通過(guò)接觸測(cè)試來(lái)提高探針痕跡的一致性

摘 要：晶圓測(cè)試是通過(guò)探針卡上的探針直接與芯片上的焊墊接觸，連接測(cè)試機(jī)與芯片，再配合軟件控制，對(duì)芯片參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，篩選出不良品。探針與芯片上觸點(diǎn)接觸過(guò)淺，電信號(hào)無(wú)法正常傳導(dǎo)，會(huì)直接影響芯片的良品率；反過(guò)來(lái)，過(guò)大過(guò)深的探針痕跡又會(huì)對(duì)芯片使用的可靠性以及后段封裝中的打線(xiàn)流程造成影響。本文主要探討在晶圓電性針測(cè)過(guò)程中的接觸測(cè)試?yán)碚?，以及如何通過(guò)引進(jìn)接觸測(cè)試來(lái)提高懸臂卡探針痕跡的一致性。

關(guān)鍵字：晶圓測(cè)試；探針痕跡；接觸測(cè)試

1 引言

當(dāng)IC設(shè)計(jì)完成后，會(huì)下單給晶圓生產(chǎn)工廠(chǎng)制作。晶圓測(cè)試（wafer probe）是在晶圓制作完成后，通過(guò)探針卡上的探針直接與芯片上的焊墊接觸，連接測(cè)試機(jī)與芯片，再配合軟件控制，對(duì)芯片參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，篩選出不良品。探針卡（probe card）是被測(cè)器件（DUT）與測(cè)試機(jī)（tester）的一個(gè)重要接口，通常一塊探針卡上有幾十至幾百根的探針。晶圓測(cè)試需要高質(zhì)量的探針接觸以保證測(cè)試機(jī)與芯片完整良好的信號(hào)傳導(dǎo)。探針痕跡的好壞直接影響晶圓測(cè)試的良品率和芯片的可靠性。探針痕跡過(guò)淺，電信號(hào)無(wú)法正常傳導(dǎo)，會(huì)降低晶圓測(cè)試良品率。而過(guò)大過(guò)深的探針痕跡更會(huì)導(dǎo)致晶粒焊墊上鈍化層損壞，芯片內(nèi)部通孔中的金屬外露，這不僅會(huì)對(duì)后段封裝的打線(xiàn)（wire bond）制程造成影響，而且還會(huì)直接影響芯片本身的可靠性。本文主要探討為什么在同一顆晶粒不同焊墊上的探針痕跡會(huì)存在大小不一的差異，以及如何通過(guò)引入接觸測(cè)試來(lái)提高探針痕跡的一致性。

2 背景介紹

封裝部門(mén)反饋產(chǎn)品A在打線(xiàn)（wire bond）過(guò)程中存在焊球與焊墊之間粘接力不足的問(wèn)題。通過(guò)分析推球測(cè)試（ball shear test）結(jié)果與焊墊上探針痕跡大小差異（圖1），我們發(fā)現(xiàn)探針痕跡越大，推球測(cè)試數(shù)值越小，即焊球與焊墊之間的粘結(jié)力越不好。特別是當(dāng)探針痕跡過(guò)大，并伴隨焊墊下層通孔金屬外露發(fā)生時(shí)，推球測(cè)試結(jié)果明顯低于正常探針痕跡的測(cè)試值。與此同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，在同一顆晶粒上不同焊墊上的探針痕跡大小深度存在著明顯的差異。

3 調(diào)查分析

探針卡上安裝了近百根探針，針與針之間存在著一定的高度差（planarity window），這是探針卡在制作中固有存在的。并且隨著探針卡在實(shí)際晶圓測(cè)試過(guò)程中與焊墊接觸次數(shù)的增加，由于探針本身熱膨脹或外部細(xì)小雜質(zhì)顆粒的影響，針與針之間的高度差還會(huì)隨之增加。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，相比其它的探針，較長(zhǎng)的針在測(cè)試過(guò)程中，與焊墊接觸后，留下的探針痕跡更大更深，如圖2所示。

通常，當(dāng)一批晶圓開(kāi)始測(cè)試時(shí)，應(yīng)用軟件integrator驅(qū)動(dòng)晶圓針測(cè)機(jī)（prober）中的卡盤(pán)（chuck）上升，卡盤(pán)上的晶圓一步步地接近探針卡（圖3），與此同時(shí)，晶圓針測(cè)機(jī)會(huì)紀(jì)錄下懸臂探針卡每一行最后一根探針接觸到晶圓焊墊時(shí)的位置，自動(dòng)計(jì)算出這四根探針的平均位置作為實(shí)際測(cè)試時(shí)施加觸點(diǎn)壓力（overdrive）的零基準(zhǔn)。這種尋找零基準(zhǔn)點(diǎn)的方法存在一個(gè)最大的缺陷：抽樣比率低，不能準(zhǔn)確定位零基準(zhǔn)。如果其它的探針比這四根用于定位的探針長(zhǎng)，則會(huì)在實(shí)際測(cè)試中導(dǎo)致焊墊上探針痕跡過(guò)長(zhǎng)過(guò)深。

4 改善方案

為了獲得更精確的觸點(diǎn)壓力基準(zhǔn)點(diǎn)，我們?cè)谝慌A開(kāi)始功能測(cè)試前引進(jìn)了接觸測(cè)試。接觸測(cè)試的原理與傳統(tǒng)意義上的導(dǎo)通測(cè)試或開(kāi)路-短路測(cè)試相同（輸入電流，測(cè)試輸出電壓），同時(shí)，測(cè)試程序還可以把探針是否通過(guò)接觸測(cè)試的情況分類(lèi)（bin）顯示：

所有用于數(shù)字測(cè)試的探針（除用于接地，dc 和UW源的探針之外）都能應(yīng)用到接觸測(cè)試中。并且我們還可以設(shè)定探針與探針的平整度控制極限值（planarity window），一旦在接觸測(cè)試中探針與探針之間的平整度超過(guò)預(yù)先設(shè)定的控制值，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)終止晶圓測(cè)試，同時(shí)探針卡會(huì)被送去維修。這樣我們就能得到更精準(zhǔn)的觸點(diǎn)壓力零基準(zhǔn)點(diǎn)，從而提高測(cè)試時(shí)探針痕跡的一致性。如圖4所示，當(dāng)加入接觸測(cè)試后，同一顆晶粒不同焊墊上探針痕跡的大小差異明顯小。

5 結(jié)論

通過(guò)在晶圓功能測(cè)試正式開(kāi)始前加入接觸測(cè)試，顯著提高了探針痕跡的一致性，更好的幫助我們定位觸點(diǎn)壓力的零基準(zhǔn)，避免過(guò)長(zhǎng)過(guò)深探針痕跡對(duì)芯片質(zhì)量的影響。同時(shí)，接觸測(cè)試的加入也能避免探針在使用中的過(guò)度磨損。

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作者簡(jiǎn)介

李玉莉（1981-），女，天津市，助理工程師，本科，研究方向：半導(dǎo)體測(cè)試。