TWI466205B - 用於雙形態晶圓測試之方法與設備 - Google Patents

Description

用於雙形態晶圓測試之方法與設備

本發明關於半導體測試設備，且特別關於同時進行至少二種諸如功能性與結構性測試之方法與設備。

先進的半導體技術使得複雜電子的成本大幅降低且使得積體電路在現今環境中被廣泛使用。

眾所周知，積體電路通常係製作在大致圓形的半導體基材或晶圓上。還有，通常形成上述積體電路使得沉積在或接近積體電路最上層的導電區域可當作連接各種位於積體電路下層的電子元件之終端。在測試時，這些導電區域係通常與探針卡(probe card)接觸，俾決定在晶圓上的積體電路是否能依照預設的規格作用。

晶圓級測試(wafer－level testing)的典型製程，有時稱為晶圓測試(wafer sort)，包含以探針卡將一或多個積體電路或晶粒(dice)連接測試設備，以電性接觸在晶圓上的積體電路。當探針卡通過晶圓時，其通常一次接觸四個晶粒，每次之通過即為習知的接觸(touch－down)動作。因此一個直徑300釐米且包含l200個晶粒的晶圓，在測試時與探針係有300次的接觸。使用現有晶圓測試方式與設備，上述製程通常會花費數小時以處理晶圓。

另一種晶圓測試為功能性測試。功能性測試係測試積體電路的裝置引腳(device pin)並觀察積體電路的裝置引腳之效能。因為積體電路變得更為複雜，且其邏輯閘的位置更深層，所以需要大量的狀態與狀態轉變以用於徹底的障礙涵蓋率，因此使綜合的功能性測試變得更困難。為了解決這些測試問題，係廣泛運用設計理論，通常指測試設計(Design For Testability，DFT)，並增加與積體電路之特定功能不相關的其他電路，使測試可觸及嵌埋於最深處的邏輯閘。此方法有時係稱為結構性測試，因為其重點在於如何決定積體電路之組成部分是否可正確運作，而不是以積體電路的整體來看，且由裝置引腳來決定是否能達成特定功能。在相關的方法中，係增加積體電路上的電路，其可真正運作且紀錄積體電路一部分的效能，而不是以來自積體電路外部訊號源之刺激以驅動整體的內部電路。此方法有時係稱為內建自我測試(Built－in Self－test，BIsT)。BIST可使內部測試運作的結果傳達至外部測試器。在許多例子中，BIST可使內部測試運作的結果溝通而不需要使用積體電路之所有裝置引腳。

在一些情況中，需要一種結合功能性、結構性與內建自我測試程序之積體電路的測試方法。事與願違地，習知測試設備與方法需要接續地進行上述的測試且需利用不同設置的測試設備。

因此需要一種提供同步接取晶圓之積體電路的方法與設備，以同時進行諸如功能性、結構性與內建自我測試之二或多種測試。

簡單來說，提供同步接取晶圓之積體電路以同時進行二或多種測試之方法與設備包含使晶圓與邊緣延伸晶圓傳送器形成一貼合狀態。邊緣延伸晶圓傳送器具有：晶圓面接觸端與相對應的探測面接觸端位於其上；第一組晶圓面接觸端，其與第一組探測面接觸端電性耦合；以及第二組晶圓面接觸端，其與第二組探測面接觸端電性耦合。邊緣延伸晶圓傳送器具有：一中央部分，其通常與貼合的晶圓有同樣的大小；以及一延伸超過邊界之邊緣延伸部分，其大致上係由晶圓之周圍邊緣所定義。在貼合狀態，晶圓上之至少一積體電路的第一組銲墊係與第一組之晶圓面接觸端電性耦合，以及至少一積體電路的第二組銲墊係與第二組之晶圓面接觸端電性耦合。

在本發明的一個態樣中，邊緣延伸的晶圓傳送器的形狀可以改變，使得其邊緣延伸部分不與其中央部分共平面。

在本發明的另一個態樣中，第二組晶圓面接觸端係位於邊緣延伸晶圓傳送器之中央部分上，且第二組探測面接觸端係位於其邊緣延伸部分上。

一般而言，本發明的實施例提供一個在各種諸如同步、同時或同調之條件下，於位在單一測試設備之一晶圓或多晶圓上進行多種晶圓級測試的方法。藉由邊緣延伸晶圓傳送器，本發明之各種實施例可使晶圓上積體電路透過探針卡/晶圓探針以及同時透過位於晶圓周圍邊緣區域以外之晶圓傳送器上的額外一組接觸端而有電性傳導。在本發明之各種實施例中，可透過兩組連接而進行不同的測試。例如，同一晶粒可同時進行不同測試，不同晶粒可同時進行同一測試，或不同晶粒可同時進行不同測試。

在本文中所述的「一個實施例」、「一實施例」或類似措辭係指與本發明實施例有關之特定的特徵、結構、操作或特性等，係屬於本發明的實施例之一。因此，所述的實施例並非指相同的實施例。再者，各種特定特徵、結構、操作、或特性等可以各種方式加以結合成一或多個實施例。

專門用語

除非特別註明，本文中所用的「電路板」一詞係包含具有電路於其上之任何種類的基材。例如，上述的基材可為硬式或彈性、陶瓷、柔軟、環氧樹脂(epoxy)、玻璃纖維(FR4)或任何其他合適材料。

銲墊係指積體電路表面上的金屬區域，其用以形成一實體連接端以供給電源與傳輸訊號進/出積體電路。雖然銲墊通常由金屬或金屬合金所構成，但亦可使用任何合適的導電材料，只要該銲墊之光學反射率與周圍材料(通常但不排除積體電路之頂部鈍化層)之光學反射率不同即可。

「晶圓傳送器」一詞係指一種促進積體電路之銲墊(有時指終端、I/O墊、接觸墊、銲墊、銲墊、晶片墊、測試墊、或類似裝置)與其他電子元件連接之裝置。應當瞭解的是I/O墊係為一般用語，且本發明並不限定有關積體電路之特定銲墊為輸入、輸出、或輸入輸出之一部分。晶圓傳送器通常位於晶圓與其他電子元件以及/或電子連接通道之間。晶圓傳送器通常係可移除式地貼合晶圓(或者晶圓為可移除式地貼合傳送器)。晶圓傳送器包含具有兩個主要表面之基材，每個表面具有終端位於其上，以及電子通道位於基材之間以提供在第一表面之至少一終端與第二表面之至少一終端之間的電連續性。晶圓傳送器之晶圓端具有終端的圖案，其與晶圓上之積體電路的銲墊之至少一部份的圖案相符合。當晶圓傳送器位於晶圓與例如探測系統介面的其他電子元件之間時，其可產生與晶圓上之複數個積體電路的一或多個銲墊的電性接觸，進而提供電性通道穿過其他電子元件。晶圓傳送器係用以達成在一或多個於第一規模或大小製成之電子終端以及在一或多個於第二規模或大小製成之相對應的電子終端之間的電性連接。晶圓傳送器提供在一技術中最小特徵(例如，探針卡之探針)與另一技術中之最大特徵(例如，積體電路之銲墊)之間的電性橋接。為了方便表示，晶圓傳送器係單純指傳送器，而不具有模糊其原本意義的定義。在一些實施例中，彈性的晶圓傳送器可依照位於堅固支持件的晶圓表面而改變形狀；而在其他實施例中，晶圓可依照堅固的晶圓傳送器而改變形狀。面對操作中的晶圓之傳送器的表面係稱為傳送器的晶圓面。遠離操作中的晶圓之傳送器的表面係稱為傳送器的探測面。探測面又可稱為測試面。

本文中「邊緣延伸晶圓傳送器」一詞係指傳送器之實施例，其中位於傳送器上以及/或內部之電性通道(該使用中的電性通道係於測試時電性耦接至晶圓之積體電路的銲墊上)由晶圓面接觸端延伸至位於傳送器之探測面的探測接觸端。在本發明之各種實施例中，第一組探測面接觸端係位於傳送器的中央部分上，以及第二組探測面接觸端係位於傳送器的中央部分之周圍邊緣外。在一些實施例中，邊緣延伸部分可垂直偏離中央部分。在此垂直偏離的態樣中，邊緣延伸部分係位於邊緣延伸晶圓傳送器之探測面表面的平面上，藉此產生中央部分於底部以及邊緣延伸部分於頂部的壁(well)。

探測系統介面係指位於傳送器之探測面與探測系統之間的設備。探測系統介面在至少提供電性通道，其耦接在傳送器之探測面與探測系統之間。探測系統介面可包含各種被動以及/或主動電子元件，以及各種用於貼合、耦合、連接或溝通傳送器之探測面以及/或探測系統(例如，測試器)的機械裝置。各種探測系統介面可單純為電路板裝置，其傳遞訊號由一個表面至另一個表面；或可為包含主動電子與機構裝置之複雜的設備，其適於放置、定位以及/或對準探測系統介面。

「傳送的晶圓」一詞係指一呈現貼合狀態的晶圓/晶圓傳送器，其中晶圓積體電路之預設部分或全部的接觸銲墊係電性接觸位於傳送器之晶圓面上的相對應電性連接裝置。通常，晶圓傳送器係可移除式地貼合晶圓。可例如以藉由真空或壓差的方式達成可移除式貼合。

本文中所指的晶粒(die)、晶片(chip)、積體電路、半導體裝置、與微電子裝置在此領域中係可互用。本發明有關晶片、積體電路、半導體裝置與微電子裝置的製造與測試，如同此領域所習知的用語。

在本發明的實施例中，多型態晶圓測試組件包含晶圓與邊緣延伸晶圓傳送器，兩者之間呈貼合狀態。可藉由在晶圓與至少一部份的邊緣延伸傳送器之間產生真空或壓差而達成貼合狀態。可瞭解的是，上述的真空連接通常更包含一或多個機構以實質或完全密封在晶圓與部分邊緣延伸晶圓傳送器之間的空間。在一些實施例中，諸如O型環的襯墊，可位於晶圓與邊緣延伸晶圓傳送器之間，以達成實質氣密密封。亦可使用任何可提供上述密封的任何合適材料。

經過少許或沒有任何變更之現存的晶圓探針亦可適用於多型態晶圓測試組件。

邊緣延伸晶圓傳送器可為彈性、多層的印刷電路板。多組電線通路係位於邊緣延伸晶圓傳送器上，使得晶圓上的晶粒可同時提供給多個測試裝置。

值得注意的是在一些實施例中，邊緣延伸晶圓傳送器之材料組成係經過選擇，使得晶圓與邊緣延伸晶圓傳送器的熱膨脹特性可以密合。在一些實施例中，邊緣延伸晶圓傳送器可透過膨脹以與測試下的晶圓間有更緊密的熱膨脹密合。

第1圖係多型態晶圓測試組件100之剖面圖，其顯示邊緣延伸晶圓傳送器110、固定裝置128(mounting fixture)、與晶圓114，其可以柔軟的襯墊112與真空排氣通道106而結合以在邊緣延伸晶圓傳送器110與晶圓114之間產生真空密封。二者擇一地，晶圓114與邊緣延伸晶圓傳送器110可移除式地以各種方式貼合。上述合適的方式在晶圓114與邊緣延伸晶圓傳送器110之間的空間產生壓差。組件100使複數個位於邊緣延伸晶圓傳送器110上之晶圓面接觸端124、126與複數個位於晶圓114之積體電路上的銲墊接觸。晶圓面接觸端124、126係被定位以對應在積體電路上的銲墊116、118、120。電線通路104連接複數個晶圓面接觸端124與相對應數量的探測面接觸端102，該探測端位於邊緣延伸晶圓傳送器110之最上表面的最外側，亦即，邊緣延伸部分的探測面。電線通路122電性連接晶圓面接觸端126與位於邊緣延伸晶圓傳送器110之探測面中央部分之相對數量的導電探測面接觸端108。如第1圖所示，邊緣延伸晶圓傳送器110之外區域或邊緣延伸部分係垂直偏離傳送器之中央部分，以產生多平面結構。

第2圖係操作中的全晶圓多型態測試組件200之剖面圖。在此圖式中，邊緣延伸晶圓傳送器110係固定在裝置128上，而晶圓114係固定在晶圓夾鉗210上。位於探針卡202下側之探針206、接觸以電線通路122而電性連接至積體電路118之探測面接觸端108。探針2o6接緒進行到新的位置212以接觸積體電路116，並接著進行接觸晶圓114上的每個晶粒。探針電子元件204(pin electronics)，在此係指DFT/BIST探針，可電性接觸探測面接觸端102。探針206與204可同步、同時或非同步接觸邊緣延伸晶圓傳送器110之邊緣延伸部分的中央部分。值得注意的是，探針206、208係耦接至操作中的測試通路。

第3圖係積體電路116之放大剖面圖，位於晶圓114內，並與晶圓傳送器110接觸。在此圖式中，兩組不同的電線通路104與122係接觸兩組導電銲墊124與126，使得其可同時、同步或非同步接觸。電線通路104連接導電銲墊124，並離開晶圓至位於邊緣延伸晶圓傳送器之最外部區域上的DFT/BIST銲墊(參見第1圖與第2圖)。電線通路122連接導電銲墊126與位於傳送器110之上表面的晶圓測試銲墊108。

結論

上述的方法與設備係應用於積體電路測試與分析的領域。

本發明係以上述之較佳實施例揭露，可瞭解的是習知此技藝者可輕易以其他等效實施例或元件取代而仍不會悖離本發明的精神。此外，許多修飾與變更仍不會脫離本發明所教示的範圍。因此，本發明並不限定上述揭露之最佳實施例，而應以後附之專利申請範圍所界定。

100．．．晶圓測試組件

110．．．邊緣延伸晶圓傳送器

128．．．固定裝置

114．．．晶圓

112．．．襯墊

106．．．通道

124、126．．．晶圓面接觸端

116、118、120．．．銲墊

104、122．．．電線通路

102、108．．．探測面接觸端

210．．．晶圓夾鉗

206、204．．．探針

202．．．探針卡

200．．．全晶圓多型態測試組件

212．．．位置

本發明之圖式如下：第1圖係為多型態晶圓測試組件之剖面圖，該組件包含邊緣延伸晶圓傳送器與測試中的晶圓；第2圖係為全晶圓測試組件與操作中的多型態晶圓測試組件的剖面圖；第3圖係為第1圖之單一積體電路的放大剖面圖。

110．．．邊緣延伸晶圓傳送器

128．．．固定裝置

114．．．晶圓

112．．．襯墊

106．．．通道

124、126．．．晶圓面接觸端

116、118、120．．．銲墊

104．．．電線通路

102、108．．．探測面接觸端

210．．．晶圓夾鉗

206、204．．．探針

202．．．探針卡

200．．．全晶圓多型態測試組件

212．．．位置

Claims (10)

1. 一種多型態晶圓級測試之方法，包含：可移除式地使一晶圓與一邊緣延伸晶圓傳送器貼合，該邊緣延伸晶圓傳送器具有一中央部分及一邊緣延伸部分，該中央部分大致對應該晶圓的輪廓，且該邊緣延伸部分從該中央部分偏離；嚙合該邊緣延伸晶圓傳送器之複數個第一晶圓面接觸端與於該晶圓上之一第一組焊墊；以及嚙合該邊緣延伸晶圓傳送器之複數個第二晶圓面接觸端與於該晶圓上之一第二組焊墊，其中該複數個第一晶圓面接觸端係電性連接至在該邊緣延伸晶圓傳送器之該中央部分處的複數個第一組探測面接觸端，且該複數個第二晶圓面接觸端係電性連接至在該邊緣延伸晶圓傳送器之該邊緣延伸部分處的複數個第二組探測面接觸端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該邊緣延伸晶圓傳送器係一多平面之晶圓傳送器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中可移除式地貼合的步驟包含至少部分排空介於該晶圓與該邊緣延伸晶圓傳送器之間的空間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該邊緣延伸晶圓傳送器係一多平面之晶圓傳送器；以及更包含以該第一組焊墊進行一第一測試，並以該第二組焊墊進行一第二測試。
5. 一種提供同時接取位於一晶圓上之一或多個積體電路的方法，包含：提供具有一中央部分與一邊緣延伸部分之一邊緣延伸晶圓傳送器，該中央部分大致對應該晶圓的輪廓，該邊緣延伸部分係偏離該中央部分；以及可移除式地貼合一晶圓至該邊緣延伸晶圓傳送器之該中央部分，該晶圓具有多個積體電路於其上；其中可移除式地貼合該晶圓至該中央部分之步驟使得複數個第一晶圓面接觸端與該晶圓上之一第一組銲墊電性接觸，並使得複數個第二晶圓面接觸端與該晶圓上之一第二組銲墊接觸；以及其中該複數個第一晶圓面接觸端係電性接觸位在該邊緣延伸晶圓傳送器之該中央部分處的複數個第一複數探測面接觸端，且該複數個第二晶圓面接觸端係電性接觸位在該邊緣延伸晶圓傳送器之該邊緣延伸部分處的複數個第二探測面接觸端。
6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，更包含固定該邊緣延伸晶圓傳送器至一固定裝置上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中固定該邊緣延伸晶圓傳送器至一固定裝置上之步驟包含設置該邊緣延伸部分於該固定裝置上。
8. 一種用以提供同時電性接取一晶圓上之多個晶粒的組件，包含：一邊緣延伸晶圓傳送器，具有一中央部分與一邊緣延伸部分，該中央部分大致對應該晶圓的輪廓，且該邊緣延伸部分係偏離該中央部分；複數個第一晶圓面接觸端，面對該晶圓上之一第一組銲墊，以及複數個第二晶圓面接觸端，面對該晶圓上之一第二組銲墊，其中該複數個第一晶圓面接觸端係電性接觸位在該邊緣延伸晶圓傳送器之該中央部分處的複數個第一探測面接觸端，以及該複數個第二晶圓面接觸端係電性接觸位在該邊緣延伸晶圓傳送器之該邊緣延伸部分處的複數個第二探測面接觸端。
9. 如申請專利範圍第8項所述之組件，更包含：一第一探針結構，可經過操作以接觸該複數個第一探測面接觸 端；以及一第二探針結構，可經過操作以接觸該複數個第二探測面接觸端。
10. 如申請專利範圍第9項所述之組件，更包含一晶圓夾鉗，可經過操作以定位該晶圓以使該晶圓可移除地貼合至該邊緣延伸晶圓傳送器。