CN104567685A - 半导体晶片的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种半导体晶片的检测装置，涉及半导体晶片的检测领域，主要包括：机架（6）、数字相机（5）、计算机（8）、检测光源（3）、光路收集系统（4）、运动控制器（7）、检测运动机构（2），是一种利用数字相机拍摄半导体晶片的轮廓，通过计算机对半导体晶片轮廓图像的计算和分析，控制运动控制器对两组水平运动机构的配合插补运动，实现将检测光源投射到半导体晶片上的特定位置和轨迹路径，同时利用光路收集系统将光强度和光谱信息传送给计算机，由计算机形成与半导体晶片上位置相对应的光强、光谱数据信息图的装置。发明的检测装置，其具有不用正片机单独正片，解决了现有技术中的正片所占时间较长，不会产生由于搬运机械手的振动误差从而导致的检测结果不准确的问题。

Description

半导体晶片的检测装置

技术领域

本发明为一种半导体晶片的检测装置，涉及半导体晶片的检测领域，特别是一种利用数字相机拍摄半导体晶片的轮廓，通过计算机对半导体晶片轮廓图像的计算和分析，控制运动控制器对两组水平运动机构的配合插补运动，实现将检测光源投射到半导体晶片上的特定位置和轨迹路径，同时利用光路收集系统将光强度和光谱信息传送给计算机，由计算机形成与半导体晶片上位置相对应的光强、光谱数据信息图的装置。

背景技术

半导体晶片的非接触荧光光谱测量、膜厚测量、反射率测量等测量过程，是将约1mm左右直径的检测光源投射到直径约为2至6英寸半导体晶片上，投射在半导体晶片上的光斑上方布置有光路收集系统。在检测过程中，半导体晶片被放置在检测平台上，在计算机及运动控制器的控制下，运动系统带着检测平台上的半导体晶片进行有方向性的运动，从而实现检测光源的光斑可投射在半导体晶片上需要检测的位置和轨迹路径上，同时光路收集系统上的传感器或光谱仪，获得与运动位置相对应的半导体晶片上的光强或光谱数据，并同步传输给计算机，由计算机最终形成与半导体晶片上位置相对应的光强、光谱数据信息图，业内称为Mapping图。半导体晶片一般被加工成去掉一个短平弦边的圆形，去掉的弦边可作为半导体晶片上相对位置的标识，方便工艺人员将所测的Mapping图与半导体晶片上相应位置对应，实际生产中，为了更好的对不同半导体晶片的Mapping图做对比，要求所有形成的Mapping图对应关系也要一致，这样就需要每次检测时半导体晶片被放置在同一位置，相同角度，以相同的运动过程进行检测。针对手工放片、自动检测设备，检测平台上往往标识有图案或凹槽，指导操作人员将片子按固定位置和角度摆放。针对自动放片、自动检测设备，一般先由搬运机械手将随机摆放在料盒中的半导体晶片从料盒中取出放在正片机上，经过正片之后，半导体晶片在正片机上的位置和角度是固定的，再由搬运机械手再将其取出放到检测平台上，这样就保证了每次半导体晶片在检测平台上的位置和角度都是一样的，最后由测试装置对其进行检测。目前实际中经常使用的正片机的工作过程如下：搬运机械手将半导体晶片放置在正片机的两个半圆形定位卡盘上，两个定位卡盘从两侧抱合，使半导体晶片圆心与定位卡盘圆心、半导体晶片底部的旋转轴轴心同心，然后两定位卡盘略微松开，但对半导体晶片仍起托举作用，接着旋转轴升起，将半导体晶片托起在旋转轴端面上，并用负压孔将半导体晶片吸附在旋转轴端面上，接着旋转轴带动半导体晶片开始旋转，旋转过程中，通过安装在半导体晶片半径边缘的传感器，探测半导体晶片边缘对传感器的遮挡率，所探测到的遮挡率最低的位置，即为半导体晶片的弦边中心，控制系统记录下该位置后，按正片机设定再转过一定角度，使半导体晶片放置于期望的角度，最后，旋转轴下降，使半导体晶片再次托举到两定位卡盘上，等待搬运机械手将半导体晶片取走。为了实现检测时每个半导体晶片均处于相同位置、角度所使用的这种正片机构复杂，实际操作中正片所占时间较长，影响半导体晶片的测量效率，而且在搬运机械手将半导体晶片放到检测平台的搬运过程中，也难免会由于振动原因，使半导体晶片出现位置的错动，与预期位置略有偏差，从而影响测试结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体晶片的检测装置，其具有不用正片机单独正片，解决了现有技术中的正片所占时间较长，不会产生由于搬运机械手的振动误差从而导致的检测结果不准确的问题。

实现本发明目的的技术方案如下：

本发明主要包括：机架6、数字相机5、计算机8、检测光源3、光路收集系统4、运动控制器7、检测运动机构2，其中，数字相机5检测光源3、光路收集系统4固定在机架6上，并布置在检测运动机构2的上方，其中，数字相机5、光路收集系统4分别通过数据线与计算机8相连，运动控制器7通过数据线与计算机8相连，检测运动机构2包括第一水平运动机构17、第二水平运动机构19和检测平台18，运动控制器7通过控制线缆与检测运动机构2中的第一水平运动机构17和第二水平运动机构19的电机分别相连接，第一水平运动机构17和第二水平运动机构19的运动方向互相垂直，检测平台18置于第一水平运动机构17上，使得运动控制器7接收计算机8发出的指令，并通过对检测运动机构2的第一水平运动机构17和第二水平运动机构19的电机的控制，实现对第一水平运动机构17的滑动板和第二水平运动机构19的滑动板位置、速度和加速度的控制，实现对检测运动机构的检测平台18及其上半导体晶片1运动过程的控制，使计算机获得检测平台运动过程中的实时位置信息；所述的数字相机5的焦轴线与需检测半导体晶片表面相垂直，数字相机距离半导体晶片表面的距离应为可使数字相机的画面清晰的占满半导体晶片的全部轮廓；所述的光路收集系统4主要包括用于收光的镜头系统及收光未端用于采集光信号的传感器和光谱仪，可向计算机8传输数据的检测器件，安装在由检测光源3在半导体晶片1上所形成光斑的上方；所述的检测运动机构2固定在机架6上，布置在数字相机5，检测光源3和光路收集系统4的下方，其行程可保证检测光源3的光斑可投射到随机摆放的半导体晶片1的任何位置上，其行程还可保证数字相机5对半导体晶片1整体轮廓的拍照；第一水平运动机构17主要包括固定直线导轨的固定板9、直线导轨10、滑入导轨的滑块12、电机16、两端以内圈或外圈固定在固定板上的轴承为支撑的丝杠14、轴承15、旋入丝杠的丝杠螺母13、及与丝杠螺母及滑块相固定的滑动板11组成，第一水平运动机构17在电机16驱动下，带动丝杠14以轴承15为支撑旋转，并推动丝杠14上的丝杠螺母13、滑入导轨上的滑块12及滑动板11，沿与丝杠轴线相平行的直线导轨方向，相对于固定板做直线运动；所述的第一水平运动机构17的另一种结构主要包括固定直线导轨的固定板21、直线导轨10、滑入导轨的滑块12、电机16、以内圈或外圈固定在固定板上的轴承为支撑的主动滑轮和被动滑轮25、轴承15、用于传动滑轮旋转的皮带24、及与皮带及滑块相固定的滑动板11组成，使得第一水平运动机构17在电机驱动下，带动主动滑轮以轴承为支撑旋转，并带动传动主动滑轮与被动滑轮旋转的皮带、滑入导轨上的滑块及滑动板，沿直线导轨方向，相对于固定板做直线运动；所述的第一水平运动机构17和第二水平运动机构19结构与运动方式相同，并且第一水平运动机构17和第二水平运动机构19的固定部分相固定，第一水平运动机构的滑动板11与检测平台18相固定，第一水平运动机构17的滑动板11运动方向与第二水平运动机构19滑动板的运动方向相垂直，使得第一水平运动机构17和第二水平运动机构19的共同运动，使得在第一水平运动机构滑动板11上的检测平台18在某一平面内运动。本发明中，所述的运动机构固定在机架上，布置在数字相机，检测光源和光路收集系统的下方，其行程可保证检测光源的光斑可投射到随机摆放的半导体晶片的任何位置上，其行程还可保证数字相机对半导体晶片整体轮廓的拍照。本发明中，所述的在对随机摆放的半导体晶片的检测时，控制算法上先假设在检测平台上有一个按一定位置和角度摆放的标准半导体晶片，并计算出对该假设半导体晶片需要检测的位置和轨迹路径，通过对随机摆放的半导体晶片图像轮廓信息的处理和分析，可获得随机摆放的半导体晶片与假设标准半导体晶片的相对圆心位置和相对弦边偏转角度，将假想半导体晶片需要检测的位置和轨迹路径进行相应的数学平面坐标偏移和平面坐标旋转，即可获得对随机摆放的半导体晶片的检测位置和轨迹路径的算法。

本发明的检测装置的优点是，具有不用正片机单独正片，解决了现有技术中的正片所占时间较长，不会产生由于搬运机械手的振动误差从而导致的检测结果不准确的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为附图2中第一水平运动机构的结构示意图；

图3为附图2中第一水平运动机构的另一种结构示意图；

图4为附图2中半导体晶片的扫描路线图。

图5为本发明所检测物（去掉一短平弦边的圆形半导体晶片）示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明技术特征及其相关技术特征做进一步详述：

如附图1-5示意，其中的标号分别表示：1-半导体晶片、2-检测运动机构、3-检测光源、4-光路收集系统、5-数字相机、6-机架、7-运动控制器、8-计算机、9-导轨的固定板、10-直线导轨、11-滑动板、12-滑入导轨的滑块、13-丝杠螺母、14-丝杠、15-轴承、16-电机、17-第一水平运动机构、18-检测平台、19-第二水平运动机构、21-固定板、24-皮带、25-被动滑轮。

本实施例主要包括：机架6、数字相机5、计算机8、检测光源3、光路收集系统4、运动控制器7、检测运动机构2，其中，数字相机5、检测光源3、光路收集系统4固定在机架6上，并布置在检测运动机构2的上方，其中，数字相机5、光路收集系统4分别通过数据线与计算机8相连，运动控制器7通过数据线与计算机8相连，检测运动机构2包括第一水平运动机构17、第二水平运动机构19和检测平台18，运动控制器7通过控制线缆与检测运动机构2中的第一水平运动机构17和第二水平运动机构19的电机分别相连接，第一水平运动机构17和第二水平运动机构19的运动方向互相垂直，检测平台18置于第一水平运动机构17上，使得运动控制器7接收计算机8发出的指令，并通过对检测运动机构2的第一水平运动机构17和第二水平运动机构19的电机的控制；计算机8通过数据线控制数字相机5对随机放置在检测运动机构2的检测平台18上的，一个形状为去掉一短平弦边的圆形半导体晶片1进行拍照，数字相机5将反映半导体晶片轮廓的图像文件传输给计算机8，计算机8通过通用的图像处理方法，获得半导体晶片1的轮廓信息，并计算出圆形半导体晶片1在数字相机5视野内的圆心位置和弦边偏转角度，计算机8用计算得出的数据向运动控制器7发出指令，再由运动控制器7驱动水平运动机构2配合运动，带着检测平台18上的半导体晶片1进行有方向性的运动，从而实现固定在机架6上的检测光源3的光斑投射在半导体晶片1上需要检测的位置和轨迹路径上，运动的同时光路收集系统4上的传感器或光谱仪，获得与运动位置相对应的半导体晶片1上的光强、光谱信息，并同步传输给计算机8，由计算机8最终形成与半导体晶片1上位置相对应的光强、光谱数据信息图；所述的检测运动机构包括：第一水平运动机构17，第二水平运动机构19，检测平台18。所述的第一水平运动机构17包括固定直线导轨的固定板（9）、直线导轨10、滑入导轨的滑块12、电机16、两端以内圈或外圈固定在固定板上的轴承为支撑的丝杠14、轴承15、旋入丝杠的丝杠螺母13、及与丝杠螺母及滑块相固定的滑动板11等组成，第一水平运动机构17在电机16驱动下，带动丝杠14以轴承15为支撑旋转，并推动丝杠14上的丝杠螺母13、滑入导轨上的滑块12及滑动板11，沿与丝杠14轴线相平行的直线导轨10方向，相对于固定板做直线运动；所述的第一水平运动机构17也可以是包括固定直线导轨的固定板21、直线导轨24、滑入导轨的滑块12、电机16、以内圈或外圈固定在固定板上的轴承为支撑的主动滑轮和被动滑轮25、轴承15、用于传动滑轮旋转的皮带24、及与皮带及滑块相固定的滑动板11等组成，第一水平运动机构17在电机16驱动下，带动主动滑轮25以轴承15为支撑旋转，并带动传动主动滑轮与被动滑轮旋转的皮带24、滑入导轨上的滑块及滑动板11，沿直线导轨方向，相对于固定板做直线运动；所述的第二水平运动机构19的结构与运动方式和第一水平运动机构17结构与运动方式相同；所述的第一水平运动机构17的固定部分与机架6相固定，第一水平运动机构17的滑动板11与第二水平运动机构19的固定部分相固定，第二水平运动机构19的滑动板11与检测平台相固定，第一水平运动机构17滑动板的运动方向与第二水平运动机构19滑动板的运动方向相垂直，第一水平运动机构17和第二水平运动机构19的共同运动，可实现固定在第二水平运动机构19滑动板上的检测平台18在某一平面内运动；所述的运动控制器7通过数据线与计算机8相连，运动控制器7通过控制线缆与检测运动机构的第一水平运动机构17和第二水平运动机构19的电机分别相连接；所述的运动控制器7可以接收计算机8发出的指令，并通过对检测运动机构2的第一水平运动机构17和第二水平运动机构19的电机的控制，实现对第一水平运动机构17的滑动板和第二水平运动机构19的滑动板位置、速度和加速度的控制，最终实现对检测运动机构2的检测平台及其上半导体晶片1运动过程的控制，并可使计算机8获得检测平台运动过程中的实时位置信息；所述的数字相机5固定在机架6上，布置在检测平台18的上方，可实现对检测平台18上放置的所需检测半导体晶片1轮廓的拍照；所述的光路收集系统4与机架6相固定，安装在由检测光源3在半导体晶片1上所形成光斑的上方，光路收集系统4包括用于收光的镜头系统及收光未端用于采集光信号的传感器和光谱仪等，可向计算机8传输数据的检测器件；所述的运动机构2固定在机架6上，布置在数字相机5，检测光源3和光路收集系统4的下方，其行程可保证检测光源3的光斑可投射到随机摆放的半导体晶片1的任何位置上，其行程还可保证数字相机5对半导体晶片1整体轮廓的拍照；参考图4，所述的在对随机摆放的半导体晶片1的检测时，控制算法上先假设在检测平台18上有一个按一定位置和角度摆放的标准半导体晶片1-1，并计算出对该假设半导体晶片1-1需要检测的位置和轨迹路径，通过对随机摆放的半导体晶片1图像轮廓信息的处理和分析，可获得随机摆放的半导体晶片与假设标准半导体晶片的相对圆心位置（x和y）和相对弦边偏转角度（α），将假想半导体晶片1-1需要检测的位置和轨迹路径进行相应的数学平面坐标偏移和平面坐标旋转，即可获得对随机摆放的半导体晶片1的检测位置和轨迹路径的算法。

Claims (7)

1.半导体晶片的检测装置，其特征在于，主要包括：机架（6）、数字相机（5）、计算机（8）、检测光源（3）、光路收集系统（4）、运动控制器（7）、检测运动机构（2），其中，数字相机（5）、检测光源（3）、光路收集系统（4）固定在机架（6）上，并布置在检测运动机构（2）的上方，其中，数字相机（5）、光路收集系统（4）分别通过数据线与计算机（8）相连，运动控制器（7）通过数据线与计算机（8）相连，检测运动机构（2）包括第一水平运动机构（17）、第二水平运动机构（19）和检测平台（18），运动控制器（7）通过控制线缆与检测运动机构（2）中的第一水平运动机构（17）和第二水平运动机构（19）的电机分别相连接，第一水平运动机构（17）和第二水平运动机构（19）的运动方向互相垂直，检测平台（18）置于第一水平运动机构（17）上，使得运动控制器（7）接收计算机（8）发出的指令，并通过对检测运动机构（2）的第一水平运动机构（17）和第二水平运动机构（19）的电机的控制，实现对第一水平运动机构（17）的滑动板和第二水平运动机构（19）的滑动板位置、速度和加速度的控制，实现对检测运动机构（2）的检测平台（18）及其上半导体晶片（1）运动过程的控制，使计算机（8）获得检测平台（18）运动过程中的实时位置信息。

2.根据权利要求1所述的半导体晶片的检测装置，其特征在于，所述的数字相机（5）的焦轴线与需检测半导体晶片表面相垂直，数字相机距离半导体晶片表面的距离应为可使数字相机的画面清晰的占满半导体晶片的全部轮廓。

3.根据权利要求1所述的半导体晶片的检测装置，其特征在于，所述的光路收集系统（4）主要包括用于收光的镜头系统及收光未端用于采集光信号的传感器和光谱仪，可向计算机（8）传输数据的检测器件，安装在由检测光源（3）在半导体晶片（1）上所形成光斑的上方。

4.根据权利要求1所述的半导体晶片的检测装置，其特征在于，所述的检测运动机构（2）固定在机架（6）上，布置在数字相机（5），检测光源（3）和光路收集系统（4）的下方，其行程可保证检测光源（3）的光斑可投射到随机摆放的半导体晶片（1）的任何位置上，其行程还可保证数字相机（5）对半导体晶片（1）整体轮廓的拍照。

5.根据权利要求1所述的半导体晶片的检测装置，其特征在于，第一水平运动机构（17）主要包括固定直线导轨的固定板（9）、直线导轨（10）、滑入导轨的滑块（12）、电机（16）、两端以内圈或外圈固定在固定板上的轴承为支撑的丝杠（14）、轴承（15）、旋入丝杠的丝杠螺母（13）、及与丝杠螺母及滑块相固定的滑动板（11）组成，第一水平运动机构（17）在电机（16）驱动下，带动丝杠（14）以轴承（15）为支撑旋转，并推动丝杠（14）上的丝杠螺母（13）、滑入导轨上的滑块（12）及滑动板（11），沿与丝杠轴线相平行的直线导轨方向，相对于固定板做直线运动。

6.根据权利要求1所述的半导体晶片的检测装置，其特征在于，所述的第一水平运动机构（17）的另一种结构主要包括固定直线导轨的固定板（21）、直线导轨（10）、滑入导轨的滑块（12）、电机（16）、以内圈或外圈固定在固定板上的轴承为支撑的主动滑轮和被动滑轮（25）、轴承（15）、用于传动滑轮旋转的皮带（24）、及与皮带及滑块相固定的滑动板（11）组成，使得第一水平运动机构（17）在电机驱动下，带动主动滑轮以轴承为支撑旋转，并带动传动主动滑轮与被动滑轮旋转的皮带、滑入导轨上的滑块及滑动板，沿直线导轨方向，相对于固定板做直线运动。

7.根据权利要求1所述的半导体晶片的检测装置，其特征在于，所述的第一水平运动机构（17）和第二水平运动机构（19）结构与运动方式相同，并且第一水平运动机构（17）和第二水平运动机构（19）的固定部分相固定，第一水平运动机构的滑动板（11）与检测平台（18）相固定，第一水平运动机构（17）的滑动板（11）运动方向与第二水平运动机构（19）滑动板的运动方向相垂直，使得第一水平运动机构（17）和第二水平运动机构（19）的共同运动，使得在第一水平运动机构滑动板（11）上的检测平台（18）在某一平面内运动。