晶圓測(cè)試方法的研究

李華

摘 要：本文主要研究的是針對(duì)集成電路晶圓進(jìn)行測(cè)試的各種方法及對(duì)其如何生成最后的結(jié)果圖進(jìn)行闡述性分析。其中包括一般性常規(guī)測(cè)試、抽樣測(cè)試、對(duì)測(cè)試次品的復(fù)測(cè)檢驗(yàn)三種方式。另外，對(duì)于在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的劃傷、缺陷進(jìn)行目測(cè)，將其受影響的芯片在最后的結(jié)果圖中去掉的過(guò)程。

關(guān)鍵字：晶圓；測(cè)試；抽樣；復(fù)測(cè)

1 測(cè)試概述

對(duì)于晶圓的測(cè)試是在晶圓制造廠之后，封裝之前的一個(gè)步驟，其目的是將不良品在前期及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除出去，進(jìn)而大大減少后期封裝的費(fèi)用。這樣不但節(jié)約成本，減少了不必要的浪費(fèi)，還極大地提高了生產(chǎn)效率。

晶圓測(cè)試的方法是用探針卡對(duì)晶圓上的每個(gè)芯片或者是芯片抽樣進(jìn)行電性測(cè)試，具體方法是用探針卡與芯片上的觸點(diǎn)連接，由測(cè)試機(jī)給出一系列脈沖信號(hào)，檢查芯片的反饋結(jié)果。此時(shí)，反饋正常的芯片被認(rèn)為是良品，做記號(hào)后保留，反饋不正常的芯片會(huì)根據(jù)其不同的測(cè)試結(jié)果標(biāo)為不同的記號(hào)，作為工程師分析改進(jìn)之用。將來(lái)切割封裝的時(shí)候不合格的芯片會(huì)被淘汰，不再進(jìn)入下一個(gè)制程。

2 常規(guī)測(cè)試

一般性的測(cè)試是遍歷晶圓上所有可測(cè)試的芯片，逐一進(jìn)行檢測(cè)。晶圓制造廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)該類晶圓的時(shí)候會(huì)生成一個(gè)控制圖，標(biāo)注了所有可測(cè)試芯片和不可觸碰芯片的位置和范圍。測(cè)試機(jī)就能夠以這個(gè)控制圖為基準(zhǔn)，按照探針卡的并行度及形狀，對(duì)該晶圓進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)，在文件系統(tǒng)中需要定義其測(cè)試的程序，探針卡接觸深度，類型、拋光針的頻率、進(jìn)入深度，出現(xiàn)次品是否需要復(fù)測(cè)。

這里，有兩個(gè)重要部分。其一，是對(duì)晶圓測(cè)試芯片的整體描述性文件。晶圓上所有芯片的尺寸、芯片與芯片之間街區(qū)的尺寸，決定了探針卡在步進(jìn)一次時(shí)所需要移動(dòng)的精確位移。更重要的是需要確定一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，用于將實(shí)際晶圓和測(cè)試控制電子圖完好的重合在一起，這一步需要在探針機(jī)建立文件的時(shí)候手動(dòng)確認(rèn)。這個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)如果設(shè)置錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致整體晶圓的測(cè)試結(jié)果與實(shí)際發(fā)生偏移，導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題，需要謹(jǐn)慎對(duì)待。其二，是對(duì)探針卡相關(guān)參數(shù)的精確描述。探針卡是測(cè)試機(jī)與晶圓之間連接的紐帶，必須和芯片上的觸點(diǎn)完好的結(jié)合起來(lái)，否則就會(huì)出現(xiàn)接觸不良導(dǎo)致的低良品事件或者影響功能測(cè)試的完成。一塊探針卡少則幾根針，多則幾十甚至上百根針，并行度從一到六十四不等。因此對(duì)其共面性、接觸電阻及針與針之間交互影響的控制都有著相當(dāng)高的要求。探針在測(cè)試之前需要?jiǎng)澠菩酒|點(diǎn)表層的金屬，保證其良好的接觸，又不能扎入太深，有可能影響到底層的電路，所以需要定義探針的進(jìn)入深度。探針卡在測(cè)試一段時(shí)間后，每次劃破金屬層可能粘合在針的表面，這樣可能會(huì)影響下面的測(cè)試。于是，我們需要定義另一類參數(shù)，即拋光針的參數(shù)。這里對(duì)拋光的頻率，探針深入拋光墊的深度，每次拋光是何種模式，同一個(gè)位置可以使用幾次等等進(jìn)行設(shè)置。以上，即為一般常規(guī)測(cè)試所需要定義的參數(shù)及設(shè)置方法。

在測(cè)試過(guò)程中，經(jīng)常也設(shè)置一些即時(shí)的監(jiān)督工具，可以即時(shí)的發(fā)現(xiàn)低良品，或者探針卡某個(gè)位置零良品的情況。設(shè)置后，系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)控測(cè)試結(jié)果，并即時(shí)報(bào)警。

3 抽樣測(cè)試

對(duì)一個(gè)晶圓的探針測(cè)試其主要目的是為了將次品早于封裝之前挑出，節(jié)省了不必要的封裝費(fèi)用。但是，有一些產(chǎn)品的良品率相當(dāng)高，有的達(dá)到了99%甚至更高的地步，這時(shí)候，我們可以選擇對(duì)這樣的產(chǎn)品進(jìn)行抽樣測(cè)試。之所以不能選擇跳過(guò)探針測(cè)試而直接進(jìn)入封裝步驟，是為了防止有些晶圓在生產(chǎn)的時(shí)候出現(xiàn)異常，發(fā)生低良品的事件。

抽樣測(cè)試是產(chǎn)品工程師根據(jù)一段時(shí)期的測(cè)試數(shù)據(jù)及生產(chǎn)時(shí)的一些相關(guān)信息在控制圖上選定一些芯片作為第一批測(cè)試的基準(zhǔn)值。當(dāng)測(cè)試開(kāi)始的時(shí)候，系統(tǒng)首先授意探針機(jī)順序移動(dòng)在這些被選定的芯片位置進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)所有這些基準(zhǔn)芯片測(cè)試結(jié)束后會(huì)計(jì)算出一個(gè)良品率，系統(tǒng)將這個(gè)良品率和同樣在文件系統(tǒng)中設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，如果基準(zhǔn)芯片的良品率高于閾值的話，整片晶圓結(jié)束測(cè)試，其上的所有除基準(zhǔn)位置之外的芯片的良品率默認(rèn)為100%。此外，除了抽樣測(cè)試的基準(zhǔn)芯片，我們還可以定義一些強(qiáng)制測(cè)試的芯片，當(dāng)然這是因?yàn)樵摦a(chǎn)品某些位置經(jīng)常會(huì)有低良品率的事件發(fā)生，這些強(qiáng)制測(cè)試的位置一般在一個(gè)晶圓的邊緣。這些抽樣也可以定義為隨機(jī)，或者是固定的位置。另一種情況是這些抽樣的結(jié)果低于閾值，那么系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)要求探針機(jī)從頭開(kāi)始順序測(cè)試所有未測(cè)試的芯片，最終得到一張完整的結(jié)果圖。如此可見(jiàn)，抽樣測(cè)試的時(shí)間跨度很大，不利于監(jiān)測(cè)實(shí)際測(cè)試過(guò)程中是否出現(xiàn)了問(wèn)題，但從另一方面說(shuō)，它可以大大的減少測(cè)試時(shí)間，節(jié)約測(cè)試的成本。

4 復(fù)測(cè)檢驗(yàn)

在測(cè)試過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)這樣的異常情況，在某一行開(kāi)始逐漸的良品率變低，或者是突然的沒(méi)有好品；或者同樣一個(gè)產(chǎn)品，同樣的程序，在不同的機(jī)臺(tái)測(cè)試的結(jié)果有著顯著不同。這時(shí)，我們需要對(duì)這些低良品的晶圓進(jìn)行復(fù)測(cè)檢驗(yàn)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，集中修正。這里出現(xiàn)的問(wèn)題大都是拋光效果不好，拋光參數(shù)設(shè)置不合理，拋光墊使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或者測(cè)試機(jī)需要校準(zhǔn)，探針機(jī)內(nèi)部潔凈度不夠，又或者是晶圓上存在外來(lái)物影響了針位，探針在拋光的過(guò)程中不能有效的清理干凈等等的原因。

復(fù)測(cè)檢驗(yàn)分為兩種，一種是自動(dòng)復(fù)測(cè)，發(fā)生在有設(shè)置的產(chǎn)品中。即一片晶圓測(cè)試完畢后，自動(dòng)跳回到那些設(shè)置過(guò)復(fù)測(cè)的芯片位置進(jìn)行第二次測(cè)試。這樣做的原因是一塊探針卡當(dāng)某個(gè)位置沾上外來(lái)物后，或者并行度不夠?qū)е乱恍┪恢玫土计返臅r(shí)候，我們用其他位置的探針卡重新測(cè)試該位置的芯片，進(jìn)而確定該芯片是否真的為次品還是誤測(cè)所為。第二種是一批物料測(cè)試完畢后，工程師發(fā)現(xiàn)其低良品，卻又不是已知的任何問(wèn)題，于是經(jīng)常需要換一臺(tái)測(cè)試機(jī)或者探針機(jī)、探針卡對(duì)次品進(jìn)行第二次的檢測(cè)。

復(fù)測(cè)檢驗(yàn)?zāi)苡行У谋苊庹`殺任何的好品，不是因?yàn)闇y(cè)試的問(wèn)題漏掉一個(gè)未來(lái)的成品。同時(shí)，復(fù)測(cè)檢驗(yàn)也用到驗(yàn)證一個(gè)新的機(jī)臺(tái)是否符合生產(chǎn)條件，或者當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)至另一個(gè)工廠進(jìn)行測(cè)試時(shí)，來(lái)檢驗(yàn)新的工廠是否符合正常測(cè)試的條件。是一個(gè)非常常用的工具。

5 次品標(biāo)注

當(dāng)全部測(cè)試完成后，下一道工序是將所有次品及沒(méi)有進(jìn)行測(cè)試的芯片打上墨點(diǎn)，有助于封裝前切割時(shí)正確的將好品摘出。與測(cè)試階段相同的是，也需要設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，將測(cè)試結(jié)果圖和實(shí)際的晶圓完美的重合在一起。打完墨點(diǎn)后，需要目檢并入烤箱進(jìn)行墨點(diǎn)的固定。

這里需要說(shuō)明的是，這時(shí)的結(jié)果圖已經(jīng)不僅僅是探針測(cè)試過(guò)程產(chǎn)生的，還包括所有晶圓生產(chǎn)廠基本檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)的次品圖疊加在一起的結(jié)果。所以我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，最后的良品率一般比探針測(cè)試的結(jié)果略低。

墨點(diǎn)固定所用的烤箱溫度及時(shí)間也是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)所最終確定的，時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致墨點(diǎn)開(kāi)裂，時(shí)間短會(huì)是墨點(diǎn)不足以抵抗將來(lái)切割時(shí)液體沖擊所可能洗掉的風(fēng)險(xiǎn)。因此，墨點(diǎn)需打在固定位置，大小一致，并且有一定的濃度。

還有一些產(chǎn)品不用打墨點(diǎn)。這種情況是探針測(cè)試之后會(huì)將最終的結(jié)果圖合成為一張傳至封裝部，封裝部的系統(tǒng)會(huì)根據(jù)這張結(jié)果圖決定哪些位置是需要保留的，哪些是必須予以剔除的。

6 最終檢驗(yàn)

最后一個(gè)步驟是目檢晶圓是否有劃傷異物等異常，任何的發(fā)現(xiàn)將記錄并將受到影響的芯片予以剔除，與測(cè)試發(fā)現(xiàn)的次品做同等的對(duì)待。這一步驟需要使用到顯微鏡做確認(rèn)。

7 結(jié)語(yǔ)

晶圓的測(cè)試作為一個(gè)普遍而又不可或缺的步驟所廣為芯片測(cè)試廠所用，其工藝需要極為準(zhǔn)確的定位和控制，不論對(duì)工程師還是操作員都是很大的一個(gè)挑戰(zhàn)。這個(gè)步驟是銜接晶圓生產(chǎn)廠和后段的封裝測(cè)試廠之間的一個(gè)重要組成部分，起著承上啟下的作用。此間，新技術(shù)疊出，本文只是針對(duì)其中的一些基本測(cè)試方法進(jìn)行一些研究，會(huì)繼續(xù)關(guān)注業(yè)界的新動(dòng)態(tài)并繼續(xù)探討學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

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