長春光機所研制出國內首臺商用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備工程中心有限公司(光華微電子)宣布研制成功國內首臺商用12英寸全自動晶圓探針臺。

  光華微電子公司是中國科學院長春光學精密機械與物理研究所機電工程研究部于2002年轉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備的研發(fā)、生產，其主要產品分布在晶片電阻生產設備、半導體生產設備、激光精細加工設備、精密機械產品等4個領域。光華微電子的產品技術與品質處于國內領先水平，產品出口日本、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，其中晶片電阻生產設備市場占有率達70%以上。

  本次研發(fā)成功的晶圓探針臺產品，是半導體(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)，負責晶圓的輸送與定位，使晶圓上的晶粒依次與探針接觸并逐個測試。經過檢測，探針臺將參數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)調準定位， 再通過探針影像系統(tǒng)與探針卡上的探針做調準定位。然后，通過精準的移動晶圓承載臺，以確保探針卡上的針能夠精準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。

  晶圓針測過程技術挑戰(zhàn)極大，通常情況下探針數量在幾千到幾十萬只，要求每只探針要對應一個微米量級的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秒內完成，然后再運轉至下一個位置。

  由于探針臺技術門檻較高，目前市場處于雙強壟斷態(tài)勢，東京電子(TEL)和東京精密(TSK)兩家日本公司占據了絕大部分市場份額。近年來韓國的SEMICS(OPPUS)的探針臺產品已經有一定的銷售量，也逐漸在增長。我國有關單位在探針臺研制方面已有多年技術積累，產品以8英寸為主，主要面向LED等產業(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品研發(fā)，先后突破了全自動上料機械手的設計、大行程微米級XY移動平臺精密定位控制技術、高剛度高穩(wěn)定性探針接觸Z向移動平臺精密控制技術、基于圖像識別的晶圓和探針精密測量和對準技術、大數據量的信息處理和計算機控制技術、高平面度和高熱穩(wěn)定性的晶圓承載盤技術等六項關鍵技術，于2019年起先后在功率半導體器件、光電探測器、邏輯半導體器件的骨干企業(yè)進行了樣機測試，其安全性和可靠性得到充分驗證，測試結果表明產品已經能夠滿足產線生產要求，已經具備替代國外進口設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，其性能指標已經達到或者接近國際水平。國產APT121A型探針臺能夠降低晶圓測試廠的采購及維護成本，提供售后快速響應服務，隨著市場推廣和設備性能的不斷改進和提升，必將對我國的半導體產業(yè)發(fā)展產生積極的推動作用。

  12寸全自動晶圓探針臺在Fab測試