探針臺(tái)（Probe Station）

探針臺(tái)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，其廣泛應(yīng)用于復(fù)雜、高速器件的精密電氣測(cè)量，旨在確保質(zhì)量及可靠性，并縮減研發(fā)時(shí)間和器件制造工藝的成本。通過與測(cè)試儀器的配合，探針臺(tái)將參數(shù)特性不符合要求的芯片記錄下來(lái)，在進(jìn)入后序工序前予以剔除，大大降低器件的制造成本。探針臺(tái)主要用于晶圓制造環(huán)節(jié)的晶圓檢測(cè)、芯片研發(fā)和故障分析等應(yīng)用。

半導(dǎo)體測(cè)試可以按生產(chǎn)流程可以分為三類：驗(yàn)證測(cè)試、晶圓測(cè)試測(cè)試、封裝檢測(cè)。晶圓檢測(cè)環(huán)節(jié)需要使用測(cè)試儀和探針臺(tái)，測(cè)試儀/機(jī)用于檢測(cè)芯片功能和性能，探針臺(tái)實(shí)現(xiàn)被測(cè)芯片與測(cè)試機(jī)的連接，通過探針臺(tái)和測(cè)試機(jī)的配合使用對(duì)晶圓上的裸芯片進(jìn)行功能和電參數(shù)測(cè)試或射頻測(cè)試，可以對(duì)芯片的良品、不良品的進(jìn)行篩選。

探針臺(tái)的作用是什么？

探針臺(tái)可以將電探針、光學(xué)探針或射頻探針放置在硅晶片上，從而可以與測(cè)試儀器/半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)配合來(lái)測(cè)試芯片/半導(dǎo)體器件。這些測(cè)試可以很簡(jiǎn)單，例如連續(xù)性或隔離檢查，也可以很復(fù)雜，包括微電路的完整功能測(cè)試。可以在將晶圓鋸成單個(gè)管芯之前或之后進(jìn)行測(cè)試。在晶圓級(jí)別的測(cè)試允許制造商在生產(chǎn)過程中多次測(cè)試芯片器件，這可以提供有關(guān)哪些工藝步驟將缺陷引入最終產(chǎn)品的信息。它還使制造商能夠在封裝之前測(cè)試管芯，這在封裝成本相對(duì)于器件成本高的應(yīng)用中很重要。探針臺(tái)還可以用于研發(fā)、產(chǎn)品開發(fā)和故障分析應(yīng)用。

探針臺(tái)如何工作？

探針臺(tái)可以固定晶圓或芯片，并精確定位待測(cè)物。手動(dòng)探針臺(tái)的使用者將探針臂和探針安裝到操縱器中，并使用顯微鏡將探針尖端放置到待測(cè)物上的正確位置。一旦所有探針尖端都被設(shè)置在正確的位置，就可以對(duì)待測(cè)物進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于帶有多個(gè)芯片的晶圓，使用者可以抬起壓盤，壓盤將探針頭與芯片分開，然后將工作臺(tái)移到下一個(gè)芯片上，使用顯微鏡找到精確的位置，壓板降低后下一個(gè)芯片可以進(jìn)行測(cè)試。半自動(dòng)和全自動(dòng)探針臺(tái)系統(tǒng)使用機(jī)械化工作臺(tái)和機(jī)器視覺來(lái)自動(dòng)化這個(gè)移動(dòng)過程，提高了探針臺(tái)生產(chǎn)率。

探針臺(tái)的分類

探針臺(tái)可以按照使用類型與功能來(lái)劃分，也可以按照操作方式來(lái)劃分成：手動(dòng)探針臺(tái)、半自動(dòng)探針臺(tái)、全自動(dòng)探針臺(tái)。

手動(dòng)探針臺(tái)系統(tǒng)顧名思義是手動(dòng)控制的，這意味著晶圓載物臺(tái)和卡盤、壓盤、顯微鏡以及定位器/操縱器都是由使用者手動(dòng)移動(dòng)的。因此一般是在沒有很多待測(cè)器件需要測(cè)量或數(shù)據(jù)需要收集的情況下使用手動(dòng)探針臺(tái)。該類探針臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)之一是只需要最少的培訓(xùn)，易于配置環(huán)境和轉(zhuǎn)換測(cè)試環(huán)境，并且不需要涉及額外培訓(xùn)和設(shè)置時(shí)間的電子設(shè)備、PC或軟件。

手動(dòng)探針臺(tái)

半自動(dòng)探針臺(tái)主要應(yīng)用于需要精確運(yùn)動(dòng)、可重復(fù)接觸和采集大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。一些公司也使用半自動(dòng)探針系統(tǒng)來(lái)滿足其小批量生產(chǎn)要求。半自動(dòng)探針系統(tǒng)的組成部件大部分與手動(dòng)探針臺(tái)相似，但載物臺(tái)和控制裝置除外。晶圓載物臺(tái)通常是可編程的，并通過軟件與電子控制器來(lái)控制移動(dòng)與方位。軟件為探針臺(tái)系統(tǒng)增加了很多功能，使用者可以通過軟件或機(jī)械操縱桿以各種速度向任何方向移動(dòng)載物臺(tái)，程序可以設(shè)置映射以匹配器件，可以選擇要檢測(cè)的器件。

半自動(dòng)探針臺(tái)

全自動(dòng)探針臺(tái)相比上述兩種添加了晶圓材料處理搬運(yùn)單元（MHU）和模式識(shí)別（自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)）。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?？梢?4小時(shí)連續(xù)工作，通常用于芯片量產(chǎn)或有一些特殊要求如處理薄晶圓、封裝基板等。全自動(dòng)探針臺(tái)價(jià)格也是遠(yuǎn)比手動(dòng)/半自動(dòng)探針臺(tái)要昂貴。

探針臺(tái)由哪些部分組成？

樣品臺(tái)（載物臺(tái)）：是定位晶圓或芯片的部件設(shè)備。通常會(huì)根據(jù)晶圓的尺寸來(lái)設(shè)計(jì)大小，并配套了相應(yīng)的精密移動(dòng)定位功能。

光學(xué)元件：這個(gè)部件的作用使得用戶能夠從視覺上放大觀察待測(cè)物，以便精確地將探針尖端對(duì)準(zhǔn)并放置在待測(cè)晶圓/芯片的測(cè)量點(diǎn)上。有的采用立體變焦顯微鏡，有的采用數(shù)碼相機(jī)，或者兩者兼有。

光學(xué)元件

卡盤：有一個(gè)非常平坦的金屬表面，卡盤用夾具來(lái)固定待測(cè)物，或使用真空來(lái)吸附晶圓。

探針（探針卡）：待測(cè)芯片需要測(cè)試探針的連接，才能與測(cè)試儀器建立連接。常見的有普通 DC 測(cè)試探針、同軸DC測(cè)試探針、有源探針和微波探針等。探針頭插入單個(gè)探針臂并安裝在操縱器上。探針尖端尺寸和材料取決于被探測(cè)特征的尺寸和所需的測(cè)量類型。探針尖直接接觸被測(cè)件，探針臂應(yīng)與探針尖匹配。

探針（探針卡）

探針夾具及電纜組件：探針夾具用于夾持探針、并將探針連接至測(cè)量?jī)x器。電纜組件用于轉(zhuǎn)接、延展探針夾具上的電纜組件。

操縱器（定位器）：探針臺(tái)使用操縱器將探針放置在被測(cè)物上，它可以很容易地定位探針并快速固定它們。通常使用磁鐵或真空把它們固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｒ坏┕潭?，操縱器可以在X、Y和Z方向上精確定位探針尖端，并且在某些情況下提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

操縱器（定位器）