晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测系统及检测方法
技术领域
本发明涉及硅片产品制作技术领域，尤其涉及一种晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测系统及检测方法。
背景技术
集成电路特征线宽尺寸的不断减小对衬底硅晶圆的要求变高，控制单晶硅的原生缺陷变得愈来愈困难，因此外延片越来越多地被采用。外延片具有抛光片所不具有的电学特性，并消除了许多在晶体生长和随后的晶片加工过程中所引入的表面/近表面缺陷。外延片多应用于逻辑电路芯片、DRAM及CMOS器件中，在提高器件性能和芯片成品率方面，比抛光片更有优势。
为了抑制衬底中的杂质在高温外延过程中挥发出来，造成非主掺杂质的自掺杂，外延的衬底片，尤其是重掺衬底片一般采用背封SiO2膜的方式来避免或减少这种掺杂。而背封SiO2膜的工艺通常采用化学气相沉积法，无论背面，正面还是边缘都会生成SiO2膜。晶圆正面不需要的SiO2膜，通过浸泡HF溶液的方式很容易去除，或者直接进行抛光工艺也可将其全部去除干净，而边缘的SiO2膜去除起来就相对复杂很多。背封工艺过程中如果边缘有SiO2膜残留，在后面的外延过程中就会作为成核中心，在晶圆边缘形成多晶、非晶，并向中心延伸，也会给晶圆带来局部应力变化，从而在外延生长过程中引入位错，层错等，引起器件漏电流的增加，降低栅氧化层质量，严重的可直接造成击穿。因此边缘SiO2膜的去除非常重要。
相关技术中的背封膜边缘去除宽度的测量技术，通常采用人工选点、配合显微镜进行，在晶圆边上选取若干个点放置在显微镜下，通过肉眼分辨背封膜边缘与晶圆薄膜边缘，记录二者刻度差作为背封膜边缘去除宽度的值，将多个选点处的背封膜边缘去除宽度取平均值即为所需，这种人工选点配合显微镜检测的方法具有数据全面性不足、速度慢、肉眼识别误差大等缺点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测系统及检测方法，解决人工测量背封膜边缘去除宽度数据全面性不足且误差大的问题。
为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测系统，包括：
晶圆承载结构，包括基座和可旋转的设置于所述基座上的承载台；
图像获取结构，用于在所述承载台带动晶圆以预设速度旋转一周的过程中，以预设频率获得多个晶圆边缘的图像；
第一图像处理结构，包括第一图像处理单元和第二图像处理单元，所述的第一图像处理单元用于对所述图像获取结构获取的图像进行二值化处理，以获取每个所述晶圆边缘的图像中背封薄膜边缘的第一位置信息和晶圆边缘的第二位置信息，所述第二图像处理单元用于根据所述第一位置信息和所述第二位置信息获得背封薄膜边缘的去除宽度；
第二图像处理结构，根据所述去除宽度是否位于预设范围内判断背封薄膜边缘去除是否符合标准，若所述去除宽度位于所述预设范围之外，则判断背封薄膜边缘去除不符合标准。
可选的，所述预设频率为图像获取的频率：在晶圆旋转过程中，每隔预设旋转角度，所述图像获取结构获取一次晶圆边缘的图像，所述预设旋转角度小于或等于5度。
可选的，所述图像获取结构包括CCD相机。
可选的，所述第一位置信息包括所述背封薄膜边缘的第一点与晶圆圆心之间的第一距离，所述第二位置信息包括晶圆边缘的第二点与晶圆圆心之间的第二距离，所述第一点和所述第二点之间的连线的延长线经过晶圆圆心，所述去除宽度为所述第一距离和所述第二距离的差值。
可选的，所述第二图像处理结构包括第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元；
所述第一处理单元用于设定晶圆边缘的起始位置，并生成去除宽度与晶圆旋转角度之间的关系示意图；
所述第二处理单元用于在所述关系示意图中，添加与所述预设范围对应的预设区间值；
所述第三处理单元用于根据所述关系示意图中的所述去除宽度是否位于所述预设区间值内判断背封薄膜边缘去除是否符合标准，若所述去除宽度位于所述预设区间值之外，则判断背封薄膜边缘去除不符合标准，若所述去除宽度位于所述预设区间值之内，则判断背封薄膜边缘去除符合标准，并以去除宽度的平均值作为背封薄膜边缘的实际所需去除宽度值。
本发明实施例还提供一种晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测方法，应用于上述的晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测系统，包括：
将晶圆放置于所述承载台上，晶圆在所述承载台带动下以预设速度转动；
在所述承载台带动晶圆以预设速度旋转一周的过程中，以预设频率获得多个晶圆边缘的图像；
对所述图像获取结构获取的晶圆边缘的图像进行二值化处理，以获取每个所述晶圆边缘的图像中背封薄膜边缘的第一位置信息和晶圆边缘的第二位置信息；
根据所述第一位置信息和所述第二位置信息获得背封薄膜边缘的去除宽度；
根据所述去除宽度是否位于预设范围内判断背封薄膜边缘去除是否符合标准，若所述去除宽度位于所述预设范围之外，则判断背封薄膜边缘去除不符合标准。
可选的，所述第一位置信息包括所述背封薄膜边缘的第一点与晶圆圆心之间的第一距离，所述第二位置信息包括晶圆边缘的第二点与晶圆圆心之间的第二距离，所述第一点和所述第二点之间的连线的延长线经过晶圆圆心，所述去除宽度为所述第一距离和所述第二距离的差值。
可选的，根据所述去除宽度是否位于预设范围内判断背封薄膜边缘去除是否符合标准，若所述去除宽度位于所述预设范围之外，则判断背封薄膜边缘去除不符合标准，具体包括：
设定晶圆边缘的起始位置，并生成去除宽度与晶圆旋转角度之间的关系示意图；
在所述关系示意图中添加与所述预设范围对应的预设区间值；
根据所述关系示意图中的所述去除宽度是否位于所述预设区间值内判断背封薄膜边缘去除是否符合标准，若所述去除宽度位于所述预设区间值之外，则判断背封薄膜边缘去除不符合标准，若所述去除宽度位于所述预设区间值之内，则判断背封薄膜边缘去除符合标准，并以去除宽度的平均值作为背封薄膜边缘的实际所需去除宽度值。
本发明的有益效果是：随着晶圆的旋转，图像获取结构实时获取晶圆边缘的图像，背封薄膜边缘一周全部被测量，保证了测量数据的全面性；图像自动处理寻边，解决了肉眼分辨造成的误差大、精度低的问题。
附图说明
图1表示相关技术中晶圆示意图；
图2表示相关技术中获取的晶圆边缘的相关参数示意图；
图3表示本发明实施例中晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测系统结构示意图；
图4表示本发明实施例中获取的晶圆边缘的相关参数示意图；
图5表示本发明实施例中晶圆背封薄膜边缘去除宽度与晶圆旋转角度关系示意图；
图6表示本发明实施例中晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、 “上”、 “下”、 “左”、 “右”、 “竖直”、 “水平”、 “内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了 便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、 “第二”、 “第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1和图2所示，相关技术中的晶圆背封薄膜边缘去除宽度的测量方法，一般为人工采用显微镜测量晶圆边缘的若干测试点（通常为4点或9点，图1中表示出了4个测试点），通过显微镜上的刻度，记录某测试点120对应的晶圆100的边缘101的刻度b1及背封薄膜110的边缘111的刻度a1，二者的宽度差Δd1= b1-a1，采用同样的方法记录其他测试点的宽度差Δd2、Δd3等，图2为采用4点法测量的晶圆背封薄膜边缘去除宽度Δd的图，取4个测试点的去除宽度Δd的平均值作为去除宽度值，但该方法存在以下问题：
1. 数据全面性不够；人为测量数据仅为常规4点法或9点法，也就是相隔90度或40度才测一个数据，人为选取测试点放置在显微镜下测量，测量点数量过少，仅有4~9个测试点，测量数据并不能覆盖整个薄膜边缘，可能存在遗漏点，例如可能存在背封薄膜边缘的某个点x处的位置过度去除，致使背封薄膜边缘刻度ax较小，将导致x点处去除宽度Δdx变宽，因为x点并不包含在选定的测试点中，没被测试到，即数据不够全面；
2. 测量精度不够；使用显微镜观察，通过人眼分辨背封薄膜边缘的刻度以及晶圆边缘的刻度时，显微镜刻度本身精度较低（~0.1mm），且人眼分辨具有主观性，造成去除宽度的测量精度较低，且需要人力成本及时间成本，无法量产。
针对上述问题，参考图3-图5，本实施例提供一种晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测系统，包括：
晶圆承载结构，包括基座302和可旋转的设置于所述基座302上的承载台303；
图像获取结构300，用于在所述承载台303带动晶圆W以预设速度旋转一周的过程中，以预设频率获得多个晶圆边缘的图像；
图像处理结构301，用于获取晶圆边缘的图像，并根据晶圆边缘的图像判断背封薄膜边缘去除是否符合标准，所述图像处理结构301包括第一图像处理结构和第二图像处理结构；
第一图像处理结构，包括第一图像处理单元和第二图像处理单元，所述的第一图像处理单元用于对所述图像获取结构300获取的图像进行二值化处理，以获取每个所述晶圆边缘的图像中背封薄膜边缘的第一位置信息和晶圆边缘的第二位置信息，所述第二图像处理单元用于根据所述第一位置信息和所述第二位置信息获得背封薄膜边缘的去除宽度；
第二图像处理结构，根据所述去除宽度是否位于预设范围内判断背封薄膜边缘去除是否符合标准，若所述去除宽度位于所述预设范围之外，则判断背封薄膜边缘去除不符合标准。
承载台303可带动放置其上的晶圆W同步旋转，图像获取结构300是固定不动的，随着晶圆W的旋转，图像获取结构300实时获取晶圆边缘的图像，图像获取结构300按照预设频率获取晶圆边缘的图像，晶圆旋转一周，图像获取结构300可获得晶圆完整的轮廓图像，经过图像处理结构301的设置，通过调高图像获取频率，可实现背封薄膜边缘一周的全部覆盖测量，测量点越多则测量精度越高，保证了测量数据的全面性；图像自动处理寻边，解决了肉眼分辨造成的误差大、精度低的问题。
本实施例中示例性的，所述预设频率为图像获取的频率：在晶圆旋转过程中，每隔预设旋转角度，所述图像获取结构获取一次晶圆边缘的图像，所述预设旋转角度小于或等于5度。
需要说明的是，测试点的数量根据图像获取频率决定，图像获取频率越高，则测量的测试点数量越多，也越密集，图像获取频率越低，则测量的测试点数量越少，也越稀疏，例如，所述承载台303带动晶圆每旋转1度，进行一次晶圆边缘的图像的获取，则晶圆边缘360个测试点被测量，所述承载台303带动晶圆每旋转5度，进行一次晶圆边缘的图像的获取，则晶圆边缘有72个测试点被测量。
所述图像获取结构300是固定不动的，晶圆开始旋转的同时，启动所述图像获取结构300处于工作状态，随着晶圆的旋转，所述图像获取结构300按照预设频率实时获取对应的晶圆边缘的图像，例如，晶圆旋转一周360度，所述图像获取结构按照晶圆每旋转一度则获取一次晶圆边缘的图像的规则，获取晶圆边缘的图像，则晶圆旋转一周，所述图像获取结构获取360张晶圆边缘的图像。
所述预设频率可根据实际需要设定，并不限于上述所述。
本实施例中示例性的，所述图像获取结构300包括CCD相机。
CCD相机的分辨精度可达0.001~0.01mm。采用旋转扫描测量模式对晶圆背封薄膜边缘进行拍照扫描，并进行实时图像二值化，记录背封薄膜边缘位置刻度和晶圆边缘位置刻度，提高背封薄膜边缘去除宽度的精确度。
本实施例中示例性的，所述第一位置信息包括所述背封薄膜边缘的第一点与晶圆圆心之间的第一距离，所述第二位置信息包括晶圆边缘的第二点与晶圆圆心之间的第二距离，所述第一点和所述第二点之间的连线的延长线经过晶圆圆心，所述去除宽度为所述第一距离和所述第二距离的差值。
需要说明的是，所述第一点为所述背封薄膜边缘的整个轮廓上的任一点，所述第二点为晶圆边缘的整个轮廓上与所述第一点对应的点，即所述第一点和所述第二点之间的连线的延长线经过晶圆的圆心。
本实施例中示例性的，所述第二图像处理结构包括第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元；
所述第一处理单元用于设定晶圆边缘的起始位置，并生成去除宽度与晶圆旋转角度之间的关系示意图，参考图5；
所述第二处理单元用于在所述关系示意图中添加与所述预设范围对应的预设区间值，参考图5中的c1和c2；
所述第三处理单元用于根据所述关系示意图中的所述去除宽度是否位于所述预设区间值内判断背封薄膜边缘去除是否符合标准，若所述去除宽度位于所述预设区间值之外，则背封薄膜边缘去除不符合标准，若所述去除宽度位于所述预设区间值之内，则判断背封薄膜边缘去除符合标准，并以去除宽度的平均值作为背封薄膜边缘的实际所需去除宽度值。
当背封薄膜边缘的去除宽度ΔDn位于预设区间值之外时，判定背封薄膜边缘去除不符合标准，并给出背封薄膜边缘去除宽度不符合标准的位置对应的晶圆的角度位置；
当背封薄膜边缘的去除宽度ΔDn始终在c1和c2划定的预设区间值内时，取ΔDn的平均值作为准确的所需背封薄膜的去除宽度。
本发明实施例还提供一种晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测方法，参考图6，应用于上述的晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测系统，包括：
将晶圆放置于所述承载台上，晶圆在所述承载台带动下以预设速度转动；
在所述承载台带动晶圆以预设速度旋转一周的过程中，以预设频率获得多个晶圆边缘的图像；
对所述图像获取结构获取的晶圆边缘的图像进行二值化处理，以获取每个所述晶圆边缘的图像中背封薄膜边缘的第一位置信息和晶圆边缘的第二位置信息；
根据所述第一位置信息和所述第二位置信息获得背封薄膜边缘的去除宽度；
根据所述去除宽度是否位于预设范围内判断背封薄膜边缘去除是否符合标准，若所述去除宽度位于所述预设范围之外，则判断背封薄膜边缘去除不符合标准。
本实施例中示例性的，所述第一位置信息包括所述背封薄膜边缘的第一点与晶圆圆心之间的第一距离，所述第二位置信息包括晶圆边缘的第二点与晶圆圆心之间的第二距离，所述第一点和所述第二点之间的连线的延长线经过晶圆的圆心，所述去除宽度为所述第一距离和所述第二距离的差值，参考图4，图4中仅表示出了一个第一点和一个第二点的位置，但实际测量的是晶圆边缘轮廓上多个点的位置以及背封薄膜边缘轮廓上多个点的位置。
根据所述去除宽度是否位于预设范围内判断背封薄膜边缘去除是否符合标准，若所述去除宽度位于所述预设范围之外，则判断背封薄膜边缘去除不符合标准，具体包括：
设定晶圆边缘的起始位置，并生成去除宽度与晶圆旋转角度之间的关系示意图，参考图5；
在所述关系示意图中添加与所述预设范围对应的预设区间值；
根据所述关系示意图中的所述去除宽度是否位于所述预设区间值内判断背封薄膜边缘去除是否符合标准，若所述去除宽度位于所述预设区间值之外，则判断背封薄膜边缘去除不符合标准，若所述去除宽度位于所述预设区间值之内，则判断背封薄膜边缘去除符合标准，并以去除宽度的平均值作为背封薄膜边缘的实际所需去除宽度值。
以下具体介绍本实施例中晶圆背封薄膜边缘去除宽度的检测方法的检测过程。
晶圆被放置在承载台303上，所述承载台303带动晶圆旋转一周，在承载台303旋转的同时将CCD相机开启，拍摄记录晶圆边缘旋转时的实时图像，并传送给图像处理结构301，拍摄频率可根据需求制定1°/次或5°/次；
CCD相机每次拍摄的晶圆边缘的图像，实时传输给图像处理模块301进行二值化处理，二值化处理按照阈值将图像划分为背封薄膜区311、晶圆面区312及承载台区313三个区域，高精度记录背封薄膜区边缘的刻度A1与晶圆面区边缘的刻度B1，分析记录对应的去除宽度ΔD1（ΔD1=B1-A1）；
晶圆旋转一周被扫描完成后，结束一个晶圆的测量；
需要说明的是，图像亮度取决于拍摄条件，限定同一条件下，获得的图像中承载基台的亮度c为最高，晶圆面的亮度b最低，背封薄膜的亮度a较晶圆面的亮度高（承载台为白色，而晶圆为硅晶体，背封薄膜是透明的），即c>a>b，虽然图像亮度会因背封薄膜的厚度而产生变化，但不会出现背封薄膜的亮度低于晶圆面的亮度的情况，因为透明薄膜的亮度肯定会高于不透明的硅晶体，因此，设定合适的亮度阈值x即可使得背封薄膜与晶圆两个区域清晰分辨。
本实施例中，CCD相机每次拍摄的晶圆边缘的图像，实时传输给图像处理模块301进行二值化处理，具体的包括以下步骤：
在一实施方式中，将获得的晶圆边缘的图像进行图像灰度处理，获得三个区域的灰度值，例如，承载台区的灰度值为200±20，晶圆面区的灰度值为30±10，背封薄膜区的灰度值为100±20；
将进行图像灰度处理的图像进行二值化处理：设定亮度阈值x为60，然后将灰度值大于60的承载台区和背封薄膜区的灰度值均重新设定为255纯白，而将灰度值小于60的晶圆面区的灰度值重新设定为0纯黑，此时背封薄膜区311、晶圆面区312及承载台区313三个区域清晰分辨。所述图像处理结构将每次图像处理后的数据A1、B1、ΔD1等，形成背封薄膜边缘去除宽度与旋转角度之间的关系图，参考图5，具体的以晶圆旋转起始位置为原点，晶圆旋转角度为横坐标，以距离CCD刻度零点的距离为纵坐标建立坐标系制成图5所示的关系示意图；
根据图5所示的关系图中背封薄膜去除宽度ΔDn的横坐标波动，可知背封薄膜边缘去除宽度的变化情况，若背封薄膜出现背封薄膜边缘去除过度或背封薄膜边缘去除不完全的情况，则会反映到图形上，出现ΔDn曲线向上突出或向下突出的现象。添加上下限制线c1、c2划定规则区间（即进行预设区间的添加，c1和c2曲线对应于所述预设范围的两个端值），当ΔDn位于限定的规则区间之外时，判定背封薄膜边缘去除不符合标准，并给出去背封薄膜去除宽度不符合标准的位置对应的晶圆的角度位置；
当ΔDn始终在c1和c2划定的规则区间内时，取ΔDn的平均值为所需的背封薄膜边缘去除宽度。
需要说明的是，若在一个测试点处背封薄膜边缘距离晶圆圆心149mm，晶圆边缘距离圆心150mm，晶圆面边缘与背封薄膜边缘的差值为1mm，以数据149mm、150mm和1mm作图，数据差别太大，无法作图，因此，本实施例中，以距离CCD刻度零点的距离为纵坐标作图，CCD刻度的零点位置距离晶圆圆心145mm，此时背封薄膜边缘的刻度A1=149-145=4mm，晶圆面的边缘的刻度B1=150-145=5mm，去边宽度为ΔD=B1-A1=1mm， 以数据4mm、5mm、和1mm作图，便于制图。
需要说明的是，CCD刻度可以设置于CCD相机的目镜上，也可以是在通过CCD相机获取晶圆边缘的图像后，通过第二图像处理结构在图像处理过程中为了便于制图建立的刻度。
以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。
