CN117012663B - 晶圆缺陷检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种晶圆缺陷检测系统及方法，通过采用独特的光源设计，匹配最优的光线采集器和光线检测通道，可以有效提取晶圆不同缺陷的近紫外、近红外和可见光光波段能量以及特征光谱，进而有效检测碳化硅基底和外延缺陷，识别缺陷并准确分类，追溯缺陷的源头和演化过程，对晶圆制程工艺的改善，给出相应的数据支撑。

Description

晶圆缺陷检测系统及方法
技术领域
本发明涉及晶圆检测技术领域，尤其涉及一种晶圆缺陷检测系统及方法。
背景技术
晶圆缺陷检测是半导体制造中至关重要的一环。晶圆在生产过程中容易造成破损、隐裂、划伤等各种缺陷，特别是凹坑、凸起、隐裂等缺陷属于非常难以检测的缺陷。这些缺陷会影响芯片的功能和性能，甚至导致芯片失效。因此，对晶圆缺陷进行有效的检测和分析是非常必要的。
晶圆缺陷检测技术，有助于提高芯片制程的良率，提高生产效率，降低生产成本。随着第三代半导体材料碳化硅晶圆在工业领域的应用越来越广泛，使得有效识别碳化硅晶圆的缺陷、进而对缺陷进行分类并追溯缺陷的变化过程变得尤为重要，这不仅可以指导制程工艺的改进方向，还可以有效降低碳化硅的生产成本，并提高器件的最终性能。
发明内容
针对现有技术中的部分或全部问题，本发明第一方面提供一种晶圆缺陷检测系统，包括：
运动平台、第一光源、第二光源、第三光源、光线收集器、光线检测通道以及控制器；
所述运动平台，其经配置以紧固晶圆且选择性致动所述晶圆，以便使用所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源执行扫描过程；
所述第一光源，其经配置以沿着第一方向将斜照明波长的光束引导到所述晶圆的一部分上；
所述第二光源，其经配置以沿着第二方向将不同于所述第一光源波长的光束引导到所述晶圆的一部分上；
所述第三光源，其经配置以沿着第二方向将不同于所述第一光源波长和所述第二光源波长的光束引导到所述晶圆的一部分上；
所述光线收集器，其经配置采用椭球镜收集来自所述晶圆的辐射光；
所述光线检测通道，其经配置以接收所述光线收集器收集的辐射光并用于检测，包括三个光电倍增管探测通道和一个光谱仪探测通道；
所述控制器，其经配置用于处理所述三个光电倍增管和所述一个光谱仪获得的信号并且将信号传输给计算机，生成晶圆的图像，所述三个光电倍增管和所述一个光谱仪的输出端与控制器的输入端相连，所述控制器的输出端外接至计算机。
进一步地，所述运动平台其经配置为采用直线扫描，或者采用螺旋线扫描。
进一步地，所述第一光源，其经配置采用第一激光器发出光束，所述第一激光器发出的光束经偏振片调制成具有一定偏振状态的光束，而后经聚光装置聚焦后斜射入至所述晶圆的所述表面，斜入射的角度为与垂直于所述晶圆的所述表面的方向≥55度。
进一步地，所述第二光源和所述第三光源经配置采用分别第二激光器和第三激光器发出光束，所述第二激光器和第三激光器发出的光束先经过一个二向色分束镜，而后经偏振片调制成具有一定偏振状态的光束，而后经聚光装置聚焦后射入至晶圆的表面，入射的角度为与垂直于所述晶圆的所述表面的方向≤20度。
进一步地，所述椭球镜的长轴垂直于运动平台，
所述椭球镜的顶部开有小孔光阑，
所述椭球镜的底部具有第一开口，第一开口正对待检测晶圆，以便待检测晶圆表面反射、散射及光致发光光束能够进入椭球镜的内部，
所述椭球镜的第一焦点处设置两个第二开口，第一光源发射的光从一个第二开口进入并照射在运动平台上的晶圆之上，其反射光从另一个第二开口射出，第一吸光器15设置在另一个第二开口处，
所述椭球镜的第二焦点处设置两个第三开口，第二光源发射的光从一个第三开口进入并照射在运动平台上的晶圆之上，其反射光从另一个第三开口射出；第三光源发射的光从另一个第三开口进入并照射在运动平台上的晶圆之上，其反射光从一个第三开口射出。
进一步地，所述三个光电倍增管探测通道，分别配置有近紫外光滤光片、可见光滤光片和近红外滤光片，基于所述三个光电倍增管探测通道中的至少一个测量出的特性，检测一种或者多种散射光缺陷。
进一步地，基于所述一个光谱仪探测通道的光谱特性和所述三个光电倍增管探测通道中的至少一个测量出的特性，检测一种或者多种光致发光缺陷。
进一步地，所述控制器经配置用于控制与所述运动平台、所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源、所述光线检测通道之间的通信。
本发明第二方面提供一种晶圆缺陷检测方法，包括：
沿着第一方向将所述第一光源的光束引导到所述晶圆的一部分上；
沿着第二方向将所述第二光源和所述第三光源的光束引导到所述晶圆的一部分上；
收集来自所述晶圆的辐射，来自所述晶圆的所述辐射包含由所述晶圆的一或多个缺陷弹性散射的辐射或由所述晶圆的所述一或多个光致发光缺陷发射的光致发光辐射中的至少一者；
测量来自所述晶圆的所述辐射的光谱特性；
将来自所述晶圆的所述辐射分离成近紫外光波段、可见光波段和近红外波段；
测量所述辐射的近紫外光波段、可见光波段和近红外波段中的至少一者的一或多个特性；
基于所述辐射的近紫外光波段、可见光波段和近红外波段中的至少一者的经测量的所述一或多个特性来检测一种或者多种散射缺陷；以及
基于所述辐射的光谱特性和所述辐射的近紫外光波段、可见光波段和近红外波段中的至少一者的经测量的所述一或多个特性来检测一种或者多种光致发光缺陷。
进一步地，扫描待检测晶圆，基于每一扫描位置对应的缺陷信息以及扫描坐标信息形成缺陷分布图；
根据所述光谱仪检测的光谱特性确定所述缺陷分布区域处的晶圆衬底生长情况。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用三个光源，并且光源照射角度包括高角度照明和低角度照明。两个高角度照射光源对称放置，使整个光路更加紧凑，减少反射光对背景的干扰。同时采用三种光波长的光源，针对不同外延层厚度和晶圆内部的缺陷提供最佳的信噪比。
2、本发明中的三个光电倍增管探测通道，可以同时检测晶圆的近紫外光波段能量，近红外光波段能量，可见光光波段能量。三个探测通道采用光电倍增管作为光电探测器，有极高的光电灵敏度，有效地探测微光的能量。
3、本发明集成了光谱仪探测通道，在高空间分辨率情况下，可以测量晶圆表面任意区域的光谱，对光致发光的缺陷进行精确测量和分析。
4、本发明的椭球反射镜，采用了两段式的结构，增加了采集角度，保证了加工精度，提高了探测灵敏度。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1为本发明一个实施例的晶圆缺陷检测系统示意图；
图2为本发明一个实施例的运动平台采用直线扫描轨迹进行晶圆扫描成像示意图；
图3为本发明一个实施例的运动平台采用螺旋线扫描轨迹进行晶圆扫描成像示意图；
图4为本发明一个实施例的光源照射在晶圆表面的传播方式示意图；
图5为本发明一个实施例的高角度光源照射在晶圆表面及内侧光致发光缺陷产生辐射示意图；
图6为本发明一个实施例的椭球镜的结构示意图；
图7为本发明一个实施例的椭球镜的分离结构示意图；
图8为本发明一个实施例的椭球镜的椭圆截面在xy坐标系下的示意图；
图9为本发明一个实施例的椭球镜的椭圆截面在z坐标系下的示意图；
图10为本发明一个实施例的椭球镜的椭球面反射镜光束传播示意图；
图11为本发明一个实施例的椭球镜面型精度1λ下聚焦光斑的大小和形状示意图；
图12为本发明一个实施例的椭球镜面型精度10λ下聚焦光斑的大小和形状示意图；
图13为本发明一个实施例的光电倍增管的输出信号和像素之间的关系示意图；
图14为本发明一个实施例的晶圆中无光致发光缺陷区域的光致发光辐射光谱示意图；
图15为本发明一个实施例的晶圆中光致发光缺陷区域的光致发光辐射光谱示意图；
图16为本发明一个实施例的晶圆缺陷检测方法流程示意图。
具体实施方式
以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“配置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对方法步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据实际需求的调节来调整各步骤的先后顺序。
下面结合附图实施例对本发明进行具体说明。图1为本发明一个实施例的晶圆缺陷检测系统示意图。如图1所示，晶圆缺陷检测系统，包括：运动平台、第一光源、第二光源、第三光源、光线收集器、光线检测通道以及控制器。所述运动平台，其经配置以紧固晶圆且选择性致动所述晶圆，以便使用所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源执行扫描过程。所述第一光源包括第一聚焦镜1、第一偏振片2、第一激光器3。所述第二光源包括第二聚焦镜4、第二偏振片6、第二吸光器7、第一二向色分束镜8、第二激光器9。所述第三光源包括第三聚焦镜10、第三偏振片11、第二二向色分束镜12、第三吸光器13、第三激光器14。所述光线收集器，其经配置采用椭球镜收集来自所述晶圆的辐射光，即为图1中标注的16；所述椭球镜的外侧放置第一吸光器15，用于吸收从待检测晶圆表面反射、散射和光致发光出来的光束，防止光束的外逸；所述椭球镜顶部上方放置准直镜片17。所述光线检测通道，其经配置以接收所述光线收集器收集的辐射光并用于检测，包括三个光电倍增管探测通道和一个光谱仪探测通道；所述检测光束经过准直镜片17准直后，经分束器18分束后分别进入三个光电倍增管探测通道和一个光谱仪探测通道；所述三个光电倍增管探测通道包括第一光电倍增管探测通道、第二光电倍增管探测通道、第三光电倍增管探测通道；所述第一光电倍增管探测通道包括第三二向色分束镜19、第四聚焦镜22、第一滤光片25、第一光电倍增管26；所述第二光电倍增管探测通道包括第四二向色分束镜20、第五聚焦镜23、第二滤光片24、第二光电倍增管27；所述第三光电倍增管探测通道包括反射镜21、第六聚焦镜30、第三滤光片29、第三光电倍增管28；所述光谱仪探测通道第七聚焦镜31、光谱仪32。所述控制器，其经配置用于处理所述三个光电倍增管和所述一个光谱仪获得的信号并且将信号传输给计算机，生成晶圆的图像，所述三个光电倍增管和所述一个光谱仪的输出端与控制器的输入端相连，所述控制器的输出端外接至计算机。
所述运动平台，其经配置以紧固晶圆且选择性致动所述晶圆，以便使用所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源执行扫描过程。待检测晶圆放置于所述运动平台上。如图2所示，所述运动平台其经配置可采用直线扫描轨迹进行晶圆扫描成像。在本发明的一个实施例中，根据待检测晶圆的大小和检测目的，在扫描前，通过所述控制器设定好扫描轨迹的长度、步进以及扫描的范围，所述运动平台按照控制器的设定完成相关扫描。如图3所示，所述运动平台其经配置也可采用螺旋线扫描轨迹进行晶圆扫描成像。在本发明的一个实施例中，根据待检测晶圆的大小和检测目的，在扫描前，通过所述控制器设定好扫描轨迹的步进以及扫描的范围，所述运动平台按照控制器的设定完成相关扫描。晶圆扫描成像的方式不限于图2所示的直线扫描，图3所示的螺旋线扫描，也可采用其他扫描方式，在此不做赘述。
所述第一光源包括图1中的第一聚焦镜1、第一偏振片2、第一激光器3。所述第一光源，其经配置以沿着第一方向将斜照明波长的光束引导到所述晶圆的一部分上，第一方向即为相对于所述晶圆的表面倾斜的方向。所述第一光源，其经配置采用第一激光器发出光束。所述第一激光器包含但不限于半导体激光器、固体激光器和气体激光器、连续性激光器、脉冲激光器。所述第一激光器的激光波长可设置为紫外光波长，也可设置为可见光波长，此处不作唯一限定。在本发明的一个实施例中，所述第一激光器的激光波长优先设置为380nm。所述第一激光器发出的光束通过第一偏振片形成具有一定偏振状态的光束，形成方向可调节的线偏振光，比如X偏振光、Y偏振光，具有一定偏振状态的偏振光束经过第一聚焦镜聚焦后以沿着相对于所述晶圆的表面倾斜的方向将斜照明波长的光束引导到所述晶圆的一部分上，在晶圆表面形成聚焦光斑，斜入射的角度为与垂直于所述晶圆的所述表面的方向≥55度。所述第一光源为低角度入射光源。可选地，所述第一偏振片也可包含一个1/2波片，其作用是改变第一激光器的激光光束的振动方向。
所述第二光源包括图1中的第二聚焦镜4、第二偏振片6、第二吸光器7、第一二向色分束镜8、第二激光器9。所述第二光源，其经配置以沿着第二方向将不同于所述第一光源波长的光束引导到所述晶圆的一部分上，第二方向即为接近垂直于所述晶圆的表面的方向。所述第二光源，其经配置采用第二激光器发出光束。所述第二激光器包含但不限于半导体激光器、固体激光器和气体激光器、连续性激光器、脉冲激光器。所述第二激光器的激光波长可设置为紫外光波长，也可设置为可见光波长，此处不作唯一限定。在本发明的一个实施例中，所述第二激光器的激光波长优先设置为325nm。所述第二激光器发出的光束通过第二偏振片形成具有一定偏振状态的光束，形成方向可调节的线偏振光，比如X偏振光、Y偏振光，具有一定偏振状态的偏振光束经过第二聚焦镜聚焦后沿着接近垂直于所述晶圆的所述表面的方向将不同于所述第一光源波长的光束引导到所述晶圆的一部分上，在晶圆上形成聚焦光斑。所述第一二向色分束镜作用是透过与第二激光器发出的光束波长相同的光，反射与第三激光器发出的光束波长相同的光。所述第二吸光器用于吸收从待检测晶圆表面反射、散射和光致发光出来的光束，防止光束的外逸。可选地，所述第二偏振片也可包含一个1/2波片，其作用是改变第二激光器的激光光束的振动方向。
所述第三光源包括图1中的第三聚焦镜10、第三偏振片11、第二二向色分束镜12、第三吸光器13、第三激光器14。所述第三光源，其经配置以沿着第二方向将不同于所述第一光源波长和所述第二光源波长的光束引导到所述晶圆的一部分上，第二方向即为接近垂直于所述晶圆的表面的方向。所述第三光源，其经配置采用第三激光器发出光束。所述第三激光器包含但不限于半导体激光器、固体激光器和气体激光器、连续性激光器、脉冲激光器。所述第三激光器的激光波长可设置为紫外光波长，也可设置为可见光波长，此处不作唯一限定。在本发明的一个实施例中，所述第三激光器的激光波长与所述第二激光器的激光波长不同，所述第三激光器的激光波长优先设置为355nm的激光器。所述第三激光器发出的光束通过第三偏振片形成具有一定偏振状态的光束，形成方向可调节的线偏振光，比如X偏振光、Y偏振光，具有一定偏振状态的偏振光束经过第三聚焦镜聚焦后沿着接近垂直于所述晶圆的所述表面的方向将不同于所述第一光源波长的光束引导到所述晶圆的一部分上，在晶圆上形成聚焦光斑。所述第二二向色分束镜作用是透过与第三激光器发出的光束波长相同的光，反射与第二激光器发出的光束波长相同的光。所述第三吸光器用于吸收从待检测晶圆表面反射、散射和光致发光出来的光束，防止光束的外逸。可选地，所述第三偏振片也可包含一个1/2波片，其作用是改变第三激光器的激光光束的振动方向。
在本发明的一个实施例中，所述第二光源和所述第三光源沿着垂直于所述晶圆的所述表面的方向对称放置，所述第二光源和所述第三光源经聚光装置聚焦后射入至晶圆的表面，入射的角度为与垂直于所述晶圆的所述表面的方向≤20度，所述第二光源和所述第三光源为高角度入射光源。
本发明采用三个光源进行照明，并且照明角度分别包括高角度照明和低角度照明。两个高角度照明光路对称放置，使整个光路看起里更加紧凑，减少反射光对背景的干扰。同时采用三种光波长的照明系统，针对不同外延层厚度和晶圆内部的缺陷提供最佳的信噪比。
所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源的光束入射到晶圆表面后，根据样品表面情况的不同，出射的光束有不同的表现。图4为本发明一个实施例的光源照射在晶圆表面的传播方式示意图，当光源照射在没有缺陷的晶圆区域，光束发生反射，反射光和入射光对称，为了防止光束的外逸，使用吸光器，将光束吸收。当光源照射在有缺陷的晶圆区域，如图4中所示的凹凸不平区域，则光源入射后发生散射。
不同的激光波长的入射光束探测深度不同，可以有效提高探测缺陷的信噪比。波长越长探测深度越深，波长越短，探测深度越短。图5为本发明一个实施例的高角度光源照射在晶圆表面及内侧光致发光缺陷产生辐射示意图。在本发明的一个实施例中，如图5所示，第二激光器9为325nm激光器，第三激光器14为355nm激光器，355nm激光器的探测深度更深。第二光源和第三光源为高角度的照明光，更适合光致发光缺陷的检测，光致发光缺陷辐射的光波长范围为λ0到λn。在本发明的一个实施例中，λ0取值为320nm，λn取值为1600nm。
所述光线收集器，其经配置采用椭球镜收集来自所述晶圆的辐射光。所述椭球镜即为椭球面反射镜，即为图1标注的16。椭球镜的长轴垂直于运动平台。采用椭球面反射镜有两个优点，一是可以收集很多的光能量，特别是低角度的散射光，检测灵敏度更高。二是反射式光学系统没有色差，成像质量更高。图6为本发明一个实施例的椭球镜的结构示意图。图7为本发明一个实施例的椭球镜的分离结构示意图。如图7所示，椭球反射镜采用两段拼接的结构。如图6和图7所示，所述椭球面反射镜的顶部开有小孔光阑，即为图1标注的5，所述椭球面反射镜的底部具有第一开口601，第一开口601正对待检测晶圆，以便待检测晶圆表面反射、散射及光致发光光束能够进入椭球面反射镜的内部。
所述椭球面反射镜的第一焦点处设置两个第二开口602和603，以便于光束的射入与射出。即，第一光源发射的光从一个第二开口进入并照射在运动平台上的晶圆之上，其反射光从另一个第二开口射出。第一吸光器15设置在另一个第二开口处。
所述椭球面反射镜的第二焦点处设置两个第三开口604和605，以便于光束的射入与射出。即，第二光源发射的光从第三开口604进入并照射在运动平台上的晶圆之上，其反射光从另一个第三开口605射出；第三光源发射的光从第三开口605进入并照射在运动平台上的晶圆之上，其反射光从第三开口604射出。
下面，结合椭圆公式详细说明光线在椭球面内的传输路径。
图8为本发明一个实施例的椭球镜的椭圆截面在xy坐标系下的示意图。如图8所示，xy坐标系下的椭圆的标准方程为
其中，2a是椭圆的长轴长度，2c是椭圆的焦距。根据费马原理，即光束传播的最小光程性，可知椭球面的两个焦点互为共轭点。
将上述xy坐标系下的椭圆的标准方程，转换成标准二次项曲线公式，由于二次项曲线具有圆对称，将椭圆方程转化为z坐标系方程，
其中，Z为光学表面径向各点相对于顶点的间隔，R为光学元件表面的半径；K为二次项系数；X为光学元件的径向尺寸。如图9所示，为本发明一个实施例的椭球镜的椭圆截面在z坐标系下的示意图。
根据实际应用的情况，给出一组合理的R值和K值。R取值为-2.8，K取值为-0.801时，本发明一个实施例的椭球镜的椭球面反射镜光束传播示意图如图10所示。如图10所示，F1和F2为椭球面上的两个焦点，F1对应的是照明光斑在晶圆上的位置，F2对应的是椭球面反射镜的顶部小孔光阑位置，F1上发出的光线聚焦到F2上。即无论是F1处产生的散射光还是光致发光，均聚焦到F2上。聚焦的光束通过椭球面反射镜的顶部小孔光阑，最终照射到光电倍增管上。
采用分段式的椭球反射镜，可以提高椭球反射镜的面型精度，当椭球镜的面型精度等于1λ，如图11所示，λ通常等于632.8nm，聚焦光斑小，并且能量分布规则，有利于光能量的收集，提高探测灵敏度。当椭球镜的面型精度等于10λ时，如图12所示，聚焦光斑大，并且能量分布不规则，减少光能能量的收集，降低了探测灵敏度。采用分段式的椭球反射镜，可以将椭球反射镜的面型精度加工到≤1λ。所述椭球镜的外侧放置第一吸光器15，用于吸收从待检测晶圆表面反射、散射和光致发光出来的光束，防止光束的外逸；所述椭球镜顶部上方放置准直镜片17，将光束准直。
所述光线检测通道，其经配置以接收所述光线收集器收集的辐射光并用于检测，包括三个光电倍增管探测通道和一个光谱仪探测通道。所述检测光束，即三个光源的光束入射晶圆后引起的反射、散射及光致发光光束通过椭球镜聚焦在椭球镜顶部的小孔光阑处，经过准直镜片17准直后，经分束器18分束后分别进入三个光电倍增管探测通道和一个光谱仪探测通道。其中，三个光电倍增管探测通道用于探测检测光束能量的大小，一个光谱仪探测通道用于测量检测光束中的光谱成分。
所述三个光电倍增管探测通道包括第一光电倍增管探测通道、第二光电倍增管探测通道、第三光电倍增管探测通道。每个光电倍增管探测通道均包括一个二向色分束镜、一个聚焦镜、一个滤光片和一个光电倍增管。在本发明的一个实施例中，所述三个光电倍增管探测通道，分别配置有近紫外光滤光片、可见光滤光片和近红外滤光片，基于所述三个光电倍增管探测通道中的至少一个测量出的特性，检测一种或者多种散射光缺陷。在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述第三二向色分束镜19反射波长低于420nm的光波，透射波长高于420nm的光波，光波波长低于420的光波经过所述第四聚焦镜22，再经过第一滤光片25即近紫外滤光片，聚焦在第一光电倍增管26的感光面上；所述第四二向色分束镜20反射波长在420nm到650nm之间的光波，透射波长高于650nm的光波，光波波长在420nm到650nm之间的光波经过所述第五聚焦镜23，再经过第二滤光片24即可见光滤光片，聚焦在第二光电倍增管27的感光面上；所述反射镜21反射波长高于650nm的光波，光波波长高于650nm的光波经过所述第六聚焦镜30，再经过第三滤光片29即近红外滤光片，聚焦在第三光电倍增管28的感光面上。图13本发明一个实施例的光电倍增管的输出信号和像素之间的关系示意图，在晶圆扫描过程中，激光照射在晶圆的不同位置，光电倍增管根据扫描位置反馈的检测光束变化输出不同的信号，基于所述三个光电倍增管探测通道中的至少一个测量出的特性，检测一种或者多种散射光缺陷。光电倍增管(photomultiplier tube)即PMT，是具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件，是可以检测微弱光学信号的光学器件。可以理解的是，在实际应用中，光信号传感器的选取方式是多样的，需根据实际应用情况选取合适的光学探测器件，此处不作唯一限定。
所述检测光束，即三个光源的光束入射晶圆后引起的反射、散射及光致发光光束通过椭球镜聚焦在椭球镜顶部的小孔光阑处，经过准直镜片17准直后，经分束器18分束后，一部分光反射，经过所述光谱仪探测通道第七聚焦镜31聚焦在光谱仪32的受光处。所述光谱仪探测通道用于测量检测光束中的光谱成分。基于所述一个光谱仪探测通道的光谱特性和所述三个光电倍增管探测通道中的至少一个测量出的特性，检测一种或者多种光致发光缺陷。图14为本发明一个实施例的晶圆中无光致发光缺陷区域的光致发光辐射光谱示意图。图15为本发明一个实施例的晶圆中光致发光缺陷区域的光致发光辐射光谱示意图。图14中曲线是晶圆中无光致发光缺陷的区域的一组光致发光强度对波长的曲线，对应图15中的4H-SiC(no SFs)。当使用紫外光激发时，含有多种类型的光致发光缺陷(例如堆垛层错缺陷或基面缺陷)的晶圆可产生图15所示的光致发光光谱。在本发明的一个实施例中，当使用325nm激光器激发时，条型堆垛可在约420nm处显示峰值，即图15中的曲线a；当使用325nm激光器激发时，2S类型的堆垛层错可在约500nm处显示峰值，即图15中的曲线b；当使用325nm激光器激发时，4S类型的堆垛层错可在约460nm处显示峰值，即图15中的曲线c。应当注意的是，虽然图15中所描绘的光谱是使用325nm UV激光器获取的，但是在使用不同于325nm的波长的激光器(例如但不限于，355nm激光器)产生的光谱中也观察到图15中所显示的光谱图。本发明可独立测量与给定晶圆相关联的光致发光光谱的选定光谱频带，且基于所述测量来检测构成的光致发光缺陷及/或对其进行分类。比如如上所述，对样本中的堆垛层错的类型进行分类。
所述控制器，其经配置用于处理所述三个光电倍增管和所述一个光谱仪获得的信号并且将信号传输给计算机，生成晶圆的图像，所述三个光电倍增管和所述一个光谱仪的输出端与控制器的输入端相连，所述控制器的输出端外接至计算机。所述控制器经配置用于控制与所述运动平台、所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源、所述光线检测通道之间的通信。所述控制器储存晶圆的位置信息和传感器的数据，控制激光器的工作状态。
基于前面所述的晶圆缺陷检测系统，本发明还提供一种晶圆缺陷检测方法。图16为本发明一个实施例的晶圆缺陷检测方法流程示意图。
首先，沿着第一方向将所述第一光源的光束引导到所述晶圆的一部分上。第一方向即为相对于所述晶圆的所述表面倾斜的方向，斜入射的角度为与垂直于所述晶圆的所述表面的方向≥55度。
接下来，沿着第二方向将所述第二光源和所述第三光源的光束引导到所述晶圆的一部分上。第二方向即为接近垂直于所述晶圆的所述表面的方向，入射的角度为与垂直于所述晶圆的所述表面的方向≤20度。
接下来，收集来自所述晶圆的辐射，来自所述晶圆的所述辐射包含由所述晶圆的一或多个缺陷弹性散射的辐射或由所述晶圆的所述一或多个光致发光缺陷发射的光致发光辐射中的至少一者。在本发明的一个实施例中，接近垂直于所述晶圆入射的光束适于引起样本的一或多个光致发光缺陷发射光致发光的光。所述来自所述晶圆的辐射，即三个光源的光束入射晶圆后引起的反射、散射及光致发光光束通过椭球镜聚焦在椭球镜顶部的小孔光阑处，经过准直镜片准直后，经分束器分束后分别进入三个光电倍增管探测通道和一个光谱仪探测通道。
接下来，测量来自所述晶圆的所述辐射的光谱特性。所述光谱仪探测通道用于测量检测光束中的光谱成分。
接下来，将来自所述晶圆的所述辐射分离成近紫外光波段、可见光波段和近红外波段。通过所述三个光电倍增管探测通道的二向色分束镜和滤光片分出近紫外光波段、可见光波段和近红外波段的光束。
接下来，测量所述辐射的近紫外光波段、可见光波段和近红外波段中的至少一者的一或多个特性。通过所述三个光电倍增管探测通道的二向色分束镜和滤光片分出的近紫外光波段、可见光波段和近红外波段的光束分别聚焦在所述三个光电倍增管的感光面上，探测光束能量的大小。
接下来，基于所述辐射的近紫外光波段、可见光波段和近红外波段中的至少一者的经测量的所述一或多个特性来检测一种或者多种散射缺陷。通过对比分析近紫外光波段、可见光波段和近红外波段的光束能量的大小,来检测一种或者多种散射缺陷。
接下来，基于所述辐射的光谱特性和所述辐射的近紫外光波段、可见光波段和近红外波段中的至少一者的经测量的所述一或多个特性来检测一种或者多种光致发光缺陷。基于光谱仪探测通道测量的光束光谱成分，结合近紫外光波段、可见光波段和近红外波段的光束能量的大小的分析，来检测一种或者多种光致发光缺陷。
本发明还可通过控制器控制运动平台扫描待检测晶圆，基于每一扫描位置对应的缺陷信息以及扫描坐标信息形成缺陷分布图。具体地，对存储的每一扫描位置对应的检测信息数据集进行整理，以每个检测信息数据集对应的扫描坐标信息进行排布，在排布完成之后形成待检测晶圆对应的缺陷分布图，提升了晶圆缺陷位置标注的准确度以及直观度。进一步地，根据所述光谱仪检测的光谱特性确定所述缺陷分布区域处的晶圆衬底生长情况，识别缺陷并准确分类，追溯缺陷的源头和演化过程，对晶圆制程工艺的改善，给出相应的数据支撑。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种晶圆缺陷检测系统，其特征在于，包括：
运动平台、第一光源、第二光源、第三光源、光线收集器、光线检测通道以及控制器；
所述运动平台，其经配置以紧固晶圆且选择性致动所述晶圆，以便使用所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源执行扫描过程；
所述第一光源，其经配置以沿着第一方向将斜照明波长的光束引导到所述晶圆的一部分上；
所述第二光源，其经配置以沿着第二方向将不同于所述第一光源波长的光束引导到所述晶圆的一部分上；
所述第三光源，其经配置以沿着第二方向将不同于所述第一光源波长和所述第二光源波长的光束引导到所述晶圆的一部分上；
所述光线收集器，其经配置采用椭球镜收集来自所述晶圆的辐射光；
所述光线检测通道，其经配置以接收所述光线收集器收集的辐射光并用于检测，包括三个光电倍增管探测通道和一个光谱仪探测通道；
所述控制器，其经配置用于处理所述三个光电倍增管和所述一个光谱仪获得的信号并且将信号传输给计算机，生成晶圆的图像，所述三个光电倍增管和所述一个光谱仪的输出端与控制器的输入端相连，所述控制器的输出端外接至计算机。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆缺陷检测系统，其特征在于，所述运动平台其经配置为采用直线扫描，或者采用螺旋线扫描。
3.根据权利要求1所述的一种晶圆缺陷检测系统，其特征在于，所述第一光源，其经配置采用第一激光器发出光束，所述第一激光器发出的光束经偏振片调制成具有一定偏振状态的光束，而后经聚光装置聚焦后斜射入至所述晶圆的表面，斜入射的角度为与垂直于所述晶圆的所述表面的方向≥55度。
4.根据权利要求1所述的一种晶圆缺陷检测系统，其特征在于，所述第二光源和所述第三光源经配置采用分别第二激光器和第三激光器发出光束，所述第二激光器和第三激光器发出的光束先经过一个二向色分束镜，而后经偏振片调制成具有一定偏振状态的光束，而后经聚光装置聚焦后射入至晶圆的表面，入射的角度为与垂直于所述晶圆的所述表面的方向≤20度。
5.根据权利要求1所述的一种晶圆缺陷检测系统，其特征在于，所述椭球镜的长轴垂直于运动平台，
所述椭球镜的顶部开有小孔光阑，
所述椭球镜的底部具有第一开口，第一开口正对待检测晶圆，以便待检测晶圆表面反射、散射及光致发光光束能够进入椭球镜的内部，
所述椭球镜的第一焦点处设置两个第二开口，第一光源发射的光从一个第二开口进入并照射在运动平台上的晶圆之上，其反射光从另一个第二开口射出，第一吸光器设置在另一个第二开口处，
所述椭球镜的第二焦点处设置两个第三开口，第二光源发射的光从一个第三开口进入并照射在运动平台上的晶圆之上，其反射光从另一个第三开口射出；第三光源发射的光从另一个第三开口进入并照射在运动平台上的晶圆之上，其反射光从一个第三开口射出。
6.根据权利要求1所述的一种晶圆缺陷检测系统，其特征在于，所述三个光电倍增管探测通道，分别配置有近紫外光滤光片、可见光滤光片和近红外滤光片，基于所述三个光电倍增管探测通道中的至少一个测量出的特性，检测一种或者多种散射光缺陷。
7.根据权利要求1所述的一种晶圆缺陷检测系统，其特征在于，基于所述一个光谱仪探测通道的光谱特性和所述三个光电倍增管探测通道中的至少一个测量出的特性，检测一种或者多种光致发光缺陷。
8.根据权利要求1所述的一种晶圆缺陷检测系统，其特征在于，所述控制器经配置用于控制与所述运动平台、所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源、所述光线检测通道之间的通信。
9.一种晶圆缺陷检测方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-8中任意一项所述的晶圆缺陷检测系统对待检测晶圆进行检测，包括：
沿着第一方向将所述第一光源的光束引导到所述晶圆的一部分上；
沿着第二方向将所述第二光源和所述第三光源的光束引导到所述晶圆的一部分上；
收集来自所述晶圆的辐射，来自所述晶圆的所述辐射包含由所述晶圆的一或多个缺陷弹性散射的辐射或由所述晶圆的所述一或多个光致发光缺陷发射的光致发光辐射中的至少一者；
测量来自所述晶圆的所述辐射的光谱特性；
将来自所述晶圆的所述辐射分离成近紫外光波段、可见光波段和近红外波段；
测量所述辐射的近紫外光波段、可见光波段和近红外波段中的至少一者的一或多个特性；
基于所述辐射的近紫外光波段、可见光波段和近红外波段中的至少一者的经测量的所述一或多个特性来检测一种或者多种散射缺陷；以及
基于所述辐射的光谱特性和所述辐射的近紫外光波段、可见光波段和近红外波段中的至少一者的经测量的所述一或多个特性来检测一种或者多种光致发光缺陷。
10.根据权利要求9所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，
扫描待检测晶圆，基于每一扫描位置对应的缺陷信息以及扫描坐标信息形成缺陷分布图；
根据所述光谱仪检测的光谱特性确定所述缺陷分布区域处的晶圆衬底生长情况。
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