专利名称：用于限制探针卡总成中的超程的装置及方法
技术领域：
本发明涉及测试半导体器件。
背景技术：
通常，通过使用光微影术、沉积、扩散及类似的习知技术在半导体晶片上形成数个相同的器件来生产单独的半导体(集成电路)器件(电路小片)。这些工艺旨在形成复数个全功能集成电路器件，然后从半导体晶片上单分(分离)出单独的电路小片。实际上，晶片本身中的物理缺陷及/或晶片处理过程中的缺陷常常导致有些电路小片“好”(全功能)、有些电路小片“差”(非全功能)。通常，期望在封装(囊封于一转移成型的塑料、陶瓷或金属包装内，以便后续集成至一电路中)电路小片前并且较佳地在从晶片单分出电路小片前，能够识别出晶片上复数个电路小片中哪些是好的电路小片。为达到这个目标，使用晶片测试器或“探测器”制作复数个连接至电路小片上相同复数个离散连接引脚(或结合焊垫)的离散压力连接。以这种方式，可以在从晶片上单分出电路小片之前测试及运用半导体电路小片。晶片测试器的一传统组件是探针卡总成。在使用中，晶片或受试器件(DUT)与探针卡总成合在一起，以使复数个探针元件的外侧尖与晶片上对应的电路小片焊垫形成电气啮合。
发明内容
本发明大体而言涉及测试半导体器件。在一个方面中，本发明涉及用于限制待测器件相对于探针卡总成中探针的超程的超程止挡件。本发明的其它方面包括对器件与探针卡总成的相对运动的反馈控制、及一种带有一用于吸收器件相对于探针卡总成的过量超程的柔性基座的探针卡总成。
图1是根据本发明的一实例性实施例，一半导体测试器5的部分剖视、部分示意性侧视图，其中该半导体测试器5带有一定位成啮合半导体器件11(“DUT”)的探针卡总成10。
图2是一显示为与DUT 11相啮合的图1所示探针卡总成10的部分剖视侧视图。
图3a-3f是分阶段显示探针尖21和止挡板23的制作的剖视侧视图。
图4a-4c是分阶段显示空间转换器总成40的制作和组装的部分剖视侧视图。
图5是图1中探针卡总成10的仰视图。
图6是根据本发明的一替代实施例，一定位成啮合半导体器件11(“DUT”)的探针卡总成45的部分剖视侧视图。
图7是一显示为与DUT 11相啮合的图6所示探针卡总成45的部分剖视侧视图。
图8是根据本发明的另一实施例，一探针卡总成56的部分示意性剖视侧视图。
图9是图8中探针卡总成56的示意性平面图。
图10是定位成啮合晶片71的图8所示探针卡总成56的一部分的剖视侧视图。
图11是一显示为与晶片71相啮合的图10所示探针卡总成56的剖视侧视图。
图12例示一实例性的基于微处理器的控制器。
图13和图14例示用于控制将晶片移动至接触探针总成的实例性过程。
图15a-15c例示一带有一柔性基座的探针卡总成。
具体实施例方式
为加深对本发明原理的理解，现在将参照附图中所例示的实施例并使用专用语言描述这些实施例。然而，应了解，并非想由此限制本发明的范围，且如本发明相关领域的技术人员通常会想到的一样，本发明还涵盖所示器件的任何改变或修改及其中所示本发明原理的任何其他应用。
参照图1，该图显示一用于测试半导体器件的半导体测试器5。通常，测试器5包括一探针卡总成10，支撑结构12，控制装置13，及一半导体器件固定器18。根据本发明，显示探针卡总成10定位成啮合并测试一半导体器件11(或称为受试器件或“DUT”)。
通常，图1中所示实例性探针卡总成10包括一基座总成14、一空间转换器15、复数个探针16(图示多个探针中的八个)及复数个超程止挡件总成17。支撑结构12支撑探针卡总成10并且可操作用于将探针卡总成10朝DUT 11移动，或当DUT 11朝探针卡总成10移动时使探针卡总成10保持静止不动。固定器18与支撑结构12相连，并且构造用于在测试程序期间当探针卡总成10朝DUT 11移动时使DUT 11保持静止不动，或者用于使DUT 11朝探针卡总成10移动。半导体器件固定器18可以是可在测试期间牢牢固定半导体器件11的任意构造。固定器18也可构造成从一索引单元抓取一半导体器件11，并将其移动至测试位置，在测试期间对其进行固定及/或移动，然后将其自测试器5移出至输出站。在一实施例中涵盖，固定器18包括用于将半导体器件11与控制装置13以电子方式连接或利于这种连接的电子连接装置。控制装置13与支撑结构12和DUT固定器18相连接，且包括用于控制探针卡总成10及/或DUT 11的移动的元件，例如计算机硬件和软件。在替代实施例中，控制装置13并不依赖计算机组件来控制探针卡总成10及/或DUT 11的移动，而是提供任意类型的用于移动探针卡总成10及/或DUT 11的的手工致动装置，包括但不限于杠杆、连杆、齿条-齿轮机构、缆线、滑轮及/或类似器件。控制装置13也与探针卡总成10以电子方式连接并可连接至DUT 11(单独地或通过固定器18)以发送和接收发送至控制装置13和由控制装置13发出的数据测试信号。
尽管图1中显示探针卡总成10包括一基座14和一空间转换器15，然而探针卡总成可以是任意类型的探针卡总成。例如，探针卡总成10可以简单到仅为一基座14，探针16和超程止挡件17直接附装至其上。作为另一实例，探针卡总成10可包括一更复杂的部件总成，例如第5,974,662号美国专利中所例解的探针卡总成，该美国专利的全文以引用方式并入本文中。探针16可以是任意类型的探针，包括但不限于针状探针、拱梁探针(例如“COBRA”探针)、隆起物、支柱、及弹簧探针。弹簧探针的非排他性实例包括阐述于以下文献中的弹簧触点第2002/0055282 A1号美国专利申请公开案、第09/032,473号美国专利申请案(1998年2月26日提出申请)、第10/262,712号美国专利申请案(2002年7月24日提出申请)、第6,268,015号美国专利和第5,917,707号美国专利，其全文均以引用方式并入本文中。
DUT 11是一半导体晶片，其上面已制作有复数个集成电路芯片或“电路小片”(未图示)。每个单独的电路小片均有许多引脚或结合焊垫19，以用来为电路小片提供电源、接地及诸如数据、地址、控制等信号。DUT 11可包含成百上千个彼此非常接近地(例如5密耳的中心-中心距离)设置的结合焊垫19，且这些结合焊垫可以并非仅在电路小片边缘附近具有一单排的构造来排列。由于许多结合焊垫阵列相互接近，因此探针16的探针尖可能经常需要比至其基座总成14的连接更紧密地彼此相间(间距相对精细)。因此，可由一示意性显示于15处的空间转换器(相当于第5,974,662号专利中的元件506)在本申请案中并入“空间转换”(有时称作“间距扩展”)。空间转换器15有利于通过如下方式在复数个探针16与DUT 11上的对应结合焊垫19之间制作一可靠的测试连接将在空间上杂乱的输入连接(未图示)自基座总成14改向为一经特殊组织的阵列的探针16，这些探针16对准配合阵列的结合焊垫19，例如如图1所示。可以任意合适的方式形成由基座总成14至空间转换器15的输入连接(未图示)。
实例性的复数个探针16中的每个探针都包括一弹性的互连导线元件20和一探针尖21。每个实例性超程止挡件总成17均包括一对基本呈刚性的支柱22和一止挡板23。每个支柱22均以任意合适的方式在一端处刚性固定至空间转换器15，并且其相反端固定至止挡板23。由于DUT 11和探针卡总成10结合在一起，且探针尖21与对应的结合焊垫19啮合，因而弹性的弹簧状导线元件20变形(如图2所示)。相邻的超程止挡件总成17以预定距离(接近度限值)啮合DUT 11，以在物理上限制DUT 11与探针卡总成10的接近程度，并由此保证探针尖21与结合焊垫19之间的恰当的压力啮合。
参照图3a-3g和图4a-4c，图中显示根据本发明的一个实施例，一种制作探针卡总成10的一部分的实例性方法。如图3a所示，在一牺牲衬底27(例如一半导体晶片)中使用习知方法(例如掩膜)蚀刻复数个凹坑26。凹坑26的数量和排列对应于对应的待测DUT上结合焊垫的数量和排列。这些凹坑26将形成探针尖21的端部28。参照图3b，使用习知方法在牺牲衬底27上接近凹坑26形成一具有特定尺寸和形状的可选第一掩膜层(掩膜31)。掩膜31较佳是一光阻材料，例如SU8。
参照图3c，在衬底和掩膜31上形成一释脱(及/或种子)材料32。涂覆释脱材料32有利于其下面的牺牲衬底27和掩膜31与在其顶部上形成的探针尖21及止挡板23之间的分离。此外，如果通过电镀形成探针尖21和止挡板23，则释脱材料32将提供进行电镀所需的导电层。在一个实施例中，释脱材料32包括铝。也可对释脱材料32使用其他的合适材料，包括但不限于铜、钛、钨或它们的合金及/或其它材料，包括由两层或多层这种起上述作用的材料组成的材料。为说明起见，图中所示某些元件的尺寸可能经过放大或未按比例显示。
参照图3d，如图所示，在牺牲衬底27、掩膜31及释脱材料32上以特定的图案形成一第二掩膜层(掩膜33)。掩膜33界定复数个空腔35和36，这些空腔35和36的大小和形状适于分别形成探针尖21和止挡板23。然后，在空腔35和36中沉积一较佳的导电性材料，以形成探针尖21和止挡板23，如图3e所示。通常期望用于形成探针尖21和止挡板23的材料具有导电性、非氧化性且无化学反应性。合适材料的实例包括但不限于钯、金、铑、镍、钴、银、铂、导电性氮化物、导电性碳化物、钨、钛、钼、铼、铟、锇、铑、铜、耐熔金属、它们的合金和它们及/或其它材料的合金。可以使用任意合适的方法将这种材料沉积至空腔35和36中，例如，但不限于，化学气体沉积、物理气体沉积、溅射、无电电镀、电子束沉积及热蒸发。另一选择为，可以对探针尖21和止挡板23两者或两者之一使用非导电性材料，例如氧化铝、氮化铝等。在对探针尖21使用非导电性材料的情况下，至少探针尖21的端部28必须是导电性且必须电连接至导线元件20。这可通过任何合适的方式完成，例如但不限于，通过将探针尖21的外表面涂以导电性材料。在探针尖21和止挡板23形成之后，移除掩膜33以暴露出探针尖21和止挡板23，如图3f所示。因为探针尖21和止挡板23是以微影方式形成，所以它们可彼此以相对精密的空间关系形成。
参照图4c，图中显示图3f中探针尖21和止挡板23的总成36已连接至空间转换器15。更具体的说，互连导线元件20将探针尖21连接至空间转换器15，以形成复数个探针16，且止挡板23通过支柱22连接至空间转换器15并距空间转换器15一固定距离，以形成超程止挡件总成17。在一个实施例中，使用丝焊技术形成这种导线元件并将其连接至空间转换器15，在丝焊技术中，每条导线均由一相对软的有展延性的材料制成并且在所期望的位置处以一种习知的方式结合至空间转换器15(图4a)。支柱22可通过类似的方式形成，但可更厚以具有刚性及/或由一刚性更强的材料制成。然后，可将导线涂以一更硬的弹性材料。在第5,476,211号、第5,917,707号和第6,336,269号美国专利中提供了对该种技术的实例性描述，这些美国专利均以引用方式并入本文中。
另一选择为，元件20不需要是导线。例如，元件20可以是通过以下方式以微影方式形成的弹性的弹簧装结构涂覆一掩膜层至空间转换器15并将其图案化，然后在这一或这些掩膜层中的开孔中沉积材料，如上文图3b和图3e所大体例示。实际上，可通过将这一(这些)掩膜层成形为与所期望形状相反的形状(该技术的一个实例如第2002/0055282 A1号美国专利申请公开案所述，其全文以引用方式并入本文中)、或通过使用多个带有不同图案化开孔的掩膜层来界定与元件20的所期望形状相反的形状(该技术的实例阐述于第09/032,473号美国专利申请案(1998年2月26日提出申请)和第6,268,015号美国专利中，二者的全文均以引用方式并入本文中)，将元件20塑造成众多种形状。另一选择为，可在图3e中所例示的步骤之后，使用这些微影技术在探针尖21上建造元件20和在止挡板23上建造支柱22。所有上述技术也均可用于制造支柱22。
由上文易知，本发明并不限于任一特定类型的探针。相反，本发明涵盖使用任意合适的探针，包括但不限于针状探针、拱梁探针(例如“COBRA”探针)、隆起物、支柱、及弹簧探针，这些探针的实例已在上文中加以论述。而且，探针可通过任意方式制作并装配成一阵列。例如，探针可以微影方式、通过机加工、通过冲压、通过模制、通过微电机械系统工艺(MEMS)等来制作，然后组装成一阵列。一其中使用MEMS工艺制作探针然后将其组装成一阵列的实例在第10/262,712号(2002年7月24日提出申请)美国专利申请案中作了讨论，其全文以引用方式并入本文中。
止挡结构也可以通过上述方式制作和组装。通常，将支柱22制作成具有足够的刚性，以在超程止挡件总成17啮合DUT 11时，支柱22不会明显变形并将在物理上阻止DUT 11进一步朝探针卡总成10移动。
再次参考图3a-4b所例示的实例，如4b所示，然后，使自空间转换器15伸出的导线元件20和支柱22的总成38(图4a)与在牺牲衬底27上形成的探针尖21和止挡板23的总成36(图3f)结合在一起。如图所示，探针尖21和止挡板23均经尺寸测定并设置在牺牲衬底27上，导线元件20和支柱22均经尺寸测定并设置在空间转换器15上，以使每个探针尖21都与对应的导线元件20对准、每个止挡板23都与对应的支柱对22对准。然后，将探针尖21永久性地结合至导线元件20，将止挡板23永久性地结合至支柱22。可通过任意合适的方式实施这种结合，例如但不限于钎焊或铜焊。在第5,974,662号美国专利中参照图8D和8E描述了这些连接方法。
在分别将探针尖21和止挡板23连接至导线元件20和支柱22之后，以任一合适的方法移除牺牲衬底27，例如但不限于蚀刻或溶解。可将所得到的空间转换器总成40与其它组件结合形成探针卡总成10，例如在第5,974,662号美国专利的图5中所显示的探针卡总成。
在使用中，当使DUT 11与探针卡总成10结合在一起且探针尖21与对应的结合焊垫19啮合时，弹性的弹簧状导线元件会压缩或变形(如图2所示)。为保证DUT 11移至足够地靠近探针卡总成10，以允许所有探针16变形并获得足够的反弹力并由此获得与其对应结合焊垫19的可靠压力接触，相邻的超程止挡件总成17以预定的行程距离与DUT 11啮合以在物理上排除额外超程。对于按图1所示和所述来构造的探针卡总成10，凹坑26的组合深度和掩膜31的厚度对应于本发明所允许的超程距离41(图1)。
图1中的探针卡总成10仅显示八个探针16和一对相邻的止挡件总成17。另一构造如图5所示，其中探针卡总成42(仰视图)有两个阵列43和44，每个阵列包含48个自空间转换器15向下伸出的探针16，并且其中有六个超程止挡件总成17围绕两个阵列43和44的外侧相间分布。本发明涵盖可以使用探针卡总成42或类似的探针卡总成来测试所带有的结合焊垫19少于对应的探针16阵列所包含的结合焊垫的DUT。那些并不接触对应结合焊垫(或无效结合焊垫)的多余探针16可通过软件来取消选定。
其中含有本发明探针卡总成的测试系统可用于将DUT 11朝静止的探针卡总成10移动或将探针卡总成10朝静止的DUT 11移动，抑或使DUT 11和探针卡总成10二者彼此相向移动。此外，该测试系统可经配置以手动或自动实施DUT 11及/或探针卡总成10的此种移动。本发明涵盖，该测试系统将包含任何适当构造的机器、计算机硬件和软件来引起这种手动或自动的移动，对此种移动的极限、路径和速率进行调整，接收、处理及显示在此种移动期间所产生的及来自DUT与探针卡总成之间啮合的输出数据。
本发明涵盖其中有多于或少于两个支柱22连接并固定每个止挡板23的替代实施例。本发明涵盖其中板23的形状不是所示的相对平面或矩形构造的替代实施例。本发明涵盖的其中支柱22不是刚性而是略呈弹性以便当DUT 11啮合超程止挡件总成17时提供一定程度的“弹性”或“柔顺性”的替代实施例。例如，如图6所示，根据本发明的另一实施例显示一探针卡总成45，其中超程止挡件总成48和49的止挡板46和47通过弹性支柱50固定。(类似于图1中的探针卡总成10，探针卡总成45仅显示八个探针16和两个超程止挡件总成48和49。本发明涵盖任意数量的探针和止挡件总成以恰当地与待测DUT 11的结合焊垫啮合)。支柱50可以使用任意合适的方法形成并连接至空间转换器15，包括本文中所论述的用于形成和连接导线元件20的那些技术。
在如下情况中会实现使支柱50具有弹性的其中一个好处DUT 11根本不是平面，任一止挡板46和47是或已经变成非平面、超程止挡件总成48和49的止挡板46和47是或已经变成互为非平面，及/或DUT 11在与止挡板46和47的平面啮合时，与止挡板46和47的平面不平行。因此，参照图7，其中以夸大的方式将DUT 11显示为在初始啮合时刻为非平面，支柱50的弹性允许第一止挡板46啮合，并且其弹性支柱将变形直到另一止挡板47同样地啮合。支柱50的弹性选择成允许一个或几个支柱变形(当需要时)，但当所有超程止挡件总成48受到啮合时仍提供一物理超程限制。本发明涵盖其中将支柱50制成既具有刚性亦具有弹性的替代实施例。也就是说，将每个支柱50的一部分制成弹性以允许一有限程度的弹性(如图7所示)，并将每个支柱的另一部分制成刚性以界定弹性的最大极限、从而界定超程。本发明还涵盖其中板23不是刚性而是略呈弹性、以在DUT 11与超程止挡件总成17啮合时提供一定程度的“弹性”或“柔顺性”的替代实施例。
本发明涵盖其中通过导线连接一个或多个超程止挡件总成以提供对应DUT11已被啮合的信号的替代实施例。该信号可仅指示啮合或可发出啮合程度信号(例如，通过发出由晶片施加至探针或超程止挡件上的力的程度的信号)。例如，该信号可提供一二进制输出x无接触(x＝0)，接触(x＝1)。另一选择为，输出值x可提供一更详细的响应无接触(x＝0)，接触(0＜x≤1)，其中任一大于0的x均表示接触，大于0且小于或等于1的x值表示DUT自初始接触一直到及包括行程极限的行程程度。本发明涵盖该输出信号由与探针卡总成相连接的计算机组件作为输入接收，且以任意合适的形式显示及/或用于进一步控制整个探针测试操作。通常，该输出信号将发送至测试器或探测器，然后，当达到所期望的超程极限时，测试器或探测器将停止探针卡总成朝半导体晶片的移动。
图8显示该总成的一实例，其中探针卡总成56包括超程止挡件总成57，这些超程止挡件总成57通过导线连接以提供超程位置输出信号。与图6中探针卡总成45一样且类似于第5,974,662号美国专利图5中的探针卡总成500，探针卡总成56包括探针59的一阵列58和若干固定至一空间转换器61的超程止挡件总成57，该空间转换器61通过各种互连导线元件62和一插入物63以电子方式连接至探针卡总成65。一超程控制单元66用导线连接至超程止挡件总成57，借此将超程输出信号传送至控制单元66，控制单元66又将对应信号传送至测试器/探测器(未图示)。可允许的超程表示于67处。图9是探针卡总成56的一平面图，其示意性显示超程止挡件总成57相对于探针59的阵列58的一实例性布置。
图10和11例示一个用于检测晶片71的结合焊垫或引脚73，74相对于探针59的所期望超程量的完成的实例性排列。参照图10，各超程止挡件总成57成相邻的对排列。因此，在本实施例中探针卡总成56的四个位置中的每个位置处(图9)，探针卡总成56均包括一对超程止挡件总成69和70。在待测晶片71上的每个电路小片中，结合焊垫或引脚73、74均包括功能引脚73和虚设引脚74。(由于固有的制造不精密性，在图10和11中显示的引脚73，74具有略微不同的高度。)功能引脚73用于为其对应的电路小片76(或77)提供所期望的电源、接地、和信号能力，而虚设引脚72被短接至地。
在使用中，当晶片71和探针卡总成56结合在一起时，探针尖59将与DUT 11(受试器件)78上对应的引脚啮合。由于每个探针59的导线元件80的弹性，每个探针59会根据需要变形且与其对应的每个引脚73和74啮合。应注意，既可能有也可能没有对应于一特定虚设引脚74的探针59。还应注意，较佳将超程总成69和70的接触板制作成对应于晶片71上虚设引脚74的已知位置。由此，将接通一电路，且通过控制单元66产生并向探测器/测试器(未图示)传输一对应信号，然后探针卡总成56将停止朝晶片71移动。本发明涵盖将系统软件构造成根据任意所期望的接触结合来控制测试操作。也就是说，在一个实施例中，任意两个相邻的超程止挡件总成(即69和70)与虚设引脚接触均将使探针卡总成56停止移动。另一选择为，参照图8和图9，可将阵列58一侧81上的任一超程止挡件总成(即69)和另一侧83(或84或85)上的任一超程止挡件总成(即82)编程用于停止探针卡总成56的移动。另一选择为，可仅将一个超程止挡件总成(即69)编程用于停止探针卡总成56的移动。
涵盖如下替代实施例其中两个或更多个超程止挡件总成如上文所述通过导线连接，因而输出会指示哪些超程止挡件总成已与DUT 11啮合及啮合程度。本发明涵盖使来自仅一个或复数个超程止挡件总成的这种输出可供用于显示或由人或机器作出其他认可。因此，这种输出可以仅通过单个LED闪光或通过一个蜂鸣器来指示。另一种选择为或此外，一显示屏幕可示意性地表示整个探针卡总成的布局且通过任一合适的显示器来显示哪些超程止挡件总成已被啮合及啮合程度。另一种选择为或此外，可由计算机或其它机器接收输出信号并加以处理。例如，一指示一超程止挡件总成已啮合一结合焊垫或引脚的信号可使系统停止探针卡总成超DUT 11的移动，或反过来，或仅移动另一预先编程的距离。当输出信号指示啮合程度时，这种信息可由使用人员或机器用于调整DUT相对于探针卡总成移动的极限和该移动的速率。
图13和图14例示用于自动控制待测晶片移动至接触探针卡总成的实例性方法，图12例示一可执行图13和图14中任一过程的反馈控制器530。图12中所例示的实例性反馈控制器530是一基于微处理器的控制器，例如其可能是控制装置13的一部分。如图所示，其包括一数字存储器532，一微处理器534及一输入/输出端口536。通过输入/输出端口536接收输入数据538和输出输出数据540。数字存储器532可以是任意类型的存储器，包括电子存储器、光学存储器、磁性存储器、或上述存储器的组合。仅举两个实例，数字存储器532可以是只读存储器，或数字存储器532可以是磁盘或光盘与随机存取存储器的组合。微处理器534执行存储在数字存储器532中的指令(其可能是软件或微码的形式)。
图13和图14所例示的实例性方法可在软件中实现并在一基于微处理器的系统(例如图12中所例示的系统)上执行，现在将参照一测试器5(如图1中所例示的测试器)中的探针卡总成56(例如图8-11所例示的探针卡总成)解释这些实例性方法。仅为讨论起见，假定移动晶片(例如实例性晶片71)而使探针卡总成56保持静止不动。当然，另一选择为使晶片保持静止不动而移动探针卡总成，或晶片和探针卡总成二者都可移动。可通过任意合适的构件来支撑晶片71，例如图1中所例示的晶片固定器18，其自身由合适的构件(例如电机(未图示))来移动。输出数据540(图12)包括用于控制晶片71移动(例如通过移动晶片固定器18)的信号，输入数据538包括来自超程控制单元66或其它传感器的信号(例如超程控制单元66的输出可作为输入数据538送至反馈控制器530)。
图13中所例示的实例性方法使用一个或多个传感器来检测何时晶片71已移动至接触探针71、且然后在初始接触后进一步移动所期望的超程量。为说明起见，假设这一(这些)传感器包括如图10和图11所示通过导线连接以检测接触的超程止挡件总成69、70。然而，应了解，可以使用任意传感器来检测或估计何时晶片71已移动了所期望的超程距离。举例来说，这些传感器包括声传感器、光传感器等，这些传感器可用来检测例如何时超程止挡到达一特定位置。还应注意，可使用一个至多个这些传感器，且如果使用复数个传感器，则这些传感器可以任意型式排列在探针卡总成56上。图9中所例示的四个传感器81、83、84、85的型式仅是一实例性型式。
现在转至图13中所例示的实例性方法，该实例性方法是在晶片(例如，图10和图11中所示的晶片71)已放置到一可移动的固定器(例如，图1中所例示的晶片固定器18)上、并且晶片的焊垫或引脚73、74已如图10所示与探针59对准之后开始。如图13所示，第一步骤110是将晶片71朝探针卡总成56移动。在步骤112中，确定晶片71上的引脚73、74是否已移动至接触探针59且其行程已超过所期望的距离。如果否，则使晶片71继续朝探针卡总成56移动(步骤110)。如果是，则在步骤114中停止晶片71的移动。
确定引脚73、74是否已达到了所期望超程(步骤112)可通过任意方式来检测或估计。仅作为一实例，可对如图10和图11所示的止挡结构69、70加以构造，以便当超程止挡件69、70接触引脚73、74时，一超程传感器66产生一信号。该信号可以作为输入信号538输入至控制器530。如上文所述，可以使用其它类型的传感器。此外，还可使用任意数量的传感器，并且如果使用多个传感器，则可将它们以任意合适的型式定位。如果使用多个传感器，则指示已达到所期望的超程量的信号可以由任意的一个或多个传感器以任意所期望的配对或序列来触发。例如，参照图9中所显示的传感器81、83、84、85的实例性型式，当激活传感器81、83、84、85中的任意一个时，即可在步骤112发现确实处于已达到超程状态。作为另一个非排他性实例，只有当激活所有四个传感器81、83、84、85后，方可在步骤112中发现确实处于已达到超程状态。作为另一个实例，在激活一对传感器(例如对置的对81，83或对84，85)后，可在步骤112中发现处于已达到超程状态。也可具有许多其它组合。
现在转向图14所例示的实例性方法，该实例性方法也是在一晶片(例如，图10和图11中所示的晶片71)已放置到一可移动的固定器(例如，图1中所例示的晶片固定器18)上、并且晶片71的焊垫或引脚73、74已与探针59对准(如图10所例示)之后开始。如图14所示，第一步骤202是以一初始速度将晶片71朝探针卡总成56移动。在该移动期间，在步骤204中确定晶片焊垫或引脚73、74对探针59施加的力，且在步骤206中确定该力是否超过一预定的最大力。(当然，在焊垫或引脚73、74与探针59初始接触之前，该力为零)。如果是，则在步骤210中停止晶片71朝探针卡总成56的移动(例如，控制器530发出使移动停止的控制信号540)。然而，如果所确定的力小于该最大力(步骤206)，则在步骤208中，根据在步骤204中所确定的力来调整晶片71朝探针卡总成56移动的速度(例如，控制器530同样发出调整速度的控制信号540)。较佳地，随着力的增大而使速度减小。重复如下步骤直到探针56上的力超过最大力(步骤206)使晶片71朝探针卡总成56移动(步骤202)，确定力204，并调整晶片71的速度(步骤208)。应注意，步骤208是可选步骤。也就是说，在步骤206中得到否定的确定结果后不需要调整速度也可实施图14中的过程。
同样，有许多不同类型的传感器可用于确定或估计探针上的力。例如，超程止挡件69、70可装有力测量传感器(例如，一压电材料)。另一选择为，力测量器件可直接连接至一个或多个探针59。同样，可以使用一个或多个这样的传感器。如果使用多于一个传感器，则确定力的步骤204可包含求取所有传感器所检测出的力的平均值。
图15a-15c例示一探针卡总成446，其中基座414由柔性材料制成。如所将看到，因为基座414是柔性的，所以它会吸收额外的超程。如图15a所示，晶片固定器18使晶片11与探针16进入初始接触。如图15b所示，晶片固定器18使晶片11移动超过初始接触点一超程距离41。如图15c所示，不管出于何种原因，晶片固定器18皆使晶片11移动超出所期望的超程41一额外的超程距离441。通常，额外超程441可引起在超程总成17及可能探针16上施加过大的力。然而，也如图16c所示，基座会挠曲，从而吸收额外超程441的全部或至少一部分、消除或至少减小由额外超程441引起的过大的力。基座414可由任何其刚性足以支撑探针16但其挠性足以吸收超程441的全部或一部分的材料制成。这种材料的实例包括，但不限于，印刷电路板材料、聚酯薄膜、有机材料、橡胶和塑料。
虽然在附图和上文说明中详细地说明和例解了本发明，但是附图及上文说明应视为例解性而非限定性，应了解，仅显示和说明了较佳实施例，并且期望归属于本发明精神内的所有改变及修改均得到保护。
权利要求
1.一种探针卡总成，其包括复数个附装至一衬底的一表面的探针；及一附装至所述衬底的所述表面的止挡结构。
2.如权利要求1所述的探针卡总成，其中所述止挡结构包括一传感器。
3.如权利要求2所述的探针卡总成，其中所述探针置于一阵列中，其中所述装置进一步包括复数个所述止挡结构。
4.如权利要求3所述的探针卡总成，其中所述复数个止挡结构中的至少两个置于所述阵列的对置侧上。
5.如权利要求1所述的探针卡总成，其进一步包括用于确定一待测器件与所述止挡结构之间的接触的传感构件。
6.如权利要求1所述的探针卡总成，其进一步包括用于确定作用于所述探针之一的一力的水平的传感构件。
7.如权利要求1所述的探针卡总成，其中每个所述探针包括一设置于距所述衬底的所述表面一第一距离处的接触尖；及所述止挡结构包括一设置于距所述衬底的所述表面一第二距离处的止挡零件。
8.如权利要求7所述的探针卡总成，其中所述第二距离小于所述第一距离。
9.如权利要求1所述的探针卡总成，其中所述探针可压缩且所述止挡结构限制所述探针的压缩。
10.如权利要求9所述的探针卡总成，其中所述探针为弹性的。
11.如权利要求1所述的探针卡总成，其中所述止挡结构可压缩。
12.如权利要求11所述的探针卡总成，其中所述止挡结构为弹性的。
13.如权利要求1所述的探针卡总成，其进一步包括一第二衬底，该第二衬底包括一柔性材料且经构造用于响应一施加至所述止挡结构的力而挠曲。
14.如权利要求1所述的探针卡总成，其进一步包括复数个所述止挡结构。
15.一种制作一探针卡总成的方法，所述方法包括在一衬底的一表面上形成复数个探针；及在所述衬底的所述表面上形成一止挡结构。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述形成复数个探针及所述形成一止挡结构包括在一牺牲衬底上以微影方式形成复数个尖结构和一止挡板；及将所述尖结构转移至复数个附装至所述衬底的所述表面的探针体；及将所述止挡板转移至一附装至所述衬底的所述表面的止挡支撑件。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述将所述尖结构转移至复数个附装至所述衬底的所述表面的探针体，及所述将所述止挡板转移至一附装至所述衬底的所述表面的止挡支撑件包括将所述尖结构附装至所述探针体；将所述止挡板附装至所述止挡支撑件；及从所述牺牲衬底释放所述尖结构和所述止挡板。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述在一牺牲衬底上以微影方式形成复数个尖结构和一止挡板包括将复数个掩膜层图案化；及在所述经图案化的掩膜层中沉积材料，以形成所述尖结构和所述止挡板。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述经图案化的掩膜层界定所述尖结构和所述止挡板的形状。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述经图案化的掩膜层界定所述尖结构和所述止挡板的相对位置。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述尖结构的接触部分位于一第一平面中且所述接触结构的一接触部分位于一第二平面中，且所述第一平面距所述第二平面一预定的距离。
22.如权利要求15所述的方法，其中所述探针可压缩且所述止挡结构限制所述探针的压缩。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述探针为弹性的。
25.如权利要求15所述的方法，其进一步包括将所述衬底固定至一第二衬底，其中所述第二衬底为柔性的。
26.如权利要求15所述的方法，其进一步包括将所述止挡结构构造成传感与另一器件的接触。
27.如权利要求15所述的方法，其中所述在所述衬底的所述表面上形成一止挡结构包括在所述衬底的所述表面上形成复数个所述止挡结构。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述在所述衬底的一表面上形成复数个探针包括以一阵列形式形成所述复数个探针；所述方法进一步包括将所述复数个止挡结构中的至少两个构造成传感与另一器件的接触。
29.如权利要求28所述的方法，其进一步包括在所述阵列的对置侧上形成所述止挡结构中的所述两个。
30.一种控制一待测电子器件与一探针卡总成之间的相对移动的方法，所述方法包括引起所述器件与所述探针卡总成的相对移动；检测所述晶片与所述探针卡总成之间一所期望的超程量；及在检测到所述所期望的超程量后，停止所述器件与所述探针卡总成的所述相对移动。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述检测所述所期望的超程量包括检测所述探针卡总成上一止挡结构与所述器件之间的接触。
32.如权利要求30所述的方法，其中所述检测所述所期望的超程量包括检测所述探针卡总成上复数个止挡结构与所述器件之间的接触。
33.一种用于存储机器可执行指令的媒体，所述机器可执行指令用于使一控制器实施一种控制一待测器件与一探针卡总成的相对移动的方法，所述方法包括产生一控制信号，以引起所述器件与所述探针卡总成的相对移动；接收一指示完成所述晶片与所述探针卡总成之间一所期望的超程量的输入信号；及响应于所述输入信号，产生一控制信号以停止所述器件与所述探针卡总成的所述相对移动。
34.一种控制一待测电子器件与一探针卡总成之间的相对移动的方法，所述方法包括引起所述器件与所述探针卡总成的相对移动；确定所述器件作用于所述探针卡总成的一力；及当所述力超过一最大力时停止所述移动。
35.如权利要求34所述的方法，其进一步包括根据所述力调整所述移动的速度。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述根据所述力调整所述移动的速度包括随着所述力的增加而减小所述速度。
37.一种用于存储机器可执行指令的媒体，所述机器可执行指令用于使一控制器实施一种控制一待测器件与一探针卡总成的相对移动的方法，所述方法包括产生一控制信号，以引起所述器件与所述探针卡总成的相对移动；接收一对应于所述器件作用于所述探针卡总成的一力的输入信号；及当所述力超过一最大力时，产生一控制信号以停止所述移动。
38.如权利要求37所述的媒体，其中所述方法进一步包括产生一控制信号，以根据所述力调整所述移动的速度。
全文摘要
本发明揭示用于测试半导体器件的方法和装置。超程止挡件限制一待测器件相对于一探针卡总成的探针的超程。利用反馈控制技术来控制器件与探针卡总成的相对移动。一探针卡总成包括用于吸收待测器件相对于探针卡总成的过量超程的柔性基座。
文档编号G01R31/316GK1745308SQ200380109301
公开日2006年3月8日 申请日期2003年12月15日 优先权日2002年12月16日
发明者蒂莫西·E·科珀, 本杰明·N·埃尔德里奇, 卡尔·V·雷诺兹, 拉温德拉·V·社诺伊 申请人:佛姆费克托公司