CN110907799A - 探针卡及晶圆测试装置和晶圆测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种探针卡及晶圆测试装置和晶圆测试方法，探针卡包括：电路板；多个第一焊盘，位于所述电路板上，多个所述第一焊盘之间形成有多条导线；驱动电路，与所述第一焊盘连接，并引出多个探针；第二焊盘，位于所述电路板上以及多个所述第一焊盘的外围；以及水平仪，焊接在所述第二焊盘上，所述水平仪上标记有用于表征所述探针卡相对于所述晶圆的最大允许偏移量的容错圈。该探针卡上设置有用于焊接水平仪的焊盘，测试时通过判断水平仪上的气泡是否位于标记的容错圈中，来判断探针卡与晶圆是否对准，从而对探针卡进行精确地位置调节，使得测试结果更加精准，减少了探针卡的更换频率，降低了测试成本，而且提高了测试效率。

Description

探针卡及晶圆测试装置和晶圆测试方法

技术领域

本发明涉及半导体测试领域，特别涉及一种探针卡及晶圆测试装置和晶圆测试方法。

背景技术

半导体生产制造的流程一般包括集成电路设计，晶圆制造，晶圆测试，晶圆切割，芯片封装，成品芯片测试。其中，晶圆测试可以将晶圆中有功能缺陷的芯片提前挑选出来，避免这些芯片进入到后期的芯片封装步骤中。晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品。晶圆的技术测试十分严格，主要是验证产品电路是否良好，验证驱动晶圆的功能是否符合终端应用的需求。

而驱动晶圆的测试主要是使用专属的测试机来测试，并且在测试中，通常会用到具有多根探针的探针卡，芯片上设置有测试焊垫，将探针卡的探针与晶圆上的芯片的焊垫相互接触，形成电连接以进行电性测试，因此需要保证探针与焊垫接触良好。图1a和图1b示出根据现有技术的晶圆测试时探针卡与晶圆的位置关系示意图。如图1a所示，为探针卡与晶圆对准时的侧视图，晶圆置于承载台110上方，探针卡120位于晶圆上方，其探针130朝向晶圆，与晶圆上的焊垫需要一一对应以形成电连接，但是在实际对准过程中由于人工操作容易产生误差，导致探针卡120与晶圆在垂直方向上形成一定的角度，使得探针130不能完全与晶圆接触，造成测试失误。如图1b所示，为探针卡与晶圆对准时的俯视图，图中示出了部分焊垫140，实际操作中由于人工操作，可能导致探针卡120与晶圆在水平方向上偏移一定的距离，使得探针不能全部与焊垫140匹配，造成测试误差。而且，当误差存在时，人眼不容易观察到探针卡120的偏移，导致上述两种情况下的测量失误，测试精确度不高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种探针卡及晶圆测试装置和晶圆测试方法，在探针卡上设置有一焊盘，用于焊接气泡型水平仪，水平仪上标记有表征探针卡相对晶圆的最大允许偏移量的容错圈，测试时，通过判断水平仪上的气泡是否位于容错圈中，可以判断探针卡与晶圆是否对准，从而对探针卡进行精确地位置调节，使得测试结果更加精准，解决现有技术中的问题。

根据本发明的一方面，提供一种用于晶圆测试的探针卡，其中，包括：

电路板；

多个第一焊盘，位于所述电路板上，多个所述第一焊盘之间形成有多条导线；

驱动电路，与所述第一焊盘连接，并引出多个探针；

第二焊盘，位于所述电路板上以及多个所述第一焊盘的外围；以及

水平仪，焊接在所述第二焊盘上，所述水平仪上标记有用于表征所述探针卡相对于所述晶圆的最大允许偏移量的容错圈。

可选地，所述水平仪为气泡型水平仪，当所述水平仪的气泡位于所述容错圈内时，所述探针卡与所述晶圆对准。

可选地，所述探针卡相对于所述晶圆偏移包括水平方向的偏移和垂直方向的偏移。

可选地，所述容错圈是以所述水平仪的中心为圆心，以最大容错半径为半径形成的圆所覆盖的范围，所述最大容错半径表征所述探针卡相对于所述晶圆的最大允许偏移角度。

可选地，根据所述探针的长度和所述探针卡的尺寸，采用预定算法得到容错半径与所述探针卡相对于所述晶圆的偏移角度之间的对应关系。

可选地，所述多个第一焊盘包括环绕所述驱动电路的多个同心圆形焊盘和位于所述同心圆形焊盘外的阵列焊盘。

优选地，所述的探针卡还包括：多个插孔，所述多个插孔分布于所述第一焊盘上或环绕所述第一焊盘分布，所述多个探针插入部分所述插孔中。

可选地，所述第二焊盘位于所述电路板的至少一个边角上。

根据本发明的第二方面，提供一种晶圆测试装置，其中，包括：

晶圆测试机；

夹持装置，位于所述晶圆测试机上，用于夹持探针卡；

承载台，位于所述夹持装置下方，用于承载待测晶圆；以及

根据上述所述的探针卡，所述探针卡由所述夹持装置夹持，且位于所述晶圆上方，所述探针卡的探针与所述晶圆上的焊垫一一对应。

可选地，所述探针卡可以在所述夹持装置内移动，且可以跟随所述夹持装置在所述晶圆的上方移动。

根据本发明的第三方面，提供一种晶圆测试方法，其中，包括：

提供待测晶圆，并将其置于承载台上；

将上述所述的探针卡置于所述承载台上方的夹持装置上；

调节所述探针卡相对于所述晶圆的位置；以及

根据所述水平仪的变化将所述探针卡与所述晶圆对准。

优选地，所述晶圆测试方法还包括：在所述水平仪上标记所述容错圈。

优选地，在所述水平仪上标记所述容错圈包括：

根据所述探针的长度和所述探针卡的尺寸，采用预定算法得到容错半径与所述探针卡相对于所述晶圆的偏移角度之间的对应关系；

根据所述晶圆的最大允许偏移角度选取合适的最大容错半径；以及

以所述水平仪的中心为圆心，以所述最大容错半径为半径形成标记圆，在所述水平仪上标记所述标记圆，所述标记圆覆盖的范围即为所述容错圈。

本发明提供的探针卡及晶圆测试装置和晶圆测试方法，在探针卡的电路板上设置了能焊接水平仪的焊盘，该水平仪上标记有用于表征探针卡相对于晶圆的最大允许偏移量的容错圈，根据该容错圈的覆盖范围可以及时调整探针卡的位置，使探针卡与晶圆相互对准，此时探针卡相对于晶圆的偏移量极小，测试精度高，测试结果准确，减小了探针的磨损，提高了探针与晶圆的接触率，且该方法操作简单，便于实现，使得探针卡与晶圆的对准效率提高，换卡效率提高。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1a和图1b示出根据现有技术的晶圆测试时探针卡与晶圆的位置关系示意图；

图2示出了根据本发明实施例的探针卡的结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的探针卡上的气泡型水平仪的示意图；

图4示出了根据本发明实施例的探针卡在与晶圆对准的过程中与夹持装置的位置关系示意图；

图5示出了本发明实施例的晶圆测试装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图2示出了根据本发明实施例的探针卡的结构示意图。

如图2所示，本实施例的用于晶圆测试的探针卡210包括：电路板、多个第一焊盘212和驱动电路211。

多个第一焊盘212位于电路板上，驱动电路211与第一焊盘212连接，通过第一焊盘212实现与外界的信号交互。可以看到，在驱动电路211周围有多个焊盘，这些焊盘都是电路板在设计时形成的，为区分用于焊接水平仪的第二焊盘，将这些原有的焊盘均称为第一焊盘212。多个第一焊盘212包括环绕驱动电路211的多个同心圆形焊盘和位于同心圆形焊盘外的阵列焊盘，从图2中可以看到，驱动电路211周围环绕的是三个同心圆形焊盘，在同心圆环焊盘的外部右侧具有两个阵列焊盘，在多个第一焊盘212之间形成有多条导线213，当其他元件焊接在该电路板上时，通过导线213与驱动电路211实现信号交互。驱动电路211的外围还设置有多个探针216，探针216的分布方式与实际晶圆的分布方式相匹配，图2中仅是作为一种示例。

进一步地，本实施例的探针卡210还包括：多个插孔217，多个插孔217分布于第一焊盘212上或环绕第一焊盘212分布，多个探针216插入部分插孔217中。如图2，同心圆形焊盘外围分布着一圈插孔217，其中部分插孔217用于连接探针216。另外，在阵列插排上也分布着多个插孔217，用于与其他电路元件连接。

这里仅是给出了一个电路板及其上的部分第一焊盘212的分布的示例，在其他实施例中，驱动电路211和第一焊盘212的形状与位置不受限制。

本实施例的探针卡210还包括第二焊盘214和水平仪215。第二焊盘214位于电路板上以及多个第一焊盘212的外围，与第一焊盘212之间隔有一定的距离，避免由于焊接时焊锡洒落导致电流通路错乱。水平仪215焊接在第二焊盘214上，水平仪215上标记有用于表征探针卡210相对于晶圆的最大允许偏移量的容错圈。

进一步地，水平仪215为气泡型水平仪，当水平仪215的气泡位于容错圈内时，认为探针卡210与晶圆对准(在图3中进行详细描述)。该容错圈是标记在水平仪上的，当气泡位于该容错全覆盖的范围外时，认为探针卡210相对于晶圆具有偏移，不能进行测试。探针卡210相对于晶圆偏移包括水平方向的偏移和垂直方向的偏移。

本实施例仅是给出一种水平仪215的示例，在其他实施例中，水平仪215的种类不受限制。另外，本发明实施例中给出的探针卡210及制作该探针卡210需要的电路板，第一焊盘212和驱动电路211等仅是给出一种或多种可实施方式的示例，但不作为对本发明的限制。将第二焊盘214和水平仪215焊接在其他形式的电路板上，也可以实现本发明实施例示出的水平校准功能。

图3示出了根据本发明实施例的探针卡上的气泡型水平仪的示意图。

结合图2，水平仪215上标记有容错圈2151，气泡2152位于该容错圈2151覆盖的范围内时，认为探针卡210相对于晶圆的偏移量在可接受的范围内，此时可以进行下一步的对准和测试。容错圈2151是以水平仪215的中心为圆心，以最大容错半径R为半径形成的圆所覆盖的范围，其中，最大容错半径R表征探针卡210相对于晶圆的最大允许偏移角度。

在晶圆测试过程中，发现探针卡210相对于晶圆会发生一定程度的偏移，包括垂直方向和水平方向上的偏移，而偏移角度的大小与容错半径之间具有相应的关系。根据探针的长度和探针卡210的尺寸，采用一定的算法，可以得到容错半径与探针卡210相对于晶圆的偏移角度之间的对应关系。然后通过在实际中得到的经验，选取合适的偏移角度最为最大的允许偏移角度，该偏移角度对应的容错半径即为最大容错半径。

所以，本实施例中，在得到探针卡210的时候，可以首先探针卡210上设计第二焊盘214，然后将购买的气泡型水平仪215焊接入预留的第二焊盘214，焊接上的水平仪215是已经经过标记容错圈的水平仪。利用该探针卡210，可以直观地用肉眼观察到探针卡210的水平度，不需要再用昂贵繁琐的仪器鉴定探针卡210与晶圆是否对准。而且，由于探针具有一定的寿命，且由于测试过程中可能污染探针，所以需要频繁更换探针卡210，如果每次都要耗费大量的时间去对水平度进行人工校准，会耗费大量的资源，得到的结果也不甚满意。但是采用本实施例的探针卡210，在换卡的时候，可以直接通过观察气泡2152是否在容错圈2151的覆盖范围以内来确保探针卡210的水平度符合安装要求，从而满足测试需求要求，也保护了探针，减少了探针的不必要磨损，增加了探针卡210的使用寿命，节省了成本。

水平仪215的容错半径决定了探针卡210的平行度的最大边界容忍度，根据探针卡厂家提供的资料，通过计算探针长度和探针卡的尺寸来计算出容错半径和倾斜角度的对应关系，根据探针的磨损情况等，最终确定最大容错半径的大小，使得测试结果更加精准，得到的测试结果更加可靠。

在一个实施例中，第二焊盘214位于电路板的至少一个边角上。将水平仪215置于电路板的边角上，当边角处的偏移角度都满足了测试条件，那么整个探针卡210的水平度就得到了保证。而且此水平仪215不仅可以保证探针卡210与晶圆垂直方向上保持水平，也可以保证其在水平方向上的重叠，这样探针卡210中的一排探针才能精准对上晶圆上的一排焊垫，极大地减少了探针与焊垫错位的情况。

本实施例的探针卡210的制作提高了晶圆测试过程中更换探针卡的效率，提高了探针卡与晶圆的水平度的一致性，减小了探针的损耗，延长了探针卡的使用寿命；并且极大的减少了测试中探针与焊垫不能接触的情况，减少了由此导致的开路问题，避免了测试时的统计错误。

图4示出了根据本发明实施例的探针卡在与晶圆对准的过程中与夹持装置的位置关系示意图。

如图4所示，通常在进行探针卡420的换卡操作时，将探针卡420置于探针卡420的夹持装置413上，然后利用夹持装置413将该探针卡420进行左右移动(图中箭头指示的方向)，例如将探针卡420向左移动，使其左侧的边沿与夹持装置413的左侧边沿对齐，以夹持装置413的左侧边沿为基准判断探针卡420是否放置平整。然后通过在测试机台上通过成像系统，将探针和焊垫的位置关系反馈给操作端，判断是否对准，这样不仅操作复杂且比较耗费时间，也不能保证精度是否准确。

由于仅依靠人手去感应探针卡420与夹持装置413的左侧边沿是否对齐，容易出现较大的偏差，无法有效保证平行度，导致探针与焊垫之间出现偏移，肉眼无法识别，所以该实施方式的精准度较低。

而本实施例通过引入水平仪，实现了实时视觉反馈，能够通过水平仪直观地观察到探针卡420与夹持装置413的边沿是否对齐，以及探针卡420与晶圆是否平行。这样不仅保证了探针卡与晶圆在垂直方向上的水平，同时也保证了探针卡420与夹持装置413在水平方向上的紧密贴合，由此，探针卡420中的一排探针才能精准对上晶圆上的一排焊垫，不会导致个别焊垫与探针错位的情况。

图5示出了本发明实施例的晶圆测试装置的结构示意图。

该晶圆测试装置包括：晶圆测试机511、夹持装置513、支杆512、承载台510、晶圆530以及探针卡520，该探针卡520为图2中描述的探针卡。

夹持装置513位于晶圆测试机511上，用于夹持探针卡520，夹持装置513例如可以是图4中的夹持装置413。夹持装置513连接在支杆512上，例如可以相对于支杆512进行滑动，使得探针卡520能在垂直方向上做升降运动。承载台510位于夹持装置513的下方，用于承载待测晶圆，承载台510的位置与夹持装置513的位置，使得探针卡520正好位于晶圆530的上方，使得测试时，探针卡520的探针521与晶圆530上的焊垫一一对应。

探针卡520可以在夹持装置513内移动，且可以跟随夹持装置513在晶圆的上方移动，由此可以实现对探针卡520的位置调节。

通过该实施例的晶圆测试装置可以快速准确的调整探针卡520相对于晶圆530的位置，且使二者之间的水平度符合测试标准。

对应的，提供一种晶圆测试方法，包括：提供待测晶圆，并将其置于承载台上；将上述探针卡置于承载台上方的夹持装置上；调节探针卡相对于晶圆的位置；以及根据水平仪的变化将探针卡与晶圆对准。在将探针卡置于承载台上方的夹持装置前还包括在水平仪上标记容错圈。而在水平仪上标记容错圈包括：根据探针的长度和探针卡的尺寸，采用预定算法得到容错半径与探针卡相对于晶圆的偏移角度之间的对应关系；根据晶圆的最大允许偏移角度选取合适的最大容错半径；以及以水平仪的中心为圆心，以最大容错半径为半径形成标记圆，在水平仪上标记标记圆，标记圆覆盖的范围即为容错圈。

根据本发明提供的探针卡及晶圆测试装置和晶圆测试方法，在探针卡的电路板上设置了能焊接水平仪的焊盘，该水平仪上标记有用于表征探针卡相对于晶圆的最大允许偏移量的容错圈，根据该容错圈的覆盖范围可以及时调整探针卡的位置，使探针卡与晶圆相互对准，此时探针卡相对于晶圆的偏移量极小，测试精度高，测试结果准确，减小了探针的磨损，提高了探针与晶圆的接触率，且该方法操作简单，便于实现，使得探针卡与晶圆的对准效率提高，换卡效率提高。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (13)

1.一种用于晶圆测试的探针卡，其中，包括：

电路板；

多个第一焊盘，位于所述电路板上，多个所述第一焊盘之间形成有多条导线；

驱动电路，与所述第一焊盘连接，并引出多个探针；

第二焊盘，位于所述电路板上以及多个所述第一焊盘的外围；以及

水平仪，焊接在所述第二焊盘上，所述水平仪上标记有用于表征所述探针卡相对于所述晶圆的最大允许偏移量的容错圈。

2.根据权利要求1所述的探针卡，其中，所述水平仪为气泡型水平仪，当所述水平仪的气泡位于所述容错圈内时，所述探针卡与所述晶圆对准。

3.根据权利要求1所述的探针卡，其中，所述探针卡相对于所述晶圆偏移包括水平方向的偏移和垂直方向的偏移。

4.根据权利要求1所述的探针卡，其中，所述容错圈是以所述水平仪的中心为圆心，以最大容错半径为半径形成的圆所覆盖的范围，所述最大容错半径表征所述探针卡相对于所述晶圆的最大允许偏移角度。

5.根据权利要求4所述的探针卡，其中，根据所述探针的长度和所述探针卡的尺寸，采用预定算法得到容错半径与所述探针卡相对于所述晶圆的偏移角度之间的对应关系。

6.根据权利要求1所述的探针卡，其中，所述多个第一焊盘包括环绕所述驱动电路的多个同心圆形焊盘和位于所述同心圆形焊盘外的阵列焊盘。

7.根据权利要求1所述的探针卡，其中，还包括：

多个插孔，所述多个插孔分布于所述第一焊盘上或环绕所述第一焊盘分布，所述多个探针插入部分所述插孔中。

8.根据权利要求1所述的探针卡，其中，所述第二焊盘位于所述电路板的至少一个边角上。

9.一种晶圆测试装置，其中，包括：

晶圆测试机；

夹持装置，位于所述晶圆测试机上，用于夹持探针卡；

承载台，位于所述夹持装置下方，用于承载待测晶圆；以及

根据权利要求1-8任一项所述的探针卡，所述探针卡由所述夹持装置夹持，且位于所述晶圆上方，所述探针卡的探针与所述晶圆上的焊垫一一对应。

10.根据权利要求9所述的晶圆测试装置，其中，所述探针卡可以在所述夹持装置内移动，且可以跟随所述夹持装置在所述晶圆的上方移动。

11.一种晶圆测试方法，其中，包括：

提供待测晶圆，并将其置于承载台上；

将权利要求1-8中任一项所述的探针卡置于所述承载台上方的夹持装置上；

调节所述探针卡相对于所述晶圆的位置；以及

根据所述水平仪的变化将所述探针卡与所述晶圆对准。

12.根据权利要求11所述的晶圆测试方法，其中，还包括：

在所述水平仪上标记所述容错圈。

13.根据权利要求12所述的晶圆测试方法，其中，在所述水平仪上标记所述容错圈包括：

根据所述探针的长度和所述探针卡的尺寸，采用预定算法得到容错半径与所述探针卡相对于所述晶圆的偏移角度之间的对应关系；

根据所述晶圆的最大允许偏移角度选取合适的最大容错半径；以及

以所述水平仪的中心为圆心，以所述最大容错半径为半径形成标记圆，在所述水平仪上标记所述标记圆，所述标记圆覆盖的范围即为所述容错圈。

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