本發(fā)明屬于測試和測量技術領域，尤其涉及一種可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)及其溯源方法。

背景技術：

在片高值電阻測量系統(tǒng)可用于半導體制造業(yè)。在片高值電阻測量是半導體行業(yè)常見的測試項目，可以考察產(chǎn)品特定結構的絕緣性、反映工藝質(zhì)量、進行缺陷篩查。

在片高值電阻測量系統(tǒng)能夠進行在片高值電阻測量，常用于半導體、微電子機械系統(tǒng)（MEMS）等行業(yè)中，對晶圓片、裸芯片等進行測試，考察被測特定結構的高值電阻是否滿足設計要求。

在片高值電阻測量系統(tǒng)的典型結構如圖9所示，由高值電阻測量儀器、探針臺以及線纜構成。其中，探針臺具有用于承載被測的托盤和用以實現(xiàn)在片測量的探針系統(tǒng)；高值電阻測量儀器具有高值電阻測量功能；線纜將高值電阻測量儀器與探針臺連接起來。

高值電阻測量常用于判斷產(chǎn)品特定結構之間的絕緣特性是否滿足產(chǎn)品設計要求，高值電阻測量的準確度對產(chǎn)品測試有重要意義。

以MEMS電容加速度計產(chǎn)品的晶圓片測試為例。晶圓片測試是MEMS傳感器產(chǎn)品整個工藝流程中必不可少的重要環(huán)節(jié)。該項位于前道與后道工藝之間，在芯片制造工藝全部完成后、封裝之前，對晶圓片上的MEMS芯片的參數(shù)逐一測試和篩查，是監(jiān)測工藝質(zhì)量和成品率最重要和最直接的檢驗環(huán)節(jié)。通過MEMS晶圓片測試，一方面可以剔除不滿足指標要求的芯片，避免其進入下一個工作環(huán)節(jié)，MEMS器件的封裝及測試成本約占總成本的70％，若將未經(jīng)篩選的芯片直接投入后道工藝會導致成本的極大浪費；另一方面測試數(shù)據(jù)對工藝的控制起到關鍵性的指導作用，可以為MEMS產(chǎn)品的設計以及制造工藝的改進提供重要的參考數(shù)據(jù)，從而有效提高生產(chǎn)效率，縮短研制周期，節(jié)約寶貴的時間、人力和研究資源。典型的電容加速度計結構如圖10所示，為梳齒結構，其中的固定齒與活動齒可將外界非電量的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化，用于加速度等物理量的測量。其a、c兩點間以及b、c兩點間應互相絕緣，若絕緣性能不滿足要求，可能造成產(chǎn)品過熱，嚴重時會發(fā)生短路致使產(chǎn)品燒毀，圖11為電容加速度計加速時的結構圖。因此，在片高值電阻測量系統(tǒng)的準確性對產(chǎn)品質(zhì)量有著非常重要的意義。

現(xiàn)有的在片高值電阻測量系統(tǒng)主要由高值電阻測量儀器、探針系統(tǒng)和線纜構成，如圖12所示。

高值電阻測量儀器通過同軸線纜或三同軸線纜連接至探針系統(tǒng)，探針系統(tǒng)包含有2根探針（探針H和探針L），用于與在片形式的被測的兩個電極相連。一些測量系統(tǒng)會集成其參數(shù)測量功能，如電容和四線電阻，從而測量儀器、線纜和探針系統(tǒng)相較上圖系統(tǒng)有擴展，但是用于在片高值電阻測量的部分均具有以上結構。

由于目前在片參數(shù)無法溯源，沒有手段可以對在片高值電阻測量系統(tǒng)進行校準，導致現(xiàn)有的在片高值電阻測量系統(tǒng)提供的測試數(shù)據(jù)均不可溯源，因而數(shù)據(jù)的準確性無法確認，并且不同測試系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)之間沒有可比性。

因此，有必要對現(xiàn)有的在片高值電阻測量系統(tǒng)進行改進，設計一種可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)，提供可溯源的在片高值電阻測試數(shù)據(jù)，使得在片高值電阻測試數(shù)據(jù)的準確性可驗證，不同系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)之間可比較。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)，能夠提供可溯源的在片高值電阻參數(shù)測試數(shù)據(jù)，使得在片高值電阻測試數(shù)據(jù)的準確性可驗證，不同系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)之間可比較。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是：

一種可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)，包括高值電阻測量儀器、探針系統(tǒng)，高值電阻測量儀器和探針系統(tǒng)通過線纜連接，所述探針系統(tǒng)包括探針一組和探針二組，所述高值電阻測量儀器與探針一組連接或與探針二組連接。

進一步的，對于不支持Guard技術的高值電阻測量儀器，探針一組和探針二組均含2枚探針，2枚探針對應信號Hi和信號Lo；對于支持Guard技術的高值電阻測量儀器，每組探針各含3枚探針，對應信號Hi、Lo、和Guard。

進一步的，探針一組和探針二組均含2枚探針時，所用的線纜為同軸線纜；探針一組和探針二組均含3枚探針時，所用的線纜為三同軸線纜。

本發(fā)明還提出一種可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)的溯源方法，該方法可以實現(xiàn)參數(shù)溯源并提供關于測試數(shù)據(jù)的不確定度信息。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是：

一種可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)的溯源方法，所述高值電阻測量儀器通過線纜與探針一組連接，標準高值電阻通過線纜與探針二組連接。

或者是，所述高值電阻測量儀器與探針二組連接，標準高值電阻與探針一組連接。

其中，在片直通對接線連接探針一組和探針二組。

進一步的，對于兩組探針均含2枚探針的情況，也即探針系統(tǒng)為4探針時，線纜采用同軸線纜，同軸線纜A的一端連接高值電阻測量儀器，另一端連接探針H和探針L；同軸線纜B的一端連接標準高值電阻，另一端連接探針H’和探針L’； 探針H與探針H’通過在片直通對接線連接，探針L與探針L’ 通過在片直通對接線連接，操作在片高值電阻測量系統(tǒng)測量阻值，與標準高值電阻阻值比較，即實現(xiàn)參數(shù)的溯源；

對于兩組探針均含3枚探針的情況，也即探針系統(tǒng)為6探針時，線纜采用三同軸線纜，三同軸線纜A的一端連接高值電阻測量儀器，另一端連接探針H、探針L和探針G；三同軸線纜B的一端連接標準高值電阻，另一端連接探針H’、探針L’和探針G’；在片直通對接線分別將探針H與探針H’連接、探針L與探針L’連接、探針G與探針G’連接，操作在片高值電阻測量系統(tǒng)測量阻值，與標準高值電阻阻值比較，即實現(xiàn)參數(shù)的溯源。

進一步的，在片直通對接線的結構是在絕緣襯底上設有金屬導通線，金屬導通線為扁平結構。

進一步的，金屬導通線的材料為Au，絕緣襯底的材料為陶瓷或者藍寶石。

進一步的，對可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)進行不確定度評價，測量的不確定度分解為以下2項：

(1) 未修正的系統(tǒng)誤差對應的不確定度u₁；

(2) 隨機誤差對應的不確定度u₂；

u₁進一步分解為高值電阻測量儀器的系統(tǒng)誤差對應的不確定度u₁₁，對應于R處，以及線纜及探針的系統(tǒng)誤差對應的不確定度u₁₂，對應于R-A間；

u₁₁直接采用其說明書技術指標R_spec，按照均勻分布處理來確定，即

對于不確定度u₁₂，則將R-A間的測量回路擴展為R-B間測量回路，該測量回路包括探針一組及線纜、在片直通對接線、探針二組及線纜、標準高值電阻，然后評估R-B間測量回路引入的系統(tǒng)誤差上限，按照均勻分布處理，作為u₁₂的估計值；

不確定度具體操作步驟如下：首先使用高值電阻測量儀器直接測量標準高值電阻，對應于R處，重復若干次取平均值Rr；然后測量B處的標準高值電阻，重復若干次取平均值Rx；|Rr-Rx|作為系統(tǒng)誤差上限，即

（1）

對于u₂，多次測量被測，并取數(shù)據(jù)的實驗標準差S作為的u₂估計值，即

（2）

合成為標準不確定度：

（3）

取擴展系數(shù)k = 2，擴展不確定度：

（4）

U即測量結果的不確定度。

采用上述技術方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明提出了一種可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)，并提出了配套的溯源方法及不確定度評價，解決了在片高值電阻參數(shù)的溯源問題；本發(fā)明提出的在片高值電阻測量系統(tǒng)可以提供具有溯源性的在片高值電阻測量數(shù)據(jù)，使得在片高值電阻測試數(shù)據(jù)的準確性可驗證，不同系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)之間可比較。

附圖說明

圖1是可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)的結構框圖；

圖2是可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)進行溯源時的結構框圖；

圖3是4探針的測量系統(tǒng)進行溯源時的結構圖；

圖4是6探針的測量系統(tǒng)進行溯源時的結構圖；

圖5是6探針時的在片直通對接線的連接示意圖；

圖6是本發(fā)明所提出的測量系統(tǒng)進行在片測量時測量不確定度分量u₁₁對應位置的示意圖；

圖7是本發(fā)明所提出的測量系統(tǒng)進行在片測量時測量不確定度分量u₁₂對應位置的示意圖；

圖8是可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)的結構圖；

圖9是在片高值電阻測量系統(tǒng)現(xiàn)有技術的結構框圖；

圖10是電容加速度計的結構圖；

圖11是圖10的電容加速度計加速時的結構圖；

圖12是現(xiàn)有在片高值電阻測量系統(tǒng)的結構圖；

圖中：1、屏蔽殼體；2、被測；3、探針臺；4、線纜；5、高值電阻測量儀器；6、質(zhì)量塊；7、支撐梁；8、固定齒。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

本發(fā)明提供的一種如圖1所示的可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)，包括高值電阻測量儀器、探針系統(tǒng)，高值電阻測量儀器和探針系統(tǒng)通過線纜連接，所述探針系統(tǒng)包括探針一組和探針二組，所述高值電阻測量儀器與探針一組連接或與探針二組連接，也即兩組探針可互換連接，然后通過其中的一組探針接觸被測的電極，從而構成測量回路，可以實施測量。

對于不支持Guard技術的高值電阻測量儀器，探針一組和探針二組均含2枚探針，2枚探針對應信號Hi和信號Lo；對于支持Guard技術的高值電阻測量儀器，每組探針各含3枚探針，對應信號Hi、Lo、和Guard。

探針一組和探針二組均含2枚探針時，所用的線纜為同軸線纜；探針一組和探針二組均含3枚探針時，所用的線纜為三同軸線纜。

本發(fā)明還提供一種可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)的溯源方法，圖2提供的是一種連接方式的結構圖，所述高值電阻測量儀器通過線纜與探針一組連接，標準高值電阻通過線纜與探針二組連接；或者是，所述高值電阻測量儀器與探針二組連接，標準高值電阻與探針一組連接；在片直通對接線連接探針一組和探針二組，在片直通對接線用于溯源過程，從而構成測量回路，實現(xiàn)對標準高值電阻的測量，實現(xiàn)參數(shù)的溯源，然后依照提出的不確定度評定方法對不確定度進行評定。

對于不支持Guard技術的高值電阻測量儀器，兩組探針均含2枚探針，也即探針系統(tǒng)為4探針時，如圖3所示，線纜采用同軸線纜，同軸線纜A的一端連接高值電阻測量儀器，另一端連接探針H和探針L；同軸線纜B的一端連接標準高值電阻，另一端連接探針H’和探針L’； 探針H與探針H’通過在片直通對接線連接，探針L與探針L’ 通過在片直通對接線連接，操作在片高值電阻測量系統(tǒng)測量阻值，與標準高值電阻阻值比較，即實現(xiàn)參數(shù)的溯源。本發(fā)明中，探針H和探針L用于在片高值電阻測量，增加探針H’和探針L’，用于與常規(guī)同軸形式的標準高值電阻連接，對于4探針的情況，用兩根在片直通對接線分別連接探針H與探針H’、 探針L與探針L’。

對于高值電阻測量儀器支持Guard技術的情況，再增加兩枚探針，即探針G和探針G’，也即探針系統(tǒng)為6探針，如圖4所示，線纜采用三同軸線纜，三同軸線纜A的一端連接高值電阻測量儀器，另一端連接探針H、探針L和探針G；三同軸線纜B的一端連接標準高值電阻，另一端連接探針H’、探針L’和探針G’；3根在片直通對接線分別將探針H與探針H’連接、探針L與探針L’連接、探針G與探針G’連接，連接方式如圖5所示，操作在片高值電阻測量系統(tǒng)測量阻值，與標準高值電阻阻值比較，即實現(xiàn)參數(shù)的溯源。

在片直通對接線的結構是在絕緣襯底上設有金屬導通線，金屬導通線為扁平結構。

其中，金屬導通線的材料為Au，絕緣襯底的材料為陶瓷或者藍寶石。

對可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)進行不確定度評價，測量的不確定度分解為以下2項：

(1) 未修正的系統(tǒng)誤差對應的不確定度u₁；

(2) 隨機誤差對應的不確定度u₂。

對于在片測量的系統(tǒng)誤差，由于缺少在片形式的約定真值，因而無法獲得系統(tǒng)誤差。通過實驗來評估系統(tǒng)誤差的上限，然后將其作為一個均勻分布的隨機變量來處理，作為u₁的評估值。u₂體現(xiàn)為測量的重復性，可以通過多次測量被測進行評估。

下面針對u₁進一步細化分析。在片測量對應于圖6中A處，高值電阻測量儀器通過線纜及探針，測量被測的電阻值。u₁進一步分解為高值電阻測量儀器的系統(tǒng)誤差對應的不確定度u₁₁，對應于R處，以及線纜及探針的系統(tǒng)誤差對應的不確定度u₁₂，對應于R-A間。

u₁₁直接采用其說明書技術指標R_spec，按照均勻分布處理來確定，(需要指出，說明書技術指標包含了隨機誤差的影響，這里將系統(tǒng)誤差的影響放大，是保守的計算方法)，即

對于不確定度u₁₂，則將R-A間的測量回路擴展為R-B間測量回路，如圖7所示，除完整包含R-A外，增加了在片直通對接線、右側的探針和線纜以及標準高值電阻，然后評估R-B間測量回路引入的系統(tǒng)誤差上限，作為均勻分布處理，作為u₁₂的估計值。對于高值電阻測量，主要影響來自于泄漏電流，而R-B相對R-A增加的在直通對接線、右側的探針和右側的線纜只可能使系統(tǒng)誤差增大，因而以上方法評估u₁₂是保守且有效的。

不確定度具體操作步驟如下：首先使用高值電阻測量儀器直接測量標準高值電阻，對應于R處，重復若干次取平均值Rr；然后測量B處的標準高值電阻，重復若干次取平均值Rx；|Rr-Rx|作為系統(tǒng)誤差上限，即

（1）

對于u₂，多次測量被測，并取數(shù)據(jù)的實驗標準差S作為的u₂估計值，即

（2）

合成為標準不確定度：

（3）

取擴展系數(shù)k = 2，擴展不確定度：

（4）

U即測量結果的不確定度。

利用本發(fā)明提出的可溯源的在片高值電阻測量系統(tǒng)進行測量、溯源及不確定度分析的具體實施例如下：

實施例采用的測量系統(tǒng)主要組成包括高值電阻測量儀器5、探針臺3和屏蔽殼體1構成，本發(fā)明提供的測量系統(tǒng)框圖如圖8所示，高值電阻測量儀器采用6430遠端源表。其中6430遠端源表至屏蔽殼體1、屏蔽殼體1至探針臺探卡的線纜4和轉(zhuǎn)接頭均采用帶有Guard層的三同軸形式（tri-axial）；探針臺的探卡經(jīng)過專門設計，在信號層上下設Guard層以減小泄漏電流。在探針臺3外部增加了屏蔽殼體1，以屏蔽環(huán)境中的電磁干擾。防震平臺可以很好的隔離震動，測試線纜位置固定，有效避免線纜震動和摩擦引起的噪聲。

按照本發(fā)明提出溯源方法和不確定度評定方法，對組建的測量系統(tǒng)進行了溯源和不確定度評定實驗，使用Agilent 16353 1GΩ標準高值電阻，經(jīng)計量機構檢定給出的標準值為0.99913GΩ，使用1GΩ在片高值電阻作為被測，對在片高值電阻測量系統(tǒng)的不確定度進行了評定，數(shù)據(jù)如下表所示。