精选案例 | 探针痕迹深度测量

2022-05-13
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晶圆测试是芯片封装工艺中的第一道工序,通过探针接触晶圆上被测芯片焊点,以电性测试方法筛选出良品的晶片(KGD:Known Good Die),同时标记不良品。晶圆测试最大的意义在于以较低的成本将不良晶片筛选出来,从而节约封装费用。

探针在接触焊点的同时,受到机台压力的作用会扎入焊点表面,形成探针痕迹。受到针压、针尖直径、针尖平整度、测试机台精密度和加速度等因素的影响,不同编号探针对所扎入焊点的痕迹深度可能各不相同。一般而言,针痕深度的理想区间值为4-6微米。针痕过浅将导致探针与芯片接触不良,测试结果不准确,良品率低,还可能导致重复测试,造成晶片损坏和测试成本增加;针痕过深可能扎穿焊点,影响后续封装打线或者晶片直接报废。
探针痕迹主要分为两种,悬臂型探针卡产生的长椭圆型针痕,以及垂直型探针卡产生的圆形针痕。探针痕迹面积小,深度浅,且表面光滑反光,需采用高精度的光学测量方案。
影响针痕的测试机台参数

  • 机台精密度

    在现代半导体行业的探针测试机台中,根据光学和机械原理不同,厂家不同,不同型号的测试机台对探针测试的影响也不尽相同。以Z轴移动精准度举例,有1um和5um为最小移动标准的差别,我们当然知道精度为1um的机台比5um的更为精准,对探痕深度的控制更有把握。

  • 机台加速度

    尽管测试机台种类很多,但他们的共同之处就是都有加速度设置,这里的加速度包括机台Z轴上升和下降中的加速度和减速度,速度快慢不仅影响测试时间,也是针痕深度的至关重要因素。

  • 探针接触芯片焊点的次数:多次复测,Multi-site并行测试探针卡的准确性

    晶圆测试流程是复杂而精密的,它是晶圆制造的最后一道工序,晶圆制造测试完毕后,奖杯切割成一颗一颗独立芯片进行封装,最后交付客户前的最终测试。因此晶圆测试流程不单单只有一次,这就意味着探针接触焊点的次数不唯一,那么这时我们就需要知道芯片能够承受多少次的接触才不会扎穿。

    并行测试值同一时间内完成同一晶圆上的多个芯片测试,能够提高单位时间内的测试效率并降低成本。并行测试的优点显而易见但他带来的负面影响也随之而来,这就是增加了探针重复接触焊点的次数,对于形状为圆形的晶圆来说,晶圆边缘是不完整的芯片或是硬度较大的硅材质,此时,探针接触与不接触这些边缘芯片的移动规则不同。

  • 环境温度

    半导体测试常有低温、室温、高温等不同环境的测试,以确保芯片在不同环境下可以正常运行并确保芯片的稳定性。温度的变化,必然使探针长度发生物理变化,温度升高,针长变长,温度达到设定温度后,针长保持不变,从而保持正常测试。如不能保持稳定的环境温度,会迫使探针在测试过程中发生突然的变形,导致探针痕迹异常,造成测试结果不准确,甚至芯片报废。

  • 芯片焊点的厚度

    晶圆的制造需要一系列高精密高洁净机械化的复杂工艺,度量单位往往以纳米级计量,苏一哲消费者需求的提高,制造商们不断的改变工艺追求创新,晶圆的厚度越来越薄,对于芯片焊点的厚度有了新的改变,这也必然对探针测试有了更大的挑战。

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一、测量需求

1.探针痕迹三维表面形貌
2.探针痕迹深度

二、测量步骤

1.固定晶圆样品至FocalStation测量台,并进行机械原点归位;
2.在FS软件中设置扫描参数,开始扫描并等待任务完成;3.数据预处理,包含校平、光学降噪等;
4.分析与报告;

三、三维表面形貌

将晶圆焊点测量数据导入至分析软件,采用3D视图可以查看探针痕迹的完整三维表面形貌。
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四、针痕深度
采用图形分析工具可以对针痕的凹形区域进行整体的分析,计算出针痕的深度为4.07微米。
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