[發明專利]一種半導體晶圓溫度標定系統

有效

• 申請號: 202011024236.0
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112345119B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 焦貴忠;孫麗麗;田波;卜令旗
• 申請（專利權）人: 華東光電集成器件研究所
• 主分類號: G01K13/00
• 分類號: G01K13/00;H01L21/66
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標事務所(普通合伙) 34113
• 代理人: 楊晉弘

本發明公開一種半導體晶圓溫度標定系統，包括高低溫探針平臺，以及相互電連接的溫度采集器與上位機，標定系統還包括矩陣開關與五只半導體溫度傳感器，五只半導體溫度傳感器分別焊接在晶圓表面的五個不同區域；晶圓置于高低溫探針平臺內，五只半導體溫度傳感器通過矩陣開關與溫度采集器相連；高低溫探針臺對晶圓由低到高、間隔設置施加一組傳導溫度；在每個傳導溫度點，五只半導體溫度傳感器分別將晶圓自身的五個區域溫度通過矩陣開關、溫度采集器依次傳遞至上位機；上位機繪制晶圓各區域高低溫探針臺的設置傳導溫度與晶圓自身溫度的對應關系圖；得到晶圓的溫度標定數據。

技術領域

本發明涉及半導體晶圓測試技術領域，具體是一種半導體晶圓溫度標定系統。

背景技術

半導體晶圓在前道工藝線制造完成后，就會進入后道工藝線進行封裝測試和篩選工序。其中測試環節又分為晶圓測試（封裝前）和成品測試（封裝后）。對于常規的半導體晶圓只進行晶圓常溫的電性能參數測試，而對于有溫度系數要求或對溫度敏感的電路，需要進行晶圓級的高低溫參數測試與篩選，剔除高低溫環境下的不良品，篩選出合格品下傳至封裝工序，保障后道工序的良率，降低后續工序人、機、料的無故損耗。如CCD（EMCCD），紅外芯片、具有超低溫漂的高精度運算放大器等溫度敏感電路，都要進行晶圓級的高低溫參數測試與篩選。

高低溫探針臺與測試設備，通過探針卡與線纜接口連接組成了晶圓電路高低溫測試需要的半密閉腔倉環境。高溫環境，高低溫探針臺通過對承片臺進行加熱，熱傳導至晶圓電路，使晶圓電路處于設定的溫度環境下；低溫環境，高低溫探針臺通過壓縮制冷機，對承片臺制冷，同樣也是熱傳導至晶圓電路，同時，在探針臺半密閉腔倉內，環流氮氣，保障晶圓硅片的溫度不至于下降過快、過多，同時也極大的消除水汽的凝結，避免出現影響晶圓硅片的測試效果的現象出現。測試時，工程師都默認高低溫探針臺的設置溫度既是晶圓硅片的自身溫度，對于晶圓硅片是否能達到設置溫度，及晶圓硅片溫度分布是否一致，都幾乎無任何測量校驗。而行業內大量的高低溫計量或測試裝置，都是測試環境溫度的，對于測試傳導方式的表面溫度，沒有效計量或測試方法。

因探針臺與晶圓硅片之間是熱傳導式的制冷或制熱，高低溫半密閉腔倉內環境溫度肯定不是設置溫度，但溫度分布不確定；同時，探針卡與線纜接口通過探針臺的線纜預留口引出，線纜預留口是橡膠墊式的軟連接，直接壓在連接腔內外的線纜，進而形成了半密閉腔倉，易產生溫度對流，降低腔倉內環境溫度。基于以上，默認高低溫探針臺的設置溫度是晶圓硅片的自身溫度，會產生溫度偏差，造成測試的不準確。

晶圓放置在半密閉腔倉的環境中，如何測量晶圓硅片的溫度，是個比較難解決的課題。目前，行業里測量溫度主要是接觸式和非接觸式的。接觸式如利用熱電偶原理的溫度測量儀表，大多數用在測量環境溫度，而基于高低溫探針臺的半密閉腔倉，熱傳導式的制冷或制熱，內部環境溫度并不是標的物本身的溫度，所以無法選擇此方法測量晶圓硅片的溫度。非接觸式如利用紅外技術的紅外熱像儀，紅外熱像儀是利用熱輻射，將超過人眼觀測的紅外波段信息轉換成可見的圖像信息。凡是高于一切絕對零度（-273.15℃）以上的物體都有輻射紅外線的基本原理，利用目標和背景輻射紅外線的差異來發現和識別目標物的探測器。在物理特性上僅能穿透，肉眼不可見，云霧、塵埃或密度較小的薄物，而基于高低溫探針臺的半密閉腔倉，腔倉由金屬材料制成，無法利用紅外熱像儀測量內部標的物的自身溫度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種半導體晶圓溫度標定系統，該標定系統能夠測量半導體晶圓硅片表面的溫度及溫度分布情況，有效標定高低溫探針臺設置溫度與晶圓硅片自身溫度的對應曲線關系，同時有效測量出晶圓硅片的溫度分布情況。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種半導體晶圓溫度標定系統，包括高低溫探針平臺，以及相互電連接的溫度采集器與上位機；所述標定系統還包括矩陣開關與五只半導體溫度傳感器，五只半導體溫度傳感器分別焊接在晶圓表面的五個不同區域；晶圓置于高低溫探針平臺內，五只半導體溫度傳感器通過矩陣開關與溫度采集器相連；