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专利名称：半导体器件的测试设备及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种使用探针卡来测试半导体器件的设备和方法，并且更具体而言， 涉及探针卡的定位。
背景技术：
探针卡已用于各种半导体器件的性能测试，例如，中央处理单元和存储器。探针卡 提供有多个探针，所述多个探针是针状导体。在测试的情况下，必须精确地定位探针卡，使 得这些探针与被测半导体芯片以及提供有半导体芯片的封装的预定输入和输出端子相连 接。然而，随着例如芯片尺寸的减小、端子数目的增加以及TAB(卷带自动接合)技术的扩 展，这种定位操作变得困难。图10示出根据现有技术的测试设备101的构造。TAB卷带110围绕在供带盘111 的周围。将被测半导体芯片固定(连接)到TAB卷带110。由供带盘111以箭头表示的方 向引出TAB卷带110，使得导体图案(电极焊盘)位于图的底部，并使导体图案提供给测量 点113。成像设备112放置在测量点113处。在测量点113处，通过压板115从上面吸收并 保留TAB卷带110。然后如图11所示，从底部延伸的探针卡的探针121接触电极焊盘126， 所述电极焊盘126连接到半导体芯片125的输入和输出端子。此时，当检查显示器上显示 的测量点113的视频时，通过测试操作者执行的方法来定位探针121和电极焊盘126，以操 作适当的操作单元并移置探针卡。图12示出普通探针121的尖端的形状。如图12所示，探针121的尖端向电极焊 盘126弯曲，以便与电极焊盘126形成良好的接触。因此，探针121的轻微向上和向下以及 成像设备112的浅的景深会容易引起探针121尖端的位置识别的变化。图13示出探针121 尖端的位置识别的成功示例和不成功示例。如果能够正确地识别探针121的尖端的位置， 则尖端位置中的每个能够在一条直线130上。另一方面，如果不能正确地识别探针121的 尖端位置，则尖端位置中的每个不能够在直线上，如图13的不成功示例所示。日本未审专利申请公布No. 2002-181889公开了一种涉及在与如上所述的测试 设备一样的测试设备中定位探针卡和TAB板的技术。图14引自日本未审专利申请公布 No. 2002-181889，并示出识别探针卡与TAB卷带之间的位置关系的方法。该技术将角θ调 整为0。角θ由连接特定探针2Α1与探针2Α2的直线X以及连接电极焊盘ICl与1C2的直 线Y来确定，所述探针2Α2是距探针2Α1最远的探针。注意，探针2Α1和探针2Α2与电极焊 盘ICl和1C2相接触。此外，日本未审专利申请公布No. 2-65150公开了涉及在晶片和探针卡中定位芯 片的技术。日本未审专利申请公布No. 2-65150中公开的技术在穿过圆形探针卡中心的直线上形成了多个标记，通过在安装被测芯片的台上设置的成像设备来识别标记的位置，并 根据识别的结果来移置台上的芯片。

发明内容
如上所述，在日本未审专利申请公布No. 2002-181889中，探针卡的取向(角)根 据两个探针的尖端位置的识别结果来确定。然而，如参考图12和13所述，本发明的发明人 发现由于它们的形状而难以通过图像处理技术识别探针121的尖端的位置的问题。因此， 不能正确地识别图14中的作为探针卡的取向的直线X。此外，在日本未审专利申请公布No. 2-65150公开的技术中，没有正确地识别在晶 片上方的电极焊盘的位置的方法。因此，这会使高精确的定位操作无效。本发明的示范性方面是半导体器件的测试设备，其包括探针卡识别单元，所述探 针卡识别单元识别至少两个探针卡标记的位置并且假定探针卡标记连接线，其中，探针卡 标记被形成到探针卡，并且探针卡标记连接线连接探针卡标记的位置；背衬材料识别单元， 所述背衬材料识别单元识别至少两个背衬材料标记的位置并且假定背衬材料标记连接线， 背衬材料标记被形成到固定有半导体芯片的背衬材料，并且背衬材料标记连接线连接背衬 材料标记的位置；位置关系识别单元，所述位置关系识别单元根据探针卡标记连接线和背 衬材料标记连接线来识别探针卡与背衬材料之间的位置关系；以及修正单元，所述修正单 元根据位置关系来修正探针卡与背衬材料中的至少一个的位置。根据上述方面，可以连接被形成到探针卡的探针卡标记的位置以假定探针卡标记 连接线。即，根据探针卡标记的位置识别而不根据探针的尖端的位置识别来识别探针卡的 取向。此外，根据连接背衬材料标记的位置的、被形成到诸如TAB卷带和晶片的背衬材料的 背衬材料标记连接线，能够识别背衬材料的取向。然后，根据探针卡标记连接线与背衬材料 标记连接线之间的关系，来识别探针卡与背衬材料之间的位置关系，并且根据识别结果来 修正该位置关系。本发明的另一示范性方面是测试半导体器件的方法，所述方法包括识别至少两个 探针卡标记的位置，其中，探针卡标记被形成到探针卡；假定探针卡标记连接线，其中，探针 卡标记连接线连接探针卡标记的位置；识别至少两个背衬材料标记的位置，其中，背衬材料 标记被形成到背衬材料；假定背衬材料标记连接线，其中，背衬材料标记连接线连接背衬材 料标记的位置；根据探针卡标记连接线和背衬材料标记连接线，来识别探针卡与背衬材料 之间的位置关系；以及根据位置关系来修正探针卡和背衬材料中的至少一个的位置。该方法的示范性方面基于与以上设备的示范性方面相同的技术构思。本发明在没有探针尖端的位置识别的情况下能够识别探针卡与背衬材料之间的 位置关系。这实现了具有极高精确性的定位操作。


从下面结合附图对某些示范性实施例进行的描述，上述和其他的示范性方面、优 势和特征将变得更加明显，其中图1是示出根据本发明的第一示范性实施例的半导体器件的测试设备的功能构 造的框4
图2举例说明根据本发明的第一示范性实施例的半导体器件的测试设备中使用 的探针卡的构造；图3举例说明根据本发明的第一示范性实施例的半导体器件的测试设备中使用 的背衬材料(TAB卷带)的构造；图4举例说明根据第一示范性实施例的显示单元的显示屏；图5是示出根据第一示范性实施例的探针卡的手动定位过程的流程图；图6是示出根据第一示范性实施例的探针卡的自动定位过程的流程图；图7举例说明根据本发明的第二示范性实施例的半导体器件的测试设备中使用 的背衬材料的构造；图8是示出根据第二示范性实施例的探针卡的手动定位过程的流程图；图9是示出根据第二示范性实施例的探针卡的自动定位过程的流程图；图10举例说明根据现有技术的半导体器件的测试设备的构造；图11示出根据现有技术的半导体器件的测试设备中的测量点的状态；图12举例说明普通探针的尖端的形状；图13举例说明探针尖端的位置识别的成功示例和不成功示例；以及图14示出根据现有技术识别探针卡和TAB卷带之间的位置关系的方法。
具体实施例方式[第一示范性实施例]图1示出根据本发明的第一示范性实施例的半导体器件的测试设备(在下文中， 缩写为测试设备)的功能构造。测试设备1提供有探针卡识别单元2、背衬材料识别单元 3、位置关系识别单元4和修正单元5。此外，图2示出测试设备1中使用的探针卡10的构 造。图3示出测试设备1中使用的TAB卷带(背衬材料)20的构造。探针卡识别单元2识别被形成到探针卡10的探针卡标记14中的至少两个探针卡 标记14的位置，并且假定连接这些探针卡标记14的位置的探针卡标记连接线Al。探针卡 识别单元2能够由例如成像设备、微型计算机、图像分析程序和各种操作程序的组合构成。背衬材料识别单元3识别至少两个背衬材料标记28的位置，并且之后假定连接这 些背衬材料标记28的位置的背衬材料标记连接线Bi。在这里，背衬材料标记28被形成到 固定有被测半导体芯片25的背衬材料(TAB卷带)20。与探针卡识别单元2 —样，背衬材料 识别单元3能够由例如成像设备、微型计算机、图像分析程序和各种操作程序的组合构成。位置关系识别单元4根据探针卡标记连接线Al和背衬材料标记连接线Bl来识别 探针卡10与背衬材料20之间的位置关系。位置关系识别单元4能够由例如微型计算机和 各种操作程序的组合构成。此外，位置关系识别单元4可以提供有显示单元，所述显示单元能够使测试操作 员可视地识别位置关系。图4示出显示单元的显示屏。如图4所示，优选显示单元能够可 视地将探针卡取向线A2与背衬材料取向线B2进行比较。探针卡取向线A2对应于探针卡 标记连接线Al (见图2)并且指示探针卡10的取向。背衬材料取向线B2对应于背衬材料 标记连接线Bl (见图3)，并且指示背衬材料20的取向。显示单元可以由例如显示器、微型 计算机和图像处理程序的组合构成。
修正单元5根据由位置关系识别单元4识别的探针卡10与背衬材料20之间的位 置关系来修正探针卡10和背衬材料20中的至少一个的位置。可以手动或者自动地执行修 正单元的修正。手动修正单元5可以由例如显示单元、用于接收用户操作的操作单元、用于 将提供给操作单元的操作转换成电信号的转换单元、用于分析来自转换单元的电信号并且 提供预定命令信号的电子控制单元(包括微型计算机和各种操作程序)以及用于响应从电 子控制单元接收的命令信号来移置探针卡10或背衬材料20的驱动单元的组合构成。自动 修正单元5将不需要显示单元、操作单元、转换单元等，并且可以使用根据与由位置关系识 别单元4识别的位置关系相关的信号来自动控制驱动单元的操作和控制程序。如图2所示，根据第一示范性实施例的探针卡10提供有探针11、框架12、突出部 13和探针卡标记14。框架12是将多个探针11的一个端子侧(连接测试设备侧)固定到框架12的主 体部的一部分，所述多个探针是针状导体。在框架12的中心具有开口 15。注意，在第一示 范性实施例中，框架12的形状为矩形，然而，本发明不限制于此，而可以是例如多边形或圆 形形状。突出部13被设置在开口 15中。突出部13从内壁向框架12的中心突出。在第一 示范性实施例中形成两个突出部13。探针卡标记14被形成到突出部13中的每个突出部。使用成像设备，在图像识别程 序中应该可识别探针卡标记14的形状、材料和颜色等。探针卡标记14的优选形式是例如 在突出部13中形成的孔、具有与其周围不同的反射率的印刷图案、不均勻形状和粗糙的表 面。虽然在第一示范性实施例中，探针卡标记14被形成到突出部13，但是本发明不限制于 此。探针卡标记14可以被形成到除了突出部13之外的不同位置，只要能够假定探针卡标 记连接线Al即可。通过设计突出部13的形状等，突出部13本身可以用作探针卡标记14。如图3所示，导体图案21和电极焊盘22被形成到作为背衬材料的TAB卷带20。 将被测半导体芯片25固定到TAB卷带20。半导体芯片25的输入和输出端子通过导体图案 21中的每个而连接到电极焊盘22。这些导体图案21可以延伸到电极焊盘22外部。在该 示范性实施例中，电极焊盘22中的至少两个用作背衬材料标记28。电极焊盘22中的一些 是用于测试半导体芯片25的测试用电极焊盘23。优选使用这些测试用电极焊盘23作为背 衬材料标记28。图5示出根据第一示范性实施例的探针卡10的手动定位过程。首先，提供有成像 设备等的探针卡识别单元2，识别被形成到探针卡10的探针卡标记14 (SlOl)，并且假定探 针卡标记连接线Al (S102)。此外，提供有成像设备等的背衬材料识别单元3，识别被形成到 背衬材料(TAB卷带)20的背衬材料标记28 (测试用电极焊盘23) (S103)，并且假定背衬材 料标记连接线B1(S104)。接下来，位置关系识别单元4根据探针卡标记连接线Al和背衬材料标记连接线Bl 来识别探针卡10与背衬材料20之间的位置关系。然后，如图4所示，位置关系识别单元4 在显示器上显示指示探针卡10的取向的探针卡取向线A2、指示背衬材料20的取向的背衬 材料取向线B2以及角θ (S105)。注意，角θ由取向线Α2和Β2来确定。这时，探针卡标记 连接线Al和探针卡取向线Α2可以相同。此外，背衬材料标记连接线Bl和背衬材料取向线 Β2可以相同。
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然后，测试操作员可以通过查看显示器来检查是否θ =0(S106)。如果θ = 0 (是)，则终止该过程。如果Θ不等于ο (否)，则包括操作单元等的修正单元5旋转探针 卡10，以使θ = 0(S107)。在其之后，将再次执行步骤S101。该过程能够手动地使探针卡 10与背衬材料20之间的位置关系最优化。图6示出根据第一示范性实施例的探针卡10的自动定位过程。在该过程中，将图 5示出的手动过程中的步骤S105至S107修改为步骤Sl 15至Sl 17。该过程基于探针卡标记连接线Al和背衬材料标记连接线Bl来计算角θ (Si 15)。 然后，确定θ是否是θ =O(S116),如果θ = 0(是)，则终止该过程。另一方面，如果θ 不等于零(否)，则控制用于旋转并移动探针卡10的驱动单元(S117)。之后，将再次执行 步骤S101。该过程能够自动地使探针卡10与背衬材料20之间的位置关系最优化。根据连接探针卡标记14的位置的探针卡标记连接线Al以及连接背衬材料标记 28 (测试用电极焊盘23)的位置的背衬材料标记连接线Bi，第一示范性实施例能够识别探 针卡10与背衬材料20之间的位置关系。如上所述，为了识别探针卡10的取向，通过使用 能够容易进行图像识别的连接探针卡标记14的位置的线Al来代替使用探针11的尖端，可 以得到精确的识别结果。这能够获得精确的定位过程。[第二示范性实施例]图7示出根据本发明的第二示范性实施例的测试设备中使用的背衬材料40的构 造。与根据第一示范性实施例的背衬材料20—样，在背衬材料40中，形成导体图案41，固 定半导体芯片45，以及连接导体图案41和半导体芯片45的输入和输出端子。与根据第一示范性实施例的背衬材料20的不同之处在于根据第二示范性实施例 的背衬材料40包括对准标记48。对准标记48中的两个被形成到背衬材料40中不形成导 体图案41的位置。然后，在第二示范性实施例中，这些对准标记48用作背衬材料标记28， 并且连接对准标记48这两者的线Β3用作背衬材料标记连接线Bi。图8示出根据第二示范性实施例的探针卡10的手动定位过程。与根据图5示出 的第一示范性实施例的不同之处在于根据第二示范性实施例的过程假定根据对准标记48 识别的背衬材料标记连接线Β3。该不同之处通过步骤S203和204示出。具体地，如果在步骤SlOl和S102中识别探针卡标记14 (见图2)，并且假定探针卡 标记连接线Al，则识别在背衬材料40上方形成的对准标记48，并且假定背衬材料标记连接 线Β3，如步骤S203和S204中所示。然后，如步骤S105中所示，根据探针卡标记连接线Al 和背衬材料标记连接线Β3，来识别探针卡10与背衬材料40之间的位置关系。随后，在显示 器上显示探针卡取向线Α2、背衬材料取向线Β2和角θ。注意，角θ由取向线Α2和Β2来 确定。在其之后，与根据第一示范性实施例的手动过程一样(见图5)，测试操作员修正探针 卡10的位置以使θ = 0。图9示出根据第二示范性实施例的探针卡10的自动定位过程。在该过程中，将图 8中示出的手动过程中的步骤S105修改为步骤S215。在该过程中，根据探针卡标记连接线Al和在步骤S204中假定的背衬材料标记连 接线Β3来计算角9(S215)。在其之后，与根据第一示范性实施例的自动过程一样(见图 6)，修正探针卡10的位置以使θ =O0在第二示范性实施例中，根据连接对准标记48的位置的背衬材料标记连接线Β3，
7来识别背衬材料40的取向。对准标记48被形成到没有形成导体图案41的位置，因此在任 何时间都可视地识别对准标记48，并且不会被诸如探针11和框架12的构成探针卡10的组 件遮蔽。这使得能够精确地识别背衬材料40的状态并且消除了为了识别背衬材料40的状 态而诸如暂时移动探针卡10的操作。虽然根据几个示范性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该意识到，本 发明在所附权利要求的精神和范围内可以实施各种修改，此外本发明不限制于上述的示 例。此外，本领域的普通技术人员希望能够结合第一和第二示范性实施例。此外，权利要求的范围不受上述示范性实施例的限制。此外，注意，申请人的意图在于涵盖所有权利要求要素的等价物，甚至涵盖随后审 查期间的修改。
权利要求
一种半导体器件的测试设备，包括探针卡识别单元，所述探针卡识别单元识别至少两个探针卡标记的位置并且假定探针卡标记连接线，所述探针卡标记被形成到探针卡，并且所述探针卡标记连接线连接所述探针卡标记的位置；背衬材料识别单元，所述背衬材料识别单元识别至少两个背衬材料标记的位置并且假定背衬材料标记连接线，所述背衬材料标记被形成到固定有半导体芯片的背衬材料，以及所述背衬材料标记连接线连接所述背衬材料标记的位置；位置关系识别单元，所述位置关系识别单元根据所述探针卡标记连接线和所述背衬材料标记连接线来识别所述探针卡与所述背衬材料之间的位置关系；以及修正单元，所述修正单元根据所述位置关系来修正所述探针卡和所述背衬材料中的至少一个的位置。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的测试设备，其中，所述探针卡标记被形成到将 多个探针固定到基底部的主体部。
3.根据权利要求2所述的半导体器件的测试设备，其中，所述主体部包括 形成至少一个开口的框架；以及至少两个突出部，所述突出部与所述框架一体地形成并且位于所述开口内，以及 所述探针卡标记被形成到所述突出部。
4.根据权利要求1所述的测试设备，其中，所述背衬材料标记是在测试过程期间使用 的至少两个电极焊盘。
5.根据权利要求1所述的测试设备，其中，所述背衬材料标记是被形成到没有形成所 述背衬材料的导体图案的位置的对准标记。
6.根据权利要求1所述的测试设备，还包括显示第一线和第二线的显示单元，以便能 够进行在所述第一线与所述第二线之间的可视比较，所述第一线对应于所述探针卡标记连 接线并且指示所述探针卡的取向，以及所述第二线对应于所述背衬材料标记连接线并且指 示所述背衬材料的取向。
7.—种测试半导体器件的方法，包括识别至少两个探针卡标记的位置，所述探针卡标记被形成到探针卡； 假定探针卡标记连接线，所述探针卡标记连接线连接所述探针卡标记的位置； 识别至少两个背衬材料标记的位置，所述背衬材料标记被形成到背衬材料； 假定背衬材料标记连接线，所述背衬材料标记连接线连接所述背衬材料的位置； 根据所述探针卡标记连接线和所述背衬材料标记连接线来识别所述探针卡与所述背 衬材料之间的位置关系；以及根据所述位置关系来修正所述探针卡与所述背衬材料中的至少一个的位置。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括显示第一线和第二线，以便能够进行在所述第 一线与所述第二线之间的可视比较，所述第一线对应于所述探针卡标记连接线并且指示所 述探针卡的取向，以及所述第二线对应于所述背衬材料标记连接线并且指示所述背衬材料 的取向。
全文摘要
本发明提供一种半导体器件的测试设备及其测试方法。根据本发明的测试设备包括探针卡识别单元，所述探针卡识别单元识别被形成到探针卡的至少两个探针卡标记的位置，并且假定连接探针卡标记的位置的探针卡标记连接线；背衬材料识别单元，所述背衬材料识别单元识别被形成到固定有半导体芯片的背衬材料的至少两个背衬材料标记的位置，并且假定连接背衬材料标记的位置的背衬材料标记连接线；位置关系识别单元，所述位置关系识别单元根据探针卡标记连接线和背衬材料标记连接线来识别探针卡与背衬材料之间的位置关系；以及修正单元，所述修正单元根据位置关系来修正探针卡和背衬材料中的至少一个的位置。
文档编号G01R1/073GK101963646SQ201010217888
公开日2011年2月2日 申请日期2010年6月23日 优先权日2009年7月23日
发明者千叶将都, 南康一, 沢信弘 申请人:瑞萨电子株式会社;日本麦可罗尼克斯股份有限公司