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技術文章—如何降低晶圓測試成本
來源:半導體測試
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作者:chnchip
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發布時間: 2020-12-11
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晶圓/芯片工藝過程從空白的硅晶圓開始到最終制成電子功能芯片終結，整個過程需要依次執行數百個專業的工藝步驟(稱為工藝流程)。但是，考慮到R&D環境的性質以及各個工藝步驟的復雜性，如果在某個工藝流程中出現問題，可能導致功能器件的良率大幅下降。
在工藝流程的早期對晶圓上的單個芯片/器件進行電子測試，有助于了解片上設備的性能和執行早期的半導體工藝監管。目前已有具備在線測試功能的大型設備，但是對于之前的fab工廠來說，若沒有在其中嵌入在線（in-line）電氣測試系統，就無法獲得工藝流程中關鍵點的反饋。因此不得不從fab廠中取出晶圓，然后使用現有的參數測試儀對其進行測試，這就會導致整個流程中斷。而且，由于污染問題，從fab廠取出來的晶圓無法返回進行進一步加工，就會損失大量的晶圓，制造周期大大增長，項目交付時間也大大延遲了。
工廠研發的測試芯片系統由數千個具有各種尺寸和架構的晶體管、電阻器和電容器組成。其中可能包含小型演示電路，我們需要測試所有這些器件，以正確分析特定的半導體制造工藝。
如果有一套工廠內部半導體自動測試設備（ATE），能夠24/7全天候執行測試操作，就可以大大減少研發項目的交付時間并降低總體成本。因此我們需要一種多功能的測試系統，可以快速、準確地執行測試，以支持我們的各種行業聯盟計劃。并要求該系統需要能夠滿足所有的參數和功能IC測試需求，而且可以輕松擴展來滿足未來半導體制造工業技術的測試需求。
第一階段測試
為了減少晶圓檢測的成本就需要更高效的替代解決方案。但是市場上的測試系統不是專注于參數測試，就是專注于功能測試，無法兼顧。而且，傳統的參數測試儀利用開關矩陣來共享SMU，數字萬用表（DMM）和LCR測試儀等資源，這會降低信號的完整性并使操作順序化，無法并行執行。此外這些儀器通常需要花費很長時間來進行編程序，而且采用固定密封裝，缺乏靈活的性，價格也很昂貴。
自發展至今，PXI被各行各業廣泛采用，可有效的幫助企業降低成本、提高績效，同時具有強大的經濟實力，可以更輕松地幫助各個企業度過不同的產業波動期。最終選擇了一種高精度的每通道SMU儀器；除了PXI儀器外，還配備了自動晶圓加工系統的探針臺，該系統可以在無人值守的情況下運行；開發了一個定制的探針卡，并將所有晶圓探測組件連接到一個容納PXI儀器的19英寸機架中。測試系統包括PXI SMU與DMM、LCR儀表和第三方低泄漏開關矩陣，他們在測試點之間共享資源。如圖2所示。
接著利用軟件，在使用PXI模塊化儀器的ATE上開發并部署了一個參數測試例程庫，并對其進行了基準測試，最終對過程監控結構進行了測量。實現了全自動、無人值守的晶圓測試，并順利地將電氣數據覆蓋為其他在線（光學）計量數據，進行深入地進行過程分析。
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通過fab工廠內部ATE，我們可以執行以前的不可能完成的實驗或晶圓成本很高的實驗。作為一個獨立的研究機構，這些新的實驗為研發的半導體工藝技術提供了非常有價值的信息。圖3顯示的是實驗中一些非常重要的改進。
第二階段測試
將ATE系統的硬件配置為兩臺菊花鏈式PXI機箱，25個PXIeSMU（其中24個連接到與晶圓前端接觸的探針，一個連接到吸盤觸點），以及一個功能強大的機架式控制器。探針臺和晶圓上料設備通過GPIB-USB接口進行控制，軟件包依然作為軟件架構的核心。
這種每針SMU方法的性能非常驚人，大大減少了測試時間，這對于大型的傳統臺式SMU來說是不可能的。由于這一方法可實現高度并行測量，不需要按順序進行測量，節省了中間的切換步驟，因此總測試時間減少到僅為測試一個測試點的時間。
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假設一個探針墊模塊具有24個焊盤和12個二極管；每個二極管連接到兩個焊盤。對于fA級的二極管泄漏測量，我們需要較長的測試積分（孔徑）時間來抑制測量噪聲。這一個積分時間可能會超過32個電源周期（PLC），相當于640 ms(32 PLC x 20 ms/PLC)。在采用開關矩陣的傳統順序測試中，開關和建立時間大約為10 ms，這也是一個重要的影響因素。關于這一點，在第1階段的系統中，每一個探針墊模塊塊的開關和建立時間大約為7.92 s。而對于高度并行的配置，測試時間有效地減少到一個二極管的測量時間（640毫秒），快了12倍。
總結
根據多個應用程序的測試時間數據，并綜合考慮了探針的步進時間之后，可以發現測試速度提高了 3.35倍，過去的測試時間為每晶圓67分鐘，而現在采用并行測試后，每晶圓的測試時間減少為20分鐘。因此可以肯定地說，從第一階段到第二階段，測試吞吐量增加了三倍！在工藝制造周期日益縮短的情況下，吞吐量的增加將有助于于我們更加快速地交付研發成果 。此外，還可以在工藝流程的早期提取大量數據，進行晶圓級可靠性研究。
總而言之，基于PXI的模塊化測試儀器可以有效降低檢測成本、提高檢測速率。
源文標題：降低芯片測試成本的有效手段！
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珠海市中芯集成電路有限公司是一家專業從事集成電路后序加工的高科技電子公司，可以為客戶提供晶圓測試（wafer testing）、晶圓切割Dicing Saw(半切及貼膜全切) 、晶圓研磨減?。╳afer back grinding）、成品測試及tcp/cof/cob封裝等全方位的服務。公司是中國半導體行業協會會員，珠海市軟件行業協會副會長單位，獲授國家高新技術企業，廣東省“守合同重信用”企業，通過ISO 9001：2008和ISO 9001：2015體系認證。中芯的行為準則是“以客戶為中心，以質量求生存，以服務求發展！”，希望通過我們的專業程度和不懈的努力，為客戶提供低成本、高品質的產品為目標。
在工藝流程的早期對晶圓上的單個芯片/器件進行電子測試，有助于了解片上設備的性能和執行早期的半導體工藝監管。目前已有具備在線測試功能的大型設備，但是對于之前的fab工廠來說，若沒有在其中嵌入在線（in-line）電氣測試系統，就無法獲得工藝流程中關鍵點的反饋。因此不得不從fab廠中取出晶圓，然后使用現有的參數測試儀對其進行測試，這就會導致整個流程中斷。而且，由于污染問題，從fab廠取出來的晶圓無法返回進行進一步加工，就會損失大量的晶圓，制造周期大大增長，項目交付時間也大大延遲了。
圖1.半導體制造工藝流程簡圖
工廠研發的測試芯片系統由數千個具有各種尺寸和架構的晶體管、電阻器和電容器組成。其中可能包含小型演示電路，我們需要測試所有這些器件，以正確分析特定的半導體制造工藝。
如果有一套工廠內部半導體自動測試設備（ATE），能夠24/7全天候執行測試操作，就可以大大減少研發項目的交付時間并降低總體成本。因此我們需要一種多功能的測試系統，可以快速、準確地執行測試，以支持我們的各種行業聯盟計劃。并要求該系統需要能夠滿足所有的參數和功能IC測試需求，而且可以輕松擴展來滿足未來半導體制造工業技術的測試需求。
第一階段測試
為了減少晶圓檢測的成本就需要更高效的替代解決方案。但是市場上的測試系統不是專注于參數測試，就是專注于功能測試，無法兼顧。而且，傳統的參數測試儀利用開關矩陣來共享SMU，數字萬用表（DMM）和LCR測試儀等資源，這會降低信號的完整性并使操作順序化，無法并行執行。此外這些儀器通常需要花費很長時間來進行編程序，而且采用固定密封裝，缺乏靈活的性，價格也很昂貴。
自發展至今，PXI被各行各業廣泛采用，可有效的幫助企業降低成本、提高績效，同時具有強大的經濟實力，可以更輕松地幫助各個企業度過不同的產業波動期。最終選擇了一種高精度的每通道SMU儀器；除了PXI儀器外，還配備了自動晶圓加工系統的探針臺，該系統可以在無人值守的情況下運行；開發了一個定制的探針卡，并將所有晶圓探測組件連接到一個容納PXI儀器的19英寸機架中。測試系統包括PXI SMU與DMM、LCR儀表和第三方低泄漏開關矩陣，他們在測試點之間共享資源。如圖2所示。
接著利用軟件，在使用PXI模塊化儀器的ATE上開發并部署了一個參數測試例程庫，并對其進行了基準測試，最終對過程監控結構進行了測量。實現了全自動、無人值守的晶圓測試，并順利地將電氣數據覆蓋為其他在線（光學）計量數據，進行深入地進行過程分析。
圖2. 第一階段測試系統框架圖
圖3. 相對于傳統測試方法的改進
通過fab工廠內部ATE，我們可以執行以前的不可能完成的實驗或晶圓成本很高的實驗。作為一個獨立的研究機構，這些新的實驗為研發的半導體工藝技術提供了非常有價值的信息。圖3顯示的是實驗中一些非常重要的改進。
第二階段測試
將ATE系統的硬件配置為兩臺菊花鏈式PXI機箱，25個PXIeSMU（其中24個連接到與晶圓前端接觸的探針，一個連接到吸盤觸點），以及一個功能強大的機架式控制器。探針臺和晶圓上料設備通過GPIB-USB接口進行控制，軟件包依然作為軟件架構的核心。
這種每針SMU方法的性能非常驚人，大大減少了測試時間，這對于大型的傳統臺式SMU來說是不可能的。由于這一方法可實現高度并行測量，不需要按順序進行測量，節省了中間的切換步驟，因此總測試時間減少到僅為測試一個測試點的時間。
圖4.第二階段測試系統框架
假設一個探針墊模塊具有24個焊盤和12個二極管；每個二極管連接到兩個焊盤。對于fA級的二極管泄漏測量，我們需要較長的測試積分（孔徑）時間來抑制測量噪聲。這一個積分時間可能會超過32個電源周期（PLC），相當于640 ms(32 PLC x 20 ms/PLC)。在采用開關矩陣的傳統順序測試中，開關和建立時間大約為10 ms，這也是一個重要的影響因素。關于這一點，在第1階段的系統中，每一個探針墊模塊塊的開關和建立時間大約為7.92 s。而對于高度并行的配置，測試時間有效地減少到一個二極管的測量時間（640毫秒），快了12倍。
總結
根據多個應用程序的測試時間數據，并綜合考慮了探針的步進時間之后，可以發現測試速度提高了 3.35倍，過去的測試時間為每晶圓67分鐘，而現在采用并行測試后，每晶圓的測試時間減少為20分鐘。因此可以肯定地說，從第一階段到第二階段，測試吞吐量增加了三倍！在工藝制造周期日益縮短的情況下，吞吐量的增加將有助于于我們更加快速地交付研發成果 。此外，還可以在工藝流程的早期提取大量數據，進行晶圓級可靠性研究。
總而言之，基于PXI的模塊化測試儀器可以有效降低檢測成本、提高檢測速率。
源文標題：降低芯片測試成本的有效手段！
源文地址：https://mp.weixin.qq.com/s/EQT5pM_bCsNc11bVI5tTWA
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珠海市中芯集成電路有限公司是一家專業從事集成電路后序加工的高科技電子公司，可以為客戶提供晶圓測試（wafer testing）、晶圓切割Dicing Saw(半切及貼膜全切) 、晶圓研磨減?。╳afer back grinding）、成品測試及tcp/cof/cob封裝等全方位的服務。公司是中國半導體行業協會會員，珠海市軟件行業協會副會長單位，獲授國家高新技術企業，廣東省“守合同重信用”企業，通過ISO 9001：2008和ISO 9001：2015體系認證。中芯的行為準則是“以客戶為中心，以質量求生存，以服務求發展！”，希望通過我們的專業程度和不懈的努力，為客戶提供低成本、高品質的產品為目標。