Was ist Prober?
Ein Prober ist eine Vorrichtung zur Fixierung einer Sonde (Nadel) in einer gewünschten Position, auch Sondenstation genannt. Es handelt sich um eine Positionierungsvorrichtung, die die Sonde des Kontaktteils des Messgeräts mit der korrekten Position der Elektrode des Halbleiters verbindet, um elektrische Größen auf dem Halbleiter-Wafer im Front-End-Prozess zu messen, hauptsächlich im Halbleiter-Wafer-Herstellungsprozess oder im IC-Design und in der Entwicklung.
Da die Elektrodenfläche eines Halbleiters sehr klein ist, muss die Sonde des Kontaktteils des Prüfgeräts an der exakten Position angebracht werden. Für die Positionierung des Probers ist eine sehr genaue Steuerbarkeit erforderlich.
Neben Halbleiterchips werden diese Geräte häufig zur Bewertung der elektrischen Eigenschaften von PCB-Substraten, verschiedenen Dünnschichtsubstraten wie Sensoren und Filtern und keramischen Substratgehäusen wie LTCC eingesetzt.
Anwendungen von Probern
Prober werden im Allgemeinen zur Prüfung der elektrischen Eigenschaften von Halbleitern, Dünnschichtsubstraten und verpackten Substraten verwendet. Bei der Verwendung für Forschungs- und Entwicklungszwecke sollte das System über Funktionen zur Unterdrückung von Rauschen und zur Vermeidung von Signalverlusten (Übersprechen) verfügen, mit hoher Genauigkeit messen können und hinsichtlich der Messmethoden so vielseitig und flexibel wie möglich sein.
Beim Einsatz in der Massenproduktion hingegen ist die wichtigste Funktion die Fähigkeit, schnell, präzise und in großen Mengen zu arbeiten, so dass eine Vielzahl von Prober-Modellen für die jeweilige Anwendung ausgewählt werden sollte.
Temperaturbeständigkeit ist auch auf der Prober-Seite erforderlich, um den korrekten Betrieb bei hohen und niedrigen Temperaturen während der Auswertung der Temperaturmerkmale sicherzustellen. Bei der Messung von Halbleitern für Leistungsgeräte usw. ist außerdem ein Prober erforderlich, der hohe Spannungen und niedrige Impedanzen verarbeiten kann.
Funktionsweise des Probers
Der typische Prober für Silizium-Wafer-Anwendungen wird im Folgenden beschrieben. Der Prober besteht aus einem Wafer Chuck zur Fixierung des Siliziumwafers, einem Tisch zum Bewegen des Wafer Chucks in XY-Richtung, einer Kontaktplatte, an der mehrere Prüfspitzen befestigt sind und die sich in Z-Richtung in Bezug auf den Tisch bewegt, und einer Kamera zur Positionierung.
Zusätzlich zu diesen Mechanismen enthalten die Produkte des Probers häufig ein Transportsystem für die Siliziumscheibe. Das Funktionsprinzip besteht darin, dass der Siliziumwafer bei der Einstellung in die Waferprüfposition transportiert und dort fixiert wird.
Der Tisch positioniert dann die Sonde für die Messung in XY-Richtung, und wenn die Position der Sonde und der Elektrode des Halbleiters auf dem Siliziumwafer eingestellt ist, bewegt sich die Kontaktplatte in Z-Richtung, wodurch die Sonde und die Elektrode in Kontakt gebracht werden. Durch diesen Vorgang können die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters durch das Prüfsystem geprüft werden.
Weitere Informationen zu Probern
1. Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen und Anforderungen an Prober
Mit der jüngsten Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen ist die Mikrostrommessung ein wichtiger Indikator für die Bewertung der Fertigungsqualität von Halbleiterbauelementen. Bei der Entwicklung und Herstellung von Halbleiterbauelementen können Änderungen der Bauelementematerialien, der Kristallwachstumsparameter oder der Geometrie zu unerwarteten Strompfaden innerhalb des Bauelements führen, die gemeinhin als Leckstrom bezeichnet werden.
Erhöhte Leckströme können durch Gitterdefekte, die Gate-Oxidstruktur und die Substratauswahl verursacht werden, was zu einem übermäßigen Stromverbrauch und in einigen Fällen zu einer niedrigeren Durchbruchspannung führt. In den letzten Jahren sind die Gate-Länge von FETs und die Emittergröße von Bipolartransistoren in Halbleiterbauelementen extrem fein geworden, und während die zur Ansteuerung erforderliche Spannung sinkt, steigt der Leckstrom.
Daher ist eine hochpräzise Strommessung mit einem Prober für die Qualitätsbewertung erforderlich. Eine Maßnahme zur Erhöhung der Genauigkeit ist die Entwicklung von kryogenen Sonden.
2. Positioniergenauigkeit des Probers und Positionierer
Die Positioniergenauigkeit des Probers hat einen direkten Einfluss auf die Messgenauigkeit. Wenn verschiedene Auswertungen ohne korrekte Antastung durchgeführt werden, wird unklar, was ausgewertet wird.
Wenn Sie zum Beispiel die Eigenschaften eines Halbleiterbauelements bewerten wollen, der Wafer aber nicht richtig positioniert ist und auf einem Isolator angetastet wird, ist es nicht schwer, sich vorzustellen, dass die Bewertungsergebnisse erheblich von den erwarteten Ergebnissen abweichen.
Es ist notwendig, die für das Bewertungsziel erforderliche Genauigkeit zu verstehen und sich dann auf die Verbesserung dieser Genauigkeit zu konzentrieren. Die Positioniergenauigkeit des Probers wird durch die Komponente, die als Positionierer (Manipulator) bezeichnet wird, bestimmt. Die richtige Auswahl eines Positionierers, der den erforderlichen Spezifikationen entspricht, kann die Positioniergenauigkeit erheblich verbessern.
Die Spezifikationen eines Stellungsreglers werden fast immer durch vier Faktoren bestimmt: (1) Verfahrweg, (2) Wegauflösung, (3) Justierempfindlichkeit und (4) Außenabmessungen. Nachfolgend finden Sie die Inhalte der einzelnen Spezifikationen.
- Verfahrweg
Dies ist der Betrag der Bewegung in der XYZ-Richtung. Wird normalerweise in mm angegeben. - Wegauflösung
Definiert als das Ausmaß der Bewegung pro Umdrehung. - Justierempfindlichkeit
Definiert durch den minimalen Verstellweg. Wird oft in µm angegeben. - Außenabmessungen
Die Größe des Stellungsreglers. Der Preis steigt im Allgemeinen proportional zur Größe.
3. Hochfrequenztaugliche Prober
Für die Bewertung von Halbleitertransistoren im Hinblick auf die Hochfrequenzverträglichkeit (HF) und die Modellierung von Bauelementen wird ein Prober benötigt, der für die HF-Bewertung geeignet ist.
Im Allgemeinen werden GSG-Tastköpfe (Nadeln mit Masse (GND) auf beiden Seiten der Signalpads) mit speziellen Kalibrierplatinen verwendet, aber je nach der zu messenden Frequenz muss nicht nur auf den Tastkopf, sondern auch auf das HF-Kabel zum Netzwerkanalysator oder zu verschiedenen Messgeräten geachtet werden. Denn die Biegung des Kabels kann die HF-Messergebnisse beeinflussen.
Im Millimeterwellenbereich, der eine höhere Frequenz als der Mikrowellenbereich hat, werden spezielle VNA-Extender verwendet, aber die Konfiguration der Geräte sollte im Detail mit dem jeweiligen Hersteller besprochen werden, da die Konfiguration des Probers selbst einen sehr großen Einfluss auf die Messung hat.