CN101467023A - 晶片斜面检查机构 - Google Patents

Abstract

此处公开了一种用于捕获晶片边缘成斜面表面的图像的成像传感器。该成像传感器与晶片边缘对准以使得在成像传感器的视野深度范围内的斜面区域最大化。可以使用一个或多个传感器以捕获晶片边缘的图像。

Description

晶片斜面检查机构

技术领域

本发明一般涉及使用行扫描照相机从半导体晶片边缘的斜面(bevel)处捕获缺陷数据的机构和方法。

背景技术

由于很多致使半导体晶片上的小片(die)变得不可用的缺陷产生于晶片边缘，所以检查晶片的边缘以识别缺陷和确定它们的来源从而提高可用小片的产量是重要的。

使用成像装置(照相机)检查半导体晶片的边缘是已知的，该成像装置被设置在晶片的上方和下方并且被定位成使得其光学路径与晶片的上下表面基本垂直。其它成像装置被定位成使得它们的光学路径基本上在晶片自身所定义的平面内。这样，基本上所有的晶片边缘区域都可以被成像。图2示意性地示出晶片W的边缘区域，其具有边缘顶部区(ET)，顶部边缘斜面区(TE)，边缘垂直区(EN)，底部边缘斜面(BE)和边缘底部区(EB)。注意，所示的晶片W具有成斜面的边缘B。术语＂斜面(bevel)＂和＂边缘＂此处可以互换使用以指代晶片W的边缘的不同区域，但是术语＂边缘顶部＂，＂顶部边缘斜面＂，＂边缘垂直＂，＂底部边缘斜面＂和＂边缘底部＂将用于描述晶片边缘的特定区或区域。

如图1a和1b所示，当半导体晶片的边缘的多个部分落在成像装置的景深(depth-of-field)之外，很难迅速并可靠地检查晶片边缘，这是因为在景深D之外的那些部分将对焦不准，并且可能发现假性缺陷或者错过真实缺陷。

因此，需要一种光学晶片检查系统，其能以高分辨率迅速并可靠地获得关于半导体晶片的边缘、特别是关于晶片边缘的斜面表面的检查数据。

发明内容

此处公开了一种用于捕获晶片边缘的成斜面的表面(beveledsurface)的图像的成像传感器。该成像传感器与晶片的成斜面的边缘基本对准以使得在该成像传感器的视野深度范围内的斜面面积最大化。

附图说明

图1a和1b是示出成像传感器的视场如何不能包含晶片斜面的整个表面的示意图；

图2是晶片斜面区域的示意截面图；

图3是具有两个成像传感器的晶片斜面检查系统的实施例的示意前视图；

图4是具有晶片斜面成像传感器和边缘垂直成像传感器的检查系统的实施例的示意俯视图；

图5是将边缘斜面成像传感器相对于晶片边缘成一倾角设置的实施例的示意俯视图；

图6是将边缘斜面成像传感器相对于晶片边缘成一倾角设置并且还包括边缘垂直成像传感器的实施例的示意俯视图；

图7是其中成像传感器相对于晶片具有两个截然不同的位置的实施例的示意俯视图；

图8是其中转动成像传感器以捕获基本上整个晶片斜面区域的图像的实施例的示意前视图。

具体实施方式

下面，对本发明的详尽描述参考作为其一部分的附图，在附图中为了说明示出可以实施本发明的具体实施例。在附图中相同的附图标记在所有视图中表示基本相似的组件。这些实施例描述地足够详尽，以使得本领域技术人员能够实施本发明。在不脱离本发明的范围的情况下可以使用其它实施例，并且可以做出结构的、逻辑的和电气的改变。因此下列的详细描述并不意味着限制，本发明的范围仅由所附的权利要求书和其等价物来限定。

如图3所示，晶片W支撑在晶片支架24和转动台20上，该转动台20相对于一个或多个检查传感器10转动晶片W，特别是晶片W的斜面B。通过将转动台20安装到或者以其他方式将晶片支架24耦合到如图3所示的垂直调整机构22，转动台20本身可以适于沿着垂直轴(优选的是转动台20的转动轴21)移动。注意，虽然图3示出了两个检查传感器10，但是应当理解的是可以使用一个、三个或者任意合适数目的检查传感器10。从图3可以看出，安装检查传感器10(成像装置)从而使得检查传感器10的光轴12尽可能地接近垂直于半导体晶片W的边缘斜面B。如果斜面B是平坦的或接近于平坦的，那么确定晶片斜面的角度并定位检查传感器10以便与之垂直是相对简单的。晶片W可能具有其斜面B为许多不同形状的边缘，包括但不限于斜切的(chamfered)(如图所示)、圆的、外圆角椭圆的(bull nose elliptical)、甚至是方形的。注意，由于晶片W制造过程中的变化，晶片边缘可以在形状上有所变化或可以通过设计而发生变化。在晶片W的斜面B是曲线的(curvilinear)实施例中，检查传感器10的光轴12将被放置为近似垂直于大致为晶片斜面B的曲线形状的主轴的线。在这种情况下或者晶片斜面B基本是直线(rectilinear)(斜切的)的情况下，定位检查传感器10以便使得落入检查传感器10的视野深度或景深D内的晶片斜面B的表面面积或其它选定边缘区域最大化。

检查传感器10至少包括用于捕获晶片W的光学图像的光学传感器11和可以包括一个或多个物镜15或其它光学元件(未示出)的光学系统14。合适的检查传感器10的例子在2004年7月14日提交的题为EdgeNormal Process的美国专利申请号10/890692中示出，该专利申请被共同受让并在此引入以供参考。

光学传感器11可以是区域扫描型(area scan type)的，例如CCD或CMOS型光学传感器，或者可以是行扫描型的，例如行扫描传感器或TDI传感器。注意，在一些实施例中，检查传感器10可以包括被物理或电子“掩蔽”以用作行扫描型光学传感器的区域扫描光学传感器11。对区域扫描光学传感器15的掩蔽包括将传感器的输出限制到传感器的一行或者仅几行，从而使得区域扫描光学传感器的输出是来自基本为一行像素的数据。

检查传感器10的光学系统14适于向光学传感器11提供可用图像。典型地，该光学系统将包括标准显微镜型物镜14，并且在一些实施例中将包括多个具有各种放大等级的这种物镜14，例如，仅举例说明，1x、2x、5x、和10x物镜。在一些实施例中，光学系统14可以包括特别适用于与行扫描或TDI光学传感器11一起使用的物镜15。在一个实施例中，光学系统14包括打算与行扫描或TDI光学传感器11一起使用的一个或多个圆柱形光学元件15。在提供多个物镜或者光学元件15的情况下，可以手动地改变或切换这些光学元件，但是优选地将这样的光学元件安装在转盘或滑动装置(未示出)上以允许自动修改检查传感器10的放大倍数。

通过给物镜15提供本领域所熟知类型的整体聚焦机构，可以实现光学系统14的聚焦和/或通过将整个检查传感器10安装在线性致动器16上以使检查传感器10通常朝向和远离晶片W的斜面B移动，从而在检查传感器10的景深内的斜面B的选定区域或选定区(area)保持不变，可以提供光学系统14的聚焦。任选地，检查传感器10也可以被耦合到转动致动器(图中以箭头19示出)。该致动器19可以用来将检查传感器10的光学系统14和斜面B的选定区域对准。

图3示意性地示出耦合到可移动底座21的两个检查传感器10。可移动底座21被耦合到检查系统的底盘(未示出)并向检查传感器10提供支撑。底座21可以配备有线性或转动致动器(以箭头23示意性示出)，所述致动器适于将检查传感器10相对于晶片支架24移动，该支架24在转动时通常处于固定位置。这样，可移动底座21能够将检查传感器10基本上一直保持在相对于晶片斜面B的适当位置。当晶片W已经被偏离中心地安装在晶片支架24上时，这是有用的。另外，可以通过线性致动器16动态定位检查传感器10以保持检查传感器10处于所希望的位置，在该位置处可以垂直地移位晶片斜面B。图4示出包括斜面位置传感器17的一个这样的实施例，斜面位置传感器17实时获得关于斜面B在垂直方向和/或径向的位置的位置信息。在一些实施例中，省略该传感器17，并且通过先前的检查获得关于斜面B在垂直方向和/或径向的位置的数据，所述先前的检查例如晶片W的上表面的2D/3D检查。可选地，该晶片支架24可以是真空吸盘，该吸盘将晶片W吸得与其基本平坦的表面接触，从而使晶片W变平到使得不必考虑调整检查传感器10在大致垂直的方向上的位置就可以进行对斜面B的检查，即可以省略线性致动器16。

可移动底座21在图3中被示出为单一部件。然而，在其它实施例，底座21可以包括分别支撑相应检查传感器10的相应底座21a和21b。在一些实施例中，底座21支撑多个检查传感器10，该多个检查传感器10定位成以模块的方式检查斜面B的特定区域，例如每个都专用于检查斜面B的特定区域的传感器10被安装在相应的单个可移动底座21上。底座21的其它变型涉及包括适于移动一个或多个检查传感器10通过如图8所示的弧(简单或复杂)的转动促动器。在图8中，右方所示的检查传感器10通过底座21移动或转动(以弧23示意性地表示)以便将其光学系统14和光学传感器11定址(address)到斜面B的基本上所有的分离区域。使用安装在底座21上的该布置的传感器来检查斜面B会涉及转动晶片W经过检查传感器10同时操作检查传感器10以捕获晶片W的图像。假设该光学系统14的视场足够大，底座21可以将该检查传感器10从其最上端位置以连续的方式移动到其较低的位置。重叠的图像可以用于校准或拼接目的或者可以被剪切掉。可选地，检查传感器10可以在一组位置间分段移动，选择每个位置使得检查传感器定址晶片斜面B的选定区域。对于检查传感器10的每个位置，晶片W均转动360°。再次，重叠的图像可以用于校准或拼接的目的或者可以被剪切掉。

认识到将单个检查传感器10沿着描述晶体边缘的基本上180°的路径进行移动的复杂性，利用两个检查传感器10来全面检查晶片边缘可能更简单。如图8所示，左下侧的检查传感器10通过由弧27表示的底座绕着晶片边缘转动或移动。注意，左下侧的检查传感器10在基本被定址到晶片边缘的边缘底部EB区域的位置和基本被定址到晶片边缘的边缘垂直EN区域的位置之间移动。第二检查传感器(未示出)可以用来定址晶片边缘的上部。如图3-6所示也可以使用额外的静止检查传感器。

图4示出耦合到可移动底座21的检查传感器10。该可移动底座21可以包括以上所描述的线性平台和/或转动平台，或者可以是相对固定的装置。可以包括补充的检查传感器10’以检查晶片边缘的选定区域。例如，检查传感器10’可以适于当检查传感器10主要(primarily)指向晶片边缘的上斜面区域TE和下斜面区域BE时捕获该晶片斜面的边缘垂直EN区域的图像。图4也示意性示出了明场和暗场照明源BI、DI。依照定义，明场照明是从所观察的表面反射的，并且在本例中通过光学系统14并反射到光学传感器11上。只有当晶片W上的照明部件将光反射进入光学系统14中并到光学传感器11上时，暗场照明才入射到由检查传感器10所观察的晶片W的表面和那些部件上。照明源BI和DI可以是宽带的白色光源或者可以是单色或激光源。相似地，光学传感器11可以是灰度传感器或者可以被设置用于彩色成像，即是拜耳照相机，具有三芯片配置或者另一种合适的彩色成像装置。该照射源BI和DI可以相对于检查传感器10以任何有用的方式布置，并且可以包括附加光学元件以引导和调节导向至晶片W的光，该附加光学元件包括但不限于镜子、滤光器、漫射器(diffuser)等(未示出)。注意，为了清楚起见在多个图中已经省略了照明源。

从图4可以看出，检查传感器10安装在径向准直的方位。如图5和图6所示，检查传感器10可以分别相对于晶片边缘倾斜设置或者以倾斜和径向对准的组合设置。

图7示意性地示出可移动底座21适于将若干检查传感器10在检查位置(最左边的位置)和静止位置(最右边的位置)之间移动的实施例。这个功能允许检查传感器10在以下应用中使用：空间有限或自动需求要求在传送晶片期间将检查传感器10移开。在检查传感器10被封装用于直接安装在晶片处理器内的应用(也许替代晶片预对准机构或作为晶片预对准装置的补充)中，这尤其有用。另外，该实施例在当晶片W被定址到晶片支撑24上时造成待检查晶片受到任意形状变化的情况下是有用的。例如，研磨过的或者非常薄的晶片具有独特的翘曲或弯曲趋势。在大多数情况中这种翘曲通过在其中合并真空通道的晶片支架24被抑制。但是，在将晶片定址到晶片支架24的过程中，翘曲的晶片W边缘可能接触或者碰撞到检查传感器10。根据具体情况，可移动支架21可以沿着线性路径(如所示)或者沿着垂直或水平方向上的曲线或复杂路径移动检查传感器10。

在使用中，一个或多个检查传感器10聚焦在晶片斜面B的一个(或多个)选定区域上。然后转动晶片通过一个(或多个)检查传感器10，且获得序列图像(在区域扫描光学传感器11的情况中)或连续图像(在行扫描光学传感器11的情况中)。该一个(或多个)检查传感器10以下列方式聚焦和/或移动，即保证在检查期间被检查的晶片斜面的选定区域基本保持在光学传感器10的光学系统14的景深内。当所选数量的检查传感器10不足以捕获基本上整个晶片边缘的信息或图像时，可以在检查期间以连续或分段的方式移动一个或多个检查传感器10以便使所有的该一个或多个检查传感器10捕获一组选定区域的信息或图像。在一个实施例中，一旦执行了在选定的光学系统放大等级的检查，并且识别出一组感兴趣的缺陷，则选择该光学系统的合适的第二放大等级(一般为更高的放大等级)，并且捕获感兴趣缺陷的图像。在任何选定的放大等级下的关于感兴趣缺陷的数据均被输出到控制装置，例如计算机，用于诸如空间模式识别、自动缺陷分类的处理和/或在控制和/或表征晶片制造工艺中使用。

虽然已经在此处说明和描述了本发明的特定实施例，本领域的普通技术人员应当理解为了达到同样的目的而考虑的任何布置均可以代替所示的特定实施例。本发明的许多改进对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。因此，这种应用意图包括本发明的任何改进或者变化。显然希望这个发明仅被下列权利要求书和其等价物限制。

Claims (29)

1.一种边缘检查成像系统，包括：

可移动底座，其耦合到该边缘检查系统的底盘，该可移动底座与晶片边缘相邻并相对该边缘可移动；和

至少一个成像传感器，该成像传感器包括光学系统，该光学系统包括用于捕获光学图像的光学传感器，该成像传感器耦合到该可移动底座以便相对于该晶片边缘可移动，该成像传感器相对于该晶片边缘定位从而将该晶片边缘的选定边缘区域保持在该光学系统的景深内，从而使得由该光学传感器所捕获的该选定边缘区域的图像基本对焦。

2.权利要求1所述的边缘检查成像系统，其中可移动底座相对于该晶片边缘定位使得该成像传感器的光轴与该晶片边缘的该选定边缘区域基本垂直，并且该选定边缘区域基本全部在该成像传感器的景深内。

3.权利要求1所述的边缘检查成像系统，进一步包括多个成像传感器，所述多个成像传感器设置为捕获该晶片的基本上全部边缘的图像。

4.权利要求3所述的边缘检查成像系统，包括定位成捕获该晶片边缘的边缘顶部区域的图像的成像传感器，定位成捕获该晶片边缘的顶部边缘斜面区域的图像的成像传感器，定位成捕获该晶片边缘的边缘垂直区域的图像的成像传感器，定位成捕获该晶片边缘的底部边缘斜面区域的图像的成像传感器，以及定位成捕获该晶片边缘的边缘底部区域的图像的成像传感器。

5.权利要求3所述的边缘检查成像系统，包括一对成像传感器，其中一个大致安装在该晶片边缘上方，另一个则大致安装在该晶片边缘下方，该对成像传感器中的每一个耦合到适于相对晶片边缘转动的可移动底座，该可移动底座如此转动使得在该成像传感器的视场内的边缘部分基本保持在相应成像传感器的景深内。

6.权利要求5所述的边缘检查成像系统，其中该相应可移动底座沿着复杂路径转动其相应的成像传感器，该复杂路径的形状至少部分与该晶片边缘的几何形状相关。

7.权利要求5所述的边缘检查成像系统，其中该对成像传感器的上部成像传感器被定址到该晶片边缘的顶部边缘区域、顶部斜面区域和至少一部分边缘垂直区域。

8.权利要求5所述的边缘检查成像系统，其中该对成像传感器的下部成像传感器被定址到该晶片边缘的底部斜面区域、边缘垂直区域和底部边缘区域的至少多个部分。

9.权利要求1所述的边缘检查成像系统，其中该成像传感器耦合到适于相对晶片边缘转动的可移动底座，该可移动底座如此转动使得在该成像传感器的视场内的边缘部分基本保持在该相应成像传感器的景深内。

10.权利要求9所述的边缘检查成像系统，其中该成像传感器被定址到该晶片边缘的底部斜面区域、边缘垂直区域、顶部斜面区域、顶部边缘区域和底部边缘区域的至少多个部分。

11.权利要求1所述的边缘检查成像系统，其中该成像系统的光学传感器从由行扫描光学传感器和区域扫描光学传感器组成的组中选择。

12.权利要求1所述的边缘检查成像系统，其中该光学系统包括多个具有不同放大等级的物镜。

13.权利要求1所述的边缘检查成像系统，其中该可移动底座包括具有转动轴的转动台，该转动轴不平行于该成像传感器的光轴，该成像传感器通过该转动台转动，用于相对于该晶片边缘倾斜该成像传感器的景深。

14.权利要求13所述的边缘检查成像系统，其中该转动台的转动轴偏离该晶片转动轴大约1°-45°。

15.权利要求1所述的边缘检查成像系统，其中该可移动底座包括第一线性平台，其定位成允许该成像传感器大致沿着该成像传感器的光轴朝向和远离该晶片边缘移动。

16.权利要求15所述的边缘检查成像系统，其中该可移动底座包括独立于第一线性平台的第二线性平台，其定位成允许该成像传感器大致朝向和远离该晶片边缘移动。

17.权利要求1所述的边缘检查成像系统，其中该可移动底座包括线性平台，其定位成允许该成像传感器大致朝向和远离该晶片边缘移动。

18.权利要求1所述的边缘检查成像系统，进一步包括定位装置，其与该晶片边缘相邻地定位以确定该晶片边缘的位置，该晶片边缘的位置由该定位装置报告给该边缘检查系统的控制器。

19.权利要求18所述的边缘检查成像系统，其中该可移动底座包括线性平台，其定位成允许该成像传感器大致朝向和远离该晶片边缘移动，该可移动底座的该线性平台适于移动该成像传感器以便将该成像传感器保持在一位置，使得该晶片边缘的选定边缘区域基本保持在该成像系统的景深内。

20.一种检查晶片边缘的方法，包括：

提供用于捕获光学图像的成像传感器，该成像传感器耦合到可移动底座；

控制该可移动底座移动该成像传感器以便使晶片边缘的选定区域保持在该成像传感器的景深内；

捕获该晶片边缘的基本整个选定区域的图像；和

检查所捕获的图像以识别晶片边缘的该选定区域上的缺陷。

21.如权利要求20所述的检查晶片边缘的方法，其中该晶片边缘的该选定区域从由边缘顶部区域、顶部斜面区域、边缘垂直区域、底部斜面区域和边缘底部区域组成的组中选择。

22.如权利要求21所述的检查晶片边缘的方法，其中该晶片边缘的该选定区域包括由边缘顶部区域、顶部斜面区域、边缘垂直区域、底部斜面区域和边缘底部区域组成的组中的至少两个的至少多个部分。

23.如权利要求20所述的检查晶片边缘的方法，其中该晶片边缘的该选定区域包括由边缘顶部区域、顶部斜面区域、边缘垂直区域、底部斜面区域和边缘底部区域组成的组中的所有区域的至少多个部分。

24.如权利要求20所述的检查晶片边缘的方法，进一步包括同时使用至少两个成像传感器来捕获晶片的至少两个边缘区域的图像。

25.如权利要求20所述的检查晶片边缘的方法，进一步包括移动该成像传感器以捕获该晶片边缘的多个区域的图像。

26.如权利要求20所述的检查晶片边缘的方法，其中可移动底座具有至少两个自由度用于移动该成像传感器。

27.如权利要求20所述的检查晶片边缘的方法，包括以第一放大等级捕获该晶片边缘的该选定区域的第一组图像和以第二放大等级捕获该晶片边缘的该选定区域的第二组图像。

28.如权利要求27所述的检查晶片边缘的方法，其中由该成像传感器捕获的该第二组图像包括存在于第一组图像中的缺陷。

29.如权利要求28所述的检查晶片边缘的方法，其中第二放大等级大于第一放大等级。

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