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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-12
(45)【発行日】2024-12-20
(54)【発明の名称】劈開された半導体ウェハカメラシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/66 20060101AFI20241213BHJP
G01B 11/30 20060101ALI20241213BHJP
【ＦＩ】
H01L21/66 J
G01B11/30 A
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2023517316
(86)(22)【出願日】2021-09-15
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-05
(86)【国際出願番号】 US2021050383
(87)【国際公開番号】W WO2022060780
(87)【国際公開日】2022-03-24
【審査請求日】2024-09-12
(31)【優先権主張番号】62/706,894
(32)【優先日】2020-09-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/706,895
(32)【優先日】2020-09-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/706,897
(32)【優先日】2020-09-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】518112516
【氏名又は名称】グローバルウェーハズ カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＧｌｏｂａｌＷａｆｅｒｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100184343
【弁理士】
【氏名又は名称】川崎 茂雄
(72)【発明者】
【氏名】マイヤー，ベンジャミン マイケル
(72)【発明者】
【氏名】ケイザー，ジャスティン スコット
(72)【発明者】
【氏名】バレー，ジョン エフ
(72)【発明者】
【氏名】イーオフ，ジェイムズ ディーン
(72)【発明者】
【氏名】タナ，バンダン
(72)【発明者】
【氏名】ルーター，ウィリアム エル
【審査官】堀江 義隆
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０５１８５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１３８８９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０６６６７７６２（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】米国特許出願公開第２００４／００１２７７５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００１／００２８４５２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６６
Ｇ０１Ｂ １１／３０
Ｇ０１Ｎ ２１／９５６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体ウェハを撮像するための半導体ウェハ撮像システムであって、暗箱を画定するシュラウドパネルと、
前記暗箱に配置された、前記半導体ウェハを撮像するためのカメラと、
前記半導体ウェハに拡散光を向けるための照明パネルと、
前記拡散光を前記カメラに反射する平面ミラーと
を備え、
前記拡散光の一部は、前記半導体ウェハで反射され、前記カメラは、反射された前記拡散光を検出することで前記半導体ウェハを撮像する、システム。
【請求項2】
前記カメラにより生成された画像を解析するコントローラを更に備え、前記コントローラは、前記半導体ウェハの欠陥を検出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記シュラウドパネルは、前記暗箱内での反射を最小化するために黒い陽極酸化アルミニウムパネルを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記シュラウドパネルは、上部チャンバおよび下部チャンバを画定し、支持プレートは、前記上部チャンバを前記下部チャンバから分離し、
底部シュラウドパネルは、前記下部チャンバを少なくとも部分的に画定するとともに、ウェハ開口を画定し、
前記支持プレートは、カメラ開口を画定し、
前記拡散光は、前記ウェハ開口を通じて前記半導体ウェハに伝達され、
反射された前記拡散光は、前記半導体ウェハから前記ウェハ開口および前記カメラ開口を通じて前記カメラへ伝達される、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記照明パネルは、前記下部チャンバに配置されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記半導体ウェハを前記ウェハ開口に配置するためのエンドエフェクタを更に備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項7】
前記暗箱に取り付けられ、前記エンドエフェクタの位置を較正するエンドエフェクタポジショナを更に備え、前記エンドエフェクタポジショナは、前記エンドエフェクタの位置が較正された後に、前記暗箱から取り外し可能である、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記カメラおよび前記平面ミラーは、前記上部チャンバに配置されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項9】
前記カメラに取り付けられ、前記上部チャンバに前記カメラを位置決めするためのスライドロックを更に備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
前記平面ミラーに取り付けられ、前記上部チャンバに前記平面ミラーを位置決めするためのミラー位置決めシステムを更に備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項11】
前記上部チャンバにフィルタが配置され、前記フィルタは、前記カメラ開口を覆う、請求項８に記載のシステム。
【請求項12】
前記カメラにフィルタが取り付けられており、前記フィルタは、前記カメラのレンズを覆う、請求項８に記載のシステム。
【請求項13】
前記暗箱に取り付けられ、前記暗箱を位置決めするための位置決めプレートを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項14】
半導体ウェハを撮像するための暗箱であって、上部チャンバおよび下部チャンバを画定するシュラウドパネルと、ここで、支持プレートが前記上部チャンバを前記下部チャンバから分離しており、底部シュラウドパネルが少なくとも部分的に前記下部チャンバを画定するとともにウェハ開口を画定し、前記支持プレートがカメラ開口を画定し、
前記上部チャンバに配置され、前記半導体ウェハを撮像するためのカメラと、
前記半導体ウェハに拡散光を向けるための照明パネルと
を備え、
前記拡散光は、前記ウェハ開口を通じて前記半導体ウェハに伝達され、
前記拡散光の一部は、前記ウェハ開口および前記カメラ開口を通じて前記半導体ウェハで反射され、前記カメラは、反射された前記拡散光を検出することで前記半導体ウェハを撮像する、暗箱。
【請求項15】
前記拡散光は、前記ウェハ開口を通じて前記半導体ウェハに伝達され、反射された前記拡散光は、前記ウェハ開口および前記カメラ開口を通じて前記半導体ウェハに伝達される、請求項１４に記載の暗箱。
【請求項16】
前記照明パネルは、前記下部チャンバに配置されている、請求項１４に記載の暗箱。
【請求項17】
記カメラおよび平面ミラーは、前記上部チャンバに配置されている、請求項１４に記載の暗箱。
【請求項18】
前記カメラに取り付けられ、前記上部チャンバに前記カメラを位置決めするためのスライドロックを更に備える、請求項１７に記載の暗箱。
【請求項19】
前記平面ミラーに取り付けられ、前記上部チャンバに前記平面ミラーを位置決めするためのミラー位置決めシステムを更に備える、請求項１７に記載の暗箱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２０年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／７０６８９４号、２０２０年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／７０６８９５号、および２０２０年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／７０６８９７号に基づく優先権を主張する。なお、優先権の基礎とした出願の全ての開示は、全体として参照により本出願に組み込まれる。
本出願は、２０２０年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／７０６８９４号、２０２０年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／７０６８９５号、および２０２０年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／７０６８９７号に基づく優先権を主張する。なお、優先権の基礎とした出願の全ての開示は、全体として参照により本出願に組み込まれる。
【0002】
本開示の分野は、半導体基板の撮像、特に、劈開されたウェハの撮像のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【0003】
半導体ウェハは、通常、回路が印刷される集積回路（ＩＣ）チップの製造に使用される。まず、ウェハの表面に回路が小型化された状態で印刷された後、ウェハが分割されて回路チップになる。製造プロセス中、ウェハは、各ウェハの前面および後面が鏡面状の反射面を有するように、処理され、研磨される。製造コストを削減するために、製造プロセス中にウェハは撮像され、ウェハが更に処理される前にウェハの表面の欠陥を検出する。
【0004】
品質制御システムで使用される撮像システムには、製造された物品で光を反射させ、カメラで反射光を検出することで、製造された物品を撮像するものがある。カメラは、典型的には、製造された物品の非鏡面反射面を撮像する。しかしながら、ウェハの表面は鏡面であるため、ウェハに向けられる光は、均一な拡散光である必要がある。そうでなければ、撮像システムに取り込まれる画像は、ウェハの特徴ではなく、光源の反射像になる。
【0005】
また、ウェハの反射面を撮像する撮像システムもあるが、撮像システムは、典型的には、大型の放物面鏡が含まれるため、撮像システムのサイズが大きくなり、製造プロセス内で撮像システムを配置できる場所が限定される。具体的には、放物面鏡により、撮像システムの高さと幅が大幅に大きくなる。撮像システムは、大きい体積のシステムを収容できる十分なスペースがある場所にしか配置できない。システムに適した場所は、製造プロセスに支障をきたす可能性がある。
【0006】
本セクションは、以下に説明および／またはクレームされる本開示の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を読者に紹介することを意図している。本議論は、本開示の様々な態様をより理解するための背景情報を読者に提供する上で有用であると考えられる。したがって、これらの記述は、この観点で読まれるべきであり、先行技術を認めるものではないことを理解されたい。
【発明の概要】
【0007】
本開示の一態様は、半導体ウェハを撮像するための半導体ウェハ撮像システムに関する。前記システムは、暗箱を画定するシュラウドパネルと、前記暗箱に配置された、前記半導体ウェハを撮像するためのカメラと、前記半導体ウェハに拡散光を向けるための照明パネルとを含む。前記拡散光の一部は、前記半導体ウェハで反射され、前記カメラは、反射された前記拡散光を検出することで前記半導体ウェハを撮像する。
【0008】
本開示の他の態様は、半導体ウェハを撮像するための暗箱に関する。前記暗箱は、上部チャンバおよび下部チャンバを画定するシュラウドパネルを含む。支持プレートが前記上部チャンバを前記下部チャンバから分離している。底部シュラウドパネルが少なくとも部分的に前記下部チャンバを画定するとともにウェハ開口を画定している。前記支持プレートがカメラ開口を画定している。暗箱は、前記上部チャンバに配置され、前記半導体ウェハを撮像するためのカメラと、前記半導体ウェハに拡散光を向けるための照明パネルとを更に含む。前記拡散光は、前記ウェハ開口を通じて前記半導体ウェハに伝達され、前記拡散光の一部は、前記ウェハ開口および前記前記カメラ開口を通じて前記半導体ウェハで反射される。前記カメラは、反射された前記拡散光を検出することで前記半導体ウェハを撮像する。
【0009】
本開示の更に他の態様は、半導体ウェハを処理するための半導体ウェハ処理システムに関する。前記システムは、前記半導体ウェハを処理するための半導体ウェハ処理ステーションと、前記半導体ウェハ処理ステーションが前記半導体ウェハを処理した後に、前記半導体ウェハを撮像する半導体ウェハ撮像システムとを含む。前記半導体ウェハ撮像システムは、暗箱を画定するシュラウドパネルと、前記暗箱に配置された、前記半導体ウェハを撮像するためのカメラと、前記半導体ウェハに拡散光を向けるための照明パネルとを含む。前記拡散光の一部は、前記半導体ウェハで反射され、前記カメラは、反射された前記拡散光を検出することで前記半導体ウェハを撮像する。
【0010】
本開示の更に他の態様は、半導体ウェハを処理するための半導体ウェハ処理システムに関する。前記システムは、第１半導体ウェハを処理するための第１半導体ウェハ処理ステーションを含む、前記第１半導体ウェハを処理するための第１製造ラインを含む。前記システムは、第２半導体ウェハを処理するための第２半導体ウェハ処理ステーションを含む、前記第２半導体ウェハを処理するための第２製造ラインを更に含む。前記第２製造ラインは、共通位置において前記第１製造ラインと交差している。前記システムは、前記第１製造ラインと前記第２製造ラインとが交差する前記共通位置内に配置された、前記第１半導体ウェハおよび前記第２半導体ウェハを撮像するための半導体ウェハ撮像システムを更に含む。前記半導体ウェハ撮像システムは、前記第１半導体ウェハ処理ステーションと前記第２半導体ウェハ処理ステーションとが前記第１半導体ウェハと前記第２半導体ウェハとを処理した後に、前記第１半導体ウェハと前記第２半導体ウェハとを撮像する。前記半導体ウェハ撮像システムは、暗箱を画定するシュラウドパネルと、前記暗箱に配置された、前記半導体ウェハを撮像するためのカメラと、前記半導体ウェハに拡散光を向けるための照明パネルとを含む。前記拡散光の一部は、前記半導体ウェハで反射され、前記カメラは、反射された前記拡散光を検出することで前記半導体ウェハを撮像する。
【0011】
本開示の更に他の態様は、半導体ウェハを撮像するための半導体ウェハ処理システムの半導体ウェハ撮像ステーションに関する。前記ステーションは、フレームと、前記フレームに取り付けられた位置決めプレートと、前記位置決めプレートに移動可能に取り付けられた暗箱とを含む。前記暗箱は、前記暗箱を画定するシュラウドパネルと、前記暗箱に配置された、前記半導体ウェハを撮像するためのカメラと、前記半導体ウェハに拡散光を向けるための照明パネルとを含む。前記拡散光の一部は、前記半導体ウェハで反射され、前記カメラは、反射された前記拡散光を検出することで前記半導体ウェハを撮像する。前記ステーションは、前記半導体ウェハを前記カメラの視野内に位置決めするためのエンドエフェクタを更に含む。
【0012】
本開示の更に他の態様は、半導体ウェハの欠陥を検出する方法に関する。前記方法は、前記半導体ウェハに拡散光を向け、前記拡散光を前記半導体ウェハで反射させることを含む。前記方法は、前記拡散光をカメラで検出し、前記半導体ウェハの画像を生成し、前記画像を解析して、前記半導体ウェハの欠陥を検出することを更に含む
【0013】
本開示の更に他の態様は、半導体ウェハを処理するための方法に関する。前記方法は、劈開ステーションで前記半導体ウェハを劈開し、前記半導体ウェハをカメラの視野内に位置決めし、拡散光を前記半導体ウェハに向けることを含む。前記方法は、前記拡散光を前記半導体ウェハで反射させ、前記拡散光をカメラで検出し、前記半導体ウェハの画像を生成し、前記画像を解析して、前記半導体ウェハの欠陥を検出することを更に含む。
【0014】
本開示の更に他の態様は、半導体ウェハ処理システムを用いて半導体ウェハを処理するための方法に関する。前記半導体ウェハ処理システムは、処理ステーションと半導体ウェハ撮像ステーションとを含む。前記方法は、前記処理ステーションで前記半導体ウェハを処理し、前記半導体ウェハを前記半導体ウェハ撮像ステーションのカメラの視野内に位置決めし、前記半導体ウェハに拡散光を向けることを含む。前記方法は、前記拡散光を前記半導体ウェハで反射させ、前記拡散光を前記カメラで検出し、前記半導体ウェハの画像を生成し、前記画像を解析して、前記半導体ウェハの欠陥を検出することを更に含む。
【0015】
本開示の更に他の態様は、半導体ウェハ処理システムを用いて半導体ウェハを処理するための方法に関する。前記半導体ウェハ処理システムは、第１製造ラインと、第２製造ラインと、前記第１製造ラインと前記第２製造ラインとが交差する共通位置内に配置された半導体ウェハ撮像ステーションとを含む。前記第１製造ラインと前記第２製造ラインとは、半導体ウェハを処理するための処理ステーションをそれぞれ含む。本方法は、ｉ）前記第１製造ラインの前記処理ステーションで第１半導体ウェハを処理し、ｉｉ）前記第１半導体ウェハを前記半導体ウェハ撮像ステーションのカメラの視野内に位置決めし、ｉｉｉ）前記第１半導体ウェハに拡散光を向けることを含む。前記方法は、ｉｖ）前記拡散光を前記第１半導体ウェハで反射させ、ｖ）前記拡散光を前記カメラで検出し、前記第１半導体ウェハの画像を生成し、ｖｉ）前記画像を解析して、前記半導体ウェハの欠陥を検出することを更に含む。本方法は、ｖｉｉ）前記第２製造ラインの前記処理ステーションで前記第２半導体ウェハを処理し、ｖｉｉｉ）ステップｉｉからｖｉを繰り返して、前記第２半導体ウェハを撮像することを更に含む。
【0016】
上述した態様に関連して記載された特徴には、様々な改良が存在する。同様に、更なる特徴が、上述した態様に組み込まれてもよい。これらの改良および追加の特徴は、個別に存在してもよく、任意の組み合わせで存在してもよい。例えば、図示された実施形態のいずれかに関連して後述される様々な特徴は、上述した態様のいずれかに、単独または任意の組み合わせで、組み込まれてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【0018】
様々な例の特定の特徴は、ある図面には示され、他の図面には示されていないことがあるが、これは便宜上のものである。任意の図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／またはクレームされてもよい。
【0019】
特に示さない限り、図面は、本開示の例の特徴を説明するためのものである。これらの特徴は、本開示の１または複数の例を有する様々なシステムにおいて適用可能であると考えられる。図面は、開示された例の実施に必要とされる、当業者に知られている全ての従来の特徴を含むことを意図していない。
【発明を実施するための形態】
【0020】
半導体ウェハ（半導体またはシリコン「ウェハ」または「基板」として参照されることがある）は、一般的に、結晶成長プロセスにより形成され、個別のウェハに切り出される単結晶インゴット（例えば、シリコンインゴット）から準備される。好適な結晶成長プロセスには、チョクラルスキープロセス、フロートゾーンプロセス、熱水プロセス、ブリッジマンプロセス、キロポウロスプロセス、および／または他の任意の結晶成長プロセスが含まれる。本明細書では、シリコンから構成される半導体ウェハについて言及するが、ゲルマニウム、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウムヒ素、および窒素ガリウムまたはリン化インジウムなどのＩＩＩ族元素およびＩＶ族元素の他の合金、または硫化カドミウムまたは酸化亜鉛などのＩＩ族元素およびＶＩ族元素の合金などの他の材料が半導体ウェハを準備するために使用されてもよい。各半導体ウェハは、中心軸と、前面と、前面に平行な後面とを含む。前面および後面は、中心軸に対して概ね垂直である。前面と後面とは、周縁により接合されている。
【0021】
半導体ウェハは、複合層構造の準備に利用されてもよい。複合層構造（例えば、半導体・オン・インシュレータ、より具体的には、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造）は、一般的に、ハンドルウェアまたはハンドル層と、デバイス層と、ハンドル層とデバイス層との間の絶縁（例えば、誘電体）フィルム（典型的には酸化層）とを備える。一般的に、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、シリコン・オン・サファイア（ＳＯＳ）、およびシリコン・オン・クオーツなどの複合層構造は、２つのウェハを密着させて配置し、ファンデルワールス力により結合させ、その後、熱処理により結合を強化することで製造されている。アニールにより、１つの界面間の末端シラノール基をシロキサン結合に変換し、結合を強化する。
【0022】
熱的アニールの後、結合構造は、層転写を達成するため、ドナーウェハのかなりの部分を除去するために更なる処理を受ける。例えば、層転写を達成するための通常の方法は、水素注入後に行われる熱誘発層分離を利用する。粒子（原子またはイオン化した原子、例えば、水素原子または水素原子とヘリウム原子との組み合わせ）は、ドナーウェハの前面の下方の所定の深さに注入される。注入された粒子は、粒子が埋め込まれた所定の深さにおいて、ドナーウェハに劈開面を形成する。ドナーウェハの表面は、有機化合物、または注入プロセスの間にウェハ上に体積したホウ素化合物などの他の汚染物質を除去するために洗浄される。
【0023】
次に、ドナーウェハの前面は、ハンドルウェアに結合されて、親水性結合プロセスを介して結合ウェハを形成する。結合の前に、ドナーウェハおよび／またはハンドルウェハは、例えば酸素または窒素を含むプラズマにウェハの表面をさらすことで活性化される。プラズマにさらされることで、表面活性化として参照されることが多いプロセスにおいて表面の構造が変化する。活性化プロセスは、ドナーウェハおよびハンドルウェハの一方または両方の表面を親水性になる。ウェハの表面は、ＳＣ１洗浄またはフッ化水素酸などの湿式処理により、さらに化学的に活性化されてもよい。湿式処理とプラズマ活性化とはどちらの順序で行われてもよく、あるいはウェハは１つの処理のみを受けてもよい。次に、ウェハは、互いにプレスされ、ウェハ間に結合が形成される。この結合は、ファンデルワールス力によるものであるため比較的弱く、更なる処理が行われる前に強化される必要がある。
【0024】
あるプロセスでは、ドナーウェハとハンドルウェハとの間（すなわち結合ウェハ）の親水性結合は、結合ウェハのペアを加熱またはアニールすることにより強化される。あるプロセスでは、ウェハ結合は、約３００℃から５００℃などの低温で行われてもよい。あるプロセスでは、ウェハ結合は、約８００℃から１１００℃などの高温で行われてもよい。昇温することで、ドナーウェハとハンドルウェハとの隣接する表面間で共有結合が形成され、これによりドナーウェハとハンドルウェハとの間の結合を固くさせる。結合ウェハの加熱またはアニールと同時に、ドナーウェハに先に注入されていた粒子は劈開面を弱める。
【0025】
次に、ドナーウェハの一部は、劈開面に沿って結合ウェハから分離（すなわち劈開）され、ＳＯＩウェハを形成する。結合ウェハを固定具に配置し、結合ウェハの両面に対して垂直に機械的な力を加え、結合ウェハからドナーウェハの一部が離れるように引っ張ることで劈開を行ってもよい。いくつかの方法によれば、機械的な力を加えるために、吸盤が利用される。ドナーウェハの一部の分離は、劈開面に沿ったクラックの伝播を起こすために、劈開面において結合ウェハの縁に機械的なくさびを当てることにより始められる。次に、吸盤によって加えられた機械的な力により、ドナーウェハの一部が結合ウェハから引き離され、これにより、ＳＯＩウェハが形成される。
【0026】
一例では、半導体ウェハ撮像システムは、ウェハを撮像して、製造プロセスでのウェハの欠陥を検出する。撮像システムは、ウェハが劈開された後に、ウェハを撮像し、劈開プロセスを含む任意の上流製造プロセスで形成されたウェハの欠陥を検出する。半導体ウェハ撮像システムがウェハの欠陥を検出した場合、ウェハが製造プロセスから取り除かれ、これによりウェハ製造コストを削減することができる。ウェハは、鏡面状の反射面を有しており、半導体ウェハ撮像システムは、反射面で反射した光源を撮像することなくウェハを撮像する。具体的には、半導体ウェハ撮像システムは、カメラを取り囲む暗箱と、照明パネルとを含む。暗箱は、半導体ウェハ撮像システムにおける反射を最小化し、照明パネルは、拡散光をウェハに向ける。拡散光は、ウェハでカメラに向けて反射される。照明パネルにより発生された光は散乱しているため、カメラは、反射された拡散光を検出するが、照明パネルは撮像しない。これにより、カメラは、ウェハを撮像するが、光源を撮像せず、これによりコントローラによるウェハの欠陥の分析が可能になり、製造コストを削減する。
【0027】
図１を参照すると、半導体ウェハ処理システム１００は、半導体ウェハ１０４を製造するための製造ライン１０２を含む。製造ライン１０２は、ウェハ１０４を処理するための半導体ウェハ処理ステーション１０６を含む。半導体ウェハ処理ステーション１０６は、劈開ステーション１０８と、ウェハ１０４を撮像するための半導体ウェハ撮像ステーションまたはシステム１１０とを含む。図示された実施形態では、撮像システム１１０は、劈開ステーション１０８の上方に配置され、ウェハ１０４が劈開ステーションにより劈開された後に、ウェハ１０４を撮像する。撮像システム１１０は、各ウェハ１０４を撮像し、コントローラ１１２は、画像を分析し、ウェハの欠陥を検出する。ウェハ１０４が欠陥を含んでいる場合、ウェハは、更なる処理の前に処分され、これによりウェハ製造コストを削減する。
【0028】
図２を参照すると、代替的な半導体ウェハ処理システム１１４は、ウェハ１０４を製造するための２つ以上の製造ライン１０２を含む。処理システム１００と同様に、各製造ライン１０２は、劈開ステーション１０８を含む処理ステーション１０６を含む。製造ライン１０２は、製造ラインが交差する共通位置１１６を含む。撮像システム１１０は、共通位置１１６内に配置され、共通位置に交差する全ての製造ライン１０２により製造されたウェハ１０４を撮像する。図示された実施形態では、処理システム１１４は、２つの製造ライン１０２を含む。しかしながら、代替的な実施形態では、処理システム１１４は、処理システム１１４が本明細書に記載されるように動作することを可能にする任意の数の製造ライン１０２を含んでもよい。また、図１および図２に図示される実施形態では、撮像システム１１０は、劈開ステーション１０８の上方または直下流に配置されている。代替的な実施形態では、撮像システム１１０は、処理システムが本明細書に説明されるように動作することを可能にする処理システム１００，１１４内の任意の位置に配置されてもよい。
【0029】
図３および図４を参照すると、撮像システム１１０は、暗箱１１８と、エンドエフェクタ１２０と、位置決めプレート１２２とを備える。以下に説明するように、暗箱１１８は、ウェハ１０４を撮像するためのカメラを含む。位置決めプレート１２２は、暗箱１１８を共通位置１１６に位置決めし、エンドエフェクタ１２０は、撮像のためにウェハ１０４を暗箱１１８の下に位置決めする。位置決めプレート１２２は、フレーム１２４に取り付けられており、暗箱１１８は、位置決めプレートに移動可能に取り付けられている。暗箱１１８の位置決めプレート１２２上での位置を調整することで、暗箱１１８の位置を調整することができる。また、エンドエフェクタ１２０は、撮像中にウェハ１０４の位置を調整できるように、暗箱１１８に対して移動可能である。
【0030】
図５を参照すると、シュラウドパネル１２６は、暗箱１１８を画定している。具体的には、シュラウドパネル１２６は、上部チャンバ１２８と、下部チャンバ１３０とを画定している。支持プレート１３２は、暗箱１１８内に配置されており、上部チャンバ１２８を下部チャンバ１３０から分離している。また、底部シュラウド１３４は、暗箱１１８の底部１３６を画定している。支持プレート１３２は、支持プレート開口１３８を画定しており、底部シュラウド１３４は、底部シュラウド開口１４０を画定している。図示された実施形態では、支持プレート開口１３８と底部シュラウド開口１４０とは共に、ウェハ１０４の大きさおよび形状に対応する円形である。しかしながら、代替的な実施形態では、支持プレート開口１３８と底部シュラウド開口１４０とは、撮像システム１１０が本明細書に記載されるように動作することを可能にする任意の形状であってもよい。また、支持プレート開口１３８は、ウェハが底部シュラウド開口１４０に配置されたとき、ウェハから上部チャンバ１２８への直接的で遮られない視線１４２を通して視認できるように、底部シュラウド開口１４０と位置合わせされている。シュラウドパネル１２６は、暗箱１１８での反射を最小化するために、好適には黒い陽極酸化アルミニウムパネルで作られている。代替的な実施形態では、シュラウドパネル１２６は、暗箱１１８が本明細書に記載されるように動作することを可能にする任意の材料で作られてもよい。
【0031】
暗箱１１８は、ウェハ１０４に拡散光を向けるための照明パネル１４４を含む。照明パネル１４４は、下部チャンバ１３０に配置されており、底部シュラウド開口１４０を通じて底部シュラウド開口に位置するウェハ１０４に拡散光を向ける。次に、拡散光は、支持プレート開口１３８および底部シュラウド開口１４０を通じて、ウェハ１０４から上部チャンバ１２８に反射する。図示された実施形態では、照明パネル１４４は、矩形状であり、下部チャンバ１３０の形状は、照明パネルの形状に一致している。代替的な実施形態では、照明パネル１４４は、半導体ウェハ撮像システム１１０が本明細書に記載されているように動作することを可能にする、円形状および／または多角形状を含む任意の形状を有してもよい。
【0032】
図６を参照すると、照明パネル１４４は、フレーム１８６と、ライト１８８と、透明プレート１９０とを備える。フレーム１８６は、矩形状であり、下部チャンバ１３０の形状に一致している。図示された実施形態では、ライト１８８は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ライトである。代替的な実施形態では、ライト１８８は、半導体ウェハ撮像システム１１０が本明細書に記載されているように動作することを可能にする任意のタイプのライトであってもよい。ライト１８８は、ライトが透明プレート１９０を通って水平方向１５２に可視光を向けるように、フレーム１８６に取り付けられている。透明プレート１９０は、第１縁１９２と、第２縁１９４と、頂面１９６と、底面１９８と、リフレクタ２００とを含む。
【0033】
ライト１８８は、透明プレート１９０の第１縁１９２に光を向け、光は、第２縁１９４を抜けるか、リフレクタ２００により底面１９８を通るように向けられる。ライト１８８は、ライトにより放射された可視光が透明プレートの全体で散乱し、頂面１９６および底面１９８に平行な全ての方向に移動および反射するように、透明プレート１９０を実質的に取り囲んでいる。可視光は、リフレクタ２００により下方に向けられるまで、透明プレート１９０内に留まる。頂面１９６は、ライト１８８により放射された可視光の一部を、底面１９８を通して下方に向けるように、リフレクタ２００の規則的な幾何学的配列でテクスチャ化されている。図示された実施形態では、リフレクタ２００は、透明プレート１９０に形成され、可視光を下方に反射、拡散、および／または散乱させる穴および／または突起を含む、隆起したおよび／または窪んだ特徴を含む。例えば、透明プレート１９０に形成された隆起した特徴は、透明プレートから延びたピラミッド形またはコーン形の突起を含んでもよく、透明プレート１９０に形成された窪んだ特徴は、反射された光の一部を通過させる穴を含んでもよい。隆起した特徴および窪んだ特徴は、特徴からの反射が互いに干渉しないように、整列されていない。可視光がリフレクタ２００の１つに当たると、可視光は下方に散乱または反射され、内部反射しないように実質的に垂直入射で底面１９８と交差し、透明プレート１９０を出る。リフレクタ２００は、可視光が拡散光としてウェハ１０４に向けて下方に向けられるように、可視光を散乱させる。
【0034】
拡散光は、ウェハ１０４で反射され、透明プレート１９０を通過して上方に戻る。反射された拡散光の一部は、リフレクタ２００に当たることなく透明プレート１９０を透過し、後述されるようにカメラで撮像される。しかしながら、リフレクタ２００に当たった反射拡散光は、カメラが散乱された拡散光を撮像できないように散乱または屈折されて、ウェハ１０４の画像上にダークスポットの配列を生成する。
【0035】
暗箱１１８は、ウェハ１０４を撮像するためのカメラ１４６を含む。カメラ１４６は、ウェハ１０４の白黒デジタル写真を撮るためのモノクロデジタルカメラを含む。カメラ１４６は、上部チャンバ１２８に配置されており、支持プレート開口１３８および底部シュラウド開口１４０を通じてウェハ１０４を撮像する。図示された実施形態では、後述するように、カメラ１４６は、カメラ１４６は、ウェハ１０４で反射された光をカメラに向けて反射するミラー１４８に近接して配置されている。代替的な実施形態では、暗箱１１８は、ミラー１４８を含んでいなくてもよく、カメラ１４６は、ウェハ１０４を直接撮像できるように上部チャンバ１２８に配置されてもよい。
【0036】
暗箱１１８は、カメラ１４６に取り付けられ、上部チャンバ１２８でカメラを位置決めするためのスライドロック１５０を含む。カメラ１４６は、カメラを上部チャンバ１２８で位置決めおよび再位置決めするように、スライドロック１５０に移動可能に取り付けられている。具体的には、図５および図７－１０に示すように、スライドロック１５０は、水平方向１５２に方向付けられており、カメラ１４６を水平方向にスライドさせて、カメラの焦点をウェハ１０４に合わせる。代替的な実施形態では、暗箱１１８は、ミラー１４８およびスライドロック１５０を含んでいなくてもよく、カメラ１４６は、垂直方向１５４に方向付けられてもよい。スライドロック１５０は、カメラ１４６を垂直方向１５４にスライドさせ、カメラの焦点をウェハ１０４に合わせる。代替的な実施形態では、カメラ１４６は、調整可能な焦点を有してもよく、暗箱１１８は、スライドロック１５０を含んでいなくてもよい。
【0037】
ミラー１４８は、ミラー位置決めシステム１５８に取り付けられた平面ミラー１５６を含む。平面ミラー１５６は、ウェハ１０４で反射された拡散光をカメラ１４６に向けて反射させ、ミラー位置決めシステム１５８は、平面ミラー１５６を上部チャンバ１２８で位置決めする。ミラー１４８は、ウェハ１０４で反射された拡散光を垂直方向１５４から水平方向１５２に向け直し、これにより、カメラ１４６が水平方向に方向付けられることを可能にし、暗箱１１８の高さ１６０を低減する。したがって、ミラー１４８は、半導体ウェハ撮像システム１１０を小型化して半導体ウェハ処理システム１００内に配置することを可能にする。
【0038】
ミラー位置決めシステム１５８は、ベース１６２と、ミラーホルダ１６４と、複数のミラースクリュ１６６とを含む。ミラーホルダ１６４は、ベース１６２に回転可能に取り付けられており、スクリュ１６６は、平面ミラー１５６をミラーホルダに取り付けている。スクリュ１６６が回転されることで、カメラ１４６に対する平面ミラー１５６の角度αが調整される。スクリュ１６６を回転させることで、角度αの微調整が可能になる。代替的な実施形態では、ミラー位置決めシステム１５８は、スライドロック１５０と類似のスライドを含んでもよい。
【0039】
暗箱１１８は、上部チャンバ１２８に配置されたフィルタ１６８を任意に含んでもよい。フィルタ１６８は、偏光フィルタ、カラーフィルタ、ハイパスフィルタ、および／または撮像システム１１０を本明細書に記載されているように動作することを可能にする任意の他のタイプのフィルタであってもよい。フィルタ１６８は、カメラ１４６上の第１位置１７０、または支持プレート開口１３８の上の第２位置１７２のいずれかに配置されている。フィルタ１６８は、ウェハ１０４と周辺環境との間でコントラストを生じさせ、カメラ１４６がウェハを撮像することを可能にする。具体的には、フィルタ１６８は、反射を低減または除去し、カメラ１４６がウェハによって反射された光または物体ではなく、ウェハ１０４を撮像することを可能にする。
【0040】
例えば、フィルタ１６８が偏光フィルタであるとき、フィルタは、ウェハ１０４と周辺環境との間に偏光を用いてコントラストを生じさせる。上述したように、照明パネル１４４から放射された光は、ウェハ１０４の鏡面状の表面で反射され、照明パネルから放射された光を通過して戻ってきた拡散光である。他の面で反射された光は、反射され散乱される。散乱拡散光は偏光されておらず、反射された光は偏光されているため、フィルタ１６８は、ウェハ１０４で反射された拡散光の透過のみを許容する。周辺の表面からの反射は、低減されるか、カメラ１４６に伝達されない。反射を低減または排除することで、カメラ１４６が、ウェハで反射された光または物体ではなく、ウェハ１０４を撮像することを可能にする。
【0041】
同様に、フィルタ１６８がカラーフィルタであるとき、フィルタは、ウェハ１０４の鏡面状の表面で反射された光の波長に基づいて、ウェハ１０４と周辺環境との間でコントラストを生じさせる。フィルタ１６８は、異なる波長の光を選択的に透過させる。例えば、フィルタ１６８は、長波長（ロングパス）のみ、短波長のみ（ショートパス）、またはより長い波長およびより短い波長の両方を遮断する波長帯域（バンドパス）を透過させてもよい。周辺の表面からの反射は、所定の波長を有していることがあり、フィルタ１６８は、所定の波長内の光を吸収することで反射を低減または排除する。反射を低減または排除することで、カメラ１４６が、ウェハで反射された光または物体ではなく、ウェハ１０４を撮像することを可能にする。
【0042】
また、フィルタ１６８がハイパスフィルタであるとき、フィルタ１６８は、ウェハ１０４の鏡面状の表面で反射された光の波長に基づいて、ウェハ１０４と周辺環境との間でコントラストを生じさせる。具体的には、フィルタ１６８は、６００ナノメートル（ｎｍ）以上の波長を有する光を透過させる一方で、６００ｎｍ未満の波長を有する光を吸収する。周辺の表面からの反射は、６００ｎｍ未満の波長を有していることがあり、フィルタ１６８は、６００ｎｍ未満の波長を有する光を吸収することで、反射を低減または排除する。反射を低減または排除することで、カメラ１４６が、ウェハで反射された光または物体ではなく、ウェハ１０４を撮像することを可能にする。
【0043】
撮像システム１１０は、暗箱１１８に取り付けられ、エンドエフェクタ１２０の位置１７６を較正（調整）するエンドエフェクタポジショナ１７４を含む。エンドエフェクタポジショナ１７４は、エンドエフェクタ１２０の位置１７６が較正された後、暗箱１１８から取り外される。エンドエフェクタポジショナ１７４は、暗箱ブレース１７８と、アーム１８０と、パック１８２とを含む。エンドエフェクタポジショナ１７４は、撮像システム１１０がウェハ１０４を撮像する前に、暗箱１１８に取り付けられる。パック１８２は、アーム１８０に取り付けられており、アームとパックとは、暗箱ブレース１７８に取り付けられており、アームとパックと暗箱ブレースとは、暗箱１１８に取り付けられている。暗箱ブレース１７８とアーム１８０とは、パック１８２をカメラ１４６の視野１８４内の底部シュラウド開口１４０の下に配置するための大きさおよび形状を有している。エンドエフェクタ１２０は、エンドエフェクタがパック１８２に取り付けられるように位置決めされており、コントローラ１１２は、エンドエフェクタが撮像毎にウェハ１０４を位置１７６に位置決めするように位置１７６を記録し較正する。エンドエフェクタポジショナ１７４は、位置１７６が較正された後、暗箱１１８から取り外される。
【0044】
ウェハ１０４を製造する前に、撮像システム１１０は、処理システム１００内に配置され、較正される。具体的には、位置決めプレート１２２がフレーム１２４に取り付けられ、撮像システム１１０が位置決めプレート１２２に取り付けられる。より詳細には、暗箱１１８が位置決めプレート１２２に取り付けられる。
【0045】
カメラ１４６とミラー１４８とは、撮像システム１１０が処理システム１００内に配置され較正されたとき、暗箱１１８に配置され較正される。具体的には、オペレータがミラー１４８を暗箱１１８の上部チャンバ１２８にミラー位置決めシステム１５８を用いて位置決めする。より具体的には、オペレータは、平面ミラー１４８をミラーホルダ１６４に取り付け、ミラーホルダと平面ミラーとをベース１６２に取り付ける。また、オペレータは、カメラ１４６をスライドロック１５０に取り付け、カメラとスライドロックを暗箱１１８の上部チャンバ１２８に位置決めする。オペレータは、カメラの視野１８４が底部シュラウド開口１４０の中心に位置することを保証するために、スライドロック１５０と、カメラ１４６と、平面ミラー１５６を同時に調整する。より具体的には、オペレータは、カメラの視野１８４が底部シュラウド開口１４０の中心に位置することを保証するために、スクリュ１６６の調整と、ミラーホルダ１６４の回転と、スライドロック１５０上でのカメラ１４６のスライドを同時に行う。
【0046】
オペレータは、パック１８２をアーム１８０に取り付け、パックとアームを暗箱ブレース１７８に取り付け、パックとアームと暗箱ブレースを暗箱に取り付けることで、エンドエフェクタポジショナ１７４を暗箱１１８に取り付ける。エンドエフェクタポジショナ１７４は、パック１８２が底部シュラウド開口１４０の中心に位置するように、暗箱１１８に取り付けられている。オペレータは、エンドエフェクタがパック１８２に直接または間接的に取り付けられるように、エンドエフェクタ１２０を位置決めする。コントローラ１１２は、エンドエフェクタがウェハを撮像毎に位置１７６に位置決めするように、エンドエフェクタ１２０の位置１７６を記録し較正する。オペレータは、暗箱１１８からエンドエフェクタポジショナ１７４を取り外す。
【0047】
操作中、ウェハ処理システム１００は、少なくとも部分的にウェハ１０４を製造する。具体的には、図示された実施形態では、劈開ステーション１０８がウェハ１０４を劈開し、撮像のためにウェハを撮像システム１１０に送る。より具体的には、劈開ステーション１０８がウェハ１０４を劈開した後、エンドエフェクタ１２０は、ウェハ１０４を底部シュラウド開口１４０の下に位置決めし、カメラ１４６は、ウェハの画像２０２（図１４に示す、画像２０２の模式的表現２０３を図１３に示す）を生成する。ウェハ１０４の画像２０２は、後述するように解析のためにコントローラ１１２に送られる。
【0048】
図１３および図１４を参照すると、画像２０２および画像２０２の模式的表示２０３に示されるように、ウェハ１０４は、ベース２０４と、ベース上に堆積された転写層２０６とを含む。ベース２０４は、ウェハ境界２０８を有しており、転写層２０６は、転写層境界２１０を有している。ウェハ境界２０８と転写層境界２１０とは、ウェハ境界２０８と転写層境界２１０との間のテラス幅２１２を画定している。また、ウェハ１０４は、ノッチ２２２を含む。コントローラ１１２は、画像２０２において、ベース２０４と、ウェハ境界２０８と、転写層２０６と、転写層境界２１０と、テラス幅２１２とを検出し、検出された領域をウェハ１０４の欠陥について解析する。また、上述したように、透明プレート１９０の頂面１９６上でのリフレクタ２００の配置は、画像２０２に周期的なアーチファクトの規則的な幾何学配列（画像２０２の折り目パターンで示されるように）を生じさせる。具体的には、リフレクタ２００は、画像２０２に周期的なアーチファクト２１４のグリッドパターンを生じさせる。周期的なアーチファクト２１４のグリッドパターンは、焦点外ポイント、わずかに焦点内ポイント、および／またはダークスポットの規則的に間隔を開けた周期的配列を含んでもよい。
【0049】
コントローラ１１２は、ウェハ１０４を撮像し解析するためのコンピュータプログラム３００を含む。図１８は、ウェハ１０４を撮像し解析するためのコンピュータプログラム３００の図である。コンピュータプログラム３００は、画像取り込みモジュール３０２と、データ管理モジュール３０４と、データ解析モジュール３０６とを含む。画像取り込みモジュール３０２は、半導体ウェハ撮像システム１１０を制御して、ウェハ１０４を底部シュラウド開口１４０内に位置決めし、ウェハの画像２０２を取り込み、更なる処理のためにウェハを半導体ウェハ処理システム１００に返す。データ管理モジュール３０４は、各ウェハ１０４用の識別情報を記録し、解析のための画像２０２を保存し、データ解析モジュール３０６に画像２０２が解析の準備ができたことを通知する。データ解析モジュール３０６は、画像２０２を解析し、ウェハが更なる処理に許容されるかを判断し、必要であれば、半導体ウェハ処理システム１００を制御することでウェハを製造プロセスから取り除く。
【0050】
コンピュータプログラム３００は、３つのモジュール全てを含む単一のプログラムであってもよく、互いに相互作用する複数のプログラムであってもよい。例えば、第１の実施形態では、コンピュータプログラム３００は、３つのモジュール全てを含む単一のプログラムである。この実施形態では、コンピュータプログラム３００は、他のウェハが撮像され解析される前にウェハ１０４を撮像し解析する。モジュール３０２－３０６は、他のウェハ１０４が撮像され解析される前に、順次実行される。
【0051】
第２の実施形態では、コンピュータプログラム３００は、モジュール３０２－３０６を不連続で実行する単一のプログラムを含む。例えば、この実施形態では、コンピュータプログラム３００は、画像取り込みモジュール３０２とデータ管理モジュール３０４とを順次実行してもよいが、複数のウェハ１０４が撮像されるまでデータ解析モジュール３０６を実行せず、コントローラ１１２がウェハを一括して解析できるようにしてもよい。データ解析モジュール３０６でエラーがあるとき、画像２０２は、後の解析のためにデータ管理モジュール３０４によって保存される。
【0052】
第３の実施形態では、コンピュータプログラム３００は、それぞれ１以上のモジュール３０２－３０６を含む複数のプログラムを含む。この実施形態では、モジュール３０２－３０６は、モジュール３０２－３０６が不連続で実行され得るように、別個のプログラムに分離されている。例えば、第１コンピュータプログラムは、画像取り込みモジュール３０２とデータ管理モジュール３０４とを含んでもよく、第２コンピュータプログラムは、データ解析モジュール３０６を含んでもよい。また、第１コンピュータプログラムおよび第２コンピュータプログラムは、異なるコントローラ１１２またはコンピューティングデバイス上で実行されてもよく、コントローラが、画像２０２を同時に解析することなく、画像取り込みモジュール３０２およびデータ管理モジュール３０４を実行することを可能にする。第３の実施形態によれば、データ解析モジュール３０６および／またはデータ解析モジュールを実行するコントローラまたはコンピューティングデバイスが一時的に解析を実行することができなくなった場合であっても、製造プロセスを続けることができる。
【0053】
図１９から図２１は、ウェハ１０４の撮像および解析の方法のフロー図である。各モジュール３０２－３０６は、方法４００の特定のステップを実行し、モジュールは、不連続で実行されてもよい。方法４００は、上述したように半導体ウェハ撮像システム１１０を用いてウェハ１０４を撮像すること４０２を含む。具体的には、半導体ウェハ撮像システム１１０を用いてウェハ１０４を撮像すること４０２は、エンドエフェクタ１２０を用いて底部シュラウド開口１４０内にウェハ１０４を位置決めすること４０４と、照明パネル１４４を用いてウェハ１０４へ拡散光を向けること４０６と、ウェハで拡散光を反射させること４０８と、ウェハの画像２０２を生成するためにカメラ１４６で拡散光を検出すること４１０とを含む。
【0054】
方法４００は、画像を保存および送信すること４１２を含む。画像２０２は、コントローラ１１２に送信され、コントローラは、他のウェハ１０４が撮像される前に画像を解析する。コントローラ１１２は、カメラ１４６から画像を受け取るとすぐに、画像を解析する。しかしながら、コントローラ１１２および／または解析は、製造プロセスにおいてボトルネックを生じさせることがある。製造時間を短縮するために、カメラ１４６は、ウェハ識別番号とともに画像をコントローラ１１２に送信してもよく、コントローラは、ウェハ１０４が製造プロセスを進んでいるときに画像を解析してもよい。
【0055】
方法４００は、ウェハの欠陥を検出するためにコントローラ１１２を用いてウェハ１０４を解析すること４１４を更に含む。欠陥は、ボイド（転写層境界２１０と交差しない転写層２０６内の欠損部分）、縁ボイド（転写層境界２１０と交差する転写層２０６の欠損部分）、非対称なテラス幅２１２、大きすぎるまたは小さすぎるノッチテラス幅、ウェハ１０４内での転写層２０６のアライメント、テラス幅の面積および対称性の様々なメトリクス、汚れ（暗い領域および／または明るい領域）、および／またはベース２０４、ウェハ境界２０８、転写層２０６、転写層境界２１０、およびテラス幅２１２のうちの少なくとも１つに含まれる他の任意の欠陥を含む。上述したように、透明プレート１９０の頂面１９６上のリフレクタ２００の配置は、画像２０２に周期的なアーチファクト２１４の規則的な幾何学配列を生じさせることがある。周期的なアーチファクト２１４を除去または低減するために、ウェハの欠陥を検出するためにコントローラ１１２を用いてウェハ１０４を解析すること４１４は、周期的なアーチファクト２１４を除去または低減するために画像２０２にソフトウェアフィルタを適用すること４１６を含んでもよい。
【0056】
ソフトウェアフィルタは、画像２０２から周期的なアーチファクト２１４を識別し、除去する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を含んでもよい。具体的には、周期的なアーチファクト２１４のグリッドパターンが規則的に間隔を開けた周期的配列であるため、ＦＦＴは、画像２０２を正弦成分および余弦成分に分解し、画像２０２が空間領域相当である一方で、フーリエまたは周波数領域で出力画像２１６（図１７に示す）を生成する。周期的なアーチファクト２１４のグリッドパターンの規則的な間隔は、ＦＦＴが画像２０２から周期的なアーチファクト２１４を識別することを可能にする。出力画像２１６において、各点は、空間領域画像または画像２０２に含まれる特定の周波数を表している。具体的には、コントローラ１１２は、生のＦＦＴ画像２１８（図１５に示す）を生成し４１８、画像２０２の周期的なアーチファクト２１４を検出し４２０、画像から周期的なアーチファクト２１４を除去または低減し４２２、画像を出力画像２１６（図１７に示し、画像２１６の模式的表示２１７を図１６に示す）に変換する４２４。ソフトウェアフィルタは、ウェハ、拡散プレート、および／またはカメラの並進位置変動に対して鈍感であり、ウェハ、拡散プレート、またはカメラの回転位置変動に対して基本的に自己補正式であるので、ソフトウェアフィルタは、ウェハ１０４の欠陥を検出するための画像２０２の解析に先立って、画像２０２を改善する。
【0057】
高倍率では、透明プレート１９０の頂面１９６上のリフレクタ２００の配置により生じた周期的なアーチファクト２１４を視認することができる。周期的なアーチファクト２１４のグリッドパターンは、解析４１４の結果の精度を低下させる可能性がある。画像２０２を周波数領域に変換すると、周期的なアーチファクト２１４は、生のＦＦＴ画像２１８上の高輝度スポット２２８として表現される。生のＦＦＴ画像２１８で高輝度スポット２２８を除去し、生のＦＦＴ画像２１８を空間領域画像に戻して変換することで、周期的なアーチファクト２１４のグリッドパターンを画像２０２から除去することができる。
【0058】
生のＦＦＴ画像２１８は、ＦＦＴ解析の可視化を可能にするために生成され、生のＦＦＴ画像２１８の態様は、ＦＦＴ解析の特定の態様の可視化を可能にする。例えば、生のＦＦＴ画像２１８は、従来のＦＦＴ法を用いて生成され、中心スポット２２４と一対の垂直軸２２６とを含む。中心スポット２２４の大きさは、画像２０２における周期的なアーチファクト２１４間の周期または距離を視覚的に表している。また、生のＦＦＴ画像２１８は、高輝度スポット２２８を含み、垂直軸２２６は、高輝度スポット２２８と整列している。図１４に示すように、周期的なアーチファクト２１４のグリッドパターンは、斜めに配向している。高輝度スポット２２８は、周期的なアーチファクト２１４のグリッドパターンの配向角度と同じ角度で配向しており、一対の垂直軸２２６は、高強度スポット２２８および周期的なアーチファクト２１４のグリッドパターンと同じ角度で配向している。したがって、生のＦＦＴ画像２１８は、ＦＦＴ解析の可視化を可能にする。
【0059】
出力画像２１６が生成されると、コントローラ１１２は、出力画像を解析して、ウェハ１０４の欠陥を検出する。具体的には、コントローラ１１２は、出力画像２１６において、ベース２０４、ウェハ境界２０８、転写層２０６、転写層境界２１０、テラス幅２１２、およびノッチ２２２を検出する４２６。より具体的には、コントローラ１１２は、出力画像２１６においてウェハ境界を分割および分離することでウェハ境界２０８を検出し４２８、出力画像２１６において転写層境界を分割および分離することで転写層境界２１０を検出する４３０。転写層２０６、ノッチ２２２、および転写層中のボイドの境界は、画像ぼかし、勾配計算、高勾配縁検出、および縁検出からの輪郭計算を含む画像処理の様々な手法を用いて分割される。境界が曖昧であるかぼんやりしているとき、縁位置を強調するために更なる処理が行われ、出力画像２１６が不完全な縁または欠損した縁を有しているいくつかの実施形態では、可能であれば境界閉鎖の推定が行われる。例えば、小さな縁セグメントが欠損しているとき、縁境界外挿法が使用されてもよく、検出された縁は、縁検出手法によって導入れたノイズを低減するために平滑化されてもよい。コントローラ１１２が閉鎖を推定できない場合、出力画像２１６は、手動検査のためのフラグが立てられる。
【0060】
出力画像２１６において、ベース２０４、ウェハ境界２０８、転写層２０６、転写層境界２１０、およびテラス幅２１２が検出された後、コントローラ１１２は、検出された領域を欠陥について解析する４３２。より具体的には、コントローラ１１２は、ベース２０４、ウェハ境界２０８、転写層２０６、転写層境界２１０、およびテラス幅２１２のうちの少なくとも１つを欠陥について解析する４３２。例えば、コントローラ１１２は、ベース２０４、ウェハ境界２０８、転写層２０６、転写層境界２１０、およびテラス幅２１２のうちの少なくとも１つの特徴を検出し４３４、検出された特徴を定量化したメトリクスに定量化する。次に、コントローラ１１２は、定量化したメトリクスを所定のメトリクスと比較し４３８、比較に基づいて、ベース２０４、ウェハ境界２０８、転写層２０６、転写層境界２１０、およびテラス幅２１２のうちの少なくとも１つの欠陥を検出する４４０。
【0061】
具体的には、ベース２０４、ウェハ境界２０８、転写層２０６、転写層境界２１０、およびテラス幅２１２のうちの少なくとも１つの特徴を検出すること４３４と、検出された特徴を定量化したメトリクスに定量化すること４３６は、テラス幅２１２を検出することと、テラス幅２１２の検出された特徴を、様々なグローバルおよびローカルテラス幅統計値に定量化することを含む。例えば、いくつかの実施形態では、テラス幅２１２は、ウェハ１０４の縁周りに、１２個の３０°セグメントに分割されており、テラス幅２１２の検出された特徴は、各セグメントに基づいてローカルテラス幅統計値に定量化される。
【0062】
図２２は、画像解析プロセスによってカメラ１４６（図９に示す）に対してエンドエフェクタ１２０（図１２に示す）および／またはウェハ１０４の位置を較正するときに使用するグラフィカルユーザインターフェースディスプレイ５００を示している。ユーザインターフェースディスプレイ５００は、ウェハ１０４の取り込み画像５０２と、センタリングメータ５０４－５０８を表示している。画像解析によりエンドエフェクタ１２０および／またはウェハ１０４の位置を較正するために、エンドエフェクタ１２０は、底部シュラウド開口１４０（図５に示す）の下方かつ少なくとも部分的にカメラ１４６の視野１８４（図９に示す）内に位置決めされる。カメラ１４６は、ウェハ１０４の画像５０２を取り込み、画像５０２は、コントローラ１１２に送信される。次に、コントローラ１１２は、ウェハ１０４の取り込み画像５０２を解析して、ウェハ１０４が予め決められた位置決め範囲内あり、視野１８４内で適切に中心に位置しているかどうかを判断する。コントローラ１１２が、ウェハ１０４が視野１８４内で適切に中心に位置していないと判断したとき、ウェハ１０４および／またはエンドエフェクタ１２０は、その判断に基づいて調整される。調整後、新しい画像が取り込まれ、コントローラ１１２は、ウェハ１０４の検出された位置が予め決められた位置決め範囲内にあるかどうかを再度判断する。画像解析プロセスは、図１２に関して上述したエンドエフェクタポジショナ１７４と共に、あるいはその代替として使用されてもよい。
【0063】
動作中、ウェハ１０４が視野１８４内で適切に中心に位置しているかどうかを判断するために、コントローラ１１２は、図１４－図２１に関して上述したように、ウェハ１０４の画像５０２を取り込み、ウェハ１０４の境界２０８を検出する。次に、コントローラ１１２は、取り込み画像５０２上で、画像５０２の縁５１０－５１６とウェハ境界２０８との間の距離を測定する。
【0064】
例えば、Ｘ軸に沿った位置決めに関して、コントローラ１１２は、取り込み画像５０２の第１側縁５１０からウェハ境界２０８までの第１水平距離Ｘ１と、画像５０２の第２側縁５１２からウェハ境界２０８までの第２水平距離Ｘ２とを測定する。次に、コントローラ１１２は、第１水平距離Ｘ１と第２水平距離Ｘ２との差に相当するデルタＸ値を決定する。Ｙ軸に沿った位置決めに関して、コントローラ１１２は、画像５０２の底壁５１４からウェハ境界２０８までの第１垂直距離Ｙ１と、画像５０２の頂縁５１６からウェハ境界２０８までの第２垂直距離Ｙ２とを測定する。次に、コントローラ１１２は、第１垂直距離Ｙ１と第２垂直距離Ｙ２との差に相当するデルタＹ値を決定する。Ｚ軸に沿った位置決めに関して、コントローラは、画像５０２の縁５１０－５１６からのウェハ１０４の最小ギャップを決定するために、Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２のうち最小距離を決定する。次に、コントローラ１１２は、決定されたデルタＸ値、デルタＹ値、および最小ギャップ値を、（例えば、センタリングメータ５０４－５０８で示されているような）予め決められた許容範囲と比較し、Ｘ方向、Ｙ方向、またはＺ方向におけるウェハ１０４および／またはエンドエフェクタ１２０の更なる調整が必要かどうかを判断する。色分けされたインジケータ５２０は、ユーザインターフェース５００上の画像５０２上またはその近くに設けられ、ウェハ１０４がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿ったそれぞれの範囲内で中心に位置しているかどうかを技術者に示す。例えば、インジケータ５２０は、デルタＸ値、デルタＹ値、または最小ギャップ値のそれぞれが、対応する、理想範囲、許容範囲、または範囲外の範囲内にあるかどうかに基づいて色を変化させる。
【0065】
図２２の実施形態では、センタリングメータ５０４－５０８は、Ｘ軸センタリングメータ５０４と、Ｙ軸センタリングメータ５０６と、Ｚ軸またはズームセンタリングメータ５０８とを備える。センタリングメータ５０４－５０８のそれぞれは、理想範囲、許容範囲、および範囲外を示す。コントローラ１１２は、決定されたデルタＸ値、デルタＹ値、および最小ギャップ値をＸ軸センタリングメータ５０４、Ｙ軸センタリングメータ５０６、およびＺ軸センタリングメータ５０８にそれぞれ投影する。図２２に示すように、画像５０２のデルタＹ値は、－２０に等しく、Ｙ軸センタリングメータ５０６上の－２０から２０の理想範囲内にある。最小ギャップ値は、２５に等しく、Ｚ軸センタリングメータ５０８上の２０から４０の理想範囲内にある。デルタＸ値は、１３０に等しく、Ｘ軸センタリングメータ５０４上の理想範囲および許容範囲の外側にある。次に、ウェハ１０４および／またはエンドエフェクタ１２０の位置決めが調整される（例えば、技術者によって、またはコントローラ１１２と通信している自動位置決めシステムによって）。特に、ウェハの位置決めは、センタリングメータ５０４－５０８に表示された決定値に基づいて調整される。一例として、図２２に示されるように、センタリングメータ５０４－５０８からの表示結果に基づいて、技術者は、ウェハ１０４を図２２に示すようにページの左側に移動させて、表示されたデルタＸ値を低減させてもよい。調整後、再度画像が取り込まれ、デルタＸ値、デルタＹ値、および最小ギャップ値のそれぞれが全て許容範囲および／または理想範囲内に収まるまで、プロセスが繰り返される。
【0066】
本明細書に記載された半導体ウェハ撮像システムは、ウェハを撮像して、製造プロセス中のウェハの欠陥を検出する。撮像システムは、ウェハが分割された後にウェハを撮像して、劈開プロセス中に形成されたウェハの欠陥を検出する。半導体ウェハ撮像システムがウェハの欠陥を検出した場合、ウェハは製造プロセスから取り除かれ、これによりウェハ製造コストを削減する。ウェハは鏡面状の反射面を有しており、半導体ウェハ撮像システムは、反射面で反射された光源を撮像することなく、ウェハを撮像する。具体的には、半導体ウェハ撮像システムは、カメラおよび照明パネルを取り囲む暗箱を含む。暗箱は、半導体ウェハ撮像システムでの反射を最小化し、照明パネルは、拡散光をウェハに向けて向ける。拡散光は、カメラに向けてウェハで反射される。照明パネルで生成された光は拡散しているため、カメラは、反射された拡散光を検出し、照明パネルを撮像しない。したがって、カメラは、光源ではなく、ウェハを撮像し、これによりコントローラが欠陥のためにウェハを解析することを可能にし、ウェハ製造コストを削減する。
【0067】
本明細書で使用されるように、用語「約（ａｂｏｕｔ）」、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」、「本質的に（ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」は、寸法、密度、温度、または他の物理的もしくは化学的な性質もしくは特徴の範囲と関連して使用されるとき、性質または特徴の上限および／または下限に存在し得る変動を包含することを意味する。当該変動は、例えば、丸め、測定方法、または他の統計的変動から生じる変動を含む。
【0068】
本開示または本開示の実施形態の要素を紹介するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、要素が１以上存在することを意味することを意図している。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」、および「ｈａｖｉｎｇ」は、包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在してもよいことを意味している。特定の向きを示す用語（例えば「ｔｏｐ」、「ｂｏｔｔｏｍ」、「ｓｉｄｅ」）の使用は、説明の便宜上のものであり、説明された物品の特定の向きを必要とするものではない。
【0069】
本開示の範囲から逸脱することなく、上述の構造および方法において、様々な変更が可能であるため、上述の説明に含まれ、添付の図面に示される全ての事項は、限定的な意味ではなく例示として解釈されることが意図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】