CN113376498B - 一种晶圆级低温环境模拟测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆级低温环境模拟测试装置，其特征在于，包括测试箱(1)，设置在测试箱(1)内且将测试箱(1)内部分隔成测试腔(38)和常温腔(39)的隔板(24)，设置在测试腔(38)内的测试板(13)，安装于测试板(13)上的承载台(21)，设置在常温腔(39)内的托板(20)和下拉机构等。本发明在测试箱内设置有测试腔和常温腔，测试时先将测试腔和常温腔空气排出，并在测试腔内通入低温干燥空气，因此晶圆在测试时不会在其表面结霜。晶圆测试完成后通过下拉机构将晶圆移到常温腔内，使晶圆升至常温后再取出测试箱，有效防止晶圆与外部空气接触而使其表面形成水滴。

Description

一种晶圆级低温环境模拟测试装置

技术领域

本发明涉及集成电路测试设备技术领域，具体是指一种晶圆级低温环境模拟测试装置。

背景技术

集成电路芯片由晶圆经切割封装后得到，晶圆质量的优劣直接影响着集成电路芯片的性能优劣。晶圆测试是给晶圆各晶粒上的焊盘引脚进行通电检测，完成电参数测试和逻辑功能测试。为保证集成电路制品在低温的恶劣环境下可以正常工作，需要将晶圆置于低温环境下，对晶圆进行电参数测试和逻辑功能测试。但是，在低温测试环境下，空气中的水汽会凝结在晶圆上结霜，引起电参数漂移，严重时甚至会造成晶圆的损坏，严重影响晶圆测试的可靠性与准确性。为了解决上述问题，目前主要采用的方法是在被测晶圆外部装上一个真空腔体，通过泵抽走真空腔体内的真空水汽，可以有效的防止晶圆低温测试时表面结霜；但是该方法还存在较大问题，即当晶圆测试完后，由于晶圆表面温度很低，当将晶圆拿出来后，晶圆表面接触到外面的空气也会导致晶圆表面结霜；如果等测试完后的晶圆恢复到常温后再拿出，则又会降低测试效率。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种晶圆级低温环境模拟测试装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种晶圆级低温环境模拟测试装置，包括测试箱，设置在测试箱内且将测试箱内部分隔成测试腔和常温腔的隔板，设置在测试腔内的测试板，安装于测试板上的承载台，设置在常温腔内的托板和下拉机构，设置在测试箱上且测试端伸入到测试腔内的测试机构，设置在测试箱上且与测试腔连通的制冷装置和真空泵，设置在测试腔内的温度传感器，以及安装在测试箱上的控制箱；所述测试腔位于常温腔的上方，测试板和托板的位置上下对应，且下拉机构能将承载台从测试板上移动到托板上；所述制冷装置、真空泵以及温度传感器均与控制箱连接。

所述测试板能在测试腔内前后移动，且测试板的下表面设置有若干个测试板凹腔，测试板凹腔的底部设置有贯穿测试板的测试孔，所述测试板凹腔的底部还设置有电磁铁；所述承载台上表面设置有晶圆放置腔和吸附块，所述承载台安装于测试板凹腔内，且承载台安装于测试板凹腔内时，测试孔与晶圆放置腔对应，电磁铁则与吸附块对应；所述电磁铁与控制箱连接。

所述托板能在常温腔内前后移动，且托板与测试板为同步移动；所述托板上设置有与测试板凹腔一一对应的若干个承载台放置腔。

所述测试箱内侧壁上设置有滑槽，托板的两侧和测试板的两侧均设置有滑块，托板和测试板均通过滑块和滑槽安装于测试箱内侧壁上。

所述托板和测试板分别由一个驱动机构驱动移动；所述驱动机构包括电机，安装在电机转轴上的齿轮，以及与齿轮齿合的齿条；一个驱动机构的齿条安装于测试板的下表面，另一个驱动机构的齿条则安装于托板的下表面；所述电机与控制箱连接。

所述下拉机构包括设置于托板下方的下拉气缸，设置在下拉气缸的伸缩端上的气缸磁铁；所述承载台放置腔底部设置有穿孔，所述隔板上设置有通孔，所述承载台下表面设置有承载台座，所述承载台座上设置有下拉磁铁；所述下拉气缸的伸缩端能依次穿过穿孔和通孔后使气缸磁铁与下拉磁铁相互吸附，且下拉气缸的伸缩端收缩时能带动承载台穿过通孔后放置于承载台放置腔内。

所述通孔上设置有门，所述门上连接有门控机构；所述门控机构包括安装于测试箱内壁上的门控气缸，通过安装块安装在测试箱内壁上的L形推杆，一端与门活动连接、另一端则与L形推杆的第一活动端活动连接的第一支撑杆；所述门控气缸的伸缩端与L形推杆的第二活动端活动连接；所述L形推杆能以其安装点为中心旋转，且L形推杆旋转时能推动第一支撑杆摆动，从而打开和关闭门；所述门控气缸与控制箱连接。

所述测试机构包括设置在测试箱上且伸缩端伸入到测试腔内的伸缩气缸，安装在伸缩气缸的伸缩端上的探针盘，以及设置在探针盘上的探针；所述伸缩气缸能带动探针盘上下移动，且探针盘向下移动时探针能接触到安装在承载台内的晶圆上的焊盘引脚；所述伸缩气缸与控制箱连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明在测试箱内设置有测试腔和常温腔，测试时先将测试腔和常温腔空气排出，并在测试腔内通入低温干燥空气，因此晶圆在测试时不会在其表面结霜。晶圆测试完成后通过下拉机构将晶圆移到常温腔内，使晶圆升至常温后再取出测试箱，有效防止晶圆与外部空气接触而使其表面形成水滴。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明承载台位于测试板凹腔内时的剖示图。

图3为本发明的承载台位于承载台放置腔内时的剖示图。

图4为本发明的测试箱去掉顶板和侧板时的结构图。

图5为本发明的测试板的结构图。

图6为本发明的托板的结构图。

图7为本发明的承载台的结构图。

图8为门关闭时的示意图。

图9为门打开时的示意图。

图10为控制箱与外部器件的连接示意图。

上述附图中的附图标记为：1—测试箱，2—伸缩气缸，3—制冷装置，6—探针盘，7—探针，8—温度传感器，9—滑块，10—电机，12—电磁铁，13—测试板，14—吸附块，15—齿条，16—齿轮，17—下拉磁铁，18—承载台座，19—门，20—托板，21—承载台，22—气缸磁铁，23—下拉气缸，24—隔板，25—测试孔，26—承载台放置腔，27—穿孔，28—滑槽，29—测试板凹腔，32—晶圆放置腔，33—第一支撑杆，34—L形推杆，36—门控气缸，37—控制箱，38—测试腔，39—常温腔，40—真空泵。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1～4所示，本发明的晶圆级低温环境模拟测试装置，包括测试箱1，该测试箱1内沿其长度方向设置有隔板24，隔板24将测试箱1内部分隔成测试腔38和常温腔39，所述测试腔38位于常温腔39的上方。使用时，晶圆在测试腔38内进行低温测试，测试后的晶圆则移动到常温腔39内放置，使晶圆升至常温。

该隔板24上开设有连通测试腔38和常温腔39的通孔，所述通孔上设置有门19，所述门19上连接有门控机构；通过门控机构来控制门19的打开和关闭。为了提高密封性能，门19上设置有密封条(图中未示出)。

具体的，如图8、9所示，该门控机构包括门控气缸36、L形推杆34以及第一支撑杆33。安装时，门控气缸36安装于测试箱1内壁上；L形推杆34也安装于测试箱1内壁上，具体安装时，测试箱1内壁上可设置两块安装块，两块安装块之间设置销轴，L形推杆34则安装在销轴上，使得所述L形推杆34能以销轴为中心旋转。第一支撑杆33的一端与门19活动连接、另一端则与L形推杆34的第一活动端活动连接，使得第一支撑杆33能相对门19摆动，也能相对于L形推杆34摆动。门控气缸36的伸缩端与L形推杆34的第二活动端活动连接。当门控气缸36伸出时，推动L形推杆34，使L形推杆34逆时针转动，L形推杆34转动时又通过第一支撑杆33将门19推开，如图9所示。当门控气缸36收缩时，带动L形推杆34顺时针转动，L形推杆34顺时针转动时通过第一支撑杆33带动门19关闭，如图8所示。

该测试箱1上设置有与测试腔38连通的制冷装置3和真空泵40，使用时，打开门19，真空泵40将测试箱1内的空气抽走，抽走空气后关闭门19，制冷装置3则向测试腔38内通入干燥的冷空气，对测试腔38降温，以提供测试用的低温环境。

为了检测测试腔38内的温度，该测试腔38内设置有温度传感器8。

如图2～4所示，测试腔38内设置有测试板13。具体的，测试箱1内侧壁上设置有滑槽28，测试板13的两侧均设置有滑块9，测试板13通过滑块9和滑槽28安装于测试箱1内侧壁上，测试板13能在测试腔38内前后移动。为了更好的控制测试板13移动，测试板13上连接有一个驱动机构。所述驱动机构包括安装在测试箱1上的电机10，安装在电机10转轴上的齿轮16，以及与齿轮16齿合的齿条15，齿条15安装于测试板13的下表面，并沿测试板13的长度方向分布。通过上述结构，当电机10带动齿轮16转动时，通过齿轮16和齿条15可以带动测试板13前后移动。

如图5所示，测试板13的下表面设置有若干个测试板凹腔29，测试板凹腔29的底部设置有贯穿测试板13的测试孔25，所述测试板凹腔29的底部还设置有电磁铁12。每一个测试板凹腔29内安装有一个承载台21，所述承载台21上表面设置有晶圆放置腔32和吸附块14，如图7所示，测试孔25与晶圆放置腔32对应，电磁铁12则与吸附块14对应。晶圆放置腔32用于放置待测晶圆，其尺寸与晶圆相匹配。

该测试板13可以从测试箱1的端部抽出，像现在的抽屉一样，使用时，将测试板13抽出，将测试板13安装于测试板凹腔29内，同时将电磁铁12通电，承载台21则被吸附在测试板凹腔29内，通过测试孔25可将晶圆安装于承载台21的晶圆放置腔32内。本实施例中，电磁铁12可采用无线电磁铁，以方便测试板13移动。

如图2～4所示，该常温腔39内设置有托板20，测试板13和托板20的位置上下对应，同样的，托板20的安装方式与测试板13相同，并且也通过驱动机构驱动移动，在这里不再对托板20的安装方式和驱动方式进行赘述。

如图6所示，所述托板20上设置有若干个承载台放置腔26，承载台放置腔26与测试板凹腔29一一对应，即承载台放置腔26的数量与测试板凹腔29的数量相同，一个测试板凹腔29的下方对应一个承载台放置腔26。

所述托板20也能在常温腔39内前后移动，且托板20与测试板13为同步移动，即工作时，当测试完一个晶圆后，托板20与测试板13同时向前移动一个工位，再对下一个晶圆进行测试。

测试板凹腔29、隔板24的通孔以及承载台放置腔26三者上下位置对应，当测试板13和托板20向前移动一个工位后，下一个测试板凹腔29和承载台放置腔26则又与隔板24的通孔上下对应。

如图2、3所示，所述常温腔39内设置有下拉机构，该下拉机构位于托板20的下方，且下拉机构的位置与隔板24上的通孔的位置相对应，因此下拉机构可以经过隔板24上的通孔将承载台21从测试板13上移动到托板20上。

具体的，该下拉机构包括设置于托板20下方的下拉气缸23，设置在下拉气缸23的伸缩端上的气缸磁铁22。该下拉气缸23安装于常温箱39的底部，且位于隔板24上的通孔的下方。

为了更好的移动承载台21，所述承载台放置腔26底部设置有穿孔27，所述承载台21下表面设置有承载台座18，所述承载台座18上设置有下拉磁铁17；该下拉磁铁17的位置与气缸磁铁22的位置相对应，因此所述下拉气缸23的伸缩端伸出时，能依次穿过穿孔27和通孔后使气缸磁铁22与下拉磁铁17相互吸附，当下拉气缸23的伸缩端收缩时能带动承载台21穿过通孔后放置于承载台放置腔26内，而当下拉气缸23的伸缩端继续收缩时，由于托板20的阻挡，气缸磁铁22与下拉磁铁17脱离。

如图2、3所示，该测试箱1上还设置有测试机构，具体的，该测试机构包括设置在测试箱1上且伸缩端伸入到测试腔38内的伸缩气缸2，安装在伸缩气缸2的伸缩端上的探针盘6，以及设置在探针盘6上的探针7。所述伸缩气缸2能带动探针盘6上下移动，且探针盘6向下移动时探针7能接触到安装在承载台21内的晶圆上的焊盘引脚，通过测试机构对晶圆上的焊盘引脚进行测试。探针7与外部的测试系统连接，测试数据传送给测试系统。

该测试箱1上还安装有用于控制整个装置工作的控制箱37，伸缩气缸2、门控气缸36、制冷装置3、真空泵40、温度传感器8、电磁铁12、下拉气缸23、电机10均与控制箱37连接。

具体的，如图10所示，该控制箱37内包括有中央控制模块，分别与中央控制模块连接的电机控制模块、电磁铁控制模块、气缸控制模块、时间模块、制冷装置控制模块以及真空泵控制模块。该温度传感器与中央控制模块连接，电机10与电机控制模块连接，电磁铁12与电磁铁控制模块连接，伸缩气缸2、门控气缸36、下拉气缸23均与气缸控制模块连接，制冷装置3与制冷装置控制模块连接，真空泵40与真空泵控制模块连接。该电机控制模块和气缸控制模块可采用多路输出控制器来同时控制多个电机和气缸。

工作时，将测试板13抽出测试箱1，将承载台21安装于测试板凹腔29内，同时中央控制模块通过电磁铁控制模块给电磁铁12通电，承载台21被吸附于测试板凹腔29内，每一个测试板凹腔29内安装一个承载台21。将待测晶圆经测试孔25后放置于晶圆放置腔32内，并将测试板13推回测试箱1中。中央控制模块通过气缸控制模块控制门控气缸36伸出，将门19打开。真空泵控制模块控制真空泵40工作，将测试箱1内的空气排出，再控制门控气缸36收缩，将门19关闭。制冷装置控制模块控制制冷装置3向测试腔38内通入干燥空气，温度传感器8实时检测测试腔38内的温度，并发送给中央控制模块，当测试腔38内的温度达到设定温度时，控制制冷装置3停止工作。中央控制模块发送指令给气缸控制模块，气缸控制模块控制伸缩气缸2伸入，推动探针7下移并与晶圆的焊盘引脚接触，开始测试晶圆的电气特性，时间模块模块记录测试时间，当达到测试时间后，控制伸缩气缸2收缩，探针7与晶圆分离，完成第一个晶圆的测试。气缸控制模块控制门控气缸36工作，将门19打开，同时控制下拉气缸23伸出，下拉气缸23的伸缩端经穿孔27和通孔后其上的气缸磁铁22与下拉磁铁吸合，控制电磁铁12断电，电磁铁12与吸附块14脱离。控制下拉气缸23收缩，其带动承载台21经通孔落到晶圆放置腔32内，与此同时，控制门控气缸36收缩，将门19关闭，下拉气缸23收缩时，由于托板20的阻挡，承载台21停留在晶圆放置腔32内，该测试完的第一个晶圆则停留在常温腔39内进行升温。

本实施例中，当打开门19后测试腔38内的冷空气会有少量经通孔进入到常温腔39内，但是由于开门时间短，晶圆测试时间长，对晶圆升温并不影响；同时，由于实时检测测试腔内的温度，如果测试腔内的温度有升高，可及时补入冷空气，因此对晶圆测试也无影响。

当第一个晶圆测试完成后，电机控制模块控制电机10工作，同时控制测试板13和托板20向前移动一个工位。控制探针7下移，对第二个晶圆进行测试，如此反复，直至所有的晶圆测试完成。晶圆测试完成后，电机10反转，使测试板13和托板20复位，抽出托板，取出晶圆，此时晶圆表面已为常温，其与外部空气接触时不会形成霜。本实施例中，在测试箱1上位于测试板13和托板20抽出的开口处设置端盖，以起到密封作用，在测试时将端盖关上。本发明在测试时先将测试腔38和常温腔39的空气排出，并在测试腔38内通入低温干燥空气，因此晶圆在测试时不会在其表面结霜。晶圆测试完成后通过下拉机构将晶圆移到常温腔39内，使晶圆升至常温后再取出测试箱1，有效防止晶圆与外部空气接触而使其表面形成水滴。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (7)

1.一种晶圆级低温环境模拟测试装置，其特征在于，包括测试箱(1)，设置在测试箱(1)内且将测试箱(1)内部分隔成测试腔(38)和常温腔(39)的隔板(24)，设置在测试腔(38)内的测试板(13)，安装于测试板(13)上的承载台(21)，设置在常温腔(39)内的托板(20)和下拉机构，设置在测试箱(1)上且测试端伸入到测试腔(38)内的测试机构，设置在测试箱(1)上且与测试腔(38)连通的制冷装置(3)和真空泵(40)，设置在测试腔(38)内的温度传感器(8)，以及安装在测试箱(1)上的控制箱(37)；所述测试腔(38)位于常温腔(39)的上方，测试板(13)和托板(20)的位置上下对应，且下拉机构能将承载台(21)从测试板(13)上移动到托板(20)上；所述制冷装置(3)、真空泵(40)以及温度传感器(8)均与控制箱(37)连接；所述测试板(13)能在测试腔(38)内前后移动，且测试板(13)的下表面设置有若干个测试板凹腔(29)，测试板凹腔(29)的底部设置有贯穿测试板(13)的测试孔(25)，所述测试板凹腔(29)的底部还设置有电磁铁(12)；所述承载台(21)上表面设置有晶圆放置腔(32)和吸附块(14)，所述承载台(21)安装于测试板凹腔(29)内，且承载台(21)安装于测试板凹腔(29)内时，测试孔(25)与晶圆放置腔(32)对应，电磁铁(12)则与吸附块(14)对应；所述电磁铁(12)与控制箱(37)连接。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆级低温环境模拟测试装置，其特征在于，所述托板(20)能在常温腔(39)内前后移动，且托板(20)与测试板(13)为同步移动；所述托板(20)上设置有与测试板凹腔(29)一一对应的若干个承载台放置腔(26)。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆级低温环境模拟测试装置，其特征在于，所述测试箱(1)内侧壁上设置有滑槽(28)，托板(20)的两侧和测试板(13)的两侧均设置有滑块(9)，托板(20)和测试板(13)均通过滑块(9)和滑槽(28)安装于测试箱(1)内侧壁上。

4.根据权利要求3所述的一种晶圆级低温环境模拟测试装置，其特征在于，所述托板(20)和测试板(13)分别由一个驱动机构驱动移动；所述驱动机构包括电机(10)，安装在电机(10)转轴上的齿轮(16)，以及与齿轮(16)齿合的齿条(15)；一个驱动机构的齿条(15)安装于测试板(13)的下表面，另一个驱动机构的齿条(15)则安装于托板(20)的下表面；所述电机(10)与控制箱(37)连接。

5.根据权利要求4所述的一种晶圆级低温环境模拟测试装置，其特征在于，所述下拉机构包括设置于托板(20)下方的下拉气缸(23)，设置在下拉气缸(23)的伸缩端上的气缸磁铁(22)；所述承载台放置腔(26)底部设置有穿孔(27)，所述隔板(24)上设置有通孔，所述承载台(21)下表面设置有承载台座(18)，所述承载台座(18)上设置有下拉磁铁(17)；所述下拉气缸(23)的伸缩端能依次穿过穿孔(27)和通孔后使气缸磁铁(22)与下拉磁铁(17)相互吸附，且下拉气缸(23)的伸缩端收缩时能带动承载台(21)穿过通孔后放置于承载台放置腔(26)内。

6.根据权利要求5所述的一种晶圆级低温环境模拟测试装置，其特征在于，所述通孔上设置有门(19)，所述门(19)上连接有门控机构；所述门控机构包括安装于测试箱(1)内壁上的门控气缸(36)，通过安装块安装在测试箱内壁上的L形推杆(34)，一端与门(19)活动连接、另一端则与L形推杆(34)的第一活动端活动连接的第一支撑杆(33)；所述门控气缸(36)的伸缩端与L形推杆(34)的第二活动端活动连接；所述L形推杆(34)能以其安装点为中心旋转，且L形推杆(34)旋转时能推动第一支撑杆(33)摆动，从而打开和关闭门(19)；所述门控气缸(36)与控制箱(37)连接。

7.根据权利要求6所述的一种晶圆级低温环境模拟测试装置，其特征在于，所述测试机构包括设置在测试箱(1)上且伸缩端伸入到测试腔(38)内的伸缩气缸(2)，安装在伸缩气缸(2)的伸缩端上的探针盘(6)，以及设置在探针盘(6)上的探针(7)；所述伸缩气缸(2)能带动探针盘(6)上下移动，且探针盘(6)向下移动时探针(7)能接触到安装在承载台(21)内的晶圆上的焊盘引脚；所述伸缩气缸(2)与控制箱(37)连接。

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