TWI735915B - 與面向受測裝置側之光源整合的晶圓探針卡及製造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種具有光源面向受測裝置(DUT)側之整合型晶圓探針卡以及啟用方法。

Description

與面向受測裝置側之光源整合的晶圓探針卡及製造方法
本揭露係關於一種與面向受測裝置(device under test；DUT)側之光源整合之晶圓探針卡、以及啟用方法。本揭露適用於電氣晶圓探測器。
半導體裝置製造需要監控半導體製造程序之品質及穩定性、以及測試積體電路裝置電氣參數以在封裝前先檢測有缺陷之半導體晶粒。包括晶圓探測器之自動化參數測試器係用於測試晶圓上之積體電路。晶圓探測器使用型樣辨識在受測結構之探針墊上精準地對準，用於電氣測試(electrieal testing；ET)一組微觀接觸部或探針。將探針卡保持在適當位置，同時以快速且可靠之方式將晶圓(真空嵌裝在晶圓卡盤上)移動到電接觸部內。特別的是，探針卡係電連接至晶圓探測器之參數測試器，以在測試器及晶圓上之一DUT之間提供電路徑，藉此允許在晶圓上測試及檢驗該DUT。參數測試器具有測量電壓差及電流之高準確度且快速測量設備及電源單元。當晶圓上該DUT電氣測試完成後，舉例而言，完成一 晶粒或一晶粒陣列之電氣測試後，晶圓探測器移動晶圓以測試下一個DUT。晶圓製造期間之此類線內參數測試在製造週期中早期(接近前段製程)驗證裝置效能以監控該製程。
諸如製程能力指數/比率(process capability index/ratio；Cpk)之製程能力指數(Process Capability Indices；PCI)係用於評定實現所需規格之製程能力，諸如一致性地提供MOS電晶體之閾值電壓之非常高變異。然而，產出諸如1.19之製程能力指數/比率(Cpk)等不良電子測試參數之晶圓變為晶圓廢品。1.19之Cpk低於1.33之消費性產品Cpk規格、及1.66之汽車產品Cpk規格，並且遠低於2或更高Cpk之市場需求。
因此，需要一種已改善Cpk之晶圓探測器。還需要一種製造此類晶圓探測器之方法、以及使用該晶圓探測器之方法。
本揭露之一態樣係一種與面向DUT側之光源整合之晶圓探針卡。可將該晶圓探針卡嵌裝在晶圓探測器中，能夠在測試期間控制光源及強度。
本揭露之另一態樣係一種與晶圓探測器中之可編程光源整合之晶圓探針卡，其中光源在電子測試期間選擇性地直接將光照在DUT上。
本揭露之另一態樣係一種包括整合到探針卡上並面向DUT側之光源的晶圓測試器。該晶圓測試器提供2或更高之Cpk。
本揭露之另一態樣係一種將光源整合到面向DUT側之晶圓探針卡上之方法。
本揭露之再一態樣係一種方法，包括：將與光源整合之晶圓探針卡嵌裝並電連接至晶圓測試器，且該光源面向DUT側。
本揭露之附加態樣及技術功效將在本說明書中提出，並且經由以下詳細說明對於所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易見，其中本揭露之具體實施例係藉由經思考用以實施本揭露之最佳模式之圖示予以簡單說明。將意識到，本揭露可有其它及不同的具體實施例，以及本揭露之許多細節可在各種明顯的態樣中作修改，全部都不脫離本揭露。因此，圖式及說明本質在於描述而非限制。可如所附申請專利範圍特別指出者實現並且獲得本揭露的優點。
100‧‧‧探針卡
101-1~101-n‧‧‧自動化測試設備連接器、ATE連接器
103‧‧‧印刷電路板、PCB
105-1~105-8‧‧‧導線
109-1~109-6‧‧‧探針銷
200‧‧‧光源
201,201'‧‧‧接觸點
203‧‧‧光
205‧‧‧光控制電路系統
300‧‧‧晶圓
D‧‧‧距離
本揭露係在附圖的圖式中藉由實施例予以描述並且非藉由限制予以描述以及其中相稱的元件符號意指類似的元件，且其中：第1圖根據一例示性具體實施例，示意性繪示晶圓探針卡及相關電路系統的俯視圖；第2圖根據一例示性具體實施例，示意性繪示晶圓探針卡的截面圖；以及第3A至3D圖根據一例示性具體實施例，示意性繪示晶圓探針卡之功能性效能。
在底下的說明中，為了解釋的目的，提出許多特定細節以便透徹理解例示性具體實施例。然而，應該明顯可知的是，可實踐例示性具體實施例而無需這些特定細節或用到均等配置。在其它實例中，廣為人知的結構和裝置係以方塊圖形式表示，以免不必要地混淆例示性具體實施例。另外，除非另有所指，說明書及申請專利範圍中所有表達成份、反應條件等等數量、比率、以及數值特性的數字在所有實例中都要予以理解為藉由術語「約」修飾。
本揭露因應並解決晶圓探測器之當前問題。該等問題特別是藉由將光源整合到在DUT上投射光之探針卡內來解決。根據本揭露之具體實施例之方法包括將光源形成或連接到面向DUT之晶圓探針卡上。
雖然各項具體實施例係針對懸臂型探針卡作說明，可預見的是，本文所述之方法仍可與其它類具有凹穴之探針卡配合用於嵌裝光源。
單純地藉由所思最佳模式的描述，還有其它態樣、特徵、以及技術功效經由下文的詳細說明對於所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易知，其中表示並且說明的是較佳具體實施例。本揭露能夠有其它且不同的具體實施例，以及其許多細節能在各種明顯方面進行改進。因此，圖式及說明本質在於描述而非限制。
第1圖根據一例示性具體實施例，示意性繪示晶圓探針卡及相關電路系統的俯視圖。第1圖展示具有自動化測試設備(automated test equipment：ATE)連接器101-1至101-n之探針卡100之布局的俯視 圖，自動化測試設備連接器101-1至101-n具有微觀性，並且係繞著印刷電路板(PCB)103之周緣配置。在這項實施例中，ATE連接器101-1至101-6係藉由導線105-1至105-6配線至晶圓探測器以供DUT分析，而諸如101-7至101-8之冗餘ATE連接器則藉由導線105-7及105-8配線至光源200之接觸點201及201'。ATE連接器101-1至101-n之配線隨目標晶圓而變，因為ATE連接器必須有效地電連接至給定測試器之通用型樣，並且將信號轉移至目標晶圓上之電氣接墊。舉例而言，DRAM及快閃記憶體裝置通常每面具有40至90微米(μm)之鋁接墊。其它DUT可具有由銅、銅合金所製成之平坦接墊或隆起凸塊/柱體、或由鉛錫、錫銀等所製成之焊料。
光源200位於探針卡100近接處或中心處，不會干擾電氣探測。光源200包括光203及整合在PCB 103上之光控制電路系統205。光203可以是LED光，其用約4.5V施加以產生波長範圍自約400奈米(nm)至約700nm且強度範圍約5,000毫燭光(millicandelas；mcd)至約50,000mcd之光。
第2圖根據一例示性具體實施例，示意性繪示探針卡100及光源200的截面圖。探針卡100包括PCB 103上電連接至相應ATE連接器101-1至101-6之探針銷109-1至109-6。晶圓探測器包括對探針銷109-1至109-6之電氣平面性進行測量之探針卡分析儀(為便於說明而未展示)，而光203位於晶圓300上面約1毫米(mm)至約5毫米距離D處，用以直接投射覆蓋DUT之光。
在一項具體實施例中，力-電流測量涉及在DUT之p-n接面中強施1uA電流以達到-0.1μA之汲極電流(Id)、以及在使用晶圓探測器之量產線內測量中感測汲極電壓(Vbd)。在測試期間，晶圓探測器自動施用ET程式，該程式包括如表1中所列ET偏置條件之概念性測試序列。
Figure 108125636-A0305-02-0007-1
晶圓探測器控制根據ET偏置條件整合在PCB 103中之光源200之光控制電路系統205，以根據需要開啟或關閉光203。第3A至3D圖根據一例示性具體實施例，示意性繪示晶圓探針卡之功能性效能。當使用ET條件xx01、xx02、xx04至xx07測試晶圓300之xx01磚(例如：晶粒)(為便於說明而未展示)以關閉光203在15個部位進行測試時，DUT振盪之Vbd在約0V至約20V之間波動，而DUT之Id則是在力-電流測量期間於如第3A圖所示之力-電流測量中從-1pA掃掠到-1μA。
當使用ET條件xx03測試晶圓300之xx01磚以開啟光203測試15個部位時，Vbd平均約為19.5V，而Id則是在如第3B圖所示之力-電流測量中從約-10pA掃掠到約-1μA。舉例而言，此類ET條件xx03包括用於DUT之偏置條件，其中Force1=-1E-07、Coml1=25、Pins_smu1=「7」、Ground_pins=「11 1 12 2」，並且用於光203之偏置條件為Force2=4.5、Coml2=1.5E-02、Pins_smu2=「23」、Pins_smu3=「24」。舉另一實施例來說，條件xx04包括用於DUT之偏置條件，其中Force1=1.0E-07、Compl1=25、Pins_smu1=「22 2」、Ground_pins=「11 1 12」，並且用於光203之偏置條件為Force2=4.5、Coml2=1.5E-02、Pins_smu2=「23」、Pins_smu3=「24」。
如第3C至3D圖進一步所示，當光203開啟時，由於載子之光學激發而更有電子可用，這使得衝擊電離更不隨機以及測量更加準確且穩定(0.08x之Vbd標準差(Sigma))。簡言之，開啟光203得以抑制Vbd之波動。具有光源200之探針卡100成功通過高電壓隔離擊穿測試。除了如所述之擊穿電壓以外，還可啟用光源以輔助測試其它線內離散電晶體結構，以測量漏電流、閾值電壓、有效溝道長度等。
「光啟用」測量可用於測試使用ET參數測試器進行之測量。在其它具體實施例中，具有光源之探針卡亦可用於進行以下測試：(1)藉由測量關鍵尺寸來測試各種線寬；(2)藉由測量關鍵尺寸及套疊套準來測試盒中之盒；(3)藉由測量連續性及橋接來測試氧化物步階上方之蜿蜒結構；(4)藉由測量膜厚來測試電阻率結構；(5)藉由測量絕緣體材料及 氧化物完整性來測試電容器陣列結構；或(6)藉由測量接觸電阻及連接來測試接觸部或貫孔串。
除了晶圓製造期間之線內參數測試外，具有光源之探針卡還可進一步用於輔助諸如晶圓分類測試等其它晶圓級電氣測試、及預生產期間之IC設計驗證，用以偵錯及驗證新晶片設計並確保晶圓符合規格。晶圓分類測試驗證各晶粒是否符合產品規格(例如：DC測試、輸出檢查、功能測試等)，未通過之晶粒以小墨點標記在各晶粒中間或儲存晶粒通過或未通過資訊之晶圓映射圖上。當一晶圓具有太多不及格晶粒而使電氣測試失敗時，將該晶圓從製造程序移開，以單獨測試是否確保該晶圓有缺陷。
另外，當部署具有凹穴可嵌裝光源之探針卡時，具有光源之探針卡可用於在封裝晶片級進行其它測試程序，諸如燒入可靠度測試程序、最終測試(封裝後)、或品質管制測試(將已封裝單元打上品牌/標記後)。
本揭露之具體實施例能夠實現數種技術功效，諸如抑制ET波動及擴展簽章(spread signature)，以及藉由配備可編程光源之新穎ET探針卡來改善Cpk，該可編程光源在測量期間選擇性地產生照在DUT上之光。具體實施例實現具有更低標準差之更穩定電子測試結果，並且藉此改善Cp及Cpk。光開啟測量在標準差(0.08x)方面有顯著改善，量產線內測量從而得到更好的Cpk(>2)。更好的Cpk使ET失敗晶圓廢品量更少，從而節省成本。這使探針銷之特性分析準確度、以及與晶圓探測器之總體探針卡互動提升。另外，其還與全自動化量產線內測量相容。
在前述說明中，本揭露係引用其具體例示性具體實施例予以描述。然而，明顯的是，可對其實施各種改進和變更而不脫離本揭露較廣之精神與範疇，如申請專利範圍所提。因此，說明書及圖式要視為描述性而非限制性。得以理解的是，如本文所述，本揭露可使用各種其它組合及具體實施例，並且可在本發明概念之範疇內作任何變更或改進。
100‧‧‧探針卡
101-1~101-n‧‧‧自動化測試設備連接器、ATE連接器
103‧‧‧印刷電路板、PCB
105-1~105-8‧‧‧導線
200‧‧‧光源
201,201'‧‧‧接觸點
203‧‧‧光
205‧‧‧光控制電路系統

Claims (18)

  1. 一種與面向受測裝置(DUT)側之光源整合之晶圓探針卡，其中，該光源包含整合在該晶圓探針卡之印刷電路板(PCB)中之光控制電路系統，該晶圓探針卡之該印刷電路板包含探針銷，並且該探針銷電連接至繞著該印刷電路板之周緣配置的相應自動化測試設備(ATE)連接器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓探針卡，其中，該光控制電路系統控制該光源及強度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓探針卡，其中，該光源以1毫米(mm)至5mm之距離範圍位於該受測裝置上面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓探針卡，其中，該光源產生波長範圍自400奈米(nm)至700nm之光。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之晶圓探針卡，其中，該光具有5,000毫燭光(mcd)至50,000mcd之強度範圍。
  6. 一種晶圓測試器，包含整合到探針卡上並面向受測裝置(DUT)側之光源，其中，該光源包含整合在該探針卡之印刷電路板(PCB)中之光控制電路系統，該探針卡之該印刷電路板包含探針銷，並且該探針銷電連接至繞著該印刷電路板之周緣配置的相應自動化測試設備(ATE)連接器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓測試器，其中，該光源位於該探針卡之中心。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓測試器，其中，該光源以1毫米(mm)至5mm之距離範圍位於該受測裝置上面。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之晶圓測試器，其中，該光源產生波長範圍自400奈米(nm)至700nm之光。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之晶圓測試器，其中，該光具有5,000毫燭光(mcd)至50,000mcd之強度範圍。
  11. 一種將光源整合到晶圓探針卡內的方法，該方法包含：將與該光源整合之該晶圓探針卡嵌裝並電連接至晶圓測試器，且該光源面向受測裝置(DUT)側，其中，該光源包含整合在該晶圓探針卡之印刷電路板(PCB)中之光控制電路系統，該晶圓探針卡之該印刷電路板包含探針銷，並且該探針銷電連接至繞著該印刷電路板之周緣配置的相應自動化測試設備(ATE)連接器。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，更包含：在測試該受測裝置的過程中開啟該光源，其中，該光源係經由在該晶圓探針卡之印刷電路板中整合形成之光控制電路系統來開啟。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該受測裝置所處階段為預生產期間之IC設計驗證、晶圓製造期間之線內參數測試或晶圓分類測試。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該受測裝置係線內離散電晶體結構、蜿蜒結構、電阻率結構、電容器陣列結構或接觸串。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該光源位於該晶圓探針卡之中心。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該光源在測試該受測裝置時以1毫米(mm)至5mm之距離範圍位於該受測裝置上面。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中，該光源產生波長範圍自400奈米(nm)至700nm之光。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中，該光具有5,000毫燭光(mcd)至50,000mcd之強度範圍。
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