TWI387032B - 晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法 - Google Patents

Description

晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法

本案係指一種檢測方法及其裝置，尤其是指用於檢測晶片瑕疵的裝置及其檢測方法。

隨著半導體製程技術的蓬勃發展，晶圓的尺寸越做越大，但晶片的尺寸卻越做越小，而佈置於其中的電子電路也益顯繁雜。若想要檢查這些晶片是否具有瑕疵，是不太可能以肉眼的方式進行檢視的，若採用人工方式進行晶片瑕疵檢視，不但過於緩慢，且不具有一致性，更無準確性可言。因此有相關的光學檢測儀器的發明以取代肉眼檢測，利用計算機對所擷取到的晶片影像進行影像分析，如此可降低進行晶片檢測所需要花費的時間和人力。

惟目前現存應用於半導體晶粒瑕疵檢測的各種光學檢測方法，絕大多數的方法均需先將待測晶片進行定位，然後再擷取晶片的影像，接著利用一般的影像處理演算法進行影像分析，透過影像分析找出晶片影像的異常處，從而達成檢測晶片瑕疵的功能，對一個完整的晶片瑕疵檢測程序而言，處理過程所需的工序繁多，當然就必須花費較多的處理時間。此外目前各種的晶片瑕疵檢測裝置或方法，多半無法快速進行待測晶片瑕疵態樣之分類。

職是之故，發明人鑑於習知技術中所產生之缺失，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本案「晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法」，能夠克服上述習知技術中所存在的缺點，以下為本案之簡要說明。

本發明乃將遙測影像物質分類之概念加入光學檢測，優點在於本發明擺脫習知上光學檢測方法需要先對待測晶片進行精密定位(positioning)之步驟，故可有效簡化檢測工序，節省處理時間，使得電腦計算量少，故相當適合應用在線上即時的晶粒瑕疵檢測，並可依晶片影像所具有的譜線特徵，而進一步進行待測晶片瑕疵態樣之分類。

根據本發明的構想，提出一種檢測裝置，其包括一待測晶片；一取像元件，用於取得該待測晶片的一影像；一運算元件，與該取像元件電連接，用於對該影像進行一前處理，並執行一正交子空間投影演算法以分析該影像，藉此確定該待測晶片為無瑕疵或有瑕疵，若為有瑕疵則依該待測晶片之一瑕疵態樣分類該待測晶片；及一輸出元件，與該運算元件電連接，用於輸出該待測晶片的檢測結果。

較佳地，本發明所提供之該種檢測裝置，其中該前處理更包括步驟除去該影像中所包含的一背景影像；標定該待測晶片的輪廓；及正規化該影像。

較佳地，本發明所提供之該種檢測裝置，其中該正規化步驟更包括步驟正規化該影像的灰度值以及大小。

較佳地，本發明所提供之該種檢測裝置，其中該分析更包括步驟產生該影像的數個直方圖，其中該直方圖係選自灰度值直方圖、灰階度直方圖及亮度直方圖其中之一。

較佳地，本發明所提供之該種檢測裝置，其中該分析更包括步驟依該等直方圖分類該待測晶片。

較佳地，本發明所提供之該種檢測裝置，其中該輸出元 件係選自一CRT螢幕、一LCD螢幕及一投影機其中之一。

較佳地，本發明所提供之該種檢測裝置，其中該運算元件係選自一工業用電腦、一桌上型電腦及一筆記型電腦其中之一。

根據本發明的構想，提出一種檢測裝置，其包括一取像元件，用於取得一待測晶片的一影像；及一運算元件，與該取像元件電連接，用於對該影像進行一前處理，並執行一正交子空間投影演算法以分析該影像，藉此確定該待測晶片為無瑕疵或有瑕疵，若為有瑕疵則依該待測晶片之一瑕疵態樣分類該待測晶片。

根據本發明的構想，提出一種檢測方法，包括步驟取得一待測晶片的一影像；對該影像進行一前處理；以一正交子空間投影演算法分析該影像；以及確定該待測晶片為無瑕疵或有瑕疵，若為有瑕疵則依該待測晶片之一瑕疵態樣分類該待測晶片。

較佳地，本發明所提供之該種檢測方法，其中該前處理更包括步驟除去該影像中所包含的一背景影像；標定該待測晶片的輪廓；及正規化該影像。

較佳地，本發明所提供之該種檢測方法，其中該正規化步驟更包括步驟正規化該影像的灰度值以及大小。

較佳地，本發明所提供之該種檢測方法，其中該分析更包括步驟產生該影像的數個直方圖，其中該直方圖係選自灰度值直方圖、灰階度直方圖及亮度直方圖其中之一。

較佳地，本發明所提供之該種檢測方法，其中該分析更包括步驟依該等直方圖分類該待測晶片。

一種實施如前述該種檢測方法的裝置。

本案將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可以據以完成之，然本案之實施並非可由下列實施案例而被限制其實施態樣。

首先說明本發明所提出的晶片瑕疵檢測方法。本發明主要是結合正交子空間投影演算法(Orthogonal Subspace Projection Algorithm，OSPA)與晶片檢測。

請參照第一圖，係為本發明所提出的晶片瑕疵檢測方法的執行流程圖。首先，需確定匹配程度門檻值，提供一個模範晶粒(die)，以作為標準樣本(golden sample)，如步驟11所示；再提供具有代表性瑕疵的一個模範瑕疵晶粒，如步驟12所示；將模範晶粒及模範瑕疵晶粒的影像輸入OSPA而確定匹配程度門檻值T1，如步驟13所示，以上為確定匹配程度門檻值的程序，在第一圖中是以虛線框出的步驟；在匹配程度門檻值T1確定後，接著取得待測晶粒之影像，如步驟14所示；去除待測晶粒影像中的背景影像，如步驟15所示；再正規化待測晶粒影像的灰度值，如步驟16所示；再正規化待測晶粒影像的大小，如步驟17所示；將處理過後的待測晶粒影像以OSPA進行分析，如步驟18所示；經由OSPA的分析，可粹取出待測晶粒所具有的特徵，比較待測晶粒的特徵與模範晶粒的特徵，確認兩者間的匹配程度是否大於門檻值T1，如步驟19所示；若匹配程度大於門檻值T1，則表示此待測晶粒為無瑕疵，通過檢測，如步驟20所示；若匹 配程度小於門檻值T1，則表示此待測晶粒具有瑕疵，無法通過檢測，如步驟21所示；此時，OSPA將分析此待測晶粒影像的最大訊雜比，而確定此待測晶粒的瑕疵態樣，並依此瑕疵態樣對待測晶粒進行分類，如步驟22所示。依據以上流程對待測晶粒進行檢測，即完成本發明所提出之晶片瑕疵檢測。

本發明所採用的OSPA方法其原理為先建立特徵空間(eigenspace)，後將待測晶粒影像投影至此特徵空間之正交子空間內，以抑制此特徵空間之能量，之後再找出影像對於各個特徵之最大訊雜比(maximum SNR)，即可比對出與其最匹配之特徵進而完成特徵分類。OSPA的計算方法可略分為兩種：(1)使用一矩陣運算(投影運算)，以消除原始訊號中不欲被檢測出之物質特徵或雜訊之干擾，此過程稱為抑制干擾最佳化(optimal interference rejection process)；(2)使用一向量運算，增益訊號(經過第一步驟處理後)，以及欲被檢測出之物質特徵之訊雜比(maximize SNR)。

而本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法在進行OSPA前，將先執行包括：自動除去影像中所包含的背景，然後自動找尋待測晶粒的輪廓並予以標定，並對待測物區域進行影像正規化，包含對此區域之灰度值以及影像大小之正規化等的影像前處理程序，接著才以模範晶粒及模範瑕疵晶粒的影像，並執行核心的OSPA而取得待測晶粒與模範晶粒間的匹配程度，可迅速有效判斷待測晶粒良窳。

由於本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法，在其影像前處理程序時，當完成待測晶粒的取像後將自 動除去影像中所包含的背景，然後自動找尋待測晶粒的輪廓並予以標定，然後再進行後續的OSPA運算，故使用本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法對待測晶粒進行檢測時，無須先對待測晶粒進行精密的定位，即可迅速有效判斷待測晶粒良窳。

接著說明本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置。請參照第二圖，係為本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置的示意圖。第二圖中的晶片瑕疵檢測裝置8包括了待測晶粒1、基座2A、輸送帶2B、取像元件3及運算元件4，其中取像元件3電連接於運算元件4；運算元件4可為工業用電腦、桌上型電腦、筆記型電腦或其他具有運算OSPA能力的計算裝置，在本實施例中係以筆記型電腦為範例；而基座2A基本上是一個用於承載待測晶粒1的平台，但是在實際的晶片生產線上，基座2A將是一個輸送帶2B(圖中繪製虛線者)。

進行檢測時，將待測晶粒1放置於基座2A上，俟待測晶粒1靜止於基座2A或輸送帶2B上後，無須對待測晶粒1進行定位，即可直接利用取像元件3對待測晶粒1進行取像，並將待測晶粒影像傳輸至運算元件4，運算元件4對待測晶粒影像進行OSPA分析，並繪製這顆待測晶粒其影像的亮度直方圖，並與模範晶粒的亮度直方圖相比較，以確定這顆待測晶粒1是否具有瑕疵。

請參照第三圖，係為本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置所繪製的檢測結果第一示意圖。第三圖中包括了四個子圖式，其中圖式P1為取像元件3所擷取的模範晶粒實體影像，圖式P2為取像元件3所擷取的待測晶粒1實體影像，圖式 P3為模範晶粒影像的亮度直方圖，圖式P4為待測晶粒影像的亮度直方圖。由第三圖中顯示出，由於圖式P3與圖式P4並不相似，即代表模範晶粒影像的亮度直方圖與瑕疵晶粒影像的亮度直方圖間並不相似，故代表這顆待測晶粒1可能具有瑕疵，可能是製造過程中產生的，也可能是製造完成後，因重大外力碰撞而受損，而根據待測晶粒的亮度直方圖態樣，則可進一步的對待測晶粒所具有的瑕疵態像進行分類，而製造者可再依不同的瑕疵分類，而對具有瑕疵的晶粒進行修復。更多待測晶粒所可能產生的直方圖態樣，請參照第四圖，係為本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置所繪製的檢測結果第二示意圖。

由於OSPA在進行影像分析時，會自動除去背景影像，故本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法，在實施時並不需要先對待測晶粒進行精密的定位，此一優點將對晶片的品管效率或便利性帶來極大的好處，如：簡化檢測工序、節省處理時間、降低電腦計算量、極適用於即時(real time)的線上晶粒瑕疵檢測及降低製造成本等等的優點。而且本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法，亦可利用待測晶粒的特徵直方圖，對待測晶粒所具有的瑕疵進行分類，如此能夠更便利晶片製造者回收具有瑕疵的待測晶粒，並依其所具有的瑕疵種類而進行修復，即為便利。

本案實為一難得一見，值得珍惜的難得發明，惟以上所述者，僅為本發明之最佳實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴 審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

11‧‧‧提供一個模範晶粒

12‧‧‧提供一個模範瑕疵晶粒

13‧‧‧確定匹配程度門檻值T1

14‧‧‧取得待測晶粒影像

15‧‧‧去除待測晶粒影像的背景

16‧‧‧影像灰度值正規化

17‧‧‧影像大小正規化

18‧‧‧OSPA分析

19‧‧‧確認待測晶粒是否與門檻值T1匹配>T1

20‧‧‧待測晶粒無瑕疵

21‧‧‧待測晶粒有瑕疵

22‧‧‧以瑕疵態樣分類待測晶粒

8‧‧‧晶片瑕疵檢測裝置

1‧‧‧待測晶粒

2A‧‧‧基座

2B‧‧‧輸送帶

3‧‧‧取像元件

4‧‧‧運算元件

P1‧‧‧模範晶粒實體影像

P2‧‧‧待測晶粒1實體影像

P3‧‧‧模範晶粒影像的亮度直方圖

P4‧‧‧待測晶粒影像的亮度直方圖

第一圖 係為本發明所提出的晶片瑕疵檢測方法的執行流程圖；第二圖 係為本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置的示意圖；第三圖 係為本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置所繪製的檢測結果第一示意圖；及第四圖 係為本發明所提出的晶片瑕疵檢測裝置所繪製的檢測結果第二示意圖。

11‧‧‧提供一個模範晶粒

12‧‧‧提供一個模範瑕疵晶粒

13‧‧‧確定匹配程度門檻值T1

14‧‧‧取得待測晶粒影像

15‧‧‧去除待測晶粒影像的背景

16‧‧‧影像灰度值正規化

17‧‧‧影像大小正規化

18‧‧‧OSPA分析

19‧‧‧確認待測晶粒是否與門檻值T1匹配>T1

20‧‧‧待測晶粒無瑕疵

21‧‧‧待測晶粒有瑕疵

22‧‧‧以瑕疵態樣分類待測晶粒

Claims (13)

1. 一種檢測裝置，其包括：一待測晶片；一取像元件，用於取得該待測晶片的一影像，該待測晶片係自由地放置於該取像元件之取像範圍之內；一運算元件，與該取像元件電連接，用於對該影像進行一前處理，並執行一正交子空間投影演算法以分析該影像，藉此確定該待測晶片為無瑕疵或有瑕疵，若為有瑕疵則依該待測晶片之一瑕疵態樣分類該待測晶片；一輸出元件，與該運算元件電連接，用於輸出該待測晶片的檢測結果；及一普通照明設備，用以對該待測晶片提供一通常環境照明。
2. 依申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該前處理更包括步驟：除去該影像中所包含的一背景影像；標定該待測晶片的輪廓；及正規化該影像。
3. 依申請專利範圍第1或2項所述之檢測裝置，其中該正規化步驟更包括步驟：正規化該影像的灰度值以及大小。
4. 依申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該分析更包括步驟：產生該影像的數個直方圖，其中該直方圖係選自灰度值直方圖、灰階度直方圖及亮度直方圖其中之一。
5. 依申請專利範圍第1或4項所述之檢測裝置，其中該分析更包括步驟：依該等直方圖分類該待測晶片。
6. 依申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該輸出元件係選自一CRT螢幕、一LCD螢幕及一投影機其中之一。
7. 依申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該運算元件係選自一工業用電腦、一桌上型電腦及一筆記型電腦其中之一。
8. 一種檢測裝置，其包括：一取像元件，用於取得一待測晶片的一影像，該待測晶片係自由地放置於該取像元件之取像視野之內；一運算元件，與該取像元件電連接，用於對該影像進行一前處理，並執行一正交子空間投影演算法以分析該影像，藉此確定該待測晶片為無瑕疵或有瑕疵，若為有瑕疵則依該待測晶片之一瑕疵態樣分類該待測晶片；及一普通照明設備，用以對該待測晶片提供一通常環境照明。
9. 一種檢測方法，包括步驟：提供一待測晶片並將該待測晶片自由地放置於取像視野之內且對該待測晶片提供一普通環境照明；取得該待測晶片的一影像；對該影像進行一前處理；以一正交子空間投影演算法分析該影像；及確定該待測晶片為無瑕疵或有瑕疵，若為有瑕疵則依該待測晶片之一瑕疵態樣分類該待測晶片。
10. 依申請專利範圍第9項所述之檢測方法，其中該前處理更包括步驟：除去該影像中所包含的一背景影像；標定該待測晶片的輪廓；及正規化該影像。
11. 依申請專利範圍第9或10項所述之檢測方法，其中該正規化步驟更包括步驟：正規化該影像的灰度值以及大小。
12. 依申請專利範圍第9項所述之檢測方法，其中該分析更包括步驟：產生該影像的數個直方圖，其中該直方圖係選自灰度值直方圖、灰階度直方圖及亮度直方圖其中之一。
13. 依申請專利範圍第9或12項所述之檢測方法，其中該分析更包括步驟：依該等直方圖分類該待測晶片。