[취재] 키슬리 2657A & S530 신제품 출시 기자간담회1

키슬리 인스트루먼트(Keithley Instruments)는 3월 20일, 서울 삼성동 그랜드인터컨티넨탈 호텔에서 기자간담회를 열고, 고전력 반도체 테스트에 최적화된 새로운 고전압 시스템 소스미터 계측기인 2657A와 고속 생상 파라미터 테스트를 위한 S530 파라미터 테스트 시스템의 기능 확장을 소개했다. 키슬리는 이를 통해 반도체 테스트 부분에서 자사 솔루션의 역량을 확대했다.

키슬리가 새롭게 선보인 모델 2657A는 다이오드, FET, IGBT 같은 전력 반도체 디바이스의 테스트는 물론, 질화 갈륨(GaN), 실리콘 카바이드(SiC)를 비롯한 다른 화합물 반도체 소재 및 디바이스 등 최신 소재의 특성 분석과 같은 고전압 애플리케이션에 최적화되어 있다. 고속 과도 현상의 특성 분석과, 최대 3,000V에서 다양한 전자 디바이스에 대해 파괴 및 누설 테스트를 수행하는 데에도 유용하다.

S530 파라미터 테스트 시스템은 최신 버전의 키슬리 테스트 환경 소프트웨어를 통해 지원됨에 따라 펄스 발생, 주파수 측정, 저전압 측정을 위해 새로 통합된 옵션과 함께 48핀 풀 켈빈(Kelvin) 스위칭에 사용하도록 구성할 수 있게 되었다. 키슬리는 이런 향상된 기능을 통해 S530 시스템이 경제적인 단일 고속 테스트 솔루션으로 더 광범위한 생산 파라미터 테스트 애플리케이션을 처리할 수 있게 되었다고 소개했다.

▲ 키슬리 마크 시저 마케팅 디렉터

키슬리의 신제품 2657A와 S530 시스템의 확장에 대한 소개는 키슬리의 마케팅 디렉터인 마크 시저(Mark A. Cejer)가 진행했다. 그는 키슬리의 소스미터 제품군들에 대해, 지금까지 발전해 오면서 이제는 주요 제품군으로 위치하고 있으며 지난 해에는 고전류 소스미터를 선보인 바 있고, 이번에는 고전압 소스미터를 출시하게 되었다고 소개했다. 또한 이 장비는 기존 키슬리의 시스템들과 조합해 바로 현장에서 적용할 수 있다고 덧붙였다.

현재 전력 반도체 디바이스는 전력 디바이스 개발이나 그린 에너지, 차세대 에너지 등에서 더 높은 에너지 효율을 달성하기 위해 많은 관심을 받고 있는 부분이다. 현재 이 시장은 규모와 성장률 모두 큰 모습을 보이고 있는데, 이는 전력 반도체 디바이스가 사용되는, 에너지 효율에 관련된 시장이 그만큼 빠르게 성장하고 있다는 것을 의미한다.

또한 최근에는 SiC, GaN 등을 통해 고효율 디바이스를 만들고자 하고 있다고 소개했다. 이런 화합물 반도체는 여러가지 장점을 가지고 있는데, 더 많은 전력을 다룰 수 있고, 고온 구동이 가능하며, 크기를 줄일 수 있고, 고속 동작 가능, 낮은 누설전류 등의 장점이 있다고 소개되었다. 그리고 이를 이용해 더 높은 효율의 디바이스 구성이 가능하며, 실제 시장에서 많은 요구와 개발이 이루어지고 있다고 덧붙였다.

하지만 이런 전력 반도체 디바이스를 테스트하기 위한 장비에 있어서는, 장비의 기능성 등이 부족한 것이 현실이다. 현재 R&D, 제품 테스트, QA/FA 부분에서 요구하는 테스트 장비의 특징은 다소 다르다. 또한 현재 고객들은 더 정확하고, 더 빠르고, 더 편리하고, 더 작은 크기를 가지고, 다양한 곳에 이용할 수 있는 장비를 요구하고 있다고 설명했다.

▲ 고전압 시스템 소스미터 계측기 2657A

키슬리는 2600 시리즈의 최신 모델인 2657A가 고객들이 요구하는 각종 요구사항들을 충족시켜줄 수 있는 장비라고 소개했다. 이 장비는 이미 보유하고 있던 키슬리의 2600 시리즈 소스미터들과 조합해 더 유연한 환경 구성이 가능하다. 또한 기존 제품들에 비해 고전압, 더 많은 전력 공급과 함께 더 빠른 반응속도, 더 정확한 측정을 지원한다는 점 등이 장점으로 꼽혔다.

2657A의 가장 큰 특징은 내장된 3,000V 180W 소스를 통해 경쟁 시스템 대비 비용 효율적으로 테스트 대상 디바이스에 더 많은 전력을 소싱할 수 있다는 것이다. 또한 1fA의 해상도를 바탕으로 최대 3,000V를 소싱하는 경우에도 pA 미만의 측정을 신속하고 정확하게 측정할 수 있게 한다. 이는 고전압에서 아주 낮은 레벨의 누설 전류까지도 확인할 수 있게 한다고 설명했다.

2657A에서는 두 가지 타입의 ADC를 통해 두 가지 측정 모드를 선택할 수 있다. 디지타이징 측정 모드의 18비트 ADC는 포인트당 1us의 샘플링 속도를 지원하므로 사용자는 전압 및 전류 과도 현상을 동시에 해결할 수 있다. 22비트 ADC를 이용하는 적분식 측정 모드는 측정 정확도 및 해상도를 극대화해야 하는 애플리케이션에 대해 2657Adml 동작을 최적화한다. 이를 통해 차세대 전력 반도체 디바이스에서의 매우 낮은 전류와 높은 전압을 정확하게 측정할 수 있다.

다른 2600A 시리즈와 마찬가지로 2657A는 유연성이 뛰어난 4 쿼드런트 전압 및 전류 소스/부하가 정밀 전압 및 전류미터와 결합되어 있다. 특히 하나의 풀 랙 사이즈에 여러 계측기의 기능이 통합되어 있는데, 여기에는 반도체 특성 분석 계측기, 정밀 파워 서플라이, 트루 전류 소스, 6-1/2 디지트 DMM, 인공 파형 발생기, 전압 또는 전류 펄스 발생기, 전자 부하, 트리거 컨트롤러를 포함한다.

▲ 시스템 레벨에서의 프로텍션 액세서리 모듈도 마련되어 있다.

다채널 시스템이 요구되는 경우를 위해, 2657A는 키슬리의 TSP-Link 기술을 통해 긴밀하게 동기화된 다중 채널 시스템으로 확장이 가능하다. 키슬리는 2657A 등에서 사용되는 TSP-Link에서 채널간 동기화를 위해 500ns 급의 빌트인 트리거 컨트롤을 가지고 있어, 다채널로 확장한 개별 장비들에 대해 정확한 동기화가 가능하다고 소개했다.

테스트 개발 툴 측면에서는 장비에 내장된 ‘TSP 익스프레스’를 통해 기본적인 디바이스 특성 분석을 수행할 수 있다. 이 툴은 LAN을 통해 장비에 접속하고 웹 브라우저를 통해 사용할 수 있다. 이 외에도 테스트 시퀀스를 생성하기 위한 툴로 TSP 스크립트의 생성, 수정, 디버깅, 실행 및 관리를 위한 ‘테스트 스크립트 빌더’, 장비를 LabVIEW 테스트 시퀀스로 통합할 수 있도록 하는 IVI 기반의 LabVIEW 드라이버가 제공된다. 이 외에도 부품 특성 분석을 위한 옵션으로 ACS 베이직 에디션 소프트웨어도 사용할 수 있다.

이 자리에서 함께 소개된 8010 고전력 디바이스 텍스트 픽스쳐는 최대 3,000V 또는 100A에서 패키지된 고전력 디바이스를 테스트하기 위한 연결 기능을 제공하며, 2657A와 1~2개의 고전류모델 2651A, 최대 3개의 저전력 SMU 계측기를 포함하는 디바이스 테스트 시스템을 보다 안전하고 손쉽게 구성할 수 있도록 한다. 또한 후면 패널에 오실로스코프 및 열 프로브 포트를 통해 추가적인 DUT 특성 분석을 위한 시스템 통합을 지원한다.

또한 디바이스에 결함이 발생하는 경우 계측기의 손상을 막기 위한 보호 모듈이 준비되어 있다. 2657A-PM-200은 높은 전압으로부터 2600A 계측기 시리즈를 보호한다. 또한 다채널 측정에서 공용 그라운드 확보를 위한 2657A-LIM-3 로우 인터커넥트 모듈을 통해 동일준위 측정에서의 안정성을 확보하고 있다. 키슬리는 이들 개별 보호, 인터커넥트 모듈이 프로덕션 애플리케이션 레벨에서 다수의 장비를 안전하게 활용할 수 있도록 한다고 설명했다.

▲ S530 시스템의 기능도 확장되었다.

S530 파라미터 테스트 시스템의 기능도 고객들의 요구에 맞추어 확장되었다. 이 시스템의 가장 돋보이는 향상된 기능으로는 48핀 풀 켈빈 스위칭 구성을 지원해, 이전에 비해 사용할 수 있는 풀 켈빈 핀 수가 두 배로 늘어났다는 점이다. S530은 시스템의 최대 핀 수를 두 배로 늘리는 동시에, 풀 켈빈 스위칭 및 케이블링과 관련된 신호 무결성을 유지해 정밀한 고속 측정 기능과 향상된 시스템 구성 유연성을 결합하고 있다.

파라미터 테스트 시스템의 주파수 측정 기능 또한 갈수록 중요해지고 있으며, 공정 제어 모니터링 테스트 구조에 링 오실레이터를 통합하는 반도체 팹의 수도 늘어나고 있다. 이를 반영해 S530에는 새로운 고속 고해상도 오실레이터 옵션을 통해 넓은 주파수 측정 범위에서 링 오실레이터를 측정할 수 있게 했다고 소개했다. 이 옵션은 초당 최대 400메가샘플의 속도를 바탕으로 약 10kHz~20MHz의 측정 결과를 제공한다.

플래시 같은 임베디드 메모리가 디자인에 통합되는 IC가 늘어감에 따라 공정 제어 모니터링 루틴에 메모리 구조 및 측정 기능도 필요해지고 있다. 이를 테스트하려면 사용자 정의 전압 펄스를 소싱하여 메모리 셀의 프로그래밍과 소거가 필요하다. 이를 위해 S530은 현재 커패시턴스-전압 계측기 카드를 호스팅하는 것과 동일한 서브시스템 섀시를 이용하고 최대 6개 채널의 펄스 발생 기능을 구성에 통합했다고 소개했다.

반데포(Van der Pauw)및 금속 구조를 테스트하려면 저전압 측정, 높은 측정 해상도, 뛰어난 반복 가능성을 두루 갖춰야 한다. 이를 위해 S530 시스템은 저전압 측정에 최적화된 7-1/2 디지트 저잡음 디지털 멀티미터를 옵션으로 제공한다고 소개했다. 또한 최저 100mV 범위에서 10nV의 해상도와 1V 범위에서 100nV 해상도를 제공함은 물론, 7ppm의 DC 전압 반복 가능성을 갖추고 있다.