磁性器件需要在磁場掃描下測試，測試晶圓所花費的時間會增加芯片成本。在晶圓上方以高掃速改變磁場是工業(yè)化大批量市場面臨的挑戰(zhàn)。Hprobe產(chǎn)品的主要目的是通過實現(xiàn)每個器件的快速測試時間，以極高的通量對晶圓在磁場下進行電探測。Hprobe的專有磁場發(fā)生器技術(shù)使這一目標成為可能。
Hprobe的3D磁場發(fā)生器和Hcoil-2T磁場發(fā)生器是專利技術(shù)，與大規(guī)模生產(chǎn)中的晶圓級電子探測要求兼容。獨特設(shè)計的磁場發(fā)生器通過電源供電和空氣冷卻，不需要復雜的液體冷卻。
Hprobe測試設(shè)備使用100-300mm自動晶圓探針臺。集成了磁場發(fā)生器的測試頭被置于晶圓探針臺上。測試設(shè)備與以下自動探針臺兼容：TEL (Tokyo Electron Limited)、ACCRETECH、Electroglas。
技術(shù)原理
Hprobe磁場發(fā)生器技術(shù)應對了磁性集成電路工業(yè)測試的挑戰(zhàn)。這些技術(shù)的發(fā)展目標是產(chǎn)生對場強和角度具有極快掃描速率的高強度磁場。磁場發(fā)生器集成到測試設(shè)備產(chǎn)品中，專用于高通量運行的磁性器件晶圓級測試。
Hprobe公司的三維磁場發(fā)生器和Hcoil-2T磁場發(fā)生器均為專利技術(shù)，符合批量生產(chǎn)對晶圓級電子探測的要求。獨特設(shè)計的磁場發(fā)生器通過電源供電和空氣冷卻，不需要復雜的液體冷卻。
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快速：極高的磁掃率，每秒高達10000件樣品，實現(xiàn)高通量 測試，并與批量生產(chǎn)的測試時間相匹配。
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靈活：具有獨立可控空間軸的三維磁場，用于垂直和平面磁場的任意組合。
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強大：單一方向的超高強度磁場，結(jié)合極快的掃描速度，可在20微秒內(nèi)達到2特斯拉。
1、三維磁場發(fā)生器：三維磁場發(fā)生器能夠產(chǎn)生三維磁場，其中每個空間軸可被獨立驅(qū)動。該發(fā)生器具有多種組態(tài)，可在特定的1D、2D或3D方向上最大化磁場強度或表面覆蓋。磁場的掃描速率在場強和角度上上是可控的，掃描速率可達每秒10000件樣品。
2、Hcoil-2T磁場發(fā)生器：Hcoil-2T磁場發(fā)生器是一種創(chuàng)新性的超緊湊型技術(shù)，能夠以極快的掃描速度在單一方向產(chǎn)生超強磁場。利用這項技術(shù)，可以在不到20微秒的時間內(nèi)達到±2特斯拉磁場。
主要特點
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平面內(nèi)和垂直方向的高磁場強度
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磁場的三維控制
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場強和角度掃描（旋轉(zhuǎn)場）
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嵌入式校準傳感器
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自動化測試程序
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MRAM參數(shù)提取軟件
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可用于100至300 mm晶圓
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與標準探針卡兼容
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完整并可用戶定制的軟件，可創(chuàng)建測試序列和自動探測
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空氣冷卻
測試設(shè)備
1、測試頭：磁場發(fā)生器集成在測試頭中，后者被安裝在自動晶圓探針臺上，與單個直流或射頻探針和探針卡兼容。
2、儀表架：測試設(shè)備使用高端控制和傳感設(shè)備。測試設(shè)備的儀器組態(tài)可以按照用戶需求而配置。
3、磁場校準套件：磁場發(fā)生器配有磁場校準組件，由三維磁傳感器和自動定位系統(tǒng)組成，用于在與被測設(shè)備完全相同的位置校準磁場。
4、軟件：帶圖形用戶界面GUI（graphical user interface）的軟件，用于磁場的生成、校準，以及MRAM和磁傳感器的自動化電測量。軟件還包括晶圓廠自動化和生產(chǎn)控制功能。
IBEX平臺（用于MRAM測試）
IBEX平臺與200毫米和300毫米自動晶圓探針臺兼容，專用于測試MRAM磁性隧道結(jié)，以及基于自旋轉(zhuǎn)移矩（STT-MRAM）、自旋軌道矩（SOT-MRAM）和電壓控制（VC-MRAM）技術(shù)的位單元。該系統(tǒng)能夠在快速可變磁場和超窄脈沖信號下進行高通量測試。
1、IBEX-P MRAM參數(shù)測試
IBEX-P系統(tǒng)以單通道或多通道配置運行，測試結(jié)構(gòu)中包含過程控制和監(jiān)控（PCM），因而可用于晶圓驗收測試（WAT）時生產(chǎn)產(chǎn)量的統(tǒng)計過程控制（SPC）。
IBEX使用Hprobe的帶有圖形用戶界面的專用一站式軟件，既可在研發(fā)環(huán)節(jié)中手動操作，又可在全自動晶圓廠中自動操作。該軟件包括專用于MRAM器件的最優(yōu)化生產(chǎn)測試程序。
該系統(tǒng)采用Hprobe的磁場發(fā)生器專利技術(shù)，將磁場發(fā)生器集成到測試頭中，后者安裝在晶圓探針臺上。
該測試設(shè)備由精選高端儀器驅(qū)動， 從而以極快的測試時間來表征MRAM磁性隧道結(jié)或位單元。涉及的儀器包括Keysight、Tektronix和NI等品牌，并使用Hprobe的專有構(gòu)架模塊集成。
2、IBEX-F功能測試
IBEX-F系統(tǒng)專用于測試位陣列和片上系統(tǒng)（SoC）嵌入式MRAM存儲器。
測試系統(tǒng)以單點或多點配置運行，用于MRAM陣列的表征和測試。其目的是進行產(chǎn)品開發(fā)、驗證和鑒定，并轉(zhuǎn)入生產(chǎn)。它還可用于嵌入式MRAM器件的大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境、，在后端（BEOL）過程中進行芯片探測（CP）的篩選和分級。
該測試設(shè)備由精選高端儀器驅(qū)動，從而以極快的測試時間來表征MRAM磁隧道結(jié)或位單元。涉及的儀器包括Keysight、Tektronix和NI等品牌，并使用Hprobe的專有構(gòu)架模塊集成。
關(guān)于MRAM 測試
與傳統(tǒng)采用電荷存儲數(shù)據(jù)的半導體存儲器不同，MRAM（磁阻隨機存取存儲器）是一種非易失性存儲器，使用磁化（例如電子自旋）方向來存儲數(shù)據(jù)位。
與現(xiàn)有的半導體技術(shù)相比，MRAM具有許多優(yōu)點，因為它本質(zhì)上是非易失性的（例如，當電源切斷時能夠保存數(shù)據(jù)），同時還表現(xiàn)出非常好的耐久性（例如讀/寫周期數(shù)）和較低的運行功率。最新一代的MRAM為pSTT-MRAM（垂直自旋轉(zhuǎn)移矩隨機存取存儲器），已被業(yè)界選擇取代28/22nm以下技術(shù)節(jié)點的嵌入式閃存，目前各大半導體代工廠均可提供該產(chǎn)品。
1）MRAM設(shè)備是如何發(fā)展的？
第一代MRAM基于所謂的嵌套型（toggle）技術(shù)，即通過內(nèi)部磁場寫入數(shù)據(jù)（例如磁化翻轉(zhuǎn)）。Toggle-MRAM至今仍然非常成功，但是它耗電量大，且工藝尺寸很難 減小。之后幾代MRAM器件開始使用另一種稱為自旋轉(zhuǎn)移矩（STT）MRAM的方法。STT-MRAM使用自旋極化電流寫入數(shù)據(jù)。這種方法的優(yōu)點是提供較低和可調(diào)節(jié)的翻轉(zhuǎn)電流，從而開發(fā)出更高密度的存儲器產(chǎn)品。
2）MRAM的應用有哪些？
把pSTT-MRAM首選為先進技術(shù)節(jié)點的嵌入式非易失性存儲器（eNVM），業(yè)界對此充滿興趣，并已被一級半導體代工廠的生產(chǎn)計劃所證實。STT MRAM現(xiàn)在已可被批量生產(chǎn)，以滿足多樣化的應用領(lǐng)域，如工業(yè)、汽車、物聯(lián)網(wǎng)、移動、人工智能以及計算和存儲。
3）MRAM的未來是什么？
雖然STT MRAM目前是NVM技術(shù)的主流，但全球的研究人員已經(jīng)在研究下一代的產(chǎn)品即SOT-MRAM（自旋軌道矩MRAM）。通過同時實現(xiàn)STT無法做到的無限耐久性和高速性，SOT可以把MRAM的應用拓展到高速緩存中。SOT-MRAM有可能成為一種通用的嵌入式存儲器，同時取代微控制器、微處理器和片上系統(tǒng)中的嵌入式NVM和/或嵌入式SRAM。
4）MRAM市場預測前景如何？
根據(jù)Objective Analysis and Coughlin Associates于2020年5月發(fā)布的一份報告，到2030年，新興存儲市場將達到360億美元。取代多種現(xiàn)有技術(shù)將在很大程度上推動這一驚人的增長，，如取代微控制器、處理器和ASIC中的嵌入式NOR閃存和SRAM模塊，以及專業(yè)的獨立DRAM內(nèi)存芯片。
此外，存儲行業(yè)向新興內(nèi)存技術(shù)的轉(zhuǎn)移將促使資本設(shè)備支出的穩(wěn)步增長，相應的制造設(shè)備收入將達到6.96億美元。
5）Hprobe對MRAM的成功有何貢獻？
高通量、高可靠性的后端（BEOL）制造設(shè)備的可用性是新半導體技術(shù)出現(xiàn)的關(guān)鍵。作為一家在MRAM領(lǐng)域擁有獨特專業(yè)知識的自動測試設(shè)備（ATE）供應商，Hprobe為IC制造商提供了一站式解決方案，將加速MRAM產(chǎn)品的開發(fā)，確保產(chǎn)品的成功升級。
測試時間是生產(chǎn)中的關(guān)鍵性能指標，也是縮短開發(fā)時間的重要附加值。 為STT-MRAM技術(shù) 構(gòu)建最優(yōu)化的晶圓測試設(shè)備，使其具有最大的靈活性和最短的測試時間，可在MRAM開發(fā)階段帶來巨大的價值，并可縮短向大批量制造（HVM）升級的時間。Hprobe的方案可解決 對靈活性和產(chǎn)品性能的需求沖突，進而在從技術(shù)發(fā)布到生產(chǎn)控制和監(jiān)控的漫長道路上為工程師提供幫助。
6）Hprobe產(chǎn)品如何運行？
本質(zhì)上，MRAM要求在外加磁場的同時對晶圓進行電測試。此外，探測必須用高頻硬件完成，該硬件提供MRAM器件工作時的超窄時域電壓/電流脈沖。
因此，晶圓級參數(shù)測試通過以下方式完成：
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掃描器件上方的磁場（垂直和/或平面），同時通過直流電流測量器件電阻。這樣可以得到磁滯回線，它反映了存儲單元從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)并保留存儲信息的能力。垂直磁場必須高達5000 奧斯特（5特斯拉），以切換器件中的兩個不同磁性層。
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向器件施加超窄（低至300ps， 強度高 至5V）脈沖信號，以復制芯片上的讀寫操作，并表征其可靠性（擊穿電壓）。
一旦晶圓制造結(jié)束并且芯片制造完成，器件測試就需要在外部磁場下進行，以表征MRAM模塊在與環(huán)境相關(guān)的磁場干擾下工作的抗干擾性。這種測試可以在切割之前的晶圓級或封裝芯片級完成。在這兩種情況下，都需要在自動化測試設(shè)備上施加三維磁場。
LINX 平臺（用于傳感器測試）
LINX平臺與200mm和300mm自動晶圓探針臺兼容，用于測試基于xMR（磁阻）和霍爾效應技術(shù)的磁性傳感器。該系統(tǒng)能夠在靜態(tài)和快速變化的磁場下進行測試，磁場在空間任何方向可控。
LINX-1–磁性傳感器測試儀
LINX-1測試儀專用于磁性傳感器芯片的晶圓級分選。
該產(chǎn)品使用Hprobes的帶有圖形用戶界面的專用一站式軟件，以單通道或多通道配置來生成和校準磁場，包括靜態(tài)或動態(tài)模式下優(yōu)化的磁場生成模式。該系統(tǒng)具有可編程功能，可與用戶的測試平臺集成。
LINX-1采用Hprobe專有的磁場發(fā)生器技術(shù)，與3軸自動化測試頭集成。它可以使用手動或自動加載的探針卡進行操作。
磁場的產(chǎn)生由高性能儀器驅(qū)動，以實現(xiàn)穩(wěn)定的靜態(tài)磁場或高掃描率的可變場。
儀器組包括Keysight、Tektronix和NI等品牌，并使用Hprobe的專有構(gòu)架模塊集成。
關(guān)于傳感器測試
磁性傳感器檢測由磁鐵或電流產(chǎn)生的磁場和地磁場的強度。它們將磁場或磁編碼信息轉(zhuǎn)換成電信號，供電子電路處理。 磁性傳感器正變得越來越流行，因為它們可以用于多種應用場合，如傳感位置、速度或運動方向。磁性傳感器有以下幾種類型：
霍爾效應傳感器
霍爾效應傳感器 由半導體襯底上的條形載流導體構(gòu)成，當置于磁通量中時，通過霍爾效應產(chǎn)生垂直于電流方向的電壓。霍爾效應傳感器被廣泛應用于汽車和工業(yè)領(lǐng)域。
AMR傳感器
各向異性磁阻（AMR）傳感器由條形或帶狀磁性各向異性材料組成，其等效電阻與磁化方向和導電方向的夾角有關(guān)。與其他磁電阻傳感器相比，AMR傳感器具有相對較低的磁電阻（MR）率。它們被用于工業(yè)、商業(yè)和空間技術(shù)，作為位移或角度傳感器以及地磁場傳感器。
GMR傳感器
巨磁阻（GMR）傳感器具有三明治結(jié)構(gòu)，由被界面導電層隔開的磁性薄膜組成。該傳感器有兩種電阻狀態(tài)：當兩個磁性層磁化方向平行時，器件為低阻態(tài)；而當兩個磁性層磁化方向相反 時，器件為高阻態(tài)。GMR傳感器是一種溫度穩(wěn)定性好的精密磁場傳感器。它們已被廣泛應用于硬盤驅(qū)動器（HDD）行業(yè)以及工業(yè)應用中。
TMR傳感器
隧道磁阻（TMR）傳感器由被隧穿勢壘層分離的鐵磁多層膜組成。TMR器件的電阻與兩鐵磁層磁化方向的夾角有關(guān)。與其 它種類 的磁場傳感器相比，TMR傳感器具有更好的信噪比、前所未有的精度、 以及極低的功耗。TMR傳感器在溫度和壽命方面具有可靠穩(wěn)定的性能。因此，TMR傳感器在要求苛刻的應用中是首選。
1）磁性傳感器市場和應用有哪些？
磁性傳感器的應用范圍很廣泛，包括汽車、消費類電子產(chǎn)品、電子醫(yī)療系統(tǒng)、電信、工業(yè)過程控制等。以往它們被用作羅盤來探測地球磁場，現(xiàn)在被用于多種環(huán)境中，用來探測位移、旋轉(zhuǎn)或測量角度。
2）磁性傳感器的未來發(fā)展是什么？
磁性傳感器在很多行業(yè)中有大量應用，包括 新型導航設(shè)備、 人員偵測（樓宇自動化相關(guān)應用）、醫(yī)療領(lǐng)域、汽車行業(yè)、機器人技術(shù)和工廠自動化，這些正引領(lǐng)全球磁性傳感器市場的范式轉(zhuǎn)變。
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全球?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)、消費電子產(chǎn)品、電動汽車和混合動力汽車、以及高質(zhì)量傳感設(shè)備的需求日益增加，正在影響磁性傳感器在幾個終端用戶行業(yè)的應用。
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由于工業(yè)0的影響，工廠自動化采用機器人技術(shù)的情況越來越多，推動了全球市場在各種安全應用領(lǐng)域?qū)Υ判詡鞲衅鞯男枨?。服務業(yè)的發(fā)展以及數(shù)據(jù)中心和云供應商的高速增長，進一步增加了對這些傳感器的需求。
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汽車行業(yè)對磁性傳感器的需求預計將會增加。傳感裝置越來越多地被運用于此行業(yè)，以提高車輛的便利性和燃油效率。此外，政府機構(gòu)的強制性規(guī)定，如在汽車中安裝安全設(shè)備和傳感元件，預計也會為磁性傳感器的發(fā)展創(chuàng)造重要機遇。
3）磁性傳感器市場預測如何？
根據(jù)市場預測，2019年全球磁傳感器市場估價為22.83億美元。預計2020年將達到32.58億美元，2025年將達到120億美元，2020-2025年復合年增長率為51%。
4）Hprobe對磁性傳感器的成功有何貢獻？
作為一家擁有專利技術(shù)的自動測試設(shè)備（ATE）供應商，Hprobe為IC制造商提供了一站式解決方案，將加速磁性傳感器產(chǎn)品的開發(fā)，確保成功升級。
測試時間是生產(chǎn)中的關(guān)鍵性能指標，也是縮短開發(fā)時間的重要附加值。打造專用于傳感器技術(shù)和產(chǎn)品晶圓測試的最佳測試設(shè)備，使其具有最大的靈活性和最短的測試時間，將在開發(fā)階段帶來巨大的價值，并可大大縮短大批量制造（HVM）的上市時間（TTM）。Hprobe的解決方案滿足了對靈活性和性能的需求，從而在從技術(shù)發(fā)布到生產(chǎn)控制和監(jiān)控的漫長道路上為工程師提供支持。
5）Hprobe產(chǎn)品如何運行？
傳感器測量磁場以提取位置、角度、強度和磁場方向的信息。測量得到傳感對象運動或電流方向的數(shù)據(jù)。為了驗證芯片產(chǎn)品的最終應用，測試是在晶圓層面上進行的，在改變晶圓上方磁場的同時進行電探測。
晶圓級測試通過以下步驟完成：
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在空間1D、2D或3D的任何方向施加能夠快速穩(wěn)定的靜態(tài)磁場，并測量傳感器的輸出電響應。
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施加快速掃描場強或角度的可變磁場，以高通量分揀產(chǎn)品，在限制測試成本的同時，實現(xiàn)晶圓上的完全測試覆蓋。
關(guān)于Hprobe
法國Hprobe公司成立于2017年，總部位于具有“法國硅谷”的美譽格勒諾布爾，是SPINTEC（全球領(lǐng)先的自旋電子學研究實驗室之一）的一家衍生公司。
法國Hprobe基于獨有的三維磁場發(fā)生器等專利技術(shù)，致力于為磁性器件和傳感器的晶圓級表征和測試提供系統(tǒng)解決方案。目前產(chǎn)品提供的服務內(nèi)容涵蓋磁技術(shù)開發(fā)所有階段，能針對性的為MRAM（STT、SOT、VCMA）和磁性傳感器（TMR、GMR等）進行表征和測試提供專用設(shè)備和服務。
依托投資方的自身優(yōu)勢，普瑞億科半導體事業(yè)部聚焦國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)工藝發(fā)展，與Hprobe協(xié)力打造國內(nèi)領(lǐng)先的晶圓級表征和測試系統(tǒng)解決方案，致力于為中國半導體行業(yè)客戶提供研究級和生產(chǎn)級的MRAM和磁檢測解決方案和服務支持。
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