TWI684016B

TWI684016B - 具有功率校準之量測系統及量測方法

Info

Publication number: TWI684016B
Application number: TW104137500A
Authority: TW
Inventors: 沃納博恩德
Original assignee: 德商羅德與舒瓦茲公司
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2020-02-01
Also published as: TW201640128A; US10180458B2; US20160334442A1

Abstract

本發明提供一種用於在待測裝置上實施量測的量測系統。該量測系統包括一量測裝置、一被連接至該量測裝置的探針、一功率感測器以及一定位單元。該定位單元被調適成用以在第一配置之中將該探針連接至該功率感測器並且用以在第二配置之中將該探針連接至該待測裝置。該量測裝置被調適成用以產生一第一信號。該探針被調適成用以供應該第一信號給該功率感測器與該第一配置並且用以供應該第一信號給該待測裝置與該第二配置。該功率感測器被調適成用以決定該第一信號的功率以及該第一配置。該量測裝置被調適成用於以該功率感測器所決定的功率為基礎來調節該第二配置之中的該第一信號的功率。

Description

具有功率校準之量測系統及量測方法

本發明關於一種用於在待測裝置上實施量測的量測系統及量測方法，尤其是配合一經功率校準量測信號來實施量測。

為在待測裝置上實施測試，尤其是用以在一晶圓上的獨特裝置上進行量測，該些裝置經常會藉由使用一包括多個量測尖端的探針來接觸。該探針會相對於該待測裝置來移動。該些量測尖端會接觸該晶圓的待測裝置的表面上的接觸墊。現在則能夠實施量測。此量測系統已顯示在歐洲專利申請案第EP 2 840 598 A1號之中。

示範性的探針顯示在專利文件第US 7,795,889 B2號、第US 7,764,072 B2號、以及第US 7,786,741 B2號之中。

當在待測裝置上實施量測時，重要的係，要知道被供應至該待測裝置的量測信號的實際功率位準。準確的功率量測經常無法藉由實施該量測的網路分析器來實施。經常要使用專屬的功率感測器。舉例來說，專利文件第US 6,741,070 B2號、第US 7,705,582 B2號、以及第US 6,767,129 B2號便顯示使用在此些專屬功率感測器之中的功率量測胞體。又，專利文件第DE 10 2008 057 607 A1號同樣顯示一種示範性功率量測胞體。

為決定所產生的信號的功率位準，舉例來說，由一網路分析器來決定以便供應至該待測裝置，量測探針經常會與該量測裝置分離。該量測裝置接著會被連接至該功率感測器。該量測裝置接著會產生量測信號並且經常會透過同軸纜線將該量測信號供應給該功率感測器，該功率感測器會決定該量測信號的功率。而後，該探針會重新被附接，並且以一現在已知的功率位準來實施量測。為提高準確性，可能要模擬該探針對該量測信號的影響，並且據以修正該量測信號。

實施上面所提及的過程非常辛苦，因為分離該探針、附接該功率感測器、以及重新附接該探針需要多道步驟，它們必須手動實施並且無法自動化。所以，實施功率校準的步驟經常僅會在一量測系列開始處被實施一次並且後面不再重複。這導致可能產生不準確的量測結果。

另外，以模擬為基礎來補償該量測探針的影響同樣非常不準確。

據此，就此來說，本發明的其中一項目的便係提供一種量測系統以及量測方法，其可以在該待測裝置被量測的時點直接進行準確的功率校準。

另外，本發明的另一項目的則係要達成作業人員之低操作辛勞的目標。

根據本發明的第一項觀點，提供一種用於在待測裝置上實施量測的量測系統。該量測系統包括一量測裝置、一被連接至該量測裝置的探針、一功率感測器、以及一定位單元。該定位單元被調適成用以在第一配置之中將該探針連接至該功率感測器並且用以在第二配置之中將該探針連接至該待測裝置。該量測裝置被調適成用以產生一第一信號。該探針被調適成用以供應該第一信號給該功率感測器與該第一配置並且用以供應該第一信號給該待測裝置與該第二配置。

較佳的係，該功率感測器被調適成用以決定該第一信號的功率以及該第一配置，並且該量測裝置被調適成用於以該功率感測器所決定的功率為基礎來調節該第二配置之中的該第一信號的功率。從而可以自動實施被提供至該待測裝置的該第一信號的功率校準。因而，能夠達成顯著降低量測辛勞並且提高量測準確性的目的。

根據該第一項觀點的第一較佳施行形式，該功率感測器包括多個共面接點。該探針被調適成用以在該第一配置之中接觸該功率感測器的共面接點並且用以在該第二配置之中接觸該待測裝置的共面接點。因而，可以達成特別準確的量測。

根據該第一項觀點的第二較佳施行形式，該量測裝置被調適成用以在位於該第一配置之中時利用該探針以及該功率感測器將該第一信號的功率校準至事先指定的功率數值。再者，該量測裝置接著會被調適成用以在該第二配置之中利用該探針實施由該待測裝置所產生以作為該第一信號的反應之一第二信號的量測。因而，可以進一步提高量測準確性。

根據該第一項觀點的第三較佳施行形式，該量測系統又包括一用於固持該待測裝置的待測裝置底座以及一用於固持該功率感測器的功率感測器底座。該探針被安置於一固定的位置處。該定位單元被調適成用以聯合移動該待測裝置底座以及該功率感測器底座，以便在該第一配置之中將該探針連接至該功率感測器並且在該第二配置之中將該探針連接至該待測裝置。因而，能夠達成特別準確的接觸。

根據該第一項觀點的第三施行形式的第一較佳施行形式，該探針包括至少兩個量測尖端，特別是，兩個或三個或四個或五個量測尖端。該功率感測器同樣包括至少兩個接觸墊，特別是，兩個或三個或四個或五個接觸墊。該定位單元接著被調適成用以聯合移動該待測裝置底座以及該功率感測器底座，以便在該第一配置之中將該探針的該至少兩個量測尖端各自連接至該功率感測器的該至少兩個接觸墊中的其中一個接觸墊並且在該第二配置之中將該探針的該至少兩個量測尖端各自連接至該待測裝置的該至少兩個接觸墊中的其中一個接觸墊。藉由使用此構造便能夠同步量測數個信號。同樣地，還可以進一步提供量測準確性。

根據該第一項觀點的第三施行形式的較佳施行形式或是該第一項觀點的第三施行形式的第一施行形式，該量測系統包括至少另一探針，其被調適成用於以可更換的方式被安置以取代該探針。該探針具有一第一量測尖端間距，而該至少另一探針具有一不同於該第一量測尖端間距的第二量測尖端間距。又，該量測系統包括至少另一功率感測器，其被調適成用於以可更換的方式被安置以取代該功率感測器。該功率感測器具有一第一接觸墊間距，而該至少另一功率感測器具有一不同於該第一接觸墊間距的第二接觸墊間距。該第一量測尖端間距對照於該第一接觸墊間距，而該第二量測尖端間距對照於該第二接觸墊間距。一量測系統被調適成用以藉由安置該探針或是該至少另一探針以及藉由安置該功率感測器或是該另一功率感測器而適應於該待測裝置的接觸墊的不同接觸墊間距。因而，能夠達成該量測系統之重要的適應能力。

根據該第一項觀點的第三施行形式的較佳施行形式的第一施行形式的較佳施行形式或是該第一項觀點的第三施行形式，該探針的該些量測尖端的量測尖端間距可藉由移動該探針的該些量測尖端而調適至該待測裝置的不同接觸墊間距。又，於此情況中，該功率感測器的該些接觸墊包括一漸細部(tapering)，從而藉由讓該功率感測器的該些接觸墊接觸該漸細部的不同位置而允許該功率感測器的該些接觸墊接觸不同量測尖端間距的探針。此替代例雖然需要一更複雜的探針和功率感測器；但是，同時，卻僅需要用到單一探針和功率感測器。

根據該第一項觀點的進一步較佳施行形式，該量測系統進一步包括一校準標準單元，其包括一組校準標準器。該定位單元被調適成用以在進一步的配置之中將該探針連續地連接至該組校準標準器中的複數個校準標準器。該探針被調適成用以在該些進一步的配置之中連續地供應校準信號給該複數個校準標準器。該量測裝置被調適成用以實施接收自該複數個校準標準器的信號的校準量測並且以接收自該複數個校準標準器的信號的量測為基礎來實施該量測裝置的校準。因而，其不僅可以實施功率校準，還可以實施S參數校準。

根據該第一項觀點的先前施行形式的第一較佳施行形式，該量測系統包括一用於固持該待測裝置的待測裝置底座、一用於固持該功率感測器的功率感測器底座、以及一用於固持該校準標準單元的校準標準單元底座。該探針被安置於一固定的位置處。該定位單元被調適成用以聯合移動該待測裝置底座、該功率感測器底座、以及該校準標準單元底座，以便在該第一配置之中將該探針連接至該功率感測器、在該第二配置之中將該探針連接至該待測裝置、以及在該些進一步配置之中將該探針連接至該複數個校準標準器。因而，可以非常準確的定位該探針。

根據本發明的第二項觀點，提供一種用於在待測裝置上實施量測的量測方法。該方法包括：在第一配置之中將一探針連接至一功率感測器；由一量測裝置產生一第一信號；供應該第一信號給一功率感測器；由該功率感測器決定在該第一配置之中的該第一信號的功率；在第二配置之中將該探針連接至該待測裝置；產生該第一信號；供應該第一信號給該待測裝置並且以該功率感測器所決定的功率為基礎在該第二配置之中調節該第一信號的功率。因而，可以最小的作業人員辛勞來實施非常準確的量測。

1‧‧‧功率感測器

2‧‧‧接觸墊

3‧‧‧接觸墊

10‧‧‧量測系統

11‧‧‧量測裝置

12‧‧‧探針

13‧‧‧同軸纜線

14‧‧‧功率感測器底座

16‧‧‧待測裝置底座

17‧‧‧晶圓

18‧‧‧待測裝置

19‧‧‧待測裝置

20‧‧‧校準標準單元底座

21‧‧‧校準標準單元

30‧‧‧控制單元

31‧‧‧定位單元

100‧‧‧第一步驟

101‧‧‧第二步驟

102‧‧‧第三步驟

103‧‧‧第四步驟

104‧‧‧第五步驟

105‧‧‧第六步驟

106‧‧‧第七步驟

107‧‧‧第八步驟

108‧‧‧第九步驟

218‧‧‧共面線路

219‧‧‧凹部

220‧‧‧加熱電阻器

221‧‧‧加熱電阻器

223‧‧‧凹部

224‧‧‧凹部

225‧‧‧加熱電阻器

226‧‧‧帶狀線

227‧‧‧帶狀線

228‧‧‧凹部

229‧‧‧中間線路

現在將配合圖式，僅透過範例來進一步解釋本發明的示範性實施例，其中：圖1所示的係一示範性功率感測器；圖2所示的係根據本發明的量測系統的第一實施例的三度概念圖；圖3所示的係本發明的系統的第二實施例的方塊圖；以及圖4所示的係本發明的方法的實施例的流程圖。

首先，本文中配合圖1來簡單顯示一示範性功率感測器的構造。在圖2以及圖3中則說明該量測系統的實施例的構造以及功能。最後，則在圖4中說明該量測方法的功能。不同圖式中的相同實體與元件符號會部分被省略。

現在詳細參考本發明的較佳實施例，其範例雖然圖解在隨附的圖式中；然而，本發明的下面實施例仍可進行各種修正，並且本發明的範圍並不受到下面實施例的限制。

在圖1中描繪的係一示範性功率感測器，如專利文件第DE 10 2008 057 607 A1號所示。功率感測器1係一基板上的多層結構。一共面線路218由一中間線路229、三個凹部223、224、228、以及一周圍金屬所形成。該共面線路218被連接至兩個加熱電阻器220、221。該兩個加熱電阻器220、221在它們背向該共面線路218的側被連接至該周圍金屬並且據以被連接至一接地連接線。據此，該兩個加熱電阻器220、221會形成一共同的接地加熱電阻器。一第一帶狀線226被連接至一第三加熱電阻器225。該第三加熱電阻器225背向該第一帶狀線226的側會被連接至一第二帶狀線227。帶狀線226、227以及加熱電阻器225被設置在該金屬的一凹部219裡面。其它形式的線路亦能夠被用來取代帶狀線以及共面線路。

上面所述的結構被建立在一矽基板的上方側。於此背景中，該些加熱電阻器220、221、225被排列在一薄膜的中央。一框架會為該功率量測胞體提供結構穩定性。再者，該框架會非常牢固地被熱耦合至一裝置殼體，並且據以代表一幾近理想的溫度散熱片。

一量測信號會透過該共面線路218被送入。該量測信號透過該些加熱電阻器220、221被接地。該量測信號會據以該些加熱電阻器220、221。在該些加熱電阻器之中被轉換的熱功率和該量測信號的功率成正比。因為該些加熱電阻器220、221被附接至上面提及的薄振動膜，所以，已引進的熱功率並不會立刻消散。取而代之的係，該薄膜的平衡溫度會被建立。該量測信號的功率能夠從此平衡溫度處推知。

這能夠藉由將數個熱耦放置在該薄膜上的另一層之中而達成。跨越該些熱耦的電壓代表該個別溫度。

此功率感測器能夠實施非常準確的功率量測，尤其是在高頻信號中。

第一實施例

在圖2中所示的係本發明的量測系統10的實施例的概念圖。該量測系統10包括一如圖1中所示的功率感測器1。該功率感測器1由一功率感測器底座14來固持。又，該量測系統10還包括一量測裝置11，其透過同軸纜線13被連接至一探針12。該探針12係一固定附接的探針，而且並非手持式探針。在圖2中，該探針的臺座已被省略，以便提高圖式的清楚性。探針12具有至少兩個量測尖端，用以接觸功率感測器1的接觸墊2、3。於此圖式中，探針12目前係接觸功率感測器1。此外，該量測系統10可以包括至少另一探針(圖中未顯示)，其被調適成用於以可更換的方式被安置以取代該探針12。該探針12具有一第一量測尖端間距，而該至少另一探針具有一不同於該第一量測尖端間距的第二量測尖端間距。該量測系統10可以包括至少另一功率感測器(圖中未顯示)，其被調適成用於以可更換的方式被安置以取代該功率感測器1。該功率感測器1具有一第一接觸墊間距，而該至少另一功率感測器具有一不同於該第一接觸墊間距的第二接觸墊間距。該第一量測尖端間距相容於該第一接觸墊間距，而該第二量測尖端間距相容於該第二接觸墊間距。該量測系統10被調適成用以藉由安置該探針或是該至少另一探針以及藉由安置該功率感測器或是該另一功率感測器而適應於接觸墊的不同接觸墊間距。因而，能夠達成量測系統之重要的適應能力。或者，該探針12的該些量測尖端的量測尖端間距可藉由移動該探針12的該些量測尖端而調適至不同接觸墊間距。又，於此情況中，該功率感測器1的該些接觸墊2、3包括一漸細部(tapering)(圖中未顯示)，從而藉由讓該功率感測器1的該些接觸墊2、3接觸該漸細部的不同位置而允許該功率感測器1的該些接觸墊2、3接觸不同量測尖端間距的探針。此替代例雖然需要一更複雜的探針和功率感測器；但是，同時，卻僅需要用到單一探針和功率感測器。

探針12的量測尖端會具有GS、SG、GSG、GSGSG(G=接地，S=信號)配置。另外，亦可以採用具有複數個量測尖端的多通道架構。因而，可以接觸複數種不同的共面連接類型。

又，該量測系統10還包括一待測裝置底座16，其在此處正固持著一晶圓17，該晶圓17包括兩個待測裝置18、19。

視情況，該量測系統10還能夠額外包括一校準標準單元底座20，用以固持一校準標準單元21，該校準標準單元21包括一組校準標準器，舉例來說，以便實施S參數校準。

功率感測器底座14、待測裝置底座16、以及校準標準單元底座20具有相對於彼此為固定的位置。它們能夠被聯合移動。於此同時，探針12具有固定的位置。為接觸功率感測器1，該些待測裝置18、19或是校準標準單元21的校準標準器、功率感測器底座14、待測裝置底座16、以及校準標準單元底座20會相對於該探針12被聯合移動。這係藉由在圖3中進一步說明的定位單元來完成。

在圖3中所描繪的係量測系統10的進一步實施例的方塊圖。該量測系統10包括一控制單元30，其被連接至一量測裝置11、被連接至一定位單元31、以及被連接至一功率感測器1。再者，該量測裝置11還會被連接至一探針12。該定位單元31會被連接至一功率感測器底座14、被連接至一待測裝置底座16、以及被連接至一校準標準單元底座20，其固持該功率感測器1、一待測裝置18、以及一校準標準單元21。不過，該待測裝置18並非該量測系統的一部分。

該定位單元31被調適成用以相對於該探針12來聯合移動該功率感測器底座14、該待測裝置底座16、以及該校準標準單元底座20，並且從而讓該探針12於第一配置之中接觸該功率感測器1，讓該探針12於第二配置之中接觸該待測裝置18，以及讓該探針於進一步的配置之中連續地接觸該校準標準單元21之中的複數個校準標準器。

控制單元30被調適成用以控至該量測裝置11、該定位單元31、以及該功率感測器1的功能。尤其是，該控制單元30被調適成用以協調功率感測器底座14、待測裝置底座16、以及非必要的校準標準單元底座20的移動、由該功率感測器1所實施的功率量測、由該量測裝置11在待測裝置18上所實施的量測、以及由該量測裝置11在該校準標準單元21的校準標準器上所非必要實施的校準量測。

第二實施例

最後，在圖4中所示的係該量測方法的實施例。在第一步驟100中，一待測裝置18被放置在該待測裝置底座16上。在第二步驟101中，該功率感測器1會接觸探針12。這係藉由定位單元31來聯合移動該功率感測器底座14以及該待測裝置底座16並且視情況移動該校準標準單元底座20而達成。

在第三步驟102中，一第一信號會由該量測裝置11產生。該第一信號會在第四步驟103中由探針12供應至該功率感測器1。在第五步驟104中，該第一信號的功率會由該功率感測器1來量測。在第六步驟105中，該控制單元30會判斷該第一信號的經量測功率是否在事先指定的位準處。

倘若情況並非如此的話，那麼，在第七步驟106中，該第一信號的功率位準便會被調整。其接著會繼續進行第三步驟102。相反地，倘若該第一信號的經量測功率在該事先指定的位準處的話，那麼，在第八步驟107中便會藉由受到該控制單元30控制的定位單元31來移動該功率感測器底座14、該待測裝置底座16、以及視情況移動該校準標準單元底座20，而讓該探針12接觸該待測裝置18。

在第九步驟108中，現在會在該待測裝置18上實施量測。在此些量測中，該量測裝置11會產生一受到該控制單元30控制的量測信號。該信號會透過探針12被提供至該待測裝置18。由該待測裝置所產生的一最終第二信號會由該探針12提供至該量測裝置11並且被量測。一或更多個量測會在第九步驟108中被實施。視情況，在第九步驟108期間會在二或更多個待測裝置上連續地實施多個量測。在該第九步驟完成之後，一新的功率校準會在第二步驟101中開始進行。或者，該量測會結束。

視情況，除了功率校準之外，亦能夠利用校準標準單元21來實施S參數校準。於此情況中，探針12會連續地接觸該校準標準單元21 的複數個校準標準器，並且量測裝置11會在該些校準標準器中的每一者上實施校準量測。接著，該量測裝置11會以該些校準量測為基礎來實施S參數校準。

重要的係，請注意，利用根據本發明的量測系統與方法可以準確地決定被供應至就在該平面介面處、晶圓上的待測裝置的功率。

特別的係，在對稱信號中，具有用於兩個信號組成之至少兩個量測尖端的探針會被使用。此些獨特信號組成的功率會在單一功率感測器1中針對該些信號組成中的每一者被分開量測。

功率感測器底座14以及非必要的校準標準單元底座20為一晶圓探針機(wafer prober)的輔助夾盤。

本發明的實施例能夠藉由硬體、軟體、或是它們的任何組合來施行。本發明的各種實施例可以藉由一或更多個特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、數位信號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、數位信號處理裝置(Digital Signal Processing Device，DSPD)、可程式化的邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)、可場程式化的閘極陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、或是類似物來施行。

本發明的各種實施例亦可以軟體模組、處理、函數、或是能夠實施上面所述特點或運算的類似物形式來施行。軟體碼能夠被儲存在一記憶體單元之中，俾使得其能夠被一處理器執行。該記憶體單元可以位於該處理器內部或外部，並且能夠經由各式各樣的已知手段來和該處理器進行通信。

本發明並不受限於該些範例。該些示範性實施例的特徵能夠以任何組合方式來使用。

本文雖然已經詳細說明本發明及其優點；不過，應該瞭解的係，亦能夠於本文中進行各種變更、替換、以及改變，其並沒有脫離隨附申請專利範圍所定義之本發明的精神與範疇。