晶圓檢測探針臺精密移動定位平臺解決方案

文:深圳市克洛諾斯科技有限公司2022年第五期

導語:半導體檢測設備主要用于半導體制造過程中檢測芯片性能與缺陷,其中在晶圓制造環節中,探針臺主要承擔輸送定位任務,克洛諾斯推出的納米級精密平臺,以及自主研發的超精密氣浮平臺作為定位晶圓或芯片的部件設備,可以依靠精密機械運作在極短的曝光時間內完美定位,完成晶圓在量測端極精密的檢測任務。

  半導體檢測設備主要用于半導體制造過程中檢測芯片性能與缺陷,其中在晶圓制造環節中,探針臺主要承擔輸送定位任務,克洛諾斯推出的納米級精密平臺,以及自主研發的超精密氣浮平臺作為定位晶圓或芯片的部件設備,可以依靠精密機械運作在極短的曝光時間內完美定位,完成晶圓在量測端極精密的檢測任務。

  半導體檢測設備主要用于半導體制造過程中檢測芯片性能與缺陷, 貫穿于半導體生產過程中, 可分為晶圓制造環節的檢測設備和封測環節的檢測設備。

  晶圓制造環節的檢測

  晶圓制造主要包含八大環節,價值量占比約為13%。此環節的檢測偏向于外觀檢測,是一種物理性、功能性的測試。

  晶圓制造環節(過程工藝控制)檢測設備繁多,主要包括量測類設備和缺陷檢測類設備, 價值量占比分別為40%和50%,控制軟件等其他設備占剩余10%。

  此環節市場集中度高,且被海外公司壟斷,KL A一家獨大,國產化率極低。

  晶圓檢測(CP)和成品測試(FT)

  以封測為界,檢測包括晶圓檢測(CP,Cir c uitP r o b ing )和成品測試(F T,Fina l Test ):通過分析測試數據, 能夠確定具體失效原因, 并改進設計及生產、封測工藝,以提高良率及產品質量。

  晶圓檢測(CP)發生于晶圓完成后、進行封裝前, 主要流程如下:

  (1)探針臺將晶圓逐片自動傳送至測試位置,芯片的 Pad 點通過探針、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接;

  (2) ATE測試機對芯片施加輸入信號并采集輸出信號, 判斷芯片功能和性能在不同工作條件下是否達到設計規范要求;

  (3)測試結果通過通信接口傳送給探針臺,探針臺據此對芯片進行打點標記,形成晶圓的 Map 圖。

  晶圓檢測的作用是:確保在芯片封裝前,盡可能地把無效芯片篩選出來以節約封裝費用; 所需設備包括: 探針臺、ATE測試機。

  成品測試(FT)發生于芯片完成封裝后,其流程大致如下:

  (1)分選機將被測芯片逐個自動傳送至測試工位, 被測芯片的引腳通過測試工位上的基座、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接;

  (2)測試機對芯片施加輸入信號并采集輸出信號, 判斷芯片功能和性能在不同工作條件下是否達到設計規范要求;

  (3)測試結果通過通信接口傳送給分選機,分選機據此對被測芯片進行標記、分選、收料或編帶。

  成品測試的作用是:保證出廠的每顆集成電路的功能和性能指標能夠達到設計規范要求; 所需設備有: 分選機、ATE測試機。

  晶圓測試和成品檢測主要用到ATE測試機、分選機和探針臺三種設備,其中ATE測試機是檢測設備中最重要的設備類型,價值量占比約為63%。

  探針臺

  探針臺主要承擔輸送定位任務,使晶圓依次與探針接觸完成測試, 提供晶圓自動上下片、找中心、對準、定位及按照設計的步距移動晶圓, 以使探針卡上的探針能對準硅片相應位置進行測試。

  探針臺由載物臺、光學元件、卡盤組成,載物臺是定位晶圓或芯片的部件設備, 通常會根據晶圓的尺寸來設計大小,并配套了相應的精密移動定位功能。克洛諾斯自主研發的超精密氣浮平臺重復定位精度達±35 納米, 是作為定位晶圓或芯片的部件設備, 可以依靠精密機械運作在極短的曝光時間內完美定位, 完成晶圓在量測端極精密的檢測。

  克洛諾斯晶圓檢測平臺

  當前,國內半導體零部件產業高端產品供給能力不足,核心零部件高度依賴進口,但在國產化風潮帶動下, 克洛諾斯表現扎實, 進展迅速, 在納米級氣浮平臺等技術進步上已取得重大突破。

  克洛諾斯的主營業務為納米級、微米級直線電機運動平臺, 是半導體產業、集成電路制造裝備領域核心部件的重要供應商。

  (1)納米級精密平臺

  由壓力-真空空氣軸承和超高精密編碼器設計,最大可對應300mm晶圓。編碼器位置靠近基板表面,減少已經最小的偏移影響, 移動模塊和十字導軌采用陶瓷(Al203)設計,比花崗巖或金屬設計剛性好,重量輕,熱膨脹系數任,以及應用激光干涉儀反饋系統。下軸由2個水冷式無鐵芯直線電機組成, 靠近系統的重心, 采用龍門方式控制, 上軸由單個水冷式無鐵芯直線電機組成,

納米級精密平臺.png

  可以是集成的T平臺或Z T平臺或Z T4D平臺,即4個自由度模塊用于對準。克洛諾斯納米級精密平臺可應用于晶圓檢測、晶圓切割等典型的半導體制造場景。

  (2)克洛諾斯自主研發的氣浮平臺

  克洛諾斯超精密納米級氣浮平臺是定位晶圓或芯片的部件設備,重復定位精度達到±35 納米,可應用于晶圓切割、晶圓檢測、晶圓封裝工藝。

克洛諾斯氣浮平臺.png

克洛諾斯氣浮平臺

  結語

  隨著集成電路技術不斷發展,芯片線寬尺寸不斷減小, 制造工序逐漸復雜, 對集成電路測試設備要求愈加提高, 集成電路測試設備的制造需要綜合運用計算機、自動化、通信、電子和微電子等科學技術, 具有技術含量高、設備價值高等特點。

  目前克洛諾斯通過獨立自主研發,建立了原創技術體系, 未來將會逐步形成自身的技術“ 護城河”。同時受益于全球晶圓產線積極擴產和國內政策等有力推動, 目前晶圓產線的國產設備比重顯著提升, 仍有大量的晶圓產線等待落地并采購設備, 國產零部件商也迎來大展拳腳的好機會, 獲得更大的驗證窗口期。面對黃金“ 風口”, 期待更多的本土零部件廠商能夠把握市場機遇, 趁勢而上, 突破國際技術的層層壁壘, 完成從零到一的逆變,迎來更多的訂單需求。




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