TWI780909B

TWI780909B - 檢測晶圓表面用的取像裝置及其取像設備

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Publication number: TWI780909B
Application number: TW110134297A
Authority: TW
Inventors: 潘世耀; 丁之堯; 高宏典
Original assignee: 致茂電子股份有限公司
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2022-10-11
Also published as: TW202312023A

Abstract

本案揭露一種檢測晶圓表面用的取像裝置及取像設備。取像裝置設於載台上，包含承載座、光照射部及取像部。承載座基於第一軸向使晶圓具有傾角。取像部包括第一支架、第二支架、軌道及可活動於該軌道上的攝像機。第一支架豎立在載台上，第二支架的前端樞接第一支架的底座且第二支架的延伸臂平行於水平面。第二支架以前端為圓心從而使延伸臂具有掠過載台表面的可移動範圍，延伸臂平行於第一軸向的位置處界定為可移動範圍的邊界，並自邊界朝光照射部的方向配置有0度~50度間的移動範圍。因此，晶圓上的植球的表面均勻程度能被有效檢知。

Description

檢測晶圓表面用的取像裝置及其取像設備

本發明係關於一種取像裝置及其取像設備，對於表面被植入有金屬球的晶圓來說，更特別的是關於一種檢測晶圓表面用的取像裝置及其取像設備。

隨著半導體技術的演進，積體電路微小化的趨勢讓元件封裝構造的技術被不斷地發展，電子元件間的電性連接方式由打線(wire bonds)方式發展到採用植球的方式，例如：植入錫鉛球(solder ball)。

植球的技術是藉由薄膜、黃光及電鍍製程或印刷等技術，在晶圓上製作金屬球，再於後端的積體電路封裝製程中讓金屬球熔融，進而與電路基板上的焊墊進行封裝。舉例來說，晶圓級晶片尺寸封裝構造(Wafer Level Chip Size Package,WLCSP)的技術即是使用此種在晶圓上植球的方式，可大幅縮小積體電路封裝的體積。

基於半導體封裝精度的需求，植入在晶圓上的球體需要具有一定均勻條件，球體表面的狀態攸關著熔融連接後所展現的傳導能力，會進而影響電性特性的表現。因此，植入在晶圓上的球體的表面狀態需要被正確取得，用以供後續植球品質的判斷。

本發明之一目的在於對植入在晶圓上的球體的表面狀態提供有效的取像裝置及取像設備。

本發明之另一目的在於提高晶圓上的植球的球體表面狀態的檢測效率。

為達上述目的及其他目的，本發明提出一種檢測晶圓表面用的取像裝置，設於一載台上，用於對植入有複數金屬球的晶圓進行取像，該取像裝置包含：一承載座、一光照射部及一取像部。該承載座係用於承載該晶圓，並基於在第一軸向上的一轉動幅度，使該晶圓相較於一水平面具有一傾角。該光照射部係用於提供沿第二軸向且朝該晶圓照射的一照射光。該取像部包括：第一支架、第二支架、一軌道及可活動於該軌道上的一攝像機，該第一支架豎立在該載台上，該第二支架的一前端係樞接該第一支架的一底座且該第二支架的延伸臂係平行於該水平面，該軌道連接在該第一支架的一頂座與該第二支架的一後端之間，該第二支架係以該前端為圓心而使該延伸臂具有掠過該載台表面的一可移動範圍。其中，該第一軸向垂直該第二軸向，該第二支架的該延伸臂平行於該第一軸向的位置處係界定為該可移動範圍的邊界，該可移動範圍係界定為自該邊界朝該光照射部的方向具有0度~50度之間的移動範圍。

根據本發明的一實施例，該軌道可為一弧形軌道，該軌道用於使該攝像機的一取像軸與該水平面的夾角被限制在15度~60度之間。

根據本發明的一實施例，該傾角可被限制在-10度~10度之間。

根據本發明的一實施例，作為圓心的該第二支架的該前端可配置於該承載座下方並位於該晶圓的中心軸向上。

根據本發明的一實施例，該取像部可更包含設於該載台的一指示單元、第一限位單元及第二限位單元，該第一限位單元及該第二限位單元用於限制該第二支架的移動範圍，該指示單元構形成一弧形而指示於該第一限位單元與第二限位單元之間，該指示單元上設有度量刻度以指示該第二支架與該第一軸向間的角度。

根據本發明的一實施例，該光照射部可包括一光源單元及一擴散單元，該擴散單元為菲涅耳透鏡。

根據本發明的一實施例，該承載座可具有一自轉軸，用於使該晶圓自轉。

為達上述目的及其他目的，本發明復提出一種檢測晶圓表面用的取像設備，包含一第二光照射部及如前所述的一取像裝置，該取像裝置的取像部的第一支架具有圍繞該取像裝置的承載座的一旋轉自由度，該取像裝置的該取像部的第二支架的可移動範圍係包含複數個限定區間，各該限定區間係涵蓋該載台表面上相異的表面積，該第二光照射部配置在載台上且用於提供沿第二軸向且朝該晶圓照射的照射光，該第二光照射部與該取像裝置的光照射部為相對配置。

據此，本發明揭露的檢測晶圓表面用的取像裝置及其取像設備，可在取像的位置與照射光的光出射位置在同一側的配置下，正確取得植入在晶圓上的金屬球的表面狀態，進而提高檢測效率。

100:承載座

200:光照射部

200’:第二光照射部

210:光源單元

220:擴散單元

300:取像部

310:第一支架

311:底座

312:頂座

320:第二支架

321:前端

322:後端

323:延伸臂

330:軌道

340:攝像機

350:指示單元

351:第一限位單元

352:第二限位單元

400:晶圓

500:載台

L1:第一軸向

L2:第二軸向

Z:垂直於第一軸向及第二軸向的軸向

I₁:取像方向

I₂:I₁在水平面上的投影量

θ₁:傾角

θ₂:I₂與第一軸向L1間的夾角

θ₃:I₁與水平面的夾角

[圖1]為本發明一實施例之檢測晶圓表面用的取像裝置的部分示意圖。

[圖2]為本發明一實施例中檢測晶圓表面用的取像裝置的立體示意圖。

[圖3]為本發明另一實施例中檢測晶圓表面用的取像設備的俯視示意圖。

[圖4]為圖3實施例的另一操作下的俯視示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：

於本文中，所描述之用語「一」或「一個」來描述單元、部件、結構、裝置、模組、系統、部位或區域等。此舉只是為了方便說明，並且對本發明之範疇提供一般性的意義。因此，除非很明顯地另指他意，否則此種描述應理解為包括一個或至少一個，且單數也同時包括複數。

於本文中，所描述之用語「包含、包括、具有」或其他任何類似用語意係非僅限於本文所列出的此等要件而已，而是可包括未明確列出但卻是所述單元、部件、結構、裝置、模組、系統、部位或區域通常固有的其他要件。

於本文中，所描述之「第一」或「第二」等類似序數之詞語，係用以區分或指關聯於相同或類似的元件、結構、部位或區域，且不必然隱含此等元件、結構、部位或區域在空間上的順序。應了解的是，在某些情況或配置下，序數詞語係可交換使用而不影響本發明之實施。

在晶圓上植入的金屬球體多達百萬顆，以往採用大範圍的人工目視來進行檢查，但這樣的做法既無法提升檢測效率也無法讓金屬球體上的瑕疵被有效顯現。正確植入晶圓的金屬球通常至少具備光滑的表面，有瑕疵的金屬球體，例如：成球的相關條件參數不佳，造成表面具有白斑、霧化等情況的球體，就容易在後續熔融連接後對電性傳導特性產生影響，降低品質。

因此，金屬球體的瑕疵情況必須被有效顯現，請參照圖1，為本發明一實施例之檢測晶圓表面用的取像裝置的部分示意圖。如圖1所示，為了提高晶圓上的植球的球體表面狀態的檢測效率，在本實施例中，對取像的位置與照射光的光出射位置進行特定配置，進而提高了影像中瑕疵部位與正常部位間的對比程度，讓瑕疵可被有效顯現。

圖1中，取像裝置包含：光照射部200及攝像機340。光照射部200用於提供照射光至晶圓400，攝像機340用於對晶圓400進行取像以提供影像資料供後續的瑕疵判定。如圖1所示，晶圓400相較於水平面具有一傾角θ1，水平面是由第一軸向L1及第二軸向L2兩相互垂直的軸向所構成的共用面。第一軸向L1是晶圓400的一轉動軸，例如：藉由承載晶圓400的平台繞著第一軸向L1轉動，可讓晶圓400產生傾角θ₁。第二軸向L2是光照射部200所提供的照射光的照射方向。

在圖1的配置中，且在光照射部200相對於晶圓400間的位置關係為固定的條件下，攝像機340的取向方向被配置在一定範圍內可對晶圓400上的金屬球提供較佳的影像解析度，亦即，可讓金屬球表面的瑕疵部位與正常部位之間具有高對比程度。攝像機340的取像方向I₁在水平面上的投影量為I₂，以第一軸向L1為依據，當投影量I₂與第一軸向L1間的夾角θ₂被限制在0度~50度之間時，攝像機340所擷取到的影像在晶圓400上的金屬球可被以較佳的對比度呈現，進而有助於瑕疵的顯現與判定。

其中，攝像機340的取像方向I₁與水平面的夾角θ₃可被限定在15度~60度之間，搭配前述的配置條件以提供更佳的取像結果。光照射部200可包括光源單元210及擴散單元220，擴散單元220用以讓光源單元210所出射的光線形成向晶圓400照射的平行光(平行於第二軸向L2)。擴散單元220舉例來說為菲涅耳透鏡。

基於攝像機340與光照射部200被配置在同一側(在第一軸向L1的一側)，以及晶圓400相對於照射光所具有的傾角θ₁，這使得打在晶圓400的基板上的照射光所對應形成的反射光，相當於被排除，不易進入與光照射部200被配置在同一側的攝像機340內。因此，這樣的配置可讓進入攝像機340的資訊大多來自晶圓400上的植球球體的表面反射光資訊，大幅減少來自晶圓400基板的反射光資訊的干擾，後續的瑕疵判定將可更加準確。

接著請參照圖2，為本發明一實施例中檢測晶圓表面用的取像裝置的立體示意圖。檢測晶圓表面用的取像裝置被設於載台500上，用於對植入有複數金屬球的晶圓400進行取像。取像裝置包含：承載座100、光照射部200及取像部300。本實施例的取像裝置對於植入在晶圓上的金屬球提供了表面均勻度可被有效檢知的配置，藉由取像裝置的操作即可有效率地獲取具備較高對比程度的球體表面狀態的影像資料。

承載座100用於承載受測的晶圓400。承載座100可基於在第一軸向L1上的一轉動幅度，使晶圓400相較於水平面具有傾角(可同時參照圖1)。此傾角用以讓晶圓400的表面略為朝向光照射部200，進一步地，與第二軸向L2間的該傾角可被限制在-10度~10度之間。光照射部200用於提供沿第二軸向L2且朝晶圓400照射的照射光(可同時參照圖1)。

取像部300包括：第一支架310、第二支架320、軌道330及可活動於軌道330上的攝像機340。第一支架310豎立在載台500上。第二支架320的前端321樞接第一支架310的底座311，第二支架320相對於第一支架310的底座311具有繞該底座311旋轉的自由度。第二支架320的延伸臂323平行於由第一軸向L1及第二軸向L2所構成的水平面(可同時參照圖1)。

軌道330連接在第一支架310的頂座312與第二支架320的後端322之間。其中，第一支架310的頂座312樞接軌道330，軌道330相對於第一支架310的頂座312具有繞該頂座312旋轉的自由度。軌道330提供了攝像機340的活動路徑，讓攝像機340的取像方向與水平面之間的夾角關係可被控制。軌道330可配置為弧形軌道。攝像機340沿著軌道330可提供對晶圓400的不同取像角(如圖1示例的夾角θ₃)。此外，軌道330進一步可用於限定攝像機340的可活動範圍，以讓攝像機340的一取像軸與水平面的夾角被限制在有助於捕獲金屬球體表面分布資訊的15度~60度之間。攝像機340在軌道330上的移動方式可採用電驅式控制或是人工調整式控制，且進一步地，軌道330上更可配置複數攝像機340，達成同時的多角度取像。

因此，取像裝置的第二支架320的延伸臂323可基於前端321與第一支架310的底座311間的活動式樞接，以及軌道330與第一支架310的頂座312間的活動式樞接，使得第二支架320能以前端321的樞接處為圓心來旋轉，以讓延伸臂323具有掠過載台500表面的可移動範圍(如圖1所示例的夾角θ₂的範圍，介於0度~50度之間)。其中，第二支架320的前端321可配置在承載座100的下方且圓心被設定在晶圓400的中心軸向上(平行於Z軸且通過晶圓400的圓心)。

基於取像的位置與照射光的光出射位置會在同一側的此種配置方式，延伸臂323平行於第一軸向L1的位置處(請參照圖1)可被界定為可移動範圍的邊界。延伸臂323與此邊界的夾角在0度~50度的範圍內(如圖1示例的夾角θ₂)，可使取像的位置與照射光的光出射位置會在同一側。

進一步地，取像部300還可包含設於載台500的指示單元350、第一限位單元351及第二限位單元352。第一限位單元351及第二限位單元352(例如為配置在載台500上的凸塊)用於限制第二支架320的延伸臂323的移動範圍。指示單元350(例如為配置在載台500上的尺規)構形成一弧形而指示於該第一限位單元與第二限位單元之間，指示單元350上設有度量刻度以指示第二支架320的延伸臂323與第一軸向L1間的角度。舉例來說，在取像裝置的第二支架320的移動為人工調整時或是需要讓操作者做目視確認，指示單元350可發揮指示作用而提供延伸臂323與第一軸向L1間的角度的指示。

進一步地，承載座100可具有一自轉軸(平行於Z軸且通過晶圓400的圓心)，用於使晶圓400自轉進而對於固定位置的光照射部200及攝像機340 來說，提供不同的檢測面供光照射部200的照射及攝像機340的取像。另一方面，也可同時透過延伸臂323與第一軸向L1間的角度的控制來改變取像角度，活動式的第二支架320提供檢測裝置更多的控制自由度。

接著請參照圖3及圖4，圖3為本發明另一實施例中檢測晶圓表面用的取像設備的俯視示意圖，圖4為圖3實施例的另一操作下的俯視示意圖。

在承載座100不旋轉的條件下(晶圓400不自轉)，前述的取像裝置可進一步搭配第二光照射部200’及第一支架310具有圍繞承載座100的一旋轉自由度的配置方式，來建構晶圓400的360度的取像環境。如圖3所示，軌道330及第二支架320(被軌道330遮蔽，可參照圖2)在載台500上，依據前述，具有一可移動範圍(與第一軸向L1的夾角θ₂介於0度~50度之間)，該可移動範圍在圖3及圖4的示例中被表示為其中一個限定區間。第二光照射部200’配置在載台500上且用於提供沿第二軸向L2且朝該晶圓400照射的照射光，該第二光照射部200’與該光照射部200為相對向的配置。

以圖3及圖4的俯視視角圖觀之，以晶圓400的中心為中央，第一軸向L1及第二軸向L2為建構出一平面的兩軸向，第一象限對應至圖2實施例的可移動範圍，而在圖3及圖4的示例中被表示為第一限定區間R1。第一限定區間R1表示第二支架320掠過載台500表面的一個可移動範圍，如圖1及圖2的示例，同樣為與第一軸向L1的銳角夾角θ₂介於0度~50度之間。同樣地，位在第二象限的第二限定區間R2、位在第三象限的第三限定區間R3、及位在第四象限的第四限定區間R4，在每個象限中的限定區間，如圖1及圖2的示例，同樣為與第一軸向L1的銳角夾角θ₂介於0度~50度之間。

其中，圖4為圖3示例下的第一支架310，基於前述圍繞晶圓400中心的旋轉自由度的配置方式，相較於圖3旋轉180度後的配置狀態。在每個象限中，對應的限定區間可讓取像部300完成各個角度的取像，且均是在攝像機340與光照射部200被配置在同一側的條件下所完成。在此配置下，當要進行第一及第二象限的取像時，使用光照射部200；而當要進行第三及第四象限的取像時，改為使用第二光照射部200’。此外，較佳的操作方式為先進行第一及第四象限的取像(依序使用光照射部200及第二光照射部200’)，再進行第二及第三象限的取像(依序使用光照射部200及第二光照射部200’)，此期間，第一支架310旋轉一次180度，如圖3改變至圖4的配置狀態。在第三象限及第四象限的取像時，由於採用的照射光來自第二光照射部200’，所以晶圓400相對於照射光所具有的傾角需θ₁對應地改變方向，以讓第二光照射部200’提供的照射光可斜向地照射在晶圓400上。

其中，第二光照射部200’的配置可相同於光照射部200，包括光源單元及擴散單元，擴散單元用以讓光源單元所出射的光線形成平行光(平行於第二軸向L2)。擴散單元舉例來說為菲涅耳透鏡。

綜合上述，本發明揭露的檢測晶圓表面用的取像裝置及其取像設備，可在取像的位置與照射光的光出射位置在同一側的配置下，正確取得植入在晶圓上的金屬球的表面狀態，提高檢測效率。此外，取像裝置的各機構的配置與搭配更提供了取像上的便利性與靈活性。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。