服务热线
0769-28680919
153-2293-3971 / 177-0769-6579
晶圆经过化学机械抛光后,侧壁角度(Sidewall Angle)的精确测量是保证后续光刻、刻蚀工艺良率的关键。与传统的破坏性扫描电子显微镜抽检不同,基于机器视觉的在线测量系统,核心在于解决“如何用光学方法看清并测准一个倾斜、微小的立面”。其关键在于倾斜照明与成像,并结合高速图像处理来恢复真实的几何尺寸。

1. 为什么侧壁角度难以测量?
在CMP工艺后,晶圆表面的沟槽或铜互连结构具有以下特点,给视觉测量带来挑战:
目标面倾斜且隐蔽:侧壁是近乎垂直于晶圆表面的立面,传统的自上而下(垂直)成像方式只能看到顶部,无法捕捉侧壁的轮廓。
景深不足:当试图用显微镜倾斜观察时,由于光学景深的限制,侧壁的顶部和底部无法同时清晰对焦。
物理变形:CMP过程中,晶圆受到压力和旋转力,本身会产生微米级的弯曲(约10μm)和极小的倾角(约10⁻⁵度),这进一步增加了测量的不确定性。
2. 核心技术方案:沙姆成像
为了解决上述问题,沙姆成像是目前机器视觉检测复杂3D结构的主流方案。其核心原理是倾斜焦平面:通过调整镜头平面、传感器平面和被测物体平面,使三者交汇于一条直线。这使得即使侧壁是倾斜的,系统也能在整个视场范围内获得清晰的对焦图像。
硬件组成:
相机与镜头:通常采用定制化的倾斜安装支架,将相机以特定角度对准晶圆边缘或沟槽侧壁。
光源:需要配合特定的光源角度,以增强侧壁的边缘对比度。
关键优势:相比于缩小光圈(会损失分辨率)来增加景深,沙姆成像能在保持高分辨率的同时,将“实际可用景深”扩展3-10倍。
3. 关键算法与处理单元
获取倾斜的清晰图像只是第一步,为了得到精确的角度数据,系统必须集成强大的图像预处理能力,通常通过FPGA(现场可编程门阵列)硬件加速来实现,以避免占用主CPU资源。
失真校正:倾斜拍摄会产生严重的梯形透视畸变(近大远小),直接影响角度计算。系统需要在硬件端运行实时失真校正算法,将图像坐标映射回物理坐标,处理时间通常需低于5毫秒,以达到亚像素级精度。
对比度增强:由于倾斜角度和光路变化,图像边缘对比度可能不均。基于FPGA的算法可以实时调整不同区域的增益,将对比均匀度提升80%以上,确保侧壁边缘锐利,便于后续的直线拟合。
角度计算:提取校正后的侧壁边缘轮廓点,通过最小二乘法拟合直线,计算该直线与水平衬底的夹角,即为侧壁角度。
4. 系统架构与集成
在实际的CMP产线中,该系统通常需要与自动化设备联动。典型的系统架构包括以下部分:
传感器触发:晶圆抛光后,位置传感器发送信号触发视觉系统。
多角度采集:由于侧壁方向各异,系统可能通过多个相机从不同角度同时采集图像。
边缘计算平台:使用搭载高性能工业相机(全局快门,避免运动模糊)和多核处理器的工控机(如研华IPC系列),配合视觉软件(如VisionNavi)进行缺陷判定。若检测到侧壁角度异常(超出工艺窗口),系统发出“NG”信号,将晶圆剔除以避免流入下一道工序。
5. 技术对比:为什么不用SEM?
在先进制程(如22nm及以下)中,由于工艺窗口急剧缩小,对侧壁角度的控制要求极为严苛。
传统SEM(扫描电子显微镜):虽然精度极高,但存在抽检时间长、破坏性、无法在线全检的问题。
机器视觉方案:上述基于沙姆成像的光学方案属于非破坏性、非接触测量,能够实现100%在线全检,虽然其物理极限分辨率目前仍略逊于SEM,但对于CMP后微米级甚至亚微米级的结构测量,配合亚像素算法已经足够满足量产监控需求。
晶圆CMP后的侧壁角度机器视觉测量系统,本质是一个 “光、机、电、算”一体化的精密仪器。它利用沙姆光学原理突破了传统显微镜的景深限制,利用FPGA硬件加速解决了倾斜图像失真的实时校正难题,从而实现了在高速生产中对三维微观结构的高精度、非接触式测量。
晶圆预对准机器视觉检测系统
2026-11-01
晶圆预对准是半导体制造中光刻、刻蚀、检测等工艺前的关键步骤。其核心目标是在晶圆被传输到工艺腔室(如光刻机工件台)之前,将晶圆的圆心定位到机械手已知的中心位置,并将缺口(Notch)或平边(Flat)旋转到预设的固定角度。
倒装芯片对位凸点高度视觉检测系统
2026-11-01
随着先进封装向高密度、细间距发展,凸点尺寸已缩小至20~100μm,这对检测系统提出了微米乃至亚微米级的分辨力要求。传统接触式测量或2D视觉已无法满足需求,因为它们难以应对高反光、透明或陡峭的凸点表面,也无法提供键合所必需的高度信息。
芯片引线键合焊点机器视觉定位系统
2026-11-01
芯片引线键合焊点机器视觉定位系统是半导体封装后道工序中的核心环节,它通过非接触式的光学成像与图像处理算法,为键合机提供高精度的芯片、焊盘及引线框架的位置坐标,引导劈刀完成微米级的精确键合。随着芯片向高密度、细间距方向发展,视觉定位系统的精度与速度已成为决定封装良率的关键。
芯片MEMS传感器防水密封点胶视觉检测系统
2026-10-22
MEMS传感器对气密性和洁净度要求极高,传统点胶方式难以兼顾微米级精度与良率稳定性。当前主流方案是将高精度喷射阀、多视觉检测与智能工艺闭环整合,实现从定位、点胶到检测的全流程自动化。
官方公众号
官方抖音号Copyright © 2022 东莞康耐德智能控制有限公司版权所有.机器视觉系统 粤ICP备2022020204号-1 联系我们 | 网站地图