[發明專利]一種高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統

有效

• 申請號: 202110319386.2
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113066736B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 曹征;周延周;曾祥越;童永健;吳國良;陳澤寧
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;G06T5/50;G06T7/90;H04N5/04;H04N5/268
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 張生梅

本發明公開了一種高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統，包括2D彩色相機、3D深度傳感器、工業光源、X軸光柵尺、Y軸光柵尺、X軸直線電機、Y軸直線電機、PC機、運動控制器、硅晶圓、X軸磁懸浮導軌、Y軸磁懸浮導軌、掃描平臺以及固定裝置。在2D彩色圖像采集方面，使用線陣相機對焦，單點小孔成像、逐像素點掃描成像，使2D彩色圖像實現全幅面無縫連接；在3D深度圖像采集方面，利用光譜共焦原理去采集深度信息，即使表面存在傾斜和翹曲，都可以對物體進行深度測量，獲取復雜物體的表面紋理深度信息。大大地提高了2D掃描精細度，最大限度減少相鄰像素串擾，解決大幅面圖像拼接的拼縫問題，最終得到高精度，高通量，大幅面的彩色圖像。

技術領域

本發明涉及掃描檢測領域，具體涉及一種高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統。

背景技術

硅晶圓表面2D形貌測量技術主要有：(1)目視檢測，人眼檢驗硅晶圓表面顏色、平整度、尺寸等特征，此方法雖然簡單易行，但是具有準確性低、效率低下；(2)光學成像，通過精密精密儀器平臺的運動、CCD/CMOS圖像采集裝置以及數字圖像處理技術，得到硅晶圓表面的2D彩色圖像。優勢在于高效率和高穩定性，但是視場與精度是一對矛盾，此消彼長。

硅晶圓表面3D形貌測量技術主要有：(1)機械/光學探針式測量方法，其利用機械探針/聚焦光束接觸被測表面，當探針沿晶圓表面移動時，其移動量與探針上下位移組合成3D輪廓，此測量有較高精確性，但是測頭與被測物接觸，可能導致被測物劃傷；(2)光學式掃描顯微鏡法，掃描探針顯微鏡是通過探測樣品與探針之間存在的各種相互作用實現測量，如掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)。此類方法特點是能夠避免測量過程對被測物的損傷且采集速度有較大提升，缺點是測試范圍小，不能夠覆蓋晶圓全幅面。

可見，如何能夠高效穩定的獲取硅晶圓表面的大幅面高品質的彩色圖像和深度圖像，是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明針對硅晶圓表面缺陷檢測，提供一種高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統，以穩定、精確地采集大幅面硅晶圓表面高分辨率2D彩色數據和3D形貌深度數據。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：

一種高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統，包括2D彩色相機、3D深度傳感器、工業光源、X軸光柵尺、Y軸光柵尺、X軸直線電機、Y軸直線電機、PC機、運動控制器、硅晶圓、X軸磁懸浮導軌、Y軸磁懸浮導軌、掃描平臺以及固定裝置，其中：

所述掃描平臺的上表面為平面，被掃描的硅晶圓放在掃描平臺上，2D彩色相機和3D深度傳感器并行設置并通過安裝架固定在Y軸磁懸浮導軌上，2D彩色相機的鏡頭上接有工業光源；2D彩色相機的線陣中點與3D深度傳感器的采集點被配置在同一條水平線上，2D彩色相機和3D深度傳感器采集的數據傳遞至所述PC機進行后續處理；

所述X軸磁懸浮導軌并行設置于掃描平臺上的兩側，Y軸磁懸浮導軌平行設置于掃描平臺的上方，Y軸磁懸浮導軌的兩端通過一對滑架裝配在所述X軸磁懸浮導軌上；

由所述Y軸直線電機驅動Y軸磁懸浮導軌帶動2D彩色相機和3D深度傳感器在X軸磁懸浮導軌上運動，由X軸直線電機驅動承載2D彩色相機和3D深度傳感器的安裝架在X軸磁懸浮導軌上運動，X軸光柵尺和Y軸光柵尺分別設置于X軸磁懸浮導軌上以及Y軸磁懸浮導軌的一側，用于檢測所述2D彩色相機和3D深度傳感器的位置；所述X軸直線電機、Y軸直線電機連接著運動控制器，運動控制器由所述PC機控制。

進一步地，2D彩色相機使用可調光闌鏡頭，用于小孔成像和調節光束強弱；采集過程利用2D彩色相機全像素對焦、逐像素點單點小孔成像掃描，且對2D彩色相機、3D深度傳感器進行同步控制。