TW201830025A - 具有五個自由度的萬用探針組件 - Google Patents

具有五個自由度的萬用探針組件 Download PDF

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Abstract

一種萬用、多接腳、可調整的探針組件或機械手，用於使用在半導體晶圓上的裝置的參數及可靠度測試。探針組件可使用磁場而被安裝在金屬台板(platen)上且可於其上被調整。磁場的強度可藉由可切換的磁性平板(magnetic slab)而被調整，塊體經由臂被連接到可切換的磁性平板。探針頭可被附接到塊體的側面，塊體包括傾斜控制機構，用於使探針頭傾斜，以確保探針尖端同時落在晶片的襯墊上。探針頭還包括四個調整機構，用於在X、Y及Z方向上的平移，以及繞著Z軸的旋轉。

Description

具有五個自由度的萬用探針組件
[0002] 本發明大致關於晶圓級測試設備。具體地，本發明關於多接腳、可調整的探針組件或機械手(manipulator)，用於使用在半導體晶圓上的裝置之參數及可靠度測試中。
[0003] 晶圓級測試及特性分析(characterization)通常需要直接接取受測試的半導體晶圓上的一個或多個裝置上的數個接腳，其中，每一個精密金屬針(探針)接觸受測試晶片上的專用金屬襯墊。關於橫跨晶圓平面(XY)的橫向移動、Z(高度)調整、繞Z軸(亦即，在XY平面中)的旋轉調整、以及繞Y軸(亦即，在XZ平面中，在下文中稱為“傾斜”)的旋轉，對特定的晶片的接取需要與晶片接觸的所有探針之準確且可靠的控制。因此，理想的是提供能夠精密控制的探針組件。
[0004] 根據實施例，萬用探針組件被提供用於半導體晶圓上的裝置之參數及可靠度測試。組件包括可切換的磁性平板；探針頭；塊體，包括傾斜控制機構，用於允許探針頭垂直於晶圓的XY平面的傾斜；以及臂，具有第一端及第二端。臂的第一端被附接到可切換的磁性平板，且臂的第二端被附接到塊體。探針頭被安裝到塊體且包括調整機構。 　　[0005] 根據另一個實施例，探針組件被提供用於半導體晶圓上的裝置之參數及可靠度測試。組件包括可切換的磁性平板；探針頭，具有調整機構；塊體；臂，具有第一端及第二端；以及金屬台板，可使用可切換的磁性平板與金屬台板之間的磁場來將臂、塊體及探針頭安裝到金屬台板。塊體包括傾斜控制機構，用於允許被安裝到塊體之探針頭的傾斜。臂的第一端被附接到可切換的磁性平板，且臂的第二端被附接到塊體。 　　[0006] 根據又另一個實施例，探針組件被提供用於半導體晶圓上的裝置之參數及可靠度測試。組件包括可切換的磁性平板；探針頭，包括四個調整機構；塊體；以及臂，其連接可切換的磁性平板及塊體。塊體包括傾斜控制機構，用於允許探針頭垂直於晶圓的XY平面的傾斜。探針頭被安裝到塊體。
[0017] 本發明大致關於晶圓級測試設備。本文中的實施例說明多接腳、可調整的探針組件或機械手，用於使用在半導體晶圓上的裝置之參數及可靠度測試中。探針組件的實施例提供具有五個自由度的調整，如下面更詳細討論的。 　　[0018] 參照圖1至5，將描述萬用探針組件100的實施例。根據實施例，如圖1所示，機械手臂(在下文中稱為“臂”)110藉由磁力透過可切換的磁性平板130而被附接到金屬台板120。如將在下文中更詳細說明的，可切換的磁性平板130上的開關可被使用來控制臂110及台板120之間的磁力的強度。 　　[0019] 臂110被附接到矩形的連接度及傾斜調整塊體(在下文中稱為“塊體”)140。根據實施例，臂110使用精密螺桿而被附接到塊體140。塊體140可從其四個側面中的任三個側面被附接到臂110，而剩餘的(第四)側面被連接到探針頭(在下文中稱為“頭”)150，探針頭150可被傾斜。在所顯示的實施例中，探針頭150可被安裝在塊體140的第四側面上的鳩尾插座(dove-tail receptacle)144上，確保穩定且可重覆的動作。較佳地，臂110形成自具有最小熱膨脹係數的材料。 　　[0020] 除了上述的傾斜調整之外，探針頭150包括四個額外的調整機構(亦即，X、Y、Z及繞Z軸的旋轉)，其中，其側部中的一者被附接到垂直探針卡160，其被描述於美國專利第7,126,361B1號中，此專利因此在本文中被併入用於所有目的。探針170被連接到探針卡160的底部，通常排成一排或兩排。根據實施例，使用傾斜控制機構142及專用旋鈕152，所有五個調整機構由使用者手動地驅動。一旦探針170的位置被與測試晶片上的各個襯墊對齊，做出最終的Z調整，以確保探針170與測試晶片上的襯墊之間的適當的機械及電氣接觸。 　　[0021] 圖1為萬用探針組件100的實施例的立體圖。如圖1所示，可切換的磁性平板130被附接到臂110且藉由其磁力而被保持在金屬台板120上。根據實施例，可切換的磁性平板130可使用螺桿而被附接到臂110。使用磁性平板130上的開關，磁力可被減少，因此減少磁力以允許相對於台板120的容易定位及調整。一旦實現理想的位置，可藉由使用磁性平板130上的開關來增加磁力，因此造成較強的磁力，用於將磁性平板130緊密且牢固地保持在台板120上。 　　[0022] 總體而言，圖2顯示圖1所顯示的探針組件100，但不具有台板120。圖2還顯示X、Y及Z的三個平移自由度，以及在XY平面中的旋轉(標示為θz)及已於上面說明的傾斜(標示為θy)。如圖2所示，探針頭120上的旋鈕152允許使用者在X、Y及Z方向上調整探針頭150，以及繞著Z軸旋轉地調整探針頭150。如同上面所討論的，傾斜控制機構142可被使用來繞著Y軸使探針頭150傾斜。因此，探針組件100具有五個自由度。 　　[0023] 圖3為圖1所顯示的組件的立體圖，而不具有探針頭150及探針卡160。如圖3所示，塊體140可被連接到臂110的傾斜部分112。應注意的是，塊體140可在塊體的任三個平坦側面上(未附接有鳩尾插座114的任何側面)被附接到臂110的傾斜部分112。將臂110附接到塊體140的任三個側面的能力允許相對於彼此被定向為180度或90度的晶片的同時測試，而不需將塊體140移動到台板120上的不同位置。傾斜控制機構142藉由在一側上施加力而移動塊體140內部的內金屬部148，而另一側藉由相對的彈簧(未顯示)來平衡。被附接到鳩尾插座144的內金屬部148自由地繞著垂直於塊體140的第四側的軸旋轉。因此，傾斜控制機構142可被使用來傾斜鳩尾插座144或探針頭150被附接的其它附接機構。 　　[0024] 圖4A顯示塊體140及臂110的前視圖，以及內部的傾斜控制機構142及所附接的鳩尾插座144。圖4B及4C為塊體140及臂110的側視圖，且圖4D為塊體140及臂110上視圖。藉由塊體140的頂部上的兩個開口146實現鳩尾插座144繞著Y軸的傾斜，這允許內金屬部因此而移動。 　　[0025] 圖5A至5D顯示探針頭150及組件100的各種視圖。探針頭150經由其鳩尾插座144而被安裝在塊體140上。因此在本文中被併入用於所有目的之美國專利第7,126,361號描述探針頭150的實施例，其中，鎖定機構及槓桿154將頭150鎖定在其軌道並在需要時將其釋放。 　　[0026] 應理解的是，X及Y方向上的橫向移動將探針170定位在晶圓上的目標晶片，而繞著Z軸的旋轉確保所有探針170分別與其預期的襯墊對齊。塊體140允許探針頭150垂直於晶圓(XY)平面的傾斜。藉由校正連接探針尖端的虛擬線與下面的晶圓(XY)平面之間的可能角度，探針頭150的傾斜確保探針170的所有尖端同時落在其襯墊上。將臂110附接到塊體140的任三個側面的能力允許相對於彼此被定向為180度或90度的晶片的同時測試，而不需將探針組件100移動到台板120上的不同位置。多接腳垂直探針可實現多襯墊連接性，同時最小化從晶圓到探針頭的熱轉移。 　　[0027] 雖然僅詳細描述了一些實施例，應理解的是，本發明可以許多其它的形式來實施，而未偏離本發明的範疇。鑑於上述所有內容，應理解的是，本發明的實施例為例示性的而非限制性的，且本發明不限於在本文中所給出的細節，而是可在所附申請專利範圍的範疇及等同物內被修改。
[0028]
100‧‧‧(萬用)探針組件
110‧‧‧(機械手)臂
112‧‧‧傾斜部分
120‧‧‧(金屬)台板
130‧‧‧(可切換的)磁性平板
140‧‧‧(矩形的連接度及傾斜調整)塊體
142‧‧‧傾斜控制機構
144‧‧‧鳩尾插座
146‧‧‧開口
148‧‧‧內金屬部
150‧‧‧探針頭
152‧‧‧(專用)旋鈕
154‧‧‧鎖定機構及槓桿
160‧‧‧(垂直)探針卡
170‧‧‧探針
[0007] 可參照以下的說明結合所附的圖式來最好地理解本發明及其進一步的主題及優點，其中： 　　[0008] 圖1為根據實施例之萬用探針組件及台板的立體圖。 　　[0009] 圖2為圖1所顯示的萬用探針組件的立體圖，顯示X、Y及Z的三個平移自由度，以及在XY平面中的旋轉(標示為θz)及傾斜(標示為θy)。 　　[0010] 圖3為圖1所顯示的萬用探針組件的立體圖，不具有探針頭及探針卡。 　　[0011] 圖4A為圖1所顯示的萬用探針組件的塊體及臂的前視圖。 　　[0012] 圖4B及4C為圖1所顯示的萬用探針組件的塊體及臂的側視圖。 　　[0013] 圖4D為圖1所顯示的萬用探針組件的塊體及臂的上視圖。 　　[0014] 圖5A為圖1所顯示的萬用探針組件以及探針頭的前視圖。 　　[0015] 圖5B及5C為圖1所顯示的萬用探針組件以及探針頭的側視圖。 　　[0016] 圖5D為圖1所顯示的萬用探針組件以及探針頭的上視圖。

Claims (20)

  1. 一種萬用探針組件，用於半導體晶圓上的裝置之參數及可靠度測試，該組件包括： 　　可切換的磁性平板； 　　探針頭，包括複數個調整機構； 　　塊體，包括傾斜控制機構，用於允許該探針頭垂直於該晶圓的XY平面的傾斜，其中，該探針頭被安裝到該塊體；以及 　　臂，具有第一端及第二端，其中，該第一端被附接到該可切換的磁性平板，且該第二端被附接到該塊體。
  2. 如申請專利範圍第1項之萬用探針組件，還包括金屬台板，其中，藉由增加該可切換的磁性平板與該金屬台板之間的磁場，該可切換的磁性平板允許將該臂、該塊體及該探針頭安裝到該金屬台板。
  3. 如申請專利範圍第2項之萬用探針組件，其中，藉由減少該可切換的磁性平板與該金屬台板之間的該磁場，該可切換的磁性平板允許將該臂、該塊體及該探針頭從該金屬台板釋放。
  4. 如申請專利範圍第1項之萬用探針組件，其中，該傾斜控制機構包括可動部，該可動部受到螺桿的控制以使該探針頭傾斜。
  5. 如申請專利範圍第4項之萬用探針組件，其中，該探針頭被安裝在該塊體的附接側面上。
  6. 如申請專利範圍第5項之萬用探針組件，其中，該探針頭被附接到該塊體的該附接側面上的鳩尾插座，其中，該鳩尾插座可藉由該可動部而被傾斜。
  7. 如申請專利範圍第5項之萬用探針組件，其中，該塊體可使用該塊體的三個自由側面中的一者而被附接到該臂，其中，該三個自由側面為該塊體之任一側面，其並非安裝有該探針頭的該附接側面。
  8. 如申請專利範圍第5項之萬用探針組件，其中，該探針頭包括四個調整機構，其包括用於沿著X軸、Y軸及Z軸的平移以及用於繞著Z軸的旋轉，其中，該X軸、該Y軸及該Z軸為相互垂直。
  9. 如申請專利範圍第8項之萬用探針組件，其中，該探針頭可繞著該Y軸傾斜。
  10. 如申請專利範圍第1項之萬用探針組件，其中，該探針頭可使用鎖定機構及槓桿而被安裝在基於軌道的系統上。
  11. 一種探針組件，用於半導體晶圓上的裝置之參數及可靠度測試，該組件包括： 　　可切換的磁性平板； 　　探針頭，包括複數個調整機構； 　　塊體，包括傾斜控制機構，用於允許該探針頭的傾斜，其中，該探針頭被安裝到該塊體；以及 　　臂，具有第一端及第二端，其中，該第一端被附接到該可切換的磁性平板，且該第二端被附接到該塊體；以及 　　金屬台板，可使用該可切換的磁性平板與該金屬台板之間的磁場來將該臂、該塊體及該探針頭安裝到該金屬台板。
  12. 如申請專利範圍第11項之探針組件，其中，該可切換的磁性平板包括開關，用於調整該可切換的磁性平板與該金屬台板之間的磁場的強度。
  13. 如申請專利範圍第12項之探針組件，其中，較強的磁場將該磁性平板、該臂及該探針頭更牢固地安裝到該金屬台板。
  14. 如申請專利範圍第11項之探針組件，其中，該複數個調整機構包括四個調整機構，其包括用於沿著X軸、Y軸及Z軸的平移以及用於繞著Z軸的旋轉，其中，該X軸、該Y軸及該Z軸為相互垂直。
  15. 如申請專利範圍第14項之探針組件，其中，該四個調整機構為旋鈕，其可被手動地調整。
  16. 如申請專利範圍第15項之探針組件，其中，該探針頭可繞著該Y軸被傾斜。
  17. 一種探針組件，用於半導體晶圓上的裝置之參數及可靠度測試，該組件包括： 　　可切換的磁性平板； 　　探針頭，包括四個調整機構； 　　塊體，包括傾斜控制機構，用於允許該探針頭垂直於該晶圓的XY平面的傾斜，其中，該探針頭被安裝到該塊體；以及 　　臂，其連接該可切換的磁性平板與該塊體。
  18. 如申請專利範圍第17項之探針組件，還包括金屬台板，其中，該可切換的磁性平板控制該可切換的磁性平板與該金屬台板之間的磁場的強度。
  19. 如申請專利範圍第17項之探針組件，其中，該探針頭被附接到該塊體的第一側面，且該塊體可在該塊體的第一側面、第二側面或第三側面中的任一者上被附接到該臂。
  20. 如申請專利範圍第17項之探針組件，其中，該傾斜控制機構包括可動部，其受到螺桿的控制，以使該探針頭傾斜。
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