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TW202206833A - 晶圓檢測系統及其晶圓檢測設備 - Google Patents

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TW202206833A
TW202206833A TW109126250A TW109126250A TW202206833A TW 202206833 A TW202206833 A TW 202206833A TW 109126250 A TW109126250 A TW 109126250A TW 109126250 A TW109126250 A TW 109126250A TW 202206833 A TW202206833 A TW 202206833A
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conductive
wafer inspection
probe card
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陳韋志
游本懋
林怡彥
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致茂電子股份有限公司
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Abstract

本案揭露一種晶圓檢測系統及其晶圓檢測設備，包含承載裝置、探針卡、及橋接模組。承載裝置包括供待測晶圓放置的承載單元。探針卡包括探測部及導電部，導電部被配置在探測部周邊且具有接觸面。橋接模組包括朝上凸伸且鄰近晶圓置放區並耦接承載單元的複數傳導單元。於探測部接觸待測晶圓的受測點時，導電部的接觸面可同時與傳導單元形成耦接關係，從而使測試訊號可經由傳導單元及導電部而被傳遞回探針卡，形成測試迴路。藉此，縮短迴路的路徑長度，提高訊號傳遞時的正確性，也增進檢測的正確率。

Description

晶圓檢測系統及其晶圓檢測設備
本發明係關於一種半導體元件的檢測系統及設備，特別是關於一種用於檢測晶圓的晶圓檢測系統及晶圓檢測設備。
半導體元件的製造過程通常區分有前段製程與後段製程，前段製程主要包含晶圓處理製程(Wafer Fabrication, Wafer Fab)及晶圓針測製程(Wafer Probe)，後段製程則主要包含IC構裝製程(IC Packaging)及具有初步測試(Initial Test)與最終測試的測試製程等幾個步驟。
其中，晶圓針測製程可對晶圓中的各個晶粒進行電性功能上的測試，用以在IC構裝製程之前就能確認出電性功能不良的晶粒，進而避免此等不良晶粒進入後端製程，達到降低生產成本的目的。
晶圓針測製程的步驟係將探針卡的探針接觸晶圓上作為輸入端的受測點(例如晶粒上的銲墊)，進而透過探針將測試訊號輸入至對應的晶粒，檢測電路的電性狀況，以供晶粒良莠的判斷。晶圓的底部係為各晶粒的接地端，承載晶圓的載盤(例如：銅盤)具有導電性而作為各個晶粒的共用接地。傳統上係將該載盤額外連接一條電纜，電纜的另一端連接至探針卡，形成一個測試迴路，以進行晶圓上每一晶粒的逐一測試。
然而，舉例來說，當晶粒的測試條件須使用短脈衝且大電流的訊號時，由於這是一種作用時間極短、電流極大(甚至可能需要在小於1　s的時間期間內提供電流大於10A)的脈衝訊號，測試迴路的路徑長度就攸關著測試訊號的品質，也對測試結果的正確性產生很大的影響。傳統上，藉由電纜連接探針卡與載盤的配置方式係使測試迴路的路徑較長，而較長的傳導路徑除了纜線本身材質會對所傳遞的訊號產生影響外，也越容易受到電感效應的影響，導致短脈衝且大電流的訊號波形往往會產生嚴重的形變而失真，進而使得檢測失準，甚至可能導致無效。
本發明之一目的在於縮短測試迴路的路徑。
本發明之另一目的在於提供大電流測試迴路的路徑。
本發明之再一目的在於減小測試訊號的波形失真程度，提高短脈衝且大電流的訊號在測試迴路中傳遞時的正確性。
本發明之再一目的在於提高晶圓檢測的正確率。
為達上述目的及其他目的，本發明提出一種晶圓檢測系統，包含：承載裝置、探針卡、及橋接模組。該承載裝置包括供待測晶圓放置的承載單元，該承載單元定義有晶圓置放區。該探針卡被配置為相對該承載裝置，該探針卡包括探測部及導電部，該導電部被配置在該探測部周邊且具有接觸面。該橋接模組被提供來適用於與該承載裝置安裝在一起，該橋接模組包括朝上凸伸且鄰近該晶圓置放區的複數傳導單元，該等傳導單元耦接該承載單元。其中，於該探針卡之該探測部接觸該待測晶圓之頂面的一受測點時，該導電部的該接觸面可與該等傳導單元之至少其一者形成耦接關係，從而使該探測卡輸出的測試訊號於通過該待測晶圓而自底面傳遞至該承載單元後，可經由該等傳導單元之至少其一者及該導電部而被傳遞回該探針卡，形成一測試迴路。
於本發明之一實施例中，該探針卡可包括一基板，該導電部可為配置在該基板之底面的一導電層。
於本發明之一實施例中，該導電層可具有一通孔，該探測部係自該通孔凸伸而出。
於本發明之一實施例中，該導電層之通孔可位於該導電層的中央部位，自該導電層之通孔邊緣至該導電層之外緣的延伸長度可大於或等於該待測晶圓的半徑。
於本發明之一實施例中，該橋接模組可包括用於安裝至該承載裝置上的一固定架，各該傳導單元可配置在該固定架上。
於本發明之一實施例中，該固定架可呈環繞該晶圓置放區的一環形。
於本發明之一實施例中，各該傳導單元可安裝在該承載單元內，且各該傳導單元的一端係凸伸出該承載單元的上表面。
於本發明之一實施例中，各該傳導單元可為一彈性元件。
於本發明之一實施例中，各該傳導單元可為一彈簧探針(Pogo Pin)。
於本發明之一實施例中，各該傳導單元的一端可直接連接該承載單元。
於本發明之一實施例中，該等傳導單元可分布於該晶圓置放區的周圍，於該探針卡逐一檢測該待測晶圓的各個待測點時，該探針卡之該導電部皆能耦接該等傳導單元之至少其一者。
為達上述目的及其他目的，本發明復提出一種晶圓檢測設備，可提供來對於置放在一承載裝置上的一待測晶圓進行檢測，該晶圓檢測設備包含：探針卡及橋接模組。該探針卡包括一探測部及配置於該探測部周邊的一導電部。該橋接模組被提供來適用於與該承載裝置安裝在一起，該橋接模組包括朝上凸伸且鄰近該待測晶圓之放置位置的複數傳導單元，該等傳導單元用於耦接該承載裝置。其中，該等傳導單元被提供來適用於在該探針卡之該探測部接觸該待測晶圓時，該導電部可耦接該等傳導單元之至少其一者。
於本發明之一實施例中，該探針卡可包括一基板，該導電部為配置於該基板之底面的一導電層，該導電層的一側面可用於供該等傳導單元之另一端的接觸。
於本發明之一實施例中，該基板具有可對應至該通孔的一窗口，可供配置於該基板之頂側的一光偵測設備可透過該窗口接收該待測晶圓所發出之光線。
據此，本案揭露的晶圓檢測系統及其晶圓檢測設備可在探針卡被移動來使探測部耦接待測晶圓時，藉由探針卡的導電部與橋接模組的傳導單元之間的耦接關係，在待測晶圓之放置位置的周邊建立傳導路徑，讓自探針卡所送出的測試訊號可經由橋接模組與導電部傳遞回探針卡，縮短了測試迴路的路徑長度，提高測試訊號傳遞時的正確性，也增進了晶圓檢測的正確率。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
於本文中，所描述之用語「包含、包括、具有」或其他任何類似用語意係非僅限於本文所列出的此等要件而已，而是可包括未明確列出但卻是所述單元、部件、結構、裝置、模組、系統、部位或區域通常固有的其他要件。
於本文中，所描述之用語「一」或「一個」來描述單元、部件、結構、裝置、模組、系統、部位或區域等。此舉只是為了方便說明，並且對本發明之範疇提供一般性的意義。因此，除非很明顯地另指他意，否則此種描述應理解為包括一個或至少一個，且單數也同時包括複數。
於所附的各圖式中，各單元、部件、結構、裝置、模組、系統、部位或區域等的尺寸及比例的繪示，僅為一種示意，並非為一種限制。
請同時參照圖1及圖2，圖1為本案揭露之一實施例中的晶圓檢測系統的側面視圖，圖2為圖1實施例於形成測試迴路之狀態下的示意圖。
晶圓檢測系統包含：承載裝置100、探針卡300、及包括有傳導單元210的橋接模組200。橋接模組200被提供來適用於與承載裝置100安裝在一起。橋接模組200可適用於在承載裝置100與探針卡300之間提供耦接關係，從而在承載裝置100與探針卡300之間提供電性連接的迴路。橋接模組200可以是組立在承載裝置100上的形式，也可以是與承載裝置100構裝在一起的形式。
承載裝置100與探針卡300之間可具有一定程度的移動關係，通常是藉由承載裝置100的被驅動，令晶圓的受測點可靠近探針卡300，以供針測步驟的進行。然而，藉由探針卡300的移動以靠近晶圓、或是承載裝置100與探針卡300二者皆被移動等來進行針測步驟，皆可適用於本案揭露的實施例中。
另一方面，承載裝置100與探針卡300之間，在檢測上通常呈現相對向的配置，以便於讓晶圓400適用於探針卡300的針測步驟。在晶圓檢測的過程中，探針卡300被運作於承載裝置100上方，並藉由承載裝置100與探針卡300之間的移動關係，使晶圓400的各個晶粒依序受檢。如圖1所示，在確認受檢測之晶粒位置後，可藉由垂直方向VM的移動，形成圖2所示例的耦接關係，進而使測試迴路TP被建立。後續，探針卡300可藉由例如受控於測試機(圖未示)，以進行各種電性測試項目的執行。
承載裝置100包括用來放置晶圓400的承載單元110以及被定義在承載單元110上的晶圓置放區120。承載單元110例如可以是提供夾持或吸附等功能的載具112(chuck)與承載晶圓之載盤111(carrier)的組合，也可以是其他可用於固持晶圓400的裝置或設備。於圖1及圖2的示例中，承載單元110是以載具112與載盤111的組合來做為示例，在其他實施例中也可僅使用單一載具112或是其他單一裝置或設備來承載晶圓400。此外，載盤111的承載面積可以約略大於或等於晶圓400的面積，圖1及圖2是以側面示圖下，載盤111的承載直徑約等於晶圓400的直徑來做為示例。
橋接模組200包括耦接承載單元110的複數傳導單元210。傳導單元210可被配置為朝上凸伸且鄰近晶圓置放區120。藉由具備電性傳導能力的承載單元110(例如承載單元110的承載面為金屬材質)，令傳導單元210可進一步耦接放置於承載單元110上的晶圓。基於鄰近晶圓置放區120之傳導單元210的配置，承載裝置100與探針卡300間的迴路路徑得以被縮短。此外，傳導單元210可相鄰晶圓置放區120，然而，於其他實施態樣下，傳導單元210與晶圓置放區120間也可間隔他物。
探針卡300包括探測部310、導電部320及基板330。在檢測程序中之對位及移動步驟完成後，探測部310可接觸選定之受測晶粒，以供測試訊號得以被傳輸至受測晶粒中。探測部310在圖1及圖2中僅示例單一探針，然並非以此為限。探測部310可被固定於基板330上。基板330通常被配置成在頂面具有各種電子元件及在基板的頂面與內部布局有相關線路，至於基板的底面則具有絕緣層。
於本案揭露的實施例中，基板330的底面適用於附加一導電部320，且該導電部320可被配置在探測部310的周邊。配置在基板330底面的導電部320可藉由基板330上及/或內部布置的線路，耦接探針卡300上的電子元件，以使訊號傳回對應的功能模組，供後續電性分析步驟的進行。該導電部320例如為配置在基板330底面的一導電層，並例如形成於該絕緣層的下方，進而在探針卡300底部形成用於耦接傳導單元210的接觸面。
所述測試迴路TP，包含自探測卡300的探測部310所輸出的一測試訊號於通過待測晶圓之晶粒而自該晶粒底面傳遞至承載單元110後，再經由至少一個傳導單元210傳遞至探針卡300的導電部320的路徑，進而使訊號可被傳遞回探針卡300供後續分析。
接著請同時參照圖3及圖4，圖3為圖1實施例於俯視圖下的示意圖，圖4為圖3實施例於AA’剖面線下的斷面圖。於圖3中，為便於說明，探針卡300是以虛線且透視的方式來呈現。圖3示例出探針卡300的探測部310位在晶圓400左側晶粒之上方的狀態。由於晶粒410遍布在晶圓400的各個位置，因此探針卡300與晶圓400的相對位置就會隨著受檢測的晶粒410而改變。橋接模組200的傳導單元210被提供來能讓探針卡300在檢測晶粒410時，導電部320皆能耦接到至少一個傳導單元210。
在一實施態樣下，導電部320於鄰近探測部310之導電部320內緣至導電部320外緣的最短距離CR，至少為晶圓400的半徑。舉例來說，此實施態樣下，導電部320具有供探測部310凸伸的通孔322，自該通孔322邊緣至導電部320之外緣的延伸長度大於或等於待測晶圓400的半徑。此態樣下可使探測部310約略位於導電部320的中央部位，導電部320的面積大小與傳導單元210的數量，能有較均衡的配置。然並非以此為限，其他形狀的導電部320，只要能在針測步驟時與至少一個傳導單元210產生電性連接，皆可適用。此外，導電部320配置的面積越大，傳導單元210的數量可以較少；對應地，傳導單元210配置的數量越多，導電部320的面積就可以有限度地縮小。
圖4所示例的狀態是探針卡300相對於晶圓400來說係位於左邊，而當探針卡300的相對位置向右移時，左邊的傳導單元210將會有接觸不到導電部320的情況產生，此時就可由右邊的傳導單元210來建立導電路徑。
所述的傳導單元210可為具有形變能力(例如材質本身的可形變性)或伸縮能力(例如藉由彈簧等部件組立而成)的彈性元件。具備此等特性的傳導單元210可提供一定程度之額外的連接長度，來確保導電部320與傳導單元210間的耦接，例如：在針測接觸時的位置關係下，導電部320與承載單元110二者間的距離為第一長度，而傳導單元210所配置的長度較該第一長度來得更長，如此，在針測步驟進行時，即可確保導電部320與傳導單元210間耦接關係可被建立。
接著請參照圖5及圖6，圖5為仰角視圖下探針卡於一實施例中之底部示意圖，圖6為仰角視圖下探針卡於另一實施例中之底部示意圖。圖5及圖6中，探針卡300的底面具有相異之圖形化的導電部320，此外，探測部310之位置的配置也不同。
圖5是示例出，在妥適數量之傳導單元的安排下，導電部320可以有其他不同的配置態樣，而非限定於必須佈滿探針卡300底面的態樣。探測部310之面積與傳導單元之數量及配置位置的搭配安排下，可在不同晶粒之偵測步驟進行時，依舊能讓傳導單元與導電部320相耦接。圖6亦是示例出另一種導電部320的安排，在針測步驟時能至少有一個傳導單元與導電部320相耦接，皆可適用。
接著請參照圖7及圖8，圖7為本案揭露之另一實施例中的晶圓檢測系統的側面斷面視圖，圖8為本案揭露之再一實施例中的晶圓檢測系統的側面斷面視圖。此二實施例是示例出橋接模組200與承載裝置100之間的不同配置關係。
圖7所示例者，該橋接模組200是以非拆卸式的方式與承載裝置100構裝在一起。橋接模組200包括安裝至承載裝置100上的固定架220。於圖7中，該固定架220穿過載盤111與載具112，並被安裝於其中。傳導單元210可自承載裝置100的表面凸伸而出。傳導單元210可藉由固定架220，電性連接承載裝置100與放置於其上的晶圓400。舉例來說，傳導單元210的一端可直接連接承載單元110。
圖8所示例者，該橋接模組200是以可拆卸式的方式與承載裝置100構裝在一起。橋接模組200包括安裝至承載裝置100上的固定架220。固定架220可藉由卡榫、扣具、緊迫、磁吸或其他方式來固定至承載裝置100上。傳導單元210可藉由固定架220，電性連接承載裝置100與放置於其上的晶圓400。圖8的示例可應用於對現有自動化機台的附加，不影響也不會阻擋既有之晶圓400的放置程序，可於晶圓400放置後，再將橋接模組200安裝在承載裝置100上，搭配本案實施例揭露之探針卡，完成短路徑之測試迴路的建立。
接著請參照圖9，為圖8實施例之晶圓檢測系統的部分立體示意圖。圖9顯示承載裝置100、橋接模組200與晶圓400的配置關係。圖9之傳導單元210是以彈簧探針(Pogo Pin)來示例。圖9示例之固定架220，可在安裝至承載裝置100後環繞晶圓置放區120，進而可因應晶圓400之形狀而呈環形。在晶圓400被放置在晶圓置放區120後，可拆卸式之橋接模組200被安裝在承載裝置100上。
接著請參照圖10，為本案揭露之又一實施例中的晶圓檢測系統的側面斷面視圖。在一些晶圓的測試中，待測晶圓可具有發光的特性，例如：當受測晶粒於訊號接收點接收到測試訊號時，會對應地於該晶粒的發光點產生發光的效果。訊號接收點與發光點可位在該晶粒的不同位置。圖10的示例中，基板330具有可對應至通孔322的一窗口340，以讓受測晶粒所發出的光線能通過該窗口340，進而可讓配置在基板330另一側(或稱頂側)的光偵測設備500檢知。換言之，探針卡300的中央部位可基於窗口340的存在而呈現中空，讓待測晶圓400在受測時所產生的光線，可由架設在探針卡300上方的的光學相關測試設備進行檢測。
綜合上述，藉由探針卡底部的安排(直接塗佈一層導電層或是外加一片導電層或是其他類似方式)，以及藉由橋接模組的配置，使測試訊號可經由橋接模組的傳導單元及探針卡底部的導電部而被傳遞回探針卡，形成測試迴路，不但縮短迴路的路徑長度，提高訊號傳遞時的正確性，也增進了檢測的正確率。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
100:承載裝置 110:承載單元 111:載盤 112:載具 120:晶圓置放區 200:橋接模組 210:傳導單元 220:固定架 300:探針卡 310:探測部 320:導電部 322:通孔 330:基板 340:窗口 400:晶圓 410:晶粒 500:光偵測設備 AA’:剖面線 CR:導電部內緣至外緣的最短距離 TP:測試迴路 VM:垂直方向
[圖1]為本案揭露之一實施例中的晶圓檢測系統的側面斷面視圖。 [圖2]為圖1實施例於形成測試迴路之狀態下的示意圖。 [圖3]為圖1實施例於俯視圖下的示意圖。 [圖4]為圖3實施例於AA’剖面線下的斷面圖。 [圖5]為仰角視圖下探針卡於一實施例中之底部示意圖。 [圖6]為仰角視圖下探針卡於另一實施例中之底部示意圖。 [圖7]為本案揭露之另一實施例中的晶圓檢測系統的側面斷面視圖。 [圖8]為本案揭露之再一實施例中的晶圓檢測系統的側面斷面視圖。 [圖9]為圖8實施例之晶圓檢測系統的部分立體示意圖。 [圖10]為本案揭露之又一實施例中的晶圓檢測系統的側面斷面視圖。
100:承載裝置
110:承載單元
111:載盤
112:載具
120:晶圓置放區
200:橋接模組
210:傳導單元
300:探針卡
310:探測部
320:導電部
330:基板
400:晶圓
TP:測試迴路

Claims (20)

  1. 一種晶圓檢測系統，包含： 一承載裝置，係包括供一待測晶圓放置的一承載單元，該承載單元定義有一晶圓置放區； 一探針卡，係被配置為相對該承載裝置，該探針卡包括一探測部及配置於該探測部周邊且具有一接觸面的一導電部；及 一橋接模組，係被提供來適用於與該承載裝置安裝在一起，該橋接模組包括朝上凸伸且鄰近該晶圓置放區的複數傳導單元，該等傳導單元係耦接該承載單元， 其中，於該探針卡之該探測部接觸該待測晶圓之頂面的一受測點時，該導電部的該接觸面係與該等傳導單元之至少其一者形成耦接關係，從而使該探測卡輸出的一測試訊號，於通過該待測晶圓而自底面傳遞至該承載單元後，可經由該等傳導單元之至少其一者及該導電部而被傳遞回該探針卡，形成一測試迴路。
  2. 如請求項1所述之晶圓檢測系統，其中該探針卡包括一基板，該導電部係為配置於該基板之底面的一導電層。
  3. 如請求項2所述之晶圓檢測系統，其中該導電層係具有一通孔，該探測部係自該通孔凸伸而出。
  4. 如請求項3所述之晶圓檢測系統，其中該導電層之通孔係位於該導電層的中央部位，自該導電層之通孔邊緣至該導電層之外緣的延伸長度係大於或等於該待測晶圓的半徑。
  5. 如請求項3所述之晶圓檢測系統，其中該基板具有可對應至該通孔的一窗口，係供配置於該基板之頂側的一光偵測設備可透過該窗口接收該待測晶圓所發出之光線。
  6. 如請求項1所述之晶圓檢測系統，其中該橋接模組係包括用於安裝至該承載裝置上的一固定架，各該傳導單元係配置在該固定架上。
  7. 如請求項6所述之晶圓檢測系統，其中該固定架係呈一環形。
  8. 如請求項1所述之晶圓檢測系統，其中各該傳導單元係安裝在該承載單元內，且各該傳導單元的一端係凸伸出該承載單元的上表面。
  9. 如請求項1所述之晶圓檢測系統，其中各該傳導單元係為一彈性元件。
  10. 如請求項1所述之晶圓檢測系統，其中各該傳導單元係為一彈簧探針(Pogo Pin)。
  11. 如請求項1所述之晶圓檢測系統，其中各該傳導單元的一端係直接連接該承載單元。
  12. 如請求項1所述之晶圓檢測系統，其中該等傳導單元係分布於該晶圓置放區的周圍，於該探針卡逐一檢測該待測晶圓的各個待測點時，該探針卡之該導電部皆能耦接該等傳導單元之至少其一者。
  13. 一種晶圓檢測設備，係提供來對於置放在一承載裝置上的一待測晶圓進行檢測，該晶圓檢測設備包含： 一探針卡，係包括一探測部及配置於該探測部周邊的一導電部；及 一橋接模組，係被提供來適用於與該承載裝置安裝在一起，該橋接模組包括朝上凸伸且鄰近該待測晶圓之放置位置的複數傳導單元，該等傳導單元係用於耦接該承載裝置， 其中，該等傳導單元係被提供來適用於在該探針卡之該探測部接觸該待測晶圓時，該導電部係耦接該等傳導單元之至少其一者。
  14. 如請求項13所述之晶圓檢測設備，其中該探針卡包括一基板，該導電部係為配置於該基板之底面的一導電層，該導電層的一側面係用於供該等傳導單元之一端的接觸。
  15. 如請求項14所述之晶圓檢測設備，其中該導電層係具有一通孔，該探測部係自該通孔凸伸而出。
  16. 如請求項15所述之晶圓檢測設備，其中該導電層之通孔係配置於該導電層的中央部位，自該導電層之通孔邊緣至該導電層之外緣的長度係大於或等於該待測晶圓的半徑。
  17. 如請求項15所述之晶圓檢測設備，其中該基板具有可對應至該通孔的一窗口，係供配置於該基板之頂側的一光偵測設備可透過該窗口接收該待測晶圓所發出之光線。
  18. 如請求項14所述之晶圓檢測設備，其中各該傳導單元的另一端係直接連接該承載裝置。
  19. 如請求項13所述之晶圓檢測設備，其中各該傳導單元係為一彈性元件。
  20. 如請求項13所述之晶圓檢測設備，其中各該傳導單元係為一彈簧探針(Pogo Pin)。
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