具有沿循邊緣輪廓的軌跡的晶片邊緣檢驗的制作方法

本申請案主張2014年9月30日申請的臨時專利申請案及受讓的第62/057,240號美國申請案的優先權，所述申請案的揭示內容以引用的方式并入本文中。

技術領域

本發明涉及晶片邊緣檢驗。

背景技術：

用于半導體制造的晶片通常會針對例如(舉例來說)表面瑕疵、微粒或厚度不規則的缺陷來進行檢驗。這些缺陷可能損壞半導體裝置的操作。由于每一晶片處理步驟是昂貴的，制造商通常在處理步驟之間檢驗晶片以確定所述晶片是否應再加工或廢棄。

晶片的邊緣在半導體制造或檢驗期間可構成挑戰。半導體制造商嘗試在晶片上包含盡可能多的半導體裝置。因此，可能需要對晶片邊緣的檢驗來確定所述邊緣是否可形成可用裝置。靠近晶片邊緣的裝置還可經檢驗以確定產率或過程控制問題。然而，晶片邊緣可經圓化或具有不規則形狀。這些圓化或不規則形狀邊緣會使得檢驗變得困難。

使用對晶片邊緣的半圓掃描會可導致偏離焦點或不清晰的圖像，這是因為晶片邊緣可能會具有不規則而非完美的半圓形。這導致用于成像的光學頭變得不正常或相對于晶片表面或邊緣的部分上的邊緣輪廓失焦。例如，具有半圓掃描的不規則表面上的相位成像會導致由于成像光束的入射角變化或失焦引起的明帶及暗帶而降級的信號。因此，對缺陷的敏感度降級。

因此，需要改進的晶片邊緣檢驗系統及技術。

技術實現要素：

在第一實施例中，提供一種檢驗系統。所述檢驗系統包含光學頭、支撐系統及控制器。所述支撐系統經配置以向所述光學頭提供具有圍繞晶片的圓周邊緣的三個自由度的移動。所述控制器與所述支撐系統電通信且經編程以使用支撐系統控制光學頭的移動，使得所述光學頭維持相對于晶片表面的恒定入射角且同時成像所述晶片的圓周邊緣。

邊緣輪廓測繪儀可操作性地連接到控制器。所述邊緣輪廓測繪儀可為射線照相成像系統。

光學頭可包含成像系統。所述光學頭可進一步包含邊緣輪廓測繪儀。

控制器可經配置以將光學頭從晶片的第一表面移動到晶片的第二表面。

支撐系統可經配置以沿垂直于晶片表面的方向移動光學頭。支撐系統可經配置以沿徑向相對于晶片的方向移動光學頭。支撐系統可經配置以圍繞相對于圓周邊緣成切向的軸旋轉光學頭。

檢驗系統可包含經配置以支撐晶片的臺板。所述臺板可經配置以圍繞晶片的中心軸旋轉所述晶片。

在第二實施例中，提供一種方法。所述方法包含：收集及分析晶片的射線照相邊緣輪廓圖像以確定邊緣輪廓；使用所述邊緣輪廓確定光學頭的軌跡；沿所述軌跡移動所述光學頭且產生所述晶片的圓周邊緣的圖像。相對于晶片表面維持恒定入射角且同時使用所述軌跡使所述晶片的圓周邊緣成像。圖像可產生為兩個經獨立正交偏光反射的入射光束的和及差。所述成像可在晶片的第一表面到所述晶片的相對第二表面之間。

在第三實施例中，提供一種系統。所述系統包含處理器、與所述處理器電子通信的存儲裝置及與所述處理器電子通信的通信端口。所述處理器經編程以接收晶片的邊緣輪廓；使用所述邊緣輪廓確定光學頭的軌跡；且發送指令以沿所述軌跡移動所述光學頭。相對于晶片表面維持恒定入射角且同時使用所述軌跡使所述晶片的圓周邊緣成像。所述成像可在晶片的第一表面到所述晶片的相對第二表面之間。

附圖說明

為了對本發明的性質及目的有更完整的理解，應參考結合附圖的以下詳細描述，其中：

圖1是展示可能的缺陷的示范性晶片的部分的橫截面圖；

圖2是根據本發明說明晶片檢驗的實施例的圖式；

圖3是說明圖2的晶片檢驗期間的自由度的圖式；

圖4是說明根據本發明的晶片檢驗的實施例的另一圖式；

圖5是根據本發明的邊緣輪廓測繪儀的俯視圖；

圖6是根據本發明的用于晶片邊緣檢驗的設備的實施例的光學組件的示意性說明；

圖7是根據本發明的光學頭及支撐系統的實施例的透視圖；

圖8是根據本發明的實施例的流程圖；

圖9是具有帶的示范性側掃描圖像的繪圖；且

圖10是不具有帶以希望表達相較于圖9改進的聚焦的示范性側掃描圖像的繪圖。

具體實施方式

盡管將根據特定實施例來描述所主張的標的物，但其它實施例，包含不提供本文中闡述的所有優點及特征的實施例，也在本發明的范圍內。可在不違背本發明的范圍的情況下做出各種結構改變、邏輯改變、過程步驟改變及電子改變。因此，僅通過參考所附權利要求書來界定本發明的范圍。

晶片的圓周邊緣的輪廓可為不完美的半圓。為了維持恒定入射角且同時掃描晶片的邊緣，例如在所述晶片的第一表面與所述晶片的相對第二表面之間，根據本發明的光學頭使用基于所述晶片的邊緣輪廓的軌跡。所述光學頭具有三個自由度，從而使得所述光學頭沿此軌跡移動。通過沿此軌跡移動而維持恒定入射角，以避免或最小化側掃描成像期間的明帶及暗帶且改進聚焦。這導致檢測關注對象(例如邊緣珠粒移除(EBR)變化)的改進的能力。

圖1是展示可能的缺陷的實例的示范性晶片100的部分的橫截面圖。可在圖1中可見的區域上發生邊緣檢驗。圖1中可見的區域不是晶片100的完整橫截面，但可為(例如)晶片100的直徑的大約50％或小于50％。所述晶片可為Si、GaN或其它材料。晶片100在晶片表面105上具有兩層101、102。層101、102可為導電、半導電或不導電。這些層101、102可經沉積于晶片100上。晶片100上的層的數目可改變。例如，零層、三層、四層、五層或多于五層是可能的。一些常見缺陷包含微粒或殘渣103、層101、102中的一或多者與表面105或與彼此的分層、晶片100的邊緣處的碎屑或刮痕104，或晶片100的表面上的殘留物。

在圖2中檢驗晶片208。此晶片208可相同或不同于圖1中的晶片100。因此，晶片208可具有晶片表面上的一或多個層，或不同于圖2中說明的圓周邊緣形狀或配置的圓周邊緣形狀或配置。

晶片208經定位于可使用電機或其它驅動組合件圍繞中心軸旋轉的臺板202上。舉例來說，晶片208可在X-Y平面中旋轉。

光學頭200經連接到支撐系統201，例如(舉例來說)框架。光學頭200沿軌跡203(用虛線展示)在晶片208的第一表面204與第二表面205之間移動。成像晶片208的圓周邊緣。此圓周邊緣可位于晶片208的兩個相對平坦部分之間。當光學頭200沿軌跡203移動時，所述晶片可為固定不動的或可圍繞中心軸旋轉。在例子中，軌跡203可近似匹配晶片208的表面。支撐系統201經配置以向光學頭200提供具有圍繞晶片208的圓周邊緣的三個自由度的移動。這三個自由度使得圍繞圓周邊緣的軌跡203是不規則的，且同時維持相對于晶片的恒定入射角。因此，光學頭200可沿不止一個半圓軌跡移動。

軌跡203可計及晶片208的表面上的一或多個層(例如，如見圖1)。因此，晶片208的邊緣輪廓可包含或可不包含經安置于晶片208的表面上的層。即使在晶片的表面上存在層，邊緣輪廓可不包含所述層，這是因為(例如)所述邊緣輪廓僅為用于其中不存在層的晶片208的部分。此外，軌跡可不包含層的厚度，這是因為所述層可足夠薄，使得將不顯著地損壞所述軌跡。軌跡203使用此邊緣輪廓。

參考圖3，支撐系統201經配置以向光學頭200提供具有三個自由度的移動。例如，支撐系統201可提供沿彼此垂直的R(徑向)及Z軸的移動。在一個實例中，所述R軸平行于晶片208的平坦部分(例如，X-Y平面)，且Z軸垂直于晶片208的此平坦部分。因此，光學頭200可沿垂直于晶片208的表面且徑向相對于晶片208的方向移動。

支撐系統201還可提供圍繞φ軸的旋轉移動，此移動可與晶片208的圓周邊緣成切向。圍繞φ軸的旋轉移動可改變相對于晶片208或晶片208的表面的成像路徑209的入射角α。

返回參考圖2，控制器206操作性地連接到支撐系統201的致動器。控制器206包含處理器210、與處理器210電子通信的存儲裝置211、及與處理器210電子通信的通信端口212。應明白，實際上可由硬件、軟件及固件的任何組合實施控制器206。此外，可由一個單元執行本文所描述的其功能，或所述功能可在不同組件之間分配，所述組件中每一者又可由硬件、軟件及固件的任何組合來實施。控制器206用于實施本文描述的各種方法及功能的程序代碼或指令可存儲于控制器可讀存儲媒體中，例如控制器206內，控制器206外或內外組合的存儲器。

控制器206經編程以使用支撐系統201控制光學頭200的移動，使得光學頭200維持相對于晶片表面的恒定入射角且同時成像晶片208的圓周邊緣。此恒定入射角可垂直于晶片208的表面或可為相對于晶片208的表面的0°與90°之間的角度。在實例中，光學頭200可徑向移動從大約1mm到數10mm，沿Z軸移動從小于大約0.05mm到數mm，且沿φ移動大約90°到180°或更多。

控制器206可控制光學頭200與晶片208的表面之間的距離。此距離可(例如)經優化用于成像或可在成像期間保持恒定。光學頭200可定位成與晶片208的表面相距小于大約1mm到數10mm的距離。

控制器206還可操作性地連接到光學頭200。控制器206可提供光學頭200用于成像晶片208的圓周邊緣的指令。

控制器206操作性地連接到邊緣輪廓測繪儀207。此邊緣輪廓測繪儀207可(例如)是射線照相系統。邊緣輪廓測繪儀207可確定晶片208的邊緣輪廓。邊緣輪廓測繪儀207可為光學頭200的部分或(例如)可為獨立系統。

在圖4中檢驗晶片213。此晶片213可相同或不同于圖1中的晶片100。如圖4中所見，晶片213包含兩個層101、102。軌跡203占層101、102以用于當光學頭200維持相對于晶片表面的恒定入射角時光學頭200的移動。

圖5是邊緣輪廓測繪儀的俯視圖，例如用于KLA-Tencor CV310i檢驗系統中的邊緣輪廓測繪儀。這可為射線照相成像系統。在此實例中，準直光源501可產生橫穿晶片100的邊緣的光束500，對表面100的邊緣的照相可由相機502成像。

圖6是用于晶片邊緣檢驗的設備的實施例的光學組件的示意性說明。一個實施例適用于執行膜厚度測量、表面粗糙度測量、反射率測量及/或使用光譜中的輻射的光學輪廓化。在替代實施例中，可使用可見光譜外的輻射。更具體來說，圖6描繪包含組合反射計及散射計的光學器件組合件。此實施例能夠檢測及分類晶片的圓周邊緣處或附近的各種缺陷。

定位于臺板128上的晶片120包含上表面122、下表面124及邊緣表面126，當從橫截面輪廓中看時，邊緣表面126可大體上是平坦的或彎曲的。此晶片120可相同或不同于圖1中的晶片100、圖2中的晶片208或圖4中的晶片213。在圖6中描繪的實施例中，當從橫截面輪廓中看時，晶片邊緣表面126是彎曲的。

表面分析器組合件110經定位將輻射引導到晶片120的表面上。在圖6中描繪的實施例中，表面分析器組合件110包含激光二極管112、任選偏光鏡114、任選四分之一波片116及用于將輻射引導到晶片120的表面上的聚焦透鏡118。這些組件將來自激光二極管112的輻射標定于晶片120的表面上，且因此可視為輻射標定組合件。在替代實施例中，可省略偏光鏡114及四分之一波片116。

表面分析器組合件110進一步包含集光透鏡130及光電倍增管(PMT)132。這些組件收集由晶片120的表面散射的輻射，且因此可視為經散射輻射組合件。在替代實施例中，PMT 132及集光透鏡130可替換為集成球面或橢圓鏡，以及PIN光電二極管或雪崩光電二極管。

表面分析器組合件110進一步包含準直透鏡136、四分之一波片134、偏光光束分離器138，及例如PIN光二極管的兩個檢測器140及142。還可包含額外透鏡以減少由表面高度偏差引起的檢測器140及142上的光束的運動。在此實施例中，激光束與表面的入射角大約為60度。還可使用其它入射角。經界定為含有入射光束及反射光束的平面的光束的入射平面是維持在激光點的切向點處垂直于晶片表面，這對于增強的性能是有利關系。

聚焦透鏡118在晶片120的表面上產生小點。PMT 132及集光透鏡130是用以測量用于計算表面粗糙度、測量殘渣、檢測晶片120表面上或靠近圓周邊緣126或其上的污點、裂解、刮痕、分層、氣泡或腐蝕目的的散射光。

在從晶片反射之后，由與一個光束組合的波片-光束分離器分離各自入射于檢測器140及142上的兩個經正交偏光的光樣本。可增加或減少這兩個信號來產生又允許辨識且定位缺陷或膜邊緣的圖像。

將由經散射的輻射集光組合件及經反射的輻射集光組合件收集的數據饋送到包含處理器160、存儲器模塊162及I/O模塊164的處理模塊。處理器模塊包括使得圖6中描述的儀器同時測量反射率的S及P分量的邏輯指令。處理器160可相同或不同于控制器206中的處理器210。

盡管圖6說明用于示范性晶片邊緣檢驗的光學組件，但對這些光學組件的各種改變或不同檢驗或成像系統是可能的。

圖7是根據本發明的光學頭200及支撐系統201的實施例的透視圖。光學頭200可圍繞經定位于臺板202(以輪廓展示)上的晶片的圓周邊緣移動。

光學頭200可包含邊緣輪廓測繪儀及成像系統。光學頭200還可包含成像系統，且所述邊緣輪廓測繪儀可為分離單元或獨立工具。

光學頭200可包含圖6的一些或全部表面分析器組合件110。此表面分析器組合件110是成像系統的實例。其它成像系統設計是可能的。

光學頭200經定位于軸承400之間。這兩個軸承400使光學頭200能夠旋轉以提供沿φ方向的旋轉移動。

支撐系統201及/或支撐系統201的基座401包含用于移動光學頭200的致動器402、403及404。致動器403以輪廓展示來代表其放置。致動器404提供圍繞φ軸的旋轉移動。致動器404可為定位于支撐系統201中，例如接近軸承400。致動器402及403提供沿Z及R方向的平移。致動器402、403及404可以合作方式操作，但不是所有致動器402、403及404都可在檢驗期間同時操作。

致動器402、403及404可為伺服電機、步進電機、線性電機或可移動光學頭200的某種其它類型的電機。致動器402、403或404可包含齒輪裝置或傳動裝置系統。實施例可具有較少致動器。致動器402、403及404可為定位于不同于圖7中說明的位置。

圖8是根據本發明的實施例的流程圖。在600中確定邊緣輪廓。可使用射線照相成像系統或另一技術來確定所述邊緣輪廓。

晶片的邊緣輪廓可包含完整晶片表面或僅所述晶片表面的部分。例如，可在晶片的圓周邊緣的數個特定徑向位置處確定所述邊緣輪廓。例如，用戶可指定在晶片的圓周邊緣的1與25個徑向位置之間確定所述邊緣輪廓。

在601中，使用此邊緣輪廓確定光學頭的軌跡。所述軌跡對于個別晶片來說是唯一的或可從標準軌跡中經調整以補償晶片的特定邊緣輪廓。相較于晶片的另一徑向位置，用于晶片的特定徑向位置的軌跡可為相同或不同的。因此，用于光學頭的軌跡在晶片的所有徑向位置中可為相同的。所述軌跡在晶片中的一些或全部徑向位置中也可為不同的。

在602中，使光學頭沿軌跡移動。

在603中，使用光學頭產生圓周邊緣的圖像。所述成像可位于晶片的第一表面與所述晶片的相對第二表面之間。這些對置表面可為晶片的平坦表面。圖像可產生為兩個經獨立正交偏光反射的入射光束的和及差。

用于薄膜的敏感檢測信號是通過從經S偏光的反射光減去經P偏光的反射光而構造的圖像(在本文中被稱為相位圖像)。相位圖像在非圓形晶片輪廓上由于失焦及/或由于光束與晶片表面的入射角變化引起的明帶及暗帶而降級。因此，敏感度也降級。圖9是具有此帶700且失焦的示范性側掃描圖像的繪圖。可存在除了帶700之外或替代帶700的各種陰影或程度的帶。圖10是不具有帶且具有改進的聚焦(這是因為使用本文揭示的實施例)的示范性側掃描圖像的繪圖。如將易于在圖9與圖10之間的比較中明白，圖10具有改進的聚焦及/或清晰度且缺少圖9的帶700。例如，圖10中的邊緣不如圖9中的邊緣模糊。由使用本文揭示的實施例得到的改進的圖像可改進晶片檢驗及/或增加晶片檢驗的敏感度。

本文所描述的系統及方法可用于檢驗任何類型的晶片。所述晶片可為半導體晶片或晶片的堆疊，但還可為另一類型的晶片，例如用于制造LED、太陽能電池、磁盤、平面板或經拋光的板的晶片。還可檢驗其它對象，如所屬領域的技術人員所知。

盡管已關于一或多個特定實施例描述本發明，但應了解，可在不脫離本發明的范圍的情況下實行本發明的其它實施例。因此，本發明僅由所附權利要求書及其合理的解釋所限制。