TWI609188B - 檢測設備及其檢測方法 - Google Patents

Description

檢測設備及其檢測方法

本發明係有關一種檢測技術，尤指一種用於半導體製程之檢測設備及其檢測方法。

隨著電子產品朝向多功能、行動化之趨勢，半導體封裝技術已發展至高密度之晶片尺寸封裝製程(Chip Scale Package，簡稱CSP)。在此封裝技術的發展過程中，球柵陣列式封裝已成為目前最主要的封裝方式，而具有多晶片模組(Multi-Chip Module，簡稱MCM)的球柵陣列式封裝更是重要。而在封裝過程期間，通常會先進行測試，以得知電性接觸墊的狀況是否良好。

常見用以檢測電性接觸墊或其上之凸塊(bump)的探針檢測機台，其於探針戳壓電性接觸墊或凸塊的過程，係會於電性接觸墊或凸塊上產生戳痕，若戳痕偏移，容易造成下一階段的製程不良。

如第1A圖所示，習知探針檢測機台1係包括一具有複數探針100之探針裝置10、一定位裝置11以及一驅動裝置12，其中，該些探針100可與晶片8(或晶圓)上的電性接觸墊80(或凸塊)電氣接觸，使該探針100戳壓在 該電性接觸墊80(或凸塊)上，如第1A’圖所示之正常刮痕P，以達到電性檢測之目的。

於測試時，若發生震動等問題而造成定位偏移之情況下，該探針100會定位不準，致使該探針100戳壓在該電性接觸墊80(或凸塊)邊緣，如第1A’圖所示之不良刮痕P’，因而容易造成下一階段製程的不良。

因此，習知探針檢測機台1會裝設一電荷耦合裝置(Charge-coupled Device，簡稱CCD)(圖未示)，以於下一階段製程前，找出該不良刮痕P’。

惟，習知探針檢測機台1之電荷耦合裝置之辨識能力，其失敗率係高達90%，且該探針檢測機台1於執行辨識時，需停止該探針檢測，不僅耗費工時，且效果不佳。

再者，雖可於生產線上設置一光學檢測機台(圖未示)，以專門批次檢測晶圓刮痕及晶圓戳痕，但若於生產線上設置兩部機台(即該探針檢測機台1與該光學檢測機台)，不僅使成本過高，且批次檢查亦耗費工時。

因此，如何克服上述習知技術的種種問題，實已成目前亟欲解決的課題。

鑒於上述習知技術之缺失，本發明提供一種檢測設備，係包括：檢測機，係用以檢測基板之電性連接端之電性狀況；影像擷取器，係擷取經由該檢測機檢測該電性連接端後之電性連接端圖像；以及第一電腦，係電性連接該影像擷取器，且包含計算機與傳令機，該計算機係計算並 分析該電性連接端圖像，且該傳令機係用以依據該計算機所分析之結果發出訊號或控制該檢測機。

本發明亦提供一種檢測方法，係包括：提供一前述之檢測設備；藉由該檢測機檢測該基板之電性連接端；於該檢測機檢測該電性連接端後，令該影像擷取器擷取該電性連接端圖像；於該影像擷取器擷取該電性連接端圖像後，令該計算機計算該電性連接端之預設位置與該電性連接端圖像中之電性連接端位置之間的差異；以及依據該計算機所分析之結果，令該傳令機發出訊號或控制該檢測機。

前述之檢測設備及其檢測方法中，該檢測機係包括：探針裝置，係具有複數探針，使各該探針接觸該電性連接端，以檢查該基板之電性狀況；以及定位裝置，係用以固定該基板，且於三維軸向上移動該基板。例如，該探針係為膠囊狀、圓柱形、卵柱形、方柱形、圓錐形或角錐形。

前述之檢測設備及其檢測方法中，該影像擷取器係包含電荷耦合裝置，以擷取影像而成為該電性連接端圖像。

前述之檢測設備及其檢測方法中，該檢測設備復包括電性連接該檢測機與該影像擷取器之第二電腦，且該第二電腦復包括控制裝置，係用以操控該檢測機。例如，該傳令機與該控制裝置係為進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine，簡稱ARM)。

前述之檢測設備及其檢測方法中，該第一電腦復包含影像處理機，係預先儲存該電性連接端之預設圖像，以將該電性連接端圖像與該預設圖像作成比對圖像，俾供該計 算機針對該比對圖像進行計算及分析。

前述之檢測設備及其檢測方法中，該電性連接端之剖面形狀為膠囊狀、圓形、方形、多角形、封閉曲線、長條形、及狹長形封閉曲線所構成群組之其中一者。

前述之檢測設備及其檢測方法中，該檢測設備復包括一識別區，於該識別區中設置包含：輪廓檢查單元，係以光學方式檢測出該基板上的定位缺口；光學文字辨識單元，係用以辨識出該基板上編碼符號及記錄該基板之定位缺口；轉盤，係用以承載該基板；以及機械手臂，係用以移動該基板至該識別區及該檢測機。

由上可知，本發明之檢測設備及其檢測方法中，主要藉由該第一電腦專門處理影像訊號，以於進行探針檢測時，不會影響探針檢測作業，使該檢測設備不需為了進行CCD影像辨識而暫停探針檢測，故能有效縮短CCD影像辨識時間與成功率，使該檢測設備能連續對該基板進行探針電氣檢測，且可一併處理探針戳位偏移、或該基板之刮痕損傷的不良識別。

因此，本發明藉由該第一電腦之設計，以通知或控制該檢測機停止檢測動作，且能具有多種影像運算方式，以因應不同的待測基板而設定出最佳的辨識計算方式，故相較於習知技術，本發明不僅節省工時及效果良好，且無需於生產線上設置機台，因而能降低成本。

1‧‧‧探針檢測機台

10,20a‧‧‧探針裝置

100,200‧‧‧探針

11,20b‧‧‧定位裝置

12,220‧‧‧驅動裝置

2‧‧‧檢測設備

20‧‧‧檢測機

201,330‧‧‧夾具

21‧‧‧影像擷取器

210‧‧‧電荷耦合裝置

22‧‧‧第二電腦

221‧‧‧控制裝置

23‧‧‧第一電腦

230‧‧‧影像處理機

231‧‧‧計算機

232‧‧‧傳令機

30‧‧‧識別區

31‧‧‧輪廓檢查單元

32‧‧‧光學文字辨識單元

33‧‧‧轉盤

34‧‧‧機械手臂

4‧‧‧晶舟盒

5‧‧‧機器人

8‧‧‧晶片

80‧‧‧電性接觸墊

9‧‧‧基板

90‧‧‧電性連接端

A‧‧‧預設圖像

B‧‧‧電性連接端圖像

C‧‧‧比對圖像

K,K’‧‧‧差異

P‧‧‧正常刮痕

P’‧‧‧不良刮痕

P”‧‧‧刮痕

第1A圖係為習知探針檢測機台之架構示意圖； 第1A’圖係為習知探針檢測機台之探針戳壓在該電性接觸墊上之刮痕之平面示意圖；第2圖係為本發明之檢測設備之架構示意圖；第2A圖係為本發明之檢測設備之預設圖像之示意圖；第2B圖係為本發明之檢測設備所擷取之基板電性連接端圖像之示意圖；第2C及2C’圖係為本發明之檢測設備經計算後之比對圖像之示意圖；第3A圖係為本發明之檢測設備之局部示意圖；以及第3R圖係為本發明之檢測設備之局部放大立體圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。本說明書中所引用之如「上」、「第 一」、「第二」及、「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。

第2圖係顯示本發明之檢測設備2之示意圖。如第2圖所示，所述之檢測設備2係包括：一檢測機20、一影像擷取器21、一第二電腦22以及一第一電腦23。

所述之檢測機20係包含一具有複數探針200之探針裝置20a及一定位裝置20b。

於本實施例中，該檢測機20係用以檢測基板9之電性連接端90之電性狀況，其中，該基板9係為半導體板體(如晶圓)或封裝基板，該電性連接端90例如為銲墊、凸塊或導電柱等。

再者，該探針裝置20a係藉由各該探針200接觸該電性連接端90，以檢查該基板9之電性，其中，該探針200係為膠囊狀、圓柱形、卵柱形、方柱形、圓錐形或角錐形，如第2A圖所示之刮痕P”，以搭配該探針200之施力、偏移量或受力變形量等而刺穿該晶圓之氧化層，進而符合適用高腳數、高頻等需求。另該電性連接端90之剖面形狀可為膠囊狀、圓形、方形、多角形、或封閉曲線，亦或為長條形或狹長形封閉曲線，如第2A圖所示，以達到細間距(fine-pitch)線路設計之目的。

又，該定位裝置20b係用以於三維軸向(xyz)上之不同位置與角度移動該基板9，而有利於各該探針200接觸 該電性連接端90。

另外，該定位裝置20b上係設有一夾具(chuck)201，以固定該基板9並夾持該基板9轉動。

所述之影像擷取器21係包含電荷耦合裝置(Charge-coupled Device，簡稱CCD)210。

於本實施例中，該影像擷取器21係用以擷取(拍攝)經由該探針200檢測後之電性連接端90之影像。

所述之第二電腦22係包含一驅動裝置220與一控制裝置221。

於本實施例中，該控制裝置221係藉由該驅動裝置220操控該探針裝置20a與定位裝置20b，即該控制裝置221計算判斷該探針裝置20a與定位裝置20b作動之路徑，再傳送訊號至該探針裝置20a與定位裝置20b，使該驅動裝置220作動該探針裝置20a或定位裝置20b，以令該探針200接觸該電性連接端90。

所述之第一電腦23係為工業電腦，其電性連接該第二電腦22與該影像擷取器21，且該第一電腦23包含一影像處理機230、一計算機231與一傳令機232。

所述之影像處理機230係具有光學文字辨識(Optical Character Recognition，簡稱OCR)功能。

於本實施例中，該影像處理機230係用以儲存影像，例如，該電性連接端90之假想圖像(圖未示)、預先儲存該電性連接端90經該檢測機20檢測後之預設圖像A(如第2A圖所示之多種圖像，但並不限於此)、或儲存該影像 擷取器21所擷取之電性連接端圖像B(如第2B圖所示)。因此，該影像處理機230可將該電性連接端圖像B與該預設圖像A作成比對圖像C(如第2C圖所示)。

再者，該預設圖像A係例如由人工選取該電性連接端90經該檢測機20檢測後之正確圖像(即該探針200於該電性連接端90上應該留下之正確針跡位置，即刮痕P”)後，再存入該影像處理機230之資料庫中。

再者，該電性連接端圖像B係為該探針200於該電性連接端90上所留下之針跡位置，即刮痕P”。

所述之計算機231係為影像計算器，其用以計算該比對圖像C，即該電性連接端90經該檢測機20檢測後之預設圖像A與該影像擷取器21所擷取之影像中之電性連接端圖像B之間的差異K(如第2C圖所示)，其中，該差異K係為該探針200於該電性連接端90上所留下之針跡位置偏移量。

於本實施例中，該計算機231之計算方式可為晶圓刮痕比對、非連續性判斷、調整焦距、深淺、範圍、或其它方式等。

再者，該計算機231可依照各種不同的辨識計算方法與操作人員的設定，調整CCD影像拍攝該基板9的焦距、深淺與範圍。

又，為加強影像判斷效果，該計算機231可增設一具有灰階強化功能之繪圖晶片，以達到16384(2¹⁴)灰階以上的辨識效果。

所述之傳令機232係於該差異K’(如第2C’圖所示)超出正常範圍時(即位置偏移量過大)，會發出暫停作動訊號至該控制裝置221，以令該探針裝置20a或該定位裝置20b停止作動。該傳令機232與該控制裝置221例如為進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine，簡稱ARM)。

使用本發明之檢測設備2進行檢測方法，其步驟如下：

步驟一：該控制裝置221作動該檢測機20之探針200，以電氣檢測該基板9(如晶圓)之電性連接端90。

如第3A及3B圖所示，於本實施例中，係先進行前置作業，即利用機器人5取出晶舟盒(Wafer Cassette)4內的晶圓(即基板9)、或已切割成條狀(strip type)並貼於藍膜(blue tape)上的晶圓片(即基板9)，再利用該機器人5將該基板9放置於該檢測設備2之識別區30上。

具體地，該識別區30內設有一輪廓檢查單元(profile)31、一光學文字辨識單元(OCR)32、一組具有夾具330之轉盤33及一組機械手臂34。

所述之輪廓檢查單元31係以光學方式檢測出該基板9上的定位缺口(notch)。

所述之光學文字辨識單元32係辨識出該基板9上編碼符號及記錄各基板9之定位缺口。

當該光學文字辨識單元32辨識出並記錄該基板9後，該機械手臂34便將該基板9從該夾具330取出，送入該檢測設備2之探針檢測區域。

步驟二：該影像擷取器21之電荷耦合裝置210擷取該 電性連接端90之影像，再將該影像傳輸至該第一電腦23。

於本實施例中，於電氣檢測該基板9後，該電荷耦合裝置210移動至該基板9上方拍照。

於另一實施例中，該驅動裝置220可令該定位裝置22b移動該基板9至該電荷耦合裝置210下方，以進行拍照。

步驟三：該第一電腦23判讀該基板9是否損傷。首先，該影像處理機230將該影像擷取器21所擷取之電性連接端圖像B與該預設圖像A作成比對圖像C；接著，該計算機231針對該比對圖像C進行計算與分析，以得到差異K,K’之結果。

於本實施例中，該計算機231將該比對圖像C進行辨識計算後，會傳遞辨識結果至該傳令機232，以令該傳令機232依照辨識結果發出訊號至該控制裝置221，之後該檢測設備2繼續進行探針檢測作業或中斷作業。

再者，該計算機231之辨識計算方法至少有以下三種：

第一種：正確影像掃瞄比對。首先，提供一片已判定為正常的基板9(如晶圓或晶片)供CCD掃描拍攝，儲存影像至該影像處理機230，該計算機231將這些正確影像設為判別的基準參數。接著，對新的基板9進行探針測試與影像拍攝，將取得的影像儲存至該影像處理機230，而該計算機231將新拍攝的影像與預設的正確影像進行比對，進而判斷新的基板9是否為良品。之後，依據辨識結果，該傳令機232發出訊號給該控制裝置221，以操控該探針測試繼續作業或中斷作業。

第二種：空白影像自行計算。首先，該計算機231直接依據空白的基板9(即未有針跡)進行運算，以預算正常的基板9之影像並將其設為判別的基準參數。接著，對新的基板9進行探針測試與影像拍攝，將取得的影像儲存至該影像處理機230，而該計算機231將新拍攝的影像與預算的正確影像進行比對，進而判斷新的基板9是否為良品。之後，依據辨識結果，該傳令機232發出訊號給該控制裝置221，以操控該探針測試繼續作業或中斷作業。

第三種：刮痕所產生的光線折射角度呈非連續性之判斷。當該基板9為正常狀況時，其光線折射為固定角度；若該基板9具有不正常刮痕或缺陷時，其光線折射的角度會改變，此時，該計算機231可藉由計算光線折射的角度是否異常，以判斷該基板9是否具有刮痕、缺陷、或探針戳位偏移的現象。

應可理解地，該計算機231之辨識計算方法不限於上述，特此述明。

步驟四：該第一電腦23通知或控制該檢測機20繼續或中斷電氣檢測。例如，當該差異K’超出正常值時，該傳令機232發出暫停作動訊號至該控制裝置221，以令該檢測機20停止作動。

於本實施例中，當探針電氣測試結束之後，該檢測設備2會紀錄哪些基板9之電性連接端90具有電性問題。若該第一電腦23沒有辨識出探針戳位偏移或基板9具有刮痕損傷等問題時，該檢測設備2會結束探針測試，該機械手 臂34會將該基板9夾出，並送入其它區域進行其它測試。

再者，若該第一電腦23辨識出探針戳位偏移或基板9具有刮痕損傷等問題時，該第一電腦23會通知或控制該控制裝置221發出警示訊號、或暫停該檢測設備2作業，以等待作業人員進行修正。

因此，本發明藉由該第一電腦23專門處理影像訊號，以於進行探針檢測時，不會影響探針檢測作業，使該檢測設備2不需為了進行CCD影像辨識而暫停探針檢測，故能有效縮短CCD影像辨識時間與成功率，使該檢測設備2能連續對該基板9(如晶圓或晶片)進行探針電氣檢測，且可一併處理探針戳位偏移、或該基板9之刮痕損傷的不良識別。

綜上所述，本發明之檢測設備及其檢測方法，係藉由該檢測機增設該第一電腦與該影像擷取器，且該第一電腦具有以下兩種功能：

第一、能通知或控制該檢測機停止檢測動作。

第二、多種影像運算方式以因應不同的待測基板而設定出最佳的辨識計算方式。

因此，不僅節省工時及效果良好，且無需於生產線上設置機台，因而能降低成本。

上述實施例僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利 範圍所列。

2‧‧‧檢測設備

20‧‧‧檢測機

20a‧‧‧探針裝置

20b‧‧‧定位裝置

200‧‧‧探針

201‧‧‧夾具

21‧‧‧影像擷取器

210‧‧‧電荷耦合裝置

22‧‧‧第二電腦

220‧‧‧驅動裝置

221‧‧‧控制裝置

23‧‧‧第一電腦

230‧‧‧影像處理機

231‧‧‧計算機

232‧‧‧傳令機

9‧‧‧基板

90‧‧‧電性連接端

Claims (18)

1. 一種檢測設備，係包括：檢測機，係用以檢測基板之電性連接端之電性狀況；影像擷取器，係擷取經由該檢測機檢測該基板之電性連接端後之電性連接端圖像；第一電腦，係電性連接該影像擷取器，且包含計算機與傳令機，該計算機係計算並分析該電性連接端圖像，且該傳令機係用以依據該計算機所分析之結果發出訊號或控制該檢測機；以及第二電腦，係電性連接該檢測機及該影像擷取器，其中，該第二電腦具有用以操控該檢測機之控制裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之檢測設備，其中，該檢測機係包括：探針裝置，係具有複數探針，使各該探針接觸該電性連接端，以檢查該基板之電性狀況；以及定位裝置，係用以固定該基板，且於三維軸向上移動該基板。
3. 如申請專利範圍第2項所述之檢測設備，其中，該探針係為膠囊狀、圓柱形、卵柱形、方柱形、圓錐形或角錐形。
4. 如申請專利範圍第1項所述之檢測設備，其中，該影像擷取器係包含電荷耦合裝置，以擷取影像而成為該電性連接端圖像。
5. 如申請專利範圍第1項所述之檢測設備，其中，該傳令機與該控制裝置係為進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine，簡稱ARM)。
6. 如申請專利範圍第1項所述之檢測設備，其中，該第一電腦復包含影像處理機，係預先儲存該電性連接端之預設圖像，以將該電性連接端圖像與該預設圖像作成比對圖像，俾供該計算機針對該比對圖像進行計算及分析。
7. 如申請專利範圍第1項所述之檢測設備，其中，該電性連接端之剖面形狀為膠囊狀、圓形、方形、多角形、封閉曲線、長條形、及狹長形封閉曲線所構成群組之其中一者。
8. 如申請專利範圍第1項所述之檢測設備，復包括一識別區，於該識別區中設置包含：輪廓檢查單元，係以光學方式檢測出該基板上的定位缺口；光學文字辨識單元，係用以辨識出該基板上編碼符號及記錄該基板之定位缺口；轉盤，係用以承載該基板；以及機械手臂，係用以移動該基板至該識別區及該檢測機。
9. 一種檢測方法，係包括：提供一如申請專利範圍第1項所述之檢測設備；藉由該檢測機檢測該基板之電性連接端；於該檢測機檢測該電性連接端後，令該影像擷取器 擷取該電性連接端圖像；於該影像擷取器擷取該電性連接端圖像後，令該計算機計算該電性連接端之預設位置與該電性連接端圖像中之電性連接端位置之間的差異；以及依據該計算機所分析之結果，令該傳令機發出訊號或控制該檢測機。
10. 如申請專利範圍第9項所述之檢測方法，其中，該檢測機係包括：探針裝置，係具有複數探針，使各該探針接觸該電性連接端，以檢查該基板之電性狀況；以及定位裝置，係用以固定該基板，且於三維軸向上移動該基板。
11. 如申請專利範圍第10項所述之檢測方法，其中，該探針係為膠囊狀、圓柱形、卵柱形、方柱形、圓錐形或角錐形。
12. 如申請專利範圍第9項所述之檢測方法，其中，該影像擷取器係包含電荷耦合裝置，以擷取影像而成為該電性連接端圖像。
13. 如申請專利範圍第9項所述之檢測方法，復包括電性連接該檢測機與該影像擷取器之第二電腦。
14. 如申請專利範圍第13項所述之檢測方法，其中，該第二電腦具有用以操控該檢測機之控制裝置。
15. 如申請專利範圍第14項所述之檢測方法，其中，該傳令機與該控制裝置係為進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine，簡稱ARM)。
16. 如申請專利範圍第9項所述之檢測方法，其中，該第一電腦復包含影像處理機，其預先儲存該電性連接端之預設圖像，以將該電性連接端圖像與該預設圖像作成比對圖像，俾供該計算機針對該比對圖像進行計算及分析而得到該差異。
17. 如申請專利範圍第9項所述之檢測方法，其中，該電性連接端之剖面形狀為膠囊狀、圓形、方形、多角形、封閉曲線、長條形、及狹長形封閉曲線所構成群組之其中一者。
18. 如申請專利範圍第9項所述之檢測方法，其中，該檢測設備復包括一識別區，於該識別區中設置包含：輪廓檢查單元，係以光學方式檢測出該基板上的定位缺口；光學文字辨識單元，係用以辨識出該基板上編碼符號及記錄該基板之定位缺口；轉盤，係用以承載該基板；以及機械手臂，係用以移動該基板至該識別區及該檢測機。