CN114397482A - 探针装置与探针控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种探针装置与探针控制设备，涉及控制技术领域。探针装置，包括：功能层、多个探针以及至少一个信号处理单元；多个探针设置在功能层的一面，至少一个信号处理单元设置在功能层的另一面上；每个信号处理单元与至少一个探针对应，每个探针与一个信号处理单元对应且电连接；信号处理单元用于根据用户输入的控制参数，生成探针控制信号，并将探针控制信号发送到对应的探针；探针用于根据接收到的探针控制信号对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到对应的信号处理单元。本发明中，形成了包含信号处理单元和探针的立体结构探针装置。

Description

探针装置与探针控制设备

技术领域

本发明涉及控制技术领域，具体涉及一种探针装置与探针控制设备。

背景技术

在芯片产业中，芯片器件的微型化一直是重要的研究方向，制造出5纳米技术节点的芯片已经实现，制造3纳米技术节点的芯片已经研发成功，然而芯片产业的测量技术则远远落后。不仅检测手段不足，而且达到纳米级表面测量的速度往往很慢，不能满足芯片产业在线检测，甚至抽检的水平。

现有的，光学椭偏仪的检测技术可以检测晶圆表面的三维结构在纵向分辨率达到1纳米以下，而且速度快，可以用于在线检测，可是横向分辨率仍然停留在亚微米数量级，无法满足测量分辨率的要求。

扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope，简称SPM)可以测到亚纳米级的纵向和横向分辨率，尤其是几个纳米到几十个纳米的三维结构。但是其测量速度很慢，据估算，完整测量一个晶圆上的晶片(DIE)需要至少30天时间。测量速度慢的主要原因之一是，探针必须距离表面只有几个纳米至几十纳米的距离才能测出纳米级的三维形貌。为了避免探针与待测表面三维结构相撞而影响测量精度，探针在测量过程中必须以极其缓慢的速度行进。

利用探针技术可以测量物理量，比如表面导电性，表面光刻胶残余，表面不同组份分布等等。

探针的针头特别细，其曲率半径有的只有2纳米，甚至在其尖端只有一个原子。对探针加上一个非常小的电压，比如50V，就能造成探针尖端具备非常高的电场强度。这时，针尖端头的电子就很容易被拉出来，形成探针端头的电场发射。利用探针针尖形成的电场发射的电子可以对光刻胶感光形成电子束光刻，也叫扫描探针光刻(SPL scanning probelithography)。

扫描探针光刻的优点是光刻线条很细，非常适合于曝光出单纳米级细线条结构。其原因除了非常小的探针顶端发射电子形成单纳米级电子束斑外，还在于发射出的电子能量很低，以至于难以形成电子束光刻的一大问题，即邻近效应。由于没有了邻近效应，电子束曝光以后感光区间的展宽问题就没有了，导致探针电子束尺寸直接决定光刻胶感光的区域，形成单纳米级光刻线宽。

然而，探针针尖电子束光刻的问题在于，探针针尖需要一个点一个点地移动，每个点进行电子束曝光。针尖的移动速度远远不如常规电子束光刻机的电子束扫描速度，使得针尖光刻速度很低，无法在有限时间内完成大面积的光刻。

探针的三维形貌测量、导电性测量、以及探针的电子发射，可以称为探针对目标表面的操作。目前可以通过设置多探针阵列，让多个探针同时实施测量操作或者光刻操作，以达到提高速度的目的。

然而，提高探针阵列的操作速度，不仅仅是探针需要快速测量，和通过多探针来加速测量，而是要让测得的海量信号能够传输出去并且并行处理的问题，即如何用数量有限的引线将多探针信号引出的问题，以及对于大量并行探针的信号进行并行处理的问题。

处理多引线并行信号的办法之一是通过数据总线，将数量巨大的引线，通过多路复用将引线数量大大减少。但如果探针数量巨大，则仅仅通过多路复用的办法会大大降低信号处理的时间，导致信号处理速度的降低，无法满足处理速度的需求。

由上可知，无论在利用并行探针阵列对样品表面测量、电子场发射以及引导离子注入，都需要高速度，如何将众多探针阵列同后续的信号单元并行集成起来，形成并行测量和信号处理是提高测量速度的关键。因此，为了解决上述技术问题，发明人提出了本发明的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供了一种探针装置与探针控制设备，形成了包含信号处理单元和探针的立体结构探针装置，减少了信号处理单元与探针之间的连线，同时多个探针和信号处理单元集成在同一个功能层的不同面上，减少了信号处理单元散发的热量对探针的影响，降低了精度损失。

为实现上述目的，本发明提供了一种探针装置，包括：功能层、多个探针以及至少一个信号处理单元；所述多个探针设置在所述功能层的一面，所述至少一个信号处理单元设置在所述功能层的另一面上；每个所述信号处理单元与至少一个所述探针对应，每个所述探针与一个所述信号处理单元对应且电连接；所述信号处理单元用于根据用户输入的控制参数，生成探针控制信号，并将所述探针控制信号发送到对应的所述探针；所述探针用于根据接收到的所述探针控制信号对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到对应的所述信号处理单元。

本发明还提供了一种探针装置，包括：非接触固定的多个功能层、多个探针以及多个信号处理单元；所述多个功能层包括从下往上依次层叠设置的一个探针层和M个数据处理层；所述多个探针设置在所述探针层的远离所述数据处理层的面上，多个信号处理单元分别设置在各所述数据处理层上，M为大于或等于1的整数；第一个所述数据处理层上的每个所述信号处理单元与至少一个所述探针对应，每个所述探针与位于第一个所述数据处理层上的一个所述信号处理单元对应且电连接；M个所述数据处理层中的第N个所述数据处理层上的所述信号处理单元与第N-1个所述数据处理层上的至少一个所述信号处理单元对应，且第N个所述数据处理层上的所述信号处理单元与第N+1个所述数据处理层上的一个所述信号处理单元对应且电连接，1≤N≤M，N为整数；所述探针装置用于通过至少一个所述数据处理层上的所述信号处理单元接收输入的控制参数，生成各所述探针的探针控制信号；所述探针装置用于通过第一个所述数据处理层上的所述信号处理单元将各所述探针控制信号发送到对应的所述探针；所述探针用于根据接收到的所述探针控制信号对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到对应的所述信号处理单元。

本发明还提供了一种探针控制设备，包括：上述的探针装置，以及连接于探针装置的探针控制系统。

本发明实施例中，探针装置包括：功能层、多个探针以及至少一个信号处理单元，多个探针设置在所述功能层的一面，所述至少一个信号处理单元设置在所述功能层的另一面上；每个所述信号处理单元与至少一个所述探针对应，每个所述探针与一个所述信号处理单元对应且电连接，信号处理单元能够根据用户输入的控制参数，生成探针控制信号，并将所述探针控制信号发送到对应的所述探针，探针则可以根据接收到的所述探针控制信号对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到对应的所述信号处理单元；由此形成了包含信号处理单元和探针的立体结构探针装置，减少了信号处理单元与探针之间的连线，同时多个探针和信号处理单元集成在同一个功能层的不同面上，减少了信号处理单元散发的热量对探针的影响，降低了精度损失。

在一个实施例中，M≥2，在第一个所述数据处理层上的所述信号处理单元在接收到对应的所述探针发送的探针数据信号时，将各所述探针数据信号发送到第M个所述数据处理层上的信号处理单元；在第M个所述数据处理层上的所述信号处理单元在接收到各所述探针的所述探针数据信号后，对各所述探针数据信号进行处理得到待操作表面的数据处理结果。

在一个实施例中，M≥2，在第一个所述数据处理层上的所述信号处理单元在接收到对应的所述探针发送的探针数据信号时，对对应的所述探针的探针数据信号进行处理，得到对应的所述探针对应的数据处理结果，并将各所述探针的所述处理结果发送到第M个所述数据处理层上的信号处理单元；在第M个所述数据处理层上的所述信号处理单元在接收到各所述探针的数据处理结果时，基于各所述探针的数据处理结果得到待操作表面的数据处理结果。

在一个实施例中，各所述探针的探针数据信号存储在第一个所述数据处理层上对应的所述信号处理单元，或者存储在第M个所述数据处理层上对应的所述信号处理单元。

在一个实施例中，所述功能层上设置有多个通孔，所述通孔内壁设置有绝缘层，所述通孔中设置有导电物质，每个所述信号处理单元对应于至少一个所述通孔，每个所述通孔对应于一个所述信号处理单元；所述信号处理单元通过对应的所述通孔中导电物质与目标探针电连接；所述目标探针为与所述信号处理单元对应的所述探针。

在一个实施例中，所述功能层上设置有多个通孔，所述通孔内壁设置有绝缘层，每个所述信号处理单元对应于至少一个所述通孔，每个所述通孔对应于一个所述信号处理单元；所述信号处理单元通过穿过对应的所述通孔中的引线与目标探针电连接，所述目标探针为与所述信号处理单元对应的所述探针。

在一个实施例中，所述探针包括：针头、悬臂梁以及针尖，每个所述探针中，所述针尖设置在所述针头的尖端部分，所述针头固定在所述悬臂梁的一端，所述悬臂梁远离所述针头的一端包括：控制输入端与信号输出端；所述信号处理单元包括控制输出端与信号输入端，所述悬臂梁的控制输入端连接于对应的所述信号处理单元的控制输出端，所述悬臂梁的信号输出端连接于对应的所述信号处理单元的信号输入端；所述探针用于根据从所述控制输入端接收到的所述探针控制信号控制所述针尖对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到连接的所述信号处理单元的信号输入端。

在一个实施例中，所述功能层为以下任意之一：硅片、玻璃片、石英片、晶圆或者印刷电路板。

在一个实施例中，相邻两个所述功能层之间设置有散热层。

在一个实施例中，所述散热层为半导体制冷层。

在一个实施例中，每个所述数据处理层上设置有多个通孔，所述通孔内壁设置有绝缘层，所述通孔中设置有导电物质，在每个所述数据处理层上，每个所述信号处理单元对应于至少一个所述通孔，每个所述通孔对应于一个所述信号处理单元；当1≤N＜M时，对于M个所述数据处理层中的第N个所述数据处理层上的每个所述信号处理单元，所述信号处理单元通过对应的所述通孔中的导电物质与第N+1个所述数据处理层中的目标信号处理单元电连接；所述目标信号处理单元为第N+1个所述数据处理层上与所述信号处理单元对应的信号处理单元；当N＝1时，对于M个所述数据处理层中的第一个所述数据处理层上的每个所述信号处理单元，所述信号处理单元通过对应的所述通孔中的导电物质与所述探针层上的目标探针电连接；所述目标探针为与所述信号处理单元对应的所述探针。

在一个实施例中，所述功能层上设置有多个通孔，所述通孔内壁设置有绝缘层，在每个所述数据处理层上，每个所述信号处理单元对应于至少一个所述通孔，每个所述通孔对应于一个所述信号处理单元；当1≤N＜M时，对于M个所述数据处理层中的第N个所述数据处理层上的每个所述信号处理单元，所述信号处理单元通过穿过对应的所述通孔中的引线与第N+1个所述数据处理层中的目标信号处理单元电连接；所述目标信号处理单元为第N+1个所述数据处理层上与所述信号处理单元对应的信号处理单元；当N＝1时，对于M个所述数据处理层中的第一个所述数据处理层上的每个所述信号处理单元，所述信号处理单元通过穿过对应的所述通孔中的引线与所述探针层上的目标探针电连接；所述目标探针为与所述信号处理单元对应的所述探针。

在一个实施例中，所述探针层上设置有多个定位标识，每个所述数据处理层上设置有多个所述定位孔，所述定位孔与所述定位标识一一对应，且每个所述数据处理层上的所述定位孔与所述探针层上对应的所述定位标识的位置在垂直空间上对应。这样探针层和数据处理层各层之间就空间对准了。

在一个实施例中，在相邻的两个功能层之间相对的面上分别设置有多对匹配的凸起部和凹陷部；每对匹配的所述凸起部的位置和所述凹陷部的位置在垂直空间上对应。这样探针层和数据处理层各层之间就空间对准了。

在一个实施例中，所述探针包括：针头、悬臂梁以及针尖，每个所述探针中，所述针尖设置在所述针头的尖端部分，所述针头固定在所述悬臂梁的一端，所述悬臂梁远离所述针头的一端包括：控制输入端与信号输出端；每个所述信号处理单元包括信号接收端、信号发送端、控制输出端与信号输入端，所述悬臂梁的控制输入端连接于第一个所述数据处理层中对应的所述信号处理单元的控制输出端，所述悬臂梁的信号输出端连接于第一个所述数据处理层中对应的所述信号处理单元的信号输入端；在M个所述数据处理层中的第N个所述数据处理层，所述信号处理单元的信号发送端连接到第N+1个所述数据处理层中的对应的所述信号处理单元的信号输入端，所述信号处理单元的信号接收端连接到第N+1个所述数据处理层中的对应的所述信号处理单元的控制输出端；所述探针用于根据从所述控制输入端接收到的所述探针控制信号控制所述针尖对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到连接的所述信号处理单元的信号输入端；所述信号处理单元用于将接收到的所述探针数据信号发送到目标功能层中对应的所述信号处理单元；所述目标功能层为所述信号处理单元所在的所述数据处理层的上一个所述数据处理层。

在一个实施例中，所述功能层为以下任意之一：硅片、玻璃片、石英片、晶圆或者印刷电路板。

在一个实施例中，每个所述探针具有对应的地址，任意两个所述探针对应的地址不同。

附图说明

图1与图2是根据本发明第一实施例中的探针装置的示意图；

图3与图4是根据本发明第一实施例中的探针装置中信号处理单元与探针电连接的示意图；

图5与图6是根据本发明第一实施例中的探针装置中信号处理单元与探针通过功能层上的通孔电连接的示意图；

图7是根据本发明第一实施例中的探针装置的探针层上的探针布局示意图；

图8至图12是根据本发明第二实施例中的探针装置的示意图；

图13是根据本发明第二实施例中的相邻两个数据处理层之间的信号处理单元通过总线连接的示意图；

图14与图15是根据本发明第二实施例中的在数据处理层上设置定位孔与在探针层上设置定位标识的示意图；

图16至图18是根据本发明第二实施例中的在探针装置中相邻的两个功能层之间相对的面上分别设置有多对匹配的凸起部和凹陷部的示意图；

图19是根据本发明第二实施例中的探针装置中相邻两个数据处理层之间的信号处理单元通过数据处理层上的通孔电连接的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的各实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“或/和”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

本发明第一实施方式涉及一种探针装置，探针装置用于对待操作晶圆表面进行操作处理，对待操作晶圆表面的处理包括：待操作晶圆表面物理量和化学量的测量、扫描探针光刻(scanning probe lithography，SPL)、产生电子、产生光子，还有利用探针引入离子对待操作表面进行离子注入等。其中，涉及的物理量和化学量包括但不限于：电学信息、力学信息、磁学信息、光学信息、声学信息以及物质成分等，例如三维形貌测量，表面粗超度测量，表面导电性测量，表面物质成分测量，表面温度测量，表面硬度测量，表面弹性模量测量，表面发射光测量，表面发光测量，表面拉曼信号测量等；扫描探针光刻为在探针上加上电压(例如50V)，在探针针尖处形成高电场强度的电场，此时针尖处的电子很容易被拉出，形成探针端头的电场发射，由此利用探针针尖形成的电场发射的电子对光刻胶感光形成电子束光刻，探针发射的电子可以在待操作表面上产生二次电子。

请参考图1，探针装置包括功能层10、多个探针20以及多个信号处理单元30。其中，信号处理单元30可以具有数据处理与数据存储的功能。

多个探针20设置在功能层10的一面，至少一个信号处理单元30设置在功能层10的另一面上；每个信号处理单元30与至少一个探针10对应，每个探针10与一个信号处理单元30对应且电连接。具体的，多个探针20与多个信号处理单元30分别设置在功能层10的两个面上，每个信号处理单元30对应于一个或多个探针20，每个探针20仅对应于一个信号处理单元30，各探针20分别电连接到对应的信号处理单元30。其中，可以设置各信号处理单元30对应于相同数量的探针20并与对应的探针20电连接，或者各信号处理单元30分别对应不同数量的探针20，并与对应的探针20电连接。如图2所示，其中一个信号处理单元30对应电连接到一个探针20，另一个信号处理单元30对应电连接到4个探针20；图中以功能层10为透明层，实际功能层10为不透明层，信号处理单元30与探针20分别位于功能层10的上下表面。

信号处理单元30用于根据用户输入的控制参数，生成探针控制信号，并将探针控制信号发送到对应的探针20。具体的，位于功能层10同一面上的各信号处理单元30分别电连接到探针控制系统，探针控制系统供用户输入控制参数，并将用户输入的控制参数发送到各信号处理单元30，信号处理单元30在接收到的控制参数时，生成对应的各探针20的探针控制信号，并将各探针控制信号发送到对应的探针20，以控制电连接的各探针20执行对晶圆待操作表面进行相应的处理。

探针20用于根据接收到的探针控制信号对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到对应的信号处理单元30。对于每个探针20来说，其在接收到对应的信号处理单元30发送的探针控制信号中设定了探针20的工作参数，例如工作模式、工作范围等，探针20可以基于该探针控制信号对待操作表面进行操作处理，得到探针数据信号，并将该探针数据信号发送到信号处理单元30，信号处理单元30可以对接收到的探针数据信号进行数字化、解码以及处理得到待操作表面各像素的数据，并将各像素的数据发送到探针控制系统，由探针控制系统生成本次晶圆待操作表面的完整图像。其中，探针20的探针数据信号包括但不限于：数据包括探针纵向的力信号，空间探针位置信号，探针速度数据，探针振动频率数据，探针温度数据，探针编码或者地址数据等。

本实施例中，功能层10可以是采用微纳米加工且具有一定机械强度的支撑片，功能层10可以为以下任意之一：硅片、玻璃片、石英片、晶圆或者印刷电路板。

需要说明的是，本实施例以及之后的实施例中仅示意性给出了探针的数量与排布方式，探针的数量和探针的排布方式可以按照待操作表面的处理需求来设定，例如多个探针可以采用单排的排布方式，也可以采用阵列的排布方式，多个探针可以在二维平面上排列，也可以非共面形成三维结构。

本实施例提供了一种探针装置，包括：功能层、多个探针以及至少一个信号处理单元，多个探针设置在功能层的一面，至少一个信号处理单元设置在功能层的另一面上；每个信号处理单元与至少一个探针对应，每个探针与一个信号处理单元对应且电连接，信号处理单元能够根据用户输入的控制参数，生成探针控制信号，并将探针控制信号发送到对应的探针，探针则可以根据接收到的探针控制信号对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到对应的信号处理单元；由此形成了包含信号处理单元和探针的立体结构探针装置，减少了信号处理单元与探针之间的连线，同时多个探针和信号处理单元集成在同一个功能层的不同面上，减少了信号处理单元散发的热量对探针的影响，降低了精度损失。

在一个例子中，请参考图3，探针20包括：针头201、悬臂梁202以及针尖203，每个探针20中，针尖203设置在针头201的尖端部分，针头201固定在悬臂梁202的一端，悬臂梁202远离针头201的一端包括：控制输入端204与信号输出端205；信号处理单元30包括控制输出端301与信号输入端302，悬臂梁202的控制输入端204连接于对应的信号处理单元30的控制输出端301，悬臂梁202的信号输出端205连接于对应的信号处理单元30的信号输入端302。另外，信号处理单元30还包括信号发送端303与信号接收端304，信号发送端303与信号接收端304分别连接到探针控制系统。需要说明的是，信号处理单元30上还可以设置有操作信息接收端，其连接于探针控制系统，探针控制系统通过该操作信息接收端将探针装置所在的操作台的操作参数发送到信号处理单元30，以供信号处理单元30基于操作参数确定出晶圆的位置、角度、速度等信息，继而结合用户输入的控制参数生成各探针20的探针控制信号，以控制探针20对晶圆待操作表面进行相应的处理。需要说明的是，图3中仅示意性给出了信号处理单元30与对应的一个探针20的连接方式。另外，请参考图4，当信号处理单元30对应于多个探针20时，信号处理单元30与多个探针20之间通过总线连接，即信号处理单元30的控制输出端301连接到一根总线上，同时多个探针20的控制输入端204分别连接到该总线上；信号处理单元30的信号输入端302连接到另一根总线上，同时多个探针20的信号输出端205分别连接到该总线上。

探针20用于根据从控制输入端204接收到的探针控制信号控制针尖203对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到连接的信号处理单元的信号输入端301。

具体的，以任一信号处理单元30为例，信号处理单元30通过信号接收端304接收来源于探针控制系统的控制参数，基于控制参数生成所对应的各探针20的探针控制信号，并通过控制输出端301将各探针控制信号发送到对应的探针20，以控制电连接的各探针20执行对晶圆待操作表面进行相应的处理，探针20在通过控制输入端204接收到对应的探针控制信号后，基于该探针控制信号控制针尖203对待操作表面进行操作处理，基于探针控制信号中设定的探针20的工作参数对待操作表面进行操作处理，得到探针数据信号，并通过信号输出端205将探针数据信号发送到对应的信号处理单元30，信号处理单元30可以直接将接收到的探针数据信号通过信号发送端303发送到探针控制系统，也可以预先对探针数据信号进行处理，将处理后的探针数据信号发送到探针控制系统。

在一个实施例中，请参考图5与图6，功能层10上设置有多个通孔101，通孔101内壁设置有绝缘层，通孔101中设置有导电物质(例如为铜、银或者其他导电材料)，每个信号处理单元30对应于至少一个通孔101(图中以每个信号处理单元30对应于一个通孔101为例)，每个通孔101对应于一个信号处理单元30；信号处理单元30通过对应的通孔中导电物质与目标探针电连接；目标探针为与信号处理单元30对应的探针20。具体的，功能层10上设置有多个通孔101，通孔101的数量大于或等于信号处理单元30的数量，每个信号处理单元30可以对应于一个或多个通孔101，每个通孔101仅对应于一个信号处理单元30，各通孔101中填充有导电材料，相当于在通孔101中形成了导电通道，该导电通道形成了功能层10两面的电连接；对于每个信号处理单元30来说，以该信号处理单元30对应于一个通孔101为例，该信号处理单元30的控制输出端301与信号输入端302可以通过其所在的功能层10的面上的走线电连接或者直接焊接到该通孔101的导电通道上，与该信号处理单元30对应的各探针20则可以通过其所在的功能层10面上的走线电连接到通孔101的导电通道，从而实现了信号处理单元30与对应的各探针20的电连接，并且通过在通孔101中填充导电物质的方式形成了导电通道，连接更加方便。

在另一个实施例中，功能层10上设置有多个通孔101，通孔101内壁设置有绝缘层，每个信号处理单元30对应于至少一个通孔101，每个通孔101对应于一个信号处理单元30；信号处理单元30通过穿过对应的通孔101中的引线与目标探针电连接，目标探针为与信号处理单元30对应的探针20。具体的，功能层10上设置有多个通孔101，通孔101的数量大于信号处理单元30的数量，每个信号处理单元30可以对应于一个或多个通孔101，每个通孔101仅对应于一个信号处理单元30；对于每个信号处理单元30来说，以该信号处理单元30对应于一个通孔101为例，该信号处理单元30的控制输出端301与信号输入端302在其所在的功能层10的面上形成了两个连接点，随后利用两条导电引线分别连接到两个连接点，然后导电引线穿过通孔101后连接到位于功能层10另一面上的探针20的控制输入端204与信号输出端205，从而实现了信号处理单元30与对应的各探针20的电连接；其中本实施例可以参考图5与图6，主要不同之处在于图6中通孔101未填充导电物质。

在一个实施例中，每个探针具有对应的地址，任意两个探针对应的地址不同；请参考图7，探针层11中设置了多个探针20，每个探针20的地址以其所在的位置坐标表示，例如在第一列中的9个探针20的地址从下到上依次为：(X1，Y4)、(X1，Y5)、(X1，Y6)、(X1，Y7)、(X1，Y8)、(X1，Y9)、(X1，Y10)、(X1，Y11)、(X1，Y12)；其中，每个探针20的地址中的X、Y的值可以为一个或多个字节，由此可以分别对各个探针20进行标识。需要说明的是，图7中仅示意性给出了探针层11上探针20的布局方式。

本发明的第二实施例涉及一种探针装置，探针装置用于对待操作晶圆表面进行操作处理，对待操作晶圆表面的处理包括：待操作晶圆表面物理量和化学量的测量、扫描探针光刻(scanning probe lithography，SPL)、产生电子、产生光子，还有利用探针引入离子对待操作表面进行离子注入等。其中，涉及的物理量和化学量包括但不限于：电学信息、力学信息、磁学信息、光学信息、声学信息以及物质成分等，例如三维形貌测量，表面粗超度测量，表面导电性测量，表面物质成分测量，表面温度测量，表面硬度测量，表面弹性模量测量，表面发射光测量，表面发光测量，表面拉曼信号测量等；扫描探针光刻为在探针上加上电压(例如50V)，在探针针尖处形成高电场强度的电场，此时针尖处的电子很容易被拉出，形成探针端头的电场发射，由此利用探针针尖形成的电场发射的电子对光刻胶感光形成电子束光刻，探针发射的电子可以在待操作表面上产生二次电子。

请参考图8至图11，探针装置包括：非接触固定的多个功能层、多个探针20以及多个信号处理单元30。其中，信号处理单元30可以具有数据处理与数据存储的功能。其中，相邻两个功能层之间的固定方式例如为：在一个功能层上打孔，在另一功能层上设置预设高度的螺丝座，从而可以通过螺丝穿过功能层上的开孔并锁附到螺丝座，实现了两个功能层之间的固定，并且在两个功能层之间保留预设高度的间隔以供安装信号处理单元30。

多个功能层包括从下往上依次层叠设置的一个探针层11和M个数据处理层12；多个探20针设置在探针层11的远离数据处理层12的面上，即多个探20针设置在探针层11的下表面上，多个信号处理单元30分别设置在各数据处理层12上，M为大于或等于1的整数。其中，探针装置中的功能层可以是采用微纳米加工且具有一定机械强度的支撑片，功能层可以为以下任意之一：硅片、玻璃片、石英片、晶圆或者印刷电路板。需要说明的是，在每个数据处理层12上，信号处理单元30可以设置在该数据处理层12上表面或下表面上，也可以分别设置在该数据处理层12的上下两个面上，本实施例以及之后的实施例中均以信号处理单元30可以设置在该数据处理层12上表面为例进行说明。

第一个数据处理层12上的每个信号处理单元30与至少一个探针20对应，每个探针20与位于第一个数据处理层12上的一个信号处理单元30对应且电连接。即在探针装置中，与探针层11相邻的数据处理层12(第一个数据处理层12)中的每个信号处理30对应于探针层11中的至少一个探针20，且探针层11中的每个探针20仅对应于第一个数据处理层12中一个信号处理单元30，各探针20分别电连接于对应的信号处理单元30。

在M个数据处理层12中的第N个数据处理层12上的信号处理单元30与第N-1个数据处理层12上的至少一个信号处理单元30对应，且第N个数据处理层12上的信号处理单元30与第N+1个数据处理层12上的一个信号处理单元30对应且电连接，1≤N≤M，N为整数。

由上可知，探针装置中的多个信号处理单元30分别布置在M个数据处理层12上，当M＝1时，如图8和图9所示，探针装置形成了两层结构，即包括一个数据处理层12用于设置多个信号处理单元30；一个探针层11用于设置多个探针20。

当M＞1时，如图10和图11所示，探针装置形成了多层结构，包括：从下往上依次为一个探针层11和M个数据处理层12；多个探针20设置在探针层11上，多个信号处理单元30分别设置在个数据处理层12上。

其中，每个数据处理层12上布置的信号处理单元30的数量是大于或等于相邻的下一个数据处理层12上布置的信号处理单元30的数量，形成了从上到下信号处理单元30数量依次增加的多级信号处理结构，以M个数据处理层12中除了第一个数据处理层12以外的第N个数据处理层12为例，第N个数据处理层12上的每个信号处理单元30对应于第N-1个数据处理层12上的一个或多个信号处理单元30，且第N个数据处理层12上的每个信号处理单元30仅对应于第N+1个数据处理层12上的一个信号处理单元30，第N个数据处理层12上的每个信号处理单元30与对应的第N+1个数据处理层12上的信号处理单元30电连接，同时第N个数据处理层12上的每个信号处理单元30分别与对应的第N-1个数据处理层12上的各信号处理单元30电连接。

探针装置用于通过至少一个数据处理层12上的信号处理单元30接收用户输入的控制参数，生成各探针的探针控制信号。具体的，在从下往上层叠的M个数据处理层12中，任意一个或多个数据处理层12上的各信号处理单元30均可以连接到探针控制系统，探针控制系统供输入控制参数，并将输入的控制参数发送到连接的数据处理层12上的信号处理单元30，各信号处理单元30在接收到的控制参数时，生成对应的各探针20的探针控制信号。

探针装置用于通过第一个数据处理层12上的信号处理单元30将各探针控制信号发送到对应的探针20。具体的，在探针装置中，各信号处理单元30中预设了与探针20的对应关系，由此各信号处理单元30可以仅接收并处理对应的探针20的探针控制信号。

以仅在第M个数据处理层12上生成探针控制信号为例，在第M个数据处理层12上，各信号处理单元30在生成了对应探针20的探针控制信号后，将所生成的探针控制信号分别发送到下一个数据处理层12上对应的信号处理单元30上，在第二个数据处理层12的各信号处理单元30在接收到对应的探针20的探针控制信号后，再将各探针控制信号发送到下一个数据处理层12上对应的信号处理单元30上，依次类推，直至各探针控制信号被发送到第一个数据处理层12上对应的信号处理单元30，再由第一个数据处理层12上的信号处理单元30将各探针控制信号发送到对应的探针20，以控制电连接的各探针20执行对晶圆待操作表面进行相应的处理。

探针20用于根据接收到的探针控制信号对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到对应的信号处理单元30。具体的，对于每个探针20来说，其在接收到对应的信号处理单元30发送的探针控制信号中设定了探针20的工作参数，例如工作模式、工作范围等，探针20可以基于该探针控制信号对待操作表面进行操作处理，得到探针数据信号，并将该探针数据信号发送到第一个数据处理层12上对应的信号处理单元30，再经过M个数据处理层12上的信号处理单元30对探针数据信号进行数字化、解码、处理等操作得到晶圆待操作表面各像素的数据，并将各像素的数据发送到探针控制系统，由探针控制系统生成本次晶圆待操作表面的完整图像。其中，探针20的探针数据信号包括但不限于：数据包括探针纵向的力信号，空间探针位置信号，探针速度数据，探针振动频率数据，探针温度数据，探针编码或者地址数据等。

本实施例中，提供了包含信号处理单元和探针的立体结构探针装置，减少了信号处理单元与探针之间的连线；在探针数量较多时，可以通过设置多级的数据处理层用来设置信号处理单元减少外部连接探针装置所需的连接线，便于探针装置与外部探针控制系统的连接。同时将探针与信号处理单元分别集成到不同的功能层上，减少了信号处理单元散发的热量对探针的影响，降低了精度损失。

在一个例子中，M≥2，在第一个数据处理层12上的信号处理单元在接收到对应的探针20发送的探针数据信号时，将各探针数据信号发送到第M个数据处理层12上的信号处理单元30；在第M个数据处理层12上的信号处理单元30在接收到各探针20的探针数据信号后，对各探针数据信号进行处理得到待操作表面的数据处理结果。即在探针装置中设置了多个数据处理层12，在最下层的数据处理层12上的信号处理单元30在接收到对应的探针20发送的探针数据信号时，将探针20的探针数据信号通过与第M个数据处理层12之间的数据处理层12上的信号处理单元30发送到第M个数据处理层12上的信号处理单元30上，由第M个数据处理层12上的信号处理单元30对对应的各探针20的探针数据信号进行处理，处理包括数字化、解码等操作，然后将得到晶圆待操作表面各像素的数据发送到探针控制系统，由探针控制系统生成本次晶圆待操作表面的完整图像。

其中，各探针20的探针数据信号存储在第一个数据处理层12上对应的信号处理单元30，或者存储在第M个数据处理层12上对应的信号处理单元30。

即探针层11上的各探针20采集的原始探针数据信号可以存储在相邻的数据处理层12上对应的信号处理单元30中，由最上面一层的数据处理层12(第M个数据处理层12)上信号处理单元30进行探针数据信号的处理，此时可以仅在最顶层的数据处理层12(第M个数据处理层12)通过连接线连接到探针控制系统即可，并且将运算量大的探针数据信号处理放在最顶层的数据处理层12上，最顶层的数据处理层12与探针层11之间存在至少一层的数据处理层12，从而进一步降低了信号处理单元30发热对探针层11上探针20的影响。或者，探针层11上的各探针20采集的原始探针数据信号均存储在最上面一层的数据处理层12(第M个数据处理层12)上信号处理单元30中，最顶层的数据处理层12上更加便于设置存储器，降低了存储器的布置难度。

在一个例子中，M≥2，在M个数据处理层12中的第一个数据处理层12上的信号处理单元30在接收到对应的探针20发送的探针数据信号时，对对应的探针20的探针数据信号进行处理，得到对应的探针的数据处理结果，并将各探针20的数据处理结果发送到第M个数据处理层12上的信号处理单元30；在第M个数据处理层12上的信号处理单元30在接收到各探针20的数据处理结果时，基于各探针20的数据处理结果得到待操作表面的数据处理结果。即M个数据处理层12中的第一个数据处理层12在接收到对应的探针20采集的原始探针数据信号时，对接收到的各探针20的探针数据信号进行处理得到各探针20的数据处理结果，并仅将对应的各探针20的数据处理结果发送到最顶层的数据处理层12(第M个数据处理层12)上的信号处理单元30中，由最顶层的数据处理层12(第M个数据处理层12)上的信号处理单元30将各探针20的数据处理结果发送到探针控制系统，从而顶层的数据处理层12仅需存储处理后的探针20的数据处理结果，减少了对顶层的数据处理层12上的信号处理单元30的数据存储要求。

在一个例子中，相邻两个功能层之间设置有散热层，即散热层可以由散热速度较快的材料制成以减少功能层之间热量的交换，进一步地，散热层可以为半导体制冷层，半导体制冷层可以在通电后制冷，从而能够主动进行散热，进一步降低探针装置的温度，以进一步减小信号处理单元散发的热量对探针的影响；另外半导体制冷层无需制冷剂，并且工作时没有震动、噪音，从而不会对探针产生影响。其中，至少在M个数据处理层12中的第一个数据处理层12与探针层11之间设置散热层，即在探针层11与相邻的数据处理层12之间设置散热层，在相邻的数据处理层12之间可以设置或不设置散热层。如图12所示，为仅在探针层11与相邻的数据处理层12之间设置散热层40的示意图。

在一个例子中，请参考图3，探针20包括：针头201、悬臂梁202以及针尖203，每个探针20中，针尖203设置在针头201的尖端部分，针头201固定在悬臂梁202的一端，悬臂梁202远离针头201的一端包括：控制输入端204与信号输出端205。

信号处理单元30包括控制输出端301、信号输入端302、信号发送端303以及信号接收端304；探针20的悬臂梁202的控制输入端204连接于第一个数据处理层12(即与探针层11相邻的数据处理层12)中对应的信号处理单元30的控制输出端301，探针20的悬臂梁202的信号输出端205连接于第一个数据处理层12中对应的信号处理单元30的信号输入端302。

在M个数据处理层12中的第N个数据处理层12中，信号处理单元30的信号发送端303连接到第N+1个数据处理层12中的对应的信号处理单元30的信号输入端302，信号处理单元30的信号接收端304连接到第N+1个数据处理层12中的对应的信号处理单元30的控制输出端301。

探针20用于根据从控制输入端接收到的探针控制信号控制针尖203对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到连接的信号处理单元30的信号输入端302。

信号处理单元30用于将接收到的探针数据信号发送到目标功能层中对应的信号处理单元30；目标功能层为信号处理单元所在的数据处理层12的上一个数据处理层12。

具体的，在探针装置中，位于第M个数据处理层12上的各信号处理单元30的信号发送端303与信号接收端304分别连接到探针控制系统，信号处理单元30通过信号接收端304接收来源于探针控制系统的控制参数，基于控制参数生成所对应的各探针20的探针控制信号；另外信号处理单元30上还可以设置有操作信息接收端，其连接于探针控制系统，探针控制系统通过该操作信息接收端将探针装置所在的操作台的操作参数发送到信号处理单元30，以供信号处理单元30基于操作参数确定出晶圆的位置、角度、速度等信息，继而结合用户输入的控制参数生成各探针20的探针控制信号。

在数据处理层12上的各信号处理单元30生成各探针20的探针控制信号后，探针控制信号通过M级的数据处理层12上信号处理单元30分别发送到对应探针20，探针20在通过控制输入端204接收到对应的探针控制信号后，基于该探针控制信号控制针尖203对待操作表面进行操作处理，基于探针控制信号中设定的探针20的工作参数对待操作表面进行操作处理，得到探针数据信号，并将该探针数据信号发送到相邻的数据处理层12上对应的信号处理单元30，经过相邻的数据处理层12上的信号处理单元30对探针数据信号进行数字化、解码、处理等操作得到晶圆待操作表面各像素的数据，并将各像素的数据发送到探针控制系统，由探针控制系统生成本次晶圆待操作表面的完整图像。

需要说明的是，若第N个数据处理层12上的一个信号处理单元30对应于第N-1个数据处理层12上的多个信号处理单元30，则第N个数据处理层12上的一个信号处理单元30可以通过总线连接到第N-1个数据处理层12上对应的多个信号处理单元30，请参考图13。同理，若第一个数据处理层12上的一个信号处理单元30对应于探针层11上的多个探针20时，则第一个数据处理层12上的一个信号处理单元30可以通过总线连接到探针层11上对应的多个探针20，具体请参考图4，在此不再赘述。

在一个例子中，探针层上设置有多个定位标识，每个数据处理层上设置有多个定位孔，定位孔与定位标识一一对应，且每个数据处理层上的定位孔与探针层上对应的定位标识的位置在垂直空间上对应，由此在探针装置工作过程中，可以光学方式将定位孔与定位标识对准，实现了各数据处理层与探针层之间的对准，由此能保持相邻的数据处理层之间、数据处理层与探针层之间稳定的电连接。

请参考图14，M＝1，即探针装置形成了两层结构，即包括一个数据处理层12和一个探针层11，此时探针层11上设置有三个定位标识111，数据处理层12上设置有三个定位孔121，定位孔121与定位标识111一一对应，且各定位孔121与对应的定位标识111的位置在垂直空间上对应；数据处理层12上的定位孔121的大小大于探针层11上的定位标记111的大小，从而可以通过将各定位孔121与对应的定位标识111进行垂直空间对准，参见图14中的定位俯视图，实现了探针层11与数据处理层12在垂直空间上对其对齐，使得数据处理层12上的各数据处理单元30能够与探针层11上对应的探针20在垂直空间上对齐并电连接；其中定位标识111可以为例如为十字标记(图14中以此为例)、三角标记等。

请参考图15，M＞1，即探针装置形成了多层结构，包括：从下往上依次层叠设置的一个探针层11与M个数据处理层12；此时探针层11上设置有三个定位标识111，各数据处理层12上设置有三个定位孔121，每个数据处理层12上的定位孔121与探针层11上的定位标识111一一对应，在每个数据处理层12上，各定位孔121与对应的定位标识111的位置在垂直空间上对应。第一个数据处理层12上的定位孔121的大小与大于探针层11上的定位标识111的大小，在M个数据处理层12上，定位孔121的直径从下往上依次增大，由此能够将M个数据处理层12上的定位孔121与探针层11上对应的定位标识111在垂直空间上进行对准，参见图15中的定位俯视图，即将M个数据处理层12与探针层11在垂直空间上对其对齐；由此在相邻两个数据处理层12之间，上层的数据处理层12上的各数据处理单元30能够与下层的数据处理层12上对应的数据处理单元30在垂直空间上对齐并电连接，在第一个数据处理层12与探针层11之间，使得数据处理层12上的各数据处理单元30能够与探针层11上对应的探针20在垂直空间上对齐并电连接；综上实现了功能层之间在垂直空间上对齐并电连接；其中定位标识111可以为例如为十字标记(图15中以此为例)、三角标记等。

在一个例子中，在相邻的两个功能层之间相对的面上分别设置有多对匹配的凸起部和凹陷部；每对匹配的所述凸起部的位置和所述凹陷部的位置在垂直空间上对应，由此在相邻两个功能层之间相互匹配的凸起部与凹陷部对应安装之后，能够将这两个功能层固定，无需额外设置固定装置将这个两个功能层固定，并且在这两个功能层之间形成一定的间隔以供安装各种元器件；其中，相邻的两个功能层包括：探针层与第一个数据处理层，以及相邻的两个数据处理层，即在探针层与第一个数据处理层之间相对的面上分别设置有多对匹配的凸起部和凹陷部，并且在相邻的两个数据处理层之间相对的面上分别设置有多对匹配的凸起部和凹陷部，多个凸起部和凹陷部可以基于功能层之间安装的稳定性来设置在所在的面上的布局。另外，每对匹配的凸起部和凹陷部的形状可以根据需求设置，例如凹陷部为圆球形凹陷，凸起部则为圆球形凸起，圆球形凸起部与圆球形凹陷部接触的一端为与圆形凹陷形状大小匹配的球形，当圆球形的凸起部与该圆球形的凹陷部安装到一起时，圆球形的凸起部部分嵌入到圆球形的凹陷部中。例如，凹陷部为圆锥型凹陷，则凸起部的形状为与该圆锥型凹陷匹配的圆锥型凸。

需要说明的是，每对匹配的凸起部和凹陷部分别设置在相邻的两个功能层之间相对的面上，以任意相邻的两个功能层为例，可以将凸起部设置在下面的功能层的上表面、凹陷部设置在上面的功能层的下表面；或者将凹陷部设置在下面的功能层的上表面、凸起部设置在上面的功能层的下表面；下面以将凹陷部设置在下面的功能层的上表面、凸起部设置在上面的功能层的下表面为例进行说明。

请参考图16，相邻的两个功能层(图中未示出功能层上的元器件)分别记为第一功能层1001和第二功能层1002，第一功能层1001的上表面设置有三个凹陷部10021，第二功能层1002的下表面上设置有三个凸起部10011，三个凸起部10011与三个凹陷部10021一一对应且形状大小匹配，每对匹配的凸起部10011的位置与凹陷部10021的位置在垂直空间上对应，由此将匹配的凸起部10011与凹陷部10021安装到一起便能够实现第一功能层1001和第二功能层1002之间的定位与固定。

请参考图17，M＝1，即探针装置形成了两层结构，即包括一个数据处理层12和一个探针层11，此时探针层11的上表面上设置有三个凹陷部10021，数据处理层12的下表面上设置有三个凸起部10011，三个凸起部10011与三个凹陷部10021一一对应且形状大小匹配，每对匹配的凸起部10011的位置与凹陷部10021的位置在垂直空间上对应，分别将各对匹配的凸起部10011与凹陷部10021安装到一起便能够实现探针层11和数据处理层12之间的定位与固定，由此数据处理层12上的各数据处理单元30能够与探针层11上对应的探针20在垂直空间上对齐并电连接。

请参考图18，M＞1，即探针装置形成了多层结构，包括：从下往上依次层叠设置的一个探针层11与M个数据处理层12；此时在探针层11与第一个数据处理层12之间，探针层11的上表面上设置有三个凹陷部10021，数据处理层12的下表面上设置有三个凸起部10011，三个凸起部10011与三个凹陷部10021一一对应且形状大小匹配，每对匹配的凸起部10011的位置与凹陷部10021的位置在垂直空间上对应，分别将各对匹配的凸起部10011与凹陷部10021安装到一起便能够实现探针层11和第一个数据处理层12之间的定位与固定，由此第一个数据处理层12上的各数据处理单元30能够与探针层11上对应的探针20在垂直空间上对齐并电连接。

在相邻的两个数据处理层12之间，下层的数据处理层12的上表面上设置有三个凹陷部10021，上层的数据处理层12的下表面上设置有三个凸起部10011，三个凸起部10011与三个凹陷部10021一一对应且形状大小匹配，每对匹配的凸起部10011的位置与凹陷部10021的位置在垂直空间上对应，分别将各对匹配的凸起部10011与凹陷部10021安装到一起便能够实现相邻的两个数据处理层12之间的定位与固定，由此上层的数据处理层12上的各数据处理单元30能够与下层的数据处理层12上对应的数据处理单元30在垂直空间上对齐并电连接。

需要说明的是，图18中是以所有的功能层(包括探针层11和数据处理层12)上凸起部10011与凹陷部10021在垂直空间上的位置对齐为例，然不以此为限，也可以在确保每对匹配的凸起部10011与凹陷部10021在垂直空间上对齐的前提下，设置各对匹配的凸起部10011与凹陷部10021在垂直空间上的位置。

在一个实施例中，每个数据处理层上设置有多个通孔，通孔内壁设置有绝缘层，通孔中设置有导电物质，在每个数据处理层上，每个信号处理单元对应于至少一个通孔，每个通孔对应于一个信号处理单元；当1≤N＜M时，对于M个数据处理层中的第N个数据处理层上的每个信号处理单元，信号处理单元通过对应的通孔中的导电物质与第N+1个数据处理层中的目标信号处理单元电连接；目标信号处理单元为第N+1个数据处理层上与信号处理单元对应的信号处理单元；当N＝M时，对于M个数据处理层中的第N个数据处理层上的每个信号处理单元，信号处理单元通过对应的通孔中的导电物质与探针层上的目标探针电连接；目标探针为与信号处理单元对应的探针。即本实施例中提供了相邻两个功能层之间的电连接方式，请参考图19，在相邻两个数据处理层12之间，位于上层的数据处理层12上设置有多个通孔101，通孔101内壁设置有绝缘层，通孔101中设置有导电物质(例如为铜、银或者其他导电材料)，每个信号处理单元30对应于至少一个通孔101，每个通孔101对应于一个信号处理单元30；上层的数据处理层12上的每个信号处理单元30对应于下层的数据处理层12上的至少一个信号处理单元30，下层的数据处理层12上的每个信号处理单元30仅对应于上层的数据处理层12上的一个信号处理单元30；各通孔101中填充有导电材料，相当于在通孔101中形成了导电通道，该导电通道形成了数据处理层12两面的电连接，在数据处理层12的两面上形成了两个导电接触点，以上层的数据处理层12上的一个信号处理单元30为例，该信号处理单元30可以通过走线电连接或者直接焊接到上表面的导电接触点，下层的数据处理层12上对应的信号处理单元30则可以通过导电引线焊接到上层的数据处理层12上对应的通孔101在下表面形成的导电焊接点，从而实现了两个数据处理层12上对应的信号处理单元30之间的电连接。在数据处理层12与探针层11之间，信号处理单元30与对应探针20的电连接方式与上述方式类似，在此不再赘述。

在另一个实施例中，功能层上设置有多个通孔，通孔内壁设置有绝缘层，在每个数据处理层上，每个信号处理单元对应于至少一个通孔，每个通孔对应于一个信号处理单元；当1≤N＜M时，对于M个数据处理层中的第N个数据处理层上的每个信号处理单元，信号处理单元通过穿过对应的通孔中的引线与第N+1个数据处理层中的目标信号处理单元电连接；目标信号处理单元为第N+1个数据处理层上与信号处理单元对应的信号处理单元；当N＝1时，对于M个数据处理层中的第N个数据处理层上的每个信号处理单元，信号处理单元通过穿过对应的通孔中的引线与探针层上的目标探针电连接；目标探针为与信号处理单元对应的探针。即本实施例中提供了相邻两个功能层之间的电连接方式，在相邻两个数据处理层12之间，位于上层的数据处理层12上设置有多个通孔101，通孔101内壁设置有绝缘层，每个信号处理单元30对应于至少一个通孔101，每个通孔101对应于一个信号处理单元30；上层的数据处理层12上的每个信号处理单元30对应于下层的数据处理层12上的至少一个信号处理单元30，下层的数据处理层12上的每个信号处理单元30仅对应于上层的数据处理层12上的一个信号处理单元30；以上层的数据处理层12上的一个信号处理单元30为例，该信号处理单元30可以通过导电引线穿过对应的通孔101，该导电引线直接连接到下层的数据处理层12上对应的信号处理单元30，从而实现了两个数据处理层12上对应的信号处理单元30之间的电连接。在探针层11与数据处理层12之间，信号处理单元30与对应探针20的电连接方式与上述方式类似，在此不再赘述。

在一个实施例中，每个探针具有对应的地址，任意两个探针对应的地址不同；请参考图7，探针层11中设置了多个探针20，每个探针20的地址以其所在的位置坐标表示，例如在第一列中的9个探针20的地址从下到上依次为：(X1，Y4)、(X1，Y5)、(X1，Y6)、(X1，Y7)、(X1，Y8)、(X1，Y9)、(X1，Y10)、(X1，Y11)、(X1，Y12)；其中，每个探针20的地址中的X、Y的值可以为一个或多个字节，由此可以分别对各个探针20进行标识。需要说明的是，图7中仅示意性给出了探针层11上探针20的布局方式。

本发明的第三实施例涉及一种探针控制设备，包括第一实施例或第二实施例中的探针装置以及连接于该探针装置的探针控制系统，探针控制系统例如为电脑主机、笔记本电脑等。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。

考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。

Claims (20)

1.一种探针装置，其特征在于，包括：功能层、多个探针以及至少一个信号处理单元；

所述多个探针设置在所述功能层的一面，所述至少一个信号处理单元设置在所述功能层的另一面上；每个所述信号处理单元与至少一个所述探针对应，每个所述探针与一个所述信号处理单元对应且电连接；

所述信号处理单元用于根据用户输入的控制参数，生成探针控制信号，并将所述探针控制信号发送到对应的所述探针；

所述探针用于根据接收到的所述探针控制信号对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到对应的所述信号处理单元。

2.根据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，所述功能层上设置有多个通孔，所述通孔内壁设置有绝缘层，所述通孔中设置有导电物质，每个所述信号处理单元对应于至少一个所述通孔，每个所述通孔对应于一个所述信号处理单元；所述信号处理单元通过对应的所述通孔中导电物质与目标探针电连接；所述目标探针为与所述信号处理单元对应的所述探针。

3.根据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，所述功能层上设置有多个通孔，所述通孔内壁设置有绝缘层，每个所述信号处理单元对应于至少一个所述通孔，每个所述通孔对应于一个所述信号处理单元；所述信号处理单元通过穿过对应的所述通孔中的引线与目标探针电连接，所述目标探针为与所述信号处理单元对应的所述探针。

4.根据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，所述探针包括：针头、悬臂梁以及针尖，每个所述探针中，所述针尖设置在所述针头的尖端部分，所述针头固定在所述悬臂梁的一端，所述悬臂梁远离所述针头的一端包括：控制输入端与信号输出端；所述信号处理单元包括控制输出端与信号输入端，所述悬臂梁的控制输入端连接于对应的所述信号处理单元的控制输出端，所述悬臂梁的信号输出端连接于对应的所述信号处理单元的信号输入端；

所述探针用于根据从所述控制输入端接收到的所述探针控制信号控制所述针尖对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到连接的所述信号处理单元的信号输入端。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的探针装置，其特征在于，所述功能层为以下任意之一：硅片、玻璃片、石英片、晶圆或者印刷电路板。

6.根据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，每个所述探针具有对应的地址，任意两个所述探针对应的地址不同。

7.一种探针装置，其特征在于，包括：非接触固定的多个功能层、多个探针以及多个信号处理单元；所述多个功能层包括从下往上依次层叠设置的一个探针层和M个数据处理层；所述多个探针设置在所述探针层的远离所述数据处理层的面上，多个信号处理单元分别设置在各所述数据处理层上，M为大于或等于1的整数；

第一个所述数据处理层上的每个所述信号处理单元与至少一个所述探针对应，每个所述探针与位于第一个所述数据处理层上的一个所述信号处理单元对应且电连接；

M个所述数据处理层中的第N个所述数据处理层上的所述信号处理单元与第N-1个所述数据处理层上的至少一个所述信号处理单元对应，且第N个所述数据处理层上的所述信号处理单元与第N+1个所述数据处理层上的一个所述信号处理单元对应且电连接，1≤N≤M，N为整数；

所述探针装置用于通过至少一个所述数据处理层上的所述信号处理单元接收输入的控制参数，生成各所述探针的探针控制信号；

所述探针装置用于通过第一个所述数据处理层上的所述信号处理单元将各所述探针控制信号发送到对应的所述探针；

所述探针用于根据接收到的所述探针控制信号对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到对应的所述信号处理单元。

8.根据权利要求7所述的探针装置，其特征在于，M≥2，在第一个所述数据处理层上的所述信号处理单元在接收到对应的所述探针发送的探针数据信号时，将各所述探针数据信号发送到第M个所述数据处理层上的信号处理单元；

在第M个所述数据处理层上的所述信号处理单元在接收到各所述探针的所述探针数据信号后，对各所述探针数据信号进行处理得到待操作表面的数据处理结果。

9.根据权利要求7所述的探针装置，其特征在于，M≥2，在M个所述数据处理层中的第一个所述数据处理层上的所述信号处理单元在接收到对应的所述探针发送的探针数据信号时，对对应的所述探针的探针数据信号进行处理，得到对应的所述探针的数据处理结果，并将各所述探针的所述数据处理结果发送到第M个所述数据处理层上的信号处理单元；

在第M个所述数据处理层上的所述信号处理单元在接收到各所述探针的数据处理结果时，基于各所述探针的数据处理结果得到待操作表面的数据处理结果。

10.根据权利要求8所述的探针装置，其特征在于，各所述探针的探针数据信号存储在第一个所述数据处理层上对应的所述信号处理单元，或者存储在第M个所述数据处理层上对应的所述信号处理单元。

11.根据权利要求7所述的探针装置，其特征在于，相邻两个所述功能层之间设置有散热层。

12.根据权利要求11所述的探针装置，其特征在于，所述散热层为半导体制冷层。

13.根据权利要求7所述的探针装置，其特征在于，每个所述数据处理层上设置有多个通孔，所述通孔内壁设置有绝缘层，所述通孔中设置有导电物质，在每个所述数据处理层上，每个所述信号处理单元对应于至少一个所述通孔，每个所述通孔对应于一个所述信号处理单元；

当1≤N＜M时，对于M个所述数据处理层中的第N个所述数据处理层上的每个所述信号处理单元，所述信号处理单元通过对应的所述通孔中的导电物质与第N+1个所述数据处理层中的目标信号处理单元电连接；所述目标信号处理单元为第N+1个所述数据处理层上与所述信号处理单元对应的信号处理单元；

当N＝1时，对于M个所述数据处理层中的第一个所述数据处理层上的每个所述信号处理单元，所述信号处理单元通过对应的所述通孔中的导电物质与所述探针层上的目标探针电连接；所述目标探针为与所述信号处理单元对应的所述探针。

14.根据权利要求7所述的探针装置，其特征在于，所述功能层上设置有多个通孔，所述通孔内壁设置有绝缘层，在每个所述数据处理层上，每个所述信号处理单元对应于至少一个所述通孔，每个所述通孔对应于一个所述信号处理单元；

当1≤N＜M时，对于M个所述数据处理层中的第N个所述数据处理层上的每个所述信号处理单元，所述信号处理单元通过穿过对应的所述通孔中的引线与第N+1个所述数据处理层中的目标信号处理单元电连接；所述目标信号处理单元为第N+1个所述数据处理层上与所述信号处理单元对应的信号处理单元；

当N＝1时，对于M个所述数据处理层中的第一个所述数据处理层上的每个所述信号处理单元，所述信号处理单元通过穿过对应的所述通孔中的引线与所述探针层上的目标探针电连接；所述目标探针为与所述信号处理单元对应的所述探针。

15.根据权利要求7所述的探针装置，其特征在于，所述探针层上设置有多个定位标识，每个所述数据处理层上设置有多个所述定位孔，所述定位孔与所述定位标识一一对应，且每个所述数据处理层上的所述定位孔与所述探针层上对应的所述定位标识的位置在垂直空间上对应。

16.根据权利要求7所述的探针装置，其特征在于，在相邻的两个功能层之间相对的面上分别设置有多对匹配的凸起部和凹陷部；每对匹配的所述凸起部的位置和所述凹陷部的位置在垂直空间上对应。

17.根据权利要求7所述的探针装置，其特征在于，所述探针包括：针头、悬臂梁以及针尖，每个所述探针中，所述针尖设置在所述针头的尖端部分，所述针头固定在所述悬臂梁的一端，所述悬臂梁远离所述针头的一端包括：控制输入端与信号输出端；每个所述信号处理单元包括信号接收端、信号发送端、控制输出端与信号输入端，所述悬臂梁的控制输入端连接于第一个所述数据处理层中对应的所述信号处理单元的控制输出端，所述悬臂梁的信号输出端连接于第一个所述数据处理层中对应的所述信号处理单元的信号输入端；

在M个所述数据处理层中的第N个所述数据处理层，所述信号处理单元的信号发送端连接到第N+1个所述数据处理层中的对应的所述信号处理单元的信号输入端，所述信号处理单元的信号接收端连接到第N+1个所述数据处理层中的对应的所述信号处理单元的控制输出端；

所述探针用于根据从所述控制输入端接收到的所述探针控制信号控制所述针尖对待操作表面进行操作处理，并将得到的探针数据信号发送到连接的所述信号处理单元的信号输入端；

所述信号处理单元用于将接收到的所述探针数据信号发送到目标功能层中对应的所述信号处理单元；所述目标功能层为所述信号处理单元所在的所述数据处理层的上一个所述数据处理层。

18.根据权利要求7至17中任一项所述的探针装置，其特征在于，所述功能层为以下任意之一：硅片、玻璃片、石英片、晶圆或者印刷电路板。

19.根据权利要求7所述的探针装置，其特征在于，每个所述探针具有对应的地址，任意两个所述探针对应的地址不同。

20.一种探针控制设备，其特征在于，包括：权利要求1至19中任一项所述的探针装置以及连接于所述探针装置的探针控制系统。

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