半導體制造晶圓檢測技術(shù)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(shù)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?cè)毕菝芏?。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(shù)，這將導致以有效方式識別與良率相關(guān)的缺陷。制造業(yè)要求高靈敏度檢測器件上最關(guān)鍵區(qū)域及后檢測技術(shù)的智能途徑，它利用領(lǐng)先技術(shù)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(shù)和財務(wù)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(shù)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(guān)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(shù)靈敏度更高了（圖1）。雖然總檢測計數(shù)增加及關(guān)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(guān)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(shù)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(guān)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(shè)計夾作為庫來有效地監(jiān)控關(guān)鍵圖形類型。這一方法中，每個邊際圖形的設(shè)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(guān)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(shè)置與鑒評策略二者使用新的知識信息。從設(shè)計和模擬得到的關(guān)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(jié)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(shè)計空間中缺陷鄰近位置的信息（此處，設(shè)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(guān)性，提供缺陷的排序（圖4）。

用與設(shè)計相關(guān)的檢測設(shè)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(shù)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(jié)果減少工藝開發(fā)時間（圖5）。由于能方便地監(jiān)控關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，就可以評估每一組實驗，以便選擇刻印圖形結(jié)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(shù)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(shè)計人員、光刻和缺陷工程師也必須利用新提供的技術(shù)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(shè)計相關(guān)聯(lián)，能優(yōu)化檢測預算，從而檢測最至關(guān)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(shè)計將是缺陷管理的大趨勢。