提升IC測(cè)試廠的產(chǎn)能利用率

前言

IC測(cè)試廠最重要的兩大指標(biāo)就是測(cè)試品質(zhì)與生產(chǎn)效率。測(cè)試品質(zhì)的關(guān)鍵在于測(cè)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(cè)試設(shè)備的產(chǎn)能利用率。在質(zhì)的方面，對(duì)于經(jīng)過(guò)測(cè)試的每一顆IC，要求在最短的時(shí)間內(nèi)測(cè)完所有指標(biāo)，而且不因時(shí)間、地點(diǎn)的不同而測(cè)得不同的結(jié)果。在量的方面，如何提升測(cè)試設(shè)備的產(chǎn)能利用率，降低機(jī)器準(zhǔn)備時(shí)間、故障維修時(shí)間以及如何減少重測(cè)，均考驗(yàn)測(cè)試廠的工程技術(shù)能力與量產(chǎn)的運(yùn)行能力。

自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ATE的生產(chǎn)效率

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

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

要測(cè)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(cè)試儀器，如電源、邏輯波形發(fā)生/接收器、信號(hào)發(fā)生器、示波器，甚至頻譜分析儀等等。先進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng)已能將這些測(cè)試儀器整合在一臺(tái)系統(tǒng)之內(nèi)，并利用電腦程序來(lái)控制這些儀器，何時(shí)送出測(cè)試波形以及何時(shí)檢測(cè)被測(cè)IC(DUT：Device Under Test)的輸出信號(hào)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(cè)試項(xiàng)目依序排列，在很短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試。試想有一顆待測(cè)的CPU管芯，要測(cè)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(cè)試時(shí)間，這全都有賴于先進(jìn)自動(dòng)測(cè)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(cè)試用時(shí)4秒鐘，測(cè)完一批約需十多個(gè)小時(shí)，如果沒(méi)有快速的測(cè)試設(shè)備，是無(wú)法消化晶圓廠產(chǎn)出的晶片的。

自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ATE的測(cè)試品質(zhì)

自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ATE的另一個(gè)要素就是儀器的指標(biāo)是否能夠符合被測(cè)IC的要求，尤其對(duì)于最新的半導(dǎo)體產(chǎn)品而言，無(wú)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(duì)地對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)ATE指標(biāo)的要求也越趨嚴(yán)格。以測(cè)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(cè)試系統(tǒng)能夠產(chǎn)生精確的差分邏輯信號(hào)，語(yǔ)音信號(hào)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(duì)于信號(hào)的品質(zhì)都有不同尺度的要求。

除了信號(hào)品質(zhì)外，另一挑戰(zhàn)就是接口技術(shù)。在測(cè)試系統(tǒng)里探針臺(tái)與機(jī)械手主要的工作是將被測(cè)的管芯或封裝完成的IC，一顆顆地送到被測(cè)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(cè)試機(jī)內(nèi)的儀器。信號(hào)在接口板上傳輸會(huì)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(huì)影響到被測(cè)物的輸入與輸出并造成誤測(cè)，這是我們不愿看到的。

量產(chǎn)測(cè)試環(huán)境

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

機(jī)臺(tái)生產(chǎn)監(jiān)控器

要想提高測(cè)試系統(tǒng)的產(chǎn)能利用率，就安裝一個(gè)生產(chǎn)監(jiān)控器。在過(guò)去記錄大多為人工方式，粗略記錄生產(chǎn)時(shí)間、異常時(shí)間、設(shè)置時(shí)間等；而先進(jìn)的測(cè)試廠，已經(jīng)能夠通過(guò)生產(chǎn)自動(dòng)化，在每一臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)上安裝一個(gè)生產(chǎn)監(jiān)控軟件，如OEE advisor，用來(lái)記錄每一個(gè)細(xì)微的動(dòng)作，如記錄每批貨的載入時(shí)間、機(jī)器設(shè)置時(shí)間、測(cè)試程序裝入時(shí)間、一致性檢驗(yàn)時(shí)間、生產(chǎn)開(kāi)始時(shí)間、生產(chǎn)完成時(shí)間、結(jié)賬時(shí)間等等，甚至于每顆IC的測(cè)試時(shí)間、分級(jí)時(shí)間，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，可以在生產(chǎn)異常時(shí)自動(dòng)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(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)線上每一臺(tái)系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況。

自動(dòng)程序載入器

在過(guò)去，測(cè)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(wú)法生產(chǎn)，或雖可生產(chǎn)，但由于用錯(cuò)了程序版本，造成客戶退貨而整批重測(cè)的現(xiàn)象。在先進(jìn)的測(cè)試廠里，已能夠做到在程序服務(wù)器上統(tǒng)一管理測(cè)試程序，由系統(tǒng)來(lái)管理哪一批貨對(duì)應(yīng)哪個(gè)程序，而線上的操作員只要在測(cè)試機(jī)上輸入貨批代碼，系統(tǒng)會(huì)找到正確的測(cè)試程序，并自動(dòng)檢查測(cè)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(guò)校準(zhǔn)而允許生產(chǎn)等，最后才將測(cè)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(cè)試系統(tǒng)的安裝狀況可否用來(lái)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(cè)試數(shù)據(jù)與先前測(cè)過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做一一比對(duì)，這樣做較費(fèi)時(shí)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(cè)試系統(tǒng)上執(zhí)行測(cè)試，測(cè)試機(jī)自動(dòng)收集測(cè)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(duì)；若比對(duì)不能通過(guò)，系統(tǒng)將會(huì)顯示測(cè)試失敗的地方，以利于線上工程師依序排除錯(cuò)誤。自動(dòng)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(duì)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(duì)樣品的成本。

測(cè)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(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試機(jī)可記錄每一顆測(cè)試讀值，并將整批測(cè)試資料上傳到服務(wù)器。資料收集及上傳會(huì)占用測(cè)試機(jī)時(shí)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(huì)要求將原始測(cè)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(dòng)排產(chǎn)系統(tǒng)

自動(dòng)測(cè)試設(shè)備雖可稱為萬(wàn)用測(cè)試系統(tǒng)，但測(cè)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(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通常是在一個(gè)大的測(cè)試頭上裝有一、二十個(gè)插槽，依據(jù)待測(cè)IC的測(cè)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(hào)發(fā)生器，9槽插放低頻高分辨率頻譜分析儀等。由于測(cè)試廠要服務(wù)多家客戶及多種產(chǎn)品，目前沒(méi)有一種自動(dòng)測(cè)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(lái)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(cè)IC，需在系統(tǒng)程序V3.2.6.1版本，Pin卡速度400Mbps，存儲(chǔ)器56M，32種波形表等等，一般的測(cè)試廠需要很小心去管理這一切，將每種待測(cè)IC的硬件與軟件配置列表，再將配置相似的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備分組交由生產(chǎn)管理人去排產(chǎn)，而要生產(chǎn)時(shí)再由生產(chǎn)線工程師去設(shè)置，有時(shí)，由于配置不對(duì)，需要替換或移動(dòng)硬件，有時(shí)需要轉(zhuǎn)換系統(tǒng)程序版本，這都會(huì)浪費(fèi)系統(tǒng)的準(zhǔn)備時(shí)間，較先進(jìn)的做法是利用電腦自動(dòng)化來(lái)管理，事先檢查與系統(tǒng)實(shí)時(shí)配置管理，以減少不必要的安裝時(shí)間，并提高自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的產(chǎn)能利用率。

生產(chǎn)知識(shí)/經(jīng)驗(yàn)庫(kù)

生產(chǎn)線上的待測(cè)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(cè)試開(kāi)發(fā)時(shí)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(wèn)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(hào)被輸入時(shí)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(dòng)測(cè)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(shí)庫(kù)的建立；通過(guò)整理及查詢系統(tǒng)，相信能提高所有技術(shù)人員解決問(wèn)題的能力，以減少停機(jī)。

統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制

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

結(jié)論

要提高測(cè)試廠的產(chǎn)能利用率，就要減少異常的發(fā)生。通過(guò)事先的檢查、確認(rèn)與生產(chǎn)線自動(dòng)化，如前所提的自動(dòng)排產(chǎn)系統(tǒng)、自動(dòng)程序載入器、一致性檢驗(yàn)系統(tǒng)、產(chǎn)能監(jiān)控器、測(cè)試資料收集系統(tǒng)、生產(chǎn)知識(shí)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)，相信能對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生最大的利用率與測(cè)出世界級(jí)的品質(zhì)。