探針臺精準控制關(guān)鍵技術(shù)研究

       集成電路自動(dòng)化裝備-探針臺是晶圓測試領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。由于晶圓片上晶粒很小,達到微米級,所以要求探針臺要保持很高的定位精度和運動(dòng)精度才能保證探針與晶粒的準確對針和測試。因此,本文主要研究的問(wèn)題是如何保證探針臺高精密控制,從而達到微米級定位要求。

       本文來(lái)自于國家02專(zhuān)項-面向12”晶圓片的全自動(dòng)探針臺關(guān)鍵技術(shù)研究。首先,本文介紹了探針臺兩大部分-LOADER和PROBER的關(guān)鍵結構和運動(dòng)流程；其次,本文重點(diǎn)對預對位、Z軸升降、XY平臺三個(gè)關(guān)鍵部件的精準控制進(jìn)行研究,分析影響控制精度的多維度因素,并提出相應的技術(shù)方案和算法；

     后,本文從系統實(shí)現的角度出發(fā),借助CAN總線(xiàn)技術(shù),從通信層面實(shí)現探針臺實(shí)時(shí)、精準的控制。

1.闡述集成電路行業(yè)的發(fā)展,引出探針臺的研究現狀,提煉出探針臺高精度控制的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,給出本文研究框架。

.2.概括探針臺各整體結構和工作流程。詳細分析預對位、Z軸機構以及XY平臺的動(dòng)作流程,給出關(guān)鍵部件的控制要求和技術(shù)指標。

3.在精準預對位技術(shù)問(wèn)題上,本文提出步進(jìn)電機細分驅動(dòng)均勻化技術(shù)及無(wú)偏擬合圓算法。采用電流矢量恒幅均勻旋轉驅動(dòng)技術(shù)并結合Newton插值法對電機驅動(dòng)電流進(jìn)行修正補償,輸出均勻的步距值。另一方面,采用小二乘擬合圓線(xiàn)性無(wú)偏估計算法求取圓心坐標以及缺口位置,對比其它算法,該算法為高精準晶圓預對位提供可靠的數據支撐。后,提出補償角的概念,并給出不同情況下的計算公式,滿(mǎn)足預對位需求。

4.在晶圓片與探針微變形接觸精準控制的技術(shù)層面上,本文分析變形量、頂升力以及驅動(dòng)電壓三者之間的關(guān)系并探究可重復定位影響因子。得出Z軸位移與頂升力之間的曲線(xiàn),通過(guò)實(shí)驗擬合輸出電壓與頂升力的關(guān)系模型,從而實(shí)現步進(jìn)電機微米級的精準控制的目的。結合Z軸升降的實(shí)際工況要求,提出可重復定位精度的概念,從而確定Z軸升降的位移和速度。

5.在XY平臺精準控制的技術(shù)要求上,本文提出采用光柵尺+MAP形成雙閉環(huán)反饋。首先對XY平臺的系統設計作了簡(jiǎn)要的分析；其次采用邊緣掃描方案極大提高掃描效率和準確度,對比傳統的網(wǎng)格生成算法,基于動(dòng)態(tài)閾值的MAP生成算法保證了晶圓映射的全局性,為XY平臺系統反饋提供數據支撐。

6.在系統實(shí)現的層面上,本文基于CAN總線(xiàn)解決精度控制問(wèn)題。描述了基于CAN總線(xiàn)控制的PROBER系統框架,主要針對CAN節點(diǎn)模塊的軟硬件行設計。針對預對位關(guān)鍵模塊和Z軸升降模塊,從通信響應時(shí)間、步進(jìn)電機運動(dòng)精度以及驅動(dòng)電壓輸出的離散度來(lái)分析CAN總線(xiàn)相比集中式控制的*性。

7.總結本文創(chuàng )新點(diǎn),并展望今后的研究方向。