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解决探针在高温测试条件下偏移问题的方法分析

摘要

本文的目的是研究PS1600晶圆测试平台上的探针高温膨胀性能的方法，以改善探针痕迹。直联式探针卡是PS1600有别于其他测试平台的独特设计。随着高温测试设备的引入，测试过程中PS1600平台的探针痕迹偏移问题比其他平台严重的多。为此不得不对针尖进行额外的校正，以纠正偏移，这导致测试生产率下降。因此有必要对PS1600平台上的探针卡高温膨胀性能进行研究，找到根本原因并采取措施解决。本文对PS1600直联式探针卡性能进行了综合实验，通过对所有条件进行分析，抓住异常并采取措施解决问题。该方法也可作为其他测试平台的参考。

关键词：晶片测试、探针痕迹、高温测试、探针高温膨胀

介绍

探针测试是晶片上单个芯片的典型质量控制方法[1]。随着半导体工业的发展，越来越多的芯片需要进行高温测试。大多数器件的典型高温为+125℃。探针机卡盘是晶片和探针卡的热源。高温导致探针卡热膨胀，会导致探针针尖和晶圆接触不良。烤针是在晶片测试前/期间加热探针卡使之达到热膨胀平衡状态[2]。在探针热膨胀平衡后进行针对齐，此时探针接

触位置将被校正，并与晶圆对齐。（图1探针测试示意图。）

图1：探针测试示意图

PS1600直联探针卡是Advantest设计的晶片探针检查的创新解决方案，探针卡由传统探针卡和PCB组合而成。这种设计最小化了信号转换的数量，并减少了信号路径的长度，提高了信号质量。另一方面，它在探针卡PCB上提供了最大的组件放置区域，以支持晶片探针上更高的测试程序覆盖率。这使得PS1600直联式探针卡比其他平台大得多。（图2显示了PS1600

直联式探针卡结构。）

图2:PS1600直联式探针卡结构

PS1600g高温测试针痕问题及探头高温膨胀分析

PS1600高温测试的探针痕迹显示出比其他平台严重的偏移。在探针痕迹检查过程中，经常会看到探针痕迹移位甚至脱离指定区域，给客户带来质量风险。由于PS1600平台上使用的特殊探针卡，其尺寸比其他平台大得多。在高温探针测试期间，晶片卡盘被加热到高温并在测试期间不断移动。当卡盘移开中心位置时，探针卡的一部分被加热并发生热膨胀。探针卡的尺寸越大，卡体上的局部热膨胀就越大。因此测试期间增加了额外的探针对准，以纠正热膨胀的影响，这降低了生产率。所以有必要研究PS1600高温测试时不同条件下的针尖差异，包括不同的探针卡（来自不同的供应商）、不同的探针和不同的热条件，以及不同的测试位置。

实验设计

为了深入了解PS1600平台上的探针高温膨胀性能，实验考虑了多种因素。以下是本研究计划：

i.探针卡：PS1600上的板卡来自供应商A或供应商B。选择两个产品N82Y和N34Z作为示例。

ii.探针机：TELPrecioXL探针机是PS1600高温测试的唯一类型。选择两个探针机T02和T12作为研究对象。

探针高温加热可分为两个阶段，一个是探针随着温度从室温上升到目标温度而发生热膨胀。此阶段可以通过模拟并测量一定时间内针位变化。另一个阶段是在测量期间，由于卡盘的移动，探针卡不同位置被加热，导致探针尖端位置不断变化。我们选择了13个地点进行研究，如图3所示。对于测试顺序，我厂大多数产品采取的顺序是蛇形和螺旋形。蛇形包含行方向（按行排序）和列方向（按列排序）。因此，应考虑4种加热条件：

i.温度从室温上升到高温，25°C至125°C。

ii.测试期间在晶片中心和边缘之间移动。

iii.行方向蛇形测试顺序（Y方向测试）。

iv.列方向蛇形测试顺序（X方向测试）。

图3：晶片上选择的位置

为了使操作统一，引入一个简单的工具来标准化实验。TEL的探针膨胀采集软件提供了实验控制以及数据收集的功能。该软件可以将不同的加热条件设置到功能中，并在每个条件后执行自动对针、位置数据收集并输出到日志中以供分析。

??以下是具有弯曲数据采集功能的实验计划。（表1显示了实验计划。）表1实验计划

结果和讨论

下图4为25°C升温到125°C的过程中，按时间顺序测量的XYZ趋势。）

图4：针尖XYZ趋势

从结果中可以清楚地看到，对于不同的供应商和不同的探针，XYZ趋势没有显著差异。另一方面，针尖X和Z的方差在所有测试条件下都足够稳定。但针尖Y的方差显示出很大的变化，尤其是在Y行进测试时。在测试过程中，从晶片顶部到晶片底部的变化约为20um，超出SPEC限制。

下图5显示了按行测试和按列测试订单的Y方差的比较图。可以清楚地看到，按列测试顺序（X方向测试）的Y偏移仅约为5um，按行测试顺序（Y方向测试）变化约为20um。

图5：不同测试顺序的针尖Y趋势

Y轴上针尖差异大的原因是什么？除PS1600外，其他平台上从未出现过高Y趋势变化。为什么它只发生在PS1600平台上？我们专注于直联式探针卡的结构。直联式探针