CN117538729A - 一种全自动探针台晶圆测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动探针台晶圆测试系统，包括探针台测试模块、机械手模块和人机交互模块，探针台测试模块包括测试机台、晶圆卡盘模块、若干测试探针装置、数字化显微镜模块和屏蔽罩组件，机械手模块包括机柜、晶圆盒装载台、机械手装置和晶圆校准器，人机交互模块包括显示器模块和操控模块。本发明通过在探针台测试模块中集成机械手模块和人机交互模块，通过机械手模块自动测距搬运晶圆和预校准后、搬运至探针台测试模块中进行扎针测试工作，实现晶圆测试的全自动化，大大提高了晶圆的测试效率。并且，通过人机交互模块，将测试软件、数据处理软件和测试过程影像等测试过程和测试结果实时展示出来，实现了晶圆的所测即所得。

Description

一种全自动探针台晶圆测试系统

技术领域

本发明涉及晶圆测试技术领域，具体涉及一种全自动探针台晶圆测试系统。

背景技术

随着半导体技术的快速发展，对于半导体晶圆的测试要求越来越高。传统半导体晶圆测试大部分还处于半自动化，需要通过技术人员手动取放晶圆到晶圆载盘(Chuck盘)上，然后进行晶圆的自动测试工作。对于晶圆的测试效率，已经远远无法满足大规模自动化的需求。

手动取放的半自动化也会带来一些问题：

1、手动取放，需要尽可能的避免晶圆划伤，因此对于操作的要求比较高。

2、在一些高电流高电压的芯片晶圆测试场景下，手动取放回存在一定的安全隐患，操作要求也就更高。

而且，传统的半导体晶圆测试探针台，还存在以下的问题：

1、Chuck盘上方一般是裸露的状态，因此，对于测试的场地要求较高，需要尽可能的确保洁净，避免灰尘或者异物调入测试机台中。

2、因为Chuck盘上方裸露，导致电磁屏蔽、噪音屏蔽和光屏蔽的效果不是很好。

3、人机交互不理想，很难做到所测即所得，测试过程、测试结果和分析结果没办法及时的展示出来。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种高性能、人机交互方便的一种全自动探针台晶圆测试系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种全自动探针台晶圆测试系统，包括：

探针台测试模块，所述探针台测试模块包括具备减震功能和屏蔽功能测试机台、用于装载晶圆和为其提供高低温测试环境的晶圆卡盘模块、用于扎针测试的若干测试探针装置、用于记录测试影像的数字化显微镜模块和用于屏蔽测试口与外界环境的屏蔽罩组件，所述晶圆卡盘模块设置在所述测试机台的屏蔽微腔内部，所述若干测试探针装置布置在所述屏蔽罩组件的外围、并固定在所述测试机台的机台台面上，所述若干测试探针前端的测试探针从所述屏蔽罩组件的侧板伸入至其内部、并通过所述测试口与与所述晶圆卡盘模块上的晶圆接触进行扎针测试，所述数字化显微镜模块通过桥架设置在所述屏蔽罩组件的上方、并从所述屏蔽罩组件的顶盖伸入至其内部、并记录所述扎针测试的影像；

机械手模块，所述机械手模块包括机柜、用于装载晶圆盒的晶圆盒装载台、用于自动测距搬运的机械手装置和用于晶圆位置校准的晶圆校准器，所述机械手装置从所述晶圆盒内自动测距搬运待测试晶圆至所述晶圆校准器、经所述晶圆校准器位置校准后，再经所述机械手装置从所述机械手模块中自动搬运至所述探针台测试模块中的所述晶圆卡盘模块上等待所述扎针测试工作；

人机交互模块，所述人机交互模块包括用于测试软件、数据处理软件和测试过程影像显示的显示器模块和用于操控各类系统软件的鼠标键盘硬件的操控模块。

进一步的，所述屏蔽罩组件包括底板、屏蔽围栏、若干挡板、顶板和顶盖，所述屏蔽罩组件通过所述底板安装在所述测试机台的机台台面上，所述底板上开设有所述测试口，所述屏蔽围栏作为所述屏蔽罩组件的侧板安装在所述底板和所述顶板之间、并包围所述测试口，所述屏蔽围栏上规则开设有若干方便所述测试探针伸入至所述屏蔽罩组件内部的测试探针伸入口，所述若干挡板插入至所述屏蔽围栏中或者固定在所述屏蔽围栏的内外侧、用于将空闲的测试探针伸入口遮挡关闭，只保留打开处于测试工作中的测试探针伸入口，所述顶板上开设有顶盖安装槽口，所述顶盖通过所述顶盖安装槽口盖在所述顶板上，所述顶盖上还开设有方便所述数字化显微镜伸入至所述屏蔽罩组件内部的显微镜伸入口；所述顶板和所述底板之间通过若干固定柱和若干紧固件将所述屏蔽围栏安装固定在所述顶板和所述底板之间，所述若干固定柱固定在位于所述屏蔽围栏外围的所述底板上。

进一步的，所述屏蔽围栏采用正棱柱体屏蔽围栏、呈正多边形，所述测试探针伸入口开设在所述正棱柱体屏蔽围栏的每一面上。

进一步的，所示底板上端设置有下屏蔽围栏定位槽，所述下屏蔽围栏定位槽设置在所述测试口的外围，所述顶板下端则设置有上屏蔽围栏定位槽，所述屏蔽围栏的上下两端分别插入至所述上屏蔽围栏定位槽和所述下屏蔽围栏定位槽中以实现所述顶板、所述屏蔽围栏和所述底板的快速定位拼装。

进一步的，所述测试探针装置包括磁吸底座、XYZ轴微调滑台、测试探针安装座、探针臂、走线盖板、走线管和测试探针，所述XYZ轴微调滑台固定在所述磁吸底座的上端、其前端为Z轴微调滑台，所述Z轴微调滑台依次通过所述测试探针安装座、所述探针臂和转接板固接所述测试探针，所述走线盖板通过紧固件安装在所述测试探针安装座前部上端、其内部设置有引线架，所述走线盖板上还开设有若干走线口，所述走线管用于引线，设置在所述探针臂的上方、并固定在所述走线顶盖的前端，所述走线管连通所述走线盖板内部、并将连接所述测试探针的线缆从所述走线管引入至所述走线盖板内部，经所述引线架归整后的所述线缆从所述若干走线口引出；所述探针臂和所述走线管中间扁平化设计形成扁平部，所述测试探针装置通过所述探针臂和所述走线管的扁平部伸入至所述屏蔽罩组件的内部。

进一步的，所述机械手装置包括升降机构、若干手臂、腕臂和真空吸附爪手，若干手臂设置在所述升降机构和所述腕臂之间与其组成三轴驱动机械手，所述真空吸附爪手作为执行器固定在所述腕臂的前端；所述腕臂的后端安装有激光传感器及其传感器控制器，所述传感器控制器通过控制器夹箍夹持固定在所述腕臂上端，所述腕臂的上端通过盖板安装成型，所述盖板上开设有方便查看所述传感器控制器参数和状态的视窗口。

进一步的，所述真空吸附爪手的前端采用C形口部件的C形爪手，所述C形爪手上表面平整、并开有真空口和真空槽，所述真空口与所述真空槽连通，所述真空槽沿C形爪手开槽形成C形真空槽，所述腕臂的上端还设置有真空接头，所述真空接头外部通过管路连通真空发生器、其内部通过设置在所述腕臂和所述真空吸附爪手中的真空管路连通所述真空口。

进一步的，所述晶圆盒装载台设置在所述机柜的前面板上，所述晶圆盒装载台上设置有装载台门板和方便打开所述装载台门板的把手，所述装载台门板通过铰链与装载台顶板转动连接，所述装载台门板和所述装载台顶板内部两侧之间还设置有缓冲器，位于所述装载台门板的内部，设置有用于装载所述晶圆盒的装载夹具，所述装载夹具的后端还设置有计数传感器。

进一步的，所述装载台门板采用弧形门板、并采用透明材质，所述弧形门板通过所述铰链向上打开。

进一步的，所述显示器模块包括若干显示器、并通过多轴调节手臂组件和立杆固定在所述探针台测试模块的右侧后方，所述操控模块包括用于放置所述鼠标和所述键盘的托盘，所述托盘也通过多轴调节手臂组件和立杆固定在所述探针台测试模块的右侧前方。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过在探针台测试机台模块一侧设置机械手模块，通过机械手模块自动搬运晶圆并进行预校准后、搬运至探针台测试机台中进行扎针测试工作，实现晶圆测试的全自动化，大大提高了晶圆测试的效率。

2.本发明的探针台测试模块的机台台面上的测试口处，通过设置屏蔽罩组件将其屏蔽设置，测试探针装置前端的测试探针从屏蔽罩组件的侧板伸入至屏蔽罩内部，通过测试口与晶圆卡盘模块上端装载的晶圆接触进行扎针测试工作，数字化显微镜模块通过桥架设置在屏蔽罩组件的上方，并从屏蔽罩组件顶板上伸入至屏蔽罩组件的内部，对测试工作进行影响记录。通过屏蔽罩组件，可以为测试环境提供良好的电磁屏蔽和光线屏蔽，大大减少了外界环境对测试过程的影响，确保测试结果的准确性。

3.本发明的测试探针装置重新设计，在探针臂部分和走线管部分进行扁平化设计，从而可以尽可能的减小屏蔽罩组件侧板的开口大小，避免开口过大，影响探针台测试模块内部屏蔽微腔中的测试环境。

4.本发明的机械手模块中的机械手装置中，通过在其腕臂后端设置测距的激光传感器及其传感器控制器，从而实现对晶圆的自动测距搬运，无需在频繁的设定晶圆位置和校准工作，大大方便了测试过程，提高了测试效率。

5.本发明通过在探针台测试模块一侧设置有若干显示屏和鼠标键盘等组成的人机交互模块，通过若干显示屏可直接显示测试软件、数据处理软件和测试过程影像等，实现了所测即多得，大大提高了测试效率，也方便了测试人员对测试过程和测试结果的实时知晓。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

图2为图1中探针台测试模块的结构图；

图3为图2隐藏前面板和门板的结构图；

图4为图3中晶圆卡盘模块12的结构图；

图5为图3中数字化显微镜模块14的结构图；

图6为图3中屏蔽罩组件15爆炸状态下的结构图；

图7为图6中部分组件的结构图；

图8为图3中测试探针装置13的结构图；

图9为图8沿水平截面的剖切结构图；

图10为图1中机械手模块的结构图；

图11为图10隐藏门板后的内部结构图；

图12为图11中晶圆盒装载台22的结构图；

图13为图11中机械手模块23的结构图；

图14为图13中A部放大状态图；

图15为图13中部分结构爆炸状态下的结构图；

图16为图2中鼠标键盘托盘组件爆炸状态下的结构图；

图中标记为：

1、探针台测试模块，2、机械手模块，3、人机交互模块；

11、测试机台，111、减震光学平台，112、屏蔽微腔，113、机台台面，114、机台门板；

12、晶圆卡盘模块，121、Y轴直线电动滑台，122、X轴直线电动滑台，123、Z轴电动滑台，124、旋转电动滑台，125、高低温晶圆卡盘；

13、测试探针装置，131、磁吸底座，1311、磁吸开关，132、微调滑台，1321、XYZ轴微调滑台，133、安装座，134、走线顶盖，1341、引线架，1342、走线口，1343、紧固件，135、探针臂，136、走线管，137、转接板，138、测试探针，139、线缆；

14、数字化显微镜模块，141、显微镜桥架，142、XYZ轴驱动平台，143、显微镜安装架，144、数字化显微镜；

15、屏蔽罩组件，151、底板，1511、测试口，1512、下屏蔽围栏定位槽，152、屏蔽围栏，152a、挡片，1521、测试探针伸入口，1522、门口，1523、挡板插入槽口，153、挡板，154、顶板，1541、顶盖安装槽口，155、顶盖，1551、显微镜伸入口，156、螺栓，157、固定柱；

21、机柜，211、柜门，212、指示灯，213、万向脚座，214、晶圆出入口；

22、晶圆盒装载台，221、装载台门板，222、把手，223、铰链，224、装载台顶板，225、缓冲器，226、装载夹具，227、计数传感器；

23、机械手模块，231、升降机构，232、第一手臂，233、第二手臂，234、腕臂，2341、夹箍定位槽，2351、激光传感器，2352、传感器控制器，2353、控制器夹箍，236、盖板，2361、视窗口，237、真空吸附爪手，2371、C形爪手，2372、真空口，2372、真空槽，2374、缓冲部，238、真空接头；

31、显示模块，32、操控模块；

321、托盘，3211、托盘走线口，3212、走线槽，322、第一转轴，3221、托盘转接板，3222、第一旋钮，3223、第一固定板，323、手臂，324、第二转轴座，3241、第二固定板，3242、第二旋钮，3243、垫片，325、转接套，326、立杆。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1-16所示，本发明公开了一种全自动探针台晶圆测试系统，包括探针台测试模块1、机械手模块2和人机交互模块3。探针台测试模块1用于对晶圆进行测试工作，机械手模块2用于装载晶圆盒和搬运晶圆盒中的晶圆，人机交互模块3用于操控晶圆测试系统、以及实时展示晶圆的测试过程和测试结果。

如图2-9所示，为探针台测试模块1的结构图。

探针台测试模块1包括测试机台11、晶圆卡盘模块12、若干测试探针装置13、数字化显微镜模块14和屏蔽罩组件15。晶圆卡盘模块12布置安装在测试机台11内部，数字化显微镜模块14通过显微镜桥架固定在测试机台11上方，屏蔽罩组件15安装在测试机台11的台面上，若干测试探针装置13绕屏蔽罩组件15外部布置、固定在测试机台的台面上。

其中，测试机台11下端为减震光学平台111，减震光学平台111的上端四周和顶部通过支架和面板封装成型，内部形成屏蔽微腔112，屏蔽微腔112顶部面板则为机台台面113。进一步的，屏蔽微腔112的前面板和顶部面板之间还设置有机台门板114，机台门板114呈L形门板、并与前面板通过铰链转动连接在一起，从而方便L形门板向前转动打开。L形机台门板114的上门板还设置有方便打开和锁紧门板的平面把手。门板114采用L形设计，L形门板通过铰链可以向前打开屏蔽微腔，并露出屏蔽微腔内部的晶圆卡盘模块12，从而方便测试人员进行晶圆的取放动作。

如图3所示，减震光学平台111包括支架、减震单元、万向调节脚和光学平台1111，支架呈矩形布置组成探针台机架，四周通过面板封装成型，万向调节脚设置安装在机架下端的四角处形成脚座。机架上端通过减震单元连接光学平台1111，减震单元为光学平台1111提供减震作用，从而可以有效的减少外界环境(尤其是地面震动)影响光学平台上端布置安装的模块发生震动，进而影响测试过程和测试结果。

其中，减震单元包括若干减震器，减震器可采用弹簧式减震器或阻尼弹簧式减震器。

如图3所示，晶圆卡盘模块12用于装载晶圆、布置安装在屏蔽微腔112内的光学平台1111上，位于晶圆卡盘模块12上方的机台台面上开口设计、并安装有屏蔽罩组件15，数字化显微镜14通过显微镜桥架布置安装在屏蔽罩组件15的正上方、并伸入屏蔽罩组件内部。

进一步的，屏蔽罩组件15下端也开口设计形成测试口。屏蔽罩组件15的侧边则规则开有若干方便测试探针伸入的测试探针伸入口。若干测试探针装置13围绕屏蔽罩组件15外围四周规则布置，固定在机台台面113上，并将其前端的测试探针从屏蔽罩组件侧边的测试探针伸入口伸入到屏蔽罩组件内部，从而与晶圆卡盘模块12上端装载的晶圆进行扎针测试工作。数字化显微镜模块14前端的数字化显微镜从屏蔽罩组件15上端深入至屏蔽罩组件内部进行影像记录工作，可通过人机交互模块中的显示器模块进行测试过程和测试结果的实时显示。

如图4所示，为晶圆卡盘模块12的结构图，晶圆卡盘模块12从下到上依次包括Y轴直线电动滑台121、X轴直线电动滑台122、Z轴电动滑台123、旋转电动滑台124和高低温晶圆卡盘125，X轴直线电动滑台、Y轴直线电动滑台、Z轴电动滑台和旋转电动滑台四个滑台共同组成XYZθ四轴驱动平台，从而驱动高低温晶圆卡盘125在屏蔽微腔内部进行移动、升降和旋转动作，以调节高低温晶圆卡盘上端的晶圆位置。系统通过XYZθ四轴驱动平台驱动晶圆向测试口移动，将晶圆卡盘上端的晶圆与测试探针接触，进行扎针测试工作。

为了提高晶圆卡盘模块整体的移动稳定性，Y轴直线电动滑台上端的X轴直线电动滑台与光学平台1111之间还可以通过滑轨和滑块进行滑动连接。光学平台1111上表面开有Y轴定位槽或X轴定位槽，并将Y轴直线电动滑台安装在Y轴定位槽内，Y轴定位槽两侧的光学平台上沿Y轴布置安装有Y轴导轨，X轴直线电动滑台则通过滑块滑动连接Y轴导轨。因为随着Y轴直线电动滑台上端的体积和重量的不断增加，对于其结构的稳定性，以及移动的精度会有影响，而且随着时间的推移，精度会越来越低。为此，在X轴直线电动滑台与光学平台之间通过导轨和滑块滑动连接，从而可以有效的将其上端的模块重量均匀分配。

如图5所示，为数字化显微镜模块14的结构图，数字化显微镜模块14通过显微镜桥架141设置在机台台面113的上方，数字化显微镜模块14包括XYZ三轴驱动平台142，XYZ三轴驱动平台由若干直线电动滑台规则布置安装组成。XYZ三轴驱动平台的前端为Z轴直线电动滑台，Z轴直线电动滑台通过显微镜安装架143安装有数字化显微镜144，数字化显微镜直接插入至显微镜安装架143中实现垂直安装固定。

优选的，显微镜安装架下端设置有筒状组件，所述筒状组件伸入到屏蔽罩组件15内部。因此，数字化显微镜144从显微镜安装架上端插入安装至显微镜安装架中后，可直接伸入到屏蔽罩组件15内进行影像记录工作，这样可以尽可能的减少屏蔽罩组件内部与外界的接触，从而影响屏蔽微腔内部的测试环境。

如图6所示，为屏蔽罩组件15的结构图，屏蔽罩组件15包括底板151、屏蔽围栏152、若干挡板153和顶板154，屏蔽围栏152作为屏蔽罩组件的侧板、设置在顶板154和底板151之间。底板151上开有与屏蔽微腔连通的测试口1511，屏蔽围栏152上规则开有若干方便测试探针伸入的测试探针伸入口1521。若干挡板插入至屏蔽围栏中或者固定在屏蔽围栏内外侧，用于将空闲的测试探针伸入口遮挡关闭，只保留打开处于测试工作中的测试探针伸入口，从而尽可能的减少外部环境对机台内部测试环境的干扰。

底板151用于将屏蔽罩组件安装固定到机台台面113上，底板上表面还设置有方便屏蔽围栏152快速定位安装的下屏蔽围栏定位槽1512，下屏蔽围栏定位槽1512设置在测试口1511的外围，屏蔽围栏152的下端通过插入至底板上表面的下屏蔽围栏定位槽1512内，从而实现屏蔽围栏快速定位拼装到底板上端。为了方便顶板154与屏蔽围栏152的快速定位拼装，顶板154的下表面也设置有方便屏蔽围栏定位安装的上屏蔽围栏定位槽。通过上下屏蔽围栏定位槽，可将顶板、屏蔽围栏和底板进行快速定位拼装，以方便方便前期的组装，另外一方面也方便后期的维护工作。

进一步的，顶板和底板之间通过若干固定柱157和若干螺栓156固定连接，固定柱157绕屏蔽围栏外围规则布置、并固定在底板151上表面，螺栓156穿过顶板154与固定柱157拧紧固定，从而将顶板固定在若干固定柱上端。为了方便固定柱与顶板的快速定位拼装，顶板154的下表面还设置有方便固定柱插入定位的固定柱定位槽。

进一步的，顶板154上设置有顶盖安装槽口1541，并盖有顶盖155，顶盖155上则设置有方便显微镜安装座或者数字化显微镜伸入的显微镜伸入口1551。因为测试需求和测试芯片的不同，对于测试影像的记录要求也不同，为此需要不同规格的数字化显微镜。为了方便不同规格的数字化显微镜伸入到屏蔽罩组件15内部，屏蔽罩组件15的顶盖155通过采用盖板设计，可直接盖在顶板154上端。当需要更换不同规格的数字化显微镜后，只需要更换顶板上的顶盖即可，从而无需将屏蔽罩组件整体更换，大大节约了成本和设计的时间，也尽可能的减少破坏屏蔽罩组件内部的测试环境。

优选的，屏蔽围栏152采用正棱柱体的多边形设计，优先采用正六边形或者正八边形设计，如图6中所示，采用的是正八边形设计，共八面，屏蔽围栏的每一面上均设置有测试探针伸入口1521。因此，挡板也默认设置为八块，当前期运输或者不使用时，八块挡板将屏蔽围栏八面上的所有测试探针伸入口均遮挡关闭。

屏蔽围栏采用正棱柱体设计，一方面方便挡板的设计，对于挡板的规格和形状要求不高，如图6中的长方体挡板；另外一方面可以避免其在第一屏蔽围栏定位槽和第二屏蔽围栏定位槽内发生偏移，影响测试探针的位置。

因为测试需求的不同，需要更换不同的测试探针，为了方便不同测试探针从屏蔽围栏的测试探针伸入口伸入至屏蔽围栏中，实现扎针测试工作，如果更换整个屏蔽围栏，则需要重新定制制作，时间长，成本高，会大大影响测试效率。

为此，进一步的，如图7所示，屏蔽围栏152还包括若干挡片152a，屏蔽围栏的每一面上设置有门口1522，挡片的中间则设置所述的测试探针伸入口1521，门口的宽度远大于测试探针伸入口的宽度，因此只需要通过更换不同开口尺寸的挡片，即可改变测试探针伸入口的宽度，从而实现快速切换测试。若干挡片固定在屏蔽围栏每一面的外边或内板，或者和挡板一样插入固定在屏蔽围栏的挡板插入槽内壁。

挡片的形状不做限定，在一实施例中，若干挡片均可采用U型结构的挡片，其U型挡片的两边对称开有方便测试探针伸入的测试探针伸入口，U型挡片的U型口朝下插入至屏蔽围栏的挡板插入槽1523内，从而将其固定在挡板插入槽1523的内壁，U型挡片的两边紧贴住挡板插入槽内壁，当挡板153插入至挡板插入槽内时，挡板插入至U型挡片的U型口中，U型挡片的两边刚好夹持住挡板。

如图8和图9所示，为测试探针装置13的结构图，测试探针装置13包括磁吸底座131、若干微调滑台132、测试探针安装座133、探针臂135、走线管136和测试探针138。

若干微调滑台132一般由三个微调滑台拼接组装而成，从而组成XYZ轴三轴微调滑台1321(或者称作XYZ轴微调定位台)，X轴微调滑台和Y轴微调滑台水平布置安装，如图8所示，最下端的为Y轴微调滑台，X轴微调滑台布置在其上端，Z轴微调滑台则布置在X轴微调滑台的前端。

如图8所示，XYZ轴微调滑台1321安装固定在磁吸底座131的上端。测试探针安装座133安装固定在XYZ轴微调滑台1321的前端，测试探针138依次通过转接板137和探针臂135安装固定在测试探针安装座133的前端，走线管136则设置在探针臂135的上方，用于对连接测试探针138的线缆139进行走线和归整工作。

其中，XYZ微调滑台1321通过其前端的测试探针安装座133、探针臂135和转接板137驱动测试探针138进行XYZ轴的精确微调定位工作。磁吸底座131实现测试探针装置的磁吸固定，通过磁吸底座吸附在晶圆探针台测试机台的表面，实现其快速定位安装。如图9所示，磁吸底座131通过磁吸开关1311控制其吸附和释放动作。

测试探针安装座133包括安装座固定部和探针臂固定部，安装座133通过安装座固定部和紧固件固定在XYZ轴微调滑台1321的前端，探针臂135安装在探针臂固定部的前端，并通过紧固件拧紧固定。

进一步的，安装座133上端还安装有走线顶盖134，走线顶盖134通过紧固件1343固定在安装座133的上端，并与之安装成型。如图9所示，走线顶盖134内部设置有引线架1341，引线架1341上设置有若干引线孔。走线管136插入固定在走线顶盖134的前端，并连通走线顶盖134内部。走线顶盖134上还设置有走线口1342，走线口也连通至走线顶盖134内部。走线口的位置不做限定，可以开设在走线顶盖134的上端。或者开设在顶盖的后端或开设在顶盖的左右两侧边。

如图8和图9所示，连接测试探针138的线缆139穿过走线管136至走线顶盖134内部，再通过走线顶盖134内部引线架1341和引线孔对线缆进行归整后，从走线顶盖134上的走线口1342引出。从而实现线缆的归整和固定工作，避免线缆杂乱无章，影响测试的环境。

探针臂135和测试探针138上下布置，并通过转接板137转接固定。探针臂135插入安装至转接板137的上端后方，并通过紧固件拧紧固定。测试探针138插入安装至转接板137的下端前方，并通过紧固件拧紧固定。测试探针138通过探针臂135的延伸，从而方便伸入至屏蔽罩中进行测试工作。

其中，测试探针138的具体结构不做限定，一般包括探针安装臂和测试探针，探针安装臂用于夹持安装测试探针，并设置有引线端子，线缆通过引线端子电性连接测试探针，从而进行信号传输。

因为探针台测试机台的开口设计，会破坏屏蔽微腔内部的测试环境，为了尽可能的确保屏蔽微腔内部的电磁屏蔽和光屏蔽环境。我们在测试口外围的机台上布置安装有屏蔽罩组件15，屏蔽罩组件上规则开有若干测试探针伸入口，并通过若干挡板遮挡关闭或撤出打开所述测试探针伸入口。根据测试需求，撤出相应位置处的挡板，以打开该位置处的测试探针伸入口，从而方便若干测试探针装置13前端的测试探针伸入屏蔽罩内部，从屏蔽罩内部的测试口对Chuck盘上装载的待测试晶圆进行扎针测试工作。

为了方便测试探针装置前端的测试探针伸入屏蔽罩组件15内部，也尽可能的降低或减少屏蔽罩的测试探针伸入口的开口大小，尽可能的确保屏蔽微腔内部的测试环境。如图8所示，测试探针138只需要通过探针臂135和走线管136从屏蔽罩组件15上的测试探针伸入口伸入至屏蔽罩内部。

为此，为了尽可能的降低或减少屏蔽罩上的测试探针伸入口的开口尺寸，如图8所示，探针臂135的前后两端为固定部，其中间为扁平部。走线管136的后端为固定部，其前端也设置为扁平部。通过将探针臂中间和走线管前端扁平化设计，从而可以减少屏蔽罩上的测试探针伸入口的宽度，测试探针伸入口的宽度仅需要略微大于探针臂135和走线管136上扁平部的宽度即可将探针臂前端的测试探针138伸入到屏蔽罩组件内部，以尽可能的确保屏蔽罩内部的测试环境。

如图10-15所示，为机械手模块2的结构图。

机械手模块2包括机柜21、晶圆盒装载台22、机械手装置23、晶圆校准器24、扫码器模块25和电源模块26。机柜21一侧设置有柜门211，机柜21内部采用上下布局，机械手装置23、晶圆校准器24和扫码器模块25规则布置在机柜21内部的上端，电源模块26则布置安装在机柜21的下端，晶圆盒装载台22布置安装在机柜21的前端、并连通机柜21内部。

如图11所示，机械手装置23布置安装在晶圆盒装载台22和晶圆校准器24之间，晶圆盒装载台22中用于装载晶圆盒，晶圆盒内用于装载若干晶圆，机械手装置23用于将晶圆盒中的晶圆搬运至晶圆校准器24上，通过晶圆校准器24对晶圆进行预校准工作。然后将预校准后的晶圆再通过机械手装置23搬运至探针台测试模块1中。

如图11所示，机柜21与探针台测试模块1连接(靠近)的一侧，设置有晶圆出入口214，校准后的晶圆经机械手装置23搬运，从晶圆出入口214送入至探针台测试模块1中的晶圆卡盘模块12上，经晶圆卡盘模块上的晶圆卡盘(Chuck盘)吸附固定进行扎针测试工作。测试后的晶圆，经机械手装置23伸入探针台测试模块中，从Chuck盘上取走，回装到晶圆盒中。

进一步的，如图10和11所示，柜门211采用双开门设计，设置在机柜21的左侧，即远离探针台测试系统的一侧，晶圆出入口214设置在机柜21的右侧，即连接探针台测试系统的一侧。机柜21的前面板上，还设置有用于工作状态和异常状态指示的若干指示灯212。机柜21下端四角处安装有万向脚座213。

如图10-12所示，晶圆盒装载台22设置在机柜21的前面板上，晶圆盒装载台22上端设置有装载台门板221和把手222，装载台门板221通过铰链223与装载台顶板224转动连接。进一步的，装载台门板221和装载台顶板224内部之间还设置有缓冲器225，缓冲器225可采用氮气弹簧缓冲器。位于装载台门板221的内部，设置有用于装载晶圆盒的装载夹具226，装载夹具226的前端还设置有计数传感器227。装有晶圆的晶圆盒安装到装载夹具226上，机械手装置23驱动机械手至晶圆盒内取放晶圆，计数传感器227则用于对取放的动作进行计数记录。

进一步的，装载台门板221采用弧形门板、并采用透明材质，弧形门板通过铰链可向上掀开，并且通过氮气弹簧缓冲器的缓冲，可避免门板突如其然的关闭。采用透明材质，可以方便测试人员透过门板查看晶圆盒装载台内部晶圆盒内的晶圆情况。

如图13-15所示，为机械手装置23的结构图，机械手装置23包升降机构231、第一手臂232、第二手臂233、腕臂234和真空吸附爪手237。升降机构驱动第一手臂、第二手臂、腕臂和真空吸附爪手(执行器)上下运动，升降机构231、第一手臂232、第二手臂233和腕臂234组成三轴驱动装置，驱动真空吸附爪手237进行晶圆搬运工作。

进一步的，如图13所示，真空吸附爪手237固定在腕臂234的前端，腕臂的后端上表面固定有激光传感器2351。机械手装置23先通过激光传感器2351对晶圆盒进行测距工作，测得晶圆盒中的晶圆距离，并记录距离位置，然后驱动腕臂前端的真空吸附爪手到晶圆盒中对晶圆进行取放动作。

激光传感器的具体工作如下：

机械手装置驱动腕臂后方的激光传感器对准晶圆盒，由低点移动至高点位置(或者有高点移动至低点)、并对晶圆盒内的晶圆进行激光测距检测，然后通过预设的数据与激光传感器实际反馈的信号进行比对，从而测算出晶圆的精准位置以及验证位置的准确性。

如图15所示，激光传感器2351通过传感器控制器2352进行控制和调节工作，传感器控制器2352通过控制器夹箍2353夹持固定在腕臂234上端，腕臂234上端设置有方便安装控制器夹箍2353的夹箍定位槽2341，控制器夹箍2353通过螺丝等紧固件安装固定在夹箍定位槽2341中。

进一步的，腕臂234上端通过盖板236安装成型，盖板236的形状沿腕臂234的形状设计，从而方便与腕臂234组成一体成型，而且，盖板236上还开有方便查看传感器控制器2352参数和状态的视窗口2361。

如图14所示，为真空吸附爪手237的结构图，真空吸附爪手237的前端采用C形口布局的C形爪手2371，C形爪手2371上表面平整、并开有真空口2372和真空槽2373，真空口2372与真空槽2373连通，真空槽2373沿C形爪手开槽，形成C形真空槽。进一步的，真空口2372设置在真空槽2373的后端中间位置。

其中，C形爪手2371的前端还设置有缓冲部2374，缓冲部2374采用倒角设计，沿C形爪手上端至其前端倒角呈斜切面，从而方便其插入晶圆盒中抓取晶圆时，提供一定的缓冲作用，避免C形爪手2371撞击到晶圆，对晶圆造成损伤。

如图15所示，腕臂234上端还设置有真空接头238，真空接头238通过管路连通真空发生装置。因为真空接头238固定在腕臂234上，为了连通真空吸附爪手前端的真空口2372，真空吸附爪手237和腕臂234之间还设置有真空管路进行连通，从而方便真空发生装置依次通过管路、真空接头、真空管路和真空口，在C形爪手上端的真空槽2373内形成真空，对晶圆下端进行真空吸附抓取。

在本发明中，机械手模块还提供了晶圆校准器24和扫码器模块25，扫码器模块25包括上下扫码器，上下扫码器上下对称布置，固定在安装架上。上下扫码器的扫码头面对面布置，从而可以对上下两端进行扫码识别或者扫码记录。晶圆校准器24包括视觉单元、若干吸嘴头和旋转台。机械手装置23搬运晶圆至若干吸嘴头上端，若干吸嘴头将晶圆吸附固定，视觉单元进行视觉识别，并驱动旋转台进行转动，对晶圆的位置进行预校准工作。

如图2所示，人机交互模块3包括显示模块31和操控模块32，显示模块31包括若干块显示器，若干块显示屏分别用于显示数字化显微镜实时记录的测试影像、测试系统软件、以及晶圆数据处理(即晶圆测试数据分析系统软件)等软件。操控模块32包括用于操控测试系统软件的鼠标、键盘和托盘组件。

如图16所示，鼠标和键盘放置于托盘321上，托盘321通过调节轴组件灵活转动固定在立杆326上端，立杆则安装固定在测试机台的右侧。进一步的，若干显示器也通过四轴调节轴组件灵活固定在另一立杆的上端，四轴调节轴组件为显示器提供前后、上下和左右方向的调节，以及转动调节。

如图16所示，操控模块32包括托盘321、第一转轴322、手臂323、第二转轴座324、转接套325和立杆326，托盘321通过第一转轴322与手臂323水平转动连接，手臂323通过第二转轴座324和转接套325与立杆326水平转动连接，托盘321依次通过第一转轴322、手臂323、第二转轴座324、转接套325和立杆326灵活固定在探针台测试机台旁。

托盘321通过第一转轴322沿手臂323可水平360°旋转，手臂323通过第二转轴座324沿立杆326可水平360°旋转。

通过托盘机构，可以方便测试人员根据实际情况和需求，尽可能灵活的调整鼠标和键盘的位置。比如，如图2所示，测试人员为了方便查看后方显示器中的晶圆测试的影像和测试结果，可以将鼠标键盘托盘机构向前和向后转动。向测试机台前方转动，从而可方便测试人员站到显示器前方近距离观察。或者向测试机台后方转动，调整到贴近测试机台的右侧，从而方便测试人员站到测试机台前方近距离观察，而且方便在近距离观察的同时，通过鼠标和键盘进行一系列的软件操作。

进一步的，如图16所示，第一转轴322转动设置在手臂323的右端，其上端通过转接板3221和紧固件固定连接托盘321，其下端通过紧固件固定有第一固定板3223。第二转轴座324转动设置在手臂323的左端，其上端通过紧固件固定有第二固定板3241，其下端设置有转接座，并通过所述转接座和紧固件与转接套325固定连接。转接套325套在立杆326的上端，并通过紧固件与其固定连接。

进一步的，为了尽可能的降低结构复杂度和成本，实现鼠标键盘托盘机构的灵活转动调整。第一转轴322和第二转轴座324上均设置有槽口，手臂323的左右两端均开有若干螺纹孔分别至第一转轴和第二转轴座的安装孔内，并在若干螺纹孔内安装有球头柱塞(弹簧柱塞)，将球头柱塞前端的滚珠卡入到第一转轴和第二转轴座的槽口中，通过滚珠和槽口的配合，以实现第一转轴322和第二转轴座324在手臂323的左右两端内灵活转动。

优选的，球头柱塞(弹簧柱塞)采用一字球头柱塞，从而可通过一字起子/一字螺丝刀调节其与第一转轴和第二转轴座的松紧度，以实现第一转轴和第二转轴座的阻尼调节。

进一步的，第二转轴座324包括第二转轴和转接座，第二转轴和第一转轴322结构近似，均开有槽口，转接座设置在第二转轴的下端，第二转轴座通过其下端的转接座插入到转接套325的上端，并通过紧固件固定在转接套325的上端。转接套325的下端套在立杆326的上端，也通过紧固件与立杆326固定连接。其中，球头柱塞前端的滚珠卡入在槽孔中，并与其滚动连接。

其中，转接套可采用上下分层结构，中间为隔板，通过隔板，可将转接套325稳定的套在立杆326上端，也方便第二转轴座324稳定的插入安装在其上端。

进一步的，手臂323的左端，其前后两侧和左侧均开有螺纹孔，手臂323的右端，其前后两侧和右侧均开有螺纹孔。因此，手臂323的左右两端均开有三个螺纹孔，优选的，手臂323的左右两端的三个螺纹孔中，其中两个螺纹孔内均用于安装球头柱塞，另一个螺纹孔则分别用于安装第一旋钮3222和第二旋钮3242。第一旋钮3222和第二旋钮3242分别控制第一转轴322和第二转轴座324的锁紧和释放，拧紧旋钮即可锁紧转轴，转轴不可转动；拧松旋转即可释放转轴，转轴可转动调节。

其中，球头柱塞和旋钮的安装位置不做限定，手臂323左端的球头柱塞安装在其左侧和前侧，第二旋钮3242安装在手臂323左端的后侧。手臂323右端的球头柱塞安装在其前侧和后侧，第一旋钮3222安装在手臂323右端的右侧。

进一步的，如图16所示，托盘321上还设置有托盘走线口3211和走线槽3212，从而可方便鼠标线和键盘线的走线。

进一步的，如图16所示，第二固定板3241手臂323之间还设置有垫圈3243，手臂323和第二转轴座324的转接座之间也设置有垫圈。优选的，第一固定板3223和手臂323之间也设置有垫圈。

以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全自动探针台晶圆测试系统，其特征在于：包括：

探针台测试模块(1)，所述探针台测试模块(1)包括具备减震功能和屏蔽功能测试机台(11)、用于装载晶圆和为其提供高低温测试环境的晶圆卡盘模块(12)、用于扎针测试的若干测试探针装置(13)、用于记录测试影像的数字化显微镜模块(14)和用于屏蔽测试口与外界环境的屏蔽罩组件(15)，所述晶圆卡盘模块(12)设置在所述测试机台的屏蔽微腔(112)内部，所述若干测试探针装置布置在所述屏蔽罩组件的外围、并固定在所述测试机台的机台台面上，所述若干测试探针前端的测试探针从所述屏蔽罩组件的侧板伸入至其内部、并通过所述测试口与与所述晶圆卡盘模块上的晶圆接触进行扎针测试，所述数字化显微镜模块通过桥架设置在所述屏蔽罩组件的上方、并从所述屏蔽罩组件的顶盖伸入至其内部、并记录所述扎针测试的影像；

机械手模块(2)，所述机械手模块(2)包括机柜(21)、用于装载晶圆盒的晶圆盒装载台(22)、用于自动测距搬运的机械手装置(23)和用于晶圆位置校准的晶圆校准器(24)，所述机械手装置(23)从所述晶圆盒内自动测距搬运待测试晶圆至所述晶圆校准器(24)、经所述晶圆校准器位置校准后，再经所述机械手装置(23)从所述机械手模块(2)中自动搬运至所述探针台测试模块(1)中的所述晶圆卡盘模块(12)上等待所述扎针测试工作；

人机交互模块(3)，所述人机交互模块(3)包括用于测试软件、数据处理软件和测试过程影像显示的显示器模块(31)和用于操控各类系统软件的鼠标键盘硬件的操控模块(32)。

2.如权利要求1所述的一种全自动探针台晶圆测试系统，其特征在于：所述屏蔽罩组件(15)包括底板(151)、屏蔽围栏(152)、若干挡板(153)、顶板(154)和所述顶盖(155)，所述屏蔽罩组件(15)通过所述底板安装在所述测试机台的机台台面(113)上，所述底板(151)上开设有所述测试口(1511)，所述屏蔽围栏(152)作为所述屏蔽罩组件的侧板安装在所述底板(151)和所述顶板(154)之间、并包围所述测试口，所述屏蔽围栏(152)上规则开设有若干方便所述测试探针伸入至所述屏蔽罩组件内部的测试探针伸入口(1521)，所述若干挡板插入至所述屏蔽围栏中或者固定在所述屏蔽围栏的内外侧、用于将空闲的测试探针伸入口遮挡关闭，只保留打开处于测试工作中的测试探针伸入口，所述顶板(154)上开设有顶盖安装槽口(1541)，所述顶盖(155)通过所述顶盖安装槽口盖在所述顶板(154)上，所述顶盖(155)上还开设有方便所述数字化显微镜伸入至所述屏蔽罩组件内部的显微镜伸入口(1551)；所述顶板和所述底板之间通过若干固定柱(157)和若干紧固件将所述屏蔽围栏安装固定在所述顶板和所述底板之间，所述若干固定柱固定在位于所述屏蔽围栏外围的所述底板上。

3.如权利要求2所述的一种全自动探针台晶圆测试系统，其特征在于：所述屏蔽围栏采用正棱柱体屏蔽围栏、呈正多边形，所述测试探针伸入口开设在所述正棱柱体屏蔽围栏的每一面上。

4.如权利要求3所述的一种全自动探针台晶圆测试系统，其特征在于：所示底板上端设置有下屏蔽围栏定位槽，所述下屏蔽围栏定位槽设置在所述测试口的外围，所述顶板下端则设置有上屏蔽围栏定位槽，所述屏蔽围栏的上下两端分别插入至所述上屏蔽围栏定位槽和所述下屏蔽围栏定位槽中以实现所述顶板、所述屏蔽围栏和所述底板的快速定位拼装。

5.如权利要求2-3任一权利要求所述的一种全自动探针台晶圆测试系统，其特征在于：所述测试探针装置(13)包括磁吸底座(131)、XYZ轴微调滑台(1321)、测试探针安装座(133)、探针臂(135)、走线盖板(134)、走线管(136)和测试探针(138)，所述XYZ轴微调滑台(1321)固定在所述磁吸底座(131)的上端、其前端为Z轴微调滑台，所述Z轴微调滑台依次通过所述测试探针安装座(133)、所述探针臂(135)和转接板(137)固接所述测试探针(138)，所述走线盖板(134)通过紧固件安装在所述测试探针安装座(133)前部上端、其内部设置有引线架(1341)，所述走线盖板(134)上还开设有若干走线口(1342)，所述走线管(136)用于引线，设置在所述探针臂(135)的上方、并固定在所述走线顶盖(134)的前端，所述走线管(136)连通所述走线盖板(134)内部、并将连接所述测试探针的线缆从所述走线管引入至所述走线盖板(134)内部，经所述引线架(1341)归整后的所述线缆从所述若干走线口(1342)引出；所述探针臂(135)和所述走线管(136)中间扁平化设计形成扁平部，所述测试探针装置(13)通过所述探针臂和所述走线管的扁平部伸入至所述屏蔽罩组件(15)的内部。

6.如权利要求1所述的一种全自动探针台晶圆测试系统，其特征在于：所述机械手装置(23)包括升降机构(231)、若干手臂、腕臂(234)和真空吸附爪手(237)，若干手臂设置在所述升降机构和所述腕臂之间与其组成三轴驱动机械手，所述真空吸附爪手作为执行器固定在所述腕臂的前端；所述腕臂(234)的后端安装有激光传感器(2351)及其传感器控制器(2352)，所述传感器控制器(2352)通过控制器夹箍(2353)夹持固定在所述腕臂(234)上端，所述腕臂(234)的上端通过盖板(236)安装成型，所述盖板(236)上开设有方便查看所述传感器控制器(2352)参数和状态的视窗口(2361)。

7.如权利要求6所述的一种全自动探针台晶圆测试系统，其特征在于：所述真空吸附爪手(237)的前端采用C形口部件的C形爪手(2371)，所述C形爪手(2371)上表面平整、并开有真空口(2372)和真空槽(2373)，所述真空口(2372)与所述真空槽(2373)连通，所述真空槽(2373)沿C形爪手开槽形成C形真空槽，所述腕臂(234)的上端还设置有真空接头(238)，所述真空接头(238)外部通过管路连通真空发生器、其内部通过设置在所述腕臂和所述真空吸附爪手中的真空管路连通所述真空口(2372)。

8.如权利要求1所述的一种全自动探针台晶圆测试系统，其特征在于：所述晶圆盒装载台(22)设置在所述机柜(21)的前面板上，所述晶圆盒装载台(22)上设置有装载台门板(221)和方便打开所述装载台门板的把手(222)，所述装载台门板(221)通过铰链(223)与装载台顶板(224)转动连接，所述装载台门板(221)和所述装载台顶板(224)内部两侧之间还设置有缓冲器(225)，位于所述装载台门板(221)的内部，设置有用于装载所述晶圆盒的装载夹具(226)，所述装载夹具(226)的后端还设置有计数传感器(227)。

9.如权利要求8所述的一种全自动探针台晶圆测试系统，其特征在于：所述装载台门板(221)采用弧形门板、并采用透明材质，所述弧形门板通过所述铰链向上打开。

10.如权利要求1所述的一种全自动探针台晶圆测试系统，其特征在于：所述显示器模块(31)包括若干显示器、并通过多轴调节手臂组件和立杆固定在所述探针台测试模块的右侧后方，所述操控模块(32)包括用于放置所述鼠标和所述键盘的托盘，所述托盘也通过多轴调节手臂组件和立杆固定在所述探针台测试模块的右侧前方。