半導體制造晶圓檢測技術分析

中心議題：

晶圓自動檢測方法

缺陷檢測管理的趨勢

在線監(jiān)測方法的技術優(yōu)勢

自從1980年代起，半導體制造業(yè)廣泛采用了晶圓自動檢測方法在制造過程中檢測缺陷，以緩解工況偏差和減低總缺陷密度。盡管早期良率管理的重點是檢測可能的最小缺陷，目前的環(huán)境則要求改變檢測和后處理技術，這將導致以有效方式識別與良率相關的缺陷。制造業(yè)要求高靈敏度檢測器件上最關鍵區(qū)域及后檢測技術的智能途徑，它利用領先技術產(chǎn)生突出缺陷數(shù)據(jù)中大多數(shù)重要問題的缺陷pareto圖。需要這些方法來滿足半導體公司的技術和財務目標。

新環(huán)境中的老方法

半導體制造中廣泛采用晶圓自動檢測系統(tǒng)已逾30年。在線晶圓檢測有助于推進制造技術的發(fā)展，它能早期檢測到工藝中的缺陷，從而減少開發(fā)時間并防止產(chǎn)出超時。過去，檢測缺陷的能力是主要關注點之一，但現(xiàn)在的要求改變了。近幾年來，每一晶圓的缺陷計數(shù)迅速增長至每一晶圓多達100萬個缺陷，這是因為晶圓尺寸變大，同時檢測技術靈敏度更高了（圖1）。雖然總檢測計數(shù)增加及關鍵缺陷尺寸變得更小，這一時期缺陷檢查的典型策略并未改變，尤其是在隨機取樣占主導的缺陷檢查區(qū)域。這種情況能產(chǎn)生常與干擾缺陷在一起的缺陷pareto圖（圖2）。

缺陷檢測管理的趨勢

傳統(tǒng)的在線監(jiān)控策略主要關注像隨機微粒這樣的隨機缺陷。盡管檢測隨機微粒很重要，但更先進的技術節(jié)點出現(xiàn)了很難檢測的系統(tǒng)缺陷（圖3）。即使檢測后，從大量缺陷計數(shù)中識別這些缺陷也頗具挑戰(zhàn)性，每晶圓50個缺陷的取樣率僅是105個缺陷數(shù)據(jù)的0.05%。隨著系統(tǒng)缺陷的增加，人們更多關注識別工藝開發(fā)早期的作圖問題以減少產(chǎn)品推出周期。

一些方法，包括焦點曝光矩陣（FEM）或PWQ（工藝窗口限定）等，正被用于識別系統(tǒng)性作圖問題。同樣，器件開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)的邊際圖形也要求受監(jiān)控，以檢測可能引起工藝變化和交互作用的失效。為達到這一目標，采用部分設計夾作為庫來有效地監(jiān)控關鍵圖形類型。這一方法中，每個邊際圖形的設計夾可以注冊在庫中，任何這種圖形失效的發(fā)生可有效地被捕捉和分類。

方法：思路的重大改變

為了提高監(jiān)測和識別關鍵缺陷的效率，必須采用新方法。依賴簡單的缺陷過濾和基于大小的缺陷次序是不夠的。為了取得最佳的檢測和鑒評預算，必須對檢測設置與鑒評策略二者使用新的知識信息。從設計和模擬得到的關鍵區(qū)域和熱點這樣一些知識信息可以插入檢測方略中，優(yōu)化可用的檢測容量。在完成檢測過程中和完成后，基于多重檢測結果的缺陷過濾和分類使用戶能快速識別新缺陷，有效地量化已知的缺陷類型。利用設計空間中缺陷鄰近位置的信息（此處，設計的復雜組成是了解的），可以較好地評估每一缺陷的良率相關性，提供缺陷的排序（圖4）。

用與設計相關的檢測設置，現(xiàn)在可以產(chǎn)生更智能化的檢測菜單，注意力集中在最重要的芯片區(qū)域。這一技術已成功地在開發(fā)和生產(chǎn)工廠中進行了試驗。引入新方法后，缺陷識別更有效，因而能通過分析實驗結果減少工藝開發(fā)時間（圖5）。由于能方便地監(jiān)控關鍵結構，就可以評估每一組實驗，以便選擇刻印圖形結果最好的工藝條件。

采用在線檢測新方法，現(xiàn)在已能以系統(tǒng)性方法識別缺陷問題。在要求技術優(yōu)勢和運作效率二者均有競爭力的環(huán)境下，必須實施新方法使可用于缺陷管理的資源最大化。缺陷檢測不再需要處于單獨在工廠中的封閉模式（silomode），設計人員、光刻和缺陷工程師也必須利用新提供的技術來有效地識別隨機缺陷和圖形缺陷。進而，在線檢測現(xiàn)在已與設計相關聯(lián)，能優(yōu)化檢測預算，從而檢測最至關重要的區(qū)域。當半導體制造在競爭中繼續(xù)向前推進時，綜合考慮缺陷和設計將是缺陷管理的大趨勢。