CN113589134A - 晶圆测试设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆测试设备，包括载晶盘，用于承载晶圆，所述晶圆包括多个集成电路；探针卡，具有朝向所述载晶盘的探针阵列；可移动的第一图像捕获装置，朝向所述探针卡，用于检测所述探针阵列中的至少部分探针在第一参考坐标系中的坐标；以及控制器，电性耦接所述第一图像捕获装置，用于根据所述坐标计算所述探针卡在第一参考面内的偏移、在所述第一参考面内的偏转和/或相对于所述第一参考面的倾角，所述第一参考面由所述第一参考坐标系的两个坐标轴界定。

Description

晶圆测试设备和方法

技术领域

本发明主要涉及集成电路测试领域，尤其涉及一种晶圆测试设备和方法。

背景技术

在集成电路制造过程中，通常需要将集成电路固定于测试机台上，并逐个对集成电路器件进行光学、电学等性能测试。常见的用于普通生产工艺集成电路的传统自动测试设备(ATE)，在测试过程中通常只需要让集成电路在载台上旋转。

微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical-System，MEMS)器件是包括执行电力和机械功能的小型机械器件，该机械器件使用与制作集成电路所使用的工艺相似的光刻工艺制作而成。有些MEMS器件是能够检测运动的传感器，比如加速计，或者是能够检测角速度的传感器，比如陀螺仪。由于MEMS惯性传感器尺寸小至数毫米，单颗测试难度加大，因此会将包括许多MEMS惯性传感器的未切割晶圆，或者切割后贴附在胶膜上的已切割晶圆整体进行测试。包括MEMS惯性传感器的晶圆在测试过程需要经历多个维度的旋转。常见的自动测试设备无法满足MEMS惯性传感器的测试要求。基于常见的自动测试设备所做的改进，引入了旋转台。然而，当晶圆需要随旋转台旋转时，会产生器件定位精确度等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种晶圆测试设备和方法，用于处理包含MEMS惯性传感器的晶圆。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种晶圆测试设备，包括载晶盘，用于承载晶圆，所述晶圆包括多个集成电路；探针卡，具有朝向所述载晶盘的探针阵列；可移动的第一图像捕获装置，朝向所述探针卡，用于检测所述探针阵列中的至少部分探针在第一参考坐标系中的坐标；以及控制器，电性耦接所述第一图像捕获装置，用于根据所述坐标计算所述探针卡在第一参考面内的偏移、在所述第一参考面内的偏转和/或相对于所述第一参考面的倾角，所述第一参考面由所述第一参考坐标系的两个坐标轴界定。

在本发明的一实施例中，晶圆测试设备还包括第二图像捕获装置，朝向所述载晶盘设置，用于检测所述晶圆的轴线相对于第二参考坐标系的第一坐标轴的偏转；驱动机构，连接所述载晶盘，用于驱动所述载晶盘旋转；所述控制器还耦接所述第二图像捕获装置和所述驱动机构，用于控制所述驱动机构驱动所述载晶盘旋转，以校正所述偏转，所述第二参考坐标系与所述第一参考坐标系之间满足平移变换。

在本发明的一实施例中，还包括具有多个平移自由度的移动台，所述载晶盘和所述第一图像捕获装置设于所述移动台上，

所述控制器电性耦接所述移动台，且还用于控制所述移动台带动所述第一图像捕获装置移动。

在本发明的一实施例中，所述第二图像捕获装置还用于检测所述载晶盘相对于第二参考面的倾角，所述控制器还用于调整所述移动台的水平度，以校正所述载晶盘相对于第二参考面的倾角，所述第二参考面由所述第二参考坐标系的两个坐标轴界定。

在本发明的一实施例中，所述第一参考面和第二参考面平行于水平面，所述第一坐标轴为所述设备的翻转轴。

在本发明的一实施例中，所述控制器还用于建立所述第一图像捕获装置和所述探针卡的坐标对应关系；和/或所述控制器还用于建立所述第二图像捕获装置和所述载晶盘之间的坐标对应关系。

在本发明的一实施例中，所述控制器还用于计算所述至少部分探针在垂直于所述载晶盘的方向上的平均坐标，以确定所述晶圆移动到所述探针阵列的距离。

在本发明的一实施例中，所述控制器还用于计算所述探针阵列中的各探针在垂直于所述载晶盘的方向上的坐标的最大差值，并比较所述最大差值与一阈值，当所述最大差值大于所述阈值时，产生报警信号。

在本发明的一实施例中，所述晶圆为未切割的晶圆或贴附在胶膜上的已切割晶圆。

本发明还提供一种晶圆测试方法，用于晶圆测试设备，所述晶圆测试设备包括载晶盘和探针卡，所述载晶盘用于承载包括多个集成电路的晶圆，所述探针卡具有朝向所述载晶盘的探针阵列，所述方法包括以下步骤：检测所述探针阵列中的至少部分探针在第一参考坐标系中的坐标；根据所述坐标计算所述探针卡在第一参考面内的偏移、在所述第一参考面内的偏转和/或相对于所述第一参考面的倾角。

在本发明的一实施例中，晶圆测试方法还包括保持所述载晶盘平行于所述第一参考面的状态下，校正所述偏移、偏转和/或倾角。

在本发明的一实施例中，晶圆测试方法还包括检测所述晶圆的轴线相对于第二参考坐标系的第一坐标轴的偏转；驱动所述载晶盘旋转，以校正所述偏转；其中所述第二参考坐标系与所述第一参考坐标系之间满足平移变换。

在本发明的一实施例中，晶圆测试方法还包括检测所述载晶盘相对于第二参考面的倾角；以及校正所述载晶盘相对于第二参考面的倾角。

在本发明的一实施例中，所述第一参考面和第二参考面平行于水平面，所述第一坐标轴为所述设备的翻转轴。

在本发明的一实施例中，晶圆测试方法还包括计算所述至少部分探针在垂直于所述载晶盘的方向上的平均坐标，以确定所述晶圆移动到所述探针阵列的距离；以及移动所述晶圆，使所述晶圆上的触点接触所述探针阵列。

在本发明的一实施例中，晶圆测试方法还包括计算所述探针阵列中的各探针在垂直于所述载晶盘的方向上的坐标的最大差值；比较所述最大差值与一阈值，当所述最大差值大于所述阈值时，产生报警信号。

与现有技术相比，本发明的晶圆测试设备和方法，可以在测试前检测探针卡的坐标并计算探针卡的偏移、偏转或倾角。这样，测试者可以调整探针卡以校正偏移、偏转或倾角，或者发现探针卡的偏移、偏转或倾角太大而无法满足测试要求。这一校正不依赖于载晶盘的运动，从而使得载晶盘可以保持理想姿态及角度。在晶圆测试的旋转过程中，姿态、角度及位置正确的探针卡能实现高精度对位，从而实现对包含MEMS惯性传感器的晶圆的测试要求。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是本申请一实施例的晶圆测试设备的示意图。

图2是本申请一实施例的晶圆测试设备翻转运行的示意图。

图3是本申请一实施例的晶圆测试设备翻转和旋转同时运行的示意图。

图4是本申请一实施例的晶圆测试设备的载晶盘上的晶圆在水平面内的偏转的校正的示意图。

图5是本申请一实施例的晶圆测试设备的探针卡和探针阵列的水平坐标校正示意图。

图6是本申请一实施例的晶圆测试设备的探针卡和探针阵列的竖直坐标校正示意图。

图7是本申请一实施例的晶圆测试设备的探针卡的校正俯视方向示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

晶圆测试是对晶圆上的每个晶粒(die)进行探针测试。通过探针与晶粒上的接触点接触，测试晶粒的电学特性。MEMS惯性传感器具有加速度测量、倾斜测量、振动测量以及转动测量等测量功能，其可用于手机、手环、鼠标、计步器、耳机等多种场景，也可用于导航、姿态控制、机器人等多种环境。因此，MEMS惯性传感器芯片的测试与普通的集成电路芯片测试相比，其测试过程更为复杂，测试要求亦更为严格。

本发明的实施例描述用于MEMS惯性传感器芯片的晶圆测试设备。如图1所例示，在本发明一实施例中，晶圆测试设备100包括载晶盘106，用于承载晶圆(Wafer，图未示)。晶圆上包括多个集成电路(IC)，例如晶粒。晶圆例如可为真空吸附于载晶盘上。晶圆为未切割的晶圆或贴附在胶膜(Blue Tape)上的已切割晶圆。晶圆测试设备100还包括探针卡(ProbeCard)107。探针卡107具有朝向载晶盘106的探针阵列(图1未示出)。基于探针卡可定义一第一参考坐标系。第一参考坐标系可包括相互垂直的X轴、Y轴和Z轴。测试过程时，探针阵列中的每一根探针的针管脚(Pin)对应一个晶粒的接触部(Pad)。

晶圆测试设备100还包括可移动的第一图像捕获装置105。第一图像捕获装置105朝向探针卡107，其用于检测探针阵列的至少部分探针在第一参考坐标系中的坐标。第一图像捕获装置105例如可包括CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合器件)摄像头，但并不以此为限。为使晶圆测试过程更为准确和高效，第一图像捕获装置105可包括若干个不同分辨率的CCD摄像头。例如可包含一低分辨率CCD摄像头和一高分辨率CCD摄像头。高分辨率和低分辨率的选择根据实际的测试要求进行选择。

晶圆测试设备100还包括控制器(图1未示出)。控制器电性耦接于第一图像捕获装置105，用于根据坐标计算探针卡107在第一参考面内的偏移，计算探针卡107在第一参考面内的偏转以及计算探针卡107相对于第一参考面的倾角。第一参考面由第一参考坐标系的两个坐标轴界定，例如可通过第一参考坐标系的X轴和Y轴界定。第一参考面为水平面。探针卡107的偏移指整体偏移，整体偏移的修正可通过对探针卡整体平移实现。探针卡107在第一参考面内的偏转则可通过探针卡107在第一参考面内绕Z轴的旋转校正实现调整。探针卡107相对于第一参考面的倾角则可通过探针卡107在立体空间绕X轴和/或Y轴的旋转实现校正。通过在立体空间内的旋转，使探针卡107调整至与第一参考面平行。探针卡107在第一参考面内的偏移，计算探针卡107在第一参考面内的偏转以及计算探针卡107相对于第一参考面的倾角并非全部需要校正，其实际校正环节根据探针卡的位置确定。

在一非限制性实施例中，晶圆测试设备还包括第二图像捕获装置108。第二图像捕获装置108朝向载晶盘106设置，用于检测载晶盘106上晶圆的轴线相对于第二参考坐标系的第一坐标轴的偏转，例如可称为θ角。晶圆的轴线可为晶圆上的两标定点连接形成的经过晶圆中心的连线。第二图像捕获装置例如可为一CCD摄像头。第二参考坐标系可由设备的移动台109定义。移动台109上设有载晶盘106。

第二坐标系例如可包括相互垂直的X1轴、Y1轴和Z1轴。第一坐标轴例如为测试设备的翻转轴101。换言之，测试设备的翻转轴101可与第一坐标轴平行。在一实施例中，第一坐标轴例如为第二坐标系的X1轴。晶圆测试设备还包括驱动机构(图未示)。驱动机构与载晶盘106连接，用于驱动载晶盘106旋转。

在一非限制性实施例中，晶圆测试设备的移动台109具有多个平移自由度(Degreeof Freedom，DoF)，载晶盘106和第一图像捕获装置105设于移动台上。移动台109在第二坐标系中X1方向、Y1方向的移动可通过相应方向的平行滑轨111和112实现，在Z1方向的移动可通过若干个升降装置(图1未示出)实现。控制器电性耦接于移动台，且还用于控制移动台带动第一图像捕获装置105移动。

晶圆测试设备的控制器还耦接第二图像捕获装置108和驱动机构，用于控制驱动机构驱动载晶盘106旋转，以校正偏转的θ角。第二参考坐标系与第一参考坐标系之间满足平移变换。

在一些实施例中，第二图像捕获装置108还用于检测载晶盘106相对于第二参考面的倾角。控制器还用于调整移动台109的水平度，以校正载晶盘106相对于第二参考面的倾角，第二参考面由第二参考坐标系的两个坐标轴界定，例如可由第二参考坐标系的X1轴和Y1轴确定。第二参考面为水平面。

载晶盘106的θ角及倾角的校正，在晶圆测试前进行，而且这一校正与探针卡107的校正是相互独立的。这样，载晶盘106可以单独调整并保持在理想姿态及角度。探针卡107也可单独调整并保持在较佳姿态、角度及位置。在晶圆测试的立体旋转过程中，姿态、角度及位置正确的探针卡能使探针阵列准确对准晶圆上的接触部。作为比较，如果通过调整载晶盘106的θ角及倾角来适应探针卡的角度及倾角，则在晶圆测试的立体旋转过程，载晶盘106上的晶圆将无法水平和/或无法保持与设备的翻转轴平行。不易觉察的是，这一结果将导致晶圆及其上的接触部的位置将与理论值不同，从而影响探针阵列的对准。

在一非限制性实施例中，控制器还可用于建立第二图像捕获装置108和载晶盘106之间的坐标对应关系。如前文叙述，第二图像捕获装置108朝向载晶盘106设置，用于检测晶圆的轴线相对于第二参考坐标系的第一坐标轴的偏转，例如可称为θ角。第二图像捕获装置108例如可为一CCD摄像头。

调整偏转的θ角的过程可如图4所例示，首先如图4(a)，在晶圆10右侧区域标定特定的图像图案，提供给第二图像捕获装置108用于轴线对齐比对相同的图像。而后，如图4(b)晶圆10移动使其左侧对准第二图像捕获装置108，第二图像捕获装置108搜寻识别相同的图像模式，如果未找到则索引移动，然后按顺时针索引数移动进行检查搜索。第二图像捕获装置108索引移动的示意如放大图所示意。

一旦第二图像捕获装置108发现特定的图像图案，则通过控制器控制驱动机构驱动载晶盘旋转，使得特定的图像到第二图像捕获装置108的CCD摄像头中心，如图4(c)所示。旋转的角度根据坐标的偏差经过三角计算得到。旋转校正后，也可将第二图像捕获装置108对晶圆右侧重新观测，再移动晶圆至左侧对准第二图像捕获装置108重新确认，经过索引移动并重新检查特定图像，重复此过程以确保晶圆在第二参考面内对齐至轴线方向，如图4(d)所示。此为晶圆测试设备的控制器调整偏转的θ角的过程。

在一非限制性实施例中，晶圆测试设备100的控制器还用于建立第一图像捕获装置105和探针卡107的坐标对应关系。如前文叙述，第一图像捕获装置105朝向探针卡107，其用于检测探针卡107上的探针阵列的至少部分探针在第一参考坐标系中的坐标。同时，第一图像捕获装置105可包括若干个不同分辨率的CCD摄像头。例如可包含一低分辨率CCD摄像头和一高分辨率CCD摄像头。在测试过程中，首先参考图5，可先由第一图像捕获装置105的低分辨率CCD摄像头105a在水平面移动，对探针卡107上的探针阵列107a作一较宽视角的观察。在此较宽视角中，可包含探针阵列107a中的部分探针或全部探针。在部分探针的例子中，探针阵列107a共包括300根探针，在第一图像捕获装置105的低分辨率CCD摄像头的此观察视角中，观察到140根探针。因探针阵列107a在探针卡上的分布在初始状态下已大致确定，因而经第一图像捕获装置105的低分辨率CCD摄像头105a观察，并经控制器运算后，将可得到晶圆和探针卡在方位上的大致对应关系。

再参考图6所示，在得到晶圆和探针卡在方位上的大致对应关系后，第一图像捕获装置105的高分辨率CCD摄像头105b将对探针卡上的探针阵列107a的每一根探针的管脚(例如107b)的(x，y)坐标进行更精确测量。因经过校准后的晶圆的初始位置已固定，为使在测试过程中探针卡上的探针阵列的每一根探针的管脚(Pin)可以达到测试标准的精度，对准待测试晶圆上的每一个接触部(Pad)，故需要对每一根探针的管脚的(x，y)坐标进行测量，以校准探针卡，实现对晶圆上芯片的高精度测试。例如，每一管脚对应接触部的中心的误差在2微米范围内。具体地，第一图像捕获装置105的高分辨率CCD摄像头105b测量得到探针卡上的探针阵列107b的每一根探针的管脚的(x，y)坐标，然后与每一个管脚要对应的待测晶圆上的每一芯片的一个接触部的坐标(x1，y1)比较。

举例而言，探针阵列共包括300根探针。每测试一次，300根探针的管脚可对应接触300个接触部，300个接触部对应10颗晶粒。一块晶圆上例如包括数百颗晶粒。在起始的第一次测试时，为使探针阵列的每一根探针的管脚与待测晶圆上的每一晶粒的一个接触部能够满足高精度测试的接触要求，测得探针阵列的每一根探针的管脚的在第一参考坐标系中的(x，y)坐标，再与每一个管脚要对应的待测晶圆上的每一晶粒的一个接触部在第二参考坐标系中的坐标(x1，y1)比较，经过相应坐标值的运算和第一参考坐标系与第二参考坐标系之间的坐标变换，可得到以第一参考坐标系为参照的多个(△x，△y)值。对多个(△x，△y)值作相应运算，例如可为记算平均值，或根据需求经过其他形式的表达式计算。得到一计算结果(△x_a，△y_a)。根据此计算结果，以第一参考坐标系为参照系，对探针卡的位置进行相应调整。如图7的探针卡俯视图所例示，探针卡在第一参考坐标系的第一参考平面XY内，经过测量和计算后，需要调整的位置偏移量为(△x_a，△y_a)。(△x_a，△y_a)可包含方向含义，与X轴或Y轴方向相同时为正值，方向相反是为负值。正和负对应不同的调整方向。通过对探针卡的调整，实现探针阵列与待测晶圆的接触部在水平方向上的进一步精准对齐。

在一非限制性实施例中，晶圆测试设备100的控制器还用于计算至少部分探针在垂直于载晶盘的方向上的平均坐标，以确定将晶圆移动到与探针阵列接触时在竖直方向上的距离。在测试过程中，参考图6，第一图像捕获装置105的高分辨率CCD摄像头105b将对探针卡上的探针阵列107a的每一根探针的管脚。高分辨率CCD摄像头105b在移动台109(如图1)的带动下移动。利用第一图像捕获装置105的高分辨率CCD摄像头105b的测距功能，可得到一高分辨率CCD摄像头105b可聚焦至一根探针的管脚(如107b)的位置坐标。该位置坐标以第二参考坐标系为基础。基于此坐标与此时的高分辨率CCD摄像头105b距离该一根探针的管脚107b的竖直方向的距离，以及第一参考坐标系与第二参考坐标系的坐标变换，可得到该一根探针的管脚107a在竖直方向的Z坐标。经过第一图像捕获装置105的高分辨率CCD摄像头105b对至少部分或全部探针在垂直方向的距离的测量，以及经过坐标系的转换，可得到至少部分或全部探针在垂直方向上的Z坐标，此坐标以第一参考坐标系为参照。而后，晶圆测试设备的控制器可以此数据为基础，得到探针阵列中至少部分探针或全部探针在垂直于载晶盘的方向上的平均坐标。因载晶盘此时已调整校准至与水平面齐平，故垂直于载晶盘的方向即为竖直方向。得到探针阵列中至少部分探针或全部探针在垂直于载晶盘的方向上的平均坐标后，可以此数值确定移动台将晶圆移动到与探针阵列接触时，在竖直方向上的距离。

在一些实施例中，前述的通过控制器调整探针卡以校正探针阵列的(x，y)坐标的过程，与通过控制器驱动各机构和计算得到移动台将晶圆移动到与探针阵列接触时在竖直方向上的距离的过程并非固定，其可根据实际情形进行设置。

在经过校正探针阵列的(x，y)坐标和确定移动台将晶圆移动到与探针阵列接触时在竖直方向上的距离后，移动台109可将晶圆移动到与探针阵列接触，具体为待测晶圆上的接触点与探针阵列107a的每一根探针接触，通过探针连接至检测电路，检测相应的晶粒的电学性能。

在晶圆上的一批晶粒测试过程完成后，控制器通过驱动机构驱动移动台带动晶圆在竖直方向上向下移动，使探针阵列中的探针与本次测试的一批晶粒的接触部分离。而后，准备第二批晶粒测试过程。第二次测试过程，因晶圆上待测晶粒的接触部的坐标将发生变化，则需重新将探针阵列对准探针的(x，y)。实际由移动台带动晶圆平移实现。第二次测试过程，亦需重新确定移动台将晶圆移动到与探针阵列接触时在竖直方向上的距离。在实际测试场景中，尽管载晶盘106已调整校正至与水平面平行，但晶圆10表面并非确定为标准的平面。因此在确定移动台109将晶圆10移动到与探针阵列107a接触时在竖直方向上的距离时，除每次测量得到探针阵列107a中探针在第一参考坐标系中的Z坐标外，还需考虑晶圆10表面的平整度在竖直方向上的距离确定时的影响。

实际情形中，为使测试能够精确有效进行，亦可根据晶圆10表面的平整度的信息对移动台109将晶圆10移动到与探针阵列107a接触时在竖直方向上的距离进行微调，以使得测试时探针阵列107a与待测晶圆10的接触部有效接触。此处的有效接触可例如为既可满足测试所需要的接触紧密度要求，又不会因过分按压晶圆10相应的接触部使得待测晶粒或探针损坏。这也是确保晶圆测试过程能够满足高精度和有效进行的重要因素。

第二次测试完成后，可参考前述过程准备第三次测试，即移动台109先带动晶圆10在竖直方向上向下运动，与探针阵列107a脱离接触。再带动晶圆10进行平移至准备下一次测试的位置。而后，第一图像捕获装置105在控制器的控制和驱动下实现探针阵列107a中探针与待测晶圆10的接触部的第三次对准。对准过程仍通过第一图像捕获装置105的低分辨率CCD摄像头105a和高分辨率CCD摄像头105b的观测和控制器的运动和移动台的移动实现。必要时，第二图像捕获装置108亦可对载晶盘106进行再次校正，以重新校准待测晶圆的接触部的坐标。一片晶圆，例如直径可为8英寸或12英寸，可通过数百次的测试完成对晶圆上所有芯片的测试。

在一些实施例中，晶圆测试设备的控制器还用于计算探针阵列中的各探针在垂直于载晶盘的方向上的坐标的最大差值，并将最大差值与一阈值比较，当最大差值大于阈值时，产生报警信号。当最大差值大于阈值时，表明探针卡此时已无法用于测试，需进行更换或调整。因探针阵列中的探针的密度和精度在微米级别，故无法进行手工调整，需借助仪器进行。

继续参考图1，图1中，103为立体框结构，翻转轴101转动时，立体框103被联带转动。104为立体框结构，旋转轴102转动时，立体框104被联带转动。立体框103被联带转动时，框内的机构，包括立体框104，移动台109，载晶盘106，第一图像捕获装置105，第二捕获装置108，探针卡107等结构亦被联带翻转。当立体框104被联带转动时，移动台109，载晶盘106，第一图像捕获装置105，第二捕获装置108，探针卡107等结构亦被联带旋转。

图2是本发明实施例的晶圆测试设备的翻转轴101进行翻转时的测试场景示意图。

图3是本发明实施例的晶圆测试设备的翻转轴101进行翻转和旋转轴102进行旋转时的测试场景示意图。翻转轴101的翻转与旋转轴102的旋转同时进行，将组合产生第三个自由度的转动，如图中的宽箭头301所例示。

因MEMS惯性传感器是运动测量器件，故对其进行出厂前的功能测试，与普通的集成电路测试相比更为复杂。本申请提供的晶圆测试设备通过在测试过程中消除晶圆的轴线相对于设备翻转轴的偏转，并将晶圆调整至与水平面平行。同时，通过第一图像捕获装置105将探针卡上的探针阵列的管脚调整至合适的坐标位置，实现探针阵列的水平和垂直校准，对每一探针的位置，亦通过调整使其与待测晶圆的接触部实现高精度对准，从而满足MEMS惯性传感器测试的高精度和有效进行，在微米级精度测试MEMS惯性传感器的运动检测性能。避免了待测晶圆的轴线相对于第二参考坐标系的第一坐标轴的偏转，待测晶圆相对于水平面的倾斜和探针卡在水平和竖直方向的偏移、偏转和相对于水平面的倾斜，在惯性传感器芯片的翻转和旋转测试过程中对测试效能的影响。

本发明实施例的晶圆测试设备，通过对载晶盘和待测晶圆以及对探针阵列的校准和调整，使测试设备可用于MEMS惯性传感器芯片的加速度测量性能、倾斜测量性能以及转动测量性能等的测试。

本申请还提供一种晶圆测试方法，用于晶圆测试设备，晶圆测试设备包括载晶盘和探针卡。载晶盘用于承载包括集成电路的晶圆，探针卡具有朝向载晶盘的探针阵列。晶圆测试方法包括，检测探针阵列中的至少部分探针在第一参考坐标系中的坐标，根据探针在第一参考坐标系中的坐标计算探针卡在第一参考面内的偏移、在第一参考面内的偏转以及相对于第一参考面的倾角。探针卡的偏移指整体偏移，整体偏移的修正可通过对探针卡整体平移实现。探针卡107在第一参考面内的偏转则可通过探针卡107在第一参考面内的旋转校正实现调整。探针卡107相对于第一参考面的倾角则可通过探针卡107在立体空间的旋转实现校正。通过在立体空间内的旋转，使探针卡107调整至与第一参考面平行。第一参考面由第一参考坐标系的两个坐标轴界定，例如可通过第一参考坐标系的X轴和Y轴界定。第一参考面为水平面。探针卡107在第一参考面内的偏移，计算探针卡107在第一参考面内的偏转以及计算探针卡107相对于第一参考面的倾角并非全部需要校正，其实际校正环节根据探针卡的位置确定。

在一非限制性实施例中，晶圆测试方法还包括检测载晶盘相对于第二参考面的倾角；以及校正所述载晶盘相对于第二参考面的倾角。第二参考面由第二参考坐标系的两个坐标轴界定，例如可由第二参考坐标系的X1轴和Y1轴确定。第二参考面为水平面。第二参考坐标系可由晶圆测试设备的移动台定义。设备的基座上放置移动台，移动台上设有载晶盘。第二参考坐标系与所述第一参考坐标系之间满足平移变换。

在一些实施例中，校正探针卡107的偏移，可在保持载晶盘平行于第一参考面的状态下进行。第一参考面和第二参考面平行于水平面。

在一非限制性实施例中，晶圆测试方法还包括检测晶圆的轴线相对于第二参考坐标系的第一坐标轴的偏转，例如可称为θ角。第一坐标轴为晶圆测试设备的翻转轴101。晶圆的轴线可为晶圆上的两标定点连接形成的经过晶圆中心的连线。偏转的校正通过控制器控制驱动结构驱动载晶盘旋转来实现。

在一非限制性实施例中，晶圆测试方法还包括计算至少部分探针在垂直于所述载晶盘的方向上的平均坐标，以确定晶圆移动到探针阵列的距离；以及移动所述晶圆，使所述晶圆上的触点(或称接触部)与探针阵列实现接触。

在一些实施例中，晶圆测试方法还可包括计算探针阵列中的各探针在垂直于所述载晶盘的方向上的坐标的最大差值；比较该最大差值与一阈值，当该最大差值大于阈值时，产生报警信号。

本发明实施例的晶圆测试方法，通过对晶圆测试设备的载晶盘和载晶盘上的待测晶圆的调整和校正，以及对晶圆测试设备的探针卡上的探针阵列的调整和校正，使测试设备可用于MEMS惯性传感器芯片的加速度测量性能、倾斜测量性能以及转动测量性能等的测试。

应当理解的是，前面的操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种晶圆测试设备，包括：

载晶盘，用于承载晶圆，所述晶圆包括多个集成电路；

探针卡，具有朝向所述载晶盘的探针阵列；

可移动的第一图像捕获装置，朝向所述探针卡，用于检测所述探针阵列中的至少部分探针在第一参考坐标系中的坐标；以及

控制器，电性耦接所述第一图像捕获装置，用于根据所述坐标计算所述探针卡在第一参考面内的偏移、在所述第一参考面内的偏转和/或相对于所述第一参考面的倾角，所述第一参考面由所述第一参考坐标系的两个坐标轴界定。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：

第二图像捕获装置，朝向所述载晶盘设置，用于检测所述晶圆的轴线相对于第二参考坐标系的第一坐标轴的偏转；

驱动机构，连接所述载晶盘，用于驱动所述载晶盘旋转；

所述控制器还耦接所述第二图像捕获装置和所述驱动机构，用于控制所述驱动机构驱动所述载晶盘旋转，以校正所述偏转，

所述第二参考坐标系与所述第一参考坐标系之间满足平移变换。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，还包括具有多个平移自由度的移动台，所述载晶盘和所述第一图像捕获装置设于所述移动台上，

所述控制器电性耦接所述移动台，且还用于控制所述移动台带动所述第一图像捕获装置移动。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第二图像捕获装置还用于检测所述载晶盘相对于第二参考面的倾角，所述控制器还用于调整所述移动台的水平度，以校正所述载晶盘相对于第二参考面的倾角，所述第二参考面由所述第二参考坐标系的两个坐标轴界定。

5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第一参考面和第二参考面平行于水平面，所述第一坐标轴为所述设备的翻转轴。

6.如权利要求2所述的设备，其特征在于，

所述控制器还用于建立所述第一图像捕获装置和所述探针卡的坐标对应关系；和/或

所述控制器还用于建立所述第二图像捕获装置和所述载晶盘之间的坐标对应关系。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器还用于计算所述至少部分探针在垂直于所述载晶盘的方向上的平均坐标，以确定所述晶圆移动到所述探针阵列的距离。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器还用于计算所述探针阵列中的各探针在垂直于所述载晶盘的方向上的坐标的最大差值，并比较所述最大差值与一阈值，当所述最大差值大于所述阈值时，产生报警信号。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述晶圆为未切割的晶圆或贴附在胶膜上的已切割晶圆。

10.一种晶圆测试方法，用于晶圆测试设备，所述晶圆测试设备包括载晶盘和探针卡，所述载晶盘用于承载包括多个集成电路的晶圆，所述探针卡具有朝向所述载晶盘的探针阵列，所述方法包括以下步骤：

检测所述探针阵列中的至少部分探针在第一参考坐标系中的坐标；

根据所述坐标计算所述探针卡在第一参考面内的偏移、在所述第一参考面内的偏转和/或相对于所述第一参考面的倾角。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

保持所述载晶盘平行于所述第一参考面的状态下，校正所述偏移、偏转和/或倾角。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

检测所述晶圆的轴线相对于第二参考坐标系的第一坐标轴的偏转；

驱动所述载晶盘旋转，以校正所述偏转；

其中所述第二参考坐标系与所述第一参考坐标系之间满足平移变换。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：

检测所述载晶盘相对于第二参考面的倾角；以及

校正所述载晶盘相对于第二参考面的倾角。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一参考面和第二参考面平行于水平面，所述第一坐标轴为所述设备的翻转轴。

15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

计算所述至少部分探针在垂直于所述载晶盘的方向上的平均坐标，以确定所述晶圆移动到所述探针阵列的距离；以及

移动所述晶圆，使所述晶圆上的触点接触所述探针阵列。

16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

计算所述探针阵列中的各探针在垂直于所述载晶盘的方向上的坐标的最大差值；

比较所述最大差值与一阈值，当所述最大差值大于所述阈值时，产生报警信号。

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