CN109273385A - 基于机械臂的晶圆缺陷检测方法、机械臂、半导体设备 - Google Patents

基于机械臂的晶圆缺陷检测方法、机械臂、半导体设备 Download PDF

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Abstract

一种基于机械臂的晶圆缺陷检测方法、机械臂、半导体设备，所述机械臂包括：吸附部，所述吸附部的正面用于吸附第一晶圆；图像传感器，位于所述吸附部的背面，用于对第二晶圆的正面的至少一部分进行拍摄，以得到影像信息；处理器，耦接于所述图像传感器，用于确定所述影像信息与模板影像的差值，并根据所述差值确定所述第二晶圆是否存在缺陷；其中，所述模板影像为无缺陷的标准晶圆的正面的影像。本发明方案可以提高生产效率，降低生产周期和生产成本。

Description

基于机械臂的晶圆缺陷检测方法、机械臂、半导体设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种基于机械臂的晶圆缺陷检测方法、机械臂、半导体设备。
背景技术
在现有的半导体制造工艺中，经常发生晶圆缺陷(Wafer Defect)问题，例如在晶圆表面发生刮痕、颗粒、鼓泡以及剥落等缺陷。如果未能在当前站点(Stage)及时识别出所述晶圆缺陷，则有可能直至生产完所有工艺步骤，才能通过晶圆级测试(WAT Test)或者终极测试(Final Test)获知存在该缺陷，导致时间延误，甚至发生经过该站的大量产品报废的问题。
在现有技术中，可以在重要站点采用增加大量缺陷扫描(Defect Scan)的工艺步骤，以提高缺陷识别率，然而额外增加缺陷扫描站点(stage)对缺陷进行扫描，会延长生产周期、增加生产成本、降低生产效率。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种基于机械臂的晶圆缺陷检测方法、机械臂、半导体设备，可以提高生产效率，降低生产周期和生产成本。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种机械臂，包括：吸附部，所述吸附部的正面用于吸附第一晶圆；图像传感器，位于所述吸附部的背面，用于对第二晶圆的正面的至少一部分进行拍摄，以得到影像信息；处理器，耦接于所述图像传感器，用于确定所述影像信息与模板影像的差值，并根据所述差值确定所述第二晶圆是否存在缺陷；其中，所述模板影像为无缺陷的标准晶圆的正面的影像。
可选的，所述机械臂还包括：连接臂，与所述吸附部连接；连接沟槽，位于所述连接臂内；用于连接所述图像传感器与所述处理器的连接线路，位于所述连接沟槽内。
可选的，所述吸附部包括：第一延伸分支和第二延伸分支，所述第一延伸分支和第二延伸分支的第一端直接或间接地连接，所述第一延伸分支和第二延伸分支的第二端之间具有间距；连接件，用于连接所述第一延伸分支和第二延伸分支的第二端；其中，所述图像传感器的数量为多个，且多个图像传感器均匀分布于所述连接件的背面。
可选的，所述吸附部包括：第一延伸分支和第二延伸分支，所述第一延伸分支和第二延伸分支的第一端直接或间接地连接，所述第一延伸分支和第二延伸分支的第二端之间具有间距；连接件，用于连接所述第一延伸分支和第二延伸分支的第二端；其中，所述图像传感器的数量为多个，且多个图像传感器均匀分布于所述连接件、第一延伸分支以及第二延伸分支的背面。
可选的，所述吸附部的形状为环形，所述图像传感器的数量为多个，且均匀分布于所述吸附部的背面。
可选的，所述处理器执行以下步骤，以确定所述第二晶圆是否存在缺陷：采用哈希算法确定所述影像信息的哈希值与模板影像的哈希值，并计算影像信息的哈希值与模板影像的哈希值的差值；如果所述差值超出预设阈值，则确定所述第二晶圆存在所述缺陷。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种上述机械臂的晶圆缺陷检测方法，包括：使用所述吸附部的正面吸附第一晶圆，并采用所述图像传感器对第二晶圆正面的至少一部分进行拍摄，以得到影像信息；采用所述处理器确定所述影像信息与模板影像的差值，并根据所述差值确定所述晶圆是否存在缺陷。
可选的，所述第一晶圆位于所述第二晶圆的上方，所述第一晶圆的背面面向所述第二晶圆的正面。
可选的，所述第二晶圆的正面沉积有薄膜材料。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种半导体设备，包括上述的机械臂。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
在本发明实施例中，提供一种机械臂，包括：吸附部，所述吸附部的正面用于吸附第一晶圆；图像传感器，位于所述吸附部的背面，用于对第二晶圆的正面的至少一部分进行拍摄，以得到影像信息；处理器，耦接于所述图像传感器，用于确定所述影像信息与模板影像的差值，并根据所述差值确定所述第二晶圆是否存在缺陷；其中，所述模板影像为无缺陷的标准晶圆的正面的影像。采用上述方案，通过在机械臂的吸附部的背面设置图像传感器，对第二晶圆的正面的至少一部分进行拍摄，可以判断该晶圆是否存在缺陷，相比于现有技术中增加缺陷扫描的工艺步骤，需要将晶圆载入(Load in)及载出(Load out)缺陷扫描设备耗费大量时间，采用本发明实施例的方案，有助于提高生产效率，降低生产周期和生产成本。
进一步，所述吸附部包括第一延伸分支和第二延伸分支，还包括用于连接所述第一延伸分支和第二延伸分支的第二端的连接件，多个图像传感器均匀分布于所述连接件的背面，有助于在所述第一延伸分支和第二延伸分支的第二端之间具有间距时，通过设置连接件而放置多个图像传感器，可以使得多个图像传感器放置于吸附部的第二端，从而在采用机械臂的吸附部抓取第一晶圆时，可以采用更多的图像传感器拍摄到第二晶圆的更多区域的影像，提高判断缺陷的全面性和准确性。
进一步，所述第一晶圆位于所述第二晶圆的上方，所述第一晶圆的背面面向所述第二晶圆的正面，在本发明实施例中，可以在采用机械臂的吸附部抓取第一晶圆时，对所述第一晶圆下方的第二晶圆的正面提取影像信息，可以复用抓取晶圆的时间，避免额外增加提取影像信息的时间，进一步提高生产效率，降低生产周期和生产成本。
进一步，所述第二晶圆的正面沉积有薄膜材料。在本发明实施例中，由于在沉积薄膜材料的工艺中，比较容易发生刮痕、颗粒、鼓泡以及剥落等缺陷，可以设置为在沉积薄膜材料的工艺之后，提取影像信息，相比于持续提取影像信息，采用本发明实施例的方案，可以进一步减少确定所述影像信息与模板影像的差值的工作量和计算量，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例中一种机械臂的剖面结构示意图；
图2是本发明实施例中一种非工作状态下的机械臂的结构示意图；
图3是本发明实施例中一种工作状态下的机械臂的结构示意图；
图4是本发明实施例中一种晶圆缺陷检测方法的流程图。
具体实施方式
在现有的半导体制造工艺中，经常发生晶圆缺陷问题，在重要站点采用增加大量缺陷扫描的工艺步骤，虽然可以提高缺陷识别率，然而会导致延长生产周期、增加生产成本、降低生产效率。
本发明的发明人经过研究发现，在半导体制造设备中，机械臂(Arm)是机台内的重要组成部分，用于对机台内的晶圆进行抓取和传送。通过在机械臂上设置图像传感器，就可以在自背面抓取第一晶圆的时候，对第二晶圆的正面进行拍摄，进而根据拍摄到的影像信息确定第二晶圆是否存在缺陷。
具体地，机械臂用于对机台内的晶圆进行抓取和传送，以实现在机台内各个模块之间的连接，从而在一个机台内实现自动化功能。更具体地，采用机械臂对晶圆进行传送的过程通常包括：采用机械臂从晶圆的背部对所述晶圆进行真空吸附，然后通过控制机械臂的移动对晶圆进行传送。
在本发明实施例中，提供一种机械臂，包括：吸附部，所述吸附部的正面用于吸附第一晶圆；图像传感器，位于所述吸附部的背面，用于对第二晶圆的正面的至少一部分进行拍摄，以得到影像信息；处理器，耦接于所述图像传感器，用于确定所述影像信息与模板影像的差值，并根据所述差值确定所述第二晶圆是否存在缺陷；其中，所述模板影像为无缺陷的标准晶圆的正面的影像。采用上述方案，通过在机械臂的吸附部的背面设置图像传感器，对第二晶圆的正面的至少一部分进行拍摄，可以判断该晶圆是否存在缺陷，相比于现有技术中增加缺陷扫描的工艺步骤，需要将晶圆载入及载出缺陷扫描设备耗费大量时间，采用本发明实施例的方案，有助于提高生产效率，降低生产周期和生产成本。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图1，图1是本发明实施例中一种机械臂的剖面结构示意图。
所述机械臂可以包括吸附部110、图像传感器100、处理器150，还可以包括连接臂120。
其中，所述吸附部110的正面可以用于吸附第一晶圆101；所述图像传感器100可以位于所述吸附部110的背面。
可以理解的是，在本发明实施例中，对所述吸附部110的正面是否真正吸附有第一晶圆101不做限制。
其中，所述吸附部110可以称为机械手(Blade)，为用于抓取第一晶圆101的部件，在现有技术中通常通过吸附实现抓取，可以理解的是，在本发明实施例中，所述吸附部110不限于采用吸附的方式抓取晶圆，还可以采用其他适当的方式。
具体地，在现有技术中，所述吸附部110的背面通常没有特别设置，因此在所述吸附部110的背面安装图像传感器100，不会对现有的机械臂设计及制造产生影响。
具体地，所述图像传感器可以为摄像头或其他适当的图像拍摄设备，所述摄像头例如可以为电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)摄像头。
在具体实施中，所述图像传感器100可以用于对第二晶圆102的正面的至少一部分进行拍摄，以得到影像信息。
所述处理器150可以耦接于所述图像传感器100，用于确定所述影像信息与模板影像的差值，并根据所述差值确定所述第二晶圆102是否存在缺陷；其中，所述模板影像为无缺陷的标准晶圆的正面的影像。
其中，所述无缺陷用于指示所述标准晶圆上的缺陷数量小于预设误差值，所述标准晶圆是指在相同工艺平台下加工得到的具有同样器件结构的晶圆。
其中，所述处理器150与所述图像传感器100耦接，例如可以是通过连接线路连接的，所述连接线路可以沿所述连接臂120设置。
进一步地，所述处理器150可以执行以下步骤，以确定所述第二晶圆102是否存在缺陷：采用哈希算法确定所述影像信息的哈希值与模板影像的哈希值，并计算影像信息的哈希值与模板影像的哈希值的差值；如果所述差值超出预设阈值，则确定所述第二晶圆102存在所述缺陷。
具体地，可以为所述影像信息构造哈希值，所述哈希值的位数与所述模板影像的哈希值的位数相同。
作为一个非限制性的例子，可以将所述影像信息划分为预设数目的单元格，每个单元格内具有多个像素点，每个像素点具有灰度值；在每个单元格内，计算所述多个像素点的灰度值的平均值，以作为每个单元格的灰度平均值；基于所述每个单元格的灰度平均值，计算所述预设数目的单元格的总灰度平均值；遍历所述灰度图片的每个单元格，如果所述单元格的灰度平均值大于或等于所述总灰度平均值，所述单元格的记录结果为第一数值，否则为不同于所述第一数值的第二数值；将所述预设数目的单元格的记录结果作为哈希值，所述哈希值的位数与所述预设数目相同。其中，所述预设数目可以为所述模板影像的哈希值的位数。
进一步地，可以通过逐位比较所述影像信息与所述模板影像的记录结果，计算记录结果不同的单元格的数目，以作为所述差值。可以理解的是，所述差值越大，所述影像信息与所述模板影像之间的差异越大，所述差值越小，所述影像信息与所述模板影像之间的差异越小，如果所述差值超出预设阈值，则确定所述第二晶圆102存在缺陷。
其中，所述缺陷的类型可以为以下一项或多项：刮痕(Scratch)、颗粒(Particle)、鼓泡以及剥落(Peeling)。
在本发明实施例中，通过在机械臂的吸附部110的背面设置图像传感器100，对第二晶圆102的正面的至少一部分进行拍摄，可以判断该第二晶圆102是否存在缺陷，相比于现有技术中增加缺陷扫描的工艺步骤，需要将晶圆载入及载出缺陷扫描设备耗费大量时间，采用本发明实施例的方案，有助于提高生产效率，降低生产周期和生产成本。
参照图2，图2是本发明实施例中一种非工作状态下的机械臂的结构示意图。所述机械臂可以包括吸附部110、图像传感器100、处理器150，还可以包括连接臂120以及连接沟槽122。
需要指出的是，图2示出的所述示意图为自机械臂的背面向正面仰拍的示意图。
可以理解的是，所述非工作状态可以用于指示所述机械臂未对第一晶圆进行吸附，且未对第二晶圆进行拍摄的状态；与之相对的，所述工作状态可以用于指示所述机械臂移动至第一晶圆的下方，以对第一晶圆进行吸附的状态，还可以用于指示所述机械臂移动至第二晶圆的上方，以对第二晶圆的正面的至少一部分进行拍摄的状态。
具体地，所述连接臂120可以与所述吸附部110连接，所述连接沟槽122可以位于所述连接臂120，用于连接所述图像传感器100与所述处理器150的连接线路130可以位于所述连接沟槽122内。
在本发明实施例中，可以通过设置连接沟槽122，使得用于连接所述图像传感器100与所述处理器150的连接线路130可以在连接沟槽122内走线，有助于避免使线路突出在连接臂120的表面导致磨损，从而对所述连接线路130进行更好的保护。
需要指出的是，所述连接沟槽122还可以位于所述连接臂120以及所述吸附部110的背部内。
在本发明实施例中，还可以在吸附部110的背部内设置连接沟槽122的延伸端，则用于连接所述图像传感器100与所述处理器150的连接线路130可以在吸附部110的区域通过连接沟槽122走线，有助于避免使线路突出在吸附部110的背部表面导致磨损，从而对所述连接线路130进行更好的保护。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述吸附部可以包括第一延伸分支111、第二延伸分支112以及连接件113。
其中，所述第一延伸分支111和第二延伸分支112的第一端直接或间接地连接，所述第一延伸分支111和第二延伸分支112的第二端之间具有间距。
具体地，所述吸附部110可以为U形、V形、Y形，且所述吸附部110与所述连接臂120连接；所述吸附部110还可以为分离的多个子部件，例如可以为第一延伸分支111和第二延伸分支112，所述多个子部件可以分别连接至连接臂120上。
所述连接件113可以连接所述第一延伸分支111和第二延伸分支112的第二端。
其中，所述图像传感器100的数量可以为多个，且多个图像传感器100均匀分布于所述连接件113的背面。
在本发明实施例中，所述吸附部110包括第一延伸分支111和第二延伸分支112，还包括用于连接所述第一延伸分支111和第二延伸分支112的第二端的连接件113，多个图像传感器100均匀分布于所述连接件113的背面，有助于在所述第一延伸分支111和第二延伸分支112的第二端之间具有间距时，通过放置多个图像传感器100，从而在采用吸附部110抓取第一晶圆时，可以采用更多的图像传感器100拍摄到第二晶圆的更多区域的影像，提高判断缺陷的全面性和准确性。
在本发明实施例的另一种具体实施方式中，所述吸附部110可以包括第一延伸分支111、第二延伸分支112以及连接件113。其中，所述图像传感器100的数量可以为多个，且多个图像传感器100均匀分布于所述连接件113、第一延伸分支111以及第二延伸分支112的背面。
在本发明实施例中，所述吸附部110包括第一延伸分支111和第二延伸分支112，还包括用于连接所述第一延伸分支111和第二延伸分支112的第二端的连接件113，多个图像传感器100均匀分布于所述连接件113、第一延伸分支111以及第二延伸分支112的背面，有助于在所述第一延伸分支111和第二延伸分支112的第二端之间具有间距时，通过放置范围更广的多个图像传感器100，从而可以拍摄到第二晶圆的更多区域的影像，提高判断缺陷的全面性和准确性。
在本发明实施例的又一种具体实施方式中，所述吸附部110的形状可以为环形，所述图像传感器100的数量可以为多个，且均匀分布于所述吸附部110的背面。
具体地，所述吸附部110为环形，可以用于指示所述吸附部110为圆形、或椭圆形，还可以用于指示所述吸附部110为环形的一部分，例如为圆形或椭圆形的一部分，如半圆形或抛物线形。
在本发明实施例中，多个图像传感器100均匀分布于环形的吸附部110的背面，有助于通过放置范围更广的多个图像传感器100，从而可以拍摄到第二晶圆的更多区域的影像，提高判断缺陷的全面性和准确性。
参照图3，图3是本发明实施例中一种工作状态下的机械臂的结构示意图。
需要指出的是，图3示出的所述示意图为自机械臂的正面向背面俯拍的示意图，其中所述图像传感器100为透视结构。
可以理解的是，所述工作状态可以用于指示所述机械臂移动至第一晶圆(图未示)的下方，以对第一晶圆进行吸附的状态，还可以用于指示所述机械臂移动至第二晶圆160的上方，以对第二晶圆160的正面的至少一部分进行拍摄的状态。
具体地，所述第一晶圆可以位于所述第二晶圆160的上方，所述第一晶圆的背面面向所述第二晶圆160的正面。
更具体地，可以通过将多片晶圆放置在晶舟中，实现多片晶圆朝向相同的堆叠放置，且相邻晶圆之间存在间隙。
在本发明实施例中，所述第一晶圆位于所述第二晶圆160的上方，所述第一晶圆的背面面向所述第二晶圆160的正面，可以在采用机械臂的吸附部110抓取第一晶圆时，对所述第一晶圆下方的第二晶圆160的正面提取影像信息，可以复用抓取晶圆的时间，避免额外增加提取影像信息的时间，进一步提高生产效率，降低生产周期和生产成本。
在具体实施中，可以控制所述机械臂沿箭头方向移动至第一晶圆的下方，可以在移动过程中对第二晶圆160进行拍摄，以得到视频信息；还可以在移动至预设位置后对第二晶圆160进行拍摄，以得到图片信息。其中，所述预设位置可以为对第一晶圆进行吸附的吸附位置。
在本发明实施例中，在采用吸附部110抓取第一晶圆时，可以在移动过程中对第二晶圆160进行拍摄，以得到视频信息，从而可以采用较少的图像传感器100即可拍摄到第二晶圆160的更多区域的影像，提高判断缺陷的全面性。
在本发明实施例中，还可以在移动至预设位置后对第二晶圆160进行拍摄，以得到图片信息，由于在相同的分辨率下，拍摄图片往往比拍摄视频更加清晰，因此可以获得第二晶圆160的清晰度更高的影像，提高判断缺陷的准确性。
在本发明实施例中，还提供了一种基于前文所述以及图1至图3示出的机械臂的晶圆缺陷检测方法。
参照图4，图4是本发明实施例中一种晶圆缺陷检测方法的流程图。所述晶圆缺陷检测方法可以包括步骤S41至步骤S42：
步骤S41：使用所述吸附部的正面吸附第一晶圆，并采用所述图像传感器对第二晶圆正面的至少一部分进行拍摄，以得到影像信息；
步骤S42：采用所述处理器确定所述影像信息与模板影像的差值，并根据所述差值确定所述晶圆是否存在缺陷。
进一步地，所述第一晶圆位于所述第二晶圆的上方，所述第一晶圆的背面面向所述第二晶圆的正面。
进一步地，所述第二晶圆的正面沉积有薄膜材料。
在本发明实施例中，由于在沉积薄膜材料的工艺中，比较容易发生刮痕、颗粒、鼓泡以及剥落等缺陷，可以设置为在沉积薄膜材料的工艺之后，提取影像信息，相比于持续提取影像信息，采用本发明实施例的方案，可以进一步减少确定所述影像信息与模板影像的差值的工作量和计算量，降低生产成本。
在本发明实施例中，还提供了一种半导体设备，所述半导体设备可以包括前文所述以及图1至图3示出的机械臂。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种机械臂，其特征在于，包括：
吸附部，所述吸附部的正面用于吸附第一晶圆；
图像传感器，位于所述吸附部的背面，用于对第二晶圆的正面的至少一部分进行拍摄，以得到影像信息；
处理器，耦接于所述图像传感器，用于确定所述影像信息与模板影像的差值，并根据所述差值确定所述第二晶圆是否存在缺陷；
其中，所述模板影像为无缺陷的标准晶圆的正面的影像。
2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，还包括：
连接臂，与所述吸附部连接；
连接沟槽，位于所述连接臂内；
用于连接所述图像传感器与所述处理器的连接线路，位于所述连接沟槽内。
3.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述吸附部包括：
第一延伸分支和第二延伸分支，所述第一延伸分支和第二延伸分支的第一端直接或间接地连接，所述第一延伸分支和第二延伸分支的第二端之间具有间距；
连接件，用于连接所述第一延伸分支和第二延伸分支的第二端；
其中，所述图像传感器的数量为多个，且多个图像传感器均匀分布于所述连接件的背面。
4.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述吸附部包括：
第一延伸分支和第二延伸分支，所述第一延伸分支和第二延伸分支的第一端直接或间接地连接，所述第一延伸分支和第二延伸分支的第二端之间具有间距；
连接件，用于连接所述第一延伸分支和第二延伸分支的第二端；
其中，所述图像传感器的数量为多个，且多个图像传感器均匀分布于所述连接件、第一延伸分支以及第二延伸分支的背面。
5.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述吸附部的形状为环形，所述图像传感器的数量为多个，且均匀分布于所述吸附部的背面。
6.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述处理器执行以下步骤，以确定所述第二晶圆是否存在缺陷：
采用哈希算法确定所述影像信息的哈希值与模板影像的哈希值，并计算影像信息的哈希值与模板影像的哈希值的差值；
如果所述差值超出预设阈值，则确定所述第二晶圆存在所述缺陷。
7.一种基于权利要求1至6任一项所述的机械臂的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，包括：
使用所述吸附部的正面吸附第一晶圆，并采用所述图像传感器对第二晶圆正面的至少一部分进行拍摄，以得到影像信息；
采用所述处理器确定所述影像信息与模板影像的差值，并根据所述差值确定所述晶圆是否存在缺陷。
8.根据权利要求7所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，所述第一晶圆位于所述第二晶圆的上方，所述第一晶圆的背面面向所述第二晶圆的正面。
9.根据权利要求7所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，
所述第二晶圆的正面沉积有薄膜材料。
10.一种半导体设备，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的机械臂。
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