《集成电路制造工艺项目化实践》 课件 项目5 晶圆测试工艺

晶圆测试工艺项目五项目导读本项目从扎针测试任务入手，先让读者对晶圆测试工艺有一个初步了解；然后详细介绍扎针测试、晶圆打点、晶圆烘烤等专业技能。通过晶圆打点、晶圆烘烤的任务实施，让读者进一步了解晶圆测试工艺。知识目标1.了解晶圆测试2.掌握扎针测试、晶圆打点与晶圆烘烤的工艺操作3.掌握扎针测试、晶圆打点与晶圆烘烤的质量评估4.会识读扎针测试、晶圆打点与晶圆烘烤工艺相关的随件单技能目标1.能正确操作扎针测试、晶圆打点与晶圆烘烤的设备，设置相关设备的常规参数2.能正确排查扎针测试、晶圆打点与晶圆烘烤常见异常故障教学重点1．扎针测试、晶圆打点与晶圆烘烤的工艺2．检验扎针测试、晶圆打点与晶圆烘烤的质量教学难点扎针测试、晶圆打点与晶圆烘烤的实施建议学时6学时推荐教学方法从任务入手，通过扎针测试的操作，让读者了解扎针测试的工艺操作，进而通过晶圆打点与晶圆烘烤的操作，熟悉晶圆测试的质量评估推荐学习方法勤学勤练、动手操作是学好晶圆测试工艺的关键，动手完成晶扎针测试、晶圆打点与晶圆烘烤任务实施，通过“边做边学”达到更好的学习效果5.1认识晶圆测试

集成电路制造流程

晶圆检测又称晶圆针测CP（ChipProber），是在硅片级集成电路上的电学参数测试与功能测试，保证集成电路性能参数一致性。

每颗IC在后工序之前都必须进行CP，以验证产品的功能是否正常，并挑出不良的产品和区分性能等级。5.1认识晶圆测试

晶圆测试01测试环境02测试工具03工艺流程04测试目的

1、测试车间符合万级洁净区标准；2、温度常年保持在22±3℃，湿度保持在45±15%。

晶圆测试的目的是在晶圆制造完成后，对晶圆上各个独立的晶粒加以检测，将良品晶粒与不良品晶粒分开，不良品的晶粒会被标上记号，以利于后续工艺的处理。1、测试机；2、探针台（全自动、半自动）。5.1认识晶圆测试

着装测试机半自动探针台全自动探针台测试环境及测试工具5.1认识晶圆测试

工艺流程晶圆测试工艺流程

由于集成电路的规模不断扩大，新材料和新工艺的迅速引入，在工艺制造过程中，需要时刻关注晶圆产品是否符合产品规格。晶圆制造完成之后，通过完整的晶圆测试，确保有缺陷的晶圆不会被送到客户里。5.1认识晶圆测试

晶圆测试工艺流程扎针测试：检测晶圆的功能和性能参数是否满足要求，将合格的晶粒先于封装前选出，减少后续的生产成本，提高生产效率。晶圆打点：用打点器对测试不良品的晶粒、沿边直接剔除区域的晶粒打上墨点，便于在封装时进行剔除，降低成本。晶圆烘烤：将晶粒上的墨点进行固化，防止在后续工艺环节中被液体冲洗掉。5.2扎针测试

使用测试机、探针台以及探针测试卡等设备，完成晶圆的功能和性能参数的检测，将合格的晶粒先于封装前选出。完成晶圆工艺情况的检测，以及评估晶圆制造过程的质量和稳定性。5.2扎针测试

5.2.1认识扎针测试

扎针测试作用：测量特定测试结构的电性参数，检测每片晶圆产品的工艺情况，评估晶圆制造过程的质量和稳定性，判断晶圆产品是否符合该工艺技术的电性规格要求。扎针测试是整个集成电路制造中的关键性一个环节。扎针测试是在晶圆制造结束之后和品质检验之前进行的。5.2扎针测试

5.2.1认识扎针测试

扎针的质量要求合格的扎针，应该落在晶粒上的接点（PAD）中央位置，且扎针深度适宜，其扎针情况如图所示。5.2扎针测试

使用测试机、探针台以及探针测试卡等设备，完成晶圆的功能和性能参数的检测，将合格的晶粒先于封装前选出。完成晶圆工艺情况的检测，以及评估晶圆制造过程的质量和稳定性。5.2扎针测试

5.2.2扎针测试设备

测试机是测量集成电路芯片（即晶粒）或封装后的集成电路器件电器参数的设备，可以实现性能参数的测试、测试程序的下载、测试信号的施加、测试数据的采集等功能。主要由PC机、测试主机、测试板（DUT板）、测试终端接口、数据线等几部分组成。测试机主要由测试机、探针台与探针测试卡等组成。5.2扎针测试

5.2.2扎针测试设备

探针台是利用金属探针，将晶圆上集成电路芯片的电极与测试机联接起来，以完成集成电路性能参数测试的电子机械设备，如右图所示。探针台探针测试卡探针测试卡是连接测试系统和晶圆的测试接点。典型的探针测试卡是一个带有很多细针的印刷电路板，由这些细针同晶圆进行物理和电学接触，如右图所示。知识目标掌握扎针测试流程能利用虚拟仿真软件，设置测试参数进行扎针测试能分析扎针异常技能目标5.2.3扎针测试实施5.2.3扎针测试实施物料准备参数设置结批扎针测试流程设备运行测试员领料确认5.2.3扎针测试实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（1）领料确认核对晶圆数量5.2.3扎针测试实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（2）导片核对晶圆批号5.2.3扎针测试实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（2）导片注意：使用晶圆镊子夹取晶圆时，应采用“握笔式”，晶圆镊子的“短边”（锯状头）应置于晶圆正面，晶圆镊子的“长边”（平头）应置于晶圆背面，夹晶圆的空白部分，不可伤及晶圆。上片5.2.3扎针测试实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（3）上片注意：在花篮放置时，要将有印章的晶圆正面朝上。此时，承重台前的两盏指示灯均处于灯灭状态，其中绿灯表示上升，红灯表示下降。前后移动花篮，将花篮固定在承重台上。（b）参数界面2

（a）参数界面15.2.3扎针测试实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（1）探针台参数核对MAP图信息5.2.3扎针测试实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（2）核对MAP图信息扎针调试5.2.3扎针测试实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（3）扎针调试调用测试程序5.2.3扎针测试实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（4）调用测试程序填写随件单5.2.3扎针测试实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批物料准备参数设置结批设备运行5.2.3扎针测试实施填写随件单5.2.3扎针测试实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批

扎针测试完成后，清理工作台，并将测试后的晶圆送至中转站，等待打点操作。5.2扎针测试

5.2.4扎针测试常见异常故障排除

测试机界面上会实时显示良品率，在测试过程中，需要保证扎针测试的良品率大于标准良品率，如果良品率偏低，那么需要进行故障排除。良品率异常现象，如图显所示。良品率异常良品率异常5.2扎针测试

5.2.4扎针测试常见异常故障排除

出现良品率异常情况后，要暂停测试，然后对可能出现的问题进行排查。异常分析：是由扎针位置错误或电路本身质量不良造成的。解决方法：当扎针位置错误时，需要调整探针位置；当电路质量出错时，需要相关人员进行确认。良品率异常5.2扎针测试

5.2.4扎针测试常见异常故障排除

若针印整体偏移，这表明在扎针调试时，探针卡在晶粒上的位置存在整体偏移的问题。解决方法：修改参数设置，调整晶圆与探针测试卡到合适位置，保证测试时针印在PAD点中央。若针印单个偏移，则表示探针卡的整体位置调试无误，但单个探针的位置有问题。解决方法：调整对应的某个探针的位置，直到调试正确。针印偏移针印偏移5.2扎针测试

5.2.4扎针测试常见异常故障排除

若针印整体扎透，这表明在扎针调试时，探针卡位置过低，导致所有探针扎透PAD点铝层。解决方法：在参数界面上调节扎针的深度。若单个针印扎透，则表示探针卡的整体高度调试无误，但单个探针过低。解决方法：技术人员要调整对应的探针。针印过深针印过深5.3晶圆打点

使用烘烤型墨水，在测试不合格的晶粒和沿边直接剔除区域的晶粒中央打上墨点。要求合格的墨点必须控制在晶粒面积的1/4~1/3大小，且墨点不能覆盖PAD点。5.3晶圆打点

5.3.1认识晶圆打点

晶圆打点的作用在晶圆上，每颗晶粒的外观相同，很难区分合格的晶粒与不合格的晶粒或沿边剔除区域的晶粒，此时给测试不合格的晶粒和沿边直接剔除区域的晶粒中央打上墨点，可作为区分标记，便于识别。在后续的封装过程中通过墨点进行判别，减少了工艺中材料和设备损耗，从而降低封装成本。5.3晶圆打点

5.3.1认识晶圆打点

晶圆打点原材料打点时所用的墨水通常为6993烘烤型墨水，打点后需要进行高温烘烤。根据晶粒大小的不同，需要采用不同规格的墨管。（1）5mil墨管针尖细，墨点尺寸大小为125μm，晶粒尺寸大小在2.0以下，适用于晶粒面积小的晶圆。常用于5英寸、6英寸的晶圆。（2）30mil墨管针尖较粗，墨点尺寸大小为750μm，晶粒尺寸大小在4.0以上，适用于晶粒面积大的晶圆。常用于8英寸、12英寸的晶圆。墨管5.3晶圆打点

5.3.1认识晶圆打点

晶圆打点的质量要求打点时，合格的墨点必须控制在晶粒面积的1/4~1/3大小，且墨点不能覆盖PAD点。合格的墨点，如图所示。占晶粒面积的1/4占晶粒面积的1/3打点不合格的现象，主要有墨点位置偏移、墨点大小不一致、墨点有空心等。5.3晶圆打点

5.3.2晶圆打点设备晶圆打点一般在探针台上进行，探针台可分为手动、半自动和全自动3种。其中，全自动探针台一般是扎针测试和打点一体的设备，主要由上片区、显示区和打点区等3部分组成。探针台晶圆放置的位置，从该位置取放晶圆。调用打点MAP图以及显示打点过程。设备工作区，打点运行后，设备自动完成取片、聚焦、清零、打点、收料等一系列操作，完成晶粒的打点过程。知识目标掌握晶圆打点实施流程能利用虚拟仿真软件，设置相关参数进行打点实施技能目标5.3.3晶圆打点实施5.3.3晶圆打点实施物料准备参数设置结批晶圆打点流程设备运行物料准备参数设置结批设备运行5.3.3晶圆打点实施物料准备参数设置结批设备运行5.3.3晶圆打点实施（b）参数界面2

（a）参数界面15.3.3晶圆打点实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（1）探针台参数晶圆测试记录单1晶圆测试记录单25.3.3晶圆打点实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（2）核对MAP图信息墨管选择5.3.3晶圆打点实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（3）墨管选择注意：使用摇杆调节墨点位置，使墨点处于晶粒的中央，并保证墨点大小占晶粒面积的1/4~1/3大小，且不能覆盖PAD点物料准备参数设置结批设备运行5.3.3晶圆打点实施探针台显示器界面5.3.3晶圆打点实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（1）启动打点打点5.3.3晶圆打点实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（2）打点注意：对焦是为了使图像清晰地显示，保证设备能够正确完成自动识别、在打点查看时能够清楚显示墨点；在打点过程中，需要查看打点位置是否正确，以便于做出相应的调整。晶圆放大5.3.3晶圆打点实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批（3）首检

该项检查可以保证后续打点的正确性，如果前期数据设置有误，就能够及时发现问题，并进行相应调整，从而提高墨点的合格率。物料准备参数设置结批设备运行5.3.3晶圆打点实施填写随件单5.3.3晶圆打点实施1.物料准备--2.参数设置--3设备运行--4.结批5.3晶圆打点

5.3.4晶圆打点常见异常故障排除

墨点在晶粒中央且大小合适，可继续进行打点操作。对于打点不合格的异常现象，需要进行相应的故障排除。常见异常分为以下几种：墨点位置偏移且偏移情况一致墨点位置偏移且偏移情况不一致墨点大小不一致或有空心5.3晶圆打点

5.3.4晶圆打点常见异常故障排除

异常分析：墨点位置整体偏移，不在各晶粒的中央。界面中墨点偏移情况一致，可以判断是打点器针尖的位置调节错误导致的，需要调整打点器针尖的位置，保证打点正确。解决方法：需要整体调节打点器的位置，保证针尖打点的位置在晶粒的中央。墨点位置偏移且偏移情况一致位置偏移且偏移情况一致5.3晶圆打点

5.3.4晶圆打点常见异常故障排除

异常分析：晶圆中的墨点在晶粒上偏移情况不一致，即墨点在每个晶粒的不同位置，这是由步进设置不合理而引起的。解决方法：重新设置载片台移动步进，保证载片台移动步进与每颗晶粒中央位置间距一致。墨点位置偏移且偏移情况不一致位置偏移且偏移情况不一致5.3晶圆打点

5.3.4晶圆打点常见异常故障排除

异常分析：墨点大小不一致或有空心的异常现象，是由于墨管出墨异常引起的。其中，墨点大小不一致可能是因为墨管内的墨水不足；有空心的墨点可能是因为出墨时管内有空气残留。解决方法：更换墨管。墨点大小不一致或有空心大小不一致或有空心5.4晶圆烘烤

使用晶圆烘烤设备，采用晶圆烘烤工艺，将打点后的墨点进行烘烤固定。要求合格的墨点应正常固化且不开裂。5.4晶圆烘烤

5.4.1认识晶圆烘烤烘烤是在烘箱中进行的，其目的是将打点后的墨点进行固定，防止在后续工艺环节中因液体冲击而被洗掉。晶圆烘烤的作用在集成电路制造过程中，会对晶圆进行清洗，为防止标记的墨点在制作过程中被清洗掉而影响后续工艺，需要根据墨水的特性对晶圆进行烘烤，以起到固化墨点的作用。晶圆烘烤的质量要求晶圆烘烤后，合格的墨点应正常固化且不开裂。5.4晶圆烘烤

5.4.2

晶圆烘烤设备烘箱也称高温烘干箱，是一种进行高温加热的烘烤设备，其在烘烤时可以提供洁净无尘的烘烤环境。温度显示采用数字显示，具有观察直观、操作方便等优点。设备主要由参数设置区和烘烤区组成。注意：烘箱每层放入的产品，不得超过该层空间的三分之二。烘箱参数设置区是设置烘烤温度和烘烤时间的，主要包括电源开关、参数选择、参数设置和温度显示等部分。烘烤区是烘箱的箱体内部，进行高温烘烤的区域。装有待烘晶圆的高温花篮放置于烘烤架上，在烘烤的整个过程中，烘箱内部处于一个密封的状态。知识目标掌握晶圆烘烤实施流程能利用虚拟仿真软件，设置相关参数进行晶圆烘烤实施技能目标5.4.3晶圆烘烤实施5.4.3晶圆烘烤实施物料准备参数设置结批晶圆烘烤流程物料准备参数设置结批5.4.3晶圆烘烤实施测试员签字确认物料5.3.3晶圆烘烤实施1.物料准备--2.参数设置--3结批（1）领料确认5.3.3晶圆烘烤实施1.物料准备--2.参数设置--3结批（2）导片清点晶圆数量核对晶圆批号与片号物料准备参数设置结批5.4.3晶圆烘烤实施物料准备参数设置结批5.4.3晶圆烘烤实施5.3.3晶圆烘烤实施1.物料准备--2.参数设置--3结批填写随件单5.4晶圆烘烤5.4.4晶圆烘烤常见异常故障排除

异常分析：设置的烘烤时间过长或烘烤温度过高，导致墨点内的水分过度蒸发。解决方法：测试员利用清洗液将墨点擦除，对晶圆重新进行打点操作，并在高温固化时重新设置烘烤的温度和时间。墨点开裂墨点开裂5.4晶圆烘烤5.4.4晶圆烘烤常见异常故障排除

异常分析：设置的烘烤时间过短或烘烤温度过低，导致墨点烘烤程度不够。解决方法：测试员对烘烤温度和时间的设置情况，重新进行确认。如果参数设置错误，需要对固化时间和温度重新设置，再次进行烘烤；如果是由于设备故障引起的，需要通知相关技术人员进行维修解决。墨点未固化墨点未固化关键知识点梳理1．晶圆检测又称晶圆针测，是对晶片上的每个晶粒（裸片）进行针测，测试其的功能和性能参数是否符合设计规格。2．晶圆测试的目的是在晶圆制造完成后，对晶圆上各个独立的晶粒加以检测，将良品晶粒与不良品晶粒分开，不良品的晶粒会被标上记号，以利于后续工艺的处理。（1）在把晶圆切割成独立的晶粒时，标有记号的不良品晶粒会被洮汰，不再进行下—道工序，以免增加制造成本。对于有过多不合良品晶粒的晶圆，需要保存用于修正处理。关键知识点梳理（2）在晶圆测试完成之后，还可以得到晶圆良品率的重要数据。对晶圆良品率的分析，可以判断出前段工序中的异常问题，从而在开发阶段就能找出良品率偏低的真正原因。（3）良品晶粒与不良品晶粒在晶圆上的位置，会在计算机上以晶圆图的形式记录下来，用来分析每片晶圆的工艺情况，评估晶圆制造过程的质量和稳定性3．典型的晶圆测试工艺流程主要包括扎针测试、晶圆打点、晶圆烘烤以及外观检查4个环节。关键知识点梳理4．扎针测试是晶圆测试工艺中至关重要的一环。其主要作用包括：测量特定测试结构的电性参数，检测每片晶圆产品的工艺情况，评估晶圆制造过程的质量和稳定性，判断晶圆产品是否符合该工艺技术的电性规格要求。扎针测试的设备主要由测试机、探针台、探针测试卡组成。合格的扎针，应该落在晶粒上的接点（PAD）中央位置，且扎针深度适宜。在扎针测试过程中，主要有良品率异常、针印偏移和针印过深等常见的异常现象。关键知识点梳理