CN106158683A - 检测晶圆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测晶圆的方法，该晶圆包含至少一个晶粒封环，之后沿晶粒封环的外围切割晶圆。检测晶圆的方法包含提供至少一个偏振光并打至晶圆上。感测从晶圆反射的偏振光的影像。根据影像分析对应晶圆的晶粒封环的区域是否有层间瑕疵。根据本发明的检测晶圆的方法，因检测晶圆的方法以偏振光检测晶圆于切割后的影像，影像呈现偏振光的相位差或反射率差异，可减少检测装置的成本，并大幅加快检测速度与准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测晶圆的方法。
背景技术
由于晶圆半导体工艺的不断进步，集成电路的尺寸越来越小，而电路也越来越密集，随之而来的寄生电阻与寄生电容的效应也相对严重，使得半导体工艺陷入瓶颈。因此许多新材料(如低介电系数(low-k)材料或超低介电系数(extreme low-k)材料)纷纷被开始使用在半导体工艺中，以期许能够解决寄生电阻与寄生电容的问题。
然而当新材料被加入后，晶圆成为具不同结构强度的层状结构。此种结构在晶圆切割的过程中可能会产生晶圆剥裂及层间瑕疵的问题，在焊线时可能造成晶圆剥裂、弹坑的问题，而在封模后对晶圆的测试也可能产生裂缝与剥离等问题。这些问题在晶圆上形成的缺陷往往过于细微，以至于在传统检测机台下无法被检验出来。而有缺陷的晶圆若再继续后续工艺，只会造成成本与人力上的浪费，且降低生产良率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测晶圆的方法，从而克服现有技术的上述缺陷。
本发明的一个方面在于提供一种检测晶圆的方法，其中晶圆包含至少一个晶粒封环(Die Seal Ring)，之后沿晶粒封环的外围切割晶圆。检测晶圆的方法包含提供至少一个偏振光并打至晶圆上。感测从晶圆反射的偏振光的影像。根据影像分析对应晶圆的晶粒封环的区域是否有层间瑕疵。
在一个或多个实施方式中，提供偏振光的步骤中，偏振光斜向入射晶圆。
在一个或多个实施方式中，提供偏振光的步骤中，提供两个偏振光至晶圆上，而影像为两个偏振光的相位差资讯。
在一个或多个实施方式中，提供两个偏振光的步骤包含将光束分束以形成两个偏振光。
在一个或多个实施方式中，检测晶圆的方法还包含偏极化光束以形成偏振光。将从晶圆反射的偏振光通过检偏器。
在一个或多个实施方式中，检测晶圆的方法还包含在感测影像前，校正晶圆的取像方位，以让晶圆的切割痕朝取像视野的第一方向延伸。
在一个或多个实施方式中，分析影像包含计算影像沿着第二方向的亮度分布以找出切割痕区域。第二方向与取像视野的第一方向实质垂直。
在一个或多个实施方式中，分析影像还包含根据影像的切割痕区域找出对应晶粒封环的晶粒封环区域的外边界区域与内边界区域。外边界区域位于切割痕区域与内边界区域之间。扫描影像的外边界区域并按序计算影像资讯值，若影像资讯值超出预定阀值，则判定为具有层间瑕疵。
在一个或多个实施方式中，分析影像还包含扫描影像的内边界区域并按序计算影像资讯值，若影像资讯值超出预定阀值，则判定为具有层间瑕疵。
在一个或多个实施方式中，分析影像包含辨识影像对应晶圆的晶粒的晶粒区域。从晶粒区域推算出对应晶粒封环的晶粒封环区域。扫描影像的晶粒封环区域并按序计算影像资讯值。若影像资讯值超出预定阀值，则判定为具有层间瑕疵。
上述实施方式的检测晶圆的方法以偏振光检测晶圆在切割后的影像，影像呈现偏振光的相位差或反射率差异。比起一般用于深层检测的红外(IR)光或X光波段显微镜更加便宜，可减少检测装置的成本。另外，在得到影像后，可以影像的比对(例如影像的灰阶、色相(Hue)、明(亮)度(Brightness/Value)、彩度(饱和度/纯度(Saturation/Chroma))的比对)作为分析依据，与传统以人眼检查晶粒良率相比，可大幅加快检测速度与准确性。
附图说明
图1为本发明一个实施方式的制作、切割与检测晶圆的方法的流程图。
图2为本发明一个实施方式的晶圆在图1的步骤S10时的局部俯视示意图。
图3为图2的晶圆在图1的步骤S20时的局部俯视示意图。
图4为图3的区域P在晶圆位置校正步骤时的局部放大示意图。
图5为图1的步骤S30的流程图。
图6为图1的步骤S50的一些实施方式的流程图。
图7A为撷取图4的晶圆的影像的示意图。
图7B为图7A的影像的亮度直方图。
图8为图1的步骤S50的另一些实施方式的流程图。
具体实施方式
以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多具体的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些具体的细节不应用于限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些具体的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些公知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
图1为本发明一个实施方式的制作、切割与检测晶圆的方法的流程图，图2为本发明一个实施方式的晶圆100在图1的步骤S10时的局部俯视示意图。如步骤S10所示，首先在晶圆100上形成至少一个晶粒封环(Die SealRing)110(或者称为防崩带)。晶粒封环110围绕晶圆100上的晶粒120。晶粒封环110具有外边界112与内边界114。内边界114毗邻且环绕晶粒120，外边界112则环绕内边界114。换句话说，内边界114介于外边界112与晶粒120之间。晶粒120呈矩阵排列，而晶粒封环110之间则相隔预定距离，以形成切割道105，因此后续可沿着切割道105切割晶圆100。一般而言，晶粒封环110具有够坚固的结构强度，因此在切割过程中，晶粒封环110可减少切割裂痕或其产生的应力穿透其中而对晶粒120造成损害。
在一些实施方式中，当晶粒封环110与晶粒120制作完成后，可在晶圆100上再覆盖透光层130。透光层130可保护其下方的结构(如晶粒封环110与晶粒120)不受后续工艺的损坏，并增加后续封装的稳定性。透光层130的材质例如为有机材料，如聚亚酰胺(Polyimide,PI)，然而本发明不以此为限。另外，在一些实施方式中，晶粒120中的叠层结构(未绘示)可包含一层或多层低介电系数(low-k)层、超低介电系数(extreme low-k)层或高介电系数(High-k)层，以改善晶粒120中的电子元件的电性，然而本发明不以此为限。
接着请一并参照图1与图3，其中图3为图2的晶圆100在图1的步骤S20时的局部俯视示意图。如步骤S20所示，沿晶粒封环110的外围(即切割道105)切割晶圆100。晶圆100可通过画线(scribing)、激光切割(laser grooving)、破裂(breaking)、应力破裂(stress breaking)或断锯(sawing)等方式完成分割，以在晶圆100上形成多个切割痕140。在本实施方式中，切割痕140互相交错，然而在其他的实施方式中，切割痕140的划线方式可按实际晶粒120放置位置而不同。
虽然一般而言，切割方向(即切割痕140的延伸方向)会按照晶圆100的晶格轴向而定，然而在实际切割时仍会形成不可避免的应力裂痕。此应力裂痕尤其会发生于介电系数相差较多的叠层之间(例如低介电系数层与硅材料层之间)，使其形成层间瑕疵。若层间瑕疵穿透晶粒封环110而到达晶粒120内部，则会影响晶粒120的电子元件的电性，因此需在切割工艺后检测切割工艺是否在晶粒封环110与晶粒120中产生层间瑕疵。
接着即介绍本实施方式的检测晶圆的方法。请参照图4，其为图3的区域P在晶圆位置校正步骤时的局部放大示意图。在本实施方式中，可撷取晶圆100的影像以检测层间瑕疵。而在撷取影像之前，可先校正晶圆100的取像方向，例如旋转晶圆100，让晶圆100的切割痕140朝取像视野FOV的第一方向D1延伸。其中为了清楚起见，本实施方式以图4的切割痕140为例。此处的第一方向D1为取像的基准方向，使得取像后的影像能够按照预定的定位以进行影像分析。另外图4的取像视野FOV的尺寸仅为示例，并非用于限制本发明。本发明所属本领域技术人员，可根据实际需求，弹性调整取像视野FOV的尺寸。
接着请一并参照图1与图5，其中图5为图1的步骤S30的流程图。如步骤S30所示，提供至少一个偏振光并打至晶圆上。具体来说，如图5的步骤S32所示，偏极化光束以形成偏振光。举例来说，首先提供光源以发出光束，此光束例如为非偏振光。光束可通过起偏振片(Polarizer)，以成为具特定偏振态的偏振光。而光束的波长或其他物理性质可按照实际状况的不同作改变，本发明不以此为限。
接着如步骤S34所示，以该偏振光分束以形成两个偏振光。举例来说，在步骤S32中的具特定偏振态的光束可入射分光元件(例如为偏振分光棱镜或者分色镜)。以偏振分光棱镜而言，其可将光束分为两个偏振光(即分别为正常偏振光(ordinary light)与非常偏振光(extraordinary light))。此两个偏振光不但具有相互正交的偏振态，且传播路径也不同。之后此两个偏振光分别打在晶圆上，而被晶圆反射。被反射的两个偏振光接着回到分光元件。分光元件将两个偏振光合并。
接着，如步骤S36所示，将从晶圆反射的偏振光通过检偏器(Analyzer)。具体来说，承接上述，合并的光可经过检偏器，以过滤出特定的光资讯。之后，如图1的步骤S40所示，感测从晶圆反射的偏振光的影像。在本实施方式中，其影像为此两个偏振光的相位差资讯。因此带有晶粒细节的光束便被储存下来，借此作晶粒缺陷的分析。
然而在其他的实施方式中，步骤S32之后可接续步骤S35：偏振光斜向入射晶圆。此处的斜向入射指偏振光入射晶圆的路径与光入射晶圆的面的法线方向不平行，其中入射角大于0度且小于90度。接着，如步骤S36所示，将从晶圆反射的偏振光通过检偏器，以过滤出特定的光资讯。之后，再如图1的步骤S40所示，感测从晶圆反射的偏振光的影像。在本实施方式中，其影像为偏振光的反射率资讯。因此带有晶粒细节的光束便被储存下来，借以作晶粒缺陷的分析。
如上所述，因切割步骤后可能会产生层间瑕疵，此层间瑕疵无法利用一般的显微镜由晶粒表面观测得知。然而层间瑕疵可能会产生晶粒中折射率分布以及材料的变化，而此变化会使得入射的偏振光改变其特性(例如相位或反射率)。以相位改变而言，具有层间瑕疵的区域的折射率会与周遭区域相异，此折射率差异即反应于两个偏振光的相位差上。因此按照步骤S32、S34、S36与S40获得相位差的影像后，再以该影像进行后续分析，以判断被检测的该晶圆是否有层间瑕疵。以反射率改变而言，具有层间瑕疵的区域其反射率会突然变化或者不规则，因此按照步骤S32、S35、S36与S40获得反射率的影像后，再以该影像进行后续分析，以判断被检测的该晶圆是否有层间瑕疵。在此两个实施方式中，因可通过普通光源提供偏振光，因此比起一般用于深层检测的红外(IR)光或X光波段显微镜更加便宜，可减少检测装置的成本。
接着请回到图1，如步骤S50所示，根据影像分析对应晶圆的晶粒封环的区域是否有层间瑕疵。详细来说，请一并参照图6、图7A与图7B，其中图6为图1的步骤S50的一些实施方式的流程图，图7A为撷取图4的晶圆100的影像I的示意图，图7B为图7A的影像I的亮度直方图(Histogram)。在本实施方式中，影像I取自图4的取像视野FOV内的晶圆100以作举例，然而本发明不以此为限。而若晶圆100具有层间瑕疵，则影像I便会产生层间瑕疵区域202。如上所述，因层间瑕疵会造成偏振光的相位差或反射率的差异，因此影像I中便会产生较其他区域亮或暗的区块(即层间瑕疵区域202)。
如步骤S52所示，计算影像I沿着第二方向D2的亮度分布以找出切割痕区域240，其中第二方向D2与图4的取像视野FOV的第一方向D1实质垂直，而影像I的切割痕区域240则对应晶圆100的切割痕140。具体来说，影像I为二维资讯，第一方向D1可与影像I的Y轴平行，而第二方向D2可与影像I的X轴平行。图7B的横轴为第二方向D2(即影像I的X轴)，且图7B为将同X值的像素的亮度作叠加所取得的亮度直方图(Histogram)。
因图4的切割痕140的深度比晶圆100的其他区域(如晶粒120与晶粒封环110)皆来得深，因此所取得的影像I的切割痕区域240与其他区域的间便会产生较大的亮度差(也即产生高对比)。例如在图7B中，切割痕区域240的亮度比其他区域来得低，因此可以软体或人工判别出切割痕区域240位于影像I何处。
接着请回到图4、图6与图7A。如步骤S54所示，根据影像I的切割痕区域240找出对应晶粒封环110的晶粒封环区域210的外边界区域212与内边界区域214。外边界区域212位于切割痕区域240与内边界区域214之间，外边界区域212对应于图4的外边界112，而内边界区域214对应于图4的内边界114。具体来说，找出切割痕区域240后，可往切割痕区域240的相对两侧向外延伸找出外边界区域212。例如因切割痕140与晶粒封环110之间的距离在切割晶圆100时便已知，因此可直接往切割痕区域240的相对两侧向外延伸一定的距离以判定晶粒封环区域210；或者可在图7B的亮度直方图中找出切割痕区域240两侧的局部最小值(local minimum)，以判定晶粒封环区域210的外边界区域212。
接着，如步骤S56所示，扫描影像I的外边界区域212并按序计算影像资讯值。此处的影像资讯值可为影像I的灰阶、色相、明(亮)度、彩度(饱和度/纯度)等等，可按实际情况作选择以作为影像比对的比较资讯。若影像资讯值超出预定阀值，则判定为具有层间瑕疵。也即，当层间瑕疵接触到晶粒封环110的外边界112，则判定为不良品，而在影像I中则为判断层间瑕疵区域202是否接触到外边界区域212。此处的“超出预定阀值”指影像资讯值在可接受值范围外，例如影像资讯值高于可接受最高值，或者影像资讯值低于可接受最低值。晶粒封环区域210的影像资讯值落于可接受值范围内，而层间瑕疵区域202的影像资讯值则落于可接受值范围外。具体来说，在找到影像I的晶粒封环区域210后，可按序在外边界区域212取一定数量(例如2x2)的像素作影像资讯值的比对(例如影像的灰阶、色相、明(亮)度、彩度(饱和度/纯度)的比对)。若此影像资讯值超出预定阀值，则判定为有层间瑕疵，即被标记为不良品。而在扫描完外边界区域212后，若其影像资讯值皆没有超出预定阀值，则判定为良品。在其他的实施方式中，若晶粒120的元件布局与晶粒封环110的外边界112重叠，则可将扫描区域往外或往内位移一定距离，以避免扫描到晶粒120的元件而造成检测的不准确。
在其他的实施方式中，如步骤S57所示，扫描影像I的内边界区域214并按序计算影像资讯值。若影像资讯值超出预定阀值，则判定为具有层间瑕疵。也即，当层间瑕疵接触到晶粒封环110的内边界114，才判定为不良品，此种判别方式较步骤S56的判别方式为松，端视客户需求。至于判定细节因与步骤S56相同，因此便不再描述。
接着请一并参照图4、图7A与图8，其中图8为图1的步骤S50的另一些实施方式的流程图。如步骤S62所示，辨识影像I对应晶圆100的晶粒120的晶粒区域220。具体来说，晶粒120通常会有对应的晶粒布局(layout)档案，此档案限定出制作晶粒120时各叠层的曝光显影区域，因此可由此晶粒布局档案比对影像I上的图案，以找出晶粒120的位置。举例而言，可选定晶粒120上某一元件122(如图4所示)或特征，以此元件或特征的外形找出影像I上对应的图案222(如图7A所示)，如此一来即可决定影像I上的晶粒区域220。
接着，如步骤S64所示，从晶粒区域220推算出对应晶粒封环110的晶粒封环区域210。既然晶粒区域220为已知，且由晶粒布局档案可得到晶粒120与晶粒封环110之间的间距，因此便可进一步在影像I上找到晶粒封环区域210。
之后，扫描影像I的晶粒封环区域210并按序计算影像资讯值。若影像资讯值超出预定阀值，则判定为具有层间瑕疵。在一些实施方式中，可按实际需求而扫描晶粒封环区域210的外边界区域212、内边界区域214或从外边界区域212、内边界区域214位移后的区域。例如，如步骤S66所示，扫描影像I的外边界区域212并按序计算影像资讯值。当层间瑕疵接触到晶粒封环110的外边界112，则判定为不良品，而在影像I中则为判断层间瑕疵区域202是否接触到外边界区域212。具体而言，在找到影像I的晶粒封环区域210后，可按序在外边界区域212取一定数量(例如2x2)的像素作影像资讯值的比对(例如影像的灰阶、色相、明(亮)度、彩度(饱和度/纯度)的比对)。若此影像资讯值超出预定阀值，则判定为有层间瑕疵，即被标记为不良品。而在扫描完外边界区域212后，若其影像资讯值皆没有超出预定阀值，则判定为良品。在其他的实施方式中，若晶粒120的元件布局与晶粒封环110的外边界112重叠，则可将扫描区域往外或往内位移一定距离，以避免扫描到晶粒120的元件而造成检测的不准确。
在其他的实施方式中，如步骤S67所示，扫描影像I的内边界区域214并按序计算影像资讯值。若影像资讯值超出预定阀值，则判定为具有层间瑕疵。也即，当层间瑕疵接触到晶粒封环110的内边界114，才判定为不良品，此种判别方式较步骤S66的判别方式为松，端视客户需求。至于判定细节因与步骤S66相同，因此便不再描述。
上述的步骤S52、S54、S56、S57、S62、S64与S66、S67的具体实施方式可以软件程序、硬件电路或人工执行。本发明所属本领域技术人员可根据需要弹性选择其实施方式，而不需全为软件程序、全为硬件电路或全为人工执行，得部分为软件程序、部分为硬件电路或部分为人工执行。
综合上述，本实施方式的检测晶圆的方法以偏振光检测晶圆于切割后的影像，影像呈现偏振光的相位差或反射率差异。比起一般用于深层检测的红外(IR)光或X光波段显微镜更加便宜，可减少检测装置的成本。另外，在得到影像后，可以影像的比对(例如影像的灰阶、色相、明(亮)度、彩度(饱和度/纯度)的比对)作为分析依据，与传统以人眼检查晶粒良率相比，其检测速度可从三至四天减少为大约三至四小时，大幅加快检测速度与准确性。
虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用于限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种不同的选择和修改，因此本发明的保护范围由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种检测晶圆的方法，其特征在于，所述晶圆包含至少一个晶粒封环，之后沿所述晶粒封环的外围切割所述晶圆，所述方法包含：
提供至少一个偏振光并打至所述晶圆上；
感测从所述晶圆反射的所述偏振光的影像；以及
根据所述影像，分析对应所述晶圆的所述晶粒封环的区域是否有层间瑕疵。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述偏振光的步骤中，所述偏振光斜向入射所述晶圆。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述偏振光的步骤中，提供两个所述偏振光至所述晶圆上，而所述影像为所述两个偏振光的相位差资讯。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，提供所述两个偏振光的步骤包含：
将光束分束以形成所述两个偏振光。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包含：
偏极化光束以形成所述偏振光；以及
将从所述晶圆反射的所述偏振光通过检偏器。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包含：
在感测所述影像前，校正所述晶圆的取像方位，以让所述晶圆的切割痕朝取像视野的第一方向延伸。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，分析所述影像包含：
计算所述影像沿着第二方向的亮度分布以找出切割痕区域，其中所述第二方向与所述取像视野的所述第一方向实质垂直。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，分析所述影像还包含：
根据所述影像的所述切割痕区域找出对应所述晶粒封环的晶粒封环区域的外边界区域与内边界区域，其中所述外边界区域位于所述切割痕区域与所述内边界区域之间；以及
扫描所述影像的所述外边界区域并按序计算影像资讯值，若所述影像资讯值超出预定阀值，则判定为具有层间瑕疵。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，分析所述影像还包含：
根据所述影像的所述切割痕区域找出对应所述晶粒封环的晶粒封环区域的外边界区域与内边界区域，其中所述外边界区域位于所述切割痕区域与所述内边界区域之间；以及
扫描所述影像的所述内边界区域并按序计算影像资讯值，若所述影像资讯值超出预定阀值，则判定为具有层间瑕疵。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分析所述影像包含：
辨识所述影像对应所述晶圆的晶粒的晶粒区域；
从所述晶粒区域推算出对应所述晶粒封环的晶粒封环区域；以及
扫描所述影像的所述晶粒封环区域并按序计算影像资讯值，若所述影像资讯值超出预定阀值，则判定为具有层间瑕疵。
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