TWI533428B - A silicon wafer pre - alignment device and its method - Google Patents

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Description

一種矽片預對準裝置及其方法
本發明係關於半導體設備領域，尤其係關於一種矽片的預對準裝置及其方法。
TSV(矽通孔技術)是藉由在晶片和晶片之間、晶圓和晶圓之間製作垂直導通，實現晶片之間互連的最新技術，具有封裝尺寸小、信號傳輸快、功耗低等優點。
標準矽片在經過各道TSV工藝後，矽片邊緣表現為：鍵合不一致，不同心；邊緣有磨損；有畫線槽；矽片表面有濺射金屬或者絕緣膠；矽片有翹曲。矽片缺口表現為：缺口不穿透、有破損、被金屬或者膠填充或覆蓋、有金屬線路等狀況。由於矽片缺口形貌發生了劇烈惡化，在目前世界上流行的TSV封裝技術生產線中均採用Aligner實現TSV矽片(帶有缺口的矽片)的曝光，Aligner對於矽片的缺口不考慮直接人工對準標記進行曝光。然而，以往的TSV矽片預對準方式，會有效率低、預對準精度低，而且預對準精度容易受到人為干擾、無法實現自動化作業等問題。
除了TSV矽片預對準之外，實際過程中還需要對翹曲片、超薄片、Taiko片等多種工藝片進行定位，但由於各種工藝片的定心定向過程中存在不同的難點，因此，如何提供一種能夠同時適應TSV矽片、翹曲片、超薄片、Taiko片等多種工藝類型矽片的預對 準裝置是發明所技術領域中具有通常知識者急待解決的一個技術問題。
本發明的第一個目的是提供一種TSV矽片預對準裝置及其方法，以解決現有TSV矽片預對準方法效率低、預對準精度低且預對準精度容易受到人為干擾、無法實現自動化作業的問題。
本發明的第二個目的是提供一種適應多種類型工藝矽片的預對準裝置及方法，以解決現有技術中，多種類型工藝矽片無法在同一個預對準裝置中相容處理的問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種矽片預對準裝置，包括第一裝置，用於使該矽片產生旋轉和升降運動，該第一裝置包括第一吸盤，用於吸附該矽片；第二裝置，用於使該矽片相對於該第一吸盤做平移運動；位置探測裝置，該位置探測裝置包括光源、位於該第一吸盤上方的圖像感測器和位於該第一吸盤下方的鏡片，該光源發出的光束經過該矽片、該第一吸盤和該鏡片後，將該矽片相對該第一吸盤的位置資訊帶給該圖像感測器，其中，該第一裝置和第二裝置能夠根據該圖像感測器獲取的該位置資訊對該矽片相對該第一吸盤的位置進行調整。
較佳地，該位置資訊包括該矽片中心與該第一吸盤中心之間的偏移量，該第一裝置和第二裝置能夠根據該偏移量對該矽片相對該第一吸盤的徑向位置進行調整。
較佳地，該第一裝置還包括：旋轉電機，用於帶動該第一吸盤做旋轉運動；以及升降電機，用於帶動該第一吸盤做升降運動。
較佳地，該第二裝置包括：第二吸盤，設於該第一吸盤外側，其中，該第一吸盤藉由該升降電機與該第二吸盤進行該矽片交接；以及平移電機，用於帶動該第二吸盤和該矽片產生平移從而調整該矽片相對於該第一吸盤的徑向位置。
較佳地，該第一吸盤與該第二吸盤均包括若干吸附孔。
較佳地，該圖像感測器包括多個CCD排列成一維線陣，該一維線陣的延長線穿過該第一吸盤的中心位置。
較佳地，該位置探測裝置包括反射光機系統和/或對射光機系統。
較佳地，該反射光機系統包括該光源、第一鏡頭、該圖像感測器和該鏡片，該光源為第一光源，用於發出第一波長的光束，該鏡片為反射鏡片，用於反射該第一波長的光束，該第一鏡頭位於該第一吸盤上方且位於該圖像感測器的下方，用於使該第一波長的光束引導至該矽片和該反射鏡片上後，反射至該圖像感測器。
較佳地，該對射光機系統包括該光源、第二鏡頭、該圖像感測器和該鏡片，該光源為第二光源，用於發出第二波長的光束，該鏡片為透射鏡片，用於透射該第二波長的光束，該第二鏡頭位於該第一吸盤下方，用於使該第二波長的光束透過該矽片和該透射鏡片入射至該圖像感測器。
較佳地，該鏡片為過濾鏡片，用於反射第一波長的光束且透射第二波長的光束。
較佳地，該矽片為邊緣具有缺口的TSV矽片、翹曲片、超薄片或Taiko片，藉由該對射光機系統檢測該超薄片或Taiko 片相對該第一吸盤的該位置信息，藉由該反射光機系統檢測該TSV矽片相對該第一吸盤的該位置資訊。
較佳地，該位置資訊還包括該缺口在該TSV矽片上的位置以及該缺口在該第一吸盤上的位置，該第一裝置還根據該位置資訊對該TSV矽片相對該第一吸盤進行周向上的位置調整。
本發明還提供了一種採用如上該的矽片預對準裝置對該TSV矽片進行預對準的方法，其步驟包括：S100：將該TSV矽片吸附於該第一吸盤上，該第一光源發出的第一波長的光束照射於該TSV矽片的邊緣；S200：該第一吸盤旋轉一周，該圖像感測器獲取該第一吸盤上的該TSV矽片的邊緣圖像，並計算該TSV矽片的中心與該第一吸盤的中心之間的偏移量；S300：將該TSV矽片從該第一裝置交接至該第二裝置，該第二裝置根據得到的該偏移量移動該TSV矽片，使該TSV矽片的中心與該第一吸盤的中心對齊；S400：將該TSV矽片從該第二裝置交接至該第一裝置，該第一吸盤旋轉一周，該圖像感測器獲取該第一吸盤上的該TSV矽片的邊緣圖像，並確定該TSV矽片的中心與該第一吸盤的中心之間的該偏移量是否小於一預設值，若是則進入步驟S500，若否則返回步驟S300；S500：該圖像感測器精細掃描該TSV矽片上的缺口位置，獲取該缺口的邊緣圖像，從中提取該缺口的邊緣座標，並對該缺口的位置特徵進行識別，完成定向操作。
較佳地，計算該TSV矽片的中心與該第一吸盤的中心 之間的該偏移量包括：S210：該圖像感測器獲取該TSV矽片的二維邊緣圖像，從該矽片的邊緣圖像中提取該矽片的邊緣座標；S220：將該TSV矽片的邊緣座標轉換到該第一吸盤坐標系下的座標；S230：使用最小二乘法求解在第一吸盤坐標系下的該TSV矽片的中心座標；S240：計算該TSV矽片的中心座標與該第一吸盤的中心座標的差值。
較佳地，在S210步驟中，該圖像感測器採用線陣式CCD圖像感測器，該CCD圖像感測器將採集的該TSV矽片的一維邊緣圖像資料藉由軟體合成該二維邊緣圖像。
較佳地，S200步驟還包括：根據該TSV矽片的邊緣圖像判斷該TSV矽片的類型，根據該TSV矽片的類型確定該第一光源的光強。
較佳地，在S500步驟中，精細掃描包括以下步驟：S511：使該第一吸盤位於初始位置，使得該TSV矽片的該缺口在該圖像感測器的下方逆時針方向；S512：將該第一吸盤順時針旋轉一定角度，使得該TSV矽片的該缺口完全經過該圖像感測器，該圖像感測器採集該缺口的一維圖像；S513：將該缺口的一維圖像資料擬合成一幅二維圖像；S514：從該二維圖像中提取該缺口的邊緣座標並與該缺口的特徵進行匹配，若找到該缺口，則定向操作完成；若未找到該缺口， 使用一計數器計數，按該計數器內的重試次數依次指向步驟S515、S516、S517和S518；S515：則使該第一吸盤回到初始位置，並將該第一吸盤逆時針旋轉半個該缺口弧度，重複S512至S514步驟；若找到該缺口，則定向操作完成；S516：則使該第一吸盤回到初始位置，並將該第一吸盤順時針旋轉半個該缺口弧度，重複S512至S514步驟；若找到該缺口，則定向操作完成；S517：則增加光強，使該第一吸盤回到初始位置，重複S512至S514步驟；若找到該缺口，則定向操作完成；S518：則減弱光強，使該第一吸盤回到初始位置，重複S512至S514步驟；若找到該缺口，則定向操作完成。
較佳地，在S500步驟中，精細掃描還包括以下步驟：
S519：在執行完步驟S514後，判斷該計數器內的重試次數是否超過一設定值，若該重試次數未超過設定值，則按該計數器計內的重試次數依次指向S515、S516、S517和S518；若該重試次數超過設定值，則結束定向操作，預對準結束。
相較於現有技術，本發明提供的矽片預對準裝置及其方法具有如下優點：適應多種工藝類型矽片1.利用圖像感測器採集的光線信號對TSV矽片的偏心量和偏向量進行補償；2.解決了TSV矽片不能實現自動化作業的問題；3.在軟體上實現TSV矽片的定心和定向問題，提高了定心和定 向的精度；4.採用線陣式的CCD圖像感測器採集的一維圖像合成二維圖像的方法，解決了面陣式的CCD圖像感測器採集的圖像中提取TSV矽片信息量過大、影像處理速度慢、識別矽片邊緣和缺口效率低的問題；5.能夠適應多種工藝類型矽片的預對準。
10‧‧‧玻璃基板
20‧‧‧CCD圖像感測器
30‧‧‧預對準底座
40‧‧‧第一裝置
41‧‧‧圓形吸盤(第一吸盤)
42‧‧‧圓形吸盤底座
43‧‧‧旋轉電機
44‧‧‧升降電機
45‧‧‧柔性材料
46‧‧‧吸附孔
50‧‧‧第二裝置
51‧‧‧半月吸盤(第二吸盤)
52‧‧‧半月吸盤底座
53‧‧‧直線電機
54‧‧‧直線電機底座
60‧‧‧矽片
61‧‧‧缺口
62‧‧‧交叉點
63‧‧‧第一斜邊
64‧‧‧第二斜邊
65‧‧‧兩斜邊交點
70‧‧‧反射光機系統
71‧‧‧反射光源
72‧‧‧反射鏡頭
73‧‧‧鏡片
80‧‧‧對射光機系統
81‧‧‧對射光源
82‧‧‧對射鏡頭
圖1為本發明實施例一的矽片預對準裝置的結構示意圖。
圖2為本發明實施例一的矽片預對準裝置中反射光機系統的結構示意圖。
圖3為本發明實施例一的矽片預對準裝置中反射光機系統的光路走向示意圖。
圖4為本發明實施例一的矽片預對準裝置中反射式預對準示意圖。
圖5為矽片預對準裝置中圓形吸盤的結構示意圖。
圖6為矽片預對準裝置中半月吸盤的結構示意圖。
圖7為矽片預對準裝置中圓形吸盤底座的結構示意圖。
圖8為本發明實施例二的矽片預對準裝置的結構示意圖。
圖9為本發明實施例三的TSV矽片預對準方法中精細掃描前CCD圖像感測器與TSV矽片的位置示意圖。
圖10為本發明實施例三的TSV矽片預對準方法中精細掃描後CCD圖像感測器與TSV矽片的位置示意圖。
圖11為本發明實施例三的TSV矽片預對準方法中缺口特徵圖 像。
圖12為本發明實施例三的TSV矽片預對準方法的流程圖。
圖13為本發明實施例三的TSV矽片預對準方法步驟S200的流程圖。
圖14為本發明實施例三的TSV矽片預對準方法步驟S500的流程圖。
為了更詳盡的表述上述發明的技術方案，以下列舉出 具體的實施例來證明技術效果；需要強調的是，這些實施例用於說明本發明而不限於限制本發明的範圍。
[實施例一]
本發明提供的矽片預對準裝置，其結構如圖1和圖2所示，包括反射光機系統70、圖像感測器20(較佳地為CCD圖像感測器)、第一裝置40和第二裝置50，第一裝置40使矽片產生旋轉和升降運動，第二裝置50使矽片產生平移運動。該反射光機系統70包括反射光源71和反射鏡頭72。可選的，該反射光源71為紅光，該反射鏡頭72用於將反射光源71發出的光引導至矽片60上。
該CCD圖像感測器20能夠採集該反射光源71從該矽片60上反射的光線信號，該第一裝置40和第二裝置50根據該光線信號能夠對該矽片60的位置進行調整。本發明利用圖像感測器採集的光線信號對矽片60的位置進行補償，提高了矽片60的預對準精度，同時提高了工作效率，可實現自動化作業。
較佳地，請重點參考圖1，該第一裝置40包括：圓形 吸盤41、旋轉電機43和升降電機44，且該旋轉電機43帶動該圓形吸盤41做R向旋轉(即繞Z方向旋轉)運動，該升降電機44帶動圓形吸盤41和該旋轉電機43做Z向升降運動，該圓形吸盤41吸附該矽片60，該CCD圖像感測器20檢測該矽片60中心與該圓形吸盤41中心的位置偏差，如果該矽片60是TSV矽片，則該CCD圖像感測器20還能檢測TSV矽片的缺口位置。
較佳地，請繼續參考圖1，該第一裝置40還包括圓形吸盤底座42、該圓形吸盤41放置於該圓形吸盤底座42上，該圓形吸盤底座42固定於該旋轉電機43上，該旋轉電機43固定於該升降電機44上。
較佳地，請繼續參考圖1，該第二裝置50包括：半月吸盤51和直線電機53，該半月吸盤51設於該圓形吸盤41外側，該圓形吸盤41藉由升降電機44與該半月吸盤51進行矽片交接，該直線電機53能夠帶動該半月吸盤51和矽片60做沿C向的直線運動從而補償矽片60中心與該圓形吸盤41中心的位置偏差。
較佳地，請繼續參考圖1，該第二裝置50還包括：半月吸盤底座52和直線電機底座54，該半月吸盤51藉由該半月吸盤底座52與該直線電機53固定連接，該直線電機53藉由該直線電機底座54固定於該預對準底座30上。
較佳地，第一裝置40和第二裝置50設於預對準底座30上。
較佳地，請參考圖3和圖4，該CCD圖像感測器20與該反射光源71位於該玻璃基板10的同一側。也就是說，採用反射式預對準方式，具體地，請重點參考圖2，該反射光源71發出光線，經 反射鏡頭72反射後，垂直照射在該矽片60上並反射至該CCD圖像感測器20。
較佳地，請重點參考圖2，並結合圖1，以矽片60為TSV矽片為例，該反射光機系統70的反射式預對準過程具體為：該矽片60被放置於該圓形吸盤41上，圓形吸盤41打開真空吸附住矽片60，該反射光源71發出的光束經過該反射鏡頭72入射至該矽片60表面，找到矽片60的邊緣；圓形吸盤41旋轉帶動矽片60旋轉一周，光束經該鏡片73的反射後入射至該CCD圖像感測器20，CCD圖像感測器20收集藉由矽片60反射回來的光線，獲取其資料並計算出偏心值；圓形吸盤41下降，與半月吸盤51交接，半月吸盤51根據計算出的偏心值帶著矽片60移動，移動量為計算出來的偏心值，使矽片中心與圓形吸盤41的中心對齊，達到定心的效果；圓形吸盤41旋轉至矽片的矽片60缺口處，實現定向的目的。本發明採用反射式預對準方式，用來解決由於矽片下方玻璃基板10(用於承載矽片)沒有缺口，對準檢測用光束無法透過基板，導致矽片60的矽片缺口部分無法清晰呈現在CCD圖像感測器20上，以及矽片60中的多層片之間不同心引起的採集得到的資料無法區分矽片邊緣還是玻璃基板10邊緣，從而無法精確對矽片定心和定向的問題。而反射式預對準方式可以達到清晰採集矽片缺口邊緣，由於矽片缺口部分和矽片其他部分的反射率不一致，CCD圖像感測器20接收到的資訊也就不一致，從而分辨出矽片缺口，即使不同心也可以區分矽片邊緣和玻璃基板10邊緣，最終實現對矽片的定心定向。
另外，請繼續參考圖3，反射光源71發出的光線在矽片60的表面會出現一些發散現象，較佳地，該圓形吸盤41下方與該 CCD圖像感測器20相對應的位置處設有鏡片73，藉由增加該的鏡片73，增強矽片60表面的反射光線，從而降低發散現象帶來的影響，使得CCD圖像感測器20得到的矽片60邊緣的圖像更加明顯，方便後續的影像處理。
較佳地，該CCD圖像感測器20採用一維線陣式，該線陣為包括1024個圖元且其延長線藉由圓形吸盤41圓心。採用線陣式的CCD圖像感測器20，藉由圓形吸盤41帶動矽片60旋轉一段距離，在此期間CCD圖像感測器20按照固定節拍採集圖像，將每次採集的一維圖像，藉由軟體合成一組二維圖像。藉由利用CCD圖像感測器20採集的一維圖像合成二維圖像，能夠解決面陣式的CCD圖像感測器採集的圖像中提取矽片信息量過大、影像處理速度慢、識別矽片邊緣和缺口效率低的問題。
較佳地，請重點參考圖5和圖6，該圓形吸盤41和半月吸盤51的吸附區的外緣處設有柔性材料45，較佳地，該柔性材料45為橡膠，在圓形吸盤41和半月吸盤51的吸附區的邊緣處設置橡膠，在吸附翹曲片時，可以利用橡膠的變形量來補償翹曲矽片的翹曲變形量，以解決預對準裝置中吸附翹曲片困難的問題；請結合圖7，本發明可以藉由增加圓形吸盤41的升降行程和吸盤底座52的高度H(如圖7所示)，以適應翹曲片翹曲變形所引起的矽片預對準過程中所需的矽片法向(垂向)尺寸增大的問題。
較佳地，請繼續參考圖5和圖6，該圓形吸盤41和半月吸盤51均為多孔吸附，也就是說，該圓形吸盤41和半月吸盤51的吸附區內均設有多個吸附孔46，採用多孔吸附的方式代替單點吸附的方式，使矽片在吸附過程中所受的吸附力更加均勻，由吸附力引起 的矽片表面變形小，以此來保護超薄片和Taiko片不受損傷。
[實施例二]
較佳地，雖然採用反射光機系統70也可以處理普通片以及各種工藝片，但系統處理資料量大，效率低，因此，本發明採用反射光機系統70專門用於處理矽片，另外增加對射光機系統80，用於處理TSV以外的其他矽片。具體地，本發明提供的另一種矽片預對準裝置，適應多種工藝類型矽片預對準，其結構如圖8所示，與實施例一的區別在於還包括一對射光機系統80，該對射光機系統80包括對射光源81和對射鏡頭82，該對射光源81為綠光。該對射光源81與該CCD圖像感測器20分別位於該矽片的兩側，該對射光源81發出的光束經該對射鏡頭82入射至該矽片的表面，經該鏡片73的透射後入射至該線陣CCD圖像感測器20。
該矽片預對準裝置在該反射光機系統70與該對射光機系統80之間切換，以適應不同工藝類型的矽片預對準檢測。
其具體的工作過程為：當處理矽片時，反射光源71(紅光)打開，紅光打在反紅透綠鏡片73上，光路反射回來，實現反射式預對準。
當處理其他矽片時，對射光源81(綠光)打開，綠光打在反紅透綠鏡片73上，光路透過，實現透射式預對準。採用反紅透綠鏡片，以線上切換兩種光機系統，實現兩種光機系統的相容，能夠在處理各種工藝片的同時，最大限度的提高預對準效率。
本發明提供的適應多種工藝類型矽片的預對準裝置不僅能對普通標準矽片進行對準，還能夠實現翹曲片、TSV矽片、 超薄片、Taiko片等多種工藝片的定位對準，無需更換預對準裝置，降低了設備成本，增大了設備的應用範圍。
綜上述，本發明提供的適應多種工藝類型矽片的預對準裝置，藉由在圓形吸盤41和半月吸盤51的吸附區的外緣處設置柔性材料45，來補償翹曲片的翹曲變形量；利用反射式預對準方式檢測矽片邊緣的資訊，解決矽片上的缺口無法清晰呈現線上陣CCD圖像感測器20上，導致定心定向困難的問題；採用多孔吸附代替單點吸附，確保超薄片和Taiko片所受的吸附力均勻，避免損傷，從而實現多型工藝類型矽片在同一個預對準裝置中的相容處理。
[實施例三]
請重點參考圖12，並結合圖1至圖11，本發明還提供了一種矽片預對準方法(本實施例中以TSV矽片為例)，應用於如上該的矽片預對準裝置，其步驟包括：S100：將矽片60吸附於該圓形吸盤41上，該反射光源71發出的光束照射於該矽片60的邊緣；請參考圖9，O是矽片60的中心，r是矽片60的半徑，缺口61處在CCD圖像感測器20下方逆時針方向，缺口61靠近CCD圖像感測器20的中心線的一邊在矽片60的邊緣處的交點與CCD圖像感測器20在矽片60的邊緣處的交點所形成的弧度的角度大小為b，其中，b的角度大小可變，主要由CCD圖像感測器20掃描缺口61距離的長短決定。如果需要掃描較長一段距離，則b角度應增大，如果掃描距離較小，則b角度應減少。b的角度大小決定採集缺口61的圖像品質，對後續影像處理有較大影響。缺口61在矽片60上對應的弧度為c。
S200：該旋轉電機43帶動圓形吸盤41旋轉一周，該CCD圖像感測器20獲取該圓形吸盤41上的矽片60的邊緣圖像，並利用定心算法計算該矽片60與該圓形吸盤41的偏心值；較佳地，如圖13所示，該定心算法的步驟如下：S210：該CCD圖像感測器20獲取矽片60的二維邊緣圖像，較佳地，該CCD圖像感測器20採用線陣式，將採集的矽片的一維邊緣圖像資料藉由軟體合成該二維邊緣圖像，較佳地，採集至少2000幀矽片的一維邊緣圖像，將該矽片的邊緣圖像轉換成邊緣座標，具體的，轉換方式為：藉由矽片半徑的關係建立CCD圖像感測器20和矽片位置的關係，即CCD圖像感測器20的每個圖元到圓心的距離是可知的，那麼拍攝一幀CCD圖像，藉由影像處理就可以知道矽片所處在的位置，如果拍攝2000幀，並組成一幅圖像，原理也是一樣的。由於缺口61有2條邊(如圖11所示，第一斜邊63和第二斜邊64)，找到第一斜邊63和第二斜邊64後，就知道缺口61在圖像中的位置，缺口61的座標是和圓形吸盤41為同一個坐標系；S220：將獲取的矽片60的邊緣圖像的座標轉換到圓形吸盤41坐標系下的座標；S230：使用最小二乘法求解在第一吸盤坐標系下的矽片60的中心座標；S240：計算矽片60的中心座標與該圓形吸盤41的中心座標的差值。
較佳地，在S200步驟中，根據矽片60的二維邊緣圖像判斷矽片60的類型，根據矽片60的類型確定該反射光源71的光強。具體地，本發明利用打射在矽片60上光強的變化，反射和散色效果 不同，解決不同工藝類矽片邊緣和缺口圖像採集適應性的問題。
在定心階段，利用同一光強獲取矽片60邊緣一周的圖像，根據圖像的灰度或者二值化之後圖像非零點的點數和，作為判別矽片60類型的依據。具體地，不同工藝的矽片，在同一種光照下，採集的圖像品質不同，藉由影像處理技術，將矽片進行分類。
具體分類的方法如下：1、同一種光強拍攝不同類型的矽片；2、將圖像按照同一閾值的二值化函數處理，處理後圖像只留下黑點和白點；3、計算每一種矽片的白點點數；4、由於每種矽片差異較大，不同工藝的矽片落在白點點數區域不同；5、根據不同的區域判斷不同的矽片類型。
對於每種矽片60，調試出最適合的光強，使得缺口61圖像完整、清晰，降低影像處理難度，同時也能夠提高缺口61特徵及邊緣特徵的識別率及預對準效率。根據上述依據，每一層工藝設定以一檔光強。
S300：該升降電機44帶動該圓形吸盤41下降，將該矽片60交接至該半月吸盤51，該半月吸盤51根據得到的偏心值移動該矽片60，使該矽片60的中心與該圓形吸盤41的中心對齊；S400：該升降電機44帶動該圓形吸盤41上升，將該矽片60再次交接至該圓形吸盤41，重複S200至S300步驟，直至該CCD圖像感測器20檢測到該矽片60與該圓形吸盤41的偏心值在誤差允許範圍內，定心操作完成； 需要說明的是：在圓形吸盤41與半月吸盤51的整個交接矽片過程中，該矽片60都被圓形吸盤41緊密吸附，交接產生的誤差相對於偏心誤差可以忽略不計。
S500：CCD圖像感測器20精細掃描該矽片60上的缺口61位置，獲取矽片60的缺口61的二維邊緣圖像，從該缺口61的邊緣圖像中提取缺口61的邊緣座標，並對缺口61的位置特徵進行識別，完成定向操作。
較佳地，請重點參考圖11，將缺口61的第一斜邊63和第二斜邊64作為特徵信號，在擬合的矽片缺口二維邊緣圖像資料中尋找匹配的缺口，兩斜邊交點65相對於該矽片中心O的方向作為缺口61的方向，同時約束兩條斜邊的斜率、截距。
較佳地，請重點參考圖14，在S500步驟中，精細掃描包括以下步驟：S511：使該圓形吸盤41位於初始位置，使得該矽片60的缺口61在該CCD圖像感測器20的下方逆時針方向；S512：將該圓形吸盤41順時針旋轉角度a，a的大小為b與c大小的和，即a=b+c，也就是說，使得該矽片60的缺口61完全經過該CCD圖像感測器20，該CCD圖像感測器20採集缺口一維圖像，較佳地，採集大於等於2000幀的缺口的一維圖像；S513：將該缺口61的一維圖像資料擬合成一幅二維圖像；S514：從該二維圖像中提取該缺口61的邊緣座標並與該缺口的特徵進行匹配，若找到該缺口61，則定向操作完成；若未找到該缺口61，使用一計數器計數，按該計數器內的重試次數依次指向步驟S515、S516、S517和S518； S515：若未找到缺口61，則可能缺口位置有逆時針偏差，也就是說，缺口偏順時針，因此旋轉電機43的旋轉軸(R軸)回復至初始位置後，帶動圓形吸盤41逆時針旋轉半個缺口弧度c(此時沒有調節光強)，重複步驟S512至S514，若找到缺口61，則定向操作完成；S516：若仍未找到缺口61，則可能缺口位置有順時針偏差，也就是說，缺口偏逆時針，因此旋轉電機43的旋轉軸(R軸)回復至初始位置後，帶動圓形吸盤41順時針旋轉半個缺口弧度c(此時沒有調節光強)，重複步驟S512至S514，若找到缺口61，則定向操作完成；S517：若仍未找到缺口61，則可能CCD點光源光的強度不合適，增加光強，使該圓形吸盤41回到初始位置，重複步驟S512至S514；若找到缺口61，則定向操作完成；S518：若仍未找到缺口61，則可能CCD點光源光的強度不合適，減弱光強，使該圓形吸盤41回到初始位置，步驟重複S512至S514；若找到缺口61，則定向操作完成；較佳地，還包括以下步驟：S519：若仍未找到缺口61，判斷該計數器內的重試次數是否超過設定值，若該重試次數未超過設定值，則按該計數器計內的重試次數依次指向S515、S516、S517和S518；若重試次數超過設定值，則結束定向操作，預對準結束。
本發明提供的矽片預對準方法，實現了矽片60預對準的自動化作業，同時提高了預對準的精度。
綜上述，本發明提供的矽片預對準裝置及其方法，該 裝置包括光源10、圖像感測器(較佳地為CCD圖像感測器20)、第一裝置40和第二裝置50。第一裝置40使矽片產生旋轉和升降運動，第二裝置50使矽片產生平移。該第一裝置40吸附矽片60，該CCD圖像感測器20採集該光源10從該矽片60上反射的光線信號，該第一裝置40和第二裝置50根據該光線信號完成該矽片60定心和定向調整。本發明利用圖像感測器採集的光線信號對矽片60的偏心值和偏向值進行補償，提高了矽片60的預對準精度，同時提高了工作效率，可實現自動化作業。
顯然，發明所屬技術領域中具有通常知識者可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
30‧‧‧預對準底座
40‧‧‧第一裝置
41‧‧‧圓形吸盤(第一吸盤)
42‧‧‧圓形吸盤底座
43‧‧‧旋轉電機
44‧‧‧升降電機
50‧‧‧第二裝置
51‧‧‧半月吸盤(第二吸盤)
52‧‧‧半月吸盤底座
53‧‧‧直線電機
54‧‧‧直線電機底座

Claims (16)

  1. 一種矽片預對準裝置，其特徵在於，包括：第一裝置，用於使該矽片產生旋轉和升降運動，該第一裝置包括第一吸盤，用於吸附該矽片；第二裝置，用於使該矽片相對於該第一吸盤做平移運動；位置探測裝置，該位置探測裝置包括光源、位於該第一吸盤上方的圖像感測器和位於該第一吸盤下方的鏡片，該光源發出的光束經過該矽片、該第一吸盤和該鏡片後，將該矽片相對該第一吸盤的位置資訊帶給該圖像感測器，其中，該第一裝置和第二裝置能夠根據該圖像感測器獲取的該位置資訊對該矽片相對該第一吸盤的位置進行調整，其中，該位置探測裝置包括反射光機系統，該反射光機系統包括該光源、第一鏡頭、該圖像感測器和該鏡片，該光源為第一光源，用於發出第一波長的光束，該鏡片為反射鏡片，用於反射該第一波長的光束，該第一鏡頭位於該第一吸盤上方且位於該圖像感測器的下方，用於使該第一波長的光束引導至該矽片和該反射鏡片上後，反射至該圖像感測器，其中，該矽片為邊緣具有缺口的矽通孔矽片，藉由該反射光機系統檢測該矽通孔矽片相對該第一吸盤的該位置資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項之矽片預對準裝置，其中，該位置資訊包括該矽片中心與該第一吸盤中心之間的偏移量，該第一裝置和第二裝置能夠根據該偏移量對該矽片相對該第一吸盤的徑向位置進行調整。
  3. 如申請專利範圍第1項之矽片預對準裝置，其中，該第一裝置 還包括：旋轉電機，用於帶動該第一吸盤做旋轉運動；以及升降電機，用於帶動該第一吸盤做升降運動。
  4. 如申請專利範圍第3項之矽片預對準裝置，其中，該第二裝置包括：第二吸盤，設於該第一吸盤外側，其中，該第一吸盤藉由該升降電機與該第二吸盤進行該矽片交接；以及平移電機，用於帶動該第二吸盤和該矽片產生平移從而調整該矽片相對於該第一吸盤的徑向位置。
  5. 如申請專利範圍第4項之矽片預對準裝置，其中，該第一吸盤與該第二吸盤均包括若干吸附孔。
  6. 如申請專利範圍第1項之矽片預對準裝置，其中，該圖像感測器包括多個CCD排列成一維線陣，該一維線陣的延長線穿過該第一吸盤的中心位置。
  7. 如申請專利範圍第1項之矽片預對準裝置，其中，該位置探測裝置還包括對射光機系統。
  8. 如申請專利範圍第7項之矽片預對準裝置，其中，該對射光機系統包括該光源、第二鏡頭、該圖像感測器和該鏡片，該光源為第二光源，用於發出第二波長的光束，該鏡片為透射鏡片，用於透射該第二波長的光束，該第二鏡頭位於該第一吸盤下方，用於使該第二波長的光束透過該矽片和該透射鏡片入射至該圖像感測器。
  9. 如申請專利範圍第7項之矽片預對準裝置，其中，該鏡片為過濾鏡片，用於反射第一波長的光束且透射第二波長的光束。
  10. 如申請專利範圍第7項之矽片預對準裝置，其中，該矽片為 邊緣具有缺口的翹曲片、超薄片或Taiko片，藉由該對射光機系統檢測該超薄片或Taiko片相對該第一吸盤的該位置信息。
  11. 如申請專利範圍第10項之矽片預對準裝置，其中，該位置資訊還包括該缺口在該矽通孔矽片上的位置以及該缺口在該第一吸盤上的位置，該第一裝置還根據該位置資訊對該矽通孔矽片相對該第一吸盤進行周向上的位置調整。
  12. 一種採用申請專利範圍第11項之矽片預對準裝置對該矽通孔矽片進行預對準的方法，其特徵在於，其步驟包括：步驟100：將該矽通孔矽片吸附於該第一吸盤上，該位置探測裝置包括反射光機系統，該反射光機系統包括該光源、第一鏡頭、該圖像感測器和該鏡片，該光源為第一光源，用於發出第一波長的光束，該鏡片為反射鏡片，用於反射該第一波長的光束，該第一鏡頭位於該第一吸盤上方且位於該圖像感測器的下方，用於使該第一波長的光束引導至該矽片和該反射鏡片上後，反射至該圖像感測器，該第一光源發出的光束照射於該矽通孔矽片的邊緣；步驟200：該第一吸盤旋轉一周，該圖像感測器獲取該第一吸盤上的該矽通孔矽片的邊緣圖像，並計算該矽通孔矽片的中心與該第一吸盤的中心之間的偏移量；步驟300：將該矽通孔矽片從該第一裝置交接至該第二裝置，該第二裝置根據得到的該偏移量移動該矽通孔矽片，使該矽通孔矽片的中心與該第一吸盤的中心對齊；步驟400：將該矽通孔矽片從該第二裝置交接至該第一裝置，該第一吸盤旋轉一周，該圖像感測器獲取該第一吸盤上的該矽通孔矽片的邊緣圖像，並確定該矽通孔矽片的中心與該第一吸盤的中心之 間的該偏移量是否小於一預設值，若是則進入步驟步驟500，若否則返回步驟步驟300；步驟500：該圖像感測器精細掃描該矽通孔矽片上的缺口位置，獲取該缺口的邊緣圖像，從中提取該缺口的邊緣座標，並對該缺口的位置特徵進行識別，完成定向操作。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中，計算該矽通孔矽片的中心與該第一吸盤的中心之間的該偏移量包括：步驟210：該圖像感測器獲取該矽通孔矽片的二維邊緣圖像，從該矽片的邊緣圖像中提取該矽片的邊緣座標；步驟220：將該矽通孔矽片的邊緣座標轉換到第一吸盤坐標系下的座標；步驟230：使用最小二乘法求解在第一吸盤坐標系下的該矽通孔矽片的中心座標；步驟240：計算該矽通孔矽片的中心座標與該第一吸盤的中心座標的差值，該差值為該偏移量。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中，在步驟210中，該圖像感測器採用線陣式CCD圖像感測器，該CCD圖像感測器將採集的該矽通孔矽片的一維邊緣圖像資料藉由軟體合成該二維邊緣圖像。
  15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中，步驟200還包括：根據該矽通孔矽片的邊緣圖像判斷該矽通孔矽片的類型，根據該矽通孔矽片的類型確定該第一光源的光強。
  16. 如申請專利範圍第12項之方法，其中，在步驟500中，精細掃描包括以下步驟： 步驟511：使該第一吸盤位於初始位置，使得該矽通孔矽片的該缺口在該圖像感測器的下方逆時針方向；步驟512：將該第一吸盤順時針旋轉一定角度，使得該矽通孔矽片的該缺口完全經過該圖像感測器，該圖像感測器採集該缺口的一維圖像；步驟513：將該缺口的一維圖像資料擬合成一幅二維圖像；步驟514：從該二維圖像中提取該缺口的邊緣座標並與該缺口的特徵進行匹配，若找到該缺口，則定向操作完成；若未找到該缺口，使用一計數器計數，按該計數器內的重試次數依次指向步驟步驟515、步驟516、步驟517和步驟518；步驟515：則使該第一吸盤回到初始位置，並將該第一吸盤逆時針旋轉半個該缺口弧度，重複步驟512至步驟514步驟；若找到該缺口，則定向操作完成；步驟516：則使該第一吸盤回到初始位置，並將該第一吸盤順時針旋轉半個該缺口弧度，重複步驟512至步驟514步驟；若找到該缺口，則定向操作完成；步驟517：則增加光強，使該第一吸盤回到初始位置，重複步驟512至步驟514步驟；若找到該缺口，則定向操作完成；步驟518：則減弱光強，使該第一吸盤回到初始位置，重複步驟512至步驟514步驟；若找到該缺口，則定向操作完成。
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