机器视觉在全自动探针台中的应用

论文摘要

随着半导体行业的发展,晶圆片测试成为集成电路生产制造的一道重要的工序,准确的测试能提高产品的质量,减少不必要的损耗。测试的方法多种多样,探针测试是其中最主要的方法,所以探针测试系统成为现代工业控制中一个独立的研究领域。人们对探针台的研究已有二十年的历史,在这段时间里,探针台经历了由手动到全自动的发展历程,现在国际上已经重点研究全自动探针台。国内对探针台的研究起步较晚,在全自动领域尚未有完善的发展,主要体现在对视觉系统,温控系统和全反馈系统的研究不够。本文首先研究了探针系统技术和视觉处理技术的发展现状,详细研究国内已有的全自动探针测试系统,包括其硬件结构和软件结构,分析其不足之处。接着利用机器视觉理论,重点研究模板匹配,边缘检测,图像连通性分析等图像处理算法,结合现有探针台的结构,在全自动探针测试台上实现视觉定位与检测的功能,包括:晶圆中心自检,晶圆测试芯粒定位,晶圆片自动扫直,芯粒墨点识别,以及自动对针项目,这几项功能都是国内探针系统较薄弱的环节,然后对各项目做试验分析。试验证明,本课题所应用的方法在精度和速度上都能较好地满足探针台上的测试要求,最终大大提高了探针测试台的自动化水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外相关技术发展状况
• 1.3.1 机器视觉的发展状况
• 1.3.2 探针台系统的发展概况和关键技术
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 全自动探针测试台系统架构分析
• 2.1 引言
• 2.2 全自动探针台主机部分
• 2.2.1 硬件构成
• 2.2.2 软件结构
• 2.3 全自动探针台自动上下片部分
• 2.3.1 硬件结构
• 2.3.2 软件结构
• 2.4 国内现有全自动探针测试台存在的不足
• 2.5 本章小结
• 第3章 全自动探针测试台晶圆片中心自动检测
• 3.1 引言
• 3.2 图像边缘检测
• 3.2.1 Robert 边缘检测算子
• 3.2.2 Sobel 边缘检测算子
• 3.2.3 Prewitt 边缘检测算子
• 3.2.4 Laplacian 边缘检测算子
• 3.3 图像连通性分析
• 3.4 晶圆中心自动检测
• 3.4.1 图像二值化
• 3.4.2 提取边缘
• 3.4.3 边缘过滤
• 3.4.4 寻找边缘点坐标
• 3.4.5 应用最小二乘法减少误差
• 3.4.6 计算晶圆片圆心坐标
• 3.4.7 坐标转换
• 3.5 试验分析
• 3.5.1 边缘点精度验证
• 3.5.2 系统精度验证
• 3.6 本章小结
• 第4章 探针测试台晶粒墨点识别
• 4.1 引言
• 4.2 图像模板匹配
• 4.2.1 互相关匹配算法
• 4.2.2 投影匹配算法
• 4.2.3 多尺度匹配算法
• 4.2.4 边缘点匹配算法
• 4.2.5 匹配相似性测度
• 4.3 算法的比较和选择
• 4.3.1 四种模板匹配算法的比较
• 4.3.2 墨点检测算法的选择
• 4.4 晶粒墨点识别
• 4.5 本章小结
• 第5章 探针测试台晶圆片自动对准
• 5.1 引言
• 5.2 图像亚象素技术
• 5.2.1 图像重采样法
• 5.2.2 二次曲面拟合法
• 5.3 探针测试台晶圆扫直
• 5.4 探针测试台测试晶粒定位
• 5.5 试验分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 全自动探针测试台自动对针
• 6.1 引言
• 6.2 自动对针系统架构设计
• 6.3 CCD 标定
• 6.4 对针测试
• 6.5 针盘角度修正
• 6.6 针痕检测补偿
• 6.7 试验分析
• 6.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢