CN113138529A - 一种基于aoi系统的掩模版缺陷检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法及系统，先扫描待检测的Mask基板得到Mask基板扫描图形，对Mask基板扫描图形进行初步缺陷标记获得初步缺陷点位信息；再根据初步缺陷点位信息对每个初步缺陷点位进行复检，筛选出超标假缺陷点位并判断假缺陷点位数量是否超标，若是，则根据假缺陷点位的类型进行假缺陷点位筛除；最后保留记录缺陷点位信息；本发明对Mask基板的上版位置、关键工艺参数以及设备状态等多个方面全面分析了掩模版AOI假缺陷的产生原因，并针对三类假缺陷分别提出切实有效的改善对策，整体上实现方法简单可靠，能够创造较大的经济效益。

Description

一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法及系统

技术领域

本发明涉及掩模版缺陷检测技术领域，具体涉及一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法及系统。

背景技术

掩模版(Photo mask)又称光掩模版、光罩等，是微电子制造中光刻工艺所使用的图形母版，由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形，并通过曝光将图形转印到产品基板上。掩模版是半导体及面板制造过程中的图形“底片”，用于转移高精密电路设计，承载了图形设计和工艺技术等知识产权信息。掩模版的制造工艺包含光罩基板(Mask Blank)的涂胶、光刻、化学制程(显影、蚀刻)、缺陷扫描及修复等过程，其中利用AOI(AutomatedOptical Inspection，自动光学检查)对缺陷扫描一直是掩模版制造过程中缺陷控制的难点，常规的AOI扫描过程中会有大量的假缺陷存在(假缺陷：非产品自身存在的真实缺陷)，而假缺陷的存在会严重影响产品缺陷的正确判断。

目前，掩模版的AOI系统主要包括自动光学检查设备及数据库服务器，同时搭载Die to Die和Die to DB两种扫描模式，并有四种扫描速度，分别是低倍慢速、低倍快速、高倍慢速及高倍快速。

在工业生产中最常用的是Die to DB的模式，即将客户产品GDS图档导入设备数据库服务器作为标准图像，而自动光学检查设备则对待检测的Mask基板进行扫描得到扫描图形，通过将扫描图像与客户标准设计图档进行对比，自动标记出两者不匹配的点位视为产品缺陷并得到缺陷坐标信息；最后通过数据库服务器加载扫描图像及对应的缺陷信息对以上标记的每一个缺陷点位依次进行人工Review(复检)，核实该缺陷的真实情况，若为真缺陷则标记点位坐标，后续通过LCVD进行修复，若为假缺陷则不做标记。因此，大量的假缺陷存在会成倍增加人工Review的时间，并且可能会造成产品真缺陷漏检的情况，导致后续真陷的漏补、修补时间及工艺难度的增加，甚至造成产品返修、报废、客诉等严重后果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在基于AOI系统对掩模版进行缺陷检测过程中会有大量的假缺陷存在(假缺陷：非产品自身存在的真实缺陷)，而假缺陷的存在会严重影响产品缺陷的正确判断，导致后续真缺陷的漏补、修补时间及工艺难度的增加；本发明目的在于提供一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法及系统，解决上述技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法，包括步骤：

S1、扫描待检测的Mask基板得到Mask基板扫描图形；

S2、基于Mask基板扫描图形和Mask基板标准图像对Mask基板扫描图形进行初步缺陷标记获得初步缺陷点位信息；

S3、根据初步缺陷点位信息对每个初步缺陷点位进行复检，筛选出假缺陷点位并判断假缺陷点位数量是否超标：若是，则先判断出假缺陷点位的类型，再根据假缺陷点位的类型进行假缺陷点位筛除；否则，剔除假缺陷点位信息后进入S4；

S4、保留记录缺陷点位信息。

本方案工作原理：掩模版在缺陷扫描过程中，由于Mask基板上版位置、扫描工艺参数以及设备状态等诸多因素的影响，容易造成掩模版AOI假缺陷率高的问题。而大量的假缺陷存在会增加人工复检的时间，并且大量假缺陷堆积后掩盖真缺陷，可能会导致产品真缺陷漏检的情况，后续真缺陷的漏补、修补时间及工艺难度增加等严重质量问题。

本方案先对Mask基板进行初步缺陷标记获得初步缺陷点位信息，再对每个初步缺陷点位进行复检，筛选出假缺陷点位并判断假缺陷点位数量是否超标，最后根据掩模版AOI假缺陷的不同类型进行针对性筛除工作，将大量的假缺陷点位筛除后保留记录的缺陷点位信息最为真实，缺陷准确率更高，为后续真缺陷的修补等工作带来便利，缩短产品制造周期，提高设备稳定性与产品质量。

进一步优化方案为，步骤S2具体包括：

用Mask基板标准图像与Mask基板扫描图形进行对比；

将Mask基板扫描图形与Mask基板标准图像不匹配的点位标记为初步缺陷点位，并记录初步缺陷点位的坐标信息。

进一步优化方案为，所述假缺陷点位包括：横线类假缺陷点位、边缘类假缺陷点位和角落类假缺陷点位。

经过实验发现，掩模版AOI假缺陷的类型主要分为：横线类假缺陷、边缘类假缺陷以及角落类假缺陷，分别从Mask基板上版位置、扫描工艺参数以及设备状态等多个方面全面分析假缺陷产生的原因，并针对不同类型的假缺陷提供切实有效的解决方案。

进一步优化方案为，当判断出假缺陷点位是横线类假缺陷点位时，假缺陷点位筛除方法为：

调整Mask基板的上版位置和AOI设备的夹具位置，确保Mask基板与AOI设备的夹具之间、Mask基板与AOI设备的载具之间无缝隙搭载；返回S1循环执行S1-S3直至假缺陷点位不超标进入S4。

横线类假缺陷具有不确定性，同一块Mask基板多次扫描，出现横线类假缺陷的位置和数量都有明显的差别，扫描完成后发现AOI系统设备的载具(Loader)位置的角度值(Rotation)发生明显变化；这说明Mask基板在扫描过程中，其绝对位置发生了变化，而该变化产生的原因是由于AOI系统设备的载具(Loader)夹住Mask基板的位置和状态未达到最佳状态，因此需要适当的调整Mask上版的位置，以确保扫描过程中Mask基板的运动不会导致其绝对位置的变化。

为使Mask基板的上版位置和状态达到最佳，通过机械手臂(AGV)重新调整Mask上版位置以及AOI系统的设备自动调整夹具(Clamp)，确保Mask基板与载具(Loader)、自动调整夹具(Clamp)之间无缝隙搭载，并在此处位置做好标记，使Mask基板在AOI系统的载具上处于最稳定的位置，从而保证Mask基板在扫描过程中不会发生位置的变化。

进一步优化方案为，当假缺陷点位是边缘类假缺陷点位时，假缺陷点位筛除方法为：

重新设置AOI系统的Scale Factor扫描参数值；返回S1循环执行S1-S3直到假缺陷点位不超标进入S4。

边缘类假缺陷主要涉及设备的AOI扫描参数(Scale Factor)，此参数值表征AOI扫描图形的缩放比例，若Mask基板在预扫描结束后，扫描图形上出现边缘类假缺陷，则表示此次预扫描中Scale Factor的设定值与本次扫描匹配度差或不匹配，需要通过多次重做预扫描来调整Scale Factor的设定值。

目前AOI设备每完成一次产品预扫描，系统计算出一组新的Scale Factor值。因此，通过多次设置及测试产品预扫描，不断更新和优化扫描参数Scale Factor的设定值，直到产品的扫描图形上出现极少量边缘类假缺陷，甚至不出现边缘类假缺陷。

进一步优化方案为，当假缺陷点位是角落类假缺陷点位时，假缺陷点位筛除方法为：先调整初步缺陷标记参数，再改变AOI扫描过程Mask基板运动依附平台的局部温度。

进一步优化方案为，调整初步缺陷标记参数具体方法为：在对Mask基板扫描图形进行初步缺陷标记时，将Mask基板扫描图形和Mask基板标准图像在Y方向的偏差阈值缩小到原来的二分之一。

进一步优化方案为，AOI扫描过程Mask基板的运动依附平台为大理石，在大理石下方有至少4个温控模块，调节各温控模块的温度以改变大理石的局部温度。

角落类假缺陷的产生来源于Mask基板扫描图形与GDS文件的Mask基板标准图像不完全重叠，两者存在偏差。通过多次分析其它不同mask基板的扫描结果发现规律，最终确定角落类假缺陷的原因为Mask基板扫描图形与GDS文件的Mask基板标准图像在Y方向上存在偏差。

更改软件设置，将Mask基板扫描图形和Mask基板标准图像在Y方向的偏差阈值缩小到原来的二分之一；在进行预扫描时，如果Mask基板扫描图形和Mask基板标准图像超过阈值，则系统会根据预扫描结果指令载具Loader自动进行Rotation的角度调整。

如果两者刚好存在的偏差刚好在阈值内，系统将判定此次预扫描是合格的，不需要进行Loader位置Rotation的角度调整，但随着扫描范围的增加，Mask基板扫描图形和Mask基板标准图像在Y方向上偏差将会越来越大；因此，在扫描到Mask基板的结束部分时，可能Y方向的偏差就会超过阈值，甚至会更大。

因此将Y方向的偏差阈值减半，当偏差值超过新的阈值时，系统就会指令Loader自动调整Rotation的角度值。由于预扫描时Y方向的偏差值控制得更小，在扫描到结束部分时，Y方向的偏差值同样比之前更小，因此达到减少Mask基板AOI假缺陷的数量的目的。

AOI扫描过程中，Mask基板的运动依附在大理石平台上，若大理石表面的平坦度较差，越靠近Mask基板顶部区域的Y方向的偏移量就越大，而角落类的假缺陷多出现在G8/G10等大尺寸Mask基板的顶部，也就是AOI扫描快结束的位置；因此，根据热胀冷缩的原理，可通过调整大理石的局部温度以达到提高大理石表面平坦度的目的。

进一步优化方案为，当假缺陷点位数量至少小于300个时，判定为未超标。

基于上述基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法，本方案提供一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测系统，包括：

扫描模块，扫描待检测的Mask基板得到Mask基板扫描图形；

初步缺陷点标记模块，对Mask基板扫描图形进行初步缺陷标记获得初步缺陷点位信息；复检模块，根据初步缺陷点位信息对每个初步缺陷点位进行复检筛选出假缺陷点位

判定筛除模块判断假缺陷点位数量是否超标：若是，则先判断出假缺陷点位的类型，再根据假缺陷点位的类型进行假缺陷点位筛除；否则，输出模块保留并记录缺陷点位信息。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法及系统，对Mask基板的上版位置、关键工艺参数以及设备状态等多个方面全面分析了掩模版AOI假缺陷的产生原因，并针对三类假缺陷分别提出切实有效的改善对策，整体上实现方法简单可靠，能够创造较大的经济效益。

2、本发明一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法及系统，有效解决掩模版AOI假缺陷率高的问题，同时大幅度减少人力，实现缩短产品制造周期、提高设备稳定性；

3、本发明一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法及系统，突破掩模版制造过程中缺陷控制的难点，还在设备软件及硬件上进一步掌握了掩模版缺陷扫描技术，有效提升了掩模版制造精度和产品质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明掩模版AOI横线类假缺陷检测方法流程示意图；

图2为检测到的横线类假缺陷示意图；

图3为本发明掩模版AOI边缘类假缺陷检测方法流程示意图；

图4为检测到的边缘类假缺陷示意图；

图5为本发明掩模版AOI角落类假缺陷检测方法流程示意图；

图6为检测到的角落类假缺陷示意图；

图7为Mask基板的运动依附平台局部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，本实施例基于本发明提供关于掩模版AOI横线类假缺陷检测方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、扫描待检测的Mask基板得到Mask基板扫描图形；

S2、基于Mask基板扫描图形和Mask基板标准图像对Mask基板扫描图形进行初步缺陷标记获得初步缺陷点位信息；

S3、根据初步缺陷点位信息对每一个初步缺陷点位进行复检(Review)；

S4、若根据复检结果判定此次AOI假缺陷的总数量在正常范围内(DEF Total≤300)，则执行S5；若AOI横线类假缺陷的数量超标(DEF Total＞300)，则执行S1；

S5、完成对所有缺陷点位复检，并记录缺陷点位坐标、尺寸以及缺陷类型等信息。

对AOI横线类假缺陷数量超标的改善对策包括以下步骤：

根据扫描图像判定假缺陷类型是否为蓝色横线类假缺陷，若确定为横线类假缺，(如图2所示，整个扫描的板面内包括3个主图形区域，虚线框内即为横线类假缺)，则主要通过机械手臂(AGV)重新调整Mask基板的上版位置以及AOI设备自动调整夹具(Clamp)，确保Mask基板与设备Loader、Clamp之间无缝隙搭载，使Mask基板在AOI设备的Loader上处于最稳定的位置，从而保证Mask基板在扫描过程中不会发生位置的变化。

再次返回执行S1，确保AOI假缺陷总数量在正常范围内。

执行上述改善对策后，产品的AOI扫描图像未发现横线类假缺陷且DEF Total≤50(缺陷总数)，有效控制了掩模版AOI横线类假缺陷。

实施例2

如图3所示，本实施例基于本发明提供关于掩模版AOI边缘类假缺陷检测方法，包括以下步骤：

S1、扫描待检测的Mask基板得到Mask基板扫描图形；

S2、基于Mask基板扫描图形和Mask基板标准图像对Mask基板扫描图形进行初步缺陷标记获得初步缺陷点位信息；

S3、根据初步缺陷点位信息对每一个初步缺陷点位进行复检(Review)；

S4、若根据复检结果判定此次AOI假缺陷的总数量在正常范围内(DEF Total≤300)，则执行S5；若AOI边缘类假缺陷的数量超标(DEF Total＞300)，则返回S1；

S5、完成对所有缺陷点位复检，并记录缺陷点位坐标、尺寸以及缺陷类型等信息。

如上述实施例所述，对AOI边缘类假缺陷数量超标的改善对策为：

根据扫描图像判定假缺陷类型是否为蓝色边缘类假缺陷，若确定为边缘类假缺(如图4所示，整个扫描的板面内包括3个主图形区域，圆框内即为边缘类假缺)，则主要通过重新设置AOI扫描参数值(Scale Factor)确保该参数值与本次扫描状态相匹配；再次返回执行S1，确保AOI假缺陷总数量在正常范围内。

执行上述改善对策后，产品的AOI扫描图像发现少量蓝色边缘类假缺陷且DEFTotal≤50(缺陷总数)，有效控制了掩模版AOI蓝色横线类假缺陷。

实施例3

如图5所示，本实施例基于本发明提供关于掩模版AOI角落类假缺陷检测方法，包括以下步骤：

S1、扫描待检测的Mask基板得到Mask基板扫描图形；

S2、基于Mask基板扫描图形和Mask基板标准图像对Mask基板扫描图形进行初步缺陷标记获得初步缺陷点位信息；

S3、根据初步缺陷点位信息对每一个初步缺陷点位进行复检(Review)；

S4、若根据复检结果判定此次AOI假缺陷的总数量在正常范围内(DEF Total≤300)，则执行S5；若AOI角落类假缺陷的数量超标(DEF Total＞300)，则返回S1；

S5、完成对所有缺陷点位复检，并记录缺陷点位坐标、尺寸以及缺陷类型等信息。

如上述实施例所述，对AOI角落类假缺陷数量超标的改善对策包括：

根据Mask基板扫描图形判定假缺陷类型是否为蓝色角落类假缺陷，若确定为角落类假缺陷(如图6所示，整个扫描的板面内包括3个主图形区域，圆框内即为角落类假缺，角落类假缺主要集中在主图形区域的边角处。)，则主要通过更改软件设置，将Mask基板扫描图形和Mask基板标准图像在Y方向上的偏差阈值由1μm更改为0.5μm，从而减小AOI扫描过程中Y方向的偏差值；

如图7所示，AOI扫描过程Mask基板的运动依附平台为大理石，在大理石下方有4个温控模块(温控模块A、温控模块B、温控模块C、温控模块D)，调节各温控模块的温度以改变大理石的局部温度，由最初的(A：-0.5℃B：0℃C：0.5℃D：0.5℃)更改为(A：-0.25℃B：0℃C：0.25℃D：0.5℃)，从而有效提高大理石表面的平坦度，控制Mask基板在运动在过程中Y方向的偏移量；再次返回S1，确保AOI假缺陷总数量在正常范围内。

行上述改善对策后，产品的AOI蓝色角落类假缺陷的DEF Total(缺陷总数)由448(个)降低至226(个)，有效改善了掩模版AOI蓝色角落类假缺陷。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法，其特征在于，包括步骤：

S1、扫描待检测的Mask基板得到Mask基板扫描图形；

S2、基于Mask基板扫描图形和Mask基板标准图像对Mask基板扫描图形进行初步缺陷标记获得初步缺陷点位信息；

S3、根据初步缺陷点位信息对每个初步缺陷点位进行复检，筛选出假缺陷点位并判断假缺陷点位数量是否超标：若是，则先判断出假缺陷点位的类型，再根据假缺陷点位的类型进行假缺陷点位筛除；否则，剔除假缺陷点位信息后进入S4；

S4、保留记录缺陷点位信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法，其特征在于，步骤S2具体包括：

用Mask基板标准图像与Mask基板扫描图形进行对比；

将Mask基板扫描图形与Mask基板标准图像不匹配的点位标记为初步缺陷点位，并记录初步缺陷点位的坐标信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测的方法，其特征在于，所述假缺陷点位包括：横线类假缺陷点位、边缘类假缺陷点位和角落类假缺陷点位。

4.根据权利要求3所述的一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法，其特征在于，当判断出假缺陷点位是横线类假缺陷点位时，假缺陷点位筛除方法为：

调整Mask基板的上版位置和AOI设备的夹具位置，确保Mask基板与AOI设备的夹具之间、Mask基板与AOI设备的载具之间无缝隙搭载；返回S1循环执行S1-S3直至假缺陷点位不超标进入S4。

5.根据权利要求3所述的一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法，其特征在于，当假缺陷点位是边缘类假缺陷点位时，假缺陷点位筛除方法为：

重新设置AOI系统的Scale Factor扫描参数值；返回S1循环执行S1-S3直到假缺陷点位不超标进入S4。

6.根据权利要求3所述的一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法，其特征在于，当假缺陷点位是角落类假缺陷点位时，假缺陷点位筛除方法为：先调整初步缺陷标记参数，再改变AOI扫描过程Mask基板运动依附平台的局部温度。

7.根据权利要求6所述的一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法，其特征在于，调整初步缺陷标记参数具体方法为：在对Mask基板扫描图形进行初步缺陷标记时，将Mask基板扫描图形和Mask基板标准图像在Y方向的偏差阈值缩小到原来的二分之一。

8.根据权利要求6所述的一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法，其特征在于，AOI扫描过程Mask基板的运动依附平台为大理石，在大理石下方有至少4个温控模块，调节各温控模块的温度以改变大理石的局部温度。

9.根据权利要求1所述的一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测的方法，其特征在于，当假缺陷点位数量至少小于300个时，判定为未超标。

10.一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测系统，应用于权利要求1-9的任意一种基于AOI系统的掩模版缺陷检测方法，其特征在于，包括：

扫描模块，扫描待检测的Mask基板得到Mask基板扫描图形；

初步缺陷点标记模块，对Mask基板扫描图形进行初步缺陷标记获得初步缺陷点位信息；

复检模块，根据初步缺陷点位信息对每个初步缺陷点位进行复检筛选出假缺陷点位

判定筛除模块判断假缺陷点位数量是否超标：若是，则先判断出假缺陷点位的类型，再根据假缺陷点位的类型进行假缺陷点位筛除；否则，输出模块保留并记录缺陷点位信息。

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