一文看懂晶圓測(cè)試(WAT)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，晶圓接受測(cè)試（Wafer Acceptance Test，WAT）在半導(dǎo)體制造過(guò)程中的地位日益凸顯。WAT測(cè)試的核心目標(biāo)是確保晶圓在封裝和切割前，其電氣特性和工藝參數(shù)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而提升產(chǎn)品的良率和可靠性。作為制造流程中的關(guān)鍵檢測(cè)環(huán)節(jié)，WAT測(cè)試不僅是保障產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵手段，也為提升生產(chǎn)效率提供了重要支撐。此外，WAT測(cè)試幫助企業(yè)快速識(shí)別工藝缺陷，優(yōu)化制造流程，從而降低生產(chǎn)成本、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

#01

WAT測(cè)試的相關(guān)理論基礎(chǔ)

1.1 WAT 測(cè)試的含義和作用

WAT（Wafer Acceptance Test）測(cè)試，即“晶圓接受測(cè)試”，是半導(dǎo)體制造過(guò)程中一項(xiàng)關(guān)鍵的電性測(cè)試步驟。它通過(guò)在晶圓的各個(gè)特定位置上測(cè)量微觀器件的電性能，來(lái)驗(yàn)證每道工藝步驟的完成質(zhì)量和工藝參數(shù)的穩(wěn)定性。WAT 測(cè)試的作用主要體現(xiàn)在確保晶圓在各個(gè)工藝步驟后達(dá)到預(yù)期的電性標(biāo)準(zhǔn)，從而為后續(xù)工藝步驟提供質(zhì)量保障和性能支持。

*Wafer Acceptance Test（晶圓接受測(cè)試）：在晶圓制造完成后，首先進(jìn)行晶圓接受測(cè)試。這一測(cè)試是為了評(píng)估晶圓的初步質(zhì)量和電性能，確保它們符合要求。 *Wafer Fab Related Low Yield Wafers（晶圓制造相關(guān)低良率晶圓）：這些晶圓在制造過(guò)程中出現(xiàn)了工藝缺陷或偏差，導(dǎo)致最終測(cè)試的良率較低。 *如果測(cè)試結(jié)果顯示晶圓的某些參數(shù)不合格，就會(huì)進(jìn)入“Process Adjustment”（工藝調(diào)整）階段。

在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，各工藝步驟（如光刻、蝕刻、離子注入、擴(kuò)散、氧化、金屬化等）需要極高的精度和一致性，稍有偏差便可能導(dǎo)致器件性能的不穩(wěn)定，甚至產(chǎn)生不良品。通過(guò) WAT 測(cè)試，可以及時(shí)檢測(cè)和反饋各道工藝的實(shí)際效果，使制造工程師能夠在流程早期發(fā)現(xiàn)并糾正潛在問(wèn)題，防止后續(xù)工藝受到影響。

WAT 測(cè)試的作用具體包括以下幾個(gè)方面：

總之，WAT 測(cè)試在整個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)流程中充當(dāng)了“質(zhì)量守門(mén)員”的角色，確保每一階段的工藝達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，并為后續(xù)步驟打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.2 WAT 測(cè)試的主要目標(biāo)：確認(rèn)晶圓上各工藝步驟的完成質(zhì)量

WAT 測(cè)試的核心目標(biāo)是驗(yàn)證晶圓上各工藝步驟是否按預(yù)期完成，確保工藝的精確性和一致性。具體來(lái)說(shuō)，WAT 測(cè)試的主要目標(biāo)包括以下幾點(diǎn)：

*Site Measurement（測(cè)試點(diǎn)測(cè)量）：在晶圓接受測(cè)試過(guò)程中，多個(gè)測(cè)試點(diǎn)（如 Site 1, Site 2, ... Site X）被測(cè)量，以評(píng)估晶圓的初步質(zhì)量。這些測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)將用于分析晶圓的電性能和質(zhì)量。 測(cè)試數(shù)據(jù)用于后續(xù)的良率預(yù)測(cè)和篩選，并為可能的工藝調(diào)整提供基礎(chǔ)。

總結(jié)而言，WAT 測(cè)試的目標(biāo)是確保每道工藝步驟的完成質(zhì)量，提供數(shù)據(jù)支持來(lái)識(shí)別工藝優(yōu)化空間。它不僅是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制手段，更是對(duì)整體生產(chǎn)流程優(yōu)化和成品質(zhì)量保證的重要支持工具。

1.3 WAT測(cè)試的技術(shù)原理

WAT測(cè)試的技術(shù)原理主要建立在電學(xué)參數(shù)的精確測(cè)量與深入分析之上。WAT測(cè)試通過(guò)精確測(cè)量晶圓上的電學(xué)參數(shù)（如閾值電壓、漏電流、驅(qū)動(dòng)電流）來(lái)分析半導(dǎo)體制造工藝的質(zhì)量。這些測(cè)量幫助識(shí)別制造偏差和缺陷，如摻雜異?；蚓€寬偏差，從而及時(shí)調(diào)整工藝，保證產(chǎn)品質(zhì)量。該測(cè)試在半導(dǎo)體制造過(guò)程中至關(guān)重要，因?yàn)樗軌虼_保晶圓產(chǎn)品在進(jìn)入下一道工藝之前，滿足預(yù)定的電性能要求。

1. 測(cè)試設(shè)備與儀器

實(shí)施WAT測(cè)試需要使用特定的測(cè)試設(shè)備和儀器，這些設(shè)備的選擇對(duì)于測(cè)試的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。關(guān)鍵設(shè)備包括：

高精度測(cè)試儀：用于測(cè)量晶圓上各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電學(xué)參數(shù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

探針臺(tái)：能夠精確定位晶圓上的測(cè)試點(diǎn)，提供良好的接觸以保證測(cè)試信號(hào)的質(zhì)量。

2. 核心電學(xué)參數(shù)

WAT測(cè)試關(guān)注的核心電學(xué)參數(shù)包括：

閾值電壓（Vth）：指晶體管開(kāi)始導(dǎo)通的最低電壓，是評(píng)估器件性能的重要指標(biāo)。

漏電流（Ioff）：在關(guān)閉狀態(tài)下的電流，反映了器件的非理想特性，高漏電流可能導(dǎo)致功耗增加。

驅(qū)動(dòng)電流（Ion）：晶體管在開(kāi)啟狀態(tài)下的電流，是衡量其驅(qū)動(dòng)能力的關(guān)鍵指標(biāo)。

這些參數(shù)直接反映了制造過(guò)程中關(guān)鍵工藝的質(zhì)量水平，例如摻雜濃度、薄膜厚度以及刻蝕精度等。

3. 偏差與缺陷的識(shí)別

通過(guò)對(duì)電學(xué)參數(shù)的細(xì)致分析，工程師能夠洞察制造過(guò)程中可能存在的偏差與缺陷，例如：

摻雜濃度異常：可能導(dǎo)致晶體管性能不穩(wěn)定。

線寬偏差：影響器件的電氣特性。

漏電流過(guò)高：可能引起功耗增大，影響器件的可靠性。

一旦發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題，工程師可以及時(shí)進(jìn)行工藝調(diào)整，防止大批量生產(chǎn)的晶圓出現(xiàn)更為嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。

4. 工藝參數(shù)監(jiān)控

監(jiān)控工藝參數(shù)的變動(dòng)范圍是WAT測(cè)試中的重要環(huán)節(jié)，這有助于評(píng)估工藝窗口的穩(wěn)定性。穩(wěn)定的工藝窗口確保晶圓產(chǎn)品在性能上具有一致性和可靠性。

5. 提高測(cè)試精確度

WAT測(cè)試的精準(zhǔn)度對(duì)于晶圓片能否順利出貨具有決定性的影響。為了提高測(cè)試精度，WAT工程師需要：

考量測(cè)試環(huán)境因素：例如，chuck載物臺(tái)的設(shè)計(jì)、信號(hào)線的布置等對(duì)測(cè)試電阻及其他參數(shù)的影響。

優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)性能：提出有效的解決方案來(lái)提高測(cè)試儀器的精確度，確保測(cè)試結(jié)果的可靠性。

6. 技術(shù)支持與質(zhì)量保障

WAT測(cè)試的技術(shù)原理不僅涉及到電學(xué)參數(shù)的精確測(cè)量，還包括對(duì)這些參數(shù)的深入分析以及對(duì)測(cè)試環(huán)境的細(xì)致考量。這些環(huán)節(jié)共同構(gòu)成了WAT測(cè)試的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為半導(dǎo)體制造企業(yè)提供了有力的技術(shù)支持和質(zhì)量保障。通過(guò)科學(xué)的測(cè)試方法和嚴(yán)格的質(zhì)量控制，企業(yè)能夠在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中保持技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并確保其產(chǎn)品的高品質(zhì)。

總結(jié)而言，WAT測(cè)試是確保半導(dǎo)體制造過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)精確測(cè)量和深入分析電學(xué)參數(shù)，工程師能夠及時(shí)識(shí)別并修正潛在問(wèn)題，從而提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率。未來(lái)，隨著測(cè)試技術(shù)的不斷進(jìn)步，WAT測(cè)試的應(yīng)用范圍和重要性將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。 1.4 WAT測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

WAT測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范確保半導(dǎo)體晶圓質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性，提供明確的操作指南和統(tǒng)一的測(cè)試結(jié)果基準(zhǔn)。國(guó)際上，SEMI等標(biāo)準(zhǔn)被廣泛應(yīng)用，詳細(xì)規(guī)定了測(cè)試方法、測(cè)試點(diǎn)選取、參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)處理流程，指定使用特定儀器和探針臺(tái)測(cè)量晶圓電學(xué)參數(shù)，并給出標(biāo)準(zhǔn)值和允許偏差范圍。

*SEMI（Semiconductor Equipment and Materials International）是一個(gè)國(guó)際性行業(yè)協(xié)會(huì)，制定了一系列針對(duì)半導(dǎo)體制造設(shè)備、材料和測(cè)試過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)。

行業(yè)內(nèi)形成的共識(shí)和最佳實(shí)踐通?；陂L(zhǎng)期測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，測(cè)試點(diǎn)選擇考慮晶圓布局、芯片設(shè)計(jì)和工藝特點(diǎn)，以確保結(jié)果的代表性。大型半導(dǎo)體制造企業(yè)根據(jù)實(shí)際情況制定詳細(xì)的內(nèi)部測(cè)試規(guī)范，包括具體步驟、數(shù)據(jù)處理方法和質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，確保測(cè)試的高效性和準(zhǔn)確性。WAT測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為晶圓質(zhì)量評(píng)估和控制提供支持，使測(cè)試人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理制造過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題，確保產(chǎn)品性能和可靠性符合設(shè)計(jì)要求。這些標(biāo)準(zhǔn)還推動(dòng)WAT測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，提高測(cè)試效率和準(zhǔn)確性，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

#02

WAT測(cè)試的測(cè)試方法

2.1 測(cè)試步驟與流程

WAT測(cè)試的流程是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)且復(fù)雜的過(guò)程，涉及多個(gè)關(guān)鍵步驟。WAT 測(cè)試的流程主要包括測(cè)試點(diǎn)的選擇與布置、測(cè)試的具體步驟和參數(shù)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集與記錄、以及數(shù)據(jù)分析和反饋流程。每個(gè)環(huán)節(jié)在確保晶圓質(zhì)量、優(yōu)化工藝方面都至關(guān)重要。

1. 測(cè)試點(diǎn)的選擇與布置

在進(jìn)行 WAT 測(cè)試之前，合理選擇和布置測(cè)試點(diǎn)是至關(guān)重要的一步。測(cè)試點(diǎn)的位置和數(shù)量直接關(guān)系到測(cè)試的準(zhǔn)確性和工藝評(píng)估的全面性。

2. 測(cè)試的具體步驟和各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量

WAT 測(cè)試的具體步驟從測(cè)試準(zhǔn)備、測(cè)試執(zhí)行到數(shù)據(jù)采集，由一系列精確的測(cè)量步驟組成。這些步驟確保了測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可追溯性。

3. 數(shù)據(jù)采集與記錄方式

數(shù)據(jù)采集和記錄是 WAT 測(cè)試的核心步驟之一。它確保所有測(cè)試數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，為后續(xù)分析提供可靠的依據(jù)。

4. 數(shù)據(jù)分析及結(jié)果的反饋流程

在數(shù)據(jù)采集完成后，WAT 測(cè)試數(shù)據(jù)需要進(jìn)行系統(tǒng)的分析，以便為工藝改進(jìn)和質(zhì)量控制提供有效的反饋。

WAT 測(cè)試的流程涉及多環(huán)節(jié)的測(cè)試點(diǎn)布置、精密的電性能測(cè)量、詳盡的數(shù)據(jù)采集和有效的數(shù)據(jù)分析反饋。每一個(gè)步驟的準(zhǔn)確執(zhí)行，確保了晶圓的工藝質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，并為后續(xù)工藝優(yōu)化和產(chǎn)品性能提升提供了數(shù)據(jù)支撐。

2.2 測(cè)試結(jié)果的意義與應(yīng)用

WAT測(cè)試的結(jié)果不僅僅是數(shù)據(jù)，它們蘊(yùn)含了對(duì)半導(dǎo)體制造企業(yè)至關(guān)重要的信息。首先，這些測(cè)試結(jié)果可以作為評(píng)估晶圓制造過(guò)程控制效果的依據(jù)。通過(guò)對(duì)比不同批次和時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，企業(yè)能夠清晰地判斷生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)情況。這一反饋機(jī)制幫助企業(yè)及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)策略，以確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和一致性。

其次，WAT測(cè)試結(jié)果為工藝優(yōu)化提供了支持。關(guān)鍵工藝參數(shù)如摻雜劑量和蝕刻時(shí)間的調(diào)整，往往顯著影響產(chǎn)品的電氣性能。工程師可以通過(guò)深入分析測(cè)試結(jié)果，理解參數(shù)與產(chǎn)品性能之間的關(guān)系，從而有針對(duì)性地優(yōu)化工藝條件，提高產(chǎn)品良率和生產(chǎn)效率。這種基于數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法不僅提升了生產(chǎn)靈活性，還降低了試錯(cuò)成本，為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。

此外，WAT測(cè)試結(jié)果是客戶審核的重要依據(jù)。半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)電氣性能的要求極高，通過(guò)提供準(zhǔn)確、可靠的測(cè)試結(jié)果，企業(yè)能夠展示產(chǎn)品的優(yōu)異性能，從而贏得客戶信任和認(rèn)可。這有助于鞏固現(xiàn)有市場(chǎng)地位，并為開(kāi)拓新市場(chǎng)打下基礎(chǔ)。

通過(guò)分析和解讀WAT測(cè)試結(jié)果，企業(yè)還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)制造過(guò)程中的問(wèn)題和隱患，這些問(wèn)題可能源于設(shè)備故障、工藝偏差或原材料缺陷。及時(shí)識(shí)別并采取改進(jìn)措施可以有效避免問(wèn)題擴(kuò)大，保障生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行和持續(xù)輸出。這種預(yù)防性的質(zhì)量管理方法提升了企業(yè)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，并為可持續(xù)發(fā)展提供了保障。

#03

結(jié) 論

WAT測(cè)試在晶圓制造過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它不僅為晶圓的電氣性能提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，也為制造工藝的穩(wěn)定性和一致性提供了有效的監(jiān)控手段。通過(guò)對(duì)電學(xué)參數(shù)的精確測(cè)量和深入分析，WAT測(cè)試能夠及時(shí)識(shí)別制造過(guò)程中的問(wèn)題，進(jìn)而指導(dǎo)工藝調(diào)整，從而提升晶圓的良率和整體產(chǎn)品質(zhì)量。

此外，WAT測(cè)試對(duì)工藝改進(jìn)的關(guān)鍵作用不可忽視。它為工程師提供了深入洞察工藝參數(shù)與產(chǎn)品性能之間關(guān)系的機(jī)會(huì)，幫助實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的優(yōu)化。這種優(yōu)化不僅提高了生產(chǎn)效率，還顯著降低了試錯(cuò)成本，為企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

展望未來(lái)，WAT測(cè)試將在技術(shù)發(fā)展中持續(xù)演進(jìn)。隨著半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)性能和質(zhì)量要求的不斷提高，WAT測(cè)試技術(shù)也將與新材料、新工藝及先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析方法相結(jié)合，進(jìn)一步提升測(cè)試的精確度和效率。此外，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)和人工智能技術(shù)的應(yīng)用，將推動(dòng)WAT測(cè)試向更高的智能化和系統(tǒng)化發(fā)展，助力半導(dǎo)體制造企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中保持優(yōu)勢(shì)。

參考：

Wafer Prober｜Products?Service｜MICRONICS JAPAN CO.,LTD.

WAT - Wafer Acceptance Test in Technology, IT etc. by AcronymsAndSlang.com

Wafer & Probe Card Test - Automatic Test Equipment | Seica Spa

A Novel Framework for Semiconductor Manufacturing Final Test Yield Classification Using Machine Learning Techniques | IEEE Journals & Magazine | IEEE Xplore