專利名稱：探針頭陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測(cè)試半導(dǎo)體晶片上的器件的探針頭陣列。
相關(guān)領(lǐng)域的描述像微處理器、DRAM和閃存等半導(dǎo)體器件都以公知的方式在半導(dǎo)體晶片上進(jìn)行制造。根據(jù)晶片的尺寸以及其上所形成的各器件的尺寸，在單個(gè)晶片上可能只有幾個(gè)或上千個(gè)器件。這些器件通常彼此完全一樣，每個(gè)器件在其表面上都包括多個(gè)導(dǎo)電焊點(diǎn)，用于提供電源和作為器件的其它連接(比如輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、控制信號(hào)等)。
測(cè)試晶片上的器件是需要的，以便于能確定哪些器件具有完全的功能并因此適合封裝和銷售以及哪些器件是不能工作的或只具有部分功能而因此不適合封裝。為此，在器件仍在晶片上時(shí)，晶片測(cè)試機(jī)就將電源和輸入信號(hào)施加到這些器件上并監(jiān)控在預(yù)定的測(cè)試?yán)唐陂g的輸出。
因?yàn)楦鞅粶y(cè)器件(DUT)基本上彼此完全一樣，所以有多個(gè)完全一樣的探針DUT陣列。各探針DUT陣列包括許多探針，這些探針與相對(duì)應(yīng)的DUT上的各個(gè)焊點(diǎn)產(chǎn)生個(gè)別的壓力連接。
這些探針DUT陣列構(gòu)成安裝在一個(gè)探針頭或多個(gè)探針頭上的單個(gè)探針陣列，這些探針頭是晶片探針卡的一部分。晶片探針卡通常包括多個(gè)通道，每個(gè)通道對(duì)應(yīng)于探針頭上的一個(gè)DUT陣列。結(jié)果，多個(gè)DUT陣列同時(shí)接觸晶片上的多個(gè)DUT。
很明顯，可同時(shí)測(cè)試的DUT越多，整個(gè)晶片的測(cè)試便可以越快。但是可連接到DUT陣列的測(cè)試機(jī)通道的個(gè)數(shù)是有限制的。盡管一些測(cè)試機(jī)包含許多通道(例如，128個(gè)通道)，但是被測(cè)晶片上可能有幾百個(gè)DUT。結(jié)果，測(cè)試過程包括促使探針DUT陣列與第一相對(duì)應(yīng)DUT組上的焊點(diǎn)壓力接觸(即第一次“觸地(touchdown)”)，執(zhí)行測(cè)試，將探針從DUT上提起，使探針相對(duì)于晶片進(jìn)行移動(dòng)，使探針與另一組DUT上的焊點(diǎn)接觸(即第二次“觸地”)，并且測(cè)試另一個(gè)DUT。重復(fù)該過程，直到晶片上所有的DUT均被測(cè)試完。
因測(cè)試期間相關(guān)的測(cè)試裝備的成本，使上述測(cè)試過程對(duì)時(shí)間高度敏感。換句話說，如果測(cè)試可以加快速度，則完成的半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)成本也可以減小。結(jié)果，人們期望使每個(gè)晶片的探針陣列觸地次數(shù)最少，使每個(gè)DUT的多探針觸地次數(shù)最少，并且使各次觸地之間的步進(jìn)距離最小。晶片上的觸地總次數(shù)是隨下列因素而變探針頭上有多少個(gè)DUT陣列(常常轉(zhuǎn)而等價(jià)于測(cè)試裝備具有多少個(gè)通道)；晶片上有多少個(gè)DUT；以及晶片DUT和DUT陣列的相對(duì)配置。因?yàn)楦鳒y(cè)試?yán)桃〞r(shí)間運(yùn)行，所以使觸地總次數(shù)下降便減小了晶片的測(cè)試時(shí)間。觸地次數(shù)通常在低端1或2到高端大約9之間變化。
當(dāng)探針DUT陣列與特定的DUT多次接觸時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)多次DUT觸地。當(dāng)探針DUT陣列與晶片進(jìn)行第二次接觸并且產(chǎn)生后續(xù)觸地時(shí)，在已測(cè)試過的DUT和探針DUT陣列之間就可能出現(xiàn)一些重疊。人們希望將各DUT的觸地次數(shù)限制到盡可能小，最好只有1次。這是因?yàn)楫?dāng)促使探針去接觸焊點(diǎn)時(shí)，焊點(diǎn)便易刮傷。重復(fù)刮傷可能將焊點(diǎn)損壞到無法對(duì)DUT進(jìn)行恰當(dāng)封裝的程度。很明顯，人們不希望測(cè)試過程損壞具有完全功能的DUT。另外，測(cè)試效率也會(huì)隨觸地次數(shù)減小而增大。
最后，還期望使步進(jìn)距離最小化，該步進(jìn)距離是指在各次觸地之間探針陣列和晶片之間相對(duì)橫向移動(dòng)的量。這樣做能進(jìn)一步減少完全測(cè)試晶片上所有DUT所需的時(shí)間。下文參照附圖將更詳細(xì)地描述各個(gè)晶片的觸地次數(shù)、多次觸地和步進(jìn)距離。
探針頭若能降低各個(gè)晶片的觸地次數(shù)、降低各個(gè)DUT的觸地次數(shù)并減小步進(jìn)距離，則將是很有利的。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是其上安裝了探針頭的探針卡的透視圖。
圖2是圖1所示探針頭上的探針DUT陣列的局部顯著放大圖。
圖3示意性圖示說明了探針頭上的探針DUT陣列的現(xiàn)有技術(shù)配置。
圖4示出了在具有多個(gè)DUT的晶片上第一次觸地期間圖3的探針DUT陣列，各DUT均由粗線內(nèi)的正方形示意性地表示，粗線表示晶片上DUT的邊界。
圖5是與圖4相似的圖，示出了在第二次觸地期間的探針DUT陣列。
圖6是圖4和5所示DUT配置的放大版本，示出了每個(gè)DUT的觸地次數(shù)。
圖7示意性圖示說明了探針頭上的探針DUT陣列的另一種現(xiàn)有技術(shù)配置。
圖8示出了在具有多個(gè)DUT的晶片上第一次觸地期間圖7的探針DUT陣列，各DUT均由粗線內(nèi)的正方形示意性地表示，粗線表示晶片上DUT的邊界。
圖9是與圖8相似的圖，示出了在第二次觸地期間的探針DUT陣列。
圖10是示出了測(cè)試晶片上所有DUT所需的觸地總次數(shù)的示意圖。
圖11是圖8和9所示DUT配置的放大版本，示出了每個(gè)DUT的觸地次數(shù)。
圖12示意性圖示說明了探針頭上的探針DUT陣列的另一種現(xiàn)有技術(shù)配置。
圖13示出了在具有多個(gè)DUT的晶片上第一次觸地期間圖12的探針DUT陣列，各DUT均由粗線內(nèi)的正方形示意性地表示，粗線表示晶片上DUT的邊界。
圖14是與圖13相似的圖，示出了在第二次觸地期間的探針DUT陣列。
圖15是示出了測(cè)試晶片上所有DUT所需的觸地總次數(shù)的示意圖。
圖16是圖13和14所示DUT配置的放大版本，示出了每個(gè)DUT的觸地次數(shù)。
圖17示意性圖示說明了探針頭上的探針DUT陣列的另一種現(xiàn)有技術(shù)配置。
圖18示出了在具有多個(gè)DUT的晶片上第一次觸地期間圖17的探針DUT陣列，各DUT均由粗線內(nèi)的正方形示意性地表示，粗線表示晶片上DUT的邊界。
圖19是與圖18相似的圖，示出了在第二次觸地期間的探針DUT陣列。
圖20是與圖18和19相似的圖，示出了在第三次觸地期間的探針DUT陣列。
圖21是與圖18-20相似的圖，示出了在第四次觸地期間的探針DUT陣列。
圖22是示出了測(cè)試晶片上所有DUT所需的觸地總次數(shù)的示意圖。
圖23是圖18-21所示DUT配置的放大版本，示出了每個(gè)DUT的觸地次數(shù)。
圖24示意性圖示說明了根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)建的探針頭上的探針DUT陣列。
圖25示出了在具有多個(gè)DUT的晶片上第一次觸地期間圖24的探針DUT陣列，各DUT均由粗線內(nèi)的正方形示意性地表示，粗線表示晶片上DUT的邊界。
圖26是示出了測(cè)試晶片上所有DUT所需的觸地總次數(shù)的示意圖。
圖27是圖25所示DUT配置的放大版本，示出了每個(gè)DUT的觸地次數(shù)。
圖28示意性圖示說明了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式所構(gòu)建的探針頭上的探針DUT陣列。
圖29示出了在具有多個(gè)DUT的晶片上第一次觸地期間圖28的探針DUT陣列，各DUT均由粗線內(nèi)的正方形示意性地表示，粗線表示晶片上DUT的邊界。
圖30是與圖29相似的圖，示出了在第二次觸地期間的探針DUT陣列。
圖31是圖29和30所示DUT配置的放大版本，示出了每個(gè)DUT的觸地次數(shù)。
圖32示意性圖示說明了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式所構(gòu)建的探針頭上的探針DUT陣列。
圖33示出了在具有多個(gè)DUT的晶片上第一次觸地期間圖32的探針DUT陣列，各DUT均由粗線內(nèi)的正方形示意性地表示，粗線表示晶片上DUT的邊界。
圖34是與圖33相似的圖，示出了在第二次觸地期間的探針DUT陣列。
圖35是與圖33和34相似的圖，示出了在第三次觸地期間的探針DUT陣列。
圖36是圖33-35所示DUT配置的放大版本，示出了每個(gè)DUT的觸地次數(shù)。
圖37示意性圖示說明了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式所構(gòu)建的探針頭上的探針DUT陣列。
圖38示出了在具有多個(gè)DUT的晶片上第一次觸地期間圖37的探針DUT陣列，各DUT均由粗線內(nèi)的正方形示意性地表示，粗線表示晶片上DUT的邊界。
圖39是與圖38相似的圖，示出了在第二次觸地期間的探針DUT陣列。
圖40是與圖38和39相似的圖，示出了在第三次觸地期間的探針DUT陣列。
圖41是圖38-40所示DUT配置的放大版本，示出了每個(gè)DUT的觸地次數(shù)。
圖42示意性圖示說明了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式所構(gòu)建的探針頭上的探針DUT陣列。
圖43示出了在具有多個(gè)DUT的晶片上第一次觸地期間圖42的探針DUT陣列，各DUT均由粗線內(nèi)的正方形示意性地表示，粗線表示晶片上DUT的邊界。
圖44是與圖43相似的圖，示出了在第二次觸地期間的探針DUT陣列。
圖45是圖43和44所示DUT配置的放大版本，示出了每個(gè)DUT的觸地次數(shù)。
較佳實(shí)施方式的詳細(xì)描述現(xiàn)在看圖1和2，圖1中的10表示包括探針頭12的探針卡。探針卡10可以用于承載現(xiàn)有技術(shù)探針頭或根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)建的探針頭。該探針頭包括由多個(gè)探針DUT陣列(比如探針DUT陣列16)構(gòu)成的探針陣列14，探針陣列14中所形成的正方形示意性表示探針DUT陣列16。
每個(gè)探針DUT陣列(比如探針DUT陣列16)包括探針圖形，比如圖2中的探針18、20。圖2中的探針只構(gòu)成探針DUT陣列16中的一部分探針。各個(gè)DUT陣列(比如DUT陣列16)可以包括60到80或更多個(gè)像圖2所示的那種探針。因?yàn)楸粶y(cè)晶片通常包括彼此完全一樣的DUT(包括各DUT上的焊點(diǎn)配置)，所以構(gòu)成探針陣列14的探針DUT陣列也是彼此完全一樣。各探針包括尖端，比如探針18上的尖端22和探針20上的尖端24。如下文所描述的那樣，在晶片測(cè)試期間，探針陣列14中的探針對(duì)著晶片放置，并且探針頭和晶片一起移動(dòng)直到探針尖端(比如尖端22、24)接觸晶片上的DUT上的相應(yīng)焊點(diǎn)。這些探針最好像美國專利5,974,662所描述的那樣來制造，該專利引用在此作為參考。
探針陣列14安裝在空間轉(zhuǎn)換器(space transformer)26上?？臻g轉(zhuǎn)換器包括多層陶瓷基板，該基板包括接地平面和電源平面，該供電平面連接到各探針DUT陣列中合適的探針以便在測(cè)試期間將電加到各個(gè)DUT上。陣列中的探針通過空間轉(zhuǎn)換器中不同的層而連接到圓形印刷電路板28上的觸點(diǎn)(不可見)。如本領(lǐng)域已知的，這種連接可以通過設(shè)置在空間轉(zhuǎn)換器26和電路板28之間的內(nèi)插器來實(shí)現(xiàn)。這樣的連接可能有多達(dá)幾千個(gè)。印刷電路板28上的觸點(diǎn)可用于將各探針DUT陣列(比如探針DUT陣列16)連接到用于構(gòu)成測(cè)試機(jī)(未示出)上的通道的那些觸點(diǎn)。各晶片上的DUT配置可以隨許多不同的因素而變化，例如不同的制造商、不同的產(chǎn)品、不同的測(cè)試機(jī)、不同的晶片尺寸等。結(jié)果，探針頭必須根據(jù)這些因素所產(chǎn)生的晶片DUT圖形來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在美國已公布的申請(qǐng)2004/0130312中可以找到有關(guān)晶片探測(cè)器測(cè)試設(shè)置的更詳細(xì)的描述。
現(xiàn)在看圖3-5，現(xiàn)有技術(shù)探針陣列配置30由陰影線表示。探針陣列30形成于空間轉(zhuǎn)換器(圖3中未示出)上，其形成方式與圖1中探針陣列14形成于空間轉(zhuǎn)換器26相同。探針陣列30所形成的形狀內(nèi)所包含的各個(gè)正方形對(duì)應(yīng)于不同的探針DUT陣列(比如探針DUT陣列31)，所有探針DUT陣列一起構(gòu)成了探針陣列30。在探針陣列30中總共有205個(gè)探針DUT陣列。在圖4和5中，在半導(dǎo)體晶片上的DUT排列方式是由包含DUT圖形32的粗線之內(nèi)的正方形來示意性地表示的，DUT圖形32中的各個(gè)正方形對(duì)應(yīng)于晶片上所形成的不同的DUT。用于包含DUT圖形32的晶片邊界的圓形形狀在附圖中沒有示出。如圖4所示，許多探針DUT陣列與晶片上相對(duì)應(yīng)的DUT對(duì)準(zhǔn)。但是也有許多DUT沒有與相對(duì)應(yīng)的DUT陣列對(duì)準(zhǔn)。另外，一些探針DUT陣列(比如探針DUT陣列34和若干個(gè)探針DUT陣列36)超出DUT圖形32，因此沒有對(duì)著DUT。在探針陣列30上總共有205個(gè)探針DUT陣列，而在晶片上的DUT圖形32中總共有290個(gè)DUT。
為了操作具有圖3所示配置的現(xiàn)有技術(shù)探針頭，探針頭和晶片首先像圖4所示那樣彼此相對(duì)定位，使得DUT陣列上的探針對(duì)著圖形32中的DUT上相對(duì)應(yīng)的焊點(diǎn)。晶片和探針朝著對(duì)方移動(dòng)，直到探針與DUT上的焊點(diǎn)接觸。各DUT是由合適的探針的來提供電源的，并且在與DUT陣列相對(duì)的圖形32中各DUT上同時(shí)運(yùn)行預(yù)定的測(cè)試程序。將各種輸入信號(hào)提供給DUT，并且DUT輸出得到監(jiān)控以確認(rèn)該DUT按設(shè)計(jì)工作。在運(yùn)行測(cè)試程序并確定那些DUT具有完全功能的以及那些DUT是無法使用的之后，探針頭和晶片彼此分開，并且探針頭步進(jìn)，即相對(duì)于晶片橫向移動(dòng)到圖5的位置。隨后，探針陣列30和晶片再次移動(dòng)并彼此接觸，使得該陣列中的探針尖端與DUT上相對(duì)應(yīng)的焊點(diǎn)壓接。再次提供電源并且運(yùn)行相同的測(cè)試程序，由此測(cè)試陣列上剩余的DUT。通過比較圖4和5可以看到，晶片中心部分的許多DUT在兩次觸地期間都與探針接觸了。在本示例中，沒有構(gòu)建大探針頭陣列使得無法在單次觸地中接觸晶片上所有DUT的原因包括測(cè)試機(jī)通道數(shù)不夠，空間轉(zhuǎn)換器26(如圖1所示)的制造過程中的尺寸限制，以及普及具有探針18、20的空間轉(zhuǎn)換器26(如圖2所示)時(shí)存在的產(chǎn)量問題。在特定的情況下，無法接觸到圖4所示晶片的最下面三行，因?yàn)槟壳翱捎玫目臻g轉(zhuǎn)換器26不夠大。
圖6圖示說明量化了與探針DUT陣列進(jìn)行過單次接觸或觸地的DUT的數(shù)目以及進(jìn)行過兩次觸地的DUT的數(shù)目。DUT圖形32中的正方形所代表的每個(gè)DUT包括數(shù)字1或2。作為圖4和5所示探針陣列30的應(yīng)用結(jié)果，標(biāo)為1的DUT只經(jīng)歷一次觸地，而標(biāo)為2的DUT則經(jīng)歷兩次觸地。
圖6中行38、40、42中的數(shù)字分別表示具有0次、1次和2次觸地的DUT。
首先，因?yàn)椴幌Ｍ粝挛礈y(cè)試的DUT，所以沒有DUT具有零次觸地?？梢钥吹?，例如，在左起第五列中，兩次觸地行中是7，而單次觸地行中是11。在數(shù)字7上方的那一列中，兩次觸地的DUT的個(gè)數(shù)之和就是數(shù)字7。相似的是，同一列中單次觸地的DUT的個(gè)數(shù)之和就是11。其它列的數(shù)字也是相似地獲得的。結(jié)果，行42中所有的觸地之和等于107，即晶片上有107個(gè)DUT經(jīng)歷兩次觸地。相似的是，行40中的數(shù)字之和等于183，即183個(gè)DUT經(jīng)歷單次觸地。107和183之和等于290，這正是晶片上DUT的總數(shù)。
簡(jiǎn)言之，205個(gè)探針DUT陣列測(cè)試晶片上所有的DUT，被測(cè)的290個(gè)DUT中有107個(gè)經(jīng)歷兩次觸地。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7-10，另一種現(xiàn)有技術(shù)探針陣列配置11由陰影線表示。像圖3-5中那樣，在圖7-10中使用相同的示意性表示。換句話說，探針陣列11形成于空間轉(zhuǎn)換器(圖7-10中未示出)上，并且圖8和9中的探針陣列11所形成的形狀之內(nèi)所包含的各個(gè)正方形對(duì)應(yīng)于不同的探針DUT陣列，所有的探針DUT陣列一起構(gòu)成了探針DUT陣列11。
相似的是，在圖8和9中DUT在半導(dǎo)體晶片上的排列方式由包含DUT圖形的粗線之內(nèi)的正方形來示意性地表示，粗線之內(nèi)的各個(gè)正方形對(duì)應(yīng)于晶片上所形成的不同的DUT。從圖8和9中可以看出，許多探針DUT陣列與晶片上相對(duì)應(yīng)的DUT對(duì)準(zhǔn)。但是也有許多DUT沒有與相對(duì)應(yīng)的DUT陣列對(duì)準(zhǔn)。另外，一些探針DUT陣列超出探針DUT圖形，由此沒有與DUT對(duì)著。
為了操作具有圖7所示配置的現(xiàn)有技術(shù)探針頭，探針頭和晶片首先像圖8所示那樣彼此相對(duì)定位，使得DUT陣列上的探針對(duì)著相對(duì)應(yīng)的DUT焊點(diǎn)。晶片和探針朝著對(duì)方移動(dòng)，直到探針接觸焊點(diǎn)。測(cè)試像上文所描述的那樣繼續(xù)，并且當(dāng)完成時(shí)，探針頭和晶片彼此分開，以及探針頭步進(jìn)到圖9的位置。接著，探針陣列11和晶片再次移動(dòng)到彼此接觸以便進(jìn)行另一輪測(cè)試。
圖8和9中所示的探針陣列11的觸地由圖10中的矩形13表示，其中數(shù)字1、2分別表示圖8和9的觸地。圖10是完成晶片上所有DUT測(cè)試所需的各次附加觸地的示意圖。例如，在觸地1、2之后(這測(cè)試了矩形13中所有的DUT)，探針頭步進(jìn)到圖10中矩形15之內(nèi)所示的位置3。探針頭再次接觸DUT以便進(jìn)行測(cè)試。之后，探針陣列和晶片彼此分開，探針頭向下步進(jìn)一行DUT(這與圖8和9之間的一行步進(jìn)相似)從而完成矩形15之內(nèi)所有的DUT的測(cè)試。
探針陣列11再次步進(jìn)到標(biāo)號(hào)為5、6的矩形，進(jìn)行第五次和第六次觸地，并且對(duì)該矩形內(nèi)所有的DUT完成測(cè)試。如圖10的多個(gè)矩形所示，進(jìn)行其它步進(jìn)和測(cè)試，直到所有DUT都測(cè)試好。如圖10所示，這需要總共14次觸地。
圖11圖示說明了圖8和9所示晶片上DUT圖形的放大版本，其中標(biāo)有各DUT經(jīng)歷的觸地次數(shù)。可以看到，當(dāng)探針陣列11按所描述的步進(jìn)圖形使用時(shí)，其有利的特征是各DUT在測(cè)試期間僅經(jīng)歷單次觸地。另一方面，測(cè)試晶片上所有DUT所需的觸地總次數(shù)是14。這就導(dǎo)致測(cè)試使用DUT是時(shí)間相對(duì)較長。
現(xiàn)在參照?qǐng)D12-15，通過使用與圖7-10中相同的示意性表示圖示說明了另一種現(xiàn)有技術(shù)探針陣列17。圖7-10可以被視為一種跳躍行方法，而圖12-15包括一種相似但利用跳躍列的方法。例如，圖13示出了晶片DUT上的第一次觸地，而圖14則示出了第二次觸地。圖13到圖14的步進(jìn)包括一列DUT的橫向移動(dòng)。圖15中的矩形19示出了步進(jìn)1、2。從圖15中可以看出，探針陣列的其它步進(jìn)(即先到觸地3，接著橫向移動(dòng)一列到觸地4，接下來到觸地5，再橫向移動(dòng)等)導(dǎo)致對(duì)晶片上所有的DUT進(jìn)行測(cè)試。如圖15所示，該方法需要總共16次觸地。
現(xiàn)在參照?qǐng)D16，晶片上的DUT圖形的放大版本示出了各DUT上的觸地次數(shù)。就像在跳躍行探針陣列中那樣，各DUT只經(jīng)歷單次觸地。但是測(cè)試晶片上所有494個(gè)DUT所需的總觸地次數(shù)是16次。同樣，這就導(dǎo)致測(cè)試所有DUT的時(shí)間相對(duì)較長。
現(xiàn)在參照?qǐng)D17-22，所示的是另一種現(xiàn)有技術(shù)探針陣列21以及測(cè)試方法。像先前關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的描述那樣，圖17-22使用了相同的示意性表示。此處圖示說明的可以被視為棋盤方法。從圖18-21中可以看出，探針陣列21在圖18所示的第一位置觸地。之后，它步進(jìn)到右邊，使得探針陣列11中的各DUT陣列處于第一次觸地中所測(cè)試的那個(gè)DUT相鄰的DUT之上。接著，從第二次觸地到第三次觸地，即從圖19到圖20，探針陣列21向下步進(jìn)一個(gè)DUT和一個(gè)DUT陣列。最終，在圖21中，探針陣列向左步進(jìn)一列。
參照?qǐng)D22，矩形23圖示說明了圖18-21中全部四種觸地。完成所有四種觸地并在每次觸地之后進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果，矩形23內(nèi)所有的DUT都經(jīng)歷過測(cè)試。
接著，探針陣列21步進(jìn)到相鄰的矩形以便進(jìn)行第五次、第六次、第七次和第八次觸地，這都與圖18-20所描述的觸地相似并且導(dǎo)致該矩形內(nèi)所有的DUT都經(jīng)歷了測(cè)試。測(cè)試?yán)^續(xù)到圖22中下面的兩個(gè)矩形，總共經(jīng)歷16次測(cè)試，最終晶片上所有的DUT都經(jīng)歷了測(cè)試。在圖23中，像前兩個(gè)實(shí)施方式那樣，所有的DUT都經(jīng)歷了測(cè)試并且只經(jīng)歷單次觸地，但是，同樣，觸地次數(shù)即16次還是較大，這就導(dǎo)致晶片的測(cè)試周期較長。
現(xiàn)在參照?qǐng)D24-26，其中圖示說明了根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)建的探針陣列25。探針陣列25包括64個(gè)用于觸摸晶片的DUT陣列，該DUT陣列具有與上述跳躍行、跳躍列和棋盤現(xiàn)有技術(shù)探針?biāo)厩闆r相同配置的相同數(shù)目的DUT。圖26中每個(gè)菱形或鉆石形圖形(比如圖形27)都表示探針陣列25的不同觸地。從圖26中可以看到，測(cè)試晶片上各個(gè)DUT需要總共9次觸地，分別由相對(duì)應(yīng)編號(hào)的圖形(比如圖形27)來表示。如圖27所示，各DUT只經(jīng)歷單次觸地。但是觸地的總次數(shù)只有9次，這比上文的跳躍行、跳躍列或棋盤現(xiàn)有技術(shù)探針陣列都要少。對(duì)于圖27所圖示說明的晶片，由8×8DUT陣列(總共64個(gè)DUT陣列)所構(gòu)成的正方形陣列(未示出)需要12次觸地以測(cè)試圖27所示晶片上所有的DUT，并且4×16DUT陣列(總共也是64)構(gòu)成的矩形陣列(未示出)需要11次觸地以完成測(cè)試。
現(xiàn)在參照?qǐng)D28，探針陣列44包括多個(gè)探針DUT陣列，并且是根據(jù)本發(fā)明而構(gòu)建的。像上文描述的探針陣列那樣，探針陣列44形成于圖1所示的空間轉(zhuǎn)換器上。探針陣列44被應(yīng)用于其DUT圖形與圖4-6相同的晶片上的DUT，即相同數(shù)目的DUT按相同配置(即DUT圖形32)定位。然而，探針陣列44的配置是不同的，這明顯是開口46的結(jié)果。
就像現(xiàn)有技術(shù)探針頭的情況那樣，晶片上的DUT圖形32中的DUT在兩次觸地中便全部被測(cè)試過了，第一次是圖29所示的那樣，第二次是圖30所示的那樣。從圖29和30中可以看到，在這兩次觸地中，有兩個(gè)DUT陣列位于圖形32的外面。當(dāng)DUT陣列處于邊界以外時(shí)，它沒有對(duì)著DUT因此沒有被使用。就像從圖4和5中可以看到的那樣，第一次觸地中共有四個(gè)DUT位于邊界以外，第二次觸地中共有三個(gè)DUT位于邊界以外。
另外，從圖31中可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)圖6所示的相比，經(jīng)歷兩次觸地的DUT少了很多。這是在使用更少的DUT陣列的情況下實(shí)現(xiàn)，即探針陣列44中只有161個(gè)DUT陣列，相比之下探針陣列30中則有205個(gè)DUT陣列。結(jié)果，使用測(cè)試機(jī)通道越少，則在每次觸地時(shí)所使用的DUT陣列也就越少，并且經(jīng)歷兩次觸地的DUT也越少。這些改進(jìn)提高了效率并減小了因多次觸地而導(dǎo)致?lián)p壞的可能性。
現(xiàn)在參照?qǐng)D32-35，根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)建的另一種探針陣列48，并且它也與DUT圖形32一起使用。但是因?yàn)樘结橆^48只具有133個(gè)DUT陣列(相比之下探針陣列44具有161個(gè)DUT陣列)，所以需要三次觸地。圖33、34和35按順序圖示說明了三次觸地，從而示出了DUT陣列和半導(dǎo)體晶片上的DUT的各自位置。從圖36中可以看出，在所有290個(gè)DUT被測(cè)試的情況下，僅有4個(gè)DUT經(jīng)歷三次觸地，75個(gè)經(jīng)歷兩次觸地，211個(gè)經(jīng)歷單次觸地。盡管探針陣列48導(dǎo)致每個(gè)晶片有更多次觸地并且形成四次觸地，但是在測(cè)試機(jī)通道數(shù)目限于比161小時(shí)，這可能仍然是最佳解決方案。
現(xiàn)在參照?qǐng)D37-40，根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)建的探針陣列50。該探針陣列被設(shè)計(jì)成用于其DUT數(shù)目和配置皆與上述DUT圖形不相同的晶片。DUT圖形52包括總共169個(gè)DUT，而探針陣列50包括總共85個(gè)DUT陣列。圖38-40中所圖示說明的三次晶片觸地被用于測(cè)試DUT圖形52中的每個(gè)DUT。如圖41上述，盡管使用了三次觸地，但是沒有DUT經(jīng)歷三次觸地，并且只有31個(gè)DUT經(jīng)歷了兩次觸地，同時(shí)138個(gè)DUT只經(jīng)歷了單次觸地。
在圖42-44中，另一種探針陣列54(也是根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)建的)被用于測(cè)試與圖38-41所示相同的DUT圖形52。然而，此處，在探針陣列54中總共有95個(gè)DUT。與探針陣列50所使用的圖38-40所示的三次觸地相比，如圖43和44所示，附加數(shù)目的DUT陣列準(zhǔn)許在晶片上只用兩次觸地就測(cè)試了DUT圖形52中全部的DUT。在圖45中，可以看到，DUT圖形52中只有6個(gè)DUT經(jīng)歷了兩次觸地，而其余DUT只經(jīng)歷單次觸地。盡管對(duì)于相同DUT配置而言這些結(jié)果優(yōu)于用探針陣列50所獲得的結(jié)果，但是回想到探針陣列50只包括85個(gè)DUT陣列，因此如果像測(cè)試機(jī)通道數(shù)有限等限制使得無法使用像探針陣列54(它包括95個(gè)DUT陣列)這樣的探針陣列，則探針陣列50可能是最佳的解決方案。
總之，上文所揭示的探針圖形使每個(gè)晶片的觸地次數(shù)更少，使每個(gè)DUT的觸地次數(shù)更少，減少了所需測(cè)試機(jī)通道數(shù)，并且減小了各次觸地之間的步進(jìn)距離，由此減小了成本和處理時(shí)間并提高了所測(cè)半導(dǎo)體芯片的質(zhì)量。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，本發(fā)明的圖形可以被視為一種或多種不連續(xù)(比如開口、凹凸和島)的組合。例如，圖28示出了開口46和凹入56，圖32示出了凸出58，圖42示出了島60。注意到，圖28所示圖形44頂部的兩個(gè)DUT陣列62不被視為凸出，因?yàn)樗鼈冎惶顫M卵形圖形44的頂部弓形部分。凸出和凹入的意思是局部不連續(xù)或與圖形邊界的一般形狀有偏差。
其它有利的圖形(未示出)可以包括多個(gè)島，每個(gè)島具有許多DUT陣列，在整個(gè)探針頭圖形中沒有主要的或連貫的邊界，一個(gè)或多個(gè)到具有其各自的開口、凹入和/或凸出。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，對(duì)稱圖形(比如平行四邊形)或其它對(duì)稱圖形可以包括成行的DUT陣列，這些行不與半導(dǎo)體晶片上任何水平或垂直的DUT行平行。
重要的是，要意識(shí)到所示圖形可以由多個(gè)探針頭來構(gòu)建，美國專利5,806,181對(duì)此有描述，該專利全文引用在此作為參考。還有一種情況，探針卡或晶片接觸器構(gòu)造的其它方法包括使用鎢針、曲折桿或像觸點(diǎn)那樣的“眼鏡蛇”、MEMs結(jié)構(gòu)、薄膜探針或其它合適的結(jié)構(gòu)，都可以按相似的圖形來排列，同時(shí)具有相似的好處。這些圖形并不限于用在對(duì)硅晶片上的電子芯片進(jìn)行測(cè)試的探針頭，而是還可以應(yīng)用于具有觸點(diǎn)陣列以便因任何目的(比如“老化試驗(yàn)”或測(cè)試)而與器件進(jìn)行可重復(fù)接觸的任何接觸器。
上文以較佳實(shí)施方式描述并示出了本發(fā)明的原理，顯而易見的是本發(fā)明可以在不背離這種原理的情況下在排列方式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行修改。我們要求所有的修改和變化都落入所附權(quán)利要求書的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)半導(dǎo)體晶片上形成的器件進(jìn)行測(cè)試的接觸器，所述接觸器包括用于與所述器件上形成的焊點(diǎn)相接觸的探針陣列，所述探針陣列包括圍繞著所述探針陣列中的開口而設(shè)置的多個(gè)相鄰的DUT陣列，當(dāng)所述探針陣列接觸所述焊點(diǎn)時(shí)所述開口位于至少一個(gè)器件之上。
2.如權(quán)利要求1所述的接觸器，其特征在于，所述探針陣列包括至少一個(gè)處于DUT陣列中的附加開口，當(dāng)所述探針陣列接觸所述焊點(diǎn)時(shí)所述附加開口對(duì)著至少一個(gè)器件。
3.如權(quán)利要求1所述的接觸器，其特征在于，所述相鄰的DUT陣列形成大致環(huán)形的圖形。
4.如權(quán)利要求1所述的接觸器，其特征在于，所述DUT陣列中的開口以4個(gè)DUT陣列為邊界。
5.一種對(duì)半導(dǎo)體晶片上按大致均勻的柵格排列的器件進(jìn)行測(cè)試的探針頭，所述探針頭包括形成于DUT陣列中的多個(gè)探針，所述探針大致按具有與器件柵格相同的配置的柵格來排列；以及形成于DUT陣列中的空間，當(dāng)所述探針接觸所述器件時(shí)所述空間對(duì)著至少一個(gè)器件。
6.如權(quán)利要求5所述的探針頭，其特征在于，所述探針頭包括至少一個(gè)附加空間，當(dāng)所述探針接觸所述器件時(shí)所述附加空間對(duì)著至少一個(gè)器件。
7.如權(quán)利要求5所述的探針頭，其特征在于，所述DUT陣列形成大致環(huán)形的圖形。
8.如權(quán)利要求5所述的探針頭，其特征在于，所述空間以4個(gè)DUT陣列為邊界。
9.一種對(duì)半導(dǎo)體晶片上形成的器件進(jìn)行測(cè)試的裝置，所述裝置包括按大致環(huán)形的圖形排列的探針DUT陣列。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述環(huán)形圖形包括開口，并且所述圖形包括至少一個(gè)附加開口。
11.一種對(duì)半導(dǎo)體晶片上形成的器件進(jìn)行測(cè)試的裝置，所述裝置包括多個(gè)DUT陣列，所述多個(gè)DUT陣列所排列的圖形包括至少一個(gè)處于該圖形邊界之內(nèi)的開口，在所述開口中沒有任何探針DUT陣列。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述探針陣列圖形包括至少一個(gè)處于該圖形邊界之內(nèi)的附加開口，在所述附加開口中沒有任何探針DUT陣列。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述圖形是大致環(huán)形的。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述開口以4個(gè)DUT陣列為邊界。
15.一種對(duì)半導(dǎo)體晶片上形成的器件進(jìn)行測(cè)試的裝置，所述裝置包括按一種圖形排列的多個(gè)探針DUT陣列，所述圖形的邊界具有至少一種局部不連續(xù)性。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述局部不連續(xù)性是至少一個(gè)DUT陣列的凸出。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述凸出是由單個(gè)DUT陣列形成的。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述凸出具有最小寬度，并且從所述邊界起向外延伸不超過最小寬度的兩倍。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述邊界包括至少一個(gè)附加凸出。
20.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述局部不連續(xù)性是至少一個(gè)DUT陣列的凹入。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述凹入是由單個(gè)DUT陣列構(gòu)成的。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述凹入具有最小寬度，并且從所述邊界起向內(nèi)延伸不超過最小寬度的兩倍。
23.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述邊界包括至少一個(gè)附加凹入。
24.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述圖形是對(duì)稱的。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，所述圖形大致是平行四邊形的形狀。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，所述圖形大致是菱形的形狀。
27.一種對(duì)半導(dǎo)體晶片上排列的器件進(jìn)行測(cè)試的裝置，所述器件排列成的圖形形成大致平行的水平線和大致平行的垂直線，所述裝置包括按對(duì)稱圖形排列的探針DUT陣列，所述圖形具有至少一個(gè)邊界，當(dāng)所述DUT陣列接觸所述器件時(shí)所述邊界不與器件的任何線條平行。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述圖形大致是平行四邊形的形狀。
29如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，所述圖形大致是菱形的形狀。
30.一種對(duì)晶片上的半導(dǎo)體器件進(jìn)行測(cè)試的方法，所述方法包括如下步驟提供具有至少一種不連續(xù)性的探針陣列；使所述陣列與所述晶片接觸，使得被測(cè)半導(dǎo)體器件的第一部分與一些探針接觸，而被測(cè)半導(dǎo)體器件的第二部分不與所述探針接觸而是處于與所述至少一種不連續(xù)性相對(duì)的位置；移動(dòng)所述晶片使其不再與所述探針陣列接觸；相對(duì)于所述探針陣列橫向移動(dòng)所述晶片；使所述陣列與所述晶片接觸，使得所述被測(cè)半導(dǎo)體器件的第二部分中的至少一些器件與一些探針接觸。
全文摘要
用于測(cè)試半導(dǎo)體晶片上所形成的器件的探針頭(12)包括多個(gè)探針DUT(被測(cè)器件)陣列(16)。各被測(cè)器件包括一些焊點(diǎn)，促使這些焊點(diǎn)與相對(duì)應(yīng)的探針DUT陣列(16)中的探針(18、20)壓接起來。探針陣列圖形具有像凹入、凸出、島和開口等不連續(xù)性，當(dāng)探針(18、20)接觸焊點(diǎn)時(shí)這些圖形至少與一個(gè)器件相對(duì)。
文檔編號(hào)G01R31/02GK101095057SQ200580045719
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月3日
發(fā)明者R·J·漢森, J·M·隆恩 申請(qǐng)人:佛姆法克特股份有限公司