戴西娜
飞思卡尔半导体（中国）有限公司 天津 300385
摘要：不同类型的测试机台，探针卡与探针台装配方式有所区别。在生产过程中发现测试头与探针台的固定方式对探针痕迹的稳定性有着显著的影响。为了提高生产过程中探针痕迹的稳定性，本文通过测试头与探针台固定方式对探针痕迹的影响进行分析，对测试头与探针台的固定方式进行改进，提高生产过程中探针痕迹的稳定性，最终实现减少物料报废以及提高产品质量的目的。
关键词：探针痕迹；固定方式；探针卡；探针台；测试头
一、引言
晶圆测试作为芯片制造过程中的一步测试环节，发生在芯片切割封装之前。这一生产环节的目的在于可以在封装工序之前将次品筛除，以节约可能发生的封装工序原材料成本、生产成本以及最终测试工序的测试成本。
晶圆测试中，造成物料报废的一个主要原因就是探针痕迹超出制程规格，所以保证探针痕迹的稳定是减少物料报废的至关重要的因素。本文简要介绍测试头与探针台的固定方式对于探针痕迹稳定性的影响以及改善措施。
二、探针卡装配方式对探针痕迹的影响
在晶圆测试时，探针卡位置需固定，晶圆承载在探针台的卡盘上并由真空吸力固定。探针台通过对卡盘进行X,Y,Z的移动，从而使探针与晶粒表面接点(PAD)良好接触以建立起测试机到芯片的电流通路，如图一。
.png)
图一
对于晶圆测试，绝大多数的工业标准都是探针痕迹要尽可能的面积小，深度浅，不要超过或碰触接点边缘，如图二。面积小和浅是为了晶粒装配工艺的焊线牢固性以及不能破坏接点下面的金属电路，而探针痕迹不要碰触或超过接点边缘是为了确保探针硬力不对晶粒造成损伤，从而形成次品或对产品可靠性造成潜在的负面影响。
图二
.png)
由于测试机台类型的区别，测试头与探针卡的连接方式分为两大类。一类是探针卡直接固定在测试头上，而另一类则是探针卡直接安装在探针台上。如果想确保探针痕迹的稳定和符合工艺标准，我们首先想到的就是探针台X.Y,Y的移动要精准，而这个取决于探针台的精度和设备状态。另一点则是探针卡的探针与晶圆相对位置在测试过程中的位移尽量减小。
我们通过对以往质量事故数据进行分析发现探针卡安装在测试头上机台出现探针痕迹异常的质量事故要多于探针卡安装在探针台的测试机台。而且探针痕迹往往是突然出现较大位移变化。（如图三）
.png)
图三
晶圆在测试前，探针台要对探针卡的探针和晶圆接触点首先要进行较准，探针台较准后才可以使探针接触到晶圆接触点的中心位置，以及保证准确的探针痕迹深度。两种探针卡的装配方式对于晶圆的定位和较准是一样的，而探针的较准方式也是相同，所以推测对于探针卡直接固定在测试头上的痕迹稳定性较差的原因主要来自于探针卡在测试过程中探针位置与晶圆相对位置的位移变化较大。对于探针卡直接装在探针台上，即使有外来干扰因素，探针卡和晶圆在探针台上的相对位移变化并不大，所以探针痕迹稳定性更好。
三、如何改进探针卡装配方式不同对探针痕迹的影响
为了改进探针卡直接固定在测试头上的痕迹稳定性所以我们要尽量减少探针卡和晶圆在测试过程中的相对位移变化。经实验发现，探针卡直接安装在探针台的机型，测试头与探针台的固定点只有中间一个卡位，当有外力干扰因素时，测试头很容易出现位置的变化，这样就会导致探针卡与晶圆相对位置的变化增大（如图四）。
.png)
图四
所以为了减少外力干扰对于测试头的影响，我们要尽可能地减少测试头的相对移动。通过实验发现当两端增加各一个钳位固定装置时，位移变化将大幅度减少（如图五）。
图五
.png)
基于改造后的试验结果，将此改造方法逐步应用到所有此类型的装配机台，通过实际生产数据的监测，可以确认此方法行之有效，很大程度改善了探针痕迹从而减少产品报废。（如图六）
图六
参考文献
[1]Kilby J S. Invention of the Integrated Circuit[J]. IEEE Transactions on electron devices, 1976, 23(7): 648-654.
[2]Pelta E. Two-axis Sawyer Motor for Motion Systems[J]. Control Systems Magazine, IEEE, 1987, 7(5): 20-24.
[3]Yong Y K, Aphale S S, Moheimani S O R. Design, Identification, and Control of a Flexure-based XY Stage for Fast Nanoscale Positioning[J]. IEEE Transactions on Nanotechnology, 2009, 8(1): 46.
作者简介:戴西娜（1982~），女，天津市，中级工程师，本科，研究方向：半导体测试。