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自动控制技术

基于fab内全自动晶圆测试ATE系统

作者:admin 发布时间:2020-08-23 07:19

  利用24个专用的并行SMU通道(每个探针一个通道),以较小的尺寸将成立周期缩短3 倍

  “这种每针SMU措施效力极端惊人,极大裁减了测试时候,这对待大型的古代台式SMU来说是不或许的。因为这一措施可实行并行衡量,不必要按依次实行衡量,节减了中心的切换措施,所以总测试时候裁减到仅为测试一个测试点的时候。”

  正在半导体研发成立(FAB)工艺流程中推行切确的晶圆级电子测试,尽早察觉工艺合联的题目,将有助于正在第偶尔间对有题目的晶圆实行返工,以提升芯片质料,优化研发工艺流程,消浸本钱并缩短最新芯片成立技巧的上市时候。

  利用NI PXI平台以及PXIe-4135源衡量单位(SMU)来搭修高度并行的晶圆衡量编制,并利用LabVIEW对该编制实行编程,以便咱们能够正在内部测试整个晶圆、打点结果,并更迅疾调剂半导体工艺流程。

  Imec是欧洲领先的独立纳米技巧推敲核心。咱们的团结伙伴囊括半导体行业各个合键的合节出席者,包罗晶圆代工、IDM、无晶圆厂与轻晶圆厂公司、开发与原料供应商等种别。

  通过与领先的开发与原料供应商合作无懈,咱们可以实行先辈的半导体工艺研发,并且通过最先辈的300mm晶圆厂无尘室为团结伙伴供应业界最前端的推敲根底措施。

  咱们的推敲倾向涉及众种先辈的半导体技巧和打点,网罗下一代逻辑器件、先辈的纳米原料互连技巧以及异构3D堆叠式集成左右(IC)编制集成,从而为另日的低功耗挪动行使铺就道道。

  晶圆 /芯片工艺流程从空缺的硅晶圆初阶到最终制成电子效用芯片终结,一切流程必要依序推行数百个专业的工艺措施(称为工艺流程)。然而,研商到R&D境遇的本质以及各个工艺措施的繁杂性,假若正在一切工艺流程中浮现题目,或许导致效用器件的良率大幅低浸。

  正在工艺流程的早期对晶圆上的单个芯片 /器件实行电子测试,有助于明白片上开发机能和推行早期的半导体工艺监控。然而,因为咱们先前的测试编制没有正在fab厂中嵌入正在线(in-line)电气测试编制,所以无法取得工艺流程中合节点的反应。咱们不得不从fab厂中取出晶圆,然后利用现有的参数测试仪对其实行测试,导致一切流程隔绝。并且,因为污染题目,从fab厂取出来的晶圆无法返回实行进一步加工,所以,咱们耗费了大批晶圆,研习周期大大伸长,项目交付时候也大大延迟。

  咱们的研发测试芯片编制由数千个具有种种尺寸和架构的晶体管电阻器电容器构成。个中或许包罗小型演示电道。咱们必要测试整个这些器件,以确切阐述特定的半导体成立工艺。

  假若有一套厂内半导体主动测试开发(ATE),可以24/7全天候推行测试操作,就能够大大裁减研发项方针交付时候并消浸总体本钱。但咱们的晶圆成立厂并未有一个有用的电气测试办理计划,所以咱们初阶寻找一种众效用的测试编制,能够迅疾、切确地推行测试,以赞成咱们的种种行业定约安放。该编制必要可以餍足咱们整个的参数和效用IC测试需求,并且也能够轻松扩展来餍足另日半导体成立工业技巧的测试需求。

  过去,这些测试是正在fa厂以外的古代参数测试仪实行的。正在这种境况下,因为测试是正在fab以外实行的,咱们必老生产两倍数目的晶圆:一半晶圆留正在fab中,另一半用于正在fab厂以外实行测试。这种措施极端耗时,咱们必要先依照测试结果吸取履历教训,然后正在盈利的工艺流程中将这些履历教训行使到fab厂的晶圆中。

  为了裁减此类开销,咱们初阶寻找更高效的替换办理计划。咱们请求供应商可以供应生色的硬件和软件任职赞成。很疾,咱们察觉市集上的测试编制不是潜心于参数测试,即是潜心于效用测试,无法两者分身。并且,古代的参数测试仪应用开合矩阵来共享SMU、数字万用外(DMM)和LCR测试仪等资源,这会消浸信号完全性并使操作依次化,无法并行推行。另外,这些仪器平常必要花费很长时候来实行编程,并且采用固定封装,缺乏机动性,价钱也很高贵。

  咱们拣选了通用的NI PXI平台来实行广大的测试、验证和衡量,并大大获益于与NI的合作无懈伙伴联系。咱们了解NI能够供应切合咱们请求的硬件和软件任职赞成。当咱们明白到NI正正在开辟下一代高精度SMU时,咱们就认识到该产物将或许可以助助咱们创设一个具有本钱效益的编制以及实行fab内衡量。正在明白了NI的产物途径图后,咱们定夺举动新技巧早期采用者与他们团结。

  咱们利用PXIe-4135 fA级SMU和PXI平台构修了能够24/7全天候运转的fab内ATE编制,从而大大缩短了项目时候,并避免了晶圆华侈。除了PXI仪器外,咱们还利用了装备主动晶圆加工编制的探针台,该编制能够正在无人值守的境况下运转。咱们开辟了一个定制的探针卡,并将整个晶圆探测组件接连到一个容纳PXI仪器的19英寸机架中。

  咱们最初的测试编制将NI PXI SMU与DMM、LCR仪外和第三方低走漏开合矩阵连系正在一同,以正在测试点之间共享资源。PXIe-4135三轴电缆对待正在一切安置流程中保持低走漏至合要紧。

  咱们利用PXI模块化仪器正在fab厂内的ATE上开辟并安插了一个LabVIEW参数测试例程库,并对其实行了基准测试,最终对流程监控布局实行了衡量。咱们正在流程的众个阶段安插了自界说的LabVIEW测试序列,实行了全主动、无人值守的晶圆测试。这些序列用于左右和同步NI仪器、开合、探针台和主动上料装配。咱们利用LabVIEW,以imec数据栈房兼容的体式记载了所罕有据,顺遂地将电气数据遮盖为其他正在线(光学)计量数据,并长远地实行流程阐述。

  样板的SMU至晶体管接连计划网罗将四个PXIe-4135 SMU接连到栅极、漏极、体硅和源十分子(图7),并通过开合矩阵利用独立的力和感测电道来袪除寄生组件。咱们正在晶圆上安插了完全的LabVIEW晶体管测试流程(网罗开 /合电流衡量、扫描衡量和阈值电压提取),并利用高端第三方仪器对结果实行基准测试。

  借助fab厂内ATE,咱们能够推行以前不或许结束的实践或晶圆本钱很高的实践。举动一个独立的推敲机构,这些新实践为咱们研发下一代半导体工艺技巧供应了极端贵重的讯息。

  至此,咱们曾经证据了PXIe-4135与IV测试市集上质料最高的SMU相当,而且因为具有高速采样率,它乃至适合于低频pF级C-V测试。因为该SMU具有众效用性,咱们不再必要利用DMM和LCR仪外,只需利用一种仪器即可结束整个需要的PCM测试。

  因为只利用PXIe-4135这一个仪器,测试本钱大大消浸了,并且咱们也有决心接下来可以进一步缩短测试时候。PXIe-4135 SMU的小尺寸和高机能意味着咱们无需再依赖笨重的开合矩阵,并可以利用每针SMU架构将各个高机能SMU直接接连到探针板模块中的各个测试点,从而裁减了信号旅途,并实行了并行测试。

  现正在,最新的fab厂内ATE编制硬件装备网罗两个菊花链式PXI机箱、25个PXIe-4135 SMU(个中24个接连到与晶圆顶端接触的探针,一个接连到吸盘触点),以及一个效用强盛的RMC-8356机架式左右器。探针台和晶圆上料开发通过GPIB-实行左右,LabVIEW则举动软件架构的中枢。

  这种每针SMU措施效力极端惊人,极大裁减了测试时候,这对待大型的古代台式SMU来说是不或许的。因为这一措施可实行并行衡量,不必要按依次实行衡量,节减了中心的切换措施,所以总测试时候裁减到仅为测试一个测试点的时候。

  比方,假设一个探针垫模块具有24个焊盘和12个二极管;每个二极管接连到两个焊盘。对待fA级的二极管走漏衡量,咱们必要较长的测试积分(孔径)时候来禁止衡量噪声。这一积分时候或许长达32个电源周期(PLC),相当于640 ms(32 PLC x 20 ms/PLC)。正在采用开合矩阵的古代依次测试中,开合和创设时候大约为10 ms,这也是一个要紧的影响成分。合于这一点,正在咱们第1阶段的编制中,每个探针垫模块的开合和创设时候大约为7.92 s。而对待高度并行的装备,测试时候有用地裁减到一个二极管的衡量时候(640 ms),疾了12倍。

  每针SMU架构大大刷新了信号完全性并实行了并行衡量,从而大大缩短测试时候

  依照众个行使的测试时候数据,并归纳研商了探针的步进时候之后,咱们察觉测试速率提升了3.35倍,过去的测试时候为每晶圆67分钟,而现正在采用并行测试后,每晶圆的测试时候裁减为20分钟。所以能够决定地说,从第一阶段到第二阶段,咱们的测试模糊量增添了三倍!正在工艺研习周期日益缩短的境况下,模糊量的增添无疑将有助于咱们特别迅疾地交付研发效率。另外,咱们能够正在工艺流程的早期提取大批数据,实行晶圆级牢靠性推敲。

  咱们的ATE编制已成为Imec监控领先半导体工艺必不成少的器械。整个晶圆原委电气测试之后仍可不断实行加工,所以,晶圆不再必要将从fab厂中取出。云云咱们每个物业定约安放每年都可节减数十个晶圆。另外,工业研习周期也大大缩短了,这意味着咱们能够更疾地结束项目并正在相似的时候内实行更众的推敲。

  假若原委电气测试和迅疾数据阐述,证据工艺条目跨越规格边界且必要调剂时,咱们能够将晶圆送返工艺流程中的一个或众个措施,并正在调剂后的工艺条目下实行周全返工。咱们能够再次测试晶圆并不断实行加工,或者一次又一次地反复实行返工 /测试。这大大裁减了因为实践 /不良打点而导致的晶圆耗费。

  咱们的一位工艺集成工程师透露:“正在线(in-line)电气测试已成为证据工艺条目是否有用的独一措施。咱们不行比及晶圆结束打点后再实行测试,由于这或许导致研习周期延迟一个月。正在线电气衡量能够助助咱们察觉很众与工艺合联的题目,这些题目或许由来于晶圆成立流程早期的构图、金属化平和展化措施。”

  这个课程,是从需求、外壳选型、芯片选型、道理图计划、PCB计划、制板、焊接、圭外计划、调试、优化,向来到最终的产物,一条

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