TWI515422B - 半導體晶圓檢驗系統和方法 - Google Patents

Description

半導體晶圓檢驗系統和方法

本發明關於半導體晶圓檢驗系統和半導體晶圓檢驗方法。

半導體電路係使用微影成像方法將微圖案結構形成於平面半導體晶圓基板上來製造之。晶圓基板可具有約300毫米直徑，其中，幾百個電路被安排於典型地具有幾毫米至幾十毫米層級直徑的個別晶粒內，其中，該些半導體電路結構可具有小於0.1微米的尺寸。在該半導體製造早期階段偵測到該些製造圖案內的缺陷和製程的缺點係想要的。

用於半導體基板檢驗的一些技術係已知。這些技術嘗試以相對於晶圓基板所定義的座標系統將該晶圓基板上的缺陷進行定位。該晶圓的座標系統可被定義以使它在該晶圓中心具有原點，其中，該座標系統方位係相對於晶圓缺口來定義之。

在半導體晶圓檢驗程序中，需要將檢驗工具的座標系統中所偵測到的缺陷座標對照到該晶圓的座標系統。傳統檢驗方法涉及用於偵測晶圓邊圓以最後決定檢驗中的特定晶圓的中心和偵測該晶圓缺口以決定該晶圓方位的專用工具及方法。

用於晶圓邊緣和缺口偵測的工具及方法有時會發現到有所不足又複雜。

本發明納入上述問題來考量而成。

本發明目的係提供可相對於參考來偵測物件位置的系統和方法。

本發明實施例提供可相對於參考來決定物件位置的偵測系統和方法。本發明特定實施例提供可相對於例如檢驗工具的座標系統的參考來精確地定位物件的檢驗系統和方法。進一步，本發明特定實施例提供用於檢驗例如半導體晶圓的物件並將偵測到缺陷和缺點對照至該物件的座標系統的系統及方法。

根據實施例，偵測系統包括相機、被架構以將物件承接在離該相機距離處的物件底座及攜帶許多後反射器的至少一表面部分，其中，該表面部分係放置在離該相機較遠處，而使得從該相機來看時，該物件與攜帶許多後反射器的表面部分重疊。

已發現，若後反射表面或後反射表面部分係定位在該物件邊緣或輪廓後面，則依據該相機所記錄的影像來偵測該物件邊緣或輪廓可具有高精確度。相較於傳統安排，根據朗伯定律的反射光表面係定位在物件後面，該後反射表面讓來自該記錄影像的物件邊緣或輪廓的判定具有較高精確度。

根據在此實施例，具有許多後反射器在上面的後反射表面具有光學特性而使得準直光束係在表面法線的2度入射角下射在該表面部分上時，形成自該表面反射的角度性 光強度分佈，使得最大反射光強度係在大於該表面法線的1度角下，引離該表面上的準直光束入射位置。在特定實施例中，自該表面反射的最大光強度的方向具有相對於該表面法線的角度，其相對於該表面法線係接近或相同於該入射光的入射角。若該入射角係5度、10度或更大時，則這個同樣成立。根據其它特定實施例，該表面法線及該最大反射光強度的方向間的角度相對於該表面法線係大於該入射光的入射角的一半。進一步，下列特性可被滿足：

光束的入射方向和該最大反射光強度的方向間的角度係小於該光束的入射方向和該表面部分的表面法線間的角度。

根據該些示範性實施例，偵測系統包括具有視野的相機、被架構以將物件中的至少一部分定位在該相機視野內的物件平面處的物件底座及帶有位於該相機視野內且相較於該物件平面放置在離該相機較遠距離處的許多後反射器的至少一表面部分。

根據在此特定實施例，在帶有該許多後反射器的至少一表面部分及該物件平面之間與該相機的距離差值係大於0.3毫米、大於2.0毫米或大於7.0毫米。

根據其它實施例，偵測系統包括被架構以提供自物件平面至相機的感光基材上的成像光束路徑的光學儀器。該光學儀器在該成像光束路徑的物件側提供光圈孔徑NA並被設計以使用某波長範圍內的光來進行成像。下列關係式係滿足這類實施例： 其中，λ係該波長範圍外的示範性波長且△d係該物件與該相機的距離和該至少一表面部分與該相機的距離之間的距離差值，其中，該表面部分帶有許多後反射器。根據其它實施例，下列關係式中的一者或更多可被滿足：△d>0.5λ/NA²、△d>2.0λ/NA²及△d>10.0λ/NA²。

根據實施例，檢驗系統包括被架構以提供自光源至物件平面的明視場照明光束路徑和自該物件平面至相機的成像光束路徑兩者的光學儀器，其中，該成像光束路徑主軸和該明視場照明光束路徑主軸間的物件平面角度係小於5度、小於2度或甚至小於1度。在此，帶有許多後反射器的至少一表面部分相較於該物件平面係放置在離該相機較遠的距離處，其中，該些距離係沿著該成像光束路徑主軸進行測量。

根據其它實施例，檢驗系統包括被架構以提供自物件平面至相機的感光基材的成像光束路徑和自光源至該物件平面的暗視場照明光束路徑兩者的光學儀器，其中，該成像光束路徑主軸和該暗視場照明光束路徑主軸間的物件平面角度係大於5度、大於10度或甚至大於20度。在此，帶有許多後反射器的至少一表面部分相較於該物件平面係放置在離該相機較遠距離處，其中，該距離係沿著該成像光束路徑主軸進行測量。

根據實施例，定位系統包括如上述實施例中的一者所示的偵測系統、被架構以承接物件的物件底座及制動器， 被架構以在橫向於自該物件至相機的光束路徑的方向上移位該物件底座及/或在正交於自該物件至該相機的光束路徑定向的平面的橫向定向的軸線四周旋轉該物件。

根據在此特定實施例，該制動器係由控制器所控制，該控制器接收來自該相機的影像並依據該相機所記錄及該控制器所接收的一或更多影像分析透過該制動器來控制該物件的移位或旋轉。

根據實施例，根據上述系統和方法實施例所偵測、定位或檢驗的物件係半導體晶圓，其中，包含晶圓邊緣及/或晶圓缺口的晶圓輪廓被偵測。

根據實施例，半導體晶圓檢驗系統包括：包括物鏡和分光鏡的光學儀器；明視場光源；具有放射線感應基材的影像偵測器；及將該半導體晶圓安裝於該物件平面中的晶圓支架；其中，該光學儀器提供依該物件平面、該物鏡、該分光鏡和該放射線感應基材這個次序來安排以將該物件平面的視野成像在該影像偵測器的基材上的成像光束路徑；其中，該光學儀器提供依該明視場光源、該分光鏡、該物鏡和該物件平面這個次序來安排以利用明視場照明光來照明該視野的明視場照明光束路徑；其中，該晶圓支架包括被架構以在該物鏡的視野內移位該晶圓的至少一第一制動器；且其中，該系統進一步包括帶有相較於該物件平面放置在離該物鏡較遠的距離處的許多後反射器且與該相機視野內的半導體晶圓部分重疊的至少一表面部分。

根據在此一實施例，該表面部分係附接至該晶圓支架 的元件，其係相對於該物鏡連同該晶圓一起被該至少一制動器所移位。

這個可具有的優勢在於延伸超過該半導體晶圓的後反射材料量總是相同而與該視野內的晶圓位置無關。即使在該第一制動器被操作以移位該晶圓時，在該視野內並由該影像偵測器所記錄的影像內延伸超過該半導體晶圓的後反射材料量仍舊未變。對該視野內的晶圓位置的決定主要係依據來自該後反射材料的反射光的分析。與該後反射材料相關的影像特徵具有例如固定環狀外形，而與該記錄影像內的晶圓位置無關。移動該視野內的晶圓所改變的唯一影像特徵係為例如該固定環狀外形的影像特徵位置。對該記錄影像內的這類固定影像特徵位置的決定具有高精確度。 因此，依據內含只視該視野內的晶圓位置而定的影像位置的固定影像特徵的記錄影像分析所決定的視野內的晶圓真正位置具有高精確度也是可能的。

根據在此一實施例，該晶圓支架包括可移動柄部分及被架構以將該柄部分推向該半導體晶圓邊緣的第二制動器，且其中，該可移動柄部分包含帶有許多後反射器的至少一表面部分。

該可移動柄部分被使用以將該晶圓附接並固定至該晶圓支架上。例如，該晶圓支架可包括三柄部分，其中，二柄部分相對於該晶圓支架係固定並被架構以與該晶圓結合，且其中，該第三柄部分被架構以相對於該支架來移動並將該晶圓邊緣推向該二其它柄部分。

該可移動柄部分上的後反射材料表面部分所具有的優勢在於發生該晶圓缺口留在該可移動柄部分區域的情況時，所決定的晶圓缺口位置也具有高精確度。

根據一實施例，該光學儀器被架構以具有遠心特性，使得穿過該視野的明視場照明光束路徑的主要光線方位的改變小於5度並使得穿過該物件場的成像光束路徑的主要光線方位的改變小於5度。

利用這類遠心特性，對該視野內的晶圓位置的決定具有相當高的精確度，即使該晶圓表面或邊緣及該後反射表面部分間的距離係相當大時亦然。

根據進一步實施例，該光學儀器被架構以使在該物件平面一側上的成像光束路徑的光圈孔徑小於0.1，並使在該物件平面一側上的明視場照明光束路徑的光圈孔徑小於0.1。

利用這類相當小的光圈孔徑，所決定的視野內的晶圓位置具有一相當高的精確度係可能的，即使該晶圓表面或邊緣及該後反射表面部分間的距離係相當大時亦然。

根據實施例，半導體晶圓檢驗方法實施例包括：載入半導體晶圓至半導體晶圓檢驗系統中，使得該半導體晶圓及許多後反射器被置於成像系統的視野以使該半導體晶圓遮蔽該許多後反射器中的一部分；透過該成像光學儀器將明視場照明光引向該半導體晶圓及該許多後反射器；記錄該視野內的半導體晶圓及該許多後反射器的第一影像；分析所記錄的第一影像；藉由依據所記錄的第一影像分析而 在入射於該半導體晶圓上的明視場照明光方向的橫向方向移位該半導體晶圓及/或依據所記錄的第一影像分析而於該晶圓表面的橫向定向的軸線四周旋轉半導體晶圓來調整該視野的半導體晶圓位置。

根據在此一示範性實施例，該方法進一步包括附接該許多後反射器至該半導體晶圓，使得該半導體晶圓的移位包含將該許多後反射器連同該半導體晶圓一起移位。

根據進一步示範性實施例，所記錄第一影像的分析包括辨識所記錄第一影像內的半導體晶圓邊緣並依據所辨識的邊緣來決定在該視野內的半導體晶圓的中心位置；及辨識所記錄第一影像中的半導體晶圓的缺口並依據所辨識的缺口來決定在該視野內的半導體晶圓方位。

根據在此一示範性實施例，該半導體晶圓位置的調整包括定位該半導體晶圓以使該晶圓的中心與預定位置一致並使該晶圓方位與預定方位一致。

根據實施例，該方法進一步包括一個接一個地載入複數個半導體晶圓至該半導體晶圓檢驗系統中，其中，每一個半導體晶圓位置被調整以使該半導體的中心與該預定位置一致並使該半導體方位與該預定方位一致，且其中，該方法進一步包括調整該半導體位置後接著記錄每一個半導體晶圓的第二影像，並依據所記錄的給予半導體晶圓的第二影像和所記錄的其它半導體晶圓的第二影像的比較來決定給予半導體晶圓缺陷的存在。

利用這類方法，該複數個晶圓中的每一個可相對於該 視野進行精確且可重現性地定位，使得包含晶圓對晶圓比較的影像分析可被使用以偵測個別晶圓中的缺陷和缺點。

在下述示範性實施例中，將功能及結構類似的元件儘可能指定為類似參考號。因此，為了理解特定實施例中的個別元件特徵，應參考本發明其它實施例及發明內容的說明。

圖1係被架構以偵測、定位及檢驗半導體晶圓3的半導體晶圓檢驗系統1的示意圖。該半導體晶圓具有提供於基板7上的晶圓表面5。該晶圓表面可帶有由微影成像製程所製造的結構，且該晶圓表面5可由例如於該些半導體結構的製造步驟期間施加至該表面的光阻層或保護層的各層所覆蓋。該系統1包含提供成像光束路徑、明視場照明光束路徑及暗視場照明光束路徑的光學儀器。在圖1及下列說明中的這些光束路徑顯示係依需要來簡化及充分詳示以顯示本示範性實施例。可被使用於所示範例中的合適光學儀器的更詳細說明係揭示於WO 2009/121628專利中，在此將其揭示一併整合參考之。

該系統1的光學儀器11提供使用於成像物件平面15的成像光束路徑13，其中，該晶圓3的表面5可被定位在偵測器19的感光基材17上。該成像光束路徑11係由一或更多透鏡構件所組成的物鏡、由一或更多透鏡構件所組成的透鏡23及由一或更多透鏡構件所組成的透鏡25所提 供。該成像光束路徑11具有在本例中正交於該物件平面15定向的主軸27。

該光學儀器11進一步提供自光源13至該物件平面15的明視場照明光束路徑31。該明視場照明光束路徑31係由一或更多透鏡構件所組成的透鏡35、該成像光束路徑13橫越並摺疊該明視場照明光束路徑31的半透明面鏡37、及該成像光束路徑13也橫越的透鏡23和21所提供。根據其它範例，半透明面鏡可由該明視場照明光束路徑所橫越，而該成像光束路徑係由該半透明面鏡所摺疊。

該光源33所射出的光係透過該明視場照明光束路徑31來導向該物件平面15。該明視場照明光係射在該半導體晶圓3上及附接至該晶圓3的後反射表面部分41。該些後反射表面部分被架構並定位，使得它們相較於該物件平面15係位在離該相機19的感光基材17和該光源13較遠處，其中，該物件平面15及該些表面部分41間的距離係分別沿著該成像光束路徑13及/或該明視場照明光束路徑31進行測量，也就是，沿著該成像光束路徑主軸27或該明視場照明光束路徑的方向進行測量。根據其它實施例，該些後反射表面部分41可被固定附接至該臺階49的底部59。

在所示範例中，該明視場照明光束路徑31的主軸28係正交於該物件平面15進行定向，且它實際上也與該成像光束路徑13的主軸27一致。根據其它範例，小於5度、小於2度或小於1度的小角度可分別包含於該成像光束路徑13及該明視場照明光束路徑31的主軸27、28之間。

該晶圓3係由晶圓底座45所支撐。該晶圓底座45可藉由支撐它的後表面來攜帶該晶圓3，其中，該晶圓3因它自己的重心及摩擦力而留在該晶圓底座45上並附接至該晶圓底座。根據其它範例，該晶圓底座45可包含附接至該晶圓3的邊緣8的指狀物。可被使用於本範例的另一晶圓底座範例被示於US 2003/0085368 A1中。

該晶圓底座45係由臺階49的元件47所支撐，其中，該晶圓底座45係可如箭頭52所示地在軸線51四周對著該元件47進行旋轉。例如馬達或壓電制動器的制動器53被提供以相對於該臺階49的元件47來控制該晶圓底座45的轉動。該制動器53係透過控制線57由控制器55所控制。

該臺階49的元件47係由該臺階49的底部59所支撐，其中，該元件47可分別於該成像光束路徑13及明視場照明光束路徑31的主軸27、28的橫向方向對著該底部59進行移位。例如馬達或壓電制動器的制動器61被提供以如箭頭63所示地相對於該底部59來移位該元件47。該制動器61係透過控制線64由該控制器55所控制。

該系統1可包括在元件47及底部59間未示於圖1的進一步中間元件以將該晶圓底座45於橫向於該方向63及軸線51的進一步方向進行移位，使得該晶圓可在橫向於該些主軸27和28的二不在同一直線方向進行移位並在橫向於該二移位方向的軸線51四周旋轉。利用該臺階59的這類安排，可如想要地相對於該照明光束路徑31和該成像光束路徑13來定位該晶圓底座45所攜帶的晶圓3。該晶圓3 的定位受到該些制動器53、61所控制，該些制動器接著受到該控制器55所控制。該控制器55依據該相機19所記錄並透過控制線67傳送至該控制器的影像來產生用於該些制動器53、61的控制訊號。如同下面更詳示地，該控制器55分析該記錄影像以偵測該晶圓邊緣及/或晶圓缺口。依據所偵測的晶圓邊緣及/或晶圓缺口，可決定例如對應該系統1的座標系統的晶圓中心及晶圓方位。接著可決定例如對應它的中心和缺口所定義的晶圓座標系統及該系統1的座標系統間的對照。

為了該晶圓表面5上的缺陷及缺點，該控制器可分析該相機19所記錄的影像，並在該系統1的座標系統中偵測到時將該些缺陷及缺點的座標對照至該晶圓的座標系統。 該控制器接著可輸出該晶圓的座標系統中所偵測到的缺陷座標。

該光學儀器11進一步提供自暗視場照明光源73至該物件平面15的暗視場照明光束路徑71，其中，該暗視場照明光束路徑係由一或更多透鏡構件所組成的準直透鏡75及由一或更多透鏡構件和面鏡79所組成的物鏡77所提供。 該暗視場照明光束路徑71的主軸81係在相對於該成像光束路徑13的主軸27的角度α下定向於該物件平面15。該角度α可大於5度或大於10度，且在所示實施例中係約45度。其它實施例可使用甚至更大角度α，例如60度。

該晶圓表面的影像若不是在該明視場光源33供應光至該晶圓表面時在明視場照明下，就是在該暗視場光源73供 應光至該晶圓表面時在暗視場照明下，由該相機19來記錄之。在明視場照明下及在暗視場照明下所記錄的影像提供有關位在該晶圓上且可由該控制器55進行分析和定位並對照至該晶圓座標系統的缺陷和缺點的補充性資訊源。

再進一步，可調整相對於該系統的晶圓位置和方位，使得每一個受檢驗晶圓的中心被定位在該系統的光學儀器視野的預定位置，並使得相對於該視野的晶圓方位與一預定方位一致。具有該預定位置和預定方位的晶圓的第二影像接著被記錄並使用於決定該晶圓的缺陷。由根據該預定位置和方位來定位並定向每一個的複數晶圓所得到的這類第二影像可彼此間互相做比較並進行組合分析以決定無法由單一晶圓影像來單獨決定的個別晶圓的缺陷。對複數晶圓中的這類晶圓對晶圓比較所使用的第二影像可在明視場照明和暗視場照明下取得之。

圖2說明該些表面部分41的後反射表面特性。圖2中的參考號81標示入射在該表面部分41的表面位置83上的準直光束。該光束81係相對於該表面41正交定向的方向85在角度β下射在該表面部分41上。圖2中的箭頭87代表自位置83的表面41反射的光強度。該光係以不同強度反射至不同方向。封線89代表視相對於該表面法線85的角度而定的反射光分佈。該最大反射光強度的方向係由圖2的箭頭87’來代表之。該箭頭87’係相對於該表面法線85在小於該角度β且大於零的角度γ下進行定向。尤其，該入射方向及該最大強度方位間的角度係小於0.9β。該些反射光 強度的角度性分佈89不同於一面鏡所提供或遵守朗伯定律的表面所提供的反射光強度的角度性分佈係顯而易見的。 在圖2中，基於說明目的，該角度γ實際上係小於該角度β。 實務上，當合適後反射表面被使用時，對於β值為5度、10度或甚至更大β值而言，該角度γ等於或只稍微小於該角度β係可能的。同時，該箭頭87’係位於該入射光方向與該表面法線85有關的同象限或同側。換言之，該光束81的入射方向及該反射光的最大強度87’的方向間的角度|β-γ|係小於該光束81的入射方向及該表面部分41的表面法線85間的角度β。

本範例所使用的後反射表面部分41可以各種後反射材料來提供之。例如，由該3M^TM公司以商標名ScotchLight^TM來供應的後反射材料可被使用。

圖3說明圖1中所示的系統細部。圖3中的錐形91代表聚焦在該物件平面15並源自該物件平面的示範性位置98的照明光束包及成像光束包，其中，該錐形91的開口角度2_ε對應至二乘以該物件平面15側邊上該明視場照明光束路徑31及該成像光束路徑13的光圈孔徑NA。該照明光束路徑的光束包91的光聚集於該物件平面15上方並發散於該物件平面15下方。在所示實施例中，該後反射表面部分41係經由中間連接部分40來附接至該晶圓3的背面4並位在離該物件平面15距離△d處，使得明視場照明光係射在該表面部分41的部分93上並使得該晶圓3遮蔽該後反射表面部分41的部分94而讓明視場照明光未射在該部分94 上。參考號95指示提供於該表面部分41上的個別後反射器。

該些個別後反射器可由內嵌於反射材料的具有高折射率材料的有孔小珠或棱鏡或由其它架構所構成。圖3基於說明目的顯示小量示範性後反射器95。實務上，每單位面積的後反射器數量是高的。例如，該後反射表面41的每平方公分可提供大於10、大於100、大於1000或大於10000後反射器。

因為該晶圓3具有某厚度的事實且可能因為該晶圓底座45的其它限制，故無法將該後反射表面部分41定位於該物件平面15中或緊鄰於該物件平面下方，且該距離△d必須提供於該表面部分41及該物件平面15之間以允許該晶圓3及該後反射表面部分41之間的重疊，如此，當由該相機19來看時，該晶圓遮蔽該後反射表面部分41的部分94。既然該些光錐形91發散於該物件平面15下方，由形成於該後反射表面部分41上的晶圓邊緣8所定義的晶圓3的遮蔽未被精準地定義。然而，該控制器55被架構以使它依據自該表面41反射回去的光的影像分析來偵測該晶圓邊緣及/或晶圓缺口。若該表面41係由面鏡材料或朗伯定律所述材料來形成時，則所偵測光強度會隨著與該晶圓邊緣的距離增加而逐漸自零上升至該最大反射光強度。可依據這類逐漸增加的光強度來決定晶圓邊緣或缺口的位置。然而，該位置的這類決定不會是正確的並顯著地視該距離△d和用以刺激該逐漸增加光強度所選的模型而定。

在本範例中，後反射材料係提供於離該物件平面15的距離△d處，且箭頭97代表源自聚焦於二示範性位置98的二光錐形91的後反射光線。該光它本身被反射回去，以使被反射回去並接收且由該物鏡21所承接的光似乎實際上源自該物件平面15的位置98，即使源自位置98的光係自延伸超過距離u的複數後反射器的後反射表面41反射回去。 如該相機19在該晶圓邊緣所偵測的自零至該最大強度的光強度增加係散佈於相當小的距離以允許透過該控制器55所執行的影像分析來精確偵測該晶圓邊緣。在該晶圓邊緣的光強度增加的距離可藉由該晶圓邊緣8係在斜面9末端處且位於離該物件平面小距離處的事實來稍微地增加。這個建議該光強度增加的距離係由位在該晶圓邊緣8位置處的光錐形91的寬度w來定義之。這個寬度w係遠小於該後反射表面41的寬度u。藉由使用該後反射表面41，可由該影像分析中得到令人滿意的結果，即使在該後反射表面41係位在離該物件平面15相當遠距離△d處亦然。例如，△d可大於2毫米、大於10毫米或甚至更大。甚至，該後反射表面表面41可位在使用於該成像的成像光學儀器的景深之外。該景深可以公式△f=2λ/NA²來代表，且△d可大於△f、大於5乘以△f、大於10乘以△f或甚至更大。

圖4係說明該晶圓及如自該相機19所見地位在視野100內的後反射表面部分41的正視圖。在本所示實施例中，該些後反射表面部分41被附接至該晶圓底座而非該晶圓。 然而，連結本實施例所示的原理係示例且也可應用於該些 後反射表面部分41被附接至該晶圓的實施例中。藉由該相機19所記錄的影像分析以該系統1的座標系統101來精確地決定該晶圓邊緣8的位置。依據該晶圓邊緣，可決定該晶圓的中心103，其不必與該座標系統101的中心105一致且在該水平方向與該中心105隔開距離△x並在該垂直方向與該中心105隔開距離△y。甚至，該些後反射表面部分41中的一者係位在該臺階49上以使它在如所期待地將該晶圓定位在該晶圓底座45上時，與該晶圓缺口109的期待位置一致。該晶圓的缺口部分遮蔽該後反射部分41的一部分及該晶圓缺口49的一部分可由該相機19記錄的影像分析中做精確地決定也是顯而易見的。該晶圓缺口的位置決定相對於該座標系統101的晶圓方位δ，其可自要求方位中以角度差△δ衍生而出。依據所決定的偏差△x、△y及△δ，該控制器55可驅動該制動器53及61，使得該晶圓的中心與該座標系統101的中心一致，並使得△δ消失。在這類移位及旋轉後，該晶圓最佳地係對著該系統1及該成像光束路徑進行定向，以使該相機19可記錄該晶圓表面的影像，其允許以該晶圓它本身的座標系統來精確決定缺陷座標及該晶圓上的退化。

可使用於參考上面圖1至圖4所示系統中的物件底座及臺階的進一步實施例會參考下面圖5至圖9來說明之。

圖5係安裝一物件底座45a的300毫米晶圓正視圖，其中，該晶圓3a的一部分被切開以顯示該晶圓底座45a的細部。圖7係該物件底座45a的側視圖，且該圖8及圖9分別 顯示圖5及圖7的細部VIII及IX的細部圖。

該晶圓3a係以三附接結構121來附接至該晶圓底座45a。該些附接結構121各包括緊靠在該晶圓背面4a上的鼻部分123，及緊靠在該晶圓邊緣8a上的側柄部分125。在該些附接結構121中的二者中，該鼻部分123及該柄部分125彼此間具有固定關係並可一體成型。詳示於第9圖中的附接結構121具有被架構以使該鼻部分123相對於帶有該三附接結構121的支架127係固定而該柄部分125可相對於該支架127以如圖9所示箭頭129所示的橫向方向進行移位的附接結構121。該柄部分125對該支架127的移位係由制動器128所控制，該制動器可藉由施加力量至該晶圓邊緣8a來操作以釋放該晶圓及夾住該晶圓3a。

該支架127係由晶圓臺階49a的元件47a所承接的軸承129所攜帶。該元件47a及軸承129包含例如壓電馬達的馬達以如圖5及圖7中的箭頭52a所示地相對於該元件47a在軸51a四周旋轉該支架127及晶圓3a。

該元件47a係安裝在滑動架131上以允許相對於該臺階49a的底部59a以如圖6箭頭133所示的傾斜方向來移位該元件47。方向133上的移位係由例如壓電馬達的馬達所控制。該滑動架131係安裝在可相對於該底部59a以如圖5箭頭137所示的水平方向進行移位的元件135。再者，該方向137上的移位係由例如壓電馬達的馬達所控制。

該元件47a對著該滑動架以該方向133進行移動也導致該晶圓對著該底部59a進行水平移位。藉由控制各自馬達以 於方向133及137上進行移位可成就在二正交的水平方向上相對於該底部的晶圓3a移位的控制，且該晶圓3a也可相對於該底部59來旋轉於該軸51a的四周。

該支架127帶有具有頂部表面143的環狀物141，後反射材料被施用於該頂部表面上以提供環狀後反射表面部分41a。該後反射表面部分41a被架構以使自上面第5圖的正視圖來看時，它延伸超過該晶圓邊緣8a。該晶圓表面5a及後反射表面部分41a被成像的相機接著可精確地偵測相對於該偵測影像的晶圓邊緣8a。甚至，若該缺口係定位在該環狀物141所攜帶的環狀表面部分41a上方，則該晶圓3a的缺口109a可被該相機偵測到。因此，可藉由分析上示的偵測影像來決定相對於該相機的晶圓3a的方位。

因為該三附接結構121存在之故，附接至該環狀物141的後反射表面部分41a並未完全地延伸環繞該晶圓3a的周圍。這個若發生於將該晶圓缺口定位在接近該些附接結構121中的一者時，則具有無法依據來自該環狀物141所攜帶的後反射表面部分41a的後反射光來偵測該晶圓缺口109a的結果。為了在該晶圓缺口與該些附接結構121一致的情況也可偵測該晶圓缺口109a，接近每一個附接結構121的鼻部分123的表面部分147帶有後反射材料以提供後反射表面41a’。

圖8說明該晶圓3a被定向以使該晶圓缺口109a與該些附接結構121中的一者一致的情況。自該後反射表面部分41a’反射回去並由該相機記錄的光可決定該偵測影像內的 缺口109a的位置。據此，不論晶圓缺口100a是否與該些晶圓附接結構121一致的情況，該影像內的晶圓3a的方位同樣可被決定。

圖10係類似圖2的概述，其中，後反射表面部分41b的表面法線85b係相對於成像光束路徑方向27b在角度ε下進行定向。因為該表面部分41b的後反射特性之故，入射暗視場照明光81b的顯著部分沿著它的入射方向被後反射回去。然而，一部分入射光在該表面部分41b處經歷漫射係可能的。圖10箭頭151說明在該表面部分41b漫射的示範性光線。這個光線係射在晶圓3b的後表面4b上並在該後表面4a處被吸收。若如示範性光線152所示的光線部分未被吸收，則也不會被成像晶圓邊緣8b及該表面部分41b的相機所偵測到。藉由使相對於該入射光81b的後反射表面部分41b傾斜而使該角度ε係大於10度或20度或甚至大於30度，可降低該相機所接收到的漫射光量。甚至，相對於該入射暗視場照明光的後反射表面部分41b的傾斜降低將該表面部分曝光的暗視場照明光量。基於本目的，該暗視場照明光81b的入射方向及該表面部分41b的表面法線85b間的角度δ可大於50度、大於70度或甚至接近90度。

下面用以降低暗視場照明模式中的相機所接收漫射光量的可能性的進一步範例係參考至圖1來說明。因為該後反射表面部分41的後反射特性之故，射在該表面部分41上的主要暗視場照明光量被後反射回到圖1箭頭159所示的暗視場照明光源73。一部分入射暗視場照明光可在該表 面部分41再被漫射。本漫射光部分可在該系統1的其它結構處進行一或更多反射後，最終到達該相機19。為了進一步降低該相機19所接收的漫散光量，可架構該後反射材料41以使它只將例如自400奈米至450奈米波長範圍的窄波場範圍內的光反射回去。在該窄波長範圍外的波長的入射光實際上係由該後反射表面部分49所吸收。

阻擋濾光片157係置於該相機19上游的成像光束路徑13中。該阻擋濾光片157被架構以使它阻擋來自該窄波長範圍內的光並允許該波長範圍外的光橫越該濾光片157。據此，該相機19不會接收射在該些後反射表面部分41上的暗視場照明光所產生的漫射光。

該系統1包括被架構以如圖1箭頭163所示地將該濾光片157自該成像光束路徑13內的位置移位至該成像光束路徑外的位置的制動器161。若該晶圓3的位置係由該相機19在明視場照明下所記錄的影像所決定，則該濾光片157被移動至它在該光束路徑外的位置。既然該濾光片157不再置於該相機19上游的光束路徑中，自該些後反射表面部分41反射回去的窄波長範圍內的光可被該相機所吸收。

圖11係說明晶圓檢驗方法的流程圖。在步驟201中，晶圓組的第一晶圓藉由以合適晶圓操作裝置將該晶圓置於晶圓底座上而被載入該檢驗系統中。在步驟203中，光被導向該晶圓及後反射器。在步驟205中，接收自該晶圓及該些後反射器的光被記錄為第一影像。在步驟207中，該記錄第一影像被分析以偵測晶圓邊緣及晶圓缺口。在步驟 209中，該晶圓中心及該晶圓方位被決定。在步驟211中，該已定晶圓中心及方位與預定位置及預定方位做比較。若該比較揭示該晶圓中心位置及該晶圓方位與該預定位置及方位不一致，則在步驟213中，透過制動器來校正該晶圓位置及方位，並重複根據步驟203、205、207、209及211所進行的處理。若步驟211的決定揭示該晶圓中心及方位滿足要求，則在步驟215中記錄該晶圓的第二影像。

之後，在步驟201中，若比較216未判定該晶圓組的所有晶圓已被成像，則該晶圓組的下一晶圓被載入該系統中。該下一晶圓再次相對於該光學儀器進行定位，且該定位晶圓的第二影像如上述地被記錄。

在步驟217中，所有晶圓的第二影像組被分析。這類分析可依據所有第二影像的共同分析並包括每一個個別影像與一或更多其它第二影像的比較以決定該個別晶圓的缺陷位置。尤其，參考晶圓影像可從該些複數第二影像中藉由對該些影像施用例如平均法的運算而被計算。該些個別晶圓的第二影像接著可與該參考晶圓影像做比較以決定該個別晶圓的缺陷位置。

儘管本發明已對其某些示範性實施例做說明，然而許多替代例、修改例及變化例對那些熟知此項技術之人士會是顯而易見係明顯的。據此，在此所提出的本發明示範性實施例係想要成為說明，且無論如何並非是限定。各種變化可被進行而不偏離下列申請專例範圍中所定義的本發明精神和範圍。

1‧‧‧半導體晶圓檢驗系統

3‧‧‧半導體晶圓

3a‧‧‧晶圓

3b‧‧‧晶圓

4‧‧‧晶圓背面

4a‧‧‧晶圓背面

4b‧‧‧晶圓背面

5‧‧‧晶圓表面

5a‧‧‧晶圓表面

7‧‧‧基板

8‧‧‧晶圓邊緣

8a‧‧‧晶圓邊緣

9‧‧‧斜面

11‧‧‧光學儀器

13‧‧‧成像光束路徑

15‧‧‧物件平面

17‧‧‧感光基材

19‧‧‧偵測器

21‧‧‧物鏡

23‧‧‧透鏡

25‧‧‧透鏡

27‧‧‧主軸

27b‧‧‧成像光束路徑的方向

28‧‧‧主軸

31‧‧‧明視場照明光束路徑

33‧‧‧光源

35‧‧‧透鏡

37‧‧‧半透明面鏡

40‧‧‧中間連接部分

41‧‧‧後反射表面部分

41a‧‧‧後反射表面部分

41a’‧‧‧後反射表面部分

41b‧‧‧後反射表面部分

45‧‧‧晶圓底座

45a‧‧‧晶圓底座

47‧‧‧元件

47a‧‧‧元件

49‧‧‧臺階

49a‧‧‧臺階

51‧‧‧軸線

51a‧‧‧軸線

52‧‧‧旋轉方向

52a‧‧‧旋轉方向

53‧‧‧制動器

55‧‧‧控制器

57‧‧‧控制線

59‧‧‧底部

59a‧‧‧底部

61‧‧‧制動器

63‧‧‧位移

64‧‧‧控制線

67‧‧‧控制線

71‧‧‧暗視場照明光束路徑

73‧‧‧暗視場照明光源

75‧‧‧準直透鏡

77‧‧‧物鏡

79‧‧‧面鏡

81‧‧‧入射光束

81b‧‧‧入射暗視場照明光束

83‧‧‧位置

85‧‧‧表面法線

85b‧‧‧表面法線

87‧‧‧反射光

87’‧‧‧反射光

89‧‧‧角度性分佈

91‧‧‧光束包

93‧‧‧部分

94‧‧‧部分

95‧‧‧後反射器

97‧‧‧後反射光

98‧‧‧位置

100‧‧‧視野

100a‧‧‧晶圓缺口

101‧‧‧座標系統

103‧‧‧晶圓中心

105‧‧‧座標系統中心

109‧‧‧晶圓缺口

109a‧‧‧晶圓缺口

121‧‧‧附接結構

123‧‧‧鼻部分

125‧‧‧柄部分

127‧‧‧支架

128‧‧‧制動器

129‧‧‧軸承

131‧‧‧滑動架

133‧‧‧方向

135‧‧‧元件

137‧‧‧方向

141‧‧‧環狀物

143‧‧‧頂部表面

147‧‧‧表面部分

151‧‧‧示範性光線

152‧‧‧示範性光線

157‧‧‧阻擋濾光片

159‧‧‧方向

161‧‧‧制動器

163‧‧‧成像光束路徑

201-217‧‧‧步驟

α‧‧‧角度

β‧‧‧角度

γ‧‧‧角度

ε‧‧‧角度

δ‧‧‧角度

δ’‧‧‧方位

△δ‧‧‧角度差

△f‧‧‧景深

2ε‧‧‧開口角度

△d‧‧‧距離

△x‧‧‧距離

△y‧‧‧距離

w、u‧‧‧寬度

NA‧‧‧光圈孔徑

本發明前面及其它優勢特徵會由下列本發明示範性實施例的詳細說明參考該些附圖中更顯而易見。注意，不是本發明的所有可行實施例需要展示在此所示優勢中的每一個及每個或任一個。

圖1係半導體晶圓檢驗系統的示意圖。

圖2係後反射表面特性的示意圖。

圖3係圖1細部的示意圖。

圖4係圖1所示系統的進一步細部的示意圖。

圖5係圖1所示偵測系統所使用的物件底座及臺階實施例的正視圖。

圖6係圖5所示臺階的側視圖。

圖7係圖5所示物件底座的側視圖。

圖8係圖5中的部分VIII的細部圖。

圖9係圖7中的部分IX的細部圖。

圖10係圖2所示細部的變化圖。

圖11係說明定位方法的流程圖。

3‧‧‧半導體晶圓

4‧‧‧晶圓背面

8‧‧‧邊緣

9‧‧‧斜面

13‧‧‧成像光束路徑

15‧‧‧物件平面

19‧‧‧偵測器

21‧‧‧物鏡

31‧‧‧明視場照明光束路徑

40‧‧‧中間連接部分

41‧‧‧後反射表面部分

45‧‧‧晶圓底座

55‧‧‧控制器

91‧‧‧光束包

93‧‧‧部分

94‧‧‧部分

95‧‧‧後反射器

98‧‧‧位置

2ε‧‧‧開口角度

△d‧‧‧距離

w、u‧‧‧寬度

NA‧‧‧光圈孔徑

Claims (22)

1. 一種半導體晶圓檢驗系統，包括：光源；具有視野的相機；物件底座，其被架構以定位在相對於該相機的物件平面處且在該相機的視野內的晶圓的表面；光學儀器，其被架構以提供用於將該物件平面成像至該相機的感光基材上的成像光束路徑，以及提供從該光源至該物件平面的明視場照明光束路徑，其中在該成像光束路徑的主軸與該明視場照明光束路徑的主軸之間的該物件平面處的角度是小於2度；制動器，其被架構以在平行於該物件平面的方向上移位該物件底座或在該物件平面的橫向定向的軸線四周旋轉該物件底座；以及表面部分，其帶有相較於該物件平面放置在離該相機較遠的距離處的許多後反射器且在該相機的視野內，其中當該晶圓的表面被定位在該物件平面處且在該相機的視野內時，該晶圓遮蔽了帶有該許多後反射器之該表面部分的一部分。
2. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓檢驗系統，其中，滿足下列關係式的至少一個：△d>0.1^*λ/NA²以及△d>2毫米，其中△d是在該相機與該表面部分的距離與該相機與該物件平面的距離之間的差值； λ是用於成像的光的波長；以及NA是在該成像光束路徑的該物件側上的該光學儀器的光圈孔徑。
3. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓檢驗系統，其中，該表面部分係附接至該物件底座的元件，其係連同該晶圓一起被該制動器所移位。
4. 根據申請專利範圍第3項之半導體晶圓檢驗系統，其中，該物件底座包括可移動柄部分及被架構以將該可移動柄部分推向該晶圓邊緣的第二制動器，且其中，該可移動柄部分包含帶有該許多後反射器的至少一個該表面部分。
5. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓檢驗系統，其中，該光學儀器被架構而使得穿過該視野的明視場照明光束路徑的主要光線方位的改變小於5度並使得穿過該物件場的成像光束路徑的主要光線方位的改變小於5度。
6. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓檢驗系統，其中，該光學儀器被架構以使在該物件平面一側上的成像光束路徑的光圈孔徑小於0.1，並使在該物件平面一側上的明視場照明光束路徑的數值孔徑小於0.1。
7. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓檢驗系統，其中，該表面部分的表面法線相對於該成像光束路徑的主軸係定向於大於10度角度下。
8. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓檢驗系統，其中，該光學儀器包括藉由該成像光束路徑與照明光束路徑所穿越的至少一個透鏡。
9. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓檢驗系統，進其中，該光學儀器進一步架構以提供自光源至該物件平面的暗視場照明光束路徑，其中，該成像光束路徑的主軸及該暗視場照明光束路徑的主軸間的該物件平面處的角度係大於10度。
10. 根據申請專利範圍第9項之半導體晶圓檢驗系統，其中，在該表面部分上的該暗視場照明光束路徑的入射方向及該表面部分的表面法線間的角度係大於50度。
11. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓檢驗系統，進一步包括連接至該相機及該制動器的控制器，其中，該控制器被架構以接收來自該相機的影像並依據經接收的該影像的分析來控制用於位移該物件底座的該制動器。
12. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓檢驗系統，其中，該許多後反射器係內嵌於該表面部分的塗層中，以及其中，該表面部分中的該許多後反射器的密度係大於10/cm²。
13. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓檢驗系統，其中，該表面部分被架構以使下列關係式被滿足：|β-γ|<0.9*β，其中，β係在該表面部分上的準直光束的入射方向及該表面部分的表面法線間的角度，及γ係反射自該表面部分的最大角度性光強度分佈的方位及該表面部分的表面法線間的角度。
14. 根據申請專利範圍第1項之半導體晶圓檢驗系統，進一步包括阻擋濾光片，其可選擇性地置於該表面部分及該相機間的光束路徑的內部及外部，其中，該阻擋濾光片被架構以阻擋來自有限波長範圍內的光，而具有該有限波長範圍外的波長的光實際上係由該阻擋濾光片所傳送，且其中，該表面部分被架構以使來自該有限波長範圍內的光被後反射而該有限波長範圍外的光實際上被吸收。
15. 一種半導體晶圓檢驗的方法，包括：載入半導體晶圓至半導體晶圓檢驗系統中，使得該半導體晶圓及許多後反射器被置於成像系統的視野中以使該半導體晶圓遮蔽該許多後反射器中的一部分；記錄該視野內的該半導體晶圓及該許多後反射器的影像；分析所記錄的該影像；依據所記錄的該影像的分析而在入射於該半導體晶圓上的明視場照明光路徑的方向的橫向方向移位該半導體晶圓或依據所記錄的該影像的分析而於該半導體晶圓表面的橫向定向的軸線四周旋轉該半導體晶圓來調整相對於該視野的該半導體晶圓的位置。
16. 根據申請專利範圍第15項之方法，進一步包括將該明視場照明光引導至該物件上，以及其中所記錄的該影像是該物件的明視場影像。
17. 根據申請專利範圍第15項之方法，進一步包括將該暗視場照明光引導至該物件上，以及記錄該物件的暗視場 影像。
18. 根據申請專利範圍第15項之方法，進一步包括將該許多後反射器耦合至該半導體晶圓，使得調整該半導體晶圓的位置包括將該許多後反射器連同該半導體晶圓一起位移。
19. 根據申請專利範圍第15項之方法，其中，所記錄的該影像的分析包括辨識所記錄的該影像內的該半導體晶圓的邊緣並依據所辨識的該邊緣來決定在該視野內的該半導體晶圓的中心位置；及辨識所記錄的該影像中的該半導體晶圓的缺口並依據所辨識的該缺口來決定在該視野內的該半導體晶圓的方位。
20. 根據申請專利範圍第19項之方法，其中，調整該半導體晶圓的位置包括定位該半導體晶圓，使得該晶圓的中心與預定位置一致並使該晶圓的方位與預定方位一致。
21. 根據申請專利範圍第20項之方法，進一步包括一個接一個地載入複數個半導體晶圓至該半導體晶圓檢驗系統中，其中，每一個半導體晶圓的位置被調整以使該半導體晶圓的中心與該預定位置一致並使該半導體晶圓的方位與該預定方位一致，且其中，該方法進一步包括在調整該半導體晶圓的位置後接著記錄每一個半導體晶圓的第二影像，並依據給予的半導體晶圓的所記錄的該第二影像和其它半導體晶圓的所記錄的該第二影像的比較來決定該給予的半導體晶圓上缺陷的存在。
22. 根據申請專利範圍第21項之方法，其中，該第二影 像的記錄包括利用明視場照明光及暗視場照明光中的一者來照明該半導體晶圓。