晶圆允收测试系统和允收测试方法

摘要

本发明提供了一种晶圆允收测试系统和方法，包括探针卡，探针台，测试装置，还包括：控制模块，用于接收测试结构的初始位置参数，控制探针与晶圆上的测试结构相接触，并控制测试装置的启闭；位置探测单元，用于探测探针与测试结构相接触的实际位置数据；判断模块，用于根据位置探测单元所探测到的实际位置数据，来判断探针是否与测试结构接触到位；控制模块根据判断模块得出的判断结果控制测试装置开始或者暂时停止进行测试。通过本发明，在测试装置进行测试之前，就可以检测出探针与测试结构的接触情况，可以及时进行检查和修正晶圆上测试结构的初始位置参数，从而确保后续测试过程的质量，提高了测试效率和器件良率。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆允收测试系统，以及一种 晶圆允收测试方法。

背景技术

半导体代工厂为了保证其生产加工完成的晶圆的品质以及生产线工艺的稳 定性，在晶圆出厂前必须对晶圆进行晶圆允收测试(Wafer Acceptance Test，简 称WAT)。WAT测试结果合格则说明所测试的晶圆的加工工艺正常，晶圆的品 质合格。

目前普遍使用的WAT自动测试系统由测试仪和探针台组成，探针台装载待 测试晶圆和探针卡，探针卡对晶圆进行接触测试；测试仪用来输出电压和电流 等激励，并对从探针卡反馈回来的电压和电流根据预先设定的程序进行计算， 最后输出测试结果。

请参阅图1，图1为现有的晶圆允收测试方法的流程示意图；现有的晶圆允 收测试方法，包括：

步骤L01：将待测试晶圆和探针卡装载于探针台上；

步骤L02：向测试仪输入测试结构的位置参数；

步骤L03：测试仪将测试结构的位置参数发送给探针台，探针台根据测试结 构的位置参数使探针卡上的探针找到测试结构；

步骤L04：采用测试仪进行晶圆是否合格的测试；

步骤L05：对所得到测试数据进行检验；

步骤L06：如果测试数据出现异常，则检查测试结构的位置参数，并修正测 试结构位置参数，然后，再重复上述过程；如果测试数据正常，则结束测试。

在上述WAT测试过程中，在晶圆自动测试前，需根据不同产品的产品信息 和光刻版信息在测试仪上输入需要测试的测试PAD或测试结构的物理坐标和步 进的间距，测试仪将坐标和步进的间距以指令形式传给探针台，探针台则根据 坐标和步进的间距找到所要测试PAD或测试结构的位置。而在这个过程中，需 要人为的对测试PAD或测试结构的坐标进行相对坐标和绝对坐标的转换，即要 将产品中测试PAD和测试结构在版图上或光刻版上的坐标转换为晶圆上的绝对 坐标，探针台则根据输入的绝对坐标和步进的间距在晶圆上查找坐标所对应的 测试PAD或测试结构。由于是人为转换坐标和输入步进间距，存在一定的风险 将坐标转换错误或将坐标输入错误，这样将导致探针与测试结构的接触出现问 题。通常，探针与测试结构相接触的位置关系有三种，如图2a、2b和2c所示， 图2a为探针与正确的测试结构接触时的示意图；图2b为一部分探针与不正确 的测试结构接触时的示意图；图2c为所有的探针与不正确的测试结构接触时的 示意图。而在现有的WAT测试方法中，只有当测试完成，检验测试数据的时候 才能发现坐标错误或步进间距错误，需要重新检查转换坐标和步进的间距，重 新进行测试。一方面降低了测试效率，另一方面如果因为错误的坐标，导致探 针接触到功能电路的部分，会使电路产生短路或断路以及功能失效的问题，从 而导致产品良率降低，生产成本增加。

发明内容

为了克服以上问题，本发明的目的在于：改进现有的晶圆允收测试系统， 通过增加晶圆探测单元和判断模块，在测试装置进行测试之前，能够检查出测 试结构与探针没有接触到位，进而可以修正测试结构的位置参数，然后再令测 试装置进行测试，克服了现有系统中只能在测试装置对晶圆测试完成后再进行 位置参数调整的弊端，并避免了由于探针接触到功能电路部分导致器件失效的 问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种晶圆允收测试系统，包括：装载有若干探针的探针卡， 承载具有若干测试结构的晶圆的探针台，用于检测所述晶圆是否合格的测试装 置，控制模块，位置探测单元和判断模块；

控制模块，接收所述测试结构的初始位置参数，根据所述初始位置参数控 制所述探针与所述晶圆上的测试结构相接触；并控制所述测试装置的启闭；

位置探测单元，用于探测所述探针与所述测试结构相接触的实际位置数据；

判断模块，用于根据所述位置探测单元所探测到的实际位置数据，来判断所 述探针是否与所述测试结构接触到位；

所述控制模块根据所述判断模块得出的判断结果，控制所述测试装置开始或 暂时停止进行测试。

在本发明的一个较佳实施例中，所述晶圆允收测试系统还包括报警模块，所 述报警模块与所述判断模块相连接；所述报警模块接收到所述判断模块判断出 所述探针与所述测试结构没有接触到位的信号时，开始报警。

在本发明的一个较佳实施例中，所述位置探测单元包括：压力感应模块和 信号处理模块；所述实际位置数据采用压力信号的形式；其中，

所述压力感应模块，用于探测所述探针因接触所述晶圆表面而受到的压力， 并发送压力信号给所述信号处理模块；

所述信号处理模块，用于收集并放大所述压力感应模块发出的压力信号， 并将所述放大的压力信号发送给所述判断模块；

所述判断模块，接收所述信号处理模块发送的所述放大的压力信号，并比 较所述放大的压力信号的强度是否一致；和/或预先设定标准压力值，所述信号 处理模块比较所述各个放大的压力信号的强度与所述预先设定的标准压力值是 否一致。

在本发明的一个较佳实施例中，所述探针受到的压力包括：接触到所述晶 圆表面不同的材质和/或接触到所述晶圆表面不同的高度而受到不同的压力。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种晶圆允收测试方法，其包括：

步骤S01：将晶圆和探针卡装载于探针台上；

步骤S02：控制模块接收测试结构的初始位置参数；

步骤S03：所述控制模块根据所述测试结构的初始位置参数，控制所述探针 卡上的探针与所述晶圆上的测试结构相接触；

步骤S04：位置探测单元探测所述各个探针与所述测试结构相接触的实际位 置数据，并将所述实际位置数据发送给判断模块；

步骤S05：所述判断模块根据所述位置探测单元发送的所述实际位置数据判 断所述探针是否与所述测试结构接触到位；所述控制模块根据所述判断模块得 出的判断结果来控制所述测试装置开始或者暂时停止进行测试。

本发明的一个较佳实施例中，所述判断模块连接有报警模块，所述步骤S05 具体包括：

所述判断模块根据所述位置探测单元发送的所述实际位置数据判断所述探 针是否与所述测试结构接触到位；

如果是，则所述判断模块发送开启信号给所述控制模块；所述控制模块接 收到所述开启信号后，控制所述测试装置开始测试；

如果不是，则所述判断模块发送暂时停止信号给所述控制模块，同时发送 所述探针与所述测试结构没有接触到位的信号给所述报警模块；所述报警模块 接收到所述探针与所述测试结构没有接触到位的信号后，开始报警；所述控制 模块接收到所述暂时停止信号后，则控制所述测试装置暂时停止测试；将所述 测试结构的初始位置参数进行检查和修正之后，重复所述步骤S02-S05。

在本发明的一个较佳实施例中，所述位置探测单元包括：压力感应模块和 信号处理模块；所述的晶圆允收测试方法，具体包括：

步骤A01：将晶圆和探针卡装载于探针台上；

步骤A02：控制模块接收测试结构的初始位置参数；

步骤A03：所述控制模块根据所述测试结构的初始位置参数，控制所述探 针卡上的探针与所述晶圆上的测试结构相接触；

步骤A04：压力感应模块探测所述探针卡中的各个探针因接触所述晶圆表 面而受到的压力，并向信号处理模块发送压力信号；

步骤A05：所述信号处理模块收集并放大所述压力传感器发送的压力信号， 并将所述放大的压力信号发送给所述判断模块；

步骤A06：所述判断模块比较所述放大的压力信号的强度是否一致；和/或 预先设定标准压力值，所述判断模块比较所述放大的压力信号的强度与所述预 先设定的标准压力值是否一致；所述控制模块根据所述判断模块发送的判断结 果来控制所述测试装置开始或者暂时停止测试。

在本发明的一个较佳实施例中，所述探针受到的压力包括：接触到所述晶 圆表面不同的材质和/或接触到所述晶圆表面不同的高度而受到不同的压力。

本发明的晶圆允收测试系统，通过位置探测单元来探测探针与测试结构相 接触的实际位置数据，比如，探针与测试结构相接触的压力信号，并利用判断 模块根据实际位置数据来判断探针是否与测试结构接触到位，这样，在测试装 置进行测试之前，就可以检测出探针与测试结构的接触状况，如果接触不正确， 比如，全部或部分探针没有接触到测试结构，则可以及时进行检查和修正晶圆 上测试结构的初始位置参数，从而确保后续测试装置进行测试过程的质量，提 高测试效率，并避免了探针接触到晶圆上的其它电路部分而导致器件失效的问 题，提高了器件良率。

附图说明

图1为现有的晶圆允收测试方法的流程示意图

图2a为探针与正确的测试结构接触时的示意图

图2b为一部分探针与不正确的测试结构接触时的示意图

图2c为所有的探针与不正确的测试结构接触时的示意图

图3为本发明的晶圆允收测试系统的方块图

图4为本发明的晶圆允收测试方法的流程示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容 作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所 熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

如前所述，现有的晶圆允收测试方法，在测试仪对晶圆测试之后，发现数 据异常，才能够知道探针与测试结构没有正确接触，也即是接触到位，这样， 不仅降低了检测效率，还可能出现由于探针接触到晶圆上的功能电路而导致器 件失效的问题，从而降低了产品良率；为此，本发明改进了现有的晶圆允收测 试系统，增设了位置检测单元和判断模块，这样，在测试装置进行测试之前， 就可以掌握探针与测试结构的接触情况，并做出及时的修正，提高了测试效率， 并避免了器件失效的问题，提高了产品良率。

以下将结合附图3和具体实施例对本发明的晶圆允收测试系统作进一步详 细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅 用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

请参阅图3，为本发明的晶圆允收测试系统的方块图。本发明的晶圆允收测 试系统，包括：探针卡、探针台、测试装置、控制模块、位置检测单元、以及 判断模块；其中，

探针卡，装载有若干探针；具体的，在本发明的一个较佳实施例中，探针 卡可以是任意形状的，比如方形、圆形等。探针卡上可以装载的探针的个数可 以从1-1000不等。探针卡中的探针用于和晶圆进行接触，以便测试装置将电压、 电流等输送给晶圆上的测试结构。

探针台，承载具有若干测试结构的晶圆；晶圆上具有若干测试结构，晶圆 和探针卡都装载于探针台上。

测试装置，用于检测晶圆是否合格；在本发明的一个较佳实施例中，测试 装置可以为测试仪。

控制模块，接收测试结构的初始位置参数，根据初始位置参数控制探针与 晶圆上的测试结构相接触；并控制测试装置的启闭；具体的，控制模块可以接 收来自外界或者测试装置发送来的测试结构的初始位置参数，例如，通过人工 输入将初始位置参数输入给测试装置，测试装置将初始位置参数再发送给控制 模块；或者，通过人工输入直接将初始位置参数输入给控制模块，等等。控制 模块根据初始位置参数，控制探针找到晶圆上相应的测试结构，使它们相接触； 当探针与晶圆上相应的测试结构相接触之后，控制模块控制测试装置开启；当 测试装置测试完毕之后，控制装置控制测试装置关闭。

位置探测单元，用于探测探针与测试结构相接触的实际位置数据；实际位 置数据可以为任意形式的数据，比如，电信号、压力信号等，只要可以用于判 断探针与测试结构相接触的情况的各种形式的数据都可以应用于本发明中。

判断模块，用于根据位置探测单元所探测到的实际位置数据，来判断探针是 否与测试结构接触到位。控制模块根据判断模块得出的判断结果来控制测试装 置开始或者暂时停止进行测试。

在本发明的一个较佳实施例中，如果判断模块判断探针与测试结构接触到 位，则发送开启信号给控制模块，控制模块接收到开启信号后，则控制测试装 置开始进行测试；如果判断模块判断探针与测试结构没有接触到位，则可以通 过人工方式来暂时停止测试装置进行测试；也可以利用判断模块发送暂时停止 信号给控制模块，控制模块接收到暂时停止信号后，则控制测试装置暂时停止 进行测试。

在本发明的一个较佳实施例中，晶圆允收测试系统还包括有报警模块，报警 模块与判断模块相连接，报警模块接收到判断模块判断出探针与测试结构没有 接触到位的信号时，开始报警。

具体的，在本发明的一个较佳实施中，位置探测单元包括：压力感应模块 和信号处理模块；

压力感应模块，用于探测所述探针因接触晶圆表面而受到的压力，并发送 压力信号给信号处理模块；这里，之所以可以通过压力感应模块所感应到的压 力来判断探针是否与测试结构接触到位，是因为探针接触到晶圆表面的材质或 高度有差别，会导致探针受到的压力不同，从而反映出的压力信号不同；对于 相同的测试结构，如果探针受到的压力信号强度不同，则说明探针没有接触到 相对应的测试结构上，也即是接触不到位；或者可以预先设定标准压力值，如 果探针受到的压力信号的强度与标准压力值不同，也说明探针与测试结构接触 不到位；对于不同的测试结构，如果探针受到的压力信号的强度与标准压力值 不同，则可说明探针与测试结构接触不到位。

信号处理模块，用于收集并放大压力传感器发出的压力信号，并将放大的 压力信号发送给判断模块；

判断模块，接收信号处理模块发送的放大的压力信号，并开始判断探针与测 试结构是否接触到位。控制模块根据判断模块发送的判断结果来控制测试装置 开始或者暂时停止进行测试。

本发明的一个较佳实施例中，根据放大的压力信号的强度，判断模块对探 针是否与测试结构接触到位的判断可以包括但不限于以下两种方式：

第一种方式：比较放大的压力信号的强度是否一致；这是针对相同的测试 结构来说的，由于相同的测试结构包括材质和/或高度均相同，则探针接触到相 同的测试结构后，所受到的压力也相同，进而反映出的压力信号的强度也应相 一致；如果不一致，则说明探针没有与相应的测试结构相接触。

第二种方式：预先设定标准压力值，然后，信号处理模块比较各个放大的 压力信号的强度与预先设定的标准压力值是否一致；如果相一致，则说明探针 与相应的测试结构相接触，也即是探针与测试结构接触到位，如果不一致，则 说明探针没有与测试结构接触到位。这种方法既可以应用于测试结构相同的条 件下，也可以应用于测试结构不同的条件下；例如，当测试结构不同时，虽然 由于测试结构的高度或材质等不同，会导致探针所受到的压力信号的强度不一 致，但是，只要与标准压力值相一致，则说明探针与测试结构接触到位。

上述两种方式可以单独使用，也可以合并使用；比如，先比较放大的压力信 号的强度是否一致，再比较是否与预先设定的标准压力值相一致；这是由于： 压力信号强度相一致时，还可能存在各个探针均接触到相同的非测试结构的晶 圆表面区域，因此，需要再与预先设定的标准压力值进行比较，从而排除这种 可能；再比如，可以直接采用与预先设定的标准压力值进行比较的方法；当然， 如果只采用比较压力信号强度的方法也是可以的。

以下将结合附图4和具体实施例对本发明的晶圆允收测试方法做详细说明。 图4为本发明的晶圆允收测试方法的流程示意图。

请参阅图4，本发明的晶圆允收测试方法，包括以下步骤：

步骤S01：将晶圆和探针卡装载于探针台上；

具体的，在本发明中，探针卡可以是任意形状的，比如方形、圆形等，在 本发明的一个较佳实施例中，探针卡为圆形，探针卡上可以装载的探针的个数 可以从1-1000不等。晶圆上具有若干测试结构。

步骤S02：控制模块接收测试结构的初始位置参数；

具体的，在本发明中，控制模块可以接收来自外界或者测试装置发送来的 测试结构的初始位置参数，例如，通过人工输入将初始位置参数输入给测试装 置，测试装置将初始位置参数再发送给控制模块；或者，通过人工输入直接将 初始位置参数输入给控制模块，等等。在本发明的一个较佳实施例中，采用通 过人工输入初始位置参数给测试装置，测试装置将初始位置参数再发送给控制 模块的方式，来使控制模块接收到测试结构的初始位置参数。

步骤S03：控制模块根据测试结构的初始位置参数，控制探针卡上的探针与 晶圆上的测试结构相接触；

步骤S04：位置探测单元探测各个探针与测试结构相接触的实际位置数据， 并将实际位置数据发送给判断模块；

这里，实际位置数据可以包括多种数据形式，只要是能够用于判断探针与 测试结构是否接触到位的数据形式均可应用于此步骤中，比如，压力信号、坐 标等。

具体的，在本发明的一个较佳实施例中，位置探测单元具有压力感应模块 和信号处理模块；所采用的实际位置数据为压力信号；探针受到的压力包括： 接触到晶圆表面不同的材质和/或接触到晶圆表面不同的高度而受到不同的压 力。则该步骤S04可以具体包括：

首先，压力感应模块探测探针卡中的各个探针因接触晶圆表面而受到的压 力，并向信号处理模块发送压力信号；

其次，信号处理模块收集并放大压力传感器发送的压力信号，并将放大的 压力信号发送给判断模块。

步骤S05：判断模块根据位置探测单元发送的实际位置数据判断探针是否与 测试结构接触到位；控制模块根据判断模块得出的判断结果来控制测试装置开 始或者暂时停止进行测试。

具体的，在本发明的一个较佳实施例中，判断模块判断探针是否与测试结 构接触到位的方法，可以通过判断放大的压力信号强度是否一致；和/或预先设 定标准压力值，判断压力信号强度与预先设定的标准压力值是否一致。具体的 原因在前述已经解释过，这里不再赘述。

如果是，则判断模块发送开启信号给控制模块；控制模块接收到开启信号 后，控制测试装置开始测试；

具体的，当判断模块判断出探针与测试结构接触到位时，判断模块发送开启 信号给控制模块；控制模块接收开启信号并控制测试装置开始测试；测试完毕 后，控制模块控制测试装置关闭。

在本发明中，判断模块可以连接有报警模块，当判断模块判断出探针与测 试结构没有接触到位时，也即是没有与相应的测试结构相接触，可以通过人工 方式来使测试装置暂时停止测试；也可以通过判断模块发送暂时停止信号给控 制模块，同时发送所述探针与所述测试结构没有接触到位的信号给所述报警模 块；所述报警模块接收到所述探针与所述测试结构没有接触到位的信号后，开 始报警；控制模块接收到暂时停止信号后，控制测试装置暂时停止测试；然后， 将测试结构的初始位置参数进行检查和修正之后，再重复上述过程S02和S05， 直至判断模块判断出探针与测试结构接触到位，接着，控制模块控制测试装置 开始测试，测试完毕后，控制模块控制测试装置关闭。这里，对初始位置参数 进行检查和修正，可以通过人工方式来进行。本发明对此不作限制。

需要说明的是，探针与测试结构接触到位，是指探针与所对应的测试结构 相接触，换言之，探针接触到应当接触的测试结构上，而没有接触到晶圆上的 其它区域。

在测试完毕后，还可以包括其它完成测试的相关过程，比如，对测试数据 进行检验等过程。

综上所述，本发明的晶圆允收测试系统和晶圆允收测试方法，通过位置探 测单元来探测探针与测试结构相接触的实际位置数据，并利用判断模块根据实 际位置数据来判断探针是否与测试结构接触到位，这样，在测试装置进行测试 之前，就可以检测出探针与测试结构的接触状况，如果没有正确接触，比如， 全部或部分探针没有接触到测试结构，则可以及时进行检查和修正晶圆上测试 结构的初始位置参数，从而确保后续测试装置进行测试过程的质量，提高测试 效率，并避免探针接触到晶圆上的其它电路部分而导致器件失效的问题，提高 了器件良率。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举 例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围 的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所 述为准。