CN117606369A - 一种待测样品厚度监控系统和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种待测样品厚度监控系统和装置，包括基于系统控制器驱动载物台移动至预设工位，所述预设工位为基于先验知识适宜于待测样品厚度监控的位置坐标；利用光源对所述载物台进行照射，通过对应设置在所述载物台另一端的探测器分别获取承载待测样品前后至少一副图像，并针对获取的图像进行像素位置标记处理；以及基于所述标记处理后的多副图像进行偏离计算，判断待测样品厚度与偏离值关系，待测样品厚度监控方法简易、装置简单；易快速检测整片待测样品最大厚度，精度高；针对不同形貌待测样品适用性好。
Description
技术领域
本发明属于成像分析技术领域，特别涉及一种待测样品厚度监控系统和装置。
背景技术
使用高倍率和高数值孔径的物镜可以提高检测分辨率，但工作距离较短，可能导致碰撞待测样品的问题，当待测样品厚度过薄，物镜将无法聚焦至待测样品表面，当待测样品过厚，增加了物镜与待测样品碰撞的风险题。因此，监测待测样品厚度变得非常重要。
现有待测样品厚度测量方法采用光学检测系统结构，待测样品的待测表面上具有多个待测区域；将待测样品(如晶圆)的光按照相应要求进入探测器。无法快速监控整片待测样品表面最大厚度，适应性低，导致短工作距物镜碰撞风险增大、生产效率降低。
鉴于此，本发明提供了一种待测样品厚度监控系统和装置。
发明内容
为了克服现有技术中的问题，本发明提出一种待测样品厚度监控系统和装置，将平行光平行照明待测样品载物台，使其部分阴影投射到探测器中，由探测器获得载物台搭载待测样品前后的阴影图像，根据阴影移动距离判断待测样品厚度，通过载物台旋转，记录阴影图像最大偏离距离即为整片待测样品最大厚度。根据本发明的一个方面，提供了一种待测样品厚度监控系统，包括以下步骤：
基于设备控制器驱动载物台移动至预设工位，所述预设工位基于先验知识提供适宜于待测样品厚度监控的位置坐标；
利用平行光源对所述载物台进行照射，通过对应设置在所述载物台另一端的探测器分别获取承载待测样品前后至少一副图像，并针对获取的图像进行像素位置标记处理；以及
基于所述标记处理后的多副图像进行偏离计算，判断待测样品厚度与偏离阈值关系。
作为本发明的一种优选方案，将点光源点亮，所述点光源发出的散射光线穿过准直镜形成平行光源，所述点光源包括但不限于LED点光源和单根光纤丝中的一种或多种组合。
作为本发明的一种优选方案，所述待测样品包括但不限于晶圆。
作为本发明的一种优选方案，所述探测器包括但不限于相机。
作为本发明的一种优选方案，当载物台承载待测样品位于所述预设工位时，光源光束平行通过待测样品的几何中心。
作为本发明的一种优选方案，所述偏离计算步骤包括：
获取承载待测样品前载物台的第一图像，计算图像的阴影边界线像素位置X1；载物台承载待测样品按照预设角度旋转，探测器获取第二图像，对获取的多副第二图像集合计算图像的阴影边界线中偏离X1最大的像素位置X2；以及
计算偏离阈值X，所述偏离值X等于X2与X1的差值。
作为本发明的一种优选方案，所述预设角度标记为a；
其中a＝50D/R，D为光束直径，R为待测样品半径，预设角度小于等于180°，直至载物台的旋转角度超过180°。
根据本发明的又一个方面，提供了一种待测样品厚度监控装置，基于所述的一种待测样品厚度监控系统的实现，包括载物台，以及放置于载物台上的待测样品，其特征在于，
按照待测样品放置的位置，沿着直线方向平行设置有点光源、准直镜和探测器，即
点光源和准直镜，平行设置于载物台一侧；
准直镜将点光源的光准直，经过准直的光线平行于载物台，进入探测器；
探测器，平行设置于载物台另一侧，捕获载物台及待测样品的样品阴影图像。根据本发明的再一个方面，提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有可供处理器调用的计算机程序；
所述处理器通过调用所述存储器中存储的计算机程序，执行一种待测样品厚度监控系统。
本发明实施例的有益效果在于，本发明提供的待测样品厚度监控方法简易、装置简单；易快速检测整片待测样品最大厚度，精度高；针对不同形貌待测样品适用性好。有利于缺陷检测机台内部待测样品厚度自检，降低待测样品碰撞风险，提高生产效率，还可以适用于不同形貌的待测样品，不需要定制化的解决方案。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1为待检测样品进行检测的光学检测系统架构图；
图中：101、载物台；102、待检测样品；103、物镜；104、光源；105、第二光学元件；106、分束器；107、筒镜；108、第一光学元件；109、探测器。
图2根据本发明实施例之一的厚度监测系统框架图；
图中：201、载物台；202、待测样品；203、点光源；204、准直镜；205、探测器；206、物镜。
图3根据本发明实施例之一的厚度监测的样品阴影图。
图4根据本发明实施例之一的厚度监测系统流程示意图。
具体实施方式
对于实施例中不同的附图说明如下。
图1是光学检测系统结构，其中待测样品的待测表面上具有多个待测区域。图2是本发明实施例之一的厚度监测系统框架图。图3是本发明实施例之一的厚度监测的样品阴影图，其中，图3(a)，在承载待检测样品前，探测器获得的阴影图中，像素位置X1代表载物台高度信息，图3(b)为载物台承载样品后旋转180度后成像，像素位置X2代表载物台及样品的高度信息，X2和X1差值即代表样品的最大厚度信息。
光学检测系统结构如图1所示，光学检测系统包括待检测样品102、载物台101、第一光源104、分束器106、第一光学元件108、第二光学元件105、物镜104、筒镜107和探测器109，待检测样品102可以为晶圆或基板。
其中，载物台101用于承载待检测样品102，待检测样品102的待测表面上具有多个待测区域；
第一光源104可包含宽带光源以及其他合适光源，例如宽带等离子光源以及各类激光器；
第二光学元件105用于控制光源104的出射光的光强、波段及角度等参数信息，第二光学元件105包括不限于：光谱滤波器、偏振器、光阑元件等；
探测器109用于获取待测区域的检测图像，探测器109包括用于光学检测和测量的任何类型的传感器，包括但不限于CCD传感器、CMOS图像传感器、线传感器或延时积分TDI传感器等，也可以为光电二极管、光电倍增管或单光子检测器；
第一光学元件108可以为滤波器、偏振器、变迹器、均化器、光束整形器等元件，使得来自待测样品102(晶圆)的光按照相应要求进入探测器109。
载物台101可以按照系统预定路径移动，以使待测表面上的多个待测区域按照预定顺序依次位于系统视场内。
实施例1
请参阅图2所示，本实施例一种待测样品厚度监控装置，包括载物台201，以及放置于载物台201上的待测样品202；
按照待测样品202放置的位置，沿着直线方向平行设置有第二光源203、准直镜204和探测器205；说明上述第二光源203、准直镜204、待测样品202和探测器205在同一水平线上。
第二光源203，平行设置于载物台201一侧；
这里需要说明的是：第二光源203包括但不限于LED点光源和通过光纤与第一光源104连接的光源。
准直镜204，将第二光源203的光准直，经过准直的光线平行于载物台201，进入探测器；
这里需要说明的是：第二光源203发出的光通过准直镜204调整后获得平行的光线，将平行的光线照射在待测样品202上，减少光影的影响。
载物台201，用于承载待测样品202，同时能够进行X、Y和Z方向移动，并进行任意角度旋转；
待测样品202，放置于载物台201上，所述待测样品202包括但不限于晶圆；
探测器205，平行设置于载物台201另一侧，捕获载物台201及待测样品202的样品阴影图像，所述探测器205可以是相机；
这里需要说明的是：本实施例用于非接触地测量晶圆的厚度，通过分析样品阴影图像，可以获取晶圆的厚度信息，而无需物理接触晶圆表面，这有助于防止污染或损坏晶圆。
通过第二光源203和准直镜204，可以确保光线平行地照明待测样品202，有助于产生清晰的阴影，当待测样品202被照明，它会产生阴影。这些阴影将投射到探测器205中，探测器205可以捕获载物台201和待测样品202的阴影图像；然后通过旋转载物台201，还可以找到待测样品202的最大厚度，这对于确保待测样品202的质量和规格；
通过比较待测样品202在不同位置的阴影图像，可以测量阴影的移动距离，移动距离与待测样品202的厚度相关。通过测量阴影的移动距离，可以估算晶圆的厚度，晶圆越厚，阴影的移动距离就越大。
旋转载物台201记录最大偏离距离：通过旋转载物台201，可以找到晶圆的最大厚度，因为在这个角度下，阴影的移动距离最大。
与图1中现有技术进行比对，可知：本实施例的所采用的光学检测元件更加简单，不需要进行复杂的光路控制，更容易实施和维护，基于第二光源203和准直镜204获得清晰的阴影图像，适用于高对比度，更适合需要高速检测的应用，例如检测表面缺陷或精确测量。
然而如果对待测样品202有更高的要求，或者在多光源变化的情况下调整，明显图1中所采用的光学检测系统结构更适用。
实施例2
如图4所示，本实施例未详细叙述部分见实施例1描述内容，提供一种待测样品厚度监控系统，包括以下步骤：
S1：驱动载物台201移动至预设工位；
这里需要说明的是：所述预设工位为用于检测待测样品202厚度监控的区域，确保光束平行地通过晶圆的圆心，具体来说，通过线下标定，因为光束口径一般较大如20mm，此时可判断光束是否通过晶圆的几何中心。移动运动台，当观察到平行光束过晶圆中心时，以运动台此时位置作为预设工位，当晶圆旋转一周时，可以测到晶圆的最大厚度。
S2：控制第二光源203点亮，探测器205获得载物台201的第一阴影图像，如图3(a)所示，计算载物台201的第一阴影图像的边界线像素位置，并将第一阴影图像的边界线像素位置记为X1；
S3：由机械手将待测样品202放置载物台201上，并使用真空吸附固定待测样品202，以确保它稳定地位于载物台上；
S4：对载物台201进行设置，载物台201按照预设角度进行旋转后，探测器205获得载物台201的第二阴影图像，如图3(b)所示，计算载物台201的第二阴影图像的边界线像素位置，并将第二阴影图像的边界线像素位置记为xi；
预设角度为a，其中a＝50D/R，D为光束直径，R为晶圆半径，预设角度小于等于180°，直至载物台201的旋转角度超过180°。
S5：计算所有将所有的第二阴影图像偏离x1最大的像素位置标记为X2；
S6：将第二阴影图像的偏离最大的像素位置与第一阴影图像的边界线像素位置的偏离值X，所述偏离值X等于X2与X1的差值，判断偏离值是否满足所设偏离阈值；
S7：若满足偏离阈值要求，进行待测样品202检测的流程，若不满足则报警，提示待测样品202厚度不满足检测需求；完成待测样品厚度监控。
本实施例的目的是利用光学方法，通过分析晶圆边缘的阴影图像，来监测晶圆的厚度变化。通过测量晶圆边缘在不同角度下的位置，可以判断晶圆的厚度是否满足制造要求，从而保证产品质量和生产一致性。
需要说明的是：本实施例采用的阴影法测量晶圆厚度的精度较低，如误差可能达到几十微米；不适用于需要非常高精度的应用，但是在测量速度方面具有优势，特别是在需要高速监控不同类型晶圆厚度的情况下，阴影法相对灵活，可以适应不同类型的晶圆，无需进行大规模的调整或改变。在需要物镜防撞的情况下，由于其测量速度较快，可以迅速监控晶圆厚度，避免物镜与晶圆之间的碰撞，提高设备的安全性和工作效率。
简而言之，阴影法虽然精度较低，但在某些特定的应用场景下仍然具有价值。对于需要快速测量整体晶圆厚度并且对精度要求不高的情况，阴影法可能是一种合适的选择。然而，在需要更高精度的应用中，可能需要考虑其他测量方法，如共焦测量法或激光三角测量，其测量精度很高，可能达到亚微米量级，但是测量速度、适应条件很有限。
应理解，在本发明实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种待测样品厚度监控系统，其特征在于，包括以下步骤：
基于系统控制器驱动载物台移动至预设工位，所述预设工位为基于先验知识适宜于待测样品厚度监控的位置坐标；
利用光源对所述载物台进行照射，通过对应设置在所述载物台另一端的探测器分别获取承载待测样品前后至少一副图像，并针对获取的图像进行像素位置标记处理；以及
基于所述标记处理后的多副图像进行偏离计算，判断待测样品厚度与偏离值关系。
2.根据权利要求1所述的一种待测样品厚度监控系统，其特征在于，所述光源发出的光线穿过准直镜形成平行光源，所述光源包括但不限于LED点光源和单根光纤丝中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的一种待测样品厚度监控系统，其特征在于，所述待测样品包括但不限于晶圆。
4.根据权利要求1所述的一种待测样品厚度监控系统，其特征在于，所述探测器包括但不限于相机。
5.根据权利要求1所述的一种待测样品厚度监控系统，其特征在于，当载物台承载待测样品位于所述预设工位时，光源光束平行通过待测样品的几何中心。
6.根据权利要求1所述的一种待测样品厚度监控系统，其特征在于，所述偏离计算步骤包括：
获取承载待测样品前载物台的第一图像，计算图像的阴影边界线像素位置X1；
载物台承载待测样品按照预设角度旋转，探测器获取第二图像，对获取的多副第二图像集合计算图像的阴影边界线中偏离X1最大的像素位置X2；以及
计算偏离值X，所述偏离值X等于X2与X1的差值。
7.根据权利要求6所述的一种待测样品厚度监控系统，其特征在于，所述预设角度a＝50D/R；
其中，D为光束直径，R为待测样品半径，预设角度小于等于180°，直至载物台的旋转角度超过180°。
8.一种待测样品厚度监控装置，基于权利要求1-7任意一项所述的一种待测样品厚度监控系统的实现，包括载物台，以及放置于载物台上的待测样品，其特征在于，
按照待测样品放置的位置，沿着直线方向平行设置有光源、准直镜和探测器，即
光源和准直镜，平行设置于载物台一侧；
准直镜将光源的光准直，经过准直的光线平行于载物台，进入探测器；
探测器，平行设置于载物台另一侧，捕获载物台及待测样品的样品阴影图像。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有可供处理器调用的计算机程序；
所述处理器通过调用所述存储器中存储的计算机程序，执行权利要求6～7任一项所述的一种待测样品厚度监控系统。
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