探针台“四芯”测试算法应用研究_胡晓霞.pdf

（总第 297 期）电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingEEPMDec 2022收稿日期：2022-11-09探针台“四芯”测试算法应用研究胡晓霞1，李 猛1，方敏晰2，温建军1(1.中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176；2.三河建华高科有限责任公司，河北 燕郊065201)摘要：介绍了探针测试的现状，基于探针设备的硬件结构，探索设计一种“四芯”测试算法，达到提高测试效率的目标。实验结果表明了“四芯”测试算法的可行性及有效性。关键词：探针台；“四芯”测试；晶圆测试中图分类号：TN407文献标志码：B文章编号：1004-4507(2022)06-0049-05Research on Application of“Four Sites”Test Algorithm in Probe SystemHU Xiaoxia1，LI Meng1，FANG Minxi2，WEN Jianjun1(1.The 45thResearch Institute of CETC，Beijing 100176，China；2.Sanhe Wuatech Co.，Ltd.，Yanjiao 065201，China)Abstract:The current situation of probe testing is introduced in this paper.Based on the hardwarestructure of probe system，designed the corresponding“Four Sites”algorithm test flow，the goal ofimproving production efficiency is realized.Experimental results show the feasibility and effectivenessof the optimization algorithm.Key words:Probe system；“Four Sites”testing；Wafer probe在半导体器件和集成电路制造工艺中，晶圆测试是必不可少的环节。随着晶圆测试的发展，如何精确定位晶圆管芯并进行高效率测试成为探针设备关注的重点。针对探针测试领域关注的问题，探索设计了一种“四芯”测试算法，并在相关探针设备上应用得到验证，提高设备的测试效率。1晶圆测试研究1.1晶圆测试研究背景半导体材料被广泛应用于集成电路行业、分立器件、智能制造等多个领域1-2。在半导体领域高效准确测试晶圆具有重要意义3。探针设备是晶圆测试的主要设备4，在微波测试、高压测试等测试测量技术与设备49（总第 297 期）电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingEEPMDec 2022图1声表器件管芯示意图有广泛应用5。因此，高效率测试方法成为探针测试追求的目标。晶圆测试是对晶圆上每个管芯进行测试来获取管芯特性参数的过程。声表器件管芯的示意图如图1 所示。在实际的测试过程中，由于晶圆尺寸增大、管芯数量增多、单芯测试速度慢等因素影响了测试效率。因此，采用多管芯并行测试法可以提高测试效率；即：单次测试过程中多组探针同时接触多个管芯进行测试。这种技术已广泛用于探针设备。1.2晶圆测试相关技术探针设备主要用于晶圆测试。在测试过程，探针设备的承片台可以承载晶圆在 x，y，z，4 个自由度移动。晶圆经过对准扫正、寻找 MARK 点、移动至首测点等流程后运动到管芯扎针位置，探针接触管芯，测试仪测试并反馈管芯的好坏结果。重复上述动作，完成晶圆测试。晶圆测试过程中，需要将晶圆的实时测试状态反馈到可视化界面上，此界面称为该晶圆的MAP 图（简称 MAP），如图 2 所示。在图 2 中，每一个方格代表晶圆的一个测试管芯。测试过管芯的不同状态可以采用不同的颜色表示，此过程被称为管芯分类。图 2 表示“四芯”测试条件下，管芯分类 MAP。2“四芯”测试算法设计图 3 展示了测试晶圆与探卡的 4 组探针的相对位置关系。假设每一个管芯只需要一个针就可以完成测试，则图 3 中 4 个针可以同时接触晶圆的 4 个管芯，完成单组测试后，移到下一组测试位置。但同一时间内所用的测试仪无法同时分析 4组数据，因此“四芯”测试算法的核心在于单组测试过程及换行过程。假设测试晶圆共有 Wftotal行，其中第 i 行有Wfni颗管芯。则该晶圆一共有WftotaliWfni颗管芯。晶圆一般中心的一行管芯数最多，设该行为第 imiddle行。则依据 imiddle行将晶圆分为上下两部分，上半部分晶圆管芯数随着行数的增加而增多，用 wfup表示。下半部分晶圆的管芯数随着行数的增加而减少，用 wfdown表示。此外，在晶圆测试过程中，第 j 次测试，第 1、2针所处的行数为 lineij。晶圆的第 i 行最左侧管芯图2晶圆测试结果MAP图3“四芯”测试示意图13132424测试测量技术与设备50（总第 297 期）电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingEEPMDec 2022坐标表示为(WrXi，WrYi)，最右侧管芯坐标为(WlXi，WlYi)。3“四芯”测试算法流程新设计的“四芯”测试基本流程如图 4 所示。开始测试后，首先将 4 个针接触 MAP 左上角的 4个管芯，如图 3 所示。然后，1、3 针和 2、4 针分成两组，分别接触管芯，测试仪对晶圆测试完成后，将测试的数据反馈到 MAP 中。接着，分析测试位置是否到该行末尾处，如果未到，则沿 x 轴移动到下一组测试区域；否则，y 轴换行，进行测试。最后补测第一行的漏测点，完成测试流程。3.1单组测试算法晶圆测试过程中，需要探针反复接触晶圆上的管芯，以完成大量管芯测试任务。单组测试过程算法如表 1 所示。在单组测试过程中，首先探针台找到首测点，并将晶圆移动到合适位置。1、3 针先接触管芯，并给测试仪发送 Start 信号，待测试仪测试完成后，返回 EOT 信号，然后工控机处理反馈数据，并在MAP 上更新测试结果。接着 2、4 针接触管芯，重复 1、3 针操作，更新 MAP 后，完成单组测试，并返回“四芯”测试的结果。3.2换行算法当晶圆测试到行尾需要跳到下一行进行测试。“四芯”测试由于单组需要接触 4 个管芯，因此需要判断是否换行，并且需要判断需要接触的位置。在换行算法中，假设第 1 针的坐标为(X1，Y1)，X 向两针间距为 XSpace，Y 向间距为 YSpace。则第 2 针相对于第 1 针位置的坐标为：X2=X1(1)Y2=Y1+Yspace(2)第 3 针相对于第 1 针位置的坐标为：X3=X1+Xspace(3)Y3=Y1(4)第 4 针相对于 1 针位置的坐标为：X4=X1+Xspace(5)Y4=Y1+Yspace(6)在“四芯”测试过程中，每次单组测试完成后都需要判断是否换行，换行算法如表 2 所示。在单针测试中，换行容易操作，但由于“四芯”测试需要同时测试四个管芯，换行操作较为复杂。首先判断测试区域是在晶圆的上半区还是下半区。如果是上半区，则比较 2、4 针测试所处位置与图4“四芯”测试流程图表1单组测试算法表算法 1：单组测试1：输入：MAP 图。2：输出：四个管芯的测试结果。3：找首测点，1，3 针接触管芯，给测试仪发4：Start 信号5：if 收到 EOT 信号 then6：更新测试数据，更新 MAP 图；7：2，4 针接触管芯，给测试仪发 Start 信号8：if 收到 EOT 信号 then9：更新测试数据，更新 MAP；10：else11：发报警信号；12：endif13：else14：发报警信号；15：endif16:return 四个管芯测试结果。开始测试四针接触管芯1，3 针和 2，4 分别测试Map 显示测试结果是否需要换行Y 轴换行X 轴移动到下一组测试区域补测漏测点结束测试是否测试测量技术与设备51（总第 297 期）电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingEEPMDec 2022图5测试时间折线图测试时间/min3530252015105测试方式单芯双芯四芯100 mm125 mm135 mm33.4624.2619.6616.4610.4310.1310.5317.96绘图区6.6该行末尾位置的关系，然后决定是否换行。如果是下半区域，则比较 1、3 针与该行末尾的位置管芯。最后判断是否测试结束，并返回测试结果。4结果分析实验测试的结果如表 3 所示。为保证实验数据的准确性，我们采用 150 mm(6 英寸)探针台分别对片径为 100 mm，125 mm，135 mm 的晶圆进行测试。其中“四芯”测试，“双芯”测试及单针测试每种实验测试 10 次，并取测试实验的平均值作为衡量标准。图 5 为表 3 实验结果的折线图，由表 3 和图4 的实验结果可知，“四芯”测试在 3 种不同规格晶圆测试上，测试效率均有提高。结果表明“四芯”测试在提高晶圆测试效率上是有效的。5结束语探针设备作为一种半导体封装工艺的关键设备，需要在保证测试准确性的基础上提高测试的效率。本文提出了一种“四芯”测试算法，通过四组针同时接触管芯，利用单组测试及换行判断部分的方法，以达到提高测试效率的目的。实验结果证明了“四芯”测试算法的有效性。在实际生产过程中，存在一个管芯需要多针测试的情况，未来，将继续完善该算法，以适应更多的生产条件。此外，为适应物联网发展的趋势，我们将对软件进行更新，使之更适用于产线管理系统。参考文献：1A.Ahmad.Automotive Semiconductor Industry-Trends，Safety and Security Challenges-A Key SpeechC.The8th InternationalConference on Reliability，InfocomTech-nologiesand Optimization(Trends and Future Directions)(ICRITO2020)，2020.1373-1377.2吴晓波，张馨月，沈华杰.商业模式创新视角下我国半导体产业“突围”之路J.管理世界，2021，37(3)：123-表2换行算法表算法 2：换行算法1：输入：MAP，第 j 次测试时四针坐标。2：输出：是否换行。3：do4：if lineijimiddlethen5：if Y2=WrYlineij+16：orY4=WrYlineij+1then7：换行后向右测试；8：endif9：if Y2=WlYlineij+110：or Y4=WlYlineij+1then11：换行后向左测试；12：endif13：else14：if Y1=WrYlineij+115：or Y3=WrYlineij+1then16：换行后向右测试；17：endif18：if Y1=WlYlineij+119：or Y3=WlYlineij+1then20：换行后向左测试；21：endif22：if lineij=Wftotalor23：lineij+1=Wftotalthen24：补测漏测点；23：break；24：endif25：endif26：while(true)表1单组测试算法表片径/mm100100100125125125135135135测试方式四芯双芯单芯四芯双芯单芯四芯双芯单芯测试时间/min6.6010.5319.6610.1316.4624.2610.4317.9633.46（下转第66页）测试测量技术与设备52（总第 297 期）电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingE