TWI398641B - 用於控制探針卡組件之熱誘發的移動之設備與方法 - Google Patents

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Description

用於控制探針卡組件之熱誘發的移動之設備與方法
本發明係有關於一種用於控制探針卡組件之熱誘發的移動之設備與方法。
第1A圖顯示一用來測試在一新製的半導體晶圓112上的晶粒(未示出)或其它電子裝置的探測系統的示範性先前技藝。第1A圖的該探測系統包括一測試頭104及一探測器102(其以一斷開處(cut－away)126來顯示用以提供該探測器102的內部的部分圖式)。為了要測試半導體晶圓112上的晶粒(未示出)，晶圓112被放置在一可活動的桌台106上，如第1A圖所示，且該桌台106被移動使得在晶圓112的晶粒(未示出)上的端子(未示出)與一探針卡組件108的探針124相接觸。暫時性的電氣連接因而被建立在探針124與待測的晶圓112的晶粒(未示出)之間。
典型地，一電纜線110或其它的通信機構將一測試機(未示出)與該測試頭104連接起來。電氣連接器114將該測試頭104與該探針卡組件108電氣地連接。示於第1A圖中之該探針卡組件108括一接線板120，其可提供從連接器114至該探針基板122的電氣連接，且該探針基板可提供電氣連接至該等探針124。
電纜線110，測試頭104，及電氣連接器114因而可提供電氣路徑於測試機(未示出)與探針卡組件108之間，及探針卡組件108將該等電氣路徑延伸至探針124。因此，當探針124與晶圓112的晶粒(未示出)上的端子(未示出)接觸時，電纜線110、測試頭104、電氣連接器114、及探針卡組件108可提供複數個電氣路徑於該測試機(未示出)與晶粒(未示出)之間。該測試機(未示出)經由這些電氣路徑將測試資料寫至該晶粒(未示出)，且由晶粒所產生以回應測試資料之回應資料經由這些電氣路徑回送至該測試機(未示出)。
在特定的溫度或在一溫度範圍內測試晶圓112上的晶粒(未示出)通常是有利的。為此，加熱元件或冷卻元件(未示出)可被包括在該桌台106內或在該探測器102的其它為值處，用以在測試期間加入或冷卻晶圓112。即使是沒有使用加熱元件或冷卻元件(未示出)，晶圓112上的晶粒(未示出)的操作亦會產生熱。來自於加熱/冷卻元件(未示出)或來自晶粒(未示出)的操作之加熱或冷卻會造成晶圓112及探針基板122膨脹或收縮，改變在晶圓122上的探針124與端子(未示出)的位置，這會造成探針124與端子(未示出)在一平面(第1A圖中之水平的平面)上的未對準。(此水平的平面是在第1A圖上標為"x,y"的方向上且將在下文中被稱為"x,y"移動。在第1A圖中，標為"x"的方向是水平地橫跨頁面的方向，"y"方向為水平地進出該頁面的方向，及"z方向是垂直的方向。這些方向是相關的但並非是侷限性的。)如果此"x,y"未對準變得太大的話，則探針124將無法接觸到所有端子(未示出)。
在測試期間使用加熱元件或冷卻元件(未示出)來加熱或冷卻晶圓112、及/或在晶圓112的晶粒(未示出)受測時所產生的熱，這些也都會造成探針卡組件108之向該晶圓112的一側(在下文中該探針卡組件面向該晶圓112的一側被稱為"前側"或"晶圓側")與該探針卡組件之相反側(在下文中該探針卡組件的該相反側將被稱為"背側"或"測試機側")之間的熱梯度。此熱梯度會造成該探針卡組件108碗形化或翹曲變形。如果此碗形化是朝向該晶圓112的話，該探針卡組件108會以過大的力量壓抵住該晶圓112並傷及晶圓112或探針卡組件108。如果此碗形化是遠離該晶圓112的話，某些或所有的探針124會移動(於第1A圖的大致垂直方向上)而無法與晶圓112上的端子(未示出)接觸。如果探針124沒有與端子(未示出)接觸的話，晶圓112上的晶粒(未示出)將被誤判為不合格。(朝蕩或遠離晶圓112的移動被標示為第1A圖中的"z"方向且將於下文中被稱為"z"移動)。
通常，緊接在一探針卡組件108安裝到一具有一加熱的(或冷卻的)桌台106的探測器102內之後，該探針卡組件108將會遭遇到熱誘發的移動。該移動只有在該探針卡組件108的前側與背側之間達到一足夠的溫度平衡時才會停止且該探針卡組件108的位置才會穩定。當然，此一平衡不一定要是探針卡組件108的前側溫度完全等於背側溫度之完美的平衡；而是前側溫度與背側溫度只需要與該探針卡組件108的結構的溫度接近的足以阻止熱誘發的移動即可。到達此一溫度平衡或接近平衡所需的時間通常被稱為"熱平衡時間"或"熱浸泡時間"。
典型地，該探針基板122係直接裝附到該接線板120上，該接線板120接著被裝附到該探測器102的一探測器頭板子121上。如第1B圖所示，該探測器頭板子121形成該探測器102上的一個開口132，該探針基板122放入到該開口內(如第1A圖所示)。該探測器頭板子121可包括給螺栓用的孔134，用來將該探針卡組件108固定到該探測器頭板子121上。(夾箝或除了螺接之外的其它技術亦可被用來將該探針卡組件108裝附到該探測器頭板子121上)。該基線板120典型地是用印刷電路板材質製成的，它是特別容易受到熱誘發的"x,y"及"z"移動的影響。抵抗一探針卡組件之熱誘發的移動(包括"x,y"移動及"z"移動)並減少熱平衡時間之改良的技術是所想要的。
依據一探針卡組件的一些實施例，一探針頭組件可被直接裝附到一金屬加固板上，該鋼硬的板子可被建構來將該探針卡組件裝附到一探測器上。一接線基板可提供電氣連接給該探針頭組件。該接線基板可被裝附到該加固板上，使得該接線基板可相對於該加固板膨脹及收縮。該加固板可具有比該接線基板大的機械強度及/或堅硬度，且因而與該接線基板相比較不會受熱誘發的移動及/或變形的影響。該加固板亦可具有比接線基板低的熱膨脹係數。
依據一探針卡組件的一些實施例，一桁架(truss)結構可被裝附到該加固板上用以進一步強化該加固板及/或讓該加固板更堅硬，以抵抗熱誘發的移動。調整機構可被包括，用以調整該加固板相對於該桁架結構的方向及/或形狀。
依據一探針卡組件的一些實施例，一立柱(stud)結構可裝附到該桁架結構上。當該探針卡組件被裝附到一探針上時，一在該測試頭上的抓握件可抓起該立柱結構，將該測試頭的強度加到該桁架結構上，用以進一步強化該探針卡組件抵抗熱誘發的移動。
依據一探針卡組件的一些實施例，熱散熱器可被提供，用來促進從該探針卡組件的前側至該探針卡組件的背側的熱傳遞。風扇或熱幫浦可被額外地使用，或用來取代該散熱器。
依據一探針卡組件的一些實施例，溫度控制裝置可被提供在該探針頭組件中用以在測試一電子裝置期間加熱及/或冷卻該探針頭組件。藉由如此作，該探針頭組件可膨脹或收縮以與該電子裝置之熱誘發的膨脹或收縮相匹配。
此說明書描述本發明的示範性實施例及應用。然而，本發明並不侷限於至些示範性的實施例及應用，或侷限於本文中所述之這些示範性實施例及應用的操作方式。
第2A、2B、2C、3A及3B圖顯示一依據本發明的一些實施例之示範性的探針卡組件，其被建構來抵抗"z"方向的熱誘發的移動。(在本文中，移動一詞包括了移動、變形、彎折、翹曲等等)。第2A圖為該探針卡組件200的一項視圖，第2B圖為一底視圖、及第2C圖為一側剖面圖。(在第2A及2B圖中，"x"方向水平橫跨頁面的方向、"y"方向為頁面的垂直方向、及"z"方向為進出該頁面的方向；在第2C圖中，"x"方向水平橫跨頁面的方向、"z"方向為頁面的垂直方向、及"y"方向為進出該頁面的方向。這些方向只是為了舉例及說明的目的，而不是為了限制的目的被提供的)。第3A圖只顯示接線基板204的頂視圖及第3B圖只顯示該加固板202的頂視圖。雖然並不侷限於與第1A及1B圖的探測器102與測試頭104一起使用，但示於第2A、2B及2C圖中的示範性探針卡組件200可被使用在第1A及1B圖中之探測器102與測試頭104內以取代探針卡組件108。
如第2A、2B及2C圖所示，探針卡組件200可包括一加固板202，一接線基板204，及一探針頭組件222。如第2B及2C圖所示，該探針頭組件222包括複數個探針224，其與第1A圖所示的探針124相同可被建構來接觸待測的半導體晶粒(未示出)上的接觸端子。探針224(或本文中所述的任何探針)是有彈性的導電結構。探針224可以是有彈性的導電結構。適合的探針224之非限制性的例子包括由一黏合到一探針頭組件上的一導電端子(未示出)之核心電線所形成的複合結構(譬如，類似探針頭組件222)，其被塗覆上一彈性物質，如美國專利第5,476,211號，第5,917,707號，及第6,336,269號中所述者。探針224亦可以是微影成像製成的結構，譬如揭示於美國專利第5,994,152號，第6,033,935號，第6,255,126號，第6,945,827號，美國專利申請案第2001/0044225號及美國專利申請案公開第2004/0016119號中的彈簧結構。探針224之另外其它非限制性的例子被揭示於第6,827,584號，第6,640,432號，第6,441,315號，及美國專利申請案第2001/0012739號中。探針224的其它非限制性的例子包括導電的連接器導針(pogo pin)，凸塊，立柱，壓印的彈簧，針，皺褶的樑等等。
待測的晶粒(未示出)可以是一未分切的(unsingulated)的半導體晶圓(如，第1A圖中的晶圓112)，經過分切的晶粒(如，被固持在一載具(未示出)中)，形成多晶片模組的晶粒，或待測晶粒的任何其它結構。將被瞭解的是，該接線基板204可提供電氣連接給該探針頭組件222，且該加固板202可提供機械穩定性給該探針頭組件222。
如第2A、2B及2C圖中所示的，該接線基板204可包括測試頭連接器208，其是用來接納歉連接器114並藉以與測試頭104(參見第1A圖)形成電氣連接。測試頭連接器208可以是零插入力式連接器或用來與測試頭104上的連接器導針接觸的導針墊。如第4圖所示(其顯示接線基板204與探針頭組件222的一示意圖)，電氣路徑402可經由該接線基板204被提供至電氣連接404，該電氣連接404然後經由該探針頭組件222被連接至該等探針224。該接線基板204與探針頭組件222，以及電氣連接404因而提供複數個電氣路徑於該測試頭連接器208與探針224之間。
再次參照第2A，2B及2C圖，該接線基板204根據其能力來加以選擇用以提供如上所述的電器路徑(第4圖中的402)。例如，該接線基板204可以是印刷電路板材質，其如熟習此技藝者所習知的包含複數層(未示出)之其上形成有導電線路(未示出)的絕緣物質，其中介層插塞(via)(未示出)連接位在不同層上的互連線路。
該探針頭組件222可依其能力加以選擇用以作為該等探針224的一個平台及用來提供電氣路徑(第4圖中的406)給該等探針224。探針頭組件222可簡單如一單一基板，其中線路(未示出)與介層插塞(未示出)形成電氣路徑406(參見第4圖)。或者，探針頭組件222可以更複雜。例如，探針頭組件222可包含複數個基板。
第5A圖顯示一複雜的探針頭組件222的例子，其可與第2A，2B及2C圖所示的探針卡組件200一起使用。在第5A圖中，該探針頭組件222可包括兩個空間轉換件518及兩個插入件520。每一空間轉換件518都可藉由差動螺釘組件502而被機械性地裝附到該加固板202上(在第5A圖中只有部分示出)(這將於下文中說明)。每一空間轉換件都可包括用來與待測的電子裝置(未示出)接觸的探針224。插入件520可提供電氣連接於該接線基板204與空間轉換件518之間。每一插入件520都可包含一接線板(如，以印刷電路板材質製成者)及導電的彈簧件512及508其由該插入件520的兩側延伸出，及穿過該插入件520的電氣路徑510(如，導電的介層插塞)提供電氣連接器於該接線基板204與空間轉換件518之間。導電的彈簧件512及508可以是任何彈性的導電結構。例如，導電的彈簧件512及508可以與探針224一樣。
空間轉換件518可用多層的陶瓷或有機物質層來製成，且穿過該空間轉換件518的電氣路徑可包含在這些層上之導電的線路(未示出)並以介層插塞(未示出)來連接在不同層上的線路。包括至少一插入件及至少一空間轉換件的探針頭組件的非限制性例子揭示於美國專利第5,974,662號，第6,483,328號，及第6,509,751號中。以下所列為可用作為探針頭組件222之探針頭組件的其它例子：美國專利第5,806,181號，第6,690,158號，第6,640,415號，美國專利申請案第2001/0054905號，美國專利申請案第2002/0004320號，美國專利申請案第2002/0132501號。另一個例子是，探針頭組件可包含複數個探針頭，每一探針頭都具有一探針陣列且被設置成可形成一大的探針陣列。在此一探針頭組件中，每一探針頭都被獨立地設置及調整。此探針頭組件的非限直性例子揭示在2005年六月24日提申名稱為"Method And Apparatus For Adjusting A Multi－Substrate Probe Structure"的美國專利申請案第11/165,833號中。
回來討論第2A，2B及2C圖的探針卡組件200且現在參照可由該加固板202提供的機械功能(如第2A，2B及2C圖所示)，機械性固定件216可將該探針頭組件222機械性地裝附到該加固板202上。如第2C圖所示，機械性的固定件216穿過接線基板204上的孔242。心此，該探針頭組件222並沒有被直接地裝附照該接線基板204上。以此方式，該接線基板204亦可與該探針頭組件222熱學地解耦合。
機械性的固定件216可包含任何適當的機構用來將該機械性的固定件216固定到該加固板上。例如，該機械性的固定件216可以簡單螺釘或螺栓216一班(如第2C圖所示)，它們穿過在該加固板上的螺孔(第3B圖中的314)並與該探針頭組件222上的螺孔(未示出)嚙合。或者，該機械性固定件216可以是夠提供額外的功能之更複雜的結構。第5A圖顯示機械性固定件的一個例子，它不只被建構來將該探針頭組件222固定到該加固板202上，還可控制該探針頭組件222(以及探針224)相對於該加固板202的方向。
在第5A圖中，將該探針頭組件222(第5A圖中的插入件510及空間轉換件518)固定到該加固板202上的機械性固定件可以是差動螺釘組件502。每一差動螺釘組件502都可包括一螺釘其旋入到一螺帽506內，該螺帽本身被旋入到該加固板202內。因此，螺帽506的內部被加上螺紋用以接納螺釘504，且該螺帽506的外面亦被加上螺紋，使得螺帽506可被旋入到該加固板202內。如第5A圖所示，螺釘504穿過該接線基板204上的孔242及在插入件520上的孔514。螺釘504旋入到裝附在一空間轉換件518上的一有螺紋的立柱516內。穿過該接線基板204的孔242可包括額外的空間(這將於下文中說明)，該空間可讓接線基板204相對於該該加固板202及該探針頭組件222移動(如，膨脹及收縮)。
藉由調整組件502的一個螺帽506，該空間轉換件518之設有相應的有螺紋立柱516的一部分可被朝向該該加固板202拉或被推離該該加固板202。藉由使用每一個都裝附到該空間轉換件518的不同部分之複數個差動螺釘組件502，該空間轉換件518相對於該加固板202的平面方位調整。
第5B圖顯示在該示範性的空間轉換件518上有九根有螺紋的立柱516被裝附於其上。第5B圖亦顯示有九根螺釘504被旋入到九個螺帽506及該九根立柱516內。(為了清晰及易於顯示起見，其它的元件，譬如該加固板202，沒有被示於第5B圖中。然而，如上文所述及第5A圖所示，螺帽506被旋入到該加固板202中。)將一螺帽506轉動於一第一方向上可將該空間轉換件518上裝設該相應的有螺紋的立柱的區域朝向該該加固板202拉動。相反地，將該螺帽506旋轉於相反的方向上可將該空間轉換件518上裝設該相應的有螺紋的立柱的區域推離該加固板202。很明顯的是，該空間轉換件518之其上裝設探針224的表面540的平面方位及甚至是形狀可相對於該加固板202被改變。螺釘502的螺紋距，螺帽506之內螺紋的相應螺紋距，及螺帽506的外螺紋的螺紋距可被加以選擇，用以讓立柱516相對於該加固板202的位置可以微調。
如第2C圖所示，因為探針卡組件的該加固板202被裝附到該探測器102的探測器頭板子121且探針224(其可被設置成二維度的陣列)被裝附到一空間轉換件518(其如第2C圖所示形成該探針頭組件222的一部分)上，所以調整該空間轉換件518相對於該加固板202的平面方位或形狀可調整探針222相對於該探測器頭板子121的尖端的平面方位，使得當該探針卡組件200被裝附到該探測器頭板子121上時，尖端可相對於待測晶粒的端子(未示出)被平坦化。
示於第5A及5B圖中之差動螺釘組件5o2的數目及配置只是作為舉例之用。較多或較少的組件502亦可被使用，且組件502可被設置成與第5A圖及第5B圖不一樣的方位上。立柱516的數量與間距可以數種方式來選取。例如，立柱516的數量與間距可使用該系統的一實心模型與有限元素分析來加以選擇用以實施敏感度研究。又，差動螺釘組件502不一定要被使用。事實上，可用其它機構來將該探針頭組件222固定到該加固板202上。例如，分叉螺帽差動螺釘組件可被用來取代組件502。該分叉螺帽可讓螺紋被預先受力，這可防止齒間隙(backlash)發生。另一個例子為，某些螺釘組件502可用將該空間轉換件518推離該加固板202但無法將空間轉換件518拉向該加固板202的魯件來取代。
再回來套論第2A，2B及2C圖的探針卡組件200，如第2C圖所示的，在探針卡組件200中，該加固板202－而不是該接線基板204－可被建構被固定到探測器102的探測器頭板子121上(參見第1B圖)。在示於第2A，2B及2C圖的示範性探針卡組件200中，該加固板202可包括徑向臂210。如在第2B及2C圖中所見，該加固板202亦可包括設置在接線基板204的槽302內的襟片226。穿過徑向臂210及襟片226的孔206及228對應到在該探測器頭板子121上的孔134(參見第1B圖)，且探針卡組件200可利用螺栓142裝附到該探測器頭板子121上(參見第1圖)，該螺栓142通過在徑向臂210及襟片226上的孔206及228及在該探測器頭板子121上的孔134。(在第2C圖中，該探測器頭板子121係以虛線標示為螺栓/螺帽對，用來將該探針卡組件200螺接到該探測器頭板子121上)。
因此很清楚的是，因為該加固板202被螺接到該探測器頭板子121且該探針頭組件222被中附到該加固板202上，該加固板202可提供機械性的穩定性給該探針頭組件222。該加固板202可針對其強度及底抗熱移動的能力來加以選擇。例如，該加固板202(及襟片226)可包含金屬(如，鋁)，其比一接線基板204更強壯且更可抵抗移動、碗形化、翹曲變形等等(如上文中所討論的，該接線基板204典型地是用印刷電路板材質製成的)。可用來製造該加固板202(及襟片226)之材料的其它非限制性的例子包括鋼鐵，鈦，鎳，ex invar，kovar，石墨樹脂，金屬基材物質(metal matrix material)，陶瓷等。此外，前述任何材質的合金或前述任何材質與其它材質的的混合物亦可被使用。很明顯的是，該加固板202及襟片226可形成一將該探針頭組件222裝附到該探測器頭板子121上的金屬結構。
第2A、2B、2C、3A及3B圖亦顯示出另一個可被用來降低探針224之熱誘發的移動的技術。如前文中提及的，典型的接線基板204很容易受到熱誘發的移動的影響。在第2A、2B、2C、3A及3B圖所示的例子中，該接線基板204被裝附到該加固板202上使得該接線基板204可相對於該接線基板204可徑向地膨脹及收縮。亦即，該接線基板204可相對於該加固板202及該探針頭組件222徑向地移動。這可降低該接線基板204因為環境溫度的改變的膨脹或收縮所造成施加在該加固板202上的力量。
如第2A及2C圖所示，該接線基板204可在其一個位置處(如，在大致中心的位置)被固定到該加固板202上。如第2A、2C、3A及3B圖所示，一螺釘或螺栓214可被用來將該接線基板204固定到該加固板202上。此螺釘或螺栓204可穿過在該加固板202上的孔316(參見第3B圖)並旋入到在該接線基板204上的螺紋孔(或插入件)252內(參見第3A圖)。
空間或其它配件可被提供，以容許該接線基板204徑向地膨脹遠離該螺釘214或朝向螺釘214徑向地收縮。例如，在第2A、2B及2C圖中，額外的螺栓212及螺帽232防止該接線基板204相對於該加固板202轉動。如在第3A圖中所見，螺栓212所通過之在接線基板204上的孔246可以是長條形的用以提供該接線基板204膨脹或收縮所需的空間。額外的空間可類似地被提供在用來將該探針頭組件222固定到該加固板202上之機械性固定件216所通過之該接線基板204上的孔242內。額外的空間讓該接線基板204可以膨脹及收縮。額外的空間可類似地被提供在該接線基板204上的槽302內，用以讓該接線基板204可以膨脹及收縮。潤滑劑、軸承、或其它機構(未示出)可非必要地被提供在該接線基板204的表面上，用以幫助該接線基板204相對於該加固板202及探針頭組件222的移動。
第6圖顯示依據本發明的一些實施例之被建構來抵抗熱移動之另一示範性探針卡組件600之簡化的方塊圖。該探針卡組件600大體上與探針卡組件200相類似，但具有額外的桁架結構604。該探針卡組件600的加固板202，接線基板204及探針頭組件222與探針卡組件200中之被命以相同的名稱及編以相同標號的元件相同，且為了簡化起見且易於顯示，它們都以沒有細部結構之方塊圖的形式被顯示於第6圖中。如第6圖中所示(其顯示該探針卡組件600的側視圖)，一桁架結構604可被固定到該加固板202上。如圖中所示，該桁架結構604可以是一額外的加強結構其有助於該探針卡組件600進一步抵抗熱誘發的"z"移動及/或機械性移動。
只顯示該桁架結構604與該加固板202的第7A及7B圖顯示出一示範性桁架結構604的細節。(第7A圖顯示一頂視圖，第7B圖顯示該桁架結構604與該加固板202的一剖面側視圖)。
如第7A及7B圖中所示，該桁架結構604可被固定到該加固板202上。該桁架結構604可被藉由使用適當的機構而固定到該加固板202上。在第7A及7B圖中，複數根螺釘(或螺栓)614穿過在該桁架結構604上的孔(未示出)並旋入到在該加固板202上的對應孔(未示出)內。在示於第7A及7B圖的示範性桁架結構604中，一些螺釘614穿過該桁架結構604的本體及一些螺釘614穿過從該桁架結構604本體延伸出的臂628。
桁架結構604可被設計來與該加固板202一起產生一複合結構，其具有一單位重量的堅硬度比值(stiffness－per－weight ratio)，該比值大於當該桁架結構604與該加固板202是一單一的實心結構時的比值。該桁架結構604可包括空的空間而不是實心的第7A及7B圖所示的該示範性桁架結構604包括複數個大體上方形的空的空間620及複數個大體上矩形的或扁的卵形的空的空間618。當然，該等空的空間的數量及形狀並不是關鍵特徵，任何數量及形狀之空的空間都可被使用。空的空間618，620可提供接近機械性固定件216的途徑(未示於第6，7A，或7B圖中)。例如，在第7A圖中，在該加固板202上供機械性固定件216用的孔314可從一些方形的空的空間620看到。
因為結構604可包括空的空間618及620，所以它不像一實心的結構那樣重。機械強度－亦即，堅硬度貢獻一是該結構604的厚度的函數。因此，對於一給定的厚度而言，該結構604具有空的空間618及620且其重量小於實心結構的事實，可提供與一實心結構大致相同的機械強度。
因為該桁架結構604增加堅硬強度至該探針卡組件200，所以該加固板202可被作得更薄。大體而言，加固板202愈薄，該探針卡組件600的熱平衡時間就愈短。如上文中討論的，緊接在一探針卡組件安裝在一具有加熱的(或冷卻的)桌台106的探測器(第1A圖中的102)內之後，該探針卡組件典型地會經歷熱誘發的移動。該探針卡組件的位置只有在該探針卡組件的前側及背側之間達到一足夠的溫度平衡之後才會穩定下來(亦即，該探針卡組件之明顯的移動停止)。(在第6圖中，該前側被標以690及該背側被標以692。)如上文中提到的，此一平衡不一定要是該探針卡組件的前側的溫度等於該探針卡組件的背側的溫度之完美的平衡；而是，該探針卡組件的前側的溫度與該探針卡組件的背側的溫度只需要接近到足以停止該探針卡組件的明顯移動即可。如上文中提及的，達到此一溫度平衡或接近平衡所需的時間通常被稱為熱浸泡時間或熱平衡時間。該加固板202愈薄，該加固板202的熱質量就愈少，因此將該加固板202加熱(或冷卻)至等於或接近等於該探針卡組件600的前側的溫度所需的時間就愈短。因此，加固板202愈薄，熱平衡時間就愈短。
探針卡組件600的熱平衡時間可藉由將熱阻材質(未示出)放置在該加固板202與該桁架結構604之間來進一步縮短。該熱阻材質(未示出)可將該桁架結構604與該加固板202熱隔絕，用以消除或降低該桁架結構604對熱平衡時間所造成的任何影響。因為該桁架結構604與該加固板202被熱隔絕，所以只有該加固板202－並不包括該桁架結構604－需要達到與該探針卡組件的前側(晶粒側)的溫度平衡。
又，因為該桁架結構604具有空的空間618及620，所以該桁架結構604可如一散熱器般地作用，因此可保持在環境溫度或接近環境溫度。這是因為在該桁架結構604中的空間618及620可讓空氣循環於該桁架結構604且可將累積在該桁架結構604內之過多的熱帶走(或讓該桁架結構604暖和，如果空氣比該桁架結構604暖和的話)。這表示該桁架結構604本身不會經歷明顯程度之熱誘發的移動(於"z"方向或"z，y"方向上)，這進一步讓該桁架結構604不會增加該探針卡組件600的熱平衡時間。
再次參照第6圖，在測試期間，受測的電子裝置680可被放置在該探針卡組件600的前側690。如果該電子裝置680被加熱的話，則該熱源(未示出)亦會是在該探針卡組件600的前側690。一熱梯度因而會被產生在該探針卡組件600的前測690與背側692之間。此一熱梯度在第6圖中是用箭頭682來代表，其中該箭頭的方向顯示溫度降低的方向。如果該熱梯度的數值是已知或可被近似化的話，則該探針頭組件222，該加固板202，及該桁架結構604的材質就可被選定，使得它們具有相同的膨脹或收縮量。亦即，探針頭組件222可用具有低膨脹係數的材質製成，使得它會膨脹一特定的距離"d"以回應其在該溫度梯度682內之被預期的溫度。該加固板202(其將具有一比該探針頭組件222低的溫度)可用具有一較高的膨脹係數的材質製成，使得它亦可膨脹相同的特定距離"d"以回應其在該溫度梯度682內之被預期的(較低的)溫度。該桁架結構604(其將具有一比該加固板202還低的溫度)可用具有一更高的膨脹係數的材質製成，使得它亦可膨脹相同的特定距離"d"以回應其在該溫度梯度682內之被預期的(更低的)溫度。
如第7A及7B圖所示，該探針卡組件600可包括調整機構616用來調整加固板202相對於該桁架結構604的位置。示於第7A及7圖中的該調整機構616可以是差動螺釘組件，其每一者都包括一螺釘632其旋入到一有螺紋的螺帽634中，該螺帽本身被旋入到該桁架結構604中，如在上文中關於差動螺釘組件502所述的。亦即，螺釘634亦旋入到一裝附到該加固板202上之有螺紋的立柱636內。如上文中參照差動螺釘組件502所描述的，螺帽634在一方向上的轉動將該有螺紋的立柱636(及該加固板202之該立柱636所裝附的部分)朝向該桁架結構604拉動，且該螺帽634之在另一方向上的轉動則將該有螺紋的立柱636(及該加固板202之該立柱636所裝附的部分)推離該桁架結構604，使用複數個設置在該桁架結構604及加固板202的不同位置上的調整機構616(即，差動螺釘)可讓該加固板202的平面方位及甚至是形狀可相對於該桁架結構604被調整。
使用差動螺釘組件作為調整機構616只是舉例而已；其它用來調整該加固板202相對於該桁架結構604的平面方位的機構亦可被使用。例如，一或多個差動螺釘組件(如616)可被用來取代一個只用來將該加固板202推離該桁架結構604的機構。例如，該有螺紋的立柱636可被移除，使得螺釘632壓抵住該加固板202或抵住一設置在該螺釘632與該加固板202之間的機械式元件(如，一金屬球)。以此方式，將該螺釘632轉動於一第一方向上可造成該螺釘632壓頂該加固板202並將該加固板202推離該桁架結構604。然而，將該螺釘632轉動於相反的方向上則可將該螺釘632從該加固板202退出，且不會拉動該加固板202。一受彈簧力的機構(未示出)可被提供，用以將該加固板202朝向該桁架604偏動。無論所用的調整機構616的種類為何，都可使用比第7A圖及7B圖所示的數目多一些或少一些的調整機構616。
調整機構616可被用來在製造該探針卡組件600之後及/或在使用該探針卡組件600測試晶粒(未示出)之間調整該加固板202相對於該桁架結構604的平面方位及/或形狀。此外，該調整機構616可被用來在將該探針卡組件600螺接至一探測器102的該探測器頭板子121之前，當該探針卡組件600被螺接至該探測器頭板子121上時，或在該探針卡組件600從該探測器頭板子121上取下之後，調整該加固板202。
該調整機構616亦可被用來在測試晶粒(未示出)期間調整該加固板202，用以抵銷該加固板202(或該探針卡組件600的其它部分)之熱誘發的移動。在回應晶粒(未示出)測試期間所偵測到的探針224的移動時，該調整機構616可被選擇性地作動用以推壓或拉動該加固板202之選定的區域(如上文所述)來抵銷被偵測到的移動(亦即，移動該加固板202使得探針224移會到原來的位置)。
偵測探針224的移動可用適當的方式直接地或間接地達成。例如，感應器可被用來偵測此移動。在示於第7A及7B圖的例子中，應變計622可被設置在該加固板202上的一四穴638內用以監測在該加固板202的特定位置處的應變程度。在該第7A圖中有四個這種感應器被示出，但數目更多或更少的感應器622亦可被使用。因為該探針頭組件222係直接裝附在該加固板202上，所以監測該加固板202的應變即可間接地監測探針224的移動。如過被偵測到在該加固板202上有足夠的應變顯示探針已移動或可能會移動的話，則該調整機構616會被選擇性地作動用以抵銷該被偵測到的應變及/或被預測的移動。當然，除了應變計之外的感應器622亦可被使用。其它感應器的例子包括以雷射為基礎之用來監測探針224或該探針卡組件600的其它部分的移動的感應器及用來監測介於探針224與晶粒(未示出)之間的接點連接的電阻值的感應器。
第8圖顯示一種用來監測該加固板202的移動或變形並調整該加固板202來抵銷該移動或變形的系統。來自感應器622(如應變計)的輸出706可被一處理器704處理且結果可被輸出708至一顯示器702。處理器704可以是，例如，一微處理器或在軟體(包括但不侷限於韌體或微型碼)控制下運作的控制器，且顯示器702可以是一典型的電腦監視器。一人類操作員可監看該監視器702且在決定該加固板202正經歷移動或變形時，操作該調整機構616來抵銷該移動或變形。第8圖亦顯示另一替代例，其中該處理器704輸出控制訊號710給驅動致動器712，它轉動螺帽634來調整該加固板202。例如，此致動器712可以是精密的步進馬達(未示出)。
第9A及9B圖顯示另一示範性的探針卡組件900(它被示於探測器802內)。探針卡組件900係大致類似於該探針卡組件600且可包括一探針頭組件222，接線基板204，加固板202，及桁架結構604，其與探針卡組件600之相同名稱與相同標號的元件相同。如在第9A圖中所示，探針卡組件900亦包括一立柱結構820其可被用來固定該桁架結構604。一可活動的抓握件822被裝附到該測試頭804上，其與第1A圖中的測試頭104類似(如，一電纜線810或其它通信媒介將該測試頭804連接至一測試機(未示出))。該探測器802亦與第1A圖的探測器102類似。如第9A圖所示，該探針卡組件900可藉由螺栓842被螺接到一探測器頭板子834上，其與第1A圖的探測器頭板子121類似。應注意的是，第9A圖包括切開處850用以漏出探針頭組件222及代有晶粒912的桌台906。桌台906與第1A圖的桌台106類似，且待測的晶粒912可以是一未經分切的半導體晶圓(如，第1A圖中的晶圓112)，經過分切的晶粒(如固持在一載具(未示出)中者)，形成一多晶片模組的晶粒，或待測晶粒的任其它配置。
如第9A圖中所示，當該探針卡組件900被螺接至該探針頭板834時，該抓握件822可抓住該立柱結構820。該抓握件822可被裝附到該測試頭804上，因而增加該測試頭804的強度以抵抗該探針卡組件900之熱誘發的移動。如第9A圖所示，該抓握件822可被裝附到一堅硬的棒子，板子，或其它建造在該測試頭804內的結構874。
如第9B圖所示，該立柱結構820可包括一立柱830及一裝附底座832其可藉由螺栓，焊接，或任何其它適當的機構(未示出)而被裝附到該桁架結構604上。該抓握件822可包括一致動器824，其可垂直地(相對於第9B圖而言)移動且亦可水平地及/或轉動地移動。一堅硬的板子825可被裝附到致動器824上，及活動的臂826可裝附到該堅硬的板子825上。每一活動臂826可包括一抓握墊828。
一開始，致動器824可將抓握件822放置在路徑之外，如第9B圖的虛線890所示。在該探針卡組件900被螺接到該探針頭板子834之後(該探針卡組件900在第9A圖中被螺接到該探針頭板子834上)，該致動器824可將該抓握件822與該立柱830對準，如第9B圖中的虛線890所示。該致動器824然後可移動該抓握件822使得該堅硬的板子825緊靠該立柱830，如第9B圖中的虛線892所示。活動臂826然後可被移動使得抓握墊828抓住該立柱830，如第9B圖及9A圖中的實線所示。如上文中提到的，該測試頭804的狂度可因而被加入以抵抗該探針卡組件900之熱誘發的"Z"移動。
第10A、10B及10C圖顯示探針卡組件1000的另一個例子，其如第10A，10B及10C圖所示的，可包括一探針頭組件222，接線基板204，及加固板202，它們與加固板202上名稱相同且標號相同的元件類似。如第10B圖及10C圖所示，該探針卡組件1000亦可包括一設置在該探針卡組件1000的前側之散熱器1002。該散熱器1002(其可包括一供該探針頭組件222用的開口1004)可用一具有高導熱性的材質製成且可用亦具有高導熱性之裝附件1006裝附到該加固板202上。在第10C圖所示的例子中，每一裝附件1006都可包括一螺釘1008其被旋入到該散熱器1002上的一有螺紋的立柱1014內。該螺釘1008穿過該加固板202上的一有螺紋的孔(未示出)及在該接線基板204上的孔1012。在該接線基板204上的孔1012可包含一額外的空間以供該在該接線基板膨脹及收所之用，如上文中參照第2A，2B及2C圖所說明的。該有螺紋的立柱1014可緊靠該加固板202，且該立柱1014與螺釘1008可用導熱材質製成。
很明顯的是，該散熱器1002與該導熱的裝附件1006可提供複數個從該探針卡組件1000的前側到該加固板202(該探針卡組件1000的背側)之具有高導熱性之路徑。因為該探針卡組件1000是被螺接到一探測器內(如，與第9A圖的探針卡組件900類似)，所以該散熱器1002面向固持待測晶粒(未示出)之該桌台(如，第9A圖的906)。如果該桌台被加熱或冷卻，或如果晶粒(未示出)在測試期間產生或降低大量的熱的話，該散熱器1002與該等裝附件1006可提供複數個具有低熱阻值的路徑來將熱從該探針卡組件1000的前側傳導到該背側，或從該探針卡組件1000的背側傳導到前側。這可減少該探針卡組件1000的前側及背側到達溫度平衡所需的時間，及因此減少該探針卡組件1000的熱平衡時間。這亦有助於在測試期間保持該探針卡組件1000的前側與背側之間的溫度平衡。用來將該探針頭組件222固定到該加固板202上之機械式固定件216(參見第2C圖)亦可包含導熱材質，因而提供額外的低熱阻值的路徑來將熱從該探針頭組件222(位在該探針卡組件1000的前側)傳導至該加固板202(位在該探針卡組件1000的背側)。
雖然未示於第10A，10B或10C圖中，但一熱隔絕物質(未示出)可被放置在該加固板202周圍用以減緩或防止熱經由上述的導熱路徑(如，散熱器1002及導熱中附件1006及/或探針頭組件222與機械式固定件206)被傳遞到該加固板202，且被喪失在該加固板202周圍的環境空氣中。如果一桁架結構604被裝附到該加固板202上(如第6圖所示)的話，該熱隔絕物質(未示出)亦可被設置在該桁架結構604周圍。雖然在第10A，10B或10C圖中沒有示出，但熱二極體可被設置在介於該散熱器1002與該加固板202之間的導熱路徑內且可被建構來在該探針卡組件1000的前側與背側之間達到溫度平衡時切斷及停止熱能的傳導。
示於第11A，11B及11C圖中的示範性探針卡組件1100顯示出散熱器1002的另一態樣。在該示範性的探針卡組件1100中，風扇1102將空氣從該探針卡組件1100的前側吸引至該探針卡組件1100的背側。如第11A，11B及11C圖所示，風扇1102經由在該接線基板204上及加固板202上的路徑1104及1106將空氣從該探針卡組件1100的前側吸引至該探針卡組件1100的背側。(箭頭1110顯示空氣流的方向)。這可減少該探針卡組件1100的前測與背側達到溫度平衡所需的時間，因而可減少該探針卡組件1100的熱平衡時間。這亦有助於在測試期間保持該探針卡組件1100的前側與背側之間的溫度平衡，此溫度平衡可消除或至少減低該探針卡組件1100在晶粒(未示出)測試期間之熱誘發的移動。當然，每一空氣流路徑1104及1106都可用複數個較小的路徑來取代。風扇1102及路徑1104，1106因而可將熱從該探針卡組件1100的前側傳導至該探針卡組件1100背側或從背側傳導至前側。
第12A及12B圖顯示一探針卡組件1200其與第11A，11B及11C圖所示的探針卡組件1100類似，不同處在於風扇1104可被一位在一外蓋1202上的風扇1204所取代。亦即，一外蓋1202可被裝附到該加固板202上，形成一如第12B圖所示的凹穴1206。風扇1204將空氣從該探針卡組件1200的前側吸引通過在該接線基板204上及該加固板202上的路徑1104及1106。如第12B圖所示，該空氣亦通過該凹穴1206，且其亦通過整個加固板202。(空氣流是以箭頭1210來標示。)這可減少該探針卡組件1200的前測與背側達到溫度平衡所需的時間，因而可減少該探針卡組件1200的熱平衡時間。這亦有助於在測試期間保持該探針卡組件1200的前側與背側之間的溫度平衡，此溫度平衡可消除或至少減低該探針卡組件1200在晶粒(未示出)測試期間之熱誘發的移動。風扇1204及路徑1104，1106因而可將熱從該探針卡組件1200的前側傳導至該探針卡組件1200背側或從背側傳導至前側。每一空氣流路徑1104及1106都可用複數個較小的路徑來取代。
第13A，13B及13C圖顯示另一示範性的探針卡組件1300。該探針卡組件1300可包括一安裝/接線結構1302及一具有與探針224類似之探針(即圖中的探針1324a－d)的探針頭組件1322。該安裝/接線結構1302(其在第13A，13B及13C圖中部分視圖示出)可提供電子接線至該探針頭組件1322及來自該探針頭組件1322的電子接線以及提供一用來安裝一探針的結構。該安裝/接線結構1302大體上被示於第13A，13B，及13C圖中因為這是要用來代表適合提供接線至該探針頭組件1322以及提供一用來安裝一探針的結構的任何結構。例如，該安裝/接線結構1302可以簡單如一標準的接線基板，其與第1A圖的接線基板120相同。或者，該安裝/接線結構1302可包含一接線板，加固板，桁架結構，及立柱結構中的一或多個，它們與第2A，2B及2C圖中的接線基板204及加固板202，第7A及7B圖的桁架結構604，及第9A及9B圖的立柱結構820類似且被建構成與它們相同。該安裝/接線結構1302的另一個例子為該安裝/接線結構1302可包含一同軸電纜界面(未示出)或其它用來與一測試機(未示出)界接之此類的連接器。一同軸電纜界面(未示出)的一個例子被揭示在美國專利申請案公開第2002/0195265號中。
探針頭組件1322可以大體上類似於第2A，2B及2C圖中的探針頭組件222，且探針1324a－d類似於第2A，2B及2C圖中的探針224。如第13A，13B及13C圖中所示的，該探針頭組件1322額外地包括一或多個溫度控制裝置1340。
有時候在一操作溫度範圍內測試半導體晶粒是所想要的。亦即，當測試訊號可經由探針卡組件被來回傳送於晶粒之間時，晶粒的溫度從低溫被改變至高溫(或從高溫改變至低溫)。但這有一潛在的問題。因為晶粒與探針頭組件典型地是用具有不同熱膨脹係數的不同材質製成的，所以晶粒與該探針頭組件會以不同的膨脹或收縮率來回應溫度上的改變。例如，一探針頭組件可能是用陶瓷材質製成的，其具有比矽高的熱膨脹係數，矽為典型的晶粒材質。
第13A及13B圖顯示出此一問題。在第13A圖中，探針卡組件1300的探針1324a－d被帶動與一或多個待測晶粒1312的端子1344接觸。(晶粒1312可以是一未經分切的半導體晶圓(如，第1A圖的晶圓112)，經過分切的晶粒(如，被固持在一載具(未示出)中者)，形成一多晶片模組的晶粒，或待測晶粒的任何其它組態。)(在第13A及18B圖中，該安裝/接線結構1302，半導體晶粒1312，及桌台1306以部分視圖被示出。如上文中討論的，該探針卡組件1300可被安裝在一探針(未示出)中，及桌台1206可在該探測器內。)在此例子中，晶粒1312的溫度被升高，這會造成晶粒1312與探針頭組件1322膨脹以回應該升高的溫度。然而，晶粒1312是以大於該探針頭組件1322的膨脹率在膨脹，因此，最終將如第13B圖所示，探針1324a－d將不再與晶粒1312上的端子1344對準。在第13B圖的例子中，探針1324d變成未與相應的端子1344對準，使得在該探針1324d與端子1344之間的接觸就喪失掉了。(晶粒1312相對於該探針頭組件1322的淨膨脹在第13B圖中是以箭頭1330來表示。)
該探針頭組件1322的溫度控制裝置1340可被啟動用以校正該等探針1324a－d與端子1344的未對準。亦即，該溫度控制裝置1340可被啟動用以加熱該探針頭組件1322，使得它膨脹得與晶粒1312一樣或相近。在第13C圖中，由該溫度控制裝置1340所造成之該探針頭組件1322的額外膨脹是用箭頭1332來代表。如第13C圖所示的，此膨脹造成探針1324a－d與端子1344再度對準。
當然，如果要在一給定的測試溫度範圍內保持探針1324a－d與晶粒1312的晶粒端子1344對準需要冷卻的話，該溫度控制裝置1340可冷卻該探針頭組件1322。藉由獨立於晶粒1312的溫度之外地來如此地控制該探針頭組件1322的溫度，晶粒1312可在一更大的溫度範圍內被測試，同時將探針1324a－d與端子1344保持對準。溫度控制裝置1340因此可被用來控制在晶粒1312測試期間探針1324a－d的位置(如，橫向位置)。
在一實施例中，探針頭組件1322上安裝有探針1324a－d的部分包含陶瓷材質及晶粒1312包含矽。當探針頭組件1322與晶粒1312兩者都處在晶粒1312將受測之溫度範圍的最高溫度下時，探針1324a－d可被放置在該探針頭組件1322上用以對準晶粒1312上的端子1344。因此，在晶粒1312在該最高溫度的測試期間，探針1324a－d恨自然地對準晶粒端子1344而無需改變探針頭組件1322的溫度，且在所有較低的溫度時，探針頭組件1322可被該溫度控制裝置1340(其可以是一加熱裝置)加熱，用以讓探針1324a－d與晶粒端子1344對準。
在一些實施例中，探針頭組件1322可包含一多層基板其具有一或多層的導電物質設置在一或多層絕緣材質之間。第14圖顯示依據本發明的一些實施例之一示範性的多層基板。如圖所示，探針頭組件1322可包含複數層的電絕緣物質1410，1412(如陶瓷)。(雖然兩層1410，1412被示出，但多一些或少一些的層數亦可被使用。)導電墊或線跡(trace)1402，1404，1406可被提供在層1410，1412上或它們之間用以連接在不同的層上的墊或線跡。如第14圖所示的，探針1324a－d可裝附到電1404上，且墊1402可提供電氣連接至安裝/接線結構1302(參見第13C圖)。穿過層1410的介層插塞(未示出)，線跡(如，介於層1410與1412之間的1426)，與穿過層1412的介層插塞(未示出)可電氣地連接墊1402與墊1404。
溫度控制裝置1340可包含一或多個嵌埋在層1410以1412之間的導電線跡1426。亦即，一或多個線跡1426可包含一物質其在回應電流通過它時會產生熱。電流可經由一或多個沒有被使用的墊1402(如，沒有用一探針1324a－d電氣地連接至墊1404者)而被供應至一或多個線跡1426以形成加熱器。電流可經由除了墊1402之外的電氣連接而被供應至該溫度控制裝置1426。無論電流是如何被供應至該溫度控制裝置1426的，一被供應的電流量是將該探針頭組件1322加熱到足以在晶粒1312的溫度於測試期間被改變時將探針1324a－d保持與受測晶粒1312的端子1344對準所需的電流量，如上文所述(參見第13A－13C圖)。
在電流通過時會產生熱的該導電物質的一個例子為溫度控制裝置1340。在其它例子中，溫度控制裝置1340可包含加熱或冷卻液體或氣體可通過的管子。又，溫度控制裝置1340可被設置在探針頭組件1322的外面。
第15圖顯示用來監測探針卡組件的探針與晶粒的端子在晶粒的測試期間晶粒的溫度被改變時的對準及調整該探針卡組件的溫度用以補償任何被偵測到的未對準的處理。第16圖顯示一用來實施第15圖的處理之系統1600的簡化方塊圖，及第17圖顯示一示範性測試頭174及第15的處理可用於上之探測器1704。
如第15圖所示，處理1500是以將一探針卡組件安裝到一測試器上開始的(1502)。參照第17圖所示的例子，探針卡組件1300(其如上文所述的可包括一安裝/接線結構1302及一探針頭組件1322)可被螺接至探測器1702的一探測器頭板子1732上。再參照第15圖，該探針卡組件的探針可被帶動而與待測晶粒的端子接觸(1504)。例如，如第17圖所示，一晶粒1312可被放在該探測器1702的一桌台1706上，該桌台1706可將晶粒1312的晶粒(未示出)的端子移動而與該探針卡組件1300的探針接觸。在第15圖的1506，晶粒被測試。在第17圖的例子中，一測試機(未示出)產生測試資料，其可透過電纜線1710被通信至測試頭1704且經由探針卡組件1300被通信至晶粒1312的晶粒(未示出)，且由晶粒(未示出)所產生的回應資料可經由探針卡組件1300，測試頭1704及電纜線1710送回到該測試機(未示出)。(雖然未示出，但與第1A圖中的114類似的連接雖可存在並將測試頭1704連接至探針卡組件1300。)在第15圖的1508，當晶粒在1506被測試時，晶粒的溫度可被改變。例如，在第17圖中的桌台1706可包括一用來加熱及/或冷卻晶粒1312的加熱器及/或冷卻器。當晶粒在1506被測試且在1508晶粒的溫度被改變時，第15圖的處理1500會在1510決定探針與端子是否仍然對準。如果是的話，第15圖的處理1500持續在1506測試晶粒，在1508改變晶粒的溫度，並在1510監測探針與晶粒的對準。然而，如果在1510判斷出探針與端子不在適當地對準時，處理1500會在1512改變探針頭組件的溫度，然後於1510重新檢驗對準度，直到探針與端子再次對準為止，如第15圖所示。(雖然未示出，但條件可被提供來在1506之後晶粒的測試已完成時，在重復1512及1510數次之後仍無法成功地讓探針與端子對準時，或為了其它的原因終止第15圖的處理1500。)
第16圖顯示實施第115圖的1510及1512的示範性系統。如第16圖所示，系統1600包括一處理器1602其根據貯存在記憶體1604內的軟體(包括但不侷限於微型碼或韌體)來操作。處理器1602可接受來自一監視器1606的輸入1610，決定來自監視器1606的輸入1610是否顯示探針及晶粒端子沒有對準(第15圖的1510)，如果是的話，則輸出控制訊號1612至探針頭組件內的溫度控制裝置1608(第15圖的1512)。該溫度控制裝置1608可以是在上文中參照第13A－13C圖及14A－14D圖所說明的任何一種溫度控制裝置。
監視器1606可以是用來直接或間接顯示探針沒有與晶粒端子對準的任何裝置或系統。第17圖顯示一種示範性的監視器1606。在第17圖中，對準記號1724可被放在該探針頭組件1322上。相對應的對準記號1726可被放在晶粒1312上。當探針頭組件1322上的記號1724與晶粒1312上的對應記號對準時，探針1324即與晶粒端子1321適當地對準。在探測器1702內的攝影機1720及1722可被用來決定在探針頭組件1322上的對準記號1744是否與晶粒1312上的對應的對準記號1746相對準。第17圖的監視器1606因而可包含攝影機1720及1722，及送至處理器1602的輸入1610可包含有攝影機1720與1722所產生的影像資料。
當然，攝影機1720與1722只是可與第16圖的系統1600一起使用的監視器1606的一個例子。另一個例子為，對準記號1724與1726可用該探針頭組件1322或晶粒1312的一者上的探針及在探針頭組件1322與晶粒1312的另一者上的目標墊來取代，其中目標墊輸出相應於探針在目標墊上的位置的訊號，這些訊號顯示探針頭組件1322相對於晶粒1312的移動。
作為第15圖所示之回饋控制的處理1500的另一個例子的系統被示於第17圖中，該第17圖的系統可在沒有回饋控制下操作。亦即，第17圖的系統可在不用1510的監測探針1324與晶粒端子1726之間的對準下操作。而是，探針頭組件1322的溫度可依據在1508之晶粒1312的晶粒的溫度改變來在1512加以改變。此一簡化版的第15圖的處理1500在探針1324的位置與晶粒1312的溫度之間的關係是已知的且可預知的例子中是特別有用。
第18圖顯示一示範性的探針頭組件1322，其為示於第13A、13B及13C圖中之探針頭組件1322的另一實施例。如第18圖我示，探針頭組件1322包含複數個探針基板1808(有兩個被示出，但可包含比兩個還多的數量)。複數個探針1812(其與探針224相停)可被裝附到每一探針基板1808上且被安排成與待測晶粒(未示出)的端子接觸。每一探針基板1808都可被裝附至一裝附結構1802上，其可被裝附至一如第13A圖所示且在上文中說明的安裝/接線結構1302上。探針基板1808可用一適當的方式，包括但不侷限於使用螺栓、螺釘、夾子、黏劑等等，被裝附到結構1802上。
如第18圖所示，每一探針基板1808都可包括一溫度控制裝置1810用以如上文中參照第13A、13B及13C圖所述地膨脹及收縮該探針基板1808。如第18圖所示的，該裝附結構1802亦包含一溫度控制裝置1804用以如上文中參照第13A、13B及13C圖所述地膨脹及收縮該裝附結構1802。因為探針基板1808是被裝附到該裝附結構1802，所以5脹或收縮該裝附結構1802會影響到探針基板1808。溫度控制裝置1804及1810(其與第13A圖的溫度控制裝置1340類似)因而提供兩個等級的控制用來將探針1812相對於晶粒(未示出)上的晶粒探針(未示出)放置：在裝附結構1802上的溫度控制裝置1804影響探針基板1808的位置，及在每一探針基板1808上的溫度控制裝置1810影響的是裝附至探針基板1808的位置。
第13A、13B及13C圖所述的溫度控制裝置1340(或第14C及14D圖所示的溫度控制裝置1426)的另一態樣為一機械力可被施加於該探針頭組件1322上使得它的膨脹或收縮可以與受測的晶粒1312的膨脹或收縮(如第13A、13B及13C圖中所示者)相符。例如，有螺紋的立柱(未示出)可被裝附到該探針頭組件1322的周緣，且有螺紋的致動器(未示出)被用來施加張力或壓縮力於該探針頭組件1322上用以分別拉伸或壓縮該探針頭組件1322。例如，此張力可被施加至探針頭組件1322用以拉伸(膨脹)該探針頭組件1322，如從第13B過渡至第13C圖的情況(在第13C圖中以箭頭1332表示)。另一個例子為，溫度控制裝置1340及用來施加機械力至探針頭組件1322的機械裝置兩者都可被用來膨脹或收縮該探針頭組件1322。以相同的方式，用來施加機械力至第18圖的裝附結構1802與探針基板1808上的機械裝置(未示出)可被用來取代或配合第18圖的溫度控制裝置1804及1810。
本文中所描述的各式技術可以不同的組合一起被使用。第19圖顯示一示範性的探針卡組件1800，其包括一接線板204及加固板202，如參照第2A、2B及2C圖所描述的。該探針卡組件1800亦包括一桁架結構604，如參照第6、7A及7B圖所描述的。一與參照第9A及9B圖所描述的相同的立柱結構820可被裝附至該桁架結構604。該探針卡組件1800亦包括一如參照第10A，10及10C圖所述的散熱器1002。探針卡組件1800可包括一如參照第13A、13B、13C、14A、14B、14C及14D圖所描述之具有一溫度控制裝置1340的探針頭組件1322。第19圖的該探針卡組件1800因而結合了探針卡組件200，600，900，1000及1300的特徵。
其它的結合亦是可能的。例如，探針卡組件1800可包括與風扇1102或1204相同的風扇及與在探針卡組件1100與1200中的空氣路徑1104及1106相同的空氣路徑以取代散熱器1002或與散熱器1002配合。另一個例子為，該桁架結構604可從探針卡組件900上被移除，且立柱結構8200可被裝附到該加固板202上。另一個例子為，一桁架結構604可被裝附到該探針卡組件1000、1100或1200的加固板202上(如第7A及7B圖所示)。
雖然本發明的示範性實施例及應用以在本文中加以描述，但本發明並不侷限於這些實施例或應用，或侷限於這些示範性實施例及應用於本文中所描述的操作方式。這些示範性實施例有許多可能的多變化與修改。例如，雖然每一實施例在本文中都是以測試半導體晶粒為例說明，但本發明並不受限於此，而是可應用至一裝置是用探測該裝置來測試的任何設備，系統或方案(scenario)。
另一個例子為，本文中所示及描述的一些示範性卡組件是以具有一探針頭組件為例示出(如第2C圖中的222)，但這些探針卡組件中的任何一者都可被建造成具有多於一個的探針頭組件，每一探針頭組件都包含一組探針，且探針頭組件可被設置來形成一大的探針陣列，其包含在每一探針頭組件上的探針組。具有複數個探針頭組件的探針卡組件的非限制性例子被示於2005年6月24日提申，名稱為"Method And Apparatus For Adjusting A Multi－Substrate Probe Structure"的美國專利申請案第11/165,833號中。這些探針卡組件可被建構成每一探針頭組件都可獨立於其它探針頭組件各自移動。
112．．．半導體晶圓
102．．．探針
126．．．切開處
104．．．測試頭
124．．．探針
108．．．探針卡組件
114．．．電氣連接器
120．．．接線板
122．．．探針基板
106．．．桌台
121．．．頭板
132．．．開口
134．．．孔
200．．．探針卡組件
202．．．加固板
204．．．接線基板
222．．．探針頭組件
224．．．探針
208．．．測試頭連接器
402．．．電氣路徑
404．．．電氣路徑
518．．．空間變換器
520．．．插入件
502．．．差動螺釘組件
508．．．導電彈簧件
512．．．導電彈簧件
216．．．機械式固定件
242．．．孔
314．．．有螺紋的孔
510．．．插入件
504．．．螺釘
506．．．螺帽
514．．．孔
516．．．有螺紋的立柱
540．．．空間
206．．．孔
228．．．孔
226．．．襟片
142．．．螺栓
214．．．螺釘
316．．．孔
252．．．螺紋孔
232．．．螺帽
246．．．孔
302．．．槽
600．．．探針卡組件
604．．．桁架結構
614．．．螺釘
628．．．臂
620．．．空的空間
618．．．空的空間
690．．．前側
692．．．背側
680．．．電子裝置
682．．．熱梯度
616．．．調整機構
632．．．螺釘
634．．．有螺紋的螺帽
636．．．立柱
622．．．應變計
638．．．凹穴
622．．．感測器
706．．．輸出
704．．．處理器
702．．．顯示器
900．．．探針卡組件
802．．．探測器
820．．．立柱結構
822．．．活動的抓握件
804．．．測試頭
810．．．電纜線
842．．．螺栓
834．．．探測器頭板
850．．．切開處
906．．．桌台
912．．．晶粒
830．．．立柱
832．．．裝附底座
824．．．致動器
825．．．堅硬的板子
826．．．活動臂
828．．．抓握墊
890．．．虛線
892．．．虛線
1000．．．探針卡組件
1002．．．散熱器
1004．．．開口
1006．．．裝附件
1008．．．螺釘
1012．．．孔
1014．．．立柱
1100．．．探針卡組件
1102．．．風扇
1104．．．路徑
1106．．．路徑
1200．．．探針卡組件
1202．．．外蓋
1204．．．風扇
1206．．．凹穴
1210．．．空氣流
1300．．．探針卡組件
1302．．．安裝/接線結構
1322．．．探針頭組件
1324a．．．探針
1324b．．．探針
1324c．．．探針
1324d．．．探針
1340．．．溫度控制裝置
1312．．．晶粒
1344．．．端子
1332．．．箭頭
1410．．．導電物質層
1412．．．導電物質層
1402．．．導電墊(跡線)
1404．．．導電墊(跡線)
1426．．．導電墊(跡線)
1500．．．處理
1702．．．探針
1732．．．探測器頭板
1706．．．桌台
1710．．．電纜線
1704．．．測試頭
1600．．．系統
1602．．．處理器
1604．．．記憶體
1606．．．監視器
1610．．．輸入
1612．．．控制訊號
1608．．．溫度控制裝置
1724．．．對準記號
1726．．．對準記號
1720．．．攝影機
1722．．．攝影機
1808．．．探針基板
1812．．．探針
1802．．．裝附結構
1810．．．溫度控制裝置
1804．．．溫度控制裝置
1800．．．探針卡組件
第1A圖顯示探測器，測試頭，及探針卡組件的一示範性先前技藝的側視圖。一切開處提供該探測器的內部的部分視圖。
第1B圖顯示沒有探針卡組件之第1A圖的探測器及測試頭的一立體圖。
第2A圖顯示依據本發明的一些實施例的一示範性探針卡組件的頂視圖。
第2B圖顯示第2A圖的探針卡組件的底視圖。
第2C圖顯示第2A圖之探針卡組件的側剖面圖。
第3A圖顯示依據本發明的一些實施例之第2A圖的探針卡組件的接線板。
第3B圖顯示依據本發明的一些實施例之第2A圖的探針卡組件的剛硬板子。
第4圖為依據本發明的一些實施例之接線基板與第2A圖的探針卡組件的一示意圖。
第5A圖顯示依據本發明的一些實施例之一示範性探針頭組件及一示範性裝附/調整機構；第5B圖顯示依據本發明的一些實施例之在第5A圖的探針頭組件的一空間轉換器上的裝附/調整機構的示範性配置。
第6圖為一簡化的方塊圖，其顯示依據本發明的一些實施例的另一示範性探針卡組件。
第7A圖顯示依據本發明的一些實施例之第6圖中的探針卡組件的桁架結構與加固板的頂視圖。
第7B圖顯示依據本發明的一些實施例之第6圖中的探針卡組件的桁架結構與加固板的側剖面圖。
第8圖顯示一依據本發明的一些實施例之用來自動地調整該加固板相對於第7A圖的桁架結構的方位的系統。
第9A圖顯示依據本發明的一些實施例之另一示範性的探針卡組件。該探針卡組件被安裝在一依據本發明的一些實施例的一示範性探測器內。
第9B圖顯示第9A圖的立柱結構與抓握件的詳細視圖。
第10A圖顯示依據本發明的一些實施例的另一示範性探針卡組件的頂視圖。
第10B圖顯示第10A圖的探針卡組件的底視圖。
第10C圖顯示第10A圖的探針卡組件的側剖面圖。
第11A圖顯示依據本發明的一些實施例的另一示範性探針卡組件的頂視圖。
第11B圖顯示第11A圖的探針卡組件的底視圖。
第11C圖顯示第11A圖的探針卡組件的側剖面圖。
第12A圖顯示依據本發明的一些實施例的另一示範性探針卡組件的頂視圖。
第12B圖顯示第12A圖的探針卡組件的側剖面圖。
第13A，13B及13C圖顯示依據本發明之另一示範性探針卡組件及一其上有一待測晶圓之桌台的部分側視圖。
第14圖顯示一依據本發明的實施例之示範性探針頭組件，其可與第13A，13B及13C圖的探針卡組件一起使用。
第15圖顯示一依據本發明的實施例之示範性探針頭組件，其可被用來監視及校正在晶粒的測試期間探針與端子之間於一溫度範圍內的對準。
第16圖顯示一依據本發明的一些實施例之示範性的系統，第15圖的處理可在該系統上實施。
第17圖顯示依據本發明的一些實施例之示範性的探測器，探針卡組件及晶圓其顯示第16圖的監視的一個例子。
第18圖顯示依據本發明的一些實施例之一示範性的探針卡組件。
第19圖顯示一探針卡組件，其具有來自於本文中之其它依據本發明的一些實施例的探針卡組件的特徵的組合。
202．．．加固板
314．．．有螺紋的孔
604．．．桁架結構
614．．．螺釘
628．．．臂
618．．．空的空間

Claims (33)

  1. 一種探針卡組件，其包含：一加固結構，其被建構成可裝附至一測試設備上；一探測結構，其包含複數個被設置成與一待測的電子裝置接觸之探針，該探測結構被不動地裝附到該加固結構上，使得該加固結構可抵抗該探測結構的移動；及一接線基板，其被建構來提供一對該探測結構的電氣界面，該接線基板透過一裝附機構而可活動地裝附到該加固結構，該裝附機構被建構成可容許該接線基板相對於該加固結構移動。
  2. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其中該加固結構具有一機械強度其大於該接線基板的機械強度。
  3. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其裝該加固結構是一金屬的結構。
  4. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其中該探測結構被機械式地直接裝附至該加固結構。
  5. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其中該裝附機構被建構成可容許該接線基板從一個該裝附機構將該接線基板裝附到該加固結構的位置徑向地膨脹或收縮。
  6. 如申請專利範圍第5項之探針卡組件，其中該接線基板裝附到該加固結構上的該位置為該接線基板的中心 位置。
  7. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其更包含一桁架結構其被裝附到該加固結構上。
  8. 如申請專利範圍第7項之探針卡組件，其更包含調整機構其被建構來選擇性地改變該探測結構相對於該加固板的方位(orientation)。
  9. 如申請專利範圍第8項之探針卡組件，其中該調整機構包含差動螺釘組件。
  10. 如申請專利範圍第8項之探針卡組件，其中該調整機構被建構成可選擇性地改變該加固板的形狀。
  11. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其更包含調整機構其被建構來選擇性地改變該探測結構相對於該加固板的方位(orientation)。
  12. 如申請專利範圍第11項之探針卡組件，其中該調整機構包含差動螺釘組件。
  13. 如申請專利範圍第11項之探針卡組件，其中該調整機構被建構成可選擇性地改變該加固板的形狀。
  14. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其更包含一用來促進熱從該探針卡組件的一側傳遞至該探測卡組件的一相反側上的機構。
  15. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其更包含一用來在該探測機構被裝附於該加固結構上時調整該探測機構相對於該加固結構的位置的機構。
  16. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其中該電 子裝置包含半導體晶粒。
  17. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其中該探測結構包含一探針結構其具有一該等探針可裝附於其上的表面，及該加固結構抵抗該探測結構在一大致平行於該探針結構之該表面的方向上的移動。
  18. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其中該探測結構包含一探針結構其具有一該等探針可裝附於其上的表面，及該裝附機構被建構成可容許該接線基板相對於該加固結構活動於一大致平行於該探針結構之該表面的方向上。
  19. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其中該探測結構包含一探針結構其具有一該等探針可裝附於其上的表面，該探針卡組件更包含用來選擇性地將該探測結構熱膨脹及/或收縮於一大致平行於該表面的方向上。
  20. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其更包含用來選擇性地控制該等探針的橫向位置的機構。
  21. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其更包含一熱控制件其被建構來改變該探測結構的溫度。
  22. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其更包含一立柱結構其被建構成可與該測試結構的一結構件嚙合，用以抵抗該探測結構的移動。
  23. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其中該加固結構的外部被建構成可被裝附到該測試設備，該探針卡組件進一步包含一立柱結構其被建構成可與該測試結構的 一結構件嚙合，用以抵抗該加固結構的一內部的移動。
  24. 一種製造一探針卡組件的方法，該方法包含：提供一加固結構，該加固結構被建構成可裝附至一測試設備上；將一探測結構不動地裝附到該加固結構使得該加固結構可抵抗該探測結構的移動，該探測結構包含複數個被設置成與一待測的電子裝置接觸之探針；及藉由一被建構成可容許一接線基板相對於該加固結構活動之裝附機構來將該接線基板裝附到該加固結構，該接線基板提供一在該探測結構與該測試結構之間的電氣界面。
  25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該加固結構具有一機械強度其大於該界面結構的機械強度。
  26. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該加固結構為一金屬的結構。
  27. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該裝附步驟包含用該裝附機構將該接線基板裝附到該加固結構，使得該接線基板能夠從一個該接線基板藉由該裝附機構被裝附到該加固結構的位置徑向地膨脹或收縮。
  28. 如申請專利範圍第27項之方法，其中該位置為該接線基板的中心位置。
  29. 如申請專利範圍第24項之方法，其更包含將一桁架結構附加至該加固結構。
  30. 如申請專利範圍第29項之方法，其更包含提供 一從該探針卡組件的一側到該探針卡組件的相反側的熱傳遞導管。
  31. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該電子裝置包含半導體晶粒。
  32. 如申請專利範圍第24項之方法，其中提供一加固結構的步驟包含提供一被建構成可被直接裝附至該測試設備上的加固結構。
  33. 如申請專利範圍第1項之探針卡組件，其中該加固結構被建構成可被直接裝附至該測試設備化。
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