一种晶圆目标边界几何定位方法及设备与流程

本发明涉及晶圆检测，特别是一种晶圆目标边界几何定位方法及设备。

背景技术：

1、在半导体制造的划片、清洗和检测等工艺环节中，晶圆边缘的残胶、划痕以及缺损检测对于保证芯片良率至关重要。传统的晶圆边缘检测算法通常基于单边提取算子（如canny算子、sobel算子或传统的局部灰度阈值分割法）。

2、这些单边检测算法假设晶圆目标工艺边界是一个高对比度且连续的单一几何边缘。然而，在实际晶圆制造的在线工业相机采集环境下，成像存在诸多干扰：

3、环境型成像扰动：由于现场光源强度微调或反射率变化导致的曝光与照明波动、镜头轻微失焦或焦平面偏移引起的离焦模糊、以及读出电路产生的传感器高频随机噪声，这会导致目标边界的对比度发生剧烈衰减，边缘过渡区变得平滑、模糊甚至物理断裂。传统的单边检测算法在面对此类环境型干扰时，极易丢失真正的目标边界，导致丢线和漏检。

4、几何型干扰：晶圆表面常随机分布有不规则的残胶碎屑、微小划痕等成像干扰。这些几何干扰在灰度空间上同样呈现出高强度的局部梯度响应。由于传统的单边检测算法缺乏对宏观物理结构的判别和过滤机制，无法区分局部划痕与真正的工艺边界，极易将划痕等噪声边缘误判为目标工艺边界，导致误检。

5、因此，传统的单边检测算法在实际相机成像扰动适应性上面临巨大的技术瓶颈。亟需一种能够适应离焦模糊、光照波动和高频噪点干扰，且能够自适应过滤复杂几何伪边缘，实现高稳健性、高精度锁定的晶圆目标边界几何定位方法。

技术实现思路

1、在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、为解决现有技术中能够适应自然成像干扰并高精度锁定晶圆目标边界的问题，本发明的一个目的在于提供一种晶圆目标边界几何定位方法，包括获取待测晶圆的目标图像，并在所述目标图像中提取多个目标候选边缘；遍历各所述目标候选边缘并将其作为当前候选边缘，从其余所述目标候选边缘中检索满足预设相对几何约束的待匹配候选边缘，将满足预设相对几何约束的待匹配候选边缘记作所述当前候选边缘的伴随候选边缘；基于所述当前候选边缘与所述伴随候选边缘之间的相对关系特征，确定用于表征带状拓扑匹配程度的所述当前候选边缘的拓扑关联评估值；基于每一所述当前候选边缘自身的图像特征和其对应的拓扑关联评估值，对多个所述目标候选边缘进行筛选，将其中符合目标匹配度的当前候选边缘确定为晶圆目标工艺边界。

3、作为本发明晶圆目标边界几何定位方法的一种优选方案，其中：预设相对几何约束包括：空间距离约束、夹角约束、平行度约束、以及投影重叠度约束中的至少一种；其中，判定满足投影重叠度约束的步骤包括：计算所述当前候选边缘与待匹配候选边缘沿所述当前候选边缘的延伸方向的投影重叠长度，并当投影重叠长度占所述当前候选边缘与待匹配候选边缘中较短边缘线段长度的比例大于预设比例阈值时，判定满足投影重叠度约束。

4、作为本发明晶圆目标边界几何定位方法的一种优选方案，其中：所述从其余所述目标候选边缘中检索满足预设相对几何约束的待匹配候选边缘，并作为所述当前候选边缘的伴随候选边缘，包括：以所述当前候选边缘为基准向两侧展宽，构建具有工艺预设宽度的检索区域；在检索区域内检索与所述当前候选边缘之间的夹角小于预设夹角阈值的待匹配候选边缘，并将其作为所述当前候选边缘的所述伴随候选边缘。

5、作为本发明晶圆目标边界几何定位方法的一种优选方案，所述相对关系特征包括：所述伴随候选边缘的图像特征、以及所述当前候选边缘与所述伴随候选边缘之间的相对空间几何特征中的至少一种；其中，所述相对空间几何特征包括所述当前候选边缘与所述伴随候选边缘之间的相对几何偏差；其中，图像特征包括所述伴随候选边缘的梯度强度、以及所述当前候选边缘与所述伴随候选边缘两侧的边缘局部邻域的灰度变化方向所确定的灰度极性特征，当灰度变化方向符合工艺配方定义的目标区域亮暗对应关系时，判定满足灰度极性硬约束。

6、作为本发明晶圆目标边界几何定位方法的一种优选方案，所述基于所述当前候选边缘与所述伴随候选边缘之间的相对关系特征，确定所述当前候选边缘的拓扑关联评估值，包括：若所述拓扑关联评估值表现为拓扑匹配评分，则所述拓扑关联评估值与所述梯度强度呈正相关，且随着所述相对几何偏差增加而呈单调降低；或者，若所述拓扑关联评估值表现为拓扑匹配代价，则所述拓扑关联评估值与所述梯度强度呈负相关，且随着所述相对几何偏差的增加而呈单调升高。

7、作为本发明晶圆目标边界几何定位方法的一种优选方案，所述基于每一所述当前候选边缘自身的图像特征和其对应的所述拓扑关联评估值，对多个所述目标候选边缘进行筛选并选取符合目标匹配度的以确定为晶圆目标工艺边界，包括：利用硬约束门控函数对多个所述目标候选边缘进行一票否决式预筛选；对于通过预筛选的每一所述当前候选边缘，结合其自身的图像特征和其对应的拓扑关联评估值，进行加权正向奖励和负向惩罚项运算，获得综合评估得分；将综合评估得分与硬约束门控函数的输出值相乘，获得每一所述当前候选边缘的最终匹配度评分，并选择最终匹配度评分最高的一条所述当前候选边缘作为晶圆目标工艺边界。

8、作为本发明晶圆目标边界几何定位方法的一种优选方案，硬约束门控函数由区域门控项、角度门控项、极性门控项和置信度门控项相乘构建；其中，区域门控项、角度门控项、极性门控项和置信度门控项分别用于判定所述当前候选边缘是否完全位于工艺限定的搜索区域内、其角度是否在合格范围内、其两侧边缘局部邻域的灰度变化方向是否满足灰度极性硬约束、以及其基础置信度是否通过预设门限，当且仅当各门控项均满足约束时，硬约束门控函数输出有效值，否则输出无效值。

9、作为本发明晶圆目标边界几何定位方法的一种优选方案，在确定晶圆目标工艺边界之后，针对因成像扰动造成的断裂边缘，还包括参数重构步骤：将方向偏差及空间距离偏差均在预设偏差范围以内、且沿各断裂边缘的延伸方向的间隙小于预设间隙值的多个断裂边缘片段归为同一候选组，重新组织成候选点集；从候选点集中，利用迭代抽样与一致性检验机制剔除局部孤立干扰点和噪声点，得到用于拟合的内点集合；在内点集合上，利用最小化加权正交距离平方和的加权总最小二乘拟合算法，生成最终的工艺边界几何参数。

10、作为本发明晶圆目标边界几何定位方法的一种优选方案，所述参数重构步骤还包括：基于各内点的梯度强度和极性一致性确定内点权重，利用内点权重对内点集合进行加权协方差矩阵的特征值分解，以求解得到作为所述工艺边界几何参数的单位法向量及直线距离参数；将所有内点投影到由单位法向量确定的直线方向向量上，利用双端预设的下侧百分位数和上侧百分位数作为有效投影范围的边界截断值，计算生成晶圆目标工艺边界在图像中的起点物理坐标和终点物理坐标。

11、本发明的另一个目的是提供一种电子设备，包括存储器和处理器；所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述的晶圆目标边界几何定位方法。

12、本发明的有益效果：本发明通过遍历提取到的多个目标候选边缘并检索其伴随候选边缘，基于两者之间的相对关系特征来评估带状拓扑匹配程度，从而结合目标候选边缘自身的图像特征与拓扑关联评估值对目标候选边缘进行多维度筛选；该方法打破传统单边检测对单一局部像素梯度的过度依赖，利用晶圆残胶带等工艺边界物理上特有的双边界空间拓扑伴随结构作为唯一的物理身份标识，将其转化为几何与极性软硬约束过滤器；在面临离焦模糊、曝光波动、传感器噪声等环境型成像扰动导致边缘退化时，依然能够依靠双轨空间耦合约束精准锁定目标，同时能够自然抑制和过滤不具备双轨平行伴随特征的划痕、伪边缘等复杂几何型干扰，实现高鲁棒性与可靠的晶圆工艺边界定位。