CN116045827B - 一种用于大尺寸晶圆的厚度和弯曲度的检测***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于大尺寸晶圆的厚度和弯曲度的检测***和方法，属于晶圆检测领域，包括传输机构，具有传送带，用于传输晶圆；搬运机构，具有机械臂，机械臂末端具有真空吸盘，用于将待检测晶圆从传输机构搬运至检测机构；检测机构，具有承载结构和光学检测结构，用于对晶圆进行厚度和弯曲度检测；所述承载结构包括多条细线，用于承载待检测晶圆；所述光学检测结构具有摄像机和LCD面板，摄像机可360°旋转，用于依次旋转90°，分别拍摄4张待检测晶圆干涉条纹图像；所述LCD面板，可向待检测晶圆投射光栅，还具有分光镜和控制器，用于实现晶圆检测。本***可以减少大尺寸晶圆检测时由于重力效应导致的弯曲变形，并且结构简单，易于实现。

Description

一种用于大尺寸晶圆的厚度和弯曲度的检测***和方法

技术领域

本发明属于晶圆检测领域，具体涉及一种用于大尺寸晶圆的厚度和弯曲度的检测***和方法。

背景技术

晶圆是半导体芯片的基本材料，晶圆的厚度，弯曲度是晶圆检测中的重要一项，关系到晶圆的出厂质量。现有技术中存在多种晶圆检测方法，包括探针法和图像法，这通常都需要将晶圆放置于承载上。

然而，晶圆自身刚性较弱，由于自身的重力作用，会导致晶圆变形。因此，有些采用参考晶圆倒置、样品晶圆倒置和理论建模的三消法来消除重力作用的影响。有些采用垂直支撑***来进行光学采集。有些则采用旋转法，在测量过程中对晶圆进行旋转，消除重力对部分区域的影响。有些则采用三点支撑，即在晶圆边缘设置三个支撑点，支撑点呈等边三角形，用于减少边缘重力导致的弯曲。然而，对于大尺寸晶圆，即使采用了多点支撑，或者垂直支撑，仍旧无法完全消除重力对部分未被支撑区域的影响，这会导致晶圆的厚度和弯曲度检测不准确。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种用于大尺寸晶圆的厚度和弯曲度的检测***和方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于大尺寸晶圆的厚度和弯曲度的检测***，其特征在于：包括传输机构，搬运机构和检测机构；其中，

传输机构，具有传送带，用于传输晶圆；

搬运机构，具有机械臂，机械臂末端具有真空吸盘，用于将待检测晶圆从传输机构搬运至检测机构；

检测机构，具有承载结构和光学检测结构，用于对晶圆进行厚度和弯曲度检测；

具体的，所述承载结构包括多条平行设置的细线，用于承载待检测晶圆，其中，所述细线之间的间距为1.5～2.3cm；

所述光学检测结构具有摄像机和LCD面板，摄像机可360°旋转，用于依次旋转90°，分别拍摄4张待检测晶圆干涉条纹图像；

所述LCD面板，可向待检测晶圆投射光栅。

优选的，所述的真空吸盘具有4个，其中1个用于吸附晶圆中心，另外3个用于吸附晶圆边缘，并且呈等边三角形分布。所述搬运机构具有图像识别单元，用于通过拍摄待检测晶圆图片，识别待检测晶圆边缘和圆心，并将真空吸盘分别置于边缘和圆心处。

优选的，所述光学检测结构具有控制器，摄像机，LCD面板和分光镜，其中，控制器和LCD面板，摄像机电连接，用于控制显示于LCD的光栅形状，以及接收摄像机采集的图像数据；分光镜相对于待检测晶圆倾斜设置，LCD面板相较于待检测晶圆垂直设置，摄像机设置于分光镜上方，用于拍摄待检测晶圆的干涉条纹图像。所述控制器可以控制LCD面板显示的光栅为竖直光栅或水平光栅。

待检测晶圆表面曲率的计算公式为：

其中，沿x轴方向的曲率为

沿y轴方向的曲率

其中，

式中，x，y，x1,x2，y1，y2为像素坐标值，I₀，I₉₀，I₁₈₀，I₂₇₀，分别为相机位于0°，90°，180°和270°拍摄的干涉条纹图像；p为两条干涉条纹之间的距离，以像素为单位；L为LCD到分光镜中心的水平距离与分光镜中心到待检测晶圆的垂直距离之和；Δx，Δy为图像最小可识别的像素距离；a为校正因子，与摄像机镜头参数有关。厚度的计算公式为：t(x,y)＝b*Φ(x,y)+c；其中，b和c为摄像机预先标定的参数；t(x,y)为坐标为(x,y)处的晶圆厚度。

本申请还涉及一种用于大尺寸晶圆的厚度和弯曲度检测的方法，采用上述检测***实现，该操作方法为：

步骤1：传输机构将待检测晶圆运输到指定位置；

步骤2：搬运机构采用真空吸盘，将待检测晶圆搬运至承载台；

步骤3：控制器控制LCD投射光栅，摄像机采集图像，并且依次旋转90°，获得4张待检测晶圆图像；

步骤4：根据图像获得待检测晶圆的弯曲度和厚度。

本申请还涉及一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现上述方法。

本申请还涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现上述方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.通过细线的支撑，实现对晶圆多位置的均匀支撑，最大程度减少晶圆边缘区域或者中心区域的重力导致的扭曲变形，提高检测的准确率。2.传统的光干涉法采用投影仪，CCD摄像机等来进行光学检测，***结构复杂，***标定较为繁琐，而本申请采用的光学检测结构，仅采用LCD反光板，分光器和控制器实现，结构简单，在保证了检测准确性的同时，提高了检测效率，降低了结构复杂度。

附图说明

图1：本申请中的承载结构。

图2：本申请的光学检测结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本申请的大尺寸晶圆的厚度和弯曲度的检测***包括传输机构，具有传送带，用于传输晶圆；搬运机构，具有机械臂，机械臂末端具有真空吸盘，用于将晶圆从传输机构搬运至检测机构；检测机构，具有承载结构和光学检测结构，用于对晶圆进行厚度和弯曲度检测；如图1所示，本申请承载结构包括多条平行设置的细线，用于承载待检测的晶圆，通过等间距地设置细线，可以为晶圆提供稳定的支撑，有效防止晶圆因重力效应而导致的不必要的弯曲。工作时，传输机构将待检测晶圆运输到指定位置；随后，搬运机构移动至传输结构，通过拍摄待检测晶圆的图像，识别待检测晶圆的圆心和边缘区域，机械臂末端具有4个真空吸盘，其中1个用于吸附晶圆中心，另外3个用于吸附晶圆边缘，并且呈等边三角形分布。搬运机构将4个真空吸盘分别置于待检测晶圆的圆心和边缘位置，将待检测晶圆搬运至承载结构。优选的，细线之间的间距可以为1.5～2.3cm；

如图2所示，本申请的光学检测结构，具有控制器，摄像机，LCD面板和分光镜，其中，控制器和LCD面板，摄像机电连接，用于控制显示于LCD的光栅形状，以及接收摄像机采集的图像数据；分光镜相对于待检测晶圆倾斜设置，摄像机设置于分光镜上方。工作时，控制器控制LCD显示竖直或水平光栅，分光器将光栅投影到待检测晶圆上，摄像机采集具有投影光栅的晶圆图像，也就是具有干涉条纹的待检测晶圆的图像，通过计算光栅的形变，可以得到物体表面的曲率。

在进行具体检测前，需要对光学***进行标定，以确定空间物体与图像之间的相互关系。本申请中，为了使得光路***成立，需要满足摄像机成像光轴需和待检测晶圆垂直，LCD面板相较于待检测晶圆垂直设置，即摄像机成像光轴和LCD面板需和测量平台垂直。

摄像机采集到图像后，需对图像进行简单的预处理，包括图像亮度处理，图像二值化，膨胀和腐蚀处理。

本申请中，光栅投影生成的条纹灰度值可以表示为：

I₀(x,y)＝A+Bcos[Φ(x,y)+0π] (1)

I₉₀(x,y)＝A+Bcos[Φ(x,y)+0.5π] (2)

I₁₈₀(x,y)＝A+Bcos[Φ(x,y)+π] (3)

I₂₇₀(x,y)＝A+Bcos[Φ(x,y)+1.5π] (4)

其中，A，B分别为环境光强和调制光强。

通过求解上式(1)～(4)，可以得到相位Φ为：

而

根据相移和相位展开公式，可以得到：

沿x轴方向的曲率为

沿y轴方向的曲率为

其中，x，y，x1,x2，y1，y2为像素坐标值，I₀，I₉₀，I₁₈₀，I₂₇₀，分别为相机位于0°，90°，180°和270°拍摄的干涉条纹图像；p为两条干涉条纹之间的距离，以像素为单位；L为LCD到分光镜中心的水平距离与分光镜中心到待检测晶圆的垂直距离之和；Δx，Δy为图像最小可识别的像素距离；a为校正因子，与摄像机镜头参数有关。将公式(5)～(7)分别带入公式(8)和(9)就可以得到待检测晶圆的曲率。进一步地，晶圆的弯曲度，可以根据一般的弧形计算公式，由曲率计算得到，这是本领域的公知常识。

晶圆的高度则可由t(x,y)＝b*Φ(x,y)+c计算得到；其中，b和c为摄像机预先标定的参数，t(x,y)为坐标为(x,y)处的晶圆厚度。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

最后应说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种用于大尺寸晶圆的厚度和弯曲度的检测***，其特征在于：包括传输机构，搬运机构和检测机构；其中，

所述传输机构，具有传送带，用于传输晶圆；

所述搬运机构，具有机械臂，机械臂末端具有真空吸盘，用于将待检测晶圆从传输机构搬运至检测机构；

所述检测机构，具有承载结构和光学检测结构，用于对待检测晶圆进行厚度和弯曲度检测；

具体的，所述承载结构包括多条平行设置的细线，用于承载待检测晶圆，其中，所述细线之间的间距为1.5～2.3cm；

所述光学检测结构包括摄像机和LCD面板；摄像机可360°旋转，用于依次旋转90°，分别拍摄4张待检测晶圆的干涉条纹图像；

所述LCD面板，可向晶圆投射光栅。

2.根据权利要求1所述的检测***，其特征在于：所述的真空吸盘具有4个，其中1个用于吸附晶圆中心，另外3个用于吸附晶圆边缘，并且呈等边三角形分布。

3.根据权利要求2所述的检测***，其特征在于：所述搬运机构具有图像识别单元，用于通过拍摄待检测晶圆图片，识别待检测晶圆边缘和圆心，并将真空吸盘分别置于边缘和圆心处。

4.根据权利要求1所述的检测***，其特征在于：所述光学检测结构还具有控制器和分光镜；

其中，控制器与LCD面板和摄像机电连接，用于控制显示于LCD的光栅形状，以及接收摄像机采集的图像数据，并基于采集到的图像数据计算得到待检测晶圆的厚度和弯曲度；

分光镜相对于待检测晶圆倾斜设置，LCD面板相较于待检测晶圆垂直设置，摄像机设置于分光镜上方，用于拍摄待检测晶圆的干涉条纹图像。

5.根据权利要求4所述的检测***，其特征在于：所述控制器可以控制LCD面板显示的光栅为竖直光栅或水平光栅。

6.根据权利要求4所述的检测***，其特征在于：待检测晶圆表面曲率的计算公式为：

其中，沿x轴方向的曲率为沿y轴方向的曲率/>其中，/>式中，x，y，x1,x2，y1，y2为像素坐标值，I₀，I₉₀，I₁₈₀，I₂₇₀，分别为所述摄像机位于0°，90°，180°和270°拍摄的干涉条纹；p为两条干涉条纹之间的距离，以像素为单位；L为LCD到分光镜中心的水平距离与分光镜中心到待检测晶圆的垂直距离之和；Δx，Δy为图像最小可识别的像素距离；a为校正因子，与摄像机镜头参数有关；

厚度的计算公式为：t(x,y)＝b*Φ(x,y)+c；其中，b和c为摄像机预先标定的参数，t(x,y)为坐标为(x,y)处的晶圆厚度。

7.一种用于大尺寸晶圆的厚度和弯曲度的检测方法，采用如权利要求1-6任意一项所述的检测***实现，该检测方法为：

步骤1：传输机构将待检测晶圆运输到指定位置；

步骤2：搬运机构采用真空吸盘，将待检测晶圆搬运至承载台；

步骤3：控制器控制LCD投射光栅，摄像机采集图像，并且依次旋转90°，获得4张待检测晶圆图像；

步骤4：根据图像获得待检测晶圆的弯曲度和厚度。

8.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求7所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现权利要求7所述的方法。