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缺陷掃描檢查
? ?在開始生產(chǎn)之前，裸晶圓在晶圓制造商處要檢驗合格合格，并在半導(dǎo)體工廠接收后再次要檢驗合格。只有最無缺陷的晶圓才用于生產(chǎn)，它們的生產(chǎn)前缺陷圖允許制造商跟蹤可能導(dǎo)致芯片功能不佳的區(qū)域。裸晶片或非圖案化晶片也在經(jīng)受被動或主動處理環(huán)境之前和之后被測量，以確定來自給定處理工具的粒子貢獻(xiàn)的基線。
圖1:旋轉(zhuǎn)非圖案化晶片上的缺陷檢測(左)以及暗場和亮場圖像照明中鏡面反射的使用(右)
? ?器件制造商使用光學(xué)檢測系統(tǒng)來檢查晶片和掩模上的顆粒和其他類型的缺陷，并確定這些缺陷在晶片上的X-Y網(wǎng)格中的位置。用于非圖案化晶片上的缺陷檢測的基本原理相對簡單。激光束在旋轉(zhuǎn)的晶片表面上徑向掃描，以確保光束投射到晶片表面的所有部分上。激光從表面反射，就像從鏡子反射一樣，如圖1所示。這種反射被稱為鏡面反射。當(dāng)激光束遇到晶片表面上的顆?；蚱渌毕輹r，缺陷散射一部分激光。根據(jù)照明布置，散射光可以被直接檢測(暗場照明)或作為反射光束中強(qiáng)度的損失(亮場照明)。晶片的旋轉(zhuǎn)位置和光束的徑向位置限定了晶片表面上缺陷的位置。在晶圓檢測工具中，使用光電倍增管或電荷耦合器件以電子方式記錄光強(qiáng)度，并生成晶圓表面的散射或反射強(qiáng)度圖，如圖2所示。該圖提供了有關(guān)缺陷大小和位置的信息，以及由于顆粒污染等問題造成的晶片表面狀況的信息。這種方法需要對晶片臺和光學(xué)元件進(jìn)行高度精確和可重復(fù)的旋轉(zhuǎn)和線性運(yùn)動控制。
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圖2:檢查工具中的光收集、處理和晶片映射
? ?一般來說，暗場檢查對于非圖案化晶片檢查是優(yōu)選的，因為高光柵化速度是可能的，并且這能夠?qū)崿F(xiàn)高晶片產(chǎn)量。圖案化晶圓檢測是一個慢得多的過程。根據(jù)應(yīng)用，它可以使用明場和/或暗場成像。請注意，圖案化表面散射的復(fù)雜性降低了到達(dá)檢測器的總光子通量，導(dǎo)致晶圓檢測的積分周期更長。
100納米以下的檢測工具目前被用于制造環(huán)境中，以保證進(jìn)入晶圓的質(zhì)量，并用于大批量制造的工藝工具監(jiān)控和鑒定。這些工具采用與設(shè)計用于大規(guī)模缺陷檢測的工具相同的基本操作原理，但使用DUV照明增強(qiáng)光學(xué)系統(tǒng)。一些制造商聲稱復(fù)雜的圖像分析算法可以達(dá)到20納米以下的靈敏度。正如所料，在這些應(yīng)用中使用的系統(tǒng)中，晶片臺和光學(xué)部件的運(yùn)動控制需要高度的精度和準(zhǔn)確度。
? ? ? 由于需要檢測工具來檢測和量化越來越小的顆粒，由于散射光信號的信噪比降低，表面微粗糙度(霧度)等因素的影響開始影響小顆粒的可檢測性。非圖案化晶片的亞100納米檢測由于尺度問題而變得復(fù)雜，信噪比是確定檢測系統(tǒng)對晶片表面顆粒和其他缺陷的檢測極限的關(guān)鍵參數(shù)。來自環(huán)境濕度等來源的表面化學(xué)污染也會導(dǎo)致信噪比下降。為了幫助抵消這種影響，用于亞100納米缺陷檢測的檢測工具采用高度復(fù)雜的光學(xué)空間濾波、散射信號的偏振分析和專門的信號處理算法來檢測存在表面霧度的缺陷。
形貌檢查
? ? ? 測量裸晶片形貌有許多原因。例如，晶片可能彎曲，或者支撐晶片的卡盤(靜電或氣動)可能在晶片的接觸點(diǎn)產(chǎn)生凹痕。這種變形會影響納米尺度的圖案成像。已經(jīng)開發(fā)出非常精確的干涉測量工具來測量加工前晶片形狀的這種變化。
用于測量裸晶圓表面形貌的基本設(shè)計類似于圖3所示的斐索干涉儀。這種干涉測量技術(shù)將晶片與非常高質(zhì)量和平整度的參考楔(或參考平面)進(jìn)行比較。楔角確保來自平面的第一表面的反射不會對干涉信號產(chǎn)生影響。從第二表面反射的光用作參考，同時一部分光穿過平板以詢問晶片(測試平板)。從晶片和測試平臺反射的光被分束器導(dǎo)向成像系統(tǒng)。分析干涉圖案，并使用軟件將測量結(jié)果拼接在一起，以形成具有納米尺度分辨率的完整晶片圖。實際上，測量裸晶片形貌的干涉測量工具極其復(fù)雜，并且利用運(yùn)動解決方案、大型光學(xué)器件和照明源來幫助擴(kuò)展可制造性設(shè)計的邊界。
圖3
差分圖像檢測
? ? ? ?圖案化晶片的光學(xué)檢查可以采用明場照明、暗場照明或兩者的組合來進(jìn)行缺陷檢測。圖案化晶片檢測系統(tǒng)將晶片上測試管芯的圖像與相鄰管芯(或已知無缺陷的“金”管芯)的圖像進(jìn)行比較。圖像處理軟件從一幅圖像中減去另一幅圖像。其中一個芯片中的任何隨機(jī)缺陷都不會在相減過程中歸零，在相減后的圖像中清晰顯示(圖4)。缺陷的位置允許在晶片上生成缺陷圖，類似于為非圖案化晶片生成的圖。與非圖案化晶片的檢查一樣，圖案化晶片檢查需要晶片臺和檢查系統(tǒng)的光學(xué)部件的精確和可重復(fù)的運(yùn)動控制，因為它們同時移動。
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圖4:圖案化晶片檢查程序
亞100納米特征的DUV晶圓檢測
? ? 亞100納米圖案化晶片的缺陷檢測比非圖案化晶片檢測面臨更大的挑戰(zhàn)。用于圖案化晶片應(yīng)用的基于DUV的光學(xué)檢測使用與舊的可見光和紫外光檢測系統(tǒng)相同的圖像比較原理。然而，基于DUV的方法在光學(xué)、運(yùn)動控制和圖像分析算法方面需要更高的復(fù)雜程度。
DUV檢測工具已成為圖案化晶圓檢測的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其特征尺寸可達(dá)65納米；高達(dá)每小時幾個晶片的檢查速率使得這些系統(tǒng)適合于生產(chǎn)應(yīng)用。DUV檢測工具顯示出對缺陷檢測的高靈敏度，例如淺溝槽隔離空隙、接觸蝕刻缺陷和亞100納米幾何形狀的光刻膠微橋接。使用寬帶DUV/紫外/可見照明，現(xiàn)代明場圖案化晶圓檢測系統(tǒng)目前可實現(xiàn)對動態(tài)隨機(jī)存取存儲器和閃存器件上所有層缺陷檢測所需的靈敏度，最低可達(dá)55納米特征尺寸。
雖然眾所周知的特性加上相對較低的成本和較高的吞吐量使得DUV光學(xué)檢測系統(tǒng)的持續(xù)使用具有吸引力，但一些制造商報告稱，DUV檢測系統(tǒng)不具備65納米以下幾何形狀所需的精度和靈敏度。一項研究聲稱，DUV暗場光學(xué)圖案檢測系統(tǒng)的極限缺陷靈敏度在存儲技術(shù)(例如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器)中約為75納米，在邏輯區(qū)域中更大。DUV明場系統(tǒng)的極限靈敏度稍高，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器約為50納米，暗場系統(tǒng)的極限靈敏度則更高。此外，使用DUV激光照射圖案化晶片上非常小且因此易碎的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一些不尋常的問題，例如表面材料的激光燒蝕。這些問題的解決方案可能在于將寬帶等離子體照明用于光學(xué)檢查系統(tǒng)(現(xiàn)有的DUV系統(tǒng)采用266納米波長，并且正在轉(zhuǎn)向193納米照明)或者使用能夠生產(chǎn)的電子束檢查工具。最近推出的基于等離子體產(chǎn)生的寬帶照明的檢測工具可用于生產(chǎn)環(huán)境。聲稱這些系統(tǒng)的分辨率低于10納米，因為在這種較小的尺度下，較短的波長提供了更精確的檢查。
電子束晶圓檢測
? ?電子束成像也用于缺陷檢查，尤其是在光學(xué)成像效率較低的較小幾何形狀上。電子束檢查可以提供比光學(xué)檢查系統(tǒng)分辨率動態(tài)范圍大得多的材料對比度。然而，電子束應(yīng)用受到測量速度慢的限制，這使得它主要用于R&D環(huán)境和新技術(shù)鑒定的工藝開發(fā)。新的電子束工具可用于10納米及以下節(jié)點(diǎn)的缺陷檢測應(yīng)用，多電子束工具正在開發(fā)中，具有多達(dá)100個柱或測量通道。
標(biāo)線檢查
? ?掩模版是用精細(xì)特征圖案化的透射或反射投影掩模，通常比晶片上期望的圖案尺寸大4-5倍。它們與光學(xué)照明系統(tǒng)一起使用，作為晶片圖案化過程的一部分，光學(xué)照明系統(tǒng)對圖案化的光進(jìn)行成像和去放大，以選擇性地顯影光致抗蝕劑。
可以說，掩模版檢查遠(yuǎn)比無圖案或有圖案的晶片檢查更重要。這是因為，雖然裸晶片或圖案化晶片上的單個缺陷有可能“殺死”一個器件，但是掩模版上的單個未檢測到的缺陷會破壞成千上萬個器件，因為缺陷會在使用該掩模版處理的每個晶片上復(fù)制。對于EUV來說，這個問題由于圖案的更精細(xì)的分辨率、薄保護(hù)膜的存在以及分劃板的反射設(shè)計而變得更加復(fù)雜。
? ? ? ? ?除了通常使用透射光而不是反射光來檢查掩模版之外，掩模版檢查系統(tǒng)的工作原理與晶片檢查工具相同，并且具有相似的物理要求。透射光用于定位紫外線不透明污漬和其他透射缺陷。掩模版檢查工具根據(jù)缺陷容差和/或特征尺寸，采用高分辨率成像光學(xué)器件和可見光或紫外光照明，以發(fā)現(xiàn)掩模版坯料或圖案化掩模版上的缺陷。在掩模版制造過程中和整個掩模版使用過程中，例行檢查。標(biāo)線檢查工具采用了類似于晶片檢查工具中使用的復(fù)雜圖像分析軟件和運(yùn)動控制系統(tǒng)。通過使用紫外線照明，傳統(tǒng)光學(xué)器件在標(biāo)線檢查系統(tǒng)中的使用已經(jīng)擴(kuò)展到90納米的特征尺寸。使用電子束可以在較小的特征尺寸下進(jìn)行掩模版檢查，因為與圖案化晶片檢查相比，可以容許較低的生產(chǎn)量。與晶片檢測一樣，亞100納米應(yīng)用中使用的掩模版檢測工具(空白和圖案化掩模版檢測)采用DUV照明，通常使用266納米或193納米的單一波長。
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