CN116864408A - 一种基于晶圆测试的探针对位方法及探针对位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体器件制造及测试技术领域，尤其是一种基于晶圆测试的探针对位方法及探针对位装置，通过实验得出电流、电阻和压力三者之间的对应关系，通过增设电阻检测探针和金属铜箔，形成四线电阻测量，通过监测电阻的变化，从而调节压力的变化，使压力处于合适的范围内。本申请提供的一种基于晶圆测试的探针对位方法及探针对位装置，其能有效的控制探针压力的大小，降低了对操作人员的依赖，大大提高了生产效率、产品质量以及产品的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造及测试技术领域，尤其是一种基于晶圆测试的探针对位方法及探针对位装置。
背景技术
集成电路芯片的制造过程需要经过一系列的关键生产工艺才能生产出符合功能和参数要求的成品芯片，这一系列工艺包括晶圆制造、切割、蚀刻、测试、封装和终测等环节。晶圆的测试是非常关键的过程，确保晶粒(Die)在封装前符合设计要求并防止不合格的晶粒(Die)流通到后续工艺；此外，通过晶圆测试还可以对晶粒进行等级分类。晶圆测试的Pad(焊接点)直径大约 25-80um, 测试设备的供电和电平信号需要通过这些微小焊接点进行传输，焊接点的大小和间距决定了测试针卡的尖端直径和间距。测试针卡的尖端直径大小大约 50um-100um，针尖间距为 50um-250um，这些微小探针增加了测试针卡接口的复杂和对位难度，而针卡与晶粒焊接点的对齐是获得稳定可靠测量的关键因素。针卡与晶粒的对齐包括 X、Y、Z 方向和旋转角度θ，X,Y,θ可以通过显微镜或机器视觉进行手动或自动对齐，但 Z 方向由于探针和焊接点不在同一平面不适用于机器视觉对位，另外针卡与焊接点的过度接触还会损坏探针和晶粒的焊接点，所以针卡接口与焊接点的对齐一直是晶圆测试ATE的难点和挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于晶圆测试的探针对位方法及探针对位装置，其能有效的控制探针压力的大小，降低了对操作人员的依赖，大大提高了生产效率、产品质量以及产品的稳定性。
本申请是通过以下技术方案实现的：一种基于晶圆测试的探针对位方法，其特征在于：该方法步骤包括：
步骤S1：在探针板卡上增设电阻检测探针，在晶圆上对应所述电阻检测探针增设金属铜箔；
步骤S2：将步骤S1的探针板卡、晶圆、以及电压表和电流表组装成实验组，电阻检测探针与金属铜箔接触并对其施加压力；
步骤S3：设置多组实验组，其中各实验组采用不同的压力进行实验，分别得出各实验组的电流、电阻和压力之间的对应关系；
步骤S4：将探针板卡、晶圆、晶圆定位承载装置、信号处理装置、控制装置组装，将得探针板卡和晶圆调整至平面位置对齐，通入恒定电流，晶圆定位承载装置带动晶圆靠近并接触探针板卡，同时由电阻检测探针对晶圆上的金属铜箔进行电阻检测；
步骤S5：信号处理装置或信号处理装置和控制装置根据步骤S3的实验组数据对所述探针板卡的检测数据进行分析处理，并控制晶圆定位承载装置于纵向方向上靠近/远离探针板卡，以控制探针板卡与晶圆的接触压力在合适的范围内。
如上所述的一种基于晶圆测试的探针对位方法，所述步骤S3中，实验组在探针板卡和晶圆之间施加恒定压力的情况下，通入不同电流强度的电流并持续工作1s,记录晶圆相应的电压以及电阻的数值，得出该实验组的电流、电阻和压力之间的对应关系。
如上所述的一种基于晶圆测试的探针对位方法，所述步骤S3中的电流、电阻和压力之间的对应关系为：在恒定电流的情况下，压力越大，电阻越小。
一种基于晶圆测试的探针对位装置，包括探针板卡、用于放置晶圆的晶圆定位承载装置、以及分别与所述晶圆定位承载装置和所述探针板卡电连接的信号处理装置，所述探针板卡上对应晶圆设置有电阻检测探针，所述探针板卡将所述电阻检测探针的检测信号反馈至所述信号处理装置，所述信号处理装置控制所述晶圆定位承载装置于纵向方向上靠近/远离所述探针板卡，以控制所述探针板卡与所述晶圆的接触压力在合适的范围内。
如上所述的一种基于晶圆测试的探针对位装置，所述信号处理装置包括与所述探针板卡电连接的信号调理电路、以及分别与所述信号调理电路和所述晶圆定位承载装置电连接的模数转换ADC。
如上所述的一种基于晶圆测试的探针对位装置，所述晶圆定位承载装置包括用于放置晶圆的承载台、以及与所述承载台连接的调节底座，所述调节底座与所述信号处理装置电连接，以控制所述承载台靠近/远离所述探针板卡。
如上所述的一种基于晶圆测试的探针对位装置，所述调节底座包括固定座、驱动马达、以及穿设于所述固定座并连接所述驱动马达和所述承载台的丝杆。
如上所述的一种基于晶圆测试的探针对位装置，该探针对位装置还包括分别与所述信号处理装置和所述晶圆定位承载装置电连接的控制装置，以将所述信号处理装置的压力数值转换为调节所述晶圆定位承载装置的高度数值。
如上所述的一种基于晶圆测试的探针对位装置，所述探针板卡包括电路板、以及装设于所述电路板上的探针模块和信号连接器，所述探针模块上对应晶圆设置有多个测试探针，所述电阻检测探针设置于所述测试探针两侧，所述信号连接器与所述信号处理装置电连接。
与现有技术相比，本申请有如下优点：
本发明的一种基于晶圆测试的探针对位方法及探针对位装置，通过实验得出电流、电阻和压力三者之间的对应关系，通过增设电阻检测探针和金属铜箔，形成四线电阻测量，通过监测电阻的变化，从而调节压力的变化，使压力处于合适的范围内，其能有效的控制探针压力的大小，降低了对操作人员的依赖，大大提高了生产效率、产品质量以及产品的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的探针对位方法的原理图。
图2为本申请实施例的探针对位装置的侧视图。
图3为本申请实施例的探针板卡的俯视图。
图4为本申请实施例的电流、电压和压力的对应关系图。
图5为本申请实施例的电流、电阻和压力的对应关系图。
具体实施方式
具体实施方式电阻检测探针对晶圆上的金属铜箔进行电阻检测；
步骤S5：信号处理装置或信号处理装置和控制装置根据步骤S3的实验组数据对所述探针板卡的检测数据进行分析处理，并控制晶圆定位承载装置于纵向方向上靠近/远离探针板卡，以控制探针板卡与晶圆的接触压力在合适的范围内。
所述步骤S3中，实验组在探针板卡和晶圆之间施加恒定压力的情况下，通入不同电流强度的电流并持续工作1s,记录晶圆相应的电压以及电阻的数值，得出该实验组的电流、电阻和压力之间的对应关系。
测试探针与晶圆测试点接触的压力需控制在合适的范围内，晶圆焊接点表面是一层氧化铝层，测试探针压力不足难以刺穿氧化铝层与晶圆焊接点导通，导致测试稳定性和可靠性降低；测试探针压力过大会在晶圆焊接点上打滑形成大的划痕和坑槽，容易导致后续金属印象焊接失效；现通过在所述探针板卡处增设电阻检测探针、以及在晶圆上设置与电阻检测探针对应的金属铜箔，所述电阻检测探针和所述金属铜箔形成四线电阻测量，并且所述步骤S2中的电流、电阻和压力之间的对应关系为：在恒定电流的情况下，压力越大，电阻越小，通过实验得出的数值对应关系，根据电阻的检测数值，判断压力的大小，从而调节所述晶圆定位承载装置与所述探针板卡的距离，其能有效的控制探针压力的大小，降低了对操作人员的依赖，大大提高了生产效率、产品质量以及产品的稳定性。
一种基于晶圆测试的探针对位装置，包括探针板卡1、用于放置晶圆的晶圆定位承载装置2、以及分别与所述晶圆定位承载装置2和所述探针板卡1电连接的信号处理装置3，所述探针板卡1上对应晶圆设置有电阻检测探针11，所述探针板卡1将所述电阻检测探针11的检测信号反馈至所述信号处理装置3，所述信号处理装置3控制所述晶圆定位承载装置2于纵向方向上靠近/远离所述探针板卡1，以控制所述探针板卡2与所述晶圆的接触压力在合适的范围内，所述探针板卡和晶圆于平面的位置可通过显微镜或机器视觉进行校位，在纵向方向上由于探针和焊接点不在同一平面上并且不适用于显微镜或机器视觉进行校位，并且探针和焊接点之间压力需要控制在一个较为合适的范围内，通过增设电阻检测探针11对晶圆上的金属铜箔进行电阻检测，通过所述信号处理装置3判断压力的大小，进而控制所述晶圆定位承载装置2靠近/远离所述探针板卡，以调整纵向方向上的距离，达到控制压力的作用，其能有效的控制探针压力的大小，降低了对操作人员的依赖，大大提高了生产效率、产品质量以及产品的稳定性。
所述信号处理装置3包括与所述探针板卡1电连接的信号调理电路31、以及分别与所述信号调理电路31和所述晶圆定位承载装置2电连接的模数转换ADC32，所述信号调理电路31对所述探针板卡1的电阻信号进行处理，再由所述模数转换ADC32进行信号转换，以控制所述晶圆定位承载装置2靠近/远离所述探针板卡；其中，所述晶圆定位承载装置2包括用于放置晶圆的承载台21、以及与所述承载台21连接的调节底座22，所述调节底座22与所述信号处理装置3电连接，以控制所述承载台21靠近/远离所述探针板卡1；所述调节底座22包括固定座221、驱动马达222、以及穿设于所述固定座221并连接所述驱动马达222和所述承载台21的丝杆223，通过所述丝杆223和固定座221的相对转动，其调节的精准度更高，并且结构简单，生产的成本较低。
该探针对位装置还包括分别与所述信号处理装置3和所述晶圆定位承载装置2电连接的控制装置4，以将所述信号处理装置3的压力数值转换为调节所述晶圆定位承载装置2的高度数值，其中控制装置4为计算机，通过所述控制装置4将压力值转换为所述晶圆定位承载装置2所需调节的高度值，其调节的精准度更高。
所述探针板卡1包括电路板12、以及装设于所述电路板12上的探针模块13和信号连接器14，所述探针模块13上对应晶圆设置有多个测试探针131，所述电阻检测探针11设置于所述测试探针131两侧，所述信号连接器14与所述信号处理装置3电连接，通过所述信号连接器14实时传输电阻信号，保证了整个测试过程的连贯性。
综上所述，本申请具有但不限于以下有益效果：
一种基于晶圆测试的探针对位方法，其特征在于：该方法步骤包括：步骤S1：在探针板卡上增设电阻检测探针，在晶圆上对应所述电阻检测探针增设金属铜箔；步骤S2：将步骤S1的探针板卡、晶圆、以及电压表和电流表组装成实验组，电阻检测探针与金属铜箔接触并对其施加压力；步骤S3：设置多组实验组，其中各实验组采用不同的压力进行实验，分别得出各实验组的电流、电阻和压力之间的对应关系；步骤S4：将探针板卡、晶圆、晶圆定位承载装置、信号处理装置、控制装置组装，将得探针板卡和晶圆调整至平面位置对齐，通入恒定电流，晶圆定位承载装置带动晶圆靠近并接触探针板卡，同时由电阻检测探针对晶圆上的金属铜箔进行电阻检测；步骤S5：信号处理装置或信号处理装置和控制装置根据步骤S3的实验组数据对所述探针板卡的检测数据进行分析处理，并控制晶圆定位承载装置于纵向方向上靠近/远离探针板卡，以控制探针板卡与晶圆的接触压力在合适的范围内。测试探针与晶圆测试点接触的压力需控制在合适的范围内，晶圆焊接点表面是一层氧化铝层，测试探针压力不足难以刺穿氧化铝层与晶圆焊接点导通，导致测试稳定性和可靠性降低；测试探针压力过大会在晶圆焊接点上打滑形成大的划痕和坑槽，容易导致后续金属印象焊接失效；现通过在所述探针板卡处增设电阻检测探针、以及在晶圆上设置与电阻检测探针对应的金属铜箔，所述电阻检测探针和所述金属铜箔形成四线电阻测量，并且所述步骤S2中的电流、电阻和压力之间的对应关系为：在恒定电流的情况下，压力越大，电阻越小，通过实验得出的数值对应关系，根据电阻的检测数值，判断压力的大小，从而调节所述晶圆定位承载装置与所述探针板卡的距离，其能有效的控制探针压力的大小，降低了对操作人员的依赖，大大提高了生产效率、产品质量以及产品的稳定性。
应当理解的是，本申请中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。此外，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本申请的具体实施只局限于这些说明。凡与本申请的方法、结构等近似、雷同，或是对于本申请构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于晶圆测试的探针对位方法，其特征在于：该方法步骤包括：
步骤S1：在探针板卡上增设电阻检测探针，在晶圆上对应所述电阻检测探针增设金属铜箔；
步骤S2：将步骤S1的探针板卡、晶圆、以及电压表和电流表组装成实验组，电阻检测探针与金属铜箔接触并对其施加压力；
步骤S3：设置多组实验组，其中各实验组采用不同的压力进行实验，分别得出各实验组的电流、电阻和压力之间的对应关系；
步骤S4：将探针板卡、晶圆、晶圆定位承载装置、信号处理装置、控制装置组装，将得探针板卡和晶圆调整至平面位置对齐，通入恒定电流，晶圆定位承载装置带动晶圆靠近并接触探针板卡，同时由电阻检测探针对晶圆上的金属铜箔进行电阻检测；
步骤S5：信号处理装置或信号处理装置和控制装置根据步骤S3的实验组数据对所述探针板卡的检测数据进行分析处理，并控制晶圆定位承载装置于纵向方向上靠近/远离探针板卡，以控制探针板卡与晶圆的接触压力在合适的范围内。
2.根据权利要求1所述的一种基于晶圆测试的探针对位方法，其特征在于，所述步骤S3中，实验组在探针板卡和晶圆之间施加恒定压力的情况下，通入不同电流强度的电流并持续工作1s,记录晶圆相应的电压以及电阻的数值，得出该实验组的电流、电阻和压力之间的对应关系。
3.根据权利要求2所述的一种基于晶圆测试的探针对位方法，其特征在于，所述步骤S3中的电流、电阻和压力之间的对应关系为：在恒定电流的情况下，压力越大，电阻越小。
4.一种基于晶圆测试的探针对位装置，其特征在于，包括探针板卡（1）、用于放置晶圆的晶圆定位承载装置（2）、以及分别与所述晶圆定位承载装置（2）和所述探针板卡（1）电连接的信号处理装置（3），所述探针板卡（1）上对应晶圆设置有电阻检测探针（11），所述探针板卡（1）将所述电阻检测探针（11）的检测信号反馈至所述信号处理装置（3），所述信号处理装置（3）控制所述晶圆定位承载装置（2）于纵向方向上靠近/远离所述探针板卡（1），以控制所述探针板卡（2）与所述晶圆的接触压力在合适的范围内。
5.根据权利要求4所述的一种基于晶圆测试的探针对位装置，其特征在于，所述信号处理装置（3）包括与所述探针板卡（1）电连接的信号调理电路（31）、以及分别与所述信号调理电路（31）和所述晶圆定位承载装置（2）电连接的模数转换ADC（32）。
6.根据权利要求4所述的一种基于晶圆测试的探针对位装置，其特征在于，所述晶圆定位承载装置（2）包括用于放置晶圆的承载台（21）、以及与所述承载台（21）连接的调节底座（22），所述调节底座（22）与所述信号处理装置（3）电连接，以控制所述承载台（21）靠近/远离所述探针板卡（1）。
7.根据权利要求6所述的一种基于晶圆测试的探针对位装置，其特征在于，所述调节底座（22）包括固定座（221）、驱动马达（222）、以及穿设于所述固定座（221）并连接所述驱动马达（222）和所述承载台（21）的丝杆（223）。
8.根据权利要求4所述的一种基于晶圆测试的探针对位装置，其特征在于，该探针对位装置还包括分别与所述信号处理装置（3）和所述晶圆定位承载装置（2）电连接的控制装置（4），以将所述信号处理装置（3）的压力数值转换为调节所述晶圆定位承载装置（2）的高度数值。
9.根据权利要求4所述的一种基于晶圆测试的探针对位装置，其特征在于，所述探针板卡（1）包括电路板（12）、以及装设于所述电路板（12）上的探针模块（13）和信号连接器（14），所述探针模块（13）上对应晶圆设置有多个测试探针（131），所述电阻检测探针（11）设置于所述测试探针（131）两侧，所述信号连接器（14）与所述信号处理装置（3）电连接。
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