CN105304541A - 一种半导体晶圆自动定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体晶圆自动定位装置，包括视觉***多向移动平台及测试探针三部分；所述视觉***包括相机、显微镜、光源；所述多向移动平台，包括Y、X、Z、θ平台，及安装在θ平台上的承片台；所述的测试探针与外接的测试仪电性连接。本发明通过相机采集晶圆图像，对图像进行二值化处理后，在晶圆水平角度调整和测试起点对准的过程中，分别采用二次模板匹配方法，实现晶圆自动对准功能。

Description

一种半导体晶圆自动定位装置

技术领域

本发明涉及一种半导体晶圆自动定位装置，在GPP裸晶粒二极管晶圆测试探针台上应用，也可用于三极管、集成电路等产品测试。

背景技术

半导体晶圆测试领域中，晶圆预对准工作是后续测试工作的前提，对准失败或者误差不能满足要求，会直接导致后续测试工作失败，造成人力物力的极大浪费。而随着芯片尺寸越来越小，传统人眼对准或借助显微镜对准方式在精度和速度上都难以满足生产要求。特别地，针对二极管晶圆测试过程中，很多二极管晶圆厂家生产的晶圆没有切边或缺口，无法通过检测切边或缺口来完成晶圆预对准工作。

发明内容

针对这种情况，本发明提供了一种半导体晶圆自动定位装置，通过相机采集晶圆图像，对图像进行二值化处理后，在晶圆水平角度调整和测试起点对准的过程中，分别采用模板匹配法，实现晶圆自动对准功能。

本发明的技术解决方案是：一种半导体晶圆自动定位装置，其特征是，包括视觉***、多向移动平台及测试探针三部分；

所述视觉***，包括相机、显微镜、光源；该视觉***用于提取晶圆图像特征；

所述多向移动平台，包括Y、X、Z、θ平台，及安装在θ平台上的承片台；该多向移动平台用来控制晶圆移动；

所述测试探针用来实现与晶圆接触。操作时，将待测晶圆置于承片台之上，并对晶圆进行吸附固定。相机采集晶圆的特定区域图像，经过滤波，膨胀，腐蚀，二值化等一系列处理，得到图像边界轮廓信息，将边界信息保存为模板一；计算模板一的偏转角度，承片台承载晶圆进行旋转，将晶圆偏转角度调整到误差范围内；承片台承载晶圆移动到初始测试位置附近，选择特定成像区域进行图像采集，同样经过一系列处理后，作为模板二保存，计算模板二到测试起始位置的坐标偏移，根据偏移值，移动平台将承片台移动到测试针下方，Z轴运动升起承片台，将测试起点与测试探针对准，开始测试。

本发明中，视觉***中相机的成像镜头前端依次安装显微镜、光源，通过相机安装在机架上。

进一步地，测试探针与晶圆对准接触，探针后端与外接的测试仪电性连接。

进一步地，多向移动平台中的θ平台安装在Z平台上，所述的Z平台安装在X平台上，所述的X平台安装在Y平台上。

进一步地，所述的θ平台，包括电机，通过皮带或齿轮与θ平台连接。

进一步地，所述的承片台内部设有排气孔，通过排气软管与真空负压装置相连，对承片台进行抽真空，将晶圆片吸附在承片台上保存与承片台紧密接触固定。

进一步地，所述的X平台，包括X轨道滑座，其上设有丝杆与电机连接，通过丝杆与带有螺母的X滑台连接。

进一步地，所述的Y平台，包括Y轨道滑座，其上设有丝杠与电机连接，通过丝杠与带有螺母的Y滑台连接。

本发明的有益效果是：通过相机采集晶圆图像，对图像进行二值化处理后，在晶圆水平角度调整和测试起点对准的过程中，采用了第一次模板匹配完成晶圆偏转角度校正，第二次模板匹配寻找测试起点，对准速度完全满足测试要求，并成功应用在GPP半导体测试探针台上，实现晶圆自动对准功能。

附图说明

图1是本发明的结构图。

具体实施方式：

如图1所示的一种半导体晶圆自动定位装置，包括视觉***、多向移动平台及测试探针三部分。本发明中所述视觉***，包括相机、显微镜、光源；该视觉***用于提取晶圆图像特征。所述多向移动平台，包括Y、X、Z、θ平台，及安装在θ平台上的承片台4；该多向移动平台用来控制晶圆移动。所述测试探针用来实现与晶圆接触。本发明视觉***中相机1的成像镜头前端依次安装显微镜2、光源3，通过相机1安装在机架11上。本发明中测试探针8与晶圆5对准接触，测试探针8整体安装在视觉***的机架11上，测试探针8后端与外接的测试仪电性连接，为后续测试仪发送和接收信号做好硬件准备。本发明所述的多向移动平台中的θ平台6安装在Z平台9上(Z平台9为气动平台)，所述的Z平台9安装在X平台7上，所述的X平台7安装在Y平台10上。本实施例所述的θ平台6，包括电机12，通过皮带(图中未标注)或齿轮与θ平台6连接。本实施例所述的承片台4内部设有排气孔，通过排气软管与真空负压装置相连，对承片4台进行抽真空，将晶圆5吸附在承片台4上保存与承片台4紧密接触固定。本实施例所述的X平台7，包括X轨道滑座，其上设有丝杆与电机13连接，通过丝杆与带有螺母的X滑台连接。本实施例所述的Y平台10，包括Y轨道滑座，其上设有丝杠与电机14连接，通过丝杠与带有螺母的Y滑台连接。

上述中多向移动平台中所涉及的Y平台、X平台、Z平台、θ平台的结构属常规技术，如涉及的轨道滑座、丝杆与螺母配合等故省略具体标注和描述。

本发明中，Y平台10置于整个移动平台最下方，负责晶圆5换行动作，承载重量最大，需要最少的动作来保证平台运行效率、精度和稳定性；X平台7至于Y平台10之上，负责晶圆5列方向的运动；Z平台9负责晶圆5的上升下降运动；θ平台6负责对准过程中晶圆5的旋转，对准完成后的测试过程中θ平台6不再进行转动。

本发明自动定位装置，首先利用相机1对置于承片台4上的晶圆5进行图像信息采集并经过滤波，膨胀，腐蚀，二值化等一系列处理，得到图像边界轮廓信息。再将得到的边界信息保存为模板一，测量模板一的偏转角度，转动承片台4，使晶圆5偏转角度调整到误差要求范围内。承片台4承载晶圆5移动至测试起点附近，相机1采集特征区域图像，经过滤波，膨胀，腐蚀，二值化等一系列处理，得到特征区域图像边界轮廓信息。选择该轮廓信息作为模板二，计算该模板到测试起点的距离。承片台4承载晶圆5将测试起点移至测试探针8下方，开始测试。后续测试中，同一规格晶圆只需首片晶圆做一次初始模板匹配后，即可实现相同规格晶圆的自动对准工作。

本发明中的视觉***，负责采集晶圆表面图像信息，相机1拍摄图像的XY坐标系与移动平台的XY坐标系保持平行。承片台4置于Z平台9和旋转的θ平台6之上，进行Z方向上垂直运动。X平台7和Y平台10可带动承片台4在X、Y方向上进行水平移动。θ平台6可带动承片台4在θ方向上进行旋转运动。利用真空负压抽气装置通过承片台4上分布的气孔，将晶圆5吸附到承片台4上，保持晶圆5与承片台4相对固定。承片台4的运动由软件***控制驱动电机，由各自的电机带动多向移动平台中的Y平台、X平台、Z平台和旋转平台θ平台来实现。本发明中，涉及的软件***包括视觉成像处理子***和控制子***两部分。视觉成像子***负责将相机采集到的晶圆图像进行一系列处理，得到二值化图像的坐标等信息；控制子***负责将坐标信息转换位控制数据传给驱动电机带动移动平台，旋转平台，以完成整个晶圆定位过程。本发明中移动平台的电机，实际包括Y、X、Z、θ四个方向的四个电机。分别负责移动平台的X、Y方向水平移动，Z方向的垂直移动，旋转的θ平台在θ方向的旋转运动。

Claims (8)

1.一种半导体晶圆自动定位装置，其特征是，包括视觉***、多向移动平台及测试探针三部分；

所述视觉***，包括相机、显微镜、光源；该视觉***用于提取晶圆图像特征；

所述多向移动平台，包括Y、X、Z、θ平台，及安装在θ平台上的承片台；该多向移动平台用来控制晶圆移动；

所述测试探针用来实现与晶圆接触。

2.根据权利要求1所述的半导体晶圆自动定位装置，其特征是，视觉***中相机的成像镜头前端依次安装显微镜、光源，通过相机安装在机架上。

3.根据权利要求1所述的半导体晶圆自动定位装置，其特征是，测试探针与晶圆对准接触，探针后端与外接的测试仪电性连接。

4.根据权利要求1所述的半导体晶圆自动定位装置，其特征是，多向移动平台中的θ平台安装在Z平台上，所述的Z平台安装在X平台上，所述的X平台安装在Y平台上。

5.根据权利要求1所述的半导体晶圆自动定位装置，其特征是，所述的θ平台，包括电机，通过皮带或齿轮与θ平台连接。

6.根据权利要求1所述的半导体晶圆自动定位装置，其特征是，所述的承片台内部设有排气孔，通过排气软管与真空负压装置相连，对承片台进行抽真空，将晶圆片吸附在承片台上保存与承片台紧密接触固定。

7.根据权利要求1所述的半导体晶圆自动定位装置，其特征是，所述的X平台，包括X轨道滑座，其上设有丝杆与电机连接，通过丝杆与带有螺母的X滑台连接。

8.根据权利要求1所述的半导体晶圆自动定位装置，其特征是，所述的Y平台，包括Y轨道滑座，其上设有丝杠与电机连接，通过丝杠与带有螺母的Y滑台连接。