CN101171506A - 晶片边缘检测 - Google Patents

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Abstract

在一个实施方案中，检测晶片(122)边缘区域的系统(110)，包括表面分析器组件，所述表面分析器组件包括将辐射束瞄准到晶片(122)表面的辐射瞄准组件；收集从所述晶片(122)表面反射的辐射的反射辐射收集组件；相对于所述晶片(122)的边缘表面(126)旋转所述表面分析器组件的装置；以及在所述晶片的边缘区域检测一个或更多个缺陷的装置。

Description

晶片边缘检测
技术领域
本文所描述的主题涉及表面检测(inspection)技术，并且更具体地，涉及晶片边缘检测。
背景技术
可以检测半导体材料，以发现这样的缺陷，例如，表面缺陷、颗粒、薄膜涂覆层厚度中的不规则性等等，这些缺陷会阻碍半导体材料的性能。一些现有的检测系统将一束辐射引导到半导体材料的表面，然后收集并分析从所述表面反射或散射的光，以量化表面特征。人们期望另外的检测技术。尤其，希望检测半导体晶片、化合物半导体晶片、透明晶片或薄膜盘的边缘或近边(near edge)，以发现缺陷。
附图说明
详细的说明是参考附图来进行描述的。
图1为用于晶片边缘检测的装置的实施方案的各种光学部件的示意图。
图2为用于晶片边缘检测的装置的一个实施方案的示意图。
图3为用于晶片边缘检测的装置的一个实施方案的示意图。
图4为用于晶片边缘检测的装置的实施方案的各种光学部件的示意图。
图5为用于晶片边缘检测的装置的实施方案的各种光学部件的示意图。
图6为用于晶片边缘检测的装置的实施方案的各种光学部件的示意图。
图7为用来说明可能的缺陷的晶片的示意图。
图8为说明在用于晶片边缘检测的方法的一个实施方案中的操作的流程图。
图9为说明在用于获得缺陷数据的方法的一个实施方案中的操作的流程图。
图10为并置在说明数据集的图表上的部分晶片表面的示意图，所述数据集可以按照在图9中的所述操作的描述来构建。
图11为说明在用于确定交叉图像(cross-image)参数的方法的一个实施方案中的操作的流程图。
图12为说明在用于确定交叉图像参数的方法的另一个实施方案中的操作的流程图。
图13检测环境的示意图。
具体实施方式
本文描述的是用于晶片边缘检测的示例性系统和方法。在下面的描述中，陈述了大量具体的细节，从而提供对各种实施方案的全面理解。然而，本领域技术人员可以理解，所述各种实施方案可以没有所述具体的细节而被实践。在其他实例中，公知的方法、过程、部件以及电路没有被详细描述，以免模糊了所述的特定实施方案。
本文描述的各种方法可以被实施为在计算机可读介质上的逻辑指令。当在处理器上被执行时，所述逻辑指令使处理器被编程为实现所描述方法的专用计算机。当被所述逻辑指令配置为执行本文所描述的方法，所述处理器构成用于执行所描述方法的结构。
图1为用于晶片或盘边缘检测的装置的一个实施方案的示意图。一个实施方案适于使用光谱中的辐射来进行膜厚度测量、表面粗糙度测量、反射率测量、磁成像以及光学轮廓测量。在可替换的实施方案中，可以使用可见光谱之外的辐射。更具体地，图1描述了一种能够完成任务的光学组件，所述组件包括组合的反射计、散射仪、相移显微镜、磁-光克尔效应显微镜以及光学轮廓仪。该实施方案能够探测(detect)和分类在晶片边缘或盘的边缘或近边上的广泛的种种缺陷。
晶片120包括上表面122、下表面124和边缘表面126，当在截面轮廓中观察时，所述边缘表面126可以是基本上平坦的或弯曲的。在图1中描述的实施方案中，当在截面轮廓中观察时，所述边缘表面是弯曲的。
表面分析器组件110被设置来将辐射引导到晶片表面120上。在图1中描述的实施方案中，表面分析器组件110包括激光二极管112、可选的偏振器(polarizer)114、可选的半波片116，以及用于将辐射引导到晶片120的表面上的聚焦透镜118。这些部件将来自激光二极管的辐射瞄准到晶片120的表面，并且因此可以被视为辐射瞄准组件。在可替换的实施方案中，偏振器114和半波片116可以省略。
表面分析器组件110还包括收集透镜(collecting lens)130和光电倍增管(PMT)132。这些部件收集晶片120的表面散射的辐射，并且因此可以被视为散射辐射组件。在可替换的实施方案中，PMT 132和收集透镜130可以用带有PIN光电二极管或雪崩光电二极管的积分球(integrating sphere)或椭圆面镜来替代。
表面分析器组件110还包括准直透镜136、减摆透镜(wobble reduction lens)137、四分之一波片134、相对于入射面旋转45度的渥拉斯顿棱镜138，以及两个可从Hamamatsu，Inc.获得的象限探测器(quadrant detector)140、142。在另一个实施方案中，探测器140和142可以是同样可从Hamamatsu，Inc.获得的PIN光电探测器。图1中示出的实施方案使用象限探测器，从而可以测量表面的斜率。可以对该表面斜率进行积分来产生表面轮廓。这些部件收集从晶片120的表面反射的辐射，并且因此可以被视为反射辐射组件。减摆透镜137是会聚透镜。在可替换的实施方案中，减摆透镜137和准直透镜136可以被组合为单个透镜。这样来选择减摆透镜，即使其焦距基本上等于减摆透镜137与象限探测器140和142之间的距离。当这样做时，在象限探测器处测得的表面斜率被最小化。即，该系统对晶片的摆动具有最大的容限。另一个实施方案将以一比减摆透镜137的焦距稍长或稍短的距离设置探测器140和142。在这种情况下，该系统将对晶片摆动和表面斜率两者具有相当程度的敏感性。
在一个实施方案中，表面分析器组件110使用多模多波长激光二极管112和偏振器114，所述多模多波长激光二极管可从日本京都的Rohm Co.，LTD获得，型号为RLD-78MV，所述偏振器114被调整为P偏振并且增加激光装置的消光比。辐射可以具有任何波长。在一个实施方案中，可以提供可从Coherent，Inc.获得的405nm紫光源。在另一个实施方案中可以提供635nm光源。可以以机械方式旋转的半波片116可从CVI LaserCorp.获得，并且可以被用于使偏振在45度、P偏振和S偏振之间旋转。可以用相对于入射偏振旋转45度的四分之一波片来替代半波片。这会在晶片上产生圆偏振入射。相对于入射偏振旋转除45度以外的其他角度的四分之一波片会在晶片上产生椭圆偏振入射。可替换的用于使偏振旋转的技术包括使激光二极管112旋转，或者使用例如可从MeadowlarkOptics，Frederick，CO.(型号LPR-100)获得的液晶偏振旋转器。后一个实施方案具有这样的优点，即它是纯电子的偏振旋转装置，并且因此当偏振被旋转时不存在光束(beam)移动的可能性。
聚焦镜118在晶片120的表面上产生小的斑。PMT 132和收集透镜130被用来测量散射的光，用于计算表面粗糙度，测量碎片(debris)，探测在盘或晶片120表面或边缘126或近边区域(region)上的污斑(stain)、裂缝、划痕、分层、起泡或腐蚀的目的。
在从所述盘反射后，所述束通过准直透镜136、减摆透镜137和四分之一波片134。随后用例如可从CVI Laser Corp.获得的渥拉斯顿棱镜138使所述束偏振分束(polarizationsplit)，并且以分开的光电探测器140、142探测每个偏振分量。渥拉斯顿棱镜的面(S和P分量的面)可以被调整为相对于入射面基本上成45度。所述束的第一混合分量(该分量包括相对于入射面的P分量和S分量两者)被引导到探测器140，而第二混合分量(该分量包括相对于入射面的P分量和S分量两者)被引导到第二探测器142。在一个实施方案中，光电探测器140、142可以在其前方置有漫射片(diffuser)，以降低光电二极管的剩余位置敏感度(residual position sensitivity)。光电探测器测得的强度之间的差值与来自渥拉斯顿棱镜的所述第一和第二混合分量之间的相位差的余弦成比例。结果，当用于不同模式时，该仪器(instrument)可以得到不同类型的信息。
当偏振被调整到P时，P镜反射光和P散射光被测量，导致碳厚度(carbon thickness)(或任何简单层的厚度)和碳磨耗(carbon wear)的敏感测量(sensitive measurement)。通过旋转半波片116从而使从半波片输出的偏振被P偏振来获得P镜反射信号。该P镜反射信号是由来自探测器140和142的信号的和给出的。当偏振被调整到45度(正好在P和S偏振之间)时，该仪器对由盘或晶片表面上薄膜厚度变化所引起的相位变化测量最敏感。在相移模式下，该仪器测量在薄膜盘或晶片上的润滑剂、碳或其他膜厚度的变化。相移是通过取得在探测器142和140处测得的信号之间的差来测量的。这给出这样一输出，该输出与晶片的第一和第二波的混合分量之间的相位差的余弦成比例。四分之一波片134的取向(orientation)被调整以使对润滑剂、碳磨耗、由于缺陷存在而导致的其他膜厚度变化或相位变化的敏感度最优化。还可以测量各个分量；即45度偏振光的第一和第二混合分量。这些是与相移和散射光同时测量的。
当半波片被旋转从而偏振被调整到S偏振时，该仪器将能够测量S镜反射光和S散射光，结果获得样本的表面粗糙度和其他属性。S镜反射信号是由来自探测器140和142的信号的和给出的。图1中示出的入射角是58度，但是比58度大或小的角度也是可以的。可以通过使该仪器工作在任何线偏振(即，P、S或45度偏振)来测量纵向科尔效应(Kerreffect)。为了达到对磁象(magnetic pattern)的最大化敏感度而旋转四分之一波片134的操作使所述科尔效应信号最优化。最优化科尔效应的四分之一波片的取向可以与最优化对润滑剂和碳的敏感度的取向不同。结果，例如让所述四分之一波片是可移除的，从而可以针对不同的应用使用两种不同且分别优化的片。不同的实施方案具有微型电机来旋转四分之一波片的取向，从而使针对科尔效应、润滑剂、碳或缺陷探测模式的信号最优化。不同的偏振可能要求不同的四分之一波片调整，以达到最优化。当处于此模式中时，该仪器起到一科尔效应显微镜的作用。在一个实施方案中，使用S偏振来成像纵向科尔效应。当使用呈S线偏振的OSA来成像所述表面时，反射光的偏振被转变为椭圆偏振，其长轴依赖于薄膜盘上的磁化取向旋转。该科尔效应信号是通过测量来自偏振分束器的两个信号并且将所述两个信号做减法来探测的。这将给出这样一信号，该信号的正负号与磁化方向相关，并且该信号的幅度与该磁化成比例。
散射辐射收集组件和反射辐射收集组件所收集的数据被馈入到处理模块，所述处理模块包括处理器160、存储器模块162和I/O模块164。处理器模块包括这样的逻辑指令，所述逻辑指令使图1所描绘的仪器能够同时测量表面轮廓(高度和深度)、反射率(reflectivity)的S和P分量、在P和S波之间的相移以及散射光。还能够测量磁光科尔效应。
光波的S和P分量之间的相移的测量需要使二极管激光器的长期(long-term)相位漂移稳定的方法。这可以通过使用参考镜面(reference mirror)来实现。参考镜面可以被实施为稳定表面(例如金镜(gold mirror))、薄膜盘的一区段(section)或硅晶片的一区段。当所述仪器被首次安装时，可以通过测量并记录参考镜面的相移来校准所述参考镜面。在所述仪器的初始校准之后的时间，在测量样本之前测量所述参考镜面。记录参考镜面读数与初始读数的任何偏差(deviation)，并且从样本读数测量值中减去所述偏移。这保证从所测量的表面读得的相移随时间保持稳定。还可以将相同的过程应用到对S镜反射信号和P镜反射信号的测量。在这种情况下，当校准该仪器时，记录在参考镜面上测得的P镜反射和S镜反射信号的值，并且使用与这些值的偏差来纠正所述镜反射数据。这从P和S镜反射信号去除任何的漂移(drift)。
上述讨论涉及这样的仪器，所述仪器具有离垂直线接近60度的入射角。类似的思想可以应用于以小于或大于60度的角度操作的机器。当入射角变化时，对直方图(histogram)的各个象限的解读也将变化。
图2是用于晶片边缘检测的装置的实施方案的示意图。在检测过程期间，晶片220可以在主轴(spindle)228上相对于一中心轴线旋转，所述主轴228可以连接到适当的电机或其他用于导致该主轴旋转运动的驱动组件。包括例如电机250、用于使头部(head)在水平方向移动的第一驱动组件以如本文所描述的方式或者如美国专利No.6,665,078、6,717,671、6,757,056、6,268,919、6,229,610和6,130,749中所描述的方式使表面分析器组件210在晶片表面上移动，生成关于所述表面的各种特性的数据。包括例如通过适当的链接254连接到表面分析器210的旋转电机的第二驱动组件提供旋转运动，从而使表面分析器组件210以图2中的虚线箭头所图示的路径(path)围绕(around)晶片的边缘表面226移动。
在一个实施方案中，当表面分析器组件210相对于晶片的边缘表面226旋转时，产生直线运动的电机250和旋转电机252协作以维持在表面分析器组件210与晶片的各个表面222、224、226之间的基本上固定的距离。晶片226的边缘并非必须呈半圆形的形状，而是一般可以为任何类型的形状。如果电机250和252是以协作的方式操作的，则无论所述边缘的形状如何，头部210均可以保持在晶片边缘之上一固定距离。可选地，产生直线运动的电机250可以促使表面分析器组件210遍历(traverse)晶片220的顶表面222和或底表面224，允许所述表面224或222被扫描以发现缺陷。
在一个实施方案中，所述装置包括用于使晶片在所述主轴上定心的组件，该组件减小晶片在相对于中心轴线旋转时所述晶片边缘处的横向变动(或“摆动”)。图3是晶片边缘检测系统的示意图，图示用于使晶片320定心的组件。参照图3，晶片320在主轴328上相对于中心轴线旋转。如通过双向箭头所图示的，晶片320可以在任一方向旋转。如上面所描述的，表面分析器组件310扫描晶片320的边缘326。
三个定位头(positioning head)360a、360b、360c被设置为邻近晶片320的外边缘326上的三个点。在一个实施方案中，所述三个定位头360a、360b、360c被设置在一等边三角形的各个顶点上，其中晶片320的边缘外接所述等边三角形。然而，定位头360a、360b、360c可以以其他方式被设置。
定位头360a、360b、360c所代表的三角形的中心对应主轴328的中心。在一个实施方案中，定位头360a、360b、360c可以被配置为将它们的(x，y)坐标传递到处理模块(参见图1)，所述处理模块计算晶片320的中心的(x，y)坐标。晶片320随后可以被这样移动，即晶片320的中心对应于主轴328的中心。在一个实施方案中，定位头360a、360b、360c中的一个或更多个包括诸如伺服机械柱塞(servo-mechanical plunger)的推动机构(mechanism)以将晶片320设置在主轴的中心之上。
在一个实施方案中，定位头360a、360b、360c适于将它们各自的(x，y)坐标传送(communicate)到处理器160，所述处理器160从所述定位头的位置计算晶片中心的(x，y)坐标。随后，处理器确定将晶片的中心设置到主轴的中心之上所必需的移动量，并且向定位头传输指令以移动晶片320。在另一个实施方案中，晶片320和定位头360a、360b、360c保持固定在原位而主轴328被移动。
在可替换的实施方案中，用于表面分析的装置可以使用多个表面分析器组件，而非使单个表面分析器组件围绕晶片的多个表面旋转。例如，第一表面分析器组件可以扫描晶片的上表面，同时第二表面分析器组件可以扫描晶片的边缘表面，而第三表面分析器可以扫描晶片的下表面。
图4是用于晶片边缘检测的装置的实施方案的各种光学部件的示意图。晶片420包括上表面422、下表面424和边缘表面426，当在截面轮廓中观察时，所述边缘表面可以是基本上平坦的或弯曲的。在图4所描绘的实施方案中，当在截面轮廓中观察时，所述晶片边缘表面是弯曲的。
表面分析器组件410被设置为将辐射引导到晶片420的表面上。在图4所描绘的实施方案中，表面分析器组件410包括激光二极管412、可选的偏振器414、可选的半波片416，以及用于将辐射引导到晶片420的表面上的聚焦镜418。这些部件将来自激光二极管的辐射瞄准到晶片420的表面上，并且因此可以被视为辐射瞄准组件。在可替换的实施方案中，偏振器414和半波片416可以省略。
表面分析器组件410还包括收集透镜430和光电倍增管(PMT)432。这些部件收集晶片420的表面散射的辐射，并且因此可以被视为散射辐射组件。在可替换的实施方案中，PMT 432和收集透镜430可以用带有PIN光电二极管或雪崩光电二极管的积分球或椭圆面镜来替代。
表面分析器组件110还包括反射镜436以收集从晶片420的表面422反射的光。在一个实施方案中，反射镜436可以被实施为抛物面反射器，例如回转的抛物面反射体(parabolaof revolution)。抛物面反射器436可以被这样设置，即其焦点大致与激光装置的焦点重合，并且抛物面的轴稍稍倾斜以给另外的光学部件留出空间。从抛物面反射器436反射的辐射被准直(即消除光线的发散)。
由于边缘的形状，离开抛物面反射器436的准直束可以上下移动或者左右移动(即从纸面出入)。因此，反射镜436收集的光被引导到减摆透镜437。减摆透镜437将该准直束朝该透镜的固定焦点引导。
通过减摆透镜437的辐射被引导到四分之一波片434、偏振分束器438，以及两个象限探测器440、442。偏振分束器438可以是偏振分束立方体、渥拉斯顿棱镜或者一些其他适当的偏振分束器。在另一个实施方案中，探测器440和442可以是同样可从Hamamatsu，Inc.获得的PIN光电探测器。这些部件收集从晶片420的表面反射的辐射，并且因此可以被视为反射辐射收集组件。
在一个实施方案中，探测器440、442可以被置于减摆透镜437的定焦点处或者在所述固定焦点的稍稍后边。如果所述探测器被置于反摆透镜的定焦的稍稍后边或前边，则可以用象限探测器探测到轮廓(形貌)信号。
在一个实施方案中，可以通过将反射镜436的部分移动到焦距左侧并且在该位置之上设置PMT432(或雪崩光电二极管，或PIN光电二极管)来收集散射的光。可选地，可以包括一收集透镜430。
探测器440、442和PMT 432可以具有连接到基本上如图1所描述的处理模块的输出，所述处理模块用于基本上如上面所描述的那样处理所述输出。
图5是在用于晶片边缘检测的装置的可替换实施方案中各种光学部件的示意图。表面分析器组件510被设置为将辐射引导到晶片520的表面。在图5所描绘的实施方案中，表面分析器组件510包括激光二极管512、可选的偏振器514、可选的半波片516，以及用于将辐射引导到晶片520的表面上的聚焦镜518。这些部件将来自激光二极管的辐射瞄准到晶片520的表面，并且因此可以被视为辐射瞄准组件。在可替换的实施方案中，偏振器514和半波片516可以省略。
表面分析器组件510还包括收集透镜530和光电倍增管(PMT)532。这些部件收集晶片520的表面散射的辐射，并且因此可以被视为散射辐射组件。在可替换的实施方案中，PMT 532和收集透镜530可以用带有PIN光电二极管或雪崩光电二极管的积分球或椭圆面镜来替代。
表面分析器组件510还包括反射镜536以收集从晶片520的表面522、526或524反射的光。在实施方案中，反射镜536可以被实施为椭圆面(即，回转的椭圆)反射器。椭圆面反射器536可以被这样设置，即其第一焦点大致与激光装置的焦点重合，并且该椭圆的轴稍稍倾斜以给另外的光学部件留出空间。从椭圆面反射器536反射的辐射被引导到其在反射器536和准直透镜537之间的第二聚焦点。准直透镜537被置于离椭圆面镜536的第二焦点一个焦距之处。以这种方式，离开准直537透镜的光被准直。
离开准直透镜537的准直束被引导到四分之一波片534、偏振分束器538和两个象限探测器540、542。偏振分束器538可以是偏振分束管、渥拉斯顿棱镜或者一些其他适当的偏振分束器。在另一个实施方案中，探测器540和542可以是同样可从Hamamatsu，Inc.获得的PIN光电探测器。这些部件收集从晶片520的表面反射的辐射，并且因此可以被视为反射辐射收集组件。
探测器540、542和PMT 532可以具有连接到基本上如图1所描述的处理模块的输出，所述处理模块用于基本上如上面所描述的那样处理所述输出。
图6是在用于晶片边缘检测的装置的实施方案的各种光学部件的示意图。晶片620包括上表面622、下表面624和边缘表面626，当在截面轮廓中观察时，所述边缘表面626可以是基本上平坦的或弯曲的。在图6中描述的实施方案中，当在截面轮廓中观察时，所述边缘表面是弯曲的。
表面分析器组件610被设置为将辐射引导到晶片620的表面。在图6所描绘的实施方案中，表面分析器组件610包括激光二极管612和用于将辐射引导到转向镜616A的表面上的聚焦镜614。面镜616A将光反射到球面镜或半球面镜632的表面。在一个实施方案中，从镜616A反射的辐射可以通过施密特校正器片618A。
从球面镜632反射的辐射被反射到表面622上，并且入射到表面622上的辐射的一部分被反射回球面镜632，所述球面镜632将所述辐射反射到转向面镜616B。在一个实施方案中，从球面镜632反射到面镜616B的辐射可以通过施密特校正器片618B。
从转向镜616B反射的辐射通过准直镜634、四分之一波片636，并且传递到偏振分束器638(偏振分束器638相对于入射面成45度旋转)上，所述偏振分束器638将分束后的束引导到探测器640、642。偏振分束器638可以是偏振分束立方体、渥拉斯顿棱镜或者一些其他适当的偏振分束器。在另一个实施方案中，探测器640和642可以是同样可从Hamamatsu，Inc.获得的PIN光电探测器。这些部件收集从晶片620的表面反射的辐射，并且因此可以被视为反射辐射收集组件。
在一个实施方案中，可以通过移动球面镜632的部分部件(portion part)(例如在球面镜的中心)并且在该位置之上设置PMT(或雪崩光电二极管，或PIN光电二极管)来收集散射的光。可选地，可以包括一收集透镜。
图7是晶片710的边缘检测区域的示意图，所述晶片可以对应于图2和图3中描绘的晶片220、320。所述边缘检测区域可以被分成5个独特的区域，包括上近边区(zone)712、上斜角区714、顶点区(apex zone)716、下斜角区718和下近边区720。可以在晶片710的表面712上沉积一层或更多层传导性、半传导性或非传导性材料732、734、736。
图7进一步描绘在晶片710的边缘区域处或者接近边缘区域处产生的一般缺陷。一般缺陷可以包括在晶片710的表面上的碎片颗粒722A、722B，在晶片710的表面712上的层732、734、736的不期望的分层，在晶片710的边缘714中或在表面712、720上的一个或更多个缺口(chip)或划痕726，或者在晶片710的表面712、720上的残余物。
在一个实施方案中，用于晶片边缘检测的系统和方法可以扫描晶片边缘以生成一个或更多个包括这样的数据的文件，所述数据代表来自从晶片边缘的表面上多个点反射的辐射的一个或更多个信号。可以分析反射的辐射数据以确定从该表面反射的背景“噪声”辐射水平，并且可相对于该背景噪声水平设置一个或更多个阈值。落在所述阈值之外的数据点可以被标记为缺陷。可以进一步分析、分类和报告缺陷区域(region)。
图8-9和11是图示在用于晶片边缘检测的方法的第一实施方案中的操作的流程图。图8是图示在用于晶片边缘检测的方法的一个实施方案中的高级操作的流程图。在一个实施方案中，在图8-9和11中图示的操作可以作为逻辑指令储存在计算机可读介质(例如图1中描绘的存储器模块162)中。当所述存储器指令被处理器160执行时，将所述处理器配置为进行图8-9和11中描绘的操作。
参照图8，在810获取缺陷数据。图9是图示在用于获取缺陷数据(操作810)的方法的一个实施方案中的操作的流程图。参照图9，在操作910，扫描晶片710的表面。可以通过使用如本文图1和4-6中描述的表面扫描组件扫描晶片710的表面来获取缺陷数据。在一个实施方案中，如图2中所描绘的那样将表面扫描组件相对于晶片710的边缘旋转。在一个实施方案中，表面扫描可以包括扫描晶片的边缘部分，例如，边缘部分712、714、716、718和720。
在操作915，生成图像文件。在一个实施方案中，从在晶片710的表面上的多个点反射的辐射的特性以例如数据文件记录在适当存储器中。在一个实施方案中，数据文件可以记录像素阵列格式的数据，每个像素代表在晶片710的表面上的点。以与像素相关联的方式记录从表面反射的辐射的一个或更多个特性。在一个实施方案中，所述特性可以包括强度测量、反射比(reflectance)百分数、相位信息等等。在操作915，可以将所述图像文件转换为数据串。
在操作925，确定一个或更多个针对从表面反射的辐射的特性的阈值。所述一个或多个阈值可以被用来找出(locate)图像文件中代表晶片710表面上的缺陷的数据。在一个实施方案中，可以通过计算从晶片710的表面的部分反射的辐射特性的平均(中值)水平来确定一个或多个阈值。在一个实施方案中，可以使用整个数据文件计算平均值(或中值)。在另一个实施方案中，可以使用所述数据文件的子集来计算平均值(或中值)。所述平均值(或中值)代表反射辐射中的“噪声”水平。
在一个实施方案中，所述阈值可以被确定为反射辐射特性的平均值(或中值)的固定百分比。在另一个实施方案中，所述阈值可以被确定为反射辐射特性的范围的固定百分比。可以实施其他的阈值尺度。在一个实施方案中，可以建立上阈限和下阈值两者。
作为检测晶片710的表面上的缺陷的技术的一部分，可以将辐射反射特性与所述上阈值和下阈值进行比较。在一个实施方案中，可以将与每个像素相关联的反射比数据与所述一个或多个阈值进行比较。
在可替换的实施方案来中，可以实施数据求平均技术来平缓可能带来错误结果的数据波动。例如，在操作时数据集中的n个邻近数据点的集合，在这里被称为核(kernel)。可以这样选择数字n，使得核长度代表在晶片710的表面上超过感兴趣的最大缺陷的预期大小的物理距离。例如，如果最大缺陷的预期大小是100微米，则核大小可以被设置为包括这样数量的多个像素，所述数量个像素的延伸大于横过晶片710的表面上的100微米。
可以计算与核中的点相关联的反射比数据的平均值(或中值)。在一个实施方案中，如果与一像素相关联的反射比数据超过所述阈值和与核中的点相关联的反射比数据的平均值(或中值)之和，则所述像素可以被视为代表一缺陷。相反，如果与一像素相关联的反射比数据未超过所述阈值和与核中的点相关联的反射比数据的平均值(或中值)之和，则该像素可以不被视为代表一缺陷。在一个实施方案中，可以比较代表核中心点的像素。
因此，在操作940处，如果与核中的数据点相关联的反射比数据超过核中数据点的平均值与所述阈值之和，则控制传到操作945，并且该数据点可以被标记为缺陷，且其缺陷状态可以被记录在所述图像文件中。随后控制传到操作950，并且可以使所述核递增，即可以移动所述核作为横过(across)所述数据集的滑动窗。
在操作955，如果所述核尚未移动到在操作920中生成的数据串的末端，则控制传回操作935，并且可以确定新的核的平均值。操作935-950构成有效地将所述核“滑动”横过所述数据集的循环(loop)。在操作955，如果所述核已经达到数据串的末端，则控制传到操作950，并且可以生成缺陷分布图(map)。在一个实施方案中，可以将缺陷分布图实施为记录在晶片710的表面上检测到的缺陷的一个或更多个参数的数据文件。
图10是并置在说明数据集的图表上的部分晶片表面的示意图，所述数据集可以按照在图9中的所述操作的描述来构建。图10中所描绘的图表绘制出从在晶片710的表面的具体数据点处的辐射收集的能量的量。简要地参照图10，可以建立平均值(或中值)1010，所述平均值(或中值)反映从晶片710的表面反射的辐射的“背景噪声”。随后可以分析数据集以确定上阈值1015和下阈值1020。随后可以分析从在表面的具体点处的辐射收集的能量的百分数以生成数据曲线(plot)1025。位于阈值1015、1020之外的数据点1030、1035、1040和1045随后可以被标记为缺陷。
回头参照图8，在操作815，可以从缺陷数据确定缺陷形状参数。在一个实施方案中，形状参数可以包括面积、长度以及缺陷区块的纵横比。在操作820确定一个或更多个信号参数。在一个实施方案中，从与每个像素相关联的光学特性数据确定反射辐射的强度。在另一个实施方案中，从与每个像素相关联的光学特性数据确定反射的辐射的百分数。
在操作825，可以确定一个或更多个交叉图像参数。在一个实施方案中，可以从同时期(即在同一次扫描期间)收集但具有不同偏振的数据确定交叉图像参数。例如，可以在收集自单次既包括P-偏振光又包括S-偏振(或Q-偏振)光的扫描的数据之间确定交叉图像参数。在另一个实施方案中，可以在收集于不同时间点的数据之间确定交叉图像参数，在这种情况下辐射可以具有相同或不同的偏振。感兴趣的交叉图像参数可以包括与缺陷相关联的幅度比、与缺陷相关联的各个面积、与缺陷相关联的各个尺寸，等等。
图11是图示在用于确定交叉图像参数的方法的一个实施方案中的操作的流程图。在操作1110，取得(retrieve)第一缺陷分布图。在一个实施方案中，第一缺陷分布图可以被实施为如在操作810-820中所描述的那样生成的数据文件。在操作1115，在该数据文件中找出第一缺陷。在操作1120，将第一缺陷的参数与表征代表性缺陷的一个或更多个参数进行比较。例如，可以将与第一缺陷相关联的一个或更多个缺陷形状参数与表征划痕、颗粒、缺口等的形状参数进行比较。如果所述参数未在一规定的公差程度内符合，则控制传到操作1125，并且搜索所述第一缺陷分布图以发现下一缺陷。如果在操作1130另一缺陷被找出，则控制传回操作1120。如果未找出另一缺陷，则该过程结束。
在操作1120，如果在第一缺陷文件中找出的缺陷的参数在规定的公差程度内与表征划痕、颗粒缺口等的形状特征匹配，则控制传到操作1140，并且取得第二缺陷分布图。在操作1145，搜索第二缺陷分布图的对应区域以发现缺陷。在一个实施方案中，在靠近这样的位置的区域中搜索所述第二缺陷分布图，在所述位置处曾识别出所述第一缺陷。如果在操作1150未确定有匹配，则控制传回操作1160，在操作1160如可获得额外的缺陷分布图，则控制传回操作1140，并且取得下一缺陷分布图。如果不可获得额外的缺陷分布图，则控制传回操作1125，并且搜索第一缺陷分布图以发现另一缺陷。
相反，在操作1145，如果在第二缺陷分布图的对应区域中找出一缺陷，则控制传到操作1160，并且计算一个或更多个交叉图像参数。在一个实施方案中，在操作1160中计算的交叉图像参数可以包括与缺陷相关联的一个或更多个信号的幅度比、所述缺陷的面积比、与所述缺陷相关联的尺寸比，等等。交叉图像参数可以被储存在数据文件中，并且与所述缺陷相关联。
因此，图11的多个操作形成嵌套循环，其中在第一缺陷分布图中的缺陷与在第二(或额外的)缺陷分布图上的对应缺陷进行比较。使用这些操作，可以构建交叉图像参数集。
回头参照图8，在确定交叉图像参数之后，可以分类一个或多个缺陷。在一个实施方案中，系统100提供一分类系统，所述分类系统创建缺陷类别库(library)，并且将在操作815中生成的形状参数、在操作820中生成的信号参数或者在操作825中生成的交叉图像参数中的一种或更多种与该库中的参数进行比较以对所述缺陷进行分类。
在操作830，可以基于例如形状参数、信号参数以及交叉图像参数中的一种或更多种对晶片710表面上的一个或更多个缺陷进行分类。在操作835，可以经过适当的用户界面(例如显示器、打印机等等)报告关于一个或更多个缺陷的信息。在一个实施方案中，可以在显示(present)晶片710的表面的分布图的用户界面中报告缺陷信息，并且在该表面定位一个或更多个缺陷。
在另一个实施方案中，用于晶片边缘检测的系统和方法可以以包括至少两种不同的偏振状态的辐射来扫描晶片边缘。从这样的数据生成一个或更多个多维直方图，所数数据代表来自从晶片边缘的表面上的点反射的辐射的至少两种不同的偏振状态的信号。直方图数据中的不规则性可以被分类为潜在的缺陷，并且可以确定与所述潜在缺陷相关联的一个或更多个参数。可以进一步分析、分类和报告缺陷区域。
图12是图示在用于晶片边缘检测的方法的实施方案中的操作的流程图。在一个实施方案中，在图12中图示的操作可以作为逻辑指令储存在计算机可读介质(例如图1中描绘的存储器模块162)中。当所述存储器指令被处理器160执行时，将所述处理器配置为进行图12中描绘的操作。
参照图12，在120获取反射辐射数据。在一个实施方案中，操作1210可以包括使用如本文图1和4-6中描述的表面扫描组件来扫描晶片710的表面。在一个实施方案中，如图2中所描绘的那样将表面扫描组件相对于晶片710的边缘旋转。在一个实施方案中，表面扫描可以包括扫描晶片的边缘部分，例如，边缘部分712、714、716、718和720。
在操作1215，可以对反射辐射信号进行滤波。在一个实施方案中，可以使用低通滤波器来对反射辐射信号进行滤波，以去除较长波长的(即低频)反射率信息。滤波操作是可选的。
在操作1220，从反射辐射数据生成直方图。在一个实施方案中，在操作1210-1215中获取的数据可以被储存为离散的数据点(或像素)，它们中的每一个对应于从晶片710的表面上的一具体点反射的辐射。在一个实施方案中，获取并储存两个图像(例如反射辐射的S和P分量)。
接下来，将每个S-分量像素与对应的所述P-分量像素进行比较。绘制针对所述反射率值的组合的直方图。在一个实施方案中，来自一个图像的反射率值作为该直方图的X-轴，而来自另一个图像的反射率值作为该直方图的Y-轴。储存针对每个值组合的计数(频率)。该直方图可以如图13中所示那样来绘制。
具有均匀背景而无任何覆层的衬底将具有如图13的左侧所示的非常紧密的2D直方图1310。进入的直线偏振辐射将被转变为椭圆偏振光。在从反射辐射的P和S分量中减去平均反射率后的结果将相对于中心轴线基本上均匀分布。
相反，如果在表面上存在膜污染物(或者任何具有不同折射率的材料)时，基于该污染物或者缺陷所暴露的材料的折射率，入射的辐射将以不同的强度和偏振被反射。反射辐射的P和S分量将具有与从裸衬底反射的光相比不同的幅值和相位。
当被绘制为两维直方图时，折射率的变化可以被视为从背景的正常紧密分布1310的偏差。偏差数据点可以被称作“瓣(lobe)”1315。该瓣相对于任何轴的角度(Ф)以及它在特定象限的位置是存在于该衬底上的材料的折射率的函数。尺度“x”是该膜的厚度变动的函数。
在操作1225，如果在该直方图中探测到缺陷瓣，则控制传到操作1230，并且记录一个或更多个缺陷参数。在一个实施方案中，所述缺陷参数可以包括缺陷的位置，该位置可以通过将该瓣追溯回(trace back)晶片710的表面的坐标来确定。额外的缺陷参数可以包括如上所描述的形状和或信号参数。在操作1235，如果存在额外的瓣，则控制传到操作1230，并且可以记录额外的缺陷参数。可以重复操作1230-1235，直到在操作1235处不存在要分析的另外的瓣，在此控制传到操作1240，并且可以报告所述缺陷。在一个实施方案中，可以通过适当的用户界面(例如显示器、打印机等等)报告一个或更多个缺陷。在一个实施方案中，可以在显示晶片710的表面的分布图的用户界面中报告缺陷信息，并且在该表面定位一个或更多个缺陷。
在说明书中指代“一个实施方案”或“实施方案”意指结合该实施方案所描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一实现方式中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施方案中”可以全都指同一实施方案或者并非指同一实施方案。
因此，虽然已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了多个实施方案，但是应当理解，所要求保护的主题可以不限于所描述的具体特征或操作。相反，所述具体特征和操作作为实现所要求保护的主体的示例形式而被公开。

Claims (30)

1.一种表面分析器系统(110)，包括：
辐射瞄准组件，所述辐射瞄准组件将辐射瞄准到表面(122)；以及
反射辐射收集组件，所述反射辐射收集组件收集从所述表面(122)反射的辐射；
信号处理模块，所述信号处理模块从所述反射的辐射生成表面参数数据；
缺陷探测模块，所述缺陷探测模块分析所述表面参数数据来探测所述表面上的缺陷。
2.如权利要求1所述的系统，还包括：
第一驱动组件，所述第一驱动组件在所述表面分析器和第一表面(122)间提供直线运动；以及
第二驱动组件，所述第二驱动组件在所述表面分析器和第一表面间提供相对于平行所述第一表面(122)的轴的旋转运动。
3.如权利要求1所述的系统，还包括第三驱动组件，所述第三驱动组件提供相对于垂直于所述表面(122)的轴的旋转运动。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述反射辐射收集组件包括曲面收集镜(436)，以收集反射辐射。
5.如权利要求4所述的系统，还包括抛物面收集镜、椭球面收集镜或球面收集镜(536)中的至少一种。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述信号处理模块生成反射比数据集，所述反射比数据集将所述反射辐射的一个或更多个反射比值与所述表面上的一个或更多个位置相关联。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述入射偏振包括S偏振、P偏振或Q偏振中的至少一种。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述入射偏振包括圆偏振或椭圆偏振中的至少一种。
9.如权利要求6所述的系统，其中所述缺陷探测模块：
从所述反射比数据集建立反射比值的背景噪声水平；
建立与所述背景噪声水平差异的一个或更多个阈值；以及
将所述数据集中具有在所述一个或更多个阈值之外的反射比值的一个或更多个点指定为缺陷。
10.如权利要求6所述的系统，其中所述信号处理模块还生成两维直方图，所述两维直方图将所述反射辐射的一个或更多个反射比值与所述表面上的一个或更多个位置相关联。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述缺陷探测模块分析所述两维直方图以在所述表面上定位一个或更多个缺陷。
12.如权利要求1所述的系统，还包括显示模块以通过用户界面向用户显示缺陷信息。
13.如权利要求1所述的系统，还包括收集从所述表面散射的辐射的散射辐射收集组件，其中所述散射辐射收集组件包括至少一个探测器以收集从所述表面散射的辐射。
14.一种检测晶片的边缘区域的系统(110)，所述系统包括：
表面分析器组件，所述表面分析器组件包括：
辐射瞄准组件，所述辐射瞄准组件将辐射束瞄准到所述晶片(120)的表面；
反射辐射收集组件，所述反射辐射收集组件收集从所述晶片(120)的表面反射的辐射；
用于相对于所述晶片(120)的边缘表面(126)旋转所述表面分析器组件的装置；以及
用于探测在所述晶片(120)的所述边缘区域中的一个或更多个缺陷的装置。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述表面分析器组件还包括：
主轴(328)，所述晶片可以在所述主轴上旋转；以及
定心组件，所述定心组件定位所述晶片(320)的中心轴线，并且使所述晶片的所述中心轴线与所述主轴(328)对准。
16.如权利要求15所述的系统，其中，所述用于探测在所述晶片(120)的所述边缘区域中的一个或更多个缺陷的装置包括信号处理模块，所述信号处理模块生成反射比数据集，所述反射比数据集将所述反射辐射的一个或更多个反射比值与所述表面上的一个或更多个位置相关联。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述入射偏振包括S偏振、P偏振、Q偏振或圆偏振分量中的至少一种。
18.如权利要求14所述的系统，其中所述用于探测在所述晶片(120)的所述边缘区域中的一个或更多个缺陷的装置包括缺陷探测模块，所述缺陷探测模块：
从所述反射比数据集建立反射比值的背景噪声水平；
建立与所述背景噪声水平差异的一个或更多个阈值；以及
将所述数据集中具有在所述一个或更多个阈值之外的反射比值的一个或更多个点指定为缺陷。
19.如权利要求14所述的系统，其中所述用于探测在所述晶片(120)的所述边缘区域中的一个或更多个缺陷的装置包括信号处理模块，所述信号处理模块还生成两维直方图，所述两维直方图将所述反射辐射的一个或更多个反射比值与所述表面上的一个或更多个位置相关联。
20.如权利要求14所述的系统，其中所述用于探测在所述晶片(120)的所述边缘区域中的一个或更多个缺陷的装置包括缺陷探测模块，所述缺陷探测模块分析所述两维直方图以在所述表面上定位一个或更多个缺陷。
21.如权利要求14所述的系统，还包括显示模块以通过用户界面向用户显示缺陷信息。
22.一种检测晶片(420)的方法，包括：
将第一束辐射引导到表面(422)；
使用收集镜(436，536)将从所述表面反射的辐射的部分收集到辐射探测器；以及
分析在所述探测器中接收到的所述辐射的部分，以确定所述表面(422)的特性。
23.如权利要求22所述的方法，其中将第一束辐射引导到表面(422)的操作包括将表面分析器组件相对于晶片的边缘表面(426)旋转。
24.如权利要求22所述的方法，其中所述收集镜(436，536)包括抛物面镜、椭圆面镜或球面镜中的至少一种。
25.如权利要求22所述的方法，其中分析在所述探测器中接收到的所述辐射的部分以确定所述表面的特性的操作包括生成反射比数据集，所述反射比数据集将所述反射辐射的一个或更多个反射比值与所述表面上的一个或更多个位置相关联。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述入射偏振包括S偏振、P偏振或Q偏振中的至少一种。
27.如权利要求22所述的方法，其中分析在所述探测器中接收到的所述辐射的部分以确定所述表面的特性的操作包括：
从所述反射比数据集建立反射比值的背景噪声水平；
建立与所述背景噪声水平差异的一个或更多个阈值；以及
将所述数据集中具有在所述一个或更多个阈值之外的反射比值的一个或更多个点指定为缺陷。
28.如权利要求22所述的方法，其中分析在所述探测器中接收到的所述辐射的部分以确定所述表面(422)的特性的操作包括生成两维直方图，所述两维直方图将所述反射辐射的一个或更多个反射比值与所述表面上的一个或更多个位置相关联。
29.如权利要求28所述的方法，还包括分析所述两维直方图以在所述表面(422)上定位一个或更多个缺陷。
30.如权利要求22所述的方法，还包括通过用户界面向用户显示缺陷信息。
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