CN210270067U - 晶圆测试设备 - Google Patents

Abstract

一种晶圆测试设备，所述晶圆测试设备包括：底座，用于放置晶圆；探针头，用于固定探针卡，使得所述探针卡的探针面朝向所述底座的晶圆放置面；移动模块，与所述底座连接，用于控制所述底座进行升降运动；测厚装置，用于对晶圆厚度进行测量，并根据所述晶圆厚度设定所述底座在进行晶圆测试时的目标位置。所述晶圆测试设备能够自动根据晶圆厚度调整底座目标位置。

Description

晶圆测试设备

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，尤其涉及一种晶圆测试设备。

背景技术

晶圆测试机台主要由测试仪与探针台组成，在进行电性测试的时候，测试仪会给探针卡上的探针一个测试信号，通过扎针，将探针与晶圆的接触来达到测试的目的，并且将测量的结果反馈给测试仪。

请参考图1，探针卡103被固定于探针台上方的测试头上，晶圆102进入探针台，置于底座101上，探针卡103的位置被调校固定，通过底座101上下移动，调整晶圆102的位置，使得探针卡103上的探针与所述晶圆102上的测试接触点接触。

探针卡103上的探针与晶圆上的接触点之间的距离过近容易导致探针受力过大受损，而距离过大，又容易使得探针与接触点之间接触不良，影响测试结果，因此，需要准确控制晶圆102表面与探针卡103之间的距离。

此外，晶圆102表面的器件层的膜层厚度发生变化，会导致晶圆102的厚度发生变化，对于不同厚度的晶圆102，需要改变底座101的位置，来调整晶圆102与探针卡103之间的距离。如何对底座位置或晶圆位置进行准确调整，是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种晶圆测试设备，实现对底座位置的准确调整。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种晶圆测试设备，包括：底座，用于放置晶圆；探针头，用于固定探针卡，使得所述探针卡的探针面朝向所述底座的晶圆放置面；移动模块，与所述底座连接，用于控制所述底座进行升降运动；测厚装置，用于对晶圆厚度进行测量，并根据所述晶圆厚度设定所述底座在进行晶圆测试时的目标位置。

可选的，还包括测试腔体，所述测试腔体具有晶圆入口，所述底座位于所述测试腔体内；所述测厚装置设置于所述晶圆入口处。

可选的，所述测厚装置的测量端设置于所述测试腔体内。

可选的，所述测厚装置的测量端设置于所述测试腔体外。

可选的，还包括装载模块，用于向所述测试腔体内送入待测试晶圆；所述测厚装置设置于所述装载模块内靠近所述测试腔体的晶圆入口处。

可选的，所述测厚装置包括至少一对激光位移传感器，每一对的两个所述激光位移传感器分别设置于晶圆进入测试腔体时的移动路径两侧，用于分别获取与晶圆两个相对表面之间的距离信息。

可选的，所述测厚装置还包括计算单元，所述计算单元与所述激光位移传感器连接，用于根据各激光位移传感器获得的距离信息，计算晶圆厚度。

可选的，所述激光位移传感器包括激光发射器、成像物镜以及图像传感器，所述激光发射器用于向晶圆表面发射检测光，所述图像传感器用于接收经晶圆表面反射并通过所述成像物镜聚焦后的反射光。

可选的，所述测厚装置包括X光厚度检测装置。

可选的，还包括：控制模块，与所述移动模块和所述测厚装置连接，用于向所述移动模块发送控制指令，使得所述移动模块能够将所述底座移动至所述目标位置。

本实用新型的晶圆测试设备能够在对晶圆进行测试之前，对晶圆厚度自动进行测量，并根据晶圆厚度，调整底座位置，使得晶圆与探针卡之间能够形成良好的接触。在对不同厚度的晶圆进行测试时，无需对探针卡进行更换或重新调校，实现对底座位置的自动调整，节约时间和人力，提高测试效率。

附图说明

图1为现有技术对晶圆进行电性测试时的示意图；

图2为本实用新型一实施例的晶圆测试设备的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例的晶圆测试设备的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例的晶圆测试设备的结构示意图；

图5为本实用新型的实施例的计算晶圆厚度的示意图；

图6为本实用新型的实施例的晶圆位置调整方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的晶圆测试设备及电性测试时的晶圆位置调整方法的具体实施方式做详细说明。

请参考图2，为本实用新型一实施例的晶圆测试设备的结构示意图。

所述晶圆测试设备包括底座201、探针头202、移动模块203以及测厚装置204。

所述底座201用于放置待测试的晶圆，所述底座201具有一晶圆放置面。所述底座201可以通过静电吸附或真空吸附等方式将待测试的晶圆固定于所述底座201的晶圆放置面上。在其他具体实施方式中，所述底座201也可以具有与待测试晶圆匹配的固定槽或限位结构，固定晶圆位置。

所述探针头202，用于固定探针卡，使得所述探针卡的探针面朝向所述底座201的晶圆放置面。所述探针头202用于向探针卡施加测试信号，所述探针头的位置通常固定。

所述移动模块203，与所述底座201连接，能够控制所述底座201进行升降运动，以调整所述底座201与所述探针头202之间的距离。在对晶圆进行测试的过程中，通过所述移动模块203将底座201升起，使得晶圆与探针卡之间的距离缩短，直至晶圆表面的测试接触点与探针卡上的探针接触，实现电性连接。

在该具体实施方式中，所述移动模块203包括设置于所述底座201侧面的滑轨，以及驱动电机(图中未示出)。通过驱动电机可以驱动所述底座201沿滑轨方向移动。在另一实施例中，所述移动模块203还可以是位于所述底座201底部的升降螺杆结构以及驱动电机，通过升降螺杆调节所述底座201的高度。在其他实施例中，所述移动模块203还可以具有其他能够驱动所述底座201移动的结构，在此不做限定。

对于一些表面接触点功能和位置相同的晶圆，例如形成有3D NAND存储器芯片的晶圆，不同存储堆叠层数会导致晶圆厚度发生变化，但是电连接位置和功能均不发生变化。这时候，在测试过程中，可以使用同一个探针卡及同样的探针卡校准位置。但是，对于不同厚度的晶圆，当底座位置相同，晶圆表面与探针之间的距离会不同，因此，当晶圆厚度发生变化时，容易发生探针卡的探针受损或测试过程接触不良等问题，导致探针受损，使得探针卡更换频率增大。所以，通常当晶圆厚度发生变化时，需要对底座位置进行调整或者对探针卡进行重新调校和更换。

本实用新型的晶圆测试设备还包括测厚装置204，用于对晶圆厚度进行测量，并根据所述晶圆厚度获取所述底座在进行晶圆测试时的目标位置。当得知待测试晶圆厚度的情况下，合理设置底座位置，就能够确保晶圆与探针卡之间的良好接触。

所述测厚装置204采用非接触的方式测量待测试晶圆的厚度，以避免对晶圆造成损伤。所述测厚装置204可以为激光测厚装置、X光测厚装置等非接触式测厚装置中的任意一种。

该实施例中，所述晶圆测试设备包括一测试腔体200，所述底座201、移动模块203可以设置于所述测试腔体200内，所述探针头202可以固定于所述测试腔体200的顶盖处。

所述测厚装置204可以固定于所述测试腔体200内，用于对进入所述测试腔体200内的待测试晶圆进行厚度测量。所述测厚装置204的测量端可以设置于晶圆的移动路径旁，在晶圆被放置于底座201上之前，完成对晶圆厚度的测量。该实施例中，所述测试腔体200具有一晶圆入口210，所述测厚装置204的测量端设置于靠近晶圆入口210处，晶圆自所述晶圆入口210进入所述测试腔体200时，所述测厚装置204即可以对所述晶圆的厚度进行测量。

在另一实施例中，所述测厚装置204的测量端还可以设置于测试腔体200外侧，靠近所述晶圆入口210处。在晶圆进入所述测试腔体200之前，完成对晶圆厚度的测量。

请参考图3，为另一实施例中，所述晶圆测试设备还包括装载模块310，用于向所述测试腔体200内送入待测试晶圆。该实施例中，测厚装置304设置于所述装载模块310内靠近所述测试腔体200的晶圆入口210处。所述装载模块310内可以设置有机械手，用于自晶圆盒内夹取晶圆并送入所述测试腔体200内。所述测厚装置304用于在机械手夹取单片晶圆，送入测试腔体200之前，对晶圆厚度进行测量。

请参考图4，为本实用新型另一实施例的晶圆测试设备的结构示意图。

该实施例中，所述测厚装置包括一对激光位移传感器，分别为激光位移传感器401a、激光位移传感器401b，分别设置于晶圆进入测试腔体时的移动路径两侧，使得两个激光位移传感器之间的连线能够与晶圆表面垂直。所述激光位移传感器401a和激光位移传感器401b作为所述测厚装置的测量端。该实施例中，晶圆水平进入所述测试腔体200内，所述激光位移传感器401a、激光位移传感器401b分别设置于所述移动路径的上下两侧。在另一实施例中，所述晶圆也可以竖直进入所述测试腔体200内，所述激光位移传感器401a、激光位移传感器401b还可以分别设置于所述移动路径的左右两侧。

所述激光位移传感器401a用于获取与晶圆上表面之间的距离信息，所述激光位移传感器401b用于获取与晶圆下表面能之间的距离信息。所述测厚装置还包括计算单元402，所述计算单元与所述激光位移传感器401a、激光位移传感器401b连接，用于根据各激光位移传感器获得的距离信息，计算晶圆厚度。

请参考5，为该实施例中，晶圆厚度计算的示意图。

所述计算单元402通过所述激光位移传感器401a获取的距离信息，计算得到激光位移传感器401a与晶圆500的上表面之间的距离A；通过所述激光位移传感器401b获取的距离信息，计算得到激光位移传感器401b与晶圆500的下表面之间的距离B；激光位移传感器401a和激光位移传感器401b之间的距离为已知距离C，则晶圆厚度T＝C-(A+B)。

所述激光位移传感器401a和激光位移传感器402b均通过三角测距方式获取距离信息。以所述激光位移传感器401a为例，所述激光位移传感器401a包括激光发射器、成像物镜以及图像传感器，所述激光发射器用于向晶圆表面发射检测光，所述图像传感器用于接收经晶圆表面反射、通过所述成像物镜聚焦后的反射光。所述激光发射器、成像物镜以及图像传感器等元件按照三角测距方式设置，从而获取有效的与距离相关的距离信息。

为了保证晶圆厚度计算的准确性，所述激光位移传感器401a和激光位移传感器402b同轴设置，以确保测量的是晶圆同一位置处上下两个表面之间的距离，以减小测量误差。

较佳的，晶圆在厚度测量过程中，停止移动。在其他实施例中，也可以在晶圆移动过程中，进行厚度测量，此时需要保证上下两个激光位移传感器中的图像传感器必须同步成像，以确保在晶圆移动过程中，上下两个激光位移传感器获取的是晶圆相同位置处的距离信息。另外，晶圆在移动过程中，两个激光位移传感器可以通过多次同步测量，获取晶圆不同位置处的厚度信息，以获取晶圆多个位置处的厚度，可以对多个位置处的厚度进行平均运算等方式，以减少系统误差，提高晶圆厚度测量的准确性。

在另一实施例中，所述测厚装置还可以包括多对激光位移传感器，当晶圆停止运动时，用于获取晶圆不同位置处的厚度信息，以获取晶圆多个位置处的厚度，可以对多个位置处的厚度进行平均运算等方式，以减少系统误差，提高晶圆厚度测量的准确性。

所述计算单元402，还用于根据计算得到的晶圆厚度，设定所述底座201在进行晶圆测试时的目标位置，所述目标位置即底座201需要移动至的位置，使得晶圆能够与探针卡上的探针形成良好接触。

所述晶圆测试设备还包括控制模块，与所述移动模块203和所述测厚装置连接，具体的，可以连接至所述测厚装置的计算单元402，用于根据进入测试腔体200内晶圆的厚度，向所述移动模块203发送控制指令，使得所述移动模块203能够将底座移动至目标位置。所述控制模块可以为所述晶圆测试设备的控制终端。所述计算单元可以集成于所述控制模块内，也可以与所述激光位移传感器集成于一体。

上述晶圆测试设备，能够在对晶圆进行测试之前，对晶圆厚度自动进行测量，并根据晶圆厚度，调整底座位置，使得晶圆与探针卡之间能够形成良好的接触。在对不同厚度的晶圆进行测试时，无需对探针卡进行更换或重新调校，实现对底座位置的自动调整，节约时间和人力，提高测试效率。

并且，测厚装置的精度可以达到0.5μm，能够实现对晶圆厚度的准确测量，进而减少调整误差。

本实用新型的实施例还提供一种晶圆电性测试时的晶圆位置调整方法。

请参考图6，为一个实施例中，晶圆位置调整方法的流程示意图。

所述晶圆位置调整方法包括如下步骤：

步骤S601：在将晶圆置于晶圆测试设备的底座上之前，测量所述晶圆的厚度。

在对晶圆进行电性测试时，需要在晶圆上方设置探针卡，将探针卡的位置调校固定，探针卡的探针面朝向底座的晶圆放置面。探针卡与晶圆表面的测试接触点接触，从而通过探针向晶圆上芯片施加测试信号。对于不同厚度的晶圆，当底座位置相同时，晶圆表面与探针之间的距离会不同。因此，当晶圆厚度发生变化时，容易发生探针卡的探针受损或测试过程接触不良等问题。所以，通常当晶圆厚度发生变化时，需要对底座位置进行调整。

该实施例中，首先对待测试的晶圆的厚度进行测量。为了便于测量，在晶圆被放置于底座上之前就对厚度进行测量。

在一个实施例中，用于对晶圆进行电性测试的晶圆测试设备具有测试腔体，用于放置晶圆的底座设置于所述测试腔体内。可以在晶圆部分或全部进入测试腔体后，对晶圆的厚度进行测量。也可以在晶圆未进入测试腔体前就对晶圆厚度进行测量。通常晶圆被机械手夹持进行传送，机械手单次夹持一片晶圆，可以在机械手传送单片晶圆的路径上，对晶圆厚度进行测量，以提高测量的准确性。在测量过程中，可以晶圆保持一定时间的静止，也可以在移动过程中同步进行测量。

在一个实施例中，所述测量晶圆的厚度的方法包括：设定至少一对测试位置，每一对的测试位置分别设置于晶圆两侧，垂直于晶圆表面；分别获取两个测试位置与晶圆两个相对表面之间的距离；计算晶圆的厚度，根据两个测试位置与晶圆两个相对表面之间的距离，以及同一对的两个测试位置之间的距离，计算晶圆的厚度。当两个测试位置与晶圆表面的距离分别为A和B，两个测试位置之间的距离为C，则晶圆厚度为T＝C-(A+B)。

在一个实施例中，可以设置多对测试位置，用于获取晶圆不同位置处的厚度信息，以获取晶圆多个位置处的厚度，可以对多个位置处的厚度进行平均运算等方式，以减少系统误差，提高晶圆厚度测量的准确性。

较佳的，晶圆在厚度测量过程中，停止移动。在其他实施例中，也可以在晶圆移动过程中，进行厚度测量。晶圆在移动过程中，可以通过测量同一对测试位置与晶圆不同位置处的厚度信息，以获取晶圆多个位置处的厚度，可以对多个位置处的厚度进行平均运算等方式，以减少系统误差，提高晶圆厚度测量的准确性。

可以根据三角测距法分别获取两个测试位置与晶圆两个相对表面之间的距离。具体的，在一个实施例中，可以在各测试位置设置激光位移传感器，获取激光位移传感器与晶圆表面之间的距离信息，再根据各激光位移传感器获得的距离信息，计算晶圆厚度。为了保证晶圆厚度计算的准确性，每一对的激光位移传感器同轴设置，以确保测量的是与晶圆同一位置处上下两个表面之间的距离，以减小测量误差。

在其他实施例中，也可以采用X光或超声波等方式，测量晶圆的厚度。

步骤S602：根据所述晶圆的厚度设定所述底座的目标位置。

所述目标位置即底座需要移动至的位置，使得晶圆能够与探针卡上的探针形成良好接触。

步骤S603：将所述晶圆置于所述底座表面后，控制所述底座移动至所述目标位置。

将所述底座移动至所述目标位置后，所述晶圆表面与所述探针卡的探针面上的探针接触。

上述晶圆位置调整方法，能够实现对晶圆厚度的自动测量，根据晶圆厚度调整底座的目标位置，从而能够使得晶圆与探针卡之间能够形成良好的接触。在对不同厚度的晶圆进行测试时，无需对探针卡进行更换或重新调校，从而可以实现对底座位置的自动调整，节约时间和人力，提高测试效率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆测试设备，其特征在于，包括：

底座，用于放置晶圆；

探针头，用于固定探针卡，使得所述探针卡的探针面朝向所述底座的晶圆放置面；

移动模块，与所述底座连接，用于控制所述底座进行升降运动；

测厚装置，用于对晶圆厚度进行测量，并根据所述晶圆厚度设定所述底座在进行晶圆测试时的目标位置。

2.根据权利要求1所述的晶圆测试设备，其特征在于，还包括测试腔体，所述测试腔体具有晶圆入口，所述底座位于所述测试腔体内；所述测厚装置设置于所述晶圆入口处。

3.根据权利要求2所述的晶圆测试设备，其特征在于，所述测厚装置的测量端设置于所述测试腔体内。

4.根据权利要求2所述的晶圆测试设备，其特征在于，所述测厚装置的测量端设置于所述测试腔体外。

5.根据权利要求2所述的晶圆测试设备，其特征在于，还包括装载模块，用于向所述测试腔体内送入待测试晶圆；所述测厚装置设置于所述装载模块内靠近所述测试腔体的晶圆入口处。

6.根据权利要求1所述的晶圆测试设备，其特征在于，所述测厚装置包括至少一对激光位移传感器，每一对的两个所述激光位移传感器分别设置于所述晶圆的移动路径两侧，用于分别获取与所述晶圆两个相对表面之间的距离信息。

7.根据权利要求6所述的晶圆测试设备，其特征在于，所述测厚装置还包括计算单元，所述计算单元与所述激光位移传感器连接，用于根据各所述激光位移传感器获得的所述距离信息，计算所述晶圆厚度。

8.根据权利要求6所述的晶圆测试设备，其特征在于，所述激光位移传感器包括激光发射器、成像物镜以及图像传感器，所述激光发射器用于向所述晶圆表面发射检测光，所述图像传感器用于接收经所述晶圆表面反射并通过所述成像物镜聚焦后的反射光。

9.根据权利要求1所述的晶圆测试设备，其特征在于，所述测厚装置包括X光厚度检测装置。

10.根据权利要求1所述的晶圆测试设备，其特征在于，还包括：控制模块，与所述移动模块和所述测厚装置连接，用于向所述移动模块发送控制指令，使得所述移动模块能够将所述底座移动至所述目标位置。

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