集成電路自動化裝備-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(dá)到微米級,所以要求探針臺要保持很高的定位精度和運(yùn)動精度才能保證探針與晶粒的準(zhǔn)確對針和測試。因此,本文主要研究的問題是如何保證探針臺高精密控制,從而達(dá)到微米級定位要求。

       本文來自于國家02專項-面向12”晶圓片的全自動探針臺關(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(jié)構(gòu)和運(yùn)動流程；其次,本文重點(diǎn)對預(yù)對位、Z軸升降、XY平臺三個關(guān)鍵部件的精準(zhǔn)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(yīng)的技術(shù)方案和算法；

     后,本文從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的角度出發(fā),借助CAN總線技術(shù),從通信層面實(shí)現(xiàn)探針臺實(shí)時、精準(zhǔn)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(xiàn)狀,提煉出探針臺高精度控制的關(guān)鍵技術(shù)問題,給出本文研究框架。

.2.概括探針臺各整體結(jié)構(gòu)和工作流程。詳細(xì)分析預(yù)對位、Z軸機(jī)構(gòu)以及XY平臺的動作流程,給出關(guān)鍵部件的控制要求和技術(shù)指標(biāo)。

3.在精準(zhǔn)預(yù)對位技術(shù)問題上,本文提出步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動均勻化技術(shù)及無偏擬合圓算法。采用電流矢量恒幅均勻旋轉(zhuǎn)驅(qū)動技術(shù)并結(jié)合Newton插值法對電機(jī)驅(qū)動電流進(jìn)行修正補(bǔ)償,輸出均勻的步距值。另一方面,采用小二乘擬合圓線性無偏估計算法求取圓心坐標(biāo)以及缺口位置,對比其它算法,該算法為高精準(zhǔn)晶圓預(yù)對位提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。后,提出補(bǔ)償角的概念,并給出不同情況下的計算公式,滿足預(yù)對位需求。

4.在晶圓片與探針微變形接觸精準(zhǔn)控制的技術(shù)層面上,本文分析變形量、頂升力以及驅(qū)動電壓三者之間的關(guān)系并探究可重復(fù)定位影響因子。得出Z軸位移與頂升力之間的曲線,通過實(shí)驗擬合輸出電壓與頂升力的關(guān)系模型,從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)微米級的精準(zhǔn)控制的目的。結(jié)合Z軸升降的實(shí)際工況要求,提出可重復(fù)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(zhǔn)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(tǒng)設(shè)計作了簡要的分析；其次采用邊緣掃描方案極大提高掃描效率和準(zhǔn)確度,對比傳統(tǒng)的網(wǎng)格生成算法,基于動態(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(tǒng)反饋提供數(shù)據(jù)支撐。

6.在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的層面上,本文基于CAN總線解決精度控制問題。描述了基于CAN總線控制的PROBER系統(tǒng)框架,主要針對CAN節(jié)點(diǎn)模塊的軟硬件行設(shè)計。針對預(yù)對位關(guān)鍵模塊和Z軸升降模塊,從通信響應(yīng)時間、步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動精度以及驅(qū)動電壓輸出的離散度來分析CAN總線相比集中式控制的*性。

7.總結(jié)本文創(chuàng)新點(diǎn),并展望今后的研究方向。