半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中，一個(gè)容易讓人忽視且貫穿半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、制造和封裝全程的環(huán)節(jié)，就是半導(dǎo)體測(cè)試。特別是越高端、越復(fù)雜的芯片對(duì)測(cè)試的依賴度越高。

為什么要進(jìn)行測(cè)試呢？

以wafer的工藝流程為例，從bare wafer開(kāi)始，經(jīng)過(guò)Photo、Etch、CVD、IMP、CMP、Clean等幾百道工序，每一步中產(chǎn)生的缺陷，都有可能向下傳遞，甚至是不斷累積。所以我們要確保在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中制造出來(lái)的產(chǎn)品滿足客戶的質(zhì)量要求，再去進(jìn)行下一步的封測(cè)。另外一個(gè)重要的測(cè)試原因在于產(chǎn)品分級(jí)，典型的例子就是CPU廠商，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品分類分級(jí)。

晶圓測(cè)試和成品檢測(cè)主要用到自動(dòng)化測(cè)試機(jī)臺(tái)ATE(Automatic Test Equipment)、分選機(jī)和探針臺(tái)三種設(shè)備，其中ATE測(cè)試機(jī)是檢測(cè)設(shè)備中最重要的設(shè)備類型，價(jià)值量占比約為63%。

作為一位DFT工程師，就很有必要了解一下ATE，它主要承接了我們的測(cè)試工作。

?? ATE的分類

完整的芯片生產(chǎn)周期，包括：芯片的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，晶圓制造、封裝測(cè)試。

ATE主要用于半導(dǎo)體制造過(guò)程中檢測(cè)芯片性能與缺陷，它分為兩種：

晶圓制造環(huán)節(jié)的檢測(cè)：偏向于外觀檢測(cè)，是一種物理性、功能性的測(cè)試。

封測(cè)環(huán)節(jié)的檢測(cè)：按照封裝前后分為晶圓檢測(cè)(CP)和成品檢測(cè)(FT)，主要是電性能的檢測(cè)。

此外還有其他類型的測(cè)試：

Quality Assurance Test：在pass的芯片中抽檢，進(jìn)行質(zhì)量控制；

Pre/Post Burn-In：老化測(cè)試，為了盡快度過(guò)早期失效期；

Military Testing：軍品測(cè)試，更高的可靠性需求意味著更嚴(yán)格的測(cè)試；

Failure Analysis：失效分析，改進(jìn)工藝、改善設(shè)計(jì)、提升良率。

ATE工具

下面以ATE機(jī)臺(tái)中的CP測(cè)試機(jī)臺(tái)為例，對(duì)其組成進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，它主要由三部分組成：

1、晶圓測(cè)試臺(tái)(Prober)

晶圓測(cè)試臺(tái)又稱探針臺(tái)，可分為手動(dòng)、半自動(dòng)?/?全自動(dòng)探針臺(tái)。晶圓測(cè)試臺(tái)在測(cè)試過(guò)程中，利用每個(gè)die的x和y坐標(biāo)來(lái)構(gòu)建electronic wafer map。測(cè)試的pass/fail結(jié)果會(huì)顯示在map上，在封裝過(guò)程中根據(jù)這些信息來(lái)篩選出好的die。
2、晶圓測(cè)試機(jī)(Tester)

晶圓測(cè)試機(jī)主要實(shí)現(xiàn)晶圓的功能測(cè)試，測(cè)試機(jī)是通過(guò)一臺(tái)工作站來(lái)做外部的控制，通過(guò)測(cè)試程序的定義來(lái)產(chǎn)生待測(cè)器件上所需要的電壓，電流以及時(shí)序信號(hào)等輸入和讀取，依此來(lái)判斷待測(cè)器件的好壞。

3、探針卡(Probe Card)

探針卡負(fù)責(zé)固定探針和晶圓直接接觸，主要是控制卡和探針兩個(gè)部分。主要目的是將探針卡上的探針直接與晶片上的pad或者bump直接接觸，引出晶片信號(hào)，再配合周邊測(cè)試儀器與軟件控制達(dá)到自動(dòng)化測(cè)量讀取芯片電信號(hào)的目的。

ATE的測(cè)試流程

假如我們現(xiàn)在手上有一批wafer，我們?cè)撛趺慈y(cè)試它？

Step1：對(duì)芯片進(jìn)行區(qū)分

芯片通常會(huì)準(zhǔn)備若干種test mode功能，通過(guò)配置管腳使芯片進(jìn)入指定的測(cè)試狀態(tài)，從而完成各個(gè)類型的測(cè)試。如：

1、ATPG可輸出WGL或STIL格式文件供tester使用。2、BIST(Built-In Self Test)邏輯。這些自測(cè)邏輯完成對(duì)ROM/RAM/Flash等功能的測(cè)試。3、Function Test Mode。一些專門的功能測(cè)試需要增加硬件邏輯，例如ADC/DAC/時(shí)鐘等。
Step2：挑選測(cè)試廠和測(cè)試機(jī)型
我們需要選擇有實(shí)力的測(cè)試廠和匹配的測(cè)試機(jī)型，測(cè)試廠和測(cè)試機(jī)的選擇要考慮芯片類型、測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試規(guī)格和成本等因素。
Step3：制作Probe Card以及Test Program
Probe card包括探針和芯片外圍電路。在芯片設(shè)計(jì)的時(shí)候，每一個(gè)die和die上的每一個(gè)芯片管腳的坐標(biāo)和間距信息，都在投產(chǎn)之前已經(jīng)確定，根據(jù)這些參數(shù)就可以開(kāi)始制作探針了。Test program是測(cè)試程序。測(cè)試程序控制整個(gè)機(jī)臺(tái)的測(cè)試過(guò)程。不同的測(cè)試機(jī)有不同的測(cè)試軟件系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)的測(cè)試程序也有不同的格式。通常工程師提供WGL/STIL/VCD等格式的文件，再轉(zhuǎn)換成測(cè)試機(jī)需要的文件格式，并增加其他測(cè)試程序。
Step4：調(diào)試以及結(jié)果分析
整片wafer的測(cè)試結(jié)果會(huì)生成一個(gè)晶圓圖文件，數(shù)據(jù)生成一個(gè)日志文件，例如STD文件。晶圓圖主要包含良率、測(cè)試時(shí)間、各BIN的錯(cuò)誤數(shù)和die位置，日志文件則是具體的測(cè)試結(jié)果。工程師通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)，決定是否進(jìn)入量產(chǎn)。調(diào)試的時(shí)候根據(jù)test plan，pattern（測(cè)試向量）被分作不同的BIN，從而定位測(cè)試錯(cuò)誤的位置。工程師根據(jù)這些錯(cuò)誤信息進(jìn)行調(diào)試，修改pattern和測(cè)試程序，逐個(gè)清理，直到所有BIN都通過(guò)。

Step5：再次調(diào)試，優(yōu)化流程

最后就是進(jìn)入量產(chǎn)階段，根據(jù)大量測(cè)試的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行一些調(diào)整以進(jìn)一步優(yōu)化測(cè)試流程。這一階段可以決定是否對(duì)出錯(cuò)的die進(jìn)行復(fù)測(cè)，通常復(fù)測(cè)可以糾正一定比例的錯(cuò)誤。

另外，還需要關(guān)注良率是否穩(wěn)定，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)良率較低的情況時(shí)，需要停止測(cè)試，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，檢查設(shè)備或與代工廠溝通。

接下來(lái)才是進(jìn)入真正的量產(chǎn)，這時(shí)只需要把CP測(cè)試的結(jié)果交給后續(xù)封裝廠即可。