Сегодня, с быстрым развитием полупроводниковой промышленности, тестирование ИС, как важнейшее звено для обеспечения производительности чипов, его точность и стабильность напрямую влияют на выход чипов и конкурентоспособность отрасли. Поскольку процесс производства чипов продолжает продвигаться в сторону 3 нм, 2 нм и даже более продвинутых узлов, требования к основным компонентам в оборудовании для тестирования ИС становятся все более строгими. Гранитные основания, с их уникальными свойствами материала и преимуществами производительности, стали незаменимым «золотым партнером» для оборудования для тестирования ИС. Какая техническая логика стоит за этим?
I. «Неспособность справиться» с традиционными базами
В процессе тестирования ИС оборудование должно точно определять электрические характеристики выводов чипа, целостность сигнала и т. д. в наномасштабе. Однако традиционные металлические основы (такие как чугун и сталь) выявили множество проблем в практических применениях.
С одной стороны, коэффициент теплового расширения металлических материалов относительно высок, обычно выше 10×10⁻⁶/℃. Тепло, выделяемое во время работы оборудования для тестирования ИС, или даже небольшие изменения температуры окружающей среды могут вызвать значительное тепловое расширение и сжатие металлического основания. Например, чугунное основание длиной 1 метр может расширяться и сжиматься до 100 мкм при изменении температуры на 10℃. Таких изменений размеров достаточно, чтобы сместить испытательный зонд со штырьками чипа, что приведет к плохому контакту и, следовательно, к искажению данных испытания.
С другой стороны, демпфирующие характеристики металлического основания плохие, что затрудняет быстрое поглощение энергии вибрации, генерируемой работой оборудования. В сценарии тестирования высокочастотного сигнала непрерывные микроколебания будут вносить большой шум, увеличивая погрешность тестирования целостности сигнала более чем на 30%. Кроме того, металлические материалы обладают высокой магнитной восприимчивостью и склонны к взаимодействию с электромагнитными сигналами испытательного оборудования, что приводит к потерям на вихревые токи и эффектам гистерезиса, которые мешают точности точных измерений.
II. «Жесткая прочность» гранитных оснований
Максимальная термостабильность, закладывающая основу для точных измерений
Гранит образован плотным соединением минеральных кристаллов, таких как кварц и полевой шпат, посредством ионных и ковалентных связей. Его коэффициент теплового расширения чрезвычайно низок, всего 0,6-5×10⁻⁶/℃, что составляет примерно 1/2-1/20 от коэффициента теплового расширения металлических материалов. Даже если температура изменяется на 10℃, расширение и сжатие гранитного основания длиной 1 метр составляет менее 50 нм, что почти обеспечивает «нулевую деформацию». Между тем, теплопроводность гранита составляет всего 2-3 Вт/(м · К), что составляет менее 1/20 от теплопроводности металлов. Он может эффективно предотвращать теплопроводность оборудования, поддерживать равномерную температуру поверхности основания и гарантировать, что испытательный зонд и чип всегда сохраняют постоянное относительное положение.
2. Сверхмощное подавление вибрации создает стабильную среду для испытаний.
Уникальные дефекты кристаллов и структура скольжения границ зерен внутри гранита наделяют его сильной способностью рассеивать энергию с коэффициентом затухания до 0,3-0,5, что более чем в шесть раз больше, чем у металлического основания. Экспериментальные данные показывают, что при вибрационном возбуждении 100 Гц время затухания вибрации гранитного основания составляет всего 0,1 секунды, в то время как у чугунного основания - 0,8 секунды. Это означает, что гранитное основание может мгновенно подавлять вибрации, вызванные запуском и остановкой оборудования, внешними воздействиями и т. д., и контролировать амплитуду вибрации испытательной платформы в пределах ±1 мкм, обеспечивая стабильную гарантию позиционирования наноразмерных зондов.
3. Естественные антимагнитные свойства, устраняющие электромагнитные помехи.
Гранит — диамагнитный материал с магнитной восприимчивостью приблизительно -10 ⁻⁵. Внутренние электроны существуют парами в химических связях и почти никогда не поляризуются внешними магнитными полями. В среде сильного магнитного поля 10 мТл напряженность индуцированного магнитного поля на поверхности гранита составляет менее 0,001 мТл, в то время как на поверхности чугуна она достигает более 8 мТл. Это естественное антимагнитное свойство может создать чистую измерительную среду для испытательного оборудования ИС, защищая его от внешних электромагнитных помех, таких как двигатели цехов и радиочастотные сигналы. Он особенно подходит для сценариев тестирования, которые чрезвычайно чувствительны к электромагнитному шуму, таких как квантовые чипы и высокоточные АЦП/ЦАП.
В-третьих, практическое применение дало замечательные результаты.
Практика многочисленных предприятий по производству полупроводников полностью продемонстрировала ценность гранитных оснований. После того, как всемирно известный производитель оборудования для тестирования полупроводников принял гранитное основание в своей высококлассной платформе тестирования микросхем 5G, он достиг поразительных результатов: точность позиционирования зондовой карты увеличилась с ±5 мкм до ±1 мкм, стандартное отклонение данных испытаний снизилось на 70%, а уровень ошибочных оценок одного теста значительно снизился с 0,5% до 0,03%. Между тем, эффект подавления вибрации замечательный. Оборудование может начать испытание, не дожидаясь затухания вибрации, что сокращает цикл одного испытания на 20% и увеличивает годовую производственную мощность более чем на 3 миллиона пластин. Кроме того, гранитное основание имеет срок службы более 10 лет и не требует частого обслуживания. По сравнению с металлическими основаниями его общая стоимость снижается более чем на 50%.
В-четвертых, адаптироваться к промышленным тенденциям и возглавить модернизацию технологий тестирования.
С развитием передовых технологий упаковки (таких как Chiplet) и ростом новых областей, таких как квантовые вычислительные чипы, требования к производительности устройств при тестировании ИС будут продолжать расти. Гранитные основания также постоянно совершенствуются и модернизируются. Благодаря обработке поверхностного покрытия для повышения износостойкости или путем объединения с пьезоэлектрической керамикой для достижения активной компенсации вибрации и других технологических прорывов, они движутся в более точном и интеллектуальном направлении. В будущем гранитное основание продолжит защищать технологические инновации полупроводниковой промышленности и высококачественную разработку «китайских чипов» с его выдающимися характеристиками.
Выбор гранитного основания означает выбор более точного, стабильного и эффективного решения для тестирования ИС. Будь то текущее усовершенствованное тестирование чипов или будущее исследование передовых технологий, гранитное основание будет играть незаменимую и значительную роль.
Время публикации: 15 мая 2025 г.