CN114594138A - 一种半导体器件基板检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体器件基板检测系统及方法。检测系统包括清洁子系统，对半导体器件基板进行清洁处理；加热子系统，对半导体器件基板进行加热处理；热成像检测子系统，包括热成像探测器、控制单元、上位机和储存单元；所述热成像探测器对加热后的半导体器件基板进行成像，并将成像信息发送给控制单元；所述上位机对控制单元输出的成像信息进行分析处理，判断缺陷区域，并将分析信息存储在存储单元。本发明能检测出半导体器件基板油污、异物、氧化、针孔、裂缝缺陷，检测精度高，且检测直观、利于操作，同时能够实现在线自动化检测，检测效率高，成本相对低。

Description

一种半导体器件基板检测系统及方法

技术领域

本发明属于半导体器件检测技术领域，涉及一种半导体器件基板检测系统及方法。

背景技术

热电半导体陶瓷基板在使用安装过程需要充分与散热部件接触以保证散热效果，然而由于陶瓷基板表面存在一定的平行度，安装过程与散热部件接触不充分，导致散热效果不佳，此时则需要对表面进行研磨减簿，以降低陶瓷表面平行度。而研磨过程可能造成陶瓷基板损伤，表面微小裂缝裸眼难以发现。如果陶瓷基板有浅层隐患裂纹、针孔、氧化等缺陷，那么将导致后段工艺陶瓷表面金属化成形做电路图时存在功能性隐患。半导体器件基板，如玻璃基板上镀ITO膜形成电路，同样存在类似问题。

半导体器件基板相对于其他材料如金属等，其表面不能存在油污、异物，对缺陷检测要求精度高，一般的检测方法无法满足其高精度的检测需求。

现有各类陶瓷基板裂缝、针孔 检测，现检验设备隐患性裂缝多数使用X-RAY设备，设备一般比较贵重价格高，设备占地面积大，功耗高，导致检测成本高，不利于在线自动化在线检测监控。

发明内容

为解决现有技术中上述问题，本发明提供一种半导体器件基板检测系统，能检测出油污、异物、氧化、针孔、裂缝缺陷，检测精度高，且检测直观、利于操作，同时能够实现在线自动化检测，检测效率高，成本相对低。具体技术方案如下。

半导体器件基板检测系统包括清洁子系统，对半导体器件基板进行清洁；加热子系统，对半导体器件基板进行加热处理；热成像检测子系统，包括热成像探测器、控制单元、上位机以及储存单元；所述热成像探测器对加热后的半导体器件基板进行成像，并将成像信息发送给控制单元；所述上位机对控制单元输出的成像信息进行分析处理，判断缺陷区域，并将分析信息存储在存储单元。本方案中，通过单独加热半导体器件基板，突出缺陷区域与正常区域的温差，增加缺陷检验效果，能精准确认缺陷位置，实现物体表面和浅层缺陷进行缺陷定位，实时反馈缺陷位置。红外热成像检测不易受外界光线影响，具有抗干性强、快速实时、直观，可实现无损非接触、观察面积大等优点，能够满足半导体器件基板表面和浅表层针孔、裂纹、氧化检测和监测。

进一步地，所述热成像检测子系统还包括可见光探测器，所述可见光探测器将被测对象成像信息传送给控制单元，所述上位机结合热成像探测器和可见光探测器的成像信息，综合判断被测对象的缺陷区域和缺陷类型。本方案中，通过可见光探测器和热成像探测器的双重作用，进一步提高检测的精准度。

进一步地，所述检测系统还包括传送子系统以及报警子系统；所述传送子系统包括传送带和机械手，用于被测对象检测过程的传送、缺陷产品与非缺陷产品的位置区分传送；所述报警子系统用于发现缺陷产品时进行报警显示。本方案中利用传送子系统，实现了动态检测，有利于自动化在线检测，缩短了检测时间，提高了检测效率。

本发明的另一目的在于提供一种半导体器件基板检测方法，包括步骤：

S1.对半导体器件基板进行清洁处理；

S2.突出半导体器件基板的缺陷区域与正常区域的温差；

S3.采用缺陷区域与正常区域在视觉上呈现出的不同热斑区域来定义半导体器件基板的缺陷区域；

S4.判断半导体器件基板存在的缺陷类型，所述缺陷类型包括表面有异物油污、氧化、针孔、裂缝。

本半导体器件基板检测方法充分利用了缺陷区域和正常区域在同等温度下呈现不同的温差形态，实现了根据温差来辨别半导体器件基板缺陷的目的，降低了检测环境的敏感度，具有抗干扰性强的优点。

进一步地，所述步骤S1和步骤S2同时进行，或者先进行所述步骤S1，再进行所述步骤S2。本方案中，采用清洁步骤，排除半导体器件基板上附着的异物干扰，此步骤可以与加温步骤同时进行，为了避免两者步骤中传送的污染，并节约检测时间，也可以采用同步进行的方式。

进一步地，当所述步骤S1和步骤S2同时进行时，采用超声波清洁的同时，采用加热的液体对半导体器件基板进行加热；或者采用热风同时进行清洁和加热。本方案中，采用的两种同步方式，清洁效果好的同时确保温度均匀。

进一步地，所述步骤S1中，采用吹扫、超声波清洁、等离子清洁的一种或多种方式进行清洁。本方案中，对半导体清洁的方式存在多种选择，可满足不同实际的需求。

进一步地，所述步骤S2中，通过控制被测对象的传送速度来控制温度差异性程度。在实际中，不同的半导体器件基板不同的缺陷，其温度差异性程度不同，通过控制被测对象的传送速度能够控制加热的时长，进而可根据实际需求控制被测对象热成像的外显化程度，使得缺陷区域与正常区域差异性更加视觉化。

进一步地，所述步骤S4中，预先将各类型缺陷的成像信息进行存储，将当前成像信息与存储的缺陷成像信息比较，通过设定热斑区域的大小、数量、形态比较阈值来确定缺陷类型。本方案中，采用多维度的比较阈值对缺陷类型进行判定，进一步提高了判定的精确度。

进一步地，所述步骤S3中，采用热成像探测器对被测对象进行成像，获取热斑区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明单独加热半导体器件基板，利用热成像原理构成检测系统，能实现对浅层隐患性裂缝、外观检测，尤其适用于陶瓷、玻璃基板以及玻璃基板和陶瓷基板减薄后品质检测和监控，检测精度高。

(2)本发明利用热成像原理构成检测系统，其检测视觉化，降低了检测人员的检测难度，检测效率高。

(3)本发明系统硬件组成相对于现有的X-RAY设备，成本大幅度降低，且占地面积小，有利于与现有的半导体器件基板生产线融合，实现自动化在线检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例2半导体器件基板检测系统组成示意图。

图2为实施例2半导体器件基板检测系统的检测流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种半导体器件基板检测系统，包括传送子系统、清洁子系统、加热子系统、热成像检测子系统。其中，热成像检测子系统包括热成像探测器、控制单元、上位机和储存单元。

本实施例以陶瓷基板检测为例。

传送子系统包括传送带和机械手，用于陶瓷基板检测过程的传送，以及缺陷产品与非缺陷产品的位置区分传送。

本实施例中清洁子系统和加热子系统同时进行对陶瓷基板的清洁和加热处理。将传送子系统传送来的陶瓷基板表面进行异物清洁并均匀加热。具体地，清洁方式可以采用吹扫、纯水/乙丙醇超声波清洁、等离子的一种或多种，保证陶瓷基板表面没有异物，同时对被测对象进行表面均匀加热。本实施例在进行清洁的同时进行加热，如吹扫时利用热风吹扫、超声波清洁同时加热液体的温度方式都可以。在同一个环境加温缺陷与非缺陷区域，确保温度均匀。

热成像检测子系统主要作用是把加热清洁后的半导体器件基板，利用热成像的原理对其表面进行检测，挑选出表面脏污不达标和/或出现氧化、针孔、裂缝的产品。当检测到没有缺陷，则通过传送子系统将被测对象输出到检测OK区域。当检测出未达标的产品，传送子系统将被测对像输出到指定NG区域。

具体地，陶瓷基板被传送带和机械手臂取出后，通过热成像探测器进行成像信息的采集。如果陶瓷基板出现裂缝、异物、油污表面等缺陷，则其缺陷区域表面将呈现出与周围不同的温度区域，在热成镜头下以不同热斑区域显示。热成像探测器对加热后的陶瓷基板进行成像，并将成像信息发送给控制单元；上位机对控制单元输出的成像信息进行分析处理，判断缺陷区域，并将分析信息存储在存储单元。

本实施例的检测方法如下：

S1.对半导体器件基板进行清洁处理；

S2.突出半导体器件基板的缺陷区域与正常区域的温差；

S3.采用缺陷区域与正常区域在视觉上呈现出的不同热斑区域来定义半导体器件基板的缺陷区域；

S4.判断半导体器件基板存在的缺陷类型，其缺陷类型包括表面有异物油污、氧化、针孔、裂缝。

其中，步骤S2中，通过控制被测对象的传送速度来控制温度差异性程度。步骤S4中，预先将各类型缺陷的成像信息进行存储，将当前成像信息与存储的缺陷成像信息比较，通过设定热斑区域的大小、数量、形态比较阈值来确定缺陷类型。

可以理解的是，本实施例虽然以陶瓷基板为例，而玻璃基板等其他半导体器件基板的检测也同样适用。

实施例2

如图1所示，本实施例的半导体器件基板检测系统与实施例1的不同之处在于，检测系统还包括报警子系统，热成像检测子系统还包括可见光探测器。

本实施例还提供了一种具体的实施方式。

热成像探测器驱动器主控芯片选用FPGA主控芯片，型号为ZYNQ7020，同样可采用型号JL7608/JL7609主控芯片。热成像探测器采用型号为VIR-104A 非制冷长波红外光电探测器或CMA384不限各类型号点阵。VIR-104A使用氧化矾材料的微测辐射热计进行红外辐射到电信号的转换，分辨率为640*480，集成于红外热成像相机中。

同时配合可见光探测器检测，利用可见光高分辨率特点，结合热成像探测器进一步提高检测精度。

控制单元主要由型号为ZYNQ_7020的FPGA+ARM芯片，利用FPGA的并发性，可定制接口连接来实现热成像探测器的信号输出配置及算法处理，通过ARM对可见光探测器进行配置及信号输出处理，以及联接上位机接口协议和视频图像的传输。

上位机为Windows下的MFC软件开发的上位机，针对控制单元输出的视频作分析处理及对ZYNQ_7020的控制功能。

储存单元使用型号为W25Q256FV的Flash及MT41K256M16TW的DRAM，其中，Flash作为启动程序的储存，DRAM作为图像和数据包括命令等在启动运行后的运行空间。

如图2所示，当上位机判断出缺陷产品时，通过报警子系统进行报警显示，警示操作人员。

本实施例给出的半导体器件基板检测系统具体硬件、软件搭建方法，其成本较低，检测精度高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。

Claims (10)

1.一种半导体器件基板检测系统，其特征在于，所述检测系统包括

清洁子系统，对半导体器件基板进行清洁处理；

加热子系统，对半导体器件基板进行加热处理；

热成像检测子系统，包括热成像探测器、控制单元、上位机以及储存单元；所述热成像探测器对加热后的半导体器件基板进行成像，并将成像信息发送给控制单元；所述上位机对控制单元输出的成像信息进行分析处理，判断缺陷区域，并将分析信息存储在存储单元。

2.根据权利要求1所述的半导体器件基板检测系统，其特征在于，所述热成像检测子系统还包括可见光探测器，所述可见光探测器将被测对象成像信息传送给控制单元，所述上位机结合热成像探测器和可见光探测器的成像信息，综合判断被测对象的缺陷区域和缺陷类型。

3.根据权利要求1或2所述的半导体器件基板检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括传送子系统以及报警子系统；所述传送子系统包括传送带和机械手，用于被测对象检测过程的传送、缺陷产品与非缺陷产品的位置区分传送；所述报警子系统用于发现缺陷产品时进行报警显示。

4.一种半导体器件基板检测方法，其特征在于，包括步骤：

S1.对半导体器件基板进行清洁处理；

S2.突出半导体器件基板的缺陷区域与正常区域的温差；

S3.采用缺陷区域与正常区域在视觉上呈现出的不同热斑区域来定义半导体器件基板的缺陷区域；

S4.判断半导体器件基板所存在的缺陷类型，所述缺陷类型包括表面有异物油污、氧化、针孔、裂缝。

5.根据权利要求4所述的半导体器件基板检测方法，其特征在于，所述步骤S1和步骤S2同时进行，或者先进行所述步骤S1，再进行所述步骤S2。

6.根据权利要求5所述的半导体器件基板检测方法，其特征在于，当所述步骤S1和步骤S2同时进行时，采用超声波清洁的同时采用加热的液体对半导体器件基板进行加热，或者采用热风同时进行清洁和加热。

7.根据权利要求4所述的半导体器件基板检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用吹扫、超声波清洁、等离子清洁的一种或多种方式进行清洁。

8.根据权利要求5所述的半导体器件基板检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过控制被测对象的传送速度来控制温度差异性程度。

9.根据权利要求4至8任意一项所述的半导体器件基板检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，预先将各类型缺陷的成像信息进行存储，将当前成像信息与存储的缺陷成像信息比较，通过设定热斑区域的大小、数量、形态比较阈值来确定缺陷类型。

10.根据权利要求4所述的半导体器件基板检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用热成像探测器对被测对象进行成像，获取热斑区域。

Images