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。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)和運動流程；其次,本文重點對預(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)實現(xiàn)的角度出發(fā),借助CAN總線技術(shù),從通信層面實現(xiàn)探針臺實時、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插值法對電機驅(qū)動電流進(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,通過實驗擬合輸出電壓與頂升力的關(guān)系模型,從而實現(xiàn)步進(jìn)電機微米級的精準(zhǔn)控制的目的。結(jié)合Z軸升降的實際工況要求,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)電機運動精度以及驅(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,并展望今后的研究方向。