TWI714395B - 晶圓表面瑕疵檢測設備 - Google Patents

Abstract

一種晶圓表面瑕疵檢測設備，用以偵測一晶圓表面上的瑕疵。晶圓表面瑕疵檢測設備包含一可見光源、一光感測器矩陣組合體以及一資料處理裝置。光感測器矩陣組合體由多個光感測器排列而成。資料處理裝置將多個光感測器分群為多個瑕疵統計單元。每一光感測器具有光強度值輸出範圍，資料處理裝置於光強度值輸出範圍設定光強度值門檻。當光強度值大於光強度值門檻，則資料處理裝置判斷光感測器感測區域中存在單位瑕疵。最後，資料處理裝置依序判斷光感測器感測區域是否存在單位瑕疵，並將瑕疵統計單元中的單位瑕疵加總，而得到瑕疵面積統計值。

Description

晶圓表面瑕疵檢測設備

本發明有關於晶圓表面的瑕疵檢測，特別是關於一種晶圓表面瑕疵檢測設備。

晶圓表面所能容許的瑕疵，其長度係以μm為單位，無法直接以肉眼檢測。晶圓表面的瑕疵檢測需以影像放大設備放大後進行。因為人眼觀測放大影像的工作效率低，且有誤判的可能性，遂有晶圓表面瑕疵檢測設備的發展。

晶圓表面瑕疵檢測設備的一發展方向，係搭配智慧影像分析，分析晶圓表面影像中是否存在符合瑕疵的特徵存在。然而，影像分析所需要的資料運算量相對龐大，而致使資料處理裝置的設置成本提高，否則無法滿足快速檢測的需求。

實際的瑕疵檢測，只是要判斷瑕疵大小、位置，以判斷晶圓是否為可用的良品。因此，亦有採用推估方式，僅判斷瑕疵大小、位置，而不需使用影像分析。推估的方式是於晶圓表面投射特定波長的雷射光，再以光偵測二極體（Photodiodes Sensor，PD sensor）矩陣接收反射的光。若光偵測二極體所接收的光強度低於一門檻值，則推估其所偵測的區域中存在一定大小的瑕疵。而光偵測二極體矩陣所得到的瑕疵總和，則視為最大瑕疵。光偵測二極體矩陣逐一掃掠過晶圓表面，就可以得到瑕疵大小以及相對位置，從而判斷該晶圓是否為良品。

然而，雷射光源的建置成本較高，且不易大面積投射。光偵測二極體矩陣也無法密集排列，通常只能設置100 × 200的矩陣，使得該矩陣一次檢測的面積過小。若單純提昇矩陣密度以增加一次檢測的面積，則又會導致資料運算量大幅提昇，而又提昇設備建置成本。

鑑於上述問題，本發明提出一種晶圓表面瑕疵檢測設備，係可降低設備成本，並提昇檢測效率。

本發明至少一實施例提出一種晶圓表面瑕疵檢測設備，用以偵測一晶圓表面上的瑕疵。晶圓表面瑕疵檢測設備包含一可見光源、一光感測器矩陣組合體，以及一資料處理裝置。可見光源用以投射一可見光，以被晶圓反射為一反射光。光感測器矩陣組合體由多個光感測器排列而成，多個光感測器分別用以接收反射光，以分別得到一光強度值；其中，光感測器矩陣組合體係被配置為每一光感測器於晶圓表面偵測一光感測器感測區域內的每一光強度值，且光感測器矩陣組合體的一瑕疵偵測範圍由該些光感測器感測區域組成。資料處理裝置電性連接於光感測器矩陣組合體；資料處理裝置接收該些光強度值，以判斷每一光感測器感測區域中是否存在瑕疵。

資料處理裝置將多個光感測器分群為多個瑕疵統計單元，每一瑕疵統計單元於光感測器矩陣組合體形成一個次矩陣。每一光感測器具有一光強度值輸出範圍，資料處理裝置於光強度值輸出範圍設定一光強度值門檻；當每一光感測器輸出之光強度值大於光強度值門檻，則資料處理裝置判斷光感測器感測區域中存在一單位瑕疵。資料處理裝置依序判斷每一光感測器感測區域是否存在單位瑕疵，並將每一瑕疵統計單元取得的單位瑕疵加總，而得到一瑕疵面積統計值。

在至少一實施例中，晶圓表面瑕疵檢測設備，更包含一承載平台，資料處理裝置控制承載平台，承載平台用以承載晶圓，且並相對於瑕疵偵測範圍移動晶圓，從而改變瑕疵偵測範圍於晶圓表面的位置，使得瑕疵偵測範圍可以完整掃掠過晶圓的表面。

在至少一實施例中，資料處理裝置依序判斷每一瑕疵統計單元的瑕疵面積統計值，得到瑕疵偵測範圍中，瑕疵的數量、面積以及相對位置。

在至少一實施例中，資料處理裝置控制承載平台，改變瑕疵偵測範圍的位置，重新執行每一瑕疵統計單元的瑕疵面積統計值的判斷作業，直到瑕疵偵測範圍掃掠過晶圓表面的全部。

在至少一實施例中，晶圓表面瑕疵檢測設備更包含一分光鏡以及一物鏡組，分光鏡用以反射可見光至物鏡組，物鏡組使可見光聚光於晶圓表面形成一聚光點，且晶圓的表面反射可見光為反射光，穿透物鏡組以及分光鏡，而投射到光感測器矩陣組合體。

在至少一實施例中，晶圓表面瑕疵檢測設備更包含一光學組件，設置於可見光源與分光鏡之間，用以對可見光進行準直。

在至少一實施例中，晶圓表面瑕疵檢測設備更包含一光學組件，設置於可見光源與分光鏡之間，用以對可見光進行濾波，縮小可見光的一波長分佈範圍。

在至少一實施例中，瑕疵偵測範圍落在聚光點中，且小於聚光點。

在本發明中，資料處理裝置是逐一以瑕疵統計單元判斷瑕疵的數量、面積以及相對位置，而非一次以光感測器矩陣組合體進行判斷，可以有效降低計算量，因此，可以採用矩陣密度相當高的攝像晶片，例如CCD或CMOS作為光感測器矩陣組合體，以提升瑕疵偵測範圍，加速檢測過程。且資料處理裝置是以光強度值推估瑕疵面積，而非透過影像分析判斷瑕疵，也加速了瑕疵檢測程序。

請參閱圖1所示，為本發明實施例所揭露的一種晶圓表面瑕疵檢測設備，用以偵測一晶圓W表面上的瑕疵。晶圓表面瑕疵檢測設備包含一可見光源100、一分光鏡200、一物鏡組300、一光感測器矩陣組合體400、一承載平台500以及一資料處理裝置600。

如圖1所示，所述可見光源100用於發出波長範圍介380nm ~ 780nm的可見光V，以投射一可見光V，而被晶圓W反射為一反射光R。

如圖1所示，分光鏡200用以反射可見光V至物鏡組300，物鏡組300使可見光V聚光於晶圓W表面形成一聚光點S。晶圓W表面反射可見光V為反射光R，穿透物鏡組300以及分光鏡200，而投射到光感測器矩陣組合體400。

如圖1、圖2以及圖3所示，光感測器矩陣組合體400由多個光感測器410排列而成，並且朝向晶圓W進行光強度偵測。多個光感測器410分別用以接收反射光R，以分別得到一光強度值I。此外，光感測器矩陣組合體400的瑕疵偵測範圍，係透過物鏡組300調整為每一光感測器410於晶圓W表面偵測一光感測器感測區域SA內的光強度值I，每一光感測器感測區域SA遠小於晶圓W的面積。光感測器矩陣組合體400的瑕疵偵測範圍由該些光感測器感測區域SA組成，瑕疵偵測範圍落在聚光點S中，且小於聚光點S。圖3所示者是光感測器410與光感測器感測區域SA的示意圖，並非用以限定各元件詳細結構或相對位置關係。

如圖1所示，承載平台500用以承載晶圓W，且並相對於聚光點S以及瑕疵偵測範圍移動晶圓W，從而改變聚光點S以及瑕疵偵測範圍於晶圓W表面的位置，使得瑕疵偵測範圍可以完整掃掠過晶圓W表面。

為了改善可見光V於分光鏡200的投射狀態，可見光源100與分光鏡200之間設置一光學組件110，用以對可見光V進行準直，使得發散的可見光V轉換成準直光後再投射至分光鏡200。光學組件110也可以對可見光V進行濾波，縮小可見光V的波長分佈範圍，例如只允許波長介於622nm ~ 760nm的紅光通過。因此，光學組件110可為準直透鏡以及濾光片的組合，但不排除僅擇一使用或採用其他光學元件產生不同的光學效果。又，若可見光源100本身即可直接投射呈現準直光狀態的可見光V，或產生的可見光V已限定在特定波長範圍，則光學組件110可部分或全部省略。

於一具體實施例中，聚光點S的範圍，可以設定為直徑大於5mm的圓形區域。光感測器矩陣組合體400為一CCD矩陣(Charge-Coupled Device Array, CCD Array)或一CMOS矩陣(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Array, CMOS Array)，具有兩百萬畫素，其光感測器410以2000 × 1000之矩陣排列。每一光感測器410的光感測器感測區域SA是2μm × 2μm。因此，光感測器矩陣組合體400的瑕疵偵測範圍可以到達4000μm × 2000μm (4mm × 2mm)。

如圖1所示，資料處理裝置600電性連接於光感測器矩陣組合體400以及承載平台500。資料處理裝置600控制承載平台500，使晶圓W相對於聚光點S以及瑕疵偵測範圍。資料處理裝置600接收該些光強度值I，以判斷每一光感測器感測區域SA中是否存在瑕疵。

如圖1以及圖2所示，資料處理裝置600將多個光感測器410分群為多個瑕疵統計單元420，每一瑕疵統計單元420於光感測器矩陣組合體400形成一個次矩陣，使光感測器矩陣組合體400由多個瑕疵統計單元420組成。

如圖1、圖2以及圖4所示，光感測器410具有一光強度值I輸出範圍，通常採用8 bit表示光強度值I輸出。亦即光強度值I輸出範圍會被區分為256階 (0~255)。資料處理裝置600於光強度值I輸出範圍設定一光強度值門檻T。當光感測器410輸出之光強度值I小於光強度值門檻T，則判斷對應的光感測器感測區域SA中無瑕疵，若光感測器410輸出之光強度值I大於光強度值門檻T，則資料處理裝置600判斷光感測器感測區域SA中存在一單位瑕疵。

如圖2以及圖3所示，資料處理裝置600依序判斷每一光感測器感測區域SA是否存在單位瑕疵，並將每一瑕疵統計單元420中取得的單位瑕疵加總，而得到瑕疵面積統計值。

於一具體實施例中，可透過標準樣本測試，建立光強度值門檻T以及對應的單位瑕疵。例如，以光強度值I為256階中的第19階為光強度值門檻T，對應的單位瑕疵為1μm ²；瑕疵統計單元420由20×20的光感測器410組成。此時，瑕疵面積統計值就會落在0 ~ 40μm ²之間，而最小可偵測的瑕疵面積則為1μm ²。

之後，資料處理裝置600依序判斷每一瑕疵統計單元420得到的瑕疵面積統計值，即可得到瑕疵偵測範圍中，瑕疵的數量、面積以及相對位置。最後，資料處理裝置600控制承載平台500，改變瑕疵偵測範圍的位置，重新執行每一瑕疵統計單元420的瑕疵面積統計值的判斷作業，直到瑕疵偵測範圍掃掠過晶圓W表面的全部，就可以得到瑕疵的數量、面積以及相對位置。於前述實施例中，資料處理裝置600最小可以標定出1μm ²的瑕疵面積，最大可以標定出40μm ²的瑕疵面積。此一瑕疵面積，已足以判斷晶圓W是否為良品。

資料處理裝置600是逐一以瑕疵統計單元420判斷瑕疵的數量、面積以及相對位置，而非一次以光感測器矩陣組合體400進行判斷，可以有效降低計算量，因此，可以採用矩陣密度相當高的攝像晶片，例如CCD或CMOS作為光感測器矩陣組合體400，以提升瑕疵偵測範圍，加速檢測過程。且資料處理裝置600是以光強度值I推估瑕疵面積，而非透過影像分析判斷瑕疵，也加速了瑕疵檢測程序。在上述的具體實施例中，以一般個人電腦或工業電腦作為資料處理裝置600，檢測一片8吋晶圓W(直徑203.2mm)僅需 30秒即可完成。

100:可見光源 110:光學組件 200:分光鏡 300:物鏡組 400:光感測器矩陣組合體 410:光感測器 420:瑕疵統計單元 500:承載平台 600:資料處理裝置 I:光強度值 R:反射光 S:聚光點 SA:光感測器感測區域 T:光強度值門檻 V:可見光 W:晶圓

圖1是本發明實施例中，晶圓表面瑕疵檢測設備的側視示意圖。 圖2是本發明實施例中，光感測器矩陣組合體的正面示意圖。 圖3是本發明實施例中，光感測器與光感測器感測區域的示意圖。 圖4是本發明實施例中，光強度值輸出範圍以及光強度值門檻的示意圖。

100:可見光源

110:光學組件

200:分光鏡

300:物鏡組

400:光感測器矩陣組合體

410:光感測器

500:承載平台

600:資料處理裝置

R:反射光

S:聚光點

V:可見光

W:晶圓

Claims (7)

1. 一種晶圓表面瑕疵檢測設備，用以偵測一晶圓表面上的瑕疵；該晶圓表面瑕疵檢測設備包含：一可見光源，用以投射一可見光，以被該晶圓反射為一反射光；一光感測器矩陣組合體，由多個光感測器排列而成，該多個光感測器分別用以接收該反射光，以分別得到一光強度值；其中，該光感測器矩陣組合體係被配置為每一該光感測器於該晶圓表面偵測一光感測器感測區域內的每一該光強度值，且該光感測器矩陣組合體的一瑕疵偵測範圍由該些光感測器感測區域組成；一資料處理裝置，電性連接於該光感測器矩陣組合體；該資料處理裝置接收該些光強度值，以判斷每一該光感測器感測區域中是否存在該瑕疵；其中，該資料處理裝置將該多個光感測器分群為多個瑕疵統計單元，每一該瑕疵統計單元於該光感測器矩陣組合體形成一個次矩陣；以及一承載平台，該資料處理裝置控制該承載平台，該承載平台用以承載該晶圓，且並相對於該瑕疵偵測範圍移動該晶圓，從而改變瑕疵偵測範圍於該晶圓表面的位置，使得該瑕疵偵測範圍可以完整掃掠過該晶圓的表面；其中，每一該光感測器具有一光強度值輸出範圍，該資料處理裝置於該光強度值輸出範圍設定一光強度值門檻；當每一該光感測器輸出之該光強度值大於該光強度值門檻，則該資料處理裝置判斷該光感測器感測區域中存在一單位瑕疵；以及該資料處理裝置依序判斷每一該光感測器感測區域是否存在該單位瑕疵，並將每一該瑕疵統計單元中的該單位瑕疵加總， 而得到一瑕疵面積統計值；該資料處理裝置依序判斷每一該瑕疵統計單元的該瑕疵面積統計值，得到該瑕疵偵測範圍中，瑕疵的數量、面積以及相對位置。
2. 如請求項1所述的晶圓表面瑕疵檢測設備，其中，該資料處理裝置控制該承載平台，改變瑕疵偵測範圍的位置，重新執行每一該瑕疵統計單元的瑕疵面積統計值的判斷作業，直到瑕疵偵測範圍掃掠過該晶圓表面的全部。
3. 如請求項1所述的晶圓表面瑕疵檢測設備，更包含一分光鏡以及一物鏡組，該分光鏡用以反射該可見光至該物鏡組，該物鏡組使該可見光聚光於該晶圓表面形成一聚光點，且該晶圓的表面反射該可見光為該反射光，穿透該物鏡組以及該分光鏡，而投射到該光感測器矩陣組合體。
4. 如請求項3所述的晶圓表面瑕疵檢測設備，更包含一光學組件，設置於該可見光源與該分光鏡之間，用以對該可見光進行準直。
5. 如請求項3所述的晶圓表面瑕疵檢測設備，更包含一光學組件，設置於該可見光源與該分光鏡之間，用以對該可見光進行濾波，縮小該可見光的一波長分佈範圍。
6. 如請求項3所述的晶圓表面瑕疵檢測設備，其中，該瑕疵偵測範圍落在該聚光點中，且小於該聚光點。
7. 如請求項1所述的晶圓表面瑕疵檢測設備，其中，該光感測器矩陣組合體為一CCD矩陣或一CMOS矩陣。

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