TWI713130B

TWI713130B - 半導體晶片線上檢驗的系統及方法

Info

Publication number: TWI713130B
Application number: TW107130291A
Authority: TW
Inventors: 廖建科; 劉旭水; 白峻榮; 莊勝翔; 郭守文; 薛雅薰
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-12-11
Also published as: TW201913851A; CN109427609B; CN109427609A

Abstract

一種半導體裝置線上檢測的系統及方法。在一個實施例中，一種方法包括：將晶片自動地從第一處理站運送到檢驗站；在檢驗站中使用相機掃描晶片表面；產生晶片表面的至少一個圖像；分析所述至少一個圖像，以基於一組預定準則來檢測晶片表面上的缺陷；如果確定晶片有缺陷，則將所述晶片自動地從檢驗站運送到儲料器；且如果確定晶片無缺陷，則將所述晶片自動地運送到第二處理站以根據半導體裝置製造製程進行進一步處理。

Description

半導體晶片線上檢驗的系統及方法

本揭露的實施例是有關於一種半導體晶片線上檢驗的系統及方法。

在半導體積體電路(integrated circuit，IC)產業中，持續需要更小的裝置尺寸及更高的電路封裝密度。此種需求促進半導體產業開發新型材料及複雜製程。製造呈此種尺寸及複雜度的IC一般使用到先進技術來在製造製程的各種階段處檢驗IC以實現品質控制目的。

舉例來說，當要在晶片上形成特徵(例如，電晶體的閘極/汲極/源極特徵、水平內連線或垂直通孔等)時，晶片通常行經包括多個處理站(processing station)的生產線，所述多個處理站通常使用不同的處理工具來執行例如清潔(cleaning)、光刻(photolithography)、介電沉積、幹式蝕刻(dry etching)/濕式蝕刻(wet etching)及金屬沉積等各種操作。在被轉移到生產線中的下一步驟(例如，下一處理站)之前，晶片通常接受缺陷檢驗。

一般來說，此種檢驗是由人使用光學工具手動執行以確定可能因生產線的一個或多個有故障處理站而造成的缺陷的存在。此故障例如參數(例如，線寬(line width))故障、隨機(例如，個別通孔)故障及面積相關故障(例如，“致命缺陷(killer defect)”顆粒)。當由於此種“手動”檢驗而檢測出缺陷時，晶片一般在進入下一處理站之前被從當前處理站移除，此通常被稱為“線下檢驗(offline inspection)”。此種線下檢驗不利地造成各種問題。

舉例來說，時間-資源的折衷導致檢驗解析度與採樣速率之間的折衷，例如高的採樣速率(即高的檢驗通量)通常伴隨低的檢驗解析度，反之亦然。此外，“手動”操作導致此種線下檢驗常常使自動生產線中斷，此還會增大晶片污染的可能性。此外，線下檢驗常常需要昂貴的檢驗裝備、專門的人力資源及實驗室空間。

因此，IC產業期望一種不需要額外的實驗室空間且可以低成本自動地且有效地檢驗缺陷而不會顯著中斷生產線或影響其生產量的“線上”檢驗。儘管長期存在此種需求，然而尚未找到滿足這些要求的適合的系統。

本發明的一實施例提供一種半導體晶片線上檢驗的方法，所述方法包括：將所述半導體晶片從第一處理站運送到檢驗站；在所述檢驗站中使用相機掃描晶片表面；產生所述晶片表面的至少一個圖像；分析所述至少一個圖像，以基於一組預定準則來檢測所述晶片表面上的缺陷；如果確定所述晶片有缺陷，則將所述晶片從所述檢驗站運送到儲料器；且如果確定所述晶片無缺陷，則將所述晶片運送到第二處理站以根據所述半導體裝置製造製程進行進一步處理。

本發明的一實施例提供一種半導體晶片線上檢驗的系統，所述系統包括：輸送機，被配置成將所述半導體晶片從所述第一處理站運送到所述檢驗站；相機，被配置成掃描所述半導體晶片的表面並產生所述表面的至少一個圖像；以及至少一個處理器，被配置成從所述相機接收所述至少一個圖像並分析所述至少一個圖像以基於一組預定準則來檢測所述表面上的缺陷，其中所述輸送機還被配置成：如果確定所述晶片無缺陷，則將所述晶片自動地從所述檢驗站運送到第二處理站或者如果確定所述晶片有缺陷，則將所述晶片自動地從所述檢驗站運送到儲料器。

本發明的一實施例提供一種半導體晶片線上檢驗的系統，所述系統包括：第一處理站，執行第一半導體製造製程；第二處理站，執行第二半導體製造製程；檢驗站，耦合在所述第一處理站與所述第二處理站之間，以在所述第一處理站與所述第二處理站之間運送半導體晶片，其中所述檢驗站包括：輸送機，被配置成將所述半導體晶片自動地從所述第一處理站運送到所述檢驗站；反射鏡，將所述相機與所述晶片表面之間的光學路徑改向，其中所述反射鏡具有表面波紋度及表面曲率，其中所述表面波紋度等於或小於20μm/20mm且所述表面曲率等於或小於0.1mm/100mm；相機，被配置成掃描所述半導體晶片的表面並產生所述表面的至少一個圖像；以及至少一個處理器，被配置成從所述相機接收所述至少一個圖像並分析所述至少一個圖像以基於一組預定準則來檢測所述表面上的缺陷，其中所述輸送機還被配置成：如果確定所述晶片無缺陷，則將所述晶片自動地從所述檢驗站運送到所述第二處理站或者如果確定所述晶片有缺陷，則將所述晶片自動地從所述檢驗站運送到儲料器。

100、300:系統

102a、102b、102c:處理站

104a、200A、200B:檢驗系統

104b:檢驗系統/第二檢驗系統

106a、106b:儲料器

108:連接部

110:遠端電腦/遠端電腦資源

112a:本機電腦

112b:本機電腦/第二本機電腦

200C、200E:線上檢驗系統

200D:圖

202:線掃描相機/光感測器

203:透鏡/成像透鏡

204:框架

206:晶片

208:晶片架

209:工作距離

210:轉移機械臂/電動轉移機械臂/輸送機

212:圖像線

214:鏡/反射鏡

218:視野

220:軌道/本機電腦

222:顯示器/顯示單元

230:光源/線光源/線性光源

244、248:夾角

250:距離/第一位置

251:第二位置

252:距離/第三位置

254:距離

260:反射率/反射率值

262:波長

400:方法

401、402、403、409、410、412、413、414、415、416、417、420、421、422、430、432、434、436:操作

X、Y、Z:方向

結合附圖閱讀以下詳細說明，會最好地理解本公開內容的各個方面。應注意，各種特徵未必按比例繪製。實際上，為示出清晰起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸及幾何形狀。

圖1示出根據本公開內容的一些實施例的將多個線上檢驗系統整合到半導體製造生產線中的系統的方塊圖。

圖2A示出根據一些實施例的檢驗系統的透視圖。

圖2B示出根據一些實施例的包括反射鏡的檢驗系統的透視圖。

圖2C示出根據一些實施例的包括反射鏡的線上檢驗系統的剖視圖。

圖2D示出根據一些實施例的反射率對可見範圍(410納米(nm)到700nm)中的波長的圖。

圖2E示出根據一些實施例的可檢驗具有大尺寸的晶片的線上檢驗系統的透視圖。

圖3A到圖3C示出根據本公開內容的一些實施例的用於在藉由輸送機轉移晶片的同時透過線掃描相機(line scan camera)的視野掃描晶片表面的系統的透視圖。

圖4示出根據本公開內容的一些實施例的線上檢驗系統的方法的流程圖。

以下公開內容闡述用於實作本標的的不同特徵的各種示例性實施例。以下闡述元件及排列的具體實例以簡化本公開內容。當然，這些僅為實例而非旨在進行限制。舉例來說，應理解，當稱一元件“連接到”或“耦合到”另一元件時，所述元件可直接連接到或直接耦合到所述另一元件，或者可存在一個或多個中間元件。

所提出的公開內容提供包括高解析度線掃描相機的線上檢驗系統的各種實施例。在一些實施例中，此種線上檢驗系統可被整合在具有轉移輸送機的轉移站中，所述轉移輸送機被配置成從前一處理站卸載晶片並將其轉移到下一處理站。此外，相反於僅對晶片上的若干個位置進行採樣以進行檢驗，根據一些實施例，線掃描相機可在此種晶片轉移製程期間以逐行的方式掃描整個晶片表面以判斷在從前一處理站卸載之後且在被裝載到下一處理站之前是否存在缺陷。這樣一來，與傳統線下手動檢驗製程相對照，此種線上檢驗製程在不犧牲高檢驗解析度的情況下提供高生產量 (即採樣速率與檢驗解析度之間不存在折衷)。因此，可有利地避免傳統線下檢驗系統中的上述問題。

圖1示出根據本公開內容的一個或多個實施例的將多個線上檢驗系統整合到半導體製造生產線中的系統100的方塊圖。應注意，系統100僅為實例，且並非旨在限制本公開內容。因此，應理解，在圖1所示系統100之前、在圖1所示系統100期間及在圖1所示系統100之後可提供額外操作，且本文中可能僅扼要地闡述一些其他操作。

參照圖1，系統100包括多個處理站102a、102b一直到102c(本文中統稱為處理站102)、位於相應處理站102之間的多個檢驗系統104a及104b(本文中統稱為檢驗系統104)以及與相應檢驗系統104耦合的多個儲料器106a及106b(本文中統稱為儲料器106)。在處理站102中實施的IC製造製程的實例包括清潔、光刻、濕式蝕刻、幹式蝕刻、介電沉積、金屬沉積及所屬領域中已知的任何製程。在每一處理站102中可形成有至少一個特徵，包括金屬接點、蝕刻溝槽、隔離部(isolation)、通孔、內連線等。

中間檢驗系統104與至少兩個處理站102耦合，其中來自一個前一處理站102的至少一個晶片可在其被運送到下一處理站102之前接受檢驗。舉例來說，處理站102b藉由檢驗系統104a耦合到前一處理站102a且還藉由檢驗系統104b耦合到後一處理站102c。每一檢驗系統104與至少一個儲料器106耦合。舉例來說，檢驗系統104a與儲料器106a耦合，其中經由檢驗系統104a 所確定具有缺陷的晶片可被從生產線抽走並儲存在儲料器106a中以供再處理或退回(rejection)，而不再被轉移到下一處理站102b。

如下文進一步詳細論述，在一些實施例中，檢驗系統104包括藉由檢驗站轉移晶片的晶片運送系統(例如，輸送機)、線掃描相機以及具有儲存單元及顯示單元的本機電腦。舉例來說，晶片可在檢驗系統104a中的輸送機上從處理站102a轉移到處理站102b，或者如果檢測到缺陷，則晶片可在檢驗系統104a中的輸送機上從處理站102a轉移到相應的儲料器106a。在檢驗系統104a中轉移的同時，晶片的表面藉由線掃描相機成像。由線掃描相機收集的資料可被儲存在本機電腦112a的儲存單元中，然後經歷預處理步驟。如下文進一步詳細闡述，預處理的實例可包括將行圖像重構成晶片表面的二維圖像以及各種畸變校正。如圖1中所示，第二本機電腦112b耦合到第二檢驗系統104b以儲存由第二檢驗系統104b所收集的資料並對所述資料進行預處理。

本文中，本機電腦112a及112b中的每一者被總稱為或統稱為本機電腦112。各個本機電腦112各自藉由連接部108耦合到遠端電腦資源110。在一些實施例中，連接部108可包括乙太網纜線(Ethernet cable)、光纖、無線通訊媒體及/或所屬領域中已知的其他網路。應理解，可在本機電腦112與遠端電腦資源110之間部署其他連接部及中間電路來促進內連。

在一些實施例中，可藉由遠端電腦資源110執行影像處理操作以根據涉及的預定演算法或規則(例如線寬、不規則形狀、非均勻性等)來自動地比較設計準則與晶片表面的所收集圖像。在一些實施例中，遠端電腦資源110包括電腦網路、伺服器、應用程式及/或資料中心(一般稱為“雲端”或雲端計算)。來自遠端電腦資源110的關於晶片是否含有缺陷的結果及判定經處理並藉由連接部108傳送回到與相應檢驗系統104相關聯的本機電腦112。在一些實施例中，如果本機電腦112可在本機執行影像處理及分析，則遠端電腦資源110可為不必要的。在一些實施例中，各種檢驗結果(例如，缺陷的大小、密度及分佈以及與設計圖案重疊的缺陷的映射)顯示在本機顯示單元上且，如果確定晶片有缺陷，則發送控制信號到輸送機以將晶片轉移到相應儲料器106。在一些實施例中，晶片無法滿足預定義閾值或準則，且因此被確定為有缺陷而藉由檢驗系統104a中的輸送機轉移到儲料器106a中的片匣(cassette)以供再處理或退回。另一方面，如果確定晶片無缺陷而滿足預定義閾值或準則，則晶片藉由輸送機轉移到下一處理站102b以供進一步處理。在一些實施例中，閾值可依據應用而變化且可由製造商來設定。

儘管圖1的所示實施例中的系統100包括僅三個處理站102、兩個檢驗系統104、兩個儲料器106、兩個本機電腦112及一個遠端電腦110，然而應理解，提供圖1的所示實施例僅用於例示。系統100可包括具有任意所期望數目的檢驗系統104及儲料器106的任意所期望數目的處理站102，同時仍然處於本公開內容的範圍內。此外，在一些實施例中，檢驗系統104可耦合到兩個或更多個處理站102及/或兩個或更多個儲料器106。在一些實施例中，兩個或更多個檢驗系統104可位於兩個處理站102之間。

在一些實施例中，檢驗站104中分離的轉移室可耦合到處理站102中的處理室。在一些實施例中，為進行例如金屬沉積或介電沉積等處理，將檢驗系統104的線上相機與處理站的沉積室分離以保護檢驗系統104的相機及其他元件免受材料沉積或者例如高溫加熱及粒子轟擊(ion bombardment)等極端環境影響。在一些實施例中，檢驗系統104的轉移室可在兩個真空處理室之間維持真空密封，或者利用高純度惰性氣體(例如，Ar及N₂)進行吹洗以在轉移製程期間為對空氣敏感的晶片提供惰性氛圍。在一些實施例中，如果處理不干擾檢驗，則檢驗系統104可配置在處理站102的處理室內部。此種將檢驗系統整合到現有半導體製造生產線的方式提供可不依賴於對晶片表面的手動檢驗或統計採樣而高效地對整個晶片的缺陷進行檢測及映射的線上檢驗。作為線上製造製程的一部分，藉由在每一處理階段之後對晶片的缺陷進行映射，在使對生產量的負面影響最小化的同時可實現對每一階段的製程特性(例如，工具及條件)的重要理解。

如上所述，圖2A到圖2C示出根據一些實施例的各種空間要求、晶片大小及轉移機制的線上檢驗系統200的各種透視圖。當然，這些僅為實例而非旨在進行限制。

圖2A示出根據一些實施例的檢驗系統200A的透視圖。在一個實施例中，晶片206是藉由與輸送機(例如，電動轉移機械臂210)耦合的適合的晶片架208來固定。轉移機械臂210可在X方向及Y方向二者上轉移。在一些實施例中，轉移機械臂210還可繞X-Y平面中的特定中心旋轉。在所示實施例中，耦合到轉移機械臂210的晶片架208在掃描期間以恒定速度沿X軸轉移晶片206。

在圖2A中所示實施例中，具有成像透鏡203的線掃描相機202安裝在框架204上，框架204在垂直(Z)方向上相對於晶片206的表面位於一特定工作距離(working distance)209處。在一些實施例中，這三個部件(即202、203及204)是固定的。在一些實施例中，可使用來自位於遠端的光源(未示出)的擴散照明(diffused illumination)，擴散照明可為線掃描相機202提供足夠的光來拍攝晶片206的高解析度圖像。在一些實施例中，可調整框架204及線掃描相機202相對於晶片206的位置來實現對準目的。

在一些實施例中，不拍攝晶片的整體圖像，而是線掃描相機202每次一個掃描行地收集圖像資料。由圖2A中的短虛線指示的圖像線212是其中透過成像透鏡203藉由線掃描相機202的光感測器收集從受檢驗晶片的表面反射或散射的光的線區(line region)。在一些實施例中，線掃描相機202在Y方向上的視野218(例如，圖像線212的最大長度)可藉由線掃描相機202中的光感測器的寬度、工作距離209以及透鏡203的焦距來調整。在一些實施例中，圖像線212是Y方向上的視野218與晶片206的表面的重疊部分。舉例來說，成像透鏡的寬度可為25毫米(mm)，此可提供在Y方向上寬度達215mm的視野218以及14mm的感測器寬度。因此，Y方向上的解析度可將晶片206的直徑考慮在內並藉由工作距離209來控制，對於為1024個像素/行的光感測器寬度，所述解析度的單位是mm/像素。在一些其他實施例中，可使用包括具有不同寬度及像素數目的光感測器的線掃描相機，且處於本公開內容的範圍內。在一些實施例中，此種系統所可提供的解析度為9微米。

在一些實施例中，線掃描相機202包括可基於各種技術的光感測器，例如電耦合檢測器(charge-coupled detector，CCD)、互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)或混合式CCD/CMOS架構等。在一些實施例中，光感測器可為黑白感測器或彩色感測器。在一些實施例中，此種光感測器可被配置成在廣的波長範圍或窄的波長範圍(例如，紫外光、可見光、紅外光、x射線及/或其他適宜的波長)內工作。在一些其他實施例中，此種光感測器可被配置成接收從光源反射及/或散射的非螢光光或者由於光源的激發而由缺陷或特徵發出的螢光光。

在一些實施例中，晶片206包括矽基板。作為另外一種選擇，晶片206可包含其他元素半導體材料，例如鍺。基板還可包含例如碳化矽、砷化鎵、砷化銦及磷化銦等化合物半導體材料。此外，晶片206可包含例如矽鍺、碳化矽鍺、磷化鎵砷、及磷化鎵銦等合金半導體材料。每一材料可由於不同的材料性質(例如，折射率及消光係數(extinction coefficient))而以不同方式與來自光源的入射光進行交互，此可能影響照明源及光感測器的設計(例如，波長、靈敏度及模式(例如，散光、反射光或螢光))以及輸送機的速度。

晶片206可含有至少一個要接受光學檢驗的特徵。在一些實施例中，晶片206可包括藉由對包括氟化矽玻璃(fluorinated silica glass，FSG)、磷矽酸鹽玻璃(phosphosilicate glass，PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)、聚醯亞胺及/或其他未來開發的低k介電材料在內的介電材料進行幹式蝕刻/濕式蝕刻而形成的溝槽。在一些實施例中，晶片206還可包括藉由例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、旋轉塗布(spin-on coating)等製程而形成的水平內連線或垂直通孔等導電特徵。在一些實施例中，由於例如干擾效應及減反射效應等現象，因此照明源、光感測器及成像透鏡203的設計還可能受到位於晶片206上的那些材料的物理尺寸(例如，厚度及粗糙度)以及晶片206的材料性質及位於晶片206頂上的材料的材料性質所影響。

圖2B示出根據一些實施例的包括反射鏡214的檢驗系統200B的透視圖。在一些實施例中，反射鏡214可將非螢光光及/或螢光光從晶片206的表面上的圖像線212藉由透鏡203反射到線掃描相機202中的光感測器。由於光學路徑可被改變且一部分位於與晶片206的轉移方向平行的X方向上，因此反射鏡214的使用可使得能夠在其中在Z方向上得不到大的空間(例如，轉移室的總高度小於工作距離209與線掃描相機102的長度的總和)的應用中使用檢驗系統200B。在一些實施例中，可調整在X-Z平面中的位置及沿反射鏡114的Y軸的傾斜角(即，旋轉)來實現對準目的。圖2B中呈現的配置僅用於示出且不旨在進行限制。舉例來說，可使用多個反射鏡以提供所期望光學路徑從而將光引導到所期望方向。在一些實施例中，反射鏡214為平的以防止由反射鏡214的表面所造成的反射光畸變。舉例來說，反射鏡214包括範圍小於或等於20微米/20毫米(μm/mm)的表面波紋度及範圍等於或小於0.1mm/100mm的表面曲率。

圖2C示出根據一些實施例的包括反射鏡214的線上檢驗系統200C的剖視圖。由於需要寬的視野218，因此尤其當在有限空間內檢驗大的晶片時，泛光源照明變得難以實現均勻的強度。如上所述，由於圖像線212是晶片的唯一需要被均勻照明以藉由線掃描相機202收集線掃描圖像的部分，因此對圖像線212的照明可來自具有用於引導光束的狹窄狹槽的線光源230。在一些實施例中，線光源230可包括以半條會聚行透鏡(half bar converging line lens)作為光導(optical guide)的發光二極體(light emitting diode，LED)陣列。此種光源可在維持對晶片206上的圖像線212進行均勻照明的同時配置在有限空間中。

在一些實施例中，從透鏡203的一個端部到鏡214的反射表面的距離250小於或等於145mm，其中鏡214的反射表面是使來自光源230的光束反射的面。在一些實施例中，反射鏡214與晶片206的使來自光源230的光束反射的表面之間的距離252為400mm。此外，光源230的所述端部與晶片206的表面之間的距離254為65mm。光源230還被配置成相對於晶片206的表面具有夾角248，以使從晶片206的表面反射的光可抵達反射鏡214。反射鏡214相對於與晶片206的表面垂直的方向以夾角244傾斜以將光從晶片206的表面反射到光感測器202中。在一些實施例中，夾角248為75度且夾角244為52.5度。在一些實施例中，可藉由耦合到反射鏡214的架以及光源230的電動機手動地調整或自動地調整夾角244及248以實現對準目的。

圖2D示出根據一些實施例的反射率對可見範圍(410nm到700nm)中的波長的圖200D。低於650nm的波長262處的反射率260大於90%且介於650nm與700nm之間的波長處的反射率值260大於85%。

圖2E示出根據一些實施例的可檢驗具有大尺寸(例如，直徑為152mm)的晶片206的線上檢驗系統200E的透視圖。在一些實施例中，線掃描相機202中的光感測器、工作距離209及成像透鏡203可被配置成確保在Y方向上的視野218的寬度等於或大於晶片206的直徑。在一些實施例中，如圖2C中所示，晶片206可在一對軌道220上運送。

由於需要寬的視野218，因此尤其當在有限空間內檢驗大的晶片時，泛光源照明變得難以實現均勻的強度。如上所述，由於圖像線212是晶片的唯一需要被均勻照明以藉由線掃描相機202收集線掃描圖像的部分，因此對圖像線212的照明可來自具有用於引導光束的狹窄狹縫的線光源230。在一些實施例中，線光源230可包括以半條會聚行透鏡作為光導的發光二極體陣列。此種光源可在維持對晶片206上的圖像線212進行均勻照明的同時配置在有限空間中。然而，根據各種實施例，可利用適合於各種應用的各種光源。在另一實施例中，可使用具有較大直徑、較小焦距及/或大的折射率的成像透鏡203來以小的工作距離209提供寬的視野218。為獲得與較小的晶片上的解析度相當的解析度(mm/像素)，可使用具有較大感測器大小的相機。在一些實施例中，光學路徑可藉由反射鏡或例如反射鏡陣列(未示出)等多個反射鏡改向，以適應特定應用中的檢驗系統。

在一些實施例中，線掃描相機202的位置靠近於處理室的閘閥(gate valve)。在一些實施例中，線掃描相機202與光源230之間的相對位置可能影響檢驗準則。舉例來說，在對具有反射表面的晶片206使用線性光源230的情形中，當線掃描相機202偏離反射角時，反射表面在光感測器中呈現為暗的，而特徵及/或缺陷則可散射光並在圖像中呈現為亮的。另舉一例，當線掃描相機202處於來自光源230的入射光的反射角內時，所述表面呈現為亮的，而特徵及/或缺陷可相依於它們的反射率而相對於所述表面的其餘部分呈現為更暗或更亮。

在一些實施例中，輸送機可為由多個接頭、單個臂以及平臺組成的機械轉移裝置。在一些實施例中，機械轉移裝置可在有限空間內提供高速及高精度的晶片處理。如以上所論述，使用線掃描相機202的表面檢驗要求晶片206在垂直於圖像線212的軸的方向上進行線性運動。在一些實施例中，具有線掃描相機202的線上檢驗系統200可被配置成聚焦在晶片轉移路徑的一個部分上，在所述部分中，晶片206與圖像線212之間的此種線性相對運動可藉由機械轉移裝置的移動部件的組合(例如，接頭的旋轉以及臂及平臺的線性運動)來提供。

在一些實施例中，此種檢驗系統可與其他用於進行額外功能良率測試(function yield test)(例如，導電率測量)的線上或線下功能檢驗製程進行組合。儘管以上示出的線上缺陷檢測系統包括僅一個線掃描相機(例如，圖2A到圖2C中的202)，然而在保持處於本公開內容的範圍內的同時，可將任何所期望數目的線掃描相機(例如，在不同波長範圍內工作且同時檢測不同缺陷(例如，大小、分佈及材料))組合在檢驗系統中。

圖3A到圖3C示出根據一些實施例的用於當在藉由輸送機轉移晶片的同時透過相機視野掃描晶片表面時進行圖像記錄的系統300的透視圖。

如圖3A中所示，系統300首先在由輸送機208/210控制的晶片206的第一位置250處掃描晶片206。根據一些實施例，在第一位置250中，對晶片表面的掃描開始。隨著晶片206在Y 方向上進入視野218，發起由本機電腦220對來自線掃描相機202的線掃描圖像的記錄迴圈。在一些實施例中，所述記錄也可由來自位於轉移機械臂210的電動機上的編碼器的位元址信號發起。在一些實施例中，隨著掃描的繼續進行，圖像資料示出在與本機電腦220耦合的顯示器222上。如圖3A中所示，在掃描製程開始時，尚且得不到供顯示在顯示器222上的圖像資料。

在一些實施例中，此種將來自線掃描相機202的單一個像素行記錄到本機電腦220的過程是以兩個步驟實施的，即曝光步驟及讀出步驟。在一些實施例中，實施對來自線掃描相機202的多個像素行的記錄過程。在第一步驟中，如以上所論述，線掃描相機202在一個位置處對於每一曝光收集單個像素行，此是由向相機施加觸發脈衝而發起。觸發脈衝還使曝光週期結束且開始第二步驟，使感測器影像資訊轉移到讀出寄存器並最終離開相機而到達本機電腦，以完成讀出步驟。在一些實施例中，感測器圖像資訊以每次一個像素行的方式地提供到本機電腦220。在一些其他實施例中，線掃描相機202在一個位置處對於每一曝光收集多個像素行。

在一些實施例中，圖像線212處的個別行的曝光時間以及行數可能受到晶片206的速度及在晶片平面中沿X軸的解析度要求所影響。在一些實施例中，曝光時間還可能受到照明強度、光感測器的靈敏度及被探測出的缺陷的類型所影響。在第一讀出週期的同時，線掃描相機202繼續在下一迴圈中進行下一曝光步驟，同時轉移機械臂210將晶片206移動到下一位置。

根據一些實施例，如圖3B中所示，系統300在第二位置251處繼續，在第二位置251中對相關晶片表面的局部掃描完成。在一些實施例中，對接受檢驗的晶片表面的圖像的重構是由本機電腦220基於多個單行圖像而實施，且如圖3B中所示表面圖像接著即時地顯示在顯示單元222上。

一旦接受檢驗的晶片的表面已在第三位置252處完成掃描(如圖3C中所示)，則本機電腦220接著繼續對完整的二維表面圖像進行重構及預處理以使所述圖像準備好接受缺陷檢測。在一些實施例中，對表面圖像的此種預處理包括偏差校正、增益校正、畸變校正、調整對比等。根據一些實施例，如圖3C中所示，所重構的圖像顯示在顯示單元222上。

圖4示出根據一些實施例的在晶片上製造積體電路期間對晶片表面進行線上檢驗的方法400的流程圖。如由圖4中的對應虛線所指示，方法400包括由機械作業系統409、本機檢驗系統416及遠端電腦422分別執行的三個子功能區塊。

方法400開始於操作401處，操作401包括從第一處理站提供第一晶片。所述方法以操作402繼續，在操作402中在輸送機上將第一晶片轉移到檢驗站。在一些實施例中，此種輸送機可為轉移機械臂、輸送帶等，可提供例如水平運動、垂直運動、線性運動、旋轉運動及它們的組合等運動。在一些實施例中，輸送機可處理各種基板，例如薄基板、大基板、膜框架式基板、玻璃基板、帶凹槽的基板等。在一些實施例中，輸送機可在片匣、平臺及/或室之間轉移晶片。在一些實施例中，控制器403與輸送機上的編碼器進行通信並發送觸發信號到本機檢驗系統416中的線掃描相機。

方法400繼續進行到操作410，在操作410中配置檢驗參數。在一些實施例中，此種配置包括將檢驗配方(inspection recipe)寫入到檢驗操作416的過程或將現有配方召回到檢驗操作416的過程，現有配方含有對特定類型的基板、特徵或待檢驗缺陷的檢驗系統參數設定。在一些實施例中，操作410還包括對控制輸送機的運動(例如，速度及方向)的控制器的配置。在一些實施例中，檢驗參數包括觸發準則、檢驗解析度、行頻率、像素頻率、總採集時間(total acquisition time)、照明強度、輸送機的移動速度、晶片的大小及/或其他適合的參數。

方法400繼續進行到操作412，在操作412中，如以上參照例如圖2A至3C所論述，在輸送機以恒定速度沿與行掃描方向垂直的方向運送第一晶片的同時，藉由線掃描相機掃描第一晶片的表面。在一些實施例中，可藉由從位於輸送機上的編碼器採集位置參數的控制器403觸發行掃描。

方法400繼續進行到操作413，在操作413中，根據圖3A至圖3C中所示系統300藉由線掃描相機中的光感測器記錄多個線掃描圖像。在一些實施例中，將所述多個線掃描圖像從類比信號轉換成數位信號並儲存在本機電腦中，之後進行操作414及 415，在操作414及415期間，基於所述多個線掃描圖像對樣本圖像進行重構且當對第一晶片的表面的掃描完成時對所述樣本圖像進行預處理。在一些實施例中，此種操作414及415包括例如偏差校正、增益校正、畸變校正、調整對比等製程中的至少一種。

方法400繼續進行到操作417，在操作417中，可在與本機電腦耦合的本機顯示器上顯示經預處理的樣本圖像。在一些實施例中，顯示器也可為用於輸入及顯示檢驗參數的觸控螢幕。在一些實施例中，將經預處理的樣本圖像與參考值、設計準則及預定義閾值進行比較以藉由遠端電腦422對缺陷實施晶片級映射(wafer-scale mapping)從而確定缺陷類型及分佈。接著將結果傳送回到本機電腦以命令控制器403控制輸送機而使晶片可被再處理、退回或繼續移動到下一製程。

在一些實施例中，藉由輸送機的速度決定線掃描相機的線速度。在另一實施例中，可藉由相關缺陷的類型或在製造生產線的相應步驟中潛在引入的缺陷的類型來決定線掃描相機的解析度要求。

方法400繼續進行到操作420，在操作420中，將經預處理的樣本圖像發送到遠端電腦422。在一些實施例中，接著在操作421期間處理樣本圖像以使缺陷的大小及分佈特徵化，並將樣本圖像與裝置的設計準則(例如大小、形狀、位置及顏色)進行比較以將缺陷分類成預定義類別。在一些實施例中，設計準則可在具有不同佈局特性的生產線內的各種步驟之間有所變化。在一些實施例中，影像處理及分析系統421可首先識別每一管芯的邊界。在一些實施例中，可藉由相機的解析度來調整系統的靈敏度。在一些實施例中，遠端電腦422還可基於與製程資訊相關聯的設計準則來決定對第一晶片進行退回、再處理或使第一晶片繼續移動。可將完成的經處理表面圖像傳送回到本機電腦。

接著將結果傳送回到本機電腦以供顯示，此使得也可將控制信號提供回到輸送機。如果第一晶片有缺陷且須被從生產線移除，則方法400繼續進行到操作430，其中藉由輸送機將第一晶片運送到儲料器，隨後進行操作432，其中藉由輸送機將第二晶片裝載到檢驗站以供檢驗。如果確定第一晶片無缺陷而可繼續其進一步的處理，則方法400繼續進行到操作434。在一些實施例中，當第一(即，當前)處理站是生產線中最後的處理站時，方法400繼續進行到如以上所論述的操作430及432。在其他實施例中，當第一(即，當前)處理站不是最後一個時，方法400繼續進行到其中將第一晶片運送到第二(即，下一)處理站的操作436，之後繼續進行到其中從第一處理站提供第二晶片的操作432。因此，可實現自動線上檢驗及晶片歸類。

前述內容僅示出本公開內容的原理。因此，應知，儘管本文中未明確闡述或示出，然而所屬領域中的普通技術人員將能夠設想採用本公開內容的所述原理且包含在本公開內容的精神及範圍內的各種排列。此外，本文中所陳述的所有實例及條件性語言主要明確旨在僅用於教學目的及說明讀者理解本公開內容的原理以及發明內容，且將被視為不限於此種具體陳述的實例及條件。此外，本文中陳述本公開內容的原理、方面及實施例以及其具體實例的所有聲明均旨在囊括其結構等效形式及功能等效形式二者。另外，本發明旨在使此種等效形式包括當前已知的等效形式及未來開發的等效形式二者，即所開發出的任何執行相同功能的元件，而無論結構如何。

對示例性實施例的此說明應結合附圖中的各圖來理解，所述附圖將被視為整個書面說明的一部分。在說明中，例如“下部”、“上部”、“水平的”、“垂直的”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“頂部”及“底部”等相對性用語及它們的派生詞(例如，“水平地”、“朝下”、“朝上”等)應被理解為指代在所論述的圖式中隨後闡述的或所示的取向。這些相對性用語是為方便闡述且不要求設備在特定取向上進行構造或操作。

儘管依照示例性實施例闡述了本公開內容，然而本公開內容並非僅限於此。確切來說，隨附權利要求書應被廣泛地理解為包括可由所屬領域中的普通技術人員在不背離本公開內容的範圍及等效範圍的條件下實現本公開內容的其他變型及實施例。

在實施例中，一種在半導體裝置製造製程期間對半導體晶片表面上的缺陷進行線上檢測的方法，所述方法包括：將所述半導體晶片自動地從第一處理站運送到檢驗站；在所述檢驗站中使用相機掃描晶片表面；產生所述晶片表面的至少一個圖像；分析所述至少一個圖像，以基於一組預定準則來檢測所述晶片表面上的缺陷；如果確定所述晶片有缺陷，則將所述晶片自動地從所述檢驗站運送到儲料器；且如果確定所述晶片無缺陷，則將所述晶片自動地運送到第二處理站以根據所述半導體裝置製造製程進行進一步處理。在一些實施例中，運送包括使用轉移機械臂在所述第一處理站與所述檢驗站之間運送所述半導體晶片。在一些實施例中，轉移機械臂耦合到用於支持所述半導體晶片的架。在一些實施例中，相機包括線掃描相機，以每次掃描一個像素行的方式掃描所述半導體晶片表面。在一些實施例中，還包括使用反射鏡將所述相機與所述半導體晶片之間的光學路徑改向，其中所述反射鏡具有表面波紋度及表面曲率，其中所述表面波紋度等於或小於20μm/20mm且所述表面曲率等於或小於0.1mm/100mm；以及使用光源照射所述晶片表面。在一些實施例中，光源包括線光源，所述線光源每一次僅照射所述晶片表面的行部分。在一些實施例中，產生至少一個圖像包括將像素資料從所述相機提供到與所述相機耦合的本機處理器；對所述像素資料進行預處理以產生所述晶片表面的所述圖像；以及在耦合到所述本機處理器的顯示器上顯示所述晶片表面的所述圖像。在一些實施例中，更包括將代表所述晶片表面的所述圖像的資料傳送到遠端電腦；其中所述分析所述晶片表面的所述至少一個圖像是由所述遠端電腦實施的；以及在本機處理器處從所述遠端電腦接收所述分析的結果，其中所述將所述半導體晶片運送到所述第二處理站或所述儲料器是基於所述結果進行的。

在另一實施例中，一種對半導體晶片表面上的缺陷進行線上檢測的檢驗站，所述檢驗站耦合到第一處理站，所述檢驗站包括：輸送機，被配置成將所述半導體晶片自動地從所述第一處理站運送到所述檢驗站；相機，被配置成掃描所述半導體晶片的表面並產生所述表面的至少一個圖像；以及至少一個處理器，被配置成從所述相機接收所述至少一個圖像並分析所述至少一個圖像以基於一組預定準則來檢測所述表面上的缺陷，其中所述輸送機還被配置成：如果確定所述晶片無缺陷，則將所述晶片自動地從所述檢驗站運送到所述第二處理站或者如果確定所述晶片有缺陷，則將所述晶片自動地從所述檢驗站運送到儲料器。在一些實施例中，輸送機包括轉移機械臂。在一些實施例中，轉移機械臂耦合到架，所述架用於在各個所述站之間進行運送期間支持所述晶片。在一些實施例中，相機包括線掃描相機，以每次自動地掃描一個像素行的方式掃描所述晶片表面。在一些實施例中，更包括反射鏡，將所述相機與所述晶片表面之間的光學路徑改向，其中所述反射鏡具有表面波紋度及表面曲率，其中所述表面波紋度等於或小於20μm/20mm且所述表面曲率等於或小於0.1mm/100mm；以及光源，照射所述晶片表面。在一些實施例中，光源包括線光源，所述線光源每一次僅照射所述晶片表面的行部分。在一些實施例中，耦合到所述相機的所述至少一個處理器還被配置成：從所述相機接收像素資料；對所述像素資料進行預處理以產生所述晶片表面的至少一個圖像；以及在顯示器上顯示所述晶片表面的所述圖像。在一些實施例中，至少一個處理器包括：本機處理器；以及遠端電腦，被配置成：接收所述晶片表面的所述圖像；分析所述晶片表面的所述圖像；以及將分析結果傳送到所述本機處理器。

在又一實施例中，一種在半導體裝置製造製程期間對半導體晶片表面上的缺陷進行線上檢測的系統，所述系統包括：第一處理站，執行第一半導體製造製程；第二處理站，執行第二半導體製造製程；檢驗站，耦合在所述第一處理站與所述第二處理站之間，以在所述第一處理站與所述第二處理站之間運送半導體晶片，其中所述檢驗站包括：輸送機，被配置成將所述半導體晶片自動地從所述第一處理站運送到所述檢驗站；反射鏡，將所述相機與所述晶片表面之間的光學路徑改向，其中所述反射鏡具有表面波紋度及表面曲率，其中所述表面波紋度等於或小於20μm/20mm且所述表面曲率等於或小於0.1mm/100mm；相機，被配置成掃描所述半導體晶片的表面並產生所述表面的至少一個圖像；以及至少一個處理器，被配置成從所述相機接收所述至少一個圖像並分析所述至少一個圖像以基於一組預定準則來檢測所述表面上的缺陷，其中所述輸送機還被配置成：如果確定所述晶片無缺陷，則將所述晶片自動地從所述檢驗站運送到所述第二處理站或者如果確定所述晶片有缺陷，則將所述晶片自動地從所述檢驗站運送到儲料器。在一些實施例中，輸送機包括轉移機械臂。在一些實施例中，相機包括線掃描相機，以每次掃描一個像素行的方式掃描所述晶片表面。在一些實施例中，至少一個處理器包括：本機電腦；以及遠端電腦，被配置成：接收所述晶片表面的所述圖像；分析所述晶片表面的所述圖像；產生所述分析的結果；以及將所述結果傳送到所述本機電腦，其中所述將所述晶片自動地運送到所述第二處理站或所述儲料器是基於所述結果來實施的。

200A:檢驗系統