TW201820575A - 用於探針卡之空間轉換器及相關之系統及方法 - 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之裝置包含用於接觸該等晶粒之一複合空間轉換器。該複合空間轉換器具有有經組態以面向該晶圓之一第一側,及背向該晶圓之一第二側之一第一空間轉換器。該第一空間轉換器具有由陶瓷製成之一基板。該複合空間轉換器亦具有一第二空間轉換器,該第二空間轉換器具有經組態以面向該晶圓之一第一側,及面向該第一空間轉換器之該第一側之一第二側。該第二空間轉換器具有由玻璃製成之一基板。該複合空間轉換器具有至將該第一空間轉換器與該第二空間轉換器電連接之一空間轉換器互連。

Description

用於探針卡之空間轉換器及相關之系統及方法
在大範圍之產品中使用積體電路。積體電路在價格上不斷減小及在效能上不斷增大,其等在現代電子器件中變得無處不在。效能/成本比率之此等改良(至少部分)基於小型化,其等使更多半導體晶粒能夠使用每個新一代積體電路製造技術自一晶圓產生。此外,一半導體晶粒上之信號及電源/接地接點之總數目通常隨著新、更複雜晶粒之設計而增加。 在將半導體晶粒運送至客戶之前,基於一統計樣品或藉由測試各晶粒而測試積體電路之效能。半導體晶粒之一電氣測試通常包含通過電源/接地接點對晶粒供電,將信號傳輸至晶粒之輸入接點,且量測晶粒之輸出接點處之結果信號。因此,在電氣測試期間,晶粒上之至少一些接點必須經接觸以將晶粒連接至電源及測試信號之源。 圖1A係根據先前技術之用於測試半導體晶圓之一探針卡10之截面圖。在操作中,探針卡10接觸一晶圓40使得探針引腳16之一陣列與晶圓之晶粒45 (亦稱為「受測試裝置」或「DUT」)上之晶粒接點48 (例如,墊或焊球)之對應陣列電接觸。接著,一測定器(未展示)通過電纜30及探針卡10將電氣測試序列(例如,測試向量)發送至晶圓40之一或多個晶粒45之晶粒接點48。回應於此等測試序列,經測試晶粒之積體電路產生通過探針卡10路由回至晶圓測定器之輸出信號以分析及判定是否一特定晶粒通過測試。接著,測試接觸器跨置於經平行測試之另一晶粒或晶粒45之組上,且測試繼續直至經測試全部晶圓。一旦經測試全部晶圓40,沿著晶圓道46單粒化晶圓上之晶粒,捨棄未通過測試之晶粒,及封裝通過測試之晶粒並運送至客戶。 探針卡10提供用於晶圓40之測定器與DUT 45之間之信號/電源之一路徑。信號/電源通過一印刷電路板(PCB) 14,通過連接具有一空間轉換器12之PCB 14之一接點結構20,通過空間轉換器12之繞線層13,且進一步至探針卡10之探針引腳16 (其在操作中接觸DUT)。在一些應用中,電子組件18 (例如,電容器、電阻器、主動組件)經定位於空間轉換器12上及/或PCB 18上以改良測定器與DUT之間之信號及電源之流。 藉由一固持器26將空間轉換器12固持在適當位置中。螺釘28可相對於PCB 14調整空間轉換器12之一相對位置。例如,螺釘28可改良空間轉換器12與PCB 14之間之平行性而改良探針引腳16與DUT 45之間之接觸。 在一些應用中,探針卡10與晶圓40之晶粒之間之一可靠的接點需要晶圓與探針卡之間之一相對高接觸力。繼而,此接觸力可彎曲探針卡10。通常,因為空間轉換器小於PCB,且其亦由一硬於PCB 14之材料(例如,具有一環氧樹脂黏結劑之編織玻璃纖維布)之材料(例如,陶瓷)製成,所以習知空間轉換器10較PCB 14不易於彎曲。因此,習知探針卡包含加強條22a/22b及螺釘24以限制PCB 14之彎曲。 陶瓷空間轉換器10可具有有導電跡線13之一密集繞線之數個繞線層。繼而,相對薄導電跡線13之此相對密集繞線實現探針引腳16之一細間距。因此,習知陶瓷空間轉換器12可支持用於接觸接點48之探針引腳16之相對細間距/尺寸。因此,習知陶瓷空間轉換器可支持具有分佈於晶粒(即,具有細間距接點48之密集陣列之晶粒)之一減小面積上方之接點之一經增加數目之較新晶圓設計。 然而,陶瓷空間轉換器12係非常昂貴的(例如,成千上萬美元或更多),且其通常需要長時間來製造。空間轉換器12之成本及前置時間隨著繞線層13之數目成比例增加。此外,隨著較新晶圓設計上接點48之間距/尺寸減小,空間轉換器12之繞線層13之數目增加。因此,習知空間轉換器之成本/前置時間隨著晶粒45之每個新一代而變得更高。 相應地,對於有效成本及具有短前置時間且同時適合探測小尺寸/間距接點之晶粒之空間轉換器仍存在一需求。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2016年8月16日所申請之美國臨時申請案第62/375552號之權利,該案之內容係以引用方式併入本文中。 在下文中描述用於使用及製造之代表空間轉換器之數個實施例之特定細節及相關聯方法。熟悉相關技術者亦將理解本技術可具有額外實施例,且可在參考圖2A至圖8無下文所描述之實施例之若干細節之情況下實踐本技術。 簡要地,本發明技術係針對測試半導體晶圓上之晶粒。可產生不同直徑(例如,150mm、200mm、300mm、450mm等)之半導體晶圓,所揭示方法及系統能夠測試具有有小尺寸及/或間距之接點之晶粒(受測試裝置或DUT)。晶圓之晶粒上之此接點之實例係DUT上之金屬墊、焊球及/或其他適合的接觸元件。可藉由包含一空間轉換器及一印刷電路板(PCB)用於轉換測定器及DUT之間之信號及電源之一分類卡測試(「探測」)晶圓。空間轉換器承載在DUT上接觸對應接觸元件之探針引腳。 在本發明技術之一些實施例中,一複合空間轉換器包含一陶瓷空間轉換器及一玻璃空間轉換器。通常,陶瓷空間轉換器可耐受重要機械負載,及可包含數個層中之經密集繞線的金屬跡線。然而,陶瓷空間轉換器相對昂貴(例如,成千上萬美元),且花費長時間來製造。玻璃空間轉換器可能明顯更便宜(有時便宜若干數量級),且可相對快製造玻璃空間轉換器。當在一複合空間轉換器中一起使用陶瓷空間轉換器及玻璃空間轉換器時,因為可將繞線層之一部分傳輸至玻璃空間轉換器,所以可減少陶瓷空間轉換器之繞線層的數目。因此,可減少複合空間轉換器之總成本及前置時間。此外,在至少一些實施例中,歸因於補償玻璃空間轉換器之相對低載荷能力之陶瓷空間轉換器的相對高載荷能力,複合空間轉換器可耐受相對高機械負載。 在一些實施例中,陶瓷空間轉換器及玻璃空間轉換器係與接線、焊球、銅柱及/或其他連接結構電連接。在一些實施例中,複合空間轉換器可包含電子組件(例如,電容器、電阻器及/或主動組件)。在一些實施例中,藉由一底膠聚合物材料或藉由其他承載介面,陶瓷空間轉換器及玻璃空間轉換器係通過一負載介面(例如,可剝離的一黏著層)機械連接。 在一些實施例中,可客製化複合空間轉換器。例如,若改變晶粒上之接點的佈局,則其可足夠替代複合空間轉換器之玻璃空間轉換器,而重複使用更昂貴的陶瓷空間轉換器。在一些實施例中,玻璃空間轉換器可藉由移除將玻璃空間轉換器與陶瓷空間轉換器連接的電接點及可剝離的負載介面而自陶瓷空間轉換器分離。 圖2A係根據目前所揭示技術之實施例之一空間轉換器2000之一截面圖。在操作中,複合空間轉換器2000之下側面向一晶圓,且上側面向探針卡之PCB 14,其進一步經連接至測定器。 複合空間轉換器2000包含一陶瓷空間轉換器220及一玻璃空間轉換器230。在一些實施例中,陶瓷空間轉換器220具有由陶瓷(例如,Al2 O3 或其他陶瓷材料)製成之一基板221。在一些實施例中,陶瓷空間轉換器220包含用於將陶瓷空間轉換器220之一個側上之接觸墊222之間的信號/電源傳輸至相對側上之接觸墊224的導電跡線223 (亦稱為「繞線跡線」)。可在陶瓷空間轉換器220之多個繞線層上方分佈導電跡線223。 玻璃空間轉換器230可具有由玻璃(例如,SiO2 或其他玻璃材料)製成之一基板231。在一些實施例中,玻璃空間轉換器230可承載用於接觸晶圓上之DUT的探針引腳236。在一些實施例中,探針引腳236可藉由經附接至玻璃空間轉換器230之一分離總成而承載。 在一些實施例中,一負載介面240將陶瓷空間轉換器220與玻璃空間轉換器230附接。負載介面240可為一聚合物(例如在電子封裝中使用之一底膠材料)。在一些實施例中,可自陶瓷/玻璃空間轉換器220/230剝離負載介面240,且可重複使用陶瓷空間轉換器220及/或玻璃空間轉換器230。例如,適合於一新晶圓設計的複合空間轉換器可藉由(例如)使用另一玻璃空間轉換器替代玻璃空間轉換器230,而重複使用陶瓷空間轉換器220來裝配。另外,亦可替代接線250以將信號/電源路由至新晶圓設計之晶粒接點。 圖2B係圖2A中展示之空間轉換器之一部分示意之仰視圖。玻璃空間轉換器之探針引腳236可通過跡線233及接觸墊234電連接至接線250,且進一步至陶瓷空間轉換器之接觸墊224。在一些實施例中,陶瓷空間轉換器上之額外接觸墊224及玻璃空間轉換器上之額外接觸墊234促進重複使用另一複合空間轉換器中之陶瓷空間轉換器。因此,複合空間轉換器2000可為模組化的。 在至少一些實施例中,陶瓷空間轉換器220之一相對高機械承載能力補償玻璃空間轉換器230之一相對低機械承載能力。此外,因為玻璃空間轉換器230之繞線能力,所以可減小陶瓷空間轉換器220之繞線層之數目,因此減小陶瓷空間轉換器230之相對高成本及長前置時間。 圖3係根據目前所揭示技術之實施例之一複合空間轉換器3000之一截面圖。在一些實施例中,陶瓷空間轉換器220包含貫穿陶瓷通路(TCV) 228及玻璃空間轉換器230可包含貫穿玻璃通路(TGV) 238。在一些實施例中,藉由首先使用(例如)機械鑽孔、雷射光束或方向蝕刻製造基板221/231中之導通孔,接著鍍覆具有電導體(例如,銅或鋁)之孔而製造TCV 228及TGV 238。在一些實施例中,焊球242將TCV 228與TGV 238電連接。此外,在至少一些實施例中,焊球242對複合空間轉換器3000提供一承載功能而非負載介面240或除了負載介面240以外之承載功能。在一些實施例中,可再加熱焊球232至其等熔點以自玻璃空間轉換器230分離陶瓷空間轉換器220。 圖4係根據目前所揭示技術之實施例之一複合空間轉換器4000之一截面圖。在一些實施例中,銅柱244將陶瓷空間轉換器220與玻璃空間轉換器230電及機械連接。在一些應用中,銅柱244可小於焊球242,因此實現空間轉換器之接點之更小間距/墊尺寸。 圖5係根據目前所揭示技術之實施例之一複合空間轉換器5000之一截面圖。在一些實施例中,接線250將陶瓷空間轉換器220之周邊與玻璃空間轉換器230之周邊連接,而焊球242將玻璃與陶瓷空間轉換器之中心區域連接。在一些實施例中,接線250及焊球242 (及/或銅柱244)之組合增加信號/電源繞線。例如,在一些實施例中,因為接線250及焊球242兩者將玻璃空間轉換器230與陶瓷空間轉換器220電連接,所以可減小陶瓷空間轉換器220中之繞線層之數目。 圖6A係根據目前所揭示技術之實施例之一複合空間轉換器6000之一截面圖。在一些實施例中,複合空間轉換器6000包含放置於陶瓷空間轉換器220中之一開口中之電子組件260。電子組件260可為被動組件(例如,電容器、電阻器)、主動組件(例如,可操作的放大器、具有記憶體庫之處理器等)或被動及主動組件之一組合。在一些實施例中,電子組件260可由玻璃空間轉換器230之任一側承載。 圖6B係圖6A中展示之空間轉換器之一部分示意之仰視圖。在所繪示圖中,電子組件260定位於陶瓷空間轉換器220中之開口內。在至少一些實施例中,複合空間轉換器之承載能力保持當陶瓷空間轉換器包含一開口時足夠以探測晶圓。 圖7係根據目前所揭示技術之實施例之一空間轉換器7000之一截面圖。在一些實施例中,複合空間轉換器7000可包含多個陶瓷空間轉換器(例如,一下陶瓷空間轉換器220b及一上陶瓷空間轉換器220a)。在一些實施例中,藉由對應於下陶瓷空間轉換器220b中之開口之一區域中之玻璃空間轉換器230承載電子組件260。多個陶瓷空間轉換器之存在可改良複合空間轉換器7000之承載能力及/或繞線能力。此外,在一些實施例中,兩個陶瓷空間轉換器(各具有一相對小數量之繞線層)之前置時間及產品成本可低於具有一相對大數量之繞線層之一單一陶瓷空間轉換器之前置時間及/或成本。 圖8係根據目前所揭示技術之實施例用於製造空間轉換器之一方法8000之一流程圖。在一些實施例中,方法8000係針對(例如)包含當晶圓設計改變時,替代玻璃空間轉換器之一複合空間轉換器之一模組化設計。在一些實施例中,方法可包含額外步驟,或可在不進行流程圖中所繪示之所有步驟之情況下實踐方法。 在步驟810中開始方法,且繼續至步驟815。在步驟815中,基於(例如)晶圓之晶粒上之晶粒接點之一佈局、複合空間轉換器之一承載能力、要平行探測之晶粒之數目等來選擇陶瓷空間轉換器及玻璃空間轉換器。 在步驟820中,於陶瓷空間轉換器與玻璃空間轉換器之間應用一負載介面。在一些實施例中,負載介面可為一黏著性聚合物。在一些實施例中,負載介面可為可剝離的,因此促進複合空間轉換器之玻璃空間轉換器之替代。在一些實施例中,負載介面可為經應用為隨後固化之一液相之一底膠材料。 在步驟825中,使用(例如)焊球242、銅柱244、接線250或其等組合,將陶瓷空間轉換器與玻璃空間轉換器電連接。 在步驟830中,複合空間轉換器探測晶圓上之晶粒。在操作中,於具有PCB、加強條、用於連接至測定器之電纜等之一探針卡中可包含複合空間轉換器。 在步驟835中,作出探針卡是否需要測試具有晶粒接點之新佈局之晶圓之一判定。在步驟830中,若不改變晶圓佈局,則探針卡可繼續測試晶圓。, 若已改變晶粒接點之佈局(或晶粒設計之其他屬性),則方法行進至分離陶瓷空間轉換器及玻璃空間轉換器之步驟840。在一些實施例中,負載介面240可藉由(例如)將其剝離而移除。此外,(例如)藉由切割接線250或藉由再加熱焊球242或銅柱244來移除陶瓷空間轉換器與玻璃空間轉換器之間的電接點。 在步驟845中,選擇另一玻璃空間轉換器用於與陶瓷空間轉換器之附接。基於(例如)承載需求、信號/電源繞線需求、晶粒接觸之佈局等,可選擇新複合空間轉換器。 在步驟850中,可將陶瓷空間轉換器及玻璃空間轉換器機械及電連接至一經更新複合探針卡中。在步驟855中,藉由包含經更新複合空間轉換器之探針卡來探測晶圓。可在步驟860中結束方法。 上文所描述之技術的許多實施例可採取電腦可執行或控制器可執行指令的形式,其包含有一可程式化電腦或控制器執行的常式。熟習相關技術者應瞭解,可在電腦/控制器系統上而非在該等上文所展示及所描述中實踐該技術。在一專用電腦、專用積體電路(ASIC)、經特定程式化、經組態或經構建之控制器或資料處理器中,可體現該技術,以執行上文所描述之一或多個電腦可執行指令。當然,可在軟體或硬體或軟體及硬體之一組合中,實施本文中所描述之任何邏輯或演算法。 自前文,將瞭解為了圖解目的本文中已描述該技術之特定實施例,但是可在不偏離本發明之情況下作出各種修改。此外,儘管已在該等實施例之上文中描述與特定實施例相關聯之各種優點及特徵,但其他實施例亦可展現此等優點及/或特徵,且並非所有實施例必須展現在本技術之範疇內之此等優點及/或特徵。因此,本發明可涵蓋本文中未明確展示或描述之其他實施例。
10‧‧‧探針卡
12‧‧‧空間轉換器
13‧‧‧跡線(繞線)
14‧‧‧印刷電路板(PCB)
16‧‧‧探針引腳
18‧‧‧電子組件
20‧‧‧接點結構(PCB至空間轉換器)
22a、22b‧‧‧加強條
24‧‧‧緊固件
26‧‧‧用於空間轉換器之固持器
28‧‧‧調平螺釘
30‧‧‧測定器電纜
40‧‧‧晶圓
45‧‧‧晶粒
46‧‧‧晶圓道
48‧‧‧晶粒接點
50‧‧‧測定器
220‧‧‧陶瓷空間轉換器
222‧‧‧接觸墊(例如,用於接觸器20)
223‧‧‧繞線層/跡線
224‧‧‧接觸墊
228‧‧‧TCV通路
230‧‧‧玻璃空間轉換器
233‧‧‧繞線跡線
234‧‧‧接觸墊
236‧‧‧探針引腳
238‧‧‧TGV通路
240‧‧‧負載介面(例如,黏著層、可剝離層、底膠材料)共同地,將與空間轉換器互連
242‧‧‧焊球
244‧‧‧銅柱
250‧‧‧接線
260‧‧‧電子組件(電容器、電阻器、主動組件)
本發明技術之上述態樣及許多隨附優點將變得更易於瞭解且當結合隨附圖式參考下列詳細描述時更好理解本發明技術之上述態樣及許多隨附優點,其中: 圖1A係根據先前技術之用於測試半導體晶圓之一探針卡之截面圖; 圖1B係圖1A中展示之探針卡之一部分示意之仰視圖; 圖2A係根據目前所揭示技術之實施例之一空間轉換器之一截面圖; 圖2B係圖2A中展示之空間轉換器之一部分示意之仰視圖; 圖3係根據目前所揭示技術之實施例之一空間轉換器之一截面圖; 圖4係根據目前所揭示技術之實施例之一空間轉換器之一截面圖; 圖5係根據目前所揭示技術之實施例之一空間轉換器之一截面圖; 圖6A係根據目前所揭示技術之實施例之一空間轉換器之一截面圖; 圖6B係圖6A中展示之空間轉換器之一部分示意之仰視圖; 圖7係根據目前所揭示技術之實施例之一空間轉換器之一截面圖;及 圖8係根據目前所揭示技術之實施例之用於製造空間轉換器之一方法之一流程圖。

Claims (25)

  1. 一種用於測試一半導體晶圓之晶粒之裝置,其包括: 一複合空間轉換器,用於接觸該等晶粒,其包括: 一第一空間轉換器,其具有經組態以面向該晶圓之一第一側,及背向該晶圓之一第二側,其中該第一空間轉換器具有由陶瓷製成之一基板; 一第二空間轉換器,其具有經組態以面向該晶圓之一第一側,及面向該第一空間轉換器之該第一側之一第二側,其中該第二空間轉換器具有由玻璃製成之一基板;及 一空間轉換器互連,其經組態以電連接該第一空間轉換器及該第二空間轉換器。
  2. 如請求項1之裝置,進一步包括該第一空間轉換器與該第二空間轉換器之間之一負載介面。
  3. 如請求項2之裝置,其中該負載介面係具有經附接至該第一空間轉換器之該第一側之一第一黏著性表面之一黏著性材料,及經附接至該第二空間轉換器之該第二側之一第二黏著性表面。
  4. 如請求項2之裝置,其中該負載介面係與該第一空間轉換器之該第一側及該第二空間轉換器之該第二側接觸之一底膠材料。
  5. 如請求項2之裝置,其中該負載介面係可剝離的。
  6. 如請求項1之裝置,其中該空間轉換器互連包括連接該第一空間轉換器之該第一側及該第二空間轉換器之該第一側之接線。
  7. 如請求項6之裝置,其中該空間轉換器互連進一步包括連接該第一空間轉換器之該第一側及該第二空間轉換器之該第二側之焊球。
  8. 如請求項1之裝置,其中該空間轉換器互連包括連接該第一空間轉換器之該第一側及該第二空間轉換器之該第二側之焊球或銅柱。
  9. 如請求項8之裝置,其中該第一空間轉換器包含經電連接至處於該第一空間轉換器之該第一側之至少一個焊球或銅柱之至少一個貫穿陶瓷通路(TCV),且該第二空間轉換器包含經電連接至處於該第二空間轉換器之該第二側之該至少一個焊球或銅柱之至少一個貫穿玻璃通路(TGV)。
  10. 如請求項1之裝置,進一步包括處於該第二空間轉換器之該第一側之複數個探針引腳,其中該等探針引腳經組態以接觸該半導體晶圓之該等晶粒。
  11. 如請求項1之裝置,進一步包括由該第一空間轉換器中之一開口形成之一腔中之該第二空間轉換器之該第二側承載的複數個電子組件。
  12. 如請求項11之裝置,其中該等電子組件係電容器。
  13. 如請求項11之裝置,其中該第一空間轉換器係一第一下空間轉換器,該裝置進一步包括: 一第一上空間轉換器,其具有由陶瓷製成之一基板,其中該第一上空間轉換器接觸該第一下空間轉換器之該第二側。
  14. 如請求項1之裝置,進一步包括經電連接至該第一空間轉換器之該第二側之一印刷電路板(PCB)。
  15. 如請求項1之裝置,進一步包括與處於該第二空間轉換器之該第一側之複數個探針引腳接觸之該晶圓。
  16. 一種用於測試一半導體晶圓之方法,其包括: 使用經附接至一複合空間轉換器之複數個探針引腳接觸該半導體晶圓上之一晶粒,其中該複合空間轉換器包含: 一第一空間轉換器,其具有經組態以面向該晶圓之一第一側,及背向該晶圓之一第二側,其中該第一空間轉換器具有由陶瓷製成之一基板; 一第二空間轉換器,其具有經組態以面向該晶圓之一第一側,及面向該第一空間轉換器之該第一側之一第二側,其中該第二空間轉換器具有由玻璃製成之一基板;及 一空間轉換器互連,其經組態以電連接該第一空間轉換器及該第二空間轉換器。
  17. 如請求項16之方法,其中該複合空間轉換器包含該第一空間轉換器與該第二空間轉換器之間之一負載介面。
  18. 如請求項17之方法,其中該負載介面係可剝離的,該方法進一步包括: 剝離該第一空間轉換器與該第二空間轉換器之間之該負載介面,其中該第二空間轉換器係可替代的; 使用具有不同於該經替代第二空間轉換器之一設計之另一第二空間轉換器來替代該第二空間轉換器;及 電連接該第一空間轉換器及該另一第二空間轉換器。
  19. 如請求項16之方法,其中該第二空間轉換器係可替代的,該方法進一步包括: 使用具有不同於該經替代第二空間轉換器之一設計之另一第二空間轉換器來替代該第二空間轉換器;及 電連接該第一空間轉換器及該另一第二空間轉換器。
  20. 如請求項19之方法,其中電連接該第一空間轉換器及該另一第二空間轉換器包含使用接線將該第一空間轉換器之一周邊與該另一第二空間轉換器之一周邊連接。
  21. 如請求項20之方法,其中電連接該第一空間轉換器及該另一第二空間轉換器包含通過焊球將該第一空間轉換器之一第一側與該另一第二空間轉換器連接。
  22. 如請求項19之方法,其中電連接該第一空間轉換器及該另一第二空間轉換器包含通過焊球或銅柱將該第一空間轉換器之一第一側與該另一第二空間轉換器連接。
  23. 如請求項16之方法,其中該空間轉換器互連包括連接該第一空間轉換器之該第一側及該第二空間轉換器之該第一側的接線。
  24. 如請求項16之方法,其中該空間轉換器互連包括連接該第一空間轉換器之該第一側及該第二空間轉換器之該第一側的焊球。
  25. 如請求項16之方法,其中該空間轉換器互連包括連接該第一空間轉換器之該第一側及該第二空間轉換器之該第一側的銅柱。
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