一种晶圆检测系统及方法与流程

1.本技术涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆检测系统及方法。


背景技术：

2.随着数字化的发展，对芯片以及半导体材料的需求越来越高。其中包括第三代化合物半透明半导体材料wafer（晶圆）对应的检测，该半导体材料wafer由碳化硅、氮化镓、砷化镓及其组合组成。
3.对第三代半导体wafer划片后需进行划痕，破裂崩边等缺陷的检测，参见图1，图1是半导体wafer划片后的产品示意图。然而现有针对wafer划片后的检测需要利用显微镜采用人工检测。不仅存在耗时长、效率低的问题，还会造成检测遗漏的风险，加上判断标准需要经验不统一，因此难以保证检测的效果良好以及达到要求的标准。
4.因此，需要一种新的晶圆检测方案。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本说明书实施例提供一种晶圆检测系统及方法，用于晶圆半导体划片后的划痕、破裂，崩边等缺陷的检测。
6.本说明书实施例提供以下技术方案：本说明书实施例提供一种晶圆检测系统，所述晶圆检测系统包括：载台、图像采集模块和处理模块；所述载台用于放置待检测晶圆；所述图像采集模块包括光源和图像采集单元，其中所述光源和所述图像采集单元分设于所述载台的两侧，其中所述光源用于向所述待检测晶圆的背面投射光线，所述图像采集单元用于获取所述待检测晶圆的正面对应的目标图像；所述处理模块用于处理所述目标图像，并根据处理结果输出检测结果。
7.本说明书实施例还提供一种晶圆检测方法，应用上述任一项所述晶圆检测系统，所述方法包括：对待检测晶圆的背面采用光源进行光照，获取所述待检测晶圆正面对应的目标图像；根据所述目标图像，得到所述待检测晶圆的检测结果。
8.与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本发明采用透射光在wafer的背面进行打光来获取晶圆半导体正面的高清虚拟图像，且该虚拟图像可以清晰显示晶圆半导体正面的全部，进而提高晶圆半导体检测的准确性，使得处理模块获得的检测结果更加精准。避免了晶圆半导体正面检测带来的各种缺陷。采用载台还可以承载不同尺寸的晶圆半导体，具有广泛的使用性。
附图说明
9.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
10.图1是半导体wafer划片后的产品示意图；图2是现有技术针对wafer划片后检测不达标的示意图；图3是本说明书实施例提供一种晶圆检测系统的示意图；图4是本发明实施例提供一种晶圆检测系统的局部放大示意图；图5是本发明实施例提供的中空载台示意图；图6是本发明实施例提供的设置于中空载台上透明材料的示意图；图7是本发明实施例提供的透明材料的示意图；图8是本发明实施例提供的一种晶圆检测方法的流程图；图9是本发明实施例提供的一种晶圆检测结果的示意图一；图10是本发明实施例提供的一种晶圆检测结果的示意图二；图11是本发明实施例提供的一种晶圆检测结果的示意图三。
具体实施方式
11.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
12.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，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技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术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，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
13.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
14.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术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、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
15.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。
16.用于制备第三代半导体wafer的半导体材料通常是碳化硅、氮化镓、砷化镓或它们
的组合，而且第三代半导体wafer的表面通常有聚合物，无法采用正面反射光进行检测。目前，针对第三代半导体wafer划片后的划痕、破裂、崩边等加工缺陷检测，大多数企业仍采用人工使用显微镜的检测方式，不仅有遗漏检测的风险，而且相率低，很难满足企业对wafer的实际检测要求。另外，虽然市场上有个别自动化检测设备是基于非人工方式，但是这些设备不仅价格昂贵，而且检测功能不稳定，短期内很难满足半导体制造企业进行降本增效技术升级改造目标。具体地，加工缺陷仅存在于晶圆正面的被聚合物覆盖的前划痕、深划痕，未自正面贯穿到背面的裂缝，自正面贯穿到背面的裂缝，四周边缘的崩边等等缺陷。
17.有鉴于此，发明人经过研究及在改进探索中发现：虽然因半导体wafer表面有聚合物，容易造成入射到wafer正面的大部分光线被反射掉，从而当获取wafer正面图像的光源面向wafer正面照射时，无法获取到清晰的wafer正面图像，因而不能基于该不清晰的wafer正面图像进行缺陷的自动化检测。但是，在进一步改进摸索中，当使用透射光在wafer背面打光后，由于晶圆表面覆盖聚合物，正面拍照成像在晶圆存在的加工缺陷处（例如金属划痕，裂痕等）透光性差，在晶圆未存在加工缺陷处透光性很好，从而可以利用加工缺陷处透光性差和未存在加工缺陷处透光性较好的晶圆自身特性，在晶圆背面打光时晶圆正面将形成色差成像，可以从半导体wafer的正面获取到如包含加工缺陷的清晰的wafer正面图像（如图2所示的图像，图2是现有技术针对wafer划片后检测不达标的示意图），而且从该清晰的wafer正面图像中可以快速地得知，被检测的wafer中存在裂痕缺陷，该晶圆中的裂痕所在位置是图2中的中间图像所显示的裂痕痕迹对应的位置。因此，对待检测的半导体wafer（即晶圆），可以从晶圆背面打光，并从晶圆正面获取清晰的正面图像，进而可以基于清晰的正面图像对可能存在的缺陷进行自动化检测。本说明书实施例任一技术方案在晶圆背面打光，晶圆正面拍照，由于晶圆表面的聚合物，存在晶圆加工缺陷例如金属划痕、裂痕等处透光性较差，而在晶圆未加工缺陷处透光性较好，从而可以利用加工缺陷处该透光性差和未存在加工缺陷处的透光性较好的晶圆自身特性，在晶圆背面打光时晶圆正面形成色差成像，因此清晰的晶圆正面图像有利于图像采集和处理，从而可以准确检测出晶圆存在的加工缺陷。
18.以下结合附图，说明本技术各实施例提供的技术方案。
19.图3是本说明书实施例提供一种晶圆检测系统的示意图，如图3所示，该系统包括：载台（例如中空载台105）、图像采集模块（包括光源和图像采集单元，例如分别为高指向背光光源106和ccd相机108）和处理模块（未示出）。在一些实施例中，中空载台为可以兼容4寸和6寸 wafer 的铁环载台，该中空载台用于放置待检测晶圆；所述光源和所述图像采集单元分设于所述载台的两侧，其中所述光源用于向所述待检测晶圆的背面投射光线，所述图像采集单元用于获取所述待检测晶圆的正面对应的目标图像；所述处理模块用于处理所述目标图像，并根据处理结果输出检测结果。该系统还包括隔振系统的气浮102，大理石平台103，运动控制机构104，支撑机构101，光路固定支架（位于运动控制机构104上）107，调焦z轴109，上位机110以及ffu（fan filter unit，指风机过滤机组，即一种自带动力的送风过滤装置）113 。
20.参见图3，该晶圆检测系统包括：中空载台105、高指向背光光源106、ccd相机108和处理模块（未示出），如图3所示中空载台105、高指向背光光源106和ccd相机108可以在垂直方向上配置设置；一些实施例中也可水平方向上配合设置。高指向背光光源106与ccd相机
108分别对应设置于所述中空载台的两侧，高指向背光光源106光源用于向所述待检测晶圆的背面投射光线，ccd相机108用于获取所述待检测晶圆的正面对应的目标图像；所述处理模块用于处理所述目标图像，并根据处理结果输出检测结果。
21.在一些实施例中，所述载台设置有处于不同平面的若干承托台阶以为不同尺寸的所述待检测晶圆提供承托，其中处于相同平面的承托台阶用于承托预设尺寸的所述待检测晶圆。
22.具体参见图4、图5，图4是本发明实施例提供一种晶圆检测系统的局部放大示意图，图5是本发明实施例提供的中空载台示意图。如图4所示，中空载台位于光源与ccd相机之间，该中空载台可以兼容4寸和6寸等尺寸的wafer，在一些实施例中，该中空载台采用铁等材料制成。如图5所示，该中空载台设置处于不同平面的若干个承托台阶，这些承托台阶为不同尺寸的待检测晶圆提供承托力，例如可以承载4寸或6寸等尺寸的wafer。处于相同平面的承托台阶可以承托4寸或6寸等尺寸的wafer。
23.该中空载台用于放置待检测晶圆，采用光源向待检测晶圆的背面投射光线，以便ccd相机获取待检测晶圆正面对应的目标图像，由于wafer表面（即正面）设置有聚合物（如图2所示），在晶圆半导体的正面采取光照进行拍照，会产生大量的反射光，造成拍摄的图像不清晰、不准确等问题，进而造成无法对晶圆半导体划痕、破裂、崩边等缺陷检测。因此本发明采用透射光在wafer的背面进行打光来获取晶圆半导体正面的高清目标图像，且该目标图像可以清晰显示晶圆半导体正面的全部，进而提高晶圆半导体检测的准确性，使得通过处理模块获得的检测结果更加精准。避免了晶圆半导体正面检测带来的各种缺陷。该中空载台还可以承载不同尺寸的晶圆半导体，具有广泛的使用性。
24.在一些实施例中，所述载台还包括：膜；所述膜设置于所述载台上，若所述载台上放置所述待检测晶圆，则所述膜位于所述待检测晶圆之下，用于为所述待检测晶圆提供承载力。
25.具体地，该中空载台上还可以包括蓝色软膜，设置于中空载台上采用铁环卡盘固定。若中空载台上放置晶圆半导体，则蓝色软膜为待检测晶圆半导体提供承载力。根据实际需要该蓝色软膜可设置为其他颜色软膜。
26.在一些实施例中，所述载台还包括：透明材料；所述透明材料设置于所述载台上，并且设置于所述膜之下，用于支撑所述膜，确保获取所述目标图像过程中所述膜平整。
27.参见图6、图7，图6是本发明实施例提供的设置于中空载台上透明材料的示意图；图7是本发明实施例提供的透明材料的示意图。如图7所示，中空载台可放置两种4/6寸wafer的透明材料，如图6所示，该透明材料用来支撑铁环蓝色软膜，确保测试时的平整度。
28.如图6所示，中空载台上设置透明材料（例如为玻璃），并且设置于蓝色软膜的下方，该透明材料采用的材质相对蓝色软膜偏硬可以支撑蓝色软膜，确保获取晶圆半导体的目标图像过程中蓝色软膜的平整度。而且该透明材料无色，可以使得照射晶圆半导体背面的光线透过，确保ccd相机获取所述晶圆半导体正面的高清目标图像，且该目标图像可以清晰显示晶圆半导体正面的全部，进而提高晶圆半导体检测的准确性，使得处理模块获得的检测结果更加精准。
29.在一些实施例中，所述图像采集模块还包括：调焦z轴，所述调焦z轴与所述图像采集单元设置于同侧，与所述光源设置于所述中空载台的对侧，用于在获取目标图像的过程
中配合待检测晶圆的位置调节焦距，确保目标图像中呈现待检测晶圆的全部。
30.具体参见图3，例如调焦z轴固定设置在空门架上，该调焦z轴可以电动调节高度的z轴，精准控制z轴运动。调焦z轴与ccd相机设置于同侧，与光源设置于所述中空载台的对侧，调焦z轴在ccd相机获取待检测晶圆目标图像的过程中配合晶圆半导体的位置调节焦距，为了得到清晰的目标图像调节z轴上的物镜与待检测晶圆间的距离，确保所述目标图像中呈现晶圆半导体正面的全部。一些情况下，中空载台可在水平面方向上进行移动；例如可以进行x轴、y轴的移动，同时使得晶圆半导体的位置在水平面方向上移动；或者中空载台可在水平面内旋转运动，同时使得待检测晶圆的位置在水平面内进行旋转运动。由此调焦z轴配合晶圆半导体的位置调节焦距，以得到清晰的目标图像，并且确保目标图像中呈现待检测晶圆正面的全部。
31.在一些实施例中，所述晶圆检测系统还包括：运动控制机构；所述运动控制机构用于承载所述载台，并和所述图像采集模块配合将待检测晶圆运动放置于成像位置。
32.在一些实施例中，所述运动控制机构包括运动平台和旋转平台，所述运动平台用于在水平面方向上对待检测晶圆的位置进行直线移动；所述旋转平台设置于所述运动平台上，用于在水平面内对所述待检测晶圆的位置进行旋转运动；所述载台设置于所述旋转平台上且随所述旋转平台在水平面内对所述待检测晶圆的位置进行旋转运动。
33.在一些实施例中，所述晶圆检测系统还包括支撑机构、隔振系统和电气控制设备；其中，所述运动控制机构和所述检测机构分别设置于所述支撑机构内，所述电气控制设备为所述运动控制机构、图像采集模块和所述处理模块提供电能；所述隔振系统设置于所述支撑机构的下部，用于为所述晶圆半导体的检测提供减震环境；所述隔振系统上设置有大理石，所述大理石为所述运动控制机构提供平整平面。
34.具体参见图3，该系统还包括隔振系统的气浮102，大理石平台103，运动控制机构104，支撑机构101，光路固定支架（位于运动控制机构104上）107，调焦z轴109，上位机110以及ffu（fan filter unit，指风机过滤机组，即一种自带动力的送风过滤装置）113 。
35.如图3所示，该系统主要的构件均设置于支撑机构101内，该支撑机构主要为立体钢结构等框架，该支撑机构内部中空，在支撑机构的下部设置有隔振系统，为所述晶圆半导体的检测提供减震环境；该隔振系统的气浮102参见图3，且该隔振系统上设置有大理石，所述大理石为所述运动控制机构提供平整平面。如图3所示，该系统的运动控制机构104设置于大理石上，用于承载所述中空载台，以及和所述图像采集模块配合将晶圆半导体运动放置于成像位置。具体地，运动控制机构包括运动平台和旋转平台，所述运动平台用于在水平面方向上对晶圆半导体的位置进行直线移动；所述旋转平台设置于所述运动平台上，用于在水平面内对晶圆半导体的位置进行旋转运动；所述中空载台设置于所述旋转平台上且随所述旋转平台在水平面内对晶圆半导体的位置进行旋转运动。如图3所示，运动平台设置于大理石上，旋转平台设置于运动平台，中空载台设置于旋转平台上。运动平台可在水平面方向上对所述晶圆半导体的位置进行直线移动，相应的，旋转平台和中空载台在水平面方向上随运动平台进行直线移动，其中可以包括x轴、y轴两个方向的直线移动，本实施例仅做举例，可根据实际情况进行限定。旋转平台可在水平面内对晶圆半导体的位置进行旋转运动；所述中空载台随所述旋转平台在水平面内对晶圆半导体的位置进行旋转运动。在一些实施例中，所述光源对应设置于中空载台下方的正中部位，且设置于运动平台上以及旋转平台
的正中部分。一些情况下，调焦z轴与ccd相机设置于同侧，与光源设置于所述中空载台的对侧，在ccd相机获取晶圆半导体目标图像的过程中，调焦z轴配合晶圆半导体的位置调节焦距，为了得到清晰的目标图像调节z轴上的物镜与待检测晶圆间的距离，确保所述目标图像中呈现晶圆半导体正面的全部。
36.该系统还包括：电气控制设备，所述电气控制设备为所述运动控制机构、图像采集模块和处理模块提供电能，以及为隔振系统提供基本开关电能。上位机110用于控制各种数据信息，ffu113为该系统提供过滤功效，从顶部将空气吸并经过过滤，过滤后的洁净空气在整个出风面以0.45m/s
±
20%左右的速度均匀送出。
37.结合上述实施例晶圆检测系统，图8是本发明实施例提供的一种晶圆检测方法的流程图，如图8所示，该方法包括：步骤s810～步骤s820。其中，步骤s810、对待检测晶圆的背面采用光源进行光照，获取所述待检测晶圆正面对应的目标图像。
38.具体地，由于晶圆半导体正面设置有具聚合物，在晶圆半导体的正面采取光照进行拍照，会产生大量的反射光，造成拍摄的图像不清晰、不准确等问题，进而造成无法对晶圆半导体划痕、破裂、崩边等缺陷检测。
39.本实施例将光源与ccd相机分别设置于晶圆半导体的两侧，且光源向着晶圆半导体的背面进行光照。对待检测晶圆的背面采用光源进行光照，采用透射光在wafer的背面进行打光来获取晶圆半导体正面的高清目标图像，且该目标图像可以清晰显示晶圆半导体正面的全部，获得的清晰可见图像为晶圆半导体划片后缺陷的检测提供了保障，进而根据目标图像处理得到待检测晶圆的检测结果。不仅提高晶圆半导体检测的准确性，使得处理模块获得的检测结果更加精准。还避免了晶圆半导体正面检测带来的各种缺陷。
40.步骤s820、根据所述目标图像，得到所述待检测晶圆的检测结果。
41.结合上述实施例，通过对目标图像处理，可以得到待检测晶圆的检测结果。不仅提高晶圆半导体检测的准确性，使得处理模块获得的检测结果更加精准。还避免了晶圆半导体正面检测带来的各种缺陷。在一些实施例中，对目标图像处理可以包括对虚拟图像进行图像划分后进行特征提取，进而检测虚拟图像中是否突出各种缺陷部分，若存在则针对该晶圆半导体的检测结果为存在划痕、破裂、崩边等缺陷。反之则晶圆半导体不存在划痕、破裂、崩边等缺陷。参见图9、图10和图11，图9是本发明实施例提供的一种晶圆检测结果的示意图一，图10是本发明实施例提供的一种晶圆检测结果的示意图二，图11是本发明实施例提供的一种晶圆检测结果的示意图三。如图9所示，相对于现有技术中图2的检测结果，显示图9的目标图像更加清晰可见，左侧图中显示有裂痕，左右两部分图的中间均采用模糊处理为不可公开的清晰芯片内部结构，进一步验证采用透射光在wafer的背面进行打光来获取晶圆半导体正面的高清目标图像，且该目标图像可以清晰显示晶圆半导体正面的全部，获得的清晰可见虚拟图像为晶圆半导体划片后缺陷的检测提供了保障，进而根据虚拟图像处理得到所述晶圆半导体的检测结果。不仅提高晶圆半导体检测的准确性，使得处理模块获得的检测结果更加精准。还避免了晶圆半导体正面检测带来的各种缺陷。如图10所示，中间部分采用模糊处理为不可公开的清晰芯片内部结构，右侧画圈出检测出裂痕或者划伤。如图11所示，两条线是经过图像处理后检测多个异常的晶圆结构，该两条线连接起来形成裂痕或者划伤。
42.在一些实施例中，所述方法还包括：获取所述光源的颜色或者光照强度，根据所述
颜色或者光照强度调节所述光源向所述待检测晶圆的背面投射光线。
43.结合上述实施例，通过向晶圆半导体的背面进行光照，ccd相机对着晶圆半导体正面进行拍照获得目标图像的过程中，可以根据实际情况来调节光源颜色以及光照强度等，使得获取的目标图像清晰可见的呈现晶圆半导体的全部，进而为虚拟图像的后续处理提供基础保证，提高晶圆半导体检测的准确性，使得处理模块获得的检测结果更加精准。避免了晶圆半导体正面检测带来的各种缺陷。
44.在一些实施例中，所述方法还包括：将待检测晶圆在平面方向上进行移动；或者，将待检测晶圆在平面内旋转运动；或者，在垂直方向上调节调焦z轴；若待检测晶圆在垂直方向上满足成像焦距的相对位置，则确定待检测晶圆的成像位置。
45.结合上述实施例，利用光源照射待检测晶圆的背面，且利用ccd相机获取晶圆半导体正面虚拟图像的过程中，为了获取晶圆半导体正面全部清晰可见的虚拟图像可以对晶圆半导体移动或转动处理。具体地，可以将所述晶圆半导体在水平面两个方向上进行位置的移动（例如在同一水平面内x轴、y轴方向分别移动）；或者，将所述晶圆半导体在水平面内旋转运动（例如在同一水平面内进行旋转运动）；或者，在垂直方向上调节调焦z轴，使得z轴上的物镜与待检测晶圆间的距离满足要求，确保虚拟图像中呈现晶圆半导体正面的全部。若所述晶圆半导体在垂直方向上满足成像焦距的相对位置，则确定所述晶圆半导体的成像位置。从而保障了晶圆半导体正面的全部可以清晰可见，并利于该ccd相机获取对应的虚拟图像。参见图9对比图2现有技术的虚拟图像，图9的虚拟图像更加清晰可见。
46.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的产品实施例而言，由于其与方法是对应的，描述比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
47.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。