CN101611324A - 利用光学基准的方法和器件 - Google Patents

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Abstract

激光加工***执行探针元件(如探针)与装置接口元件(如电路基板的接触焊盘)对齐的方法。首先，激光加工***在一个或多个预定位置生成光学基准光束，以校准基准区域。激光加工***随后会探测探针元件在基准区域内的位置。激光加工***还确定装置接口元件在基准区域内的相对位置。激光加工***随后会根据探针元件和装置接口元件的位置，开始对齐探针元件和装置接口元件。在一个应用中，探针元件和装置接口元件的对齐还包括使探针元件与装置接口元件接触，以实现电连接。

Description

利用光学基准的方法和器件
技术领域
本发明涉及激光加工领域，更具体地涉及一种利用光学基准的方法和装置。
背景技术
激光微调通常用于电子电路的生产，以将参数值调整到所需范围内。所谓的薄膜激光微调器通过将激光能量施加到与放置在各自晶片衬底上的器件阵列相关联的薄膜元件上来执行激光微调。
为了设置用于激光加工的晶片，与各自的激光微调器***相关联的探针***晶片机械地平移并朝向适当位置，使得晶片上的一组测试焊盘与相应的一组探针对齐。晶片对齐后，激光微调器会开始将所述组探针与相应的晶片测试焊盘接触。继而，激光微调器***可应用并测量与晶片上相应的被测装置相关的电子信号。激光微调器通过将激光能量施加至被测装置的特定区域，修改相应的被测装置。具体而言，激光微调器***通过将将离散量的激光能量施加至装置的特定区域，修改被测装置的材料或物理属性，从而使被测装置各自的特性最终调整到所需范围。
通常情况下，晶片包括许多重复的装置或“方块”，其中每一装置在相同基板上包括一个或多个电路。每一装置都有一组相关联的测试焊盘，所述测试焊盘在晶片基板平面中形成覆盖区(footprint)。探针卡内一组相应的探针头与覆盖区相匹配，使得在移动探针卡(如探针头平面)或晶片以与晶片上相应组的接触焊盘接触时，探针卡上的各个探针的每一个可与晶片上的各自接触焊盘接触。
发明内容
传统的探针对齐方法十分有用，因为它们可使一组探针与相应的一组接触焊盘接触，以便施加测试信号并测量被测装置的参数。然而，在对齐和使探针阵列与激光微调***中晶片基板上接触焊盘的相应覆盖区接触方面，传统的探针对齐方法并不是一个简易的方法。例如，传统的探针对齐方法通常包括使用成像区域内的物理基准点(如用于校准的基准参考)，参照各自已对齐晶片的接触元件确定探针的相对位置。把一组探针与集成微调***内的一组相应接触焊盘对齐的传统技术使用起来相当麻烦，因为此类技术通常要求操作人员手动运用迭代调整步骤对齐一组探针。
应了解，装置可以是晶片基板(如半导体晶片)上装置阵列的一部分或非晶片基板(如带帧)上装置阵列的一部分。同样，装置也可以不是阵列的一部分，而是单个装置或一个相关安装装置。一个装置可包括一个或多个电路、一个或多个电路元件或一个或多个非电路元件。装置可以是电子装置、光学装置、机械装置、化学装置、生物装置、微电子机械***装置(MEMS)或任何经已对齐探针元件探测并具有激光加工区域以结合探针修改装置的其它装置。该装置可在环境条件下接受激光加工或在改造环境下接受加工，例如非环境、压力、温度、湿度等。
此处讨论的技术有别于上述传统方法及其它传统技术，应特别提出的是，此处所述之具体实施例，是指至少部分地根据光学基准光束的生成和使用，探测接触元件(如探针头)的位置。
例如，在一示例实施例中，***(如依据此处实施例的激光加工***)执行将探针元件于装置接口元件(如电路基板的接触焊盘)对齐的方法。首先，该***生成与一个或多个预定位置相交的光学基准光束，以校准基准区域(reference field)。***随后会探测探针元件在基准区域内的位置。该***还确定装置接口元件在基准区域内的相对位置。根据探针元件和装置接口元件的位置，***随后会对齐探针元件和装置接口元件。在一个实施例中，探针元件和装置接口元件的对齐还包括使探针元件与装置接口元件接触，以实现电连接。随后，测试信号可被应用到各自的被测装置。
在激光微调器的应用背景下，用于微调置于晶片基板上的电路的激光***，也可用来生成上述用于对齐探针元件和装置接口元件的光学基准光束。因此，在依据此处实施例的激光微调器的应用背景下，将不再需要传统探针对齐方法所需的物理基准参考，就可以实现对齐。取而代之的是，光学基准光束支持探针和焊盘的对齐。
随着装置特征尺寸变得越来越小，接触焊盘也更加精致，这就要求探针头阵列和接触焊盘之间有高精度的对齐。例如，在约20微米或更大的探针头撞击约25微米或更大的接触焊盘时，最好使它们在x和y轴方向以约+-4微米之内与晶片对齐，在z轴方向以约+-10微米与晶片对齐。
如上所述，传统的迭代手动探针对准技术缓慢而麻烦，而且准度有限。例如，可通过光束***的“通过镜头”成像***调整探针卡框架，以观察探针的非接触侧。由于采用此技术不可直接观察探针的接触表面，所以会导致探针到接触焊盘的对准误差。带有集成基准目标的晶片探针可进行探针至安装光束***的自动对准，但总体而言，该***庞大复杂，而且易产生过度的机械不稳定性，从而限制加工速度和准确度。
因此，为克服此类限制并准确快速地用激光加工基于晶片的装置元件，需要一种结构紧凑的激光微调***，该***须具有一个刚性耦合至探测***的光束***和用于接触焊盘对齐的精准自动化探针。
激光微调***的另一限制可能来自脉冲能量漂移和与测量、监视和准确设置脉冲能量相关的时间。
非优化微调可能源自使用实现精密微调的脉冲能量或优化速度微调粗糙微调片段，或源自使用优化脉冲能量精密微调粗糙微调片段。针对粗糙和精密微调表面的多点微调需要灵敏的能量控制，以有效维持稳定的脉冲能量并为粗糙和精密微调提供优化的脉冲能量和微调速度。
此处的一项实施例通过集成探测/激光微调***，进行探针和接触焊盘的精准自动化对齐。
此处的另一实施例使用集成的刚性耦合探测/激光微调***，提供高速激光微调。
此处的另一实施例提供与***框架和环境偏振机械隔离的高速激光微调。
此处的另一实施例提供一个结构紧凑的薄膜激光微调***，该***具备集成晶片探测和激光微调功能。
此处的另一实施例通过直接参考加工区域，提供探针和接触焊盘的自动化对齐。
此处的另一实施例采用动态基准光束，提供探针和接触焊盘的自动化对齐。
此处的另一实施例提供有效的优化脉冲能量控制。
此处的另一实施例提供使用优化能量的改良粗糙和精密微调。
因此，在此公布一种结构紧凑、快速、精准的激光加工***，该***具有集成晶片探测、快速锁定和精确的自动化探针对齐功能。此处的激光加工***的一项实施例包括晶片探测***、光束定位***、控制器和测试接口。该光束定位***和晶片探测***形成刚性耦合，并与***框架机械隔离。此实施例中的探测***具有响应探针头和基准光束位置的探针观察***。此实施例中的光束定位***具有晶片观察***、加工激光光束、边缘查找***和动态基准。此实施例中的控制器被配置为与探测***和光束定位***连接，并确定探针和晶片焊盘相对于加工区域或基准区域的位置。该控制器还可被进一步配置为在加工区域内定位装置、对齐探针并使其接触晶片焊盘，以及通过将加工光束引导到加工区域内的位置，处理装置元件。
在至少一项实施例中，该探测***包括被配置为包括夹盘的多轴平台(如xyz[θ]平台)，其中的夹盘带有包括电路装置阵列的晶片基板。探测***通过隔离结构与多轴平台形成刚性耦合，该***包括可调式探针卡框架，该框架可通过至少一个轴上的安装测试探针自动定位探针卡。
本发明的至少一项实施例中包括探针观察***、可调式探针卡框架、配置为可接收探针观察***图像的图像获取硬件、确定所获取图像内探针头梢和激光光斑位置的图像处理软件和探针摄像机照明器和通过镜头照明器的可编程照明控制。
附图说明
如附图所示，根据本发明特定实施例的以下详细描述，本发明的前述和其他目的、特征和优点将变得更加明白，在附图中，贯穿不同的附图相似的参考符号表示相同的部分。附图没有按比例绘制，而是旨在强调说明本发明的原理。
图1是具有相关联的晶片机械手的集成微调器和探测***的图解；
图2是依据此处的实施例的刚性耦合的光束***和探测***的图解；
图3是示出了根据这里实施例的激光微调***的图解；
图4是示出了根据这里实施例的探针观察***的视场的图解；
图5是示出了根据这里实施例的动态基准和探针观察***的图解；
图6是示出了根据这里实施例的晶片观察照明器和探针观察***的图解；
图7是示出了根据这里实施例的探针观察***光路的图解；
图8(包括图8a-8d)是根据这里实施例的环形光的图解；
图9是根据这里实施例的***示意图；
图10是根据这里实施例的机器视觉***示意图；
图11是示出了根据这里实施例的自动对齐过程的图解；以及
图12是具有根据这里实施例的自动探针对齐的微调过程图解。
具体实施方式
概述
微调***的总体机械结构可参考图1进行理解。***框架10承载通过振动隔离器14与***框架10隔离的刚性结构12。探测***16和光束定位***18安装于刚性结构12上。此微调***可选地包括自动晶片机械手20。
现在参考图2，探测***16包括沿X、Y、Z轴方向移动的平台22。平台22支持晶片24和夹盘(chuck)26的量θ的转动。平台22承载夹盘26和探针观察***28。待加工的晶片24被承载至夹盘26上。在一个实施例中，夹盘26是用于加热晶片24的所谓的“高温夹盘”。探测***16还包括自动可调探针卡框架30，该框架支撑带有已安装测试探针34的探针卡32。其它可能安装于平台22的元件包括用以测量与从光束***18所发射出的光束相关联的光学功率的功率监视器、用以清洁探针头的擦洗器、对齐基准、用于扫描场对齐的辐射探测孔等。
具体实施说明
图3是示出了根据这里实施例的激光加工***36的图解。如图所示，激光加工***36包括计算机***38和相应的显示屏幕40、刚性架42、光束***18、光束44、激光***46、成像***48、晶片机械手20、图像处理***50、组件位置控制器52、测试设备54、探针卡32和组件56。组件56包括刚性架58、光学探测***60(包括低倍率物镜62和高倍率物镜64)和支撑电路基板66的夹盘26。平台22启动组件56和相应夹盘26的移动。夹盘26上的电路基板66(如硅晶片)包括参考68以及被测电路70。被测电路70包括接触焊盘72。
一般情况下，激光加工***36会执行一种独特的对齐技术，将一个或多个探针元件(如与探针卡32相关联的探针元件34)与一个或多个相应的装置元件(如电路基板66上与被测电路70相关联的接触焊盘72)对齐。激光加工***36的刚性架42为放置光束***18(如光束44、激光***46、成像***48等)以及探测***(如探针卡32和相应的探针卡位置控制器74等)和晶片定位***(如包括电路基板66在内的组件56)提供结构性支撑。由于每一***都被安装于同一刚性架42之上，所以可根据要求对***进行对齐和校准，使其配合刚性架42相关的X、Y和Z轴运行。
进行激光微调之前，计算机***38会参照基准区域76，对成像***48和光束44的光束***18执行常规校准，还会参照该基准区域76(如微米像素)校准成像***48。从而，成像***48可观察和识别基准区域76内相应物体的位置。与光束44相关的能量级别可被调整或削弱，本说明书稍候对此进行讨论。如上所述，参照基准区域76校准后，光束***18可引导成像***48观察基准区域76内的位置(如通过电子流扫描器偏转成像***48的光路和通过激光扫描透镜为基准区域成像)。因此，成像***48就可用于探测(观察)基准区域76内物体的位置和方向。例如，成像***48可根据电路基板66上的基准特征(reference feature)68，用以探测(如观察)基准区域76内电路基板66的方向和位置。在一个实施例中，成像***48生成可在基准区域76内观察的基准特征68和/或接触焊盘72等图像特征。例如，电路基板66的成像***48获取的图像可***作员(如通过显示屏40)或机器视觉***(这一点更重要)观察。
在一个实施例中，与成像***48相关的摄像机会通过使用在基准区域76内定位光束44的同一光学器仪器，在显示屏40上生成图像。从而，光束***18可发挥双重功用。例如，光束***18可用以将光束44定位在基准区域76内的已知位置，以实现激光微调，并将与成像***48相关的视图区域定位在基准区域76内的已知位置，以确定相应目标(如电路基板66、基准特征68、接触焊盘72等)的位置和/或方向。
光学探测***60和夹盘26都被刚性地安装于刚性架58上。组件位置控制器52生成至平台22的控制信号，这些信号参照刚性架42移动刚性架58。例如，组件位置控制器52为在基准区域76内重新定位部分电路基板66提供控制信号。例如，组件位置控制器52控制平台22在X-Y平面内的移动。例如，组件位置控制器52可控制平台22平行于Z轴向上和向下移动刚性组件58，并以一定的角度，绕与Z轴平行之夹盘26的中心轴旋转夹盘26和相应电路基板66。刚性架58可选地包括另一机械组件(未显示)，该组件被置于刚性架58和夹盘26之间，从而可以一定的角度，绕与Z轴平行之夹盘26的中心轴旋转夹盘26和相应电路基板66。
在一个实施例中，组件位置控制器52还参照基准区域76进行校准，从而，成像***48在给定的时间内确定基准区域76当前“被观察区域”内物体的位置时，可将组件56(和电路基板66)的位置或位置变化考虑在内。在一个实施例中，在对齐基准区域76内的电路基板66之前，校准组件56。
被测电路70和相应接触焊盘72参照基准特征68被放置在电路基板66上的已知相对位置和/或方向。因此，计算机***38可依据基准区域76内基准特征68(和基板66上的相应电路)的已知位置和方向，确定接触焊盘72的位置。换句话说，激光加工***36首先探测基准特征68的位置，然后探测基板66上相应电路相对于基准区域76的位置。计算机***38随后就可确定接触焊盘72的位置。
通过单个晶片(如利用成像***48执行检查)之已确定的特征位置，可获得关于电路基板66上的相应电路以及关于基准特征68的相应接触焊盘的覆盖区之位置信息，或者可从包括电路图和接触焊盘位置的晶片布局档案下载该信息。晶片机械手随后提供的晶片可包括具有基本一致的接触焊盘覆盖区和基准特征的电路。每一电路基板66可包括许多待加工的电路(如电路装置的固定阵列)。电路基板66上的每一个电路与被测电路70具有相似或不同的接触焊盘布局。
与电路基板66相关的布局档案或所获信息(视情况而定)，可包括相应电路基板上的其它电路相对于相应基准特征的关系的说明书。因此，在将电路基板66与基准区域76对齐之后，光束***18可根据组件位置控制器52应用至组件56的控制信号和微调控制器应用至光束***18的控制信号，观察或激光微调电路基板66上的任一特定位置。
因此，根据此处公开的技术，确定基准区域76内相应接触焊盘72(如装置接口元件)的相对位置包括：探测基准区域76内电路基板70上的一个或多个基准特征68的位置(如在X、Y和Z轴定义的空间内)，并随后在了解电路基板66上一个或多个基准特征68之相应接触焊盘位置的基础上，确定该接触焊盘的位置。即，可根据映像档案(如彼此参照，确定项目布局和位置)所描述的接触焊盘72的位置，或与使用成像***48测量所得的一个或多个基准特征68相关的接触焊盘68的位置，确定与基准特征68相关的接触焊盘72(如装置接口元件)的位置。在上述第二种情况下，操作员可利用成像***48获取映像信息。
如上所述，必要时可调整电路基板66的方向和位置，以对齐电路基板66和基准区域76进行加工。例如，组件位置控制器52可以一定的角度将夹盘26绕与Z轴平行的相应夹盘轴旋转2度，以说明基板66上的电路与夹盘26未对准。另外，在其它实施例中，组件位置控制器52可引起组件56沿一个或多个直交X、Y和Z轴移动(甚至旋转以获得任何可能的方向)，以在基准区域76内对齐、调整或移动电路基板66。
在一个实施例中，夹盘26上电路基板66的平面位于激光加工***36的X-Y平面内。基准区域76还包括一个与X-Y轴平行的观察区域(如，可能的空间或表面区域)。通常情况下，光束***18产生与Z轴基本平行的光束44。还可使用光束***18和平台22的聚焦能力，从而使成像***48可探测物体沿Z轴方向的深度位置。
上述技术公开是，激光加工***36是如何加工电路基板66，以确定接触焊盘68在基准区域76内的相对位置的。请注意，上述技术还可用于对齐和加工来自晶片机械手20的连续晶片。
除可获取电路基板66及其上相关部件或元件的位置和方向外，激光加工***36还支持探测基准区域76(如与激光加工***36相关的X、Y、Z坐标***)内探针元件34的位置，以将各自探针卡32的探针元件34与被测电路70的接触焊盘32对齐。
例如，对齐后(如下详述)，可使用安装于组件56之刚性架58上的光学探测***60探测一个或多个探针元件34的各自位置，如基准区域76内探针卡32上第一位置(如第一角点)的第一探针元件和探针卡32上第二位置(如第二对角点)的第二探针元件。
在探针卡32的其它探针元件34未扭曲离位并与探针卡32的表面平行(平行于探针卡32的安装特性)的情况下，对齐和接触第一探针元件至各自的接触焊盘以及第二探针元件至各自的接触焊盘，可确保探针卡32的所有其它探针元件34对齐并接触电路基板66的相应接触焊盘72。对齐两个探针元件34至被测电路70各自的接触焊盘72可提供足够的精确性，并可减少对齐和接触每个探针元件34至各自的接触焊盘72的需要。光学探测***60可观察探针元件34的位置和方向，以确定探针卡32是否受损，这一点将在后面讨论。
请注意，在此处的一个实施例中，探针卡32可沿Z轴向上和向下移动。
此处的实施例包括使用成像***48从第一侧(如沿激光加工***36的X-Y轴平面俯视，以形成晶片图案状正面的图像)观察基准区域76并探测电路基板66上接触焊盘72的位置，以及使用探针观察***28从第二侧(如沿激光加工***36的X-Y轴平面仰视，以形成探针头的图像)观察基准区域16并探测基准区域76内探针元件34的位置。如图3所示，一个或多个物镜(如高倍率物镜64和/或低倍率物镜62)和探测器78(与光学探测***60相关)被刚性地安装于组件56的刚性架58，组件56还带有夹盘26和电路基板66。
光学探测***60(如探针观察***28)可选配用于照亮各自视场内物体的光源，在另一实施例中，光束***18的照明光源或另一照明光源从探针元件34背面将探针元件34照亮至光学探测***60。在后一实施例中，各自的高倍率物镜64或低倍率物镜62观察探针卡32上各自探针元件34的背光照明轮廓。
具体而言，探测基准区域76内探针元件34的位置时，首先要产生与基准区域76内已知基准位置(如预定位置)相交的光束44。随后，组件位置控制器52开始移动组件56，从而光学探测***60的高倍率物镜64在其视场(如其在探测器78上的视场中心)形成光束44图像。也可使用低倍率物镜62在探测器78上形成光束44图像。在一个实施例中，图像处理***50提供光束44的图像，以供手动控制定位组件56至该观察位置(如使其出现在显示屏40中央)的操作员观察。或者，可在软件控制下自动定位组件56至此观察位置。无论何种情况，都须探测被成像到探测器78上的光束44的位置。还可记录光束44或组件56的位置，以备日后参考。这样，就将探测器78与基准区域76对齐了。可在组件56的不同位置对基准区域76内的相同光束44位置重复该过程(如移动组件56)，以校准探测器78。
在一个实施例中，光束***18产生与一个或多个额外预定位置相交的光束44，并会针对光束44的每一基准位置重复上述过程。完成该过程后，与探针观察***28相关的摄像机(如使用高倍率物镜64和/或低倍率物镜62在摄像机上形成光束44的图像)就与基准区域76对齐了。
在一个实施例中，光束***18产生与预定位置相交的光束44，并且刚性架58沿Z轴被移动到一个或多个位置。在刚性架58的每一Z轴位置，光束44都被成像于探测器78上，过焦成像的光斑尺寸也被探测到了。基于过焦图像，可确定夹盘26的最佳聚焦Z位置。完成该过程后，与光学探测***60相关的探测器(如使用高倍率物镜64和/或低倍率物镜62在探测器上形成光束44的图像)就沿Z轴与基准区域76对齐了。
从而，组件位置控制器52移动组件56和各自的光学探测***60，以查观察一个或多个与探针卡32相关的探针元件34。依据观察各自探针元件34时光学探测***60所移动(沿X、Y、Z或θ)的距离(基于组件56的移动)，确定基准区域76内探针元件34的位置和方向。
不同的探针卡可被换入和换出激光加工***36。因此，每次更换探针卡后，应了解新安装的相应探针卡内探针元件的准确位置和方向。低倍率物镜62的目的之一在于获取探针元件34在基准区域76内位置的初始信息。如有必要，激光加工***36会偶尔地验证探针卡32和相应探针元件34的完整性。
对齐光学探测***60后，高倍率物镜64和低倍率物镜62中的一个或全部经对齐后，可用以探测基准区域76内探针元件34的位置。
在一个实施例中，低倍率物镜62用以获取基准区域76内探针元件位置的大致信息。通过低倍物镜62找出探针卡32上的一个或多个探针元件34后，就可通过高倍物镜64增大分辨率，以更精确地确定或探测基准区域76内各自探针元件的位置。
如图3所示，高倍率物镜64、低倍率物镜62和探测器78刚性地安装于组件56的刚性架58上，以便能沿Z轴方向仰视物体。高倍率物镜64紧挨低倍率物镜62放置。因此，如前所述，使用低倍率物镜62观察探针元件34后，组件位置控制器52开始移动组件56，从而高倍率物镜64可仰视同一探测元件34，以便更精确地确定其在基准区域76内的位置。
如前所述，在观察各自探针元件34过程中，计算机***38(或其它装置，如组件位置控制器52)会跟踪组件56之刚性架58的移动量(沿X、Y和Z轴)，以确定基准区域76内探针元件34的位置。例如，基准区域76内一个或多个光束44中每一光束各自组件56的位置将被首次记录，以对齐光学探测体系60。对齐后，光学探测***60(与组件56)被定位，以便观察探针元件34。图像处理***50随后使用机器视觉算法确定探针元件34在基准区域76内的位置。
因此，通过在观察探针元件和基准区域32的图像内已经确定的探针元件位置时使用探测器78的位置，可参照之前在一个或多个预定位置产生的光束44，确定探针元件34的位置。另外，应了解，图像处理技术可用以精确地确定各自探针元件34的位置。
可调整与高倍率物镜64和低倍率物镜62相关的各自聚焦平面(如以沿Z轴上下移动刚性构件58为基础)，使各自探针元件34(如在显示屏40上观察时)显示在焦距内外。另外，探针卡32也可沿Z轴上下调整，使各自探针元件34(如在显示屏40上观察时)显示在焦距内外。因此，可确定一个最佳聚焦平面，以表明探针元件34沿Z轴方向相对于基准区域76的相对位置。探针卡32的Z轴位置从最佳聚焦平面内确定，使探针元件34接触接触焊盘72。从而定位探针卡32，以使探针元件34位于相对于基准区域76的适当接触高度。
如有必要，光学探测***60可用以成像并探测与探针卡32相关的每一探针元件34的位置。可将探测探针元件34形成的实际图案与接触焊盘72的覆盖区相符的预期图案进行对比，以确定是否有未对齐、丢失或成像不良的探针元件34，从而表明探针卡32是否受损。
如上简述，光学探测***60的一项实施例可包括一个用以照亮探针元件34之接触表面的照明***，其中的探针元件与探针卡32相关，以实现观察目的。光学探测器60内的此类照明***可包括通过高倍率物镜64同轴照亮各自探针元件34的组件，以及相应的成像光路。另外，光学探测***60的照明***可包括通过环绕低倍率物镜62的轴的环形光，照亮各自探针元件34的组件，以及相应的成像光路。与光学探测***60相关的照明***将在以下图例内详述。
如前所述，在应用光学探测***60观察一个或多个探针卡32的探针元件34的背景下，各自探针观察***28形成各自探针元件34的图象。在一个实施例中，光学探测***60照亮探针元件34，并通过数值孔径约为.18或以上的焦阑物镜形成图像。在另一个实施例中，光学探测***60以环形光照亮探针元件34，并通过Ix物镜形成图像。另外，应注意，在另一实施例中，与光束***18位于基准区域76同一侧的辅助光源可用以照亮探针元件32，以从背后照亮探针卡32的探针元件34。
完成上述确定探针元件34对应基板66上之电路的位置步骤后，激光加工***36开始将探针元件34与接触焊盘72配接和接触。例如，根据探测到的各自探针元件34的位置和/或方向，以及在基准区域76内确定的接触焊盘72的位置，组件位置控制器52根据位差和各自装置的位移(如探针卡32和/或各自探针元件34以及被测电路70和/或各自的接触焊盘72)开始移动组件56(如沿任一或全部X、Y、Z或θ轴)，以对齐和开始将探针元件34与接触焊盘72接触(如电学接触)。通常情况下，在接触前，探针元件34或电路基板的最后移动大致或基本沿Z轴方向进行，以防止探针元件34和/或电路基板受损。
例如，在一个实施例中，接触探针元件34和电路基板66的接触焊盘72包括步进组件56的刚性架58，以使电路基板66沿基准区域76内的X-Y平面移动。组件位置控制器52通过沿至少与Z轴大致平行的方向移动夹盘(如晶片夹盘)，开始抬高电路基板66。为将电路基板66移入激光微调器处理表面或使接触焊盘72与探针元件34接触，夹盘26应沿Z轴方向抬高的量可通过与基准区域76相关的加载晶片表面的高度图确定。
除通过移动组件56外，还可利用其它方法配接探针元件34和接触焊盘72。例如，在另一的实施例中，探针卡位置控制器74引起探针卡32的移动(如沿激光加工***36的Z轴方向)，从而使探针元件34接触电路基板66上的各自接触焊盘72。
另应注意，探针卡32和组件56的联合移动可用以对齐和将探针元件34接触到接触焊盘72。在最低限度上，激光加工***和相应的控制器(如组件位置控制器52和探针卡位置控制器74)，通常必须支持探针卡32和电路基板66之一或全部至少沿Z轴(如基本正常于基准区域76的方向)移动，以使探针元件32适当地接触到电路基板66。如前所述，组件位置控制器52可在计算旋转夹盘26上电路基板66的角度值的基础上，旋转电路基板66。
请注意，尽管此处公开的技术用以将一个或多个探针元件34接触至各自的接触焊盘72，此处的技术也可仅用以对齐物体，或更常见的情况是，在无须移动物体以进行对齐的情况下，了解观察区域内的两个或多个物体的位置。了解一个物体相对于另一个物体的位置或甚至单个物体的位置(在使用光束44的基础上)，在许多以位置为基础的应用中十分有用。
在所讨论的示例实施例内，将探针卡32的探针元件接触至被测电路70的接触焊盘72，可形成各自的电连接，从而测试设备54可将测试信号(如能量或功率)应用至电路基板66，并监视与被测电路70相关的特性。例如，对齐探针卡32和被测电路70的接触焊盘72可形成接触式或非接触式测试接口，以便将物理参数从被测装置(如被测电路70)传递至与测试设备54相关的测量***。该物理参数可以是电学、光学、热量、机械、磁等方面的参数。因此，此处的原理可扩展到测试设备54将不同类型的能量或信号(如电学、光学、机械和磁)应用到相应的目标物体的应用中，如夹盘26上的电路基板66。
如上所述，在激光微调器通过激光***18发射光束44，以微调被测电路70的应用背景下，微调被测电路70的各自激光***46还会发射基准光束，以将探针卡32的探针元件34与接触焊盘72对齐。
与用以微调电路基板66之被测电路70的激光***46相关的能量级别，可基本上高于用以对齐激光***18和激光加工***36的探针观察***28的相应基准光束44。因此，在依据此处的一个实施例之激光微调器的应用背景下，激光***46发挥双重作用。即，激光***46和相应的光束44既支持微调，又支持校准和对齐目的。依据此配置情况，在各自探测类型***内，将不再需要传统探针对齐方法所需要的物理基准参考。取而代之的是，光束***18所发射的光束44既支持激光微调，又支持探针至接触焊盘的对齐。
如上所述，此处的特定实施例包括操作员在观察显示屏40上的图像和引起探针卡32、组件56和/或光束44的移动，以将探针观察***28与基准区域76对齐时可能进行的调节。
此处的另一个实施例包括自动技术，其中，激光加工***36可在很少或没有操作员人为调节的情况下开始校准和对齐。换句话讲，该流程通过软件自动运行。在此实施例中，计算机***38开始下述步骤：i)将来自晶片机械手20的晶片(如电路基板66)加载到组件56的夹盘26；[γ])基准光束***18的加工区域(如基准区域76)定位电路基板66以及探针卡32；iii)将探针卡32的已对齐探针元件34接触至电路基板66的相应接触焊盘72；iv)在探针和接触焊盘的接触过程中，使用光束***18从激光***46发射光线，并随后在加工区域加工(如激光微调)各自被测电路70；v)在探针和接触焊盘的接触过程中(加工与被测电路70相关的材料之前、之时或之后)，通过测试接口54测量与被测电路70相关的参数值。
与上述实施例相似(可能利用操作员调节)，自动激光加工***可包括一个光束***18和一个探测***(如探针卡32和包括相应元件的组件56)，它们中的一个或两个与刚性架42形成刚性耦合。用刚性架42作为基准，可实现小之又小的接触焊盘和探针元件的精确对齐。在一个实施例中，刚性架42是通过振动隔离器14安装于***框架10上的一个隔离结构。
根据一个实施例，与探针卡32相关的各自探针头具有一个20微米或更小的尺寸(如直径)，而接触焊盘72具有25微米或更小的尺寸，并且探针元件34可在X和Y轴方向被对齐到4微米的公差以内。探针元件34(如探针卡32上的探针)可被对齐到相对于激光加工***36Z轴10微米以内的范围。
作为上述实施例的变体，电路基板66可是一个晶片，该晶片可位于带架构的带上，并与带和带架构一起被加载到激光加工***36的各自探测***。在此实施例中，带上携带的晶片是片状晶片。
为协助对电路基板66的微调，激光加工***36可包括一个或多个用以加热电路基板66的加热元件。例如，激光加工***36的探测***可包括一个高温夹盘(如带有加热元件的夹盘26(未显示))，以便在进行激光加工之前加热被测电路70。
在特定情况下，据观察，单个1.047微米的激光脉冲可导致被测电路70的输出(如数模转换器(DAC))改变级别(处于微调调整范围之外)，并导致微调序列失败。尤其在采用脉冲宽度为50纳秒、激光光斑尺寸为7微米时更是如此。这被认为是一种光电效应。该效应是在室温下(26C)执行微调操作时被观察到的。经进一步研究得知，晶片/装置的温度会直接影响能量级别，而该能量级别又进而影响DAC的输出。
研究发现，通过根据热灵敏度测试数据控制装置温度，可影响和最小化多余的光电干扰行为，从而使测试和激光微调过程得以成功继续和完成。晶片66被安装于高温夹盘26上，并在其上被加热，而装置70被聚焦脉冲激光光束照射。光束的脉冲能量被设置在加工范围内，以实现可接受的微调，而装置70的温度也受到控制，以降低光电效应，装置70被微调至特定数值。装置70的温度受到机壳环境温度和高温夹盘26温度的联合控制。通常，晶片/装置温度越高，对装置操作产生不当影响(如改变DAC电路级别)所要求的温度也越高。在低温下(如25C)，晶片/装置的操作可受到低至0.5焦耳的能量的影响。在125C时，即使脉冲能量高达2.2焦耳，装置操作也不会受到影响。
各实施例的进一步说明
-平台
一般情况下，支持精确定位的任何类型的移动组件(如高速平台)皆可用作平台22。在一个实施例中，使用了由多轴运动控制器驱动的高精、硬支承式集成平台22。在一个实施例中，平台22支持下述性能参数：0.02微米的X和Y步阶分辨率、250毫秒步阶和稳定时间、约+/-2.0微米的位置精度、约0.25微米的重复率、.5微米的Z位置精度和10微米的弧度θ精度。为提高精度，可使用平台位移误差校正***性位置误差。
安装于平台22上的夹盘26，设计用于支撑高度组合的探针力载荷，而基本不会使夹盘26表面歪斜。例如，在一个实施例中，在100毫米半径上的10磅总力所导致的夹盘表面歪斜不足5微米。
-探针卡
与探针卡32相关的探针卡框架30被安装于至少一个垂直机动平台(该平台支持探针卡32沿Z轴方向的移动)，总行程约为.5英寸。用以移动探针卡32的垂直机动平台，被配置为将探针卡32的各自探针头平面的高度设置至加工区域的高度，并从加工区域提升探针。优选的情况是，与探针卡32相关的探针卡框架30被耦合至第二垂直机动平台(该平台进一步支持探针卡32沿Z轴方向的移动)。
在一个实施例中，探针卡框架30可容纳不同尺寸的探针卡，宽度介于4.5和12英寸或以上。探针卡可以不同类型的材料制成，可被制成不同的结构(如PCB(印刷电路板)和膜卡)，并包括不同的探针布局和各类探针。通常，探针卡框架30与探针大致对齐，并可包括精细对齐结构。在移除和重新***探针卡框架30内的不同探针卡32时，会产生各自探针的位移误差。因此，每次将新的探针卡32***探针卡框架30时，必须精确确定各自探针头的位置。
-探针观察***
根据一个实施例，探针观察***28(如图4-7所示)被刚性地安装于平台22。
现在参照图4，可通过移动平台22在探测***16的X、Y、Z空间内转换探针观察***28，以定位高倍率视场80和/或低倍率视场82，从而观察与探针卡32相关的接触探针34阵列，并生成至少一个探针34的图像。
如图5所示，探针观察***28探测来自光束44的辐射，如由光束***18产生的动态基准光束。探针观察***28所探测到的动态基准光束(如光束44)的位置被作为位置基准，用以确定探针观察***28视场内物体的位置。
参照图6，可用同轴照明器(如来自光束***18或光束***18附近的其它光源)交替照亮低倍率探针观察通道，该照明器还被用以观察各自晶片。此时，同轴照明器成为探针34的背光83，并在探针卡32上形成探针的轮廓图像。该轮廓图像可用以确定探针阵列的放置位置。
在特定情况下，探针卡32上的探针34的轮廓图像不会显示相应探针头表面的详细情况。可将背光照明图像与正面照明图像组合。同轴照明器的级别可根据探针观察***28的灵敏度进行调整。
背光照明技术也可用于高倍率探针观察(图5)。然而，此类情况下的照明级别可能无法令人满意。另外，正面照明(如与探针观察***28同一侧的照明)可支持更详细的物体成像，如探针头表面。
现在参照图7，根据一个实施例，探针观察***28包括一个支持各自视场80以便观察探针卡32的探针头的高倍率物镜84、一个照亮视场80的高倍率照明器***和一个被配置为根据视场80内的物体生成图像的图像探测器(如摄像机86)。另外，在一个实施例中，探针观察***28包括一个支持各自视场82以便观察探针卡32的探针头的低倍率物镜88、一个照亮视场82的低倍率照明器***和一个被配置为根据视场82内的物体生成图像的图像探测器(如摄像机86)。
如上所述，探针观察***28包括各自的高倍率和低倍率光路，以及各自的高倍率和低倍率照明器光路，以便在图像探测器(如摄像机68)上分别生成视场82和80的图像。下面对高倍率和低倍率光路作更详细的说明。在一个实施例中，视场82和80为共面视场，并被置于夹盘26表面以上几毫米处。平台22可引起探针观察***28的移动，以将各自视场聚焦于激光微调处理平面的高度，或其它参照与光束***18相关的激光微调处理平面的高度。探针观察***28还可生成视场80内至少一个探针头的图像，并生成视场82内至少一部分探针头阵列的图像。
在一个实施例中，图像探测器是一个对照明器辐射和光束44内光束***18的辐射都敏感的摄像机86。若光束44辐射为IR(红外光)，IR敏感型CCD(电荷耦合装置)摄像机86将被采用，以通过遮光滤光片削弱光束，将可能存在的对与摄像机86相关的探测器的损坏降至最低。在一个实施例中，摄像机86是一个带有紧凑机壳的1/2英寸的探测器。
在一个实施例中，对光束44中的辐射敏感、并对基准区域76内光束位置作出响应的选配探测器90(如侧向效应光电二极管(LEP、PSD等)或拆分单元格式探测器(双单元格或四单元格)将用于探测器光路，以探测基准区域76内光束44的位置。在一个实施例中，对照明器辐射敏感且带有与探测器光路对齐的成像光路的摄像机，可生成视场内至少一个探针头的图像。
在至少一个实施例中，可通过切换高倍率和低倍率照明器的状态，在高倍率光路和低倍率光路间切换摄像机86的视场。例如，对于高倍率成像，若高倍率照明器***开启，低倍率照明器则关闭。反过来说，对于低倍率成像，若低倍率照明器开启，高倍率照明器则关闭。
在正常室内照明条件下，该安排会在高低倍率光路间产生串扰。然而，在嵌入黑暗***柜时，摄像机86就可有效发挥作用，在一个实施例中，视场82和80被充分隔离，以限制高倍率照明对低倍率观察和低倍率照明对高倍率观察的串扰。
与探针观察***28相关的高低倍率照明器，皆采用被配置为支持单光束组合的660纳米光源，如开关LED(发光二极管)。然而，对于一些类型的探针卡32，其它实施例包括使用不同的LED(例如，带有带通滤波器的高倍率和低倍率的660纳米和525纳米LED)以进一步增大隔离。每一成像路径可包括额外滤波器，以阻挡来自其它照明器的辐射。
另外，相叠分光器92可以是可提供带通隔离的二色分光器。
-高倍率光路再次参照图7，高倍率探针摄像机光路的一个实施例如下。视场80被10x高倍率物镜84成像到摄像机86。物镜84可以是标准显微镜物镜，或具有比标准显微镜物镜更短的径迹长度，以实现更小的尺寸，还可搭配市售元件，如消色差透镜。优选的情况是，高倍率物镜84是数值孔径为.18或以上的焦阑物镜。高数值孔径提供可用以精确地确定聚焦高度的浅焦深。高倍率光路经平板型分光器94折叠，穿过孔径光阻96和遮光滤光片98，再经折叠式反射镜100折叠，最后经分光器92再次折叠。
分光器94凭借经分光器94自光源102传输至LED的光线，同轴照亮视场80，在视场80内形成同轴照明。优选的情况是，光源102(如LED)是660纳米的超亮红光LED，但任何LED都应足以照亮探针卡32的探针头，以便摄像机86进行探测。优选情况是，来自LED光源102的光线经聚光器104聚集，并经散光器106散射，以提供亮度一致的高数值孔径同轴照明。
在一个实施例中，折叠式反射镜100用以将低倍率图像与高倍率图像对齐。分光器92是一种结合低倍率和高倍率光路的相叠分光器。相叠分光器92优选为非偏振型，并可以是适当的二色型，以提升高倍率照明和低倍率照明以不同波长操作时的效率。相叠分光器92可依据高低倍率光路的效率，具有除50％以外的分光率。人们希望通过基本的分光率为50％的非偏振分光器可产生足够的照明。
高倍率光路可包括一个遮光滤光片98，以便降低光束***18所发射的光束44(如基准光束)的强度。若基准光束44由IR激光器发出，遮光滤光片98就可以是标准IR遮光滤光片。对于其它波长(如532纳米)，激光线滤光片或二色分光器可用以在不使探针观察***28的成像效率降低到无法接受的程度的情况下，充分削弱光束44。在一个实施例中，遮光滤光片可永久性地安装于摄像机86上。许多摄像机已包括可发挥IR激光器的遮光滤光片作用的IR滤光片。
也可通过一个或多个光学装置(如滤光片、孔径、半透光学元件和衍射装置)，在激光***直通摄像机86之各自激光光路的任一位置，削弱光束44。在一个实施例中，产生光束44的激光被光束***18内的AOM及探针观察***28内的遮光滤光片削弱。
-低倍率光路
如图7所示，一低倍率探针摄像机光路的实施例包括一个折叠式反射镜108和一个将视场82成像到摄像机86的Ix低倍率物镜88。Ix显微镜物镜88可以是市售普通透镜组件。在经过Ix物镜88后，低倍率光路穿过分光器92，从而将高低倍率光路组合在一起。另一种方法是，折叠式反射镜88被第三分光器和结构上近似于高倍率照明器的同轴照明器取代。
在一个实施例中，低倍率照明器***包括环绕低倍率轴的漫射环形光。这一点在图8a-8d详细显示。
参照图8a-8d，环形光***包括光源110阵列，如LED。每一光源110产生可耦合至相应光管阵列内的各自光管114的光线112。每一光管114支持圆棒传输，而且输出端的斜面型支持TIR(全内反射)，在一个实施例中，斜面型约为55度。
光源110开启时，光线112沿光管114的圆柱侧壁射出，并向前传播，然后横穿成像轴传输至反射器116。与此同时，光管114内的现存光线112因光管侧壁的聚焦功能而散射。来自各自光管114的散射光线穿过光轴，并照射带有拉伸区域的漫射偏光器116的反射内环面。
该环面可以是如图8d所示的锥形，通常旨在将光线偏转至各自的图像区域。重叠的散射光线阵列一致性地照射漫射反射器环116。在一个实施例中，漫射反射器环116至少部分漫射来自环形漫射器116的微弱散射光线112，以照射低倍率视场。漫射反射器116的反射式内表面可由金属化处理的表面或已投入应用的漫射式反射材料制成，如工程学的高效率漫射式反射薄膜或本身具有漫射式反射性的材料。
-光束定位***
现在参照图9，在一个实施例中，光束***18(如光束定位***18)包括一个微调控制器118、光束传递元件120、一个***控制器122、成像***48(晶片观察光学元件和相应摄像机)和一个处理激光器46。在此实施例中，多个光路被导向直径约为14毫米的加工区域内的位置。光路包括高低倍率晶片观察、激光处理光束和激光眼边缘查找***以及新型动态基准光束。光路的常规元件是电流计扫描器，它将光路穿过扫描透镜导向加工区域。激光器、扫描功能、脉冲控制和计时都由微调控制器118控制。
从光束***18射向安装于探针***16的晶片的激光束光路会产生多种限制，应对这些限制进行调和，以完成探测和激光微调。例如，置于目标微调区域和光束盒的输出孔径之间的设备会阻塞部分激光束，并干涉激光处理。例如，使用高温夹盘加热晶片时，扫描透镜的输出孔径将被一个圆柱或圆锥环绕，圆柱或圆锥内的正压会形成气流，以降低高温夹盘对光路的热效应。扫描透镜的尺寸和工作距离，以及晶片基板和薄膜装置的特性也会限制照明目标区域的便利性(例如，利用简易环形光或其它市售机器视觉照明器)。然而由此带来的便利是，由于晶片观察通过扫描透镜和加工区域进行，从而可在无须将探测器或基准从加工区域移开的情况下，观察通常被对齐到探针阵列区域的加工区域，在一个实施例中，激光加工光束(如来自产生光束44的激光源)可被光束***18导向目标位置，以修改与各自晶片24相关的材料属性和微调装置参数。
光束***18所发射的光束(如以其它适用削弱级别产生光束44的激光源)可在基准特性边缘上进行扫描。反射光线将被探测，以精确确定相对于光束44的边缘位置。在一个实施例中，改进的高速边缘扫描可通过大于1kHz且至少为5至10kHz的激光脉冲实现。
-动态基准光束
如前所述，光束***18的一项新特性是用作动态基准光束的光束44。各自激光加工光束光路可经衰减器削弱，以产生光束44。在一个实施例中，用于削弱光束44的衰减器是位于各自光束光路内的声光调制器。由光束***发射的动态基准光束，与晶片24上加工装置所用之激光加工光束系由同一光源产生。用作基准光束的光束44被更大程度地削弱。根据一个实施例，动态基准光束可经非偏振光学元件削弱，如激光束光路和/或探针观察***28内的滤光片或管脚孔。与光束***18相关的各自光束传输光学元件可将动态基准光束形成衰减激光光斑。
光束44(如动态基准光束)经光束***18被导向各自基准区域内的预定位置。从而，探针观察***28被移至各自的高倍率观察80或低倍率观察82位置，以在基准区域内的预定位置观察光束44。
在一个实施例中，光束44的预定位置是并列于光束***18当前焦距的中心位置。因此，基准区域可至少包括加工区域的一部分，并会在一定程度上处于加工区域以内或超出加工区域。由于摄像机的饱和效应，衰减光斑可在不损坏摄像机和没有过多图像干扰的情况下，在探针摄像机上成像，在一个实施例中，激光光斑经探针观察***以高倍率物镜成像。
动态基准经光束传输光学元件被导向基准区域内的基准位置，并通过探针摄像机***成像，在一个实施例中，由各自激光***产生的激光光斑经探针观察***28利用高倍率物镜64成像。激光光斑的焦距和功率可被调整，以使成像光斑尺寸和亮度多样化。例如，可通过沿Z轴方向移动平台22将光束散焦。光束44的功率可被可选性地调整，从而使成像光斑与成像探针头具有大约相同的尺寸和亮度。在另一实施例中，光斑尺寸可以各自更低的能量级别，取得更佳的聚焦效果和更小的尺寸。
通过探针观察***28获取了一张探针头的图像。基准区域内至少一个探针头的位置，根据基准位置处的动态基准光斑之探针摄像机图像的位置、探针头图像和探针观察摄像机的各自位置探测得出。探针头的位置被相对于至少一个探针头确定。在一个实施例中，动态基准激光光斑可与其它探针头同时成像在单个图像内。另外，探针头可在探针观察***28生成的不同图像内被观察。
动态基准(如基准区域内预定位置处的光束44)的多个图像可以不同的聚焦高度获得，例如，通过沿Z轴移动平台22实现高度变化。通过定位动态基准的光束束腰，可利用成像光斑尺寸的变化或成像光斑穿过焦点的峰值照度，确定加工平面的高度。例如，与光束***18相关的加工平面高度，可与测量所得的最小光斑或光束44的峰值照度对应。
另外，可将一个多项式应用于在多个高度和确定的最佳焦点所获得的数据。可通过正常化峰值照度及测量预定照度等高线维数，或通过测量与峰值照度相关的照度等高线维数，从一个图像测量光斑尺寸。于此类似，穿过焦点的峰值照度可通过直接测量，或通过正常化峰值照度所需的衰减确定。多种算法可被用以为定位加工平面提供速度和精度，例如，粗焦点可确定细焦点的减少的范围。
动态基准光束可被导向基准区域内的任一位置。按此种方式，无论探针阵列的图案如何，基准光束皆可被置于探针图案的光面位置，并避免对探针的物理干涉。动态基准光束也可被导向多个位置，该多个位置可参考视场确定。该多个位置可用以确定探针的相对位置，或用以确定激光光斑的相对基准区域位置。
可驱动平台以在各自视场内定位探针观察***28，从而可环绕基准区域内的多个位置。与光束44相关的激光光斑可被导向视场内的基准位置。基准位置的位置也可被确定，从而将多个位置确定到加工区域内的多个部分。该多个位置可用以确定大于探针视场区域的激光光斑的基准区域位置。该多个位置可用以确定与平台位置相关的基准区域位置。
激光光斑位置可用以确定一个或多个视场、平台移动或扫描区域的度盘、旋转、倾斜或扭曲。
-晶片观察***
光束定位***18包括一个“通过镜头”的晶片观察***，并带有高低倍率摄像机和一个同轴照明器。晶片观察区域位置与加工区域相关，以调和透镜偏差。晶片24的特征被形成图像，并且视场内的特征位置也通过图像处理***50确定。***控制器122使用视场内晶片特征的位置、加工区域内视场的位置和平台的位置，将晶片上的接触焊盘放置于加工区域。
为照亮目标区域以实现通过透镜的观察，可使用一个同轴照明器，最好是窄带照明光源，如LED。LED的波长可接近加工光束的波长，例如具有1047纳米或1064纳米的加工光束的880纳米的LED。有些情况会使用其它的LED波长，例如，交替加工波长，如523纳米、532纳米、1.32微米、1.34微米或其它UV、可见或红外波长。由此而得的便利是，若使用探针观察摄像机，同轴照明器可位于灵敏度范围内。
-视觉处理器
现在参照图10，探针观察***摄像机与一个受软件控制的视觉处理板(如图像处理***50)对接。优选的情况是，探针观察和晶片观察***摄像机以及选配OCR摄像机皆由单个视觉处理器控制，如Cognex8100型。视觉板最好可与4个或更多摄像机对接。
高低倍率探针观察照明器可直接受控于一个控制板，该控制板可在至少一个高倍率和一个低倍率照明器间切换。优先选择的情况是，控制器也可控制照明级别。优先选择的情况是，同一控制板为高倍率和低倍率晶片摄像机同时使用的单个光束盒照明器，提供受控的照明强度。优先选择的情况是，控制板还可控制选配OCR模组的远近照明区。最优先选择的情况是，所有摄像机和照明器皆受控于同一控制板。
该***可包括4个受控摄像机，功能如下：高倍率晶片、低倍率晶片、OCR和高/低探针。优先选择的情况是，所有摄像机皆为1/2″BWCCD，有效像素约为768(h)×494(v)。
所有摄像机的典型视场和照明为：
  ***   视场类型   视场大小   照明
  光束***   高倍率晶片   158um×118um   红外LED880nm
  光束***   低倍率晶片   1431um×1074um   红外LED880nm
  探测器观察   高倍率探针   .48mm×.64mm   红光LED 650nm
  探针观察   低倍率探针   4.8mm×6.4mm   红光LED 650nm
  机械手   OCR   25mm   琥珀黄-红(Ambered-red)LED615nm
-接触焊盘至探针的对齐
经平台22定位的探针观察***28从基准区域的一侧提供探针头和动态基准的图像。晶片观察***从基准区域的另一侧(如光束***18侧)提供与已校准加工区域相关的晶片特征的图像。根据一个或多个实施例，基准区域内与已校准加工区域内的位置精确对应的动态基准位置，可用以将探针头的位置与基准区域内的晶片接触焊盘相联系。因此，通过将探针观察和晶片观察与动态基准一起使用，探针头的位置和探针焊盘可相互对齐，以实现探针到接触焊盘的精确放置。
探针对齐精度部分依赖于动态基准位置与“通过透镜”的晶片图像位置的关系。边缘查找***用以扫描基准特征的边缘，以确定与加工光束相关的加工区域内基准特征的位置，从而校准该加工区域。还可通过视觉处理***在晶片观察摄像机的视场内找出边缘位置，并可确定且加工区域和晶片观察区域轴之间的误差。晶片观察区域和加工区域随后相互联系，以清除位置误差，该误差可能包括扫描透镜因以不同波长照明和加工所导致的色差。
具体而言，对齐特征(如L型对齐目标)可在包括一个或多个装置(如阵列内的晶片晶片位置，每一个都具有一个或多个对齐目标)的基准区域内选择。一组多个待加工的装置共同组成一个“调制盘”。针对每一调制盘所选的对齐特征用以对齐该调制盘的装置，以进行加工，例如，通过扫描目标边缘上的衰减加工光束和探测反射辐射，或使用机器视觉***。根据对齐特征位置的测量，可用以根据需要纠正x和y轴偏移或θ旋转误差，以为调制盘内每一装置的加工光束提供足够的对齐精度。调制盘可仅包括待加工装置的位置，或“部分调制盘”包括待加工装置的位置和不予加工装置的位置(装置或非装置)的组合。一般情况下，位于基板中心的调制盘(如硅晶片)会仅包括待加工的装置，其中接近边缘的调制盘可能是部分调制盘(如晶片边缘处带有非功能性晶片或空位置的调制盘)。优先选择的情况是，每一调制盘内对齐特征的选择自动进行，并以对齐策略输入、***精度和每一调制盘内待加工装置的位置为基础。例如，在每一调制盘内选择足够数量的特征以执行对齐策略(如，仅偏移、偏移和θ等)，从而对齐特征被以最大距离分离(实现精确目的)，部分调制盘通过仅从待加工装置内选择对齐特征而得到调和。
接触焊盘位置或为已知，或可从基板上的装置得知。多个相似装置可相对于基板基准特征的已知位置，排列于基板上。因此，基板上已知固定阵列内任一装置的接触焊盘位置，可参考晶片对齐特征确定。探针可与基准区域内的单个装置、装置的一部分或多个装置对齐。晶片对齐特征可以是能够被探测并被视觉模板演练的任何特征。一般情况下，基板对齐已足以确定基板上所有接触焊盘的位置，然而，若装置位置不在已知阵列或不在固定阵列内，以及在其它情况下，则有必要参照每一装置上的固定基准特征，单独对齐每一装置，以确保足够的精度。例如，带上携带的带有晶片的晶片的位置，可能未被精确得知，也可能被单独对齐。
选配的机器视觉聚焦程序可用以调和不同厚度的晶片，并为每一加载的晶片提供经纠正的Z焦点位置。晶片被步进到Z轴，晶片图像的焦点值将被测量、与之前的值进行比较并针对每一Z步阶被保存。若确定降低焦点值，并且最大值尚未确定，则Z位置被重设为起始值，步进将在相反方向继续。最大焦点值被确定后，将以保存焦点值的插值为基础，确定最佳焦点Z位置便利的情况是，Z步阶的尺寸可被设置为足够大，以将所需步阶数目限制为一个相对较小的数目，从而提升***效果，并同时设置为足够小，以确保至少一个焦点步阶可接近最佳焦点位置，以维持***精度。
可在晶片图像和晶片边缘的机器视觉模型的基础上，确定三个晶片边缘点，从而将安装的晶片选择性地置中。最初，可使用低分辨率的搜索程序查找与垂直于(并不含)晶片槽位置的三个边缘位置。可使用自起始搜索位置起约达15度的交替位置。搜索会在每一位置向外辐射进行，直到晶片边缘位置被可靠确定，例如，通过照亮任何朝向晶片中心并与晶片外缘相似的目标进行。根据三个边缘点，晶片的中心位置和直径将被确定，并用以精确定位晶片对齐特征。通过降低晶片图像内对齐特征位置的误差，机器视觉到该特征的对齐速度也得以提高。机器视觉***可根据晶片特征、对齐特征或可处理性晶片特征确定特征位置和方向，精确对齐待加工的阵列。
-微调控制器
微调和测试***的微调控制器118，主要负责移动XY平面内与光束***18相关的电流计。在一种情况下，电流计在尽可能少的时间内被定位至一个新位置。通常，会进行这一操作，原因是电流计被移至一个新的微调起始位置，或用户喜欢在特定位置观察晶片特征。在另种情况下，电流计会以恒定速度沿轨道移动。典型的轨道为直线，是微调或晶片对齐扫描的片断。在微调过程中，控制器生成连接该控制器至外部测试器的信号交换信号，其中，外部测试器可终止正在进行的微调。
微调控制器118的功能之一是扫描晶片上的目标。该控制器可沿直线扫描衰减的激光光斑，并同时通过光电探测器获取来自反射能量的数据。扫描以恒定速度执行，以按照固定取样速率收集等距数据点。所获信号经分析，进行一次或多次传输，以确定希望的特征在晶片(如踪迹)上的实际位置。
微调控制器118为电流计生成位置信号，以将光束***18发射的光束，从一位置快速移至另一位置，以及以恒定速度移动发射的光束，用于微调和晶片对齐。对于微调，微调控制器118监视并生成发送到测试器的信号交换信号。对于晶片对齐，微调控制器118为光电探测器生成取样时钟，并读取和处理获取的信号。最后，微调控制器118生成激光触发脉冲，并在微调、目标扫描或连接***时适当地设置AOM。
-***控制
***控制器122运行微调过程，以对齐探针并使其接触晶片焊盘、定位加工区域内的装置以及通过导引加工光束至加工区域内的位置来加工装置元件。***控制器122向探测***16、光束***18和测量***54发送信号并接收来自这些***的信号。通过考虑***控制器122执行的微调序列，可最好地了解该控制器。
-安装
参照图11，对于已知的产品，产品类型在步骤124选择，而产品设置在步骤126恢复。产品设置可包括探测参数128和探针观察设置130，如探针头图案信息、基准位置定位、照明器设置和激光器设置。在步骤132和134，探针卡和相关的安装硬件(如安装钉等，如有)，将经过与探针卡相关的可选性公称探针框架高度和探测参数进行确定，以对齐探针卡。对于加工多类装置的***，选择过程可能部分或全部自动化，从而，***可根据装置类型输入，确定探针卡和安装硬件。在步骤136，探针卡被安装至探针卡框架，在可选性的步骤138，该框架被驱动到公称高度。
***探针卡之后且在开始探测和加工任何装置之前，***会在步骤140通过视觉***验证探针阵列是否已被确认，以及该阵列是否与正确的探针卡相对应。另外，探针卡确认标记(如字串、条码等)可被随时读取和扫描，以验证探针卡类型。若探针卡无法被验证，则对齐将失败，如步骤142所指。在最终对齐前，会进一步检查该探针是否受损和受到污染。探针的检查可以是直接检查，或使用高倍率或低倍率探针观察图像进行的检查。
若产品是新的未知产品，如步骤144所示，则操作员可通过学***台和晶片观察视场，以将一个或多个焊盘包括在内，来获取探针焊盘位置。每一探针焊盘都在视场内被对齐，而焊盘的位置也将被保存。所保存的已知焊盘位置可用以确定需要的探针头位置。探测参数被保存，操作员可继续进行自动化探针对齐。
-探针对齐
在步骤154，加工激光被声光调制器削弱为低能动态基准光束。该光束被导向基准区域内的基准位置。在步骤156，晶片平台定位高倍率视场80，以将基准位置包括在内。相对于晶片夹盘的焦点高度可被重新设置。摄像机获取激光光斑的图像，视场内基准位置的位置也被确定。可通过获取同时包括探针头和激光光斑的图像、并在单个图像内确定探针和激光光斑的位置，将获取激光光斑之图像的步骤与获取基准探针头之图像的步骤组合在一起。
在步骤168，低倍率照明器被配置为依据探测参数照射低倍率视场。在步骤170，晶片平台定位4.8mm×6.4mm的低倍率图像视场，以将探针头阵列的至少一部分包括在内，也将获取视场图像。一个或多个探针头的位置根据低倍率图像被确定，随后，探针头阵列的位置和方向也被确定。摄像机和探针头的相对高度可被迭代式调整，也可重新获取图像以获取聚焦图像。可将探针头的图案与基准数据进行比较，以确定该图案是否与需要的图案相符。
该比较还可通过找出脱位的探针头，确定探针阵列是否存在可能的损伤。
在一些情况下，若探针最初很精确地放置在探针卡架构内，则可能不再需要确定低倍率视场内探针头位置的步骤，在这种情况下，可将探针头可靠地定位于高倍率视场内，或使用搜索策略找出临近的探针头。
在步骤172，高倍率照明器被配置为依据探测参数照射高倍率视场。在步骤174，晶片平台定位探针摄像机***，从而，48mm×.64mm的高倍率图像视场可包括至少一个探针头。探针摄像机***可相对于探针头被置于Z轴，探针头的高度也可通过多个探针头图像加以确定。将获取至少一个探针头的一个或多个图像，探针头的位置将从高倍率图像内探测得出。
第二探针头可被成像并可通过高倍率物镜放置，探针头阵列的θ方向可被精准确定。第三探针头可被成像并可通过高倍率物镜放置，至少3个探针头的重合平面可被确定。多个探针头可通过高倍率物镜成像，最适合位置方向和平面可被确定(步骤176)。
-微调处理所需的是在处理过程重复一些探针对齐步骤，例如，获取探针头图像、获取激光光斑图像或获取探针头阵列的图像。可重复这些步骤以增加精确性或检查是否受污或受损。
操作时，微调***可包括一个选配的晶片机械手。该晶片机械手包括一个向传输带上加载和从其上卸载晶片的机器人。机械手上的多种工作台可包括晶片预对齐和光学字符识别(OCR)，以在将晶片机械地加载入微调器之前对其进行识别和放置。晶片机械手可处理裸晶片或安装于带帧上的晶片。带帧内的晶片可被打薄和/或切割。
现在参照图12，在步骤178，晶片被加载至预对齐操作头以预对齐晶片，随后，在步骤180，OCR被执行。在步骤182，晶片被加载至晶片夹盘，并且其中的平台会定位晶片，从而，晶片上至少一个基准特征被定为于基准区域内。基准特征的图像通过晶片观察***获取。其中的平台可定位晶片，从而，晶片上至少一个基准特征被定位于基准区域内，并且至少另一基准特征的图像通过晶片观察***被获取。在步骤184，晶片被对齐至与加工区域相关的接触焊盘位置，该加工区域基于晶片观察区域内的一个或多个基准特征位置被确定。已对齐的接触焊盘位置可包括x、y、z和θ位置。
在步骤186，可通过将晶片定位至3个或更多基准位置并获取这些位置的z高度数据，生成晶片图。随后，平面或聚焦表面被拟合z高度数据，以创建z高度的晶片图。待加工装置在z处的位置可通过装置位置和晶片图确定。
可基于对基板上选定点之装置基准特征的高度(z轴)测量，通过多项式拟合生成焦点图。该测量可以激光边缘扫描技术或机器视觉聚焦程序为基础。至少选取5个地点进行测量，但最多为装置总数(如每一晶片上的总管芯数)的任意位点个数皆可被测量。测量次数增多，精确性也会增加；然而，相关的时间增加却会对***效果产生不利影响。选择5个位点时，优选位置是分别有2个朝向x和y轴末端的位点，另一个接近基板中心的位点。尽管其它位点的位置也可使用，但位点的选择通常基于精确性要求而定。等式1包括偏差量、X和Y5的一次项与平方和及X和Y的差，被用于下述具有5位点的多项式拟合：
1：
z = c 0 + c 1 · x + c 2 · y + c 3 · x 2 + y 2 + c 4 · ( x 2 - y 2 )
选择7个位点时，这些地点可以是环绕基板的6个位点，另一个位点接近基板中心，等式2包括偏差量、X和Y的一次项与平方项、X和Y的平方和以及X和Y的叉积，被用于下述多项式拟合。
2：
z = c 0 + c 1 · x + c 2 · y + c 3 · x 2 + y 2 + c 4 · x 2 + c 5 · y 2 + c 6 · x · y .
若为6个位点或7个位点以上，等式1或2就可与标准技术一起用以调和剩余测量数据。例如，选择6个位点时，测量数据和等式1以最小二乘法使用。与此类似，选择8个或更多位点时，测量数据和等式2以最小二乘法使用。
尽管优选多项式拟合用于非线性拓扑学，也可将常规线性拟合应用于由基板中心和x与y轴每个端点的测量值所定义的四个象限中的每一象限。还可采用高阶多项式项，然而，可能需要增加位点测量，以提供足够的数据，并将计算所得的高度限制在允许的误差范围内。通常情况下，对于表面以低空间顺序较少地偏离平面的已加载基板(如球形、圆柱等)，等式1和2可提供充分的精确性。
再次参照图12，可执行可选步骤188-192，以重新找出探针头阵列、个别探针头或激光光斑，以提高精确性、补偿漂移或检查是否存在探针头磨损、受污或受损的情况。
若要加工晶片，在步骤194，晶片平台会将第一组接触焊盘与已对齐的探针头对齐，并且晶片夹盘也被抬高，以使得晶片表面对焦，并与接触头和接触焊盘啮合。
在步骤196和198，使用激光边缘扫描进行管芯微调焦和对齐，以确定并矫正剩余位置的误差。
在步骤200，管芯被微调。控制器设置加工参数，包括微调切削形状和位尺寸、激光q速率(q rate)和脉冲能量。激光参数应被理解为任何加工装置元件的激光参数，这些激光通过照射装置的一部分，同时使与装置关联的接触焊盘与一个或更多探针头接触进行加工的，这些探针头已通过动态基准光束自动对齐。例如，激光可以是紫外光、可见光或红外线，脉冲宽度可以是飞秒、皮秒至几百纳秒，在单个脉冲或突发脉冲模式下，脉冲速率为约1千赫至几百兆赫或更大。波长为1047或1064纳米时，激光光斑尺寸可小至约4.5微米。波长为532纳米或523纳米时，光斑尺寸可小于4.5微米，并可小至约2.3微米。波长为405纳米时，光斑尺寸可小于4.5微米，并可小至约2微米。可依据微调任一片段的参数进一步设置脉冲能量，该微调参数可以是粗、微或中间微调参数。
加工参数可进一步包括通过光电探测器测量激光输出的时间间隔。该时间间隔可预先设定，或可从测量序列或迭代测量和统计分析中推导得出。在此时间间隔内，将保存至少一个被测量的光电探测器值，并且，该保存的值将被用于设置2个或更多微调切削内的输出能量。在此时间间隔内，可降低或消除与至少一项光电探测器关联的一般测量耗时。在时间间隔之后和随后的微调切削开始之前，以最近的测量值或恢复的数值更新保存的数值。使用恢复的数值时，该数值可从模型推导得出、从典型的数值表获取或是与其它加工参数关联的值(如用于粗调和微调的优化能量值)。模型或表格可基于理论实际整理的测量结果，可补偿已测量、已计算或典型脉冲能量漂移。应理解，设置时间间隔旨在通过消除不必要的测量以改进***输出，从而将脉冲能量维持在预定范围内，并提供有效的优化脉冲能量控制。
通过使用由AOM衰减设置的脉冲能量，在步骤200，使用加工光束加工至少一个装置元件，直到微调停止。接触头和接触焊盘为空闲，晶片已被步进，并且第二组接触焊盘已被对齐至至已对齐的探针头。重复接触、加工和步进(如步骤202所示)。加工完成后，在步骤204中，从晶片夹盘中卸下晶片并保存。
所属领域的技术人员应了解，可对上述激光加工***的操作做出许多改变，同时仍实现本发明之相同目标。.本发明之范围涉及此类改变。因此，前述对本发明实施例的说明并非对本发明的限制。任何有关本发明实施例的限制，将在下面的权利要求中陈述。

Claims (41)

1.一种利用激光加工***对基于晶片的器件进行激光加工的方法，所述加工***包括光束定位***、探测***、控制器和测试接口，所述方法包括：
将晶片加载至探测***上；
通过探测***对光束定位***的加工区域内的那部分晶片进行定位；
使已对齐的探针与承载有探测***内的晶片的器件的对应焊盘相接触；
在光束定位***的加工区域内加工器件材料；
当接触探针和焊盘时，在加工器件材料之时、之前或之后，通过测试接口测量参数值；以及
用控制器至少控制定位、接触和加工的步骤，使得已对齐的探针自动对齐。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，探针被对齐至沿x和y轴至少4微米的至少之一以内，或沿z轴至少10微米以内。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述焊盘的尺寸为25微米或更小；以及所述探针头的尺寸为20微米或更小。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使已对齐的探针与承载有探测***内的晶片的器件对应的焊盘相接触包括：
按步进方式移动平台，以将器件定位在基准区域下方；以及
沿z轴抬高夹盘至一个高度，所示高度由已加载晶片表面的高度相对于基准区域的映射而确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述探测***包括高温夹盘，并且在激光加工前，将已加载至探测***的晶片加热至预定温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，基于在激光加工期间或之后的器件稳定时间，选择所述预定温度。
7.一种将第一元件与第二元件对齐的方法，所述方法包括：
确定第二元件在基准区域内的相对位置；
生成与基准区域内预定位置相交的光学基准光束；
检测第一元件在基准区域内的相对位置；以及
将第一元件与第二元件对齐。
8.根据权利要求7所述的方法，其中
第一元件是探针元件；
第二元件是器件接口元件；以及
将第一元件与第二元件对齐包括：基于检测到的探针元件在基准区域内的位置和已经确定的器件接口元件的位置，将基准区域内的器件接口元件与探针元件对齐。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定器件接口元件相对于基准区域的相对位置还包括：
检测承载有器件接口元件的基准特征相对于基准区域的位置；以及
基于检测到的基准特征的位置和器件接口元件相对于基准特征的预定位置，确定器件接口元件的位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，器件接口元件相对于基准特征的预定位置是下述位置之一：
包括基准特征位置和器件接口元件位置的晶片图内之器件接口元件的位置，或者
相对于基准特征所测得的器件接口元件的位置。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，基于检测到的基准特征的位置和器件接口元件相对于基准特征的预定位置来确定器件接口元件的位置包括：
使用至少一个视场位于基准区域内的第一摄像机，检测基准区域内承载有器件接口元件的基准特征的位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，检测基准区域内探针元件相对于光学基准光束的位置的位置包括：
i)将光学基准光束定位在基准区域内的预定位置；
ii)定位基准区域内第二摄像机的视场；
iii)当光学基准光束位于基准区域内的预定位置时，在视场内形成光学基准光束的图像；
iv)在视场内形成一个或多个与探针卡相关联的探针头的图像，所述探针元件是一个或多个探针头之一；
v)确定视场内光学基准光束图像的位置；以及
vi)确定视场内至少一个探针头梢的位置。
13.根据权利要求9所述的方法，其中：
已确定的器件接口元件位置基于下述位置之一：1)关联器件的位置和2)关联器件在固定器件阵列内的位置；以及
相对于检测到的基准特征预先确定器件或器件阵列的位置。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，生成与基准区域内预定位置相交的光学基准光束包括：
生成激光加工光束，并沿着与基准区域相交的光路传播所述激光束；
沿与基准区域相交的光路传播所述激光加工光束；以及
衰减所述激光加工光束；
其中，所述方法还包括：
在基准区域内***件；以及
用激光加工光束加工所述器件的材料。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，将器件接口元件与探针元件对齐还包括：
促使探针元件和器件接口元件至少之一移动，以使探针元件接触器件接口元件并形成电连接。
16.根据权利要求8所述的方法，其中：
确定器件接口元件相对于基准区域的相对位置包括：使用第一成像***从基准区域的第一侧观察基准特征，以确定在器件基板上承载的基准特征在基准区域内的位置；以及
检测基准区域内探针元件相对于光学基准光束的位置包括：使用第二成像***从基准区域的第二侧观察基准区域内的探针元件，以检测探针元件在基准区域内的位置，所述第二成像***被刚性地安装在可移动式组件上，所述组件承载其上置有器件接口元件和基准特征的基板，并且所述基准区域的第二侧是基准区域的第一侧的对面。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，使用第二成像***检测探针元件在基准区域内的相对位置包括：促使可移动式组件移动，以定位用于第二成像***，以使探针元件成像其中，所述方法还包括：
移动可移动式组件至预定位置，以在基准区域内定位第二成像***的视场；
在基准区域内形成探针元件的图像并基于所述图像；以及
确定所述探针元件在基准区域内的位置。
18.根据权利要求8所述的方法，其中，检测基准区域内探针元件的位置是相对于光学基准光束的位置进行的，并包括：使用包括至少一个摄像机和刚性地安装在可移动式组件上的高和低倍率成像元件的成像***，以检测探针元件在基准区域内的相对位置，所述可移动式组件承载有其上置有器件接口元件的基板，其中所述方法还包括：
促使可移动式组件移动，以通过低倍率成像元件观察探针元件；以及
基于低倍率图像促使可移动式组件移动，以通过高倍率成像元件观察探针元件，所述高倍率成像元件刚性地安装在低倍率成像元件旁边。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
通过高倍率成像元件同轴照明探针元件；以及
通过环绕低倍率成像光路的光轴的环形光照明探针元件。
20.根据权利要求8所述的方法，其中，将基准区域内的器件接口元件与探针元件对齐包括：促使可移动式组件移动，所述可移动式组件承载有其上置有器件接口元件的基板，所述可移动式组件可相对于基准区域沿任一垂直的X、Y和Z轴移动基板，或在基本平行于基准区域的平面内绕z轴旋转。
21.根据权利要求8所述的方法，其中，确定器件接口元件相对于基准区域的相对位置包括：
i)使用激光束******将第一摄像机的视场定位在基准区域内的至少一个位置；以及
ii)使用第一摄像机检测承载有器件接口元件的基准特征在基准区域内的位置。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，检测基准区域内探针元件相对于光学基准光束的位置包括：
i)使用激光束******定位光学基准光束，以与基准区域内的预定位置相交；
ii)在基准区域内定位第二摄像机的视场，并且在所述光学基准光束与基准区域内的预定位置相交的同时，利用第二摄像机形成光学基准光束的图像；
iii)确定第二摄像机视场内光学基准光束的图像的位置；
iv)在基准区域内定位第二摄像机的视场，并使用第二摄像机形成与探针卡相关联的一个或多个探针头梢的图像，所述探针元件是一个或多个探针头之一；以及
v)在第二摄像机视场内确定至少一个探针头梢的位置。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，使用第二摄像机形成与探针卡相关联的一个或多个探针头的图像还包括：
使用数值孔径约为.18英寸或以上的焦阑物镜照明探针头并形成图像。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，使用第二摄像机形成与探针卡相关联的一个或多个探针头梢的图像还包括：
使用与第一摄像机的视场同轴的照明器从第一摄像机的视场照亮探针头梢，从而背光照亮所述探针头梢。
25.根据权利要求22所述的方法，其中，使用第二摄像机形成与探针卡相关联的一个或多个探针头梢的图像还包括：
用环形光照亮探针头，并使用lx物镜形成图像。
26.根据权利要求22所述的方法，其中，在所述光学基准光束位于基准区域内的预定位置的同时，在基准区域内定位第二摄像机的视场并形成光学基准光束的图像包括：
促使第二摄像机移动，以观察基准区域内的探针元件；
至少部分地基于下述至少之一：i)第二摄像机观察探针元件时的移动量，和ii)基准区域内探针元件的位置，确定探针元件的相对位置和探针元件的预期位置间的差异；以及
基于探针元件的相对位置和探针元件的预期位置间的差异，将器件接口元件与探针元件对齐。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，将器件接口元件与探针元件对齐包括：按照所述差异指定的量调整探针元件和器件接口元件至少之一的位置，以使探针元件接触器件接口元件。
28.根据权利要求22所述的方法，其中，将基准区域内的器件接口元件与探针元件对齐包括：自动地移动探针卡和器件接口元件的至少一个，以使探针卡的一个或多个探针头与一个或多个器件接口元件精确接触，所述器件接口元件是器件的接触焊盘。
29.根据权利要求22所述的方法，其中，用第二摄像机形成光学基准光束的图像是指形成聚焦或散焦的激光束的图像，其中所述激光束波长为红外光、可见光或紫外光，并且所述摄像机对激光波长感光。
30.根据权利要求8所述的方法，其中已对齐的探针元件和器件接口元件形成用于将器件的物理参数传输至测量***的接口，所述物理参数至少为电、光、热、机械和磁参数之一。
31.根据权利要求8所述的方法，其中，已对齐的探针元件和器件接口元件形成用于向器件提供能量的接口，所述能量至少为电、光、热、机械和磁能量之一。
32.根据权利要求8所述的方法，其中，检测基准区域内探针元件的位置是相对于光学基准光束的位置进行的，并且确定器件接口元件相对于基准区域的相对位置还包括：
检测基准区域内多个探针元件相对于光学基准光束的位置；
确定多个器件接口元件相对于基准区域的相对位置和方向；以及
基于检测到的基准区域内两个或多个探针元件的位置、已确定的至少一个器件接口元件的位置和多个器件接口元件的方向，将基准区域内多个器件接口元件与多个探针元件对齐。
33.根据权利要求32所述的方法，还包括：
将一个或多个检测到的探针元件识别为探针元件阵列内的特定元件；
确定所述探针元件阵列在基准区域内的位置；以及
将器件接口元件阵列与探针元件阵列对齐，其中所述器件接口元件阵列包括多个器件接口元件。
34.根据权利要求8所述的方法，其中，将基准区域内的器件接口元件与探针元件对齐还包括：
通过定位至少下述之一，在基本与基准区域垂直的方向上，定位探针元件和器件接口元件的至少之一：i)附带探针元件的探针卡，所述探针元件是安装在探针卡上之探针的接触头，和ii)承载器件接口元件的器件，所述器件接口元件是与所测试器件相关联的测试焊盘；
使探针元件和器件接口元件相接触；以及
在测试设备和所测试器件之间形成电连接。
35.根据权利要求7所述的方法，其中：
基于使用第一成像***来确定基准区域内第二元件的相对位置；
生成与基准区域内预定位置相交的光学基准光束是对齐第二成像***；
基于使用第二成像***来检测基准区域内第一元件的相对位置；以及
基于基准区域内第一元件的相对位置和第二元件的相对位置的将第一元件与第二元件对齐。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，第一元件是第一接触元件，第二元件是第二接触元件。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，将第一接触元件与第二接触元件对齐还包括：促使第一接触元件和第二接触元件中至少一个元件移动，以使第一接触元件与第二接触元件相接触，并在测试设备和所测试电路间形成电连接，包括：
促使至少下述之一移动：i)附着有第一接触元件的探针卡，第一接触元件是探针卡上的探针头，和ii)附着有第二接触元件的电路基板，第二接触元件是与电路基板上所测试电路相关联的测试焊盘；
使用生成光学基准光束的光源，生成施加于所测试电路的激光光束；以及
利用所施加的激光束微调所测试电路的部件。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，确定第二接触元件在基准区域内的位置包括：
使用第一成像***识别电路基板上多个焊盘的图案，第二接触元件是电路基板上多个接触焊盘之一；
其中，检测第一接触元件的相对位置包括：
i)使用激光束******将光学基准光束定位至基准区域内的特定位置，以对齐与第二成像***相关联的摄像机；
ii)在光学基准光束位于基准区域内的特定位置的同时，促使摄像机移动以观察光学基准光束；以及
iii)使用所述摄像机识别与探针卡相关联的多个探针头梢的图案，第一接触元件是探针卡上的多个探针头之一。
39.根据权利要求36所述的方法，其中：
确定第二接触元件在基准区域内的相对位置包括从基准区域的第一侧观察第二接触元件；以及
检测第一接触元件在基准区域内的相对位置包括：移动与第二成像***相关联的摄像机，所述摄像机刚性地安装在含有电路基板的可移动式组件上，所述电路基板上置有第二接触元件；以积极使用摄像机从基准区域的第二侧观察基准区域内的第一接触元件，基准区域的第二侧置于基准区域的第一侧的对面。
40.根据权利36要求所述的方法，其中，检测第一接触元件在基准区域内的相对位置包括使用刚性地安装在可移动式组件上的第二成像***来识别第一接触元件在基准区域内的相对位置，所述可移动式组件含有电路基板，所述电路基板上置有第二接触元件，其中，所述方法还包括：
促使可移动式组件移动，以通过第二成像***的低倍率摄像机观察第一接触元件；以及
促使可移动式组件移动，以使用第二成像***的高倍率摄像机观察第一接触元件，所述高倍率摄像机刚性地安装在可移动式组件上的低倍率摄像机旁。
41.一种在加工区域内以激光加工基于晶片器件的材料的***，所述***包括：
机器底座；
由安装在机器底座上的振动隔离器支撑的刚性结构；
多轴电机驱动的平台，所述平台安装在所述刚性结构上并且被配置为沿x、y、z和θ轴移动；
晶片夹盘，具有位于平台上的晶片支撑区域，可沿x、y、z和θ轴移动；
安装在晶片夹盘上的探针观察***，探针观察***被配置为使用成像光学器件，将与晶片夹盘上晶片支撑区域相邻的探针观察视场成像于摄像机中；
由刚性结构支撑的电机驱动平台，所述平台被配置为沿z轴移动安装在电机驱动平台上的探针卡框架；
一个或多个移动控制器，配置为接收移动命令，并沿着x、y、z和θ轴驱动多轴电机驱动的平台，并沿z轴驱动所述电机驱动平台；
可连接至安装在探针卡框架中的测量设备的探针卡；以及
安装在所述探针卡上的探针阵列，每一探针都带有一个接触头梢，这些接触头梢被设置在基于晶片的器件的接触焊盘上，其中，可相对于加工区域内基于晶片的器件的接触焊盘的加工区域，调整安装在探针卡框架内的探针头梢的高度；
其中：
探针观察视场具有可移动性，以沿z轴聚焦，并与激光加工区域内的x、y位置相交；
探针观察视场具有可移动性，以使至少一个探针头梢成像；
探针观察视场具有可移动性，以直接从激光加工区域内的x、y位置接收加工激光能量；以及
探针观察摄像机对加工激光和区域照明器感光；
晶片夹盘沿x和y轴方向的移动足以使整个晶片步进通过激光加工区域，并将相邻的器件步进至激光加工区域；
其中，所述***还包括：
被配置为生成加工光束的可控加工激光器；
被配置为衰减加工光束的可控调制器；
被配置为检测已衰减加工光束能量的检测器；
光束传递光学器件，被配置为将加工光束聚焦至加工区域内的光斑；
晶片观察***，包括一个或多个摄像机和光学成像器件，被配置成获取加工区域内晶片表面的那部分图像；
可控光束偏转器，被配置为将加工光束和晶片观察***区域引导至加工区域内的位置；
检测器，被配置为接收从基于晶片的器件的零件反射的能量；
一个或多个机器视觉板，被配置为接收来自晶片观察***和探针观察***的摄像机所获取的图像信号，与所述一个或多个机器视觉板相关联的处理器被配置为执行图像处理例程并根据所获取图像信号来生成位置数据；
一个或多个控制器，被配置为控制激光q速率、脉冲能量和光束偏转；以及
处理器，被配置为在激光材料加工过程执行步骤序列，所述步骤包括设置激光加工参数、生成多轴平台位置命令、生成光束偏转命令、促使激光发射、终止激光发射和获取图像中的至少一项；以及机器接口被配置为选择、开始、编辑、教导、训练或生成至少一部分材料加工序列。
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