CN105988071A - 一种半导体测试设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体测试设备及方法，在测试晶圆的针测工艺中，通过在夹持测试晶圆进行对针工艺的夹持装置与放置测试晶圆的卡盘之间设置感应装置，以在需要更换针测机台上的探针卡时，利用上述的感应装置对探针卡探针与测试晶圆之间的区域进行扫描，以排除任何在探针与测试晶圆之间的异物，进而有效避免诸如忘记去掉探针的保护罩而致使探针受到损伤等现象的发生，使得在提高针测工艺安全性的前提下，有效降低针测工艺的成本及其不稳定性。

Description

一种半导体测试设备及方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体测试设备及方法。

背景技术

目前，进行晶圆(wafer)的针测工艺时，通过将探针卡(probercard)上的探针直接与芯片上的测试垫(Pad)直接接触，引出芯片讯号，再配合周边测试仪器与软件控制达到自动化量测的目的，即针测工艺主要是应用在IC尚未封装前，针对裸片借助探针做功能测试，筛选出不良品后，再进行后续的封装工艺。.

探针卡在上述的测试工艺中主要是用来将接晶圆(wafer)上的测试垫(Pad)与针测机上的电路连接，即在探针卡的下方会设置若干根极其细的探针，并通过将上述的探针扎在测试垫上，进而实现晶圆与测试垫之间的电连接。

由于探针卡是测试厂中最为贵重的消耗品，虽然其理论情况下可进行100万次左右的针测(touch down)，但在没有进行测试工艺前，为了保护上述的探针，需要在探针上套设一保护罩，以避免因误操作造成探针的损伤，而当需要进行测试工艺时，在更换针测机探测器上的探针卡时，就要摘取掉上述的保护罩；但因为目前都是人工进行探针卡的更换及后续保护罩的摘取操作，很容易在更换探针卡时遗漏摘取掉上述保护罩的操作，致使在后续的测试工艺(如对针)时由于保护罩的存在而致使探针造成损伤，大大减少了探针卡能够进行针测工艺的次数，甚至会直接导致探针卡报废，进而增加了晶圆针测工艺的成本。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供了一种半导体测试设备及方法，可应用于晶圆的针测工艺中，在更换针测机台上的探针卡时，通过利用感应装置扫描探针卡的探针与测试晶圆之间是否有异物，以有效的避免诸如因人工更换探针卡时忘记去掉保护罩等对探针在后续对针及针测工艺时造成的损伤，在提高针测工艺质量的前提下，有效降低工艺成本。

本申请记载了一种半导体测试设备，所述测试设备包括：

一卡盘，所述卡盘设置在针测机台上，以放置测试晶圆；

一夹持装置，所述夹持装置位于所述卡盘的正上方，以夹持探针卡与所述测试晶圆进行对针工艺；

一感应装置，所述感应装置设置在所述卡盘与所述夹持装置之间，以检测所述探针卡的探针与所述测试晶圆之间是否存有异物。

上述的半导体测试设备，所述感应装置在所述探针与所述测试晶圆之间的区域中移动，且其移动的方向垂直于所述探针卡上设置有探针的表面。

上述的半导体测试设备，所述感应装置包括光信号发送装置和光信号接收装置；

所述光信号发送装置设置于所述探针卡的一侧，所述光信号接收装置对应所述光信号发送装置位置设置于所述探针卡的另一侧；

其中，所述光信号发送装置向所述光信号接收装置发送光信号，所述光信号接收装置通过是否接收到所述光信号来判断所述探针与所述测试晶圆之间是否存有异物。

上述的半导体测试设备，所述测试设备还包括导轨，所述导轨固定设置在所述针测机台上，所述光信号发送装置和所述光信号接收装置均可移动的设置在所述导轨上，以沿所述导轨对所述探针与所述测试晶圆之间的区域进行扫描。

上述的半导体测试设备，所述光信号发送装置和所述光信号接收装置在同一方向上做同步运动。

上述的半导体测试设备，所述测试设备还包括一报警装置，所述报警装置与所述感应装置连接；当所述感应装置感应到所述探针与所述测试晶圆之间有异物时，所述报警装置发出报警讯息。

上述的半导体测试设备，所述探针卡与所述针测机台电连接，以对所述测试晶圆进行针测工艺。

上述的半导体测试设备，所述异物包括保护盖；

所述保护盖罩设在所述探针卡上，以避免所述探针在运输过程受到损伤。

上述的半导体测试设备，所述保护盖上设置有导电环；

当所述保护盖罩设在所述探针卡上时，所述导电环与所述探针卡底部的触点接触。

本申请还记载了一种半导体测试方法，所述方法包括：

步骤S1：将一测试晶圆放置于一针测机台的卡盘上；

步骤S2：判断所述针测机台上的探针卡是否需要更换；若不需要更换，则利用该探针卡对所述测试晶圆进行针测工艺；若需要更换，则取出所述探针卡，并将一新的探针卡置于所述针测机台的夹持装置上；

步骤S3：利用感应装置检测所述新的探针卡上的探针与所述测试晶圆之间是否还存有异物；若有异物，则继续进行步骤S4；若无异物，则利用所述新的探针卡对所述测试晶圆进行所述针测工艺；

步骤S4：检查并去除位于所述新的探针卡上的探针与所述测试晶圆之间的异物后，继续步骤S3。

上述的半导体测试方法，所述异物包括保护盖，所述方法还包括：

在进行步骤S2的操作后，继续判断所述新的探针卡上与保护盖上的导电环接触的触点是否能够导通；若能导通，继续进行步骤S4；若不能导通，则继续进行步骤S3；

其中，所述保护盖罩设在所述新的探针卡上，以避免所述探针卡上的探针在运输过程受到损伤。

上述的半导体测试方法，所述夹持装置设置于所述卡盘的正上方，所述方法还包括：

所述夹持装置夹持所述新的探针卡与所述测试晶圆进行对针工艺后，将所述新的探针卡的探针扎在所述测试晶圆的焊垫上，以进行所述针测工艺。

上述的半导体测试方法，所述探针卡与所述针测机台上的针测电路电连接。

上述的半导体测试方法，所述感应装置包括光信号发送装置和光信号接收装置；

所述光信号发送装置设置于所述探针卡的一侧，所述光信号接收装置对应所述光信号发送装置位置设置于所述探针卡的另一侧；

当采用所述感应装置检测所述新的探针卡上的探针与所述测试晶圆之间是否还存有异物时，所述光信号发送装置向所述光信号接收装置发送光信号，所述光信号接收装置通过是否接收到所述光信号来判断所述探针与所述测试晶圆之间是否存有异物。

上述的半导体测试方法，所述针测机台上还设置有导轨；

所述导轨固定设置在所述针测机台上，所述光信号发送装置和所述光信号接收装置均可移动的设置在所述导轨上，以沿所述导轨对所述探针与所述测试晶圆之间的区域进行扫描。

上述的半导体测试方法，所述光信号发送装置和所述光信号接收装置在同一方向上做同步运动。

上述的半导体测试方法，所述针测机台上还设置有一报警装置，所述报警装置与所述感应装置连接；当所述感应装置感应到所述探针与所述测试晶圆之间有异物时，所述报警装置发出报警讯息。

上述的半导体测试方法，所述感应装置在所述探针与所述测试晶圆之间的区域中移动，且其移动的方向垂直于所述新的探针卡上设置有探针的表面。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请提出的一种半导体测试设备及方法，在测试晶圆的针测工艺中，通过在夹持测试晶圆进行对针工艺的夹持装置与放置测试晶圆的卡盘之间设置感应装置，以在需要更换针测机台上的探针卡时，利用上述的感应装置对探针卡探针与测试晶圆之间的区域进行扫描，以排除任何在探针与测试晶圆之间的异物，进而有效避免诸如忘记去掉探针的保护罩而致使探针受到损伤等现象的发生，使得在提高针测工艺安全性的前提下，有效降低针测工艺的成本及其不稳定性。

附图说明

图1是本申请一种半导体测试设备的结构示意图；

图2是本申请一种半导体测试方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

实施例一：

本申请中的一种半导体测试设备，可应用于晶圆的针测工艺中，如在晶圆(wafer)上制备芯片后，且在IC封装前，可通过将探针卡(prober card)上的探针直接与芯片上的测试垫(Pad)直接接触，通电后引出芯片讯号，再配合周边测试仪器与软件控制以达到自动化量测的目的；如图1所示，本申请中的一种半导体测试设备，基于针测机台(图中未示出)，在该针测机台上设置有卡盘(chuck)1，且在进行针测工艺时，该卡盘1用于固定放置测试晶圆2(优选的，该测试晶圆2上设置若干芯片，且每个芯片中均包括有半导体器件结构，通过上述的针测工艺可测试出该半导体器件结构的性能及质量)。

进一步的，位于上述的卡盘1的上方还设置有夹持装置5，该夹持装置5用于夹持探针卡6与上述的测试晶圆2进行对针，以便于后续进行的针测工艺。

优选的，上述的探针卡6在进行针测工艺时，其通过探针61与测试晶圆2上相应的测试结构如测试垫(Pad)电连接，同时其还与针测机台上的针测电路电连接，以将测试晶圆2中的电讯号传递至相应的针测仪器上。

进一步的，在位于探针卡6和测试晶圆2之间还设置有感应装置，该感应装置可检测探针61与测试晶圆2之间是否有异物，如探针61的保护盖7等，以避免在进行针测工艺时，由于异物的阻挡使得探针61受到损伤。

优选的，上述的感应装置可包括如图1中所示的光信号发送装置41和光信号接收装置42，且该感应装置可沿垂直于上述探针卡6的下表面的方向(即垂直于探针卡6上设置有探针61的表面)，在探针61与测试晶圆2之间的区域中来回移动，以扫描该区域中是否有异物。

进一步的，在位于探针卡6和测试晶圆2的两侧还设置有导轨3，上述的感应装置均沿着该导轨3进行扫描动作，即上述的光信号发送装置41可移动的设置位于探针卡6一侧的导轨3上，而光信号接收装置42则对应的可移动的设置于该探针卡6另一侧的导轨3上；在进行上述的探针卡6和测试晶圆2在进行对针工艺步骤前，光信号发送装置41向光信号接收装置42发送光信号，且该光信号发送装置41和光信号接收装置42沿上述的导轨做同步运动，进而完成对在探针61与测试晶圆2之间区域扫描，当上述光信号接收装置42接收不到光信号时，便可判定位于探针61和测试晶圆2之间存在有异物，如保护盖7等。

优选的，上述的感应装置单方向移动的距离L要大于保护盖7的厚度h，且在位于探针61的下方同时又位于上述测试晶圆2的上表面进行扫描，例如该感应装置移动至最上端(距离探针61最近的位置处)D处与探针61投影至导轨3上的位置d处之间的距离大于1mm且小于h(此处的L、h的值均大于0)。

优选的，上述感应装置扫描的区域包括探针61与测试晶圆2之间形成的整个区域，以确保当探针61扎向测试晶圆2的测试垫上时不会受到任何阻碍，进而避免其受到损伤。

优选的，上述的保护盖7上还设置有导电环(图中未示出)，当上述的保护盖7罩设在探针卡6上时，在保护探针61在运输过程中免受损伤的同时，其上的导电环还与探针卡6底部的触点接触，以在进行针测工艺时可通过触点导电来判断上述的保护盖7有没有摘除。

进一步的，上述的针测机台上还设置有报警装置，该报警装置(图中未示出)与上述的感应装置连接，如该报警装置可与上述的光信号接收装置42电连接，当该光信号接收装置42在指定的区域中接收不到上述光信号发送装置41发送的光信号时，该光信号接收装置42启动上述的报警装置发出报警讯息(如声音讯号、邮件、短信等)，以提醒相应的工程师对该针测机台进行检查及排除故障。

优选的，上述的感应装置和导轨3均可设置为可移动的，当需要针测机台进行探针卡的更换时，在进行对针工艺前(也可应用于不需要进行更换探针卡时每次对针工艺前)，将上述的感应装置和导轨移动至探针卡和测试晶圆之间进行异物排查，并在确定无异物后，移动至别处，以避免其对针测工艺产生影响；而当上述的导轨固定设置在针测机台上时，则要确保其不会对针测工艺产生不良的影响。

实施例二：

图2是本申请一种半导体测试方法的流程示意图；如图2所示，一种半导体测试方法，该方法可基于在晶圆上制备好半导体器件结构后，且在进行封装工艺前，需要对该晶圆上的芯片进行针测工艺时，其具体包括以下步骤：

步骤S1：提供一测试晶圆，该测试晶圆上已制备有半导体器件结构(若干个芯片)，将该测试晶圆固定放置于针测机台的卡盘上，并将该测试晶圆设置有半导体器件结构的表面朝向探针卡。

步骤S2：利用一判断模块(或者凭借工程师的经验)判断上述针测机台上原有的探针卡是否需要更换(如可根据其已经进行了多少次的针测工艺(touch down)来判断是否需要更换，若超出预设的次数或者探针卡损坏等均需要更换探针卡)；该判断模块可根据现有的常规技术手段进行设置，只要其能够准确的判断出上述针测机台上的探针卡是否需要更换即可，并将其判断结果输出至相应的控制终端上。

进一步的，当针测机台上的原有的探针卡不需要更换时，则可利用该探针卡进行后续的针测工艺，如对针操作等；而当该针测机台上原有的探针卡需要更换时，则要先取出上述原有的探针卡，并将一新的探针卡放置于一夹持装置中(优选的，该夹持装置可采用常规的技术进行设置，在此便不予累述)，同时该探针卡还与上述针测机台伤上用于进行针测工艺的针测电路连接，以在进行后续的针测工艺时，将测试晶圆上的讯号传送至相应的仪器设备中。

优选的，上述的夹持装置夹持上述新的探针卡置于上述测试晶圆的上方，且该新的探针卡上设置有探针的一面与该测试晶圆设置有半导体器件结构的一面相对，以便于后续的对针工艺。

优选的，在将上述的新的探针卡放置于夹持装置上时，一般工程师均会立即去除掉罩设在上述探针卡上以保护其探针在运输过程中不会受到损伤的保护罩，但也常会因工程师的疏忽而忘记该步骤；在本实施例的技术方案中，其主要的目的之一就要防止由于上述工程师的疏忽而忘记去掉保护罩，进而能有效避免在对针操作中，由于保护罩的存在而致使探针受到损伤。

步骤S3：为了避免上述疏忽造成在对针操作时，新的探针卡上由于保护罩的存在而对探针造成潜在的损伤，可采用感应装置扫描上述夹持装置与卡盘之间的区域；优选的，上述的感应装置扫描在探针与测试晶圆的上表面之间的区域，以确认该两者之间不会存在有异物，如保护罩之类的阻挡物；当上述的感应装置感应不到异物的存在时，则可利用上述的新的探针卡对测试晶圆进行对针操作后，继续进行针测工艺；反之，则要继续后续的步骤S4。

优选的，上述的感应装置在进行扫描操作时及之后，均不会对上述的对针工艺及针测工艺产生任何不良影响；例如可采用可移动的感应装置进行上述的扫描操作，当扫描操作完成后，移动至其他区域，以避免其对后续的针测工艺产生影响；当然，该感应装置也可固定设置在针测机台上，且其位于新的探针卡投影至测试晶圆形成的立体空间的两侧，只要能够对该立体空间区域完成全扫描即可。

进一步的，上述感应装置可为光信号感应装置，包括光信号发送装置和光信号接收装置，所述光信号发送装置设置上述新的探针卡的一侧，而光信号接收装置则对应光信号发送装置位置设置于该新的探针卡的另一侧；当进行上述扫描操作时，光信号发送装置向光信号接收装置发送光信号，该光信号接收装置在对上述的探针与测试晶圆之间的区域中进行扫描时，只要有一处接收不到上述的光信号，即可判定探针与测试晶圆之间存有异物。

优选的，上述感应装置对探针与测试晶圆之间的区域进行扫描时，其移动的方向垂直于上述新的探针卡设置有探针的表面，且其发出的扫描信号能够覆盖整个探针卡投影至测试晶圆的整个侧面区域。

进一步的，为了便于上述光信号感应装置进行扫描动作，可在上述的针测机台上设置若干导轨，以使得上述的光信号发送装置和光信号接收装置沿导轨在同一方向上做同步运动，进而完成对上述探针与测试晶圆之间区域的扫描。

进一步的，为了当上述感应装置扫描到有异物存在时，能够及时的通知至相应的工程，还可设置与上述的光信号接收装置连接的报警装置，当该光信号接收装置判定有异物存在时，该报警装置可通过发出报警声音、触发报警信号灯或者发送邮件、短信等一种或多种方式的报警讯息，以将异物信息传递至相应的工程师，进而使得工程师能够及时、准确的对异物进行相应的处理。

步骤S4：当上述的感应装置检测到有异物时，工程师可根据报警信号检查并去除位于新的探针卡与测试晶圆之间的异物，诸如工程师在更换探针卡时忘记去除保护罩，此时可将该保护罩去除后(而若是针对旧的探针卡进行扫描时，则是去除一些阻挡在探针卡与测试晶圆之间的阻挡物，其余步骤均和上述近似，本领域技术人员可根据上述工艺步骤获知具体的操作步骤，在此便不予累述)，继续上述的步骤S3。

进一步的，由于保护罩上一般均设置有导电环，且当该保护罩罩设在新的探针卡上时，该导电环与位于该新的探针卡底部的触点接触，故可在进行上述步骤S3之前，还可通过判断该触点与导电环是否导通；若不导通则继续进行步骤S3；反之，则进行上述的步骤S4。

进一步的，当判定探针与测试晶圆之间无异物时，上述的夹持装置则夹持着该新的探针卡与该测试晶圆进行对针操作后，将探针扎在测试晶圆相应的焊垫上，以进行后续的针测工艺。

优选的，本实施例中的一种半导体测试方法还可基于上述实施例中的一种半导体测试设备进行上述工艺步骤的操作。

综上所述，由于采用了上述技术方案，上述实施例中一种半导体测试设备及方法，均可应用于测试晶圆的针测工艺中，通过在夹持测试晶圆进行对针工艺的夹持装置与放置测试晶圆的卡盘之间设置感应装置，以在需要更换针测机台上的探针卡时，利用上述的感应装置对探针卡探针与测试晶圆之间的区域进行扫描，以排除任何在探针与测试晶圆之间的异物，进而有效避免诸如忘记去掉探针的保护罩而致使探针受到损伤等现象的发生，使得在提高针测工艺安全性的前提下，有效降低针测工艺的成本及其不稳定性。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各中变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (18)

1.一种半导体测试设备，其特征在于，所述测试设备包括：

一卡盘，所述卡盘设置在针测机台上，以放置测试晶圆；

一夹持装置，所述夹持装置位于所述卡盘的正上方，以夹持探针卡与所述测试晶圆进行对针工艺；

一感应装置，所述感应装置设置在所述卡盘与所述夹持装置之间，以检测所述探针卡的探针与所述测试晶圆之间是否存有异物。

2.根据权利要求1所述的半导体测试设备，其特征在于，所述感应装置在所述探针与所述测试晶圆之间的区域中移动，且其移动的方向垂直于所述探针卡上设置有探针的表面。

3.根据权利要求2所述的半导体测试设备，其特征在于，所述感应装置包括光信号发送装置和光信号接收装置；

所述光信号发送装置设置于所述探针卡的一侧，所述光信号接收装置对应所述光信号发送装置位置设置于所述探针卡的另一侧；

其中，所述光信号发送装置向所述光信号接收装置发送光信号，所述光信号接收装置通过是否接收到所述光信号来判断所述探针与所述测试晶圆之间是否存有异物。

4.根据权利要求3所述的半导体测试设备，其特征在于，所述测试设备还包括导轨，所述导轨固定设置在所述针测机台上，所述光信号发送装置和所述光信号接收装置均可移动的设置在所述导轨上，以沿所述导轨对所述探针与所述测试晶圆之间的区域进行扫描。

5.根据权利要求2所述的半导体测试设备，其特征在于，所述光信号发送装置和所述光信号接收装置在同一方向上做同步运动。

6.根据权利要求1所述的半导体测试设备，其特征在于，所述测试设备还包括一报警装置，所述报警装置与所述感应装置连接；当所述感应装置感应到所述探针与所述测试晶圆之间有异物时，所述报警装置发出报警讯息。

7.根据权利要求1所述的半导体测试设备，其特征在于，所述探针卡与所述针测机台电连接，以对所述测试晶圆进行针测工艺。

8.根据权利要求1所述的半导体测试设备，其特征在于，所述异物包括保护盖；

所述保护盖罩设在所述探针卡上，以避免所述探针在运输过程受到损伤。

9.根据权利要求8所述的半导体测试设备，其特征在于，所述保护盖上设置有导电环；

当所述保护盖罩设在所述探针卡上时，所述导电环与所述探针卡底部的触点接触。

10.一种半导体测试方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：将一测试晶圆放置于一针测机台的卡盘上；

步骤S2：判断所述针测机台上的探针卡是否需要更换；若不需要更换，则利用该探针卡对所述测试晶圆进行针测工艺；若需要更换，则取出所述探针卡，并将一新的探针卡置于所述针测机台的夹持装置上；

步骤S3：利用感应装置检测所述新的探针卡上的探针与所述测试晶圆之间是否还存有异物；若有异物，则继续进行步骤S4；若无异物，则利用所述新的探针卡对所述测试晶圆进行所述针测工艺；

步骤S4：检查并去除位于所述新的探针卡上的探针与所述测试晶圆之间的异物后，继续步骤S3。

11.根据权利要求10所述的半导体测试方法，其特征在于，所述异物包括保护盖，所述方法还包括：

在进行步骤S2的操作后，继续判断所述新的探针卡上与保护盖上的导电环接触的触点是否能够导通；若能导通，继续进行步骤S4；若不能导通，则继续进行步骤S3；

其中，所述保护盖罩设在所述新的探针卡上，以避免所述探针卡上的探针在运输过程受到损伤。

12.根据权利要求10所述的半导体测试方法，其特征在于，所述夹持装置设置于所述卡盘的正上方，所述方法还包括：

所述夹持装置夹持所述新的探针卡与所述测试晶圆进行对针工艺后，将所述新的探针卡的探针扎在所述测试晶圆的焊垫上，以进行所述针测工艺。

13.根据权利要求10所述的半导体测试方法，其特征在于，所述探针卡与所述针测机台上的针测电路电连接。

14.根据权利要求10所述的半导体测试方法，其特征在于，所述感应装置包括光信号发送装置和光信号接收装置；

所述光信号发送装置设置于所述探针卡的一侧，所述光信号接收装置对应所述光信号发送装置位置设置于所述探针卡的另一侧；

当采用所述感应装置检测所述新的探针卡上的探针与所述测试晶圆之间是否还存有异物时，所述光信号发送装置向所述光信号接收装置发送光信号，所述光信号接收装置通过是否接收到所述光信号来判断所述探针与所述测试晶圆之间是否存有异物。

15.根据权利要求14所述的半导体测试方法，其特征在于，所述针测机台上还设置有导轨；

所述导轨固定设置在所述针测机台上，所述光信号发送装置和所述光信号接收装置均可移动的设置在所述导轨上，以沿所述导轨对所述探针与所述测试晶圆之间的区域进行扫描。

16.根据权利要求14所述的半导体测试方法，其特征在于，所述光信号发送装置和所述光信号接收装置在同一方向上做同步运动。

17.根据权利要求10所述的半导体测试方法，其特征在于，所述针测机台上还设置有一报警装置，所述报警装置与所述感应装置连接；当所述感应装置感应到所述探针与所述测试晶圆之间有异物时，所述报警装置发出报警讯息。

18.根据权利要求10所述的半导体测试方法，其特征在于，所述感应装置在所述探针与所述测试晶圆之间的区域中移动，且其移动的方向垂直于所述新的探针卡上设置有探针的表面。