CN106796185A - 具有沿循边缘轮廓的轨迹的晶片边缘检验 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检验系统，此检验系统具有光学头、支撑系统及与所述支撑系统电通信的控制器。所述支撑系统经配置以向所述光学头提供具有三个自由度的移动。所述控制器经编程以使用所述支撑系统来控制所述光学头的移动，使得所述光学头维持相对于晶片表面的恒定入射角，同时使所述晶片的圆周边缘成像。可使边缘轮廓测绘仪横跨所述晶片扫描以确定边缘轮廓。可使用所述边缘轮廓来确定所述光学头的轨迹。

Description

具有沿循边缘轮廓的轨迹的晶片边缘检验

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2014年9月30日申请的临时专利申请案及受让的第62/057,240号美国申请案的优先权，所述申请案的揭示内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及晶片边缘检验。

背景技术

用于半导体制造的晶片通常会针对例如(举例来说)表面瑕疵、微粒或厚度不规则的缺陷来进行检验。这些缺陷可能损坏半导体装置的操作。由于每一晶片处理步骤是昂贵的，制造商通常在处理步骤之间检验晶片以确定所述晶片是否应再加工或废弃。

晶片的边缘在半导体制造或检验期间可构成挑战。半导体制造商尝试在晶片上包含尽可能多的半导体装置。因此，可能需要对晶片边缘的检验来确定所述边缘是否可形成可用装置。靠近晶片边缘的装置还可经检验以确定产率或过程控制问题。然而，晶片边缘可经圆化或具有不规则形状。这些圆化或不规则形状边缘会使得检验变得困难。

使用对晶片边缘的半圆扫描会可导致偏离焦点或不清晰的图像，这是因为晶片边缘可能会具有不规则而非完美的半圆形。这导致用于成像的光学头变得不正常或相对于晶片表面或边缘的部分上的边缘轮廓失焦。例如，具有半圆扫描的不规则表面上的相位成像会导致由于成像光束的入射角变化或失焦引起的明带及暗带而降级的信号。因此，对缺陷的敏感度降级。

因此，需要改进的晶片边缘检验系统及技术。

发明内容

在第一实施例中，提供一种检验系统。所述检验系统包含光学头、支撑系统及控制器。所述支撑系统经配置以向所述光学头提供具有围绕晶片的圆周边缘的三个自由度的移动。所述控制器与所述支撑系统电通信且经编程以使用支撑系统控制光学头的移动，使得所述光学头维持相对于晶片表面的恒定入射角且同时成像所述晶片的圆周边缘。

边缘轮廓测绘仪可操作性地连接到控制器。所述边缘轮廓测绘仪可为射线照相成像系统。

光学头可包含成像系统。所述光学头可进一步包含边缘轮廓测绘仪。

控制器可经配置以将光学头从晶片的第一表面移动到晶片的第二表面。

支撑系统可经配置以沿垂直于晶片表面的方向移动光学头。支撑系统可经配置以沿径向相对于晶片的方向移动光学头。支撑系统可经配置以围绕相对于圆周边缘成切向的轴旋转光学头。

检验系统可包含经配置以支撑晶片的台板。所述台板可经配置以围绕晶片的中心轴旋转所述晶片。

在第二实施例中，提供一种方法。所述方法包含：收集及分析晶片的射线照相边缘轮廓图像以确定边缘轮廓；使用所述边缘轮廓确定光学头的轨迹；沿所述轨迹移动所述光学头且产生所述晶片的圆周边缘的图像。相对于晶片表面维持恒定入射角且同时使用所述轨迹使所述晶片的圆周边缘成像。图像可产生为两个经独立正交偏光反射的入射光束的和及差。所述成像可在晶片的第一表面到所述晶片的相对第二表面之间。

在第三实施例中，提供一种系统。所述系统包含处理器、与所述处理器电子通信的存储装置及与所述处理器电子通信的通信端口。所述处理器经编程以接收晶片的边缘轮廓；使用所述边缘轮廓确定光学头的轨迹；且发送指令以沿所述轨迹移动所述光学头。相对于晶片表面维持恒定入射角且同时使用所述轨迹使所述晶片的圆周边缘成像。所述成像可在晶片的第一表面到所述晶片的相对第二表面之间。

附图说明

为了对本发明的性质及目的有更完整的理解，应参考结合附图的以下详细描述，其中：

图1是展示可能的缺陷的示范性晶片的部分的横截面图；

图2是根据本发明说明晶片检验的实施例的图式；

图3是说明图2的晶片检验期间的自由度的图式；

图4是说明根据本发明的晶片检验的实施例的另一图式；

图5是根据本发明的边缘轮廓测绘仪的俯视图；

图6是根据本发明的用于晶片边缘检验的设备的实施例的光学组件的示意性说明；

图7是根据本发明的光学头及支撑系统的实施例的透视图；

图8是根据本发明的实施例的流程图；

图9是具有带的示范性侧扫描图像的绘图；且

图10是不具有带以希望表达相较于图9改进的聚焦的示范性侧扫描图像的绘图。

具体实施方式

尽管将根据特定实施例来描述所主张的标的物，但其它实施例，包含不提供本文中阐述的所有优点及特征的实施例，也在本发明的范围内。可在不违背本发明的范围的情况下做出各种结构改变、逻辑改变、过程步骤改变及电子改变。因此，仅通过参考所附权利要求书来界定本发明的范围。

晶片的圆周边缘的轮廓可为不完美的半圆。为了维持恒定入射角且同时扫描晶片的边缘，例如在所述晶片的第一表面与所述晶片的相对第二表面之间，根据本发明的光学头使用基于所述晶片的边缘轮廓的轨迹。所述光学头具有三个自由度，从而使得所述光学头沿此轨迹移动。通过沿此轨迹移动而维持恒定入射角，以避免或最小化侧扫描成像期间的明带及暗带且改进聚焦。这导致检测关注对象(例如边缘珠粒移除(EBR)变化)的改进的能力。

图1是展示可能的缺陷的实例的示范性晶片100的部分的横截面图。可在图1中可见的区域上发生边缘检验。图1中可见的区域不是晶片100的完整横截面，但可为(例如)晶片100的直径的大约50％或小于50％。所述晶片可为Si、GaN或其它材料。晶片100在晶片表面105上具有两层101、102。层101、102可为导电、半导电或不导电。这些层101、102可经沉积于晶片100上。晶片100上的层的数目可改变。例如，零层、三层、四层、五层或多于五层是可能的。一些常见缺陷包含微粒或残渣103、层101、102中的一或多者与表面105或与彼此的分层、晶片100的边缘处的碎屑或刮痕104，或晶片100的表面上的残留物。

在图2中检验晶片208。此晶片208可相同或不同于图1中的晶片100。因此，晶片208可具有晶片表面上的一或多个层，或不同于图2中说明的圆周边缘形状或配置的圆周边缘形状或配置。

晶片208经定位于可使用电机或其它驱动组合件围绕中心轴旋转的台板202上。举例来说，晶片208可在X-Y平面中旋转。

光学头200经连接到支撑系统201，例如(举例来说)框架。光学头200沿轨迹203(用虚线展示)在晶片208的第一表面204与第二表面205之间移动。成像晶片208的圆周边缘。此圆周边缘可位于晶片208的两个相对平坦部分之间。当光学头200沿轨迹203移动时，所述晶片可为固定不动的或可围绕中心轴旋转。在例子中，轨迹203可近似匹配晶片208的表面。支撑系统201经配置以向光学头200提供具有围绕晶片208的圆周边缘的三个自由度的移动。这三个自由度使得围绕圆周边缘的轨迹203是不规则的，且同时维持相对于晶片的恒定入射角。因此，光学头200可沿不止一个半圆轨迹移动。

轨迹203可计及晶片208的表面上的一或多个层(例如，如见图1)。因此，晶片208的边缘轮廓可包含或可不包含经安置于晶片208的表面上的层。即使在晶片的表面上存在层，边缘轮廓可不包含所述层，这是因为(例如)所述边缘轮廓仅为用于其中不存在层的晶片208的部分。此外，轨迹可不包含层的厚度，这是因为所述层可足够薄，使得将不显著地损坏所述轨迹。轨迹203使用此边缘轮廓。

参考图3，支撑系统201经配置以向光学头200提供具有三个自由度的移动。例如，支撑系统201可提供沿彼此垂直的R(径向)及Z轴的移动。在一个实例中，所述R轴平行于晶片208的平坦部分(例如，X-Y平面)，且Z轴垂直于晶片208的此平坦部分。因此，光学头200可沿垂直于晶片208的表面且径向相对于晶片208的方向移动。

支撑系统201还可提供围绕φ轴的旋转移动，此移动可与晶片208的圆周边缘成切向。围绕φ轴的旋转移动可改变相对于晶片208或晶片208的表面的成像路径209的入射角α。

返回参考图2，控制器206操作性地连接到支撑系统201的致动器。控制器206包含处理器210、与处理器210电子通信的存储装置211、及与处理器210电子通信的通信端口212。应明白，实际上可由硬件、软件及固件的任何组合实施控制器206。此外，可由一个单元执行本文所描述的其功能，或所述功能可在不同组件之间分配，所述组件中每一者又可由硬件、软件及固件的任何组合来实施。控制器206用于实施本文描述的各种方法及功能的程序代码或指令可存储于控制器可读存储媒体中，例如控制器206内，控制器206外或内外组合的存储器。

控制器206经编程以使用支撑系统201控制光学头200的移动，使得光学头200维持相对于晶片表面的恒定入射角且同时成像晶片208的圆周边缘。此恒定入射角可垂直于晶片208的表面或可为相对于晶片208的表面的0°与90°之间的角度。在实例中，光学头200可径向移动从大约1mm到数10mm，沿Z轴移动从小于大约0.05mm到数mm，且沿φ移动大约90°到180°或更多。

控制器206可控制光学头200与晶片208的表面之间的距离。此距离可(例如)经优化用于成像或可在成像期间保持恒定。光学头200可定位成与晶片208的表面相距小于大约1mm到数10mm的距离。

控制器206还可操作性地连接到光学头200。控制器206可提供光学头200用于成像晶片208的圆周边缘的指令。

控制器206操作性地连接到边缘轮廓测绘仪207。此边缘轮廓测绘仪207可(例如)是射线照相系统。边缘轮廓测绘仪207可确定晶片208的边缘轮廓。边缘轮廓测绘仪207可为光学头200的部分或(例如)可为独立系统。

在图4中检验晶片213。此晶片213可相同或不同于图1中的晶片100。如图4中所见，晶片213包含两个层101、102。轨迹203占层101、102以用于当光学头200维持相对于晶片表面的恒定入射角时光学头200的移动。

图5是边缘轮廓测绘仪的俯视图，例如用于KLA-Tencor CV310i检验系统中的边缘轮廓测绘仪。这可为射线照相成像系统。在此实例中，准直光源501可产生横穿晶片100的边缘的光束500，对表面100的边缘的照相可由相机502成像。

图6是用于晶片边缘检验的设备的实施例的光学组件的示意性说明。一个实施例适用于执行膜厚度测量、表面粗糙度测量、反射率测量及/或使用光谱中的辐射的光学轮廓化。在替代实施例中，可使用可见光谱外的辐射。更具体来说，图6描绘包含组合反射计及散射计的光学器件组合件。此实施例能够检测及分类晶片的圆周边缘处或附近的各种缺陷。

定位于台板128上的晶片120包含上表面122、下表面124及边缘表面126，当从横截面轮廓中看时，边缘表面126可大体上是平坦的或弯曲的。此晶片120可相同或不同于图1中的晶片100、图2中的晶片208或图4中的晶片213。在图6中描绘的实施例中，当从横截面轮廓中看时，晶片边缘表面126是弯曲的。

表面分析器组合件110经定位将辐射引导到晶片120的表面上。在图6中描绘的实施例中，表面分析器组合件110包含激光二极管112、任选偏光镜114、任选四分之一波片116及用于将辐射引导到晶片120的表面上的聚焦透镜118。这些组件将来自激光二极管112的辐射标定于晶片120的表面上，且因此可视为辐射标定组合件。在替代实施例中，可省略偏光镜114及四分之一波片116。

表面分析器组合件110进一步包含集光透镜130及光电倍增管(PMT)132。这些组件收集由晶片120的表面散射的辐射，且因此可视为经散射辐射组合件。在替代实施例中，PMT132及集光透镜130可替换为集成球面或椭圆镜，以及PIN光电二极管或雪崩光电二极管。

表面分析器组合件110进一步包含准直透镜136、四分之一波片134、偏光光束分离器138，及例如PIN光二极管的两个检测器140及142。还可包含额外透镜以减少由表面高度偏差引起的检测器140及142上的光束的运动。在此实施例中，激光束与表面的入射角大约为60度。还可使用其它入射角。经界定为含有入射光束及反射光束的平面的光束的入射平面是维持在激光点的切向点处垂直于晶片表面，这对于增强的性能是有利关系。

聚焦透镜118在晶片120的表面上产生小点。PMT 132及集光透镜130是用以测量用于计算表面粗糙度、测量残渣、检测晶片120表面上或靠近圆周边缘126或其上的污点、裂解、刮痕、分层、气泡或腐蚀目的的散射光。

在从晶片反射之后，由与一个光束组合的波片-光束分离器分离各自入射于检测器140及142上的两个经正交偏光的光样本。可增加或减少这两个信号来产生又允许辨识且定位缺陷或膜边缘的图像。

将由经散射的辐射集光组合件及经反射的辐射集光组合件收集的数据馈送到包含处理器160、存储器模块162及I/O模块164的处理模块。处理器模块包括使得图6中描述的仪器同时测量反射率的S及P分量的逻辑指令。处理器160可相同或不同于控制器206中的处理器210。

尽管图6说明用于示范性晶片边缘检验的光学组件，但对这些光学组件的各种改变或不同检验或成像系统是可能的。

图7是根据本发明的光学头200及支撑系统201的实施例的透视图。光学头200可围绕经定位于台板202(以轮廓展示)上的晶片的圆周边缘移动。

光学头200可包含边缘轮廓测绘仪及成像系统。光学头200还可包含成像系统，且所述边缘轮廓测绘仪可为分离单元或独立工具。

光学头200可包含图6的一些或全部表面分析器组合件110。此表面分析器组合件110是成像系统的实例。其它成像系统设计是可能的。

光学头200经定位于轴承400之间。这两个轴承400使光学头200能够旋转以提供沿φ方向的旋转移动。

支撑系统201及/或支撑系统201的基座401包含用于移动光学头200的致动器402、403及404。致动器403以轮廓展示来代表其放置。致动器404提供围绕φ轴的旋转移动。致动器404可为定位于支撑系统201中，例如接近轴承400。致动器402及403提供沿Z及R方向的平移。致动器402、403及404可以合作方式操作，但不是所有致动器402、403及404都可在检验期间同时操作。

致动器402、403及404可为伺服电机、步进电机、线性电机或可移动光学头200的某种其它类型的电机。致动器402、403或404可包含齿轮装置或传动装置系统。实施例可具有较少致动器。致动器402、403及404可为定位于不同于图7中说明的位置。

图8是根据本发明的实施例的流程图。在600中确定边缘轮廓。可使用射线照相成像系统或另一技术来确定所述边缘轮廓。

晶片的边缘轮廓可包含完整晶片表面或仅所述晶片表面的部分。例如，可在晶片的圆周边缘的数个特定径向位置处确定所述边缘轮廓。例如，用户可指定在晶片的圆周边缘的1与25个径向位置之间确定所述边缘轮廓。

在601中，使用此边缘轮廓确定光学头的轨迹。所述轨迹对于个别晶片来说是唯一的或可从标准轨迹中经调整以补偿晶片的特定边缘轮廓。相较于晶片的另一径向位置，用于晶片的特定径向位置的轨迹可为相同或不同的。因此，用于光学头的轨迹在晶片的所有径向位置中可为相同的。所述轨迹在晶片中的一些或全部径向位置中也可为不同的。

在602中，使光学头沿轨迹移动。

在603中，使用光学头产生圆周边缘的图像。所述成像可位于晶片的第一表面与所述晶片的相对第二表面之间。这些对置表面可为晶片的平坦表面。图像可产生为两个经独立正交偏光反射的入射光束的和及差。

用于薄膜的敏感检测信号是通过从经S偏光的反射光减去经P偏光的反射光而构造的图像(在本文中被称为相位图像)。相位图像在非圆形晶片轮廓上由于失焦及/或由于光束与晶片表面的入射角变化引起的明带及暗带而降级。因此，敏感度也降级。图9是具有此带700且失焦的示范性侧扫描图像的绘图。可存在除了带700之外或替代带700的各种阴影或程度的带。图10是不具有带且具有改进的聚焦(这是因为使用本文揭示的实施例)的示范性侧扫描图像的绘图。如将易于在图9与图10之间的比较中明白，图10具有改进的聚焦及/或清晰度且缺少图9的带700。例如，图10中的边缘不如图9中的边缘模糊。由使用本文揭示的实施例得到的改进的图像可改进晶片检验及/或增加晶片检验的敏感度。

本文所描述的系统及方法可用于检验任何类型的晶片。所述晶片可为半导体晶片或晶片的堆叠，但还可为另一类型的晶片，例如用于制造LED、太阳能电池、磁盘、平面板或经抛光的板的晶片。还可检验其它对象，如所属领域的技术人员所知。

尽管已关于一或多个特定实施例描述本发明，但应了解，可在不脱离本发明的范围的情况下实行本发明的其它实施例。因此，本发明仅由所附权利要求书及其合理的解释所限制。

Claims (16)

1.一种检验系统，其包括：

光学头；

支撑系统，其经配置以向所述光学头提供具有围绕所述晶片的圆周边缘的三个自由度的移动；及

控制器，其与所述支撑系统电通信，所述控制器经编程以使用所述支撑系统来控制所述光学头的移动，使得所述光学头维持相对于晶片表面的恒定入射角，且同时使所述晶片的所述圆周边缘成像。

2.根据权利要求1所述的检验系统，其进一步包括操作性地连接到所述控制器的边缘轮廓测绘仪。

3.根据权利要求2所述的检验系统，其中所述边缘轮廓测绘仪是射线照相成像系统。

4.根据权利要求1所述的检验系统，其中所述光学头包括成像系统。

5.根据权利要求4所述的检验系统，其中所述光学头进一步包括边缘轮廓测绘仪。

6.根据权利要求1所述的检验系统，其中所述控制器经配置以将所述光学头从所述晶片的第一表面移动到晶片的第二表面。

7.根据权利要求1所述的检验系统，其中所述支撑系统经配置以沿垂直于所述晶片表面的方向移动所述光学头。

8.根据权利要求1所述的检验系统，其中所述支撑系统经配置以沿径向相对于所述晶片的方向移动所述光学头。

9.根据权利要求1所述的检验系统，其中所述支撑系统经配置以围绕相对于所述圆周边缘成切向的轴来旋转所述光学头。

10.根据权利要求1所述的检验系统，进一步包括经配置以支撑所述晶片的台板。

11.根据权利要求10所述的检验系统，其中所述台板经配置以围绕所述晶片的中心轴来旋转所述晶片。

12.一种方法，其包括：

收集及分析晶片的射线照相边缘轮廓图像以确定边缘轮廓；

使用所述边缘轮廓来确定光学头的轨迹，其中相对于晶片表面维持恒定入射角，且同时使用所述轨迹来成像所述晶片的圆周边缘；

沿所述轨迹移动所述光学头；且

产生所述晶片的所述圆周边缘的图像。

13.根据权利要求12所述的方法，其中图像经产生为两个经个别正交偏光反射的入射光束的和及差。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述成像是在所述晶片的第一表面到所述晶片的相对第二表面之间。

15.一种系统，其包括：

处理器；

存储装置，其与所述处理器电子通信；及

通信端口，其与所述处理器电子通信；

其中所述处理器经编程以：

接收晶片的边缘轮廓；

使用所述边缘轮廓来确定光学头的轨迹，其中相对于晶片表面维持恒定入射角，且同时使用所述轨迹来使所述晶片的圆周边缘成像；以及

发送指令以沿所述轨迹移动所述光学头。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述成像是在所述晶片的第一表面到所述晶片的相对第二表面之间。