用于晶圆测试的探针卡、测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及半导体器件测试领域，尤其涉及一种用于晶圆测试的探针卡、测试系统及测试方法。

背景技术

半导体的制造过程，通常可分为晶圆制程、晶圆测试、封装及最后测试几个阶段。在封装之前，通常需要对晶圆上未封装的芯片进行电学性能测试(即晶圆测试)，以判断芯片是否良好，而完成封装工艺后的芯片则必须再进行另一次的电学测试(即最后测试)，以筛选出因封装工艺不佳所造成的不良品，进一步提升最终成品的良率。

通常，晶圆测试是利用测试探针台进行测试，将晶圆固定在探针台上，再利用一个具有若干探针的探针卡，使探针与晶圆上的芯片进行接触，并向芯片施加测试信号，以判断其电学性能是否良好。

然而，在现有的晶圆测试过程中使用的探针卡只能一次测试一种电性能参数，不同的电性能参数只能通过不同测试工序分别进行测试。例如，对于形成有若干TVS芯片的晶圆，在其晶圆测试过程中通常需要抽查测试TVS芯片的电容参数和直流参数。在现有技术中，电容参数和直流参数需要通过两道测试工序(一道电容参数测试工序和一道直流参数测试工序)分别进行测试，导致测试效率低，测试成本高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于晶圆测试的探针卡、测试系统及测试方法，以提高晶圆测试的测试效率，降低测试成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种用于晶圆测试的探针卡，包括：

印刷电路板，所述印刷电路板包括至少两个测试电路，其中，不同所述测试电路用于测试晶圆上待测芯片的不同电性能参数；以及

固定安装于所述印刷电路板上的至少两个探针组，其中，所述至少两个探针组与所述至少两个测试电路一一对应连接、并用于测试与相应所述测试电路对应的电性能参数。

可选地，每个所述探针组包括多个探针，且每个所述探针组中探针的数量和分布位置匹配于所述待测芯片中与相应电性能参数对应的测试点的数量和分布位置。

可选地，所述至少两个测试电路包括：用于测试电容参数的电容参数测试电路、以及用于测试直流参数的直流参数测试电路；

所述至少两个探针组包括：与所述电容参数测试电路连接的电容参数测试探针组、以及与所述直流参数测试电路连接的直流参数测试探针组。

可选地，所述探针卡还包括探针座，所述至少两个探针组通过所述探针座安装于所述印刷电路板上。

第二方面，本发明提供一种用于晶圆测试的测试系统，包括：

如前所述的探针卡；

至少两个测试仪，所述至少两个测试仪与所述至少两个测试电路一一对应连接，并用于测试与相应所述测试电路对应的电性能参数；以及

与所述至少两个测试仪连接的测试主机，所述测试主机用于控制所述至少两个测试仪分别执行相应的测试操作。

可选地，所述系统还包括：

探针台，所述探针台用于承载所述晶圆并带动所述晶圆移动，以使所述晶圆上的至少两个相邻的待测芯片与所述至少两个探针组一一对应电接触。

可选地，所述至少两个测试仪通过IO板与所述至少两个测试电路一一对应连接。

第三方面，本发明提供一种用于晶圆测试的测试方法，适用于前述测试主机，该方法包括：

控制所述晶圆移动，以使所述探针卡上的所述至少两个探针组与所述晶圆内的至少两个相邻的待测芯片一一对应电接触；

控制所述至少两个测试仪同时执行相应的测试操作，以获得不同所述待测芯片的不同电性能参数。

可选地，在控制所述至少两个测试仪同时执行相应的测试操作，以获得不同所述待测芯片的不同电性能参数之后，所述方法还包括：基于获得的各所述待测芯片的相应电性能参数，判断各所述待测芯片是否合格。

可选地，在控制所述至少两个测试仪同时执行相应的测试操作，以获得不同所述待测芯片的不同电性能参数之后，所述方法还包括：存储不同所述待测芯片的相应电性能参数。

通过采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明在探针卡内设置至少两个用于测试晶圆芯片的不同电性能参数的测试电路，并设置至少两个与所述测试电路一一对应连接的探针组，当进行晶圆测试时，通过使各探针组同时与相邻的各待测芯片一一对应电接触，可以实现对不同待测芯片的不同电性能参数的同时测试，从而提高了晶圆测试的测试效率，降低了测试成本。

附图说明

图1为形成芯片后的晶圆的局部结构示意图；

图2为本发明实施例1的用于晶圆测试的探针卡的结构示意图；

图3为本发明实施例2的用于晶圆测试的测试系统的电路原理图；

图4为本发明实施例3的用于晶圆测试的测试方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任意或所有可能组合。

在本发明中，晶圆是指制作半导体芯片所用的圆形半导体晶片，如硅晶片等。参阅图1所示，在晶圆10上可制作形成多个芯片11，各芯片11之间通过切割道12隔开。随着半导体制造技术的进步，单片晶圆10上可容纳的芯片11数量越来越多，晶圆测试时需要的测试时间也越来越长。

以形成TVS芯片的晶圆为例，在对其进行晶圆测试时，需对TVS芯片的电容参数和直流参数分别进行抽查。然而，目前晶圆测试所采用的探针卡一次只能针对一项电性能参数进行测试，因而现有技术中电容参数和直流参数测试必须分两道测试工序进行，导致测试效率低，测试成本增加。

需要说明的是，本发明中的芯片是指晶圆上未切割、未封装的裸片。

实施例1

为了提高晶圆测试的测试效率，本实施例提供一种用于晶圆测试的探针卡，如图2所示，该探针卡20包括：印刷电路板21以及固定安装于印刷电路板21上的至少两个探针组22。其中，印刷电路板21包括至少两个测试电路，不同测试电路用于测试晶圆内待测芯片的不同电性能参数。至少两个探针组22与至少两个测试电路一一对应连接，每个探针组22用于测试与相应测试电路对应的电性能参数，即，当某测试电路与某探针组22对应连接时，该测试电路与该探针组22应该用于测试同一种电性能参数。

本实施例的探针卡20在使用时，可以将各探针组22同时与至少两个相邻的待测芯片一一对应电接触，以同时测试不同待测芯片的不同电性能参数。与现有技术中晶圆测试探针卡一次只能针对一项电性能参数进行测试相比，本实施例能够缩短测试时间，降低测试成本。

例如，假设晶圆测试过程中需要对芯片的电容参数和直流参数两个电性能参数分别进行抽查，则该至少两个测试电路包括电容参数测试电路和直流参数测试电路。其中，电容参数测试电路用于测试待测芯片的电容参数，直流参数测试电路用于测试待测芯片的直流参数。在此基础上，该至少两个探针组22包括与电容参数测试电路连接的电容参数测试探针组以及与直流参数测试电路连接的直流参数测试探针组。

在本实施例中，如图2所示，每个探针组22可以包括多个探针，且每个探针组22中探针的数量和分布位置匹配于待测芯片中与相应电性能参数对应的测试点的数量和分布位置。

下面以测试对象为图1中所示的晶圆为例进行说明：

通常晶圆包括多个芯片(图1中仅示出其中的9个)，假设每个芯片分别具有A～F六个测试点，其中，测试点A、B、C为直流参数测试对应的三个测试点，即在对芯片进行直流参数测试时，测试点A、B、C需要与探针卡20上的直流参数测试探针组中的探针一一对应电接触；测试点A、B为电容参数测试对应的两个测试点，即在对芯片进行电容参数测试时，测试点A、B需要与探针卡20上的电容参数测试探针2中的探针一一对应电接触。在此情况下，直流参数测试探针组中的探针数量和分布位置应与芯片上的测试点A、B、C匹配，即直流参数测试探针组应包括三个探针，且该三个探针的分布位置与测试点A、B、C的分布位置一一对应；同时，电容参数测试探针组中的探针数量和分布位置应与测试点A、B匹配，即电容参数测试探针组应包括两个探针，且该两个探针的分布位置与测试点A、B的分布位置一一对应。

在对图1中芯片的电容参数和直流参数两个电性能参数进行抽查测试时，假设抽查到图1中第二排第二个芯片，则移动晶圆，以使该芯片的测试点A、B、C与探针卡20上直流参数测试探针组中的三个探针一一对应电接触；同时，图1中第三排第二个芯片的测试点A、B将与探针卡20上电容参数测试探针组中的两个探针一一对应电接触，从而可以在一道测试工序中同时完成电容参数和直流参数的抽查测试，缩短了测试时间，降低了测试成本。

在一可选的实施方式中，探针卡20还包括探针座23，至少两个探针组22通过该探针座23安装于印刷电路板21上。本实施例设置探针座23的目的是便于安装探针。

应该理解，以上虽然以电容参数和直流参数两个电性能参数测试为例进行了说明，但本实施例并不对测试的电性能参数的类型和数量进行任何限制。

实施例2

本实施例提供一种用于晶圆测试的测试系统，如图3所示，该测试系统包括探针卡20、与探针卡20连接的至少两个测试仪32以及与各测试仪分别连接的测试主机31。

在本实施例中，探针卡20的结构如图2和图3所示，包括：印刷电路板21以及固定安装于印刷电路板21上的至少两个探针组22。其中，印刷电路板21包括至少两个测试电路211，不同测试电路211用于测试晶圆内待测芯片的不同电性能参数。至少两个探针组22与至少两个测试电路211一一对应连接，每个探针组22用于测试与相应测试电路对应的电性能参数，即，当某测试电路211与某探针组22对应连接时，该测试电路211与该探针组22应该用于测试同一种电性能参数。

在一可选的实施方式中，每个探针组22包括多个探针，且每个探针组22中探针的数量和分布位置与待测芯片中与相应电性能参数对应的测试点的数量和分布位置匹配。

在本实施例中，如图3所示，至少两个测试仪32与至少两个测试电路211一一对应连接，并用于测试与相应测试电路211对应的电性能参数。也就是说，当某测试电路211与某测试仪32对应连接时，该测试电路211与该测试仪32应该用于测试芯片的同一种电性能参数。

在本实施例中，测试主机31用于控制至少两个测试仪32分别执行相应的测试操作，以获得对应待测芯片的相应电性能参数。

此外，本实施例的测试系统还可以包括探针台(未示出)。在本实施例中，探针台用于承载晶圆并带动晶圆移动，以使晶圆上的至少两个相邻的待测芯片与至少两个探针组22一一对应电接触。

下面以测试图1中晶圆芯片的电容参数和直流参数为例，对本实施例进行详细说明：

为了测试晶圆芯片的电容参数和直流参数，探针卡20的测试电路应包括：用于测试电容参数的电容参数测试电路以及用于测试直流参数的直流参数测试电路；探针卡20上的探针组22应包括：与电容参数测试电路连接的电容参数测试探针组以及与直流参数测试电路连接的直流参数测试探针组；测试仪应包括：与电容参数测试电路连接的电容参数测试仪以及与直流参数测试电路连接的直流参数测试仪。

假设如图1所示，每个芯片分别具有A～F六个测试点，其中，测试点A、B、C为直流参数测试对应的三个测试点，即在对芯片进行直流参数测试时，测试点A、B、C需要与探针卡20上的直流参数测试探针组22中的探针一一对应电接触；测试点A、B为电容参数测试对应的两个测试点，即在对芯片进行电容参数测试时，测试点A、B需要与探针卡20上的电容参数测试探针组22中的探针一一对应电接触。在此基础上，直流参数测试探针组22中的探针数量和分布位置应与测试点A、B、C匹配，即直流参数测试探针组22应包括三个探针，且该三个探针的分布位置与测试点A、B、C的分布位置一一对应；电容参数测试探针组22中的探针数量和分布位置应与测试点A、B匹配，即电容参数测试探针组22应包括两个探针，且该两个探针的分布位置与测试点A、B的分布位置一一对应。

在对图1中芯片的电容参数和直流参数两个电性能参数进行抽查测试时，测试过程中首先将探针卡20固定在一水平平台上，保持探针卡20不动；同时在探针台上固定晶圆，探针台可以带动晶圆沿X、Y、Z方向移动。当抽查到图1中第二排第二个芯片时，则通过探针台移动晶圆，以使该芯片的测试点A、B、C与探针卡20上直流参数测试探针组中的三个探针一一对应电接触；同时，图1中第三排第二个芯片的测试点A、B将与探针卡20上电容参数测试探针组中的两个探针一一对应电接触。

而后，通过测试主机31控制直流参数测试仪和电容参数测试仪向对应的测试电路分别输出相应的电压和/或电流信号，该电压和/或电流信号最终通过探针施加于待测芯片上，而后该待测芯片将输出响应于该电压和/或电流信号的直流参数测试信号和电容参数测试信号。其中，直流参数测试信号将经直流参数测试探针组中的探针和直流参数测试电路反馈至直流参数测试仪，电容参数测试信号将经电容参数测试探针组中的探针和电容参数测试电路反馈至电容参数测试仪。

最后，直流参数测试仪和电容参数测试仪分别将各自采集到的测试信号反馈至测试主机31，测试主机31即可在得到一待测芯片的直流参数的同时，得到另一待测芯片的电容参数，从而缩短了测试时间，降低了测试成本。

在一可选的实施方式中，至少两个测试仪可以通过IO板(未示出)与探针卡20的至少两个测试电路一一对应连接。在本实施例中，IO板上可以设置交直流切换模块，以对测试仪32的输入输出信号进行交直流切换，从而满足测试需求。

实施例3

本实施例提供一种晶圆测试的测试方法，以基于实施例2中的测试系统进行晶圆测试，如图4所示，该方法具体包括以下步骤：

S1，通过测试主机31控制晶圆移动，以使探针卡20上的至少两个探针组22与晶圆内的至少两个相邻的待测芯片一一对应电接触。

具体地，测试主机31通过向探针台的控制器发送相应的移动指令以控制晶圆进行移动。

S2，通过测试主机31，控制至少两个测试仪32同时执行相应的测试操作，以获得不同待测芯片的不同电性能参数。

下面以测试图1中晶圆芯片的电容参数和直流参数为例，对本实施例进行详细说明：

如图1所示，每个芯片分别具有A～F六个测试点，其中，测试点A、B、C为直流参数测试对应的三个测试点，即在对芯片进行直流参数测试时，测试点A、B、C需要与探针卡20上的直流参数测试探针组中的探针一一对应电接触；测试点A、B为电容参数测试对应的两个测试点，即在对芯片进行电容参数测试时，测试点A、B需要与探针卡20上的电容参数测试探针组中的探针一一对应电接触。在此基础上，直流参数测试探针组中的探针数量和分布位置应与测试点A、B、C匹配，即直流参数测试探针组应包括三个探针，且该三个探针的分布位置与测试点A、B、C的分布位置一一对应；电容参数测试探针组中的探针数量和分布位置应与测试点A、B匹配，即电容参数测试探针组应包括两个探针，且该两个探针的分布位置与测试点A、B的分布位置一一对应。

在对图1中芯片的电容参数和直流参数两个电性能参数进行抽查测试时，测试过程中首先将探针卡20固定在一水平平台上，保持探针卡20不动；同时在探针台上固定晶圆，探针台可以带动晶圆沿X、Y、Z方向移动。若抽查到图1中第二排第二个芯片，则首先通过测试主机31向探针台的控制器发送移动指令以控制晶圆移动，使得该芯片的测试点A、B、C与探针卡20上直流参数测试探针组中的三个探针一一对应电接触；同时，图1中第三排第二个芯片的测试点A、B将与探针卡20上电容参数测试探针组中的两个探针一一对应电接触。

而后，通过测试主机31控制直流参数测试仪和电容参数测试仪向对应的测试电路分别输出相应的电压和/或电流信号，该电压和/或电流信号最终通过探针施加于待测芯片上，而后该待测芯片将输出响应于该电压和/或电流信号的直流参数测试信号和电容参数测试信号。其中，直流参数测试信号将经直流参数测试探针组中的探针和直流参数测试电路反馈至直流参数测试仪，电容参数测试信号经电容参数测试探针组中的探针和电容参数测试电路反馈至电容参数测试仪。

最后，直流参数测试仪和电容参数测试仪分别将各自采集到的测试信号反馈至测试主机31，该测试主机31即可在得到一待测芯片的直流参数的同时，得到另一待测芯片的电容参数，缩短了测试时间，降低了测试成本。

在一可选的实施方式中，在执行步骤S2之后还包括：步骤S3，通过测试主机31，基于获得的各待测芯片的相应电性能参数判断各待测芯片是否合格。

例如，测试主机31在得到图1中第二排第二个芯片的直流参数后，进一步判断该直流参数是否满足预定条件，若满足，则判定该芯片合格，若不满足，则判定该芯片不合格，并对该芯片进行标记。同理，测试主机31在得到图1中第三排第二个芯片的电容参数后，进一步判断该电容参数是否满足预定条件，若满足，则判定该芯片合格，若不满足，则判定该芯片不合格，并对该芯片进行标记。后续在切割晶圆时，将这些标记过的芯片过滤出来丢弃，从而避免不良的芯片进入封装及后续制程。

在一可选的实施方式中，在执行步骤S2之后还包括：步骤S4，通过测试主机31存储待测芯片的相应电性能参数，以供后续查阅。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。