CN202256129U - 晶片边缘检查系统 - Google Patents

Abstract

一种晶片边缘检查系统，其特征在于，所述晶片边缘检查系统包括：漫射体，其具有在其中形成的用于接受晶片边缘的狭槽，该漫射体适合于将朗伯光辐射到晶片边缘上；至少一个光源，其在基本上不发射漫射光的情况下被直接指引到漫射体中；一对挡板，该对挡板中的每一个位于漫射体的任一侧以防止漫射光接触漫射体，并防止漫射光逸出漫射体，使得漫射体是用于照射晶片的边缘的高效光源。

Description

晶片边缘检查系统

技术领域

本发明涉及检查半导体晶片或诸如微电子衬底的类似衬底的边缘表面以识别缺陷的检查系统。 

背景技术

在过去的几十年中，半导体在使用和普及性方面已呈指数增长。半导体实际上已通过引入计算机、电子进展并一般地使许多先前困难、昂贵的和/或耗时的机械过程彻底变革成简单且快速的电子过程来使社会发生重大变革。半导体的此繁荣是由企业和个人对计算机和电子装置的永不满足的期望激起的。因此，需要更快、更先进的计算机和电子装置。为了满足此需要，无论是在装配线上、在实验室中的测试设备上、在一个人的书桌处的个人计算机上、还是在家用电子装置和玩具中，都要求质量和效率。 

半导体的制造商已经对最终产品质量、速度和性能方面以及制造工艺质量、速度和性能方面取得巨大进步。然而，继续存在对更快、更可靠和高性能的半导体的需求。为了辅助这些需求，需要更好的检查以增加产率。已经普遍被忽视的一个区域是半导体晶片的边缘。应相信的是此类边缘区域的检查将得到关于缺陷的更好的信息，从而使得能够实现改进的过程控制和改进的晶片产率。 

过去，当进行检查半导体晶片的边缘的尝试时，通常用人操作员的肉眼人工地执行。如同所有人工检查一样，可重复性、训练和捕捉率受通量支配。最近已经发现边缘检查对于检测薄膜的分层、晶片的碎屑和裂纹、抗蚀剂去除计量以及颗粒检测而言是重要的，所有这些都在现代制造中引起产率问题。此外，晶片的边缘是过程状态的超前指标，并且通过监控晶片边缘的外观变化，能够实现更严格的过程控制。 

发明内容

本文提出的概念的方面涉及晶片边缘检查。在一方面，一种晶片边缘照明系统包括形成接受晶片边缘的狭槽的漫射体。漫射体向晶片边缘上辐射朗伯光。在基本上不发射漫射光的情况下在漫射体处指引至少一个光源。一对挡板（baffles）位于漫射体的两侧以防止漫射光接触漫射体并逸出漫射体，使得漫射体是用于照射晶片的边缘的高效光源。所述至少一个光源是明视场照明源，并且所述系统还包括用于与由漫射体从明视场光源照射晶片边缘同时地照射晶片边缘的视场的暗视场照明源，所述挡板用于将所述照明源分离。所述明视场照明源和暗视场照明源具有不同的波长。在明视场照明源与暗视场照明源之间不存在耦合。 

在另一方面，一种用于检查晶片的方法包括相对于至少一个成像设备对晶片进行定位并捕捉晶片边缘的至少一部分的至少一个图像。分析该图像以识别边缘球状物去除线。基于边缘球状物去除线的识别来修改晶片处理步骤。在各种实施例中，该图像可以是彩色和/或灰阶的。此外，晶片边缘的该部分可以是晶片的顶表面和/或与顶表面垂直的表面。 

附图说明

图1是边缘检查系统的示意图。 

图2是晶片边缘的示意性侧视图。 

图3是晶片边缘的示意性顶视图。 

图4是传感器的示意图。 

图5是说明场深度变化的传感器和晶片边缘的示意性侧视图。 

图6是照明系统的等角视图。 

图7是照射晶片边缘的照明系统的示意性剖视图。 

图8是用于边缘检查的方法的流程图。 

具体实施方式

当前，系统仅使用灰阶强度来识别边缘球状物去除（EBR）线的位置。这在大多数情况下非常好地工作，但是在某些情况下可能遭受分辨率的欠缺，导致确定EBR线的精确位置或取向方面的困难。使用色彩来增强EBR线识别和跟踪将显著的改善表示为呈现在半导体晶片的边缘处的许多特征，常常由于材料本身的尺寸和/或性质，向在检查过程中使用的成像系统呈现强的色彩调色板。 

本发明的一个实施例单独地分析每个所选色彩通道，包括灰阶，并将这些分析的结果组合以获得其结果。由于经济原因，本文将描述仅单个色彩通道的分析。 

本发明的一个益处是能够同时地使用出于识别和跟踪EBR线的目的所捕捉的那些图像以识别晶片边缘处的缺陷。因此，本发明的某些实施例将同时地执行多个任务，例如缺陷检查、晶片计量和/或EBR检查。其它实施例可以主要是单一目的。 

在授予Sim的美国专利No. 6,947,588和7,366,344中描述了供本发明使用的适当光学系统，所述专利与本申请被共同所有，并且整体地通过引用结合到本文中。图1说明具有安装在台机构104上的晶片支撑体102的检查系统100的实施例，所述台机构104适合于出于对准的目的横向地平移晶片支撑体102。晶片支撑体102被电动机106旋转，并且所得到的旋转被旋转编码器108监视并报告给控制器110。 

由传感器120、122和124来捕捉晶片W的边缘的图像。传感器120、122和124中的每一个包括照相机121、123和125。照相机121、123和125包括适当的光学装置和诸如CCD或CMOS芯片的成像器。请注意，虽然系统100示出了三个传感器120、122和124，但可以包括更少的传感器。例如，在一个实施例中，本发明仅由传感器120和124构成。在其它实施例中，系统100可以仅包括传感器120和122或仅包括传感器122。其它组合对于专业技术人员来说将是显而易见的。传感器120、122和124被可通信地耦合到控制器110，控制器110如下文更全面描述的那样控制系统100。 

参考图2，晶片W具有为了方便起见可以被划分成许多区域或区的边缘130。可以包括抗蚀剂层133或在晶片W的顶表面上形成的其它膜或结构的边缘顶部区域132、边缘垂直区域134以及边缘底部区域136。请注意，上述区域或区在晶片边缘130的上和下斜面138、140处相互重叠。例如，边缘顶部区域132的图像可以包括抗蚀剂层133的各部分和晶片W的上斜面138的各部分。还应记住的是图2所示的晶片边缘130的斜切几何结构仅仅是晶片边缘几何结构的一个类型。可以如所示地将晶片边缘130的轮廓斜切，或者其可以具有许多弯曲形状中的一个，包括外圆角轮廓或椭圆形轮廓。在任何情况下，上述区域可用于讨论关于晶片W的边缘130的成像和检查问题。 

抗蚀剂层133表示在晶片W上形成半导体器件的层和结构。层133的尖锐边界133a表示边缘突出边界。通常将层133形成为超过边界133a是不可接受的，因为形成层133的材料通常将不会保持被可靠地附着于区域132中的晶片边缘130。通过许多掩蔽、旋涂、蚀刻（湿法或干法）、清洁（湿法或干法）或机械抛光技术中的任何一个来形成边界133a。上述技术中的任何一个、所使用的材料或该过程发生的条件方面的故障或变化可能导致晶片边缘处的变化，这可能导致对晶片W本身、或者更常见的对在其上面形成的器件的损坏或劣化。 

图3是晶片边缘130的一部分的顶部示意图。请注意，此示意图被标准化，使得晶片W的弯曲边缘看起来是径直的。这对于在晶片W上被形成为在以虚线在其标称位置上所示的边界133a处结束的所有层133而言是理想的考虑。然而，实际上，情况常常是将以更加可变的方式来沉积诸如光致抗蚀剂等沉积材料。由于能够在单个晶片W上形成多层抗蚀剂，所以可能出现与此可变性有关的问题。例如，在第一抗蚀剂（或其它材料）层142延伸超过边界133a的情况下，延伸超过边界133a的部分将折断、从而污染晶片W的其余部分变得更加可能。意图被附着于层142的后续抗蚀剂层（或另一材料）144也可能由于底层的层剥落或碎裂的可能性而剥落或碎裂。此外，在诸如层142的底层的层意图完全覆盖晶片W本身或位于底层的层142下面的层但却没有时，沉积在其上面的层144可能根本未粘附。由于这些及其它原因，诸如层133、142和144的层延伸超过标称边界133是不期望的。类似地，诸如层133、142和144的层的边缘相互交叉也是不期望的。 

在一个实施例中，传感器120、122和124分别适合于捕捉边缘顶部区域132、边缘垂直区域134和边缘底部区域136的图像。此外，传感器120、122和124还捕捉晶片边缘130的上和下斜面138、140的图像。位于晶片W之上且大体上指向下的传感器120可以捕捉抗蚀剂层133的图像。传感器120可以被布置为使得其光轴基本上垂直于晶片W的表面或以一定的倾斜角倾斜。传感器124本质上镜像传感器120的布置，并且可以被布置成与晶片W的下表面垂直或成斜角。传感器122大体上被设置为使得其光轴基本上在晶片W的平面中。在一个实施例中，传感器122的光轴被布置为垂直于晶片W的边缘130。在另一实施例中，可以将传感器122布置为与晶片边缘130成斜角。在两种实例中，传感器122仍基本上在晶片W的平面中，从而使得传感器122能够捕捉晶片边缘130的上和下斜面138、140两者的图像。可以预期还可以将传感器122布置在晶片W的平面之外，与晶片边缘130成正交或倾斜关系，使得传感器122可以在单个图像中捕捉更多的上或下斜面138、140。在本实施例中，可以提供不止一个传感器122，从而同时地捕捉更多的上和下斜面138、140。 

为了简洁起见，传感器120、122和124被假设为本质上是相同的；因此，将仅详细描述传感器122。将适当地提及传感器120、122和124之间的差异。图4示意性地说明适合于在本发明中使用的传感器。应注意的是所示的传感器是所谓的面扫描传感器，因为其捕捉二维图像。还可以使用未示出的线扫描传感器布置。 

传感器122的照相机123包括在本实施例中由透镜150和152构成的光学装置和成像芯片154。这些元件通常位于外壳156中。合起来，元件150～156形成照相机。虽然仅示出了两个透镜，但应理解的是根据应用，可以增加或减少透镜的数目，并且可以包括诸如滤光器和起偏振器的附加光学元件。诸如用于捕捉来自成像芯片154的信号并将其传送至控制器110的电子装置的附加元件（未示出）被包括在外壳156中。 

成像芯片154可以是包括具有必需像素计数、节距和每秒帧数（FPS）的CCD或CMOS芯片的任何适当器件。在一个实施例中，成像芯片154可以是具有1280×720的自然分辨率和>60fps的帧速率（每秒帧数）的CMOS Bayer芯片。另一实施例可以使用仅灰阶CCD成像芯片154。另一实施例可以包括具有CCD或CMOS结构的三个单独成像芯片154的三芯片彩色照相机。 

照相机123的光学元件限定光轴125。这些光学装置还限定视场（其为由照相机捕捉的图像的面积或尺寸）和场深度127。场深度127是对象的一部分，在这种情况下，为聚焦的晶片W的边缘130。可以以许多方式来限定焦点，但是就当前来说，“聚焦”将被定义为出于捕捉图像的目的（在这种情况下为半导体晶片W的边缘130的检查）具有足够的清晰度或分辨率的视场中可见的对象（例如晶片W）的一部分。 

由用来捕捉图像的光学装置来定义场深度127的深度，并且可以通过修改或替换照相机123的光学装置的各种部分来修改场深度127的深度。在一个实施例中，使照相机123聚焦在晶片边缘130上的特定位置处的动作涉及如箭头129所指示地沿着光轴125移动透镜150。本领域的技术人员将认识到存在沿着光轴移动场深度127的其它方法，并且因此，为了简洁起见而将限制本讨论。 

如在图5中看到的，可以基本上跨越整个晶片边缘130逐步地或连续地移动场深度127，从而捕捉基本上整个晶片边缘130的图像，每个图像具有聚焦良好的晶片边缘130的至少一部分。合起来，所述图像包含聚焦良好的基本上所有晶片边缘130。理想地，在简单的实例中，一个人可以设计用于具有足够大的场深度127的照相机123的光学系统，使得可以聚焦地对整个晶片边缘130进行成像。虽然此类光学装置是可能的，但认为其过于昂贵。 

照射晶片W的边缘130是困难的提议。制作大多数晶片W的硅如在器件制造期间施加于晶片W的许多材料一样具有高反射性。诸如底部防反射涂层（BARC）的其它材料吸收入射在其上面的大部分光。这些变化与晶片边缘130的复杂几何结构合起来使得统一照明方法有问题。 

使用不同的照明方法来识别晶片W上的不同类型的缺陷或特征。明视场照明涉及以光在镜面反射时将被指引到成像器上或被成像器收集的方式将光指引到正在被成像的表面上。在明视场照明条件下，通过未被成像器收集的入射光到光学路径上的散射来获得图像中的对比度。因此，被成像的对象看起来是明亮的，并且散射光的缺陷或间断看起来是暗的，即针对明视场是暗的。暗视场照明涉及以光在镜面反射时将被指引远离成像器的方式将光指引到正在被成像的表面上。在暗视场照明下，通过未被成像器收集的入射光到光学路径上的散射来获得对比度。在此设置中，被成像的对象看起来是暗的，并且缺陷、颗粒及其它散射光的间断看起来是明亮的，即在暗视场上是明亮的。 

通常，明视场照明在照射具有大体上平滑的表面（例如层边界、色彩变化等）的镜面反射晶片W内的特征和变化方面是有用的。暗视场照明在照射不连续的或具有将趋向于散射光的特征的晶片之中或之上的特征、颗粒和变化方面是有用的。于是应认识到当一个人期望对晶片边缘130检查碎屑、裂纹、颗粒、EBR线和过程变化的存在时，期望利用明视场和暗视场照明的组合。 

图6和7说明用于意图主要用于照射晶片边缘130的区域134（包括晶片斜面138和140）的传感器122的照明系统160的一个实施例，然而如下文将进行描述的，此照明器的漫射性质向区域132和136提供用于也对那些区域的各部分进行成像的足够照明。照明系统160包括从一个或多个光纤/导管源164接收照明的漫射体162。漫射体162被安装在支架166上，使得孔167如图7所示地位于晶片边缘130周围。挡板168将漫射体162与来自除光纤光源164之外的源的照明隔离。来自漫射体162的漫射光入射在晶片边缘130上以提供本质上是晶片边缘130的明视场照明，但应理解的是入射光的漫射性质意味着照明的某个部分以相对于传感器120、122或124而言暗视场的方式入射在晶片边缘130上。 

照明源164使用低损耗光学导管或光纤直接将光从与之耦合的适当光源传输到漫射体162。在一个实施例中，源164的光纤（未示出）被设置为通过本身被耦合到支架166的套管165直接与漫射体162接触。在其它实施例中，源164被设置为直接邻近于漫射体162，从而将由源164提供的基本上所有光指引到漫射体并使被引入传感器122的环境中的漫射光的量最小化。 

挡板168防止来自暗视场照明源的光入射到漫射体162上，从而为系统的用户提供利索地将明视场与暗视场照明通道分离。请注意，虽然上文定义了暗视场照明，但仅仅出于简洁的目的，未示出基本上仅提供暗视场照明的照明器。本领域的技术人员将很容易认识到暗视场照明可以处于晶片W上的入射的任何角度和方位角，只要入射光未被镜面反射到用来对晶片W进行成像的传感器中即可。挡板168在其中使用暗视场照明分别使用传感器120或124来对图像区域132或136进行成像、同时使用来自漫射体162的明视场照明使用传感器122来同时对图像晶片边缘130进行成像的情况下特别有用。在传感器120和124的视场足够接近于传感器122的视场的情况下，漫射光的可能性增加，并且挡板168用于减少此类光。在某些实施例中，采取激光器或高强度宽带源（未示出）的暗视场照明被指引到传感器122的视场内的晶片边缘130上。在本实施例中，明视场和暗视场照明两者同时是可能的，并且挡板168防止暗视场照明入射在漫射体162上。 

图7是来自侧面的照明系统160的横截面图示。晶片W的边缘130被接纳在孔167中。由光纤光源164提供给漫射体162的光被漫射体162重新发射，并以漫射、朗伯方式入射在晶片边缘130上。入射在晶片边缘130上的光的漫射性质导致本质上为明视场和暗视场两者的晶片边缘130的照明，虽然明视场类型照明占主导地位。在一个实施例中，由传感器122通过径向地定向于晶片W的另外的固体漫射体162通过钻孔169来捕捉晶片边缘130的图像。在另一实施例中，漫射体162是固体的，并且传感器122以与晶片W的径向成一定角度或如美国专利申请no. 20070057164中所述的在晶片边缘130处定向，该专利申请与本申请被共同所有并通过引用结合到本文中，其中照明系统160被定向为照射传感器122（和/或传感器120、124）的视场。 

虽然由光纤光源164提供的照明或多或少地被漫射体162衰减，但光线光源164能够提供高水平的照明，其提供对于传感器122捕捉晶片边缘130的图像来说绰绰有余的照明。通过漫射体162的照明的效率使得在不产生负面地影响由传感器122捕捉的图像的图像质量的大量漫射光的情况下，可以实现漫射体或镜面衬底上的光吸收衬底或光吸收材料的照明。此外，源164的使用允许将诸如弧光灯、激光器、灯泡或其它源的光源（未示出）设置在远离对晶片W进行成像的位置处以简化系统设计和封装。在某些实施例中，通过源164至漫射体162提供的照明是单色的。在其它实施例中，光本质上是多色的。此外，可以提供均提供一个或多个波长的多个源以将光引入源164中。 

如在图5中可以看到的，传感器122（或传感器120或124）的场深度可以不涵盖整个晶片边缘130。然而，使用图像融合技术，可以将晶片W的所选部分的多个基本上配准（对准）的图像级联以提供具有高分辨率的合成图像，并且其中，包含在图像中的晶片边缘130的基本上整个部分适当地聚焦。级联过程选择一组配准图像中的每一个的基本上聚焦的那些部分并将其放置在所得到的合成图像中。 

如在图8中看到的，边缘检查系统100通过在以逐步或连续方式根据需要向内或向外移动场深度127的同时捕捉晶片边缘130的图像来促进晶片边缘130的合成图像的形成。可以逐步地旋转晶片130以连续地呈现晶片W的基本上整个周界。可以以停止再拍摄式布置来扫描周界的每个部分，或者可以使晶片连续地旋转，并且可以以频闪照明方案来操作照明系统160以随着晶片的旋转使其运动固定住，在每次旋转时捕捉每组配准图像中的一个图像。以这种方式，基本上整个晶片边缘130被适当聚焦地成像，但是各种适当聚焦部分被分布在该组配准图像之间。（步骤180） 

存在用于以数学方式识别聚焦的图像的那些部分并将聚焦部分级联或组合以形成合成图像的多个图像处理技术。这些技术中的某些可以包括线性叠加、非线性方法、最优化方法、人工神经网络、图像金字塔、小波变换和通用多分辨率融合方案。（步骤182） 

一旦形成了晶片的周界的合成图像，如与本申请被共同所有并通过引用结合到本文中的授予Pai等人的美国专利申请No. 20080013822所述地检查那些图像，或者如与本申请被共同所有并通过引用结合到本文中的授予Sim的美国专利申请No. 6,947,588或7,366,344所述地检查合成图像。步骤（184）。请注意，如上述专利申请和专利所述，可以在检查过程期间在步骤184中进一步压缩在步骤182处获得的该多个合成图像。

如与本申请被共同所有并通过引用结合到本文中的授予Pai等人的美国专利申请No. 20080013822所述，发现并分析晶片W的边缘130处的EBR线是重要任务。除基于灰阶强度来鉴别EBR线之外，还期望使用色彩作为鉴别器来执行EBR线分析和检查。在一个实施例中，将图像解构以识别用于图像中的每个像素的RGB、HSV、HSL、HIS或HSB（色彩测量标度）值。 

除使用如上述申请No. 20080013822所述地使用边缘顶部传感器120捕捉的图像来分析和检查EBR线之外，还可以使用从边缘垂直传感器122捕捉的图像来分析EBR线。如将认识到的，不需要对边缘垂直图像进行标准化以解决晶片在其支撑体102上偏离中心的可能性，但是必须解决的事实是晶片的周界不太可能是完美地平坦的，并且作为结果，晶片边缘130的边缘垂直图像将在周界周围垂直地“移动”。然而，由于晶片W的顶表面和底表面提供与相对高的对比度的良好参考，所以使用简单的阈值处理例行程序来识别边缘垂直图像中的晶片W的上表面和下表面是个简单的问题，因为通常情况是由于在边缘垂直图像中在晶片W之上或之下没有东西反射或散射光，所以位于晶片边缘130的图像之上或之下的像素趋向于非常暗，因此，可以鉴别相对亮的晶片W。可以在上述申请No. 20080013822中引用的图像压缩之前或之后彼此相对地垂直地调整相邻的图像。一旦此标准化完成，则使用灰阶或色值来识别晶片的边缘130上的EBR线。 

已经发现彩色像素特性有用的一个原因是在晶片的边缘130上，晶片的边缘的显著弯曲使得可能存在作为晶片的形状和/或系统100的照明或光学装置的函数的显著线性特征。相反，大多数EBR线表现出允许将EBR线与晶片W本身的几何特征区别开的有用色彩特征。例如，在某些实施例中，将由放在具有特性色彩的晶片W上的某个材料层来形成EBR线。由于在两种不同颜色的材料之间的边界处存在陡的基于色彩的梯度，所以可以具有EBR线的更大分辨率。 

在另一实施例中，可以基于灰阶、RGB、HSV、HSL、HIS或HSB进行EBR线的多重分析，然后进行比较以在晶片的自然几何结构与存在于晶片的边缘上的EBR线之间进行区别。以这种方式，可以使用其它色彩体系来识别在一个色彩体系中可能不确定的边缘。例如，可以将色彩体系的通道交叉参考或相互关联以提供附加分辨率信息。 

对边缘垂直线执行EBR分析本身可单独使用或与边缘顶部EBR分析相结合地使用，因为边缘垂直图像能够提供关于EBR线是否延伸到晶片边缘130的顶点下面的信息。请注意，可以用实际材料层或在没有实际材料层的情况下形成EBR线，诸如在蚀刻剂或其他化学制剂改变晶片W的现有结构的情况下。在这方面，边缘垂直图像能够提供关于晶片W存在的污染源、裂纹、碎屑或其它问题的附加信息。 

虽然已说明并描述了特定实施例，但本领域的技术人员应认识到在不脱离本发明的范围的情况下可以用多种替换和/或等价实施方式来取代所示和所述的特定实施例。本申请意图覆盖本文所讨论的特定实施例的任何修改或变型。因此，意图本发明仅由权利要求及其等价物来限制。 

Claims (4)

1.一种晶片边缘检查系统，其特征在于，所述晶片边缘检查系统包括： 

漫射体，其具有在其中形成的用于接受晶片边缘的狭槽，该漫射体适合于将朗伯光辐射到晶片边缘上； 

至少一个光源，其在基本上不发射漫射光的情况下被直接指引到漫射体中；

一对挡板，该对挡板中的每一个位于漫射体的任一侧以防止漫射光接触漫射体，并防止漫射光逸出漫射体，使得漫射体是用于照射晶片的边缘的高效光源。

2.根据权利要求1所述的晶片边缘检查系统，其特征在于，所述至少一个光源是明视场照明源，并且其中，所述系统还包括用于与由漫射体从明视场光源照射晶片边缘同时地照射晶片边缘的视场的暗视场照明源，所述挡板用于将所述照明源分离。

3.根据权利要求2所述的晶片边缘检查系统，其特征在于，所述明视场照明源和暗视场照明源具有不同的波长。

4.根据权利要求3所述的晶片边缘检查系统，其特征在于，在明视场照明源与暗视场照明源之间不存在耦合。

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