专利名称：补偿探针卡热导运动的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有电触点用来测试集成电路的探针卡，且具体来说是涉及一种用于补偿此类探针卡热导运动的系统和方法。探针卡用于测试通常是在晶片板上的晶模，比如集成电路装置。此类探针卡与一种称为测试器(有时称为探测器)的装置结合使用，其中该探针卡被电连接至测试器装置，并且该探针卡又与待测试的集成电路形成电接触。
背景技术：
通常，将待测试的晶片装入测试器中，将其固定在一个可移动的卡盘内。在测试过程中，卡盘移动晶片使其与探针卡形成电接触。此一接触发生在探针卡上多个电触点(通常为微型弹簧形态)与晶模上多个离散的连接垫(接合垫)之间。已知有几种不同类型的用于探针卡的电触点，包括但不限于针触点、眼镜蛇类型的触点、弹簧触点以及诸如此类及类似触点。如此一来，半导体晶模就可以在将它们从晶片单分出来之前接受测试和运用。
为了实现探针卡上电触点与晶模上接合垫之间的有效接触，应当注意维持探针卡与晶片间的距离。典型的弹簧触点为大约0.040″或大约1毫米高，如美国专利第6,184,053B1、5,974,662及5,917,707号中所揭示的，该等专利以引用的方式并入本文中。如果晶片离探针卡太远，那么电触点与接合垫之间的接触将时断时续甚至完全中断。
尽管在测试程序开始的时候可能很容易使探针卡与晶片间的距离达到所期望的值，但是随着测试的进行，实际的距离可能会产生变化，尤其是在晶片温度与测试器内环境温度不一致的情况下。在许多情况下，接受测试的晶片在测试过程中可能会被升温或冷却。可以使用铂反射体等绝缘材料来在一定程度上隔绝升温或冷却过程的作用，但是无法彻底予以杜绝。当在探针卡下移动一个比该探针卡温度高的晶片时，离晶片距离最近的探针卡表面的温度开始改变。探针卡通常是由不同的材料层构成，且在与该卡表面垂直的方向中通常为较差的热导体。由此，在横过该探针卡的厚度上会很快出现热梯度。探针卡由于不均匀的热膨胀产生偏转。由于这种不均匀的热膨胀导致探针卡开始下垂，减小了探针卡与晶片间的距离。当将温度比测试器的环境温度低的晶片放在探针卡旁时，会产生相反的现象。由于最接近晶片的探针卡表面比离晶片最远的表面冷却且收缩得更快，因此探针卡开始弯曲离开晶片，断开了晶片与探针卡之间的电接触。
发明内容
本发明由权利要求书来阐明，而下面的内容决不限制、规定或以其它方式确立其法律保护的范围。总的来说，本发明涉及一种用于补偿在集成电路测试期间探针卡的热导运动或其它原因引起的运动的方法和系统。其可包括比如能量传输装置、双材料偏转组件和/或径向膨胀组件的可选特征。
本发明的一个目的是提供一种改进的用于补偿探针卡热导运动的方法和系统。
本发明的其他目的、实施例、形式、益处、方面、特征和优势可以从本揭示中获得。
图1是一探针卡的横截面图。
图2是与一晶片啮合的探针卡的横截面图。
图2A是产生热变形的与一晶片啮合探针卡的横截面图。
图2B是产生热变形的与一晶片啮合探针卡的横截面图。
图3是一探针卡组合的横截面图。
图4是根据本发明的一实例的探针卡的分解横截面图。
图4A是图4探针卡的横截面图。
图4B是根据本发明的探针卡的另一实例的顶部平面图。
图5是根据本发明的另一实例的探针卡的分解横截面图。
图5A是图5中探针卡的横截面图。
图6是根据本发明的另一实例的探针卡的分解横截面图。
图6A是图6探针卡的横截面图。
图6B是图6探针卡的底部平面图。
图7是根据本发明的另一实例的探针卡的分解横截面图。
图7A是图7探针卡的横截面图。
图8是根据本发明的又一实例的探针卡的横截面图。
图9是根据本发明的另一实例的探针卡的分解横截面图。
图9A是图9探针卡的横截面图。
图10是描绘根据本发明的一控制程序实例的流程图。
图11是根据本发明一实施例的由两条通信电缆相连的探测器和测试器的正面略图。
图12是图11探测器的侧面略图。
图13A是根据本发明的探针卡的另一实例的顶部平面图。
图13B是图13A探针卡的横截面图。
图14A是根据本发明探针卡的另一实例的顶部平面图。
图14B是图14A中探针卡的横截面图。
图15A是根据本发明探针卡的另一实例的顶部平面图。
图15B是图15A中探针卡的横截面图。
图16A是根据本发明的探针卡的另一实例的顶部平面图。
图16B是图16A中探针卡的横截面图。
图17A是根据本发明的探针卡另一实例的顶部平面图。
图17B是图17A中探针卡的横截面图。
图18A是根据本发明的探针卡另一实例的顶部平面图。
图18B是图18A中探针卡的横截面图。
图19A是根据本发明的探针卡另一实例的顶部平面图。
图19B是图19A中探针卡的横截面图。
图20A是根据本发明的探针卡的另一实例的顶部平面图。
图20B是图20A中探针卡的横截面图。
图21A是根据本发明的探针卡的另一实例的顶部平面图。
图21B是图21A中探针卡的横截面图。
图22A是根据本发明的探针卡的另一实例的顶部平面图。
图22B是图22A中探针卡的横截面图。
图23A是根据本发明的探针卡的另一实例的顶部平面图。
图23B是图23A中探针卡的横截面图。
图24A是根据本发明的探针卡的另一实例的顶部平面图。
图24B是根据本发明的一探针卡的另一实例的另一顶部平面图。
图24C是根据本发明的探针卡的另一实例的另一顶部平面图。
图25是根据本发明的探针卡的另一实施例的顶部平面图。
图26是根据本发明一实施例的采用一光学运动检测系统的测试器的正面略图。
图27是根据本发明的另一实施例的采用一光学运动检测系统的测试器的正面略图。
图28是根据本发明的另一实施例的采用一光学运动检测系统的测试器的正面略图。
图28A是图28中所示光学运动检测系统的顶部平面图。
图29是根据本发明的另一实施例的采用一光学运动检测系统的测试器的正面略图。
图30是根据本发明的另一实施例的采用一光学运动检测系统的测试器的正面略图。
具体实施例方式
为了增进对本发明的原理的了解，以下将引用以附图来展示的实施例并用特定语言对其进行描述。然而应了解，本文无意对本发明的范畴进行限定，因此可以预期本发明相关所属领域的技术人员通常会对所示装置和方法进行改变和修正，且进一步应用本文所述的本发明的原则。
图1展示的是一典型的装入测试器的探针卡110和晶片140的实例。为了更清楚地展示，本图和其它所附视图中都放大显示某些元件的部分组件。另外的可装在探针卡上的元件，例如有源和无源的电子元件，连接器及其类似元件为了清楚起见都被省略。本发明可以应用于所示的基本探针卡设计实例，例如在美国专利第5,974,662号中所展示的合并了内插器的探针卡，改专利以引用的方式并入本文中。省略这些组件并非要对本发明的范畴加以限制。
探针卡110安装在与晶片140上晶模平行的测试器上，且由顶板120支撑，且最典型地直接安置在顶板120上方。探针卡110通常为圆形，有12英寸规格的直径，但也预期有其它的尺寸和形状。探针卡110通常是一常规的电路板基底，有多个(展示了两个)排列在探针卡上的晶片侧面114上的电触点130。电触点为业界已知的电触点，以下称为“探针”或“探针组件”。探针组件的较佳类型是弹簧接触点，在美国专利第6,184,053 B1、5,974,662以及5,917,707号中揭示此类实例，该等专利以引用的方式并入本文中。然而，业界还有许多已知的其它的接触点(例如针触点和眼镜蛇类型的触点)，且任一此类触点都可以用于本发明探针卡的任一实施例中。通常，探针卡通过其它电触点(未显示)同测试机器连接。
我们知道，半导体晶片140包括在其正表面(所展示的是上面)的复数多个通过影印、沉淀、扩散及诸如此类的方法形成的晶模格点(未显示)。每个晶模格点通常有多个(展示了众多中的两个)接合垫145，该接合垫可以以任何形式排列在晶模格点表面的任何位置。半导体晶片的直径通常至少为6英寸，但是预期也可利用本发明对其它尺寸和形状的晶片进行检测。
晶片140装在测试装置上以后，晶片卡盘150以及致动致动台式致动器台式致动器155将集成晶片140沿Z轴方向垂直提升(参见图2)，以允许探针130和晶片140的相应接合垫(比如接合垫145)之间形成电接触。提升机构可以采用剪形机构、伸缩装置、杠杆装置、螺纹装置、凸轮装置或其它提升机构。此类提升机构如同其它实施例中的其他运动，可以用诸如气动装置、步进电机、伺服电机或其它电动马达等多种机构致动，或其它方式致动，并且这些提升机构通常都是自动控制的。此类提升机构还可以在X轴和Y轴方向运动。倾斜及旋转。移动晶片140使其同探针卡110形成电接触后(如图2所示)，测试程序便可以开始。
图2所示与探针卡110电接触的晶片140。探针卡组件130和接合垫145间的压力接触提供此电接触。为产生这种接触，晶片140被推到探针卡的有效距离Z内(图中所示的垂直距离)。通常，探针卡中使用的探针130的高度大约是0.040英寸，或者约一毫米，但本发明也预期其它高度的探针卡。由于探针130一般来说是有弹性的，因此探针卡110和晶片140间的有效距离Z可能不同于所使用的探针130的高度。当然，本发明也可以根据具体的探针卡电触点的具体高度或类型加以修正。
图2A和图2B所示为本发明针对的探针卡热导运动。如图2A所示，温度高于测试器的环境温度的晶片140啮合探针卡110。探针卡上最接近晶片的表面114的温度开始变化。一般来说，由于探针卡组合在与探针卡表面垂直的方向是较差的导体，因此在探针卡上厚度上会很快形成热梯度。因为最接近晶片的探针卡表面114的升温时探针卡表现出双金属元件的特性，因此其膨胀的速度比远离晶片的表面112快得多。这种不均匀的热膨胀导致探针卡下垂。此运动将探针卡110和晶片140间的实际距离Z′减少至低于最佳有效距离。探针卡110和晶片140间距离的减小可导致探针130的移动，使得探针130和接合垫145间过于啮合，且可使正接受测试的探针组件130或半导体装置变形或甚至破裂。
当将一温度显著低于测试器的环境温度的晶片140放置在探针卡130附近时，相反的现象就会产生。随着最接近晶片的探针卡表面114温度的降低，其收缩的速度比远离晶片的表面112要快。这种不均匀的冷却使得探针卡110开始弯曲离开晶片，形成一大于最佳的有效距离的晶片140和探针卡110间的实际距离Z′。弯曲大到一定程度可通过将一些探针130脱离其相应的接合垫145而断开晶片140和探针卡110之间的电接触。
如图3所示，此项技术中已知的探针卡的热导运动或其它运动的一种解决方案是在探针卡110内添加加固组件360、365。通常采用晶片侧面加固组件360和测试器侧面加固组件365，两者一般都是圆形的且由金属制成。这些加强组件可以采用任何适当的形式予以固定，例如使用螺丝(未显示)通过相应的孔延伸穿过探针卡110(未显示)，借此将探针卡110牢牢固定在晶片侧面的加强组件360和测试器侧面的加强组件365之间。加强组件也可以用螺丝(未显示)直接单独固定在探针卡110上。然而，使用加强组件也可能导致探针卡的热导运动。由于金属加强组件的导热性比探针卡110的导热性好，所以可能出现热梯度，使得探针卡110一侧的金属加强组件比探针卡110另一侧的金属加强组件膨胀得多。
图4所示为本发明一实例的分解横截面图。尽管为了更清楚的展示，某些组件被放大了，但是图中的虚线仍正确指示了各元件的较直。此实例是一合并了至少一个能量传输装置470、475以补偿探针卡热导运动的探针卡组合。探针卡110和加固组件360、365之间至少有一个这样的能量传输装置470、475。在本发明的另一实例中，采用了两个这样的能量传输装置470、475，较佳一个邻近探针卡靠近测试器的一侧112，而另一个邻近探针卡靠近晶片的一侧114。如图所示这些能量传输装置470、475可以嵌入加强组件360、365，但这并没有必要。在本发明的另一实例中，探针卡110和加固元件360、365之间有多个能量传输装置470A，470B和470C(图4B)。较佳地，这些能量传输装置大体被排列成圆形图样。另外，多个能量传输装置的各个组件间可以有效连接以便一起控制。本发明还预期使用复数多个能量传输装置，其中各组件大致为三角形并且大致排列形成一圆圈。各组件也可以大致为环形，排列形成图4B中所示的同心圆。本发明还预期大致为三角形和环形的各个能量传输组件的结合。
任何适当的能量传输装置都可以用于本发明这一具体的实例。例如，象薄膜电阻控制装置这样的热组件就特别适合本发明。还可以采用可以加热和冷却的热组件，例如能在两种不同金属电接点处吸收或释放热能的装置(也就是珀尔帖装置)。本发明还预期不依靠热能的能量传输装置。还可以使用在施加电压后能产生机械力的装置(也就是压电装置)。
可以利用作为热控制组件的能量传输装置470、475来以几种方式补偿探针卡110的热导运动。例如，温度控制装置可以在测试器的环境温度或其它预定的温度下连续运行。此将趋向于驱动探针卡110使其保持均衡温度而不受晶片140温度的影响，且从而防止探针卡110的变形。或者，温度控制组件470、475可以合并一温度感应组件(未显示)。通过感应探针卡两侧112和114的温度，可以指引温度控制组件470、475根据需要施加或移除热能以补偿探针卡110内形成的任一热梯度。应理解上文所述的引用到本发明的合并了两个温度控制组件470、475的实例的控制方法同样可应用于采用单个温度控制装置的实例或采用多个控制装置的实例。
根据本发明，也可以通过监控探针卡110的除了温度以外的条件来运行能量传输装置470、475。例如，可以利用诸如摄像机、激光或其它适当构件的装置来监控探针卡110和晶片140间的实际距离Z′(参见图2A)，如果这一距离不同于预先选定量的最佳距离Z，能量传输装置470、475啮合以纠正此偏差。也可以采用图10中所示的逻辑回路控制。本发明还预期利用与所展示类似的能量传输装置470、475来控制固持或支撑探针卡110的诸如图1中所示顶板120的组件的温度。
参见图5，此图展示，采用一双材料加固组件580来补偿探针卡110热导运动的本发明的另一实例。尽管为了更清楚的展示，某些组件被放大了，图中的虚线仍正确指示了多种元件的校准。双材料加固组件中采用的材料较佳在能量输入时具有不同的膨胀速度。例如，上层材料582和下层材料584的热膨胀系数可能不同，使得两种材料对于温度变化的反应速度也不同。尽管也可以使用诸如陶瓷和塑料的其它材料，但是通常双材料加固组件层由两种具有不同热膨胀系数的金属构成。较佳地，双材料加固组件位于探针卡周边或附近，但是也可预期其它构形。选择双材料加固组件580的材料及材料的厚度以使其内形成的弯曲抵消探针卡110在一特定应用中预期的弯曲。例如，如果加热晶片140(如图2所示，通常位于探针卡110之下)至一高于测试器的环境温度的温度，则选择双材料加固组件580的材料，使得上层材料582的热膨胀系数大于下层材584的膨胀系数。此会致使上层材料582比下层材料584膨胀得快，提供双材料加固组件580向上拱起，减小探针卡110预期的拱形(如图2A所示)。尽管图5中未显示，本发明也可预期在测试器一侧的加固组件365处使用双材料加固组件以及在单个双材料加固组件处使用多个双材料加固组件。另外，本发明的双材料加固组件可以利用上述将加固组件固定在探针卡上的构件或者其它任何适当的方法将双材料加固组件安装在探针卡110上。本发明还可预期使用双材料加强组件，将探针卡110夹在双材料加强组件之间。
图6和图7所示为本发明另一实例的变化。尽管为了更清楚的展示，某些组件被放大了，但是图中的虚线仍正确指明了各元件的位置。本发明的这一具体实施例体现的是一种允许探针卡110做出相对于晶片一侧加固组件360径向位移的装置。这种径向位移装置设置在探针卡110和晶片一侧加固组件360之间。具体展示的是滚动组件690(图6)和润滑层792(图7)，当然还可以预期其它允许探针卡110做出相对于晶片一侧加固组件360径向位移的装置。滚动件690可以是滚珠轴承、圆柱轴承或者其它合适的材料。润滑层792可以是一层石墨或其它合适的材料。或者，润滑层792可以是一种由金刚石或特氟纶或任何其它合适的材料组成的低摩擦薄膜。润滑层可以应用于探针卡110的表面，加固组件360、365的表面，或者两者都加上润滑层。
尽管探针卡110和晶片一侧加固组件360之间的固定装置在图中没有显示，应了解可以使用任何适当的固定装置。如上所述，晶片一侧加固组件360可以固定在测试器一侧固定组件365上或者直接固定在探针卡110上。尽管已知的固定装置比如螺栓或螺丝钉一般允许实现探针卡110和晶片一侧加固组件360之间足够的径向位移，但是本发明还可以预期使用允许更大径向位移的装置，比如径向槽、楔形榫头或者轨道装置。如图6B所示，晶片一侧加固组件360可以通过螺栓692固定在探针卡110上，螺栓穿过晶片一侧加固组件360上的槽孔694。这些螺栓692可以直接固定在探针卡110上，或者穿过探针卡110上的开孔(未显示)固定在测试器一侧的固定组件上(未显示)。
图6和图7所示本发明的实例通过下列方式补偿探针卡产生的热导运动。如果探针卡110接触的晶片温度高于测试器的环境温度，则探针卡110上开始产生温差。探针卡靠近晶片的一侧114开始膨胀，膨胀速度比靠近测试器的一侧112快。随着探针卡靠近晶片的一侧114的膨胀，滚动件690允许探针卡110做出相对于晶片一侧加固组件360的径向位移。通常，只需少量的径向位移就可以防止探针卡变形。在某些情况下，10-20微米的位移就足够了，尽管本发明还可以预期允许更大及更小程度径向位移的实施例。
图8所示为本发明的另一实施例。在本发明的这一具体实例中，测试时纠正了晶片140和探针卡110间的距离以补偿探针卡的热导运动。如前所述，晶片140固定在测试器的晶片卡盘上之后，被移动到距离探针卡110的有效范围Z处，以便探针130同接合垫145接触。如图2A和图2B所示，检测开始后探针卡110靠近晶片140处温度同测试器差异较大的部位产生温差，导致探针卡110的热导运动。要解决这种移动，本发明还可预期采用一种在测试过程中监控探针卡110和晶片140间距离Z的系统。随着热导运动的开始，探针卡110和晶片140间的实际距离可能发生改变，检测到这种变化后晶片140重新返回最佳的有效距离Z。比如，如果探针卡开始出现图2A中所示的下垂，探针卡110和晶片140间实际距离Z′的减小将被检测出来，台式致动器155就会降低，使得晶片140重新返回距离探针卡最佳的有效距离Z。
探针卡110和晶片140间实际距离可以通过任何可行的方式监控。一种方式是通过接合垫145监控探针组件130受到的压力。通过监控此种压力的变化，向致动致动台式致动器的控制系统发出信号，对晶片140采取相应的调整移动。这只是监控探针卡110和晶片140间距离的一种具体实例。本发明还可以预期其它监控此距离的方法，比如使用激光器，包括近程传感器、静态近程传感器或摄象机。此类传感器可以作为测试器的一部分或者同探针卡结合。
图26-图30所示为另一种在检测过程中监控探针卡110和晶片140间距离的方法的概略图。图26所示实施例中，探针卡110带有一反射镜210，或者将反射镜安装在空间变换器230(如果使用的话)上。光源200发出的光束235指向反射镜210。反射镜210的位置正好将光束235反射到光探测器215上，光探测器探测到光束235的位置后将探测信息传输给定位计算机225。或者，光探测器215发出的信号先经过一放大器220再传输给定位计算机225。检测过程刚开始时探针卡110是一个平面，探测到光束235的位置后将其标记为“零”位。随着检测过程的进行，探针卡110上可能产生热差，导致先前所述的探针卡110热导运动。因为探针卡110的位置由于这种热导运动有所改变，光束235落在反射镜210上的位置也随之改变。反射光束235落在光探测器215上的位置也不在最初的“零”位。当这一信息传输到定位计算机225后，光束235位置的变化使得定位计算机225向测试器发出一个控制信号。测试器然后对受检测晶片140的Z位置进行调整以补偿探针卡110的热导运动。在整个测试过程中，定位计算机225连续不断地对探针卡110的热导运动进行监控。
图26所示只是监控探针卡110和晶片140间实际距离的一种方法的实例。所使用光源200的具体特性可以有多种。适合的此类光源200之一是激光二极管，当然也可以采用其它光源。根据所使用的光源200，具体应用当中使用的探测器215会有所不同。比如，如果使用的光源200是激光器，适合的探测器215将是一种二极管阵列探测器，例如国际无线电探测器公司(International Radio Detectors)生产的AXUV-20EL。在此实施例中，定位计算机225、放大器220、光探测器215以及光源200都是同测试器分开的单独组件。或者，这些组件也可以相互组合使用(例如带有放大器220的定位计算机225)，或者同测试器结合。
如图27所示在另一探测探针卡110热导运动的方法的实例中，光源200安装在探针卡110的空间变换器230上。或者，光源200可以安装在探针卡110上。光源200产生的光束235落在光探测器215上。如图26中实施例所述，测试过程刚开始时探针卡110是一个平面，定位计算机225将光束235落在探测器215上的位置被标记为“零”位。随着检测的开始以及探针卡110的热导运动，光束235落在探测器215上的位置开始改变。作为对这一改变的回应，定位计算机225产生一控制信号，指示测试器调整晶片140的Z位置(如图所示的垂直距离)以补偿探针卡110位置的改变。
图28所示为另一监控探针卡110和受检测晶片140间距离的方法的实例。此实例类似于图27中所示实施例，只是在光源200和光探测器215之间有两个内置反射镜240。此外，这一实施例还包含一校准装置245用于调整探测器215的位置。该校准装置245可以调整探测器215的位置，因此检测程序开始时，光束235落在探测器215预定的位置上。这使得系统可以补偿一特定探针卡在测试器内初始位置上的偏差以及补偿探针卡所带光源位置的偏差。校准装置245也可以用于在检测过程中调整探测器215的位置以补偿检测过程中探针卡110产生的热导运动。图28所示校准装置245也可以用于如图26中所述其它监控方法的实例。
校准装置245还可以用于补偿其它偏差。比如，光探测器215可能包括一系列二极管，这些二极管对于特定光源的输出反应并不一定一致。也就是说光束235落在一特定探测器组件216上产生的信号不一定完全和落在相邻探测器组件217产生的信号一样。通过光探测器215沿Z轴方向(如图所示垂直方向)的移动，光探测器215的每个单独组件都可以接收到同等强度的光束。同时，探测器215的Z轴位置可以用装于探测器215Z轴移动驱动器上的编码器精确计算，或者采用其它计算探测器215位置的装置，以回应在Z轴上的移动。这样能够精确得到光探测器215对探针卡110沿Z轴实际移动所做出的反应。此外，光源200的输出可能随时间产生偏移。为了让系统能区分输出偏移和探针卡110位置的变化，系统可以定期停止补偿探针卡110沿Z轴的位移，然后重新进入刻度模式，重新获取探测器对光源200的反应。如果希望，可以在放大器220和定位计算机225间加入一低通滤波器以防止重新接入系统时产生的高频噪音。
在光源200和光探测器215间使用柱形反射镜240也可以使系统补偿光源200位置的偏差。如图28A顶部平面图所示，光束235在落在光探测器215前首先落在柱形反射镜240上，反射镜240的凹陷性重新将光束235反射到光探测器215上，补偿了光源200初始位置的偏差。图28中所示的校准装置245和柱形反射镜240不必一起使用并且本发明还可预期只有这些特性之一的监控方法。
图29所示为另一监控探针卡110和受检测晶片140间实际距离的方法的实施例。在此实施例中，一透镜246设置在光源200和光探测器215之间。图中所示透镜246安装在探针卡110上，但是透镜246也可以安装在一空间变换器230上(如果使用的话)。在这一具体的实施例中，光源200发出的光束235穿过透镜246。透镜246使光束235发生折射，然后落在光探测器215上。测试过程刚开始时探针卡110是一个平面，探测到的光束235的位置被标记为“零”位。随着测试过程的进行，探针卡110上的热差导致热导运动，光束235落在透镜246上的位置也随之改变。光束235被透镜246折射的角度也被改变，折射后的光束235落在光探测器215上不同于初始位置的地方。当这一信息传输到定位计算机225后，光束235位置的变化使得定位计算机225向测试器发出一个控制信号。测试器然后对受检测晶片140的Z位置(如图所示的垂直位置)进行调整以补偿探针卡110的热导运动。
图30所示为另一使用透镜246的距离监控方法的实例。在此实例中，光源200位于装在探针卡110的空间变换器230上。或者，光源200可以装在探针卡110上。光源200发出的光束235经过透镜246的折射落在光探测器215上。此具体的实例还展示了先前描述的校准装置245。
较佳地，晶片140和探针卡110之间的实际距离Z′可以用类似图10中所述的逻辑回路来监控。用户输入晶片140和探针卡110之间希望维持的距离Z10，设定这一距离基础上可容许的最大偏差20，以及其它有关检测程序的信息，测试过程开始。在标注为30的这一步，计算机首先利用先前所述一种合适的探测装置对晶片140和探针卡110之间的实际距离Z′进行检测。然后在标注为40的这一步，计算机将实际距离Z′和希望的距离Z进行比较。如果Z和Z′间的差异绝对数量大于方框20所示这一步所设定的最大允许值，计算机将采取适当的补偿行为80然后返回30开始新的循环。如果Z和Z′间的差异绝对数量小于方框20所示这一步所设定的最大允许值，计算机将返回逻辑循环30的开头一步。当然方框80所示这一步的补偿行为取决于针对具体探针卡采用的上述哪一种补偿装置或装置的组合。较佳地，如果单一探针卡上采用了本发明一种以上的装置(尽管没有必要)，一台计算机就可以控制所有的装置。较佳地，这一控制计算机可以作为测试器的一部分。当然，控制计算机也可以安装在探针卡上。
如上所述，控制晶片140和探针卡110之间的实际距离也可以补偿探针卡除了热变形之外的其它变形。如图1所示，探针组件130一般位于探针卡110的中间，探针组件130同接合垫145的接触在探针卡110中部产生一向上的力量(如图所示)。这一力量可能导致探针卡110变形，其特征在于探针卡中央附近拱起。先前所述的控制系统也可以通过对探针卡110和晶片140间的实际距离的监控和修正来补偿这种探针卡的变形。这些方法也可以用于补偿探针卡接触到移动挡块(未显示)时探针卡受力所造成的弯曲，移动挡块设计的目的就是防止测试器无意间将晶片过于靠近探针卡而对晶片造成损害。
图13-图25所示为本发明维持探针卡的平面方法的另一实施例。在此实施例中，至少使用了一层位于探针卡上或嵌入其中的形状记忆合金(SMA)。形状记忆合金是合金中的一种，在一定的温度条件下能够恢复到预定的形状或尺寸。一般来说，这些合金可能会在较低温度下产生变形，一旦遇到较高的温度又可以恢复到变形前的形状。SMA在从较坚固的高温形态(奥氏体)降温后转到较软弱的低温形态(马氏体)，其晶体结构发生了状态变化。SMA在其马氏体状态下很容易变形。变形的SMA在温度升高后，又变成奥氏体并恢复原来的形状。较佳地，所用SMA可能是几种合适的镍-钛合金(NiTi)中的一种。NiTi合金具有极好的强度、热稳定性和防腐蚀性。其它SMB比如基于铜的合金也可以用于本发明。
如图13A和图13B所示，探针卡250表面有多个SMA支板255。如图13B的横截面图所示，这一具体实施例中探针卡250的平面通过位于其表面的多个应变片260来监控。这些应变片260同负责监控探针卡250位置的计算机(未显示)电气相连。当应变片260在探针卡250表面探测到预先确定的表明探针卡发生变形的应变，监控计算机发出指令对发生变形部位的SMA支板255加热。SMA支板255变热以后，从马氏体状态转为奥氏体状态并恢复了记忆的形状(即平面)。SMA支板255恢复平面状态向探针卡250也施加了压力，使其也恢复平面状态。
图13A-图13B所示为利用SMA层来控制平面的实例之一。尽管此实例展示的是使用SMA来维护探针卡的平面特性，但是本发明还可以预期在任何PCB或组合结构中使用SMA，保持这些结构的平面是最重要的。同样，尽管本实施例显示的是使用应变片来监控探针卡平面的方法，但是也可以使用其它一些监控方法，比如先前提到的光的方法。
图13A和图13B所示SMA层255和应变片260的具体设置只是一种可能的设置。图14-图25所示为其它的一些非限定性的设置。图14A和图14B所示为一上下表面均嵌有SMA支板255的探针卡250(如图14B所示)。图14A和图14B还展示了使用位于探针卡250上下表面的应变片260来监控平面的方式。图15A和图15B所示设置类似于图14A和图14B中所示。然而在此实施例中，探针卡250上表面(如图15B所示)附近的SMA支板255和下表面附近的SMA支板255大致相垂直。或者如图16A和图16B所示，两层SMA支板255都可以设置在探针卡250同一表面附近。SMA支板255不必是线形。在图17A和图17B的实施例中，探针卡250结构的中心附近嵌入了复数多个SMA支板255(如图17B所示)并且在结构的上表面附近嵌入了复数多个同心圆形的SMA支板255。
SMA支板不需要嵌入探针卡结构。如图18A和图18B所示，一探针卡250的一侧可能嵌有多个SMA支板255，并且与其相对的一面也固定了多个SMA支板255。此实施例还显示，除了上述的平行或垂直外，不同的SMA支板层255可以设在一定的角度。图19A和图19B所示为本发明不带嵌入式SMA支板的探针卡250的实施例。在此实施例中，SMA支板255固定在探针卡250的上下表面(如图19B所示)。此实施例还展示了复数多个穿过SMA支板255和探针卡250的固定孔265。这些固定孔265可用于将其它装置比如空间转换器固定在探针卡250上。
SMA支板可根据需要有不同的厚度。图20A和图20B所示探针卡250内嵌有多个SMA支板255。这一具体实施例中的支板在整个长度范围内厚度有所不同。有些支板255A在末端要厚些而其它的支板255B在中间部位要厚些。如图21A和图21B所示，SMA支板255可以嵌入探针卡250内，特定支板的交替部分位于探针卡的上下表面附近。
用来监控探针卡平面的应变片不必要设置在探针卡表面。如图22A和图22B所示，应变片260也可以嵌入探针卡250。先前所述任何一种SMA支板配置都可以采用嵌入式应变片。比如，嵌入式应变片260可以用于图23A和图23B所示环形SMA支板配置。图24A-图25所示为本发明可采取的SMA材料255的环形配置的其它实施例。
图11和图12所示为本发明中探测器和测试器实例的略图。在此具体的实例中，探测器100同测试器180物理分离。它们依靠一条或多条电缆相连，比如图中所示的通信电缆180a和180b。电缆180a连接到探测器的检测头，探测器又通过电连接110a同探针卡110相连。探针卡上有先前所述的探针130。在此实施例中，放置在平台150上的晶片，比如晶片140，可以由机械臂160从晶片盘170中取出。测试器180生成检测数据，通过通信电缆180a将数据送到测试器190，并且可以通过通信电缆180a从测试器190接收反馈数据。检测头190从检测头180接收数据，并且将检测数据通过探针卡110传给晶片。来自晶片的数据通过探针卡接收并传送给测试器。如图所示，在较佳实例中，探测器内包含了晶片托架、平台和机械臂。测试器可以采用多种方式控制探测器，包括通信电缆180b。晶片托架170存放待测试或已测试的晶片。平台托住正在接受测试的晶片，通常可以上下移动。通常平台还可以倾斜、旋转并将正在接受测试的晶片移向探测器130。如前所述，这可能包括一晶片卡盘和致动致动台式致动器。机械臂160负责在平台150和晶片托架170间移动晶片。
测试器通常是一计算机，探测器通常也包括一计算机或者至少包括象计算机一样的控制电路(比如一微处理器、微型控制器和微型编码器)。类似地，检测头190可能包括计算机或象计算机一样的控制电路。在一较佳实例中，执行图10所示动作的计算机位于探测器内。这可以是一现有的计算机或探测器里已有的类似计算机的控制电路或者为了这一目的增加的一个新的计算机。或者，计算机可以放在测试器180内，在这种情况下，有关晶片相对于探针卡的位置的反馈信号通常经由通信电缆180b传送给测试器。
另一选择，计算机可以设置在检测头190内，探测器100和检测头190间可行的通信方式。此通信可能通过有线连接、RF传输光线或其它能量束传输或者诸如此类的方式。
另一选择，可以采用单独一台与测试器、检测头和探测器都不同的计算机，该计算机同探测器电气相连。
另一选择，计算机、微处理器、微型控制器和类似设备实际上都可以作为探针卡110的一部分负责适当的输入和输出连接，以推动图10所示工作步骤的实施。比如，在此方式下每个探针卡都可以把图10提供的算法作为其专用和/或定制的算法和/或参数。
根据本发明，探针卡不必仅限于采用本发明所述的单个装置来补偿热导运动。实际上，本发明可预期在单个探针卡上结合使用两个或更多先前所述装置。图9所示实施例中采用了一测试器一侧的能量传输装置470、一晶片侧能量传输装置475和一润滑层792以允许探针卡110的径向位移，并且还采用了一双材料加固组件580。还可以预期结合两个或更多先前所述装置来补偿探针卡的热导运动。较佳地，任何结合两个或更多上述装置的探针卡都可以包括一能控制所有使用装置的控制装置，但是本发明也可以预期采用独立的控制装置或任何探针卡都不采用控制装置。
尽管附图和以上说明对本发明作了详细的描述和说明，但这些都是说明性的并不具有限定性质。应了解描述和说明的只是较佳的实施例，所有在本发明精神内的变化和改进都希望得到保护。“一”“所述”等词并不是限定单个组件，而应包括一个或多个此类组件。
权利要求
1.一种装置，其包括一用于检测一晶片晶模的探针卡；一位于所述探针卡邻近部分的所述能量传输装置；其中所述能量传输装置利用传输的能量有选择性地偏转所述探针卡的一部分，以便有选择性地控制所述探针卡的几何平面。
2.如权利要求1中所述装置，其中所述能量传输装置一般沿所述探针卡周围设置。
3.如权利要求2中所述装置，其中所述能量传输装置是一热组件，利用热能有选择性地偏转所述探针卡的一部分。
4.如权利要求3中所述装置，其进一步包括一位于所述能量传输装置附近的温度传感器，用于监控所述探针卡偏转产生的相应温度。
5.如权利要求4中所述装置，其进一步包括一安装在所述探针卡一表面的加固组件，该组件用于为所述探针卡提供对抗表面偏转的结构抵抗力。
6.如权利要求5中所述装置，其进一步包括用于促进所述探针卡产生相对于所述加固组件径向膨胀/收缩的构件。
7.如权利要求6中所述装置，其进一步包括一多层组件，该组件有一第一层和一第二层，所述第一层和第二层具有不同的能量单位膨胀系数，所述多层组件安装在所述探针卡上，其中所述多层组件受到能量影响将使得所述多层组件向所述探针卡的一部分施加偏转力。
8.如权利要求7中所述装置，其中所述多层组件包括两层具有不同热膨胀系数的不同的金属/合金。
9.如权利要求8中所述装置，其中所述多层组件一般沿所述探针卡周围设置。
10.如权利要求1中所述装置，其中所述能量传输装置是一热组件，利用热能有选择性地偏转所述探针卡的一部分。
11.如权利要求1中所述装置，其进一步包括一位于所述能量传输装置附近的温度传感器，用于监控所述探针卡偏转产生的相应温度。
12.如权利要求1中所述装置，其进一步包括一安装在所述探针卡一表面的加固组件，所述组件用于为所述探针卡提供对抗表面偏转的结构抵抗力。
13.如权利要求1中所述装置，其进一步包括用于促进所述探针卡产生相对于所述加固组件径向膨胀/收缩的构件。
14.如权利要求1中所述装置，其进一步包括一多层组件，该组件有一第一层和一第二层，所述第一层和第二层具有不同的能量单位膨胀系数，所述多层组件安装在所述探针卡上，其中所述多层组件受到能量影响将使得所述多层组件向所述探针卡的一部分施加偏转力。
15.如权利要求14中所述装置，其中所述多层组件包括两层具有不同热膨胀系数的不同的金属/合金。
16.如权利要求15中所述装置，其中所述多层组件一般沿所述探针卡周围设置。
17.一种装置，其包括一用于检测一晶片晶模的探针卡；一多层组件，该组件有一第一层和一第二层，所述第一层和第二层具有不同的能量单位膨胀系数，所述多层组件安装在所述探针卡上，其中所述多层组件受到能量影响将使得所述多层组件向所述探针卡的一部分施加偏转力。
18.如权利要求17中所述装置，其中所述多层组件包括两层具有不同热膨胀系数的不同的金属/合金。
19.如权利要求17中所述装置，其中所述多层组件一般沿所述探针卡周围设置。
20.如权利要求19中所述装置，其中所述多层组件包括两层具有不同热膨胀系数的不同的金属/合金。
21.如权利要求19中所述装置，其进一步包括一加固组件和装置用于促进所述探针卡产生相对于所述加固组件的径向膨胀/收缩。
22.如权利要求17中所述装置，其进一步包括一加固组件和装置用于促进所述探针卡产生相对于所述加固组件的径向膨胀/收缩。
23.一种装置，其包括一用于检测一晶片晶模的探针卡；一安装在所述探针卡一表面的加固组件，所述组件用于为所述探针卡提供对抗表面偏转的结构抵抗力；以及用于促进所述探针卡产生相对于所述加固组件径向膨胀/收缩的构件。
24.如权利要求23中所述装置，其中所述用于促进径向膨胀/收缩的装置包括所述探针卡和所述加固组件之间的滚动组件。
25.如权利要求23中所述装置，其中所述用于促进径向膨胀/收缩的装置包括所述探针卡和所述加固组件之间的径向连接槽。
26.如权利要求23中所述装置，其中所述用于促进径向膨胀/收缩的装置包括所述探针卡和所述加固组件之间的润滑层。
27.一种方法，用于调整一探针卡的几何平面，所述方法包括将一探针卡放置在一探测器内；测量从所述探针卡一位置到一已知位置的一第一距离；利用微处理器装置对所述第一距离和第二距离进行比较以确定两者间的差异；并且如果所述微处理器认定所述差异超过一设定值，向装置发出电信号给所述探针卡传输能量，以便有选择性地偏移所述探针卡，控制所述探针卡的几何平面。
28.如权利要求27中所述方法，其中不断重复所述的比较和信号指令，直到所述差异不超过所述设定的值。
29.如权利要求28中所述方法，其中所述测量采用一光传感器。
30.如权利要求29中所述方法，其中所述微处理器位于所述探测器的测试头内。
31.如权利要求29中所述方法，其中所述微处理器位于一测试器内，所述测试器同所述探针卡物理分离并通过数据通信构件连接。
32.如权利要求29中所述方法，其中所述能量传输装置将热能传输给所述探针卡，并且所述探针卡包括一连接到所述探针卡的双金属组件以产生偏移。
33.如权利要求27中所述方法，其中所述测量采用一光传感器。
34.如权利要求27中所述方法，其中所述微处理器位于所述探测器的测试头内。
35.如权利要求27中所述方法，其中所述微处理器位于一测试器内，该测试器同所述探针卡物理分离并通过数据通信构件连接。
36.如权利要求27中所述方法，其中所述能量传输装置将热能传输给所述探针卡，并且所述探针卡包括一连接到所述探针卡的双金属组件以产生偏移。
37.一种系统，用于调整一探针卡的几何平面，其包括一用于接受一探针卡的探测器；用于测量指示所述探针卡位置距离的装置；用于比较所述第一距离和一第二距离以确定二者差异的计算机装置；以及用于发出电信号以回应超出预定值的差异的所述构件，所述信号构件发出信号以启动所述能量传输装置，以便有选择性地偏移所述探针卡，控制所述探针卡的几何平面。
38.如权利要求37中所述系统，其包括一能量传输装置，所述能量传输装置是一热组件，利用热能有选择性地偏转所述探针卡的一部分。
39.如权利要求37中所述系统，其进一步包括一温度传感器，所述温度传感器用于监控所述探针卡偏转产生的相应温度。
40.如权利要求37中所述系统，其进一步包括一安装在所述探针卡一表面的加固组件，所述组件用于为所述探针卡提供对抗表面偏转的结构抵抗力。
41.如权利要求37中所述构件，其进一步包括用于促进所述探针卡产生相对于所述加固组件径向膨胀/收缩的构件。
42.如权利要求37中所述系统，其进一步包括一多层组件，该组件有一第一层和一第二层，所述第一层和第二层具有不同的能量单位膨胀系数，所述多层组件安装在所述探针卡上，其中所述多层组件受到能量影响将使得所述多层组件向所述探针卡的一部分施加偏转力。
43.一种装置，其包括一用于检测一晶片晶模的探针卡；一同所述探针卡相连的形状记忆合金；其中所述形状记忆合金利用热能使所述探针卡的一部分发生偏转以控制所述探针卡的几何平面。
44.如权利要求43中所述装置，其中所述形状记忆合金至少部分沿所述探针卡一表面设置。
45.如权利要求43中所述装置，其中所述形状记忆合金组件包括镍和钛合金。
46.如权利要求43中所述装置，其进一步包括至少一个位于所述形状记忆合金组件附近的应变传感器，用于监控所述探针卡偏转的应变。
47.一种装置，其包括一用于检测一晶片晶模的探针卡；以及至少一个位于所述探针卡上的应变传感器，用于监控所述探针卡偏转的应变。
48.如权利要求47中所述装置，其进一步包括位于所述探针卡上的第一形状记忆合金。
49.如权利要求48中所述装置，其进一步包括至少一个位于所述第一形状记忆合金附近及大致和其平行的一个应变传感器，用于监控所述探针卡偏转的应变。
50.如权利要求47中所述装置，其中所述应变传感器大致从说述探针卡一中心部分向外径向排列。
51.如权利要求47中所述装置，其中所述应变传感器大致同说述探针卡一外围边缘平行。
52.一种装置，其包括一用于检测一晶片晶模的探针卡；一用于接收所述探针卡进行所述测试的探测器；一在所述探针卡上的光学组件，用于引导所述光学组件收到的光束；一光束发生器，用于述探针卡上的所述光学组件照射光束；一光束接收器，用于从所述光学组件接收所述光束以便测量所述探针卡的偏转。
53.如权利要求52中所述装置，其中所述光学组件包括一透镜。
54.如权利要求52中所述装置，其中所述光学组件包括一反射镜。
55.如权利要求54中所述装置，其进一步包括在所述探测器上的一对具有相对的圆柱形表面的反射镜，所述光束通过该反射镜反射。
56.如权利要求54中所述装置，其进一步包括计算机处理器构件，用于根据所述光束接收器的输入来计算所述探针卡第一位置和第二反射位置。
57.一种装置，其包括一用于检测一晶片晶模的探针卡；一用于接收所述探针卡进行所述测试的探测器；一位于所述探针卡上的光束发生器，用于产生光束；以及一光束接收器，用于从所述光束发生器接收所述光束，以便测量所述探针卡的偏转。
58.如权利要求57中所述装置，其进一步包括在所述探测器上的一对具有相对的圆柱形表面的反射镜，所述光束通过该反射镜反射。
59.如权利要求57中所述装置，其进一步包括计算机处理器装置，用于根据所述光束接收器的输入来计算所述探针卡第一位置和第二反射位置。
60.一种控制一探针卡和一探测器内接受检测的晶片间距离的方法，其包括提供一探针卡，用于检测多个晶片晶模；提供一探测器，用于接收所述探针卡进行检测；在所述探测器一卡盘内提供一晶片，其中所述晶片位置与所述探针卡接触；提供一传感系统，用于测量所述探针卡和所述晶片间的距离；以及调整所述距离以回应所述传感系统测报的距离变化。
61.如权利要求60中所述方法，其中所述的测量和调整不断重复。
62.一种控制一探针卡和一探测器内晶片间距离的方法，其包括提供一探针卡，用于测试多个晶片晶模；提供一探测器，用于接收所述探针卡进行测试；在所述探测器一卡盘内提供一晶片；测量所述探针卡和所述晶片间的第一距离；利用微处理器装置对所述第一距离和第二距离进行比较以确定两者间的差异；并且如果所述微处理器认定所述差异超过一设定值，调整所述探针卡和所述晶片间的距离。
63.如权利要求62中所述方法，其中不断重复所述的比较和调整，直到所述差异不超过所述设定的值。
64.一种装置，其包括一用于检测一晶片晶模的探针卡；一用于接收所述探针卡进行所述测试的探测器；一发射源，用于传输有关探针卡位置比例信息的信号；以及一接收器，用于接收所述信息。
65.如权利要求64中所述装置，其中所述发射源安装在所述探针卡上。
66.如权利要求64中所述装置，其中所述发射源为一激光器。
67.一种探针卡，用于检测多个晶片晶模并具有一发射源，该发射源用于向一外部传感系统报告所述探针卡的变形。
68.如权利要求67中所述探针卡，其中所述发射源为一激光器。
全文摘要
本发明揭示一种用于补偿用于测试晶片上晶模的探针卡的热导运动的方法和系统。揭示了一种合并有温度控制装置以维持整个探针卡厚度上的温度均衡的探针卡。揭示了一种合并有双材料加固组件或成形记忆体的探针卡，该探针卡能对温度变化做出wich反应，以便抵消探针卡产生的热导运动，其包括滚动组件、狭槽以及润滑。也揭示了允许探针卡径向扩展以防止探针卡热导运动的各种构件。还揭示了一种用来检测探针卡热导位移并且移动晶片以进行补偿的方法。
文档编号H01L21/66GK1582395SQ02821947
公开日2005年2月16日 申请日期2002年11月1日 优先权日2001年11月2日
发明者B·N·埃尔德里奇, G·W·格鲁贝, K·S·松林, R·A·拉德, M·S·欣德, G·L·马蒂厄, R·马滕斯 申请人:佛姆费克托公司