[发明专利]用于测试半导体装置的设备及方法

说明书

本发明是用于测试硅晶圆或封装装置的测试系统。该系统包含具有多个测试堆叠的测试器，每个测试堆叠都支撑测试引擎的垂直堆叠、数据缓冲器、引脚驱动器和其他资源，其通过快速数据链接在一侧电性连接到晶圆或受测装置，在另一侧电性连接到测试主机。每个测试堆叠设置在电性连接到晶圆的晶圆接触器的顶侧或电性连接到受测装置的负载板上。该系统包含冷却系统，用于在操作过程中散热。该系统使受测装置的焊盘与测试器的引脚驱动器、测试引擎、以及测试主机之间的数据信号路径最小化。通过将每个测试堆叠的底部直接连接到晶圆接触器，可以实现高性能。

技术领域

本发明的各种实施例总体上涉及用于测试例如半导体晶圆的半导体装置的设备，以及用于这种测试的方法。特别地，本发明的各种实施例涉及一种紧凑的、高速的系统，用于通过以支撑测试引擎、数据缓冲器，引脚驱动器和其他必要的测试资源的多个垂直堆叠代替常规的探针卡来测试半导体晶圆，其中，每个堆叠都位于分配给其进行测试的晶圆区域的正上方。

背景技术

通常在晶粒封装之前对半导体晶圆上的积体电路进行功能缺陷测试。希望尽可能有效且经济地进行这种测试。因而，需要一种测试设备，其提供对包含半导体晶圆的半导体装置的有效且经济地测试。因此，必须进行自动化的多站点测试。然而，提供这种自动化的多站点测试所需的大型测试设备是一个障碍。此外，对于半导体晶圆的测试速度正在快速地增加，并且减小测试器尺寸是关键的，因为信号传播速度与信号走线长度间接成比例。因此，需要一种紧密的测试系统，其解决这些问题并努力实现到受测装置(Device UnderTest；DUT)的最小信号路径长度(Minimum Signal Path Length；MSPL)。

发明内容

大体而言，本发明包括用于测试半导体装置的系统，半导体装置包含但不限于硅晶圆。在一些实施例中，系统包括晶圆测试器，晶片测试器包含多个测试堆叠、晶圆接触器及冷却系统。每个测试堆叠代表一个测试通道，该通道可以支撑多个各式的测试引擎、数据缓冲器、引脚驱动器及其他必要的测试资源，组织在相同大小的板(统称为“测试板”)中，这些测试板在矩形棱柱形的壳体中水平对齐并垂直堆叠在彼此的顶部，该矩形棱柱形的壳体包含矩形底部和顶部以及在矩形底部和顶部之间垂直延伸的四个侧部。每个测试堆叠直接设置在晶圆接触器的顶部上，晶圆接触器是具有平坦顶表面的板片，每个测试堆叠的底部连接到该平坦顶表面，并且具有与要测试的晶圆接触的相对的平坦底表面，该平坦底表面可以通过关联的晶圆处理设备被定位在晶圆接触器下方。一个重要的区别是，测试堆叠直接连接到晶圆接触器，从而消除了习惯用于将引脚驱动器板连接到晶圆接触器的常规的探针卡。如此一来，通过将每个测试堆叠直接放置在要测试的晶粒或受测装置上方，就可以实现最小信号路径长度。

冷却系统包含通道网络，该通道网络使冷却流体通过测试堆叠的角柱，以便在操作过程中除去热。冷却系统还可以包含多个风扇，这些风扇位于测试堆叠周围以及晶圆测试器所处的任何隔室中，以使环境空气在晶圆测试器周围循环。

每个测试堆叠具有电路，用于将主测试电脑电性连接到测试堆叠中的每个测试板，并且用于将测试堆叠中的测试板电性连接到晶圆接触器。晶圆接触器具有将每个测试堆叠电性连接到要测试的晶圆或晶粒的电路。该电路提供了主测试电脑、测试板以及要测试的晶圆之间的数据输入/输出。在其他实施例中，测试堆叠连接到含有用于受测装置的插座的负载板。除了信号之外，从电力服务器板提供电力至晶圆连接器以及要测试的晶圆，该电力服务器板用做要测试的装置的电源。电力也由个别的电力提供给每个测试堆叠和测试板。在一些实施例中，若包含在测试板中的引脚驱动器能够提供受测晶圆(Wafer UnderTest；WUT)上的晶粒所需的电流，则通过测试堆叠提供用于要测试的装置的电力。

用于将主测试电脑电性连接到测试堆叠中每个测试板的电路被包含在附接到测试堆叠的顶部的电路板中。该电路板包含测试堆叠的控制器和测试引擎，并由硬质板组成，该硬质板与一个或两个或四个柔性电路板配对，并在测试堆叠的一侧、两侧或全部四个侧面上具有延伸部分，通过这些延伸部分，测试堆叠控制器和测试引擎连接到测试堆叠内部的测试板。