Keithley 커브 트레이서 │ 한국텍트로닉스
반도체는 IT분야 외에 자동차, 사물인터넷 등 여러 분야에서 수요가 증가하고 있다. 반도체 소자 측정관점에서 반도체 소자를 측정하는 장비는 복잡하고 미세한 많은 소자를 측정할 수 있는 고속의 다채널이 지원되어야 하고, 자동차나 친환경 분야 등에서 사용되는 전력 반도체를 측정할 수 있어야 한다. 차세대 메모리 측정에 필요한 펄스 측정, 새로 개발된 제품을 위해 신뢰성 측정 등 다양한 소자에 대해서 다양한 측정이 지원되어야 한다.

 

│사진 1│ S530 시스템

시장동향

반도체 구조는 점점 작아져서 20nm 내외 공정으로 양산이 이루어지고 있다. 3-D 구조로 제조하므로 집적도 또한 높아졌다.
키슬리는 1970년대에 처음 반도체 소자 측정 파라미터 테스터 장비를 소개한 이후, 다양한 반도체 소자를 측정하는 고속, 다채널, 하이 파워 모듈이 장착된 flexible한 시스템을 공급하고 있다.

 

복잡한 측정요구에 적합한 키슬리 테스트 솔루션

양산 라인과 분석실에서 사용하는 시스템은 S500 시리즈로써 S530과 S500이 있다. S530은 리눅스 기반에 KTE(Keithley Test Environment) 소프트웨어 환경에서 동작하며 양산에서 수십 년간 검증되고 안정적이란 평가를 받고 있다. S500 장비는 윈도 기반에 ACS(Automatic Characteristic Suite) 소프트웨어에서 동작하며, 2600 소스메터를 적층하여 구성하였다. S500 장비는 양산 라인과 분석실에서 사용되고 있으며, ACS 소프트웨어는 거의 모든 키슬리 제품의 드라이버를 제공하고 있어서 장비 구성을 원하는 대로 할 수 있다. 4200-SCS 제품은 주로 연구실이나 분석실에서 사용하고, KITE라는 소프트웨어를 사용하여 기본적인 측정 이외에 사용자가 원하는 테스트를 직접 작성할 수 있도록 유연성을 제공한다. 2600-PCT-XB 모델은 전력 반도체를 평가할 때 파라미터 분석 및 커브트레이싱 기능을 함께 가지고 있다.

 

S530
S530 시스템은 기존의 키슬리 파라미터 테스트 시스템인 S400, S600 시리즈에서 사용하고 있는 KTE 환경과 같다. 기존에 키슬리 시스템 사용자는 프로그램 환경이 같기 때문에 새로운 시스템에서 테스트 모듈을 그대로 사용할 수 있다. KITE 소프트웨어는 오랫동안 사용해온 안정성과 UAP(User Access Point) 기능이 있어서 사용자가 원하는 기능을 추가할 수 있어 Flexibility 매우 높다.
이 시스템은 Low Current 테스트 시스템과 High Voltage 테스트 시스템으로 크게 구분하고 있고, Low Current 시스템은 다채널 Multi-Test로 through put을 높였다. Low Current 시스템에서 SMU(Source Measure Unit)의 기본 전력이 20W로 높다.
High Voltage 시스템은 친환경 분야에 많이 사용되는 Wide Band Gap 물질을 기반으로 한, 전력 반도체 소자가 생산되면서, 전력 반도체를 자동으로 측정 가능하도록 High Voltage 스위치 솔루션을 제공한다.

 

│사진 2│ S500 시스템
S500
이 시스템은 2600 소스메터를 기반으로 한 것으로, 사용자가 원하는 구성을 거의 모두 구현할 수 있다. 100채널 이상의 시스템으로 구성되어 SMU-per-pin 테스트가 가능하다. 때문에 throughput이 높고, 주로 다채널 고속 parallel 테스트, 신뢰성 테스트, sorting, binning 등에 적합하다. 각 2600 소스메터는 TSP-Link로 장비를 연결하며, 다채널 시스템이지만 멀티 테스트, parallel 테스트가 가능하다.
키슬리 제품은 대부분은 TSP 기반으로 개발되어 오고 있어, 이와 같은 방식으로 모든 제품을 구성할 수 있다.
Switch, DMM, High current SMU, High Voltage SMU, Pulse, Pulse Measure Unit, CV measure Unit 등이 모두 구성이 가능하다.
S500을 제어하는 ACS 소프트웨어는 prober 제어를 하므로 자동 측정을 완벽하게 지원한다. 매우 쉽고 간결한 GUI를 제공하고, 실시간 그래프 표시와 측정한 데이터 분석이 가능하다.
S500 시스템은 여러 종류의 계측기로 구성되었을 때, 자동으로 장비를 인식하여 측정할 수 있고, parallel 테스트를 지원한다.
ACS는 측정 library를 많이 제공하고 있지만, 사용자가 직접 C, Lua, Python 등으로 작성할 수 있고, 사용자 GUI를 별도로 작성할 수 있는 tool을 제공한다.

 

│사진 3│ 4200-SCS
4200-SCS
이 시스템은 반도체 IV, CV, Ultra-Fast IV파라미터를 분석하는 장비이다. Windows 기반에서 사용하는 제품으로, 주로 연구실이나 분석실에서 Manual로 사용하지만, automatic prober 통신을 할 수 있어서 자동측정도 가능하다.
이 제품에 구성할 수 있는 SMU는 0.1fA의 resolution을 가지고, 200V 범위를 가지며, Pulse Unit, CV Unit, PMU(Pulse Measure Unit)를 구성하여 사용할 수 있다. MOS, CAP, MEMS, NVM 등 다양한 소자를 측정하고, 측정 애플리케이션이 400가지 이상이다.
차세대 메모리 연구가 활발한 가운데, 펄스를 인가하고 빠른 전류 측정이 필요하다. 이러한 시장의 요구로 4200-SCS PMU(Pulse Measure Unit) 제품은 차세대 메모리 테스트에 많이 사용되고 있다.
PMU는 최대 40V를(최대 800mA) 인가할 수 있어서 전압 수준이 높은 플래시와 속도가 빠른 RERAM, PCRAM, STT-RAM 등에서 많이 사용되고 있다.

 

│사진 4│ 2600-PCT
2600-PCT(Parametric Curve Tracer)
2600-PCT 시리즈는 전력 반도체 소자의 IV, CV 측정을 위한 키슬리 커브트레이서로써, 단종된 Tektronix 370,371커브트레이서 대체 장비이다. On상태에서 100A, Off상태에서 10kV 측정 범위를 가지고 있고, CV를 3kV까지 지원한다. ACS BASIC이라는 소프트웨어를 통해 Tektronix장비와 동일하게 실시간 그래프를 지원한다. Tektronix 제품에서 사용했던 Fixture와 소자를 사용할 수 있도록 8010 Test Fixture를 제공한다.

적용사례

S530 시스템의 low current 시스템과 특히 high voltage 시스템은 전력반도체를 생산하는 분야에서 사용되고 있다. S500 제품은 반도체뿐 아니라 디스플레이 패널에 픽셀 제어용 박막 트랜지스터 측정에 매우 높은 점유율을 가지고 있다. 하드웨어 구성의 폭이 넓고, 다채널 parallel 측정이 필요한 분야에서 많이 사용되고 있다.
4200-SCS는 연구 분석용으로 높은 점유율을 가지고 있으며, 특히 메모리 분야에서 PMU 활용도가 매우 높다. 디스플레이 분야에서 4200 제품은 양산에서 사용되고 있으며, 2600-PCT 시리즈는 전력 반도체 하는 고객이 Tektronix 커브트레이서 대체장비로 사용하고 있다.

 

향후 전망

20nm 이하의 공정과 3D 공정으로 반도체 소자는 작아지고 복잡해지고 있다. 또한, 친환경 분야에서 사용될 전력 반도체 연구가 활발하다. 향후 반도체는 더 빠르고, 더 많이, 더 다양한 측정을 요구한다. 복잡하고 다양한 측정을 가능하도록 시스템을 Flexible하게 구성할 필요가 있다. 이와 같은, 빠르고 복잡한 시장의 측정요구에 대응하기 위하여, 24시간 대응 준비가 된 파트너가 필요할 것이다.

 

<더세미콘매거진 편집부> the_semicon@thesemicon.co.kr

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