[发明专利]用于受测试器件的模块化轨道系统、轨道系统、机构以及设备

说明书

本文中的系统、装置和方法可以提供多位点定位机构，该多位点定位机构适于在有或者没有受控环境的情况下跨一温度范围内对(一个或多个)受测试器件(DUT)(例如，半导体晶圆)进行长期测试。本文中的系统、装置和方法包括安装部件、机构和结构，这些安装部件、机构和结构可以提供极佳的机械稳定性，允许具有高分辨率的、相对较近工作距离的光学元件，使得在具有最小热扰动的受控环境中的高温下能够进行精密定位。本文中的系统、装置和方法可以具有模块化，例如，模块化以具有可以容易地添加或者移除且可以允许接入至密集堆积阵列中的探针模块的轨道和测试位点。

技术领域

本公开总体上涉及多位点精度定位机构，具体来说，就是用于定位用于受测试器件(DUT)的多探针阵列(例如，跨一宽温度范围测试半导体晶圆中的半导体器件)的装置。

背景技术

半导体电路元件在不断变得更小。更小的工艺会要求更大的测试样本量以及更小的应力、持续时间更长的测试。

随着更小器件到来的还有对减少电接触衬垫大小的制造压力。更小的接触衬垫会要求在XY和Z两者上的更高的探针定位准确度。为更小衬垫所设计的探针技术还可以具有在它们被损坏前的在Z超行程中的更小误差裕度。结果可能是小的机械扰动，这些机械扰动在相对较大衬垫(例如，100μ0或者200μ0大小的衬垫)时不会成为问题，但在相对较小衬垫时(例如，30μ0或者40μ0大小的衬垫)可能使得探针错过其衬垫，或者甚至可能损坏针对更小衬垫所设计的探针。

在第6011405号美国专利中，位点的XY位置由交叉杆来确定。阵列具有通过每个杆来移动多个位点的缺点。位点串扰使得精细调整成为繁琐、迭代的过程。在垂直和横向两者上，杆的刚度都是一个问题。低垂直刚度可以使探针在中间位置下陷。对阵列顶部的意外施力可能损坏探针模块。低横向刚度可能导致杆在调整期间由于位点处的摩擦而杆弯曲。在对准期间由于摩擦力的应力积累可能凭借小振动或温度改变而随着时间松弛，从而引起探针位置的偏移。在个别位点处的机构以及两个杆的高度限制了显微镜工作距离。从下方接入至探针卡可能很麻烦。探测多个晶粒的双面楔形卡针对一个晶粒间距工作。

在第7436171号美国专利中，展示了在轨道上使用个别探针位点，其中轨道位置提供一个在XY轴线上的粗略定位，轨道上的位点的位置提供另一个粗略的XY位置。每个位点具有在X、Y、Z上以及围绕一个轴线的四个精细位置调整。倾斜构件实现至探针卡的接入以从上方进行替换。该设计具有若干缺点。位点/轨道和轨道/压板的界面依靠线性支承推车和轨道。推车为弹性地预负载，限制了推车的刚度。在生产期间的仔细匹配能够提高刚度，但是会使得以后难以将推车添加到轨道上。此外，通过可随系统部件的温度改变而容易地改变的力的平衡来控制位置。这个设计的另一个问题是接近探针卡。为了更换探针卡而倾斜轨道是需要空间的。在具有平行轨道的紧密间隔的阵列中，可能需要移动多个轨道以接入至一个轨道上的一个坏卡。空间限制推动了对可以容易地在低负载下偏转的相对薄的轨道的需求。取决于例如压板引导件之间的跨度，可能需要软接触来阻止轨道在位点调整期间偏转。此外，精确定位机构的高度可以限制显微镜工作距离以及光学分辨率。

在第8402848号美国专利中，多功能探针模块在定位器臂上，其中3轴线定位器具有在一个或两个轴线上倾斜的基座。臂覆盖晶圆的许多部分，从而限制能够被同时测试的位点的数量。臂为不同的形状。随着温度的改变，臂可能发生不同的扭曲。通过倾斜的基座所提供的探针模块平坦化调整自探针偏移，这可能在探针处引起Z上的大改变并且对于不同的臂类型可能具有不同的表现。

发明内容

本公开总体上涉及多位点精度定位机构，具体来说，就是用于定位用于(一个或多个)受测试器件(DUT)的多探针阵列(例如，跨一宽温度范围测试半导体晶圆中的半导体器件)的系统、装置和方法。