CN110108716A - 一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统 - Google Patents

一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，该检测系统可对衬底晶片进行缺陷检测，且能对有缺陷的衬底晶片进行分类判断，形成裂纹缺陷晶片和崩边缺陷晶片，并将裂纹缺陷和崩边缺陷进行分析以确定为无缺陷晶片、直接报废的晶片或可修复的晶片三种缺陷程度不同的晶片；同时，该检测系统还能进行厚度检测，厚度检测采用彩色共焦传感技术，以确定无缺陷晶片的厚度，以使下料模块能对无缺陷晶片进行分档下料。且整个检测系统完全自动化，完成一次检测速度快，适用于流水线批量作业，自动化程度高，无需人工识别缺陷及厚度分类，能满足批量的高效检测以及高精度检测需求。

Description

一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统
技术领域
本发明涉及一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统。
背景技术
衬底晶片作为整个半导体材料的支撑器件，其质量的好坏将直接关乎半导体器件的性能；随着其应用领域的扩宽，对其厚度的要求也各不相同。在实际的加工过程中，通常会经历切割、研磨和抛光等过程，这些过程均会去除材料，损伤的产生是再所难免的，并且较难保证晶片厚度的均匀性。缺陷的遗留诸如裂纹、崩边等对衬底质量的评判影响非常大，而衬底晶片厚度会影响合格率以及加工成本，这就对衬底晶片缺陷及厚度的检测提出了更高的要求。
在现有的缺陷及厚度检测中，如专利CN 108181325A所设计的玻璃自动化检测装置，该装置包括上料、输送、检测、下料以及控制模组，对待测晶片进行上料，并通过上料模组中的第一移料机构将待测晶片放置在输送模组中，最终送到缺陷检测模组，采集待测晶片图像并处理分析，然后下料模组中的第二移料机构根据控制模组的信息将料下到两个料盘。该装置自动化程度高，无需人工分拣，可检测大量样品，但是只是对待测样品缺陷检测的局部自动化，判断了样品是否合格，没有对具体的缺陷进行分类，也没有对厚度进行检测。
发明内容
本发明提供了一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，其克服了背景技术的所存在的不足。本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：
一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，其特征在于：它包括上料模块、检测模块、下料模块和控制模块，所述检测模块包括传送装置、缺陷检测装置和厚度检测装置，下料模块包括第一下料模块和第二下料模块，所述上料模块、缺陷检测装置、第一下料模块、厚度检测装置和第二下料模块沿着传送装置依次布置，所述上料模块能将待测晶片输送至传送装置，传送装置能将待测晶片输送至缺陷检测装置、将有缺陷晶片输送至第一下料模块、将无缺陷晶片输送至厚度检测装置以及将经过厚度检测后的无缺陷晶片输送至第二下料模块，所述缺陷检测装置能将待测晶片进行裂纹缺陷和崩边缺陷的检测判断并将裂纹缺陷和崩边缺陷进行分析以确定为无缺陷晶片、直接报废的晶片或可修复的晶片；
所述厚度检测装置包括厚度检测单元和信息处理单元，厚度检测单元包括两组彩色共焦传感组件，每组彩色共焦传感组件包括依次布置的光谱仪、分光板、复色光源、传感测头，无缺陷晶片置于两个传感测头之间，经两个复色光源发出的光分别照射在无缺陷的晶片上表面和下表面，由上表面和下表面反射的光分别经两个传感测头、两个分光板后到达两个光谱仪、并由两个光谱仪将信息传递至信息处理单元，信息处理单元将接收到的信息进行分析处理以得到无缺陷的晶片上表面距离该侧的传感测头的高度B以及下表面距离该侧的传感测头的高度为C、且计算出无缺陷的晶片厚度σ为两个传感测头之间的间距A与高度B、高度C之差；
控制模块与上料模块、检测模块和下料模块连接且能控制上料模块进行上料、能控制传送装置进行输送动作、能根据缺陷检测装置的检测结果控制第一下料模块将直接报废的晶片和可修复的晶片进行分类下料、能根据厚度检测装置提供的厚度值控制第二下料模块进行厚度分档下料。
一较佳实施例之中：每组彩色共焦传感组件中光谱仪、传感测头和无缺陷晶片均位于同一轴线，分光板倾斜布置，两个复色光源均位于无缺陷晶片的同一侧。
一较佳实施例之中：两组彩色共焦传感组件上下间隔布置，且两个复色光源均位于无缺陷晶片的左侧，两个分光板与水平面之间的夹角为45度。
一较佳实施例之中：所述信息处理单元包括计算机一、光谱数据处理程序和厚度值提取及分档程序，计算机一接收两个光谱仪发送的反射光的光谱数据并将该光谱数据传递至光谱数据处理程序，光谱数据处理程序对光谱数据进行分析以获取光谱曲线峰值所对应的中心波长、再根据预设的中心波长与传感测头和无缺陷晶片之间轴向高度的关系提取出无缺陷晶片上表面距离该侧的传感测头的高度B以及下表面距离该侧的传感测头的高度为C，光谱数据处理程序将提取出的高度B和高度C传递至厚度值提取及分档程序，厚度值提取及分档程度计算出无缺陷的晶片厚度σ为两个传感测头之间的间距A与高度B、高度C之差后再根据不同类型、不同规格晶片厚度的要求进行分档并将分档信息传输至控制模块。
一较佳实施例之中：所述缺陷检测装置包括缺陷检测单元和图像处理单元，所述缺陷检测单元包括依次布置的相机、镜头、光源，待测晶片置于光源下方且与镜头、相机位于同一中心轴线，光源倾斜放置，光源发出的光直接照射至待测晶片并由待测晶片表面反射后经由镜头射入相机内，相机拍摄图像并将拍摄的图像传递至图像处理单元。
一较佳实施例之中：所述图像处理单元包括图像采集卡、计算机二、缺陷图像处理及特征提取程序，图像采集卡采集相机发送的图像并将图像传递至计算机二，计算机二再将图像传递至缺陷图像处理及特征提取程序，缺陷图像处理及特征提取程序根据接收的图像做出待测晶片是裂纹缺陷或崩边缺陷或无缺陷的判断，并根据判断结果将有裂纹缺陷的图像转换为裂纹灰度阈值T3或将有崩边缺陷的图像转换为崩边灰度阈值T4，并将裂纹灰度阈值T3或崩边灰度阈值T4与预设的可修复的裂纹灰度阈值T1或预设的可修复的崩边灰度阈值T2进行比较以得出待测晶片是可修复的晶片还是直接报废的晶片。
一较佳实施例之中：所述上料模块包括上料机械臂，所述第一下料模块包括第一下料机械臂，所述第二下料模块包括第二下料机械臂。
一较佳实施例之中：所述控制模块包括上位机、各执行模块下位机总控、上料模块下位机、传送装置下位机、缺陷检测装置下位机、第一下料模块下位机、厚度检测装置下位机、第二下料模块下位机，上位机与各执行模块下位机总控进行通信，各执行模块下位机总控与上料模块下位机、传送装置下位机、缺陷检测装置下位机、第一下料模块下位机、厚度检测装置下位机、第二下料模块下位机进行通信，传送装置与缺陷检测装置下位机、第一下料模块下位机、厚度检测装置下位机、第二下料模块下位机进行通信。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
该检测系统即可对衬底晶片进行缺陷检测，且能对有缺陷的衬底晶片进行分类判断，形成裂纹缺陷晶片和崩边缺陷晶片，并将裂纹缺陷和崩边缺陷进行分析以确定为无缺陷晶片、直接报废的晶片或可修复的晶片三种缺陷程度不同的晶片；同时，该检测系统还能进行厚度检测，厚度检测采用彩色共焦传感技术，以确定无缺陷晶片的厚度，以使下料模块能对无缺陷晶片进行分档下料。且整个检测系统完全自动化，完成一次检测速度快，适用于流水线批量作业，自动化程度高，无需人工识别缺陷及厚度分类，能满足批量的高效检测以及高精度检测需求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了该自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统的整体结构示意图。
图2绘示了该自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统的的结构框图。
图3绘示了缺陷检测装置的结构示意图。
图4绘示了厚度检测装置的结构示意图。
图5绘示了控制模块的结构框图。
具体实施方式
请查阅图1至图5，一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统的一较佳实施例，所述的一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，它包括上料模块1、检测模块2、下料模块3和控制模块4。
所述上料模块1包括上料机械臂11。
所述检测模块2包括传送装置21、缺陷检测装置22和厚度检测装置23，所述下料模块3包括第一下料模块32和第二下料模块33。
如图1所示，传送装置21为传送带结构，传送带为环状结构。或者，传送带也可以为长条形状。
所述上料模块1、缺陷检测装置22、第一下料模块32、厚度检测装置23和第二下料模块33沿着传送装置21依次布置，所述上料模块1能将待测晶片51输送至传送装置21，传送装置21能将待测晶片51输送至缺陷检测装置22、将有缺陷晶片输送至第一下料模块32、将无缺陷晶片输送至厚度检测装置23以及将经过厚度检测后的无缺陷晶片输送至第二下料模块33。
所述缺陷检测装置22能将待测晶片51进行裂纹缺陷和崩边缺陷的检测判断并将裂纹缺陷和崩边缺陷进行分析以确定为无缺陷晶片、直接报废的晶片或可修复的晶片。
本实施例中，如图3所示，所述缺陷检测装置包括缺陷检测单元221和图像处理单元222，所述缺陷检测单元221包括依次布置的相机2211、镜头2212、光源2213，待测晶片51置于光源2213下方且与镜头2212、相机2211位于同一中心轴线，光源2213倾斜放置，光源2213发出的光直接照射至待测晶片51并由待测晶片51表面反射后经由镜头2212射入相机2211内，相机2211拍摄图像并将拍摄的图像传递至图像处理单元222。如图3所示，光源设有两个且左右对称布置，两个光源的入射光线与待测晶片51上表面的夹角最好为45度，使得经过待测晶片51上表面反射的光刚好与镜头2212和相机2211的中心轴线重合，正好进入相机2211内。
本实施例中，所述图像处理单元222包括图像采集卡2221、计算机二2222、缺陷图像处理及特征提取程序2223，图像采集卡2221采集相机2211发送的图像并将图像传递至计算机二2222，计算机二2222再将图像传递至缺陷图像处理及特征提取程序2223，缺陷图像处理及特征提取程序2223根据接收的图像做出待测晶片51是裂纹缺陷或崩边缺陷或无缺陷的判断，并根据判断结果将有裂纹缺陷的图像转换为裂纹灰度阈值T3或将有崩边缺陷的图像转换为崩边灰度阈值T4，并将裂纹灰度阈值T3或崩边灰度阈值T4与预设的可修复的裂纹灰度阈值T1或预设的可修复的崩边灰度阈值T2进行比较以得出待测晶片51是可修复的晶片还是直接报废的晶片。
具体的，当缺陷图像处理及特征提取程序2223根据图像判断待测晶片51具有裂纹缺陷后，将其图像转换为裂纹灰度阈值T3，并将裂纹灰度阈值T3与预设的可修复的裂纹灰度阈值T1进行比较，若T3大于T1，则判断该裂纹缺陷晶片为直接报废的晶片；反之，则判断该裂纹缺陷晶片为可修复的晶片；
当缺陷图像处理及特征提取程序2223根据图像判断待测晶片51具有崩边缺陷后，将其图像转换为崩边灰度阈值T4，并将崩边灰度阈值T4与预设的可修复的崩边灰度阈值T2进行比较，若T4大于T2，则判断该崩边缺陷晶片为直接报废的晶片；反之，则判断该崩边缺陷晶片为可修复的晶片。
所述厚度检测装置包括厚度检测单元231和信息处理单元232，厚度检测单元231包括两组上下间隔布置的彩色共焦传感组件，每组彩色共焦传感组件包括依次布置的光谱仪2311、分光板2312、复色光源2313、传感测头2314，无缺陷晶片53置于两个传感测头2314之间，经两个复色光源2313发出的光分别照射在无缺陷的晶片53上表面和下表面，由上表面和下表面反射的光分别经两个传感测头2314、两个分光板2312后到达两个光谱仪2311、并由两个光谱仪2311将信息传递至信息处理单元232，信息处理单元232将接收到的信息进行分析处理以得到无缺陷的晶片53上表面距离该侧的传感测头2314的高度B以及下表面距离该侧的传感测头2314的高度为C、且计算出无缺陷的晶片53厚度σ为两个传感测头2314之间的间距A与高度B、高度C之差。
本实施例中，如图4所示，每组彩色共焦传感组件中光谱仪2311、传感测头2314和无缺陷晶片53均位于同一轴线，分光板2312倾斜布置，两个复色光源2313均位于无缺陷晶片53的同一侧。每组彩色共焦传感组件可安装在一个支架内。
本实施例中，两个复色光源2313均位于无缺陷晶片53的左侧，两个分光板2312与水平面之间的夹角为45度。
本实施例中，所述信息处理单元232包括计算机一2321、光谱数据处理程序2322和厚度值提取及分档程序2323，计算机一2321接收两个光谱仪2311发送的反射光的光谱数据并将该光谱数据传递至光谱数据处理程序2322，光谱数据处理程序2322对光谱数据进行分析以获取光谱曲线峰值所对应的中心波长、再根据预设的中心波长与传感测头2314和无缺陷晶片53之间轴向高度的关系提取出无缺陷晶片53上表面距离该侧的传感测头2314的高度B以及下表面距离该侧的传感测头2314的高度为C，光谱数据处理程序2322将提取出的高度B和高度C传递至厚度值提取及分档程序2323，厚度值提取及分档程度2323计算出无缺陷的晶片53厚度σ为两个传感测头2314之间的间距A与高度B、高度C之差后再根据不同类型、不同规格晶片厚度的要求进行分档并将分档信息传输至控制模块4。
本实施例中，所述第一下料模块32包括第一下料机械臂，所述第二下料模块33包括第二下料机械臂。
所述控制模块4与上料模块1、检测模块2和下料模块3连接且能控制上料模块1进行上料、能控制传送装置21进行输送动作、能根据缺陷检测装置22的检测结果控制第一下料模块32将直接报废的晶片和可修复的晶片进行分类下料、能根据厚度检测装置33提供的厚度值控制第二下料模块33进行厚度分档下料。
本实施例中，如图5所示，所述控制模块4包括上位机41、各执行模块下位机总控42、上料模块下位机412、传送装置下位机411、缺陷检测装置下位机413、第一下料模块下位机414、厚度检测装置下位机415、第二下料模块下位机416，上位机41与各执行模块下位机总控42进行通信，各执行模块下位机总控42与上料模块下位机412、传送装置下位机411、缺陷检测装置下位机413、第一下料模块下位机414、厚度检测装置下位机415、第二下料模块下位机416进行通信，传送装置411与缺陷检测装置下位机413、第一下料模块下位机414、厚度检测装置下位机415、第二下料模块下位机416进行通信。
该检测系统的工作过程如下：
先通过上料机械臂将待测晶片51从上料区夹取至传送装置21对应的位置，接着，传送装置将待测晶片51传送至缺陷检测装置22处，此时，该待测晶片51刚好位于镜头2212正下方，光源2213发出的光线经过待测晶片51上表面的反射后，经过镜头2212后到达相机2211，相机2211拍摄图像并将图像传递至图像采集卡2221，并通过计算机二传递至缺陷图像处理及特征提取程序2223，缺陷图像处理及特征提取程序2223能将该待测晶片51确定为无缺陷晶片、可修复的晶片或直接报废的晶片，若该待测晶片51为无缺陷晶片53，则上位机41接收到该信号并控制传送装置21动作以将无缺陷晶片输送至厚度检测装置23处；若该待测晶片51为可修复的晶片或直接报废的晶片，则上位机41接收到该信号并控制第一下料模块下位机414以将该晶片进行分类下料，将可修复的晶片下料至可修复的类区，将直接报废的晶片下料至直接报废的类区；
当无缺陷晶片53通过传送装置输送至厚度检测装置处时，如图4所示，无缺陷晶片53刚好位于两个传感测头之间，两个复色光源2313发出的光分别照射在无缺陷的晶片53上表面和下表面，由上表面和下表面反射的光分别经两个传感测头2314、两个分光板2312后到达两个光谱仪2311、并由两个光谱仪2311将信息传递至信息处理单元232，信息处理单元232将接收到的信息进行分析处理以得到无缺陷的晶片53上表面距离该侧的传感测头2314的高度B以及下表面距离该侧的传感测头2314的高度为C、且计算出无缺陷的晶片53厚度σ为两个传感测头2314之间的间距A与高度B、高度C之差；
上位机41接收到该厚度信息并控制第二下料模块下位机416以将该无缺陷晶片53放置在对应的厚度档类处。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，其特征在于：它包括上料模块、检测模块、下料模块和控制模块，所述检测模块包括传送装置、缺陷检测装置和厚度检测装置，下料模块包括第一下料模块和第二下料模块，所述上料模块、缺陷检测装置、第一下料模块、厚度检测装置和第二下料模块沿着传送装置依次布置，所述上料模块能将待测晶片输送至传送装置，传送装置能将待测晶片输送至缺陷检测装置、将有缺陷晶片输送至第一下料模块、将无缺陷晶片输送至厚度检测装置以及将经过厚度检测后的无缺陷晶片输送至第二下料模块，所述缺陷检测装置能将待测晶片进行裂纹缺陷和崩边缺陷的检测判断并将裂纹缺陷和崩边缺陷进行分析以确定为无缺陷晶片、直接报废的晶片或可修复的晶片；
所述厚度检测装置包括厚度检测单元和信息处理单元，厚度检测单元包括两组彩色共焦传感组件，每组彩色共焦传感组件包括依次布置的光谱仪、分光板、复色光源、传感测头，无缺陷晶片置于两个传感测头之间，经两个复色光源发出的光分别照射在无缺陷的晶片上表面和下表面，由上表面和下表面反射的光分别经两个传感测头、两个分光板后到达两个光谱仪、并由两个光谱仪将信息传递至信息处理单元，信息处理单元将接收到的信息进行分析处理以得到无缺陷的晶片上表面距离该侧的传感测头的高度B以及下表面距离该侧的传感测头的高度为C、且计算出无缺陷的晶片厚度σ为两个传感测头之间的间距A与高度B、高度C之差；
控制模块与上料模块、检测模块和下料模块连接且能控制上料模块进行上料、能控制传送装置进行输送动作、能根据缺陷检测装置的检测结果控制第一下料模块将直接报废的晶片和可修复的晶片进行分类下料、能根据厚度检测装置提供的厚度值控制第二下料模块进行厚度分档下料。
2.根据权利要求1所述的一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，其特征在于：每组彩色共焦传感组件中光谱仪、传感测头和无缺陷晶片均位于同一轴线，分光板倾斜布置，两个复色光源均位于无缺陷晶片的同一侧。
3.根据权利要求2所述的一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，其特征在于：两组彩色共焦传感组件上下间隔布置，且两个复色光源均位于无缺陷晶片的左侧，两个分光板与水平面之间的夹角为45度。
4.根据权利要求1所述的一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，其特征在于：所述信息处理单元包括计算机一、光谱数据处理程序和厚度值提取及分档程序，计算机一接收两个光谱仪发送的反射光的光谱数据并将该光谱数据传递至光谱数据处理程序，光谱数据处理程序对光谱数据进行分析以获取光谱曲线峰值所对应的中心波长、再根据预设的中心波长与传感测头和无缺陷晶片之间轴向高度的关系提取出无缺陷晶片上表面距离该侧的传感测头的高度B以及下表面距离该侧的传感测头的高度为C，光谱数据处理程序将提取出的高度B和高度C传递至厚度值提取及分档程序，厚度值提取及分档程度计算出无缺陷的晶片厚度σ为两个传感测头之间的间距A与高度B、高度C之差后再根据不同类型、不同规格晶片厚度的要求进行分档并将分档信息传输至控制模块。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，其特征在于：所述缺陷检测装置包括缺陷检测单元和图像处理单元，所述缺陷检测单元包括依次布置的相机、镜头、光源，待测晶片置于光源下方且与镜头、相机位于同一中心轴线，光源倾斜放置，光源发出的光直接照射至待测晶片并由待测晶片表面反射后经由镜头射入相机内，相机拍摄图像并将拍摄的图像传递至图像处理单元。
6.根据权利要求5所述的一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，其特征在于：所述图像处理单元包括图像采集卡、计算机二、缺陷图像处理及特征提取程序，图像采集卡采集相机发送的图像并将图像传递至计算机二，计算机二再将图像传递至缺陷图像处理及特征提取程序，缺陷图像处理及特征提取程序根据接收的图像做出待测晶片是裂纹缺陷或崩边缺陷或无缺陷的判断，并根据判断结果将有裂纹缺陷的图像转换为裂纹灰度阈值T3或将有崩边缺陷的图像转换为崩边灰度阈值T4，并将裂纹灰度阈值T3或崩边灰度阈值T4与预设的可修复的裂纹灰度阈值T1或预设的可修复的崩边灰度阈值T2进行比较以得出待测晶片是可修复的晶片还是直接报废的晶片。
7.根据权利要求1所述的一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，其特征在于：所述上料模块包括上料机械臂，所述第一下料模块包括第一下料机械臂，所述第二下料模块包括第二下料机械臂。
8.根据权利要求1所述的一种自动化衬底晶片缺陷及厚度检测系统，其特征在于：所述控制模块包括上位机、各执行模块下位机总控、上料模块下位机、传送装置下位机、缺陷检测装置下位机、第一下料模块下位机、厚度检测装置下位机、第二下料模块下位机，上位机与各执行模块下位机总控进行通信，各执行模块下位机总控与上料模块下位机、传送装置下位机、缺陷检测装置下位机、第一下料模块下位机、厚度检测装置下位机、第二下料模块下位机进行通信，传送装置与缺陷检测装置下位机、第一下料模块下位机、厚度检测装置下位机、第二下料模块下位机进行通信。
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