晶圆测试方法的研究

李华

摘 要：本文主要研究的是针对集成电路晶圆进行测试的各种方法及对其如何生成最后的结果图进行阐述性分析。其中包括一般性常规测试、抽样测试、对测试次品的复测检验三种方式。另外，对于在测试过程中发现的划伤、缺陷进行目测，将其受影响的芯片在最后的结果图中去掉的过程。

关键字：晶圆；测试；抽样；复测

1 测试概述

对于晶圆的测试是在晶圆制造厂之后，封装之前的一个步骤，其目的是将不良品在前期及时发现并剔除出去，进而大大减少后期封装的费用。这样不但节约成本，减少了不必要的浪费，还极大地提高了生产效率。

晶圆测试的方法是用探针卡对晶圆上的每个芯片或者是芯片抽样进行电性测试，具体方法是用探针卡与芯片上的触点连接，由测试机给出一系列脈冲信号，检查芯片的反馈结果。此时，反馈正常的芯片被认为是良品，做记号后保留，反馈不正常的芯片会根据其不同的测试结果标为不同的记号，作为工程师分析改进之用。将来切割封装的时候不合格的芯片会被淘汰，不再进入下一个制程。

2 常规测试

一般性的测试是遍历晶圆上所有可测试的芯片，逐一进行检测。晶圆制造厂设计生产该类晶圆的时候会生成一个控制图，标注了所有可测试芯片和不可触碰芯片的位置和范围。测试机就能够以这个控制图为基准，按照探针卡的并行度及形状，对该晶圆进行测试。同时，在文件系统中需要定义其测试的程序，探针卡接触深度，类型、抛光针的频率、进入深度，出现次品是否需要复测。

这里，有两个重要部分。其一，是对晶圆测试芯片的整体描述性文件。晶圆上所有芯片的尺寸、芯片与芯片之间街区的尺寸，决定了探针卡在步进一次时所需要移动的精确位移。更重要的是需要确定一个基准点，用于将实际晶圆和测试控制电子图完好的重合在一起，这一步需要在探针机建立文件的时候手动确认。这个基准点如果设置错误，会导致整体晶圆的测试结果与实际发生偏移，导致质量问题，需要谨慎对待。其二，是对探针卡相关参数的精确描述。探针卡是测试机与晶圆之间连接的纽带，必须和芯片上的触点完好的结合起来，否则就会出现接触不良导致的低良品事件或者影响功能测试的完成。一块探针卡少则几根针，多则几十甚至上百根针，并行度从一到六十四不等。因此对其共面性、接触电阻及针与针之间交互影响的控制都有着相当高的要求。探针在测试之前需要划破芯片触点表层的金属，保证其良好的接触，又不能扎入太深，有可能影响到底层的电路，所以需要定义探针的进入深度。探针卡在测试一段时间后，每次划破金属层可能粘合在针的表面，这样可能会影响下面的测试。于是，我们需要定义另一类参数，即抛光针的参数。这里对抛光的频率，探针深入抛光垫的深度，每次抛光是何种模式，同一个位置可以使用几次等等进行设置。以上，即为一般常规测试所需要定义的参数及设置方法。

在测试过程中，经常也设置一些即时的监督工具，可以即时的发现低良品，或者探针卡某个位置零良品的情况。设置后，系统实时的监控测试结果，并即时报警。

3 抽样测试

对一个晶圆的探针测试其主要目的是为了将次品早于封装之前挑出，节省了不必要的封装费用。但是，有一些产品的良品率相当高，有的达到了99%甚至更高的地步，这时候，我们可以选择对这样的产品进行抽样测试。之所以不能选择跳过探针测试而直接进入封装步骤，是为了防止有些晶圆在生产的时候出现异常，发生低良品的事件。

抽样测试是产品工程师根据一段时期的测试数据及生产时的一些相关信息在控制图上选定一些芯片作为第一批测试的基准值。当测试开始的时候，系统首先授意探针机顺序移动在这些被选定的芯片位置进行测试。当所有这些基准芯片测试结束后会计算出一个良品率，系统将这个良品率和同样在文件系统中设定的阈值进行比较，如果基准芯片的良品率高于阈值的话，整片晶圆结束测试，其上的所有除基准位置之外的芯片的良品率默认为100%。此外，除了抽样测试的基准芯片，我们还可以定义一些强制测试的芯片，当然这是因为该产品某些位置经常会有低良品率的事件发生，这些强制测试的位置一般在一个晶圆的边缘。这些抽样也可以定义为随机，或者是固定的位置。另一种情况是这些抽样的结果低于阈值，那么系统会自动要求探针机从头开始顺序测试所有未测试的芯片，最终得到一张完整的结果图。如此可见，抽样测试的时间跨度很大，不利于监测实际测试过程中是否出现了问题，但从另一方面说，它可以大大的减少测试时间，节约测试的成本。

4 复测检验

在测试过程中，经常出现这样的异常情况，在某一行开始逐渐的良品率变低，或者是突然的没有好品；或者同样一个产品，同样的程序，在不同的机台测试的结果有着显著不同。这时，我们需要对这些低良品的晶圆进行复测检验，进而发现问题，集中修正。这里出现的问题大都是抛光效果不好，抛光参数设置不合理，抛光垫使用时间过长，或者测试机需要校准，探针机内部洁净度不够，又或者是晶圆上存在外来物影响了针位，探针在抛光的过程中不能有效的清理干净等等的原因。

复测检验分为两种，一种是自动复测，发生在有设置的产品中。即一片晶圆测试完毕后，自动跳回到那些设置过复测的芯片位置进行第二次测试。这样做的原因是一块探针卡当某个位置沾上外来物后，或者并行度不够导致一些位置低良品的时候，我们用其他位置的探针卡重新测试该位置的芯片，进而确定该芯片是否真的为次品还是误测所为。第二种是一批物料测试完毕后，工程师发现其低良品，却又不是已知的任何问题，于是经常需要换一台测试机或者探针机、探针卡对次品进行第二次的检测。

复测检验能有效的避免误杀任何的好品，不是因为测试的问题漏掉一个未来的成品。同时，复测检验也用到验证一个新的机台是否符合生产条件，或者当一个产品转至另一个工厂进行测试时，来检验新的工厂是否符合正常测试的条件。是一个非常常用的工具。

5 次品标注

当全部测试完成后，下一道工序是将所有次品及没有进行测试的芯片打上墨点，有助于封装前切割时正确的将好品摘出。与测试阶段相同的是，也需要设置一个基准点，将测试结果图和实际的晶圆完美的重合在一起。打完墨点后，需要目检并入烤箱进行墨点的固定。

这里需要说明的是，这时的结果图已经不仅仅是探针测试过程产生的，还包括所有晶圆生产厂基本检测后发现的次品图叠加在一起的结果。所以我们会发现，最后的良品率一般比探针测试的结果略低。

墨点固定所用的烤箱温度及时间也是经过严格实验所最终确定的，时间太长会导致墨点开裂，时间短会是墨点不足以抵抗将来切割时液体冲击所可能洗掉的风险。因此，墨点需打在固定位置，大小一致，并且有一定的浓度。

还有一些产品不用打墨点。这种情况是探针测试之后会将最终的结果图合成为一张传至封装部，封装部的系统会根据这张结果图决定哪些位置是需要保留的，哪些是必须予以剔除的。

6 最终检验

最后一个步骤是目检晶圆是否有划伤异物等异常，任何的发现将记录并将受到影响的芯片予以剔除，与测试发现的次品做同等的对待。这一步骤需要使用到显微镜做确认。

7 结语

晶圆的测试作为一个普遍而又不可或缺的步骤所广为芯片测试厂所用，其工艺需要极为准确的定位和控制，不论对工程师还是操作员都是很大的一个挑战。这个步骤是衔接晶圆生产厂和后段的封装测试厂之间的一个重要组成部分，起着承上启下的作用。此间，新技术叠出，本文只是针对其中的一些基本测试方法进行一些研究，会继续关注业界的新动态并继续探讨学习。

参考文献

[1]电子封装工艺设备 中国电子学会电子制造与封装技术分会，电子封装技术丛书编辑委员会 编

[2]中国科学院半导体研究所理化分析中心研究室. 半导体的检测与分析[M]. 北京： 科学出版社，1984.269.