CN110890288B - 半导体制造系统、边缘检测装置以及检测去除区域的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种半导体制造系统、边缘检测装置及检测去除区域的方法，该半导体制造系统包含一机械手臂、一发光模块、一影像获取单元、一处理单元以及一故障分类检测设备。机械手臂，配置以运送一半导体晶圆。发光模块配置以发出一光束至半导体晶圆。半导体晶圆具有一电镀区域以及环绕电镀区域的一边缘斜面去除区域。影像获取单元配置以获取关于半导体晶圆的电镀区域与边缘斜面去除区域的一边缘影像。处理单元配置以根据边缘影像中由边缘斜面去除区域的外侧至电镀区域的灰阶值变化获得边缘斜面去除区域的宽度。故障检测分类设备是配置以记录关于半导体晶圆的一信息。

Description

半导体制造系统、边缘检测装置以及检测去除区域的方法

技术领域

本发明实施例涉及一种半导体晶圆的边缘斜面去除区域的检测方法，特别涉及一种实时监控以及检测半导体晶圆的边缘斜面去除区域的方法。

背景技术

近年来，半导体集成电路(semiconductor integrated circuits)经历了指数级的成长。在集成电路材料以及设计上的技术进步下，产生了多个世代的集成电路，其中每一世代较前一世代具有更小更复杂的电路。在集成电路发展的过程中，当几何尺寸(亦即，制程中所能产出的最小元件或者线)缩小时，功能密度(亦即，每一芯片区域所具有的互连装置的数目)通常会增加。一般而言，这种尺寸缩小的制程可以提供增加生产效率以及降低制造成本的好处，然而，这种尺寸缩小的制程亦会增加制造与生产集成电路的复杂度。

在半导体元件制造中，在晶圆上形成集成电路的金属线是制程中的一个重要步骤。举例来说，可以通过电镀制程或物理气相沉积(PVD)制程来形成金属线。再者，为了增加晶圆的密度，半导体晶圆上的可用区域是扩大到非常靠近晶圆的边缘的位置。因此，金属线也会形成在非常靠近晶圆的边缘上。然而，当金属线形成在非常靠近晶圆的边缘的位置时，可能会在其他制程中造成不良的影响，例如会与静电吸盘导电而影响晶圆的品质。于是，半导体晶圆制造过程中可进一步利用化学溶液的方式来去除在半导体晶圆的边缘上不需要的金属，以使半导体晶圆的良率可以达到所需的要求。

虽然现有的半导体制造机台已经可符合上述一般的目的，但这些半导体制造机台及过滤方法仍不能在各方面令人满意。

发明内容

本发明一些实施例提供一种半导体制造系统，包含一机械手臂、一发光模块、一影像获取单元、一处理单元以及一故障分类检测设备。机械手臂，配置以由一第一腔室运送一半导体晶圆至一第二腔室。发光模块是配置以发出一光束至半导体晶圆，其中半导体晶圆具有一电镀区域以及环绕电镀区域的一边缘斜面去除区域。影像获取单元是配置以于机械手臂运送半导体晶圆的过程中获取关于半导体晶圆的电镀区域与边缘斜面去除区域的一边缘影像。处理单元是配置以根据边缘影像中由边缘斜面去除区域的外侧至电镀区域的灰阶值变化获得边缘斜面去除区域的宽度。故障检测分类设备是配置以记录关于半导体晶圆的一信息，其中信息包含边缘斜面去除区域的宽度以及半导体晶圆的辨识数据。

本发明实施例另提供一种边缘检测装置，包含一发光模块、一影像获取单元以及一处理单元。发光模块是配置以发出一光束至一半导体晶圆，其中半导体晶圆具有一电镀区域以及环绕电镀区域的一边缘斜面去除区域。影像获取单元是配置以获取关于半导体晶圆的电镀区域与边缘斜面去除区域的一边缘影像。处理单元是配置以根据边缘影像中由边缘斜面去除区域的外侧至电镀区域的灰阶值变化获得边缘斜面去除区域的宽度。

本发明实施例提供一种检测半导体晶圆的边缘斜面去除区域的方法，包含：通过一机械手臂运送一半导体晶圆；当承载半导体晶圆且移动至一预定位置时，发出一光束至半导体晶圆，其中半导体晶圆具有一电镀区域以及环绕电镀区域的一边缘斜面去除区域；获取关于半导体晶圆的电镀区域与边缘斜面去除区域的一边缘影像；以及根据边缘影像中由边缘斜面去除区域的外侧至电镀区域的灰阶值变化获得边缘斜面去除区域的宽度。

附图说明

本公开可通过之后的详细说明并配合图示而得到清楚的了解。要强调的是，按照业界的标准做法，各种特征并没有按比例绘制，并且仅用于说明的目的。事实上，为了能够清楚的说明，因此各种特征的尺寸可能会任意地放大或者缩小。

图1为根据本发明一些实施例的半导体制造系统的示意图。

图2至图4为根据本发明一些实施例的前段设备中元件的作动示意图。

图5为根据本发明一实施例的发光模块与影像获取单元的示意图。

图6为根据本发明一实施例的边缘检测装置、处理单元以及一故障检测分类设备的示意图。

图7A为根据本发明一实施例的关于第一边缘区域的边缘影像的示意图。

图7B为根据本发明一实施例的关于第二边缘区域的边缘影像的示意图。

图8为根据图7B的实施例中取样直线的灰阶值曲线图。

图9为根据本发明一些实施例的检测半导体晶圆的边缘斜面去除区域的方法的流程图。

附图标记说明：

100 半导体制造系统

140 半导体制造设备

140A 前段设备

140B 中段设备

140C 后段设备

142 输入输出端

1421 第一端

1422 第二端

144 第一机械手臂

1441 夹持部

1442 连接部

1443 驱动部

145 传送腔室

146 传送站

148 对位器

150 退火腔室

151 第二机械手臂

152 第一电镀腔室

153 第二电镀腔室

154 第三电镀腔室

155 第一处理腔室

156 第二处理腔室

157 第三处理腔室

158 剂量装置

160 镀液装置

162 过滤泵浦装置

164 处理单元

180 故障检测分类设备

200 边缘检测装置

202 第一发光模块

2021 半反射镜

2023 发光源

204 第二发光模块

206 第一影像获取单元

2061 镜头

208 第二影像获取单元

210 感测单元

212 壳体

214 第一边缘区域

216 第二边缘区域

250 电脑

300 检测窗口

A1 轴向

AL 虚线

AS 夹角

IL 入射光束

L1 取样直线

LB 光束

M1 移动方向

M2 旋转方向

M3 旋转方向

P1 第一边界点

P2 第二边界点

Td 预定距离

W 半导体晶圆

W1 取样宽度

W2 取样宽度

WB1 外缘

WB2 边界

WE 边缘斜面去除区域

WP 电镀区域

WS 表面

900 方法

S100、S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114、S116 操作

具体实施方式

以下公开的实施方式或实施例是用于说明或完成本发明的多种不同技术特征，所描述的元件及配置方式的特定实施例是用于简化说明本发明，使公开得以更透彻且完整，以将本公开的范围完整地传达予同领域熟悉此技术者。当然，本公开也可以许多不同形式实施，而不局限于以下所述的实施例。

在下文中所使用的空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，是为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位之外，这些空间相关用词也意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。例如，装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，而在此所使用的空间相关用词也可依此相同解释。此外，若实施例中叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的情况，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使得上述第一特征与第二特征未直接接触的情况。

以下不同实施例中可能重复使用相同的元件标号及/或文字，这些重复是为了简化与清晰的目的，而非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。另外，在附图中，结构的形状或厚度可能扩大，以简化或便于标示。必须了解的是，未特别图示或描述的元件可以本领域技术人士所熟知的各种形式存在。

根据本发明一些实施例，半导体晶圆可由硅、锗或其他半导体材料所制成。根据本发明一些实施例，半导体基板可由复合半导体所制成，如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)或磷化铟(InP)。根据本发明一些实施例，半导体晶圆可由合金半导体所制成，如硅锗(SiGe)、硅锗碳(SiGeC)、磷砷化镓(GaAsP)或磷化铟镓(GaInP)。根据本发明一些实施例，半导体晶圆可为硅绝缘体(silicon-on-insulator；SOI)或锗绝缘体(germanium-on-insulator；GOI)基板。

请参考图1，图1为根据本发明一些实施例的半导体制造系统100的示意图。如图1所示，半导体制造系统100包含有一半导体制造设备140以及一故障检测分类设备180。于此实施例中，半导体制造设备140是配置以对一半导体晶圆进行制程处理，例如对一经过光刻制程后的半导体晶圆进行电镀制程或退火制程。另外，故障检测分类设备180是配置以接收与记录半导体制造设备140所传送的信息，以对进行制程后的半导体晶圆的数据进行判断与分类。于此实施例中，半导体制造设备140包含有一前段设备140A、一中段设备140B以及一后段设备140C。

如图1所示，前段设备140A可包含一输入输出端142，配置以将半导体晶圆输入至半导体制造设备140内或由半导体制造设备140内输出并传送至另一半导体制程设备(未图示)。于此实施例中，输入输出端142可包含第一端1421和第二端1422，配置以放置两个半导体晶圆，然而输入输出端142与可放置的晶圆数量不限于此实施例。

再者，前段设备140A可还包含一第一机械手臂144、一传送腔室145、一退火腔室150以及一边缘检测装置200。第一机械手臂144是设置于传送腔室145、退火腔室150以及输入输出端142之间，配置以于传送腔室145、退火腔室150以及输入输出端142之间传送半导体晶圆。如图1所示，传送腔室145是可设置在前段设备140A与中段设备140B的交界，并且传送腔室145可包含一传送站146以及一对位器148。第一机械手臂144可将半导体晶圆由输入输出端142传送到传送站146，接着再通过另一机械手臂(第二机械手臂151)移送至中段设备140B内的各个处理腔室。于此实施例中，对位器148可以协助第二机械手臂151以对位于传送腔室145内的半导体晶圆，以使得第二机械手臂151可将半导体晶圆精确地传送移送至中段设备140B内的各个处理腔室。另外，对位器148也协助第一机械手臂144对位于传送腔室145内的半导体晶圆，以使得第一机械手臂144可以将半导体晶圆精确地传送至退火腔室150。

退火腔室150是配置以将半导体晶圆进行退火。举例来说，当半导体晶圆经过电镀制程后，第一机械手臂144会将半导体晶圆从传送腔室145传送至退火腔室150。在退火制程结束后之后，第一机械手臂144可接着将退火后的半导体晶圆从退火腔室150传送至输入输出端142。于此实施例中，当第一机械手臂144将半导体晶圆从传送腔室145传送至退火腔室150的过程中，边缘检测装置200可对电镀后的半导体晶圆进行检测，其具体的检测方式与流程将于之后的段落进一步详细描述。

另外，如图1所示，半导体制造设备140的中段设备140B可还包含一第二机械手臂151、一第一电镀腔室152、一第二电镀腔室153、一第三电镀腔室154、一第一处理腔室155、一第二处理腔室156以及一第三处理腔室157。第二机械手臂151是配置以将一半导体晶圆由传送腔室145传送至第一电镀腔室152、第二电镀腔室153、第三电镀腔室154、第一处理腔室155、第二处理腔室156或第三处理腔室157中，以进行所需的制程。于此实施例中，第一电镀腔室152、第二电镀腔室153、第三电镀腔室154是配置以将半导体晶圆进行电镀制程(例如在半导体晶圆上电镀一铜层)。举例来说，第一电镀腔室152、第二电镀腔室153与第三电镀腔室154可分别对三个半导体晶圆进行电镀处理。接着，在电镀程序结束之后，第一处理腔室155、第二处理腔室156或第三处理腔室157是配置以对半导体晶圆进行所需的制程，诸如边缘斜面去除(edge bevel removal，EBR)制程、蚀刻、酸洗、干燥等制程。

再者，如图1所示，半导体制造设备140的后段设备140C中可包含一剂量装置158、镀液装置160、过滤泵浦装置162以及处理单元164。剂量装置158是配置以存储用于电镀溶液的化学添加剂。镀液装置160是配置以存储用来电镀的电镀化学溶液。过滤泵浦装置162是配置以过滤提供给镀液装置160的电镀溶液以及将过滤后的电镀溶液输送至前述中的任一电镀腔室。处理单元164是配置以控制半导体制造设备140内各元件、机构以及腔室环境的作动。举例来说，处理单元164可以为一微电脑控制器。

另外，值得注意的是，边缘检测装置200是可设置于第一机械手臂144上方，以检测与监控由第一机械手臂144所承载的半导体晶圆(如图1中所示的半导体晶圆W)的边缘区域。举例来说，图1中的半导体晶圆W是经过电镀制程以及边缘斜面移除后的半导体晶圆，并且第一机械手臂144将半导体晶圆W从传送腔室145转移至退火腔室150的过程中(意即第一机械手臂144仍然承载半导体晶圆W时)，边缘检测装置200可监控半导体晶圆W中受到边缘斜面去除制程处理后的一边缘斜面去除区域的一部分。另外，于此实施例，边缘检测装置200是实时地监控半导体晶圆W上的边缘斜面去除区域，并且不会影响半导体制造设备140的整体流程，例如不需要停止半导体制造设备140来进行监控与检测。

接着说明半导体晶圆W在半导体制造设备140中的处理流程。首先，一半导体晶圆是由前一制程移送至输入输出端142中的第一端1421或第二端1422其中一者，接着第一机械手臂144便将半导体晶圆传送至传送腔室145中的传送站146。于此实施例中，第一机械手臂144是可利用真空吸附的方式来夹持半导体晶圆，但也可通过其他方式实现，例如利用静电吸附的方式。此外，第一机械手臂144也可将半导体晶圆传送至对位器148，以使第二机械手臂151对位于半导体晶圆。

接着，第二机械手臂151将半导体晶圆由传送腔室145传送至第一电镀腔室152。另外，第二机械手臂151也可将半导体晶圆传送至第二电镀腔室153或第三电镀腔室154。意即，半导体制造设备140可一起对三片半导体晶圆进行电镀制程。在第一电镀腔室152中，可以利用剂量装置158的化学添加剂与镀液装置160中的电镀溶液来对半导体晶圆进行电镀，以使半导体晶圆上具有一电镀后的金属层(铜层)。

在电镀处理之后，第二机械手臂151会将电镀后的半导体晶圆传送至第一处理腔室155，以进行边缘斜面去除制程，借此进一步去除半导体晶圆的边缘区域上所不需要的铜层。举例来说，在第一处理腔室155中可利用酸性溶液(蚀刻溶液)蚀刻掉不需要的铜层。另外，第一处理腔室155也可以进行清洗、冲洗及/或干燥半导体晶圆的处理。相似地，第一处理腔室155、第二处理腔室156与第三处理腔室157可分别对三片半导体晶圆进行前述处理。

在完成前述处理程序后(如边缘斜面去除制程)，第二机械手臂151可将处理后的半导体晶圆从第一处理腔室155传送至传送腔室145中的对位器148。接着，在对位器148中的半导体晶圆(例如半导体晶圆W)可以通过第一机械手臂144传送至退火腔室150。退火腔室150可以包括加热炉，配置以对电镀后的半导体晶圆进行退火处理。

在退火腔室150中的退火处理完成时，第一机械手臂144便可将退火后的半导体晶圆传送至第一端1421和第二端1422中的其中一者。然后，在输入输出端142中的退火的半导体晶圆会进一步传送至其他系统，例如传送到化学抛光制程的一化学机械抛光系统(未图示)。

当在传送半导体晶圆W的过程中，边缘检测装置200会获取关于半导体晶圆W的边缘区域的一部分的影像，借此实时地监控半导体晶圆W。如图1所示，于此实施例中，当半导体晶圆W位在对位器148中时，第一机械手臂144会伸出至对位器148以夹持半导体晶圆W。在夹持住半导体晶圆W之后，第一机械手臂144拉回中央位置。然后，第一机械手臂144再次伸出以将半导体晶圆W传送至退火腔室150。如图1所示，虚线AL代表第一机械手臂144将半导体晶圆W从对位器148传送至退火腔室150的传送路径。当半导体晶圆W在运送途中且位于边缘检测装置200下方的一预定位置时，边缘检测装置200会获取半导体晶圆W的边缘区域的一部分的影像。应该注意，前述预定位置可以是边缘检测装置200清楚地获取半导体晶圆W的影像的任意位置。

在获取半导体晶圆W的影像后，边缘检测装置200可将影像传送至后段设备140C中的处理单元164。处理单元164是配置以分析关于半导体晶圆W的边缘的影像。另外，要注意的是，边缘检测装置200可以安装在第一机械手臂144的上方的任意位置，只要边缘检测装置200可以清楚地获取到半导体晶圆W的影像。再者，要注意的是，边缘检测装置200未安装在传送腔室145中。

请同时参考图2至图4，图2至图4为根据本发明一些实施例的前段设备140A中元件的作动示意图。如图2所示，边缘检测装置200可包含两个发光模块(第一发光模块202与第二发光模块204)、两个影像获取单元(第一影像获取单元206与第二影像获取单元208)以及一感测单元210。于此实施例中，第一发光模块202与第二发光模块204是配置以分别发出一光束至半导体晶圆W上。第一影像获取单元206与第二影像获取单元208是配置分别以于第一机械手臂144运送半导体晶圆W的过程中获取半导体晶圆W的边缘区域的一边缘影像。感测单元210是配置以感测第一机械手臂144是否到达一预定位置。于此实施例中，当第一机械手臂144承载半导体晶圆W至传送腔室145(第一腔室)与退火腔室150(第二腔室)之间的预定位置时，感测单元210会感测到第一机械手臂144并发送一感测信号至图1中的处理单元164。

如图2所示，第一机械手臂144具有一夹持部1441、一连接部1442以及一驱动部1443，并且夹持部1441向右侧移动至传送腔室145后夹持半导体晶圆W。接着，如图3所示，驱动部1443沿着一移动方向M1移动(例如向上抬升)，使得夹持部1441从对位器148(图1)上将半导体晶圆W抬起。之后，驱动部1443沿着一旋转方向M2旋转，使得夹持部1441与连接部1442到达如图4所示的位置后，最后驱动部1443沿着另一旋转方向M3旋转，以驱动夹持部1441将半导体晶圆W传送至退火腔室150的一入口1501。

于此实施例中，当第一机械手臂144移动到如图4的位置时，感测单元210可感测第一机械手臂144与感测单元210之间的距离。当感测单元210感测到感测单元210与第一机械手臂144的夹持部1441之间的距离等于一预定距离Td时(如图4所示)，感测单元210会发送感测信号至处理单元164，处理单元164便会根据感测信号控制第一发光模块202与第二发光模块204发出光束至半导体晶圆W的边缘区域，并且控制第一影像获取单元206与第二影像获取单元208获取半导体晶圆W上的边缘区域的边缘影像。于此实施例中，感测单元210是包含一距离感测器，配置以利用激光光束以感测感测单元210与第一机械手臂144之间的距离。然而，感测单元210感测距离的方式不限于此实施例。举例来说，感测单元210也可利用红外线热像仪、X光扫描器或超音波等感测方式来测量感测单元210与第一机械手臂144的夹持部1441之间的距离。

另外，于此实施例中，当第一机械手臂144夹持半导体晶圆W从传送腔室145运送至图4中的预定位置时，第一影像获取单元206与第二影像获取单元208是位于半导体晶圆W的上方的位置，并且第一影像获取单元206与第二影像获取单元208可于此位置分别地清晰地获取半导体晶圆W的两个边缘区域的边缘影像。于此实施例中，第一发光模块202与第二发光模块204可以稍微早于第一影像获取单元206与第二影像获取单元208启动，但不限于此。再者，当第一影像获取单元206与第二影像获取单元208分别地获取两个边缘区域的边缘影像后，处理单元164便会关闭第一发光模块202与第二发光模块204，以避免过多的光线影响半导体晶圆W的品质。

值得注意的是，于本发明实施例中，当第一机械手臂144要运送退火后的半导体晶圆W至输入输出端142时，第一机械手臂144也会经过感测单元210的下方。此时，处理单元164可控制第一机械手臂144与感测单元210之间的距离大于预定距离Td。举例来说，当第一机械手臂144夹持半导体晶圆W并移动至感测单元210下方时，处理单元164可控制驱动部1443的高度(例如沿着相反于移动方向M1的方向向下移动)，使感测单元210与第一机械手臂144的夹持部1441之间的距离大于预定距离Td。因此，感测单元210便不会触发第一影像获取单元206与第二影像获取单元208获取影像。

值得注意的是，第一机械手臂144将半导体晶圆W从对位器148传送至退火腔室150的移动路径(例如图1中的虚线AL)是在半导体制造系统100中的一预定路径，并且预定位置是在此预定路径上。因此，在半导体晶圆W沿着预定路径上到达预定位置时，第一影像获取单元206与第二影像获取单元208便会根据感测单元210的触发(也就是发出感测信号)来分别地获取半导体晶圆W上的两个边缘区域的边缘影像。意即，对半导体晶圆W上的两个边缘区域的获取边缘影像的操作并不会影响前段设备140A中各元件的操作，意即不会影响半导体制造系统100的产量。

请参考图5，图5为根据本发明一实施例的发光模块与影像获取单元的示意图。图5仅表示第一发光模块202与第一影像获取单元206的示意图，而第二发光模块204与第二影像获取单元208相似于第一发光模块202与第一影像获取单元206的结构配置，故在此省略其描述。如图5所示，于此实施例中，第一发光模块202与第一影像获取单元206是整合于一壳体212内。于此实施例中，第一影像获取单元206可为一相机(例如为采用电荷耦合器件(CCD)或互补式氧化金属半导体(CMOS)作为感光元件的一相机)，并且具有一镜头2061。

再者，如图5所示，第一发光模块202包含一半反射镜2021以及一发光源2023。于此实施例中，发光源2023为一发光二极管，但不限于此实施例。发光源2023是配置以发出一入射光束IL至半反射镜2021，接着半反射镜2021再将入射光束IL反射为光束LB至半导体晶圆W的一边缘区域上。于此实施例中，发光源2023是发出具有红光波长的光束，但不限于此。再者，值得注意的是，如图5所示，光束LB与第一影像获取单元206的镜头2061是位在同一轴向上(也就是在轴向A1上)，并且第一影像获取单元206与半反射镜2021是沿着轴向A1的方向排列。通过这样的结构配置，第一影像获取单元206可以获取到更清晰的边缘影像。

然而，第一发光模块202与第一影像获取单元206的配置不限于上述的结构。第一发光模块202与第一影像获取单元206也可于其他实施例中是分离设置。举例来说，第一发光模块202可以任意调整相对于半导体晶圆W的位置与角度，以使第一影像获取单元206获取到清晰且符合需求的边缘影像。

请参考图6，图6为根据本发明一实施例的边缘检测装置200、处理单元164以及一故障检测分类设备180的示意图。如图6所示，半导体晶圆W包含有一电镀区域WP与一边缘斜面去除区域WE，边缘斜面去除区域WE是半导体晶圆W的外缘附近的区域。于此实施例中，边缘斜面去除区域WE是半导体晶圆W的镀铜层中被移除后的区域，并且边缘斜面去除区域WE是环绕于电镀区域WP。再者，第一影像获取单元206是获取半导体晶圆W的一边缘区域(一第一边缘区域214)的影像，并且第二影像获取单元208是获取半导体晶圆W的另一边缘区域(一第二边缘区域216)的影像。

于此实施例中，第一边缘区域214或第二边缘区域216是包含电镀区域WP与边缘斜面去除区域WE的至少一部分。再者，如图6所示，第一边缘区域214和第二边缘区域216是可包含半导体晶圆W上的两个不同的区域。于此实施例中，第一边缘区域214与第二边缘区域216是对称地位于半导体晶圆W上。举例来说，第一边缘区域214是位于半导体晶圆W的最左边的区域，且第二边缘区域216是位于半导体晶圆W的最右边的区域。但不限于此实施例。举例来说，第一边缘区域214与第二边缘区域216可以是半导体晶圆W上的其他区域，并且只要是可以包含部分的电镀区域WP与部分的边缘斜面去除区域WE的区域皆符合本公开的范围。

另外，值得注意的是，第一影像获取单元206与半导体晶圆W的一表面WS之间具有一夹角AS。也就是说，轴向A1与表面WS之间具有夹角AS。相似地，第二影像获取单元208与表面WS也可具有夹角AS。于此实施例中，夹角AS约为25～65度，但不限于此实施例。通过第一影像获取单元206与半导体晶圆W的表面WS之间形成夹角AS的配置，可使得第一边缘区域214的边缘影像中边缘斜面去除区域WE与电镀区域WP的灰阶值具有明显的差异。于某些实施例中，夹角AS约为40～50度，但不限于此。

如图6所示，半导体制造系统100除了处理单元164外也可包含一电脑250。处理单元164是可控制第一影像获取单元206、第二影像获取单元208、第一发光模块202与第二发光模块204的操作。于此实施例中，第一影像获取单元206与第二影像获取单元208所获取到的第一边缘区域214与第二边缘区域216的影像可为彩色影像，而处理单元164可将第一影像获取单元206与第二影像获取单元208所获取的边缘影像灰阶化后以产生灰阶影像数据，接着再将灰阶影像数据传送给电脑250。值得注意的是，于其他实施例中，电脑250与处理单元164也可整合为一处理设备。

当电脑250接收到处理单元164所提供的灰阶影像数据后，电脑250便可根据灰阶影像数据来分别计算第一边缘区域214中与第二边缘区域216中的边缘斜面去除区域WE的宽度(计算的方式将于之后详细描述)。另外，电脑250也可以包含监视器或屏幕，以实时地显示关于第一边缘区域214与第二边缘区域216的边缘影像以及边缘斜面去除区域WE的相关信息。接着，电脑250将获得的宽度传输至故障检测分类设备180，以判断半导体晶圆上的边缘斜面去除区域WE是否符合预期的宽度或是超出容许宽度。

故障检测分类设备180可为一种电脑整合制造(CIM)系统，配置以检测和分类所发现的错误。当故障检测分类设备180发现边缘斜面去除区域WE的宽度超出容许宽度时，故障检测分类设备180将此情形分类为一错误，并且可发出通知信息或警告信息给制造人员。再者，故障检测分类设备180可以记录半导体制造设备140所处理的每个半导体晶圆的信息，例如每一个半导体晶圆W的辨识数据(例如编号)以及其边缘斜面去除区域WE的宽度。因此，在制程处理过程中或过程后，制造人员可以快速地得知哪些半导体晶圆的边缘斜面去除区域WE不符合预期的宽度。另外，也可根据每个半导体的信息来判断半导体制造设备140是否需要维修。

请参考图7A与图7B，图7A为根据本发明一实施例的关于第一边缘区域214的边缘影像的示意图，并且图7B为根据本发明一实施例的关于第二边缘区域216的边缘影像的示意图。第一边缘区域214的边缘影像显示了电镀区域WP与边缘斜面去除区域WE的一部分，而第二边缘区域216的边缘影像显示了电镀区域WP与边缘斜面去除区域WE的另一部分。值得注意的是，由于图6中第一影像获取单元206与半导体晶圆W的表面WS之间形成有夹角AS，因此第一发光模块202所发出且经由边缘斜面去除区域WE反射后的光线大部分不会被第一影像获取单元206所接收。于是，如图7A与图7B中所示，相较于电镀区域WP与边缘斜面去除区域WE的外侧部分(也就是半导体晶圆W的外侧)，边缘斜面去除区域WE的灰阶值较小(例如较暗)。

接下来说明处理单元164获得边缘斜面去除区域WE宽度的方法。首先，以第二边缘区域216的边缘影像为例，在处理单元164获得此边缘影像后，处理单元164可于边缘影像中定义一检测窗口300，接着再于检测窗口300中定义至少一条取样直线，取样直线是由边缘斜面去除区域WE的外侧开始延伸跨过边缘斜面去除区域WE到电镀区域WP的一条直线，并且取样直线是实质地朝向半导体晶圆W的中心。于此实施例中，检测窗口300中可定义有20条取样直线，但不限于此，于其他实施例中，检测窗口300也可定义有50条取样直线，取样直线的数目可根据实际需求而定。

如图7B所示，检测窗口300中具有一取样直线L1，并且沿着取样直线L1上可定义有多个取样点，配置以获得每一个取样点所对应的灰阶值。于此实施例中，取样点的数目为50，但可根据实际需求设定。再者，根据取样直线L1上的多个取样点可以获得一灰阶值曲线。请同时参考图7B与图8，图8为根据图7B的实施例中取样直线L1的灰阶值曲线图。如图8所示，当取样直线L1由边缘斜面去除区域WE的外侧(也就是半导体晶圆W的外侧，较白的区域)进入边缘斜面去除区域WE(较黑的区域)时，灰阶值曲线会从较大的灰阶值(例如200)转为较小的灰阶值(例如50)。因此，根据灰阶值曲线中由灰阶值200转为灰阶值50的取样点便可获得第一边界点P1。于此实施例中，第一边界点P1是位于图7B中半导体晶圆W的一外缘WB1上。

相似地，当取样直线L1继续由边缘斜面去除区域WE(较黑的区域)进入电镀区域WP(较白的区域)时，灰阶值曲线会从较小的灰阶值(例如50)转为较大的灰阶值(例如200，但不限于此实施例，例如电镀区域WP的灰阶值也可为250，即大于边缘斜面去除区域WE的灰阶值，并且与半导体晶圆W的外侧区域的灰阶值不同)。因此，根据灰阶值曲线中由灰阶值50转为灰阶值200的取样点便可获得第二边界点P2，并且第二边界点P2是位于图7B中电镀区域WP与边缘斜面去除区域WE的一边界WB2上。于是，由第一边界点P1与第二边界点P2之间的距离便可以获得边缘斜面去除区域WE的宽度。在某些实施例中，电镀区域WP的灰阶值也可为150，大于边缘斜面去除区域WE的灰阶值(例如50)，但小于半导体晶圆W的外侧区域的灰阶值(例如200)。

此外，为了获得更精准的边缘斜面去除区域WE的宽度，处理单元164可按序于检测窗口300中的每一条取样直线进行前述步骤而获得多个宽度值，最后再将所有取样直线所获得的宽度值进行平均以获得一平均宽度值，以作为边缘斜面去除区域WE的宽度。要注意的是，图7B的边缘影像中的半导体晶圆W的尺寸与半导体晶圆W的真实尺寸可能有所不同，例如具有一比例(如1：1.5)。因此，为了获得边缘斜面去除区域WE的真实宽度，可将先前获得的平均宽度值再乘上前述的比例(如乘以1.5)，如此便可获得边缘斜面去除区域WE的真实宽度。另外，在某些实施例中，也可通过计算第一边界点P1与第二边界点P2之间的像素点数目来获得边缘斜面去除区域WE的真实宽度。举例来说，每一像素是对应于一真实宽度。因此，通过计算第一边界点P1与第二边界点P2之间的像素总数目，便可根据像素所对应的真实宽度获得边缘斜面去除区域WE的真实宽度。

另外，为了避免有误判的情形产生，电脑250(亦或者是整合后的处理单元164)可进一步根据第一边界点P1或第二边界点P2的后的多个取样点的灰阶值来判断。举例来说，如图8所示，在第一边界点P1之后的取样宽度W1中取样点的灰阶值皆为200以下且大多为50，因此电脑250可以判断第一边界点P1为一有效的边界点。于此实施例中，取样宽度W1可包含5个取样点，但不限于此。相似地，如图8所示，在第二边界点P2之后的取样宽度W2中取样点的灰阶值皆为200，因此电脑250(亦或者是整合后的处理单元164)可以判断第二边界点P2为一有效的边界点。于此实施例中，取样宽度W2为30个取样点，但不限于此。反之，若在第二边界点P2之后的多个取样点的灰阶值再次转为远低200，例如50，则电脑250可以判断第二边界点P2不是一个有效的边界点。

再者，在某些实施例中，在第7B图中沿着取样直线L1依序取得每一个取样点的灰阶值的步骤中，也可以进一步获取单一取样点周围的多个像素的灰阶值，以作为取样时的参考灰阶值。举例来说，可以根据取样直线L1的第一个取样点定义出一个3*3矩阵，并且此矩阵的中心点为第一取样点。如此一来，便可由此矩阵获取九个灰阶值(包含第一个取样点的灰阶值以及周围的八个像素的灰阶值)，接着再配合前述的判断条件(例如取样宽度W1或W2)，由九个灰阶值中挑选出最合适的一个灰阶值。接着，再依序对取样直线L1中的第二个至最后一个取样点进行同样的步骤，以建构图8中的灰阶值曲线。通过上述定义一矩阵以获得取样点与邻近的像素的灰阶值的方式，可以进一步避免边缘影像中的噪声干扰或光源不均而导致误判的情形产生。要注意的是，定义的矩阵不限于3*3矩阵，也可以为其他大小的矩阵，例如4*4或5*5的矩阵。

接着，电脑250可将包含获得的半导体晶圆W的边缘斜面去除区域WE的宽度以及半导体晶圆W的辨识数据传送至故障检测分类设备180。故障检测分类设备180可记录每一片半导体晶圆W中的相关信息，并且当某一半导体晶圆的边缘斜面去除区域WE的宽度出现异常时，故障检测分类设备180可发出提醒信息或警告信息，以通知制造人员。

请参考图9，图9为根据本发明一些实施例的检测半导体晶圆W的边缘斜面去除区域WE的方法900的流程图。在操作S100中，通过一机械手臂运送一半导体晶圆，例如通过第一机械手臂144将半导体晶圆W由传送腔室145运送至退火腔室150。在操作S102中，调整影像获取单元朝向半导体晶圆的表面之间的角度。举例来说，如图6中所示，可调整沿着轴向A1设置的第一影像获取单元206与半导体晶圆W的表面WS之间的夹角AS，使得在边缘影像中的边缘斜面去除区域WE相较于电镀区域WP与半导体晶圆W的外侧的灰阶值相对较低。

在操作S104中，当机械手臂(如第一机械手臂144)承载半导体晶圆W且移动至预定位置时，发光模块(如第一发光模块202)发出一光束至半导体晶圆W，其中半导体晶圆W具有电镀区域WP以及环绕电镀区域WP的边缘斜面去除区域WE。接着，在操作S106中，通过影像获取单元(如第一影像获取单元206)获取关于半导体晶圆W的电镀区域WP与边缘斜面去除区域WE的一边缘影像。

接着，在操作S108中，于边缘影像中定义一检测窗口，例如图7B中电脑250可于边缘影像中定义检测窗口300。在操作S110中，于检测窗口中定义至少一条取样直线，例如图7B中于检测窗口300中定义取样直线L1。在操作S112中，沿着至少一条取样直线获得一灰阶值曲线，例如由取样直线L1获得图8中的灰阶值曲线。在操作S114中，根据灰阶值曲线获得电镀区域WP与边缘斜面去除区域WE的一边界以及获得半导体晶圆W的外缘。举例来说，根据多条取样直线获得的多个第一边界点获得边界WB1，并且根据多个第二边界点获得外缘WB2。在操作S116中，根据外缘WB1与边界WB2获得边缘斜面去除区域WE的宽度。要注意的是，前述操作不限于此实施例，操作的顺序可以变化或修正，或加上额外的操作。举例来说，操作S102可以于操作S100之前执行，或者是操作S102可于方法900中省略。

本发明实施例提供一种半导体制造系统100，具有一半导体制造设备140，配置以对一或多个半导体晶圆进行电镀、酸蚀与退火等处理。于一实施例中，半导体制造设备140可包含一边缘检测装置200，当一半导体晶圆经过边缘斜面去除处理后，边缘检测装置200可于机械手臂运送半导体晶圆的过程中检测边缘斜面去除区域WE的宽度，并且将宽度的信息传送至故障检测分类设备180。故障检测分类设备180便可判断每一片晶圆边缘斜面去除区域WE的宽度是否符合一预定宽度，并且于不符合预定宽度时发出通知信息或警告信息给制造人员。

再者，影像获取单元与半导体晶圆W的表面WS之间的夹角AS可以被任意调整，使边缘斜面去除区域WE反射的光线大部分不会被影像获取单元所接收。因此边缘影像中相较于半导体晶圆W的外侧区域与电镀区域WP而言，边缘斜面去除区域WE的灰阶值较低，进而可以提高检测边缘斜面去除区域WE的宽度的精确度。

另外，由于第一机械手臂144将半导体晶圆从传送腔室145运送至退火腔室150的移动路径是半导体制造系统100中的一预定路径，并且影像获取单元是在半导体晶圆W沿着预定路径上到达预定位置时根据感测单元的触发来获取半导体晶圆W上的边缘区域的边缘影像。因此，边缘检测装置200检测半导体晶圆的边缘斜面去除区域的宽度的操作并不会影响半导体制造设备140中各元件的操作，也不会影响半导体制造系统100的产量。

本发明实施例提供一种半导体制造系统，包含一机械手臂、一发光模块、一影像获取单元、一处理单元以及一故障分类检测设备。机械手臂，配置以由一第一腔室运送一半导体晶圆至一第二腔室。发光模块是配置以发出一光束至半导体晶圆，其中半导体晶圆具有一电镀区域以及环绕电镀区域的一边缘斜面去除区域。影像获取单元是配置以于机械手臂运送半导体晶圆的过程中获取关于半导体晶圆的电镀区域与边缘斜面去除区域的一边缘影像。处理单元是配置以根据边缘影像中由边缘斜面去除区域的外侧至电镀区域的灰阶值变化获得边缘斜面去除区域的宽度。故障检测分类设备是配置以记录关于半导体晶圆的一信息，其中信息包含边缘斜面去除区域的宽度以及半导体晶圆的辨识数据。

根据一些实施例，半导体制造系统还包含一感测单元，配置以当机械手臂承载半导体晶圆至第一腔室与第二腔室之间的一预定位置时，感测单元感测到机械手臂而发送一感测信号至处理单元，并且处理单元根据感测信号控制影像获取单元获取边缘影像。

根据一些实施例，感测单元包含一距离感测器，配置以感测机械手臂的高度。

本发明实施例另提供一种边缘检测装置，包含一发光模块、一影像获取单元以及一处理单元。发光模块是配置以发出一光束至一半导体晶圆，其中半导体晶圆具有一电镀区域以及环绕电镀区域的一边缘斜面去除区域。影像获取单元是配置以获取关于半导体晶圆的电镀区域与边缘斜面去除区域的一边缘影像。处理单元是配置以根据边缘影像中由边缘斜面去除区域的外侧至电镀区域的灰阶值变化获得边缘斜面去除区域的宽度。

根据一些实施例，发光模块包含一半反射镜以及一发光源。发光源，配置以发出一入射光束至半反射镜，半反射镜将入射光束反射为光束，并且光束反射至半导体晶圆的一边缘区域上，其中边缘区域包含部分的电镀区域与部分的边缘斜面去除区域。

根据一些实施例，光束与影像获取单元的一镜头位在一轴向上，并且影像获取单元与半反射镜沿着轴向排列。

根据一些实施例，轴向与半导体晶圆的一表面的夹角约为25～65度。

本发明实施例提供一种检测半导体晶圆的边缘斜面去除区域的方法，包含：通过一机械手臂运送一半导体晶圆；当承载半导体晶圆且移动至一预定位置时，发出一光束至半导体晶圆，其中半导体晶圆具有一电镀区域以及环绕电镀区域的一边缘斜面去除区域；获取关于半导体晶圆的电镀区域与边缘斜面去除区域的一边缘影像；以及根据边缘影像中由边缘斜面去除区域的外侧至电镀区域的灰阶值变化获得边缘斜面去除区域的宽度。

根据一些实施例，获得边缘斜面去除区域的宽度的步骤还包含：于边缘影像中定义一检测窗口；于检测窗口中定义至少一条取样直线；沿着至少一条取样直线获得一灰阶值曲线；根据灰阶值曲线获得电镀区域与边缘斜面去除区域的一边界以及获得半导体晶圆的外缘；以及根据外缘与边界获得边缘斜面去除区域的宽度。

根据一些实施例，检测半导体晶圆的边缘斜面去除区域的方法，还包含：调整一影像获取单元朝向半导体晶圆的一表面的角度。

以上虽然详细描述了实施例及它们的优势，但应该理解，在不背离所附权利要求限定的本公开的构思和范围的情况下，对本公开可作出各种变化、替代和修改。此外，本申请的范围不旨在限制于说明书中所述的制程、机器、制造、物质组成、工具、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员将容易地从本公开中理解，根据本公开，可以利用现有的或今后将被开发的、执行与在本公开所述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的制程、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些制程、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤包括它们的范围内。此外，每一个权利要求构成一个单独的实施例，且不同权利要求和实施例的组合都在本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种半导体制造系统，包含：

一机械手臂，配置以由一第一腔室运送一半导体晶圆至一第二腔室；

一发光模块，配置以发出一光束至该半导体晶圆，其中该半导体晶圆具有一电镀区域以及环绕该电镀区域的一边缘斜面去除区域；

一影像获取单元，配置以于该机械手臂运送该半导体晶圆的过程中获取关于该半导体晶圆的该电镀区域与该边缘斜面去除区域的一边缘影像；

一处理单元，配置以根据该边缘影像中由该边缘斜面去除区域的外侧至该电镀区域的灰阶值变化获得该边缘斜面去除区域的宽度；以及

一故障检测分类设备，配置以记录关于该半导体晶圆的一信息，其中该信息包含该边缘斜面去除区域的宽度以及该半导体晶圆的辨识数据；

其中该处理单元配置以于该边缘影像中定义一检测窗口、于该检测窗口中定义至少一条取样直线、沿着该至少一条取样直线获得一灰阶值曲线、根据该灰阶值曲线获得该电镀区域与该边缘斜面去除区域的一边界以及获得该半导体晶圆的外缘，并且根据该外缘与该边界获得该边缘斜面去除区域的该宽度。

2.如权利要求1所述的半导体制造系统，其中该半导体制造系统还包含一感测单元，配置以当该机械手臂承载该半导体晶圆至该第一腔室与该第二腔室之间的一预定位置时，该感测单元感测到该机械手臂而发送一感测信号至该处理单元，并且该处理单元根据该感测信号控制该影像获取单元获取该边缘影像。

3.如权利要求2所述的半导体制造系统，其中该感测单元包含一距离感测器，配置以感测该机械手臂与该感测单元之间的距离。

4.一种边缘检测装置，包含：

一发光模块，配置以发出一光束至一半导体晶圆，其中该半导体晶圆具有一电镀区域以及环绕该电镀区域的一边缘斜面去除区域；

一影像获取单元，配置以获取关于该半导体晶圆的该电镀区域与该边缘斜面去除区域的一边缘影像；以及

一处理单元，配置以根据该边缘影像中由该边缘斜面去除区域的外侧至该电镀区域的灰阶值变化获得该边缘斜面去除区域的宽度；

其中该处理单元配置以于该边缘影像中定义一检测窗口、于该检测窗口中定义至少一条取样直线、沿着该至少一条取样直线获得一灰阶值曲线、根据该灰阶值曲线获得该电镀区域与该边缘斜面去除区域的一边界以及获得该半导体晶圆的外缘，并且根据该外缘与该边界获得该边缘斜面去除区域的该宽度。

5.如权利要求4所述的边缘检测装置，其中该发光模块包含：

一半反射镜；以及

一发光源，配置以发出一入射光束至该半反射镜，该半反射镜将该入射光束反射为该光束，并且该光束反射至该半导体晶圆的一边缘区域上，其中该边缘区域包含部分的该电镀区域与部分的该边缘斜面去除区域。

6.如权利要求5所述的边缘检测装置，其中该光束与该影像获取单元的一镜头位在一轴向上，并且该影像获取单元与该半反射镜沿着该轴向排列。

7.如权利要求6所述的边缘检测装置，其中该轴向与半导体晶圆的一表面的夹角为25～65度。

8.一种检测半导体晶圆的边缘斜面去除区域的方法，包含：

通过一机械手臂运送一半导体晶圆；

当承载该半导体晶圆且移动至一预定位置时，发出一光束至该半导体晶圆，其中该半导体晶圆具有一电镀区域以及环绕该电镀区域的一边缘斜面去除区域；

获取关于该半导体晶圆的该电镀区域与该边缘斜面去除区域的一边缘影像；以及

根据该边缘影像中由该边缘斜面去除区域的外侧至该电镀区域的灰阶值变化，获得该边缘斜面去除区域的宽度；

其中获得该边缘斜面去除区域的宽度的步骤还包含：

于该边缘影像中定义一检测窗口；

于该检测窗口中定义至少一条取样直线；

沿着该至少一条取样直线获得一灰阶值曲线；

根据该灰阶值曲线获得该电镀区域与该边缘斜面去除区域的一边界以及获得该半导体晶圆的外缘；以及

根据该外缘与该边界获得该边缘斜面去除区域的该宽度。

9.如权利要求8所述的检测半导体晶圆的边缘斜面去除区域的方法，还包含：

调整一影像获取单元朝向该半导体晶圆的一表面的角度。

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