CN114951966A - 一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法,包括:采用预扫描智能化检测方法,获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值;将获取的加工路径的坐标值传输给可变形镜的控制软件;控制软件根据接收的加工路径的坐标值,给驱动器发送对应指令,使可变形镜发生形变,改变激光焦点位置;实时采集焦点图像,并利用预设方法对焦点图像进行处理分析,根据分析结果实现自动对焦和动态焦点补偿。本发明解决了现有技术对焦速度慢、准确率低等问题。本发明还公开了一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的系统。

Description

一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法和系统
技术领域
本发明涉及的是晶圆加工领域,特别涉及一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法和系统。
背景技术
在半导体器件制造过程中,在硅(Si)、碳化硅(SiC)等基板的表面利用层叠绝缘膜和功能膜而成的功能层,沿呈格子状排列的切割道(分割预定线)对形成有光器件的区域进行划分,切断晶圆片,从而将多个IC(集成电路)、LSI(大规模集成电路)等半导体晶片的器件分割为矩阵状,从而制造出一个个半导体芯片。
在现有晶圆加工中,主要采用刀片切割技术、传统激光切割技术、新型激光切割技术和整形激光切割技术等,然而,上述切割技术都必须在切割前对系统进行自动对焦,现有的对焦方法主要采用认为经验进行对焦,存在对焦速度慢、准确率低等问题。
发明内容
鉴于上述问题,提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法和系统。
为了解决上述技术问题,本申请实施例公开了如下技术方案:
一种半导体晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法,包括:
S100.采用预扫描智能化检测方法,获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值;
S200.将获取的加工路径的坐标值传输给可变形镜的控制软件;
S300.控制软件根据接收的加工路径的坐标值,给驱动器发送对应指令,使可变形镜发生形变,改变激光焦点位置;
S400.实时采集焦点图像,并利用预设方法对焦点图像进行处理分析,根据分析结果实现自动对焦和动态焦点补偿。
进一步地,其特征在于,S100中,获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值的具体方法为:通过物镜将激光光束整形为所需要的形状和尺寸,随后激光在待加工件上产生漫反射;反射光在CMOS传感器上成像,通过CMOS传感器检测位置和形状的变化来测量工件的坐标。
进一步地,S300中,控制软件根据接收的加工路径的坐标值,给驱动器发送对应指令,具体为:控制软件将接收到的坐标数据进行坐标转换,计算出可变形镜的变形量,并根据形变量转换成发送到可变形镜各驱动器的补偿电压命令。
进一步地,可变形镜的驱动器在控制软件补偿电压命令下驱动可变形镜表面发生变形,改变激光焦点的位置,保证在待加工工件表面有起伏时,根据预扫描得到的z轴数据,激光焦点一直位于工件表面或者工件表面下相同深度的位置。
进一步地,S400中,通过计算机、图像采集卡、CCD相机和镜头组成机器视觉系统来采集焦点图像。
进一步地,S400中,并利用预设方法对焦点图像进行处理分析,具体为:采用灰度梯度函数作为对焦评价函数,爬山搜索算法来进行搜索匹配优化,实现自动对焦和动态焦点补偿。
本发明还公开了一种半导体晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的系统,包括:预扫描单元、数据处理单元、实时焦点调整单元和自动对焦单元,其中:
预扫描单元,用于获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值;
数据处理单元,用于接收到的坐标数据进行坐标转换,计算出可变形镜的变形量,并根据形变量转换成发送到可变形镜各驱动器的补偿电压命令;
实时焦点调整单元,接收数据处理单元发送的补偿电压命令,给驱动器发送对应指令,使可变形镜发生形变,改变激光焦点位置;
自动对焦单元,用于实时采集焦点图像,并利用预设方法对焦点图像进行处理分析,根据分析结果实现自动对焦和动态焦点补偿。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括:
本发明公开的一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法,包括:采用预扫描智能化检测方法,获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值;将获取的加工路径的坐标值传输给可变形镜的控制软件;控制软件根据接收的加工路径的坐标值,给驱动器发送对应指令,使可变形镜发生形变,改变激光焦点位置;实时采集焦点图像,并利用预设方法对焦点图像进行处理分析,根据分析结果实现自动对焦和动态焦点补偿。本发明解决了现有技术对焦速度慢、准确率低等问题。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明实施例1中,一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了解决现有技术中存在的问题,本发明实施例提供一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法和系统。
实施例1
本实施例公开了一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法,如图1,包括:
S100.采用预扫描智能化检测方法,获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值;在本实施例的S100中,获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值的具体方法为:通过物镜将激光光束整形为所需要的形状和尺寸,随后激光在待加工件上产生漫反射;反射光在CMOS传感器上成像,通过CMOS传感器检测位置和形状的变化来测量工件的坐标。
在本实施例中,采用基恩士最新开发的HSE3-CMOS传感器,拥有强大的感光度和动态范围,即使曝光时间极短,也可对黑色(反射量少)到光泽表面(反射量大)进行准确高速的测量。将基恩士超高速轮廓仪采集到的工件坐标,传输给可变形镜的控制软件。
S200.将获取的加工路径的坐标值传输给可变形镜的控制软件;
S300.控制软件根据接收的加工路径的坐标值,给驱动器发送对应指令,使可变形镜发生形变,改变激光焦点位置;
在本实施例300中,控制软件根据接收的加工路径的坐标值,给驱动器发送对应指令,具体为:控制软件将接收到的坐标数据进行坐标转换,计算出可变形镜的变形量,并根据形变量转换成发送到可变形镜各驱动器的补偿电压命令。可变形镜的驱动器在控制软件补偿电压命令下驱动可变形镜表面发生变形,改变激光焦点的位置,保证在待加工工件表面有起伏时,根据预扫描得到的z轴数据,激光焦点一直位于工件表面或者工件表面下相同深度的位置。
S400.实时采集焦点图像,并利用预设方法对焦点图像进行处理分析,根据分析结果实现自动对焦和动态焦点补偿。
具体的,S400中,通过计算机、图像采集卡、CCD相机和镜头组成机器视觉系统来采集焦点图像。利用预设方法对焦点图像进行处理分析,具体为:采用灰度梯度函数作为对焦评价函数,爬山搜索算法来进行搜索匹配优化,实现自动对焦和动态焦点补偿。
其中,灰度梯度函数主要利用对图像灰度的各种处理来表征图像的清晰度,一般是利用图像处理中常用的梯度函数提取图像的边缘信息。对焦准确的图像有更尖锐的边缘、更大的梯度函数值。常用的灰度函数有绝对方差算子Roberts梯度算子灰度差分之利算子Variance算子和灰度变化率之和算子等。
绝对方差算子利用同行相邻的两个像素点灰度值之差作为评价函数。
Roberts梯度算子是取斜相邻像素点灰度值之差作为评价函数,使用了被判断点及其外沿三个像素点的灰度信息。
灰度差分之和算子是取同行相邻和同列相邻像素点灰度差值之和作为评价函数。
Variance算子是取各像素点灰度值与平均灰度值之差的平方和作为评价函数,这是因为清晰的图像应有比模糊的图像更大的灰度差异。
灰度变化率之和算子是以各像素与参考像素点的灰度变化率之和作为评价函数。这是因为离焦时图像模糊,各像素点灰度值变化平缓,像素点灰度值之间变化小,而越接近合焦时,各像素点灰度值变化急剧,像素点灰度值之间变化大。
爬山搜索算法是根据对焦评价函数的曲线走势提出的。在理想模型中,对焦函数的曲线与抛物线形状类似,会在最佳聚焦位置达到峰值,在远离最佳聚焦面时,对焦函数逐渐减小,在左右两侧分别单调递减。爬山搜索算法就是根据这个曲线特性设计的。初始状态下,一般先设置搜索方向和搜索步长。假定搜索从最左边开始,往右侧搜索。每前进一个步长距离,就获取相应位置的图像,并根据特定的评价函数计算评价值。通过前后图像评价值的变化趋势决定下一个搜索位置。一般地,在逐渐靠近焦面过程中,评价值逐渐增大。当最近获得的图像评价值小于前一幅图像的评价值时,认为搜索已经越过最佳对焦位置。此时,改变下一步搜索的方向,从右往左搜索。这时需要减小搜索步长,以更小的搜索速度向极值靠近,否则容易快速越过焦面位置。当反向搜索时,当前位置的图像评价值又小于前一幅图像的评价值,则认为搜索再次越过焦面。根据实际搜索的需要,可以再次减小搜索步长,改变搜索方向,重复上述搜索过程,直至搜索步长达到最小值时,认为到达最佳对焦位置。此时与理想最佳对焦点的误差在正负最小搜索步长之间。
爬山搜索算法,其实也是不断逼近搜索目标的算法,通常在第一次搜索时采用大范围搜索,进而锁定目标范围。在第二次搜索过程中,搜索路径显然已经比较小,方便目标的定位。
本实施例还公开了一种半导体晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的系统,包括:预扫描单元、数据处理单元、实时焦点调整单元和自动对焦单元,其中:
预扫描单元,用于获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值;
数据处理单元,用于接收到的坐标数据进行坐标转换,计算出可变形镜的变形量,并根据形变量转换成发送到可变形镜各驱动器的补偿电压命令;
实时焦点调整单元,接收数据处理单元发送的补偿电压命令,给驱动器发送对应指令,使可变形镜发生形变,改变激光焦点位置;
自动对焦单元,用于实时采集焦点图像,并利用预设方法对焦点图像进行处理分析,根据分析结果实现自动对焦和动态焦点补偿。
本实施例公开的一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法,包括:采用预扫描智能化检测方法,获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值;将获取的加工路径的坐标值传输给可变形镜的控制软件;控制软件根据接收的加工路径的坐标值,给驱动器发送对应指令,使可变形镜发生形变,改变激光焦点位置;实时采集焦点图像,并利用预设方法对焦点图像进行处理分析,根据分析结果实现自动对焦和动态焦点补偿。本实施例解决了现有技术对焦速度慢、准确率低等问题。
应该明白,公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好,应该理解,过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素,并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中,各种特征一起组合在单个的实施方案中,以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图,即,所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反,如所附的权利要求书所反映的那样,本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此,所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中,其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
本领域技术人员还应当理解,结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性,上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件,取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用,以变通的方式实现所描述的功能,但是,这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器,从而使处理器能够从该存储介质读取信息,且可向该存储介质写入信息。当然,存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然,处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。
对于软件实现,本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如,过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内,也可以实现在处理器外,在后一种情况下,它经由各种手段以通信方式耦合到处理器,这些都是本领域中所公知的。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然,为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的,但是本领域普通技术人员应该认识到,各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此,本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外,就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”,该词的涵盖方式类似于术语“包括”,就如同“包括,”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外,使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (7)

1.一种晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法,其特征在于,包括:
S100.采用预扫描智能化检测方法,获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值;
S200.将获取的加工路径的坐标值传输给可变形镜的控制软件;
S300.控制软件根据接收的加工路径的坐标值,给驱动器发送对应指令,使可变形镜发生形变,改变激光焦点位置;
S400.实时采集焦点图像,并利用预设方法对焦点图像进行处理分析,根据分析结果实现自动对焦和动态焦点补偿。
2.如权利要求1所述的一种半导体晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法,其特征在于,S100中,获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值的具体方法为:通过物镜将激光光束整形为所需要的形状和尺寸,随后激光在待加工件上产生漫反射;反射光在CMOS传感器上成像,通过CMOS传感器检测位置和形状的变化来测量工件的坐标。
3.如权利要求1所述的一种半导体晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法,其特征在于,S300中,控制软件根据接收的加工路径的坐标值,给驱动器发送对应指令,具体为:控制软件将接收到的坐标数据进行坐标转换,计算出可变形镜的变形量,并根据形变量转换成发送到可变形镜各驱动器的补偿电压命令。
4.如权利要求3所述的一种半导体晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法,其特征在于,可变形镜的驱动器在控制软件补偿电压命令下驱动可变形镜表面发生变形,改变激光焦点的位置,保证在待加工工件表面有起伏时,根据预扫描得到的z轴数据,激光焦点一直位于工件表面或者工件表面下相同深度的位置。
5.如权利要求1所述的一种半导体晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法,其特征在于,S400中,通过计算机、图像采集卡、CCD相机和镜头组成机器视觉系统来采集焦点图像。
6.如权利要求1所述的一种半导体晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的方法,其特征在于,S400中,并利用预设方法对焦点图像进行处理分析,具体为:采用灰度梯度函数作为对焦评价函数,爬山搜索算法来进行搜索匹配优化,实现自动对焦和动态焦点补偿。
7.一种半导体晶圆加工中自动对焦和动态焦点补偿的系统,其特征在于,包括:预扫描单元、数据处理单元、实时焦点调整单元和自动对焦单元,其中:
预扫描单元,用于获取待加工半导体晶圆在整个加工路径的坐标值;
数据处理单元,用于接收到的坐标数据进行坐标转换,计算出可变形镜的变形量,并根据形变量转换成发送到可变形镜各驱动器的补偿电压命令;
实时焦点调整单元,接收数据处理单元发送的补偿电压命令,给驱动器发送对应指令,使可变形镜发生形变,改变激光焦点位置;
自动对焦单元,用于实时采集焦点图像,并利用预设方法对焦点图像进行处理分析,根据分析结果实现自动对焦和动态焦点补偿。
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