一种太赫兹频段探针测量误差感知反馈补偿结构及探针测试校准方法

本发明涉及一种太赫兹频段探针测量误差感知反馈补偿结构及探针测试校准方法，属于太赫兹设备领域。

背景技术：

1、随着近年来太赫兹单片集成电路的发展，太赫兹频段内的探测技术也得到了快速发展。目前，基于mems技术的太赫兹电学探针可以覆盖太赫兹全频段，是当前太赫兹电学探针的主流技术路线。基于电学探针的信号检测过程包括：将两个电学探针与矢量网络分析仪相连接，探针针尖与被测试芯片的焊盘相接触，实现电气连接，通过将发射信号从一个探针输入，被测芯片的信号从另一个探针输出，实现整个检测过程。在太赫兹频段，由于探针针尖和测试焊盘尺寸均处于微米量级，微小的定位不当引起的位置误差对测试信号的准确性影响巨大。。因此，为了实现精确的测量结果，需要确保探针尖端上所有触点必须与测试基板同时接触，且各触点上都应具有足够的接触力来实现低电阻接触。

2、目前已有几种对探针测试时产生的角度误差进行校准的方法，传统的校准方法是观察探针尖端在晶片上形成的划痕，调整探针角度直到划痕均匀。还有通过在探针上放置应变传感器来感测探针扭转并控制探针接触条件的技术方案，该方案利用了探针接触测试基板时，探针将会产生偏转并在接触点产生应力的原理，通过使用对称放置的应变传感器上产生的不对称电压变化来感知并量化测量过程中探针的定位误差。

3、现有的探针角度校准方案在实际使用时均存在一定的局限性，如通过观察划痕来调整探针角度的方法具有很大的误差，不适合于对误差控制有较高需求的场景，而已有的通过放置应变传感器来调整探针角度的方案在探针结构设计上还存在一些问题，并且对整个校准系统的设计还缺乏详细的描述。

4、传统的通过观察探针尖端在晶片上形成的划痕来调整探针角度直到划痕均匀的校准方案，在使用时对探针的校准程度有限，误差较大，校准过程较为繁琐，且会对探针尖端造成一定磨损，影响其使用寿命。

5、用于太赫兹频段测量的探针，为了保证测量精度，通常都会在探针头两端添加接地导线，形成gsg(接地-信号-接地)结构，使探针在测量太赫兹频率信号时能够提供良好的信号传输和接地连接。现有的利用应变传感器完成太赫兹频段测量的探针系统，在探针结构上，两端用于接地的夹紧区面积过大，缩小该区域面积也可以形成良好的gsg结构，并且可以改善探针结构。

6、现有的利用应变传感器完成太赫兹频段信号测量的探针系统，对于探针感测到的信号，通过在探针上增加两个细长直流偏置通道结构输送到pad上，这对探针整体结构设计不利，使得探针的机械强度大大下降，容易发生变形或断裂，影响探针的使用效果和寿命。。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本技术提出一种太赫兹频段探针测量误差感知反馈补偿结构，可以很好地实现在太赫兹频段探针测量时对探针定位误差的感知，并可根据传感器输出结果操作电机对角度误差进行校正，使探针尖端触点同时接触测试基板，减少因探针定位不当而造成的误差，提高测量的准确性和可重复性。所设计的探针结构合理，与现有的方案相比具备更高的机械强度并且使用效果更好。

2、为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，一种太赫兹频段探针测量误差感知反馈补偿结构，包括载片台，载片台上方两侧分别具有探针台，探针台装载有探针；

3、所述探针包括基板部，基板部具有集成面，基板部的集成面上集成有若干金属部，每个金属部的端部分别延伸至基板部的端部外并形成针尖；

4、所述基板部的集成面上集成有两组传感器组，两组传感器组在集成面上对称间隔设置；

5、两组传感器组分别对应连接一个金属部，传感器组与金属部接地电连接；探针台具有控制部，传感器组与探针台的控制部电连接。

6、优化的，上述太赫兹频段探针测量误差感知反馈补偿结构，所述金属部为三个，三个金属部分别为中间金属部和两个侧部金属部，中间金属部位于两个侧部金属部之间并与两个侧部金属部间隔设置；

7、中间金属部的端部延伸至基板部的端部外并形成中间针尖，侧部金属部的端部延伸至基板部的端部外并形成侧部针尖；中间针尖位于两个侧部针尖之间并与侧部针尖间隔设置。

8、优化的，上述太赫兹频段探针测量误差感知反馈补偿结构，中间金属部远离中间针尖的一端具有信号线、接收端和直流偏置；所述信号线、接收端、直流偏置依次与中间金属部远离中间针尖的一端电连接。

9、优化的，上述太赫兹频段探针测量误差感知反馈补偿结构，所述传感器组包括一个x轴传感器、一个y轴传感器、信号焊盘一和信号焊盘二；

10、x轴传感器的接地端通过接地线与金属部电连接，x轴传感器的信号端通过导线与信号焊盘二电连接；

11、y轴传感器的接地端通过接地线与金属部电连接，y轴传感器的信号端通过导线与信号焊盘一电连接；

12、信号焊盘一、信号焊盘二与探针台的控制部电连接。

13、优化的，上述太赫兹频段探针测量误差感知反馈补偿结构，所述基板部的两侧分别具有l型的耳部，基板部两侧的耳部对称设置；

14、耳部的l型折弯角的两个内角直角边分别为应力集中部，x轴传感器、y轴传感器分别与两个应力集中部配合设置。

15、优化的，上述太赫兹频段探针测量误差感知反馈补偿结构，还包括ccd相机，ccd相机的摄像端朝向载片台的载片面并朝向探针的针尖；

16、所述探针台的一侧具有波导夹具。

17、优化的，上述太赫兹频段探针测量误差感知反馈补偿结构，基板部的表面具有包裹封装，金属部、传感器组被包裹于包裹封装内，针尖突出于包裹封装的表面。

18、一种太赫兹频段探针测试校准方法，使用上述的太赫兹频段探针测量误差感知反馈补偿结构；包括以下步骤：

19、首先装载探针于探针台，并通过探针台移动探针；

20、装载芯片晶圆于载片台上；

21、通过ccd相机观察芯片晶圆镜面反射的图像来确定探针距离芯片晶圆面的高度；

22、通过观察传感器组的电压反馈，调整载片台及探针角度；

23、确保探针的全部针尖的尖端触点与测试基板同时接触。

24、优化的，上述太赫兹频段探针测试校准方法，

25、首先装载探针，控制探针台在z方向下降，当探针与载片台距离10mm以上时，装载芯片晶圆；

26、随后控制载片台z方向上升，通过ccd相机实时观测探针的针头在芯片晶圆的倒影，控制探针与芯片晶圆距离d在20um左右；

27、然后控制探针台带动探针在z方向缓慢下降，通过ccd相机观测探针的针头阴影，当阴影出现微小滑移时，停止移动并观察两侧传感器变化；

28、调整至两侧探针的传感器组平衡时，控制载片台在z轴方向下移1mm，调整芯片晶圆后，控制载片台在z轴方向上移0.9mm，调整载片台x、y方位，寻找边缘测试器件作为初始被测试件；

29、控制载片台的z方位向上移动0.1mm，读取初始被测试件信号；过程中使用ccd相机实时监测探针的位置来精确控制探针的针尖与被测物体的角度，使探针的三个针尖电触点能够同时以一定的力接触到测试基板，进行角度校正功能；

30、再控制载片台的x、y方位移动，根据设计版图移动至下一个被测试件位置，读取信号，依次完成晶圆片测试。

31、本技术的有益效果为：

32、现有技术的一般探针结构，接地面积过大，而在本技术中，在减少接地面积的基础上，增加了传感器结构，用于感测探针误差。

33、本技术的技术方案，通过一种探针设计方案，当在太赫兹频段测量时探针因未与测试基板对准而产生定位误差，可通过探针上放置的压阻传感器或压电传感器来感知并量化角度误差，将输出信号输送到焊盘上后通过操作电机来调整探针各轴参数并控制载物台的升降，首先通过ccd观察晶圆镜面反射的图像来确定探针距离晶圆面大致高度，后续通过观察传感器电压反馈来调整载物台及探针角度，确保探针尖端触点与测试基板同时接触。该方案克服了使用传统对准方案时需要观察探针尖端在晶片上形成的划痕来获取角度数据并通过调整探针接触角度直到划痕均匀的繁琐步骤。减少了对探针结构的损伤，确保了测量结果的准确，并且与已有的采用传感器的方案相比，对探针的具体结构进行了改进，在机械强度和使用效果上具有更大优势。