CN112908880B - 晶圆多方向测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆多方向测试装置，包括探针机、测试机和驱动电机，探针机包括环形承载台和探针卡，所述环形承载台上设置有至少两个对准柱，所述探针卡呈环形，包括设置在所述探针卡的内环边缘上的探针及配合所述对准柱的对准孔，所述探针穿过所述环形承载台的内环接触晶圆；测试机包括可旋转的测试头，所述测试头设置在所述探针卡的上方，包括连接板及设置在所述连接板上靠近探针卡一面的对准槽，所述对准柱穿过所述对准孔后插入所述对准槽，以实现所述环形承载台、所述探针卡和所述连接板的一体化；驱动电机连接探针机和测试机，驱动环形承载台转动以带动环形承载台、探针卡及连接板同步转动，实现探针对晶圆的多方向测试。

Description

晶圆多方向测试装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆多方向测试装置。

背景技术

在现有技术中，晶圆可靠性测试(Wafer Acceptance Test，WAT)可以根据相关的测试条件、晶圆测试方向以及测试区域等信息在探针机建立晶圆移动程式，以定义晶圆的测试方向并校准可测试区域。由于晶圆承载平台是固定的，且探针机的每次测试只能传送一个V槽(notch)方向的晶圆送到晶圆承载平台进行测试，因此当晶圆的测试区域中存在两个不同方向(例如X方向和Y方向)的测试结构时，需要对同一片晶圆建两个不同方向的晶圆移动程式进行测试。在上述两次测试过程中，需要对同一片晶圆重复两次传片进出机器以及校准晶圆测试区域的大小、Notch方向与十字位置等动作，具体的测试流程可以参阅图1。上述测试过程大大增加了晶圆移动对测试时间的占比，降低了单片所述晶圆的WAT测试效率。

此外，参阅图2，在进行WAT测试的过程中，探针卡的出针方向(即图2中虚线箭头所表示的方向)与测试区域上沿的夹角为90°，所述探针卡的针头在接触所述测试区域后会往前划片一定距离来完成扎针动作。由于上述针头的材质为特殊金属，例如铼钨，所述针头在进行多次测试后被磨损，导致所述针头的长度变短且所述针头变钝，进而导致划片的距离变大，严重时甚至会超出所述测试区域，划伤切割道附近的芯片区域，同时影响WAT测试的数据准确度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆多方向测试装置，通过改进探针机和测试机的结构使得所述探针机的环形承载台可以带动探针卡和所述测试机的测试头旋转，从而改变WAT测试的方向，简化了测试流程，提高了测试效率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种晶圆多方向测试装置，包括：

探针机，包括环形承载台及设置在所述环形承载台上的探针卡，所述环形承载台上设置有至少两个对准柱，所述探针卡呈环形，包括设置在所述探针卡的内环边缘上的探针及与所述对准柱相配合的对准孔，所述探针穿过所述环形承载台的内环接触晶圆；

测试机，包括可旋转的测试头，所述测试头设置在所述探针卡的上方，包括连接板及设置在所述连接板上靠近所述探针卡一面的对准槽，所述对准柱穿过所述对准孔后插入所述对准槽，以实现所述环形承载台、所述探针卡和所述连接板的一体化；

驱动电机，连接所述探针机和所述测试机，驱动所述环形承载台转动以带动所述环形承载台、所述探针卡及所述连接板同步转动，实现所述探针对晶圆的多方向测试。

可选的，所述连接板上靠近所述探针卡一面的还设置有若干弹簧针。

可选的，所述弹簧针分布在所述对准槽的外侧。

可选的，所述对准柱的长度大于或等于所述探针卡的厚度、所述弹簧针的长度及所述对准槽的深度之和。

可选的，所述对准柱以所述环形承载台的几何中心为中心周向均匀分布在所述环形承载台靠近所述探针卡的表面上。

可选的，所述环形承载台的内环直径大于所述探针卡的内环直径，所述环形承载台的内环的几何中心和所述探针卡的几何中心重合。

可选的，所述测试机中设置有晶圆移动程式，所述晶圆移动程式包括晶圆缺口的方向、测试区域的尺寸以及测试点的位置。

可选的，所述测试机通过控制所述驱动电机的运行时间控制所述环形承载台的旋转角度，以改变晶圆的测试方向。

可选的，所述旋转角度包括0°、90°、180°或270°。

可选的，所述探针机通过控制所述驱动电机的运行时间改变所述环形承载台、所述探针卡及所述连接板的基准转向距离与角度，以减小所述探针与所述测试区域上沿的夹角，增大所述探针与所述测试区域的接触面积。

综上所述，本发明提供一种晶圆多方向测试装置，包括探针机、测试机和驱动电机，探针机包括环形承载台和探针卡，所述环形承载台上设置有至少两个对准柱，所述探针卡呈环形，包括设置在探针卡的内环边缘上的探针及配合所述对准柱的对准孔，所述探针穿过环形承载台的内环接触晶圆；测试机包括可旋转的测试头，所述测试头设置在探针卡的上方，包括连接板及设置在所述连接板上靠近探针卡一面的对准槽，对准柱穿过对准孔后插入对准槽，以实现环形承载台、探针卡和连接板的一体化；驱动电机连接探针机和测试机，驱动环形承载台转动以带动环形承载台、探针卡及连接板同步转动，实现探针对晶圆的多方向测试。本发明提供的所述晶圆多方向测试装置通过改进探针机和测试机的结构使得所述探针机的环形承载台可以带动探针卡和所述测试机的测试头旋转，从而改变WAT测试的方向，减少同一片晶圆测试两个以上方向的测试结构时需要重复传片的时间，减少同一片晶圆需要建立不同Notch方向测试程式的工程时间，减少每次传片晶圆需要重新校准的时间，提高了测试效率。

此外，所述晶圆多方向测试装置通过旋转环形承载台带动所述探针卡转动，改变了所述探针卡的出针方向，增大划片的最大安全距离，从而增大了所述针头与测试区域的接触面积，，避免了所述针头划出测试区域，进而减轻所述针头的受损程度，延长了探针卡的使用寿命，提高了WAT测试的稳定性。

附图说明

图1为WAT测试的测试流程图；

图2为探针卡的出针方向垂直于测试结构中测试区域的边缘时的效果图；

图3为本发明一实施例提供的晶圆多方向测试装置的结构示意图；

图4a-图4c分别为图3中所述晶圆多方向测试装置的环形承载台、探针卡和测试头的结构示意图；

图5a-图5c分别为图3中的环形承载台、探针卡和测试头的俯视图；

图6为图4a-图4c所述的环形承载台、探针卡和测试头的组装示意图；

图7为使用本实施例提供的所述晶圆多方向测试装置的测试流程图；

图8为探针卡的出针方向平行于测试结构中测试区域的对角线时的效果图；

其中，附图标记如下：

1-探针机；11-环形承载台；111-对准柱；12-探针卡；121-对准孔；122-探针；13-晶圆承载台；

2-测试机；21-测试头；211-连接板；212-弹簧针；213-对准槽；

3-晶圆。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图3为本发明一实施例提供的晶圆多方向测试装置的结构示意图。参阅图3，本实施例提供的所述晶圆多方向测试装置包括探针机1、测试机2、晶圆3以及驱动电机(图中未示出)。图4a-图4c分别为图3中的环形承载台11、探针卡12和测试头21的结构示意图，图5a-图5c分别为图3中的环形承载台11、探针卡12和测试头21的俯视图，图6为图4a-图4c中所述的环形承载台11、探针卡12和测试头21的组装示意图。下面结合图3、图4a-4c、图5a-图5以及图6详细说明本实施例提供的所述晶圆多方向测试装置。

首先，参阅图3，所述探针机1包括环形承载台11及设置在所述环形承载台11上的探针卡12。接着，参阅图4a、图5a及图6，所述环形承载台11上设置有至少两个对准柱111，本实施例中，所述对准柱111的数量为两个，且所述对准柱111以所述环形承载台11的几何中心为中心周向均匀分布于所述环形承载台11上靠近所述探针卡12的表面(即图6中所述环形承载台11的上表面)，在本发明的其他实施例中，所述对准柱111的数量和分布方式可以根据实际需要进行调整，本发明对此不作限制。参阅图4b、图5b及图6，所述探针卡12呈环形，包括设置在所述探针卡12上的探针122及与所述对准柱111相配合的对准孔121。所述探针122设置在所述探针卡12上靠近所述环形承载台11的表面(即图6中所述探针卡12的下表面)的内环边缘处。所述探针122的数量和分布方式可以根据实际需要进行选择，属于本领域技术人员的公知常识，本发明对此不作详细说明。

参阅图3和图6，所述探针122穿过所述环形承载台11的内环接触晶圆3；所述环形承载台11的内环直径大于所述探针卡12的内环直径，所述环形承载台11的内环的几何中心和所述探针卡12的几何中心重合。可选的，所述环形承载台11和所述探针卡12之间还设置有缓冲垫(图中未示出)。

参阅图3，所述测试机2包括可旋转的测试头21，所述测试头21设置在所述探针卡12的上方。参阅图4c、图5c和图6，所述测试头21包括连接板211、弹簧针212和对准槽213，所述弹簧针212和所述对准槽213均设置在所述连接板211上靠近所述探针卡12的表面(即图6中所述连接板211的下表面)。所述弹簧针212分布在所述对准槽213的外侧，所述对准槽213与所述对准柱111相配合。

结合图3和图6可知，所述对准柱111穿过所述对准孔121后插入所述对准槽213，以实现所述环形承载台11、所述探针卡12和所述连接板211的一体化；本实施例中，所述对准柱111的长度为所述探针卡12的厚度、所述弹簧针211的长度及所述对准槽213的深度之和，在发明的其他实施例中，所述对准柱111的长度可以大于所述探针卡12的厚度、所述弹簧针211的长度及所述对准槽213的深度之和。参阅图6，所述环形承载台11的对准柱111穿过所述探针卡12的对准孔121后插入所述测试头21的对准槽213，以实现所述环形承载台11、所述探针卡12和所述测试头21的同步转动。

本实施例中，所述驱动电机(图中未示出)设置在所述探针机1的供电模块中，以减小所述晶圆多方向测试装置的空间成本，在本发明的其他实施例中，所述驱动电机的位置可以根据实际需要进行调整，所述驱动电机可以替换为汽缸或其他驱动装置，本发明对此不作限制。所述驱动电机，连接所述探针机1和所述测试机2，驱动所述环形承载台11转动以带动所述环形承载台11、所述探针卡12及所述连接板同步转动，实现所述探针对晶圆3的多方向测试。

所述测试机2中设置有晶圆移动程式，所述晶圆移动程式包括晶圆缺口的方向、测试区域的尺寸以及测试点的位置。当所述测试机2测试完晶圆3上某一方向的测试点(Testkey)后，所述测试机2通过所述晶圆移动程式控制所述驱动电机开启或关闭，驱动所述环形承载台11旋转，从而带动所述探针卡12和所述测试头21旋转，进而改变晶圆测试的测试方向。可选的，所述驱动电机通过驱动所述环形承载台11的齿轮使得所述环形承载台11旋转。此外，由于所述驱动电机的转速是一定的，因此可以通过控制所述驱动电机的运行时间控制所述环形承载台12的旋转角度，所述旋转角度包括0°、90°、180°或270°。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述旋转角度的具体数值可以根据实际需要进行设置，本发明对此不作限制。

图7为使用本实施例提供的所述晶圆多方向测试装置的测试流程图。参阅图7，首先，根据晶圆的测试区域尺寸、测试点(Testkey)的位置以及一Notch方向建立探针机晶圆移动程式；随后，利用测试机对X方向的所述测试点进行测试；接着，测试机的通过调用WAT程式中的算法开启探针机的驱动电机，驱动环形承载台转动，且通过设置驱动电机运行的时间控制所述环形承载台的旋转角度，从而控制所述测试方向。

对比图1和图7可知，本实施例提供的所述晶圆多方向测试装置在一个测试机WAT程式中实现多个notch方向的WAT测试位置测试，在使用过程中简化了操作流程，无需建立多个晶圆移动程式，减少了重新对晶圆传片的过程和重新校准测试区域位置的过程，提高出片率(Wafer Per Hour，WPH)和生产效率。

此外，所述晶圆多方向测试装置中，所述探针机可以通过控制所述驱动电机的运行时间改变所述环形承载台、所述探针卡及所述连接板的基准转向距离与角度，以减小所述探针与所述测试区域上沿的夹角，增大所述探针与所述测试区域的接触面积。其中，所述基准转向距离为所述环形承载台或所述探针卡的边缘上某一点在所述驱动电机的运行时间内移动的距离，所述基准转向角度为所述环形承载台或所述探针卡在所述驱动电机的运行时间内转动的角度。参阅图8，当所述探针卡的出针方向(即图8中虚线箭头所表示的方向)平行于测试区域的对角线时，所述探针与所述测试区域上沿的夹角减小，所述探针卡的针头在接触所述测试区域后会往前划片一定距离来完成扎针动作。P1和P2分别代表图2和图8两种不同的出针方向时所述探针卡往前划片的最大安全距离(即不划出所述测试区域的最大距离)。对比图2和图8可知，由于所述测试区域相同，因此根据基本的几何常识可知P2>P1，所述晶圆多方向测试装置可以通过改变探针卡的出针方向增大划片的最大安全距离，增大了所述针头与测试区域的接触面积，避免了所述针头划出测试区域，从而减轻所述针头的受损程度，延长探针卡的使用寿命，提高WAT测试的稳定性。

综上，本发明提供一种晶圆多方向测试装置，包括探针机、测试机和驱动电机，探针机包括环形承载台和探针卡，所述环形承载台上设置有至少两个对准柱，所述探针卡呈环形，包括设置在探针卡的内环边缘上的探针及配合所述对准柱的对准孔，所述探针穿过环形承载台的内环接触晶圆；测试机包括可旋转的测试头，所述测试头设置在探针卡的上方，包括连接板及设置在所述连接板上靠近探针卡一面的对准槽，对准柱穿过对准孔后插入对准槽，以实现环形承载台、探针卡和连接板的一体化；驱动电机连接探针机和测试机，驱动环形承载台转动以带动环形承载台、探针卡及连接板同步转动，实现探针对晶圆的多方向测试。本发明提供的所述晶圆多方向测试装置通过改进探针机和测试机的结构使得所述探针机的环形承载台可以带动探针卡和所述测试机的测试头旋转，从而改变WAT测试的方向，减少同一片晶圆测试两个以上方向的测试结构时需要重复传片的时间，减少同一片晶圆需要建立不同Notch方向测试程式的工程时间，减少每次传片晶圆需要重新校准的时间，提高了测试效率。

此外，所述晶圆多方向测试装置通过旋转环形承载台带动所述探针卡转动，改变了所述探针卡的出针方向，增大划片的最大安全距离，从而增大了所述针头与测试区域的接触面积，避免了所述针头划出测试区域，进而减轻所述针头的受损程度，延长了探针卡的使用寿命，提高了WAT测试的稳定性。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆多方向测试装置，其特征在于，包括：

探针机，包括环形承载台及设置在所述环形承载台上的探针卡，所述环形承载台上设置有至少两个对准柱，所述探针卡呈环形，包括设置在所述探针卡的内环边缘上的探针及与所述对准柱相配合的对准孔，所述探针穿过所述环形承载台的内环接触晶圆；

测试机，包括可旋转的测试头，所述测试头设置在所述探针卡的上方，包括连接板及设置在所述连接板上靠近所述探针卡一面的对准槽，所述对准柱穿过所述对准孔后插入所述对准槽，以实现所述环形承载台、所述探针卡和所述连接板的一体化；

驱动电机，连接所述探针机和所述测试机，驱动所述环形承载台转动以带动所述环形承载台、所述探针卡及所述连接板同步转动，实现所述探针对晶圆的多方向测试。

2.如权利要求1所述的晶圆多方向测试装置，其特征在于，所述连接板上靠近所述探针卡一面的还设置有若干弹簧针。

3.如权利要求2所述的晶圆多方向测试装置，其特征在于，所述弹簧针分布在所述对准槽的外侧。

4.如权利要求2所述的晶圆多方向测试装置，其特征在于，所述对准柱的长度大于或等于所述探针卡的厚度、所述弹簧针的长度及所述对准槽的深度之和。

5.如权利要求1所述的晶圆多方向测试装置，其特征在于，所述对准柱以所述环形承载台的几何中心为中心周向均匀分布在所述环形承载台靠近所述探针卡的表面上。

6.如权利要求1所述的晶圆多方向测试装置，其特征在于，所述环形承载台的内环直径大于所述探针卡的内环直径，所述环形承载台的内环的几何中心和所述探针卡的几何中心重合。

7.如权利要求1所述的晶圆多方向测试装置，其特征在于，所述测试机中设置有晶圆移动程式，所述晶圆移动程式包括晶圆缺口的方向、测试区域的尺寸以及测试点的位置。

8.如权利要求7所述的晶圆多方向测试装置，其特征在于，所述测试机通过控制所述驱动电机的运行时间控制所述环形承载台的旋转角度，以改变晶圆的测试方向。

9.如权利要求8所述的晶圆多方向测试装置，其特征在于，所述旋转角度包括0°、90°、180°或270°。

10.如权利要求8所述的晶圆多方向测试装置，其特征在于，所述探针机通过控制所述驱动电机的运行时间改变所述环形承载台、所述探针卡及所述连接板的基准转向距离与角度，以减小所述探针与所述测试区域上沿的夹角，增大所述探针与所述测试区域的接触面积。