一种硅片背检设备和背检方法与流程

1.本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种硅片背检设备和背检方法。


背景技术：

2.硅片背面检测受到越来越多的重视，目前已有方案是通过直线逐行扫描(如图1所示)、逐圈步进扫描(如图2所示)或螺旋扫描的方式(如图3所示)拍照，获取图像信息后利用图像算法识别缺陷。现有方案有如下问题：1)直线逐行扫描每行扫描覆盖区域小，往复运动效率低，行与行之间切换会使整个扫描过程不连续，影响效率；2)逐圈步进扫描方式每圈之间的步进相比逐行扫描简单，但是还是使扫描过程不连续，影响效率；3)螺旋扫描能使扫描过程连续，提高运动检测效率，但是目前已有的方式实现较为复杂，需要多轴配合实现螺旋运动，对控制各轴运动的协调性要求高。


技术实现要素：

3.本发明提供一种硅片背检设备和背检方法，在简化螺旋扫描设备结构的基础上同时可以还保证检测精度。
4.为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种硅片背检设备，包括：螺旋导轨座、连杆和滑块；
5.所述螺旋导轨座上设置有自中心向边缘螺旋排布的第一凹槽，所述连杆的一端通过旋转轴连接在所述螺旋导轨座的中心，所述连杆的另一端绕所述螺旋导轨座的中心做圆周运动，所述滑块套设于在所述连杆上，所述滑块邻近所述第一凹槽的一侧设置有第一滚轮，远离所述第一凹槽的一侧布置有视觉检测装置，所述第一滚轮至少部分设置于所述第一凹槽内；
6.驱动装置，所述驱动装置与所述旋转轴连接，用于驱动所述连杆旋转，以带动所述第一滚轮沿所述第一凹槽移动，同时带动所述滑块在所述连杆上滑动，使得所述视觉检测装置的移动轨迹为螺旋轨迹；
7.承载台，用于承载待测硅片，所述待测硅片面向所述视觉检测装置的视场方向。
8.根据本发明的一个实施例，所述硅片背检设备还包括：第二滚轮，所述第二滚轮与所述连杆的另一端连接，所述第二滚轮绕第一滚动轴并接触所述螺旋导轨座的外壁滚动，所述第一滚动轴与所述螺旋导轨座的中心轴平行设置，所述第一滚动轴以所述螺旋导轨座的中心为圆心做圆周运动。
9.根据本发明的一个实施例，所述硅片背检设备还包括：第二滚轮，所述第二滚轮与所述连杆的另一端连接，所述第二滚轮绕第二滚动轴滚动，所述第二滚动轴沿所述连杆的另一端做圆周运动的轨迹的径向方向设置；
10.所述螺旋导轨座外缘设置有圆形第二凹槽，所述第二滚轮接触所述第二凹槽的槽底滚动。
11.根据本发明的一个实施例，所述螺旋导轨座上的螺纹排布的第一凹槽的螺距小于
或等于所述视觉检测装置沿所述螺距方向的视场距离。
12.根据本发明的一个实施例，所述视觉检测装置为ccd相机或者cmos相机。
13.为实现上述目的，本发明第二方面实施例还提出了一种硅片背检方法，基于如前所述的硅片背检设备实现，包括以下步骤：
14.通过数据拟合方式获取视觉检测装置中心的轨迹曲线方程；
15.获取所述视觉检测装置采集的任意一幅图像；
16.识别所述图像中的缺陷在所述视觉检测装置坐标系下的第一位置；
17.根据所述轨迹曲线方程，获取所述视觉检测装置中心相对于所述连杆的旋转中心的第二位置；
18.获取所述承载台的中心相对于所述连杆的旋转中心的第三位置；
19.获取所述待测硅片的中心相对于所述承载台的中心的第四位置；
20.根据所述第一位置、所述第二位置、所述第三位置和所述第四位置获取所述缺陷相对于所述待测硅片的中心的位置。
21.根据本发明的一个实施例，所述轨迹曲线方程满足以下公式：
[0022][0023]
其中r表示轨迹曲线上点与所述连杆的旋转中心点连线的距离，r0表示所述螺旋导轨座的边缘至所述连杆的旋转中心的距离，θ表示连杆旋转的角度，δd表示所述第一凹槽的螺距，c0，c1，c2表示误差项系数，(x,y)表示描述在直角坐标系下轨迹曲线上点的位置坐标，所述直角坐标系定义为：以所述连杆的旋转中心为原点，以所述第一凹槽的起始点和终点的连线为x轴，y轴方向与x轴垂直，其中，所述连杆的旋转中心与所述第一凹槽的起始点重合。
[0024]
根据本发明的一个实施例，误差项系数c0，c1，c2满足：
[0025][0026]
其中，θi表示对准第i个标记理论上对应的连杆的旋转角度，(xi,yi)表示第i个标记对准出来的实际位置，多个所述标记均匀分布在基准硅片上。
[0027]
根据本发明的一个实施例，所述获取所述承载台的中心相对于所述连杆的旋转中心的第三位置包括：
[0028]
通过测量仪测量获取所述承载台的中心相对于所述连杆的旋转中心的距离，根据所述距离获取所述承载台的中心相对于所述连杆的旋转中心的第三位置。
[0029]
根据本发明的一个实施例，所述获取所述待测硅片的中心相对于所述承载台的中心的第四位置包括：
[0030]
获取所述待测硅片的最外圈图像；
[0031]
根据所述最外圈图像上的三个以上的边缘点的位置拟合圆心；
[0032]
获取所述待测硅片中硅片缺口相对于基准硅片的硅片缺口的偏向角度；
[0033]
根据所述拟合圆心和所述偏向角度获取所述待测硅片的中心相对于所述承载台的中心的第四位置。
[0034]
根据本发明实施例提出的硅片背检设备和背检方法，该设备包括：螺旋导轨座、连杆和滑块；螺旋导轨座上设置有自中心向边缘螺旋排布的第一凹槽，连杆的一端通过旋转轴连接在螺旋导轨座的中心，连杆的另一端绕螺旋导轨座的中心做圆周运动，滑块套置于连杆上，滑块邻近第一凹槽的一侧设置有第一滚轮，远离第一凹槽的一侧布置有视觉检测装置，第一滚轮至少部分设置于所述第一凹槽内；驱动装置，驱动装置与旋转轴连接，用于驱动连杆旋转，以带动第一滚轮沿第一凹槽移动，同时带动滑块在连杆上滑动，使得视觉检测装置的移动轨迹为螺旋轨迹；承载台，用于承载待测硅片，待测硅片面向视觉检测装置的视场方向，从而，在简化螺旋扫描设备结构的基础上同时还可以保证检测精度。
附图说明
[0035]
图1为现有技术中的一种扫描轨迹；
[0036]
图2为现有技术中的另一种扫描轨迹；
[0037]
图3为现有技术中的又一种扫描轨迹；
[0038]
图4是本发明实施例提出的硅片背检设备的结构示意图；
[0039]
图5是本发明实施例提出的硅片背检设备中螺旋导轨座的结构示意图；
[0040]
图6是本发明实施例提出的硅片背检设备中螺旋导轨座的俯视图；
[0041]
图7是图6沿aa方向的剖视图；
[0042]
图8是本发明一个实施例提出的硅片背检设备中螺旋导轨座的俯视图；
[0043]
图9是本发明实施例提出的硅片背检设备中螺旋导轨座中螺距的示意图；
[0044]
图10是本发明实施例提出的硅片背检方法的流程图；
[0045]
图11是本发明实施例提出的硅片背检方法的中获取轨迹曲线方程的坐标示意图；
[0046]
图12是本发明实施例提出的硅片背检方法的中基准硅片的结构示意图；
[0047]
图13是本发明实施例提出的硅片背检方法的中螺旋扫描路径规划示意图；
[0048]
图14是本发明实施例提出的硅片背检方法的中缺陷位置的确定示意图。
具体实施方式
[0049]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0050]
图4是本发明实施例提出的硅片背检设备的结构示意图。如图4至图7所示，该硅片背检设备100包括：螺旋导轨座101、连杆102、滑块103、驱动装置104和承载台105；
[0051]
螺旋导轨座101上设置有自中心向边缘螺旋排布的第一凹槽106，连杆102的一端通过旋转轴111连接在螺旋导轨座101的中心，连杆102的另一端绕螺旋导轨座101的中心做圆周运动，滑块103套置于连杆102上，滑块103邻近第一凹槽106的一侧设置有第一滚轮107，远离第一凹槽106的一侧布置有视觉检测装置108，第一滚轮107至少部分设置于第一
凹槽106内；驱动装置104与旋转轴111连接，用于驱动连杆102旋转，以带动第一滚轮107沿第一凹槽106移动，同时带动滑块103在连杆102上滑动，使得视觉检测装置108的移动轨迹为螺旋轨迹；承载台105用于承载待测硅片109，待测硅片109面向视觉检测装置108的视场方向。
[0052]
需要说明的是，驱动装置104可以为驱动电机，也可以为本领域其他可以实现连杆102旋转的驱动装置，本发明对此不作具体限制。承载台105可以为倒扣的平台支架(如图4所示)，该平台支架具有三个支架爪，每个支架爪的边缘端点形成圆形，三个支架爪用于抓住待测硅片109的边缘，以固定待测硅片109，检测过程中承载台105保持不动，承载台105中心尽量与连杆102的旋转中心重合。
[0053]
可以理解的是，连杆102设置旋转轴111的一端位于第一凹槽106的起始端，且与螺旋导轨座101的中心重合。螺旋导轨座101为圆盘，第一凹槽106为在圆盘中切出的螺旋形凹槽，第一滚轮107贴合螺旋形凹槽的底部滚动。
[0054]
基于此，通过驱动装置104驱动旋转轴111以驱动连杆102旋转，从而使得连杆102上的滑块103邻近第一凹槽106的一侧设置的第一滚轮107在第一凹槽106中滚动，以带动滑块103在连杆102上滑动，进而使得滑块103远离第一凹槽106的一侧设置的视觉检测装置108的移动轨迹为螺旋轨迹，从而螺旋扫描面向视觉检测装置108的视场方向设置的待测硅片109，该硅片检测设备100仅通过连杆102一端设置的旋转轴111和驱动装置104就可以驱动连杆102旋转，并结合螺旋导轨座101，即可完成视觉检测装置108对待测硅片109的螺旋扫描，即通过螺旋导轨座101与滑块103将单一的旋转运动变为螺旋运动，降低了设备的复杂性，降低了实现螺旋扫描检测的难度，提高了检测效率。
[0055]
根据本发明的一个实施例，如图4所示，硅片背检设备100还包括：第二滚轮110，第二滚轮110与连杆102的另一端连接，第二滚轮110绕第一滚动轴113并接触螺旋导轨座101的外壁滚动，第一滚动轴113与螺旋导轨座101的中心轴平行设置，第一滚动轴113以螺旋导轨座101的中心为圆心做圆周运动。
[0056]
在该实施例中，当连杆102的一端在螺旋导轨座101的中心旋转时，连杆102的另一端设置第二滚轮110可以提升连杆102的稳定性，避免连杆102晃动，造成视觉检测装置108对待测硅片109的图像采集不准，从而通过第二滚轮110的设置有利于提升检测的精度。而该实施例中的第二滚轮110贴螺旋导轨座101的外壁滚动，可以通过螺旋导轨座101的外壁与第二滚轮110之间的摩擦力来保持连杆102的稳定。另外，还简化了螺旋导轨座101的结构设计。
[0057]
根据本发明的一个实施例，如图8所示，硅片背检设备100还包括：第二滚轮110，第二滚轮110与连杆102的另一端连接，第二滚轮110绕第二滚动轴滚动，第二滚动轴(图中未示出)沿连杆102的另一端做圆周运动的轨迹的径向方向设置；
[0058]
螺旋导轨座101外缘设置有圆形第二凹槽112，第二滚轮110接触第二凹槽112的槽底滚动。
[0059]
同样的，在该实施例中，当连杆102的一端在螺旋导轨座101的中心旋转时，连杆102的另一端设置第二滚轮110可以提升连杆102的稳定性，避免连杆102晃动，造成视觉检测装置108对待测硅片109的图像采集不准，从而通过第二滚轮110的设置有利于提升检测的精度。
[0060]
根据本发明的一个实施例，如图9所示，螺旋导轨座101上的螺纹排布的第一凹槽106的螺距d1小于或等于视觉检测装置108沿螺距方向的视场距离d2。
[0061]
也就是说，当视觉检测装置108螺旋扫描待测硅片109时，视觉检测装置108沿螺距方向的有效视场范围需覆盖螺距范围，这样才能使得对待测硅片109上的任意位置不漏检。当螺距d1等于视觉检测装置108沿螺距方向的视场距离d2时，视觉检测装置108恰好可以对待测硅片109上的任意位置不漏检，相邻螺距之间的待测硅片109的图像采集不会重复，减少后期图像处理难度。
[0062]
根据本发明的一个实施例，视觉检测装置108为ccd相机或者cmos相机。
[0063]
在上述的硅片背检设备100中，虽然尽可能的让承载台105的中心、待测硅片109的中心、连杆102的旋转中心重合，但实际操作中以上中心点之间总会有偏移，从而造成视觉检测装置108检测不精准(缺陷的位置相对于待测硅片中心的位置总会偏移)。由此，本发明实施例提出了一种硅片背检方法，来进行修正，使得检测结果更加精准(使得缺陷的位置相对于待测硅片中心的位置为缺陷在待测硅片上的真实位置)。下面来详细介绍本发明实施例提出的硅片背检方法。
[0064]
图10是本发明实施例提出的硅片背检方法的流程图。该方法基于如前所述的硅片背检设备实现，如图10所示，该方法包括以下步骤：
[0065]
s101，通过数据拟合方式获取视觉检测装置中心的轨迹曲线方程；
[0066]
根据本发明的一个实施例，轨迹曲线方程满足以下公式：
[0067][0068]
其中，如图11所示，r表示轨迹曲线上点与连杆的旋转中心点连线的距离，r0表示螺旋导轨座的边缘至连杆的旋转中心的距离，θ表示连杆旋转的角度，δd表示第一凹槽的螺距，c0，c1，c2表示误差项系数，(x,y)表示描述在直角坐标系下轨迹曲线上点的位置坐标，直角坐标系定义为：以连杆的旋转中心为原点，以第一凹槽的起始点和终点的连线为x轴，y轴方向与x轴垂直，其中，连杆的旋转中心与第一凹槽的起始点重合。
[0069]
根据本发明的一个实施例，误差项系数c0，c1，c2满足：
[0070][0071]
其中，θi表示对准第i个标记理论上对应的连杆的旋转角度，(xi,yi)表示第i个标记对准出来的实际位置，多个标记均匀分布在基准硅片上。
[0072]
需要说明的是，如图12所示，螺旋轨迹曲线方程是通过检测基准硅片来获取的，首先在基准硅片上标注出多个标记(比如图中的“ ”字标记)，多个标记均匀分布在基准硅片上，提前标注的这些标记的位置是相对于基准硅片中心来标注的，即可以标注基准硅片上的每个标记对应的连杆的旋转角度。其中，多个标记至少为三个。
[0073]
接着，在标注好多个标记后，将基准硅片放置在硅片背检设备上，通过视觉检测装置螺旋采集基准硅片多个实际点的位置，根据多组实际结果数据可以拟合得到螺旋轨迹曲线方程，接着，根据多个标记点的实际结果数据和理论数据可以计算出误差项系数，从而最终获取的螺旋轨迹曲线方程是携带实际螺旋轨迹与基准螺旋轨迹之间误差的轨迹曲线方程，以此，由于视觉检测装置的中心为螺旋轨迹，进而该螺旋轨迹曲线方程可以为视觉检测装置中心的轨迹曲线方程，在视觉检测装置采集的每张图像的中心点均在该轨迹上。
[0074]
由于视觉检测装置采集的每张图像的中心点又在视觉检测装置的视场中心，进而，图像中的任意其他点的位置相对于视场中心的位置可以获取，又由于视场中心相对于连杆的旋转中心的位置可以通过螺旋轨迹曲线方程获取，进而，图像中的任意其他点的位置相对于连杆的旋转中心的位置可以获取。
[0075]
s102，获取视觉检测装置采集的任意一幅图像；
[0076]
s103，识别图像中的缺陷在视觉检测装置坐标系下的第一位置；
[0077]
s104，根据轨迹曲线方程，获取视觉检测装置中心相对于连杆的旋转中心的第二位置；
[0078]
需要说明的是，步骤s101是通过检测基准硅片获取的，在步骤s102之后，需要将基准硅片替换为待测硅片，在替换待测硅片后，拍照位置按照旋转角度依次规划(如图13所示)，规划原则为相机能均匀覆盖整个硅片，同时拍照次数最少，视觉检测装置采集待测硅片上某一位置的图像，可以通过图像识别算法识别该图像中的缺陷，并获知该缺陷在视觉检测装置坐标系下的第一位置，并根据轨迹曲线方程，可以获知该缺陷相对于连杆的旋转中心的位置，由此，将图像中的缺陷位置转移到了螺旋导轨座所在的坐标系中。
[0079]
s105，获取承载台的中心相对于连杆的旋转中心的第三位置；
[0080]
根据本发明的一个实施例，获取承载台的中心相对于连杆的旋转中心的第三位置包括：
[0081]
通过测量仪测量获取承载台的中心相对于连杆的旋转中心的距离，根据距离获取承载台的中心相对于连杆的旋转中心的第三位置。
[0082]
其中，承载台的中心理论上是与连杆的旋转中心重合，但可能由于设备装配问题，承载台的中心与连杆的旋转中心不重合，进而需要修正。
[0083]
在设备装配时，可以通过测量仪(比如激光尺或干涉仪等测距工具)来测量承载台中心与连杆的旋转中心的间距，从而可以将连杆的旋转中心的位置坐标转移至承载台的坐标系下，进而，可以将缺陷的位置转移至承载台的坐标系下。
[0084]
s106，获取待测硅片的中心相对于承载台的中心的第四位置；
[0085]
根据本发明的一个实施例，获取待测硅片的中心相对于承载台的中心的第四位置包括：
[0086]
获取待测硅片的最外圈图像；
[0087]
根据最外圈图像上的三个以上的边缘点的位置拟合圆心；
[0088]
获取待测硅片中硅片缺口相对于基准硅片的硅片缺口的偏向角度；
[0089]
根据拟合圆心和偏向角度获取待测硅片的中心相对于承载台的中心的第四位置。
[0090]
需要说明的是，待测硅片的中心理论上应是与承载台的中心重合的，但由于每次放待测硅片时，可能会放不正，导致待测硅片的中心并不能与承载台中心重合，进而，需要
修正。首先获取待测硅片的拟合圆心，接着获取拟合圆心与承载台中心的间距。另外，放置待测硅片时，还有可能将待测硅片相对于基准硅片具有偏转角度，从而通过待测硅片上的硅片缺口与基准硅片的硅片缺口的偏转角度来获取待测硅片上的定位坐标系相对于基准硅片的定位坐标系的旋转角度，由此，基于拟合圆心与承载台中心的间距和偏转角度，可以将承载台的中心位置转移至待测硅片的坐标系下，进而，将缺陷的位置转移至待测硅片的坐标系下。
[0091]
s107，根据第一位置、第二位置、第三位置和第四位置获取缺陷相对于待测硅片的中心的位置。
[0092]
具体来说，如图14所示，按规划路径逐圈拍照，利用图像识别算法计算缺陷在图片中的像素位置，转换得到缺陷相对于相机中心o2的物理位置pospycs。
[0093]
由图片对应的拍照时旋转角度，根据螺旋轨迹曲线方程计算得到拍照时实际相机中心相对于连杆的旋转中心o1位置v2，连杆的旋转中心o1相对于承载台中心o3为静止状态，位置关系为v1，从而可得到缺陷相对于承载台的位置pospycs v1 v2。
[0094]
通过对硅片最外圈照片的识别，由三个以上边缘点位置拟合圆心o4，得到待测硅片中心o4相对与承载台的偏移误差，同时找到notch(硅片缺口)相对于理想上片位置(没有误差的情况)的转角得到待测硅片偏向误差，从而能得到待测硅片相对于承载台的关系v0。
[0095]
进而可计算缺陷相对于待测硅片圆心o4的位置关系，从而达到在线修正误差，获取待测硅片背面缺陷准确位置的目的，计算公式为：posgwcs＝pospycs v0 v1 v2。
[0096]
由此，通过设计螺旋导轨型的结构，将螺旋运动的轨迹控制通过纯粹机构运动关系来保证，减少控制的难度，同时为了避免机械设备制造及装配引入的误差，使用了离线标定与在线修正结合的方法，保证了检测精度，实现了控制单个旋转轴即可实现高精度的螺旋运动检测的目标。
[0097]
综上所述，根据本发明实施例提出的硅片背检设备和背检方法，该设备包括：螺旋导轨座、连杆和滑块；螺旋导轨座上设置有自中心向边缘螺旋排布的第一凹槽，连杆的一端通过旋转轴连接在螺旋导轨座的中心，连杆的另一端绕螺旋导轨座的中心做圆周运动，滑块套置于连杆上，滑块邻近第一凹槽的一侧设置有第一滚轮，远离第一凹槽的一侧布置有视觉检测装置，第一滚轮至少部分设置于第一凹槽内；驱动装置，驱动装置与旋转轴连接，用于驱动连杆旋转，以带动第一滚轮沿第一凹槽移动，同时带动滑块在连杆上滑动，使得视觉检测装置的移动轨迹为螺旋轨迹；承载台，用于承载待测硅片，待测硅片背向视觉检测装置的视场方向，从而，在简化螺旋扫描设备结构的基础上同时还可以保证检测精度。
[0098]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。