CN111736052B - 探针卡、具有其的晶圆检测设备及使用其的裸晶测试流程 - Google Patents

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CN111736052B CN201910738260.1A CN201910738260A CN111736052B CN 111736052 B CN111736052 B CN 111736052B CN 201910738260 A CN201910738260 A CN 201910738260A CN 111736052 B CN111736052 B CN 111736052B
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Abstract

本发明提供一种探针卡、具有其的晶圆检测设备及使用其的裸晶测试流程，探针卡包括多个探针、电路板以及至少一温度感测装置。电路板电性连接于多个探针。温度感测装置，热耦接于多个探针的至少其中之一。

Description

探针卡、具有其的晶圆检测设备及使用其的裸晶测试流程
技术领域
本发明涉及一种电子设备及测试流程，尤其涉及一种探针卡、具有其的晶圆检测设备及使用其的裸晶测试流程
背景技术
裸晶测试(Chip Probe，CP)为半导体晶圆制造完成后对晶圆上的裸晶(封装前)进行产品良率验证的重要测试。在裸晶测试的过程中，若要针对环境温度进行调整，一般是将测试晶圆及检测设备置于恒温的腔体内进行测试，且对晶圆夹盘(wafer chuck)上对应晶圆的上、下、左、右、中的五个点进行温度测量。
发明内容
本发明提供一种探针卡，其可以提升温度感测的响应。
本发明提供一种晶圆检测设备以及裸晶测试流程，其针对正在进行电路测试的芯片区的温度测量及调整可以较为迅速且准确。
本发明的探针卡包括多个探针、电路板以及至少一温度感测装置。电路板电性连接于多个探针。温度感测装置，热耦接于多个探针的至少其中之一。
在本发明的一实施例中，电路板包括至少一热接点及测试元件。至少一温度感测装置经由至少一热接点热耦接于多个探针的至少其中之一；且多个探针的至少其中之一经由至少一热接点电性连接于测试元件。
在本发明的一实施例中，温度感测装置包括导热绝缘体以及热电偶。导热绝缘体耦接于电路板上的至少一热接点。热电偶耦接于导热绝缘体，且热电偶电性分离于电路板上的至少一热接点。
在本发明的一实施例中，探针卡还包括绝热胶。绝热胶至少包覆导热绝缘体。
在本发明的一实施例中，至少一温度感测装置为多个温度感测装置，至少一热接点为多个热接点。多个温度感测装置的经由对应的多个热接点的热耦接于对应的多个探针，且多个热接点彼此电性分离。
基于上述，本发明的探针卡可以具有温度感测装置。因此，可以通过探针卡进行电路测试及温度感测。并且，可以提升温度感测的响应。
本发明的晶圆检测设备适用对晶圆进行裸晶测试。晶圆检测设备包括晶圆夹盘、温控装置、温度传感器、前述的探针卡以及控制单元。晶圆夹盘具有支持表面，以适于支持晶圆。温控装置热耦接于晶圆夹盘。温度传感器热耦接于晶圆夹盘。控制单元电性连接于温控装置、温度传感器及探针卡。
在本发明的一实施例中，温控装置包括加热单元及冷却单元。
在本发明的一实施例中，冷却单元包括冷却管及冷却器，冷却管埋设于晶圆夹盘内且与冷却器连通。
本发明的裸晶测试流程包括以下步骤。提供前述的晶圆检测设备。放置晶圆于晶圆夹盘的支持表面上，其中晶圆包括多个测试垫。使探针卡的多个探针接触对应的多个测试垫，以对晶圆夹盘上的晶圆进行电路检测。
在本发明的一实施例中，裸晶测试流程还包括以下步骤。通过温控装置对晶圆夹盘上的晶圆进行温度控制。
在本发明的一实施例中，对晶圆夹盘上的晶圆进行温度控制的步骤包括：通过探针卡的至少一温度感测装置或温度传感器测量晶圆夹盘上的晶圆的温度，以使控制单元通过温控装置对晶圆夹盘上的晶圆进行温度控制。
在本发明的一实施例中，若对晶圆夹盘上的晶圆进行电路检测，则至少通过探针卡的至少一温度感测装置测量晶圆夹盘上的晶圆的温度；且若未对晶圆夹盘上的晶圆进行电路检测，则至少通过温度传感器测量晶圆夹盘上的晶圆的温度。
基于上述，本发明的晶圆检测设备所包括的探针卡可以具有温度感测装置。因此，在通过本发明的晶圆检测设备对晶圆进行电路检测时，可以提升温度感测的响应。另外，在对晶圆进行裸晶测试时，通过本发明的探针卡可以针对同一个芯片区进行电路测试及温度感测。因此，可以依据正在进行电路测试的芯片区的温度来调整晶圆的温度。如此一来，针对正在进行电路测试的芯片区的温度测量及调整可以较为迅速且准确。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1C示出本发明的第一实施例的一种探针卡的部分制作方式的侧视示意图；
图2A示出本发明的第一实施例的一种探针卡的使用方式的侧视示意图；
图2B示出本发明的第一实施例的一种探针卡的使用状态的电路及热传递路径示意图；
图3示出本发明的第二实施例的一种探针卡的使用状态的电路及热传递路径示意图；
图4A示出本发明的一实施例的晶圆检测设备的使用方式的侧视示意图；
图4B及图4C示出本发明的一实施例的裸晶测试流程图；
图5示出对一高功率晶圆产品进行裸晶测试时的晶圆温度分布模拟图。
附图标记说明
100、200：探针卡
110、210：探针
120：电路板
121、221：热接点
122：测试元件
130、230：温度感测装置
131：导热绝缘体
131a：第一侧
131b：第二侧
132、133：易焊层
135：热电偶
135a、135b：导体
135c：电压计
140：绝热胶
150：导线
300：晶圆或芯片
310：测试垫
400：晶圆检测设备
410：晶圆夹盘
411：支持表面
420：温控装置
421：加热单元
422：冷却单元
422a：冷却器
422b：冷却管
430：温度传感器
440：控制单元
450：信号线
500：晶圆
510：芯片区
520：测试垫
具体实施方式
以下将参照本实施例的附图以更全面地阐述本发明。然而，本发明亦可以各种不同的形式体现，而不应限于本文中所述的实施例。附图中的层与区域的厚度会为了清楚起见而放大。相同或相似的参考号码表示相同或相似的元件，以下段落将不再一一赘述。另外，实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1A至图1C示出本发明的第一实施例的一种探针卡的部分制作方式的侧视示意图。另外，为求清楚表示，在图1A至图1C中省略示出了部分的模层或构件。
请先参照图1A，提供电路板120。电路板120可以包括热接点121及测试元件122。在图1A中，仅示例性地示出了一个热接点121及一个测试元件122，但本发明对于热接点121的数测量试元件122的数量并不加以限制。
在本实施例中，热接点121例如为焊垫，且作为热接点121的焊垫可以电性连接至测试元件122。
在本实施例中，测试元件122可以包括主动元件(如：晶体管)、被动元件(如：电容、电阻或电感)或上述的组合。测试元件122的种类及配置方式可以依据设计上的需求加以调整，于本发明并不加以限制。
请继续参照图1A，提供导热绝缘体131，且使导热绝缘体131耦接于电路板120上的热接点121。导热绝缘体131的材质例如可以包括氮化硼(Boron Nitride，BN)(如：立方氮化硼(CubicBo-ronNitride，cBN))、氧化铍(beryllium oxide，BeO)、氧化铝(aluminiumoxide，Al2O3)或其他适宜的高导热性绝缘材料。举例而言，高导热性绝缘材料的电阻率可以大于1.0×108欧姆米(Ω·m)，且高导热性绝缘材料的热导率可以大于100瓦米-1开尔文-1(W/mK)，但本发明不限于此。
在本实施例中，导热绝缘体131上可以镀覆具有高导热性的易焊层132或易焊层133，以使导热绝缘体131可以通过焊接的方式与其他元件热耦接(包括直接连接或间接连接)。在一实施例中，导热绝缘体131可以通过导热片(thermal conductive pad)、导热胶带(thermal tape)、导热胶(thermal grease)或其他适宜的材料或方式，以使导热绝缘体131可以通过粘着的方式与其他元件热耦接。
举例而言，导热绝缘体131可以具有彼此相对的第一侧131a以及第二侧131b。导热绝缘体131的第一侧131a上(在图1A中为第一侧131a标示处的下方)可以具有易焊层132，且导热绝缘体131的第二侧131b上可以具有易焊层133。并且，若导热绝缘体131上具有易焊层132及易焊层133，则易焊层132及易焊层133可以彼此分离。
请参照图1B，将热电偶(thermocouple)135耦于导热绝缘体131，且与导热绝缘体131连接的热接点121电性分离于热电偶135。热电偶135可以包括不同的导体135a、135b(标示于图2A或图2B)。在不同温度下，前述不同的导体135a、135b之间可以具有不同的热电位(即，席贝克效应(Seebeck Effect))。通过电压计135c(标示于图2A或图2B)测量前述不同导体135a、135b之间的热电位差，则可以推算出对应的温度。
举例而言，导热绝缘体131可以与位于其第一侧131a上的易焊层132直接连接，易焊层132可以与热接点121直接连接。并且，导热绝缘体131可以与位于其第二侧131b上的易焊层133直接连接，易焊层133可以与热电偶135直接连接。如此一来，热电偶135、导热绝缘体131及热接点121可以热耦接，且热电偶135与热接点121之间可以电性分离。
值得注意的是，本发明并未限定热电偶135与热接点121连接至导热绝缘体131的顺序。举例而言，在一未示出的实施例中，可以先将热电偶135与导热绝缘体131上的易焊层133连接，然后再将已与热电偶135耦接的导热绝缘体131通过位于其上的易焊层132与热接点121连接。
请参照图1C，在将热电偶135、导热绝缘体131及热接点121热耦接之后，可以形成包覆导热绝缘体131的绝热胶140。绝热胶140的材质例如可以包括二氧化硅或其他适宜的低导热性绝缘材料。举例而言，高导热性绝缘材料的电阻率可以大于1.0×1011欧姆米(Ω·m)，且低导热性绝缘材料的热导率可以小于0.1瓦米-1开尔文-1(W/mK)，但本发明不限于此。
在本实施例中，绝热胶140可以进一步地包覆部分的热电偶135及部分的热接点121，但本发明不限于此。
经过上述的制作方式后大致上可以完成本实施例的探针卡100的制作。
请参照图1C、图2A及图2B，其中图2A示出本发明的第一实施例的一种探针卡的使用方式的侧视示意图，图2B示出本发明的第一实施例的一种探针卡的使用状态的电路及热传递路径示意图。另外，为求清楚表示，在图2A及图2B中省略示出了部分的模层或构件。并且，在图2A及图2B中，以点线(dot line)框来表示热接点121可以配置的区域，且以虚线(dashed line)来表示热接点121与温度感测装置130之间的热耦接。
探针卡100包括多个探针110、电路板120以及温度感测装置130。电路板120电性连接于探针110。温度感测装置130热耦接于对应的探针110。如图2A及图2B所示，在一示例性的使用方式上，探针卡100的探针110可以与测试点(如：晶圆或芯片300上的测试垫320)接触，以使探针卡100或具有探针卡100的检测设备可以适于进行电路检测。
在本实施例中，电路板120包括热接点121及测试元件122，温度感测装置130经由热接点121热耦接于对应的探针110，且探针110经由热接点121电性连接于测试元件122。也就是说，就电流路径(current path)来看，热接点121位于测试元件122与探针110之间。
在本实施例中，温度感测装置130包括导热绝缘体131以及热电偶135。导热绝缘体131耦接于电路板120上的热接点121。热电偶135耦接于导热绝缘体131，且热电偶135电性分离于电路板120上的热接点121。也就是说，热电偶135与热接点121通过导热绝缘体131而彼此电性分离。并且，就热传导(heat conduction/heat diffusion)的途径来看，热接点121位于温度感测装置130与探针110之间。如此一来，可以通过探针卡100进行电路测试及温度感测。并且，温度感测的信号及电路测试的信号之间的干扰可以降低，且可以提升温度感测的响应(response)。
在一实施例中，热接点121与探针110之间除用于将彼此电性连接及热耦接的导线150外，可以不具有其他用于测试的元件。如此一来，可以提升热接点121与探针110之间的电传导效率及热传导效率。
图3示出本发明的第二实施例的一种探针卡100的使用状态的电路及热传递路径示意图。本实施例的探针卡200与第一实施例的探针卡100相似，其类似的构件以相同的标号表示，且具有类似的功能，并省略描述。
在本实施例中，探针卡200包括多个探针110、210、电路板120以及多个温度感测装置130、230。电路板120包括多个热接点121、221及测试元件122、222。温度感测装置130经由对应的热接点121热耦接于对应的探针110，且温度感测装置230经由对应的热接点221热耦接于对应的探针210。热接点121与热接点221彼此电性分离。
在一实施例中，热接点121与热接点221彼此热分离，但本发明不限于此。
值得注意的是，本发明并不限定探针卡100、200的使用方式。举例而言，本发明并不限定探针卡100、200必需构成后续的实施例的晶圆检测设备400。也就是说，探针卡100、200的应用方式可依据需求而进行调整。
基于上述，本发明的探针卡可以具有温度感测装置。因此，可以通过探针卡进行电路测试及温度感测。并且，可以提升温度感测的响应。
图4A示出本发明的一实施例的晶圆检测设备的使用方式的侧视示意图。图4B及图4C示出本发明的一实施例的裸晶测试流程图。另外，为求清楚表示，于图4A中省略示出了部分的膜层或构件，且于图4B及图4C的流程中省略示出了部分的步骤。
在本实施例中，晶圆检测设备400所配置的探针卡是以第一实施例的探针卡100为例，其类似的构件以相同的标号表示，且具有类似的功能或配置方式，故省略描述。但值得注意的是，在其他未示出的实施例中，所配置的探针卡可以是相似于探针卡100的探针卡。举例而言，在其他未示出的实施例中，晶圆检测设备400所使用的探针卡可以是相同或相似于探针卡200的探针卡100。以下的叙述中将以探针卡100为例。
晶圆检测设备400包括晶圆夹盘(wafer chuck)410、温控装置420、温度传感器(temperature sensor)430、探针卡100以及控制单元440。晶圆夹盘410具有支持表面411，以适于支持晶圆500。温控装置420热耦接于晶圆夹盘410。温度传感器430热耦接于晶圆夹盘410。探针卡100配置于晶圆夹盘410的支持表面411上，且探针卡100与晶圆夹盘410的支持表面411之间具有间距，以适于使探针卡100的探针110可以与晶圆500上的测试垫520接触，以适于对置于支持表面411上的晶圆500进行电路检测。电路检测的参数(recipe)及内容可以依据设计或使用上的需求而进行调整，在本发明并不加以限制。
在本实施例中，温控装置420可以包括加热单元421以及冷却单元422。举例而言，加热单元421可以包含加热电阻，冷却单元422可包含装有冷却液的冷却管422b及冷却器(chiller)422a，冷却液例如为水、包括抗冻剂的水或冷媒，但本发明不限于此。也就是说，温控装置420可以通过加热单元421或冷却单元422对应地升高或降低晶圆夹盘410的温度，以使置于支持表面411上的晶圆500的温度可以对应地升高或降低。加热单元421或冷却单元422的形态及配置方式可依据设计上的需求进行调整，在本发明并不加以限制。举例而言，冷却管422b可以埋设于晶圆夹盘410内，且冷却管422b可以连通于晶圆夹盘410外的冷却器422a。
请参照图4A至图4C，对晶圆500的裸晶测试流程(test flow)可以包括以下步骤。提供前述的晶圆检测设备400。放置晶圆500于晶圆检测设备400的晶圆夹盘410的支持表面411上。晶圆500可以包括多个芯片区(chip area)510，相邻的芯片区510之间可以通过切割道(scribe lane)(未示出)而彼此分离。各个芯片区510内具有多个测试垫520，测试垫520可以电性连接于芯片区510内的元件。使晶圆检测设备400的探针卡100的探针110接触晶圆夹盘410上的晶圆500的对应的测试垫520，以对晶圆夹盘410上的晶圆500的芯片区510进行电路检测。
在一实施例中，可以通过晶圆夹盘410的上升，而使探针卡100的探针110接触对应的测试垫520，但本发明不限于此。在另一实施例中，可以通过探针卡100的下降，而使探针卡100的探针110接触对应的测试垫520。
在本实施例中，在将晶圆500放置于晶圆夹盘410上之后，可以通过温控装置420对晶圆夹盘410上的晶圆500进行温度控制。
在本实施例中，当探针卡100的探针110尚未接触到晶圆500的测试垫520时，或是，尚未对晶圆夹盘410上的晶圆500进行电路检测时，可以通过热耦接于晶圆夹盘410的温度传感器430感测晶圆500的温度，并通过对应的信号线450将数据传送至控制单元440，以使控制单元440可以通过热耦接于晶圆夹盘410的温控装置420调整晶圆500的温度。
在本实施例中，当探针卡100的探针110接触到晶圆500的测试垫520时，或是，对晶圆夹盘410上的晶圆500进行电路检测时，可以通过热耦接于探针110的温度感测装置130感测晶圆500的温度，并通过对应的信号线450将数据传送至控制单元440，以使控制单元440可以通过热耦接于晶圆夹盘410的温控装置420调整晶圆500的温度。相较于以热耦接于晶圆夹盘410的温度传感器430感测晶圆500的温度，通过热耦接于探针110的温度感测装置130感测晶圆500的温度的方式较为迅速(或接近即时)，且可以较为接近被测量的芯片区510，因此可以较适宜用于高功率晶圆产品。前述的高功率晶圆产品例如是运作时所产生的功率为大于或等于100瓦(W)的芯片，或是运作时所产生的热密度(heat density)为大于或等于25瓦/平方厘米(W/cm2)的芯片。
举例而言，请参照图5，其中图5可以是对一高功率晶圆产品进行裸晶测试时的晶圆温度分布模拟图。并且，在图5中，位于晶圆中心附近的方框处是被测试的裸晶(即，芯片区)位置。如图5所示，在对前述的高功率晶圆产品进行裸晶测试时，晶圆的温差可能在80℃以上。因此，通过本发明一实施例的晶圆检测设备以及裸晶测试流程，可以针对正在进行电路测试的裸晶处进行温度测量，且可以较为迅速及准确。也就是说，相较于仅针对晶圆的上、下、左、右、中的五个点进行温度测量，或依据前述五个点的温度测量结果进行平均，通过本发明一实施例的晶圆检测设备以及裸晶测试流程，可以较接近被测试的裸晶处的实际温度。
在一实施例中，当探针卡100的探针110接触到晶圆500的测试垫520时，或是，对晶圆夹盘410上的晶圆500进行电路检测时，可以通过热耦接于晶圆夹盘410的温度传感器430及热耦接于探针110的温度感测装置130感测晶圆500的温度，并通过对应的信号线450将数据传送至控制单元440，以使控制单元440可以通过热耦接于晶圆夹盘410的温控装置420调整晶圆500的温度。
在一实施例中，若探针卡包括多个温度感测装置(如：第二实施例探针卡200包括多个温度感测装置130、230)，则这些温度感测装置(如：多个温度感测装置130、230)通过对应的信号线450将数据传送至控制单元440之后，控制单元440也可以通过对应的运算(如：取平均值或加权平均)，以依据运算后的数值通过热耦接于晶圆夹盘410的温控装置420调整晶圆500的温度。
基于上述，本发明的晶圆检测设备所包括的探针卡可以具有温度感测装置。因此，在通过本发明的晶圆检测设备对晶圆进行电路检测时，可以提升温度感测的响应。另外，在对晶圆进行裸晶测试时，通过本发明的探针卡可以针对同一个芯片区进行电路测试及温度感测。因此，可以依据正在进行电路测试的芯片区的温度来调整晶圆的温度。如此一来，针对正在进行电路测试的芯片区的温度测量及调整可以较为迅速且准确。
综上所述，本发明的探针卡可以具有温度感测装置。因此，在通过本发明探针卡或本发明的晶圆检测设备对晶圆进行电路检测时，可以提升温度感测的响应。另外，在对晶圆进行裸晶测试时，通过本发明的探针卡可以针对同一个芯片区进行电路测试及温度感测。因此，可以依据正在进行电路测试的芯片区的温度来调整晶圆的温度。如此一来，针对正在进行电路测试的芯片区的温度测量及调整可以较为迅速且准确。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种探针卡，包括：
多个探针；
电路板，电性连接于所述多个探针，且所述电路板包括至少一热接点及测试元件；以及
至少一温度感测装置，包括导热绝缘体及热电偶，其中：
所述热电偶耦接于所述导热绝缘体，且所述导热绝缘体耦接于所述电路板上的所述至少一热接点，以使所述至少一温度感测装置经由所述至少一热接点热耦接于所述多个探针的至少其中之一；
所述多个探针的至少其中之一经由所述至少一热接点电性连接于所述测试元件；且
所述热电偶电性分离于所述电路板上的所述至少一热接点。
2.根据权利要求1所述的探针卡，还包括：
绝热胶，至少包覆所述导热绝缘体。
3.根据权利要求1所述的探针卡，其中：
所述至少一温度感测装置为多个温度感测装置；
所述至少一热接点为多个热接点；
所述多个温度感测装置的经由对应的所述多个热接点的热耦接于对应的所述多个探针；且
所述多个热接点彼此电性分离。
4.一种晶圆检测设备，适用对晶圆进行裸晶测试，所述晶圆检测设备包括：
晶圆夹盘，具有支持表面，以适于支持所述晶圆；
温控装置，热耦接于所述晶圆夹盘；
温度传感器，热耦接于所述晶圆夹盘；
如权利要求1所述的探针卡；以及
控制单元，电性连接于所述温控装置、所述温度传感器及所述探针卡。
5.根据权利要求4所述的晶圆检测设备，其中所述温控装置包括加热单元及冷却单元。
6.根据权利要求5所述的晶圆检测设备，其中所述冷却单元包括冷却管及冷却器，所述冷却管埋设于所述晶圆夹盘内且与所述冷却器连通。
7.一种裸晶测试流程，包括：
提供如权利要求4所述的晶圆检测设备；
放置所述晶圆于所述晶圆夹盘的所述支持表面上，其中所述晶圆包括多个测试垫；以及
使所述探针卡的所述多个探针接触对应的所述多个测试垫，以对所述晶圆夹盘上的所述晶圆进行电路检测。
8.根据权利要求7所述的裸晶测试流程，还包括：
通过所述温控装置对所述晶圆夹盘上的所述晶圆进行温度控制。
9.根据权利要求8所述的裸晶测试流程，其中对所述晶圆夹盘上的所述晶圆进行温度控制的步骤包括：
通过所述探针卡的所述至少一温度感测装置或所述温度传感器测量所述晶圆夹盘上的所述晶圆的温度，以使所述控制单元通过所述温控装置对所述晶圆夹盘上的所述晶圆进行温度控制。
10.根据权利要求9所述的裸晶测试流程，其中：
若对所述晶圆夹盘上的所述晶圆进行电路检测，则至少通过所述探针卡的所述至少一温度感测装置测量所述晶圆夹盘上的所述晶圆的温度；且
若未对所述晶圆夹盘上的所述晶圆进行电路检测，则至少通过所述温度传感器测量所述晶圆夹盘上的所述晶圆的温度。
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