本發(fā)明涉及一種檢測晶圓的方法。

背景技術(shù)：

由于晶圓半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，集成電路的尺寸越來越小，而電路也越來越密集，隨之而來的寄生電阻與寄生電容的效應(yīng)也相對嚴(yán)重，使得半導(dǎo)體工藝陷入瓶頸。因此許多新材料(如低介電系數(shù)(low-k)材料或超低介電系數(shù)(extreme low-k)材料)紛紛被開始使用在半導(dǎo)體工藝中，以期許能夠解決寄生電阻與寄生電容的問題。

然而當(dāng)新材料被加入后，晶圓成為具不同結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的層狀結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)在晶圓切割的過程中可能會產(chǎn)生晶圓剝裂及層間瑕疵的問題，在焊線時可能造成晶圓剝裂、彈坑的問題，而在封模后對晶圓的測試也可能產(chǎn)生裂縫與剝離等問題。這些問題在晶圓上形成的缺陷往往過于細(xì)微，以至于在傳統(tǒng)檢測機(jī)臺下無法被檢驗出來。而有缺陷的晶圓若再繼續(xù)后續(xù)工藝，只會造成成本與人力上的浪費(fèi)，且降低生產(chǎn)良率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種檢測晶圓的方法，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。

本發(fā)明的一個方面在于提供一種檢測晶圓的方法，其中晶圓包含至少一個晶粒封環(huán)(Die Seal Ring)，之后沿晶粒封環(huán)的外圍切割晶圓。檢測晶圓的方法包含提供至少一個偏振光并打至晶圓上。感測從晶圓反射的偏振光的影像。根據(jù)影像分析對應(yīng)晶圓的晶粒封環(huán)的區(qū)域是否有層間瑕疵。

在一個或多個實(shí)施方式中，提供偏振光的步驟中，偏振光斜向入射晶圓。

在一個或多個實(shí)施方式中，提供偏振光的步驟中，提供兩個偏振光至晶圓上，而影像為兩個偏振光的相位差資訊。

在一個或多個實(shí)施方式中，提供兩個偏振光的步驟包含將光束分束以形成兩個偏振光。

在一個或多個實(shí)施方式中，檢測晶圓的方法還包含偏極化光束以形成偏振光。將從晶圓反射的偏振光通過檢偏器。

在一個或多個實(shí)施方式中，檢測晶圓的方法還包含在感測影像前，校正晶圓的取像方位，以讓晶圓的切割痕朝取像視野的第一方向延伸。

在一個或多個實(shí)施方式中，分析影像包含計算影像沿著第二方向的亮度分布以找出切割痕區(qū)域。第二方向與取像視野的第一方向?qū)嵸|(zhì)垂直。

在一個或多個實(shí)施方式中，分析影像還包含根據(jù)影像的切割痕區(qū)域找出對應(yīng)晶粒封環(huán)的晶粒封環(huán)區(qū)域的外邊界區(qū)域與內(nèi)邊界區(qū)域。外邊界區(qū)域位于切割痕區(qū)域與內(nèi)邊界區(qū)域之間。掃描影像的外邊界區(qū)域并按序計算影像資訊值，若影像資訊值超出預(yù)定閥值，則判定為具有層間瑕疵。

在一個或多個實(shí)施方式中，分析影像還包含掃描影像的內(nèi)邊界區(qū)域并按序計算影像資訊值，若影像資訊值超出預(yù)定閥值，則判定為具有層間瑕疵。

在一個或多個實(shí)施方式中，分析影像包含辨識影像對應(yīng)晶圓的晶粒的晶粒區(qū)域。從晶粒區(qū)域推算出對應(yīng)晶粒封環(huán)的晶粒封環(huán)區(qū)域。掃描影像的晶粒封環(huán)區(qū)域并按序計算影像資訊值。若影像資訊值超出預(yù)定閥值，則判定為具有層間瑕疵。

上述實(shí)施方式的檢測晶圓的方法以偏振光檢測晶圓在切割后的影像，影像呈現(xiàn)偏振光的相位差或反射率差異。比起一般用于深層檢測的紅外(IR)光或X光波段顯微鏡更加便宜，可減少檢測裝置的成本。另外，在得到影像后，可以影像的比對(例如影像的灰階、色相(Hue)、明(亮)度(Brightness/Value)、彩 度(飽和度/純度(Saturation/Chroma))的比對)作為分析依據(jù)，與傳統(tǒng)以人眼檢查晶粒良率相比，可大幅加快檢測速度與準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實(shí)施方式的制作、切割與檢測晶圓的方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明一個實(shí)施方式的晶圓在圖1的步驟S10時的局部俯視示意圖。

圖3為圖2的晶圓在圖1的步驟S20時的局部俯視示意圖。

圖4為圖3的區(qū)域P在晶圓位置校正步驟時的局部放大示意圖。

圖5為圖1的步驟S30的流程圖。

圖6為圖1的步驟S50的一些實(shí)施方式的流程圖。

圖7A為擷取圖4的晶圓的影像的示意圖。

圖7B為圖7A的影像的亮度直方圖。

圖8為圖1的步驟S50的另一些實(shí)施方式的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下將以附圖公開本發(fā)明的多個實(shí)施方式，為明確說明起見，許多具體的細(xì)節(jié)將在以下敘述中一并說明。然而，應(yīng)了解到，這些具體的細(xì)節(jié)不應(yīng)用于限制本發(fā)明。也就是說，在本發(fā)明部分實(shí)施方式中，這些具體的細(xì)節(jié)是非必要的。此外，為簡化附圖起見，一些公知慣用的結(jié)構(gòu)與元件在附圖中將以簡單示意的方式繪示。

圖1為本發(fā)明一個實(shí)施方式的制作、切割與檢測晶圓的方法的流程圖，圖2為本發(fā)明一個實(shí)施方式的晶圓100在圖1的步驟S10時的局部俯視示意圖。如步驟S10所示，首先在晶圓100上形成至少一個晶粒封環(huán)(Die Seal Ring)110(或者稱為防崩帶)。晶粒封環(huán)110圍繞晶圓100上的晶粒120。晶粒 封環(huán)110具有外邊界112與內(nèi)邊界114。內(nèi)邊界114毗鄰且環(huán)繞晶粒120，外邊界112則環(huán)繞內(nèi)邊界114。換句話說，內(nèi)邊界114介于外邊界112與晶粒120之間。晶粒120呈矩陣排列，而晶粒封環(huán)110之間則相隔預(yù)定距離，以形成切割道105，因此后續(xù)可沿著切割道105切割晶圓100。一般而言，晶粒封環(huán)110具有夠堅固的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此在切割過程中，晶粒封環(huán)110可減少切割裂痕或其產(chǎn)生的應(yīng)力穿透其中而對晶粒120造成損害。

在一些實(shí)施方式中，當(dāng)晶粒封環(huán)110與晶粒120制作完成后，可在晶圓100上再覆蓋透光層130。透光層130可保護(hù)其下方的結(jié)構(gòu)(如晶粒封環(huán)110與晶粒120)不受后續(xù)工藝的損壞，并增加后續(xù)封裝的穩(wěn)定性。透光層130的材質(zhì)例如為有機(jī)材料，如聚亞酰胺(Polyimide,PI)，然而本發(fā)明不以此為限。另外，在一些實(shí)施方式中，晶粒120中的疊層結(jié)構(gòu)(未繪示)可包含一層或多層低介電系數(shù)(low-k)層、超低介電系數(shù)(extreme low-k)層或高介電系數(shù)(High-k)層，以改善晶粒120中的電子元件的電性，然而本發(fā)明不以此為限。

接著請一并參照圖1與圖3，其中圖3為圖2的晶圓100在圖1的步驟S20時的局部俯視示意圖。如步驟S20所示，沿晶粒封環(huán)110的外圍(即切割道105)切割晶圓100。晶圓100可通過畫線(scribing)、激光切割(laser grooving)、破裂(breaking)、應(yīng)力破裂(stress breaking)或斷鋸(sawing)等方式完成分割，以在晶圓100上形成多個切割痕140。在本實(shí)施方式中，切割痕140互相交錯，然而在其他的實(shí)施方式中，切割痕140的劃線方式可按實(shí)際晶粒120放置位置而不同。

雖然一般而言，切割方向(即切割痕140的延伸方向)會按照晶圓100的晶格軸向而定，然而在實(shí)際切割時仍會形成不可避免的應(yīng)力裂痕。此應(yīng)力裂痕尤其會發(fā)生于介電系數(shù)相差較多的疊層之間(例如低介電系數(shù)層與硅材料層之間)，使其形成層間瑕疵。若層間瑕疵穿透晶粒封環(huán)110而到達(dá)晶粒120內(nèi)部，則會影響晶粒120的電子元件的電性，因此需在切割工藝后檢測切割工藝是否在晶粒封環(huán)110與晶粒120中產(chǎn)生層間瑕疵。

接著即介紹本實(shí)施方式的檢測晶圓的方法。請參照圖4，其為圖3的區(qū)域 P在晶圓位置校正步驟時的局部放大示意圖。在本實(shí)施方式中，可擷取晶圓100的影像以檢測層間瑕疵。而在擷取影像之前，可先校正晶圓100的取像方向，例如旋轉(zhuǎn)晶圓100，讓晶圓100的切割痕140朝取像視野FOV的第一方向D1延伸。其中為了清楚起見，本實(shí)施方式以圖4的切割痕140為例。此處的第一方向D1為取像的基準(zhǔn)方向，使得取像后的影像能夠按照預(yù)定的定位以進(jìn)行影像分析。另外圖4的取像視野FOV的尺寸僅為示例，并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明所屬本領(lǐng)域技術(shù)人員，可根據(jù)實(shí)際需求，彈性調(diào)整取像視野FOV的尺寸。

接著請一并參照圖1與圖5，其中圖5為圖1的步驟S30的流程圖。如步驟S30所示，提供至少一個偏振光并打至晶圓上。具體來說，如圖5的步驟S32所示，偏極化光束以形成偏振光。舉例來說，首先提供光源以發(fā)出光束，此光束例如為非偏振光。光束可通過起偏振片(Polarizer)，以成為具特定偏振態(tài)的偏振光。而光束的波長或其他物理性質(zhì)可按照實(shí)際狀況的不同作改變，本發(fā)明不以此為限。

接著如步驟S34所示，以該偏振光分束以形成兩個偏振光。舉例來說，在步驟S32中的具特定偏振態(tài)的光束可入射分光元件(例如為偏振分光棱鏡或者分色鏡)。以偏振分光棱鏡而言，其可將光束分為兩個偏振光(即分別為正常偏振光(ordinary light)與非常偏振光(extraordinary light))。此兩個偏振光不但具有相互正交的偏振態(tài)，且傳播路徑也不同。之后此兩個偏振光分別打在晶圓上，而被晶圓反射。被反射的兩個偏振光接著回到分光元件。分光元件將兩個偏振光合并。

接著，如步驟S36所示，將從晶圓反射的偏振光通過檢偏器(Analyzer)。具體來說，承接上述，合并的光可經(jīng)過檢偏器，以過濾出特定的光資訊。之后，如圖1的步驟S40所示，感測從晶圓反射的偏振光的影像。在本實(shí)施方式中，其影像為此兩個偏振光的相位差資訊。因此帶有晶粒細(xì)節(jié)的光束便被儲存下來，借此作晶粒缺陷的分析。

然而在其他的實(shí)施方式中，步驟S32之后可接續(xù)步驟S35：偏振光斜向入 射晶圓。此處的斜向入射指偏振光入射晶圓的路徑與光入射晶圓的面的法線方向不平行，其中入射角大于0度且小于90度。接著，如步驟S36所示，將從晶圓反射的偏振光通過檢偏器，以過濾出特定的光資訊。之后，再如圖1的步驟S40所示，感測從晶圓反射的偏振光的影像。在本實(shí)施方式中，其影像為偏振光的反射率資訊。因此帶有晶粒細(xì)節(jié)的光束便被儲存下來，借以作晶粒缺陷的分析。

如上所述，因切割步驟后可能會產(chǎn)生層間瑕疵，此層間瑕疵無法利用一般的顯微鏡由晶粒表面觀測得知。然而層間瑕疵可能會產(chǎn)生晶粒中折射率分布以及材料的變化，而此變化會使得入射的偏振光改變其特性(例如相位或反射率)。以相位改變而言，具有層間瑕疵的區(qū)域的折射率會與周遭區(qū)域相異，此折射率差異即反應(yīng)于兩個偏振光的相位差上。因此按照步驟S32、S34、S36與S40獲得相位差的影像后，再以該影像進(jìn)行后續(xù)分析，以判斷被檢測的該晶圓是否有層間瑕疵。以反射率改變而言，具有層間瑕疵的區(qū)域其反射率會突然變化或者不規(guī)則，因此按照步驟S32、S35、S36與S40獲得反射率的影像后，再以該影像進(jìn)行后續(xù)分析，以判斷被檢測的該晶圓是否有層間瑕疵。在此兩個實(shí)施方式中，因可通過普通光源提供偏振光，因此比起一般用于深層檢測的紅外(IR)光或X光波段顯微鏡更加便宜，可減少檢測裝置的成本。

接著請回到圖1，如步驟S50所示，根據(jù)影像分析對應(yīng)晶圓的晶粒封環(huán)的區(qū)域是否有層間瑕疵。詳細(xì)來說，請一并參照圖6、圖7A與圖7B，其中圖6為圖1的步驟S50的一些實(shí)施方式的流程圖，圖7A為擷取圖4的晶圓100的影像I的示意圖，圖7B為圖7A的影像I的亮度直方圖(Histogram)。在本實(shí)施方式中，影像I取自圖4的取像視野FOV內(nèi)的晶圓100以作舉例，然而本發(fā)明不以此為限。而若晶圓100具有層間瑕疵，則影像I便會產(chǎn)生層間瑕疵區(qū)域202。如上所述，因?qū)娱g瑕疵會造成偏振光的相位差或反射率的差異，因此影像I中便會產(chǎn)生較其他區(qū)域亮或暗的區(qū)塊(即層間瑕疵區(qū)域202)。

如步驟S52所示，計算影像I沿著第二方向D2的亮度分布以找出切割痕區(qū)域240，其中第二方向D2與圖4的取像視野FOV的第一方向D1實(shí)質(zhì)垂直， 而影像I的切割痕區(qū)域240則對應(yīng)晶圓100的切割痕140。具體來說，影像I為二維資訊，第一方向D1可與影像I的Y軸平行，而第二方向D2可與影像I的X軸平行。圖7B的橫軸為第二方向D2(即影像I的X軸)，且圖7B為將同X值的像素的亮度作疊加所取得的亮度直方圖(Histogram)。

因圖4的切割痕140的深度比晶圓100的其他區(qū)域(如晶粒120與晶粒封環(huán)110)皆來得深，因此所取得的影像I的切割痕區(qū)域240與其他區(qū)域的間便會產(chǎn)生較大的亮度差(也即產(chǎn)生高對比)。例如在圖7B中，切割痕區(qū)域240的亮度比其他區(qū)域來得低，因此可以軟體或人工判別出切割痕區(qū)域240位于影像I何處。

接著請回到圖4、圖6與圖7A。如步驟S54所示，根據(jù)影像I的切割痕區(qū)域240找出對應(yīng)晶粒封環(huán)110的晶粒封環(huán)區(qū)域210的外邊界區(qū)域212與內(nèi)邊界區(qū)域214。外邊界區(qū)域212位于切割痕區(qū)域240與內(nèi)邊界區(qū)域214之間，外邊界區(qū)域212對應(yīng)于圖4的外邊界112，而內(nèi)邊界區(qū)域214對應(yīng)于圖4的內(nèi)邊界114。具體來說，找出切割痕區(qū)域240后，可往切割痕區(qū)域240的相對兩側(cè)向外延伸找出外邊界區(qū)域212。例如因切割痕140與晶粒封環(huán)110之間的距離在切割晶圓100時便已知，因此可直接往切割痕區(qū)域240的相對兩側(cè)向外延伸一定的距離以判定晶粒封環(huán)區(qū)域210；或者可在圖7B的亮度直方圖中找出切割痕區(qū)域240兩側(cè)的局部最小值(local minimum)，以判定晶粒封環(huán)區(qū)域210的外邊界區(qū)域212。

接著，如步驟S56所示，掃描影像I的外邊界區(qū)域212并按序計算影像資訊值。此處的影像資訊值可為影像I的灰階、色相、明(亮)度、彩度(飽和度/純度)等等，可按實(shí)際情況作選擇以作為影像比對的比較資訊。若影像資訊值超出預(yù)定閥值，則判定為具有層間瑕疵。也即，當(dāng)層間瑕疵接觸到晶粒封環(huán)110的外邊界112，則判定為不良品，而在影像I中則為判斷層間瑕疵區(qū)域202是否接觸到外邊界區(qū)域212。此處的“超出預(yù)定閥值”指影像資訊值在可接受值范圍外，例如影像資訊值高于可接受最高值，或者影像資訊值低于可接受最低值。晶粒封環(huán)區(qū)域210的影像資訊值落于可接受值范圍內(nèi)，而層間瑕疵 區(qū)域202的影像資訊值則落于可接受值范圍外。具體來說，在找到影像I的晶粒封環(huán)區(qū)域210后，可按序在外邊界區(qū)域212取一定數(shù)量(例如2x2)的像素作影像資訊值的比對(例如影像的灰階、色相、明(亮)度、彩度(飽和度/純度)的比對)。若此影像資訊值超出預(yù)定閥值，則判定為有層間瑕疵，即被標(biāo)記為不良品。而在掃描完外邊界區(qū)域212后，若其影像資訊值皆沒有超出預(yù)定閥值，則判定為良品。在其他的實(shí)施方式中，若晶粒120的元件布局與晶粒封環(huán)110的外邊界112重疊，則可將掃描區(qū)域往外或往內(nèi)位移一定距離，以避免掃描到晶粒120的元件而造成檢測的不準(zhǔn)確。

在其他的實(shí)施方式中，如步驟S57所示，掃描影像I的內(nèi)邊界區(qū)域214并按序計算影像資訊值。若影像資訊值超出預(yù)定閥值，則判定為具有層間瑕疵。也即，當(dāng)層間瑕疵接觸到晶粒封環(huán)110的內(nèi)邊界114，才判定為不良品，此種判別方式較步驟S56的判別方式為松，端視客戶需求。至于判定細(xì)節(jié)因與步驟S56相同，因此便不再描述。

接著請一并參照圖4、圖7A與圖8，其中圖8為圖1的步驟S50的另一些實(shí)施方式的流程圖。如步驟S62所示，辨識影像I對應(yīng)晶圓100的晶粒120的晶粒區(qū)域220。具體來說，晶粒120通常會有對應(yīng)的晶粒布局(layout)檔案，此檔案限定出制作晶粒120時各疊層的曝光顯影區(qū)域，因此可由此晶粒布局檔案比對影像I上的圖案，以找出晶粒120的位置。舉例而言，可選定晶粒120上某一元件122(如圖4所示)或特征，以此元件或特征的外形找出影像I上對應(yīng)的圖案222(如圖7A所示)，如此一來即可決定影像I上的晶粒區(qū)域220。

接著，如步驟S64所示，從晶粒區(qū)域220推算出對應(yīng)晶粒封環(huán)110的晶粒封環(huán)區(qū)域210。既然晶粒區(qū)域220為已知，且由晶粒布局檔案可得到晶粒120與晶粒封環(huán)110之間的間距，因此便可進(jìn)一步在影像I上找到晶粒封環(huán)區(qū)域210。

之后，掃描影像I的晶粒封環(huán)區(qū)域210并按序計算影像資訊值。若影像資訊值超出預(yù)定閥值，則判定為具有層間瑕疵。在一些實(shí)施方式中，可按實(shí)際需求而掃描晶粒封環(huán)區(qū)域210的外邊界區(qū)域212、內(nèi)邊界區(qū)域214或從外邊界 區(qū)域212、內(nèi)邊界區(qū)域214位移后的區(qū)域。例如，如步驟S66所示，掃描影像I的外邊界區(qū)域212并按序計算影像資訊值。當(dāng)層間瑕疵接觸到晶粒封環(huán)110的外邊界112，則判定為不良品，而在影像I中則為判斷層間瑕疵區(qū)域202是否接觸到外邊界區(qū)域212。具體而言，在找到影像I的晶粒封環(huán)區(qū)域210后，可按序在外邊界區(qū)域212取一定數(shù)量(例如2x2)的像素作影像資訊值的比對(例如影像的灰階、色相、明(亮)度、彩度(飽和度/純度)的比對)。若此影像資訊值超出預(yù)定閥值，則判定為有層間瑕疵，即被標(biāo)記為不良品。而在掃描完外邊界區(qū)域212后，若其影像資訊值皆沒有超出預(yù)定閥值，則判定為良品。在其他的實(shí)施方式中，若晶粒120的元件布局與晶粒封環(huán)110的外邊界112重疊，則可將掃描區(qū)域往外或往內(nèi)位移一定距離，以避免掃描到晶粒120的元件而造成檢測的不準(zhǔn)確。

在其他的實(shí)施方式中，如步驟S67所示，掃描影像I的內(nèi)邊界區(qū)域214并按序計算影像資訊值。若影像資訊值超出預(yù)定閥值，則判定為具有層間瑕疵。也即，當(dāng)層間瑕疵接觸到晶粒封環(huán)110的內(nèi)邊界114，才判定為不良品，此種判別方式較步驟S66的判別方式為松，端視客戶需求。至于判定細(xì)節(jié)因與步驟S66相同，因此便不再描述。

上述的步驟S52、S54、S56、S57、S62、S64與S66、S67的具體實(shí)施方式可以軟件程序、硬件電路或人工執(zhí)行。本發(fā)明所屬本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需要彈性選擇其實(shí)施方式，而不需全為軟件程序、全為硬件電路或全為人工執(zhí)行，得部分為軟件程序、部分為硬件電路或部分為人工執(zhí)行。

綜合上述，本實(shí)施方式的檢測晶圓的方法以偏振光檢測晶圓于切割后的影像，影像呈現(xiàn)偏振光的相位差或反射率差異。比起一般用于深層檢測的紅外(IR)光或X光波段顯微鏡更加便宜，可減少檢測裝置的成本。另外，在得到影像后，可以影像的比對(例如影像的灰階、色相、明(亮)度、彩度(飽和度/純度)的比對)作為分析依據(jù)，與傳統(tǒng)以人眼檢查晶粒良率相比，其檢測速度可從三至四天減少為大約三至四小時，大幅加快檢測速度與準(zhǔn)確性。

雖然本發(fā)明已以實(shí)施方式公開如上，然其并非用于限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種不同的選擇和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。