[发明专利]一种用于在探测系统中改进定位的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于探测装置的系统，该探测装置具有多个被设计用于与例如半导体装置的目标实现电接触的位置。更具体地，本发明涉及用于精确获得并维持相对于集成电路装置的焊盘的探针卡的定位的方法和设备。

背景技术

通常在例如硅晶片的半导体基片上制造集成电路。硅晶片一般为具有150、200或300毫米的直径以及0.64毫米左右的厚度的硅的薄圆板。典型地，单个晶片具有多个装置，该装置为形成在晶格图案上的集成电路。每一个装置包括多个电路层和多个外部焊盘，焊盘尺寸很小，一般为0.003平方英寸，通常焊盘由铝制成且最终用于装置与引脚引线的连接机构。铝自身形成氧化铝的绝缘薄层，该绝缘薄层在形成良好的电接触之前必须被除去或穿破。

由于装置的封装是一个昂贵的过程，因此期望在封装之前测试装置以避免封装有缺陷的装置。该测试过程包括在被称为探针卡的装置和晶片之间建立电接触且然后对该晶片表面上的装置进行一系列的测试。探针卡具有多个电接触引脚以代替被封装的装置的普通引脚和引线。晶片被相对于探针卡放置从而使得探针卡上的接触引脚与晶片的焊盘接触并且专用测试器对晶片装置运行一连串的电测试。被称为晶片探测器的专用机器被用于关于探针卡而放置晶片。

晶片探测器可以被认为是三维定位器。晶片探测的主要目的是以一种确保晶片装置的焊盘和探针卡的探针尖端实现良好电接触的方式相对于探针卡来精确地放置晶片以在切割和封装之前适当地测试装置。需要很高的精确度，由于晶片上装置的焊盘呈现非常小的接触印迹，而且如果探针卡引脚接触到焊盘区域以外的区域，则结果可能会穿入晶片的外表面层，这通常会损坏装置。

好的探测需要3个主要过程-晶片对准、厚度压型以及探针到焊盘的对准-传统地只有探针到焊盘的对准不是自动执行的。然而，目前半导体技术的发展已推动对自动化的需求。为了努力改进性能以及在每一个装置上包括更多的特征，在焊盘下面制造了敏感部件。在引脚下的晶片基片的精确定位也能缩小焊盘尺寸从而为有源电路留出更大的空间。因此精确度和生产量的问题导致了自动晶片探测器的发展。

在晶片探测中有一些不同的考虑。由于在正常大气暴露期间在焊盘上形成的绝缘薄氧化层的剩余物，探针尖端必须穿透剩余物并竖直移动至超过初始接触以接触该剩余物下面的铝。例如，在绝大多数普通形式的探针卡技术中，悬臂探针的该种竖直超行程的一部分被转换成沿着晶片平面的移动，或擦除以进一步确保探针尖端与该剩余物下面的铝良好接触。此外，所述装置(焊盘除外)被涂覆上绝缘的玻璃层。如果该玻璃层被探针尖端弄破，则造成的裂缝可能损坏其他的功能性装置。因此，焊盘到探针对准的关键部分是维持探针卡引脚和晶片焊盘之间最佳的相对(或接触)位置。要保证在引脚和待测试焊盘之间施加的接触压力的精确需求量，最佳接触位置是必须的。如果施加的压力太小，则获得的接触不足而且探测器由于可能不能穿破外部氧化物剩余物而不能适当地进行测试。另一方面，如果施加的压力太大，则可能会发生焊盘损坏。因此，特定地沿着接触负载轴线的精确定位是适当地测试的需要。

对维持精确接触定位的另一个考虑涉及在操作期间的适当的扰动补偿。例如，当测试系统运行时，将会预料到系统温度的改变，而且对组成测试装配的不同部件可以预料不同程度的温度改变。温度变化导致组成系统的不同部件的相对膨胀或收缩，并且有效地改变引脚和焊盘之间原先的相对(或接触)位置。而相对位置的扰动可以反过来导致引脚和焊盘之间期望的或要求的接触压力的改变，这对维持适当的性能是至关重要的。

然而，现有技术的晶片探测器系统没有提供热扰动补偿。目前的设计结合驱动和测量机构，该驱动和测量机构的位置与晶片基片定位表面相距可测量的距离。该方法不能在探测期间精确且主动地控制基片表面，特别是在非环境温度下。

总之，目前半导体技术的进步已建立对在测试过程期间自动的探针到焊盘对准的需求。作为回应，大多数晶片探测器的卖主已提供某种形式的自动的探针到焊盘的对准。然而，自动对准的现有形式常常不足以为具有非常小且成形不理想的焊盘和探针尖端的现代集成电路提供精确对准，且不足以确保在出现的扰动中维持精确的相对位置和接触。

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