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IC測試廠最重要的兩大指標就是測試品質與生產效率。測試品質的關鍵在于測試的再現性與可重復性，而生產要素除了合格率的因素外，最主要的就是測試設備的產能利用率。在質的方面，對于經過測試的每一顆IC，要求在最短的時間內測完所有指標，而且不因時間、地點的不同而測得不同的結果。在量的方面，如何提升測試設備的產能利用率，降低機器準備時間、故障維修時間以及如何減少重測，均考驗測試廠的工程技術能力與量產的運行能力。 自動測試設備ATE的生產效率 IC測試廠的服務項目，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。 在半導體IC測試服務里，最重要的設備就是自動測試設備(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，即是否符合產品的設計指標，就需要用到各種測試儀器，如電源、邏輯波形發生/接收器、信號發生器、示波器，甚至頻譜分析儀等等。先進的測試系統已能將這些測試儀器整合在一臺系統之內，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，由于是電腦程序控制，我們可以將所有的測試項目依序排列，在很短的時間內完成測試。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、運算速度，只需幾秒鐘的測試時間，這全都有賴于先進自動測試系統的作用。 現在的晶圓越做越大，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備，是無法消化晶圓廠產出的晶片的。 自動測試設備ATE的測試品質 自動測試設備ATE的另一個要素就是儀器的指標是否能夠符合被測IC的要求，尤其對于最新的半導體產品而言，無論是工作速率、頻寬、電源分辨率，還是功能復雜度都不斷提升，相對地對自動測試系統ATE指標的要求也越趨嚴格。以測試CPU為例，邏輯向量速率需大于GHz，準確度要小于納秒(ns)，而先進的USB2.0、PCI-express更要求測試系統能夠產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、通訊或微波類產品，對于信號的品質都有不同尺度的要求。 除了信號品質外，另一挑戰就是接口技術。在測試系統里探針臺與機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內的儀器。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。 量產測試環境 半導體IC測試廠就是以構建量產測試環境為主，從進貨檢測開始，安排測試機臺、測試機的設置、一致性檢驗、生產過程中的異常處理機制、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線的自動化以減少人為的錯誤。本文將以測試機的生產自動化為主，提出數項改進建議以供參考。 機臺生產監控器 要想提高測試系統的產能利用率，就安裝一個生產監控器。在過去記錄大多為人工方式，粗略記錄生產時間、異常時間、設置時間等；而先進的測試廠，已經能夠通過生產自動化，在每一臺測試系統上安裝一個生產監控軟件，如OEE advisor，用來記錄每一個細微的動作，如記錄每批貨的載入時間、機器設置時間、測試程序裝入時間、一致性檢驗時間、生產開始時間、生產完成時間、結賬時間等等，甚至于每顆IC的測試時間、分級時間，通過網絡的聯接，可以在生產異常時自動報警，甚至發送e-mail或短信息通知負責工程師，而主管則可在辦公室通過網絡實時了解生產線上每一臺系統的生產狀況。 自動程序載入器 在過去，測試程序版本、機器配置、機器操作系統版本、機器準用的管理，常常困擾生產線，造成機器設置失敗而無法生產，或雖可生產，但由于用錯了程序版本，造成客戶退貨而整批重測的現象。在先進的測試廠里，已能夠做到在程序服務器上統一管理測試程序，由系統來管理哪一批貨對應哪個程序，而線上的操作員只要在測試機上輸入貨批代碼，系統會找到正確的測試程序，并自動檢查測試系統的硬件配置、系統程序版本，甚至檢查系統是否已經通過校準而允許生產等，最后才將測試程序載入系統，等待下一步的一致性檢驗。 一致性檢驗系統 生產前的一致性檢驗，一直作為判斷測試系統的安裝狀況可否用來繼續生產的準則。生產線上的工程師，常被要求采集標準樣品的測試數據與先前測過的標準數據做一一比對，這樣做較費時并且不易分辨細微的區別。現在較先進的做法是由電腦直接選取標準樣品，再到測試系統上執行測試，測試機自動收集測試數據，與服務器上標準數據作詳細比對；若比對不能通過，系統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。自動化的另一優點是以最小的樣品數取得最多的資料點，藉由系統統計的判斷，指出系統的狀況，如此就可減少比對樣品的使用次數，進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 每一顆IC均有數十項到數百項測試項目，測試機可記錄每一顆測試讀值，并將整批測試資料上傳到服務器。資料收集及上傳會占用測試機時間，運用電腦的技巧以處理大量的資料是目前正在努力的方向。當資料存在服務器后，可做進一步的分析，如產品特性分析、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大的服務器與快速的網絡系統。 自動排產系統 自動測試設備雖可稱為萬用測試系統，但測試廠卻還是常因為客戶產品的不同種類而傷透腦筋。自動測試系統通常是在一個大的測試頭上裝有一、二十個插槽，依據待測IC的測試指標組成不同的配置，例如設計成1槽插放通用電源，2至5槽插放中速邏輯波形發生/接收器，6槽插放高速邏輯波形發生器，7槽插放中頻信號發生器，9槽插放低頻高分辨率頻譜分析儀等。由于測試廠要服務多家客戶及多種產品，目前沒有一種自動測試設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，盡量將相似的產品歸類，分成多種分類來管理。但實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備分組交由生產管理人去排產，而要生產時再由生產線工程師去設置，有時，由于配置不對，需要替換或移動硬件，有時需要轉換系統程序版本，這都會浪費系統的準備時間，較先進的做法是利用電腦自動化來管理，事先檢查與系統實時配置管理，以減少不必要的安裝時間，并提高自動測試系統的產能利用率。 生產知識/經驗庫 生產線上的待測IC，大部分已可列入流程管理系統，但某些工程實驗品/批或測試開發時的實驗品，卻需靠生產注意事項告知生產線如何做，問題常發生在有些批已變成工程實驗批或交班不清或注意事項未注明異常處理等等，造成生產線需緊急呼叫產品工程師或導致生產異常。倘若能將此注意事項電腦化，當生產批號被輸入時即能將工程實驗批的流程與步驟、注意事項顯示在自動測試系統的屏幕上，并指導操作工如何操作，這將減少生產線異常狀況的發生。如何能累積生產經驗并提醒每班的生產技術員，則有賴于知識庫的建立；通過整理及查詢系統，相信能提高所有技術人員解決問題的能力，以減少停機。 統計過程控制 理論上，我們可以通過生產線的實時資料收集系統，通過資料庫的統計理論轉而對當前待測IC做某些測試項目的刪減，而達到縮短生產時間的目的。但前提是自動測試系統的一致性檢驗資料、待測樣品取樣資料及生產一段時間后的自動QA比對系統與失效重測的處置，都須清楚地注明貨批處理與系統自動化。現有系統只能做到開路/短路連續發生時的管制，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資料的實時計算、比對以及清楚的處理流程達到縮短測試時間的目的。 結論 要提高測試廠的產能利用率，就要減少異常的發生。通過事先的檢查、確認與生產線自動化，如前所提的自動排產系統、自動程序載入器、一致性檢驗系統、產能監控器、測試資料收集系統、生產知識庫、統計過程控制系統，相信能對自動測試系統產生最大的利用率與測出世界級的品質。 |
