CN114899121A - 晶圆划伤的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶圆划伤的检测装置，包括上位机、移动平台、暗场光源、扫描单元以及自动对焦单元，移动平台用于承载晶圆，且与上位机电连接，上位机用于控制移动平台移动。暗场光源用于发射暗场光束至移动平台。扫描单元位于晶圆反射的暗场光束的光路上，扫描单元与上位机电连接。自动对焦单元位于晶圆反射的暗场光束的光路上，自动对焦单元与上位机电连接。暗场光束有利于识别晶圆上的细长划痕。自动对焦单元用于通过上位机控制移动平台或者扫描单元移动，以使得晶圆位于扫描单元的焦点上。使用自动对焦单元在检测过程中进行实时对焦处理，从而能够保证扫描单元拍摄图像清晰，保证缺陷的检出。

Description

晶圆划伤的检测装置

技术领域

本发明涉及划伤检测装置技术领域，特别是涉及一种晶圆划伤的检测装置。

背景技术

晶圆是一种重要的基底材料，常用于微纳器件的加工。在其制备的过程中，通常使用机械方法对半导体进行切割，形成晶片，并对其表面进行抛光。然而在这一过程中，可能会对半导体晶片的表面带来损伤，其中一类即为宽度仅为微米至亚微米量级的划伤。这种划伤缺陷特征在于其宽度尺寸较小，但是长度尺寸较长。

现有技术一般采取湿法刻蚀或激光脉冲辐照的方式对划伤缺陷进行检测，但是上述方法容易导致晶圆上的划伤缺陷进一步扩大，使得半导体晶片受到二次损伤。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中对晶圆进行划伤缺陷检测时容易导致的划伤缺陷进一步扩大的问题，提出一种晶圆划伤的检测装置。

一种晶圆划伤的检测装置，包括：

上位机；

移动平台，用于承载晶圆，所述移动平台与所述上位机电连接，所述上位机用于控制所述移动平台移动；

暗场光源，用于发射暗场光束至所述移动平台；

扫描单元，位于晶圆反射的暗场光束的光路上，所述扫描单元与所述上位机电连接；

自动对焦单元，位于晶圆反射的暗场光束的光路上，所述自动对焦单元与所述上位机电连接。

在其中一个实施例中，所述暗场光源与所述扫描单元的相对位置固定，所述暗场光源的聚焦位置与所述扫描单元的焦点位置相同。

在其中一个实施例中，所述暗场光源设置在所述移动平台远离所述扫描单元的一侧。

在其中一个实施例中，所述暗场光源设置在所述移动平台与所述扫描单元之间，所述暗场光源包括第一反射镜、暗场物镜和发射光源，所述第一反射镜和所述暗场物镜依次排列在晶圆反射的暗场光束的光路上，且所述暗场物镜位于所述第一反射镜靠近所述移动平台的一侧，所述第一反射镜用于将所述发射光源发出的光束反射至所述暗场物镜。

在其中一个实施例中，所述第一反射镜为环形结构。

在其中一个实施例中，所述自动对焦单元与所述扫描单元的相对位置固定，所述自动对焦单元的焦点位置与所述扫描单元的焦点位置相同。

在其中一个实施例中，所述检测装置还包括第二反射镜，所述第二反射镜设置在光路上，所述第一反射镜用于将光路上的部分光线反射至所述自动对焦单元。

在其中一个实施例中，所述移动平台能够相对于所述扫描单元移动，所述移动平台相对于所述扫描单元的移动路径包括相互交叉的两组移动线路，每一组所述移动线路包括相互平行的多条移动线路。

在其中一个实施例中，所述移动平台包括X轴移动模组和Y轴移动模组，任意一条所述移动线路分别与所述X轴移动模组相交，以及与所述Y轴移动模组相交，所述X轴移动模组和Y轴移动模组用于同时带动所述晶圆沿所述移动线路移动。

在其中一个实施例中，所述移动平台包括Z轴移动模组，所述X轴移动模组和Y轴移动模组位于所述Z轴移动模组上，所述Z轴移动模组用于通过所述X轴移动模组和Y轴移动模组带动晶圆沿Z轴方向移动。

上述的晶圆划伤的检测装置，通过设置上位机、移动平台、暗场光源、扫描单元以及自动对焦单元。上位机用于规划移动平台的移动路径，并通过该路径控制移动平台移动。当移动平台带动晶圆移动至扫描单元的扫描范围内时，暗场光源发射暗场光束至晶圆，晶圆将暗场光束反射、散射或者衍射，自动对焦单元接收暗场光束，并根据暗场光束判断晶圆是否位于扫描单元的焦点上，若晶圆没有位于扫描单元的焦点上，则自动对焦单元将扫描单元的焦点位置传递至上位机，通过上位机控制移动平台或者扫描单元移动，以使得晶圆位于扫描单元的焦点上。最后扫描单元接收暗场光束，从而能够扫描获取晶圆表面的划伤缺陷。通过设置暗场光源，暗场光束相较于明场光束能够更清楚的区分出大面积均匀结构下的一些细微结构，即有利于识别晶圆上的细长划痕。同时由于扫描单元的景深较小，移动平台及晶圆不能完全保证水平，在移动样品过程中可能会导致扫描单元失焦，无法拍摄清晰的图像。因此设置自动对焦单元，自动对焦单元用于根据反射的暗场光束使用自动对焦单元在检测过程中进行实时对焦处理，从而能够保证扫描单元拍摄图像清晰，保证缺陷的检出。

附图说明

图1为一实施例中的晶圆划伤的检测装置的结构示意图；

图2为另一实施例中的晶圆划伤的检测装置的结构示意图。

附图标记：

100-移动平台；110-晶圆；

200-暗场光源；210-第一反射镜；220-暗场物镜；230-发射光源；

300-扫描单元；

400-自动对焦单元；410-第二反射镜；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1，本发明一实施例提供了一种晶圆110划伤的检测装置，检测装置包括上位机、移动平台100、暗场光源200、扫描单元300以及自动对焦单元400，移动平台100用于承载晶圆110，且与上位机电连接，上位机用于控制移动平台100移动。暗场光源200用于发射暗场光束至移动平台100。扫描单元300位于晶圆110反射的暗场光束的光路上，扫描单元300与上位机电连接。自动对焦单元400位于晶圆110反射的暗场光束的光路上，自动对焦单元400与上位机电连接。

通过设置上位机、移动平台100、暗场光源200、扫描单元300以及自动对焦单元400。上位机用于规划移动平台100的移动路径，并通过该路径控制移动平台100移动。当移动平台100带动晶圆110移动至扫描单元300的扫描范围内时，暗场光源200发射暗场光束至晶圆110，晶圆110将暗场光束反射、散射或者衍射，自动对焦单元400接收暗场光束，并根据暗场光束判断晶圆110是否位于扫描单元300的焦点上，若晶圆110没有位于扫描单元300的焦点上，则自动对焦单元400将扫描单元300的焦点位置传递至上位机，通过上位机控制移动平台100或者扫描单元300移动，以使得晶圆110位于扫描单元300的焦点上。最后扫描单元300接收来自晶圆反射的暗场光束，以扫描获取晶圆110表面的划伤缺陷。通过设置暗场光源，暗场光束相较于明场光束能够更清楚的区分出大面积均匀结构下的一些细微结构，即有利于识别晶圆110上的细长划痕。同时由于扫描单元300的景深较小，移动平台100及晶圆110不能完全保证水平，在移动样品过程中可能会导致扫描单元300失焦，无法拍摄清晰的图像。因此设置自动对焦单元400，自动对焦单元400用于根据反射的暗场光束使用自动对焦单元400在检测过程中进行实时对焦处理，从而能够保证扫描单元300拍摄图像清晰，保证缺陷的检出。

在一些实施例中，自动对焦单元400用于通过上位机控制移动平台100或者扫描单元300移动，以使得晶圆110始终位于扫描单元300的焦点位置。但是，当移动平台100移动时，则会导致暗场光源200的聚焦位置不在移动平台100上，从而容易引起由于光线不足导致无法识别划伤缺陷。因此在本实施例中，暗场光源200与扫描单元300的位置固定，暗场光源200的聚焦位置位于扫描单元300的焦点位置上。即通过自动对焦单元400的自动对焦作用，在使得晶圆110位于扫描单元300的焦点位置上的同时，也位于暗场光源200的聚焦位置，从而能够进一步保证了本申请的检测装置对划伤缺陷的检测的准确性。

在一些实施例中，暗场光源200设置在移动平台100远离扫描单元300的一侧。

在本实施例中，暗场光源200的形成过程为：平行光线首先经过环行遮光板，在环行遮光板的作用下中心部分光线被遮去，穿过环行遮光板的光线成空心圆筒形光束，空心圆筒形光束再射入聚光透镜进行聚焦以形成暗场光源200。暗场光源200从晶圆110的一侧聚焦在晶圆110上，一些光线被反射、散射或者衍射，并从晶圆110的另一侧进入扫描单元300，从而使得扫描单元300接收暗场光线从而获得晶圆110表面图像信息。

在另外一些实施例中，暗场光源200设置在移动平台100与扫描单元300之间，暗场光源200包括第一反射镜210、暗场物镜220和发射光源230，第一反射镜和暗场物镜220依次排列在反射的暗场光束的光路上，且暗场物镜220位于第一反射镜靠近移动平台100的一侧，第一反射镜用于将发射光源230发出的光束反射至暗场物镜220。

在本实施例中，暗场物镜220包括环形透光壳体、设置在环形透光壳体内的物镜以及设置在环形透光壳体底部的空心圆锥，来自发射光源230的平行光线经过第一反射镜的反射后，照射至环形透光壳体内，并经过空心圆锥聚焦于晶圆110上。其中一些光线被反射、散射或者衍射，并从晶圆110的另一侧进入扫描单元300，从而使得扫描单元300接收暗场光线从而获得晶圆110表面图像信息。

进一步的，第一反射镜为环形结构。环形结构的第一反射镜能够反射环形光束至环形透光壳体内，而位于环形结构内的其他光线则直接不能被反射，即能够保证进入暗场物镜220中的光束为环形光束。

在一些实施例中，检测装置还包括第二反射镜410，第二反射镜410设置在光路上。

在本实施例中，自动对焦单元400的焦点位置与扫描单元300的焦点位置一致，第一反射镜用于将光路上的部分光线反射至自动对焦单元400，从而使得自动对焦单元400获取晶圆110的位置信息，进而判断出晶圆110是否位于自动对焦单元400或扫描单元300的焦点位置，若晶圆110没有位于扫描单元300的焦点上，则自动对焦单元400将扫描单元300的焦点位置传递至上位机，通过上位机控制移动平台100或者扫描单元300移动，以使得晶圆110位于扫描单元300的焦点上。

其中自动对焦单元可以使用与相机成像装置共同使用、基于图像处理方式的被动式自动对焦方法，或利用激光光束进行直接对焦检测的主动式自动对焦方法，或是以上两种方法的结合。具体的，自动对焦单元可以利用4f光路投影的网络/结构光图像进行图像处理对焦，利用激光像散模块判断样品位置进行自动对焦。

上位机用于规划移动平台100的移动路径，并通过该路径控制移动平台100移动，以使得扫描单元300能够在晶圆110上的任意指定位置进行扫描，以检测该位置上是否存在划伤缺陷。其中使用检测装置可以对晶圆的全部区域进行扫描，或选取一定的区域对晶圆进行抽样扫描，并评估划伤缺陷在此晶圆上的概率。

在一些实施例中，由于扫描单元300对晶圆110进行全面扫描，花费时长较多，导致检测效率低下，因此本实施例中采用检测装置对晶圆进行抽样扫描的方式。具体的，扫描单元300、暗场光源200以及自动对焦单元400的位置固定，移动平台100能够相对于扫描单元300移动，移动平台100相对于扫描单元300的移动路径包括相互交叉的两组移动线路，每一组移动线路包括相互平行的多条移动线路。进一步的，每一组移动线路包括相互平行的两条移动线路，且其中一组移动线路中的移动线路与另一组移动线路中的移动线路垂直，即四条移动线路形成井字形结构。

在本实施例中，移动平台100仅需带动晶圆110依次沿四条移动线路移动即可。且经计算当任意一个移动线路到晶圆110直径之间的距离与晶圆110半径之比为25％-27％，划伤特征被检出的概率可高达88.8％。即通过采用井字型结构的预设扫描路径，在节约大量扫描时间的情况下，还能获得较高的被检出概率。

进一步的，移动平台100包括X轴移动模组和Y轴移动模组，任意一条移动线路分别与X轴移动模组相交，以及与Y轴移动模组相交，X轴移动模组和Y轴移动模组用于同时带动晶圆110沿移动线路移动。

在本实施例中，由于移动线路同时与X轴移动模组和Y轴移动模组相交，因此，当移动平台100带动晶圆110移动时，需要X轴移动模组和Y轴移动模组同时运动，从而使得晶圆110能够沿移动线路移动。相对于仅依靠X轴移动模组或Y轴移动模组带动晶圆110移动的情况，X轴移动模组和Y轴移动模组同时运动能够增加晶圆110的移动速度，从而能够加快扫描速度。

具体的，移动平台100包括Z轴移动模组，X轴移动模组和Y轴移动模组位于Z轴移动模组上，Z轴移动模组用于通过X轴移动模组和Y轴移动模组带动晶圆110沿Z轴方向移动。当自动对焦单元400检测到晶圆110不位于扫描单元300的焦点上时，上位机控制Z轴移动模组带动晶圆110沿Z轴方向移动，从而将晶圆110移动至扫描单元300的焦点位置后，扫描单元300再对晶圆110表面进行扫描，从而能够保证检测装置对划伤缺陷检测的准确性。

在另外一些实施例中，还可以是扫描单元300、暗场光源200以及自动对焦单元400之间的相对位置固定，扫描单元300、暗场光源200以及自动对焦单元400能够沿晶圆110的径向运动，同时，移动平台100为可升降的旋转台，晶圆110设置在旋转台上，移动平台100用于带动晶圆110转动。移动平台100带动晶圆110转动，同时扫描单元300、暗场光源200以及自动对焦单元400沿晶圆的径向运动，即可实现扫描单元300对晶圆110上的任意位置的缺陷扫描。通过移动平台100的升降可以调节晶圆110到扫描单元300的距离，从而便于将晶圆110调整至位于扫描单元300的焦点位置。

在其他一些实施例中，还可以是，晶圆110的位置固定，扫描单元300、暗场光源200以及自动对焦单元400之间的相对位置固定，且扫描单元300、暗场光源200能够分别在X轴、Y轴以及Z轴，以实现扫描单元300对晶圆110上的任意位置的缺陷扫描，以及对晶圆110与扫描单元300的相对位置的调节，以便于将晶圆110调整至位于扫描单元300的焦点位置。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种晶圆划伤的检测装置，其特征在于，包括：

上位机；

移动平台，用于承载晶圆，所述移动平台与所述上位机电连接，所述上位机用于控制所述移动平台移动；

暗场光源，用于发射暗场光束至所述移动平台；

扫描单元，位于晶圆反射的暗场光束的光路上，所述扫描单元与所述上位机电连接；

自动对焦单元，位于晶圆反射的暗场光束的光路上，所述自动对焦单元与所述上位机电连接。

2.根据权利要求1所述的晶圆划伤的检测装置，其特征在于，所述暗场光源与所述扫描单元的相对位置固定，所述暗场光源的聚焦位置与所述扫描单元的焦点位置相同。

3.根据权利要求1所述的晶圆划伤的检测装置，其特征在于，所述暗场光源设置在所述移动平台远离所述扫描单元的一侧。

4.根据权利要求1所述的晶圆划伤的检测装置，其特征在于，所述暗场光源设置在所述移动平台与所述扫描单元之间，所述暗场光源包括第一反射镜、暗场物镜和发射光源，所述第一反射镜和所述暗场物镜依次排列在晶圆反射的暗场光束的光路上，且所述暗场物镜位于所述第一反射镜靠近所述移动平台的一侧，所述第一反射镜用于将所述发射光源发出的光束反射至所述暗场物镜。

5.根据权利要求4所述的晶圆划伤的检测装置，其特征在于，所述第一反射镜为环形结构。

6.根据权利要求1所述的晶圆划伤的检测装置，其特征在于，所述自动对焦单元与所述扫描单元的相对位置固定，所述自动对焦单元的焦点位置与所述扫描单元的焦点位置相同。

7.根据权利要求1所述的晶圆划伤的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括第二反射镜，所述第二反射镜设置在光路上，所述第一反射镜用于将光路上的部分光线反射至所述自动对焦单元。

8.根据权利要求1所述的晶圆划伤的检测装置，其特征在于，所述移动平台能够相对于所述扫描单元移动，所述移动平台相对于所述扫描单元的移动路径包括相互交叉的两组移动线路，每一组所述移动线路包括相互平行的多条移动线路。

9.根据权利要求8所述的晶圆划伤的检测装置，其特征在于，所述移动平台包括X轴移动模组和Y轴移动模组，任意一条所述移动线路分别与所述X轴移动模组相交，以及与所述Y轴移动模组相交，所述X轴移动模组和Y轴移动模组用于同时带动所述晶圆沿所述移动线路移动。

10.根据权利要求9所述的晶圆划伤的检测装置，其特征在于，所述移动平台包括Z轴移动模组，所述X轴移动模组和Y轴移动模组位于所述Z轴移动模组上，所述Z轴移动模组用于通过所述X轴移动模组和Y轴移动模组带动晶圆沿Z轴方向移动。

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