應(yīng)用材料公司全新的檢測技術(shù)再次引領(lǐng)整個(gè)檢測設(shè)備的開發(fā)

隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，線寬細(xì)微化趨勢使得半導(dǎo)體制造過程中的良品率的提升受到挑戰(zhàn)。日前，應(yīng)用材料公司宣布推出配備了最新的自動分類缺陷技術(shù) - Purity? II的SEMVision G7最新檢測系統(tǒng)，而這一最新系統(tǒng)可以最大限度地滿足晶圓制造廠有效檢驗(yàn)晶圓缺陷的新要求。

左：應(yīng)用材料公司SEMVision市場部經(jīng)理Guy Gichon 右：中國區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理王煒

自1998年第一次推出用于晶圓缺陷檢測機(jī)臺以后，在以后的20年里，應(yīng)用材料公司一直處于這一市場的領(lǐng)導(dǎo)地位。截至2017年底，應(yīng)用材料在全球總共擁有超過1,200機(jī)臺的出貨量，而這些設(shè)備在保證先進(jìn)工藝下的晶圓制造良品率方面，發(fā)揮了重要作用。

應(yīng)用材料公司成像和工藝控制部門產(chǎn)品市場經(jīng)理Guy Gichon先生認(rèn)為，伴隨著SEMVision G7最新檢測系統(tǒng)的問世，應(yīng)用材料公司全新的檢測技術(shù)再次引領(lǐng)整個(gè)檢測設(shè)備的開發(fā)。

首先是新的檢測機(jī)臺具備更好的成像能力，針對FinFET或者3D的芯片結(jié)構(gòu)，更先進(jìn)的成像條件保證設(shè)備可以清晰地看到缺陷；其次，針對晶圓邊緣和側(cè)面的全新的成像系系統(tǒng)，完成對晶圓邊緣斜面和側(cè)面檢測從而增加良率；第三，對于無圖案的晶圓檢測，采用新的光學(xué)檢測系統(tǒng)可以檢測到更小的缺陷。

分類管理實(shí)現(xiàn)檢測和分析同步進(jìn)行

在整個(gè)工藝控制中，傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)只提供缺陷檢測的圖像，然后由工程師針對缺陷圖像進(jìn)行人工分類，進(jìn)而再進(jìn)行質(zhì)量控制。

為了提高檢測工作的效率，應(yīng)用材料公司在幾年前推出了穩(wěn)定的自動分類來取代人工分類的模式，稱之為ADC(automatic defect classification自動缺陷分類)系統(tǒng)。而這一套ADC系統(tǒng)同樣部署在SEMVision G7上面。

據(jù)Guy Gichon介紹，部署在SEMVision G7的ADC系統(tǒng)采用了新的算法，增強(qiáng)了機(jī)器的學(xué)習(xí)能力，以此來適應(yīng)現(xiàn)在研發(fā)或者產(chǎn)能提升階段的工藝過程。另外，就是對于一些非常重要的缺陷，又重新設(shè)計(jì)了另外的算法，能夠保證突出這些重要的缺陷。

采用分類管理后，工程師需要進(jìn)行線下分析。通過分析進(jìn)行人工判斷看是否需要更深入的研究?，F(xiàn)在SEMVision G7把整個(gè)分析系統(tǒng)整合到檢測機(jī)臺，也就是說，檢測和分析可以同步進(jìn)行。通過引進(jìn)CAD的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，可以對缺陷分類做的更精細(xì)，從而更好地實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。此外，全新的閉合分析系統(tǒng)能夠在整個(gè)分析過程中更快速地找到缺陷和成因。

從“低電壓”到“高電壓”的成像系統(tǒng)

整個(gè)電子顯微鏡成像的核心就是用電子束轟擊材料的表面收集二次電子和背散射電子進(jìn)行成像。當(dāng)用更高的電壓去轟擊的時(shí)候，電子束能夠達(dá)到材料更深的深度，從而去激發(fā)出底層的一些信號反射出來。這一部分除了需要高能量以外，還要能夠收集反射出來的背散射電子。底層的背散射電子是大能量分散的，所以怎么去收集它從而成像也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

據(jù)Guy Gichon介紹，針對不同工藝采用不同材料的具體情況，特別是某些工藝引入了一些非常敏感的材料。在這樣的材料上面，如果用高電壓去成像會有一定程度上的損害，因此應(yīng)用材料公司推出了一個(gè)150 V成像的系統(tǒng)，保證低電壓條件下的成像質(zhì)量。另外，針對采用3D結(jié)構(gòu)的工藝，很多缺陷都是在結(jié)構(gòu)的底層，這時(shí)候需要能夠透視位于底部和下層的缺陷，因此又增加了15KV高電壓成像。

因此，從“低電壓”到“高電壓”的布局，使得SEMVision G7面對不同工藝要求，都能夠提供穩(wěn)定的成像能力，除了可以提供更高的電子能量，同時(shí)進(jìn)行高能電子收集，保證看到底部的一些缺陷。

獨(dú)特的邊緣和斜面缺陷檢測能力

傳統(tǒng)的晶圓缺陷檢測，都是針對晶圓本身，很少會涉及晶圓邊緣和斜面的檢測。但是現(xiàn)在客戶為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和提升利潤，希望能夠有更多的晶圓邊緣晶粒能夠做成成品。 Guy Gichon表示，在與客戶進(jìn)行深度溝通后發(fā)現(xiàn)，很多邊緣或者斜面的缺陷會通過CMP工藝被帶到芯片中間，然后降低了晶圓生產(chǎn)的良率。

客戶需要在針對這一部分來進(jìn)行檢測和分析，但是這部分檢測的挑戰(zhàn)在于可以看到它是一個(gè)傾斜且垂直的角度。在這個(gè)區(qū)域成像，用傳統(tǒng)電子束成像條件只有十幾個(gè)微米景深，但是晶圓斜面和側(cè)面成像可能需要幾十微米或者幾百微米的成像景深。正基于此，應(yīng)用材料公司推出了一個(gè)全新的“大景深”的成像環(huán)境，提出了“獨(dú)特的邊緣斜面和側(cè)面”的成像模型，能夠讓整個(gè)邊緣斜面的圖象在一張圖里面顯現(xiàn)出來，而且可以用很大的視場，比如300微米去看這個(gè)區(qū)域。

據(jù)Guy Gichon介紹，對于垂直斜面的話，通過整個(gè)電子束的傾斜，讓它能夠達(dá)到從側(cè)面觀察的方式，然后在側(cè)面缺陷也可以進(jìn)行成像。通過對此區(qū)域的控制，就可以進(jìn)一步提高整個(gè)邊緣的良率控制，同時(shí)改善整個(gè)晶圓成品率。

應(yīng)用材料公司SEMVision G7產(chǎn)品圖