解决探针在高温测试条件下偏移问题的方法分析

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。直联式探针卡通过8个外辊组件和8个内辊组件直接连接到测试头（如图6：直接探针卡）。总共16个滚轮组件从Y方向锁定。当探针卡高温膨胀时，膨胀产生的应力更容易向Y方向释放。因此，针尖位置沿Y方向移动。此外，PS1600探针卡是长方形，Y方向是长边，因此Y方向上局部热膨胀问题更加明显。图6:直联式探针卡由于知道Y方向是直接探针对接的弱点，因此有必要在晶片测试期间避免Y方向测试顺序。这意味着不要按行方向选择测试顺序蛇形，而是改为按列方向。为了验证结果，选择了两个批次的物料以不同的测试顺序按行方向和按列方向进行实验。实验结果如图7，针尖XYZ走向在X方向测试中表现良好。这两个批次分别在X方向和Y方向测试的结果，很明显，选择X方向测试，针尖Y的方差得到了改善。图7:X方向和Y方向测试结果结论本文重点分析了PS1600上探针高温膨胀的研究方法，考虑晶片测量和引入过程中探针卡的热膨胀，选择不同的测试顺序是本文的创新点。通过实验，很容易发现Y方向测试是PS1600直接探针对接中探针痕迹偏移的关键因素。然后通过更改不同的测试顺序来解决问题。本文提供的研究方法可以推广到其他平台，以评估平台自身性质和特点并进行改进和优化。参考文献：[1]HsiaoTC,

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