TWI398655B - A probe detection machine with an electrostatic discharge device - Google Patents

Description

具有靜電放電裝置的探針檢測機台

本案所屬之技術領域係關於半導體檢測機台，特別是一種具有靜電放電裝置的探針檢測機台。

由於人體或機械都可能累積大量靜電荷，並在瞬間形成大量電荷放電，從而破壞相關電路元件；為確保電路元件的電氣性能符合預期，不受靜電破壞，目前許多電路元件都必須先經過模擬上述放電的「靜電衝擊」(Electrostatic Discharge，簡稱ESD)檢測，以例如4000伏特、甚至8000伏特的電壓，在極短時間(例如10ns)內將靜電荷迅速釋放，在受測元件上造成急速的單一脈衝，並隨後量測受測元件是否受損，藉此淘汰無法耐受靜電放電的元件。

為確保此種靜電衝擊測試的一貫性，由靜電放電裝置所提供、並施加至受測元件的電流受到嚴格規範，若施加電壓是4000伏特，電流最高峰值約為2.67安培土10%，且必須如圖1所示，在5至25ns的短暫瞬間，將電流由最高峰值的10%提升至90%，且電流在峰值後的150±20ns降回至峰值的36.8%。尤其在瞬間電流發生的過程中，不可以產生如圖2所示振盪的振幅達峰值15%的狀況，否則實驗將不被接受。

目前靜電放電裝置的模擬電路如圖3所示，具有一個100pF的電容器，以儲存靜電荷供上述靜電放電時使用，外部迴路則界定等效阻抗約為1500Ω，藉以保持上述測試電流的波形不致受到破壞。然而，即使在靜電放電裝置2的儀器輸出端量測上述測試電流波形符合預期，並不代表經過長距離傳輸後的波形仍符合規範，尤其當傳輸迴路並不講究時，測試電流發生嚴重失真情況就成為普遍的問題。如何提升輸出波形在傳輸時的理想性，也成為測試業需關注的問題。

另方面，如圖4所示的測試機台是目前許多半導體元件製造過程中常用的檢測機台，圖中所示的結構，包含有一個基座7、對應於基座7的一組探針檢測裝置3，且此探針檢測裝置3包括兩組壓力導接組件32，每組壓力導接組件32則分別設置有一根金屬探針324，可檢測例如電路完成的發光二極體晶粒9。

當上萬顆分離的LED晶粒9(以一顆晶粒9為例釋)被放置於一片置放載台72上，再將置放載台72置放於上述機台的基座7上，由兩根金屬探針324逐一對每顆晶粒9點測，施加一個致能電訊號，使受測晶粒9發光，並以一組作為光學資料擷取裝置8的光感測器度量發光狀態並轉換為電子資訊傳送至處理裝置5，從而由處理裝置5判別晶粒9優劣。

若能將上述圖3、圖4的靜電放電裝置2與機台結合，當可更進一步增強機台性能，減少設備購置成本及廠房內的佔用空間，並可簡化檢測流程、提高產出效率。然而，由於靜電放電裝置2釋放的高電壓，必須遠離其他測試儀器的電路，而距離拉遠，則必然造成上述靜電衝擊波形失真，如何克服此種兩難問題，即成為整合上述機台的關鍵。

本發明之一目的，在提供一種能整合偵測待測物之靜電耐受能力與電氣性能的探針檢測機台。

本發明另一目的，在提供一種能提供理想靜電測試脈衝的探針檢測機台。

本發明再一目的，在提供一種可簡化測試流程的探針檢測機台。

一種具有靜電放電裝置的探針檢測機台，係供以靜電衝擊並檢測一個具有至少二個受測端的待測半導體元件，該機台包含：一個基座；一組可提供一個高壓靜電衝擊訊號至該待測半導體元件該至少二受測端之靜電放電裝置；一組對應該基座之探針檢測裝置，包括至少一組壓力導接組件，其分別具有一組供電氣接觸而可供應一個預定致能訊號至該待測半導體元件至少一個受測端之金屬探針；一組接收該待測半導體元件受該預定致能訊號時之輸出資料的處理裝置；及一組具有一對傳輸線，且該對傳輸線具有一個低於預定數值之阻抗值、使得該靜電放電裝置輸出並傳輸至該探針檢測裝置之金屬探針的高壓靜電衝擊訊號阻尼振盪(damped oscillation)係低於一個預定範圍的傳輸裝置。

綜上所述，本發明揭露一種系統整合的檢測半導體用之探針檢測機台，並利用阻抗匹配的傳輸裝置連結探針檢測裝置與靜電放電裝置，減少靜電衝擊訊號在系統中的傳輸失真、保持輸出波形之完整性而傳送高壓衝擊訊號，不僅增加機台的檢測項目、更提供穩定的訊號傳輸及高準確性的檢測。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。為便於說明，本發明所述之待測半導體元件以已經切割分離之發光二極體晶圓的晶粒為例示。

請參照圖5，本發明之探針檢測機台1’(以下簡稱為機台1’)包含有一個基座7’、一組靜電放電裝置2’、一組探針檢測裝置3’、一組傳輸裝置4’、一組處理裝置5’以及一組光學資料擷取裝置(圖未示)。

該基座7’可供放置一個置放載台72’，以供安置待測的晶粒9’而接受探針檢測裝置3’的檢驗。本例中，探針檢測裝置3’具有兩支宛如手臂、窄端彼此相對的壓力導接組件32’，可帶動連結於端部之金屬探針324’，使其與基座7’相對移動，依序接觸已切割分離之LED晶粒9’。

一併參照圖6，該金屬探針324’以本案所揭露之傳輸裝置4’電連接靜電放電裝置2’，避免靜電放電裝置2’所釋放之大量高壓靜電在傳輸至晶粒9’的二受測端過程中，產生嚴重的阻尼振盪(damped oscillation)，確保傳輸至受測晶粒9’受測端的訊號符合規範。

而在本例中，傳輸裝置4’包括絕緣材料以及一對由金屬導線編織成的導電編織網之傳輸線，其構造如圖7所示，以絕緣材料41’包覆且以一個大致固定的預定間隔距離D隔開兩條傳輸線42’，使兩條傳輸線42’大致沿彼此平行的方向延伸，在此定義該傳輸線42’延伸方向為一長向L；使得此種特殊結構的傳輸裝置4’在一個預定長度(例如30公分)內，其等效靜電容量低於10pF、等效串聯電感值低於1.5μH，尤其，當本發明之傳輸裝置4’在傳輸100MHz訊號時，其等效阻抗低於150歐姆。由此，可以容許靜電放電裝置與受測元件間的距離被延長至約15至30公分，從而保持探針檢測裝置與靜電放電裝置間的距離，使得探針檢測裝置不會受到靜電放電裝置的高壓靜電干擾。

作完靜電耐受能力的檢測之後，如圖8所示，此時壓力導接組件32’的金屬探針324’仍接觸晶粒9’受測表面的兩個受測端；並接受處理裝置5’指令，提供一個預定致能訊號，例如25mA電流給LED晶粒9’使其發光，再由光學資料擷取裝置8’接收其光學資料，並將發光情形轉換為電訊資料傳送予處理裝置5’接收。

當然，受於本技術領域者可以輕易理解，若待測半導體元件是目前逐漸廣為接受的另一種結構，在晶圓未被分離為個別晶粒前受測，以其受測面為發光側面、並且以相反面彼此導接作為共同接地，則如圖9申請人所採用之檢測機台，是以單一組壓力導接組件32"接觸受測面上的受測端，並以共同接地面作為另一受測端，而藉由一片具有導電部的置放載台72"承載該晶圓，從而導接所有晶粒的共同接地部分至基座7”。

由此，則本例中具有靜電放電裝置的探針檢測機台，其探針檢測裝置3"除以壓力導接組件32"的金屬探針324"電氣接觸放置在置放載台72"的晶粒之上述受測端外，還包括一組彈性導電件36"；而本例之基座7"本身不僅可供導電，還包括一個延伸導電平台76"，可使連接有傳輸裝置4"的彈性導電件36"於其上彈性伸縮並導通電路。

上述彈性導電件36"如圖10所示，外型細長，具有一個導電部361"、與導電部361"的導芯365"、彈性體363"以及一個絕緣管367"；該導電部361"用以接觸延伸導電平台76"，當彈簧狀的彈性體363"被壓縮時，可使導芯365"電連接設置在中空絕緣管367"末端的傳輸線而形成電通路，藉此流通高壓衝擊訊號以作靜電耐受測試。

而本例之傳輸裝置構造可參照圖11，該對傳輸線包括被絕緣材料包圍、彼此間隔一個距離D而大致平行延伸的導電傳輸片422"，可使高壓靜電衝擊訊號不因傳輸裝置而嚴重失真，藉此，施加至受測半導體元件時，仍可確保符合規範。

當然，本發明尚可依待測物品作不同變化。例如圖12，對於高亮度的LED晶粒9'''，致能該晶粒9'''時，可能採用兩組正極金屬探針324'''與兩組接地金屬探針324'''，故其受測表面有四個受金屬探針324'''點測的受測端；此時，探針檢測裝置中的兩組壓力導接組件32'''則隨之被設計成各有兩根金屬探針324'''，可同時對晶粒9'''施放高壓靜電以檢測其靜電耐受能力。

然以上所述者，僅為本發明實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍。即，大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1’．．．機台

2，2’．．．靜電放電裝置

3，3’，3"．．．探針檢測裝置

32，32’，32"，32'''．．．壓力導接組件

324，324’，324"，324'''．．．金屬探針

36"．．．彈性導電件

361"．．．導電部

365"．．．導芯

363"．．．彈性體

367"．．．絕緣管

4’，4"．．．傳輸裝置

41’．．．絕緣材料

42’．．．傳輸線

422"．．．導電傳輸片

5，5’．．．處理裝置

7，7’，7"．．．基座

72，72’，72"．．．置放載台

76"．．．延伸導電平台

8，8’．．．光學資料擷取裝置

9，9’，9'''．．．晶粒

圖1係靜電衝擊測試的電流-時間理想曲線圖；

圖2係有嚴重阻尼振盪的靜電衝擊測試的電流-時間曲線圖；

圖3係靜電放電裝置的電路圖；

圖4係習知之探針檢測機台示意圖；

圖5係第一實施例之立體示意圖；

圖6係靜電放電裝置藉傳輸裝置與金屬探針連結之示意圖；

圖7係部分傳輸裝置之放大構造示意圖；

圖8係第一實施例之光學資料擷取裝置、探針檢測裝置與處理裝置相對作用關係示意圖；

圖9係第二實施例之立體示意圖；

圖10係圖9之彈性導電件放大示意圖；

圖11係圖9之傳輸裝置截面示意圖；

圖12係第三實施例，各有兩根金屬探針之壓力導接組件與高亮度粒之俯視圖。

1’．．．機台

2’．．．靜電放電裝置

3’．．．探針檢測裝置

32’．．．壓力導接組件

324’．．．金屬探針

4’．．．傳輸裝置

5’．．．處理裝置

7’．．．基座

72’．．．置放載台

9’．．．晶粒

Claims (10)

1. 一種具有靜電放電裝置的探針檢測機台，係供以靜電衝擊並檢測一個具有至少二個受測端的待測半導體元件，該機台包含：一個基座；一組可提供一個高壓靜電衝擊訊號至該待測半導體元件該至少二受測端之靜電放電裝置；一組對應該基座之探針檢測裝置，包括至少一組壓力導接組件，其分別具有一組供電氣接觸而可供應一個預定致能訊號至該待測半導體元件至少一個受測端之金屬探針；一組接收該待測半導體元件受該預定致能訊號時之輸出資料的處理裝置；及一組具有一對傳輸線，且該對傳輸線具有一個低於預定數值之阻抗值、使得該靜電放電裝置輸出並傳輸至該探針檢測裝置之金屬探針的高壓靜電衝擊訊號阻尼振盪(damped oscillation)的振幅係低於峰值15%的一個預定範圍的傳輸裝置；其中該傳輸裝置之等效靜電容量係低於10 pF。
2. 如申請專利範圍第1項之探針檢測機台，其中該傳輸裝置之該對傳輸線分別係一條大致沿彼此平行長向延伸之導電編織網傳輸線。
3. 如申請專利範圍第1項之探針檢測機台，其中該傳輸裝置之該對傳輸線分別包括一片彼此大致平行延伸配置之導電傳輸片。
4. 如申請專利範圍第1、2或3項之探針檢測機台，其中該傳輸裝置在傳輸100 MHz訊號時，其等效阻抗係低於150歐姆。
5. 如申請專利範圍第1、2或3項之探針檢測機台，其中該傳輸裝置等效串聯電感值係低於1.5μH。
6. 如申請專利範圍第1、2或3項之探針檢測機台，其中該待測半導體元件具有一個形成該至少二受測端的受測表面，該基座上設置有一個供置放該待測半導體元件之置放載台，且該探針檢測裝置包括一組具有複數分別導電接觸該等受測端的金屬探針之壓力導接組件。
7. 如申請專利範圍第1、2或3項之探針檢測機台，其中該待測半導體元件具有一個形成該至少二受測端的受測表面，該基座上設置有一個供置放該待測半導體元件之置放載台，且該探針檢測裝置包括兩組分別導接至該對傳輸線、並以其金屬探針導電接觸至該等受測端的壓力導接組件。
8. 如申請專利範圍第1、2或3項之探針檢測機台，其中該待測半導體元件具有一個形成該至少二受測端之一的受測表面、及一個相對該受測表面之共同接地表面，該基座上設置有一個供置放該待測半導體元件、並導接該共同接地表面至該基座之置放載台，該基座並包括一個延伸導電平台，且該探針檢測裝置包括分別導接至該對傳輸線之一組以其金屬探針導接至該受測表面上受測端的壓力導接組件；及一組具有一個彈性導接該延伸導電平台之彈性導電件。
9. 如申請專利範圍第1、2或3項之探針檢測機台，更包含一組接收該待測半導體元件之光學資料的光學資料擷取裝置。
10. 如申請專利範圍第8項之探針檢測機台，其中該彈性導電件包含：一組彈性體；一個導芯；一個供以電氣接觸該延伸導電平台之導電部。