TWI722707B - 探測裝置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一種探測裝置及其操作方法。該探測裝置包含一載台及一探針卡，該載台經配置以承載一待測元件，該探針卡配置在該載台上。該探針卡具有一入口及一出口，該入口經配置以將一氣體傳輸到該探針卡中，該出口經配置以在一預定溫度中將該氣體從該探針卡吹到該載台。該操作方法包括：提供一載台、配置一待測元件在該在載台上、配置一探針卡在該待測元件上、以及在一預定溫度中將一氣體從該探針卡吹向該待測元件。

Description

探測裝置及其操作方法

本申請案主張2019/1/16申請之美國臨時申請案第62/793,060號及2019/07/16申請之美國正式申請案第16/513,401號的優先權及益處，該美國臨時申請案及美國正式申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。

本揭露係關於一種探測裝置、特別是關於用於測試一半導體元件的一種探測裝置。再者，本揭露係關於一種測試設備的操作方法，特別是關於一種探測裝置的操作方法。

在製造之後，例如具有多個晶粒之一晶圓的一半導體待測元件(semiconductor device under test，DUT)係由一探測裝置進行測試。然而，製造期間可無法預期地產生殘留物(residues)、汙染物(contaminants)或碎片(chippings)，並掉落在半導體元件上。這些不想要的材料係可造成半導體元件測試的不利影響。

再者，半導體元件需要在一預定溫度中進行測試。然而，在製造之後，可快速地執行半導體元件的測試，也因此半導體元件係依據測試而可能不會在預定溫度下進行。因此，半導體元件測試的精確度挳能會被降低。

據此，改善探測裝置的架構，是有持續的需要。

上文之「先前技術」說明僅係提供背景技術，並未承認上文之「先前技術」說明揭示本揭露之標的，不構成本揭露之先前技術，且上文之「先前技術」之任何說明均不應作為本案之任一部分。

本揭露之一實施例提供一種探測裝置。該探測裝置包括經配置以支撐一待測元件的一載台，以及配置在該載台上的一探針卡。該探針卡具有經配置以將一氣體傳輸到該探針卡中的一入口，以及經配置以在一預定溫度中將該氣體從該探針卡吹向該載台的一出口。

在本揭露之一些實施例中，該探針卡還具有一溫度控制器，經配置以調整從該出口被吹出之該氣體的溫度。

在本揭露之一些實施例中，該預定溫度在-60℃到300℃的範圍內。

在本揭露之一些實施例中，該出口與該待測元件之間的一距離，大致地小於或等於10mm。

在本揭露之一些實施例中，該氣體為清潔乾燥空氣(clean dry air)或一氮氣(nitrogen gas)。

在本揭露之一些實施例中，該出口定向(oriented)朝向該待測元件的一中心。

在本揭露之一些實施例中，該出口還具有複數個子出口，該等子出口的定向是可調的。

在本揭露之一些實施例中，該探測裝置還包括一控制器，電性連接該探針卡，其中該控制器經配置以決定由該探針卡所量測的該溫度是否與該預定溫度一致。

在本揭露之一些實施例中，該探測裝置還包括一腔室，其中該載台、該待測元件以及該探針卡配置在該腔室中。

在本揭露之一些實施例中，該待測元件為一半導體元件。

在本揭露之一些實施例中，該待測元件為一晶圓。

本揭露之另一實施例提供一種操作方法。該操作方法包括：提供一載台、配置在該載台上的一待測元件以及配置在該待測元件上的一探針卡；以及在一預定溫度中將一氣體從該探針卡吹向該待測元件。

在本揭露之一些實施例中，該操作方法還包括將在該探針卡中的一氣體之一溫度調整到該預定溫度。

在本揭露之一些實施例中，該操作方法還包括將該氣體傳輸到該探針卡中。

在本揭露之一些實施例中，該操作方法還包括在對該氣體的吹氣期間或之後，改變該待測元件之至少一部份的溫度。

在本揭露之一些實施例中，藉由對該氣體的吹氣，將不想要的材料從該待測元件或該探針卡移除。

在本揭露之一些實施例中，該預定溫度在-60℃到300℃範圍內。

在本揭露之一些實施例中，該預定溫度為室溫。

在本揭露之一些實施例中，該氣體以一預定速度被吹出。

在本揭露之一些實施例中，該氣體被吹向該待測元件的一中心。

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。

本揭露之以下說明伴隨併入且組成說明書之一部分的圖式，說明本揭露之實施例，然而本揭露並不受限於該實施例。此外，以下的實施例可適當整合以下實施例以完成另一實施例。

「一實施例」、「實施例」、「例示實施例」、「其他實施例」、「另一實施例」等係指本揭露所描述之實施例可包含特定特徵、結構或是特性，然而並非每一實施例必須包含該特定特徵、結構或是特性。再者，重複使用「在實施例中」一語並非必須指相同實施例，然而可為相同實施例。

為了使得本揭露可被完全理解，以下說明提供詳細的步驟與結構。顯然，本揭露的實施不會限制該技藝中的技術人士已知的特定細節。此外，已知的結構與步驟不再詳述，以免不必要地限制本揭露。本揭露的較佳實施例詳述如下。然而，除了詳細說明之外，本揭露亦可廣泛實施於其他實施例中。本揭露的範圍不限於詳細說明的內容，而是由申請專利範圍定義。

本揭露提供一種探測裝置，係可加熱或冷卻一待測元件(例如一晶圓)，以及從該待測元件移除不想要的材料(unwanted material)。圖1為依據本揭露一些實施例中一種探測裝置200之剖視示意圖。探測裝置200具有經配置以之稱一待測元件(DUT)22的一載台(chuck)21，以及配置在載台21上的一探針卡23。探針卡23具有一入口231以及一出口232，入口231經配置以將一氣體傳輸到探針卡23中，出口232經配置以將該氣體在一預定溫度中從探針卡23吹向載台21。在預定溫度中從出口232被吹的該氣體可以非接觸的方式改變待測元件22的溫度，例如對流(convection)。詳而言之，該氣體在預定溫度中傳輸到入口231中，並從出口232吹向待測元件22，以便可以改變待測元件22的至少一部份的溫度，也因此可以移除在待測元件22上的不想要的材料。

在一些實施例中，待測元件22為一半導體元件。在一些實施例中，待測元件22為一晶圓(wafer)。

晶圓測試通常在一室溫、一高溫(即高於室溫)或一低溫(即低於室溫)下執行。在晶圓測試執行之前，係可要求加熱或冷卻待測元件22。在一些實施例中，該氣體從出口232被吹向待測元件22，以增加待測元件22的一溫度(待測元件22的加熱)。在一些實施例中，該氣體從出口232被吹向待測元件22以降低待測元件22的一溫度(待測元件22的冷卻)。一般而言，出口232越接近待測元件22，則該氣體可更有效地加熱或冷卻待測元件22，並更有效地增加或降低待測元件22的至少一部份的溫度。

在一些實施例中，探測裝置200還具有一腔室24。載台21、待測元件22以及探針卡23均配置在腔室24中。理應注意的是，從出口232到待測元件22的一最小距離，明顯地小於從腔室24的周壁到待測元件22的一最小距離。意即，在將待測元件22的至少一部份的溫度改變到預定溫度中，從探針卡22之出口232所提供的氣體，係比從腔室24之周壁所提供的氣體更加有效率。再者，在待測元件22上的不想要之材料，例如灰塵、汙染物以及任何副產品(by-products)，係可從待測元件22被吹離。

在一些實施例中，在出口232與待測元件22之間有一距離。距離D係可依據不同參數來決定，舉例來說，參數包括出口232的數量、氣體的吹氣速度(blowing speed)、待測元件22的尺寸、針對待測元件22的設計規則以及其他如所屬技術領域中具有通常知識者所熟知的參數。在一些實施例中，在出口232與待測元件22之間的距離D，大致地小於或等於10mm。

為了清楚及簡化，圖1僅繪示配置在探針卡23中的兩個出口232以及兩個入口231；然而，所屬技術領域中具有通常知識者係熟知可出現一或多個出口232及入口231。在一些實施例中，探針卡23具有複數個出口232。在一些實施例中，探針卡23具有一入口231，且該氣體經由入口231進入探針卡23，並從該等出口232被吹出。在一些實施例中，每一入口231連接到一相對應的出口232。

在一些實施例中，出口232以一手段配置，係允許調整整個待測元件22的溫度。在一些實施例中，出口232係以一手段配置，係允許僅調整待測元件22的一特定部分的溫度。在一些實施例中，出口232係導向朝向待測元件22的一中心。在一些實施例中，出口232係導向朝向待測元件22的一周圍。在一些實施例中，每一出口232可導向朝向待測元件22的一不同部分。

圖2為探針卡23的底視圖。探針卡23可為圓形、橢圓形、矩形、正方形或其他對應待測元件22的所欲形狀，但並不以此為限。如圖2所示，在一些實施例中，探針卡23的底表面具有一中心區235以及一周圍區236。中心區235可具有一圓形形狀，同時周圍區236可具有圍繞中心區235的一環形形狀。在一些實施例中，該等出口232沿著探針卡23的圓周(circumference)配置。在一些實施例中，該等出口232配置在探針卡23之底表面的中心區235中。在一些實施例中，該等出口配置在探針卡23之底表面的周圍區236中。在一些實施例中，該等出口232具有相互相同的架構。每一出口232具有相同形狀以及相同寬度，但本揭露並不以此為限。舉例來說，所有的出口232為圓形，且具有相同直徑。在一些實施例中，二相鄰出口232之間的一距離為前後一致的，但本揭露並不以此為限。

請參考圖1，在一些實施例中，在每一出口232與待測元件22之間的距離D，可依據所需而為相同或是不相同。

在一些實施例中，探針卡23還具有一管體(pipe)，經配置以連接出口232與相對應的入口231。在一些實施例中，管體233配置在探針卡23中。在一些實施例中，管體233的配置係符合探針卡23的設定(settings)。

在一些實施例中，探針卡23還具有一溫度控制器234，經配置以調整該氣體從出口232被吹出的溫度。在一些實施例中，溫度控制器234與探針卡23為一體成形，並可位在接近入口231、出口232及/或管體233處。

在一些實施例中，預定溫度在-60℃到300℃的範圍內。針對環境溫度(ambient temperature)測試，在一些實施例中，預定溫度在15℃到40℃範圍內。

在一些實施例中，該氣體為清潔乾燥空氣(clean dry air)、一氮氣(nitrogen gas)、氬(argon)或任何其他適合的氣體。在一些實施例中，氮氣的純度大於99%。

在一些實施例中，探針卡23經由不同設備還連接一氣體供應器(gas supply)(圖未示)，例如氣管(gas tube)、壓力調節器(pressure regulators)、閥體(valves)、質量流量控制器(mass flow controllers)，或其他流量控制器、歧管(manifolds)，及/或調節器(regulators)。在一些實施例中，氣體供應器(gas supply)與探針卡23為一體成形。

在一些實施例中，探測裝置還具有一測試模組(test module)25，係連接到探針卡23。測試模組25經配置以處理由探針卡23所偵測到的訊號，並調整探針卡23的位置以及待測元件22的位置。

圖3為依據本揭露另一探測裝置300的結構示意圖。在一些實施例中，探測裝置300具有經配置以支撐一待測元件22的一載台21、一腔室24以及一測試模組25，其架構係類似於上述或如圖2所示的架構。

在一些實施例中，探針卡23具有入口231與出口232，其中出口232還具有複數個子出口(sub-outlets)237。在一些實施例中，該等子出口237的定向(orientations)是可調整的。在一些實施例中，每一子出口237定向在相對於探針卡23之底表面的一角度θ。因此，從該等子出口237被吹的該氣體係可大致地導向朝向待測元件22的一所欲部分，可有效地調整待測元件22的至少一部份的溫度，且可以完全地移除在待測元件22上的不想要的材料。在一些實施例中，角度θ在0°到90°的範圍內。

在本揭露中，提供一種操作一探測裝置的操作方法。在一些實施例中，係以該操作方法測試如一半導體元件的一待測元件。該操作方法具有許多操作，且其描述與圖示並未意指該等操作順序之限制。

圖4為操作該探測裝置之該操作方法400的一實施例之流程示意圖。該操作方法具有操作41及42。在一些實施例中，操作41及42係操作上述或如圖1到圖3瑣事的探測裝置200或300來實現。

該操作方法以操作41開始，其係提供一載台21、配置在載台21上的一待測元件22以及配置在待測元件22上的一探針卡23。探針卡23具有建構來將一氣體傳出道探針卡23中的一入口231，以及經配置以將在一預定溫度中的該氣體從探針卡23吹向載台21的一出口232。在一些實施例中，待測元件22為一半導體元件。在一些實施例中，待測元件22為一晶圓。

在操作42中，一氣體在一預定溫度中從探針卡23吹向待測元件22。在一些實施例中，該操作方法的影響係為，當該氣體被吹時，係可移除在待測元件22上的不想要的材料，且可改變待測元件22的至少一部份的溫度。在一些實施例中，所述不想要的材料包括灰塵、汙染物，或其他在待測元件22上的副產品。

在一些實施例中，該操作方法還包括將在探針卡23中的該氣體之一溫度調整到預定溫度。在一些實施例中，該氣體的溫度經由一溫度控制器234所調整。

在一些實施例中，該操作方法還包括當該氣體被吹時，改變待測元件22的至少一部份的一溫度。

在一些實施例中，預定溫度在-60℃到300℃的範圍內。在一些實施例中，預定溫度為室溫。在一些實施例中，室溫在15℃到40℃的範圍內。

在一些實施例中，該操作方法還包括當從該探針卡23吹該氣體時，將該氣體傳輸到探針卡23中。

在一些實施例中，該氣體以一預定速度被吹出。該氣體的預定速度可有效地改變待測元件22的至少一部份的溫度，並可從待測元件22移除不想要的材料。

在一些實施例中，該氣體係被吹向待測元件22的一所欲部分。在一些實施例中，該氣體被吹向待測元件22的中心。

據此，本揭露因此提供一種探測裝置以及一種操作方法。該探測裝置具有經配置以之稱一待測元件的一載台，並具有配置在該載台上的一探針卡。該探針卡具有經配置以將一氣體傳輸到該探針卡中的一入口，以及經配置以將在一預定溫度中的該氣體從該探針卡吹向該載台。因此從該探針卡的該出口被吹的該氣體係可從待測元件移除不想要的材料，並可有效地改變待測元件的至少一部份的溫度。

雖然已詳述本揭露及其優點，然而應理解可進行各種變化、取代與替代而不脫離申請專利範圍所定義之本揭露的精神與範圍。例如，可用不同的方法實施上述的許多製程，並且以其他製程或其組合替代上述的許多製程。

再者，本申請案的範圍並不受限於說明書中所述之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法與步驟之特定實施例。該技藝之技術人士可自本揭露的揭示內容理解可根據本揭露而使用與本文所述之對應實施例具有相同功能或是達到實質上相同結果之現存或是未來發展之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟。據此，此等製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟係包含於本申請案之申請專利範圍內。

200:探測裝置 21:載台 22:待測元件 23:探針卡 231:入口 232:出口 233:管體 234:溫度控制器 235:中心區 236:周圍區 237:子出口 24:腔室 25:測試模組 300:探測裝置 400:操作方法 41:操作 42:操作 D:距離 θ:角度

參閱實施方式與申請專利範圍合併考量圖式時，可得以更全面了解本申請案之揭示內容，圖式中相同的元件符號係指相同的元件。 圖1為依據本揭露一些實施例中一種探測裝置之剖視示意圖。 圖2為依據本揭露一些實施例中一種探針卡之底視剖視示意圖。 圖3為依據本揭露一些實施例中一種探測裝置之剖視示意圖。 圖4為依據本揭露一些實施例中一種操作探測裝置的操作方法之流程示意圖。

200:探測裝置

21:載台

22:待測元件

23:探針卡

231:入口

232:出口

233:管體

234:溫度控制器

24:腔室

25:測試模組

D:距離

Claims (19)

1. 一種探測裝置，包括：一載台，經配置以支撐一待測元件；以及一探針卡，配置在該載台上；其中該探針卡具有一入口以及一出口，該入口經配置以將一氣體傳輸到該探針卡中，該出口經配置以在一預定溫度中將該氣體從該探針卡吹向該載台，其中該出口還具有複數個子出口，該等子出口的定向是可調的。
2. 如請求項1所述之探測裝置，其中該探針卡還具有一溫度控制器，經配置以調整從該出口被吹出之該氣體的溫度。
3. 如請求項1所述之探測裝置，其中該預定溫度在-60℃到300℃的範圍內。
4. 如請求項1所述之探測裝置，其中該出口與該待測元件之間的一距離，小於或等於10mm。
5. 如請求項1所述之探測裝置，其中該氣體為清潔乾燥空氣或氮氣。
6. 如請求項1所述之探測裝置，其中該出口定向朝向該待測元件的一中心。
7. 如請求項1所述之探測裝置，還包括一控制器，電性連接該探針卡，其中該控制器經配置以決定由該探針卡所量測的該溫度是否與該預定溫度一致。
8. 如請求項1所述之探測裝置，還包括一腔室，其中該載台、該待測元件以及該探針卡配置在該腔室中。
9. 如請求項1所述之探測裝置，其中該待測元件為一半導體元件。
10. 如請求項1所述之探測裝置，其中該待測元件為一晶圓。
11. 一種探測裝置的操作方法，包括：提供一載台、配置在該載台上的一待測元件以及配置在該待測元件上的一探針卡；以及在一預定溫度中將一氣體從該探針卡吹向該待測元件，其中該探針卡具有一入口以及一出口，該氣體從該入口傳輸到該探針卡中，該出口還具有複數個子出口，該等子出口的定向是可調的。
12. 如請求項11所述之探測裝置的操作方法，還包括將在該探針卡中的一氣體之一溫度調整到該預定溫度。
13. 如請求項11所述之探測裝置的操作方法，還包括將該氣體傳輸到該 探針卡中。
14. 如請求項11所述之探測裝置的操作方法，還包括在對該氣體的吹氣期間或之後，改變該待測元件之至少一部份的溫度。
15. 如請求項11所述之探測裝置的操作方法，其中藉由對該氣體的吹氣，將不想要的材料從該待測元件或該探針卡移除。
16. 如請求項11所述之探測裝置的操作方法，其中該預定溫度在-60℃到300℃範圍內。
17. 如請求項11所述之探測裝置的操作方法，其中該預定溫度為室溫。
18. 如請求項11所述之探測裝置的操作方法，其中該氣體以一預定速度被吹出。
19. 如請求項11所述之探測裝置的操作方法，其中該氣體被吹向該待測元件的一中心。

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