探针台及其定位精度补偿方法与流程

本发明涉及探针台定位，尤其涉及一种探针台及其定位精度补偿方法。

背景技术：

1、晶圆探针台是半导体制造过程中不可或缺的关键设备之一，主要用于对半导体晶圆进行电学特性测试，测试原理是探针台引导探针接触晶圆上的测试点，通过对集成测试机的控制，获取芯片电性能数据。这个测试工艺用来在芯片切割和封装前对其进行批量筛选，极大影响芯片生产质量和效率。随着半导体技术的快速发展，晶圆尺寸和电路密度不断增加，晶圆探针台技术将向着更微细的探测精度和更快的测试速度演进，以应对3d封装、异构集成等先进封装技术带来的挑战。

2、目前在全自动晶圆探针台的研发过程中，通过对标国际先进的探针台竞品，采用了高精度的直线电机四轴运动平台，以实现微米级的定位精度目标。但其在应用时还存在有以下不足之处：①在探针台的标定过程中，发现现有的依靠激光干涉仪的标定方法，存在仪器架设过程复杂、标定耗时长、功能作用较为局限等缺陷，从而无法完全满足完整的标定要求。而且，在探针台使用时，运动平台具有一定的热敏感性，这就造成其标定数据需要根据设备当前情况修正和更新。②在探针测试焊盘过程中，发现环境温湿度变化会导致运动平台轴体、光学组件及其工装结构、光栅尺基座、针卡卡盘等诸多组件发生形变，从而影响探针扎入焊盘的准确度和精度。

3、因此，如何提升探针台的定位精度、实现探针精准测试焊盘电性能，成为了当下亟需解决的技术问题。有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，本发明提供了一种探针台及其定位精度补偿方法，该方法操作简便、耗时短，定位精度及探针测试精度高，运行可靠性强、生产效率高、生产成本低，具有广泛的应用前景和重要意义。

2、本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种探针台的定位精度补偿方法，包括以下步骤：

3、s1：对探针台的运动平台进行标定；

4、通过探针台对标定物上的多个特征点进行对位操作，获取所述探针台的运动平台的多个运动指令坐标；

5、基于所述运动平台的多个运动指令坐标和所述标定物的map图，生成映射关系表；其中，所述map图为所述标定物上的多个特征点的理想坐标集合；

6、采用双线性插值算法细化所述映射关系表，以进行所述映射关系表的增量更新；以及，采用逆双线性插值算法将所述运动平台的当前运动指令坐标转换为所述map图中的一个理想坐标，以确保所述映射关系表的精确性；

7、s2：在所述探针台的探针扎入测试物后，利用所述探针台的机器视觉系统对所述测试物上的针痕进行检测，获取所述针痕的位置坐标及其相对于所述测试物上的设定中心点坐标的偏差值；

8、s3：基于所述针痕的检测结果，采用线性插值算法对所述针痕的位置坐标进行误差补偿。

9、作为本发明的进一步改进，通过探针台对标定物上的多个特征点进行对位操作，获取所述探针台的运动平台的多个运动指令坐标；包括：

10、选取直径不大于2mm的高精度晶圆作为所述标定物，相应的，所述高精度晶圆上的若干成排成列的晶粒即为所述标定物的特征点；

11、将所述高精度晶圆放置于所述运动平台的执行末端上，先利用所述机器视觉系统对所述高精度晶圆进行初步摆正及位置确认，再利用所述机器视觉系统逐行逐列的对所述高精度晶圆上的晶粒进行对位操作，即获得所述运动平台的多个运动指令坐标，所述运动平台的多个运动指令坐标分别与若干所述晶粒一一对应。

12、作为本发明的进一步改进，所述机器视觉系统利用自动光学对准技术对所述高精度晶圆进行初步摆正及位置确认、以及对所述高精度晶圆上的晶粒进行对位操作；

13、通过所述探针台的光栅尺反馈系统对所述运动平台的运动指令坐标进行实时闭环反馈。

14、作为本发明的进一步改进，对所述映射关系表进行梯度分析，判断所述映射关系表中的数据是否为连续变化：

15、若所述映射关系表中的数据是连续变化的，则允许进行所述映射关系表的增量更新；

16、若所述映射关系表中的数据发生跳变，则不允许进行所述映射关系表的增量更新。

17、作为本发明的进一步改进，采用双线性插值算法细化所述映射关系表中的所述map图，亦即：采用双线性插值算法计算出所述运动平台的运动指令坐标的规划值。

18、作为本发明的进一步改进，双线性插值算法利用所述map图中的四个点进行插值，即根据q11(x1,y1)、q12(x1,y2)、q21(x2,y1)和q22(x2,y2)四点处的函数值计算出未知函数在点p＝(x,y)处的值，具体包括：

19、第一步，在x方向上进行两次线性插值运算，得到：

20、

21、其中，r1＝(x,y1)，r2＝(x,y2)；

22、第二步，在y方向上进行一次线性插值运算，即通过r1点和r2点在y方向上插置计算出p点：

23、其中，p＝(x,y)。

24、作为本发明的进一步改进，逆双线性插值算法利用所述运动平台的四个当前运动指令坐标进行插值，即根据和计算出未知函数在点p*＝(x,y)处的值，具体包括：

25、第一步，将和按照系数u进行插值运算，得到点；以及将和按照系数v进行插值运算，得到点；

26、其中，u∈[0,1]；

27、其中，v∈[0,1]；

28、第二步，根据点和点计算出p*点：

29、其中，v∈[0,1]；p*＝(x,y)。

30、作为本发明的进一步改进，所述测试物为测试晶圆；相应的，在所述探针台的探针扎入所述测试晶圆上的晶粒的焊盘后，利用所述机器视觉系统获取所述测试晶圆的图片，并对所得图片依次进行roi切片、二项式滤波、阈值化、连通域、筛选焊盘和针痕处理后，获得针痕的位置坐标、焊盘的中心点坐标、以及两者之间的偏差值。

31、作为本发明的进一步改进，采用线性插值算法对所述针痕的位置坐标进行误差补偿，具体包括：

32、选取所述测试晶圆上并与指定晶粒位于同行或同列的两个参考晶粒，两个所述参考晶粒的序列值分别为x0和x1，且两个所述参考晶粒上的针痕位置坐标相对于焊盘的中心点坐标的偏差值分别为y0和y1；

33、通过以下公式(1)计算得到所述指定晶粒上的针痕位置坐标相对于焊盘的中心点坐标的偏差值y：

34、

35、其中，x为所述指定晶粒的序列值。

36、本发明还提供了一种探针台，所述探针台采用如本发明所述的探针台的定位精度补偿方法进行定位精度补偿。

37、本发明的有益效果是：一方面，本发明通过对探针台的运动平台的标定方法进行创新，特别是在标定时采用双线性插值算法细化所述映射关系表、以及采用逆双线性插值算法将所述运动平台的当前运动指令坐标转换为所述map图中的一个理想坐标，可使得所述运动平台的定位精度得以显著提升，很好地满足了高精度定位测量要求；另一方面，本发明基于机器视觉的图像处理算法来高效、精确地检测出针痕数据，并通过采用线性插值算法对针痕检测数据进行误差补偿，可实现使探针精准测试测试物(如焊盘)的电性能的同时，还确保了探针台在不同环境条件下或长期操作中，依然能够保持高精度的探针测试操作，从而提高探针台整个系统的测试稳定性和精度。总之，本技术所述探针台的定位精度补偿方法操作简便、耗时短，运行精度高(包括定位精度和探针测试精度)、可靠性强，生产效率高，并降低了设备停机时间和维护成本，具有广泛的应用前景和重要意义。