半导体微课堂 | 晶圆针测

本期应用专题重点介绍晶圆针测中可能出现的问题。通过晶圆针测，半导体制造商可以获取晶粒的电气特性。晶圆针测为电气测试，由晶圆针测系统自动完成。测试过程中，系统将晶圆固定于一个稳定的卡盘上，一组精准探针下探，与晶粒上指定的焊垫（pad）接触。通常情况下，探针系统通过特殊的硬件接口与自动化测试设备（ATE）相连接。晶圆针测具有明确的限制条件，其主要目的是识别并剔除不适用于封装和集成的晶粒、芯片和芯粒。

使用探针卡或探针检查芯片时，多个尖锐且微小的探针触点将与晶圆上的焊垫接触。部分小型探针卡含有数千个探针触点，其排列间距仅有20至30微米。探针卡的正常使用寿命一般可达数十万至数百万次。

探针卡和探针在使用过程中可能出现诸多问题：

•探针磨损或接触异常，导致采集到的数据有误，错误剔除合格芯片，减少产量。

•探针磨损，导致电阻变化，造成判断错误，影响品控和产量。

•探针接触力过大，导致被测器件（DUT）和晶粒焊点受损。

使用大量晶圆批量制造芯片时，全面掌握探针状态是确保产品质量的关键。制造商必须避免探针对微凸块施加过大的接触力。即使探针处于超程位置，也应将其施加的接触力控制在极低的水平。

晶圆测试需使用多种不同类型的探针卡。

探针卡测试流程的不同阶段：测试者可通过针测发现键合缺陷。

解决方案

作为一项久经考验的理想解决方案，过程监控能够帮助制造商全面掌控机械应力等损害因素。而基于动态力测量构建的过程监控解决方案，则可有效且最大程度地降低该等损害因素导致的不良后果。奇石乐动态力测量解决方案能够为用户提供精确的监控数据，其卓越的性能源自核心组件——压电式（PE）传感器独特的物理性质：

•高分辨率和高重复精度——适用于极微小力的监测

•刚度极佳——抗磨损，使用寿命长，性能稳定

•紧凑型设计

•能够捕捉极微小的力偏移（应力计等传统测量技术无法实现该功能）

•支持超高测试频率下的动态测量

•极宽的测量范围（毫牛到千牛）

过程监控技术是监控探针卡的理想解决方案。制造商可在探针台内部安装测力系统，确保探针卡在整个生命周期内保持良好的运行状态。

【探针卡】

探针卡在测试流程中的位置示意图

适用于探针卡监控的典型测量连：支持在线、离线及线下监测

实用示例

奇石乐为探针卡验证打造的解决方案清晰地展现了过程监控的优势，该解决方案主要由9217A型压电式压力传感器和5015A1010型实验室电荷放大器组成。

奇石乐基于旗下压电式力传感器（9132CD型）和maXYmos BL过程监控系统（5867B型）构建解决方案，支持产线集成应用，帮助制造商妥善开展探针卡测试。

制造商可通过在探针卡和探针的生产过程中集成力测量技术，并在探针卡测试过程中部署产线集成式力测量解决方案，实现以下目标：

•保证测试结果

•避免晶圆和晶粒受损

奇石乐通过提供本地及全球售后支持服务，为半导体行业客户的生产工作提供全方位支持。奇石乐售后支持服务全面覆盖系统生命周期的四个阶段：

•设备研发：提供可行性和产品选择的应用建议，提供研发支持和传感器安装服务；

•测试和调试：测试设备集成、调试和培训；

•运行和优化：测量结果分析、工厂优化、传感器定期校准；

•改造：设备分析、定制化建议、测量链的安装和调试。