[发明专利]多方向上反射的光源的采集系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及一种晶圆检测方法。更具体地说，本发明涉及一种用于检测半导体元件的自动化系统和方法。

背景技术

能够始终如一地确保所制造的例如半导体晶圆和芯片这样的半导体元件的高质量，在半导体工业中变得日益重要。半导体晶圆制造技术不断改善以将越来越多的功能包含在半导体晶圆的更加小的表面区域中。因此，用于半导体晶圆的光刻工艺变得更加复杂以使得在半导体晶圆的更加小的表面区域内包含越来越多的功能(例如，半导体晶圆的更高的性能)。所以，半导体晶圆的潜在缺陷的尺寸通常在微米到亚微米的范围内。

很明显半导体制造商日益迫切地需要提高半导体晶圆的质量控制和监测工艺以始终如一地确保所制造的半导体晶圆的高质量，半导体晶圆检测一般用于检测其上存在的缺陷，例如表面颗粒，瑕疵，弯曲或者其他的不平整的存在。这种缺陷将会影响半导体晶圆的最终性能。所以，在制造过程中淘汰或者选出有缺陷的半导体晶圆至关重要。

半导体检测系统和工艺目前已有进展。例如已经授权的高分辨率的成像系统，高速计算机，以及高精度的机械处理系统。另外，半导体晶圆检测系统，方法和技术已经至少利用了明场照明，暗场照明以及空间滤光技术中的一中。

在明场成像中，半导体晶圆上的小颗粒将一图像采集设备的聚光孔径中的光分散开去，因此导致了图像采集设备的返回能量的减少。当颗粒相较于透镜的光点扩散函数或者数字化像素较小时，来自接近颗粒周围的区域的明场能量一般相对于该颗粒提供了大量的能量，因此使得颗粒很难被检测到。另外，源于小的颗粒尺寸的非常细微的能量减少经常会被接近颗粒周围的区域的反射率所掩盖因此导致了更加多的错误的缺陷检测的发生。为避免上述的现象，半导体检测设备已经装备有高分辨率的高端相机，以采集半导体晶圆的较小的表面区域的图像。尽管如此，明场图像通常具有更好的像素对比度并且在估计缺陷的大小以及在检测暗缺陷时具有优势。

暗场照明及其优点在本技术领域中通常是众所周知的。暗场成像已经应用于数个已有的半导体晶圆检测系统之中。暗场成像通常取决于射入所检测的对象的光线的角度。以小角度射入待检测的对象的水平面(例如3到30度)，暗场成像通常会在除了缺陷所在的位置(例如表面颗粒，瑕疵或者其他的不平整的位置)以外的地方产生暗像。暗场成像的一个特别的应用是照亮尺寸比用于产生明场图像的物镜分辨力还小的瑕疵。以较大的与水平面所成的角度(例如30到80度)，暗场成像通常比明场成像可以产生更加好的强反差图像。这种高角度暗场成像的应用增强了镜面精加工或者透明对象上的表面不规则的差别。另外，高角度暗场成像增强了倾斜对象的成像。

半导体晶圆的光反射率通常对于用明场成像和暗场成像所获得的图像的质量有着重大的影响。出现在半导体晶圆上的微观和宏观结构都会影响半导体晶圆的光反射率。通常，半导体晶圆所反射的光的数量取决于入射光的角度或者方向，视向以及半导体晶圆的光反射率。光发射率反过来依赖于入射光的波长以及半导体晶圆的组成成分。

待检测的半导体晶圆的光反射率通常很难控制。这是因为半导体晶圆可由数层材料组成。每层材料可能会有差别地发射不同波长的光，例如以不同的速度。另外，材料层可能会具有不同的渗透率，或者甚至是反射率。所以，对于本技术领域的技术人员来说很明显单一波长或者窄宽度波长的光或者照明的使用通常会对于采集的图像的质量产生不利的影响。单一波长或者窄带波长需要使用多个空间滤光器或者波长调谐器进行频繁的修改，这通常很不方便。为减轻这种问题，使用宽幅光源(即波长幅度宽的光源)很重要，例如波长范围从300nm到1000nm之间的宽波段光源。

现有可用的晶圆检测系统或者设备通常采用下面的方法之一获得或者采集晶圆检测过程中的多重响应：

(1)具有多个光源的多重图像采集设备(MICD)