CN110132996A - 缺陷检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种缺陷检测装置及其检测方法，缺陷检测装置包括：基座，用于放置待检测晶圆；第一光源，用于向所述待检测晶圆发射入射光，所述入射光经待检测晶圆的反射形成第一反射光；第一数据处理单元，用于通过第一反射光获取偏振信息；偏振装置，用于根据所述偏振信息将所述第一反射光转化为第一光学信号；第二数据处理单元，用于通过第一光学信号获取待检测晶圆的缺陷信息。所述缺陷检测装置的检出率得到提高。

Description

缺陷检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种缺陷检测装置及其检测方法。

背景技术

随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件的线宽越来越小，半导体器件制造过程中的缺陷对良率的影响越来越大。

提升缺陷的检出率能够为改善制程提供指导，因此提高制程过程中的缺陷检出率成为一个重要的课题。采用更精准的检测设备是一种常见的途径。现有的检测方法，往往采用光学信号获取待检测晶圆表面的信息。通过对待检测晶圆反射回的反射光进行分析，来确定待检测晶圆表面是否存在缺陷，然而对于线宽的尺寸到一定尺寸以下，制程中的某些误差和缺陷的信号很接近，因此仅通过对反射光的波形分析无法有效的区分无关信号和缺陷信号。

因此，现有技术的缺陷检出率有待提高。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种缺陷检测装置及其检测方法，以提高缺陷的检出率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种缺陷检测装置，包括：基座，用于放置待检测晶圆；第一光源，用于向所述待检测晶圆发射入射光，所述入射光经待检测晶圆的反射形成第一反射光；第一数据处理单元，用于通过第一反射光获取偏振信息；偏振装置，用于根据所述偏振信息将所述第一反射光转化为第一光学信号；第二数据处理单元，用于通过第一光学信号获取待检测晶圆的缺陷信息。

可选的，偏振信息包括：最佳偏振角度。

可选的，所述第一数据处理单元包括：第一信号获取模块，用于通过接收到的第一反射光获取第一反射光的灰度值位置特征曲线；缺陷模型，用于根据第一反射光的灰度值位置特征曲线获取偏振信息。

可选的，所述缺陷模型是灰度值位置特征曲线与偏振信息之间的第一类关系函数。

可选的，所述第一数据处理单元还包括：存储模块，用于获取所述第一反射光的灰度值位置特征曲线后，对所述第一反射光的灰度值位置特征曲线进行存储。

可选的，所述偏振装置包括：偏振器和微调装置，所述微调装置根据偏振信息调整偏振器的位置，使得所述偏振器具有特定偏振角度；偏振器，用于通过具有特定偏振角度的部分第一反射光，以形成第一光学信号。

可选的，所述微调装置根据所述偏振信息调整偏振器的位置时，使得偏振器从预设状态变化到具有特定偏振角度的状态。

可选的，所述第一光学信号为第一反射光经过偏振器后所形成的偏振光的灰度值位置特征曲线。

可选的，还包括：晶圆对焦系统，包括：成像单元，用于获取待检测晶圆表面不同位置的成像图案；传感器，用于获取所述待检测晶圆在第一方向上的位置信息，所述第一方向垂直于所述待检测晶圆表面。

可选的，还包括：控制系统，包括：成像运算单元，用于根据待检测晶圆表面不同位置的成像图案获取所述待检测晶圆的位置信息；第一位置控制单元，用于根据所述位置信息沿平行基准平面的方向移动所述基座，所述基准平面平行于所述待检测晶圆表面。

可选的，所述控制系统包括：第二位置控制单元，用于根据所述第一方向上的位置信息移动所述基座，以实现入射光在所述待检测晶圆表面对焦。

可选的，所述第一光源包括激光发射器。

本发明还提供一种采用上述缺陷检测装置进行检测的方法，包括：提供待检测晶圆；将所述待检测晶圆放置到基座表面；通过所述第一光源发射入射光，所述入射光经待检测晶圆的反射形成第一反射光；通过所述第一反射光获取偏振信息；通过所述偏振信息，获取第一光学信号；通过所述第一光学信号获取待检测晶圆的缺陷信息。

可选的，通过第一反射光获取偏振信息的过程包括：通过接收到的第一反射光，获取第一反射光的灰度值位置特征曲线；通过缺陷模型，获取与所述第一反射光的灰度值位置特征曲线对应的偏振信息。

可选的，获得所述缺陷模型的方法包括：提供若干类型的缺陷结构，每一类型的缺陷结构包括若干待测缺陷；对每一类型的缺陷结构中的若干待测缺陷进行光学扫描，获取所述若干待测缺陷对应的若干反射光信号；以若干不同偏振角度对每个反射光信号进行偏振，获取所述反射光信号对应的多个偏振光信号；获取所述多个偏振光信号中的待定偏振光信号以及所述待定偏振光信号对应的待定偏振角度，所述待定偏振光信号在所述多个偏振光信号中灰度值最大；以所述待定偏振角度对所述若干待测缺陷对应的若干反射光信号进行偏振，获取所述待定偏振角度的检出率；获取若干待测缺陷对应的若干待定偏振角度中最佳偏振角度，所述最佳偏振角度为检出率最大的待定偏振角度；获取若干类型的缺陷结构对应的最佳偏振角度，以及所述最佳偏振角度对应的待定偏振光信号的灰度值。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的缺陷检测装置中，第一数据处理单元用于获取偏振信息，偏振装置用于根据偏振信息产生第一光学信号，所述第一光学信号为具有偏振信息的部分第一反射光的灰度值位置特征曲线。第一反射光为缺陷信号时，所述第一光学信号为第一反射光各个方向的灰度值中灰度值最大。第一反射光为无关信号时，无关信号经过偏振装置后，由于不是无关信号的偏振信息，经过偏振装置后的无关信号的灰度值较小，因此，在偏振信息下，缺陷信号和无关信号的灰度值的信噪比提高，易于将缺陷信号从无关信号中筛选出来，从而提高了缺陷信号的检出率，从而提高了半导体器件的良率。

本发明技术方案提供的缺陷检测装置的检测方法中，能够通过获取偏振信息，来获取第一反射光中的第一光学信号。第一反射光为缺陷信号时，所述第一光学信号为具有偏振信息的部分第一反射光的灰度值位置特征曲线，所述第一光学信号为第一反射光各个方向的灰度值中灰度值最大。第一反射光为无关信号时，由于不是无关信号的偏振信息，在此偏振信息下无关信号的减弱，即灰度值减小，因此，在偏振信息下，缺陷信号和无关信号的灰度值的信噪比提高，易于将缺陷信号从无关信号中筛选出来，从而提高了缺陷信号的检出率，从而提高了半导体器件的良率。

附图说明

图1至图3是本发明一实施例中缺陷检测装置的结构示意图。

图4是本发明实施例的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有技术的缺陷检出率有待提高。

一种缺陷检测方法包括：提供待检测晶圆；提供第一光源发射入射光；提供光线接收器，获取自待检测晶圆表面反射回的反射光。

上述实施例中，通过待检测晶圆反射回的反射光获取待检测晶圆表面不同位置的成像图案，通过对待检测晶圆不同位置的图案灰度值的比对，获取待检测晶圆的缺陷信息。然而，随着半导体技术的发展，半导体器件的关键尺寸越来越小，缺陷的尺寸也相应减小，通过单一的灰度值的比对，难以将制程中的无关信号和缺陷信号区分开来，因此缺陷的检出率较低，难以满足制程中的需要。

本发明实施例提供一种缺陷检测装置，包括：基座，用于放置待检测晶圆；第一光源，用于向所述待检测晶圆发射入射光，所述入射光经待检测晶圆的反射形成第一反射光；第一数据处理单元，用于通过第一反射光获取偏振信息；偏振装置，用于接收自待检测晶圆表面反射回的第一反射光，并根据偏振信息产生第一光学信号；第二数据处理单元，用于通过第一光学信号获取待检测晶圆的缺陷信息。所述第一数据单元获取偏振信息，在偏振信息下，所述部分第一反射光的信号最强。第一反射光中的无关信号经过偏振装置后，由于不是偏振信息，经过偏振装置后的无关信号的减弱，因此，在偏振信息下，缺陷信号和无关信号的信噪比提高，易于将缺陷信号从无关信号中筛选出来，从而提高了缺陷信号的检出率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1至图3是本发明一实施例中缺陷检测装置的结构示意图。

请参考图1，一种缺陷检测装置的结构包括：

基座100，用于放置待检测晶圆101；

第一光源200，用于向所述待检测晶圆发射入射光210，所述入射光210经待检测晶圆101的反射形成第一反射光211；

第一数据处理单元220，用于通过第一反射光211获取偏振信息213；

偏振装置300，用于根据所述偏振信息213将所述第一反射光211转化为第一光学信号212；

第二数据处理单元230，用于通过第一光学信号212获取上述待检测晶圆101的缺陷信息。

本实施例中，所述偏振信息包括：最佳偏振角度。

在本实施例中，所述缺陷检测装置还包括：晶圆对焦系统500，所述晶圆对焦系统500用于使第一入射光210在待检测晶圆100表面对准待检测位置并进行对焦。

所述晶圆对焦系统500包括：成像单元501，用于获取待检测晶圆101表面不同位置的成像图案；传感器502，用于获取所述待检测晶圆101在第一方向Z上的位置信息，所述第一方向Z垂直于所述待检测晶圆101表面。

在本实施例中，所述缺陷检测装置还包括控制系统400，所述控制系统400包括：成像运算单元401，用于根据待检测晶圆101表面不同位置的成像图案获取所述待检测晶圆的位置信息；成像单元404，用于根据接收到的第一反射光211获取待检测晶圆101表面的成像图案；第一位置控制单元402，用于根据所述位置信息沿平行基准平面XY的方向移动所述基座100，所述基准平面XY(即X坐标和Y坐标所构成的平面)平行于所述待检测晶圆101表面，以实现所述待检测晶圆101的对准。

当成像单元501获取待检测晶圆101表面不同位置的成像图案后，所述控制系统400能够通过所述成像图案获取待检测晶圆101的位置信息，进而控制基座100移动到所需位置以进行对准。

在本实施例中，所述控制系统400还包括：第二位置控制单元403，用于根据待检测晶圆101在第一方向Z上的位置信息移动所述基座100。

当所述传感器502获取所述待检测晶圆101在第一方向Z上的位置信息后，将所述位置信息发送至所述第二位置控制单元403，所述第二位置控制单元403则根据所述第一方向Z上的位置信息移动所述基座100，直至第一入射光210能够在待检测晶圆101表面指定高度对焦。

在本实施例中，所述第一光源200包括激光发射器。

请参考图2，所述第一数据处理单元220包括：第一信号获取模块2201和缺陷模块2202。

在本实施例中，第一信号获取模块2201，用于通过接收到的第一反射光211，获取第一反射光211的灰度值位置特征曲线；缺陷模型2202，用于根据第一反射光211的灰度值位置特征曲线，获取偏振信息213。

所述缺陷模型2202是灰度值位置特征曲线与偏振信息213之间的第一类关系函数。所述缺陷模型2202能通过第一反射光211的灰度值位置特征曲线获取与之相对于的偏振信息213。在偏振信息213下，所述第一反射光的灰度值最大。

本实施例中，所述第一数据处理单元还包括：存储模块2203，用于获取所述第一反射光211的灰度值位置特征曲线后，对所述第一反射光211的灰度值位置特征曲线进行存储。

所述存储模块2203还能够对偏振信息213的数据进行存储。

请参考图3，在本实施例中，所述偏振装置300包括：偏振器302和微调装置301，

本实施例中，所述微调装置301根据偏振信息213调整偏振器302的位置，使得所述偏振器302具有特定偏振角度；偏振器302，用于通过具有特定偏振角度的部分第一反射光211，以形成第一光学信号212。

所述微调装置301根据所述偏振信息213调整偏振器302的位置时，使得偏振器302从预设状态变化到具有特定偏振角度的状态。

所述第一光学信号212为第一反射光211经过偏振器302后所形成的偏振光的灰度值位置特征曲线。

当第一反射光211为缺陷信号时，所述第一光学信号212为第一反射光各个方向的灰度值中灰度值最大。第一反射光211为无关信号时，无关信号经过偏振装置300后，由于不是无关信号的偏振信息213，经过偏振装置300后的无关信号的灰度值较小，因此，在偏振信息213下，缺陷信号和无关信号的信噪比提高，易于将缺陷信号从无关信号中筛选出来，从而提高了缺陷信号的检出率，从而提高了半导体器件的良率。

相应的，本发明实施例还提供一种采用上述缺陷检测装置进行检测的方法，请参考图4，图4是本发明实施例的检测方法的流程示意图，包括：

S11：提供待检测晶圆101；将所述待检测晶圆101放置到基座100表面；

S12：通过所述第一光源200发射入射光210，所述入射光210经待检测晶圆的反射形成第一反射光211；

S13：通过所述第一反射光获取偏振信息213；

S14：通过所述偏振信息213，获取第一光学信号212；

S15：通过所述第一光学信号212获取待检测晶圆101的缺陷信息。

在本实施例中，所述待检测晶圆101，所述待检测晶圆101表面具有缺陷。

所述缺陷包括：颗粒和图案缺陷，或者其他易于影响灰度值的缺陷。

本实施例中，所述待检测晶圆101包括：基底和位于基底表面的半导体器件；在本实施例中，所述基底的材料为单晶硅，所述半导体器件可以为半导体器件形成过程中的形成的鳍部、栅极结构、互连线层、插塞等。

通过所述第一光源200发射入射光210，所述入射光210经待检测晶圆220的反射形成第一反射光211。

所述控制系统400的成像单元404通过接收到的第一放射光211获取待检测晶圆101表面的成像图案。

所述成像运算单元401根据待检测晶圆101表面不同位置的成像图案获取待检测晶圆的位置信息。

本实施例中，控制系统400通过对成像图案的比对获取待检测晶圆101的异常区域的位置信息；获取异常区域的位置信息后，通过第一位置控制单元402和第二控制单元403将待检测晶圆101移动至异常区域；将待检测晶圆101移动至异常区域后，通过晶圆对焦系统500进行对准。

本实施例中，通过第一反射光211获取偏振信息213的过程包括：通过接收到的第一反射光211，获取第一反射光211的灰度值位置特征曲线；通过缺陷模型2202，获取与所述第一反射光211的灰度值位置特征曲线对应的偏振信息213。

获得所述缺陷模型2202的方法包括：提供若干类型的缺陷结构，每一类型的缺陷结构包括若干待测缺陷；对每一类型的缺陷结构中的若干待测缺陷进行光学扫描，获取所述若干待测缺陷对应的若干反射光信号；以若干不同偏振角度对每个反射光信号进行偏振，获取所述反射光信号对应的多个偏振光信号；获取所述多个偏振光信号中的待定偏振光信号以及所述待定偏振光信号对应的待定偏振角度，所述待定偏振光信号在所述多个偏振光信号中灰度值最大；以所述待定偏振角度对所述若干待测缺陷对应的若干反射光信号进行偏振，获取所述待定偏振角度的检出率；获取若干待测缺陷对应的若干待定偏振角度中最佳偏振角度，所述最佳偏振角度为检出率最大的待定偏振角度；获取若干类型的缺陷结构对应的最佳偏振角度，以及所述最佳偏振角度对应的待定偏振光信号的灰度值。

所述缺陷模型2202是灰度值位置特征曲线与偏振信息213之间的第一类关系函数。因此对于某一类缺陷而言，具有特定的偏振信息。所述偏振信息可以为一个或者多个最佳偏振角度，例如一个具体的偏振角度或者一个范围内的偏振角度。

本实施例中，通过所述偏振信息213，获取第一光学信号的方法包括：获取偏振信息213后，微调装置根据偏振信息213调整偏振器的位置，使得偏振器具有特定的偏振角度，经过偏振器的第一反射光具有特定的偏振角度，从而形成第一光学信号。

本实施例中，通过所述第一光学信号212获取待检测晶圆101的缺陷信息。

本实施例中，所述第一光学信号212为第一反射光211经过偏振器302后所形成的偏振光的灰度值位置特征曲线。第一反射光为缺陷信号时，所述第一光学信号为具有偏振信息的部分第一反射光的灰度值位置特征曲线，所述第一光学信号为第一反射光各个方向的灰度值中灰度值最大。第一反射光为无关信号时，无关信号经过偏振器后，由于不是无关信号的偏振信息，在此偏振信息下无关信号的减弱，即灰度值减小，因此，在偏振信息下，缺陷信号和无关信号的灰度值的信噪比提高，易于将缺陷信号从无关信号中筛选出来，从而提高了缺陷信号的检出率，从而提高了半导体器件的良率。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种缺陷检测装置，其特征在于，包括：

基座，用于放置待检测晶圆；

第一光源，用于向所述待检测晶圆发射入射光，所述入射光经待检测晶圆的反射形成第一反射光；

第一数据处理单元，用于通过第一反射光获取偏振信息；

偏振装置，用于根据所述偏振信息将所述第一反射光转化为第一光学信号；

第二数据处理单元，用于通过第一光学信号获取待检测晶圆的缺陷信息。

2.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，偏振信息包括：最佳偏振角度。

3.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述第一数据处理单元包括：

第一信号获取模块，用于通过接收到的第一反射光获取第一反射光的灰度值位置特征曲线；

缺陷模型，用于根据第一反射光的灰度值位置特征曲线获取偏振信息。

4.根据权利要求3所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述缺陷模型是灰度值位置特征曲线与偏振信息之间的第一类关系函数。

5.根据权利要求3所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述第一数据处理单元还包括：存储模块，用于获取所述第一反射光的灰度值位置特征曲线后，对所述第一反射光的灰度值位置特征曲线进行存储。

6.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述偏振装置包括：偏振器和微调装置，所述微调装置根据偏振信息调整偏振器的位置，使得所述偏振器具有特定偏振角度；偏振器，用于通过具有特定偏振角度的部分第一反射光，以形成第一光学信号。

7.根据权利要求6所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述微调装置根据所述偏振信息调整偏振器的位置时，使得偏振器从预设状态变化到具有特定偏振角度的状态。

8.根据权利要求6所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述第一光学信号为第一反射光经过偏振器后所形成的偏振光的灰度值位置特征曲线。

9.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，还包括：晶圆对焦系统，包括：成像单元，用于获取待检测晶圆表面不同位置的成像图案；传感器，用于获取所述待检测晶圆在第一方向上的位置信息，所述第一方向垂直于所述待检测晶圆表面。

10.根据权利要求9所述的缺陷检测装置，其特征在于，还包括：控制系统，包括：成像运算单元，用于根据待检测晶圆表面不同位置的成像图案获取所述待检测晶圆的位置信息；第一位置控制单元，用于根据所述位置信息沿平行基准平面的方向移动所述基座，所述基准平面平行于所述待检测晶圆表面。

11.根据权利要求9所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述控制系统包括：第二位置控制单元，用于根据所述第一方向上的位置信息移动所述基座，以实现入射光在所述待检测晶圆表面对焦。

12.如权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述第一光源包括激光发射器。

13.一种采用如权利要求1至12任一项上述的缺陷检测装置进行的检测方法，其特征在于，包括：

提供待检测晶圆；

将所述待检测晶圆放置到基座表面；

通过所述第一光源发射入射光，所述入射光经待检测晶圆的反射形成第一反射光；

通过所述第一反射光获取偏振信息；

通过所述偏振信息，获取第一光学信号；

通过所述第一光学信号获取待检测晶圆的缺陷信息。

14.根据权利要求13所述的检测方法，其特征在于，通过第一反射光获取偏振信息的过程包括：通过接收到的第一反射光，获取第一反射光的灰度值位置特征曲线；通过缺陷模型，获取与所述第一反射光的灰度值位置特征曲线对应的偏振信息。

15.根据权利要求14所述的检测方法，其特征在于，获得所述缺陷模型的方法包括：

提供若干类型的缺陷结构，每一类型的缺陷结构包括若干待测缺陷；

对每一类型的缺陷结构中的若干待测缺陷进行光学扫描，获取所述若干待测缺陷对应的若干反射光信号；

以若干不同偏振角度对每个反射光信号进行偏振，获取所述反射光信号对应的多个偏振光信号；

获取所述多个偏振光信号中的待定偏振光信号以及所述待定偏振光信号对应的待定偏振角度，所述待定偏振光信号在所述多个偏振光信号中灰度值最大；

以所述待定偏振角度对所述若干待测缺陷对应的若干反射光信号进行偏振，获取所述待定偏振角度的检出率；

获取若干待测缺陷对应的若干待定偏振角度中最佳偏振角度，所述最佳偏振角度为检出率最大的待定偏振角度；

获取若干类型的缺陷结构对应的最佳偏振角度，以及所述最佳偏振角度对应的待定偏振光信号的灰度值。