基于面阵相机识别生成晶圆图谱的算法研究

周 丹，霍 杰，袁晓春，崔 洁

（北京中电科电子装备有限公司，北京100176）

1 面阵相机定位原理

目前面阵相机的核心成像部件有两种[1]：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物半导体）器件。

这两种面阵相机最小感光单位都是像素单元，两者都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转换为数字数据，并通过模数转换成数字信号将数据传输给计算机，借助计算机处理手段可以进行轮廓定位，反馈轮廓中心在像素阵列中像素位置（X，Y），如图1所示。

图1 特征点在像素中位置

在半导体设备领域，通常会通过标定运动机构坐标系与相机坐标系[2]，来实现相机定位后运动机构补偿。补偿方法是：首先标定运动机构与相机位置关系，假定运动机构位置（CenterPosX，Center PosY）与相机中心点（CenterX，CenterY）位置重合。数码相机进行定位后得出目标中心在相机坐标系内位置（X，Y）。

在两个坐标系完全平行状态下，相机X向与Y向只在对应的运动坐标系X向和Y向上产生影响。两坐标系关系如图2所示。

图2 运动坐标系与相机坐标系状态

运动机构坐标系与相机坐标系平行时，将相机坐标系内目标中心（X，Y）转换到运动机构坐标系内位置（TargetPosX，TargetPosY），其计算如公式（1）所示。

2 晶圆图谱

Wafer Map图包含整个晶圆中每个芯片的布局，如图3所示。它是将芯片的好与坏和芯片的其它测试状态信息反映到Map图中，在生产测试过程中，用Map图对所有芯片进行分类，分为合格的芯片和失效的芯片，设备按照Map图输入，就能自动完成操作，做到了生产线自动化，提高了效率。

图3 Wafer Map图

3 全范围识别生成晶圆图谱算法

面阵相机的视场范围为10 mm×10 mm，描述一个直径为200 mm的晶圆，晶圆内部有部分MARK点，芯片大小为1 mm×1 mm，建立一个200 mm×200 mm的正方形范围，用黑色区域填充，将扫描到有效芯片的识别结果用空格方框表示，部分无效芯片及MARK点用实心方框表示，如图4所示。将10 mm×10 mm的相机从左到右依次扫描，每行扫描20次，共20行，全范围拼接，覆盖全部正方形范围。

图4 200 mm×200 mm Wafer Map图

将每次扫描相机内识别结果计算为绝对坐标系，并通过绝对坐标系计算某颗芯片坐标点[3]，相机扫描定位后得出芯片中心在相机坐标系内位置（TrsPosX，TrsPosY）。设运动机构位置（CoorPosX，CoorPosY），相 机 中 心 点 位 置 为（CenterX，CenterY），芯片大小为1 mm×1 mm，则步距为1 mm，可通过公式（2）计算出偏差值OffsetX，OffsetY，然后通过公式（3）计算出识别到的点在运动机构坐标系内位置（CurCoorX，CurCoorY）。根据计算出的识别结果填充该坐标点Map类型。

该方法可以完整扫描到整个Wafer中每一个芯片信息，如图4所示，空格方框为识别到的芯片，识别到的MARK点用实心方框标记。

4 边缘识别生成晶圆图谱算法

面阵相机的视场范围为10 mm×10 mm，芯片大小为1 mm×1 mm，该算法具体描述如下：

（1）建立一个200 mm×200 mm的正方形范围，用黑色区域填充，假定逻辑MAP为（100，100）为中心，半径为100 mm的圆；

（2）运动相机依次扫描每一行的最左端和最右端，每行扫描2次，共20行，每一行返回边缘两个点的坐标位置，将每次扫描到的边缘用实心三角框表示，如图5所示；

图5 边缘识别算法Wafer Map图

（3）将每行扫描结果中间区域填充为空格方框，认为是有效芯片。

该方法每行扫描2次，并根据识别结果填充该晶圆边缘部分，可以准确得出与实际边缘部分相符的晶圆MAP，减少了识别次数，大大提高了算法效率。

5 两种算法的执行效率与适用范围比较

假定面阵相机的视场范围为10 mm×10 mm，晶圆直径为200 mm，芯片大小为1 mm×1 mm，两种算法比较如表1所示。

表1 两种算法比较

从表1可以看出，全范围识别算法可以如实反映整个晶圆情况，可应用于倒装机，贴片机等设备；边缘识别算法用时少，效率高，检测晶圆的边缘信息，内容采用逻辑填充，适用于晶圆自身良率高、差异只出现在边缘部分的情况，可应用于探针台等设备。