（信号与信息处理专业论文）ic晶片图像特征提取及缺陷检测.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n gu n i v e r s i t y o ft e c h n o l o g yf o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n gs c i e n c e f e a t u r ee x t r a c t i o na n dd e f e c ti n s p e c t i o nf o ri cw a f e r i m a q e m a s t e ro fe n g i n e e r i n gs c i e n c e m a s c a n d i d a t e ：w e iq i n g c h u n s u p e r v i s o r ：p r o f w ul m i n g j u n e2 0 1 0 f a c u l t yo fi n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，pr c h i n a ，5 10 0 0 6 03舢9 5川47iiily 摘要 摘要 i c 晶片图像检测包括特征尺寸测量、缺陷检测( d i ) 以及目检( v i ) ，依靠人 眼加放大镜的检测方式受到很大挑战且存在很多不足之处，已经不能满足现代工业 生产要求。本文针对i c 晶片图像特性，主要从i c 晶片显微图像存在i c 晶片导线缺 陷、形状特征、显微图像点特征提取等三个方面进行分析和设计，综合数字图像处 理及机器视觉等方面的技术。 介绍了电子束检测器、自动工艺检测技术、x 射线检测技术和自动光学检测 ( a u t o m a t e do p t i c a li n s p e c t i o n , a o i ) 技术。并介绍了a o i 系统软件系统和硬件系统组 成，同时本文也分析目前常用缺陷检测方法，包括参考比较法、非参考比较法、混 合法，并对这三种方法优缺点进行比较彳 为了图像明显增强，本文对采集到i c 晶片图像进行预处理。用模板匹配方法实 现了感兴趣区域的定位，通过差影法对图像进行比较，判定图像是否存在缺陷，对 于存在缺陷的图像，利用连通区域法和投影法相结合，判断i c 晶片导线缺陷类型。 对同一幅i c 晶片图像计算7 个不变矩，通过计算得到的数据分析证明i c 晶片 图像的矩具有图像平移、缩放无关和旋转不变特性。i c 晶片图像存在的形状特征进 行分析，对i c 晶片图像存在的具有规则图形特征提取，通过对目前常用的方法分析 比较，本文用h o u g h 变换提取导线，计算出导线的起点和终点，用随机h o u g h 变换 提取焊盘，并计算出焊盘的中心和半径。 最后，i c 晶片图像特征点进行分析和描述，用h a r r i s 检测算法、s u s a n 检测 算法对i c 晶片图像特征点提取，用h a r r i s 、s u s a n 算法对不同形状焊盘角点检测， i c 晶片角点的形状就是焊盘形状。用s i f t 特征算法提取特征点，生成特征向量并 实现两幅图像的特征点匹配。 关键词：i c 晶片；特征提取；h o u g h 变换；缺陷检测 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t i cw a f e rd e f e c t i n s p e c t i o n i n c l u d e sc r i t i c a ld i m e n s i o nm e a s u r e m e n t , d e f e c t i n s p e c t i o n ( d i ) a n dv i s u a li n s p e c t i o n i ) r e l y i n go nh u m a ne y e sw i t hm a g n i f i e r , t h e r e i ss e r i o u sc h a l l e n g ea n ds h o r t c o m i n g ，w h i c hi s n ts a s t i f i e d 而也t h er e q u i r e m e n to f m o d e mi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n f o rt h e c h a r a c t e r i s t i c so fi cw a f e ri m a g e ，t h i sp a p e r 、 m a i n l yd o e sa n a l y s i sa n dd e s i g n m e n tb a s i n go ns h a p ef e a t u r ea n dp o i l l tf e a t u r ei ni c w a f e rm i c r o - i m a g e ，i cw a f e rd e f e c ti n s p e c t i o n ，a p p l y i n gd i g i t a li m a g ep r o c e s s i n ga n d m a c h i n ev i s i o n 1 1 1 e p a p e ri n t r o d u c e st h e e l e c t r o nb e a md e t e c t o r , a u t o m a t i cp r o c e s sd e t e c t i o n t e c h n o l o g y , x - r a yd e t e c t i o nt e c h n o l o g ya n da u t o m a t i co p t i c a li n s p e c t i o n ( a o i ) ，w h i c h d e t e c t si c w a f e ri m a g e a n dt h i sp a p e ra l s oa n a l y z e st h ep r e s e n tc o l t l n o nd e f e c t d e t e c t i o nm e t h o d ，i n c l u d i n gr e f e r e n c ec o m p a r a t i v em e t h o d ，n o n - r e f e r e n c ec o m p a r a t i v e m e t h o d ，m i x i n gm e t h o d ，a n dc o m p a r i n gt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f t h e s et h r e e m e t h o d s 1 1 1 ei cw a f e ri m a g ei sc o l l e c t e db yc c da n dp r e p r o c e s s e d ，m a k i n gt h ei m a g e s i g n i f i c a n t l ye n h a n c e d t e m p l a t em a t c h i n gm e t h o di su s e dt oa c h i e v et h ep o s i t i o no fa r e a o fi n t e r e s t ( a o i ) ，a n ds u b t r a c t i o nm e t h o di su s e dt oc o m p a r et h et e s t e di m a g e 晰也t h e s t a n d a r di m a g e ，a n dd e t e r m i n ew h e t h e rt h ei m a g e sh a v ed e f e c t i ft h e r ei sd e f e c ti nt h e i m a g e ，w ec l a s s i f yt h et y p eo fd e f e c tb yt h ec o n n e c t e dr e g i o na n dp r o j e c t i o nm e t h o d t h es a n l ei m a g ei sc a l c u l a t e db ys e v e ni n v a r i a n tm o m e n t s ，w h i c hs h o w st h a tt h e i m a g eo ft h em o m e n th a st h es a m ec h a r a c t e r i s t i c sb ya n a l y z i n gt h ed a t a 1 1 1 ev a l u eo f i n v a r i a n tm o m e n ti n d i c a t e st h a tt h ei cw a f e ri m a g eh a st r a n s l a t i o n , s c a l i n ga n dr o t a t i o n i n v a r i a n tf e a t u r e s f o re x t r a c t i o no fs h a p ef e a t u r e ，w ea n a l y z et h ef e a t u r eo ft h es h a p e ， e x t r a c t i n go fr e g u l a rg r a p h i c c o m p a r i n gt h ep r e s e n tm e t h o d , t h ep a p e ru s e sh o u g h t r a n s f o r mt oe x t r a c tt h ec i r c u i t s ，c a c u l a t i n gt h es t a r ta n d e n do fc i r c u i t , a n du s e s g e n e r a l i z e dh o u g ht r a n s f o r mt oe x t r a c tt h ep a d s ，c a c u l a t i n gt h ec e n t e ra n dr a d i u so f p a d s l a s t l y , a n a l y z i n ga n dd e s c r i b i n gt h ef e a t u r ep o i n t , t h e r ea r eh a r r i sa l g o r i t h m , 一。；：。；。坌皇垩呈墼：；。；。；。；。；：。；。；，。一 s u s a na l g o r i t h mt oe x t r a c tt h ef e a t u r ep o i n ti ni cw a f e ri m a g e ，h a r r i sa l g o r i t h ma n d s u s a na l g o r i t h me x t r a c tt h ec o i t l e r so ft h ed i f f e r e n ts h a p ep a d s ，a n dt h e c o r n e rs h a p ei s t h es h a p eo fp a d s s i f tf e a t u r ea l g o r i t h me x t r a c t sf e a t u r ep o i n t s ，g e n e r a t i n gf e a t u r e v e c t o r sa n da c h i e v e st w oi m a g e so ft h ef e a t u r ep o i mm a t c h i n g k e y w o r d s ：i cw a f e r ；f e a t u r ee x t r a c t i o n ；h o u g ht r a n s f o r m ；d e f e c ti n s p e c t i o n i i i 广东i 业犬学硕士学位论文 摘要 口罩 目水 a b s t r a c t 目录 c o n t e n t s 第一章绪论 i i i 1 1 课题来源及研究意义1 1 1 1 课题来源”1 1 1 2 课题研究意义1 1 2a o i 国内外研究概况”3 1 3 研究内容5 第二章基于图像分析的i c 昌片检测技术 7 2 1i c 晶片的缺陷7 2 1 1i c 晶片的缺陷来源7 2 1 2 缺陷类型8 2 2i c 晶片图像检测方法1 0 2 2 1 电子束检测器“1 0 2 2 2 自动工艺检测技术”1 1 2 2 3x 射线检测技术1 2 2 3a o i 的系统组成l3 2 3 1a o i 系统简介1 3 2 3 2 硬件系统组成1 4 2 3 3 软件系统组成1 5 2 4 本章小结1 6 第三章l c 晶片图像缺陷检测方法 3 1 图像预处理”1 7 i v 目录 3 1 1 中值滤波1 7 3 1 2 高斯滤波1 8 3 1 3 同态滤波1 8 3 2i c 晶片图像缺陷检测算法2 0 3 2 1 常用缺陷检测算法2 0 3 2 2 模板匹配法2 1 3 2 3 差影法2 3 3 2 4 连通区域法2 5 3 3 缺陷特征参数”2 7 3 4 本章小结2 9 第四章i c 昌片形状特征提取 4 1 图像不变特性一3 0 4 2 轮廓提取3 2 4 3 导线检测方法”3 4 4 3 1 最小二乘法”3 4 4 3 2 相位编组法3 5 4 3 3h o u g h 变换3 5 4 4 焊盘的检测方法“3 7 4 4 1 广义h o u g h 变换3 7 4 4 2 随机h o u g h 变换”3 8 4 5h o u g h 变换的检测结果一4 0 4 6 本章小结”4 1 第五章i c 昌片特征点检测 4 2 5 1 角点的概述”4 2 5 2 角点检测算法4 3 5 2 1h a r r i s 角点检测算法4 3 5 2 2s u s a n 角点检测算法4 5 5 2 3s i f t 算法4 7 5 3 检测结果分析5 2 v 广东工业大学硕士学位论文 5 4 本章小结5 6 结论 参考文献 攻读学位期间发表的论文 独创性声明 致谢 v i 5 7 5 8 6 2 6 3 6 4 c o n t e n t s a b s t r a c t c o n t e n t s c o n t e n t s v c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n 1 1s u b j e c ts o u r c ea n ds t u d ys i g n i f i c a n c e 1 1 1 1s u b j e c ts o u r c e 1 1 1 2s t u d ys i g n i f i c a t i o n 1 1 2t h ed e v e l o p m e n to f a o i 3 1 3b a s i cr e s e a r c hc o n t e n t 5 c h a p t e r 2t h e i n s p e c t i o nt e c h n o l o g yb a s eo ni m a g ea n a l y s i s 7 2 1t h ed e f e c to f l cw a f e ri m a g e 7 2 1 1t h es o u r c eo fd e f e c t 7 2 1 2t h et y p eo fd e f e c t 8 2 2t h ei n s p e c t i o nm e t h o do f l cw a f e ri m a g e 10 2 2 1e l e c t r o nb e a md e t e c t o r 10 2 2 2i n s p e c t i o nt e c h n o l o g yo f a u t o m a t i cc r a f t w o r k ”11 2 2 3i n s p e c t i o nt e c h n o l o g yo fx - r a y 1 2 2 3s y s t e mc o m p o s i t i o no f a o i 13 2 3 it h ei n t r o d u c t i o no f a o is y m s t e m 13 2 3 2t h eh a r d w a r es y s t e m 1 4 2 3 3t h es o f t w a r es y s t e m l5 2 4i ns u m m a r y 16 c h a p t e r3t h ei n s p e c t i o nm e t h o do fi cw a f e ri m a g e d e f e c t 3 1i m a g ep r e p r o c e s s e d 17 3 1 1m e d i a nf i l t e r 17 3 1 2g a u s s i a nf i l t e r l8 3 1 3h o m o m o 印m cf i l t e r 18 v 广东i 业i 大学硕士学位论文 3 2d e f e c ti n s p e c t i o na l g o r i t h mo fl cw a f e ri m a g e ”2 0 3 2 1c o m m o nd e f e c ti n s p e c t i o na l g o r i t h m 2 0 3 2 2t e m p l a t em a t c h i n gm e t h o d 2 1 3 2 3s u b t r a c t i o nm e t h o d 2 3 3 2 4c o n n e c t e dr e g i o nm e t h o d ”2 5 3 3d e f e c tf e a t u r ep a r a m e t e r s 2 7 3 4i ns u m m a r y 2 9 c h a p t e r4s h a p ef e a t u r ee x t r a c t i o no fi cw a f e r 4 1t h ei n v a r i a n tc h a r a c t e ro fi m a g e “3 0 4 2t h ee x t r a c t i o no fc o n t o u r 3 2 4 3t h ei n s p e c t i o nm e t h o do fc i r c u i t 3 4 4 3 1l e a s ts q u a r ef i t t i n gm e t h o d “3 4 4 3 2p h a s eg r o u p i n gm e t h o d 3 5 4 3 3h o u g ht r a n s f o r m “3 5 4 4t h ei n s p e c t i o nm e t h o do fp a d s 3 7 4 4 1g e n e r a l i z e dh o u g ht r a n s f o r m 3 7 4 4 2r a n d o m i z e dh o u g ht r a n s f o r m 。3 8 4 5i n s p e c t i o nr e s d tb a s e do nh o u g ht r a n s f o r m 4 0 4 6i ns u m m a r y 4 1 c h a p t e r5t h ei n s p e c t i o no fl cw a f e rf e a t u r ep o i n t s 4 2 5 1t h eo v e r v i e wo fc o m e r s 4 2 5 2t h ei n s p e c t i o na l g o r i t h mo fc o m e r s 4 3 5 2 1h a r r i sc o m e r si n s p e c t i o na l g o r i t h m 4 3 5 2 2s u s a nc o m e r si n s p e c t i o na l g o r i t h m 。4 5 5 2 3s i f ta l g o r i t h m - 4 7 5 3t h ea n a l y s i so fi n s p e c t i o nr e s u l t 5 2 5 4i ns u m m a r y 5 6 c o n c l u s i o n r e f e f e n c e v i u 5 7 5 8 c o n t e n t s t h ep u b l i s h e dp a p e r sd u r i n gt h em a s t e rp e r i o d 6 2 p r o m e t h e a nd e c l a r e t t o o o o o o 0 0 0 6 3 a c k n o w l e g e m e n t s 6 4 第一章绪论 1 1 课题来源及研究意义 1 1 1 课题来源 第一章绪论 课题来源于2 0 0 4 年广东省科技计划攻关项目“基于数字图像处理的i c 晶片显 微自动检测系统( 2 0 0 4 a 1 0 4 0 3 0 0 8 ) ，该项目以研制i c 晶片显微数字图像自动检测 系统为目标，采用计算机视觉及光机电一体化技术相结合，实现显微数控平台的精 确定位、i c 晶片显微图像采集、自动分析检测及海量图像数据管理等功能。 1 1 2 课题研究意义 集成电路发展，从小、中、大规模集成，发展到超大规模集成( v l s i ) ，目前 已进入特大规模( u l s i ) 和甚大规模( g s i ) ，单片集成电路可越过1 0 亿个元器件，半导 体分立器件的未来市场的热点有以下几个方面：汽车电子、电子照明、工业自动化、 仪器仪表、医疗电子、电子显示与3 g 通讯等。受这些热点新兴应用市场领域的带 动，在2 0 0 8 年，中国集成电路市场销售额达到6 1 0 1 7 亿元，中国集成电路市场增 速大幅下降，增速仅为8 5 ，中国集成电路市场首次出现个位数增长。虽然全球金 融危机使对外出口大幅地减少，但是目前中国集成电路市场已占全球的三分之一， 这为国内半导体企业提供了较大的回旋余地，而中央政府连续出台的各类政策，有 望拉动国内消费，其中家电下乡、3 g 通讯启动、移动电视以及交通等领域的芯片应 用为国内半导体企业提供了广阔的发展空间。根据有关部门预算，连续四年在全国 农村实施“家电下乡 政策，每年可推动农村家电销售额超过1 0 0 0 亿元，可实现家 电下乡产品销售量4 8 亿台，累计可拉动消费9 2 0 0 亿元。目前“家电下乡 的对象 已经由彩电、冰箱、洗衣机、手机扩展到空调、热水器、电脑、摩托车、微波炉、 电磁炉等1 0 类产品。受家电下乡、家电以旧换新、3 g 网络建设等一系列刺激内需 政策的拉动，中国家电行业销售量大大地增加，包括海尔在内的中国家电芯片设计 公司，开始逐步增加对本土晶圆代工厂在家电产品芯片的投单量。根据以上数据表 广东工业大学硕士学位论文 明，在中国半导体和电子市场都已初具规模，而如此强大的半导体产业将需要高质 量的技术做后盾。与此同时，半导体对于产品的高质量、高集成度的要求将越来越 高。恰巧，计算机视觉将能帮助他们解决以上的问题，因此该行业将是计算机视觉 最好的用武之地。同时，对于计算机视觉的需求将蒸蒸日上。 从2 0 0 9 年i c 设计、封装测试以及芯片制造三业的发展来看，其情况不尽相同。 2 0 0 9 年国内i c 设计业在内需市场的带动下出现了逆势增长，全年i c 设计业增速将 已超过1 1 ，规模将己超过2 6 0 亿元。我国的半导体器件的生产工艺水平已经有了 明显的提高，但同日本、美国等信息技术发达的国家相比，还是有较大的差距。 近年来，在计算机视觉技术和运动控制上的水平提升为自动光学检测系统的应 用提供了巨大的机遇。基于在这些技术基础上的蓬勃发展，目前的a o i 系统能够进 行更高分辨率和更高精度的检测，从而实现高可靠性的检测，并且比以前的检测速 度更高。目前a o i 测试技术能达到0 1 秒幅的速度，可以满足实时在线检测的要 求。高速a o i 系统已经广泛用于工业，包括：汽车、航空、半导体和电子、金属器 件制造、微电子系统( m e m s ) ，精密机器器件和装配等等。随着这些机遇的到来， 也带来了许多新的挑战。为了给一个特定应用确定提供最好结果的最合适解决方案， 找到合适的折中权衡是很重要的。 半导体行业现在处于3 2 r i m 制程时代，预估到2 0 1 9 年左右会进入1 6 n m 制程。 随着集成电路持续不断地缩小线宽尺寸，半导体器件的生产工艺日趋复杂。在制造 过程中，对于纳米级微粒的污染控制以及检测变得越来越重要。半导体制造过程可 以划分为前、中、后三段。在这三段中，每一段制程，机器视觉都是必不可少的。 在前、中段过程中，机器视觉主要应用在精密定位和检测方面。没有精密定位，也 就不可能进行硅片生产。中段制程是半导体制程的最重要环节，与机器视觉相关的 还有最小刻度测量。目前，后段制程则是机器视觉应用非常广泛的环节。半导体晶 体在其生长过程或集成电路器件制备过程中都会产生各种各样的晶体的缺陷结构， 随着i c 生产工艺的不断提高，纳米电子技术时代已经到来，i c 晶片特征尺寸不断 减小、硅片上芯片密度不断地增加，使得对缺陷检测的难度也越来越大。关于半导 体晶体缺陷检测的方法，目前大多数仍然是采用光学显微镜( o p t i c a lm i c r o s c o p e ，o m ) 进行光学放大的金相显微技术来观察及计量。光学显微镜是一种成本较低、比较快 捷的最常用的检测方法，它已在半导体材料和器件的研究、生产工艺中得到广泛应 用，已成为研究、观察晶体缺陷的基本分析手段。对晶片的检测主要是针对物理缺 2 第一章绪论 陷，比如边缘破屑、弯曲、裂缝、刮痕、锯齿和凹陷等。微小颗粒的缺陷物和冗余 物对i c 晶片造成了很大的危害，导致制成的i c 芯片无法正常工作。i c 生产制造过 程中，提高缺陷检测和关键尺寸的测量速度尤为重要，并对i c 晶片缺陷定位和分类。 在半导体制造过程中，每步工艺的检测都是成败的关键。仅仅依靠人工检验方法的 效力已经到了极限，其误差率大、耗时多、效率低，难以满足半导体工业质量检验 的要求，所以对i c 晶片图像表面检测的机器视觉检测是不可缺少的检测工序。 1 2a o i 国内外研究概况 自动光学检测【1 】是工业制造过程中常见的代表性方法之一，利用光学方式取得 成品的表面状态图像，以图像处理来检出异物或图案异常等瑕疵，因为是非接触式 检查，所以可用于中间工程检查半成品。a o i 经过十几年的发展，技术水平仍处于 高速发展阶段，如何实现最佳的检测效果，一直是各a o i 厂商不断攻关的技术领域。 其中k l a t e n c o r 【2 】为该领域全球领导企业，其硅片检测设备产品种类齐全，根 据t h ei n f o r m a t i o nn e t w o r k 的资料显示，k l a t e n c o r 在硅片缺陷检测设备的全球市 场占有率达7 7 3 。第二大企业为日立高科技，市场占有率估计为2 2 ，产品有自 动硅片表面检查设备、硅片杂质检测设备、s e m 等等，其中以c d s e m 占全球5 8 的市场为最主要产品。a m a t 为第三大企业，生产的产品亦包括c d s e m 、d r s e m 、 硅片图案检验设备等等，市场占有率仅为6 。 美国的k l a t e n c o r 公司2 0 0 9 年推出了t e r a s c a n x r ，为3 2 纳米节点提供高分 辨率的光罩、虚像( a e r i a l p l a n e ) 和晶圆平面( w a f e r - p l a n e ) 检测能力。这款新的系统是 对现有t e r a s c a n 光罩检测系统的一个扩展，它旨在为光罩制造商提供更佳的灵敏度、 更低的检测成本及更快的光罩处理速度。此外，t e r a s c a n x r 还是市场上满足全套检 测平面需要的唯一光罩检测系统。该系统采用高分辨率光罩平面检i 贝, t j ( r p i ) 在开发和 制造光罩期间捕捉制造缺陷，采用虚像平面检钡t j ( a p i ) 滤出特定的非印刷缺陷，采用 晶圆平面检；濒l j ( w p i ) 预测哪些光罩缺陷将最终印在晶圆上。 以色列的n e g e v t e c 公司是一家在半导体晶圆处理的控制领域专业从事高分辨 率晶圆检验的创新公司，由多名在光电和图像处理方面的著名专家合伙在2 0 0 0 年创 立。n e g e v t e c h 3 1 0 0 将晶圆检验重新定义为常规专用系统的第一替换产品，常规的 专用系统只能提供明场或暗场成像，这是第一台跨越前端制程( f e o l ) 和后端制程 3 广东工业大学硕士学位论文 ( b e o l ) 检验应用的系统，却只需付出最低的拥有成本。n e g e v t e c h 推出全新产品 a r g u s3 2 0 0 高强度芯片缺陷检测系统。结合增强版的n e g e v t e c h 专利s t e p l m a g e t m 技术和其新的i pxi m a g e 工艺平台，a r g u s 3 2 0 0 延伸了3 1 0 0 的适应性和灵敏性以更 好的进行f e o l 和b e o l 芯片检测应用。s t e p & i m a g e t m 产品晶圆检测系统：检测 多种类型的缺陷，如多余桥接点、断点、突起及空穴等，精度达到9 0 n m 。 日本的o m r o n 公司的a o i 设备高质量的焊点及元件检测：对生产上常见的缺 陷如假焊、少锡、无锡、短路、焊锡、焊球等都可以准确的检测。另外对元件的错 误，如漏件、错件、偏移、直立、侧立、反转、引脚变形等一样可以准确检测。 深圳市托普科电子有限公司的t o p v 8 自动光学检测仪图像处理速度：每画面 处理时间小于1 8 5 毫秒。检测内容有锡膏缺陷、零件缺陷和焊点缺陷：锡膏印刷包括 有无、偏斜、少锡、多锡、断路、污染；零件缺陷包括缺件、偏移、歪斜、立碑、 侧立、翻件、极性反、错件、破损；焊点缺陷包括锡多、锡少、连锡。 东莞市神州视觉科技有限公司的a l d h 6 0 0 设备的测试速度能满足1 5 条高速 贴片线的需要，更高的检出率，更低的误判率，缺陷精度达到0 3 m m ( 2 0 u m p i x e l ) 。 国内高等学校和科研院所进行i c 晶片缺陷的相关技术研究，包括哈尔滨工业大 学、华南理工大学、浙江大学、中国科学院等，对图像处理、机器视觉系统和光学 检测设备等方面已有很多研究，清华大学精密仪器与机械学系、中科院上海光学精 密机械研究所对硅片表面缺陷检测进行了较深入研究。针对目前半导体产品的特点， 适应1 2 英寸0 1 3 p , m 工艺i c 产品的发展趋势，采用不同检测手段达到i c 表面缺陷 的检测要求，在该领域取得了一定的科研突破。 无论是国外a o i ，还是国产a o i ，其测试的稳定性、可靠性以及速度等方面， 同传统的电测手段比，例如i c t ，a t e 等，还有很大的差距，其性能还没有完全成 熟，还有极大的突破空间，同客户的期望还有一定距离。 本课题组自从2 0 0 4 年1 0 月承担广东省科技计划攻关项目“基于数字图像处理 的i c 晶片显微自动检测系统 以来，在几个主要方面进行了研究，分别是：高速度 高精度显微工作台的搭建和控制策略、f p g a 实现高速图像预处理、i c 晶片检测中 的精确标定技术、图像模式识别算法以及表面缺陷检测技术等。项目取得了阶段性 进展，i c 晶片显微检测平台实现了“p c + 下位机 的控制，采用了i c 晶片显微图 像采集与三维工作台控制的嵌入式视觉检测技术相结合，通过嵌入式系统对i c 晶片 显微图像的实时聚焦判断和z 轴调焦控制，以及应用x 、y 工作台检测策略下的精 4 第一章绪论 确定位模式控制，极大地提高了图像采集的速度和系统检测的效率，实现了自动调 焦和图像采集，对i c 晶片图像特征提出许多可行的方法实现晶片表面图像缺陷检测 方法。同时，项目研究仍在不断深入，从i c 晶片图像存在特征进行分析、i c 晶片 导线提取以及实现定位、i c 晶片导线焊盘特征提取以及实现定位、对i c 晶片图像 特征点提取以及实现特征点匹配、对i c 晶片缺陷检测以及缺陷特征参数分析等等。 1 3 研究内容 本课题在已有的研究基础上，针对初步搭建的i c 晶片显微图像检测系统中存在 的问题，主要围绕以下几个关键问题进行：i c 晶片图像经过预处理去除噪声点建立 标准模板，通过比较法得到i c 晶片缺陷图像，并对缺陷物特征参数计算，从而实现 缺陷物定位；i c 晶片显微图像存在的具有规则形状特征如导线、焊盘形状特征提取； 针对i c 晶片存在特征点提取并进行匹配。 论文研究i c 晶片图像经过预处理去除噪声点建立标准模板，通过比较法得到 i c 晶片缺陷图，并对缺陷物特征值计算，从而实现缺陷物定位。i c 晶片显微图像存 在的具有规则形状的特征提取，通过h o u g h 变换和最d x - - 乘拟合计算导线的位置以 及焊盘中心位置和半径。针对i c 晶片显微图像存在的特征点提取，通过h a r r i s 、 s u s a n 、s i f t 变换获得图像特征点，并获得特征点在图像上的位置，利用s i f t 变 换实现特征点匹配。实验表明，这些方法可以达到比较好的效果。 论文内容共分为五章，分别从理论和应用的角度对课题的难点进行较为深入的 分析。 第一章介绍了本课题的来源以及研究意义，并介绍了a o i 国内外研究概况以及 本课题组对i c 晶片研究基础，提出了本论文研究的主要内容。 第二章介绍了i c 晶片生产过程中产生缺陷来源和类型，在i c 晶片制造过程中， 产生的常见缺陷类型，i c 晶片缺陷检测中常见的电子束检测器、自动工艺检测技术 和x 射线检测技术，i c 晶片显微图像自动分析系统的硬件与软件组成。 第三章介绍了图像预处理方法和i c 晶片缺陷检测技术，建立一个标准的图像 库，通过待测图片与标准库图像进行对比，从而判定该图像是否存在缺陷。如果该 图像存在缺陷物，则进行缺陷区域特征参数计算，从而对其进行缺陷定位。 第四章介绍了i c 晶片的形状特征提取，用不变矩( m o m e n t ) 分析了对图像平移、 。 广东工业大学硕士学位论文 缩放无关和旋转不变全局特性，并针对i c 晶片图像利用7 个不变矩计算数据具有不 变特性。针对i c 晶片存在的具有规则图形特征提取，目前比较常用的方法最小二乘 拟合法、h o u g h 变换等方法提取焊盘、导线。计算出导线