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CN114791430A - 晶圆缺口检测装置及其检测方法 - Google Patents

晶圆缺口检测装置及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种晶圆缺口检测装置及其检测方法，该检测装置由上向下依次包括：光源、第一透镜、暗场环及第二透镜，还包括图像反馈系统及第三透镜；光源发出的光经第一透镜收缩为平面光，暗场环上设置有透光环槽，平面光经透光环槽形成为环形光源；环形光源经第二透镜收缩照射至待测晶圆上；第三透镜用于收集自待测晶圆边缘的反射光；图像反馈系统用于接收反射光并成像。本发明的检测装置，利用暗场原理增强晶圆缺角图像的对比度，使原本暗弱的细节凸显，进而获得待测晶圆的缺口，对缺口的检测不受限于缺口的位置，有效提高缺口的检测精度；另外，检测结构简单，检测方法简便，可以降低对图像反馈系统识别算法的严格性。

Description

晶圆缺口检测装置及其检测方法
技术领域
本发明属于半导体晶圆检测技术领域，特别是涉及一种晶圆缺口检测装置及其检测方法。
背景技术
在半导体晶圆加工过程中，晶棒切割分块之后，通过X射线或平行光衍射来确定晶圆晶面内的结晶方向，有必要在分块上标记记号，常用的有2中形式：平槽（Flat）和V字型缺口（Notch），现在大多采用V字型缺口。这个缺口在以后的IC制造、加工、搬运设备中起到了定位的作用，每个制作流程的参考方向都是以缺口为相对参考点，因此确定晶圆缺口方向是提高处理晶圆效率的关键之一。
现有的晶圆缺口检测方法中，主要利用在光的照射下通过晶圆与其他区域亮度差判定，当缺口匹配级别超过设定的阈值级别时，则判定为缺口，然而由于工艺的原因，一些晶圆缺口的方向并不相同，这就导致晶圆缺口在检测平台上的位置不固定，当缺口刚好位于检测平台上的晶圆边缘支撑点时，由于晶圆边缘支撑点所用材质为非全透射材质，且支撑点与平台之间采用胶合的连接方式，入射光会被阻挡一部分，此时亮度差别会改变，导致图像识别系统无法根据亮度差对缺口进行匹配，进而导致无法被识别检测。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆缺口检测装置及其检测方法，用于解决现有技术中的晶圆缺口检测方法会由于亮度对比度不足导致晶圆缺口无法被检测等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆缺口检测装置，所述晶圆缺口检测装置由上向下依次包括：光源、第一透镜、暗场环及第二透镜，还包括图像反馈系统及第三透镜；
所述光源发出的光经所述第一透镜收缩为平面光，所述暗场环上设置有透光环槽，所述平面光经所述暗场环的所述透光环槽形成为环形光源，所述暗场环上的所述透光环槽的宽度介于0.8mm~1.2mm，包括端点值；
所述环形光源经所述第二透镜收缩照射至待测晶圆上；
所述第三透镜用于收集自所述待测晶圆边缘的反射光；
所述图像反馈系统用于接收所述反射光并成像。
可选地，所述第三透镜设置于所述待测晶圆与所述第二透镜之间，且所述第三透镜不阻挡照射至所述待测晶圆上的所述环形光源；所述图像反馈系统设置于所述第二透镜与所述第三透镜之间。
进一步地，所述第三透镜位于所述第二透镜的焦点的正上方；所述图像反馈系统位于所述第三透镜的正上方。
可选地，所述暗场环为通过对不透光板进行环向刻槽形成，所述不透光板与所述第一透镜和/或所述第二透镜之间设置连接固定柱，实现对所述暗场环的固定。
可选地，所述第一透镜为凹透镜；所述第二透镜为凸透镜；所述第三透镜为凹透镜。
进一步地，所述光源置于所述第一透镜的焦点处。
可选地，所述图像反馈系统为CCD或CMOS图像传感器。
可选地，所述光源为LED白光源。
本发明还提供一种晶圆缺口检测装置的检测方法，所述检测方法包括：
提供如上任意一项所述的晶圆缺口检测装置及待测晶圆；
将所述待测晶圆置于所述第二透镜的焦平面处，且待测晶圆边缘位于所述第二透镜的焦点处；
旋转所述待测晶圆并开启所述晶圆缺口检测装置，以对所述待测晶圆边缘进行采集成像，从而识别所述待测晶圆上的缺口。
如上所述，本发明的晶圆缺口检测装置及其检测方法，利用暗场原理增强晶圆缺角图像的对比度，将照明光处理为环形光源，使环形光源以较大入射角通过待测晶圆，从而使大部分的光没有反射进入图像反馈系统中，仅仅将照射至待测晶圆边缘的光反射至图像反馈系统中，利用此方法增强待测晶圆边缘的图像对比度，使原本暗弱的细节凸显，进而获得待测晶圆的缺口，使所述暗场环上的所述透光环槽的宽度介于0.8mm~1.2mm，包括端点值，以确保暗场环的透光缝隙适中，使第三透镜中观测到的视野背景是黑色，该装置对待测晶圆缺口的检测不受限于缺口的位置，任何位置的缺口位置均能检测，有效提高缺口的检测精度；另外，检测结构简单，检测方法简便，可以降低对图像反馈系统识别算法的严格性。
附图说明
图1显示为本发明一示例的晶圆缺口检测装置的结构示意图及光路示意图。
图2显示为本发明一示例的晶圆缺口检测装置中第一透镜、暗场环基及第二透镜之间的固定关系示意图。
图3显示为采用本发明的晶圆缺口检测装置检测的待测晶圆边缘的光环图像。
元件标号说明
10 光源，11 第一透镜，12 暗场环，121 不透光板，122 透光环槽，13 第二透镜，14 第三透镜，15图像反馈系统，16 待测晶圆，17 待测晶圆边缘，18 连接固定柱，19 环形光源，20 缺口，21 反射光，22 光环。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可根据实际需要进行改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如背景技术中所述，现有技术中，由于晶圆在生产过程中大量工序需要预先获得晶圆的准确定位，因此需要对晶圆进行定位，晶圆的定位包括对晶圆缺口的定位，目前，对晶圆的定位方法为在晶圆缺口设定位置的上方安装激光发生器，在晶圆缺口的下方安装CCD传感器，CCD传感器接收穿过晶圆缺口的激光，通过晶圆与其他区域亮度差判定缺口位置，此方法容易产生由于亮度对比度不足导致晶圆缺口无法被检测，降低晶圆缺口检测精度的问题。
基于此，本实施例提供一种晶圆缺口检测装置，以解决上述晶圆缺口检测精度低的问题，如图1所示，所述晶圆缺口检测装置由上向下依次包括：光源10、第一透镜11、暗场环12及第二透镜13，还包括图像反馈系统15及第三透镜14；
所述光源10发出的光经所述第一透镜11收缩为平面光，如图2所示，所述暗场环12上设置有透光环槽122，所述平面光经所述暗场环12的所述透光环槽122形成为环形光源19，所述暗场环12上的所述透光环槽122的宽度介于0.8mm~1.2mm，包括端点值；
所述环形光源19经所述第二透镜13收缩照射至待测晶圆16上；
所述第三透镜14用于收集自所述待测晶圆边缘17的反射光21；
所述图像反馈系统15用于接收所述反射光21并成像。
如图1所示，本实施例的晶圆缺口检测装置的光路过程为：所述光源10发出的朝向所述第一透镜11的锥形光经所述第一透镜11收缩为平面光；该平面光经过所述暗场环12的阻挡，平面光中间部分被阻拦，光线仅从透光环槽122中透过，形成为环形光源19；环形光源19再经第二透镜13收缩，照射至待测晶圆16表面，待测晶圆16设置于所述第二透镜13的焦平面上，且待测晶圆边缘17位于所述第二透镜13的焦点处，照射至待测晶圆边缘17的环形光源19一部分直接从待测晶圆边缘17射出，没有与待测晶圆边缘17发生反射，还有一部分与待测晶圆边缘17发生反射，且反射光21进入所述第三透镜14被收集；最后第三透镜14收集的反射光进入图像反馈系统15成像，该成像过程中，待测晶圆一直旋转，从而得到待测晶圆16的边缘轮廓图，并获得待测晶圆16上的缺口20的位置，如图3中的光环22即为待测晶圆的边缘轮廓图，图中可清晰显示缺口20。
本实施例利用暗场原理增强晶圆缺角图像的对比度，将照明光处理为环形光源，使环形光源以较大入射角通过待测晶圆，从而使大部分的光没有反射进入图像反馈系统中，仅仅将照射至待测晶圆边缘的光反射至图像反馈系统中，利用此方法增强待测晶圆边缘的图像对比度，使原本暗弱的细节凸显，进而获得待测晶圆的缺口，使所述暗场环上的所述透光环槽的宽度介于0.8mm~1.2mm，包括端点值，以确保暗场环的透光缝隙适中，使第三透镜中观测到的视野背景是黑色，该装置对待测晶圆缺口的检测不受限于缺口的位置，任何位置的缺口位置均能检测，有效提高缺口的检测精度；另外，检测结构简单，检测方法简便，可以降低对图像反馈系统识别算法的严格性。
如图1所示，作为一较佳示例，所述第三透镜14设置于所述待测晶圆16与所述第二透镜13之间，且所述第三透镜14不阻挡照射至所述待测晶圆16上的所述环形光源19；所述图像反馈系统15设置于所述第二透镜13与所述第三透镜14之间。如此，所述第三透镜14可以直接收集到待测晶圆边缘17的反射光21，使整个装置更简单；另外，靠第二透镜13反射的光线，投射至待测晶圆边缘，因其倾斜角度极大，在待测晶圆上表面反射的光线仍会以极大的倾斜角度反方向反射，不可能进入第三透镜14，所以在图像反馈系统15中只能看到漆黑一片，在待测晶圆边缘17，只有在适当位置反射的光才会进入第三透镜14中从而被图像反馈系统15捕获，最终待测晶圆边缘17以亮白影像衬映在漆黑的视域内，如图3所示。更佳地，所述第三透镜14位于所述第二透镜13的焦点的正上方；所述图像反馈系统15位于所述第三透镜14的正上方，以提高所述第三透镜14对所述反射光21的收集效率，提高所述图像反馈系统15的成像清晰度。
如图2所示，作为示例，所述暗场环12为通过对不透光板121进行环向刻槽形成，环向刻槽即为所述透光环槽122，以使光线从该透光环槽122通过，而在其他地方阻挡光线透过；所述不透光板122与所述第一透镜11和/或所述第二透镜13之间设置连接固定柱18，实现对所述暗场环12的固定。举例示之，即可在所述不透光板121与所述第一透镜11之间设置连接固定柱18；也可在所述不透光板121与所述第二透镜13之间设置连接固定柱18；还可在所述不透光板121与所述第一透镜11之间设置连接固定柱18同时在所述不透光板121与所述第二透镜13之间设置连接固定柱18。所述连接固定柱18的设置数量、形状及位置等参数不做限制，只要能实现对所述不透光板121的固定即可，具体根据实际情况进行选择。
作为一较佳示例，所述第一透镜11为凹透镜；所述第二透镜13为凸透镜；所述第三透镜14为凹透镜。更佳地，所述光源10置于所述第一透镜11的焦点处，以提高对光的收集效率。
作为示例，所述光源10选择原则为，不具有方向性的光，例如激光的方向性较强，不适合选择为本实施例的光源，本实施例中优选LED白光源。
作为示例，所述图像反馈系统15可以选择现有常规的成像传感器，例如CCD、CMOS图像传感器等。本实施例选择使用康耐视公司的机器视觉技术产品。
基于上述晶圆缺口检测装置，本实施例还提供一种晶圆缺口检测装置的检测方法，该检测方法包括：
提供如上所述的晶圆缺口检测装置及待测晶圆16；
将所述待测晶圆16置于所述第二透镜13的焦平面处，且待测晶圆边缘17位于所述第二透镜13的焦点处；
旋转所述待测晶圆16并开启所述晶圆缺口检测装置，以对所述待测晶圆边缘17进行采集成像，从而识别所述待测晶圆上的缺口20。
这里需要说明的是晶圆的旋转装置可以采用现有常规装置，在此不做过分限制。
综上所述，本发明的晶圆缺口检测装置及其检测方法，利用暗场原理增强晶圆缺角图像的对比度，将照明光处理为环形光源，使环形光源以较大入射角通过待测晶圆，从而使大部分的光没有反射进入图像反馈系统中，仅仅将照射至待测晶圆边缘的光反射至图像反馈系统中，利用此方法增强待测晶圆边缘的图像对比度，使原本暗弱的细节凸显，进而获得待测晶圆的缺口，使所述暗场环上的所述透光环槽的宽度介于0.8mm~1.2mm，包括端点值，以确保暗场环的透光缝隙适中，使第三透镜中观测到的视野背景是黑色，该装置对待测晶圆缺口的检测不受限于缺口的位置，任何位置的缺口位置均能检测，有效提高缺口的检测精度；另外，检测结构简单，检测方法简便，可以降低对图像反馈系统识别算法的严格性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种晶圆缺口检测装置，其特征在于，所述晶圆缺口检测装置由上向下依次包括：光源、第一透镜、暗场环及第二透镜，还包括图像反馈系统及第三透镜；
所述光源发出的光经所述第一透镜收缩为平面光，所述暗场环上设置有透光环槽，所述平面光经所述暗场环的所述透光环槽形成为环形光源，所述暗场环上的所述透光环槽的宽度介于0.8mm~1.2mm，包括端点值；
所述环形光源经所述第二透镜收缩照射至待测晶圆上；
所述第三透镜用于收集自所述待测晶圆边缘的反射光；
所述图像反馈系统用于接收所述反射光并成像。
2.根据权利要求1所述的晶圆缺口检测装置，其特征在于：所述第三透镜设置于所述待测晶圆与所述第二透镜之间，且所述第三透镜不阻挡照射至所述待测晶圆上的所述环形光源；所述图像反馈系统设置于所述第二透镜与所述第三透镜之间。
3.根据权利要求2所述的晶圆缺口检测装置，其特征在于：所述第三透镜位于所述第二透镜的焦点的正上方；所述图像反馈系统位于所述第三透镜的正上方。
4.根据权利要求1所述的晶圆缺口检测装置，其特征在于：所述暗场环为通过对不透光板进行环向刻槽形成，所述不透光板与所述第一透镜和/或所述第二透镜之间设置连接固定柱，实现对所述暗场环的固定。
5.根据权利要求1所述的晶圆缺口检测装置，其特征在于：所述第一透镜为凹透镜；所述第二透镜为凸透镜；所述第三透镜为凹透镜。
6.根据权利要求5所述的晶圆缺口检测装置，其特征在于：所述光源置于所述第一透镜的焦点处。
7.根据权利要求1所述的晶圆缺口检测装置，其特征在于：所述图像反馈系统为CCD或CMOS图像传感器。
8.根据权利要求1所述的晶圆缺口检测装置，其特征在于：所述光源为LED白光源。
9.一种晶圆缺口检测装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
提供如权利要求1~8中任意一项所述的晶圆缺口检测装置及待测晶圆；
将所述待测晶圆置于所述第二透镜的焦平面处，且待测晶圆边缘位于所述第二透镜的焦点处；
旋转所述待测晶圆并开启所述晶圆缺口检测装置，以对所述待测晶圆边缘进行采集成像，从而识别所述待测晶圆上的缺口。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20220726

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