淺談高溫晶圓探針測(cè)試

摘 要：隨著半導(dǎo)體測(cè)試的不斷發(fā)展，基于成本和質(zhì)量控制及工藝優(yōu)化的考慮，在晶圓探針測(cè)試階段引入高溫測(cè)試已成為必要課題。較之常溫下的晶圓測(cè)試，引入溫度變數(shù)的高溫晶圓探針測(cè)試，更易出現(xiàn)因接觸不良導(dǎo)致的良率不佳或探針痕跡過(guò)深導(dǎo)致的產(chǎn)品穩(wěn)定性差。本文通過(guò)對(duì)高溫情況下晶圓探針測(cè)試的常見(jiàn)問(wèn)題、晶圓探針卡針位及探針痕跡的變化規(guī)律的的分析，提出相應(yīng)的改善措施。

關(guān)鍵字：高溫，探針預(yù)熱，接觸不良，晶圓探針測(cè)試，溫度影響

1 探針卡的結(jié)構(gòu)及環(huán)境溫度影響

以懸臂式探針卡為例，其示意圖如圖1所示。在高溫晶圓探針測(cè)試中，探針測(cè)試臺(tái)中的chuck提供晶圓（wafer）測(cè)試時(shí)的溫度，探針測(cè)試卡中的PCB等易受環(huán)境溫度影響的配件所發(fā)生的形變，在高溫環(huán)境下將直接表現(xiàn)為測(cè)試時(shí)針位的變化，如圖2所示，而針位的變化將會(huì)直接影響測(cè)試過(guò)程中的探針與晶圓的焊墊接觸良好與否，從而對(duì)良率及產(chǎn)品的性能產(chǎn)生影響。

2 常見(jiàn)問(wèn)題分析

我們以130℃高溫下晶圓測(cè)試的產(chǎn)品為例，在大規(guī)模批量生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中，經(jīng)常遭遇的有如下問(wèn)題：

探針痕跡忽大忽小，深度不一，探針與焊墊的接觸不穩(wěn)定。

高溫環(huán)境下，開(kāi)始測(cè)試后探針痕跡越來(lái)越大，深度越來(lái)越深，導(dǎo)致測(cè)試后的晶圓焊墊的破壞或產(chǎn)品的穩(wěn)定性差，從而影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。

測(cè)試過(guò)程中，晶圓換片測(cè)試、機(jī)臺(tái)暫停、自動(dòng)清潔針卡后出現(xiàn)針痕變淺或直接無(wú)針痕而導(dǎo)致良率低或無(wú)良率。

以上問(wèn)題均因在連續(xù)測(cè)試過(guò)程中PCB等配件因受溫度影響而發(fā)生形變，繼而導(dǎo)致針位與初始機(jī)臺(tái)定位時(shí)的設(shè)定位置不同而出現(xiàn)偏差。當(dāng)針痕越來(lái)越深時(shí)，說(shuō)明針位較之初始設(shè)定位置向下出現(xiàn)了越來(lái)越大的偏差，PCB在高溫環(huán)境下隨著時(shí)間的增加持續(xù)在發(fā)生形變；而當(dāng)機(jī)臺(tái)較長(zhǎng)時(shí)間暫停，PCB外圍環(huán)境溫度降低時(shí)，PCB發(fā)生反向形變，從而出現(xiàn)了針痕過(guò)淺或無(wú)針痕的接觸不良現(xiàn)象；探針痕跡的深度不一，忽大忽小，說(shuō)明PCB隨著外圍環(huán)境溫度的變化在發(fā)生不同程度的形變。

綜上，高溫測(cè)試環(huán)境下，常規(guī)探針測(cè)試卡的PCB等配件受溫度影響發(fā)生不同程度的形變導(dǎo)致針痕不佳接觸不良是不可避免的，而解決問(wèn)題的關(guān)鍵是找出PCB等配件發(fā)生形變的規(guī)律，從而找到相應(yīng)的解決方案。

3 改善措施

為找出形變發(fā)生的規(guī)律，將探針測(cè)試卡置于130℃高溫測(cè)試環(huán)境下進(jìn)行預(yù)熱，每十分鐘記錄一次針位和針痕深度的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析我們總結(jié)出預(yù)熱時(shí)間和針位、針痕深度之間有如圖3、圖4所示規(guī)律如下：

針位和針痕深度隨著預(yù)熱時(shí)間的增加發(fā)生變化，前40分鐘內(nèi)發(fā)生突變；40分鐘～60分鐘之間，變化趨于平穩(wěn)；60分鐘以上后，變化趨于飽和，幾乎可以忽略不計(jì)。

以上結(jié)果表明，探針測(cè)試卡PCB等配件發(fā)生的形變而導(dǎo)致的針位和探針痕跡的變化跟預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)短有直接關(guān)系，通過(guò)足夠時(shí)長(zhǎng)的預(yù)熱可以使其達(dá)到飽和形變，將此時(shí)對(duì)應(yīng)的針位定位為測(cè)試開(kāi)始的初始位置，即可改善高溫測(cè)試中探針痕跡不佳、接觸不良的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)探針測(cè)試卡PCB等配件發(fā)生形變的觀察，找出導(dǎo)致高溫探針晶圓測(cè)試良率不佳的根本原因，依據(jù)預(yù)熱時(shí)間與針位、針痕深度之間關(guān)系的數(shù)據(jù)的分析，提出了相應(yīng)的解決方案，對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)流程、減少測(cè)試成本起到了積極的作用，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中也是行之有效的。

參考文獻(xiàn)

[1]Cheng-Lung Wang， Shan-Ming Lan. An Investigation in Temperature Effects with an Improvement Approach of Wafer Probing Test. Journal of Advanced Engineering Vol. 7， No. 3， pp. 109-114/ July 2012

[2]Mark Burns and Gordon W. Roberts. An Introduction to Mixed-Signal IC Test and Measurement， Oxford University Press， Inc. 2001

作者簡(jiǎn)介

胡玉（1982～），女，天津市，助理工程師，本科，研究方向：半導(dǎo)體測(cè)試。