一种自动拉平与测量步距同步进行的方法与流程

本发明属于半导体测试设备，具体涉及一种自动拉平与测量步距同步进行的方法。

背景技术：

1、在半导体晶圆测试过程中，自动探针台需在正式测试前完成两项关键标定工作：晶圆拉平（即晶圆坐标系与设备机械坐标系的对准）与步距测量（即卡盘实际移动距离与理论步距之间偏差的测量与修正）。两项标定的精度直接影响后续探针扎针寻址的准确性与测试结果的可靠性。

2、现有技术中，与半导体晶圆测试相关的方案主要集中于以下方向：

3、方向一：基于视觉的探针台图像定位与对准技术。 例如，公开号为cn105513990a的中国专利公开了一种探针台图像定位装置及视觉对准方法，通过工业相机采集晶圆表面标记或焊盘图像，利用图像处理算法提取特征点像素坐标，控制运动台进行位置补偿。该技术侧重于单一对准环节，未将视觉识别数据复用于步距测量，也未对拉平与步距测量的路径进行统一规划。

4、方向二：探针台定位补偿标定技术。 公开号为cn115902327b的中国专利公开了一种探针台定位补偿的标定方法和探针台，通过获取预设参照点的补偿偏移量及关键焊点的关键位置进行位置标定。该方法仍以“先对准、后标定”的分阶段思路为主，晶圆需在拉平完成后单独执行步距测量移动，卡盘往返次数多。

5、方向三：探针角度与高度校准技术。公开号为cn117476529b的中国专利公开了一种探针校准方法，聚焦于探针角度与高度的离线或在线校准，未涉及晶圆拉平与运动步距测量之间的路径融合与数据复用。

6、方向四：晶圆校平（拉平）技术。公开号为cn118737919a的中国专利公开了一种晶圆校平方法，采用“匹配—转动—再移动”的迭代循环逐步减小晶圆与标准角度之间的偏差。该技术仅针对单一的晶圆校平任务，全程不涉及步距测量。

7、方向五：晶圆探针台检测路径规划技术。公开号为cn118553635a的中国专利公开了一种晶圆探针台检测路径规划方法，针对多工位针卡并行测试时待测晶粒的扎针寻址路径进行规划。该技术规划的对象是待测晶粒而非坐标标定用的拉平标记点或步距参考特征点，不涉及测试前的晶圆拉平标定与步距测量。

8、方向六：探针偏差补偿与同步性校准技术。部分方案通过获取目标测量位置与实际扎针位置的偏差来校准探针位置，或针对多通道测试系统的同步性进行校准，但均未将晶圆坐标系拉平与运动轴步距测量作为统一流程进行路径级融合。

9、上述现有技术具有共同缺点：拉平与步距测量分阶段执行，两个阶段分别移动到不同目标点进行拍摄，卡盘需在晶圆上往返多次，准备时间较长；拉平阶段采集的图像与坐标数据在完成计算后即被丢弃，未用于步距修正；步距测量阶段又需重新移动并采集数据，造成资源浪费；现有路径规划技术仅针对正式测试阶段的待测晶粒扎针寻址，未涉及测试前标定阶段两类功能异构控制点的联合规划；部分方案采用离线校准方式，无法及时响应温漂、机械磨损等引起的实时误差变化。

技术实现思路

1、本发明提供如下技术方案：一种自动拉平与测量步距同步进行的方法，其特征在于：

2、自晶圆装载至卡盘时刻开始，路径规划模块读取晶圆配方，获得拉平点坐标集合与步距参考点坐标集合；其中，所述拉平点为用于确定探针与晶圆接触平面的工艺控制点，所述步距参考点为用于标定运动坐标系步距的基准控制点；

3、将所述拉平点与步距参考点映射至同一晶圆坐标系，并依据晶圆地图、晶粒排列关系及预设工艺约束，建立各控制点之间的空间关联、功能优先级及访问限制条件；

4、将单次晶圆标定过程划分为预拉平阶段、粗步距标定阶段、精拉平阶段及补偿测量阶段，并针对各阶段分别调用相应的子规划策略，生成阶段性访问序列；

5、将所述阶段性访问序列转换为探针台运动控制指令，所述运动控制指令包含xy平面访问顺序、相邻控制点之间的运动姿态、z轴预提升及预下降动作时序、探针与晶圆的接触及分离流程触发条件；

6、卡盘按所述运动控制指令依次移动至各目标点；在每个目标点处，视觉系统拍摄晶圆表面图像并识别特征点，输出特征点在图像坐标系中的像素坐标，同时记录卡盘在当前目标点的机械坐标；

7、实时采集拉平偏差、接触状态、步距测量误差及运动机构状态反馈；响应于实际偏差超过设定阈值或出现接触异常，对后续未访问控制点的顺序、密度及访问方式进行在线调整；

8、在全部目标点访问完毕后，基于全部拉平点的像素坐标与机械坐标，采用最小二乘法拟合晶圆坐标系相对于机械坐标系的旋转角与平移量，生成拉平矩阵；同时，基于相邻步距参考点之间的实际机械位移与理论步距，计算各轴向的步距修正系数；两个计算过程相互独立、并行执行；

9、将所述拉平矩阵与步距修正系数一次性写入运动控制器，后续测试基于修正后的坐标系与步距参数执行寻址。

10、较佳的，所述预拉平阶段包括：以几何覆盖性优先，在晶圆有效区域内选取稀疏拉平点，形成大跨度低密度的初始访问序列。

11、较佳的，所述粗步距标定阶段包括：在拉平点周边或步距参考点密集区，以固定方向、固定步距增量生成往复扫描序列。

12、较佳的，所述精拉平阶段包括：根据预拉平反馈的晶圆翘曲数据，加密局部拉平点，生成小步距、低冲击的局部精修路径。

13、较佳的，所述补偿测量阶段包括：根据已测步距误差与拉平残余偏差，动态追加补偿访问点，并插入至剩余路径中。

14、较佳的，所述基于全部拉平点的像素坐标与机械坐标采用最小二乘法拟合晶圆坐标系相对于机械坐标系的旋转角与平移量包括：

15、定义第k个目标点在机械坐标系下的坐标为(x_{k,m}, y_{k,m})，在晶圆坐标系下的理论坐标为(x_{k,w}, y_{k,w})；

16、晶圆坐标系到机械坐标系的变换关系满足：

17、x_{k,m} = x_{k,w}·cosθ − y_{k,w}·sinθ + t_x + ε_{k,x}

18、y_{k,m} = x_{k,w}·sinθ + y_{k,w}·cosθ + t_y + ε_{k,y}

19、其中，θ为晶圆坐标系相对于机械坐标系的旋转角，(t_x, t_y)为平移量，ε_{k,x}、ε_{k,y}为拟合残差；

20、通过最小二乘法使全部拉平点的残差平方和最小，求解θ、t_x、t_y：

21、min_{θ,t_x,t_y} σ_{k∈a} (ε_{k,x}² + ε_{k,y}²)

22、式中，a为拉平点索引集合。

23、较佳的，所述基于相邻步距参考点之间的实际机械位移与理论步距计算各轴向的步距修正系数包括：

24、x方向步距修正系数α_x满足：

25、α_x = σ(δx_{actual,j} · δx_theory) / σ(δx_theory²)

26、y方向步距修正系数α_y满足：

27、α_y = σ(δy_{actual,j} · δy_theory) / σ(δy_theory²)

28、其中，δx_theory、δy_theory为理论步距，δx_{actual,j}、δy_{actual,j}为第j对相邻步距参考点的实际机械位移。

29、较佳的，所述后续测试基于修正后的坐标系与步距参数执行寻址包括：

30、运动控制器将理论目标坐标(x_target, y_target)转换为实际发送脉冲对应的修正坐标：

31、x_cmd = (x_target − t_x) / α_x

32、y_cmd = (y_target − t_y) / α_y

33、其中，(x_cmd, y_cmd)为写入运动控制器的目标位置，α_x、α_y分别为x方向和y方向的步距修正系数，(t_x, t_y)为平移量。

34、本发明的有益效果为：

35、1. 通过将拉平点与步距参考点合并为单次遍历路径，将原本两次独立的晶圆移动行程压缩为一次，显著减少卡盘往返次数，降低测试前准备时间；在同一目标点处仅需拍摄一次图像，即可同时为拉平计算与步距修正计算提供输入数据，避免重复拍摄与图像处理开销；拉平矩阵与步距修正系数的计算相互独立、并行执行，参数计算完成后一次性写入运动控制器，避免分步写入带来的时延和不一致风险。

36、2. 路径规划模块基于晶圆配方中的直径、切口类型等信息自动生成目标点集合与遍历路径，无需为不同晶圆类型单独开发路径程序；拉平与步距测量在同一次遍历中完成，修正参数能够同时反映当前温漂、机械状态等实时误差，具有更好的动态适应性；多阶段规划避免了全程高密度往复运动带来的机械冲击，动态修正机制可在异常时及时调整后续路径，减少硬接触与重复定位误差。