在探针瓦片14的面向测试的一侧上。密封件65可以形成流体凹部的周边(图2A-2C中为140)。可以选择密封件65的材料，使得密封件65可以接触被测器件而不会造成损坏。在一个实施例中，密封件65可以是O形环。在一个实施例中，O形圈可以是硅树脂、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)、合成橡胶、含氟聚合物弹性体等。在一个实施例中，O形圈可以具有相对矩形的横截面。
图2A-2C示出了根据一个实施例的测试组件100的透视截面图。测试组件100可以用于例如对被测器件进行高压测试。在一个实施例中，测试组件100能够可替代地被称为高压测试组件100等。
测试组件100包括盖105和探针卡组件10(图1)。盖105通过例如诸如但不限于球窝接头的接头连接到探针卡组件10。在所示的实施例中，盖105提供“球”，并且探针卡组件10提供“球窝”。应当理解，盖可以提供“球窝”并且探针卡组件可以提供“球”。接头可以是球窝接头以外的连接。
在一个实施例中，接头可以是使得盖105和探针卡组件10彼此可连接/可拆卸而无需额外工具的任何接头。
盖105和探针卡组件10之间的接头是流体紧密连接，从而经由盖向被探针卡组件10测试的部位提供的流体流可以接收该流体流并且防止了流体从接头泄漏。
除了球窝接头之外，还可以包括闩锁或其他锁定特征，以维持盖105在与探针卡组件10处于连接状态。在一个实施例中，闩锁，相对于例如不包括闩锁的实施例，能够在盖105和探针卡组件10之间提供增强的密封。
盖105通常包括流体入口110和流体回流出口115。流体入口110可以流体连接到流体源120。流体回流出口115也可以流体连接到流体源120。
在操作中，流体源120可以向流体入口110提供流体流F。来自流体源120的流体可以以受控的温度和受控的流速被提供。在一个实施例中，流体的温度可以在约-65℃至在约300℃的范围内。在该范围内，可以基于例如进行测试的期望温度来选择流体的温度。温度可超出规定范围。通常，随着温度升高，电弧放电的风险可能会增加。随着温度的降低，电弧的风险可能会降低。
例如，可以选择受控的流速以控制在被测器件200附近形成的流体凹部140的压力。在一个实施例中，流体的受控流速可以在约0升/分钟(LPM)至在约300LPM之间。在一个实施例中，标准操作流速可以从在约30LPM至在约60LPM。在一个实施例中，流体可以是空气。在一个实施例中，流体可以是清洁的干燥空气(CDA)，氮气等。在一个实施例中，流体凹部140的压力可以被控制。控制压力可以例如改善测试的可重复性。
如图示的实施例中的虚线箭头F所示，来自流体回流出口115的流体可以回流到流体源120。在一个实施例中，流体回流出口115可包括传感器，例如但不限于流速传感器，压力传感器等，以监测流出流体回流出口115的流体的流速或压力。测量值可以显示给用户，以便用户可以调节流体流速。
密封件65形成流体凹部140的周边。在所示的实施例中，密封件65为圆形。将理解的是，该形状是示例，并且其他闭合形状诸如但不限于多边形形状(例如，正方形，矩形，三角形)等。
通过孔60提供的流体流F可以引起湍流进入流体凹部140并加压流体凹部140。在所示的实施例中，示出了被测器件200和密封件65之间的间隙G。在一个实施例中，间隙G可以小于或等于1mm。即，在一个实施例中，被测器件200和密封件65之间可能没有间隙G(例如，密封件65与被测器件200的表面接触)。
温度传感器125可以放置在盖105中。应当理解，温度传感器125的位置可以位于流体入口110附近。通常，温度传感器125可以设置在下游位置。相对于探针卡组件10相对靠近的温度，使得来自温度传感器125的温度读数反映相对靠近被测器件的位置处的温度。例如，这可以确保更精确地控制流体流F的温度(最终提供给探针尖端的位置)。这种放置是有利的，因为用于测试被测器件的温度要求可使得测试温度应保持在与所需测试温度相距大约3度或更低的正负范围内。
在一个实施例中，温度传感器125可以被包括在流体源120上。
流体回流出口115可用于监测腔体内的压力。在一个实施例中，流体可以通过流体回流出口115离开盖105。在一个实施例中，压力传感器130可以设置在与流体回流出口115流体连接的位置。在一个实施例中，压力传感器130可以设置在用于探针测试组件的控制器150上。压力传感器130可用于维持至少在约1巴表压的压力。压力传感器130可以用来确保在流体凹部140保持在期望的压力。在一个实施例中，压力传感器130也可以用作安全机构。在这样的实施例中，用于进行测试的控制器150可能无法开始测试，直到流体凹部140中的期望压力被测量。这例如可以减少产生火花的机会。
方面：
应当理解，方面1-10中的任何一个可以与方面11-20中的任何一个结合。
方面1，一种用于测试被测器件的测试组件，包括：探针卡组件，其包括：包括多个开口的探针瓦片；多根探针线包括探针针部和探针尖端部。设置在探针瓦片的表面上的密封件，该密封件形成加压区域的外周。绝缘层形成在加压区域内，该绝缘层被配置成将探针针部与被测器件分开，并且包括孔，探针尖端部延伸穿过该孔以接触被测器件；固定到探针卡组件的盖，该盖包括：流体入口和流体回流出口；并且流体入口和流体回流出口与探针瓦片的多个开口处于流体连通。
方面2，根据方面1所述的测试组件，其中，所述绝缘层是聚酰亚胺片。
方面3，方面1或2之一的测试组件，其中，密封件是O形圈。
方面4，根据方面3所述的测试组件，其中，所述O形圈由硅树脂、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)、合成橡胶和含氟聚合物弹性体中的一种制成。
方面5，如方面1-4中任一项所述的测试组件，还包括流体源，该流体源流体地连接至流体入口和流体回流出口中的一个或多个。
方面6，根据方面5所述的测试组件，其中，所述流体源被配置为向所述流体入口提供温度受控的流体。
方面7，根据方面6所述的测试组件，其中，所述温度受控流体的温度处于在-65℃或大约在-65℃至300℃或大约300℃之间。
方面8，根据方面6或7之一所述的测试组件，其中，所述流体源被配置以提供所述温度受控的流体的流速为大约0升/分钟(LPM)至大约300LPM。
方面9，方面1-8中任一项的测试组件，还包括设置在盖中的温度传感器。
方面10，根据方面1-9中任一项的测试组件，还包括压力传感器。
方面11，一种探测被测器件的方法，包括：将探针卡组件定位到测试位置，其包括将盖保持在探针卡组件上；以及将温度受控的流体从流体源提供到盖的流体入口，该流体入口与探针卡组件中的一个或多个孔流体连通，从而在探针卡组件和被测器件之间的测试位置处形成流体凹部；探测所述被测器件；以及通过所述探针卡组件与电路板的接触以及所述探针卡组件与所述被测器件的接触将信号传输到测试设备，从而允许通过探针线和所述电路板来传输信号。
方面12，根据方面11的方法，其中探针卡组件还包括用于在测试位置处形成流体凹部的密封件和绝缘层。
方面13，方面11或12之一的方法，其中温度受控的流体是空气。
方面14，方面13的方法，其中空气处于从在约-65℃到在约300℃。
方面15，根据方面11-14中任一项所述的方法，其中将探针卡组件定位到测试位置包括保持探针卡组件和被测器件之间的间隙小于或等于1mm。
方面16，根据方面15所述的方法，该方法还包括将探针卡组件和被测器件之间的间隙保持在50微米或大约50微米。
方面17，方面11-14中任一项的方法，其中将探针卡组件定位到测试位置包括使探针卡组件接触被测器件。
方面18，根据方面11至17中任一项所述的方法，其中，提供温度受控的流体包括以从大约0升/分钟(LPM)到大约300LPM的流速提供流体。
方面19，根据方面11-18中的任一项所述的方法，还包括压力传感器，并且使用压力传感器监视流体凹部中的压力。
方面20，根据方面11-19中任一项所述的方法，还包括温度传感器，监测温度受控流体的温度。
在本说明书中使用的术语旨在描述特定实施例，而不旨在进行限制。除非另外明确指出，否则术语“一”，“一个”和“该”也包括复数形式。当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在所述特征，整数，步骤，操作，元件和/或组件，但不排除存在或增加一个或多个。其他更多功能，整数，步骤，操作，元素和/或组件。
关于前面的描述，应当理解，可以在不脱离本公开的范围的情况下，特别是在所使用的建筑材料以及部件的形状，大小和设置方面进行详细的改变。本说明书和所描述的实施例仅是示例性的，本公开的真实范围和精神由所附权利要求表示。
半导体器件不是限制性的
本公开特别适合于探测半导体器件，但是本教导的使用不限于探测半导体器件。其他设备可以应用于本发明的教导。因此，尽管本说明书是在探测“半导体”器件方面进行的，但该术语应广义地解释为包括探测任何合适的器件。

Claims (20)

1.一种用于测试被测器件的测试组件，包括：
探针卡组件，所述探针卡组件包括：
探针瓦片，所述探针瓦片包括多个开口；
多根探针线，所述多根探针线包括探针针部和探针尖端部；
设置在所述探针瓦片的表面上的密封件，所述密封件形成加压区域的外周；以及
形成在所述加压区域内的绝缘层，所述绝缘层被配置成将所述探针针部与所述被测器件分开，并且所述绝缘层包括孔，所述探针尖端部延伸穿过所述孔以接触所述被测器件；以及
固定在所述探针卡组件上的盖，所述盖包括：
流体入口和流体回流出口；
所述流体入口和所述流体回流出口与所述探针瓦片的所述多个开口处于流体连通。
2.根据权利要求1所述的测试组件，其中，所述绝缘层为聚酰亚胺片。
3.根据权利要求1所述的测试组件，其中，所述密封件为O形环。
4.根据权利要求3所述的测试组件，其中，所述O形环由硅树脂、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)、合成橡胶和含氟聚合物弹性体之一制成。
5.根据权利要求1所述的测试组件，进一步包括流体源，所述流体源流体连接至所述流体入口和所述流体回流出口中的一个或多个。
6.根据权利要求5所述的测试组件，其中，所述流体源被配置为提供温度受控的流体到所述流体入口。
7.根据权利要求6所述的测试组件，其中，所述温度受控的流体的温度处于从在约-65℃至在约300℃。
8.根据权利要求6所述的测试组件，其中，所述流体源被配置以提供所述温度受控的流体的流速为大约0升/分钟(LPM)至大约300LPM。
9.根据权利要求1所述的测试组件，进一步包括设置在所述盖中的温度传感器。
10.根据权利要求1所述的测试组件，进一步包括压力传感器。
11.一种探测被测器件的方法，包括：
将探针卡组件定位到测试位置，包括将盖保持在所述探针卡组件上；
将温度受控的流体从流体源提供到所述盖的流体入口，所述流体入口与所述探针卡组件中的一个或多个孔处于流体连通，从而在所述探针卡组件和所述被测器件之间的测试位置处形成流体凹部；
探测所述被测器件；以及
通过所述探针卡组件与电路板的接触以及所述探针卡组件与所述被测器件的接触将信号传输到测试设备，从而允许通过探针线和所述电路板来传输信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述探针卡组件进一步包括用于在所述测试位置处形成所述流体凹部的密封件和绝缘层。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述温度受控的流体为空气。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述空气处于从在约-65℃至在约300℃。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述探针卡组件定位到所述测试位置包括保持所述探针卡组件与所述被测器件之间的间隙小于或等于1mm。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括将所述探针卡组件和所述被测器件之间的所述间隙保持在约50μm。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述探针卡组件定位到所述测试位置包括使所述探针卡组件与所述被测器件接触。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，提供温度受控的流体包括以大约0升/分钟(LPM)至大约300LPM的流速提供所述流体。
19.根据权利要求11所述的方法，进一步包括压力传感器，并且使用所述压力传感器监测所述流体凹部中的压力。
20.根据权利要求11所述的方法，进一步包括温度传感器，监测所述温度受控的流体的温度。
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