TWI854391B

TWI854391B - 晶圓檢測方法及其裝置

Info

Publication number: TWI854391B
Application number: TW111147488A
Authority: TW
Inventors: 蔡幸樺; 張永和; 葉世宏
Original assignee: 聖崴科技股份有限公司
Priority date: 2022-12-09
Filing date: 2022-12-09
Publication date: 2024-09-01
Also published as: TW202424420A

Abstract

本發明係為一種晶圓檢測方法及其裝置。檢測方法包括提供一晶圓裝置，包括載台、機器手臂、工作台、檢測座、光源群及複數攝像機；移動機器手臂並夾取晶圓至檢測座；移動檢測座至取像平面位置；啟動光源群及攝像機，照明取像平面位置並擷取晶圓巨觀影像；對晶圓巨觀影像進行巨觀分析；移動檢測座；以及移動機器手臂，並夾取晶圓至載台。本發明另提供一種晶圓檢測裝置，以縮短檢測時間並提高良率。

Description

晶圓檢測方法及其裝置

本發明係有關於半導體檢測裝置，尤指一種晶圓檢測方法及其裝置。

傳統半導體製程的標準瑕疵檢測由作業人員以肉眼檢測方式對晶圓表面進行外觀檢測並判讀缺陷時，容易發生誤判的情況。對此，現行晶圓檢測裝置大多採用自動光學檢測（Automated Optical Inspection，AOI）來自動化進行瑕疵檢測。

再者，如圖1所示，自動光學檢測設備是在平台10a上設置晶圓座20a，另對應晶圓座20a安裝有攝影模組30a及光源40a。當晶圓被機械手臂移載至晶圓座20a後，光源40a會照射晶圓的表面，並透過攝影模組拍攝晶圓表面，藉以擷取影像來判別晶圓表面是否存在瑕疵。

然而，前述晶圓檢測裝置用於檢測晶圓的正面是否有瑕疵，若需要同時對檢測晶圓反面進行檢測時，則需透過晶圓座20a的旋轉來完成檢測。惟晶圓座20a的旋轉會產生震動對晶圓造成損壞的機率越高，且翻轉過程中的光影容易造成誤判的情況。此外，晶圓座20a的旋轉運作會延長檢測時間，導致檢測速度變慢。

本發明之一目的，在於提供一種晶圓檢測方法及其裝置，以縮短檢測時間，避免對晶圓造成損毀而提高良率。

為了達成上述之目的，本發明係為一種晶圓檢測方法，步驟包括: a) 提供一晶圓裝置，包括承載晶圓的一載台、設置在載台一側的一機器手臂、具有一取像平面的一工作台、設置在工作台上並能夠移動至該取像平面位置處的一檢測座、對應取像平面位置設置的一光源群及對應光源群設置的複數攝像機；b) 移動機器手臂並夾取晶圓至該檢測座；c) 移動檢測座至取像平面位置；d) 啟動光源群及該些攝像機，照明取像平面位置並擷取晶圓巨觀影像；e) 對晶圓巨觀影像進行巨觀分析；f) 移動檢測座至載台的一側；以及g) 移動機器手臂，並夾取晶圓至載台。

為了達成上述之目的，本發明係為一種晶圓檢測裝置，包括載台、機器手臂、工作台、檢測座、光源群及複數攝像機。載台用以承載晶圓。機器手臂設置在載台的一側，機器手臂用以夾持並移動晶圓。工作台設置在機器手臂的一側並具有取像平面。檢測座可移動地設置在工作台上並能夠移動至取像平面位置處，檢測座包含承載晶圓的活動台。光源群對應取像平面位置設置在工作台上，光源群包含分離設置的第一光源、第二光源及第三光源，第三光源與取像平面呈垂直設置，第一光源具有一第一照射方向，該第一照射方向相對於取像位置的水平方向具有第一光源夾角，第二光源具有一第二照射方向，該第二照射方向相對於取像位置的水平方向具有第二光源夾角，第一、第二光源夾角的範圍設置為不小於5度且不大於80度。複數攝像機包含設置在第三光源兩側的第一攝像機及第二攝像機，第一攝像機與第三光源設置呈第一攝影夾角，第二攝像機與第三光源設置呈第二攝影夾角，第一、第二攝影夾角的範圍設置為不小於0度且不大於60度。

相較於習知，本發明之晶圓檢測方法係先提供一晶圓裝置，設置光源群包含分離設置的第一光源、第二光源及第三光源，第三光源與取像平面呈垂直設置，第一、第二光源相對於取像位置的水平方向具有第一、第二光源夾角，且第一、第二光源夾角的範圍設置為不小於5度且不大於80度，另外設置第一、第二攝像機與第三光源設置的攝影夾角範圍設置為不小於0度且不大於60度，據此避免陰影出現在擷取的晶圓巨觀影像上而進行分析，透過巨觀檢測(Macro Inspection)判別晶圓是否存在瑕疵；又，本發明之晶圓檢測過程中不需對晶圓作翻旋即可獲取清晰的影像，故能減少檢測時間並降低誤判的可能性；再者，由於本發明的檢測過程不需透過機器手臂夾取晶圓作翻旋，可使晶圓保持在平面狀態及避免損傷晶圓，減少對晶圓造成損毀而提高良率。

有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參照圖2及圖3，其係為本發明之晶圓檢測裝置的平面示意圖及側視圖。本發明係為一種晶圓檢測裝置1，包括一載台10、一機器手臂20、一工作台30、一檢測座40、一光源群50及複數攝像機60。該載台10係用以承載待測晶圓2及完成檢測之晶圓2。該機器手臂20設置在該載台10及該工作台30之間，用以夾取該載台10上的待測晶圓2至該工作台30，並夾取在該工作台30完成檢測之晶圓以放回該載台10。又，該光源群50及複數攝像機60安裝在該工作台30，用以擷取該待測晶圓2的影像以進行檢測。

該機器手臂20設置在該載台10的一側。該機器手臂20具有一Y型夾頭21，用以夾持並移動該晶圓2。

該工作台30設置在該機器手臂20的一側並具有一取像平面31。又，該檢測座40可移動地設置在該工作台30上2並移動至該取像平面31位置處。較佳地，該檢測座40包含可承載該晶圓2的一活動台41，該活動台41係設置為能夠相對該檢測座40作升降及旋轉，以利於對活動台41上的晶圓2進行影像擷取作業。

該光源群50對應該取像平面31位置設置在該工作台30上。該光源群50包含分離設置的一第一光源51、一第二光源52及一第三光源53。該第三光源53與該取像平面31呈垂直設置。該第一光源51及該第二光源52為輔助光。該第一光源51具有一第一照射方向L1，該第一照射方向L1相對於該取像位置31的水平方向具有一第一光源夾角A1。另外，該第二光源52具有一第二照射方向L2，該第二照射方向L2相對於該取像位置31的水平方向具有一第二光源夾角A2。該第一光源夾角A1及該第二光源夾角A2的角度設置範圍為不小於5度且不大於80度，且該第一、第二光源夾角A1、A2的範圍不一定相同。

具體而言，該光源群50設置在該工作台30上遠離該載台10的一側。此外，該光源群50包含至少二種線性光源，如環形光(Ring Light)、同軸光(Coaxial Light)、條光(Bar Light)、泛光(Flat Light)、RGB光、聚光(Spot Light)、紫外線光(UV Light)或紅外線光(IR Light)等。

要說明的是，該第一光源夾角A1及該第二光源夾角A2的角度設置可依實際狀況如晶圓尺寸等設計參數而加以調整所需的照明，進而獲取清晰的影像。

複數攝像機60包含分離設置一第一攝像機61及一第二攝像機62。此外，該第一攝像機61設置與該第三光源53呈一第一攝影夾角B1，該第二攝像機62設置與該第三光源53呈一第二攝影夾角B2。該第一攝影夾角B1及該第二攝影夾角B2的角度設置範圍為不小於0度且不大於60度，且該第一攝影夾角B1及該第二攝影夾角B2的角度範圍不一定相同。

值得注意的是，該第一攝像機61及該第二攝像機62可設置在該第三光源53的周圍，且只需設置符合該第一攝影夾角B1及該第二攝影夾角B2的角度設置範圍即可。

要說明的是，該第一攝影夾角B1及該第二攝影夾角B2的角度設置可依實際狀況如晶圓薄膜厚度等設計參數而加以調整。此外，該些攝像機60可包含面型掃描(Area Scan)攝像機、線型掃描(Line Scan)攝像機或3D攝像機(3D Camera)等。

實際使用時，該第一光源51及該第二光源52可呈對稱設置。另外，該第一光源51相對於該第一攝像機61的角度及該第二光源52相對於該第二攝像機62的角度可設置為不同。

另外要說明的是，本發明透過選擇該光源群50的光源型態及調整該些攝像機60的角度設置而避免陰影出現在該晶圓2上，故能精準地擷取該晶圓2的影像而進行分析，以進行巨觀檢測(Macro Inspection)並判別該晶圓2是否存在瑕疵。因此，本發明之晶圓檢測裝置1不需透過對該晶圓2作翻旋即可獲取清晰的影像。

較佳地，在一使用狀況下，該第一攝影夾角B1及該第二攝影夾角B2的角度可設置為10度，另配合該第一攝影夾角B1及該第二攝影夾角B2的角度係設置為25度。又，在另一使用狀況下，該第一攝影夾角B1及該第二攝影夾角B2的角度可設置為15度，另配合該第一攝影夾角B1及該第二攝影夾角B2的角度設置為30度，據此提供符合使用者需求的晶圓檢測裝置1。

於本實施例中，該晶圓檢測裝置1更包括一底側攝像機70及一底側光源72，且該底側攝像機70可疊置在該底側光源72上。又，該活動台41的底側係對應設置有一開口410。據此，在該底側光源72的照射下，該底側攝像機70可經由該開口410來對該晶圓2的反面作影像擷取並進行檢測。

要說明的是，該底側攝像機70及該底側光源72的數量及位置並不限制，並可視實際使用狀況而加以調整。

據此，本發明之晶圓檢測裝置1可實施一種晶圓檢測方法，步驟包括: a) 提供一晶圓裝置1，包括承載晶圓2的一載台10、設置在該載台10一側的一機器手臂20、具有一取像平面31的一工作台30、設置在該工作台30上並能夠移動至該取像平面31位置處的一檢測座40、對應該取像平面31位置設置的一光源群50及對應該光源群50設置的複數攝像機60；b) 移動該機器手臂20並夾取該晶圓2至該檢測座40；c) 移動該檢測座40至該取像平面31位置；d) 啟動該光源群50及該些攝像機60，照明該取像平面31位置並擷取晶圓巨觀影像；e) 對晶圓巨觀影像進行巨觀分析；f) 移動該檢測座40至該載台10的一側；以及g) 移動該機器手臂20，並夾取該晶圓2至該載台10。

於本發明的一實施例中，該晶圓檢測裝置1更包括用於進行微觀檢測(Micro Inspection)的一微觀攝像機80及一微觀光源81。該微觀攝像機80及該微觀光源81設置在該工作台30上接近該載台10的一側。

據此，本發明之晶圓檢測方法更包括啟動該微觀攝像機80及一微觀光源81，以擷取晶圓微觀影像並進行微觀分析。

值得注意的是，實際使用時，本發明之晶圓檢測裝置1可依客戶需求而在不同區域加裝光源，以提高檢測的精準度。

請另參照圖4至圖7，其係為本發明之晶圓檢測裝置進行巨觀檢測流程的動作示意圖。請參照圖4及圖5，本發明之晶圓檢測裝置1進行檢測時，該機器手臂20先從該載台10上夾取待檢測的一晶圓2，並將該晶圓2移至該檢測座40並定位。再參照圖6及圖7，放置有該晶圓2的檢測座40可經由一輸送帶作運輸而移動至該取像平面31位置，並進行影像擷取。於本實施例中，該取像平面31位置係位於該第三光源53的正下方，此位置係為本發明進行巨觀檢測的影像擷取區。

請續參照圖8至圖10，其係為本發明之晶圓檢測裝置進行微觀檢測流程的動作示意圖。請參照圖8，本發明之晶圓檢測裝置1進行微觀檢測時，承載該晶圓2的檢測座40會從該取像平面31位置(巨觀檢測區)移動至微觀檢測區32。於本實施例中，該微觀檢測區32即該微觀攝像機80及該微觀光源81的設置處，並位於該工作台30上接近該載台10的一側。

請續參照圖9，在進行微觀檢測時，承載有該晶圓2的活動台41可從該檢測座40中伸出及旋轉，以利該微觀攝像機80擷取特定位置的影像。再請參照圖10，待該微觀攝像機80完成影像擷取後，該活動台41再降入該檢測座40中的原來位置，並令該晶圓2定位在該檢測座40中。

請再參照圖11及圖12，其係為本發明之晶圓檢測裝置完成檢測流程的動作示意圖。如圖11所示，當該晶圓2完成檢測作業後，該機器手臂20會夾取該檢測座40上的晶圓2。再請參照圖12，最後，該機器手臂20將該晶圓2移至該載台10上已完成檢測的位置。據此，該晶圓檢測裝置1完成對該晶圓2進行巨觀及微觀的檢測。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，非用以定本發明之專利範圍，其他運用本發明之專利精神之等效變化，均應俱屬本發明之專利範圍。

10a:平台 20a:晶圓座 30a:攝影模組 40a:光源 1:晶圓檢測裝置 10:載台 20:機器手臂 21:Y型夾頭 30:工作台 31:取像平面 32:微觀檢測區 40:檢測座 41:活動台 410:開口 50:光源群 51:第一光源 52:第二光源 53:第三光源 60:攝像機 61:第一攝像機 62:第二攝像機 70:底側攝像機 72:底側光源 80:微觀攝像機 81:微觀光源 L1:第一照射方向 L2:第二照射方向 A1:第一光源夾角 A2:第二光源夾角 B1:第一攝影夾角 B2:第二攝影夾角

圖1 係傳統晶圓檢測裝置的動作示意圖。

圖2 係本發明之晶圓檢測裝置的平面示意圖。

圖3 係本發明之晶圓檢測裝置的側視圖。

圖4至圖7係為本發明之晶圓檢測裝置進行巨觀檢測流程的動作示意圖。

圖8至圖10係為本發明之晶圓檢測裝置進行微觀檢測流程的動作示意圖。

圖11至圖12係為本發明之晶圓檢測裝置完成檢測流程的動作示意圖。

1:晶圓檢測裝置

20:機器手臂

21:Y型夾頭

30:工作台

31:取像平面

32:微觀檢測區

40:檢測座

41:活動台

410:開口

50:光源群

51:第一光源

52:第二光源

53:第三光源

60:攝像機

61:第一攝像機

62:第二攝像機

70:底側攝像機

72:底側光源

80:微觀攝像機

81:微觀光源

L1:第一照射方向

L2:第二照射方向

A1:第一光源夾角

A2:第二光源夾角

B1:第一攝影夾角

B2:第二攝影夾角

Claims

一種晶圓檢測方法，步驟包括：a)提供一晶圓裝置，包括承載晶圓的一載台、設置在該載台一側的一機器手臂、具有一取像平面的一工作台、設置在該工作台上並能夠移動至該取像平面位置處的一檢測座、對應該取像平面位置設置的一光源群及對應該光源群設置的複數攝像機，該光源群包含設置在該取像平面一上方且分離設置的一第一光源、一第二光源及一第三光源，該第三光源與該取像平面呈垂直設置，該第一光源具有一第一照射方向，該第一照射方向相對於該取像平面的水平方向具有一第一光源夾角，該第二光源具有一第二照射方向，該第二照射方向相對於該取像平面的水平方向具有一第二光源夾角，該第一、第二光源夾角的範圍設置為不小5度且不大於80度；b)移動該機器手臂並夾取該晶圓至該檢測座；c)移動該檢測座至該取像平面位置；d)啟動該光源群及該些攝像機，照明該取像平面位置並擷取晶圓巨觀影像；e)對晶圓影像進行巨觀分析；f)移動該檢測座至該載台的一側；以及g)移動該機器手臂，並夾取該晶圓至該載台。
如請求項1所述之晶圓檢測方法，其中步驟a)中，複數攝像機包含設置在該第三光源兩側的一第一攝像機及一第二攝像機，該第一攝像機與該第三光源設置呈一第一攝影夾角，該第二攝像機與該第三光源設置呈一第二攝影夾角，該第一、第二攝影夾角的範圍設置為不小於0度且不大於60度。
如請求項1所述之晶圓檢測方法，其中步驟a)中，該晶圓裝置更包括設置在該取像平面一下方的一底側攝像機及一底側光源，該檢測座包含承載該晶圓的一活動台，且該活動台的底側係對應設置有一開口。
如請求項3所述之晶圓檢測方法，其中步驟d)中，同時啟動該底側攝像機及該底側光源，照明該取像平面的上下方並擷取晶圓上下表面影像。
如請求項1所述之晶圓檢測方法，其中步驟a)中，該晶圓裝置更包括一微觀攝像機及一微觀光源，該微觀攝像機及該微觀光源設置在該工作台上接近該載台的一側。
如請求項5所述之晶圓檢測方法，其中步驟f)中更包括啟動該微觀攝像機及一微觀光源，擷取晶圓微觀影像並進行微觀分析。