专利名称：一种晶圆缺陷检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工业中领域，尤其涉及一种晶圆表面缺陷的检测装置和方法。
背景技术：
集成电路制造领域中，需要采用光刻的方法在晶圆的表面形成图形，以获得设计所需的结构。在光刻过程中，由于光刻版、光刻胶以及其它各个方面因素的影响，有可能导致晶圆表面由光刻所形成的图形存在缺陷。因此需要采用一种方法对晶圆表面的图形是否存在缺陷进行判断。在判断晶圆表面是否具有缺陷的过程中，首先要获得晶圆中每一个晶粒的表面形貌。请参见图1，图1是一种现有晶圆表面缺陷检测装置，该装置利用光源I发出的光，经晶圆2表面反射后，被感测器3捕获，从而获得晶圆2中每一个晶粒表面形貌的影像信息。在获得了每一个晶粒的表面形貌之后，需要根据表面形貌的数据，采用预先设定的判断方法对是否有缺陷进行判断。在一种现有技术中，判断缺陷是采用晶粒间比较(dieto die comparison)的方法，以每个晶粒为基本单元,通过图形处理软件,经晶粒i的形貌与相邻的两个晶粒相比较，如果晶粒i上面有某处的形貌与相邻两个晶粒均不同，在判断在该点处出现缺陷。然而随着半导体制造工艺的发展，能够在晶圆表面制造出来的晶粒也越来越多，这就导致晶粒的尺寸有可能超出感测器3所能达到的探测能力。这种情况下，由感测器3捕捉到的晶粒影像就会出现失真、模糊不清等问题，使得在缺陷判断过程中，出现很多误判的情况，导致大量的假缺陷产生。因此有必要对现有的检测方法做改进，以克服假缺陷的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种晶圆缺陷的检测装置，该检测装置能够在晶圆中的晶粒尺寸过小，超出感测单元的感测能力时，能够自动更换感测单元的最小识别单位，使得晶粒的图形像素能够让晶粒的表面图形被正确识别。同时本发明还提出了使用该晶圆缺陷检测装置的检测方法。根据本发明的目的提出的一种晶圆缺陷的检测装置，包括光源、感测单元、控制单元和载物台，所述控制单元包括图形处理器、判断单元、计算单元和缺陷分析单元，所述图形处理器连接所述感测单元，并将该感测单元传输的晶圆表面信息处理成具有识别信息的图形；所述判断单元判断所述图形处理器处理的图形中，单颗晶粒的图像是否清晰；计算单元则 根据上述判断结果，计算设定所述图形中X、Y轴的最小识别单位，该最小识别单位所包含的晶粒颗数使得该最小识别单位的尺寸与所述感测单元的感测能力匹配；
所述缺陷分析单元对所述单颗晶粒的图像进行一缺陷分析操作。优选的，所述光源为汞灯。优选的，所述感测单元为电荷稱合元件。优选的，所述载物台上设有固定装置，载物台的下方还设有X、Y方向以及Z轴旋转的驱动装置。根据本发明的另一目的，该检测方法使用上述的晶圆检测装置，包括步骤:获得晶圆的整体表面图形，在该整体表面图形上以单颗晶粒的长宽尺寸作为X、Y轴的最小识别单位的第一坐标系；对单颗晶粒的图形进行识别，判断单颗晶粒的图形是否清晰；根据上述判断结果，在该整体表面图形上计算设定以整数个晶粒的长宽尺寸为X、Y轴最小识别单位的第二坐标系；以所述第二坐标系对该晶圆表面进行拍摄，并对拍摄所得的图形执行一缺陷分析操作。优选的，所 述获得晶圆的整体表面图形时，包括将晶圆固定到载物台以及对晶圆进行定位的过程。优选的，在所述第一坐标系形成后，对晶圆边缘范围执行一去边程序。优选的，建立所述第二坐标系的过程包括:分别在X轴方向和Y轴方向上，以增加晶粒数量的方式增大最小识别单位，该晶粒数量使得该最小识别单位的尺寸与感测单元的感测能力相匹配。使用上述的检测装置对晶圆进行缺陷检测时，可以避免因晶粒过小导致的像素不够的问题，提高缺陷检测的正确率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是一种现有晶圆表面缺陷检测装置。图2是本发明的晶圆缺陷检测装置的结构示意图。图3是一种晶圆的表面结构。图4是本发明的晶圆缺陷检测方法流程示意图。
具体实施例方式请参见图2，图2是本发明的晶圆缺陷检测装置的结构示意图，如图所示，该晶圆缺陷检测装置包括光源11、感测单元13、控制单元10和载物台12。一待检测晶圆20放置于所述载物台12上。光源11在一种具体应用中可以为汞灯，该光源11设置于所述晶圆20的上方，并对晶圆20表面进行照明。可选的，在光源11和晶圆20之间可以设置一些光学元件，这些光学元件譬如是改变光束焦距的凹凸透镜，或者是改变光路方向的平面镜。通过这些光学元件，可以使得晶圆表面的影像信息更加清楚的被感测单元13捕获。感测单元13是一种影像拍摄器件，比如是电荷稱合元件(Charge-coupledDevice，(XD)，该感测单元13通过接受晶圆20表面反射出来的光，捕获到晶圆20的表面影像信息，并将这些表面影像信息转化成电信号。优选的，感测单元13可以选取一种具有时间延迟积分(Time Delay and Integration, TDI)功能的CO),这样就可以对快速移动中的物体进行影像摄取。载物台12用以放置待测晶圆20。该载物台12上设有固定装置，比如真空吸盘或者卡簧等，可以使晶圆20在检测过程中始终固定在载物台12上。在一种应用中，该载物台12下方设有X、Y方向以及Z轴旋转的驱动装置(图中未示出)，该驱动装置能够驱动载物台12在X、Y方向上做移动和绕Z轴旋转。控制单元10包括图形处理器101、判断单元102、计算单元103和缺陷分析单元104。所述图形处理器101连接所述感测单元13，并将该感测单元13传输的晶圆20的表面信息处理成具有识别信息的图形。该图形处理器101比如是具有图形处理能力的个人计算机PC，由感测单元13发出的电信号，经过该图形处理器101处理后，生成晶圆20的表面图形，并对该表面图形进行识别操作。所述识别操作比如是根据图形中的明暗对比，识别出单个晶粒的形状和表面结构，然后再对该图形进行解析，在该图形中建立以单颗晶粒的长宽尺寸为X、Y轴最小识别单位的坐标系。所述判断单元102判断所述图形处理器101处理的图形中，单颗晶粒的图像是否清晰。该清晰是指:对于单颗晶粒的图像，是否包含足够多的像素，使该图像中所有的结构细节能够被表现。如果整个图形中，单颗晶粒的图像比较模糊，则判断单元102认定晶圆20中晶粒的尺寸过小，超出所述感测单元13的感测能力，此时判断单元102会通知计算单元103调整最小识别单位的尺寸 ，该调整以X轴、Y轴上整数多个晶粒的长宽尺寸作为最小识别单位，对晶圆表面做重新拍摄，具体的晶粒数量以能够与感测单元所拍摄的图形的像素相匹配为准。而如果判断单元102判断所述单颗晶粒的图像足够清晰，则通知计算单元103直接对单颗晶粒进行缺陷的检测。计算单元103则根据上述判断结果，计算设定所述图形中X、Y轴的最小识别单位，该最小识别单位所包含的晶粒颗数使得该最小识别单位的尺寸与所述感测单元的感测能力匹配。具体地，当判断结果为可以识别时，即当单颗的晶粒尺寸在感测单元13的感测能力范围之内，则直接对单颗晶粒进行缺陷检测；而当单颗的晶粒尺寸太小，超出感测单元13的感测能力时，就需要重新设定X、Y轴的最小识别单位，该最小识别单位的尺寸与感测单元13的感测能力相匹配，由计算单元103计算出满足上述最小识别单位的尺寸的晶粒数量，然后依据该晶粒数量对晶圆表面做划分，同时命令感测单元13调节焦距，摄取放大后对应范围内的晶圆面积，使得此次摄取的图形中，单颗晶粒的表面图形包含足够多的像素以可以进行清晰的识别，由于此时拍摄的晶圆面积必定不是整个晶圆，所以需要通过载物台的移动，进行连续拍摄以获得该晶圆中所有晶粒的图形信息。所述缺陷分析单元104对所述单颗晶粒的图形进行一缺陷分析操作。具体地，可以根据以所述最小识别单位进行拍摄后的晶粒图像，生成分析图样，然后同一参照图样进行比对，该参照图样可以为预先设定的标准图样，也可以为与当前晶粒相毗邻的左右两个最小晶粒的图样，只要判断当前晶粒是否与参照图样有差别，如果没有差别，则判定该晶粒为合格；如果有差别，则判定差别处为缺陷位置。直至所有的晶粒都分析完毕，生成整个晶圆表面的缺陷分布图，并反映在一个输出装置中，比如显示器，以方便人员根据该缺陷分布图对晶圆进行缺陷的进一步操作。下面，在对本发明运用上述晶圆检测装置进行晶圆缺陷检测的方法做详细描述。请先参见图3，图3是一种晶圆的表面结构。如图所示，该晶圆20表面包含多个晶粒21。晶粒21组成了晶圆20的最小不重复单位。在晶粒21上,形成了具有各种电功能的半导体集成电路结构。通常晶粒和晶粒之间还设有沟槽(图中未示出)，以供后续切割用。如图4所示，本发明的晶圆缺陷检测方法包括如下步骤:Sll:获得晶圆的整体表面图形，在该整体表面图形上以单颗晶粒的长宽尺寸作为X、Y轴的最小识别单位的第一坐标系；S12:对单颗晶粒的图形进行识别，判断单颗晶粒的图形是否清晰；S13:根据上述判断结构，在该整体表面图形上计算设定以整数个晶粒的长宽尺寸为X、Y轴最小识别单位的第二坐标系；S14:以所述第二坐标系对该晶圆表面 进行拍摄，并对拍摄所得的图形执行一缺陷分析操作。参考所述步骤Sll,具体包括步骤:首先通过机械手臂等适当的装置工具将晶圆从上个机台移动到本发明所述的晶圆表面检测装置的载物台。载物台通过真空吸附等手段将晶圆进行固定。固定晶圆时还包括对晶圆进行对位的过程，该对位过程通过识别晶圆表面的对位标记，使该对位标记达到预先设定的位置为准。该对位标记可以是晶圆本身专设的对位标记，比如前道工序中用以光刻对位的对位标记或者后道工序中用以切割对位的对位标记，也可以是晶圆中某个晶粒上的比较明显的电路器件作为对位标记，只要满足该对位标记方便识别即可。该对位过程的必要性在于，晶圆在多次拍摄时或者对晶圆进行移动拍摄时，可以作为一个位置标准使前后拍摄的晶圆图形具有一致性。以晶圆具有功能器件的一面向上，以光源对该晶圆进行照射，通过合适的光路元件，让感测单元捕获到晶圆表面发出的发射光，从而获取晶圆表面的图像信息。图形处理器将该感测单元传输的晶圆表面信息处理成具有识别信息的图形。根据该图形中的明暗对比，识别出单个晶粒的形状和表面结构，然后再对该图形进行解析，在该图形中建立以单颗晶粒的长宽尺寸为X、Y轴最小识别单位的第一坐标系。进一步的，在第一坐标系中，可以对晶圆边缘范围执行一去边程序。通常在晶圆做光刻时，由于晶圆的圆形形状与晶粒的矩形形状不是完全匹配，所以在靠近晶圆边缘的范围内会出现很多不完整的晶粒。去边的目的在于将这些本身就不完整的晶粒去除，以避免后续缺陷判断时的误判行为。去边的范围大致在2500um至3500um左右，视晶圆的大小和晶粒的尺寸而定。参考所述步骤S12,具体包括步骤:对第一坐标系中的单颗晶粒图形先进行放大，然后选取单颗晶粒图形中邻近的两条电路线条或者两个电子器件作为分析对象，判断单颗晶粒的图形是否清晰。如果该单颗晶粒的图形中包含的像素足够多，则在图形放大以后，图形中包含的一些结构细节依据可以被分辨，而如果像素不够多，则在放大以后会出现失真、模糊、混合不清的现象，导致图形中的结构细节难以被区分。判断单元根据上述原理对单颗晶粒图形进行识别，以判断在该第一坐标系中单颗晶粒的图形是否清晰，即单颗晶粒的尺寸是否能够与感测单元的感测能力相匹配。参考所述步骤S13,具体包括步骤:当判断结果为单颗晶粒的图形可以清晰识别时，即当单颗的晶粒尺寸在感测单元13的感测能力范围之内，则直接以单颗晶粒作为下一步缺陷检测的识别单元；而当单颗的晶粒尺寸太小，超出感测单元13的感测能力时，就需要重新设定X、Y轴的最小识别单位，该最小识别单位的尺寸与感测单元13的感测能力相匹配。由计算单元103计算出满足上述最小识别单位的尺寸的晶粒数量。比如，对于X轴方向，如果在该方向上单颗晶粒的像素不够，则在该方向上以增加晶粒数量的方式增大最小识别单位，对于Y轴方向同样如此。这种增加晶粒的方式可以是单个方向上增加，也可以在两个方向上都增加。然后以该整数多个晶粒的长宽尺寸，作为新的X、Y轴的最小识别单位，建立第二坐标系。参考所述步骤S14,具体包括步骤:依据该第二坐标系的尺寸对晶圆进行重新拍摄，命令感测单元13调节焦距，摄取放大后对应范围内的晶圆面积，使得此次摄取的图形中，单颗晶粒图形的长宽尺寸与上述第二坐标系中的最小识别单位匹配，以此使单颗晶粒的图形包含足够多的像素以可以进行清晰的识别。进一步的，由 于此时拍摄的晶圆面积必定不是整个晶圆，所以需要通过载物台的移动，进行连续拍摄以获得该晶圆中所有晶粒的图形信息。当所有晶粒的表面图形都被识别之后，对每颗晶粒进行缺陷检测的步骤。具体地，可以根据当前单颗晶粒的图像，生成分析图样，然后同一参照图样进行比对，该参照图样可以为预先设定的标准图样，也可以为与当前晶粒相毗邻的左右两个最小晶粒的图样，只要判断当前晶粒是否与参照图样有差别，如果没有差别，则判定该晶粒为合格；如果有差别，则判定差别处为缺陷位置。直至所有的晶粒都分析完毕，生成整个晶圆表面的缺陷分布图，并反映在一个输出装置中，比如显示器，以方便人员根据该缺陷分布图对晶圆进行缺陷的进一步操作。综上所述，本发明提出了一种晶圆缺陷的检测装置及检测方法，该检测装置包括了用以对晶圆中单颗晶粒的尺寸小于感测单元的感测能力时，自动分析计算调节感测单元的最小识别单位，使单颗晶粒的图形尺寸能够与该最小识别单位匹配，以此使晶粒的图形包含足够多的像素，从而在进行缺陷分析的时候能够准确的识别晶粒表面的细微结构，提高晶圆缺陷分析的正确率。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种晶圆缺陷检测装置，包括光源、感测单元、控制单元和载物台，其特征在于:所述控制单元包括图形处理器、判断单元、计算单元和缺陷分析单元， 所述图形处理器连接所述感测单元，并将该感测单元传输的晶圆表面信息处理成具有识别信息的图形； 所述判断单元判断所述图形处理器处理的图形中，单颗晶粒的图像是否清晰； 计算单元则根据上述判断结果，计算设定所述图形中X、Y轴的最小识别单位，该最小识别单位所包含的晶粒颗数使得该最小识别单位的尺寸与所述感测单元的感测能力匹配； 所述缺陷分析单元对所述单颗晶粒的图像进行一缺陷分析操作。
2.如权利要求1所述的晶圆缺陷检查装置，其特征在于:所述光源为汞灯。
3.如权利要求1所述的晶圆缺陷检查装置，其特征在于:所述感测单元为电荷耦合元件。
4.如权利要求1所述的晶圆缺陷检查装置，其特征在于:所述载物台上设有固定装置，载物台的下方还设有X、Y方向以及Z轴旋转的驱动装置。
5.一种晶圆缺陷检测方法，该检测方法使用如权利要去I所述的晶圆检测装置，其特征在于包括步骤: 获得晶圆的整体表面图形，在该整体表面图形上以单颗晶粒的长宽尺寸作为X、Y轴的最小识别单位的第一坐标系； 对单颗晶粒的图形进行识别，判断单颗晶粒的图形是否清晰； 根据上述判断结果，在该整体表面图形上计算设定以整数个晶粒的长宽尺寸为X、Y轴最小识别单位的第二坐标系； 以所述第二坐标系对该晶圆表面进行拍摄，并对拍摄所得的图形执行一缺陷分析操作。
6.如权利要求5所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于:在所述获得晶圆的整体表面图形时，包括将晶圆固定到载物台以及对晶圆进行定位的过程。
7.如权利要求5所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于:在所述第一坐标系形成后，对晶圆边缘范围执行一去边程序。
8.如权利要求5所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于:建立所述第二坐标系的过程包括:分别在X轴方向和Y轴方向上，以增加晶粒数量的方式增大最小识别单位，该晶粒数量使得该最小识别单位的尺寸与 感测单元的感测能力相匹配。
全文摘要
一种晶圆缺陷检测装置，包括光源、感测单元、控制单元和载物台，所述控制单元包括图形处理器、判断单元、计算单元和缺陷分析单元。当判断单元判断晶圆中的晶粒尺寸过小，超出感测单元的感测能力时，计算单元能够自动更换感测单元的最小识别单位，使得晶粒的图形像素能够让晶粒的表面图形被正确识别，从而提高晶圆缺陷检测的正确率。同时本发明还提出了使用该晶圆缺陷检测装置的检测方法。
文档编号H01L21/66GK103247548SQ20121002868
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者栾广庆 申请人:无锡华润上华科技有限公司