CN108364879A - 一种半导体器件的缺陷扫描方法及扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体器件的缺陷扫描方法及扫描装置。所述方法包括：提供待检测晶圆；在所述待检测晶圆上方设置微透镜阵列；采用宽谱光源干涉的方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离的范围之内；对所述待检测晶圆成像并根据所述成像检测所述半导体器件是否存在缺陷。在本发明中选用微透镜阵进行成像，测量速度可以得到极大的提高，另外，选用宽谱光源干涉的对焦方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内，有效的完成了全阵列快速高精度对焦，提高缺陷扫描的准确度和速度。

Description

一种半导体器件的缺陷扫描方法及扫描装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体器件的缺陷扫描方法及扫描装置。

背景技术

随着工艺的提高，许多导致芯片失效的问题都是非常小的缺陷(defect)引起的，所述缺陷通常需要使用扫描电子显微镜(SEM)、聚焦离子束(Focused Ion beam，FIB)或透射电子显微镜(Transmission electron microscope，TEM)等辅助工具进行扫描成像，从而找到发生缺陷的位置，以进行改进。

现有的缺陷测量设备依赖一个很好的成像镜头，目前平直的视场10大约为30微米×30微米，如图1右侧图形所示，图1中右侧图形为左侧图形的局部放大图，如果用此镜头来扫描检测一个曝光区域20：26mm×33mm，大约要拍摄100万张照片，速度很慢，如果拍摄一张照片+移动需要0.5秒钟，拍摄整个曝光区域需要50万秒，或者139个小时。

因此，如何高效、快速的实现对缺陷的扫描成为目前工艺中亟需解决的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了克服目前存在的问题，本发明提供了一种半导体器件的缺陷扫描方法，所述方法包括：

提供待检测晶圆；

在所述待检测晶圆上方设置微透镜阵列；

采用宽谱光源干涉的方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离的范围之内；

对所述待检测晶圆成像并根据所述成像检测所述半导体器件是否存在缺陷。

可选地，所述微透镜阵列包括若干行和若干列相互连接的微透镜，整个所述待检测晶圆沿上下方向的投影落入所述微透镜阵列之内。

可选地，所述微透镜阵列包括上下叠加的两层微透镜，以消除像差。

可选地，所述微透镜阵列中使用直径不大于10微米的平凸微透镜。

可选地，使用宽谱光源干涉法将所述微透镜阵列对焦进入所述检测距离的范围之内，所述宽谱光源干涉法包括：

将检测距离设置为宽谱光源的相干长度，使用所述宽谱光源，通过所述微透镜阵列的边缘的光纤垂直入射；

收集所述微透镜出射面的反射光和所述待检测晶圆表面的反射光；

检验所述微透镜出射面的反射光和所述待检测晶圆表面的反射光是否相互干涉形成干涉条纹，若形成了干涉条纹，则判断所述微透镜阵列进入所述检测距离的范围之内。

可选地，选用逐级步进的方法将所述微透镜阵列对焦进入所述检测距离的范围之内，包括：

将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第一距离；

使用所述宽谱光源干涉法并选择第一光谱宽度的宽谱光源进行干涉测距，将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第二距离，所述第一距离大于所述第二距离；

使用所述宽谱光源干涉法并选择第二光谱宽度的宽谱光源进行干涉测距，将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至所述检测距离的范围之内，其中，所述第二光谱宽度大于所述第一光谱宽度，所述第二距离大于所述检测距离。

可选地，在所述微透镜阵列对焦进入所述检测距离的范围之内以后、对所述待检测晶圆成像之前，所述方法还包括：

采用表面反射找平的方法进一步对所述微透镜阵列对焦。

本发明还提供了一种半导体器件的缺陷扫描装置，所述扫描装置包括：

微透镜阵列，设置于待检测晶圆的上方，用于对所述待检测晶圆进行成像；

对焦装置，设置于所述微透镜阵列的边缘，用于采用宽谱光源干涉的方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内。

可选地，所述微透镜阵列包括若干行和若干列的微透镜。

可选地，所述微透镜阵列包括上下叠加的两层微透镜，以消除像差。

可选地，所述微透镜阵列中使用不大于10微米的平凸微透镜。

可选地，所述对焦装置包括：

宽谱光源，用于对微透镜进行垂直入射；

干涉信号探测器，用于收集所述微透镜出射面的反射光和所述待检测晶圆表面的反射光并检验所述微透镜出射面的反射光和所述待检测晶圆表面的反射光是否相互干涉形成干涉条纹。

可选地，所述扫描装置还包括光纤，用于连接所述微透镜阵列和所述干涉信号探测器。

可选地，所述微透镜阵列包括若干间隔设置的微透镜，在相邻的所述微透镜之间设置有套筒，所述光纤穿过所述套筒与所述微透镜阵列连接。

可选地，所述光纤还设置有分束器，将部分所述微透镜出射面的反射光和所述待检测晶圆表面的反射光的光信号的耦合输出。

本发明为了解决目前工艺中存在的问题，提供了一种半导体器件的缺陷扫描方法以及扫描装置，其中在本发明中选用微透镜阵进行成像，测量速度可以得到极大的提高，另外，选用宽谱光源干涉的对焦方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内，有效的完成了全阵列快速高精度对焦，提高缺陷扫描的准确度和速度。

此外，所述装置不依赖于镜头成像面的特定图形，可以快速高精度对焦，装置简单。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出了现有技术中成像镜头会曝光区域的示意图；

图2示出了本发明的一个实施例中缺陷扫描方法的工艺流程图；

图3A-3C示出了本发明的一个实施例中微透镜阵列的结构示意图；

图4A-4B示出了本发明的一个实施例中微透镜阵列的工作原理示意图；

图5示出了本发明的一个实施例中微透镜阵列的相干原理示意图；

图6示出了本发明的一个实施例中微透镜阵列逐级对位示意图；

图7示出了本发明的一个实施例中微透镜阵列精确对位示意图；

图8示出了本发明的一个实施例中扫描装置的结构示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构以及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

目前的缺陷测量设备依赖一个很好的成像镜头，且扫描速度慢，效率低。为了解决该问题可以选用微镜头阵列的方法，由于镜头尺寸变小，各种像差也按照比例变小，通过实验证明，仅仅使用两片直径为10微米的平凸微透镜就可以达到在1微米×1微米的视场里面，任何点都达到衍射极限。如果这个阵列达到26mm×33mm的大小，测量速度可以得到极大的提高。但是,通过仿真计算得出，微镜头到硅片表面的距离仅有4微米的空间，镜头阵列的全方位快速对焦成为了实际使用中的一个较为重大的制约，因此如何快速高效的对焦成为亟需解决的问题。

为了解决该问题，本发明提供了一种半导体器件的缺陷扫描方法及装置。其中，所述方法包括：

提供待检测晶圆；

在所述待检测晶圆上方设置微透镜阵列；

采用宽谱光源干涉的方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离的范围之内；

对所述待检测晶圆成像并根据所述成像检测所述半导体器件是否存在缺陷。

在所述方法中使用宽谱光源干涉法将所述微透镜阵列对焦进入所述检测距离的范围之内，通过宽谱光源进行干涉测距，以实现微透镜阵列的对焦。

例如使用宽谱光源干涉法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内的方法包括：

使用宽谱光源对所述微透镜进行垂直入射；

入射后的光会在微透镜出射面和待检测晶圆表面形成两次反射；

收集所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光；

检验所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光是否相互干涉形成干涉条纹。

若所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光发生了干涉则说明所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间在干涉范围之内，所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离为相干长度。

其中，所述相干长度：

其中，Δl为相干长度，λ为光源的平均波长，Δλ为光谱宽度。

将所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离设置为相干长度，当所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离较远时，所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光不会发生干涉，视场内为均匀光强分布，当所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离较近时，则会出现等厚干涉条纹，则判断所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离在相干长度内，即到达检测距离范围之内。

本发明中为了提高对焦速度和准确度，选用宽谱光源干涉法进行逐级步进对焦，具体地包括：

步骤1：将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第一距离；

步骤2：使用所述宽谱光源干涉法并选择第一光谱宽度的宽谱光源进行干涉测距，将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第二距离，所述第一距离大于所述第二距离；

步骤3：使用所述宽谱光源干涉法并选择第二光谱宽度的宽谱光源进行干涉测距，将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至所述检测距离的范围之内，其中，所述第二光谱宽度大于所述第一光谱宽度，所述第二距离大于所述检测距离。

在所述步骤1中，采用外部编码器完成待检测晶圆的大体定位，例如将所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离定位至第一距离，所述第一距离大约为500μm。

在所述步骤2中，采用带宽较窄的光源进行干涉测距，例如为获得～100μm的相干长度，假设光源采用中心波长为532nm，所述带宽光源的光源光谱宽度约为2.8nm，即将所述第一光谱宽度设置为2.8nm，则可以将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第二距离，所述第二距离为100μm。

所述步骤3中，采用带宽较宽的光源将待检测晶圆快速对准到4μm附近的距离。为获得4μm的相干长度，假设光源采用中心波长为532nm，则光源光谱宽度约为70nm。即所述第二光谱宽度设置为70nm，则可以将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至检测距离，所述检测距离为4μm。

可选地，所述步骤2和所述步骤3之间的干涉测距的切换可利用宽带滤波片和窄带滤波片叠加实现。

本发明为了解决目前工艺中存在的问题，提供了一种半导体器件的缺陷扫描方法以及扫描装置，其中在本发明中选用微透镜阵进行成像，测量速度可以得到极大的提高。另外，选用宽谱光源干涉的对焦方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内，有效的完成了全阵列快速高精度对焦，提高缺陷扫描的准确度和速度。

此外，本发明还提供了一种半导体器件的缺陷扫描装置，所述扫描装置包括：

微透镜阵列，设置于待检测晶圆的上方，用于对所述待检测晶圆进行成像；

对焦装置，设置于所述微透镜阵列的边缘，用于通过逐级步进对焦的方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内。

所述装置不依赖于镜头成像面的特定图形，可以快速高精度对焦，装置简单。

实施例一

下面参考附图对本发明的缺陷扫描方法做详细描述；图2示出了本发明所述缺陷扫描方法的工艺流程图；图3A-3C示出了本发明所述微透镜阵列的结构示意图；图4A-3B示出了本发明所述微透镜阵列的工作原理示意图；图5示出了本发明所述微透镜阵列的相干原理示意图；图6示出了本发明所述微透镜阵列逐级对位示意图；图7示出了本发明所述微透镜阵列精确对位示意图。

本发明提供一种半导体器件的缺陷扫描方法，如图2所示，该方法的主要步骤包括：

步骤S1：提供待检测晶圆；

步骤S2：在所述待检测晶圆上方设置微透镜阵列；

步骤S3：采用宽谱光源干涉的方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离的范围之内；

步骤S4：对所述待检测晶圆成像并根据所述成像检测所述半导体器件是否存在缺陷。

下面，对本发明的半导体器件的缺陷扫描方法的具体实施方式做详细的说明。

首先，执行步骤一，提供待检测晶圆30。

具体地，如图3B所示，其中所述待检测晶圆30可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP、InGaAs或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。

其中，在所述待检测晶圆中可以形成有各种器件，例如可以形成各种有源器件和/或无源器件，还可以形成有各种MEMS器件，各种器件的种类以及结构在此不再赘述。

在形成上述各种器件的过程中不可用避免的会产生各种缺陷，为了避免器件的失效及时查找这些缺陷并且尽早排除所述缺陷，对于半导体器件的性能和良率来说都是至关重要的。

执行步骤二，在所述待检测晶圆上方设置微透镜阵列。

为了提高检测效率，在本发明中选用微透镜阵列进行成像并查找缺陷。由于镜头尺寸变小，各种像差也按照比例变小，通过实验证明，仅仅使用两片直径为10微米的平凸微透镜就可以达到在1微米×1微米的视场里面，任何点都达到衍射极限。如果这个阵列达到26mm×33mm的大小，一个曝光区域只要100张照片即可扫描完毕，测量速度提高到现在的1万倍。

其中，如图3A所示，所述微透镜阵列包括若干行和若干列微透镜。其中，每一行和每一列又包含若干微透镜。

可选地，所述微透镜紧密规则的设置，例如所述微透镜之间无缝设置，以在每一行中不会遗漏所述待检测晶圆的表面。

可选地，整个所述待检测晶圆沿上下方向的投影落入所述微透镜阵列之内，以使所述微透镜阵列可以对整个所述晶圆全部一次成像。

其中，每个微透镜的直径小于或等于10微米，例如所述微透镜的直径为10微米。

其中，所述微透镜阵列中的所述微透镜之间相互连接。

可选地，如图3C所示，相邻的微透镜之间还设置有套筒40，其中，所述套筒设置于相邻的微透镜边缘的空间内，用于将光纤引入所述微透镜之中。例如在微透镜阵列的边缘的边框中插入所述光纤。所述光纤还用于耦合探测光，接收晶圆表面的反射光，以及将反射光耦合输出。

其中，所述套筒为圆柱形结构并且中心具有空腔，用于将光纤引入。

可选地，为了消除像差，所述微透镜阵列包括上下叠加的两层微透镜，其中，所述上下叠加是指在垂直于所述待检测晶圆表面的方向上由下往上形成两层所述微透镜阵列。

其中每一层所述微透镜阵列包括若干行和若干列微透镜。其中，每一行和每一列又包含若干微透镜。所述微透镜紧密规则的设置，并且所述微透镜之间相互连接。

其中上下叠层的两层微透镜阵列之间上下完全对齐，例如两层微透镜阵列大小和形状完全一致，上下方向上完全对准，以保证所述待检测晶圆沿上下方向的投影落入每一层的所述微透镜阵列之内，如图3C所示。

执行步骤三，采用宽谱光源干涉法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内。

具体地，在所述方法中通过宽谱光源进行干涉测距，以实现微透镜阵列的对焦。

例如使用宽谱光源干涉法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内的方法，如图4A所示，包括：

将检测距离设置为宽谱光源的相干长度，使用宽谱光源，通过微透镜阵列边框处的光纤垂直入射。

入射后的光会在微透镜出射面和待检测晶圆表面形成两次反射，如图4B所示；

收集所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光；

检验所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光是否相互干涉形成干涉条纹。

若所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光发生了干涉则说明所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间在干涉范围之内，所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离为相干长度。

其中，所述相干长度：

其中，Δl为相干长度，λ为光源的平均波长，Δλ为光谱宽度。

将所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离设置为相干长度，当所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离较远时，所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光不会发生干涉，视场内为均匀光强分布，当所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离较近时，则会出现等厚干涉条纹，则判断所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离在相干长度内，即到达检测距离范围之内，如图5所示。

本发明中为了提高对焦速度和准确度，选用宽谱光源干涉法进行逐级步进对焦，例如通过三级对准聚焦的方法实现所述对焦，具体地包括：

步骤1：将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第一距离；

步骤2：使用所述宽谱光源干涉法并选择第一光谱宽度的宽谱光源进行干涉测距，将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第二距离，所述第一距离大于所述第二距离；

步骤3：使用所述宽谱光源干涉法并选择第二光谱宽度的宽谱光源进行干涉测距，将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至所述检测距离的范围之内，其中，所述第二光谱宽度大于所述第一光谱宽度，所述第二距离大于所述检测距离。

如图6所示，在所述步骤1中，采用外部编码器完成待检测晶圆的大体定位，例如将所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离定位至第一距离，所述第一距离大约为500μm。

在所述步骤2中，采用带宽较窄的光源进行干涉测距，例如为获得～100μm的相干长度，假设光源采用中心波长为532nm，所述带宽光源的光源光谱宽度约为2.8nm，即将所述第一光谱宽度设置为2.8nm，则可以将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第二距离，所述第二距离为100μm。

所述步骤3中，采用带宽较宽的光源将待检测晶圆快速对准到4μm附近的距离。为获得4μm的相干长度，假设光源采用中心波长为532nm，则光源光谱宽度约为70nm。即所述第二光谱宽度设置为70nm，则可以将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至检测距离，所述检测距离为4μm。

可选地，所述步骤2和所述步骤3之间的干涉测距的切换可利用宽带滤波片和窄带滤波片叠加实现。

可选地，在所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内以后、对所述待检测晶圆成像之前，所述方法还包括：采用表面反射找平的方法进一步对所述微透镜阵列对焦，以提高对焦的精确度，例如将对焦点精度提高到1nm，如图7所示。其中，表面反射找平的方法可以选用常规的方法在此不再赘述。

执行步骤四，对所述待检测晶圆一次平行的成像。

在将所述微透镜阵列和所述待检测晶圆进行对焦之后，则对所述待检测晶圆一次成像。

在本发明中的一实施例中采用193纳米，或者其他紫外波长来成像。

在成像之后则可以对成像进行分析，以查找所述待检测晶圆中存在的缺陷，并对缺陷进行分析和消除等。

至此，完成了本发明实施例的缺陷扫描方法的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

本发明为了解决目前工艺中存在的问题，提供了一种半导体器件的缺陷扫描方法以及扫描装置，其中在本发明中选用微透镜阵进行成像，测量速度可以得到极大的提高。另外，选用宽谱光源干涉的对焦方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内，有效的完成了全阵列快速高精度对焦，提高缺陷扫描的准确度和速度。

实施例二

本发明还提供了一种半导体器件的缺陷扫描装置，所述扫描装置包括：

微透镜阵列，设置于待检测晶圆的上方，用于对所述待检测晶圆进行成像；

对焦装置，设置于所述微透镜阵列的边缘，用于通过宽谱光源干涉法逐级步进对焦的将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内。

其中所述待检测晶圆可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP、InGaAs或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。

其中，在所述待检测晶圆中可以形成有各种器件，例如可以形成各种有源器件和/或无源器件，还可以形成有各种MEMS器件，各种器件的种类以及结构在此不再赘述。

在形成上述各种器件的过程中不可用避免的会产生各种缺陷，为了避免器件的失效即使查找这些缺陷并且尽早排除所述缺陷，对于半导体器件的性能和良率来说都是至关重要的。

其中，如图3A所示，所述微透镜阵列包括若干行和若干列微透镜组成。其中，每一行和每一列又包含若干微透镜。

可选地，所述微透镜紧密规则的设置，例如所述微透镜之间无缝设置，以在每一行中不会遗漏所述待检测晶圆的表面。

可选地，整个所述待检测晶圆沿上下方向的投影落入所述微透镜阵列之内，以使所述微透镜阵列可以对整个所述晶圆全部一次成像。

其中，每个微透镜的直径小于或等于10微米，例如所述微透镜的直径为10微米。

其中，所述微透镜之间相互连接。

可选地，如图3C所示，相邻的微透镜之间还设置有套筒40，其中，所述套筒设置于相邻的微透镜边缘的空间内，用于将光纤引入所述微透镜之中。

其中，所述套筒为圆柱形结构并且中心具有空腔，用于将光纤引入。

可选地，为了消除像差，为了消除像差，所述微透镜阵列包括上下叠加的两层微透镜，其中，所述上下叠加是指在垂直于所述待检测晶圆表面的方向上由下往上形成两层所述微透镜阵列。

其中每一层所述微透镜阵列包括若干行和若干列微透镜。其中，每一行和每一列又包含若干微透镜。所述微透镜紧密规则的设置，并且所述微透镜之间相互连接。

其中上下叠层的两层微透镜阵列之间上下完全对齐，例如两层微透镜阵列大小和形状完全一致，上下方向上完全对准，以保证所述待检测晶圆沿上下方向的投影落入每一层的所述微透镜阵列之内，如图3C所示。

如图4A所示，所述对焦装置包括：

宽谱光源，用于对所述微透镜进行垂直入射；

干涉信号探测器，用于收集所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光并检验所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光是否相互干涉形成干涉条纹。

可选地，所述扫描装置还包括光纤，用于连接所述微透镜阵列和所述干涉信号探测器。

所述光纤设置于边缘的微透镜中，用于连接所述微透镜阵列和所述干涉信号探测器。例如在微透镜阵列的边缘的边框中插入所述光纤。所述光纤还用于耦合探测光，接收晶圆表面的反射光，以及将反射光耦合输出。

其中，所述光纤仅设置于两层所述微透镜阵列中的下层。

在相邻的微透镜之间设置有套筒，所述光纤穿过所述套筒和所述微透镜阵列连接。

其中，包括所述光纤的所述对准装置制作方式包括：

首先将光纤穿过微透镜阵列间隔中的套筒，通过熔接的方式将光纤和底部微透镜阵列连接在一起；

而后将光纤和微透镜阵列的下表面进行一体抛光。去除多余的光纤部分，并得到光滑的光纤出射面。

具体地，所述光纤还设置有分束器，将部分所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光的光信号的耦合输出。例如光纤上部使用分束器，将反射回的光信号的一部分耦合输出。

所述对焦装置的工作原理，如图4A所示，包括：

使用宽谱光源对所述微透镜进行垂直入射；入射后的光会在微透镜出射面和待检测晶圆表面形成两次反射，如图4B所示；

收集所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光；

检验所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光是否相互干涉形成干涉条纹。

若所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光发生了干涉则说明所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间在干涉范围之内，所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离为相干长度。

其中，所述相干长度：

其中，Δl为相干长度，λ为光源的平均波长，Δλ为光谱宽度。

将所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离设置为相干长度，当所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离较远时，所述微透镜出射面的反射光和待检测晶圆表面的反射光不会发生干涉，视场内为均匀光强分布，当所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离较近时，则会出现等厚干涉条纹，则判断所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离在相干长度内，即到达检测距离范围之内，如图5所示。

本发明中为了提高对焦速度和准确度，选用宽谱光源干涉法进行逐级步进对焦，例如通过三级对准聚焦的方法实现所述对焦，具体地包括：

步骤1：将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第一距离；

步骤2：使用所述宽谱光源干涉法并选择第一光谱宽度的宽谱光源进行干涉测距，将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第二距离，所述第一距离大于所述第二距离；

步骤3：使用所述宽谱光源干涉法并选择第二光谱宽度的宽谱光源进行干涉测距，将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至所述检测距离的范围之内，其中，所述第二光谱宽度大于所述第一光谱宽度，所述第二距离大于所述检测距离。

如图6所示，在所述步骤1中，采用外部编码器完成待检测晶圆的大体定位，例如将所述微透镜阵列和所述待检测晶圆之间的距离定位至第一距离，所述第一距离大约为500μm。

在所述步骤2中，采用带宽较窄的光源进行干涉测距，例如为获得～100μm的相干长度，假设光源采用中心波长为532nm，所述带宽光源的光源光谱宽度约为2.8nm，即将所述第一光谱宽度设置为2.8nm，则可以将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第二距离，所述第二距离为100μm。

所述步骤3中，采用带宽较宽的光源将待检测晶圆快速对准到4μm附近的距离。为获得4μm的相干长度，假设光源采用中心波长为532nm，则光源光谱宽度约为70nm。即所述第二光谱宽度设置为70nm，则可以将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至检测距离，所述检测距离为4μm。

可选地，所述步骤2和所述步骤3之间的干涉测距的切换可利用宽带滤波片和窄带滤波片叠加实现。

本发明为了解决目前工艺中存在的问题，提供了一种半导体器件的缺陷扫描装置，在所述装置中选用微透镜阵进行成像，测量速度可以得到极大的提高。另外，选用宽谱光源干涉的装置将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内，有效的完成了全阵列快速高精度对焦，提高缺陷扫描的准确度和速度。所述装置不依赖于镜头成像面的特定图形，可以快速高精度对焦，装置简单。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (15)

1.一种半导体器件的缺陷扫描方法，其特征在于，所述方法包括：

提供待检测晶圆；

在所述待检测晶圆上方设置微透镜阵列；

采用宽谱光源干涉的方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离的范围之内；

对所述待检测晶圆成像并根据所述成像检测所述半导体器件是否存在缺陷。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微透镜阵列包括若干行和若干列相互连接的微透镜，整个所述待检测晶圆沿上下方向的投影落入所述微透镜阵列之内。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微透镜阵列包括上下叠加的两层微透镜，以消除像差。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微透镜阵列中使用直径不大于10微米的平凸微透镜。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用宽谱光源干涉法将所述微透镜阵列对焦进入所述检测距离的范围之内，所述宽谱光源干涉法包括：

将检测距离设置为宽谱光源的相干长度，使用所述宽谱光源，通过所述微透镜阵列的边缘的光纤垂直入射；

收集所述微透镜出射面的反射光和所述待检测晶圆表面的反射光；

检验所述微透镜出射面的反射光和所述待检测晶圆表面的反射光是否相互干涉形成干涉条纹，若形成了干涉条纹，则判断所述微透镜阵列进入所述检测距离的范围之内。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，选用逐级步进的方法将所述微透镜阵列对焦进入所述检测距离的范围之内，包括：

将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第一距离；

使用所述宽谱光源干涉法并选择第一光谱宽度的宽谱光源进行干涉测距，将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至第二距离，所述第一距离大于所述第二距离；

使用所述宽谱光源干涉法并选择第二光谱宽度的宽谱光源进行干涉测距，将所述微透镜阵列与所述待检测晶圆之间的距离定位至所述检测距离的范围之内，其中，所述第二光谱宽度大于所述第一光谱宽度，所述第二距离大于所述检测距离。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述微透镜阵列对焦进入所述检测距离的范围之内以后、对所述待检测晶圆成像之前，所述方法还包括：

采用表面反射找平的方法进一步对所述微透镜阵列对焦。

8.一种半导体器件的缺陷扫描装置，其特征在于，所述扫描装置包括：

微透镜阵列，设置于待检测晶圆的上方，用于对所述待检测晶圆进行成像；

对焦装置，设置于所述微透镜阵列的边缘，用于采用宽谱光源干涉的方法将所述微透镜阵列对焦进入检测距离范围之内。

9.根据权利要求8所述的扫描装置，其特征在于，所述微透镜阵列包括若干行和若干列的微透镜。

10.根据权利要求8所述的扫描装置，其特征在于，所述微透镜阵列包括上下叠加的两层微透镜，以消除像差。

11.根据权利要求8所述的扫描装置，其特征在于，所述微透镜阵列中使用不大于10微米的平凸微透镜。

12.根据权利要求9所述的扫描装置，其特征在于，所述对焦装置包括：

宽谱光源，用于对微透镜进行垂直入射；

干涉信号探测器，用于收集所述微透镜出射面的反射光和所述待检测晶圆表面的反射光并检验所述微透镜出射面的反射光和所述待检测晶圆表面的反射光是否相互干涉形成干涉条纹。

13.根据权利要求12所述的扫描装置，其特征在于，所述扫描装置还包括光纤，用于连接所述微透镜阵列和所述干涉信号探测器。

14.根据权利要求13所述的扫描装置，其特征在于，所述微透镜阵列包括若干间隔设置的微透镜，在相邻的所述微透镜之间设置有套筒，所述光纤穿过所述套筒与所述微透镜阵列连接。

15.根据权利要求13所述的扫描装置，其特征在于，所述光纤还设置有分束器，将部分所述微透镜出射面的反射光和所述待检测晶圆表面的反射光的光信号的耦合输出。