CN111146105A - 一种缺陷检查的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种缺陷检查的装置和方法，该方法包括采用位置测量模块测量被检查对象的位置信息；根据位置信息，当被检查对象移动了摄像模块的一个像素时，产生一定时脉冲，并通过校正定时脉冲误差，将该定时脉冲延迟一个时钟之后输出；根据延迟了一个时钟的所述定时脉冲，对被检查对象的表面进行摄像，并输出图像信号；根据图像信号，检查被检查对象的缺陷。因此，本发明通过改善定时脉冲的精度，使图像分辨率得到改善，即使在使用慢速输出速率位置信息时也能产生精确触发脉冲的方法。

Description

一种缺陷检查的装置和方法
技术领域
本发明涉及人的技术领域，更具体地，涉及一种缺陷检查的装置和方法。
背景技术
在半导体缺陷检查系统中，通常使用激光干涉仪来检测搭载有晶圆(被检查对象)的承载平台位置，当通过时间延迟积分(TDI)传感器对晶圆样本成像时，需要对每个被检查对象固定的位移量产生触发脉冲(也称为“定时脉冲”)。
请参阅图1，图1所示为日本专利(特开2003-177101)涉及一种用于晶片图案缺陷检测的缺陷检查装置。该装置是用于检测晶片表面的缺陷的位置和图像的装置。如图所示，图1中具有标号29所示的定时脉冲发生模块。该定时脉冲发生模块根据激光干涉仪的输出数据和目标(被检查对象)位置的关系产生定时脉冲，即对该输出数据和作为目标的位置进行比较，当位置信息超过目标位置时，以一定间隔发送位置信息。
然而，当用上述方法产生定时脉冲时，会产生位置测量电路的数据输出间隔大小的误差，即使选用最快的位置测量电路，该误差也可能不足以满足系统要求；尤其是随着搭载有晶圆的承载平台移动速度增加，在正常激光干涉仪的输出间隔中不能产生具有足够精度的定时脉冲。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种晶片缺陷检测装置及其检测方法，其适配搭载有晶圆的承载平台移动速度，在正常激光测长仪的输出间隔中能产生具有足够精度的定时脉冲。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种缺陷检查的装置，其包括：
总控制接口模块，用于数据的输入/输出；其中，所述数据包括用户信息数据、检查结果数据和操作流程控制数据，所述检查结果数据包括数字和/或图像数据；
承载平台，用于搭载被检查对象，且使被检查对象随所述承载平台的移动而移动；
照明模块，对搭载在所述承载平台上的所述被检查对象进行照明；
摄像模块，在所述照明模块的协同下，对所述被检查对象的表面进行摄像，并输出图像信号；
位置测量模块，测量所述被检查对象的位置信息；
定时脉冲发生模块，根据所述位置信息，当所述被检查对象移动了所述摄像模块的一个像素时，产生一定时脉冲；并且，定时脉冲发生模块通过校正定时脉冲误差，使所述定时脉冲延迟一个时钟之后输出，对所述被检查对象的表面进行摄像；以及
图像处理模块，根据所述图像信号检查所述被检查对象的缺陷。
进一步地，所述位置测量模块包括线性图像传感单元。
进一步地，所述定时脉冲发生模块，包括：
加法器，将所述线性图像传感单元的像素尺寸ΔX相加，并输出触发坐标XT；
微分器，根据被检查对象的位置信息XL求得速度v；
比较器，用于将所述位置信息XL和所述加法器的输出值的大小关系进行比较，产生触发信号Trg；
运算器，接收所述触发坐标XT、触发信号Trg、位置信息XL和速度v，并执行规定运算(XT+ΔX-XL)/v，得到一个时钟延时时间；
延迟单元，根据所述时钟延时时间，发出延时一个时钟的延迟脉冲；
下降沿检测单元，检测延迟脉冲的下降沿，启动所述摄像模块对所述被检查对象的表面进行摄像；其中，所述位置信息XL的更新频率大于所述线性图像传感单元的定时脉冲频率，所述延迟单元的工作频率大于所述位置信息XL的更新频率。
进一步地，所述位置信息XL的更新频率为10MHz，所述线性图像传感单元的定时脉冲频率为3MHz，所述延迟单元的工作频率为300MHz。
进一步地，所述的线性图像传感单元为时间延迟积分图像传感单元。
进一步地，所述的被检查对象为半导体晶圆。
进一步地，所述的照明模块包括深紫外光源，所述深紫外光源采用宽带照明方式或具有亮线的窄带照明方式形成照明光路。
进一步地，所述的位置测量模块包括激光测长仪。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种缺陷的检查方法，其包括如下步骤：
步骤S1：采用位置测量模块测量被检查对象的位置信息；
步骤S2：根据所述位置信息，当所述被检查对象移动了摄像模块的一个像素时，产生一定时脉冲；并且，所述定时脉冲发生模块通过校正定时脉冲误差，使所述定时脉冲延迟一个时钟之后输出；
步骤S3：根据延迟了一个时钟的所述定时脉冲，对所述被检查对象的表面进行摄像，并输出图像信号；
步骤S4：根据所述图像信号，检查所述被检查对象的缺陷。
进一步地，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S21：将所述线性图像传感单元的像素尺寸ΔX相加，并输出触发坐标XT；
步骤S22：用于将所述位置信息XL和所述加法器的输出值的大小关系进行比较，产生触发信号Trg；
步骤S23：接收所述触发坐标XT、触发信号Trg、位置信息XL和速度v，并执行规定运算(XT+ΔX-XL)/v，得到一个时钟延时时间；
步骤S24：根据所述时钟延时时间，发出延时一个时钟的延迟脉冲；
步骤S25：检测延迟脉冲的下降沿，启动所述摄像模块对所述被检查对象的表面进行摄像；其中，所述位置信息XL的更新频率大于所述线性图像传感单元的定时脉冲频率，所述延迟单元的工作频率大于所述位置信息XL的更新频率。
从上述技术方案可以看出，本发明通过添加一个计数器电路来校正定时脉冲误差，其中，该计数器电路的运行速度超过位置测量电路的输出速率，并满足系统要求。也就是说，定时脉冲产生单元在等待平均间隔延迟了一预定的延迟时间量之后再输出脉冲。
本发明通过改善了定时脉冲的精度，使图像分辨率得到改善，即使在使用慢速输出速率位置信息时，也能产生精确触发脉冲。
附图说明
图1所示为现有技术中的缺陷检测装置的结构示意性
图2所示为本发明实施例中缺陷检测装置的结构示意性
图3所示为本发明实施例中定时脉冲发生模块的示意图
图4所示为本发明实施例中说明每个脉冲的时序示意图
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图2，图2所示为本发明一种半导体晶圆的缺陷检查装置100的结构示意图。该缺陷检查装置100通常主要包括总控制接口模块、承载平台、照明模块、摄像模块、图像处理模块、位置测量模块和定时脉冲发生模块。
在本发明的实施例中，如图2所示，总控制接口模块9用于控制整个装置的操作，即用于数据的输入/输出；其中，所述数据包括用户信息数据、检查结果数据和操作流程控制数据，所述检查结果数据包括数字和/或图像数据。具体地，总控制接口模块9与显示模块10、输入模块11、存储模块12和外部网络13相连；显示设备10用于显示检查信息，输入设备11并接收用户信息；存储模块12用于存储并管理检查结果数据和操作流程控制数据；外部网络13向/从主计算机和其他检查设备发送/接收检查数据和操作流程控制数据。
在本发明实施例中，照明模块用于对搭载在所述承载平台上的所述被检查对象进行照明。如图2所示，照明模块包括氙光源14、波长滤波器15a、偏振光束分离器(PBS)15、λ/4板16和物镜17等。
在一较佳实施例中，该半导体晶圆的缺陷检查装置100为照明模块采用深紫外光(Deep Ultra Violet，简称DUV)的光学式图案缺陷检查装置。该DUV光可以选择宽带照明，例如200至400nm，也可以选择具有亮线的窄带照明，如图2所示，从氙光源或汞氙光源14发出的光，经波长滤波器15a限制带宽，形成了具有亮线的窄带照明DUV光。
采用宽带照明方式可以减少由于晶片薄膜干涉引起的颜色不均匀的效果；而采用具有亮线的窄带照明方式可以高精度地校正光学系统的色差，并且能获得提高分辨率的效果。
在该实施例中，DUV光源是灯光源，但是在本发明的其它实施例中，也可以使用高亮度激光光源。例如，通过组合YAG激光(λ＝532nm)和非线性光学元件，可以使用266nm的二次谐波。
在本发明实施例中，被检查对象表面的图像信号是由摄像模块完成的，在照明模块的协同下，摄像模块对所述被检查对象的表面进行摄像，并输出图像信号，该图像信号用于处理判断制造工艺完成后的被检查对象表面是否存在缺陷。与现有技术相同，摄像模块可以包括物镜17、λ/4板16、偏振光束分离器15、成像透镜19和线性图像传感单元20等。
下面叙述一下摄像模块的光学系统。如图2所示，经波长滤波器15a限制带后形成了S偏振光，该S偏振光在偏振光束分离器15中向下反射并穿过λ/4板16以变成圆偏振光。由物镜17照射在晶片18(也称为“被检查对象”)上，该光束被晶片表面反射，再次通过λ/4板16，变成P偏振光，并反射回到偏振光束分离器15上。利用上述这种光学系统的配置，可以防止检测到的光量急剧减少。
接下来，成像透镜19接收该反射光，进而传送到线性图像传感单元20上形成晶片表面的放大光学图像。由线性图像传感单元20成像的晶片表面的放大光学图像作为检测图像信号输入到图像处理单元32，并且执行缺陷检查。此外，该检查成像光路还具有另一个分支，通过成像透镜19和偏振光束分离器15分离出的另一反射光图像，被提供到TV摄像单元21。该TV摄像单元21与另一图像处理单元22相连接，图像处理单元22用于对检测图像信号进行对准和缺陷检查。
在本发明实施例中，承载平台用于搭载被检查对象，且使所述被检查对象随所述承载平台的移动而移动。具体地，承载平台包括从上到下层叠的晶片吸盘23、Z承载平台30、θ承载平台24、X层级25和Y承载平台26。被检查对象(晶片)18由晶片吸盘23真空吸附并平置于晶片吸盘23上，以防止待检查晶片18与晶片吸盘23相对移动。晶片卡盘23安装在层叠的Z承载平台30、θ承载平台24、X承载平台25和Y承载平台26上。当晶片安装在晶片吸盘23上后，需要执行与θ承载平台24的对准，使对准的芯片阵列排布方向与X承载平台25的扫描方向一致，并在检查操作期间固定。
在检查操作期间，X承载平台25可以相对纸平面左右移动，并且在折回时，Y承载平台26可以沿垂直于纸面的方向步进。这里，晶片(Die、Dice的单数形式)是指在晶片18表面已完成电路的制备，并将其切割成骰子形状而获得的块状半导体芯片。
在本发明的实施例中，平台控制计算机27通过控制信号去控制θ承载平台24、X承载平台25和Y承载平台26的移动。位置测量模块用于测量所述被检查对象的位置信息。较佳地，位置测量模块可以为激光测长仪，例如，激光测长仪28可以测量X承载平台25的位置信息(即晶片18在X承载平台25扫描方向上的位置信息)。
定时脉冲发生模块200(也称为“定时脉冲发生模块”)是基于从激光测长仪28(也称为“位置测量电路”)输出的位置信息XL，产生线性图像传感单元20像素的起始定时信号(也称为“定时脉冲”)，即定时脉冲被发送到线性图像传感单元20，并且图像信号被读出。
在本实施例中，仅以线形移动的承载平台(X承载平台25)为例，对定时脉冲发生模块200进行示例性描述，即完成以特定坐标间隔，输出搭载在承载平台上的被检查对象位置信息。应当注意，该X承载平台25的情况，可以类似地应用于Z承载平台30、θ承载平台24和Y承载平台26，在此不再赘述。
此外，平台控制计算机27用内部网络33与整体控制部9连接，下载晶片布局信息等，用于识别检查位置。
下面说明一下成像过程。如图2所示，每当X承载平台移动一定距离时，就开始发出定时信号，以驱动线性图像传感单元20。通过使线性图像传感单元20的读取与X台的移动量同步，可以顺序地拍摄二维图像。并且，通过使用时间延迟积分(TDI-CCD)图像传感单元作为线性图像传感单元20，可以提高高速扫描中的信噪(S/N)比。
TDI传感器(Time Delayed and Integration)具有将多个一维图像传感器排列为二维的结构。通过使各个一维图像传感器的输出延迟了规定的时间之后，再与被检查对象同一位置拍摄的相邻一次元图像传感器输出的图像叠加在一起，来谋求增加检测光量。
自动聚焦模块包括检测光学单元47和自动聚焦计算机39。检测光学单元47检测成像位置附近的多个点的高度，并将检测信号发送到自动聚焦计算机39。自动聚焦计算机39基于检测到的高度与预设控制目标之间的偏差来计算Z承载平台30的控制量48，并控制Z承载平台30移动。
自动聚焦计算机39通过内部网络33连接到总控制接口模块9，并且在诸如检查模式和查看模式等操作模式之间切换，并发送和接收自动聚焦方案。另外，从平台控制计算机27输入晶片启动信号40和承载平台折回信号41。此外，从平台控制计算机27发送具有高实时特性的控制信号43，例如，在检查期间的自动聚焦ON/OFF信号。
请参阅图3，图3示出根据本实施例的定时脉冲发生模块200的配置示意图。定时脉冲发生模块200接收从位置测量电路28输出的位置信息XL，然后生成后述的定时脉冲并将其输出到线性图像传感单元20。
与现有技术不同，在本发明的实施例中，定时脉冲发生模块200包括将像素尺寸ΔX等加在一起的加法器210、根据位置信息XL求得速度(dXL/dt＝v)的微分器220、对位置信息XL和加法器210的输出值的大小关系进行比较的比较器(Comparator)230、执行规定运算的运算器240、计算延迟(Delay)的延迟单元250和以延迟脉冲为输入并输出定时脉冲的下降沿检测单元260。
这里，位置信息XL的更新频率(10MHz＝100nsec)比线性图像传感单元20的定时脉冲频率(3MHz＝约333nsec)快。并且，延迟单元250以300MHz(约3nsec)工作。
也就是说，定时脉冲发生模块通过校正定时脉冲误差，使所述定时脉冲延迟一个时钟之后输出，对所述被检查对象的表面进行摄像。
下面对加法器210、比较器230和运算单元240进行详细描述。
加法器的输出XT是表示像素的触发坐标，在读取了位置信息XL的时刻进行比较，当XT<XL时，产生定时脉冲(也称为“传统定时脉冲”)，该脉冲被发送到线性图像传感单元20，用于读取图像信号。
而在本发明的实施例中，加法器210基于线性图像传感单元20的像素大小(像素大小，ΔX)、加法器210的前次输出XT、比较器230输出的触发信号Trg，输出新的触发坐标。
在本发明的实施例中，比较器230用于实时地比较加法器210的输出值XT与位置信息XL之间的大小关系，并在XL大于XT(XT<XL)时，输出触发信号Trg。运算单元240基于预先保持ΔX的值，接收触发坐标XT、位置信息XL和速度v作为输入，并根据触发信号Trg执行(XT+ΔX-XL)/v的操作。
实施例1
请参阅图4，图4所示为用于说明根据本实施例的每个脉冲的时序示意图。在本实施例中，位置信息XL的更新频率为10MHz。因此，位置信息XL的获取时间可以为100纳秒的相等间隔。承载平台(如本实施例中的X承载平台)可以设定为以约333纳秒的间隔移动一个像素。
在理想情况下，定时脉冲输出时间应当为移动一个像素时发出。将其作为本来的定时脉冲输出时间表示在图4。
由于在现有技术中，将比较器的输出时间作为定时脉冲，因此，本来的定时脉冲之间会出现误差M。该误差M相当于造成1/3像素的模糊。在本实施例的目标是将其减小到大约1/10到1/100。
因此，在该实施例中，传统的定时脉冲需要被延迟一个时钟使用。为此目的，需要延迟脉冲，该延迟脉冲可以由延迟单元250产生。
为了得到延迟脉冲的输出时刻，首先，可以通过运算器240执行规定运算(XT+ΔX-XL)/v，得到一个时钟延时时间。接下来，延迟单元250还将误差M延迟(XT+ΔX-XL)/v。以这种方式，来计算延迟脉冲的脉冲宽度。
然后，下降检测路径260检测延迟脉冲的下降沿，并输出本实施例的定时脉冲。以这种方式，可以使现有技术的定时脉冲延迟一个时钟后使用。
根据本发明的实施例，延迟单元250的工作频率为300MHz，位置测量电路28的输出位置信息XL的更新频率为10MHz，延迟单元250以300MHz(约3nsec)工作)工作，通过使定时脉冲的误差延迟一个时钟来进行补正，即在等待通过从平均间隔减去时间延迟(误差M)而获得的时间
(XT+ΔX-XL)/v之后输出定时脉冲。
下面简述一下缺陷的检查方法，在本发明的实施例中，其可以具体包括如下步骤：
步骤S1：采用位置测量模块测量被检查对象的位置信息；
步骤S2：根据所述位置信息，当所述被检查对象移动了摄像模块的一个像素时，产生一定时脉冲；并且，所述定时脉冲发生模块通过校正定时脉冲误差，使所述定时脉冲延迟一个时钟之后输出；
步骤S3：根据延迟了一个时钟的所述定时脉冲，对所述被检查对象的表面进行摄像，并输出图像信号；
步骤S4：根据所述图像信号，检查所述被检查对象的缺陷。
该缺陷检查的方法的步骤S2，可以具体包括如下步骤：
步骤S21：将所述线性图像传感单元的像素尺寸ΔX相加，并输出触发坐标XT；
步骤S22：用于将所述位置信息XL和所述加法器的输出值的大小关系进行比较，产生触发信号Trg；
步骤S23：接收所述触发坐标XT、触发信号Trg、位置信息XL和速度v，并执行规定运算(XT+ΔX-XL)/v，得到一个时钟延时时间；
步骤S24：根据所述时钟延时时间，发出延时一个时钟的延迟脉冲；
步骤S25：检测延迟脉冲的下降沿，启动所述摄像模块对所述被检查对象的表面进行摄像；其中，所述位置信息XL的更新频率大于所述线性图像传感单元的定时脉冲频率，所述延迟单元的工作频率大于所述位置信息XL的更新频率。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种缺陷检查的装置，其特征在于，包括：
总控制接口模块，用于数据的输入/输出；其中，所述数据包括用户信息数据、检查结果数据和操作流程控制数据，所述检查结果数据包括数字和/或图像数据；
承载平台，用于搭载被检查对象，且使被检查对象随所述承载平台的移动而移动；
照明模块，对搭载在所述承载平台上的所述被检查对象进行照明；
摄像模块，在所述照明模块的协同下，对所述被检查对象的表面进行摄像，并输出图像信号；
位置测量模块，测量所述被检查对象的位置信息；
定时脉冲发生模块，根据所述位置信息，当所述被检查对象移动了所述摄像模块的一个像素时，产生一定时脉冲；并且，定时脉冲发生模块通过校正定时脉冲误差，使所述定时脉冲延迟一个时钟之后输出，对所述被检查对象的表面进行摄像；以及
图像处理模块，根据所述图像信号检查所述被检查对象的缺陷。
2.根据权利要求1所述的缺陷检查的装置，其特征在于，所述位置测量模块包括线性图像传感单元。
3.根据权利要求2所述的缺陷检查的装置，其特征在于，所述定时脉冲发生模块，包括：
加法器，将所述线性图像传感单元的像素尺寸ΔX相加，并输出触发坐标XT；
微分器，根据被检查对象的位置信息XL求得速度v；
比较器，用于将所述位置信息XL和所述加法器的输出值的大小关系进行比较，产生触发信号Trg；
运算器，接收所述触发坐标XT、触发信号Trg、位置信息XL和速度v，并执行规定运算(XT+ΔX-XL)/v，得到一个时钟延时时间；
延迟单元，根据所述时钟延时时间，发出延时一个时钟的延迟脉冲；
下降沿检测单元，检测延迟脉冲的下降沿，启动所述摄像模块对所述被检查对象的表面进行摄像；其中，所述位置信息XL的更新频率大于所述线性图像传感单元的定时脉冲频率，所述延迟单元的工作频率大于所述位置信息XL的更新频率。
4.根据权利要求2所述的缺陷检查的装置，其特征在于，所述的线性图像传感单元为时间延迟积分图像传感单元。
5.根据权利要求1所述的缺陷检查的装置，其特征在于，所述的被检查对象为半导体晶圆。
6.根据权利要求1所述的缺陷检查的装置，其特征在于，所述的照明模块包括深紫外光源，所述深紫外光源采用宽带照明方式或具有亮线的窄带照明方式形成照明光路。
7.根据权利要求1所述的缺陷检查的装置，其特征在于，所述的位置测量模块包括激光测长仪。
8.一种缺陷检查的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：采用位置测量模块测量被检查对象的位置信息；
步骤S2：根据所述位置信息，当所述被检查对象移动了摄像模块的一个像素时，产生一定时脉冲；并且，所述定时脉冲发生模块通过校正定时脉冲误差，使所述定时脉冲延迟一个时钟之后输出；
步骤S3：根据延迟了一个时钟的所述定时脉冲，对所述被检查对象的表面进行摄像，并输出图像信号；
步骤S4：根据所述图像信号，检查所述被检查对象的缺陷。
9.根据权利要求8所述的缺陷检查的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S21：将所述线性图像传感单元的像素尺寸ΔX相加，并输出触发坐标XT；
步骤S22：将所述位置信息XL和所述加法器的输出值的大小关系进行比较，产生触发信号Trg；
步骤S23：接收所述触发坐标XT、触发信号Trg、位置信息XL和速度v，并执行规定运算(XT+ΔX-XL)/v，得到一个时钟延时时间；
步骤S24：根据所述时钟延时时间，发出延时一个时钟的延迟脉冲；
步骤S25：检测延迟脉冲的下降沿，启动所述摄像模块对所述被检查对象的表面进行摄像；其中，所述位置信息XL的更新频率大于所述线性图像传感单元的定时脉冲频率，所述延迟单元的工作频率大于所述位置信息XL的更新频率。
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