簡介

資料擷取是半導體製造三個階段中品質控制和合規性測試的關鍵要素. 第一個階段是製造, 其中單晶半導體晶圓經過各種操作, 使其印有微電路圖案. 在第二個階段, 晶圓被切割成單個矽「晶粒」, 並封裝成最終晶片. 第三個階段涉及最終晶片的功能測試, 以確認其操作合規性.

當今最先進的基於PC的數位化儀器能夠執行高速資料收集, 以便在半導體製造過程中對各種關鍵分析進行實施. 數位化儀器可以接受來自各種高速探頭的電氣波形. 數位化儀器及其資料可以輕鬆整合到使用者的客製化半導體測量系統中.

本文將介紹六種應用, 其中高速16位元數位化儀器的性能用於協助製造過程.

即時製程控制

第一個應用範例展示了高性能數位化儀器如何用於即時控制半導體製造設施內的製造過程. 數位化儀器持續將波形資料串流傳輸到主機PC, 在主機PC上執行複雜的數位訊號處理 (DSP). 儘管數位化儀器完全能夠維持資料串流, 但CPU分析只能處理約10%的資料, 這是不可接受的. 為了解決這個問題, 我們的韌體工程師能夠將客戶DSP演算法的很大一部分轉移到數位化儀器的板載現場可程式閘陣列 (FPGA) 中.

由此產生的客製化韌體提供了150倍的資料縮減因子, 同時將大部分處理任務從CPU卸載到FPGA. 客戶在CPU上執行最終浮點運算, 並且能夠跟上100%的資料流, 這是有效控制迴路操作所必需的. 資料延遲也是維持快速控制迴路響應的重要考量, 並保持在五毫秒以下. 在八個數位化儀器通道上以500MS/s進行取樣. 一個關鍵特性是數位化儀器能夠串流100%的資料以及採用客製化資料縮減韌體的能力.

超音波檢測

第二個應用涉及封裝後立即對半導體晶片進行超音波檢測. 理想情況下, 半導體晶粒與其封裝良好結合, 以便能夠散熱並避免過熱. 劣質的結合會產生一個反射超音波的介面. 因此, 強烈的反射超音波回波是結合不良的直接指示. 超音波換能器以平行於晶片表面的2D模式掃描, 以便評估整個晶粒-封裝結合的完整性, 以便快速接受或拒絕待測晶片. 在此範例中, 使用了雙通道、資料串流2GS/s數位化儀器來實現最快的2D掃描速率.

曲線追蹤器測量

在此應用中, 開發工程師需要一種方法來表徵半導體開發過程中的未封裝實驗晶粒. 曲線追蹤器是用於表徵電晶體的普遍儀器. 它們將直流電壓和電流施加到成品晶片上, 並測量產生的電壓和電流以表徵設備. 未封裝的晶粒無法接受來自曲線追蹤器的直流電壓, 因為晶粒無法足夠快地散熱, 因此會過熱. 在此應用中, 使用了一種曲線追蹤器, 它使用僅在大約千分之一的時間內活躍的短脈衝, 從而將熱負荷降低了一千倍. 這種交流曲線追蹤器因此允許表徵未封裝的晶粒, 這縮短了開發時間. 一個四通道, 200MS/s的數位化儀器, 具有高,16位解析度處理曲線追蹤器測量的高動態範圍訊號.

MOSFET特性分析

封裝後的半導體晶片特性分析可能需要昂貴的技術，例如超音波或X射線檢測。在此應用中，客戶使用廉價測量的雜訊頻譜來分析封裝的MOSFET電晶體。各種直流激勵施加到待測MOSFET。一個四通道、16位元、200MS/s的數位轉換器同時採集多個雜訊訊號，監測MOSFET在各個測試點的輸出雜訊。測量到的雜訊頻譜的頻率內容指示MOSFET的健康狀況或關鍵故障。系統區分不同故障模式的能力取決於數位轉換器頻率響應在高頻下的高平坦度。

直流電源晶片QA測試

GaGe CompuScope四通道、200 MS/s、16位元解析度的數位轉換器是半導體製造測試中使用的效能高、速度快的數位轉換器的一個範例。

 

第五個應用涉及一家製造直流電源轉換晶片的公司。雖然他們的大部分品質保證測試都使用直流電壓，但其中一個高速交流測試測量交流電路在受到斜坡電壓訊號時的跳脫點。在跳脫點，此訊號會從下游電路切換開，以保護其免受損壞。此訊號由一個四通道數位轉換器監測，其16位元解析度允許高保真度地採集訊號。其高直流精度允許在跳脫點對訊號振幅進行極其精確的測量。在此應用中，使用多個數位轉換器以實現同時測試多個晶片。

半導體磁頭測試

儲存在傳統旋轉硬碟機上的資料由磁阻半導體磁頭讀取，該磁頭在磁碟表面滑動，保持幾奈米的間隙。此應用涉及此類磁頭的生產測試，透過測量其在受到磁場時的雜訊輸出進行特性分析。某些磁頭故障表現為特定的雜訊特徵，用於剔除不良磁頭。此應用中的系統使用一個嵌入式四通道、16位元、200MS/s取樣的數位轉換器，以捕捉每個讀取磁頭的雜訊訊號。在此應用中，使用多個四通道數位轉換器同時分析多個磁頭，以最大限度地提高測試效率。

結論

半導體製造商在製造和封裝過程中需要有效的測試和測量工具。數位轉換器，例如本文中描述的數位轉換器，提供高取樣速度、高垂直解析度、高絕對精度、高通道數、快速資料傳輸速度以及軟體和韌體客製化，這些優勢可用於各種半導體測試系統。

 

作者：Andrew Dawson，Vitrek, LLC