CN111564382A - 晶圆检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆检测装置及检测方法，该晶圆检测装置包括机架、驱动组件、红外扫描组件和控制器；驱动组件设置在机架上，且驱动组件设置成用于驱动晶圆旋转；红外扫描组件设置在机架上，红外扫描组件设置成用于校准晶圆和获取晶圆的红外图像；控制器内预设有标准图像；其中，控制器配置成比较红外图像与标准图像是否相同，并且根据红外图像与标准图像不同确定晶圆具有缺陷。根据本申请实施例的晶圆检测装置，通过旋转台使晶圆旋转，一方面，便于红外扫描组件搜寻晶圆的切口进行晶圆校准，另一方面，可以获得晶圆的图像便于确定晶圆是否具有缺陷，防止装载于设备内部的晶圆因缺陷破碎。

Description

晶圆检测装置及检测方法

技术领域

本申请属于半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆检测装置及检测方法。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

在半导体晶圆制造过程中，用于制造集成电路的半导体材料诸如硅或GaAs为了达到预期的半导体性能必须完全或基本上没有晶体缺陷，晶体缺陷包括裂纹、剥落、划痕、外来颗粒物质等，这些缺陷可能是原始形成的晶体结构的一部分，或者可能是在各处理和加工步骤时引起的。

目前通常采用的切口搜寻方式是使用激光作为发射端，光传感器作为接收端，以非接触式的方式，在晶圆的边缘进行搜寻，但在光传感器敏感度不佳时，会导致校准失败，失败后需要进行重复校准，造成时间成本增加。

发明内容

本申请的目的是至少解决光传感器敏感度不佳导致校准失败和时间成本增加的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本申请的第一方面提供了一种晶圆检测装置，包括：

机架；

驱动组件，所述驱动组件设置在所述机架上，且所述驱动组件设置成用于驱动所述晶圆旋转；

红外扫描组件，所述红外扫描组件设置在所述机架上，所述红外扫描组件设置成用于校准晶圆和获取所述晶圆的红外图像；

控制器，所述驱动组件和所述红外扫描组件均与所述控制器电连接，且所述控制器内预设有标准图像；

其中，所述控制器配置成比较所述红外图像与所述标准图像是否相同，并且根据所述红外图像与所述标准图像不同确定所述晶圆具有缺陷。

本申请的第二方面还提出了一种晶圆检测方法，包括：

获取晶圆的红外图像；

比较所述红外图像与标准图像是否相同；

根据所述红外图像与所述标准图像不同，确定所述晶圆具有缺陷。

附图说明

通过阅读下文具体实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出具体实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。其中：

图1为本申请实施例的晶圆检测装置的结构示意图；

图2为图1所示的A处的局部放大示意图；

图3为本申请实施例的晶圆检测方法的流程示意图；

图4为本申请的获取晶圆的红外图像的流程示意图；

图5为本申请的比较红外图像与标准图像是否相同的流程示意图；

图6为本申请的比较第一图像与标准图像是否相同的流程示意图；

图7为本申请的比较第二图像与标准图像是否相同的流程示意图；

图8为本申请的以第一边缘为基准线分析第一图像的非掩蔽区域的流程示意图；

图9为本申请的以第二边缘为基准线分析第二图像的非掩蔽区域的流程示意图；

图10为本申请实施例的第一图像的示意图；

图11为图10所示的B处的局部放大示意图；

图12为本申请实施例的第二图像的示意图；

图13为图12所示的C处的局部放大示意图。

附图标记：

1、机架；

2、驱动组件；21、驱动件；22、旋转台；

3、红外扫描组件；31、第一红外源；32、第二红外源；

4、控制器；

5、晶圆；51、第一图像；52、第二图像；511、第一平面；512、第一曲面；513、第一边缘；514、第一切口区域；521、第二平面；522、第二曲面；523、第二边缘；524、第二切口区域；53、掩蔽区域；54、缺陷。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施方式。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施方式的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

红外热成像技术可以通过非接触探测红外热量并将其转换成热图像和温度值。对于晶圆5而言，其基本组成为单晶硅，一旦晶圆5因机械力、应力、化学腐蚀、电荷击穿等原因产生缺陷54，缺陷54所在的区域会具有与单晶硅不同的能量与热量，这种热量的差别虽然无法通过人工识别，但是可以被对热量差异极度敏感的红外探测装置精确的识别并快速的转换为图像信号，通过分析图像信号可以获得晶圆5的缺陷54信息。

获取红外热成像图之后，可以对图像进行预处理，以便于实施后续步骤。对红外热成像图的预处理可以是图像增强，以提高图像整体和局部的对比度，突出图像的细节信息。图像增强的算法可以是直方图均衡图像增强算法、小波变换图像增强算法、偏微分方程图像增强算法和基于Retinex理论的图像增强算法等。

晶圆5包括上表面、侧面和下表面，上表面和下表面相反且平行设置，上表面与侧面相交于上边缘，下表面与侧面相交于下边缘。

如图1和图2所示，根据本申请一个实施例提供的晶圆检测装置，包括：

机架1；

驱动组件2，驱动组件2设置在机架1上，且驱动组件2设置成用于驱动晶圆5旋转；

红外扫描组件3，红外扫描组件3设置在机架1上，红外扫描组件3设置成用于校准晶圆5和获取晶圆5的红外图像；

控制器4，驱动组件2和红外扫描组件3均与控制器4电连接，且控制器4内预设有标准图像；

其中，控制器4配置成比较红外图像与标准图像是否相同，并且根据红外图像与标准图像不同确定晶圆5具有缺陷54。

根据本申请提供的一种晶圆检测装置，机架1作为驱动组件2、红外扫描组件3和控制器4的安装基础。通过驱动组件2带动晶圆5旋转，红外扫描组件3对旋转的晶圆5进行扫描，一方面，可以进行晶圆5的周向上的搜寻以便确定晶圆5的切口区域的位置进而对晶圆5进行校准，另一方面，晶圆5在旋转过程中，红外扫描组件3可以获取晶圆5的完整红外图像，根据缺陷54区域与非缺陷54区域的能量和热量不同确定晶圆5是否具有缺陷54。控制器4中预设有标准图像，红外扫描组件3与控制器4电连接将扫描得到的红外图像发送至控制器4与标准图像进行比较，根据红外图像与标准图像不同，确定晶圆5具有缺陷54。通过晶圆检测装置能够防止装载于设备内部的晶圆5因具有缺陷54而导致破碎的问题出现，做到在事前发现问题并进行预防，相比较于现有技术中采用光传感器的方式，红外扫描的可靠性更高，提高了校准的效率。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，驱动组件2包括驱动件21和旋转台22，驱动件21连接在机架1上，旋转台22连接在驱动件21的输出端上，将晶圆5装载至旋转台22上。旋转台22作为晶圆5安装的载体，便于驱动件21驱动晶圆5旋转，驱动件21选用电机，结构简单，便于控制启停和正反转。

在本申请的一些实施例中，如图1和图2所示，晶圆5包括相反设置的第一表面和第二表面，红外扫描组件3包括设置在机架1上的第一红外源31和第二红外源32，第一红外源31位于旋转台22的上方，第二红外源32位于旋转台22的下方。第一表面包括至少部分上表面，上边缘和至少部分侧面，第二表面包括至少部分下表面，下边缘和至少部分侧面。第一红外源31和第二红外源32分别对晶圆5的第一表面和第二表面进行扫描，一方面，提高了对晶圆5切口区域的搜寻的准确度，另一方面，可以对晶圆5的第一表面和第二表面分别进行是否具有缺陷54的确定，提高了确定效率，第一红外源31和第二红外源32均采用红外线摄像机。为了能够获取晶圆5的第一表面和第二表面的清晰图像，需要设置第一红外源31和第二红外源32的安装角度，具体的，设置第一红外源31和第二红外源32的连线垂直于晶圆5，使得扫描后的图像不存在重叠区域，为晶圆5的校准和是否具有缺陷54的确认提供便利条件。

在本申请的一些实施例中，驱动件21的启停、第一红外源31的启停和第二红外源32的启停可以设置为当晶圆5被装载至旋转台22上后进行，以节省能源。当检测到旋转台22上装载晶圆5后，开始进行晶圆5的校准和是否具有缺陷54的确定。对于晶圆5是否装载的检测可以通过在旋转台22上安装压力传感器、光敏传感器或者激光传感器等方式实现，检测到旋转台22上装载晶圆5后，向控制器4发送信号，由控制器4控制驱动件21、第一红外源31和第二红外源32动作。

如图3-图13所示，根据本申请另一个实施例的晶圆检测方法，采用上述晶圆检测装置实现，包括：

获取晶圆5的红外图像；

比较红外图像与标准图像是否相同；

根据红外图像与标准图像不同，确定晶圆5具有缺陷54。

根据本申请实施例的晶圆检测方法，通过获取晶圆5的红外图像，将晶圆5转化为图像信息，通过程序进行晶圆5的自动校准和缺陷54的自动识别，根据缺陷54区域与非缺陷54区域的能量值和热量值不同确定晶圆5是否具有缺陷54，克服了人工目检的随机性，提高了晶圆5缺陷54检测的准确性，防止装载于设备内部的晶圆5因具有缺陷54导致破碎，污染设备，做到在事前发现问题并进行预防。

在本申请的一些实施例中，如图4所示，晶圆5包括相反设置的第一表面和第二表面，获取晶圆5的红外图像包括采用红外线扫描第一表面以获得第一图像51，采用红外线扫描第二表面以获得第二图像52，存储第一图像51和第二图像52。采用红外线分别对晶圆5的第一表面和第二表面进行扫描，一方面，提高了对晶圆5切口区域的搜寻的准确度，进而提高了校准效率，缩短了校准时间，另一方面，可以对晶圆5的第一表面和第二表面分别进行是否具有缺陷54的确定，提高了确认效率。红外线由红外线摄像机产生，因此设置有第一红外源31和第二红外源32，第一红外源31扫描第一表面以获得第一图像51，第二红外源32扫描第二表面以获得第二图像52。

在本申请的一些实施例中，如图5所示，比较红外图像与标准图像是否相同包括调用标准图像，调用第一图像51与第二图像52，比较第一图像51与标准图像是否相同，比较第二图像52与标准图像是否相同。第一图像51与标准图像的比较和第二图像52与标准图像的比较不限定先后顺序，可以先比较第一图像51与标准图像，再比较第二图像52与标准图像或者同时进行，均在本申请的保护范围内。标准图像为预先从标准晶圆5上提取的图像数据，通过第一图像51与标准图像的比较可以确定第一图像51中是否具有缺陷54，同样的，也可以确定第二图像52中是否具有缺陷54。

在本申请的一些实施例中，如图6、图10和图11所示，晶圆5包括第一表面和第二表面，第一表面包括第一平面511和第一曲面512，且第一平面511和第一曲面512相交于第一边缘513，至少部分上表面为第一平面511，至少部分侧面为第一曲面512，上边缘为第一边缘513。此处的第一平面511的大小与第一红外源31的安装位置相关，在一个实施例中，第一平面511为5mm的环形平面，第一图像51为第一表面的红外成像。比较第一图像51与标准图像是否相同包括搜寻标准图像中的标准切口区域和第一图像51中的第一切口区域514，控制标准切口区域和第一切口区域514对齐，设定标准切口区域和第一切口区域514为掩蔽区域53，以第一边缘513为基准线分析第一图像51的非掩蔽区域53。在进行第一图像51和标准图像的比较时，需要先搜寻第一图像51中的第一切口区域514和标准图像中的标准切口区域，确定第一切口区域514和标准切口区域后将第一切口区域514和标准切口区域对齐，便于对非切口区域进行是否具有缺陷54的确定。为了便于确定缺陷54，将第一切口区域514和标准切口区域设定为掩蔽区域53，以第一边缘513为基准线，以标准图像的非掩蔽区域53为标准，对应核对第一图像51的非掩蔽区域53。

在本申请的一些实施例中，如图7、图12和图13所示，晶圆5包括第一表面和第二表面，第二表面包括第二平面521和第二曲面522，且第二平面521和第二曲面522相交于第二边缘523，至少部分下表面为第二平面521，至少部分侧面为第二曲面522，下边缘为第二边缘523，第二曲面522和第一曲面512组成完成的侧面，且两者的大小相等。此处的第二平面521的大小与第二红外源32的安装位置相关，在一个实施例中，第二平面521为5mm的环形平面，第二图像52为第二表面的红外成像。此处的第二平面521的大小与第二红外源32的安装位置相关，在一个实施例中，第二平面521为5mm的环形平面，第二图像52包括第二表面。比较第二图像52与标准图像是否相同包括搜寻第二图像52中的第二切口区域524，控制标准切口区域和第二切口区域524对齐，设定第二切口区域524为掩蔽区域53，以第二边缘523为基准线分析第二图像52的非掩蔽区域53。在进行第二图像52和标准图像的比较时，需要先搜寻第二图像52中的第二切口区域524和标准图像中的标准切口区域，确定第二切口区域524和标准切口区域后将第二切口区域524和标准切口区域对齐，便于对非切口区域进行是否具有缺陷54的确定。为了便于确定缺陷54，将第二切口区域524设定为掩蔽区域53，前文已经设定标准切口区域为掩蔽区域53，无需进行重复操作，以第二边缘523为基准线，以标准图像的非掩蔽区域53为标准，对应核对第二图像52的非掩蔽区域53。

其中，前文第一平面511和第二平面521，均为5mm的环形平面，仅为举例说明，不作为对本申请的限制。

在本申请的一些实施例中，如图8、图10和图11所示，以第一边缘513为基准线分析第一图像51的非掩蔽区域53包括设定第一边缘513为第一基准线，选取第一图像51中以第一基准线为边界的任意环形区域为第一待测区，比较第一待测区与标准图像是否相同，第一待测区与标准图像的比较实为比较第一待测区与标准图像的能量与热量是否相同。晶圆5缺陷54的类型包括裂纹、剥落、划痕、外来颗粒物质等，以上几种缺陷54均具有一定的大小，占据一定区域，因此以第一边缘513为边界向第一平面511的方向或向第一曲面512的方向选取任意环形区域作为第一待测区，再比较第一待测区与标准图像是否相同。为了便于描述，规定以第一边缘513为边界向第一平面511的方向选取任意环形区域为正方向，以第一边缘513为边界向第一曲面512的方向选取任意环形区域为负方向。根据前文所述，第一平面511为5mm的环形平面，将第一平面511平均分为50等份，每10份为1mm，第一待测区的大小可设定为以第一边缘513为边界向正方向以每2份为增量递增，逐渐调整第一待测区的大小。该种设置方式，降低了单次缺陷54分析的复杂程度，提高了检测效率。同理的，第一待测区的大小还包括设定为以第一边缘513为边界向负方向以每2份为增量递增，逐渐调整第一待测区的大小，同样能够降低单次缺陷54分析的复杂程度，提高了检测效率。

在本申请的一些实施例中，如图9、图12、和图13所示，以第二边缘523为基准线分析第二图像52的非掩蔽区域53包括设定第二边缘523为第二基准线，选取第二图像52中以第二基准线为边界的任意环形区域为第二待测区，比较第二待测区与标准图像是否相同，第一待测区与标准图像的比较实为比较第一待测区与标准图像的能量与热量是否相同。对于第二图像52的分析与对第一图像51的分析类似，以第二边缘523为边界向第二平面521的方向或向第二曲面522的方向选取任意环形区域作为第二待测区，再比较第二待测区与标准图像是否相同。为了便于描述，规定以第二边缘523为边界向第二平面521的方向选取任意环形区域为正方向，以第二边缘523为边界向第二曲面522的方向选取任意环形区域为负方向。根据前文所述，第二平面521为5mm的环形平面，将第二平面521平均分为50等份，每10份为1mm，第二待测区的大小可设定为以第二边缘523为边界向正方向以每2份为增量递增，逐渐调整第二待测区的大小。该种设置方式，降低了单次缺陷54分析的复杂程度，提高了检测效率，同理的，第二待测区的大小还包括设定为以第二边缘523为边界向负方向以每2份为增量递增，逐渐调整第二待测区的大小，同样能够降低单次缺陷54分析的复杂程度，提高了检测效率。

其中，前文在调整第一待测区和第二待测区的大小的过程中，以+2或-2为增量，仅为举例说明，不作为对本申请的限制，增量还可设置为其他数值，如+1或-1，+5或-5等。

在本申请的一些实施例中，晶圆5缺陷54的类型包括裂纹、剥落、划痕、外来颗粒物质等，根据不同的能量和热量确定缺陷54的种类，根据分类结果推断出导致不符合生产标准的晶圆5产生缺陷54的原因，并根据产生不同原因生成针对性纠错方案，以提高下一批次的晶圆5的生产合格率。

在本申请的一些实施例中，对于第一图像51，根据第一图像51与标准图像的能量与热量不同，确定晶圆5的第一图像51具有缺陷54，即晶圆的第一表面具有缺陷54，可以设置发光提醒、振动提醒和声音提醒中的至少一种提醒方式来通知用户。对于第二图像52，根据第二图像52与标准图像的能量与热量不同，确定晶圆5的第二图像52具有缺陷54，即晶圆的第二表面具有缺陷54，可以设置发光提醒、振动提醒和声音提醒中的至少一种提醒方式来通知用户。当第一图像51中出现缺陷或第二图像52中出现缺陷或两者均出现缺陷时，将具有缺陷54的晶圆5取走，重新放置新的晶圆5重复检测过程。

其中，在确定第一图像51具有缺陷54后，仍需要对第二图像52进行检测，避免遗漏缺陷54导致污染设备，人工将具有缺陷54的晶圆5取走后可以再进行人工复检以确定晶圆是否能够用于生产。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。为了实现相同的目的，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆检测装置，其特征在于，包括：

机架；

驱动组件，所述驱动组件设置在所述机架上，且所述驱动组件设置成用于驱动所述晶圆旋转；

红外扫描组件，所述红外扫描组件设置在所述机架上，所述红外扫描组件设置成用于校准晶圆和获取所述晶圆的红外图像；

控制器，所述驱动组件和所述红外扫描组件均与所述控制器电连接，且所述控制器内预设有标准图像；

其中，所述控制器配置成比较所述红外图像与所述标准图像是否相同，并且根据所述红外图像与所述标准图像不同确定所述晶圆具有缺陷。

2.根据权利要求1所述的晶圆检测装置，其特征在于，所述驱动组件包括：

驱动件，所述驱动件连接在所述机架上；

旋转台，所述旋转台连接在所述驱动件上，所述驱动件设置成用于驱动所述旋转台转动，所述旋转台设置成装载所述晶圆。

3.根据权利要求2所述的晶圆检测装置，其特征在于，所述晶圆包括相反设置的第一表面和第二表面；

所述红外扫描组件包括：

第一红外源，所述第一红外源设置在所述机架上，且所述第一红外源位于所述旋转台的上方，其中，所述第一红外源设置成用于扫描所述第一表面以获得第一图像；

第二红外源，所述第二红外源设置在所述机架上，且所述第二红外源位于所述旋转台的下方，其中，所述第二红外源设置成用于扫描所述第二表面以获得第二图像；

其中，所述第一红外源和所述第二红外源的连线垂直于所述晶圆。

4.一种晶圆检测方法，其特征在于，包括：

获取晶圆的红外图像；

比较所述红外图像与标准图像是否相同；

根据所述红外图像与所述标准图像不同，确定所述晶圆具有缺陷。

5.根据权利要求4所述的晶圆检测方法，其特征在于，所述晶圆包括相反设置的第一表面和第二表面；

所述获取晶圆的红外图像包括：

采用红外线扫描所述第一表面以获得第一图像；

采用红外线扫描所述第二表面以获得第二图像；

存储所述第一图像和所述第二图像。

6.根据权利要求5所述的晶圆检测方法，其特征在于，所述比较所述红外图像与标准图像是否相同包括：

调用所述标准图像；

调用所述第一图像与所述第二图像；

比较所述第一图像与所述标准图像是否相同；

比较所述第二图像与所述标准图像是否相同。

7.根据权利要求6所述的晶圆检测方法，其特征在于，所述第一表面包括第一平面和第一曲面，且所述第一平面和所述第一曲面相交于第一边缘；

所述第一图像包括所述第一表面；

所述比较所述第一图像与所述标准图像是否相同包括：

搜寻所述标准图像中的标准切口区域和所述第一图像中的第一切口区域；

控制所述标准切口区域和所述第一切口区域对齐；

设定所述标准切口区域和所述第一切口区域为掩蔽区域；

以所述第一边缘为基准线分析所述第一图像的非掩蔽区域。

8.根据权利要求7所述的晶圆检测方法，其特征在于，所述第二表面包括第二平面和第二曲面，且所述第二平面和所述第二曲面相交于第二边缘；

所述第二图像包括所述第二表面；

所述比较所述第二图像与所述标准图像是否相同包括：

搜寻所述第二图像中的第二切口区域；

控制所述标准切口区域和所述第二切口区域对齐；

设定所述第二切口区域为掩蔽区域；

以所述第二边缘为基准线分析所述第二图像的非掩蔽区域。

9.根据权利要求7所述的晶圆检测方法，其特征在于，所述以所述第一边缘为基准线分析所述第一图像的非掩蔽区域包括：

设定所述第一边缘为第一基准线；

选取所述第一图像中以所述第一基准线为边界的任意环形区域为第一待测区；

比较所述第一待测区与所述标准图像是否相同。

10.根据权利要求8所述的晶圆检测方法，其特征在于，所述以所述第二边缘为基准线分析所述第二图像的非掩蔽区域包括：

设定所述第二边缘为第二基准线；

选取所述第二图像中以所述第二基准线为边界的任意环形区域为第二待测区；

比较所述第二待测区与所述标准图像是否相同。

Images