TWI496229B - 包含視覺系統的晶圓處置器 - Google Patents

Description

包含視覺系統的晶圓處置器

本發明係有關於半導體工業中晶圓之視覺式檢查。

積體電路一般而言係在一包含各種成像、沉積、及蝕刻步驟的製程中生產，輔以摻雜以及清除動作。複數個晶粒(晶片)通常產製於稱為晶圓(wafer)的單片矽之上。晶圓上的每一晶片在一被稱為晶圓測試的製程中均利用自動測試設備加以測試。在此等測試之前或之後，晶圓被沿著切割界線分割以分出不同之晶粒。

圖1例示經過此分割程序後之一典型晶圓1。一片晶圓可以具有數百、數千、甚至超過100,000個晶粒10，取決於該晶圓之尺寸以及每一晶粒的大小。由於不同晶粒已經彼此分離，其通常係以黏附的方式保存於一塑膠膜2之上(有時稱為黏性膜(tacky film))。如圖1所例示，黏性膜上常會遺失一些晶粒，例如因為其在晶圓測試之後被自動移除，或者是例如在晶片分割期間或黏性膜運送期間可能產生的不同問題之結果。因此，黏性膜2上的已分割晶圓1有時被稱為一局部晶圓(partial wafer)。

局部晶圓上的晶粒10接著在一揀選站進行個別揀選並被封裝於一陶瓷或塑膠外殼之中而產生最終的積體電路。

其通常需要個別地測試上述局部晶圓中的每一晶粒。此晶粒測試係在晶圓測試之後額外執行。晶粒測試的目的之一係移除不良的晶粒，意即，具有機械問題(諸如破裂，舉例而言)或電氣問題的晶片。在這個新的測試之後，舉例而言，晶粒在黏性膜上被取換，或是被置入晶粒容納系統，例如放入運送管中或卷帶之中。

圖2示意性地例示一用於在局部晶圓中測試晶粒之典型測試配置。安置於黏性膜上的複數個局部晶圓1在圖中右側形成一堆疊3。該等晶圓被以一晶圓供料器(wafer feeder)40自該堆疊依序載入，並移至圖中左側之一測試機6。在此實例之中，該測試機包含一轉臺65，具有複數個真空管嘴60環繞轉臺65旋轉。局部晶圓之晶粒10被位於該測試機之一載入站處之多個管嘴中之一66依序揀選，並藉由該轉臺旋轉經過複數個測試站61以對晶粒進行各種電性、機械及/或光學測試。未通過測試之晶粒被移除或加上標記，以與良好的晶粒區分。在黏性膜上測試之後，良好的晶粒被取出，或者置入一晶粒容納系統中之一輸出站。測試機6之運作係由一處理系統5控制，例如一電腦工作站。

如前所述，待測試的局部晶圓1通常並不完整，且包含空位，意即，可能未被任何晶粒佔用的位置。包含複數個空位之一典型晶圓例示於圖3。

若先前已進行過一晶圓測試，局部晶圓中的一些晶粒11可能已經被標示為不良(或標示作廢(inked))。此外，晶圓通常包含特別的晶粒12，稱為基準元件，具有特殊之標記以供晶圓之對齊-該等特別晶粒通常不會被使用，且不需要被揀選。晶圓，或者晶圓安置其上之膜片2，有時會配具一些標記16，例如條碼(barcode)或二維資料矩陣(datamatrix)，以識別特定之晶圓。圖3中的標號10對應至"可揀選"之晶粒，意即，尚未確認是良品而待測試之晶粒。

其應可以自該圖看出，並非局部晶圓上的所有位置均裝填可揀選之晶粒10。由於測試機6並不知悉可揀選晶粒10之位置，其經常試圖揀出不良晶粒12、基準晶粒11或是晶粒空位13。自該等位置進行揀選和測試降低生產量，意即，降低測試機6每小時或每日可以執行的有效測試之數目。

為了解決此問題的一部分，已有提出晶圓圖(wafer map)之使用，該圖指出晶圓中晶粒之數目以及可揀選晶粒之位置。此一晶圓圖可以在晶圓測試期間產生，例如在晶圓分割之前。其通常係包含於一單純的ASCII檔案之中，其中每一晶粒之狀態均由一字母代表，如前所述其係在諸如晶圓測試期間確定。

對應至圖3之局部晶圓之一晶圓圖實例20顯示於圖4。在此實例之中，該晶圓圖包含一矩陣，該矩陣與其所對應之晶圓包含相同數目之行和列。每一不良晶粒，在此實例之中包含基準晶粒，均以一X表示之；每一空位(不含任何晶粒的位置)則以零("0")標記之。其中之"1"表示可揀選晶粒之位置，意即，值得揀選和測試之晶粒。

此晶圓圖通常係儲存於一檔案20之中，其可以由一適當之軟體程式載入工作站50之中。工作站使用此資訊控制測試機6下的晶圓位移，以僅從在此晶圓圖實例中標記為"1"的可揀選位置揀選及測試晶粒。

實務上，晶圓圖之使用通常產生許多缺點。其一，晶圓圖通常係於晶圓測試期間在一不同的地點產生，舉例而言，在不同工廠或不同的場所，與進行個別晶粒測試的位置不同。其因此需要將晶圓圖自此等遠端位置傳送並載入工作站50之中。晶圓圖遺失的情況常會發生，或者是無法於對應的局部晶圓之晶粒測試之時及時收到。在此情況下，測試機6需要在沒有該等資料下進行並試遍晶圓上所有可能的晶粒位置，導致緩慢的測試流程。

有時晶圓圖和局部晶圓亦會混淆，而使得不是對應至目前測試晶圓的晶圓圖被載入工作站50之中。在此情況下，測試機6可能會嘗試從空位上揀出晶粒，或者測試已知不良的壞晶粒，或者錯過、或略過可能良好的晶粒。

此外，一般的晶圓圖20僅是指出對應至局部晶圓的矩陣中的哪些單元係由良好或不良晶粒佔用；其並未給出可揀選晶粒的方位及位置。在運作之時，晶粒在黏性膜2上常會稍微錯置，例如，相對於預定位置稍微移位及/或旋轉。在此情況下，測試機載入站處的真空管嘴66可能難以確實地挑揀出錯置或方位不對的晶粒。有時其在揀選的管嘴附近設置一額外的攝像機以修正方位和位置，並使得晶粒置中對齊管嘴。該攝像機的監看範圍必須極小而無法包含嚴重偏離預定位置的晶粒；因此，此平臺僅能進行微小的修正。

其亦常使用攝像機以依據基準晶粒及其他標記的位置進行局部晶圓的對齊和置中；此等攝像機僅傳送該局部晶圓的整體位置和方位，而非每一晶粒的個別位置和方位。

因此，本發明之目標在於提出一種配置和一種方法以解決先前技術之該等問題。

依據本發明，前述目標藉由一晶圓處置器(wafer handler)達成，該晶圓處置器包含一晶圓載入站，用以載入一安置於黏性膜上之已切割晶圓、一張力器(tensioner)，用以拉緊該黏性膜、一揀選模組，用以依序自該晶圓揀選複數個晶粒、以及一視覺系統，具有一或多具攝像機以拍攝包含複數個晶粒之晶圓或該晶圓之部分之影像。

此提供核驗晶圓之優點，且製備出此晶圓之一位置圖，恰於晶粒自已切割晶圓揀出之前，因而避免使用先前建立於不同位置之晶圓圖時混淆之風險。由於使用同一機器以產生晶圓位置圖及自此晶圓揀出晶粒，故完全避免掉使用錯誤的晶圓圖控制揀選機器之風險。

在一實施例之中，該視覺系統係配置以自第一影像決定晶圓中複數個晶粒，或甚至所有晶粒，之個別位置及方位。因此其使用一單一高解析度影像以決定每一晶粒之位置及方位，從而免除需要拍攝每一待揀選晶粒之個別影像之缺點及時間。

由該視覺系統拍攝之影像的用途之一係可用於控制前述之揀選模組。在一實施例之中，其藉由一晶圓位移單元移動該晶圓以依序在該揀選模組之下置中對齊每一晶粒，例如在一真空管嘴之下。晶圓之依序位移最好由該視覺系統控制且依據該第一影像進行，以沿著通過可揀選位置串列之最短路徑移動該晶圓。

在一實施例之中，當待揀選晶粒已在該揀選模組下移動之時，拍攝該待揀選晶粒之一第二高解析度影像。此第二影像係用以在揀選模組下微調及置中對齊該晶圓；在較佳實施例中，此第二影像之監看範圍遠小於該第一影像之監看範圍，且僅顯示待揀選之晶粒，或者該晶粒和其緊鄰之鄰接者。由於可揀選晶粒之粗略位置可以擷取自前述之大範圍之第一影像，故其並無耗費時間於拍攝不可揀選位置之影像，而晶圓可以極為迅速且直接地被移動至可揀選晶粒之粗略位置，具有較窄監看範圍之第二高解析度影像於此處拍取以微調對齊狀況和方位。

在一實施例之中，該局部、已切割晶圓安置其上之黏性膜包含一代碼，諸如一條碼或一資料矩陣。該視覺系統拍攝之第一影像包含此代碼，其被進行解碼。該視覺系統從而產生與該晶圓之位置及/或方位相關之資料、與該晶圓中每一晶粒之個別位置及/或方位相關之資料、以及與該代碼相關的附屬詮釋資料(metadata)。在一實施例之中，該代碼包含該晶圓之一識別碼(identification)。

圖5示意性地例示一依據本發明之晶圓處置器。所例示之配置包含一晶圓載入器3，內含待測試晶粒之複數個局部晶圓1形成一堆疊3於圖中右側。此堆疊中之晶圓1被依序取出並以一晶圓供料器40傳送至位於圖中左側之測試機6。標號30表示一張力器，意即，一用以拉緊已切割晶圓黏置其上之黏性膜之設備。

在此實例中之測試機6包含一具有複數個揀選模組60之轉臺，例如利用低壓將晶粒留置於轉臺之下的真空管嘴。被真空管嘴留置之晶粒在轉臺遞次轉動時從一個測試站61移動至下一個。該等測試可以包含例如電性、機械及/或光學測試。

一第一攝像機50在黏性膜上的局部晶圓1由晶圓供料器40從晶圓載入站3轉送至轉臺65期間拍攝其影像。攝像機5在較佳實施例中係一工業用視訊攝影機，具有高解析度以及廣角鏡頭，能夠拍攝到一整個晶圓的高解析度影像。其可以將數個攝像機，例如四台攝像機，設置成彼此相鄰以拍攝一諸如12"晶圓之極大型晶圓之影像。在另一實施例之中，其相對於一大型晶圓移動同一攝像機以在複數個連續步驟中拍攝該晶圓之單一高解析度第一影像。在較佳實施例中，其在不同照明條件下連續地拍攝同一晶圓或晶圓部分之多個影像，並將其合併以產生一更具資訊性之高解析度影像。

攝像機50連接至一影像及資料數位處理系統5，構件5和50之組合構成前述之視覺系統。此視覺系統由第一影像產生一晶圓位置圖，意即，一檔案或資料，至少指出局部晶圓中每一晶粒之粗略位置及/或方位。其中，一位置判定若其誤差係介於一個別晶粒尺寸之0.25及2倍之間，則稱為粗略。

視覺系統5、50在較佳實施例中同時亦決定並加入額外的詮釋資料至晶圓位置圖，包含例如時間、機器之識別碼、及/或解譯自黏性膜上諸如條碼或資料矩陣之代碼而可以識別一特定晶圓之資料。

測試機使用視覺系統5、50所產生的晶圓位置圖以將晶圓放置於載入站處的揀選模組下，於此處自晶圓依序挑揀出晶粒。在一較佳實施例之中，其提供一額外的高解析度攝像機63以在揀選模組下拍攝晶粒之一狹窄第二影像，且用以執行每一後續待揀選晶粒之位置和置中對齊之微調。

因此，在一實施例之中，攝像機50所拍攝的第一影像係使用於局部晶圓之粗略位移，以依序將可揀選位置移至輸入管嘴66之下。細微的置中對齊及調整係依據第二攝像機63拍攝之影像。因此第一攝像機50之一優點係避免將晶圓上無晶粒，或無良好晶粒，存在之位置移到揀選管嘴之下。

局部晶圓之晶粒被位於測試機6之載入站處之多個管嘴中之一66依序揀選，並藉由轉臺65之旋轉以通過複數個測試站61而進行各種電性、機械及/或光學測試。未通過測試之晶粒被移除或加上標記，以與良好的晶粒區分。測試機6之運作係由視覺系統5、50產生之晶圓位置圖所控制。

圖6例示晶圓位置圖之一實例。該位置圖係儲存於一電腦檔案之中，該電腦檔案在較佳實施例中包含一晶圓識別碼(晶圓id)，擷取自例如代碼或資料矩陣16、一晶圓方位及位置指示θ、X、Y，表示黏性膜2上局部晶圓1之總體位置及方位、以及一晶粒方位及位置指示矩陣θ_ij 、X_ij 、Y_ij ，用以表示局部晶圓上每一個別晶粒之方位及位置。選擇性地，一性質指示S_ij 表示與每一晶粒相關之性質，例如晶粒是否良好、標示作廢(不良)、做為基準或是一特定性質。

圖6之晶圓位置圖係一單純的ASCII檔案；亦可以依據偏好使用其他檔案結構，包含XML檔案，或者是儲存為例如一資料庫系統中之資料錄。

圖7例示定義黏性膜2上之晶圓1之整體方位之整體方位角θ。此角度在較佳實施例中係由視覺系統5決定且儲存於晶圓位置圖之中；其可以被揀選模組使用以沿著正確方位掃描連續的晶粒列(或行)。

圖8例示在一局部晶圓中之二連續晶粒列101-104以及105-108。該等晶粒有所錯位並沿著垂直座標軸Y的方向偏移。若測試站6的揀選模組66沿著圖中例示的Z形線條揀選晶粒，則第一晶粒101及102將被正確地選定；第三晶粒將抓取到極接近其邊緣，且可能歪斜。下一個晶粒104在第一列掃描期間將未被揀選到。

晶粒105及106將被正確地選定，但107及108將被錯過；其將選到隸屬於第一列的晶粒104，而非108。此顯示局部晶圓上的晶粒錯位可以造成錯誤的揀選，且導致晶粒混淆。因此，修正揀選模組66下的晶圓位置對於補償此等誤差是有所作用的。

與晶圓的整體方位不正無關，每一晶粒i、j可以具有其自己的方位誤差θ_ij ，如圖9所示。此個別方位可以由視覺系統(至少粗略地)決定並儲存於晶圓位置圖之中，以置中對齊及定位揀選管嘴下的晶粒。

晶圓位置圖在較佳實施例中亦指出第一個可揀選晶粒17之位置，如圖10所示。因此，依據此指示，初次置放局部晶圓於揀選模組之下極為快速。自此初次位置到之後的可揀選晶粒的依序位移係沿著視覺系統所決定之一軌道進行，以最小化總位移時間。

其常發生不同種類的晶粒出現於同一晶圓之上，例如二種不同性質的晶粒18、19。此種情況下，其通常需要先執行第一種類/性質之晶粒18的揀選和測試，接著再揀選和測試下一個種類19。具有二種不同性質晶粒之局部晶圓之一實例顯示於圖11。

晶粒之性質可以在先前已經決定，例如在晶圓測試期間，並表示於晶圓圖20之中。此在晶圓圖中的資料可以被引入視覺系統5之中(當可取得之時)，並與視覺系統所送出的晶圓位置圖合併，以對每一晶粒提供一性質因子S_i,j ，如圖6所示。此性質因子可用於決定揀選晶粒之順序。

系統5亦可以核驗晶圓圖20及產生的晶圓位置圖之指示的相關性，並檢查例如行/列之數目、錯過或基準晶粒之位置等是否相符；若資料不相符，則將發出一錯誤訊息，而不進行上述之合併。

測試之後，良好的晶粒常於一輸出站被輸出，而不良晶粒則被拒絕。當測試機已自局部晶圓揀選並測試完所有可揀選晶粒之時，此局部晶圓被晶圓供料器40後移，而視覺系統5、50拍攝一新的局部晶圓之影像。幾乎所有晶粒均已被揀選完畢之局部晶圓通常稱為"殘骸"。視覺系統5、50自此殘骸之影像產生另一檔案，輸出視圖。此輸出視圖與預定結果進行比較，並偵測不一致或錯誤。

圖12顯示一實例，其中一標示作廢之晶粒11'(意即，被認為不良之晶粒)失蹤，同時遺留一可揀選之晶粒10'。操作員，或一電腦軟體，可以使用此位於輸出視圖中之資訊檢查所有標示作廢及基準晶粒均存留，且無可揀選之晶粒遺漏。若出現過多誤差，則需要一作業驗證。

1．．．晶圓

1'．．．晶圓

2．．．黏性膜

3．．．堆疊

5．．．第一攝像機

6．．．測試機

10．．．可揀選晶粒

10'．．．可揀選晶粒

11．．．基準晶粒

11'．．．標示作廢之晶粒

12．．．不良晶粒

13．．．空位

16．．．代碼或資料矩陣

17．．．可揀選晶粒

18、19．．．晶粒

20．．．晶圓圖

30．．．張力器

40．．．晶圓供料器

50．．．處理系統/工作站

60．．．真空管嘴

61．．．測試站

63．．．第二攝像機

65．．．轉臺

66．．．管嘴

101-108．．．晶粒

109-116．．．晶粒

輔以配合圖式例示之示範性實施例說明，本發明將得到更佳之理解，其中：

圖1係一黏性膜上之一局部晶圓之視圖。

圖2顯示一傳統晶圓處置器之示意圖，其中之揀選模組係由一先前決定之晶圓圖控制。

圖3係一黏性膜上之一局部晶圓之視圖，其顯示可揀選位置、一些對應至不良晶粒之標示作廢位置、一些對應至錯過晶粒之位置、以及一些基準元件。

圖4係依據先前技術之一晶圓圖實例。

圖5係一依據本發明之晶圓處置器之示意圖，其中之揀選模組係由一先前決定之晶圓圖控制。

圖6例示由本發明之視覺系統所產生之資料之一實例。

圖7係一黏性膜上之一局部晶圓之視圖，其顯示晶圓之整體傾斜角度。

圖8係一局部晶圓中一些錯位晶粒之一放大視圖。

圖9係一局部晶圓中一些方位不正晶粒之一放大視圖。

圖10係一黏性膜上之一局部晶圓之視圖，其顯示第一個可揀選晶粒之位置。

圖11係一黏性膜上之一具有二型態之局部晶圓之視圖，其中該晶圓包含二種晶粒，分別具有不同的、先前識別性質。

圖12係一黏性膜上之一局部晶圓之視圖，其顯示揀選作業之後剩餘之"殘骸(skeleton)"。

1．．．晶圓

2．．．黏性膜

10．．．可揀選晶粒

Claims (12)

1. 一種晶圓處置器，包含：一晶圓載入站(3)，用以載入一安置於黏性膜(2)上的局部晶圓(1)；一張力器(4)，用以拉緊該黏性膜；一揀選模組(66)，用以自該局部晶圓依序揀選複數個晶粒；其特徵在於一視覺系統(5、50)，具有一或多具攝像機(50)以拍攝該局部晶圓或該局部晶圓之部分之一第一影像，該第一影像顯示複數個晶粒，其中該視覺系統係配置以自該第一影像決定複數個晶粒之個別位置，且其中該晶圓處置器進一步包含：一額外攝像機(63)，接近該揀選模組(66)而置放且配置用以拍攝待揀選晶粒之一第二影像，其中該視覺系統係配置以使用該第一影像而在使得該待揀選晶粒朝向在該揀選模組下的位置移動的第一運動中來移動該晶圓，並且使用該第二影像以在比該第一運動更精細的第二運動中來移動該晶圓，用以微調該晶圓的位置，使得該待揀選晶粒在該揀選模組下置中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓處置器，其中該視覺系統係配置以自該第一影像決定該局部晶圓上複數個晶粒之個別方位。
3. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓處置器，其中該揀選模組包含： 一晶圓位移單元，用於在該揀選模組(66)下位移該局部晶圓，以在該揀選模組下置中及對齊待揀選之晶粒；其中該晶圓位移單元係由該視覺系統(5、50)所產生之一晶圓位置圖控制。
4. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓處置器，包含一代碼(16)於該黏性膜(2)之上以識別該晶圓，其中該視覺系統係配置以產生與該代碼以及在該黏性膜上每一晶粒之個別位置相關之資料，其中該局部晶圓之位移受所產生的該資料控制。
5. 一種用於處置晶圓的方法，包含：載入安置於一黏性膜(2)上之一局部晶圓(1)；拉緊該黏性膜；拍攝該黏性膜上已切割之該晶圓之一第一影像，該第一影像顯示複數個晶粒(10)；藉由自該第一影像決定在該晶圓上該複數個晶粒之個別位置，使用該第一影像控制自該局部晶圓的晶粒之依序揀選；拍攝待揀選晶粒之一第二影像；使用該第一影像而在使得該待揀選晶粒朝向在該揀選模組下的位置移動的第一運動中來移動該晶圓，並且使用該第二影像以在比該第一運動更精細的第二運動中來移動該晶圓，用以微調該晶圓的位置，使得該待揀選晶粒在該揀選模組下置中。
6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，更包含自該第一 影像決定該局部晶圓上複數個晶粒之個別方位。
7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，更包含藉由晶圓位置圖控制該局部晶圓位移。
8. 如申請專利範圍第5項所述之方法，更包含產生與該黏性膜上之一代碼以及在該黏性膜上每一晶粒之個別位置相關之資料。
9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，所產生的該資料更指示出該黏性膜上之該局部晶圓之整體位置及/或方位。
10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，所產生的該資料更指示出該黏性膜上之第一個可揀選晶粒之位置。
11. 如申請專利範圍第5項所述之方法，更包含：提供一晶圓圖，其指示出該局部晶圓上一或更多晶粒之一性質參數；以及產生與該第一影像及該晶圓圖相關之資料，以指示出每一該一或更多晶粒之位置、方位、以及該性質參數。
12. 如申請專利範圍第5項所述之方法，更包含：一旦該晶粒已被揀選，則拍攝該局部晶圓之一第三影像；以及核驗該第三影像以確認殘留於該黏性膜上之晶粒是否與依據該第一影像及/或視覺系統所產生的晶圓圖之預期相符。