晶圆定位视觉检测系统设计

发布时间：2020-11-19 18:27

　　 划片机是电子元器件生产厂家用于将晶圆硅片在料盘上摆正并切割成单个小晶片的一种自动化生产设备。传统的划片机的位置校准没有机器视觉功能,倾斜矫正和定位工作仍然通过放大然后手动调节电机完成摆正工作,这种人工摆正工作存在诸多的缺陷,比如操作繁琐、精度不高易出错等问题。因此需要专门研究一套自动化程度高、检测精度高、运行速度快的晶圆定位视觉检测系统,以满足现有生产力的要求。针对上述情况,本方案设计并研发了一套全新的晶圆视觉检测定位系统,实现了在划片机对晶圆进行切割之前晶圆的定位摆正工作。本方案设计了集图像采集、数据处理、机械运动以及信息显示于一体的晶圆在线定位摆正视觉检测系统,就系统的软硬件实现机制进行了简要的说明,详细阐述了基于机器视觉的晶圆定位摆正算法。本课题研究的主要内容如下:首先,结合现有划片机已有设备添加一套机器视觉的硬件系统,硬件系统包括了成像系统和运动控制系统两个方面。根据定位摆正的实际需求进行相机、镜头和光源等光学器件的选型,根据运动精度要求选取合适的运动平台以及运动控制卡。其次,根据人机交互的需求设计了可视化的界面,配合控制硬件部分的启停。为了使界面更加易于操作和方便调试,设计了一些实用的交互工具方便用户和开发者使用,使用了异步编程使整体操控更符合用户习惯,说明了软件间的通信方法。再次,详细研究了基于多种模板匹配的粗摆正算法,基于霍夫变换和形态学算法的精摆正算法。详细阐述了多种匹配算法的应用原理,重要参数的选取以及各匹配算法的综合对比。说明了精匹配算法的应用流程、实验成功率和精度。然后,完成相机的标定,对世界坐标系中晶圆的初始切割位置进行定位,激光刀由此位置开始沿沟道完成精准切割工作。在激光刀切割单次之后都对激光刀切出的沟道进行刀口检测和纠偏,实时调整定位出新的切割位置。最后,对晶圆定位系统进行了大量在线试验测试。最终使得定位摆正(包括机械运动)的总时间在10s以内,摆正误差小于0.001°,定位误差小于5μm,定位和摆正综合成功率大于96%,基本满足企业要求。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.41;TN605
【部分图文】：

图 1.1 晶圆实物图 图 1.2 晶圆内部结构图Fig. 1.1 Practicality of wafer Fig. 1.2 Internal structure diagram of wafer晶圆划片机的设备商为项目提供了数块晶圆样本，其中一个典型的晶圆部分内放大图如图 1.3 所示。一整片典型晶圆（wafer）基本由晶格、分割线和测试晶格等

图 1.1 晶圆实物图 图 1.2 晶圆内部结构图Fig. 1.1 Practicality of wafer Fig. 1.2 Internal structure diagram of wafer晶圆划片机的设备商为项目提供了数块晶圆样本，其中一个典型的晶圆部分内放大图如图 1.3 所示。一整片典型晶圆（wafer）基本由晶格、分割线和测试晶格等

a 简化的晶圆模型 b 局部放大后的晶圆 c 切割后的单个晶格图 1.3 晶圆内部结构放大图Fig. 1.3 An enlarged view of the internal wafer structure
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本文编号：2890319