CN110646438A - 晶片表面颗粒物在线检测方法、装置及晶片生产线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶片在线检测设备技术领域，尤其涉及一种晶片表面颗粒物在线检测方法、装置及晶片生产线。该装置能集成在晶片生产线上，装置包括：激光发射器用于向晶片发射原始激光束；激光转换组件设置在激光发射器和晶片之间，用于将原始激光束转变为线激光，以使线激光垂直的入射晶片的表面，该线激光用于对行进中的晶片的表面进行面扫描；信号接收器与原始激光束的入射方向相偏离，用于在线激光入射到晶片表面时，接收由晶片反射的反射激光。该方法是基于装置提供的。该方法和装置利用线激光对行进中的晶片进行连续扫描以实现面扫描，从而实现晶片的连续不停滞的实时在线缺陷检测，且该装置能集成在生产线上，从而实现晶片缺陷的在线实时检测。

Description

晶片表面颗粒物在线检测方法、装置及晶片生产线

技术领域

本发明涉及晶片在线检测设备技术领域，尤其涉及一种晶片表面颗粒物在线检测方法、装置及晶片生产线。

背景技术

晶片，通常是指由Ⅲ和V族复合半导体物质构成的一种特殊产品，晶片由进一步的加工处理可达到不同的用途，被广泛用于光伏、集成电路等领域，并间接地应用在社会生活中的各个方面。这些应用包括日常应用，如计算机、通信和光伏发电，还有的应用于先进的信息传输系统、医疗系统以及军事系统等方面。

由于晶片本身的特殊性以及应用场合，所以晶片表面缺陷检测是晶片生产过程中的重要检测项目，而表面颗粒物检测又是表面缺陷的一个重要检测指标，这一缺陷严重地制约了产品的良率以及生产效率，因此实现对晶片表面颗粒物在线实时检测是一个亟需解决的问题。

目前国内外针对晶片表面颗粒物检测的方法主要包括：人工视觉检测法、显微镜成像法、激光散射检测法。

人工视觉检测法即采用肉眼对产品表面进行检测，这种检测方法速度慢、效率低，无法满足高速自动化生产线的需求；另外检测精度低，无法识别微米以及更小尺寸级别的缺陷，误检、漏检率高。

显微成像法通过暗场光源照明和显微光学CCD成像系统结合对被测表面进行成像和拼接，实现了量化检测，但是检测速度慢，后续数字化处理时间长，极难实现在线实时检测。

激光散射检测法由于其高精度被广泛应用于半导体表面检测领域。该方法是使激光束在晶片表面聚焦成为一个微小的点，圆形晶片进行高速的旋转和径向运动，由此达到对整个晶片表面的缺陷检测。该方法使用单个激光束检测，检测效率不高，无法对大尺寸的样品进行快速检测，另外只能对圆形晶片进行检测，无法应用于方形或其他形状的样品表面缺陷检测。

上述方法均未实现实时在线检测，未能够将检测方法集成到生产线、解决实时在线检测晶片表面颗粒物的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种晶片表面颗粒物在线检测方法、装置及晶片生产线，能对行进中的晶片样品进行连续不停滞的实时在线缺陷检测。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种晶片表面颗粒物在线检测装置，包括：

激光发射器，用于向晶片发射原始激光束；

激光转换组件，设置在所述激光发射器和所述晶片之间，用于将所述原始激光束转变为线激光，以使所述线激光垂直地入射所述晶片的表面，所述线激光用于对行进中的所述晶片的表面进行面扫描；

信号接收器，与所述原始激光束的入射方向相偏离，用于在所述线激光入射到所述晶片表面时，接收由所述晶片反射的反射激光。

优选的，所述激光转换组件包括鲍威尔棱镜和菲涅尔透镜，所述鲍威尔棱镜和所述菲涅尔透镜顺次设置在所述激光发射器和所述晶片之间，所述鲍威尔棱镜用于将所述原始激光束转换为散射激光，所述菲涅尔透镜用于将所述散射激光准直为所述线激光。

优选的，所述线激光的投影长度不小于所述晶片的最大宽度，所述鲍威尔棱镜和所述菲涅尔透镜之间的距离与所述线激光的投影长度成正比。

优选的，所述激光发射器与所述激光转换组件之间设置有光闸。

优选的，所述信号接收器包括上游接收器和下游接收器，所述上游接收器和所述下游接收器分别设置在所述晶片的行进路径的上游端和下游端。

优选的，还包括与所述信号接收器相连接的在线检测控制器，所述在线检测控制器用于根据所述信号接收器接收到的由所述晶片反射的反射激光，实时确定所述反射激光与所述线激光的入射方向之间的偏离角度，并根据所述偏离角度确定所述晶片表面的缺陷情况。

优选的，所述在线检测控制器还连接有用于保存所述晶片表面的检测结果的存储器。

优选的，该装置还包括传送组件，所述传送组件和所述激光发射器分别设置在所述激光转换组件的两侧，所述传送组件用于带动所述晶片行进，以使所述晶片的行进方向与所述线激光的投影相垂直。

优选的，所述传送组件包括传送带和驱动轴，所述传送带的两端分别设有所述驱动轴，所述驱动轴用于带动所述传送带运动，以带动所述晶片沿预设路径行进，所述预设路径的方向与所述线激光的长度相垂直。

优选的，该装置还包括龙门架，所述龙门架立在所述传送组件的上方，所述激光发射器和所述激光转换组件由上至下顺次固定在所述龙门架上，所述龙门架的前后两侧分别固定有所述信号接收器。

本发明还提供一种晶片生产线，包括晶片传送系统、以及如上所述的晶片表面颗粒物在线检测装置，所述在线检测装置安装在所述晶片传送系统上。

本发明还提供一种晶片表面颗粒物在线检测方法，包括以下步骤：

激光发射器向激光转换组件发射原始激光束；

通过所述激光转换组件将所述原始激光束转变为线激光；

晶片沿预设路径行进并穿过所述线激光时，所述线激光对行进中的所述晶片表面进行连续的线扫描，以形成面扫描；

在所述线激光入射到所述晶片表面时，通过所述信号接收器接收由所述晶片反射的反射激光，并确定所述反射激光与所述线激光的入射方向之间的偏离角度；

根据所述偏离角度确定所述晶片表面的缺陷情况。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

1、本发明在线检测装置及方法能够对晶片表面颗粒物进行精确扫描，利用激光转换组件将原始光束转变为与晶片等宽的线激光，从而对行进中的晶片进行连续线扫描，以实现对晶片的面扫描，进而实现晶片连续不停滞的实时在线缺陷检测。

2、本发明的在线检测装置及方法中，通过龙门架固定激光发射器和激光转换组件，通过传送带固定晶片的行经路径，从而实现对行进中的晶片进行连续不停滞的缺陷检测，有效提高检测效率。

3、本发明的在线检测装置及方法中，通过信号接收器接收偏离线激光的入射方向的反射激光，在线检测控制器能根据反射激光的偏离角度判断并计算晶片表面颗粒物的位置和尺寸，从而实现对晶片表面颗粒物的数据进行精确检测和分析，并且可以将检测和分析结构保存并上传到存储器中。

4、本发明的在线检测装置能集成安装在晶片生产线上，从而避免因晶片离线检测而造成生产效率损失的问题，该装置的在线检测不会对生产线的其他工序造成影响或滞留，不但能有效提高生产线的生产效率，还能保证连贯对接检测工序的前端工序，实现对前端工序的闭环控制，并能实时反应前端工序的工作状态。

附图说明

图1为本发明实施例的晶片表面颗粒物在线检测装置的结构图；

图2为本发明实施例的晶片表面颗粒物在线检测装置的原理图；

其中，1、激光发射器；2、原始激光束；3、光闸；4、鲍威尔棱镜；5、散射激光；6、上游接收器；7、传送带；8、晶片；9、线激光，10、菲涅尔透镜；11、下游接收器；12、龙门架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、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。

如图1所示，本实施例提供了一种晶片表面颗粒物在线检测装置，该装置包括激光发射器1、激光转换组件和信号接收器。该装置能利用激光发射器1和激光转换组件生成线激光9，从而对晶片8表面的颗粒物缺陷进行精确的线面扫描，进而实现晶片8连续不停滞的实时在线缺陷检测。

本实施例的激光发射器1用于向晶片8发射原始激光束2，原始激光束2优选以垂直于晶片8表面的角度射出；激光转换组件设置在激光发射器1和待检测的晶片8之间，用于将原始激光束2转变为线激光9，以使线激光9垂直的入射晶片8的表面，由于晶片8在行进时穿过线激光9，以晶片8的行进方向的下游端为前端，上游端为后端，则在晶片8行进时，线激光9完成从晶片8的前端向后端连续线扫描，从而利用线激光9对行进中的晶片8的表面进行完整的面扫描，以使扫描范围完全覆盖晶片8的表面。为了保证线激光9的扫描范围能对晶片8表面完整覆盖，优选线激光9在入射晶片8表面时，线激光9在晶片8表面上的投影长度不小于晶片8的最大宽度，以保证线激光9的扫描范围完全覆盖晶片8，避免出现漏扫情况。

本实施例的信号接收器与原始激光束2的入射方向相偏离，用于在线激光9入射到晶片8表面时，接收由晶片8反射的反射激光。优选信号接收器包括上游接收器6和下游接收器11，上游接收器6和下游接收器11分别设置在晶片8的行进路径的上游端和下游端，以使信号接收器能够覆盖到各个方向的反射激光。

具体的，如果晶片8表面平整(不存在颗粒物缺陷)，则线激光9入射晶片8时，形成的反射激光与入射的线激光9相重合，即形成的所有反射激光均与入射的线激光9不产生偏离；如果晶片8表面存在颗粒物缺陷时，即是说晶片8表面不平整，则线激光9入射晶片8时，线激光9中的各条子激光束会分别形成射向不同方向的反射激光，且由缺陷位置射出的反射激光会与对应的入射光之间具有偏离角，通过信号接收器接收各个偏离角的数据，并将数据上传至控制系统中，即可分析并确定晶片8表面缺陷的位置和尺寸，从而精确的检测出晶片8表面颗粒物的状态。

为了精准的将原始激光转换为线激光9，优选激光转换组件包括鲍威尔棱镜4和菲涅尔透镜10，鲍威尔棱镜4和菲涅尔透镜10顺次设置在激光发射器1和晶片8之间，鲍威尔棱镜4用于将原始激光束2转换为散射激光5，散射激光5自鲍威尔棱镜4射出时，其截面成扇形，且入射在菲涅尔透镜10上的投影为一条直线；菲涅尔透镜10用于将该散射激光5准直为线激光9，即将扩散射入的散射激光5折射为由若干条相互平行的子激光束组成的线激光9，从而使得原始激光束2顺次经过鲍威尔棱镜4的散射效果和菲涅尔透镜10的准直效果，最终得到单色性、相干性、方向性俱佳的线激光9；优选在激光发射器1与激光转换组件之间设置有光闸3，光闸3利用了光的单向性这一特性，可起到隔离激光、停止检测的作用。

本实施例中，如图2所示，激光发射器1在接通电源后可发射出具有预设波长和强度的原始激光束2，原始激光束2经由光闸3进入鲍威尔棱镜4，鲍威尔棱镜4是一种光学划线棱镜，原始激光束2通过鲍威尔棱镜4后可以经由折射和散射形成散射激光5，散射激光5是一条光密度均匀、稳定性好、直线性好的一条直线激光，菲涅尔透镜10可以将光线通过准直调整成平行光或聚光，则散射激光5在菲涅尔透镜10的聚焦作用下转换成为具有预设长度的线激光9。

本实施例中，优选鲍威尔棱镜4和菲涅尔透镜10之间的距离与线激光9的投影长度成正比，当需要调整线激光9在晶片8上的投影长度(即线激光9在晶片8上的扫描线的长度)时，只需要调节鲍威尔棱镜4和菲涅尔透镜10之间的距离即可。

为了便于对晶片8表面的缺陷情况进行数据分析、检测和保存结果，优选的，该装置还包括在线检测控制器，该在线检测控制器与信号接收器相连接，在线检测控制器用于根据信号接收器接收到的由晶片反射的反射激光，实时确定反射激光与线激光9的入射方向之间的偏离角度，并根据偏离角度确定晶片8表面的缺陷情况；该在线检测控制器还连接有用于保存晶片8表面的检测结果的存储器，以便于在线检测控制器能够将检测和分析的结果快速上传并保存在存储器内，方便后续数据的调用和查阅。

优选的，该装置还包括传送组件，传送组件和激光发射器1分别设置在激光转换组件的两侧，传送组件用于带动晶片8行进，以使晶片8的行进方向与线激光9的投影相垂直，从而保证晶片8向前行进时，能够穿过线激光9，并且便于与生产线的晶片8传送系统相连接，以保证晶片8在前后工序之间的可靠传递。优选的，传送组件包括传送带7和驱动轴，传送带7的两端分别设有驱动轴，驱动轴用于带动传送带7运动，以带动晶片8沿预设路径行进，预设路径的方向与线激光9的长度相垂直。需要说明的是，传送组件还可以采用其他传动结构，只要满足晶片8的传送方向一致，且能够与生产线上的晶片8传送系统相连接即可。

优选的，该装置还包括龙门架12，利用龙门架12作为激光发射器1和激光转换组件的载体，并且与传送组件实现集成，以此达到在线检测的目的；龙门架12立在传送组件的上方，激光发射器1和激光转换组件由上至下顺次固定在龙门架12上，龙门架12的前后两侧分别固定有信号接收器。为了可靠固定激光发射器1和激光转换组件，优选龙门架12包括两个立柱和多个横梁，两个立柱分别立在传送组件的传送带7两侧，多个横梁由上至下顺次连接在两个立柱之间，各个横梁分别与传送带7的传送方向垂直，激光发射器1、光闸3、鲍威尔棱镜4和菲涅尔透镜10由上至下顺次安装在各个横梁上，以保证各个部件之间同轴，从而确保原始激光束2的准确的朝向晶片8竖直射出，并顺次经过光闸3、鲍威尔棱镜4和菲涅尔透镜10，最终转变为线激光9入射到晶片8上。

本实施例的装置在进行检测动作时，激光发射器1发射出的原始激光束2经光闸3和鲍威尔棱镜4后转换成为呈扇形、散射的散射激光5，利用菲涅尔透镜10的聚焦作用将散射激光5聚焦成为与晶片8宽度相同的线激光9。

晶片8随传送带7从上一道工序传送至下一道工序途中进入本装置的表面颗粒物检测区域，将线激光9投射到晶片8的前端边缘作为开始检测的信号，此时该装置开始检测工作。随着晶片8匀速通过检测区域，如若晶片8的表面平整光滑，则线激光9入射到晶片8时会按原光路反射回去，即反射激光与线激光9中对应的子激光束的入射方向重合；如若晶片8表面存在颗粒物，则反射激光按照反射原理向不同的方向反射，各个方向的反射激光分别经上游接收器6和/或下游接收器11接收、转换并计算后，即可获得晶片8表面颗粒物的形状、尺寸等检测数据。

晶片8随传送带7继续向前运动，将晶片8后端边缘离开线激光9的扫描区域作为该片晶片8检测完成的信号，则重置装置以便于进行下一个晶片8的检测。

上述的检测动作在传送过程中连续进行，除装置故障外不会出现任何停滞的情况，实现了对晶片8表面颗粒物的在线实时检测，生产效率得到极大提高，同时可与前端工序集成，实现对前端工序的闭环控制，能够实时反映前端工序的工作状态。

本实施例还提供了一种晶片8生产线，包括晶片8传送系统、以及如上所述的晶片表面颗粒物在线检测装置，该在线检测装置安装在晶片8传送系统上，优选将装置的传送组件的出入口分别连接在晶片8传送系统内，从而将在线检测装置集成在晶片8生产线内，从而避免因晶片8离线检测而造成生产效率损失的问题，该装置的在线检测不会对生产线的其他工序造成影响或滞留，不但能有效提高生产线的生产效率，还能保证连贯对接检测工序的前端工序，实现对前端工序的闭环控制，并能实时反应前端工序的工作状态。

根据上述内容，本实施例还提供了一种晶片8表面颗粒物在线检测方法，该方法包括以下步骤：

S1、激光发射器1向激光转换组件发射原始激光束2；

S2、通过激光转换组件将原始激光束2转变为线激光9；

S3、晶片8沿预设路径行进并穿过线激光9时，线激光9对行进中的晶片8表面进行连续的线扫描，以形成面扫描；

S4、在线激光9入射到晶片8表面时，通过信号接收器接收由晶片8反射的反射激光，并确定反射激光与线激光9的入射方向之间的偏离角度；

S5、根据偏离角度确定晶片8表面的缺陷情况。

综上所述，本实施例的在线检测装置及方法能够对晶片8表面颗粒物进行精确扫描，利用激光转换组件将原始光束转变为与晶片8等宽的线激光9，从而对行进中的晶片8进行连续线扫描，以实现对晶片8的面扫描，进而实现晶片8连续不停滞的实时在线缺陷检测。该在线检测装置能集成安装在晶片8生产线上，从而避免因晶片8离线检测而造成生产效率损失的问题，该装置的在线检测不会对生产线的其他工序造成影响或滞留，不但能有效提高生产线的生产效率，还能保证连贯对接检测工序的前端工序，实现对前端工序的闭环控制，并能实时反应前端工序的工作状态。

该在线检测装置及方法中，通过龙门架12固定激光发射器1和激光转换组件，通过传送带7固定晶片8的行经路径，从而实现对行进中的晶片8进行连续不停滞的缺陷检测，有效提高检测效率；通过信号接收器接收偏离线激光9的入射方向的反射激光，从而根据反射激光的偏离角度判断并计算晶片8表面颗粒物的位置和尺寸，能够实现对晶片8表面颗粒物的数据进行精确检测、分析、保存并上传检测结果。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (12)

1.一种晶片表面颗粒物在线检测装置，其特征在于，包括：

激光发射器，用于向晶片发射原始激光束；

激光转换组件，设置在所述激光发射器和所述晶片之间，用于将所述原始激光束转变为线激光，以使所述线激光垂直地入射所述晶片的表面，所述线激光用于对行进中的所述晶片的表面进行面扫描；

信号接收器，与所述原始激光束的入射方向相偏离，用于在所述线激光入射到所述晶片表面时，接收由所述晶片反射的反射激光。

2.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述激光转换组件包括鲍威尔棱镜和菲涅尔透镜，所述鲍威尔棱镜和所述菲涅尔透镜顺次设置在所述激光发射器和所述晶片之间，所述鲍威尔棱镜用于将所述原始激光束转换为散射激光，所述菲涅尔透镜用于将所述散射激光准直为所述线激光。

3.根据权利要求2所述的在线检测装置，其特征在于，所述线激光的投影长度不小于所述晶片的最大宽度，所述鲍威尔棱镜和所述菲涅尔透镜之间的距离与所述线激光的投影长度成正比。

4.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述激光发射器与所述激光转换组件之间设置有光闸。

5.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述信号接收器包括上游接收器和下游接收器，所述上游接收器和所述下游接收器分别设置在所述晶片的行进路径的上游端和下游端。

6.根据权利要求1-5任一项所述的在线检测装置，其特征在于，还包括与所述信号接收器相连接的在线检测控制器，所述在线检测控制器用于根据所述信号接收器接收到的由所述晶片反射的反射激光，实时确定所述反射激光与所述线激光的入射方向之间的偏离角度，并根据所述偏离角度确定所述晶片表面的缺陷情况。

7.根据权利要求6所述的在线检测装置，其特征在于，所述在线检测控制器还连接有用于保存所述晶片表面的检测结果的存储器。

8.根据权利要求1-5任一项所述的在线检测装置，其特征在于，该装置还包括传送组件，所述传送组件和所述激光发射器分别设置在所述激光转换组件的两侧，所述传送组件用于带动所述晶片行进，以使所述晶片的行进方向与所述线激光的投影相垂直。

9.根据权利要求8所述的在线检测装置，其特征在于，所述传送组件包括传送带和驱动轴，所述传送带的两端分别设有所述驱动轴，所述驱动轴用于带动所述传送带运动，以带动所述晶片沿预设路径行进，所述预设路径的方向与所述线激光的长度相垂直。

10.根据权利要求8所述的在线检测装置，其特征在于，该装置还包括龙门架，所述龙门架立在所述传送组件的上方，所述激光发射器和所述激光转换组件由上至下顺次固定在所述龙门架上，所述龙门架的前后两侧分别固定有所述信号接收器。

11.一种晶片生产线，其特征在于，包括晶片传送系统、以及如权利要求1-10任一项所述的晶片表面颗粒物在线检测装置，所述在线检测装置安装在所述晶片传送系统上。

12.一种晶片表面颗粒物在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

激光发射器向激光转换组件发射原始激光束；

通过所述激光转换组件将所述原始激光束转变为线激光；

晶片沿预设路径行进并穿过所述线激光时，所述线激光对行进中的所述晶片表面进行连续的线扫描，以形成面扫描；

在所述线激光入射到所述晶片表面时，通过所述信号接收器接收由所述晶片反射的反射激光，并确定所述反射激光与所述线激光的入射方向之间的偏离角度；

根据所述偏离角度确定所述晶片表面的缺陷情况。

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