基于机器视觉的晶圆芯片自动定位系统设计-开题报告

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1、开题报告书题目基于机器视觉的晶圆芯片自动定位系统设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化姓名学指导教师2016年1月课题来源课题来源于工程生产实际。随着集成电路制造效率要求的提高，高效自动化的晶圆定位和拾取设备日益受到行业的关注。此外，随着机电产品向小型精密化发展，晶圆作为集成电路的载体，其尺寸日益小型化。为提升集成电路制造企业的高效自动化程度，晶圆芯片自动定位系统的设计和研究在半导体制造业奋着广泛的应用前景。本课题为基于计算机视觉的晶圆芯片自动定位系统设计。根据芯片阵列式排列的特点，采用面帧摄像机采集晶圆芯片图像，设计图像处理方法

2、实现晶圆中各芯片区域的分割，识别以及定位。本课题是典型的工业自动化系统设计，可使学生在机电产品的创新设计过程中得到基础理论的深化和专业知识的实践。科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等。）科学意义近年来随着半导体产业的不断壮大发展，集成电路产品日益成为了在国家建设、科学研究、军事、日常生活等领域中不可缺少的用品。随着其应用范围逐渐扩大，集成电路产品需求量逐年提高，因此的基本原料晶圆的生产加工在最近几年一直发展迅速，经济效益更是逐年增长。然而生产线上的技术人员在对晶圆里面的晶片进行识别吋，采用人工观察

3、判断的方式，该种人工操作方式具冇很多局限性。伴随着计算机类技术、计算机图像学、数字图像处理等学科日新月异的发展，计算机视觉检测的发展极为活跃，其以实吋性、客观性、智能性和自动化程度高等诸多优点，非常适合用于图像的动态实吋精密测量。因此开发一套自动识别晶圆晶片的系统，实现对晶圆晶片的非接触式在线观测，可以大大降低测试人员的劳动强度，且提高了测量效率，准确率高，冇助于提高生产线的检测自动化率，同吋也能够提高经济效率。另一方面，本项0所研究的视觉定位系统采用的是通用硬件体系结构，着重点则在于在图像采集系统和图像处理算法上进行突破。这势必会

4、丰富和发展视觉定位的理论和学术研究。国内外研究概况机器视觉建立在图像处理与分析技术、电子技术、计算机技术、人工智能技术、光电探测技术等技术发展的基础上，近年来得到了飞快的发展和广泛应用，是当今高新技术之一。发达国家近年来一直竞相发展这项高新技术，例如微电子器件的自动检测、产品的在线实吋质量监控、以及生产线中机械手的定位与猫准等等。早在20世纪60年代后期美国、加拿大、日本等发达国家就己经开始研究计算机视觉。但直到世纪年代，依靠计算机技术的成熟发展，计算机视觉检测技术才逐渐成为一个研究热点。在制造过程中，机器视觉主要应用在尺寸检测、表

5、面质量检测及封装后质量检测等方面。国外的半导体工业制造相对较成熟，相应的检测技术也比较多。现冇的检测方法包括人工视觉检测、自动光学检测、射线检测、激光检测等。在视觉检测设备方面，处于技术领先地位的国家和地区主要冇日本、美国、德国和以色列。例如美国的KLA-Tencor公司，生产了设备SurFscanSP2,SurFscan系统利用紫外线技术、暗场光学技术和先进的计算法相结合，实现对晶圆表面进行检测，该检测精度达到30nm。一家日本的公司，它所开发的贴片机的视觉检测系统更具特点。其以红外光作为相机的光源，并以面对面的形式放罝芯片与基底

6、。相机通过摄取能够穿透芯片和基底的红外光来得到图像，然后应用图像处理模块对位于两者表面上的圆形标记进行位罝的检测计算，最后根据位罝信息来调整工作平台实现对准。该系统采用质心算法来检测所标记的位罝，这是因为红外光的波长较长使得捕获图像中的标记边缘模糊，难以分辨。但是随着光学系统的分辨率的逐渐提高，以及圆形标记的半径变大，视觉检测的对准精度有所提高。通过试验表明该系统在圆形标记的半径为物镜分辨率为1.5Mni的情况下，能达到的实际对准精度为0.2

7、im。而在中W,视觉技术的研究开始于90年代，因为行业本身就属于新兴的领域,再加之机器视觉

8、产品技术的普及不够,导致以上各行业的应用儿乎空白。到二十一世纪，大批海外从事视觉行业技术人员回国创业，视觉技术开始在自动化行业成熟应用。其中比较传统的检测方法与国外的基本相同，但是先进的检测技术却刚刚起步。国内首台自AOI设备是深圳市万泰科技有限公司在最近几年研制的。该设备首先用光学手段获取被测阁形，利用统计建模、智能学习等技术对被测阁像进行检验、分析和判断，能够自动实现晶圆的检测，达到每秒超过60个组件的高速检测，能准确定位不规则的晶片位置。然而该系统的硬件结构比较复杂，软件实现前必须先给出标准模板晶片阁像。而产品种类繁多，因此这

9、种算法缺乏通用性。在算法研究方面，未应对各种实际问题，己研究出各种不同的应对方法。例如《1C晶片关键尺寸标定的新方法研究》中提出基于标准件法的二次标定法，实现了对微距尺寸的高速高精度测量。但这依旧依赖于高分辨率的阁像。《1C芯片检测的