CN114235840A - 一种基于光切显微镜的晶圆表面缺陷检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于晶圆检测技术领域，公开了一种基于光切显微镜的晶圆表面缺陷检测方法，包括以下步骤：首先初始化晶圆表面缺陷检测***参数，然后通过晶圆表面缺陷检测***装载、测量待测晶圆，并根据采集的测量数据对待测晶圆进行表面重构，输出晶圆检测结果。本发明通过采用所述晶圆表面缺陷检测***对晶圆表面进行高精度、高效率的缺陷检测，并可得到晶圆被测表面的三维轮廓图及缺陷形貌及其坐标，方便后期对晶圆缺陷的清洁、位置标定或进一步精细测量处理。本发明不仅缩减检测时间，从而间接提高了晶圆制造工艺的流通速度，而且可以快速的得到缺陷的高精度信息，对查找晶圆产生缺陷的原因提供了有力的帮助，有效提高产品良率。
Description
技术领域
本发明属于晶圆检测技术领域，具体涉及一种基于光切显微镜的晶圆表面缺陷检测方法。
背景技术
集成电路产业作为一项战略性基础产业，其技术水平和产业规模已成为衡量一个国家经济发展、科技实力的重要标志。近年来，随着经济和科技的崛起，中国已成为全球规模最大、增长最快的集成电路市场。集成电路的生产、制造的流程非常精细和复杂。其中，晶圆作为制造芯片的重要基础元件，其表面缺陷是影响芯片良率的主要原因，所以晶圆表面缺陷的高精度检测成为其工艺过程中的重要一环。
为提高芯片的良率，在芯片的制造过程中，通常设置多道检测工序，以便在制造过程中及时发现晶圆的表面缺陷，并及时对工艺过程作出改进。对于晶圆表面缺陷的检测，最早也较常见的主要是采用显微镜目检。这种地毯式人工检测方式需要反复的手动调焦，不仅存在检测时间过长、检测效率低下以及人力成本高的缺点，而且还容易受检测人员用眼疲劳等影响而出现误检，同时也会因检测时间过长而出现排查缺陷问题耗时过久，从而导致大批量的晶圆因为缺陷问题而良率过低，造成损失。此外，使用的显微镜如电子显微镜虽然可以检测到0.2 nm的粒子，但它会污染和破坏晶圆片，而且效率相比较低；原子力显微镜方法通过探针对结构表面进行扫描，精度虽然很高，但是扫描速度十分缓慢，所需时间相比较多，效率也较低等。而且高精度显微镜成本高，在实际生产中，每个工厂内也不可能有很多台来满足每一道关键制程机台的缺陷扫描。因此为了更好地应对不同的缺陷检测，同时提高检测效率，减少误判，有必要采用高精度自动化的检测方式。
发明内容
针对现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种基于光切显微镜的晶圆表面缺陷检测方法。
基于上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种基于光切显微镜的晶圆表面缺陷检测方法，包括以下步骤：
（1）初始化：对晶圆表面缺陷检测***参数进行初始化设置；
（2）装载：晶圆承载***从初始位置转移至装载位置，然后晶圆运送***将待测晶圆装载至晶圆承载***上并通过晶圆定位装置对待测晶圆中心进行定位；
（3）测量：载有待测晶圆的晶圆承载***移动至光学***测量区域，并以所述待测晶圆中心作为测量起始位置；然后光学***开始对待测晶圆进行表面测量，此时所述晶圆承载***在转动的同时做步进移动，光学***的光切显微镜光切像以等距螺旋线的扫描轨迹对待测晶圆的表面进行全面扫描，图形探测器采集测量数据；扫描动作完成后，晶圆承载***复位至初始位置；
（4）数据处理：信号处理***根据采集的测量数据进行面形重构，输出测量结果；
（5）结束：晶圆承载***移动至装载位置，晶圆运送***卸载已测量完成的晶圆，结束测量或重复步骤（2）～（4）测量下一片待测晶圆。
优选地，所述晶圆运送***为带有真空吸附机构的机器人；所述晶圆运送***装载晶圆至晶圆承载***上的定位精度为0.05 mm。
优选地，所述晶圆承载***为带有真空吸附机构的高精度气浮转台，高精度气浮转台的运动参数为：径向跳动＜50 nm，轴向跳动＜20 nm，旋转定位分辨率1’’，重复定位精度0.5’’。
优选地，所述晶圆运送***利用真空吸附机构装卸晶圆；所述晶圆承载***接收待测晶圆后，真空吸附机构通过吸力将待测晶圆固定于高精度气浮转台上，卸载时撤去吸力。
优选地，步骤（1）中所述晶圆表面缺陷检测***参数包括晶圆运送***的路径参数、真空吸附机构的吸力参数、晶圆承载***的转速参数和步进距离参数、光学***的采样频率参数、待测晶圆的直径参数。
优选地，步骤（1）中设置转速参数为50 rpm，步进距离参数为1.2 mm，采样频率参数为50 Hz，其他参数按实际情况进行设置。
优选地，步骤（3）中所述测量过程在暗场下进行；所述光切显微镜视场直径为3mm；步骤（3）中，等距螺旋线的扫描轨迹的视场重叠20%。
优选地，所述图形探测器为4K×4K超高清CMOS探测器。
优选地，步骤（1）中所述初始化过程仅在同一批次晶圆测量前进行。
更加优选地，所述晶圆承载***通过导轨进行移动；所述导轨为静油压直线导轨。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明所提供的晶圆表面缺陷检测方法中，通过采用所述检测装置可以对晶圆表面进行高精度、高效率的缺陷检测，并可得到晶圆被测表面的三维轮廓图及缺陷形貌及其坐标，方便后期对缺陷的清洁、位置标定或进一步精细测量处理。在其中一项实施例中，本发明扫描完一片12 inch晶圆表面全域需要采样约8000个点，耗时约2.6 min；横向分辨率为0.75 μm，15°的倾斜角可实现0.19 μm的纵向分辨率。本发明检测方法一方面缩减检测时间，从而间接提高了晶圆制造工艺的流通速度；另一方面可以快速的得到缺陷信息，对查找晶圆产生缺陷的原因提供了有力的帮助，有效提高了产品的良率，对于半导体制造行业意义重大。
附图说明
图1为本发明晶圆表面缺陷检测***的整体结构示意简图；
图2为本发明检测装置的结构简图，其中，1为工业机器人，2为工业机器人的真空吸附机构，3为光切显微镜，4为高精度气浮转台（带有真空吸附机构），5为导轨，6为晶圆，7为晶圆定位装置；
图3为本发明光切显微镜扫描测量路径示意图，其中，a为扫描测量时待测晶圆与光切像的相对位置及运动方向，b为光切像扫描运动轨迹。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例结合附图，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
本发明实施例提供一种基于光切显微镜的晶圆表面缺陷检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
（1）初始化：对晶圆表面缺陷检测***参数进行初始化设置。
所述晶圆表面缺陷检测***包括检测装置和信号处理***。其中，检测装置包括晶圆运送***、光学***、晶圆承载***、导轨和晶圆定位装置；信号处理***包括控制模块、驱动模块、数据采集模块和人机交互界面。所述晶圆表面缺陷检测***参数会输入信号处理***，由信号处理***中的控制模块和驱动模块进行数据处理。同时，控制模块和驱动模块***控制晶圆运送***、晶圆承载***的运动轨迹，真空吸附机构的吸力大小，光学***的采样频率等。所述光学***包括光切显微镜和图形探测器。
其中，所述晶圆承载***为带有真空吸附机构的高精度气浮转台4，高精度气浮转台4径向跳动＜50 nm，轴向跳动＜20 nm，旋转定位分辨率1’’，重复定位精度0.5’’。所述晶圆运送***为带有真空吸附机构2的工业机器人1，工业机器人1装载晶圆至高精度气浮转台4的定位精度为0.05 mm。
所述晶圆表面缺陷检测***参数包括晶圆运送***搬运、装卸晶圆的路径参数，真空吸附机构的吸力参数，晶圆承载***在转动时的转速参数和步进移动时的步进距离参数，光学***的采样频率参数，待测晶圆的直径参数。其中，设置转速参数为50 rpm，步进距离参数为1.2 mm，采样频率参数为50 Hz，晶圆直径参数为12 inch，其他参数按实际情况进行设置。
（2）装载：高精度气浮转台4从初始位置转移至装载位置。工业机器人1借助真空吸附机构2按步骤（1）初始化设置的搬运及装载路径参数，将待测晶圆6装载至装载位置的高精度气浮转台4上，通过高精度气浮转台上的真空吸附机构将待测晶圆固定于所述高精度气浮转台上，同时通过高精度气浮转台4上的晶圆定位装置7对待测晶圆中心进行定位。具体检测装置如图2所示。
（3）测量：载有待测晶圆6的高精度气浮转台4通过静油压直线导轨5移动至光切显微镜3的测量区域，并以所述待测晶圆中心作为测量起始位置；然后光切显微镜3根据步骤（1）设置的采样频率开始对待测晶圆6进行表面测量，此时高精度气浮转台4在转动的同时沿所述导轨做步进移动，完成光切显微镜3的光切像（视场直径约3 mm）对待测晶圆6的表面进行全面扫描，图形探测器同步采集测量数据，其中扫描运动轨迹为等距螺旋线（如图3所示），视场重叠20%。扫描动作完成后，所述高精度气浮转台4复位至初始位置。
其中，光切显微镜是根据光切原理测量被加工工件表面质量的仪器，即利用光带剖切表面获得截面轮廓曲线，光带与表面相截的交线便反映出被测表面的微观形貌轮廓形状，因此常被广泛应用于工程零部件表面测量。整个测量过程在暗场下进行，在测量时采用的图形探测器为4K×4K超高清CMOS探测器。
（4）数据处理：信号处理***中的数据采集模块根据采集的测量数据进行重构表面，在人机交互界面输出待测晶圆表面的三维轮廓图，并显示缺陷形貌及其坐标，可根据需要保存测量数据。
（5）测量完成后，高精度气浮转台4移动至装载位置，由工业机器人1卸载已测量完成的晶圆6，结束本轮测量或重复步骤（2）～（4）测量下一片待测晶圆。
测量结果表明，本发明扫描完一片12 inch晶圆表面全域需要采样约8000个点，耗时约2.6 min。在不考虑差值像增强计算成像技术的情况下，***横向分辨率h为0.75 μm；当倾斜角β为15°时，可实现的纵向分辨率按照hsinβ计算为0.19 μm。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的不足，且具高度产业利用价值。上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。
Claims (8)
1.一种基于光切显微镜的晶圆表面缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）初始化：对晶圆表面缺陷检测***参数进行初始化设置；
（2）装载：晶圆承载***从初始位置转移至装载位置，然后晶圆运送***将待测晶圆装载至晶圆承载***上并通过晶圆定位装置对待测晶圆中心进行定位；
（3）测量：载有待测晶圆的晶圆承载***移动至光学***测量区域，并以所述待测晶圆中心作为测量起始位置；然后光学***开始对待测晶圆进行表面测量，此时所述晶圆承载***在转动的同时做步进移动，光学***的光切显微镜光切像以等距螺旋线的扫描轨迹对待测晶圆的表面进行全面扫描，图形探测器采集测量数据；扫描动作完成后，晶圆承载***复位至初始位置；
（4）数据处理：信号处理***根据采集的测量数据进行面形重构，输出测量结果；
（5）结束：晶圆承载***移动至装载位置，晶圆运送***卸载已测量完成的晶圆，结束测量或重复步骤（2）～（4）测量下一片待测晶圆。
2.根据权利要求1所述的晶圆表面缺陷检测方法，其特征在于，所述晶圆运送***为带有真空吸附机构的机器人；所述晶圆运送***装载晶圆至晶圆承载***上的定位精度为0.05 mm。
3.根据权利要求2所述的晶圆表面缺陷检测方法，其特征在于，所述晶圆承载***为带有真空吸附机构的高精度气浮转台，高精度气浮转台的运动参数为：径向跳动＜50 nm，轴向跳动＜20 nm，旋转定位分辨率1’’，重复定位精度0.5’’。
4.根据权利要求3所述的晶圆表面缺陷检测方法，其特征在于，所述晶圆运送***利用真空吸附机构装卸晶圆；所述晶圆承载***接收待测晶圆后，真空吸附机构通过吸力将待测晶圆固定于高精度气浮转台上，卸载时撤去吸力。
5.根据权利要求4所述的晶圆表面缺陷检测方法，其特征在于，步骤（1）中所述晶圆表面缺陷检测***参数包括晶圆运送***的路径参数、真空吸附机构的吸力参数、晶圆承载***的转速参数和步进距离参数、光学***的采样频率参数、待测晶圆的直径参数；其中，设置转速参数为50 rpm，步进距离参数为1.2 mm，采样频率参数为50 Hz。
6.根据权利要求5所述的晶圆表面缺陷检测方法，其特征在于，步骤（3）中所述测量过程在暗场下进行；所述光切显微镜视场直径为3 mm；步骤（3）中，等距螺旋线的扫描轨迹的视场重叠20%。
7.根据权利要求1所述的晶圆表面缺陷检测方法，其特征在于，所述图形探测器为4K×4K超高清CMOS探测器。
8.根据权利要求1所述的晶圆表面缺陷检测方法，其特征在于，步骤（1）中所述初始化过程仅在同一批次晶圆测量前进行。
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