半導(dǎo)體制造晶圓檢測技術(shù)分析

中心議題：

晶圓自動(dòng)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(dǎo)體制造業(yè)廣泛采用了晶圓自動(dòng)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(diǎn)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(dǎo)致以有效方式識(shí)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(dǎo)體公司的技術(shù)和財(cái)務(wù)目標(biāo)。

新環(huán)境中的老方法

半導(dǎo)體制造中廣泛采用晶圓自動(dòng)檢測系統(tǒng)已逾30年。在線晶圓檢測有助于推進(jìn)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(shí)間并防止產(chǎn)出超時(shí)。過去，檢測缺陷的能力是主要關(guān)注點(diǎn)之一，但現(xiàn)在的要求改變了。近幾年來，每一晶圓的缺陷計(jì)數(shù)迅速增長至每一晶圓多達(dá)100萬個(gè)缺陷，這是因?yàn)榫A尺寸變大，同時(shí)檢測技術(shù)靈敏度更高了（圖1）。雖然總檢測計(jì)數(shù)增加及關(guān)鍵缺陷尺寸變得更小，這一時(shí)期缺陷檢查的典型策略并未改變，尤其是在隨機(jī)取樣占主導(dǎo)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(jī)微粒這樣的隨機(jī)缺陷。盡管檢測隨機(jī)微粒很重要，但更先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)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(jì)數(shù)中識(shí)別這些缺陷也頗具挑戰(zhàn)性，每晶圓50個(gè)缺陷的取樣率僅是105個(gè)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(shí)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(diǎn)曝光矩陣（FEM）或PWQ（工藝窗口限定）等，正被用于識(shí)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(dá)到這一目標(biāo)，采用部分設(shè)計(jì)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(gè)邊際圖形的設(shè)計(jì)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(shí)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(píng)預(yù)算，必須對(duì)檢測設(shè)置與鑒評(píng)策略二者使用新的知識(shí)信息。從設(shè)計(jì)和模擬得到的關(guān)鍵區(qū)域和熱點(diǎn)這樣一些知識(shí)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(shí)別新缺陷，有效地量化已知的缺陷類型。利用設(shè)計(jì)空間中缺陷鄰近位置的信息（此處，設(shè)計(jì)的復(fù)雜組成是了解的），可以較好地評(píng)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(jì)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(jìn)行了試驗(yàn)。引入新方法后，缺陷識(shí)別更有效，因而能通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果減少工藝開發(fā)時(shí)間（圖5）。由于能方便地監(jiān)控關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，就可以評(píng)估每一組實(shí)驗(yàn)，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(shí)別缺陷問題。在要求技術(shù)優(yōu)勢和運(yùn)作效率二者均有競爭力的環(huán)境下，必須實(shí)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(dú)在工廠中的封閉模式（silomode），設(shè)計(jì)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(shí)別隨機(jī)缺陷和圖形缺陷。進(jìn)而，在線檢測現(xiàn)在已與設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)，能優(yōu)化檢測預(yù)算，從而檢測最至關(guān)重要的區(qū)域。當(dāng)半導(dǎo)體制造在競爭中繼續(xù)向前推進(jìn)時(shí)，綜合考慮缺陷和設(shè)計(jì)將是缺陷管理的大趨勢。