CN103809100A - 晶圆自动测试系统 - Google Patents

Abstract

一种晶圆自动测试系统，包括：探针卡、探针台、用于放置晶圆的晶舟、用于将所述晶圆在晶舟与探针台进行传输的机械手，所述探针台上设有放置晶圆的卡盘或清洁所述探针卡上探针的清洁盘，还包括：设置在卡盘或清洁盘上的测试数据校准件，用于将测试平面校准至所述探针针尖端面处。设置在卡盘或清洁盘上的测试数据校准件可以将探针卡上的、从与同轴电缆母接头对应的公接头至探针针尖之间的误差进行修正，从而获得精度高的测试数据。并且，可以将探针卡上的探针与所述测试数据校准件进行接触的校准过程、将待测晶圆上的待测试微波器件进行测试过程实现自动化，适用于批量测试，得到批量的精准测试数据。

Description

晶圆自动测试系统

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种晶圆自动测试系统。

背景技术

微波器件为工作在微波波段的器件，所述微波波段的频率为300～300000兆赫。微波器件按其功能分为微波震荡器、功率放大器、混频器、检波器、微波天线、微波传输线等。设置在晶圆中的芯片上的微波器件主要有两种形式，一种为片上系统（SOC片上系统，System on Chip）中的微波模块，另一种为芯片中的分立微波器件。

现有技术中，在晶圆上完成微波器件的制作后，需要对晶圆上的微波器件进行电学测试，该电学测试属于晶圆测试（CP测试，Chip Probing）的一部分，以确保在封装之前，晶圆上的各微波器件是合格产品。其中重要的一项测试为S参数测试，S参数为微波器件的散射参数，具体定义为在给定频率和系统的条件下任何非理想端口的网络传输和反射特性。

现有技术中，微波器件的S参数测试方法分为自动测试和手动测试两种。

参考图1，对微波器件的S参数进行自动测试的晶圆自动测试系统1包括测试机（Tester）14、探针卡（Probe Card）16、探针台（Prober）11、控制测试系统操作的计算机15、还包括用于放置晶圆的晶舟13、用于将晶圆在晶舟13与探针台11之间进行传输的机械手12。其中，探针台11，设有放置晶圆的卡盘111、设置在所述卡盘111上方并能将晶圆中各器件放大的显微镜（图未示）、设置在卡盘111旁边并且能够清洁探针卡16上探针的清洁盘112等。

测试机14与探针卡16、探针台11之间的相互电连接与信号连接是通过同轴电缆（Coaxial Cable）17来实现的。如果直接用与同轴电缆连接好的探针卡对放置在卡盘上的待测试微波器件进行测试，微波器件两端会有很大的插入损耗和回波损耗，从而引起很大的测试误差。

因此，需要采用机械校准套件或电子校准件将测试平面校准至接头的端面处，以免将待测试微波器件两端的插入损耗和回波损耗等测试误差计入测试数据中。所述接头包括同轴电缆两端的母接头，还包括测试机、探针卡和探针台上的与同轴电缆母接头对应连接的公接头。

具体操作为：将机械校准套件或电子校准件上的特定接头与上述同轴电缆的母接头进行对接，然后拆下机械校准套件或电子校准件。接着，将机械校准套件或电子校准件上的特定接头与测试机、探针卡和探针台上的与同轴电缆母接头对应连接的公接头进行对接，然后再拆下机械校准套件或电子校准件。

机械校准套件或电子校准件再次被拆下后，将所述公接头与所述母接头对应连接。接着，机械手12将晶舟13中的待测试晶圆放在卡盘111上，实现晶圆中的微波器件的自动测试，当晶圆自动测试系统1测试多片晶圆时，可以实现晶圆的自动批量测试。

参考图4，现有技术中，较多采用Cascade Microtech公司生产的晶圆手动测试系统2对微波器件的S参数进行测试。该晶圆手动测试系统2包括测试机（图未示）、手动探针台23、与手动探针台23可拆卸连接的若干探针座21、与所述探针座21可拆卸连接的探针22、固定在手动探针台23上方的显微镜（图未示）、用于将测试平面校准至所述探针22针尖端面处的ISS校准片（ImpedanceStandard Substrate校准片）24、若干根同轴电缆、以及机械校准套件或电子校准件等。其中同轴电缆用于实现测试机、手动探针台23、探针座21和探针22之间的电连接与信号连接。

Cascade Microtech公司制作的手动探针台23包括辅助载台231，操作人员可以将ISS校准片24固定在辅助载台231的台面上。ISS校准片24上具有校准焊点，探针22与校准焊点进行接触时，实现了将测试平面校准至探针22针尖端面处的操作。

采用上述晶圆手动测试系统2对待测晶圆上的待测微波器件进行测试的操作方法如下：

首先，采用机械校准套件或电子校准件上的特定接头将测试平面校准至接头的端面处，具体可以参考晶圆的自动测试过程中的相关描述。

接着，操作人员手动操作将ISS校准片24固定在手动探针台23中的辅助载台231上。然后根据ISS校准片24上的校准焊点的位置，手动调节并固定探针座21的位置。

接着，操作人员通过设置在手动探针台23上的显微镜，可以更精确的确定ISS校准片24上的校准焊点的位置。手动微调探针22的位置，以使探针22与ISS校准片24上的校准焊点接触。从而实现了将测试平面校准至探针22针尖尖端处的操作。

将探针22与ISS校准片24上的校准焊点接触后，操作人员需要取下ISS校准片24，然后将待测试晶圆放置在手动探针台23上。此时的待测试晶圆上具有待测试的微波器件，待测试的微波器件上具有待测试焊点。

操作人员通过显微镜手动微调探针22的位置以使经过ISS校准片24校准的探针22与待测晶圆上测试焊点接触。然后计算机记录并处理测试数据，此时，完成了该测试晶圆上的一个待测试微波器件的测试，当该晶圆上的待测试微波器件都完成测试后，操作人员会把完成测试的晶圆从手动探针台23取出，然后手动放置下一张待测试晶圆在手动探针台23上，进行下一轮的手动测试。

显然，现有技术中，手动晶圆测试装置2的测试数据被校准至探针针尖端面，因此，测试数据很准确，但是，每测一片晶圆，过程繁琐，无法实现晶圆的批量测试。然而，用现有技术中的自动晶圆测试系统虽然能够实现晶圆的批量测试，但是测试数据不精确。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中的自动晶圆测试系统的测试结果不准确。

为解决上述问题，本发明提供一种晶圆自动测试系统，包括

探针卡、探针台、用于放置晶圆的晶舟、用于将所述晶圆在晶舟与探针台进行传输的机械手，所述探针台上设有放置晶圆的卡盘或清洁所述探针卡上探针的清洁盘，其特征在于，还包括：设置在卡盘或清洁盘上的测试数据校准件，用于将测试平面校准至所述探针针尖端面处。

可选的，所述测试数据校准件为ISS校准片。

可选的，所述自动测试系统还包括校准晶圆，所述校准晶圆具有正面和背面，所述背面与所述卡盘或所述清洁盘接触，所述ISS校准片粘贴在所述校准晶圆正面或部分嵌入在所述校准晶圆内。

可选的，所述校准晶圆正面具有第一定位线，所述测试数据校准件具有第二定位线。

可选的，所述测试数据校准件为方片，所述第二定位线为所述方片的边长。

可选的，所述自动测试系统用于测试晶圆上的微波器件。

可选的，所述自动测试系统用于测试所述微波器件的散射参数。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明中，在卡盘上或所述清洁盘上设有测试数据校准件，在测量待测晶圆前，探针卡上的探针与所述测试数据校准件进行接触后，所述测试数据校准件将测试平面校准至所述探针针尖端面处，这样就可以将探针卡上的、从与同轴电缆母接头对应的公接头至探针针尖之间的误差进行修正，从而获得精度高的测试数据。并且，采用本发明的晶圆自动测试系统进行晶圆自动测试的操作方法，可以将探针卡上的探针与所述测试数据校准件进行接触的校准过程、将待测晶圆上的待测试微波器件进行测试过程实现自动化，适用于批量测试，得到批量的精准测试数据。

附图说明

图1是现有技术中的晶圆自动测试系统的立体结构示意图；

图2是探针卡的背面结构示意图；

图3是探针卡的正面结构示意图；

图4是现有技术中晶圆手动测试系统的俯视结构示意图；

图5是本发明的具体实施例中的晶圆自动测试系统；

图6是本发明一实施例中的ISS校准片安装在校准晶圆表面的俯视结构示意图；

图7是本发明另一实施例中的ISS校准片安装在校准晶圆表面的俯视结构示意图。

具体实施方式

经过发现与分析，现有技术中，晶圆自动测试系统1（参考图1）的测试结果不准确的原因如下：

参考图2和图3，晶圆自动测试系统1的探针卡16是一块印刷电路板，包括若干个与同轴电缆母接头对应连接的公接头18、探针162和将所述公接头18、探针162电连接的微带线161。探针卡16上的所述公接头18接受到的测试信号后，测试信号通过微带线161传输至探针162，微带线周围是地线163，可以最大化的减小微带线中的信号的损失。

现有技术中的晶圆自动测试系统1进行晶圆测试时，机械校准套件或电子校准件只是将测试平面校准至探针卡16的所述公接头18的端面处。然而，所述公接头18至探针162之间也会产生测试误差，通过机械校准套件或电子校准件就无法实现所述公接头18至探针162之间的测试误差的校准。从而使得现有技术中的晶圆自动测试系统1的测试数据不准确。

因此，本发明提供一种晶圆自动测试系统，采用本发明提供的晶圆自动测试系统对待测晶圆上的待测试微波器件进行测试时，不仅能够得到准确的测试数据，而且还能够应用于批量测试。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图5，本发明提供的晶圆自动测试系统5，包括：探针卡56、探针台51、用于放置晶圆的晶舟53、用于将所述晶圆在晶舟53与探针台51进行传输的机械手52，所述探针台51上设有放置晶圆的卡盘511和清洁所述探针卡56上探针的清洁盘512，其特征在于，还包括：设置在卡盘511或清洁盘512上的测试数据校准件41，用于将测试平面校准至所述探针针尖端面处。

在卡盘511或清洁盘512上设有测试数据校准件41，在测量待测晶圆前，探针卡56上的探针与所述测试数据校准件41进行接触后，所述测试数据校准件41将测试平面校准至所述探针针尖端面处，这样就可以将探针卡56上的、从与同轴电缆母接头对应的公接头至探针针尖之间的误差进行修正，从而获得精度高的测试数据。并且，采用本发明的晶圆自动测试系统，可以将探针卡56上的探针与所述测试数据校准件41进行接触的校准过程、将待测晶圆上的待测试微波器件进行测试过程实现自动化，适用于批量测试，并且得到批量的精准测试数据。

具体如下：

本发明提供的晶圆自动测试系统5是对待测试晶圆上的微波器件的S参数进行自动测试的。该系统包括测试机54、探针卡56、探针台51、测试数据校准件41、控制测试系统操作的计算机55等。其中，

测试机54为网络分析仪。

探针卡56，作为测试机54与待测试微波器件之间的接口，通常是一个带有很多细小探针的印刷电路板。探针卡56的设有若干个与同轴电缆母接头对应连接的公接头58，探针卡上的微带线（图未示）将探针卡56上的所述公接头58与探针（图未示）进行电连接和信号连接。探针卡56上的探针与待测微波器件的测试焊点的接触，传递进和传递出待测试微波器件的测试信号。

探针台51，包括放置晶圆的卡盘511、设置在所述卡盘511上方并能将晶圆上各器件放大的显微镜（图未示）、设置在卡盘511旁边并且能够清洁探针卡56上探针的清洁盘等。所述卡盘511可以再X、Y、Z方向进行移动以调整卡盘和晶圆的位置，确保所有探针都能与晶圆上的焊点中心进行接触，整个过程实现了自动化。

本实施例中，放在卡盘511上的晶圆包括待测试晶圆和校准晶圆30（参考图6或图7）。其中，校准晶圆30为用于校准的空白晶圆。本实施例中，晶圆自动测试系统5还包括校准晶圆30。其他实施例中，晶圆自动测试系统5可以不包括校准晶圆30，也属于本发明的保护范围之内。

本实施例中，校准晶圆30包括正面和背面，校准晶圆的背面后续会与卡盘511接触，测试数据校准件41粘贴或部分嵌入在校准晶圆30的正面。所述测试数据校准件41为ISS校准片。ISS校准片可以为Casecade Microtech公司的产品。

ISS校准片为精密的薄膜电阻，本实施例中的ISS校准片的电阻值为50欧姆。所述ISS校准片上具有多组校准焊点。该校准焊点由多组断路校准件（Open校准件）、短路校准件（Short校准件）、负载校准件（Load校准件）组成。其中，ISS校准片上的断路校准件是在断路状态下对探针卡56的针尖端面进行误差修正，ISS校准片上的短路校准件是在短路状态下对探针卡的针尖端面进行误差修正，ISS校准片上的负载校准件是在负载状态下对探针卡的针尖端面进行误差修正。通过这三种状态的误差修正，可以将测试平面校准至探针针尖端面处，也就是校准至待测微波器件的两端，可以将测试过程中产生的误差最小化，以获得精准的测试数据。

所述断路校准件、短路校准件、负载校准件在ISS校准片的布局和个数与探针卡56的型号一一对应，而探针卡根据待测晶圆上的待测微波器件的不同而具有不同的型号。例如，探针卡上的探针的间距不同。

其他实施例中，ISS校准片还具有传输校准件（Thru校准件），也属于本发明的保护范围。

其他实施例中，除了ISS校准片的其他的能安装在晶圆上的测试数据校准件也适用于本发明。

本实施例中，参考图6和图7，校准晶圆30正面具有若干条第一定位线311，第一定位线311用于将该校准晶圆准确定位至所述卡盘511。测试数据校准件41（本实施例为ISS校准片）具有若干条第二定位线411，第二定位线用于将ISS校准片准确定位至所述校准晶圆，所述第二定位线411的定位基准为第一定位线311。例如，参考图6，第一定位线311为两条，具体为，两条第一定位线311在校准晶圆30上互相垂直，卡盘511上也具有定位装置，该定位装置根据校准晶圆30上两条第一定位线311，将校准晶圆30准确定位在卡盘511上。ISS校准片为方片。两条第二定位线411分别为ISS校准片互相垂直的两条边长。所述两条第二定位线411的交点与互相垂直的两条第一定位线311的交点重合，并且ISS校准片互相垂直的两条第二定位线411与互相垂直的两条第一定位线311重合。再例如，参考图7，校准晶圆30上具有四条第一定位线311，包括两条水平的第一定位线311和两条竖直定位线311。ISS校准片互相垂直的两条边仍为第二定位线411。所述两条第二定位线411的交点与互相垂直的两条第一定位线311的交点重合，并且ISS校准片互相垂直的两条第二定位线411与互相垂直的两条第一定位线311重合。其他实施例中，ISS校准片可以通过其他方式固定至校准晶圆的其他位置，只要校准晶圆能够精准的设置在卡盘上，那么ISS校准片也能够位置正确的设置在校准晶圆上。

其他实施例中，ISS校准片也可以设置在清洁所述探针卡上探针的清洁盘上。所述清洁盘的作用为清洁所述探针卡上的探针。当探针对晶圆上的待测试微波器件进行测试后，探针上会有残余铝膜，将探针移至清洁盘并扎入清洁盘来实现探针的清洗。因此，当ISS校准片设置在清洁盘时，在探针与待测试晶圆的待测试焊点进行接触前，将探针与设置在清洁盘上的ISS校准片中的校准焊点进行接触时，实现了将测试平面校准至所述探针针尖端面处的步骤。

其他实施例中，ISS校准片也可以直接设置在卡盘上，也属于本发明的保护范围。

继续参考图5，本实施例中的晶圆自动测试系5还包括用于放置待测试晶圆和校准晶圆的晶舟53、用于将待测试晶圆或校准晶圆在晶舟53与探针台51之间进行传输的机械手52、将晶圆上的图形放大至计算机的显微镜（图未示）等，都属于本领域技术人员的熟知技术，在此不再赘述。

本实施例中，测试机54与探针卡56、探针台51之间的相互电连接和信号连接也是通过同轴电缆（Coaxial Cable）57来实现的。同轴电缆可以最小化的减小信号在传输过程中的损失。本实施例的晶圆自动测试系统还包括机械校准套件或电子校准件。参考背景技术中的相关内容，机械校准套件或电子校准件可以使得测试平面校准至探针卡56的与同轴电缆的母接头对应连接的公接头58的端面处。

采用上述晶圆自动测试系统5对待测晶圆上的待测微波器件进行测试的操作方法如下：

执行步骤S11，提供上述的晶圆自动测试系统、正面设有测试数据校准件的校准晶圆和具有微波器件的待测试晶圆，所述校准晶圆和待测试晶圆置于所述晶舟，所述微波器件具有测试焊点，所述测试数据校准件上具有校准焊点。

本实施例中，测试数据校准件为ISS校准片，用于将测试平面校准至所述探针针尖端面处。

接着，采用机械校准套件或电子校准件上的特定接头将测试平面校准至接头的端面处，所述接头包括同轴电缆两端的母接头，还包括测试机、探针卡和探针台上的与同轴电缆母接头对应连接的公接头。具体可以参考背景技术中晶圆的自动测试过程中的相关描述。

机械校准套件或电子校准件校准后，采用上述校准后的若干根同轴电缆将测试机与探针卡、探针台连接。

接着，执行步骤S12，机械手将放置在晶舟的校准晶圆置于卡盘上，所述校准晶圆的背面与所述卡盘接触，通过设置在探针台上的显微镜自动将校准晶圆上ISS校准片上的校准焊点呈像在计算机上，然后，计算机控制所述探针卡上的探针与所述ISS校准片上的校准焊点接触，以将测试平面校准至所述探针针尖端面处。之后，机械手将校准晶圆移至晶舟内。

接着，执行步骤S13，机械手将放置在晶舟中待测试晶圆置于卡盘上，所述待测试晶圆的背面与所述卡盘接触，通过设置在探针台上的显微镜自动将待测试晶圆上的待测试微波器件的待测试焊点与所述经过校准焊点接触后的探针进行再次接触，以获得所述微波器件的测试数据。之后，机械手将待测试晶圆移至晶舟内。

其他实施例中，当清洁盘上具有数据校准件时，参考上一实施例中的晶圆自动测试系统的操作方法，具体如下：

执行步骤S21，提供晶圆自动测试系统、具有微波器件的待测试晶圆，所述待测试晶圆置于所述晶舟，所述微波器件具有测试焊点。

执行步骤S22，所述清洁盘上设有数据校准件，所述数据校准件上设有校准焊点，所述探针卡上的探针与所述校准焊点接触，以将测试平面校准至所述探针针尖端面处。

所述测试数据校准件为ISS校准片。

执行步骤S23，机械手将所述待测试晶圆置于所述卡盘上，通过显微镜自动成像至计算机，计算机控制与所述校准焊点接触后的探针与所述测试焊点接触，以获得所述微波器件的测试数据。

本发明中，在卡盘上或所述清洁盘上设有测试数据校准件，探针卡上的探针中测量待测晶圆前与所述测试数据校准件进行接触后，所述测试数据校准件将测试平面校准至所述探针针尖端面处，这样就可以将探针卡上的、从与同轴电缆母接头对应的公接头至探针针尖之间的误差进行修正，从而获得精度高的测试数据。并且，采用本发明的晶圆自动测试系统进行晶圆自动测试的操作方法，可以将探针卡上的探针与所述测试数据校准件进行接触的校准过程、将待测晶圆上的待测试微波器件进行测试过程实现自动化，适用于批量测试，得到批量的精准测试数据。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种晶圆自动测试系统，包括：探针卡、探针台、用于放置晶圆的晶舟、用于将所述晶圆在晶舟与探针台进行传输的机械手，所述探针台上设有放置晶圆的卡盘或清洁所述探针卡上探针的清洁盘，其特征在于，还包括：设置在卡盘或清洁盘上的测试数据校准件，用于将测试平面校准至所述探针针尖端面处。

2.如权利要求1所述的自动测试系统，其特征在于，所述测试数据校准件为ISS校准片。

3.如权利要求2所述的自动测试系统，其特征在于，所述自动测试系统还包括校准晶圆，所述校准晶圆具有正面和背面，所述背面与所述卡盘或所述清洁盘接触，所述ISS校准片粘贴在所述校准晶圆正面或部分嵌入在所述校准晶圆内。

4.如权利要求3所述的自动测试系统，其特征在于，所述校准晶圆正面具有第一定位线，所述测试数据校准件具有第二定位线。

5.如权利要求4所述的自动测试系统，其特征在于，所述测试数据校准件为方片，所述第二定位线为所述方片的边长。

6.如权利要求1所述的自动测试系统，其特征在于，所述自动测试系统用于测试晶圆上的微波器件。

7.如权利要求6所述的自动测试系统，其特征在于，所述自动测试系统用于测试所述微波器件的散射参数。

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