探針臺(tái)(Probe Station)是一種用于對半導(dǎo)體器件進(jìn)行電性能測試的設(shè)備，用于半導(dǎo)體器件、集成電路和其他微電子元件，被廣泛應(yīng)用于研發(fā)、質(zhì)量控制和生產(chǎn)測試中。

探針臺(tái)的定義

探針臺(tái)是一種用于半導(dǎo)體器件電性能測試的關(guān)鍵設(shè)備，它通過精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)、高性能的探針針頭和電性能測試儀器，對半導(dǎo)體芯片、集成電路和其他微電子器件進(jìn)行直接的電性能測試。

探針臺(tái)具備高精度、高靈敏度以及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠支持集成光學(xué)測試、電磁測試等多種測試手段，為半導(dǎo)體器件的全面性能評(píng)估提供有力支持。

探針臺(tái)結(jié)構(gòu)

探針臺(tái)其組成部分可以按照不同的功能模塊來劃分，下面是探針臺(tái)的主要組成部分：

探針臺(tái)臺(tái)體：這是探針臺(tái)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，提供一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái)來承載其他組件，并且通常包含有用于固定晶圓或芯片的夾具；

探針卡或探針座：探針卡是帶有多個(gè)微小探針的載體，探針會(huì)接觸芯片上的測試點(diǎn)；

探針頭：包括探針臂和探針針尖，針尖直徑極小，可以達(dá)到微米甚至納米級(jí)別，用于直接接觸芯片的測試點(diǎn)；

卡盤（樣品臺(tái)）：用于放置和固定晶圓的平臺(tái)，可以通過X、Y、Z軸和旋轉(zhuǎn)調(diào)整位置；

顯微鏡系統(tǒng)：用于對準(zhǔn)和視覺檢查，幫助操作者觀察探針與芯片的接觸情況，通常配備有高分辨率的CCD攝像頭；

控制系統(tǒng)：包括微定位器和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，用于精確調(diào)整探針和樣品的位置，確保探針準(zhǔn)確地接觸芯片的指定位置；

電氣系統(tǒng)（源表）：測試源表是提供測試信號(hào)并測量返回信號(hào)的設(shè)備；

測試軟件：軟件控制系統(tǒng)用于自動(dòng)化測試流程，包括晶圓映射、測試程序設(shè)定、數(shù)據(jù)采集和分析；

其它（如果配置）：機(jī)械手、真空系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、氣路控制等；

探針臺(tái)工作原理

通過其精細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對樣品的準(zhǔn)確測量和分析：

1.定位：通過樣品臺(tái)精確定位待測物（晶圓、芯片等）；

2.視覺輔助：利用光學(xué)元件放大觀察，確保探針精確對準(zhǔn)測量點(diǎn)；

3.固定待測物：使用卡盤固定晶圓或芯片，可能采用夾具或真空吸附；

4.探針控制：通過電磁或壓電裝置精確控制，探針在樣品表面的移動(dòng)和定位；

5.信號(hào)采集：內(nèi)置傳感器實(shí)時(shí)記錄探針與樣品相互作用產(chǎn)生的信號(hào)；

6.數(shù)據(jù)處理：對采集的信號(hào)進(jìn)行處理，分析得到樣品的形貌和性能信息；

7.自動(dòng)化測試：手動(dòng)、半自動(dòng)或全自動(dòng)探針臺(tái)系統(tǒng)完成測試流程。

探針臺(tái)的應(yīng)用場景

電性能測試：提供材料/器件的IV/CV特性、霍爾效應(yīng)等電學(xué)性能測試；

光學(xué)測試：LD/LED/PD的光強(qiáng)/波長測試，測量光電材料的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性；

失效分析：射頻特性等電子器件失效分析，以幫助定位故障點(diǎn)，進(jìn)行深入分析；

內(nèi)部線路測試：芯片內(nèi)部線路/電極/PAD測試，能夠精確地將微小連接點(diǎn)的信號(hào)引出，便于進(jìn)一步的測試和分析；

可靠性分析：對材料進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，確保其在各種條件下的穩(wěn)定性和耐久性；

微納尺度操控：在納米尺度上進(jìn)行納米材料的電導(dǎo)率、電阻、電容等電學(xué)性質(zhì)的局部測量；

顯微鏡觀察：結(jié)合SEM（掃描電子顯微鏡）或TEM（透射電子顯微鏡），探針臺(tái)可以提供從宏觀到納米尺度的多尺度材料表征；

自動(dòng)化測試：自動(dòng)化的晶圓處理系統(tǒng)集成，包括晶圓傳輸、定位和識(shí)別系統(tǒng)， 以提高測試效率和減少人為錯(cuò)誤；

特殊環(huán)境測試：探針臺(tái)可以在不同的溫度、壓力 或特殊氣體環(huán)境中測試芯片；

探針臺(tái)的應(yīng)用領(lǐng)域

半導(dǎo)體行業(yè)：進(jìn)行集成電路的電氣性能測試，包括晶圓測試和封裝后的測試；

光電行業(yè)：測試光電元件如LED、光電探測器和激光器的性能，精密電氣測量的研發(fā)；

材料科學(xué)：用于表征材料表面的微觀形態(tài)，如表面缺陷、晶粒大小等，為材料研究提供支持；

微電子領(lǐng)域：用于復(fù)雜、高速器件的精密電氣測量，失效分析與可靠性驗(yàn)證，確保質(zhì)量和可靠性；

納米技術(shù)：納米材料和納米結(jié)構(gòu)的制備、表征和性能測試，納米器件的制造與測試，多尺度研究；

生物醫(yī)學(xué)：研究生物材料表面的生物相容性，生物分子、細(xì)胞和組織的高分辨率成像和分析；

科研與教育：在研究所和高校中，探針臺(tái)用于科研和教學(xué)，支持基礎(chǔ)和應(yīng)用研究；

其它領(lǐng)域：能源行業(yè)、航天航空、汽車電子、通信技術(shù)、量子計(jì)算與量子信息、傳感器技術(shù)等；