CN116840260B - 晶圆表面缺陷检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种晶圆表面缺陷检测方法及装置，该方法包括：产生检测光束，压缩检测光束，形成窄线条状光斑；将窄线条状光斑从不同方向投影成像至待测晶圆表面的预设区域，发生干涉，形成窄线形干涉条纹；依次移动待测晶圆的位置，通过窄线形干涉条纹对待测晶圆表面全部区域进行扫描，获得周期性散射信号；通过线阵相机将周期性散射信号离散化，获得时域散射信号；对时域散射信号进行傅里叶变换或混频匹配，获取待测晶圆表面的缺陷信息。

Description

晶圆表面缺陷检测方法及装置

技术领域

本公开涉及光学测量技术领域，具体涉及一种晶圆表面缺陷检测方法及装置。

背景技术

晶圆表面缺陷在线检测既要求达到较高的检测灵敏度，又要求达到量产的检测速度。通常采用激光暗场扫描的方法，即采用单束激光进行扫描，当存在表面缺陷时，会产生散射，探测器通过收集散射光来获得缺陷大小及定位信息，但随着集成电路节点尺寸的进一步微缩，需检测的缺陷尺寸也越来越小，同时，速度要求也越来越高。当缺陷尺寸减小时，其散射信号成指数衰减，当缺陷引起的散射信号达到极限时，即散射信号淹没在噪声里，这时传统暗场散射的方法将无法检测到缺陷信息。而专利CN103018258B提出的利用结构光照明的方法，采用光电探测器，并将照明光斑投射为长轴100-1000μm，短轴为15-100μm的椭圆形状，在该椭圆区域内不具有空间分辨率，降低了缺陷定位精度，而且当多个缺陷同时进入椭圆形光斑内时，不同缺陷的周期性散射信号会叠加在一起而不可分辨，这种情况下会导致缺陷提取错误或失败，而且检测效率偏低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述问题，本公开提供了一种晶圆表面缺陷检测方法及装置，以至少部分解决目前晶圆表面缺陷在线检测不具有空间分辨率、缺陷定位精度差及缺陷检测效率低等问题。

(二)技术方案

本公开一方面提供一种晶圆表面缺陷检测方法，包括：产生检测光束，压缩所述检测光束，形成窄线条状光斑；将所述窄线条状光斑从不同方向投影成像至待测晶圆表面的预设区域，发生干涉，形成窄线形干涉条纹；依次移动所述待测晶圆的位置，通过所述窄线形干涉条纹对所述待测晶圆表面全部区域进行扫描，获得周期性散射信号；通过线阵相机将所述周期性散射信号离散化，获得时域散射信号；对所述时域散射信号进行傅里叶变换或混频匹配，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息。

根据本公开的实施例，所述对所述时域散射信号进行傅里叶变换或混频匹配，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息包括：获取所述待测晶圆表面的所述时域散射信号的频谱信息；对所述时域散射信号的频谱信息进行处理，提取所述待测晶圆表面的缺陷的频谱信息；基于所述待测晶圆表面的缺陷的频谱信息，获得频率-强度图，通过所述频率定位缺陷位置，通过所述强度获得缺陷大小，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息。

根据本公开的实施例，所述基于所述待测晶圆表面的缺陷的频谱信息，获得频率-强度图，通过所述频率定位缺陷位置，通过所述强度获得缺陷大小，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息还包括：利用滤波算法，对所述待测晶圆表面的缺陷的时域散射信号的频谱信息进行滤波。

根据本公开的实施例，还包括：改变所述窄线条状光斑的波长和入射角，调整所述窄线形干涉条纹的周期；基于所述窄线形干涉条纹的周期宽度和线阵相机的单个像素的尺寸，调整所述线阵相机的单个像素覆盖所述窄线形干涉条纹的周期数，改变所述窄线形干涉条纹的空间分辨率。

本公开的第二方面提供了一种晶圆表面缺陷检测装置，包括：激光器，用于产生检测光束；整形元件，用于压缩所述检测光束，形成窄线条状光斑，将所述窄线条状光斑从不同方向投影成像至待测晶圆表面的预设区域，发生干涉，形成窄线形干涉条纹；测量台，用于放置所述待测晶圆，依次移动所述待测晶圆的位置，通过所述窄线形干涉条纹对所述待测晶圆表面全部区域进行扫描，获得周期性散射信号；线阵相机，用于将所述周期性散射信号离散化，获得时域散射信号；数据处理系统，用于对所述时域散射信号进行傅里叶变换或混频匹配，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息。

根据本公开的实施例，所述线阵相机的像素阵列的排列方向与所述窄线形干涉条纹平行。

根据本公开的实施例，所述窄线形干涉条纹的长宽比最高可大于1000。

根据本公开的实施例，所述窄线形干涉条纹的长度为10mm-20mm，宽度为10μm-200μm。

根据本公开的实施例，还包括：物镜，设于所述待测晶圆与所述线阵相机之间，用于收集所述周期性散射信号，使所述周期性散射信号传输至所述线阵相机。

根据本公开的实施例，还包括：反射镜，设于所述整形元件的输入和/或输出光路上，用于将所述窄线条状光斑分成多路信号，使所述窄线条状光斑从不同方向投影成像至待测晶圆表面的预设区域。

(三)有益效果

本公开提供的晶圆表面缺陷检测方法及装置，通过窄线形干涉条纹照明待测晶圆表面和线阵相机采集解决了不具有空间分辨率的问题，提高了缺陷定位精度，同时，可对进入照明光场内的多个缺陷同时进行检测，另外，窄线形干涉条纹长宽比可达1000倍以上，提高了缺陷检测效率。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了本公开实施例提供的窄线形干涉条纹的检测原理示意图；

图2示意性示出了本公开实施例提供的分束干涉系统示意图；

图3示意性示出了本公开实施例提供的反射干涉系统示意图。

附图标记说明：

1-激光器；

2-扩束镜；

3-分束镜；

4-反射镜；

5-整形元件；

6-测量台；

7-样品；

8-物镜；

9-线阵相机。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

本公开实施例提供了一种晶圆表面缺陷检测方法，该方法包括S1～S5。

S1，产生检测光束，压缩所述检测光束，形成窄线条状光斑；

S2，将所述窄线条状光斑从不同方向投影成像至待测晶圆表面的预设区域，发生干涉，形成窄线形干涉条纹；

S3，依次移动所述待测晶圆的位置，通过所述窄线形干涉条纹对所述待测晶圆表面全部区域进行扫描，获得周期性散射信号；

S4，通过线阵相机将所述周期性散射信号离散化，获得时域散射信号；

S5，对所述时域散射信号进行傅里叶变换或混频匹配，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息。

具体地，S5包括S51～S53。

S51，获取所述待测晶圆表面的所述时域散射信号的频谱信息；

S52，对所述时域散射信号的频谱信息进行处理，提取所述待测晶圆表面的缺陷的频谱信息；

S53，基于所述待测晶圆表面的缺陷的频谱信息，获得频率-强度图，通过所述频率定位缺陷位置，通过所述强度获得缺陷大小，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息。

进一步地，S53还包括S531。

S531，利用滤波算法，对所述待测晶圆表面的缺陷的时域散射信号的频谱信息进行滤波。

在本公开实施例中，首先将检测光束进行压缩整形，再将压缩整形后的光束在晶圆表面进行干涉，形成窄线形干涉条纹，条纹长度为10mm-20mm，宽度为10μm-200μm，长宽比最高达1000倍以上，使得窄线形干涉条纹可以同时对多个缺陷进行检测，有效的提高了缺陷检测效率。

图1示意性示出了本公开实施例提供的窄线形干涉条纹的检测原理示意图。

如图1所示，通过旋转或平移对晶圆表面进行扫描，当缺陷穿过窄线形干涉条纹时，以垂直穿过为最佳，其散射信号被周期性调制，线阵相机的像素阵列的排列方向与窄线形干涉条纹平行，干涉条纹周期的计算公式为：

其中，θ表示窄线条状光斑的入射角，λ表示窄线条状光斑的波长，比如在266nm波长照明，入射角θ＝75°的情况下，干涉条纹的周期为138nm。线阵相机单像素尺寸在微米量级，如5-15μm，这种情况下每个像素将覆盖36-109个条纹周期。覆盖的周期数越多，要求像素尺寸越大，波长越短，入射角越大。

在本公开实施例中，通过改变窄线条状光斑的波长和入射角，调整窄线形干涉条纹的周期；基于所述窄线形干涉条纹的周期宽度和线阵相机的单个像素的尺寸，调整所述线阵相机的单个像素覆盖所述窄线形干涉条纹的周期数，改变所述窄线形干涉条纹的空间分辨率。线阵相机的像素阵列的排列方向与窄线形干涉条纹平行有利于线阵相机更好的进行离散化。

如图1所示，将干涉条纹压缩整形成细线形，通过线阵相机将其离散化，如图1中像素p1对应于物面上共轭面s1，以此类推。离散化的干涉条纹被分割为很多份，从而具有空间分辨率，进一步提高缺陷定位精度，另一方面可检测多个同时进入窄线形干涉条纹内的缺陷。将线阵相机每一个单独像素得到的时域散射信号进行傅里叶变换或混频匹配，将会提取不同像素上，待测晶圆表面的缺陷的周期性散射信号的频谱信息，在时域散射信号较微弱的情况下，再结合滤波算法，在频域将提高缺陷的周期性散射信号的信噪比。

本公开实施例提供了一种晶圆表面缺陷检测装置，包括：激光器1，用于产生检测光束；整形元件5，用于压缩检测光束，形成窄线条状光斑，将窄线条状光斑从不同方向投影成像至待测晶圆表面的预设区域，发生干涉，形成窄线形干涉条纹；测量台6，用于放置待测晶圆，依次移动待测晶圆的位置，通过窄线形干涉条纹对待测晶圆表面全部区域进行扫描，获得周期性散射信号；线阵相机9，用于将周期性散射信号离散化，获得时域散射信号；数据处理系统，用于对时域散射信号进行傅里叶变换或混频匹配，获取待测晶圆表面的缺陷信息。

进一步地，晶圆表面缺陷检测装置还包括物镜8和反射镜4，物镜8设于待测晶圆与线阵相机之间，用于收集周期性散射信号，使周期性散射信号传输至线阵相机；反射镜4设于整形元件的输入和/或输出光路上，用于将窄线条状光斑分成多路信号，使窄线条状光斑从不同方向投影成像至待测晶圆表面的预设区域。

进一步地，本公开还列举了适用于本装置的两种光学系统实例。

图2示意性示出了本公开实施例提供的分束干涉系统示意图。

如图2所示，包括：激光器1、扩束镜2、分束镜3、反射镜4、整形元件5、测量台6、样品7、物镜8及线阵相机9。

具体地，激光器1射出的检测光束通过扩束镜2聚焦后，再通过分束镜3被分解为两路光束，再分别通过反射镜4进入整形元件5，光学整形元件5分别将两光束整形为窄线条状，两窄线条状光斑交汇于待测晶圆表面发生干涉，待测晶圆即样品7。线阵相机9的像素阵列平行于干涉条纹方向，当缺陷扫过时，周期性散射信号将被物镜8收集进入线阵相机9。

图3示意性示出了本公开实施例提供的反射干涉系统示意图。

如图3所示，包括：激光器1、反射镜4、整形元件5、测量台6、样品7、物镜8及线阵相机9。

具体地，激光器1射出的检测光束不经过分光，而是经过整形元件5整形为窄线条状光斑后直接投射到样品7表面，经样品7表面反射的反射光经过整形元件5转换成平行光束，该平行光束垂直入射到反射镜并原路返回整形元件5，整形元件5继续对入射平行光束整形成窄线条状，最后透射到样品7，即待测晶圆的表面，并与第一次透射窄线条状光斑发生干涉，形成窄线形干涉条纹。反射镜4一侧的整形元件5的焦点位置为干涉发生处样品表面的位置，同样周期性散射信号通过物镜收集到线阵相机。

本公开通过光学整形和光束干涉产生窄线形干涉条纹，将线阵相机9的像素阵列与窄线形干涉条纹平行，能够在单视场内分辨多个缺陷，即具有空间分辨率，提高了缺陷定位精度，可以同时对多个缺陷进行检测。窄线形干涉条纹的长宽比达到1000以上，有效的提高了缺陷检测效率，另外，本发明还提出了反射式干涉方法，降低了分束干涉系统复杂度，同时解决了短波长分束元件加工难、效率低、损耗大的问题，提高了激光传输效率和干涉效率。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (8)

1.一种晶圆表面缺陷检测方法，其特征在于，包括：

产生检测光束，压缩所述检测光束，形成窄线条状光斑；

将所述窄线条状光斑从不同方向投影成像至待测晶圆表面的预设区域，发生干涉，形成窄线形干涉条纹；

依次移动所述待测晶圆的位置，通过所述窄线形干涉条纹对所述待测晶圆表面全部区域进行扫描，获得周期性散射信号；

通过线阵相机将所述周期性散射信号离散化，获得时域散射信号，所述线阵相机的像素阵列平行于所述窄线形干涉条纹方向；

对所述时域散射信号进行傅里叶变换或混频匹配，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息；具体包括：

获取所述待测晶圆表面的所述时域散射信号的频谱信息；

对所述时域散射信号的频谱信息进行处理，提取所述待测晶圆表面的缺陷的频谱信息；

基于所述待测晶圆表面的缺陷的频谱信息，获得频率-强度图，通过所述频率定位缺陷位置，通过所述强度获得缺陷大小，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述待测晶圆表面的缺陷的频谱信息，获得频率-强度图，通过所述频率定位缺陷位置，通过所述强度获得缺陷大小，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息还包括：

利用滤波算法，对所述待测晶圆表面的缺陷的时域散射信号的频谱信息进行滤波。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

改变所述窄线条状光斑的波长和入射角，调整所述窄线形干涉条纹的周期；

基于所述窄线形干涉条纹的周期宽度和线阵相机的单个像素的尺寸，调整所述线阵相机的单个像素覆盖所述窄线形干涉条纹的周期数，改变所述窄线形干涉条纹的空间分辨率。

4.一种晶圆表面缺陷检测装置，其特征在于，包括：

激光器，用于产生检测光束；

整形元件，用于压缩所述检测光束，形成窄线条状光斑，将所述窄线条状光斑从不同方向投影成像至待测晶圆表面的预设区域，发生干涉，形成窄线形干涉条纹；

测量台，用于放置所述待测晶圆，依次移动所述待测晶圆的位置，通过所述窄线形干涉条纹对所述待测晶圆表面全部区域进行扫描，获得周期性散射信号；

线阵相机，用于将所述周期性散射信号离散化，获得时域散射信号，所述线阵相机的像素阵列平行于所述窄线形干涉条纹方向；

数据处理系统，用于对所述时域散射信号进行傅里叶变换或混频匹配，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息；具体包括：获取所述待测晶圆表面的所述时域散射信号的频谱信息；对所述时域散射信号的频谱信息进行处理，提取所述待测晶圆表面的缺陷的频谱信息；基于所述待测晶圆表面的缺陷的频谱信息，获得频率-强度图，通过所述频率定位缺陷位置，通过所述强度获得缺陷大小，获取所述待测晶圆表面的缺陷信息。

5.根据权利要求4所述的晶圆表面缺陷检测装置，其特征在于，所述窄线形干涉条纹的长宽比大于1000。

6.根据权利要求4所述的晶圆表面缺陷检测装置，其特征在于，所述窄线形干涉条纹的长度为10mm-20mm，宽度为10μm-200μm。

7.根据权利要求4所述的晶圆表面缺陷检测装置，其特征在于，还包括：

物镜，设于所述待测晶圆与所述线阵相机之间，用于收集所述周期性散射信号，使所述周期性散射信号传输至所述线阵相机。

8.根据权利要求4所述的晶圆表面缺陷检测装置，其特征在于，还包括：

反射镜，设于所述整形元件的输入和/或输出光路上，用于将所述窄线条状光斑分成多路信号，使所述窄线条状光斑从不同方向投影成像至待测晶圆表面的预设区域。