一种晶圆低纹理缺陷的检测方法与流程

1.本技术涉及图像处理领域，具体涉及一种晶圆低纹理缺陷的检测方法。


背景技术：

2.当今世界随着科技的发展，各种终端设备的普及，以及各种设备的层出不穷，对芯片的需求越来越大，而晶圆制造工艺作为芯片的上游基本的供应产业，晶圆的生产质量成为重点关注对象，并且随着集成电路行业的发展对晶圆的质量要求也越来越高。在晶圆生产过程中，由于晶圆生产过程的复杂繁琐，以及晶圆生产的严格要求，在生产过程中会出现各种的缺陷，比如晶粒缺角和晶粒切割不良还有晶粒表面的划痕等等，这些缺陷的存在严重影响晶圆的生产质量，导致后续生产的芯片电学性能降低，同时由于晶粒的特殊性，其含有的纹理特征不明显，常规的缺陷检测方式检测精度不高。


技术实现要素：

3.本发明提供一种晶圆低纹理缺陷的检测方法，解决晶圆缺陷检测不够精准的问题，采用如下技术方案：采集待检测晶圆表面灰度图像；将待检测晶圆表面灰度图像划分为多个大小相同的区域，根据每个区域像素点的灰度值均值和灰度值方差得到每个区域与其纵向相邻区域之间结构相似性；根据每个区域与其他区域之间的结构相似性和每个区域像素点灰度累加值与其他区域像素点的灰度累加值的差异得到每个区域与其纵向相邻区域之间的整体相似性；根据每个区域与其纵向相邻区域之间的整体相似性得到整体相似性矩阵；对整体相似性矩阵中的整体相似性数据进行密度聚类，若聚类结果只有一类整体相似性数据，则待检测晶圆不存在缺陷，若聚类结果不止一类整体相似性数据，则待检测晶圆存在缺陷；若待检测晶圆存在缺陷，则计算聚类结果中每类整体相似性数据的均值，根据均值大小筛选出异常整体相似性数据；根据异常整体相似性数据在整体相似性矩阵中的位置得到异常整体相似性数据对应的区域；获取异常整体相似性数据对应的区域中每个晶粒的每个像素点灰度值和标准晶圆中对应位置晶粒的像素点灰度值的差值构建灰度值差异矩阵；根据灰度值差异矩阵得到异常整体相似性数据对应的区域中每个晶粒的差异程度，根据差异程度对每个晶粒进行检测。
4.所述每个区域与其纵向相邻区域之间结构相似性的计算方法为：式中，为区域和纵向相邻的区域的结构相似性，为待检测
晶圆表面灰度图像中位于第行，第列的区域，为待检测晶圆表面灰度图像中位于第行，第列的区域，即与纵向相邻的区域，为区域像素点的灰度均值，为区域像素点的灰度均值，为区域像素点灰度值的方差，为区域像素点灰度值的方差，为区域和区域像素点灰度值的协方差，,，是所有区域和其纵向相邻区域的结构相似性中的最大值。
5.所述每个区域与其纵向相邻区域之间的整体相似性的计算方法为：式中，为区域的像素点灰度值的累加值和区域的像素点灰度值的累加值的差值，为区域和区域的整体相似性。
6.所述筛选出异常整体相似性数据的方法为：将均值最小的一类整体相似性数据作为正常数据，其余都为异常整体相似性数据。
7.所述异常整体相似性数据对应的区域中每个晶粒的差异程度的获取方法为：利用异常整体相似性数据对应的区域中每个晶粒的每个像素点的灰度值和标准晶圆中对应位置晶粒的每个像素点的灰度值的差值构建灰度差异值矩阵；计算灰度值差异矩阵的均值；获取异常区域中每个晶粒的灰度值异常矩阵中最大值和最小值的差；则异常整体相似性数据对应的区域中每个晶粒的差异程度为：式中，为每个晶粒的差异程度。
8.所述根据差异程度对每个晶粒缺陷进行检测的具体方法为：若当前晶粒的差异程度大于等于，为异常晶粒；若当前晶粒的差异程度小于，为正常晶粒，为差异程度阈值。
9.本发明的有益效果是：基于图像处理，采集待检测晶圆表面灰度图像，划分为大小相同的区域，根据每个区域像素点的灰度值均值和灰度值方差得到每个区域和其他区域的结构相似性，根据结构相似性和每个区域像素点的灰度累加值得到每个区域和相邻区域之间的整体相似性，得到整体相似性矩阵，对矩阵中的整体相似性数据进行密度聚类，根据聚类结果判断晶圆是否存在异常，对存在异常的晶圆获取到异常整体相似性数据对应的区域，根据该区域中晶粒和标准晶粒灰度值构建灰度差异矩阵，根据灰度差异矩阵计算每个晶粒的异常程度，根据异常程度判断晶粒是否异常，方法智能、精准、高效。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1是本发明的一种晶圆低纹理缺陷的检测方法流程示意图；图2是本发明的一种晶圆低纹理缺陷的检测方法中的晶圆示意图。
具体实施方式
12.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
13.步骤一：采集待检测晶圆表面灰度图像；将待检测晶圆表面灰度图像划分为多个大小相同的区域；该步骤的目的是采集待检测晶圆表面灰度图像并进行区域处理，方便后续分析。
14.本发明实施例采集待检测晶圆的表面图像后灰度化处理，得到待检测晶圆表面图像的灰度图像，如图2所示，然后将待检测晶圆表面图像的灰度图像划分为相同大小的区域，共将待检测晶圆表面图像的灰度图像分为了个区域，为总行数，为总列数。
15.步骤二：根据每个区域像素点的灰度值均值和灰度值方差得到每个区域与其纵向相邻区域之间结构相似性；该步骤的目的是，计算两个相邻区域图像的相似度。
16.其中，每个区域与其纵向相邻区域之间结构相似性的计算方法为：式中，为区域和纵向相邻的区域的结构相似性，为待检测晶圆表面灰度图像中位于第行，第列的区域，为待检测晶圆表面灰度图像中位于第行，第列的区域，即与纵向相邻的区域，为区域像素点的灰度均值，为区域像素点的灰度均值，为区域像素点灰度值的方差，为区域像素点灰度值的方差，为区域和区域像素点灰度值的协方差，, ，是所有区域和其纵向相邻区域的结构相似性中的最大值。
17.为了更准确的描述不同区域之间的对比差异，本实施例引入结构相似性的概念计算相邻区域之间的相似性，所谓结构相似性就是图像之间的相似程度，对于高精度的晶圆来说不同区域之间的图像也是高度相似的。
18.步骤三：根据每个区域与其他区域之间的结构相似性和每个区域像素点灰度累加
值与其他区域像素点的灰度累加值的差异得到每个区域与其纵向相邻区域之间的整体相似性；根据每个区域与其纵向相邻区域之间的整体相似性得到整体相似性矩阵；该步骤的目的是，根据每个区域与相邻区域图像特征计算出每个区域与其相邻区域的相似性，并根据所有区域之间的整体相似性构建相似性矩阵。
19.其中，每个区域与其纵向相邻区域之间的整体相似性的计算方法为：式中，为区域的像素点灰度值的累加值和区域的像素点灰度值的累加值的差值，为区域和区域的整体相似性，值越大相似性越低。
20.进一步的，根据所有的区域之间的相似性最终得到了一个整体相似性组成的矩阵整体相似性矩阵：需要说明的是，在晶圆中的晶粒由于低纹理和高精度的作用，正常晶粒组成的每一个区域之间都是高度相似的，因此每个分快之间相互减去最终得到的是差异值，正常情况下差异值接近于零，如果存在异常，晶粒上有缺陷特征存在，相减之后差异值有较大值，并且由于是临近依次做差，所以如果某个区域出现异常，则做差后的差异值矩阵相邻两个矩阵都有较大的差异值，从而可以进一步的从这个角度来确定晶圆的异常与否。
21.步骤四：对整体相似性矩阵中的整体相似性数据进行密度聚类，若聚类结果只有一类整体相似性数据，则待检测晶圆不存在缺陷，若聚类结果不止一类整体相似性数据，则待检测晶圆存在缺陷；该步骤的目的是，对矩阵中的数据进行聚类，根据聚类结果判断待检测晶圆是否存在缺陷。
22.其中，根据聚类结果判断待检测晶圆是否存在缺陷的具体方法为：若聚类结果中只包含一类数据，则待检测晶圆不存在缺陷，若聚类结果中包含不止一类数据，则待检测晶圆存在缺陷。
23.需要说明的是，晶圆的生产是大批量的，并且晶圆相对较小，而且晶圆中存在缺陷的晶粒更小，因此如果大范围的直接对晶圆进行详细的缺陷检测显然是不可取的，检测误差和检测时间的消耗十分巨大，难以实现真正的智能化工业化，因此本实施例首先从宏观角度结合晶圆晶粒的特性先确定晶圆中是否存在缺陷。
24.上述步骤确定了晶圆中是否存在缺陷，将正常的晶圆输送到下一个流程进行后续的加工操作，对存在异常的晶圆保留进行精细化检测，通过这种方式减少整体精细化检测带来的检测效率的降低。
25.步骤五：若待检测晶圆存在缺陷，则计算聚类结果中每类整体相似性数据的均值，根据均值大小筛选出异常整体相似性数据；根据异常整体相似性数据在整体相似性矩阵中的位置得到异常整体相似性数据对应的区域；该步骤的目的是分析聚类后得到的数据，确定出异常区域。
26.需要说明的是，因为分组的数据为差异区域矩阵的灰度值，所以如果该矩阵中的数据都为正常的灰度值非常小，所以最终聚类的到的若干分组中均值最小的对应正常的晶粒。
27.其中，根据均值大小筛选出异常整体相似性数据的方法如下：（1）使用密度聚类算法对整体相似性矩阵中的整体相似性数据进行聚类，获取聚类结果：上式，表示经过密度聚类算法得到的聚类结果，最终得到了y个聚类分组，每个分组为一类整体相似性数据，分组只是确定了数据的分类结果，并不会确定数据类型，因此需要对上述分组最终确定哪些是异常数据。
28.（2）计算每类整体相似性数据的均值；（3）因为正常晶粒最终的计算得到的相似度数值是最小的，本实施例主要是检测晶圆的缺陷，因此需要将整体相似性数据均值最小一类数据去除，即将正常区域去除，将其余数据作为异常整体相似性数据；（4）最终得到了一个全部由异常整体相似性数据组成的数据集合，根据异常整体相似性数据在整体相似性矩阵中的位置，可以确定出异常整体相似性数据对应的区域。
29.上述步骤的意义在于，在确定了晶圆异常与否后，对异常晶圆进行再一次的筛选，最初通过将晶圆区域的操作确定了晶圆是否异常，保留了异常晶圆进行后续的检测识别，但是一个晶圆上有很多的晶粒，并且晶粒的存在非常微小，如果对每个晶粒都进行识别也是同样的费时费力，因此本发明在确定异常晶圆的基础上再次对异常晶圆进行区域划分，分析晶圆上区域的特性，再次的将一个晶圆上的正常区域筛选出来，操作原理是晶圆的低纹理和高精度下的高度一致性。
30.与此同时，上述步骤的所有操作都是在晶圆的区域下一步一步完成的，最终得到的是一系列数据组成的矩阵，并未打乱晶圆的原有区域的部署，因此可以通过数据的对应关系来确定异常数据所对应的晶圆中的区域位置，进而确定了异常晶粒的区域位置，可以通过异常整体相似性数据得到该数据在整体相似性中的位置，根据该位置确定出该数据对应的区域，最终确定异常在晶圆中的大致区域，这样一来为后续的缺陷的精细化检测减少了时间。
31.步骤六：获取异常整体相似性数据对应的区域中每个晶粒的每个像素点灰度值和标准晶圆中对应位置晶粒的像素点灰度值的差值构建灰度值差异矩阵；根据每个晶粒的灰度值差异矩阵得到每个晶粒的差异程度，根据差异程度对每个晶粒缺陷进行检测。
32.该步骤的目的是，根据异常数据对应的区域的晶粒和标准晶粒构建灰度值差异矩阵，基于灰度值差异矩阵计算出每个晶粒的差异程度，根据差异程度对每个晶粒缺陷进行检测，根据异常晶粒区域和正常晶粒区域的差异性定位异常晶粒的具体位置。
33.其中，异常整体相似性数据对应的区域中每个晶粒的差异程度的获取方法为：（1）利用异常整体相似性数据对应的区域中每个晶粒的每个像素点的灰度值和标准晶圆中对应位置晶粒的每个像素点的灰度值的差值构建灰度差异值矩阵；本实施例通过模板匹配法来确定晶圆中的晶粒，模板匹配在此处有较高的应用价值，因为晶圆工艺的高精度，每一批晶圆中的晶粒的规格是高度一致的，因此利用模板匹配
法确定晶粒的位置。
34.（2）计算灰度值差异矩阵的均值，正常晶粒和标准晶粒之间的差值应当非常小，越大表明晶粒异常程度越大；（3）获取异常区域中每个晶粒的灰度值异常矩阵中最大值和最小值的差，越大表明某个点存在异常的可能性越大；（3）则异常整体相似性数据对应的区域中每个晶粒的差异程度为：式中，为每个晶粒的差异程度。
35.其中，根据每个晶粒的差异程度检测异常整体相似性数据对应的区域中每个晶粒是否异常的方法为：大于等于，当前晶粒为异常晶粒，否则当前晶粒为正常晶粒，为差异程度阈值，本实施例中。
36.需要说明的是，通过一系列操作最终确定了晶圆中哪些区域存在异常，缩小了异常检测的范围，接下来只需要对异常区域进行继续处理定位到异常晶粒的位置，晶圆上的晶粒是高度相似的，上述步骤确定了同一个晶圆的正常区域和异常区域，本实施例以同一晶圆的正常区域的晶粒作为标准参考，对比异常区域的每个晶粒和标准参考的差异性来确定具体的晶粒异常的位置。
37.有益效果为：同一个晶圆上的晶粒相似性最高，根据每个晶圆正常区域的经历作为参考实现了标准参考的自适应，可以提高准确性；在经过初步的筛选后，剩下的异常区域中的晶粒数量是非常少的，相比于一开始就利用标准参考对整个晶圆上的晶粒进行异常的判断来说，计算量大大降低，提高系统的运行效率。
38.进一步的，将结果传输到终端进行其他缺陷类别的检测。
39.因为上述步骤已经对晶圆是否存在缺陷进行将相关的计算，最终确定了存在缺陷的晶圆，并且结合了晶圆的低纹理和高精度特性确定了缺陷晶粒的具体位置。本步骤则根据以上的分析结果，根据精细化的分析结果单独对存在异常的晶圆上的晶粒进行缺陷识别。本发明利用神经网络来实现缺陷种类的检测，本发明利用神经网络进行缺陷检测的优势：传输到终端的都是经过检测后得到的确定存在异常的晶圆且晶圆中存在异常的晶粒的位置已经定位到；综合以上特点区别于传统的所有晶圆进行识别的方法，既避免了正负样本失衡带来的检测精度的降低，又对大批晶圆的优先处理，能够显著提高识别速度。
40.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。