CN104459508B - 一种晶圆测试系统和晶圆测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆测试系统和晶圆测试方法，所述系统包括飞针测试机和载板，飞针测试机用于对待测晶圆进行测试，载板用于在飞针测试机上承载待测晶圆，并提供与飞针测试机的夹板框相对应的对位标记以及载板版图，载板版图与待测晶圆的版图配合形成待测试版图文件，待测试版图文件导入所述飞针测试机的软件操作系统后形成测试图形文件。本发明能够通过飞针测试机对各类转接板晶圆或无源集成器件的晶圆进行自动化测试，且对不同版图的晶圆测试，无需购买自动探针台，并且不用根据不同版图的待测晶圆定制相应的昂贵探针卡，提高了灵活性，降低了成本，缩短了周期，推进TSV、TGV等晶圆转接板和IPD技术的产业化进程。

Description

一种晶圆测试系统和晶圆测试方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种晶圆测试系统和晶圆测试方法。

背景技术

随着电子产品的快速发展，微电子封装技术向多功能、小型化、便携式、高速度、低功耗和高可靠性的趋势发展。系统级封装(System In a Package，简称SIP)能有效缩小芯片面积，降低功耗和散热，在晶圆上制作转接板和LCR器件的技术，如硅通孔(Through SiVia，简称TSV)技术、玻璃通孔转接板晶圆(TGV)技术以及集成无源器件(IntegratedPassive Device，简称IPD)技术是SIP封装的重要技术，因此受到越来越广泛的关注。

目前还没有发现专门针对晶圆类转接板的自动测试设备，成为研发的瓶颈之一。传统的印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)转接板使用飞针测试，飞针测试机使用四到八个独立控制的探针，在程控马达驱动下逐个点测PCB板上的测试点，从而确认短路、开路和元件值，在测试元件布置高密度、层数多、布线密度大、测点距离小的电路板方面具有精细节距、不受网格限制、测试灵活和速度快等优点。但是，由于减薄后的晶圆只有几百个微米厚度，非常脆弱易碎，无法在目前的飞针测试机上固定放置。同时，飞针测试机上的待测样品是以矩形基板上的铜质外框作为大致基准位置确定的，无法和圆形的待测晶圆的基准位置进行对准。现有技术中，需要购买自动探针台进行晶圆测试，并且针对不同的晶圆版图，需要定制不同的探针卡，测试不灵活、成本高、周期长且不利于SIP技术的产业化进程。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种晶圆测试系统和晶圆测试方法，用于提高晶圆测试的灵活性，降低测试成本，缩短测试周期，提高TSV、TVG以及IPD技术的产业化进程。

第一方面，本发明实施例提供了一种晶圆测试系统，所述系统包括：

飞针测试机，用于对待测晶圆进行测试；

载板，用于在所述飞针测试机上承载所述待测晶圆，并提供与所述飞针测试机的夹板框相对应的对位标记以及载板版图，所述载板版图与所述待测晶圆的版图配合形成待测试版图文件，所述待测试版图文件导入所述飞针测试机的软件操作系统后形成测试图形文件。

进一步地，所述载板采用印刷电路工艺制作。

进一步地，所述载板包括：

矩形外框，通过印刷电路技术制作在所述载板边缘的一圈矩形边线，用于将所述载板与所述飞针测试机的夹板框上的限位标识对准；

对位标记，和所述矩形外框一起通过印刷电路技术制作在所述载板表面，用于配合待测晶圆的对位标记确定所述待测晶圆和载板的相对位置，其中，所述晶圆为转接板晶圆或无源集成器件的晶圆。

进一步地，所述晶圆测试系统还包括：

静电贴，用于将所述待测晶圆固定到所述载板上。

进一步地，所述对位标记的形状为圆形，所述对位标记的大小与所述待测晶圆的大小相同，在所述对位标记边缘的N个点上设置有第一对位图形，所述N为整数。

进一步地，所述待测晶圆的对位标记在所述待测晶圆边缘的M个点上设置有第二对位图形，所述M为整数，且所述M与所述N的数目相同。

进一步地，所述第一对位图形为设置在所述对位标记边缘的N个点上且背向对位标记的圆心的直线段，所述第二对位图形为在所述待测晶圆边缘的M个点上且面向待测晶圆的圆心的直线段。

第二方面，本发明实施例提供了一种晶圆测试方法，所述方法包括：

将固定有待测晶圆的载板安放到飞针测试机的夹板框上；

将所述载板的版图和所述待测晶圆的版图分别作为不同层合成待测试版图文件，并将所述待测试版图文件导入所述飞针测试机的软件操作系统，进行识别处理形成测试图形文件；

所述飞针测试机根据所述测试图形文件对所述待测晶圆进行测试。

进一步地，所述将固定有待测晶圆的载板安放到飞针测试机上包括：

根据载板上的对位标记和所述待测晶圆上的对位标记确定待测晶圆和载板的相对位置；

根据所述相对位置将所述待测晶圆固定到所述载板上；

将固定有待测晶圆的载板的矩形外框与所述飞针测试机的夹板框上的限位标志对准后安放到所述飞针测试机的夹板框上。

进一步地，根据所述相对位置将所述待测晶圆固定到所述载板上包括：

将所述待测晶圆放置于静电贴上；

根据所述相对位置，将所述放置有待测晶圆的静电贴固定到所述载板上。

进一步地，所述晶圆为转接板晶圆或无源集成器件的晶圆。

本发明实施例提供的晶圆测试系统和晶圆测试方法，通过将待测晶圆固定到载板上，再将固定有待测晶圆的载板安放到飞针测试机上，由此，能够通过飞针测试机对待测晶圆进行自动化测试，且可以对不同版图的待测晶圆进行测试，无需购买自动探针台，并且不用根据不同版图的待测晶圆定制相应的昂贵的探针卡，提高了晶圆测试的灵活性，降低了测试成本，缩短了测试周期，提高了测试效率，从而促进TSV、TVG以及IPD等技术实现产业化进程。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：

图1是本发明实施例提供的一种晶圆测试系统中载板的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种晶圆测试系统中待测晶圆的示意图；

图3是本发明另一个实施例提供的一种晶圆测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

图1是本发明实施例提供的一种晶圆测试系统中载板的示意图，图2是本发明实施例提供的一种晶圆测试系统中待测晶圆的示意图，下面结合图1和图2来描述本发明的实施例进行描述。

所述晶圆测试系统包括飞针测试机和载板，所述飞针测试机用于对待测晶圆进行测试，所述载板用于在所述飞针测试机上承载所述待测晶圆，并提供与所述飞针测试机的夹板框(shuttle)相对应的对位标记以及载板版图，所述载板版图与所述待测晶圆的版图配合形成待测试版图文件，所述待测试版图文件导入所述飞针测试机的软件操作系统后形成测试图形文件。

在所述晶圆上可以制作转接板和LCR器件，其中，所述晶圆为转接板晶圆或无源集成器件的晶圆，优选为硅通孔转接板晶圆(TSV)、玻璃通孔转接板晶圆(TVG)和集成无源器件晶圆(IPD)。

飞针测试机是使用四到八个独立控制的探针，在程控马达驱动下逐个点测电路板上的测试点，从而确认短路、开路和元件值，是针对元件布置高密度、层数多、布线密度大、测点距离小的电路板进行测试的一种仪器，主要测试电路板的绝缘和导通值，能对测试过程和故障点进行实时监控，保证测试的准确性，具有精细节距，不受网格限制，测试灵活，速度快等特点，目前，生产飞针测试机的厂家主要包括日本的TAKAYA、EMMA和MicroCraft，德国的ATG以及意大利的Seica和Spea等。

本发明实施例通过将待测晶圆承载在载板上，再将承载有待测晶圆的载板安放到飞针测试机上，从而可以实现对待测晶圆的自动化测试。

具体地，如图1所示，所述载板采用印刷电路工艺制作，载板1上可包括矩形外框11和对位标记12。

载板1的形状为矩形，矩形外框11通过印刷电路技术制作在载板1边缘的一圈矩形边线，材质可以为铜，用于将载板1与所述飞针测试机的夹板框(shuttle)上的限位标识对准，从而确定待测晶圆在飞针测试机上初步的基准位置。

对位标记12和矩形外框11一起通过印刷电路技术制作在载板1的表面，材质可以为铜，用于配合所述待测晶圆的对位标记确定待测晶圆和载板1的相对位置。根据该相对位置，能够将待测晶圆准确的固定在载板1上。

优选的，对位标记12的形状为圆形，所述对位标记的大小与所述待测晶圆的大小相同，在所述对位标记边缘的N个点上设置有第一对位图形，所述N为整数。所述待测晶圆的对位标记在所述待测晶圆边缘的M个点上设置有第二对位图形，所述M为整数，且所述M与所述N的数目相同。所述第一对位图形和所述第二对位图形可以是任意形状的几何图形，所述第一对位图形和所述第二对位图形的形状可以相同也可以不同，例如：所述第一对位图形为正方形，所述第二对位图形为与所述正方形边长相等的正三角形，当所述正方形的一边与所述正三角形的一边对合时，能够精确的确定待测晶圆在载板1上的相对位置；又例如：对位标记12边缘的2个等分点上设置有第一对位图形，所述第一对位图形包括圆形菱形，在待测晶圆边缘的2个等分点上设置有第二对位图形，所述第二对位图形包括圆形和菱形，当所述第一对位图形中的圆形和第二对位图形中的圆形对合时，能够精确的确定待测晶圆在载板1上的相对位置。优选的，所述第一对位图形与所述第二对位图形的形状相同，且分别有相同的对应位置。更优选的，在所述载板上的对位标记边缘的N个等分点上且背向对位标记12圆心的位置上设置有四条直线段，所述待测晶圆的对位标记在所述待测晶圆边缘的M个等分点且面向待测晶圆圆心的位置上设置有四条直线段，且M等于N，将载板1上的对位标记的四条直线段分别和待测晶圆上的四条直线段位于一条直线上，从而精确确定待测晶圆在载板1上的相对位置，根据该相对位置，将待测晶圆准确的固定在载板1上，所述载板的对位标记在制作之前将对位标记布在载板的版图上。

优选的，所述晶圆测试系统还可包括静电贴(图1中未示出)，所述静电贴是一种透明的自粘膜，将所述静电贴平敷在所述载板上，在静电的吸附下能够将待测晶圆固定到所述载板上。

在本实施例中，将待测晶圆固定到载板1上以后，根据载板1的上的矩形外框确定待测晶圆在飞针测试机中的基准位置，由于载板1的版图和所述待测晶圆的版图之间没有互联，可以将待测晶圆的版图和载板1的版图作为不同层合成一个版图文件导入飞针测试机的软件操作系统，进行识别处理形成测试图形文件，这样飞针测试机的软件系统能根据载板版图和待测晶圆版图合成的图形文件形成测试图形文件，并且生成待测晶圆上的测试点。实现对待测晶圆的自动化测试。该晶圆测试系统能够检测晶圆转接板电路中的主要问题，包括由工艺缺陷导致的电阻变大、开路、两个电路网络之间的短路以及LCR器件值等，该晶圆测试系统不受晶圆的工艺条件和TSV深宽比等因素的限制，当待测晶圆的厚度减薄时，由于待测晶圆容易破碎，因此需要调整飞针探测机上探针的压力，避免损坏晶圆，此外，该晶圆测试系统可以测试不同版图的待测晶圆，无需购买昂贵的自动探针台，并且不用根据不同版图的待测晶圆定制相应的昂贵的探针卡，提高了晶圆测试的灵活性、降低了测试成本、缩短了测试周期，推动TSV、TVG以及IPD技术的产业化进程。

图3是本发明另一个实施例提供的一种待测晶圆测试方法的流程图，该方法使用上述实施例提供的晶圆测试系统对待测晶圆进行测试，如图3所示，该晶圆测试方法包括：

步骤11、将固定有待测晶圆的载板安放到飞针测试机的夹板框上。

待测晶圆厚度很薄，非常脆弱易碎，将待测晶圆固定到载板上，从而通过所述载板将所述待测晶圆安放到所述飞针测试机的夹板框上。

在所述晶圆上可以制作转接板和LCR器件，其中，所述晶圆为转接板晶圆或无源集成器件的晶圆，优选为硅通孔转接板晶圆(TSV)、玻璃通孔转接板晶圆(TVG)和集成无源器件晶圆(IPD)。

具体地，将固定有待测晶圆的载板安放到飞针测试机的夹板框上可包括：

步骤111、根据载板上的对位标记和所述待测晶圆上的对位标记确定待测晶圆和载板的相对位置。

所述对位标记的形状为圆形，所述对位标记通过印刷电路技术制作在载板表面，材质可以为铜，所述对位标记的大小与所述待测晶圆的大小相同，在所述对位标记边缘的N个点上设置有第一对位图形，所述N为整数。所述待测晶圆的对位标记在所述待测晶圆边缘的M个点上设置有第二对位图形，且所述M与所述N的数目相同。需要说明的是，所述第一对位图形和所述第二对位图形的形状可以相同也可以不同，优选的，所述第一对位图形和所述第二对位图形的形状相同，当载板上的对位标记与待测晶圆上的对位标记重合且第一对位图形和第二对位图形严格对准时，能够精确的确定待测晶圆在载板上的相对位置，根据该相对位置，将待测晶圆准确的固定在载板上。

步骤112、根据所述相对位置将所述待测晶圆固定到所述载板上。

具体地，可以将所述待测晶圆平稳的放到透明的静电贴上，根据所述载板上的对位标记和待测晶圆上的对位标记确定的待测晶圆和载板的相对位置，将放置有待测晶圆的静电贴固定到所述载板上，保证在测试进行过程中所述待测晶圆和所述载板之间不会发生移动，从而避免误测，其中，所述相对位置也就是载板上的对位标记和待测晶圆上的对位标记对合时待测晶圆在载板上的位置。

步骤113、将固定有待测硅晶圆的载板的矩形外框与所述飞针测试机的夹板框上的限位标志对准后安放到所述飞针测试机的夹板框上。

所述矩形外框通过印刷电路技术制作在所述载板的边缘，用于将所述载板与飞针测试机的夹板框上的限位标识对准，即根据所述矩形外框将固定有待测晶圆的载板与飞针测试机的夹板框上的限位标志对准，从而能在飞针操作系统中初步识别待测晶圆。

步骤12、将所述载板的版图和所述待测晶圆的版图分别作为不同层合成待测试版图文件，并将所述待测试版图文件导入所述飞针测试机的软件操作系统，进行识别处理形成测试图形文件。

为了能在飞针测试机的软件系统中识别待测晶圆的测试点，将载板的版图和待测晶圆的版图作为不同层生成一个版图文件后，将该版图文件导入飞针测试机的软件操作系统中，进行识别处理形成测试图形文件，载板上的矩形外框作为最终测试图形文件的外框。

步骤13、所述飞针测试机根据所述测试图形文件对所述待测晶圆进行测试。

飞针测试机根据导入的测试图形文件对待测晶圆进行自动化测试，能够对不同版图的待测晶圆进行测试，无需购买昂贵的自动探针台，并且不用根据不同版图的待测晶圆定制相应的昂贵的探针卡。

本发明另一个实施例提供的晶圆测试方法，一方面能够检测待测晶圆转接板电路中的主要质量问题，包括工艺缺陷导致的电阻变大、开路、两个电路网络之间的短路以及LCR器件值等，另一方面，该测试方法不受待测晶圆工艺条件和深宽比等因素的限制，当待测晶圆减薄后，需要调整飞针测试机的探针压力以免破坏待测晶圆，第三方面，在实际应用中，无论是处于研发还是量产阶段，采用该晶圆测试方法能够以较低的成本快速、灵活的测试待测晶圆上转接板的互联情况和LCR元器件值，提高了测试的灵活性、降低了测试成本、缩短了测试周期，能够有力推动TSV、TGV和IPD等封装技术的产业化。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种晶圆测试系统，其特征在于，所述系统包括：

飞针测试机，用于对待测晶圆进行测试；

载板，用于在所述飞针测试机上承载所述待测晶圆，并提供与所述飞针测试机的夹板框上的限位标志相对应的矩形外框以及载板版图，所述载板版图与所述待测晶圆的版图配合形成待测试版图文件，所述待测试版图文件导入所述飞针测试机的软件操作系统后形成测试图形文件。

2.根据权利要求1所述的晶圆测试系统，其特征在于，所述载板采用印刷电路工艺制作。

3.根据权利要求2所述的晶圆测试系统，其特征在于，所述载板包括：

矩形外框，通过印刷电路技术制作在所述载板边缘的一圈矩形边线，用于与所述飞针测试机的夹板框上的限位标识对准后安放到所述飞针测试机的夹板框上；

对位标记，和所述矩形外框一起通过印刷电路技术制作在所述载板表面，用于配合待测晶圆的对位标记确定所述待测晶圆和载板的相对位置，其中，所述晶圆为转接板晶圆或无源集成器件的晶圆。

4.根据权利要求1-3任一所述的晶圆测试系统，其特征在于，所述晶圆测试系统还包括：

静电贴，用于将所述待测晶圆固定到所述载板上。

5.根据权利要求3所述的晶圆测试系统，其特征在于，所述载板上的对位标记的形状为圆形，所述载板上的对位标记的大小与所述待测晶圆的大小相同，在所述载板上的对位标记边缘的N个点上设置有第一对位图形，所述N为整数。

6.根据权利要求5所述的晶圆测试系统，其特征在于，所述待测晶圆的对位标记在所述待测晶圆边缘的M个点上设置有第二对位图形，所述M为整数，且所述M与所述N的数目相同。

7.根据权利要求6所述的晶圆测试系统，其特征在于，所述第一对位图形为设置在所述对位标记边缘的N个点上且背向对位标记的圆心的直线段，所述第二对位图形为在所述待测晶圆边缘的M个点上且面向待测晶圆的圆心的直线段。

8.一种晶圆测试方法，其特征在于，所述方法包括：

将固定有待测晶圆的载板安放到飞针测试机的夹板框上；

将所述载板的版图和所述待测晶圆的版图分别作为不同层合成待测试版图文件，并将所述待测试版图文件导入所述飞针测试机的软件操作系统，进行识别处理形成测试图形文件；

所述飞针测试机根据所述测试图形文件对所述待测晶圆进行测试。

9.根据权利要求8所述的晶圆测试方法，其特征在于，所述将固定有待测晶圆的载板安放到飞针测试机的夹板框上包括：

根据载板上的对位标记和所述待测晶圆上的对位标记确定待测晶圆和载板的相对位置；

根据所述相对位置将所述待测晶圆固定到所述载板上；

将固定有待测晶圆的载板的矩形外框与所述飞针测试机的夹板框上的限位标志对准后安放到所述飞针测试机的夹板框上。

10.根据权利要求9所述的晶圆测试方法，其特征在于，根据所述相对位置将所述待测晶圆固定到所述载板上包括：

将所述待测晶圆放置于静电贴上；

根据所述相对位置，将所述放置有待测晶圆的静电贴固定到所述载板上。

11.根据权利要求8-10任一所述的晶圆测试方法，其特征在于，所述晶圆为转接板晶圆或无源集成器件的晶圆。