晶圆边缘检测技术研究

刘西锋

摘 要

伴随着集成电子电路制造技术的提升，人们对于晶圆的研究逐渐深入。晶圆的特征尺寸缩小的同时将会产生很多的微小缺陷。通过晶圆的边缘检测技术能够实现对晶圆缺陷的检测。在本文中利用边缘提取技术以及模式识别技术，对晶圆的缺陷等进行有效识别，对边缘检测技术进行研究。

【关键词】晶圆 边缘检测技术 研究

应用晶圆边缘检测技术，需要对晶圆表面的缺陷种类以及成因进行分析。然后根据晶圆图像，对其中的直线几何特征进行提取，有助于对于晶圆进行相关的缺陷检测。晶圆缺陷检测技术，综合了机器视觉、数字图像处理等技术，从而实现对于晶圆表面的缺陷检查。

1 晶圆表面缺陷的种类以及成因

1.1 晶圆表面缺陷种类

一般情况下，晶圆主要分为无图案晶圆和有图案晶圆，该两种晶圆的性质不同，其实际的缺陷也存在着明显的不同。而造成晶圆表面出现缺陷的原因有多种，一方面来自于晶圆本身材质的问题，另一方面来自于晶圆在实际生产中所造成的缺陷。不同晶圆，在不同的缺陷下，其缺陷检测方法不同。为了提升晶圆缺陷检测算法的针对性，需要对晶圆的缺陷进行分类。晶圓的缺陷主要是有以下几种类型：表面冗余物、晶体缺陷、划痕、图案缺陷等。

1.2 晶圆表面缺陷成因

对于晶圆表面的冗余物，其种类比较多，例如包含微小颗粒、灰尘、晶圆加工前一个工序的残留物。这些冗余物的出现，一般是来自于晶圆表面的空气污浊以及加工环节中化学试剂的清理不干净等。这些冗余物的出现，将会严重的影响到晶圆表面的完整性。对于晶体缺陷，该种缺陷在晶圆应用环节中比较常见，晶体本身的缺陷一般是在晶体加工环节中由于温度、湿度等设置不合理而造成的。该种缺陷形式能够通过人工观测的方式将其缺陷识别出来。例如，堆垛层错类型缺陷是由于晶体结构在密排面的正常堆垛顺序被破坏，最终导致晶圆出现缺陷。

对于晶圆的机械损伤，一般是指晶圆表面的因为抛光、或者是切片而为晶圆表面所造成的划痕，该种缺陷一般是由于是化学机械在实际研磨环境中所造成的。

2 晶圆图像的直线几何特征提取

2.1 特征提取

对于晶圆图像的直线几何特征进行提取，希望能够用于相关配准的几何特征有以下几个特点：晶圆图像的几何形状变换性比较低，当图像发生了较为大幅度的选转，晶圆的几何特征都不会发生相对位置、形状上的改变。另外一个特点就是其特征便于提取。

在晶圆图像上，具有一定的街区域，在该街区域中，具有图像不变化的几何特性，图像的信息能够在街区域中实现自动提取。可以说，街区域能够作为晶圆图像相关性配准的特征量，晶圆图像街区域具有一定的宽度，同时该区域中都是由一定的“粗线”构成的。对于该矩形区域，需要检测出图形的水平线与垂直线，同时在检测的环节中，能够根据区域中的几何特征进行分拍子图的拼接。

2.2 街区域二值化处理与Hough变换

在晶圆几何特征提取环节中，可以在街区域中，进行二值化处理，然后对于晶圆进行水平和垂直边缘缺陷的检测，接下来可以通过Hough的变换，得到缺陷检测的水平线具体位置。最后，在Hough变换基础上，计算得得到垂直线的具体位置。实际的Hough变换，需要对图像进行进行边缘的检测，将图像中的灰度变化明显点找出来。实现边缘检测，可以满足两个条件，第一是噪声抑制，第二是尽可能的准确找到晶圆的缺陷边缘。在晶圆缺陷边缘上存在着亮度，亮度的会发生不同程度的变化，亮度变化特征就是晶圆缺陷亮度计算的导数。对缺陷亮度进行一阶求导，就会得到亮度梯度，在亮度梯度的基础上，在进行求导，就会得到亮度梯度的变化率。

3 IC晶圆缺陷检测算法

对IC晶圆的缺陷进行识别与检测，需要在一定的算法在支持下实现。一般情况下，晶圆的缺陷检测算法是实现晶圆缺陷检测的核心技术之一，其缺陷检测技术主要含有三方面的内容：

（1）晶圆图像被处理后，将其与模板进行对比；

（2）对于晶圆图像进行形态学上的分析；

（3）第一种方式和第二种方式结合起来，实现晶圆缺陷检测的扬长避短。

在以上晶圆缺陷检测算法中，基于模板对比法，实质是将待测的晶圆图像与标准的图像进行对比。具体的对比环节中，将含有缺陷的晶圆模板与标准晶圆模板之间进行直接的对比，从图像特征、位置等入手，进行晶圆图像之间的异或运算。该种模板运算的最大优势在于其效率高，能够在短时间内检测出模板上的缺陷位置以及缺陷所形成的原因。对划痕、边缘破损、颗粒等缺陷急性有效的识别。形态分析方法中，首先预设一个标准形态，在实际检测中，对晶圆形态进行遍历，一旦出现不符合标准形态的图像则被判定为缺陷图像。该种缺陷检测算法与第一种算法相比，算法实现的时间比较长，同时其复杂度比较高。而混合法在实际缺陷检测中，能够综合以上两种检测方法的优势。

根据经验，对于晶圆的边缘缺陷检测，如果晶圆的图案比较简单的情况下，可以以周期性重复的图案最为缺陷边缘对比的模板。显微镜所能够观察的图像范围比较少，在图像融合的情况下，难以观察到缺陷边缘，使用差影法所得到的缺陷图像，能够对缺陷的特征有针对性的提取。

4 结论

综上所述，近年来，晶圆边缘检测技术逐渐成为了一种比较重要的图像预处理技术。在传统的晶圆检测方法下，难以实现缺陷特征的提取，基于边缘的缺陷检测技术，在获取晶圆完整图像的基础上，采用数字图像处理技术，实现了晶圆缺陷检测的自动化。在本文中对晶圆表面缺陷的种类以及成因进行总结，研究晶圆图像的直线几何特征提取，并提出 IC晶圆缺陷检测算法。

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作者单位

北京自动化技术研究院 北京市 100078