一种基于图像处理的晶圆检测装置及方法与流程

本发明涉及半导体加工制造领域，具体涉及一种基于图像处理的晶圆检测装置及方法。

背景技术：

目前先进的集成电路制造工艺一般都由上百步的加工工序，其中任何环节的微小错误都将导致整个晶圆芯片失效，尤其是随着科技的发展，电路的关键尺寸在不断的缩小，这样对加工时工艺的控制要求越来越严格，所以在晶圆的生产过程为了能及时发现在工艺上有缺陷的晶圆芯片并进行处理。

图像处理技术的晶圆检测，其工作原理是通过三维平台的移动和COMS相机的拍摄，来得到整个晶圆图像的每个图像，然后进行图像处理的方法来对这些图像进行处理，最后得到一张完整的晶圆图像。如此，图像采集较多，步骤繁琐，操作复杂，浪费成本。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现状，提供一种实验室操作容易、成本低且分辨率高的基于图像处理的晶圆检测装置及方法。

本发明采用的技术方案：一种基于图像处理的晶圆检测装置，包括计算机、固定装置、相机、设置于所述相机上的显微筒镜、光源、三维平台、电机控制机箱以及设置到所述显微筒镜底部的显微物镜，所述相机位于所述显微筒镜的顶端，且所述相机和显微筒镜连接并固定在所述固定装置上且位于所述固定装置的一侧，所述光源位于所述显微筒镜的一侧且接入所述显微筒镜，且所述光源与所述相机相连接，所述三维平台位于所述显微筒镜的下侧，且所述显微物镜与所述三维平台的载物台正对，所述相机与所述计算机相连接，所述电机控制机箱分别与所述三维平台和计算机相连接。

本发明的效果是：具有系统简单，容易操作的优势，相较于一般的图像拼接技术具有拼接精度高的优势。

进一步地，所述光源为闪烁氙灯，该闪烁氙灯通过光纤接入到所述显微筒镜内。

进一步地，所述光源通过触发线和所述相机连接。

进一步地，所述显微筒镜有三个接口，分别为所述相机的接口、用于所述光源导入的导光接口以及所述显微物镜的接口。

进一步地，所述显微筒镜的调焦距离为1-7倍。

进一步地，所述固定装置为龙门架。

进一步地，所述相机为COMS相机。

本发明采用的技术方案：一种晶圆检测装置的晶圆检测的显微成像与图像处理的方法，包括以下步骤：

S1，将待测的晶圆样品放置在所述三维平台的载物台上，使所述显微物镜可以扫描整个所述晶圆样品；

S2，在所述计算机上得到所述晶圆样品在所述相机上成的像，对图像进行调焦，得到清晰地晶圆图像；

S3，移动所述晶圆样品到坐标(0，0)，打开所述光源，通过所述计算机来控制所述三维平台在X轴方向移动，同时所述计算机接受所述相机拍摄到的图像；

S4，X轴扫面完成，通过所述计算机控制所述三维平台在Y轴方向移动一个视域，然后继续在X轴方向移动同时所述计算机接受所述相机拍摄到的图像，以此类推，直到晶圆扫描完成；

S5，利用步骤和步骤得到的晶圆图像，利用相邻两幅晶圆图像的互功率谱得到脉冲函数，进一步得到平移参数。

本发明的效果是：具有系统简单，容易操作的优势，相较于一般的图像拼接技术具有拼接精度高的优势。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的基于图像处理的晶圆检测装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的方法中晶圆中相邻的两幅图。

图3是本发明实施例的方法中把两幅图处理后的效果图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、计算机，2、固定装置，3、相机，4、显微筒镜，5、光源，6、三维平台，7、电机控制机箱，8、显微物镜。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参阅图1，为本发明提供的基于图像处理的晶圆检测装置包括包括计算机1、固定装置2、相机3、设置于相机3上的显微筒镜4、光源5、三维平台6、电机控制机箱7以及设置到显微筒镜4底部的显微物镜8。

计算机1可为笔记本电脑，也可为台式电脑。

固定装置2为龙门架，中间用面包板链接。

相机3和显微筒镜4连接并固定在固定装置2上，且相机3和显微筒镜4位于固定装置2的面包板的一侧。相机3位于显微筒镜4的顶端。于本实施例中，相机3为COMS相机，且与计算机1相连接。显微筒镜4有三个接口，分别为相机3的接口、用于光源5导入的导光接口以及显微物镜8的接口。显微筒镜4可以调节放大倍数，放大倍数在1X到7X之间。

光源5位于显微筒镜4的一侧且与显微筒镜4上的导光接口相对应。于本实施例中，光源5为闪烁氙灯，该闪烁氙灯通过光纤接入到显微筒镜4内，且光源5通过触发线和相机3连接，闪烁时向相机3发出快门信号，控制相机3同步拍照。

三维平台6位于相机3、显微筒镜4的下侧，且三维平台6具有一载物台。

电机控制机箱7分别与三维平台6和计算机1相连接。

显微物镜8位于显微筒镜4的底部，且与三维平台6的载物台对应。

请同时参阅图2和图3，具体实施时，将待测的晶圆样品放置于三维平台6的载物台上，通过三维平台6的Z轴来进行调焦，打开光源5对载物台上的晶圆样品进行照明，由计算机1控制电机控制机箱7使三维平台6沿X轴和Y轴方向进行移动，同时，相机3进行图像的采集，其中三维平台6的移动按照每幅晶圆图像具有相同重叠部分的方向进行移动，相机3所采集的具有重叠部分的晶圆图像输入计算机1进行处理，从而获得一幅完整的晶圆拼接图像。

本发明基于图像处理的晶圆检测装置的晶圆检测的显微成像与图像处理的方法，步骤如下：

S1，将待测的晶圆样品放置在三维平台6的载物台上，使显微物镜8可以扫描整个晶圆样品；

S2，在计算机1上得到该晶圆样品在相机3上成的像，对图像进行调焦，得到清晰地晶圆图像；

S3，移动该晶圆样品到坐标(0，0)，打开光源5，通过计算机1来控制三维平台6在X轴方向移动，同时计算机1接受相机3拍摄到的图像；

S4，X轴扫面完成，通过计算机1控制三维平台6在Y轴方向移动一个视域，然后继续在X轴方向移动同时计算机1接受相机3拍摄到的图像，以此类推，直到晶圆扫描完成；

S5，利用步骤S3和S4得到的晶圆图像，利用相邻两幅晶圆图像的互功率谱得到脉冲函数，进一步得到平移参数。

在步骤S5中，相邻两幅晶圆图像分别为f1(x,y)和f2(x,y)，其中图像f2(x,y)是图像f1(x,y)经平移(x0,y0)后得到的图像：f2(x,y)＝f1(x-x0,y-y0)，由傅里叶时移性质对应傅里叶变换得到的F1和F2的关系如下：F2(u,v)＝exp(-j*2*pi(ux0+vy0))*F1(u,v),对应的频率交叉互功率谱：

$\frac{F_1^{*}(u,v)F_2(u,v)}{\left|F_1^{*}(u,v)F_2(u,v)\right|}=e^{-j({\mathrm{ux}}_0+{\mathrm{vy}}_0)},$

式中，F1*(u,v)为F2(u,v)的复共轭；e-j(ux0+vy0)的傅里叶反变换为一个二维脉冲函数

δ(x-x0,y-y0)。然后进行傅里叶反变换，找到峰值位置来确定平移参数x0,y0。

本发明是利用图像处理对显微系统得到的晶圆图像进行处理，先利用显微系统的光源和COMS相机得到晶圆的单幅图像，然后利用相邻2幅图对应的频率交叉互功率谱，通过傅里叶反变换为一个二维脉冲函数，提取二维脉冲函数的峰值进而进行图像拼接和融合的处理，最后得到一幅完整的晶圆图。因此，本发明提供了一种新的晶圆检测的装置，该方法基于图像处理技术，克服了晶圆之间特征点少的特点，获得了完整的拼接好的图像。

综合探测方法和所采用的光源，闪烁氙灯和COMS之间的触发线连接，可以更加同步和容易得到晶圆的图像，显微筒镜的一体化是操作和组装起来更加方便，系统使用起来更加稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。