CN115020261A - 晶圆缺陷检测设备以及晶圆缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于半导体技术领域，具体涉及一种晶圆缺陷检测设备以及晶圆缺陷检测方法，该晶圆缺陷检测设备包括晶圆承载组件、光源组件、光线接收部和处理器，晶圆承载组件设置成用于承载待检测晶圆，光源组件包括至少两个激光光源，且至少两个激光光源的波长不同，光源组件设置成向待检测晶圆发射入射光线，入射光线经待检测晶圆形成出射光线，光线接收部设置成接收出射光线，处理器与光线接收部电连接，处理器设置成对出射光线进行处理以确定待检测晶圆是否存在缺陷。根据发明实施例的晶圆缺陷检测设备，综合了灯源和激光的优势的晶圆缺陷检测设备，既保证了对晶圆缺陷的全面检测，也保证了对特定种类的缺陷的检测能力。

Description

晶圆缺陷检测设备以及晶圆缺陷检测方法

技术领域

本申请属于半导体技术领域，具体涉及一种晶圆缺陷检测设备以及晶圆缺陷检测方法。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。在硅晶片上可加工、制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的集成电路产品。

制造过程中采用“检查和观察”处理过程，利用缺陷图，在实施重新检测过程之后，明确地指出存在缺陷，再对各个缺陷位置实施更仔细的观察过程，例如，利用扫描电子显微镜产生相对高分辨率的图像。然后，对缺陷图像进行分析以确定缺陷的性质，例如不良图形、颗粒或划痕。

目前的检查技术通常利用灯源或激光对被检查晶片进行扫描。使用灯源的缺陷检测设备的波长范围广泛，能够对晶圆上的缺陷进行更加全面的检测。使用激光的缺陷检测设备光强度高，对于特定种类的缺陷的检测能力要高于灯源的检测能力，但波长不可改变，只能使用单一波长。

发明内容

本申请的第一方面提出了一种晶圆缺陷检测设备，包括：

晶圆承载组件，所述晶圆承载组件设置成用于承载待检测晶圆；

光源组件，所述光源组件包括至少两个激光光源，且至少两个所述激光光源的波长不同，所述光源组件设置成向所述待检测晶圆发射入射光线，所述入射光线经所述待检测晶圆形成出射光线；

光线接收部，所述光线接收部设置成接收所述出射光线；

处理器，所述处理器与所述光线接收部电连接，所述处理器设置成对所述出射光线进行处理以确定所述待检测晶圆是否存在缺陷。

根据本申请实施例的晶圆缺陷检测设备，本申请实施例提出了一种综合了灯源和激光的优势的晶圆缺陷检测设备，既保证了对晶圆缺陷的全面检测，也保证了对特定种类的缺陷的检测能力。具体的，将待检测晶圆放置在晶圆承载组件上，开启光源组件，使光源组件向待检测晶圆发射入射光线，光源组件包括至少两个激光光源，且每一个激光光源的波长均不相同，至少两个不同波长的激光光源组合可以达到使用灯源进行检测的效果，保证检测时的全面性，需要对特定种类的缺陷进行检测时，可以开启其中的一个或几个激光光源，提高波长与缺陷之间的匹配度，进而提高检测能力。通过光线对待检测晶圆的表面和内部的缺陷进行检测，无需对待检测晶圆进行破坏性检测，以使通过检测的晶圆能够进入到下一工序中继续加工。

本申请的第二方面提出了一种晶圆缺陷检测方法，包括：

将待检测晶圆放置在晶圆承载组件上；

控制光源组件向所述待检测晶圆发射至少两束波长不同的入射光线，所述入射光线经过所述待检测晶圆形成出射光线；

控制光线接收部接收所述出射光线；

控制处理器对所述出射光线进行处理；

根据所述出射光线不满足预设条件，确定所述待检测晶圆存在缺陷。

根据本实施例的晶圆缺陷检测方法，本申请实施例提出了一种综合了灯源和激光的优势的晶圆缺陷检测方法，既保证了对晶圆缺陷的全面检测，也保证了对特定种类的缺陷的检测能力。具体的，将待检测晶圆放置在晶圆承载组件上，开启光源组件，使光源组件向待检测晶圆发射入射光线，光源组件包括至少两个激光光源，且每一个激光光源的波长均不相同，至少两个不同波长的激光光源组合可以达到使用灯源进行检测的效果，保证检测时的全面性，需要对特定种类的缺陷进行检测时，可以开启其中的一个或几个激光光源，提高波长与缺陷之间的匹配度，进而提高检测能力。通过光线对待检测晶圆的表面和内部的缺陷进行检测，无需对待检测晶圆进行破坏性检测，以使通过检测的晶圆能够进入到下一工序中继续加工。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请实施例的晶圆缺陷检测设备的示意图；

图2为本申请实施例的晶圆缺陷检测方法的流程图。

附图标记：

1、晶圆承载组件；

2、光源组件；21、第一激光源；22、第二激光源；23、第三激光源；

3、光线接收部；

4、第一分光镜；

5、第二分光镜；

6、待检测晶圆。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1所示，本申请的实施例提供了一种晶圆缺陷检测设备，包括：

晶圆承载组件1，所述晶圆承载组件1设置成用于承载待检测晶圆6；

光源组件2，所述光源组件2包括至少两个激光光源，且所述激光光源的波长不同，所述光源组件2设置成向所述待检测晶圆6发射入射光线，所述入射光线经所述待检测晶圆6形成出射光线；

光线接收部3，所述光线接收部3设置成接收所述出射光线；

处理器，所述处理器与所述光线接收部3电连接，所述处理器设置成对所述出射光线进行处理以确定所述待检测晶圆6是否存在缺陷。

根据本申请实施例的晶圆缺陷检测设备，晶圆上的缺陷有内部析出物、空洞缺陷、弯曲缺陷、表面颗粒、表层裂缝等。现有技术中对晶圆进行缺陷检测时采用灯源或激光单独进行检测。一般来说，波长越短，检测能力越强，在对于部分缺陷来说，波长越长，检测能力越强。因此，使用灯源的缺陷检测设备的波长范围广泛，能够对晶圆上的缺陷进行更加全面的检测，可以根据缺陷的种类使用滤波片，波长范围在260nm-450nm之间。使用激光的缺陷检测设备光强度高，对于特定种类的缺陷的检测能力要高于灯源的检测能力，但波长不可改变，只能使用单一波长。两种光源均具有优势和劣势，因此，本申请实施例提出了一种综合了灯源和激光的优势的晶圆缺陷检测设备，既保证了对晶圆缺陷的全面检测，也保证了对特定种类的缺陷的检测能力。具体的，将待检测晶圆6放置在晶圆承载组件1上，开启光源组件2，使光源组件2向待检测晶圆6发射入射光线，光源组件2包括至少两个激光光源，且每一个激光光源的波长均不相同，至少两个不同波长的激光光源组合可以达到使用灯源进行检测的效果，保证检测时的全面性，需要对特定种类的缺陷进行检测时，可以开启其中的一个或几个激光光源，提高波长与缺陷之间的匹配度，进而提高检测能力。通过光线对待检测晶圆的表面和内部的缺陷进行检测，无需对待检测晶圆进行破坏性检测，以使通过检测的晶圆能够进入到下一工序中继续加工。

通过本申请实施例的晶圆缺陷检测设备进行检测，能够实时对晶圆进行批量化检测，有利于缩短半导体器件的制程周期，降低投入成本。

其中，对待检测晶圆6的缺陷检测可以是在每一工序后均进行，也可以是在某些关键工序后进行，从而能够实现缺陷的及时发现并对前一工序进行检查和改进。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，光源组件2包括至少两个激光光源，激光光源一般为激光器。在对待检测晶圆6进行缺陷检测时，可以选择侧重点为全面检测，也可以选择侧重点为特定种类的单一检测，针对不同侧重点的检测，可以选择开启一个、两个或多个激光光源。当开启一个激光光源时，可以为至少两个激光光源中的任意一个，根据特定种类的缺陷选择性开启对应波长的激光光源。例如，针对于弯曲型缺陷，保持光强度不变，波长与检测到的弯曲型缺陷数量成正相关，波长越长，检测能力就越强。针对于空隙型缺陷，保持光强度不变，波长与检测到的空隙型缺陷数量成负相关，波长越短，检测能力就越强。保持波长不变，光强度与检测到的空隙性缺陷的数量成正相关，光强度越高，检测能力就越强。当开启两个激光光源时，可以为至少两个激光光源中的任意两个，两个激光光源的波长不同，可以达到使用灯源检测的效果。当开启三个或三个以上的激光光源时，可以为至少两个激光光源中的任意三个或三个以上，三个或三个以上的激光光源的波长彼此各不相同，可以达到使用灯源检测的效果。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，光源组件2还包括第一分光镜4，第一分光镜4设置成改变入射光线的入射角度。通过第一分光镜4改变了激光光源的激光传播方向，便于对光源组件2的位置进行布置。光源组件2发射的入射光线经过第一分光镜4分为两部分，第一部分被第一分光镜4反射到待检测晶圆6上，另一部分折射穿过第一分光镜4射出，反射到待检测晶圆6上的部分被待检测晶圆6反射形成出射光线并传播至光线接收部3，光线接收部3接收出射光线，处理器对出射光线进行处理，根据处理结构就可以确认待检测晶圆6是否存在缺陷。

其中，第一分光镜4的角度与光源组件2的位置、待检测晶圆6的位置、入射光线的入射角、出射光线的出射角和光线接收部3的布置有关，只要能实现光线的正确传播即可，在此对第一分光镜4的角度不做限定。另外，第一分光镜4还可以设置为角度可调式，根据不同的检测需求，可以改变第一分光镜4的角度。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，光源组件2还包括第二分光镜5，第二分光镜5设置成改变出射光线的出射角度。通过第二分光镜5改变了出射光线的激光传播方向，便于对光线接收部3的位置进行布置。反射到待检测晶圆6上的部分被待检测晶圆6反射形成出射光线，出射光线传播至第二分光镜5，第二分光镜5使出射光线再次被反射，最终传播至光线接收部3，光线接收部3接收出射光线，处理器对出射光线进行处理，根据处理结构就可以确认待检测晶圆6是否存在缺陷。

其中，第二分光镜5的角度与待检测晶圆6的位置、出射光线的入射角、出射光线的出射角和光线接收部3的布置有关，只要能实现光线的正确传播即可，在此对第二分光镜5的角度不做限定。另外，第二分光镜5还可以设置为角度可调式，根据不同的检测需求，可以改变第二分光镜5的角度。

在本申请的一些实施例中，根据前文所述，光源组件2包括至少两个激光光源，下面举例具体说明。如图1所示，光源组件2包括三个激光光源，分别为第一激光光源21、第二激光光源22和第三激光光源23，第三激光光源23、第二激光光源22与第一激光光源21的入射光线彼此平行，且三者的波长彼此不同。第一激光光源21、第二激光光源22和第三激光光源23发射的入射光线的部分均被第一分光镜4反射至待检测晶圆6上，反射到待检测晶圆6上的部分被待检测晶圆6反射形成出射光线并传播至第二分光镜5，经过第二分光镜5的反射出射光线传播至光线接收部3，光线接收部3接收出射光线，处理器对出射光线进行处理，根据处理结构就可以确认待检测晶圆6是否存在缺陷。第一激光光源21、第二激光光源22和第三激光光源23的波长彼此不同，三者同时开启时，组合起来可以看作是一个灯源，能够实现对待检测晶圆6的全面检测，单独看一个激光光源，可以实现对待检测晶圆6上特定种类的缺陷的检测。

在本申请的一些实施例中，根据前文所述，波长的长短对不同类型的缺陷的检测能力是不同的，因此，在一个实施例中，第三激光光源23、第二激光光源22与第一激光光源21的波长在150nm-800mn之间。若三个激光光源的检测能力还不足以满足检测需求，还可以设置调制器来改变入射光线的功率、光强度、偏振参数和焦距等信息。光源组件2中至少要包括波长为266nm和365nm的激光光源。

在本申请的一些实施例中，光源组件2、第一分光镜4和第二分光镜5的角度影响最终检测设备的布局和整个半导体器件生产线的布局，在一个实施例中，第一分光镜4与竖直方向之间的夹角为45°，第二分光镜5与竖直方向之间的夹角为45°，第三激光光源23、第二激光光源22与第一激光光源21的入射光线与水平方向平行，便于第一激光光源21、第二激光光源22、第三激光光源23、第一分光镜4和第二分光镜5的安装定位。

在本申请的一些实施例中，光线接收部3一般为光电传感器。

在本申请的一些实施例中，晶圆承载组件1除了用于承载待检测晶圆6，作为检测平台，还需要改变缺陷检测过程中待检测晶圆6的位置。因此，晶圆承载组件1包括承载盘、驱动组件和固定件，承载盘连接在驱动组件上，驱动组件用于驱动承载盘运动，固定件连接在承载盘上用于将待检测晶圆6固定在承载盘上防止滑动。固定件可以为真空吸盘，也可以为承载盘边缘设置的卡扣。

如图2所示，本申请的实施例还提供了一种晶圆缺陷检测方法，包括：

将待检测晶圆6放置在晶圆承载组件1上；

控制光源组件2向待检测晶圆6发射至少两束波长不同的入射光线，入射光线经过待检测晶圆6形成出射光线；

控制光线接收部3接收出射光线；

控制处理器对出射光线进行处理；

根据出射光线不满足预设条件，确定待检测晶圆6存在缺陷。

根据本实施例的晶圆缺陷检测方法，本申请实施例提出了一种综合了灯源和激光的优势的晶圆缺陷检测方法，既保证了对晶圆缺陷的全面检测，也保证了对特定种类的缺陷的检测能力。具体的，将待检测晶圆6放置在晶圆承载组件1上，开启光源组件2，使光源组件2向待检测晶圆6发射入射光线，光源组件2包括至少两个激光光源，且每一个激光光源的波长均不相同，至少两个不同波长的激光光源组合可以达到使用灯源进行检测的效果，保证检测时的全面性，需要对特定种类的缺陷进行检测时，可以开启其中的一个或几个激光光源，提高波长与缺陷之间的匹配度，进而提高检测能力。通过光线对待检测晶圆6的表面和内部的缺陷进行检测，无需对待检测晶圆6进行破坏性检测，以使通过检测的晶圆能够进入到下一工序中继续加工。

在本申请的一些实施例中，在向待检测晶圆6发射入射光线，入射光线为激光线，通过激光器发出，入射激光线经过待检测晶圆6形成出射光线中，入射激光线为至少两束，且两束入射激光线的波长不同，采用不同波长的入射激光线对待检测晶圆6进行检测，既保证了检测时的全面性，又提高了对特定种类的缺陷的检测能力。更进一步的，至少两束入射激光线彼此平行，保证不同波长的入射激光线的传播不会彼此影响。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种晶圆缺陷检测设备，其特征在于，包括：

晶圆承载组件，所述晶圆承载组件设置成用于承载待检测晶圆；

光源组件，所述光源组件包括至少两个激光光源，且至少两个所述激光光源的波长不同，所述光源组件设置成向所述待检测晶圆发射入射光线，所述入射光线经所述待检测晶圆形成出射光线；

光线接收部，所述光线接收部设置成接收所述出射光线；

处理器，所述处理器与所述光线接收部电连接，所述处理器设置成对所述出射光线进行处理以确定所述待检测晶圆是否存在缺陷。

2.根据权利要求1所述的晶圆缺陷检测设备，其特征在于，所述光源组件还包括第一分光镜，所述第一分光镜设置成改变所述入射光线的入射角度。

3.根据权利要求2所述的晶圆缺陷检测设备，其特征在于，所述光源组件还包括第二分光镜，所述第二分光镜设置成改变所述出射光线的出射角度。

4.根据权利要求3所述的晶圆缺陷检测设备，其特征在于，所述光源组件包括：

第一激光光源；

第二激光光源；

第三激光光源，所述第三激光光源、所述第二激光光源与所述第一激光光源的入射光线彼此平行，且三者的波长彼此不同。

5.根据权利要求4所述的晶圆缺陷检测设备，其特征在于，所述第三激光光源、所述第二激光光源与所述第一激光光源的波长在150nm-800mn之间。

6.根据权利要求4所述的晶圆缺陷检测设备，其特征在于，所述第三激光光源、所述第二激光光源与所述第一激光光源的入射光线与水平方向平行。

7.根据权利要求6所述的晶圆缺陷检测设备，其特征在于，所述第一分光镜与竖直方向之间的夹角为45°，所述第二分光镜与竖直方向之间的夹角为45°。

8.一种晶圆缺陷检测方法，依据权利要求1-7任一项所述的晶圆缺陷检测设备实现，其特征在于，包括：

将待检测晶圆放置在晶圆承载组件上；

控制光源组件向所述待检测晶圆发射至少两束波长不同的入射光线，所述入射光线经过所述待检测晶圆形成出射光线；

控制光线接收部接收所述出射光线；

控制处理器对所述出射光线进行处理；

根据所述出射光线不满足预设条件，确定所述待检测晶圆存在缺陷。

9.根据权利要求8所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，所述入射光线为激光线，且所述入射光线的波长在150nm-800mn之间。

10.根据权利要求8所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，至少两束所述入射激线彼此平行。

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