LED探針臺重疊區(qū)域的圖像處理

霍 杰，田洪濤，劉國敬，宋婉貞

(中國電子科技集團(tuán)第四十五研究所，北京101601)

隨著半導(dǎo)體集成度的提高，LED管芯尺寸越來越小，LED探針臺使用面陣相機(jī)對晶圓上的管芯圖像數(shù)據(jù)采集時，采集數(shù)據(jù)量大大增加，需要一種效率更高的數(shù)據(jù)處理辦法，消除重復(fù)的采集數(shù)據(jù)以及對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。本文提出了兩種數(shù)據(jù)處理方法并進(jìn)行比較，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)證明，得出最優(yōu)算法，大大提高了設(shè)備的效率，解決了圖像數(shù)據(jù)處理效率低的問題。

1 圖像數(shù)據(jù)采集

使用面陣相機(jī)對晶圓上的管芯圖像數(shù)據(jù)采集時，搜尋與設(shè)定模板相同的管芯，并返回該管芯中心點(diǎn)在本屏內(nèi)所在的像素位置，但對于殘缺的模板將不進(jìn)行識別，而且圖像采集存在像素誤差[2]，即同一管芯被不同次圖像采集時有1～2μm的誤差。

1.1 掃描過程的數(shù)學(xué)原理

對于同一視屏內(nèi)的完整管芯我們可以根據(jù)以下公式計算得出該管芯在LED探針臺工作平臺坐標(biāo)系所在的位置（見圖1）：

式中：Tx，Ty代表管芯在探針臺坐標(biāo)系中的位置；

Cx，Cy代表當(dāng)前視屏像素中心點(diǎn)所在的位置；

Wx，Wy代表管芯像素位置與視屏像素中心點(diǎn)的偏差。

圖1 獲得管芯在探針臺坐標(biāo)系中的位置

經(jīng)過上面的計算，視屏內(nèi)每個可以識別的管芯都對應(yīng)一個數(shù)據(jù)點(diǎn)（Tx，Ty），這個點(diǎn)代表該模板距離工作臺原點(diǎn)的距離，乘片臺運(yùn)動到（Tx，Ty）時，該管芯在相機(jī)的正下方。

1.2 掃描的完整性

由于面陣相機(jī)的像素值是固定且有限的，為了保證圖像清晰，圖像識別的準(zhǔn)確性，要求單位觀察區(qū)域上有一定數(shù)量的像素，所以每屏觀察的實(shí)際大小是有限的。每屏觀察范圍的實(shí)際大小，CCD相機(jī)的像素值，單位區(qū)域上的像素值有以下函數(shù)關(guān)系：

式中：KenX，KenY代表每屏觀察區(qū)域的x向與y向大??；

PlesX，PlesY代表相機(jī) x向與 y向的像素值；

PlesUmX，PlesUmY代表單位區(qū)域上x向與y向的像素值。

我們通常采用的面陣相機(jī)像素大小為640×480，假設(shè)要求的定位的精度為5μm，故每5μm至少有一個像素點(diǎn)。計算得出每屏的觀察大小不超過3.2mm×2.4mm。

上面我們已經(jīng)得出每屏的觀察大小不超過3.2mm×2.4mm，設(shè)定我們需要掃描的晶圓直徑為100mm（4英寸），晶圓上單個管芯大小為0.3mm。由于視屏遠(yuǎn)小于晶圓大小，所以需要采用多屏疊加的辦法采集晶圓數(shù)據(jù)，但面陣相機(jī)識別時只能夠識別完整的模板，為了保證每個管芯必然完整地出現(xiàn)在某次視屏之內(nèi)，防止被兩次視屏的交接線分割，視屏之間需要有大小為管芯大小的重疊寬度。視屏運(yùn)動示例如圖2所示，黑色部分為兩次視屏的重疊部分，寬度大小為管芯的大小。

圖2 圖示描述面陣相機(jī)圖像采集

采用視屏重疊的辦法可以解決掃描完整性的問題。但由于重疊區(qū)域的管芯被重復(fù)識別，由于圖像采集存在像素誤差，同一管芯被計算成多個差別非常小的數(shù)據(jù)點(diǎn)(Tx，Ty)，造成了大量的重復(fù)數(shù)據(jù)。

2 消除重復(fù)數(shù)據(jù)及排序

對于圖像采集數(shù)據(jù)我們需要消除重復(fù)的采集數(shù)據(jù)以及對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，保證每個實(shí)際管芯有且只有一個數(shù)據(jù)與其對應(yīng)，并且處理后的數(shù)據(jù)具有一定的排序，方便按照處理后的數(shù)據(jù)運(yùn)動。對于消除重復(fù)的采集數(shù)據(jù)以及對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序我們有如下兩種辦法。

2.1 數(shù)據(jù)處理方法一

比較兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的實(shí)際距離，如果兩點(diǎn)間的距離遠(yuǎn)小于管芯的直徑，代表兩點(diǎn)是由于像素偏差值造成的重復(fù)點(diǎn)，只保留其中一個[3]。具體方法是對圖像采集得到的絕對位置(Tx，Ty)定義一個結(jié)構(gòu)體Pr obeCCD Re sult，將其作為一個數(shù)據(jù)點(diǎn)整體進(jìn)行存儲。整個晶圓采集完成后，將數(shù)據(jù)點(diǎn)轉(zhuǎn)入結(jié)構(gòu)體數(shù)組Pr obeCCD Re sultArray[n]，數(shù)組元素個數(shù)n需要大于掃描到的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。

然后取出一個數(shù)據(jù)點(diǎn)，與其他的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行比較，判斷兩點(diǎn)間的距離大小是否小于管芯直徑。由于需要履歷所有兩點(diǎn)之間進(jìn)行比較。則元素個數(shù)為n的數(shù)組，需要進(jìn)行的計算次數(shù)為(n-1)+(n-2)+(n-3)+...+1；總的計算次數(shù)為n×(n-1)/2。

以上過程僅僅進(jìn)行了重復(fù)數(shù)據(jù)的消除過程，對于經(jīng)過上面處理后的采集數(shù)據(jù)，再進(jìn)行冒泡法排序，剩余的m個數(shù)據(jù)仍需要進(jìn)行m×(m-1)/2次計算。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法二

對于得到的絕對位置 (Tx，Ty)我們先采用網(wǎng)格處理的辦法，對其進(jìn)行坐標(biāo)處理，為其分配一個坐標(biāo)位置，并記錄進(jìn)文件一。

式中：XCoor，YCoor代表該數(shù)據(jù)點(diǎn)，計算分配的坐標(biāo)位置；

Tx，Ty代表掃描到的數(shù)據(jù)點(diǎn)位置；

Px，Py代表設(shè)定的坐標(biāo)0.0點(diǎn)的位置；

DieSize代表管芯的大小。

根據(jù)上面的計算公式，我們可以形象地想象成一副網(wǎng)格圖，它以某個設(shè)定點(diǎn)為中心（0.0）點(diǎn)，以管芯大小為分割格，將工作臺平面劃分為一個坐標(biāo)圖，見圖3。

圖3 網(wǎng)格處理定位坐標(biāo)的模擬圖

圖中的黑點(diǎn)代表數(shù)據(jù)點(diǎn) (Tx，Ty)由于我們以管芯的大小300μm為分割尺寸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于像素偏差2μm。而且由于管芯分布均勻，只要我們的中心點(diǎn)（0，0）設(shè)置在合適的位置，完全可以保證同一個點(diǎn)形成的不同數(shù)據(jù)點(diǎn)計算得出的坐標(biāo)(XCoor，YCoor)是相同的。

經(jīng)過網(wǎng)格定位處理后，我們將(Tx，Ty，XCoor，YCoor)作為一個結(jié)構(gòu)體 ProbeCCDResult，進(jìn)行存儲寫入文件一。掃描完成進(jìn)行處理時，依次讀取文件一，對讀出的每個結(jié)構(gòu)體根據(jù)其坐標(biāo)(XCoor，YCoor)計算出唯一的Pos，將該結(jié)構(gòu)體寫入文件二的Pos處。

式中：XCoor，YCoor代表該數(shù)據(jù)點(diǎn)，計算分配的坐標(biāo)位置；

XCoorMin，XCoorMax代表掃描完成后最小和最大的x向坐標(biāo)；

YCoorMin代表掃描完成后最小的y向坐標(biāo)。

通過這種計算，相同坐標(biāo)的數(shù)據(jù)點(diǎn)被寫唯一的位置，所以重復(fù)的數(shù)據(jù)只保留最后一次寫入的，通過這種辦法可以一次性實(shí)現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)的消除和數(shù)據(jù)排序。對于N個數(shù)據(jù)點(diǎn)需要經(jīng)過的計算次數(shù)僅為N次。

3 兩種方法的比較

我們采用表格形式比較兩種辦法的優(yōu)劣，設(shè)定掃描晶圓得到N個數(shù)據(jù)點(diǎn)（見表1）。

表1 兩種辦法的優(yōu)劣比較

4 總 結(jié)

使用面陣相機(jī)對晶圓上的管芯圖像數(shù)據(jù)采集時，為了保證圖像數(shù)據(jù)的完整性，兩屏之間需要存在重疊區(qū)域。由于存在重疊區(qū)域，造成大量重復(fù)圖像數(shù)據(jù)，對重復(fù)圖像數(shù)據(jù)我們采用網(wǎng)格定位、文件處理的方法比采用計算兩點(diǎn)之間距離的辦法，計算量大大減少，具有更高的效率，消除重復(fù)點(diǎn)與排序能夠一次性完成。

[1]蔣斌.非常規(guī)采樣及其圖像恢復(fù)研究[D].南京：南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

[2]段夢博，蔡興旺.基于內(nèi)容的重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)的研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003.

[3]敖莉，舒繼武，李明強(qiáng).重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.