Keithley吉時(shí)利 參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)S530采用了成熟的源和測(cè)量技術(shù)，可滿足工藝控制 監(jiān)測(cè)、工藝可靠性監(jiān)測(cè)以及器件特性分析所需的全部直流和C-V測(cè)量。
 

Keithley吉時(shí)利 參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)S530主要特點(diǎn):

• 半導(dǎo)體行業(yè)最具性價(jià)比的全自動(dòng) 參數(shù)測(cè)試儀
• 專門針對(duì)各種產(chǎn)品混合的環(huán)境而 優(yōu)化設(shè)計(jì)，這種環(huán)境下的高度靈 活性和測(cè)試規(guī)劃的快速制定至關(guān) 重要
• 可選擇小電流和高電壓系統(tǒng)配置
  – 小電流配置支持測(cè)量小電流特性，例如亞閾值漏流、柵極漏流等
  –高電壓配置專門針對(duì)監(jiān)測(cè) GaN、SiC和 Si LDMOS 功率器件的工藝而優(yōu)化設(shè)計(jì)
• 兼容常見的全自動(dòng)探針臺(tái)
• 脈沖產(chǎn)生、頻率測(cè)量，以及低電 壓測(cè)量的儀器選件
• 接線引出（Cabled-out）測(cè)試儀 配置最大限度地提高了探針臺(tái)接 口的靈活性，并擴(kuò)展了電壓量程
  –兼容吉時(shí)利的9139A型探針卡適配器
  –支持現(xiàn)有5英寸探針卡庫(kù)的重用
• 久經(jīng)考驗(yàn)的儀器技術(shù)確保在實(shí)驗(yàn) 室和工廠環(huán)境下均可獲得高測(cè)量 準(zhǔn)確度和重復(fù)性

針對(duì)高混合測(cè)試環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)

S530參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)專門針對(duì)那些必須面對(duì)各種器件和技術(shù)的生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室 環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的測(cè)試規(guī)劃靈活性、自動(dòng)測(cè)試功能、探針臺(tái)集成， 以及測(cè)試數(shù)據(jù)管理能力。這些測(cè)試解決方案的設(shè)計(jì)凝聚了吉時(shí)利30多年為全球 范圍內(nèi)客戶提供各種各樣的標(biāo)準(zhǔn)和定制參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的寶貴經(jīng)驗(yàn)。
 

簡(jiǎn)單的軟件遷移和高度的硬件重用

S530系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加速和簡(jiǎn)化了系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有測(cè)試資源的最 大重用。例如，控制這些系統(tǒng)的軟件兼容很多新出和遺留的自動(dòng)探針臺(tái)，所以 就省去了購(gòu)買新設(shè)備的費(fèi)用。此外，S530的接線引出（cabled-out）配置通常 允許繼續(xù)使用現(xiàn)有的探針卡庫(kù)。多項(xiàng)可選的應(yīng)用服務(wù)，能夠幫助用戶充分利用 現(xiàn)有探針儀和探針卡投資的全部?jī)r(jià)值。吉時(shí)利還可幫助用戶加快開發(fā)新的測(cè)試 配置，或?qū)F(xiàn)有測(cè)試配置轉(zhuǎn)換用于S530系統(tǒng)。

半導(dǎo)體行業(yè)最強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)

提供兩種不同的系統(tǒng)配置，能夠滿足不同的參數(shù)測(cè)試應(yīng)用環(huán)境。S530小電 流系統(tǒng)可配置2至8路源測(cè)量單元（SMU）通道，具有亞皮安級(jí)測(cè)量分辨率，并 為探針卡提供了全面的小電流保護(hù)，使其非常適合于亞微米MOS硅工藝的特性分析。S530高電壓系統(tǒng)可配置3至7路SMU通道，能夠源出高達(dá)1000V的電壓，可用于汽車電子和功率管理器件所需的各種擊穿和漏流測(cè)試。

全部S530系列系統(tǒng)都配備有吉時(shí)利久經(jīng)考驗(yàn)的大功率SMU，在200V和20V量 程均可提供高達(dá)20W源出或吸入能力，這種功率水平對(duì)于當(dāng)今移動(dòng)設(shè)備中普遍存在 的大功率器件及電路的完整特性分析至關(guān)重要。無(wú)論是測(cè)試LDMOS Si 還是GaN BJT的應(yīng)用，這種大功率能力都提供了對(duì)器件性能的更大可見性。這意味著S530系 統(tǒng)既可應(yīng)對(duì)大功率器件測(cè)試，又不會(huì)影響監(jiān)測(cè)主流器件工藝所需的小電流亞皮安靈 敏度。相比之下，競(jìng)爭(zhēng)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)卻受限于中等功率的2W SMU儀器，因此不能 與S530系統(tǒng)的應(yīng)用范圍相提并論。

完全開爾文標(biāo)準(zhǔn)配置

由于接口電纜和通路上電壓降的原因，往往高于幾個(gè)毫安的電流就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量 誤差，為預(yù)防這種測(cè)量完整性的下降，小電流和高電壓S530系統(tǒng)在探針卡均提供了 完全開爾文測(cè)量配置（也稱為遠(yuǎn)端電壓檢測(cè)）。完全開爾文測(cè)量對(duì)于確保S530系統(tǒng) 中大功率SMU儀器的20W能力的測(cè)量準(zhǔn)確度尤其重要。

業(yè)內(nèi)最強(qiáng)大的高電壓參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)

S530高電壓半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)是唯一 能夠在多達(dá)24個(gè)引腳上實(shí)現(xiàn)完全開爾文高電 壓性能的參數(shù)測(cè)試儀，這種能力對(duì)于當(dāng)今更 高功率器件的特性分析來(lái)說(shuō)是無(wú)價(jià)之寶。系 統(tǒng)采用了可源出1000V@20mA（最大20W） 的高電壓SMU。利用兩個(gè)高電壓通路，可進(jìn) 行直接高邊電流測(cè)量（采用單個(gè)SMU源出和 測(cè)量DUT的高邊）或更高靈敏度低邊小電流 測(cè)量（采用一個(gè)SMU源出高電壓至DUT的高 邊，另一個(gè)SMU用于低邊0V并測(cè)量電流）。

系統(tǒng)架構(gòu)

每套S530系統(tǒng)配置由5層組成：

• 儀器層 – 除了SMU儀器，S530還提供脈 沖產(chǎn)生或進(jìn)行C-V測(cè)量、頻率測(cè)量，或低 電壓測(cè)量的選件。
• 通路層 - S530系統(tǒng)提供高保真度信號(hào) 通路，測(cè)試期間可動(dòng)態(tài)重新配置，使任何 儀器均可連接至任何引腳或引腳組。
• 電纜接口層 - 全部系統(tǒng)互連均采用完全 屏蔽和保護(hù)的三軸低漏流、高電壓電纜， 確保更高的測(cè)量完整性。
• 探針卡適配器 （PCA）層 - 該層提高了 探針卡的屏蔽和保護(hù)，確保測(cè)量完整性。 此外，PCA為需要直接連接探針卡及必須 旁路信號(hào)通路開關(guān)矩陣的儀器提供了輔助 輸入。
• 探針卡層 - 該層包括探針卡供應(yīng)商提供 的定制卡。

信號(hào)通路

每套S530測(cè)試系統(tǒng)的核心是一組通過(guò)系統(tǒng)開關(guān)，直接連接儀器和測(cè)試引腳之間 信號(hào)的高保真度信號(hào)通路。S530具有8條高保真度通路，可用于動(dòng)態(tài)連接儀器和引 腳。例如，同時(shí)可將最多8個(gè)SMU儀器連接至任意引腳（或多個(gè)引腳）。S530小電 流系統(tǒng)采用開關(guān)矩陣，在全部8條通路上提供一致的性能。S530高壓系統(tǒng)采用帶特 定通路的開關(guān)矩陣，提供高電壓/小漏流測(cè)量，以及C-V測(cè)量。請(qǐng)參閱7174A型和 7072-HV數(shù)據(jù)表獲取有關(guān)信號(hào)通路的更多細(xì)節(jié)。

表2. S530通路性能

每套S530系統(tǒng)由5層組成：儀器、開關(guān)通路、電纜接口、探針卡適配器和探針卡。

成熟的SMU技術(shù)

S530參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)中的全部源測(cè)量單元（SMU）均基于吉時(shí)利的高生產(chǎn)品質(zhì) 儀器技術(shù)，確保測(cè)量準(zhǔn)確度和重復(fù)性，并延長(zhǎng)硬件壽命。SMU儀器為四象限源，因 此可源出或吸收電流或電壓。除了精密源出電路外，還包括全部量程的可編程限值 （順從性），有助于防止器件和探針由于器件擊穿而損壞。每款SMU均可在源出的 同時(shí)測(cè)量電壓和電流，確保參數(shù)計(jì)算反映真實(shí)的條件，而不僅僅是編程的條件。

系統(tǒng)測(cè)量選件

對(duì)于更廣泛的測(cè)試結(jié)構(gòu)和測(cè)量，S530可配備若干測(cè)量選件：

• 電容-電壓（C-V）單元 — 能夠在 1MHz下測(cè)量10pF電容，準(zhǔn)確度達(dá) 1%。
• 脈沖產(chǎn)生單元 — 可選的脈沖發(fā)生 器單元支持開放的負(fù)載脈沖幅度從 ±100mV 至±40V，脈沖寬度從100ns 至 1s，脈沖周期從50ns 到200ms。 可以添加多達(dá)六個(gè)脈沖通道（兩個(gè) 通道的增量）。添加一到三個(gè)雙通 道單元到應(yīng)用，如閃速存儲(chǔ)器 測(cè)量。
• 頻率測(cè)量 — 為了測(cè)量測(cè)試結(jié)構(gòu)， 例如環(huán)形振蕩器，頻率測(cè)量選件可 用于S530。該選件使用開關(guān)矩陣的 一個(gè)端口，旨在允許用戶測(cè)量環(huán)形 振蕩器的結(jié)構(gòu)。選件的頻率范圍從 10kHz 到20MHz，可以測(cè)量有效值 從10mV到1V的信號(hào)。
• 低電壓測(cè)量 — 一個(gè)可選的7位半 數(shù)字萬(wàn)用表（DMM），增強(qiáng)了電壓 測(cè)量功能，允許從亞-500μV到400V 的差分和非差分電壓測(cè)量（在S530 高電壓系統(tǒng)中高達(dá)1000V），用于 測(cè)量必須精確測(cè)量小電壓的結(jié)構(gòu)， 包括范德堡、聯(lián)系鏈、金屬電阻和 其他設(shè)備。

接地單元（GNDU）

全部SMU儀器均以接地單元或 GNDU為基準(zhǔn)。測(cè)試期間，GNDU為 SMU儀器源出的電流提供公共基準(zhǔn)和 回路。通過(guò)組合全部Source LO和 Sense LO信號(hào)并使其以系統(tǒng)地為基 準(zhǔn)，形成GNDU信號(hào)。系統(tǒng)可方便地 針對(duì)各種接地系統(tǒng)配置進(jìn)行配置，以 適應(yīng)不同的探針臺(tái)接地機(jī)制。

標(biāo)準(zhǔn)9139A探針卡適配器

S530參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)探針卡適配器（PCA）為成熟的9139A。該P(yáng)CA 的多項(xiàng)主要特性和性能優(yōu)勢(shì)使其20多年以來(lái)一直是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的PCA選擇：

• 低偏移電流，使小電流性能最大化。
• 低噪聲性能，有助于保證低電平電壓測(cè)量的完整性。
• 最小程度介入、小尺寸設(shè)計(jì)，方便與照相機(jī)集成。
• 64路輸入—可配置，支持來(lái)自于測(cè)試儀的標(biāo)準(zhǔn)電纜連接，以及旁路通路矩陣的 儀器的輔助輸入。
• 500V引腳間隔離（當(dāng)僅連接至其他單個(gè)引腳時(shí)為1000V）

高靈活性接線引出配置

S530系統(tǒng)為“接線引出”（cabled-out）配置，提供了高混合工廠和實(shí)驗(yàn)室 環(huán)境所需的互連靈活性。這些系統(tǒng)可連接至各種不同的探測(cè)解決方案，包括高性 能圓形探針卡、高性價(jià)比矩形邊緣連接器探針卡，甚至涉及極溫或需要高耐用性 的應(yīng)用中的特殊高性能卡。

表4. S530系統(tǒng)連接選件

9139A型探針卡適配器在超過(guò)10年的時(shí)間內(nèi)廣受 業(yè)界信任。其小電流性能和高電壓能力組合使其 成為S530參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的理想選擇。

替代探針卡適配器（PCA）

提供可用于全部S530配置的可選 探針卡，最簡(jiǎn)單情況下，用于連接至 矩形探針卡（通常指5英寸探針卡）的 邊緣連接器為一個(gè)PCA。這種PCA為 中等信號(hào)電平的應(yīng)用提供了最具性價(jià) 比的解決方案。只要愿意，9139A型 PCA可作為選件配置至任意S530系統(tǒng)。 該P(yáng)CA設(shè)計(jì)用于通過(guò)Pogo引腳連接器 將系統(tǒng)連接至圓形探針卡（來(lái)自于經(jīng) 吉時(shí)利認(rèn)可的廠商）。訂購(gòu)時(shí)可指定 與探針臺(tái)相關(guān)的適配器基板，以確保 9139A型與常見的探針臺(tái)保持兼容。

探針卡

與基于測(cè)試頭的系統(tǒng)不同，S530 系統(tǒng)可方便地適應(yīng)各種各樣的探針卡 類型，所以有希望不更換現(xiàn)有（且昂 貴的）探針卡庫(kù)。盡管吉時(shí)利推薦使用9139A型PCA，以及經(jīng)認(rèn)證的探頭卡廠家 產(chǎn)品，但我們也意識(shí)到用戶已經(jīng)對(duì)現(xiàn)有探針 卡進(jìn)行了大量投入。如果探針卡重用對(duì)于資 產(chǎn)設(shè)備策略至關(guān)重要，請(qǐng)咨詢應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，了 解能夠保護(hù)探針卡投資的連接選件。

系統(tǒng)軟件

吉時(shí)利的S530系統(tǒng)依賴于吉時(shí)利測(cè)試環(huán) 境（KTE）軟件進(jìn)行測(cè)試開發(fā)和執(zhí)行。一個(gè) 安裝Linux操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC，KTE 整合了吉時(shí)利幾十年的參數(shù)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)到其最 新一代的測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)量程序和測(cè)試計(jì)劃可 以很容易地編寫、轉(zhuǎn)換、或重新使用，幫助 您啟動(dòng)并且使運(yùn)行速度更快。它簡(jiǎn)化了S530 系統(tǒng)與現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)一起有效地使用。S530 軟件包含所有關(guān)鍵的系統(tǒng)軟件操作：

• 晶圓描述
• 測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)
• 制定測(cè)試規(guī)劃
• 限值設(shè)置
• 具有自動(dòng)探測(cè)器控制的晶圓或提籃水平 測(cè)試
• 測(cè)試數(shù)據(jù)管理

提高靈活性的用戶操作點(diǎn)（UAPs）

用戶操作點(diǎn)或UAP可用于修改測(cè)試序列 中關(guān)鍵事件的工作流程，例如“裝載晶圓”、 “啟動(dòng)測(cè)試”、“結(jié)束提籃”等。它對(duì)于增 加系統(tǒng)能力非常有用，例如使用OCR系統(tǒng)讀 取晶圓提籃RFID標(biāo)簽或讀取晶圓ID。測(cè)試 期間，使能的UAP觸發(fā)腳本或可執(zhí)行程序中 的一個(gè)或多個(gè)自定義操作。

系統(tǒng)診斷和可靠性工具

例行執(zhí)行診斷，確保系統(tǒng)正常工作，不 會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤的合格或不合格判定。S530系統(tǒng) 的診斷能力快速、簡(jiǎn)便地驗(yàn)證系統(tǒng)功能性。 診斷進(jìn)程中的關(guān)鍵步驟包括配置驗(yàn)證、通信 通路測(cè)試、信號(hào)通路測(cè)試和SMU源測(cè)量測(cè)試。 診斷過(guò)程甚至包括電纜接口和PCA，以確保 完整系統(tǒng)的功能性，診斷進(jìn)程的設(shè)計(jì)使其能 夠檢測(cè)和定位各種系統(tǒng)故障、速度診斷，將 工作時(shí)間最大化。

高電壓儀器保護(hù)模塊

S530高電壓系統(tǒng)包括一個(gè)1kV的 SMU，可能在DUT的一個(gè)端子使用， 同時(shí)施加一個(gè)200V SMU或CVU到另 一個(gè)端子。如果測(cè)試序列或不合格的 DUT在低電壓儀器的輸入上產(chǎn)生太高 的電壓，就可能嚴(yán)重?fù)p壞儀器。為了 將這種故障風(fēng)險(xiǎn)降至最低，吉時(shí)利的 工程師開發(fā)了保護(hù)模塊，可防治破壞 性電壓損壞200V SMU儀器和CVU， 而不會(huì)影響其低電平測(cè)量能力。

帶RAID鏡像驅(qū)動(dòng)的工業(yè)PC

即使最高質(zhì)量的硬盤驅(qū)動(dòng)也會(huì)發(fā) 生常見故障，所以定期備份系統(tǒng)至關(guān) 重要。S530系統(tǒng)采用了高可靠性工業(yè) 控制器，包括RAID（獨(dú)立磁盤冗余陣列）選件。隨時(shí)維護(hù)一個(gè)主驅(qū)動(dòng)器鏡 像。當(dāng)發(fā)生驅(qū)動(dòng)故障時(shí)，鏡像驅(qū)動(dòng)成 為主驅(qū)動(dòng)，并通知用戶應(yīng)該立即準(zhǔn)備 更換驅(qū)動(dòng)。采用RAID鏡像驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū) 動(dòng)發(fā)生故障就意味著需要制定維修計(jì) 劃，而不是系統(tǒng)停工。