TWI900897B

TWI900897B - 晶圓檢測方法

Info

Publication number: TWI900897B
Application number: TW112137345A
Authority: TW
Inventors: 簡青俊; 李彥志
Original assignee: 聯策科技股份有限公司
Priority date: 2023-09-28
Filing date: 2023-09-28
Publication date: 2025-10-11
Also published as: TW202514104A

Abstract

一種晶圓檢測方法，其包含：載入第一晶圓至光學檢測裝置；定位第一晶圓；檢測第一晶圓，並產生第一晶圓光學資料；載入第二晶圓至光學檢測裝置；定位第二晶圓；檢測第二晶圓，並產生第二晶圓光學資料；比對第一晶圓光學資料及第二晶圓光學資料；判斷第一晶圓光學資料及第二晶圓光學資料是否相同；當判斷第二晶圓光學資料實質上不同於第一晶圓光學資料時，取得第二晶圓上之最小單位圖形；根據最小單位圖形，檢測第一晶片單位之光學資料及第二晶片單位之光學資料；及比對第一晶片單位之光學資料及第二晶片單位之光學資料。

Description

晶圓檢測方法

本發明關於一種檢測方法，特別關於一種晶圓檢測方法。

製造半導體裝置通常包含使用大量製程來處理半導體晶圓，以形成半導體裝置之各種特徵及多個層級，在任何製程期間可能形成缺陷。因此，在超過一個製程步驟之後，需檢查晶圓是否有缺陷。

差異影像已經用於缺陷檢測。通常藉由比較目標影像與參考影像來獲得差異影像。然而，一些影像差異有時候會不正確地標記為缺陷。因此，如何正確地判斷晶圓的缺陷狀態，實為當前亟欲解決的問題之一。

本發明在於提供一種可正確地判斷晶圓之缺陷狀態的晶圓檢測方法。

本發明提供一種晶圓檢測方法，其包含：載入一第一晶圓至一光學檢測裝置；定位第一晶圓；檢測第一晶圓，並產生一第一晶圓光學資料；載入一第二晶圓至光學檢測裝置；定位第二晶圓；檢測第二晶圓，並產生一第二晶圓光學資料；比對第一晶圓光學資料及第二晶圓光學資料；判斷第一晶圓光學資料及第二晶圓光學資料是否相同；當判斷第二晶圓光學資料實質上不同於第一晶圓光學資料時，取得第二晶圓上之一最小單位圖形；根據最小單位圖形，檢測一第一晶片單位之光學資料及一第二晶片單位之光學資料；及比對第一晶片單位之光學資料及第二晶片單位之光學資料。

在某些實施例中，晶圓檢測方法更包含：判斷第一晶片單位之光學資料及第二晶片單位之光學資料是否相同；及當判斷第二晶片單位之光學資料實質上不同於第一晶片單位之光學資料時，判斷第二晶圓為一瑕疵狀態。

在某些實施例中，取得該第二晶圓上之該最小單位圖形包括：讀取一預設圖案資料；根據預設圖案資料，取得複數單位圖形；根據該些單位圖形，取得最小單位圖形。

在某些實施例中，檢測第一晶片單位之光學資料及第二晶片單位之光學資料包括：根據最小單位圖形，還原預設圖案資料之複數晶片單位之一排列方式；選擇該些晶片單位中相鄰的第一晶片單位及第二晶片單位；及檢測第一晶片單位之光學資料及第二晶片單位之光學資料。

在某些實施例中，檢測第一晶圓並產生第一晶圓光學資料包括：以一混合光線照射第一晶圓之一上表面；接收來自第一晶圓之上表面之一反射光線；及根據反射光線產生第一晶圓光學資料。

在某些實施例中，以混合光線照射第一晶圓之上表面包括：將混合光線以一預設入射角照射第一晶圓之上表面。在某些實施例中，混合光線包括至少二個具有不同波長之光線。

在某些實施例中，檢測第一晶圓並產生第一晶圓光學資料包括：儲存第一晶圓光學資料作為一參考資料。

在某些實施例中，第一晶圓及第二晶圓同時載入光學檢測裝置。

在某些實施例中，檢測第二晶圓並產生第二晶圓光學資料包括：旋轉第二晶圓一預設角度；以一混合光線照射第二晶圓之一上表面；接收來自第二晶圓之上表面之一反射光線；及根據反射光線產生第二晶圓光學資料。

承上所述，本發明之晶圓檢測方法係載入二個晶圓(例如，第一晶圓及第二晶圓)至光學檢測裝置且分別產生晶圓光學資料，藉由比對二個晶圓的晶圓光學資料可以判斷兩者是否有差異。若檢測後判斷有差異，則可再對其中一個晶圓上的各個晶片光學資料進行比對。換言之，本發明之晶圓檢測方法在比對完第一晶圓(例如作為參考晶圓)與第二晶圓(例如作為測試晶圓)的晶圓光學資料後，若兩者有差異，可以再進一步對測試晶圓上的複數晶片進行檢測，以判斷測試晶圓是否真的為瑕疵狀態。藉此，本發明之晶圓檢測方法可以先大範圍的檢測晶圓狀態，再針對晶圓細部做檢測，以去除因製程產生的輕微光學特性不均勻的影響，來提高晶圓檢測的準確度。

1、3:晶圓

11、31:晶圓光學資料

311:不相同的部分

2:光學檢測裝置

4:最小單位圖形

5:預設圖案資料

51:單位圖形

52:垂直線

53:水平線

54、61、62:晶片單位

S01~S11:步驟

在以下附圖以及說明中闡述了本說明書中所描述之主題之一或多個實施例的細節。從說明、附圖和申請專利範圍，本說明書之主題的其他特徵、態樣與優點將顯得明瞭，其中：

圖1為表示本發明之一種晶圓檢測方法的步驟圖。

圖2A至圖2E為表示本發明之晶圓檢測方法的流程示意圖。

圖3A至圖3E為表示本發明之晶圓檢測方法的流程示意圖。

圖4A至圖4D為表示本發明之晶圓檢測方法的流程示意圖。

圖5A及圖5B為表示本發明之晶圓檢測方法的流程示意圖。

如本文中所使用的，如「第一」、「第二」等用語描述了各種元件、組件、區域、層及/或部分，這些元件、組件、區域、層及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅可用於將一個元素、組件、區域、層或部分與另一個做區分。除非上下文明確指出，否則本文中使用的諸如「第一」、「第二」的用語並不暗示順序或次序。

圖1為表示本發明之一種晶圓檢測方法的步驟圖。本發明之晶圓檢測方法包含步驟S01至步驟S11。在步驟S01中，載入第一晶圓至光學檢測裝置。在步驟S02中，定位第一晶圓。在步驟S03中，檢測第一晶圓，並產生第一晶圓光學資料。在步驟S04中，載入第二晶圓至光學檢測裝置。在步驟S05中，定位第二晶圓。在步驟S06中，檢測第二晶圓，並產生第二晶圓光學資料。在步驟S07中，比對第一晶圓光學資料及第二晶圓光學資料。在步驟S08中，判斷第一晶圓光學資料及第二晶圓光學資料是否相同。在步驟S09中，當判斷第二晶圓光學資料實質上不同於第一晶圓光學資料時，取得第二晶圓上之最小單位圖形。在步驟S10中，根據最小單位圖形，檢測第一晶片單位之光學資料及第二晶片單位之光學資料。在步驟S11中，比對第一晶片單位之光學資料及第二晶片單位之光學資料。

圖2A至圖2E為表示本發明之晶圓檢測方法的流程示意圖。如圖1及圖2A所示，在步驟S01中，載入晶圓(例如，第一晶圓)1至光學檢測裝置2。晶圓1例如為半導體晶圓，其上形成有圖案化之晶片膜層。光學檢測裝置2例如可包含有光源、承載台、光學成像模組、儲存模組、運算模組及/或介面模組等，於此非限制性。值得一提的是，光源例如為整合有發光二極體的外同軸光源、環狀光源、斜向光源或其他得以用於缺陷檢測的發光裝置。另外，光源亦可為包含有複數個以一維或二維矩陣方式排列的主動光源，以同時地對晶圓1的各部輸出有光線。再者，光學成像模組例如設置於承載台上方，其可以具有半導體感光元件，例如電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)鏡頭等，以接受自晶圓1反射之反射光線。

在某些實施例中，光源例如具有不同波長發光二極體，以產生混合光線。例如，具有發出波長620奈米(nm)至750nm之紅光之紅光發光二極體、及發出波長495nm至570nm之綠光之綠光發光二極體所產生的混合光線，其非用以限制本發明，亦可利用具有三個以上之波長的混合光線。再者，混合光線中之不同波長光線的混合比例非限制性，例如可利用70%~90%的紅光與10%~30%的綠光來混合，其非用以限制本發明。

在某些實施例中，光源對於晶圓1之上表面的光線入射角度(預設入射角)、及光學成像模組相對於晶圓1之上表面之法線的偏移角度可以依設計而有不同的設定。例如，光源及光學成像模組可以都垂直晶圓1之上表面，但位於不同的高度。即，光源之光線入射角度相對於晶圓1之上表面的法線為0度(即，兩者平行)，光學成像模組對於晶圓1之上表面之法線的偏移角度同樣為0度。再例如，光源之光線入射角度相對於晶圓1之上表面的法線可以偏移5度至10度，光學成像模組相對於晶圓1之上表面之法線的偏移角度可以是-5度至-10度，兩者彼此相應設置。需注意的是，角度的正負表示從法線偏移方向為不同，例如5度表示從法線向右偏移5度，-5度表示從法線向左偏移5度。

如圖1、圖2B及圖2C所示，在步驟S02中，定位晶圓1。如圖2B所示，光學檢測裝置2之承載台可以旋轉，而光學檢測裝置2之光學成像模組則可自動地檢測晶圓1之定位缺口，來進行定位。在本實施例中，以光學檢測裝置2之光學成像模組自動地框選檢測晶圓1之四個角落為例作說明，然其非用以限制本發明，依不同的設計可框選檢測不同的位置。如圖2C所示，光學檢測裝置2之光學成像模組更可擷取晶圓1之四個角落的影像，來記錄對位資訊，其非用以限制本發明。

如圖1、圖2D及圖2E所示，在步驟S03中，檢測晶圓1，並產生晶圓光學資料11(例如，第一晶圓光學資料)。在某些實施例中，光學檢測裝置2之光源可以利用各種波長、角度及/或亮度之光線，來照射晶圓1之上表面。例如，光學檢測裝置2之光源可以利用如上述之混合光線，並以如上述的預設入射角照射晶圓1之上表面。而光學檢測裝置2之光學成像模組則可以接收來自晶圓1之上表面的反射光線，以產生晶圓光學資料11。換言之，光學檢測裝置2之光學成像模組可以接收混合光線照射晶圓1之上表面後產生的反射光線，並根據反射光線產生晶圓光學資料11。晶圓光學資料11例如可以包含晶圓1的表面影像、反射亮度分布、灰階分布及/或其他光學特性資料。值得一提的是，利用灰階分布例如可以將製程問題所產生的亮度不均勻現象消除。另外，光學檢測裝置2之承載台可略為旋轉晶圓1，做角度±θ的些許變化，之後光學成像模組再擷取晶圓光學資料11，以作為因角度些微誤差所造成的誤差範圍，避免因對位誤差產生誤判。

圖3A至圖3E為表示本發明之晶圓檢測方法的流程示意圖。如圖1及圖3A所示，在步驟S04中，載入晶圓(例如，第二晶圓)3至光學檢測裝置2。晶圓3例如為與晶圓1相同之半導體晶圓，其上形成有與晶圓1相同之圖案化之晶片膜層。

如圖1、圖3B及圖3C所示，在步驟S05中，定位晶圓3。如圖3B所示，光學檢測裝置2之承載台可以旋轉，而光學檢測裝置2之光學成像模組則可自動地檢測晶圓3之定位缺口，來進行定位。在本實施例中，以光學檢測裝置2之光學成像模組自動地框選檢測晶圓3之四個角落為例作說明，然其非用以限制本發明，依不同的設計可框選檢測不同的位置。如圖3C所示，光學檢測裝置2之承載台可略為旋轉晶圓3，做預設角度±θ的變化，之後光學成像模組再擷取晶圓光學資料，以作為因角度些微誤差所造成的誤差範圍，避免因對位誤差產生誤判。

如圖1、圖3D及圖3E所示，在步驟S06中，檢測晶圓3，並產生晶圓光學資料31(例如，第二晶圓光學資料)。在某些實施例中，光學檢測裝置2之光源利用與照射晶圓1相同之參數的光線，來照射晶圓3之上表面。例如，光學檢測裝置2之光源可以利用如上述之混合光線，並以如上述的預設入射角照射晶圓3之上表面。而光學檢測裝置2之光學成像模組則可以接收來自晶圓3之上表面的反射光線，以產生晶圓光學資料31。換言之，光學檢測裝置2之光學成像模組可以接收混合光線照射晶圓3之上表面後產生的反射光線，並根據反射光線產生晶圓光學資料31。晶圓光學資料31例如可以包含晶圓3的表面影像、反射亮度分布、灰階分布及/或其他光學特性。如圖3E所示，晶圓3之晶圓光學資料31可能具有與晶圓1之晶圓光學資料11不相同的部分311。值得一提的是，如上述，這裡所指不相同的部分311並不包含光學檢測裝置2之承載台略為旋轉晶圓3後，因角度些微誤差所造成的誤差範圍。

再請參照圖1、圖2E及圖3E所示，在步驟S07中，比對晶圓光學資料11及晶圓光學資料31。在步驟S08中，判斷晶圓光學資料11及晶圓光學資料31是否相同。需注意的是，在本實施例中，以晶圓1作為參考晶圓，晶圓3作為測試晶圓為例作說明。因此，以晶圓1之晶圓光學資料11作為預設的資料，來比對晶圓光學資料31相對於晶圓光學資料11的差異，並判斷兩者是否相同。值得一提的是，在步驟S06中，亦可藉由光學檢測裝置2之光源的不同特性，來使晶圓3之表面之瑕疵的反射或吸收亮度與正常狀態的亮度呈現明顯對比差異。

需注意的是，晶圓1及晶圓3可以同時或分別載入光學檢測裝置2。換言之，在某些實施例中，一次可以放置兩片晶圓1、3到光學檢測裝置2中的二個承載台，以其中之一承載台的晶圓作為參考晶圓(母片)，預設為正常的晶圓，另一承載台的晶圓作為測試晶圓。在另一些實施例中，在單一承載台的架構下，也可以一次放置一片晶圓到光學檢測裝置2中的承載台，並抽取卡匣中間一片晶圓作為參考晶圓(母片)，預設為正常的晶圓。

在某些實施例中，由於晶圓1作為參考晶圓，亦可儲存晶圓光學資料11作為參考資料。亦即，對位完畢之後，運用光學檢測裝置2檢測，記錄正常片(例如但不限於晶圓1)在光源下的光學資料當作參考標準。藉此，其後的檢測可藉由存取晶圓光學資料11來做比對。

圖4A至圖4D為表示本發明之晶圓檢測方法的流程示意圖。如圖1、圖3E及圖4A至圖4E所示，在步驟S09中，當判斷晶圓光學資料31實質上不同於晶圓光學資料11時，取得晶圓3上之最小單位圖形4。在某些實施例中，取得晶圓3上之最小單位圖形4包括：讀取預設圖案資料5；根據預設圖案資料5，取得複數單位圖形51；根據該些單位圖形51，取得最小單位圖形4。

另一方面，當判斷晶圓光學資料31實質上相同於晶圓光學資料11時，則表示晶圓3符合規格要求，即可再進行下一片晶圓的測試。

再請參照圖4A所示，為了取得晶圓上之最小單位圖形，可以先讀取預設圖案資料5。預設圖案資料5例如為用以形成晶圓3上之圖案之光罩的部分圖案資料，例如光罩之邊緣的圖案資料，其非用以限制本發明。

請參照圖4B及圖4C所示，根據預設圖案資料5，取得複數單位圖形51。如上述，在取得預設圖案資料5(例如光罩之邊緣的圖案資料)後，可以沿預設圖案資料5的角點作線，形成複數的垂直線52及水平線53。該些垂直線52及水平線53可以形成複數單位圖形51。需注意的是，該些單位圖形51非必須為相同的形狀，不過該些單位圖形51都是由最小單位圖形所構成。

請參照圖4D所示，取得該些單位圖形51後，再利用旋轉及平移來使某些角點重疊，可以進一步藉由該些單位圖形51重疊來取得構成該些單位圖形51的最小單位圖形4。

圖5A及圖5B為表示本發明之晶圓檢測方法的流程示意圖。如圖1、圖5A及圖5B所示，在步驟S10中，根據最小單位圖形4，檢測晶片單位(例如第一晶片單位)61之光學資料及晶片單位(例如第二晶片單位)62之光學資料。在步驟S11中，比對晶片單位61之光學資料及晶片單位62之光學資料。在某些實施例中，檢測晶片單位61之光學資料及晶片單位62之光學資料包括：根據最小單位圖形4，還原預設圖案資料5之複數晶片單位54之排列方式；選擇該些晶片單位54中相鄰的晶片單位61及晶片單位62；及檢測晶片單位61之光學資料及晶片單位62之光學資料。

具體而言，最小單位圖形4為預設圖案資料5中各個晶片單位54的圖形，因此在取得最小單位圖形4後，即可還原預設圖案資料5之複數晶片單位54之排列方式。接著，在還原晶片單位54之排列方式後，可以針對晶圓3中，實質上不同於晶圓光學資料11之晶圓光學資料31的區域，選擇該些晶片單位54中相鄰的晶片單位61及晶片單位62，來檢測晶片單位61之光學資料及晶片單位62之光學資料。

在某些實施例中，本發明之晶圓檢測方法更包含：判斷晶片單位61之光學資料及晶片單位62之光學資料是否相同；及當判斷晶片單位62之光學資料實質上不同於晶片單位61之光學資料時，判斷晶圓3為瑕疵狀態。因此，若相鄰之晶片單位61、62之間的光學資料實質上不相同時，可能表示晶圓3在製程中產生較大的變異，其本身的複數晶片單位54之間亦有較大的差異，因此可以判斷晶圓3為瑕疵狀態。當然，判斷為瑕疵狀態的要求條件可依需求，而有不同的設定。

另一方面，若相鄰之晶片單位61、62之間的光學資料實質上為相同時，表示晶圓3之複數晶片單位54之間並沒有太大的差異，則晶圓3可能是正常狀態，只是其晶圓光學資料因某些原因(例如，定位角度不同等)而與參考晶圓的晶圓光學資料不同，因此可以判斷晶圓3為正常狀態。

需注意的是，上述相鄰晶片單位61、62的檢測非以局部檢測為限，依需求亦可對整個晶圓3的所有晶片單位54做檢測。

值得一提的是，本實施例之晶圓檢測方法經過上述檢測後，亦可進行自動料號建立流程，流程建立完畢之後，可以執行相同狀態製程的全自動料號建立模式，節省建料號的時間。

綜上所述，本發明之晶圓檢測方法係載入二個晶圓(例如，第一晶圓及第二晶圓)至光學檢測裝置且分別產生晶圓光學資料，藉由比對二個晶圓的晶圓光學資料可以判斷兩者是否有差異。若檢測後判斷有差異，則可再對其中一個晶圓上的各個晶片光學資料進行比對。換言之，本發明之晶圓檢測方法在比對完第一晶圓(例如作為參考晶圓)與第二晶圓(例如作為測試晶圓)的晶圓光學資料後，若兩者有差異，可以再進一步對測試晶圓上的複數晶片進行檢測，以判斷測試晶圓是否真的為瑕疵狀態。藉此，本發明之晶圓檢測方法可以先大範圍的檢測晶圓狀態，再針對晶圓細部做檢測，以去除因製程產生的輕微光學特性不均勻的影響，來提高晶圓檢測的準確度。

以上概述了數個實施例的部件，使得在本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以更理解本發明實施例的概念。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者應該理解，可以使用本發明實施例作為基礎，來設計或修改其他製程和結構，以實現與在此所介紹的實施例相同的目的及/或達到相同的好處。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應該理解，這些等效的結構並不背離本發明的精神和範圍，並且在不背離本發明的精神和範圍的情況下，在此可以做出各種改變、取代和其他選擇。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。

S01~S11:步驟

Claims

一種晶圓檢測方法，其包含：載入一第一晶圓至一光學檢測裝置；定位該第一晶圓；檢測該第一晶圓，並產生一第一晶圓光學資料；載入一第二晶圓至該光學檢測裝置；定位該第二晶圓；檢測該第二晶圓，並產生一第二晶圓光學資料；比對該第一晶圓光學資料及該第二晶圓光學資料；判斷該第一晶圓光學資料及該第二晶圓光學資料是否相同；當判斷該第二晶圓光學資料實質上不同於該第一晶圓光學資料時，取得該第二晶圓上之一最小單位圖形；根據該最小單位圖形，檢測一第一晶片單位之光學資料及一第二晶片單位之光學資料；比對該第一晶片單位之光學資料及該第二晶片單位之光學資料；判斷該第一晶片單位之光學資料及該第二晶片單位之光學資料是否相同；及當判斷該第二晶片單位之光學資料實質上不同於該第一晶片單位之光學資料時，判斷該第二晶圓為一瑕疵狀態，其中，取得該第二晶圓上之該最小單位圖形包括：讀取一預設圖案資料，該預設圖案資料為與用以形成該第二晶圓上圖案之光罩相關之資料；根據該預設圖案資料，取得複數單位圖形；根據該些單位圖形，取得該最小單位圖形；其中，檢測該第一晶片單位之光學資料及該第二晶片單位之光學資料包括：在判斷該第二晶圓光學資料實質上不同於該第一晶圓光學資料之後，根據該最小單位圖形，還原該預設圖案資料之複數晶片單位之一排列方式；選擇該些晶片單位中相鄰的該第一晶片單位及該第二晶片單位；及檢測該第一晶片單位之光學資料及該第二晶片單位之光學資料。
如請求項1所述的晶圓檢測方法，其中檢測該第一晶圓並產生該第一晶圓光學資料包括：以一混合光線照射該第一晶圓之一上表面；接收來自該第一晶圓之該上表面之一反射光線；及根據該反射光線產生該第一晶圓光學資料。
如請求項2所述的晶圓檢測方法，其中以該混合光線照射該第一晶圓之該上表面包括：將該混合光線以一預設入射角照射該第一晶圓之該上表面。
如請求項2所述的晶圓檢測方法，其中該混合光線包括至少二個具有不同波長之光線。
如請求項1所述的晶圓檢測方法，其中檢測該第一晶圓並產生該第一晶圓光學資料包括：儲存該第一晶圓光學資料作為一參考資料。
如請求項1所述的晶圓檢測方法，其中該第一晶圓及該第二晶圓同時載入該光學檢測裝置。
如請求項1所述的晶圓檢測方法，其中檢測該第二晶圓並產生該第二晶圓光學資料包括：旋轉該第二晶圓一預設角度；以一混合光線照射該第二晶圓之一上表面；接收來自該第二晶圓之該上表面之一反射光線；及根據該反射光線產生該第二晶圓光學資料。