晶圆高低温测试的应对解决方案

随着航空航天、汽车电子、军用、光伏、工业自动化等许多领域技术的不断发展，芯片在各种极端温度环境下的应用也越来越广泛。在芯片的研发生产中，晶圆高低温测试变得越发重要。

探针台作为晶圆测试的关键设备，其工作原理是利用探针台的探针与被测器件上的PAD点精准对针，将测试机输出激励信号进行互通与信号反馈，最终完成测试数据的获取采集。在整个测试过程中，工程师们希望能以最短的时间获取可靠的测试数据，这就需要一套专业的测量系统与解决方案来快速精准地完成晶圆测试工作。

当前，晶圆高低温测试较为常见的测试温度范围一般在-45°C至150°C区间，晶圆可靠性的测试温度在300°C左右。当探针台在进行温度升降时，就会产生热膨胀与冷收缩现象，使探针与卡盘出现热漂移从而影响探针与Pad点之间的对准，导致晶圆探针测试难度增大，而有些晶圆测试要求温度环境甚至要达到500°C以上，随着温度的不断增加，探针台也将面临更大的温宽测试压力。

SEMISHARE科技作为半导体测试设备领域的先进探针台制造商，自2011年自主研发推出国内第一款高低温探针台后，就开始了在高低温晶圆测试技术领域的持续研究。在工程师们长期的探索中，总结出了晶圆高低温测试面临的主要技术难点，并提出了应对的解决方案。

1、有效确保温度均匀性控制

如何确保温度的均匀稳定性，并为晶圆测试提供精确的温度环境，不仅是反应探针台机械稳定性的重要因素，更是影响测试数据真实结果的关键。

SEMISHARE工程师们经过不断的反复研究与试验，通过试用各种导热系数的材料，选用特定的材料，控制材料成分的均一性来达到温度控制的均匀性。以SCG高低温真空探针台为例，其温度范围可达：4.5K-770K,温度稳定性优于±50mK ，温控器分辨率为0.1℃，传感器任一区段误差为0.5%。

2、提高升降温速率

通过分区控温，搭界重整，有效提升升降温速率。SCG探针台真空腔体采用外腔和屏蔽腔双腔体结构，为样品测试提供极限压力为10-5Pa的真空环境(当使用分子泵时)。低温测试时，避免空气中的水蒸气在样品上凝结成露水，从而避免漏电过大或探针无法接触电极而使测试失败。同时，在真空环境中，传热的方式作用下，能更有效的提高制冷效率。高温测试时，在真空环境下，也能有效减少样品氧化，从而避免样品电性误差、物理和机械上的形变。

3、减少高温对其它部件的影响

工程师发现当晶圆加热至300℃,400℃,500℃甚至更高温度时，氧化现象会越来越明显，并且温度越高氧化越严重，过度氧化会导致物理和机械形变和产生晶圆电性误差。这很容易会出现因接触不良导致的良率不佳或探针痕迹过深导致的产品测试稳定性差，从而致使测试结果失败。通过先从传热理论计算分析冷热传导过程，建立加热控制模型，再经过无数次的试验不断的修正控制模型，最终能够减少高温对其它部件的影响。

凭借在高低温探针测试技术领域的经验，2016年SEMISHARE受邀参与由哈工大和中国航天科技集团共建的“空间环境地面模拟装置”项目的部分核心项目设计，空间环境地面模拟器用于试验航天器耐真空、冷黑、太阳辐射、磁场和承受高能粒子辐射、太阳风和微流星体等的能力。SEMISHARE在超低温，超高真空，自动控制，激光模拟方面提供和发挥自身核心技术优势。

目前SEMISHARE拥有行业最丰富的的探针台产品线，可全面满足从实验室到晶圆厂的各种需求。为保证设备的测试精度与稳定性，SEMISHARE展开了与该领域内其它优秀公司的联盟合作。以温度卡盘为例，SEMISHARE的部分探针台选用来自德国ERS公司的温度卡盘， 该公司在温度控制领域拥有着50余年的历史。

2021年7月28-30日，SEMISHARE将联合半导体行业温度管理领域的专家ERS共同参加第四届深圳国际半导体展览会SemiExpo，深圳福田会展中心，展位号:1号馆-A056。欢迎您来我们的展位观看我们的产品现场演示，并和我们的工程师一对一沟通交流晶圆测试领域相关的技术性问题，期待您的光临!