专利名称：划片机晶圆自动识别对准装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种机器视觉对准系统，特别是一种划片机自动识别对准技术领域。
背景技术：
随着IC产业和IT产业的不断扩大和发展，半导体芯片的应用越来越广，而划片机是后封装工艺环节上的关键设备。划片机主要用于硅集成电路，发光二极管，铌酸锂、压电陶瓷、石英、砷化镓、蓝宝石、氧化铝、氧化铁、玻璃等材料的划切加工。划片机是半导体封装线上的关键设备，其功能是把4-6寸的晶圆切割成单元器件。晶圆，多指单晶硅圆片，由普通硅沙拉制提炼而成，是最常用的半导体材料，按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格。近来发展出12英寸甚至更大规格。晶圆越大，同一圆片上可生产的IC就多，可降低成本；但要求材料技术和生产技术更高。分析半导体市场发展的情况，中国半导体产业将进入一个快速发展的时期。预计未来的5年内，将保持20％左右的增长速度。相应的，半导体生产设备的需求也将有近20％的增长速度，这对于划片机设备的研发和生产来说是一个发展的新机遇。晶圆减薄是在专门的设备上，从晶圆背面进行研磨，将晶圆减薄到适合封装的程度。由于晶圆的尺寸越来越大(从4英寸、5英寸、6英寸，发展到8英寸、甚至12英寸)，为了增加晶圆的机械强度，防止晶圆在加工过程中发生变形、开裂，晶圆的厚度也一直在增加。但是，随着系统朝轻薄短小的方向发展，芯片封装后模块的厚度变得越来越薄，因此，在封装之前，一定要将晶圆的厚度减薄到可以接受的程度，以满足芯片装配的要求。如6英寸晶圆，厚度是675微米左右，减薄后一般为150微米。在晶圆减薄的工序中，受力的均匀性将是关键，否则，晶圆很容易变形、开裂。晶圆减薄后，可以进行划片。以往的划片机是手动操作的，不同的加工晶圆有不同的芯片图形，每次加工都需要通过显微镜成像以后通过人工手动操作，效率低，使整个设备的自动化程度受到极大的制约。
发明内容
本发明的目的是提供一种划片机晶圆自动识别对准装置及其方法，解决晶圆自动对准的问题；并解决进一步提高对准速度、精度和一致性问题。
本发明的技术方案这种划片机晶圆自动识别对准装置，其特征在于包括以下六个部分一个采集晶圆特征图像的数字CCD影像采集机；
一个与计算机主机插接的数字图像采集卡，对其输入上述数字CCD影像采集机采集的晶圆特征图形视频信号，该数字图像采集卡对图像进行去噪声削波、二值化、特征图形提取、根据特征图形进行匹配查找预处理；一个接收上述数字图像采集卡视频信号的计算机，对其输入预先存储晶圆特征标记的标准模板数据，并输入图像分析系统的程序，该系统将接收的晶圆圆特征图形视频信号数据与预存标准模板灰度特征标记数据之间的相似度进行比较，根据分析结果规划运动轨迹，将运动轨迹转化成运动控制卡的指令语言；一个与计算机主机插接的运动控制卡，对其输入上述计算机图像分析结果的指令语言数据信号；一个伺服驱动机构，对其输入上述运动控制卡输出的脉冲信号和方向信号；一个在X、Y二维方向均可移动调整的工作台，该工作台与上述伺服驱动机构的输出轴连接。
这种划片机晶圆自动识别对准方法，其特征是包括以下步骤(1)数字图像采集数字CCD影像采集机将晶圆的视频信号传输至图像卡，图像卡对输入的图像信号进行去噪声削波、二值化、特征图形提取、根据晶圆的特征图形进行匹配查找预处理；(2)提取预存标准模板的特征标记数据，进行匹配查找，调整工作台，直至晶圆的特征图形识别查找成功；(3)得到的结果传递到共享内存数据段，供运动控制卡使用，运动控制卡根据查找结果，驱动伺服驱动机构，调整工作台，直至满足对准要求。
这种划片机晶圆自动识别对准方法步骤也可以描述为a、预先在计算机的存储器中储存一组基于灰度的晶圆图像标准模板；b、将晶圆置于CCD视频图像采集机的镜头下；c、将采集的晶圆灰度视频信号传到数字图像采集卡，对图像进行去噪声削波、二值化、特征图形提取、根据特征图形进行匹配查找预处理；d、经预处理的信号输入计算机，由计算机的图像分析系统将该信号数据与预存标准模板灰度特征标记数据之间的相似度进行比较；e、由计算机将对准信号传输给运动控制卡，运动控制卡再传输信号给伺服驱动机构控制工作台的高速精密运动，调整工作台，形成一个闭环划片机晶圆自动识别对准装置；f、循环反复，直到找到与模板图像指定灰度标记值相匹配的晶圆坐标位置。
划片机晶圆自动识别对准操作方法，其特征是包括以下步骤步骤1根据查找到特征图形与标准特征图形的角度之差旋转工作台；步骤2以此时的工作台X坐标为起点，查找相对应的第一点特征图形；步骤3移动工作台X方向1/4-3/4晶圆半径尺寸，查找相对应的第二点特征图形；步骤4根据查找到第一点和第二点特征图形的结果，调整工作台机构；步骤5以此时的工作台X坐标为起点，查找相对应的第一点特征图形；步骤6移动工作台X方向3/4-1个晶圆半径尺寸，查找相对应的第二点特征图形；步骤7根据查找到第一点和第二点特征图形的结果，调整工作台机构；步骤8提取特征图进行精度检查，满足要求对准完成，不满足精度，重复步骤1～7，直至精度满足条件为止。
本自动识别对准系统查找特征图形的具体工作流程是计算机图像分析处理系统将图像采集卡传输到计算机的数字图像进行预处理，排除其他干扰因数对实际图像的影响；接下来系统根据具体的晶圆进行特征图形的提取，作为对准的标记，计算机在图像卡传输来的实时图像中查找特征图形；如果查找到特征图形就根据得到的结果进行轨迹规划后转化成运动控制卡的指令数据存放在指定的共享数据段中，运动控制卡根据共享数据段中的数据驱动伺服驱动机构调整工作台；图像采集卡再将重新定位后工作台上的晶圆图像重新采集传输到计算机，系统会再次对图像进行分析、对特征图形进行查找，并对查找的结果进行判断如果满足对准精度要求，对准过程就成功完成。如果特征图形没有查找到，运动控制会使用异常处理数据，对工作台机构进行调整，直到能够查找到特征图形。
由于划片机的加工环境存在水等许多会对晶圆成像产生干扰的因素，就必须对图像采集卡采集的图像进行处理，才能准确的对图像进行分析。系统根据得到特征图形的结果后将查到的特征图形结果转化成工作台的实际运动，来达到对准的目的。
由于受加工环境的影响，图像采集卡采集图像传输到计算机后需要进行包括去噪声、二值化等预处理。由于对准精度的要求，工作台X方向需要渐进移动一定的距离来保证查找过程的准确度以及最后对准的精度。
本发明采用数字CCD采集图像，图像卡分析传输图像，识别软件系统分析数字图像，根据分析结果规划运动轨迹，将运动轨迹转化成运动控制卡的指令语言，运动控制卡控制最终完成对准操作。使得承载晶圆的工作台能够在计算机的控制下按实际需要自动完成晶圆的对准操作，改变了过去只能依靠手工操作，效率低，自动化程度低的情况，有效的提高了设备的加工效率，减轻了劳动强度，进一步提高了晶圆加工效率、对准速度和精度，具有一致性强的特点，大大提高了设备的自动化程度。
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明对准方法的流程图。
图3为本发明对准方法的操作流程图。
图4为本发明对准方法步骤的流程框图。
图5为本发明实施例的结构组成框图。
图6为本发明实施例的对准方法图像分析视图。
图7为本发明实施例的对准方法步骤图像分析视图。
具体实施例方式
实施例参见图1、5，本发明描述的划片机晶圆自动识别对准系统包括以下六个软硬组件构成JAICV50数字CCD、CORECOBanditII CV数字图像采集卡、计算机图像分析处理系统、PMAC2-PC&LITE八轴运动控制卡、由X、Y、Z、θ共4维电机构成的伺服驱动机构、承载待加工晶圆的X-Y工作台。
参见图2，本发明自动识别对准系统查找特征图形的具体工作流程为计算机图像分析处理系统将图像采集卡传输到计算机的数字图像进行预处理，排除其他干扰因数对实际图像的影响；接下来系统根据具体的晶圆进行特征图形的提取，作为对准的标记，计算机在图像卡传输来的实时图像中查找特征图形；如果查找到特征图形就根据得到的结果进行轨迹规划后转化成运动控制卡的指令数据存放在指定的共享数据段中，运动控制卡根据共享数据段中的数据驱动伺服驱动机构调整工作台；图像采集卡再将重新定位后工作台上的晶圆图像重新采集传输到计算机，系统会再次对图像进行分析、对特征图形进行查找，并对查找的结果进行判断如果满足对准精度要求，对准过程就成功完成。如果特征图形没有查找到，运动控制会使用异常处理数据，对工作台机构进行调整，直到能够查找到特征图形。
参见图3，本发明划片机晶圆自动识别对准系统得到特征图形的结果后将查到的特征图形结果转化成工作台实际运动的操作方法为步骤1根据查找到特征图形与标准特征图形的角度之差旋转工作台；步骤2以此时的工作台X坐标为起点，查找相对应的第一点特征图形；步骤3移动工作台X方向1/2晶圆半径尺寸，查找相对应的第二点特征图形；步骤4根据查找到第一点和第二点特征图形的结果，调整工作台机构；步骤5以此时的工作台X坐标为起点，查找相对应的第一点特征图形；步骤6移动工作台X方向为1个晶圆半径尺寸，查找相对应的第二点特征图形；步骤7根据查找到第一点和第二点特征图形的结果，调整工作台机构；步骤8提取特征图进行精度检查，满足要求对准完成，不满足精度，重复步骤1～7，直至精度满足条件为止。
参见图4、6、7，本发明划片机晶圆自动识别对准系统识别对准得到特征图形的算法为(1)数字影像采集图像卡对实时图像源影像进行去噪声削波、二值化、定义特征图形提取、根据特征图形进行匹配查找等预处理；(2)提取标准模板，与实时图像源图像的特征图形比较，对实时图像源图像的定义特征标记进行搜索、匹配、分析、查找，调整工作台，直至识别查找成功；(3)得到的结果传递到共享内存数据段，供运动卡使用，运动卡根据查找结果，驱动电机，调整工作台，直至工作调整后满足对准要求。
权利要求
1.一种划片机晶圆自动识别对准装置，其特征在于包括以下六个部分一个采集晶圆特征图像的数字CCD影像采集机；一个与计算机主机插接的数字图像采集卡，对其输入上述数字CCD影像采集机采集的晶圆特征图形视频信号，该数字图像采集卡对图像进行去噪声削波、二值化、特征图形提取、根据特征图形进行匹配查找预处理；一个接收上述数字图像采集卡视频信号的计算机，对其输入预先存储晶圆特征标记的标准模板数据，并输入图像分析系统的程序，该系统将接收的晶圆圆特征图形视频信号数据与预存标准模板灰度特征标记数据之间的相似度进行比较，根据分析结果规划运动轨迹，将运动轨迹转化成运动控制卡的指令语言；一个与计算机主机插接的运动控制卡，对其输入上述计算机图像分析结果的指令语言数据信号；一个伺服驱动机构，对其输入上述运动控制卡输出的脉冲信号和方向信号；一个在X、Y二维方向均可移动调整的工作台，该工作台与上述伺服驱动机构的输出轴连接。
2.根据权利要求1所述的划片机晶圆自动识别对准装置的划片机晶圆自动识别对准方法，其特征是包括以下步骤(1)数字图像采集数字CCD影像采集机将晶圆的视频信号传输至图像卡，图像卡对输入的图像信号进行去噪声削波、二值化、特征图形提取、根据晶圆的特征图形进行匹配查找预处理；(2)提取预存标准模板的特征标记数据，进行匹配查找，调整工作台，直至晶圆的特征图形识别查找成功；(3)得到的结果传递到共享内存数据段，供运动控制卡使用，运动控制卡根据查找结果，驱动伺服驱动机构，调整工作台，直至满足对准要求。
3.根据权利要求1所述的划片机晶圆自动识别对准装置的划片机晶圆自动识别对准方法，其特征是包括以下步骤a、预先在计算机的存储器中储存一组基于灰度的晶圆图像标准模板；b、将晶圆置于CCD视频图像采集机的镜头下；c、将采集的晶圆灰度视频信号传到数字图像采集卡，对图像进行去噪声削波、二值化、特征图形提取、根据特征图形进行匹配查找预处理；d、经预处理的信号输入计算机，由计算机的图像分析系统将该信号数据与预存标准模板灰度特征标记数据之间的相似度进行比较；e、由计算机将对准信号传输给运动控制卡，运动控制卡再传输信号给伺服驱动机构控制工作台的高速精密运动，调整工作台，形成一个闭环划片机晶圆自动识别对准装置；f、循环反复，直到找到与模板图像指定灰度标记值相匹配的晶圆坐标位置。
4.根据权利要求1所述的划片机晶圆自动识别对准装置的划片机晶圆自动识别对准操作方法，其特征是包括以下步骤步骤1根据查找到特征图形与标准特征图形的角度之差旋转工作台；步骤2以此时的工作台X坐标为起点，查找相对应的第一点特征图形；步骤3移动工作台X方向1/4-3/4晶圆半径尺寸，查找相对应的第二点特征图形；步骤4根据查找到第一点和第二点特征图形的结果，调整工作台机构；步骤5以此时的工作台X坐标为起点，查找相对应的第一点特征图形；步骤6移动工作台X方向3/4-1个晶圆半径尺寸，查找相对应的第二点特征图形；步骤7根据查找到第一点和第二点特征图形的结果，调整工作台机构；步骤8提取特征图进行精度检查，满足要求对准完成，不满足精度，重复步骤1～7，直至精度满足条件为止。
全文摘要
一种划片机晶圆自动识别对准装置及其方法，包括以下六个部分一个数字CCD影像采集机；一个数字图像采集卡，对其输入上述数字CCD影像采集机采集的晶圆特征图形视频信号；一个接收上述数字图像采集卡视频信号的计算机，对其输入预先存储标准晶圆特征图形模板数据，并输入图像分析系统的程序，该系统将接收的晶圆特征图形视频信号数据与预存标准模板灰度数据之间的相似度进行比较；一个运动控制卡，对其输入上述计算机图像分析结果的数据；一个伺服驱动机构，对其输入上述运动控制卡的脉冲信号和方向信号；一个在X、Y二维方向均可移动调整的工作台。大大地提高了划片机的自动化程度，提高了加工效率以及对准精度。
文档编号H01L21/301GK1787201SQ20051020063
公开日2006年6月14日 申请日期2005年10月24日 优先权日2005年10月24日
发明者杨云龙, 高阳, 王宏智, 甄万财 申请人:中国电子科技集团公司第四十五研究所