FE-I4B Wafer Tes/ng at LBNL Ma6hew Noakes 7 April 2013 - - PowerPoint PPT Presentation

FE-­‑I4B ¡Wafer ¡Tes/ng ¡at ¡LBNL ¡

Ma6hew ¡Noakes ¡ 7 ¡April ¡2013 ¡

Overview ¡of ¡Wafer ¡Tes/ng ¡

• Working ¡on ¡inspec/ng ¡

the ¡next ¡genera/on ¡of ¡ Front ¡End ¡pixel ¡chips: ¡ FE-­‑I4B ¡

• Chips ¡come ¡to ¡LBL ¡in ¡

wafers ¡of ¡60 ¡chips ¡

• Wafers ¡are ¡probed ¡

using ¡the ¡ALESSI ¡ probe ¡sta/on ¡

• Each ¡wafer ¡probed ¡in ¡

~40 ¡hours. ¡

• So ¡far, ¡have ¡

completed ¡probing ¡on ¡ 21 ¡full ¡wafers ¡

FE-­‑I4B ¡Chip ¡ Wafer ¡ Probe ¡Sta/on ¡ Probe ¡Card ¡

Overview ¡of ¡Wafer ¡Analysis ¡

• Once ¡tes/ng ¡is ¡complete, ¡results ¡are ¡analyzed ¡using ¡the ¡Wafer ¡Analysis ¡
• program. ¡
• For ¡each ¡chip ¡in ¡the ¡wafer, ¡reads ¡out ¡a ¡numerical ¡result ¡and ¡assigns ¡a ¡

status ¡(Green, ¡Yellow, ¡Red, ¡or ¡Blue) ¡for ¡each ¡of ¡the ¡many ¡tests. ¡

• Green: ¡Suitable ¡for ¡use ¡in ¡IBL ¡(Insertable ¡B-­‑Layer) ¡
• ¡Yellow: ¡Some ¡defects ¡(i.e. ¡broken ¡column, ¡somewhat ¡high ¡current, ¡

etc.) ¡but ¡otherwise ¡in ¡decent ¡shape ¡

• Red: ¡Not ¡usable ¡(no ¡hits, ¡crazy ¡current, ¡etc.). ¡
• Blue: ¡Some ¡strange ¡result, ¡should ¡be ¡judged ¡manually ¡
• Status ¡for ¡each ¡test ¡is ¡determined ¡based ¡on ¡a ¡cut ¡file: ¡these ¡cuts ¡have ¡

been ¡tuned ¡to ¡represent ¡the ¡mean ¡distribu/ons ¡of ¡the ¡results. ¡

• Also ¡generates ¡distribu/on ¡and ¡map ¡plots ¡for ¡each ¡test, ¡and ¡for ¡each ¡chip. ¡
• Can ¡now ¡save ¡all ¡WaferAnalysis ¡data! ¡
• Have ¡saved ¡all ¡probed ¡wafer ¡results ¡in ¡analysis ¡computer ¡as ¡wafer ¡

project ¡(.waprj) ¡files. ¡

• Can ¡now ¡access ¡them ¡within ¡seconds, ¡rather ¡that ¡~15 ¡minutes. ¡

Wafer ¡Tes/ng ¡to ¡Date ¡

• Have ¡completed ¡tes/ng ¡on ¡21 ¡wafers ¡
• Average ¡yield ¡thus ¡far: ¡

– Green: ¡34 ¡(57%) ¡ – Yellow: ¡16 ¡(26%) ¡ – Red: ¡9 ¡(15%) ¡ – Blue: ¡1 ¡(2%) ¡

• Best ¡yield: ¡43 ¡green ¡(V6B8WUH) ¡
• Worst ¡yield: ¡22 ¡green ¡(VVAYIMH) ¡

Needle ¡Resistance ¡Studies ¡

• Over ¡/me, ¡probe ¡card ¡needles ¡accumulate ¡dust, ¡debris ¡
• Causes ¡a ¡gradual ¡rise ¡in ¡needle ¡resistance ¡
• Rneedles ¡= ¡(R_075V ¡+ ¡R_06V)/2 ¡

– R_075V ¡= ¡(2*Vref_075V ¡–Vout_075V)/(I_LDO_075V) ¡ – R_06V ¡ ¡ ¡= ¡(2*Vref_06V ¡ ¡ ¡-­‑ ¡Vout_06V ¡ ¡)/(I_LDO_06V ¡ ¡) ¡

• Could ¡this ¡cause ¡a ¡varia/on ¡in ¡current ¡tests, ¡leading ¡to ¡failing ¡chips? ¡

– Had ¡been ¡a ¡“needle ¡scrubbing” ¡procedure ¡in ¡place ¡prior ¡to ¡my ¡arrival ¡to ¡try ¡to ¡mi/gate ¡any ¡possible ¡effects ¡of ¡this ¡phenomenon ¡

Single ¡Wafer ¡Resistance ¡Trends ¡ 10^4 ¡mOhms ¡ ¡ Chip ¡# ¡Probed ¡ mOhms ¡ Wafer ¡Probed, ¡oldest ¡to ¡newest ¡ All ¡Wafers ¡Resistance ¡Trends ¡

Consequences ¡of ¡Needle ¡Resistance ¡

• Clearly ¡an ¡increasing ¡trend ¡over ¡/me ¡for ¡each ¡wafer, ¡and ¡a ¡

cyclical ¡increase ¡over ¡all ¡wafers. ¡

– But ¡does ¡this ¡affect ¡the ¡results ¡of ¡our ¡current ¡tests? ¡

• Sca6erplots ¡show ¡resistance ¡distribu/ons ¡for ¡green ¡(0), ¡

yellow ¡(1), ¡red ¡(2), ¡blue ¡(3), ¡gray ¡(4) ¡results. ¡Y-­‑axis ¡is ¡ resistance ¡in ¡mOhms ¡

IDDA2CONF ¡ IDDD2AP ¡ All ¡Scans ¡

Consequences ¡of ¡Needle ¡Resistance ¡ (2) ¡

• Average ¡Results: ¡

– Green: ¡

• Mean ¡Resistance ¡= ¡549 ¡mOhms ¡
• Devia/on ¡= ¡743 ¡mOhms ¡

– Yellow: ¡

• Mean ¡= ¡598 ¡
• Devia/on ¡= ¡972 ¡

– Red: ¡

• Mean ¡= ¡504 ¡
• Devia/on ¡= ¡545 ¡

– Blue: ¡

• Mean ¡= ¡615 ¡
• Devia/on ¡= ¡598 ¡

– Gray: ¡

• Mean ¡= ¡442 ¡
• Devia/on ¡= ¡331 ¡

mOhms ¡ Arbitrary ¡Units ¡ Resistance ¡Distribu/on ¡for ¡All ¡Tests ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡sorted ¡by ¡result ¡code ¡

Needle ¡Resistance: ¡Conclusions ¡

• We ¡fail ¡to ¡observe ¡any ¡correla/on ¡between ¡

changes ¡in ¡needle ¡resistance ¡and ¡no/ceable ¡ varia/on ¡in ¡success ¡of ¡current-­‑related ¡scans. ¡

• Needle ¡scrubbing ¡procedure ¡seems ¡to ¡be ¡
• superfluous. ¡
• Wafer ¡tes/ng ¡will ¡con/nue—most ¡kinks ¡seem ¡

to ¡have ¡been ¡ironed ¡out. ¡

– ~8 ¡wafers ¡leu ¡to ¡probe ¡in ¡current ¡batch ¡ – New ¡batch ¡of ¡15 ¡wafers ¡just ¡in. ¡