長春光機所研制出國內(nèi)首臺商用12英寸全自動晶圓探針臺

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

  光華微電子公司是中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所機電工程研究部于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、精密機械產(chǎn)品等4個領(lǐng)域。光華微電子的產(chǎn)品技術(shù)與品質(zhì)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，產(chǎn)品出口日本、韓國、泰國、菲律賓、馬來西亞等國家，以及中國臺灣、香港等地區(qū)，在國內(nèi)有大量中資、臺資、港資、美資和韓資企業(yè)用戶，其中晶片電阻生產(chǎn)設(shè)備市場占有率達(dá)70%以上。

  本次研發(fā)成功的晶圓探針臺產(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)重要的檢測裝備之一，用于晶圓加工之后、封裝工藝之前的晶圓測試環(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測試。經(jīng)過檢測，探針臺將參數(shù)特性不符合要求的芯片記錄下來，在進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兩部分。晶圓輸送部分主要由晶圓料盒和機械手臂構(gòu)成，晶圓針測部分主要由晶圓承載臺、探卡承載臺和晶圓影像系統(tǒng)、探針影像系統(tǒng)構(gòu)成。晶圓通過機械手臂從晶圓料盒載入到晶圓針測承載臺上，通過移動各軸，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)的移動晶圓承載臺，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。晶圓測試的目的是把好的和壞的晶粒分別挑出來，并進行標(biāo)記形成晶圓的Map圖，此后只對性能良好的晶粒進行封裝，以節(jié)省后續(xù)的封裝成本。

  晶圓針測過程技術(shù)挑戰(zhàn)極大，通常情況下探針數(shù)量在幾千到幾十萬只，要求每只探針要對應(yīng)一個微米量級的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)，而整個過程要在0.3秒內(nèi)完成，然后再運轉(zhuǎn)至下一個位置。

  由于探針臺技術(shù)門檻較高，目前市場處于雙強壟斷態(tài)勢，東京電子(TEL)和東京精密(TSK)兩家日本公司占據(jù)了絕大部分市場份額。近年來韓國的SEMICS(OPPUS)的探針臺產(chǎn)品已經(jīng)有一定的銷售量，也逐漸在增長。我國有關(guān)單位在探針臺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年正式立項開展12英寸全自動探針臺產(chǎn)品研發(fā)，先后突破了全自動上料機械手的設(shè)計、大行程微米級XY移動平臺精密定位控制技術(shù)、高剛度高穩(wěn)定性探針接觸Z向移動平臺精密控制技術(shù)、基于圖像識別的晶圓和探針精密測量和對準(zhǔn)技術(shù)、大數(shù)據(jù)量的信息處理和計算機控制技術(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、光電探測器、邏輯半導(dǎo)體器件的骨干企業(yè)進行了樣機測試，其安全性和可靠性得到充分驗證，測試結(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)具備替代國外進口設(shè)備用于晶圓探針檢測能力。2020年長春光華公司推出的第一代產(chǎn)品機APT121A型探針臺將在上海Semicon展會正式展出，全面推向市場，滿足國內(nèi)晶圓測試廠的需求。

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

  12寸全自動晶圓探針臺在Fab測試