在晶圓測試時會使用探針卡 (Probe Card) 與晶圓上的電性接點接觸,其定位 動作是由針測機 (Prober) 來控制。晶圓先透過晶圓搬運器從卡匣中將晶圓移出,
並以真空吸盤固定住,然後利用光學定位系統,將晶圓移動到探針卡下方正確的 位置,此時的定位包含 X-Y 平面的對準、Ѳ 角度的旋轉以及 Z 軸的壓力調整。
圖 6:晶圓定位示意圖
針測台上 X, Y 平面與 Ѳ 角度的定位,會影響探針是否能正確的接觸在接點 上,通常會以光學系統或電子顯微鏡來輔助定位。
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圖 7:顯微鏡下的晶圓定位
若此定位動作不準確或操作不當,探針便有可能戳到接點以外的部份,造成 線路斷裂或漏電的情形,影響晶圓測試結果的正確性;圖 9 所示即為探針接觸異 常所造成的痕跡。
圖 8:良好的探針痕跡
圖 9:異常的探針痕跡
針測台上 Z 軸的定位是很重要的一個步驟,它會將晶圓以垂直方向移動,使 晶圓與探針卡上的探針接觸。假如移動高度太高,則造成針壓過大導致晶圓及探 針有損壞的風險 (圖 10) ;反之若移動高度太低,則可能造成接觸不良或未接觸;
對於多個並測數(multi-site:可同時與多個晶片的電性接點接觸進行測試)的探針 卡來說,由於每根探針的長度及高度可能不同,針壓過低時會可能會有一部份探 針接觸不確實(圖 11)。
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圖 10:針壓過大導致底部露出
圖 11:多並測數探針未確實接觸的痕跡
無論是測試機台、針測台、針測卡等硬體設備的問題,或是人員的操作不當,
未能確實將晶圓及探針卡定位等問題,所造成晶粒的針測結果不正常,而未能檢 測出正確的良率,都歸類為誤宰 (Overkill)現象。而常見造成晶圓測試誤宰的原因 如下圖所示:
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圖 12:晶圓誤宰原因魚骨圖
當誤宰狀況發生而導致測試良率低落時,必須仰賴具有經驗的工程師,對針 測結果加以分析、進行實驗性的驗證、甚至換到不同機台上做交互比對,才能判 斷是否為誤宰,以及後續是否要進行重測;此一過程不但需求高規人力,也需要 花費冗長時間及成本。
一般情形下,工程師會先依據晶圓測試結果的幾何分佈 (wafer map) 以及針測 摘要(Summary)作為初步判斷的依據,以下列出幾種常見的誤宰狀況所呈現出的 針測結果特徵(圖 13~16):
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圖 13:異常的晶圓針測圖形
上圖的 wafer map 下半部,出現了呈現規則分佈的測試 fail。
圖 14:單一測試 site 的良率過低
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而從圖 14 的針測摘要中顯示出第 12 號探針的良率明顯低於其他探針,表示 可能在測試過程中,該探針沾粘了從晶圓上刮擦下來的殘屑,而未能在自動清針 (auto clean)的程序去除,造成後續的晶粒針測結果失效。
圖 15:與測試移動路徑類似的連續 defect
圖 15 的紅線部份為連續性測試 fail,並且出現的位置與測試路徑(針測卡的移 動路徑)一致;此現象有可能是測試上的問題,也有可能是產品製程問題,通常必 須針對該片晶圓進行點測 (Sampling Test)分析,若該貨批有多片出現類似情形,
則須挑選情況最嚴重的一片,換到不同機台並使用不同的針測卡,進行重測以驗 證問題的所在。
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圖 16:測試 map 平移(人員設定問題)
圖 16 的 針 測 結 果 右 邊 外 圍 出 現 大 量 的 測 試 fail , 且 90% 以 上 均 為 Open/Short/Leakage 的 fail,此一情形通常是因為操作人員對晶圓的 X、Y 平面定 位未確實,造成整個 map 有平移的現象。