晶圆探针测试的调针方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造及测试领域，特别是指一种晶圆探针测试的调针方法。

背景技术

在半导体器件制造工艺中，测试是保证器件出厂品质的重要环节，通过测试，能将制造过程中产生的一些残次品，或者性能不合格产品挑选出来，或者是通过测试，获知器件的性能参数，能对产品进行等级的区分。

探针测试(CP＝Chip Probing)是硅片测试中一个非常重要的测试项目，探针测试使用探针卡与晶圆上的压焊点(PAD)接触以传输电信号，如图1所示。探针卡(Probe Card)是测试仪器与待测器件(DUT)之间的接口器件，典型的探针卡是一种带有很多细针的的印刷电路板，探针卡主要有基板(Board)和探针(Probing Needle)安装组成，其中探针由合金制作而成，一般是铼钨合金。这些细针和待测器件之间进行物理和电学接触，探针传递进出晶圆测试结构压焊点的电压电流。为保持探针与芯片PAD之间良好的接触，我们会对探针增加一定的压力Over drive(OD)，保持探针对芯片PAD的针压在一定范围内。

在半导体芯片测试行业，在进行晶圆级产品或IP的测试时,往往需要进行多个条件下的测试或者验证。

测试生产需要的探针卡，需根据晶圆芯片上的PAD布局和间距来设计，对于多同测的探针卡，一张探针卡上可多达上千根探针，对应可多达1024个DUT的同测要求。

同测时要求对针精度高，任何一根探针针头扎针不准导致对应的DUT失效。

测试过程中针卡位移偏差会导致扎针偏离PAD，进而导致测试开路/短路，甚至破坏芯片功能。

而晶圆级测试中，常常会引入不同温度的测试，常见的有室温、高温(85℃，125℃等)、低温(-25℃，-40℃等)。由于探针的物理特性，当探针台温度切换时，探针会发生热胀冷缩效应，导致针的长度因温度而发生变化。在高温情况下，探针发生膨胀变长，探针接触到芯片PAD上的压力变大，甚至划出芯片PAD区域之外。而在低温情况下，探针发生收缩，导致探针接触不到芯片PAD上。如图2及图3所示。

目前常见的处理方法是探针台温度切换后，等待一定时间温针。待探针热胀冷缩变化稳定后，以此时的探针长度作为基准长度去接触芯片PAD，开始测试。但温针会引入大量冗余时间(如图4)，此时探针台和测试机都处于空闲状态，无法进行测试，故如何有效缩短或省去这部分冗余时间成为测试领域一个重要的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种晶圆探针测试的调针方法，使用测试探针机台针对晶圆上的芯片进行测试，在正常测试的测试过程中，针对不同的温度测试要求，根据探针在不同温度下其长度随时间变化的规律，动态调整探针OD值，对OD值进行相应的补偿，使其在整个测试过程中，探针始终保持适当的长度，实现和芯片PAD之间的良好接触；

所述OD值是为了保证探针与芯片PAD之间的良好接触，将探针实际伸出长度超出满足探针与芯片PAD之间接触的最短伸出长度的值。

进一步的改进是，由于热胀冷缩，探针会随温度变化其长度；OD值调整以时间为单位，即每过一段时间调整一次OD值，直至热胀冷缩效应结束，针长稳定为止。

进一步的改进是，在正常测试之前，需要采集探针在不同温度下其长度随时间变化的数据，以供在进行OD值补偿时提供参考。

进一步的改进是，所述采集的探针长度在不同温度下随时间变化的数据，将其整理成图表或曲线，便于在OD值补偿时使用。

进一步的改进是，在探针随温度变化膨胀或收缩的过程中，多次调整OD，确保探针OD值误差在接受范围之内。

进一步的改进是，所述的探针OD误差值的接受范围为15um以内。

进一步的改进是，通过动态调整OD值，省去因探针台温度变化而进行的温针步骤，提高测试效率。

本发明所述的晶圆探针测试的调针方法，通过找出探针长度在不同温度随时间变化的规律，直接根据时间参数对探针OD值进行补偿，可实现探针与PAD之间始终保持良好接触而直接进行测试，省略了传统方法中耗时较长的温针步骤，提高了测试效率。

附图说明

图1是探针与芯片PAD之间正常接触的示意图。

图2是探针受热膨胀后伸长，针尖向芯片PAD边缘滑动的示意图。

图3是探针遇冷收缩后变短，针尖与芯片PAD之间不能良好接触的示意图。

图4是不同温度下探针的长度与时间之间的关系曲线。

图5是本发明方法流程示意图。

图6是一实施例探针在85℃时针长与时间的关系曲线。

具体实施方式

本发明根据目前的测试方式所存在的问题提出改进，针对背景技术部分所揭露的问题，通过对探针热胀冷缩效应的分析，发现探针针长随温度的变化是有规律的。所以，即便没有温针过程，只要在测试过程中，随时间动态的对针长做补偿，即可保证整个测试过程中，探针一直与芯片PAD接触良好。

因此，在正常测试的测试过程中，针对不同的温度测试要求，根据探针实际的温度变化的时间，动态调整探针OD值，对OD值进行相应的补偿，使其在整个测试过程中，探针始终保持适当的长度，实现和芯片PAD之间的良好接触。

在进行补偿前，需要先行对探针长度在不同温度下随时间的变化采集一些数据，或者对这些数据进行处理形成图表或曲线。如图4所示，是在高温、室温以及低温状态下采集的针长随时间变化的数据形成的曲线，通过对曲线进行分析，得出在85分钟后针长趋于稳定。

通过对以往数据进行分析发现，在晶圆探针测试的一般情况下，OD值在15um之内的误差可以认为对测试没有影响，按照这一标准，只需通过动态调整OD，在膨胀或收缩的过程中，多次调整OD，使误差始终保持在15um之内，即可实现跳过温针，进行稳定的量产测试。

OD调整以时间为单位，即每过一段时间调整一次OD，直至热胀冷缩效应结束，针长稳定为止。如图6所示，是一款探针卡在85℃下的针长随时间变化的关系曲线图，利用该曲线图，我们可以在进行芯片探针测试时对探针OD值进行实时调整，而无需在等待温针的过程。从图6中的曲线可以得出，在高温状态下探针长度随时间的增长而逐渐变长，图中横轴为时间刻度，纵轴为针长变化刻度，针长从初始状态的“0”(针长变化值)，经过15分钟后，针长变长了15um,然后随着时间的增长，到第三十分钟时针长的变化量接近30um，到时间60分钟时，针长变化量为45um左右。80分钟以后探针长度基本达到稳定。对探针不做OD值补偿的话，探针由于长度的增大可能会导致探针与PAD之间的压力增加，甚至探针针尖歪斜滑出PAD区域之外，接触失效。

按照上述曲线所揭露的规律，以及OD值误差控制在15um之内的经验准则，在使用探针卡对晶圆进行探针测试时，就可以直接跳过温针步骤，当85摄氏度下时间过了15分钟时，推定探针在热胀冷缩下伸长了15um，因此在原探针OD值基础上减掉伸长的15um即可，当时间达到30分钟时，按照上述曲线，此时探针伸长的总变化量应为30um，此时再次调整探针，将探针长度变化的30um补偿进原始的探针接触数据中即可。其他温度下探针伸长量采用类似的方法进行调整，不再列举具体的实例。

在低温状态下，由于探针遇冷会收缩，针长的变化量为负，也就是随着时间的增长会逐渐变短，再不调整探针OD值时可能会出现探针与PAD之间分离而接触失效，因此OD值也需要与高温下进行相反的补偿，以保证探针与芯片PAD之间的持续良好接触。

通过上述的本发明方法，只需记载探针温度达到设定温度后的持续时间长短，根据不同温度下探针长度变化量及时间曲线，根据15um变化量的标准，每隔一段时间调整探针OD值即可，不再需要等待传统方法中温针的等待时间而浪费机台工时，提高了机台的工作效率。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。