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探针台的简单介绍

探针台是半导体表征参数测试测量非常常用的设备,应用范围非常广泛。本文,我们仅就手动探针台及其半导体测试测量应用进行讨论。

首先,我们来看看维基百科上对于探针台(机械探针台)的定义:

Mechanical Probe Station: The probe station utilizes manipulators which allow the precise positioning of thin needles on the surface of a semiconductor device. If the device is being electrically stimulated, the signal is acquired by the mechanical probe and is displayed on an oscilloscope or SMU.

尽管以上定义对于测量仪器的描述比较窄(探针台最早期的用法),但从上面我们不难了解到,探针台是一个实现精密探针定位、为用户提供半导体待测点至测量仪器连接通路的设备。它主要包含了探针台、定位器、探针、探针夹具及电缆组件。

1、探针台。

探针台属于整个测试系统的基础,没有探针台,就相当于医生没有了手术台,在普通的病床上给病人做手术,将极大地增加手术风险。探针台可按实现目标功能不同划分成三部分:显微镜、承载平台和精密移动组件。

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1)显微镜。没有该配置,所有精密操作将无从谈起。目前行业内最常见的配置有三种:体视显微镜、金相显微镜、单筒显微镜,前两种用得最多。

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2)承载平台。该部分是构成探针台骨架,可分为显微镜支架、定位器平台和样品台(载物台)。

不同的显微镜,显微镜的支架会有所不同,通常有立柱安装和龙门安装两种配置。

定位器平台用于放置定位器(探针座)、形状和尺寸根据测试应用不同会有不同的设计形式。

样品台(载物台)用于承载待测样品,通常根据晶圆尺寸设计,常用的尺寸从212英寸。除了承载样品的功能,样品台还可根据测量需求,设计为带测量通路和带精密控温的形式。

3)精密移动组件。以上承载平台都配套了相应的移动定位功能,方便用户对显微镜、待测样品及定位器进行精密的移动。通常有X-Y-Z-R-T这些方向移动功能。

2、定位器。

定位器(又称探针座),帮助用户实现探针的精密移动定位。因此,结构的稳定性、驱动丝杆精度、导向机构的直线度、往复精度、长期使用时以上指标的可靠性都是选购定位器时应当考虑的核心指标。

目前,市面上定位器主要的形式有三种:

1)燕尾导向型。使用燕尾导向机构,可有效地降低产品成本。缺点是,直线导向精度比交叉滚子导轨要差,并不适用于高精度操作。通常看到该类配置都是与配套了体视显微镜的探针台搭配使用。

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2)交叉滚子导轨导向型。相比于燕尾导轨,直线精度有效地提高了。适用于目前大部分客户的定位需求。缺点是,超高倍数下因为机构原因(XYZ机构是像蛋糕一样一层叠一层),手部操作的震动很容易传递到探针上。在高倍下探针的震动会被观察到,很影响用户扎探针。比如要把探针扎到几微米甚至1微米左右的PAD上,将会相对比较困难。

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3)交叉滚子导向、高稳定型。该结构设计把定位器上移动机构(XYZ)和驱动丝杆分开,能有效地将手部操作产生的震动隔离,实现真空意义上的高精度、高稳定操作(Submicron Probing)。

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3、探针、探针夹具及电缆组件。

1)探针。

待测点需要测试探针的连接,才能与测试仪器发生交流。常见的有:普通DC测试探针、同轴DC测试探针、有源探针和微波探针。

2)探针夹具及电缆组件。探针夹具用于夹持探针、并将探针连接至测量仪器。电缆组件用于转接、延展探针夹具上的电缆组件。根据测量应用,可粗略地划分为以下几种:I-V/CV测试用、RF测试用、高压大电流I-V/C-V测试用等。

 

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