TWI391689B - 用於探測半導體之可換式探針裝置 - Google Patents

Description

用於探測半導體之可換式探針裝置

本發明實質係關於一種半導體測試設備，且更詳細言之，其係關於一種用於半導體測試設備的探針裝置，用以電性探測一半導體晶圓上的器件。

半導體產業需存取多個在一半導體晶圓上的電子器件。隨著半導體產業之發展，器件也變得更加複雜，必須電性測試在諸如漏電流及極低作業電流情況下的許多電性器件(最普遍係半導體器件)。該等電流通常低於100 fA。另外，常需要評估在一寬溫度範圍內的該等電流及器件特性，以瞭解溫度如何影響器件。

又歸因於不同的晶粒尺寸，常將該等電子器件置於晶圓上的不同位置。另外，歸因於晶粒間距(係指一晶粒/晶圓上的相鄰器件之間距)或一探測塊板(或有時係指"基底板")上的相鄰探測塊之間的對應間距的較大變化，使用者需要一種使該等探測塊在各種基底板上可以再使用的變通彈性。一晶粒間距之尺寸可在10 mm² 至30 mm² 等範圍內變化。進一步言之，可將一晶粒間距之形狀改變成例如一長方形、一正方形等。當前，將半導體測試設備設計成：若一晶粒/晶圓上的晶粒間距大小或形狀係不同的，則一使用者必須使用不同的探測塊。

因此，為有效地量測該等器件，需要一緊致的且具有複數個用來探測器件之探測塊的探針裝置，藉此該等探測塊可安裝於一新位置且提供新的功能及特性。進一步言之，需要一種改良的半導體測試設備，在一寬溫度範圍內將其用於電性探測低電流狀況下的半導體器件。

為解決該等上述及其他問題，本發明提供一種用於測試一晶圓上之半導體器件的探針裝置，該裝置包含多個可換式探測塊。

在一具體實施例中，將一可換式探測塊組態成一自含總成。該總成包含：一底盤體，其含有複數個探測一晶圓上之器件的探針；支持該等探針的一陶瓷介電區塊；至少一線導器，其將複數個電纜自一外部測試設備導引至該底盤體中；及複數個電連接，其將該等探針連接至該底盤體接收的該等電纜。藉由使用一導引機構，將該探測塊可移除地安裝於一基底板上的一精確位置。一使用者可以移除該探測塊且將其置於該基底板上的一不同位置或槽，以適應不同的晶粒間距。

更有一具體實施例，該總成進一步包含一頂蓋、該線導器及該底盤體之間的一間隔片，及一底蓋。該線導器包含位於其側壁的複數個存取槽以接收電纜，且其具有一孔，用於將外部測試設備之電纜導向至該晶圓上的該等器件。

進一步有一具體實施例，該導引機構包含一模組化配接器，用以接收多種基底板且適應多種用於測試一半導體晶圓上之器件的探測臺。該導引機構包含複數個旋鈕及/或其他構件以調節該基底板之行星及/或傾斜角，使該基底板對準該晶圓臺上的一晶圓，以用於精確探測及測試。該導引機構亦可包含一介面構件，將其組態及設置成匹配不同探測臺之模組化配接器中的基底板。

另有一具體實施例，該基底板包含用於接收該探測塊的至少一探測塊槽，及一定位機構，其向該探測塊提供一精確位置以測試該晶圓上的器件。

更有本發明的一具體實施例，將一可換式探測塊安裝於一探測裝置(用於電性測試一晶圓上之半導體器件)之操縱器的遠端。每一探測塊係一自含單元且可以從該個別操縱器移除以用於再使用。因此，可以同時測試該晶圓上的多個器件，且繼更換了至少若干該等探測塊之後，可以測試該晶圓上的不同組器件。

在本發明的另一具體實施例中，將可換式探測塊安裝於一探測塊板或基底板上，用於測試一晶圓上的半導體器件。可以更換該基底板，以適應具有不同晶粒間距的晶圓。該等探測塊可以從該基底板移除以用於再使用。

更有本發明的另一具體實施例。將該等可換式探測塊安裝於一單機晶圓臺。該晶圓臺包含一外殼，以容納一可換式基底板及安裝於該基底板上的複數個可移除式的探測塊。

在下文之詳細描述中，展示及描述了本發明的說明性具體實施例，其中包括為實施本發明所涵蓋之最佳模式，根據該描述，對於彼等熟習此項技術者而言，本發明之該等及其他優勢將變得顯而易見。應瞭解，在不偏離本發明之精神及範疇的前提下，可以修改本發明之各種明顯態樣。因此，認為該等圖式及詳細說明實質上係說明性的且非限定性的。

本發明提供一種具有一可換式探測塊的探針裝置，用於測試一半導體晶圓上的一器件。圖1說明瞭一可換式探測塊100的一具體實施例。將該探測塊100配置成一自含總成。如圖1－7所示，該總成包含：一底盤體102，其包含探測一半導體晶圓(未圖示)上之器件的複數個探針104；支持該探針104的一陶瓷介電區塊106；至少一線導器108，其將複數個電纜110自一外部測試設備導引至該底盤體102中；及複數個電連接(未圖示)，其將該等探針104連接至該底盤體102接收的該等電纜110。

如圖8所示，該探測塊100可移除地安裝於一基底板112上。為說明之目的，僅顯示安置於該基底板112之位置或槽114中的一者上的該底盤體102。進一步言之，藉由使用一導引機構116，可將該底盤體102安裝於該基底板112上的一精確位置，且圖11a－11c展示了其的一範例(詳見下文)。使用者可以移除該探測塊100且將其置於一不同的基底板120上的不同位置118，以適應不同的晶粒間距。應瞭解，亦可將一可換式探測塊100置於該相同的基底板112的一不同位置。

圖1－8中，該探測塊總成100進一步包含一頂蓋122、安置於該線導器108及該底盤體102之間的一間隔片124，及一底蓋126(見圖6)。該線導器108包含位於其側壁129上的複數個存取槽128以接收該等電纜110，且其具有一孔130以將該等電纜110從外部測試設備導向至該晶圓上的該器件。

如圖3－5及9－10所示，將該探測塊100安裝於一基底板132上，將該基底板132耦合至圖10所示的一探測裝置的一操縱臂136的一遠端134。又，圖3所示之保護性頂蓋138保護且遮擋該探測塊100。

熟習此項技術者應瞭解，可在該總成中使用複數個線導器108以提供圖1、4－6及9所示的該等電纜110之額外存取。又將一可撓性的減應力墊圈140置於該等線導器108之間。在該頂蓋122及該線導器108之間可使用另外的可撓性減應力墊圈140。

在圖7中，該底盤體102包含一裂環筒夾機構144及至少一槽形定位孔148。當緊固外加平頭螺釘151(見圖6)時，一埋頭孔153施力於一裂環155使其分離且精確地將該底盤體102定位於一基底板中。該等槽形定位孔148鎖定該底盤體102的旋轉位置。一方位凹口157亦可提供觀測方位。因此，可將該底盤體102安裝於一可分度基底板，以向該等探測塊100提供一精確位置，用以測試該晶圓上的該等器件。如圖8所示，將對應定位孔148的複數個可分度位置針腳146安置於該基底板112上。亦如圖示，該基底板112包含了複數個探測位置或槽114，用於接收可移除式探測塊100。

如圖11a－11c所示，該導引機構116包含用於接收各種基底板112、120及156的一模組化配接器150。該導引機構116包含複數個旋鈕152及/或任何其他合適之構件，用於調節該基底板之行星及/或傾斜角，使該基底板對準該晶圓臺上的一晶圓以精確地探測及測試。該導引機構116亦可包含一介面構件154，將其組態及設置成匹配不同探測臺之該模組化配接器150中之該基底板156。

在圖12中，將可換式探測塊100安裝於一基底板158上，用於測試一晶圓上的半導體器件。可以藉由例如圖13所示之基底板160的另一基底板更換該基底板158，以適應具有不同晶粒間距的晶圓。可以將該探測塊100自該基底板158移除，以在該基底板160中再使用。

在圖14中，將該可換式探測塊安裝於一單機晶圓臺162。該晶圓臺162包含一外殼164以容納一可換式基底板166及安裝於該基底板166上的複數個可移除式探測塊168。

特定地參照該等當今較佳具體實施例，將描述本應用之諸多創新要義，其中，對於在探測一半導體器件期間的一寬作業溫度範圍內之量測低電流的一探針裝置之特定問題，該等創新要義將有利地應用於該等問題。然而，應瞭解，該等具體實施例僅係本文之該等創新要義之諸多有利用途之範例。大體言之，本應用之說明書中所作的陳述不一定限定各種已主張的發明中的任何一者。而且，某些陳述恰巧可應用於該等發明之特徵。大體言之，除非另行指出，單數之元件可以作為複數且反之亦完全如此。

在該描述中將特定地描述下列用語：

非限定於半導體設備

本發明特定地適用於探測半導體器件，但本要義之使用並非限定於探測半導體器件。諸如生物器件的其他器件可應用於本發明之要義。因而，雖然本說明書言及探測'半導體'器件一詞，但應寬泛地將該詞解譯為包含探測任何合適的器件。

非限定於低電流

本發明解決了量測低於100 fA之電流的問題，但本要義之電流範圍並非限定於低於100 fA。例如，本發明可以應用於量測一半導體器件中的100 fA或100 fA以上的電流。因而，雖然本說明書言及'低電流'或'量測低於100 fA之電流'等詞，但應寬泛地將該等詞解譯為包含流經一半導體器件的100 fA或100 fA以上的任何電流。

非限定之寬溫度

本發明解決了在一較窄或有限的作業溫度範圍內量測一半導體器件之電流的問題。本要義並非限定於一特定作業溫度範圍。本應用使一測定器在一寬作業溫度範圍內可以電性探測半導體器件，即，不僅在一低作業溫度，亦可在例如300℃及超過300℃的一高作業溫度。因而，雖然本說明書言及'寬溫度範圍'或'在一寬溫度範圍內量測電流'等詞，但應寬泛地將該等詞解譯為包含半導體器件之任何合適的作業及測試溫度範圍。

非限定大小

本發明解決了使用一緊密探測裝置量測一半導體器件之電流及電壓的問題。然而，本發明之要義並未將本發明之要義之應用限定於一較大或較小的探針裝置。藉由一任何大小的探針裝置，可有利地使用本發明之要義。

非限定材料

在本文之討論中，提供了涉及材料的範例，諸如與介電區塊相關聯的陶瓷。本發明不認為應對影響本發明之要義的使用材料類型作任何限制。熟習此項技術者將認識到，任何合適的材料皆可用於實施本發明之要義。

根據上述描述及圖式，彼等普遍熟習此項技術者應瞭解所示及描述之該等特定具體實施例僅係說明性的，且其不限定本發明之範疇。彼等普遍熟習此項技術者將認識到，在不偏離本發明之精神或基本特徵的前提下，可將本發明實施為其他特定形式。對特定具體實施例之詳細說明之引用不限定本發明之範疇。

100．．．可換式探測塊

102．．．底盤體

104．．．探針

106．．．陶瓷介電區塊

108．．．線導器

110．．．電纜

112．．．基底板

114．．．槽

116．．．導引機構

118．．．位置

120．．．基底板

122．．．頂蓋

124．．．間隔片

126．．．底蓋

128．．．存取槽

129．．．側壁

130．．．孔

132．．．基底板

134．．．遠端

136．．．操縱臂

138．．．保護性頂蓋

140．．．減應力墊圈

144．．．裂環筒夾機構

146．．．可分度位置針腳

148．．．槽形定位孔

150．．．模組化配接器

151．．．外加平頭螺釘

152．．．旋鈕

153．．．埋頭孔

154．．．介面構件

155．．．裂環

156．．．基底板

157．．．方位凹口

158．．．基底板

160．．．基底板

162．．．單機晶圓臺

164．．．外殼

166．．．可換式基底板

168．．．探測塊

圖1說明瞭根據本發明之該等原則的一探測裝置的一可換式探測塊的一具體實施例的一透視圖。

圖2說明瞭根據本發明之該等原則的一探測裝置的一可換式探測塊的一具體實施例的一仰視圖。

圖3說明瞭根據本發明之該等原則的內部含有一探測塊的一探測裝置的一具體實施例的一透視圖。

圖4說明瞭根據本發明之該等原則的在一探測裝置的一操縱器的一遠端上安裝的一探測塊之具體實施例之一透視圖。

圖5說明瞭圖4所示之該探測塊之一分解圖，該圖中亦另示一頂蓋。

圖6說明瞭圖1所示之該探測塊之一分解圖，該圖中亦另示一底蓋。

圖7說明瞭圖6所示之該探測塊的一底盤體的一具體實施例的一透視圖。

圖8說明瞭具有複數個探測位置及槽的一基底板的一局部透視圖，及根據本發明之該等原則的圖7所示的一底盤體，其可以從該等探測位置中之一者移除。

圖9說明瞭圖4所示的在一探測裝置的一操縱器上安裝的一探測塊的具體實施例之一透視圖。

圖10說明瞭圖9所示的具有複數個操縱器的一探測裝置的具體實施例之一俯視圖。

圖11a說明瞭根據本發明之該等原則的一探測裝置之一分解的局部透視圖，其所示係將一探測塊安裝至一基底板上，且一模組化配接器將容納且調節該基底板。

圖11b說明瞭根據本發明之該等原則的一探測裝置之一分解的局部透視圖，其所示係：將圖11a的該探測塊安裝至一不同基底板上。

圖11c說明瞭根據本發明之該等原則的一探測裝置之一分解的局部透視圖，其所示係：將圖11a的探測塊安裝至更另一基底板或探測卡上，且隨後安裝至一介面構件，且一模組化配接器將容納且調節該基底板及介面構件。

圖12說明瞭根據本發明的該等原則的具有複數個可移除式探測塊的一基底板的一具體實施例之一分解的局部透視圖。

圖13說明瞭根據本發明的該等原則的具有一可移除式探測塊的一基底板的另一具體實施例之一透視圖。

圖14說明瞭根據本發明的該等原則的一晶圓臺的一具體實施例的一透視圖，該晶圓臺容納一可換式基底板及複數個可移除式探測塊。

100．．．可換式探測塊

102．．．底盤體

106．．．陶瓷介電區塊

108．．．線導器

110．．．電纜

122．．．頂蓋

124．．．間隔片

128．．．存取槽

129．．．側壁

Claims (9)

1. 一種探針裝置，其用於探測待一測試設備測試之一半導體晶圓上的一器件，該探針裝置包括：一具有複數個探測槽之基底板；一探測塊，其被組態成一自含總成，並且可由該基底板上之一探測槽可移除地安裝到該基底板上之其他探測槽；及一導引機構，其中該導引機構包括：用以接收該基底板的一配接器；及複數個旋鈕，其調節該基底板的一傾斜角度，以使該基底板對準該晶圓。
2. 如請求項1之探針裝置，其中該導引機構進一步包括一介面構件，其被組態及設置成匹配該配接器中的該基底板。
3. 如請求項2之探針裝置，其中該基底板包括：接收該探測塊的至少一探測塊槽；及一用以向該探測塊提供一精確位置以測試該晶圓上的該器件之機構。
4. 一種可換式探針裝置，其用於接收探測待一測試設備測試之一半導體晶圓上的一器件之至少一探測塊，該可換式探針裝置包含：一探測塊板，包括：至少一探測槽，其由該探測塊板之一主要表面至該探測塊板之一相對表面貫穿通過該探測塊板，用以接收該至 少一探測塊；及複數個位置針腳，其鄰近於該至少一探測塊，被組態成以向該等探測塊板上之該至少一探測塊提供一定位位置，並被組態成鎖定該至少一探測塊相對於該探測塊板在該主要表面之一旋轉位置；及一導引機構，被組態成可調整該探測塊板之傾斜角度，以使該探測塊對準該待測試之半導體晶圓。
5. 如請求項4之可換式探針裝置，其中該導引機構包含複數個用以調整該探測塊板之一傾斜角度之旋鈕。
6. 如請求項4之可換式探針裝置，其中該導引機構包含一用以接收該探測塊板的一配接器。
7. 如請求項6之可換式探針裝置，其中該導引機構包含一一介面構件，其被組態及設置成匹配該配接器中的該探測塊板。
8. 如請求項4之可換式探針裝置，其中該探測槽係一貫穿孔，可使該至少一探測塊可被插入其內。
9. 如請求項4之可換式探針裝置，其中該位置針腳各別大致垂直延伸離開該探測塊板之該主要表面。