TWI574334B

TWI574334B - 檢測晶圓的方法

Info

Publication number: TWI574334B
Application number: TW104108490A
Authority: TW
Inventors: 陳勇吉; 陳金聖
Original assignee: 陳勇吉; 陳金聖
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2017-03-11
Also published as: CN106158683A; TW201635403A; KR20160111835A; KR101804384B1

Description

檢測晶圓的方法

本發明是有關於一種檢測晶圓的方法。

由於晶圓半導體製程的不斷進步，集成電路的尺寸越來越小，而電路也越來越密集，隨之而來的寄生電阻與寄生電容的效應也相對嚴重，使得半導體製程陷入瓶頸。因此許多新材料(如低介電係數(low-k)材料或超低介電係數(extreme low-k)材料)紛紛被開始使用在半導體製程中，以期許能夠解決寄生電阻與寄生電容的問題。

然而當新材料被加入後，晶圓成為具不同結構強度的層狀結構。此種結構在晶圓切割的過程中可能會產生晶圓剝裂及層間瑕疵的問題，在銲線時可能造成晶圓剝裂、彈坑的問題，而在封模後對晶圓的測試亦可能產生裂縫與剝離等問題。這些問題在晶圓上形成的缺陷往往過於細微，以至於在傳統檢測機台下無法被檢驗出來。而有缺陷的晶圓若再繼續後續製程，只會造成成本與人力上的浪費，且降低生產良率。

本發明之一態樣提供一種檢測晶圓的方法，其中晶圓包含至少一晶粒封環(Die Seal Ring)，之後沿晶粒封環之外圍切割晶圓。檢測晶圓的方法包含提供至少一偏振光並打至晶圓上。感測自晶圓反射之偏振光之影像。根據影像分析對應晶圓之晶粒封環的區域是否有層間瑕疵。

在一或多個實施方式中，提供偏振光之步驟中，偏振光斜向入射晶圓。

在一或多個實施方式中，提供偏振光之步驟中，提供二之偏振光至晶圓上，而影像為二偏振光之相位差資訊。

在一或多個實施方式中，提供二偏振光之步驟包含將一光束分束以形成二偏振光。

在一或多個實施方式中，檢測晶圓之方法更包含偏極化一光束以形成偏振光。將自晶圓反射之偏振光通過檢偏器。

在一或多個實施方式中，檢測晶圓之方法更包含在感測影像前，校正晶圓之取像方位，以讓晶圓之切割痕朝取像視野之第一方向延伸。

在一或多個實施方式中，分析影像包含計算影像沿著第二方向之亮度分佈以找出切割痕區域。第二方向與取像視野之第一方向實質垂直。

在一或多個實施方式中，分析影像更包含依據影像之切割痕區域找出對應晶粒封環之晶粒封環區域的外邊界區域與內邊界區域。外邊界區域位於切割痕區域與內邊界區域之間。掃描影像之外邊界區域並依序計算影像資訊值，若影像資訊值超出預定閥值，則判定為具有層間瑕疵。

在一或多個實施方式中，分析影像更包含掃描影像之內邊界區域並依序計算影像資訊值，若影像資訊值超出預定閥值，則判定為具有層間瑕疵。

在一或多個實施方式中，分析影像包含辨識影像對應晶圓之晶粒的晶粒區域。自晶粒區域推算出對應晶粒封環之晶粒封環區域。掃描影像之晶粒封環區域並依序計算影像資訊值。若影像資訊值超出預定閥值，則判定為具有層間瑕疵。

上述實施方式之檢測晶圓的方法以偏振光檢測晶圓於切割後之影像，影像呈現偏振光之相位差或反射率差異。比起一般用於深層檢測的紅外(IR)光或X光波段顯微鏡更加便宜，可減少檢測裝置的成本。另外，在得到影像後，可以影像之比對(例如影像之灰階、色相(Hue)、明(亮)度(Brightness/Value)、彩度(飽和度/純度(Saturation/Chroma))之比對)作為分析依據，與傳統以人眼檢查晶粒良率相比，可大幅加快檢測速度與準確性。

100‧‧‧晶圓

105‧‧‧切割道

110‧‧‧晶粒封環

112‧‧‧外邊界

114‧‧‧內邊界

120‧‧‧晶粒

122‧‧‧元件

130‧‧‧透光層

140‧‧‧切割痕

202‧‧‧層間瑕疵區域

210‧‧‧晶粒封環區域

212‧‧‧外邊界區域

214‧‧‧內邊界區域

220‧‧‧晶粒區域

222‧‧‧圖案

240‧‧‧切割痕區域

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

FOV‧‧‧取像視野

I‧‧‧影像

P‧‧‧區域

S10、S20、S30、S32、S34、S35、S36、S40、S50、S52、S54、S56、S57、S62、S64、S66、S67‧‧‧步驟

第1圖為本發明一實施方式之製作、切割與檢測晶圓之方法的流程圖。

第2圖為本發明一實施方式之晶圓於第1圖之步驟S10時的局部上視示意圖。

第3圖為第2圖之晶圓於第1圖之步驟S20時的局部上視示意圖。

第4圖為第3圖之區域P於晶圓位置校正步驟時的局部放大示意圖。

第5圖為第1圖之步驟S30的流程圖。

第6圖為第1圖之步驟S50之一些實施方式的流程圖。

第7A圖為擷取第4圖之晶圓的影像的示意圖。

第7B圖為第7A圖之影像的亮度直方圖。

第8圖為第1圖之步驟S50之另一些實施方式的流程圖。

以下將以圖式揭露本發明的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖為本發明一實施方式之製作、切割與檢測晶圓之方法的流程圖，第2圖為本發明一實施方式之晶圓100於第1圖之步驟S10時的局部上視示意圖。如步驟S10所示，首先先於晶圓100上形成至少一晶粒封環(Die Seal Ring)110(或者稱為防崩帶)。晶粒封環110圍繞晶圓100上的晶粒120。晶粒封環110具有外邊界112與內邊界114。內邊界114毗鄰且環繞晶粒120，外邊界112則環繞內邊界114。換言之，內邊界114介於外邊界112與晶粒120之間。晶粒120呈矩陣排列，而晶粒封環110之間則相隔一預定距離，以形成切割道105，因此後續可沿著切割道105切割晶圓100。一般而言，晶粒封環110具有夠堅固的結構強度，因此在切割過程中，晶粒封環110可減少切割裂痕或其產生的應力穿透其中而對晶粒120造成損害。

在一些實施方式中，當晶粒封環110與晶粒120製作完成後，可再覆蓋一透光層130於晶圓100上。透光層130可保護其下方之結構(如晶粒封環110與晶粒120)不受後續製程的損壞，並增加後續封裝的穩定性。透光層130之材質例如為有機材料，如聚亞醯胺(Polyimide,PI)，然而本發明不以此為限。另外，在一些實施方式中，晶粒120中的疊層結構(未繪示)可包含一或多層低介電係數(low-k)層、超低介電係數(extreme low-k)層或高介電係數(High-k)層，以改善晶粒120中之電子元件的電性，然而本發明不以此為限。

接著請一併參照第1圖與第3圖，其中第3圖為第2圖之晶圓100於第1圖之步驟S20時的局部上視示意圖。如步驟S20所示，沿晶粒封環110之外圍(即切割道105)切割晶圓100。晶圓100可透過畫線(scribing)、雷射切割(laser grooving)、破裂(breaking)、應力破裂(stress breaking)或斷鋸(sawing)等方式完成分割，以於晶圓100上形成多個切割痕 140。在本實施方式中，切割痕140互相交錯，然而在其他的實施方式中，切割痕140的劃線方式可依實際晶粒120放置位置而不同。

雖然一般而言，切割方向(即切割痕140的延伸方向)會依照晶圓100之晶格軸向而定，然而在實際切割時仍會形成不可避免的應力裂痕。此應力裂痕尤其會發生於介電係數相差較多之疊層之間(例如低介電係數層與矽材料層之間)，使其形成層間瑕疵。若層間瑕疵穿透晶粒封環110而到達晶粒120內部，則會影響晶粒120之電子元件的電性，因此需在切割製程後檢測切割製程是否於晶粒封環110與晶粒120中產生層間瑕疵。

接著即介紹本實施方式之檢測晶圓的方法。請參照第4圖，其為第3圖之區域P於晶圓位置校正步驟時的局部放大示意圖。在本實施方式中，可擷取晶圓100之影像以檢測層間瑕疵。而在擷取影像之前，可先校正晶圓100之取像方向，例如旋轉晶圓100，讓晶圓100之切割痕140朝取像視野FOV之第一方向D1延伸。其中為了清楚起見，本實施方式以第4圖之切割痕140為例。此處之第一方向D1係為一取像的基準方向，使得取像後之影像能夠依照預定的定位以進行影像分析。另外第4圖之取像視野FOV的尺寸僅為例示，並非用以限制本發明。本發明所屬領域具通常知識者，可視實際需求，彈性調整取像視野FOV的尺寸。

接著請一併參照第1圖與第5圖，其中第5圖為第1圖之步驟S30的流程圖。如步驟S30所示，提供至少一偏振光並打至晶圓上。具體而言，如第5圖之步驟S32所示，偏極化一光束以形成偏振光。舉例而言，首先提供一光源以發出光束，此光束例如為非偏振光。光束可通過起偏振片(Polarizer)，以成為具特定偏振態的偏振光。而光束之波長或其他物理性質可依照實際狀況的不同作改變，本發明不以此為限。

接著如步驟S34所示，以該偏振光分束以形成二偏振光。舉例而言，於步驟S32中之具特定偏振態之光束可入射一分光元件(例如為偏振分光稜鏡或者分色鏡)。以偏振分光稜鏡而言，其可將光束分為二偏振光(即分別為正常偏振光(ordinary light)與非常偏振光(extraordinary light))。此二偏振光不但具有相互正交的偏振態，且傳播路徑也相異。之後此二偏振光分別打在晶圓上，而被晶圓反射。被反射之二偏振光接著回到分光元件。分光元件將二偏振光合併。

接著，如步驟S36所示，將自晶圓反射之偏振光通過檢偏器(Analyzer)。具體而言，承接上述，合併之光可經過檢偏器，以過濾出特定之光資訊。之後，如第1圖之步驟S40所示，感測自晶圓反射之偏振光之影像。在本實施方式中，其影像為此二偏振光之相位差資訊。因此帶有晶粒細節的光束便被儲存下來，藉以作晶粒缺陷的分析。

然而在其他的實施方式中，步驟S32之後可接續步驟S35：偏振光斜向入射晶圓。此處之斜向入射意指偏振光入射晶圓之路徑與光入射晶圓之面的法線方向不平行，其中入射角大於0度且小於90度。接著，如步驟S36所示，將自晶圓反射之偏振光通過檢偏器，以過濾出特定之光資訊。之後，再如第1圖之步驟S40所示，感測自晶圓反射之偏振光之影像。在本實施方式中，其影像為偏振光之反射率資訊。因此帶有晶粒細節的光束便被儲存下來，藉以作晶粒缺陷的分析。

如上所述，因切割步驟後可能會產生層間瑕疵，此層間瑕疵無法利用一般之顯微鏡由晶粒表面觀測得知。然而層間瑕疵可能會產生晶粒中折射率分佈以及材料的變化，而此變化會使得入射之偏振光改變其特性(例如相位或反射率)。以相位改變而言，具有層間瑕疵之區域的折射率會與週遭區域相異，此折射率差異即反應於二偏振光之相位差上。因此依序照步驟S32、S34、S36與S40獲得相位差之影像後，再以該影像進行後續分析，以判斷被檢測之該晶圓是否有層間瑕疵。以反射率改變而言，具有層間瑕疵之區域其反射率會突然變化或者不規則，因此依序照步驟S32、S35、S36與S40獲得反射率之影像後，再以該影像進行後續分析，以判斷被檢測之該晶圓是否有層間瑕疵。在此二實施方式中，因可藉由普通光源提供偏振光，因此比起一般用於深層檢測的紅外(IR)光或X光波段顯微鏡更加便宜，可減少檢測裝置的成本。

接著請回到第1圖，如步驟S50所示，根據影像分析對應晶圓之晶粒封環的區域是否有層間瑕疵。詳細而言，請一併參照第6圖、第7A圖與第7B圖，其中第6圖為第1圖之步驟S50之一些實施方式的流程圖，第7A圖為擷取第4 圖之晶圓100的影像I的示意圖，第7B圖為第7A圖之影像I的亮度直方圖(Histogram)。在本實施方式中，影像I係取自第4圖之取像視野FOV內之晶圓100以作舉例，然而本發明不以此為限。而若晶圓100具有層間瑕疵，則影像I便會產生層間瑕疵區域202。如上所述，因層間瑕疵會造成偏振光之相位差或反射率的差異，因此影像I中便會產生較其他區域亮或暗的區塊(即層間瑕疵區域202)。

如步驟S52所示，計算影像I沿著第二方向D2之亮度分佈以找出切割痕區域240，其中第二方向D2與第4圖之取像視野FOV的第一方向D1實質垂直，而影像I之切割痕區域240則對應晶圓100之切割痕140。具體而言，影像I為二維資訊，第一方向D1可與影像I之Y軸平行，而第二方向D2可與影像I之X軸平行。第7B圖之橫軸為第二方向D2(即影像I之X軸)，且第7B圖為將同X值之畫素的亮度作疊加所取得之亮度直方圖(Histogram)。

因第4圖之切割痕140的深度比晶圓100的其他區域(如晶粒120與晶粒封環110)皆來得深，因此所取得之影像I的切割痕區域240與其他區域之間便會產生較大的亮度差(亦即產生高對比)。例如在第7B圖中，切割痕區域240之亮度比其他區域來得低，因此可以軟體或人工判別出切割痕區域240位於影像I何處。

接著請回到第4圖、第6圖與第7A圖。如步驟S54所示，依據影像I之切割痕區域240找出對應晶粒封環110的晶粒封環區域210之外邊界區域212與內邊界區域 214。外邊界區域212位於切割痕區域240與內邊界區域214之間，外邊界區域212對應於第4圖之外邊界112，而內邊界區域214對應於第4圖之內邊界114。具體而言，找出切割痕區域240後，可往切割痕區域240的相對兩側向外延伸找出外邊界區域212。例如因切割痕140與晶粒封環110之間的距離在切割晶圓100時便已知，因此可直接往切割痕區域240的相對兩側向外延伸一定的距離以判定晶粒封環區域210；或者可於第7B圖的亮度直方圖中找出切割痕區域240兩側的局部最小值(local minimum)，以判定晶粒封環區域210之外邊界區域212。

接著，如步驟S56所示，掃描影像I之外邊界區域212並依序計算影像資訊值。此處的影像資訊值可為影像I之灰階、色相、明(亮)度、彩度(飽和度/純度)等等，可依實際情況作選擇以作為影像比對之比較資訊。若影像資訊值超出預定閥值，則判定為具有層間瑕疵。亦即，當層間瑕疵接觸到晶粒封環110之外邊界112，則判定為不良品，而在影像I中則為判斷層間瑕疵區域202是否接觸到外邊界區域212。此處之「超出預定閥值」係指影像資訊值在可接受值範圍外，例如影像資訊值高於一可接受最高值，或者影像資訊值低於一可接受最低值。晶粒封環區域210之影像資訊值落於可接受值範圍內，而層間瑕疵區域202之影像資訊值則落於可接受值範圍外。具體而言，在找到影像I之晶粒封環區域210後，可依序於外邊界區域212取一定數量(例如2x2)的畫素作影像資訊值的比對(例如影像之灰階、色相、明(亮) 度、彩度(飽和度/純度)之比對)。若此影像資訊值超出預定閥值，則判定為有層間瑕疵，即被標記為不良品。而在掃描完外邊界區域212後，若其影像資訊值皆沒有超出預定閥值，則判定為良品。在其他的實施方式中，若晶粒120的元件佈局與晶粒封環110之外邊界112重疊，則可將掃描區域往外或往內位移一定距離，以避免掃描到晶粒120之元件而造成檢測的不準確。

在其他的實施方式中，如步驟S57所示，掃描影像I之內邊界區域214並依序計算影像資訊值。若影像資訊值超出預定閥值，則判定為具有層間瑕疵。亦即，當層間瑕疵接觸到晶粒封環110之內邊界114，才判定為不良品，此種判別方式較步驟S56之判別方式為鬆，端視客戶需求。至於判定細節因與步驟S56相同，因此便不再贅述。

接著請一併參照第4圖、第7A圖與第8圖，其中第8圖為第1圖之步驟S50之另一些實施方式的流程圖。如步驟S62所示，辨識影像I對應晶圓100之晶粒120的晶粒區域220。具體而言，晶粒120通常會有對應之晶粒佈局(layout)檔案，此檔案定義出製作晶粒120時各疊層之曝光顯影區域，因此可由此晶粒佈局檔案比對影像I上之圖案，以找出晶粒120的位置。舉例而言，可選定晶粒120上某一元件122(如第4圖所繪示)或特徵，以此元件或特徵之外形找出影像I上對應的圖案222(如第7A圖所繪示)，如此一來即可決定影像I上之晶粒區域220。

接著，如步驟S64所示，自晶粒區域220推算出對應晶粒封環110之晶粒封環區域210。既然晶粒區域220為已知，且由晶粒佈局檔案可得到晶粒120與晶粒封環110之間的間距，因此便可進一步在影像I上找到晶粒封環區域210。

之後，掃描影像I之晶粒封環區域210並依序計算影像資訊值。若影像資訊值超出預定閥值，則判定為具有層間瑕疵。在一些實施方式中，可依實際需求而掃描晶粒封環區域210之外邊界區域212、內邊界區域214或自外邊界區域212、內邊界區域214位移後之區域。例如，如步驟S66所示，掃描影像I之外邊界區域212並依序計算影像資訊值。當層間瑕疵接觸到晶粒封環110之外邊界112，則判定為不良品，而在影像I中則為判斷層間瑕疵區域202是否接觸到外邊界區域212。具體而言，在找到影像I之晶粒封環區域210後，可依序於外邊界區域212取一定數量(例如2x2)的畫素作影像資訊值的比對(例如影像之灰階、色相、明(亮)度、彩度(飽和度/純度)之比對)。若此影像資訊值超出預定閥值，則判定為有層間瑕疵，即被標記為不良品。而在掃描完外邊界區域212後，若其影像資訊值皆沒有超出預定閥值，則判定為良品。在其他的實施方式中，若晶粒120的元件佈局與晶粒封環110之外邊界112重疊，則可將掃描區域往外或往內位移一定距離，以避免掃描到晶粒120之元件而造成檢測的不準確。

在其他的實施方式中，如步驟S67所示，掃描影像I之內邊界區域214並依序計算影像資訊值。若影像資訊值超出預定閥值，則判定為具有層間瑕疵。亦即，當層間瑕疵接觸到晶粒封環110之內邊界114，才判定為不良品，此種判別方式較步驟S66之判別方式為鬆，端視客戶需求。至於判定細節因與步驟S66相同，因此便不再贅述。

上述之步驟S52、S54、S56、S57、S62、S64與S66、S67的具體實施方式可以軟體程式、硬體電路或人工執行。本發明所屬技術領域中具有通常知識者當視當時需要彈性選擇其實施方式，而不需全為軟體程式、全為硬體電路或全為人工執行，得部分為軟體程式、部分為硬體電路或部分為人工執行。

綜合上述，本實施方式之檢測晶圓的方法以偏振光檢測晶圓於切割後之影像，影像呈現偏振光之相位差或反射率差異。比起一般用於深層檢測的紅外(IR)光或X光波段顯微鏡更加便宜，可減少檢測裝置的成本。另外，在得到影像後，可以影像之比對(例如影像之灰階、色相、明(亮)度、彩度(飽和度/純度)之比對)作為分析依據，與傳統以人眼檢查晶粒良率相比，其檢測速度可自三至四天減少為大約三至四小時，大幅加快檢測速度與準確性。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S10、S20、S30、S40、S50‧‧‧步驟

Claims

一種檢測晶圓的方法，該晶圓包含至少一晶粒封環(Die Seal Ring)，之後沿該晶粒封環之外圍切割該晶圓，該方法包含：提供至少一偏振光並打至該晶圓上；感測自該晶圓反射之該偏振光之影像；根據該影像，分析對應該晶圓之該晶粒封環的區域是否有層間瑕疵；以及在感測該影像前，校正該晶圓之取像方位，以讓該晶圓之一切割痕朝一取像視野之一第一方向延伸。
如請求項1所述之方法，其中提供該偏振光之步驟中，該偏振光斜向入射該晶圓。
如請求項1所述之方法，其中提供該偏振光之步驟中，提供二之該偏振光至該晶圓上，而該影像為該二偏振光之相位差資訊。
如請求項3所述之方法，其中提供該二偏振光之步驟包含：將一光束分束以形成該二偏振光。
如請求項1所述之方法，更包含：偏極化一光束以形成該偏振光；以及將自該晶圓反射之該偏振光通過一檢偏器。
如請求項1所述之方法，其中分析該影像包含：計算該影像沿著一第二方向之亮度分佈以找出一切割痕區域，其中該第二方向與該取像視野之該第一方向實質垂直。
如請求項6所述之方法，其中分析該影像更包含：依據該影像之該切割痕區域找出對應該晶粒封環之一晶粒封環區域的一外邊界區域與一內邊界區域，其中該外邊界區域位於該切割痕區域與該內邊界區域之間；以及掃描該影像之該外邊界區域並依序計算影像資訊值，若該影像資訊值超出一預定閥值，則判定為具有層間瑕疵。
如請求項6所述之方法，其中分析該影像更包含：依據該影像之該切割痕區域找出對應該晶粒封環之一晶粒封環區域的一外邊界區域與一內邊界區域，其中該外邊界區域位於該切割痕區域與該內邊界區域之間；以及掃描該影像之該內邊界區域並依序計算影像資訊值，若該影像資訊值超出一預定閥值，則判定為具有層間瑕疵。
如請求項1所述之方法，其中分析該影像包含：辨識該影像對應該晶圓之一晶粒的一晶粒區域；自該晶粒區域推算出對應該晶粒封環之一晶粒封環區域；以及掃描該影像之該晶粒封環區域並依序計算影像資訊值，若該影像資訊值超出一預定閥值，則判定為具有層間瑕疵。