｜機器視覺用於光罩薄膜微粒檢測技術

摘要：光罩是半導體製造過程中重要的環節。光罩本身為求光線的穿透能力高，所以以純度極高的石英玻璃製造而成，使得一般光線極容易穿透。並在另一面鍍上鉻膜，在鉻膜上製造圖形。當光罩上的微塵過大時，將會成像於晶圓上，形成缺陷，造成良率上極大的問題。本研究將以光學元件為主，最主要在於反射光的層別區隔，利用機器視覺進行非接觸式的檢測光罩薄膜表面微塵，搭配線性掃瞄相機與精密移動平台快速的掃描光罩薄膜表面，並及時成像進行檢測。

Abstract: Mask is the critical process in semiconductor production. Made of high purity quartz glass for high light transmission application, the mask is also coated with a pellicle pattern used in wafer lighting manufacturing. Therefore, the mask requires high transparency. If particles and dust reside on the surface of the mask, the lighting process will generate defects on the wafer. In this article, a machine vision based method is proposed to detect the particle defects on the mask surface. The proposed method uses non-contact line scan camera and precision stage for scanning the surface of mask and detecting the defect in real-time.

關鍵詞：機器視覺、線掃瞄、光罩薄膜

Keywords：Machine vision, Line scan, Mask pellicle

前言
光罩是半導體製造過程中重要的環節，透過曝光機可將光罩之圖形曝在晶圓上，在半導體製程演進上扮演著重要的角色。而光罩本身為求光線的穿透能力，故以純度極高的石英玻璃製造而成，使得一般光線極容易穿透。所以光罩上的微塵（particle）過大時將會成像於晶圓上，形成重覆性的缺陷，造成良率上極大的問題。而光罩的石英玻璃面常使自動檢測困難度倍增，主要是玻璃穿透率過高造成量測上的困難，所有的光學檢測儀器在表面的偵測能力常受到鉻膜的反射光線影響而不易辨識。若能開發出一套光學檢測系統，進行分層與過濾不必要的散射光線，並強化微塵的位置與大小分辨，將會提高光罩的檢驗效率，並降低人員訓練與誤差，進而提升廠商的競爭力。

2014半導體預估全球銷售產值將達到3,104億美元，預估成長3.8 % [1]。就全球半導體廠商的資本支出預估為394.6億美金：最主要為台灣110億美金、美國77.3億美金、韓國76億美金[2]，上述投資大多在於先進製程設備為主。針對投資密度而言，台灣已躍升為最大資本支出國，而主要以台積電為主，就晶圓代工而言對高階製程光罩的檢測需求倍增，且投資所費相對不貲。

相對於光罩玻璃面的檢測方式仍屬於人工檢測模式，而成像的微塵大小也將隨先進製程的演進與量產而漸小，微塵由55 μm檢驗規範限縮至40 μm，檢驗標準與設備需求也相對增加。而半導體除在光罩圖形面由高規格之量測機台（KLA，Applied Materials等）來檢測外，玻璃面的檢測仍以目檢為主，雖有雷射散射光的表面檢測機，仍附屬於曝光機台的部份，價格仍然很貴（約新台幣 2,000萬左右），且量測微塵大小規格在5 μm～55 μm，大部份非成像所需檢測範圍[3-4]。

就檢測需求而言，目前光罩仍以人為操作模式為主，因光罩玻璃穿透率過佳，使得反射影像的層別區分困難，形成檢測機台的光學影像處理不易。就以光學路徑而言，層別區分影像與強度的設計將會是主要改善的方向。目前工研院針對此技術在側向光源、對焦與影像訊號處理等，開發合適的檢測工具[5-7]，將有機會取代目前目檢的方式。成本也將會大符降低（新台幣300萬以內），並可結合影像存取功能更利於資料的掌控。

此設備將以光學元件為主，最主要在於反射光的層別區隔為主。就市場上來看，針對會成像的微塵（Particle>10 μm以上）為主，這也是目前半導體與光罩製造公司最為需要的檢測設備，且在此設計下將會兼具便利功能，以自動量測功能來取代現有人力檢測。