一种晶圆自动对针装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种晶圆自动对针装置及方法，包括：由镜头表面有十字丝标志的相机组成的图像采集组件、通过光栅尺进行定值运动的运动组件、数据处理组件、用于承载待对针晶圆的晶圆托盘、与待对针晶圆进行对针的探针卡；图像采集组件用于采集晶圆托盘、探针卡和待对针晶圆的图像，并将图像传递至数据处理组件；数据处理组件用于处理接收到的图像数据，并根据数据计算出对针参数；晶圆托盘与运动组件连接固定，通过运动组件驱动晶圆托盘进行运动。本发明专利技术通过图像识别及光栅尺定位的方式进行晶圆对针，可同时完成X向、Y向和Z向三个方向的对针；不借助于标定块，减少安装难度及对针操作步骤；对针方法简单，数据处理更加准确，提高对准精度和效率。准精度和效率。准精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆自动对针装置及方法


[0001]本专利技术涉及晶圆加工领域，特别涉及一种晶圆自动对针装置及方法。

技术介绍

[0002]晶圆探针台是半导体芯片制造前道工序中支撑测试机测试晶圆各芯片性能和质量情况的设备，是保证芯片制造质量、减少制造成本及损失的必须环节。在晶圆制造完成后，便需要进入晶圆测试阶段，晶圆测试利用测试机，通过探针台与探针的搭配组合来测试芯片上每一个晶粒，探针用来与晶粒上的Pad作直接接触，以便测试机能够直接对芯片输入信号或输出讯号，其测试参数包括芯片的DC参数和AC参数。
[0003]现有晶圆探针台多采用测试对针，通过采集到的晶圆图像对探针卡进行初步调整，进行测试对针，根据测试对针的针痕情况进行再次调整，再次进行测试对针，重复多次上述步骤，直至针痕位于晶圆上的pad的中心位置，完成对针。上述对针方法存在操作复杂与稳定性差的缺点。
[0004]在专利技术专利号CN105486995B《全自动探针台图像定位装置及视觉对准方法》中提出了一种借助于标定块进行精准对针的对针装置与方法，该方法可实现较高精度的对针，但涉及公式过多，计算过多，在计算过程中极易因标定块制造精度或安装精度而产生误差，影响对针精度，降低对针效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决上述晶圆对针方法的缺点，提供一种不借助于标定块，高精度，高效率的晶圆自动对针装置及方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0007]一种晶圆自动对针装置，包括：由镜头表面有十字丝标志的相机组成的图像采集组件、通过光栅尺进行定距运动的运动组件、数据处理组件、用于承载待对针晶圆的晶圆托盘、与待对针晶圆进行对针的探针卡；图像采集组件用于采集晶圆托盘、探针卡和待对针晶圆的图像，并将图像传递至数据处理组件；数据处理组件用于处理接收到的图像数据，并根据数据计算出对针参数；晶圆托盘与运动组件连接固定，通过运动组件驱动晶圆托盘进行运动。
[0008]优选地，图像采集组件包括：俯视相机、仰视相机；俯视相机位置固定不发生变化，作为基准相机，镜头向下，采集晶圆托盘、仰视相机和待对针晶圆的图像；仰视相机与运动组件连接固定，随晶圆托盘一同进行水平运动，作为标定相机，镜头向上，采集探针卡、仰视相机的图像；
[0009]俯视相机包括用于低倍放大的俯视相机低倍镜头和俯视相机低倍CCD以及用于高倍放大的俯视相机高倍镜头和俯视相机高倍CCD，还包括俯视相机照明组件；俯视相机照明组件提供俯视相机工作环境照明；
[0010]仰视相机包括用于低倍放大的仰视相机低倍镜头、用于高倍放大的仰视相机高倍
镜头、仰视相机CCD、镜头切换挡片、仰视相机照明组件；仰视相机低倍镜头与仰视相机高倍镜头共用仰视相机CCD，通过镜头切换挡片切换成像镜头；仰视相机照明组件提供仰视相机工作环境照明；
[0011]俯视相机和仰视相机的镜头表面都有十字丝标志，用于在俯视相机与仰视相机互相瞄准时作为基准，还用于对俯视相机和仰视相机采集到的图像中的物体进行定位。
[0012]优选地，晶圆自动对针装置还包括：底座、一号支架、二号支架、盖板；一号支架、二号支架都固定在底座上表面；一号支架连接固定俯视相机；探针卡固定在盖板下表面，二号支架连接盖板。
[0013]优选地，运动组件包括水平运动装置；水平运动装置包括：X向滑动板、Y向滑动板、用于驱动X向滑动板的X向直线电机、用于驱动Y向滑动板的Y向直线电机、用于X向定位的X向光栅尺、用于Y向定位的Y向光栅尺；
[0014]底座上表面设有Y向滑轨，Y向滑动板下表面设有与所述Y向滑轨配合的Y向滑块，Y向滑动板可通过Y向滑轨与Y向滑块的配合进行Y向滑动；Y向滑动板上表面设有X向滑轨，X向滑动板下表面设有与X向滑轨配合的X向滑块，X向滑动板可通过X向滑轨与X向滑块的配合进行X向滑动；X向直线电机和X向光栅尺的标尺都固定在Y向滑动板上表面，X向光栅尺的传感器固定在X向滑动板下表面；Y向直线电机和Y向光栅尺的标尺都固定在底座上表面，Y向光栅尺的传感器固定在Y向滑动板的下表面。
[0015]优选地，运动组件还包括Z向运动装置；Z向运动装置包括：Z向底座、旋转元件、Z向移动元件；Z向底座固定于X向滑动板上表面；旋转元件与Z向底座连接固定，带动晶圆托盘围绕自身中心轴做旋转运动；Z向移动元件上表面连接固定晶圆托盘，下表面与Z向底座上表面连接固定，带动晶圆托盘进行Z向移动。
[0016]优选地，运动组件还包括仰视相机承载台；仰视相机承载台固定在X向滑动板上表面，仰视相机与仰视相机承载台连接固定，仰视相机承载台可进行Z向移动，带动仰视相机进行Z向移动。
[0017]优选地，Z向移动元件包括：Z向移动板、Z向驱动电机、滚珠丝杠组、驱动齿带、传动齿带、用于限制Z向移动板移动方向的导向花键轴组、用于Z向定位的Z向光栅尺；Z向驱动电机固定在Z向底座上表面；组成滚珠丝杠组的每个滚珠丝杠的丝杠都垂直于Z向底座并连接固定，螺母都与Z向移动板连接固定；组成导向花键轴组的每个导向花键轴的轴都垂直于Z向底座并连接固定，通过花键与Z向移动板连接；Z向驱动电机输出端连接有电机齿轮，每个滚珠丝杠都连接有丝杠齿轮，一个滚珠丝杠连接有驱动齿轮；电机齿轮和驱动齿轮都与驱动齿带啮合，所有丝杠齿轮都与传动齿带啮合；Z向驱动电机驱动驱动齿带，带动驱动齿轮，连接驱动齿轮的滚珠丝杠通过传动齿带带动其余滚珠丝杠进行同步运动，进而带动Z向移动板进行Z向移动，导向花键轴组引导Z向移动板的移动方向，保证Z向移动板的移动方向垂直于Z向底座；Z向光栅尺的标尺垂直于Z向底座并连接固定，传感器与Z向移动板连接固定。
[0018]优选地，旋转元件包括：旋转驱动电机、旋转元件丝杠、设有旋转元件滑轨的旋转元件底座、与旋转元件滑轨配合的旋转元件滑块、与晶圆托盘连接固定的旋转元件连接板；旋转元件底座固定于Z向底座上表面；旋转驱动电机固定在旋转元件底座，旋转元件丝杠连接旋转驱动电机输出端；旋转元件滑块上表面设有两根驱动杆，旋转元件连接板置于两根驱动杆之间并与两根驱动杆抵接；旋转元件滑块开有螺纹孔，螺纹孔与旋转元件丝杠配合；
旋转驱动电机驱动旋转元件丝杠进行旋转，带动旋转元件滑块沿旋转元件滑轨路径进行滑动，旋转元件滑块上的两根驱动杆带动旋转元件连接板和晶圆托盘一同旋转。
[0019]优选地，仰视相机承载台包括：侧面设有仰视相机承载台滑轨的仰视相机承载台底座、仰视相机承载台驱动电机、仰视相机承载台滚珠丝杠、与仰视相机承载台滑轨配合的仰视相机承载台滑动板、用于对仰视相机进行Z向定位的仰视相机承载台光栅尺；仰视相机承载台底座固定在X向滑动板上表面；仰视相机与仰视相机承载台滑动板连接固定；仰视相机承载台驱动电机固定在仰视相机承载台底座上表面；仰视相机承载台滚珠丝杠的丝杠垂直于仰视相机承载台底座并连接固定，螺母与仰视相机承载台滑动板连接固定；仰视相机承载台驱动电机驱动仰视相机承载台滚珠丝杠进行旋转，带动仰视相机承载台滑动板沿仰视相机承载台滑轨路径进行滑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆自动对针装置，其特征在于，包括：由镜头表面有十字丝标志的相机组成的图像采集组件、通过光栅尺测量运动距离的运动组件、数据处理组件、用于承载待对针晶圆的晶圆托盘、与所述待对针晶圆进行对针的探针卡；所述图像采集组件用于采集所述晶圆托盘、所述探针卡和所述待对针晶圆的图像，并将图像传递至所述数据处理组件；所述数据处理组件用于处理接收到的图像数据，并根据数据计算出对针参数；所述晶圆托盘与所述运动组件连接固定，通过所述运动组件驱动所述晶圆托盘进行运动。2.如权利要求1所述的晶圆自动对针装置，其特征在于，所述图像采集组件包括：俯视相机、仰视相机；所述俯视相机位置固定不发生变化，作为基准相机，镜头向下，采集所述晶圆托盘、所述仰视相机和所述待对针晶圆的图像；所述仰视相机与所述运动组件连接固定，随所述晶圆托盘一同进行水平运动，作为标定相机，镜头向上，采集所述探针卡、所述仰视相机的图像；所述俯视相机包括用于低倍放大的俯视相机低倍镜头和俯视相机低倍CCD以及用于高倍放大的俯视相机高倍镜头和俯视相机高倍CCD，还包括俯视相机照明组件；所述俯视相机照明组件提供所述俯视相机工作环境照明；所述仰视相机包括用于低倍放大的仰视相机低倍镜头、用于高倍放大的仰视相机高倍镜头、仰视相机CCD、镜头切换挡片、仰视相机照明组件；所述仰视相机低倍镜头与所述仰视相机高倍镜头共用所述仰视相机CCD，通过所述镜头切换挡片切换成像镜头；所述仰视相机照明组件提供所述仰视相机工作环境照明；所述俯视相机和所述仰视相机的镜头表面都有十字丝标志，用于在所述俯视相机与所述仰视相机互相瞄准时作为基准，还用于对所述俯视相机和所述仰视相机采集到的图像中的物体进行定位。3.如权利要求1或2所述的晶圆自动对针装置，其特征在于，还包括：底座、一号支架、二号支架、盖板；所述一号支架、所述二号支架都固定在所述底座上表面；所述一号支架连接固定所述俯视相机；所述探针卡固定在所述盖板下表面，所述二号支架连接所述盖板。4.如权利要求1或3所述的晶圆自动对针装置，其特征在于，所述运动组件包括水平运动装置；所述水平运动装置包括：X向滑动板、Y向滑动板、用于驱动所述X向滑动板的X向直线电机、用于驱动所述Y向滑动板的Y向直线电机、用于X向定位的X向光栅尺、用于Y向定位的Y向光栅尺；所述底座上表面设有Y向滑轨，所述Y向滑动板下表面设有与所述Y向滑轨配合的Y向滑块，所述Y向滑动板可通过所述Y向滑轨与所述Y向滑块的配合进行Y向滑动；所述Y向滑动板上表面设有X向滑轨，所述X向滑动板下表面设有与所述X向滑轨配合的X向滑块，所述X向滑动板可通过所述X向滑轨与所述X向滑块的配合进行X向滑动；所述X向直线电机和所述X向光栅尺的标尺都固定在所述Y向滑动板上表面，所述X向光栅尺的传感器固定在所述X向滑动板下表面；所述Y向直线电机和所述Y向光栅尺的标尺都固定在所述底座上表面，所述Y向光栅尺的传感器固定在所述Y向滑动板的下表面。5.如权利要求1或4所述的晶圆自动对针装置，其特征在于，所述运动组件还包括Z向运动装置；所述Z向运动装置包括：Z向底座、旋转元件、Z向移动元件；所述Z向底座固定于所述X向滑动板上表面；所述旋转元件与所述Z向底座连接固定，带动所述晶圆托盘围绕自身中心轴做旋转运动；所述Z向移动元件上表面连接固定所述晶圆托盘，下表面与所述Z向底座
上表面连接固定，带动所述晶圆托盘进行Z向移动。6.如权利要求1或4所述的晶圆自动对针装置，其特征在于，所述运动组件还包括仰视相机承载台；所述仰视相机承载台固定在所述X向滑动板上表面，所述仰视相机与所述仰视相机承载台连接固定，所述仰视相机承载台可进行Z向移动，带动所述仰视相机进行Z向移动。7.如权利要求4或5所述的晶圆自动对针装置，其特征在于，所述Z向移动元件包括：Z向移动板、Z向驱动电机、滚珠丝杠组、驱动齿带、传动齿带、用于限制所述Z向移动板移动方向的导向花键轴组、用于Z向定位的Z向光栅尺；所述Z向驱动电机固定在所述Z向底座上表面；组成所述滚珠丝杠组的每个滚珠丝杠的丝杠都垂直于所述Z向底座并连接固定，螺母都与所述Z向移动板连接固定；组成所述导向花键轴组的每个导向花键轴的轴都垂直于所述Z向底座并连接固定，通过花键与所述Z向移动板连接；所述Z向驱动电机输出端连接有电机齿轮，每个所述滚珠丝杠都连接有丝杠齿轮，一个所述滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：田学光，高跃红，郑福志，孙德举，王蕾，王骕，
申请(专利权)人：长春光华微电子设备工程中心有限公司，
类型：发明
国别省市：