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给定一个圆如何确定圆心?

本帖由 漂亮的石头2022-01-02 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    [​IMG] 阿卡蒂奥,读书/敲码 阅读原文

    这事吧可大可小,纯粹几何上找一个圆的圆心高赞们说的方法就已经很丰富了。

    实际上,现实中有些场景下,这还是个挺麻烦的事。

    比如,芯片制造过程中,有时候需要比较准确的找到晶圆的圆心。这就是个挺麻烦的事。

    [​IMG]

    【网络晶圆图片】

    因为晶圆本身对洁净度的要求,所以也没办法去添加辅助线去找到它的圆心。

    而且因为加工工艺关系,晶圆也不能保证是足够圆的(圆度不为 0),所以也不能边界找三个点确定圆心。

    于是,就有了各种机械对中的结构,试图通过晶圆外轮廓确定它的圆心。

    比如这样的:

    [​IMG]

    还有这样的:

    [​IMG]

    但是,由于加工精度等等原因,这种对准精度往往不是特别高。

    于是有些又通过视觉的方法,先对晶圆拍张照,然后通过找到图像中圆心的方法去获取晶圆圆心(当然相机物理位置要标定的)。

    于是又有了这样的:

    [​IMG]

    但是,对于 6、8、12 寸以及直径更大的晶圆,就需要一个比较高的空间,让相机有足够的物距来得到足够的视野。这时候很多对空间有要求的场景就不能用了。

    [​IMG]

    于是,大家又想干脆直接让晶圆旋转去找它的轮廓得了。

    有一种思路是想着直接用相机拍晶圆的外轮廓,

    [​IMG]

    晶圆旋转着,每次拍一段。这样分段获取晶圆外轮廓。

    [​IMG]

    还有一种思路是想着用光学传感器,上面用光照射扫描它的边界:

    [​IMG]
    [​IMG]

    这样只要下面负责接收光线的传感器(CCD)精度够高,那得到的边缘点的精度就比较高,找到的圆心精度就会高一些。

    但这样得到的数据就是不同角度下,传感器被遮挡的长度。

    [​IMG]

    到了这步,怎么计算圆心就是个问题了。

    有提出用质心的:

    [​IMG]

    得到的圆心是:

    [​IMG]
    [​IMG]

    但是一般晶圆都是有缺口的,根据缺口的不同大致分为两类:Flat(平槽)和 Notch(V 平槽)。

    [​IMG]
    Flat(平槽)
    [​IMG]
    Notch(V 平槽)

    所以,对于 Flat(平槽)型晶圆,质心法明显会受较大影响。

    所以,也有考虑用圆最小二乘法实现的:

    [​IMG]

    得到的圆心是:

    [​IMG]

    哈工大曲东升团队,还提出了一种非线性晶圆缺口拟合算法:即利用 L-M 算法直接求解缺口边缘拟合问题。精度平均值在 0.14μm。

    [​IMG]
    • 《硅片预对准机器人视觉系统研究》
    • 《NewWafer Alignment Process Using Multiple Vision Method for Industrial Manufacturing》
    • 《A Wafer Prealignment Algorithm Based on Fourier Transform and Least Square Regression》
    • 《晶圆预对准系统定位算法研究》
    • 《Design and Experiment of The Wafer Pre-alignment System》
    • 《基于高精度测微仪的晶圆预对准方法》
    阅读原文
     
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