TW201324645A - 檢測晶圓之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種檢測半導體晶圓的檢測系統。該檢測系統包含一照明裝置，用於提供寬頻照明。該寬頻照明可為不同的對比，例如明視野與暗視野寬頻照明其中之一。該檢測系統進一步包含一第一影像擷取裝置與一第二影像擷取裝置，其每一個都設置成在該半導體晶圓移動中時，接收寬頻照明來擷取該半導體晶圓的影像。該系統包含數個管鏡頭，用於讓該寬頻照明準直。該系統也包含一穩定機構以及一物鏡組合。該系統進一步包含一細線型照明發射器以及一第三影像擷取裝置，用於接收細線型照明，藉以擷取該半導體晶圓的三維影像。該系統包含一反射器組合，來讓該第三影像擷取裝置接收從該半導體晶圓往多個方向反射的照明。

Description

檢測晶圓之系統及方法
本發明係關於一般晶圓檢測程序，更具體而言本發明係關於檢測半導體構件的一種自動化系統及方法。
在半導體工業當中，確保所製造的半導體構件(例如半導體晶圓與晶粒)具有一致地高品質的能力越來越重要。半導體晶圓製造技術已經被一致地改善來讓更多數量零件裝入更小表面積的半導體晶圓內，因此，用於半導體晶圓製造中的光微影製程變得更精密，以允許更多數量零件裝入更小表面積的半導體晶圓內(即更高的半導體晶圓效能)。所以，目前半導體晶圓上潛在缺陷的大小通常都在微米到次微米範圍內。
顯然地，半導體晶圓廠越來越迫切需要改善半導體晶圓品質控制以及檢測程序，以確保所製造的半導體晶圓具有一致的高品質。半導體晶圓通常接受檢驗來偵測其上的缺陷，像是表面有粒子、瑕疵、起伏以及其他不規則部份。這種缺陷會影響半導體晶圓的最終效能，因此，在半導體晶圓製造期間消除或取出有缺陷的半導體晶圓為其關鍵。
在半導體檢測系統與處理方面已經有所進步，例如：較高解析度成像系統、更快的電腦以及強化精密度的機械處理系統已被投入使用。此外，半導體晶圓檢測系統、方法以及技術已經行之有年地運用在明視野照明(brightfield illumination)、暗視野照明(darkfield illumination)以及空間濾波(spatial filtering)技術的至少其中之一。
運用明視野成像，半導體晶圓上的小粒子將光線從影像擷取裝置的收集孔散射出來，因此導致返回影像擷取裝置的能量減少。當粒子小於鏡頭的光點分佈函數或數位化像素時，來自圍繞該粒子的附近區域的明視野能量相對於該粒子貢獻出大量的能量，藉此讓該粒子難以偵測。此外，來自包圍該粒子的附近區域之反射係數變化通常會遮蓋由於小粒子的大小所造成之非常小的能量減少，因此導致錯誤的缺陷偵測次數增加。為了克服上述現象，半導體檢測系統已配備具有較高解析度的高階攝影機，其可擷取更小表面積的半導體晶圓的影像。明視野影像一般具有較好的像素對比，這對於評估缺陷大小以及在檢測暗缺陷時有好處。
暗視野照明及其優點為此項技術中吾人所熟知，暗視野成像已經運用在許多現有的半導體晶圓檢測系統內。暗視野成像通常取決於光線對於所要檢測物體上的入射角。在與要檢測物體的水平面呈小夾角時(例如3至30度)，暗視野成像通常在缺陷(像是表面粒子、瑕疵以及其他不規則部份存在)以外的位置產生暗影像。暗視野成像的一種特別使用係照亮大小小於鏡頭解析度的缺陷，用來產生明視野影像。在與水平面呈較大的角度上(例如30至85度)，暗視野成像通常產生相較於明視野影像較佳的對比影像。這類高角度暗視野成像的一種特別使用增強鏡面拋光或透明物體上表面不規則部份的對比。此外，高角度暗視野成像增強傾斜物體的成像。
半導體晶圓的光反射係數對於使用明視野與暗視野成像所獲得之影像的品質有顯著影響。半導體晶圓上呈現的微觀與巨觀結構影響半導體晶圓的光反射係數，一般來說，半導體晶圓所反射的光量與入射光的方向或角度 觀看方向以及半導體晶圓表面的光反射係數有關。光反射係數依序取決於入射光波長以及半導體晶圓的材料成份。
一般來說難以控制呈現用於檢測的半導體晶圓的光反射係數，這是因為半導體晶圓可由許多層材料構成。每一層材料都可以不同方式，例如用不同速度，傳輸不同波長的光線。此外，層可具有不同的光穿透性或甚至反射係數。因此，熟知此項技術者將瞭解，使用單波長或窄頻帶波長的光線或照明通常會對所擷取影像之品質造成不利的影響。經常修改單波長或窄頻帶波長的需求需要用到多個空間濾波器或波長調節器，這並不方便。為了減緩這個問題，最重要是使用寬頻照明(即是大範圍波長的照明)，例如波長範圍介於300nm與1000nm之間的寬頻照明。
寬頻照明對於達到高品質影像以及處置具備大範圍的表面反射係數的半導體晶圓來說相當重要。此外，一般藉由使用多種照明角度，例如使用明視野與暗視野照明，將可提高晶圓檢測系統的缺陷偵測能力。市場上現有的晶圓系統通常不運用多角度並且具有全寬頻波長的照明。
目前可用的晶圓檢測系統或設備通常使用下列方法的其中之一，來在晶圓檢測期間達成多重回應：
(1)具備多重照明的多重影像擷取裝置(Multiple Image Capture Device,MICD)
MICD使用複數個影像擷取裝置以及複數個照明。MCID根據分段原理將波長頻譜分成窄頻帶，並且將每一分段好的波長頻譜分配到個別照明。在運用MICD方法的系統設計期間，每一影像擷取裝置都與對應的照明(即是照明源)配對，與對應的光學配件搭配，像是空間濾波器或特殊塗佈分光器。 例如：使用水銀電弧燈和空間濾波器的明視野波長受限在400至600nm之間，並且使用雷射的暗視野波長受限在650至700nm之間。MICD方法有其缺點，例如其具有差的影像品質以及於設計方面較無彈性。差的影像品質來自於受檢測之半導體晶圓變化的表面反射係數，結合使用窄波長的照明。因為單照明波長之修改通常需要重新設置晶圓檢測系統的整個光學設定，造成系統設計上之無彈性。此外，在擷取的影像品質未讓步之下，MICD方法通常無法輕易進行由單影像擷取裝置執行可變波長照明之擷取。
(2)具備多重照明的單影像擷取裝置(Single Image Capture Device,SICD)
SICD方法使用單影像擷取裝置來擷取多重照明，其皆具有分段波長或寬頻波長之任一。不過，在晶圓移動時不可能同時獲得多重照明回應。換言之，當晶圓移動時，SICD方法只允許一個照明回應。為達成多重照明回應，SICD方法需要在晶圓靜止時擷取影像，這會影響晶圓檢測系統的產量。
半導體晶圓檢測系統運用使用寬頻明視野與暗視野的同時、獨立、即時影像擷取，或一般多重照明，並且由於對於實際實施與操作優點缺乏相關瞭解，所以無法使用多重影像擷取裝置。現有半導體晶圓檢測系統通常運用MICD或SICD。運用MICD的設備不使用寬頻，通常會遭遇差的影像品質以及系統設定無彈性的問題。在另一方面，使用SICD的設備會致使系統產量減少，並且無法獲得即時同步多重照明回應。
美國專利第5,822,055(KLA1)號揭示運用明視野照明與暗視野照明器的示範現有半導體晶圓光學檢測系統。KLA1內所揭示的光學檢測系統之一具體實施例，如上述運用MICD。其使用多部攝影機以擷取半導體晶圓的個別 明視野與暗視野影像，然後分開或一起處理擷取的明視野與暗視野影像，來偵測半導體晶圓上的缺陷。此外，KLA1的光學檢測系統使用個別明視野與暗視野照明光源，同時擷取明視野與暗視野影像。KLA1使用照明波長頻譜分割、窄頻帶照明光源以及空間濾波器來擷取明視野和暗視野影像，達到同時影像擷取。在KLA1光學系統內，其中一部攝影機設置成使用窄頻帶雷射與空間濾波器來接收暗視野成像。另一部攝影機設置成使用明視野照明以及具有特殊塗佈的分光器來接收剩餘波長頻譜。KLA1所揭示之光學檢測系統的缺點包含其不適用於將因波長頻譜的分段所致之表面反射係數大量變動的不同半導體晶圓成像，攝影機與各別照明緊密耦合，因此沒有可以組合超過一個可用照明來強化特定晶圓類型的彈性。一此類型為其前側上具有碳塗佈層的晶圓，例如單獨使用明視野，而在特定照明角度上展現出不佳的反射特性。其需要明視野與高角度暗視野照明的組合來檢視特定缺陷。因此，KLA1的光學檢測系統需要複數個燈光或照明光源和濾波器用於執行多重檢測通過(依序影響系統產量的多次掃描)，藉此擷取多個明視野與暗視野影像。
美國專利第6,826,298號(AUGTECH1)以及美國專利第6,937,753號(AUGTECH2)揭示運用明視野與暗視野成像的其他示範現有光學檢測系統。AUGTECH1和AUGTECH2的光學檢測系統之暗視野成像運用複數個雷射來執行低角度暗視野成像，以及運用一光纖環形光來執行高角度暗視野成像。此外，AUGTECH1和AUGTECH2的光學檢測系統運用一單攝影機感應器並屬於前述說明的SICD方法。因此，AUGTECH1和AUGTECH2內半導體晶圓的檢測，由明視野成像或暗視野成像，或透過明視野成像與暗視野成像的組合來執行，其中各該明視野成像與暗視野成像會在另一個完成時執行。AUGTECH1和 AUGTECH2的檢測系統係為不可同時、即時或與晶圓作動同時，並且為獨立的明視野與暗視野成像。因此，每一半導體晶圓都需要通過多次才能完成其檢測，導致製造產量降低並且增加資源利用率。
此外，許多現有光學檢測系統運用金影像或參考影像與新獲取的半導體晶圓影像做比較。參考影像的衍生通常需要擷取數個已知影像或手動選擇的「良好」半導體晶圓，然後套用統計公式或技術，藉此獲取參考影像。以上衍生的一缺點為手動選擇「良好」半導體晶圓伴隨的不準確或不一致。使用這種參考影像的光學檢測系統可能因為不精確或不一致的參考影像，而遭受半導體晶圓錯誤退回的對待。隨著半導體晶圓的電路形狀複雜度增加，對於手動選擇「良好」半導體晶圓來衍生參考影像的信賴度變得更加無法相容，尤其是隨著半導體檢測工業所設定的品質標準日益提高時。
衍生金參考影像牽涉到許多統計技術與計算，大多數統計技術都非常通用並且各具其優點。目前此項技藝可用的設備之情形係使用平均(average)或平均值(mean)搭配標準差來計算金參考像素。此方法使用已知良好像素就可完善的運作，否則任何缺陷或雜訊像素都會干擾並影響參考像素的最終平均或平均值。另一方法為使用中位數並且其由於雜訊像素而減少干擾，但是大體上無法消除雜訊的影響。所有可用的設備都嘗試套用不同種的統計技術，像是平均值、中位數等來減少錯誤，但是其卻不具備任何特殊或人性化順序來消除錯誤。此種特殊順序必然幫助消除像素，進而影響最後參考像素值。
美國專利第6,324,298號(AUGTECH3)揭示一種訓練方法，用於建立用於半導體晶圓檢測的金參考或參考影像。AUGTECH3揭示的方法需要「已 知良好品質」或「無缺陷」晶圓。這種晶圓的選擇為手動或使用者執行。然後套用統計公式或技術，用於獲取參考影像。如此，「良好品質」晶圓的精確與一致選擇對於維護精確與一致的半導體檢測品質而言相當關鍵。另外，AUGTECH3使用平均值與標準差來計算參考影像的個別像素，並且任何缺陷像素的存在都將導致不精確的參考像素。缺陷像素由於外物或其他缺陷所造成，這會混淆統計計算並導致不正確的參考像素。熟知此項技術者將瞭解，AUGTECH3的方法可能造成半導體晶圓檢測中的不精確、不一致以及錯誤。
此外，AUGTECH3內揭示的光學檢測系統使用閃光燈來照亮半導體晶圓。熟知此項技術者將瞭解，會因為許多包含但不受限於溫差、電子不一致以及不同閃光燈亮度之因素，不同閃光燈之間會產生不一致。即使「良好」的半導體晶圓原本也具有這種差異與不一致。若系統未將此因閃光燈造成的差異列入考量，則這種差異的存在會影響金參考影像的品質。此外，由於包含但不受限於不同的晶圓平整度、安裝以及不同表面位置處的光反射係數之因素，所以照明亮度以及一致性隨著半導體晶圓表面而變。在未將燈的閃光亮度以及閃光特性列入考量之下，以上述方式產生的任何參考影像與半導體晶圓不同位置上所擷取的影像做比較時都不可靠並且不精準。
例如半導體晶圓大小、複雜度、表面反射係數以及品質檢測的標準等這些產品規格中的變化在半導體工業當中都相當常見，因此，半導體晶圓檢測系統及方法需要可檢測不同規格的半導體晶圓。不過，一般來說現有半導體晶圓檢測系統及方法無法滿足檢測這種生產規格變化，尤其是由半導體工業所設定之已知品質標準不斷提昇。
例如：典型現有半導體晶圓檢測系統使用傳統光學組合，其包 含例如攝影機、照明器、濾波器、偏光板、鏡子與鏡頭這些具備固定空間位置的構件。光學組合構件的導入或移除一般需要將整個光學組合重新安排與重新設計，因此，這種半導體晶圓檢測系統具有無彈性的設計或設置，且需要相當長的交期來進行其修改。此外，傳統光學組合物鏡與半導體晶圓之間存在用於檢測的距離通常太短，而無法輕易導入具有不同角度的光纖照明用於暗視野照明。
在此有許多其他現有的半導體晶圓檢測系統及方法，不過，因為目前缺乏技術專業知識以及操作訣竅，現有之半導體晶圓檢測系統並不於晶圓移動時同時運用明視野與暗視野成像進行檢測，而仍舊具備設計與設置方面的彈性。半導體晶圓檢測系統及方法也需要可針對半導體晶圓進行有效使用資源的、彈性的、精確的並且快速的檢測。尤其是已知半導體晶圓的電氣電路越來越複雜，並且半導體工業的品質標準越來越高。
目前缺乏可同時並獨立運用明視野與暗視野成像來執行移動中的半導體晶圓檢測之半導體晶圓檢測系統及方法，同時提供設置或設計彈性。此外，半導體晶圓檢測系統其中的構件，例如照明器、攝影機、物鏡、濾波器以及鏡子，都需要具有彈性並且可調整的空間相互配置。已知半導體晶圓的電氣電路越來越複雜，並且半導體工業所設定的品質標準越來越高，半導體晶圓檢測的精確度與一致性就越來越重要。目前用於與半導體晶圓擷取的影像做比較的金參考或參考影像衍生需要手動選擇「良好」的半導體晶圓。這種手動選擇會導致所衍生的參考影像不精確與不一致，因此後續半導體晶圓檢測就會不精確與不一致。因此，需要改良的訓練方法或處理來衍生參考影像，讓後續擷 取的半導體晶圓影像能夠被比較。本發明在於解決上述問題的至少其中之一。
本發明的具體實施例提供一種檢測系統及方法來檢測半導體構件，包含但不受限於半導體晶圓、晶粒、發光二極體(Light Emitting Diode,LED)晶片以及太陽能晶圓。該檢測系統設計用於執行2維(2D)與3維(3D)晶圓檢測，該檢測系統進一步設計用於執行缺陷檢視。
2D晶圓檢測運用2D光學模組，該模組包含至少兩個影像擷取裝置。2D晶圓檢測運用至少兩種不同的對比照明，來擷取對應對比照明的影像。2D晶圓檢測在晶圓移動時執行，並且可在一次通過中完成檢測。3D晶圓檢測運用3D光學模組，該模組包含至少一個影像擷取裝置以及至少一個細線型照明器。由像是雷射或寬頻照明光源或這兩者的細線型照明器所提供之細線型照明在半導體晶圓移動時照射在半導體晶圓上，用來擷取半導體晶圓的3D影像。檢測系統所執行的缺陷檢視由缺陷檢視光學模組促成。
根據本發明具體實施例的第一態樣，其係揭示一種檢測系統包含：一照明器，配置成用於提供入射光線至一檢測位置，該檢測位置係位於一檢測物件之表面上；複數個光學元件，包含一第一反射器組合，該第一反射器組合係配置成用於擷取從該檢測物件的表面往多個方向反射之色散照明，且該第一反射器組合進一步配置成用於導引所擷取之色散照明沿著複數個光學路徑，以提供該檢測物件的表面之複數個視圖；以及一影像擷取裝置，配置成接收該擷取之色散照明作為一單次曝光，該擷取之色散照明係提供該檢測物件之表面的該等複數個視圖。
根據本發明具體實施例的第二態樣，其係揭示一種檢測方法，包含：藉由一照明器提供入射照明至一檢測位置，該檢測位置係在一檢測物件 之一表面上；將從該檢測物件之表面往多個方向反射之色散照明沿著複數個光學路徑傳送，以提供該檢測物件之表面的複數個視圖，該傳送係由複數個光學元件所促成；以及藉由一影像擷取裝置擷取該檢測物件之表面的複數個視圖作為一單次曝光。
10‧‧‧示範系統
12‧‧‧半導體晶圓
14‧‧‧光學檢測頭
16‧‧‧晶圓運輸台或晶圓夾具/晶圓台
18‧‧‧機器人晶圓處置器
20‧‧‧晶圓堆疊模組
22‧‧‧X-Y置換台
24‧‧‧減震器
26‧‧‧明視野照明器
28‧‧‧低角度暗視野照明器
30‧‧‧高角度暗視野照明器
32‧‧‧第一影像擷取裝置
34‧‧‧第二影像擷取裝置
36‧‧‧第一管鏡頭
38‧‧‧第二管鏡頭
40‧‧‧物鏡
42‧‧‧可旋轉安裝座
44‧‧‧聚光器
46‧‧‧第一反射表面
47‧‧‧鏡子或稜鏡
48‧‧‧第一分光器
50‧‧‧第二分光器/立方體分光器
52‧‧‧細線型照明器
54‧‧‧鏡子裝置
56‧‧‧3D影像擷取裝置
58‧‧‧3D外型物鏡
60‧‧‧管鏡頭
62‧‧‧檢視影像擷取裝置
64‧‧‧檢視明視野照明器
66‧‧‧檢視暗視野照明器
67‧‧‧第一反射表面
68‧‧‧分光器
70‧‧‧檢視物鏡
72‧‧‧檢視管鏡頭
80‧‧‧反射器組合
82‧‧‧第一對鏡子或稜鏡
84‧‧‧第二對鏡子或稜鏡
100‧‧‧第一光路徑之流程
200‧‧‧第二光路徑之流程
250‧‧‧第三光路徑之流程
300‧‧‧第四光路徑之流程
350‧‧‧第五光路徑之流程
400‧‧‧示範方法
500‧‧‧示範二維(2D)晶圓掃描程序
600‧‧‧示範二維(2D)影像處理程序
700‧‧‧第一示範三維(3D)晶圓掃描程序
750‧‧‧示範第二三維(3D)晶圓掃描程序
800‧‧‧示範檢視程序
800a‧‧‧第一模式
800b‧‧‧第二模式
800c‧‧‧第三模式
900‧‧‧示範參考影像建立程序
以下將參照下列圖式說明本發明的示範具體實施例，其中：第1圖根據本發明之一示範具體實施例顯示用於檢測晶圓的示範系統之部分平面圖；第2圖顯示第1圖中系統的部分等角視圖；第3圖根據第2圖內標示的「A」視圖顯示第1圖中系統的光學檢測頭之分解部分等角視圖；第4圖根據第2圖內標示的「B」視圖顯示第1圖中系統的機器人晶圓台之分解部分等角視圖；第5圖根據第2圖內標示的「C」視圖顯示第1圖中系統的機器人晶圓載入器/卸載器之分解部分等角視圖；第6圖根據第2圖內標示的「D」視圖顯示第1圖中系統的晶圓堆疊模組之分解部分等角視圖；第7圖顯示第1圖中系統的光學檢測頭之部分等角視圖；第8圖顯示第1圖中系統的光學檢測頭之部分正視圖；第9圖顯示第1圖中系統的明視野照明器、低角度暗視野照明器、高角度暗視野照明器、第一影像擷取裝置以及第二影像擷取裝置之間照明的光線路徑；第10圖為第9圖中明視野照明器提供的明視野照明所遵循之示範第一光路 徑之流程圖；第11圖為第9圖中高角度暗視野照明器提供的暗視野高角度照明所遵循之示範第二光路徑之流程圖；第12圖為第9圖中低角度暗視野照明器提供的暗視野低角度照明所遵循之示範第三光路徑之流程圖；第13圖顯示第1圖中系統的細線型照明器與3D影像擷取裝置或攝影機之間照明的光路徑；第14圖顯示第1圖中系統的檢視明視野照明器、檢視暗視野照明器與檢視影像擷取裝置之間照明的光線路徑；第15圖為第14圖中該檢視明視野照明器與該檢視影像擷取裝置之間明視野照明所遵循之示範第四光路徑之流程圖；第16圖為第14圖中該檢視暗視野照明器與該檢視影像擷取裝置之間暗視野照明所遵循之示範第五光路徑之流程圖；第17圖為本發明所提供用於檢測晶圓的示範方法之方法流程圖；第18圖為用於建立參考影像來與第17圖中方法執行期間所擷取之影像做比較的示範參考影像建立程序之程序流程圖；第19圖為具有於第17圖中方法的方法步驟內所執行之時機偏移的示範二維晶圓掃描程序之程序流程圖；第20圖顯示第1圖中系統的照明設置器可選擇的照明設置表；第21圖顯示由第一影像擷取裝置擷取第一影像以及用第二影像擷取裝置擷取第二影像之時機圖；第22a圖顯示由第1圖的第一影像擷取裝置所擷取之第一影像； 第22b圖顯示由第1圖的第二影像擷取裝置所擷取之第二影像；第22c圖顯示第22a圖的第一影像與第22b圖的第二影像之組合，展現晶圓移動時由於第一影像與第二影像之擷取所造成的影像偏移；第23圖為於第17圖中方法的方法步驟內所執行的示範二維影像處理之程序流程圖；第24圖為於第17圖中方法的方法步驟內所執行的第一示範三維晶圓掃描程序之程序流程圖；第25圖顯示第1圖中系統的細線型照明器3D影像擷取裝置或攝影機之間照明的示範光線路徑；第26圖為於第17圖中方法的方法步驟內所執行之第二示範三維晶圓掃描程序之程序流程圖；以及第27圖為於第17圖中方法的方法步驟內所執行的示範檢視程序之程序流程圖。
在半導體構件的製造或製作當中，例如半導體晶圓與晶粒這類的半導體構件之檢測為一越來越重要的步驟，隨著半導體晶圓中電路越來越複雜，加上半導體晶圓的品質標準越來越高，導致對於改良過的半導體晶圓檢測系統及方法之需求增加。
目前缺乏可同時運用明視野與暗視野成像來執行半導體晶圓即時檢測之半導體晶圓檢測系統及方法，同時提供設置或設計彈性。此外，半導體晶圓檢測系統其中的構件，例如照明器、攝影機、物鏡、濾波器以及鏡子，都需要具有彈性並且可調整的空間相互配置。已知半導體晶圓的電氣電路越來 越複雜，並且半導體工業所設定的品質標準越來越高，半導體晶圓檢測的精確度與一致性就越來越重要。目前用於與半導體晶圓擷取的影像做比較的金參考或參考影像之衍生需要手動選擇「良好」的半導體晶圓。這種手動選擇會導致所衍生的參考影像不精確與不一致，因此後續半導體晶圓檢測就會不精確與不一致。因此，需要改良的訓練方法或處理來衍生參考影像，讓後續擷取的半導體晶圓影像能夠被比較。
本發明的具體實施例提供檢測半導體構件的示範系統及方法，來解決上述問題的至少其中之一。
為了簡單與清晰起見，以下本發明具體實施例的說明限制在檢測半導體晶圓的系統及方法。不過熟知此項技術者將瞭解，這並未將本發明排除在其中需要普遍見於本發明許多具體實施例之基本原理，像是操作、功能或效能特性的其他應用之外。例如：本發明所提供的系統及方法可用於檢測其他半導體構件，包含但不受限於半導體晶粒、LED晶片以及太陽能晶圓。
根據本發明的第一具體實施例提供如第1圖和第2圖內所示，用於檢測半導體晶圓12的示範系統10。依照需求，系統10也可用於檢測其他半導體裝置或構件。較佳是系統10包含光學檢測頭14(如第3圖內所示)、晶圓運輸台或晶圓夾具16(如第4圖內所示)、機器人晶圓處置器18(如第5圖內所示)、晶圓堆疊模組20(如第6圖內所示)或薄膜框匣固定器、XY置換台22以及至少一組四個減震器24(如第1圖和第2圖內所示)。
如第7圖和第8圖內所示的光學檢測頭14包含許多照明器以及影像擷取裝置。光學檢測頭14較佳是包含明視野照明器26、低角度暗視野照明器28以及高角度暗視野照明器30。熟知此項技術者將瞭解，依照需求可將額外 的暗視野照明器併入系統10內。熟知此項技術者將更瞭解，低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30可整合為單一暗視野照明器，其可依照需求彈性放置。
明視野照明器26，也就是已知為明視野照明光源或明視野照明發射器，提供或發出明視野照明或光線。明視野照明器26可例如為閃光燈或白光發光二極體。明視野照明器26較佳是提供寬頻明視野照明，其包含大體上介於並包含300nm與1000nm之間的波長。不過熟知此項技術者將瞭解，明視野照明可具有替代波長與光學特性。
明視野照明器26較佳包含一個第一光纖(未顯示)，明視野照明在從明視野照明器26發出之前透過此光纖行進，較佳是，第一光纖作為導引明視野照明行進方向的波導。更佳是，第一光纖促成從明視野照明器26發出的明視野照明之導引。
低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30也為已知為暗視野照明光源，並且發出或提供暗視野照明。暗視野照明器為仔細校準的照明或光源，可將進入其對應影像擷取裝置的直射(或非散射)光的量降至最少。一般而言，擷取暗視野影像的影像擷取裝置只接收樣品或物體散射出來的照明或光線。相較於明視野影像，暗視野影像一般具有增強的影像對比。明視野照明與暗視野照明都為對比照明的範例。
低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30係例如為閃光燈或白光發光二極體，較佳是每一個低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30所提供的暗視野照明共享類似光學特性作為明視野照明。更具體而言，由每一個低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30所提供的暗視 野照明較佳為寬頻暗視野照明，包括大體上介於並包含300nm至1000nm之間的波長。或者，低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30提供不同波長或其他光學特性的暗視野照明。
低角度暗視野照明器28被放置在晶圓台16上半導體晶圓12的水平面上(或晶圓台16的水平面上)，相較於高角度暗視野照明器30來說一較低的角度上。例如：低角度暗視野照明器28較佳被放置於與晶圓台16上半導體晶圓12水平面夾角在三至三十度之間的角度上。此外，高角度暗視野照明器30較佳被放置於與晶圓台16上半導體晶圓12水平面夾角在三十至八十五度之間的角度上。藉由調整每一個低角度暗視野照明器28和高角度明視野照明器30的位置，上述角度較佳可依照需求改變。
各該低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30較佳包含第二和第三光纖(未顯示)，讓暗視野照明發出之前通過這些光纖行進。該第二和第三光纖都作為導引通過低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30之每一個的暗視野照明行進方向之波導。此外，第二光纖有助於從低角度暗視野照明器28發出的暗視野照明之導引，第三光纖有助於從高角度暗視野照明器30發出的暗視野照明之導引。由明視野照明器26、低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30之每一個所提供的照明都可受控制，並且都可連續提供或暫停。
明視野照明與暗視野照明的波長頻譜較佳提高半導體晶圓12的檢測與缺陷偵測之精確度。寬頻照明較佳使得具有不同的表面反射係數的多種半導體晶圓缺陷類型的識別可以進行。此外，明視野照明與暗視野照明的類似寬頻波長與半導體晶圓12反射特性不相關，而使晶圓12的檢測被執行。這表 示由於半導體晶圓12不同的敏感度、反射係數或偏光對應不同照明波長，所以無可避免會影響到對半導體晶圓12的缺陷偵測。
較佳是，根據半導體晶圓12特性，例如半導體晶圓12的材料，可依照需求選擇並改變分別由明視野照明器26和暗視野照明器28、30所提供的明視野照明與暗視野照明之亮度。此外，為了提高半導體晶圓12的擷取影像品質以及為了增強半導體晶圓12的檢測，可依照需求選擇並改變每一個明視野照明與暗視野照明的亮度。
如第7圖至第9圖所示，系統10另包含第一影像擷取裝置32(即是第一攝影機)以及第二影像擷取裝置34(即是第二攝影機)。第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34之每一個都可接收明視野照明器26所提供的明視野照明，以及每一個低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30所提供的暗視野照明。第一影像擷取裝置32所接收或進入其內的明視野和暗視野照明較佳聚焦在第一影像擷取平面之上，用於擷取對應的影像。第二影像擷取裝置34所接收或進入其內的明視野和暗視野照明較佳聚焦在第二影像擷取平面之上，用於擷取對應的影像。
第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34擷取單色或彩色影像，較佳是，使用單或三晶片彩色感應器擷取晶圓12彩色影像的能力提高至少缺陷偵測的精確度與速度的其中之一，例如：擷取半導體晶圓12彩色影像的能力較佳幫助減少半導體晶圓12上錯誤的缺陷偵測，以及其對應的錯誤退回。
光學檢測頭14進一步包含第一管鏡頭36，搭配第一影像擷取裝置32使用。此外，光學檢測頭14進一步包含第二管鏡頭38，搭配第二影像擷取裝置34使用。第一管鏡頭36和第二管鏡頭38之每一個較佳分享共用的光學 特性和功能。因此，為了清晰起見，管鏡頭36和38已經標示為第一管鏡頭36和第二管鏡頭38。光學檢測頭14也包含複數個物鏡40，例如四個物鏡40。物鏡40集中安裝在可旋轉安裝座42上(如第3圖所示)，該安裝座係可旋轉將這複數個物鏡40之每一個都定位在檢測位置(未顯示)或用於檢測的半導體晶圓12上。物鏡40可統稱為物鏡組合。
數個物鏡40之每一個都用來達成不同放大倍率並且等焦。數個物鏡40之每一個較佳具有不同的預定放大倍率，例如五倍、十倍、二十倍以及五十倍。較佳是，數個物鏡40之每一個都具有無限遠的已修正像差。不過，熟知此項技術者將瞭解，數個物鏡之每一個都可變更或重新設計，來達到不同的放大倍率以及其效能。
各該低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30之每一個較佳包含聚焦構件或機構，從中將暗視野照明導引或聚焦朝向檢測位置上的半導體晶圓12。低角度暗視野照明器28與晶圓12水平面之間的角度以及高角度暗視野照明器30與晶圓12水平面之間的角度係被較佳決定，並且可調整來增強缺陷偵測的精確度。較佳是，各該低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30都具有參照檢測位置的一固定空間位置。另外，在系統10的正常操作期間，各該低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30的位置都可參照檢測位置而改變。
如上述，明視野照明和暗視野照明都聚焦在檢測位置上，明視野照明與暗視野照明聚焦在檢測位置上，照亮位於檢測位置上的半導體晶圓12或其一部份。
如第6圖所示，系統10包含晶圓堆疊20或薄膜框匣固定器。 晶圓堆疊20較佳包含插槽來固定多個半導體晶圓。半導體多個晶圓之每一個都由機器人晶圓處置器18(如第5圖所示)依序載入或傳輸至晶圓台16(如第4圖所示)或晶圓夾具上。較佳是，對晶圓台16應用吸力或真空來將半導體晶圓12固定於其上。晶圓台16較佳包含一預定數量的小孔洞，應用真空透過這些孔洞在晶圓台16上產生可靠並且平坦的彈性框帶與框架(兩者都未顯示)的位置。晶圓台16也較佳設計成處置直徑範圍介於及包括從六吋到十二吋的基材晶圓(handle wafer)尺寸。
晶圓台16耦合至XY置換台22(如第1圖和第2圖所示)，其可讓晶圓台16在X與Y方向內置換。晶圓台16的置換對應置換其上的半導體晶圓12。較佳是，晶圓台16的置換以及其上因此而置換的半導體晶圓12的被控制將半導體晶圓12定位控制在檢測位置上。XY置換台22另外已知為氣隙線性定位器。XY置換台22或氣隙線性定位器幫助晶圓台16在X和Y方向的高精確置換，將從系統10之剩餘部份傳輸到晶圓台16的震動效果降至最低，並且確保將半導體晶圓12或其一部份平順並精確定位在檢測位置上。XY置換台22與晶圓台16的組合安裝在阻尼器或減震器24上(如第2圖所示)來吸收衝擊或震動，並且確保組合與其他模組或其上所安裝配件的平坦度。熟知此項技術者將瞭解，替代機構或裝置可耦合至或與晶圓台16一起使用來控制其置換，並且用於促成半導體晶圓12在檢測位置上精確定位的高精準度。
在半導體晶圓12移動時執行用於偵測半導體晶圓12上可能缺陷的檢測，也就是說，半導體晶圓12影像的擷取，例如明視野影像與暗視野影像，較佳發生在半導體晶圓12通過檢測位置被置換時。或者，若使用者利用程式設計晶圓台16(即晶圓台16的軟體控制)做此選擇時，每一新半導體晶圓 12都可停止於影像裝置下來擷取高解析度影像。
如先前所述，系統10另包含第一管鏡頭36與第二管鏡頭38。管鏡頭36較佳定位在物鏡40與第一影像擷取裝置32之間，照明在進入第一影像擷取裝置32之前通過第一管鏡頭36。更佳的是，第二管鏡頭38定位在物鏡40與第二影像擷取裝置34之間，照明在進入第二影像擷取裝置34之前通過第二管鏡頭38並由鏡子或稜鏡47造成偏向。
數個物鏡40之每一個都具有無限遠的已修正像差。因此，在通過物鏡40之後，照明或光線都呈準直狀態。也就是說，在物鏡40與第一管鏡頭36和第二管鏡頭38每一個之間行進的照明都已準直。物鏡40與第一管鏡頭36和第二管鏡頭38每一個之間照明的準直分別讓每一個第一影像擷取裝置32與第二影像擷取裝置34每一個的定位更加容易並且有彈性。管鏡頭36、38的實行也免除了當使用不同物鏡40時(例如需要不同放大倍率時)，進入每一個第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34之每一個的照明要重新聚焦之需要。此外，照明的準直增加將額外光學構件或配件導入與定位在系統10內的容易程度，尤其是位在物鏡40與各該第一管鏡頭36和第二管鏡頭38之間。更佳是，照明的準直可於原處將額外光學構件或配件導入與定位在系統10內，尤其是位在物鏡40與各該第一管鏡頭36和第二管鏡頭38之間，而不需要將系統10的剩餘部份重新設置。此外，相較於現有設備內所使用的運作距離，此安排幫助達成物鏡40與半導體晶圓12之間較長的運作距離。為了有效使用暗視野照明，物鏡40與晶圓之間必須要有較長的運作距離。
因此，熟知此項技術者將瞭解，本發明的系統10允許系統10的構件進行有彈性以及原地設計與重新設置。本發明的系統10提高光學構件或 配件導入系統10以及從系統10移除的容易程度。
第一管鏡頭36有助於已準直的照明聚焦到第一影像擷取平面上。類似地，第二管鏡頭38有助於已準直的照明聚焦到第二影像擷取平面上。雖然，在本發明內說明管鏡頭搭配系統10使用，熟知此項技術者瞭解，可使用替代光學裝置或機構來進行照明的準直，尤其是明視野照明與暗視野照明，以及後續分別將其聚焦在第一影像擷取平面與第二影像擷取平面之任一者上。
第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34較佳沿著相鄰平行軸定位。較佳是，決定第一影像擷取裝置32與第二影像擷取裝置34的空間位置，來減少第一影像擷取裝置32與第二影像擷取裝置34所佔用的空間，如此系統10佔用更小的總面積(即是節省空間)。
較佳是，系統10另包含許多分光器以及鏡子或反射表面。分光器以及鏡子或反射表面較佳定位成導引來自各該低角度暗視野照明器28和高角度明視野照明器30的明視野照明與暗視野照明。
較佳是，系統10另包含一個中央處理單元(Central processing unit,CPU)，其具有儲存記憶體或資料庫(也稱為後置處理器)(未顯示)。CPU較佳可電連通或耦合至系統10的其他構件，例如第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34。第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34所擷取的影像係較佳地轉換成影像信號並傳輸給CPU。
CPU係可程式化用於處理傳輸至此的資訊，尤其是影像，藉此偵測半導體晶圓12上存在的缺陷。較佳是，系統10自動執行，尤其是由CPU執行半導體晶圓12上缺陷的偵測。更佳是，系統10係自動進行半導體晶圓12的檢測，並且受CPU控制。另外，用於缺陷偵測的半導體晶圓12至少一個的 檢測由手動輸入促成。
CPU係可程式化來將傳輸至此的資訊儲存在資料庫。此外，CPU係可程式化來將偵測到的缺陷分類。此外，CPU係較佳經程式設計用於將處理過的資訊，尤其是處理過的影像和偵測到的缺陷，儲存在資料庫內。底下提供有關影像擷取、所擷取影像的處理以及半導體晶圓12上缺陷偵測的進一步細節。
熟知此項技術者將瞭解，運用上述說明，明視野照明器26所發出或提供的明視野照明以及低角度暗視野照明器28和高角度暗視野照明器30之每一個(以下稱為暗視野低角度(darkfield low angle)或DLA照明以及暗視野高角度(darkfield high angle)或DHA照明)所發出的暗視野照明，每一個都遵循不同的光線路徑或光學路徑。
第10圖顯示明視野照明所遵循的示範第一光路徑100之流程圖。
在第一光路徑100的步驟102內，明視野照明器26提供明視野照明或光線。如上述，明視野照明較佳係從明視野照明器26的第一光纖發出。更佳是，第一光纖導引從明視野照明器26發出的明視野照明。明視野照明較佳通過聚光器44，聚光器44聚集明視野照明。
在步驟104中，第一反射表面或第一鏡子反射明視野照明。將由第一反射表面反射的明視野照明導向第一分光器48。
在步驟106，第一分光器48反射撞擊於其上的明視野照明之至少一部份。較佳是，第一分光器48具有30：70的反射/透射(R/T)比例。不過，熟知此項技術者將瞭解，第一分光器48的R/T比例可依需要調整，來控制反射或透射的明視野照明亮度或量。
將第一分光器48所反射的明視野照明導引朝向檢測位置，尤其是，將第一分光器48所反射的明視野照明導引朝向直接位於檢測位置之上的物鏡40。在步驟108中，物鏡40將明視野照明器26聚焦在檢測位置或位於檢測位置的半導體晶圓12上。
明視野照明器26所提供並且聚焦在檢測位置上的明視野照明照亮檢測位置上的半導體晶圓12，尤其是半導體晶圓12的一部份。在步驟110中，位於檢測位置上的半導體晶圓12反射明視野照明。
在步驟112中，半導體晶圓12所反射的明視野照明通過物鏡40。如上述，物鏡40都具有無限遠的已修正像差。因此，物鏡40將通過物鏡40的明視野照明準直。明視野照明由放大鏡所放大的程度取決於物鏡40的放大倍率。
將通過物鏡40的明視野照明導引朝向第一分光器48。在步驟114中，明視野照明撞擊第一分光器48並且其一部份透射過第一分光器48。步驟114中透射過第一分光器48的明視野照明範圍取決於第一分光器48的R/T比例。透射過第一分光器48的明視野照明朝向第二分光器50行進。
系統10的第二分光器50係較佳為具有預定R/T比例的立方體分光器50。較佳的R/T比例為50/50。R/T比例可依照需求而變。立方體分光器50為較佳是因為立方體分光器50將由其接收的照明分成兩條光學路徑，因此，熟知此項技術者將瞭解，立方體分光器50的設置與形狀為此目的將提供更佳效能與校準。第二分光器50所反射或透射的照明範圍取決於第二分光器50的R/T比例。在步驟116中，明視野照明撞擊第二分光器50。撞擊分光器的明視野照明會透射過分光器或由其反射。
透射過第二分光器50的明視野照明朝向第一影像擷取裝置32行進。在步驟118中明視野照明通過第一管鏡頭36，然後在步驟120中進入第一影像擷取裝置32。第一管鏡頭36幫助將已準直的明視野照明聚焦到第一影像擷取裝置32的第一影像擷取平面上。聚焦在第一影像擷取平面上的明視野照明可讓第一影像擷取裝置32擷取明視野影像。
第一影像擷取平面所擷取的明視野影像係較佳地轉換成影像信號，該等影像信號後續傳輸或下載至CPU。將影像信號傳輸至CPU亦即熟知的的資料傳輸。然後被傳輸的明視野影像至少有一個被CPU處理並儲存。
第二分光器50所反射的明視野照明朝向第二影像擷取裝置34行進。在步驟122中明視野照明通過第二管鏡頭38，然後在步驟124內進入第二影像擷取裝置34。第二管鏡頭38幫助將已準直的明視野照明聚焦到第二影像擷取平面上。聚焦在第二影像擷取平面上的明視野照明可讓第二影像擷取裝置34擷取明視野影像。
第二影像擷取平面所擷取的明視野影像係較佳轉換成影像信號，該等影像信號後續傳輸或下載至CPU。將影像信號傳輸至可程式化控制器亦即熟知的資料傳輸。然後傳輸的明視野影像至少有一個被CPU處理並儲存。
第11圖中顯示暗視野高角度(DHA)照明所遵循的示範第二光路徑200之流程圖。
在第二光路徑200的步驟202中，由高角度暗視野照明器30提供DHA照明。如上述，第二光纖較佳幫助導引高角度暗視野照明器30所提供的DHA照明。較佳是，將DHA照明直接聚焦在檢測位置上，而不需要通過光學構件或配件，例如物鏡40。
在步驟204中，位於檢測位置上的半導體晶圓12或其一部份將導引至檢測位置上的DHA照明反射。在步驟206中，從晶圓反射的DHA照明通過物鏡40。在步驟206中，具有無限遠已修正像差的物鏡40使通過的DHA照明準直。
將通過物鏡40的DHA照明導向第一分光器48。在步驟208中，DHA照明撞擊第一分光器48並且其一部份透射過第一分光器48。DHA照明通過第一分光器48的透射範圍取決於第一分光器48的R/T比例。
將透射過第一分光器48的DHA照明導向第二分光器50前進。在步驟210中，DHA照明撞擊第二分光器50。撞擊第二分光器50的DHA照明之透射或反射取決於第二分光器50的R/T比例。
在步驟212中透射過第二分光器50的DHA照明通過第一管鏡頭36，然後在步驟214中進入第一影像擷取裝置32。第一管鏡頭36幫助將已準直的DHA照明聚焦到第一影像擷取裝置32的第一影像擷取平面上。聚焦在第一影像擷取平面上的DHA照明可擷取暗視野影像，尤其是由第一影像擷取裝置32擷取暗視野高角度(DHA)影像。
另外，第二分光器50反射DHA照明。在步驟216中從第二分光器50反射的DHA照明通過第二管鏡頭38，然後在步驟218中進入第二影像擷取裝置34。第二管鏡頭38幫助將已準直的DHA照明聚焦到第二影像擷取裝置34的第二影像擷取平面上。聚焦在第二影像擷取平面上的DHA照明可擷取暗視野影像，尤其是由第二影像擷取裝置34擷取暗視野高角度(DHA)影像。
第12圖顯示暗視野低角度(DLA)照明所遵循的示範第三光路徑250之流程圖。
在第三光路徑200的步驟252中，由低角度暗視野照明器28提供DLA照明。第三光纖較佳幫助導引低角度暗視野照明器28所提供的DLA照明。較佳是，將DLA照明直接聚焦在檢測位置上，而不需要通過光學構件或配件，例如物鏡40。
在步驟254中，位於檢測位置上的半導體晶圓12或其一部份將導引至檢測位置上的DLA照明反射。在步驟256中，從晶圓反射的DLA照明通過物鏡40。在步驟256中，具有無限遠已修正像差的物鏡40使通過的DLA照明準直。
將通過物鏡40的DLA照明導引朝向第一分光器48。在步驟258中，DLA照明撞擊第一分光器48並且其一部份透射過第一分光器48。DLA照明通過第一分光器48的透射範圍取決於第一分光器48的R/T比例。
透射過第一分光器48的DLA照明導引朝向第二分光器50行進。在步驟260中，DLA照明撞擊第二分光器50。撞擊第二分光器50的DLA照明之透射或反射取決於第二分光器50的R/T比例。
在步驟262中透射過第二分光器50的DLA照明通過第一管鏡頭36，然後在步驟264中進入第一影像擷取裝置32。第一管鏡頭36幫助將已準直的DLA照明聚焦到第一影像擷取裝置32的第一影像擷取平面上。聚焦在第一影像擷取平面上的DLA照明可擷取暗視野影像，尤其是由第一影像擷取裝置32擷取暗視野低角度(DLA)影像。
另外，第二分光器50反射DLA照明。在步驟266中從第二分光器50反射的DLA照明通過第二管鏡頭38，然後在步驟268中進入第二影像擷取裝置34。第二管鏡頭38幫助將已準直的DLA照明聚焦到第二影像擷取裝 置34的第二影像擷取平面上。聚焦在第二影像擷取平面上的DLA照明可擷取暗視野影像，尤其是由第二影像擷取裝置34擷取暗視野低角度(DLA)影像。
熟知此項技術者將瞭解從上面說明當中，DHA照明與DLA照明在由半導體晶圓12反射之後較佳地遵循一相似的光路徑。不過，DHA照明的第二光路徑200和DLA照明的第三光路徑250可依需要利用熟知技術領域中的技術個別地改變。此外，DHA照明與DLA照明撞擊在檢測位置上半導體晶圓12的角度可依照需求調整，來增強缺陷偵測的精確度。例如：DHA照明與DLA照明撞擊在檢測位置上半導體晶圓12的角度可根據檢測位置上的半導體晶圓12的類型或系統10使用者想要偵測的晶圓缺陷類型來調整。
各該第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34所擷取的DHA影像和DLA影像係較佳轉換成影像信號，接著傳輸或下載至CPU。將影像信號傳輸至CPU亦即熟知的的資料傳輸。然後依照需求，傳輸的DHA影像和DLA影像至少有一個由CPU處理或儲存。
如上述，第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34具有彼此相對的預定空間位置。物鏡40與第一管鏡頭36和第二管鏡頭38搭配使用，促成第一影像擷取裝置32與第二影像擷取裝置34的空間定位。熟知此項技術者將更瞭解，可使用例如鏡子這些其他光學構件或配件導引明視野照明、DHA照明以及DLA照明，並且用來促成第一影像擷取裝置32與第二影像擷取裝置34的空間定位。較佳是，第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34的空間位置參考檢測位置而固定。第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34的固定空間位置較佳增強系統10所執行晶圓檢測的精確度與效率至少其中之一。例如：第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34相對於檢測位置的固定空間 位置較佳地減少通常與使用行動影像擷取裝置或攝影機相關的校準損失與調整回饋損失。
系統10的光學檢測頭14較佳進一步包含第三照明器(以下稱為細線型照明器52)。細線型照明器也可為熟知的細線型照明發射器。細線型照明器52發出或提供細線型照明。細線型照明器52較佳為提供細線型雷射照明的雷射光源。另外，細線型照明器52為提供寬頻細線型照明的寬頻照明器。細線型照明較佳導引至檢測位置上，尤其是以預定角度(可依需求改變)導引至檢測位置的半導體晶圓12之上。鏡子裝置54或鏡子以較佳耦合至或置於在相對於細線型照明器52的預定位置上，用於導引檢測位置上的細線型照明。
系統10的光學檢測頭14較佳進一步包含一個第三影像擷取裝置(以下稱為三維(3D)影像擷取裝置56)。較佳是，3D影像擷取裝置56接收半導體晶圓12反射的細線型照明。較佳是，進入3D影像擷取裝置56的細線型照明聚焦在3D影像擷取平面上(未顯示)，藉此擷取半導體晶圓12的3D影像。3D光學設定包含第13圖中顯示的細線型照明器52和3D影像擷取裝置56。
光學檢測頭14進一步包含3D影像擷取裝置56的物鏡(以下稱為3D外型物鏡58)。半導體晶圓12反射的細線型照明在進入3D影像擷取裝置56之前會通過3D外型物鏡58。較佳是，3D外型物鏡58具有無限遠的已修正像差。因此，通過3D外型物鏡58的細線型照明藉此準直。光學檢測頭14進一步包含管鏡頭60，與3D外型物鏡58和3D影像擷取裝置56搭配使用。管鏡頭60將已準直的細線型照明聚焦到3D影像擷取平面上。使用管鏡頭60搭配3D外型物鏡58和3D影像擷取裝置56有助於3D影像擷取裝置56的彈性定位與重新設置。此外，使用管鏡頭60搭配3D外型物鏡58和3D影像擷取裝置56 可在3D外型物鏡58與管鏡頭60之間輕易導入額外的光學構件或配件。
細線型照明器52和3D影像擷取裝置56較佳為協同操作，來有助於半導體晶圓12的3D外型掃描以及檢測。較佳是，細線型照明器52和3D影像擷取裝置56耦合至CPU，其幫助協調或同步化細線型照明器52與3D影像擷取裝置56的操作。更佳是，由系統10執行半導體晶圓12的自動化3D外型掃描與檢測。半導體晶圓12的自動化3D外型掃描與檢測係較佳由CPU控制。
此外，光學檢測頭14包含檢視影像擷取裝置62。檢視影像擷取裝置62可例如為彩色攝影機。檢視影像擷取裝置62較佳擷取彩色影像。或者，檢視影像擷取裝置62擷取單色影像。檢視影像擷取裝置62較佳地擷取半導體晶圓12的檢視影像，用於對半導體晶圓12上所偵測到的缺陷進行確認、分類以及檢視至少其中之一。
光學檢測頭14另包含檢視明視野照明器64和檢視暗視野照明器66，分別提供明視野照明以及暗視野照明。檢視影像擷取裝置62接收分別由檢視明視野照明器64和檢視暗視野照明器66所提供以及由半導體晶圓12反射的明視野照明與暗視野照明，來擷取半導體晶圓12的檢視影像。或者，檢視影像擷取裝置62擷取的照明得以例如上述其中之一的照明器來代替提供，用來擷取半導體晶圓12的檢視影像。檢視影像擷取裝置62較佳擷取半導體晶圓12的高解析度影像。
第14圖中顯示檢視明視野照明器64、檢視暗視野照明器66、檢視影像擷取裝置62以及其間的照明圖案。第15圖中顯示檢視明視野照明器64提供的明視野照明所遵循之示範第四光路徑300之流程圖。
在第四光路徑300的步驟302中，檢視明視野照明器64提供明 視野照明。檢視明視野照明器64提供的明視野照明被導引至第一反射表面67。在步驟304中，明視野照明由第一反射表面67反射並導引朝向分光器68。在後續步驟306中，撞擊分光器68的明視野照明由此反射，並導引朝向檢測位置。分光器68所反射的明視野照明範圍取決於其R/T比例。
在步驟308中，位於檢測位置上的半導體晶圓12或其一部份反射明視野照明。在步驟310中，反射的明視野照明通過檢視物鏡70。較佳是，檢視物鏡70具有無限遠的已修正像差。因此，在步驟310中通過檢視物鏡70的明視野照明由檢視物鏡70準直。
在步驟312中，明視野照明撞擊分光器68並且其一部份從此透射過。通過分光器68的明視野照明範圍取決於分光器68的R/T比例。然後在步驟314內明視野照明通過檢視管鏡頭72，接著在步驟316中進入檢視影像擷取裝置62。檢視管鏡頭72將已準直的明視野照明聚焦到檢視影像擷取裝置62的影像擷取平面上。在步驟318內，聚焦在檢視影像擷取裝置62的影像擷取平面上之明視野照明有助於檢視明視野影像之擷取。
檢視物鏡70與檢視管鏡頭72之間明視野照明的準直較佳促成光學構件與配件輕易導入其間。此外，檢視物鏡70與檢視管鏡頭72之間明視野照明的準直較佳可使檢視影像擷取裝置62可依照需求進行彈性定位與重新設置。
第16圖中顯示檢視暗視野照明器66提供的暗視野照明所遵循之示範第五光路徑350之流程圖。
在第五光路徑350的步驟352中，檢視暗視野照明器66提供明視野照明。檢視暗視野照明器66提供的暗視野照明較佳直接聚焦在檢測位置 上，此外，檢視暗視野照明器66提供的暗視野照明較佳以和半導體晶圓12水平面所夾一預定角度來導引至檢測位置。此預定角度較佳為高角度，並且可依照需求利用熟習此項技術者已知的技術調整。
在步驟354中，位於檢測位置上的半導體晶圓12或其一部份反射暗視野照明。在步驟356中，反射的暗視野照明接著通過檢視物鏡70。在步驟356中通過檢視物鏡70的暗視野照明由檢視物鏡70準直。
在步驟358中，準直的暗視野照明撞擊分光器並且其一部份從此透射過。通過分光器68的暗視野照明範圍取決於分光器68的R/T比例。然後在步驟360中，暗視野照明通過檢視管鏡頭72，接著在步驟362中進入檢視影像擷取裝置62。第四管鏡頭72將已準直的暗視野照明聚焦到檢視影像擷取裝置62的影像擷取平面上。在步驟364中，聚焦在檢視影像擷取裝置62的影像擷取平面上之暗視野照明有助於檢視暗視野影像之擷取。各該檢視物鏡70與檢視管鏡頭72之間明視野照明和暗視野照明的準直讓系統10的設計與設置更容易。更具體而言，各該檢視物鏡70與檢視管鏡頭72之間明視野照明和暗視野照明之準直讓檢視影像擷取裝置62與系統10的其他構件之定位或設置更容易，藉此在半導體晶圓12移動時有助於檢視明視野影像和檢視暗視野影像之擷取。
擷取的檢視明視野影像與擷取的檢視暗視野影像係較佳地轉換成影像信號，並從檢視影像擷取裝置62傳輸至可程式化的控制器，在此處理並存放或儲存在資料庫內。
檢視影像擷取裝置62可具有相對於檢測位置的固定空間位置。檢視影像擷取裝置62的固定空間位置較佳減少通常與使用行動影像擷取裝置或 攝影機使用時相關的校準損失與調整回饋損失(請注意：前述在於強調檢視影像擷取裝置固定位置的優點，藉由使用管鏡頭使成為可能)，藉此增強擷取的檢視明視野影像與檢視暗視野影像之品質。
系統10另包含減震器24，就是周知的穩定器機構。系統10在正常操作時較佳安裝在減震器24或穩定器機構上。較佳是，系統10包含四個減震器24，每一個都位在系統10的不同角落上。減震器24幫助支撐並穩定系統10。每一個減震器24較佳為可壓縮結構或金屬罐，其吸收地面震動藉此作為緩衝器，來避免把地面震動傳至系統10。利用避免不需要的震動或實體移動傳至系統10，減震器24幫助增強第一影像擷取裝置32、第二影像擷取裝置34、3D影像擷取裝置56和檢視影像擷取裝置62之每一個所擷取的影像品質，並藉此改善半導體晶圓12的檢測品質。
根據本發明的一具體實施例提供用於檢測半導體晶圓12的示範方法400。示範方法400的方法流程圖顯示在第17圖中。檢測半導體晶圓12的方法400可在半導體晶圓12上進行缺陷的偵測、分類與檢視至少其中之一。
檢測半導體晶圓12的示範方法400運用參考影像(也就是已知的金參考)與半導體晶圓12的擷取影像做比較，來對半導體晶圓12上之缺陷進行偵測、分類與檢視至少其中之一。為了清晰起見，在示範方法400說明之前，提供示範參考影像建立程序900的說明。第18圖內顯示示範參考影像建立程序900。
(示範參考影像建立程序900)
在參考影像建立程序900的步驟902中，載入一種包含半導體晶圓12上預定數量參考區的方法。該方法較佳利用電腦軟體程式來建立或衍 生。另外，該方法可手動建立。該方法可儲存在CPU的資料庫內。另外，該方法儲存在外部資料庫或記憶體空間內。
各該預定參考區代表半導體晶圓12上的位置，不過品質不明。多個參考區的使用有助於補償半導體晶圓12上或多個晶圓之間不同位置上之表面變化的可能性。這種表面變化包含，但不受限於差異平整度以及照明反射係數。熟知此項技術者將瞭解，預定數量的參考區可代表半導體晶圓12的整個表面區域。或者，預定數量的參考區可代表多個晶圓上的多個預定位置。
在步驟904中，選取第一參考區。在後續步驟906中，在所選取的參考區中之第一擷取位置上擷取預定數量(「n」)的影像。更具體而言，在選取的參考區中每一預定位置上擷取n個影像。所選取參考區的預定位置之數量與位置可依需求改變，並且藉由軟體程式與手動輸入的至少其中之一來促進。
依照需求，使用第一影像擷取裝置32、第二影像擷取裝置34以及檢視影像擷取裝置62的至少其中之一可擷取n個影像。或者，使用不同影像擷取裝置擷取n個影像。依照需求可改變用於擷取n個影像的照明，並且可例如為明視野照明、DHA照明和DLA照明的其中之一或組合。依照需求，可選擇並改變用於擷取n個影像的照明之顏色與亮度。
每一位置上多個影像的擷取較佳讓所建立的參考影像考量參考影像擷取期間所使用的照明、光學設定與成像構件中之變化。此參考影像建立方法將缺陷偵測以及分類上因為照明情況之間的變化造成之不需要的影響或效果降至最低。此外，可擷取所選取之參考區中的一些影像用於每一特定照明情況。較佳是，在每一特定照明情況下多個影像的擷取有助於在各個閃光燈之間的照明變化之正常化或補償。
n個影像較佳儲存在CPU的資料庫內。另外，依照需求可將n個影像儲存在外部資料庫或記憶體空間內。在步驟908中，步驟906中擷取的n個影像已校準並預先處理。較佳是，步驟906中擷取的n個影像之次像素已被記錄。n個影像的次像素之記錄較佳使用已知參考來執行，其包含但不受限於一或多個晶圓上使用一或多種二進位、灰階或幾何圖案比對形成的線、凸塊或墊。
在步驟910中，n個影像之每一個的參考亮度都經過計算。更具體而言，在選取參考區中之每一預定位置上所擷取的每一影像之參考亮度會被計算。較佳是，n個影像之每一個的參考亮度之計算有助於正常化或補償半導體晶圓12(或多個晶圓)上不同位置或區域之上的色彩變化。更佳是，n個影像之每一個的參考亮度計算幫助說明或補償半導體晶圓12(或多個晶圓)上不同位置或區域之上的其他表面之變化。
步驟910計算n個參考亮度，該n個參考亮度之每一個都對應至n個影像的其中之一。在步驟912中，計算n個影像之每一個的每一像素中亮度的許多統計資訊。許多統計資訊包含，但不受限於各該n個影像中每一像素的平均、範圍、標準差、最大與最小亮度。
更具體而言，該平均為各該n個影像中每一像素的參考亮度之幾何平均值。幾何平均值為平均值或平均的一種，指出一組數量或n個數量的集中趨勢或典型值。該組數量相乘，然後獲得乘積的第n根。獲得幾何平均值的公式如下所示：
計算幾何平均值而非算術平均值或中位數對使各該n個影像中 每一像素的平均亮度之計算避免受到資料集內極端值過度影響。
此外，計算n個影像中每一像素的絕對亮度(以下稱為Ri)的範圍。較佳是，n影像中每一像素的Ri是在n個影像中每一像素的最大與最小絕對亮度之間的數值。
如上述，也計算步驟906所擷取第一參考區的n個影像之每一個中每一像素的亮度之標準差。尤其是，標準差為幾何標準差，說明如何展開一組較佳之平均為幾何平均值的一組數量。獲得標準差的公式如下所示：
其中μ g 為一組數量{A 1,A 2,...,A n }的幾何平均值。
在步驟914中，暫時儲存所擷取的n個影像，搭配其對應的資訊，像是半導體晶圓12上的位置或第一參考區。在步驟914中，較佳也暫時儲存步驟912中所計算的統計資訊。較佳是，上述資料都儲存在CPU的資料庫內。或者，依照需求可將上述資料儲存在替代資料庫或記憶體空間內。
在步驟916中，判斷是否需要更多選取參考區的影像。步驟916較佳由軟體控制並且自動執行。較佳是，依據步驟910和912所獲得的資訊來執行步驟916。或者，使用本技藝已知的技術手動促成或控制步驟916。
若在步驟916中已判斷需要更多選取參考區的影像，則重複步驟904至916。步驟904至916可依需求多次重複。在步驟916內判斷不需要更多第一參考區影像時，步驟918判斷是否需要重複步驟904至916以用於預定數量參考區的下一個參考區(為了說明起見，就是第二參考區)。步驟918較佳由軟體控制並且自動執行。此外，較佳使用步驟910、912和916的至少其中之 一所獲得的資訊來執行步驟918。另外，使用本技藝已知的技術手動促成或控制步驟918。
若在步驟918判斷需要擷取第二參考區的影像，即是若需要針對第二參考區重複步驟904至916，則產生重複步驟904至916的信號。步驟904至918可依需求多次重複。步驟904至918的重複較佳由軟體控制並自動化。
當在步驟918判斷不需要重複步驟904至918時，即是不需要預定數量參考區的下一個參考區之影像，然後在步驟920內計算金參考影像(以下稱為參考影像)。
參考影像的計算較佳為軟體控制，並且透過一系列程式指令來執行。下列步驟為計算參考影像的示範步驟。不過熟知此項技術者將瞭解，在執行參考影像之計算的下列步驟時可補充額外步驟或技術。
在步驟922中，決定具有大於預定限制的參考亮度之像素。此外，在步驟922中，決定具有大於預定範圍的像素亮度範圍之像素。步驟922的預定限制與範圍可由軟體選擇並決定或手動決定。在步驟924中，識別其亮度具有標準差大於預定值之像素。步驟924的預定值可由軟體選擇並決定或手動決定。在步驟926中，若在步驟922至924期間識別之像素具有超出預定值或範圍的參考亮度，來重新載入步驟914中之先前儲存影像，重複步驟904至924之多個中任一者。
步驟922至926有助於其中包含特定像素亮度的像素之影像識別。尤其是，步驟922至926可識別其中包含像素的影像，這些像素具有參考亮度超出所要識別的預定限制或範圍，例如識別「不想要的」影像。尤其是，步驟922至926從參考影像計算當中消除「不想要的」像素，並且幫助避免「不 想要的」像素影響參考影像的最終參考像素值。
然後廢除「不想要的」影像。此促成消除缺陷資料或影像，藉此避免這種缺陷資料影響產生的參考影像或存在。在步驟928內，合併包含在預定限制與範圍內像素的影像(即是未廢除的影像)。
較佳是，參考影像建立程序900導致衍生下列影像資料：
(a)各合併影像中每一像素的亮度之正常化平均。
(b)各合併影像中每一像素的亮度之標準差。
(c)各合併影像中每一像素的最大與最小亮度。
(d)步驟702中所決定預定數量參考區之每一個的平均參考亮度。
步驟928的已合併影像代表參考影像。在步驟928中另儲存參考影像搭配對應的影像資料。參考影像及其對應影像資料係較佳儲存在CPU的資料庫內。另外，參考影像及其對應影像資料儲存在替代資料庫或記憶體空間內。熟知此項技術者將瞭解，步驟922至926幫助減少儲存參考影像及其對應資料所需的記憶體空間量或大小，這樣可讓方法400以較快速度或精確度執行。
每一像素的平均亮度較佳正常化至255，以便顯示和視覺化參考影像。不過，熟知此項技術者將瞭解，每一像素的平均亮度可正常化為替代值，以便顯示並視覺化參考影像。
步驟904至928可重複預定次數，以第一影像擷取裝置32、第二影像擷取裝置34和檢視攝影機的至少其中之一來截取對應數量影像。此外，依照需求，步驟904至928可重複用於截取不同照明或照明情況上的影像，例如明視野照明、DHA照明、DLA照明以及細線型照明。步驟904至928的重複可建立多種照明或照明情況的參考影像，並且依照需求可具有多個影像擷取裝 置。
如上述，用於衍生半導體晶圓12(或多個晶圓)的多個參考區之參考影像以及在多個照明情況上幫助確保可說明性，並且依照需求，補償由於照明情況內震動所造成的後續擷取影像品質變化。例如：半導體晶圓12的不同參考區上(即是半導體晶圓12上的不同位置)參考影像之擷取較佳確保半導體晶圓12的不同位置上色彩變化之可說明性與補償。
步驟904至928較佳由CPU執行與控制。較佳是，步驟904至928為由軟體程式所執行與控制至少其中之一。或者，若需要可手動協助步驟904至928的至少其中之一。示範參考影像建立程序900所建立的參考影像用於與未知品質的半導體晶圓12之後續擷取影像做比較，藉此進行半導體晶圓12上缺陷的偵測、分類與檢視至少其中之一。
如上述，本發明提供檢測半導體晶圓12的示範方法400，藉此對半導體晶圓12上所呈現之缺陷進行偵測、分類與檢視至少其中之一。
在方法400的步驟402內，將系統10要檢測的半導體晶圓12載入晶圓台16上。較佳是，由機器人晶圓處置器18從晶圓堆疊20中取出半導體晶圓12，並傳送至晶圓台16上。在晶圓台16上應用吸力或真空來將半導體晶圓12固定於其上。
半導體晶圓12較佳包含一個晶圓識別號碼(ID號碼)或條碼。晶圓ID號碼或條碼銘刻或貼標至半導體晶圓12的表面上，尤其是在半導體晶圓12表面的周圍上。晶圓ID號碼或條碼幫助識別半導體晶圓12，並確保半導體晶圓12正確或適當地載至晶圓台16上。
在步驟404中，獲得已經載至晶圓台16上的半導體晶圓12之 晶圓圖。從可程式化控制器的資料庫中可載入晶圓圖。另外，可從外部資料庫或處理器取回晶圓圖。另外，可在使用熟習此項技術者已知的方法或技術，將半導體晶圓12載至可移動的支撐平台上來準備或衍生晶圓圖。
在步驟406中，在晶圓圖上可擷取或決定一或多個參考位置，並且使用熟習此項技術者已知的技術來計算晶圓X、Y轉換與θ旋轉偏移的至少其中之一。
在後續步驟408中，已計算並決定晶圓掃描動作路徑與複數個影像擷取位置。步驟404中獲得的晶圓圖較佳促成晶圓掃描動作路徑以及複數個影像擷取位置之計算。較佳是，晶圓掃描動作路徑的計算取決於數個已知參數的至少其中之一。這種已知參數包含，但不受限於旋轉偏移、晶圓大小、晶圓晶粒大小、晶圓間距、檢測區域、晶圓掃描速率以及編碼器位置。複數個影像擷取位置之每一個反映或對應至半導體晶圓12上要擷取影像的位置。較佳是，複數個影像擷取位置之每一個可依照需求使用熟習此項技術者已知的技術來改變。也可依照需求使用熟習此項技術者已知的技術來改變許多影像擷取位置。
較佳是，系統10自動執行步驟404至408，尤其是由系統10的可程式化控制器執行。或者，可由替代處理器或藉助於替代處理器執行步驟404至408的其中任一。
在步驟410中，系統10的可程式化控制器判斷適當金參考(以下稱為參考影像)的可用性。若參考影像無法使用，則如上述在步驟412中由示範參考影像建立程序900建立參考影像。
較佳是，在步驟414中執行示範二維(2D)晶圓掃描程序400之前 獲得或建立參考影像。第19圖內顯示示範二維(2D)晶圓掃描程序500的程序流程圖。
(示範二維(2D)晶圓掃描程序500)
2D晶圓掃描程序500可利用第一影像擷取裝置32和第二影像擷取裝置34擷取明視野影像與暗視野影像。
在2D晶圓掃描程序500的步驟502中，曝光第一影像擷取裝置32。在步驟504中，提供第一照明。第一照明係例如為明視野照明器26所提供的明視野照明、高角度暗視野照明器30所提供的DHA照明或低角度暗視野照明器28所提供的DLA照明。步驟504所提供的第一照明之選擇較佳由照明設置器(未顯示)來決定。較佳是，照明設置器為系統10的一構件，並且電耦合至系統10的照明器(28、30、52、64和66)。或者，照明設置器為CPU的一構件。
影像擷取裝置32和34可使用明視野照明器26、DHA照明器30與DLA照明器28所提供的照明之任意組合。第19圖的表內顯示影像擷取裝置32所使用的第一照明以及影像擷取裝置34所使用的第二照明的一些可能組合。若第一影像擷取裝置32與第二影像擷取裝置34大體上使用類似照明，則在所有可能設置中，此設置的產量可為最高。
為了說明，照明設置器可選擇第20圖表內顯示的設置1。因此，第一照明為明視野照明器26提供的明視野照明。
較佳是，同時執行步驟502與504。步驟502和504的執行讓第一影像擷取裝置32擷取第一影像，如第22a圖所示。在步驟506中，第一影像擷取裝置32所擷取的第一影像被轉換成影像信號，並透過資料傳輸處理傳輸至 CPU，並且較佳儲存在資料庫或儲存記憶體內。
在步驟508中，曝光第二影像擷取裝置34。在步驟510內，提供第二照明。如同第一照明，第二照明的選擇係較佳由照明設置器決定。為了說明起見，照明設置器可選擇第20圖表內顯示的設置1。因此，第二照明為高角度暗視野照明器30所提供的DHA照明。不過，熟知此項技術者將瞭解依照需求，第一照明與第二照明可為替代照明，例如第20圖的表內所示那些不同設置的照明。
較佳是，同時執行步驟508與510。較佳是，步驟506與步驟508和510的執行串聯發生。步驟508和510的執行讓第二影像擷取裝置34擷取第二影像，如第22b圖內所示。在步驟512中，第二影像擷取裝置34所擷取的第二影像被轉換成影像信號，並透過資料傳輸處理傳輸至可程式化控制器，並且較佳儲存在資料庫或儲存記憶體內。
第21圖提供顯示第一影像擷取裝置32的曝光並提供第一照明、第二影像擷取裝置34的曝光並提供第二照明以及資料傳輸處理之圖式。步驟502至512可重複任何次數，用於擷取對應數量的半導體晶圓12之第一影像與第二影像集。更具體而言，步驟502至512較佳在複數個影像擷取位置之每一個上沿著步驟408所計算的晶圓掃描動作路徑，使用第一照明與第二照明重複擷取半導體晶圓12的影像。
如上述，各該第一影像與第二影像都被轉換成影像信號並傳輸至可程式化控制器，並且儲存在資料庫或儲存記憶體內。各該步驟502至512在半導體晶圓12移動中時執行。也就是說，在半導體晶圓12沿著晶圓掃描動作路徑移動時執行第一影像與第二影像的擷取。因此，熟知此項技術者將瞭解， 半導體晶圓12將沿著步驟502、504(較佳同時發生)以及步驟508、510(較佳也同時發生)之間的晶圓掃描動作路徑以一預定距離來置換。該預定距離取決於許多因素，其包含但不受限於半導體晶圓12沿著晶圓掃描動作路徑的置換速度，以及步驟502至512任一者所需的時間。該預定距離可依需求由例如CPU所控制與改變。該預定距離的控制與變化可由軟體或手動的至少其中之一促成。
因此，當第一影像與第二影像重疊或比較時，第一影像將具有預定影像偏移。第22c圖顯示第一影像與第二影像的組合影像，其展現半導體晶圓12移動時由於第一影像與第二影像擷取所造成的影像偏移。該預定影像偏移取決於許多因素，其包含但不受限於半導體晶圓12沿著晶圓掃描動作路徑的置換速度，以及步驟502至512任一者所需的時間。該預定影像偏移的控制與變化可由軟體或手動的至少其中之一促成。
在步驟514中，取回XY編碼值。XY編碼值較佳在步驟504與510之每一個期間獲得。較佳是，XY編碼值代表半導體晶圓12沿著晶圓掃描動作路徑的位置(XY置換)。獲得的XY編碼值用於在步驟516中計算第一影像與第二影像間之影像偏移(粗偏移)(即是第二影像與第一影像的相對偏移)。運用圖案比對技術，利用執行次像素影像校準來計算微影像偏移。利用將預定數學公式套用在粗與微影像偏移上，獲得最終偏移。也可依照需求使用熟習此項技術者已知的技術來調整預定的數學公式。
方法400的步驟414內執行之2D晶圓掃描程序500造成半導體晶圓12之多個影像的擷取，較佳沿著晶圓掃描動作路徑在計算的影像擷取位置上擷取。
在方法400的步驟416上，執行示範二維(2D)影像處理程序600 用於半導體晶圓12上缺陷的識別或偵測、分類、合併以及儲存的至少其中之一。第23圖顯示示範2D影像處理程序600的程序流程圖。
(示範2D影像處理程序600)
2D影像處理程序600有助於2D晶圓掃描程序500內所擷取之影像的處理。此外，2D影像處理程序600有助於半導體晶圓12上缺陷的識別或偵測、分類、合併以及儲存的至少其中之一。
在2D影像處理程序600的步驟602內，選取第一工作影像並載入記憶體工作空間內。第一工作影像從擷取的許多第一影像與第二影像當中選取，並且在2D晶圓掃描程序期間儲存。為了說明起見，第一工作影像代表在2D晶圓掃描程序500期間由第一影像擷取裝置32所截取的第一影像。
在步驟604中，執行第一工作影像的次像素校準。運用一或多個樣板，使用圖案比對技術來執行次像素校準。其使用二進位或灰階或幾何圖案比對方法其中之一來執行。一旦校準之後，如步驟606中所示從影像內相關一或多個預定區計算每一影像的參考亮度。步驟604和606可通稱為第一工作影像的預先處理。吾人可輕易瞭解，預先處理並不受限於上面步驟。若需要，可在預先處理內併入額外步驟。
在後續步驟608中，選取第一金參考或參考影像。步驟608中所選取的第一參考影像對應或比對第一工作影像。較佳是，從資料庫或金參考或參考影像的集合中選取第一參考影像，如方法400的步驟412中示範參考建立程序900所建立。上面已經詳細說明示範參考建立程序900，並且顯示在第18圖中。
在步驟610中，計算用於第一工作影像的每一像素之量化資料 值。在步驟612中，用於第一工作影像的每一像素之所計算的量化資料值與連同乘法或加法係數的一預定臨界值一起參照。
在步驟614內，第一工作影像接著針對步驟608所選取的第一參考影像進行比對或評估。第一工作影像與第一參考影像的比對或評估有助於半導體晶圓12上缺陷的偵測或識別。較佳是，CPU經過程式設計用於產生第一工作影像與第一參考影像之間的自動比對。可程式化控制器較佳執行一系列計算指令或演算法，將第一工作影像與第一參考影像比對，藉此在半導體晶圓12上進行缺陷的偵測或識別。
一或多個缺陷存在的決定發生在步驟616中的2D影像處理程序600。若在步驟616內偵測或識別到超過一個缺陷，演算法將根據一或所有面積、長度、寬度、對比、緊密度、填充係數、邊緣強度等來將缺陷由大到小排列。再者，演算法只選擇符合使用者定義條件的那些缺陷來計算缺陷注意區(Defective region of interest,DROI)。若在步驟616已偵測或識別到一缺陷(或超過一個缺陷)，則在步驟618中計算半導體晶圓12上的DROI。較佳是，在步驟618衷由CPU動態計算DROI。CPU係較佳經程式設計(即是包含或具體實施一系列計算指令或軟體)用於進行DROI的計算。
在步驟620檢測第二工作影像的對應DROI。更具體而言，第二工作影像為在2D晶圓掃描程序400期間由第二影像擷取裝置34所擷取的第二影像。也就是說，在執行第二工作影像的次像素校準之後，於步驟620檢測第二影像(就是第一影像的對應影像)的DROI。第二工作影像之DROI的檢測較佳有助於步驟616內所偵測到的缺陷之確認。更佳是，步驟620有助於步驟606內所偵測到的缺陷之分類。
系統10處理第二工作影像的DROI，而非整個影像。此外，在步驟616若未發現缺陷，則該方法跳過接下來的步驟618。這將進一步減少處理第二工作影像所需的資源量與處理頻寬。吾人可迅速瞭解，這種智慧處理順序根據前述步驟的結果而動態決定。這將有助於改善的系統10產量或每小時晶圓數。
在步驟622中，儲存偵測到的缺陷，更具體而言為缺陷之地點或位置以及其分類。較佳是，將偵測到的缺陷及其位置與分類儲存在CPU的資料庫內。或者，將偵測到的缺陷及其位置與分類儲存在替代資料庫或記憶體空間內。
步驟602至622可重複或迴圈處理任何次數，用來處理於2D晶圓掃描程序500期間擷取的影像。2D晶圓掃描程序500期間所擷取的每一影像依序被載入記憶體工作空間，並經處理來有助於半導體晶圓12上存在的缺陷之偵測。步驟602至622及其重複促成缺陷的偵測、確認以及分類的至少其中之一，這些缺陷可呈現在半導體晶圓12上沿著晶圓掃描動作路徑的任何多重影像擷取位置之上。
在步驟624中，2D影像處理程序600所偵測到的多個缺陷及其位置與分類之每一個係較佳合併與儲存在CPU的資料庫內。或者，缺陷、及其位置與分類係合併並儲存在替代資料庫或記憶體空間內。
2D影像處理程序較佳為自動化處理。CPU較佳為經程式設計或包含一系列計算指令或軟體程式，用於自動執行2D影像處理程序。或者，依照需求，2D影像處理程序可由至少一種手動輸入促成。
方法400中步驟416完成2D影像處理程序600，造成使用明視 野照明、DHA照明和DLA照明所偵測到的缺陷及其位置與分類的合併與儲存。
在方法400的後續步驟418中，執行第一示範三維(3D)晶圓掃描程序700。較佳是，第一3D晶圓掃描程序700可進行半導體晶圓12的3D外型影像擷取，用於促成半導體晶圓12的3D外型之後續成形。半導體晶圓12沿著計算的晶圓掃描動作路徑來置換，用於沿著步驟408內所計算之晶圓掃描動作路徑擷取任一或多個多重影像擷取位置上半導體晶圓12的3D影像。第24圖內顯示第一示範3D晶圓掃描程序700的程序流程圖。
(示範3D晶圓掃描程序700)
在3D晶圓掃描程序的步驟702內，由細線型照明器52提供或發射細線型照明。在步驟704內，利用鏡子裝置54將細線型照明導引到檢測位置。
在後續步驟706內，位於檢測位置上的半導體晶圓12或其一部份反射細線型照明。在步驟708內，反射的細線型照明從半導體晶圓12透射過具有無限遠的已修正像差的3D外型物鏡58。步驟708內細線型照明透射過3D外型物鏡58來將細線型照明準直。
在步驟710內，已準直的細線型照明則通過管鏡頭60，然後在步驟712內進入3D影像擷取裝置56。管鏡頭60較佳將已準直的細線型照明聚焦到3D影像擷取裝置56的影像擷取平面上。聚焦在3D影像擷取平面上的細線型照明可在步驟714內擷取半導體晶圓12的第一3D影像。3D外型物鏡58與管鏡頭60之間的細線型照明之準直讓其間可輕易導入光學構件或配件，並且可進行3D影像擷取裝置56的彈性定位與重新設置。
如上述，由雷射或寬頻光纖照明光源提供細線型照明。此外， 細線型照明較佳以和半導體晶圓12水平面所夾之特定角度來導引至檢測位置。依照需求，使用熟習此項技術者已知的技術，將細線型照明導引至檢測位置的角度係較佳可變的。熟知此項技術者也將瞭解，依照需求可選擇和改變細線型照明的波長。較佳是，選擇細線型照明的寬頻波長，用於提高缺陷偵測、確認與分類至少其中之一的精確度。
在步驟716中，第一3D影像被轉換成影像信號並傳輸至CPU。在步驟718中，CPU處理第一3D影像的3D高度測量、共平面度測量、偵測與分類缺陷的至少其中之一。
較佳是，步驟702至718可重複任意次數，用來擷取對應數量的3D影像，並且將擷取的3D影像傳輸至CPU。步驟702至718可在沿著晶圓掃描動作路徑的選取影像擷取位置上或整個晶圓上執行。
較佳是，第一3D晶圓掃描程序700提高示範方法300檢測半導體晶圓的精確度。更具體而言，第一3D晶圓掃描程序700提高方法300所進行之缺陷偵測的精確度。此種檢測提供像是三維結構的共平面度、高度這類詳細3D度量衡細節，例如個別晶粒以及整個晶圓的銲錫球、金凸塊、翹曲。
較佳是，3D影像處理步驟718及其重複的結果都儲存在CPU的資料庫內。或者，3D影像處理步驟718及其重複的結果都依照需求儲存在替代資料庫或記憶體空間內。
示範第二三維(3D)晶圓掃描程序750也可用來取代第一示範3D晶圓掃描程序700。第25圖顯示示範第二3D晶圓掃描程序750的光路徑，並且第26圖顯示示範第二3D晶圓掃描程序750的對應程序流程圖。
在第二3D晶圓掃描程序750的步驟752中，由細線型照明器 52提供細線型照明。在步驟754中，利用反射器組合80將細線型照明導引到檢測位置。反射器組合80係另一選擇為已熟知的稜鏡組合或兩面鏡子或稜鏡裝置。
在步驟756中，半導體晶圓12反射細線型照明。半導體晶圓12反射的細線型照明可根據半導體晶圓12的表面外型往不同方向反射，例如：半導體晶圓12上的結構與幾何變化會導致半導體晶圓12往不同方向反射細線型照明(又稱為照明色散)。
根據半導體晶圓12的表面外型，從半導體晶圓12反射的細線型照明可往不同方向色散，從半導體晶圓12往多個方向反射的細線型照明之色散會讓其難以精確測量半導體晶圓12之表面外型，換言之，從半導體晶圓12往多個方向反射的細線型照明之色散會讓其難以擷取半導體晶圓12的精確3D影像。這是因為從半導體晶圓12往多個方向反射的細線型照明之色散會導致細線型照明進入3D影像擷取裝置56的量不當地減少或增加，如此分別擷取較暗或較亮的影像。從太暗或太亮的影像中難以衍生精確的測量，因此，使用從太暗或太亮的影像中難以獲得半導體晶圓12的精確表面外型。
半導體晶圓12反射的細線型照明由反射器組合80接收，更具體而言，反射器組合80設置成用於擷取以多個方向反射的細線型照明。較佳是，反射器組合80包含第一對鏡子或稜鏡82以及第二對鏡子或稜鏡84。在步驟758中，反射的細線型照明沿著兩光學路徑行進，就是由第一對鏡子或稜鏡82導引的第一光學路徑通路以及由第二對鏡子或稜鏡84導引的第二光學路徑通路。熟知此項技術者將瞭解，反射器組合可依照需求設置成沿著不同數量之光學路徑，來導引擷取的反射細線型照明。
在步驟760中，細線型照明沿著各該第一光學路徑與第二光學 路徑行進通過物鏡58。因此準直通過3D外型物鏡58的兩細線型照明。第一對鏡子或稜鏡82以及第二對鏡子或稜鏡84係較佳對稱放置。
在步驟762中，兩準直的細線型照明通過管鏡頭60。然後在步驟764中，兩細線型照明進入3D影像擷取裝置56。管鏡頭60有助於將兩細線型照明聚焦到3D影像擷取裝置56的影像擷取平面上。聚焦在3D影像擷取裝置56的影像擷取平面上之兩細線型照明，可在步驟766擷取半導體晶圓12的多視圖3D外型影像。
在未使用反射器組合80時，從半導體晶圓12往多個方向反射的細線型照明之色散會導致細線型照明進入3D影像擷取裝置56的量不當地減少或增加，如此分別擷取的影像會太暗或太亮。這種影像通常都被廢除。使用太暗或太亮的影像會導致半導體晶圓12的3D成形或表面外型測量不精確。
系統10執行第二3D晶圓掃描程序750的能力可使用單一3D影像擷取裝置56擷取半導體晶圓12的兩個3D外型視圖。這兩視圖改善晶圓的3D成形或檢測之精確度。此外，使用兩個對稱放置的鏡子或稜鏡82、84可讓從半導體晶圓12往不同方向反射的照明被重新導引，讓3D影像擷取裝置56擷取。熟知此項技術者將瞭解，反射器組合80可設置成導引從半導體晶圓12往多個方向(例如二、三、四和五個方向)反射的照明而讓它被3D影像擷取裝置56的單次曝光擷取。
為了接收相同外型的晶圓之兩視圖，現有設備需要使用多個影像擷取裝置的昂貴、大型並且複雜的設定。由於晶圓的外型不一致，反射的光線並不會都從預定光路徑返回多個影像擷取裝置。也就是說，由於半導體晶圓12表面上結構與幾何變化造成的照明色散通常導致擷取的半導體晶圓12之單一 視圖影像不準確。
為克服從半導體晶圓12反射的光線之強弱變化(即是色散)，本系統10讓從半導體晶圓12往不同方向反射的照明由3D影像擷取裝置56擷取。這幫助改善半導體晶圓12的3D成形與檢測之精確度。單一攝影機的使用，更具體而言為3D影像擷取裝置56，也增加系統10的成本與空間效益。再者，使用單一物鏡以及單一管鏡頭(在此案例中為物鏡58和管鏡頭60)來擷取半導體晶圓12多視圖的能力提昇校準的容易度與準確度。
完成第一示範3D晶圓掃描程序700或第二示範3D晶圓掃描程序750之後，藉由執行步驟416和418所獲得的半導體晶圓12上偵測到之所有缺陷及其位置與分類係較佳合併在一起。缺陷及其位置與分類的合併有助於步驟420中檢視掃描動作路徑的計算。較佳是，根據沿著晶圓掃描動作路徑的半導體晶圓12上所偵測到之缺陷位置，計算檢視掃描動作路徑。此外，步驟420中可計算或決定沿著檢視掃描動作路徑的缺陷影像擷取位置。缺陷影像擷取位置較佳與步驟416和418期間半導體晶圓12上偵測到缺陷的位置(即是半導體晶圓12的DROI)相對應。
在示範方法400的步驟422中，執行示範檢視程序800。檢視800可進行步驟416和418內所偵測到的缺陷之檢視。較佳是，透過第一模式800a、第二模式800b和第三模式800c的至少其中之一進行檢視程序800。第27圖顯示示範檢視程序800的程序流程圖。
(示範檢視程序800)
如上述，檢視程序800較佳包含三個檢視模式，即第一模式800a、第二模式800b和第三模式800c。在步驟802選擇檢視模式(即是第一模 式800a、第二模式802b和第三模式800c其中之一)。
(檢視程序800的第一模式800a)
在檢視程序800的第一模式800a之步驟804中，在方法400的步驟416中所執行的2D影像處理程序600期間所偵測到所有缺陷之第一影像與第二影像都已合併與儲存。
在步驟806中，半導體晶圓12上所偵測到的缺陷之已合併並儲存的第一影像與第二影像已上載或已傳輸至外部儲存裝置或伺服器，來進行離線檢視。
在步驟808中，半導體晶圓12(即是晶圓台16上目前的半導體晶圓12)已卸載，並且機械手臂從晶圓堆疊20中將第二晶圓載至晶圓台16上。在步驟810中，第二晶圓重複各該步驟804至808。
根據晶圓堆疊20中晶圓數量，依序重複步驟804至810任意次數。步驟804至810的重複會造成針對晶圓堆疊20的每一晶圓所獲得之第一影像與第二影像的合併與儲存，並且將第一影像與第二影像上載至外部儲存裝置或伺服器，來進行離線檢視。熟知此項技術者將瞭解，第一模式800a可讓步驟804至810自動執行，而不需要使用者干涉並且不影響生產。此方法允許使用者執行已儲存影像的離線檢視時可持續生產。此方法增加系統10利用率以及生產力。
(檢視程序800的第二模式800b)
在檢視程序800的第二模式800b之步驟820內，如步驟420內所計算在每一缺陷影像擷取位置上擷取一些檢視影像。更具體而言，如步驟420 所計算使用第14圖中所示檢視影像擷取裝置62，在每一缺陷影像擷取位置上擷取檢視明視野影像和檢視暗視野影像。也就是說，擷取由步驟416的2D影像處理程序600所偵測之每一缺陷中使用明視野照明器64的檢視明視野影像以及使用暗視野照明器66的檢視暗視野影像。數個檢視影像之每一個都由檢視影像擷取裝置62擷取。較佳是，數個檢視影像之每一個都為彩色影像。
熟知此項技術者將瞭解，在本說明書的揭示下，可依需求分別決定與改變用於擷取明視野檢視影像與暗視野檢視影像的明視野照明與暗視野照明之亮度。例如：根據系統10的使用者想要檢視之晶圓缺陷類型或根據半導體晶圓12的材料，選擇用於擷取許多檢視影像的照明亮度。也可能使用由使用者設定的明視野與暗視野照明的各種組合與各種亮度等級，來擷取多個檢視影像。
在步驟822中，合併並儲存在步驟420內所計算的每一缺陷影像擷取位置上所擷取之數個檢視影像。然後在步驟824中，將在每一缺陷影像擷取位置上所擷取之已合併並儲存的檢視影像上載至外部儲存裝置或伺服器，來進行離線檢視。
在步驟826中，半導體晶圓12(即晶圓台16上目前的半導體晶圓12)已卸載，並且由機械人晶圓處置器18從晶圓堆疊20中將第二半導體晶圓12載至晶圓台16上。在步驟828中，第二半導體晶圓12重複各該步驟402至422。在第二半導體晶圓12上所偵測到的缺陷之已合併和儲存的第一影像與第二影像被上載至外部儲存裝置或伺服器。
在檢視程序800的第二模式800b中，根據晶圓堆疊20中半導體晶圓12的數量，重複步驟820至828任意次數。步驟820至828的重複會導 致針對晶圓堆疊20之每一晶圓所獲得之已擷取明視野檢視影像與暗視野檢視影像的合併與儲存，並且將第一影像與第二影像上載至外部儲存裝置或伺服器，來進行離線檢視。
此方法允許使用者執行已儲存影像的離線檢視時可持續生產。此方法允許在各種組合照明上擷取每一缺陷的多個影像，用於離線檢視而不影響機器利用率並改善生產力。
(檢視程序800的第三模式800c)
檢視程序800的第三模式800c係較佳由手動輸入啟始，更具體而言為使用者所做的輸入或指令。在步驟840中，使用者在第一缺陷影像擷取位置上擷取第一檢視明視野影像和第一檢視暗視野影像。在步驟842中，使用者手動檢測或檢視擷取的第一檢視明視野影像和第一檢視暗視野影像。較佳是，在螢幕或監視器上顯示第一檢視明視野影像與第一檢視暗視野影像，來助於使用者以目視檢測。使用者可使用明視野與暗視野照明器，觀看不同照明組合下的缺陷。
在步驟844內，使用者可接受、退回或重新分類對應至第一缺陷影像擷取位置的缺陷。然後如步驟420所計算，針對每一缺陷影像擷取位置依序重複步驟840至844。
在針對每一缺陷影像擷取位置依序重複步驟840至844之後，在步驟846內接著合併並儲存正缺陷及其分類。然後在步驟848中，將已合併並儲存的正缺陷及其分類上載或傳輸至外部儲存裝置或伺服器。在檢視程序800的第三模式800c中，在完成步驟846之後只卸載半導體晶圓12(即是晶圓台16上目前的半導體晶圓12)。因此，熟知此項技術者將瞭解，檢視程序的第三 模式800c需要使用者持續在場，來實施每一晶圓的目視檢測或檢視。
在檢視程序800的步驟848中，半導體晶圓12(即是晶圓台16上目前的半導體晶圓12)已卸載，然後機械人晶圓處置器18從晶圓堆疊20中將第二半導體晶圓12載至晶圓台16上。根據要檢測的第二半導體晶圓12數量(或晶圓堆疊20中半導體晶圓12的數量)，重複步驟840至848任意次數。
從以上說明之揭示中，熟知此項技術者將瞭解，檢視程序的第一模式800a和第二模式800b將已擷取影像達成相對無差別的合併、儲存與上載至外部儲存裝置或伺服器上。第一模式800a和第二模式800b代表自動化的檢視程序，使用者可在需要時存取外部儲存裝置或伺服器，來進行已擷取影像的離線檢視。第一模式800a和第二模式800b可對晶圓堆疊20的每一晶圓進行連續檢視，或進行連續影像擷取、合併、上載與儲存。
熟知此項技術者將瞭解，雖然本發明內只說明三個檢視模式，即第一模式800a、第二模式800b和第三模式800c，熟知此項技術者可運用替代檢視程序或三個檢視模式800a、800b和800c之每一個的步驟之不同排列或組合。此外，熟知此項技術者將瞭解，在不悖離本發明範疇之下，三個檢視模式800a、800b和800c之每一個都可依照需求使用本技藝已知的方法修改或改變。
在執行檢視程序800之後，在步驟426中合併並儲存已確認的缺陷及其位置與分類。將已確認的缺陷及其位置與分類合併並儲存在資料庫內或外部資料庫或記憶體空間內。在步驟426中也更新晶圓圖。
如上述，各該擷取的明視野影像、DHA影像以及DLA影像都與對應的金參考或參考影像做比較，用於識別或偵測半導體晶圓12上的缺陷。本發明提供的示範參考影像建立程序900(如第18圖內所示)有助於此種參考 影像的建立或衍生。熟知此項技術者將瞭解，參考影像建立程序900也可稱為訓練程序。
如上述，在2D晶圓掃描程序500期間所擷取的2D明視野影像、2D DHA影像、2D DLA影像之每一個較佳與由參考影像建立程序900所建立的其對應參考影像比對。
在此已經使用2D影像處理程序600說明示範比較程序。不過，為了更加清楚，以下提供工作影像與參考影像之間比對的摘要。首先，使用已知的參考，包含但不受限於樣板、線路、凸塊、墊以及其他獨特圖案，執行選取的工作影像的次像素校準。其次，計算在工作影像被擷取之影像擷取位置上半導體晶圓12之參考亮度。然後選取與工作影像比對的適當參考影像。較佳從參考影像建立程序900所建立的多個參考影像當中選取適當的參考影像。
CPU係較佳已程式設計用於選擇與擷取將要與工作影像比對的適當參考影像，較佳是，利用參考影像建立程序900計算並儲存參考影像之每一像素的正常化平均或幾何平均值、標準差、最大與最小亮度，提高擷取將要與工作影像做比較的適當參考影像之速度與精確度。
然後計算工作影像中每一像素的對應量化資料，該等量資料例如為工作影像中每一像素的正常化平均或幾何平均值、標準差、最大與最小亮度。然後工作影像中每一像素的量化資料值針對所選擇的參考影像中每一像素的對應資料值進行參考或檢查。
工作影像的像素與參考影像的像素之間的量化資料值之比較可進行缺陷的識別與偵測。較佳是，由使用者設定預定的臨界值。工作影像的像素與參考影像的像素之量化資料值間之差異與乘法、加法和常數值其中之一的 預定臨界值比對。若工作影像的像素與參考影像的像素之量化資料值間之差異大於預定臨界值，則標示有一缺陷(或多個缺陷)。
預定的臨界值可依照需求而變。較佳是，改變預定臨界值來調整方法400的嚴格度。此外，根據要偵測的缺陷類型、呈現用於檢測的半導體晶圓12材料或照明情況，係較佳依照需求改變預定臨界值。再者，根據客戶或更一般半導體工業的需求，可改變預定臨界值。
上面已經說明用於檢測半導體晶圓的示範系統10和示範方法400，熟知此項技術者透過上述說明將瞭解，在不悖離本發明範疇之下可對系統10與方法400進行修改。例如：在不悖離本發明範疇之下，可修改方法400的步驟順序以及處理500、600、700、750、800和900的步驟順序。
本發明中系統10與方法400的目標在於進行精確並具成本效益的半導體晶圓之檢測。在半導體晶圓移動時由系統10與方法400自動化檢測半導體晶圓的能力可提高半導體晶圓檢測效率，這是因為相較於現有多種半導體晶圓檢測系統來說，並沒有時間浪費在個別半導體晶圓減速並停止在檢測位置上來擷取其影像，而且也沒有時間浪費在擷取影像之後半導體晶圓從檢測位置處的後續加速與運送。多個影像擷取之間的已知影像偏移有助於所擷取影像的處理，藉此偵測已經存在於其中的缺陷。相對於相同半導體晶圓的特定影像集之偏移可讓軟體精確判斷半導體晶圓內缺陷的座標，以及之後整個框架內半導體晶圓的位置。該偏移較佳由讀取X和Y置換馬達內的編碼值來決定，並且用於計算一缺陷或多個缺陷的座標。此外，在每一檢測位置上使用兩個影像結合兩種不同成像技術的優點來促成更精確的半導體晶圓檢測。
熟知此項技術者也將瞭解，依照需求可改變影像擷取的時間同 步。更具體而言，可調整時間同步來提高可程式化控制器補償擷取的影像之間影像偏移之能力。本發明的系統10與方法400有助於照明提供與對應影像擷取裝置曝光之間的精確同步來擷取影像，以將檢測品質的劣化降至最低。
系統10中所使用的照明可在全可見光頻譜內，來擷取品質增強的影像。根據包含但不受限於欲檢測的缺陷類型、半導體晶圓材料以及半導體晶圓檢測的嚴格度這些因素，可依需求輕易選擇與改變系統10所提供之照明的亮度以及其提供來擷取影像的組合。本發明提供的系統10和方法400也可在半導體晶圓上進行3D元素的高度測量，同時在半導體晶圓移動時分析3D外型影像。
本發明的系統10具有一種光學設定(即是光學檢測頭14)，其不需要經常進行空間的重新設置來迎合半導體晶圓結構或特性改變。此外，系統10使用管鏡頭可使系統10的重新設置與設計變得容易，更具體而言為光學檢測頭14。使用管鏡頭讓光學構件與配件更容易導入系統內，尤其是物鏡與管鏡頭之間。
本發明的系統10包含減震器24(就是已知的穩定器機構)，用於緩衝對系統10不需要的震動。減震器24幫助提高第一影像擷取裝置32、第二影像擷取裝置34、3D外型攝影機和檢視影像擷取裝置62所擷取之影像的品質，也因而強化缺陷偵測的精確度。此外，系統10的XY置換台22讓半導體晶圓可相對於檢測位置精確的置換與校準。
如上面先前技術中所說明，現有參考影像衍生或建立程序需要手動選擇「良好」半導體晶圓，導致衍生的參考影像相對不精確與不一致。因此，對於半導體晶圓檢測的品質有不利的影響。本發明的系統10和方法400利 用建立不用於手動選擇(即是主觀選擇)「良好」半導體晶圓的參考影像，來提高檢測品質。參考影像建立程序900允許在不同的半導體晶圓位置上應用不同的亮度臨界，如此容納通過半導體晶圓的非線性照明變化。因此，方法400有助於減少錯誤或不需要的缺陷偵測，且最終提高半導體晶圓檢測的品質。
本發明使用分析模型，用於將參考影像與未知品質半導體晶圓的擷取影像做比較，來自動化缺陷偵測。本發明也可較佳利用在數位化影像上(即是工作影像與參考影像)執行數位分析，來自動化缺陷偵測。
本發明可進行不影響生產並改善機器利用率的自動化檢視模式(或離線檢視)，而現有設備只提供手動檢視模式，其需要操作員使用並查看多種不同照明亮度來決定每一缺陷。
在前述方式中，說明由本發明之具體實施例所提供，用於檢測半導體晶圓與構件的示範系統及示範方法。示範系統及方法解決先前技術中所提到至少一項現有半導體檢測系統及方法所要面臨的議題或問題。不過，熟知此項技術者將瞭解，本發明並不受限於上述具體實施例的特定形式、安排或結構。熟知此項技術者鑑於本發明之揭示將瞭解，在不脫離本發明範疇與精神之下可進行許多改變及/或修改。
10‧‧‧示範系統
14‧‧‧光學檢測頭
16‧‧‧晶圓運輸台或晶圓夾具/晶圓台
18‧‧‧機器人晶圓處置器
20‧‧‧晶圓堆疊模組
22‧‧‧X-Y置換台
24‧‧‧減震器

Claims (26)

  1. 一種檢測系統，其包含：一照明器，配置成用於提供入射光線至一檢測位置，該檢測位置係位於一檢測物件之表面上；複數個光學元件，包含一第一反射器組合，該第一反射器組合係配置成用於擷取從該檢測物件的表面往多個方向反射之色散照明，且該第一反射器組合進一步配置成用於導引所擷取之色散照明沿著複數個光學路徑，以提供該檢測物件的表面之複數個視圖；以及一影像擷取裝置，配置成接收該擷取之色散照明作為一單次曝光，該擷取之色散照明係提供該檢測物件之表面的該等複數個視圖。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之檢測系統，其中入射在該檢測物件的表面上之該照明係藉由一第二反射器組合所導引，該第二反射器組合包含至少一反射器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之檢測系統，其中該第一反射器組合包含一分光器、鏡子、一稜鏡及一反射表面的至少其中一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之檢測系統，其中該第一反射器組合包含一第一反射結構及一第二反射結構，該第一反射結構及該第二反射結構係安排成用於擷取從該檢測物件之表面反射之色散照明，且將該擷取之色散照明分別導引沿著一第一光學路徑及一第二光學路徑。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之檢測系統，其中該等複數個光學元件進一步包含至少一物鏡，該至少一物鏡係配置成用於準直被導引沿著該複數個光學路徑之照明。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之檢測系統，其中該等複數個光學元件進一步包含至少一管鏡頭，該至少一管鏡頭配置成用於聚焦該擷取之色散照明，該擷取之色散照明係被導引沿著該等複數個光學路徑至該影像擷取裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之檢測系統，其中該管鏡頭促成額外的光學構件導入該系統中。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之檢測系統，其中該照明器包含一細線型照明器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之檢測系統，其中該照明器包含一雷射。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之檢測系統，其中該檢測物件之表面的該等複數個視圖係提供或對應在該檢測位置上的檢測物件之表面的一3D外型。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之檢測系統，其中該影像擷取裝置係配置成用於將該檢測物件之表面的該等複數個視圖之該單次曝光轉換成影像訊號，且該檢測系統進一步包含一處理單元，該處理單元用於接收及處理該等影像訊號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之檢測系統，其中處理該等影像訊號促成在該檢測物件之表面上的一3D檢測程序之執行。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之檢測系統，其中該影像擷取裝置係配置成用於當該檢測物件移動時，擷取該檢測物件之表面的複數個視圖作為一單次曝光。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之檢測系統，其中該影像擷取裝置包含一3D外型攝影機。
  15. 一種檢測方法，包含：藉由一照明器提供入射照明至一檢測位置，該檢測位置係在一檢測物件之一表面上；將從該檢測物件之表面往多個方向反射之色散照明沿著複數個光學路徑 傳送，以提供該檢測物件之表面的複數個視圖，該傳送係由複數個光學元件所促成；以及藉由一影像擷取裝置擷取該檢測物件之表面的複數個視圖作為一單次曝光。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之檢測方法，其中將從該檢測物件之表面往多個方向反射之色散照明沿著複數個光學路徑傳送以提供該檢測物件之表面的複數個視圖之步驟中包含：藉由該等複數個光學元件擷取從該檢測物件之表面往多個方向反射之色散照明；及導引所擷取之色散照明沿著該等複數個光學路徑，以藉由該等複數個光學元件來提供該檢測物件之表面的該等複數個視圖。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之檢測方法，其中該等複數個光學元件包含一第一反射器組合，且該第一反射器組合包含一分光器、鏡子、一稜鏡及一反射表面的至少其中一者。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之檢測方法，其中將從該檢測物件之表面往多個方向反射之色散照明沿著複數個光學路徑傳送以提供該檢測物件之表面的複數個視圖的步驟係包含，將從該檢測物件之表面往多個方向反射之色散照明沿著一第一光學路徑及一第二光學路徑傳送。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之檢測方法，其中該等複數個光學元件包含一物鏡；及將從該檢測物件之表面往多個方向反射之該色散照明沿著該第一光學路徑及該第二光學路徑傳送的步驟係包含藉由該物鏡來準直沿著該第一光學路 徑及該第二光學路徑反射之該色散照明。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之檢測方法，其中該等複數個光學元件包含一管鏡頭；以及將從該檢測物件之表面往多個方向反射之該色散照明沿著該第一光學路徑及該第二光學路徑傳送的步驟係包含藉由該管鏡頭來聚焦沿著該第一光學路徑及該第二光學路徑反射之該色散照明。
  21. 如申請專利範圍第15項所述之檢測方法，其中藉由該照明器提供入射照明至該檢測位置且該檢測位置係在該檢測物件之表面上的步驟係包含，藉由一細線型照明器提供入射照明至在該檢測物件之表面上的該檢測位置。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之檢測方法，其中藉由該細線型照明器提供入射照明至該檢測位置且該檢測位置係在該檢測物件之表面上的步驟包含，藉由一雷射提供入射照明至該檢測位置，該檢測位置係在該檢測物件之表面上。
  23. 如申請專利範圍第15項所述之檢測方法，其中藉由該影像擷取裝置擷取該檢測物件之表面的複數個視圖作為一單次曝光的步驟係包含，藉由該影像擷取裝置擷取該檢測物件之表面的3D外型作為一單次曝光。
  24. 如申請專利範圍第15項所述之檢測方法，進一步包含：藉由該影像擷取裝置將複數個視圖之該單次曝光轉換成影像訊號。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之檢測方法，進一步包含：藉由一處理單元來接收及處理該等影像訊號。
  26. 如申請專利範圍第15項所述之檢測方法，其中藉由該影像擷取裝置擷取該檢測物件之表面的複數個視圖作為一單次曝光之步驟係在該檢測物件移動時執行。
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