CN111106055A - 一种晶圆位置确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种晶圆位置确定方法。该方法包括：获取晶圆的至少三幅边缘图像，根据其中任意一幅边缘图像确定模板图像，在模板图像中设置参考点；得到镜像模板图像，将镜像模板图像与其他边缘图像进行模板匹配，确定参考点的至少两个匹配点；确定参考点和匹配点中任意两点连线的中垂线，将至少两条中垂线的交点，作为晶圆的圆心位置；根据圆心位置以及缺槽区域中心位置，确定晶圆相对于平台坐标系的偏转角度。本发明实施例避免了由于晶圆边缘不规则或者多样化造成的确定的边缘点不准确，并导致确定的晶圆位置存在误差的问题，并且通过将模板图像镜像后进行模板匹配，从而快速完成模板匹配，不需要大范围内搜寻，节省了定位时间。

Description

一种晶圆位置确定方法
技术领域
本发明实施例涉及半导体检测技术领域，尤其涉及一种晶圆位置确定方法。
背景技术
在半导体大规模集成电路前端制造过程中，需要对大量无图形晶圆进行检测或缺陷复检。当前晶圆处理设备的晶圆上片流程包括，设备前端机械模组中的机械手会将晶圆从晶圆盒中取出，送到其中的预对准器上进行预对准，再经过机械手把晶圆送到机械运动平台上，如果是基于电子束扫描，还需经过真空过渡室，到达平台后晶圆中心和角度都不够精确，位置存在偏离。许多设备在处理无图形晶圆时，对位置的精确度有更高的要求，这类预对准过程的精度显然不够。
晶圆放置于平台上后，一般情况下晶圆的圆心与平台的中心会有偏离，且晶圆的缺槽并未与平台的坐标轴重合，因此，需要确定晶圆的位置，以对晶圆进行对准。目前晶圆位置确定和对准方法为，对成像系统获取的晶圆边缘区域图像进行边缘提取，然后用最小二乘法将边缘点拟合为圆形。由于晶圆边缘不规则形貌，一般为倾斜面，因此其边缘区域的图像可能存在灰度渐变，导致提取的边缘图像为多个不同半径圆弧组合成的图像，从而影响边缘点的确定，导致晶圆对准不精确。某些复检设备在寻找晶圆上第一个缺陷时，根据前期检测给定的坐标区域，往往需要做大范围螺旋式搜寻，耗费大量时间，降低设备的吞吐量。
发明内容
本发明实施例提供一种晶圆位置确定方法，以实现对晶圆进行精确定位和对准，便于后续检测操作的进行。
本发明实施例提供了一种晶圆位置确定方法，该方法包括：
获取晶圆的至少三幅边缘图像，根据其中任意一幅边缘图像确定模板图像，并在模板图像中设置参考点；
对模板图像执行镜像操作，得到镜像模板图像，并将镜像模板图像与其他边缘图像一一进行模板匹配，确定所述参考点的至少两个匹配点；
确定参考点和匹配点中任意两点连线的中垂线，将至少两条中垂线的交点，作为所述晶圆的圆心位置；
获取边缘缺槽图像，确定缺槽区域中心位置；
根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度；
其中，所述至少三幅边缘图像和边缘缺槽图像为在平台坐标系下采集的。
本发明实施例中，获取晶圆的至少三幅边缘图像，将其中任一幅边缘图像作为模板图像，并在模板图像中设置参考点，对模板图像执行镜像操作，得到镜像模板图像，并将镜像模板图像与其他边缘图像一一进行模板匹配，确定所述参考点的至少两个匹配点，其中，使用镜像模板图像进行模板匹配，可使参考点及其匹配点不需要位于晶圆上相同半径的同一个边缘圆弧上，从而降低了边缘提取难度，同时获取的边缘图像所在的位置平台坐标系中同一坐标轴的垂直距离相等，使得镜像模板图像与其余边缘图像两者的位置相互接近，因此进行模板匹配时，不需要大范围内搜寻，可以快速完成模板匹配，节省了定位时间。根据参考点与各匹配点或是不同匹配点之间的连接线的中垂线，得出至少两条中垂线的交点，即可作为所述晶圆的圆心位置，从而避免了晶圆的边缘不规则倾斜面，导致确定的边缘点不准确，提高了晶圆边缘点的精确性。根据所述边缘缺槽图像，确定缺槽区域中心位置，从而准确地确定晶圆的圆心位置以及缺槽区域中心位置。通过根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度，从而能够根据晶圆圆心以及缺槽区域中心位置准确确定晶圆的取向，通过转动样品运动平台消除夹角，精确完成对晶圆对准操作。
进一步地，至少三个边缘图像的采集位置位于晶圆三个不同位置，并且每个位置与平台坐标系中同一坐标轴的垂直距离相等。
进一步地，对模板图像执行镜像操作，得到镜像模板图像，包括：将模板图像沿坐标系横轴方向做镜像操作，和/或将模板边缘图像沿坐标系纵轴方向做镜像操作，以得到镜像模板图像。
有益效果在于：通过沿坐标系进行镜像操作，从而使镜像操作更加方便直接，便于进行坐标的变换，以提高镜像坐标变换的精准度。
进一步地，确定参考点和匹配点中任意两点连线的中垂线，将至少两条中垂线的交点，作为所述晶圆的圆心位置，包括：
若至少两条中垂线的交点为两个，则将两个交点的平均值坐标，作为晶圆的圆心坐标。
进一步地，确定参考点和匹配点中任意两点连线的中垂线，将至少两条中垂线的交点，作为所述晶圆的圆心位置，包括：
若至少两条中垂线的交点为至少三个，则根据至少三个交点的坐标确定平均值坐标；
确定至少三个交点的坐标相对于平均值坐标的误差值；
若任一交点的误差值大于预设阈值，则去除该交点，将重新确定的剩余交点的平均值坐标作为晶圆的圆心坐标。
有益效果在于：通过多个中垂线的交点能够准确地确定晶圆的圆心，从而提高圆心确定的精确性。
进一步地，根据所述边缘缺槽图像，确定缺槽区域中心位置，包括：
根据所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像，提取缺槽区域；其中，所述边缘缺槽对称图像为在晶圆上与缺槽对称的位置采集的；
根据缺槽区域，确定缺槽区域的质心位置，作为缺槽区域中心位置。
进一步地，根据所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像，提取缺槽区域，包括：
将所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像进行模板匹配后的图像相减得到差图像；
将差图像进行阈值分割得到二值化图像；
探测二值化图像连通域，并提取最大连通域的图像区域作为缺槽区域。
进一步地，根据所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像，提取缺槽区域之后，还包括：
基于形态学开运算对所述缺槽区域进行处理，以使所述缺槽区域规范化。
有益效果在于：由于通过边缘缺槽图像和边缘缺槽对称图像进行模板匹配，确定缺槽区域，从而提高了缺槽区域的精确性，解决了晶圆边缘存在不同灰度，导致确定的缺槽区域不准确的问题。
进一步地，根据所述边缘缺槽图像，确定缺槽区域中心位置，包括：
将至少一个预设缺槽模板图像与所述边缘缺槽图像进行模板匹配，确定缺槽区域；其中，所述预设缺槽模板图像的中心位置已确定；
将与边缘缺槽图像相匹配的预设缺槽图像的中心位置，作为缺槽区域的中心位置。
有益效果在于：通过将至少一个预设缺槽模板图像与所述边缘缺槽图像进行模板匹配，确定缺槽区域，从而避免了因缺槽区域不规则导致确定的缺槽区域不准确的问题，提高了缺槽区域确定的准确性。通过将与边缘缺槽图像相匹配的预设缺槽图像的中心位置，作为缺槽区域的中心位置，从而准确地确定缺槽区域的中心。
进一步地，根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度，包括：
将所述圆心与所述缺槽区域中心的连线，与所述平台坐标系之间的夹角，作为晶圆的偏转角度。
进一步地，根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度，包括：
沿所述晶圆的圆心与所述缺槽区域中心的连线确定至少一条圆弧；其中，所述圆弧的圆心为所述晶圆的圆心；
沿所述圆弧确定取样点获得Arc数组，对Arc数组进行求导并获取绝对值Earc，选取一个Earc最大值，对所述Earc最大值附近的部分Erac曲线进行镜像操作获得Earc模板，将Earc模板与另一Earc最大值附近的Earc曲线进行一维模板匹配，获取匹配点对，将所述匹配点对的中点所对应的圆弧位置作为所述圆弧的中点。
根据所述晶圆的圆心和所述圆弧的中点进行直线拟合，确定偏转线；将所述偏转线坐标系之间的夹角，作为晶圆的偏转角度。
有益效果在于：由于采用多条圆弧确定多个圆弧中点，拟合的直线更加精准，从而拟合的直线能够准确反映缺槽相对于坐标轴的偏转角度，相比于根据缺槽区域中心和晶圆圆心的连线确定偏转角度的方案，本申请实施例的方案减小了误差，从而使确定的偏转角度更加精准，以使晶圆能够实现更精准的对准操作。另外，由于本申请实施例中，在拟合直线的过程中包含了晶圆圆心，因此能够使拟合的直线能够更加准确地反映晶圆的偏转角度。
附图说明
图1为本发明一种实施例提供的晶圆处理设备的结构示意图；
图2为本发明一种实施例提供的一种晶圆位置确定方法的流程图；
图3为本发明一种实施例提供的晶圆与平台相对位置示意图；
图4为本发明一种实施例提供的模板图像确定方式示意图；
图5为本发明一种实施例提供的模板图像示意图；
图6为本发明一种实施例提供的模板图像与其余边缘图像模板匹配示意图；
图7为本发明一种实施例提供的模板匹配移动过程示意图；
图8为本发明一种实施例提供的模板匹配互相关曲面图；
图9为本发明又一实施例提供的一种晶圆位置确定方法的流程图；
图10为本发明又一实施例提供的边缘缺槽图像示意图；
图11为本发明又一实施例提供的边缘缺槽对称图像示意图；
图12为本发明又一实施例提供的二值化图像示意图；
图13为本发明另一实施例提供的一种晶圆位置确定方法的流程图；
图14为本发明另一实施例提供的预设缺槽模板示意图；
图15为本发明再一实施例提供的一种晶圆位置确定方法的流程图；
图16为本发明再一实施例提供的圆弧确定示意图；
图17为本发明再一实施例提供的Arc数组导数绝对值曲线示意图；
图18为本发明再一实施例提供的圆弧导数绝对值模板示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例中的实现晶圆位置确定的设备可以为工艺缺陷检测/复检设备，例如电子束晶圆缺陷复检设备，如图1所示，其中，包括电子光学/光学测量/检测系统10，可以为电子光学镜筒或光学复检设备相机和镜头、光源。也可以为至少一个光学显微成像系统11，可以有不同倍率的物镜，实现不同的图像放大倍数，例如有可切换物镜或齐焦变倍相机，以有足够的分辨率保障后续测量所需定位精度，又有足够的视场。该设备还可以包括下位机和上位机/工业计算机12，其中装载有运行系统控制软件，用于调度硬件驱动或子系统工作以及晶圆位置确定与对准相关的算法，还包括显示器13，可显示用户图形界面14，前端机械模组15，用于放置或取下晶圆21，以及对外通讯。前端机械模组15上可以放置晶圆盒16，前端机械模组15内部有机械手17和预对准器18。如果该设备为电子束设备，则前端机械模组15和真空腔体之间包括真空过渡室。腔体内包括机械运动平台19，可以沿X、Y、Z方向平移和绕中心轴转动，机械运动平台19上有适配盘20，适配盘上可放置晶圆21，前端机械模组15外或腔体内包括机械手22，用于将晶圆21放置于适配盘20上或从适配盘20上取下晶圆21。需要说明的是，上述设备的说明只是对晶圆位置设备的一种举例说明，本发明实施例中并不对实现晶圆位置确定方法的设备进行具体限定，能够实现本发明中公开的晶圆位置确定方法的设备均在本发明的保护范围之内。
图2为本发明一种实施例提供的一种晶圆位置确定方法的流程图。本实施例提供的晶圆位置确定方法可适用于对晶圆在平台上的位置进行确定的情况，典型的，本发明实施例可以适用于对于无图形的晶圆，对其在样品运动品台上的位置进行确定和对准的情况。该方法具体可以由晶圆位置确定装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在设备中，参见图2，本发明实施例的方法具体包括：
S110、获取晶圆的至少三幅边缘图像，根据其中任意一幅边缘图像确定模板图像，并在模板图像中设置参考点。
示例性的，本申请实施例中，可以因此可以控制图像采集装置在与平台原点距离为晶圆半径的位置处，采集晶圆边缘图像，然后对边缘图像进行边缘提取，以获得晶圆边缘图像，为了提高圆心确定的准确性和可行性，因此获取晶圆的至少三幅边缘图像，以避免边缘图像过少导致无法获取足够的边缘点以确定圆心。另外，至少三幅边缘图像的采集位置可以均匀分布于晶圆边缘，以使确定的圆心更加精准。
可选的，至少三个边缘图像的采集位置位于晶圆三个不同位置，并且每个位置与平台坐标系中同一坐标轴的垂直距离相等。如图3所示，放置在平台上的晶圆，晶圆圆心24接近平台坐标系原点23，因此可以控制图像采集装置在与平台原点距离为晶圆半径的位置处，采集晶圆边缘图像，然后对边缘图像进行边缘提取，以获得晶圆边缘图像。由于晶圆边缘的倾斜面导致边缘区域图像可能存在灰度渐变，所以边缘图像不同位置处可能各包括多条不同半径的圆弧缘线，例如图3中的边缘线25、圆弧边缘线26和圆弧边缘线27。本实施例中，可以采集晶圆上与平台原点23距离为晶圆半径r，与平台坐标系X轴距离为二分之一半径的边缘区域图像，进行边缘图像提取后获得至少三个位置的边缘图像28、边缘图像32、边缘图像34，选用其中一幅边缘图像，例如边缘图像28，在边缘图像28中选取模板图像41，如图4所示，以与其余边缘图像进行模板匹配，模板图像41可以根据实际情况进行选取，模板图像41的尺寸小于边缘图像28，模板图像41应包含较多的特征。在模板图像41中的边缘上任意设置一个参考点。示例性的，可以选取模板图像上灰度梯度较大的点作为参考点。
S120、对模板图像执行镜像操作，得到镜像模板图像，并将镜像模板图像与其他边缘图像一一进行模板匹配，确定所述参考点的至少两个匹配点。
对模板图像41执行镜像操作获得镜像模板图像30，如图5所示，将镜像模板图像30与其余边缘图像32、边缘图像34依次一一进行模板匹配，如图6所示，得到边缘图像32和边缘图像34中与所述参考点相匹配的匹配点。镜像模板图像30的移动匹配过程如图7所示，可以在其余边缘图像范围内进行向上、向下、向左或向右移动，以进行与其余边缘图像进行充分匹配。
其中，对模板图像执行镜像操作，得到镜像模板图像，包括：将模板图像沿坐标系横轴方向做镜像操作，和/或将模板边缘图像沿坐标系纵轴方向做镜像操作，以得到镜像模板图像。
示例性的，在边缘图像28中选取模板图像41，选取模板图像41上的任意一点为参考点29，为将模板图像41沿平台坐标系X轴方向做镜像操作，获得镜像模板图像30以及参考点的镜像点31，然后使用镜像模板图像30与其余边缘图像32进行模板匹配。模板匹配算法可以为NCC(Normalized Cross Correlation，归一化互相关算法)，SIFT(Scale-invariantfeature transform，尺度不变特征变换算法)，SURF(Speeded Up Robust Features，加速稳健特征算法)或ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF，快速特征点提取和描述算法)等，本发明实施例中，边缘图像为光学显微图像，采用NCC算法进行模板匹配，以提高匹配的精准性。示例性的，可根据公式1确定与边缘图像32的互相关值r：
Figure BDA0002352391380000101
其中，I代表其余边缘图像中像素点的灰度值，T代表镜像模板图像中像素点的灰度值，N为镜像模板图像全部像素点数。在进行模板匹配后，可以在匹配结果的峰值预设范围内进行插值，以确定亚像素的峰值点。由此得出互相关曲面图，如图8所示，根据峰值42可获得镜像模板图像30在其余边缘图像32中的匹配图像，同时可以找出镜像参考点29在其余边缘图像32中对应的匹配点33，也即获得模板图像41上的参考点29在其余边缘图像32中对应的匹配点33。其中，点29的坐标为x29＝(x0+x’+dx)，y29＝(y0+y’+dy)，与其对应的匹配点33点的坐标x33＝(x0–x’+dx)，y33＝(y0-y1’+dy)，其中(x0，y0)为平台中心坐标，
Figure BDA0002352391380000111
其中，r为晶圆的半径。
进一步的，在边缘图像28中选取模板图像41，选取模板图像41上的任意一点为参考点29，将模板图像41沿平台坐标系Y轴方向做镜像操作，如同上述模板匹配方法，可获得模板图像41上的参考点29在其余边缘图像34中对应的匹配点35。
可选的，也可以将匹配点33作为新的参考点，根据边缘图像32确定模板图像，进行镜像操作得到镜像模板图像，执行上述模板匹配操作，以确定新的参考点33对应的匹配点35。
由于沿径向的模板匹配具有足够的精确度，并且晶圆边缘图像提供了明显的边缘特征，即使模板匹配在沿弧方向匹配不一定能够完全吻合，但是只要匹配点在圆弧上就可以用来确定圆心。另外，只需要在模板图像中确定一个参考点，例如点29，镜像匹配到轴对称点例如33、35。如果要用到晶圆边缘更多点，可利用原参考点29，或者匹配后的33点或35点所在的边缘图像进行镜像操作，通过模板匹配得到其他匹配点，只要所有用于确定圆心的边缘都有同样的边缘定义，而不是不同灰度的边缘，即可以保障参考点和匹配点的同质性。
S130、确定参考点和匹配点中任意两点连线的中垂线，将至少两条中垂线的交点，作为所述晶圆的圆心位置。
示例性的，如图3所示，分别连接参考点29与匹配点33、参考点29与匹配点35得出连接线36、连接线37，再获取连接线36的中垂线38、连接线37的中垂线39，中垂线38与中垂线39的交点24可作为晶圆的圆心位置。
可选的，若中垂线的交点为两个，则计算两个交点坐标的平均值将平均值坐标作为晶圆的圆心位置。例如，若中垂线交点为两个，分别为A(x1，y1)，B(x2，y2)，则确定两个个交点的坐标平均值为
Figure BDA0002352391380000121
可选的，确定不同边缘点连接线的中垂线，并根据至少两条中垂线的交点，作为所述晶圆的圆心位置，包括：若不同边缘点连接线的中垂线的交点为至少三个，则根据至少三个交点的坐标确定平均值坐标；确定至少三个交点的坐标相对于平均值坐标的误差值；若任一交点的误差值大于预设阈值，则去除该交点，将重新确定的剩余交点的平均值坐标作为晶圆的圆心坐标。
示例性的，若存在四个边缘点，若将四个边缘依次相连，确定四条中垂线，若四条中垂线存在四个交点A(x1，y1)，B(x2，y2)，C(x3，y3)，D(x4，y4)，则确定四个交点的坐标平均值为
Figure BDA0002352391380000122
并确定各交点坐标与坐标平均值的误差值，可以为绝对误差、相对误差、标准误差、平均误差或相对平均误差。若任一交点的坐标与坐标平均值的误差值大于预设阈值，则说明该交点偏离晶圆圆心较大，因此，去除该交点，确定剩余交点的平均值，将剩余交点的平均值作为晶圆的圆心坐标。上述方案通过多个中垂线的交点能够准确地确定晶圆的圆心，从而提高圆心确定的精确性。
S140、获取边缘缺槽图像，确定缺槽区域中心位置。
示例性的，由于可以预先确定缺槽位于平台上的大体方位，因此，可以控制图像采集器在已知方位处、与平台原点距离为晶圆半径的位置，采集晶圆的边缘缺槽图像并对缺槽部分进行识别，从而确定缺槽区域中心的位置，以便后续根据缺槽区域中心位置确定晶圆的偏转角度。
S150、根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度；
其中，所述至少三个边缘图像和边缘缺槽图像为在平台坐标系下采集的。
可选的，根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度，包括：将圆心与缺槽区域中心的连线，与平台坐标系之间的夹角，作为晶圆的偏转角度。
示例性的，若晶圆缺槽位于平台坐标系的Y轴方向，则将圆心与缺槽区域中心的连线，与坐标系Y轴之间的夹角，作为晶圆的偏转角度。若晶圆缺槽位于平台坐标系的X轴方向，则将圆心与缺槽区域中心的连线，与坐标系X轴之间的夹角，作为晶圆的偏转角度。
本发明实施例中，获取晶圆的至少三幅边缘图像，根据其中任一幅边缘图像选取模板图像，并在模板图像中设置参考点，对模板图像执行镜像操作，得到镜像模板图像，并将镜像模板图像与其他边缘图像一一进行模板匹配，确定所述参考点的至少两个匹配点，其中，使用镜像模板图像进行模板匹配，可使参考点及其匹配点不需要位于晶圆上相同半径的同一个边缘圆弧上，从而降低了边缘提取难度，同时获取的边缘图像所在的位置平台坐标系中同一坐标轴的垂直距离相等，使得镜像模板图像与其余边缘图像两者的位置相互接近，因此进行模板匹配时，不需要大范围内搜寻，可以快速完成模板匹配，节省了定位时间，排除出错的可能性。根据参考点与各匹配点或是不同匹配点之间的连接线的中垂线，得出至少两条中垂线的交点，即可作为所述晶圆的圆心位置，从而避免了晶圆的边缘不规则倾斜面，导致确定的边缘点不准确，提高了晶圆边缘点的精确性。根据所述边缘缺槽图像，确定缺槽区域中心位置，从而准确地确定晶圆的圆心位置以及缺槽区域中心位置。通过根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度，从而能够根据晶圆圆心以及缺槽区域中心位置准确确定晶圆的取向，通过转动样品运动平台消除夹角，精确完成对晶圆对准操作。
图9为本发明又一实施例提供的一种晶圆位置确定方法的流程图。本发明实施例对晶圆相对于坐标系的偏转角度的确定进行了详细的说明，未在本实施例中详细描述的细节详见上述实施例。参见图9，本实施例提供的晶圆位置确定方法可以包括：
S210、获取晶圆的至少三幅边缘图像，根据其中任意一幅边缘图像确定模板图像，并在模板图像中设置参考点。
S220、对模板图像执行镜像操作，得到镜像模板图像，并将镜像模板图像与其他边缘图像一一进行模板匹配，确定所述参考点的至少两个匹配点。
S230、确定参考点和匹配点中任意两点连线的中垂线，将至少两条中垂线的交点，作为所述晶圆的圆心位置。
S240、根据所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像，提取缺槽区域；其中，所述边缘缺槽对称图像为在晶圆上与缺槽对称的位置采集的；
在图3中缺槽40处采集边缘缺槽图像，得到的边缘缺槽图像如图10所示。在缺槽对称位置采集边缘缺槽对称图像，并将边缘缺槽对称图像旋转180度，如图11所示，将边缘缺槽图像和旋转后的边缘缺槽对称图像进行模板匹配。将所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像进行模板匹配后的图像相减得到差图像；将差图像进行阈值分割得到二值化图像；探测二值化图像连通域，并提取最大连通域的图像区域作为缺槽区域。
示例性的，将边缘缺槽图像和旋转后的边缘缺槽对称图像进行模板匹配，再相减得到差图像D(x，y)，将差图像进行阈值分割，得到二值化图像A(x,y)，如图12所示，然后探测二值化图像的连通域。阈值分割可以采用如下公式：
Figure BDA0002352391380000151
其中，A(x，y)为分割后连通域中各像素的值，D(x，y)为分割前联通中各像素的值，MaxTp为连通域标号最大值，若图像类型为8位的，则MaxTp为255，T为预设的灰度阈值，可以根据实际情况进行设定。探测二值化图像的连通域，可以采用漫水填充算法。
可选的，根据所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像，确定缺槽区域之后，还包括：基于形态学开运算对所述缺槽区域进行处理，以使所述缺槽区域规范化。
示例性的，探测得到的连通域可能形状不规则，例如长轴短轴失衡等，可以采用形态学开运算方法对连通域进行处理，以使缺槽区域规范化。可选的，采用如下公式进行规范化处理：
Figure BDA0002352391380000152
其中，
Figure BDA0002352391380000154
代表形态学腐蚀运算，⊕代表形态学扩张运算，B为结构元，A为待处理的图像。
S250、根据缺槽区域，确定缺槽区域的质心位置，作为缺槽区域中心位置。
示例性的，选取最大的连通域作为缺槽区域后，滤掉其余连通域和边缘瑕疵，根据如下公式确定缺槽区域的质心(xc，yc)：
Figure BDA0002352391380000153
其中，A(x,y)为缺槽区域中的像素值，x和y为缺槽区域中的像素点坐标。将缺槽区域的质心位置，作为缺槽区域中心位置。
S260、根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度。
本发明实施例的技术方案，通过根据所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像，确定缺槽连通域，将所述缺槽连通域作为缺槽区域，确定缺槽区域的质心位置，作为缺槽区域中心位置，基于圆心位置、缺槽区域的中心位置确定晶圆相对于坐标系的偏转角度。由于通过边缘缺槽图像和边缘缺槽对称图像进行模板匹配，确定缺槽区域，从而提高了缺槽区域的精确性，解决了晶圆边缘存在不同灰度，导致确定的缺槽区域不准确的问题。
图13为本发明再一实施例提供的一种晶圆位置确定方法的流程图。本发明实施例对晶圆相对于坐标系的偏转角度的确定进行了详细的说明，未在本实施例中详细描述的细节详见上述实施例。参见图13，本实施例提供的晶圆位置确定方法可以包括：
S310、获取晶圆的至少三幅边缘图像，根据其中任意一幅边缘图像确定模板图像，并在模板图像中设置参考点。
S320、对模板图像执行镜像操作，得到镜像模板图像，并将镜像模板图像与其他边缘图像一一进行模板匹配，确定所述参考点的至少两个匹配点。
S330、确定参考点和匹配点中任意两点连线的中垂线，将至少两条中垂线的交点，作为所述晶圆的圆心位置。
S340、将至少一个预设缺槽模板图像与所述边缘缺槽图像进行模板匹配，确定缺槽区域。
示例性的，预设缺槽图像可以为预先确定的标有缺槽区域中心位置的晶圆缺槽处的图像，如图14所示，预设缺槽图像可以为至少一张。为了提高缺槽区域确定准确性，因此，将边缘缺槽图像与预设缺槽图像进行模板匹配，以确定缺槽区域。例如，可以预先采用插值算法对预设缺槽模板图像进行旋转，例如双线性或双三次曲线插值法对预设缺槽图像进行旋转，以得到不同角度的边缘缺槽图像。将旋转后的预设缺槽模板图像与边缘缺槽图像进行模板匹配，确定各旋转的预设缺槽模板图像中位置和角度与边缘缺槽模板的匹配度最高的图像，并计算该图像与边缘缺槽图像的相似度。若相似度超过相似度阈值，则停止匹配过程。若该图像与边缘缺槽图像的相似度未超过相似度阈值，则采用下一预设缺槽模板图像与边缘缺槽图像进行模板匹配，其过程与上一预设缺槽模板图像的匹配过程相同，直到预设模板图像与缺槽模板图像的相似度超过相似度阈值。通过模板匹配确定缺槽区域，从而避免了因缺槽区域不规则导致确定的缺槽区域不准确的问题，提高了缺槽区域确定的准确性。
S350、将与边缘缺槽图像相匹配的预设缺槽图像的中心位置，作为缺槽区域的中心位置。
示例性的，由于预先确定了预设缺槽图像的中心位置，因此，可以将与边缘缺槽图像相匹配的预设缺槽图像的中心位置，作为缺槽区域的中心位置，从而准确地确定缺槽区域的中心。
S360、根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度。
本发明实施例的技术方案，通过将至少一个预设缺槽模板图像与所述边缘缺槽图像进行模板匹配，确定缺槽区域，从而避免了因缺槽区域不规则导致确定的缺槽区域不准确的问题，提高了缺槽区域确定的准确性。通过将与边缘缺槽图像相匹配的预设缺槽图像的中心位置，作为缺槽区域的中心位置，从而准确地确定缺槽区域的中心。
图15为本发明另一实施例提供的一种晶圆位置确定方法的流程图。本发明实施例对晶圆相对于坐标系的偏转角度的确定进行了详细的说明，未在本实施例中详细描述的细节详见上述实施例。参见图15，本实施例提供的晶圆位置确定方法可以包括：
S410、获取晶圆的至少三幅边缘图像，根据其中任意一幅边缘图像确定模板图像，并在模板图像中设置参考点。
S420、对模板图像执行镜像操作，得到镜像模板图像，并将镜像模板图像与其他边缘图像一一进行模板匹配，确定所述参考点的至少两个匹配点。
S430、确定参考点和匹配点中任意两点连线的中垂线，将至少两条中垂线的交点，作为所述晶圆的圆心位置。
S440、根据所述边缘缺槽图像，确定缺槽区域中心位置。
S450、沿所述晶圆的圆心与所述缺槽区域中心的连线确定至少一条圆弧；其中，所述圆弧的圆心为晶圆的圆心。
示例性的，如图16所示，连接圆心24和缺槽区域中心43，确定直线44。可以沿直线44，按照预设的间隔，作至少一条圆弧，圆弧的圆心为晶圆的圆心24，图11中共作出4条圆弧，圆弧45的半径r1＝R-4ΔR，圆弧46的半径r2＝R-3ΔR，圆弧47的半径r3＝R-2ΔR，圆弧48的半径r4＝R-ΔR。其中，r为晶圆的半径，ΔR为预设的间隔。可选的，为了提高圆弧的精确性，降低噪声，在每条圆弧的周边取半径为r-n和r+n的2n条辅助圆弧，如图16中的辅助圆弧49和辅助圆弧50，r为圆弧的半径，n为位于圆弧一侧的辅助圆弧的数量。对圆弧和辅助圆弧的坐标求平均，最终得到的圆弧与缺槽边缘相交得到两个交点，如图11中的点51和点52。
S460、沿所述圆弧确定取样点获得Arc数组，对Arc数组进行求导并获取绝对值Earc，选取一个Earc最大值，对所述Earc最大值附近的部分Erac曲线进行镜像操作获得Earc模板，将Earc模板与另一Earc最大值附近的Earc曲线进行一维模板匹配，获取匹配点对，将所述匹配点对的中点所对应的圆弧位置作为所述圆弧的中点。
示例性的，按照预设的像素间隔，对上述其中一半径处的圆弧进行取样获得一维Arc数组，并记录每个取样点在图像中的坐标位置。由于圆弧中的点并不一定都位于图像的像素点上，因此，需要通过插值确定位于像素点上的取样点，插值方式可以为双线性插值或双三次曲线插值。对取样点进行求导(可用差分替代)后再取绝对值，获得Arc数组导数绝对值曲线示意图，如图17所示。其公式可以为：
Figure BDA0002352391380000191
其中，Earc为对Arc求导结果的绝对值，Arc为在上述半径处的取样点一维数组。由于上述圆弧与缺槽边缘存在两个交点，分别位于由前期确定的较粗略的缺槽中心的两侧，因此两个交点处的取样点各对应求导结果绝对值Earc中的一个最大值：最大值53和最大值54。如图18所示，选取其中一个Earc最大值，例如最大值53，并对最大值53附近的一部分Erac曲线55进行镜像操作获得Earc模板56，将Earc模板56与另外最大值54附近的Earc曲线区域进行一维模板匹配，获取匹配点对，并根据预先确定的取样点在图像中的坐标位置，确定匹配点对的中点所对应的圆弧位置为圆弧的中点。依据上述方式确定至少一条弧线的中点，例如可以确定3条或4条弧线的中点。
因为晶圆缺槽往往不是很规整，其图像质量也不一定很高，通过上述方式，利用对称性，能够更精确地确定缺槽位置从而更精确地确定晶圆取向。
S470、根据晶圆的圆心和所述圆弧的中点进行直线拟合，确定偏转线。
示例性的，将晶圆的圆心与至少一条圆弧的中点进行直线计算或拟合，得到的直线作为偏转线。若圆弧为一条，则中点为一个，采用晶圆圆心和中点构建直线作为偏转线。若圆弧为两个及以上，对应的中点为两个及以上，则可以采用最小二乘法拟合直线。若做出的圆弧数量较多，确定的中点数量比较多，则可以通过多次拟合排除误差较大的点，从而提高直线拟合的精确性，便于后续更加精准地确定晶圆的偏转角度。在拟合直线时，选择的缺槽处多条圆弧的中间，同时也必须包括圆心点，进行直线拟合，从而提高确定的偏转线的准确性。
S480、将所述偏转线坐标系之间的夹角，作为晶圆的偏转角度。
本发明实施例的技术方案，通过在缺槽区域中，沿圆心与缺槽区域中心的连线确定至少一条圆弧；其中，所述圆弧的圆心为晶圆的圆心，确定圆弧的中点，根据晶圆的圆心和所述中点进行直线拟合并且在直线拟合时必须包含晶圆圆心以及至少一条圆弧的中点，确定偏转线，从而更加精准地确定缺槽相对于坐标系的偏转角度，避免了确定的缺槽区域中心存在误差导致确定的偏转角度不准确的问题。
本申请实施例的方案，根据缺槽区域中的圆弧中点，以及晶圆的圆心拟合直线，由于采用多条圆弧确定多个圆弧中点，拟合的直线更加精准，从而拟合的直线能够准确反映缺槽相对于坐标轴的偏转角度，相比于根据缺槽区域中心和晶圆圆心的连线确定偏转角度的方案，本申请实施例的方案减小了误差，从而使确定的偏转角度更加精准，以使晶圆能够实现更精准的对准操作。另外，由于本申请实施例中，在拟合直线的过程中包含了晶圆圆心，因此能够使拟合的直线能够更加准确地反映晶圆的偏转角度。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种晶圆位置确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取晶圆的至少三幅边缘图像，根据其中任意一幅边缘图像确定模板图像，并在模板图像中设置参考点；
对模板图像执行镜像操作，得到镜像模板图像，并将镜像模板图像与其他边缘图像一一进行模板匹配，确定所述参考点的至少两个匹配点；
确定参考点和匹配点中任意两点连线的中垂线，将至少两条中垂线的交点，作为所述晶圆的圆心位置；
获取边缘缺槽图像，确定缺槽区域中心位置；
根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度；
其中，所述至少三幅边缘图像和边缘缺槽图像为在平台坐标系下采集的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少三个边缘图像的采集位置位于晶圆三个不同位置，并且每个位置与平台坐标系中同一坐标轴的垂直距离相等。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对模板图像执行镜像操作，得到镜像模板图像，包括：将模板图像沿坐标系横轴方向做镜像操作，和/或将模板边缘图像沿坐标系纵轴方向做镜像操作，以得到镜像模板图像。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定参考点和匹配点中任意两点连线的中垂线，将至少两条中垂线的交点，作为所述晶圆的圆心位置，包括：
若至少两条中垂线的交点为两个，则将两个交点的平均值坐标，作为晶圆的圆心坐标。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定参考点和匹配点中任意两点连线的中垂线，将至少两条中垂线的交点，作为所述晶圆的圆心位置，包括：
若至少两条中垂线的交点为至少三个，则根据至少三个交点的坐标确定平均值坐标；
确定至少三个交点的坐标相对于平均值坐标的误差值；
若任一交点的误差值大于预设阈值，则去除该交点，将重新确定的剩余交点的平均值坐标作为晶圆的圆心坐标。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述边缘缺槽图像，确定缺槽区域中心位置，包括：
根据所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像，提取缺槽区域；其中，所述边缘缺槽对称图像为在晶圆上与缺槽对称的位置采集的；
根据缺槽区域，确定缺槽区域的质心位置，作为缺槽区域中心位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像，提取缺槽区域，包括：
将所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像进行模板匹配后的图像相减得到差图像；
将差图像进行阈值分割得到二值化图像；
探测二值化图像连通域，并提取最大连通域的图像区域作为缺槽区域。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述边缘缺槽图像与边缘缺槽对称图像，提取缺槽区域之后，还包括：
基于形态学开运算对所述缺槽区域进行处理，以使所述缺槽区域规范化。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述边缘缺槽图像，确定缺槽区域中心位置，包括：
将至少一个预设缺槽模板图像与所述边缘缺槽图像进行模板匹配，确定缺槽区域；其中，所述预设缺槽模板图像的中心位置已确定；
将与边缘缺槽图像相匹配的预设缺槽图像的中心位置，作为缺槽区域的中心位置。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度，包括：
将所述圆心与所述缺槽区域中心的连线，与所述平台坐标系之间的夹角，作为晶圆的偏转角度。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述圆心位置以及所述缺槽区域中心位置，确定所述晶圆相对于所述平台坐标系的偏转角度，包括：
沿所述晶圆的圆心与所述缺槽区域中心的连线确定至少一条圆弧；其中，所述圆弧的圆心为所述晶圆的圆心；
沿所述圆弧确定取样点获得Arc数组，对Arc数组进行求导并获取绝对值Earc，选取一个Earc最大值，对所述Earc最大值附近的部分Erac曲线进行镜像操作获得Earc模板，将Earc模板与另一Earc最大值附近的Earc曲线进行一维模板匹配，获取匹配点对，将所述匹配点对的中点所对应的圆弧位置作为所述圆弧的中点。
根据所述晶圆的圆心和所述圆弧的中点进行直线拟合，确定偏转线；将所述偏转线坐标系之间的夹角，作为晶圆的偏转角度。
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