全自动探针台硅片传输系统的预对准算法研究

胡晓霞，黄 睿，艾 博

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176)

全自动探针台硅片传输系统的预对准算法研究

胡晓霞，黄 睿，艾 博

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176)

提出了一种硅片传输系统的预对准算法，根据线阵CCD采集的边缘电压数据并结合机械手的固有特性，计算出圆心坐标和切边位置，实现硅片的预对准。经过实验验证，该算法有效提高了预对准的可靠性和稳定性。

探针台；传输系统；预对准

在全自动探针台硅片传输控制系统中，硅片的预对准方法是需要解决的核心问题，这就涉及到硅片如何找圆心、切边如何定位以及偏心角、偏心距的计算方法等一系列算法研究。本文首先介绍了全自动探针台传输控制系统的构成，以CCD作为传感器进行硅片的边缘检测，根据传感器采样的电压值变化分析计算出圆心位置。然后，根据全自动探针台可伸缩的机械手臂测量的原始数据计算出偏心角以及垂直方向上的偏心距，并通过手臂伸缩的机械特性，将硅片移至预对准台中心位置，通过粗、细采样边缘数据准确确定硅片切边。

1 全自动探针台传输控制系统构成

全自动探针台传输控制系统由机械手传输和预对准台旋转两部分组成。其中：

（1）机械手是传输部分的核心机构。负责将硅片从硅片盒输送到预对准台，并将预对准后的硅片按要求送至相应的承片台，测试完成后再由承片台放回指定的片盒内，并负责移动硅片到圆心位置。

（2）预对准部分是整个传输系统的核心环节。将硅片圆心调整到给定位置，通过预对准找到切边位置并使切边位置定向于指定角度。

2 预对准工艺流程

机械手从片盒指定位置取片，并传输到预对准台。预对准台检测到有片后开始旋转，通过激光探测器扫描硅片边缘找到硅片圆心位置。根据硅片圆心和已知的预对准台圆心，计算出两者之间的偏心角和偏心距。将硅片的圆心旋转至预对准台中心，然后对预对准台旋转进行两次采样，首先通过粗采样大致找到左右切边，在粗采样的基础上进行细采样，准确确定左右切边，最后预对准台旋转到切边位置。工艺流程如图1所示。

3 预对准算法研究

一般而言，在一定的采样速率下，传感器的精度越高，预对准的定位精度也越高，但成本也越高。因此在给定传感器测量精度的前提下，采用合适的算法也可以提高预对准的定位精度。从上面的预对准工艺可以看出硅片对准精度的两个重要环节是计算硅片圆心和检测切边。

下面详细介绍几种算法的具体实现，分别是通过偏心角、偏心距计算圆心的算法以及粗、细采样找切边算法。

3.1 偏心角、偏心距计算圆心

首先在硅片边缘采集100个电压数据，通过采样数据的电压值得到其中最大、最小值，然后测量机械手伸缩的直线距离，最后根据求得的偏心角、偏心距计算出圆心坐标。

（1）假设机械手从零位伸展到90°时，计算出电机对应13 114个脉冲，测量出机械手旋转所对应的直线距离为146.78 mm，计算出对应角度为47.21°。设X代表转轴旋转角度所对应的直线方向上所运动的距离（脉冲数）。计算原理如图2所示。

图1 预对准工艺流程图

（2）假设机械手从90°的位置伸展到180°时，对应18 107个脉冲，测量出距离为181.54 mm，对应65.19°。计算原理如图3所示。

（3）假设机械手从180°的位置缩回3 mm，则需要在直线方向上运动多少个脉冲？计算方法为：

图2 机械手从零位伸展到90°的计算原理图

图3 机械手从90°的位置伸展到180°的计算原理图

具体实现流程见图4所示。

3.2 粗、细采样找切边算法

预对准台对当前圆片进行找切边的算法包括两部分：粗采样和细采样。

图4 圆心计算的流程图

首先进行粗采样，即20个脉冲采集一次数据，通过分析采集到的数据找到左右切边的大概位置，接着判断是否在切边上，如果采样数组对应脉冲数的最大最小值的差值大于500脉冲，则说明不在切边上，此时需要在切边处顺时针旋转300个脉冲再进行一次粗采样。如果在切边上，那么开始进行细采样确定左右切边的准确位置。

所谓细采样，即5个脉冲采集一次数据。如果粗采样得到的左切边小于100个脉冲，那么电机直接顺时针旋转100个脉冲。否则，原始采样数组对应脉冲数的最大值增加100、最小值减掉100得到一组新的最大、最小值，此时如果左切边或正下方的采样数组脉冲最小值小于1 000个脉冲，那么电机逆时针旋转；若右切边或起始位置的采样数组脉冲最小值大于1 000个脉冲，那么电机顺时针旋转，以上步骤是为了判断电机旋转方向。开始采样前要确定位置，即通过采样数组对应脉冲数的最大最小值的差值来判断，如果差值小于600个，则在左边、右边或下边，否则在中间位置。具体实现流程见图5所示。

4 结束语

预对准是实现全自动探针台传输系统的核心部分。准确的计算圆心和切边位置，可以很好地实现硅片的高精度预对准，并且在此基础上构建的硅片传输控制系统可以完成高精度的传输。预对准环节在IC设备中的应用比较广泛，该平台的结构和算法同样可以推广应用到其他IC设备的预对准中。

[1] 宋亦旭，杨泽红，李世昌，等.基于高精度预对准的硅片传输控制系统[J].光电工程，2008，35(10)：116-120.

图5 粗、细采样找切边流程图

[2] 杨兴平.晶片传输系统中切边探测和预对准技术[J].电子工业专用设备，2003，32(1)：43-47.

[3] Yamamoto Satoshi，Kamei Kenji.Apparatus for Detecting Position of a Notch in a Semiconductor Wafer：U.S. Patent，5438209[P].1995-8-1.

A Prealignment Algorithm Research Which Applied on Wafer Transport Device of Automatic Probe

HU Xiaoxia，HUANG Ru，AI Bo

(The 45thReaseach Institute of CETC，BeiJing 100176，China)

In this paper，a prealignment algorithm for wafer transfer system is proposed.According to the edge of the linear CCD acquisition voltage data and the inherent characteristics of the manipulator to calculate the center coordinates and trimming positions.Experimental results show that the algorithm can improve the reliability and stability of prealignment effectively.

Probe；Transmission System；Prealigner

TN307

B

1004-4507(2016)12-0016-04

胡晓霞（1972-），女，甘肃静宁人，工程师，长期从事半导体测试设备的研究及软件开发工作。

2016-11-10