集成電路自動(dong)化裝備-探針(zhen)臺是晶圓(yuan)測試領域研究的(de)(de)(de)熱點。由(you)于晶圓(yuan)片(pian)上晶粒很小,達(da)到(dao)微米級(ji),所以要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)探針(zhen)臺要(yao)(yao)保持(chi)很高(gao)的(de)(de)(de)定位(wei)精度和運動(dong)精度才能保證(zheng)探針(zhen)與晶粒的(de)(de)(de)準確對針(zhen)和測試。因此,本文主要(yao)(yao)研究的(de)(de)(de)問(wen)題是如何保證(zheng)探針(zhen)臺高(gao)精密控制(zhi),從而達(da)到(dao)微米級(ji)定位(wei)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。

       本(ben)(ben)文來(lai)自(zi)于國家02專項-面向12”晶圓(yuan)片的(de)全(quan)自(zi)動探針(zhen)(zhen)臺(tai)(tai)關(guan)鍵(jian)技術(shu)研究(jiu)。首先,本(ben)(ben)文介(jie)紹了探針(zhen)(zhen)臺(tai)(tai)兩大(da)部(bu)分-LOADER和(he)PROBER的(de)關(guan)鍵(jian)結(jie)構和(he)運動流程；其次,本(ben)(ben)文重點(dian)對(dui)預對(dui)位、Z軸升降、XY平臺(tai)(tai)三個關(guan)鍵(jian)部(bu)件的(de)精(jing)準控(kong)制進行研究(jiu),分析影響控(kong)制精(jing)度的(de)多維度因(yin)素,并提出相應的(de)技術(shu)方(fang)案和(he)算法；

     后,本(ben)文從系統實(shi)現的角度(du)出發(fa),借(jie)助CAN總線(xian)技術,從通信層(ceng)面實(shi)現探針臺實(shi)時(shi)、精準的控制。

1.闡(chan)述集成電(dian)路行業的(de)發展(zhan),引出探針臺的(de)研(yan)究現狀(zhuang),提煉(lian)出探針臺高精度控(kong)制(zhi)的(de)關鍵(jian)技術問題,給出本文(wen)研(yan)究框(kuang)架。

.2.概括探(tan)針臺各整體(ti)結構和工作流(liu)程。詳細分析(xi)預對(dui)位、Z軸機構以及XY平臺的動作流程,給出關鍵部件(jian)的控制要求(qiu)和技術指(zhi)標。

3.在精(jing)準預對位技(ji)術問題上,本(ben)文(wen)提(ti)(ti)出步進電(dian)(dian)機細(xi)分驅動(dong)(dong)均(jun)勻化技(ji)術及(ji)無偏擬合(he)圓(yuan)算(suan)(suan)法(fa)(fa)。采用(yong)電(dian)(dian)流矢量恒幅均(jun)勻旋轉驅動(dong)(dong)技(ji)術并(bing)結合(he)Newton插值(zhi)法(fa)(fa)對電(dian)(dian)機驅動(dong)(dong)電(dian)(dian)流進行修正補償(chang)(chang),輸出均(jun)勻的(de)步距值(zhi)。另一方(fang)面,采用(yong)小(xiao)二乘擬合(he)圓(yuan)線性無偏估計算(suan)(suan)法(fa)(fa)求取圓(yuan)心坐標(biao)以(yi)及(ji)缺口位置,對比其它算(suan)(suan)法(fa)(fa),該算(suan)(suan)法(fa)(fa)為高精(jing)準晶圓(yuan)預對位提(ti)(ti)供可靠的(de)數據(ju)支撐(cheng)。后,提(ti)(ti)出補償(chang)(chang)角的(de)概念,并(bing)給(gei)出不同情況下的(de)計算(suan)(suan)公(gong)式,滿足(zu)預對位需求。

4.在晶圓片與(yu)(yu)探(tan)針微(wei)變形接(jie)觸精準(zhun)(zhun)控制(zhi)的(de)(de)(de)技術層面上(shang),本文分(fen)析變形量、頂(ding)升(sheng)力以及驅動電壓(ya)三者之間的(de)(de)(de)關(guan)系并(bing)探(tan)究可重(zhong)復(fu)定位(wei)影(ying)響因(yin)子。得出Z軸(zhou)位(wei)移與(yu)(yu)頂(ding)升(sheng)力之間的(de)(de)(de)曲(qu)線(xian),通過實驗擬合輸出電壓(ya)與(yu)(yu)頂(ding)升(sheng)力的(de)(de)(de)關(guan)系模型,從而實現步進電機微(wei)米級的(de)(de)(de)精準(zhun)(zhun)控制(zhi)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。結合Z軸(zhou)升(sheng)降的(de)(de)(de)實際(ji)工況(kuang)要(yao)求,提出可重(zhong)復(fu)定位(wei)精度的(de)(de)(de)概念(nian),從而確(que)定Z軸(zhou)升(sheng)降的(de)(de)(de)位(wei)移和速度。

5.在XY平臺(tai)精準(zhun)控制的(de)(de)(de)技術(shu)要求上(shang),本文提出(chu)采(cai)用(yong)光柵尺+MAP形成(cheng)(cheng)雙閉環(huan)反饋(kui)。首先對XY平臺(tai)的(de)(de)(de)系統(tong)設計作了簡要的(de)(de)(de)分(fen)析；其次采(cai)用(yong)邊緣掃描方(fang)案極大提高掃描效率(lv)和準(zhun)確度,對比傳統(tong)的(de)(de)(de)網格生(sheng)成(cheng)(cheng)算(suan)法(fa)(fa),基于動(dong)態閾值的(de)(de)(de)MAP生(sheng)成(cheng)(cheng)算(suan)法(fa)(fa)保證了晶(jing)圓(yuan)映射的(de)(de)(de)全局性,為XY平臺(tai)系統(tong)反饋(kui)提供數(shu)據(ju)支撐。

6.在系統實現的層面上(shang),本文基于(yu)CAN總線解決精(jing)度控制(zhi)問題。描述了基于(yu)CAN總線控制(zhi)的PROBER系統框架,主要針對(dui)CAN節點(dian)模(mo)塊的軟硬件行設計。針對(dui)預對(dui)位關鍵(jian)模(mo)塊和Z軸升降模(mo)塊,從(cong)通信響應時(shi)間、步進電機運動(dong)精(jing)度以及驅動(dong)電壓輸出的離散度來(lai)分析CAN總線相比集(ji)中式控制(zhi)的優(you)越性(xing)。

7.總(zong)結本文創新(xin)點,并展望今后(hou)的研究方向。