目前微波半導(dǎo)體芯片在設(shè)計、生產(chǎn)、檢驗和應(yīng)用等環(huán)節(jié)需要使用在片（On-wafer）測試設(shè)備，但目前各研究機構(gòu)、單位或公司主要使用國外微波測試產(chǎn)品。而中電科思儀科技股份有限公司生產(chǎn)的的3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可直接應(yīng)用于On-wafer測試。配合手動探針臺，或半自動探針臺的手動模式，即可滿足部分芯片的On-wafer測試需求，可用于芯片設(shè)計測試、芯片高低溫老練等場景。

本文設(shè)計了On-wafer測試試驗，搭建基于3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試系統(tǒng)，通過對8寸晶圓的某被測件測試，介紹片上校準、片上測試的基本步驟。

1.系統(tǒng)組成

1.1 測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)組成如圖1所示，此系統(tǒng)的主要組成為：

（1）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。型號3672D，頻段10MHz~50GHz；

（2）探針臺。型號：CASCADE 12652B-6；

（3）GSG探針。型號：CASCADE I67-A-GSG-150，間距150μm，2個；

（4）校準件。型號：CASCADE 101-190C，如圖2所示。

1.2被測晶圓

被測晶圓為8寸晶圓，無源元器件，關(guān)注的頻率范圍是100MHz-20GHz，晶圓如圖3所示。

圖1  在片測試系統(tǒng)構(gòu)成

圖2  校準件

圖3  被測晶圓

2 測試流程

2.1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)置

（1）開啟矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀預(yù)熱充分；

（2）根據(jù)測試要求及預(yù)測試分析，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)定值及設(shè)置方法如表1所示。

表1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試設(shè)置及方法

2.2 系統(tǒng)校準

（1）定位及顯示校準片

開啟探針臺，按如圖4所示的步驟依次操作定位校準片位置。

圖4  定位、顯示校準件步驟

（2）顯示及校準探針

探針支架結(jié)構(gòu)如圖5所示，包含四個可調(diào)旋鈕控制探針的X、Y、Z和ρ方向，ρ是探針繞Y軸的翻滾角，可調(diào)整探針姿態(tài)。移動探針并在顯微鏡中觀察直至出現(xiàn)探針的模糊影像；任選一校準件扎下探針，觀察扎痕深淺情況，若扎痕深淺不一致（如圖6所示）需要調(diào)整ρ直至深淺一致（如圖7所示）。

圖5  探針支架結(jié)構(gòu)

圖6  扎痕深淺不一致需調(diào)整

圖7  扎痕深淺一致

（3）校準設(shè)置

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中選擇【校準】→[校準…]→[非向?qū)蔧，根據(jù)校準件和被測件，本次校準采用全雙端口SOLT校準。進入校準界面如圖8所示，點擊[選擇校準件]，在彈出窗口中選擇已編輯好的校準件“I67_GSG_150_2”；

圖8  矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準界面

（4）校準

全雙端口SOLT校準包括開路、短路、負載和直通4種校準標準，4種標準分別對應(yīng)4種片上的校準件（如圖9所示）。以開路校準為例，在顯微鏡中定位開路校準件，扎下探針，點擊如圖8所示校準界面的[開路]，彈窗中點擊 [PROBE(OPEN)]，完成后發(fā)出提示音表示此標準校準完成，[開路]變?yōu)榫G色。端口2的[開路]校準方法同上。 [短路]、[負載]和[直通]均按此方法依次校準。

圖9  片上的4種校準件

（5）保存校準數(shù)據(jù)

校準完成后，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可保存.cst校準文件方便回調(diào)。

（6）校準后系統(tǒng)驗證

為驗證校準結(jié)果的準確性，校準后測量校準片上的其它校準件，結(jié)果如表2所示。驗證系統(tǒng)結(jié)果表明：系統(tǒng)已被校正完成，可以進行測試。

表2  校準后系統(tǒng)驗證

注意：

? 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀開機后要預(yù)熱充分使系統(tǒng)穩(wěn)定，否則校準或測試結(jié)果可能產(chǎn)生漂移；

? 安裝探針與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的連接電纜時，連接要可靠且電纜線盡量固定，保證測量過程中不發(fā)生移動；

? 探針為易損件且價格昂貴，在測試過程中應(yīng)避免磕碰；

? 在扎下探針時，力度要控制在合理范圍內(nèi)。力度太輕容易造成測量不穩(wěn)定，太重則會縮短探針壽命，甚至損壞探針；

? 任何調(diào)整探針位置及姿態(tài)的操作都要在探針與測試件分離的情況下進行。

2.3 測試

校準完成，開始對被測件進行測試。

（1）定位被測件

載物臺的控制旋鈕如圖10所示。拉起安全壓桿，將校準片從載物臺上移除，放置被測件，放下安全壓桿。圖中X、Y和θ三個旋鈕可分別調(diào)節(jié)載物臺的X、Y和θ方向，其中θ是載物臺繞Z軸的旋轉(zhuǎn)角。平移載物臺，使顯微鏡中可觀測到被測件，被測件如圖11所示。

圖10  探針臺移動旋鈕所在位置

圖11  被測件

（2）測試結(jié)果

將左右探針分別扎入被測件中間和右側(cè)的PAD上，扎針力度控制在合理范圍內(nèi)。從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中讀取測試結(jié)果如圖12所示，測試結(jié)果包含S11、S21、S12和S22。通過[光標]鍵設(shè)置光標至關(guān)心的頻率點，可得到此頻率點的S參數(shù)。

圖12  被測件S參數(shù)測試結(jié)果

（3）保存結(jié)果

選擇[文件]→[另存為]，屏幕圖像可保存為.png或.jpg文件，數(shù)據(jù)可保存為.s2p或.prn類型文件。保存數(shù)據(jù)時，有“對數(shù)相位”、“線性相位”和“實部虛部”三種格式，本文選擇[定義數(shù)據(jù)存儲]→[對數(shù)/相位]，保存數(shù)據(jù)文件。

（4）測量結(jié)束

保存完成后，將探針與被測件分離，抬起安全壓桿，拉出載物臺，取出被測件。小心取下探針，關(guān)閉探針臺和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，整個測量過程結(jié)束。

(中電科思儀科技股份有限公司 李宇陽、楊保國供稿)