TW201818081A - 具有晶圓轉譯器及加強介面之測試堆疊及相關聯之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本文中揭示用於測試半導體晶圓之系統及方法。在一項實施例中，一種用於測試一半導體晶圓之晶粒的裝置包含：一晶圓轉譯器，其具有經組態以面向該晶圓之一晶圓側及背對該晶圓側之一探查側。該晶圓側攜載晶圓側接觸結構，且該探查側攜載探查側接觸結構。該裝置亦包含一加強介面(SIF)板，該SIF板具有面向該晶圓轉譯器之該探查側的一第一側及背對該第一側之一第二側。該裝置亦包含一測試器轉譯器介面(TTI)板，該TTI板具有面向該SIF之該第二側的一第一面及背對該第一面之一第二面。

Description

具有晶圓轉譯器及加強介面之測試堆疊及相關聯之系統及方法
積體電路用於多種產品中。積體電路在價格上不斷降低且在效能上不斷增強，從而變得普遍存在於現代電子器件中。效能/成本比率之此等改良至少部分基於小型化，此使能夠運用各新世代之積體電路製造技術而自一晶圓生產更多半導體晶粒。此外，一半導體晶粒上之信號及電源/接地接觸件之總數目大致隨著新、更複雜晶粒設計而增加。 在將半導體晶粒運送給客戶之前，基於一統計樣本或藉由測試各晶粒而測試積體電路之效能。半導體晶粒之一電測試通常包含透過電源/接地接觸件對該晶粒供電，將信號傳輸至該晶粒之輸入接觸件，及量測該晶粒之輸出接觸件處的所得信號。因此，在電測試期間，該晶粒上之至少一些接觸件必須經電接觸以將該晶粒連接至電源及測試信號。 習知測試接觸器包含附接至一基板(例如一相對硬性印刷電路板(PCB))之一接觸接針陣列。在操作中，使測試接觸器抵壓一晶圓，使得該接觸接針陣列與該晶圓之晶粒(即，受測試器件或DUT)上的對應晶粒接觸件(例如，墊或焊球)陣列電接觸。接下來，一晶圓測試器透過測試接觸器將電測試序列(例如，測試向量)發送至該晶圓之晶粒之輸入接觸件。回應於測試序列，經測試晶粒之積體電路產生輸出信號，該等輸出信號透過測試接觸器路由回至晶圓測試器以分析及判定一特定晶粒是否通過測試。接下來，使該晶圓降低、側向移動及向上移動，使得另一晶粒或一晶粒群組接觸測試接觸器(亦稱為「測試接觸器堆疊」或「測試堆疊」)。程序繼續進行直至整個晶圓被測試為止。 一般言之，增大數目之晶粒接觸件分佈遍及減小之晶粒面積內導致分開達更小距離(例如，一更小節距)之更小接觸件。此外，測試接觸器之接觸接針之特性直徑通常隨半導體晶粒或封裝上的接觸結構之一特性尺寸而按比例調整。因此，隨著晶粒上之接觸結構變得更小及/或具有一更小節距，測試接觸器之接觸接針亦變得更小。然而，例如，由於加工及組裝測試接觸器之接觸接針的困難性，難以顯著減小此等小部件之直徑及節距，從而導致低產率及測試接觸器間之不一致效能。 圖1A係根據先前技術之用於測試半導體晶圓的一測試堆疊50之一部分之一分解圖。測試堆疊50將信號及功率自一測試器(未展示)路由至一晶圓20或攜載一或多個受測試器件(DUT)之其他基板，且接著將輸出信號自DUT (例如，半導體晶粒)傳送回至該測試器以分析及判定一個別DUT之效能(例如，DUT是否適於封裝及運送給客戶)。透過一測試器轉譯器介面板(TTI板) 30將來自測試器之信號及功率路由至一晶圓轉譯器10，且進一步路由至晶圓20上之半導體晶粒。 使用纜線39將信號及功率自測試器路由至TTI板30。由一測試接觸器基板32攜載之導電跡線38可將纜線39電連接至TTI基板32之相對側上的接觸件36。在一些實施例中，TTI基板32可為一印刷電路板(PCB)。在操作中，TTI板30可接觸一晶圓轉譯器10之一探查側13，如由箭頭A指示。在至少一些實施例中，相對較大探查側接觸結構14可改良與TTI板30之對應接觸件36的對準。探查側13處之接觸結構14透過一晶圓轉譯器基板12之導電跡線18與轉譯器10之一晶圓側15上的相對較小晶圓側接觸結構16電連接。晶圓側接觸結構16之大小及/或節距適於接觸晶圓20之對應晶粒接觸墊26。晶粒接觸墊可為晶粒上之相對平直表面、焊球、銅球或由晶粒攜載之其他接觸結構。箭頭B指示移動晶圓轉譯器10以與晶圓20之一作用側25上的接觸墊26接觸。如上文所解釋，來自測試器之信號及功率可運用於晶圓20之DUT，且來自經測試DUT之輸出信號可路由回至測試器以分析及判定DUT是否按規範操作。 一晶圓卡盤40支撐晶圓20。箭頭C指示晶圓20與晶圓卡盤40配合之方向。在操作中，可使用例如真空或機械夾箝而抵著晶圓卡盤40固持晶圓20。在一些情況下，晶圓轉譯器10之晶圓側上的接觸結構16可同時接觸晶圓20上之所有或幾乎所有晶粒20a、20b等。在一些情況下，晶圓轉譯器10之直徑可大致對應於晶圓20之直徑，或該晶圓轉譯器可具有比對應受測試晶圓大之直徑(「邊緣延伸晶圓轉譯器」)。 圖1B及圖1C分別係根據本發明技術之實施例組態的一晶圓轉譯器之部分示意俯視圖及仰視圖。圖1B繪示晶圓轉譯器10之探查側13。相鄰探查側接觸結構14之間的距離(例如，節距)在水平方向上表示為P1 且在垂直方向上表示為P2 。所繪示之探查側接觸結構14具有一寬度D1 及一高度D2 。接觸結構14之節距、寬度及高度可統稱為「特性尺寸」。在不同實施例中，探查側接觸結構14可為正方形、矩形、圓形或其他形狀。此外，探查側接觸結構14可具有均勻節距(例如，P1 及P2 跨晶圓轉譯器10係相等的)或非均勻節距。 圖1C繪示晶圓轉譯器10之晶圓側15。在一些實施例中，相鄰晶圓側接觸結構16之間的節距在水平方向上可為p1 且在垂直方向上可為p2 。晶圓側接觸結構16之寬度及高度(「特性尺寸」)表示為d1 及d2 。在一些實施例中，晶圓側接觸結構16可為觸碰晶圓上之對應晶粒接觸件的接針。線19對應於使晶圓20之個別晶粒彼此分離的晶圓切割道。一般言之，探查側接觸結構14之大小/節距大於晶圓側接觸結構16之大小/節距。因此，改良測試接觸器與晶圓轉譯器之間的對準及接觸。 然而，在接觸一相對較大晶圓20上(例如，在具有150 nm、200 nm或300 nm直徑之一晶圓上)之晶粒時，可能難以維持晶粒接觸件26與晶圓側接觸結構16之間之持續接觸。類似地，可能難以維持TTI板30上之接觸件36與對應探查側接觸結構14之間之持續接觸。例如，晶圓轉譯器之傾斜或起伏(波狀起伏)會過多地壓縮一些接觸對14/36及/或16/26，而一些其他接觸結構不具有足夠接觸力或根本不接觸。通常，隨著晶圓20變得更大且晶粒接觸件26變得更小，接觸之持續性及可靠性劣化。據此，存在對可提供與晶圓上之所有受測試器件(DUT)的持續接觸之具成本效益測試接觸器的需要。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2016年8月19日申請之美國臨時申請案第62/377241號之權利，該案之全文以引用方式併入本文。 下文描述代表性晶圓轉譯器與相關聯使用及製造方法之若干實施例之特定細節。熟習此項技術者亦將理解，本發明技術可具有額外實施例，且可在無下文參考圖2至圖6所描述之實施例之若干細節之情況下實踐本技術。 本發明技術大體上係關於用於半導體晶圓測試之設備。更特定言之，本發明技術係關於用於使用具有經改良平直度以與晶圓更均勻且持續接觸之一晶圓轉譯器來接觸(「探測」)半導體晶圓之晶粒的方法及系統。 在一些實施例中，一加強介面板(SIF板)插入於晶圓轉譯器與測試器轉譯器介面板(TTI板)之間的測試堆疊中以改良晶圓轉譯器之平直度。一般言之，晶圓轉譯器之經改良平直度及總體測試堆疊之經改良剛性促成晶圓轉譯器與晶圓之間的接觸均勻性。 在一些實施例中，SIF板包含由陶瓷、玻璃或其他剛性材料製成之一基板。SIF板可包含需要相對較低垂直壓縮力用於可靠接觸之柔性貫穿基板接針，例如，彈簧探測針(pogo pin)。包含相對硬性基板(例如，陶瓷)及相對柔性接觸件(例如，彈簧探測針)之一組合的SIF板可平直化晶圓轉譯器(基於基板之硬度)且可適應晶圓轉譯器之剩餘波狀起伏/傾斜(基於接觸件之垂直柔性)。 在一些實施例中，測試堆疊之元件之間的真空緊固元件之間的接觸。在一些實施例中，晶圓轉譯器、SIF板及/或TTI板可具有用於自元件之間的空間抽空氣體之孔隙。 圖2係根據本發明技術之實施例的一測試堆疊1000之一分解截面圖。在操作中，卡盤40攜載晶圓20。晶圓轉譯器100之晶圓側接觸結構16接觸晶粒20a、20b (亦稱為受測試器件或DUT)上之對應晶粒接觸墊26。然而，在一些情況下，由於例如晶圓轉譯器100之傾斜或波狀起伏，此接觸可能不夠均勻及/或持續。在一些實施例中，一SIF板200可對測試堆疊1000提供額外硬度及平直度。例如，SIF板200之一基板202可由陶瓷、玻璃、硬塑膠或其他相對硬性材料製成。在一些實施例中，該SIF板比該晶圓轉譯器硬至少一個數量級。在與晶圓轉譯器100接觸時，SIF板200可減小晶圓轉譯器100之波狀起伏及/或傾斜。 SIF板200可包含柔性接觸結構210。此等柔性接觸結構之一些非限制性實例係彈簧探測針及細長接觸樑(針)。一般言之，柔性接觸結構210可相對容易地壓縮，因此能夠在晶圓轉譯器100傾斜或波狀起伏時，與對應探查側接觸結構14維持接觸，由此進一步改良與晶圓轉譯器之接觸的持續性及可靠性。 在一些實施例中，SIF板200可包含分佈於路由層內之導電跡線。一般言之，SIF板200中的路由層之可用性趨向於對應地降低TTI板30及/或晶圓轉譯器100之路由要求。因此，自測試器至DUT 20a、20b及自DUT 20a、20b至測試器的信號/功率之總體路由可變得不太擁擠，具有更好的信雜比(SNR)及/或更小功率損失。 在操作中，TTI板30可使SIF板200抵壓晶圓轉譯器100之探查側13。在一些實施例中，TTI板30係由可由金屬(例如不鏽鋼)製成之一加強板300支撐。 圖2A係圖2中所展示之加強介面板200的接觸結構210之一詳圖。所繪示細節C展示具有兩個經對準彈簧探測針210之基板202，一個彈簧探測針面向TTI板30，另一彈簧探測針面向晶圓轉譯器100。在一些實施例中，彈簧探測針210可共用相同彈簧。在一些實施例中，彈簧探測針210可未軸向對準。例如，上彈簧探測針210可自下彈簧探測針210軸向偏移以適當地分別接觸其等在TTI板30上之對應接觸件36及晶圓轉譯器100上之探查側接觸結構14。 所繪示之接觸結構210係彈簧加載彈簧探測針。然而，在一些實施例中，接觸結構210可為柔性固體金屬接針(例如，相對細長、彎曲、針形樑)。 圖3係根據本發明技術之實施例的測試堆疊1000之一等角視圖。測試堆疊1000安裝於一探測器400內側。該測試堆疊之上部分包含加強板300、SIF板200及TTI板30。所繪示之加強板300附接至探測器板410。 測試堆疊之下部分包含晶圓轉譯器100、受測試晶圓20 (由晶圓轉譯器覆蓋)及晶圓卡盤40。在測試之前，藉由降低探測器板410而封閉呈圖3之蛤殼式配置的探測器400，且使測試堆疊1000之元件接觸。接下來，晶圓轉譯器100可由測試堆疊之上部分拾取、與晶圓20對準、且接著使晶圓轉譯器100與晶圓20接觸。在一些實施例中，晶圓可為可在測試開始之前用一生產晶圓替換的一胚料(未圖案化)晶圓。下文參考圖4A至圖4C論述使測試堆疊1000之元件接觸的一繪示性方法。 圖4A係根據本發明技術之實施例的一測試堆疊1000之一分解截面圖。在一些實施例中，測試器纜線39透過加強板300中之開口附接至TTI板30。 在一些實施例中，墊圈228a/228b放置於SIF板200與TTI板30之間，及/或放置於SIF板200與晶圓轉譯器100之間。所繪示之墊圈228a/228b係由SIF板200攜載，但在一些實施例中，墊圈228a/228b可由TTI板30及/或晶圓轉譯器100攜載。墊圈228a/228b可由軟、柔性材料(例如，橡膠、PVC片材等)製成。在操作中，墊圈228a/228b可提供TTI板30與SIF板200之間及/或SIF板200與晶圓轉譯器100之間的空間之密封，如下文參考圖4B所解釋。 圖4B係根據本發明技術之實施例的測試堆疊1000之一截面圖。在一些實施例中，可藉由透過孔隙37及207抽空氣體而將真空施加於一測試堆疊1000a。在一些實施例中，墊圈228a/228b密封TTI板30、SIF板200及晶圓轉移器100之相向表面以在經密封空間中保留真空。在一些實施例中，真空可足以使TTI板30、SIF板200及晶圓轉移器100保持持續且可靠的電接觸。 一測試堆疊1000b包含晶圓20及探測器卡盤40。在操作中，可使測試堆疊1000a/1000b接觸，如下文參考圖4C所解釋。 圖4C係根據本發明技術之實施例的測試堆疊1000之一截面圖。在所繪示實施例中，測試堆疊1000a與測試堆疊1000b接觸。例如，晶粒接觸墊26與對應晶圓側接觸結構16接觸。一些生產探測器可將垂直力F施加於晶圓卡盤40及/或加強板300上，因此平直化晶圓轉譯器100，且改良晶圓轉譯器100與晶圓20之間的接觸。 在一些實施例中，一晶圓墊圈28可密封晶圓轉譯器100與晶圓卡盤40之間的一空間。在一真空源連接至晶圓卡盤40中之孔隙47時，可在晶圓轉譯器100與晶圓20之間產生真空，因此改良晶粒接觸墊26與對應晶圓側接觸結構16之間的接觸。此真空可進一步改良晶圓轉譯器100之平直化，且改良晶圓轉譯器100與晶圓20之間的接觸。在一些實施例中，可以組合方式使用垂直力F及真空。 圖4D及圖4E係圖4B中所展示的測試堆疊之詳圖。圖4D展示具有經塑形為柔性接觸樑之垂直晶圓側接觸結構117的晶圓轉譯器100。在操作中，接觸結構117之尖端接觸晶圓上之對應晶粒接觸墊26。在一些實施例中，相對薄且長的接觸結構117可適應晶圓轉譯器之基板12之一定波狀起伏及/或不平直度，因此進一步改良晶圓轉譯器與晶圓之間的接觸。 圖4E展示具有MEMS接觸結構118之晶圓轉譯器100。在一些實施例中，MEMS接觸結構118可具有兩個位置：一非延伸位置118a及一延伸位置118b。在操作中，在接觸晶圓上之晶粒接觸墊26時，可將MEMS接觸結構驅動至延伸位置118b中。 圖5係根據本發明技術之實施例的一測試堆疊之若干元件之一等角視圖。所繪示之測試堆疊包含SIF板200、TTI板30及加強板300。在一些實施例中，SIF板200可運用緊固件220 (例如螺釘或鉚釘)附接至TTI板30。 圖6係根據本發明技術之實施例的測試堆疊1000之一側視截面圖。所繪示之測試堆疊1000包含與TTI板30接觸之SIF板200。在一些實施例中，一通用接頭420抵著探測器板410對準TTI板30。在一些實施例中，一或多個插入件310抵著加強板300支撐TTI板30。 上文所描述的本發明之諸多實施例可採取電腦或控制器可執行指令之形式，包含由一可程式化電腦或控制器執行之常式。熟習此項技術者將明白，可在除下文所展示及所描述之彼等電腦/控制器系統外的電腦/控制器系統上實踐本技術。本技術可具體體現在經具體程式化、經組態或經建構以執行下文所描述之一或多個電腦可執行指令的一專用電腦、控制器或資料處理器中。據此，如本文中通用之術語「電腦」及「控制器」指稱任何資料處理器且可包含網際網路設施及手持型器件(包含掌上型電腦、可穿戴式電腦、蜂巢式或行動電話、多處理器系統、基於處理器或可程式化消費性電子產品、網路電腦、迷你型電腦及類似者)。可藉由任何合適顯示媒體(包含一CRT顯示器或LCD)而呈現由此等電腦處置之資訊。 自前文，將明白，已在本文中出於繪示目的而描述本技術之特定實施例，但在不背離本發明之情況下可作出各種修改。此外，雖然與特定實施例相關聯之各種優點及特徵已在上文於彼等實施例之內文中描述，但其他實施例亦可展現此等優點及/或特徵，且未必所有實施例皆需展現此等優點及/或特徵以落於本發明技術之範疇內。據此，本發明可涵蓋本文中未明確展示或描述之其他實施例。
10‧‧‧晶圓轉譯器
12‧‧‧晶圓轉譯器基板
13‧‧‧探查側
14‧‧‧探查側接觸結構
15‧‧‧晶圓側
16‧‧‧晶圓側接觸結構
18‧‧‧導電跡線
19‧‧‧晶圓切割道
20‧‧‧晶圓
20a‧‧‧晶粒/受測試器件(DUT)
20b‧‧‧晶粒/受測試器件(DUT)
25‧‧‧晶圓之作用側
26‧‧‧晶粒接觸墊
28‧‧‧晶圓墊圈
30‧‧‧測試器轉譯器介面板(TTI板)
32‧‧‧TTI基板
36‧‧‧測試接觸器之接觸件
37‧‧‧孔隙
38‧‧‧導電跡線
39‧‧‧測試器纜線
40‧‧‧晶圓卡盤/探測器卡盤
47‧‧‧真空孔
50‧‧‧測試堆疊
100‧‧‧晶圓轉譯器
107‧‧‧孔隙(可選的)
112‧‧‧基板
114‧‧‧探查側接觸結構
116‧‧‧晶圓側接觸結構
117‧‧‧(細長)接觸樑
118‧‧‧MEMS接針
118a‧‧‧縮回位置
118b‧‧‧延伸位置
200‧‧‧加強介面板(SIF板)
202‧‧‧基板(例如，陶瓷、玻璃)
207‧‧‧孔隙
210‧‧‧接觸結構(例如，彈簧探測針)
220‧‧‧緊固件(例如，螺釘)
228‧‧‧墊圈
228a‧‧‧墊圈
228b‧‧‧墊圈
300‧‧‧加強板
310‧‧‧插入件
400‧‧‧探測器
410‧‧‧探測器板
420‧‧‧通用接頭
1000‧‧‧測試堆疊
1000a‧‧‧測試堆疊
1000b‧‧‧測試堆疊
d1‧‧‧寬度
d2‧‧‧高度
D1‧‧‧寬度
D2‧‧‧高度
F‧‧‧垂直力
p1‧‧‧節距
p2‧‧‧節距
P1‧‧‧距離
P2‧‧‧距離
可參考下列圖式更好地理解本發明之態樣。圖式中之組件未必按比例繪製。替代地，重點在於清楚地繪示本發明之原理。 圖1A係根據先前技術之用於測試半導體晶圓的一測試堆疊之一部分之一分解圖。 圖1B係根據先前技術組態的一晶圓轉譯器之一部分示意俯視圖。 圖1C係根據先前技術組態的一晶圓轉譯器之一部分示意仰視圖。 圖2係根據本發明技術之實施例的一測試堆疊之一分解截面圖。 圖2A係圖2中所展示之一加強介面板的一接觸結構之一詳圖。 圖3係根據本發明技術之實施例的一測試堆疊之一等角視圖。 圖4A至圖4C係根據本發明技術之實施例的一測試堆疊之截面圖。 圖4D及圖4E係圖4B中所展示的測試堆疊之詳圖。 圖5係根據本發明技術之實施例的一測試堆疊中之若干元件之一等角視圖。 圖6係根據本發明技術之實施例的一測試堆疊之一側視截面圖。

Claims (25)

  1. 一種用於測試一半導體晶圓之晶粒的裝置，其包括： 一晶圓轉譯器，其具有經組態以面向該晶圓之一晶圓側及背對該晶圓側之一探查側，其中該晶圓側攜載晶圓側接觸結構，且該探查側攜載探查側接觸結構； 一加強介面(SIF)板，其具有經組態以面向該晶圓轉譯器之該探查側的一第一側及背對該第一側之一第二側；及 一測試器轉譯器介面(TTI)板，其具有經組態以面向該SIF之該第二側的一第一面及背對該第一面之一第二面。
  2. 如請求項1之裝置，其中該SIF板包括由陶瓷製成之一基板。
  3. 如請求項1之裝置，其中該SIF板包括由玻璃製成之一基板。
  4. 如請求項1之裝置，其中該SIF板比該晶圓轉譯器硬至少一個數量級。
  5. 如請求項1之裝置，其中該SIF板包括可壓縮接針。
  6. 如請求項5之裝置，其中該等可壓縮接針係彈簧探測針。
  7. 如請求項1之裝置，其中該SIF板包含該SIF板之一基板中之至少一個孔隙，且其中該孔隙經組態用於抽空該SIF板與該晶圓轉譯器之間的氣體。
  8. 如請求項1之裝置，其中該TTI板包含一晶圓轉譯器基板中之至少一個孔隙，且其中該孔隙經組態用於抽空該TTI板與該SIF板之間的氣體。
  9. 如請求項1之裝置，其進一步包括： 一第一墊圈，其用於密封該SIF板與該晶圓轉譯器之間的一第一空間；及 一第二墊圈，其用於密封該SIF板與該TTI板之間的一第二空間。
  10. 如請求項1之裝置，其進一步包括用於將該SIF板及該TTI板緊固在一起之複數個緊固件。
  11. 如請求項1之裝置，其進一步包括用於密封該晶圓轉譯器與該晶圓之間的一空間之一晶圓墊圈。
  12. 如請求項1之裝置，其進一步包括與該晶圓轉譯器之該等晶圓側接觸結構接觸的該晶圓。
  13. 如請求項1之裝置，其進一步包括： 一金屬加強板，其與該TTI板接觸；及 一探測器板，其與該加強板接觸。
  14. 如請求項1之裝置，其中該晶圓轉譯器之該等晶圓側接觸結構係基於MEMS之接觸器。
  15. 如請求項1之裝置，其中該晶圓轉譯器之該等晶圓側接觸結構係柔性接觸樑。
  16. 一種用於測試一半導體晶圓之方法，其包括： 使一測試器轉譯器介面(TTI)板與由一加強介面(SIF)板之一第二側攜載的接觸結構接觸； 使一晶圓轉譯器之一探查側與由一加強介面(SIF)板之一第一側攜載的接觸結構接觸；及 使該半導體晶圓上之一晶粒與由一晶圓轉譯器之一晶圓側攜載的複數個晶圓側接觸結構接觸，其中該晶圓轉譯器之該探查側背對該晶圓側。
  17. 如請求項16之方法，其中該TTI板附接至一金屬加強板。
  18. 如請求項17之方法，其中該金屬加強板附接至一探測器板。
  19. 如請求項16之方法，其進一步包括： 自該晶圓轉譯器與該SIF板之間的一第一空間抽空氣體；及 自該TTI板與該SIF板之間的一第二空間抽空氣體。
  20. 如請求項16之方法，其進一步包括自該晶圓轉譯器與該晶圓之間的一空間抽空氣體。
  21. 如請求項16之方法，其中該SIF板之該等接觸結構包含可壓縮接針。
  22. 如請求項21之方法，其中該等可壓縮接針係彈簧探測針。
  23. 如請求項16之方法，其中該SIF板包括由陶瓷製成之一基板。
  24. 如請求項16之方法，其中該SIF板包括由玻璃製成之一基板。
  25. 如請求項16之方法，其中該SIF板比該晶圓轉譯器硬至少一個數量級。
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