半導(dǎo)體工業(yè)對于晶圓表面缺陷檢測的要求，一般是要求高效準(zhǔn)確，能夠捕捉有效缺陷，實現(xiàn)實時檢測。較為普遍的表面檢測技術(shù)主要可以分為兩大類：針接觸法和非接觸法，接觸法以針觸法為代表;非接觸法又可以分為原子力法和光學(xué)法。在具體使用時，又可以分為成像的和非成像的。 [1] 針觸法顧名思義是通過觸針與被檢材料的接觸來進(jìn)行檢測，是制造業(yè)中比較早的表面檢測方法。被測表面的形狀輪廓信息是通過觸針傳遞給傳感器的，所以觸針的大小和形狀就顯得尤其重要。按照針觸法的檢測原理，針尖的半徑趨近于 0才有可能檢測到被測物真實的輪廓。但是觸針的針尖越細(xì)，被測表面產(chǎn)生的壓力也會越大，觸針容易受到磨損，劃傷被測物表面。對于鍍膜表層和軟質(zhì)金屬，接觸式檢測容易損傷被測樣品表層，一般是不可使用的。
1981 年 Binnig 和 Rohrer 等發(fā)明了掃描隧道顯微鏡(STM)。STM 的利用量子隧道效應(yīng)，針尖和被測物體表面作為兩極。用極細(xì)的針尖去接近樣品表面，當(dāng)距離很近的時候，形成隧道結(jié)。針尖與樣品表面的距離保持恒定，使針尖在樣品的表面進(jìn)行三維運動，將針尖感覺到的原子高度傳入計算機(jī)中，經(jīng)過后期處理就得到被測物品表面的三維形貌。 由于 STM 的使用有其局限性，Binnig 等人在 STM 基礎(chǔ)上又研制了原子力顯微鏡(AFM)。AFM 檢測針尖和試件之間的吸引或排斥力，所以可用于導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料。
掃描近場光學(xué)顯微鏡(SNOM)是利用被測樣品表面附近近光場的特性，來探測其表面形貌。其分辨率可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)顯微鏡分辨率的限制(λ/2)。 [1] 目前半導(dǎo)體工業(yè)中常用的成像檢測方法主要包括自動光學(xué)檢測、X 射線檢測、電子束檢測等。掃描電子顯微鏡(SEM)是 1965 年發(fā)明的顯微物體研究工具。SEM是用電子束去掃描樣品，造成樣品的二次電子發(fā)射，二次電子能夠產(chǎn)生樣品表面放大的形貌像。這種圖像是逐點成像放大，有一定的順序。SEM 的優(yōu)點是分辨率極高。X 射線無損檢測技術(shù)與數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合，可以對器件內(nèi)部連線進(jìn)行高分辨率檢測。安捷倫的市場占有率較高，典型產(chǎn)品有 5DX 系統(tǒng)。自動光學(xué)檢測(AOI)技術(shù)是一種基于光學(xué)原理的檢測技術(shù)，它通過精密儀器平臺的運動、圖像采集裝置結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，對樣品表面的缺陷進(jìn)行檢測，優(yōu)點是檢測速度較快。AOI 設(shè)備是近幾年在國內(nèi)發(fā)展比較迅速，算得上比較有市場潛力。AOI 技術(shù)是通過 CCD 或 CMOS 傳感器獲得圖像，模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳入計算機(jī)，經(jīng)過數(shù)字圖像處理，將其與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對比。
晶圓分為無圖案晶圓(Bare Wafer)和圖案晶圓(Patterned wafer)，如圖6所示?？紤]兩種晶圓的缺陷類型的出發(fā)點有些不同。晶圓表面的缺陷類型很多，既有可能是工藝產(chǎn)生也有可能材質(zhì)本身的缺陷。采用不同的缺陷檢測方式，可能會對缺陷進(jìn)行不同的劃分。綜合考慮缺陷的物理屬性和后面缺陷檢測算法的針對性，缺陷可以簡單地分為表面冗余物(顆粒，污染物等)，晶體缺陷(滑移線缺陷，堆垛層錯)，劃痕，圖案缺陷(針對圖案晶圓)。
晶圓表面的冗余物種類比較多，小到幾十納米的微小顆粒，大到幾百微米的灰塵，以及前一個工序留下的表面殘留物。顆粒是可能引入的工序有刻蝕、拋光、清洗等。冗余物缺陷主要來自于生產(chǎn)加工中晶圓表面的灰塵、空氣純凈度未到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)以及加工過程中化學(xué)試劑等。這些顆粒在光刻時會遮擋光線，造成集成電路結(jié)構(gòu)上的缺陷，污染物可能會附著在晶圓表面，造成圖案的不完整，影響芯片的電氣特性。
下載文檔
