探针台精准控制关键技术研究

       集成电路自动化装备-探针台是晶圆测试领域研究的热点。由于晶圆片上晶粒很小,达到微米级,所以要求探针台要保持很高的定位精度和运动精度才能保证探针与晶粒的准确对针和测试。因此,本文主要研究的问题是如何保证探针台高精密控制,从而达到微米级定位要求。

       本文来自于国家02专项-面向12”晶圆片的全自动探针台关键技术研究。首先,本文介绍了探针台两大部分-LOADER和PROBER的关键结构和运动流程；其次,本文重点对预对位、Z轴升降、XY平台三个关键部件的精准控制进行研究,分析影响控制精度的多维度因素,并提出相应的技术方案和算法；

     后,本文从系统实现的角度出发,借助CAN总线技术,从通信层面实现探针台实时、精准的控制。

1.阐述集成电路行业的发展,引出探针台的研究现状,提炼出探针台高精度控制的关键技术问题,给出本文研究框架。

.2.概括探针台各整体结构和工作流程。详细分析预对位、Z轴机构以及XY平台的动作流程,给出关键部件的控制要求和技术指标。

3.在精准预对位技术问题上,本文提出步进电机细分驱动均匀化技术及无偏拟合圆算法。采用电流矢量恒幅均匀旋转驱动技术并结合Newton插值法对电机驱动电流进行修正补偿,输出均匀的步距值。另一方面,采用小二乘拟合圆线性无偏估计算法求取圆心坐标以及缺口位置,对比其它算法,该算法为高精准晶圆预对位提供可靠的数据支撑。后,提出补偿角的概念,并给出不同情况下的计算公式,满足预对位需求。

4.在晶圆片与探针微变形接触精准控制的技术层面上,本文分析变形量、顶升力以及驱动电压三者之间的关系并探究可重复定位影响因子。得出Z轴位移与顶升力之间的曲线,通过实验拟合输出电压与顶升力的关系模型,从而实现步进电机微米级的精准控制的目的。结合Z轴升降的实际工况要求,提出可重复定位精度的概念,从而确定Z轴升降的位移和速度。

5.在XY平台精准控制的技术要求上,本文提出采用光栅尺+MAP形成双闭环反馈。首先对XY平台的系统设计作了简要的分析；其次采用边缘扫描方案极大提高扫描效率和准确度,对比传统的网格生成算法,基于动态阈值的MAP生成算法保证了晶圆映射的全局性,为XY平台系统反馈提供数据支撑。

6.在系统实现的层面上,本文基于CAN总线解决精度控制问题。描述了基于CAN总线控制的PROBER系统框架,主要针对CAN节点模块的软硬件行设计。针对预对位关键模块和Z轴升降模块,从通信响应时间、步进电机运动精度以及驱动电压输出的离散度来分析CAN总线相比集中式控制的优越性。

7.总结本文创新点,并展望今后的研究方向。