CN101261305B - 全自动晶圆测试平台装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对半导体晶圆的功能及性能指标进行测试的全自动晶圆测试平台装置，在底架上设置的横向直线导轨，横向直线导轨上设有与其滑动连接的底板，在底架上设有底板的滑动驱动装置，在底板上设有与横向直线导轨垂直的纵向直线导轨，纵向直线导轨上滑动连接有支承板及其滑动驱动装置，支承板上设有晶圆吸附及卸落装置，在晶圆吸附及卸落装置的上方铰接有探针架，在晶圆吸附及卸落装置一侧的机架上设有光学定位识别装置的安装槽。本发明自动化程度高，装置结构紧凑，工作平稳，抗振性能好，具有较高的运动及定位精度，有效地提高了晶圆测试的自动化程度与测试速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种对半导体晶圆的功能及性能指标进行测试的全自动晶圆测试平台装置。
背景技术
未来IC测试设备制造商面临的最大挑战是如何降低测试成本。而提高测试速度和测试智能化是减低成本的必要途径。目前普遍采用的测试机与测试方法是手动测试或半自动测试。手动测试为人工放置每一片晶圆，用光学显微镜对准每个管芯后手动测试。半自动测试是人工把晶圆放置在测试台上，再通过光学显微镜扫描，手动调整晶圆的角度和第一个管芯的位置。调整好后再依次测试晶圆上的每个管芯。测试完每个晶圆后人工把晶圆放回晶圆片盒内，再取出下一个晶圆重复上述测试过程。如此人工操作大大增加了晶圆测试的时间，而且在更换不同种类的芯片后对新安装的探针必须手动调整，再通过人工设置参数。测试过程打点的准确性也无法判断。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种全自动晶圆测试平台装置，以提高产品质量，缩短生产周期。
按照本发明提供的技术方案，在底架上设置横向直线导轨，横向直线导轨上设有与其滑动连接的底板，在底架上设有底板的滑动驱动装置，在底板上设有与横向直线导轨垂直的纵向直线导轨，纵向直线导轨上滑动连接有支承板及其滑动驱动装置，支承板上设有晶圆吸附及卸落装置，在晶圆吸附及卸落装置的上方铰接有探针架，在晶圆吸附及卸落装置一侧的底架上设有光学定位识别装置的安装槽。
所述晶圆吸附及卸落装置包括底架的纵向方向设置的管状内套顶端设置的晶圆吸盘装置，所述的管状内套与升降装置与旋转装置相连，该晶圆吸盘装置包括在负压吸盘与隔热盘之间设置的加热器，在负压吸盘上表面设有若干负压气槽，在负压吸盘内设有与负压气槽连通的负压气孔，在负压吸盘上设有负压气管接头，所述的负压气管接头与负压气孔连通，在负压吸盘上设有贯穿负压吸盘、加热器与隔热盘的卸料孔，卸料孔内设有顶针以及顶针升降控制装置。
所述负压气槽为负压吸盘上表面开设的同心圆槽体，在负压吸盘与加热器之间设有热缓冲盘。管状内套底端处外壁设有滚珠滑套，滚珠滑套外壁套有夹套，所述的夹套设于固定设置的外套内并与外套转动连接，纵向丝杠顶在管状内套底端与其驱动装置相连。管状内套上设有横向伸出的摇杆，摇杆的另一端与旋转装置相连。
在晶圆吸盘装置下方设有联接盘，联接盘的下面固定设置有顶针上板和顶针下板，顶针上板和顶针下板之间滑动连接顶针中板，在顶针中板的上平面安装固定有顶针板，顶针中板通过顶针丝杠，该顶针丝杠与其驱动装置相连。顶针上板上设有顶针安装板，在顶针安装板上固定设有插入卸料孔内的顶针，在顶针安装板与负压吸盘之间的顶针外套接有复位弹簧。
在加热器与隔热盘之间设有盖板，晶圆吸盘装置在负压吸盘的下表面设有向隔热盘伸出的下凸环，相应地在隔热盘上表面设有向负压吸盘伸出的上凸环，下凸环的下端面与上凸环上端面接触并将热加热器、缓冲盘与盖板包容其内。在底架的底端处设有减振垫。
本发明自动化程度高，装置结构紧凑，工作平稳，抗振性能好，具有较高的运动及定位精度，有效地提高了晶圆测试的自动化程度与测试速度。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明中的晶圆吸附及卸落装置的结构示意图。
图3是本发明中的晶圆吸盘装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图所示：在底架4上设置横向直线导轨5，在底架4的底端处设有减振垫10与减振装置8，横向直线导轨5上设有与其滑动连接的底板9，在底架4上设有底板9的滑动驱动装置，该滑动驱动装置包括与底板9螺接的横向滚珠丝杆6，横向滚珠丝杆6一端转动连接在底架4上，另一端与固定设置在底架4上的驱动电机16的输出轴相接，底板9上设有与横向直线导轨5垂直的纵向直线导轨12，纵向直线导轨12上滑动连接有支承板14及其滑动驱动装置，该滑动驱动装置包括与支承板14螺接的纵向滚珠丝杆13，纵向滚珠丝杆13的一端与转动连接，另一端与固定设置在纵向直线导轨12上的驱动电机15的输出轴相接，纵向直线导轨12，支承板14上设有晶圆吸附及卸落装置2，在晶圆吸附及卸落装置2的上方铰接有探针架1，在晶圆吸附及卸落装置2一侧的底架4上设有光学定位识别装置的安装槽3。
为实现底板9相对于横向直线导轨5做横向的直线运动，在底架4上安装有一对横向直线导轨5和横向滚珠丝杆6，通过驱动电机16驱动横向滚珠丝杆6给予底板9运动动力，并由横向直线导轨5导向，此传动方式能较好的实现Y轴直线运动的平稳性，并能较好地控制运动精度。
所述晶圆吸附及卸落装置2包括底架的纵向方向设置的管状内套201顶端设置的晶圆吸盘装置229，所述的管状内套201与升降装置与旋转装置相连，该晶圆吸盘装置229包括在负压吸盘235与隔热盘236之间设置的加热器237，在负压吸盘235上表面设有若干负压气槽238，在负压吸盘235内设有与负压气槽238连通的负压气孔239，在负压吸盘235上设有负压气管接头240，所述的负压气管接头240与负压气孔239连通，在负压吸盘235上设有贯穿负压吸盘235、加热器237与隔热盘236的卸料孔241，卸料孔241内设有顶针230以及顶针升降控制装置。
所述负压气槽238为负压吸盘235上表面开设的同心圆槽体，在负压吸盘235与加热器237之间设有热缓冲盘242。管状内套201底端处外壁设有滚珠滑套215，滚珠滑套215外壁套有夹套209，所述的夹套209设于固定设置的外套210内并与外套210转动连接，纵向丝杠217顶在管状内套201底端与其驱动装置相连。管状内套201上设有横向伸出的摇杆221，摇杆221的另一端与旋转装置相连。
在晶圆吸盘装置229下方设有联接盘228，联接盘228的下面固定设置有顶针上板203和顶针下板207，顶针上板203和顶针下板207之间滑动连接顶针中板204，在顶针中板204的上平面安装固定有顶针板227，顶针中板204通过顶针丝杠205，该顶针丝杠205与其驱动装置相连。顶针上板203上设有顶针安装板232，在顶针安装板232上固定设有插入卸料孔241内的顶针230，在顶针安装板232与负压吸盘235之间的顶针230外套接有复位弹簧231。
在加热器237与隔热盘236之间设有盖板245，晶圆吸盘装置229在负压吸盘235的下表面设有向隔热盘236伸出的下凸环243，相应地在隔热盘236上表面设有向负压吸盘235伸出的上凸环244，下凸环243的下端面与上凸环244上端面接触并将热加热器237、缓冲盘242与盖板245包容其内。
在水平面内的支承板14上方布置了一个纵向的外套210、夹套209、管状内套201三层式的套筒结构，外套210作为基础支撑固定不动，夹套209起中间过渡作用，夹套209与外套210由深沟球轴承208联接，夹套209相对于外套210只能转动；夹套209与管状内套201由滚珠滑套215过渡联接，同时夹套209与管状内套201在径向上垂直均布有三组导杆24直线轴承23，这样便使得管状内套201和夹套209能一起转动的同时只能做相对的Z向上下滑动。管状内套201的上下滑动是靠Z轴电机11通过Z轴同步带213驱动Z轴丝杠217传动实现的，Z轴丝杠217通过Z轴丝杠座、深沟球轴承218和六角螺母219被垂直安装固定在夹套209上。利用丝杠传动产生的直线运动具有较好的平稳性和精确性，这有利于晶圆测试需求。此传动利用滚珠滑套215和三组导杆224直线轴承223作为导向，大大地提高了运动的平稳性和精确性，同时也有效地缩小了部件在径向上的整体尺寸。
测试台晶圆吸盘装置229为一圆盘体，由多层组装而成，该装置通过联接盘228过渡被一起安装固定在管状内套201的上端面，联接盘228采用氧化铝陶瓷制成，其材料属性能将测试台晶圆吸盘装置229产生的温度有效地同其他零部件隔开。在联接盘228的下面安装固定有顶针上板203、顶针中板204和顶针下板207，顶针上板203和顶针下板207相对于联接盘228固定不动，顶针中板204的上平面安装固定有顶针板227，顶针中板204通过顶针丝杠205的驱动带动顶针板227在顶针上板203和顶针下板207之间一起做上下升降。当顶针板227上升时能将导杆233上顶，由于顶针230、顶针安装板232和导杆233三者安装成一体，故顶针230也被向上顶出；当顶针板227下降时，在复位弹簧31的作用下顶针230下降。
综上所述，测试台晶圆吸盘装置229和顶针部件作为一个整体被安装在管状内套201上端面，这样便能通过纵向丝杠217传动实现了晶圆片的纵向升降。通过摇杆控制机构222控制摇杆221来实现晶圆片的水平方向偏角纠正及补偿。顶针装置能随纵向轴升降并能相对独立地完成动作。
为较好地将薄片状的晶圆固定，考虑到固定的牢固及均匀等因素，本发明采取真空吸附的方式，即将用以吸附晶圆的负压吸盘235表面加工出例如十个同心的圆形负压气槽238，每个负压气槽238均有一个负压气孔239，另外还可把这十个负压气槽238分成三组，每组有单独的气路供气，由负压气管接头240联接负压气孔239同外部气管连接，这样就形成了由三个气路控制的真空吸附系统。该系统吸附牢固且均匀平稳，在测试过程中，可根据晶圆片规格尺寸的不同对此三个气路分别进行开关和气压控制。为便于测试的定位，在负压吸盘235的中心制有识别标记。基于晶圆在上片及卸载时顶针升降的需要，在负压吸盘235上加工有卸料孔241。
为满足晶圆测试时的温度要求，本发明采取电加热的方式，该加热动作由加热器237完成，在加热器的引出线上安装温控开关，并在负压吸盘235内装入温度传感器对温度进行监控，以实现在温度过高或过低时得以开关控制，使得晶圆测试能在预期的温度环境中完成。
加热器盖板245可将加热器237压盖安装固定在负压吸盘235上，加热器盖板245上有接地线引出，确保测试时的安全性。同时考虑到晶圆测试对温度的稳定性的要求，本发明的装置中涉入了热缓冲盘242和隔热盘236，热缓冲盘242和隔热盘236是由一种热固性塑料DMC制成，其吸热慢且放热慢的材料属性具有较好的将温度储存的功能，同时在和外部零部件安装时也起到了较好的隔热作用。
Claims (9)
1.一种全自动晶圆测试平台装置，包括设置在底架(4)上的横向直线导轨(5)，其特征是：横向直线导轨(5)上设有与其滑动连接的底板(9)，在底架(4)上设有底板(9)的滑动驱动装置，在底板(9)上设有与横向直线导轨(5)垂直的纵向直线导轨(12)，纵向直线导轨(12)上滑动连接有支承板(14)及其滑动驱动装置，支承板(14)上设有晶圆吸附及卸落装置(2)，在晶圆吸附及卸落装置(2)的上方铰接有探针架(1)，在晶圆吸附及卸落装置(2)一侧的底架(4)上设有光学定位识别装置的安装槽(3)。
2.如权利要求1所述的全自动晶圆测试平台装置，其特征是：所述晶圆吸附及卸落装置(2)包括底架的纵向方向设置的管状内套(201)，及设置于管状内套(201)顶端的晶圆吸盘装置(229)，所述的管状内套(201)分别与升降装置及旋转装置相连，该晶圆吸盘装置(229)包括在负压吸盘(235)与隔热盘(236)之间设置的加热器(237)，在负压吸盘(235)上表面设有若干负压气槽(238)，在负压吸盘(235)内设有与负压气槽(238)连通的负压气孔(239)，在负压吸盘(235)上设有负压气管接头(240)，所述的负压气管接头(240)与负压气孔(239)连通，在负压吸盘(235)上设有贯穿负压吸盘(235)、加热器(237)与隔热盘(236)的卸料孔(241)，卸料孔(241)内设有顶针(230)以及顶针升降控制装置。
3.如权利要求2所述的全自动晶圆测试平台装置，其特征是：所述负压气槽(238)为负压吸盘(235)上表面开设的同心圆槽体，在负压吸盘(235)与加热器(237)之间设有热缓冲盘(242)。
4.如权利要求2所述的全自动晶圆测试平台装置，其特征是：管状内套(201)底端处外壁设有滚珠滑套(215)，滚珠滑套(215)外壁套有夹套(209)，所述的夹套(209)设于固定设置的外套(210)内并与外套(210)转动连接，纵向丝杠(217)顶在管状内套(201)底端与其驱动装置相连。
5.如权利要求4所述的全自动晶圆测试平台装置，其特征是：管状内套(201)上设有横向伸出的摇杆(221)，摇杆(221)的另一端与旋转装置相连。
6.如权利要求2所述的全自动晶圆测试平台装置，其特征是：在晶圆吸盘装置(229)下方设有联接盘(228)，联接盘(228)的下面固定设置有顶针上板(203)和顶针下板(207)，顶针上板(203)和顶针下板(207)之间滑动连接顶针中板(204)，在顶针中板(204)的上平面安装固定有顶针板(227)，顶针中板(204)通过顶针丝杠(205)，该顶针丝杠(205)与其驱动装置相连。
7.如权利要求6所述的全自动晶圆测试平台装置，其特征是：顶针上板(203)上设有顶针安装板(232)，在顶针安装板(232)上固定设有插入卸料孔(241)内的顶针(230)，在顶针安装板(232)与负压吸盘(235)之间的顶针(230)外套接有复位弹簧(231)。
8.如权利要求2所述的全自动晶圆测试平台装置，其特征是：在加热器(237)与隔热盘(236)之间设有盖板(245)，晶圆吸盘装置(229)在负压吸盘(235)的下表面设有向隔热盘(236)伸出的下凸环(243)，相应地在隔热盘(236)上表面设有向负压吸盘(235)伸出的上凸环(244)，下凸环(243)的下端面与上凸环(244)上端面接触并将加热器(237)、缓冲盘(242)与盖板(245)包容其内。
9.如权利要求1所述的全自动晶圆测试平台装置，其特征是：在底架(4)的底端处设有减振垫(10)。
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