探針臺精準控制關鍵技術研究

       集成電路自動化裝備-探針臺是晶圓測試領域研究的熱點。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。

       本文來自于國家02專項-面向12”晶圓片的全自動探針臺關鍵技術研究。首先,本文介紹了探針臺兩大部分-LOADER和PROBER的關鍵結構和運動流程；其次,本文重點對預對位、Z軸升降、XY平臺三個關鍵部件的精準控制進行研究,分析影響控制精度的多維度因素,并提出相應的技術方案和算法；

     后,本文從系統實現的角度出發,借助CAN總線技術,從通信層面實現探針臺實時、精準的控制。

1.闡述集成電路行業的發展,引出探針臺的研究現狀,提煉出探針臺高精度控制的關鍵技術問題,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平臺的動作流程,給出關鍵部件的控制要求和技術指標。

3.在精準預對位技術問題上,本文提出步進電機細分驅動均勻化技術及無偏擬合圓算法。采用電流矢量恒幅均勻旋轉驅動技術并結合Newton插值法對電機驅動電流進行修正補償,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層面上,本文分析變形量、頂升力以及驅動電壓三者之間的關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,通過實驗擬合輸出電壓與頂升力的關系模型,從而實現步進電機微米級的精準控制的目的。結合Z軸升降的實際工況要求,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要求上,本文提出采用光柵尺+MAP形成雙閉環反饋。首先對XY平臺的系統設計作了簡要的分析；其次采用邊緣掃描方案極大提高掃描效率和準確度,對比傳統的網格生成算法,基于動態閾值的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.在系統實現的層面上,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系統框架,主要針對CAN節點模塊的軟硬件行設計。針對預對位關鍵模塊和Z軸升降模塊,從通信響應時間、步進電機運動精度以及驅動電壓輸出的離散度來分析CAN總線相比集中式控制的優越性。

7.總結本文創新點,并展望今后的研究方向。