本發(fā)明涉及一種毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法，屬于晶上系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著集成電路光刻技術(shù)進(jìn)入到5nm及以下工藝節(jié)點(diǎn)，晶體管尺寸微縮逐漸逼近物理極限，摩爾定律似乎快要走到了盡頭。傳統(tǒng)依靠提高半導(dǎo)體工藝制程來(lái)提升芯片性能的技術(shù)路徑舉步維艱，這迫使產(chǎn)業(yè)界探索新的性價(jià)比更高的技術(shù)路線來(lái)滿足對(duì)芯片性能日益增長(zhǎng)的需求，這其中就包括了各種“超越摩爾”(more?than?moore)技術(shù)路線。

2、晶上系統(tǒng)技術(shù)是目前業(yè)界最熱門的“超越摩爾”技術(shù)路線之一，將計(jì)算、傳感、存儲(chǔ)、通信等功能預(yù)制件(未封裝的裸芯片)按照應(yīng)用場(chǎng)景需求集成在同一個(gè)硅基晶圓上，形成一個(gè)或多個(gè)物理系統(tǒng)，并通過(guò)系統(tǒng)架構(gòu)創(chuàng)新、超高密度互連集成、軟件定義等賦能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合效能的數(shù)量級(jí)提升?；诰舷到y(tǒng)技術(shù)，將傳統(tǒng)的毫米波收發(fā)前端陣列組件進(jìn)行三維重構(gòu)集成，實(shí)現(xiàn)了輕薄化的毫米波晶圓級(jí)收發(fā)前端陣列，具有顛覆性的高密度集成雙面晶圓形態(tài)，其各測(cè)試pad點(diǎn)分布在晶圓正反兩面，測(cè)試時(shí)必須實(shí)現(xiàn)雙面晶圓各測(cè)試pad點(diǎn)的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)定位、自動(dòng)對(duì)針連接，并通過(guò)自動(dòng)化軟件控制測(cè)試儀表完成自動(dòng)化測(cè)試。

3、針對(duì)pad點(diǎn)的自動(dòng)檢測(cè)、定位、對(duì)針、連接、通道切換等操作，采用目前傳統(tǒng)的單面晶圓測(cè)試平臺(tái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)以下功能：

4、①需要使用多個(gè)探針同時(shí)可靠地連接到雙面晶圓正反兩面的pad點(diǎn)；

5、②在測(cè)試過(guò)程中正反兩面的部分探針連接到pad后要求保持固定不動(dòng)(如供電/控制、天線端口等)，另外部分探針需要不斷移動(dòng)位置(如不同的接收和發(fā)射通道端口需要切換)。

6、現(xiàn)有的毫米波晶圓測(cè)試平臺(tái)僅針對(duì)單面晶圓測(cè)試需求設(shè)計(jì)，主要由以下幾部分組成：chuck盤、高精度四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、顯微鏡視覺(jué)系統(tǒng)、探針安裝臺(tái)面、探針座和測(cè)試探針。其中chuck盤采用實(shí)心鍍鎳鋁或鍍金鋁的材料，通過(guò)真空孔對(duì)晶圓底面進(jìn)行吸附固定。測(cè)試探針座通過(guò)磁吸或螺釘?shù)确绞焦潭ㄔ谔结槹惭b臺(tái)面上，探針安裝在探針座內(nèi)，保持固定不動(dòng)。通過(guò)安裝在chuck盤底部的四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)待測(cè)單面晶圓進(jìn)行水平和垂直方向上的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)晶圓上每個(gè)測(cè)試pad點(diǎn)與探針的連接和測(cè)試。當(dāng)涉及多個(gè)通道切換測(cè)試時(shí)，需要對(duì)同一張晶圓進(jìn)行多次測(cè)試，不僅測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，還占用大量?jī)x表資源，且容易造成晶圓損傷。

7、現(xiàn)有的毫米波晶圓測(cè)試平臺(tái)chuck盤為實(shí)心結(jié)構(gòu)，且底部安裝了四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，因此無(wú)法在chuck盤底部安裝連接探針；此外，現(xiàn)有測(cè)試平臺(tái)的探針座安裝在chuck盤上方的探針安裝臺(tái)面上，測(cè)試探針保持固定，通過(guò)晶圓chuck盤x、y、z三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)探針和pad點(diǎn)的連接測(cè)試，這種方式無(wú)法滿足雙面晶圓的測(cè)試需求，僅能支持單面晶圓的測(cè)試。

8、針對(duì)以上毫米波雙面晶圓的測(cè)試需求，目前現(xiàn)有的毫米波單面晶圓測(cè)試平臺(tái)均無(wú)法滿足，需要研究全新的毫米波雙面晶圓自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法，解決毫米波雙面晶圓自動(dòng)化測(cè)試的痛點(diǎn)，具有重大里程碑意義；其測(cè)試過(guò)程全自動(dòng)化，效率高，非常適合大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用性。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

3、一種毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，所述自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)包括：雙面晶圓測(cè)試硬件平臺(tái)、主控計(jì)算機(jī)和測(cè)試儀表；其中，所述主控計(jì)算機(jī)安裝有自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件、自動(dòng)測(cè)試管理軟件和測(cè)試板卡，主控計(jì)算機(jī)固定在雙面晶圓測(cè)試硬件平臺(tái)的內(nèi)部，測(cè)試板卡實(shí)現(xiàn)主控計(jì)算機(jī)和測(cè)試儀表之間的通信；

4、所述雙面晶圓測(cè)試硬件平臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)待測(cè)雙面晶圓正反兩面pad點(diǎn)的自動(dòng)識(shí)別定位、自動(dòng)對(duì)針連接和自動(dòng)測(cè)試，以及用于實(shí)現(xiàn)待測(cè)雙面晶圓多個(gè)測(cè)試通道的自動(dòng)切換；所述測(cè)試板卡用于對(duì)測(cè)試需求所需要的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置以及待測(cè)雙面晶圓狀態(tài)的讀??；所述自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件用于控制雙面晶圓測(cè)試硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)待測(cè)雙面晶圓正反兩面pad點(diǎn)的自動(dòng)識(shí)別定位和自動(dòng)對(duì)針連接，以及多個(gè)測(cè)試通道的自動(dòng)切換，在當(dāng)前通道測(cè)試完成后自動(dòng)切換到下一個(gè)通道；所述自動(dòng)測(cè)試管理軟件用于控制雙面晶圓測(cè)試硬件平臺(tái)和測(cè)試儀表自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試用例，采集測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果判定，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，從而實(shí)現(xiàn)毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試。

5、一種基于所述的毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試方法，所述自動(dòng)化測(cè)試方法具體如下：

6、啟動(dòng)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)并初始化，將待測(cè)雙面晶圓固定在雙面晶圓載物臺(tái)上，利用視覺(jué)與控制系統(tǒng)采集待測(cè)雙面晶圓的正反面顯微圖像并發(fā)送至自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件，自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件根據(jù)采集的顯微圖像進(jìn)行自動(dòng)模板匹配識(shí)別，并引導(dǎo)雙面晶圓載物臺(tái)和電動(dòng)探針座進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)探針的對(duì)位和連接；在探針對(duì)位和連接后，由自動(dòng)測(cè)試管理軟件控制雙面晶圓測(cè)試硬件平臺(tái)和測(cè)試儀表自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試用例，采集測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果判定，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，從而實(shí)現(xiàn)毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試；在探針對(duì)位、連接和測(cè)試過(guò)程中，利用高精度壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控探針接觸pad點(diǎn)時(shí)的壓力值，并將壓力值發(fā)送至自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件，自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件根據(jù)壓力值實(shí)時(shí)調(diào)整探針的扎針深度，確保扎針深度保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

7、本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

8、1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多尺寸雙面晶圓的可靠固定，通過(guò)專門設(shè)計(jì)的鏤空結(jié)構(gòu)的雙面晶圓載物臺(tái)，固定在載物臺(tái)運(yùn)動(dòng)組件上，對(duì)雙面晶圓進(jìn)行承載，方便正反兩面探針連接pad。雙面晶圓載物臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙面晶圓的可靠固定，配合探針測(cè)試操作，具有快鎖和調(diào)平功能；雙面晶圓載物臺(tái)通過(guò)更換載具可兼容不同尺寸的單面晶圓、雙面晶圓、單面或雙面的載片式器件/組件等各種類型待測(cè)晶圓的自動(dòng)探針測(cè)試，無(wú)縫切換，兼容性極高，測(cè)試精準(zhǔn)度有保證。

9、2、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了雙面探針精確對(duì)準(zhǔn)和自動(dòng)切換，通過(guò)專門設(shè)計(jì)的視覺(jué)與控制系統(tǒng)，在自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件的統(tǒng)籌下，精確引導(dǎo)雙面晶圓載物臺(tái)和電動(dòng)探針座進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)，通過(guò)aoi視覺(jué)系統(tǒng)算法指揮高精度大理石運(yùn)動(dòng)平臺(tái)完成探針對(duì)位、連接、扎針和多通道測(cè)試時(shí)探針的自動(dòng)切換，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)雙面晶圓自動(dòng)扎針測(cè)試和自動(dòng)切換通道。

10、3、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了扎針強(qiáng)度精確控制和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，由于雙面晶圓本身存在翹曲和不平整，且晶圓固定于鏤空結(jié)構(gòu)的雙面晶圓載物臺(tái)后可能出現(xiàn)的輕微形變，僅靠視覺(jué)與控制系統(tǒng)只能完成探針的對(duì)位和連接。為了保證扎針強(qiáng)度精確控制和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，本發(fā)明專門在電動(dòng)探針座上設(shè)計(jì)了高精度壓力傳感器來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控探針接觸pad時(shí)的壓力值，根據(jù)測(cè)試pad的細(xì)微高度偏差精準(zhǔn)調(diào)節(jié)扎針深度實(shí)現(xiàn)可靠連接，防止探針扎針強(qiáng)度過(guò)大或者過(guò)??；利用高精度壓力傳感器配合高精度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)閉環(huán)反饋光柵尺，有效實(shí)現(xiàn)了輕微形變下探針的精準(zhǔn)對(duì)位和精準(zhǔn)連接。在先進(jìn)的aoi視覺(jué)系統(tǒng)算法的調(diào)度下，將視覺(jué)與控制系統(tǒng)和雙面晶圓載物臺(tái)、電動(dòng)探針座有效融合，相互緊密配合，完成了對(duì)形變晶圓上雙面pad點(diǎn)的扎針強(qiáng)度精確控制和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

技術(shù)特征：

1.一種毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)包括：雙面晶圓測(cè)試硬件平臺(tái)、主控計(jì)算機(jī)和測(cè)試儀表；其中，所述主控計(jì)算機(jī)安裝有自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件、自動(dòng)測(cè)試管理軟件和測(cè)試板卡，主控計(jì)算機(jī)固定在雙面晶圓測(cè)試硬件平臺(tái)的內(nèi)部，測(cè)試板卡實(shí)現(xiàn)主控計(jì)算機(jī)和測(cè)試儀表之間的通信；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述雙面晶圓測(cè)試硬件平臺(tái)包括測(cè)試平臺(tái)機(jī)架、雙面晶圓承載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、上下探針自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)調(diào)節(jié)平臺(tái)和視覺(jué)與控制系統(tǒng)；雙面晶圓承載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、上下探針自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)調(diào)節(jié)平臺(tái)和視覺(jué)與控制系統(tǒng)安裝在測(cè)試平臺(tái)機(jī)架上，主控計(jì)算機(jī)固定于測(cè)試平臺(tái)機(jī)架內(nèi)部；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述雙面晶圓承載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括載物臺(tái)運(yùn)動(dòng)組件、大理石運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和雙面晶圓載物臺(tái)；所述大理石運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上固定有運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，載物臺(tái)運(yùn)動(dòng)組件通過(guò)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與大理石運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，載物臺(tái)運(yùn)動(dòng)組件相對(duì)于大理石運(yùn)動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行3軸運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)、u軸旋轉(zhuǎn)和升降操作；雙面晶圓載物臺(tái)固定于載物臺(tái)運(yùn)動(dòng)組件上，雙面晶圓載物臺(tái)采用中間鏤空結(jié)構(gòu)，用于固定待測(cè)雙面晶圓，同時(shí)露出待測(cè)雙面晶圓正反兩面的pad點(diǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述上下探針自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)調(diào)節(jié)平臺(tái)包括上部針座平臺(tái)、下部針座平臺(tái)以及電動(dòng)探針座，電動(dòng)探針座包括上部電動(dòng)探針座和下部電動(dòng)探針座，上部針座平臺(tái)用于固定上部電動(dòng)探針座，下部針座平臺(tái)用于固定下部電動(dòng)探針座，電動(dòng)探針座用于根據(jù)視覺(jué)與控制系統(tǒng)定位的pad點(diǎn)位置，自動(dòng)移動(dòng)探針進(jìn)行x、y和z三個(gè)方向的位置調(diào)節(jié)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)還包括高精度壓力傳感器，所述高精度壓力傳感器設(shè)置于電動(dòng)探針座上，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控探針接觸pad點(diǎn)時(shí)的壓力值，并將壓力值發(fā)送至自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件，自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件根據(jù)壓力值實(shí)時(shí)調(diào)整探針的扎針深度。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺(jué)與控制系統(tǒng)包括ccd顯微鏡視覺(jué)系統(tǒng)和顯微鏡移動(dòng)組件，視覺(jué)與控制系統(tǒng)與自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件之間通信，ccd顯微鏡視覺(jué)系統(tǒng)用于采集待測(cè)雙面晶圓的正反面顯微圖像并發(fā)送至自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件，自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件通過(guò)對(duì)待測(cè)雙面晶圓的正反面顯微圖像進(jìn)行自動(dòng)模板匹配識(shí)別，顯微鏡移動(dòng)組件用于根據(jù)自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件的匹配識(shí)別結(jié)果，自動(dòng)調(diào)節(jié)ccd顯微鏡視覺(jué)系統(tǒng)的觀測(cè)位置及焦距。

7.一種基于權(quán)利要求5或6任一項(xiàng)所述的毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試方法，其特征在于，所述自動(dòng)化測(cè)試方法具體如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種毫米波雙面晶圓的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法，系統(tǒng)由雙面晶圓測(cè)試硬件平臺(tái)、主控計(jì)算機(jī)和測(cè)試儀表組成。雙面晶圓測(cè)試硬件平臺(tái)集成了實(shí)現(xiàn)毫米波雙面晶圓正反兩面PAD點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別定位、自動(dòng)對(duì)針連接及多個(gè)測(cè)試通道自動(dòng)切換等功能的硬件裝置；主控計(jì)算機(jī)用于安裝自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件、自動(dòng)測(cè)試管理軟件和測(cè)試板卡；自動(dòng)對(duì)針校準(zhǔn)軟件控制測(cè)試硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)毫米波雙面晶圓的自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)定位、自動(dòng)對(duì)針連接；自動(dòng)測(cè)試管理軟件控制測(cè)試硬件平臺(tái)和測(cè)試儀表自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試用例，采集測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)果判定并存儲(chǔ)和管理，統(tǒng)籌管理測(cè)試儀表。本發(fā)明突破傳統(tǒng)單面晶圓測(cè)試的局限性，設(shè)計(jì)出顛覆性的毫米波雙面晶圓自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用性。

技術(shù)研發(fā)人員：楊進(jìn),張君直,朱健
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14