DE2907774A1 - Verfahren zur automatischen lageerkennung von halbleiterelementen - Google Patents

Description

• Verfahren zur automatischen Lageerkennung von Halb-
• leiterelementen.
• Das Hauptpatent bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Lageerkennung von Halbleiterelementen.
• Das dem Hauptpatent zugrundeliegende Problem betrifft ein opto-elektronisches bezthrungsloses Verfahren zur weitgehend muster- und oberflächene igenschaftenunabhängigen automatischen Lageerkennung von Halbleiterelementen, vorzugsweise integrierten Schaltkreisen, insbesondere für die Justierung bei Automaten für die Drahtmontage und bei der Ubernahme von Halbleiterelementen (Chip) an Legier-/ Klebeautomaten.
• Die genaue opto-elektronische Erfassung von Maß, Form und Lage wird häufig durch folgende Umstände erschwert: zu geringer Kontrast zwischen Objekt und Umgebung, starke zeitliche und örtliche Schwankungen des Kontrastes und starke örtliche Helligkeitsunterschiede in der Umgebung der gesuchten Objekte.
• Dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Lageerkennung von Halbleiterelementen zu realisieren, das typenunabhängig, weitgehend oberflächenunabhängig und mit vergleichsweise geringem Aufwand herzustellen ist.
• Außerdem sollen damit die erwähnten erschwerenden Umstände weitgehend beseitigt werden.
• Die Lösung des Hauptpatentes besteht darin, daß eine Lagebestimmung des Chips tiber die Ritz- bzw. Systemkante (und nicht über die Struktur bzw. das Muster im Inneren der Chips) durch eine zeilenförmige, aus der Umgebung des Chips kommende und über diesen hinweggehende Abtastung vorgenommen wird, wobei die Zeilen parallel oder nahezu parallel zur Richtung der gesuchten geradlinigen Kante verlaufen und die momentanen Intensitäten der Helligkeitswerte zeilenweise oder zeilenabschnittsweise aufintegriert werden, die daraus resultierenden Werte gespeichert und die Differenz aus dem Ergebnis von aufeinanderfolgenden Zeilen gebildet und nur die Polarität daraus zur weiteren Auswertung herangezogen wird, die der gesuchten Kante (z. B. Systemkante hell/dunkel) entspricht und weiter dieses Ergebnis mit einem Faktor, der der Rauheit der jeweiligen Stelle im Bild e¢ntspricht, gewichtet wird, daß Differenzen in einem rauhen Bereich deutlich abgeschwächt und Differenzen in einem glatten Bereich deutlich hervorgehoben werden und daß durch eine zusätzliche elektronische Breitenbewegung scharfkantige Linien (System-, Ritzkante) von breiten übergängen hervorgehoben und daraus über eine Zeilenzählung ein Signal zur Korrektur der Lage des Chips gewonnen und zur Lagekorrektur ausgegeben wird.
• Die vorliegende Erfindung erstrebt eine Erhöhung der Erkennungssicherheit und eine Erweiterung der erfaßbaren Ausbildungen von Systemkanten. Dazu dient eine wirkungsvollere elektronische Erfassung der Räuheit, sowie eine logische Uberwachung der Ergebnisse anhand eines Orthogonalitätskriteriums sowie eine Formuntersuchung des Verlaufs der Differenz der zeilenweisen Integrale im Bereich der Ritz- und Systemkante. Außerdem soll bei der Lagebestimmung für Einzelhalbleiter und kleine integrierte Schaltkreise das Verfahren durch Verwendung von nur zwei orthogonal aufeinander angeordneten Gesichtsfeldern durch optische Verfahren in einem Fernsehbild angeordnet werden, so daß die Erkennungszeit wesentlich verkürzt wird.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in besonders einfacher Weise dadurch gelöst, daß für die elektronische Erfassung eines rauhen Bereiches entsprechend für jede Zeile zugeordnete elektronische Signale dadurch erzeugt werden, daß vorzugsweise eine Differenzierung in Zeilenrichtung und eine anschließende Betragsbildung sowie eine zeilen- bzw. zeilenabschnittsweise Integration erfolgt und daß diese Folgen von zeilenweise zugeordneten Spannungswerten zueinander in verschiedene Phasenlagen gebracht werden und daß diese vorzugsweise durch eine Summenbildung zusammengefaßt werden. Durch diese Erweiterung werden rauhe Bereiche, die singuläre glatte Stellen aufweisen, besser zu einer geschlossenen Fläche zusammengefaßt.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Systemkante durch eine Formerkennung der zeilenweisen Integrale bzw. deren Differenz im Bereich der Ritz- und Systemkante durchgeführt. Diese Formerkennung wird am einfachsten über eine Ritzkantenerkennung ausgelöst.
• Zur Ermittlung der Ritzkante wird mit paralleler oder anderer Auflichtbeleuchtung gearbeitet, die sowohl bei der Ritzkante als auch bei der Systenikante aufgrund der Böschungen bzw. Reflexionsunterschiede hinreichende Konturen liefert und das Video signal aus einer zeilenweisen Abtastung, die annähernd parallel zu den gesuchten Kanten verläuft, zeilenweise integriert, ferner die Differenz aufeinanderfolgender zeilenwei ser Integrale gebildet, anschließend dieses Ergebnis mit einem der Rauheit proportionalen Signal gewichtet und das daraus resultierende Signal über einen Komparator zur Bestimmung der Ritzkante anhand der zeilenweisen Differenz der Integrale einen Maximalwertdetektor (bzw. Minimalwertdetektor) aktiviert und Uber dessen Ergebnismeldung die Ritzkante bestint und davon ausgelöst ein Minimalwertdetektor (bzw. Xaximalwertdetektor) die Lage der Systemkante ebenfalls anhand des Verlaufs der Differenz der zeilenweisen Integrale bestimmt. Dadurch können SystemkAnten mit höherer Sicherheit und gleichzeitig geringerer Ausprägung der Kontur gefunden werden. Zusätzlich darf die Systemkante einen universellen Charakter, wie z. B. Hell-Dunkel-Hellübergang oder Dunkel/Hell bzw.
• Hell/Dunkel-Übergang, aufweisen.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können bei einem Verfahren mit drei Gesichtsfeldern, von denen zwei z. B. auf der Längsseite und eines aux der Querseite angeordnet sind, zur Vermeidung von Fehlerkennungen in jedem der drei Gesichtsfelder anhand von jeweils zwei Spalten ein Winkel je Gesichtsfeld berechnet und die Ergebnisse der Gesichtsfelder untereinander verglichen und ferner ebenfalls ein Winkel aus den beiden Gesichtsfeldern an der Längskante bestimmt werden und dieser mit dem errechneten Winkel aus der Querkante verglichen werden. Da die Systemkante bzw. Ritzkante eines integrierten Schaltkreises orthogonal zueinander verlaufen, müssen bei einer richtigen Erkennung diese Winkel gleich sein.
• Die Hauptanforderung an ein automatisches Lageerkennungssystem ist neben der Erkennungsgenauigkeit eine möglichst geringe Rate an falsch erkannten Systemen, die zu einem Stillstand der Maschine führen können. Zur Vermeidung von Fehlerkennungen werden Winkelbetrachtungen herangezogen, die den orthogonalen Verlauf der Ritz- bzw. Systemkante zur Grundlage haben.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Verfahren zur Lagebestimmung, vorzugsweise bei Einzelhalbleitern und kleinen integrierten Schaltkreisen mit zwei orthogonal angeordneten Gesichtsfeldern, das Verfahren so gestaltet werden, daß durch entsprechende optische Abbildung, Ausblendung, Bilddrehung bzw. Verschiebung dieser Gesichtsielder auf eine einzige Fernsehkamera untereinander angeordnet werden, so daß in einem Fernsehbild beide Koordinaten gleichzeitig bestimmt werden können. Auf diese Weise wird erreicht, daß durch die gleichzeitige Auswertung in einem Fernsehbild die Auswertzeit deutlich verkürzt wird, ohne daß dabei der elektronische Aufwand erhöht werden muß (nur 1 TV-Kamera, 1 Auswertelektronik). Ferner erhöht sich die Zuverlässigkeit der Anlage bei einer gleichzeitigen Verringerung der Herstellkosten.
• Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein erweitertes Schaltungsprinzip zur Lageerkennung der Systemkante durch universelle Erfassung der Rauheit und Formerkennung im Bereich der Ritz- und Systemkante, Figur 2 zur Erzeugung einer geschlossenen Fläche im rauhen Bereich: Rauheitssignale in unterschied- licher Phasenlage und deren Zusammenfassung, Figur 3 eine mögliche Schaltungsanordnung zur Zusammenfassung der Rauheitssignale, Figur 4 die Formerkennung im Bereich der Ritz- und Systemkante, sowie zulässige, unterschiedliche Ausbildungen der Systemkante, Figur 5 eine mögliche Uberwachung des Orthogonalitätskriteriums zur Vermeidung von Fehlerkennungen und Figur 6 die Lagebestimmung in xy-Richtung in einem einzigen Gesichtsfeld durch entsprechende Anordnung der Einzelgesichtsfelder.
• Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des prinzipiellen Signalverlaufs. Das ankommende Videosignal U(x) eines zeilenförmig arbeitenden Bildwandlers teilt sich in zwei Kanäle auf. Der obere dient zur Hervorhebung der geradlinigen Kanten aus unregelmäßig geformten Konturen.
• Der untere Kanal dient zur elektronischen Erfassung. der unterschiedlichen Rauheiten. Dazu wird nach einer Differenzierung des Videosignals U(x) dieses Ergebnis gleichgerichtet IUl und dann zeilenweise integriert und dieses Ergebnis in unterschiedlichen Phasenlagen gebracht und anschließend zusammengefaßt, am einfachsten durch eine Summenbildung (Figur 3) Eine Verknüpfung der beiden Kanäle durch Division b/c hebt geradlinige Kanten im glatten Bereich hervor und unterdrückt eventuelle Störungen im rauhen Bereich. Mit dem so gewichteten Signal der zeilenweisen Differenz der Integrale wird über einen Komparator K der Beginn des Be- reichs Ritzkante/Systemkante festgestellt und das ursprUngliche, nicht gewichtete zeilenweise Differenzsignal der Integrale auf eine Formerkennungsschaltung über einen in der Figur nur symbolisch dargestellten Schalter S1 durchgeschaltet.
• Die Formerkennung F umfaßt ein Extremwertbe stimmungsgli ed oder -glieder für die durchgeschalteten zeilenweisen Integrale bzw. deren Differenzen. Diese bestehen vorzugsweise aus einem Maximalwertdetektor Xl für die Bestimmung der Ritzkante und einem von dieses Ergebnis über Schalter S2 aktivierten Xinimalwertdetektor M2 für die gesuchte Systemkante, Je nach Signalverlauf kann anstelle des Maximalwertdetektors M1 ein Minimalwertdetektor M2 treten und umgekehrt. Als Ergebnis R liegt dann eine Zeilennummer für die Lage der Systemkante vor.
• Im ersten Diagramm der Figur 2 wird der Verlauf des Rauheitsintegrals UR senkrecht zur Integrationsrichtung bzw. Zeilenrichtung dargestellt. Deutlich sind Einbrüche in einem an sich rauhen Bereich festzustellen, die bei einer Gewichtung der zeilenweisen Differenz der Integrale eine nicht hinreichende Abschwächung dieses Signals erzielen würden.
• Darunter ist das gleiche Signal mit unterschiedlichen Phasenlagen, von denen nur eine gestrichelt dargestellt ist, wiedergegeben. Unter diesem Bild ist gezeigt, wie durch Zusammenfassung ( F) der verschiedenen Phasenlagen lokale Einbrüche im Verlauf des Rauheitsintegrals UR aufgefüllt werden.
• Uber den Diagrammen dieser Figur ist der Ausschnitt eines Chips Ch mit Ritzkante R, Systemkante S, Integrations länge 1 und dessen Umgebung aufgezeichnet, der dem Signalverlauf in den Diagrammen in etwa entspricht.
• Figur 3 zeigt eine mögliche Schaltungsanordnung zur Zusammenfassung der unterschiedlichen Phasenlagen der Rauheitssignale. Zweckmäßigerweise werden die Phasenlagen ## durch Verzögerung um jeweils eine Fernsehzeile mit Sample and Hold-Stufen realisiert.
• Figur 4 zeigt drei Beispiele I - III für prinzipiell mögliche Ausbildungen des Chips und dessen Umgebung im Bereich der Ritzkante und Systemkante. Ferner ist ortsmäßig zugeordnet der Verlauf der Differenz der Differenz der zeilenweisen Integrale in diesem Bereich für die drei Beispiele dargestellt. Der jeweilige Verlauf zeigt, daß für alle drei Beispiele I - III die Systemkante über eine Maximalwert- MA bzw. Minimalwertbestii#rnwig MI eindeutig gefunden werden kann. g1 ist der Zeitbereich in dem der Maximalwertdetektor, aktiviert durch den Komparator K, wirksam ist, #2 ist der Bereich in dem der Minimalwertdetektor MI - aktiviert durch das Ergebnis des vorangegangenen Maximalwertdetektors NA - wirksam ist.
• Figur 5 zeigt einen integrierten Schaltkreis Ch mit den drei Gesichtsfeldern As B, C und deren spaltenweise Unterteilung sowie die Lage der Systemkante YzA...y3c in den einzelnen Spalten. Die Überprüfung des Orthogonali tätskriteriums besteht beispielsweise darin, daß innerhalb jedes Gesichtsfeldes aus der Lage der Systemkante in zwei Spalten ein Winkel berechnet wird und daß kontrolliert wird, ob diese drei berechneten Winkel untereinander übereinstimmen. Der Winkel CiA berechnet sich beispielsweise nach Die Berechnung der anderen Winkel erfolgt entsprechend anhand von Y1B, Y4B für das Gesichtsfeld B sowie Y3C für das Gesichtsfeld C.
• Ferner wird noch kontrolliert, ob der Winkel gebildet aus einer Spalte im Gesichtsfeld B und einer Spalte im Gesichtsfeld C beispielsweise nach der Gleichung mit dem Winkel aA aus dem Gesichtsfeld A übereinstimmt. Mit L ist in der Figur 5 der Verfahrwert bezeichnet.
• Figur 6 zeigt einen Einzelhalbleiter und dessen Umgebung mit zwei orthogonal aufeinander angeordneten Gesichtsfeldern zur Lagebestimmung in x- und y-Richtung sowie eine Aufteilung dieser beiden Gesichtsfelder durch entsprechende optische Abbildung, Bilddrehung bzw. Verschiebung in ein gemeinsames Fernsehbild (6b), so daß innerhalb eines Fernsehbildes sowohl die Lage in x- als auch in y-Richtung bestimmt werden kann. Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu.sehen, daß die Erkennungszeit deutlich verkürzt wird und die Zuverlässigkeit der Anlage durch eine Verringerung der Auswerteelektronik verbessert wird.
• 5 Patentansprüche 6 Figuren L e e r s e i t e

Claims (5)

1. PatentansprEche.

   ,. Opto-elektronisches, beruhrungsloses Verfahren zur weitgehend muster- und oberflächeneigenschaftenunabhängigem, automatischen Lageerkennung von Halbleiterelementen, vorzugsweise integrierten Schaltkreisen, insbesondere für die Justierung bei Automaten für die Drahtmontage und bei der Übernahme von Haibleiterelementen (chip) an Legier-/Klebeautomaten mit einer Lagebestimmung des Chips über die geradlinige Ritz- bzw.

   Systemkante durch eine zeilenfdrmige aus der Umgebung des Chips kommende und über dieses hinweggehende Abtastung nach Patent ... (P 28 16 324), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die elektronische Erfassung eines rauhen Bereiches entsprechend für Jede Zeile zugeordnete elektronische Signale dadurch erzeugt werden, daß vorzugsweise eine Differenzierung in Zeilenrichtung und eine anschließende Betragsbildung sowie eine zeilen- bzw. zeilenabschnittsweise Integration erfolgt und daß diese Folgen von zeilenweise zugeordneten Spannungswerten zueinander in verschiedene Phasenlagen gebracht und diese vorzugsweise durch eine Summenbildung zusammengefaßt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Systemkante durch eine Formerkennung des Verlaufes der Differenz der zeilenweisen Integrale bzw. der Integrale selbst im Bereich der Ritz- und Systemkante erfaßt wird, und daß vorzugsweise diese Formerkennung von der Erkennung der Ritzkante ausgeldst wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t ? daß zur Ermittlung der Ritzkante mit paralleler Auflichtbeleuchtung gearbeitet wird, die sowohl bei der Ritzkante als auch bei der System- kante aufgrund der Böschungen bzw. Reflexionsunterschiede hinreichende Konturen liefert und daß das Videosignal aus einer zeilenweisen Abtastung, die annähernd parallel zu den gesuchten Kanten verläuft, zeilenweise integriert wird, ferner die Differenz aufeinanderfolgender zeilenweiser Integrale gebildet wird, anschließend dieses Ergebnis mit einem der Rauheit proportionalen Signal gewichtet wird und daß das daraus resultierende Signal über einen Komparator zur Bestimmung der Ritzkante anhand der zeilenweisen Differenz der Integrale einen Maximalwertdetektor aktiviert und daß über dessen Ergebnismeldung die Ritzkante bestimmt wird und davon ausgelöst ein Minimalwertdetektor die Lage der Systemkante ebenfalls anhand des Verlaufs der Differenz der zeilenweisen Integrale bestimmt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 mit 3 Gesichtsfeldern von denen zwei z. B. auf der Längsseite und eines auf der Querseite des Chips angeordnet sind, d a d u r c h g e'k e n n z e i c h n e t , daß zur Vermeidung von Fehlerkennungen in jedem der drei Gesichtsfelder anhand von jeweils zwei Spalten ein Winkel vom Gesichtsfeld berechnet und die Ergebnisse der Gesichtsfelder untereinander verglichen, ferner ebenfalls ein Winkel aus den beiden Gesichtsfeldern an der Längsseite bestimmt wird und dieser mit dem errechneten Winkel aus der Querkante verglichen wird.
5. 5. Verfahren zur Lagebestimmung, vorzugsweise mit einem Halbleiter mit zwei orthogonal angeordneten Gesichtsfeldern nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß durch entsprechende optische Abbildung, Ausblendung, Bilddrehung bzw. Verschiebung dieses Gesichtsfeldes auf einen einzigen Bildwandler, vorzugsweise Fernsehkamera untereinander angeordnet werden, so daß in einem Fernsehbild beide Koordinaten gleichzeitig bestimmt werden können.