TW202024642A

TW202024642A - 多點測試裝置

Info

Publication number: TW202024642A
Application number: TW107145519A
Authority: TW
Inventors: 陳志文; 陳銘福; 林儀豪
Original assignee: 財團法人國家實驗硏究院
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2020-07-01
Also published as: TWI687691B

Abstract

一種點測裝置，可應用於半導體或電子元件之點測設備中，尤指可應用於通入特定氣體的點測設備中。該點測裝置的一端固定探針卡，進行點測作業前先通入特定氣體於該點測裝置的內部，並以機構設計將特定氣體導引流向探針卡之探針針尖所在區域，並以複數個探針針尖同時接觸晶圓上複數個晶片的複數個焊墊(Pads)，通入適當的電壓或電流，以進行晶片內的電性測試，確保產品品質。

Description

多點測試裝置

本發明有關於一種用於測試電子元件的測試裝置，尤指一種利用具有多探針的探針卡，可以在特定氣體氣氛中(或保護性氣體氛圍中)測試電子元件之點測裝置。

目前市面上現有的晶粒點測設備，大部分屬於單顆晶粒點測方式，將探針置於晶粒上方，每根探針均可微幅調整空間位置以配合晶粒上焊墊(pads)位置，點測時，探針不動，而由下方晶圓進行相對上下振動(與晶粒上焊墊接觸或分離)與水平移動(移至相鄰晶粒上的焊墊)來完成整片晶圓的點測作業。但用此方法要完成整片晶圓點測，需要花費很長時間(如台灣專利號I526702及台灣專利號I623730)。

另外還有一種發光二極體多點測試機，利用探針卡上複數個探針同時接觸複數個晶粒上的複數個焊墊。但是量測時是依序一顆接一顆供電，LED依序發光，由上方之積分球收光後依序批次量測每顆LED的光學特性。(如台灣專利號M444519)。

以上所提及的點測設備均是在一般大氣環境下進行點測作業，並未針對在特定流體環境下進行點測作業，尤其是針對流體感應晶片所進行的點測作業。

本技術所揭露為一種多點點測裝置，可應用於半導體或電子元件之點測設備中，尤指可應用於通入特定流體的點測設備中。該點測裝置的一端固定探針卡，進行點測作業前先通入特定流體於該點測裝置的內部，並以機構設計將特定流體導引流向探針卡之探針針尖所在區域，並以複數個探針針尖同時接觸晶圓上複數個晶片的複數個焊墊(Pads)，通入適當的電壓或電流，以進行晶片內的電性測試，確保產品品質。

本技術所揭露為一點測用裝置，除了可以用於一般大氣環境下進行點測作業外，特別適合在特定流體環境下，對流體感應晶片進行點測作業。本技術所揭露的點測裝置有一測試結構，測試結構的其中一端可以結合探針卡，在測試結構內有一中空區域，特定流體由測試結構的外壁孔通入後流向測試結構的中空區域，由於機構設計因素，使得特定流體只能被導向另一端出口，此出口非常靠近探針卡的探針針尖所在區域的附近，因而使得特定流體可以充分分佈在探針針尖與晶圓表面接觸的區域附近，並在該接觸區域維持特定流體相當於輸入時的濃度等級。

在本案設計此測試裝置時，原先將該特定流體設計由腔體之上方或腔體之側面通入該特定流體，此種輸入方式需要花費相對較長時間才能使特定流體在探針針尖附近區域的濃度接近點測時所要達到的濃度等級，此相對較費時又不易達到點測時所需要保持的流體濃度，效果相對較差。因此在進一步的改進上，使用本技術所發明的裝置，將特定流體通過測試裝置後直接流向到探針針尖所在點測區域附近，可以在幾秒內就讓探針針尖區域達到點測時理想的流體濃度，效果好又快速，同時又可以達到節省輸入特定流體的流量。

除此之外，該裝置同時包含傾角調整機構，用於調整探針卡上複數個探針針尖所在的虛擬平面，使複數個針尖所在的平面與晶圓表面保持平行狀態，以確保為數眾多的探針針尖均可以同時接觸到晶粒(或稱為晶片、芯片、裸晶)表面上的焊墊，不會有部分針尖未接觸晶粒表面上的焊墊或過度接觸晶粒表面上的焊墊所導致刺穿晶粒焊墊(pads或稱為電極墊或接點)的現象發生。

此外，在該點測裝置中測試結構之外側，可以選擇額外加裝觀測裝置如鏡頭，以觀測探針卡上探針針尖們的排列方向與晶圓上相對應晶粒的複數個焊墊(pads)的排列方向，是否彼此互相對正與接觸。如果沒有對正，則可以藉由調整晶圓下方的移動滑台與旋轉滑台，來進行晶圓的移動與旋轉，直到最終將兩者對正後再慢慢降下探針卡，使得探針針尖與晶圓上的晶粒進行接觸。然後通入適當的電壓或電流，以同時進行複數個晶粒內的電性特性測試，接著移動下方的晶圓，逐次完成整片晶圓的測試作業。

依據上述構想，本揭示提供一種用於測試一流體感測晶片的測試裝置，耦接於一腔體，該測試裝置被配置成通入一特定流體，該測試裝置包含一測試結構、一傾角調整機構、一可伸縮具氣密性元件(例如波紋管，但不限定於波紋管，以下為方便描述，以波紋管一詞代替)以及一探針卡。該波紋管可撓性地耦接於該測試結構。該測試結構具有一內部中空區域以及一外壁，其中該內部中空區域具有一出口，且該外壁具有一入口以連通該內部中空區域。

本揭示提供一種用於測試晶片的測試裝置，尤其指用於測試一流體感測晶片的測試裝置。本發明的具體實施例請參閱圖式以更進一步說明本發明的技術內容。

10‧‧‧晶粒

101‧‧‧焊墊

12‧‧‧探針

121,221‧‧‧針尖

20‧‧‧複數晶粒

201‧‧‧複數焊墊

22‧‧‧複數探針

30,50‧‧‧測試裝置

39,59‧‧‧特定流體

300,500‧‧‧測試結構

302,502‧‧‧開口

303,503‧‧‧上端開口

304‧‧‧透明物件

305,505‧‧‧下端開口

390,590‧‧‧特定流體方向

31,51‧‧‧Z軸驅動軸

33,53‧‧‧傾角調整機構

32,52‧‧‧腔體

34,54‧‧‧波紋管

35,55‧‧‧流體管路

37,57‧‧‧探針卡

36‧‧‧取像裝置

370,570‧‧‧複數探針

38,58‧‧‧晶圓

321,521‧‧‧真空吸盤

322,522‧‧‧加熱裝置

323,523‧‧‧多軸滑台

301,501‧‧‧中空區域

30’,50’‧‧‧測試設備

306，506‧‧‧外壁

307,507‧‧‧空隙

本揭露得藉由下列圖式之詳細說明，俾得更深入之瞭解：

第一圖為本發明較佳實施例單晶粒點測的示意圖。

第二圖為本發明較佳實施例多點測試複數晶粒的示意圖。

第三圖A為本發明較佳實施例測試結構的示意圖。

第三圖B為本發明較佳實施例多點測試裝置的剖面圖(本案指定代表圖)

第四圖為本發明較佳實施例可應用於流體感測晶片的測試設備的示意圖。

第五圖A為本發明另一較佳實施例測試結構的示意圖。

第五圖B為本發明較佳實施例多點測試裝置的剖面圖(第二實施例)

第六圖為本發明另一較佳實施例可應用於流體感測晶片的測試設備的示意圖。

請參酌本發明的附圖來閱讀下面的詳細說明，其中本發明的附圖是以舉例說明的方式，來介紹本發明各種不同的實施例，並供瞭解如何實現本發明。本發明實施例提供了充足的內容，以供本領域的技術人員來實施本發明所揭示的實施例，或實施依本發明所揭示的內容所衍生的實施例。須注意的是，該些實施例彼此間並不互斥，且部分實施例可與其他一個或多個實施例作適當結合，以形成新的實施例，亦即本發明的實施並不局限於以下所揭示的實施例。

請參閱第一圖，其為本發明較佳實施例單晶粒10點測的示意圖。晶圓上晶粒進行點測作業時，可以僅單顆晶粒10進行點測作業，單一顆晶粒10接著一顆晶粒10依序進行點測作業，逐步完成整片晶圓測試。單晶粒10上分佈著複數個焊墊(pads)101，分別以探針12針尖121接觸並劃穿氧化層，如第一圖，然後通入電壓或電流，量測晶粒10內的電性特性。雖然單點測試較為準確與便利，但可想見，要完成整片晶圓上所有晶粒的測試是需要花費冗長時間。請參閱第二圖，其為本發明較佳實施例多點測試複數晶粒20的示意圖，每個晶粒上有複數個焊墊，則複數晶粒20的排列與複數探針22的排列如第二圖所示。為了使複數探針22的探針針尖221能夠同時接觸複數焊墊201，需加入某些調整元件來調整複數探針針尖的工作平面。

請參閱第三圖A，其為本發明較佳實施例測試結構300的示意圖。請參閱第三圖B，其為本發明較佳實施例可應用於流體感測晶片的測試裝置30的示意圖。請參閱第四圖，其為本發明較佳實施例可應用於流體感測晶片的測試設備30’的示意圖。在第四圖中，該測試結構300可安裝於腔體32內。在第三圖B中，該測試裝置30較佳為一點測裝置，其包括一測試結構300、一探針卡37、一傾角調整機構33、一可伸縮具氣密性元件34(例如波紋管，不在此限，以下文中用波紋管來代替說明)等等。在第三圖A中，該測試結構300的內部有一中空區域301，該中空區域301的最佳形狀為錐狀(漏斗狀)並有一較小開口305。測試結構300的外側壁上另有一開口302可向內連通到中空區域301。中空區域301的上方另加一上端開口303，供給取像裝置36(例如鏡頭和相機，但不受此限)使用。在中空區域301與上端開口303之間存有一透明物件304作為隔離，例如一透明鏡片，以防止通入的特定流體39外逸出去並順勢引導特定流體39轉向中空區域301的下端開口305。

請同時參閱第二圖、第三圖A~B、以及第四圖，將測試裝置30的波紋管(welding bellow)34的法蘭(flange)用螺絲固定於腔體32上方，法蘭內含O型環，迫緊於腔體32表面以防止洩漏氣。測試結構300的中空區域301為空心，兩端均有開孔303,305套入於波紋管34中，以上部凸緣(flange)與波紋管凸緣固定緊鎖，凸緣內含O型環，防止流體逸出。測試結構300的一部分深入腔體32中，探針卡37上含有複數個探針370，將探針卡37由下方固定於測試結構300的底部。將傾角調整機構33加裝於測試結構300的上方，以螺絲固定於測試結構300的凸緣上。當系統準備要進行點測作業前，先將晶圓38放置在真空吸盤(chuck)321上，晶圓38由真空吸盤321下方的多軸滑台323由外側先大致移動至探針卡37的下方，利用晶圓38上的對位key進行對位，以多軸滑台323將晶圓38對位完成。在真空吸盤(chuck)321下方加裝一加熱裝置322，可以將真空吸盤321加熱至工作溫度(例如攝氏25~400度之間，不同的流體感應晶片對應有不同的工作溫度)，因晶圓38直接置放於真空吸盤321上，所以晶圓38因熱傳導吸熱後亦間接被加熱至工作溫度。測試結構300的上方另行裝置一取像裝置，該取像裝置中的鏡頭36可依實際需要伸入(或未伸入)測試結構300內的上端開口303內，隔著透明鏡片304對焦到晶圓38上複數個晶粒20的複數個焊墊(pads或稱為電極墊或稱接點)201，然後Z軸驅動軸31連結傾角調整機構33帶動整個測試裝置30向下降。

測試裝置30被Z軸驅動軸31帶動往下降時，下降的位移量由測試裝置30中的波紋管34被壓縮所吸收，這是因為波紋管34本身具有良好的密封性與伸縮性。當複數探針370的針尖逐漸接觸到晶圓38上晶粒的焊墊201時，此時鏡頭36中所觀測到的區域內可以看見探針卡37上的探針越來越清晰，接著可以略為調整晶圓38的X軸和Y軸位置，將複數探針370的針尖盡量置放在複數焊墊201的正中央位置，然後再慢慢降下探針卡37，直到複數探針370的針尖與各個複數焊墊201接觸，進而劃穿焊墊201上的氧化層。如果從鏡頭36中發現複數探針370的針尖的排列與相對應的焊墊201排列呈現不等距或明顯發現針尖有傾斜，則使用傾角調整機構33內的調整螺絲進行傾角調整，以確保整排探針370的針尖可以同時接觸到晶圓38上的晶粒。因為測試裝置30中包含波紋管34，波紋管34本身具有良好的密封性與伸縮性，因此可以吸收傾角調整機構33的傾角調整後仍保有氣密性。

接著將特定流體39由腔體32外部透過流體管路35，將特定流體39噴向測試結構300中的側壁開口302，因為測試結構300的上方為透明物件304所封閉，所以注入的該特定流體39為透明物件304所擋，故轉而順勢向下流動，該特定流體39的流體流向390如第四圖所示，該特定流體39經由測試結構300的下端開口305流出測試結構300而繼續向下流向複數探針370的針尖和晶圓38上晶粒的複數焊墊201，此時該區域附近充滿該特定流體39，且濃度約相當於輸入時的流體濃度。從外部容器輸入該特定流體39到測試裝置30內再到探針卡37上的複數探針370的針尖區域所需花費的時間只需要幾秒鐘。如果將特定流體39直接灌入腔體32中，等腔體32中慢慢充滿該特定流體39，經計算評估後會花費相對較長的時間，大約數分鐘到數十分鐘，依據腔體32大小而定，才能等到複數探針370的針尖與晶粒的複數焊墊201的區域充滿該特定流體39，且要一直等待到該特定流體39的濃度達到理想的點測測試所需要的濃度。而使用本揭示的測試裝置30的優點是可快速達到標準測試所需的流體濃度。這時，經由外部電路控制輸入電流或電壓，以量測晶粒的電性特性，藉以測試該等流體感測晶片的感測靈敏度與正確性，是否符合原先設計之規範。由Z軸驅動軸31快速進行微小距離(例如約100μm~1000μm)的上下往覆振動，此時複數探針370的針尖與晶圓38上晶粒的複數焊墊201呈現快速接觸或分離狀態，再配合下方的多軸滑台的XY θ軸的平移與旋轉，就可以快速地完成晶圓38上所有晶粒的多晶片(陣列)點測作業。

請同時參閱第二圖、第三圖A~B、以及第四圖。該可伸縮具氣密性元件34可環接於該測試結構300的外壁306之外，與測試結構300的外壁306保有一空隙307。該測試結構300、該傾角調整機構33、及該可伸縮具氣密性元件彼此間結合，其結合方式包括：該測試結構300分別與該可伸縮具氣密性元件與該傾角調整機構33結合；或是該可伸縮具氣密性元件分別與該測試結構300與該傾角調整機構33結合；或是該傾角調整機構33分別與該可伸縮具氣密性元件34與該測試結構300結合。該特定流體可為CO,H₂S,H₂,NH₃,C₂H₅OH的至少其中之一，也可為其它流體，例如可以是保護性氣體，如N₂，但並不在此限。

請參閱第五圖A，其為本發明另一較佳實施例測試結構500的示意圖。請參閱第五圖B，其為本發明另一較佳實施例測試裝置50的示意圖。請參閱第六圖，其為本發明另一較佳實施例可應用於流體感測晶片的測試設備50’的示意圖。在第六圖中，該測試結構500可安裝於腔體52上。在第五圖B中，該測試裝置50較佳為一點測裝置，其包括一測試結構500、一探針卡57、一傾角調整機構53、一可伸縮具氣密性元件(例如波紋管54，不在此限，以下文中用波紋管54來代替說明)等等。在第五圖A中，該測試結構500的內部有一中空區域501，該中空區域501的最佳形狀為錐狀(漏斗狀)並有一較小開口505。測試結構500的外側壁上另有一開口502可向內連通到中空區域501。中空區域501的上方為一封閉區域，阻隔該特定流體59往上方流動，以防止通入的特定流體59外逸出去並順勢引導特定流體59轉向中空區域501的下端開口505。

請同時參閱第二圖、第五圖A~B、以及第六圖，將測試裝置50的波紋管(welding bellow)54的法蘭(flange)用螺絲固定於腔體52上方，法蘭內含O型環，迫緊於腔體52表面以防止洩漏氣。測試結構500套入於波紋管54中，以上部凸緣(flange)與波紋管凸緣固定緊鎖，測試結構500的一部分深入腔體52中，探針卡57上含有複數個探針570，將探針卡57由下方固定於測試結構500的底部。將傾角調整機構53加裝於測試結構500的上方，以螺絲固定於測試結構500的上方凸緣。當系統準備要進行點測作業前，先將晶圓58放置在真空吸盤(chuck)521上，晶圓58由真空吸盤521下方的多軸滑台523由外側先大致移動至探針卡57的下方，利用晶圓58上的對位key進行對位，以多軸滑台523將晶圓58對位完成。在晶圓58真空吸盤(chuck)521下方加裝一加熱裝置522，可以將真空吸盤521加熱至工作溫度(例如攝氏25-400度之間，不同的流體感應晶片對應有不同的工作溫度)，因晶圓58直接置放於真空吸盤521上，所以晶圓58因熱傳導吸熱後亦間接被加熱至工作溫度。在腔體52外部架設一高倍率放大鏡組(圖中未顯示)，隔著腔體52的透明窗口，對焦至晶圓探針卡57的複數個探針570的針尖區域。然後Z軸驅動軸51連結傾角調整機構53帶動整個測試裝置50向下降

測試裝置50被Z軸驅動軸51帶動往下降時，下降的位移量由測試裝置50中的波紋管54被壓縮所吸收，這是因為波紋管54本身具有良好的密封性與伸縮性。當複數探針570的針尖逐漸接觸到晶圓58上晶粒的焊墊201時，此時從高倍率放大鏡組中所觀測到的區域內可以看見探針卡57上的探針和晶圓上晶粒的焊墊越來越清晰，接著可以略為調整晶圓58的X軸Y軸位置，將複數探針570的針尖盡量置放在各個複數焊墊201的正中央位置，然後再慢慢降下探針卡57，直到複數探針570的針尖與各個複數焊墊201接觸，進而劃穿焊墊201上的氧化層。如果從高倍率放大鏡組中發現複數探針570的針尖的排列與相對應的焊墊201排列呈現不等距或明顯發現針尖有相對傾斜時，則使用傾角調整機構53內的調整螺絲進行傾角調整，以確保整排探針570的針尖可以同時接觸到晶圓58上的晶粒。因為測試裝置50中包含波紋管54，波紋管54本身具有良好的密封性與伸縮性，因此可以吸收傾角調整機構53的傾角調整後仍保有氣密性。

接著將特定流體59由腔體52外部透過流體管路55，將特定流體59噴向測試結構500中的側壁開口502，因為測試結構500的上方為封閉區域，所以注入的該特定流體59轉而順勢向下流動，該特定流體59的流體流向590如第五圖所示，該特定流體59經由測試結構500的下端開口505流出測試結構500而繼續向下流向複數探針570的針尖和晶圓58上晶粒的複數焊墊201，此時該區域附近充滿該特定流體59，且濃度約相當於輸入時的流體濃度。從外部容器輸入該特定流體59到測試裝置50內再到探針卡57上的複數探針570的針尖區域所需花費的時間只需要幾秒鐘。如果將特定流體59直接灌入腔體52中，等腔體52中慢慢充滿該特定流體59，經計算評估後會花費相對較長的時間，大約數分鐘到數十分鐘，依據腔體52大小而定，才能等到複數探針570的針尖與晶粒的複數焊墊201的區域充滿該特定流體59，且要一直等待到該特定流體59的濃度達到理想的點測測試所需要的濃度。而使用本揭示的測試裝置50的優點是可快速達到標準測試所需的流體濃度。這時，經由外部電路控制輸入電流或電壓，以量測晶粒的電性特性，藉以測試該等流體感測晶片的感測靈敏度與正確性，是否符合原先設計之規範。由Z軸驅動軸51快速進行微小距離(約100μm~1000μm的上下往覆振動，此時複數探針570的針尖與晶圓58上晶粒的複數焊墊201呈現快速接觸或分離狀態，再配合晶圓下方的多軸滑台的XY θ軸的平移與旋轉，就可以快速地完成晶圓58上所有晶粒的多晶片(陣列)點測作業。

提出於此之本揭露多數實施例，將對於熟習本項技藝者理解到具有呈現於上述說明與相關圖式之教導的益處。因此，吾人應理解到本揭露並非受限於所揭露之特定實施例，而變形例與其他實施例意圖是包含在以下的申請專利範圍之範疇之內。

30‧‧‧測試裝置

300‧‧‧測試結構

33‧‧‧傾角調整裝置

34‧‧‧可伸縮具氣密性元件

37‧‧‧探針卡

301‧‧‧中空區域

302‧‧‧外壁開口

305‧‧‧下端開口

306‧‧‧外壁

Claims

一種用於測試一電子元件的測試裝置，包含：一測試結構，具有一內部中空區域以及一外壁，該內部中空區域具有至少一開孔；一可伸縮具氣密性元件，係安置於該測試結構的外側；一傾角調整機構；以及一探針卡，配置於該測試結構的該開孔附近。
如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該電子元件為一半導體晶片。
如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該電子元件為一流體感測晶片。
如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該可伸縮具氣密性元件為一波紋管。
如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該可伸縮具氣密性元件環接於該測試結構的外側，且與該測試結構的外側保有一空隙。
如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中：該探針卡上安裝有複數個探針；以及該探針卡配置於該測試結構的該開孔附近。
如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該可伸縮具氣密性元件吸收因該測試結構之受外力所產生之位移量並同時保有該測試裝置的氣密性。
如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該可伸縮具氣密性元件吸收因該傾角調整機構進行傾角調整時所產生之移動量並同時保有該測試裝置的氣密性。
如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該傾角調整機構可連動式對該探針卡進行傾角調整。
如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該測試結構分別與該可伸縮具氣密性元件與該傾角調整機構結合。
如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該可伸縮具氣密性元件分別與該測試結構與該傾角調整機構結合。
如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該傾角調整機構分別與該可伸縮具氣密性元件與該測試結構結合。