專利名稱：硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光掃描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)，特別是涉及一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏
度高、檢測(cè)速度快、能對(duì)硅片表面缺陷進(jìn)行分類及定位的硅片表面缺陷的激光掃描散射檢 測(cè)與分類系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
芯片生產(chǎn)的每道工序都可能機(jī)械或人為地引入缺陷和玷污。近年來由于硅片尺寸 的不斷增大和集成電路圖形特征尺寸的急劇縮小，使得芯片結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜化，缺陷密度對(duì) 成品率的影響顯得越來越突出。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)此類問題并加以解決，就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線 成品率大幅下降。 針對(duì)硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)技術(shù)近年來得到了快速的發(fā)展。當(dāng)聚焦的 激光束在硅片表面掃描時(shí)，表面缺陷會(huì)產(chǎn)生漫散射光。這些散射光中包含了缺陷的形狀、種 類和位置等信息。通過光電探測(cè)器收集這些散射光，同時(shí)選擇調(diào)整激光束的入射角、光收集 的空間、不同類型的濾波器以及激光的波長(zhǎng)、功率和光偏振態(tài)等參數(shù)，使數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能增 強(qiáng)探測(cè)的缺陷信號(hào)、抑制噪聲信號(hào)，最終獲得被檢測(cè)缺陷的信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種硅片表面缺陷的激光掃描散射檢 測(cè)與分類系統(tǒng)，與普通的硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、靈敏度高、檢測(cè)速度快、能對(duì)硅片表面缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確分類及定位。 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種硅片表面缺陷的激光掃 描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括在激光光源組件發(fā)出的光束前進(jìn)的方 向上，依次有法拉第隔離器、雙凹透鏡、第一平凸透鏡、雙膠合聚焦透鏡，光束經(jīng)平面反射鏡 后傾斜聚焦入射到被測(cè)量硅片表面，所述硅片位于工作臺(tái)上，由硅片表面缺陷所產(chǎn)生的散 射光首先被第二凸面透鏡準(zhǔn)直，然后準(zhǔn)直后的散射光的中心內(nèi)圓區(qū)域的光將被45度反射
鏡轉(zhuǎn)折到散射光收集到第三平凸透鏡上經(jīng)聚焦后被第二光電探測(cè)器測(cè)得，其余外環(huán)部分的
準(zhǔn)直光則直接進(jìn)入到第四平凸透鏡后經(jīng)聚焦后被第一光電探測(cè)器測(cè)得，第一光電探測(cè)器和
第二光電探測(cè)器的輸出端接計(jì)算機(jī)，在硅片的反射方向上設(shè)有一光學(xué)陷阱。 其中，組成上述收集鏡頭的兩塊凸面相對(duì)的第二凸面透鏡和第四平凸透鏡之間放
置有一個(gè)45度反射鏡，用于將沿近硅片表面法線方向的缺陷散射光垂直轉(zhuǎn)折至第三平凸
透鏡，然后聚焦進(jìn)入第二光電探測(cè)器并被探測(cè)，其余發(fā)散角較大的缺陷散射光則直接進(jìn)入
第四平凸透鏡，然后聚焦進(jìn)入第一光電探測(cè)器并被探測(cè)，利用第二光電探測(cè)器和第一光電
探測(cè)器所測(cè)量到的雙通道散射光信號(hào)間的比值與一個(gè)事先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷待檢
測(cè)缺陷的類型來實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片缺陷進(jìn)行分類的功能。 其中，所述的第二凸面透鏡、第三平凸透鏡、第四平凸透鏡的口徑為25mm 35mm， 工作距離為18mm 20mm。
其中，所述的第二凸面透鏡、第三平凸透鏡、第四平凸透鏡的口徑為30mm，工作距 離為19mm。 其中，所述的45度反射鏡為橢圓形。 其中，所述的45度反射鏡為在長(zhǎng)、短軸方向的直徑分別為14. lmm、10mm的橢圓形。
本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明提供的硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)與 分類系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn) 1.該發(fā)明利用球?qū)ΨQ性較好的微小顆粒與狹長(zhǎng)的線狀瑕疵之間不同的光散射特 性，特別是利用了兩者所產(chǎn)生的散射光在空間的不同分布特征，采用圓形窄通道和環(huán)形寬 通道的雙通道散射光收集技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片缺陷的檢測(cè)與分類。具有可靠性好、靈敏度高、 速度快等特點(diǎn)。 2.本發(fā)明裝置中僅采用了兩個(gè)光電探測(cè)器，分別對(duì)應(yīng)測(cè)量沿接近硅片表面法線方 向傳播的散射光和沿接近硅片表面平行方向傳播的散射光，然后利用兩個(gè)探測(cè)器測(cè)得雙通 道信號(hào)的比值來對(duì)表面瑕疵進(jìn)行分類。并能在PC機(jī)屏幕上用不同顏色顯示硅片缺陷分類 圖。因此，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)且成本相對(duì)低廉。 3.該發(fā)明采用了緊聚焦、高功率激光作為探測(cè)光源。該激光器發(fā)出光束波長(zhǎng)為 532nm，直徑lmm，光束發(fā)散角lmrad，功率150mW，并采用擴(kuò)束和聚焦系統(tǒng)進(jìn)一步縮小聚焦光 斑，同時(shí)提高高靈敏度光電倍增管的工作電壓(500V)，使散射光的測(cè)量信噪比得到顯著增 強(qiáng)，提高了缺陷檢測(cè)靈敏度。最終能檢測(cè)約60nm尺度的缺陷。 4.該發(fā)明采用高穩(wěn)定硅片工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)和平動(dòng)掃描系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動(dòng)掃描采用直流馬達(dá)加 編碼器，直流馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度達(dá)每分鐘1500轉(zhuǎn)以上且可調(diào)，掃描速度得到提高，對(duì)直徑200mm 的硅片檢測(cè)速度達(dá)到100片/小時(shí)。同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)掃描采用了高精度編碼器位置檢測(cè)定位控制， 從而能提供檢測(cè)缺陷的定位功能。我們?cè)谠囼?yàn)中采用中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所 制作的缺陷檢測(cè)片。在該檢測(cè)片上做有四個(gè)直徑為100nm的圓形缺陷和四個(gè)500nmX 100nm 的矩形缺陷。在基片上還做有一個(gè)直邊切口，且在該切口旁邊做了一個(gè)圓，以此定位為掃描 起始點(diǎn)，再結(jié)合上述的編碼器定位步進(jìn)直流馬達(dá)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了各類缺陷的精 確定位。


圖1是本發(fā)明的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1所 示該硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)的原理示意圖，也是本發(fā)明最佳實(shí)施例 的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成包括在激光光源組件1發(fā)出的光束前進(jìn)的方 向上，依次有法拉第隔離器2、雙凹透鏡3和第一平凸透鏡4組成的擴(kuò)束系統(tǒng)、雙膠合聚焦透 鏡5、光束經(jīng)平面反射鏡6轉(zhuǎn)折且傾斜聚焦入射到被測(cè)量硅片7表面，硅片7位于工作臺(tái)15 上；在硅片7表面的散射光首先被第二凸面透鏡8準(zhǔn)直，然后準(zhǔn)直后的散射光中心內(nèi)圓區(qū)域 的光將被45度反射鏡14轉(zhuǎn)折到第三平凸透鏡9上經(jīng)聚焦后被光電探測(cè)器13測(cè)得；其余外 環(huán)部分的準(zhǔn)直光則直接進(jìn)入到第四平凸透鏡10后被聚焦進(jìn)入被第一光電探測(cè)器12測(cè)得。
4第一光電探測(cè)器12和第二光電探測(cè)器13的輸出端接計(jì)算機(jī)ll，在硅片7的反射方向上設(shè) 有一光學(xué)陷阱16。 本實(shí)施例中，激光光源組件1采用穩(wěn)功率的半導(dǎo)體激光器，該激光器發(fā)出一束波 長(zhǎng)為532nm、功率為150mW的激光束，光斑形狀為近似圓形、直徑lmm，光束發(fā)散角lmrad，光 束經(jīng)由雙凹透鏡3和第一平凸透鏡4組成的擴(kuò)束系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)束。雙膠合聚焦透鏡5對(duì)所述 的激光束聚焦，經(jīng)平面反射鏡6轉(zhuǎn)折后以35度入射角聚焦于硅片7的表面上。由于是傾 斜入射，焦斑為橢圓形狀。反射光被光陷阱吸收。硅片7隨工作臺(tái)同時(shí)作平動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 聚焦在硅片表面的激光束遇到缺陷會(huì)產(chǎn)生漫散射光。這些散射光中包含了缺陷的形狀、種 類和位置等豐富的信息。組成收集鏡頭的兩塊凸面相對(duì)的第二平凸透鏡8和第四平凸透鏡 10之間放置有一個(gè)45度反射鏡14，用于將沿近硅片表面法線方向的散射光垂直轉(zhuǎn)折至第 三平凸透鏡9，然后聚焦進(jìn)入第二光電探測(cè)器13并被探測(cè)。其余發(fā)散角較大的散射光則直 接進(jìn)入第四平凸透鏡IO，然后聚焦進(jìn)入第一光電探測(cè)器12并被探測(cè)。通過第一光電探測(cè) 器13和第一光電探測(cè)器12所測(cè)得的缺陷檢測(cè)信號(hào)比值與一事先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，可 以對(duì)缺陷作出分類。在本實(shí)施例中，如果測(cè)量信號(hào)的比值大于該事先設(shè)定的閾值，則缺陷為 微小粒子一類；如果測(cè)量信號(hào)的比值小于該事先設(shè)定的閾值，則缺陷為劃痕一類。第一光電 探測(cè)器12和第二光電探測(cè)器13采用北京浜松光子技術(shù)有限公司的CD131型高靈敏度光電 倍增管，兩光電探測(cè)器的電脈沖信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)11進(jìn)行雙通道缺陷檢測(cè)信號(hào)比較分析并 計(jì)數(shù)，最后得到被檢測(cè)硅片表面的微粒和劃痕缺陷的數(shù)目。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明可探測(cè)硅片表 面約60nm尺度的缺陷，檢測(cè)一片直徑為100mm的硅片約9秒。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
一種硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括在激光光源組件(1)發(fā)出的光束前進(jìn)的方向上，依次有法拉第隔離器(2)、雙凹透鏡(3)、第一平凸透鏡(4)、雙膠合聚焦透鏡(5)，光束經(jīng)平面反射鏡(6)后傾斜聚焦入射到被測(cè)量硅片(7)表面，所述硅片(7)位于工作臺(tái)(15)上，由硅片(7)表面缺陷所產(chǎn)生的散射光首先被第二凸面透鏡(8)準(zhǔn)直，然后準(zhǔn)直后的散射光的中心內(nèi)圓區(qū)域的光將被45度反射鏡(14)轉(zhuǎn)折到散射光收集到第三平凸透鏡(9)上經(jīng)聚焦后被第二光電探測(cè)器(13)測(cè)得，其余外環(huán)部分的準(zhǔn)直光則直接進(jìn)入到第四平凸透鏡(10)后經(jīng)聚焦后被第一光電探測(cè)器(12)測(cè)得，第一光電探測(cè)器(12)和第二光電探測(cè)器(13)的輸出端接計(jì)算機(jī)(11)，在硅片(7)的反射方向上設(shè)有一光學(xué)陷阱(16)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)包括，其特征 在于組成上述收集鏡頭的兩塊凸面相對(duì)的第二凸面透鏡(8)和第四平凸透鏡(10)之間放 置有一個(gè)45度反射鏡(14)，用于將沿近硅片表面法線方向的缺陷散射光垂直轉(zhuǎn)折至第三 平凸透鏡(9)，然后聚焦進(jìn)入第二光電探測(cè)器(13)并被探測(cè)，其余發(fā)散角較大的缺陷散射 光則直接進(jìn)入第四平凸透鏡(IO)，然后聚焦進(jìn)入第一光電探測(cè)器(12)并被探測(cè)，利用第二 光電探測(cè)器(13)和第一光電探測(cè)器(12)所測(cè)量到的雙通道散射光信號(hào)間的比值與一個(gè)事 先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷待檢測(cè)缺陷的類型來實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片缺陷進(jìn)行分類的功能。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)包括， 其特征在于所述的第二凸面透鏡(8)、第三平凸透鏡(9)、第四平凸透鏡(10)的口徑為 25mm 35mm，工作距離為18mm 20mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)包括，其特征 在于所述的第二凸面透鏡(8)、第三平凸透鏡(9)、第四平凸透鏡(10)的口徑為30mm，工 作距離為19mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)包括，其特征 在于所述的45度反射鏡(14)為橢圓形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)包括，其特征 在于所述的45度反射鏡(14)為在長(zhǎng)、短軸方向的直徑分別為14. lmm、10mm的橢圓形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅片表面缺陷的激光掃描散射檢測(cè)與分類系統(tǒng)。待測(cè)硅片被放置在高穩(wěn)定硅片工作平臺(tái)上，采用一束激光從傾斜方向聚焦照射待測(cè)硅片的平面表面，由缺陷所產(chǎn)生的散射光在沿接近硅片表面法線的方向和接近平行硅片表面的方向分別被兩對(duì)平凸透鏡進(jìn)行圓形窄通道和環(huán)形寬通道雙通道收集，進(jìn)而被兩個(gè)光電探測(cè)器探測(cè)到。由兩個(gè)光電探測(cè)器分別測(cè)得雙通道光電信號(hào)的強(qiáng)度及其相對(duì)比值并與一個(gè)事先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，可以對(duì)硅片表面數(shù)十納米量級(jí)的缺陷進(jìn)行分類檢測(cè)。
文檔編號(hào)G02B17/08GK101762595SQ20091024738
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者敖計(jì)祥, 王毅強(qiáng), 程兆谷, 許永鋒, 陳建芳, 黃惠杰 申請(qǐng)人:上海亨通光電科技有限公司