TWI507692B - 具有可垂直移動總成之檢查裝置 - Google Patents

Description

具有可垂直移動總成之檢查裝置 相關申請案之交叉參照

本申請案依據35 U.S.C.§119(e)(1)主張於2010年4月23日提出、名稱為“Inspection Device with Vertically Moveable Assembly”、且註記代理人案號第A126.285.101號的美國臨時專利申請案第61/327,220號之優先權；且其整個教示藉此參照併入本文中。

用於在積體電路製造期間測試積體電路之探針卡需要周期性之評估及維護，以避免損壞積體電路。當作探針卡之評估及維護的一部份，光學檢查裝置用於測量探針卡中之探針的X、Y及Z位置，以便決定探測是否位於平面及它們是否與探針意欲定址的半導體晶圓上之接合墊的設定圖案適當地對齊。裝置亦可基於測量結果預測將被形成在接合墊中之擦痕的長度及位置，測量結果是使用基準板(亦即擋板(checkplate))以替代具有接合墊之半導體晶圓而獲得。

即使每一探針很小，達成適當數量之擦痕所需要的力量為數公克。在單一探針卡中有數百或數千個探針的情況中，使探針超行程(overtravel)以達成適當之擦痕所需要的力量之大小可能是很高的。所有探針之超行程經常立 刻發生。譬如，裝置可具有一傳導性擋板，擋板用於測量每一分離佈線的探針之Z高度與一群匯流排探針中之最低者的Z高度(一些探針被佈線在一起，而不可能使來自每一探針之訊號電性分離)。在此Z高度測量過程中，擋板被驅動而與所有探針接觸，且當每一探針(或探針群組)形成電接觸時，擋板之Z高度被記錄。

為了測量探針之XY位置，亦被稱為探針之對齊，探針之影像可被捕捉。於一些情況中，探針係位在影像內，且其上安裝照相機的架台之線性編碼器被使用，以協助於判斷XY位置。於其他情況中，探針之位置在一影像中與形成在窗口上之基準記號有關。由於在超行程中所有探針與基準板接觸所涉及之大的力量，可導致檢查系統及探針卡中之偏轉。如此，吾人希望施加之力量減至最小。

除了使施加至探針卡之力量的大小減至最小以外，其想要的是使探針卡及其探針所遭受之磨損量減至最小。譬如，美國專利第5,657,394及6,118,894號中所敘述之系統中，每次採取光學對齊測量時使探針降落是需要的。甚至考慮多數探針可被一起成像，在此探針卡具有數百或數千之很多探針，每一探針及探針卡將遭受極不需要之磨損，這不可避免地導致探針卡及其探針之較短的壽命。

於是，吾人需要對於用以分析探針卡而使置於探針卡及其探針上之應力減至最小、並同樣使對探針卡及其探針之磨損減至最小的機構。

藉由本機構檢查半導體或類似基板使擋板及探針卡中之偏轉減至最小。

本發明的一些態樣與和擋板及探針卡一起使用之檢查裝置有關。將這記在心中，檢查裝置100的一具體實施例大致上被說明在圖1A及1B中，且包含與往復機構獨立地安裝之擋板102，往復機構垂直地上下循環窗口/栓銷。由於其它者之效應，這使整個總成之複雜性及其它的撓曲減至最小。擋板及往復式機構皆被耦接至XY及Z架台。

圖1係檢查裝置100的一具體實施例之概要說明。當檢查裝置100將因其被使用於半導體探針卡栓銷之檢查而被敘述時，其被牢記在心中者係檢查裝置100可具有此特定使用以外之應用。大致上，檢查裝置100具有外部本體或外殼90、載具92、及致動器94。

載具92被安裝在外殼90內，且於Z方向中垂直地往復移動，如藉由鄰接載具之箭頭所指出者。載具92移動於藉由數字92所識別之第一位置、即縮回位置及藉由數字92'所識別的第二位置、即伸出位置之間。於一具體實施例中，載具92係藉由重力從其伸出位置92'偏向至其縮回位置92。於第二位置92'中，載具92之上表面可接觸待檢查之物件。於一些具體實施例中，這可為探針卡之探針或栓銷。於其它具體實施例中，當應用需要時，待檢查之物件 (在圖1中未示出)可為其它物件。注意載具92之上表面可使待檢查之物件偏向，但在所有案例中，移動載具92之上表面至與待檢查之物件接觸、或至少移動載具接近待檢查之物件將有助於在Z方向中定位待檢查之物件。亦即，在與載具92的上表面有接觸之處，待檢查之物件正確位置係已知的(縱使接觸已使物件偏轉或變形)。相同地，如果載具92的上表面與待檢查物件之間未接觸，吾人能得知物件被定位在想要或可接受位置的範圍之外。載具92及待測試物件間之接觸可藉由電接觸所決定，因在此載具92的上表面係設有傳導性塗層，或在此載具92的上表面本身具傳導性。接觸亦可藉由經過載具92的上表面觀看待測試物件被光學地決定。注意在此載具92的上表面為一實質上透明之窗口，且在此檢查裝置100提供需要之光學路徑，待檢查之物件係在通過中心通道之光軸上，光可經由中心通道通過載具92，且照相機或另一成像裝置93可被用來經過檢查裝置100觀看待檢查之物件。

於一具體實施例中，檢查裝置100之外殼90、載具92、及致動器94被安裝在至少可於XY平面中移動之架台98上。大致上待測試物件將保持固定不動，雖然將了解於一些應用中，熟諳此技藝者可顛倒此配置及造成待檢查之物件在至少XY平面中相對於外殼90、載具92、及致動器94移動。架台98亦可在Z方向中移動，雖然於檢查裝置100的一些具體實施例及應用中，載具92的往復式運動可足夠用於Z方向中之所有移動。注意在待檢查物件與擋板102之 間的接觸係想要之處，其可為想要的是將擋板102耦接至架台98(如藉由虛線101所指示)，使得擋板102及架台98一起移動。雖然於圖1中被顯示為彼此緊靠接近(擋板102具有一穿過其中所形成之孔口，以允許載具92延伸穿過擋板102之上表面與超出上表面)，架台上之擋板102及外殼90/載具92總成在空間上可被分離，使得擋板102具有未打破之上表面。於很多具體實施例中，其可為想要的是避免實際地耦接擋板102至外殼90，以避免由於待檢查物件與外殼90/載具92/致動器94總成及/或擋板102的任一者或兩者間之接觸，使外殼90/載具92/致動器94總成及/或擋板102的任一者變形。

如圖1所示之具體實施例本質上必定為概要的，吾人將輕易地了解所示之檢查裝置100可被以不同之物理模式具體化。

將以上記在心中，且參考圖2B-2D，檢查裝置100包含在以下較大詳細地敘述之物焦撓曲部200及凸輪總成300。於一般術語中，物焦撓曲部200固持物鏡，用於協同往復式凸輪總成300施行聚焦操作，以確保適當之焦點。檢查裝置100之焦點平面通常將被固定，但焦點平面之位置亦可被修改。

除了探針卡檢查以外，對於此撓曲部聚焦裝置有很多應用。在焦點調整為想要之任何應用可自本發明獲益，包含醫療裝置、照相機或視頻裝置、及各種其它製造、測試與品管裝置。

參考圖2A-2G及3A-3G，物焦撓曲部200係中空圓柱形零組件。物焦撓曲部200具有頂部區段202、相向之底部區段204、及於頂部區段202與底部區段204間之中間區段206。諸如撓曲點208之彈性耦接件被定位在中間區段206與頂部區段202之間以及中間區段206與底部區段204之間的介面之區域。撓曲點208於物焦撓曲部200之軸向中係彈性的，且於物焦撓曲部200之徑向中實質上為剛性的。於一具體實施例中，物焦撓曲部200係由單件材料所製成。

於一具體實施例中，頂部區段202包含延伸至物焦撓曲部200之外側的套環或凸緣212。套環/凸緣212之外側直徑係大於物焦撓曲部200之本體的外側直徑。於一具體實施例中，經過包含套環212的頂部區段202之內徑係一致的。

中間區段206包含凹陷214。於一具體實施例中，凹陷214之深度“d”係逐漸尖細地進入物焦撓曲部200之本體。凹陷214線性地沿著x軸行進，而物焦撓曲部200之本體為圓形的。於一具體實施例中，凹陷214包含沿著z軸之收縮點216。於一具體實施例中，中間區段206係在內圓周218上至少局部地設有螺紋。於一具體實施例中，中間區段206包含設定螺絲開口220，以輔助將物焦撓曲部200設定及對齊在肘節總成內(未示出)。

參考圖2G，底部區段204具有大致上平面式底面222。於一具體實施例中，在底面222之螺絲孔224被包含用於將物鏡撓曲部200之附著進入肘節總成。

如以上所述，在中間區段206的相向端部，撓曲點208被建立在沿著物焦撓曲部200之圓周的位置。經過撓曲點208之區域的多數截面圖被說明在圖3B-3G中。於一具體實施例中，撓曲點208之每一者被分別建構成一源自物焦撓曲部200之光軸210至導向撓曲部外側的一點之延伸的半徑“R”。於一具體實施例中，延伸之半徑“R”係大於物焦撓曲部200外側的半徑“r”。

於一具體實施例中，撓曲點208被建構成在平面式位準，且沿著物焦撓曲部200之圓周均勻地隔開。圖3B-3G代表根據物焦撓曲部200的一具體實施例的多數平面式位準。於一具體實施例中，有撓曲點208之至少二平面式位準，使每一平面式位準包含由鄰接之平面式位準偏置的撓曲點208。於一具體實施例中，撓曲點208係沿著圓周均勻地交錯。於一具體實施例中，在此有至少三個鄰接之平面式位準，交替之位準包含沿著圓周在相同位置之撓曲點208，例如第一及第三位準包含相同地沿著圓周定位之撓曲點(譬如見圖3B與3D)。於一具體實施例中，撓曲點208之相對側對應於外圓周。撓曲點208在上及下面連接至鄰接之位準或頂部區段202或底部區段204。沿著圓周，於撓曲點208之間，空隙226係藉由無材料所形成。空隙226在位準/平面內形成一間隙。於一具體實施例中，空隙226覆蓋一比撓曲點208大的圓周面積。於一較佳具體實施例中，有三個鄰接之平面式位準，其限制六個自由度之五個。

於一具體實施例中，為以物焦撓曲部200調整位置中之焦點，中間區段206沿著光軸210調整，且頂部區段202及底部區段204保持固定的。另一選擇係，頂部區段202及底部區段204沿著光軸210調整，且中間區段206保持固定的。

現在轉至圖4A-4D所說明之凸輪總成300的具體實施例，致動器302係盤形，中空、圓柱形本體之旋轉凸輪。致動器302包含沿著中心軸之開放式內部，凸輪總成300具有包含至少一斜面304之致動表面301。至少一斜面304具有內側半徑306及外側半徑308，且由致動器302之第一平面表面310延伸。於一具體實施例中，至少一斜面304包含最初之階梯狀表面312、傾斜表面314、及終止舉升平台316。於一具體實施例中，至少一斜面304係配置在圓形圖案中之一系列斜面304，以形成像圓環之形狀。特別參考圖4C，於一具體實施例中，系列之至少一斜面304被配置，使得第一斜面304a之終止舉升平台316之後為第二斜面304b的最初階梯狀表面312。於一具體實施例中，至少一斜面304的每一者之間有一間隙，其中平面表面310之長度被暴露。於一具體實施例中，至少一斜面304係於一系列中彼此等距離地隔開。

於一具體實施例中，致動器302之內側半徑306被建構成沿著載具320的周邊半徑裝配。於一具體實施例中，至少一斜面304之外側半徑308係比載具320的外側半徑較小，雖然它們至少可為本質上相等的。於一具體實施例 中，載具320包含多層式頂部表面322及由頂部表面322延伸至相向之底部表面326的中空核心324。於一具體實施例中，頂部表面322包含分別由中空核心324延伸之同心地配置的頂部圓環328、斜角圓錐體330、及下環332。載具320具有由其突出之至少一硬點334的外周邊。於一具體實施例中，且特別參考圖4B，至少一硬點334包含引導邊緣336、跟隨邊緣338、及延伸於引導邊緣336及跟隨邊緣338間之外緣340。於一具體實施例中，至少一硬點334包含底部表面342，其與窗口載具320之底部表面326同平面。載具320可被由合適材料之單一元件所組裝或形成。

持續參考圖4A-4D，至少一承受總成350具有由承受本體354中之中心軸桿開口延伸的軸桿352。於一具體實施例中，承受本體354係可繞著軸桿352旋轉。於一具體實施例中，承受本體354包含於內側直徑壁356及外側直徑壁358間之承受滾珠。於一具體實施例中，軸桿352包含打開面及封閉面。於一具體實施例中，至少一承受總成350係耦接至載具320，使軸桿352之遠側端被插入毗鄰至少一硬點334之載具320的外側直徑中之孔洞。於一具體實施例中，至少一承受本體之打開面係接近軸桿352之近側端。於一具體實施例中，封閉表面係毗鄰、但未接觸載具320的外周邊及硬點334的引導邊緣336。於一具體實施例中，承受總成350被定位，使得外側直徑360係未與硬點334之底部表面342齊平。於一具體實施例中，至少一硬點334之外緣340橫側地延伸超出至少一斜面304的外側半徑308。

致動器302係可相對載具320旋轉。於一具體實施例中，當致動器302在逆時針方向中旋轉時，載具320維持軸向地固定。以此旋轉方式，承受總成350位在每一硬點334之前。於旋轉期間，硬點334在已暴露的第一平面表面310之上行進，接著承受總成350接觸斜面304之階梯狀表面312，直至硬點334接觸階梯狀表面312，藉此載具320被軸向地升高一段距離，距離等於階梯狀表面312在平面表面310之上的高度。於連續旋轉中，承受總成350截斷斜面304之傾斜表面314，且硬點334自由舉升。在承受總成350達到終止舉升平台316的頂點之後，硬點334之引導邊緣336與終止舉升平台316造成接觸。當致動器302持續旋轉時，硬點334之引導邊緣336在終止舉升平台316的上緣之上行進，直至承受總成350自由舉升。當致動器302旋轉至其最後位置時，硬點334之底部表面342沿著終止舉升平台316滑動，進一步將載具320舉升在致動器302之上。於一具體實施例中，當硬點334係與致動表面301接觸時，在承受總成350的外側直徑360及至少一斜面304的平面表面與平面表面310之間有一間隙(例如3密爾)。

當被組裝時，譬如於圖5C及5D中所具體化之半導體檢查裝置中，當作聚焦機構之物焦撓曲部200被組裝在外殼400之中心通道內。於一具體實施例中，物焦撓曲部200之中間區段206被耦接至外殼320，且頂部區段202及底部區段204係相對於外殼400自由移動。於另一具體實施例中，物焦撓曲部200之頂部區段202及底部區段204被耦接 至外殼400，且中間區段206係相對於外殼400自由移動。致動器302在物焦撓曲部200之頂部區段202被定位在外殼400內。

致動器302被定位在外殼400內，使得致動器302之至少一致動表面301可選擇性地承抵著載具320之至少一承受表面，致動器302係可於第一位置及第二位置之間致動，在第一位置中，承受表面允許載具320維持或返回至其縮回位置，且在第二位置中，力量係藉由至少一致動表面承抵著載具320之至少一承受表面而施加，以將載具320移至其延伸位置。物鏡402被插入物焦撓曲部200及外殼內。物鏡402係裝在物焦撓曲部200內側，並藉由用螺紋將物鏡402鎖入形成於物焦撓曲部200之中間區段206上的螺紋而可移動地固持。在物焦撓曲部200之中間區段206被耦接至載具92之處，物鏡402被耦接至中間區段206，使得物焦撓曲部200之中間區段206沿著光學元件之光軸406。另一選擇係，在頂部區段202及底部區段204被耦接至載具320之處，物鏡402被耦接於物焦撓曲部200的頂部區段202及底部區段204之間，使得物焦撓曲部200的頂部區段202及底部區段206協同彼此與物鏡402沿著物鏡402之光軸406移動。具有鎖固至頂部圓環328之窗口404的載具320係耦接至肘節總成420。在圖5A及5C所說明，彈性構件410係耦接於載具320及外殼400之間，彈性構件410於藉由載具320於其縮回及伸出位置間之移動所界定的軸向中為彈性的，且關於載具320在外殼400內繞著軸向之相對旋轉大部分為 剛性的。窗口404被組裝在導向接近物焦撓曲部200的頂部區段202之物鏡402的突出端部之上。物鏡402輔助於將頂部區段202及底部區段204維持在彼此平面式平行之關係中。

參考以上，當硬點334及承受總成350沿著傾斜之斜面304移動時，致動器302之旋轉造成載具320及窗口404垂直地調整。物焦機構408係調整機構，其在肘節總成420內於凹陷214處嚙合物焦撓曲部200，且被沿著光軸210調整。於一具體實施例中，物焦機構408被耦接於外殼400及物焦撓曲部200之頂部區段202及底部區段204的至少一者之間，且物焦機構408之致動導致頂部區段202及底部區段204的至少一者相對於外殼400之平移。於另一具體實施例中，物焦機構408被耦接於外殼400及物焦撓曲部200的中間區段206之間，且物鏡402之致動導致中間區段206關於外殼400之相對平移。物焦撓曲部200的撓曲點208於致動時變形，且離平面式平行位置有實質上零偏轉。

按照本發明之原理，凸輪總成300及當作檢查系統總成500的一部份之物焦鏡撓曲部200的範例被提供於圖5D中。如圖5D所示，致動器302/載具320/外殼400總成隨著物焦機構408(如照相機)、光學元件、及肘節馬達總成(未示出)被組裝在光學塊體412內。

雖然本發明已參考較佳具體實施例被敘述，但熟習技術之工作者將認知可在未脫離本發明之精神及範疇之前提下在形式及細節中作改變。

90‧‧‧外殼

92‧‧‧載具

92’‧‧‧第二位置

93‧‧‧成像裝置

94‧‧‧致動器

98‧‧‧架台

100‧‧‧檢查裝置

101‧‧‧虛線

102‧‧‧擋板

200‧‧‧撓曲部

202‧‧‧頂部區段

204‧‧‧底部區段

206‧‧‧中間區段

208‧‧‧撓曲點

210‧‧‧光軸

212‧‧‧套環/凸緣

214‧‧‧凹陷

216‧‧‧收縮點

218‧‧‧內圓周

220‧‧‧開口

222‧‧‧底面

224‧‧‧螺絲孔

226‧‧‧空隙

300‧‧‧凸輪總成

301‧‧‧致動表面

302‧‧‧致動器

304‧‧‧斜面

304a‧‧‧第一斜面

304b‧‧‧第二斜面

306‧‧‧內側半徑

308‧‧‧外側半徑

310‧‧‧平面表面

312‧‧‧階梯狀表面

314‧‧‧傾斜表面

316‧‧‧平台

320‧‧‧載具

322‧‧‧頂部表面

324‧‧‧中空核心

326‧‧‧底部表面

328‧‧‧頂部圓環

330‧‧‧圓錐體

332‧‧‧下環

334‧‧‧硬點

336‧‧‧引導邊緣

338‧‧‧跟隨邊緣

340‧‧‧外緣

342‧‧‧底部表面

350‧‧‧承受總成

352‧‧‧軸桿

354‧‧‧承受本體

356‧‧‧壁

358‧‧‧壁

360‧‧‧外側直徑

400‧‧‧外殼

402‧‧‧物鏡

404‧‧‧窗口

406‧‧‧光軸

408‧‧‧物焦機構

410‧‧‧彈性構件

412‧‧‧光學塊體

420‧‧‧肘節總成

500‧‧‧檢查系統總成

圖1係根據本發明之檢查裝置的具體實施例之概要側視圖。

圖2A-2G係根據本發明的物焦撓曲部之具體實施例。

圖3A-3G係根據本發明的物焦撓曲部之具體實施例。

圖4A-4D係根據本發明的凸輪總成之具體實施例。

圖5A-5C係根據本發明的外殼、載具、致動器總成之具體實施例。

90‧‧‧外殼

92‧‧‧載具

92’‧‧‧第二位置

93‧‧‧成像裝置

94‧‧‧致動器

98‧‧‧架台

100‧‧‧檢查裝置

101‧‧‧虛線

102‧‧‧擋板

Claims (10)

1. 一種檢查裝置，包括：載具，具有中心通道，光可通過該中心通道，及窗口，被定位在該中心通道的上開口之上，該窗口實質上為透明的；外殼，其中該載具係位在該外殼內，並可在縮回位置與伸出位置之間往復移動；致動器，被定位在該外殼內，使得該致動器之至少一個致動表面可致動以承抵著該載具之至少一承受表面，該致動器可於第一位置及第二位置之間致動，在該第一位置中，該承受表面允許該載具維持或返回至其縮回位置，且在該第二位置中，該至少一個致動表面將力量施加於該載具之至少一個承受表面，以將該載具移動至其伸出位置；及聚焦機構，設置在該載具的該中心通道中，其中該聚焦機構包括：彎曲部，具有中間部份，藉由彈性耦接件耦接至頂部區段和底部區段，該頂部區段及底部區段位在該中間部份之相對側上。
2. 如申請專利範圍第1項之檢查裝置，其中該彎曲部之中間部份被耦接至該外殼，且該頂部及底部區段係相對於該外殼自由移動。
3. 如申請專利範圍第1項之檢查裝置，其中該彎曲部之頂部及底部區段被耦接至該外殼，且該中間部份係相對於該外殼自由移動。
4. 如申請專利範圍第2項之檢查裝置，另包括光學元件，耦接於該彎曲部的頂部與底部區段之間，使得該彎曲部之頂部及底部區段協同彼此移動，且協同該光學元件沿著該光學元件之光軸移動。
5. 如申請專利範圍第3項之檢查裝置，另包括耦接至該彎曲部之中間部份的光學元件，使得該彎曲部之中間部份沿著該光學元件之光軸移動。
6. 如申請專利範圍第2項之檢查裝置，另包括耦接在該外殼及該彎曲部之頂部與底部區段的至少一者間之調整機構，該調整機構之致動導致該頂部及底部區段之至少一者關於該外殼之相對平移。
7. 如申請專利範圍第3項之檢查裝置，另包括耦接於該外殼及該彎曲部的中間部份間之調整機構，該調整機構之致動導致該中間部份關於該外殼之相對平移。
8. 如申請專利範圍第1項之檢查裝置，其中該中間部份及該頂部與底部區段間之彈性耦接件於該彎曲部之軸向上為彈性的，且在該彎曲部之徑向上實質上為剛性的。
9. 如申請專利範圍第8項之檢查裝置，其中介於該中間部份及該頂部與底部區段之間的彈性耦接件於致動時變形，使得該頂部與底部區段及該中間部份彼此維持著實質上平面平行之關係。
10. 如申請專利範圍第9項之檢查裝置，另包括耦接至該彎曲部之光學裝置，該彎曲部之至少一部份作用，以將該頂部與底部區段彼此維持著平面平行之關係。