TW201743389A - 用於重組晶圓之測試系統及其方法 - Google Patents

用於重組晶圓之測試系統及其方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於重組晶圓之測試系統，包含：一第一移動機構；一影像擷取單元，連接第一移動機構，其中影像擷取單元於可以於第一移動機構之中移動；一致動平台，用於承載一重組晶圓；一探針卡，於操作時配置於致動平台之上方；以及一透鏡，連接第二移動機構，其中透鏡於可以於第二移動機構之中移動，其中一光源配置於透鏡之下並與之結合。

Description

用於重組晶圓之測試系統及其方法
本發明有關於一種半導體元件之測試機，更詳而言之，其為一種用於重組晶圓之測試系統及其方法。
隨著時代的進步，人類對科技產品的需求已越來越高，在產品保持輕薄短小的原則下，功能需求卻只增不減，在對於功能增強但體積縮小的情形下，電子電路已逐漸走向積體化，在製作有著強大功能的晶片時，所需的製作成本也隨之提高，對於這些昂貴的晶片而言，品質管制的要求也必須越來越高。
影像感測晶片，例如互補式金屬氧化層半導體影像感測晶片(CMOS image sensor)或電荷耦合元件(CCD)等，在經過封裝之後，仍須進行最終測試。
隨著數位相機、行動電話、平板電腦、筆記型電腦、車用攝像頭以及各式監視器等大量普及，造就了攝像裝置龐大的需求規模，也逐步地提升影像感測器測試領域的蓬勃發展。
在準備出廠的影像感測晶片中，都一定要經過產品的檢測。傳統方法上，為了測試這些精密的影像感測晶片元件，待測晶片將焊接於測試電路板之上。然而，待測晶片焊接於測試電路板之上，測試完成之後難以取下，易使該待測晶片變成耗材，產生多餘的成本。此外，待測晶片於焊接時，常造成接腳折損，亦造成不必要的浪費。
另一方面，封裝完成的積體電路必須作電性測試，方可確保晶片的品質。以半導體封裝廠來說，由於其生產量大，必須使用能快速測試之晶片測試系統。對於後續下游的電器製造商來說，由於晶片的使用數量相對來說明顯較少，在組裝前仍然必須先作測試以將可能的不良品篩選出來，藉以降低成品或製程中的半成品之不良率，而可降低整體的製造成本。
除了篩選出良好的晶片之外，有些客戶會要求於封裝或組裝之前再做一次晶片檢測。因此，基於上述需求而開發出一種晶圓重組技術，其涉及從已切割晶圓上取得的良好晶粒置放於一黏著材料之上，此黏著材料置於框架之上以維持剛性和平整。重組晶圓類似於一整個晶圓，但它缺乏圓邊與未使用的矽圍繞其周邊。理論上而言，一個重組晶圓應該僅僅包含數個良好的元件。但切割晶圓並且移動晶粒至黏著材料會損壞晶粒或允許粒子沉積於晶粒之上。因此，重組晶圓經歷一個最終檢測，依著每片晶圓並確定缺陷的晶粒以建立一地圖。當取放(pick-and-place)設備置放良好的晶粒於一黏著薄膜之上時，在取放設備中輕微的不準確性可能會輕微地移動或旋轉晶粒。雖然切割的晶粒是分離的或“單一化”，而他們仍然保持在原來的固定位置。在一重組晶圓上之晶粒的位置與方向可能與在從切割晶圓上之晶粒的位置與方向有些微地不同。在使用普通型(general-type)測試探針的情況之下，由於每個晶粒之坐標有些微的偏移與焊接墊上多次的接觸，導致測試效率降低以及失敗率變高。
如第一圖所示，其顯示傳統的晶圓測試系統之一示意圖。測試系統100包括測試頭(test head)，測試頭包括測試頭本體110、效能電路板(performance board)112、探針卡(probe card)116、晶圓夾盤122與致動平台124。測試頭本體110與探針卡116可以透過一介面裝置作電性連接。效能電路板112上之引腳(pins)114電性連接探針卡116上之探針一端的接點，以利於重組晶圓120上之晶粒的測試訊號可以透過探針與引腳114而傳到效能電路板112以進行晶粒電性的測試。引腳114例如為彈性接觸引腳(spring contact pins)。晶圓夾盤122用以夾住重組晶圓120，而致動平台124可以於三軸(XYZ)移動、以及角度(θ)旋轉，以帶動晶圓夾盤122上之重組晶圓120，以利於重組晶圓120之上的晶粒上之焊接墊可以電性連接探針卡116之探針。晶粒測試過程包括設定致動平台124上之重組晶圓120的位置，然後，致動平台124向上移動使得重組晶圓120之上的晶粒之焊接墊121接觸探針卡116之探針118，如第二圖所示；之後，致動平台124向下移動，利用相機(camera)捕捉影像，利用影像模擬(image simulation)方式以確認探針圖案(probe mark)、接觸痕跡(contact trace)，再判斷接觸痕跡的效果如何，以取得正確的位置以進行晶粒測試。於測試時，探針卡116之探針尖端接觸晶圓120之焊接墊121，並且焊接墊121接地。由於探針尖端下壓晶圓120之焊接墊121而產生金屬粉塵(dust)119，例如鋁粉塵。適當的調整探 針力量的大小有利於測試。本測試系統100的設計之中係使用普通型(general-type)測試探針，其中探針卡與透鏡(lens)係結合在一起，在此情況之下，工程人員無法直接檢視探針卡上之探針118與重組晶圓120上之晶粒之焊接墊121的連接狀況。亦即，工程人員只能透過探針接觸痕跡、探針圖案來檢測以確認是否所有的探針都已經全部接觸到晶粒之焊接墊121。由於每個晶粒之坐標有些微的偏移，探針118尖端與重組晶圓120上之晶粒之焊接墊121上多次的接觸，導致測試效率降低以及失敗率變高。
重組晶圓130包含複數個透過取放設備以置於測試單元(test unit)131之上的良好晶粒132，每一良好晶粒132上具有焊接墊134，請參考第三圖。從第三圖可知，每一良好晶粒132之位置與方向均有些微的差異。因此，在測試時無法確認是否所有的探針都已經全部接觸到晶粒之焊接墊。
因此，傳統的晶圓測試系統100的設計之中，由於探針卡與透鏡係結合在一起，所以無法從上視的情形準確地確認探針卡上之探針118與重組晶圓120上之焊接墊121的相對位置，而且只能透過探針接觸痕跡、探針圖案來判斷、確認正確的位置。由於重組晶圓之每個晶粒沒有正確切位置，工程人員必須檢查每個晶粒的位置，而在經過太多次接觸之後，就無法檢查接觸痕跡。亦即，花費太多次數的探針接觸痕跡來確定重組晶圓120上之焊接墊121的相對位置，除了無法確認最新一次的探針接觸痕跡之外，可能也會造成焊線的缺陷問題之發生次數提高。
為了改善上述缺點，本發明改進現有的晶圓測試系統，進一步提出一具有產業利用之發明；其將詳述於後。
本發明之目的在於提供一種用於重組晶圓之測試系統與方法。
為達上揭以及其他目的，本發明提供一種用於重組晶圓之測試系統，包含：一第一移動機構；一影像擷取單元，連接第一移動機構，其中影像擷取單元於可以於第一移動機構之中移動；一致動平台，用於承載一重組晶圓；一探針卡，於操作時配置於致動平台之上方；一第二移動機構；以及一透鏡，連接第二移動機構，其中透鏡於可以於第二移動機構之中移動，其中一光源配置於透鏡之下並與之結合。
其中致動平台可以進行三維移動以及轉動。其中探針卡上設有一 開口使得透鏡可以配置於其中。
其中用於重組晶圓之單晶片測試系統更包括一電腦系統用以控制致動平台。
其中電腦系統可以控制第一移動機構與第二移動機構。
根據本發明之另一觀點，提供一種用於重組晶圓之測試方法，包含：移動一影像擷取單元以靠近一探針卡之一開口，以取得一探針軌跡偏移影像，探針卡於操作時配置於於一致動平台之上方，該致動平台承載一重組晶圓；移動致動平台，以校正探針軌跡偏移影像；移動結合一光源之透鏡至探針卡之一開口的上方；以及移動透鏡至探針卡之該開口，以利於進行晶片測試。
上述其中該移動一影像擷取單元之步驟係透過一第一移動機構來執行，其中影像擷取單元係連接於第一移動機構。
其中移動透鏡之步驟係透過一第二移動機構來執行，其中透鏡係連接於第二移動機構。
其中第一移動機構、第二移動機構與致動平台係透過一電腦系統來控制。其中於校正該探針軌跡偏移影像之程序，調整影像擷取單元之焦距。
此些優點及其他優點從以下較佳實施例之敘述及申請專利範圍將使讀者得以清楚了解本發明。
100‧‧‧測試系統
110‧‧‧測試頭本體
112‧‧‧效能電路板(performance board)
114‧‧‧引腳
116、143‧‧‧探針卡(probe card)
118‧‧‧探針
119‧‧‧金屬粉塵(dust)
120、130、142‧‧‧重組晶圓
121、134、145‧‧‧焊接墊
122‧‧‧晶圓夾盤
124‧‧‧致動平台
131、144‧‧‧測試單元(test unit)
132‧‧‧良好晶粒
140‧‧‧影像擷取單元
141‧‧‧開口(hole)
146‧‧‧透鏡
147‧‧‧晶粒
148‧‧‧光源
150‧‧‧第一移動機構
160‧‧‧第二移動機構
170‧‧‧全區域記號(global mark)
172‧‧‧與晶片記號(chip mark)
如下所述之對本發明的詳細描述與實施例之示意圖，應使本發明更被充分地理解；然而，應可理解此僅限於作為理解本發明應用之參考，而非限制本發明於一特定實施例之中。
第一圖係顯示傳統的晶圓測試系統之一示意圖。
第二圖係顯示晶粒之焊接墊接觸探針卡之探針之一示意圖。
第三圖係顯示本發明之一重組晶圓之一示意圖。
第四圖係顯示本發明之一實施例之晶圓測試系統之測試步驟之示意圖。
第五圖係顯示本發明之一實施例之校正探針軌跡偏移影像之示意圖。
此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類 描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之功效性與其優點。且本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。
說明書中所述一實施例指的是一特定被敘述與此實施例有關之特徵、方法或者特性被包含在至少一些實施例中。因此，一實施例或多個實施例之各態樣之實施不一定為相同實施例。此外，本發明有關之特徵、方法或者特性可以適當地結合於一或多個實施例之中。
本發明提供一個有效率的晶片測試方法以及測試機，以用於重組晶圓之單晶片測試。
如第四圖所示，其顯示本發明之晶圓測試系統之測試步驟。在本發明之晶圓測試系統之新的結構中：(1)透鏡模組與探針卡是分開的，(2)透鏡係與光源結合。在本發明之晶圓測試系統之中，晶粒測試之方法與步驟包括：
步驟一：移動影像擷取單元以靠近探針卡之開口
在步驟一之中，一影像擷取單元140於一軸之中移動，從一第一位置移動一適當的距離至一第二位置，如第四圖之圓圈1所示。影像擷取單元140例如為一相機單元。在本實施例之中，探針卡143配置於影像擷取單元140之下方，並且探針卡143配置於致動平台(wafer stage)上之重組晶圓142之上方。在一實施例之中，探針卡143可以利用一固定裝置而配置於致動平台之上方，或者利用一移動裝置而移動至致動平台之上方。致動平台為一XYZθ平台，可以進行三維移動以及轉動平台，XYZ為三個座標軸，θ為旋轉角度代表。在一實施例之中，影像擷取單元140可以連接一第一移動機構150，影像擷取單元於可以於第一移動機構150之中移動。透過此第一移動機構150之操作、控制可以相對移動影像擷取單元140。在一實施例之中，影像擷取單元140可以於第一移動機構150之中進行一維方向(Y軸；垂直軸)移動。在一實施例之中，影像擷取單元140可以於第一移動機構150之中進行二維方向(X/Y軸；水平/垂直軸)移動。在一實施例之中，影像擷取單元140可以於第一移動機構150之中進行 三維方向(X/Y/Z軸；平面/垂直軸)移動。第一移動機構150帶動影像擷取單元140以相對移動一適當的距離，以靠近探針卡143之開口(hole)141，以利於探針卡143上之探針與重組晶圓142上之測試單元144上之晶粒之焊接墊二者之間作接觸確認(contact confirmation)。透過探針卡143之開口141，操作影像擷取單元140以捕捉重組晶圓142上之測試單元144之晶粒147之焊接墊145的影像。影像擷取單元140所捕捉的測試單元144之晶粒147之焊接墊145的影像，以取得一探針軌跡偏移影像，如第五圖左側之圖示所示。在步驟一之中，測試單元144上之晶粒147之焊接墊145的影像，在重組晶圓的座標軸(beam axis,X2/Y2)與致動平台的座標軸(stage axis,X1/Y1)的對比之下，顯示出有一探針軌跡偏移(probe trace shift)的情形，亦即重組晶圓的座標軸(X2/Y2)與致動平台的座標軸(X1/Y1)之間有一偏移。重組晶圓上具有全區域記號(global mark)170與晶片記號(chip mark)172，以利於對準以及調整測試單元144上之晶片的位置與方向，如第五圖所示。
步驟二：移動重組晶圓至一正確的接觸位置
在步驟一之中顯示測試單元144上之晶粒147之焊接墊145的影像在重組晶圓的座標軸(X2/Y2)之下顯示出有一探針軌跡偏移。所以，接下來，在步驟二之中，調整(fit)並改變影像擷取單元140之焦距(focal length)，並利用致動平台以移動重組晶圓142之測試單元144至一適當位置，以做一影像確認(image confirmation)的程序，使得探針軌跡偏移的請況矯正回來，即校正該探針軌跡偏移影像，結果調整出一個正確的接觸位置(right contact position)，如第四圖之圓圈2所示。亦即，重組晶圓的座標軸(X2/Y2)與致動平台的座標軸(X1/Y1)之方向達到一致，如第五圖所示。此時，影像擷取單元140透過探針卡143之開口141所捕捉到重組晶圓142上之測試單元144之晶粒147之焊接墊145的影像，如第五圖右側之圖示所示。探針卡143上之探針即對準重組晶圓142上之測試單元144上之晶粒147之焊接墊145，至此即完成探針與焊接墊之接觸確認的步驟。在一實施例之中，步驟二係利用一電腦系統來控制致動平台，使得致動平台可以適當地移動其上之重組晶圓142，而使得探針卡143上之探針對準重組晶圓142上之測試單元144上之晶粒之焊接墊。
步驟三：移動結合光源之透鏡模組至探針卡之開口的上方
在步驟三之中，透鏡146結合光源148而於一軸之中移動，從一 第三位置移動一適當的距離至一第四位置，如第四圖之圓圈3所示。透鏡146為一單區域透鏡(1 site lens)，以搭配單晶片的測試。在本實施例之中，光源148配置於透鏡146之下。在一實施例之中，透鏡146可以連接一第二移動機構160，透過此第二移動機構160之帶動以相對移動透鏡146。在一實施例之中，透鏡146可以於第二移動機構160之中進行一維方向(X軸；垂直軸)移動。在一實施例之中，透鏡146可以於二維方向(X/Y軸；水平/垂直軸)移動。在一實施例之中，透鏡146可以於第二移動機構160之中進行三維方向(X/Y/Z軸；平面/垂直軸)移動。第二移動機構160帶動透鏡146以相對移動一適當的距離至探針卡之開口的上方，以對準探針卡143之開口141，以利於透鏡146可以置入於探針卡143之開口141之中。
步驟四：移動結合光源之透鏡模組至探針卡之開口
在步驟三之中，透鏡146結合光源148而於一軸之中移動，從一第五位置移動一適當的距離至一第六位置，以進入至探針卡之開口，如第四圖之圓圈4所示。基於光源148結合與配置於透鏡146之下，並且探針卡143上之探針與重組晶圓142上之測試單元144上之晶粒147之焊接墊145已於步驟二完成接觸確認與對準，所以於步驟四之後即可以進行晶粒的測試。
在本發明之中，上述步驟一至步驟四之執行可以透過一電腦系統來控制。亦即，本發明建立了一個電腦基礎的控制系統，用於控制第一移動機構、第二移動機構以及致動平台，以確認影像擷取單元140與致動平台之正確的位置，以及使透鏡模組得以移動至探針卡143之開口141。
透鏡146與探針卡143是分開的，在確認影像擷取單元140與致動平台之正確的位置之後，就可以透過探針卡143之開口141直接判斷接觸痕跡的效果(contact trace performance)。因此，本發明之晶圓測試系統可以克服習知技術之晶片測試過程中所產生之問題，(1)探針尖端與重組晶圓上之晶粒之焊接墊多次的接觸，而無法檢查接觸痕跡；(2)焊線的缺陷問題之發生次數提高。因此，本發明之晶圓測試系統，無須多次的接觸痕跡檢查，是一個穩定、不費時而有效率的設計。
測試晶片可以是一影像感測晶片，例如互補式金屬氧化層半導體(CMOS)影像感測晶片或電荷耦合元件(CCD)。影像感測晶片具有一感光區域，感光區域面向一光源所發出的光線。感光區域主要由畫素陣列構成，畫素陣列 面向光源處可覆蓋一微透鏡(micro lens)使得光線可以照射到畫素陣列之每一畫素。微透鏡具有一定的透光度，其材質可為矽、石英、玻璃、高分子透光材料及其他光學材料等其中之一或其組合。
本發明可以有效地解决傳統的習知技術所產生的問題，並獲得更好的測試硬體調整的效率。
基於本發明之設計理念，可以解決傳統的探針測試機之低良率與高成本的問題。亦即，本發明之測試系統之設計可以達到改善效率和穩定性之目的。
根據上述，本發明之用於重組晶圓之單晶片測試系統主要概念與優點包括：一、透鏡模組與探針卡是分開配置的；二、提供了一個穩定的測試環境；三、透鏡與光源係結合成為一模組；四、利用影像擷取單元以確認探針接觸軌跡，可以解決多次接觸軌跡的問題；五、利用電腦控制系統來控制影像擷取單元與致動平台以確定正確的位置，可以解決晶粒偏移的問題。
上述敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
140‧‧‧影像擷取單元
141‧‧‧開口(hole)
142‧‧‧重組晶圓
143‧‧‧探針卡
144‧‧‧測試單元
146‧‧‧透鏡
148‧‧‧光源
150‧‧‧第一移動機構
160‧‧‧第二移動機構

Claims (10)

  1. 一種用於重組晶圓之測試系統，包含：一第一移動機構；一影像擷取單元，連接該第一移動機構，其中該影像擷取單元於可以於該第一移動機構之中移動；一致動平台，用於承載一重組晶圓；一探針卡，於操作時配置於該致動平台之上方；一第二移動機構；以及一透鏡，連接該第二移動機構，其中該透鏡於可以於該第二移動機構之中移動，其中一光源配置於該透鏡之下並與之結合。
  2. 如請求項第1項所述之用於重組晶圓之測試系統，其中該致動平台可以進行三維移動以及轉動。
  3. 如請求項第1項所述之用於重組晶圓之測試系統，其中該探針卡上設有一開口使得該透鏡可以配置於其中。
  4. 如請求項第1項所述之用於重組晶圓之測試系統，更包括一電腦系統用以控制該致動平台。
  5. 如請求項第4項所述之用於重組晶圓之測試系統，其中該電腦系統可以控制該第一移動機構與該第二移動機構。
  6. 一種用於重組晶圓之測試方法，包含：移動一影像擷取單元以靠近一探針卡之一開口，以取得一探針軌跡偏移影像，探針卡於操作時配置於於一致動平台之上方，該致動平台承載一重組晶圓；移動該致動平台，以校正該探針軌跡偏移影像；移動結合一光源之透鏡至該探針卡之一開口的上方；以及移動該透鏡至該探針卡之該開口，以利於進行晶片測試。
  7. 如請求項第6項所述之用於重組晶圓之測試方法，其中該移動一影像擷取單元之步驟係透過一第一移動機構來執行，其中該影像擷取單元係連接於該第一移動機構。
  8. 如請求項第7項所述之用於重組晶圓之測試方法，其中移動該透鏡之步驟係透過一第二移動機構來執行，其中該透鏡係連接於該第二移動機構。
  9. 如請求項第8項所述之用於重組晶圓之測試方法，其中該第一移動機構、該第二移動機構與該致動平台係透過一電腦系統來控制。
  10. 如請求項第6項所述之用於重組晶圓之測試方法，其中於校正該探針軌跡偏移影像之程序，調整該影像擷取單元之焦距。
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