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

Keithley吉時利 參數(shù)測試系統(tǒng)S530主要特點:

• 半導(dǎo)體行業(yè)最具性價比的全自動 參數(shù)測試儀
• 專門針對各種產(chǎn)品混合的環(huán)境而 優(yōu)化設(shè)計，這種環(huán)境下的高度靈 活性和測試規(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監(jiān)測 GaN、SiC和 Si LDMOS 功率器件的工藝而優(yōu)化設(shè)計
• 兼容常見的全自動探針臺
• 脈沖產(chǎn)生、頻率測量，以及低電 壓測量的儀器選件
• 接線引出（Cabled-out）測試儀 配置最大限度地提高了探針臺接 口的靈活性，并擴展了電壓量程
  –兼容吉時利的9139A型探針卡適配器
  –支持現(xiàn)有5英寸探針卡庫的重用
• 久經(jīng)考驗的儀器技術(shù)確保在實驗 室和工廠環(huán)境下均可獲得高測量 準(zhǔn)確度和重復(fù)性

針對高混合測試環(huán)境優(yōu)化設(shè)計

S530參數(shù)測試系統(tǒng)專門針對那些必須面對各種器件和技術(shù)的生產(chǎn)和實驗室 環(huán)境優(yōu)化設(shè)計，具有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的測試規(guī)劃靈活性、自動測試功能、探針臺集成， 以及測試數(shù)據(jù)管理能力。這些測試解決方案的設(shè)計凝聚了吉時利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)測試系統(tǒng)的寶貴經(jīng)驗。
 

簡單的軟件遷移和高度的硬件重用

S530系統(tǒng)的設(shè)計加速和簡化了系統(tǒng)啟動過程，并實現(xiàn)了現(xiàn)有測試資源的最 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探針臺，所以 就省去了購買新設(shè)備的費用。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。多項可選的應(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價值。吉時利還可幫助用戶加快開發(fā)新的測試 配置，或?qū)F(xiàn)有測試配置轉(zhuǎn)換用于S530系統(tǒng)。

半導(dǎo)體行業(yè)最強大的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)測試系統(tǒng)

提供兩種不同的系統(tǒng)配置，能夠滿足不同的參數(shù)測試應(yīng)用環(huán)境。S530小電 流系統(tǒng)可配置2至8路源測量單元（SMU）通道，具有亞皮安級測量分辨率，并 為探針卡提供了全面的小電流保護，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試。

全部S530系列系統(tǒng)都配備有吉時利久經(jīng)考驗的大功率SMU，在200V和20V量 程均可提供高達20W源出或吸入能力，這種功率水平對于當(dāng)今移動設(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。無論是測試LDMOS Si 還是GaN BJT的應(yīng)用，這種大功率能力都提供了對器件性能的更大可見性。這意味著S530系 統(tǒng)既可應(yīng)對大功率器件測試，又不會影響監(jiān)測主流器件工藝所需的小電流亞皮安靈 敏度。相比之下，競爭參數(shù)測試系統(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，往往高于幾個毫安的電流就會導(dǎo)致測量 誤差，為預(yù)防這種測量完整性的下降，小電流和高電壓S530系統(tǒng)在探針卡均提供了 完全開爾文測量配置（也稱為遠端電壓檢測）。完全開爾文測量對于確保S530系統(tǒng) 中大功率SMU儀器的20W能力的測量準(zhǔn)確度尤其重要。

業(yè)內(nèi)最強大的高電壓參數(shù)測試系統(tǒng)

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

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)生或進行C-V測量、頻率測量，或低 電壓測量的選件。
• 通路層 - S530系統(tǒng)提供高保真度信號 通路，測試期間可動態(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 屏蔽和保護的三軸低漏流、高電壓電纜， 確保更高的測量完整性。
• 探針卡適配器 （PCA）層 - 該層提高了 探針卡的屏蔽和保護，確保測量完整性。 此外，PCA為需要直接連接探針卡及必須 旁路信號通路開關(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。

信號通路

每套S530測試系統(tǒng)的核心是一組通過系統(tǒng)開關(guān)，直接連接儀器和測試引腳之間 信號的高保真度信號通路。S530具有8條高保真度通路，可用于動態(tài)連接儀器和引 腳。例如，同時可將最多8個SMU儀器連接至任意引腳（或多個引腳）。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/小漏流測量，以及C-V測量。請參閱7174A型和 7072-HV數(shù)據(jù)表獲取有關(guān)信號通路的更多細節(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)測試系統(tǒng)中的全部源測量單元（SMU）均基于吉時利的高生產(chǎn)品質(zhì) 儀器技術(shù)，確保測量準(zhǔn)確度和重復(fù)性，并延長硬件壽命。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 同時測量電壓和電流，確保參數(shù)計算反映真實的條件，而不僅僅是編程的條件。

系統(tǒng)測量選件

對于更廣泛的測試結(jié)構(gòu)和測量，S530可配備若干測量選件：

• 電容-電壓（C-V）單元 — 能夠在 1MHz下測量10pF電容，準(zhǔn)確度達 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。 可以添加多達六個脈沖通道（兩個 通道的增量）。添加一到三個雙通 道單元到應(yīng)用，如閃速存儲器 測量。
• 頻率測量 — 為了測量測試結(jié)構(gòu)， 例如環(huán)形振蕩器，頻率測量選件可 用于S530。該選件使用開關(guān)矩陣的 一個端口，旨在允許用戶測量環(huán)形 振蕩器的結(jié)構(gòu)。選件的頻率范圍從 10kHz 到20MHz，可以測量有效值 從10mV到1V的信號。
• 低電壓測量 — 一個可選的7位半 數(shù)字萬用表（DMM），增強了電壓 測量功能，允許從亞-500μV到400V 的差分和非差分電壓測量（在S530 高電壓系統(tǒng)中高達1000V），用于 測量必須精確測量小電壓的結(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。通過組合全部Source LO和 Sense LO信號并使其以系統(tǒng)地為基 準(zhǔn)，形成GNDU信號。系統(tǒng)可方便地 針對各種接地系統(tǒng)配置進行配置，以 適應(yīng)不同的探針臺接地機制。

標(biāo)準(zhǔn)9139A探針卡適配器

S530參數(shù)測試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)探針卡適配器（PCA）為成熟的9139A。該PCA 的多項主要特性和性能優(yōu)勢使其20多年以來一直是業(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量的完整性。
• 最小程度介入、小尺寸設(shè)計，方便與照相機集成。
• 64路輸入—可配置，支持來自于測試儀的標(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)僅連接至其他單個引腳時為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驗室 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解決方案，包括高性 能圓形探針卡、高性價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10年的時間內(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PCA。這種PCA為 中等信號電平的應(yīng)用提供了最具性價 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PCA設(shè)計用于通過Pogo引腳連接器 將系統(tǒng)連接至圓形探針卡（來自于經(jīng) 吉時利認可的廠商）。訂購時可指定 與探針臺相關(guān)的適配器基板，以確保 9139A型與常見的探針臺保持兼容。

探針卡

與基于測試頭的系統(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。盡管吉時利推薦使用9139A型PCA，以及經(jīng)認證的探頭卡廠家 產(chǎn)品，但我們也意識到用戶已經(jīng)對現(xiàn)有探針 卡進行了大量投入。如果探針卡重用對于資 產(chǎn)設(shè)備策略至關(guān)重要，請咨詢應(yīng)用團隊，了 解能夠保護探針卡投資的連接選件。

系統(tǒng)軟件

吉時利的S530系統(tǒng)依賴于吉時利測試環(huán) 境（KTE）軟件進行測試開發(fā)和執(zhí)行。一個 安裝Linux操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC，KTE 整合了吉時利幾十年的參數(shù)測試經(jīng)驗到其最 新一代的測試系統(tǒng)。測量程序和測試計劃可 以很容易地編寫、轉(zhuǎn)換、或重新使用，幫助 您啟動并且使運行速度更快。它簡化了S530 系統(tǒng)與現(xiàn)有測試系統(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
• 測試系統(tǒng)開發(fā)
• 制定測試規(guī)劃
• 限值設(shè)置
• 具有自動探測器控制的晶圓或提籃水平 測試
• 測試數(shù)據(jù)管理

提高靈活性的用戶操作點（UAPs）

用戶操作點或UAP可用于修改測試序列 中關(guān)鍵事件的工作流程，例如“裝載晶圓”、 “啟動測試”、“結(jié)束提籃”等。它對于增 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。測試 期間，使能的UAP觸發(fā)腳本或可執(zhí)行程序中 的一個或多個自定義操作。

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 會發(fā)生錯誤的合格或不合格判定。S530系統(tǒng) 的診斷能力快速、簡便地驗證系統(tǒng)功能性。 診斷進程中的關(guān)鍵步驟包括配置驗證、通信 通路測試、信號通路測試和SMU源測量測試。 診斷過程甚至包括電纜接口和PCA，以確保 完整系統(tǒng)的功能性，診斷進程的設(shè)計使其能 夠檢測和定位各種系統(tǒng)故障、速度診斷，將 工作時間最大化。

高電壓儀器保護模塊

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

帶RAID鏡像驅(qū)動的工業(yè)PC

即使最高質(zhì)量的硬盤驅(qū)動也會發(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（獨立磁盤冗余陣列）選件。隨時維護一個主驅(qū)動器鏡 像。當(dāng)發(fā)生驅(qū)動故障時，鏡像驅(qū)動成 為主驅(qū)動，并通知用戶應(yīng)該立即準(zhǔn)備 更換驅(qū)動。采用RAID鏡像驅(qū)動時，驅(qū) 動發(fā)生故障就意味著需要制定維修計 劃，而不是系統(tǒng)停工。