隨著半導體技術的快速發展，晶圓接受測試（Wafer Acceptance Test，WAT）在半導體制造過程中的地位日益凸顯。WAT測試的核心目標是確保晶圓在封裝和切割前，其電氣特性和工藝參數符合設計標準，從而提升產品的良率和可靠性。作為制造流程中的關鍵檢測環節，WAT測試不僅是保障產品質量的關鍵手段，也為提升生產效率提供了重要支撐。此外，WAT測試幫助企業快速識別工藝缺陷，優化制造流程，從而降低生產成本、提高市場競爭力，并帶來顯著的經濟效益。

#01

WAT測試的相關理論基礎

1.1 WAT 測試的含義和作用

WAT（Wafer Acceptance Test）測試，即“晶圓接受測試”，是半導體制造過程中一項關鍵的電性測試步驟。它通過在晶圓的各個特定位置上測量微觀器件的電性能，來驗證每道工藝步驟的完成質量和工藝參數的穩定性。WAT 測試的作用主要體現在確保晶圓在各個工藝步驟后達到預期的電性標準，從而為后續工藝步驟提供質量保障和性能支持。

*Wafer Acceptance Test（晶圓接受測試）：在晶圓制造完成后，首先進行晶圓接受測試。這一測試是為了評估晶圓的初步質量和電性能，確保它們符合要求。 *Wafer Fab Related Low Yield Wafers（晶圓制造相關低良率晶圓）：這些晶圓在制造過程中出現了工藝缺陷或偏差，導致最終測試的良率較低。 *如果測試結果顯示晶圓的某些參數不合格，就會進入“Process Adjustment”（工藝調整）階段。

在半導體制造過程中，各工藝步驟（如光刻、蝕刻、離子注入、擴散、氧化、金屬化等）需要極高的精度和一致性，稍有偏差便可能導致器件性能的不穩定，甚至產生不良品。通過 WAT 測試，可以及時檢測和反饋各道工藝的實際效果，使制造工程師能夠在流程早期發現并糾正潛在問題，防止后續工藝受到影響。

WAT 測試的作用具體包括以下幾個方面：

作用	詳細描述
工藝控制和驗證	WAT測試直接衡量晶圓上不同工藝步驟的效果，驗證每道工藝步驟的準確性，從而確保各項工藝參數在預定范圍內。
缺陷識別	通過精確的電性能測量，WAT測試可以識別微小的工藝缺陷（如薄膜厚度不均、離子摻雜濃度異常、通道電阻不合格等），從而減少不良品進入后續封裝環節。
工藝良率評估	WAT測試的數據用于評估生產線的工藝良率。通過對各參數的統計分析，工程師能夠判斷當前工藝的穩定性，并找出提升良率的關鍵改進點。
質量控制和成本管理	WAT測試是晶圓進入下一道工藝之前的檢測關卡，通過提前發現問題，可以有效降低廢品率和返工成本。同時，WAT測試積累的歷史數據也可為長期工藝優化和質量改進提供數據支撐。

總之，WAT 測試在整個半導體生產流程中充當了“質量守門員”的角色，確保每一階段的工藝達到標準要求，并為后續步驟打下堅實基礎。

1.2 WAT 測試的主要目標：確認晶圓上各工藝步驟的完成質量

WAT 測試的核心目標是驗證晶圓上各工藝步驟是否按預期完成，確保工藝的精確性和一致性。具體來說，WAT 測試的主要目標包括以下幾點：

*Site Measurement（測試點測量）：在晶圓接受測試過程中，多個測試點（如 Site 1, Site 2, ... Site X）被測量，以評估晶圓的初步質量。這些測試點的數據將用于分析晶圓的電性能和質量。 測試數據用于后續的良率預測和篩選，并為可能的工藝調整提供基礎。

作用	詳細描述
驗證工藝步驟的精度	在半導體制造中，細微的工藝變化可能會對最終器件性能產生重大影響。通過WAT測試，可以確認晶圓在各工藝步驟中是否達到設計參數，如柵極長度、閾值電壓、電阻率和氧化層厚度等，這是評估工藝質量的關鍵指標。
確保電性能符合設計要求	半導體晶圓最終是要制造出功能性電路，因此WAT測試通過電性測量（如閾值電壓、漏電流、通道電阻等）來確認晶圓的電性能符合設計規格。這些電性能的精度直接關系到晶圓在后續使用中的功能表現和穩定性。
檢測工藝一致性與穩定性	WAT測試通過對同一批次晶圓的多點電性測試，能夠評估各晶圓之間的工藝一致性。穩定的工藝可以確保批量晶圓的電性能差異在可控范圍內，從而保證成品質量的穩定性。
支持工藝問題的早期發現和修正	WAT測試直接反映工藝參數的符合性，因此通過分析WAT測試結果，可以及時發現并修正異常工藝參數，防止低良率問題擴大化。例如，若發現某批次晶圓的漏電流異常偏高，工程師可據此調整設備參數。
優化后續封裝和成品良率	WAT測試將不符合質量要求的晶圓篩查出去，只有符合規格的晶圓才會進入后續封裝和成品測試階段，從而保證最終產品的質量和良率。未經嚴格WAT測試的晶圓若直接進入封裝，會極大增加廢品率和測試成本。
積累數據以優化工藝流程	每次WAT測試的數據都會記錄并積累，成為工藝改進的重要依據。通過這些數據，制造工程師能夠持續評估和優化工藝流程，提高生產線的整體效率與成品良率。

總結而言，WAT 測試的目標是確保每道工藝步驟的完成質量，提供數據支持來識別工藝優化空間。它不僅是對生產過程的質量控制手段，更是對整體生產流程優化和成品質量保證的重要支持工具。

1.3 WAT測試的技術原理

WAT測試的技術原理主要建立在電學參數的精確測量與深入分析之上。WAT測試通過精確測量晶圓上的電學參數（如閾值電壓、漏電流、驅動電流）來分析半導體制造工藝的質量。這些測量幫助識別制造偏差和缺陷，如摻雜異常或線寬偏差，從而及時調整工藝，保證產品質量。該測試在半導體制造過程中至關重要，因為它能夠確保晶圓產品在進入下一道工藝之前，滿足預定的電性能要求。

1. 測試設備與儀器

實施WAT測試需要使用特定的測試設備和儀器，這些設備的選擇對于測試的準確性至關重要。關鍵設備包括：

高精度測試儀：用于測量晶圓上各個測試點的電學參數，確保數據的準確性和可靠性。

探針臺：能夠精確定位晶圓上的測試點，提供良好的接觸以保證測試信號的質量。

2. 核心電學參數

WAT測試關注的核心電學參數包括：

閾值電壓（Vth）：指晶體管開始導通的最低電壓，是評估器件性能的重要指標。

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

驅動電流（Ion）：晶體管在開啟狀態下的電流，是衡量其驅動能力的關鍵指標。

這些參數直接反映了制造過程中關鍵工藝的質量水平，例如摻雜濃度、薄膜厚度以及刻蝕精度等。

3. 偏差與缺陷的識別

通過對電學參數的細致分析，工程師能夠洞察制造過程中可能存在的偏差與缺陷，例如：

摻雜濃度異常：可能導致晶體管性能不穩定。

線寬偏差：影響器件的電氣特性。

漏電流過高：可能引起功耗增大，影響器件的可靠性。

一旦發現這些問題，工程師可以及時進行工藝調整，防止大批量生產的晶圓出現更為嚴重的質量問題。

4. 工藝參數監控

監控工藝參數的變動范圍是WAT測試中的重要環節，這有助于評估工藝窗口的穩定性。穩定的工藝窗口確保晶圓產品在性能上具有一致性和可靠性。

5. 提高測試精確度

WAT測試的精準度對于晶圓片能否順利出貨具有決定性的影響。為了提高測試精度，WAT工程師需要：

考量測試環境因素：例如，chuck載物臺的設計、信號線的布置等對測試電阻及其他參數的影響。

優化測試系統性能：提出有效的解決方案來提高測試儀器的精確度，確保測試結果的可靠性。

6. 技術支持與質量保障

WAT測試的技術原理不僅涉及到電學參數的精確測量，還包括對這些參數的深入分析以及對測試環境的細致考量。這些環節共同構成了WAT測試的堅實基礎，為半導體制造企業提供了有力的技術支持和質量保障。通過科學的測試方法和嚴格的質量控制，企業能夠在激烈的市場競爭中保持技術優勢，并確保其產品的高品質。

總結而言，WAT測試是確保半導體制造過程中產品質量的重要環節，通過精確測量和深入分析電學參數，工程師能夠及時識別并修正潛在問題，從而提升生產效率和產品良率。未來，隨著測試技術的不斷進步，WAT測試的應用范圍和重要性將會進一步擴大。 1.4 WAT測試的標準與規范

WAT測試標準與規范確保半導體晶圓質量的穩定性和可靠性，提供明確的操作指南和統一的測試結果基準。國際上，SEMI等標準被廣泛應用，詳細規定了測試方法、測試點選取、參數設定和數據處理流程，指定使用特定儀器和探針臺測量晶圓電學參數，并給出標準值和允許偏差范圍。

標準編號	標準名稱	內容概述
SEMI E78	晶圓電氣測試標準	涉及晶圓電氣測試（WAT）中所需的測試方法和參數，確保一致性和可靠性。
SEMI E10	測量與報告設備性能標準	定義半導體制造中測量和報告設備性能所需的測試參數，包括良率和穩定性等指標。
SEMI E58	電氣參數測量標準	涉及測試過程中的電氣參數測量，包括測試設備的校準和驗證。
SEMI M1	拋光單晶硅晶圓的規范	確保晶圓產品本身的規格和質量。
SEMI S2	設備安全與環境影響標準	專注于設備安全和環境影響，確保測試過程中符合健康和安全的要求。

*SEMI（Semiconductor Equipment and Materials International）是一個國際性行業協會，制定了一系列針對半導體制造設備、材料和測試過程的標準。

行業內形成的共識和最佳實踐通常基于長期測試經驗，測試點選擇考慮晶圓布局、芯片設計和工藝特點，以確保結果的代表性。大型半導體制造企業根據實際情況制定詳細的內部測試規范，包括具體步驟、數據處理方法和質量評估標準，確保測試的高效性和準確性。WAT測試標準為晶圓質量評估和控制提供支持，使測試人員能及時發現和處理制造過程中的質量問題，確保產品性能和可靠性符合設計要求。這些標準還推動WAT測試技術的發展，提高測試效率和準確性，降低生產成本，增強市場競爭力。

#02

WAT測試的測試方法

2.1 測試步驟與流程

WAT測試的流程是一個嚴謹且復雜的過程，涉及多個關鍵步驟。WAT 測試的流程主要包括測試點的選擇與布置、測試的具體步驟和參數測量、數據采集與記錄、以及數據分析和反饋流程。每個環節在確保晶圓質量、優化工藝方面都至關重要。

1. 測試點的選擇與布置

在進行 WAT 測試之前，合理選擇和布置測試點是至關重要的一步。測試點的位置和數量直接關系到測試的準確性和工藝評估的全面性。

內容	詳細描述
測試點選擇原則	測試點通常選擇在晶圓的關鍵工藝區域，例如MOSFET的柵極區域、電源和信號路徑的關鍵節點等。選擇的核心原則是保證能夠全面反映工藝過程的質量，從而覆蓋晶圓上不同區域的電性特征和工藝一致性。
測試點分布方案	測試點的分布往往呈現環形或網格狀，以覆蓋晶圓的邊緣、中部和其他可能出現工藝偏差的區域。布置方式會根據工藝步驟的不同而變化，以準確評估該步驟對整個晶圓區域的均勻性。例如，對于離子注入后的測試，可能需要更高密度的測試點，以確保離子注入的一致性。
布置密度與測試效率	測試點數量和布置密度直接影響測試效率和測試數據的豐富程度。通常，關鍵部位會布置較密的測試點，而相對穩定的區域測試點則較少，以平衡測試時間和數據采集的需求。

2. 測試的具體步驟和各項參數的測量

WAT 測試的具體步驟從測試準備、測試執行到數據采集，由一系列精確的測量步驟組成。這些步驟確保了測試數據的準確性和可追溯性。

步驟	詳細描述
準備工作	首先對晶圓進行預處理，包括表面清潔和測試環境的控制，以確保測量條件的一致性。測試設備（如探針臺、參數分析儀）需進行校準，以確保測試結果的準確性。
探針接觸測試點	使用探針臺在晶圓的特定測試點上進行接觸，通過微小探針與晶圓表面形成電氣連接，進行后續電性能測試。探針臺的精度至關重要，定位需在微米甚至納米級別精確，以確保測量在指定位置進行。
參數測量	WAT測試主要測量以下幾項關鍵電性能參數：
? 閾值電壓（Vth）：判斷晶體管是否按設計工作，準確測量有助于評估開關特性。
? 漏電流（Ioff）：過大的漏電流影響靜態功耗和性能，漏電測試識別短路或缺陷。
? 柵極電容（Cgs）：測量柵極與源極間的電容，確保切換過程中的正常電容特性。
? 通道電阻（Ron）：評估導通時的電阻值，較高電阻可能表示工藝步驟存在偏差。
? 薄膜厚度：通過非接觸式測量或電學參數分析測量薄膜厚度，用于判斷關鍵薄膜的厚度是否在設計范圍內。
重復測量與校正	在測試過程中，對一些關鍵參數進行多次測量，以消除偶發誤差，提高數據可靠性。

3. 數據采集與記錄方式

數據采集和記錄是 WAT 測試的核心步驟之一。它確保所有測試數據的完整性和準確性，為后續分析提供可靠的依據。

步驟	詳細描述
數據采集設備	通常使用專用的自動化測試設備和數據采集系統對測試數據進行記錄，這些設備能夠自動記錄測試點的坐標和測量結果，確保每個測試點的數據都被完整采集。
數據記錄格式	WAT測試的數據一般以表格或數據庫形式存儲，便于后續分析。數據格式通常包含測試點坐標、測量參數、測量值以及測量時間等詳細信息，以便追溯和質量分析。
數據存儲與管理	測試數據在采集后會自動保存到數據庫中，并通過數據管理系統分類歸檔。每個批次的晶圓數據都會獨立存檔，以便后續良率分析和工藝改進時參考。
數據追溯	通過建立完備的數據管理系統，工藝工程師可以追溯到每個測試點的測量數據。數據管理系統還提供歷史數據對比功能，用于監控工藝的一致性。

4. 數據分析及結果的反饋流程

在數據采集完成后，WAT 測試數據需要進行系統的分析，以便為工藝改進和質量控制提供有效的反饋。

步驟	詳細描述
數據統計與篩選	測試完成后，首先對數據進行統計分析，通過計算均值、標準差等指標，分析測試點的參數分布情況。對于異常數據點進行剔除，以避免偶然誤差影響整體判斷。
參數圖形化展示	將各項參數繪制成圖表，如熱圖、直方圖等，直觀顯示晶圓的參數分布情況。這些圖表可以揭示參數在晶圓上的分布趨勢和區域差異，幫助識別潛在的工藝問題。例如，通過熱圖觀察到晶圓邊緣與中部的電性差異，以判斷是否存在邊緣效應。
工藝缺陷分析	如果在某些測試點上發現參數偏差較大，則需要進一步分析其產生原因，判斷是否是工藝步驟中的問題，如光刻偏差、離子注入不均等。這些缺陷分析結果會匯報給工藝工程師，以便采取相應的改進措施。
反饋流程	WAT測試的分析結果通過自動化系統反饋到生產控制和質量管理部門。根據測試結果，可以制定相應的工藝優化方案。例如，如果測試數據表明薄膜厚度不均勻，則工藝工程師可以調整沉積或蝕刻參數；如果漏電流偏高，則可能需要調整摻雜劑量或校準設備。
持續改進和閉環控制	通過對WAT測試結果的持續分析，工程師可以實現工藝的閉環控制。通過將當前數據與歷史數據對比，檢測工藝的波動趨勢，發現潛在的風險或工藝偏移，以便及時調整，確保良率和產品一致性

WAT 測試的流程涉及多環節的測試點布置、精密的電性能測量、詳盡的數據采集和有效的數據分析反饋。每一個步驟的準確執行，確保了晶圓的工藝質量符合標準，并為后續工藝優化和產品性能提升提供了數據支撐。

2.2 測試結果的意義與應用

WAT測試的結果不僅僅是數據，它們蘊含了對半導體制造企業至關重要的信息。首先，這些測試結果可以作為評估晶圓制造過程控制效果的依據。通過對比不同批次和時間點的數據，企業能夠清晰地判斷生產工藝的穩定性和產品質量的波動情況。這一反饋機制幫助企業及時調整生產策略，以確保產品質量的穩定和一致性。

其次，WAT測試結果為工藝優化提供了支持。關鍵工藝參數如摻雜劑量和蝕刻時間的調整，往往顯著影響產品的電氣性能。工程師可以通過深入分析測試結果，理解參數與產品性能之間的關系，從而有針對性地優化工藝條件，提高產品良率和生產效率。這種基于數據的優化方法不僅提升了生產靈活性，還降低了試錯成本，為企業帶來經濟效益。

此外，WAT測試結果是客戶審核的重要依據。半導體行業對電氣性能的要求極高，通過提供準確、可靠的測試結果，企業能夠展示產品的優異性能，從而贏得客戶信任和認可。這有助于鞏固現有市場地位，并為開拓新市場打下基礎。

通過分析和解讀WAT測試結果，企業還可以及時發現制造過程中的問題和隱患，這些問題可能源于設備故障、工藝偏差或原材料缺陷。及時識別并采取改進措施可以有效避免問題擴大，保障生產線的穩定運行和持續輸出。這種預防性的質量管理方法提升了企業的抗風險能力，并為可持續發展提供了保障。

#03

結 論

WAT測試在晶圓制造過程中發揮著至關重要的作用。它不僅為晶圓的電氣性能提供了可靠的數據支持，也為制造工藝的穩定性和一致性提供了有效的監控手段。通過對電學參數的精確測量和深入分析，WAT測試能夠及時識別制造過程中的問題，進而指導工藝調整，從而提升晶圓的良率和整體產品質量。

此外，WAT測試對工藝改進的關鍵作用不可忽視。它為工程師提供了深入洞察工藝參數與產品性能之間關系的機會，幫助實現基于數據的優化。這種優化不僅提高了生產效率，還顯著降低了試錯成本，為企業帶來了可觀的經濟效益。

展望未來，WAT測試將在技術發展中持續演進。隨著半導體行業對性能和質量要求的不斷提高，WAT測試技術也將與新材料、新工藝及先進的數據分析方法相結合，進一步提升測試的精確度和效率。此外，自動化測試系統和人工智能技術的應用，將推動WAT測試向更高的智能化和系統化發展，助力半導體制造企業在競爭中保持優勢。

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