CN111916366B - 晶圆检测设备 - Google Patents

Abstract

一种晶圆检测设备，包括：晶圆载台，用于固定待检测晶圆；摄像头阵列，包括若干第一摄像头和至少一个第二摄像头，若干第一摄像头通过一次拍摄获得待检测晶圆整个表面对应的检测图像，至少一个第二摄像头在白光照射待检测晶圆表面时，获取待检测晶圆表面的反射光谱；缺陷判断模块，用于根据所述检测图像，判断所述待检测晶圆的表面是否存在缺陷；膜厚或特征尺寸获取单元，用于基于所述反射光谱获得待检测晶圆表面形成的膜层的厚度，或者用于基于所述反射光谱获得待检测晶圆表面形成的特征图形的特征尺寸。不仅可以用于缺陷的检测，还可以用于膜厚和特征尺寸的测量，使得检测设备同时具有多种功能，并且检测设备占据的体积较小。

Description

晶圆检测设备

技术领域

本发明涉及晶圆检测领域，尤其涉及一种具有多种功能的高速晶圆检测设备。

背景技术

随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件为了达到更快的运算速度、更大的存储量以及更多的功能，半导体芯片向更高集成度方向发展；而半导体芯片的集成度越高，则半导体器件的临界尺寸(CD，Critical Dimension)越小。

光刻是半导体集成制作中最重要的工艺，集成电路制作时需要进行多层工艺，每一层都要准确对准，因此为了让各层光刻之间的图案的叠放能够准确无误，在显影工艺完成后必须对芯片进行显影后检查(After Develop Inspection，ADI)，显影后检查可以发现光刻制程中的错误并及时纠正，这是芯片制造过程中少有的可以纠正的步骤之一。一旦形成有缺陷的光刻胶的晶圆被送到下一个图形形成的步骤(刻蚀)，极易带来晶圆的报废。具体的，显影后检查一般包括对光刻胶的覆盖、对准、曝光、显影等一一进行检查，并判断光刻胶性能是否满足工艺的要求。

现有的显影后检查通过晶圆检测设备进行，具体在晶圆检测设备上的通过光学放大镜扫描式来检测，现有的这种检测和扫描方式检测效率较低，单位时间输出低，数据处理相对滞后，并且光学放大镜扫描式的方法，设备需要配置较大的放大镜以及较大的载物台和载物台驱动装置，使得检测设备占地面积大，成本贵。并且现有的晶圆检测设备仅能进行晶圆缺陷的监测，功能较为单一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是怎样提高缺陷检测的效率，减小检测设备占据的面积。

本发明提供了一种晶圆检测设备，包括：

晶圆载台，用于固定待检测晶圆；

摄像头阵列，所述摄像头阵列包括若干第一摄像头和至少一个第二摄像头，所述若干第一摄像头通过一次拍摄获得所述待检测晶圆整个表面对应的检测图像，所述至少一个第二摄像头在白光照射待检测晶圆表面时，获取待检测晶圆表面的反射光谱；

缺陷判断模块，用于根据所述若干第一摄像头获得的检测图像，判断所述待检测晶圆的表面是否存在缺陷；

膜厚或特征尺寸获取单元，用于基于所述至少一个第二摄像头获得的反射光谱获得待检测晶圆表面形成的膜层的厚度，或者用于基于所述至少一个第二摄像头获得的反射光谱获得待检测晶圆表面形成的特征图形的特征尺寸。

可选的，所述晶圆检测设备还包括一平面基板，若干第一摄像头和至少一个第二摄像头呈阵列方式排布在所述平面基板上，形成所述摄像头阵列。

可选的，所述晶圆检测设备还包括白光产生单元，所述白光产生单元用于形成点状白光，所述点状白光从第二摄像头的一侧垂直照射所述待检测晶圆的表面。

可选的，所述平面基板上具有贯穿平面基板的至少一个穿孔，每一个所述穿孔位于相应的第二摄像头的一侧，所述白光产生单元包括光源和透镜组，所述光源用于产生白光，所述透镜组用于将白光汇聚成点状白光，并将点状白光传输到平面基板背面的穿孔处，所述点状白光穿过穿孔照射待检测晶圆的表面。

可选的，晶圆检测设备还包括光源驱动单元，所述光源驱动单元与所述白光产生单元连接，用于驱动所述白光产生单元从一个穿孔上方移动到另一个穿孔上方，使得点状白光能穿过不同穿孔对所述待检测晶圆对应的不同位置的表面进行照射，不同穿孔处的相应的第二摄像头获取待检测晶圆表面对应的不同位置处的反射光谱。

可选的，所述白光产生单元包括分光器，所述分光器用于将所述经过透镜组汇聚后的点状白光分成多束点状白光，并使每一束点状白光传输到平面基板背面的相应的穿孔处，穿过相应的穿孔照射待检测晶圆的表面。

可选的，所述点状白光的直径为20微米-100微米，所述点状白光的波长为200纳米-1000纳米。

可选的，膜厚或特征尺寸获取单元中包括建模单元和匹配单元，所述建模单元中建立有反射光谱参数相对于薄膜厚度的第一模型或者反射光谱参数相对于特征图形的特征尺寸的第二模型，所述匹配单元用于将所述反射光谱与所述第一模型进行匹配或拟合，获得待检测晶圆表面形成的膜层的厚度，或者用于将所述反射光谱与所述第而模型进行匹配或拟合，获得待检测晶圆表面形成的特征图形的特征尺寸。

可选的，所述摄像头阵列的尺寸与所述待检测晶圆的尺寸对应。

可选的，所述摄像头阵列中所有第一摄像头的尺寸相同，放大倍率相同；所述晶圆检测设备还包括图像拼接单元，所述图像拼接单元用于将所述摄像头阵列中的所有第一摄像头在同一倍率下获得的若干图像进行拼接获得待检测晶圆整个表面对应的检测图像。

可选的，所述摄像头阵列中若干第一摄像头中部分第一摄像头具有第一放大倍率，另一部分第一摄像头具有第二放大倍率，所述第一放大倍率小于第二放大倍率，所述具有第一放大倍率的第一摄像头的数量大于具有第二放大倍率第一摄像头的数量。

可选的，所述的若干第一摄像头对待检测晶圆的表面进行拍摄时，所述具有第一放大倍率的第一摄像头和具有第二放大倍率的第一摄像头开始均采用第一倍率进行拍摄，获得若干第一检测图像；然后，所述具有第二放大倍率的第一摄像头增大倍率至第二倍率进行拍摄，获得若干第二检测图像。

可选的，所述晶圆载台可以旋转、垂直方向移动、水平方向移动、偏转。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

本发明的晶圆检测设备，包括：晶圆载台，用于固定待检测晶圆；摄像头阵列，所述摄像头阵列包括若干第一摄像头和至少一个第二摄像头，所述若干第一摄像头通过一次拍摄获得所述待检测晶圆整个表面对应的检测图像，所述至少一个第二摄像头在白光照射待检测晶圆表面时，获取待检测晶圆表面的反射光谱；缺陷判断模块，用于根据所述若干第一摄像头获得的检测图像，判断所述待检测晶圆的表面是否存在缺陷；膜厚或特征尺寸获取单元，用于基于所述至少一个第二摄像头获得的反射光谱获得待检测晶圆表面形成的膜层的厚度，或者用于基于所述至少一个第二摄像头获得的反射光谱获得待检测晶圆表面形成的特征图形的特征尺寸。不仅可以用于缺陷的检测，还可以用于膜厚和特征尺寸的测量，使得检测设备同时具有多种功能，并且检测设备占据的体积较小。并且本申请中，待检测晶圆整个表面对应的检测图像获取是通过若干第一摄像头一次拍摄获得，所述缺陷判断模块根据若干第一摄像头获得的检测图像，判断待检测晶圆的表面是否存在缺陷，在进行缺陷检测时，检测图像获取的时间极大的减少(一次瞬态成像)，提高了缺陷检测的效率，降低成本(摄像头阵列相比于光学扫描放大镜的成本大幅减小)

进一步，所述平面基板上具有贯穿平面基板的至少一个穿孔，每一个所述穿孔位于相应的第二摄像头的一侧，当设置有几个第二摄像头时相应的需要设置几个穿孔，所述白光产生单元包括光源和透镜组，所述光源用于产生白光，所述透镜组用于将白光汇聚成点状白光，并将点状白光传输到平面基板背面的穿孔，所述点状白光穿过穿孔照射待检测晶圆的表面。以便于点状白光的传输和垂直入射。

进一步，所述晶圆检测设备还包括光源驱动单元，所述光源驱动单元与所述白光产生单元连接，用于驱动所述白光产生单元从一个穿孔上方移动到另一个穿孔上方，使得点状白光能穿过不同穿孔对所述待检测晶圆对应的不同位置的表面进行照射，不同穿孔处的相应的第二摄像头获取待检测晶圆表面对应的不同位置处的反射光谱。简化白光产生部分的结构和减少体积，降低成本。

进一步，所述白光产生单元包括分光器，所述分光器用于将所述经过透镜组汇聚后的点状白光分成多束点状白光，并使每一束点状白光传输到平面基板背面的相应的穿孔处，穿过相应的穿孔照射待检测晶圆的表面。这种方式使得多个第二摄像头可以同时获取反射光谱，提高了反射光谱的获取效率，同时也能简化白光产生部分的结构和减少体积，降低成本。

进一步，所述摄像头阵列中所有第一摄像头的尺寸相同，放大倍率相同，若干第一摄像头呈阵列方式排布在所述平面基板上，且所述摄像头阵列中的每一第一摄像头均呈水平角度设置，以使得在进行缺陷检测时，所述摄像头阵列中可以对待检测晶圆进行快速聚焦以及快速拍摄，并便于将若干第一摄像头中获得的图像进行拼接。

进一步，所述摄像头阵列中若干第一摄像头中部分第一摄像头具有第一放大倍率，另一部分第一摄像头具有第二放大倍率，所述第一放大倍率小于第二放大倍率，所述具有第一放大倍率的第一摄像头的数量大于具有第二放大倍率第一摄像头的数量。所述倍率较小的第一摄像头可以进行一般缺陷的检测，所述倍率更大的第一摄像头可以对待检测晶圆上的个别位置获得更大倍率和清晰的图像，以满足不同的检测需求(比如特征尺寸(CD)测量和套刻误差(overlay)测量)。

附图说明

图1为本发明一实施例晶圆检测设备的结构示意图；

图2为本发明另一实施例晶圆检测设备的结构示意图；

图3为本发明又一实施例晶圆检测设备的结构示意图；

图4为本发明又一实施例晶圆检测设备的结构示意图；

图5为本发明再一实施例晶圆检测设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种晶圆检测设备，包括：晶圆载台，用于固定待检测晶圆；摄像头阵列，所述摄像头阵列包括若干第一摄像头和至少一个第二摄像头，所述若干第一摄像头通过一次拍摄获得所述待检测晶圆整个表面对应的检测图像，所述至少一个第二摄像头在白光照射待检测晶圆表面时，获取待检测晶圆表面的反射光谱；缺陷判断模块，用于根据所述若干第一摄像头获得的检测图像，判断所述待检测晶圆的表面是否存在缺陷；膜厚或特征尺寸获取单元，用于基于所述至少一个第二摄像头获得的反射光谱获得待检测晶圆表面形成的膜层的厚度，或者用于基于所述至少一个第二摄像头获得的反射光谱获得待检测晶圆表面形成的特征图形的特征尺寸。不仅可以用于缺陷的检测，还可以用于膜厚和特征尺寸的测量，使得检测设备同时具有多种功能，并且检测设备占据的体积较小。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

参考图1，本发明一实施例提供了一种晶圆检测设备，包括：

晶圆载台101，用于固定待检测晶圆102；

摄像头阵列104，所述摄像头阵列104包括若干第一摄像头107和至少一个第二摄像头110，所述若干第一摄像头107通过一次拍摄获得所述待检测晶圆102整个表面对应的检测图像，所述至少一个第二摄像头110在白光照射待检测晶圆102表面时，获取待检测晶圆表面102的反射光谱；

缺陷判断模块108，用于根据所述若干第一摄像头107获得的检测图像，判断所述待检测晶圆102的表面是否存在缺陷；

膜厚或特征尺寸获取单元112，用于基于所述至少一个第二摄像头110获得的反射光谱获得待检测晶圆102表面形成的膜层的厚度，或者用于基于所述至少一个第二摄像头110获得的反射光谱获得待检测晶圆102表面形成的特征图形的特征尺寸。

具体的，所述晶圆载台101用于固定待检测晶圆102，所述晶圆载台101具体可以通过真空吸附、静电吸附或者机械加持的方式固定所述待检测晶圆102。具体的，所述晶圆检测设备还包括传送单元，所述传送单元用于将待检测晶圆102传送到所述晶圆载台101上，然后进行缺陷的检测。

在一实施例中，所述晶圆载台101可以移动，具体的，在进行检测图像拍摄前所述晶圆载台101可以旋转、并能沿垂直方向移动和/或沿水平方向小范围或小距离的移动(具体的所述小范围或小距离移动范围为正负10-25毫米)，以使得晶圆载台101上的待检测晶圆102与所述摄像头阵列104进行对准，所述晶圆载台101还可以在进行检测图像的拍摄时偏转使得待检测晶圆处于倾斜状态，以获得暗场图像。在具体的实施例中，所述晶圆载台101可以与相应的驱动单元或驱动装置连接，所述驱动单元或驱动装置可以驱动所述晶圆载台进行相应的动作(包括旋转、沿垂直方向小范围的移动、沿水平方向小范围的移动以及偏转)，具体的所述驱动单元或驱动装置可以为微电机与微机械的结合。

所述待检测晶圆102为进行某一特定半导体工艺后的需要进行缺陷检测、膜厚测量、和/或特征尺寸测量的晶圆。具体的，所述待检测晶圆102可以为进行光刻涂胶工艺后的晶圆，光刻显影工艺后的晶圆，刻蚀工艺(包括湿法刻蚀或干法刻蚀)后的晶圆，化学机械研磨工艺后的晶圆，化学气相沉积工艺后的晶圆，物理气相沉积后的晶圆。所述待检测晶圆102的材料可以为硅(Si)、锗(Ge)、或硅锗(GeSi)、碳化硅(SiC)；也可以是绝缘体上硅(SOI)，绝缘体上锗(GOI)；或者还可以为其它的材料，例如砷化镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物。所述待检测晶圆102的尺寸(直径)可以为6寸，8寸，12寸或18寸。

本申请中，后续对待检测晶圆102上的缺陷检测包括：检测所述待检测晶圆102表面上的形成的图形是否良好(比如图形是否完整，图形是否存在缺陷)、检测所述待检测晶圆102表面形成的膜层是否良好(比如膜层的表面形貌是否良好)、以及检测所述待检测晶圆102表面上是否存在颗粒缺陷、擦伤缺陷或者其他类型的缺陷。具体的，比如进行光刻显影工艺后对待检测晶圆102进行的显影后缺陷检测(ADI，After DevelopmentInspection)，具体包括：检测显影后的光刻胶图形是否良好，所述光刻胶图形包括作为后续刻蚀掩膜的光刻胶图形、用于测量特征尺寸(CD)的光刻胶图形、用于测量套刻误差(overlay)的光刻胶图形，以及检查是否存在颗粒缺陷、擦伤缺陷或者其他类型的光刻胶缺陷。又比如，进行刻蚀工艺后对待检测晶圆进行的刻蚀后缺陷检测(AEI，After EtchInspection)，具体包括：检测刻蚀图形是否良好，检测是否存在颗粒缺陷、擦伤缺陷或者其他类型的刻蚀缺陷。

在一实施例中，所述晶圆检测设备包括一平面基板105，若干第一摄像头107和至少一个第二摄像头110呈阵列方式排布在所述平面基板105上，形成所述摄像头阵列104。具体的所述平面基板105可以为PCB基板，所述PCB基板上具有若干连接线路，相应的线路与对应的第一摄像头或第二摄像头连接。每一个所述第一摄像头107和第二摄像头110在结构上的相同点包括：衬底，位于衬底中的图像传感器阵列，所述图像传感器阵列用于感测外部的入射的光线产生电信号，位于所述图像传感器阵列上的镜头组件，所述镜头组件用于将外部入射的光线汇聚在图像传感器阵列上并用于调节第一摄像头或第二摄像头的放大倍率和焦距。所述第一摄像头107与第二摄像头110在结构上的不同点至少包括：所述第一摄像头107的图像传感器阵列与镜头组件之间还具有彩色滤光片，而第二摄像头110是用于接收反射的白光，第二摄像头110的图像传感器阵列与镜头组件之间不设置滤光片。

所述第一摄像头107或第二摄像头110中的图像传感器阵列为CMOS图像传感器阵列或者CCD图像传感器阵列。

本实施例中，所述摄像头阵列104的尺寸与所述待检测晶圆102的尺寸对应，即所述摄像头阵列104的尺寸与所述待检测晶圆102的尺寸相等、大致相等、略大于或者略小于均可以，只需要满足所述摄像头阵列104中所述第一摄像头107加起来的视角能覆盖所述待检测晶圆102的整个表面就可以。

所述摄像头阵列104中包括若干第一摄像头107和至少一个第二摄像头110，若干第一摄像头107用于获取整个晶圆表面的对应的检测图像以用于进行缺陷的检测，第二摄像头110只需要获取待检测晶圆表面上几个位置(可以为1个位置、2个位置或3个位置等)对应的反射光谱，以用于膜厚的测量或特征尺寸的测量，因而所述第二摄像头110的数量小于或远小于所述第一摄像头107的数量，所述摄像头阵列104中第二摄像头110至少为1个，具体的所述摄像头阵列104中第二摄像头110的数量可以为第一摄像头107的1/5-1/100。在具体的实施例中，所述摄像头阵列104中第一摄像头107和第二摄像头110的总数量为9个(可以包括8个第一摄像头107和1个第二摄像头110，或者7个第一摄像头107和2个第二摄像头110，具体排布方式为9个摄像头在平面基板105上呈3x3阵列排布)，或者所述摄像头阵列104中第一摄像头107和第二摄像头110的总数量13个(可以包括12个第一摄像头107和1个第二摄像头110，或者包括10个第一摄像头107和2个第二摄像头110，或者包括9个第一摄像头107和1个第二摄像头110，具体排布方式可以为在平面基板105中间呈3x 3阵列排布9个摄像头，在四周边缘各排布1个摄像头)。所述摄像头阵列104中第一摄像头107和第二摄像头110的总数量还可以为24个(具体排布方式可以为在平面基板105中间呈4x 4阵列排布16个摄像头，在四周边缘各排布2个摄像头)，或者37个(具体排布方式可以为在平面基板105中间呈5x 5阵列排布25个摄像头，在四周边缘各排布3个摄像头)，或者69个(包括66个第一摄像头107和3个第二摄像头110，具体排布方式可以为在平面基板105中间呈7x 7阵列排布49个摄像头，在四周边缘各排布5个摄像头，如图1所示的排布方式)。需要说明的是，所述摄像头阵列104中第一摄像头107和第二摄像头110的具体数量还可以为其他的数量，排布方式也可以为其他的排布方式，具体的数量可以根据待检测晶圆102的尺寸，图像的清晰度以及检测的精度等需求进行设定，只需要满足所述摄像头阵列104中所述第一摄像头107加起来的视角能覆盖所述待检测晶圆102的整个表面就可以。

所述第二摄像头110在白光照射待检测晶圆102表面时，获取待检测晶圆表面102的反射光谱。所述白光通过点状白光，在进行检测时，所述白光垂直照射所述待检测晶圆的表面，

具体的，所述晶圆检测设备还包括白光产生单元113，用于形成点状白光114，所述点状白光从第二摄像头110的一侧垂直照射所述待检测晶圆的表面。

为了便于点状白光114的传输和垂直入射，在一实施例中，所述平面基板105上具有贯穿平面基板的至少一个穿孔111，每一个所述穿孔111位于相应的第二摄像头110的一侧，当设置有几个第二摄像头110时相应的需要设置几个穿孔111，所述白光产生单元113包括光源和透镜组，所述光源用于产生白光，所述透镜组用于将白光汇聚成点状白光114，并将点状白光114传输到平面基板105背面的穿孔111处，所述点状白光114穿过穿孔111照射待检测晶圆102的表面。所述用于产生白光的光源可以为氙气灯、氯气灯或其他卤素灯。所述透镜组包括凸透镜、凹透镜和其他光学元件的组合。

在一实施例中，所述点状白光的直径为20微米-100微米，所述点状白光的波长为200纳米-1000纳米。

由于每一个第二摄像头在获取反射光谱时均需要点状白光对待检测晶圆表面的相应位置进行照射，这样就需要设置多个白光产生单元113，这会使得白光产生部分的设计较为复杂并且体积过大，并且成本较高，因而为了简化白光产生部分的结构和减少体积，降低成本，在一实施例中，请参考图2，所述晶圆检测设备还包括光源驱动单元125，所述光源驱动单元125与所述白光产生单元113连接，用于驱动所述白光产生单元113从一个穿孔111上方移动到另一个穿孔111上方，使得点状白光114能穿过不同穿孔111对所述待检测晶圆对应的不同位置的表面进行照射，不同穿孔111处的相应的第二摄像头110获取待检测晶圆表面102对应的不同位置处的反射光谱。即多个第二摄像头110在获取反射光谱时是依次获得的，并且在获取反射光谱时，所述平面基板105(或者第二摄像头110)是固定不动的，但是所述晶圆载台101上固定的待检测晶圆102在晶圆载台101的带动下是旋转的，因而通过一个第二摄像头110可以获取与该第二摄像头110位置对应的待检测晶圆表面一圈的反射光谱，这种方式主要在进行膜厚测量时使用，从而实现对待检测晶圆表面上不同方向的多个位置的反射光谱的数据获取，提高了膜厚测量的精度，比如设置有3个第二摄像头时，晶圆每旋转45°进行一次数据的采集，晶圆旋转一周时一共可以获得待检测晶圆102表面24个位置对应的24个反射光谱数据。

在另一实施例中，参考图3，所述白光产生单元113包括分光器116，所述分光器116用于将所述经过透镜组汇聚后的点状白光分成多束点状白光114，并使每一束点状白光114传输到平面基板105背面的相应的穿孔111处，穿过相应的穿孔111照射待检测晶圆102的表面。这种方式使得多个第二摄像头110可以同时获取反射光谱，提高了反射光谱的获取效率，同时也能简化白光产生部分的结构和减少体积，降低成本。所述分光器116可以包括多个自分光结构115，每一个子分光结构位于对应的穿孔111上方。

请继续参考图1、图2或图3，所述膜厚或特征尺寸获取单元112中包括建模单元和匹配单元，所述建模单元中建立有反射光谱参数相对于薄膜厚度的第一模型或者反射光谱参数相对于特征图形的特征尺寸的第二模型，所述匹配单元用于将所述反射光谱与所述第一模型进行匹配或拟合，获得待检测晶圆表面形成的膜层的厚度，或者用于将所述反射光谱与所述第而模型进行匹配或拟合，获得待检测晶圆表面形成的特征图形的特征尺寸。根据测量对象的不同，当进行待检测晶圆102表面上膜层的厚度测量时，所述膜厚或特征尺寸获取单元112获取膜层的厚度，当进行待检测晶圆102表面上特征图形的特征尺寸测量时，所述膜厚或特征尺寸获取单元112获取特征图形的特征尺寸。

所述第一模型或第二模型可以是技术人员、工艺人员或设备人员根据经验或实验建立，或者直接采用现有已经建立的模型。

所述膜层可以为待检测晶圆表面形成的介质层、金属层、牺牲层、光刻胶层或其他材料层。所述特征图形为周期性的图形，比如具有交替排布的凹槽和凸起的图形。

继续参考图1、图2或图3，所述摄像头阵列104中所有第一摄像头107的尺寸相同(所述尺寸为第一摄像头的封装尺寸)，放大倍率相同，若干第一摄像头107呈阵列方式排布在所述平面基板105上，且所述摄像头阵列104中的每一第一摄像头107均呈水平角度设置，以使得在进行缺陷检测时，所述若干第一摄像头103中的摄像头阵列104可以对待检测晶圆102进行快速聚焦以及快速拍摄，并便于将若干第一摄像头107获得的图像进行拼接。

具体的，所述摄像头阵列104中每一个第一摄像头107的所述放大倍率为10～250倍。

采用前述的摄像头阵列104进行拍摄时，摄像头阵列104中的所有第一摄像头107采用同一倍率进行拍摄。每一个第一摄像头107都还具有各自的控制芯片(图中未示出)，所述控制芯片控制相应的第一摄像头107进行聚焦动作、倍率放大动作以及拍摄动作。所述若干第一摄像头103还可以包括总拍摄控制单元，所述总拍摄控制单元用于向各第一摄像头107中的控制芯片分别发送控制指令，比如进行聚焦的指令，进行倍率放大的指令、进行拍摄的指令等。在具体的实施例中，所述第一摄像头的聚焦可以采用相位检测自动对焦(Phase Detection Auto Focus)。

在另一实施例中，所述摄像头阵列104中若干第一摄像头107的尺寸相同，但是不同第一摄像头的放大倍率不同，具体的，参考图4，所述摄像头阵列中若干第一摄像头107中部分第一摄像头107a具有第一放大倍率，另一部分第一摄像头107b具有第二放大倍率，所述第一放大倍率小于第二放大倍率，所述具有第一放大倍率的第一摄像头107a的数量大于具有第二放大倍率第一摄像头107b的数量，两者尺寸相同。

在进行缺陷检测时，所述倍率较小的第一摄像头107a可以进行一般缺陷的检测，所述倍率更大的第一摄像头107b可以对待检测晶圆上的个别位置获得更大倍率和清晰的图像，以满足不同的检测需求(比如特征尺寸(CD)测量和套刻误差(overlay)测量)，具体的，采用更大倍率的第一摄像头107b可以对用于测量特征尺寸(CD)的光刻胶图形进行检测并获得具体的特征尺寸值、还可以对用于测量套刻误差(overlay)的光刻胶图形进行检测并获得具体的套刻误差值、或者还可以用于获得特定位置更大倍率和清晰的图像以供工艺和设备人员进行观察，即采用本申请的缺陷检测设备既可以进行一般缺陷的快速检测，还可以用于套刻误差和特征尺寸值的快速测量，提高了集成电路制作工艺中缺陷的检测效率以及相关参数的测量效率，节省整个集成电路制程需要的时间。

在一实施例中，所述第一放大倍率为10倍～250倍，所述第二放大倍率为20倍～300倍。

在一实施例中，所述若干具有第二放大倍率的第一摄像头107b位于摄像头阵列104中的多个特定位置，所述具有第二放大倍率的第一摄像头107b的数量大于等于2个。

在一具体的实施例中，请继续参考图4，所述具有第二放大倍率的第一摄像头107b的数量为3个，所述三个具有第二放大倍率的第一摄像头107b分别位于所述摄像头阵列104的中心、边缘以及中心和边缘之间的位置。在其他实施例中，所述具有第二放大倍率的第一摄像头107b的数量也可以为5个(5个具有第二放大倍率的第一摄像头107b在摄像头阵列104中间分布1个边缘分布4个)或9个(9个具有第二放大倍率的第一摄像头107b在摄像头阵列104中呈九宫格分布)。在进行缺陷检测时，可以只用具有第二放大倍率的第一摄像头107b检测待检测晶圆102上的对应的几个位置，提高检测的效率。

在一实施例中，采用前述所述的若干第一摄像头107对待检测晶圆102的表面进行拍摄时，所述具有第一放大倍率的第一摄像头107a和具有第二放大倍率的第一摄像头107b开始均采用同一倍率(第一倍率)进行拍摄，获得若干第一检测图像，用于一般缺陷检测；然后，所述具有第二放大倍率的第一摄像头107b增大倍率(第二倍率，所述第二倍率大于第一倍率)进行拍摄，获得若干第二检测图像，所述获得若干第二检测图像可以用于单独的观测或测量，比如用于特征尺寸(CD)测量和套刻误差(overlay)测量，从而使得一般缺陷检测以及特征尺寸(CD)测量和套刻误差(overlay)测量都在一个设备上进行，提高了量测效率。在具体的实施例中，在所述待检测晶圆102的特定位置(特定位置为与摄像头阵列104中一个第一摄像头107b对应的位置)上形成用于特征尺寸测量的图形(CD bar)和用于套刻误差测量的图形(overlay mark)。

在其他实施例中，采用前述所述的若干第一摄像头对待检测晶圆的表面进行拍摄时，可以仅采用具有第一放大倍率的第一摄像头107a进行拍摄。

在具体的实施例中，在采用摄像头阵列104中的若干第一摄像头进行拍摄获取待检测晶圆整个表面对应的检测图像前或者第二摄像头110获取反射光谱前，还需要进行摄像头阵列104与待检测晶圆102的对准，使得待检测晶圆102的位置能与摄像头阵列104上的第一摄像头107和第二摄像头110位置对应。由于晶圆载台101的初始位置是已知的，并且摄像头阵列104上各第一摄像头107之间以及第一摄像头107与第二摄像头110之间的位置是固定的，待检测晶圆102上缺口(notch)的位置是固定的，因而在获取待检测晶圆整个表面对应的检测图像前，采用摄像头阵列104获取待检测晶圆边缘的图像，通过相应的图像处理工艺即可获得待检测晶圆102上的缺口(notch)相对于晶圆载台101的位置，通过调整晶圆载台101的位置，即可使得晶圆载台101上的待检测晶圆102与摄像头阵列104上的第一摄像头107和第二摄像头建立位置联系，使得待检测晶圆102的位置能与摄像头阵列104上的第一摄像头107和第二摄像头110的位置对应。

所述晶圆检测设备还包括图像拼接单元106，在一实施例中，请参考图1、图2或图3，当所述摄像头阵列104中每一个第一摄像头107的尺寸相同，放大倍率相同，且在对待检测晶圆102的表面进行拍摄时，所述摄像头阵列104中的所有第一摄像头107均采用同一倍率进行拍摄时，所述图像拼接单元106用于将所述摄像头阵列104中的所有第一摄像头107在同一倍率下获得的若干图像进行拼接获得待检测晶圆整个表面对应的检测图像。在另一实施例中，请参考图4，当所述摄像头阵列104中的若干第一摄像头107包括具有第一放大倍率的若干第一摄像头107a和具有第二放大倍率的若干第一摄像头107b，对待检测晶圆102的表面进行拍摄时，所述第一摄像头107a和第一摄像头107b开始均采用同一倍率(第一倍率)进行拍摄，获得若干第一检测图像时，所述图像拼接单元106用于将所述若干第一检测图像进行拼接获得待检测晶圆整个表面对应的检测图像。

在一实施例中，所述图像拼接单元106进行拼接包括图像预处理步骤、图像配准步骤、建立变化模型步骤、同一坐标变化步骤和融合重构步骤。

具体的，所述图像预处理步骤，包括数字图像处理的基本操作(如去噪、边缘提取、直方图处理等)、建立图像的匹配模板以及对图像进行某种变换(如傅里叶变换、小波变换等)等操作。

所述图像配准步骤，就是采用一定的匹配策略或算法，找出待拼接图像中的模板或特征点在参考图像中对应的位置，进而确定两幅图像之间的变换关系。

在一实施例中，所述图像配准采用的算法可以采用基于频域的方法(相位相关方法)和基于时域的方法。其中，基于时域的方法又可具体分为基于特征的方法和基于区域的方法。基于特征的方法首先找出两幅图像中的特征点(如边界点、拐点、角点)，并确定图像间特征点的对应关系，然后利用这种对应关系找到两幅图像间的变换关系，这一类方法不直接利用图像的灰度信息，因而对光线变化不敏感，但对特征点对应关系的精确程度依赖很大。基于区域的方法是以一幅图像重叠区域中的一块作为模板，在另一幅图像中搜索与此模板最相似的匹配块，这种算法精度较高。

所述建立变换模型步骤，根据模板或者图像特征之间的对应关系，计算出数学模型中的各参数值，从而建立两幅图像的数学变换模型。

所述统一坐标变换步骤，根据建立的数学转换模型,将待拼接图像转换到参考图像的坐标系中完成统一坐标变换。

所述融合重构步骤，将待拼接图像的重合区域进行融合得到拼接重构的平滑无缝全景图像。

在一实施例中，所述图像拼接单元106包括图像处理芯片，所述图像拼接单元106可以安装在所述平面基板105上，通过平面基板105上的若干线路与对应的第一摄像头107连接，能进一步减小若干第一摄像头103占据的体积。

在一实施例中，所述缺陷判断模块108包括标准单元和比较单元，所述标准单元中存储有标准晶圆图像或者无缺陷晶圆图像，所述比较单元用于将若干第一摄像头获得的检测图像与标准晶圆图像或者无缺陷晶圆图像进行比较或匹配，进而判断检测图像上是否存在缺陷以及缺陷的位置，从而判断待检测晶圆的表面是否存在缺陷。

在另一实施例中，所述缺陷判断模块108可以包括区域划分单元和比较单元，所述区域划分单元将所述检测图像划分为若干尺寸相同的若干待比较区域(在没有缺陷时，若干待比较区域上的图形和图案是相同的或重复的)，所述比较单元用于将相邻的几个待比较区域进行比较，找出相邻的几个待比较区域中的不同点所在的位置即为存在缺陷的位置。

需要说明的是，所述缺陷判断模块108针对检测图像可以采用其他的方法或方式来判断检测图像上是否存在缺陷。

所述标准晶圆图像或者无缺陷晶圆图像为待检测晶圆在进行某一特定半导体工艺后，表面不存在缺陷时获取的图像。

在一实施例中，请参考图5，所述晶圆检测设备还包括照明光源109，所述照明光源109用于在进行检测时对待检测晶圆102的表面进行照明。本实施例中，所述照明单元109设置于晶圆载台101和平面基板105的一侧，在进行缺陷检测时，所述晶圆载台101可以偏转使得待检测晶圆102处于倾斜状态，同时所述照明单元109对待检测晶圆102的表面进行照明，所述若干第一摄像头107通过一次拍摄获得待检测晶圆整个表面对应的具有暗场(darkfield)的检测图像。在一实施例中，所述照明单元109可以环绕所述晶圆载台101和平面基板105旋转。在另一实施例中，所述照明单元109的数量可以为多个(大于等于2个)，多个照明单元109均匀(等角度)分布在晶圆载台101和平面基板105的周围。

在其他实施例中，所述照明光源可以直接设置于摄像头阵列104中第一摄像头107的一侧，在进行拍摄时，对待检测晶圆102的正面进行照明，所述若干第一摄像头107通过一次拍摄获得待检测晶圆整个表面对应的具有明场(bright field)的检测图像。

所述若干第一摄像头103通过一次拍摄获得待检测晶圆102整个表面对应的检测图像，因而在进行检测图像的获取时所述晶圆载台101无需进行扫描移动(沿水平方向移动)，并且本申请中所述晶圆载台101仅需在与摄像头阵列104进行对准时沿垂直方向和/或沿水平方向小范围或小距离移动，因而晶圆载台101和相应的驱动单元或驱动装置体积可以较小，加上摄像头阵列104占据的体积也较小，进而减小整个晶圆检测设备占据的体积，并能减少能耗(驱动体积小减少能耗)。并且本申请中，待检测晶圆102整个表面对应的检测图像获取是通过若干第一摄像头103一次拍摄获得，所述缺陷判断模块108根据若干第一摄像头103获得的检测图像，判断待检测晶圆102的表面是否存在缺陷，在进行缺陷检测时，检测图像获取的时间极大的减少(一次瞬态成像)，提高了缺陷检测的效率，降低成本(摄像头阵列相比于光学扫描放大镜的成本大幅减小)。

本发明的前述晶圆检测设备，不仅可以用于缺陷的检测，还可以用于膜厚和特征尺寸的测量，使得检测设备同时具有多种功能，并且检测设备占据的体积较小。在一实施例中，为了减少检测过程中的相互干扰，以进一步提高检测的精度，所述第一摄像头107获取检测图形的过程与所述第二摄像头110获取反射光谱的过程不同时进行，具体的可以先进行所述第一摄像头107获取检测图形的过程，后进行所述第二摄像头110获取反射光谱的过程，或者先进行所述第二摄像头110获取反射光谱的过程，后进行所述第一摄像头107获取检测图形的过程，后续缺陷判断模块进行缺陷的判断过程与膜厚或特征尺寸获取单元获取膜厚或特征尺寸的过程可以同时进行。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，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的保护范围。

Claims (13)

1.一种晶圆检测设备，其特征在于，包括：

晶圆载台，用于固定待检测晶圆；

摄像头阵列，所述摄像头阵列包括若干第一摄像头和至少一个第二摄像头，所述若干第一摄像头通过一次拍摄获得所述待检测晶圆整个表面对应的检测图像，所述至少一个第二摄像头在白光照射待检测晶圆表面时，获取待检测晶圆表面的反射光谱；

缺陷判断模块，用于根据所述若干第一摄像头获得的检测图像，判断所述待检测晶圆的表面是否存在缺陷；

膜厚或特征尺寸获取单元，用于基于所述至少一个第二摄像头获得的反射光谱获得待检测晶圆表面形成的膜层的厚度，或者用于基于所述至少一个第二摄像头获得的反射光谱获得待检测晶圆表面形成的特征图形的特征尺寸。

2.如权利要求1所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述晶圆检测设备还包括一平面基板，若干第一摄像头和至少一个第二摄像头呈阵列方式排布在所述平面基板上，形成所述摄像头阵列。

3.如权利要求2所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述晶圆检测设备还包括白光产生单元，所述白光产生单元用于形成点状白光，所述点状白光从第二摄像头的一侧垂直照射所述待检测晶圆的表面。

4.如权利要求3所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述平面基板上具有贯穿平面基板的至少一个穿孔，每一个所述穿孔位于相应的第二摄像头的一侧，所述白光产生单元包括光源和透镜组，所述光源用于产生白光，所述透镜组用于将白光汇聚成点状白光，并将点状白光传输到平面基板背面的穿孔处，所述点状白光穿过穿孔照射待检测晶圆的表面。

5.如权利要求4所述的晶圆检测设备，其特征在于，晶圆检测设备还包括光源驱动单元，所述光源驱动单元与所述白光产生单元连接，用于驱动所述白光产生单元从一个穿孔上方移动到另一个穿孔上方，使得点状白光能穿过不同穿孔对所述待检测晶圆对应的不同位置的表面进行照射，不同穿孔处的相应的第二摄像头获取待检测晶圆表面对应的不同位置处的反射光谱。

6.如权利要求4所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述白光产生单元包括分光器，所述分光器用于将经过透镜组汇聚后的点状白光分成多束点状白光，并使每一束点状白光传输到平面基板背面的相应的穿孔处，穿过相应的穿孔照射待检测晶圆的表面。

7.如权利要求3所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述点状白光的直径为20微米-100微米，所述点状白光的波长为200纳米-1000纳米。

8.如权利要求1所述的晶圆检测设备，其特征在于，膜厚或特征尺寸获取单元中包括建模单元和匹配单元，所述建模单元中建立有反射光谱参数相对于薄膜厚度的第一模型或者反射光谱参数相对于特征图形的特征尺寸的第二模型，所述匹配单元用于将所述反射光谱与所述第一模型进行匹配或拟合，获得待检测晶圆表面形成的膜层的厚度，或者用于将所述反射光谱与所述第二模型进行匹配或拟合，获得待检测晶圆表面形成的特征图形的特征尺寸。

9.如权利要求2所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述摄像头阵列的尺寸与所述待检测晶圆的尺寸对应。

10.如权利要求2所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述摄像头阵列中所有第一摄像头的尺寸相同，放大倍率相同；所述晶圆检测设备还包括图像拼接单元，所述图像拼接单元用于将所述摄像头阵列中的所有第一摄像头在同一倍率下获得的若干图像进行拼接获得待检测晶圆整个表面对应的检测图像。

11.如权利要求2所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述摄像头阵列中若干第一摄像头中部分第一摄像头具有第一放大倍率，另一部分第一摄像头具有第二放大倍率，所述第一放大倍率小于第二放大倍率，所述具有第一放大倍率的第一摄像头的数量大于具有第二放大倍率第一摄像头的数量。

12.如权利要求6所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述的若干第一摄像头对待检测晶圆的表面进行拍摄时，所述具有第一放大倍率的第一摄像头和具有第二放大倍率的第一摄像头开始均采用第一倍率进行拍摄，获得若干第一检测图像；然后，所述具有第二放大倍率的第一摄像头增大倍率至第二倍率进行拍摄，获得若干第二检测图像。

13.如权利要求1所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述晶圆载台可以旋转、垂直方向移动、水平方向移动、偏转。