CN111128777B - 一种芯粒缺陷检测的方法和存储介质 - Google Patents

一种芯粒缺陷检测的方法和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种芯粒缺陷检测的方法和存储介质，所述方法包括：建立与产品相关的颜色检测模型；扫描待测晶圆，生成晶圆扫描图；根据颜色检测模式，将晶圆扫描图的颜色分量与样品颜色检测模型中的颜色分量值进行比对，根据两者的误差范围输出待测晶圆的检测结果。本申请应用光电转换和数模转换的原理以及PC端的处理，通过对比像素的RGB值，达到可自动检测晶圆表面缺陷的方法，再对不同待测薄膜、涂层等模型的扫描和校准，达到可检测模型均匀性的方法。

Description

一种芯粒缺陷检测的方法和存储介质
技术领域
本发明涉及晶圆加工制造领域，尤其涉及一种芯粒缺陷检测的方法和存储介质。
背景技术
在半导体制造行业，晶圆的芯粒缺陷检测是其中重要一项。现有的芯粒检测通过自动缺陷检测机(简称AVI)来完成，这类机台有两种光学信号处理方式，即灰度和RGB。现有技术无法实现薄膜、涂层的均匀性检测，此外，在设定样本时，容易将缺陷设为正常，且提供缺陷频发的数据不够精确。
发明内容
为此，需要提供一种芯粒缺陷检测的技术方案，用以解决现有技术在进行晶圆芯粒检测时无法实现薄膜、涂层的均匀性检测、且缺陷数据不准确的问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种芯粒缺陷检测的方法，所述方法包括以下步骤:
建立与产品相关的颜色检测模型；
扫描待测晶圆，生成晶圆扫描图；
根据颜色检测模式，将晶圆扫描图的颜色分量与样品颜色检测模型中的颜色分量值进行比对，根据两者的误差范围输出待测晶圆的检测结果。
可选的，所述晶圆包括多个芯粒，所述方法包括以下步骤:
统计待测晶圆上芯粒缺陷数量、大小、芯粒位置信息，并计算芯粒良率，输出测试结果；所述芯粒缺陷为晶圆扫描图颜色分量值与样品颜色检测模型中的颜色分量值差值大于预设误误差值的芯粒。
可选的，所述方法包括：
根据缺陷定位数据生成缺陷mapping图；
根据缺陷定位数据统计缺陷所在的单元格位置，并按发生率高低输出缺陷所在的单元格的排行榜；
或者，根据缺陷定位数据统计缺陷所在的芯粒，并按发生率高低输出缺陷所在的芯粒排行榜；
或者，根据比对频发缺陷的定位数据和频发缺陷所在芯粒的坐标值范围，判断缺陷在芯粒中的位置，输出在芯粒中缺陷频发的局部图片的排行榜。
可选的，所述方法包括以下步骤:
根据缺陷数量，采用以下公式统计芯粒良率：
Figure BDA0002314167460000021
NTotal die为待测晶圆所包含的芯粒的总数量，NDefect die为待测晶圆所包含的存在缺陷的芯片的数量，Yield为芯粒良率。
可选的，所述方法包括：
得到每种样品检测模型的颜色分量范围后，修订每个检测模型对应的颜色分量值的规格范围。
可选的，所述方法包括：
将晶圆扫描图上芯粒的颜色分量值调整至相应的规格范围内后，将调整后的颜色分量值与预设修订好的规格范围的颜色分量值进行比较。
可选的，所述颜色检测模式包括RGB Single模式、RGB Multiple模式、GraySingle模式、Gray Multiple模式中的任意一种。
发明人还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前文所述的方法步骤。
区别于现有技术，上述技术方案所述的芯粒缺陷检测的方法和存储介质，所述方法包括：建立与产品相关的颜色检测模型；扫描待测晶圆，生成晶圆扫描图；根据颜色检测模式，将晶圆扫描图的颜色分量与样品颜色检测模型中的颜色分量值进行比对，根据两者的误差范围输出待测晶圆的检测结果。本申请应用光电转换和数模转换的原理以及PC端的处理，通过对比像素的RGB值，达到可自动检测晶圆表面缺陷的方法，再对不同待测薄膜、涂层等模型的扫描和校准，达到可检测模型均匀性的方法。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式涉及的光电转换原理的示意图；
图2为本发明一具体实施方式涉及的单层模型对应的RGB值的示意图；
图3为本发明一具体实施方式涉及的双层模型对应的RGB值的示意图；
图4为本发明一具体实施方式涉及的N层模型对应的RGB值的示意图；
图5为本发明一具体实施方式涉及的多层模型对应的灰度等级m的示意图；
图6为本发明一具体实施方式涉及的带网格的初始晶圆图表的示意图；
图7为本发明一具体实施方式涉及的具有虚拟坐标的晶圆图表的示意图；
图8为本发明一具体实施方式涉及的基于单元格扫描晶圆的示意图；
图9为本发明一具体实施方式涉及的基于小方格扫描单元格的示意图；
图10为本发明一具体实施方式涉及的Multiple模式缺陷的晶圆图表的示意图；
图11为本发明一具体实施方式涉及的Single模式缺陷的晶圆图表的示意图；
图12为本发明一具体实施方式涉及的Multiple模式缺陷频发芯粒排行榜示意图；
图13为本发明一具体实施方式涉及的Single模式缺陷频发芯粒排行榜示意图；
图14-A为本发明一具体实施方式涉及的芯粒缺陷频发位置的示意图；
图14-B为本发明另一具体实施方式涉及的芯粒缺陷频发位置的示意图；
图15为本发明一具体实施方式涉及的Multiple模式AVI良率的示意图；
图16为本发明一具体实施方式涉及的Single模式AVI良率的示意图；
图17为本发明一具体实施方式涉及的晶圆缺陷自动检测设备内部示意图；
图18为本发明一具体实施方式涉及的晶圆缺陷自动检测设备外观示意图；
图19为本发明一具体实施方式涉及的芯粒缺陷检测的方法的流程图。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图19，为本发明一具体实施方式涉及的芯粒缺陷检测的方法的流程图。所述方法包括以下步骤:
首先进入步骤S1901建立与产品相关的颜色检测模型；
而后进入步骤S1902扫描待测晶圆，生成晶圆扫描图；
而后进入步骤S1903根据颜色检测模式，将晶圆扫描图的颜色分量与样品颜色检测模型中的颜色分量值进行比对，根据两者的误差范围输出待测晶圆的检测结果。
优选的，所述晶圆包括多个芯粒，所述方法包括以下步骤:统计待测晶圆上芯粒缺陷数量、大小、芯粒位置信息，并计算芯粒良率，输出测试结果；所述芯粒缺陷为晶圆扫描图颜色分量值与样品颜色检测模型中的颜色分量值差值大于预设误误差值的芯粒。
优选的，所述方法包括：根据缺陷定位数据生成缺陷mapping图；根据缺陷定位数据统计缺陷所在的单元格位置，并按发生率高低输出缺陷所在的单元格的排行榜；或者，根据缺陷定位数据统计缺陷所在的芯粒，并按发生率高低输出缺陷所在的芯粒排行榜；或者，根据比对频发缺陷的定位数据和频发缺陷所在芯粒的坐标值范围，判断缺陷在芯粒中的位置，输出在芯粒中缺陷频发的局部图片的排行榜。
优选的，所述方法包括以下步骤:根据缺陷数量，采用以下公式统计芯粒良率：
Figure BDA0002314167460000051
NTotal die为待测晶圆所包含的芯粒的总数量，NDefect die为待测晶圆所包含的存在缺陷的芯片的数量，Yield为芯粒良率。
优选的，所述方法包括：得到每种样品检测模型的颜色分量范围后，修订每个检测模型对应的颜色分量值的规格范围。
优选的，所述方法包括：将晶圆扫描图上芯粒的颜色分量值调整至相应的规格范围内后，将调整后的颜色分量值与预设修订好的规格范围的颜色分量值进行比较。
优选的，所述颜色检测模式包括RGB Single模式、RGB Multiple模式、GraySingle模式、Gray Multiple模式中的任意一种。
本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前文所述的方法步骤。
本申请主要是应用光电转换和数模转换的原理以及PC端的处理，通过对比像素的RGB值，达到可自动检测晶圆表面缺陷的方法，再对不同待测薄膜、涂层等模型的扫描和校准，达到可检测模型均匀性的方法。本专利分为软体和硬体两大部分。
如图1所示，为光电转换原理的示意图，光源采集器采集信号经过R信道接收器、G信道接收器、B信道接收器、Gray信道接收器接收后，再经数模转换器转换后形成数字信号输出。RGB888+8(8+8+8+8＝32位色)：(2^8)*(2^8)*(2^8)＝256*256*256＝16M真彩色+256阶颜色的灰度。可使用的模式：RGB888、256阶灰度等级。RGB888主要应用在晶圆整体扫描；256阶灰度等级主要用在小线宽扫描。
图2至图5分别对应不同的产品相关的颜色检测模型。在实际应用过程中，首先进入步骤Step1：建立与产品相关的模型。
光电转换模块通过在光学镜头的不同倍率下对各种模型进行拍照采集，PC端通过对照片的每个像素的RGB值收集和比较，可以得到每种模型的对应的RGB值的范围；灰度等级扫描是在小线宽下使用的，亦可定义各模型中小线宽的区域所对应的Gray值。
Step2：修订各模块RGB Spec(规格)
得到每种模型的RGB值的范围后，修订每个模型对应的RGB Spec(规格)范围。可应用在wafer生产过程中薄膜、涂层等模型的均匀性检测等；
Step3：晶圆Mapping图及坐标生成
扫描出待测晶圆的外轮廓尺寸，按比例缩小生成虚拟Mapping图的晶圆尺寸。十字扫描待测晶圆的X轴和Y轴，按比例缩小生成虚拟Mapping的shot尺寸，形成带网格的初始Mapping图。
如图6-7所示，首先，对带网格的初始Mapping匹配坐标，定义一个网格代表一个shot，网格线代表shot的切割道，定义Mapping图中shot(0，0)的左下方为原点；其次，定义镜头的聚焦点为坐标的定位点，镜头在检查的过程中由检测载台控制晶圆向X/Y轴移动，同时通过行程模块读出晶圆的位移数据，再按一定比例反馈到虚拟Mapping图中,实现坐标值的实时监控。最后，定义Mapping图中缺陷坐标组成部分，当扫到缺陷后导出的定位数据由shot的编码+坐标值组成。
Step4：定义产品的Sample(样品)及Spec(规格)范围
Sample的定义分为RGB Single模式、RGB Multiple模式、Gray Single模式、GrayMultiple模式；
如图8-9所示，RGB Single模式:采用RGB模式扫描一个shot(方格)或多个shot内的相同芯粒，该芯粒为Single die(整片晶圆中都是相同的芯粒)，以芯粒为每次扫描对象。Single模式扫描芯粒的顺序可shot by shot或die by die。每个被扫描过的芯粒都被拍照并生成RGB分布图，对每张芯粒的照片进行叠加，取其重合度最高的形成一张single die的标准Sample,并定义标准Sample像素的RGB波动范围；当标准Sample被输出PC端时，可进行人为修正(像素替换)和命名,将标准Sample(样品)修正为更正确的版本以减少误差。
RGB Multiple(数量多的)模式：采用RGB模式扫描一个shot或多个shot内的不同芯粒或区域，该芯粒或区域定义为Multiple die(shot内存在不一样的芯粒或区域)，以die或选定区域为每次扫描对象。Multiple模式扫描芯粒的顺序亦可shot by shot或die bydie。定位一个shot内的一颗芯粒或一个区域，并扫描其他shot与之相同的芯粒或区域，再将每个被扫描过的芯粒或区域都被拍照并生成RGB分布图，对每张芯粒或区域的照片进行叠加，取其重合度最高的形成一张single die的标准Sample,并定义标准Sample像素的RGB波动范围；以此类推，扫描shot内其他芯粒或区域、生成标准Sample并输出；当标准Sample输出PC端时，可进行人为修正(像素替换)和命名,可将标准Sample修正为更正确的版本以减少误差。
Gray Single模式和Gray Multiple模式是采用灰度模式扫描，扫描、Sample生成、修订Sample等都和RGB模式一样，不作赘述。
Spec修订说明：假设Spec卡在3％以内，Rspec＝R标*(1±3％)，Gspec＝G标*(1±3％),Bspec＝B标*(1±3％),则Spec Range＝(R标,G标,B标)。当RGB三个色阶只要有一个超出3％均判定为缺陷。
Step5：使用Sample比对扫描产品的RGB，判断芯粒缺陷
如图10-13、14-A、14-B、15-16所示，该步骤首先试扫产品，将每颗die的像素点的RGB值的分布与标准Sample的RGB值对比，偏差值大于设定值则判定为缺陷，并对缺陷定位拍照，输出缺陷定位数据、缺陷尺寸、图片等信息。
Step6：统计芯粒缺陷数量、大小、芯粒位置等信息，计算良率，整合后输出Report
a.根据缺陷定位数据生成缺陷mapping图；
b.根据缺陷定位数据统计缺陷所在的shot，按发生率高低输出缺陷所在的shot排行榜；
c.根据缺陷定位数据统计缺陷所在的芯粒，按发生率高低输出缺陷所在的芯粒排行榜及样貌；
d.根据比对频发缺陷的定位数据和频发缺陷所在芯粒的坐标值范围，判断缺陷在芯粒中的位置，输出在芯粒中缺陷频发的局部图片的排行榜；
e.根据缺陷数量，对比设定的标准(假设一颗芯粒上defect>3颗判定该颗芯粒NG或者设定其他规则)，统计后输出实际良率；实际良率计算公式：
Figure BDA0002314167460000081
f.输出Report。Report内包含缺陷mapping图、缺陷频发排行榜、实际良率等。
Step7：根据良率设定，输出OOS或PASS
实际良率与设定良率比对，输出OOS或PASS。当OOS后，将通知相关人员处理和分析。
如图17和18所示，为本申请晶圆缺陷自动检测设备的示意图。所述设备包括光电转换模组1、显微镜头模组2、自动检测载台3、行程模组4、自动寻边旋转载台5、自动寻边红外装置6、伸缩检测手臂7、手臂轨道8、晶圆检测进出平台9、人工操作台10、警报装置11、进出站窗口12、检修活动门13、数据传输模组14、PC端数据处理中心15和访问端16，各部件的设置位置如图17和图18所示，下面对各个部件的具体功能展开作具体介绍：
1、光电转换模组：将显微镜头收集的光信号进行光电转换处理，获取RGB的电信号，再经过数模转换处理成RGB的数字信号；
2、显微镜头模组：主要功能调整焦距、收集光源信号、提供稳定光源。利用设定的图片匹配对焦，将检测对象在清晰的状态下，收集对象的光源信号；镜头模块外圈布置环形LED光源，为检测对象提供稳定光源；
3、自动检测载台：检测载台是晶圆检测缺陷的场所；
4、行程模组：位于载台下方，主要功能控制晶圆在水平位置的X/Y轴的移动，并记录晶圆的位移数据，再通过数据传输模组传送至PC端处理中心；
5、自动寻边旋转载台：为寻边的晶圆提供旋转调整的功能；
6、自动寻边红外装置：利用红外激光寻边的原理，对晶圆边缘的notch角进行识别并将晶圆旋转至规定位置；当激光遇到notch或缺角时，会sensor收到的讯号发生变化，并将其记录下来，配合转速判断notch位置，并旋转至规定位置；当遇到晶圆缺角时，sensor也会感应到，为了排除异常，sensor收集到两个notch讯号时会报警，并通知相关人员处理，讯号正常时自动进行下一道工序。
7、自动检测手臂：该手臂可伸缩可升降，可借助轨道移动，负责完成晶圆传送和检测进站晶圆放置状态。当晶圆进站时，手臂另一侧是扫描晶圆探头，判断晶圆是否斜插及并记录所在卡位的编码；
8、手臂轨道：轨道用于手臂的移动；
9、晶圆检测进出平台：进站时放置进站晶舟的位置和出站时出站晶舟放置的位置；
10、人工操作台：该操作台是一台计算机，里面可对该晶圆检测设备进行参数设置、故障检查、数据处理等功能；
11、警报装置：该警报装置内置三色灯、蜂鸣器，红色代表异常，黄色代表正常待机，绿色正常运行。当机台出现异常情况时闪烁红灯，异常情况如：寻边出现多个notch信号、机械故障、sensor故障等；
12、进出站窗口：该窗口的玻璃可升降，进站后，升降玻璃将升起，减少外界干扰；检测作业完毕，玻璃降下来，取出检测晶圆；
13、检修活动门：该检修门由四块活动门组成，便于机台检查和维修；
14、数据传输模组：主要负责数据的传输，可有线传输或无线传输；
15、PC端数据处理中心：处理设备端传送的各类数据，如扫描后的模型RGB值分布、行程模组记录的位移数据、扫描晶圆的缺陷定位数据等等；
16、Report访问端：可通过访问端查询扫描后的报告，便于人员作进一步判断或处理。
本发明公开了一种芯粒缺陷检测的方法和存储介质，所述方法包括：建立与产品相关的颜色检测模型；扫描待测晶圆，生成晶圆扫描图；根据颜色检测模式，将晶圆扫描图的颜色分量与样品颜色检测模型中的颜色分量值进行比对，根据两者的误差范围输出待测晶圆的检测结果。本申请应用光电转换和数模转换的原理以及PC端的处理，通过对比像素的RGB值，达到可自动检测晶圆表面缺陷的方法，再对不同待测薄膜、涂层等模型的扫描和校准，达到可检测模型均匀性的方法。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种芯粒缺陷检测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
建立与产品相关的颜色检测模型；
扫描待测晶圆，生成晶圆扫描图；
根据颜色检测模式，将晶圆扫描图的颜色分量与样品颜色检测模型中的颜色分量值进行比对，根据两者的误差范围输出待测晶圆的检测结果；
所述晶圆包括多个芯粒，所述方法包括以下步骤:
统计待测晶圆上芯粒缺陷数量、大小、芯粒位置信息，并计算芯粒良率，输出测试结果；所述芯粒缺陷为晶圆扫描图颜色分量值与样品颜色检测模型中的颜色分量值差值大于预设误差值的芯粒；
根据缺陷定位数据生成缺陷mapping图；
根据比对频发缺陷的定位数据和频发缺陷所在芯粒的坐标值范围，判断缺陷在芯粒中的位置，输出在芯粒中缺陷频发的局部图片的排行榜；
所述方法还包括：
采用RGB模式扫描一个方格或多个方格内的相同芯粒，每个被扫描过的芯粒都被拍照并生成RGB分布图，对每张芯粒的照片进行叠加，取其重合度最高的形成一张芯粒的标准样图；
或者采用RGB模式扫描一个方格或多个方格内的不同芯粒或区域，定位一个方格内的一颗芯粒或一个区域，并扫描其他方格与之相同的芯粒或区域，再将每个被扫描过的芯粒或区域都被拍照并生成RGB分布图，对每张芯粒或区域的照片进行叠加，取其重合度最高的形成一张芯粒的标准样图。
2.如权利要求1所述的芯粒缺陷检测的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据缺陷定位数据统计缺陷所在的单元格位置，并按发生率高低输出缺陷所在的单元格的排行榜；
或者，根据缺陷定位数据统计缺陷所在的芯粒，并按发生率高低输出缺陷所在的芯粒排行榜。
3.如权利要求2所述的芯粒缺陷检测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
根据缺陷数量，采用以下公式统计芯粒良率：
Figure FDA0003649610930000021
NTotaldie为待测晶圆所包含的芯粒的总数量，NDefectdie为待测晶圆所包含的存在缺陷的芯片的数量，Yield为芯粒良率。
4.如权利要求1所述的芯粒缺陷检测的方法，其特征在于，所述方法包括：
得到每种样品检测模型的颜色分量范围后，修订每个检测模型对应的颜色分量值的规格范围。
5.如权利要求1所述的芯粒缺陷检测的方法，其特征在于，所述方法包括：
将晶圆扫描图上芯粒的颜色分量值调整至相应的规格范围内后，将调整后的颜色分量值与预设修订好的规格范围的颜色分量值进行比较。
6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的方法步骤。
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