集成電路測試中測試Map的“重生”技術

張亞軍，陸 堅

(中科芯集成電路有限公司，江蘇無錫 214072)

1 引言

集成電路測試貫穿于集成電路設計、制造、封裝及應用的全過程，是集成電路產業鏈中一個極為重要的組成部分。集成電路測試通常分為晶圓測試（Chip Probing，CP）、成品測試（Final Test，FT）和可靠性測試（Burn In Test）等，其中CP測試是驗證集成電路設計和制造是否異常的核心環節，是芯片級異常把關的前站。

CP測試平臺由自動測試機（Automatic Test Equipment，ATE）和探針臺（Prober）組成，ATE有V93K、J750HD和AccoTest8200等，探針臺有東京精密（TSK）的UF200/3000系列、東京電子（TEL）的P8/12系列及國產深圳矽電PT912A系列等。其中TSK系列探針臺因具備性能穩定、界面友好和軟件便利等特點，正逐步成為國內測試工廠的首選。

CP測試每完成一片晶圓都會生成一張測試Map，包含產品對應的菜單名稱、尺寸、步距和每顆芯片的自然屬性（Mark、Skip、Test等）及結果屬性（Pass/Fail、Soft Bin等）。在晶圓沒有進行研磨、劃片、挑粒和鍵合等封裝工序之前，這張測試Map就是這片晶圓的“身份證”。

身份證辦理通常分為首次申領和補辦等，補辦是件麻煩的事情，但有時又不得不面對，測試Map的“補辦”同等道理。首次“申領”適用于晶圓常規測試流程?！把a辦”適用于二次及以上處理，其場景包括但不限于以下情況：測試數據存在，但測試Map丟失；客戶提供電子Map要求測試，但非探針臺接受格式等。每種場景數據來源多樣化，但最終均可做數據歸一化處理，形成一個標準化處理流程。測試Map補辦“身份證”的需求促使測試Map的“重生”技術應運而生。

本文根據行業探針臺受歡迎程度，選取TSK系列探針臺進行闡述。

2 TSK Map的數據結構

TSK Map有3種類型的數據結構，分別為常規型數據文件（Normal Map Data File），最大芯片數25萬的數據文件（Map Data File for 250000 Chips）和256工位的數據文件（Map Data File for 256 Multi-sites）。為了降低測試成本，多工位并行測試已成常態，Map Data File for 256 Multi-sites數據結構逐漸成為主角，表1是其數據結構說明。

表1 256工位Tsk Map數據結構

從表1中可以看出頭文件信息和每顆管芯測試數據兩個項目一直存在，是TSK Map的“基石”。頭文件信息保存了產品品名、尺寸、Flat/Notch和測試時間等參數，其中可由Map版本（Map Version）字節得到TSK Map版本信息，由MAP文件配置（Map File Configuration）2個字節得到Option項開啟情況。Option項的開啟與否由測試晶圓的工位、Soft Bin等需求決定。每顆管芯測試數據塊保存了每顆芯片的自然屬性和結果屬性。測試Map的“重生”主要圍繞著這個數據塊展開。

3 測試Map的“重生”場景

測試Map的“重生”場景分為內部和外部兩類。內部場景為測試Map丟失，測試數據存在：

1)TSK探針臺自身各種硬件異常，導致測試Map丟失；

2)ATE與TSK探針臺信息交互異常，導致測試Map丟失；

3)人為誤操作造成晶圓直接退片，導致測試Map丟失等。

外部場景是有電子Map但非探針臺接受格式：

1)A、B工廠探針臺平臺不一致，A只能提供電子Map給B；

2)A、B工廠探針臺平臺一致，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，內部和外部場景輸入雖有不同，但數據均可進行歸一化處理（比如根據測試數據生成標準格式數據數組，將電子Map數據轉換為標準格式數據數組等），最終形成一個標準化的處理流程。

4 測試Map的“重生”

為便于論述，用案例進行說明。圖1是一個客戶提供的電子Map截圖，要求在TSK探針臺上進行測試。

客戶提供的電子Map用UE（UltraEdit，適用于二進制和ASCII碼等多種格式文件）打開。電子Map是由A工廠根據已完成CP1測試的原始Map進行二次處理后的文件，不體現測試芯片的自然屬性和Soft Bin等信息，只單純體現測試結果和狀態，字符“.”代表非測試狀態，字符“1”代表良品芯片，字符“X”代表不良品芯片，字符“M”代表強制打點芯片等?？蛻粢驜工廠進行CP2測試，將字符“1”芯片進行再次測試和分BIN，字符“X”芯片強制歸類為BIN X（X可以自定義，比如8），代表不良品。

TSKMap生成的標準流程為：

1)新建一個對應產品品名的菜單（Device），包含測試總數（Gross Die）、坐標和自然屬性（Skip Die，Test Die）等信息；

2)根據批號（Lot No.）和片號（Slot No.）組合進行每片晶圓的測試，每個坐標對應的芯片根據其自然屬性和測試結果進行數據寫入；

3)流程循環，生成一張張測試Map。

參考TSK Map生成的標準流程，測試Map“重生”的步驟如下。

4.1 建立Device

根據客戶需求制作一個標準菜單（Golden Device）。圖1電子Map中測試數據的行、列數目和Golden Device的行、列數目進行比對確認數值左偏移（Offset）和上偏移。偏移的存在是因為晶圓制造時硅片邊緣會留下3 mm左右的空白區域，俗稱“光邊”，Golden Device制作原理基于圖像算法及探針臺運動規則，所以這個區域同樣計算進Golden Device的生成，因此Golden Device的行、列數目要大于等于圖1中電子Map測試數據的行、列數目（必須確保條件）。

圖1 客戶提供的電子Map信息

4.2 生成參考測試Map

TSK探針臺和ATE聯機，探針卡無需和晶圓接觸，實際測試一片晶圓，生成一張測試Map，按行業慣例這是一張所有芯片屬性為失效、Soft Bin為Bin2的Map。這張測試Map很重要，是后續軟件批處理數據的標準“模板”。

4.3 軟件批處理

軟件批處理開發環境基于Excel VBA6.5及以上版本。首先讀取測試Map“模板”文件，Binary編碼格式，字節讀取模式，得到測試數據行、列數目并建立對應的二維數組，數組初始值根據要求全“.”或“,”等。根據客戶提供的電子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信息，如批號、片號和良品芯片等。從第8行起是測試數據的數據段。通過行順序讀取，再利用VBA StrConv()指令進行數據拆解，得到每個芯片的信息（空白字符、字符“1”和字符“X”等）。再根據左偏移和上偏移數值將拆解得到的芯片信息裝入根據測試Map“模板”建立的二維數組，至此完成了數組層面的數據替換。

再次打開測試Map“模板”文件，同時新建一個待寫入文件（Binary格式，字節寫）。首先進行TSK Map頭文件信息數據段的替換，有3個關鍵參數晶圓刻號（Wafer ID）、Lot No.和Slot No.，這是區分每批和每片晶圓的關鍵索引，這部分正常替換即可。下一步進行TSK Map每顆管芯測試數據段的處理，這是測試Map“重生”的關鍵步驟，因為每顆芯片測試結果的替換會涉及到其自然屬性和結果屬性的組合變更。為便于下文的理解，先簡單介紹TSK Map每顆管芯測試數據的組成結構，參見圖2。

圖2 每顆管芯測試數據結構圖

每顆芯片信息用3個字（6 B）數據進行表征，測試Map“重生”的目標是對上述字/字節進行內容替換和更新。

具體算法如下：依次抓取測試Map“模版”的數據，芯片屬性（Die Property）非測試芯片（Probing Die）不做任何處理，直接寫入新的文件中。Probing Die先將芯片測試數據設置為良品芯片（Pass Die）和軟件Bin 1（Soft Bin1），再將數組中對應位置保存的數據取出進行替換比較和處理?？瞻鬃址?、字符“1”和字符“M”不做任何處理，字符“X”自定義一個數值進行替換，同步將此顆芯片設置為失效狀態。整體數據替換流程如圖3所示。

圖3 數據替換程序段執行流程圖

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

4.4 后期比對

為了確?！爸厣钡臏y試Map數據的準確性，需要使用專業工具軟件（一般用MapEditor）進行檢查，檢查點主要分為兩方面，一是數量檢查（測試總數、良品總數和失效總數）；二是Map偏移的檢查，這是一個致命的缺陷項。假如檢查有異常，調整左偏移和上偏移數值，再次重復測試Map的“重生”流程，直至準確無誤。圖4是測試Map“重生”前后的比對。

圖4 測試Map“重生”前后的比對

5 結束語

測試Map的“重生”不屬于正常的生產流程，它的出現代表某個輸入條件發生了變化，這個變化可能來自工廠自身，也有可能來自于客戶。出于質量異常的閉環和客戶訂單的需求，這項技術雖然小眾但卻有著特殊的行業地位。

本文只是針對TSK Map相對大眾化的數據結構進行測試Map“重生”的論述，其他組合需要對更全面的數據結構加以了解，本文只是起到拋磚引玉的作用，歡迎業內同仁一起進行更專業和更深層次的探討。