缺陷掃描檢查

在開始生產之前，裸晶圓在晶圓制造商處要檢驗合格合格，并在半導體工廠接收后再次要檢驗合格。只有最無缺陷的晶圓才用于生產，它們的生產前缺陷圖允許制造商跟蹤可能導致芯片功能不佳的區域。裸晶片或非圖案化晶片也在經受被動或主動處理環境之前和之后被測量，以確定來自給定處理工具的粒子貢獻的基線。

100納米以下的檢測工具目前被用于制造環境中，以保證進入晶圓的質量，并用于大批量制造的工藝工具監控和鑒定。這些工具采用與設計用于大規模缺陷檢測的工具相同的基本操作原理，但使用DUV照明增強光學系統。一些制造商聲稱復雜的圖像分析算法可以達到20納米以下的靈敏度。正如所料，在這些應用中使用的系統中，晶片臺和光學部件的運動控制需要高度的精度和準確度。

由于需要檢測工具來檢測和量化越來越小的顆粒，由于散射光信號的信噪比降低，表面微粗糙度(霧度)等因素的影響開始影響小顆粒的可檢測性。非圖案化晶片的亞100納米檢測由于尺度問題而變得復雜，信噪比是確定檢測系統對晶片表面顆粒和其他缺陷的檢測極限的關鍵參數。來自環境濕度等來源的表面化學污染也會導致信噪比下降。為了幫助抵消這種影響，用于亞100納米缺陷檢測的檢測工具采用高度復雜的光學空間濾波、散射信號的偏振分析和專門的信號處理算法來檢測存在表面霧度的缺陷。

形貌檢查

測量裸晶片形貌有許多原因。例如，晶片可能彎曲，或者支撐晶片的卡盤(靜電或氣動)可能在晶片的接觸點產生凹痕。這種變形會影響納米尺度的圖案成像。已經開發出非常精確的干涉測量工具來測量加工前晶片形狀的這種變化。

用于測量裸晶圓表面形貌的基本設計類似于圖3所示的斐索干涉儀。這種干涉測量技術將晶片與非常高質量和平整度的參考楔(或參考平面)進行比較。楔角確保來自平面的第一表面的反射不會對干涉信號產生影響。從第二表面反射的光用作參考，同時一部分光穿過平板以詢問晶片(測試平板)。從晶片和測試平臺反射的光被分束器導向成像系統。分析干涉圖案，并使用軟件將測量結果拼接在一起，以形成具有納米尺度分辨率的完整晶片圖。實際上，測量裸晶片形貌的干涉測量工具極其復雜，并且利用運動解決方案、大型光學器件和照明源來幫助擴展可制造性設計的邊界。

亞100納米特征的DUV晶圓檢測

亞100納米圖案化晶片的缺陷檢測比非圖案化晶片檢測面臨更大的挑戰。用于圖案化晶片應用的基于DUV的光學檢測使用與舊的可見光和紫外光檢測系統相同的圖像比較原理。然而，基于DUV的方法在光學、運動控制和圖像分析算法方面需要更高的復雜程度。

DUV檢測工具已成為圖案化晶圓檢測的行業標準，其特征尺寸可達65納米；高達每小時幾個晶片的檢查速率使得這些系統適合于生產應用。DUV檢測工具顯示出對缺陷檢測的高靈敏度，例如淺溝槽隔離空隙、接觸蝕刻缺陷和亞100納米幾何形狀的光刻膠微橋接。使用寬帶DUV/紫外/可見照明，現代明場圖案化晶圓檢測系統目前可實現對動態隨機存取存儲器和閃存器件上所有層缺陷檢測所需的靈敏度，最低可達55納米特征尺寸。

雖然眾所周知的特性加上相對較低的成本和較高的吞吐量使得DUV光學檢測系統的持續使用具有吸引力，但一些制造商報告稱，DUV檢測系統不具備65納米以下幾何形狀所需的精度和靈敏度。一項研究聲稱，DUV暗場光學圖案檢測系統的極限缺陷靈敏度在存儲技術(例如靜態隨機存取存儲器)中約為75納米，在邏輯區域中更大。DUV明場系統的極限靈敏度稍高，靜態隨機存取存儲器約為50納米，暗場系統的極限靈敏度則更高。此外，使用DUV激光照射圖案化晶片上非常小且因此易碎的結構產生了一些不尋常的問題，例如表面材料的激光燒蝕。這些問題的解決方案可能在于將寬帶等離子體照明用于光學檢查系統(現有的DUV系統采用266納米波長，并且正在轉向193納米照明)或者使用能夠生產的電子束檢查工具。最近推出的基于等離子體產生的寬帶照明的檢測工具可用于生產環境。聲稱這些系統的分辨率低于10納米，因為在這種較小的尺度下，較短的波長提供了更精確的檢查。

電子束晶圓檢測

電子束成像也用于缺陷檢查，尤其是在光學成像效率較低的較小幾何形狀上。電子束檢查可以提供比光學檢查系統分辨率動態范圍大得多的材料對比度。然而，電子束應用受到測量速度慢的限制，這使得它主要用于R&D環境和新技術鑒定的工藝開發。新的電子束工具可用于10納米及以下節點的缺陷檢測應用，多電子束工具正在開發中，具有多達100個柱或測量通道。

標線檢查

掩模版是用精細特征圖案化的透射或反射投影掩模，通常比晶片上期望的圖案尺寸大4-5倍。它們與光學照明系統一起使用，作為晶片圖案化過程的一部分，光學照明系統對圖案化的光進行成像和去放大，以選擇性地顯影光致抗蝕劑。

可以說，掩模版檢查遠比無圖案或有圖案的晶片檢查更重要。這是因為，雖然裸晶片或圖案化晶片上的單個缺陷有可能“殺死”一個器件，但是掩模版上的單個未檢測到的缺陷會破壞成千上萬個器件，因為缺陷會在使用該掩模版處理的每個晶片上復制。對于EUV來說，這個問題由于圖案的更精細的分辨率、薄保護膜的存在以及分劃板的反射設計而變得更加復雜。

除了通常使用透射光而不是反射光來檢查掩模版之外，掩模版檢查系統的工作原理與晶片檢查工具相同，并且具有相似的物理要求。透射光用于定位紫外線不透明污漬和其他透射缺陷。掩模版檢查工具根據缺陷容差和/或特征尺寸，采用高分辨率成像光學器件和可見光或紫外光照明，以發現掩模版坯料或圖案化掩模版上的缺陷。在掩模版制造過程中和整個掩模版使用過程中，例行檢查。標線檢查工具采用了類似于晶片檢查工具中使用的復雜圖像分析軟件和運動控制系統。通過使用紫外線照明，傳統光學器件在標線檢查系統中的使用已經擴展到90納米的特征尺寸。使用電子束可以在較小的特征尺寸下進行掩模版檢查，因為與圖案化晶片檢查相比，可以容許較低的生產量。與晶片檢測一樣，亞100納米應用中使用的掩模版檢測工具(空白和圖案化掩模版檢測)采用DUV照明，通常使用266納米或193納米的單一波長。

　　審核編輯：湯梓紅