CN1241021A - 破裂检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种晶片破裂检测系统,包括可转动的安装在底座上的滚筒、安装在底座上的晶片盒用于容纳接触滚筒时转动的多个晶片、照射晶片的一侧边缘使之比它的周围更亮的照明装置、对照亮的晶片的一侧边缘摄影的摄影装置、和图像处理单元,通过处理来自摄影装置输入的图像信号、将处理的图像信号设置为预定的窗口、将窗口分为两个以使具有预定图形、和对比分开的子窗口的正态相关系数来确定晶片破裂的存在。以及一种使用晶片破裂检测系统的晶片破裂检测方法。

Description

破裂检测系统和方法

本发明涉及检测晶片破裂(chipping)的系统和方法，特别涉及到其中的结构及方法都得到改善的检测晶片破裂的系统和方法。

一般来说，半导体制造生产线进行将裸硅晶片变为作为单独元件或集成电路的半导体存储器的晶片工艺。

在晶片加工中，需要约四到八周进行如堆叠、构图和注入等的一系列复杂的工艺。经过这种工艺时晶片可能会损坏，其中晶片的边缘破裂很微小，以至于不能用肉眼检测到(下文将这种现象称做“破裂”)。与之相邻的晶片也可能受到损伤。如果破裂的晶片在早期阶段没有检测出并且没有除去，那么成本将增加。

本发明的目的是提供一种检测晶片破裂的系统和方法，其中改进了它的结构和方法。

为了达到以上目的，提供一种晶片破裂检测系统，包括可转动的安装在底座上的滚筒、安装在底座上的晶片盒，用于容纳接触滚筒时转动的多个晶片、照射晶片的一侧边缘使之比它的周围更亮的照明装置、对亮晶片的一侧边缘摄影的摄影装置、和图像处理单元，通过处理来自摄影装置输入的图像信号、将处理的图像信号设置为预定的窗口、将窗口分为两个以使具有预定图形、和对比分开的子窗口的正态相关系数来确定晶片破裂的存在。

摄影装置最好是电荷耦合器件(CCD)。

为达到以上目的，提供一种使用晶片破裂检测系统检测晶片破裂的方法，晶片破裂检测系统包括可转动的安装在底座上的滚筒、接触滚筒用于容纳多个转动晶片的晶片盒、以预定角度照明晶片一侧边缘的照明装置、对晶片的一侧边缘摄影的摄影装置、以及处理来自摄影装置输入的图像信号的图像处理装置，该方法包括以下步骤：(a)以预定的转动速度转动晶片，(b)以预定的角度照射晶片的一侧边缘使之比它的周围更亮，(c)对照亮晶片的一侧边缘摄影，(d)通过图像处理单元将图像信号设置为预定的窗口，(e)将窗口分为两个，(f)设置新的子窗口以使两个分开的窗口的边缘线位于相同的线上，(g)测量各子窗口的正态相关系数，以及(h)通过将正态相关系数与预定的参考值相对比确定晶片破裂的存在。

此外，本发明还包括将窗口分为两个，并且将来自每个分开窗口的一侧端的垂直线剖面最高像素值设置为子窗口的中心。

根据本发明的另一方面，提供一种使用晶片破裂检测系统检测晶片破裂的方法，晶片破裂检测系统包括可转动的安装在底座上的滚筒、接触滚筒用于容纳多个转动晶片的晶片盒、以预定角度照明晶片一侧边缘的照明装置、对晶片的一侧边缘摄影的摄影装置、以及处理来自摄影装置输入的图像信号的图像处理装置，该方法包括以下步骤：(a)以预定的转动速度转动晶片，(b)以预定的角度照射晶片的一侧边缘使之比它的周围更亮，(c)当晶片以预定的转动速度转动一周时通过连续地对照亮晶片的一侧边缘摄影，对晶片的整个边缘摄影，(d)将连续的两个图像信号设置为预定的两个窗口，(e)测量两个窗口的正态相关系数，(f)通过将正态相关系数与预定的参考值相对比确定晶片破裂的存在，

通过下面的方程计算正态相关系数，

[方程] ${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{xy}}=\frac{\mathrm{Cov}(x,y)}{{\mathrm{\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y}$ 其中， $\mathrm{Cov}(x,y)=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}(x_i-\stackrel{-}{x})(y_i-\stackrel{-}{y}),$ ${\mathrm{\σ}}_x=\frac{\sqrt{\mathrm{N\Σ}{x}^2-\left(\mathrm{\Σ}\stackrel{-}{x}\right)}}{N(N-1)},$ ${\mathrm{\σ}}_y=\frac{\sqrt{\mathrm{N\Σ}{y}^2-\left(\mathrm{\Σ}{y}^2\right)}}{N(N-1)}$

通过参考附图对优选实施例的详细介绍，本发明的以上目的和优点将变得更明显。

图1为根据本发明的一个实施例的晶片破裂检测系统的结构的透视图；

图2为沿图1的II-II线截取的剖面图；

图3示出了晶片盒，其中窗口设置在晶片一侧边缘上；

图4示出了相对于图3的窗口的垂直划分状态；

图5为根据本发明的另一实施例的晶片破裂检测方法的流程图；

图6示出了图4的窗口被重新设置为子窗口的状态；

图7示出了设置图6的子窗口的方法；

图8到10示出了图5的晶片破裂检测方法的具体例子；

图11为根据本发明的另一实施例晶片破裂检测方法的流程图；以及

图12示出了根据图11的检测方法设置窗口的方法。

参考作为透视图和剖面图的图1和2，示意性地示出了根据本发明的一个实施例的晶片破裂检测系统的结构，可转动的滚筒10安装在底座1内。晶片盒20被与滚筒10的轴向平行地安装在底座1上。容纳在晶片盒20内的多个晶片可转动地被放置接触滚筒10。晶片盒20安装在底座1上。照明装置30和摄影装置40以预定的角度定位在晶片盒20上方。还包括处理摄影装置40产生的图像信息的图像处理单元50。

用于一般半导体制造工艺的晶片盒20是一种当在工艺中完成一个工序后进行下一工艺时防止晶片22的表面免受灰尘和杂质的污染的容器。晶片盒20包括主体21和沿主体21的内表面的两个侧壁24形成的多个晶片插入口25。晶片插入口25包括形成在相互相邻的隔离壁26之间的槽25a该隔离壁从侧壁24伸出。晶片22放置在槽25a内并保持在原位。由于晶片盒20的上部和下部都敞口，当晶片22放入晶片插入口25内时，晶片22的上部和下部从盒20内伸出。

滚筒10在底座1内被设置在晶片盒20轴向方向的晶片盒20下，并安装在底座1内，以便通过滚筒10的转动接触晶片22使晶片22在晶片盒20内转动。滚筒10的转动轴11与一对齿轮60组合。齿轮连接到驱动电机。由此，通过驱动电机70的转动，滚筒10以预定的速度转动。接触滚筒10的晶片22在晶片盒内转动。这里，最好是这样来设置驱动电机70以便相对于晶片盒20晶片22以6rpm的速度转动。

照明装置30位于晶片盒20上方，使放置在晶片盒20内的晶片22的一侧边缘22a比它的周围更亮。照明装置30接收来自未显示的另外的电源的电能，以便维持适当的照明。照明装置的位置和亮度可以被控制以使调节到晶片盒20和晶片22的位置和标准。

CCD摄像机用做对由照明装置30照亮的晶片22的一侧边缘22a摄影的摄影装置40。此外，摄影装置40可以对其内放置许多晶片的晶片盒摄影，通过以预定的角度将多个CCD摄像机安装在晶片盒20上将晶片盒分为均匀的部分。通过这样做，可以增加处理数据的速度和测量精度。由于晶片22每10秒转动一回，因此设置摄影装置40使晶片22转动一回时对晶片22的边缘(edge)照相约300次。即，产生300张晶片22的图片信息。图片信息转移到下面的图像处理装置50。

图像处理装置50处理由摄影装置40提供的图像信号，并将该信号提供到监视器52或相关控制器。监视器52用于接收来自图像处理装置50的图像数据并显示要工作的目标或设置下面的窗口。此外，图像处理装置50被连接到可编程逻辑控制器PLC(未显示)。

图像处理装置50接收来自晶片22的图像数据，并通过下面的方式确定晶片22破裂的存在：如图3和4所示，设置对应于该数据的预定窗口80、将窗口80用垂直线81分为两个、得到分开的窗口82a和82b的子窗口、以及使用方程1测量子窗口的正态相关系数NCCρ_xy。

下面结合图1、2和5详细说明通过具有以上结构的系统进行的本发明优选实施例的检测晶片破裂的方法。

当通过PLC来操作检测系统时，在步骤110中，驱动电机70转动，由此使晶片盒20内的晶片22以预定的转动速度(6rpm)转动。即，驱动电机70转动安装在转动轴71上的齿轮，由此转动与齿轮60结合的滚筒10。因此，接触滚筒10的晶片22转动。

使用照明装置30照明晶片22的一侧边缘22a，以使一侧边缘比它的周围更亮(步骤S120)，并使用摄影装置摄影(步骤S130)。

如图3所示，在步骤S140中通过图像处理装置50将晶片22的图像信号设置为预定窗口80。即，要检测的晶片22的一侧边缘22a被显示在监视器52的窗口图形内。

如图4所示，窗口80由垂直线81分为两个并设置成两个窗口(步骤S150)。垂直地将窗口分为两个以便对比分开的两个窗口82a和82b的相关系数σ_x和σ_y。

当分开的两个窗口82a和82b直接相互比较时，由于两个窗口82a和82b的边缘线82a′和82b′不在相同的线上，所以不可能得到正确的对比值。因此，设置新的子窗口90a和90b以使分开的两个窗口82a和82b的边缘线82a′和82 b′在相同的线上，如图6所示，以便增强对比的精确度(步骤S160)。即，如图7所示，将分开的两个窗口的一侧端垂直线的剖面84a和84b的最高像素值Pa和Pb设置为子窗口90a和90b的中心Ca和Cb。

在步骤S170中，得到子窗口90a和90b的相关系数σ_x和σ_y并且测量相关系数的正态相关系数(NCC)ρ_xy，如方程1所示。

在步骤S180中，通过将NCCρ_xy与适当的参考值进行对比检测晶片22破裂的存在。例如，当参考值为0.800时，如图8到10所示，图8的NCCρ_xy是0.97，为正常。图9和10的NCCρ_xy分别是0.700和0.600，显示出存在破裂。

由于当晶片22转动一回时摄影装置40对一个晶片22照相300次，在对晶片22的每转动一回的300个边缘图象信息的检测中，NCC不小于0.800的晶片22确定为没有破裂的正常晶片。

以上实施例对应于分开型检测方法，其中分开各窗口以便如上所述增加NCC的测量精确度。

现在参考图1、2和11说明根据本发明的另一实施例的检测晶片破裂的方法。由于相同于上述实施例中的参考数字的步骤进行相同的功能，下面详细地介绍本实施例的步骤特点。

作为连续型检测方法的本实施例与分开型检测方法的不同之处在于采用连续的两个图像信号，即已得到的图像数据和通过晶片22的连续转动接下来输入的新的图像信号。

如图12中所提到的，在步骤S200中，通过假设已设置的图像信号为窗口W1而通过晶片22的转动新输入的图像信号作为窗口W2来设置连续的两个图像信号。

因此，此时由于晶片边缘线总是显示在相同的位置We，所以不用设置子窗口就可以增加以上提到的测量精确度。

其余系统的设置和得到NCC的工艺都与以上提到的相同。在这里省略了详细的介绍。

[方程1] ${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{xy}}=\frac{\mathrm{Cov}(x,y)}{{\mathrm{\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y}$ 其中， $\mathrm{Cov}(x,y)=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}(x_i-\stackrel{-}{x})(y_i-\stackrel{-}{y}),$ ${\mathrm{\σ}}_x=\frac{\sqrt{\mathrm{N\Σ}{x}^2-\left(\mathrm{\Σ}\stackrel{-}{x}\right)}}{N(N-1)},$ ${\mathrm{\σ}}_y=\frac{\sqrt{\mathrm{N\Σ}{y}^2-\left(\mathrm{\Σ}{y}^2\right)}}{N(N-1)}$

这里，σ_x和σ_y表示两个子窗口或连续的窗口的相关系数。N表示每个边缘线的剖面的像素值。x和y表示两个窗口的亮度值。 x和 y分别表示亮度值的平均值。Cov(x，y)表示具有从-1到+1的值的各亮度值的协方差。

根据本发明，可以通过在晶片工艺的初始步骤中使用用于检测晶片破裂的系统和方法的视觉系统确定晶片破裂的存在分出较差的晶片，并实现了自动和精确的检测系统和方法，可以在短时间内检查大量的晶片。

Claims (9)

1.一种晶片破裂检测系统，其特征在于该系统包括：

可转动的安装在底座上的滚筒；

安装在底座上的晶片盒，用于容纳接触滚筒时转动的多个晶片；

照射晶片的一侧边缘使之比它的周围更亮的照明装置；

对照亮的晶片的一侧边缘摄影的摄影装置；以及

图像处理单元，通过处理来自摄影装置输入的图像信号、将处理的图像信号设置为预定的窗口、将窗口分为两个以使具有预定图形、和对比分开的子窗口的正态相关系数来确定晶片破裂的存在。

2.根据权利要求1的晶片破裂检测系统，其特征在于通过下面的方程计算正态相关系数，

[方程] ${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{xy}}=\frac{\mathrm{Cov}(x,y)}{{\mathrm{\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y}$ 其中， $\mathrm{Cov}=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}(x_i-\stackrel{-}{x})(y_i-\stackrel{-}{y}),$ ${\mathrm{\σ}}_x=\frac{\sqrt{\mathrm{N\Σ}{x}^2-\left(\mathrm{\Σ}\stackrel{-}{x}\right)}}{N(N-1)},$ ${\mathrm{\σ}}_y=\frac{\sqrt{\mathrm{N\Σ}{y}^2-\left(\mathrm{\Σ}{y}^2\right)}}{N(N-1)}$

3.根据权利要求1的晶片破裂检测系统，其特征在于摄影装置是电荷耦合器件(CCD)。

4.一种使用晶片破裂检测系统的晶片破裂检测方法，晶片破裂检测系统包括可转动的安装在底座上的滚筒、用于容纳接触滚筒时转动的多个晶片的晶片盒、以预定角度照明晶片一侧边缘的照明装置、对晶片的一侧边缘摄影的摄影装置、以及处理来自摄影装置输入的图像信号的图像处理装置，其特征在于该方法包括以下步骤：

(a)以预定的转动速度转动晶片；

(b)以预定的角度照射晶片的一侧边缘使之比它的周围更亮；

(c)对照亮的晶片的一侧边缘摄影；

(d)通过图像处理单元将图像信号设置为预定的窗口；

(e)将窗口分为两个；

(f)设置新的子窗口以便两个分开的窗口的边缘线位于相同的线上；

(g)测量各子窗口的正态相关系数；以及

(h)通过将正态相关系数与预定的参考值相对比确定晶片破裂的存在。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于通过下面的方程计算正态相关系数；

[方程] ${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{xy}}=\frac{\mathrm{Cov}(x,y)}{{\mathrm{\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y}$ 其中， $\mathrm{Cov}(x,y)=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}(x_i-\stackrel{-}{x})(y_i-\stackrel{-}{y})$ ${\mathrm{\σ}}_x=\frac{\sqrt{\mathrm{N\Σ}{x}^2-\left(\mathrm{\Σ}\stackrel{-}{x}\right)}}{N(N-1)},$ ${\mathrm{\σ}}_y=\frac{\sqrt{\mathrm{N\Σ}{y}^2-\left(\mathrm{\Σ}{y}^2\right)}}{N(N-1)}$

6.根据权利要求4的方法，其特征在于在步骤(e)中窗口被分为两个。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于最高像素值来自每个分开窗口的一侧端垂直线的剖面。

8.一种使用晶片破裂检测系统的晶片破裂检测方法，晶片破裂检测系统包括可转动的安装在底座上的滚筒、用于容纳接触滚筒时转动的多个晶片的晶片盒、以预定角度照明晶片一侧边缘的照明装置、对晶片的一侧边缘摄影的摄影装置、以及处理来自摄影装置输入的图像信号的图像处理装置，其特征在于该方法包括以下步骤：

(a)以预定的转动速度转动晶片；

(b)以预定的角度照射晶片的一侧边缘使之比它的周围更亮；

(c)当晶片以预定的转动速度转动一回时通过连续地对照亮的晶片的一侧边缘摄影，对晶片的整个边缘摄影；

(d)将连续的两个图像信号设置为两个预定窗口；

(e)测量两个窗口的正态相关系数；以及

(f)通过将正态相关系数与预定的参考值相对比确定晶片破裂的存在。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于通过下面的方程计算正态相关系数，

[方程] ${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{xy}}=\frac{\mathrm{Cov}(x,y)}{{\mathrm{\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y}$ 其中， $\mathrm{Cov}(x,y)=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}(x_i-\stackrel{-}{x})(y_i-\stackrel{-}{y}),$ ${\mathrm{\σ}}_x=\frac{\sqrt{\mathrm{N\Σ}{x}^2-\left(\mathrm{\Σ}\stackrel{-}{x}\right)}}{N(N-1)},$ ${\mathrm{\σ}}_y=\frac{\sqrt{\mathrm{N\Σ}{y}^2-\left(\mathrm{\Σ}{y}^2\right)}}{N(N-1)}$

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