CN1187571C - 探测衬底的方法 - Google Patents

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Abstract

一种探测衬底的方法，具有一个传感器的测量工具被放置在探测系统的卡盘上。传感器和探测系统内测试头的交界面的表面之间的距离使用传感器来测量。该表面是相对平坦的。传感器在测量期间保持远离表面的间隔。测量工具被从卡盘中去除。在去除测量工具之后衬底被放置在卡盘上并使用探测系统来探测。替代地，可以使用不只一个传感器。进一步，传感器可以集成到卡盘、交界面或测试头中，从而不需要一个独立的测量工具。

Description

探测衬底的方法
技术领域
本发明一般涉及探测衬底的方法，并且特别地涉及为一个探测系统作平面排列之后的探测衬底的方法。
背景技术
由于焊盘(pad)的尺寸减少(更小的焊盘孔距)和在器件上的焊盘数目增加，以圆片形式探测半导体器件变得更有技术挑战性，图1包括一个包含一个测试头12和探测器14的已有技术探测系统10的示意。测试头包括沿它的底表面的一部分的触点。探测系统探测包括许多个模具(半导体器件)的半导体器件衬底17。衬底17典型地是一个单晶体半导体圆片。探测器14包括一个前金属板142，一个负载板144，一个弹簧堆146和一个具有探针149的探测卡148。负载板144，弹簧堆146和探测卡148构成交界面18。探测系统10的一个问题是把交界面18与测试头12对准。这种对准会是非常难处理和费时的。
当使用已有技术的探测系统10时，在交界面18和探测卡盘16之间的平面性典型地是通过一个典型地具有一些隔板的夹具代替探测卡148来完成。当调整探测卡盘16的表面和夹具之间的平面性时，典型地作一个手动测量(即测微计)。基于读数，交界面18典型地使用垫片调整。尽管这是一种确保探测卡盘16与交界面18是在一个平面内的方法，但典型地手动测量是费时的，困难的，并需要无数次重复。这种平面排列需要把探测头12与探测器14分离来作测量。
用于探测的更新的系统包括图2中的探测系统20示意的直接相接系统。探测系统20包括一个测试头22和探测器24。交界面28被直接固定到测试头22上面而不是探测器24上。在这个特定的探测器20的交界面28包括一个负载板144，一个改进的弹簧堆222和一个探测卡148。由于包括探测卡148的交界面28被直接固定到测试头22上，所以用于在图1中的探测系统10的平面化的夹具不能用于图2中的探测系统20。
作为一种替代，光的方法被用于检查探针149的末端。典型地，一个光传感器可被沿探测卡盘16的一侧安装，它能检查探针149的平面性。使用图2中的外部支柱26作调整。然而，这种方法也有问题，原因是它假定由探针149和交界面28形成的表面是共平面的，这并不是真的。进一步，单个探针149也能变形到不能获得平面性的程度。因此，探测系统20仍有难处理的平面化问题。
不管什么系统和方法，衬底在平面排列期间基本上从不出现。对衬底损害的可能性太高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的缺陷。
根据本发明的一种探测衬底的方法，其特征在于：放置测量工具，并且使第一、第二和第三传感器在探测系统的一个卡盘上；测量探测系统的平面性，其中：探测系统中测试头的交界面的一个表面相对平坦，第一、第二和第三传感器与该表面保持有间隔；以及测量距离，包含测量每个传感器与该表面之间的多个距离；以及确定一个最小距离，其中最小距离是该表面与第一、第二和第三传感器的某一个之间最小的距离；以及确定最大距离，其中最大距离是该表面与第一、第二和第三传感器中的另一个之间最大的距离；以及确定一个平面性比，其中：距离差是最大距离减去最小距离；位移距离是用于确定最大和最小距离的两个传感器之间的距离；平面性比是距离差与位移距离之比；从卡盘上去除测量工具；在去除测量工具之后把衬底放置到卡盘上；和使用探测系统探测衬底。
根据本发明的一种探测衬底的方法，其特征在于：提供一个包含卡盘组件的探测系统，其中卡盘组件包括：第一传感器、第二传感器和第三传感器；测量探测系统的平面性，其中探测系统中测试头的交界面的表面相对平坦；测量探测系统的平面性包括：测量距离，包含测量、每个传感器和该表面之间的多个距离；以及确定一个最小距离，其中最小距离是该表面与第一、第二和第三传感器的某一个之间最小的距离；确定一个最大距离，其中最大距离是该表面与第一、第二和第三传感器中的另一个之间的最大的距离；和确定一个平面性比，其中：距离差是最大距离减去最小距离；位移距离是用于确定最大距离和最小距离的两个传感器之间的距离，和平面性比是距离差与位移距离之比；在测量步骤之后把衬底放置到卡盘组件上；和使用探测系统探测衬底。
在上述方法的一个实施例中，如果平面性比超过0.005比1，则该方法还包括：调节该表面；测量第一、第二和第三传感器与该表面之间的多个距离，其中该步骤在调节该表面后进行；确定一个最小距离，其中最小距离是在调节该表面后，在该表面和第一、第二和第三传感器的某一个之间的最小距离；确定一个最大距离，其中最大距离是在调节该表面后，在该表面和第一、第二和第三传感器的另一个之间的最大距离；以及确定调节后的平面性比，其中该平面性比不超过0.005比1。
根据本发明的一种探测衬底的方法，其特征在于：提供一个包括一个测试头，一个交界面和一个卡盘的探测系统，其中测试头和交界面中的至少一个包括：第一、第二和第三传感器；测量该探测系统的平面性，其中测量探测系统的平面性包括：测量第一、第二和第三传感器和卡盘的表面之间的多个距离；以及确定一个最小距离，其中最小距离是该表面和传感器中某一个之间最小的距离；以及确定最大距离，其中最大距离是该表面和传感器中某一个之间最大的距离；以及确定一个平面性比，其中：距离差是最大距离减去最小距离；位移性距离是用于确定最大和最小距离的两个传感器之间的距离；平面性比是距离差与位移距离之比；在测量之后把衬底放置到卡盘上；和使用探测系统探测衬底。
在上述方法的一个实施例中，测量探测系统的平面性还包括通过保持卡盘静止而移动第一传感器以第一传感器来执行扫描。
在上述方法的一个实施例中，衬底包括半导体器件衬底。
在上述方法的一个实施例中，测量、放置和探测由探测系统来执行。
在上述方法的一个实施例中，平面性比不超过0.005比1。
在上述方法的一个实施例中，如果平面性比超过0.005比1，则该方法还包括：相对卡盘调节该交界面；测量第一、第二和第三传感器与该卡盘之间的多个距离，其中该步骤在调节该交界面后执行；确定一个最小距离，其中最小距离是在该表面和第一、第二和第三传感器的某一个之间的最小距离，其中该步骤在调节表面后执行；确定一个最大距离，其中最大距离是该表面和第一、第二和第三传感器的另一个之间的最大距离，其中该步骤在调节表面后执行；以及确定调节后的平面性比，其中该平面性比不超过0.005比1。
附图说明
本发明由例子的方式示意，但不限于附图中，其中相似的参考指示类似的部分，并且其中：
图1和2包括已有技术的探测系统的剖面视图的示意。
图3和4分别包括用于确保交界面的底表面和探测卡盘的表面之间的平面性的平面性工具的顶视图和侧视图。
图5包括图3和4的工具被用于把探测卡盘16与交界面对准的的剖视图的示意。
图6包括使用一个改进的平面化工具的探测系统的剖视图的示意。
图7包括包含在测试头内的传感器的探测系统的剖视图的示意。
熟练的技术人员应该理解在图中的单元是为了简化和清晰而示意的，并没有必要按比例画出。例如，图中的某些单元的尺寸相对其它单元可以被放大，以有助于提高对本发明的实施例的理解。
具体实施方式
在一个卡盘(或衬底)和探测系统的表面，象交界面的底表面或测试头之间的平面化被检查之后，衬底被探测。在一种方法中，具有一个传感器的测量工具被放置在探测系统的卡盘上。在传感器和探测系统的表面之间的距离被使用传感器来测量。表面是相对平坦的；它不是探针。传感器在测量期间保持远离表面的距离。测量工具被从卡盘中去除。在把测量工具去除之后，衬底被放置在卡盘上，并使用探测系统来探测。替代地，可以使用不止一个传感器。进一步，传感器可被集成到卡盘，交界面或测试头中，从而不需要一个独立的测量工具。附加地，可以将测量配置成使所有获得恰当平面化的测量和调整可自动执行。本发明由权利要求所定义，并在读了下述描述后可更好理解。
图3和4包括用于测量探测卡盘的表面和交界面的底表面之间的平面性的平面化(测量)工具30的示意。平面化工具30包括一个平板32，传感器臂34和传感器36。平板32应该具有好的平坦特性。平坦度应在所有方向的每毫米长度上小于约5.0微米，更典型地是每毫米小于约2.0微米。平坦度应保持尽可能地低，从而不明显增加平板32的费用。选择用于平板的材料其平坦度应不容易受到较明显的改变。容易加工的坚硬的材料，象阳极化铝特别适合于作平板32。替代的材料，象塑料，石英，陶瓷或类似的也能使用。然而，这些替代的物质应该不容易由于时间的推移或由于热，湿度或其它条件而变形。平板32的尺寸基于探测卡盘16的尺寸而变。在这个特定的实施例中，被用于把平板32固定到探测卡盘16上的安装调整片322在图4中示意，图中包括部分剖面。另外地，运用真空，平板32可被附着在探测卡盘16上。
连在平板32上的是通过T型螺钉附着到平板32上的传感器臂34。在这个特定的实施例中，使用了3个不同的臂34。然而，不同数目的臂34可被应用，这将在后面更详细讨论。在每个传感器臂34的末端附近是传感器36。传感器36可以是一些不同类型的近程式传感器，包括感性，容性，红外线，紫外线，电磁或光传感器中的一种。光传感器是在可见光谱内工作的包括光电检测器，光纤和激光器的传感器。使用的实际的传感器可基于应用和使用者的喜好由本领域的普通技术人员来选择。传感器36包括如图4中所示意的连到电子测量或控制系统的传感器连线362。
图5包括在平面化(对准)过程中使用的平面化工具30的示意。如图5中示意，平面化工具30已被放置在探测卡盘16上。传感器36面对测试头22(在图5中未标识)的交界面28，每个与探针149不同，有一个相对平坦的底表面。传感器36的位置可以改变，但典型地位于平板32的周长外侧。在一个特定例子中，平板32的中心和传感器36之间的距离大约为140毫米。当距离差，即在一个传感器36和测试头22的表面或交界面28之间的最大距离减去一个不同传感器36和那个表面之间的最小距离，不大于约25微米时，可获得平面性。在这2个点处的传感器之间的距离在此说明书中被称为“位移距离”。平面性比是距离差与位移距离之比。尽管这是一个特定例子，一般地，对于每毫米位移距离，范围会直到大约距离差的5.0微米(平面性比不大于大约0.005比1)。更经常的，对于每毫米位移距离，范围应为不大于大约距离差的2.0微米(平面性比不大于大约0.002比1)。
如果平面性能在规定限制内，不需作任何调整。然而，如果在规定限制之外，那么象图2所示对外部支柱26作调整。对外部支柱26的调整引起测试头22的表面和交界面28也被调整。这种调整可以通过人工操作或使用步进马达等自动来执行。然后再次作测量。该过程被重复直到获得可接受的平面性。在获得平面性之后，平面化工具30被去除并且之后使用探测系统20探测衬底17(在图5中未示出)。
图6包括其中传感器66被连到卡盘16的两侧上的另一实施例的示意。与传感器36类似，传感器66有传感器连线662。在这个特定的实施例中，当半导体器件衬底17位于探测卡盘16上时，执行平面化。平面化测量可在衬底17的每批的开始或一批中的任何时刻执行。
在其它实施例中，可以使用不同数目的传感器。典型地使用3个传感器，因为这容易设定在x，y和z轴的平面。最少可以使用一个传感器，并且在其它实施例中，可以使用多于3个的传感器。简单回到图6，通过使用诸如可见光，红外线，紫外线辐射等辐射来扫描交界面28的表面可以只使用一个传感器66。在扫描表面之后，为在卡盘16和交界面28的低表面之间的平面性作一个确定。可相应作调整。通过保持卡盘静止和移动扫描仪或保持传感器相对卡盘静止并移动卡盘来执行扫描。
图7包括本发明的另一个替代的实施例。传感器76可固定在交界面28之内或交界面28外部的测试头22内。尽管图7示意了4个传感器76，传感器76表示这些2个不同的传感器的位置。典型地一个设置(即在测试头22内)或另一个(即在交界面28内)将被使用。将来，探测系统20可以有能被自动改变的交界面。在这个特定的实施例中，在交界面28内的传感器76可有助于在交界面28被改变的任何时刻检查平面化。
类似于传感器36和66，传感器76被用来确定在交界面28和探测卡盘16，平面调整片74和衬底17中的任何一个之间的距离。平面调整片74和探测卡盘16的表面应该基本上位于同一平面。在有或没有覆盖探测卡盘16的衬底17时作测量。如果使用探测卡盘16的表面作平面化测量，典型地，衬底17将不出现在探测卡盘16上。
前面描述的实施例比已有技术有许多益处。使用平面化工具的方法极适合于使用直接相接(交界面连到测试头上)的探测系统。这允许不使用人工方法(即测微计或类似的)来测量平面化。此外，传感器被用来测量探测卡盘16的表面和交界面28的平面性，而不是探针149。前面的平面化方法不容易受由损坏或变形的探针引起的变化的影响。
还有另一个优点是所述的平面化方法可作为一个自动过程来实现。线362或662可被连到一个控制器，例如一个计算机。在进行测量之后，计算机控制一个步进马达来调整外部支柱26。
进一步的优点在于执行传感器的方向可作变更以便传感器位于距离卡盘16的中心更远距离的地方。可获得在探测卡盘16和交界面28的低表面之间的更精确的平面化。
还有另一个优点是这种方法可与一个自动的交界面变换器一起使用。特别地，交界面，而不只是探测卡，可在半导体器件类型之间改变。不管何时交界面28被改变，平面性应被检查。在这个特定的实施例中，传感器76应被包含并在交界面28的相对一侧有电气连接。交界面28之后与测试头22相连，并且来自传感器76的读数能通过测试头22发送到一台计算机或其它电子控制系统。应作相应的调整。
如前述的平面化方法的还有另一个优点是它能被用在现存的设备中，包括如图1中所示意的已有技术的探测系统10。在交界面的底部和探测卡盘之间的平面化被测量并在作了象加垫片的调整之后，探测系统10被锁定，探测于是能象正常一样进行。
在前面的说明书中，发明已参考特定的实施例描述。然而，本领域的普通技术人员应该理解，在不偏离如在下面的权利要求中提出的本发明的范围下，可作各种变更和改变。相应地，说明书和附图被认为是用来说明而不是用来限制，并且所有这些变更企图都被包含在本发明的范围内。益处和其它优点已在上面参照特定的实施例来描述。然而，益处，优点和会引起任何益处和优点出现或变得更明白的任何单元不是作为任何权利要求的一个关键的、需要的或必要的特性或部分来构建的。

Claims (6)

1.一种探测衬底(17)的方法，其特征在于：
放置测量工具(30)，并且使第一、第二和第三传感器在探测系统的一个卡盘(16)上；
测量探测系统的平面性，其中：
探测系统中测试头(22)的交界面(28)的一个表面相对平坦，
第一、第二和第三传感器(36)与该表面保持有间隔；以及
测量距离包含测量每个传感器(36)与该表面之间的多个距离；以及
确定一个最小距离，其中
最小距离是该表面与第一、第二和第三传感器的某一个之间最小的距离；以及
确定最大距离，其中
最大距离是该表面与第一、第二和第三传感器中的另一个之间最大的距离；以及
确定一个平面性比，其中：
距离差是最大距离减去最小距离；
位移距离是用于确定最大和最小距离的两个传感器之间的距离；
平面性比是距离差与位移距离之比；
从卡盘(16)上去除测量工具(30)；
在去除测量工具(30)之后把衬底(17)放置到卡盘(16)上；和
使用探测系统探测衬底(17)。
2.一种探测衬底(17)的方法，其特征在于：
提供一个包含卡盘(16)组件的探测系统，其中卡盘(16)组件包括：
第一传感器、第二传感器和第三传感器(36)；
测量探测系统的平面性，其中
探测系统中测试头(22)的交界面(28)的表面相对平坦；
测量探测系统的平面性包括：
测量距离包含测量每个传感器和该表面之间的多个距离；以及
确定一个最小距离，其中
最小距离是该表面与第一、第二和第三传感器(36)的某一个之间最小的距离；
确定一个最大距离，其中
最大距离是该表面与第一、第二和第三传感器(36)中的另
一个之间的最大的距离；和
确定一个平面性比，其中：
距离差是最大距离减去最小距离；
位移距离是用于确定最大距离和最小距离的两个传感器(36)之间的距离，和
平面性比是距离差与位移距离之比；
在测量步骤之后把衬底(17)放置到卡盘(16)组件上；和使用探测系统探测衬底(17)。
3.一种探测衬底(17)的方法，其特征在于：
提供一个包括一个测试头(22)，一个交界面(28)和一个卡盘(16)的探测系统，其中测试头和交界面中的至少一个包括：
第一、第二和第三传感器(36)；
测量该探测系统的平面性，其中测量探测系统的平面性包括：测量第一、第二和第三传感器(36)和卡盘(16)的表面之间的多个距离；以及
确定一个最小距离，其中
最小距离是该表面和传感器中某一个之间最小的距离；以及
确定最大距离，其中
最大距离是该表面和传感器中某一个之间最大的距离；以及确定一个平面性比，其中：
距离差是最大距离减去最小距离；
位移性距离是用于确定最大和最小距离的两个传感器之间的距离；
平面性比是距离差与位移距离之比；
在测量之后把衬底(17)放置到卡盘(16)上；和
使用探测系统探测衬底(17)。
4.权利要求3的方法，其中测量探测系统的平面性还包括通过保持卡盘(16)静止而移动第一传感器(36)以第一传感器(36)来执行扫描。
5.权利要求3的方法，其中衬底(17)包括半导体器件衬底。
6.权利要求3的方法，其中测量、放置和探测由探测系统(20)来执行。
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