TWI667470B - Wafer chipping defect detection method - Google Patents

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張凱
張鵬黎
馬溯
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Abstract

本發明提供一種晶片崩邊缺陷檢測方法，通過定義處方，標定了晶片參考圖像中密封環相對於所述參考晶片標識的位置，對晶片表面進行掃描檢測，利用圖像處理算法，實現對晶片崩邊缺陷的有效判定，解決了現有的自動光學檢測設備在晶片邊緣完整性檢測中無法準確判定晶片是否失效，產生大量的誤判缺陷的問題。進一步的，在檢測晶片崩邊缺陷的同時也對晶片密封環內區域的表面缺陷進行識別判定，而不需要針對晶片表面缺陷再新建處方程序進行再一次的掃描，實現對晶片密封環內表面缺陷的同步檢測。

Description

晶片崩邊缺陷檢測方法
本發明係關於半導體製造領域，尤其是關於一種晶片崩邊缺陷檢測方法。
藍膜片是指將減薄後的晶圓固定在帶鐵環（Frame）的藍色薄膜上，後續通過切割設備（主流技術為機械式金剛石切割）將晶圓上的晶片裸片切割成一個個獨立的晶片單元。因為矽材料的脆性，機械切割方式會對晶圓的正面和背面產生機械應力，從而導致晶片的邊緣產生正面崩裂（FSC- Front Side Chipping）及背面崩裂（BSC – Back Side Chipping）。正面崩裂和背面崩裂會降低晶片的機械強度，初始的晶片邊緣裂隙在後續的封裝工藝中或在產品的使用中會進一步擴散，從而可能引起晶片斷裂。
傳統工藝中，切割後的晶片裸片通過人工目檢的方式進行抽檢，產率較低，檢測覆蓋率不高。目前Fab廠逐步將該工序過渡到自動光學檢測設備進行自動化檢測。國內封測商JCAP在利用Rudolph NSX設備進行切割晶片裸片檢測時，發現不能有效區別崩邊是否進入密封環，導致誤判較大。通過對JCAP寄出的樣品進行分析，發現晶片裸片邊緣檢測面臨如下難點：
1、切割晶片裸片邊緣崩邊後形狀差異較大，邊緣易出現斷點，需要進行重構，算法實現複雜；
2、採用邊緣提取算法，可以獲取邊緣缺口尺寸或面積，但不能識別是否損傷密封環，從而導致過檢；
3、晶片裸片的密封環對比度較低，只有在高倍顯微鏡下才能看清，機器視覺算法難以準確識別。
由於上述問題的存在，導致現有的自動光學檢測設備在晶片裸片邊緣完整性檢測中無法準確判定晶片裸片是否失效，產生大量的誤判缺陷。
本發明的目的在於提供一種晶片崩邊缺陷檢測方法,以解決現有的AOI設備在晶片裸片邊緣完整性檢測中無法準確判定晶片裸片是否失效，產生大量的誤判缺陷的問題。
為了達到上述目的，本發明提供了一種晶片崩邊缺陷檢測方法, 所述晶片包括切割道、密封環和密封環內區域，包括以下步驟：
生成一晶片參考圖像，所述晶片參考圖像包括密封環圖像和密封環內區域圖像，所述密封環內區域圖像包括一個或多個參考晶片標識；
獲取包含一待測晶片的視場圖像；
在所述視場圖像中選擇一個晶片區域進行特徵抓取，生成一個或多個晶片標識並與所述晶片參考圖像的參考晶片標識進行比對；
根據所述晶片標識的比對結果，在所述視場圖像內識別出所述待測晶片；
從所述視場圖像中提取出所述待測晶片的圖像；
在所述待測晶片的圖像中，提取出切割道的邊緣輪廓；以及
基於所述密封環在晶片參考圖像中的位置以及所述切割道的邊緣輪廓在所述待測晶片的圖像中的位置，估算所述待測晶片的密封環與所述待測晶片的邊緣輪廓的間距，若所述間距小於一設定的閾值，則判定所述待測晶片存在崩邊缺陷。
可選的，在提取出所述待測晶片的圖像之後，還包括：將所述待測晶片的圖像與所述晶片參考圖像進行對比以進行表面缺陷檢測。
可選的，選擇一個晶片區域包括框選待測晶片的密封環內區域，對所述待測晶片的所述密封環內區域進行特徵抓取，生成所述晶片標識。
可選的，所述生成一晶片參考圖像包括，通過對若干個良好晶片的圖像進行特徵抓取，生成參考晶片標識，根據所述參考晶片標識生成所述晶片參考圖像。
可選的，所述生成一晶片參考圖像還包括，通過高倍物鏡進行特徵抓取以識別出所述密封環的位置。
可選的，通過框選定義出所述密封環和所述密封環內區域，同時標定所述密封環相對於所述參考晶片標識的位置。
可選的，以所述密封環在所述晶片參考圖像中的標定位置來估計所述待測晶片中的密封環的位置，從而估算出所述待測晶片的所述密封環與所述待測晶片的所述切割道的所述邊緣輪廓的間距。
可選的，所述密封環位於所述晶片內部圖案與外部切割道之間。
可選的，基於所述晶片區域內的晶片標識，通過匹配和分割，從所述視場圖像中提取出所述待測晶片的區域。
可選的，若所述晶片區域內的晶片標識與所述參考晶片標識相匹配，則認為所述晶片區域內包括所述待測晶片。
可選的，提取出所述待測晶片的密封環內區域圖像，利用圖像處理算法比較所述晶片參考圖像的密封環內區域圖像與所述待測晶片的密封環內區域圖像，若所述晶片參考圖像的所述密封環內區域圖像與所述待測晶片的所述密封環內區域圖像的差異區域的像素面積小於一設定值，則判定所述差異區域為表面缺陷。
綜上所述，在本發明提供的晶片崩邊缺陷檢測方法中，包括生成一晶片參考圖像，所述晶片參考圖像包括密封環圖像和密封環內區域圖像，所述密封環內區域圖像包括一個或多個參考晶片標識；獲取包含一待測晶片的視場圖像；在所述視場圖像中選擇一個晶片區域進行特徵抓取，生成一個或多個晶片標識並與所述晶片參考圖像的參考晶片標識進行比對；根據所述晶片標識的比對結果，在所述視場圖像內識別出所述待測晶片；從所述視場圖像中提取出所述待測晶片的圖像；
在所述待測晶片的圖像中，提取出切割道的邊緣輪廓；以及基於所述密封環在晶片參考圖像中的位置以及所述切割道的邊緣輪廓在所述待測晶片的圖像中的位置，估算所述待測晶片的密封環與所述待測晶片的邊緣輪廓的間距，若所述間距小於一設定的閾值，則判定所述待測晶片存在崩邊缺陷。通過預先標定晶片參考圖像中密封環相對於所述晶片標識的位置，作為待測晶片中密封環相對於晶片標識的位置，再通過對待測晶片表面進行掃描檢測，以獲得待測晶片的切割道的邊緣輪廓位置，利用圖像處理算法，實現對晶片崩邊缺陷的有效判定，解決了現有的自動光學檢測設備在晶片邊緣完整性檢測中無法準確判定晶片是否失效，產生大量的誤判缺陷的問題。
進一步的，將所述晶片參考圖像與所述待測晶片區域進行對比以進行表面缺陷檢測。在檢測晶片崩邊缺陷的同時也對晶片密封環內區域的圖像的表面缺陷進行識別判定，而不需要針對晶片表面缺陷再新建處方程序進行再一次的掃描，實現對晶片密封環內區域表面缺陷的同步檢測。
下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
正如背景技術中所述的，儘管目前的自動光學檢測設備在晶片裸片進行檢測時能覆蓋大部分的檢測需求，如晶圓上晶片裸片表面的髒汙等缺陷檢測，然而在部分特殊的細分領域，例如切割晶片裸片的邊緣完整性的檢測中，現有設備（如Rudolph NSX系列）誤判率較大，不能滿足測試需求，現有的自動光學檢測設備仍面臨較大的挑戰。
因此，在製造半導體器件時，為了解決上述問題，本發明提供了一種晶片崩邊缺陷檢測方法。
實施例1
參閱圖1，其為本發明實施例提供的晶片崩邊缺陷檢測方法的流程示意圖，如圖1所示，所述晶片崩邊缺陷檢測方法包括以下步驟：
步驟S1：生成一晶片參考圖像，所述晶片參考圖像包括密封環圖像和密封環內區域圖像，所述密封環內區域圖像包括一個或多個參考晶片標識；
步驟S2：獲取包含一待測晶片的視場圖像；
步驟S3：在所述視場圖像中選擇一個晶片區域進行特徵抓取，生成一個或多個晶片標識並與所述晶片參考圖像的參考晶片標識進行比對；根據所述晶片標識的比對結果，在所述視場圖像內識別出所述待測晶片。
步驟S4：從所述視場圖像中提取出所述待測晶片的圖像；
步驟S5：在所述待測晶片的圖像中，提取出切割道的邊緣輪廓；
步驟S6：基於所述密封環在晶片參考圖像中的位置以及所述切割道的邊緣輪廓在所述待測晶片的圖像中的位置，估算所述待測晶片的密封環與所述待測晶片的邊緣輪廓的間距，若所述間距小於一設定的閾值，則判定所述待測晶片存在崩邊缺陷。
參照圖2，在步驟S1中，所述生成一晶片參考圖像包括，選擇若干個良好（標準）晶片13進行特徵抓取，生成所述晶片參考圖像10，具體的，所述良好晶片的個數可以選擇大於等於10個，獲取各所述良好晶片的圖像作為標準晶片圖像，利用人工智能的方法，對獲取到的多張所述標準晶片圖像進行檢測和分析，然後抓取這些圖像共同的特徵，例如圖2中所示的各個晶片圖像均具有的四個圓形圖案，作為一個或多個參考特徵，以下稱為參考晶片標識，根據所述參考晶片標識生成晶片參考圖像10的密封環內區域圖像。進一步的，在生成所述晶片參考圖像10時，還要生成所述晶片參考圖像10的密封環圖像，由密封環圖像和密封環內區域圖像共同組成所述晶片參考圖像10。獲取密封環圖像的過程可例如通過高倍物鏡進行特徵抓取來實現，以便預先標定出密封環12相對於參考晶片標識的位置。具體的，如圖2所示，所述密封環12為晶片內部圖案與外部切割道之間的分割線。更進一步的，可通過框選定義出所述密封環12和密封環內區域11，該過程包括沿所述密封環12的外邊緣框選定義密封環，沿所述密封環12的內邊緣框選定義密封環內區域11。同時，獲取所述密封環12（例如密封環的外邊緣）相對於所述參考晶片標識的位置，作為標定結果。
參閱圖3和圖4，為本發明實施例提供的晶片崩邊缺陷檢測方法中相機視場下的晶片視場圖片和包含一個完整晶片的待測晶片區域的結構示意圖。結合圖3和圖4，詳細說明實施例中晶片崩邊缺陷檢測方法。
如圖3所示，在步驟S2中，在相機視場下獲得如圖3所示視場圖像20，所述視場圖像中存在一個或多個晶片。
如圖4所示，在步驟S3中，從所述視場圖像20中提取出包含一完整晶片的待測晶片區域，所述完整晶片包括密封環內區域21，密封環22和切割道23。上述步驟可以通過選擇所述視場圖像20中的一區域作為對準模板，進行特徵抓取，提取晶片標識。具體的，利用人工智能的方法，對所述視場圖像20中的不同區域的圖像進行檢測，抓取各圖像中的特徵，即晶片標識（如圓形圖案及其相對位置），並與步驟S1的晶片參考圖像10中的參考晶片標識進行比對，然後根據比對結果，找到與晶片參考圖像10相符的區域，識別為所述待測晶片區域。進一步的，選擇一個晶片區域包括框選晶片的密封環內區域21，對所述晶片的密封環內區域21進行特徵抓取，生成晶片標識，通過框選設定所述待測晶片區域，具體的，通過編寫代碼執行框選。
在步驟S4中，基於定義的所述晶片標識和所述待測晶片區域，通過匹配算法和分割算法，可以從所述視場圖像20中分割出所述待測晶片區域，即，從所述視場圖像20中提取出步驟S3中所識別的待測晶片區域所對應的子圖像，所述待測晶片的密封環內區域21與所述晶片標識相匹配，以標定所述待測晶片區域相對於所述視場圖像20的位置。進一步的，通過預先編寫的代碼能夠計算得到所述晶片標識位置和所述待測晶片區域，實現精確的對位。在提取出待測晶片區域所對應的子圖像後，可以獲取切割道的邊緣輪廓（例如外邊緣輪廓）在子圖像中的位置，從而獲得待測晶片區域中的晶片標識相對於切割道的邊緣輪廓的位置。
參照圖2和圖5，在步驟S6中，基於步驟S1中獲得的參考特徵相對於密封環的位置以及步驟S5中獲得的參考特徵相對於切割道的邊緣輪廓的位置，利用圖像處理算法，估算所述待測晶片區域的密封環12與所述待測晶片區域的切割道23邊緣輪廓之間的間距d。具體地，實測過程中，由於相機分辨率的原因，無法對密封環進行清晰成像，只能獲得切割道外輪廓的像，因而採用晶片參考圖像中的密封環位置來估計待測晶片的密封環位置，並基於估計的密封環位置與實測的切割道外輪廓位置，來計算所述待測晶片區域的密封環12與切割道23邊緣輪廓之間的間距d。如圖5所示，在環繞密封環12一周的不同位置處，間距d可呈現出多個不同值，若其中某一處的間距d的值小於客戶設定的閾值時，則判定出現崩邊缺陷，該晶片為損壞的晶片；否則判定為良好的晶片。或者，也可以計算出圍繞密封環12的間距d的平均值，與客戶設定的閾值進行比較，若間距d的平均值小於客戶設定的閾值時，則判定出現崩邊缺陷，該晶片為損壞的晶片；否則判定為良好的晶片。以上崩邊缺陷的判據以及閾值的大小可由客戶根據處方或者實際需要進行定義。
進一步的，本實施例提供的晶片崩邊缺陷檢測方法中，在分割出所述待測晶片區域之後，還包括步驟：將所述待測晶片區域與所述晶片參考圖像進行對比以進行表面缺陷檢測。
具體的，參照圖2、圖6和圖7，如圖6所示，提取出所述待測晶片區域的密封環內區域21，並利用圖像處理算法，比較所述晶片參考圖像的密封環內區域11與所述待測晶片的密封環內區域21，如圖7所示，如果所述晶片參考圖像的密封環內區域11與所述待測晶片的密封環內區域21的差異區域24的像素面積小於客戶設定的數值，則判定該差異區域為晶片表面的缺陷，則該晶片視為損壞的晶片,否則判定為良好的晶片。
實施例2
在步驟S1中，所述生成一晶片參考圖像包括，選擇若干個良好晶片進行特徵抓取，生成所述晶片參考圖像，具體的，所述良好晶片的個數可以選擇大於等於10個，獲取各所述良好晶片的圖像作為標準晶片圖像，利用人工智能的方法，對獲取到的多張所述標準晶片圖像進行檢測和分析，然後抓取這些圖像共同的特徵，例如圖2中所示的各個晶片圖像均具有的四個圓形圖案，作為一個或多個參考特徵，以下稱為參考晶片標識，根據所述參考晶片標識生成晶片參考圖像10的密封環內區域圖像。進一步的，在生成所述晶片參考圖像10時，還要生成所述晶片參考圖像的密封環圖像，由密封環圖像和密封環內區域圖像共同組成所述晶片參考圖像。獲取密封環圖像的過程可例如通過高倍物鏡進行特徵抓取來實現，以便預先標定出密封環相對於參考晶片標識的位置。具體的，所述密封環為晶片內部圖案與外部切割道之間的分割線。更進一步的，該過程包括沿所述密封環的外邊緣框選定義密封環，無密封環的區域，沿著晶片圖案邊緣框選，沿所述密封環內區域邊緣框選定義密封環內區域，同時，獲取所述密封環相對於參考晶片標識的位置以及標記無需檢測崩邊缺陷的無效邊信息。
參照圖8，在步驟S2中，在所述待測晶片的區域中包含不完整的晶片，所述晶片包括密封環內區域31，密封環32和切割道33。選擇所述晶片中的一區域作為對準模板，進行特徵抓取，形成晶片標識。具體的，利用人工智能的方法，相機對多張標準的晶片圖像進行檢測，然後抓取他們共同的特徵，形成晶片標識，然後根據晶片標識，設定待測晶片區域。進一步的，選擇一個晶片區域包括框選晶片的密封環內區域51，對所述晶片的密封環內區域51進行特徵抓取，生成晶片標識，通過框選設定待測晶片區域，具體的，通過編寫代碼執行框選。
上述未提及步驟參閱實施例1，此處不再贅述。
綜上所述，在本發明實施例提供的晶片崩邊缺陷檢測方法中，包括：生成一晶片參考圖像，所述晶片參考圖像包括密封環和密封環內區域；獲取待測晶片的視場圖像；在所述視場內包含所述待測晶片的區域中，選擇一個晶片區域進行特徵抓取，生成晶片標識；根據所述晶片標識，在所述視場內設定待測晶片區域；從所述視場圖像中分割出所述待測晶片區域；在所述待測晶片區域中，提取出切割道的邊緣輪廓；計算所述晶片參考圖像的密封環與所述待測晶片區域的邊緣輪廓的間距，若間距小於設定值，則判定存在崩邊缺陷；通過定義處方，標定了晶片參考圖像中密封環相對於所述晶片標識的位置，對晶片表面進行掃描檢測，利用圖像處理算法，實現對晶片崩邊缺陷有效判定，解決了現有的自動光學檢測設備在晶片邊緣完整性檢測中無法準確判定晶片是否失效，產生大量的誤判缺陷的問題。
進一步的，將所述晶片參考圖像與所述待測晶片區域進行對比以進行表面缺陷檢測。在檢測晶片崩邊缺陷的同時也對晶片密封環內區域的表面缺陷進行識別判定，而不需要針對晶片表面缺陷再新建處方程序進行再一次的掃描，實現對晶片密封環內區域表面缺陷的同步檢測。
上述僅為本發明的優選實施例而已，並不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術方案的範圍內，對本發明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術方案的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。
10-晶片參考圖像
11-密封環內區域
12-密封環
13-若干良好晶片
20-晶片視場圖像
21-密封環內區域
22-密封環
23-切割道
24-差異區域
31-密封環內區域
32-密封環
33-切割道
S1~S6-步驟
圖1為本發明實施例提供的晶片崩邊缺陷檢測方法的流程示意圖；
圖2為本發明實施例1提供的參考圖像形成過程及結構示意圖；
圖3為本發明實施例提供的相機視場下晶片視場圖片；
圖4為本發明實施例1提供的包含一個完整晶片的待測晶片區域的結構示意圖；
圖5為本發明實施例1提供的從待測晶片區域提取出切割道邊緣輪廓的過程示意圖；
圖6為本發明實施例1提供的從待測晶片區域提取出密封環內區域的過程示意圖；
圖7為本發明實施1提供的從待測晶片區域所提取密封環內區域內表面有缺陷的示意圖；
圖8為本發明實施例2提供的包含不完整晶片的待測晶片區域的結構示意圖。

Claims (11)

  1. 一種晶片崩邊缺陷檢測方法，所述晶片包括切割道、密封環和密封環內區域，其特徵在於包括：
    生成一晶片參考圖像，所述晶片參考圖像包括密封環圖像和密封環內區域圖像，所述密封環內區域圖像包括一個或多個參考晶片標識；
    獲取包含一待測晶片的視場圖像；
    在所述視場圖像中選擇一個晶片區域進行特徵抓取，生成一個或多個晶片標識並與所述晶片參考圖像的參考晶片標識進行比對；
    根據所述晶片標識的比對結果，在所述視場圖像內識別出所述待測晶片；
    從所述視場圖像中提取出所述待測晶片的圖像；
    在所述待測晶片的圖像中，提取出切割道的邊緣輪廓；以及
    基於所述密封環在晶片參考圖像中的位置以及所述切割道的邊緣輪廓在所述待測晶片的圖像中的位置，估算所述待測晶片的密封環與所述待測晶片的邊緣輪廓的間距，若所述間距小於一設定的閾值，則判定所述待測晶片存在崩邊缺陷。
  2. 如請求項1所述的晶片崩邊缺陷檢測方法，其中在提取出所述待測晶片的圖像之後，還包括：將所述待測晶片的圖像與所述晶片參考圖像進行對比以進行表面缺陷檢測。
  3. 如請求項1所述的晶片崩邊缺陷檢測方法，其中選擇一個晶片區域包括框選待測晶片的密封環內區域，對所述待測晶片的所述密封環內區域進行特徵抓取，生成所述晶片標識。
  4. 如請求項1所述的晶片崩邊缺陷檢測方法，其中所述生成一晶片參考圖像包括，通過對若干個良好晶片的圖像進行特徵抓取，生成參考晶片標識，根據所述參考晶片標識生成所述晶片參考圖像。
  5. 如請求項4所述的晶片崩邊缺陷檢測方法，其中所述生成一晶片參考圖像還包括，通過高倍物鏡進行特徵抓取以識別出所述密封環的位置。
  6. 如請求項5所述的晶片崩邊缺陷檢測方法，其中通過框選定義出所述密封環和所述密封環內區域，同時標定所述密封環相對於所述參考晶片標識的位置。
  7. 如請求項6所述的晶片崩邊缺陷檢測方法，其中以所述密封環在所述晶片參考圖像中的標定位置來估計所述待測晶片中的密封環的位置，從而估算出所述待測晶片的所述密封環與所述待測晶片的所述切割道的所述邊緣輪廓的間距。
  8. 如請求項1所述的晶片崩邊缺陷檢測方法，其中所述密封環位於晶片內部圖案與外部切割道之間。
  9. 如請求項1所述的晶片崩邊缺陷檢測方法，其中基於所述晶片區域內的晶片標識，通過匹配和分割，從所述視場圖像中提取出所述待測晶片的區域。
  10. 如請求項9所述的晶片崩邊缺陷檢測方法，其中若所述晶片區域內的晶片標識與所述參考晶片標識相匹配，則認為所述晶片區域內包括所述待測晶片。
  11. 如請求項2或6所述的晶片崩邊缺陷檢測方法，其中提取出所述待測晶片的密封環內區域圖像，利用圖像處理算法比較所述晶片參考圖像的密封環內區域圖像與所述待測晶片的密封環內區域圖像，若所述晶片參考圖像的所述密封環內區域圖像與所述待測晶片的所述密封環內區域圖像的差異區域的像素面積小於一設定值，則判定所述差異區域為表面缺陷。
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