提升IC測試廠的產(chǎn)能利用率

前言

IC測試廠最重要的兩大指標(biāo)就是測試品質(zhì)與生產(chǎn)效率。測試品質(zhì)的關(guān)鍵在于測試的再現(xiàn)性與可重復(fù)性，而生產(chǎn)要素除了合格率的因素外，最主要的就是測試設(shè)備的產(chǎn)能利用率。在質(zhì)的方面，對于經(jīng)過測試的每一顆IC，要求在最短的時間內(nèi)測完所有指標(biāo)，而且不因時間、地點(diǎn)的不同而測得不同的結(jié)果。在量的方面，如何提升測試設(shè)備的產(chǎn)能利用率，降低機(jī)器準(zhǔn)備時間、故障維修時間以及如何減少重測，均考驗(yàn)測試廠的工程技術(shù)能力與量產(chǎn)的運(yùn)行能力。

自動測試設(shè)備ATE的生產(chǎn)效率

IC測試廠的服務(wù)項(xiàng)目，主要包括晶圓測試、成品測試，以及少部分的老化測試與手工測試。

在半導(dǎo)體IC測試服務(wù)里，最重要的設(shè)備就是自動測試設(shè)備(ATE)，簡稱測試臺。將其與探針臺(Probe)連接，可用于晶圓測試，若與機(jī)械手連接，就可用于成品測試。

要測試IC的好壞，即是否符合產(chǎn)品的設(shè)計(jì)指標(biāo)，就需要用到各種測試儀器，如電源、邏輯波形發(fā)生/接收器、信號發(fā)生器、示波器，甚至頻譜分析儀等等。先進(jìn)的測試系統(tǒng)已能將這些測試儀器整合在一臺系統(tǒng)之內(nèi)，并利用電腦程序來控制這些儀器，何時送出測試波形以及何時檢測被測IC(DUT：Device Under Test)的輸出信號是否符合指標(biāo)，由于是電腦程序控制，我們可以將所有的測試項(xiàng)目依序排列，在很短的時間內(nèi)完成測試。試想有一顆待測的CPU管芯，要測完所有的指令與功能、芯片的工作電壓范圍、運(yùn)算速度，只需幾秒鐘的測試時間，這全都有賴于先進(jìn)自動測試系統(tǒng)的作用。

現(xiàn)在的晶圓越做越大，以一批25片晶圓為例，每片包含400只管芯，每只測試用時4秒鐘，測完一批約需十多個小時，如果沒有快速的測試設(shè)備，是無法消化晶圓廠產(chǎn)出的晶片的。

自動測試設(shè)備ATE的測試品質(zhì)

自動測試設(shè)備ATE的另一個要素就是儀器的指標(biāo)是否能夠符合被測IC的要求，尤其對于最新的半導(dǎo)體產(chǎn)品而言，無論是工作速率、頻寬、電源分辨率，還是功能復(fù)雜度都不斷提升，相對地對自動測試系統(tǒng)ATE指標(biāo)的要求也越趨嚴(yán)格。以測試CPU為例，邏輯向量速率需大于GHz，準(zhǔn)確度要小于納秒(ns)，而先進(jìn)的USB2.0、PCI-express更要求測試系統(tǒng)能夠產(chǎn)生精確的差分邏輯信號，語音信號的分辨率必須小于毫伏，其它，如視訊、通訊或微波類產(chǎn)品，對于信號的品質(zhì)都有不同尺度的要求。

除了信號品質(zhì)外，另一挑戰(zhàn)就是接口技術(shù)。在測試系統(tǒng)里探針臺與機(jī)械手主要的工作是將被測的管芯或封裝完成的IC，一顆顆地送到被測IC接口板的固定引腳處，而每一引腳再藉由電路板的連線連接到測試機(jī)內(nèi)的儀器。信號在接口板上傳輸會衰減，或受阻抗匹配影響而造成波形失真，或由于接地不良造成干擾等，會影響到被測物的輸入與輸出并造成誤測，這是我們不愿看到的。

量產(chǎn)測試環(huán)境

半導(dǎo)體IC測試廠就是以構(gòu)建量產(chǎn)測試環(huán)境為主，從進(jìn)貨檢測開始，安排測試機(jī)臺、測試機(jī)的設(shè)置、一致性檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程中的異常處理機(jī)制、測完后的分級處理、測試資料的收集，以及后序流程的檢測烘烤、包裝、出貨等，每一步驟都希望采用生產(chǎn)線的自動化以減少人為的錯誤。本文將以測試機(jī)的生產(chǎn)自動化為主，提出數(shù)項(xiàng)改進(jìn)建議以供參考。

機(jī)臺生產(chǎn)監(jiān)控器

要想提高測試系統(tǒng)的產(chǎn)能利用率，就安裝一個生產(chǎn)監(jiān)控器。在過去記錄大多為人工方式，粗略記錄生產(chǎn)時間、異常時間、設(shè)置時間等；而先進(jìn)的測試廠，已經(jīng)能夠通過生產(chǎn)自動化，在每一臺測試系統(tǒng)上安裝一個生產(chǎn)監(jiān)控軟件，如OEE advisor，用來記錄每一個細(xì)微的動作，如記錄每批貨的載入時間、機(jī)器設(shè)置時間、測試程序裝入時間、一致性檢驗(yàn)時間、生產(chǎn)開始時間、生產(chǎn)完成時間、結(jié)賬時間等等，甚至于每顆IC的測試時間、分級時間，通過網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，可以在生產(chǎn)異常時自動報(bào)警，甚至發(fā)送e-mail或短信息通知負(fù)責(zé)工程師，而主管則可在辦公室通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時了解生產(chǎn)線上每一臺系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況。

自動程序載入器

在過去，測試程序版本、機(jī)器配置、機(jī)器操作系統(tǒng)版本、機(jī)器準(zhǔn)用的管理，常常困擾生產(chǎn)線，造成機(jī)器設(shè)置失敗而無法生產(chǎn)，或雖可生產(chǎn)，但由于用錯了程序版本，造成客戶退貨而整批重測的現(xiàn)象。在先進(jìn)的測試廠里，已能夠做到在程序服務(wù)器上統(tǒng)一管理測試程序，由系統(tǒng)來管理哪一批貨對應(yīng)哪個程序，而線上的操作員只要在測試機(jī)上輸入貨批代碼，系統(tǒng)會找到正確的測試程序，并自動檢查測試系統(tǒng)的硬件配置、系統(tǒng)程序版本，甚至檢查系統(tǒng)是否已經(jīng)通過校準(zhǔn)而允許生產(chǎn)等，最后才將測試程序載入系統(tǒng)，等待下一步的一致性檢驗(yàn)。

一致性檢驗(yàn)系統(tǒng)

生產(chǎn)前的一致性檢驗(yàn)，一直作為判斷測試系統(tǒng)的安裝狀況可否用來繼續(xù)生產(chǎn)的準(zhǔn)則。生產(chǎn)線上的工程師，常被要求采集標(biāo)準(zhǔn)樣品的測試數(shù)據(jù)與先前測過的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做一一比對，這樣做較費(fèi)時并且不易分辨細(xì)微的區(qū)別?，F(xiàn)在較先進(jìn)的做法是由電腦直接選取標(biāo)準(zhǔn)樣品，再到測試系統(tǒng)上執(zhí)行測試，測試機(jī)自動收集測試數(shù)據(jù)，與服務(wù)器上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)作詳細(xì)比對；若比對不能通過，系統(tǒng)將會顯示測試失敗的地方，以利于線上工程師依序排除錯誤。自動化的另一優(yōu)點(diǎn)是以最小的樣品數(shù)取得最多的資料點(diǎn)，藉由系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的判斷，指出系統(tǒng)的狀況，如此就可減少比對樣品的使用次數(shù)，進(jìn)而降低樣品的故障率，而能省下比對樣品的成本。

測試資料收集系統(tǒng)

每一顆IC均有數(shù)十項(xiàng)到數(shù)百項(xiàng)測試項(xiàng)目，測試機(jī)可記錄每一顆測試讀值，并將整批測試資料上傳到服務(wù)器。資料收集及上傳會占用測試機(jī)時間，運(yùn)用電腦的技巧以處理大量的資料是目前正在努力的方向。當(dāng)資料存在服務(wù)器后，可做進(jìn)一步的分析，如產(chǎn)品特性分析、合格率分析、Binning分析、Waftermap分析等等。有些客戶會要求將原始測試資料傳回公司再做分析，這些要求都需要有強(qiáng)大的服務(wù)器與快速的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

自動排產(chǎn)系統(tǒng)

自動測試設(shè)備雖可稱為萬用測試系統(tǒng)，但測試廠卻還是常因?yàn)榭蛻舢a(chǎn)品的不同種類而傷透腦筋。自動測試系統(tǒng)通常是在一個大的測試頭上裝有一、二十個插槽，依據(jù)待測IC的測試指標(biāo)組成不同的配置，例如設(shè)計(jì)成1槽插放通用電源，2至5槽插放中速邏輯波形發(fā)生/接收器，6槽插放高速邏輯波形發(fā)生器，7槽插放中頻信號發(fā)生器，9槽插放低頻高分辨率頻譜分析儀等。由于測試廠要服務(wù)多家客戶及多種產(chǎn)品，目前沒有一種自動測試設(shè)備能用一種配置覆蓋所有的IC種類，所以退而求其次，只能異中求同，盡量將相似的產(chǎn)品歸類，分成多種分類來管理。但實(shí)際上除硬件配置不同外，還有軟件配置的不同，如A類待測IC，需在系統(tǒng)程序V3.2.6.1版本，Pin卡速度400Mbps，存儲器56M，32種波形表等等，一般的測試廠需要很小心去管理這一切，將每種待測IC的硬件與軟件配置列表，再將配置相似的自動測試設(shè)備分組交由生產(chǎn)管理人去排產(chǎn)，而要生產(chǎn)時再由生產(chǎn)線工程師去設(shè)置，有時，由于配置不對，需要替換或移動硬件，有時需要轉(zhuǎn)換系統(tǒng)程序版本，這都會浪費(fèi)系統(tǒng)的準(zhǔn)備時間，較先進(jìn)的做法是利用電腦自動化來管理，事先檢查與系統(tǒng)實(shí)時配置管理，以減少不必要的安裝時間，并提高自動測試系統(tǒng)的產(chǎn)能利用率。

生產(chǎn)知識/經(jīng)驗(yàn)庫

生產(chǎn)線上的待測IC，大部分已可列入流程管理系統(tǒng)，但某些工程實(shí)驗(yàn)品/批或測試開發(fā)時的實(shí)驗(yàn)品，卻需靠生產(chǎn)注意事項(xiàng)告知生產(chǎn)線如何做，問題常發(fā)生在有些批已變成工程實(shí)驗(yàn)批或交班不清或注意事項(xiàng)未注明異常處理等等，造成生產(chǎn)線需緊急呼叫產(chǎn)品工程師或?qū)е律a(chǎn)異常。倘若能將此注意事項(xiàng)電腦化，當(dāng)生產(chǎn)批號被輸入時即能將工程實(shí)驗(yàn)批的流程與步驟、注意事項(xiàng)顯示在自動測試系統(tǒng)的屏幕上，并指導(dǎo)操作工如何操作，這將減少生產(chǎn)線異常狀況的發(fā)生。如何能累積生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)并提醒每班的生產(chǎn)技術(shù)員，則有賴于知識庫的建立；通過整理及查詢系統(tǒng)，相信能提高所有技術(shù)人員解決問題的能力，以減少停機(jī)。

統(tǒng)計(jì)過程控制

理論上，我們可以通過生產(chǎn)線的實(shí)時資料收集系統(tǒng)，通過資料庫的統(tǒng)計(jì)理論轉(zhuǎn)而對當(dāng)前待測IC做某些測試項(xiàng)目的刪減，而達(dá)到縮短生產(chǎn)時間的目的。但前提是自動測試系統(tǒng)的一致性檢驗(yàn)資料、待測樣品取樣資料及生產(chǎn)一段時間后的自動QA比對系統(tǒng)與失效重測的處置，都須清楚地注明貨批處理與系統(tǒng)自動化?，F(xiàn)有系統(tǒng)只能做到開路/短路連續(xù)發(fā)生時的管制，Soft Bin超出的處置，或測完后的合格率的管制，希望我們能通過生產(chǎn)資料的實(shí)時計(jì)算、比對以及清楚的處理流程達(dá)到縮短測試時間的目的。

結(jié)論

要提高測試廠的產(chǎn)能利用率，就要減少異常的發(fā)生。通過事先的檢查、確認(rèn)與生產(chǎn)線自動化，如前所提的自動排產(chǎn)系統(tǒng)、自動程序載入器、一致性檢驗(yàn)系統(tǒng)、產(chǎn)能監(jiān)控器、測試資料收集系統(tǒng)、生產(chǎn)知識庫、統(tǒng)計(jì)過程控制系統(tǒng)，相信能對自動測試系統(tǒng)產(chǎn)生最大的利用率與測出世界級的品質(zhì)。