CN111220621B - 芯片倾斜表面检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了芯片倾斜表面检测方法，用于检测待测芯片表面的倾斜度，所述芯片倾斜表面检测方法包括：对标定芯片进行标定，获取待测面为倾斜面时的图像强度与待测面为水平面时的图像强度比值γ、倾斜度β之间的对应关系；采用所述表面检测系统获取待测芯片表面的图像强度；利用所述对应关系获取与所述待测芯片表面的图像强度相应的倾斜度。本发明提供的芯片倾斜表面检测方法实现芯片倾斜表面检测。

Description

芯片倾斜表面检测方法
技术领域
本发明涉及光学检测领域，具体地说，涉及芯片倾斜表面检测方法。
背景技术
随着工业自动化、智能化的深入及普及，使用自动光学检测设备(Auto OpticalInspection,AOI)替代传统的人工目检，已成为技术发展趋势。AOI设备凭借其快速、精确的缺陷识别定位能力，在汽车、医药、交通、半导体等领域广泛使用。
目前，现有的AOI设备通常包括光学成像系统、载物台、物料传输系统等。其中光学成像系统包括照明单元、成像物镜和探测器等。通常AOI设备检测过程中，需要将待测面调节到最佳焦面，以获得清晰的图片，便于识别待测表面的缺陷。然而在实际应用中，例如切割后贴在薄膜上的芯片，不同位置的芯片表面可能存在倾斜，当倾斜超过一定角度后被认为是缺陷。
然而，目前并没有快速有效的芯片倾斜表面的检测方法。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供芯片倾斜表面检测方法，其实现芯片的待测表面的倾斜度的检测。
本发明提供一种芯片倾斜表面检测方法，包括：对标定芯片进行标定，获取待测面为倾斜面时的图像强度与待测面为水平面时的图像强度比值γ、倾斜度β之间的对应关系；
采用表面检测系统获取待测芯片表面的图像强度；以及
利用所述对应关系获取与所述待测芯片表面的图像强度相应的倾斜度。
优选地，所述待测面为倾斜面时的图像强度与待测面为水平面时的图像强度比值γ、倾斜度β之间的对应关系符合如下公式：
γ＝1-2kβ/μ+cβ2/μ2
其中，μ＝arcsin(NA)，NA为所述物镜的数值孔径，其中k、c为标定参数。
优选地，所述表面检测系统至少包括移动置物台、物镜以及成像探测组件，所述对标定芯片进行标定，获取待待测面为倾斜面时的图像强度与待测面为水平面时的图像强度比值γ、倾斜度β之间的对应关系，包括：
将标定芯片载入所述移动置物台；
移动所述移动置物台以将所述标定芯片移入所述物镜的视场，获取所述标定芯片表面为水平面时图像强度I0；
控制所述移动置物台的倾斜角度为指定角度βi；i是不大于N的正整数，N是标定次数，N是正整数；
获取所述移动置物台的倾斜角度为指定角度βi时，所述成像探测组件收集到的图像强度Ii与所述标定芯片表面为水平面时图像强度I0束的图像强度的比值γi；
对所获取的多对指定角度βi及图像强度比值γi进行拟合运算，获取所述标定参数k、c值，获得待测面为倾斜面时图像强度Ii与待测面为水平面时图像强度I0比值γi、倾斜度βi之间的对应关系。
优选地，所述方法还包括：
设定表面倾斜度阈值，对所述待测芯片表面的倾斜度进行判定；
对所述判定结果进行可视化处理，输出可视化检测结果图。
优选地，所述设定表面倾斜度阈值包括：
设定至少一个所述表面倾斜度阈值，获得至少两个不同的表面倾斜度区间范围。
优选地，对所述表面倾斜度处于所述至少两个不同区间范围的所述待测芯片的输出结果赋予不同颜色，进行可视化处理。
优选地，所述采用表面检测系统获取待测芯片表面的图像强度还包括：
对所述待测芯片表面进行对准和焦面测量，并规划检测路径的步骤。
优选地，所述芯片倾斜表面检测方法用于检测待测样品，所述待测样品表面分布有若干个待测芯片。
本发明通过对标定芯片的标定，从而获取待测面为倾斜面时的图像强度与待测面为水平面时的图像强度比值γ、倾斜度β之间的对应关系，由此，可以根据表面检测系统获取待测芯片表面的图像强度，来利用所述对应关系获取与所述待测芯片表面的图像强度相应的倾斜度，进而可以识别倾角较大的缺陷芯片。
本发明通过修正参数k、c修正光学成像系统的物镜的光束收集原理获得的待测面为倾斜面时图像强度与待测面为水平面时图像强度γ、倾斜度β之间的对应关系，以改善待测表面反射率等因素对前述对应关系的影响。
本发明还通过对标定芯片的标定，获取多对指定角度βi及图像强度比值γi，对所获取的多对指定角度βi及图像强度比值γi进行拟合运算，获取所述标定参数k、c值，从而获得待测面为倾斜面时图像强度Ii与待测面为水平面时图像强度I0比值γi、倾斜度βi之间的对应关系，由此，提高所获得的对应关系的准确度，从而提高倾斜面的倾斜角检测的准确度。
本发明还通过设定表面倾斜度阈值，从而对所述待测芯片表面的倾斜度进行判定，并对所述判定结果进行可视化处理，从而便于检测人员能够直观的获取待测芯片表面的倾斜度。
本发明还通过设定至少一个所述表面倾斜度阈值，获得至少两个不同的表面倾斜度区间范围，从而对根据区间范围对待测芯片表面的倾斜度进行判定和分类，可以加快数据处理速度。
本发明还通过对所述表面倾斜度处于所述至少两个不同区间范围的所述待测芯片的输出结果赋予不同颜色，以能够对不同区间范围的所述待测芯片进行有效和直观的区分。
本发明还通过对所述待测芯片表面进行对准和焦面测量，并规划检测路径以使得待测芯片能够准确移入所述物镜的视场，并提高倾斜面的倾斜角检测的准确度。
本发明还通过使得待测样品表面分布有若干个待测芯片，从而可以快速检测多个待测芯片，加快检测速度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。
图1和图2示出现有的表面检测系统的结构示意图。
图3示出本发明实施例的待测表面倾斜角和光强百分比之间关系的示意图。
图4示出本发明实施例的芯片倾斜表面检测方法的流程图。
图5示出本发明实施例的待测面反射至物镜的光束的示意图。
图6示出本发明实施例的标定芯片的标定步骤的流程图。
图7示出本发明具体实施例的输出检测结果的流程图。
图8示出本发明具体实施例的待测样品的表面图像的示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本发明提供的芯片倾斜表面检测方法，可以采用现有表面检测系统来实现。参见图1和图2，图1和图2示出本发明实施例的表面检测系统的结构示意图。现有的表面检测系统包括用于放置待测芯片的置物台30、物镜20、半反半透镜12、成像探测组件(40及50)以及光源组件(10及11)。
物镜20具有面向所述置物台30的物侧及背向所述置物台30的像侧。半反半透镜12位于所述物镜20的像侧。成像探测组件位于所述半反半透镜12背向所述物镜20的一侧。所述置物台30、所述物镜20、所述半反半透镜12以及所述成像探测组件沿第一方向布置。光源组件沿第二方向向所述半反半透镜12提供辐射光束，所述第二方向与所述第一方向相交。具体的，所述成像探测组件包括沿第一方向布置的成像组件40及探测器50，所述成像组件40位于所述探测器50和所述半反半透镜12之间。所述光源组件包括沿所述第二方向布置的光源10及照明镜组11。所述光源10提供辐射光束，所述辐射光束经由所述照明镜组11转化为平行光束，并沿第二方向入射至所述半反半透镜12。其中，部分平行光束经由所述半反半透镜12反射至所述物镜20，以投射至所述待测芯片表面31。投射至所述待测芯片表面31的光束在所述待测芯片表面31产生反射，且至少部分反射光束入射至所述物镜20，并穿透所述半反半透镜透12出射至所述成像探测组件。置物台30可以是具有倾斜控制的移动置物台，本发明并非以此为限制。
下面结合图1和图2描述本发明通过采用表面检测系统来检测待测芯片表面的倾斜度的原理。
光源10产生的辐射光(以标号101和102为例)经过照明镜组11，被半反半透镜12反射通过物镜20，然后投射到待测芯片表面31。当待测芯片表面31是水平时，如图1所示，待测芯片表面31的反射光101和102均能被物镜20收集，再经过成像镜组40进入探测器50。而当待测芯片表面31具有一定的倾斜角度时，如图2，则只有反射光102进入物镜20，而反射光101由于无法进入物镜20，而损失掉，从而导致进入探测器50的光减少，图像变暗，探测器所收集到的光束的光强(图像强度)为物镜20收集到的光强。因此，根据探测器获得图像的光强变化可以计算待测表面的倾斜角度。
本发明基于表面检测系统探测组件接收到的光束的光强随待测芯片表面变化而变化，从而可以根据所述成像探测组件的光所收集到的光束的光强(图像强度)来确定所述待测芯片表面的倾斜度，进而可以识别倾角较大的缺陷芯片。
本发明的实施例还提供一种芯片倾斜表面检测方法，如图4所示。芯片倾斜表面检测方法包括：
步骤S110：对标定芯片进行标定，获取待测面为倾斜面时物镜收集的光强与待测面为水平面时物镜收集的光强比值γ、倾斜度β之间的对应关系；
步骤S120：采用表面检测系统获取待测芯片表面的图像强度；
步骤S130：利用所述对应关系获取与所述待测芯片表面的图像强度相应的倾斜度。
在本发明的一些实施例中，步骤S120还可以包括进行待测芯片表面对准和焦面测量并规划检测路径的步骤。
在本发明的一些实施例中，步骤S110所述待测面为倾斜面时图像强度与待测面为水平面时图像强度γ、倾斜度β之间的对应关系符合如下公式：
γ＝1-2kβ/μ+cβ2/μ2 (1)
其中，μ＝arcsin(NA)，NA为所述物镜的数值孔径，其中k、c为待标定的修正参数。
具体地，在光学成像系统中，其光束收集能力取决于物镜20的数值孔径NA，对应的孔径角为2μ＝2arcsin(NA),如图5所示.当待测面31为水平面时，只有位于孔径角2μ内的光束才能进入物镜20，进入物镜20的光束能量近似正比于4πsin2μ(当μ＜10°时，4πsin2μ可近似为4πμ2)。当待测面为具有一定倾斜角度β的倾斜面时，以待测面产生镜面反射为例，左侧的反射光束将产生2β角度偏移，不能被物镜20收集，此时物镜20收集的光束能量近似正比于4πsin2(μ-β)(当μ-β较小时，4πsin2(μ-β)可近似为4π(μ-β)2)。因此，待测面31为倾斜角度β的倾斜面时物镜收集的光强与待测面31为水平面时物镜收集的光强比γ满足以下公式(2)计算关系：
γ＝4π(μ-β)2/4πμ2＝1-2β/μ+β2/μ2 (2)
然而实际应用中，由于待测表面反射率等因素影响，实际光强比γ与为精确倾斜角度β的函数关系会偏离公式(2)，因此需要对公式(2)进行修正，得到修正后的公式(1)，修正参数k、c可以通过对芯片进行标定得出。
图5示出本发明实施例的对标定芯片的标定步骤的流程图。对标定芯片的标定步骤包括：
步骤S210：将标定芯片载入所述移动置物台；
步骤S220：移动所述移动置物台以将所述标定芯片移入所述物镜的视场，获取标定芯片表面为水平面时图像强度I0；
步骤S230：控制所述移动置物台的倾斜角度为指定角度βi；i是不大于N的正整数，N是标定次数，N是正整数；
步骤S240：获取所述移动置物台的倾斜角度为指定角度βi时，所述成像探测收集到的图像强度Ii与所述标定芯片表面为水平面时图像强度I0的比值γi；
步骤S250：对所获取的多对指定角度βi及相应图像强度比值γi进行拟合运算，获取待标定的参数k、c值，获得待测面为倾斜面时图像强度与待测面为水平面时的图像强度比值γi、倾斜度βi之间的对应关系。
在一个具体实施例中，表面检测系统采用数值孔径(Number Aperture)NA为0.1的物镜20，则物镜20能收集光的最大范围为[-arcsin(NA),arcsin(NA)]，也即[-5.7°，5.7°]。将待测样品水平放置在置物台上，获取此时待测样品在探测器上光强I0.然后依次调整置物台相对水平面的夹角，分别为1°、2°、3°、4°、5°，也即获得倾斜角度分别为1°、2°、3°、4°、5°的倾斜待测面，并获取物镜对应各倾斜待侧面所收集到的光强相对于待测面为水平面时物镜收集的光强比I0的比值，绘制成如图3所示的曲线，基于公式(1)对图3所示曲线进行拟合运算，获取修正参数k＝0.97，c＝1.02，由此获得待测面为倾斜面时物镜收集的光强与待测面为水平面时物镜收集的光强比值γ、倾斜度β之间的对应关系为γ＝1-1.94β/5.7+1.02β2/5.72。
在一些实施例中，可以仅一个标定芯片进行标定，加快标定进度，节约标定成本。在另一些实施例中，可以对不同标定芯片进行标定，从而获得更准确的函数关系。
在一些具体实施例中，所述芯片倾斜表面检测方法用于检测待测样品，所述待测样品表面分布有若干个待测芯片。在该实施例中，在图4所示的芯片倾斜表面检测方法的基础上，还可以包括如图7所示的步骤：
步骤S310：设定表面倾斜度阈值，对所述待测芯片表面的倾斜度进行判定。
步骤S320：对所述判定结果进行可视化处理，输出可视化检测结果图。
在一些具体实施例中，包括设定至少一个表面倾斜度阈值，也即获得至少两个表面倾斜度区间范围。然后对表面倾斜度处于不同区间范围的待测芯片的输出结果赋予不同颜色，以进行可视化处理。在一个优选例中，设定两个表面倾斜度阈值：第一阈值和第二阈值，获得3个表面倾斜度区间范围。当所述待测芯片表面的倾斜度小于或等于第一阈值时，将与所述待测芯片的输出结果设置为第一颜色，例如，第一颜色设置为白色；当所述待测芯片表面的倾斜度大于第一阈值且小于第二阈值时，所述待测芯片的输出结果设置为第二颜色，例如，第二颜色设置为黄色；当所述待测芯片表面的倾斜度大于或等于第二阈值时，所述待测芯片的输出结果设置为第三颜色，例如，第三颜色设置为红色。如图8所示，待测芯片表面的倾斜度越大，对检测后的输出结果设置越深的颜色，以此实现对检测结果的可视化处理，可直观表示出待测芯片的表面倾斜程度。在图8中，每一个方块表示一个待测芯片，白色代表正常，颜色越深表示表面倾斜越大，根据需求，将倾角大于指定角度(例如10°)的芯片标识为缺陷。
在本发明的一些实施例中，可以通过同时测量分布于待测样品的若干待测芯片；在本发明的另一些实施例中，也可以控制表面检测系统相对于置物台按规划的检测路径移动，以分别获取分布于待测样品的若干待测芯片的图像，从而对单个待测芯片表面进行倾斜检测。
本发明通过采用表面检测系统的布置，从而获取待测面为倾斜面时物镜收集的光强与待测面为水平面时物镜收集的光强比值γ、倾斜度β之间的对应关系，由此，可以根据表面检测系统获取待测芯片表面的图像强度，来获取待测芯片表面的图像强度相应的倾斜度，进而可以识别倾角较大的缺陷芯片。
本申请从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其设置有的实用进步性，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本申请以上的说明及附图，仅为本申请的较佳实施例而已，并非以此局限本申请，因此，凡一切与本申请构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本申请专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本申请的专利申请保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种芯片倾斜表面检测方法，其特征在于，包括：
对标定芯片进行标定，获取待测面为倾斜面时的图像强度与待测面为水平面时的图像强度比值、倾斜度β之间的对应关系；
采用表面检测系统获取待测芯片表面的图像强度，所述表面检测系统至少包括移动置物台、物镜和成像探测组件，所述移动置物台用于放置所述待测芯片，所述待测芯片位于所述物镜的视场；以及
利用所述对应关系获取与所述待测芯片表面的图像强度相应的倾斜度；
所述待测面为倾斜面时的图像强度与待测面为水平面时的图像强度比值、倾斜度β之间的对应关系符合如下公式：
；
其中， NA为物镜的数值孔径，其中k、c为标定参数；
通过标定参数k、c修正光学成像系统的物镜的光束收集原理获得的待测面为倾斜面时图像强度与待测面为水平面时图像强度γ、倾斜度β之间的所述对应关系，以改善所述待测芯片表面反射率对所述对应关系的影响。
2.根据权利要求1所述的芯片倾斜表面检测方法，其特征在于，所述表面检测系统至少包括移动置物台、物镜以及成像探测组件，所述对标定芯片进行标定，获取待测面为倾斜面时的图像强度与待测面为水平面时的图像强度比值、倾斜度β之间的对应关系，包括：
将标定芯片载入所述移动置物台；
移动所述移动置物台以将所述标定芯片移入所述物镜的视场，获取所述标定芯片表面为水平面时图像强度I0；
控制所述移动置物台的倾斜角度为指定角度βi；i是不大于N的正整数，N是标定次数，N是正整数；
获取所述移动置物台的倾斜角度为指定角度βi时，所述成像探测组件收集到的图像强度Ii与所述标定芯片表面为水平面时图像强度I0束的图像强度的比值；
对所获取的多对指定角度βi及图像强度比值进行拟合运算，获取所述标定参数k、c值，获得待测面为倾斜面时图像强度Ii与待测面为水平面时图像强度I0比值、倾斜度βi之间的对应关系。
3.根据权利要求1-2任一项所述的芯片倾斜表面检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
设定表面倾斜度阈值，对所述待测芯片表面的倾斜度进行判定；
对所述判定结果进行可视化处理，输出可视化检测结果图。
4.根据权利要求3所述的芯片倾斜表面检测方法，其特征在于，所述设定表面倾斜度阈值包括：
设定至少一个所述表面倾斜度阈值，获得至少两个不同的表面倾斜度区间范围。
5.根据权利要求4所述的芯片倾斜表面检测方法，其特征在于，对所述表面倾斜度处于所述至少两个不同区间范围的所述待测芯片的输出结果赋予不同颜色，进行可视化处理。
6.根据权利要求1-2任一项所述的芯片倾斜表面检测方法，其特征在于，所述采用表面检测系统获取待测芯片表面的图像强度还包括：
对所述待测芯片表面进行对准和焦面测量，并规划检测路径的步骤。
7.根据权利要求1-2任一项所述的芯片倾斜表面检测方法，其特征在于，所述芯片倾斜表面检测方法用于检测待测样品，所述待测样品表面分布有若干个待测芯片。
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