一种基于转盘式测试机自动测试晶圆的方法与流程

1.本发明属于晶圆测试技术领域，具体涉及一种基于转盘式测试机自动测试晶圆的方法。


背景技术：

2.晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆，在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之ic产品。
3.晶圆测试是半导体芯片走向产品进入市场的最后几个工序之一，对于其后的封装等工序在时间和物料成本控制等诸多方面起着至关重要的作用。晶圆测试通常是指采用测试设备逐个对晶圆上的芯片进行光学及电学性能测试，以判断各个芯片是否合格。
4.目前现有技术中已公开了全自动的晶圆圆测试设备，如公开号为cn201233434的中国专利文献就公开了一种全自动晶圆测试平台装置，其技术方案为：在底架上设置的横向直线导轨，横向直线导轨上设有与其滑动连接的底板，在底架上设有底板的滑动驱动装置，在底板上设有与横向直线导轨垂直的纵向直线导轨，纵向直线导轨上滑动连接有支承板及其滑动驱动装置，支承板上设有晶圆吸附及卸落装置，在晶圆吸附及卸落装置的上方铰接有探针架，在晶圆吸附及卸落装置一侧的机架上设有光学定位识别装置的安装槽。该专利具有较高的运动及定位精度，有效地提高了晶圆测试的自动化程度与测试速度。但该专利在实际使用过程中仍然存在如下技术问题：1、晶圆放置在支承板上，测试时晶圆需要在水平方向前后左右移动以及在纵向方向上下移动，导致晶圆的控制方式较为复杂。
5.2、该装置每次测试晶圆的数量为1片，导致晶圆的测试效率较低。且由于测试时探针需要接触晶圆上的每个芯片，因此还导致探针在测试时的行程较大及控制方式较为复杂。
6.3、晶圆拾取过程在支撑板上不方便手工拿取，易损坏晶圆。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供了一种基于转盘式测试机自动测试晶圆的方法，本发明设置了多根探针同时对放置在转盘上的多个晶圆进行测试，但每根探针仅测试晶圆上的其中部分芯片，这使得转盘每转动一次即能够完成一个晶圆的测试，不仅提高了测试效率，还减少了每根探针测试时的行程及控制方式。
8.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于转盘式测试机自动测试晶圆的方法，其特征在于：所述的转盘式测试机包括工控机、电控转盘、扫描目镜和多个测试站，电控转盘上设置有上料工位、取料工位和多个测试工位，且上料工位、取料工位和多个测试工位呈环形均匀布置；每个测试站具有探针，多个测试站的探针分别设置在多个测试工位的上方；扫描目镜设置在上料工位的正上方，工控机分别与电控转盘、扫描目镜和测试站连接；
所述的自动测试方法包括以下步骤：步骤1：将待测晶圆均匀划分成多个待测区域，每个待测区域中包含多个芯片；步骤2：通过上料机械手将待测晶圆送入上料工位，由工控机控制扫描目镜扫描并定位待测晶圆在转盘上的位置，每扫描完一个待测晶圆，工控机控制电控转盘转动一次，将上料工位上的待测晶圆送入测试工位，依此循环上料，扫描完成后工控机将扫描目镜的扫描结果发送给各个测试站；步骤3：根据电控转盘的转动角度和扫描目镜的扫描结果，先由第一个测试站控制探针对第一个测试工位中待测晶圆上的第一个待测区域进行测试，随着转盘的依次转动，其余测试站分别控制探针对对应测试工位中待测晶圆上的相应待测区域进行测试，直至最后一个测试站对最后一个测试工位中待测晶圆上的最后一个待测区域进行测试；步骤4：测试完成后，得到已测晶圆，当已测晶圆到达取料工位时，通过取料机械手将已测晶圆送入晶圆周转舟，依此循环完成其余待测晶圆的测试。
9.步骤3中，测试站通过探针对对应待测区域的芯片单颗逐一测试，并将测试结果反馈至工控机，若芯片测试合格，则在工控机上显示绿色标记，若芯片测试不合格，则在工控机上显示红色标记。
10.所述待测晶圆上待测区域的数量为3
‑
8个，相应地，所述测试工位和所述测试站的数量均为3
‑
8个。
11.所述测试站上探针的数量为1
‑
2根。
12.所述的转盘式测试机还包括机架，机架中部设置有工作台，电控转盘和测试站均安装在工作台上，工控机安装在机架的上部，扫描目镜通过机架的上部固定在上料工位上方。
13.所述电控转盘包括支撑柱、驱动机构、真空压缩机、下定盘和上动盘，支撑柱固定在工作台上，下定盘固定在支撑柱上，上动盘可转动地设置在下定盘上，上动盘与下定盘之间形成有真空夹层，上料工位、取料工位和测试工位上均设置有与真空夹层相通的连通孔；驱动机构和真空压缩机均安装在机架上的工作台下方，驱动机构和真空压缩机均与工控机连接，驱动机构用于驱动上动盘转动，真空压缩机通过穿过支撑柱的管道与真空夹层相通。
14.所述上动盘上设置有多个用于放置晶圆的限位孔，多个限位孔分别与上料工位、取料工位和多个测试工位相对应，每个限位孔通过连通孔与真空夹层相通。
15.所述下定盘上设有柔性阻断块，所述柔性阻断块位于取料工位的下方用于阻断取料工位与真空夹层连通。
16.所述下定盘四周开设有导槽，所述上动盘四周设置有与导槽相匹配的连接部，上动盘通过连接部活动设置在下定盘的导槽内，且上动盘与下定盘之间设有密封圈。
17.所述驱动机构包括伺服电机和转轴，转轴的一端与伺服电机固定连接，另一端依次穿过支撑柱和下定盘后与上动盘固定连接。
18.采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：1、本发明在电控转盘上设置了上料工位、取料工位和多个测试工位，并配备了多个测试站，采用本发明的特定结构，在对晶圆进行测试时，多个测试站能够同时对放置在多个测试工位上的晶圆进行测试，但是每个测试站又仅测试晶圆上其中一个待测区域的芯片。一方面，由于每个测试站仅测试一个待测区域，因此转盘每转动一次就能够完成一个晶
圆的测试，大幅提高了晶圆的测试效率。另一方面，每个测试站在晶圆上的测试范围更小，相应地减少了探针测试时的行程，因而有利于简化测试时的控制方式。相较于背景技术所引证专利文献来说，本发明采用多个测试站及多个测试工位配合，完成一个晶圆的测试时间仅为现有测试时间的几分之一。例如，若测试站和测试工位均为6个，则完成一个晶圆的测试时间相较于现有技术来说仅为其1/6，可以说是大幅提高了测试效率。而通过扫描目镜能够对待测晶圆定位，有利于测试站根据定位结果对对应待测区域上的芯片进行准确测量。另外，本发明通过控制电控转盘转动即可进行晶圆的测试，整个过程不需要控制晶圆在水平方向前后左右移动，也不需要控制晶圆上下升降，因而相对于现有技术来说本发明的控制方式也更为简单。
19.2、本发明将待测晶圆上待测区域的数量设为3
‑
8个，相应地将测试工位和测试站的数量均设为3
‑
8个，该设置有利于在兼顾测试设备成本的基础上最大可能的提高测试效率。
20.3、本发明将测试站上探针的数量设为1
‑
2根，有利于进一步提高测试效率。
21.4、本发明通过机架能够合理地将各组成集成为一体，更有利于测试操作。
22.5、本发明采用支撑柱、驱动机构、真空压缩机、下定盘和上动盘组成电控转盘，既便于控制晶圆的转动，又能通过真空吸附使晶圆在测试时保持稳定，进而有利于提高测试的准确性。
23.6、本发明通过限位孔能够进一步提升晶圆在各工位上的稳定性。
24.7、本发明通过柔性阻断块能够在晶圆转动至取料工位时阻断真空吸附，以便于轻松收取已测晶圆。
25.8、本发明中上动盘与下定盘之间采用特定的连接结构，使得真空夹层的密封性较好，进而保证对晶圆有适宜的吸附力。
26.9、本发明中的伺服电机安装在工作台下方，转轴也隐藏在支撑柱中，使得整个测试机的标准性、规范性和美观性更好。
27.10、本发明整个过程可由工控机统一控制实现，智能化程度更高，操作更加简单方便。
附图说明
28.图1为本发明中转盘式测试机的结构示意图；图2为本发明的流程示意图；图3为本发明中晶圆划分成多个待测区域的结构示意图；图4为本发明中测试站的结构示意图；图5为本发明中电控转盘的结构示意图；图中标记为：1、工控机，2、电控转盘，3、扫描目镜，4、待测晶圆，5、测试站，6、探针，7、上料工位，8、取料工位，9、测试工位，10、机架，11、工作台，12、支撑柱，13、驱动机构，14、真空压缩机，15、下定盘，16、上动盘，17、真空夹层，18、连通孔，19、限位孔，20、柔性阻断块，21、导槽，22、连接部，23、转轴，24、取料机械手，25、晶圆周转舟。
具体实施方式
29.实施例1本发明公开了一种基于转盘式测试机自动测试晶圆的方法，如图1所示，所述的转盘式测试机包括工控机1、电控转盘2、扫描目镜3和多个测试站5。其中，电控转盘2可间隔周期转动，电控转盘2上设置有上料工位7、取料工位8和多个测试工位9，且上料工位7、取料工位8和多个测试工位9呈环形均匀布置。测试站5为现有常规结构，多个测试站5分别连接独立测试仪表，各测试站5可同时测试。进一步的，如图4所示，每个测试站5具有可沿x轴、y轴、z轴移动的探针6，多个测试站5的探针6分别设置在多个测试工位9的上方。扫描目镜3设置在上料工位7的正上方，用于扫描上料工位7上待测晶圆4的初始位置，以便于测试站5在测试时根据扫描结果进行定位。工控机1分别与电控转盘2、扫描目镜3和测试站5连接，工控机1可分别控制电控转盘2、扫描目镜3和测试站5的开启与关闭。本发明基于该特定结构的转盘式测试机，能够同时对放置在转盘上的多个晶圆进行测试，但每根探针6仅测试晶圆上的其中部分芯片，这使得转盘每转动一次即能够完成一个晶圆的测试。
30.具体的，在上述特定结构的转盘式测试机的基础上，如图2所示，所述的自动测试方法包括以下步骤：步骤1：将待测晶圆4均匀划分成多个待测区域，每个待测区域中包含多个芯片，划分后的待测晶圆4如图3所示。
31.本步骤需要说明的是，所述的将待测晶圆4均匀划分成多个待测区域仅仅只是理论上划分，并不是对待测晶圆4进行物理划分。
32.步骤2：在上料工位7一侧设置具有真空吸附功能的上料机械手，通过上料机械手将待测晶圆4自动送入上料工位7，之后由工控机1控制扫描目镜3扫描并定位待测晶圆4在转盘上的位置，每扫描完一个待测晶圆4后，工控机1控制电控转盘2转动一次，将上料工位7上的待测晶圆4送入测试工位9，依此循环上料；且每扫描完成一个待测晶圆4后，工控机1将扫描目镜3的扫描结果发送给各个测试站5。
33.步骤3：先由第一个测试站5控制探针6对第一个测试工位9中待测晶圆4上的第一个待测区域进行测试，随着转盘的依次转动，其余测试站5分别控制探针6对对应测试工位9中待测晶圆4上的相应待测区域进行测试，直至最后一个测试站5对最后一个测试工位9中待测晶圆4上的最后一个待测区域进行测试。测试过程中，测试站5通过探针6对对应待测区域的芯片单颗逐一测试，并将测试结果反馈至工控机1，若芯片测试合格，则在工控机1上显示绿色标记，若芯片测试不合格，则在工控机1上显示红色标记。
34.本步骤需要说明的是，由于上料工位7、取料工位8和多个测试工位9呈环形均匀布置，因此转盘每次转动的角度已知，晶圆每次转动的距离也为已知。在此基础上，根据电控转盘2的转动角度和扫描目镜3的扫描结果，控制器可计算出每个晶圆在每个工位上的位置，进而控制测试站5在测试时自动补偿待测芯片在工位上的位置，以便于各测试站5能够准确测试对应待测区域上的芯片。
35.步骤4：在取料工位8一侧设置具有真空吸附功能的取料机械手24，测试完成后，得到已测晶圆，当已测晶圆到达取料工位8时，通过取料机械手24将已测晶圆送入晶圆周转舟25，依此循环完成其余待测晶圆4的测试。
36.本实施例中电控转盘2转动的时间间隔为每个测试站5测试完其对应待测区域上
芯片的时间。以将晶圆均匀划分为六个待测区域为例，每个测试站5测试完对应待测区域的时间为50s左右，电控转盘2的转动间隔时间为2秒。由于多个测试站5同时对应待测区域上的芯片，因此电控转盘2每转动一次即能够完成一个晶圆的测试，相较于现有技术来说单个晶圆的测试时间缩短6倍，大幅提高了测试效率。
37.实施例2在实施例1的基础上，本实施例对待测晶圆4上待测区域的数量作了进一步限定。具体的，所述待测晶圆4上待测区域的数量为3
‑
8个，相应地，所述测试工位9和所述测试站5的数量也均为3
‑
8个。优选的，所述待测晶圆4上待测区域的数量、所述测试工位9的数量和所述测试站5的数量均为6个。
38.实施例3在实施例1的基础上，本实施例将所述测试站5上探针6的数量限定为1
‑
2根。其中，每个测试站5上探针6的数量可根据待测区域的数量相应设置，若待测区域划分后，每个待测区域上的芯片便于2个探针6同时测试，则优选每个测试站5上探针6的数量为2根，否则探针6的数量设为1根。
39.实施例4在实施例1
‑
3中任一项实施例的基础上，本实施例另外设置有机架10以便于将各组成集成于一整体。如图1所示，所述的转盘式测试机还包括机架10，机架10中部设置有工作台11，电控转盘2和测试站5均安装在工作台11上，工控机1安装在机架10的上部，扫描目镜3通过机架10的上部固定在上料工位7上方。
40.实施例5在实施例4的基础上，本实施例对电控转盘2的结构作了进一步限定，如图5所示，所述电控转盘2包括支撑柱12、驱动机构13、真空压缩机14、下定盘15和上动盘16，支撑柱12为中空结构，固定在工作台11上。下定盘15为圆形结构，固定在支撑柱12上。上动盘16同样为圆形结构，其可转动地设置在下定盘15上，且组装后上动盘16与下定盘15之间形成有真空夹层17。另外，上料工位7、取料工位8和测试工位9上均设置有与真空夹层17相通的连通孔18；驱动机构13和真空压缩机14均安装在机架10上的工作台11下方，驱动机构13和真空压缩机14均与工控机1连接，驱动机构13包括伺服电机和转轴23，转轴23的一端与伺服电机固定连接，另一端依次穿过支撑柱12和下定盘15后与上动盘16固定连接，驱动机构13通过伺服电机和转轴23驱动上动盘16转动。真空压缩机14通过穿过支撑柱12的管道与真空夹层17相通，实际测试时，真空压缩机14通过管道使真空夹层17形成真空，进而通过连通孔18对各工位上的晶圆产生吸附力。
41.为了提高晶圆在电控转盘2上的稳定性，本实施例在上动盘16上设置有多个用于放置晶圆的限位孔19，限位孔19的大小与晶圆的大小相适配，多个限位孔19分别与上料工位7、取料工位8和多个测试工位9相对应，每个限位孔19通过连通孔18与真空夹层17相通，在真空吸附作用下，晶圆被定位在限位孔19中。
42.为了保证上动盘16的顺利转动，本实施例在下定盘15四周开设有导槽21，在上动盘16四周设置有与导槽21相匹配的连接部22，并使上动盘16通过连接部22活动设置在下定盘15的导槽21内，这样，在驱动机械的作用下，上动盘16就能够顺利转动。进一步的，为了保证真空吸附的效果，本实施例还在上动盘16与下定盘15之间设有密封圈，该密封圈既能够
防止真空泄漏，也不会妨碍上动盘16顺利转动。当然，还可另外设置密封结构来保证真空等。
43.实施例6在实施例5的基础上，为了便于已测晶圆的取料，本实施例在下定盘15上设有柔性阻断块20，该柔性阻断块20位于取料工位8的下方用于阻断取料工位8与真空夹层17连通。具体来说，当已测晶圆转动至取料工位8时，柔性阻断块20刚好将连通孔18与真空夹层17阻断，此时已测晶圆未被真空吸附，因而能够顺利地被取下。
44.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。