光照補(bǔ)償模塊 - 晶片鍵合質(zhì)量的紅外檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　上文中已經(jīng)說(shuō)明了最終選擇普通的白熾燈作為光源是最為經(jīng)濟(jì)合適的，但同時(shí)也使得硅片表面的光照不均勻。同屬于鍵合區(qū)域，而中間偏亮，四周偏暗，位于不同光照位置的鍵合區(qū)和未鍵合區(qū)的灰度值非常接近，這給圖像的分割帶來(lái)很大的困難。因此，加入光照補(bǔ)償模塊，成功地解決了光照不均的問(wèn)題。光照補(bǔ)償曲線由標(biāo)定擬和的方式得到。

　　3.3.2 對(duì)比度增強(qiáng)模塊

　　由于圖片上鍵合區(qū)域和未鍵合區(qū)域的對(duì)比度不是很大，使得圖像的分割困難，分析所得圖片的灰度直方圖，發(fā)現(xiàn)灰度值

　　集中在0～255的某一段區(qū)域，此處采用一種對(duì)比度增強(qiáng)算法，均勻地拉大各部分的差別，從而拉大圖片上鍵合區(qū)域和未鍵合區(qū)域的差別，方便后續(xù)處理。該對(duì)比度增強(qiáng)算法不同于直方圖均衡，它在算法上沒(méi)有累積，其效果體現(xiàn)在直方圖上，均等地拉開(kāi)了各個(gè)灰度值之間的間距，而不改變灰度等級(jí)的個(gè)數(shù)和所對(duì)應(yīng)的概率值。

　　3.3.3 圖像平滑處理模塊

　　獲得圖像的過(guò)程中，不可避免地會(huì)引入很多噪聲，所以圖像平滑是圖像預(yù)處理不可缺少的部分。此處采用的圖像平滑是基于梯度的算法，中和了均值濾波和中值濾波的雙重效果，在抑制噪聲的同時(shí)也模糊了干涉條紋，從而為后續(xù)的閾值分割奠定基礎(chǔ)。該算法的實(shí)現(xiàn)：用3×3的鄰域T[3][3]，取中心點(diǎn)與其相鄰的8個(gè)點(diǎn)的灰度值梯度，按閾值 T0將T[3][3]分成三個(gè)區(qū)域，鄰域內(nèi)各點(diǎn)的灰度值為其所屬區(qū)域的灰度均值。用T[3][3]遍歷整幅圖像，圖像各點(diǎn)的灰度值取該點(diǎn)累積的均值。

　　3.3.4 閾值分割模塊

　　閾值分割是從整幅圖像中提取目標(biāo)對(duì)象的處理，在此處是為了提取出鍵合上的區(qū)域，為鍵合率的計(jì)算做準(zhǔn)備。

　　3.3.5 鍵合率計(jì)算模塊

　　在閾值分割后的二值圖像上，計(jì)算出鍵合區(qū)域的面積，從而計(jì)算出鍵合率。鍵合率定義為晶片鍵合上的面積占整個(gè)預(yù)鍵合晶片面積的百分比。

　　4 系統(tǒng)的應(yīng)用

　　4.1 在線監(jiān)測(cè)鍵合過(guò)程

　　將紅外檢測(cè)應(yīng)用到鍵合裝置中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控鍵合過(guò)程。圖4(a)～(d)是截取的預(yù)鍵合過(guò)程中的4幅圖片，可以清晰地觀察鍵合波從中間向四周擴(kuò)張的傳播過(guò)程。圖中所標(biāo)的數(shù)字表示預(yù)鍵合時(shí)間(晶片經(jīng)活化處理后，從兩晶片開(kāi)始接觸到逐步鍵合所經(jīng)歷的時(shí)間)。1 min后，鍵合面積基本不再發(fā)生變化，預(yù)鍵合結(jié)果如圖4(d)所示。

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　　4.2 檢測(cè)晶片鍵合質(zhì)量

　　將上節(jié)中預(yù)鍵合的硅片在120。C下退火5 h，最終得到鍵合片的紅外圖片如圖5(a)，其鍵合質(zhì)量如圖5，鍵合率為60.20%。

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　　兩組樣品均采用單面拋光的p型標(biāo)準(zhǔn)晶片，經(jīng)過(guò)清洗、活化等處理后，貼合到一起，再經(jīng)過(guò)低溫退火，形成穩(wěn)定的鍵合，獲得測(cè)試樣件。將鍵合好的晶片放在該測(cè)試儀上檢測(cè),并進(jìn)行相應(yīng)圖像處理得到樣品1和2的紅外圖片如圖6和圖7所示。

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　　圖6(a)和圖7(a)中，圓形區(qū)域是要鍵合的圓片，其中明區(qū)為鍵合上的地方，暗區(qū)為未鍵合上的地方，圓形區(qū)域(即鍵合圓片)以外為圖像背景。從圖上可以大致地看出空洞(未鍵合區(qū)域)的分布、個(gè)數(shù)和大小等。為了獲得更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，借助圖像處理程序?qū)D片(a)進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)、平滑、分割等一系列處理，可獲得圖(b)，(c)，從而得到鍵合率。樣品1的鍵合率為28.12%，鍵合率很低，并且從圖6中空洞的分布可以看出，樣品1鍵合得很不好。樣品2的鍵合率為66.12%。比較圖6和圖7，樣品2的鍵合質(zhì)量明顯優(yōu)于樣品1，可以說(shuō)明鍵合圓片越薄，越容易鍵合?？梢詮钠桨謇碚摾斫膺@一鍵合現(xiàn)象，圓片越薄，界面表面能克服圓片翹曲貼合到一起所需要的力越小。

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　　在圖7(a)右側(cè)，可以看到具有清晰圓形干涉條紋的圓形暗區(qū)，這是因?yàn)樵趫A片貼合前，圓片此處有一顆粒污染。因此可以推測(cè)，界面上因顆粒污染所形成的空洞，紅外圖片上呈現(xiàn)為比較規(guī)則的圓形暗區(qū)。

　　5 結(jié)論

　　該檢測(cè)儀更具有靈活性和實(shí)用性，不但可用于同質(zhì)材料鍵合片的質(zhì)量檢測(cè)，還可用于異質(zhì)材料鍵合片的檢測(cè)，用于篩選適合下一步工藝研究的合適鍵合片等。同時(shí)，該檢測(cè)儀結(jié)合到鍵合裝置中，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)鍵合過(guò)程中鍵合的動(dòng)態(tài)圖像，觀察鍵合波，實(shí)時(shí)指導(dǎo)鍵合工藝。但目前已實(shí)現(xiàn)的軟件功能還很簡(jiǎn)單，只能進(jìn)行鍵合質(zhì)量的初步評(píng)估。要獲得鍵合片的更多信息，需要添加軟件功能，這是該系統(tǒng)的不足之處和值得改進(jìn)的地方。