TWI842312B - 晶圓凸塊檢測裝置及具備該裝置之半導體電鍍設備 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關一種晶圓凸塊檢測裝置以及具備該裝置之半導體電鍍設備，晶圓凸塊檢測裝置包括線光源、線掃描攝像單元、光學件及控制裝置。線光源與線掃描攝像單元組設於晶圓傳送裝置的側壁，且鄰近側壁上的晶圓輸送口。光學件設置於線光源下方，可使線光源所發射光線至少局部地導引至線掃描攝像單元下方，控制裝置則電性連接線光源及線掃描攝像單元。其中，當晶圓欲通過晶圓輸送口時，掃描攝像單元可即時檢測出晶圓凸塊的不良區域。據此，本發明於移載晶圓的同時就完成檢測，不影響整體製程效率，並可直接整合於原設備上，不佔用額外空間。
Description
本發明係關於一種可整合在既有的半導體設備內，而針對晶圓上的凸塊(Bumps)進行檢測之檢測裝置及設備。
在半導體之銅柱凸塊製程中，晶圓(Wafer)會先進到電鍍加工設備進行鍍覆，並依序鍍上PI (Polyimide)層、金屬(Metal)層、及PR (Photoresist)層，且經加工後晶圓上未鍍覆PR層之處便會長出銅柱，此時銅柱高度乃係此一製程成敗與否的關鍵。質言之，銅柱高度是否達標準將直接影響晶片的散熱性與導電性，更直接關係到晶片產品的良率。
因此，為了將晶片產品維持在一定的良率，銅柱高度的檢測實為半導體製程中重要的環節之一。在現有技術中，大多直接使用3D量測設備來測量凸塊高度，然現有3D量測設備無法直接整合於半導體產線設備中，且檢測時間過長，建置成本高昂。
另外，就現有專利文獻而言，請參見我國專利公開第201908692號「攝影裝置、凸塊檢查裝置以及攝影方法」一案；其揭露了晶圓先被放置於一旋轉台上以調整方位，接著被搬移到檢查平台上，並利用一雷射光源照射晶圓表面，再利用相機對經該雷射光掃描的晶圓的表面圖像進行攝影。然而，此一習知技術固然可準確辨別凸塊高度不足與否，但基於功能與硬體上的需求，仍然需要建置獨立的凸塊檢測設備，無法整合於現有的半導體設備中，且體積大須占用相當的廠房空間，且成本高昂；另外，整個檢查過程耗費時程過長，對於製程效率相當要求的半導體產業而言，無疑是形成負擔。
具體而言，一種可以直接整合於現有半導體設備，無須建置獨立機台，又可快速檢測，且在電鍍凸塊製程之後(移除光阻前)就可提早檢測出有無不良凸塊之檢測裝置實為半導體產業所殷殷期盼者。
本發明之主要目的之一係在提供一種晶圓凸塊檢測裝置及具備該裝置之半導體電鍍設備，俾能將晶圓凸塊檢測裝置直接整合於現有的半導體電鍍設備，佔用空間小，無須建置額外的獨立設備，且於晶圓的搬運過程中就可實施檢測，快速且準確。
本發明之主要目的另一係於完成凸塊的電鍍製程之後立即進行檢測，可即時發現製程的不正常現象，故可立即針對問題發生處，進行製程優化或故障排除，可避免因不正常製程現象影響到更多的成品或半成品進而導致終端產品良率的下降。
為達成上述目的，本發明所提供之一種晶圓凸塊檢測裝置，其係設置於晶圓傳送裝置上，晶圓傳送裝置包括側壁，側壁包括晶圓輸送口，晶圓凸塊檢測裝置包括線光源、線掃描攝像單元、光學件以及控制裝置。其中，線光源係位於側壁之一側並鄰近晶圓輸送口，線掃描攝像單元係位於側壁之另一側並鄰近晶圓輸送口，光學件係設置於線光源下方，並適於使線光源所發射光線至少局部地導引至線掃描攝像單元的下方，控制裝置係電性連接線光源及線掃描攝像單元。據此，當晶圓欲通過晶圓輸送口時，控制裝置便可控制啟動線光源，並可控制線掃描攝像單元拍攝晶圓。
為達成上述目的，本發明所提供之一種半導體電鍍設備，主要包括電鍍腔、晶圓傳送裝置以及前段所述之晶圓凸塊檢測裝置。其中，電鍍腔適於對晶圓表面施予電鍍製程以形成凸塊，晶圓傳送裝置設置於電鍍腔之一側，晶圓傳送裝置包括側壁及搬運模組，側壁包括晶圓輸送口，晶圓輸送口係連通至電鍍腔，晶圓凸塊檢測裝置係組設於晶圓傳送裝置之側壁。據此，當晶圓傳送裝置之搬運模組自電鍍腔搬運晶圓通過晶圓輸送口時，晶圓凸塊檢測裝置便可檢測晶圓表面之凸塊是否形成缺陷。
具體而言，本發明所提供之晶圓凸塊檢測裝置及具備該裝置之半導體電鍍設備相較於習知技術具有以下優勢：一、檢測裝置可直接整合於晶圓傳送設備上，完美整合於現有的半導體電鍍設備中，無須獨立的硬體設備，不占用額外廠房空間；二、檢測是實施於晶圓的搬運過程中，不用設立獨立的檢測站點，幾乎不影響整體的製程效率，快速且方便；三、晶圓凸塊檢測裝置本身體積小且可進行短距對焦，在小空間架構下即可安裝完成；四、於凸塊電鍍製程之後，移除光阻層前，就可提早檢測，若有發現瑕疵晶圓，便可提早調整製程參數或進行故障排除；即謂早期發現、早期處理。
本發明之一種晶圓凸塊檢測裝置及具備該裝置之半導體電鍍設備，在本較佳實施例中被詳細描述之前，應注意的是，在以下的說明中，類似的元件將會使用相同的元件符號來表示。另外，本發明之所有圖式僅作為示意說明之用，其未必按比例繪製，且所有細節也未必全部呈現於圖式中。
請參閱圖1～2，圖1顯示本發明半導體電鍍設備一較佳實施例之配置示意圖，圖2顯示半導體電鍍設備一較佳實施例之立體圖。如圖1所示，本實施例之半導體電鍍設備7主要包括電鍍腔P、晶圓傳送裝置E、晶圓凸塊檢測裝置1、良品裝載腔11、及不良品裝載腔12。
電鍍腔P適於對晶圓W表面施予電鍍製程，經電鍍製程後的晶圓W表面會形成多個凸塊，此凸塊為銅柱凸塊，其具有一定高度，標準高度為至少與光阻層厚度相同。另外，晶圓傳送裝置E係設置於電鍍腔P之一側，其用於將施予電鍍製程後的晶圓W自電鍍腔P傳送至所需之處。晶圓傳送裝置E包括外罩體及搬運模組R，而外罩體包括一側壁SW，該側壁SW上包括一晶圓輸送口O，晶圓傳送裝置E透過晶圓輸送口O可連通至電鍍腔P。如此，晶圓W便可以自電鍍腔P通過側壁SW之晶圓輸送口O被傳送至所需之處。
晶圓凸塊檢測裝置1係組設於晶圓傳送裝置E之側壁SW上，且位於晶圓輸送口O之上緣處。如此，當晶圓傳送裝置E之搬運模組R自電鍍腔P將晶圓W搬運通過晶圓輸送口O時，晶圓凸塊檢測裝置1便可直接檢測晶圓W表面之凸塊是否形成缺陷。
再者，控制裝置5將會根據晶圓凸塊檢測裝置1之檢測結果，控制搬運模組R而將無瑕疵之晶圓W置入良品裝載腔11，或將瑕疵晶圓W置入不良品裝載腔12；此外，當檢測結果出現瑕疵晶圓W時，控制裝置5將發出警示訊號。其中，晶圓凸塊的檢測項目包括但不限於凸塊高度、凸塊形狀、以及有無凸塊等，在其他實施態樣中亦可進一步擴展成不限於凸塊之晶圓表面缺陷檢測。又，如圖中所示，本實施例配置有二組晶圓凸塊檢測裝置1，此乃係因應晶圓傳送裝置E運送晶圓的流道數量所設；亦即，本發明可依據實際需求建立一個或多個晶圓凸塊檢測裝置1。
以下將針對本發明較佳實施例之晶圓凸塊檢測裝置1之細部構件、及作動方式進行更詳細的說明。請同時參閱圖1～3、圖4A～4B、及圖5A～5B；圖3顯示本發明半導體電鍍設備一較佳實施例之局部示意圖，圖4A顯示本發明晶圓凸塊檢測裝置一較佳實施例之示意圖，圖4B顯示本發明晶圓凸塊檢測裝置一較佳實施例之立體圖，圖5A及圖5B各別顯示本發明晶圓凸塊檢測裝置之治具一較佳實施例之立體圖和局部放大立體圖。
如圖所示，本實施例之晶圓凸塊檢測裝置1主要包括治具2、線光源3、線掃描攝像單元4、光學件6、及控制裝置5。其中，線光源3係作為晶圓凸塊檢測裝置1之照明源提供者，其位於側壁SW之一側上，即晶圓傳送裝置E之內側，且位於晶圓輸送口O的上方。線掃描攝像單元4係作為晶圓凸塊檢測影像擷取者，其位於側壁SW之另一側上，即鄰近於電鍍腔P之一側，且同樣位於晶圓輸送口O的上方。
在本實施例中，線掃描攝像單元4採用接觸式影像感測器(contact image sensor，CIS)，故可縮短對焦距離使整體機構更為緊湊，所占用的體積更小，又可妥善接收線光源3所供照明，避免收錄外部雜光，可提高檢測的準確率。惟，本發明並不侷限於此，只要能擷取影像俾進行檢測的儀器皆可適用之。
在本實施例中，光學件6為一光反射片62，其適於將線光源3所發射光線反射至晶圓W表面，且恰位於線掃描攝像單元4的下方，也就是可進行影像擷取之區域。在本實施例中，被導引至線掃描攝像單元4的下方之光線與晶圓W表面的夾角(光線入射角)可為30～50度之間，較佳為40度，此光線入射角度將可獲得極佳之凸塊影像呈現效果。
控制裝置5係電性連接線光源3、線掃描攝像單元4及晶圓傳送裝置E內的搬運模組R。當控制裝置5控制搬運模組R自電鍍腔P內運載已完成凸塊電鍍之晶圓W時，控制裝置5將同步控制啟動線光源3和線掃描攝像單元4。而當晶圓W被搬運通過晶圓輸送口O，且光線被晶圓W表面所反射進入線掃描攝像單元4時，控制裝置5控制線掃描攝像單元4記錄所擷取之影像，遂進行晶圓W表面之凸塊缺陷檢測。
在本實施例中，控制裝置5係根據線掃描攝像單元4所擷取之影像的灰度值，以判斷晶圓W之凸塊是否形成缺陷。進一步說明，請一併參閱圖6A及圖6B，圖6A顯示具有正常高度的晶圓凸塊之光反射示意圖，圖6B顯示具有不正常高度的晶圓凸塊之光反射示意圖。如圖6A所示，當線光源3所發射的光線透過光反射片62的反射而照射於具有正常高度的凸柱(柱形凸塊)B上時，由於電鍍所形成的銅柱表面概呈鏡面，故入射的光線幾乎都會被凸柱B的頂面全部反射，以影像擷取器而言就會形成灰度值較高的亮面。
反之，如圖6B所示，當線光源3所發射的光線透過光反射片62的反射而照射於具有不正常高度(低於正常值)的凸柱B上時，部分的入射光線將會被光阻層PR所阻擋，無法被全部反射，以影像擷取器而言就會形成灰度值較低的暗面。本實施例便以此等灰度值作為判斷是否有形成缺陷凸塊之依據，而具體的數值處理和比對方法說明如下。
本實施例預先使用一無暇晶圓的影像作為標準影像樣本(Golden Sample)，並對其進行灰度化處理和二值化處理，取得各像素的灰度值以作為判斷標準。接著，針對檢測過程所取得的晶圓影像，同樣進行灰度化處理和二值化處理，以取得各像素的灰度值，並將之與標準影像樣本上對應的像素灰度值比對；若有不一致者，即判斷該像素為缺陷。當然，對於做為比對標的之各像素標準灰度值可採用閾值或區間範圍值等方式，以提高容錯空間，並不以完全一致為限。
以下說明本實施例之晶圓凸塊檢測裝置的具體結構特徵，如圖2、圖4B、圖5A及圖5B所示，本實施例之治具2組設於側壁SW上，並位於晶圓輸送口O上方，治具2用於提供線光源3與線掃描攝像單元4組設於其上。換言之，治具2係作為線光源3、線掃描攝像單元4與晶圓傳送裝置E之側壁SW間的連接組件，並提供該等元件之位置調節功能。
進一步說明，在本實施例中，治具2具體包括固定塊21、調節模組22、及安裝架23。其中，固定塊21用於連接於側壁SW(請見圖2)，調節模組22包括導引塊221、滑動塊222、及高度調節件223。導引塊221連接於固定塊21，滑動塊222和導引塊221二者透過滑軌和滑槽等滑移機構彼此耦接，且滑動塊222可相對於導引塊221在高度方向上滑移。
高度調節件223組設於導引塊221，本實施例之高度調節件223為一螺桿和螺套組件，透過轉動螺桿可使其朝向下方突出或朝上方縮回，故可用於調節滑動塊222在高度方向上的位置，而安裝架23連接於滑動塊222。如此，利用高度調節件223可調整安裝架23在高度方向上的位置，進而調整線光源3與線掃描攝像單元4的高度位置，以達最佳的影像擷取效果。
請再同時參閱圖7A和圖7B，圖7A顯示本發明半導體電鍍設備另一較佳實施例之示意圖，圖7B顯示本發明晶圓凸塊檢測裝置另一較佳實施例之示意圖。如圖所示，本實施例與前述實施例不同之處在於，本實施例之光學件6為一光擴散片61，其可擴散線光源3所發射光線，並散射局部光線至線掃描攝像單元4的下方。藉此說明，本發明並不以光反射手段為限，舉凡可使光線照射至晶圓W上，即可引導至線掃描攝像單元4的下方，俾利於取像之任何光學元件皆可適用於本發明。
需要特別說明的是，由於本實施例之線掃描攝像單元4是採用接觸式影像感測器，對於照明亮度的要求不高。是以，即便本實施例因採光擴散手段而使線掃描攝像單元4僅擷取到部分之光源，已可取得足夠辨識率之影像。
整體而言，本發明所提供之晶圓凸塊檢測裝置1是直接整合於半導體電鍍設備7的晶圓傳送裝置(EFEM) E上，不用設立獨立的檢測站點，不會占用額外廠房空間。而且，本發明運用了上述實施例的光學原理、以及機構設計，使整個裝置相當緊湊，裝置的實際長小於370mm，裝置的實際寬則小於65mm，而工作距離可小於10mm，故可在狹小的空間下架設，完全不影響原有硬體設備的運作與空間配置。
此外，於晶圓完成電鍍後之正規移載過程中，隨即完成檢測，無須額外的移載作動、或移載到其他站別，也無須刻意拖慢移載動作，幾乎不影響製程的整體效率。簡而言之，本發明可在不影響原有製程效率、以及空間配置的前提下，增加了晶圓凸塊的檢測功能。此外，在晶圓完成凸塊電鍍製程之後(移除光阻層前)，於移載過程中隨即可得知凸塊有無缺陷，可早期發現，可早期調整製程參數或排除故障，以提升製程良率。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1:晶圓凸塊檢測裝置
2:治具
3:線光源
4:線掃描攝像單元
5:控制裝置
6:光學件
7:半導體電鍍設備
11:良品裝載腔
12:不良品裝載腔
21:固定塊
22:調節模組
23:安裝架
61:光擴散片
62:光反射片
221:導引塊
222:滑動塊
223:高度調節件
B:凸柱
E:晶圓傳送裝置
O:晶圓輸送口
P:電鍍腔
PR:光阻層
R:搬運模組
SW:側壁
W:晶圓
圖1顯示本發明半導體電鍍設備一較佳實施例之配置示意圖。
圖2顯示本發明半導體電鍍設備一較佳實施例之立體圖。
圖3顯示本發明半導體電鍍設備一較佳實施例之局部示意圖。
圖4A顯示本發明晶圓凸塊檢測裝置一較佳實施例之示意圖。
圖4B顯示本發明晶圓凸塊檢測裝置一較佳實施例之立體圖。
圖5A顯示本發明晶圓凸塊檢測裝置之治具一較佳實施例之立體圖。
圖5B顯示本發明晶圓凸塊檢測裝置之治具一較佳實施例之局部放大立體圖。
圖6A顯示具有正常高度的晶圓凸塊之光反射示意圖。
圖6B顯示具有不正常高度的晶圓凸塊之光反射示意圖。
圖7A顯示本發明半導體電鍍設備另一較佳實施例之示意圖。
圖7B顯示本發明晶圓凸塊檢測裝置另一較佳實施例之示意圖。
1:晶圓凸塊檢測裝置
2:治具
3:線光源
E:晶圓傳送裝置
O:晶圓輸送口
P:電鍍腔
R:搬運模組
SW:側壁
W:晶圓
Claims (10)
- 一種晶圓凸塊檢測裝置，其係設置於一晶圓傳送裝置上，該晶圓傳送裝置包括一側壁，該側壁包括一晶圓輸送口；該裝置包括：一線光源，其係位於該側壁之一側並鄰近該晶圓輸送口；一線掃描攝像單元，其係位於該側壁之另一側並鄰近該晶圓輸送口；一光學件，其係設置於該線光源下方，並適於使該線光源所發射光線至少局部地導引至該線掃描攝像單元的下方；以及一控制裝置，其係電性連接該線光源及該線掃描攝像單元；其中，當一晶圓欲通過該晶圓輸送時，該控制裝置控制啟動該線光源，並控制該線掃描攝像單元拍攝該晶圓。
- 如請求項1之晶圓凸塊檢測裝置，其更包括一治具，其組設於該側壁並鄰近於該晶圓輸送口；該線光源與該線掃描攝像單元係組設於該治具。
- 如請求項2之晶圓凸塊檢測裝置，其中，該治具包括一固定塊、一調節模組、及一安裝架；該固定塊連接於該側壁，該調節模組包括一導引塊、一滑動塊、及一高度調節件，該導引塊連接於該固定塊，該滑動塊耦接於該導引塊，該滑動塊與該導引塊可相對滑移，該高度調節件組設於該導引塊並適於調節該滑動塊 之高度，該安裝架連接該滑動塊。
- 如請求項1之晶圓凸塊檢測裝置，其中，該光學件為一光擴散片，其適於擴散該線光源所發射光線，並散射局部光線至該線掃描攝像單元的下方。
- 如請求項1之晶圓凸塊檢測裝置，其中，該光學件為一光反射片，其適於將該線光源所發射光線反射至該線掃描攝像單元的下方。
- 如請求項1之晶圓凸塊檢測裝置，其中，被至少局部地導引至該線掃描攝像單元的下方之光線與該晶圓表面的夾角為40度。
- 如請求項1之晶圓凸塊檢測裝置，其中，該線掃描攝像單元為一接觸式影像感測器(contact image sensor，CIS)。
- 如請求項1之晶圓凸塊檢測裝置，其中，該控制裝置係根據該線掃描攝像單元所拍攝之影像的灰度值，以判斷該晶圓之至少一凸塊是否形成缺陷。
- 一種具備晶圓凸塊檢測裝置之半導體電鍍設備，包括：一電鍍腔，其適於對一晶圓表面施予電鍍製程以形成至少一凸塊；一晶圓傳送裝置，其設置於該電鍍腔之一側，該晶圓傳送裝置包括一側壁及一搬運模組，該側壁包括一晶圓輸送口，其係連通至該電鍍腔；以及至少一如請求項1至8中任一項所述之晶圓凸塊檢測裝置，其係組設於該晶圓傳送裝置之該側壁； 其中，當該晶圓傳送裝置之該搬運模組自該電鍍腔搬運至少一晶圓通過該晶圓輸送口時，該至少一晶圓凸塊檢測裝置檢測該晶圓表面之該至少一凸塊是否形成缺陷。
- 如請求項9之半導體電鍍設備，其更包括至少一良品裝載腔及至少一不良品裝載腔；該晶圓傳送裝置根據至少一晶圓凸塊檢測裝置之檢測結果將該晶圓置入該至少一良品裝載腔或該至少一不良品裝載腔。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW202147598A (zh) * | 2017-02-28 | 2021-12-16 | 美商光程研創股份有限公司 | 高速光偵測裝置 |
| TW202246761A (zh) * | 2021-05-24 | 2022-12-01 | 馬來西亞商正齊科技有限公司 | 檢查電子元件內部缺陷的裝置及方法 |
-
2022
- 2022-12-30 TW TW111150818A patent/TWI842312B/zh active
Patent Citations (2)
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