一种Mini-LED晶圆快速检测系统及方法

摘要

本发明涉及Mini‑LED芯片的晶圆快速检测方法及系统，考虑半导体芯片晶圆平整度实际情况，利用高倍工业镜头的景深范围，在确保成像清晰的前提下，在半导体芯片尤其是Mini‑LED芯片自动化检测过程中，创新采用n2分区对焦方式，通过对Mini‑LED芯片晶圆片的分区并进行选择性精准对焦操作，有效减少对焦操作次数和对焦时间，不但解决了目前Mini‑LED芯片的自动化检测存在的晶圆片部分区域因出现虚焦而导致不能清晰成像的问题，还解决了因增加自动对焦装置所出现检测效率过低而导致无法全检的问题。总之，该系统有效提升半导体芯片的良品率并保障半导体产业的可持续健康发展，具有较明显的经济效益。

权利要求

1.一种Mini‑LED晶圆快速检测方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：a.进行上料操作，并利用固定模块将待测晶圆片样品吸附固定在样品载台上；

2

b.对晶圆片采用n分区方式，其中n为大于或等于2的正整数；

c.利用X/Y轴位移模块将晶圆片样品精准移动至测距区域，按照预先设定的分区轨迹依序对各分区内的代表性芯片进行测距，并对各分区内的测距值进行计算处理得到该分区的测距偏差均值 ；所述测距偏差均值 的计算方法为：先将测距模块测距值归零，选取镜头与其正下方位置处晶圆片的距离为镜头标称工作距离时所对应的测距模块与其正下方位置处晶圆片的距离为归零位，对各分区内的代表性芯片进行测距，计算得到各测距偏差值的均值即为测距偏差均值 ；

d.完成分区测距操作后，利用X/Y轴位移模块将晶圆片样品精准移动至成像区域，利用视觉装置按照预先设定的分区轨迹依序对各分区芯片进行成像，视觉装置的工业镜头视野首次进入某分区时，先利用该分区的测距偏差均值的绝对值 比对工业镜头景深DOF，当≥DOF/2时则进行对焦操作，利用Z轴位移模块快速调节样品载台，使样品与镜头距离等于镜头标称工作距离并确保视觉成像清晰；当 ＜DOF/2时则无需进行对焦操作而直接由视觉装置进行成像；

e.完成各分区成像后，进行下料操作，完成该晶圆片的检测。

2.根据权利要求1所述的一种Mini‑LED晶圆快速检测方法，其特征在于：所述步骤d中优选当 ≥DOF/3时则进行对焦操作，利用Z轴位移模块快速调节样品载台，使样品与镜头距离等于镜头标称工作距离并确保视觉成像清晰；当 ＜DOF/3时则无需进行对焦操作而直接由视觉装置进行成像。

3.根据权利要求1或2所述的一种Mini‑LED晶圆快速检测方法，其特征在于：所述步骤d中，利用Z轴位移模块快速同步调节工业镜头和测距模块，使样品与镜头距离等于镜头标称工作距离并确保视觉成像清晰。

4.根据权利要求1所述的一种Mini‑LED晶圆快速检测方法，其特征在于：所述步骤d中工作距离根据测距偏差均值确定，若测距偏差均值 为负则上移样品载台，若测距偏差均值 为正则下调样品载台。

5.根据权利要求1所述的一种Mini‑LED晶圆快速检测方法，其特征在于：测距时测距装置中轴线与样品载台中轴线重合，成像时工业镜头中轴线与样品载台中轴线重合。

6.根据权利要求1所述的一种Mini‑LED晶圆快速检测方法，其特征在于：所述步骤b中n为2‑5。

7.根据权利要求1所述的一种Mini‑LED晶圆快速检测方法，其特征在于：可根据测距值

2 2

及分布情况进行自适应选择n分区方式，实现具有智能n分区对焦功能的Mini‑LED Chip快速检测。

8.一种Mini‑LED晶圆快速检测系统，其特征在于：包括视觉装置、自动对焦装置、样品载台装置和计算机系统；所述视觉装置包括工业相机、工业镜头和照明光源；所述自动对焦装置包括测距模块和位移模块；所述的样品载台装置包括样品载台和固定模块；所述的计算机系统包括工控计算机、系统软件、图像采集卡和运动控制卡通过工控计算机程控系统实现判断或启动对焦操作、图像采集与处理分析、样品定位或快速移动的功能；所述Mini‑LED晶圆快速检测系统执行权利要求1‑7中任一种检测方法，所述位移模块为X/Y/Z轴位移模块。

9.根据权利要求8所述的一种Mini‑LED晶圆快速检测系统，其特征在于：所述工业相机为高帧率大靶面的工业相机，所述工业镜头为高放大倍率大视野的工业镜头。

10.根据权利要求8所述的一种Mini‑LED晶圆快速检测系统，其特征在于：所述的样品载台采用玻璃载台，所述固定模块具有吸附功能。

说明书

一种Mini‑LED晶圆快速检测系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体芯片检测技术领域，尤其涉及一种具有分区对焦功能的Mini‑LED芯片的晶圆快速检测方法及系统。

背景技术

[0002]  为适应半导体芯片技术及产业发展，在半导体芯片检测技术方面，已采用高放大倍率（3倍以上）镜头的晶圆自动化视觉检测设备代替传统的显微镜人为目检方式。然而，随
着半导体芯片的纳米级加工水平的提升，芯片尺寸越趋集成化和小型化，特别像尺寸小于
200μm的Mini‑LED 芯片晶圆片的自动化检测设备，采用的高放大倍率镜头普遍存在景深过
小的缺点，再加上Mini‑LED 芯片晶圆片平整度通常大于镜头景深DOF（DOF为镜头能清晰成
像的纵深距离范围），使视觉系统对晶圆片的某些区域出现虚焦而无法清晰成像，因而导致
芯片缺陷过漏检而降低芯片产品的良品率。于是，在半导体芯片尤其是Mini‑LED 芯片自动
化检测系统上，增加一种能使晶圆片都能清晰成像的自动对焦技术或装置是非常必要的。
同时，自动对焦装置主要由高精度测距模块和快速位移调节模块组成，通常利用测距模块
实时测量镜头与待测产品距离，位移调节模块根据位移偏差进行实时调校，而位移调校时
间远超视觉系统的采图时间，于是通过增加自动对焦装置配合视觉装置进行实时对焦将会
大大增加检测时间而降低检测效率，满足不了半导体芯片尤其是Mini‑LED 芯片自动化全
检需求，严重影响芯片良品率有效提升和制约产业可持续健康发展。综上所述，在半导体芯
片尤其是Mini‑LED 芯片自动化检测技术上，急需一种能实现自动对焦且快速的自动化检
测方法及系统。

发明内容

[0003] 为解决目前半导体芯片尤其是Mini‑LED 芯片的自动化检测存在的晶圆片部分区域因出现虚焦而导致不能清晰成像、而增加自动对焦装置又出现检测效率过低而导致无法
全检的关联问题，本发明提出一种具有分区对焦功能的Mini‑LED 芯片快速检测方法及系
统。

[0004] 一种Mini‑LED晶圆快速检测方法，方法具体包括以下步骤：

[0005] a.进行上料操作，并利用固定模块将待测晶圆片样品吸附固定在样品载台上；

[0006] b.对晶圆片采用n2分区方式，其中n为正整数；

[0007] c.利用X/Y轴位移模块将晶圆片样品精准移动至测距区域，按照预先设定的分区轨迹依序对各分区内的代表性芯片进行测距，并对各分区内的测距值进行计算处理得到该
分区的测距偏差均值 ；

[0008] d.完成分区测距操作后，利用X/Y轴位移模块将晶圆片样品精准移动至成像区域，利用视觉装置按照预先设定的分区轨迹依序对各分区芯片进行成像，视觉装置的工业镜头
视野首次进入某分区时，先利用该分区的测距偏差均值的绝对值 比对工业镜头景深
DOF，当 ≥DOF/2时则进行对焦操作，利用Z轴位移模块快速调节样品载台，或利用Z轴位
移模块快速同步调节工业镜头和测距模块，使样品与镜头距离等于镜头标称工作距离并确
保视觉成像清晰；当 ＜DOF/2时则无需进行对焦操作而直接由视觉装置进行成像；

[0009] e.完成各分区成像后，进行下料操作，完成该晶圆片的检测。

[0010] 作为本发明的一个优选实施例，所述步骤d中优选当 ≥DOF/3时则进行对焦操作，利用Z轴位移模块快速调节样品载台，或利用Z轴位移模块快速同步调节工业镜头和测
距模块，使样品与镜头距离等于镜头标称工作距离并确保视觉成像清晰；当 ＜DOF/3时
则无需进行对焦操作而直接由视觉装置进行成像。

[0011] 作为本发明的一个优选实施例，所述步骤c中使用测距模块进行测距，所述测距偏差均值 的获得方式为：先将测距模块测距值归零，选取镜头与其正下方位置处晶圆片的
距离为镜头标称工作距离时所对应的测距模块与其正下方位置处晶圆片的距离为归零位，
对各分区内的代表性芯片进行测距，计算得到各测距偏差值的均值即为测距偏差均值 。

[0012] 作为本发明的一个优选实施例，所述步骤d中工作距离根据测距偏差均值 确定，若测距偏差均值 为负则上移样品载台，若测距偏差均值为正则下调样品载台。

[0013] 作为本发明的一个优选实施例，所述步骤b中n优选为2‑5。选择分区数量时应同时考虑精度和效率。

[0014] 作为本发明的一个优选实施例，可根据测距值及分布情况进行自适应选择n2分区2
方式，实现具有智能n分区对焦功能的Mini‑LED Chip快速检测。

[0015] 本发明还公开了一种Mini‑LED晶圆快速检测系统，包括是视觉装置、自动对焦装置、样品载台装置和计算机系统；所述视觉装置包括工业相机、工业镜头和照明光源；所述
自动对焦装置包括测距模块和位移模块；所述的样品载台装置包括样品载台和固定模块；
所述Mini‑LED晶圆快速检测系统可使用上述检测方法。

[0016] 作为本发明的一个优选实施例，所述工业相机为高帧率大靶面的工业相机，所述工业镜头为高放大倍率大视野的工业镜头。

[0017] 作为本发明的一个优选实施例，所述的样品载台装置包括样品载台和固定模块，采用玻璃载台、吸附功能的固定模块并结合X/Y/Z轴位移模块。

[0018] 作为本发明的一个优选实施例，所述的计算机系统包括工控计算机、系统软件、图像采集卡和运动控制卡通过工控计算机程控系统实现判断或启动对焦操作、图像采集与处
理分析、样品定位或快速移动等功能。

[0019] 本发明提出的一种具有分区对焦功能的Mini‑LED 晶圆快速检测方法及系统，充分考虑半导体芯片晶圆平整度实际情况，充分利用高倍工业镜头的景深范围，在确保成像
清晰的前提下，在半导体芯片尤其是Mini‑LED 芯片自动化检测过程中，创新采用有效分区
2
对焦方式特别是n 分区对焦方式，通过对Mini‑LED 芯片晶圆片的合适分区并进行选择性
精准对焦操作，有效减少对焦操作次数和对焦时间，不但解决了目前半导体芯片尤其是
Mini‑LED 芯片的自动化检测存在的晶圆片部分区域因出现虚焦而导致不能清晰成像的问
题，还解决了因增加自动对焦装置所出现检测效率过低而导致无法全检的问题。总之，该系
统有效提升半导体芯片的良品率并保障半导体产业的可持续健康发展，具有较明显的经济
效益。

附图说明

[0020] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些
实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些
附图获得其他的附图。

[0021] 图1为本发明的检测系统结构图

[0022] 图2为n2分区方式示例图

[0023] 图3为测距区域和成像区域的载台位置示意图

[0024] 1.工业相机；2.工业镜头；3.照明光源；4.测距模块；5.半导体芯片；6.固定模块；7.样品载台；8.位移模块。

具体实施方式

[0025] 为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅
用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0026] 需要说明的是，当元件被称为“连接于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可
以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

[0027] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，
除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

[0028] 在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以
根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

[0029] 需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关
系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有
特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

[0030] 如图1所示，所述的视觉装置主要包括工业相机1、工业镜头2和照明光源3，采用高帧率大靶面的工业相机和高放大倍率大视野的工业镜头，结合不同打光方式的照明光源，
实现高效快速采集Mini‑LED 芯片图像。

[0031] 所述的自动对焦装置主要包括测距模块4和位移模块8，采用高精度且高速的测距模块和X/Y/Z三轴位移模块，实现高效快速的自动对焦功能；并结合样品载台装置和计算机
系统，对晶圆片进行分区测距，根据分区方式及该分区域测距值 大小，比对工业镜头景深
DOF，当某分区域测距偏差均值的绝对值 ≥DOF/3时则利用Z轴位移模块快速调节样品载
台，使样品与镜头距离等于镜头标称工作距离并确保视觉成像清晰。优选地，对晶圆片采用
2
n分区方式，如图2所示，其中n为正整数，所述n可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等，优选为2‑
2
5，实现具有n 分区对焦功能的Mini‑LED 芯片快速检测；另外还可根据测距值及分布情况
2 2
进行自适应选择n分区方式，实现具有智能n分区对焦功能的Mini‑LED 芯片快速检测。

[0032] 所述的样品载台装置主要包括样品载台7和固定模块6，采用平整度极佳的玻璃载台、吸附功能的固定模块并结合X/Y/Z轴位移模块，实现样品高度平稳固定和高速的位移操
作。

[0033] 所述的计算机系统主要包括工控计算机、系统软件、图像采集卡和运动控制卡，通过工控计算机程控系统实现判断或启动对焦操作、图像采集与处理分析、样品定位或快速
移动等功能。

[0034] 本发明提出一种具有分区对焦功能的Mini‑LED 芯片快速检测方法，包括以下实施步骤：

[0035] （1）先进行上料操作，并利用固定模块将待测样品吸附固定在样品载台上。

[0036] （2）利用X/Y轴位移模块将样品精准移动至测距区域，如图3所示，按照预先设定的分区轨迹依序对各分区内的代表性芯片进行测距，并对各分区内的测距值进行计算处理得
到该分区的测距偏差均值 。

[0037] （3）完成分区测距操作后，利用X/Y轴位移模块将样品精准移动至成像区域，如图3所示，利用视觉装置按照预先设定的分区轨迹依序对各分区芯片进行成像，视觉装置的工
业镜头视野首次进入某分区时，先利用该分区的测距偏差均值的绝对值 比对工业镜头
景深DOF，当 ≥DOF/2时则进行对焦操作，利用Z轴位移模块快速调节样品载台，使样品与
镜头距离等于镜头标称工作距离并确保视觉成像清晰；当 ＜DOF/2时则无需进行对焦操
作而直接由视觉装置进行成像。优选地，当 ≥DOF/3时则进行对焦操作，利用Z轴位移模
块快速调节样品载台，使样品与镜头距离等于镜头标称工作距离并确保视觉成像清晰；当
＜DOF/3时则无需进行对焦操作而直接由视觉装置进行成像。

[0038] （4）完成各分区成像后，进行下料操作，完成该晶圆片的检测。

[0039] 另外，因为晶元片样品重量比工业镜头轻，所以优选采用样品载台装置结合位移模块实现对焦及位移操作；但也可以利用位移模块同时驱动工业镜头和测距模块的方式来
实现对焦和/或位移操作。

[0040] 本发明提出的一种具有分区对焦功能的Mini‑LED 芯片快速检测装置及方法，充分考虑半导体芯片晶圆平整度实际情况，充分利用高倍工业镜头的景深范围，在确保成像
清晰的前提下，在半导体芯片尤其是Mini‑LED 芯片自动化检测过程中，创新采用有效分区
2
对焦方式特别是n 分区对焦方式，通过对Mini‑LED 芯片晶圆片的合适分区并进行选择性
精准对焦操作，有效减少对焦操作次数和对焦时间，不但解决了目前半导体芯片尤其是
Mini‑LED 芯片的自动化检测存在的晶圆片部分区域因出现虚焦而导致不能清晰成像的问
题，还解决了因增加自动对焦装置所出现检测效率过低而导致无法全检的问题。总之，该系
统有效提升半导体芯片的良品率并保障半导体产业的可持续健康发展，具有较明显的经济
效益。

[0041] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。