TWI898376B - 半導體元件檢測裝置及其檢測方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種半導體元件檢測裝置及其檢測方法，用以檢測一半導體元件。半導體元件檢測裝置包含一光源模組及一影像擷取模組。其中，光源模組用以提供至少一光束照射半導體元件。影像擷取模組用以擷取該至少一光束照射半導體元件後形成之一影像，藉由該影像判斷半導體元件之一表面是否具有缺陷。其中，光源模組提供至少一光束係一藍光束，用以抑制半導體元件表面上之金屬花紋形成於該影像中，以提高辨識半導體元件之表面是否具有缺陷之準確性。

Description

半導體元件檢測裝置及其檢測方法

本發明係有關於一種半導體元件檢測裝置及其檢測方法，特別係有關於一種提高半導體元件缺陷識別率之半導體元件檢測裝置及其檢測方法。

自動光學檢測（Automated Optical Inspection，簡稱AOI）是一種自動化高速高精度的光學影像檢測技術，經常應用於半導體製造領域中，用於半導體元件之製程中檢測或最終檢測，確認半導體元件是否符合設計外觀規範。具體而言，於AOI系統中會使用不同的光源配置，如同軸光或環形光，照射半導體元件表面，再藉由影像擷取模組捕捉半導體元件表面的影像。這些影像經由後續的分析和檢測，達到檢測半導體元件之尺寸、形狀、缺陷、污染、線路連通性等。

AOI檢測技術的優勢包括高效率、高精度、自動化程度高以及能夠測試大量晶圓而不需要人工干預。這使得它成為半導體製造中重要的品質控制工具。然而，半導體製程日新月異，各種半導體元件之外觀特徵不盡相同，例如，在某些製程條件下將使半導體元件背面產生如金花般的金屬花紋圖樣，通常情況下，這些金屬花紋非屬缺陷，AOI系統若無法有效識別金花與真實瑕疵（例如壓痕等缺陷），則將影響檢測判斷之正確性，在某些特殊製程下識別瑕疵能力下降。為克服上述問題，業界亟需一種創新的半導體元件檢測裝置及其檢測方法，以改善上述半導體元件檢測失效的問題。

本發明的主要目的在於提供一種創新的半導體元件檢測裝置及其檢測方法，用以製程中檢測或最終檢測一半導體元件，確保半導體元件表面之缺陷或污染等瑕疵可有效識別，並避免半導體元件表面屬非缺陷之金屬花紋被誤認為缺陷，進而導致該半導體元件被錯誤辨識為不良產品。

為達上述目的，本發明提供一種半導體元件檢測裝置，用以檢測一半導體元件。半導體元件檢測裝置包含一光源模組及一影像擷取模組。其中，光源模組用以提供至少一光束照射半導體元件。影像擷取模組用以擷取該至少一光束照射半導體元件後形成之一影像，藉由該影像判斷半導體元件之一表面是否具有缺陷。其中，光源模組提供至少一光束係一藍光束，用以抑制半導體元件表面上之金屬花紋形成於該影像中，以提高辨識半導體元件之表面是否具有缺陷之準確性。

於本發明半導體元件檢測裝置之一實施態樣中，光源模組提供之藍光束係一外同軸藍光束，經折射後照射半導體元件。

於本發明半導體元件檢測裝置之一實施態樣中，半導體元件檢測裝置更包含一分光鏡，其中外同軸藍光束經分光鏡折射後照射半導體元件。

於本發明半導體元件檢測裝置之一實施態樣中，藍光束之波長約為400奈米(nm)至500奈米(nm)。

於本發明半導體元件檢測裝置之一實施態樣中，光源模組更提供一同軸光束，該同軸光束係於影像擷取模組之光學軸方向上直接照射半導體元件。

於本發明半導體元件檢測裝置之一實施態樣中，光源模組更提供一環形光束，該環形光束係以環狀方式照射半導體元件。

於本發明半導體元件檢測裝置之一實施態樣中，藍光束抑制之金屬花紋係半導體元件之一晶圓表面上因金屬合金製程中所形成之非缺陷不規則紋路。

為達上述目的，本發明提供一種半導體元件檢測方法，用以檢測一半導體元件，該半導體元件檢測方法包含：提供至少一光束照射半導體元件；擷取至少一光束照射半導體元件後形成之一影像；及藉由該影像判斷半導體元件之一表面是否具有缺陷，其中，提供至少一光束係提供一藍光束，用以抑制半導體元件表面上之金屬花紋形成於該影像中。

於本發明半導體元件檢測方法之一實施態樣中，提供藍光束係提供一外同軸藍光束，經折射後照射半導體元件。

於本發明半導體元件檢測方法之一實施態樣中，提供藍光束係提供波長約為400奈米(nm)至500奈米(nm)之一藍光束。

於本發明半導體元件檢測方法之一實施態樣中，半導體元件檢測方法更包含提供一同軸光束直接照射半導體元件。

於本發明半導體元件檢測方法之一實施態樣中，半導體元件檢測方法更包含提供一環形光束以環狀方式照射該半導體元件。

於本發明半導體元件檢測方法之一實施態樣中，提供藍光束抑制金屬花紋之步驟係利用藍光束抑制半導體元件之一晶圓表面上因金屬合金製程中所形成之非缺陷不規則紋路形成於影像中。

在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，此技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。需說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，並非用以限制實際比例。

請參閱圖1，其顯示本發明一實施態樣中一種半導體元件檢測裝置及其檢測方法。本發明實施態樣中之半導體元件檢測裝置係作為待檢測之一半導體元件於製程中檢測或最終檢測之用，以確認半導體元件之尺寸、形狀、線路連通性等特性是否符合設計規範，亦確保半導體元件表面之缺陷或污染等瑕疵可有效識別、檢出。須說明的是，於某些特殊半導體元件製程中，例如當矽晶圓經過金屬熔合之合金製程後，因矽晶圓之晶格方向、粗糙度與金屬合金條件不同，因此容易於矽晶圓表面形成不規則紋路，稱之為金花紋，性質上為一種金屬花紋並非缺陷或裂痕等瑕疵，如圖2所示。圖2中呈現灰白黑等明暗之不同花紋係習知半導體元件表面非屬缺陷之金屬花紋。本發明所揭露之半導體元件檢測裝置及其檢測方法將可有效區分矽晶圓表面之金花紋與其他缺陷瑕疵，避免誤認該金花紋為缺陷，提高半導體元件檢測裝置檢出正確率，詳如後述。

如圖1所示之一實施態樣中，本發明半導體元件檢測裝置用以檢測待檢測一半導體元件10，本發明半導體元件檢測裝置包含一光源模組20、一影像擷取模組30、一光學模組40。其中，光源模組20用以提供至少一光束照射一半導體元件10。影像擷取模組30可以調整光圈及/或曝光時間，以擷取該至少一光束照射半導體元件10後所形成之影像，並搭配演算軟體將異常影像識別出來，藉以判斷半導體元件表面是否具有缺陷。光學模組40具有分光鏡等光學元件，作為半導體元件檢測裝置光路控制之用。詳細而言，光源模組20具有一同軸光源組20A、一環形光源組20B及一藍光源組20C，同軸光源組20A提供一同軸光束A，環形光源組20B提供一環形光束B，外同軸藍光源組20C提供一藍光束C。

請繼續參閱圖1，由同軸光源組20A對外照射出的同軸光束A係於影像擷取模組30之光學軸方向上直接照射半導體元件10表面，同軸光束A投射到半導體元件表面後其反射光可藉由原光路之相反方向返回影像擷取模組30中，由影像擷取模組30接收並形成影像，同軸光束A有助於減少半導體元件10表面之陰影和反射，可提高對半導體元件平坦表面檢測的精確度。另一方面，環形光源組20B可配置於影像擷取模組30周圍，保持與待檢測之半導體元件10一相當接近距離，提供環形光束B以環狀方式照射半導體元件，使環形光束B得以不同的角度照射半導體元件10，有助於突出半導體元件的邊緣和表面細節。

本發明半導體元件檢測裝置之特徵之一在於光源模組中之藍光源組20C可提供藍光束C，此藍光束C之波長約落在400奈米(nm)至500奈米(nm)之範圍中，可抑制前述半導體元件表面上之金屬花紋形成於影像擷取模組所產生的影像中，使該影像僅呈現出正常的缺陷外觀，不致使系統誤判半導體元件表面之金屬花紋為元件缺陷而誤將該正常的半導體元件視為不良品檢出，藉此提高辨識半導體元件表面是否具有缺陷之準確性。

具體而言，光源模組20中之藍光源組20C可與同軸光源組20A相同，配置於影像擷取模組30之光學軸方向上提供一同軸藍光束。另一方面，於較佳實施例中，藍光源組20C可以是一外同軸藍光源組，設置於影像擷取模組30之光學軸外側，例如可使用擴散型光源組，提供一外同軸藍光束，經光學模組40之分光鏡折射後照射半導體元件10，使抵達半導體元件前之入射光束趨近於相同的平行方向。由於，此外同軸藍光束之波長範圍落於400奈米(nm)至500奈米(nm)之間，屬於波長較短、能量較弱之光束，經過分光鏡折射至半導體元件表面金花紋，大部分的外同軸藍光束實質地被吸收，後續反射回影像擷取模組30內形成影像之能力變弱，故可達到抑制非屬缺陷之金花紋形成影像的效果。另外，特別值得一提的是，倘本發明不使用外同軸藍光束而改用紅外線光束，光波波長範圍落在780奈米(nm)至1毫米(mm)間，由於紅外線光束波長較長、能量較強經過照射斜面鏡體的分光鏡，再反射至半導體元件表面金花紋之光源反射回影像擷取模組之反射值將變強，反而容易讓系統誤認該金花紋為缺陷而被錯誤判定為不良品，反而降低系統檢測之準確性。

請參閱圖3，其顯示應用本發明半導體元件檢測裝置抑制半導體元件表面非屬缺陷之金花紋的影像，相較圖2，半導體元件表面上之金花紋已被實質抑制，提高避免被誤判為缺陷的辨識率。同時，本發明半導體元件檢測裝置搭配同軸光束A及環形光束B對瑕疵特徵的高反應，仍可有效識別半導體元件表面瑕疵，增強本發明半導體元件檢測裝置瑕疵檢出之正確率。

應用上述本發明半導體元件檢測裝置，本發明更揭露一種半導體元件檢測方法，用以檢測一半導體元件。特別地，本發揭露之半導體元件檢測方法除可正確地檢出半導體元件表面之瑕疵之外，更可避免錯誤將半導體元件表面上正常之金屬花紋認定為缺陷或為裂痕等瑕疵而被錯誤判定為不良品，提高半導體元件檢測方法瑕疵檢出之正確率。

請合併參閱圖4，此半導體元件檢測方法包含以下數個步驟：於步驟400中，首先提供至少一光束照射待檢測之半導體元件。於步驟402中，擷取至少一光束照射待檢測之半導體元件後形成之一影像。最終，於步驟404中，藉由該影像判斷該半導體元件之一表面是否具有缺陷。其中，提供至少一光束之步驟係提供一藍光束，用以抑制該半導體元件之該表面上之金屬花紋形成於該影像中。

其中，補充說明的是，於步驟400中，提供至少一光束係提供一藍光束，波長約為400奈米(nm)至500奈米(nm)，例如一外同軸藍光束，經折射後照射半導體元件，用以抑制待檢測半導體元件表面上非屬缺陷之金屬花紋形成於影像中，以提高辨識半導體元件表面是否具有缺陷之準確性。此外，提供至少一光束更包含提供一同軸光束直接照射半導體元件，也包含提供一環形光束以環狀方式照射半導體元件。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

10             半導體元件 20             光源模組 20A           同軸光源組 20B           環形光源組 20C           藍光源組 30             影像擷取模組 40             光學模組 A               同軸光束 B               環形光束 C               藍光束

圖1為本發明一實施例中半導體元件檢測裝置之示意圖； 圖2為一半導體元件表面金屬花紋的影像示意圖； 圖3為應用本發明半導體元件檢測裝置抑制金屬花紋的影像示意圖；及 圖4為本發明一實施例中半導體元件檢測方法之流程圖。

10             半導體元件 20             光源模組 20A           同軸光源組 20B           環形光源組 20C           藍光源組 30             影像擷取模組 40             光學模組 A               同軸光束 B               環形光束 C               藍光束

Claims (11)

1. 一種半導體元件檢測裝置，用於檢測一半導體元件，該半導體元件檢測裝置包含：一光源模組，具有：一同軸光源組，用以提供一同軸光束，直接照射該半導體元件；一環型光源組，用以提供一環型光束，以環狀方式照射該半導體元件；及一外同軸藍光源組，提供一外同軸藍光束，照射該半導體元件，其中該外同軸藍光束不包含波長780奈米(nm)至1毫米(mm)間之紅外線光束；及一影像擷取模組，用以擷取該同軸光束、該環型光束及該外同軸藍光束照射該半導體元件後形成之一影像，藉由該影像判斷該半導體元件之一表面是否具有缺陷，其中，該外同軸藍光束，用以抑制該半導體元件之該表面上之金屬花紋形成於該影像中。
2. 如請求項1所述之半導體元件檢測裝置，更包含一分光鏡，其中該外同軸藍光束經該分光鏡折射後照射該半導體元件。
3. 如請求項1所述之半導體元件檢測裝置，其中該藍光束之波長約為400奈米(nm)至500奈米(nm)。
4. 如請求項1所述之半導體元件檢測裝置，其中該藍光束抑制該金屬花紋係該半導體元件之一晶圓表面上因金屬合金製程中所形成之非缺陷不規則紋路。
5. 一種半導體元件檢測方法，用以檢測一半導體元件，該半導體元件檢測方法包含：提供至少一光束照射該半導體元件；擷取該至少一光束照射該半導體元件後形成之一影像；及藉由該影像判斷該半導體元件之一表面是否具有缺陷；其中，提供該至少一光束係提供一藍光束，該藍光束不包含波長780奈米(nm)至1毫米(mm)間之紅外線光束，用以抑制該半導體元件之該表面上之金屬花紋形成於該影像中。
6. 如請求項5所述之半導體元件檢測方法，其中提供該藍光束係提供一外同軸藍光束，經折射後照射該半導體元件。
7. 如請求項5所述之半導體元件檢測方法，其中提供該藍光束係提供波長約為400奈米(nm)至500奈米(nm)之一藍光束。
8. 如請求項5所述之半導體元件檢測方法，更包含提供一同軸光束直接照射該半導體元件。
9. 如請求項5所述之半導體元件檢測方法，更包含提供一環形光束以環狀方式照射該半導體元件。
10. 如請求項5所述之半導體元件檢測方法，其中提供該藍光束抑制該金屬花紋之步驟係利用該藍光束抑制該半導體元件之一晶圓表面上因金屬合金製程中所形成之非缺陷不規則紋路形成於該影像中。
11. 一種半導體元件檢測裝置，用於檢測一半導體元件，該半導體元件檢測裝置包含：一光源模組，具有：一同軸光源組，用以提供一同軸光束及一同軸藍光束直接照射該半導體元件，其中該同軸藍光束不包含波長780奈米(nm)至1毫米(mm)間之紅外線光束；及一環型光源組，用以提供一環型光束，以環狀方式照射該半導體元件；及一影像擷取模組，用以擷取該同軸光束、該環型光束及該同軸藍光束照射該半導體元件後形成之一影像，藉由該影像判斷該半導體元件之一表面是否具有缺陷，其中，該同軸藍光束，用以抑制該半導體元件之該表面上之金屬花紋形成於該影像中。