長(zhǎng)春光機(jī)所研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)商用12英寸全自動(dòng)晶圓探針臺(tái)

  ICC訊 2020年6月22日，中科院長(zhǎng)春光機(jī)所旗下長(zhǎng)春光華微電子設(shè)備工程中心有限公司(光華微電子)宣布研制成功國(guó)內(nèi)首臺(tái)商用12英寸全自動(dòng)晶圓探針臺(tái)。

  光華微電子公司是中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所機(jī)電工程研究部于2002年轉(zhuǎn)制而成立的一家高科技股份有限公司，近20年來專注于被動(dòng)電子元件和微電子設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)，其主要產(chǎn)品分布在晶片電阻生產(chǎn)設(shè)備、半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備、激光精細(xì)加工設(shè)備、精密機(jī)械產(chǎn)品等4個(gè)領(lǐng)域。光華微電子的產(chǎn)品技術(shù)與品質(zhì)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，產(chǎn)品出口日本、韓國(guó)、泰國(guó)、菲律賓、馬來西亞等國(guó)家，以及中國(guó)臺(tái)灣、香港等地區(qū)，在國(guó)內(nèi)有大量中資、臺(tái)資、港資、美資和韓資企業(yè)用戶，其中晶片電阻生產(chǎn)設(shè)備市場(chǎng)占有率達(dá)70%以上。

  本次研發(fā)成功的晶圓探針臺(tái)產(chǎn)品，是半導(dǎo)體(包括集成電路、分立器件、光電器件、傳感器)行業(yè)重要的檢測(cè)裝備之一，用于晶圓加工之后、封裝工藝之前的晶圓測(cè)試環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)晶圓的輸送與定位，使晶圓上的晶粒依次與探針接觸并逐個(gè)測(cè)試。經(jīng)過檢測(cè)，探針臺(tái)將參數(shù)特性不符合要求的芯片記錄下來，在進(jìn)入后序工序前予以剔除，從而大幅度降低器件的制造成本。

  該設(shè)備包括晶圓輸送和晶圓針測(cè)兩部分。晶圓輸送部分主要由晶圓料盒和機(jī)械手臂構(gòu)成，晶圓針測(cè)部分主要由晶圓承載臺(tái)、探卡承載臺(tái)和晶圓影像系統(tǒng)、探針影像系統(tǒng)構(gòu)成。晶圓通過機(jī)械手臂從晶圓料盒載入到晶圓針測(cè)承載臺(tái)上，通過移動(dòng)各軸，先將晶圓通過晶圓影像系統(tǒng)調(diào)準(zhǔn)定位， 再通過探針影像系統(tǒng)與探針卡上的探針做調(diào)準(zhǔn)定位。然后，通過精準(zhǔn)的移動(dòng)晶圓承載臺(tái)，以確保探針卡上的針能夠精準(zhǔn)地與每顆晶粒上的焊墊作接觸。晶圓測(cè)試的目的是把好的和壞的晶粒分別挑出來，并進(jìn)行標(biāo)記形成晶圓的Map圖，此后只對(duì)性能良好的晶粒進(jìn)行封裝，以節(jié)省后續(xù)的封裝成本。

  晶圓針測(cè)過程技術(shù)挑戰(zhàn)極大，通常情況下探針數(shù)量在幾千到幾十萬只，要求每只探針要對(duì)應(yīng)一個(gè)微米量級(jí)的Pad盤(典型情況約為頭發(fā)絲截面積1/4，上圖Pad盤中的小圓孔為針痕)，而整個(gè)過程要在0.3秒內(nèi)完成，然后再運(yùn)轉(zhuǎn)至下一個(gè)位置。

  由于探針臺(tái)技術(shù)門檻較高，目前市場(chǎng)處于雙強(qiáng)壟斷態(tài)勢(shì)，東京電子(TEL)和東京精密(TSK)兩家日本公司占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)份額。近年來韓國(guó)的SEMICS(OPPUS)的探針臺(tái)產(chǎn)品已經(jīng)有一定的銷售量，也逐漸在增長(zhǎng)。我國(guó)有關(guān)單位在探針臺(tái)研制方面已有多年技術(shù)積累，產(chǎn)品以8英寸為主，主要面向LED等產(chǎn)業(yè)。光華微電子于2015年正式立項(xiàng)開展12英寸全自動(dòng)探針臺(tái)產(chǎn)品研發(fā)，先后突破了全自動(dòng)上料機(jī)械手的設(shè)計(jì)、大行程微米級(jí)XY移動(dòng)平臺(tái)精密定位控制技術(shù)、高剛度高穩(wěn)定性探針接觸Z向移動(dòng)平臺(tái)精密控制技術(shù)、基于圖像識(shí)別的晶圓和探針精密測(cè)量和對(duì)準(zhǔn)技術(shù)、大數(shù)據(jù)量的信息處理和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、高平面度和高熱穩(wěn)定性的晶圓承載盤技術(shù)等六項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，于2019年起先后在功率半導(dǎo)體器件、光電探測(cè)器、邏輯半導(dǎo)體器件的骨干企業(yè)進(jìn)行了樣機(jī)測(cè)試，其安全性和可靠性得到充分驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果表明產(chǎn)品已經(jīng)能夠滿足產(chǎn)線生產(chǎn)要求，已經(jīng)具備替代國(guó)外進(jìn)口設(shè)備用于晶圓探針檢測(cè)能力。2020年長(zhǎng)春光華公司推出的第一代產(chǎn)品機(jī)APT121A型探針臺(tái)將在上海Semicon展會(huì)正式展出，全面推向市場(chǎng)，滿足國(guó)內(nèi)晶圓測(cè)試廠的需求。

  光華微電子研制的APT121A型探針臺(tái)，作為國(guó)內(nèi)第一款商業(yè)化的12英寸全自動(dòng)晶圓測(cè)試探針臺(tái)，其性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到或者接近國(guó)際水平。國(guó)產(chǎn)APT121A型探針臺(tái)能夠降低晶圓測(cè)試廠的采購(gòu)及維護(hù)成本，提供售后快速響應(yīng)服務(wù)，隨著市場(chǎng)推廣和設(shè)備性能的不斷改進(jìn)和提升，必將對(duì)我國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用。

  12寸全自動(dòng)晶圓探針臺(tái)在Fab測(cè)試