CN113916904A - 晶圆表面缺陷的检测方法及其检测系统 - Google Patents

晶圆表面缺陷的检测方法及其检测系统 Download PDF

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Abstract

一种晶圆表面缺陷的检测方法及其检测系统，晶圆表面缺陷的检测方法包括：将预设投影编码图案投射到待测晶圆表面，以使预设编码图案经待测晶圆表面反射得到反射图案，反射图案带有待测晶圆表面的信息；采集反射图案的光强值；根据反射图案的光强值确定待测晶圆表面的频谱系数；以及根据待测晶圆表面的频谱系数对晶圆表面缺陷进行分析。

Description

晶圆表面缺陷的检测方法及其检测系统
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及晶圆表面缺陷的检测方法及其检测系统。
背景技术
半导体技术已成为当今科技发展的关键技术和引领技术，芯片的制造和生产是至关重要的核心技术。半导体技术已成为当今科技发展的关键技术和引领技术，芯片的制造和生产是至关重要的核心技术。
芯片的制造及封装测试过程中，晶圆的实时缺陷检测是亟需解决的一个难点。传统的基于人工视觉的检测方法，具有效率低，准确率低，高成本等缺陷，已经无法满足现代芯片工业的需求。近些年来，流行的机器视觉的检测方法，大多基于神经网络和深度学习的相关方面的研究，但庞大的数据集需求，以及训练过程中产生的海量的数据计算，运输和储存等问题又成为新的难点。
目前依赖于电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)平面图像传感器的进行晶圆表面缺陷的检测方法，需要对晶圆进行成像，但是图像质量一般都会受到环境以及晶圆光滑表面的影响，成像时容易出现高光或虚像等问题。而且成像方式的缺陷检测，数据量非常大，是目前半导体检测的难点。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种晶圆表面缺陷的检测方法及其检测系统，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种晶圆表面缺陷的检测方法，包括：将预设投影编码图案投射到待测晶圆表面，以使预设编码图案经待测晶圆表面反射得到反射图案，反射图案带有待测晶圆表面的信息；采集反射图案的光强值；根据反射图案的光强值确定待测晶圆表面的频谱系数；根据待测晶圆表面的频谱系数对晶圆表面进行缺陷分析。
根据本发明的实施例，预设投影编码图案为根据四步相移傅里叶基底生成的图案，预设投影编码图案表示如下：
Ik(x,y)＝I'(x,y)+I″(x,y)cos(fx·x+fy·y+φk)
其中，Ik(x,y)为预设投影编码图案的光强值，x为预设投影编码图案像素的横坐标、y为预设投影编码图案像素的纵坐标，I'(x,y)为预设投影编码图案的背景光强，I″(x,y)为调制光强，fx为傅里叶横向频率，fy为傅里叶纵向频率，φk为相移量，φk＝(k-1)*π/2，k＝1，2，3，4。
根据本发明的实施例，反射图案的光强值表示如下：
Rk＝r·Ik(x,y)
其中，Rk为所述反射图案的光强值，r为反射系数，k＝1，2，3，4。
根据本发明的实施例，根据反射图案的光强值确定待测晶圆表面的频谱系数包括：根据反射图案的光强值确定反射图案的电压值；根据反射图案的电压值确定待测晶圆表面的频谱系数。
根据本发明的实施例，反射图案的电压值的计算公式表示如下：
Dk＝Dn+α·Rk
其中，Dk为电压值，Dn为环境光强转换为的电压值，α为反射图案的光强值转换为电压值的系数，k＝1，2，3，4。
根据本发明的实施例，待测晶圆表面的频谱系数的计算公式如下：
B＝[D0(fx,fy)-D2(fx,fy)]+i[D1(fx,fy)-D3(fx,fy)]
其中，B为频谱系数。
根据本发明的实施例，根据待测晶圆表面的频谱系数对晶圆表面进行缺陷分析包括：获取无缺陷晶圆表面的标准频谱系数A；根据无缺陷晶圆表面的标准频谱系数A和待测晶圆表面的频谱系数B，得到最终相关系数；将最终相关系数与预设阈值比较；在最终相关系数大于等于预设阈值的情况下，确定待测晶圆为无缺陷晶圆。
根据本发明的实施例，最终相关系数计算公式如下：
Figure BDA0003352275010000021
其中，N小于等于预设投影编码图案的像素总数，σ为标准差，
Figure BDA0003352275010000031
为A的平均值，ρ(A,B)为相关系数，c为最终相关系数，
Figure BDA0003352275010000032
为B的平均值。
根据本发明的实施例，还提供了一种晶圆表面缺陷检测系统，用于实现上述检测方法，包括：投影模组，适用于将预设投影编码图案投射到待测晶圆表面，以使预设投影编码图案经带有晶圆表面反射得到反射图案，反射图案带有待测晶圆表面的信息；光电探测器，适用于采集反射图案的光强值；数据分析单元，适用于根据反射图案的光强值确定待测晶圆表面的频谱系数以及根据待测晶圆表面的频谱系数对晶圆表面进行缺陷分析。
根据本发明的实施例数据分析单元包括：数据采集模组，适用于根据反射图案的光强值确定反射图案的电压值；计算模组，适用于根据反射图案的电压值确定待测晶圆表面的频谱系数，以及根据待测晶圆表面的频谱系数对晶圆表面进行缺陷分析。
根据本发明的实施例，晶圆表面缺陷检测系统还包括：图案生成模组，适用于生成预设投影编码图案。
根据本发明上述实施例提供的晶圆表面缺陷的检测方法及其检测系统，将预设投影编码图案投射到待测晶圆表面，使预设编码图案经所述待测晶圆表面反射得到反射图案，通过采集反射图案的光强值确定所述待测晶圆表面的频谱系数，进而对待测晶圆表面缺陷进行分析，该方法不需要使晶圆表面成像，因而避免了由于晶圆表面过于光滑而导致的成像局部高亮的问题，同时避免了成像过程中晶圆表面因反射周围物体而形成的虚像，极大地提高了晶圆表面缺陷检测的鲁棒性。
根据本发明上述实施例提供的晶圆表面缺陷的检测方法及其检测系统，由于不需要使晶圆表面成像，因此，没有复杂的反变换过程，无需进行复杂的傅里叶逆变换得到图像，提高了晶圆表面缺陷检测的实时性。
附图说明
图1是本发明实施例的晶圆表面缺陷的检测方法的流程图；
图2是本发明实施例的晶圆缺陷检测过程的示意图；
图3A是图2中C1部分无缺陷晶圆表面的示意图；
图3B是图2中C2部分待测晶圆1表面的示意图；
图4A为图2中C1部分无缺陷晶元表面的频谱的放大图；
图4B为图2中C2部分待测晶圆1表面的频谱的放大图；
图5是本发明实施例的晶圆表面缺陷检测系统的示意图。
附图标记说明
1投影模组
2光电探测器
3数据分析单元
31数据采集模组 32计算模组
具体实施方式
在实现本发明的过程中发现：区别于传统成像方法，单像素成像方法是一种计算成像方法。单像素成像方法使用一系列编码照明图案对目标进行投影，以及一个没有空间分辨力的探测器对光强变化进行获取，再结合相关算法对目标图像进行重建。
单像素成像方法，具有结构简单，非视域等优点，但成像质量较低，测量次数过高，成像时间过长的问题却制约着单像素技术的应用。
傅里叶单像素，是通过单像素成像方法获取目标图像的傅里叶谱，再对谱进行傅里叶反变换从而重建出图像的方法。这启发了一种新的思路，即只获取傅里叶谱而不进行成像，通过分析傅里叶谱(即待测晶圆表面的频谱)达到缺陷检测的目的，这被称为非成像模式，通过分析傅里叶谱达到缺陷检测。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1是晶圆表面缺陷的检测方法的流程图；
如图1所示，提供了一种晶圆表面缺陷的检测方法，该方法包括：步骤S10-S40。
步骤S10：将预设投影编码图案投射到待测晶圆表面，以使预设编码图案经待测晶圆表面反射得到反射图案，反射图案带有待测晶圆表面的信息。
步骤S20：采集反射图案的光强值。
步骤S30：根据反射图案的光强值确定待测晶圆表面的频谱系数。
步骤S40：根据待测晶圆表面的频谱系数对晶圆表面缺陷进行分析。
根据本发明的实施例，将预设投影编码图案投射到待测晶圆表面，使预设编码图案经所述待测晶圆表面反射得到反射图案，通过采集反射图案的光强值确定所述待测晶圆表面的频谱系数，进而对待测晶圆表面缺陷进行分析，该方法不需要使晶圆表面成像，因而避免了由于晶圆表面过于光滑而导致的成像局部高亮的问题，同时避免了成像过程中晶圆表面因反射周围物体而形成的虚像，极大地提高了晶圆表面缺陷检测的鲁棒性。
根据本发明的实施例，S10-S40提供的检测方法，无需对晶圆表面成像进行反变换过程，提高了晶圆表面缺陷检测的实时性。
根据本发明的实施例，在步骤S10中，预设投影编码图案如图2中a所示，预设投影编码图案表示如下：
Ik(x,y)＝I'(x,y)+I″(x,y)cos(fx·x+fy·y+φk) (1)
其中，Ik(x,y)为所述预设投影编码图案的光强值，x为所述预设投影编码图案像素的横坐标、y为所述预设投影编码图案像素的纵坐标，I'(x,y)为所述预设投影编码图案的背景光强，I″(x,y)为调制光强，fx为傅里叶横向频率，fy为傅里叶纵向频率，φk为相移量，φk＝(k-1)*π/2，k＝1，2，3，4。
将预设投影编码图案投射到待测晶圆表面上的图案如图2中b部分所示。
根据本发明的实施例，在步骤S20中，反射图案的光强值表示如下：
Rk＝r·Ik(x,y) (2)
其中，Rk为所述反射图案的光强值，r为反射系数，k＝1，2，3，4。
根据本发明的实施例，在步骤S30中，根据反射图案的光强值确定待测晶圆表面的频谱系数，具体包括：根据反射图案的光强值确定反射图案的电压值；以及根据反射图案的电压值确定待测晶圆表面的频谱系数。
反射图案的电压值的计算公式表示如下：
Dk＝Dn+α·Rk (3)
其中，Dk为电压值，Dn为环境光强转换为的电压值，α为反射图案的光强值转换为电压值的系数，k＝1，2，3，4。
待测晶圆表面的频谱系数的计算公式如下：
B＝[D1(fx,fy)-D3(fx,fy)]+i[D2(fx,fy)-D4(fx,fy)] (4)
其中，B为频谱系数。
在式(4)可以看出待测晶圆表面的频谱系数为傅里叶横向频率fx和傅里叶纵向频率fy的函数，由频谱系数与傅里叶横向频率和傅里叶纵向频率组成的图谱即为频谱。如图2中C2部分所示为n个待测晶圆表面的频谱。待测晶圆1表面的示意图如图3B所示。
根据本发明的实施例，在步骤S40根据待测晶圆表面的频谱系数对晶圆表面缺陷进行分析具体包括：步骤S401-步骤S404。
步骤S401：获取无缺陷晶圆表面的标准频谱系数A。其中无缺陷晶圆表面的示意图如图3A所示。
获取标准频谱系数A的方法为：
将预设投影编码图案投射到无缺陷晶圆表面，以使预设编码图案经无缺陷晶圆表面反射得到反射图案，反射图案带有待测晶圆表面的信息；
采集反射图案的光强值；
根据反射图案的光强值确定无缺陷晶圆表面的频谱系数A。其中，无缺陷晶圆表面的频谱如图2中C1部分所示。
步骤S402：根据无缺陷晶圆表面的标准频谱系数A和待测晶圆表面的频谱系数B，得到最终相关系数。最终相关系数计算公式如下：
Figure BDA0003352275010000061
其中，N小于等于投影编码图象的像素总数。
在进行最终相关系数计算之前，可以根据需要对待测晶圆表面的频谱中傅里叶横向频率和傅里叶纵向频率进行选取，以及对无缺陷晶圆表面的频谱中傅里叶横向频率和傅里叶纵向频率进行选取，对傅里叶横向频率和傅里叶纵向频率进行选择过程又叫做序列计算。如图2中d部分所示为对多个待测晶圆进行序列计算和对无缺陷晶圆进行序列计算。
以待测晶圆1为例，将图4A和图4B进行比较后，可以对无缺陷晶元表面的频谱中傅里叶横向频率和傅里叶纵向频率进行选取，以及对待测晶圆1表面的频谱中傅里叶横向频率和傅里叶纵向频率进行选取，进而计算相关系数。
图2中e部分为多个待测晶圆的频谱系数分别与无缺陷晶圆的标准频谱系数得到最终相关系数的过程，该过程简称为计算相关性。
步骤S403：将最终相关系数与预设阈值比较；
步骤S404：在最终相关系数大于等于预设阈值的情况下，确定待测晶圆为无缺陷晶圆。
图5是本发明实施例的晶圆表面缺陷检测系统的示意图。
如图5所示，提供了一种晶圆表面缺陷检测系统，包括：投影模组1、光电探测器2、数据分析单元3。
投影模组1适用于将预设投影编码图案投射到待测晶圆表面，以使预设投影编码图案经带有晶圆表面反射得到反射图案，反射图案带有待测晶圆表面的信息。
光电探测器2适用于采集反射图案的光强值。
数据分析单元3适用于根据反射图案的光强值确定待测晶圆表面的频谱系数以及根据待测晶圆表面的频谱系数对晶圆表面进行缺陷分析。
根据本发明的实施例，本发明的晶圆表面缺陷检测系统结构简单，不需要相机进行图像采集；减少了晶圆缺陷检测的总体成本，对由于光滑晶体表面造成的局部高亮和虚像等干扰都具有很好的鲁棒性。
根据本发明的实施例，光电探测器2为单像素的光电探测器，单像素的光电探测器是没有空间分辨率的光电探测器，对弱光和强光光强都具有很好的响应，对环境光的适应能力更强，能够适应的光照范围较广。
根据本发明的实施例，数据分析单元3包括：数据采集模组31，和计算模组32。数据采集模组31适用于根据反射图案的光强值确定反射图案的电压值。计算模组32，适用于根据反射图案的电压值确定待测晶圆表面的频谱系数，以及根据待测晶圆表面的频谱系数对晶圆表面进行缺陷分析。
根据本发明的实施例，投影模组1与光电探测器2之间具有同步触发功能，投影过程与反射图案的光强值的采集过程是同时进行的。
根据本发明的实施例，晶圆表面缺陷检测系统还包括：图案生成模组，适用于生成预设投影编码图案。
根据本发明的实施例，图案生成模组与计算模组32可以为同一计算机。
根据本发明的实施例，图案生成模组可以为细间距球阵列，计算模组可32以为计算机。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆表面缺陷的检测方法，包括：
将预设投影编码图案投射到待测晶圆表面，以使所述预设编码图案经所述待测晶圆表面反射得到反射图案，所述反射图案带有所述待测晶圆表面的信息；
采集所述反射图案的光强值；
根据所述反射图案的光强值确定所述待测晶圆表面的频谱系数；
根据所述待测晶圆表面的频谱系数对所述晶圆表面缺陷进行分析。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其中，
所述预设投影编码图案为根据四步相移傅里叶基底生成的图案，所述预设投影编码图案表示如下：
Ik(x,y)＝I'(x,y)+I”(x,y)cos(fx·x+fy·y+φk)
其中，Ik(x,y)为所述预设投影编码图案的光强值，x为所述预设投影编码图案像素的横坐标、y为所述预设投影编码图案像素的纵坐标，I'(x,y)为所述预设投影编码图案的背景光强，I”(x,y)为调制光强，fx为傅里叶横向频率，fy为傅里叶纵向频率，φk为相移量，φk＝(k-1)*π/2，k＝1，2，3，4；
所述反射图案的光强值表示如下：
Rk＝r·Ik(x,y)
其中，Rk为所述反射图案的光强值，r为反射系数，k＝1，2，3，4。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其中，所述根据所述反射图案的光强值确定所述待测晶圆表面的频谱系数包括：
根据所述反射图案的光强值确定所述反射图案的电压值；
根据所述反射图案的电压值确定所述待测晶圆表面的频谱系数。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其中，所述反射图案的电压值的计算公式表示如下：
Dk＝Dn+α·Rk
其中，Dk为所述电压值，Dn为环境光强转换为的电压值，α为所述反射图案的光强值转换为电压值的系数，k＝1，2，3，4。
5.根据权利要求3所述的检测方法，其中，所述待测晶圆表面的频谱系数的计算公式如下：
B＝[D1(fx,fy)-D3(fx,fy)]+i[D2(fx,fy)-D4(fx,fy)]
其中，B为所述频谱系数。
6.根据权利要求1所述的检测方法，其中，根据所述待测晶圆表面的频谱系数对所述晶圆表面进行缺陷分析包括：
获取无缺陷晶圆表面的标准频谱系数A；
根据所述无缺陷晶圆表面的标准频谱系数A和所述待测晶圆表面的频谱系数B，得到最终相关系数；
将所述最终相关系数与预设阈值比较；
在所述最终相关系数大于等于所述预设阈值的情况下，确定所述待测晶圆为无缺陷晶圆。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其中，所述最终相关系数计算公式如下：
Figure FDA0003352274000000021
其中，N小于等于所述预设投影编码图案的像素总数，σ为标准差，
Figure FDA0003352274000000022
为A的平均值，ρ(A,B)为相关系数，为c最终相关系数，
Figure FDA0003352274000000023
为B的平均值。
8.一种晶圆表面缺陷的检测系统，用于实现权利要求1-7任一项所述的检测方法，包括：
投影模组，适用于将预设投影编码图案投射到所述待测晶圆表面，以使所述预设投影编码图案经所述带有晶圆表面反射得到反射图案，所述反射图案带有所述待测晶圆表面的信息；
光电探测器，适用于采集所述反射图案的光强值；
数据分析单元，适用于根据所述反射图案的光强值确定所述待测晶圆表面的频谱系数以及根据所述待测晶圆表面的频谱系数对所述晶圆表面进行缺陷分析。
9.如权利要求8所述的检测系统，其中，
所述数据分析单元包括：
数据采集模组，适用于根据所述反射图案的光强值确定所述反射图案的电压值；
计算模组，适用于根据所述反射图案的电压值确定所述待测晶圆表面的频谱系数，以及根据所述待测晶圆表面的频谱系数对所述晶圆表面进行缺陷分析。
10.如权利要求8所述的检测系统，还包括：
图案生成模组，适用于生成所述预设投影编码图案。
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