量測和檢測對于半導體制造過程的管理非常重要。半導體晶圓的整個制造過程有400到800個步驟，需要一到兩個月的時間。如果在流程的早期出現(xiàn)任何缺陷，后續(xù)耗時工藝中所做的所有工作都將被浪費。因此，在半導體制造工藝的關(guān)鍵點建立量測與檢測流程，可以有效確保和維持良率。

01

半導體中的量測

在半導體制造過程中，"量測"（Metrology）指的是使用各種技術(shù)和設(shè)備對晶圓（wafer）和芯片進行測量和監(jiān)控，以確保制造工藝的精度和產(chǎn)品的質(zhì)量。量測技術(shù)在半導體制造中的應(yīng)用貫穿整個生產(chǎn)過程，從前道工序（如光刻、刻蝕、沉積等）到后道工序（如封裝和測試），確保每一步工藝的精度和質(zhì)量，最終提高產(chǎn)品的良率和性能。量測在半導體制造中扮演著關(guān)鍵角色，以下是一些常見的量測技術(shù)和它們的應(yīng)用：

1. 光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡（SEM）

• 應(yīng)用：用于檢測晶圓表面的圖形和缺陷。
• 光學顯微鏡：通過光學方法放大圖像，適用于較大特征的觀測。
• SEM：通過電子束掃描樣品表面，提供高分辨率圖像，適用于微小特征和缺陷的檢測。

2. 薄膜厚度測量

• 橢圓偏振測量儀（Ellipsometer）：通過測量偏振光在薄膜上的變化，精確測量薄膜的厚度和光學性質(zhì)。
• 光譜反射率儀（Spectroscopic Reflectometer）：通過分析光在薄膜表面的反射光譜，測量薄膜厚度。

3. 關(guān)鍵尺寸（Critical Dimension, CD）量測

• CD-SEM：用于測量半導體器件的關(guān)鍵尺寸（如線寬、間距等），確保它們符合設(shè)計規(guī)范。
• 原子力顯微鏡（AFM）：通過測量表面形貌和高度，提供納米級精度的尺寸量測。
• 套刻誤差（Overlay）：半導體制造的難點在于需要上百甚至上千個步驟的緊密配合，每一步都要按照設(shè)計目標進行，才能最終制作出所需的器件。各個工藝步驟之間的協(xié)調(diào)和前后對準是基本要求。因此，套刻誤差監(jiān)控是必不可少的。

4. 光掩模（Photomask）和掩模檢測

• 光學檢測系統(tǒng)：用于檢測光掩模上的缺陷和圖形錯誤。
• EUV掩模檢測：專門用于極紫外光（EUV）光刻掩模的檢測，確保高精度的圖形轉(zhuǎn)移。

5. 電特性測量

• 四探針測量（Four-Point Probe）：用于測量半導體材料的電阻率。
• 參數(shù)分析儀：用于測量器件的電特性參數(shù)，如電流-電壓特性、閾值電壓等。

6. X射線和光電子能譜（XPS）

• X射線光電子能譜（XPS）：用于分析材料的化學組成和化學鍵狀態(tài)。
• X射線衍射（XRD）：用于測量晶體結(jié)構(gòu)和應(yīng)力。

7. 化學機械拋光（CMP）量測

• 表面輪廓儀（Profilometer）：用于測量拋光后的表面平整度和輪廓。
• 厚度測量儀：用于測量拋光前后的薄膜厚度變化。

8. 顆粒檢測和表面缺陷檢測

• 顆粒計數(shù)儀：用于檢測和計數(shù)晶圓表面的顆粒和微小雜質(zhì)。
• 表面缺陷檢測系統(tǒng)：通過光學和激光掃描方法，檢測晶圓表面的缺陷和污染。

9. 翹曲度測量

• 例如晶圓基體彎曲翹曲（Bow/Warp）測量以及薄膜應(yīng)力測試。

 

02

量測案例

量測1：測量半導體晶圓指定位置的電路圖案的線寬和孔徑（CD-SEM）。

量測2：測量半導體晶片表面薄膜的厚度（橢偏儀等）。

量測3：用于檢測套刻精度的量測系統(tǒng)（套刻工具）。執(zhí)行測量以檢測轉(zhuǎn)移到晶圓上的第一層圖案和第二層圖案的重疊的精度。

 

量測通常是指使用量測設(shè)備來測量關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)與體積的方法。

量測雖然通常被認為是測量的同義詞，但它是一個更全面的概念，它不僅指測量行為本身，還指通過考慮誤差和精度以及量測設(shè)備的性能和機制來執(zhí)行的測量。如果圖案測量結(jié)果不在給定的規(guī)格范圍內(nèi)，則制造的器件不能按設(shè)計運行，在這種情況下，電路圖案的曝光轉(zhuǎn)移可能需要返工。測量點的數(shù)量因半導體器件制造商或器件而異。新設(shè)計的器件在制造的啟動階段可能會經(jīng)歷數(shù)千個晶圓的量測過程。

 

03

半導體中的檢測

涉及使用檢測設(shè)備根據(jù)特定標準檢測是否符合要求，以及異?；虿贿m合的情況，是一個檢測晶圓中任何顆粒或缺陷的過程。具體來說，其目的是找到缺陷的位置坐標（X，Y）。

缺陷的原因之一是灰塵或顆粒的粘附。因此不可能預(yù)測哪里會出現(xiàn)缺陷。如果晶圓表面出現(xiàn)大量缺陷，則無法正確創(chuàng)建電路圖案，從而導致圖案缺失，阻止電子電路正常運行，從而使晶圓成為有缺陷的產(chǎn)品。檢測缺陷并指定其位置（位置協(xié)調(diào)）是檢測設(shè)備的主要作用。

 

主要的半導體制造工藝包括相當于印刷版的光掩模制造工藝、作為半導體基礎(chǔ)的晶圓制造工藝、利用光掩模在晶圓上形成精細電路結(jié)構(gòu)的前端工藝以及后端工藝。電路形成后封裝單個半導體芯片的最終過程。如果我們看細節(jié)的話，有上百個流程。

檢測設(shè)備在生產(chǎn)率如此高的半導體制造過程中極其重要，可以盡早剔除缺陷產(chǎn)品，降低成本，提高質(zhì)量和可靠性。選擇半導體檢測設(shè)備的標準應(yīng)考慮晶圓的直徑、要使用的工藝以及要檢測的缺陷類型。

半導體檢測設(shè)備用于半導體制造過程的各個階段。檢測缺陷包括光掩模和晶圓上的變形、裂紋、劃痕和異物，前道工序中形成的電路圖案的錯位，尺寸缺陷，后道工序中的封裝缺陷等。半導體制造的難點在于需要上百甚至上千個步驟的緊密配合，每一步都要嚴格按照設(shè)計目標進行，才能最終制作出所需的器件。各個工藝步驟之間的協(xié)調(diào)和前后對準是基本要求。因此，缺陷檢測和過程監(jiān)控至關(guān)重要。

缺陷檢測(Defect Inspection)

指在半導體制造過程中，使用各種技術(shù)和設(shè)備對晶圓和芯片進行檢查，以識別和定位潛在的缺陷。這些缺陷可能包括顆粒污染、劃痕、蝕刻殘留、膜層不均勻等。主要包括無圖形缺陷檢測(Non-patterned Defect Inspection)和有圖形缺陷檢測(Patterned Defect Inspection) 。

3.1 無圖形缺陷檢測

在半導體制造過程中，無圖形缺陷檢測專注于在晶圓和芯片的無圖形區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)和識別缺陷。與圖形化區(qū)域不同，無圖形區(qū)域通常是平滑的，沒有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和特征，因此更容易識別微小的缺陷。無圖形缺陷包括顆粒污染、表面粗糙度異常、薄膜厚度不均勻、微裂紋等。

 

3.1.1 主要檢測方法

a.光學檢測(Optical Inspection)

• 亮場檢測(Bright-field Inspection)：利用普通光源照射無圖形區(qū)域，檢測表面上的顆粒和其他缺陷。
• 暗場檢測(Dark-field Inspection)：利用傾斜光源照射樣品表面，增強微小缺陷的可見度。

b.激光散射檢測(Laser Scattering Inspection)

• 光學顆粒計數(shù)儀(Optical Particle Counter)：利用激光束照射無圖形表面，檢測和計數(shù)表面顆粒。顆粒的散射光信號可以被敏感探測器捕捉到，從而識別出微小顆粒。

c.掃描電子顯微鏡(SEM)

• 低能量電子束檢測：利用低能量電子束掃描無圖形區(qū)域，識別表面微裂紋和其他細小缺陷。

d.原子力顯微鏡(AFM)

• 表面形貌測量：利用探針掃描樣品表面，提供高分辨率的表面形貌圖，檢測表面粗糙度和微小缺陷。

e.光學輪廓儀 (Optical Profilometer)

• 表面輪廓檢測：利用干涉測量技術(shù)，測量無圖形區(qū)域的表面輪廓和薄膜厚度變化，識別不均勻性和缺陷。

f.化學機械拋光(CMP)檢測

• 拋光后表面檢查：專門用于檢測CMP工藝后無圖形區(qū)域的表面缺陷，如殘留物、劃痕和表面不平整。

 

3.1.2 應(yīng)用場景

• 薄膜沉積工藝后的檢查：確保薄膜表面均勻、無顆粒污染和薄膜厚度均勻。
• 氧化和擴散工藝后的檢查：檢查無圖形區(qū)域的表面質(zhì)量，確保沒有微裂紋和其他缺陷。
• CMP工藝后的檢查：確保拋光后的表面平整、無劃痕和殘留物。

 

3.1.3 總結(jié)

無圖形缺陷檢測對于確保半導體器件的整體質(zhì)量和可靠性至關(guān)重要。盡管這些區(qū)域沒有復(fù)雜的圖形，但任何微小缺陷都可能在后續(xù)工藝中被放大，影響器件的性能和可靠性。因此，及時檢測和修復(fù)無圖形區(qū)域的缺陷是保證高質(zhì)量半導體產(chǎn)品的關(guān)鍵。

3.2 有圖形缺陷檢測

有圖形缺陷檢測是半導體制造過程中至關(guān)重要的一部分，主要關(guān)注在已經(jīng)刻蝕或形成圖形的區(qū)域內(nèi)檢測缺陷。這些缺陷可能包括圖形偏差、蝕刻缺陷、殘留物、顆粒污染等，直接影響到器件的功能和性能。

3.2.1 主要檢測方法

a.自動光學檢測(Automated Optical Inspection, AOI)

• 亮場檢測(Bright-field Inspection):利用光源直接照射樣品，通過檢測反射光來識別圖形區(qū)域的缺陷，如顆粒、殘留物和圖形偏差。
• 暗場檢測(Dark-field Inspection):利用傾斜光源照射樣品，通過檢測散射光來識別微小缺陷，尤其適用于檢測邊緣粗糙度和微小顆粒。

b.掃描電子顯微鏡(SEM)

• CD-SEM( Critical Dimension SEM):用于測量關(guān)鍵尺寸(如線寬、間距)并檢測圖形缺陷，如蝕刻殘留、溝槽和橋接缺陷。
• 缺陷復(fù)查SEM:用于詳細檢查和分析自動光學檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷，提供高分辨率圖像。

c.電子束檢測(E-beam Inspection)

• 高分辨率檢測:利用電子束掃描樣品表面，通過檢測電子的反射或透射信號來識別細微缺陷，適用于檢測高密度圖形區(qū)域。

d.光學干涉檢測(Optical Interference Inspection)

• 干涉顯微鏡:通過光學干涉技術(shù)，檢測圖形區(qū)域的高度差異和表面缺陷，如凹陷和突起。

e.缺陷分類和分析軟件

• 缺陷分類:結(jié)合人工智能和機器學習技術(shù)，對檢測到的缺陷進行自動分類和分析，幫助工程師快速定位和修復(fù)問題。

f. 化學機械拋光(CMP)后的圖形缺陷檢測

• 表面形貌和厚度變化檢測:確保拋光后的圖形區(qū)域無劃痕、殘留物和不均勻性。

3.2.2 應(yīng)用場景

• 光刻工藝后的檢查:確保圖形正確形成，無顯影缺陷和顆粒污染。
• 蝕刻工藝后的檢查:檢測蝕刻后的圖形區(qū)域是否存在殘留物、刻蝕不完全和側(cè)壁缺陷。
• 薄膜沉積后的檢查:確保沉積層在圖形區(qū)域的厚度均勻，無顆粒污染和裂紋。

3.2.3 總結(jié)

有圖形缺陷檢測對于保證半導體器件的性能和可靠性至關(guān)重要。任何微小的圖形缺陷都可能導致器件失效或性能下降，因此需要高精度的檢測技術(shù)和設(shè)備來及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)這些缺陷。這不僅提高了生產(chǎn)良率，還確保了最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

3.3 掩模版缺陷檢測(Reticle Inspection)

掩模版缺陷檢測是在半導體光刻過程中，對光掩模(也稱為掩膜版或光罩)進行檢查以發(fā)現(xiàn)并修復(fù)缺陷的過程。光掩模是光刻工藝中將電路圖形轉(zhuǎn)移到晶圓上的關(guān)鍵組件，其質(zhì)量直接影響到晶圓上圖形的精確度和最終器件的性能。這些缺陷可能包括顆粒污染、圖形斷裂、橋接缺陷和光掩模材料的缺陷。

3.3.1 主要檢測方法

a.光學顯微鏡(Optical Microscopy)

• 高倍光學顯微鏡：使用高倍率光學顯微鏡檢查掩模版表面的明顯缺陷和污染。

b.自動光學檢測(Automated Optical Inspection,AOI)

• 亮場檢測(Bright-field Inspection)：利用直射光源照射掩模版，通過檢測反射光來識別圖形缺陷和污染。
• 暗場檢測(Dark-field Inspection)：利用傾斜光源照射掩模版，通過檢測散射光來識別微小缺陷，特別適用于檢測表面顆粒和邊緣缺陷。

c.掃描電子顯微鏡(SEM)

• 高分辨率SEM檢測：提供高分辨率圖像，詳細檢查掩模版上的微小缺陷，如斷線、短路和邊緣粗糙度。

d.電子束檢測(E-beam Inspection)

• 高精度檢測：使用電子束掃描掩模版，檢測圖形的精細結(jié)構(gòu)和細微缺陷，適用于復(fù)雜圖形的詳細檢查。

e.激光散射檢測(Laser Scattering Inspection)

• 顆粒檢測：通過激光散射技術(shù)檢測掩模版表面的微小顆粒和污染物。

f.光學干涉檢測(Optical Interference Inspection)

• 干涉顯微鏡：使用光學干涉技術(shù)檢測掩模版表面的高度差異和缺陷，如凹陷和突起。

g.缺陷修復(fù)

• 激光修復(fù)：使用激光修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)掩模版上的細小缺陷。
• 電子束修復(fù)：使用電子束修復(fù)系統(tǒng)對掩模版上的圖形進行精細修復(fù)。

3.3.2 應(yīng)用場景

• 掩模制造工藝中的質(zhì)量控制：確保新制造的掩模版無缺陷。
• 掩模使用前的檢查：在光刻工藝前對掩模版進行檢查，確保其在使用前無缺陷。
• 掩模清洗后的檢查：在掩模版清洗和處理后進行檢查，確保清洗過程中沒有引入新的缺陷。

3.3.3 總結(jié)

掩模版缺陷檢測對于半導體制造的成功至關(guān)重要。掩模版上的任何缺陷都會在光刻過程中被放大并轉(zhuǎn)移到晶圓上，導致器件性能下降甚至失效。因此，通過高精度的缺陷檢測和及時的修復(fù)，保證掩模版的質(zhì)量，對于提高生產(chǎn)良率和確保最終產(chǎn)品的可靠性至關(guān)重要。

 

04

其他

4.1 半導體 - 準確度與精密度

什么是高性能半導體計量設(shè)備？
傳統(tǒng)的“性能”可以分為兩種：“準確度與精密度”，或“真實度與重復(fù)性”。

“準確度”是衡量其接近“真實值”的程度。另一方面，“精密度”是衡量多次測量值變化的指標，也稱為“重復(fù)性”。
請參考下圖。

Fig.4.1.1 An example of shifts in measurement values

 

圖 4.1.1顯示了按時間序列繪制的半導體器件測量結(jié)果。
如果使用計量系統(tǒng)重復(fù)測量同一半導體對象，則測量結(jié)果應(yīng)該始終相同。但實際上，測量值會根據(jù)干擾和噪聲而變化。
測量值的頻率分布如圖 4.1.2 所示。
當收集大量測量數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)分布將近似于高斯（正態(tài)）分布，如圖 4.1.2 所示。分布的特征用平均值：μ（mu）和標準偏差：σ（sigma）表示。數(shù)據(jù)落入 μ±3σ 內(nèi)的概率為 99.73%。

μ：平均值

σ：標準偏差

Fig.4.1.2 Gaussian (normal) distribution

 

圖 4.1.3（a）中σ較小，表示變異較??；圖4-3（b）中σ較大，表示變異較大。變異較小時，精度（或重復(fù)性）較高（良好）。

Fig.4.1.3 Gaussian(normal) distribution (Part 2)

 

這可以比作用槍射擊目標。
當變化小時，彈孔將停留在一小塊區(qū)域內(nèi)（圖 4.1.4（a）右圖）。
當變化大時，彈孔將擴散到大面積區(qū)域（圖 4.1.4（b）右圖）。
高重復(fù)性并不能保證真實值（正確值或目標中心）。圖 4.1.4 是遠離真實值（目標中心）的測量值的示例。
當平均值（μ）接近真實值時，真實性或準確度就很高。

Fig.4.1.4 Gaussian (normal) distribution (Part 2)

 

以下是簡要總結(jié)：

變化（σ）小意味著精度高（好）。
平均值（μ）接近真實值意味著準確度高（好）。
如圖 4.1.5 所示。

Fig.4.1.5 Precision and accuracy

 

像臨界尺寸 SEM (CD-SEM) 這樣的測量系統(tǒng)需要高精度。

高精度系統(tǒng)意味著高性能測量系統(tǒng)。CD-SEM 的測量重復(fù)性約為 3σ 內(nèi)測量尺寸的 1%。
可以使用標準微量尺等測量標準進行校準，調(diào)整精度，使測量值與真實值一致。

4.2 CD-SEM - 什么是臨界尺寸SEM？

臨界尺寸SEM（CD-SEM：臨界尺寸掃描電子顯微鏡）是一種專用系統(tǒng)，用于測量半導體晶圓上形成的精細圖案的尺寸。CD-SEM主要用于半導體電子設(shè)備的生產(chǎn)線。
CD-SEM與通用SEM的三個主要區(qū)別在于：
1）照射到樣品上的CD-SEM一次電子束的能量低至1keV或以下。
2）降低CD-SEM電子束的能量可以減少由于充電或電子束照射對樣品造成的損壞。
3）通過最大限度地提高放大倍率校準，可以保證CD-SEM測量的準確性和重復(fù)性。
CD-SEM的測量重復(fù)性約為測量寬度的1% 3σ。
晶圓上的精細圖案測量是自動化的。樣品晶圓放在晶圓盒（或Pod / FOUP）內(nèi)，晶圓盒放在CD-SEM上。尺寸量測的條件與步驟，會預(yù)先輸入至配方*中，當量測開始時，CD-SEM 會自動將樣品晶圓從卡匣中取出，并放入 CD-SEM 中，量測樣品上所需的位置，量測完成后，晶圓會放回卡匣中。

Fig.4.2.1 Measuring a fine pattern on a wafer.

* Recipe: A recipe is a program (a collection of procedures, processing methods, parameters and input data) input into manufacturingsystem such as CD-SEM.

測量原理
CD-SEM 使用 SEM 圖像的灰度（對比度）信號。
首先，光標（位置指示器）在 SEM 圖像上指定測量位置。
然后獲取指定測量位置的線輪廓。線輪廓基本上是指示測量特征的地形輪廓變化的信號。
線輪廓用于獲取指定位置的尺寸。CD-SEM 通過計算測量區(qū)域中的像素數(shù)來自動計算尺寸。
CD-SEM 圖像
下面顯示了 CD-SEM 獲得的 SEM 圖像示例。圖 4.2.2 顯示了在光刻膠線的 SEM 圖像上方繪制的線輪廓。光刻膠線的橫截面圖與 SEM 圖像之間的關(guān)系如圖 4.2.3 所示。
此外，線橫截面與其線輪廓之間的關(guān)系如圖 4.2.4 所示。

Fig.4.2.2 Photoresist line (SEM image) and line profile

也就是說，圖 4.2.2 中的圖像給出了線輪廓，而輪廓又給出了線寬。如果線橫截面呈梯形，如圖 4.2.4 所示，則頂部和底部的寬度將不同。在這種情況下，測量位置將在配方中指定。此外，還可以指定所需的高度位置。

SEM image

A schematic cross-sectional view

Fig.4.2.3Relationship between the SEM image ofline & space and the schematic cross-sectionalview

Line profile

A schematic cross-sectional view

Fig.4.2.4 Relationship between the line schematiccross-sectional view and the line profile

測量過程
臨界尺寸測量主要在晶圓制造工藝的以下操作中進行。
顯影后光刻膠圖案的臨界尺寸測量
蝕刻后接觸孔直徑/通孔直徑和布線寬度的測量

4.3 晶圓缺陷檢測系統(tǒng)

晶圓缺陷檢測系統(tǒng)檢測晶圓上的物理缺陷（稱為粒子的異物）和圖案缺陷，并獲取缺陷的位置坐標（X，Y）。缺陷可分為隨機缺陷和系統(tǒng)缺陷。
隨機缺陷主要由附著在晶圓表面的粒子引起，因此無法預(yù)測其位置。晶圓缺陷檢測系統(tǒng)的主要作用是檢測晶圓上的缺陷并找出其位置（位置坐標）。
另一方面，系統(tǒng)缺陷是由掩模和曝光工藝的條件引起的，并且會出現(xiàn)在所有投影的芯片的電路圖案上的相同位置。它們出現(xiàn)在曝光條件非常困難且需要微調(diào)的位置。
晶圓缺陷檢測系統(tǒng)通過比較相鄰芯片的電路圖案的圖像來檢測缺陷。因此，有時無法使用傳統(tǒng)的晶圓缺陷檢測系統(tǒng)檢測到系統(tǒng)缺陷。
可以在圖案化工藝晶圓或裸晶圓上進行檢查。它們中的每一個都有不同的系統(tǒng)配置。以下是典型檢查系統(tǒng)的說明；圖案化晶圓檢測系統(tǒng)和非圖案化晶圓檢測系統(tǒng)。

缺陷檢測原理
圖案化晶圓檢測系統(tǒng)
圖案化晶圓檢測系統(tǒng)有很多種，包括電子束檢測系統(tǒng)、明場檢測系統(tǒng)和暗場檢測系統(tǒng)。每種系統(tǒng)都有自己的特點，但基本的檢測原理是相同的。
在半導體晶圓上，相同圖案的電子器件并排制作。顧名思義，隨機缺陷通常是由灰塵等顆粒引起的，并且發(fā)生在隨機位置。它們在特定位置重復(fù)出現(xiàn)的可能性極低。
因此，圖案化晶圓檢測系統(tǒng)可以通過比較相鄰芯片（也稱為裸片）的圖案圖像并獲得差異來檢測缺陷。

Fig.4.3.1.Principles of defect detection on a patterned wafer

圖 4.3.1 顯示了檢測圖案化晶圓上的缺陷的原理。
晶圓上的圖案通過電子束或光線沿芯片陣列捕獲。通過比較待檢測芯片的圖像(1) 和相鄰芯片的圖像 (2) 來檢測缺陷。如果沒有缺陷，則通過數(shù)字處理將圖像 2 從圖像 1 中減去的結(jié)果將為零，并且不會檢測到任何缺陷。相反，如果芯片 (2) 的圖像中有缺陷，則缺陷將保留在減去后的圖像 (3) 中，如圖所示。然后檢測缺陷并記錄其位置坐標。
非圖案化晶圓檢測系統(tǒng)
非圖案化晶圓檢測系統(tǒng)用于晶圓制造商的晶圓出貨檢測、設(shè)備制造商的晶圓入貨檢測以及使用虛擬裸晶圓進行的設(shè)備狀態(tài)檢查，以監(jiān)控設(shè)備的清潔度。設(shè)備制造商在出貨檢測時也會進行設(shè)備狀態(tài)檢查，設(shè)備制造商在設(shè)備入貨檢測時也會進行設(shè)備狀態(tài)檢查。
為了檢查設(shè)備的清潔度，將用于清潔度監(jiān)測的裸晶圓裝入設(shè)備中，然后移動設(shè)備內(nèi)部的平臺來監(jiān)測顆粒的增加情況。

Fig.4.3.2.Principle of defect detection on a non-patterned wafer(1)

圖 4.3.2 顯示了檢測無圖案晶圓上的缺陷的原理。
由于沒有圖案，因此無需圖像比較即可直接檢測缺陷。
將激光束投射到旋轉(zhuǎn)的晶圓上，并沿徑向移動，以便激光束能夠照射晶圓的整個表面。

 

Fig.4.3.3 Principle of defect detection on a non-patterned wafer(2)

 

當激光束投射到旋轉(zhuǎn)晶圓的顆粒/缺陷上時，光會發(fā)生散射并被檢測器檢測到。因此，檢測到顆粒/缺陷。根據(jù)晶圓旋轉(zhuǎn)角度和激光束的半徑位置，計算并記錄顆粒/缺陷的位置坐標。鏡面晶圓上的缺陷除了顆粒外，還包括COP等晶體缺陷。
一般來說，明場檢測系統(tǒng)用于詳細檢查圖案缺陷。另一方面，暗場檢測系統(tǒng)可以高速檢測，用于大量晶圓的缺陷檢測。
在電子束檢測系統(tǒng)中，電子束照射到晶圓表面，檢測發(fā)射的二次電子和背向散射電子。
此外，電子束檢測系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備內(nèi)部布線的導電性，將二次電子的數(shù)量檢測為圖像對比度（電壓對比度）。如果檢測高深寬比的接觸孔底部的電導率，可以檢測到超薄厚度的SiO2殘留物。

Fig.4.3.4. An example of detecting the residue at thebottom of a contact hole.

Introducing the product lineup of Defect Review SEM& Defect Inspection Systems

4.4 ReviewSEM - 什么是review SEM？

缺陷review  SEM是一種掃描電子顯微鏡 (SEM)，用于審查晶圓上發(fā)現(xiàn)的缺陷。半導體晶圓缺陷檢測系統(tǒng)檢測到的缺陷使用審查 SEM 放大為高倍圖像，以便對其進行審查和分類。缺陷審查 SEM 主要與電子設(shè)備和其他半導體生產(chǎn)線中的檢測系統(tǒng)一起使用。

Review SEM 的作用
Review SEM 的工作方式一般如下：
事先使用檢查系統(tǒng)檢測晶圓缺陷。
檢查系統(tǒng)列出缺陷的位置坐標并將其輸出到文件中。
將檢查的晶圓和檢查結(jié)果文件加載到 Review SEM 中。
拍攝列表中缺陷的圖像。
根據(jù)缺陷列表中的位置信息確定缺陷位置。然后由 Review SEM 拍攝并存儲缺陷圖像。
使用檢查系統(tǒng)檢測幾千到幾萬個缺陷，并將數(shù)據(jù)輸出到文件中。可以在 Review SEM 的配方操作設(shè)置中指定是否檢查并拍攝所有或部分缺陷的照片。
有時無法使用缺陷數(shù)據(jù)文件中的位置信息找到晶圓上的缺陷。由于各種錯誤，僅使用位置信息很難找到缺陷。
在缺陷檢查系統(tǒng)中，將缺陷圖像與相鄰的芯片圖像（參照圖像）進行比較，并根據(jù)圖像差異（差異圖像處理）檢測缺陷。
Review SEM 與缺陷檢測系統(tǒng)類似，通過與相鄰芯片的電路圖案進行比較來檢測缺陷，并獲得缺陷的正確位置。然后將缺陷移到視野中心并拍攝放大的照片。
在 Memory IC 的缺陷檢查中，其中單元圖案重復(fù)排列，單元的最小單位圖像預(yù)先注冊為參考圖像。在 Review SEM 上檢測缺陷的一種方法是使用差異圖像處理將缺陷圖像與參考圖像進行比較。這種方法可以加快 Review SEM 上的缺陷檢測速度，因為可以將多個部分與同一參考圖像進行比較。

ADR功能
ADR代表自動缺陷檢查。缺陷檢查的目的是更詳細地觀察、分類和分析晶圓檢測系統(tǒng)檢測到的缺陷和顆粒的形狀和成分。
自動缺陷檢查使用缺陷檢查中獲得的缺陷信息（坐標等）自動獲取所需缺陷的圖像。數(shù)據(jù)存儲并整理到數(shù)據(jù)庫中。
在缺陷檢查SEM中，使用ADR功能自動獲取并存儲缺陷圖像。
ADC功能
ADC代表自動缺陷分類。存儲在圖像服務(wù)器中的缺陷圖像信息由分類軟件根據(jù)預(yù)定規(guī)則根據(jù)缺陷原因進行分類，然后在分類服務(wù)器中恢復(fù)。分類信息被發(fā)送到產(chǎn)量管理系統(tǒng)（YMS）和IC制造商的主機，以便可用于故障和缺陷分析。
一些系統(tǒng)可以結(jié)合缺陷檢查SEM的ADR功能使用ADC對缺陷進行分類。ADR獲得的缺陷信息也可以在后期進行集體分類。

 

本文轉(zhuǎn)載自：芯系半導體、Semi Dance

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