集成電路測(cè)試中測(cè)試Map的“重生”技術(shù)

張亞軍，陸 堅(jiān)

(中科芯集成電路有限公司，江蘇無(wú)錫 214072)

1 引言

集成電路測(cè)試貫穿于集成電路設(shè)計(jì)、制造、封裝及應(yīng)用的全過(guò)程，是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中一個(gè)極為重要的組成部分。集成電路測(cè)試通常分為晶圓測(cè)試（Chip Probing，CP）、成品測(cè)試（Final Test，F(xiàn)T）和可靠性測(cè)試（Burn In Test）等，其中CP測(cè)試是驗(yàn)證集成電路設(shè)計(jì)和制造是否異常的核心環(huán)節(jié)，是芯片級(jí)異常把關(guān)的前站。

CP測(cè)試平臺(tái)由自動(dòng)測(cè)試機(jī)（Automatic Test Equipment，ATE）和探針臺(tái)（Prober）組成，ATE有V93K、J750HD和AccoTest8200等，探針臺(tái)有東京精密（TSK）的UF200/3000系列、東京電子（TEL）的P8/12系列及國(guó)產(chǎn)深圳矽電PT912A系列等。其中TSK系列探針臺(tái)因具備性能穩(wěn)定、界面友好和軟件便利等特點(diǎn)，正逐步成為國(guó)內(nèi)測(cè)試工廠的首選。

CP測(cè)試每完成一片晶圓都會(huì)生成一張測(cè)試Map，包含產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的菜單名稱(chēng)、尺寸、步距和每顆芯片的自然屬性（Mark、Skip、Test等）及結(jié)果屬性（Pass/Fail、Soft Bin等）。在晶圓沒(méi)有進(jìn)行研磨、劃片、挑粒和鍵合等封裝工序之前，這張測(cè)試Map就是這片晶圓的“身份證”。

身份證辦理通常分為首次申領(lǐng)和補(bǔ)辦等，補(bǔ)辦是件麻煩的事情，但有時(shí)又不得不面對(duì)，測(cè)試Map的“補(bǔ)辦”同等道理。首次“申領(lǐng)”適用于晶圓常規(guī)測(cè)試流程?！把a(bǔ)辦”適用于二次及以上處理，其場(chǎng)景包括但不限于以下情況：測(cè)試數(shù)據(jù)存在，但測(cè)試Map丟失；客戶提供電子Map要求測(cè)試，但非探針臺(tái)接受格式等。每種場(chǎng)景數(shù)據(jù)來(lái)源多樣化，但最終均可做數(shù)據(jù)歸一化處理，形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化處理流程。測(cè)試Map補(bǔ)辦“身份證”的需求促使測(cè)試Map的“重生”技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

本文根據(jù)行業(yè)探針臺(tái)受歡迎程度，選取TSK系列探針臺(tái)進(jìn)行闡述。

2 TSK Map的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

TSK Map有3種類(lèi)型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別為常規(guī)型數(shù)據(jù)文件（Normal Map Data File），最大芯片數(shù)25萬(wàn)的數(shù)據(jù)文件（Map Data File for 250000 Chips）和256工位的數(shù)據(jù)文件（Map Data File for 256 Multi-sites）。為了降低測(cè)試成本，多工位并行測(cè)試已成常態(tài)，Map Data File for 256 Multi-sites數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)逐漸成為主角，表1是其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說(shuō)明。

表1 256工位Tsk Map數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

從表1中可以看出頭文件信息和每顆管芯測(cè)試數(shù)據(jù)兩個(gè)項(xiàng)目一直存在，是TSK Map的“基石”。頭文件信息保存了產(chǎn)品品名、尺寸、Flat/Notch和測(cè)試時(shí)間等參數(shù)，其中可由Map版本（Map Version）字節(jié)得到TSK Map版本信息，由MAP文件配置（Map File Configuration）2個(gè)字節(jié)得到Option項(xiàng)開(kāi)啟情況。Option項(xiàng)的開(kāi)啟與否由測(cè)試晶圓的工位、Soft Bin等需求決定。每顆管芯測(cè)試數(shù)據(jù)塊保存了每顆芯片的自然屬性和結(jié)果屬性。測(cè)試Map的“重生”主要圍繞著這個(gè)數(shù)據(jù)塊展開(kāi)。

3 測(cè)試Map的“重生”場(chǎng)景

測(cè)試Map的“重生”場(chǎng)景分為內(nèi)部和外部?jī)深?lèi)。內(nèi)部場(chǎng)景為測(cè)試Map丟失，測(cè)試數(shù)據(jù)存在：

1)TSK探針臺(tái)自身各種硬件異常，導(dǎo)致測(cè)試Map丟失；

2)ATE與TSK探針臺(tái)信息交互異常，導(dǎo)致測(cè)試Map丟失；

3)人為誤操作造成晶圓直接退片，導(dǎo)致測(cè)試Map丟失等。

外部場(chǎng)景是有電子Map但非探針臺(tái)接受格式：

1)A、B工廠探針臺(tái)平臺(tái)不一致，A只能提供電子Map給B；

2)A、B工廠探針臺(tái)平臺(tái)一致，CP1在A工廠，CP2在B工廠，A因種種原因只提供電子Map給B等。

如上所述，內(nèi)部和外部場(chǎng)景輸入雖有不同，但數(shù)據(jù)均可進(jìn)行歸一化處理（比如根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)生成標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)數(shù)組，將電子Map數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)數(shù)組等），最終形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的處理流程。

4 測(cè)試Map的“重生”

為便于論述，用案例進(jìn)行說(shuō)明。圖1是一個(gè)客戶提供的電子Map截圖，要求在TSK探針臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試。

客戶提供的電子Map用UE（UltraEdit，適用于二進(jìn)制和ASCII碼等多種格式文件）打開(kāi)。電子Map是由A工廠根據(jù)已完成CP1測(cè)試的原始Map進(jìn)行二次處理后的文件，不體現(xiàn)測(cè)試芯片的自然屬性和Soft Bin等信息，只單純體現(xiàn)測(cè)試結(jié)果和狀態(tài)，字符“.”代表非測(cè)試狀態(tài)，字符“1”代表良品芯片，字符“X”代表不良品芯片，字符“M”代表強(qiáng)制打點(diǎn)芯片等。客戶要求B工廠進(jìn)行CP2測(cè)試，將字符“1”芯片進(jìn)行再次測(cè)試和分BIN，字符“X”芯片強(qiáng)制歸類(lèi)為BIN X（X可以自定義，比如8），代表不良品。

TSKMap生成的標(biāo)準(zhǔn)流程為：

1)新建一個(gè)對(duì)應(yīng)產(chǎn)品品名的菜單（Device），包含測(cè)試總數(shù)（Gross Die）、坐標(biāo)和自然屬性（Skip Die，Test Die）等信息；

2)根據(jù)批號(hào)（Lot No.）和片號(hào)（Slot No.）組合進(jìn)行每片晶圓的測(cè)試，每個(gè)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的芯片根據(jù)其自然屬性和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入；

3)流程循環(huán)，生成一張張測(cè)試Map。

參考TSK Map生成的標(biāo)準(zhǔn)流程，測(cè)試Map“重生”的步驟如下。

4.1 建立Device

根據(jù)客戶需求制作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)菜單（Golden Device）。圖1電子Map中測(cè)試數(shù)據(jù)的行、列數(shù)目和Golden Device的行、列數(shù)目進(jìn)行比對(duì)確認(rèn)數(shù)值左偏移（Offset）和上偏移。偏移的存在是因?yàn)榫A制造時(shí)硅片邊緣會(huì)留下3 mm左右的空白區(qū)域，俗稱(chēng)“光邊”，Golden Device制作原理基于圖像算法及探針臺(tái)運(yùn)動(dòng)規(guī)則，所以這個(gè)區(qū)域同樣計(jì)算進(jìn)Golden Device的生成，因此Golden Device的行、列數(shù)目要大于等于圖1中電子Map測(cè)試數(shù)據(jù)的行、列數(shù)目（必須確保條件）。

圖1 客戶提供的電子Map信息

4.2 生成參考測(cè)試Map

TSK探針臺(tái)和ATE聯(lián)機(jī)，探針卡無(wú)需和晶圓接觸，實(shí)際測(cè)試一片晶圓，生成一張測(cè)試Map，按行業(yè)慣例這是一張所有芯片屬性為失效、Soft Bin為Bin2的Map。這張測(cè)試Map很重要，是后續(xù)軟件批處理數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)“模板”。

4.3 軟件批處理

軟件批處理開(kāi)發(fā)環(huán)境基于Excel VBA6.5及以上版本。首先讀取測(cè)試Map“模板”文件，Binary編碼格式，字節(jié)讀取模式，得到測(cè)試數(shù)據(jù)行、列數(shù)目并建立對(duì)應(yīng)的二維數(shù)組，數(shù)組初始值根據(jù)要求全“.”或“,”等。根據(jù)客戶提供的電子Map讀取圖1所示的文件，ASCII編碼格式，行讀取模式。前7行信息是晶圓的一些基礎(chǔ)信息，如批號(hào)、片號(hào)和良品芯片等。從第8行起是測(cè)試數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段。通過(guò)行順序讀取，再利用VBA StrConv()指令進(jìn)行數(shù)據(jù)拆解，得到每個(gè)芯片的信息（空白字符、字符“1”和字符“X”等）。再根據(jù)左偏移和上偏移數(shù)值將拆解得到的芯片信息裝入根據(jù)測(cè)試Map“模板”建立的二維數(shù)組，至此完成了數(shù)組層面的數(shù)據(jù)替換。

再次打開(kāi)測(cè)試Map“模板”文件，同時(shí)新建一個(gè)待寫(xiě)入文件（Binary格式，字節(jié)寫(xiě)）。首先進(jìn)行TSK Map頭文件信息數(shù)據(jù)段的替換，有3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)晶圓刻號(hào)（Wafer ID）、Lot No.和Slot No.，這是區(qū)分每批和每片晶圓的關(guān)鍵索引，這部分正常替換即可。下一步進(jìn)行TSK Map每顆管芯測(cè)試數(shù)據(jù)段的處理，這是測(cè)試Map“重生”的關(guān)鍵步驟，因?yàn)槊款w芯片測(cè)試結(jié)果的替換會(huì)涉及到其自然屬性和結(jié)果屬性的組合變更。為便于下文的理解，先簡(jiǎn)單介紹TSK Map每顆管芯測(cè)試數(shù)據(jù)的組成結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖2。

圖2 每顆管芯測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

每顆芯片信息用3個(gè)字（6 B）數(shù)據(jù)進(jìn)行表征，測(cè)試Map“重生”的目標(biāo)是對(duì)上述字/字節(jié)進(jìn)行內(nèi)容替換和更新。

具體算法如下：依次抓取測(cè)試Map“模版”的數(shù)據(jù)，芯片屬性（Die Property）非測(cè)試芯片（Probing Die）不做任何處理，直接寫(xiě)入新的文件中。Probing Die先將芯片測(cè)試數(shù)據(jù)設(shè)置為良品芯片（Pass Die）和軟件Bin 1（Soft Bin1），再將數(shù)組中對(duì)應(yīng)位置保存的數(shù)據(jù)取出進(jìn)行替換比較和處理?？瞻鬃址?、字符“1”和字符“M”不做任何處理，字符“X”自定義一個(gè)數(shù)值進(jìn)行替換，同步將此顆芯片設(shè)置為失效狀態(tài)。整體數(shù)據(jù)替換流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)替換程序段執(zhí)行流程圖

程序執(zhí)行完畢后，待寫(xiě)入文件另存為Slot No.+“.”+Lot No.+“-”+Slot No.組合的文件（比如“002.A123456-2”，不同TSK探針臺(tái)命名規(guī)則會(huì)有稍許差別）。

4.4 后期比對(duì)

為了確?！爸厣钡臏y(cè)試Map數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要使用專(zhuān)業(yè)工具軟件（一般用MapEditor）進(jìn)行檢查，檢查點(diǎn)主要分為兩方面，一是數(shù)量檢查（測(cè)試總數(shù)、良品總數(shù)和失效總數(shù)）；二是Map偏移的檢查，這是一個(gè)致命的缺陷項(xiàng)。假如檢查有異常，調(diào)整左偏移和上偏移數(shù)值，再次重復(fù)測(cè)試Map的“重生”流程，直至準(zhǔn)確無(wú)誤。圖4是測(cè)試Map“重生”前后的比對(duì)。

圖4 測(cè)試Map“重生”前后的比對(duì)

5 結(jié)束語(yǔ)

測(cè)試Map的“重生”不屬于正常的生產(chǎn)流程，它的出現(xiàn)代表某個(gè)輸入條件發(fā)生了變化，這個(gè)變化可能來(lái)自工廠自身，也有可能來(lái)自于客戶。出于質(zhì)量異常的閉環(huán)和客戶訂單的需求，這項(xiàng)技術(shù)雖然小眾但卻有著特殊的行業(yè)地位。

本文只是針對(duì)TSK Map相對(duì)大眾化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試Map“重生”的論述，其他組合需要對(duì)更全面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加以了解，本文只是起到拋磚引玉的作用，歡迎業(yè)內(nèi)同仁一起進(jìn)行更專(zhuān)業(yè)和更深層次的探討。