CN104977306A - 一种表面缺陷检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种表面缺陷检测系统及方法，该检测系统包括检测对象、承放所述检测对象的支持台、检测装置，所述检测装置包括：照明系统、物镜、图形探测器和主控计算机；其特征在于，所述支持台为旋转支持台；所述物镜在直线运动导轨上，所述直线运动导轨位于所述旋转支持台的上方。该装置降低了运动台的复杂度，减小了设备体积，同时降低了成本，提高了产率。

Description

一种表面缺陷检测系统及方法

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及用于光刻机的表面缺陷检测系统及方法。 

背景技术

本发明所涉及的自动光学检测装置(AOI)主要用于泛半导体基底表面缺陷检测，应用领域包括LED检测、集成电路及封装检测等领域。 

当前在泛半导体领域中，绝大多数自动光学检测装置采用运动台沿直线运动的方式进行扫描成像，占用了较大的空间，提高了设备成本。例如专利US7729528和US7112791。随着硅片尺寸从200mm向300mm过渡，未来将向450mm转移，传统方式的自动光学检测装置的体积增大和成本升高明显。 

传统自动光学检测技术的详细说明如图1所示，所用装置的物镜12和相机13位置固定，而运动台10可通过台导轨15进行大行程水平运动。检测时，硅片200跟随运动台10沿水平向作大行程扫描运动，同时固定位置的相机13通过固定位置的物镜12拍摄硅片表面，所获取图像数据被传送到计算机10上进行处理。因为传统自动光学检测装置需要运动台在水平向作大行程运动（S型检测路径），所需水平行程超过硅片直径，所以运动台的成本较高；同时所配套的机械框架比较大，制造成本高，设备占地面积也较大。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种表面缺陷检测系统，包括检测对象、承放所述检测对象的支持台、检测装置，所述检测装置包括：照明系统、物镜、图形探测器和主控计算机；其特征在于，所述支持台为旋转支持台；所述物镜在直线运动导轨上，所述直线运动导轨位于所述旋转支持台的上方。 

其中，所述检测对象为晶圆或者硅片。 

其中，所述旋转支持台包括旋转台和硅片台，所述转动台能带动所述硅片台绕中轴水平旋转。 

其中，所述转动台的转动速度可调，且带有角度编码器。 

其中，所述照明系统包括光源、光学整形单元和匀光单元。 

其中，所述图形探测器为相机、CCD探测器或CMOS探测器。 

其中，还包括分光镜和反光镜，所述分光镜用于引导光源通过所述物镜照射到所述被测对象上，所述反光镜用于将带有被测对象表面信息的光束反射到图形探测器中。 

一种利用上述的检测系统进行检测的方法，包括以下步骤： 

步骤一：将所述被测对象传到所述支持台上；

步骤二：对所述被测对象进行对准和调平；

步骤三：沿着所述直线运动导轨移动所述物镜，转动所述转动支持台，带动所述被测对象旋转，同时利用所述图形探测器同步采集所述被测对象的表面图像，并将图像信号传送给所述主控计算机；

步骤四：判断所述被测对象表面的图像是否已采集完，若是，则进入步骤五，否则重复步骤三；

步骤五：利用所述主控计算机对采集到的所述表面图像进行对比和分析处理，并在显示器上显示检测结果；

步骤六：下所述被测对象并结束检测过程。

其中，所述步骤三中采用由外向内或者由内向外逐圈扫描的方式。 

其中，扫描过程中各圈的线速度相同。 

其中，所述步骤三中所述被测对象和所述物镜同步移动，构成螺旋状的扫描轨迹。 

本发明采用运动台旋转与物镜沿硅片径向移动相结合的方式进行扫描成像，与传统的检测装置相比，本发明的检测装置中硅片台只需要绕中心轴转动，不需要在水平向运动；增加了物镜导轨，使物镜可以在水平向直线运动；还可以采用螺旋式检测扫描路径，提高检测效率。 

在发明中，运动台只做旋转运动，不需要水平向行程，因此运动台的复杂度和造价可被大幅降低；同时所需整机框架也变小，降低了框架成本，而且设备体积相应减少。本发明采用运动台旋转和物镜直线运动的方式进行检测（相对路径为同心圆或螺旋状），可提高检测速度，从而提高产率。运动台和机械框架所节省下的大量成本，远超过本发明增加的物镜导轨和专用图像处理算法的成本。因此说，本发明的检测装置相比较传统的检测装置而言更精巧、更高效、更节省。 

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。 

图1所示为传统自动光学检测技术示意图； 

图2所示为根据本发明第一实施例的表面缺陷检测系统示意图； 

图3所示为本发明实施例的照明系统26示意图； 

图4所示为利用根据本发明实施例的表面缺陷检测系统进行检测的流程图； 

图5所示为根据本发明第一实施例的硅片的检测方式； 

图6所示为根据本发明第二实施例的硅片的检测方式； 

图7所示为根据本发明实施例的光栅旋转角度编码器示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的旋转检测装置作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 

第一实施例 

图2所示为根据本发明第一实施例的表面缺陷检测系统示意图。如图2所示，表面缺陷检测系统包括：带有角度编码器的转动台20；用以支撑硅片200的硅片台21；对硅片200进行检测的物镜22和相机23；照明系统26；控制物镜22、分光镜27和反光镜28移动和定位的导轨25；对检测设备进行操作控制和数据分析的计算机24；以及显示检测结果的显示器29和操作界面显示器30。

图3所示为本发明第一实施例中的照明系统26示意图，照明系统26主要由光源、光学整形单元和匀光单元构成。 

在图2所示的表面缺陷检测系统中，硅片200通过转动台20绕中轴作水平旋转，并且可以沿z轴作垂向运动，物镜22、分光镜27和反光镜28在导轨25上可以作水平向移动。在转动台20和导轨25的配合下，可以实现对整片硅片200的成像工艺。在所述的表面缺陷检测系统中，转动台20虽然在作绕中轴的水平旋转运动，但是其整体的位置并没有发生改变，即其只需原有放置硅片台21的空间，并不需要更多的空间，而所述物镜22、分光镜27和反光镜28沿所述硅片台21作水平向运动，其所涉及的也只是硅片台21所占据的部分空间，同样不需要更多的空间。从而，相对于现有技术，本发明提供的表面缺陷检测系统减小了检测机台的尺寸，进一步减少了生产空间的占用，降低了生产成本。在检测过程中，物镜22与硅片200的距离保持在1~10mm之间，并且是可调的。 

利用本发明第一实施例的表面缺陷检测系统进行检测的流程见图4，包括以下步骤： 

步骤一：将硅片200传到硅片台21上；

步骤二：对硅片200进行对准和调平；

步骤三：沿着导轨移动物镜22，转动转动台20，带动硅片200旋转，同时利用相机23同步采集硅片的表面图像，并将图像信号传送给计算机24；

步骤四：判断硅片200表面的图像是否已采集完，若是，则进入步骤五，否则重复步骤三；

步骤五：利用计算机24对采集到的图像进行对比和分析处理，并在显示器29上显示检测结果；

步骤六：下硅片并结束检测过程。

在步骤三中，可以先将物镜22沿着导轨移动到硅片200的最外圈，从外向内依次进行扫描，也可以将物镜22沿着导轨先移动到硅片200的圆心，再从内向外依次进行扫描，或者采用别的方式进行扫描。 

图5所示为根据本发明第一实施例的硅片200的检测方式，其中示出了从外向内进行扫描的方式。物镜22以视场201的面积在硅片200上按202a、202b、202c等轨迹由外向内作360度扫描。硅片200旋转时，硅片表面相对于物镜中心运动。物镜22先扫描外圈202a，当硅片200旋转360度后，物镜22沿导轨25步进移动到临近内圈202b的位置开始扫描202b，当硅片200旋转360度后，物镜22沿导轨25步进移动到下一个内圈202c的位置，以此类推，最终扫描完整片硅片200。为保证物镜22扫描的线速度不变，硅片200转动的速度随轨迹202的减小而相应增大。 

较佳的实施例参数如下：物镜的视场直径为6mm，物镜的采样频率为100Hz，硅片的扫描轨迹相对于物镜中心的线速度为400mm/s，计算表明，本发明扫描完一片300mm硅片的时间约为45秒，即产率可达80片/小时（硅片尺寸300mm）。 

第二实施例 

根据本发明的第二实施例的结构与第一实施例相同，其结构如图2和图3所示。第二实施例的检测流程也与第一实施例相同，如图4所示。第二实施例中硅片200的检测方式见图6，物镜22按照扫描轨迹由外圈向内圈扫描，在扫描的过程中，硅片200不停地旋转，物镜22沿导轨25由外端向内中心运动，直至图像采集完为止。此外，也可以采用由内向外的方式或者其他方式进行扫描。

在第二实施例的检测过程中，硅片200和物镜22始终保持运动，在硅片上的相对检测路径为螺旋状。该实施例和第一实施例的不同点在于，后者的检测方式中物镜是采用步进停止-硅片旋转-步进停止-硅片旋转的方式，硅片表面的检测路径为同心圆；而前者采用物镜一直不停直线运动，所以检测路径在硅片面上是螺旋状。后者相对于前者，可以显著提高检测速度，具备更高产率的特点。并且相对于传统的S型水平XY扫描检测的方式，该方式的设备体积更小，而且产能不亚于传统方式。   

图7所示为根据本发明实施例的光栅旋转角度编码器示意图，用于旋转角度的计算控制。

需要说明的是，尽管本发明的优选实施例中给出的都是采用一个物镜的方案，但是采用多个物镜的方案也在本发明的保护范围内。 

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。 

  

Claims (11)

1.一种表面缺陷检测系统，包括检测对象、承放所述检测对象的支持台、检测装置， 

所述检测装置包括：照明系统、物镜、图形探测器和主控计算机； 

其特征在于，所述支持台为旋转支持台；所述物镜在直线运动导轨上，所述直线运动导轨位于所述旋转支持台的上方。 

2.根据权利要求1所述的检测系统，其中，所述检测对象为晶圆或者硅片。 

3.根据权利要求2所述的检测系统，其中，所述旋转支持台包括旋转台和硅片台，所述转动台能带动所述硅片台绕中轴水平旋转。 

4.根据权利要求3所述的检测系统，其中，所述转动台的转动速度可调，且带有角度编码器。 

5.根据权利要求1所述的检测系统，其中，所述照明系统包括光源、光学整形单元和匀光单元。 

6.根据权利要求1所述的检测系统，其中，所述图形探测器为相机、CCD探测器或CMOS探测器。 

7.根据权利要求5所述的检测系统，其中，还包括分光镜和反光镜，所述分光镜用于引导光源通过所述物镜照射到所述被测对象上，所述反光镜用于将带有被测对象表面信息的光束反射到图形探测器中。 

8.一种利用权利要求1-7之一所述的检测系统进行检测的方法，包括以下步骤： 

步骤一：将所述被测对象传到所述支持台上； 

步骤二：对所述被测对象进行对准和调平； 

步骤三：沿着所述直线运动导轨移动所述物镜，转动所述转动支持台，带动所述被测对象旋转，同时利用所述图形探测器同步采集所述被测对象的表面图像，并将图像信号传送给所述主控计算机； 

步骤四：判断所述被测对象表面的图像是否已采集完，若是，则进入步骤五，否则重复步骤三； 

步骤五：利用所述主控计算机对采集到的所述表面图像进行对比和分析处理，并在显示器上显示检测结果； 

步骤六：下所述被测对象并结束检测过程。 

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述步骤三中采用由外向内或者由内向外逐圈扫描的方式。 

10.根据权利要求8所述的方法，其中，扫描过程中各圈的线速度相同。 

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述步骤三中所述被测对象和所述物镜同步移动，构成螺旋状的扫描轨迹。