检测晶片的系统和方法技术方案

一种用于检测晶片的方法和系统。系统包括光学检测头、晶片工作台、晶片堆栈、ＸＹ工作台和振动隔离器。光学检测头包括一些照明器、图像采集装置、物镜和其他光学元件。本系统和方法能够采集明场图像、暗场图像、３Ｄ图像和复查图像。采集的图像被转换为图像信号并传输至可编程的控制器中进行处理。检测在晶片移动的过程中进行。将采集的图像与参考图进行比较来发现晶片上的缺陷。本发明专利技术提供了一种用于生成优选参考图像的过程方法和一种优选的图片检测的过程方法。参考图的生成过程是自动进行的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种晶片检测的工序。尤其涉及用于检测半导体元件的自动化系统和 方法。
技术介绍
保证半导体元件，例如半导体晶片和芯片生产质量的能力在半导体制造业中的重 要性日益增加。半导体晶片的制造工艺通过不断的改进，将数量越来越多的特征尺寸纳入 到表面面积跟小的半导体晶片中。因此，光刻工艺用于半导体晶片的生产变得越来越成熟， 使得数量越来越多的特征尺寸纳入到表面面积跟小的半导体晶片中(例如，获得更高性能 的半导体晶片)。因此，半导体晶片上可能的误差尺寸通常在微米到亚微米的范围内。显然，半导体晶片的制造对改善半导体晶片生产质量控制和确保高质量的半导体 晶片生产的检测工序的迫切需求日益增加。半导体晶片通过检测后发现的缺陷一般有表面 有微粒、瑕疵、波动和其他不平整的地方。这些缺陷能影响到半导体晶片的最终性能。因此， 在半导体晶片的生产过程中去除或杜绝半导体晶片的缺陷是非常重要的。半导体检测系统和工序已经变得十分先进。例如，使用更高分辨率的成像系统，更 快的计算机和精确度更高的机械装载系统。另外，从以往来看，半导体晶片的检测系统、方 法和技术至少要利用到明场照明、暗场照明和空间过滤波术中的一种。利用明场成像，半导体晶片上的小颗粒会使光形成散射，导致光线偏离成像设备 的聚光孔径，从而导致返回到成像设备的光能变少。当颗粒比透镜或数字化像素的光点扩 散函数还小时，颗粒周围领域内的明场光能聚集了大量颗粒的光能，从而导致很难发现这 些颗粒。另外，非常小的光能的减少是因为小颗粒的尺寸经常被颗粒周围的反射率的变化 掩盖，从而导致缺陷检测出现误差的情况增多。为了克服上述的现象，半导体检测系统已经 装备了具有更高分辨率的高端照相机，这种照相机能够拍摄到半导体晶片上更小表面的图 像。明场图像通常有更好的像素对比并且这也有利于估计缺陷的尺寸以及在检测暗的缺陷 时。暗场成像和它的优点在本
中是众所周知的。暗场成像已经被用于一些现 存的半导体晶片检测系统中。暗场成像一般是依靠光线入射到待检物体上的角度。在一个 相对于待检物品的水平面较低的角度(例如3到30度)，暗场成像一般生成一个黑色的图 像除了有缺陷的位置不是黑色的，例如表面的颗粒，瑕疵和其他不平整的地方。这种暗场成 像的特殊应用是照亮尺寸小于用来生成暗场图像的透镜的解析尺寸的缺陷。在一个相对于 待检物品的水平面较高的角度(例如30到85度)，暗场成像一般能生成更好的明暗对比图 来与明场图像作比较。这种高角度的暗场成像的特殊应用提高了镜面加工或透明物体的表 面上不平整的对比程度。此外，高角度的暗场成像提高了倾斜物品的成像质量。半导体晶片的光的反射率对于每一次明场和暗场成像所得到的图像质量来说通 常具有重大的影响。存在于半导体晶片上的微观结构和宏观结构影响着半导体晶片的光的 反射率。一般来说，半导体晶片所反射的光的数量是由入射光的方向或角度、观察的方向和4半导体晶片表面的光的反射率而作用的。光的反射率依次由入射光的波长和半导体晶片的 制造材料决定。通常很难控制用于检测的半导体晶片的光的反射率。这是因为半导体晶片由多层 材料组成。每一层材料都能透过不同波长的光，例如不同的速度。另外，各层都有不同的光 源渗透率甚至是反射率。因此，对于本
中的技术人员来说，光的使用或使用单一波 长或窄带光，通常会影响到采集的图像的质量是显而易见的。需要经常利用多重空间滤波 器或波长调谐器来改变单一波长或窄带光，这通常是不方便的。为了缓解这样问题，使用宽 频照明是很重要的(例如，波长范围较宽的光源)，例如宽频照明的波长范围在300纳米至 1000纳米之间。宽频照明对于采集高质量图像和检测表面反射率范围广泛的半导体晶片来说有 重大的影响。另外，晶片检测系统通过利用多个照明角度或明暗反差来提高发现缺陷的能 力，例如，利用明场和暗场照明。目前市场上的晶片检测系统通常没有利用多个角度的照明 和完全的宽频波长的光源。目前能得到的晶片检测系统或装备通常利用下列方法的一种在晶片检测的过程 中获得多种反应(1)带有多重照明的多重图像采集装置(Multiple Image Capture Devices MICD)MI⑶利用多重图像采集装置和多种照明。MI⑶是基于将全部波长光谱划分为多 个窄带光并且将每个分段的波长光谱用于各自的照明的原理。在设计利用MICD的方法的 系统的过程中，每一个图像采集装置都对应一种照明(例如，照明光源)，并装有像空间滤 光器或有特殊涂层的分光器之类的相应的光学配件。例如明场照明的波长利用水银弧光灯 和空间滤光器被限定在400到600纳米之间，以及暗场照明的波长利用激光发射器被限制 在650到700纳米之间。MI⑶方法也有它的缺点，例如较低的图像质量和系统设计及配置 相对不具有灵活性。较低的图像治疗通常是由于待检半导体晶片变化的表面反射率，以及 利用窄带光源来检测半导体晶片而造成的。系统设计的不灵活性是因为改变系统所使用的 单一照明的波长通常需要重新配置整个系统的光学装置。另外，MICD方法通常无法容易通 过一台不能改善采集的图像的质量或采集图像速度的图像采集装置来实现采集变化波长 的照明。(2)带有多重照明的单一图像采集装置(Single Image Capture Device SICD)SICD方法利用单一图像采集装置来采集多种照明的光，每个照明的光是分段的波 长光谱光源(例如窄带光源)或宽频光源。然而，这种方法无法在半导体晶片移动的同时 获得多个照明反应。换句话说，SICD方法在半导体晶片移动时只能允许一个照明反应。为 了实现多个照明反应，SICD方法需要在半导体晶片静止的时候来采集图像，这样就影响了 晶片检测系统的工作效率。同时或独立使用通过利用宽频明场照明和暗场照明，或普通的多重照明并利用多 重图像采集装置而实现动态的图像采集的半导体晶片检测系统在当前是无法实现的，这是 由于相对缺乏对它的实际实施和操作优势的理解而造成的。如上所述，现有的半导体晶片检测系统通常使用MI⑶或SI⑶。使用MI⑶的设备 不利用宽频照明并且通常或有较低的图像质量和系统设置或配置的不灵活性等缺点。另一方面，使用SICD的半导体晶片检测系统会降低系统的工作效率并且无法获得动态图像的 同时出现多个照明反应。在美国专利US 5，822，055 (KLAl)中描述了一种当前优选的利用明场照明和暗场 照明的半导体晶片光学检测系统。在KLAl中描述了一种光学检测系统的实施例使用了上 述的MICD。在KLAl中描述的光学检测系统使用多个照相机来分别采集明场和暗场图像。 采集的明场和暗场图像然后被分开或一起处理来发现半导体晶片上的缺陷。另外，KLAl的 光学检测系统使用不同的明场和暗场照明的光源来采集明场和暗场同步图像。KLAl的光学 检测系统通过使用由照明发射器发射的分段的波长光谱和空间滤光器来实现同步图像的 采集(例如，明场和暗场图像的采集)。关于KLAl的光学检测系统，配置一台用于采集暗场 图像的照相机，相应的利用了窄带激光照明和空间滤光器。配置了另一台用于采集明场图 像的照相机，相应的利用了明场照明和具有特殊涂层的分光器。KLAl所述的光学检测系统 的劣势包括你适合用于具有大量表面反射率的半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其特征在于，包括：采集第一对比照明下的晶片的第一图像；采集第二对比照明下的晶片的第二图像，所述的第一对比照明和所述的第二对比照明都具有宽频波长，所述的第一对比照明和所述的第二对比照明用于发现所述的第一图像和所述的第二图像上至少一个缺陷，采集所述的第一图像的位置与采集所述的第二图像的位置之间有一段预设的距离，半导体晶片被放置在这个位置上；关联所述的第一图像和所述的第二图像；和将所述的第一图像上的缺陷位置与所述的第二图像上的缺陷位置进行对比来提供缺陷检测结果。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿杰亚拉里阿曼努拉，葛汉成，
申请(专利权)人：联达科技设备私人有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]