TWI430380B - 測試裝置 - Google Patents

Description

測試裝置

本揭露係關於一種測試裝置，特別係關於一種測試裝置，經配置以藉由移動探針離開檢視模組之焦點，並保持待測元件在檢視模組之視野內，進而實現在承載探針時進行元件映對功能。

光學顯微鏡已被廣泛地應用於檢視半導體元件(例如發光二極體及積體電路)。在一個典型的半導體元件測試過程中，晶圓首先放在藍色膠帶上，切成個別半導體元件，使得晶圓上之個別半導體元件彼此分隔。藍色膠帶及其上方之半導體元件被裝上一個圓形環進行測試。取像系統在測試過程中提供檢視在圓形環上之半導體器件所需之裝置。當半導體元件在切割晶圓及移動到籃色膠帶上時的位置稍有扭曲，且考量在晶圓上數量眾多的待測半導體元件，元件映對程序通常是在測試程序之前完成。

元件映對程序收集和記錄的各半導體元件之資料，包括它的位置、存在或不存在、是否以墨水標記等等。在一個典型的元件測試週期中，一批半導體元件被放置在取像系統的視野內(field of view，FOVE)。之後，取像系統選取一半導體元件圖案作為主要圖案，俾便使用習知圖案匹配技術蒐尋在視野內之其它半導體元件。

但是，在半導體元件上方之探針遮住其下方之影像而形成不完整的圖像，因此大部分的檢視裝置使用第二套取像系統以執行元件映對功能。第二取像系統與第一取像系統分隔一預定距離，因此元件定位載台必須將半導體元件移動至該第二取像系統，方可進行元件映對功能。在完成元件映對功能後，再將半導體元件移動回第一取像系統，俾便進行測試。在此一架構中，元件映對與元件測試之取像系統的光學中心必需精確校對，以避免不正確的半導體元件定位。

然而，上述之檢視裝置之缺點除了必須使用二套取像系統外，更必需精確校對元件映對之取像系統與元件測試之取像系統這二個光學中心。此外，上述之檢視裝置之缺點還包括元件載台將待測元件從一個取像系統移動至另一取像系統，耗費額外時間，增加測試成本。

美國專利公開案US 2009/0236506 A1揭露一種晶圓級之發光元件(例如發光二極體)測試系統和方法。該系統包括一個LED晶片和一光收集組件，其經配置以收集所有LED晶片發出的光，並散射所有發出的光而產生散射光的分佈。該系統另包括一個相耦合的光偵測器，用以檢測部分的散射光。

本揭露提供一種測試裝置，經配置以藉由移動探針離開檢視模組之焦點，並保持待測元件在檢視模組之視野內，進而實現在承載探針時進行元件映對功能。本揭露之一實施例的測試裝置包含一殼體；至少一探針載台，設置於該殼體內且經配置以承接至少一探針；一元件承座，設置於該殼體內且經配置以承接一待測半導體元件；以及一檢視模組，具有一預定視野且經配置以擷取至少該待測半導體元件之影像；其中該探針載台包含一驅動單元，其經配置以於一映對程序中移動該探針，使得該探針離開該檢視模組之焦點。

本揭露另一實施例之測試裝置包含一殼體；至少一探針載台，設置於該殼體內且經配置以承接至少一探針；一元件承座，設置於該殼體內且經配置以承接一待測半導體元件；一元件載台，經配置以承接該元件承座，該元件載台包含一第一驅動單元，經配置以沿一第一軸向移動該元件承座；一檢視模組，具有一預定視野且經配置以擷取至少該待測半導體元件之影像；以及一檢視載台，經配置以承接該檢視模組，該檢視載台包含一第二驅動單元，經配置以沿著該第一軸向移動該檢視模組；其中該第一驅動單元及該第二驅動單元在一映對程序中致能以沿該第一軸向移動，使得該探針離開該檢視模組之焦點。

上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。

圖1例示本揭露一實施例之測試裝置100。該測試裝置100包含一殼體40；至少一探針載台50，設置於該殼體40內且經配置以承接至少一探針58；一元件承座60，設置於該殼體40內且經配置以承接一待測半導體元件62；以及一檢視模組110，具有一預定視野(field of view)且經配置以擷取至少該待測半導體元件62(例如發光二極體及積體電路)之影像。在本揭露之一實施例中，該殼體40包含一本體42；一平台44，設置於該本體42上；以及一上蓋46，經配置以形成一封閉室(測試室)102，該探針載台50及該元件承座60係設於該封閉室102內，該探針載台50係設於該平台44上。

圖2例示本揭露一實施例之檢視模組110，圖3及圖4例示該檢視模組110擷取之影像。在本揭露之一實施例中，該檢視模組110包含一第一分光器132，經配置以導引一照射光116至一物件平面66；一物鏡134，經配置以收集該物件平面66之反射光118；以及一第二分光器136，經配置以將該反射光118分派至一第一光學路徑142A及一第二光學路徑142B。在本揭露之一實施例中，該檢視模組110另包含一正透鏡115，例如設置於該第一分光鏡132及一光源114間之聚光鏡；以及一擴散元件117，設置於該第一分光鏡132之一收光面上且經配置以接收該光源114之照射光116。

在本揭露之一實施例中，該檢視模組110另包含一第一取像模組148A，設置於該第一光學路徑142A上且具有一第一近攝鏡(close up lens)144A，其經配置以形成一第一物件影像(圖3)於一第一取像元件146A(例如，具有高解析能力之CCD)；以及一第二取像模組148B，設置於該第二光學路徑142B上且具有一第二近攝鏡144B及一負透鏡145B，其經配置以形成一第二物件影像(圖4)於一第二取像元件(例如具有變焦功能之CCD)。

複參圖1，該探針載台50包含一驅動單元52，經配置以沿著X軸及Y軸移動該探針58；一驅動單元54，經配置以沿著Z軸移動該探針58；以及一固持器56，經配置以固持該探針58。在一對位程序中，該探針58係藉由該探針載台50移動而接觸該待測半導體元件62之一接觸部64，其中操作人員即可藉由該第二取像模組148B檢視該第二物件影像(圖4，顯示該探針58與該待測半導體元件62之接觸部64的相對位置)，而該第二取像模組148B之變焦功能(zooming ability)則可用以進一步觀察該探針58與該待測半導體元件62之接觸部64的相對位置細節。

當該探針58對準且接觸該待測半導體元件62之接觸部64，該驅動單元54則於一映對程序中被致能啟動以沿著Z軸移動該探針58，使得該探針58並未落在該檢視模組110之焦點上(亦即離開該檢視模組110之焦點)，對該檢視模組110則呈現近乎透明。在本揭露之一實施例中，該測試裝置100經配置以在該映對程序中致能該驅動單元54以沿著Z軸移動該探針58接近該檢視模組110，較佳地移動至該檢視模組110之聚焦深度(depth of focus)之外，並保持該待測半導體元件62在該檢視模組110之視野內。

操作人員即可藉由該第一取像模組148A觀察該第一物件影像(圖3，實質上未顯示該探針58)。之後，選取該待測半導體元件62之接觸部64之一作為參考圖案，並致能一耦合於該檢視模組110之處理模組130以辨識該待測半導體元件62之全部接觸部64。該處理模組130可以硬體或軟體予以實現，其使用習知之圖案比對技術在該映對程序中根據該參考圖案找出其它相同圖案。由於該探針58係呈現透明狀態，因此所有相同的接觸圖案均可藉由該圖案蒐尋技術予以辨識。因此，即使該探針58已承載於該測試裝置100，仍然可以進行元件映對程序，亦即實現在承載探針時進行元件映對功能。

複參圖1，該測試裝置100另包含一元件載台70，經配置以承接該元件承座60；以及一檢視載台80，經配置以承接該檢視模組110。在本揭露之一實施例中，該元件載台70包含一驅動單元72，經配置以沿著X軸及Y軸移動該元件承座60；以及一驅動單元74，經配置以沿著Z軸移動該元件承座60。在本揭露之一實施例中，該檢視載台80包含一驅動單元82，經配置以沿著X軸及Y軸移動該檢視模組110；以及一驅動單元84，經配置以沿著Z軸移動該檢視模組110。

在本揭露之一實施例中，該測試裝置100另包含一控制器120，經配置以控制該驅動單元74及該驅動單元84在該元件映對程序中以同步方式沿著Z軸移動，使得該探針58離開該檢視模組110之焦點(較佳地離開該檢視模組110之聚焦深度)，並保持該待測半導體元件62在該檢視模組110之視野內。

在對位程序中，該探針58係藉由該探針載台50移動而接觸該待測半導體元件62之一接觸部64，其中操作人員可藉由該第二取像模組148B檢視該第二物件影像(圖4，顯示該探針58與該待測半導體元件62之接觸部64的相對位置)。當該探針58對準且接觸該待測半導體元件62之接觸部64，該元件載台70之驅動單元74及該檢視載台80之驅動單元84則於一映對程序中被致能啟動以同步方式沿著Z軸移動該半導體元件62及該檢視模組110，使得該探針58並未落在該檢視模組110之焦點上(較佳地離開該檢視模組110之聚焦深度)，對該檢視模組110則呈現近乎透明。

操作人員即可藉由該第一取像模組148A觀察該第一物件影像(圖3，實質上未顯示該探針58)。之後，選取該待測半導體元件62之接觸部64之一作為參考圖案，並致能一耦合於該檢視模組110之處理模組130以辨識該待測半導體元件62之全部接觸部64。該處理模組130可以硬體或軟體予以實現，其使用習知之圖案比對技術在該映對程序中根據該參考圖案找出其它相同圖案。由於該探針58係呈現透明狀態，因此所有相同的接觸圖案均可藉由該圖案蒐尋技術予以辨識。因此，即使該探針58已承載於該測試裝置100，仍然可以進行元件映對程序，亦即實現在承載探針時進行元件映對功能。

圖5例示本揭露另一實施例之檢視模組110'。在本揭露之一實施例中，該檢視模組110'包含一第一分光器132，經配置以導引一照射光116至一物件平面66；一物鏡134，經配置以收集該物件平面66之反射光118；以及一第二分光器136，經配置以將該反射光118分派至一第一光學路徑142A及一第二光學路徑142B。在本揭露之一實施例中，該檢視模組110'另包含一正透鏡115，例如設置於該第一分光鏡132及一光源114間之聚光鏡；以及一擴散元件117，設置於該第一分光鏡132之一收光面上且經配置以接收該光源114之照射光116。

在本揭露之一實施例中，該檢視模組110'另包含一第三分光器150，設置於該第一光學路徑142A上且經配置以將該反射光118分派至一第三光學路徑152A及一第四光學路徑152B；以及一第四分光器160，設置於該第二光學路徑142B上且經配置以將該反射光118分派至一第五光學路徑162A及一第六光學路徑162B。在本揭露之一實施例中，該檢視模組110'另包含一第一取像模組148A，設置於該第三光學路徑152A上；以及一第二取像模組148B，設置於該第四光學路徑152B上。

在本揭露之一實施例中，該第一取像模組148A包含一第一近攝鏡144A，經配置以形成一第一物件影像(圖3)於一第一取像元件146A(例如，具有高解析能力之CCD)；以及一第二近攝鏡144B及一負透鏡145B，經配置以形成一第二物件影像(圖4)於一第二取像元件(例如具有變焦功能之CCD)。在本揭露之一實施例中，該檢視模組110'另包含一光強度偵測器164，設置於該第五光學路徑162A上；以及一光譜偵測器166，設置於該第六光學路徑162B上。

圖6例示本揭露一實施例之測試裝置100'。該測試裝置100'包含一殼體40；至少一探針載台50'，設置於該殼體40內且經配置以承接至少一測試卡10；一元件承座60，設置於該殼體40內且經配置以承接一待測半導體元件62；以及一檢視模組110，具有一預定視野且經配置以擷取至少該待測半導體元件62之影像。在本揭露之一實施例中，該殼體40包含一本體42；一平台44，設置於該本體42上；以及一上蓋46，經配置以形成一封閉室(測試室)102，該探針載台50及該元件承座60係設於該封閉室102內，該探針載台50係設於該平台44上。

圖7例示本揭露一實施例之測試卡10。該測試卡10包含一基板(例如電路板)12、一設置在該電路板12上之支撑物14、複數根固定在該支撑物14上之探針16，以及一電氣連接該探針16與一導線26之導通孔20。該探針16係以環氧樹脂24固定於該支撑物14上。該上蓋46包含一透明部(透明窗戶)48，俾便檢視該半導體元件62及該探針16之相對位置。在本揭露之一實施例中，該檢視模組110係經配置以經由該透明部48擷取該半導體元件62及該探針之對位影像複參圖1，在本揭露之一實施例中，該探針載台50'包含一驅動單元52，經配置以沿著X軸及Y軸移動該測試卡10；一驅動單元54，經配置以沿著Z軸移動該測試卡10；以及一固持器56'，經配置以固持該測試卡10。在本揭露之一實施例中，該測試裝置100'經配置以在該映對程序中致能該驅動單元54以沿著Z軸移動該測試卡10之探針16接近該檢視模組110而離開該檢視模組110之焦點(較佳地移動至該檢視模組110之聚焦深度之外)，並保持該待測半導體元件62在該檢視模組110之視野內。在本揭露之一實施例中，該測試裝置100'另包含一控制器120，經配置以控制該驅動單元74及該驅動單元84在該元件映對程序中以同步方式沿著Z軸移動，使得該測試卡10之探針16離開該檢視模組110之焦點(較佳地離開該檢視模組110之聚焦深度)，並保持該待測半導體元件62在該檢視模組110之視野內。

本揭露之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，在不背離後附申請專利範圍所界定之本揭露精神和範圍內，本揭露之教示及揭示可作種種之替換及修飾。例如，上文揭示之許多製程可以不同之方法實施或以其它製程予以取代，或者採用上述二種方式之組合。

此外，本案之權利範圍並不侷限於上文揭示之特定實施例的製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，基於本揭露教示及揭示製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟，無論現在已存在或日後開發者，其與本案實施例揭示者係以實質相同的方式執行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，亦可使用於本揭露。因此，以下之申請專利範圍係經配置以涵蓋經配置以此類製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。

10．．．測試卡

12．．．基板

14．．．支撑物

16．．．探針

18．．．環氧樹脂

20．．．導通孔

40．．．殼體

42．．．本體

44．．．平台

46．．．上蓋

48．．．透明部

50．．．探針載台

50'．．．探針載台

52．．．驅動單元

54．．．驅動單元

56．．．固持器

56'．．．固持器

58．．．探針

60．．．元件承座

62．．．待測半導體元件

64．．．接觸部

66．．．物件平面

70．．．元件載台

72．．．驅動單元

74．．．驅動單元

80．．．檢視載台

80'．．．檢視載台

82．．．驅動單元

82'．．．驅動單元

84．．．驅動單元

84'．．．驅動單元

100．．．測試裝置

100'．．．測試裝置

102．．．封閉室

110．．．檢視模組

110'．．．檢視模組

114．．．光源

115．．．正透鏡

116．．．照射光

117．．．擴散元件

118．．．反射光

120．．．控制器

130．．．處理模組

132．．．第一分光器

134‧‧‧物鏡

136‧‧‧第二分光器

142A‧‧‧第一光學路徑

142B‧‧‧第二光學路徑

144A‧‧‧近攝鏡

144B‧‧‧近攝鏡

145B‧‧‧負透鏡

146A‧‧‧第一取像元件

146B‧‧‧第二取像元件

148A‧‧‧第一取像模組

148B‧‧‧第二取像模組

152A‧‧‧第三光學路徑

152B‧‧‧第四光學路徑

162A‧‧‧第五光學路徑

162B‧‧‧第六光學路徑

164‧‧‧光強度偵測器

166‧‧‧光譜偵測器

藉由參照前述說明及下列圖式，本揭露之技術特徵及優點得以獲得完全瞭解。

圖1例示本揭露一實施例之測試裝置；

圖2例示本揭露一實施例之檢視模組；

圖3及圖4例示該檢視模組擷取之影像；

圖5例示本揭露另一實施例之檢視模組；

圖6例示本揭露一實施例之測試裝置；以及

圖7例示本揭露一實施例之測試卡。

40．．．殼體

42．．．本體

44．．．平台

46．．．上蓋

50．．．探針載台

52．．．驅動單元

54．．．驅動單元

56．．．固持器

58．．．探針

60．．．元件承座

62．．．待測半導體元件

70．．．元件載台

72．．．驅動單元

74．．．驅動單元

80．．．檢視載台

82．．．驅動單元

84．．．驅動單元

100．．．測試裝置

102．．．封閉室

110．．．檢視模組

120．．．控制器

Claims (31)

1. 一種測試裝置，包含：一殼體；至少一探針載台，設置於該殼體內且經配置以承接至少一探針；一元件承座，設置於該殼體內且經配置以承接一待測半導體元件；以及一檢視模組，具有一預定視野且經配置以擷取至少該待測半導體元件之影像；其中該探針載台包含一驅動單元，其經配置以於一映對程序中移動該探針，使得該探針離開該檢視模組之焦點；其中該驅動單元係經配置以沿一Z軸移動該探針，使得該探針離開該檢視模組之焦點。
2. 根據請求項1所述之測試裝置，其中該檢視模組包含：一第一分光器，經配置以導引一照射光至一物件平面；一物鏡，經配置以收集該物件平面之反射光；以及一第二分光器，經配置以將該反射光分派至一第一光學路徑及一第二光學路徑。
3. 根據請求項2所述之測試裝置，其中該檢視模組另包含：一第一取像模組，設置於該第一光學路徑上且具有一第一近攝鏡，該第一近攝鏡經配置以形成一第一物件影像於一第一取像元件；以及一第二取像模組，設置於該第二光學路徑上且具有一 第二近攝鏡，該第二近攝鏡經配置以形成一第二物件影像於一第二取像元件，該第二取像元件具有變焦功能。
4. 根據請求項2所述之測試裝置，其中該檢視模組包含：一第三分光器，設置於該第一光學路徑上且經配置以將該反射光分派至一第三光學路徑及一第四光學路徑；以及一第四分光器，設置於該第二光學路徑上且經配置以將該反射光分派至一第五光學路徑及一第六光學路徑。
5. 根據請求項4所述之測試裝置，其中該檢視模組另包含：一第一取像模組，設置於該第三光學路徑上且具有一第一近攝鏡，該第一近攝鏡經配置以形成一第一物件影像於一第一取像元件；以及一第二取像模組，設置於該第四光學路徑上且具有一第二近攝鏡及一負透鏡，該第二近攝鏡及該負透鏡經配置以形成一第二物件影像於一第二取像元件，該第二取像元件具有變焦功能。
6. 根據請求項4所述之測試裝置，其中該檢視模組另包含：一光強度偵測器，設置於該第五光學路徑上；以及一光譜偵測器，設置於該第六光學路徑上。
7. 根據請求項1所述之測試裝置，其中該探針載台包含一固持器，經配置以固持該探針。
8. 根據請求項1所述之測試裝置，其中該探針載台包含一固持器，經配置以固持一測試卡，該測試卡包含該探針。
9. 根據請求項1所述之測試裝置，其中該殼體包含一上蓋，經配置以形成一封閉室，該探針載台及該元件承座係設於該封閉室內。
10. 根據請求項9所述之測試裝置，其中該上蓋包含一透明部，該檢視模組係經配置以經由該透明部擷取該影像。
11. 根據請求項1所述之測試裝置，其中該殼體包含一平台，該探針載台係設置於該平台上。
12. 根據請求項1所述之測試裝置，其中該驅動單元係經配置以移動該探針接近該檢視模組。
13. 根據請求項1所述之測試裝置，另包含一處理模組，耦合於該檢視模組且經配置以辨識該待測半導體元件之至少一接觸部。
14. 根據請求項2所述之測試裝置，另包含：一正透鏡，設置於該第一分光鏡及一光源之間；以及一擴散元件，設置於該第一分光鏡之一收光面上且經配置以接收該光源之照射光。
15. 根據請求項1所述之測試裝置，其中該驅動單元經配置以於該映對程序中移動該探針，使得該探針離開該檢視模組之聚焦深度。
16. 一種測試裝置，包含：一殼體；至少一探針載台，設置於該殼體內且經配置以承接至少一探針； 一元件承座，設置於該殼體內且經配置以承接一待測半導體元件；一元件載台，經配置以承接該元件承座，該元件載台包含一第一驅動單元，經配置以沿一第一軸向移動該元件承座；一檢視模組，具有一預定視野且經配置以擷取至少該待測半導體元件之影像；以及一檢視載台，經配置以承接該檢視模組，該檢視載台包含一第二驅動單元，經配置以沿該第一軸向移動該檢視模組；其中該第一驅動單元及該第二驅動單元在一映對程序中致能以沿該第一軸向移動，使得該探針離開該檢視模組之焦點。
17. 根據請求項16所述之測試裝置，另包含一控制器，經配置以控制該第一驅動單元及該第二驅動單元以同步方式移動。
18. 根據請求項16所述之測試裝置，其中該第一軸向係Z軸。
19. 根據請求項16所述之測試裝置，其中該檢視模組包含：一第一分光器，經配置以導引一照射光至一物件平面；一物鏡，經配置以收集該物件平面之反射光；以及一第二分光器，經配置以將該反射光分派至一第一光學路徑及一第二光學路徑。
20. 根據請求項19所述之測試裝置，其中該檢視模組另包含： 一第一取像模組，設置於該第一光學路徑上且具有一第一近攝鏡，該第一近攝鏡經配置以形成一第一物件影像於一第一取像元件；以及一第二取像模組，設置於該第二光學路徑上且具有一第二近攝鏡，該第二近攝鏡經配置以形成一第二物件影像於一第二取像元件，該第二取像元件具有變焦功能。
21. 根據請求項19所述之測試裝置，其中該檢視模組包含：一第三分光器，設置於該第一光學路徑上且經配置以將該反射光分派至一第三光學路徑及一第四光學路徑；一第四分光器，設置於該第二光學路徑上且經配置以將該反射光分派至一第五光學路徑及一第六光學路徑。
22. 根據請求項21所述之測試裝置，其中該檢視模組另包含：一第一取像模組，設置於該第三光學路徑上且具有一第一近攝鏡，該第一近攝鏡經配置以形成一第一物件影像於一第一取像元件；以及一第二取像模組，設置於該第四光學路徑上且具有一第二近攝鏡及一負透鏡，該第二近攝鏡及該負透鏡經配置以形成一第二物件影像於一第二取像元件，該第二取像元件具有變焦功能。
23. 根據請求項21所述之測試裝置，其中該檢視模組另包含：一光強度偵測器，設置於該第五光學路徑上；以及一光譜偵測器，設置於該第六光學路徑上。
24. 根據請求項16所述之測試裝置，其中該探針載台包含一固 持器，經配置以固持該探針。
25. 根據請求項16所述之測試裝置，其中該探針載台包含一固持器，經配置以固持一測試卡，該測試卡包含該探針。
26. 根據請求項16所述之測試裝置，其中該殼體包含一上蓋，經配置以形成一封閉室，該探針載台及該元件承座係設於該封閉室內。
27. 根據請求項26所述之測試裝置，其中該上蓋包含一透明部，該檢視模組係經配置以經由該透明部擷取該影像。
28. 根據請求項16所述之測試裝置，其中該殼體包含一平台，該探針載台係設置於該平台上。
29. 根據請求項16所述之測試裝置，另包含一處理模組，耦合於該檢視模組且經配置以辨識該待測半導體元件之至少一接觸部。
30. 根據請求項19所述之測試裝置，另包含：一正透鏡，設置於該第一分光鏡及一光源之間；以及一擴散元件，設置於該第一分光鏡之一收光面上且經配置以接收該光源之照射光。
31. 根據請求項16所述之測試裝置，其中該第一驅動單元及該第二驅動單元在該映對程序中致能以沿該第一軸向移動，使得該探針離開該檢視模組之聚焦深度。