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管理晶圆重新测试

处理多个晶圆达阵列需要数据分析和机械工程技巧。

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每个晶片测试触控需要平衡在良好的电接触和防止晶片和探针卡之间的平衡。做错了,它可以破坏晶圆和定制的探针卡,导致产量差,以及该领域的故障。

实现这一平衡需要良好的晶圆探测工艺流程,以及对产生的工艺参数的监控,其中大部分是外界看不到的。晶片测试的机械精巧和冶金复杂性大多隐藏在设计中,测试设计(DFT),甚至产品工程师均创建产品的测试策略和测试内容。但这并没有任何批评。如果没有精心设计和控制的晶片触阵过程,则无法正确应用测试。如果触摸下降太轻,则测试数据将不完整。如果它太难,它会损坏微小电路。

“晶片探针的最小理解冲击是晶片探头尖端对垫/凹凸和上游包装过程下方有源电路的物理影响之间的相互作用,”George Harris副总裁全球测试服务剧本技术

获得错误可能导致Fab和现场的故障。“国际试验解决方案技术开发高级副总裁Jerry Broz解释说:”所有这些潜在的长期可靠性问题都与过度探索有关。““它可以在装配过程中裂解垫并影响粘合性。过度的探针标记深度和打孔通过可能损坏垫子下的电路,导致婴儿失效或行走受伤的装置。“

由于产品要求,IC器件可以在几个温度下接收多个晶片测试。它也可以重新测试以回收产量。这通常由于晶圆测试单元设置或探针卡的意外问题而发生,这需要测试楼层操作员/技术人员来调查。

“重新测试是有效的,有利的是,如果它与测试设置问题有关,但如果设备实际上没有,则Greg Prewitt(exensio解决方案)总监Greg PrewittPDF解决方案。“产量问题可以指向坏探针卡,测试计划设置问题或设备稳定性问题,”

通过监控各种设备试验和设备数据,试验工厂可以主动管理晶圆试验进程以迅速识别产量问题并快速确定它是否是产品或晶圆测试单元问题。由此类数据提出的决定为制造执行系统(MES)提供了输入。使用Exection Management Systems,无晶圆厂公司还监控晶圆测试数据,以便从测试操作设置问题中更准确地辨别Fab问题。

测试涉及电力连接。机械致动创建了物理触点,使得能够将电力和信号发送到设备的电力连接。这是垫子或凹凸的镜子会经历一些变形,例如擦洗标记。最小化这种变形,通知X,Y,Z探测器控制的工程规格,大约数十微米。

变形也发生在探头提示中,使它们少于每次触地的理想。为了最大限度地减少这种众所周知的影响,会发生探针卡的探针提示的周期性清洁。探测器设备使用自动清洁过程,该过程需要在y次达下达下达到探头提示,其中y可以从20到100次触达。

探头设备,清洁处理和制造监控数据所有支持最小化测试单元问题。探针卡是测试信号符合被测设备(DUT)的位置。探头卡制造商支持多种工程要求,包括电气测试,运营效率和晶圆探测过程的机械现实。

晶圆探针基础知识
当工程师生成ATPG模式时,建筑师为复杂SOC的BIST方案,或者开发模数转换器测试内容,它们在DUT之间具有电线的图像。但不太明显的是,制造这种金属丝需要大量的机械和冶金工程。

在制造测试楼层,技术人员和操作员将晶片批次(通常是25个晶圆)或包装的单位批次插入测试单元。这些测试单元由ATE,探测器/处理器,探针卡/载体和相关产品测试程序组成。测试单元支持每项DUT上的测试程序的重复运行。为了为DUT提供信号和电源,需要在DUTS焊盘/引脚和接口硬件之间进行金属到金属触点。对于晶圆测试(排序或探测),该接口硬件称为探头卡,探测器设备管理将探头尖端触摸到管芯/凹凸上的物理过程。

首先考虑制造良好接触的机械处理方面。

“从一个位置误差堆叠,这是一个令人难以置信的难题,”它的'Broz说。“这些垫40乘50微米平方或更小。想想一个触摸DRAM全晶圆探头卡,其中120,000探测器触地触地达到120,000张垫,同时在旅行中同时。这可以在探测器中需要300毫米的25微米平面窗口,该探针是产生约450kg的力(即,每探针尖端1至2克力)。“

现在,考虑冶金要求。根据随后的包装技术,探头卡的探针尖端接触垫或C4凹凸或微凸块。对于大多数线粘合件,垫是由铝或铜制成的。在倒装芯片封装中,C4凸起范围在冶金组合物中。虽然Fabs和Test楼层有清洁/半洁净室,但在这些设施中的人们需要氧气和氧气与任何金属混合产生氧化物。这种氧化物损害了每次触地阵列的电气测试所需的金属间接触。

要想突破氧化层,探针卡不仅需要触碰到衬垫/凸点——通常要达到50微米。这种过度移动会导致垫/凸起处出现磨痕。一些产品部门需要在晶圆分类的多个温度测试。为了限制垫区损伤,工程师的目标是触摸相同的擦洗位置。磨痕的面积越小,就越不可能影响模到包的附着过程。

图1:晶圆探针产生金属间接触的步骤。来源:半导体工程德赢娱乐网站【官方平台】/Anne Meixner

通过探头卡提示实现高平面性,探测模具/模具减少了超行程的量,因此减少了擦洗标记区域和深度。

平面性描述了探针与探针尖之间垂直距离(z方向)的变化。探针设备通常使用光学对准来评估平面度变化。只有在所有探头都完成机械接触后,探头才应用超行程距离,以确保高质量的电接触。

保持一切对齐的是艺术,事情变得更加复杂,多次温度测试。

探针卡中最重要的元素是探头本身,探头类型范围从悬臂到垂直弹簧和垂直MEMS。设计考虑因素包括产品的焊盘尺寸和俯仰,电流能力和温度范围。探针材料特性固有地影响触地冶金,电流承载能力和热膨胀系数(CTE)。

CTE直接影响探头尖端到垫/凹凸对齐,这对测试工厂的总操作效率(OEE)扭转,以及产品可靠性。

图2:DRAM探针卡。来源:形状系数。

“如果你擦过太多有可靠性问题,”Alan Liao表示,产品营销总监FormFactor的探针业务部门。“大多数客户在45到55微米至60×80微米焊盘区域(粘合产品)之间,它们需要最小的擦洗标记。在不同温度环境中的多个达阵,客户的第一次问题是触达准确性。由于探针卡和晶片之间的CTE差异,温度会影响对准过程。达到理想的热量等效状态可能需要两个或更多个小时。没有工厂可以等待那么长,所以它成为一个权衡。例如,你可以使对齐好,加上5微米,例如5微米吗?您可以应用一些流程设计知识,并在不同的温度条件下使用预先计算的探头位置,因此您可以尽可能快地满足对准要求。“

当在探针卡上增加多个位置时,施加在晶圆上的力增加。这些需要被监控。开路触点的测试结果表明可能存在探测问题。

“在晶圆测试时,探针卡通常具有多个测试站点,以启用并行测试 - 4,16,32或更多。在所有骰子上对所有探头具有均匀的压力是一个非常关键的参数,“Silicon Lifeccycle Analytics中的高级经理IangStéphaneIung解释说明synopsys.。“如果存在不均匀的压力,它可能导致一个或多个测试站点上的接触失败,因此对监测来说非常重要。要弥补该问题,以确保联系质量是好的,运营商可以提供更高的过度旅行。但过度旅行可能导致垫损坏,一种可靠的副作用,试图通过更高的过度旅行来解决第一效果。这可能导致死亡的劣化。“

监控和管理达阵质量
通过电阻电阻的电气测量监测接触失效。

探头卡设计师,晶圆试验工程师和测试地板技术人员通过测量接触电阻​​或CRES来评估金属间接触的质量。此参数设置过度旅行,清洁周期和测试监视器警报的配方,用于检测测试/探测器设置的问题。当接触电阻变得太高时,它会对ATE和DUT之间的信号产生不利影响,以及输送到DUT之间的功率。这可能导致DUT或探针卡的损坏,并且在测试程序中损害良好和坏死之间的区别。

幸运的是,CRES可以在每个被测试的模具中测量。它是在晶圆测试程序的早期,在I/ o上执行的开启和短路测试期间计算的。这些测试在通电前检查接触完整性,并保护DUT、ATE和探针卡免受损坏。大多数I/ o都有ESD保护二极管,用于测试工程师的接触电阻测量。最常见的方法是输入两种不同的电流,测量产生的电压,得到熟悉的欧姆定律斜率(即R=V/I)。CRES可以测量每个信号引脚。

在多次达阵,晶圆测试过程可以监测CRE的平均值和标准偏差。测试楼层操作使用CRES监控作为制造统计过程控制参数。在开发探测技术中,模块工程师设置每个半导体过程技术的CRE规范。现在,每次探测卡接触模具时都会有点脏,污垢会增加接触电阻。为了保持CRES目标周期性清洁。

“晶圆排序范围中使用的探针卡从非常基本的设计到高度设计的”通过建筑“技术,这些技术是使用半导体样2D和3D MEMS工艺建造的,”Broz表示。“没有单一探头或探头卡技术解决方案适合解决所有设备测试要求。但是,所有探测解决方案(无论在晶圆测试期间必须清洁探测解决方案以维持其性能。“

在同一模具上具有多个探针,工程师希望每个随后的触摸触摸在同一位置触摸。这最大限度地减少了对线键模具附着过程的影响。更不触压的垫区,越成功的钢丝键连接过程。这是对与可靠性相关的失败(例如汽车)等高敏感性的行业限制了晶圆触摸的数量。

因此,监测导致高接触失败的因素是每个测试楼层操作的一部分。

为了减轻探测过程的管理,更大数量的参数来监控和控制验证到该过程的机械电气工程复杂性。Amkor的哈里斯列出了以下内容:

  • 重新探测计数;
  • 踩过排除区;
  • 卡盘运动精度 - x,y和z和旋转;
  • 电接触电阻和现场变化;
  • 探测材料的物理尺寸(长/宽尺寸最小/最大);
  • 平面性;
  • 结盟;
  • 发病角度,和
  • 随着时间的推移春天特性。

“这些控制参数通过先前和后测试过程主动测量,以及原位和实时在具有历史SPC限制和预测分析方法的测试过程中,”哈里斯说。

有了这些参数,测试现场的工程师和技术人员可以监控探头卡的健康状况,以便进行离线维护,因为意外更换是昂贵的——而不仅仅是在美元上。

"如果他们不得不更换这张卡,那就是代价高昂的地方,"该公司技术和战略副总裁Keith Schaub说美国效果显著。“更重要的是,这影响了上市时间,因为现在他们必须订购这张探针卡。它必须被组装起来。它必须被校准。这必须得到证实。这一切都需要时间。”

发货时间的命令通常是六个月。这激励了维持探测卡健康。在测试单元上自动清洁是一个维护组件。另一个是定期检查探针卡分析仪。测试地板操作具有高组合的产品可以使用测试电池变化进行定期检查和维护。

“通过探头卡分析仪,技术人员可以寻找电气和机械变化,”技术客户经理Darren James说:上的创新。“这涉及电动检查探头卡上的连接,检查电阻和电容值的电阻,检查继电器。它还涉及机械地检查X,Y和Z中的探头尖端的位置,无论是自由挂,检查探头,检查探头平面,无母线(机电测试)。“

随着测试地板与行业4.0技术创新,主动识别即将识别的问题探针卡的能力可以提高运营效率和测试程序测量精度。

“降解产量/吞吐量表示故障或损坏的探针卡或装载板,”PDF解决方案的PREWITT表示。“如果没有数据分析解决方案,在通过标准维护程序注意到或解决之前,降级可能会持续延长一段时间。”

结论
与装配过程一样,晶片探测中的机械和冶金挑战需要高质量的金属触点,以保证电子的流动。但是对于包来这是一次性连接,而在晶圆探测这需要发生多次。对于模具,这可以是三个或多达六次,并且由于电接触差,它可能涉及多个温度和重新探测。对于探头提示,它是数万次触摸的顺序。

测试地板上的工程团队积极管理晶圆触控过程,并从测试设备和晶圆测试结果监控多个参数。通过对测试和工厂设备的分析平台,数据工程师和技术人员主动可以响应有降低的接触电阻,使用智能探测系统满足触控限制,并减少产品和探针卡损坏。



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