AI向け高性能コンピューティング（HPC）、オングストローム規模のシリコンプロセスノード、シリコンフォトニクス、自動車用xEV向けワイドバンドギャップパワートランジスタの応用など、半導体技術の革新に伴い、自動試験装置（ATE）もかつてないスピードで進化することが求められています。 チップの複雑化が進むにつれ、設計、製造、およびテストにおける課題は増大しています。これは複雑な状況であり、今日のますます高度化するチップが品質、信頼性、および性能の最高基準を満たすことを保証する上で極めて重要な役割を担うATEセクターに、多大な影響を及ぼしています。
こうした点を踏まえ、テラダイン社のジョージ・ウルタルテ博士が、ATE業界の未来を形作るトレンドや、こうした課題に対応するためにテスト手法の革新がいかに適応しているかについて語る内容をご覧ください。
半導体の新時代：あらゆる分野の需要に応える
半導体業界の売上高は、データセンターにおけるAI、HPC、シリコンフォトニクスといった需要の高い分野、スマートフォン、ノートPC、IoTデバイスにおけるエッジAIアプリケーション、そして車両の電動化（xEV）の進展に牽引され、2030年までに1兆ドルに達すると予想されています。ATEプロバイダーはこれらの動向を先取りし、テストの精度、速度、品質、コストを損なうことなく、ますます高度化する要件に対応できるテストソリューションを積極的に開発する必要があります。図1 に示すように、 この前例のない成長により、 2028年までにATEの売上高は80億ドルを超えると予想されており、その 主な牽引役となるのは、 コンピューティング、自動車、モバイルの各市場セグメントです。
図1：ATE TAMの推移と予測、およびATEの成長要因。出典：テラダイン
ハイパフォーマンス・コンピューティングやエッジ・コンピューティングに必要な性能向上を実現するため、業界ではアンストロン規模に至るまで、より微細なプロセスノードに基づくチップの開発が続けられています。チップが小型化・高性能化・高効率化されるにつれ、その複雑さも増しており、潜在的な欠陥を特定するためには、高度に専門化された精密なテストが必要となります。 こうした微細化の課題に対応するため、テラダインのソリューションには、超高密度ノードにおいて徹底的かつ厳格なウェーハレベルテストと欠陥検出を保証するテストアーキテクチャが組み込まれています。これらのテストシステム、例えば UltraFLEXplusのようなテストシステムは、最小かつ最も複雑なチップ設計の品質と信頼性を保証します。
高性能チップがますます高まる性能目標を達成するためのもう一つの方法は、2.5D/3Dスタッキングやチプレットといった新しいパッケージング技術を、ヘテロジニアス統合パッケージに採用することです。これにより、CPU、GPU、メモリといった高密度に配置されたコンポーネント間のシームレスな動作を保証するために必要な、一連の追加的なテスト要件と機能が求められます。 テラダインは、KGD（Known Good Die）およびKGI（Known Good Interposer）プロセスをサポートし、各チプレットの機能を評価することで欠陥を未然に防ぎます。これらのATEシステムテスト機能により、複雑な先進的なヘテロジニアス統合パッケージにおいて、ダイ間の相互接続性と信頼性が確保されます。
高度なデジタルチップやヘテロジニアス統合の複雑さに対応するため、さまざまなテスト戦略が採用されています。FlexTest（図2参照）では、「シフト・レフト」および「シフト・ライト」のテスト戦略により、製造フロー全体でテストカバレッジのバランスが確保されます。開発プロセスの早い段階でテストを行うことで、欠陥を早期に特定・解決し、総コストを削減します。 一方、テストカバレッジを右にシフトさせることで、「ミッションモード」テストを製造後を含む後工程まで拡張し、潜在的な欠陥が消費者に届く前に確実に検出されるようにします。これらの戦略が相まって、歩留まり、コスト、品質の最適化を実現します。
図2：FlexTestは、製造フローにおけるテスト工程の配置全体で品質コストを最適化します
さらに、チップパッケージング技術の進歩がデータ処理の需要に追いつく一方で、次世代のデータニーズには新たな材料が必要となる可能性があります。具体的には、シリコンフォトニクスが、高速かつエネルギー効率の高いデータ転送を可能にすることで、データセンターに変革をもたらすでしょう。こうした新技術に対応するため、テラダインのテストシステムは、フォトニクスとエレクトロニクスの統合に伴う独自の要件を満たしています。 コパッケージド・オプティクス（CPO）のテストは、テラダインの自動テスト装置（ATE）がデータの完全性と転送速度を支え、これらのコンポーネントが膨大なデータフローを効率的に処理できるようにする重要な分野です。（「シリコンフォトニクスがもたらす新たなテスト課題」および「テラダイン、シリコンフォトニクス向け両面ウェーハ・プローブ・テスト用生産システムを発表」を参照）
エッジコンピューティングは、医療、スマートホーム、農業などの業界におけるリアルタイムアプリケーション向けに、データをローカルで処理できる低消費電力かつ高効率な半導体を必要としており、新たな技術の波を牽引しています。エッジコンピューティング向けに、テラダインのATEテストソリューション、例えば UltraFLEXplusのようなATEテストソリューションは、精度とテストスループットの向上による歩留まりの最適化に重点を置き、これらの低消費電力半導体デバイスが多様な環境下で確実に動作することを保証します。リアルタイムのテストデータ処理能力とエッジ処理効率を評価するために最適化されたATEシステムを活用することで、同社はスマートフォン、ノートパソコン、IoTデバイスにおける次世代のエッジAIイノベーションを実現しています。
電気自動車（EV）、自動運転（AD）、先進運転支援システム（ADAS）が自動車技術を変革している中、同様の課題は自動車分野にも及んでいます。信頼性とドライバーの安全を確保するためには、ますます複雑化する半導体システムが必要とされています。こうした自動車向けアプリケーション向けに、テラダインは次のような大量生産向けのATEソリューションを開発しました。 ETS-88や、 UltraFLEXplus など、76～81 GHz帯のレーダー試験におけるAD/ADASテスト向けのソリューションなど、大量生産向けのATEソリューションを開発しました。
変化し続ける半導体業界におけるテストの未来
こうした新たな技術の登場と、それらがテストシステムに課す要求の高まりに伴い、現在ではデータがテストプロセスを牽引する時代となっています。テストデータの価値を最大限に活用するため、テラダインは「Archimedes」アナリティクス・ソリューションを通じて、主要なアナリティクス・プロバイダーとの連携を提供し、生産の最適化、歩留まりの向上、およびコスト削減を実現します。このリアルタイムのATEデータから得られる知見を活用することで、メーカーはデータ分析、人工知能、機械学習技術を用いてプロセスの効率を向上させ、予測に基づいた調整を行うことが可能になります。
半導体業界の状況は明らかに複雑かつ変化し続けており、その設計や製造手法はますます高度化しています。半導体テストが高度化するにつれ、ATE（自動テスト装置）の主要企業が、ツール、プロセス、規格がシームレスに連携するエコシステムの構築を推進することが極めて重要です。技術革新が急速に進む中、ATE企業には、データ伝送、自動車の安全性、AI処理における新たな規格に合わせて進化できる、適応性の高いテストプラットフォームが求められています。こうした適応性こそが、世界中の半導体メーカーに長期的な価値を提供することを可能にするのです。
例えば、テラダインがSEMIの「Smart Data & AI Initiative」などの取り組みに参加していることは、製造の各段階におけるデータ共有への同社の取り組みを反映しており、オープンで相互運用可能な標準を通じて歩留まりと品質の向上を図っています。同社は業界の連携を積極的に支援することで、統一された強靭な半導体エコシステムの構築に向けた道筋を築いています。
業界の将来をさらに確かなものにするため、テラダインは教育機関と積極的に連携し、次世代のエンジニアの育成に取り組んでいます。スキル開発への投資や最先端のテスト技術へのアクセスを提供することで、同社は業界が抱える熟練人材への長期的なニーズを支えています。
要約すると、次世代の半導体技術は、ATE（自動試験装置）にとって課題であると同時に機会ももたらしています。データセンター、エッジコンピューティング、自動車用途などにおける技術革新に伴い、テスト要件は日々高度化しており、ATEソリューションが進化し続けるニーズに応え続けるためには、柔軟かつ適応性の高いアプローチが求められています。テラダインはこの取り組みの最前線に立ち、未来のテストエコシステムの基盤を構築するとともに、効率性、品質、持続可能性のバランスを兼ね備えたソリューションを通じて、業界の成長を支援することに尽力しています。
ジョージ・S・ハルタルテ博士は現在、テラダインの半導体テスト部門において、SoC製品戦略担当シニアディレクターを務めています。ジョージはこれまで、テラダイン、ラム・リサーチ、ライトポイント、トランスイッチ、ロックウェル・セミコンダクターズにおいて、技術、管理、経営の各分野で様々な役職を歴任してきました。また、SEMI北米支部の諮問委員会メンバーであり、IEEEヘテロジニアス・インテグレーション・ロードマップ（HIR）テスト・チャプターの共同議長も務めています。 ジョージは電気工学の博士号に加え、経営学、コンピュータサイエンス、電気通信の修士号を取得している。カリフォルニア大学サンタクルーズ校およびフェニックス大学の客員教授を務めており、著書『Understanding Fabless IC Technology』の共著者でもある。