TWI663392B - 用於具有跟蹤邊緣輪廓之軌跡之晶圓邊緣檢查之系統及方法 - Google Patents

Abstract

此檢查系統具有一光學讀取頭、一支撐系統及與該支撐系統電子通信之一控制器。該支撐系統經結構設計以提供該光學讀取頭三個自由度之移動。該控制器經程式化以使用支撐系統來控制該光學讀取頭之移動，使得該光學讀取頭維持相對於一晶圓表面之一恆定入射角，且同時成像該晶圓之一圓周邊緣。可橫跨該晶圓掃描一邊緣輪廓測繪儀來判定一邊緣輪廓。可使用該邊緣輪廓來判定光學讀取頭之一軌跡。

Description

用於具有跟蹤邊緣輪廓之軌跡之晶圓邊緣檢查之系統及方法 [相關申請案之交叉參考]

本發明主張2014年9月30日申請之臨時專利申請案之優先權且受讓之美國申請案號為62/057,240，該案之全文以引用之方式併入本文中。

本發明係關於晶圓邊緣檢查。

使用於半導體製造之晶圓通常會針對諸如(例如)表面瑕疵、微粒或厚度不規則之缺陷來進行檢查。此等缺陷可能損壞半導體裝置之操作。由於各晶圓處理步驟係昂貴的，製造商通常在處理步驟之間檢查晶圓以判定該晶圓是否應再加工或廢棄。

一晶圓之邊緣在半導體製造或檢查期間可造成威脅。半導體製造商嘗試在一晶圓上包含儘可能多之半導體裝置。因此，晶圓邊緣之檢查可需要判定該邊緣是否可形成可用裝置。靠近晶圓邊緣之裝置亦可經檢查以判定產率或程序控制問題。然而，晶圓邊緣可為修圓或具有不規則形狀。該等修圓或不規則形狀邊緣會使得檢查變得困難。

使用晶圓邊緣之半圓掃描會導致偏離焦點或不清晰之影像，此係因為晶圓邊緣可能會具有一不規則而非完美之半圓形。此導致用於成像之光學讀取頭變得不正常或相對於晶圓表面或邊緣之部分上之邊 緣輪廓失焦。例如，具有半圓掃描之一不規則表面上之相位成像會導致由於成像光束之入射角變動或失焦引起之明及暗條紋雜訊而降級之一信號。因此，對缺陷之敏感度降級。

因此，需要一改良之晶圓邊緣檢查系統及技術。

在一第一實施例中，提供一檢查系統。該檢查系統包含一光學讀取頭、一支撐系統及一控制器。該支撐系統經結構設計以提供該光學讀取頭具有圍繞晶圓之一圓周邊緣之三個自由度之移動。該控制器與該支撐系統電子通信且經程式化以使用支撐系統控制光學讀取頭之移動，使得該光學讀取頭維持相對於一晶圓表面之一恆定入射角且同時成像該晶圓之圓周邊緣。

一邊緣輪廓測繪儀可經操作連接至控制器。該邊緣輪廓測繪儀可為一射線照相成像系統。

光學讀取頭可包含一成像系統。該光學讀取頭可進一步包含一邊緣輪廓測繪儀。

控制器可經結構設計以將光學讀取頭從晶圓之一第一表面移動至一晶圓之一第二表面。

支撐系統可經結構設計以沿垂直於晶圓表面之一方向移動光學讀取頭。支撐系統可經結構設計以沿徑向相對於晶圓之一方向移動光學讀取頭。支撐系統可經結構設計以圍繞相對於圓周邊緣成切向之一軸旋轉光學讀取頭。

檢查系統可包含經結構設計以支撐晶圓之一台板。該台板可經結構設計以圍繞晶圓之一中心軸旋轉該晶圓。

在一第二實施例中，提供一方法。該方法包含：收集及分析一晶圓之一射線照相邊緣輪廓影像以判定一邊緣輪廓；使用該邊緣輪廓判定一光學讀取頭之一軌跡；沿該軌跡移動該光學讀取頭且產生該晶 圓之圓周邊緣之一影像。相對於一晶圓表面維持一恆定入射角且同時使用該軌跡成像該晶圓之一圓周邊緣。影像可產生為兩個經獨立正交偏光反射之入射光束之一和及差。該成像可在晶圓之一第一表面至該晶圓之一相對第二表面之間。

在一第三實施例中，提供一系統。該系統包含一處理器、與該處理器電子通信之一儲存裝置及與該處理器電子通信之一通信埠。該處理器經程式化以接收一晶圓之一邊緣輪廓；使用該邊緣輪廓判定一光學讀取頭之一軌跡；且傳送指令以沿該軌跡移動該光學讀取頭。相對於一晶圓表面維持一恆定入射角且同時使用該軌跡成像該晶圓之一圓周邊緣。該成像可在晶圓之一第一表面至該晶圓之一相對第二表面之間。

100‧‧‧晶圓

101‧‧‧層

102‧‧‧層

103‧‧‧殘渣

104‧‧‧刮擦

105‧‧‧表面

110‧‧‧表面分析器總成

112‧‧‧雷射二極體

114‧‧‧選用偏光鏡

116‧‧‧選用四分之一波片

118‧‧‧聚焦透鏡

120‧‧‧晶圓

122‧‧‧上表面

124‧‧‧下表面

126‧‧‧邊緣表面/圓周邊緣

128‧‧‧台板

130‧‧‧集光透鏡

132‧‧‧光電倍增管(PMT)

134‧‧‧四分之一波片

136‧‧‧準直透鏡

138‧‧‧偏光光束分離器

140‧‧‧偵測器

142‧‧‧偵測器

160‧‧‧處理器

162‧‧‧記憶體模組

164‧‧‧I/O模組

200‧‧‧光學讀取頭

201‧‧‧支撐系統

202‧‧‧台板

203‧‧‧軌跡

204‧‧‧第一表面

205‧‧‧第二表面

206‧‧‧控制器

207‧‧‧邊緣輪廓測繪儀

208‧‧‧晶圓

209‧‧‧成像路徑

210‧‧‧處理器

211‧‧‧儲存裝置

212‧‧‧通信埠

213‧‧‧晶圓

400‧‧‧軸承

401‧‧‧基座

402‧‧‧致動器

403‧‧‧致動器

404‧‧‧致動器

500‧‧‧光束

501‧‧‧準直光源

502‧‧‧相機

600‧‧‧判定一邊遠輪廓

601‧‧‧使用此邊緣輪廓來判定一光學讀取頭之一軌跡

602‧‧‧光學讀取頭沿軌跡移動

603‧‧‧使用光學讀取頭來產生圓周邊緣之一影像

700‧‧‧條紋雜訊

X‧‧‧軸

Y‧‧‧軸

Z‧‧‧軸

R‧‧‧方向

Φ‧‧‧軸

α‧‧‧入射角

為了對本發明之性質及目的有一更完整之理解，應參考結合隨附圖式之以下詳細描述，其中：圖1係展示可能之缺陷之一實例性晶圓之一部分之一橫截面圖；圖2係根據本發明繪示晶圓檢查之一實施例之一圖式；圖3係繪示圖2之晶圓檢查期間之自由度之一圖式；圖4係根據本發明繪示晶圓檢查之一實施例之另一圖式；圖5係根據本發明之一邊緣輪廓測繪儀之一俯視圖；圖6係根據本發明之用於晶圓邊緣檢查之一設備之一實施例之光學組件之一示意性圖解；圖7係根據本發明之一光學讀取頭及支撐系統之一實施例之一透視圖；圖8係根據本發明之一實施例之一流程圖；圖9係具有條紋雜訊之一實例性側掃描影像之一繪圖；且圖10係不具有條紋雜訊以意欲表達相較於圖9改良之聚焦之一實 例性側掃描影像之一繪圖。

儘管將根據特定實施例來描述所主張之標的，但其他實施例，包含不提供本文中闡述之所有優點及特徵之實施例亦可在本發明之範疇內。可在不違背本發明之範疇的情況下做出各種結構、邏輯、處理步驟及電子改變。據此，僅藉由參考隨附申請專利範圍來界定本發明之範疇。

一晶圓之圓周邊緣的輪廓可係不完美的半圓。為了維持一恆定入射角且同時掃描一晶圓之一邊緣，諸如在該晶圓之一第一表面與該晶圓之一相對第二表面之間之一光學讀取頭可根據本發明使用基於該晶圓之邊緣輪廓之一軌跡。該光學讀取頭具有三個自由度，因此使得該光學讀取頭沿此軌跡移動。藉由沿此軌跡移動而維持一恆定入射角，以避免或最小化側掃描成像期間之明及暗條紋雜訊且改良聚焦。此導致偵測關注目標(諸如邊緣珠粒移除(EBR)變動)之改良的能力。

圖1係展示可能之缺陷之實例之一實例性晶圓100之一部分之一橫截面圖。可在圖1中可見之區域上發生邊緣檢查。圖1中可見之區域不是晶圓100之一完整橫截面，但可為(例如)晶圓100之直徑的大約50%或小於50%。該晶圓可為Si、GaN或其他材料。晶圓100在晶圓表面105上具有兩層101、102。層101、102可為導電、半導電或不導電。此等層101、102可經沈積於晶圓100上。晶圓100上之層的數目可改變。例如，零層、三層、四層、五層或多於五層係可能的。一些普通缺陷包含微粒或殘渣103、自表面105之一或多個層101、102或彼此的分層、晶圓100之一邊緣上的晶片或刮擦104，或晶圓100之一表面上的碎片。

在圖2中檢查一晶圓208。此晶圓208可相同或不同於圖1中之晶圓100。因此，晶圓208可具有晶圓表面上之一或多個層，或不同於圖 2中繪示之圓周邊緣形狀或構形。

晶圓208經定位於可使用一馬達或其他驅動總成圍繞一中心軸旋轉之一台板202上。例如，晶圓208可在X-Y平面中旋轉。

光學讀取頭200經連接至一支撐系統201，諸如(例如)一框架。光學讀取頭200沿一軌跡203(用一虛線展示)在晶圓208之一第一表面204與一第二表面205之間移動。成像晶圓208之一圓周邊緣。此圓周邊緣可位於晶圓208之兩個相對平坦部分之間。當光學讀取頭200沿軌跡203移動時，該晶圓可為固定不動的或可圍繞一中心軸旋轉。在一例項中，軌跡203可近似匹配晶圓208之表面。支撐系統201經結構設計以提供光學讀取頭200具有圍繞晶圓208之一圓周邊緣之三個自由度的移動。此三個自由度使得圍繞圓周邊緣之軌跡203係不規則的，且同時維持相對於晶圓之一恆定入射角。因此，光學讀取頭200可沿不止一個半圓軌跡移動。

軌跡203可占晶圓208之一表面上之一或多個層(例如，如見圖1)。因此，晶圓208之邊緣輪廓可包含或可不包含經安置於晶圓208之一表面上的層。即使在晶圓之一表面上存在層，邊緣輪廓可不包含該等層，此係因為(例如)該邊緣輪廓僅係用於其中不存在層之晶圓208的一部分。再者，軌跡可不包含層之厚度，此係因為該等層可足夠薄，使得將不顯著地損壞該軌跡。軌跡203使用此邊緣輪廓。

參考圖3，支撐系統201經結構設計以提供光學讀取頭200三個自由度之移動。例如，支撐系統201可提供沿彼此垂直之R(徑向)及Z軸的移動。在一實例中，該R軸平行於晶圓208之一平坦部分(例如，X-Y平面)，且Z軸垂直於晶圓208之此平坦部分。因此，光學讀取頭200可沿垂直於晶圓208之一表面且徑向相對於晶圓208之一方向移動。

支撐系統201亦可提供圍繞Φ軸之旋轉移動，此移動可與晶圓208之一圓周邊緣成切向。圍繞Φ軸之旋轉移動可改變相對於晶圓208或晶 圓208之一表面之成像路徑209之一入射角α。

返回參考圖2，一控制器206經操作連接至支撐系統201之致動器。控制器206包含一處理器210、與處理器210電子通信之一儲存裝置211、及與處理器210電子通信之一通信埠212。應明白，實務上可由硬體、軟體及韌體之任何組合實施控制器206。再者，可由一個單元執行本文所描述之其之功能，或該等功能可分割成不同部分，繼而可由硬體、軟體及韌體之任何組合來實施各部分。控制器206用於實施本文描述之各種方法及功能之程式碼或指令可儲存於控制器可讀儲存媒體中，諸如控制器206內，控制器206外或內外組合之一記憶體。

控制器206經程式化以使用支撐系統201控制光學讀取頭200之移動，使得光學讀取頭200維持相對於一晶圓表面之一恆定入射角且同時成像晶圓208之一圓周邊緣。此恆定入射角可垂直於晶圓208之一表面或可為相對於晶圓208之一表面之0°與90°之間之一角度。在一實例中，光學讀取頭200可徑向移動從大約1mm至數十mm，沿Z軸移動從小於大約0.05mm至數mm，且沿Φ移動大約90°至180°或更多。

控制器206可控制光學讀取頭200與晶圓208之一表面之間之距離。此距離可(例如)經最佳化用於成像或可在成像期間保持恆定。光學讀取頭200可定位成距晶圓208之表面小於大約1mm至數十mm之一距離。

控制器206亦可經操作連接至光學讀取頭200。控制器206可提供光學讀取頭200用於成像晶圓208之圓周邊緣之指令。

控制器206經操作連接至一邊緣輪廓測繪儀207。此邊緣輪廓測繪儀207可(例如)係一射線照相系統。邊緣輪廓測繪儀207可判定晶圓208之一邊緣輪廓。邊緣輪廓測繪儀207可為光學讀取頭200之一部分或(例如)可為一獨立系統。

在圖4中檢查一晶圓213。此晶圓213可相同或不同於圖1中之晶 圓100。如圖4中所見，晶圓213包含兩個層101、102。軌跡203占層101、102以用於當光學讀取頭200維持相對於一晶圓表面之一恆定入射角時光學讀取頭200之移動。

圖5係一邊緣輪廓測繪儀之一俯視圖，諸如用於KLA-Tencor CV310i檢查系統中之邊緣輪廓測繪儀。此可為一射線照相成像系統。在此實例中，一準直光源501可產生橫穿晶圓100之邊緣之一光束500，且可由相機502成像表面100之邊緣之一射線照相。

圖6係用於晶圓邊緣檢查之一設備之一實施例之光學組件之一示意性圖解。一項實施例適用於執行膜厚度量測、表面粗糙度量測、反射率量測及/或使用光譜中之輻射之光學輪廓化。在替代實施例中，可使用可見光譜外之輻射。更具體言之，圖6描繪包含一組合反射計及散射計之一光學器件總成。此實施例能夠偵測及分類靠近一晶圓之圓周邊緣或其上之各種缺陷。

定位於一台板128上之晶圓120包含一上表面122、一下表面124及一邊緣表面126，當從一橫截面輪廓中看時，邊緣表面126可實質上係平坦的或彎曲的。此晶圓120可相同或不同於圖1中之晶圓100、圖2中之晶圓208或圖4中之晶圓213。在圖6中描繪之實施例中，當從橫截面輪廓中看時，晶圓邊緣表面126係彎曲的。

一表面分析器總成110經定位將輻射引導至晶圓120之一表面上。在圖6中描繪之實施例中，表面分析器總成110包含一雷射二極體112、一選用偏光鏡114、一選用四分之一波片116及用於將輻射引導至晶圓120之一表面上之一聚焦透鏡118。此等組件將自雷射二極體112之輻射標定於晶圓120之表面上，且因此可視為一輻射標定總成。在替代實施例中，可省略偏光鏡114及四分之一波片116。

表面分析器總成110進一步包含一集光透鏡130及一光電倍增管(PMT)132。此等組件收集由晶圓120之表面散射的輻射，且因此可視 為一經散射輻射總成。在替代實施例中，PMT132及集光透鏡130可替換為一整合球面或一橢圓鏡，以及一PIN光二極體或崩光二極體。

表面分析器總成110進一步包含一準直透鏡136、一四分之一波片134、一偏光光束分離器138，及諸如PIN光二極體之兩個偵測器140及142。亦可包含額外透鏡以減少由表面高度偏差引起之偵測器140及142上之光束的運動。在此實施例中，雷射光束與表面之入射角大約為60度。亦可使用其他入射角。經界定為含有入射光束及反射光束之平面之光束的入射平面係維持在雷射點之切向點處垂直於晶圓表面，此對於增強之效能係一有利關係。

聚焦透鏡118在一晶圓120之表面上產生一小點。PMT 132及集光透鏡130係用以量測用於計算表面粗糙度、量測殘渣、偵測晶圓120表面上或靠近圓周邊緣126或其上的污點、裂解、刮擦、分層、氣泡或腐蝕目的的散射光。

從晶圓反射之後，由與一個光束組合之波片-光束分離器分離各入射於偵測器140及142上之兩個經正交偏光的光樣本。可增加或減少此等兩個信號來產生繼而允許辨識且定位缺陷或膜邊緣的影像。

將由經散射之輻射集光總成及經反射之輻射集光總成收集的資料饋送至包含一處理器160、一記憶體模組162及一I/O模組164之一處理模組。處理器模組包括使得圖6中描述之儀器同時量測反射率之S及P組件之邏輯指令。處理器160可相同或不同於控制器206中之處理器210。

儘管圖6繪示用於一實例性晶圓邊緣檢查之光學組件，但對此等光學組件之各種改變或一不同檢查或成像系統係可行的。

圖7係根據本發明之一光學讀取頭200及支撐系統201之一實施例之一透視圖。光學讀取頭200可圍繞經定位於台板202(以輪廓展示)上之一晶圓之一圓周邊緣移動。

光學讀取頭200可包含邊緣輪廓測繪儀及成像系統。光學讀取頭200亦可包含成像系統，且該邊緣輪廓測繪儀可為一分離單元或獨立工具。

光學讀取頭200可包含圖6的一些或全部表面分析器總成110。此表面分析器總成110係一成像系統之一實例。其他成像系統設計亦可。

光學讀取頭200經定位於軸承400之間。這兩個軸承400可使光學讀取頭200旋轉以提供沿Φ方向之旋轉移動。

支撐系統201及/或支撐系統201之基座401包含用於移動光學讀取頭200之致動器402、403及404。致動器403以輪廓展示來代表其等位置。致動器404提供圍繞Φ軸之旋轉移動。致動器404可係定位於支撐系統201中，諸如接近一軸承400。致動器402及403提供沿Z及R方向之平移。致動器402、403及404可以一合作方式操作，儘管不是所有致動器402、403及404可在檢查期間同時操作。

致動器402、403及404可為伺服馬達、步進馬達、線性馬達或可移動光學讀取頭200之一些其他類型的馬達。致動器402、403或404可包含一傳動或傳輸系統。實施例可具有較少致動器。致動器402、403及404可係定位於不同於圖7中繪示的位置。

圖8係根據本發明之一實施例之一流程圖。在600中判定一邊遠輪廓。可使用一射線照相成像系統或另一技術來判定該邊緣輪廓。

晶圓之邊緣輪廓可包含一完整晶圓表面或僅該晶圓表面之一部分。例如，可在晶圓之圓周邊緣之數個特定徑向位置處判定該邊緣輪廓。例如，一使用者可指定在晶圓之圓周邊緣之1與25個徑向位置之間判定該邊緣輪廓。

在601中，使用此邊緣輪廓判定一光學讀取頭之一軌跡。該軌跡對於一個別晶圓來說係唯一的或可從一標準軌跡中經調整以補償一晶 圓之特定邊緣輪廓。相較於晶圓之另一徑向位置，用於一晶圓之一特定徑向位置之軌跡可係相同或不同的。因此，用於光學讀取頭之軌跡在一晶圓之所有徑向位置中可係相同的。該軌跡在一晶圓之一些或全部徑向位置中可係不同的。

在602中，光學讀取頭沿軌跡移動。

在603中，使用光學讀取頭產生圓周邊緣之一影像。該成像可位於晶圓之一第一表面與該晶圓之一相對第二表面之間。此等對置表面可係晶圓之平坦表面。影像可產生為兩個經獨立正交偏光反射之入射光束之一和及差。

用於薄膜之一敏感偵測信號係藉由從經S偏光之反射光減去經P偏光之反射光而建構之一影像(在本文中被稱為一相位影像)。相位影像在非圓形晶圓輪廓上由於失焦及/或由於光束與晶圓表面之入射角變動引起之明及暗條紋雜訊而降級。因此，敏感度亦降級。圖9係具有此條紋雜訊700且失焦之一實例性側掃描影像之一繪圖。可存在除了條紋雜訊700之外或替代之各種陰影或程度之條紋雜訊。圖10係不具有條紋雜訊且具有改良之聚焦(此係因為使用本文揭示之一實施例)之一實例性側掃描影像之一繪圖。如將易於在圖9與圖10之間之一比較中明白，圖10具有改良之聚焦及/或清晰度且缺少圖9之條紋雜訊700。例如，圖10中之邊緣不如圖9中之邊緣模糊。由於使用本文揭示之一實施例而改良之影像可改良晶圓檢查及/或增加晶圓檢查之敏感度。

本文所描述之系統及方法可用於檢查任何類型之晶圓。該晶圓可為半導體晶圓或晶圓之堆疊，但亦可為另一類型之晶圓，諸如用於製造LED、太陽能電池、磁碟、平面板或經拋光之板之晶圓。亦可檢查其他物件，如熟習技術者所知。

儘管已針對一或多個特定實施例描述本發明，但應瞭解可在不 違背本發明之範疇之情況下實行本發明之其他實施例。因此，本發明僅由隨附申請專利範圍及其等合理之解譯所限制。

Claims (14)

1. 一種檢查系統，其包括：一光學讀取頭；一支撐系統，其經組態以提供該光學讀取頭圍繞該晶圓之一圓周邊緣之三個自由度的移動；一控制器，其與該支撐系統電通信，該控制器經程式化以使用該支撐系統來控制該光學讀取頭之移動，使得該光學讀取頭維持相對於一晶圓表面之一恆定入射角，且同時成像該晶圓之該圓周邊緣；及一邊緣輪廓測繪儀，其經操作地連接至該控制器，其中該邊緣輪廓測繪儀係包含一準直光源及一相機之一射線照相成像系統，其中該相機經組態以接收來自該準直光源之準直光及成像該晶圓之該圓周邊緣之一陰影。
2. 如請求項1之檢查系統，其中該光學讀取頭包括一成像系統。
3. 如請求項2之檢查系統，其中該光學讀取頭進一步包括該邊緣輪廓測繪儀。
4. 如請求項1之檢查系統，其中該控制器經組態以將該光學讀取頭從該晶圓之一第一表面移動至該晶圓之一第二表面。
5. 如請求項1之檢查系統，其中該支撐系統經組態以沿垂直於該晶圓表面之一方向移動該光學讀取頭。
6. 如請求項1之檢查系統，其中該支撐系統經組態以沿徑向相對於該晶圓之一方向移動該光學讀取頭。
7. 如請求項1之檢查系統，其中該支撐系統經組態以圍繞相對於該圓周邊緣成切向之一軸來旋轉該光學讀取頭。
8. 如請求項1之檢查系統，進一步包括經組態以支撐該晶圓之一台板。
9. 如請求項8之檢查系統，其中該台板經組態以圍繞該晶圓之一中心軸來旋轉該晶圓。
10. 一種用於檢查之方法，其包括：收集及分析一晶圓之一射線照相邊緣輪廓影像以判定一邊緣輪廓，其中該射線照相邊緣輪廓影像係使用準直光所產生之該晶圓之一圓周邊緣之一陰影；使用該射線照相邊緣輪廓來判定一光學讀取頭之一軌跡，其中相對於一晶圓表面維持一恆定入射角，且同時使用該軌跡來成像該晶圓之一圓周邊緣；沿該軌跡移動該光學讀取頭；且產生該晶圓之該圓周邊緣之一影像。
11. 如請求項10之方法，其中該影像經產生為兩個經獨立正交偏光反射之入射光束之一和及差。
12. 如請求項10之方法，其中該成像係在該晶圓之一第一表面至該晶圓之一相對第二表面之間。
13. 一種檢查系統，其包括：一處理器；一儲存裝置，其與該處理器電子通信；及一通信埠，其與該處理器電子通信；其中該處理器經程式化以：接收一晶圓之一射線照相邊緣輪廓影像，其中該射線照相邊緣輪廓影像係使用準直光所產生之該晶圓之一圓周邊緣之一陰影；使用該射線照相邊緣輪廓影像來判定一光學讀取頭之一軌跡，其中相對於一晶圓表面維持一恆定入射角，且同時使用該軌跡來成像該晶圓之一圓周邊緣；且傳送指令以沿該軌跡移動該光學讀取頭。
14. 如請求項13之檢查系統，其中該成像係在該晶圓之一第一表面至該晶圓之一相對第二表面之間。