不论使用III-V晶片为手机模块制造射频IC，还是使用芯片技术生产高性能产品，预测产品的最终性能和可靠性需要在开发和生产中测量晶片级射频参数。这些测量数据是直流测量数据在构成完整设备特性图方面的重要补充。与仅能测量直流的设备相比，射频测量可以利用更少的测量，获得更多的信息。

在高频测试中选用射频IC功率放大器的优点是显而易见的。由于容易受到终端市场价格压力的影响，使得对生产中的测试成本非常敏感，其中功能测试是在1~40GHz的低偏压条件下进行的，这些取决于他们的设计和应用。射频测量局限于生产线终端包装零件的功能测试，因为这些测试被认为是高成本的，而且在结果的可重复性和准确性上存在问题。
对于180nm或更高的各种高性能模拟电路而言，集成电路制造商也能够利用射频晶片级测量提取有价值的参数。整合了射频、模拟、高速数字设备和存储器的SOC可与射频测试要求相提并论。

对于130nm及以上的高性能逻辑设备、新材料开发和未来IC的持续升级来说，对H-D门电介质的相应氧化物厚度（EOT）的特性描述是非常重要的。例如，在电介质的准确建模以及在MPU、ASIC、FPGA和数字信号处理装置中的性能方面，射频测量起到重要作用。这些已在采用多频电容测量和先进电容测试的前代技术的基础上实现了。

标准I-V和C-V测量所面临的挑战

从S参数数据中提取出的射频参数包含在设计工程师在产品开发中会用到的小型仿真模型中。但是，由于测量的复杂性和相关费用，生产者仅在设备模型实验室中利用晶片级S参数数据。即使是在实验室环境里，由于探测针接触电阻时的敏感性，精确的提取射频参数也成了一种挑战。即使可能提取，快速完成产品监控所需的大量测量似乎也是不现实的。
射频测试中主要的技术挑战之一是DUT和测量系统的精确去嵌入。特别是在描述极薄门电介质的特性时，提取COX 参数。图1是一个晶体管的简化电路模型，表明是哪个元器件将直接测量COX复杂化了。这些元器件包括门触点和源极/漏极间的叠加电容、门电路电阻，引线电感（从DUT到接触片）、接触电阻（探针和接触片之间）以及沟道电容。这些元件必须在去嵌入后，被适当的提出来进行隔离。修正算法用于接触电阻、引线电感和探片电容等。

图1 晶体管的简化电路模型（略）


采用射频C-V的勉强之处

这些困难在生产环境中具有重要的意义，不可靠的测试会阻碍产量管理。仪器的错误测试结果被认为是 错误，生产环境中，这可能意味着晶圆已因误操作而遭到了损坏。误导性ITRS信息和许多公司在模型实验室中经历的费时费力的过程，使工程师不相信产品射频测量，认为其中有很多 错误。应该意识到吞吐量和运作成本也是不能接受的，为了解释结果还需要高水平的技术支持。

因接触电阻问题，需要重复的校准和测量导致前几代射频系统出现低吞吐量问题。这些旧系统上的校准也无法支持不同测量频率装置。高运作成本和良好校准标准的手工探测技术有关，快速洗擦会使软垫和昂贵的射频探针受损。市场上也存在错误的理解，认为晶圆级S参数测量需要一个特殊的探针或卡盘。这些因素导致用户认为使用射频C-V需要高成本，使得用户不愿意采用这种解决方案。

简而言之，对于晶圆级射频测试行业的整体观点是它既复杂，又昂贵。射频测量无法由操作员操作来贯彻在大批量生产车间中实现。此外在生产中进行射频测试的顾虑是：

需要进行广泛的测试结构变更

结果不稳定，会随工具、操作员、日期的不同而变化

射频专家需注意每个工具

可能需要很多不同的路由和操作工作流程

也不确定能否成为一项实时技术

实验室级的结果是不可靠的

所以在进行新设计和RFIC、新的门电路材料及其他先进器件处理的过程中，设计和处理反复性极大地增加了成本和面市时间，并伴随有较低的初始产量。

第三代参数测试仪

提供一种解决方案

使晶圆级射频测试成为生产过程控制工具的关键是实现全自动测量。这意味着机器人自动将晶圆、校准标准、探针卡分配到需要的地方。换一种说法，就是一个主要的测试系统设计目标是没有人工干预的绝对数据完整性。如果需要干预，也需要根据中间测试结果或者操作要求，由工厂主机或者测试控制器来完成。

现在可用的第三代测试仪允许这类操作的频率达到40GHz。它们是专门为生产环境设计的，避免了专为实验室环境而设计的测试仪的一些特性。实验室仪器设计集中优化手工使用的情况，具有那些与生产无关的特点。但是，每多出1GHz和其它附加特性，使用这些仪器的用户都是要付出代价的。第三代测试仪支持6GHz到65GHz这种升级方式。

根据DUT的特性，第三代测试仪针对这种需要可以自动提取测量结果，这在得到可靠的COX结果方面是一项主要的技术挑战。这些算法及改善的互联技术和自动校准程序都允许快速而准确地从S参数测量中提取射频参数。

对任意测量结果的纠正是进行精确的去嵌入操作的必备条件。例如，在一个阻抗为50欧姆的系统里，接触阻抗的任何变化都会限制可重复性。仪器生产商必须确定所有射频测量中的不稳定因素，而且要设计出可以避免产生不稳定因素的测试系统。系统互联的创新设计要求能提供主要系统元件之间的可重复性链路。

自动测量探针的接触电阻并调整探针超速是保证可重复性测量的另一种方法。通过在射频测量之前测量接触电阻的实际值，可以做为接触电阻的校正值，这对于无源器件而言尤其重要。测量接触阻抗的另一个优点在于当由于污染而使电阻变高时，能够自动执行探针头清理。良好的超速控制以及清理只有在需要的时候才会极大地延长探针寿命，从而降低了成本。（每一个射频探针的价值约为1000美元。）这也应该是测试仪统计处理控制的一部分。

由于稳定的、已知的寄生效应，通过收集的数据而生成的史密斯圆图曲线是无假象的，因此没有必要由专家来分析和解释结果。以前的系统中，需要射频测量方面的专家来监控数据（如每组测量的曲线轨迹），找出奇怪的或者出人预料的结果，然后分析这些结果来确保它们表现的是处理变量，而不是测量异常。

第三代参数测量仪中改进的逻辑可以连续监控射频测量质量，并降低或排除了对射频专家提供的技术支持的需求。

借助于这些系统，不同生产车间的操作人员可以利用广泛的产品和生产工具来得到可重复实时结果。射频测量几乎与进行DC测量一样简单，也需要完整地描述晶圆设备的特性。事实上，一个第三代系统能够同时进行DC和射频测试。该系统也包含许多其他改进，如提高了吞吐量，使进行流程监控和控制的大容量晶圆级测试具有实用价值。

这些相同的特性也可在不牺牲实验室级结果的前提下，加速建模测量，通过简单的系统升级，无需购买专用探针，就可以缩短开发周期和面市时间。当校正标准存储在探针中时，工作流程和DC测试就一样了，仅在定期维护周期上有所不同。

射频测试的创新设计

多年来，晶圆级射频参数测试属于铁制的大型ATE系统（频率限制在6GHz或更低）或者不能用于生产环境的实验室系统的范畴。它们对统计处理特性和监控都是不实用的。为了解决这些和其它与现有系统有关的问题，Keithley推出了DC/RF系列参数测试仪。

这些系统中，DC和RF测试可以通过异步并行处理来实现。这就意味着DC测试可以在RF测试情况下进行，反之亦然，这两种情况取决于哪种测试的特性更复杂。任何一组测量一完成，系统就可以接着进行更多的测试。经验数据表明DC和RF测试结果都不会因为并行运行所有类型的测试而受到影响。因为可以用单个探针插入同时进行DC和RF测量，所以吞吐量大大提高。当成熟的点击式GUI于其它系统的简便易用性不匹配时，系统软件能够实现实时去嵌入和参数提取。

而Keithley第三代DC/RF参数测试仪已经成功应用于半导体工厂。这些应用中，表明了在生产设施中采用相同系统的不同技工能够得到同样的结果。过去，即使在实验室中采用其它厂商的工具，这也是不可能的。即使实验室测试套件更复杂，Keithley工具可为生产条件下的测量提供出色的相关性。

一开始，设计目标是制造DC/RF参数测试系统，该系统可用来让工厂设备操作员获得高质量的RF测试结果。现在，普通的操作员无需专门的RF培训就可以将晶圆放入测试系统中，并得到实验室级的结果。操作员只需要知道参数名称，他们无需担心校准、去嵌入或参数提取技巧。这样可以以高生产量完成，而不是以实验室测量的速度完成。

这些性能是专利和专利未决的校准程序、互连技术和去嵌入运算的结果。每个系统里所包含的是业界最大的RF参数提取库。

然而，起初这些系统是为工艺集成接口而设计的，建模需实验室条件下的参数测试。它们的高精度、数据完整性以及吞吐量使射频测量对于建模试验室、参数生产监控和行尾功能测试而言很实用。收集到的大量高质量数据有效地缩小了以前存在于模型和测量之间的差距。现在用新的射频技术可以在不到一周的时间内完成射频工艺模型的验证，相比之下，利用旧的射频解决方案却需要两个多月。

高速、高质量的数据收集主要是系统自检测特性的结果。例如，它们可以监控人为触发事件（如分离式测试头）、由于运动或者重接和没有以适当的间隔启动校准（通常，三天为一个间隔）而产生的任何设备变动。各种情况下，该系统都要自动对其本身进行校准，这一过程仅需2分钟。

轻触（自动Z调整）控制特性会使RF测量的结果变得更好，并能降低成本。过去，技术是过度驱使探针擦洗接触表面电阻，但仍然不知道电阻的大小。Keithley系统可以测量接触电阻、限制超速和探针磨损度。此外，接触电阻用来校正测量值。

Keithley探针控制的另一个方面是能够更好地利用探针时间，这样会带来更高的吞吐量。当探针进行指示而且探针还在空中时，系统会让S参数测量来确定针尖是否被污染。如果已被污染，探针被移到清理垫上进行清洁。并且指针在空中时，系统也会进行数据提取。探针落下时，系统唯一要做的事情就是进行测量。这样，就不会浪费CPU周期。
探针卡更改输出一直是许多参数测试系统的问题，一有新型晶圆应用于生产线，就要改变卡。在RF测试仪中，这些问题会加剧，取卡时发生机械损坏是常有的事。

而在Keithley系统，操作员只需按下按钮，取出探针卡，再将一个新的放到插槽中，实际上整个过程可由机器人而非操作员快速完成。自始至终，测试头均保持原位，所以对于大多数探针而言，校准不会受到影响。

图（略）

在以前的晶圆级RF测试仪中普遍存在的另一个问题是特大T型网络。这些T型网络作为Kelvin连接的一部分，为探针提供DC偏压。某些T型网络有拳头那么大，很难适应探针头，容易引发测试错误。Keithley和Anritsu合作研制了一种微型的Kelvin偏压T型网络，可以安装在探测头处，从而以最小的寄生效应实现稳定连接。

Keithley的早期系统升级已有近20年的历史，且可以灵活使用高达40GHz的生产探针，Keithley的DC/RF系统设计为用户提供了最低的拥有成本。甚至是新系统也能提供诱人的拥有成本优势，因为它具有低初始价格、高吞吐量、低运作/支持成本以及低耗费的特点。