CN106290390A - 缺陷检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缺陷检测装置及方法，该装置包括：照明单元，用于提供所需的辐射光；成像单元，设置有多组，用于对待测物的不同区域成像；探测单元，与成像单元连接，用于将待测物的图像转换为数值信号；以及水平调节机构，用于调节所述多组成像单元的光轴的间距，其中，成像单元光轴的间距的调整距离△l满足公式L+△l＝K×P或公式L+△l＝K×(n×P)；式中，L表示两成像单元光轴的间距、P表示单个芯片的周期，K为整数，n为单个成像视场水平方向容纳的单个芯片个数。本发明通过增设水平调节机构，以调节成像单元光轴之间的距离，并给出成像单元光轴间距的调节量与芯片(die)周期的关系，使其能够适应die周期变化，提高了物镜的使用效率。

Description

缺陷检测装置及方法

技术领域

本发明涉及晶圆缺陷检测领域，特别涉及一种缺陷检测装置及方法。

背景技术

晶圆加工日益需要自动光学检测(AOI)设备来定位缺陷，提高芯片质量和产量。与人工目检相比，AOI设备能够保证检测标准的一致性，并能对缺陷进行分类，它还可以帮助工艺工程师提供跟踪和预防潜在问题的信息。采用AOI设备进行检测主要有两个原因，首先AOI设备能够检测出刮痕、缺口之类的缺陷，往往这类缺陷不严重时，是能通过电性能测试，但是会缩短产品寿命；另外一个原因是电性能测试本身就可能是造成产品缺陷的因素之一。目前电性能测试的方法是采用探针与芯片焊盘进行接触，但是随着芯片尺寸越来越小，焊盘尺寸也越来越小，大大提高了探针划伤焊盘的可能性。

随着IC制造尺寸的逐渐缩小，为实现微米甚至亚微米量级的缺陷检测，通常需要采用高倍率的成像物镜。然而物镜倍率的增加，会导致检测视场急剧缩小，例如倍率增加1倍，检测视场即缩小为原有视场的1/4。检测视场的缩小导致需要更多的扫描或步进时间完成整个硅片的检测，从而导致产率严重下降。

为解决上述问题，现有技术中提出采用两个或两个以上的物镜，实现多视场同步扫描。然而在这些技术方案中，物镜的光轴间距都是固定的，即成像视场的相对位置是固定的。在封装工艺中，硅片上的Die(单个芯片)的尺寸或周期从几百微米到几千微米不等。在缺陷检测过程中，是以Die作为检测对象的，如果成像视场的相对位置一旦固定，无法适应Die周期的变化，则会导致某个物镜无法拍摄一个完整的Die，从而影响多个物镜实际使用效率。

发明内容

本发明提供一种缺陷检测装置及方法，以实现物镜视场与硅片上的die周期的匹配。

为解决上述技术问题，本发明提供一种缺陷检测装置，包括：照明单元，用于提供所需的辐射光；成像单元，设置有多组，用于对待测物的不同区域成像；探测单元，与成像单元连接，用于将待测物的图像转换为数值信号；以及水平调节机构，用于调节所述多组成像单元的光轴的间距，其中，成像单元光轴的间距调整量△l满足公式(1)或公式(2)；

L+△l＝K×P (1)

L+△l＝K×(n×P) (2)式中，L表示两成像单元光轴的间距、P表示单个芯片的周期，K为整数，n为单个成像视场水平方向容纳的单个芯片个数。

作为优选，所述照明单元采用同轴光源或者采用暗场照明方式。

作为优选，所述照明单元采用氙灯、卤素灯、LED或者激光光源。

作为优选，所述照明单元设置有一组或两组，设置有一组时，采用光学元件分出多路照明光束进入不同的成像单元。

作为优选，所述成像单元包括：半反半透镜、镜筒透镜和多组物镜，所述半反半透镜接收到照明单元的光束并将其分为两束光束，一束光经镜筒透镜进入到探测单元，另一束光经所述多组物镜后投射到待测物体表面。

作为优选，所述多组物镜的倍率各不相同。

作为优选，所述多组不同倍率的物镜通过手动或电动转盘切换。

作为优选，所述多组不同倍率的物镜通过手动或电动的直线驱动机构切换。

作为优选，所述探测单元采用面阵或线阵探测器。

一种缺陷检测方法，采用如上所述的缺陷检测装置，包括：步骤1：上载硅片至工件台；步骤2：定义检测处方；步骤3：根据步骤2中获得的数据，微调探测单元的光轴间距，其调整距离满足公式(1)或(2)，规划扫描路径；步骤4：对准调焦，建立硅片检测的坐标系，并使硅片处于物镜最佳成像位置；步骤5：执行扫描，并实时处理扫描数据；步骤6：输出检测结果。

作为优选，所述步骤2包括：定义检测对象的信息，定义对准标记和焦面测量点坐标，定义参考图像信息，以及定义缺陷类型和大小。

作为优选，步骤1中，可以采用手动上载或者传输机械手自动上载硅片。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、增设了水平调节机构，使得成像单元光轴之间的距离可调；

2、本发明给出了成像单元的间距调节量与die周期的关系，确保硅片上的die都能够被完整检测出来，提高了物镜的实际使用效率。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式中缺陷检测装置的结构示意图；

图2为本发明一具体实施方式中两个成像视场与芯片的对应关系示意图；

图3为本发明一具体实施方式中两个成像视场的扫描示意图；

图4为本发明一具体实施方式中缺陷扫描方法的流程示意图。

具体实施方式

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。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明的缺陷检测装置，包括：照明单元10、成像单元、探测单元60和水平调节机构80。

所述照明单元10用于提供所需的辐射光，采用同轴光源或者采用暗场照明方式，可以使用氙灯、卤素灯、LED或者激光光源，所述照明单元10可以为单独配置两套独立的照明光源，也可以配置一套光源，通过光学元件或光纤分出两路照明光束进入不同成像单元。

所述成像单元设置有多组，本实施例优选采用两组，用于对待测物的不同区域成像，每组成像单元对应一组探测单元60。具体地，所述成像单元包括半反半透镜20、镜筒透镜50和多组物镜30，所述半反半透镜20接收到照明单元10的光束并将其分为两束光束，一束光经镜筒透镜50进入到探测单元60，另一束光经所述多组物镜30后投射到待测物体即硅片40表面。

所述多组物镜30的倍率各不相同，其倍率包括但不限于1X、2X、3X、5X、10X、20X、50X；不同倍率物镜30的切换可以通过手动或电动的转盘实现，也可以通过手动或电动的直线驱动机构实现。

所述探测单元60与成像单元的镜筒透镜50连接，用于将待测物的图像转换为数值信号。具体地，所述探测单元60采用面阵或者线阵的探测器，包括COMS、CCD相机。

所述水平调节机构80，用于调节所述多组成像单元的光轴的间距L，即实现第一成像视场70a与第二成像视场70b之间的相对位置调节。较理想的情况下，两个成像视场内包含的die的数量应该是相同的，并且大致处于视场中心位置，然而实际情况下，die的周期P是不固定的，如果光轴间距L不变，则不能保证两个成像视场内包含相同的die数量。例如，图2中所示的第一成像视场70a中有2×3dies，则第二成像视场70b只包含2个完整的dies，此时第一成像视场70b边缘的die不能有效的检测，因此第二成像视场70b的有效利用率只有66.7％。此外，为了保证不漏检所有的dies，硅片在非扫描方向的步进距离只能为2个die的周期，这样也降低了第一成像视场70a的利用效率。本实施例，通过水平调节机构80避免了上述问题的出现，微调两个成像单元光轴的间距L，使间距调整量△l满足：

L+△l＝K×P (1)

式中，L表示两成像单元光轴的间距、P表示单个芯片的周期，K为整数，△l为正表示向右调节，即需使两个成像单元光轴的间距L增大，△l为负表示向左调节，即需使两个成像单元光轴的间距L减小。

更进一步的，为实现整个硅片40的缺陷检测，成像视场在竖直方向进行扫描、水平方向进行步进，如图3所示，成像第一成像视场70a负责硅片40左半边的扫描，第二成像视场70b负责硅片40右半边的扫描。为避免第一成像视场70a的扫描区域与第二成像视场70b扫描区域重叠，则成像单元光轴的间距调整量△l需要满足：

L+△l＝K×(n×P) (2)

其中P为die的周期，K为整数，n为单个成像视场水平方向容纳的die的列数，例如，在本实施例中n＝3，第一成像视场70a与第二成像视场70b可以互不重叠的扫描完硅片40表面的所有区域。

请参照图4，本发明还提供一种缺陷检测方法，包括：

步骤1：上载硅片40到工件台，具体地，可以通过手动上载硅片也可以使用传输机械手自动上载硅片40。

步骤2：定义检测处方，包括：检测对象的信息，例如：硅片40的尺寸、厚度、单个芯片(die)的尺寸、周期等；定义对准标记及焦面测量点的坐标；定义参考图像信息；定义缺陷的类型和大小。

步骤3：根据步骤2中的数据，微调反射单元光轴的中心间距，使其满足公式(1)或(2)，同时规划后续缺陷检测装置的扫描路径；

步骤4：执行对准调焦，建立硅片检测的坐标系，并使硅片40处于物镜最佳成像位置；

步骤5：执行扫描，并实时处理扫描数据；

步骤6：输出检测结果，包括整个硅片40上缺陷的数量、位置、尺寸、类型等信息。

综上所述，本发明提供一种缺陷检测装置及方法，该装置包括：照明单元10，用于提供所需的辐射光；成像单元，设置有多组，用于对待测物的不同区域成像；探测单元60，与成像单元连接，用于将待测物的图像转换为数值信号；以及水平调节机构80，用于调节所述多组成像单元的光轴的间距，其中，成像单元光轴的间距调整量△l满足公式(1)或公式(2)；

L+△l＝K×P (1)

L+△l＝K×(n×P) (2)式中，L表示两成像单元光轴的间距、P表示单个芯片的周期，K为整数，n为单个成像视场水平方向容纳的单个芯片个数。本发明通过增设水平调节机构80，以调节成像单元光轴之间的距离，并给出成像单元光轴间距的调节量与die周期的关系，使其能够适应die周期变化，提高了物镜30的使用效率。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种缺陷检测装置，其特征在于，包括：

照明单元，用于提供所需的辐射光；

成像单元，设置有多组，用于对待测物的不同区域成像；

探测单元，与成像单元连接，用于将待测物的图像转换为数值信号；

以及

水平调节机构，用于调节所述多组成像单元的光轴的间距，其中，成像单元光轴的间距调整量△l满足公式(1)或公式(2)；

L+△l＝K×P (1)

L+△l＝K×(n×P) (2)

式中，L表示两成像单元光轴的间距、P表示单个芯片的周期，K为整数，n为单个成像视场水平方向容纳的单个芯片个数。

2.如权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述照明单元采用同轴光源或者采用暗场照明方式。

3.如权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述照明单元采用氙灯、卤素灯、LED或者激光光源。

4.如权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述照明单元设置有一组或两组，设置有一组时，采用光学元件分出多路照明光束进入不同的成像单元。

5.如权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述成像单元包括：半反半透镜、镜筒透镜和多组物镜，所述半反半透镜接收到照明单元的光束并将其分为两束光束，一束光经镜筒透镜进入到探测单元，另一束光经所述多组物镜后投射到待测物体表面。

6.如权利要求5所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述多组物镜的倍率各不相同。

7.如权利要求6所述的缺陷检测装置，其特征在于，多组不同倍率的所述物镜通过手动或电动转盘切换。

8.如权利要求6所述的缺陷检测装置，其特征在于，多组不同倍率的所述物镜通过手动或电动的直线驱动机构切换。

9.如权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述探测单元采用面阵或线阵探测器。

10.一种缺陷检测方法，采用如权利要求1-9任意一项所述的缺陷检测装置，其特征在于，包括：

步骤1：上载硅片至工件台；

步骤2：定义检测处方；

步骤3：根据步骤2中获得的数据，微调探测单元的光轴间距，其调整距离

满足公式(1)或(2)，规划扫描路径；

步骤4：对准调焦，建立硅片检测的坐标系，并使硅片处于物镜最佳成像位置；

步骤5：执行扫描，并实时处理扫描数据；

步骤6：输出检测结果。

11.如权利要求10所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤2包括：定义检测对象的信息，定义对准标记和焦面测量点坐标，定义参考图像信息，以及定义缺陷类型和大小。

12.如权利要求10所述的缺陷检测方法，其特征在于，步骤1中，可以采用手动上载或者传输机械手自动上载硅片。