01 案例重點

通過部署在線電氣測試，測量和分析，減少晶圓損失和成本

使用24個專用的并行SMU通道（每一個探針一個通道），以較小的尺寸將制造周期縮短3 倍

使用軟件包開發靈活的測試和測量例程，進一步提高系統功能

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。

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。

02 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。

03 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。

04 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。

原文標題：降低芯片測試成本的有效手段！

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責任編輯：haq