淺談高溫晶圓探針測試

摘 要：隨著半導體測試的不斷發展，基于成本和質量控制及工藝優化的考慮，在晶圓探針測試階段引入高溫測試已成為必要課題。較之常溫下的晶圓測試，引入溫度變數的高溫晶圓探針測試，更易出現因接觸不良導致的良率不佳或探針痕跡過深導致的產品穩定性差。本文通過對高溫情況下晶圓探針測試的常見問題、晶圓探針卡針位及探針痕跡的變化規律的的分析，提出相應的改善措施。

關鍵字：高溫，探針預熱，接觸不良，晶圓探針測試，溫度影響

1 探針卡的結構及環境溫度影響

以懸臂式探針卡為例，其示意圖如圖1所示。在高溫晶圓探針測試中，探針測試臺中的chuck提供晶圓（wafer）測試時的溫度，探針測試卡中的PCB等易受環境溫度影響的配件所發生的形變，在高溫環境下將直接表現為測試時針位的變化，如圖2所示，而針位的變化將會直接影響測試過程中的探針與晶圓的焊墊接觸良好與否，從而對良率及產品的性能產生影響。

2 常見問題分析

我們以130℃高溫下晶圓測試的產品為例，在大規模批量生產測試過程中，經常遭遇的有如下問題：

探針痕跡忽大忽小，深度不一，探針與焊墊的接觸不穩定。

高溫環境下，開始測試后探針痕跡越來越大，深度越來越深，導致測試后的晶圓焊墊的破壞或產品的穩定性差，從而影響了產品的質量。

測試過程中，晶圓換片測試、機臺暫停、自動清潔針卡后出現針痕變淺或直接無針痕而導致良率低或無良率。

以上問題均因在連續測試過程中PCB等配件因受溫度影響而發生形變，繼而導致針位與初始機臺定位時的設定位置不同而出現偏差。當針痕越來越深時，說明針位較之初始設定位置向下出現了越來越大的偏差，PCB在高溫環境下隨著時間的增加持續在發生形變；而當機臺較長時間暫停，PCB外圍環境溫度降低時，PCB發生反向形變，從而出現了針痕過淺或無針痕的接觸不良現象；探針痕跡的深度不一，忽大忽小，說明PCB隨著外圍環境溫度的變化在發生不同程度的形變。

綜上，高溫測試環境下，常規探針測試卡的PCB等配件受溫度影響發生不同程度的形變導致針痕不佳接觸不良是不可避免的，而解決問題的關鍵是找出PCB等配件發生形變的規律，從而找到相應的解決方案。

3 改善措施

為找出形變發生的規律，將探針測試卡置于130℃高溫測試環境下進行預熱，每十分鐘記錄一次針位和針痕深度的數據，通過數據分析我們總結出預熱時間和針位、針痕深度之間有如圖3、圖4所示規律如下：

針位和針痕深度隨著預熱時間的增加發生變化，前40分鐘內發生突變；40分鐘～60分鐘之間，變化趨于平穩；60分鐘以上后，變化趨于飽和，幾乎可以忽略不計。

以上結果表明，探針測試卡PCB等配件發生的形變而導致的針位和探針痕跡的變化跟預熱時間長短有直接關系，通過足夠時長的預熱可以使其達到飽和形變，將此時對應的針位定位為測試開始的初始位置，即可改善高溫測試中探針痕跡不佳、接觸不良的現象。

4 結論

本文通過對探針測試卡PCB等配件發生形變的觀察，找出導致高溫探針晶圓測試良率不佳的根本原因，依據預熱時間與針位、針痕深度之間關系的數據的分析，提出了相應的解決方案，對穩定生產流程、減少測試成本起到了積極的作用，在實際的生產應用中也是行之有效的。

參考文獻

[1]Cheng-Lung Wang， Shan-Ming Lan. An Investigation in Temperature Effects with an Improvement Approach of Wafer Probing Test. Journal of Advanced Engineering Vol. 7， No. 3， pp. 109-114/ July 2012

[2]Mark Burns and Gordon W. Roberts. An Introduction to Mixed-Signal IC Test and Measurement， Oxford University Press， Inc. 2001

作者簡介

胡玉（1982～），女，天津市，助理工程師，本科，研究方向：半導體測試。