[发明专利]用于动态探针调节的方法和装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及半导体制造工艺。更具体地，本发明涉及晶粒的探测和 测试。

背景技术

在过去的几十年中，基于半导体技术的电子器件已成为现代生活必须和 主要的组分。包括数百万个组件的半导体芯片被嵌入到许多电子设备或机器 中，且这些基于半导体的电子设备在我们生活的许多领域中都随处可见，这 些领域包括娱乐、医疗、制造以及运输。

由于这些电子设备变得更加普及，因此对半导体芯片的要求越来越严格 和全面。例如，许多集成电路(IC)芯片为了不同的目的和功能被用于现代 车辆(例如，客车)，这些集成电路芯片中的一部分对车辆的运行是至关重 要的。这些芯片中的许多是通过相同的方式或相同的工艺制造出来的，但却 要在许多不同的环境中执行操作，且这些环境有时会变化，例如温度的变化 范围为-50℃-200℃或有时会更高。这些对电子设备的要求反过来会对半 导体制造工艺提出额外的要求。其中，IC芯片需要在这些不同的操作环境中 被测试。例如，在制造工艺中，在许多不同的温度下对这些芯片进行测试对 制造商来说并不稀奇，这种测试通常在封装前进行。

IC芯片通常被制造在例如硅晶片的半导体基片上。一般为圆形的半导体 晶片通常包括被以栅格模式布置的多个IC设备。位于每个IC上的是用于将 IC与外界电路相连接以允许该IC实现功能的多个测试用衬垫或焊接衬垫 (bond pad)。通常使用与测试机器相连接的探针卡来对这些在晶片或晶粒上 的IC芯片进行测试。所述探针卡具有一系列接触电极或探针。所述晶片之 后被定位以准备进行测试，由此使得探针卡上的探针与晶粒的测试用衬垫或 焊接衬垫相接触。这一工艺被称作晶片探测，且用于该目的的特殊机器被称 为晶片探测器。位于加利福尼亚的圣何塞的Electroglas公司是一个制作晶片 探测器的公司。在一些情况中，探测是在已经被切割或被切成方块并被安装 到其他柔性或刚性基片上的一个晶粒或多个晶粒上完成的，所述柔性或刚性 基片例如为膜框(film-frames)或“条带(strips)”。Electroglas公司例如还 制造为此目的设计的机器，该种机器通常被称为测试处理机。然而，在这些 情况中的探测和测试的许多相关操作与在未切割的晶片上的(未封装的)晶 粒上的探测或测试的情况在本质上是相同的。在整篇公开内容中，我们将用 术语晶片探测或晶粒探测来包括这些更一般的情况。

晶片探测的主要目的是恰当地定位所述晶片以便使设备的测试用衬垫 或焊接衬垫、或仅是衬垫能与探针卡的探测尖端进行充分的电接触。因为衬 垫非常小，因此需要高精确度，通常为30-50微米的数量级。如果探针卡的 探针与衬垫区域以外的区域发生接触，则该设备必须被重置，这使得测试过 程变缓，并通常需要操作者干预。此外，不正确的定位可以导致设备的损坏， 因为探针卡的探针可能刺破所述设备的钝化层。

在特定晶片或各个晶片的晶片探测和测试步骤中改变测试条件或环境 是相当昂贵的要求。一旦测试条件被改变，则晶片探测以及测量和校准应该 被重做，因为探针卡和晶片以及其他涉及探测和测试的组件可能在不同的物 理条件下具有不同的性质和特性。更关键的是这样的事实：在条件改变之后 系统将在一定时间后才能达到稳态，所述条件改变例如为晶片卡盘(wafer chuck)的温度的改变。例如，一般的晶片探测器系统在温度改变约100℃ 之后需要一小时来达到热平衡。这在相关领域中通常被称为晶片探测器的热 灵敏度。如果在热弛豫周期中没能进行任何测试，则在给定时间总量内能被 测试的晶粒的数量将显著减少，由此给每个集成电路设备的产品成本增加了 额外的费用。

所述系统中的不同材料通常具有不同的敏感性，且这些材料对所改变的 条件的反应不同，从而进一步使瞬变周期中的测试过程复杂化，在该瞬变周 期中，晶片探测器系统内的各种组件的状态会发生改变。例如，当晶片卡盘 的受控温度被改变时，探针卡、晶片、相机等的不同部分均以不同的速率和 不同的总量发生膨胀或缩小。