探针台精准控制关键技术研究

发布时间：2017-03-30 07:26

  本文关键词：探针台精准控制关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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；最后,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。第一章,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。第二章,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。第三章,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,采用最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。最后,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。第四章,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。第五章,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和唯一性,为XY平台系统反馈提供数据支撑。第六章,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。第七章,总结本文创新点,并展望今后的研究方向。
【关键词】：精准控制 晶圆预对位 微变形接触 MAP图 CAN通信
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN407
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 探针台用途及关键技术难点分析13-16
• 1.2.1 探针台用途13-14
• 1.2.2 探针台关键技术难点分析14-16
• 1.3 探针台国内外现状及发展趋势16-20
• 1.3.1 探针台国外研究进展阐述17-18
• 1.3.2 探针台国内研究进展18-20
• 1.3.3 探针台未来发展趋势20
• 1.4 本文主要研究背景及意义20-23
• 1.4.1 课题来源20-22
• 1.4.2 研究意义22-23
• 1.5 本文主要研究内容及结构框架23-27
• 1.5.1 研究内容23-24
• 1.5.2 本文框架24-27
• 第2章 探针台关键模块结构及精准控制要求27-39
• 2.1 引言27
• 2.2 探针台整体结构及工作流程27-31
• 2.2.1 探针台整体结构27-29
• 2.2.2 探针台工作流程29-31
• 2.3 关键模块结构和动作流程31-36
• 2.3.1 预对位模块结构和动作流程31-33
• 2.3.2 Z轴升降机构及控制流程33-35
• 2.3.3 X-Y平台结构及控制流程35-36
• 2.4 关键模块的精准控制要求36-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 晶圆精准预对位技术39-59
• 3.1 引言39-40
• 3.2 预对位装置控制系统设计40-41
• 3.3 预对位步进电机精准控制技术41-48
• 3.3.1 步进电机细分驱动技术41-45
• 3.3.2 步距角均匀化方法45-48
• 3.4 晶圆预对位检测定位算法48-56
• 3.4.1 晶圆圆心四点定位算法49-50
• 3.4.2 晶圆圆心最小二乘拟合圆线性无偏估计算法50-53
• 3.4.3 晶圆旋转补偿角分析53-56
• 3.5 预对位实验结果分析56-58
• 3.6 本章小结58-59
• 第4章 探针与晶圆微变形接触精准控制技术59-73
• 4.1 引言59-60
• 4.2 探针与晶圆片微变形情况分析60-62
• 4.2.1 晶圆片升降运动控制系统设计60-61
• 4.2.2 探针微变形机理分析61-62
• 4.3 微接触变形的力学分析62-69
• 4.3.1 微变形运动的速度模式选择62-64
• 4.3.2 微变形运动顶升力与变形量的关系分析64-67
• 4.3.3 步进电机输出电压与顶升力关系实验拟合67-69
• 4.4 微接触变形的重复定位精度分析69-72
• 4.4.1 微接触变形的重复定位精度评价标准69
• 4.4.2 重复定位精度测试方法论证69-71
• 4.4.3 基于影响因素分离法的重复定位精度分析71-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第5章 晶圆MAP图反馈的XY平台精准控制73-85
• 5.1 引言73-74
• 5.2 X-Y平台控制系统设计74-75
• 5.3 MAP图生成算法优化75-82
• 5.3.1 晶圆扫描方案分析75-79
• 5.3.2 基于传统网格的MAP图生成算法79-80
• 5.3.3 基于动态阈值的MAP图生成算法80-82
• 5.4 MAP图反馈XY平台精度分析82-84
• 5.5 本章小结84-85
• 第6章 基于CAN总线的探针台精准控制系统实现85-95
• 6.1 引言85-86
• 6.2 CAN总线技术分析86-88
• 6.2.1 CAN总线简介86-87
• 6.2.2 CAN总线通信协议87-88
• 6.3 探针台控制系统设计88-92
• 6.3.1 基于CAN总线的探针台系统架构88-89
• 6.3.2 关键模块CAN节点软硬件实现89-92
• 6.4 CAN总线实现高精准控制的实验研究92-94
• 6.4.1 CAN节点高精度控制预对位模块的实验研究92-93
• 6.4.2 CAN节点高精度控制Z轴升降模块的实验研究93-94
• 6.5 本章小结94-95
• 第7章 总结与展望95-98
• 7.1 结论95-96
• 7.2 展望96-98
• 参考文献98-102

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