检测系统的制作方法

本实用新型属于晶圆检测领域，尤其涉及一种涉及晶圆缺陷检测的系统。

背景技术：

晶圆缺陷检测是指检测晶圆中是否存在凹槽、颗粒、划痕等缺陷以及缺陷位置。晶圆缺陷检测应用十分广泛：一方面，作为芯片基底，晶圆上存在缺陷将可能导致上面制作的昂贵工艺失效，晶圆生产方常进行缺陷检测确保产品合格率，晶圆使用方也需要在使用前确定晶圆的干净程度能保证产品合格率；另一方面，由于半导体加工对加工过程中附加污染控制十分严格，而直接监测加工过程中附加污染难度较大，人们常通过晶圆裸片加工前后缺陷对比来判断该工艺附加污染程度。因此，人们进行了各种晶圆缺陷检测手段的探索。

目前常用晶圆缺陷检测方法的主要包括电子束检测和光学检测两大类。得益于电子波的极端波长，电子束检测能直接成像且分辨率可达到1至2纳米，然而它检测所需的时间较长且检测需要高真空环境，通常用来对少数关键电路环节抽样检查。光学检测是利用光与芯片相互作用实现检测的方法的总称，其基本原理是通过扫描检测入射光与缺陷散射光是否存在及其强度，判断缺陷有无及大小。

技术实现要素：

本实用新型针对当前的光学测量方法存在耗时长、精度低的缺陷，提出一种能够实现对晶圆进行多入射角检测的系统与方法。

首先，本实用新型提出了一种检测系统，其包括：检测组件，其被配置为基于检测光束来生成检测光斑；信号收集组件，其被配置为线形地收集被测物在所述检测光斑的作用下形成的信号光，进而生成与所述检测光斑相对应的检测信息；以及处理器组件，其被配置为基于所述检测信息来确定所述被测物上的缺陷特征信息。

在一种实施方式中，所述信号收集组件包括：至少一个探测支路，每个所述探测支路包括信号光收集器和线探测器，其中，所述信号光收集器用于将所收集到的信号光成像式地投射到所述线探测器。

在一种实施方式中，所述信号收集组件包括：第一散射光探测支路，被配置为收集具有第一出射角的散射光；第二散射光探测支路，被配置为收集具有第二出射角的散射光，所述第二出射角与第一出射角不相等。

在一种实施方式中，所述检测组件被配置为：基于第一检测光束来生成第一检测光斑，其中，所述第一检测光斑为线形光斑；基于第二检测光束来生成第二检测光斑，其中，所述第一检测光斑和所述第二检测光斑部分地重叠，并且所述第一检测光束的波长不同于所述第二检测光束的波长。

在一种实施方式中，所述第一散射光探测支路包括第一信号收集器和第一线探测器，其中，所述第一信号光收集器用于将所收集到的信号光成像式地投射到所述第一线探测器；所述第二散射光探测支路包括第二信号光收集器、第一分束器、第一滤光片和第二线探测器，其中，所述第二信号光收集器用于将所收集到的信号光成像式地投射到所述第二线探测器，所述第一滤光片经由所述第一分束器接收所述信号光，并基于波长对所接收到的信号光进行选择性接收。

在一种实施方式中，所述信号收集组件还被配置为收集所述检测光斑经被测物反射后形成的信号光，所述信号收集组件还包括：第三探测支路，其包括第一滤光片和第三线探测器，其中，所述第二滤光片经由所述第一分束器接收所述信号光，并基于波长对所接收到的信号光进行选择性接收。

在一种实施方式中，所述处理器组件被配置为使得所述检测组件以指定的探测轨迹来对所述被测物进行检测，其中，所述指定的探测轨迹为与所述检测光斑对应的探测区域的中心相对于所述被测物表面的扫描轨迹，所述指定的探测轨迹包括在径向上排列的多个同心圆。

在一种实施方式中，相邻的所述同心圆半径之差小于等于所述探测区域沿同心圆半径方向的尺寸。

在一种实施方式中，所述第一信号光收集器和/或第二信号光收集器是探测透镜组。

在一种实施方式中，所述检测光斑的探测区域在径向上延伸，并且所述检测光斑的扫描方向与所述探测区域的延伸方向垂直，或者，所述检测光斑的扫描方向与所述探测区域的延伸方向之间的夹角为锐角或钝角。

在一种实施方式中，所述检测光斑为线形，所述检测光斑的延伸方向与所述检测区域的延伸方向相同。

在一种实施方式中，所述探测区域的中心与所述检测光斑的中心重合，且所述探测区域的长度小于所述检测光斑的长度。

在一种实施方式中，所述探测区域的长度为所述检测光斑长度的90％-95％。

在一种实施方式中，所述检测光斑的长度为5毫米至10毫米，所述检测光斑的宽度为5微米至100微米。

通过采用本实用新型的技术方案，可以提升每次扫描的区域面积，节约了晶圆的移动时间，能明显增加检测速度。另外，还可以同时对待测物进行明暗场检测，提升了效率。通过使用本实用新型的技术方案，可以使用同一波长的光源来对不同颗粒进行检测。

附图说明

参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。

图1为依据本实用新型实施例的检测系统架构图；

图2a为依据本实用新型实施例的检测系统的光学架构图；

图2b为依据本实用新型实施例的类成像式收集原理示意图；

图3为依据本实用新型实施例的扫描轨迹示意图；

图4为依据本实用新型另一实施例的检测系统架构图。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本实用新型的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

首先，对本实用新型所涉及到的术语进行阐述。检测光束是指由光源组件产生最后形成检测光斑的光束。入射角是指检测光束与被测物(比如，晶圆)表面法线方向的夹角。探测区域则是探测器接收到的信号光所对应的照明区域，譬如，检测光斑斑照射区域中光强相对较强的部分，该部分被探测器所接收，以对被测物进行分析。

发明人通过大量的研究发现，在光散射法检测晶圆的过程中，如果使用点光源(即，将检测光斑会聚到尽可能小，光斑直径在几十到几百微米量级)进行点扫描检测，由于该同一时刻只能探测点区域，因此为了提升对晶圆的检测速度，往往需要加快晶圆的旋转移动速度以及提高光电探测器采样率。然而承载晶圆的电动旋转移动平台的移动轨迹需要精确控制，其旋转速度往往受到制约。

另外，现有晶圆缺陷检测的暗场检测方法一般是易加工的利用反光杯来收集散射光。反光杯所收集的信号中包含了来自晶圆的散射光以及晶圆表面的噪音。基于反光杯的原理可知，其被设计为能够收集尽可能多的散射光，因此，反光杯所收集的信号中混杂的噪音比较多。

再者，由于点光斑尺寸比较小，在检测时点光斑所照射的区域之间需要重合或实际探测区域会部分地重合，如此造成了同一区域会被点光斑照射两次，相应地，该区域的信号光也会被收集两次，从而导致信号处理方法很复杂。

由于反光杯收集散射光的方式难以使不同点散射光汇聚于不同的点，从而导致现有的检测方法只能利用点扫描方式进行检测。

针对上述问题，本实用新型提出利用线扫描的方案实现晶圆缺陷检测，相较于点扫描，增大了每次检测的面积，线扫描同一时刻检测为线区域，能显著提高检测速度，降低仪器成本。

根据入射光角度(譬如，正入射还是斜入射，以及相应的斜入射角)、信号光收集角度范围(法向收集或非法向收集)，光散射法有多种实现方式，包括：(1)正入射照明法向收集；(2)正入射照明非法向收集；(3)斜入射照明法向收集；(4)以及斜入射照明非法向收集。

另外，取决于入射光角度及缺陷类型，散射光将呈现不同的分布特点。具体而言，对于晶圆上分布的凸起类缺陷(譬如，颗粒)，当光正入射时，缺陷散射光比较平均地分布在法向和非法向收集通道；对于晶圆上分布的凹坑类缺陷，当光正入射时，缺陷散射光主要分布在法向收集通道，非法向收集通道所收集到缺陷散射光相对较弱。同理，对于晶圆上分布的凸起类缺陷，当光斜入射时，缺陷散射光主要分布在非法向收集通道；对于晶圆上分布的凹坑类缺陷，当光斜入射时，非法向收集通道所收集到的缺陷散射光较弱。可以理解的，对于斜入射，当光入射角产生变化时，相应的散射光分布也会随之变化。可以理解的，收集通道与散射光的出射角相对应。

由上可知，对于凸起类缺陷，斜入射检测灵敏度更高；对于凹坑类缺陷，正入射具有更高的检测灵敏度。因此，基于检测方式以及相应的信号分布，可以进行缺陷类型分析。

图1为依据本实用新型实施例的检测系统架构图。

如图所示，检测系统包括光源组件101、检测组件102、信号收集组件103以及处理器组件104，其中，光源组件101通过光生成器(譬如一个或多个激光器)来提供检测光束。

检测组件102用于基于所接收到的检测光束而产生对应于指定入射角的检测光斑。在一种实施方式中，检测组件102可以产生多个检测光斑。当晶圆处于被检测时(即，检测光斑照射到晶圆上)，晶圆将在检测光斑的作用下产生(比如，通过散射或反射的方式)相应的信号光。可以理解的，当检测光斑照射到缺陷时，所产生的信号光将根据缺陷的类型或其它参数而变化。检测组件102还包括用于承载晶圆的机台，并且该机台在处理器组件104的控制下移动，进而可以按照指定轨迹移动晶圆，调整晶圆与检测光斑的相对位置，实现扫描检测。

信号收集组件103包括对应于多个散射光的收集通道的探测支路，能够以不同的角度来收集由线检测光斑所产生的信号光，进而产生相应的检测信息。

处理器组件104基于来自信号收集组件103的检测信息，确定晶圆上缺陷特征信息，譬如，缺陷的类型、位置以及其它参数。

图2a为依据本实用新型实施例的检测系统的光学架构图。

如图所示，光源201生成检测光束，该检测光束通过检测组件中的整形镜组2021到达晶圆表面，形成线形检测光斑。可以理解的，该线形检测光斑的宽度、长度可以由整形镜组2021来控制。

在一种实施方式中，检测组件还包括偏振片2022(譬如，四分之一或二分之一波片)，以改变检测光束的偏振态。譬如，根据需求对不同的检测光束实现不同偏振态，如：p光、s光、圆偏振光等。

当检测光斑照射到晶圆表面时，大部分入射光将以与入射光相同的角度从另一侧反射出去，当照明位置存在缺陷时，缺陷会导致部分光以散射光的形式向上方各个角度发出。因此，在不同位置设置多个散射光收集通道，实现不同角度散射光强探测，可以判断线形检测光斑的位置处的缺陷信息。可以理解的，通过多个信号收集通道来收集信号光，可以提升检测精度。

在本实施例中，根据收集角度范围将信号光收集通道分为法向收集通道P1与非法向收集通道P2、P3，其中法向收集通道P1对应的收集角度范围为0°至20°，非法向收集通道P2、P3对应的收集角度范围为20°至90°，譬如，非法向收集通道P2对应的收集角度范围为35±10°，非法向收集通道P3对应的收集角度范围为55±10°。在本实施例中，对应于各收集通道的探测支路包括探测透镜组以及探测器，以对信号光实现成像式收集。当采用线探测器时，探测区域为线形。在一种实施方式中，探测区域的中心与探测检测光斑的中心重合，且探测区域的长度小于探测光斑检测光斑的长度。在实际应用中，探测光斑中心的光强较强，两端光强较弱，两端信号光容易被噪声淹没，因此，通过将探测区域的长度设置为小于检测光斑的长度能够提高检测精度。

图2b为依据本实用新型实施例的成像式收集原理示意图。

如图所示，检测光束照射到晶圆表面进而形成检测光斑，当位置A处存在缺陷时，缺陷在检测光斑的作用下所产生的散射光向晶圆上方各个方向传播。在本实施例中，在法向方向、非法向方向设置多个收集通道，每个收集通道收集以一个散射角为中心空间分布于附近角度的散射光。

位置A处的缺陷在特定角度范围内发出散射光经由探测透镜组21投射到探测器TCa的指定位置处；同样，当位置B处存在缺陷时，缺陷在检测光斑B的作用下所产生的散射光经由探测透镜组22投射到探测器TCb的指定位置处。位置A处缺陷的散射光经由探测透镜组22将投射到探测器TCb旁边位置，类似，位置B处缺陷的散射光经由探测透镜组21将投射到探测器TCa旁边位置。因此探测器TCa与TCb分别独立收集A、B位置缺陷产生的散射光，互不干扰。

通过使得各个收集通道相互独立，当需要对正入射、斜入射光斑分别进行法向及非法向收集时，可以实现对信号光的多通道收集。

请再参阅图2a，信号收集组件包括第一至第三探测支路，其中，第一探测支路包括线探测器TC1和第一探测透镜组TJ1，以收集晶圆在检测光斑的作用下在法向收集通道P1上所产生的信号光；第二探测支路包括线探测器TC2和第二探测透镜组TJ2，以收集晶圆在检测光斑的作用下在非法向收集通道P2上所产生的信号光；第三探测支路包括线探测器TC3和第三探测透镜组TJ，以收集晶圆在检测光斑在非法向收集通道P3上所产生的信号光。

在一个实施方式中，可以将每个检测光斑所对应的探测区域(即，线探测器所接收的部分)设置为每个检测光斑中光强最强的部分(线形)。换而言之，探测器可以线形地收集信号光。探测区域的中心与检测光斑的中心重合，且探测区域的长度小于等于检测光斑的长度。

在一种实施方式中，检测光斑为线形，所述探测区的长度为所述检测光斑长度的90％-95％。在一种实施方式中，检测光斑的长度为5毫米至10毫米，宽度为5微米-至100微米。

虽然图2a中示出了三个探测支路，但在其他实施方式中，还可以根据晶圆的缺陷特征来设置其它数目的探测支路，其中，每个探测支路对应于一个与其他探测支路不同的入射角。

由上可知，通过成像式收集，可以使得探测区域每一点所对应的信号光经过探测透镜组均会聚至线探测器上的指定位置处，从而线探测器上每点收集光相互独立并与检测光斑位置处的散射光直接相关。如此，通过探测透镜组以及线探测器，可以获取光斑照射区域中光强相对较强的部分，作为线形的探测区域。

图3为依据本实用新型实施例的扫描轨迹示意图。

如图所示，检测光斑沿晶圆的径向延伸，如此可以按照同心圆的方式从外圈向内圈扫描。

在检测初始状态，通过机台的移动，使得检测光斑位于晶圆最外侧位置。可以理解的，本实施例是对整个晶圆进行检测，如果待测区域是晶圆的一部分，则需要将检测光斑移动至该待测区域的最外侧处。然后，机台带动晶圆旋转，并通过信号收集组件对晶圆散射出的信号光同时进行法向收集和非法向收集。在沿第1同心圆转完一圈后，机台带动晶圆移动，使得检测光斑在第一径向上移动距离d(即相邻的同心圆的中心的距离为d)进行下一圈扫描。以此类推，直至沿第N同心圆的检测完成(此时，光斑照射至晶圆中心)，从而完成对晶圆的扫描，获取与检测光斑相对应的一组检测信息。可以理解的，每转完一圈，即可完成一环状区域的扫描。在一种实施方式中，移动距离d大于等于检测光斑长度的80％，小于等于检测光斑的长度。

在此实施例中，检测光斑的探测区域在径向上延伸，并且检测光斑的扫描方向垂直于与检测光斑的延伸方向。可以理解的，在另一实施方式中，检测光斑的扫描方向与检测光斑的延伸方向之间的夹角大于0小于90°。

虽然上述实施例是从晶圆的外圈向内圈进行检测，可以理解的，在另一实施方式中，也可以采用从内圈向外圈移动扫描。另外，检测光斑可以沿晶圆的径向延伸，也可以以其他方向延伸。晶圆的扫描路径还可以是螺旋线形、Z形、S形、矩形等。譬如，当采用螺旋线的轨迹扫描时，该扫描方式移动平台旋转的同时缓慢向一个方向平移，完成整片区域扫描。

因此，在探测区域相互不重叠的情况下，可以设置多个检测光斑来对晶圆进行检测，该多个检测光斑之间可以部分地重叠或是不重叠。

由前述可知，对于凹坑类缺陷，采用正入射的方式能实现更好的检测精度，而斜入射光源检测能实现凸起类缺陷的高精度检测。因此，检测系统不仅可以采用单独的垂直入射、斜入射，还可以采用垂直光与斜入射光均进行检测的方案。为了将垂直入射散射光与斜入射散射光相区分，可以采用分波长的方式，即垂直入射与斜入射探测采用不同波长的光源。

图4为依据本实用新型另一实施例的检测系统架构图，通过该检测系统，可以实现明场与暗场同步检测。

如图所示，第一光源组件410产生第一检测光束，经由光阑431、偏振片432、分束器433到达晶圆表面，形成第一检测光斑S1。第二光源组件420产生第二检测光束，经由整形镜组434到达晶圆表面，以形成与检测光斑S1至少部分地重叠的检测光斑S2。在一种实施方式中，检测光斑S2为线形光斑，如此可以在暗场中尽可能地集中光强。

对于明场，晶圆在第一检测光斑S1的作用下，产生相应的反射光，依次经由信号光收集器435(譬如，探测透镜组或是其它具有成像式收集功能的元件)、分束器433到达分束器436。在法向上，第一滤光片437对来自分束器436的光束进行选择性接收，以使得偏振线探测器440接收到基于第一检测光斑S1所产生的反射光，以实现明场检测。

对于暗场，晶圆在检测光斑S2的作用下将在法向和非法向上产生散射光。在法向上所产生的散射光依次经由信号光收集器435、分束器433到达分束器436，第二滤光片438对来自分束器436的光束进行选择性接收，进而使得线探测器441接收到基于第二检测光斑S2的法向散射光。在非法向上所产生的散射光，通过信号光收集装置439到达线探测器442。

可以理解的，当不需要对检测光斑S2在法向所产生的产生散射光进行分析时，分束器436可以被移除。

由上可知，通过对法向上的反射光和散射光进行分束、选择性接收，可以使得检测系统400能够同时实现明暗场同步检测的实现光路，该方法中明场检测与暗场检测同时实现线扫描检测，并且相同时刻检测位置相同，通过明暗场采用不同波长光源的方法，实现了不同方案的独立检测。

虽然上述内容是以同时生成分别对应两个波长且部分地重叠的检测光斑为例，但是本领域技术人员可以理解的是，在其他实施例中，还可以生成对应多个波长且部分地重叠的检测光斑，只需要设置相应的分束器和滤光片便可以对光束进行选择性接收。譬如，检测系统400还可以包括第三光源组件(未示出)，其可以生成与第一、第二检测光束波长不同的第三检测光束，并生成检测光斑S3。通过设置相应的分束器以及滤光片，便可以对检测光斑S3所产生的散射光或反射光进行选择性接收。

本实用新型提出了一种检测方法，包括：基于检测光束，生成检测光斑；线形地收集被测物在所述检测光斑的作用下形成的信号光，进而生成与所述检测光斑相对应的检测信息；基于所述检测信息，确定所述被测物的缺陷特征信息。

本实用新型还提出了一种检测方法，包括如下步骤：基于检测光束，生成检测光斑，该检测光斑包括线形探测区域；收集所述检测光斑经被测物的散射形成的信号光，进而生成与检测光斑相对应的检测信息；基于探测区域形成的检测信息，确定被测物的缺陷特征信息。

收集所述检测光斑经被测物的散射形成的信号光的步骤包括：通过使所述检测光斑相对于被测物移动，对所述被测物的待测区进行扫描，并在所述扫描过程中，收集所述信号光。

当被测物的待测区为圆形时，扫描的步骤包括：被测物绕待测区圆心旋转；使被测物绕待测区圆心旋转之后，使被测物相对于检测光斑沿待测区直径方向平移特定步长；重复上述步骤直至待测区均被检测光斑覆盖所述检测区圆心。如此，旋旋转和平移不同时进行，能够提高系统的稳定性，提高成像质量，进而提高检测精度。

在一种实施方式中，特定步长等于或小于探测区域在平移方向上的尺寸。

检测方法还可以通过前述的检测系统的执行。具体地，通过检测组件基于检测光束来生成检测光斑，在处理器组件的控制下，通过信号收集组件收集被测物在检测光斑经被测物散射后形成的信号光，进而生成与检测光斑相对应的检测信息；以及通过处理器组件基于探测区域而获取的检测信息来确定被测物的缺陷特征信息。

虽然上述实施例利用线光斑进行检测，但本实用新型的检测方法也同样适用于点光斑或面光斑检测方法。可以理解的，当使用点/面光斑来检测晶圆时，需要对整形镜组进行调整，以形成点/面光斑。譬如，可以通过螺旋线方式来使用点光斑来对晶圆进行检测。

相较于传统的检测方法，本实用新型的检测方法采用了线扫描，每次扫描的面积大，线探测器所接收的信号也较为均匀，不仅节约了晶圆的移动时间，还能明显增加检测速度和精度。

因此，虽然参照特定的示例来描述了本实用新型，其中，这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本实用新型进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本实用新型的精神和保护范围的基础上，可以对所公开的实施例进行改变、增加或者删除。