晶圆测试探针台构造 晶圆探针测试工艺与晶圆测试不良分析方法

1 晶圆测试环境

晶圆测试属于Fab完成的后道工序，但是也要在无尘室环境中进行，同时也需要有着严格的静电控制。通常情况下的晶圆测试的无尘室环境级别为Class 1000，也有机台要求用在Class 10000。但是对于一些Sensor芯片可能要求到Class 100。操作人员必须全身穿戴防静电无尘服防静电手套，生产和存放区域安装离子风扇以去除静电。

无尘室环境温度为22度±2度。温度: 55%±5%，无尘环境控制了颗粒物与细菌的生长。

2 晶圆测试工艺流程

晶圆测试的基本流程可以分为物料接收，接收检验，测试，打墨点Ink，最终检验以及出货检验等步骤。如下图所示。有些特殊芯片可在第一次测试后进行雷射修补（聚焦离子束技术FIB），然后进行第二次测试。如下图的工艺流程

图1 晶圆测试工艺流程

1）物料接收

晶圆从Fab出来后，到晶圆测试需要拿到晶圆WAT测试数据，并将晶圆批号，产品型号，数量等确认检查记录入物料系统。同时整个晶舟盒子放入氮气柜中进行存储。

2）晶圆外观检验

晶圆在进行测试前需要对晶圆的外观在金相显微镜下做外观检验，检验晶圆是否存在缺角，刮伤，污染，焊垫是否存在变色，针痕，槽位和晶圆编号等是否相符。对于大厂晶圆产线一般采用自动扫描机台进行全捡，扫描机运用图像识别算法与不良模板进行对比判断，标记晶圆不良位置，然后再人工确认。根据晶圆检验标准和操作指引进行判断。如果发现异常，按照操作指引标记。检验pass，将合格晶圆录入系统进行下一步操作。

3）晶圆探针测试

全自动探针测试台自动上下片，操作员只需要将晶圆片子放到预对准台做好预对准，再将片子送达承片台上等待主机部分处理。同时它也将主机测试完成的片子送回到料盒中去。测试流程如下

图2 晶圆测试工作流程

4）打墨点

晶圆测试完成后，每个晶粒的好坏或者分类，结果通常保存为晶圆map图，给后道封装取芯的时候使用。也有在后道取芯的时候不适用map图，而是给不良芯片直接打上墨点，打墨点的晶圆需要经过烘烤将墨点胶水干燥固定在晶粒表面。后续贴装取芯时也是根据图像识别进行分拣取芯。

1）打墨点

测试打完墨点的晶圆进行最终的一次检验，检查先检查晶圆批号，Lot号，客户批号等信息确认。然后进行外观检验，检查在前面晶圆测试过程中是否造成晶圆的不良。和前面晶圆外观检验的标准基本一致，但是更关注于晶圆探针对晶圆pad的影响。针痕等。

3晶圆测试不良

产品测试的目的是尽可能的找出产品的设计错误，同时利用测试结果来监控前面制成的工艺稳定性和即时反馈给设计与工艺。但是要发现产品本身的问题的前提是测试本身的稳定性与可靠性。所以测试机台本身就需要保证可靠度，可重复性，可再现性。对于测试机台的评价可以通过机台的重复性互换性测试来实现（GRR）。

重复性是同一个操作员对同一批测试样品进行反复测试，其测试结果重复一致。互换性是指不同操作人员对一批产品产品进行测试，其测试结果的一致性。产品测试的产生的问题主要有两种

1）好的产品测试结果为fail，称为误宰（Overkill）

2）不良产品测试pass称为遗漏（Undekill）。

在量产产品中遗漏的概率很小，而因为机台或者操作等原因造成误宰占主要的问题。而误宰造成产品本身的浪费，测试良率降低，或者重复测试造成测试效率降低。同时多次的重复测试对芯片pad上造成多次的针痕，针痕的占比过大会造成后续封装打线的可靠性降低。而误宰只是产品测试中的一种表现现象，对于产生误宰还需要细化分析进一步的原因。

3.1分析问题的方法

工业制造产品具有各种品质特性，但是由于在生产过程中各种输入因素，比如材料，人员，设备，环境，方法等的影响，产品的品质会出现各种不同的品质特性。

为了解决品质问题，将品质特性（结果）与原因之关系明确化，而在品质管制上 造成的因素称为要因。所以利用图表将品质特性的要素表现出来即称为特性要因图。因形状像一只没有肉，只剩骨头的鱼，所以又称为鱼骨图。如下图

图3 Cause and Effect Fishbone Diagram

（1） 人的分析：

凡是操作人员起主导作用的工序所生产的缺陷，一般可以由操作人员控制造成操作误差的主要原因有：

①质量意识差；

②操作时粗心大意；

③不遵守操作规程；

④操作技能低、技术不熟练；

⑤由于工作简单重复而产生厌烦情绪等。

如何提高生产效率，就首先从现有的人员中去发掘，尽可能的发挥他们的特点，激发员工的工作热情，提高其工作的积极性。人力资源课程就是专门研究如何提高员工在单位时间内工效、如何激发员工工作热情的一门科学。简单地说，人员管理是生产管理中最为复杂、最难理解和运用的一种形式。

•可采取的控制措施：

①加强“质量第一、用户第一、下道工序是用户”的质量意识教育，建立健全质量责任制；

②编写明确详细的操作流程，加强工序专业培训，颁发操作合格证；

③加强检验工作，适当增加检验的频次；

④通过工种间的人员调整、工作经验丰富化等方法，消除操作人员的厌烦情绪；

⑤广泛开展QCC品管圈活动，促进自我提高和自我改进能力。

（2）机器的分析：

指生产中所使用的设备、工具等辅助生产用具。好的设备能提高生产效率，提高产品质量。生产中，设备的是否正常运作，工具的好坏都是影响生产进度、产品质量的又一要素。一个企业在发展，除了人的素质有所提高，企业外部形象在提升；可以从以下几个方面分析

①选型对吗？

②保养问题吗？

③给机器的配套对应吗？

④作机器的人对吗？机器的操作方法对吗？机器放的环境适应吗？

主要控制措施有：

①加强设备维护和保养，定期检测机器设备的关键精度和性能项目，并建立设备关键部位日点检制度，对工序质量控制点的设备进行重点控制；

②采用首件检验，核实定位或定量装置的调整量；

③尽可能配置定位数据的自动显示和自动记录装置，以减少对工人调整工作可靠性的依赖。

（3）方法的分析：

指生产过程中所需遵循的规章制度。它包括：工艺指导书，标准流程指引，生产图纸，生产计划表，产品作业标准，检验标准，各种操作规程等。他们在这里的作用是规范产品的生产流程和及时准确的反映产品质量的要求。严格按照规程作业，是保证产品质量和生产进度的一个条件。

①是按正确的方法做的吗

②看的明白吗

③写的明白吗

④方法适合吗

⑤有明确的法规吗

⑥方法是给对应的人吗？方法在这个环境下行吗？

工艺方法的防误和控制措施：

①保证定位装置的准确性，严格首件检验，并保证定位中心准确，防止加工特性值数据分布中心偏离规格中心；

②加强技术业务培训，使操作人员熟悉定位装置的安装和调整方法，尽可能配置显示定位数据的装置；

③加强定型刀具或刃具的刃磨和管理，实行强制更换制度；

④积极推行控制图管理，以便及时采取措施调整；

⑤严肃工艺纪律，对贯彻执行操作规程进行检查和监督。

⑥加强工具工装和计量器具管理，切实做好工装模具的周期检查和计量器具的周期校准工作。

（4）环境的分析

一般指生产现场的温度、湿度、噪音干扰、振动、照明、室内净化和现场污染程度等。在确保产品对环境条件的特殊要求外，还要做好现场的整理、整顿和清扫工作，大力搞好文明生产，为持久地生产优质产品创造条件。

①在时间轴上环境变了吗

②6光线、温度、湿度、海拔、污染度考虑了吗

③环境是安全的吗

④环境是人为的吗？小环境与大环境能并容吗？

（5）材料的分析

指物料，半成品、配件、原料等。产品用料在生产管理的工作里面，必须密切注意前工序送来的半成品，仓库的配件，自己工序的生产半成品或成品的进度情况。一个好的管理者，是一个能纵观全局的人；能够为大家着想的人。

①是真货吗

②型号对吗

③有保质期吗

④入厂检验了

⑤用的符合规范吗

⑥料适应环境吗，料与机器配合的了吗，料和其它料会不互相影响？

（7）测的分析

主要指测量工具、测量方法、以及经过培训和授权的测量人。使用指定的并经过定期检验的测量工具，统一规范的测量方法，保证同一测量点、同一测量工具、不同测量人所测出的数据误差最小化。生产过程要对测量的数据进行记录。

①是否指定了责任人

②采用规定的测量工具

③在指定的测量点

④运用正确的测量方法

⑤按照一定的频次进行了测量

⑥并有记录

主要控制措施包括：

①确定测量任务及所要求的准确度，选择使用的、具有所需准确度和精密度能力的测试设备。

②定期对所有测量和试验设备进行确认、校准和调整。

③规定必要的校准规程。其内容包括设备类型、编号、地点、校验周期、校验方法、验收方法、验收标准，以及发生问题时应采取的措施。

④保存校准记录。

⑤发现测量和试验设备未处于校准状态时，立即评定以前的测量和试验结果的有效性，并记入有关文件。

3.2不良现象

在晶圆测试工艺过程中，本身对晶圆带来一部分的不良。所以将晶圆的不良可以分为

1）芯片自身不良，包括IC设计不良和芯片制程工艺不良。

2）测试引入不良，包括误测和对晶圆的损坏。

芯片自身不良，在晶圆测试工艺可以从测试得到测试数据进行分析，找到设计或者工艺原因，进行设计与工艺改进。针对测试工艺本身的不良可进行利用上面的分析方法进行人机料法环鱼骨图的分析。如下图对于测试不良问题进行分析

图4 误测试不良分析鱼骨图

操作员问题：

在晶圆测试时，操作员操作参数设置未按照要求进行操作，或者操作不熟练，操作失误导致探针扎针不正确使得测试误测试。

必须在测试过程或者测试工艺工装夹具设计防呆措施避免疏忽遗漏。并定期培训员工技能，准备简单易懂的培训文档。考核合格才能上岗。并及时地了解员工的心态避免心态不好导致操作不认真。

图3 测试pad露铜

探针机台问题：

探针台的针压设计，针压变化，卡盘的平整度，探针台轴的保养都会对影响测试探针的压力精确度，位置精确度，从而影响测试准确度。要对机台进行定期保养维护，做好维护保养计划，并对经常发生的故障进行统计分析，提前进行预警性维护。

探针卡问题：

探针卡是晶圆测试的重要材料，对测试结果起到重要的作用，探针卡在测试过程中使用次数较多，探针卡的探针会出现损耗，显现出探针针尖过短导致不平整，探针针尖变粗等异常。尤其在测试次数在探针的使用寿命后，再使用出现测试误差的概率大大增加。建立探针卡维护保养计划，建立探针卡管理制度统计使用表，在测试前测试中和测试后对探针卡进行状态确认，保证探针卡的状态正确。对异常探针卡做好标识避免被误用。

测试方法：

在晶圆测试过程中，测试程序的设计与使用对测试探针的下压一致性。测试软件读取的数据的处理是否得当。测试标准是否是在芯片参数的Margin都会影响到对测试结果的判断。

环境问题：

测试环境的温湿度，测试的高低温条件变化都会对测试探针，测试板卡测试参数发生影响。测试环境振动可能对整个测试都发生较大的影响。所以对测试条件的研究非常重要。对测试厂房环境温湿度做好控制与监控发现超标及时采取措施。

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