TWM458554U - 晶圓缺陷檢測機台 - Google Patents

Description

晶圓缺陷檢測機台

本創作是有關於一種晶圓缺陷檢測機台。

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。

一種晶圓缺陷檢測機台包含承載平台、光學檢測裝置、位移機構與控制單元。光學檢測裝置置於承載平台的上方。光學檢測裝置具有光軸，且光學檢測裝置包含光源、分光鏡、起偏振片、至少一偏振分光稜鏡、至少一物鏡、檢偏振片與影像感測裝置。分光鏡位於光軸上。起偏振片置於光源與分光鏡之間。偏振分光稜鏡位於光軸上。物鏡置於偏振分光稜鏡相對於分光鏡的一側，且物鏡位於光軸上。檢偏振片置於分光鏡相對偏振分光稜鏡的一側，且檢偏振片位於光軸上。影像感測裝置置於檢偏振片相對分光鏡的一側，且影像感測裝置位於光軸上。位移機構置於承載平台下，且連接承載平台。控制單元連接光學檢測裝置與位移機構。

在一或多個實施方式中，光學檢測裝置的偏振分光稜鏡的數量為複數個，且光學檢測裝置更包含稜鏡切換裝置，具有複數個固定部。偏振分光稜鏡分別固定於固定部。

在一或多個實施方式中，稜鏡切換裝置與控制單元連接。

在一或多個實施方式中，光學檢測裝置的物鏡的數量為複數個，且光學檢測裝置更包含物鏡切換裝置，具有複數個固定部。物鏡分別固定於固定部。

在一或多個實施方式中，物鏡切換裝置為鼻輪。

在一或多個實施方式中，物鏡切換裝置與控制單元連接。

在一或多個實施方式中，偏振分光稜鏡為諾馬斯基 (Normarski)稜鏡或沃拉斯通(wollaston)稜鏡。

在一或多個實施方式中，晶圓缺陷檢測機台更包含升降裝置，連接光學檢測裝置。

在一或多個實施方式中，位移機構包含第一位移裝置與第二位移裝置。第一位移裝置具有第一位移方向。第二位移裝置具有第二位移方向。第二位移裝置連接第一位移裝置。第二位移方向與第一位移方向垂直。

在一或多個實施方式中，晶圓缺陷檢測機台更包含旋轉機構，與承載平台及控制單元相連接。

上述之晶圓缺陷檢測機台以光學檢測裝置檢測晶圓，藉此檢測出細微與不明顯的缺陷，因此可大幅提高檢測的精確度，亦可提升晶圓生產的整體良率。

100‧‧‧承載平台

200‧‧‧光學檢測裝置

202‧‧‧光軸

210‧‧‧光源

211、212a、212b、213a、213b、214‧‧‧光束

220‧‧‧起偏振片

215‧‧‧分光鏡

230‧‧‧物鏡

225‧‧‧偏振分光稜鏡

235‧‧‧檢偏振片

240‧‧‧影像感測裝置

245‧‧‧稜鏡切換裝置

247、252‧‧‧固定部

250‧‧‧物鏡切換裝置

300‧‧‧位移機構

310‧‧‧第一位移裝置

312‧‧‧第一位移方向

320‧‧‧第二位移裝置

322‧‧‧第二位移方向

400‧‧‧控制單元

500‧‧‧升降裝置

600‧‧‧旋轉機構

900‧‧‧晶粒

902‧‧‧切割痕跡

904‧‧‧痕跡

906‧‧‧區域

910‧‧‧防崩帶

912‧‧‧內緣

914‧‧‧外緣

第1圖繪示依照本創作一實施方式之晶圓缺陷檢測機台的立體圖。

第2圖繪示第1圖之承載平台、光學檢測裝置、位移機構、旋轉機構與晶粒的側視圖。

第3圖繪示第2圖之光學檢測裝置的光路示意圖。

第4圖繪示應用傳統檢測機台所檢測之晶粒的局部示意圖。

第5圖繪示應用第1圖的晶圓缺陷檢測機台所檢測之晶粒的局部示意圖。

以下將以圖式揭露本創作的複數個實施方式，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創作。也就是說，在本創作部分實施方式中，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圖繪示依照本創作一實施方式之晶圓缺陷檢測機台的立體圖。晶圓缺陷檢測機台包含承載平台100、光學檢測裝置200、位移機構300與控制單元400。光學檢測裝置200置於承載平台100的上方。位移機構300置於承載平台100下，且連接承載平台100。控制單元400連接光學檢測裝置200與位移機構300。

當完成生產製程後，晶圓被切割成複數個晶粒900，這些晶粒900可被一併放置於晶圓缺陷檢測機台的承載平台100上以接受檢測。首先由控制單元400控制位移機構300，以將晶粒900中欲檢測的區域對準光學檢測裝置200的視野。接著光學檢測裝置200擷取晶粒900的影像後傳送到控制單元400，其影像包含晶粒900的表面高度變化、折射率變化與材料變化等。控制單元400因此可藉由影像而判斷晶粒900是否具有缺陷。若控制單元400判斷晶粒900具有缺陷，則控制單元400可先行將晶粒900淘汰，以避免具有缺陷的晶粒900再繼續進行後續製程。

如此一來，相較於傳統的光學顯微鏡僅能夠觀察晶粒900表面明顯的缺陷，因本實施方式的晶圓缺陷檢測機台的光學檢測裝置200所擷取的影像包含晶粒900的表面高度變化、折射率變化與材料變化等資訊，因此可觀察到傳統光學顯微鏡所無法觀察到的細微缺陷，其檢測的可靠度可大幅提升。另一方面，本實施方式之晶圓缺陷檢測機台的控制單元400例如可為電腦，電腦與光學檢測裝置200以及位移機構300連接，使得晶粒900的移動、影像擷取與缺陷分析皆為自動化，因此可加快檢測速度。換言之，本實施方式之晶圓缺陷檢測機台可應用於大量晶粒900的檢測，使得檢測更有效率。

接著請參照第2圖，其繪示第1圖之承載平台100、光學檢測裝置200、位移機構300、旋轉機構600與晶粒900的側視圖。在本實施方式中，光學檢測裝置200具有光軸202，且光學檢測裝置200包含光源210、分光鏡215、起偏振片220、至少一偏振分光稜鏡225、至少一物鏡230、檢偏振片235與影像感測裝置240。分光鏡215位於光軸202上。起偏振片220置於光源210與分光鏡215之間。偏振分光稜鏡225位於光軸202上。物鏡230置於偏振分光稜鏡225相對於分光鏡215的一側，且物鏡230位於光軸202上。檢偏振片235置於分光鏡215相對偏振分光稜鏡225的一側，且檢偏振片235位於光軸202上。影像感測裝置240置於檢偏振片235相對分光鏡215的一側，且影像感測裝置240位於光軸202上。

詳細而言，請參照第3圖，其繪示第2圖之光學檢測裝置200的光路示意圖。首先光源210發出光束211。光束211在通過起偏振片220後會成為具特定偏振態的偏振光。之後具特定偏振態之光束211到達分光鏡215，一部份的光束211會被分光鏡215反射至偏振分光稜鏡225。偏振分光稜鏡225將光束211分為光束212a與212b(即分別為正常偏振光(ordinary light)與非常偏振光(extraordinary light))。光束212a與212b不但具有相互正交的偏振態，且傳播路徑也相異。之後光束212a與212b一併通過物鏡230，且分別打在晶粒900上。光束212a與212b被晶粒900反射而分別成為光束213a與213b。光束213a與213b接著通過物鏡230而回到偏振分光稜鏡225。偏振分光稜鏡225將光束213a與213b合併為光束214。一部分的光束214通過分光鏡215，經過檢偏振片235後到達影像感測裝置240，因此帶有晶粒900細節的光束214便被影像感測裝置240儲存下來，接著傳至控制單元400，藉以作晶粒900缺陷的分析。

具體而言，若晶粒900具有缺陷，則晶粒900表面的高低差及/或晶粒900內部的折射率分佈以及材料會有所差異。當光束212a與212b離開偏振分光稜鏡225後，光束212a與212b具有互相正交的偏振態以及實質相同的相位。然而當光束212a與212b打至晶粒900時，光束212a與212b會因晶粒900的缺陷而改變其相位。不同偏振態的光，其相位的改變程度亦不相同。因此光束212a與212b 被晶粒900反射後，得以分別成為具不同相位的光束213a與213b。光束213a與213b接著被偏振分光稜鏡225合併成光束214，之後通過檢偏振片235。通過檢偏振片235的光束214帶有光束213a與213b分別的相位干涉資訊，而被影像感測裝置240記錄下來。

承上所述，因光束213a與213b具有不同的相位，因此光束213a與213b在干涉後會產生明暗反差、具對比度的影像。特別在晶粒900缺陷處，因其表面的高低差及/或其內部的折射率分佈以及材料差異為光束213a與213b相位差異的主要來源，因此缺陷處的明暗反差與對比度亦更加明顯。如此一來，在影像感測裝置240將所儲存的影像傳至控制單元400(如第2圖所繪示)後，控制單元400即可判斷所檢測的晶粒900是否具有缺陷。

接著請參照第4圖，其繪示應用傳統檢測機台所檢測之晶粒900的局部示意圖。晶粒900包含至少一防崩帶910。防崩帶910位於晶粒900的邊緣，且防崩帶910具有內緣912與外緣914。在本實施例中，已完成切割製程的晶粒900具有至少一切割痕跡902。為了確定在晶粒900完成切割後不會被破壞，因此晶粒900需接受檢測，其檢測內容包含切割痕跡902是否造成晶粒900缺陷，以及缺陷處是否接觸防崩帶910的外緣914或內緣912，端視客戶需求。在第4圖中，利用傳統檢測機台所得到的影像只能看出晶粒900表面具有細微的痕跡904，然而無法進一步得知痕跡904是否為缺陷，以及痕跡904是否足以對晶粒900 造成破壞。

接著請參照第5圖，其繪示應用第1圖的晶圓缺陷檢測機台所檢測之晶粒900的局部示意圖。在本實施例中，由晶圓缺陷檢測機台所擷取的影像顯示痕跡904所包圍的區域906皆呈現灰階(在第5圖中以斜線表示)，表示切割製程在晶粒900上已產生缺陷(即區域906)，而此缺陷在傳統檢測機台是無法被觀測到的。具體而言，切割製程會造成晶粒900各層結構之間互相拉扯，因此一部分的材料可能會被扯離晶粒900而造成缺陷。若此缺陷相當細微，則所呈現之晶粒900的表面高度差亦相當細微，因此傳統檢測機台礙於光學繞射極限而無法有效檢測出缺陷的具體影響範圍。然而因本實施例之晶圓缺陷檢測機台利用光的干涉性檢測晶粒900，只要晶粒900的表面與內部具有高度差及/或折射率差異即可被檢測出來。更甚者，利用本實施例之晶圓缺陷檢測機台，不必使用高倍率的物鏡230即可觀察到缺陷，因此晶圓缺陷檢測機台不但具高檢測精確度，亦兼具方便性。

接著請回到第2圖。在一或多個實施方式中，偏振分光稜鏡225例如為諾馬斯基(Normarski)稜鏡或沃拉斯通(Wollaston)稜鏡。影像感測裝置240可為電荷耦合元件(Charged-Coupled Device；CCD)。然而應了解到，以上所舉的偏振分光稜鏡225與影像感測裝置240之種類僅為例示，並非用以限制本創作，本創作所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇偏振分光稜鏡225與 影像感測裝置240之種類。

在本實施方式中，未切割的晶圓可被置於晶圓載具700上。晶圓載具700包含鋼圈710與膠帶720。膠帶720用以貼附晶圓。在完成切割製程後，晶圓被切割成複數個晶粒900，承載晶粒900的晶圓載具700可被接著放置於承載平台100上以進行檢測。承載平台100的材質可為多孔性材質，例如陶瓷、金屬、碳纖維或上述之任意組合。藉由真空吸力，晶圓載具700可被吸附於承載平台100上，以將晶粒900固定於承載平台100。

在一或多個實施方式中，為了因應不同的晶圓尺寸(如8吋與12吋)與晶粒900的檢測視野，物鏡230的數量可為複數個，以提供光學檢測裝置200不同的放大倍率。而為了配合不同的物鏡230，偏振分光稜鏡225的數量亦可為複數個，分別對應不同放大倍率的物鏡230，以在不同的放大倍率下，使得光學檢測裝置200皆能擷取到最佳品質的影像。

承上所述，光學檢測裝置200更包含稜鏡切換裝置245與物鏡切換裝置250。稜鏡切換裝置245包含複數個固定部247，而上述之偏振分光稜鏡225可分別固定於固定部247。固定部247可例如為調整旋鈕(Adjustment Knobs)，然而本創作不以此為限。另一方面，物鏡切換裝置250包含複數個固定部252，而上述之物鏡230可分別固定於固定部252。其中物鏡切換裝置250可例如為鼻輪，而固定部252例如為開口，物鏡230可分別以旋轉的方式鎖固於開口 中，然而本創作不以此為限。如此一來，光學檢測裝置200即可配合不同的放大倍率而分別將合適的物鏡230與偏振分光稜鏡225切換至光軸202上。

為了進一步提升本實施方式之晶圓缺陷檢測機台的檢測速度，稜鏡切換裝置245與物鏡切換裝置250可分別與控制單元400連接，使得偏振分光稜鏡225與物鏡230的切換皆為自動化。另外雖然第2圖中的稜鏡切換裝置245與物鏡切換裝置250皆以旋轉的方式達成切換的目的，然而在其他的實施方式中，稜鏡切換裝置245與物鏡切換裝置250亦可利用平移的方式分別切換偏振分光稜鏡225與物鏡230，本創作不以此為限。

請回到第1圖。在一或多個實施方式中，晶圓缺陷檢測機台更包含升降裝置500，連接光學檢測裝置200，用以使得光學檢測裝置200相對於承載平台100升降。如此一來，升降裝置500即可改變光學檢測裝置200與承載平台100之間的高度，藉以改變光學檢測裝置200之視野的景深，以配合不同尺寸的晶粒900的檢測。

在一或多個實施方式中，位移機構300包含第一位移裝置310與第二位移裝置320。第二位移裝置320連接第一位移裝置310。第一位移裝置310具有第一位移方向312，且第二位移裝置320具有第二位移方向322，其中第一位移方向312與第二位移方向322互相垂直。在本實施方式中，第一位移裝置310例如可置於第二位移裝置320下方，而當第一位移裝置310於作動時，第二位移裝置320 可沿著第一位移方向312移動。另一方面，承載平台100置於第二位移裝置320上方，且連接第二位移裝置320。因此當第二位移裝置320於作動時，承載平台100可沿著第二位移方向322移動。因此，經由第一位移裝置310與第二位移裝置320的合作，承載平台100可實現二維方向的位移，使得光學檢測裝置200的檢測範圍可涵蓋晶圓的各部分。

接著請參照第2圖。在一或多個實施方式中，晶圓缺陷檢測機台更包含旋轉機構600，與承載平台100相連接。旋轉機構600用以旋轉承載平台100，因此置於承載平台100上的晶圓亦可跟著旋轉，以配合光學檢測裝置200的檢測，然而本創作不以此為限。

在一或多個實施方式中，上述之第一位移裝置310、第二位移裝置320與旋轉機構600例如為步進馬達、伺服馬達或線性馬達等，本創作不以此為限。本創作所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇第一位移裝置310、第二位移裝置320與旋轉機構600的種類。

上述之晶圓缺陷檢測機台以光學檢測裝置200檢測晶圓，藉此檢測出晶圓表面與內部中細微與不明顯的缺陷，因此可大幅提高檢測的精確度，亦可提升晶圓生產的整體良率。另一方面，因上述之光學檢測裝置200的光源210可為普通光源，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且檢測速度快，因此上述之晶圓缺陷檢測機台具有減少成本以及檢測速度較快的好處。再 加上光學檢測裝置200與位移機構300皆與控制單元400連接，使得晶粒900的移動、影像擷取與缺陷分析皆為自動化，因此可加快檢測速度。換言之，本實施方式之晶圓缺陷檢測機台可應用於大量晶粒900的檢測，使得檢測更有效率。

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

100‧‧‧承載平台

200‧‧‧光學檢測裝置

300‧‧‧位移機構

310‧‧‧第一位移裝置

312‧‧‧第一位移方向

320‧‧‧第二位移裝置

322‧‧‧第二位移方向

400‧‧‧控制單元

500‧‧‧升降裝置

900‧‧‧晶粒

Claims (10)

1. 一種晶圓缺陷檢測機台，包含：一承載平台；一光學檢測裝置，置於該承載平台的上方，該光學檢測裝置具有一光軸，且該光學檢測裝置包含；一光源；一分光鏡，位於該光軸上；一起偏振片，置於該光源與該分光鏡之間；至少一偏振分光稜鏡，位於該光軸上；至少一物鏡，置於該偏振分光稜鏡相對於該分光鏡的一側，且該物鏡位於該光軸上；一檢偏振片，置於該分光鏡相對該偏振分光稜鏡的一側，且該檢偏振片位於該光軸上；以及一影像感測裝置，置於該檢偏振片相對該分光鏡的一側，且該影像感測裝置位於該光軸上；一位移機構，置於該承載平台下，且連接該承載平台；以及一控制單元，連接該光學檢測裝置與該位移機構。
2. 如請求項1所述的晶圓缺陷檢測機台，其中該光學檢測裝置的該偏振分光稜鏡的數量為複數個，且該光學檢測裝置更包含：一稜鏡切換裝置，具有複數個固定部，該些偏振分光稜鏡分別固定於該些固定部。
3. 如請求項2所述的晶圓缺陷檢測機台，其中該稜鏡切換裝置與該控制單元連接。
4. 如請求項1所述的晶圓缺陷檢測機台，其中該光學檢測裝置的該物鏡的數量為複數個，且該光學檢測裝置更包含：一物鏡切換裝置，具有複數個固定部，該些物鏡分別固定於該些固定部。
5. 如請求項4所述的晶圓缺陷檢測機台，其中該物鏡切換裝置為一鼻輪。
6. 如請求項4所述的晶圓缺陷檢測機台，其中該物鏡切換裝置與該控制單元連接。
7. 如請求項1所述的晶圓缺陷檢測機台，其中該偏振分光稜鏡為一諾馬斯基(Normarski)稜鏡或一沃拉斯通(wollaston)稜鏡。
8. 如請求項1所述的晶圓缺陷檢測機台，更包含：一升降裝置，連接該光學檢測裝置。
9. 如請求項1所述的晶圓缺陷檢測機台，其中該位移 機構包含：一第一位移裝置，具有一第一位移方向；以及一第二位移裝置，具有一第二位移方向，該第二位移裝置連接該第一位移裝置，其中該第二位移方向與該第一位移方向垂直。
10. 如請求項1所述的晶圓缺陷檢測機台，更包含：一旋轉機構，與該承載平台及該控制單元相連接。