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半导体测试设备简述
1.1 测试是贯穿半导体生产过程的核心环节
半导体的生产流程包括晶圆制造和封装测试,在这两个环节中分别需要完成晶圆检测(CP, Circuit Probing)和成品测试(FT, Final Test)。无论哪个环节,要测试芯片的各项功能指标均须完成两个步骤:一是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来,二是通过测试机对芯片施加输入信号,并检测输出信号,判断芯片功能和性能是否达到设计要求。
图1:半导体生产流程
资料来源:九鼎投资整理
测试环节通常由芯片设计公司委托晶圆厂、封测厂或者第三方测试公司(以下统称测试公司)进行,具体分为两种商业模式:一是芯片设计公司根据产品类型、功能和设计要求等向测试公司指定特定测试设备进行测试;二是如果芯片设计公司的产品属于技术上比较成熟的领域,芯片设计公司会直接委托测试公司,由测试公司根据自身设备排产情况选择相应的测试设备进行测试。因此,测试设备制造商在进行产品开发和渠道拓展时需要兼顾设计公司和测试公司两方的需求。
1.2 半导体测试的三大核心设备:测试机、分选机、探针台
半导体制造是人类迄今为止掌握的工业技术难度最高的生产环节,是先进制造领域皇冠上的一颗钻石。随着半导体技术不断发展,芯片线宽尺寸不断减小,制造工序逐渐复杂。目前国际上7 nm制程已进入产业化阶段,需要近2000道工序,先进的制程和复杂的工序将持续提升对于先进设备的需求。
晶圆制造环节设备包括光刻机、化学气相淀积设备、物理气相淀积设备、刻蚀机、离子注入机、褪火设备、清洗设备等;封装环节设备包括研磨减薄设备、切割设备、度量缺陷检测设备、装片机、引线键合设备、注塑机、切筋成型设备等;测试环节设备包括测试机(ATE,Automatic Test Equipment)、分选机(Handler)、探针台(Wafer Prober)等。这些设备的制造需要综合运用光学、物理、化学等科学技术,目前最先进的设备已经在进行原子级别的制造,具有技术含量高、制造难度大、设备价值高等特点。
在测试设备中,测试机用于检测芯片功能和性能,探针台与分选机实现被测芯片与测试机功能模块的连接。晶圆检测环节需要使用测试机和探针台,成品测试环节需要使用测试机和分选机,具体测试流程如下:
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