CN100343855C - 维修决策方法与使用其的半导体元件电性测试系统 - Google Patents

Abstract

一种维修决策方法与使用其的半导体元件电性测试系统，其中，半导体元件电性测试系统包括一测试机台、一制造执行系统、一成本系统、一测试数据系统与一维修决策支持系统。其测试方法是由测试机台所得的目前各测试管生产情况的数据，利用维修决策方法中的决策树来计算目标函数与允许维修时间函数，以求得最大的测试利益。

Description

维修决策方法与使用其的半导体元件电性测试系统

技术领域

本发明是有关于一种维修决策方法，且特别是有关于一种维修决策方法与使用其的半导体元件电性测试系统。

背景技术

请参照图1为公知的半导体元件电性测试机台示意图，测试机台130可控制信号处理器(handler)110与信号处理器120(举测试机台控制两个信号处理器为例)，而信号处理器110上有数个测试管(site)111，信号处理器120上也有数个测试管121，以往所有针对信号处理器110与信号处理器120是否关闭其中部分测试管或停机维修的决策过程都是由人工随机决定或是利用已有的经验来决定停机与否，如此乃缺乏整体系统性的考量，如测试成本与收益的考量。

发明内容

本发明的目的就是提供一种维修决策方法与使用其的半导体元件电性测试系统，其利用维修决策方法中的决策树、目标函数与允许维修时间函数，以求得最大的测试利益，可以有系统的考量整体效益，来判断开启测试管最佳的数目与停机进行维修工作的时机，毋须经由人工的随机或经验的判断即可得到良好的经济效益。

本发明提供一种使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，此半导体元件电性测试系统包括一测试机台、一制造执行系统、一成本系统、一测试数据系统与一维修决策支持系统。测试机台根据一故障检修指令或一开管组合数据，以进行维修或测试半导体元件，并送出一目前开启的测试管数、数个测试管生产率、一待测IC颗数、一产品合格率标准与一批量大小。制造执行系统用以根据一工作流程与一产品信息，以更新一下次架机前所需测试IC的总颗数、一未达产品合格率惩罚与一批量到期日。成本系统用以储存一单颗IC合格品收益、一机台时间成本与一逾期成本。测试数据系统用以实时储存目前开启的测试管数、这些测试管生产率、待测IC颗数、产品合格率标准与该批量大小。以及，维修决策支持系统用以将制造执行系统所送出的下次架机前所需测试IC的总颗数、未达产品合格率惩罚、批量到期日、成本系统所送出的单颗IC合格品收益、机台时间成本、逾期成本与测试数据系统所送出的目前开启的测试管数、这些测试管产品合格率、待测IC颗数、产品合格率标准、批量大小来作为数个参数，并根据这些参数与一决策树来计算一生产率、一目标函数与一允许维修时间函数，以得到一最佳开管数、一最佳开管组合与一允许维修时间。

本发明提供一种维修决策方法，使用于数个半导体元件电性测试的一测试机台。此维修决策方法的步骤为：首先，加载一下次架机前所需测试IC的总颗数、一未达产品合格率惩罚、一批量到期日、一单颗IC合格品收益、一机台时间成本、一逾期成本、一目前开的测试管数、多个测试管生产率、一待测IC颗数、一产品合格率标准与一批量大小来作为数个参数。接着，根据这些参数与一决策树来计算一目标函数，以得到一最佳目标函数值、一最佳开管数与一最佳开管组合。再者，根据对应于最佳目标函数值的决策树的决策路径的这些参数来计算一允许维修时间函数，以得到一允许维修时间。以及，显示最佳开管数、最佳开管组合与允许维修时间。如此，可判断开启测试管最佳的数目与停机进行维修工作的时机，以求得最大的测试利益，以做有系统的整体效益的考量。

综上所述，本发明通过导入成本、收益与损失的观念，配合特有的维修决策机制，使得维修决策的制订能够有一个明确的准则。工程师更可以通过可允许维修时间的显示，衡量己身的能力而视机台状况决定是否进行维修，甚或直接由系统自动决定维修与否。借此，则可望进一步达成获得测试的最大利益的目的。

附图说明

图1为公知的半导体元件电性测试机台示意图；

图2为本发明的一较佳实施例的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统的方框图；以及

图3为本发明的维修决策支持系统的决策树。

20：半导体元件电性测试系统

110，120：信号处理器

111，121：测试管

130，206：测试机台

202：人员决策

204：维修决策支持系统

220：数据系统

222：测试数据系统

224：成本系统

226：制造执行系统

具体实施方式

请参照图2，其为本发明的一较佳实施例的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统的方框图。在此实施例中，大体上而言，半导体元件电性测试系统20包括了一个数据系统220，一个维修决策支持系统204，以及测试机台206。必须注意的是，虽然在本实施例以及后续的说明中都是以一台测试机台206为主轴，但本领域普通技术人员当知，本发明实可运用于多个测试机台的环境，而非仅能限制于本处所公开的条件下运行。

在半导体元件电性测试系统20中，维修决策支持系统204会根据测试机台206所提供的机台数据来提供决定维修方案时所需要的参数，例如：最佳开管组合、最佳开管数或允许维修时间等，而人员决策202则根据这些参数与计算结果来决定是否要将测试机台206完全停机以进行维修、是否要停止测试机台206中生产率不佳的测试管、或是不做处理继续进行测试。甚至，维修决策支持系统204还可以进一步根据这些参数而自行决定所要采取的维修方案。

为了更进一步说明本发明的实施方式与系统架构，图2还显示了数据系统220内部架构的一个实施例。在此实施例中，数据系统220包括了测试数据系统222、成本系统224与制造执行系统226三个储存装置。其中，当测试机台206进行半导体元件的测试时，会送出目前开启的测试管数、每一个测试管测试IC的生产率、等待测试IC的颗数、测试IC产品合格率的标准与测试IC的批量(Lot)大小至测试数据系统(Testing Data System)222以实时储存起来。而制造执行系统(Manufacture Execution System)226则根据工作流程与产品信息，更新下次架机前所需测试IC的总颗数、测试IC的未达产品合格率惩罚与测试IC的批量到期日。成本系统224储存单颗IC的合格品收益、测试机台的时间成本与测试IC测试逾期的逾期成本。

当然，本领域普通技术人员当知，此处所示的数据系统220的架构并非唯一可行的架构。举例来说，在本实施例中储存于测试数据系统222中的目前开启的测试管数与各测试管的生产率，以及储存于成本系统224中的机台时间成本，由于可以归类为测试机台的数据，因此也可以储存于同一个储存装置中。而储存在测试数据系统222中的待测颗树、产品合格率标准与批量大小，以及储存在成本系统中的单颗合格品利润与逾期成本等，则可以归类为产品数据而储存于另一个储存装置中。此外，不同的数据当然也不限定必须要分开储存。总而言之，图2中所列举的数据系统220的架构仅为例示之用，其中的数据分类方式与储存装置个数等，都只是使本发明为可行的一个例子，并非意欲限制本发明于该等图式与相关说明之中。

接下来将进一步解说维修决策支持系统204中所使用的技术。原则上来说，维修决策支持系统204最少必须通过数据系统220取得相关的机台数据，才能决定相对应的维修方案或是显示可据以决定维修方案的各样参数。举例而言，维修决策支持系统204可以根据目前开启的测试管数、各开启的测试管的生产率以及机台时间成本等机台数据，计算出维修所需时间并予以显示；甚或一并考量维修后所能加快的测试速度与其所带来的缩短测试时间的效果，从而提出维修与否的建议。

在进一步解释本发明的运作细节之前必须强调的是，在后叙的实施例中所引用到的参数并非全部都为必要的参数，本领域普通技术人员当可视环境所需，在不脱离本发明的技术范围内改变所需考量的参数。在本实施例中，维修决策支持系统204接收制造执行系统226所送出的下次架机前所需测试IC的总颗数、测试IC的未达产品合格率惩罚与测试IC的批量到期日、成本系统224所送出的单颗IC的合格品收益、测试机台206的时间成本与测试IC测试逾期的逾期成本，以及测试数据系统222所送出的目前开启的测试管数、每一个测试管的生产率、等待测试IC的颗数、测试IC的产品合格率标准、测试IC的批量大小等参数。之后，维修决策支持系统204则根据这些参数来计算包括如：生产率、目标函数与允许维修时间公式等算式，以得到最佳开管数、最佳开管组合与允许维修时间。

维修决策支持系统204可以有三种方式来展现其功能。其一是，自动决定维修决策，并将所决定的决策法则显示出来，以借此告知维修人员进行相对应的操作。其二是，显示前述计算所得的允许维修时间，维修人员则参考此一允许维修时间，在考量自身维修速度的条件下由维修人员自行决定进行何种维修方案。其三为，除允许维修时间外，还提供建议使用的维修方案以供维修人员参考。通过每一次结批(Lot-end)来驱动维修决策支持系统204以执行所指定的步骤，其步骤如下：

步骤1：加载(Download)

1.从制造执行系统208、成本系统212与测试数据系统210加载所需求的数据；

2.储存这些所需求的数据(可储存在计算机系统中)以作为输入参数。

步骤2：计算所需求的数据

1.根据这些所需求的数据来计算每个测试管的生产率；

2.按照每个测试管的生产率的高低依序储存。

步骤3：寻求最佳决策

1.对于所有可能被开启的测试管的数目来计算其目标函数(Objective Function)，并求得最佳的目标函数值；

2.计算允许维修时间(Allowable Repair Time，ART)。

步骤4：显示最佳决策

1.显示要关闭测试管的最佳数目与所要关闭的测试管的编号；

2.显示允许维修时间；

3.显示是否停机进行维修。

维修决策支持系统204(参考图2)可以采用名为决策树(decisiontree)的算法来模块化维修决策，其一较佳实施例则如图3所示。在图3中，决策节点(Decision Node)(如节点D₁、D₂)指出接续的决策，分支(Branch)指出相对应的决策方法，机会节点(Chance Node)(如节点C)则指出分支所具有的可能结果的不确定性，而每个决策的影响则显示于分支的末端。

考虑一具有n个测试管的测试机台，节点D₁可以是选择维修测试机台(如图3所注记的B)、关闭(n-i)个低产量(Low-yield)的测试管(即开启i个测试管，如图3所注记的A_i，i＝1，2，3，...)，以及接续地测试(即开启所有n个测试管进行测试。如果决策者决定停机而进行测试机台时，则工程师在执行基本的故障检修及检查故障状况时会估算所需要的维修时间。各种故障状况的不确定性可表示为一机率(Probability)，并显示于机会节点C的分支上。

此外，在关闭机台进行维修的部分还分为m种故障情况，而每一种故障情况则对应一个所需的维修时间t_j。在本实施例中，这些数据较佳的是从机台的实际状况统计而来。维修决策支持系统204的决策是根据各种可行方法的期望值(Expected Value)来决定。因此，最佳决策是有着最高期望目标值(Expected Objective Value)的节点D₁的分支，而根据最高期望目标值的节点D₁的分支的各项参数来计算目标函数，可以得到测试机台最佳的目标函数值。如此，维修决策支持系统可根据此最佳的目标函数值而显示最佳的开管数与最佳的开管组合(如由监视器显示)，使决策人员得以判断开启与关闭那些测试管。同样地，利用此分支的各项参数来计算允许维修时间函数(ART)，可以得到维修测试机台时所允许的时间长度，如此则可使工程师判断是否要停机进行维修。

分析维修决策的因素有增加测试收益的各种目标、缩短测试IC的周期时间、及时传送以及满足可接受的生产率(Yield Rate)等。具有金钱因素的目标函数乃包括一测试收益(Test Profit)、机台成本(Opportunity Cost)以及损失。其中，机台成本如操作时间与测试机台单位时间所耗费的成本，而损失则包括如逾期惩罚(Overdue Penalty)以及不正常产品合格率(Abnormal Yield Loss)的惩罚等。所以目标函数可以下列式子表示：

F＝(Γ(n₀，n₁)|c，v，w，b，d，t_s，r_j，R，Q，Q_p，Q_f，u_i，p)＝P-T-D-Y

其中，Г也许是A₁，A₂，...，A_n或B_m，c表示每颗IC的测试收益，v表示测试机台的单位时间的机台成本，w表示每批IC单位时间的逾期成本，b表示每颗IC的假性故障惩罚，d表示每批IC的到期日，t_s表示每颗IC的标准测试时间，r_j表示在第j个故障情况下测试机台的维修时间，R表示根据过去的数据或其它测试机台与测试管的平均产量所推算而得的可接受的生产率，Q表示此批IC的颗数，Q_p表示目前此批IC测试通过的颗数，Q_f表示目前此批IC测试失败的颗数，u_i表示第i个测试管的生产率，p表示此批IC的平均生产率，n₀表示进行一般测试的开启测试管的数目，n₁表示进行故障IC再测试的开启测试管的数目。目标函数是由分别具有加权值c、v、w、b的测试收益P、机台成本T，以及如逾期惩罚D与不正常生产的惩罚Y等损失部分所组成，并以达成增进测试收益为目标。

允许维修时间(ART)函数是根据在各种决策关联性中的已知的信息来进行推导。在本发明的一个较佳实施例中，若在允许维修时间所规定的期限完成维修动作，则其所得的利润(F)会与不停机进行维修所能得到的最大利润相同。因此，如果工程师不能在允许维修时间维修好测试机台，则将不考虑停机维修的决策。若故障的情况很差且严重影响产率与生产量时，停机维修与不停机之间测试收益的差异大，因此允许维修时间显然将会更长。

综上所述，允许维修时间函数可推导如下：

$\mathrm{ART}=\left\{\underset{n_0,n_1}{\max }\right[c({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_0}{u}_{0i}{Q}_s/n_0+{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_1}{u}_{1i}{Q}_1/n_1)-{\mathrm{vt}}_s(Q_s/n_0+Q_1/n_1)$

$-w\max (t_s(Q_s/n_0+Q_1/n_1)-d,0)-b\max ({\mathrm{RQ}}_s-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_0}{u}_{0i}{Q}_s/n_0-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_1}{u}_{1i}{Q}_1/n_{1}0)]$

$-[c({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{0i}^{\′}{Q}_s/N+{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{1i}^{\′}{Q}_1/N)-{\mathrm{vt}}_s(Q_s/N+Q_1/N)$

$-w\max (t_s(Q_s/N+Q_1/N)-d,0)-b\max ({\mathrm{RQ}}_s-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{0i}^{\′}{Q}_s/N-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{1i}^{\′}{Q}_1/N,0)\left]\right\}/v$

其中，Q_s表示下次架机前所需测试IC的总颗数，u_i表示第i个测试管的该生产率，u_0i′与u_1i′分别表示在测试机台维修之后，进行一般测试及故障IC再测试而具有最高生产率的第i个测试管，其它参数的说明则如前所述，在此不予赘言。

综上所述，本发明具有如下的优点：可以有系统的考量整体效益，来判断开启测试管最佳的数目与停机进行维修工作的时机，毋须经由人工的随机判断即可得到良好的经济效益。

Claims (19)

1.一种使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该系统包括：

一测试机台，具有多个测试管，测试该半导体元件，并于测试过程中记录与该测试机台的测试管相关的一机台数据；

一数据系统，储存一产品数据；以及

一维修决策支持系统，依据该产品数据及该机台数据，计算一生产率与一目标函数而得到一最佳开管数与一最佳开管组合。

2.如权利要求1所述的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该机台数据包括一目前开启的测试管数、多个测试管生产率及一机台时间成本。

3.如权利要求1所述的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该产品数据包括一下次架机前所需测试IC的总颗数、一未达产品合格率惩罚、一批量到期日、一单颗IC合格品收益、一逾期成本、一待测IC颗数、一产品合格率标准与一批量大小。

4.如权利要求1所述的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该目标函数为一收益减去一成本与一损失。

5.如权利要求4所述的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该成本包括机台成本。

6.如权利要求4所述的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该损失包括一逾期成本与一未达产品合格率惩罚。

7.如权利要求1到6项中任何一所述的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该测试机台可为多个测试机台。

8.一种使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该系统包括：

一测试机台，具有多个测试管，测试该半导体元件，并于测试过程中记录与该测试机台的测试管相关的一机台数据；

一数据系统，储存一产品数据；以及

一维修决策支持系统，依据该机台数据与该产品数据计算一允许维修时间。

9.如权利要求8所述的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该测试机台可为多个测试机台。

10.如权利要求8或9所述的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该机台数据包括一目前开启的测试管数、多个测试管生产率及一机台时间成本。

11.如权利要求8或9所述的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该产品数据包括一下次架机前所需测试IC的总颗数、一未达产品合格率惩罚、一批量到期日、一单颗IC合格品收益、一逾期成本、一待测IC颗数、一产品合格率标准与一批量大小。

12.如权利要求11所述的使用维修决策方法的半导体元件电性测试系统，其特征是，该允许维修时间的计算函数为：

$\mathrm{ART}=\left\{\underset{n_0,n_1}{\max }\right[c({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_0}{u}_{0i}{Q}_s/n_0+{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_1}{u}_{1i}{Q}_1/n_1)-{\mathrm{vt}}_s(Q_s/n_0+Q_1/n_1)$

$-w\max (t_s(Q_s/n_0+Q_1/n_1)-d,0)-b\max ({\mathrm{RQ}}_s-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_0}{u}_{0i}{Q}_s/n_0-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_1}{u}_{1i}{Q}_1/n_{1}0)]$

$-[c({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{0i}^{\′}{Q}_s/N+{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{1i}^{\′}{Q}_1/N)-{\mathrm{vt}}_s(Q_s/N+Q_1/N)$

$-w\max (t_s(Q_s/N+Q_1/N)-d,0)-b\max ({\mathrm{RQ}}_S-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{0i}^{\′}{Q}_s/N-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{1i}^{\′}{Q}_1/N,0)\left]\right\}/v$

其中，ART为该允许维修时间，c表示该单颗IC合格品收益，v表示一机台时间成本，w表示每批IC单位时间的该逾期成本，b表示每颗IC的该未达产品合格率惩罚，d表示每批IC的该批量到期日，t_s表示每颗IC的一标准测试时间，R表示可接受的该生产率，Q_s表示该下次架机前所需测试IC的总颗数，u_i表示第i个测试管的该生产率，u_0i′与u_1i′分别表示在该测试机台维修之后进行一般测试与故障IC再测试而具有最高的该生产率的第i个测试管。

13.一种维修决策方法，适用于半导体元件电性测试的一测试机台，该测试机台具有多个测试管，其特征是，该维修决策方法包括下列步骤：

提供与该测试机台的测试管相关的一机台数据；

根据该机台数据及一产品数据，计算出每一测试管的一生产率；

计算一目标函数与一允许维修时间函数，以得到一最佳目标函数值、一最佳开管数、一最佳开管组合与一允许维修时间；以及

显示该最佳开管数、该最佳开管组合与该允许维修时间。

14.如权利要求13所述的维修决策方法，其特征是，该机台数据包括一目前开启的测试管数、多个测试管生产率及一机台时间成本。

15.如权利要求13所述的维修决策方法，其特征是，该产品数据包括一下次架机前所需测试IC的总颗数、一未达产品合格率惩罚、一批量到期日、一单颗IC合格品利润、一逾期成本、一待测IC颗数、一产品合格率标准与一批量大小。

16.如权利要求13所述的维修决策方法，其特征是，该目标函数的一目标函数值等于一收益减去一成本及一损失。

17.如权利要求16所述的维修决策方法，其特征是，该成本包括对于测试批量IC所反映出周期时间的一机台成本。

18.如权利要求16所述的维修决策方法，其特征是，该损失包括一逾期成本及一未达产品合格率惩罚。

19.如权利要求13所述的维修决策方法，其特征是，该允许维修时间ART的计算方式为：

$\mathrm{ART}=\left\{\underset{n_0,n_1}{\max }\right[c({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_0}{u}_{0i}{Q}_s/n_0+{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_1}{u}_{1i}{Q}_1/n_1)-{\mathrm{vt}}_s(Q_s/n_0+Q_1/n_1)$

$-w\max (t_s(Q_s/n_0+Q_1/n_1)-d,0)-b\max ({\mathrm{RQ}}_s-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_0}{u}_{0i}{Q}_s/n_0-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_1}{u}_{1i}{Q}_1/n_{1}0)]$

$-[c({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{0i}^{\′}{Q}_s/N+{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{1i}^{\′}{Q}_1/N)-{\mathrm{vt}}_s(Q_s/N+Q_1/N)$

$-w\max (t_s(Q_s/N+Q_1/N)-d,0)-b\max ({\mathrm{RQ}}_S-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{0i}^{\′}{Q}_s/N-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{u}_{1i}^{\′}{Q}_1/N,0)\left]\right\}/v$

其中，c表示单颗IC合格品利润，v表示机台时间成本，w表示每批IC单位时间的逾期成本，b表示每颗IC的未达产品合格率惩罚，d表示每批IC的批量到期日，t_s表示每颗IC的标准测试时间，R表示可接受的生产率，Q_s表示下次架机前所需测试IC的总颗数，u_i表示第i个测试管的生产率，u_0i′与u_1i′分别表示在该测试机台维修之后，进行一般测试与故障IC再测试而具有最高的生产率的第i个测试管。

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