CN220602447U - 一种基于单目偏折术的晶圆检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，包括载物台、位于载物台上方的屏幕和相机，所述屏幕和相机分别设置在载物台的两侧，且呈倾斜角度。本实用新型装置简单可靠，操作简单，实用性强，对实现晶圆质量检测具有重要意义。

Description

一种基于单目偏折术的晶圆检测装置

技术领域

本实用新型涉及光学工程技术领域，具体涉及一种基于单目偏折术的晶圆检测装置。

背景技术

随着汽车电子、智能手机等前沿应用领域的快速发展，国内集成电路市场迅速扩大，集成电路产业进入快速发展期，晶圆是制造集成电路最基本的材料之一，晶圆翘曲度和缺陷在集成电路的制造过程中起到关键性的作用，直接影响着集成电路工艺的良品率。目前常用的干涉测量结构复杂，不适合工业现场的测量条件。因此，需要寻找其他测量装置来解决这一问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于单目偏折术的晶圆检测装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，包括载物台、位于载物台上方的屏幕和相机，所述屏幕和相机分别设置在载物台的两侧，且呈倾斜角度。

进一步地，所述载物台的顶面开设有用于放置晶圆的凹槽，所述凹槽为圆形。

进一步地，所述载物台上设置有支撑架，且支撑架上设置有横梁，所述屏幕和相机固定在横梁下端。

进一步地，所述横梁上设置有驱动屏幕伸缩的第一电动伸缩机构，以及驱动相机伸缩的第二电动伸缩机构。

进一步地，所述第一电动伸缩机构包括连接横梁与屏幕的伸缩杆一，以及驱动伸缩杆一伸缩的伸缩电机一。

进一步地，所述第二电动伸缩机构包括连接横梁与相机的伸缩杆二，以及驱动伸缩杆二伸缩的伸缩电机二。

进一步地，所述相机为CCD相机。

进一步地，还包括与屏幕电信号连接的计算机，通过计算机控制屏幕投射编码的正弦灰度。

由上述技术方案可知，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型装置简单可靠，操作简单，实用性强，对实现晶圆质量检测具有重要意义。

附图说明

图1为本实用新型偏折测量装置结构示意图；

图2为本实用新型偏折测量装置工作状态结构示意图；

图3为本实用新型标定板示意图；

图4为相机坐标、屏幕坐标和载物台坐标建立在同一个坐标系的示意图；

图5为本实用新型方法的流程图；

图6为待测晶圆表面的面形可视化图。

图中：载物台1、屏幕2、相机3、凹槽4、支撑架5、横梁6、伸缩杆一710、伸缩电机一720、伸缩杆二810、伸缩电机二820；。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-6，本实用新型提供一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，包括载物台1、屏幕2和相机3，屏幕2和相机3位于载物台上方，且屏幕2和相机3分别设置在载物台的两侧，且呈倾斜角度，这样的布局有助于实现晶圆全口径测量且确保测量系统的紧凑性。其中相机3为CCD相机。

在载物台1的顶面开设有凹槽4，所述凹槽4为圆形，通过凹槽4放置晶圆，可以防止圆晶发生偏移。

在载物台1上设置有支撑架5，且支撑架5上设置有横梁6，所述屏幕2和相机3固定在横梁6下端。横梁6上设置第一电动伸缩机构和第二电动伸缩机构。

第一电动伸缩机构包括伸缩杆一710和伸缩电机一720，伸缩杆一710连接横梁与屏幕，伸缩电机一720驱动伸缩杆一进行伸缩运动，通过第一电动伸缩机构控制屏幕上下移动。

第二电动伸缩机构包括伸缩杆二810和伸缩电机二820，伸缩杆二810连接横梁与相机，伸缩电机二820驱动伸缩杆二进行伸缩运动，通过第二电动伸缩机构控制相机上下移动。

通过第一电动伸缩机构和第二电动伸缩机构可以根据实际使用情况调节屏幕和相机的高度。

还包括与屏幕电信号连接的计算机，通过计算机控制屏幕投射编码的正弦灰度。

其使用方法为：

步骤一、在载物台上放置一个棋盘格的标定板9，该标定板由10×10个棋盘格组成，角点间距为10mm，厚度为1mm，且上下表面平行度良好，如图2所示，这个标定板可以提供一个已知的参考平面，用于确定相机和载物台之间的坐标转换关系，辅助建立待测晶圆表面在测量坐标系的名义面形方程以及建立相机和屏幕之间的坐标转换关系，具体为：

使用相机拍摄标定板的图像，并利用图像处理算法提取出标定板上的角点(即特征点提取)，通过这些角点，可以计算出相机的内参数(如焦距、主点位置等)和畸变系数，同时，通过PnP方法，可以获得相机坐标系和标定板坐标系之间的外参数(即得到空间位置信息)，并将载物台坐标系建立在标定板坐标系的Z＝-1mm的位置处，将标定板坐标系的Z＝-d作为载物台坐标系的XY平面，其他坐标与标定板一致，即可得到相机坐标系和载物台坐标系之间的外参数)，该外参数具体为旋转矩阵R_c2m与平移向量T_c2m，这些参数可以描述相机和载物台之间的准确对应关系，从而实现相机和载物台之间的坐标转换关系A的确定；

在完成相机和载物台的标定后，将一个标准平面反射镜放置在载物台上，这个反射镜具有表面平整度优于λ/4和上下表面平行度优于3的特性，厚度为10mm；在屏幕上显示一个9×9小尺寸圆点阵列，圆心间距为15mm，这个阵列作为参考图案；利用相机拍摄标准平面反射镜反射的参考图案虚像，并从图像中识别出圆斑，通过PnP方法计算出计算出相机坐标系与屏幕坐标系之间的外参数，该外参数具体为旋转矩阵R_c2s与平移向量T_c2s，从而确定相机和屏幕之间的坐标转换关系B；完成整个测量系统的标定工作；

其中PnP方法的目标函数定义如下；

该问题采用高斯牛顿法或Levenberg-Marquardt法进行迭代求解，式中，h为旋转矩阵R_c2m与平移向量T_c2m，(u,v)为根据模型求解的特征点坐标，(u’,v’)是拍摄图片提取的特征点坐标；

通过坐标转换关系A和坐标转换关系B将相机坐标、屏幕坐标和载物台坐标建立在同一个坐标系下，如图3所示，从而实现测量结果的精确计算。

步骤二、将待测晶圆放置在载物台上，采用计算机控制屏幕向待测晶圆表面投射编码的正弦灰度条纹，条纹周期为64个，这些条纹可以通过计算机生成；相机采集待测晶圆表面反射出到屏幕上的变形条纹图像，通过相位解调技术解码图像，获得待测晶圆表面反射的相位信息，将相位信息转换为屏幕的实际光斑坐标，建立相机和屏幕的像素对应关系。

步骤三、建立光线追踪模型，由于已知晶圆的厚度信息，结合载物台的空间位置，可以直接通过相机光线追迹实现被测晶圆表面的测量点初始位置确定；对于一个输入的相机像素C，它的像素坐标[u_c,v_c]^T对应的世界坐标系坐标为[x_c,y_c,z_c]^T。反射点P在名义面形(由载物台坐标系限定晶圆表面位置)上，它的坐标由反射光线r与名义面形的方程f(x,y)相交得到，引入距离参数τ描述反射点P沿着方向r到相机像素C的距离，因此反射点P的坐标满足以下公式：

[x_p,y_p,z_p]^T＝τr+[x_c,y_c,z_c]^T；

通过模拟光线的传播路径，得到待测晶圆表面的梯度分布，进一步对梯度分布进行积分，重构待测晶圆表面的面形；将测量结果可视化，如图5所示，以直观地评估晶圆的表面质量，并检测出可能存在的缺陷，例如凹陷、凸起或其他形状的缺陷，这些结果可以帮助确定晶圆的翘曲度，并进行进一步的分析和改进。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，其特征在于，包括载物台(1)、位于载物台上方的屏幕(2)和相机(3)，所述屏幕(2)和相机(3)分别设置在载物台的两侧，且呈倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，其特征在于：所述载物台(1)的顶面开设有用于放置晶圆的凹槽(4)，所述凹槽(4)为圆形。

3.根据权利要求1所述的一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，其特征在于：所述载物台(1)上设置有支撑架(5)，且支撑架(5)上设置有横梁(6)，所述屏幕(2)和相机(3)固定在横梁(6)下端。

4.根据权利要求3所述的一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，其特征在于：所述横梁(6)上设置有驱动屏幕伸缩的第一电动伸缩机构，以及驱动相机伸缩的第二电动伸缩机构。

5.根据权利要求4所述的一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，其特征在于：所述第一电动伸缩机构包括连接横梁与屏幕的伸缩杆一(710)，以及驱动伸缩杆一伸缩的伸缩电机一(720)。

6.根据权利要求4所述的一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，其特征在于：所述第二电动伸缩机构包括连接横梁与相机的伸缩杆二(810)，以及驱动伸缩杆二伸缩的伸缩电机二(820)。

7.根据权利要求1所述的一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，其特征在于：所述相机(3)为CCD相机。

8.根据权利要求1所述的一种基于单目偏折术的晶圆检测装置，其特征在于：还包括与屏幕电信号连接的计算机，通过计算机控制屏幕投射编码的正弦灰度。