CN108535622A - 晶圆测试装置、系统及方法 - Google Patents

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CN108535622A CN201810400600.5A CN201810400600A CN108535622A CN 108535622 A CN108535622 A CN 108535622A CN 201810400600 A CN201810400600 A CN 201810400600A CN 108535622 A CN108535622 A CN 108535622A
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Abstract

本发明提供一种晶圆测试装置、系统及方法，包括：测试头；通过卡座转轴设置于所述测试头下端面的探针卡座；分别通过一探针卡转轴设置于探针卡座下端面的第一、第二探针卡，第一、第二探针卡到卡座转轴的距离相等，用于对不同制程阶段的待测试晶圆进行不同方向的测试。本发明可对不同制程阶段的待测试晶圆进行不同方向的测试，在对同一制程阶段不同方向的测试结构进行测试时，无需将待测试晶圆卸载、调换方向后重新装载，也无需重新对针，大大提高测试效率；同时对于不同制程阶段的测试结构进行测试时，直接自动切换探针卡，换卡效率高，且避免人为换卡出错的风险。

Description

晶圆测试装置、系统及方法
技术领域
本发明半导体测试领域，特别是涉及一种晶圆测试装置、系统及方法。
背景技术
微电子技术中，半导体硅片在完成制程工艺后需要对硅片上的各种测试结构进行电性测试，这种测试被称为晶圆允收测试(Wafer Acceptance Test，WAT)。通过对晶圆允收测试获取的测试数据进行分析，可以发现半导体制程工艺中的问题，帮助制程工艺进行调整。
传统的晶圆允收测试机台中的探针卡和测试头是固定不动的，如图1及图2所示，所述探针卡12设置于所述测试头11的下表面，两者之间固定连接，不产生任何相对运动；所述探针卡12上设置有探针13，两者同样固定连接，不产生任何相对运动。这样在不断改进制程工艺的过程中会遇到如下问题：
1、因为芯片特征尺寸的减小，晶圆的切割道上可用于摆放测试结构的面积越来越小，这样会导致原本可以在纵向放下的测试结构需要摆放在横纵两个方向上。那么，在对测试结构进行测试的过程中，首先需要对纵向测试结构进行测试，然后将晶圆卸载下来，调整方向后重新装载，并重新进行探针的对位，以对晶圆上的横向测试结构进行测试；中间增加了晶圆卸载、装载以及重新对位的时间，严重影响生产效率。
2、由于在线测试(inline test)中采用的是铜焊垫，最终测试(final test)中用的是铝焊垫，而传统的晶圆允收测试机台的测试头只能装载一张探针卡，所以这两次测试中，需要手动的去更换测试头上的探针卡，这样不仅降低了测试效率而且还会带来人为换错探针卡的风险。
以此，在晶圆允收测试中如何提高测试效率、避免测试风险已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆测试装置、系统及方法，用于解决现有技术中晶圆允收测试效率低、测试风险高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆测试装置，所述晶圆测试装置至少包括：
测试头、探针卡座、第一探针卡及第二探针卡；
所述探针卡座通过卡座转轴设置于所述测试头的下端面，用于切换所述第一探针卡及所述第二探针卡；
所述第一探针卡及所述第二探针卡分别通过一探针卡转轴设置于所述探针卡座的下端面，所述第一探针卡及所述第二探针卡到所述卡座转轴的距离相等，且所述第一探针卡及所述第二探针卡上分别设置有第一探针组及第二探针组，用于对不同制程阶段的待测试晶圆进行不同方向的测试。
优选地，所述第一探针卡及所述第二探针卡以所述卡座转轴为中心对称分布。
优选地，所述探针卡座的旋转角度设定为(0°，180°]。
优选地，所述第一探针卡及所述第二探针卡的旋转角度设定为90°或270°。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种晶圆测试系统，所述晶圆测试系统至少包括：
上述晶圆测试装置，测试控制单元及测试台；
所述晶圆测试装置通过探针卡的旋转分别进行不同方向测试结构的测试，并通过探针卡座的旋转调换不同的探针卡进行测试；
所述测试控制单元与所述晶圆测试装置连接，为所述测试头提供测试信号；
所述测试台位于所述晶圆测试装置的下方，用于装载待测试晶圆。
优选地，所述测试台上设置有卡盘，用于固定所述待测试晶圆。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆测试方法，所述晶圆测试方法基于上述晶圆测试系统实现，至少包括：
提供第一待测试晶圆；
将所述第一待测试晶圆加载到测试台上，对所述第一待测试晶圆分别进行所述第一方向和所述第二方向的第一测试，第一测试完成后，将所述第一待测试晶圆从所述测试台上卸载下来；
提供第二待测试晶圆，旋转探针卡座，更换探针卡；
将所述第二待测试晶圆加载到所述测试台上，对所述第二待测试晶圆分别进行所述第一方向和所述第二方向的第二测试，第二测试完成后，将所述第二待测试晶圆从所述测试台上卸载下来。
优选地，所述第一待测试晶圆及所述第二待测试晶圆上分别包括位于第一方向和第二方向上的测试结构。
更优选地，所述第一探针卡及所述第二探针卡的旋转角度设定为90°。
优选地，所述第一测试为晶圆允收测试中的在线测试。
优选地，所述第二测试为晶圆允收测试中的最终测试。
优选地，所述探针卡座的旋转角度设定为180°。
优选地，完成所述第一测试及所述第二测试后还包括将所述第一探针卡及所述第一探针卡还原到初始位置的步骤。
如上所述，本发明的晶圆测试装置、系统及方法，具有以下有益效果：
本发明的晶圆测试装置、系统及方法对不同方向的测试结构进行测试时，无需将待测试晶圆卸载、调换方向后重新装载，也无需重新对针，大大提高测试效率；对不同制程阶段的测试结构进行测试时，直接自动切换探针卡，换卡效率高，且避免人为换卡出错的风险，提高公司整体的自动化制造水平。
附图说明
图1显示为现有技术中的晶圆允收测试机台的结构示意图。
图2显示为现有技术中的晶圆允收测试机台的仰视示意图。
图3显示为本发明的晶圆测试系统的结构示意图。
图4显示为本发明的晶圆测试装置的结构示意图。
图5显示为本发明的晶圆测试装置的仰视示意图。
图6显示为本发明的晶圆测试方法的流程示意图。
元件标号说明
11 测试头
12 探针卡
13 探针
2 晶圆测试系统
21 晶圆测试装置
211 测试头
212 探针卡座
213 第一探针卡
214 第二探针卡
215 卡座转轴
22 测试控制单元
23 测试台
24 晶圆装卸台
S1～S6 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图3～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图3所示，本发明提供一种晶圆测试系统2，所述晶圆测试系统2包括：
晶圆测试装置21，测试控制单元22、测试台23及晶圆装卸台24。
如图3所示，所述晶圆测试装置21设置于所述测试台23上方，通过探针卡的旋转分别进行不同方向测试结构的测试，并通过探针卡座的旋转调换不同的探针卡进行测试。
具体地，如图3所示，所述晶圆测试装置21包括测试头211、探针卡座212、第一探针卡213及第二探针卡214。
更具体地，如图4及图5所示，所述测试头211承载所述探针卡座212、所述第一探针卡213及所述第二探针卡214。在本实施例中，所述测试头211为长方体结构，在实际应用中个，所述测试头211的结构不限。
更具体地，如图4及图5所示，所述探针卡座212设置于所述测试头211的下端面，所述探针卡座212通过卡座转轴215与所述测试头211连接。在本实施例中，所述探针卡座212为椭圆形平板结构，所述卡座转轴215设置于所述探针卡座212的中心，所述探针卡座212绕所述卡座转轴215自转，以实现与所述测试头211的相对运动，进而切换所述第一探针卡213及所述第二探针卡214。所述探针卡座212的旋转角度设定为(0°，360°]，可实现所述第一探针卡213及所述第二探针卡214所有位置的切换，在本实施例中，基于所述第一探针卡213及所述第二探针卡214的相对位置，所述探针卡座212的旋转角度设定为180°，其中，旋转角度的计算包括顺时针旋转和逆时针旋转。
更具体地，如图4及图5所示，所述第一探针卡213及所述第二探针卡214设置于所述探针卡座212的下端面，所述第一探针卡213及所述第二探针卡214分别通过一探针卡转轴(图中未显示)与所述探针卡座212连接。所述第一探针卡213及所述第二探针卡214设置于以所述卡座转轴215为圆形、以设定长度为半径的圆周上(即所述第一探针卡213及所述第二探针卡214到所述卡座转轴215的距离相等)，所述探针卡座212自转一定角度就可以将所述第二探针卡214(或所述第一探针卡213)移动到所述第一探针卡213(或所述第二探针卡214)的位置。在本实施例中，所述第一探针卡213及所述第二探针卡214以所述卡座转轴215为中心对称分布，即所述第一探针卡213、所述卡座转轴215及所述第二探针卡214形成的夹角为180°，在实际应用中，所述第一探针卡213、所述卡座转轴215及所述第二探针卡214所形成的夹角可以为任意角度，能通过所述卡座转轴215的自转实现位置切换即可，不以本实施例为限。
更具体地，如图4及图5所示，在本实施例中，所述第一探针卡213及所述第二探针卡214为圆形平板结构，探针卡转轴分别设置于所述第一探针卡213及所述第二探针卡214的圆心。所述第一探针卡213及所述第二探针卡214绕与各自连接的探针卡转轴自转，以实现与所述探针卡座212的相对运动，进而切换所述第一探针卡213及所述第二探针卡214的测试方向。所述第一探针卡213上设置有第一探针组，所述第二探针卡214上设置有第二探针组，所述第一探针组及所述第二探针组分别用于不同制程阶段的晶圆允收测试。在本实施例中，所述第一探针卡213用于晶圆允收测试中的在线测试，对铜焊盘进行测试；所述第二探针卡214用于晶圆允收测试中的最终测试，对铝焊盘进行测试；在实际应用中，所述第一探针卡213及所述第二探针卡214可用于任意两种测试，不以本实施例为限。；在本实施例中，所述第一探针卡213及所述第二探针卡214的旋转角度设定为90°或270°，以使得所述第一探针组及所述第二探针组旋转前后的位置相互垂直，其中，旋转角度的计算包括顺时针旋转和逆时针旋转。
如图3所示，所述测试控制单元22与所述晶圆测试装置21连接，为所述测试头211提供测试信号。
具体地，如图3所示，所述测试控制单元22接收测试指令，并根据测试指令生成测试信号，所述测试信号通过探针加到待测试晶圆的焊盘上，并通过探针获取检测信号，通过分析所述检测信号获取测试结果。
如图3所示，所述测试台23位于所述晶圆测试装置21的下方，用于装载待测试晶圆。
具体地，如图3所示，所述测试台23包括一测试平台，所述测试平台上设置有卡盘，用于夹持并固定待测试晶圆。所述卡盘包括卡盘体、活动卡爪及卡爪驱动机构；所述活动卡爪设置于所述卡盘体上，所述卡爪驱动机构连接所述活动卡爪，基于所述卡爪驱动机构驱动所述活动卡爪于所述卡盘体上径向移动，进而固定所述待测试晶圆。
如图3所示，所述晶圆装卸台24设置于所述测试台23的一侧，用于临时放置晶圆。
所述晶圆测试系统2可对不同制程阶段的待测试晶圆进行不同方向的测试，在对同一制程阶段不同方向的测试结构进行测试时，无需将待测试晶圆卸载、调换方向后重新装载，也无需重新对针，大大提高测试效率；同时对于不同制程阶段的测试结构进行测试时，直接自动切换探针卡，换卡效率高，且避免人为换卡出错的风险。
实施例二
如图3～6所示，本实施例提供一种晶圆测试方法，基于所述晶圆测试系统2实现，所述晶圆测试方法包括：
步骤S1：提供第一待测试晶圆。
具体地，所述第一待测试晶圆包括位于第一方向和第二方向上的测试结构，在本实施例中，所述第一待测试晶圆为完成第一金属层Metal1后的晶圆，所述第一方向及所述第二方向相互垂直，分别为纵向和横向两个方向。
步骤S2：将所述第一待测试晶圆加载到所述测试台23上，对所述第一待测试晶圆分别进行所述第一方向和所述第二方向的第一测试，第一测试完成后，将所述第一待测试晶圆从所述测试台23上卸载下来。
具体地，在本实施例中，采用所述第一探针卡213进行测试，所述第一测试为晶圆允收测试中的在线测试。将所述第一待测试晶圆加载到所述测试台23上，所述第一测试晶圆上纵向的铜焊盘与所述第一探针组平行，然后对所述第一测试晶圆及所述晶圆测试装置21进行对针操作，将所述第一探针组加载到相应的铜焊盘上，基于所述测试控制单元22向铜焊盘施加测试信号，以此实现对位于纵向方向上的测试结构的测试；待纵向测试完成后，所述第一探针卡213旋转90°，所述第一探针组旋转至横向位置，根据原有的对针信息进行横向方向上的测试。两个方向上的测试完成后，将所述第一待测试晶圆从所述测试台23上卸载下来，且两个方向上的测试菜单(recipe)合为一个。
步骤S3：将所述第一探针卡213还原到初始位置。
具体地，通过所述第一探针卡213自转90°将所述第一探针组的还原到纵向位置。
步骤S4：提供第二待测试晶圆，旋转所述探针卡座212，将第二探针组切换到所述第一探针组的位置。
具体地，所述第二待测试晶圆包括位于第一方向和第二方向上的测试结构，在本实施例中，所述第二待测试晶圆为在所述第一待测试晶圆上完成包括但不限于后端制程、背照式制程操作后的晶圆。
具体地，在本实施例中，所述探针卡座212自转180°，所述第二探针组切换到所述第一探针组原先所在的工作区域。
步骤S5：将所述第二待测试晶圆加载到所述测试台23上，对所述第二待测试晶圆分别进行所述第一方向和所述第二方向的第二测试，第二测试完成后，将所述第二待测试晶圆从所述测试台23上卸载下来。
具体地，在本实施例中，采用所述第二探针卡214进行测试，所述第二测试为晶圆允收测试中的最终测试。将所述第二待测试晶圆加载到所述测试台23上，所述第二测试晶圆上纵向的铝焊盘与所述第二探针组平行，然后对所述第二测试晶圆及所述晶圆测试装置21进行对针操作，将所述第二探针组加载到相应的铝焊盘上，基于所述测试控制单元22向铝焊盘施加测试信号，以此实现对位于纵向方向上的测试结构的测试；待纵向测试完成后，所述第二探针卡213旋转90°，所述第二探针组旋转至横向位置，根据原有的对针信息进行横向方向上的测试。两个方向上的测试完成后，将所述第二待测试晶圆从所述测试台23上卸载下来，且两个方向上的测试菜单(recipe)合为一个。
步骤S6：将所述第一探针卡213及所述第二探针卡214还原到初始位置。
具体地，通过所述第二探针卡213自转90°将所述第二探针组的还原到纵向位置，通过所述卡座转轴215自转180°将所述第一探针卡231及所述第二探针卡214还原到初始位置，测试完成。
本发明的晶圆测试方法通过装载两张探针卡的可旋转测试头结构，在测横纵两个方向的测试结构时，先测完纵向的测试结构，不需要卸载晶圆、再加载晶圆，控制测试头旋转自动转测横向的测试结构；使用测铜焊盘的探针卡在在线测完后，晶圆完成后端制程和背照式制程后，直接加载进测试机台进行最终测试，不需要手动去更换探针卡，机台自动控制测试头替换探针卡进行最终测试。
综上所述，本发明提供一种晶圆测试装置、系统及方法，包括：测试头、探针卡座、第一探针卡及第二探针卡；所述探针卡座通过卡座转轴设置于所述测试头的下端面，用于切换所述第一探针卡及所述第二探针卡；所述第一探针卡及所述第二探针卡分别通过一探针卡转轴设置于所述探针卡座的下端面，所述第一探针卡及所述第二探针卡到所述卡座转轴的距离相等，且所述第一探针卡及所述第二探针卡上分别设置有第一探针组及第二探针组，用于对不同制程阶段的待测试晶圆进行不同方向的测试。本发明可对不同制程阶段的待测试晶圆进行不同方向的测试，在对同一制程阶段不同方向的测试结构进行测试时，无需将待测试晶圆卸载、调换方向后重新装载，也无需重新对针，大大提高测试效率；同时对于不同制程阶段的测试结构进行测试时，直接自动切换探针卡，换卡效率高，且避免人为换卡出错的风险。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种晶圆测试装置，其特征在于，所述晶圆测试装置至少包括：
测试头、探针卡座、第一探针卡及第二探针卡；
所述探针卡座通过卡座转轴设置于所述测试头的下端面，用于切换所述第一探针卡及所述第二探针卡；
所述第一探针卡及所述第二探针卡分别通过一探针卡转轴设置于所述探针卡座的下端面，所述第一探针卡及所述第二探针卡到所述卡座转轴的距离相等，且所述第一探针卡及所述第二探针卡上分别设置有第一探针组及第二探针组，用于对不同制程阶段的待测试晶圆进行不同方向的测试。
2.根据权利要求1所述的晶圆测试装置，其特征在于：所述第一探针卡及所述第二探针卡以所述卡座转轴为中心对称分布。
3.根据权利要求1所述的晶圆测试装置，其特征在于：所述探针卡座的旋转角度设定为(0°，180°]。
4.根据权利要求1所述的晶圆测试装置，其特征在于：所述第一探针卡及所述第二探针卡的旋转角度设定为90°或270°。
5.一种晶圆测试系统，其特征在于，所述晶圆测试系统至少包括：
如权利要求1～4任意一项所述的晶圆测试装置，测试控制单元及测试台；
所述晶圆测试装置通过探针卡的旋转分别进行不同方向测试结构的测试，并通过探针卡座的旋转调换不同的探针卡进行测试；
所述测试控制单元与所述晶圆测试装置连接，为所述测试头提供测试信号；
所述测试台位于所述晶圆测试装置的下方，用于装载待测试晶圆。
6.根据权利要求5所述的晶圆测试系统，其特征在于：所述测试台上设置有卡盘，用于固定所述待测试晶圆。
7.一种晶圆测试方法，其特征在于，所述晶圆测试方法基于如权利要求5～6任意一项所述的晶圆测试系统实现，至少包括：
提供第一待测试晶圆；
将所述第一待测试晶圆加载到测试台上，对所述第一待测试晶圆分别进行所述第一方向和所述第二方向的第一测试，第一测试完成后，将所述第一待测试晶圆从所述测试台上卸载下来；
提供第二待测试晶圆，旋转探针卡座，更换探针卡；
将所述第二待测试晶圆加载到所述测试台上，对所述第二待测试晶圆分别进行所述第一方向和所述第二方向的第二测试，第二测试完成后，将所述第二待测试晶圆从所述测试台上卸载下来。
8.根据权利要求7所述的晶圆测试方法，其特征在于：所述第一待测试晶圆及所述第二待测试晶圆上分别包括位于第一方向和第二方向上的测试结构。
9.根据权利要求8所述的晶圆测试方法，其特征在于：所述第一探针卡及所述第二探针卡的旋转角度设定为90°。
10.根据权利要求7所述的晶圆测试方法，其特征在于：所述第一测试为晶圆允收测试中的在线测试。
11.根据权利要求7所述的晶圆测试方法，其特征在于：所述第二测试为晶圆允收测试中的最终测试。
12.根据权利要求7所述的晶圆测试方法，其特征在于：所述探针卡座的旋转角度设定为180°。
13.根据权利要求7所述的晶圆测试方法，其特征在于：完成所述第一测试及所述第二测试后还包括将所述第一探针卡及所述第一探针卡还原到初始位置的步骤。
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