CN104183512A - 一种晶圆监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶圆监控方法，包括：步骤a对晶圆进行检测，在所述晶圆上形成探针标记；步骤b制定取样计划，在所述晶圆上选取探针标记样本，计算每个探针标记样本的面积和相应的探针的面积；步骤c对所述探针标记样本的面积和所述探针的面积进行统计分析，得到盒形图；步骤d将所述盒形图输入到监控系统中，对所述晶圆进行监控。在本发明所述方法实现对所述晶圆的监控，以保证封装晶圆片的质量，同时能够更早的检测到测试探针卡或探针的偏移，及时解决，提高产品的稳定性和良率。

Description

一种晶圆监控方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，本发明涉及一种晶圆监控方法。

背景技术

近年来半导体制程技术突飞猛进，目前产品讲求轻薄短小，IC体积越来越小、功能越来越强、脚数越来越多，为了降低芯片封装所占的面积与改善IC效能，现阶段覆晶(Flip Chip)方式封装普遍被应用于绘图芯片、芯片组、存储器及CPU等。上述高阶封装方式单价高昂，如果能在封装前进行芯片测试，发现有不良品存在晶圆当中，即进行标记，直到后段封装制程前将这些标记的不良品舍弃，可省下不必要的封装成本。

现有技术中针对晶圆测试的方法包括多种，其中最常用的方法为电路探测（circuit probe，CP）方法，所述CP方法是指在封装前对晶圆进行测试，该方法针对整个晶圆进行测试，通过所述测试将坏的晶粒（DIE）挑拣出来，以减少封装和测试成本。

此外现有技术还有一种常用的方法为晶圆可接受测试（wafer acceptancetest，WAT），所述WAT方法是针对专门测试图形（test key）进行测试通过电参数来控制各步工艺是否正常和稳定。

虽然所述CP和WAT方法侧重不同，但是都能够在封装前对晶圆进行测试，以减少封装后再进行测试的风险和弊端，在所述CP和WAT方法中都需要形成探针标记（Probe mark），所述探针标记的尺寸对于接下来的封装过程非常关键。

目前在晶圆成品最终出货检查(Outgoing quality assurance，OQA)中包含自动目视检查（automated visual inspection，AVI），所述AVI具有通过图像采集，在进行图像采集后然后由人工（manual）进行挑拣，虽然目前AVI系统可以进行采集图像，但是由于其中所述探针标记的尺寸不能定量，从而使所述AVI中图像采集以及人工判断应用受到限制，同时所述人工判断同样受到操作人员经验的限制，造成效率较低。

因此，需要对目前封装前晶圆监控方法进行改进，以消除现有技术中存在的各种问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前存在问题，提供了一种晶圆监控方法，包括：

步骤a对晶圆进行检测，在所述晶圆上形成探针标记；

步骤b制定取样计划，在所述晶圆上选取探针标记样本，计算每个探针标记样本的面积和相应的探针的面积；

步骤c对所述探针标记样本的面积和所述探针的面积进行统计分析，得到盒形图；

步骤d将所述盒形图输入到监控系统中，对所述晶圆进行监控。

作为优选，所述步骤a中对晶圆进行检测的方法为晶圆可接受测试或电路探测。

作为优选，所述晶圆可接受测试方法中还包括在所述晶圆上形成包括焊盘的测试结构。

作为优选，所述步骤b选用自动视觉系统完成。

作为优选，所述步骤b中取样计划包括以下步骤：

选取晶圆曝光次数；

选取每次曝光中晶粒的数目；

选取自动视觉系统的窗口中焊盘的数目。

作为优选，所述晶圆曝光次数为5，9或13。

作为优选，所述每次曝光中晶粒的数目为5个以上。

作为优选，所述自动视觉系统的窗口中焊盘的数目为10个以上。

作为优选，所述探针标记样本的面积选用椭圆面积的计算公式，为：S=π×a×b/4，其中a、b分别为椭圆中的长轴和短轴的长度。

作为优选，所述探针的面积的计算公式为Sˊ=（π×a×b/4）/（H×W），其中a、b分别为椭圆中的长轴和短轴的长度，H、W分别为输出版图的高度和宽度。

作为优选，所述步骤c选用设备自动化系统完成。

作为优选，所述监控系统采用统计过程控制。

作为优选，所述盒形图中正常探测区域的百分比等于所述探测标记面积和所述焊盘区域面积的比值。

在本发明中结合电路探测（circuit probe，CP）方法或晶圆可接受测试（wafer acceptance test，WAT）方法中探针标记的形状，所述探针标记为椭圆形，通过椭圆面积的计算公式来计算所述探针标记的面积，在所述AVI系统中根据预先设定在一个晶圆上的取样计划进行拍摄图像，并根据类似CDSEM的测量方法进行测量所述图像中长轴和短轴的长度（a和b），然后设备自动化系统（equipment automation programming，EAP）将根据所述采用数据得到盒形图，将所述正常化焊盘面积（normalized pad area）和数据输入到所述统计过程控制（Statistical Process Control，SPC）系统中，所述控制系统根据盒形图，实现对所述晶圆的监控，以保证封装晶圆片的质量，同时能够更早的检测到测试探针卡或探针的偏移，及时解决，提高产品的稳定性和良率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为本发明一具体实施方式中探针标记形状示意图；

图2为本发明一具体实施方式中版图结构示意图；

图3为本发明一具体实施方式得到的中盒形图；

图4为本发明一具体实施方式中晶圆的曝光单元个数为5，9，13的样品示意图；

图5为本发明一具体实施方式中所述监控探针标记大小的方法的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述监控探针标记大小的方法。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。

下面对本发明的一具体实施方式中的处理方法做进一步的说明：

在晶圆制造出来进入后续切割封装之前，需要对所述晶圆进行测试，通过拣选测试将最小的单元，即晶粒（DIE）分类，将有缺陷的进行标记，为了解决现有技术中所述探针标记（probe mark）大小不能定量的问题，本发明提供了一种新的方法，包括以下步骤：

步骤a对晶圆进检测，在所述晶圆上形成探针标记；

步骤b制定取样计划，在所述晶圆上选取探针标记样本，计算每个探针标记样本的面积和相应的探针的面积；

步骤c对所述探针标记样本的面积和所述探针的面积进行统计分析，得到盒形图；

步骤d将所述盒形图输入到监控系统中，对所述晶圆进行监控。

下面结合附图1-4对本发明所述方法做详细的说明：首先对所述晶圆进行检测，并在所述晶圆上形成探针标记；

具体地，在本发明的一种实施方式中，可以选用晶圆可接受测试（waferacceptance test，WAT）方法或者电路探测（circuit probe，CP）方法对所述晶圆进行测试，可以选用上述方法中的任一种，但所述两种方法各有侧重。

其中所述晶圆可接受测试（wafer acceptance test，WAT）方法是在晶圆切割和封装之前检测的步骤，以避免出现由于晶圆前期生产中的差错而使晶粒无法正常工作的情况，所述晶圆可接受测试（wafer acceptance test，WAT）方法中为了避免对晶粒造成的破坏，通常在制作晶粒时，在每个晶粒和晶粒的空隙上，也就是切割道上，制作测试结构（test key），晶圆可接受测试（waferacceptance test，WAT）方法通过对所述测试结构的测试，从而推断晶粒是否完好，通常所述WAT参数保罗对元件进行电性能测量所得到的数据，例如连结性测试、阈值电压、漏极饱和电流等。

在本发明中也可以选用电路探测（circuit probe，CP）方法进行测试，所述电路探测（circuit probe，CP）方法更加侧重良率的测试，例如针对每个晶粒中某些特定的功能性测试，例如电路探测（circuit probe，CP）方法对于每个晶粒进行一连串的功能通过（pass）/失败（fail）测试，例如开/短路测试、扫描测试等，其更加侧重晶粒良率的测试。

作为优选，在本发明中优选晶圆可接受测试（wafer acceptance test，WAT）方法对所述晶圆进行测试，在测试过程中，每一个芯片的电性能力和电路机能都被检测到。晶圆测试也就是芯片测试（die sort）或晶圆电测（wafer sort）。

作为优选，在所述WAT中优选探针卡对所述晶圆进行测试，所述晶圆卡中包括探针座、探针（probe），当然还包含其他常规器件，本领域技术人员可以根据需要和精度进行选择，在此不再赘述。

在所述晶圆上还可以形成焊盘（Pad），所述焊盘即为测试结构，所述焊盘上还可以形成检查标记，所述焊盘和所述检查标记具有金属层，例如Al金属层，作为优选，还可以对所述金属铝进行氧化，在所述金属层上形成一绝缘层。

在测试时，晶圆被固定在真空吸力的卡盘上，并与很薄的探针电测器对准，刺穿所述绝缘层，同时探针与芯片的每一个焊盘（金属层）相接触。电测器在电源的驱动下测试电路并记录下结果。测试的数量、顺序和类型由计算机程序控制。测试机是自动化的，所以在探针电测器与第一片晶圆对准后的测试工作无须操作员的辅助，在该过程中可以选用人工对准。

随着芯片的面积增大和密度提高使得晶圆测试的费用越来越大芯片需要更长的测试时间以及更加精密复杂的电源、机械装置和计算机系统来执行测试工作和监控测试结果。因此，作为优选，在本发明中优选使用自动视觉系统（automated visual inspection，AVI），自动视觉系统（automated visualinspection，AVI）是随着芯片尺寸扩大而更加精密，所述AVI具有更高的自动化程度，使得芯片测试流程更加简化而有效，例如在芯片参数评估合格后使用简化的测试程序，另外也可以隔行测试晶圆上的芯片，或者同时进行多个芯片的测试。

选用所述AVI可以把圆片安放在一个可移动的金属板上。在水平和垂直方向上可以自动移动圆片，并通过探针卡实现这一部分的电子线路连接，习惯的做法是做一个与每个管心焊盘几何形状匹配的电路板，并把它连接到测试设备上，探针卡上有细小的金属探针附着，通过降低探针高度使之和芯片上的焊盘接触，可以把卡上的线路和芯片的结合焊盘连起来。运行检测程序检验芯片合格与否，检测完成后，探针抬起，通过测试在晶圆（晶粒）上留下探针标记（probe mark）。

所述AVI可以包含检查系统，自动检查装置，目视检查装置，设置在工厂内的LAN等的网络，管理服务器等。自动检查装置是以CCD照相机等拍摄使测试图案显示的显示面板，将其作为图像数据，用计算机对该图像数据进行图像处理：所述目视检查装置是具有使测试图案显示在检查对象面板上的单元的显示面板的目视检查装置，该目视检查装置具有：测试图案存储单元；取得自动检查装置所生成的自动检查结果信息的单元，自动检查装置目视检查装置以及管理服务器通过网络以有线或者无线的方式常时或者随时连接，能够根据需要交换数据、命令，这些部分作为整体形成本发明的检查系统。

自动检查装置具有使测试图案显示于检查对象面板的单元、将显示有测试图案的检查对象面板的显示画面作为图像数据取得的图像数据取得单元、对所取得的图像数据进行解析的图像处理单元、根据被解析的图像数据生成自动检查结果信息的单元、对所生成的自动检查结果信息进行存储的存储单元。

自动检查装置与后述的目视检查装置同样包括：装载部，该装载部取得检查对象面板，将其放置在放置台上并输送至检查部；校准摄像装置，其对被输送到检查部的检查面板进行位置对准；与检查面板的电极接触的探测单元；向探测单元供给信号，点亮检查面板，并使测试图案显示的检查部；以及存储测试图案的存储装置，由此，能够使测试图案显示于检查对象面板。另外，存储测试图案的存储装置也可以设置在管理服务器上。

其中，通过所述WAT或者CP方法中探针标记通常为椭圆形，如图1所示，接近于圆形，其中所述探针标记的大小收到探针卡中各种设置和状况的影响，在AVI中通过采集图像、分析计算得到所述探针标记中长轴和短轴的长度分别为a、b，通常所述椭圆形的探针标记的面积计算公式为：S=π×a×b/4，得到探针标记的面积S。

然后根据所述探针标记的面积，计算所述正常探针（Normalized Probe）的大小Sˊ，所述Sˊ=（π×a×b/4）/（H×W），其中所述（π×a×b/4）中各种参数的意义及大小和所述探针标记的面积计算公式中的相同，其中所述H、W可以通过所述晶粒的输出版图（Layout）得出，如图2所示，其中所述H、W分别为所述输出版图的高度和宽度，其中所述a、b可以通过AVI系统得到。

然后通过统计过程控制（Statistical Process Control，SPC）方法对探测区域（Probe area）大小进行监控，在此之前首先需要得到关于正常探测区域（normalized probe area）的盒形图。

为了使得到的正常探测区域（normalized probe area）的盒形图更加准确，以提高监控效果，AVI需要对所述探针标记（probe mark）制定取样计划（sampling plan），以使所述取样具有代表性，能够更加准确的监控所述探测区域大小，考虑以下几个方面：

首先需要是晶圆的曝光单元个数（由晶圆直径和光罩尺寸决定，典型的12英寸包含晶圆60～80个单元）（Within wafer shot number），通常选用具有代表性的数值（typical number），例如5，9，13等，分别图4a、4b和4c所示，以保证能够覆盖所述晶圆的中心和边缘区域。

同时，还需要考虑每次曝光的晶粒的数目（Within shot die number），通常选用具有代表性的数值（typical number），通常选取5以上的数值，以保证能够覆盖所述晶圆的中心和边缘区域。

此外，还需要考虑AVI中自动检查装置窗口中焊盘的数目，通常选用具有代表性的数值（typical number），通常选取10以上的数值。

然后，将所述数据整理集中后输入到所述设备自动化系统（equipmentautomation programming，EAP），所述EAP）将根据所述采用数据得到盒形图，如图3所示，其中所述盒形图中能够得到正常探测区域（normalized probearea），其中所述正常探测区域的百分比等于所述探测标记面积（normalizedprobe area）和所述焊盘区域面积（pad area）的比值，设备自动化系统（equipment automation programming，EAP）将所述盒形图，包含焊盘面积（padarea）和数据输入到所述统计过程控制（Statistical Process Control，SPC）系统中，对晶圆的检测进行实时控制，在所述盒形图中正常探测区域（normalizedprobe area）内的数据为良率产品，在所述区域以外的为非良率产品。

在本发明中结合电路探测（circuit probe，CP）方法或晶圆可接受测试（wafer acceptance test，WAT）方法中探针标记的形状，所述探针标记为椭圆形，通过椭圆面积的计算公式来计算所述探针标记的面积，在所述AVI系统中根据预先设定在一个晶圆上的取样计划进行拍摄图像，并根据类似CDSEM的测量方法进行测量所述图像中长轴和短轴的长度（a和b），然后设备自动化系统（equipment automation programming，EAP）将根据所述采用数据得到盒形图，将所述正常化焊盘面积（normalized pad area）和数据输入到所述统计过程控制（Statistical Process Control，SPC）系统中，所述控制系统根据盒形图，实现对所述晶圆的监控，以保证封装晶圆片的质量，同时能够更早的检测到测试探针卡或探针的偏移，及时解决，提高产品的稳定性和良率。

图5为本发明一具体实施方式中所述监控探针标记大小的方法的流程图，包括以下步骤：

步骤a对晶圆进行检测，在所述晶圆上形成探针标记；

步骤b制定取样计划，在所述晶圆上选取探针标记样本，计算每个探针标记样本的面积和相应的探针的面积；

步骤c对所述探针标记样本的面积和所述探针的面积进行统计分析，得到盒形图；

步骤d将所述盒形图输入到监控系统中，对所述晶圆进行监控。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (13)

1.一种晶圆监控方法，包括：

步骤a对晶圆进行检测，在所述晶圆上形成探针标记；

步骤b制定取样计划，在所述晶圆上从所述探针标记中选取探针标记样本，计算每个探针标记样本的面积和相应的探针的面积；

步骤c对所述探针标记样本的面积和所述探针的面积进行统计分析，得到盒形图；

步骤d将所述盒形图输入到监控系统中，对所述晶圆进行监控。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a中对晶圆进行检测的方法为晶圆可接受测试或电路探测。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述晶圆可接受测试方法中还包括在所述晶圆上形成包括焊盘的测试结构。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述步骤b选用自动视觉系统完成。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤b中取样计划包括以下步骤：

选取晶圆曝光次数；

选取每次曝光中晶粒的数目；

选取自动视觉系统的窗口中焊盘的数目。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述晶圆曝光次数为5，9或13。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述每次曝光中晶粒的数目为5个以上。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述自动视觉系统的窗口中焊盘的数目为10个以上。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探针标记样本的面积选用椭圆面积的计算公式，为：S=π×a×b/4，其中a、b分别为椭圆中的长轴和短轴的长度。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探针的面积的计算公式为Sˊ=（π×a×b/4）/（H×W），其中a、b分别为椭圆中的长轴和短轴的长度，H、W分别为输出版图的高度和宽度。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c选用设备自动化系统完成。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监控系统采用统计过程控制。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盒形图中正常探测区域的百分比等于所述探测标记面积和所述焊盘区域面积的比值。