目前微波半導體芯片在設計、生產、檢驗和應用等環節需要使用在片（On-wafer）測試設備，但目前各研究機構、單位或公司主要使用國外微波測試產品。而中電科思儀科技股份有限公司生產的的3672系列矢量網絡分析儀可直接應用于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，可用于芯片設計測試、芯片高低溫老練等場景。
本文設計了On-wafer測試試驗，搭建基于3672系列矢量網絡分析儀的測試系統，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.系統組成
1.1 測試系統
測試系統組成如圖1所示，此系統的主要組成為：
（1）矢量網絡分析儀。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，關注的頻率范圍是100MHz-20GHz，晶圓如圖3所示。
圖1 在片測試系統構成
圖2 校準件
圖3 被測晶圓
2 測試流程
2.1 矢量網絡分析儀設置
（1）開啟矢量網絡分析儀預熱充分；
（2）根據測試要求及預測試分析，矢量網絡分析儀的設定值及設置方法如表1所示。
表1 矢量網絡分析儀測試設置及方法
2.2 系統校準
（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
探針支架結構如圖5所示，包含四個可調旋鈕控制探針的X、Y、Z和ρ方向，ρ是探針繞Y軸的翻滾角，可調整探針姿態。移動探針并在顯微鏡中觀察直至出現探針的模糊影像；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）需要調整ρ直至深淺一致（如圖7所示）。
圖5 探針支架結構
圖6 扎痕深淺不一致需調整
圖7 扎痕深淺一致
（3）校準設置
矢量網絡分析儀中選擇【校準】→[校準…]→[非向導校準]，根據校準件和被測件，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 矢量網絡分析儀校準界面
（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)]，完成后發出提示音表示此標準校準完成，[開路]變為綠色。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）保存校準數據
校準完成后，矢量網絡分析儀可保存.cst校準文件方便回調。
（6）校準后系統驗證
為驗證校準結果的準確性，校準后測量校準片上的其它校準件，結果如表2所示。驗證系統結果表明：系統已被校正完成，可以進行測試。
表2 校準后系統驗證
注意：
? 矢量網絡分析儀開機后要預熱充分使系統穩定，否則校準或測試結果可能產生漂移；
? 安裝探針與矢量網絡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生移動；
? 探針為易損件且價格昂貴，在測試過程中應避免磕碰；
? 在扎下探針時，力度要控制在合理范圍內。力度太輕容易造成測量不穩定，太重則會縮短探針壽命，甚至損壞探針；
? 任何調整探針位置及姿態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三個旋鈕可分別調節載物臺的X、Y和θ方向，其中θ是載物臺繞Z軸的旋轉角。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）測試結果
將左右探針分別扎入被測件中間和右側的PAD上，扎針力度控制在合理范圍內。從矢量網絡分析儀中讀取測試結果如圖12所示，測試結果包含S11、S21、S12和S22。通過[光標]鍵設置光標至關心的頻率點，可得到此頻率點的S參數。
圖12 被測件S參數測試結果
（3）保存結果
選擇[文件]→[另存為]，屏幕圖像可保存為.png或.jpg文件，數據可保存為.s2p或.prn類型文件。保存數據時，有“對數相位”、“線性相位”和“實部虛部”三種格式，本文選擇[定義數據存儲]→[對數/相位]，保存數據文件。
（4）測量結束
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，關閉探針臺和矢量網絡分析儀，整個測量過程結束。
(中電科思儀科技股份有限公司 李宇陽、楊保國供稿)
