CN212905397U - 一种磁场探针台测试系统 - Google Patents

Abstract

一种磁场探针台测试系统，其包括：用于减震、承载和固定其余部件的基座，用于放置样品的样品承载模块，用于在不同测试磁场环境下测试样品不同特性的探针模块，电磁铁模块，以及用于观测探针模块和样品并进行操作，采集图像数据的显微测量装置，所述电磁铁模块包括：磁铁桥架、励磁电源和多个可拆卸的电磁铁单元，磁铁桥架安装在基座上，用于固定电磁铁单元；多个可拆卸的电磁铁单元中的任意一个电磁铁单元可拆卸地安装在磁铁桥架上，用于在励磁电源的激励下产生磁场。所述磁场探针台测试系统使用可拆卸、可调节的电磁铁单元，可以灵活地生成一维或二维磁场，并能够对不同尺寸的样品进行兼容，达到晶圆级样品测试探针台要求，最高可达24英寸。

Description

一种磁场探针台测试系统

技术领域

本实用新型属于物理及半导体测试技术领域，更具体地，涉及一种磁场探针台测试系统。

背景技术

物理及半导体领域中，探针台测试是一种应用广泛的非破坏性测试手段，可用于测试材料样品或器件的电学特性、光电特性、高频特性(射频、微波、毫米波、太赫兹波)等。普通商用探针台，可以用来进行电学测试，无法提供磁场，磁场探针台测试系统可对材料样品或器件提供磁场，研究它们在磁场下的相关特性，其典型应用包括磁学、自旋电子学、半导体物理与器件、量子器件等。

随着对磁性器件和自旋电子器件研究的深入，磁场探针台需要满足多维度磁场和电学测试的需求，目前有技术人员提出集成磁场的探针台系统，能产生面内磁场或者垂直磁场，但不能同时生成面内及垂直磁场，并且不能进行大尺寸晶圆级测试，样品移动困难，试验耗时耗力。

现有技术中的晶圆级磁场测试平台无法同时生成的面内和垂直磁场，且生成的面内或垂直磁场强度较大，无法满足大场强环境的测试需求；目前现有可提供较大磁场的磁场测试平台由于结构原因无法满足晶圆级样品测试；且在普通的晶圆级测试中，要对大尺寸样品中每一点进行测试，操作过程费耗时耗力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种磁场探针台测试系统及测试方法，使用可拆卸、可调节的电磁铁单元，可以灵活地生成一维或二维磁场，并能够对不同尺寸的样品进行兼容，达到大尺寸晶圆级样品测试探针台要求，并提升测试自动化程度，提升效率。

本实用新型采用如下的技术方案。一种磁场探针台测试系统，其包括：用于减震、承载和固定其余部件的基座，用于放置样品的样品承载模块，用于在不同测试磁场环境下测试样品不同特性的探针模块，电磁铁模块，以及用于观测探针模块和样品并进行操作，采集图像数据的显微测量装置，所述电磁铁模块包括：磁铁桥架、励磁电源和多个可拆卸的电磁铁单元，磁铁桥架安装在基座上，用于固定电磁铁单元；多个可拆卸的电磁铁单元中的任意一个电磁铁单元可拆卸地安装在磁铁桥架上，用于在励磁电源的激励下产生磁场；所述样品承载模块包括：用于放置样品的样品台和用于移动样品台的位移台，其中样品台的样品盘面积最大可简兼容24英寸样品进行测试。

优选地，多个可拆卸的电磁铁单元包括第一电磁铁单元，第一电磁铁单元包括：垂直磁极、第一水平磁极和第二水平磁极，第一水平磁极与第二水平磁极相对，构成水平磁极对，每个磁极上均绕制有线圈；

绕制在垂直磁极和水平磁极上的线圈通设定方向电流后，可产生沿垂直方向的磁场，用于样品在垂直磁场中的测试；绕制在水平磁极对上的线圈通设定方向电流后可产生沿水平磁极对方向的磁场用于样品在面内磁场中的测试；垂直磁极与水平磁极对单独使用或同时使用；和/或

多个可拆卸的电磁铁单元包括第二电磁铁单元，第二电磁铁单元包括：第三水平磁极和第四水平磁极，第三水平磁极与第四水平磁极相对，构成水平磁极对，每个磁极上均绕制有线圈，绕制在水平磁极对上的线圈通电后可产生沿水平磁极对方向的磁场。

优选地，多个可拆卸的电磁铁单元包括第三电磁铁单元，第三电磁铁单元包括：垂直磁极，垂直磁极上绕制有线圈，绕制在垂直磁极上的线圈通电后，可产生沿垂直方向的磁场；和/或

第三电磁铁单元还包括增强磁极，增强磁极上绕制有线圈，增强磁极轭铁为单极或两个相对。

优选地，在其中一个或者多个磁极的尖端附近设置磁传感器，用单个磁传感器的信号或者多个磁传感器信号的组合，反馈到计算机或者单片机装置，读取磁场；进一步地可以根据读取的磁场，调节各励磁线圈的电流，从而对磁场进行反馈调节。

优选地，所述电磁铁模块还包括：磁铁固定桌，磁铁固定桌上方连接电磁铁单元的磁极，下端固定于基座之上，用于克服在进行晶圆级样品测试时产生形变。

优选地，所述样品承载模块包括：样品台和位移台；样品台用于放置测试的样品；样品台位于电磁铁单元中的垂直磁极和水平磁极之间。

优选地，位移台上方连接至样品台，下方固定在基座上，用于移动样品台，调整样品测试位置，样品固定在样品台上，感受磁场；位移台设置在磁铁桥架下方，通过手动调节或电动调节位移台，驱动样品台在测试时产生XY两轴的位移和/或绕Z轴的旋转。

优选地，所述探针模块包括：探针平台，多组匹配测试系统的探针座和探针；探针平台设置在电磁铁单元上方，并在探针中心留有开口，探针平台用于承载和固定探针座；探针固定在探针座上，探针座和探针沿探针平台的中间开口均匀环绕分布，探针用于接触样品台上的样品进行测试；和/或

所述探针平台通过多根探针台支撑柱固定在基座上，探针台支撑柱可手动或自动调节高度。

优选地，显微测量装置为一种光学显微镜，包括光源、相机模块、显微成像模块等，或者，其可替换为基于磁光克尔效应进行磁场测试的显微镜系统，所述基于磁光克尔效应进行磁场测试的显微镜设备包括：光源、偏振器和光电信号转换器。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型可同时生成强度较大的面内及垂直磁场，本实用新型的其中一个核心之处就是把样品放在了面内磁极和垂直磁极之间，大大增加了样品的移动范围，因此可适应晶圆测试的需求，可进行晶圆级大尺寸样品的测试，包括但不限于8寸、10寸、12寸、24寸等，探针台可升降，分为上位和下位，上位时移动样品，下位时探针扎于样品表面进行测试。可进行批量测试，减少了每次测量过程中重复扎针所需时间，提高效率，可进行自动化测试，智能测试系统，电动控制位移台、探针台升降，及探针通电顺序，遍历单个样品上所有测试点。

附图说明

图1是依照本实用新型优选实施例构造的磁场探针台测试系统；

图2是本实用新型优选实施例使用的第一种电磁铁单元；

图3是本实用新型优选实施例使用的第二种电磁铁单元；

图4是本实用新型优选实施例使用的第三种电磁铁单元；

图5是本实用新型优选实施例使用的第四种电磁铁单元；

图6是本实用新型优选实施例使用的第四种电磁铁单元；

图7是本实用新型优选实施例使用第一种电磁铁单元产生磁场的示意图。

图中：

1-基座；2-磁铁桥架；3-二维电磁铁；4-探针台支撑柱；5-探针平台；6-样品台；7-位移台；8-探针座；9-探针；10-显微测量装置；A-第一水平磁极；B-第二水平磁极；s-样品。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1所示，本实用新型的优选实施例提供了一种磁场探针台测试系统，其包括：用于减震、承载和固定其余部件的基座1，用于放置样品的样品承载模块，用于在不同测试磁场环境下测试样品不同特性的探针模块，电磁铁模块，以及用于观测探针模块和样品并进行操作，采集图像数据的显微测量装置10。

所述电磁铁模块包括：磁铁桥架2、励磁电源和多个可拆卸的电磁铁单元3，磁铁桥架2安装在基座1上，用于固定电磁铁单元3；多个可拆卸的电磁铁单元3中的任意一个电磁铁单元3可拆卸地安装在磁铁桥架2上，用于在励磁电源的激励下产生磁场。

如图2所示，多个可拆卸的电磁铁单元3包括第一电磁铁单元，第一电磁铁单元包括：垂直磁极、第一水平磁极A和第二水平磁极B，第一水平磁极与第二水平磁极相对，构成水平磁极对，每个磁极上均绕制有线圈。

绕制在垂直磁极上的线圈通电后，可产生沿垂直方向的磁场；绕制在水平磁极对上的线圈通电后可产生沿水平磁极对方向的磁场；垂直磁极与水平磁极对单独使用或同时使用。如图7所示，第一水平磁极A和第二水平磁极B线圈通电，通电方向相同，垂直磁极不通电，此时可生成一维面内磁场；第一水平磁极A和第二水平磁极B通电，通电方向相反，使其生成方向沿X轴向背或相对，同时垂直磁极通电，使其生成磁场方向向上或向下，此时可生成较大的垂直磁场。

如图3所示，多个可拆卸的电磁铁单元3包括第二电磁铁单元，第二电磁铁单元包括：第三水平磁极和第四水平磁极，第三水平磁极与第四水平磁极相对，构成水平磁极对，每个磁极上均绕制有线圈，绕制在水平磁极对上的线圈通电后可产生沿水平磁极对方向的磁场。

如图4所示，多个可拆卸的电磁铁单元3包括第三电磁铁单元，第三电磁铁单元包括：垂直磁极，垂直磁极上绕制有线圈，绕制在垂直磁极上的线圈通电后，可产生沿垂直方向的磁场。

在其中一个或者多个磁极的尖端附近设置磁传感器，用单个磁传感器的信号或者多个磁传感器信号的组合，反馈到计算机或者单片机装置，读取磁场；进一步地可以根据读取的磁场，调节各励磁线圈的电流，从而对磁场进行反馈调节。

所述电磁铁模块还包括：磁铁固定桌，磁铁固定桌上方连接电磁铁单元3的磁极，下端固定于基座1之上，用于克服在进行晶圆级样品s测试时时因为磁铁间距变大而产生形变。

第三电磁铁单元还包括增强磁极，增强磁极上可以绕制有线圈，增强磁极轭铁为单极，如图6所示，或两个相对，如图5所示。

继续如图1所示，所述样品承载模块包括：样品台6和位移台7；样品台6用于放置测试的样品s；作为本实用新型的一个重要创新点，与现有技术不同之处，样品台6位于电磁铁单元3中的垂直磁极和水平磁极之间，大大增加了样品的移动范围，因此可适应晶圆测试的需求；位移台7上方连接至样品台6，下方固定在基座1上，用于移动样品台6，调整样品测试位置，样品固定在样品台6上，感受磁场；位移台7设置在磁铁桥架2下方，通过手动调节或电动调节位移台7，驱动样品台6在测试时产生XY轴的位移和/或绕Z轴的旋转。电磁铁单元3和样品台6依照不同尺寸的样品进行调节，用于测试不超过24英寸的晶圆级样品。即二维磁场电磁铁3的和样品台6的可对不同尺寸的样品进行兼容，达到晶圆级样品测试探针台要求，最高可达24英寸。

所述探针模块包括：探针平台5，多组匹配测试系统的探针座8和探针9；探针平台5设置在电磁铁单元3上方，并在探针9中心留有开口，探针平台5用于承载和固定探针座8；探针9固定在探针座8上，探针座8和探针9沿探针平台5的中间开口均匀环绕分布，探针9用于接触样品台上7的样品进行测试。

所述探针平台5通过多根探针台支撑柱4固定在基座上，探针台支撑柱4可手动或自动调节高度，优选但非限制性地，探针台支撑柱4为机械、气动、液压或电动结构，使用计算机软件控制机械、气动、液压或电动结构的探针台支撑柱4，用于驱动探针平台5沿Z轴方向升降，实现快速测试。

所述探针座8固定于探针平台5上，优选但非限制性地，探针座8通过真空吸附、螺栓或夹装固定于探针平台5上，所述探针9通过线缆连接至至少一台直流及高频仪器，用于在不同测试磁场环境下测试样品的不同特性；所述探针座8在XYZ三轴方向对探针9进行微调，用于使探针9在测试时可以接触样品。

所述显微测量装置10通过固定装置固定于底部基座，用于观测探针9针尖和样品并进行操作，采集图像数据，显微测量装置的光学显微镜可进行XYZ三轴移动，同时搭载摄像机进行成像显示。微测量装置10为一种光学显微镜，包括光源、相机模块、显微成像模块等，或者，其可替换为基于磁光克尔效应进行磁场测试的显微镜系统，所述基于磁光克尔效应进行磁场测试的显微镜设备其包括：光源、偏振器、光电信号转换器。

计算机通过数据控制线连接励磁电源、直流及高频仪器和显微测量装置，通过编写的软件控制电流大小、磁场大小和方向、仪器自动控制、数据和图像的采集和处理，用于将磁场探针台测试系统集成化为智能磁场探针台测试系统。

为清楚介绍本实用新型的磁场探针台测试系统，以下介绍使用本实用新型的磁场探针台测试系统的测试方法，包括以下步骤：

步骤1：根据样品的几何尺寸，在多个电磁铁单元3中选择磁场方向相应的电磁铁单元，调整电磁铁单元3的磁极之间的间距并选择样品台6；

步骤2：将样品固定在样品台6上；

步骤3：使用励磁电源对电磁铁单元3进行励磁，产生用于测试的磁场；

步骤4：调整探针9空间位置，与接触样品，并对探针9进行通电，进行测试；

步骤5：调整显微测量装置10，用于观测探针9针尖和样品并进行操作，采集图像数据；

步骤6：操作探针平台5运动至上位，带动探针离开样品表面；

步骤7：操作位移台7，更换测试点；

步骤8：操作探针平台5运动至下位，带动探针扎于样品表面；

重复进行步骤5至步骤8，获得该样品表面所有测试点的测试数据。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型可同时生成强度较大的面内及垂直磁场，本实用新型的其中一个核心之处就是把样品放在了面内磁极和垂直磁极之间，大大增加了样品的移动范围，因此可适应晶圆测试的需求，可进行晶圆级大尺寸样品的测试，包括但不限于8寸、10寸、12寸、24寸等，探针台可升降，分为上位和下位，上位时移动样品，下位时探针扎于样品表面进行测试。可进行批量测试，减少了每次测量过程中重复扎针所需时间，提高效率，可进行自动化测试，智能测试系统，电动控制位移台、探针台升降，及探针通电顺序，遍历单个样品上所有测试点。

本实用新型申请人结合说明书附图对本实用新型的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本实用新型的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本实用新型精神，而并非对本实用新型保护范围的限制，相反，任何基于本实用新型的实用新型精神所作的任何改进或修饰都应当落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁场探针台测试系统，其包括：基座(1)，用于放置样品的样品承载模块，用于在不同测试磁场环境下测试样品不同特性的探针模块，电磁铁模块，以及用于观测探针模块和样品并进行操作，采集图像数据的显微测量装置(10)，其特征在于：

所述电磁铁模块包括：磁铁桥架(2)、励磁电源和多个可拆卸的电磁铁单元(3)，磁铁桥架(2)安装在基座(1)上，用于固定电磁铁单元(3)；多个可拆卸的电磁铁单元(3)中的任意一个电磁铁单元(3)可拆卸地安装在磁铁桥架(2)上，用于在励磁电源的激励下产生磁场；

所述样品承载模块包括：用于放置样品的样品台(6)和用于移动样品台(6)的位移台(7)，其中样品台(6)的样品盘面积最大可简兼容24英寸样品进行测试。

2.根据权利要求1所述的磁场探针台测试系统，其特征在于：

多个可拆卸的电磁铁单元(3)包括第一电磁铁单元，第一电磁铁单元包括：垂直磁极、第一水平磁极和第二水平磁极，第一水平磁极与第二水平磁极相对，构成水平磁极对，每个磁极上均绕制有线圈；绕制在垂直磁极和水平磁极上的线圈通设定方向电流后，可产生沿垂直方向的磁场，用于样品在垂直磁场中的测试；绕制在水平磁极对上的线圈通设定方向电流后可产生沿水平磁极对方向的磁场用于样品在面内磁场中的测试；垂直磁极与水平磁极对单独使用或同时使用；和/或

多个可拆卸的电磁铁单元(3)包括第二电磁铁单元，第二电磁铁单元包括：第三水平磁极和第四水平磁极，第三水平磁极与第四水平磁极相对，构成水平磁极对，每个磁极上均绕制有线圈，绕制在水平磁极对上的线圈通电后可产生沿水平磁极对方向的磁场。

3.根据权利要求2所述的磁场探针台测试系统，其特征在于：

多个可拆卸的电磁铁单元(3)包括第三电磁铁单元，第三电磁铁单元包括：垂直磁极，垂直磁极上绕制有线圈，绕制在垂直磁极上的线圈通电后，可产生沿垂直方向的磁场。

4.根据权利要求3所述的磁场探针台测试系统，其特征在于：

第三电磁铁单元还包括增强磁极，增强磁极上绕制有线圈，增强磁极轭铁为单极或两个相对。

5.根据权利要求2或3中任一项所述的磁场探针台测试系统，其特征在于：

在其中一个或者多个磁极的尖端附近设置磁传感器，用单个磁传感器的信号或者多个磁传感器信号的组合，反馈到计算机或者单片机装置，读取磁场。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的磁场探针台测试系统，其特征在于：

所述电磁铁模块还包括：磁铁固定桌，磁铁固定桌上方连接电磁铁单元(3)的磁极，下端固定于基座(1)之上，用于克服在进行晶圆级样品测试时产生形变。

7.根据权利要求2所述的磁场探针台测试系统，其特征在于：

所述样品承载模块包括：样品台(6)和位移台(7)；样品台(6)用于放置测试的样品；样品台(6)位于电磁铁单元(3)中的垂直磁极和水平磁极之间。

8.根据权利要求6所述的磁场探针台测试系统，其特征在于：

位移台(7)上方连接至样品台(6)，下方固定在基座(1)上，用于移动样品台(6)，调整样品测试位置，样品固定在样品台(6)上，感受磁场；位移台(7)设置在磁铁桥架(2)下方，通过手动调节或电动调节位移台(7)，驱动样品台(6)在测试时产生XY两轴的位移和/或绕Z轴的旋转。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的磁场探针台测试系统，其特征在于：

所述探针模块包括：探针平台(5)，多组匹配测试系统的探针座(8)和探针(9)；探针平台(5)设置在电磁铁单元(3)上方，并在探针(9)中心留有开口，探针平台(5)用于承载和固定探针座(8)；探针(9)固定在探针座(8)上，探针座(8)和探针(9)沿探针平台(5)的中间开口均匀环绕分布，探针(9)用于接触样品台(6)上的样品进行测试；和/或

所述探针平台(5)通过多根探针台支撑柱(4)固定在基座上，探针台支撑柱(4)可手动或自动调节高度。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的磁场探针台测试系统，其特征在于：

显微测量装置(10)为一种光学显微镜，包括光源、相机模块、显微成像模块等，或者，其可替换为基于磁光克尔效应进行磁场测试的显微镜系统，所述基于磁光克尔效应进行磁场测试的显微镜设备包括：光源、偏振器和光电信号转换器。

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