晶圆检测系统及晶圆检测设备的制作方法

晶圆检测系统及晶圆检测设备
【技术领域】
1.本发明关于一种半导体元件的检测系统及设备，特别是关于一种用于检测晶圆的晶圆检测系统及晶圆检测设备。


背景技术：

2.半导体元件的制造过程通常区分有前段制程与后段制程，前段制程主要包含晶圆处理制程(wafer fabrication,wafer fab)及晶圆针测制程(wafer probe)，后段制程则主要包含ic构装制程(ic packaging)及具有初步测试(initial test)与最终测试的测试制程等几个步骤。
3.其中，晶圆针测制程可对晶圆中的各个晶粒进行电性功能上的测试，用以在ic构装制程之前就能确认出电性功能不良的晶粒，进而避免此类不良晶粒进入后端制程，达到降低生产成本的目的。
4.晶圆针测制程的步骤是将探针卡的探针接触晶圆上作为输入端的受测点(例如晶粒上的銲垫)，进而透过探针将测试信号输入至对应的晶粒，检测电路的电性状况，以供晶粒良莠的判断。晶圆的底部为各晶粒的接地端，承载晶圆的载盘(例如：铜盘)具有导电性而作为各个晶粒的共享接地。传统上是将所述载盘额外连接一条电缆，电缆的另一端连接至探针卡，形成一个测试回路，以进行晶圆上每一晶粒的逐一测试。
5.然而，举例来说，当晶粒的测试条件须使用短脉冲且大电流的信号时，由于这是一种作用时间极短、电流极大(甚至可能需要在小于1μs的时间期间内提供电流大于10a)的脉冲信号，测试回路的路径长度就攸关着测试信号的质量，也对测试结果的正确性产生很大的影响。传统上，藉由电缆连接探针卡与载盘的配置方式会使测试回路的路径较长，而较长的传导路径除了缆线本身材质会对所传递的信号产生影响外，也越容易受到电感效应的影响，导致短脉冲且大电流的信号波形往往会产生严重的形变而失真，进而使得检测失准，甚至可能导致无效。


技术实现要素：

6.本发明的一目的在于缩短测试回路的路径。
7.本发明的另一目的在于提供大电流测试回路的路径。
8.本发明的再一目的在于减小测试信号的波形失真程度，提高短脉冲且大电流的信号在测试回路中传递时的正确性。
9.本发明的又一目的在于提高晶圆检测的正确率。
10.为达上述目的及其它目的，本发明提出一种晶圆检测系统，包含：承载装置、探针卡、及桥接模块。其中，所述承载装置包括供待测晶圆放置的承载单元，所述承载单元定义有晶圆置放区；所述探针卡被配置为相对所述承载装置，所述探针卡包括探测部及导电部，所述导电部被配置在所述探测部周边且具有接触面；所述桥接模块被提供来适用于与所述承载装置安装在一起，所述桥接模块包括朝上凸伸且邻近所述晶圆置放区的多个传导单
元，所述多个传导单元耦接所述承载单元。其中，在所述探针卡的所述探测部接触所述待测晶圆的顶面的一受测点时，所述导电部的所述接触面可与所述多个传导单元的至少其一者形成耦接关系，从而使所述探测卡输出的测试信号于通过所述待测晶圆而自底面传递至所述承载单元后，可经由所述多个传导单元的至少其一者及所述导电部而被传递回所述探针卡，形成一测试回路。
11.在本发明的一实施例中，所述探针卡可包括一基板，所述导电部可为配置在所述基板的底面的一导电层。
12.在本发明的一实施例中，所述导电层可具有一通孔，所述探测部自所述通孔凸伸而出。
13.在本发明的一实施例中，所述导电层的通孔可位于所述导电层的中央部位，自所述导电层的通孔边缘至所述导电层的外缘的延伸长度可大于或等于所述待测晶圆的半径。
14.在本发明的一实施例中，所述桥接模块可包括用于安装至所述承载装置上的一固定架，所述各个传导单元可配置在所述固定架上。
15.在本发明的一实施例中，所述固定架可呈环绕所述晶圆置放区的一环形。
16.在本发明的一实施例中，所述各个传导单元可安装在所述承载单元内，且所述各个传导单元的一端凸伸出所述承载单元的上表面。
17.在本发明的一实施例中，所述各个传导单元可为一弹性元件。
18.在本发明的一实施例中，所述各个传导单元可为一弹簧探针(pogo pin)。
19.在本发明的一实施例中，所述各个传导单元的一端可直接连接所述承载单元。
20.在本发明的一实施例中，所述多个传导单元可分布于所述晶圆置放区的周围，于所述探针卡逐一检测所述待测晶圆的各个待测点时，所述探针卡的所述导电部皆能耦接所述多个传导单元的至少其一者。
21.为达上述目的及其它目的，本发明还提供了一种晶圆检测设备，可用来对于置放在一承载装置上的一待测晶圆进行检测，所述晶圆检测设备包含：探针卡及桥接模块。所述探针卡包括一探测部及配置于所述探测部周边的一导电部；所述桥接模块被提供来适用于与所述承载装置安装在一起，所述桥接模块包括朝上凸伸且邻近所述待测晶圆的放置位置的多个传导单元，所述多个传导单元用于耦接所述承载装置。其中，所述多个传导单元被提供来适用于在所述探针卡的所述探测部接触所述待测晶圆时，所述导电部可耦接所述多个传导单元的至少其一者。
22.在本发明的一实施例中，所述探针卡可包括一基板，所述导电部为配置于所述基板的底面的一导电层，所述导电层的一侧面可用于供所述多个传导单元的另一端的接触。
23.在本发明的一实施例中，所述基板具有可对应至所述通孔的一窗口，可供配置于所述基板的顶侧的一光侦测设备可透过所述窗口接收所述待测晶圆所发出的光线。
24.据此，本发明公开的晶圆检测系统及其晶圆检测设备可在探针卡被移动来使探测部耦接待测晶圆时，藉由探针卡的导电部与桥接模块的传导单元之间的耦接关系，在待测晶圆的放置位置的周边建立传导路径，让自探针卡所送出的测试信号可经由桥接模块与导电部传递回探针卡，缩短了测试回路的路径长度，提高测试信号传递时的正确性，也增进了晶圆检测的正确率。
【附图说明】
25.图1为本发明一实施例中的晶圆检测系统的侧面断面视图；图2为图1实施例在形成测试回路的状态下的示意图；图3为图1实施例在俯视图下的示意图；图4为图3实施例于aa’剖面线下的断面图；图5为仰角视图下探针卡于一实施例中的底部示意图；图6为仰角视图下探针卡于另一实施例中的底部示意图；图7为本发明另一实施例中的晶圆检测系统的侧面断面视图；图8为本发明再一实施例中的晶圆检测系统的侧面断面视图；图9为图8实施例的晶圆检测系统的部分立体示意图；图10为本发明又一实施例中的晶圆检测系统的侧面断面视图；上述附图中，各附图标记代表：100
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承载装置110
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承载单元111
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载盘112
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载具120
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晶圆置放区200
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桥接模块210
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传导单元220
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固定架300
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探针卡310
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探测部320
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导电部322
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通孔330
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基板340
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窗口400
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晶圆410
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晶粒500
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光侦测设备aa
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剖面线cr
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导电部内缘至外缘的最短距离tp
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测试回路vm
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垂直方向。
【具体实施方式】
26.为充分了解本发明的目的、特征及功效，现结合下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本发明做一详细说明，说明如后：
27.在本文中，所描述的用语“包含、包括、具有”或其它任何类似用语意非仅限于本文所列出的此等要件而已，而是可包括未明确列出但却是所述单元、部件、结构、装置、模块、
系统、部位或区域通常固有的其它要件。
28.在本文中，所描述的用语“一”或“一个”来描述单元、部件、结构、装置、模块、系统、部位或区域等。此举只是为了方便说明，并且对本发明的范畴提供一般性的意义。因此，除非很明显地另指他意，否则此种描述应理解为包括一个或至少一个，且单数也同时包括多个。
29.在所附的各图中，各单元、部件、结构、装置、模块、系统、部位或区域等的尺寸及比例的绘示，仅为一种示意，并非为一种限制。
30.请同时参照图1及图2，图1为本发明一实施例中的晶圆检测系统的侧面视图，图2为图1实施例在形成测试回路的状态下的示意图。
31.晶圆检测系统包含：承载装置100、探针卡300、及包括有传导单元210的桥接模块200。桥接模块200被提供来适用于与承载装置100安装在一起。桥接模块200可适用于在承载装置100与探针卡300之间提供耦接关系，从而在承载装置100与探针卡300之间提供电性连接的回路。桥接模块200可以是组立在承载装置100上的形式，也可以是与承载装置100构装在一起的形式。
32.承载装置100与探针卡300之间可具有一定程度的移动关系，通常是藉由承载装置100的被驱动，令晶圆的受测点可靠近探针卡300，以供针测步骤的进行。然而，藉由探针卡300的移动以靠近晶圆、或是承载装置100与探针卡300二者皆被移动等来进行针测步骤，均适用于本发明的实施例中。
33.另一方面，承载装置100与探针卡300之间，在检测上通常呈现相对向的配置，以便于让晶圆400适用于探针卡300的针测步骤。在晶圆检测的过程中，探针卡300被运作于承载装置100上方，并藉由承载装置100与探针卡300之间的移动关系，使晶圆400的各个晶粒依序受检。如图1所示，在确认受检测的晶粒位置后，可藉由垂直方向vm的移动，形成图2所示例的耦接关系，进而使测试回路tp被建立。后续，探针卡300可藉由例如受控于测试机(图未示)，以进行各种电性测试项目的执行。
34.承载装置100包括用来放置晶圆400的承载单元110以及被定义在承载单元110上的晶圆置放区120。承载单元110例如可以是提供夹持或吸附等功能的载具112(chuck)与承载晶圆的载盘111(carrier)的组合，也可以是其它可用于固持晶圆400的装置或设备。于图1及图2的示例中，承载单元110是以载具112与载盘111的组合来做为示例，在其它实施例中也可仅使用单一载具112或是其它单一装置或设备来承载晶圆400。此外，载盘111的承载面积可以约略大于或等于晶圆400的面积，图1及图2是以侧面示图下，载盘111的承载直径约等于晶圆400的直径来做为示例。
35.桥接模块200包括耦接承载单元110的多个传导单元210。传导单元210可被配置为朝上凸伸且邻近晶圆置放区120。藉由具备电性传导能力的承载单元110(例如承载单元110的承载面为金属材质)，令传导单元210可进一步耦接放置于承载单元110上的晶圆。基于邻近晶圆置放区120的传导单元210的配置，承载装置100与探针卡300间的回路路径得以被缩短。此外，传导单元210可相邻晶圆置放区120，然而，在其它实施方式中，传导单元210与晶圆置放区120间也可间隔他物。
36.探针卡300包括探测部310、导电部320及基板330。在检测程序中的对位及移动步骤完成后，探测部310可接触选定的受测晶粒，以供测试信号得以被传输至受测晶粒中。探
测部310在图1及图2中仅示例单一探针，然并非以此为限。探测部310可被固定于基板330上。基板330通常被配置成在顶面具有各种电子元件及在基板的顶面与内部布局有相关线路，至于基板的底面则具有绝缘层。
37.在本发明的实施例中，基板330的底面适用于附加一导电部320，且所述导电部320可被配置在探测部310的周边。配置在基板330底面的导电部320可藉由基板330上及/或内部布置的线路，耦接探针卡300上的电子元件，以使信号传回对应的功能模块，供后续电性分析步骤的进行。所述导电部320例如为配置在基板330底面的一导电层，并例如形成于所述绝缘层的下方，进而在探针卡300底部形成用于耦接传导单元210的接触面。
38.所述测试回路tp，包含自探测卡300的探测部310所输出的一测试信号于通过待测晶圆的晶粒而自所述晶粒底面传递至承载单元110后，再经由至少一个传导单元210传递至探针卡300的导电部320的路径，进而使信号可被传递回探针卡300供后续分析。
39.接着请同时参照图3及图4，图3为图1实施例于俯视图下的示意图，图4为图3实施例于aa’剖面线下的断面图。于图3中，为便于说明，探针卡300是以虚线且透视的方式来呈现。图3示例出探针卡300的探测部310位在晶圆400左侧晶粒的上方的状态。由于晶粒410遍布在晶圆400的各个位置，因此探针卡300与晶圆400的相对位置就会随着受检测的晶粒410而改变。桥接模块200的传导单元210被提供来能让探针卡300在检测晶粒410时，导电部320皆能耦接到至少一个传导单元210。
40.在一实施方式中，导电部320于邻近探测部310的导电部320内缘至导电部320外缘的最短距离cr，至少为晶圆400的半径。举例来说，此实施方式中，导电部320具有供探测部310凸伸的通孔322，自所述通孔322边缘至导电部320的外缘的延伸长度大于或等于待测晶圆400的半径。此方式中可使探测部310约略位于导电部320的中央部位，导电部320的面积大小与传导单元210的数量，能有较均衡的配置。然并非以此为限，其它形状的导电部320，只要能在针测步骤时与至少一个传导单元210产生电性连接，皆可适用。此外，导电部320配置的面积越大，传导单元210的数量可以较少；对应地，传导单元210配置的数量越多，导电部320的面积就可以有限度地缩小。
41.图4所示的状态是探针卡300相对于晶圆400来说位于左边，而当探针卡300的相对位置向右移时，左边的传导单元210将会有接触不到导电部320的情况产生，此时就可由右边的传导单元210来建立导电路径。
42.所述的传导单元210可为具有形变能力(例如材质本身的可形变性)或伸缩能力(例如藉由弹簧等部件组立而成)的弹性元件。具备此等特性的传导单元210可提供一定程度的额外的连接长度，来确保导电部320与传导单元210间的耦接，例如：在针测接触时的位置关系下，导电部320与承载单元110二者间的距离为第一长度，而传导单元210所配置的长度较所述第一长度来得更长，如此，在针测步骤进行时，即可确保导电部320与传导单元210间耦接关系可被建立。
43.接着请参照图5及图6，图5为仰角视图下探针卡于一实施例中的底部示意图，图6为仰角视图下探针卡于另一实施例中的底部示意图。图5及图6中，探针卡300的底面具有相异的图形化的导电部320，此外，探测部310的位置的配置也不同。
44.图5显示，在妥适数量的传导单元的安排下，导电部320可以有其它不同的配置方式，而非限定于必须布满探针卡300底面的方式。探测部310的面积与传导单元的数量及配
置位置的搭配安排下，可在不同晶粒的侦测步骤进行时，依旧能让传导单元与导电部320相耦接。图6显示出另一种导电部320的安排，在针测步骤时能至少有一个传导单元与导电部320相耦接，皆可适用。
45.接着请参照图7及图8，图7为本发明的另一实施例中的晶圆检测系统的侧面断面视图，图8为本发明的再一实施例中的晶圆检测系统的侧面断面视图。此二实施例示例出桥接模块200与承载装置100之间的不同配置关系。
46.如图7所示，所述桥接模块200是以非拆卸式的方式与承载装置100构装在一起。桥接模块200包括安装至承载装置100上的固定架220。在图7中，所述固定架220穿过载盘111与载具112，并被安装于其中。传导单元210可自承载装置100的表面凸伸而出。传导单元210可藉由固定架220，电性连接承载装置100与放置于其上的晶圆400。举例来说，传导单元210的一端可直接连接承载单元110。
47.如图8所示，所述桥接模块200是以可拆卸式的方式与承载装置100构装在一起。桥接模块200包括安装至承载装置100上的固定架220。固定架220可藉由卡榫、扣具、紧迫、磁吸或其它方式来固定至承载装置100上。传导单元210可藉由固定架220，电性连接承载装置100与放置于其上的晶圆400。图8的示例可应用于对现有自动化机台的附加，不影响也不会阻挡既有的晶圆400的放置程序，可于晶圆400放置后，再将桥接模块200安装在承载装置100上，搭配本案实施例揭露的探针卡，完成短路径的测试回路的建立。
48.接着请参照图9，其为图8实施例的晶圆检测系统的部分立体示意图。图9显示出承载装置100、桥接模块200与晶圆400的配置关系。图9的传导单元210是以弹簧探针(pogo pin)来示例。图9示例的固定架220，可在安装至承载装置100后环绕晶圆置放区120，进而可因应晶圆400的形状而呈环形。在晶圆400被放置在晶圆置放区120后，可拆卸式的桥接模块200被安装在承载装置100上。
49.接着请参照图10，其为本发明又一实施例中的晶圆检测系统的侧面断面视图。在一些晶圆的测试中，待测晶圆可具有发光的特性，例如：当受测晶粒于信号接收点接收到测试信号时，会对应地于所述晶粒的发光点产生发光的效果。信号接收点与发光点可位在所述晶粒的不同位置。图10的示例中，基板330具有可对应至通孔322的一窗口340，以让受测晶粒所发出的光线能通过所述窗口340，进而可让配置在基板330另一侧(或称顶侧)的光侦测设备500检知。换言之，探针卡300的中央部位可基于窗口340的存在而呈现中空，让待测晶圆400在受测时所产生的光线，可由架设在探针卡300上方的的光学相关测试设备进行检测。
50.综上所述，藉由探针卡底部的安排(直接涂布一层导电层或是外加一片导电层或是其它类似方式)，以及藉由桥接模块的配置，使测试信号可经由桥接模块的传导单元及探针卡底部的导电部而被传递回探针卡，形成测试回路，不但缩短了回路的路径长度，提高了信号传递时的正确性，也增进了检测的正确率。
51.本发明在上文中已以优选实施例进行描述，然本领域技术人员应理解的是，所述实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与所述实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以权利要求的界定为准。