Введение
В современной микроэлектронике ключевую роль играют методы параметрического и функционального тестирования кристаллов на уровне пластины (wafer level testing). От точности и полноты измерений на этом этапе зависит не только надёжность конечного продукта, но и эффективность всего производственного цикла.
Компания Eoulu, специализирующаяся на зондовых станциях и программных решениях для зондирования пластин, предлагает платформы, способные закрыть все типовые задачи — от исследований в лабораториях до автоматизированного тестирования пластин диаметром до 300 мм на производстве.
В статье рассматриваются ключевые области применения продукции Eoulu в микроэлектронике — от параметрических измерений до фотонных и ВЧ-тестов.
1. Параметрические измерения полупроводниковых структур
Наиболее фундаментальное применение зондовых станций — параметрическое тестирование исследуемых структур и элементарных компонентов микросхем (транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов) на пластине.
Здесь решаются следующие задачи:
Контакт осуществляется зондами с точечными иглами или через прецизионные проб-карты. Для точных измерений применяется 4-проводная (Kelvin) схема подключения, особенно при измерении низкоомных цепей.
Измерительное оборудование интегрируется с SMU (Source Measurement Unit) — источниками/измерителями с разрешением по току и напряжению до фемтоампер/микровольт. Автоматизация осуществляется через ПО (например, futureC) и позволяет выполнять быструю прогонку более 100 структур на каждой пластине.
Особенности:
Наиболее фундаментальное применение зондовых станций — параметрическое тестирование исследуемых структур и элементарных компонентов микросхем (транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов) на пластине.
Здесь решаются следующие задачи:
- Измерение I-V характеристик транзисторов (Id–Vg, Id–Vd)
- Определение порогового напряжения (Vth), крутизны, тока утечки (Ioff)
- Измерение сопротивлений межсоединений и контактных площадок (e.g. via chains, Kelvin structures)
- Измерение паразитной ёмкости между линиями металлизации
Контакт осуществляется зондами с точечными иглами или через прецизионные проб-карты. Для точных измерений применяется 4-проводная (Kelvin) схема подключения, особенно при измерении низкоомных цепей.
Измерительное оборудование интегрируется с SMU (Source Measurement Unit) — источниками/измерителями с разрешением по току и напряжению до фемтоампер/микровольт. Автоматизация осуществляется через ПО (например, futureC) и позволяет выполнять быструю прогонку более 100 структур на каждой пластине.
Особенности:
- Проведение тестов в широком температурном диапазоне (-55 °C…+200 °C)
- Обеспечивается высокая стабильность контакта (на уровне ±1 мкм)
- Используется система компенсации смещений при нагреве
2. Функциональное тестирование логических и аналоговых ИС
После параметрического контроля производится функциональное тестирование исследуемых микросхем. На этом этапе проверяется корректность работы кристаллов.
Типовые задачи:
🔹 Цифровые схемы:
🔹 Аналоговые и смешанные сигналы:
Функциональный тест требует подключения к нескольким PADам одновременно, что достигается через проб-карты с множеством каналов. Здесь важно обеспечить:
ПО станции формирует карты биннинга (Bin Map) и передаёт данные в MES-систему. Тест может длиться от миллисекунд до десятков секунд в зависимости от сложности схемы.
После параметрического контроля производится функциональное тестирование исследуемых микросхем. На этом этапе проверяется корректность работы кристаллов.
Типовые задачи:
🔹 Цифровые схемы:
- Проверка логических элементов (AND, OR, NAND, XOR)
- Тестирование памяти (SRAM, Flash)
- Контроль рабочих тактов, задержек, логических переходов
- Верификация интерфейсов (SPI, I²C, UART)
🔹 Аналоговые и смешанные сигналы:
- Измерение коэффициента усиления, полосы пропускания
- Контроль стабильности источников опорного напряжения
- Анализ шумов и времени отклика
Функциональный тест требует подключения к нескольким PADам одновременно, что достигается через проб-карты с множеством каналов. Здесь важно обеспечить:
- Стабильное согласование импеданса
- Защиту от перекрёстных наводок
- Минимальные задержки сигнала
ПО станции формирует карты биннинга (Bin Map) и передаёт данные в MES-систему. Тест может длиться от миллисекунд до десятков секунд в зависимости от сложности схемы.
3. Радиочастотные измерения (RF/MMW)
С увеличением рабочих частот в современной микроэлектронике (особенно в 5G/6G, автомобильной радарной технике, спутниковых системах) возросла потребность в зондировании ВЧ-устройств на пластине.
Типовые задачи:
Особенности измерений:
Критично важными параметрами являются высокая стабильность контакта и повторяемость зондирования. Даже микронный сдвиг иглы может вызвать фазовую ошибку в измерении.
Компания Eoulu предлагает станции, поддерживающие ВЧ (RF)-зондирование, включая автоматизированные конфигурации с VNA-интерфейсом, прецизионной механикой и ПО futureCal для высокоточной калибровки.
С увеличением рабочих частот в современной микроэлектронике (особенно в 5G/6G, автомобильной радарной технике, спутниковых системах) возросла потребность в зондировании ВЧ-устройств на пластине.
Типовые задачи:
- Измерение S-параметров (коэффициент отражения S11, передачи S21 и т.д.)
- Анализ полосы пропускания и фазового сдвига
- Оценка нелинейных искажений (IMD), шума
- Характеризация встроенных фильтров, антенн, смесителей
Особенности измерений:
- Используются RF-зонды (50 Ом, GSG/GS/SG, дифференциальные)
- Частотный диапазон — от 100 МГц до 110 ГГц и выше
- Тесты выполняются в конфигурации с VNA (векторным анализатором цепей)
- Для исключения паразитных эффектов проводится калибровка тракта (SOLT, TRL, LRM)
Критично важными параметрами являются высокая стабильность контакта и повторяемость зондирования. Даже микронный сдвиг иглы может вызвать фазовую ошибку в измерении.
Компания Eoulu предлагает станции, поддерживающие ВЧ (RF)-зондирование, включая автоматизированные конфигурации с VNA-интерфейсом, прецизионной механикой и ПО futureCal для высокоточной калибровки.
4. Оптические измерения и фотонные интегральные схемы
В быстрорастущей области кремниевой фотоники (SiPh) и оптоэлектроники требуется возможность тестирования гибридных схем с электрическими и оптическими интерфейсами.
Что тестируется:
- Волноводные элементы (оптические фильтры, решётки, направляющие)
- Фотодетекторы, лазеры, модуляторы
- Элементы ввода-вывода (edge couplers, grating couplers)
Особенности зондирования:
- Используются оптические зонды с выравниванием по максимуму сигнала
- Требуется высокоточная координация оптического и электрического контактирования
- Часто применяется спектральный анализ и измерение коэффициента отражения/потерь
Платформы Eoulu (например, CM300xi-SiPh) позволяют выполнять автоматическое совмещение оптических волокон с элементами на пластине, синхронизировать ввод света и измерения с точностью до ±0.1 мкм.
5. Тестирование при экстремальных температурах и условиях среды
В автомобильной, космической, промышленной электронике важна устойчивость устройств к условиям эксплуатации. Поэтому требуется выполнение измерений в диапазоне температур от -60 °C до +200 °C, а также в средах с пониженным давлением, высокой влажностью и пр.
Что проверяется:
Зондовые станции, адаптированные к таким условиям, оснащаются:
Контакт должен сохраняться даже при тепловом расширении материалов — это решается за счёт компенсации смещений в координатах зондов, термостойких подложек и активного регулирования силы контакта.
6. Научные исследования и разработка новых технологий
На этапе НИОКР зондовые станции используются для анализа экспериментальных структур, нестандартных материалов (например, 2D-материалы, GaN, MoS₂), прототипов, изготовленных малыми партиями.
Типовые задачи:
В отличие от массового производства, здесь востребованы ручные и полуавтоматические станции с максимальной гибкостью параметров исследования. Пользователь может менять количество зондов, условия, типы соединений, а также вручную корректировать координаты с высокой точностью.
7. Интеграция в производственные процессы
Для серийных фабрик критична автоматизация теста на пластинах 200/300 мм, встраиваемость в MES-системы и поддержка промышленных протоколов (SECS/GEM, GPIB, TCP/IP, SCPI).
Возможности:
Станции Eoulu поддерживают интеграцию с внешними измерителями (Keysight, Tektronix, R&S), полностью управляются через ПО FutureSeries, а модуль futureD обеспечивает хранение, анализ и визуализацию массивов измеренных данных.
Заключение
Современное производство микросхем невозможно без надёжного и гибкого зондового тестирования. Станции Eoulu находят применение на всех этапах — от лабораторий и исследовательских центров до серийных производств, включая тестирование аналоговых, цифровых, RF и оптоэлектронных компонентов.
Благодаря широкой линейке оборудования, адаптируемости, высокой точности позиционирования и продвинутому программному обеспечению, решения Eoulu позволяют:
Компания Eoulu остаётся надёжным партнёром для инженеров, работающих на переднем крае микроэлектроники и фотоники.
В автомобильной, космической, промышленной электронике важна устойчивость устройств к условиям эксплуатации. Поэтому требуется выполнение измерений в диапазоне температур от -60 °C до +200 °C, а также в средах с пониженным давлением, высокой влажностью и пр.
Что проверяется:
- Термостабильность электрических параметров
- Пробивные напряжения, токи утечки при нагреве
- Работа логики и аналоговых схем при низких температурах
- Поведение при цикличном нагреве и охлаждении
Зондовые станции, адаптированные к таким условиям, оснащаются:
- замкнутыми термокамерами
- азотным обдувом или вакуумом
- специальными зондами с термокомпенсацией
Контакт должен сохраняться даже при тепловом расширении материалов — это решается за счёт компенсации смещений в координатах зондов, термостойких подложек и активного регулирования силы контакта.
6. Научные исследования и разработка новых технологий
На этапе НИОКР зондовые станции используются для анализа экспериментальных структур, нестандартных материалов (например, 2D-материалы, GaN, MoS₂), прототипов, изготовленных малыми партиями.
Типовые задачи:
- Изучение характеристик новых транзисторов (например, FinFET, GAAFET)
- Анализ нестандартных соединений, контактных слоёв
- Измерения в криогенных условиях (до 4 К)
- Тестирование нелинейных эффектов, деградации, электромиграции
В отличие от массового производства, здесь востребованы ручные и полуавтоматические станции с максимальной гибкостью параметров исследования. Пользователь может менять количество зондов, условия, типы соединений, а также вручную корректировать координаты с высокой точностью.
7. Интеграция в производственные процессы
Для серийных фабрик критична автоматизация теста на пластинах 200/300 мм, встраиваемость в MES-системы и поддержка промышленных протоколов (SECS/GEM, GPIB, TCP/IP, SCPI).
Возможности:
- Автоматическое считывание карты пластин
- Прогоны по расписанию или по внешнему сигналу
- Биннинг результатов (Pass/Fail), экспорт в базы данных
- Формирование статистических отчётов по партиям
Станции Eoulu поддерживают интеграцию с внешними измерителями (Keysight, Tektronix, R&S), полностью управляются через ПО FutureSeries, а модуль futureD обеспечивает хранение, анализ и визуализацию массивов измеренных данных.
Заключение
Современное производство микросхем невозможно без надёжного и гибкого зондового тестирования. Станции Eoulu находят применение на всех этапах — от лабораторий и исследовательских центров до серийных производств, включая тестирование аналоговых, цифровых, RF и оптоэлектронных компонентов.
Благодаря широкой линейке оборудования, адаптируемости, высокой точности позиционирования и продвинутому программному обеспечению, решения Eoulu позволяют:
- ускорить выход новых продуктов на рынок,
- снизить процент брака,
- обеспечить соответствие международным стандартам.
Компания Eoulu остаётся надёжным партнёром для инженеров, работающих на переднем крае микроэлектроники и фотоники.
