TW201809685A - 用於積體電路測試機中的測試針之精確對準的對準系統 - Google Patents

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Abstract

一種用於IC電路之晶圓級測試的測試裝置係被揭露。一上針和下針係構製成能相對於彼此滑動，並被一彈性物保持在彈性偏壓接觸。該彈性物係由其自然靜止狀態被預壓縮於一頂板與一底板之間。預壓縮會改良該等針的彈性反應。該等針冠係藉至少一凸緣銜抵針導板之一止上表面來保持相對地共平面，而確保該等冠的共平面性。該針導係藉建立一配準邊角並以在至少一對角相反邊角處的彈性物驅動該針導進入該配準邊角中來與該納持板保持對準。

Description

用於積體電路測試機中的測試針之精確對準的對準系統
發明領域
本發明有關積體電路製造及測試。更詳言之，本發明有關一種用於測試置設在一半導體晶圓基材上之多數個積體電路晶粒的方法和結構。
發明背景
傳統的積體電路製造技術正常包含形成若干個別的積體電路裝置於一單獨的半導體基材上，稱為一晶圓。在製造完成後，該晶圓正常會被切割或劃刻來將該等個別的積體電路裝置分開成個別的裝置，一般稱為單個裝置或晶粒，或形成整排的裝置，一般稱為長條。通常該等個別的單個積體電路裝置，“晶片”，稱為晶粒或粒塊，係在該晶圓上彼此相隔分開以容納用來片斷該晶圓的切割工具。故該晶圓的外觀會有一系列的積體電路晶粒(粒塊)被可容該切割操作的交叉線分開。這些線一般稱為刻劃線、行道或小徑等。此等粒塊可被置入IC封裝體中，且導線會由該晶粒連接至該IC封裝體內的引線。測試嗣可在該封裝體引 線或觸點上進行，其相對而言會比IC晶粒上的觸點更大許多。因此用於測試IC引線式封裝體的技術並非十分地類似於晶圓級測試，且我們已發現IC封裝引線測試的原理若沒有實質的修正和創新的輸入則將不可行。
在許多情況下係認為以晶圓級或長條級來測試該等個別的積體電路晶片之電功能乃是較有利的。即是，在該晶圓被片斷且個別的積體電路晶粒尚未互相分開之前。典型地，此測試係藉將一系列的測試探針置設成與被形成於各積體電路晶片之一曝露表面上的電輸入和輸出(I/O)墊，或接墊或凸體等接觸而來進行。若該積體電路晶粒稍後會被封裝，則此等I/O墊通常係被連接於一引線框的元件。此一測試機之一例係被示於Corrigan的No.5 532 174美國專利中。
半導體積體電路裝置(“晶粒”)亦可在它們尚仍存在於所被形成的半導體晶圓上時被測試。此等晶圓級測試傳統上係以每一晶片的方式來完成，其中探針尖端會被使用一般稱為晶圓探測器的精密晶圓處理系統來帶至與一指定晶片的接墊接觸。針對各種情況，在一般稱為一探針陣列中之一特定設計的探針空間構態會匹配於該等接墊的空間陣列。在該晶圓探測器中，單一的晶粒或多數個晶粒皆可經由一測試機透過該等探針尖端來被刺激和測試。在有單一晶粒要就每一晶圓探測器指引步驟來被測試的情況下，該探針陣列一般係稱為單位。在有二或更多個晶粒點就每一晶圓探測器指引步驟來被測試的情況下，該探針 陣列一般係稱為多位。在單個或多位晶粒被測試後，該晶圓探測系統會引至下個晶粒或晶粒組等，它們會被同樣地測試。該探針陣列一般係固定在一印刷電路板(PCB)元件上，俾使訊號線迴路能與該測試系統連接，探針陣列與PCB的組合總成一般稱為探針卡。
但是，晶圓探測器和大探針陣列系統亦已既存，其能夠測試一整個半導體晶圓，不論是同時地測試該晶圓上的全部晶粒(即晶片)，或同時地測試該晶圓上之一大部份的晶粒。且，該等系統亦可被用來測試該晶圓上的晶粒超過基本的功能來壓迫該等晶片一有限的時間週期，以便汰除過早的潛在故障，此在該領域中係稱為“燒入”。一舉例的系統係被示於Cram的No.7 176 702美國專利中。
發明概要
以下的概要說明係要協助讀者瞭解全部的揭露和申請專利範圍。申請專利範圍會界定本發明的範圍，而非此概要說明。
所揭係一種測試接觸針總成或探針陣列可供暫時地接觸一晶圓級積體電路裝置上的測試墊，其中該等測試墊包括金屬膜、電鍍凸體或焊球材料，係被附設來與晶圓上的測試晶粒形成電連接者。所揭的測試接觸針總成設有至少一上端子針，更具有一縱向伸幅，至少一側向凸緣或某些其它接觸表面，及一接觸表面用以接觸下端子 針。所揭的測試接觸針總成更併設至少一下端子針具有一接觸表面用以接觸上端子針，及一腳，該等針係被偏壓力完好地固持，其會將該等接觸表面保持在一起，但彼此互呈一可滑動的關係。其亦可有一彈性材料當在一未壓縮狀態時係為預定的高度，該材料會包圍著該等針來造成該偏壓力並保持該表面於可滑動的電接觸。其亦可有一剛性頂面位在該彈性材料頂上，該止上表面包含至少一孔隙以承納該縱向伸幅的一部份，及至少一通道，具有一止上壁及一凹部以承納並接觸該至少一凸緣或該針上的其它接觸表面，該通道的尺寸係大得足夠以最小摩擦接觸該等側壁來容納所述凸緣；因此該止上表面會藉由其與該等凸緣的接觸而提供一對該上針的向上擋止限制。該通道可為一凹陷、凹部或立壁等其具有一類似的限制作用。
該止上表面係定位固定在前述之腳或其它底邊界層上方一預定距離處，該距離係小於該未壓縮的彈性材料之高度加上至少一個該凸緣的高度，因此該彈性材料在該上針來與IC接墊接觸之前係呈一預壓縮狀態。當配合該上端子針的側向凸緣元件使用時，該止上表面的預定位置會提供一精確的基準。此預壓縮狀態會提供一載壓力以供該上端子針對抵該精確止上表面。且，該預壓縮狀態亦會提供一更均一的偏壓力來在當該等針接觸IC接墊時抵住它們。若沒有預壓縮，則當該彈性物進一步壓縮時，該等針的最初移行將會具有一比稍後的移行較低的反應力。
所揭亦為一種接觸針陣列總成用以與一晶圓級積體電路裝置上的測試墊形成暫時接觸，具有一上接觸針，構製成當與該等墊接觸時能沿一Z軸向下移動，該針具有縱向上部，具有一尖端及一底端有一對側向伸出的凸緣(或其它卡止構件)，具有一預定寬度及一上緣，該等凸緣係由該上部的所述底端伸出。其亦可有一下部伸出該等凸緣，一下針會在該下部可滑動地與該上針接觸，及一止上板係為一實質上不吸水材料而具有低膨脹係數的剛性板。該止上板具有一底(或其它接觸)表面，包含多數個相隔分開的平行凹部尺寸恰能以最小的摩擦接觸來容納該等凸緣，並能將該等凸緣限制於一預定的定向，該等凸緣的至少一個上緣會接觸該板之該底表面來界定該針之一上移行限制；因此該等針會被限制不能旋轉運動，且具有一被該板界定的上移行限制，故能保持該等針在所有軸向對準，而允許沒該Z軸移動。該針的移行較好係被限制，俾使該凸緣絕不會完全脫出該通道。
所揭亦為一種提供多數個共平面的接觸針冠於晶圓級積體電路上之測試墊的方法，具有以下的全部或一些步驟，可呈任何順序，即：形成一頂板，以下稱為針導，具有用於該等針的孔隙，俾使該等冠由該等孔隙突出；在各針上形成一擋止元件，在該頂板的底面上形成一止上部；使各針能在該擋止元件和止上部之間銜抵以限制該針沿Z軸向上移行；在該頂板的底面中形成一通道，該通道的尺寸係可容納該針的一部份，而使該針在該通道內 的旋轉會被制止，因此該等針的Z軸上移極限會被該止上接觸部限制。該針的移行係被限制而使該凸緣絕不會完全脫出該通道。
該針導板可被以機製或成型製法來製成，且較好可由一陶瓷材料或玻璃填充複合物構成。
如所揭係一種在多數個接觸針上提供一均一的彈性向上偏壓力來對抵一晶圓級積體電路上之測試墊的方法，具有以下的全部或一些步驟，可呈任何順序，即：將一具有一楔形接觸表面的上針插入一彈性塊中，將一具有一楔形接觸表面會與該上針的楔形表面接觸的底針插入該彈性塊中，及藉限制該彈性塊於上和下板之間來預壓縮該彈性塊一預定的量。該預壓縮可被以各種不同方式來完成，但主要作用係要獲得一均同的Z軸彈力來回應於針與IC墊的接觸。若沒有預壓縮，則由於該彈性物在初始壓縮時的“鬆弛”，該彈力會極不一致。所揭亦為一種將供用於一積體電路測試裝置之一具有邊角的針導板精確地對準於一具有類似邊角且尺寸可容納該針導板的納持板內之方法，可呈任何順序包含以下的任何或全部步驟：a.精確地定位該納持板與針導板之一配準邊角和相鄰的側壁；b.將該針導板鬆弛地嵌入該納持板中；c.將在至少一對角相鄰邊角之側壁中的偏壓元件插入該一邊角，並將該針導板偏壓於該配準邊角中；因此該針導板會對準於該配準邊角。
該方法亦可包含將偏壓元件插入至少二邊角中。
該方法亦可包含將偏壓元件插入該配準邊角以外的全部邊角中。
該方法亦可包含切除或形成該配準邊角或該針導板上的邊角(或兩者)，而使該等邊角本身不會接觸或相遇，但它們由該等邊角延伸離開的側壁將會精確地銜抵。此會避免該等邊角稍微錯配而阻礙該等側壁正確銜抵以供對準的問題，因為機製精確的側壁比邊角更容易。
本揭露亦包含一種用以精確對準一積體電路測試機中之測試針的對準系統，包含以下的任何或全部元件：a.針導板，具有至少二邊角，該等邊角之一者為配準邊角而另一者為被驅動邊角，該等邊角具有側壁由其伸出；b.一納持板用以承納該導板，該納持板具有一孔隙尺寸概能容納該導板，且同樣地具有至少二邊角；該納持板包含側壁等由該等邊角伸離，該等邊角之一者為一配準邊角且會與該導板一起界定該等測試針的精確位置；該等邊角之另一者為驅動邊角；c.該驅動邊角的側壁包含凹部設於其中；d.該導板的被驅動邊角之側壁包含凹部；e.彈性材料配裝在該等驅動和被驅動凹部中用以將該針導板由該被驅動邊角偏壓至該納持板的配準邊角中； 因此該導板會藉由配準邊角在偏壓力下的相配吻合而與該納持板精確配準。
該對準系統可亦包含該被驅動邊角的半徑被加大，因此當該針導板邊角嵌入其中時，接觸會實質地形成於側壁之間。
該對準系統可亦包含該驅動邊角的半徑被縮小，因此當該針導板邊角嵌入其中時，接觸會實質地形成於側壁之間。
該對準系統可亦包含使用圓筒形彈性物作為偏壓元件。
6‧‧‧卡盤
8‧‧‧晶圓
10‧‧‧探針陣列
11‧‧‧PCB探針卡
12，20‧‧‧針導板
14‧‧‧探針卡板
22‧‧‧接觸針
32‧‧‧孔隙
40‧‧‧冠
42‧‧‧上針部
43，45‧‧‧間隙
44a，44b，344a、b‧‧‧凸緣
48，506a、b，511‧‧‧凹部
52‧‧‧接觸表面
54‧‧‧頸部區
55‧‧‧對準柱
67‧‧‧凸出部
81‧‧‧空隙
83‧‧‧八角形空隙
96，396‧‧‧通道
97，240h、i，240j、k‧‧‧側壁
120‧‧‧接觸球/墊
122‧‧‧扣持層
124‧‧‧絕緣體
126‧‧‧遠端
130‧‧‧導電軌線
132‧‧‧引線
134‧‧‧基準記號
150‧‧‧凸峰觸點
190，390‧‧‧止上部
240a，b‧‧‧凸脊
240c、d，240e、f‧‧‧凹谷
240g‧‧‧斜壁
240h、i、j、k‧‧‧側壁
242，342‧‧‧上針
344a、b‧‧‧凸緣
366‧‧‧下針
410，412‧‧‧針伸出高度
414，418‧‧‧較少彈性層
416‧‧‧較大彈性層
502a~d‧‧‧邊角
504a~h‧‧‧邊緣
510‧‧‧彈性圓筒形構件
520，522‧‧‧突緣
526‧‧‧切除凹部
530‧‧‧偏壓力
圖1為一晶圓探測系統之一次組部件及一晶圓的示意圖。
圖2為一探針陣列當附設於一探針卡印刷電路板(PCB)時之一示意圖，該總成一般亦稱為探針卡。
圖3為一探針陣列之頂視圖。
圖4為圖2中的探針陣列之一示意圖。
圖5為圖3中的探針陣列部份斷開之一側視立體圖。
圖6為一對探針在一未壓縮狀態的側視平面示意圖。
圖7為一類似圖6而該等探針在一壓縮狀態的示意圖。
圖8為一類似圖6的側視平面示意圖，但有一 接觸球和添加的各層被示出。
圖9為一類似圖8的示意圖，惟該針被示出在一壓縮狀態。
圖10為圖3所示的陣列之頂部的等角圖。
圖11為圖10所示的陣列之該部份的底側等角圖。
圖12為一類似圖11的視圖而針被移除。
圖13為一類似圖10的視圖而針被移除。
圖14為圖3之陣列有部份斷開的側視圖。
圖15為該彈性物層之頂視平面圖。
圖16為該彈性物層之一側視圖。
圖17為一頂陶瓷板之頂視平面圖。
圖18為圖17中的板之一底視平面圖。
圖19為一類似圖18的底視平面圖，惟亦示出扣持柱等。
圖20為該具有扣持柱的針導板當由底部視之的底等角圖。
圖21為一類似圖20的視圖而視角旋轉180度。
圖22為該針導板的底部之一類似圖20的視圖，但有一Kapton匣插在扣持柱上。
圖23為一類似圖22的視圖但旋轉至一不同的視角。
圖24a~f為一具有雙緣冠和凹部的個別上 針如下所示之各視圖：a：頂平面圖，b：側平面圖，c：前平面圖，d：另一側平面圖，e：側立體圖，f：底平面圖。
圖25a~f為一具有四尖點冠及側向凹部的個別上針如下所示之各視圖：a：頂平面圖，b：側平面圖，c：前平面圖，d：另一側平面圖，e：側立體圖，f：底平面圖。
圖26a~f為一具有四尖點冠及中央凹部的個別上針如下所示之各視圖：a：頂平面圖，b：側平面圖，c：前平面圖，d：另一側平面圖，e：側立體圖，f：底平面圖。
圖27a~f為一具有一楔形冠的個別上針如下所示之各視圖：a：頂平面圖，b：側平面圖，c：前平面圖，d：另一側平面圖，e：側立體圖，f：底平面圖。
圖28a~f為一具有一鑿形冠的個別上針如下所示之各視圖：a：頂平面圖，b：側平面圖，c：前平面圖，d：另一側平面圖，e：側立體圖，f：底平面圖。
圖29a~f為一具有一雙鑿冠的個別上針如下所示之各視圖：a：頂平面圖，b：側平面圖，c：前平面圖，d：另一側平面圖，e：側立體圖，f：底平面圖。
圖30為探針尖端/冠等以一舉例的Kelvin接觸系統疊覆的立體圖。
圖31為探針尖端以一舉例的Kelvin接觸系統疊覆的頂平面圖。
圖32為圖31中的Kelvin接觸系統之一放大 圖。
圖33為一針陣列之一立體圖。
圖34a和圖34b為類似圖5和圖6的側視平面圖，乃示一DUT的球觸點在最初銜接時(34a)及最後銜接時(34b)且該針完全地向下壓沉的狀況。
圖35為一類似圖33的立體圖，但係為一具有長針的變化實施例。
圖36a和圖36b為圖35中之具有長針的變化實施例之側平面圖，乃示出一DUT的球觸點在最初銜接時(36a)及最後銜接時(36b)且該針完全地向下壓沉的狀況。
圖37為一探針卡板、導板/針導和針陣列的頂平面圖。
圖38為圖37的導板/針導和陣列之一頂視立體圖。
圖39為圖37的探針卡板/納持板之一頂視立體圖。
圖40為圖38和圖39的組合之一底視立體分解圖。
圖41為該納持板之一邊角的一部份之一局部放大頂視立體圖。
圖42為一陣列的一部份之一局部放大頂視立體圖示出該彈性物嵌入。
圖43為該探針卡板/納持板之一邊角的一部份之一局部放大頂視立體圖示出一彈性物。
圖44為一針導、彈性物及納持板沿靠近一邊角之一邊緣所採之一截面圖。
較佳實施例之詳細說明
一典型的IC晶圓含有1k~22k之間的晶粒，典型組成一規則的矩陣被水平和垂直的刻劃線分開，以供稍後切割成個別的晶粒或晶片來被安裝於一具有引線或觸點的IC封殼中。本揭露主要仯有關於一個別的晶粒或呈一陣列的晶粒組群，譬如一大致地理上相鄰的晶粒圖案，或多個陣列等，在它們尚未被沿該等刻劃線切割之前同時地加以測試，然後，每個晶粒會被嵌入一具有引線或觸點的IC封裝體中。
在較佳實施例中，如圖1和圖2中所示，一觸點的探針陣列10較好係緊密壓裝配準以防止移動而被固持於一針導板/針導12中，其本身係藉由一納持板固設於探針卡板14上。該納持板可包含一相框開孔，其具有一階狀突緣以容納該針導板12上之一類似的突緣。最好係藉對準銷壓裝於納持板中以限制側向移動的自由，而來相對於該探針卡或PCB固定配準。此納持板可藉螺絲固緊物或類似物被固緊於該探針卡。
當組合時該探針導板12會靠抵該PCB探針卡11。該板的較佳材料是一種可機製的陶瓷，譬如Macor®或Photoveel®，但Torlon®或其它複合物亦可被擇代使用。該PCB板包含多數的軌線，其會由該探針陣列將訊號 線連接至該測試系統的連接器。由PCB、納持板和探針陣列構成的探針卡板/納持板14係安裝在一“晶圓探測器”中(未示出)，其為一機器人式的機器而會固持該等探針卡和晶圓8於一卡盤6頂上，且較佳地將該晶圓移入定位，然後與該針導12接觸。或者，該板可被移動而該晶圓不能活動，但此在目前的晶圓探測系統是不尋常的。該晶圓探測機器人係在該領域中已公知，並被某些公司銷售，譬如TEL(Tokio Electron)TSK Solutions/Accretech，及Electroglass(EG)。習知技術的探針陣列係使用微彈簧針、彎曲樑和懸臂式結構來構製，它們全部會受制於不佳的性能，特別是在較高頻率時，其電容和電感係為限制。
該探測機器人會以一習知的照相系統設定該陣列的位置，其會將基準記號設置在該陣列的針上，並將晶圓帶來與所擇的針接觸以供測試，如將於後說明者。該照相系統典型包含一向上及向下取點的相機，一供校準該晶圓上的位置，而另一用於該針陣列的校準。當校準後，該兩者/任一者的移動會被追踪，且該探測器將會知道至該晶圓上的每一晶粒之正確步數。
一陣列10係為接觸針22/62之一封裝體，其形成一多層封裝體的一部份。此封裝體10具有一針導板20設有多數個孔隙22，而探針30的上部會穿過它們突出，如圖3~圖4中所示。在圖13~圖14中，乃可看出該等孔隙32的較佳構造為圓形，並有一中央部份係有多數個矩形槽或通道96，具有平行的側壁尺寸能容納該針22的十字桿凸緣 部份44a~44b，其具有一類似的截面。所形成的通道結構會保持該等針的對準並阻止其旋轉，故可控制該整體針的定向。旋轉是一種扭捲或扭轉動作，其會使該等平坦的接觸表面52/53(圖8)不再是共平面，且通常會有較少的電接觸表面。
針22的上探針部份可更清楚地見於圖5~圖7中，其中各具有一冠40會與該晶粒接觸，一伸長的本體42較好如前所述具有一矩形的截面。其它的截面亦有可能、譬如卵形、三角形、配鍵式(具有一鍵槽)等，假使該截面可被用來與該孔隙32或其一部份中之一類似形狀配合，以取代或附加於通道96來保持該上針的旋轉對準。
防止旋轉並保持針42之對準的較佳方法係可藉在該針導板20中造成通道96等來達成，如可在圖5、圖10、圖11、圖12、圖13、圖18、圖19、圖20和圖21中最清楚地看出。此等通道較好係被形成或切成於該材料中，而在平行相隔分開的側壁97(圖12)中造成凹部或凹陷96等，其在該通道上內壁中具有一孔隙32可容許該上針部42通過。該孔隙32可為圓形或類似的形狀，而具有平行相隔開的側壁足以容許該部份42通過，但亦會阻止其旋轉。因該等平行壁相隔開的側壁97已達到此功能，故其一或另一者可被省却，除非兩者皆止必須的，壁97等之尺寸較好係因被充分地相隔分開而能提供抵阻抗(且可被塗以低阻抗材料譬如Teflon®)，使當針正確定向時不會與該針接觸，但又足夠地靠近，俾若該針旋轉時將會立即卡抵該等 壁而被定向。該等通道會容納十字桿凸緣44a~44b，並阻止其旋轉或改變對準，因此它們會為該下針在其接觸表面52/64(圖6)處提供具有最大量接觸面積的良好對準。如在圖11中可見的針66等。圖20~圖22係由底視以不同的視角示出該等頂針22在定位。在圖20~圖22中亦示出對準柱55等圍繞該針導板20的周緣。對準柱55等會保持各不同層譬如底Kapton層的對準。
在本體42的底部係為在和右十字桿凸緣部段44a~44b，其一者包含一可擇的凹部48係被用作一基準記號來協助該組合機或機器，其當由上視之是在該針右側或左側。其亦可被用於對準的目的。此等凸緣亦操作如一用於言Kapton層92(見後述)中及該針導板20的底面中之一鍵槽的鍵。
該十字桿凸緣段44a~b會為上部42提供一上限制物。於該較佳實施例中很重要的是，全部的該等冠40需被保持在一互相非常共平面的關係，較好係彼此在30微米內。對傳統的半導體晶圓製程而言，該等晶圓測試墊、凸體或球係被假設為同樣非常平坦的，故各冠接觸於該晶圓上必須以一較為相等的壓力俾免損及該晶圓。此係可藉令該等冠共平面使該針撓曲壓力同樣地較相等來達成。就新穎的3D晶圓製程而言，其中可能需要許多不同高度的平面來供用於晶圓測試墊、凸體和球等，但推斷係該各平面的平面度需求將會同樣地必須在30微米內共平面。
該上針22的底部50之特徵係有一概呈平坦 部份52，其為楔形狀而可滑動地與該下針52之一類似的平坦表面64銜抵/配接。當壓縮時表面52和64會互相滑動。該二針皆為導電的，故會帶送訊號至在該下針62之搖動腳66處的載板70。該腳66的弧形底乃是較佳的，但其它的形式譬如平直或在該腳的中央具有一半圓形或部份圓筒狀的凸出部67，亦是可能的。腳66可為弧形，可遍及其整個底部或只有一部份如所示在該半球體或一半處或部份圓筒狀凸出部67處。此會造成一“搖動”底部，其容許該腳得能調適於該載/接觸板中的變動。此凸出部較好係等距於該底/腳的兩端，或其係正對於一穿過該針之中點或重心的軸線。該半圓形狀亦可被以容許一搖擺動作的其它形狀來取代。此搖擺動作會提供協助來移除該凸出部或該接觸載板上的任何氧化物。任何具有一凸出部的形狀，雖較好為一部份圓筒狀如所示者的另外優點係，該載板上之每單位面積的力會增加，故會提升與該板電接觸的品質。該凸出部為弧形類似於一截切的圓筒，但具有壁等會概呈平滑地斜入該腳的其餘部份。頂板20較好係由一陶瓷材料或Macor®製成，譬如SiC Technide® C18,SiN Technide® 310 Shapal Msoft®,Photoveel L®(Ferrotec),Photoveel®,MM500 Mccalex®，或其它具有低膨脹係數的材料。或者，複合材料譬如Torlon 5030®可滿足一些具有更受限的熱或濕度曝露之用途。
該較佳材料能被可預知地形成或銑成大容差的已知厚度，非常平坦，並具有一低熱脹係數，且為不 吸水的，以免由於可變的天氣狀況而膨脹。此裝置將會被使用的晶片測試房並非恆被極佳地溫度和濕度控制，故該針導板材料必須足夠地穩定來以一共平面狀態輸送該等針冠40。頂板20亦必須是可銑切或可成形的，俾能具有上述的矩形通道96。
針22和62係相對於彼此被向上偏壓，例如，藉一彈性物80，其會至少部份地包圍該等針。此會對抵十字桿凸緣44a~44b提供一向上偏壓。該下針係實際上被同一彈性物向下驅動對抵該載板，而會與其造成一牢固電接觸。彈性物80可包含一頂層和底層的Kapton®，或其它有點彈性的材料122，作為另一可用以將該等針在其窄縮的頸部區54固持於該彈性物中的裝置。在該較佳實施例中，Kapton®層122具有孔隙大於該等針的窄縮頸部區54，但小於較寬部份50、68，因此該等針將會被彈性地囿限在Kapton®層之間。
該上針22於該Z高度的Z軸方向之移行上限係由該止上表面90和該針22之某些銜抵該止上表面的部份之銜接來界定。在該較佳實施例中，其係為十字桿凸緣44a~44b，但其亦可為該針上可用於此目的的任何凸出部。其亦可能該針導板20的其它表面與針22的其它部份會形成該上針之一止上部90、190、390的組合。其係為該針的最上移行點。該板20的下表面止上部係被設成會使冠40的凸出部全都位於同一平面中。該冠的較佳凸出部為75微米。
其亦最好能使該針22的向上力遍及其移程皆為較一致的。此係藉該彈性物80的預壓縮/預載壓來達成。在圖6中，針22係被針導板20的止上表面90向下地預壓縮，因此當針22銜抵晶圓時是被壓縮的，反應於壓縮之力會較一致。若該針未被壓縮，則該彈性物將會呈現一甚不一致的反應，故在稍後該向下的針開始撓曲時會有較小的力。該彈性物在其已壓縮狀態時會呈現較佳的均一性。該較佳的預壓縮係大約80微米。
該冠或尖端40會執行若干功能。第一，當然，其會與該晶圓測試墊或電極形成電接觸。晶圓測試墊可能包含金屬膜、電鍍凸體或焊球的形成物。在變化實施例中，該冠可各具有Kelvin式觸點(力和感測)，俾可確行一可靠的測試，如該領域中所習知。
該冠亦需要避除任何殘屑，其係在各接觸測試時可能累積者。
最後該等完亦必須能為該探測器中之照相系統提供基準的辨認。此將會在精確點處對準該陣列與該晶圓。該照相系統必須能夠辨認該冠，且該冠的中央有可辨認的人造物在該冠上，不論它們在該處是為了其它理由，或僅是為了加強辨認之可靠性的目的。例如一交叉細紋，譬如“xx”可被置設於該冠的底部作為一辦認點。若各冠皆包含此一記號，或若該陣列的邊角被如此標記，或有其它已知的組合，則電腦將能算出整個陣列的位置。其亦可能需要提供側向照明(即垂直於該針之移程)來提供更大 的對比給該探針的位置校準相機，因為該冠具有小刻面等，其會向上反射側向照明光，而在一另外的暗場中提供一非常亮的光點。
各種不同的冠形狀皆有可能。圖24a~f，圖25a~f，圖26a~f，圖27a~f，圖28a~f，及圖29a~f示出若干實施例。各實施例除了該冠40之外皆是相同的，各冠逐圖改變。在圖24中，該冠係具有二平行相隔分開的凸脊240a~b呈一鑿狀被形成，並有一弧曲的半球形凹谷240c介於其間。在圖25中，冠40更包含一交叉的半球形凹谷240d垂直於凹谷240c，其係被擇變地示為一v形凹谷，雖其亦可為半球形。此會在該冠上造成四個尖點。圖26係類似於圖25惟除所有的凹谷250e~f皆為v形，而由該等冠尖點造成尖銳的平坦壁面。在圖27中，該冠為一鑿形而具有單一的平坦斜壁240g造成一楔形冠。在圖28中，該冠為一雙鑿具有逐漸會聚的平坦側壁240h~i。在圖29中，該冠係與圖28倒反，其中該等側壁240j~k向內朝一底谷線傾斜。
在該針導頂板20與該彈性物80之間係有一扣持層122，較好為來自Dupont的Kapton®聚醯胺膜或同等物。此層會在該頂表面被施加之前保持該等針於定位。
圖11示出該陣列10的上部及十字桿凸緣44a~44b等定置於通道96中。該下針62亦可被設置於一類似之具有通道的板中，但此典型並不需要。
該上針22和下針62二者皆至少部份插入彈 性物80中，其係被更詳細示於圖15中，該等針係被置入空隙81中，而該等八角形空隙83會提供收縮空間以供壓縮和預壓縮時使用。若沒有空間，則該彈性物將會對壓縮有一較不一致的阻抗/反應，因為被壓縮的彈性物將無處可去。空隙81典型為方形或矩形，且係比被抓持其內之該針50、68的部份之截面更小。此會提供一偏壓力，其會保持接觸表面52、64呈平面配準以得最大的電表面接觸。
圖8和圖9係類似於圖6和圖7，惟除它們包含球/墊120與冠40接觸。此外它們亦示出一Kapton®層122在該彈性層80上和下表面上。此層122包含孔隙等(未示出)大得足以容許該針的所示部份插入。
圖30、圖31、圖32為圖4中的陣列之各視圖，但亦包含用於Kelvin觸點的電路。Kelvin感測電路在該領域中係已知，並會提供一方法來最小化測試錯誤。它們需要添加的觸點來在各墊上，隔離的，機械上獨立的探針上，造成一些接觸點，其係非常小且緊密相隔的。
在圖31中，冠40是一楔形結構具有二縱向凸脊被一凹部或凹谷分開。該凹谷中設有一聚醯胺或其它絕緣體124，其置於並跨過凸峰針觸點150a~b之間的凹部，該等觸點在本例中係如圖29a~f的倒楔形。該等凸峰150a~b的側壁會捧持著該Kelvin絕緣體124，並為該絕緣體提供充分的支撐來保持與凸峰150a~b互相共平面。其亦有可能只有該絕緣體的遠端126被該冠的一部份支撐。在該絕緣體頂上沒有一導電軌線130，其會供應其它導體於該 Kelvin電路中(典型為感測引線，而該力導體為該冠凸脊)。此導電軌線會由各冠沿引線132延伸回到該Kelvin電路。因為該Kelvin軌線會封閉該冠中的凹部，故該冠中的任何基準標記對該照相系統皆不能使用。故該基準記號可被設在該軌線或絕緣體上，如在134處以“xx”示出者。
一變化實施例係被示於圖35~圖36中。
在前一實施例中，如圖33~圖34中所示，針42和66係如先前所述(見圖6~圖9)。接觸球/墊120係被以截面示出。在該針42頂部最先銜抵球120之點處(圖34a)，一相鄰的球120a與該板20的表面之間有一大間隙43。但若球120a係被錯誤成形，或係為一“雙球”(瑕疵)，則會有一可能即間隙45將會不存在，且球120a將會實體地撞擊到該板20的表面而可能造成損害。請注意該“球”不一定為圓形，而是意指一DUT上的任何突出接觸表面。為避免若有不良的球形狀或高度而造成這些後果，在圖35~圖36中的實施例會對此考量。
為使由一實施例至其它實施例的元件範圍類似，其編號會被標以300的序號，即42係類似於342。一針對上述問題的解決方案，係增加該針342的部份410之長度，其是當該DUT在測試位置時(即針342最大移位如所示)該針會伸出板20上方的部份。該針移行距離(行程)係被界定為該上針在測試位置與非測試位置之間的移行距離。在先前實施例中該針移程較好係被限制，俾使該等凸絕緣不會脫離該通道，其最好是，為了許多理由，要使該針42 延伸超出表面20的部份盡可能地小。如在圖7中可看出，在測試模式時該針的曝露部份係幾乎與表面20齊平，而在圖35~圖36中，在測試位置410的針高度係實質上更大，至少足以防止球320a接觸到20的表面，即使若其係為一雙倍高度球，一1.5倍高度球，或其它錯誤成形的形式者。在非測試模式時，該板20上方的針高度係被示為412。故在本實施例中，在測試位置的針高度係足以使另一球，典型為一相鄰的球不會觸及該板20的表面。一此種限制係為該針頂點絕不低於一接觸球之高度的50%或10~50%，或只是足以使任何接觸球不會觸及該表面而不論其高度。在較佳實施例中，該針342的移程係大於針42。當圖7和圖36a相較時，該遠端尾部412可被容許移行至但較好不會觸及該針366的腳。實際的針向下移程較好係由該探測器控制，其會將該晶圓放入該測試座中。當該等針被驅動朝向彼此時，若該妥當定位失敗，則該系統中會有一些可能的硬止點，但其較好是不必的。例如十字桿凸緣344b的下部與針366的近端，及針342的遠端對抵針366的腳之間的接觸，如圖36b中所示。於此構態的彈性物係被示於該較佳實施例中，其具有二較薄的較少彈性層414、418包圍著一較大彈性層416，該層416會提供對抵該等針的大部份偏壓力。故若該上針在412處破底而出，則該下層418將會分開該二針的接觸，因該針342的遠端將會保留如一插入物。容許此額外移程的結果係該針之伸長的側向部份342會比在前一實施例更高，且對準通道396係較深。具言之該等 通道溝槽396的深度必須等於或大於該針在測試位置和非測試位置時的曝露高度之差(即412小於410)。在較佳實施例中，該十字桿凸緣344a的高度同樣地必須等於或大於該差，以保持通道396的鍵合效果。不論是依上述公式或其它者，其較好是該側向對準部份342於該整體針移行期間必須保持至少部份地與該等通道396銜抵，俾使該針被溝槽套合以免旋轉。
用以將該導板12嵌入該探針卡板或納持板14中的結構之更多細節會說明於後並示於圖37~圖43中。
該納持板14與導板12的配準對該探測器用來得知該針是否相對於該IC正確地定位排列乃是很重要的。因為尺寸非常小，本揭露中之一解決方案係要確保該具有許多探針陣列的導板會與該探針卡板可靠地對準。
取代試圖對準該導板與該探針卡板的每個邊角，此係極為困難，乃可以沿其二(或三)個邊緣來對準，並相對於該二(或三)個邊緣來偏壓該導板進入可靠的位置。此比嚐試對準四個邊緣會甚為更可預知的。
在圖37中，納持板14具有四個邊角502a~d，各有相交的成對邊緣504a~h，如所示。在圖39中，該等邊緣可被看到，而該導板被移除。在一實施例中，邊角502c係被指定為“配準或基準邊角”，雖任何邊角皆可接受。因此，至少邊緣504e~f將會藉偏壓該板進入該邊角中而被用於該導板的配準。在較佳實施例中，邊緣504g和504d將亦會提供配準，因它們與邊角504c的邊緣係同線。 對角相反於該配準邊角的驅動邊角係為偏壓彈性物的主要位置。其係亦可能使其餘的二邊角能具有彈性偏壓。其係亦可能有多於或少於四個邊角、譬如在一三角形或多邊形的情況下，但相同的原理同樣可供精確對準，即是有一配準邊角(或更精確而言，有側壁相鄰該邊角)，其係被精確地銑切/形成以供對準，且該形狀的其餘邊緣/邊角可被用來將該針導板驅入該配準邊角中。
圖43提供邊角502a之一放大圖示出該偏壓機構，其較好係由被設在該側壁中的凹部506a和506b來提供。此等凹部/凹槽係沿該側壁之一點縱伸，並具有一深度足以承納一彈性圓筒形構件510。此構件亦被示於圖42中，其示出該導板/針導12之一邊角，但在兩個位置所示者皆為相同構件。於較佳實施例中，該針導12的邊角並未實際地銜抵該納持板14的邊角，因此該針導邊角會被切除/縮減半徑，或者該納持板邊角會被切深些/增加半徑。此可確保鄰接該邊角的側壁能被用於配準。若此未被作成，則在套合該等邊角時之一輕微的失準將會阻礙該二部份的側壁吻合匹配並提供精確配準。
至少有一或二個彈性物510會被用來將該針導12驅入該配準邊角中，但較佳結構係會在鄰接該配準邊角以外的邊角之全部壁中的凹部內提供彈性物，該配準邊角必須有材料對材料的直接接觸而沒有間隙。
為容許彈性物510嵌入，鄰接邊角之側壁的上緣會被稍微切除/斜削，且為相同理由餘隙會沿該納持板 的邊角來被提供。甚至該配準邊角即使若其未被使用亦可具有此切除，俾容許任何邊角皆可作為該配準邊角。該等彈性物可為橡膠圓筒或其它偏壓元件。它們較好係在該針導12被嵌入納持板14之後被配裝，然後被膠黏於定位，惟它們亦可先被膠黏然後該針導再嵌入。箭號530等(圖39)示出由該等彈性物產生的偏壓力，會將該針導驅入其配準邊角中。
圖44示出該納持板14與針導12在一邊角相會處且該彈性物在定位之一截面圖。在本實施例中該針導係由底部嵌入，因此突緣520會銜抵該納持板上之一突緣522以阻止推出。請瞭解該針導亦可被以突緣和擋緣的適當變化而由頂部嵌入。切除凹部526等(圖38)亦可被用來提供一嵌插間隙以便移除該導板。
該偏壓彈性物512係部份納置於凹部506b中，但在較佳實施例中，亦有一類似的凹部511在該針導12中，因此該彈性物會被完全抓持而不會脫出。
如上所述之本發明及其應用例的描述係為舉例說明而非意要限制本發明的範圍。所揭之各實施例的變化和修正乃是可能的，該等實施例之各種元件的實際擇替和等同物，將可在一般精習於該技術者研讀本專利文件之後被瞭解。所揭實施例之這些及其它的變化和修正乃可被作成而不超出本發明的範圍與精神。
20‧‧‧針導板
22‧‧‧接觸板
32‧‧‧孔隙
40‧‧‧冠
42‧‧‧上針部
44a，44b‧‧‧凸緣
52‧‧‧接觸表面
62‧‧‧接觸針
64‧‧‧接觸表面
66‧‧‧搖動腳
70‧‧‧載板
80‧‧‧彈性物
90‧‧‧止上表面
92‧‧‧kapton層

Claims (6)

  1. 一種用於與一受測試的晶圓級積體電路裝置(DUT)上之測試墊暫時接觸的測試接觸針總成，其包含：a.至少一可滑動的上端子針，其進一步具有一用以接觸該DUT的頂延伸部、部分、至少一側向交叉構件凸緣及一接觸表面，該上針係可在一非測試位置與一測試位置之間滑動；b.至少一下端子針，其具有一腳及一類似的接觸表面；c.該等上針和下針係被偏壓力保持接觸，其會使它們各自的接觸表面保持在一起但彼此呈一可滑動的關係；d.一當在一未壓縮狀態時為預定高度的彈性材料，該材料會包圍著該等針來造成該偏壓力；e.位設在該彈性材料頂上之一實質上剛性的頂針導引表面，其包含界定一供用於該凸緣的導引通道之一對相隔分開的平行壁，在所述的平行壁之間界定該針的一止上表面之一上壁，及在該止上表面中用以容納該上針的一延伸部份之一孔隙，該上針突出超過該導引表面來與該DUT接觸，該通道係被定尺寸為足夠大來容納該凸緣且具最小摩擦接觸該等平行壁，該止上表面會由於其與該凸緣接觸而提供該上針之一向上停止限制；f.該導引通道具有一深度足以限制該凸緣在由該非測試位置與該測試位置所發生的針移行距離之間轉動，而使該等上和下針接觸表面遍及該針移行距離會最大地彼此互相接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項之測試總成，其中該針移行距離係界定為，當在非測試位置時該上針伸幅的最高點至當在測試位置時該伸幅的最低點之間的距離，且其中該通道的深度係等於或大於該針移行距離。
  3. 如申請專利範圍第2項之測試總成，其中在測試位置時該上針伸幅的最低點係恆大於該DUT上之任何測試墊的高度。
  4. 如申請專利範圍第2項之測試總成，其中在測試位置時該上針伸幅的最低點係大於該DUT測試墊之高度的一半。
  5. 如申請專利範圍第1項之測試總成，其中該導引表面包含一頂表面，而該針伸幅會由之突出，且當在測試位置時該針伸幅會突出恰僅越過該頂表面。
  6. 如申請專利範圍第1項之測試總成，其中該導引表面包含一頂表面，而該針伸幅會由之突出，且當在測試位置時該針伸幅會實質地突出越過該頂表面。
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