TWI408385B - 半導體裝置之測試設備及測試方法 - Google Patents

Description

半導體裝置之測試設備及測試方法

本發明係關於使用探針卡(probe card)測試半導體裝置之設備與方法，且特別針對探針卡之定位。

本申請案係根據並主張2009年7月23日提出申請的日本專利申請案第2009-171823號之優先權，其內容全數併入本文以供參考。

探針卡係已用在各式半導體裝置(例如中央處理單元與記憶體)之性能測試。探針卡係裝設有多個探針(似針的導體)。在測試的狀況中，必須準確定位探針卡，以使探針連接至待測試的半導體晶片以及設有半導體晶片的封裝體之預定輸入與輸出端。然而，此類定位作業隨著下列事項而漸趨困難：例如晶片尺寸的縮減、端子數量的增加、以及TAB(捲帶式自動接合，Tape Automated Bonding)技術的普及。

圖10根據相關先前技術描繪測試設備101之組態。TAB捲帶110捲繞供應捲軸111。待測試的半導體晶片係固定(連接)至TAB捲帶110。TAB捲帶110係以箭頭所示方向由供應捲軸111供給，以使導體圖形(極墊片)係位在圖式的底部，且係供應至測量點113。成像設備112係置於測量點113。在測量點113，TAB捲帶110係由壓力板115從上收回並持有。然後如圖11中所繪，從底部延伸的探針卡之探針121碰觸連接至半導體晶片125的輸入與輸出端之極墊片126。此時，探針121與極墊片126係藉由測試人員執行下列方法而定位：當檢查顯示在顯示器上的測量點113之影像時，操作適當的作業單元並移開探針卡。

圖12描繪常見探針121的尖端形狀。如圖12中所繪，探針121的尖端彎向極墊片126，以形成與極墊片126之有利接點。因此，探針121之些微起伏以及成像設備112之淺景深(shallow depth of filed)可輕易造成探針121的尖端位置辨識之差異。圖13描繪探針121的尖端位置辨識之成功與不成功實例。若探針121的尖端位置能被正確辨識，每個尖端位置可在一直線130上。另一方面，若探針121的尖端位置無法被正確辨識，每個尖端位置就無法在直線上，如圖13的不成功實例所繪。

日本公開專利公報第2002-181889號揭露如上述說明之測試設備中的探針卡與TAB捲帶之相關定位技術。圖14係引自於日本公開專利公報第2002-181889，且描繪辨識探針卡與TAB捲帶之間的位置關係之方法。該技術調整θ角為0。θ角係由連接特定探針2A1與探針2A2(離探針2A1最遠)之直線X以及連接極墊片1C1與1C2之直線Y所決定。請注意探針2A1與2A2將接觸極墊片1C1與1C2。

另外，日本公開專利公報第2-65150號揭露在晶圓中的晶片與探針卡之相關定位技術。揭露在日本公開專利公報第2-65150號之技術在穿過圓形探針卡中心的直線上形成數個記號，藉由置於待測試晶片所安置的平台上之成像設備辨識記號位置，並根據辨識結果移開在平台上的晶片。

如上所述，在日本公開專利公報第2002-181889號中，該探針卡的方向(角度)係根據兩個探針的尖端位置之辨識結果決定。然而，如參照圖12與13之說明，本發明者已發現下列問題：因為探針121的形狀，所以很難藉由影像處理技術辨識探針121的尖端位置。因此，就不能正確辨識圖14中的直線X(探針卡的方向)。

另外，在日本公開專利公報第2-65150號所揭露的技術中，沒有可正確辨識晶圓上的極墊片的位置之方法。因此，此可使高度準確定位作業失效。

本發明的一示範性實施態樣為一種半導體裝置的測試設備，包括一探針卡辨識單元，其辨識至少兩個探針卡記號的位置，並呈現一探針卡記號連線，其中該探針卡記號係形成在一探針卡上，且該探針卡記號連線連接該探針卡記號的位置；一襯底材料辨識單元，其辨識至少兩個襯底材料記號的位置，並呈現一襯底材料記號連線，該襯底材料記號係形成在半導體晶片所固定的一襯底材料上，且該襯底材料記號連線連接該襯底材料記號的位置；一位置關係辨識單元，其根據該探針卡記號連線與該襯底材料記號連線，辨識該探針卡與該襯底材料之間的位置關係；以及一校正單元，其根據該位置關係，校正該探針卡與該襯底材料之至少一者的位置。

根據上述實施態樣，可連接形成在該探針卡上的該探針卡記號的位置以呈現該探針卡記號連線。即辨識該探針卡的方向係根據該探針卡記號之位置辨識，而非依據該探針的尖端之位置辨識。另外，可根據連接該襯底材料記號(形成在如TAB捲帶與晶圓的襯底材料上)的位置之該襯底材料記號連線，辨識該襯底材料的方向。然後，根據該探針卡記號連線與該襯底材料記號連線，辨識該探針卡與該襯底材料之間的位置關係，且根據該辨識結果校正該位置關係。

本發明的另一示範性實施態樣為一種測試半導體裝置的方法，包括辨識至少兩個探針卡記號的位置，其中該探針卡記號係形成在一探針卡上；呈現一探針卡記號連線，其中該探針卡記號連線連接該探針卡記號的位置；辨識至少兩個襯底材料記號的位置，其中該襯底材料係形成在一襯底材料上；呈現一襯底材料記號連線，其中該襯底材料記號連線連接該襯底材料記號的位置；根據該探針卡記號連線與該襯底材料記號連線，辨識該探針卡與該襯底材料之間的位置關係；以及根據該位置關係，校正該探針卡與該襯底材料之至少一者的位置。

此示範性實施態樣的方法係基於與上述示範性實施態樣的設備相同之技術概念。

本發明能夠辨識該探針卡與該襯底材料之間的位置關係，而不需辨識該探針的尖端位置。此以極高準確性達成定位作業。

[第一示範性實施例]

圖1根據本發明的第一實施例，描繪半導體裝置的測試設備(此後簡稱測試設備)之功能組態。測試設備1係裝設有探針卡辨識單元2、襯底材料辨識單元3、位置關係辨識單元4、以及校正單元5。另外，圖2描繪用在測試設備1的探針卡10之組態。圖3描繪用在測試設備1的TAB捲帶(襯底材料)20之組態。

探針卡辨識單元2辨識形成在探針卡10上的至少兩個探針卡記號14之位置，並呈現連接這些探針卡記號14的位置之探針卡記號連線A1。舉例來說，探針卡辨識單元2可由成像設備、微電腦、影像分析程式、與各式作業程式之組合組成。

襯底材料辨識單元3辨識至少兩個襯底材料記號28之位置，然後呈現連接這些襯墊材料記號28的位置之襯底材料記號連線B1。此處襯底材料記號28係形成在待測試半導體晶片25所固定的襯底材料(TAB捲帶)20上。如同探針卡辨識單元2，舉例來說，襯底材料辨識單元3可由成像設備、微電腦、影像分析程式、與各式作業程式之組合組成。

位置關係辨識單元4根據探針卡記號連線A1與襯底材料記號連線B1，辨識探針卡10與襯底材料20之間的位置關係。舉例來說，位置關係辨識單元4可由微電腦與各式作業程式之組合組成。

再者，可在位置關係辨識單元4裝設能使測試作業員以視覺辨識位置關係之顯示單元。圖4描繪顯示單元之顯示螢幕。如圖4中所繪，顯示單元最好能夠在視覺上比較探針卡方向線A2與襯底材料方向線B2。探針卡方向線A2對應探針卡記號連線A1(請看圖2)，並指出探針卡10的方向。襯底材料方向線B2對應襯底材料記號連線B1(請看圖3)，並指出襯底材料20的方向。舉例來說，顯示單元可由顯示器、微電腦、與影像處理程式之組合組成。

校正單元5根據由位置關係辨識單元4所辨識的探針卡10與襯底材料20之間的位置關係，校正探針卡10與襯底材料20之至少一者的位置。藉由校正單元之校正可為手動或自動執行。舉例來說，手動校正單元5可由下列組合組成：顯示單元、接收使用者作業之作業單元、轉換供應至作業單元的作業為電子信號之轉換單元、分析從轉換單元而來的電子信號並提供預定指令信號之電子控制單元(包括微電腦與各式作業程式)、以及回應從電子控制單元所接收的指令信號而移開採針卡10或襯底材料20之驅動單元。自動校正單元5將不需要顯示單元、作業單元、轉換單元等等，而可使用作業與控制程式，以根據由位置關係辨識單元4所辨識的位置關係之相關信號來自動控制驅動單元。

如圖2中所繪，根據第一示範性實施例的探針卡10係裝設有探針11、框架12、凸出物13、與探針卡記號14。

框架12為固定多個探針11(似針的導體)的一端子側(測試設備係連接至該側)至框架12之主體部分的一部分。在框架12的中間有一開口15。請注意在第一示範性實施例中，框架12的形狀為矩形，然而本發明並不限於此，舉例來說，其可為多邊形或圓形。

凸出物13係置於開口15中。凸出物13從內壁朝向框架12的中間凸出。在第一示範性實施例中形成二個凸出物13。

探針卡記號14係形成在每個凸出物13上。探針卡記號14的形狀、材料、與顏色等等應可在成像辨識流程中使用成像設備辨識。舉例來說，探針卡記號14的較佳形式為在凸出物13中形成的孔洞、對其環境具有不同反射係數之印刷圖形、崎嶇形狀、以及粗糙表面。雖然在第一示範性實施例中，探針卡記號14係形成在凸出物13中，然本發明並不限於此。探針卡記號14可形成在非凸出物13的不同地方，只要能夠呈現探針卡記號連線A1。藉由設計凸出物13的形狀等等，凸出物13本身就能用作探針卡記號14。

如圖3中所繪，導體圖形21與極墊片22係形成在為襯底材料之TAB捲帶20上。待測試的半導體晶片25係固定在TAB捲帶20上。半導體晶片25的輸入與輸出端藉由每個導體圖形21連接至極墊片22。這些導體圖形21可在極墊片22外側延伸。在此示範性實施例中，至少兩個極墊片22係用作襯底材料記號28。某些極墊片22為用以測試半導體晶片25之測試極墊片23。最好使用測試極墊片23作為襯底材料記號28。

圖5根據第一示範性實施例描繪探針卡10之手動定位流程。首先，裝設有成像設備等等的探針卡辨識單元2辨識形成在探針卡10上的探針卡記號14(S101)，並呈現探針卡記號連線A1(S102)。接下來，裝設有成像設備等等的襯底材料辨識單元3辨識形成在襯底材料(TAB捲帶)20之襯底材料記號28(測試極墊片23)(S103)，並呈現襯底材料記號連線B1(S104)。

接著，位置關係辨識單元4根據探針卡記號連線A1與襯底材料記號連線B1，辨識探針卡10與襯底材料20之間的位置關係。然後，如圖4中所繪，位置關係辨識單元4顯示指示探針卡10的方向之探針卡方向線A2、指示襯底材料20的方向之襯底材料方向線B2、以及θ角在顯示器上(S105)。請注意θ角係由方向線A2與B2決定。此時，探針卡記號連線A1與探針卡方向線A2可能相同。再者，襯底材料記號連線B1與襯底材料方向線B2可能相同。

然後，測試作業員可藉由觀看顯示器檢查θ是否=0(S106)。若是θ=0(是)，此流程便結束。若是θ不為0(否)，包括作業單元等等的校正單元5轉動探針卡使θ=0(S107)。之後，又再次執行步驟S101。此流程能手動最佳化探針卡10與襯底材料20之間的位置關係。

圖6根據第一示範性實施例描繪探針卡10之自動定位流程。在此流程中，在圖5中所繪的手動流程之步驟S105至S107係修改為步驟S115至S117。

此流程根據探針卡記號連線A1與襯底材料記號連線B1計算θ角(S115)。然後判定θ是否=0(S116)，而若θ=0(是)則流程結束。另一方面，若θ不為零(否)，轉動與移動探針卡10之驅動單元便受控制(S117)。接著，再次執行步驟S101。此流程能自動最佳化探針卡10與襯底材料20之間的位置關係。

第一示範性實施例根據連接探針卡記號14的位置之探針卡記號連線A1與連接襯底材料記號28(測試極墊片23)的位置之襯底材料記號連線B1，辨識探針卡10與襯底材料20之間的位置關係。如至今所描述，藉由使用能簡單辨識影像之連接探針記號14的位置之線A1(為了辨識探針卡10的方向)，而非使用探針11的尖端，即能獲得準確的辨識結果。此能達成準確的定位流程。

[第二示範性實施例]

圖7根據本發明的第二示範性實施例，描繪測試設備所用的襯底材料40之組態。如同根據第一示範性實施例的襯底材料20，在襯底材料40中，形成導體圖形41、固定半導體晶片45、並連接導體圖形41與半導體晶片45的輸入與輸出端。

與根據第一示範性實施例的襯底材料20之不同在於根據第二示範性實施例的襯底材料40包括對齊記號48。兩個對齊記號48係形成在襯底材料40中未形成導體圖形41之處。然後，在第二示範性實施例中，這些對齊記號48係用作襯底材料記號28，且連接兩個對齊記號48的線B3係用作襯底材料記號連線B1。

圖8根據第二示範性實施例描繪探針卡10之手動定位流程。與根據第一示範性實施例所繪於圖5中的流程之不同在於：根據第二示範性實施例的流程根據辨識對齊記號48而呈現襯底材料記號連線B3。此不同係由步驟S203與S204描繪。

具體而言，若是在步驟S101與S102中辨識探針卡記號14(請看圖2)，並呈現探針卡記號連線A1，則如步驟S203與S204中所繪，其辨識形成在襯底材料40上的對齊記號48，並呈現襯底材料記號連線B3。然後，如步驟S105中所繪，根據探針卡記號連線A1與襯底材料記號連線B3辨識探針卡10與襯底材料40之間的位置關係。隨後，顯示探針卡方向線A2、襯底材料方向線B2、與θ角在顯示器上。請注意θ角係由方向線A2與B2決定。之後，如同根據第一示範性實施例的手動流程(請看圖5)，測試作業員校正探針卡10的位置使θ=0。

圖9根據第二示範性實施例描繪探針卡10的自動定位流程。在此流程中，繪於圖8的手動流程之步驟S105係修改為步驟S215。

在此流程中，θ角係根據探針卡記號連線A1與襯底材料記號連線B3(在步驟S204中呈現)計算(S215)。之後，如同根據第一示範性實施例之自動流程(請看圖6)，校正探針卡10的位置使θ=0。

在第二示範性實施例中，根據連接對齊記號48的位置之襯底材料記號連線B3辨識襯底材料40的方向。對齊記號48係形成在未形成導體圖形41之處，因此對齊記號48可在任何時間以視覺辨識，且不會被組成探針卡10的構件(如探針11與框架12)擋住。此能準確辨識襯底材料40的狀態，並消除例如為了辨識襯底材料40的狀態而暫時移動探針卡10之作業。

雖然本發明已用數個示範性實施例描述，然而熟悉此技術者當知本發明可在隨附申請專利範圍的精神與範疇內，以各式修改實行，且本發明並不限於上述實例。

另外，第一與第二示範性實施例可由此技術的一般技藝者隨其所望結合。

另外，申請專利範圍之範疇並不限於上述的示範性實施例。

另外，請注意即使日後申請過程中有所更動，申請者之意圖係包含所有申請專利範圍元素之均等物。

1．．．測試設備

2．．．探針卡辨識單元

3．．．襯底材料辨識單元

4．．．位置關係辨識單元

5．．．校正單元

10．．．探針卡

11．．．探針

12．．．框架

13．．．凸出物

14．．．探針卡記號

15．．．開口

20．．．襯底材料

21‧‧‧導體圖形

22‧‧‧極墊片

23‧‧‧測試極墊片

25‧‧‧半導體晶片

28‧‧‧測試記號材料

40‧‧‧襯底材料

41‧‧‧導體圖形

45‧‧‧半導體晶片

48‧‧‧對齊記號

101‧‧‧測試設備

110‧‧‧TAB捲帶

112‧‧‧成像設備

113‧‧‧測量點

115‧‧‧壓力板

121‧‧‧探針

125‧‧‧半導體晶片

126‧‧‧極墊片

130‧‧‧直線

1C1、1C2‧‧‧極墊片

2A1、2A2‧‧‧探針

X、Y‧‧‧直線

A1‧‧‧探針卡記號連線

A2‧‧‧探針卡方向線

B1‧‧‧襯底材料記號連線

B2‧‧‧襯底材料方向線

B3‧‧‧對齊記號連線(作為襯底材料記號連線)

上述與其他示範性實施態樣、優點與特點將隨上列特定示範性實施例之描述以及隨附圖式當可更加明白，其中：

圖1為一方塊圖，其根據本發明的第一示範性實施例描繪半導體裝置的測試設備之功能組態；

圖2根據本發明的第一示範性實施例例示探針卡之組態，其係用在半導體裝置的測試設備中；

圖3根據本發明的第一示範性實施例例示襯底材料(TAB捲帶)之組態，其係用在半導體裝置的測試設備中；

圖4根據第一示範性實施例例示顯示單元的顯示螢幕；

圖5為一流程圖，其根據第一示範性實施例描繪探針卡的手動定位流程；

圖6為一流程圖，其根據第一示範性實施例描繪探針卡的自動定位流程；

圖7根據本發明的第二示範性實施例例示襯底材料之組態，其係用在半導體裝置的測試設備中；

圖8為一流程圖，其根據第二示範性實施例描繪探針卡的手動定位流程；

圖9為一流程圖，其根據第二示範性實施例描繪探針卡的自動定位流程；

圖10根據相關先前技術例示半導體裝置的測試設備之組態；

圖11根據相關先前技術，描繪在半導體裝置的測試設備中之測量點的狀態；

圖12例示常見探針的尖端形狀；

圖13例示探針尖端的位置辨識之成功與不成功之實例；以及

圖14根據先前技術，描繪辨識探針卡與TAB捲帶之間的位置關係之方法。

Claims (7)

1. 一種半導體裝置的測試設備，包含：一探針卡辨識單元，其辨識至少兩個探針卡記號的位置，且呈現一探針卡記號連線，該探針卡記號係形成在探針卡上，且該探針卡記號連線連接該探針卡記號的位置；一襯底材料辨識單元，其辨識至少兩個襯底材料記號的位置，且呈現一襯底材料記號連線，該襯底材料記號係形成在半導體晶片所固定的一襯底材料上，且該襯底材料記號連線連接該襯底材料記號的位置；一位置關係辨識單元，其根據該探針卡記號連線與該襯底材料記號連線，辨識在該探針卡與該襯底材料之間的位置關係；以及一校正單元，其根據該位置關係，校正該探針卡與該襯底材料之至少一者的位置，其中該探針卡記號係形成在固定數個探針至一基板部分之主體部分上。
2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置的測試設備，其中該主體部分包含：至少形成一開口之框架；以及至少兩個凸出物，該凸出物係與該框架一起形成且置於該開口中，以及該探針卡記號係形成在該凸出物上。
3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置的測試設備，其中該襯底材料記號為用在測試流程時的至少兩個極墊片。
4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置的測試設備，其中該襯底材料記號為對齊記號，其形成在該襯底材料的導體圖形未形成之處。
5. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置的測試設備，更包含一顯示單元，其顯示第一線與第二線以能用視覺比較該第一與第二線，該第一線對應該探針卡記號連線並指示該探針卡的方向，且該第二線對應該襯底材料記號連線並指示該襯底材料的方向。
6. 一種測試半導體裝置的方法，包含：辨識至少兩個探針卡記號之位置，該探針卡記號係形成在一探針卡上；呈現一探針卡記號連線，該探針卡記號連線連接該探針卡記號之位置；辨識至少兩個襯底材料記號之位置，該襯底材料記號係形成在一襯底材料上；呈現一襯底材料記號連線，該襯底材料記號連線連接該襯底材料記號之位置；根據該探針卡記號連線與該襯底材料記號連線，辨識該探針卡與該襯底材料之間的位置關係；以及根據該位置關係校正該探針卡與該襯底材料之至少一者的位置，其中該探針卡記號係形成在固定數個探針至一基板部分之主體部分上。
7. 如申請專利範圍第6項之測試半導體裝置的方法，更包含顯示第一線與第二線，以能用視覺比較該第一與第二線，該第一線對應該探針卡記號連線並指示該探針卡之方向，且該第二線對應該襯底材料記號連線並指示該襯底材料之方向。