TWI748144B

TWI748144B - 晶圓缺陷的感測系統及感測方法

Info

Publication number: TWI748144B
Application number: TW107144315A
Authority: TW
Inventors: 劉晏宏; 楊明耀; 陳哲夫
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2021-12-01
Also published as: US10978331B2; TW202004170A; CN110323148A; US20190304826A1; US20210225680A1; CN110323148B; US11664260B2

Abstract

晶圓缺陷的感測系統包括：定向感測器、基座以及缺陷感測器。定向感測器係配置以在晶圓斜角上偵測定向基準。基座係配置以旋轉晶圓，以允許定向感測器偵測定向基準並將定向基準放置於預定的定向位置。缺陷感測器係配置以在基座旋轉晶圓時沿晶圓表面偵測晶圓缺陷。

Description

晶圓缺陷的感測系統及感測方法

本揭露實施例係有關於一種晶圓缺陷的感測系統及感測方法，特別是有關於一種將定向基準（orientation fiducial）放置於預定的定向位置以偵測晶圓缺陷的感測系統及感測方法。

在積體電路的製造中，可利用自動化設備將半導體基板裝載至各種反應腔室或其他加工腔室中以進行加工。一般而言，前述自動化設備包括機器人或機械手臂，其可配置以從固持晶圓的晶圓盒轉移晶圓（例如：半導體基板或半導體工件），經過中央轉移腔室，並進入一或多個設置與轉移腔室連接的加工腔室。一般而言，機械手臂是設置於轉移腔室中的中央位置，以進入與轉移腔室連接的所有腔室。

理想的是相對於機器人、轉移腔室及/或加工腔室校準晶圓，使得晶圓可以更佳的方式進行加工或搬運。舉例而言，此操作可增加在待加工晶圓的精確所期望的表面區域上加工的效率。可利用定向基準的偵測以指出晶圓是如何定位以進行搬運及加工。雖然可利用定向基準以校準晶圓的定向至最佳化的定向以進行搬運或加工，然而晶圓仍可能具有其他缺陷，需要進行修復以增加加工的效率。因此，傳統上檢查晶圓的技術並非完全地令人滿意。

本揭露實施例提供一種晶圓缺陷的感測系統，包括：定向感測器、基座以及缺陷感測器。定向感測器係配置以在晶圓斜角上偵測定向基準。基座係配置以旋轉晶圓，以允許定向感測器偵測定向基準並將前述定向基準放置於預定的定向位置。缺陷感測器係配置以在基座旋轉晶圓時沿晶圓表面偵測晶圓缺陷。

本揭露實施例提供一種晶圓缺陷的感測系統，包括：定向感測器、基座、缺陷感測器以及機械手臂。定向感測器係配置以在晶圓斜角上偵測定向基準。基座係配置以旋轉晶圓，以允許定向感測器偵測定向基準並將定向基準放置於預定的定向位置。缺陷感測器係配置以在基座旋轉晶圓時沿晶圓表面偵測晶圓缺陷。機械手臂係配置以將晶圓存放於基座上，以及當定向基準位於預定的定向位置時，從基座移除晶圓。

本揭露實施例提供一種晶圓缺陷的感測方法，包括：利用基座旋轉晶圓，在晶圓斜角上偵測定向基準，根據前述定向基準利用基座旋轉晶圓至預定的定向位置，以及當利用基座旋轉晶圓時，沿晶圓表面掃描缺陷。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本揭露實施例的不同部件。以下敘述構件及配置的特定範例，以簡化本揭露實施例的說明。當然，這些特定的範例僅為示範而並非用以限定。舉例而言，應了解的是，當一元件被稱作「連接」或「耦接」至另一元件時，其可能直接連接或耦接至前述另一元件，或可能具有一或多個介於前述兩者之間的元件。

另外，在以下的揭露內容的不同範例中可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰之目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間的關係。

此外，在此可使用與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，以便於描述圖式中繪示的一個元件或部件與另一個（些）元件或部件之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包括使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位（旋轉90度或其他方位），且在此使用的空間相關詞也可依此做同樣的解釋。

如上所述，可在加工期間檢查及/或校準晶圓，以確保晶圓在搬運及加工期間適當地定向。用於此檢查及/或校準的工具可稱作定向機（orientator）。定向機可利用各種慣用技術以確定定向基準的位置，例如藉由旋轉晶圓以判定晶圓的中心及角定向。定向基準可以是用以標示（notate）晶圓的定向之任何種類的基準，例如沿晶圓邊緣或溝緣（bezel）的缺口或平面、或是晶圓之其他可識別的特徵。定向機可利用感測器（例如光學感測器）以判定定向基準的位置，隨後據此將晶圓重新定向。在一些實施例中，可沿直線路徑測量旋轉中心與晶圓周緣之間的距離，進而可藉由測量的幾何分析計算晶圓中心的偏移，並藉由機器人或機械手臂將晶圓定心（centered）於定向機上。

除了定向以外，傳統上當晶圓進行加工時，並不會檢查晶圓。一般而言，是在加工之後，由工作站完成晶圓缺陷的晶圓檢查。然而，在加工腔室或工作站中運輸晶圓及/或加工晶圓的過程中，晶圓可能會受損及/或變得無法使用，而浪費了任何對前述晶圓進行之進一步的加工。

因此，本揭露提供缺陷感測器定向機（defect sensor orientator）的各種實施例。缺陷感測器定向機可包括將晶圓定向及沿晶圓表面對晶圓檢查晶圓缺陷的系統。定向機可包括基座，其中可在基座上移動（例如旋轉）晶圓以沿晶圓表面檢查晶圓基準及晶圓缺陷。在一些實施例中，定向機也可利用機械手臂以將晶圓定位及/或重新定位於基座上。可利用各種感測器以進行此檢查，例如：光學感測器（例如：感光耦合元件（charge coupled device；CCD）或掃描式電子顯微鏡（scanning electron microscope；SEM））。這些光學感測器可偵測跨越可見光與不可見光光譜(例如紅外光譜)的輻射。在一些實施例中，可利用單一感測器以檢查晶圓的晶圓基準及晶圓缺陷。在其他實施例中，可利用分離的感測器以檢查晶圓基準及檢查晶圓缺陷。另外，或可設置晶圓缺陷感測器（例如：缺陷感測器、或配置以偵測晶圓缺陷的感測器）、或前述感測器之組合至待檢查的晶圓的上方、側邊（例如：沿溝緣）及/或晶圓的下方。在一些實施例中，當偵測到晶圓缺陷時，可執行修復。修復可包括暫停待修復之晶圓的加工（例如：固定（fix））及/或從加工中移除晶圓，以便於對沒有缺陷的另一個晶圓進行加工（例如：重新啟動）。晶圓缺陷可包括可由缺陷感測器偵測的任何種類的缺陷，其可能會降低晶圓製造的產量，例如為：晶圓上的裂縫、變色、刮痕、剝離及/或碎片。可透過利用晶圓缺陷的偵測技術完成晶圓缺陷的偵測，例如藉由從缺陷感測器收集的感測器數據中偵測不均勻、異常值及/或變異。

在各種實施例中，可利用單一感測器或多個感測器評測（assess）圍繞晶圓圓周之晶圓的斜角（bevel）或極端邊緣（extreme edge）的缺陷。這些感測器可圍繞晶圓的邊緣定位，進而可沿晶圓的邊緣進行各方面的評測，收集感測器數據並分析以判定晶圓缺陷。舉例而言，感測器可於90度位置、60度位置、30度位置及/或0度位置收集感測器數據，以下將會更進一步地說明。

第1A圖係根據一些實施例之缺陷感測器定向機102的剖視圖。缺陷感測器定向機102可位於定向腔室104內，其中定向腔室104可對轉移腔室關閉或開啟（例如可開啟或關閉門105）。轉移腔室包括機械手臂106，其配置以從定向機102轉移晶圓108或將晶圓108轉移至定向機102。機械手臂106可以是用於加工半導體工件的機械手臂，其可在機械手臂的工作範圍（例如：由機械手臂可到達並操作晶圓108的邊界所定義的三維形狀）內操作（例如：移動）晶圓108。可將機械手臂106程式化以抓取、固持及操作物件。在一些實施例中，機械手臂106可位於定向腔室104內。

缺陷感測器定向機102可包括可旋式基座110。機械手臂106可配置以將晶圓108擺放於基座110上（例如由基座所支撐），並將晶圓108重新定向（例如：將晶圓108橫向移動以朝向或遠離基座110）。可旋式基座110可配置以圍繞旋轉軸117旋轉（例如以逆時針或順時針的方向）。藉由旋轉晶圓，定向感測器112A、112B可偵測晶圓108上的定向基準。定向基準可以是能夠指出晶圓108的特定角定向（angular orientation）之任何種類的基準，例如：缺口（舉例而言，從晶圓108的圓周切割晶圓108，例如呈V字形）或平面（例如：沿除了彎曲圓周以外之晶圓108溝緣的直線部分）。在一些實施例中，定向感測器112A、112B可包括一對發射器及感測器，其中發射器112A（或者為112B）發射出可偵測的輻射114（例如雷射光束），並由感測器112B（或者為112A）所偵測。舉例而言，前述輻射可僅在沿具有定向基準（例如缺口或平面）的晶圓溝緣的位置偵測到。在特定的實施例中，缺陷感測器定向機102也可包括中心感測器116，其可偵測晶圓108是否定心於基座110上，例如位於旋轉軸117上。舉例而言，中心感測器116可配置以偵測中心基準（例如位於晶圓108中心的基準或標誌，可藉由例如：形狀、紋路或顏色來區別）的位置，或者可判定旋轉中心與晶圓108周緣之間沿直線路徑的距離，以便於藉由測量的幾何分析來計算晶圓108中心點的偏移。

缺陷感測器定向機102也可包括至少一缺陷感測器120、122與124。舉例而言，頂部缺陷感測器120可配置以沿晶圓108頂部（例如在頂部缺陷感測器120的掃描區域120A內）偵測晶圓缺陷。斜角缺陷感測器122可配置以沿晶圓108的側邊或斜角（例如在斜角缺陷感測器122的掃描區域122A內）偵測晶圓缺陷。底部缺陷感測器124可配置以沿晶圓108底部（例如在底部缺陷感測器124的掃描區域124A內）偵測晶圓缺陷。在一些實施例中，這些感測器的掃描區域可重疊，例如底部缺陷感測器124的掃描區域124A與斜角缺陷感測器122的掃描區域122A之間的重疊。在特定的實施例中，例如缺陷感測器120、122與124為光學感測器（例如感光耦合元件（CCD）、互補式金屬氧化物半導體（complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS）、或N型金屬氧化物半導體（N-type metal-oxide-semiconductor；NMOS）影像感測器）的情況下，掃描區域可視為前述感測器的視野。在另外的實施例中，缺陷感測器120、122與124可為掃描式電子顯微鏡（SEM）或可配置以沿晶圓108表面偵測缺陷之其他種類的感測器。

在另外的實施例中，不同種類的缺陷感測器可位於不同的缺陷感測器定向（例如：頂部、斜角或底部）。舉例而言，頂部缺陷感測器120及底部缺陷感測器124可以是一種光學感測器（例如感光耦合元件），而斜角缺陷感測器122可以是另一種光學感測器（例如掃描式電子顯微鏡）。

在一些實施例中，可旋式基座110可配置以圍繞旋轉軸旋轉（例如以逆時針或順時針的方向），而定向感測器112A、112B與缺陷感測器120、122、124則同時檢查晶圓。然而，在一些實施例中，可分別（例如在分開的時間）為了定向感測器112A、112B搜尋定向基準之目的，以及為了缺陷感測器120、122、124搜尋晶圓缺陷之目的，來操作可旋式基座110。此外，可旋式基座可配置以持續旋轉（例如以固定的速度不停止地旋轉）或間歇性地旋轉（例如間歇性地停止旋轉，以允許缺陷感測器在間歇性的停止時擷取靜止晶圓108的感測器數據）。

在各種實施例中，各種感測器可固定於定向腔室104內。舉例而言，缺陷感測器120、122、124可相對於基座110固定。此外，缺陷感測器120、122、124也可相對於定向感測器112A及/或中心感測器116固定。

在另外的實施例中，可移動缺陷感測器120、122、124以橫跨一區域進行掃描。因此，在這些實施例中，表示缺陷感測器120、122、124的方塊可表示可移式缺陷感測器120、122、124可佔據的空間範圍。可利用缺陷掃描平台（例如缺陷感測器120、122、124的部分）執行此掃描技術，前述缺陷掃描平台可以一個自由度來移動缺陷感測器120、122、124。缺陷掃描平台的範例可包括軌道，且缺陷感測器可沿前述軌道移動。此外，基座110可以另一個自由度來移動晶圓108。舉例而言，基座110可使晶圓108旋轉移動，且缺陷掃描平台可橫跨一側軸（例如橫跨晶圓108的半徑）移動缺陷感測器（例如頂部缺陷感測器120或底部缺陷感測器124）。類似地，缺陷掃描平台可橫跨垂直軸（例如橫跨晶圓108的厚度、或沿晶圓的斜角）移動斜角缺陷感測器122。

如上所述，晶圓缺陷可包括任何種類之可由缺陷感測器偵測的缺陷，其可能會降低晶圓製造的產量，例如：晶圓上的裂縫、變色、刮痕、剝離及/或碎片。可透過利用晶圓缺陷的偵測技術來完成晶圓缺陷的偵測，例如藉由從缺陷感測器收集的感測器數據中偵測不均勻、異常值、及/或變異。因此，晶圓缺陷可偵測為非預期變異的特定種類或量、或沿晶圓的非均勻性。可藉由晶圓缺陷感測系統實施晶圓缺陷的偵測，前述晶圓缺陷感測系統包括缺陷感測器定向機102，以下將更進一步地說明。舉例而言，晶圓缺陷偵測技術可評測在晶圓旋轉時所擷取之晶圓的影像數據（例如多個影像的影像數據、或影片）。因此，影像數據可以是來自跨越連續或間斷時間段（time frame）之相同或不同晶圓的多個影像。可比較影像數據的不同畫面（frames）（例如影像）來以影像數據中的不正常或異常值判定缺陷的存在。舉例而言，可利用以邊緣偵測、閾值、顏色為基礎的分割、或其他種類的影像分割技術來在影像數據中尋找各種特徵。隨後，根據比較所偵測的特徵，可透過監督式（supervised）或非監督式（unsupervised）的學習將數據中的異常值判定為可能的晶圓缺陷。可根據異常值的慣用數據分析進行異常值的判定或定義。這些異常值可用以作為影像數據分析中的閾值，以判定晶圓缺陷特徵的影像數據、以及並非晶圓缺陷特徵的影像數據。在一些實施例中，可利用慣用的晶圓缺陷偵測技術來偵測晶圓缺陷，因此在本揭露中並不會詳細敘述。

第1B圖係根據一些實施例之具有多個缺陷感測器的缺陷感測器定向機150之剖視圖。缺陷感測器定向機150可包括與上述相似的定向感測器152及晶圓154。然而，基座156可以是開放式的（例如沒有接近旋轉軸158的實體中心部分）。因此，相較於其他種類的缺陷感測器定向機（例如上圖所示的缺陷感測器定向機），底部缺陷感測器160可評測晶圓154底部的更多部分。具體而言，基座156可具有開口159。然而，基座156仍可配置以圍繞旋轉軸158轉動，以圍繞旋轉軸158移動或轉動晶圓154。在底部缺陷感測器160之中，可具有一配置以從開口159中收集感測器數據的底部缺陷感測器162A。

可具有多個底部缺陷感測器160及多個頂部缺陷感測器164。這些缺陷感測器的每一個（例如在一組底部缺陷感測器160或一組頂部缺陷感測器164之中）可以是相同或不同種類的缺陷感測器（例如：感光耦合元件或掃描式電子顯微鏡）。舉例而言，在底部缺陷感測器160之中，第一底部缺陷感測器162A可以是第一種缺陷感測器，而第二底部缺陷感測器162B則可以是第二種缺陷感測器。或者，底部缺陷感測器162A、162B也可以是同一種缺陷感測器。類似地，在頂部缺陷感測器164之中，每一個組成的缺陷感測器166A、166B、166C、166D可以是相同或不同種類的缺陷感測器。舉例而言，缺陷感測器166A、166C可以是一種缺陷感測器，而缺陷感測器166B、166D則可以是另一種缺陷感測器。當斜角缺陷感測器168可由多個缺陷感測器組成時（例如不同的斜角缺陷感測器168可以是相同或不同種類的缺陷感測器），可利用相同種類的排列。在一些實施例中，在一缺陷感測器組（例如：在頂部缺陷感測器之中、或底部缺陷感測器之中、或斜角缺陷感測器之中）中具有多種缺陷感測器可產生更多種感測器數據（例如：因為不同種類的感測器數據的偵測）。另外，不同種類的感測器數據可涵蓋晶圓之相同或抵接的區域或面積，並可相互參照，相較於僅在晶圓之特定區域或抵接區域利用單一種類的感測器，可提供更健全的缺陷偵測。

此外，雖然缺陷感測器係僅繪示於旋轉軸158的一側，在各種實施例中，缺陷感測器也可視不同的應用而位於旋轉軸158的多個側。舉例而言，缺陷感測器可橫跨晶圓的直徑並橫跨旋轉軸的兩側。

第2圖係根據一些實施例之斜角缺陷感測器200之剖視圖。如上所述，斜角202可視為晶圓204之水平延伸的一側或極端邊緣，且一般會圍繞晶圓的圓周。斜角缺陷感測器200可圍繞各種位置來定向，前述位置可垂直地圍繞斜角202。舉例而言，圍繞斜角的位置可以角度標示，例如0、30、60、90、120、150、或180度，其中0或180度代表從晶圓的彎曲斜角部分轉換至晶圓平坦的頂部或底部。此外，角度標示可視為正交於斜角曲線的線（例如：法線）之徑向定向。於參照上述角度之特定點正交於曲線的線為在同一點垂直於切線的線。在0度法線210A與180度法線210B之間的斜角缺陷感測器定向可稱作斜角缺陷感測器。換言之，可將斜角缺陷感測器定向以從0度法線210A與180度法線210B之間且包括前述兩者的法線角度收集感測器數據。舉例而言，於晶圓最極端的端部或邊緣的法線可以是90度法線210C。當配置以收集感測器數據的斜角缺陷感測器從90度法線定向時，可稱作90度法線斜角缺陷感測器212。其他斜角缺陷感測器214也可位於在90度法線210C與0度法線210A之間、或在90度法線210C與180度法線210B之間的其他法線。

第3圖係根據一些實施例之缺陷感測器定向機300之立體圖。缺陷感測器定向機300可配置以透過基座304旋轉晶圓302。晶圓302係繪示成具有一定程度的透明度，以一併繪示基座304。缺陷感測器定向機300可具有定向感測器306及缺陷感測器308。缺陷感測器定向機300可大致上被包覆於當頂蓋或封閉件（未圖示）固定至基底310時所形成的腔室中，其中基座304坐落於基底310上。可利用夾具312固定封閉件。在操作期間，基座304可旋轉晶圓302，以允許定向感測器306沿晶圓302的溝緣偵測定向基準。此外，缺陷感測器308可配置以收集晶圓302特徵的感測器數據。可利用感測器數據以判定晶圓302上是否有缺陷存在。在一些實施例中，沿基底310可具有通氣孔314以提供腔室一定程度的大氣壓控制，例如藉由將氣體從晶圓302吸出、或者將特定氣體輸入腔室中。

第4A圖係根據一些實施例之相對於晶圓402具有缺口定向基準404的缺陷感測器定向機之上視圖。缺口定向基準404可以是從晶圓402圓周對晶圓402稍微的切割，例如為V字形。另外，溝緣缺陷感測器406可配置以收集感測器數據，可沿晶圓402的溝緣判別晶圓缺陷。

第4B圖係根據一些實施例之相對於晶圓452具有平面定向基準454的缺陷感測器定向機之上視圖。平面定向基準454可以是除了彎曲圓周以外之沿晶圓452溝緣的直線部分。此外，溝緣缺陷感測器456可配置以收集感測器數據，可沿晶圓452的溝緣判別晶圓缺陷。

第5A圖係根據一些實施例之具有缺陷感測器定向機502的工作站500之圖式，其中缺陷感測器定向機502位於第一轉移腔室504中央。工作站500也可包括裝載埠506、第二轉移腔室508、及各種半導體加工腔室510。第一轉移腔室504可包括機械手臂，並配置以在裝載埠506及缺陷感測器定向機502之間轉移晶圓。第二轉移腔室508可包括機械手臂，並配置以在半導體加工腔室510及裝載埠506之間轉移晶圓。機械手臂可在各種裝載埠506、半導體加工腔室510及/或缺陷感測器定向機502之間移動及/或延伸至足以在各種裝載埠506、半導體加工腔室510及/或缺陷感測器定向機502之中操縱晶圓的程度。缺陷感測器定向機502可位於第一轉移腔室504的中心部分周圍。然而，在其他實施例中，缺陷感測器定向機也可（或替代地）位於第二轉移腔室508、裝載埠506及/或半導體加工腔室510中。

半導體加工腔室510可包括配置以接收及加工晶圓或其他半導體工件的任何半導體加工腔室。在這些半導體加工腔室中可執行的範例製程包括與物理氣相沉積（physical vapor deposition；PVD）、化學氣相沉積（chemical vapor deposition；CVD）、化學機械研磨（chemical mechanical planarization；CMP）、擴散（diffusion；DIF）、濕式蝕刻、乾式蝕刻、微影、顯影後檢查（after developed inspection；ADI）、蝕刻後檢查（after etched inspection；AEI）、臨界尺寸（critical dimension；CD）檢查、掃描式電子顯微鏡（SEM）檢查、臨界尺寸掃描式電子顯微鏡（CD-SEM）檢查、濕式清潔、乾式清潔及電漿蝕刻相關的製程。

第5B圖係根據一些實施例之具有缺陷感測器定向機522的工作站520之圖式，其中缺陷感測器定向機522位於朝向第一轉移腔室524的一側。工作站520也可包括裝載埠526A、526B、第二轉移腔室528、及各種半導體加工腔室530。第一轉移腔室524可包括機械手臂524A，並配置以在裝載埠526A、526B及缺陷感測器定向機522之間轉移晶圓。第二轉移腔室528可包括機械手臂528A，並配置以在半導體加工腔室530及裝載埠526B之間轉移晶圓。機械手臂524A、528A可在各個裝載埠526A、526B、半導體加工腔室530及/或缺陷感測器定向機522之間移動及/或延伸至足以在各個裝載埠526A、526B、半導體加工腔室530及/或缺陷感測器定向機522之中操縱晶圓的程度。缺陷感測器定向機522可位於第一轉移腔室524的一側邊部分的周圍。然而，在其他實施例中，缺陷感測器定向機也可（或替代地）位於第二轉移腔室528、裝載埠526A、526B及/或半導體加工腔室530中。

第5C圖係根據一些實施例之具有缺陷感測器定向機552的工作站550之圖式，其中缺陷感測器定向機552位於朝向轉移腔室554的一遠側。藉由使機械手臂位於轉移腔室554之遠側，當搬運晶圓或其他材料時，機械手臂可不需要到達缺陷感測器定向機552周圍或在缺陷感測器定向機552周圍移動。然而，在其他實施例中，缺陷感測器定向機也可（或替代地）位於裝載埠556、半導體加工腔室558及/或外裝載埠560中。

根據一些實施例，工作站550可具有用於每一個半導體加工腔室558之獨立的裝載埠556。工作站550可包括四個半導體加工腔室558，且每一個半導體加工腔室558皆與個別的裝載埠556交於界面。每一個獨立的裝載埠556可具有機械手臂556A，藉此在各半導體加工腔室558與獨立的裝載埠556及/或轉移腔室554之間移動晶圓。轉移腔室554可包括機械手臂554A，其可在轉移腔室554之中移動，並在各個裝載埠556及外裝載埠560之間轉移晶圓。藉由在每一個獨立的裝載埠556之中設有機械手臂556A，在裝載埠556之中的機械手臂556A可直接在各個半導體加工腔室558與裝載埠556及/或轉移腔室554之間轉移晶圓的情況下，可不需另一個鄰接半導體加工腔室558的轉移腔室。

第6圖係根據一些實施例之缺陷感測器定向機系統602的各種功能模組的方塊圖。缺陷感測器定向機系統602可包括如上所述的缺陷定向機。缺陷感測器定向機系統602可包括處理器604。在另外的實施例中，處理器604可以一或多個處理器來實施。

處理器604可操作性地連接至電腦可讀取的儲存模組606（例如：記憶體及/或資料庫）、網路連接模組608、使用者介面模組610、控制器模組612以及感測器模組614。在一些實施例中，電腦可讀取的儲存模組606可包括缺陷定向機操作邏輯，其可使處理器604執行本揭露中所述的各種製程。電腦可讀取的儲存模組606也可儲存資料，例如：晶圓缺陷特徵的感測器數據、根據定向基準將晶圓定向及/或有助於收集缺陷感測器數據的定向機及/或機械手臂用的控制指令、晶圓識別碼、缺陷感測器定向機識別碼、半導體工件製程的識別碼，以及任何其他可用以執行本揭露中所述各種製程的參數或資料。

網路連接模組608可有助於缺陷感測器定向機系統602的網路連接，使缺陷感測器定向機系統602的各種裝置及/或元件可在缺陷感測器定向機系統602之中或之外通訊（例如：傳輸訊號、訊息、指令或數據）。在一些實施例中，網路連接模組608可有助於物理的連接，例如線或總線（bus）。在其他實施例中，網路連接模組608可有助於無線連接，例如利用傳輸器、接收器及/或收發器的無線區域網路（wireless local area network；WLAN）。舉例而言，網路連接模組608可有助於處理器604與電腦可讀取的儲存模組606的無線或有線連接。

缺陷感測器定向機系統602也可包括使用者介面模組610。使用者介面可包括配置以輸入及/或輸出至缺陷感測器定向機系統602的操作器之任何種類的介面，包括顯示器、筆記型電腦、平板電腦或行動裝置等，但不限於此。

缺陷感測器定向機系統602可包括控制器模組612。控制器模組612可配置以控制各種物理設備，其控制機械手臂、定向機、缺陷感測器、缺陷感測器定向機、加工腔室或任何其他缺陷感測器定向機系統602可控制的部分的移動或功能。舉例而言，控制器模組612可配置以控制腔室的門、旋轉馬達以及其他類似構件的至少其中之一的移動或功能，其中旋轉馬達會使定向機圍繞旋轉軸來旋轉。舉例而言，控制器模組612可控制馬達或致動器。控制器可由處理器所控制，並可執行本揭露所述的各種製程的各種實施例。

感測器模組614可代表配置以收集感測器數據的缺陷感測器及/或定向感測器。如上所述，在一些實施例中，定向感測器可包括一對發射器與感測器，其中發射器發射出可偵測的輻射（例如雷射光束），並由感測器來偵測。舉例而言，前述輻射可僅在沿具有定向基準（例如缺口或平面）的晶圓溝緣的位置偵測。在一些實施例中，可利用中心感測器來偵測晶圓是否定心於基座上，例如位於旋轉軸上。舉例而言，中心感測器可配置以偵測中心基準（例如位於晶圓中心的基準）的位置，或可判定旋轉中心與晶圓周圍之間沿直線路徑的距離，以便於藉由測量的幾何分析來計算晶圓中心點的偏移。

此外，如上所述，缺陷感測器定向機可包括缺陷感測器。在缺陷感測器定向機利用定向感測器執行有關於晶圓定向的製程的情況下，這些缺陷感測器可配置以收集感測器數據。舉例而言，頂部缺陷感測器可配置以沿晶圓頂部（例如在頂部缺陷感測器的掃描區域內）偵測晶圓缺陷。斜角缺陷感測器可配置以沿晶圓的側邊或斜角（例如在斜角缺陷感測器的掃描區域內）偵測晶圓缺陷。底部缺陷感測器可配置以沿晶圓底部（例如在底部缺陷感測器的掃描區域內）偵測晶圓缺陷。在一些實施例中，這些感測器的掃描區域可重疊，例如底部缺陷感測器的掃描區域與斜角缺陷感測器的掃描區域之間的重疊。在特定的實施例中，例如缺陷感測器為光學感測器（例如感光耦合元件（CCD）、互補式金屬氧化物半導體（CMOS）、或N型金屬氧化物半導體（NMOS）影像感測器）的情況下，掃描區域可視為前述感測器的視野。在另外的實施例中，缺陷感測器可為掃描式電子顯微鏡（SEM）或可配置以沿晶圓表面偵測缺陷之其他種類的感測器。

第7圖係根據一些實施例之缺陷感測器定向機製程（defect sensor orientator process）700的流程圖。如上所述，可藉由具有缺陷感測器定向機的模組化缺陷感測器定向機系統來執行缺陷感測器定向機製程700。應注意的是，製程700僅作為範例，並非用以限制本揭露。因此，要了解的是，可在第7圖的製程700之前、期間以及之後提供另外的操作，可省略特定的操作，特定的操作可與其他操作同時執行，且一些其他操作可能僅在本揭露中概要地說明。

於操作702中，可於缺陷感測器定向機接收晶圓。可藉由機械手臂將晶圓放置於晶圓基座上來接收前述晶圓。機械手臂可以是專用於將晶圓放置在缺陷感測器定向機的基座上之目的。在其他實施例中，機械手臂可以是轉移腔室、裝載埠、或工作站的任何其他構件的部分。換言之，除了將晶圓放置於缺陷感測器定向機上及/或將位於基座上的晶圓定向以外，機械手臂也可以想要的方式具有其他的功能。

於操作704中，可在放置於基座上的晶圓上偵測定向基準。如上所述，可由具有一對發射器與感測器的定向感測器來偵測定向基準。發射器可發射出可偵測的輻射（例如雷射光束），並由感測器來偵測。舉例而言，前述輻射可僅於沿具有定向基準（例如缺口或平面）的晶圓溝緣的位置偵測。在感測器收集用於表徵定向基準的感測器數據時，可將基座旋轉。在一些實施例中，基座可配置以旋轉360度以使定向感測器確定定向基準的位置。在其他實施例中，基座可加快旋轉晶圓直到找到、偵測到或確定定向基準的位置為止。一旦確定定向基準的位置，基座會根據或相對於定向基準，旋轉晶圓至特定的角位置（例如使得定向基準或晶圓之任何其他可區別的部分位於預定的定向位置），以使機械手臂取出晶圓。前述特定的角位置可以是晶圓的想要的端部或最終定向，以在工作站內進行晶圓之進一步的加工。

於操作706中，可利用缺陷感測器定向機上的缺陷感測器來評測晶圓缺陷。如上所述，缺陷感測器可配置以與基座同時進行操作（例如在基座轉動的情況下），以及/或者與定向感測器同時進行操作。因此，在一些實施例中，操作706可與操作704同時執行。然而，在其他實施例中，操作706可在操作704之前及/或之後執行，例如在偵測定向基準之前，或在評測晶圓缺陷之後。

如上所述，晶圓缺陷可包括可由缺陷感測器偵測的任何種類的缺陷，此缺陷可能會降低晶圓製造產量，例如：晶圓上的裂縫、變色、刮痕、剝離及/或碎片。可透過利用晶圓缺陷的偵測技術完成晶圓缺陷的偵測，例如藉由從缺陷感測器收集的感測器數據中偵測不均勻、異常值及/或變異。舉例而言，晶圓缺陷偵測技術可評測在晶圓旋轉時所擷取之晶圓的影像數據（例如多個影像的影像數據、或影片）。可比較影像數據的不同畫面或離散的部分（例如影像或影像的部分），並以影像數據中的不正常或異常值來判定缺陷的存在。舉例而言，可利用以邊緣偵測、閾值、顏色為基礎的分割、或其他種類的影像分割技術以在影像數據中尋找各種特徵。隨後，根據比較所偵測的特徵，可透過監督式或非監督式學習將數據中的異常值判定為可能的晶圓缺陷。可根據異常值的慣用數據分析進行異常值的判定與定義。在一些實施例中，可利用慣用的晶圓缺陷偵測技術來偵測晶圓缺陷，因此在本揭露中並不會詳細敘述。

於操作708中，可決定是否偵測到晶圓缺陷。如果偵測到晶圓缺陷，缺陷感測器定向機製程700可繼續至操作710。如果未偵測到晶圓缺陷，缺陷感測器定向機製程700則可繼續至操作712。

於操作710中，可根據晶圓缺陷的偵測執行修復。前述修復可包括暫停待修復之晶圓的加工（例如：固定（fix））及/或從加工移除晶圓，以便於對沒有缺陷的另一個晶圓進行加工（例如：重新啟動）。在一些實施例中，可利用機械手臂移除等待的晶圓來暫停晶圓加工的製程。一旦移除具缺陷的晶圓（例如具有晶圓缺陷的晶圓），缺陷感測器定向機製程700可以新的晶圓於操作702重新開始。在一些實施例中，可於缺陷感測器定向機不移除晶圓的情況下執行修復。舉例而言，晶圓缺陷可以是不想要的人工物沉積在晶圓的表面上，可於缺陷感測器定向機啟動風扇或鼓風機，以利用空氣或氣體將不想要的人工物推出晶圓的表面，以利於重啟晶圓的加工（例如繼續至操作712）。

於操作712中，應於沒有偵測到缺陷時或如果充分修復晶圓缺陷後，才可繼續晶圓加工。舉例而言，可藉由根據偵測的定向基準利用基座將晶圓定向、並利用機械手臂從基座移除晶圓以在工作站內運輸，來繼續加工晶圓。

在一些實施例中，晶圓缺陷的感測系統包括：定向感測器、基座以及缺陷感測器。定向感測器係配置以在晶圓斜角上偵測定向基準。基座係配置以旋轉晶圓，以允許定向感測器偵測定向基準，並將定向基準放置於預定的定向位置。缺陷感測器係配置以在基座旋轉晶圓時沿晶圓表面偵測晶圓缺陷。在一些實施例中，基座係配置以支撐晶圓的底部，且缺陷感測器係配置以沿晶圓的底部偵測晶圓缺陷。在一些實施例中，缺陷感測器係配置以沿晶圓的斜角偵測晶圓缺陷。在一些實施例中，缺陷感測器係配置以沿晶圓的頂部偵測晶圓缺陷。在一些實施例中，缺陷感測器係配置以沿晶圓的底部、斜角及頂部偵測晶圓缺陷。晶圓缺陷為裂縫、變色、刮痕、剝離及碎片的至少其中之一。在一些實施例中，且定向基準為缺口或平面。

在另一些實施例中，晶圓缺陷的感測系統包括：定向感測器、基座、缺陷感測器以及機械手臂。定向感測器係配置以在晶圓斜角上偵測定向基準。基座係配置以旋轉晶圓，以允許定向感測器偵測定向基準並將定向基準放置於預定的定向位置。缺陷感測器係配置以在基座旋轉晶圓時沿晶圓之一表面偵測晶圓缺陷。機械手臂係配置以將晶圓擺放於基座上，以及當定向基準位於預定的定向位置時，從基座移除晶圓。在一些實施例中，缺陷感測器係配置以根據沿前述表面的一非均勻性來偵測晶圓缺陷。在一些實施例中，基座係配置以將晶圓旋轉360度。在一些實施例中，基座係配置以支撐晶圓的底部，且缺陷感測器係配置以沿晶圓的底部偵測晶圓缺陷。在一些實施例中，缺陷感測器係配置以沿晶圓的斜角偵測晶圓缺陷。在一些實施例中，缺陷感測器係配置以沿晶圓的頂部偵測晶圓缺陷。在一些實施例中，缺陷感測器係配置以沿晶圓的底部、斜角及頂部偵測晶圓缺陷。

在另一些實施例中，晶圓缺陷的感測方法包括：利用基座旋轉晶圓，在晶圓斜角上偵測定向基準；根據前述定向基準，利用基座旋轉晶圓至預定的定向位置；以及當利用基座旋轉晶圓時，沿晶圓表面掃描缺陷。在一些實施例中，此方法更包括利用機械手臂將晶圓移動至基座。在一些實施例中，此方法更包括當晶圓位於預定的定向位置時，從基座移除晶圓。在一些實施例中，此方法更包括沿晶圓的底面掃描缺陷，其中基座係配置以支撐晶圓的底面。在一些實施例中，此方法更包括沿晶圓的斜角掃描缺陷。在一些實施例中，此方法更包括沿晶圓的頂面掃描缺陷。

以上概述了許多實施例的部件，使本揭露所屬技術領域中具有通常知識者可以更加理解本揭露的各實施例。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，可以本揭露實施例為基礎輕易地設計或改變其他製程及結構，以實現與在此介紹的實施例相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例相同的優點。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者也應了解，這些相等的結構並未背離本揭露的精神與範圍。在不背離本揭露的精神與範圍之前提下，可對本揭露實施例進行各種改變、置換及變動。

在本揭露中所使用的用語「模組」意指軟體、韌體（firmware）、硬體以及這些元件的任意組合，以執行本揭露所述相關的功能。此外，為了說明的目的，將各種模組描述成分散的模組。然而，本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應理解的是，可合併兩個以上的模組以形成執行根據本揭露實施例之相關功能的單一模組。

本揭露所屬技術領域中具有通常知識者另應理解的是，可透過電子硬體（例如：數位實施、類比實施、或前述兩者的組合）、韌體、各種形式的程式或結合指令的設計碼（為了方便起見，在本揭露中可稱作「軟體」或「軟體模組」）、或這些技術的任意組合，來實施任何與本揭露實施例相關的各種示意性的邏輯區塊、模組、處理器、工具、電路、方法及功能。為了清楚地說明此硬體、韌體及軟體的可互換性，以上已普遍地以功能的形式描述各種示意性的構件、區塊、模組、電路以及步驟。此功能是否以硬體、韌體、或軟體、或這些技術的組合來實施，取決於整體系統的特定應用與設計限制。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者可於每一個特定應用中以各種方式實施所述的功能，但此實施的決定並不會偏離本揭露的範圍。

另外，本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應了解的是，本揭露所述的各種示意性方塊、模組、裝置、元件及電路可在積體電路（integrated circuit；IC）內實施、或由積體電路執行，其可包括一般用途的處理器、數位訊號處理器（digital signal processor；DSP）、特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式化邏輯閘陣列（field programmable gate array；FPGA）、或其他可程式化的邏輯裝置、或前述裝置的任意組合。邏輯方塊、模組及電路可更進一步包括天線及/或收發器，以與網路中或裝置中的各種元件通訊。一般用途的處理器可以是微處理器，但處理器也可替代為慣用的處理器、控制器或狀態機（state machine）。處理器亦可以計算裝置的組合來實施，例如：數位訊號處理器與微處理器的組合、複數個微處理器、與數位訊號處理器核結合的一或多個微處理器、或任何其他適合的結構以執行本揭露所述的功能。

除非另外特別說明，本揭露中所使用的條件語言（例如：「可以」、「可能」、「可能會」或「可」等）應理解為表達在一些實施例包括，而在其他實施例則不包括的一些特徵、元件及/或步驟。因此，一般而言，此條件語言並不表示對一或多個實施例而言在任何方式中特徵、元件及/或步驟是必要的，或者無論是否有使用者輸入或提示，一或多個實施例未必要包括決定這些特徵、元件及/或步驟是否要包含於或執行於任何特定的實施例中的邏輯。

另外，本揭露所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀本揭露之後，應有能力以配置功能實體來執行本揭露所述的操作。本揭露中相對於特定操作或功能所使用的用語「配置以…」意指物理上或虛擬上建造、設計及/或排列的系統、裝置、元件、電路、結構、機器等，以執行特定操作或功能。

除非另外特別說明，本揭露中所使用的析取語言（disjunctive language）例如片語「X、Y或Z的至少其中之一」應理解為表示一個項目、用語等可以是X、Y、Z、或前述的任意組合（例如X、Y及/或Z）。因此，一般來說此析取語言並非表示、且不應理解為一些實施例需要X的至少其中之一、Y的至少其中之一、或Z的至少其中之一的每一個存在。

應強調的是，可對上述實施例進行許多變化或修改，且上述實施例的元件應理解為在其他可接受的範例之中。所有的變化或修改係涵蓋於本揭露及下列申請專利範圍所保護的範圍內。

102‧‧‧缺陷感測器定向機（定向機）104‧‧‧定向腔室105‧‧‧門106‧‧‧機械手臂108‧‧‧晶圓110‧‧‧可旋式基座（基座）112A、112B‧‧‧定向感測器114‧‧‧輻射116‧‧‧中心感測器117‧‧‧旋轉軸120、122、124‧‧‧缺陷感測器120A、122A、124A‧‧‧掃描區域150‧‧‧缺陷感測器定向機152‧‧‧定向感測器154‧‧‧晶圓156‧‧‧基座158‧‧‧旋轉軸159‧‧‧開口160、162A、162B‧‧‧底部缺陷感測器164‧‧‧頂部缺陷感測器166A、166B、166C、166D‧‧‧缺陷感測器168‧‧‧斜角缺陷感測器200‧‧‧斜角缺陷感測器202‧‧‧斜角204‧‧‧晶圓206‧‧‧邊緣210A‧‧‧0度法線210B‧‧‧180度法線210C‧‧‧90度法線212‧‧‧90度法線斜角缺陷感測器214‧‧‧斜角缺陷感測器300‧‧‧缺陷感測器定向機302‧‧‧晶圓304‧‧‧基座306‧‧‧定向感測器308‧‧‧缺陷感測器310‧‧‧基底312‧‧‧夾具314‧‧‧通氣孔402、452‧‧‧晶圓404‧‧‧缺口定向基準406、456‧‧‧溝緣缺陷感測器454‧‧‧平面定向基準500、520、550‧‧‧工作站502、522、552‧‧‧缺陷感測器定向機504、524‧‧‧第一轉移腔室506、526A、526B、556‧‧‧裝載埠508、528‧‧‧第一轉移腔室510、530、558‧‧‧半導體加工腔室524A、528A、554A、556A‧‧‧機械手臂554‧‧‧轉移腔室560‧‧‧外裝載埠602‧‧‧缺陷感測器定向機系統604‧‧‧處理器606‧‧‧電腦可讀取的儲存模組608‧‧‧網路連接模組610‧‧‧使用者介面模組612‧‧‧控制器模組614‧‧‧感測器模組700‧‧‧缺陷感測器定向機製程（製程）702、704、706、708、710、712‧‧‧操作

第1A圖係根據一些實施例之缺陷感測器定向機的剖視圖。第1B圖係根據一些實施例之具有多個缺陷感測器的缺陷感測器定向機之剖視圖。第2圖係根據一些實施例之斜角缺陷感測器之剖視圖。第3圖係根據一些實施例之缺陷感測器定向機之立體圖。第4A圖係根據一些實施例之相對於具有缺口定向基準之晶圓的缺陷感測器定向機之上視圖。第4B圖係根據一些實施例之相對於晶圓具有平面定向基準的缺陷感測器定向機之上視圖。第5A圖係根據一些實施例之具有位於轉移腔室中央的缺陷感測器定向機的工作站之圖式。第5B圖係根據一些實施例之具有位於朝向轉移腔室一側的缺陷感測器定向機的工作站之圖式。第5C圖係根據一些實施例之具有位於朝向轉移腔室之遠側的缺陷感測器定向機的工作站之圖式。第6圖係根據一些實施例之缺陷感測器定向機系統的各種功能模組的方塊圖。第7圖係根據一些實施例之缺陷感測器定向機製程的流程圖。

102‧‧‧缺陷感測器定向機(定向機)

104‧‧‧定向腔室

105‧‧‧門

106‧‧‧機械手臂

108‧‧‧晶圓

110‧‧‧可旋式基座(基座)

112A、112B‧‧‧定向感測器

114‧‧‧輻射

116‧‧‧中心感測器

117‧‧‧旋轉軸

120、122、124‧‧‧缺陷感測器

120A、122A、124A‧‧‧掃描區域

Claims

一種晶圓缺陷的感測系統，包括：一定向感測器，配置以在一晶圓的一斜角上偵測一定向基準；一基座，配置以旋轉該晶圓，以允許該定向感測器偵測該定向基準，並將該定向基準放置於一預定的定向位置；以及一缺陷感測器，配置以在該基座旋轉該晶圓時沿該晶圓的一表面偵測一晶圓缺陷；以及一中心感測器，配置以透過偵測該晶圓上的一中心基準來偵測該晶圓是否定心於該基座上。
如申請專利範圍第1項所述之晶圓缺陷的感測系統，其中該基座係配置以支撐該晶圓的一底部，且該缺陷感測器係配置以沿該晶圓的該底部、該斜角及/或一頂部偵測該晶圓缺陷。
如申請專利範圍第1項所述之晶圓缺陷的感測系統，其中該定向基準為一缺口或一平面。
一種晶圓缺陷的感測系統，包括：一定向感測器，配置以在一晶圓的一斜角上偵測一定向基準；一基座，配置以旋轉該晶圓，以允許該定向感測器偵測該定向基準，並將該定向基準放置於一預定的定向位置；一缺陷感測器，配置以在該基座旋轉該晶圓時沿該晶圓的一表面偵測一晶圓缺陷；一中心感測器，配置以透過偵測該晶圓上的一中心基準來偵測該晶圓是否定心於該基座上；以及一機械手臂，配置以將該晶圓擺放於該基座上，以及當該定向基準位於該預定的定向位置時，從該基座移除該晶圓。
如申請專利範圍第4項所述之晶圓缺陷的感測系統，其中該缺陷感測器係配置以根據沿該表面的一非均勻性來偵測該晶圓缺陷。
如申請專利範圍第4項所述之晶圓缺陷的感測系統，其中該基座係配置以將該晶圓旋轉360度。
如申請專利範圍第4項所述之晶圓缺陷的感測系統，其中該基座係配置以支撐該晶圓的一底部，且該缺陷感測器係配置以沿該晶圓的該底部、該斜角及/或一頂部偵測該晶圓缺陷。
一種晶圓缺陷的感測方法，包括：利用一基座旋轉一晶圓；在該晶圓的一斜角上偵測一定向基準；根據該定向基準，利用該基座旋轉該晶圓至一預定的定向位置；當利用該基座旋轉該晶圓時，沿該晶圓的一表面掃描複數個缺陷；以及利用配置以偵測該晶圓上的一中心基準的位置的一中心感測器來偵測該晶圓是否定心於該基座上。
如申請專利範圍第8項所述之晶圓缺陷的感測方法，更包括利用一機械手臂將該晶圓移動至該基座，且當該晶圓位於該預定的定向位置時，從該基座移除該晶圓。
如申請專利範圍第8項所述之晶圓缺陷的感測方法，更包括沿該晶圓的一底面、該斜角及/或一頂面掃描該等缺陷，其中該基座係配置以支撐該晶圓的該底面。