專利名稱：檢查半導體晶片的裝置與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術工藝，尤其涉及一種在半導體制造工藝期間，將涂覆于半導體晶片邊緣上的光刻膠膜的一個邊緣部分去除后，實時檢查半導體晶片上的光刻膠膜去除狀態(tài)的檢查裝置和方法。
背景技術：
半導體芯片是通過許多工藝步驟制造的，為了制造DRAM中的MOSFET(金屬氧化硅場效應晶體管)，在硅基底上生長被用作柵極氧化物的二氧化硅(SiO2)層，在該生長的二氧化硅層上形成用作柵極的多晶硅層，而字線、源極和漏極則通過光刻、摻雜、及蝕刻工藝形成。
光刻工藝是指將通過在半導體晶片上方放置圖形掩模，將光線透過該圖形掩模照射到涂覆于該半導體晶片上的光刻膠膜上，來將掩模上的圖形轉印到涂覆于加工件上的光刻膠膜上的工藝。因為光刻工藝占據了半導體工藝的大部分，并直接影響到產率，所以非常重要。為此，光刻工藝需精確而毫無差錯地進行。
圖1為一般光刻工藝的流程示意圖。
參見圖1，通過HMDS(六甲基乙硅烷)處理晶片以便改善該晶片與一氧化膜表面的粘接(11)；然后，該晶片被冷卻至選定溫度(12)；制造光刻膠膜的原料被配置于晶片上，并被轉動該晶片所產生的離心力均勻地涂覆于晶片上(13)；然后，所涂覆的光刻膠在70-90℃的溫度范圍內被軟烤0.5-30分鐘以便從該光刻膠上蒸發(fā)殘留的溶劑，并同時降低該光刻膠的內應力(14)。
完成軟烤后，晶片被冷卻至某一溫度(15)；進行EBR(邊緣熔珠去除)工藝以去除涂覆于該晶片外邊緣上的光刻膠(16)；EBR工藝完成后，就完成了曝光前的所有程序；然后，對準掩模，進行曝光工藝(17)、顯影工藝(19)，以在該晶片上形成一個圖形。
還有，為了確實除去晶片邊緣上所涂覆的光刻膠，可選擇在曝光工藝之前或之后進行WEE(晶片邊緣曝光)工藝(18)。圖形形成后，進行一軟烤以去除被顯影的光刻膠上的殘留溶液，同時強化粘著力(20)。
通常光刻膠以具有粘性的液態(tài)并通過旋涂機被初步配置于旋轉的晶片上，因該晶片轉動產生離心力而向外流，這樣光刻膠就被均勻地涂覆；晶片被安裝于一碟形的旋轉夾盤上，旋轉夾盤直徑通常小于晶片直徑，當晶片被安裝于旋轉夾盤上時，夾盤通過真空將晶片背面緊緊吸住。
當使用掩模對涂覆有光刻膠的晶片進行曝光時，曝光是在該晶片的芯片區(qū)域完成的，所以，在采用通過光照而被分離為單分子并熔解的正性光刻膠的情況下，邊緣部分的光刻膠并不象芯片區(qū)域那樣被曝光，而在顯影工藝后仍保持未曝光。在理想狀態(tài)下，光刻膠以均勻厚度涂覆，多余的光刻膠原溶液從晶片的邊緣部分偏離，從而多余溶液被噴涂到旋涂機的壁上。但是，實際情況下，該多余溶液的一部分呈滴狀聚集并殘留在晶片的邊緣部分和背面。
圖2是剖面圖，示出殘留在晶片21的邊緣部分的光刻膠22和聚集在晶片21背面的光刻膠滴23。
這些殘留物產生了一個問題，即當一晶片轉送裝置(如夾子)夾起涂覆有光刻膠的晶片時，晶片輸送裝置直接與晶片邊緣部分接觸，因此，當轉送晶片時若被涂覆的光刻膠殘留在晶片邊緣部分，則邊緣部分的光刻膠就可能剝離而成為雜質顆粒，從而導致芯片報廢。因此，在涂覆光刻膠后，要執(zhí)行一個邊緣清洗或EBR(邊緣膠滴去除)工藝，其中在殘留光刻膠上噴涂溶劑以除掉光刻膠殘留物。此外，當噴涂的光刻膠為正性類型時，為了確實去除殘留的光刻膠，要執(zhí)行WEE(晶片邊緣曝光)工藝，其中該邊緣部分被單獨曝光以去除光刻膠。
在下文提及的WEE工藝中，在端部提供光源的曝光裝置沿一電路徑往復照射以曝光該晶片的平坦區(qū)域，而旋轉夾盤在設有光纖的狀態(tài)下連續(xù)轉動一次或兩次，以曝光環(huán)狀晶片的邊緣；曝光后，執(zhí)行顯影工藝以去除暴露于顯影液的邊緣部分。
圖3為一個具有理想形狀的晶片的平面圖，其中光刻膠和膠滴已去除，這里，理想形狀是指晶片邊緣部分的光刻膠被去除一固定寬度“d”。
然后，若光刻膠不象圖3中那樣被均勻去除的話，例如若晶片被夾盤固定或夾盤的轉動中心沒有對準晶片的圓心，則光刻膠就會如圖4所示被不均勻去除。
圖4為光刻膠被不均勻去除的一個例子，該去除失敗是由于晶片的不均勻轉動造成的，換句話說，由于右側邊緣過度剝除而左側邊緣卻剝除不足，光刻膠偏離了晶片的中心而偏向晶片的右側，以至于右側邊緣的寬度“d1”小于左側邊緣的寬度，象這種不平衡現象是由旋轉涂覆本身的不穩(wěn)定或工藝中的不穩(wěn)定造成的。這時，位于晶片右側邊緣的芯片在接下來的蝕刻工藝期間就可能因這樣的曝露而被不必要地蝕刻，或者晶片左側邊緣的光刻膠充當前述的顆粒源，那將會減少晶片的工藝產率；因此，就需要檢查晶片邊緣部分的光刻膠是否被正確去除，但在現有技術中，該檢查程序是在顯影步驟完成后、或晶片產品制造完成后進行的。
例如，操作者在顯影工藝完成后進行抽樣產并用光學顯微鏡對抽樣進行視覺檢查，或在芯片完成后進行電子測試而確認該晶片邊緣部分上是否出現報廢晶片。
但是，這些傳統(tǒng)檢查方法并非實時進行，而是延遲了很長時間以手工方式進行的，因此，雖然在顯影工藝完成后或在電子檢查過程中發(fā)現了廢品，但發(fā)現的時間是在已經制造了許多有報廢晶片的晶片之后。因此，傳統(tǒng)檢查方法還極有可能使隨后加工的所有晶片都報廢。另外，由于操作者手動檢查的不確定性，很難精確地檢查出廢品。
因此，傳統(tǒng)手動檢查方法亟需改進。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種裝置和方法，通過對一個半導體晶片的邊緣狀態(tài)進行拍攝、并根據一個分析算法對所拍攝圖象進行分析，來判斷工藝是否正常進行。
本發(fā)明的另一目的是快速而精確地實時檢查涂覆于半導體晶片邊緣部分上的光刻膠的去除狀態(tài)。
本發(fā)明的又一目的是通過檢查涂覆于半導體晶片邊緣部分上的光刻膠的去除狀態(tài)，而提高半導體的工藝產率。
為達到上述目的，本發(fā)明提供一種用于視覺檢查半導體晶片邊緣狀態(tài)的裝置，該裝置包括晶片支撐臺；水平安裝于該晶片支撐臺上的半導體晶片；以及至少一個用于對該晶片的邊緣進行拍攝的拍攝單元，其與該半導體晶片的邊緣間隔一定距離。
根據本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供一種檢查半導體晶片邊緣的方法，該方法包括以下步驟將該晶片水平安裝于一個旋轉夾盤上；通過旋轉該旋轉夾盤而旋轉該半導體晶片；用一個與該半導體晶片邊緣間隔一定距離的電荷耦合元件拍攝至少一個邊緣圖象；分析所拍攝的圖象；以及根據分析結果判斷工藝是否被正常進行。


本發(fā)明的上述目的、特性、及優(yōu)點可結合以下附圖及文字描述而更加清楚，其中圖1為一般光刻工藝的流程圖；圖2為顯示一個晶片邊緣上的殘留光刻膠和膠滴的剖面圖；圖3為顯示一個晶片邊緣上的殘留光刻膠和膠滴被正確去除的平面圖；
圖4為顯示一個晶片邊緣上的殘留光刻膠和膠滴被不正確去除的平面圖；圖5為本發(fā)明一實施例中檢查半導體晶片的裝置的透視圖；圖6示出將所拍攝的圖象處理為數據并對該數據進行分析的算法的流程圖；圖7示出半導體晶片上的拍攝位置的示意圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。在下面的描述中不同附圖中的同一元件將使用相同的標號，所描述的內容如電路的具體結構及元件只是用于幫助理解本發(fā)明，因此，顯然本發(fā)明也可不通過這些具體內容來實現。而且，其中沒有詳細描述公知功能和結構，以免不必要的細節(jié)妨害本發(fā)明的理解。
圖5為本發(fā)明一個實施例中檢查一個半導體晶片邊緣狀態(tài)的裝置的示意圖。參考圖1，一個可旋轉的旋轉夾盤52位于晶片旋轉軌跡主體51內側，一個半導體晶片53水平安裝于該旋轉夾盤52上。檢查半導體晶片53的邊緣狀態(tài)的裝置包括一個拍攝單元或視覺單元54，用于拍攝該半導體晶片53的邊緣狀態(tài)，并將所拍攝的邊緣圖象通過電纜56傳輸給內裝有圖象分析軟件的分析單元57；一個用于支撐并傳送該視覺單元54的支撐架。
如前所述，本發(fā)明在EBR或WEE工藝完成后立即對光刻膠的去除狀態(tài)進行檢查。在顯影步驟之前或之后，其邊緣部分的光刻膠已被去除的晶片53被安裝于旋轉夾盤52上。隨著旋轉夾盤52的轉動，晶片53也以固定速度轉動，此時，置于晶片53的邊緣上方的視覺單元54即時拍攝晶片53的邊緣部分。而視覺單元54可采用照相機，更優(yōu)選地，可采用具有光纖的內視檢查(endoscope)型的光學顯微鏡，視覺單元54還與分析單元57連接，以將所拍攝的圖象傳輸給分析單元57。
圖6示出將所拍攝的圖象處理為圖象數據的算法的流程圖。
參見圖6，當視覺單元54拍攝晶片53的邊緣圖象(61)并將所拍攝的圖象傳輸給分析單元57時，分析單元57對所傳輸的圖象進行過濾，并校正顏色以便執(zhí)行一個常規(guī)的圖象處理程序(62)。然后，用通過圖象處理程序獲得的晶片圖象，對晶片邊緣和光刻膠邊緣進行識別(63)。這時，被去除了光刻膠的晶片邊緣的寬度“d”也如圖3所示被測量(64)。然后，把所測的寬度“d”與預設的臨界寬度值相比較(65)。
接著，通過比較判斷光刻膠涂覆工藝是否正常。依照判斷結果采取相應措施，例如，當所測的寬度“d”大于臨界寬度值，則可判斷工藝不正常，這樣分析單元57本身、或一個與分析單元57相連接的控制單元對該不正常的工藝采取措施(66)；對該不正常的工藝采取的措施之一是發(fā)出警報以通知操作者工藝失敗，或將生產線自動停止。然后，進行一個校準步驟以對造成生產線停止的機械不穩(wěn)定性或工藝故障進行維修，以避免很多具有缺陷的晶片進入后續(xù)工藝。
下面要詳述對所拍攝圖象進行分析的方法。
該晶片的端部及光刻膠的端部可從拍攝的輸入圖象上被識別出，晶片的端部及光刻膠的端部之間的寬度被測量出來。從而判斷所測寬度在預設臨界值內還是錯誤值，根據該判斷結果，判斷工藝正常與否。
例如，當在EBR或WEE工藝中去除的光刻膠的寬度為2mm而臨界值被預設為±10％時，若從所拍攝的圖象中分析的寬度“d”在1.9-2.1mm范圍內，該工藝就被判斷為正常，而若從所拍攝的圖象中分析的寬度“d”不在1.9-2.1mm范圍內，該工藝就被判斷為不正常；該臨界值可根據工藝條件和精度級別而自由控制。
根據本發(fā)明，可僅通過一個所拍攝的圖象而判斷工藝是否正常，但是，為了更加精確地判斷，則優(yōu)選使用至少兩個所拍攝的圖象。
當采用一個所拍攝的圖象時，就無需轉動該晶片，換句話說，就可以在該晶片停止的狀態(tài)下拍攝該晶片及光刻膠的一個圖象。但是，采用一個所拍攝的圖象時，雖然在該晶片上存有缺陷，卻可能僅拍攝到正常部位而檢測不出缺陷，為避免這種問題發(fā)生，應相互分開預定角度地拍攝并分析多個邊緣圖象，這樣，即使僅找到任何一個所測寬度值，也可判斷該工藝為不正常。
多個邊緣圖象可通過不同方法拍攝。一個方法是如圖5所示在晶片53的邊緣部分上方設置單個固定的視覺單元54，它拍攝該晶片邊緣部分的幾個位置。這時，晶片53以固定速度轉動。另一方法是在晶片53的邊緣部分上方設置多個視覺單元，它們在晶片53停止或微速轉動的狀態(tài)下僅拍攝各個對應的邊緣部分。另外，當采用多個視覺單元時，還可以在晶片53停止的狀態(tài)下通過轉動該多個視覺單元而拍攝多個圖象。
在后一方法中，最好維持一個固定值的拍攝時間間隔，以便進行等分位置的拍攝，例如，當該單個視覺單元以每秒6次拍攝該每秒轉動一次的晶片時，該單個視覺單元以60度間隔拍攝該晶片，因此，即使涂覆于該晶片上的光刻膠向一側偏離，這一狀態(tài)還是能在相當短的時間內被精確測出。
圖7示出拍攝半導體晶片上的6個位置P1-P6的例子的示意圖。
參見圖7，在所選六個位置測量該晶片端部與光刻膠端部之間的間隔d1一d6，并從所測的該間隔d1-d6獲得一個最小值和一個最大值，如果該最小值或該最大值不在一個臨界值內，則可判斷該工藝不正常或失敗。這里，由于在對應于的晶片上的平坦區(qū)域的位置P5所拍攝的圖象是沒有晶片圖象的空白，所以應制定一個算法以不將該圖象包括在分析數據內。
在光刻膠被錯誤地去除的情況下，是由于光刻膠向一側偏離而引起的，對應于該最大值的位置及對應于該最小值的位置都對準在同一條對角線。
圖7僅僅是一個例子，因此考慮到圖象的拍攝及所拍攝圖象的分析所花時間與精度之間的折中方案，應適當計算拍攝位置的數目，根據發(fā)明人的實驗，優(yōu)選拍攝大約4-6個拍攝圖象并對所拍圖象進行分析。
在本發(fā)明的裝置中，旋涂機可用作軌道裝置，在這種情況下，僅需在傳統(tǒng)的旋涂機上另裝設一個視覺單元，換句話說，除了視覺單元外不需裝設其他設備，那么，當使用旋涂機時，由于視覺單元的透鏡表面可能被光刻膠原溶液或其他污染源所污染，所以還可選擇另外裝設一個防止該類污染的防污染單元。
作為這種防污染單元的例子，有如圖5所示的快門60，該快門60安裝在視覺單元54的透鏡前，它只有在拍攝期間才打開以便暴露于外部環(huán)境中。
這種防污染單元的另一例子是在一種任何需要的時候都可移動該視覺單元54的方法，具體來說參見圖5，視覺單元54只有當拍攝圖象時才被置于拍攝位置，且當拍攝結束后，視覺單元54就被支架55從該旋涂機移到一段距離以外的位置，或被移入保護罩59內以使該視覺單元54隔絕于污染源。
視覺單元54可如圖5所示水平移動，也可在軌道上方垂直移動以隔絕于污染源。
如前所述，本發(fā)明提供了一種自動視覺單元，該視覺單元能夠實時檢查涂覆在晶片上的光刻膠的去除狀態(tài)，這樣就避免了檢查時間的延遲、以及因延遲造成的晶片廢品和工藝產率減少的發(fā)生。
另外，本發(fā)明還采用了使用硬件和軟件的自動檢查方法，而不采用傳統(tǒng)手動檢查因此提高了檢查的可靠性。
還有，本發(fā)明除了視覺單元等少量部件外不需增加很多新的部件，因此降低了安裝成本。
雖然上面參照具體的優(yōu)選實施例對發(fā)明進行了揭示和描述，然而本技術領域的技術人員應當理解，在不脫離所附權利要求確定的本發(fā)明的精神和范圍內，可以對形式和細節(jié)作各種變化。
權利要求
1.一種視覺檢查半導體晶片的邊緣狀態(tài)的裝置，包括晶片支撐臺；水平安裝該晶片支撐臺上的半導體晶片；以及至少一個拍攝單元，其與該半導體晶片的邊緣間隔一定距離，用于拍攝該半導體晶片的該邊緣。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征是該晶片支撐臺是可旋轉的。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征是該可旋轉的晶片支撐臺是光刻膠涂覆裝置的旋轉夾盤。
4.如權利要求1至3中任何一個所述的裝置，其特征是該拍攝單元是光纖型光學顯微鏡。
5.如權利要求1至3中任何一個所述的裝置，其特征是該拍攝單元包括一個設置于該拍攝單元前表面上的快門。
6.如權利要求1至3中任何一個所述的裝置，其特征是該拍攝單元可以通過該晶片支撐臺的移動而從該半導體晶片的邊緣移開。
7.如權利要求1至3中任何一個所述的裝置，其特征是該拍攝單元可以移入一個保護罩內以防止該拍攝單元的該前表面被該晶片支撐臺的污染源所污染。
8.一種檢查半導體晶片的邊緣的方法，該方法包括下列步驟將半導體晶片水平安裝于旋轉夾盤上；通過轉動該旋轉夾盤而轉動該半導體晶片；使用一個拍攝單元拍攝該半導體晶片的至少一個邊緣圖象，該拍攝單元與該半導體晶片的邊緣間隔一定距離，用于拍攝該晶片的該邊緣；分析所拍攝的圖象；以及根據分析結果判斷所進行的工藝是否正常。
9.如權利要求8所述的方法，其中，該分析步驟分析半導體晶片上的光刻膠是否被均勻去除。
10.一種檢查涂覆于半導體晶片邊緣上的光刻膠膜的去除狀態(tài)的方法，該方法包括下列步驟以一均勻寬度從該半導體晶片的該邊緣去除涂覆于半導體晶片上的光刻膠膜的一個邊緣部分；拍攝該被去除了光刻膠膜的半導體晶片的至少一個邊緣部分的圖象；從該所拍攝的圖象獲得該晶片的邊緣和殘留光刻膠膜的邊緣之間的距離差；將所獲得的距離差與一個預設臨界值相比較；以及當該距離差在一個預定范圍內時，可判斷工藝為正常，而當該距離差超出該預定范圍時，可判斷該工藝為不正常。
11.如權利要求10所述的方法，其中該預定范圍由一個最大值和一個最小值確定。
全文摘要
一種實時檢查半導體晶片邊緣部分上涂覆的光刻膠膜去除狀態(tài)的檢查裝置與方法，該裝置包括晶片支撐臺；水平安裝于該晶片支撐臺上的半導體晶片；以及至少一個用于對該晶片的邊緣進行拍攝的拍攝單元，其與該半導體晶片的邊緣間隔一定距離。
文檔編號H01L21/02GK1457510SQ02800419
公開日2003年11月19日 申請日期2002年1月23日 優(yōu)先權日2001年1月26日
發(fā)明者崔炳坤 申請人:株式會社應用視覺技術