探针台运动控制及晶圆定位对准技术研究

摘要

探针台是一种晶圆探针测试设备，探针测试在半导体器件制造流程具有重要的地位，通过探针测试，可及时发现晶圆中性能异常的晶粒，减少后续工序的加工耗费。目前晶圆直径不断增大，而晶粒却越来越小，对晶圆测试设备的自动化程度提出了较高的要求，传统的手动或半自动测试需要较多的人工参与，因而发展全自动探针台是提高晶圆探针测试效率的重要手段。国内的探针台因为起步较晚，在自动化方面与国外存在较大差距。运动控制和晶圆自动定位对准技术是提高探针测试自动化程度及测试效率的关键技术，本课题针对探针测试的特点，对用于探针台的运动控制卡和基于机器视觉的晶圆自动定位对准技术做了研究。
　　大部分探针台系统采用PC加运动控制卡的控制方案，本文根据探针台的运动特点，提出了运动控制卡必须具有的功能，选用FPGA器件以及NIOS软核处理器，设计插补、加减速控制、I/O滤波等运动控制算法；用Windriver和C++开发了上位机驱动程序和运动控制调用函数，设计了一款基于PCI总线的4轴运动控制卡，具有4轴线性插补、S曲线加减速、编码器脉冲计数、I/O控制等功能。
　　使晶圆片上的晶粒对准探针是晶圆探针测试的关键，传统的手动校正方法费时费力，因此运用机器视觉算法实现晶圆自动测试提高探针测试系统自动化程度的重要手段。本文根据晶圆测试的要求，对晶圆自动定位对准技术做了研究；结合图像腐蚀滤波、边缘提取等算法确定晶圆边界，并实现对晶圆圆心位置的检测；用图像模板匹配算法确定晶粒位置，并根据晶粒位置的横向及纵向位移计算出晶圆倾角。

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第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2本课题研究的内容及意义

1.3国内外相关技术发展现状

1.4本文结构

第2章 运动控制卡方案及硬件设计

2.1引言

2.2总体方案设计

2.3脉冲输出电路

2.4编码器及手轮信号输入电路

2.5 I/O信号

2.6通信接口电路

2.7供电系统电路

2.8 FPGA配置电路设计

2.9本章小结

第3章 运动控制算法及软件开发

3.1引言

3.2 NIOS程序设计

3.3加减速算法

3.4插补算法

3.5脉冲计数

3.6 I/O模块

3.7 PCI接口模块

3.8本章小结

第4章 上位机程序开发与板卡测试

4.1引言

4.2驱动开发

4.3上位机软件设计

4.4板卡测试

4.5本章小结

第5章 晶圆机器视觉定位对准算法研究

5.1引言

5.2晶圆中心检测

5.3晶粒模板匹配与晶圆扫直

5.4本章小结

结论

参考文献

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致谢