CN103107121A - 一种基于视觉的晶圆角度偏差自动校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视觉的晶圆角度偏差自动校正方法，该方法将晶圆设置在四轴数控机床平台系统的吸附盘上，采用Hough变换对四轴数控机床平台系统的显微摄相机拍摄的晶圆的图像进行检测定位，在晶圆A点拍摄一张图像确定晶圆上的特征直线和特征点位置，根据特征直线与四轴数控机床平台的X或Y轴方向所形成的夹角，调节晶圆的位置;在晶圆B点和C点分别再次拍摄图像进行Hough变化检测,通过判断B点和C点特征直线中点连线的倾角β是否为0,以此来验证晶圆是否精确定位;本发明能精确定位晶圆位置和切割道，可靠性高、反应速度快，促进了晶圆划片技术自动化智能化，有效精度控制在2μ左右，缩短了晶圆的定位时间，提高了晶圆的加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及到一种晶圆片角度位置校正方法，尤其涉及到一种基于视觉的晶圆角度偏差自动校正方法。
背景技术
随之微电子产品的发展，需要更加微小级别的芯片，从而需对相应的晶圆片进行高精度的微细切割划片。通过对晶圆进行角度位置调整，保证晶圆位置在所标志的坐标系中以实现准确的划片。视觉检测技术能够实现微结构尺寸的检测，针对晶圆芯片的微米级划片，基于机器视觉的晶圆定位系统能够实现晶圆的智能化高精度检测定位。晶圆的定位精度直接影响到整个IC制造系统的效率和成品率，有效的晶圆定位划片方法能够实现晶圆定位的自动化和高精度。
晶圆在进行划片之前，必须准确定位在划片平台上。划片动作是由XY直线平台完成，因此则要求晶圆的划片街区位于XY坐标系内，并且要求横向与X轴平行，纵向与Y轴平行。这就需要手动粗略定位之后通过显微摄相机处理图像来进行精确定位。由于晶圆上芯片的太小，由显微摄相机的聚焦放大后，在相机的清晰视场范围内只有晶圆片的很小一个区域，在相机视野内只有2到4个完整的晶格，因此很难对晶圆的划片位置做精确地定位，同时圆心处存在的误差造成对半径方向上的误差影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高晶圆对准精度，提高划片机生产效率的基于视觉的晶圆角度偏差自动校正方法。
为了实现上述目的，本发明如下技术方案：
一种基于视觉的晶圆角度偏差自动校正方法，该方法将晶圆设置在四轴数控机床平台系统的吸附盘上，采用Hough变换对四轴数控机床平台系统的显微摄相机拍摄的晶圆图像进行检测定位，确定晶圆图像上芯片管脚边缘的特征直线和特征点位置，根据特征直线与四轴数控机床平台的X轴或Y轴方向所形成的夹角，调节晶圆的位置；
所述四轴数控机床平台系统，包括X/Y轴运动平台，所述的X/Y轴运动平台上设有旋转平台，所述旋转平台上设有吸附盘，旋转平台上方设有Z轴运动支架，所述Z轴运动支架上固定有激光发射器和显微摄相机；
所述的特征直线是晶圆芯片管脚边缘，所述的特征点为芯片管脚圆心；
上述方法具体步骤如下：
S1：把晶圆固定在旋转平台的吸附盘上；
S2：调节X/Y轴运动平台，将晶圆移动至显微摄相机拍摄范围；
S3：显微摄相机在晶圆A点附近拍摄一张图像，对图像采用Hough变换进行特征直线检测，得到特征直线对应X轴或Y轴运动平台运动方向的斜率ki ,和中心点P(u v)到特征直线的距离di；
S4:比较步骤S3中检测到的每条特征直线的距离di，求出最小距离dmin , 然后根据中心点到直线的距离为dmin，得到所需要的在同一直线上的线段,如果所求的线段只有一条，则以此条线段的倾角旋转旋转平台；如果检测到多条线段，则以它们的中点的连线的倾角旋转旋转平台，最小距离范围为0-D（D为划片间距）；
S5：旋转之后再次运用Hough变换检测特征直线，判断特征直线的倾角α是否为零，若检测出的特征直线倾角α为0，即此时图像中的特征直线与X或Y轴运动平台运动方向平行，则将特征直线的坐标信息及中点坐标位置记录下来；若特征直线倾角α不为0，则返回执行步骤S3和S4，直至特征直线倾角α为0；
S6：移动X、Y轴运动平台分别至另外两条特征直线的中点B点和C点，执行步骤S3和S4，同样进行Hough变换进行特征直线检测,计算特征直线的斜率ki, 并通过旋转旋转平台纠正角度，分别记录检测纠正后的特征直线中点坐标；
S7：当特征直线中点的记录个数等于三时，将B点和C点处，经检测纠正后的特征直线中点连接，计算连线与X或Y轴运动平台运动方向的倾角β，当倾角β为0，则晶圆校正位置成功，定位完成；当倾角β不为0，则根据记录的倾角β,旋转旋转平台纠正角度。
所述旋转平台为Theta精密旋转平台。
所述的步骤S3中还包括，在Hough变化检测到的线段中，优先选取倾角α大于00、小于200的特征线段，再计算出中心点到每条特征直线的距离di；
所述步骤S3中还包括，在进行Hough变换之前，将拍摄的图像送至OpenCV计算机视觉库，由OpenCV计算机视觉库将拍摄的图像通过灰度化和二值化处理，然后进行Canny边缘检测并去除噪声和干扰点，得到图像的边缘信息。
本发明采用以上技术方案，将晶圆设置在四轴数控机床平台系统的吸附盘上，采用Hough变换对四轴数控机床平台系统的显微摄相机拍摄的晶圆的图像进行检测定位，在晶圆A点拍摄一张图像确定晶圆上的特征直线和特征点位置，根据特征直线与四轴数控机床平台的X轴或Y轴方向所形成的夹角，调节晶圆的位置;在晶圆B点和C点分别再次拍摄图像进行Hough变化检测,通过判断B点和C点特征直线中点连线的倾角β是否为00,以此来验证晶圆是否精确定位;本发明中视觉检测处理算法经优化之后能精确定位晶圆位置和切割道，可靠性高，促进了晶圆划片技术自动化智能化，通过本方法进行晶圆定位，其反应速度快，准确率高有效精度控制在2μ左右，有效的缩短了晶圆的定位时间，提高了晶圆的加工效率。
附图说明
现结合附图对本发明作详述：
图1 是本发明四轴数控机床平台示意图；
图2 是本发明机床坐标系下晶圆位置示意图；
图3 是本发明图像坐标系下晶圆A点特征直线示意图；
图4 是本发明图像坐标系下晶圆B点特征直线示意图；
图5 是本发明图像坐标系下晶圆C点特征直线示意图；
图6 是本发明图像坐标系下晶圆B点和C点特征直线中点连线示意图；
图7 是本发明晶圆角度偏差自动校正方法流程图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明方法将晶圆4设置在四轴数控机床平台系统的吸附盘3上，通过OpenCV计算机视觉库中Hough变换对四轴数控机床平台系统的显微摄相机6拍摄的晶圆4的图像进行检测定位，确定晶圆4上芯片管脚边缘的特征直线和特征点位置，根据特征直线与四轴数控机床平台的X或Y轴方向所形成的夹角，调节晶圆4的位置;
所述四轴数控机床平台系统，包括X/Y轴运动平台1，X/Y轴运动平台1精度高，重复定位精度可达0.5um，承载力大、方位精准、可操控性强、系统稳定，其用于实现二维平面上的划片运动，X轴实现X方向的定位运动，Y轴实现划片运动。X/Y轴运动平台1支撑架采用大理石基底，以保证平台运行平稳；所述的X/Y轴运动平台1上设有旋转平台2，用于调整安装在旋转台上的晶圆4，如图2所示，分别通过粗调，A点检测特征直线进行定位和B点、C点检测特征直线进行验证，最后定位晶圆4的准确位置。所述旋转平台2上设有吸附盘3，旋转平台2上方设有Z轴运动支架5，所述Z轴运动支架5上固定有激光发射器7和显微摄相机6，Z轴运动支架5控制激光发射器7与晶圆4之间的距离，以便实现合理划片。
所述的特征直线是晶圆4芯片管脚边缘，所述的特征点为芯片管脚圆心；
请参阅图2-7之一所示,所述方法具体步骤如下：
S1：把晶圆4固定在旋转平台2的吸附盘3上；
S2：调节X/Y轴运动平台1，将晶圆4移动至显微摄相机6拍摄范围；
S3：显微摄相机6在晶圆4 中A点附近拍摄一张图像，对图像采用Hough变换进行特征直线检测，得到特征直线对应X轴或Y轴运动平台运动方向的斜率ki ,和中心点P(u v)到特征直线的距离di，如图3所示；
S4: 比较步骤S3中检测到的每条特征直线的距离di，求出最小距离dmin , 然后根据中心点到直线的距离为dmin，得到所需要的在同一直线上的线段,如果所求的线段只有一条，则以此条线段的倾角旋转旋转平台2；如果检测到多条线段，则以它们的中点的连线的倾角旋转旋转平台2；
S5：旋转之后再次运用Hough变换检测特征直线，判断特征直线的倾角α是否为零，若检测出的特征直线倾角α为0，即此时图像中的特征直线与X或Y轴运动平台运动方向平行，则将特征直线的坐标信息及中点坐标位置记录下来；若特征直线倾角α不为0，则返回执行步骤S3和S4，直至特征直线倾角α为0；
S6：移动X/Y轴运动平台1分别至另外两条特征直线的中点B点和C点，执行步骤S3和S4，同样进行Hough变换进行特征直线检测,计算特征直线的斜率ki, 并通过旋转旋转平台2纠正角度，分别记录检测纠正后的特征直线中点坐标；
S7：当特征直线中点的记录个数等于三时，将B点和C点处，经检测纠正后的特征直线中点连接，计算连线与X或Y轴运动平台运动方向的倾角β，当倾角β为0，则晶圆4校正位置成功，定位完成；当倾角β不为0，则根据记录的倾角β,旋转旋转平台纠正角度，如图4-6之一所示；
所述旋转平台2为Theta精密旋转平台2。
所述的步骤S3中还包括，在Hough变化检测到的线段中，优先选取倾角α大于0、小于200的特征线段，再计算出中心点到每条特征直线的距离di；
所述步骤S3中还包括，在进行Hough变换之前，将拍摄的图像送至OpenCV计算机视觉库，由OpenCV计算机视觉库将拍摄的图像通过灰度化和二值化处理，然后进行Canny边缘检测并去除噪声和干扰点，得到图像的边缘信息。
本发明采用四轴数控机床平台系统，利用OpenCV对显微摄相机拍摄的图像进行检测定位，在A点拍摄一张图像，通过OpenCV计算机视觉库获取晶圆的特征直线和特征点，调整机床坐标系中晶圆的位置，实现晶圆的定位，在B点和C点分别再次拍摄图像进行Hough变化检测,通过判断B点和C点特征直线中点连线的倾角β是否为0,以此来验证晶圆是否精确定位。
Claims (4)
1.一种基于视觉的晶圆角度偏差自动校正方法，其特征在于：该方法将晶圆设置在四轴数控机床平台系统的吸附盘上，采用Hough变换对四轴数控机床平台系统的显微摄相机拍摄的晶圆图像进行检测定位，确定晶圆图像上芯片管脚边缘的特征直线和特征点位置，根据特征直线与四轴数控机床平台的X或Y轴方向所形成的夹角，调节晶圆的位置；
所述四轴数控机床平台系统，包括X/Y轴运动平台，所述的X/Y轴运动平台上设有旋转平台，所述旋转平台上设有吸附盘，旋转平台上方设有Z轴运动支架，所述Z轴运动支架上固定有激光发射器和显微摄相机；
所述的特征直线是晶圆芯片管脚边缘，所述的特征点为芯片管脚圆心；
上述方法具体步骤如下：
S1：把晶圆固定在旋转平台的吸附盘上；
S2：调节X/Y轴运动平台，将晶圆移动至显微摄相机拍摄范围；
S3：显微摄相机在晶圆A点附近拍摄一张图像，对图像采用Hough变换进行特征直线检测，得到特征直线对应X轴或Y轴运动平台运动方向的斜率ki,和中心点P(u v)到特征直线的距离di；
S4：比较步骤S3中检测到的每条特征直线的距离di，求出最小距离dmin, 然后根据中心点到直线的距离为dmin，得到所需要的在同一直线上的线段,如果所求的线段只有一条，则以此条线段的倾角旋转旋转平台；如果检测到多条线段，则以它们的中点的连线的倾角旋转旋转平台；
S5：旋转之后再次运用Hough变换检测特征直线，判断特征直线的倾角α是否为零，若检测出的特征直线倾角α为0，即此时图像中的特征直线与X或Y轴运动平台运动方向平行，则将特征直线的坐标信息及中点坐标位置记录下来；若特征直线倾角α不为0，则返回执行步骤S3和S4，直至特征直线倾角α为0；
S6：移动X、Y轴运动平台分别至另外两条特征直线的中点B点和C点，执行步骤S3和S4，同样进行Hough变换进行特征直线检测,计算特征直线的斜率ki, 并通过旋转旋转平台纠正角度，分别记录检测纠正后的特征直线中点坐标；
S7：当特征直线中点的记录个数等于三时，将B点和C点处，经检测纠正后的特征直线中点连接，计算连线与X或Y轴运动平台运动方向的倾角β，当倾角β为0，则晶圆校正位置成功，定位完成；当倾角β不为0，则根据记录的倾角β,旋转旋转平台纠正角度。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的晶圆角度偏差自动校正方法，其特征在于：所述旋转平台为Theta精密旋转平台。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉的晶圆角度偏差自动校正方法，其特征在于：所述的步骤S3中还包括，在Hough变化检测到的线段中，优先选取倾角α大于00、小于200的特征线段，再计算出中心点到每条特征直线的距离di。
4.根据权利要求1所述的一种基于视觉的晶圆角度偏差自动校正方法，其特征在于：所述步骤S3中还包括，在进行Hough变换之前，将拍摄的图像送至OpenCV计算机视觉库，由OpenCV计算机视觉库将拍摄的图像通过灰度化和二值化处理，然后进行Canny边缘检测并去除噪声和干扰点，得到图像的边缘信息。
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Denomination of invention: A visual based automatic correction method for wafer angle deviation Granted publication date: 20150422 Pledgee: Industrial Bank Putian branch, Limited by Share Ltd. Pledgor: FUJIAN WEINO CNC Co.,Ltd. Registration number: Y2024980012798 |