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攻关6项关键技术 我国研发首台商用12英寸全自动晶圆探针台
来源:仪器网        2020-06-24 09:28:23        阅读:130
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       半导体器件生产中,从半导体单晶片到制成最终成品,须经历数十甚至上百道工序。为了确保产品性能合格、稳定可靠,并有高的成品率,根据各种产品的生产情况,对所有工艺步骤都要有严格的具体要求。因而,在生产过程中必须建立相应的系统和精 确的监控措施,首先要从半导体工艺检测着手。

       晶圆是制作硅半导体积体电路所用的硅晶片,其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种,然后慢慢拉出,形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨,抛光,切片后,形成硅晶圆片,也就是晶圆。半导体工业对于晶圆表面缺陷检测的要求,一般是要求高效准确,能够捕捉有效缺陷,实现实时检测。较为普遍的表面检测技术主要可以分为两大类:针接触法和非接触法,接触法以针触法为代表;非接触法又可以分为原子力法和光学法。在具体使用时,又可以分为成像的和非成像的。

       近日,光华微电子宣布研制成功国内第 一台台商用12英寸全自动晶圆探针台。该设备包括晶圆输送和晶圆针测两部分。晶圆输送部分主要由晶圆料盒和机械手臂构成,晶圆针测部分主要由晶圆承载台、探卡承载台和晶圆影像系统、探针影像系统构成。 2015年正式立项后,研究团队突破了六项关键技术:全自动上料机械手的设计、大行程微米级XY移动平台精密定位控制技术、高刚度高稳定性探针接触Z向移动平台精密控制技术、基于图像识别的晶圆和探针精密测量和对准技术、大数据量的信息处理和计算机控制技术、高平面度和高热稳定性的晶圆承载盘技术。

图1.jpg

       探针台可吸附多种规格芯片,并提供多个可调测试针以及探针座,配合测量仪器可完成集成电路的电压、电流、电阻以及电容电压特性曲线等参数检测。适用于对芯片进行科研分析,抽查测试等用途。探针台是一种辅助执行机构,测试人员把需要量测的器件放到探针台载物台(chuck)上,在显微镜配合下,X-Y移动器件,找到需要探测的位置。接下来测试人员通过旋转探针座上的X-Y-Z的三向旋钮,控制前部探针(射频或直流探针),精 准扎到被测点,从而使其讯号线与外部测试机导通,通过测试机测试人员可以得到所需要的电性能参数。

       主要应用于半导体行业、光电行业、集成电路以及封装的测试。探针台从操作上来区分有:手动,半自动,全自动从功能上来区分有:温控探针台,真空探针台(超低温探针台),RF探针台,LCD平板探针台,霍尔效应探针台,表面电阻率探针台。 广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量的研发,旨在确保质量及可靠性,并缩减研发时间和器件制造工艺的成本。

       自动探针台

       自动探针测试台在功能及组成上大同小异,即主要由x-y向工作台,可编程承片台、探卡/探卡支架、打点器、探边器、操作手柄等组成,并配有与测试仪(TESTER)相连的通讯接口。但如果按其x-y工作台结构的不同可为两大类,即:以美国EG公司为代表的平面电机型x-y工作台(又叫磁性气浮工作台)自动探针测试台和以日本及欧洲国家生产的采用精密滚珠丝杠副和直线导轨结构的x-y工作台型自动探针测试台。由于x-y工作台的结构差别很大,所以其使用维护保养不可一概而论,应区别对待。

       平面电机x-y步进工作台

       平面电机由定子和动子组成,它和传统的步进电机相比其特殊性就是将定子展开,定子是基础平台, 动子和定子间有一层气垫,动子浮于气垫上,而可编程承片台则安装在动子之上。这种结构的x-y工作台,由于动子和定子间无相对摩擦故无磨损,使用寿命长。

       而定子在加工过程中生产厂家根据不同的设计要求如分辨力等,用机加工的方法在一平面的铁制铸件上加工出若干个线槽,线槽间的距离即称为平面电机的齿距,而定子则按不同的细分控制方式,按编制好的运行程序借助于平面定子和动子之间的气垫才能实现步进运动。

       滚珠丝杠副和导轨结构x-y工作台

       相对于平面电机工作台,丝杠导轨结构的工作台结构组成较复杂,工作台由上层(x向)及下层(y向)两部分组成。工作台由两个步进电机分别驱动x、y向精密滚珠丝杠副带动工作台运动,导向部分采用精密直线滚动导轨。由于运动部分全部采用滚动功能部件,所以具有传动效率高、摩擦力矩小,使用寿命长等特点。这种结构的工作台应放置在温度23±3 ℃,湿度≤70%,无有害气体的环境中,滚珠丝杠、直线导轨应定期加精密仪表油,但不可过多,值得指出的是,这种结构的工作台在装配过程中,从直线导轨的直线性,上下层工作台之间的垂直度以及工作台的重复性。

       手动探针台

       广泛应用于,科研单位研发测试、院校教学操作、企业实验室芯片失效分析等领域。一般使用于研发测试阶段 ,批量不是很大的情况,大批量的重复测试推荐使用探卡。

       主要功能:搭配外接测试测半导体参数测试仪、示波器、网分等测试源表,量测半导体器件IV CV脉冲/动态IV等参数。

       用途:以往如果需要测试电子元器件或系统的基本电性能(如电流、电压、阻抗等)或工作状态,测试人员一般会采用表笔去点测。随着电子技术的不断发展,对于精密微小(纳米级)的微电子器件,表笔点到被测位置就显得无能为力了。于是一种高精度探针座应运而生,利用高精度微探针将被测原件的内部讯号引导出来,便于其电性测试设备(不属于本机器)对此测试、分析。

       探针台执行机构由探针座和探针杆两部分组成.在探针座有X-Y-Z三向调节旋钮,控制固定在针座上的探针杆做三向移动,移动范围12mm,移动精度可以达到0.7微米。这样可以把探针很好的点到待测点上(说明探针是耗材,一般客户自己准备),探针探测到的信号可以通过探针杆上的电缆传输到与其连接的测试机上,从而得到电性能的参数。对于重复测试同种器件,多个点位的推荐使用探针台安装探卡进行测试。

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