晶圆测试系统及其操作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年5月31日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2022-0067144的韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的全部公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

多种实施例总体上涉及一种晶圆测试系统及其操作方法。

背景技术

半导体集成电路在半导体晶圆上以管芯(die)的形式制造，此后管芯被切割并被单独封装。为了防止管芯封装失败，在封装之前对形成有半导体集成电路的晶圆执行晶圆测试。当执行晶圆测试时，将电流或测试信号施加到每个半导体集成电路以确定半导体集成电路是否根据其设计目的运行。

虽然半导体集成电路通过了晶圆测试，但是一些封装后的半导体集成电路可能无法通过在封装之后执行的测试，或者在实际使用期间可能不合格(fail)。为了提高半导体产品的质量，需要一种能够以高百分比确定可能不合格的半导体集成电路的晶圆测试。

发明内容

多种实施例涉及一种具有高管芯分选(sorting)能力的晶圆测试系统及其操作方法。

在实施例中，一种晶圆测试系统可以包括：卡盘(chuck)，用于支撑包括多个管芯的晶圆；探针头(probe head)，将用于电气测试(electrical test)的测试信号输入到探针卡，并接收与测试信号相对应的电气测试结果；探针卡(probe card)，用于通过多个引脚将测试信号输入到管芯并接收电气测试结果；感测装置，安装在探针卡的表面，用于在执行电气测试时感测晶圆中出现的激活状态；以及确定单元，用于接收电气测试结果和管芯的激活状态信息，并使用对晶圆的电气测试结果和激活状态信息来确定管芯中的每一个是否不合格。

在实施例中，一种用于操作晶圆测试系统的方法可以包括：对包括多个管芯的晶圆执行电气测试；在执行电气测试时感测晶圆中出现的激活状态；以及使用对晶圆的电气测试结果和在感测激活状态时获得的激活状态信息来确定晶圆中包括的多个管芯中的每一个是否不合格。

根据本公开的实施例，可以通过晶圆测试来提高管芯分选能力。

附图说明

图1是示出根据本公开的实施例的晶圆测试系统的示意性配置图。

图2是示意性地示出根据本公开的实施例的电气测试的示图。

图3是示出根据本公开的实施例的晶圆测试结果的示图。

图4是示出根据本公开的实施例的根据晶圆测试结果将晶圆中包括的管芯分类成多个类别的结果的示图。

图5是示出根据本公开的实施例的晶圆温度分布图的示图。

图6是示出根据本公开的实施例的基于晶圆中包括的管芯的温度而停止电气测试的流程图。

图7是示出图6的晶圆中包括的管芯的温度分布的示图。

图8是示出根据本公开的实施例的基于晶圆中包括的管芯的温度而停止电气测试的流程图。

图9是示出图8的晶圆中包括的管芯的温度分布的示图。

图10是示出根据本公开的实施例的用于操作晶圆测试系统的方法的流程图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。

图1是示出根据本公开的实施例的晶圆测试系统的示意性配置图。

参照图1，根据本公开的实施例的晶圆测试系统100可以包括电气测试装置110、感测装置120和确定单元130。

电气测试装置110可以将电气信号作为测试信号施加到测试目标晶圆中包括的每个管芯，以测量电气和电子特性，从而确定每个管芯是否按所设计的操作。

电气测试装置110可以是使引脚与半导体集成电路的焊盘接触以检查半导体集成电路的电气特性的探针台(probe station)。

电气测试装置110可以包括探针头111、探针卡112和卡盘113。

探针头111可以将从测试器接收的测试信号输入到探针卡112。测试器可以生成用于测试晶圆的管芯的电气和电子特性的测试信号。测试器可以通过连接到探针头111的线缆传输所生成的测试信号，并且可以接收从探针头111输出的信号。测试器可以包括用于生成测试信号的电源和驱动器。

可以使探针卡112与晶圆10中包括的至少一个管芯接触，以将测试信号输入到管芯。

探针卡112可以包括多个引脚，并且探针卡112的引脚可以与设置在管芯中的焊盘接触。

可以根据晶圆类型或测试环境或者在探针卡112磨损或发生故障时将探针卡112替换为新的探针卡112。

当对晶圆10执行电气测试时，卡盘113支撑晶圆10。

由电气测试装置110对晶圆10中包括的多个管芯执行的电气测试可以包括直流(DC)测试、交流(AC)测试、应力测试、单元(cell)测试和外围测试中的至少一种。

DC测试是将DC电流施加到作为评估的测试对象的管芯的测试，其测试结果可以表示为电流或电压。

AC测试是将AC电流施加到作为测试目标的管芯以评估诸如输入/输出切换时间的与定时信息(timing)相关的动态特性的测试。

应力测试(也称为老化(burn-in)测试)是一种将高温和高电压施加到管芯以诱发管芯的潜在故障从而预先确定是否可能在管芯的预期寿命之前提前发生故障的测试。

单元测试是将测试模式写入存储器单元或从存储器单元读取测试模式以确定存储器单元是否正常操作的测试。

外围测试是确定管芯中设置的外围电路是否正常工作的测试。

当电气测试装置110对晶圆10执行电气测试时，感测装置120可以感测在晶圆10中出现的激活状态。

当电流流经晶圆10中包括的管芯时，管芯中可能发生热耗散或光发射现象。感测装置120可以感测作为激活状态的指示信息(indicator)的热耗散或光发射并且将激活状态信息传输到确定单元130。激活状态信息可以是关于晶圆10中的激活状态的分布和强度的数据。

作为示例，激活状态信息可以是关于晶圆10的温度分布的数据或热图像。

当对晶圆10中包括的多个管芯执行电气测试时，在晶圆10中出现的激活状态可以是光发射。感测装置120可以包括InGaAS传感器以感测光发射。为了使感测装置120感测光发射，可能需要阻挡外部光的暗室条件。

另一方面，晶圆10中出现的激活状态可以是热耗散。感测装置120可以包括用于感测热耗散的InSb传感器。感测装置120不需要暗室来感测在晶圆10中发生的热耗散。

感测装置120可以是通过表面安装技术安装在探针卡112表面的热感测元件、热感测摄像机或光发射感测元件。在另一示例中，感测装置120可以安装在测试装置110中包括的卡盘113一侧的支撑件(未示出)上，以检测热耗散。

确定单元130可以接收来自电气测试装置110的电气测试结果和来自感测装置120的激活状态信息。通过处理电气测试结果和激活状态信息，确定单元130可以确定晶圆10中包括的多个管芯中的每一个是否不合格。确定单元130可以包括主机PC，该主机PC包括处理器和存储器。可以将用于确定多个管芯中的每一个是否不合格的固件或软件更新到存储器。处理器可以运行加载到存储器中的固件或软件。处理器可以基于电气测试结果和激活状态信息确定管芯中的每一个是否不合格。

确定单元130可以包括确定管芯是否不合格的主机PC和生成测试信号并接收电气测试结果和激活状态信息的测试器。

通过使用在电气测试装置110将测试信号施加到晶圆10中包括的管芯时感测到的晶圆10的温度或激活状态来进行管芯分选，确定单元130可以具有较高的管芯分选能力。

例如，通过将电气测试结果和激活状态信息与参考数据进行比较，即使管芯通过电气测试，当激活状态信息与用于不合格确定的参考数据的之间的差超过阈值差时，可以将该管芯分选为不合格。因此，晶圆测试系统100可以确定仅凭电气性测试结果无法确定的潜在不合格可能性，并且因此可以提高晶圆测试系统的管芯分选性能。

图2是示意性地示出根据本公开的实施例的电气测试的示图。

参照图1和图2，当进行电气测试时，感测装置120可以通过流经管芯的电流来感测晶圆10的激活状态。

如上所述，当执行电气测试ET时，探针卡112的引脚可以与设置在管芯中的焊盘接触。探针卡112可以将从探针头111接收的测试信号通过引脚和焊盘施加到管芯的半导体集成电路。

电气测试装置110可以测量管芯的特性参数P。电气测试ET的结果可以是特性参数P。特性参数P可以根据电气测试的项目而变化。例如，当测试项目为DC测试时，特性参数P可以为输入/输出电压或输入/输出电流。当项目为AC测试时，特性参数P可以与诸如时间或周期的定时信息相关。当测试项目为诸如单元测试或外围测试的功能测试时，特性参数P可以为不合格位计数。

另一方面，如上所述，当对晶圆10中包括的管芯执行电气测试ET时，电流可以流经管芯的半导体集成电路。当电流流经半导体集成电路时，由于电流产生的热量，可能出现热耗散现象或光发射现象。

确定单元130可以通过组合特性参数P和晶圆10中包括的管芯的温度T并将该组合与参考值进行比较来确定管芯是否不合格。

图3是示出根据本公开的实施例的晶圆测试结果的示图。

图4是示出根据本公开的实施例的根据晶圆测试结果将晶圆中包括的管芯分类成多个类别的结果的示图。

参照图3和图4，确定单元130可以基于作为电气测试结果的特性参数P和晶圆10的激活状态信息将晶圆10中包括的多个管芯分类为多个类别。

类别可以与分配给管芯的二进制码(bin code)相关联。

图3所示的P轴对应于每个管芯的特性参数值，并且ΔT轴对应于管芯的参考温度Tref与管芯的温度Ti之间的差。

可以使用各种数值来反映针对电气测试的各个项目的特性参数P。例如，特性参数P可以是通过单元测试获得的不合格位计数。

如果仅使用电气测试结果来对类别进行分类，则通过设置阈值不合格位计数，当不合格位计数小于阈值不合格位计数时将管芯确定为通过晶圆测试，而当不合格位计数等于或大于阈值不合格位计数时将管芯确定为未通过晶圆测试。

例如，确定单元130可以确定不合格位计数小于阈值不合格位计数P2的管芯通过，而不合格位计数等于或大于P2的管芯未通过。

然而，通过基于电气测试结果和激活状态信息的组合将晶圆10中包括的管芯分类成多个类别，可以提高管芯分选能力和精确度。

例如，可以在使用已知合格管芯(KGD)执行电气测试时设置参考温度Tref。可以针对每种类型的电气测试来设置参考温度Tref。

可以在电气测试期间检查已经通过电气测试过程但在随后执行的测试中被确定为不合格或者在可靠性评估中被确定为不合格的管芯的温度与参考温度Tref的差。可以基于温度差将管芯分类为多种类别。

参照图3，即使管芯的不合格位计数小于P2，不合格位计数等于或大于P1并且与参考温度Tref的差等于或大于ΔT1且小于ΔT2的管芯可能仍然属于已知容易发生故障的管芯类别。P1与P2不同，P1是通过结合温度对管芯进行细分的新阈值。

通过仅使用电气测试结果对管芯进行分类，例如利用被设置为阈值不合格位计数的P2，D15、D6和D4被分类为一个类别并被确定为不合格，而其他管芯被分类为未被确定为不合格的另一类别的管芯。

在实施例中，当结合特性参数P和激活状态信息对管芯进行分类时，可以更精确地对管芯进行分选。例如，不合格位计数小于P2且温度与参考温度Tref的差小于ΔT1的管芯可以被分类为第一类别B1，而不合格位计数等于或大于P2且温度与参考温度Tref的差小于ΔT1的管芯可以被分类为第二类别B2。

不管不合格位计数如何，温度与参考温度Tref的差等于或大于ΔT2的管芯都可以被分类为第三类别B3。

不合格位计数小于P2且等于或大于P1并且温度与参考温度Tref的差等于或大于ΔT1且小于ΔT2的管芯可以被分类为第四类别B4。

不合格位计数小于P1并且温度与参考温度Tref的差等于或大于ΔT1且小于ΔT2的管芯可以被分类为第五类别B5。

其余管芯可以被分类为第六类别B6。

在该示例中，利用特性参数和激活状态信息，与第四类别B4相对应的管芯D1和D3可以被分类为不合格，但是如果仅通过电气测试之后的特性参数则不会将其分类为不合格。

P2是在仅基于特性参数P对管芯进行分选时设置的参考值。P1、ΔT1和ΔT2是在结合特性参数P和激活状态信息对管芯进行分选时设置的参考值。P1、ΔT1和ΔT2可以通过跟踪晶圆测试之后的诸如封装测试和模块测试等其他测试结果来确定。上述将管芯分选为多个类别的方法仅是用于描述本公开的示例。当通过经验测试和标准设置将管芯分选为各种类别以提高晶圆测试中的管芯筛选能力时，可以利用根据测试项目的各种特性参数和相应激活状态信息，也可以通过各种方式来设置对类别进行分类的阈值范围。

如图4所示，确定单元130可以生成指示与每个管芯相对应的类别的晶圆二进制图(wafer bin map)。晶圆二进制图可以用于半导体工艺的分析。

图5是根据本公开的实施例的晶圆温度分布图的示图。

参照图5，确定单元130可以基于激活状态信息生成晶圆10的温度分布图。

晶圆图是可视化和示出晶圆测试的结果的图像，并且可以用于半导体集成电路的质量管理，例如分选不合格的晶圆或找出与质量问题相关的工艺。

确定单元130可以通过处理在对晶圆10执行电气测试时获得的激活状态信息来生成晶圆温度分布图。

如图5所示，晶圆温度分布图可以指示针对每个管芯可视化的温度，并且应当理解的是，可以针对整个晶圆连续地指示可视化而不是图5的图形化示意图。

电气测试装置110可以对晶圆10执行各种类型的电气测试，并且确定单元130可以针对每种类型的电气测试生成晶圆温度分布图。

图6是示出根据本公开的实施例的基于晶圆中包括的管芯的温度而停止电气测试的流程图。

图7是示出图6的晶圆中包括的管芯的温度分布的示图。

参照图6和图7，当晶圆10中包括的多个管芯的平均温度Tavg低于第一阈值温度Tth1或高于第二阈值温度Tth2时，确定单元130可以停止电气测试，其中第二阈值温度Tth2高于第一阈值温度Tth1。

电气测试装置110可以执行由安装的软件程序的设置指定的操作。

在实施例中，可以使用诸如温度分布等激活状态信息来实时检测电气测试装置110的可能由人为错误引起的编程错误。例如，当电气测试装置110的程序错误时，通过探针卡112输入到晶圆10的测试信号可能导致晶圆10的温度分布与预期值不同。在这种实例中，除非将不同的设置反映于产量(yield)，否则可以在将在封装之后执行的封装测试中或在实际使用中检查编程和设置，然而这是低效的。

在本公开的实施例中，可以更快速且更有效地检测电气测试装置110的编程和设置中的错误。例如，当输入到晶圆10的测试信号低于正常设置的、通常在电气测试装置110的编程中使用的电压时，在执行电气测试时，晶圆10的温度分布可能形成为相对较低。

相反，如果输入到晶圆10的测试信号的电平高于正常值，则在执行电气测试时，晶圆10的温度分布可能会形成为相对较高。

确定单元130可以将晶圆10中包括的多个管芯的平均温度Tavg与第一阈值温度Tth1或第二阈值温度Tth2进行比较。

第一阈值温度Tth1和第二阈值温度Tth2可以基于已知合格管芯来设置。

当确定电气测试装置110的测试的结果超过阈值温度时，确定单元130可以停止对其他晶圆的电气测试。

通过这样，可以在封装之前以及在产品实际使用之前，筛选出电气测试装置110的编程设置错误的情况。

这根据图6的流程图来描述，电气测试装置110可以对多个晶圆10中的每一个执行电气测试。当对晶圆10执行电气测试时，感测装置120可以感测晶圆10中包括的多个管芯的温度(S610)。

确定单元130可以基于从感测装置120接收的温度信息来计算晶圆10中包括的多个管芯的平均温度Tavg，并且可以确定平均温度Tavg是否低于第一阈值温度Tth1或高于第二阈值温度Tth2(S620)。

当平均温度Tavg满足S620处的条件时(S620-是)，确定单元130可以停止对尚未执行电气测试的晶圆10的电气测试(S630)。

当平均温度Tavg不满足S620处的条件时(S620-否)，电气测试装置110可以对未执行电气测试的其他晶圆10执行电气测试，并且感测装置120可以在每次重复执行电气测试时感测晶圆10的温度(S610)。

图7示出第一晶圆W1、第二晶圆W2和第三晶圆W3的温度分布。

第一晶圆W1的平均温度Tavg1低于第二阈值温度Tth2且高于第一阈值温度Tth1。因此，电气测试装置110可以对多个晶圆重复地执行电气测试。感测装置120可以感测在对多个晶圆重复执行电气测试时产生的温度。

第二晶圆W2的平均温度Tavg2高于第二阈值温度Tth2。因此，确定单元130可以停止对未执行电气测试的其他晶圆10的电气测试。

第三晶圆W3的平均温度Tavg3低于第一阈值温度Tth1。因此，确定单元130可以停止对未执行电气测试的其他晶圆10的电气测试。

当停止电气测试装置110的电气测试时，可以检查程序设置是否异常。当确定电气测试装置110的程序设置没有异常时，可以恢复停止的电气测试。

图8是示出根据本公开的实施例的基于晶圆中包括的管芯的温度而停止电气测试的流程图。

图9是示出图8的晶圆中包括的管芯的温度分布的示图。

参照图8和图9，当晶圆10中包括的多个管芯的温度之中的最高温度Tmax和最低温度Tmin之间的差等于或高于第三阈值时，确定单元130可以停止电气测试。

如上所述，当电气测试装置110的程序设置错误时，通过探针卡112输入到晶圆10的测试信号可能发生变化，从而导致晶圆10的温度分布发生变化。

确定单元130可以通过晶圆10中包括的多个管芯的所产生的温度之中的最高温度Tmax和最低温度Tmin之间的差来确定是否错误地设置电气测试装置110的程序。

当确定电气测试装置110的程序产生非预期的结果时，确定单元130可以停止对未执行电气测试的其他晶圆的电气测试。

这根据图8的流程图来描述，电气测试装置110可以对多个晶圆10中的每一个执行电气测试。当对晶圆10执行电气测试时，感测装置120可以感测晶圆10中包括的多个管芯的温度(S810)。

确定单元130可以使用从感测装置120接收的温度信息来计算晶圆10中包括的多个管芯的温度之中的最高温度Tmax和最低温度Tmin之间的差，并且可以确定最高温度Tmax和最低温度Tmin之间的差是否等于或高于第三阈值Tth3(S820)。

第三阈值Tth3可以基于已知合格管芯来设置。

当最高温度Tmax和最低温度Tmin之间的差满足S820处的条件时(S820-是)，确定单元130可以停止电气测试(S830)。

当最高温度Tmax和最低温度Tmin之间的差不满足S820处的条件时(S820-否)，电气测试装置110可以对未执行电气测试的其他晶圆10重复执行电气测试，并且感测装置120可以在每次重复执行电气测试时感测晶圆10的温度(S810)。

图9示出第四晶圆W4的温度分布。

第四晶圆W4的最高温度Tmax4和最低温度Tmin4之间的差高于第三阈值Tth3。因此，确定单元130可以停止对下一个晶圆的电气测试。

如上面参照图6和图7所述，当电气测试装置110的电气测试停止时，可以检查程序设置是否异常。当电气测试装置110的程序设置没有异常时，可以恢复电气测试。

图10是示出根据本公开的实施例的用于操作晶圆测试系统100的方法的流程图。

参照图10，一种用于操作晶圆测试系统100的方法可以包括：对包括多个管芯的晶圆执行电气测试(S1010)。

电气测试可以包括DC测试、AC测试、应力测试、单元测试和外围测试中的至少一种。

用于操作晶圆测试系统100的方法可以包括：在执行电气测试时感测在晶圆中出现的激活状态(S1020)。

激活状态可以是光发射。

激活状态可以是热耗散。

用于操作晶圆测试系统100的方法可以包括：基于晶圆的电气测试结果和在感测激活状态的步骤S1020中获得的激活状态信息，确定晶圆中包括的多个管芯中的每一个是否不合格(S1030)。

用于操作晶圆测试系统100的方法可以进一步包括：基于作为对晶圆的电气测试结果的特性参数和激活状态信息，将晶圆中包括的多个管芯分类为多个类别。

另外，操作晶圆测试系统100的方法可以进一步包括：基于激活状态信息生成晶圆的晶圆温度分布图。

此外，用于操作晶圆测试系统100的方法可以进一步包括：基于晶圆中包括的多个管芯的温度来停止电气测试。

在停止电气测试的步骤(未示出)中，在晶圆中包括的多个管芯的平均温度低于第一阈值温度或高于第二阈值温度时可以停止电气测试，其中第二阈值温度高于第一阈值温度。

另一方面，在停止电气测试的步骤中，在晶圆中包括的多个管芯的温度之中的最高温度和最低温度之间的差等于或高于第三阈值时可以停止电气测试。

尽管出于说明性目的描述了本公开的示例性实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。因此，上面和附图中公开的实施例应该被认为仅是描述性的，而不是限制技术范围。本公开的技术范围不受实施例和附图的限制。本公开的精神和范围应结合权利要求书进行解释，并涵盖落入权利要求书范围内的所有等效方案。