基于面陣相機(jī)識(shí)別生成晶圓圖譜的算法研究

周 丹，霍 杰，袁曉春，崔 潔

（北京中電科電子裝備有限公司，北京100176）

1 面陣相機(jī)定位原理

目前面陣相機(jī)的核心成像部件有兩種[1]：一種是廣泛使用的CCD（電荷藕合）元件；另一種是CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）器件。

這兩種面陣相機(jī)最小感光單位都是像素單元，兩者都是利用感光二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，借助計(jì)算機(jī)處理手段可以進(jìn)行輪廓定位，反饋輪廓中心在像素陣列中像素位置（X，Y），如圖1所示。

圖1 特征點(diǎn)在像素中位置

在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，通常會(huì)通過標(biāo)定運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系[2]，來實(shí)現(xiàn)相機(jī)定位后運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)補(bǔ)償。補(bǔ)償方法是：首先標(biāo)定運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與相機(jī)位置關(guān)系，假定運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)位置（CenterPosX，Center PosY）與相機(jī)中心點(diǎn)（CenterX，CenterY）位置重合。數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行定位后得出目標(biāo)中心在相機(jī)坐標(biāo)系內(nèi)位置（X，Y）。

在兩個(gè)坐標(biāo)系完全平行狀態(tài)下，相機(jī)X向與Y向只在對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系X向和Y向上產(chǎn)生影響。兩坐標(biāo)系關(guān)系如圖2所示。

圖2 運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系狀態(tài)

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系平行時(shí)，將相機(jī)坐標(biāo)系內(nèi)目標(biāo)中心（X，Y）轉(zhuǎn)換到運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系內(nèi)位置（TargetPosX，TargetPosY），其計(jì)算如公式（1）所示。

2 晶圓圖譜

Wafer Map圖包含整個(gè)晶圓中每個(gè)芯片的布局，如圖3所示。它是將芯片的好與壞和芯片的其它測試狀態(tài)信息反映到Map圖中，在生產(chǎn)測試過程中，用Map圖對(duì)所有芯片進(jìn)行分類，分為合格的芯片和失效的芯片，設(shè)備按照Map圖輸入，就能自動(dòng)完成操作，做到了生產(chǎn)線自動(dòng)化，提高了效率。

圖3 Wafer Map圖

3 全范圍識(shí)別生成晶圓圖譜算法

面陣相機(jī)的視場范圍為10 mm×10 mm，描述一個(gè)直徑為200 mm的晶圓，晶圓內(nèi)部有部分MARK點(diǎn)，芯片大小為1 mm×1 mm，建立一個(gè)200 mm×200 mm的正方形范圍，用黑色區(qū)域填充，將掃描到有效芯片的識(shí)別結(jié)果用空格方框表示，部分無效芯片及MARK點(diǎn)用實(shí)心方框表示，如圖4所示。將10 mm×10 mm的相機(jī)從左到右依次掃描，每行掃描20次，共20行，全范圍拼接，覆蓋全部正方形范圍。

圖4 200 mm×200 mm Wafer Map圖

將每次掃描相機(jī)內(nèi)識(shí)別結(jié)果計(jì)算為絕對(duì)坐標(biāo)系，并通過絕對(duì)坐標(biāo)系計(jì)算某顆芯片坐標(biāo)點(diǎn)[3]，相機(jī)掃描定位后得出芯片中心在相機(jī)坐標(biāo)系內(nèi)位置（TrsPosX，TrsPosY）。設(shè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)位置（CoorPosX，CoorPosY），相 機(jī) 中 心 點(diǎn) 位 置 為（CenterX，CenterY），芯片大小為1 mm×1 mm，則步距為1 mm，可通過公式（2）計(jì)算出偏差值OffsetX，OffsetY，然后通過公式（3）計(jì)算出識(shí)別到的點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系內(nèi)位置（CurCoorX，CurCoorY）。根據(jù)計(jì)算出的識(shí)別結(jié)果填充該坐標(biāo)點(diǎn)Map類型。

該方法可以完整掃描到整個(gè)Wafer中每一個(gè)芯片信息，如圖4所示，空格方框?yàn)樽R(shí)別到的芯片，識(shí)別到的MARK點(diǎn)用實(shí)心方框標(biāo)記。

4 邊緣識(shí)別生成晶圓圖譜算法

面陣相機(jī)的視場范圍為10 mm×10 mm，芯片大小為1 mm×1 mm，該算法具體描述如下：

（1）建立一個(gè)200 mm×200 mm的正方形范圍，用黑色區(qū)域填充，假定邏輯MAP為（100，100）為中心，半徑為100 mm的圓；

（2）運(yùn)動(dòng)相機(jī)依次掃描每一行的最左端和最右端，每行掃描2次，共20行，每一行返回邊緣兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，將每次掃描到的邊緣用實(shí)心三角框表示，如圖5所示；

圖5 邊緣識(shí)別算法Wafer Map圖

（3）將每行掃描結(jié)果中間區(qū)域填充為空格方框，認(rèn)為是有效芯片。

該方法每行掃描2次，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果填充該晶圓邊緣部分，可以準(zhǔn)確得出與實(shí)際邊緣部分相符的晶圓MAP，減少了識(shí)別次數(shù)，大大提高了算法效率。

5 兩種算法的執(zhí)行效率與適用范圍比較

假定面陣相機(jī)的視場范圍為10 mm×10 mm，晶圓直徑為200 mm，芯片大小為1 mm×1 mm，兩種算法比較如表1所示。

表1 兩種算法比較

從表1可以看出，全范圍識(shí)別算法可以如實(shí)反映整個(gè)晶圓情況，可應(yīng)用于倒裝機(jī)，貼片機(jī)等設(shè)備；邊緣識(shí)別算法用時(shí)少，效率高，檢測晶圓的邊緣信息，內(nèi)容采用邏輯填充，適用于晶圓自身良率高、差異只出現(xiàn)在邊緣部分的情況，可應(yīng)用于探針臺(tái)等設(shè)備。