崑山科技大學學報第七期 第 17~26 頁（民國 99 年 8 月） Journal of Kun Shan University, No.7, pp.17~26(August, 2010)

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半導體封裝機台 Wafer Map 系統改善研究

林義健* 陳重臣**

*福懋科技股份有限公司

**國立雲林科技大學資訊管理所

摘要

在現今競爭激烈的半導體產業中，如何提升生產技術與良率，並降低生產過程中所

產生的異常損失，是每個半導體廠一直追求的目標，在封裝業中亦是如此，積極導入生

產自動化系統，以縮短回貨時間(Cycle Time)與提升良率(Yield)，期能在毛利不斷壓縮的

現實下，提高獲利能力與競爭優勢。本文以封裝製程中上片(Die Bonding)製程所使用的

晶圓圖(Wafer Map)為研究改善對象，於晶圓圖檔中增加特殊關鍵欄位與新設計之晶圓參

數資料庫系統(Map Bank System)強化機台連線系統的偵錯能力，文中使用統一塑模語言

(UML)分析說明系統功能，並以系統化的檢核方法與程序降低生產作業過程所經常出現

的異常事件。 關鍵詞：上片、回貨時間、良率、晶圓圖、統一塑模語言。

一、前言

由於近幾年來消費性電子產品的需求帶動下，半導體需求日益提高，各家廠商無不

研發提升技術，以滿足客戶需求，而在台灣，從上游的晶圓製造到下游的 IC 封裝測試

及模組，垂直整合的半導體生產線，使台灣在全球半導體產業中佔有非常重要的地位。

其中台灣的封測技術更為全球之冠。 科技產品日新月益，在大量生產的情況下，產品價格迅速下跌，連帶著製造業的利

潤亦随之下滑，故在毛利不斷的被壓縮下，製造業者必須研究如何降低生產過程中所造

成的損失，並進一步提升良率，才能持續保有獲利能力與市場競爭優勢。 整個 IC 製造大致可分為四個階段，如圖 1 所示。一般來說，晶圓自晶圓廠製造產

出後，會交由晶圓測試廠進行晶圓測試，以獲得晶圓上各晶粒等級及良率資料的資料，

通常我們將它稱為晶圓圖(Wafer Map)檔。晶圓測試完後再送至封裝廠，依晶圓圖內容進

行不同等級之封裝，封裝完後進行最後成品測試。

圖 1 IC 製造流程

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封裝的過程是將晶圓研磨切割後，使每一晶片(Chip or Die)能獨立分離，並將之黏

貼至導線架(Lead Frame)或基板(Substrate)上，再進行銲線，最後完成外觀的包覆。封裝

的目的在於給予晶片適當的保護，避免因外部因素造成晶片電路的破壞。以 IC 封裝現

況來說，人工作業是十分常見的，然而從晶圓到封裝廠一直到成品，仍必須經過數十道

的製程，且半導體設備日趨複雜與精密，故如何減少人為操作所產生的異常是我們所必

須要去思考的問題。

二、研究內容

本研究選擇封裝前段製程中之「Wafer Map 系統」，此系統橫跨了生管部門(PC)、品

管部門(QC)與封裝部門(Assembly)三個單位，可見其在封裝生產中的重要性。一般的

「Wafer Map 系統」功能主要有兩個部份，第一部份為「晶圓圖轉檔系統」，是將晶圓測

試後所產生之晶圓圖檔案進行標準格式化的轉檔，主要原因是各家晶圓測試廠所產生之

晶圓圖檔案格式均不盡相同，故必須進行轉檔動作以利機台連線系統讀取使用；第二部

份是「機台連線系統」，採用以國際半導體設備材料產業協會(Semiconductor Equipment and Materials International, SEMI)所制定之通訊標準(SEMI Equipment Communication Standard, SECS)，將標準格式之晶圓圖檔資料傳送給上片機台(Die Bonder)，進行上片作

業時吸取晶片座標及晶片等級(Bin)的參考依據。本文針對常見異常問題進行歸納後，於

轉檔系統中進行修改，另建立晶圓參數資料庫為機台生產建立標準參數值，最後利用機

台連線系統進行整合運作。

三、研究目的

封裝製造生產的過程中，許多站別仍必須仰賴人為操作，故人為操作過程中難免會

產生異常，本文整理出在上片製程中常見的異常有：機台上所生產的批號與生產流程卡

(Runcard)上批號不符；使用了錯誤的配方程式(Recipe)；機台影像辨識之參考點座標

(Reference / Target Die)，造成座標偏移而誤吸。這些常見的異常發生時，往往都在生產

過後或發生問題時才被發現，大多已為時以晚，除了可能面臨賠償客戶與重工(Rework)的損失外，公司信譽的損失更是無法用金錢所衝量的。

本研究的主要目的在於防止上述生產異常事件的發生，希望透過「Wafer Map 系統」

的架構來進行分析改善研究並以 UML 圖例呈現，以降低異常發生的機率。

四、系統分析與實作

針對常見的異常事件分析看來，一般的系統架構無法有效解決問題的發生，故本研

究在原來的系統架構下，再提出一套晶圓參數資料庫系統(Map Bank System)，對各配方

程式與晶圓圖間建立關聯，並在原來的機台連線系統中加以整合，進行防呆。完整的系

統架構如圖 2 所示。

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圖 2 改善後之 Wafer Map 系統架構圖

1. 晶圓圖轉檔系統(Map Transfer System)

當封裝廠生管部門接獲晶圓廠之訂單與晶圓圖檔案後，會利用本系統進行轉檔作

業，將晶圓圖檔中的符號依指定原則轉成特定符號，通常轉為 1~9 與 D，以表示不同等

級之晶片(Bin1~Bin9)與不良晶片(Bad Die)，並計算各晶片等級(Bin)的數量，轉檔完後系

統會將檔案上傳至檔案伺服器(FTP Server)上供其他系統使用。生管人員會利用轉檔後的

資訊至製造執行系統(MES)上，進行生產計畫與生產流程卡(Run card)的列印，並進行下

線，品管人員(QC)則會到系統中查詢轉出結果是否與實物晶圓相符，如圖 3 所示。

圖 3 晶圓圖轉檔系統範圍

常見的晶圓圖有三種檔案格式，第一種為文字檔(Text)格式；第二種為二進制檔

(Binary)格式；第三種為可擴充套件標記語言(XML)格式，通常以國際半導體設備材料產

業協會(SEMI)所制定的格式為主。一般以第一種與第三種格式最為常見，如圖 4 所示。

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文字檔格式 XML 檔格式

圖 4 晶圓圖檔

為使晶圓圖檔能與製造執行系統及晶圓參數資料庫系統有所關聯，故本系統會搜尋

原始的晶圓圖檔案內容中是否含有關鍵欄位資料，如生產批號(Lot No)與產品編號

(Device)，並將之帶入轉出晶圓圖檔案中，如圖 5 所示，以供機台連線系統執行檢核作

業時讀取使用，系統功能如圖 6 之使用者案例(Use Case)所示。

圖 5 轉檔後標準格式之晶圓圖檔

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圖 6 晶圓圖轉檔系統之使用者案例圖

實作部份考量使用者介面(UI)的親和力與開發速度，選擇以 Visual Basic 6 開發晶圓

圖轉檔系統與查詢程式，系統畫面如圖 7 所示，檔案伺服器建置於開放源始碼(Open Source)之 Linux 作業系統下，供轉檔系統上傳晶圓圖檔與查詢程式讀取之用。

圖 7 晶圓圖轉檔系統與查詢程式畫面

2. 晶圓參數資料庫系統(Map Bank System)

為了防止生產錯誤的批號與使用錯誤的配方程式，故設計本系統與製造執行系統搭

配，再由機台連線系統整合。封裝工程師於新產品導入時會將相關參數，如表 1 所示，

輸入到本系統中，在配方程式的部份，機台設定配方程式名稱(Recipe Name)時必須與晶

圓圖檔案中之「Device」欄位，完全相同或部份相同之原則性。晶圓圖的特徵資料，目

的在於確認當前機台所作業之實物晶圓與配方程式所能作業之晶圓是相符的。

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表 1 Map Bank System 之各參數 參數名稱 說明 Recipe Name 機台配方程式名稱。 Machine Rotate 機台旋轉角度，配合上片方向。 Target X 機台參考辨視點 X 座標。 Target Y 機台參考辨視點 Y 座標。 Map Total Dies 晶圓圖之晶片的總數。 Map Top Dies 晶圓圖之上方第 1 列的顆數。 Map Down Dies 晶圓圖之下方第 1 列的顆數。 Map Left Dies 晶圓圖之左方第 1 行之顆數。 Map Right Dies 晶圓圖之右方第 1 行之顆數。

本系統除設定相關參數外，還提供了上傳附件功能，可上傳實物晶圓的參考點位置

圖的照片，供使用者參考與教學用途。本系統參數資料會直接影響生產作業，故極為重

要，必須針對使用者進行權限的管理，以確保資料的正確性，系統功能如圖 8 使用者案

例所示。

圖 8 晶圓參數資料庫系統之使用者案例圖

實作部份考量使用上的方便性，採用網頁架構方式進行，網頁伺服器(Tomcat Web

Server) 與 MySQL 資料庫以 Linux 作業系統建置，登入系統帳號則比對製造執行系統上

之帳號密碼，並設定特定封裝工程師才有資料維護的權限，其他人員只能於網頁上查

詢，系統維護畫面如圖 9。

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圖 9 晶圓參數資料庫系統畫面

3. 機台連線系統(Map Host System)

作業員於上片站作業開始前會先到製造執行系統輸入生產流程卡之相關資料後，再

將晶舟盒(Wafer Cassette)放入指定機台中，執行生產作業，透過機台與主控電腦(Host)間通訊的過程，進行生產資料與機台參數的比對，以防止生產錯誤，系統功能如圖 10使用者案例所示。

圖 10 機台連線系統之使用者案例圖

實作部份，因系統必須長時間與機台連線，故穩定性為首要條件，因此選擇穩定性

較佳之 Linux 作業系統，同時對檔案伺服器所開放之晶圓圖檔目錄進行磁碟掛載

(Mount)，以供主控電腦讀取晶圓圖檔案之用。軟體以 JAVA 語言進行開發，依照標準通

訊協定與機台進行通訊，傳送與接收機台訊息。透過 JDBC 和製造執行系統及晶圓參數

資料庫系統之資料庫連線，程式畫面如圖 11 所示。為降低硬體成本，以單台主控電腦

同時控制多台機台為目標，故必須加裝串列通訊多埠(Multi-IO)卡，並透過/etc/profile 設

定使 Linux 每一終端機連至指定的串列埠之機台，最多可同時連線 12 部機台。

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圖 11 機台連線系統畫面

4. 系統整合

當上片機台開始進行生產時，機台會先將晶圓旋轉定位後，再透過條碼讀取器讀取

晶圓上之條碼(Wafer ID)後，傳給主控電腦，主控電腦便會進行下列程序： (1) 讀取當前機台配方程式與晶圓特徵參數。

(2) 到製造執行系統及晶圓參數資料庫中讀取相關資料。 (3) 到檔案伺服器中下載並讀取晶圓圖檔案。 (4) 檢核晶圓圖之特定關鍵欄位與製造執行系統是否吻合？(如生產批號及產品編號) (5) 檢核機台當前參數與晶圓參數資料庫中之配方程式及晶圓特徵是否符合？

上述程序完成後，若比對正確時，主控電腦才會回傳晶圓圖資料給機台，反之則傳

送錯誤訊息給機台，此時機台會產生警告(Alarm)訊息並停止作業，整合後架構如圖 12所示。

圖 12 整合後系統架構圖

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五、結論

晶圓圖可謂上片製程中的靈魂角色，系統的良窳直接影響到生產的良率與異常發生

的機率。經由本研究對「Wafer Map 系統」的改善與實作後，確實可達到事先防止異常

發生的功能，與提升良率的目標。透過晶圓參數資料庫系統，除提供機台參數比對之依

據外，亦可做為新進人員教育訓練之用。系統設計開發多採免費之開放源始碼系統，在

降低開發成本的同時亦不失其穩定性的要求。其他製程站別同樣可運用此一架構進行自

動化生產，以達到降低異常，提高良率的目的。

參考文獻

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The Study of Improving Wafer Map System Utilized in IC Packaging Machine

* Yi-Chien Lin and ** Jone-Chen Chen

*Formosa Advanced Technologies CO., Ltd. **Institute of Information Management National Yunlin University of Science & Technology

Abstract

Due to the keen competition in the Semiconductor Industry, how to upgrade the production technology and yield, and reduce the abnormality loss arising from production process are always been the goals of every semiconductor factory, as well as in IC Packaging Industry. They active launch into the production automated system to reduce Cycle Time and enhance the yield for improving profitability and competitive advantage as facing the continual gross profit compression. The targets of this research is the Wafer Map adding specific key column and Map Bank System utilized in Die Bonding process, and also analysis with a UML(Unified Modeling Language) system to reduce the abnormalities during the production process by the systematic review and checking procedures.

Keyword: Die Bonding、Wafer Map、Cycle Time、Yield、UML