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WAT测试与数据

时间:2022-07-30 17:10来源:www.ictest8.com 作者:ictest8 点击:
  • 什么是WAT?
集成电路的工程师到底关注晶圆或者器件的什么性质?哪些性质是通过实验设备测得的,哪些可以是通过模拟仿真获得的。有人就说去看WAT或者集成电路参数手册。什么是WAT呢?WAT的英文全称是Wafer Acceptance Test,其实就是发生在制造结束时的测试,详细点说就是在晶圆产品流片结束之后和品质检验之前,测量特定测试结构的电性参数。
WAT的目的是通过测试晶圆上特定测试结构的电性参数,检测每片晶圆产品的工艺情况,评估半导体制造过程的质量和稳定性,判断晶圆产品是否符合该工艺技术平台的电性规格要求。WAT数据可以作为晶圆产品交货的质量凭证,另外WAT数据还可以反映生产线的实际生产情况,通过收集和分析WAT数据可以监测生产线的情况,也可以判断生产线变化的趋势,对可能发生的情况进行预警。


使用晶圆验收测试来监控整个晶圆的关键参数是否一致,以提高产量并减少缺陷。

为什么进行WAT?

集成电路的设计十分复杂,动辄使用数百万到数十亿个逻辑门数量(gate count),每一个逻辑门和其他器件的电性参数必须同时达到标准,否则芯片可能无法正常运作。一片晶圆通常有数十到数万个芯片,保持制程的均一性相当重要。不但要监控关键的电性和物性,使其在整个晶圆的范围内达到一定标准(SPEC);还得让每一片生产的晶圆都达到这一标准。因此必须引入统计制程管制来完善质量监控。
目前主流的生产是8英寸和12英寸的工厂,12英寸晶圆较8英寸大了2.25倍,制程的控制难度也更大;然而工厂把大的晶圆使用在高阶的制程,对控制的要求反而更高。由于工序相当繁复,从投片到产出可能包含近千个步骤,耗时一到三个月,必需使用制造流程(process flow)控制各阶段制程的质量。
芯片在出厂前要进行各项检测,以确认整个生产流程能达到上述要求。出厂检测包含器件电性参数的量测,WAT量测包含大多数使用器件的参数,如电阻器的阻值、MOS的栅极氧化层电容值、MOSFET的特性等。这些电性参数可以反应制程工艺是否正常,而掌握工艺对电性的影响更是制程研发的关键。
进料检验---(前、后段制程)----WAT----CP----封装-----FT----系统级测试----终端用户。这样可能更容易理解WAT在芯片制造中处在哪个环节。

WAT是晶圆制造的一个重要站点,它是用来检测(也称检验)已经制造完成的晶圆上,各种器件的各方面电学性能(Electrical Performance)是否满足规格要求。如果某些重要参数没有符合要求,晶圆将会被报废,不会进入下一阶段。

WAT测试系统:在片测试系统
 WAT可以测试各种器件参数/电流/电压/电阻/电容

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(探卡+MPI探针台+KEYSIGHT 仪器+GBITEST测试系统软件)
A. WAT是对特定的测试结构(testkey)做测试。测试结构(testkey)放置在划片槽内。由测试探针扎到测试PAD上进行测试。
B. 为保证测试一致性以及测试硬件的重复利用,器件结构(testkey)都是有统一的PAD数以及PAD间距。测试pattern放置在PAD间。具体的标准需要向各家FAB咨询。

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WAT数据的生成和处理

众所周知,建造、采购和运营制造集成电路的代工厂的成本很高。Fabless公司避免了这种重资本的成本,并专注于其专业领域的设计和创新。

另一方面,Fabless公司依靠代工厂的专业知识和技能来生产优质晶圆。很多时候,无晶圆厂公司用于制造晶圆的工艺与许多其他公司共享。铸造厂将在制造的每个阶段进行质量监控和过程控制测试。当晶圆准备好发货时,生产线末端的数据可供无晶圆厂客户使用。

晶圆检测

数据生成

晶圆验收测试 (WAT),其实也称为过程控制监控 (PCM) 数据,是晶圆厂在制造结束时生成的数据,通常提供给无晶圆厂客户的每个晶圆数据通常会有 40 到 100 次测试,每次测试都有晶圆上每个位置(或“插入”)的结果。这些站点的位置使晶圆厂可以监控整个晶圆的关键参数的一致性。在工厂内部,有一个统计过程控制系统,它使用这些(和其他)数据来提高产量并减少缺陷。

通常,数据是按批次发送的,因此 25 个晶圆表示在一个数据文件中。格式通常是 ASCII CSV(逗号分隔值)或 Excel。任何现代产量管理系统 (YMS) 或产量分析系统都将能够支持此类数据。

从晶圆厂传输数据

通常晶圆厂位于亚洲,但有些仍位于欧洲和美国。无论它们位于何处,WAT 数据通常都必须传输到 YMS 中进行处理。YMS 供应商应提供一种安全的方法(脚本)将数据从工厂传输到他们的系统。如今,YMS 通常在云端或“本地”中。大多数无晶圆厂公司更喜欢外包 YMS,尤其是当他们开始拥有合理的数量并且供应商应该能够为客户提供云和On Premise 选项时。


指示有九个 WAT 位点的晶圆
处理数据
当 WAT 数据到达 YMS 传入目录时,它通常按晶圆 ID 进行拆分。然后将每个晶圆的数据拆分到每个站点(或晶圆上的测试位置)。站点的数量可以从五个到九个不等,有时在专业芯片中要多得多。然后,每个站点通常会有 60 个结果。这些结果从“关键”参数到“监控”参数不等。许多测试,尤其是关键测试,都会有限制。因此,所有这些数据都被输入 YMS 并可供分析。一个好的 YMS 系统会在几秒钟内将这些数据自动处理到数据库中。应该不需要手动处理数据。数据大小远不及晶圆分类和最终测试的STDF (或等效)数据的大小。实际上,它远小于 YMS 数据库大小的 1%。例如,本文中使用的 WAT 数据有 62 个参数,跨越 9 个站点,压缩后大小为 75KB。同一批次的相关晶圆分类数据压缩为 1GB。因此,WAT 数据表现得非常好(当然与某些晶圆不同!),体积小,有助于快速分析和可视化。
 
将数据与其他制造阶段(例如 STDF)进行比较
  • 这是非常“小”的数据
  • 没有测试号码
  • 限制和格式不受无晶圆厂公司的控制
  • 结果不是设备规格的一部分
  • 数据来自流程,而不是客户的产品设计
  • 格式通常是Excel 或 CSV 与 STDF或其他更适合大量测试的二进制格式
     
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批次中所有 25 个晶圆的 WAT 参数趋势
可视化 WAT 数据
在图 4中,您可以看到测试 Isat_1P3 的完整批次的 WAT 数据。如您所见,每个晶圆的相同位置使用相同颜色的趋势线连接在一起。该数据集中的 Wafer 12 site 5(蓝色)与其他数据明显不同。此外,晶圆 1 的 Isat 测试范围比晶圆 12 以外的其他晶圆更大。

所有 40 个批次(1000 个晶圆)的 WAT 参数趋势
将 WAT 数据与晶圆分类和最终测试相关联

一旦您有办法在整个供应链中连接来自相同晶圆的数据,那么您的 YMS 就会释放出更多的力量。如果连接是自动化的,那就更好了——那么您就有可能快速真正地看到相关性,而无需任何手动准备。图 5 是 WAT 参数平均值(Y 轴)与晶圆分类中箱的失败率(x 轴)的示例。在此示例中,fab 参数的限制远远超出此图表范围。基于这是一个示例,说明 WAT 数据的重要性、其可视化的重要性以及与来自晶圆分类和最终测试的测试数据的链接有多重要。
 
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Fab 参数与 Wafer Sort bin 的相关性
 
最终测试数据可以实现相同的相关性。最终测试中此类相关图表准确性的先决条件是合并最终测试中的数据,即最终测试中每个裸片有一个数据点,并且数据来自每个裸片的最后一次重新筛选。有了这种“清理”,WAT 与最终测试的相关性就是“价值”。
其他分析技术
除了本介绍的范围之外,还有其他分析 WAT 数据的方法。例如,WAT 站点的结果可以与晶圆分类中该部分晶圆的参数和仓性能相关联。
总而言之,如果您能够掌握 WAT 数据并将其与晶圆分类和最终测试数据相关联,您将了解更多关于产量损失、可靠性和质量的根本原因。从长远来看,能够提供与制造与晶圆厂相关的报告将为您节省大量成本。
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