换刀装置、换刀装置控制方法及测试系统与流程

1.本发明涉及半导体制造领域，更具体地，涉及一种换刀装置、换刀装置控制方法及测试系统。


背景技术：

2.在现有的半导体产品中，通常会涉及键合工艺，而键合工艺在其整个工艺流程中也属于核心制程，键合界面的键合力则作为键合制程中的一项关键指标，其直接影响后续工艺流程能否正常进行，以及产品的良率，而现有的测试键合强度的方法为插刀片法，即通过向键合的缝隙中插入刀片来测试其键合强度。
3.现有的测试机台，当测试用刀片进行了一定次数的使用后会产生磨损，导致无法继续进行测试，刀片作为损耗件由操作人员对设备停机后进行人工更换，其不仅耗时较长，降低了测试效率，操作人员还具有一定的安全风险。
4.期望进一步改进半导体结合强度测试系统，以改善该问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种换刀装置、换刀装置控制方法及半导体结合强度测试系统，通过改进步进模块、承载台并设置换刀模块，实现了刀片的自动化更换，避免人工更换刀片的安全风险，使刀片更换更加快捷方便。
6.根据本发明的一方面，提供一种换刀装置，其特征在于，包括：承载台，用于承载并固定刀片；换刀模块，所述换刀模块可拾取所述承载台上的刀片，并对所述刀片进行更换；其中，所述刀片包括至少两个定位孔，所述承载台包括与所述定位孔相对应的至少两个定位销，所述定位销的尺寸小于所述定位孔的尺寸，至少部分所述定位销的位置可移动，通过移动所述定位销使所述定位销在所述定位孔中与所述定位孔的侧壁接触并卡紧，以完成所述刀片在所述承载台的定位及固定。
7.优选地，所述承载台还设置有吸附单元以吸附所述刀片，所述吸附单元具有电磁吸附、真空吸附中的至少一种吸附功能。
8.优选地，所述承载台的至少一侧边设置有围挡，以辅助所述刀片进行定位。
9.优选地，所述换刀模块包括拾取单元、刀片槽和废刀槽，通过所述拾取单元对刀片进行拾取和释放。
10.优选地，所述拾取单元包括可移动的机械臂和位于所述机械臂末端的用于拾取和释放所述刀片的端拾器。
11.优选地，所述换刀模块还包括控制单元，所述控制单元控制所述换刀模块对所述刀片进行更换。
12.优选地，所述刀片的形状包括圆形、半圆形、椭圆形、三角形、矩形、梯形、凸字形中的至少一种。
13.优选地，所述刀片包括至少两个刃口区域，当所述刀片的一个刃口区域无法使用，
可由所述承载台和所述换刀模块将所述刀片进行移动或旋转并重新固定，使其另一刃口区域位于工作区。
14.根据本发明的另一方面，还提供一种换刀装置的控制方法，其特征在于，该换刀装置如权利要求1-8任一项所述，所述换刀模块包括控制单元，所述承载台上设置有传感器以获取所述刀片的工作次数，所述传感器与所述控制单元电连接，该换刀装置的控制方法包括以下步骤：当所述刀片的工作次数达到预设值，所述刀片处于非工作状态时，所述控制单元控制所述承载台释放所述刀片；进行取刀操作，由所述控制单元控制所述换刀模块拾取所述承载台上的所述刀片并将其移除；更换新刀片并固定，由所述换刀模块拾取新刀片放置于所述承载台上并通过所述承载台进行固定。
15.根据本发明的再一方面，还提供一种测试系统，其特征在于，包括：夹具，用于固定待测半导体；步进模块，位于所述夹具的一侧，所述步进模块可向所述夹具方向进行前进和后退；如权利要求1-8任一项所述的换刀装置；其中，所述承载台与所述步进模块相连，所述承载台位于所述步进模块朝向所述夹具的一端，所述步进模块可带动所述承载台上的刀片移动，使所述刀片插入至所述待测半导体的待测缝隙中，所述换刀装置可对所述刀片进行自动更换。
16.优选地，所述步进模块与所述承载台之间还设置有绝缘层，以使所述步进模块与所述承载台之间电隔离。
17.优选地，所述换刀模块还包括控制单元，所述步进模块上设置有传感器以获取所述步进模块的运动次数，所述传感器与所述控制单元电连接，当所述步进模块的运动次数达到预设值后，所述控制单元控制所述换刀模块对所述刀片进行更换。
18.本发明提供的换刀装置、换刀装置控制方法及测试系统，通过改进步进模块、承载台并设置换刀模块，实现了刀片的自动化更换，避免了测试系统停机，由人工更换刀片的方式，减少了刀片更换的耗时，避免了人工更换刀片的安全风险，使刀片更换更加快捷方便。进一步地，还设置了传感器监测刀片的使用次数，在刀片磨损至影响正常测试之前进行刀片更换，避免刀片磨损影响测试结果，使测试结果更加准确。
附图说明
19.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
20.图1示出了现有的半导体结合强度测试系统的示意图；
21.图2示出了本发明第一实施例的半导体结合强度测试系统的示意图；
22.图3示出了本发明第二实施例的半导体结合强度测试系统的示意图。
具体实施方式
23.以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。
24.应当理解，在描述装置的结构时，当将一个部件、一个区域称为位于另一个部件、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一个部件、另一个区域上面，或者在其与
另一个部件、另一个区域之间还包含其它的结构。
25.如果为了描述直接位于另一个部件、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在
……
上面”或“在
……
上面并与之邻接”的表述方式。
26.本发明可以各种形式呈现，为了凸显其功能和使用场景，以下将换刀装置结合在测试系统中进行描述，当然地，下列描述仅为其中的一些示例。
27.图1示出了现有的半导体结合强度测试系统的示意图；如图1所示，现有的半导体结合强度测试系统包括步进装置20和用于固定待测晶圆10的托盘(图中未示出)，步进装置20可朝向待测晶圆10的方向进行前进和后退，实现如图中箭头所示的往复运动，使步进装置20上的刀片30可插入至待测晶圆10的待测缝隙中。步进装置20朝向晶圆10方向的前端设置有承载台21，承载台21用于承载刀片30，刀片30上对称设置有两个通孔，承载台21设置有与之对应的螺纹孔，螺栓31穿过刀片30上的通孔与螺纹孔相连，通过螺栓31将刀片30固定在承载台21，使刀片30的刃口部分凸出于承载台21，待测晶圆10中例如具有键合部分，步进装置20朝向待测晶圆10移动，刀片30可插入至待测晶圆10的待测缝隙(键合部分的缝隙)中以检测其结合强度。当刀片30磨损导致无法正常测试时，该测试系统需要停止运转，由操作人员进入并人工进行刀片30的更换，该更换过程不仅耗时较长，还具有一定的安全风险。
28.图2示出了本发明第一实施例的半导体结合强度测试系统的示意图；该实施例的半导体结合强度测试系统包括夹具400、步进模块200承载台210和换刀模块500，其中，夹具400例如用于固定待测晶圆100，步进模块200例如位于夹具400的一侧，步进模块200可沿箭头方向连带其上的承载台210和刀片300进行往复运动，使刀片300插入至待测晶圆100的待测缝隙中。刀片300在多次插入和撤离后，其刃口区域会产生磨损，进而影响后续测试的正常进行，而通过换刀模块500和承载台210可实现对磨损的刀片300的自动化更换，以保证后续测试的正常进行。
29.具体地，该夹具400例如在与步进模块200相对一侧设置有挡板或具有真空吸附等固定待测晶圆100的托盘，步进模块200朝向待测晶圆100方向的前端设置有承载台210，承载台210与步进模块200之间设置有绝缘层220，以避免承载台210带电，承载台210上设置有吸附单元212和可移动的定位销211，刀片300上设置有两个定位孔310，定位孔310的尺寸例如大于定位销211的尺寸，两定位销211例如均可横向移动，当定位销211移动至图示位置时(从中间向两侧移动)，即可完成对刀片300的定位；例如在安装刀片300时，刀片300从定位销211的上方对应位置落下，两定位销211的位置均相对于图示位置向中间略微移动，由于定位销211的尺寸小于定位孔310的尺寸，定位销211可较为容易的穿过定位孔310，刀片300落在承载台210上，两定位销211分别向左右方向移动对刀片300的位置进行纠偏矫正，当定位销211移动至如图所示位置将刀片300卡紧即完成了刀片300的定位。当然地，完成刀片300的定位也并非一定要使两定位销211相互远离，且定位孔310和定位销211的形状也不一定为圆形，其均可根据实际情况进行变换，例如采用椭圆，半圆等。刀片300定位完成后启用吸附单元212将刀片300在承载台210固定。吸附单元212例如采用如图所示的真空吸孔，采用真空吸附将刀片300固定在承载台210上，当刀片300为磁性材料时，吸附单元212也可采用电磁铁，通过磁性吸附固定刀片300，当然地，吸附单元212可同时兼具真空吸附和磁性吸附等多种吸附功能。换刀模块500包括拾取单元、刀片槽520、废刀槽530和控制单元540，其中，拾取单元包括端拾器510和机械臂(图中未示出)，拾取端510与机械臂相连并与控制单
元540电连接。换刀流程如下所述，首先步进模块200的吸附单元212释放刀片300，定位销211移动并脱离与定位孔310的接触；控制单元540控制机械臂带动端拾器510移动至刀片300处，由端拾器510拾取刀片300，机械臂抬升，端拾器510连带刀片300升高，使定位销211从定位孔310中脱出，将刀片300移动至废刀槽530上方，端拾器510释放刀片300，刀片300落入废刀槽530中，端拾器510再移动至刀片槽520处拾取新的刀片300，将新的刀片300移动至与定位销211相对的位置，释放新的刀片300，刀片300下落至承载台210，定位销211穿过刀片的定位孔310，定位销211移动直至定位销211与定位孔310的边缘接触并卡紧，完成定位，最后启动吸附单元212对刀片300进行固定即可完成刀片300的更换。进一步地，该步进模块200还包括传感器230，传感器230可记录其往复运动的次数即刀片300的插入次数，传感器230与控制单元540电连接，控制单元540中还具有预设值，当刀片300的插入次数达到预设值，步进模块200复位后，控制单元540控制换刀模块500对刀片300进行更换。
30.图3示出了本发明第二实施例的半导体结合强度测试系统的示意图，在该实施例中，将刀片700与步进模块600进行了分离，以更清楚的对两者进行描述。该第二实施例的半导体结合强度测试系统其大部分就与第一实施例相类似，如绝缘层620、吸附单元612等，在此不再赘述，从图3中可见，该步进模块600的承载台610的左侧还设置有围挡614，该围挡614可以辅助刀片700进行定位；当然地，该围挡614也可变换为在承载台610上的凹槽等类似的可辅助定位的结构。定位销611例如为两个，两个定位销611可在导轨613中横向移动，当然地，虽然图示中两定位销611位于同一导轨613中，但根据实际情况其可相互独立分别设置在两段导轨中。刀片700例如为矩形，除去其中间对称设置的两定位孔710外，还具有第一刃口区域720和第二刃口区域730，两刃口区域例如相对设置，当第一刃口区域720磨损无法使用后，可由换刀模块对刀片700进行180
°
旋转后置于承载台610固定继续使用，当两刃口区域均磨损无法使用后再对刀片700进行更换。
31.本发明提供的半导体结合强度测试系统，通过改进步进模块、承载台并设置换刀模块，实现了刀片的自动化更换，避免了测试系统停机，由人工更换刀片的方式，减少了刀片更换的耗时，避免了人工更换刀片的安全风险，使刀片更换更加快捷方便。进一步地，还设置了传感器监测刀片的使用次数，在刀片磨损至影响正常测试之前进行刀片更换，避免刀片磨损影响测试结果，使测试结果更加准确。
32.在以上的描述中，对于各结构的尺寸、材料等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以采用与其需求相适应的尺寸和材料。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
33.以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。