一种半导体晶圆缺陷检测设备及检测方法与流程

1.本技术涉及晶圆检测技术领域，特别涉及一种半导体晶圆缺陷检测设备及检测方法。


背景技术：

2.晶圆是指制作硅半导体电路所用的晶片，其原始材料通常是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨、抛光、切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。在晶圆制作过程中，拉单晶、切片、磨片、抛光、增层、光刻、掺杂、热处理以及划片等一系列过程均可能使晶圆表面产生缺陷。为了防止存在缺陷的晶圆流入封装工序，需借助光学检测设备识别晶圆表面缺陷并分类、标记，辅助晶圆分拣。
3.当前的晶圆检测设备完成扫描后，通常仅具备单个成像条件下的检测结果，或无法在一次扫描中完成不同条件的成像。同时，不同成像条件下检测到的缺陷点（包括误检缺陷点或漏检缺陷点）的数量和位置存在差异，导致晶圆特性和检测效果不够明确。因此，有必要提供一种高效的、可应用多种检测方案的、能够选择最佳成像条件进行晶圆缺陷检测的设备。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种半导体晶圆缺陷检测设备，该检测设备能够选择出最佳通道组合的成像检测方式对晶圆进行缺陷检测。
5.第一方面，本技术提供了一种半导体晶圆缺陷检测设备，包括检测平台、成像装置、晶圆传输装置、控制装置和图像处理装置，所述检测平台上放置待检测的晶圆，所述成像装置包括工业相机、光学头和成像光源，所述光学头设置在工业相机的前端，所述工业相机用于采集晶圆表面的扫描图像，并将扫描图像发送给图像处理装置；所述光学头用于对晶圆的表面进行扫描成像；所述晶圆传输装置用于将待检测的晶圆传输至检测平台上；所述控制装置用于控制检测平台和成像装置，并构建不同的成像检测方式，使所述成像光源按照设定的成像检测方式为晶圆的表面提供照明；所述图像处理装置用于接收扫描图像，对扫描图像进行缺陷检测，然后根据缺陷检测的分析结果从不同的成像检测方式中选择出最佳成像检测方式。
6.一些实施例中，所述成像光源包括亮场光源和暗场光源，所述亮场光源为晶圆表面提供亮场照明，所述暗场光源为晶圆表面提供不同角度的暗场照明。
7.一些实施例中，所述亮场光源包括第一发光源、第二发光源和第三发光源,所述第一发光源、第二发光源和第三发光源分别发出不同波段的光。
8.一些实施例中，所述第一发光源、第二发光源和第三发光源可以是激光光源、led光源、氙灯或卤素灯等。
9.一些实施例中，所述第一发光源为红光led灯，所述第二发光源为绿光led灯，所述第三发光源为蓝光led灯。
10.一些实施例中，所述暗场光源为具有四个角度（0
°
、90
°
、180
°
、270
°
）的方位角和四个角度（45
°
、51
°
、58
°
、61
°
）的入射角的环形白光led灯。
11.一些实施例中，所述光学头的下方设置二向色镜，所述二向色镜的入射端面位于亮场光源的出光方向上，所述二向色镜反射亮场光源发出的光。
12.一些实施例中，所述控制装置包括运动控制单元和时序控制单元，所述运动控制单元与检测平台电连接，所述运动控制单元向检测平台发送信号控制检测平台移动进而带动晶圆移动，所述时序控制单元与第一发光源、第二发光源、第三发光源、暗场光源电连接，所述时序控制单元根据设定的时序信号控制第一发光源、第二发光源、第三发光源、暗场光源的开启或关闭。
13.一些实施例中，所述控制装置还包括成像构建单元，所述成像构建单元用于设置待检测晶圆的成像检测参数，然后根据成像检测参数构建不同的成像检测方式，所述成像检测方式包括成像通道和成像模式的配置。
14.一些实施例中，所述成像通道为单通道、两通道或三通道。
15.一些实施例中，所述图像处理装置包括缺陷检测单元和结果分析处理单元，所述缺陷检测单元用于接收各成像通道下的扫描图像，并提取各通道扫描图像中的信号进行检测，得到缺陷检测信息；所述结果分析处理单元用于对各通道扫描图像的缺陷检测信息中的缺陷检出数据和真假缺陷分布数据进行比较，选择出缺陷检出率高、缺陷误检率低的通道组合，与该通道组合对应的成像检测方式即为最佳成像检测方式。
16.第二方面，本技术提供了一种半导体晶圆缺陷检测方法，包括以下步骤：步骤s101，设置待检测晶圆的成像检测参数，根据所述成像检测参数构建不同的成像检测方式，所述成像检测方式包括成像通道和成像模式的配置；步骤s102，利用成像光源按照各成像检测方式为晶圆的表面提供照明，利用光学头对晶圆的表面进行扫描成像，并利用工业相机获取晶圆的多通道扫描图像；步骤s103，对晶圆的多通道扫描图像进行缺陷检测，若为首次检测对象或实际需要，可根据缺陷检测的分析结果从不同的成像检测方式中选择出最佳成像检测方式；步骤s104，根据所述最佳成像检测方式设置对应的成像检测参数依次对与待检测晶圆同一批次的晶圆进行检测。
17.一些实施例中，步骤s103中，对晶圆的多通道扫描图像进行缺陷检测和分析的过程为：提取晶圆的各通道扫描图像中的信号进行检测，得到缺陷检测信息；对各通道扫描图像的缺陷检测信息中的缺陷检出数据和真假缺陷分布数据进行比较，选择出缺陷检出率高、缺陷误检率低的通道组合，该通道组合对应的成像检测方式即为最佳成像检测方式。
18.一些实施例中，所述成像光源为亮场光源或暗场光源中的一种或两者的混合。
19.一些实施例中，所述亮场光源包括第一发光源、第二发光源和第三发光源,所述第一发光源、第二发光源和第三发光源分别发出不同波段的光。
20.一些实施例中，所述第一发光源、第二发光源和第三发光源可以是激光光源、led光源、氙灯或卤素灯等。
21.一些实施例中，所述第一发光源为红光led灯，所述第二发光源为绿光led灯，所述第三发光源为蓝光led灯。
22.一些实施例中，所述暗场光源为具有四个角度（0
°
、90
°
、180
°
、270
°
）的方位角和四
个角度（45
°
、51
°
、58
°
、61
°
）的入射角的环形白光led灯。
23.一些实施例中，所述成像通道可以是单通道、两通道或三通道。每个通道可以在亮场的三种模式和暗场的模式中自由选择；单通道、两通道、三通道图像，都是在一次扫描中获取到，不需要重复扫描。
24.一些实施例中，所述第一发光源、第二发光源、第三发光源和暗场光源均与时序控制单元电连接，所述时序控制单元根据设定的时序信号控制第一发光源、第二发光源、第三发光源和暗场光源的开启或关闭，并发出不同的触发信号。
25.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：1、本技术提供的半导体晶圆缺陷检测设备能够从不同的成像检测方式中选择出最佳通道组合的成像检测方式对晶圆进行扫描检测，根据最佳成像检测方式设置成像光源可以获取缺陷检出率高、缺陷误检率低的扫描图像，有效提高相同批次晶圆检测结果的可靠性；2、本技术提供的半导体晶圆缺陷检测设备的成像光源将亮场光源和暗场光源耦合，能够适用不同类型的晶圆缺陷检测，提高检测设备的应用范围，降低设备成本；3、本技术提供的半导体晶圆缺陷检测方法适用性广、检测效率高。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本技术实施例提供的一种半导体晶圆缺陷检测设备的结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种半导体晶圆缺陷检测设备的成像装置的结构示意图；图3a为本技术实施例提供的一种半导体晶圆缺陷检测设备的晶圆的扫描轨迹；图3b为一次扫描线上获得三个通道的成像图像；图3c为经扫描后获得的晶圆的表面缺陷信息；图4为本技术实施例提供的一种半导体晶圆缺陷检测设备的时序控制单元的控制示意图；图5a为三个检测通道获得的缺陷数据进行逻辑组合分析的原理示意图;图5b为各个检测通道检测出的缺陷总数及占比;图5c为三通道缺陷数量的逻辑组合结果;图5d为各个检测通道逻辑组合的缺陷分布柱状图;图6为本技术实施例提供的一种半导体晶圆缺陷检测方法的流程示意图。
28.图中：1、检测平台；2、成像装置；21、工业相机；22、光学头；23、二向色镜；24、亮场光源；241、第一发光源；242、第二发光源；243、第三发光源；25、暗场光源；3、晶圆传输装置；4、控制装置；41、运动控制单元；42、时序控制单元；43、成像构建单元；5、图像处理装置；51、缺陷检测单元；52、结果分析处理单元；6、晶圆。
具体实施方式
29.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.本技术实施例提供了一种半导体晶圆缺陷检测设备，该检测设备具备一种方法（功能）能够选择出最佳通道组合的成像检测方式对晶圆进行缺陷检测。
31.图1是本技术实施例提供的一种半导体晶圆缺陷检测设备的结构示意图，参考图1和图2，该半导体晶圆缺陷检测设备包括：检测平台1、成像装置2、晶圆传输装置3、控制装置4和图像处理装置5，待检测的晶圆6放置在检测平台1上。
32.成像装置2包括工业相机21、光学头22、成像光源和二向色镜23，光学头22设置在工业相机21的前端，二向色镜23布置在光学头22的下方，工业相机21用于采集晶圆6表面在不同成像检测方式的扫描图像，并将扫描图像发送给图像处理装置5，光学头22用于对晶圆6的表面进行扫描成像，成像光源用于按照设定的成像检测方式为晶圆6的表面提供照明；本实施例中，工业相机21为高速相机。
33.成像光源包括亮场光源24和暗场光源25，亮场光源24为晶圆6的表面提供亮场照明；暗场光源25为晶圆6的表面提供不同角度的暗场照明，亮场光源24包括第一发光源241、第二发光源242和第三发光源243,第一发光源241、第二发光源242和第三发光源243分别发出不同波段的光，第一发光源241、第二发光源242和第三发光源243可以是激光光源、led光源、氙灯或卤素灯等，在本实施例中，第一发光源241为红光led灯，第二发光源242为绿光led灯，第三发光源243为蓝光led灯，暗场光源25为具有四个角度（0
°
、90
°
、180
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、270
°
）的方位角和四个角度（45
°
、51
°
、58
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、61
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）的入射角的环形白光led灯。
34.二向色镜23的入射端面位于亮场光源24的出光方向上，二向色镜23反射第一发光源241、第二发光源242、第三发光源243发出的光。
35.图3a
‑
3c为本技术实施例提供的一种半导体晶圆缺陷检测设备的晶圆成像扫描示意图，其中，图3a为本技术实施例提供的半导体晶圆缺陷检测设备的晶圆6的扫描轨迹，图3b为一次扫描线上获得三个通道的成像图像，图3c为经扫描后获得的晶圆6的表面缺陷信息。
36.晶圆传输装置3用于将待检测的晶圆6传输至检测平台1上。
37.控制装置4包括运动控制单元41、时序控制单元42、成像构建单元43，运动控制单元41与检测平台1电连接，运动控制单元41向检测平台1发送信号控制检测平台1移动进而带动晶圆6移动，时序控制单元42与第一发光源241、第二发光源242、第三发光源243、暗场光源25电连接，时序控制单元42根据设定的时序信号控制第一发光源241、第二发光源242、第三发光源243和暗场光源25的开启或关闭，并发出不同的触发信号，从而保证工业相机21能够采集到对应单个光源条件照射下的晶圆扫描图像，且能收集到一次扫描线上的图像；成像构建单元43用于设置待检测晶圆6的成像检测参数，根据成像检测参数构建不同的成像检测方式；成像检测参数包括亮场光源24的照明波段和暗场光源25的暗场照明角度等，根据成像检测参数构建不同的成像检测方式的过程为：对不同的照明波段和不同的暗场照明角度进行自由选择组合，获得不同的成像检测方式，成像检测方式包括成像通道和成像
模式的配置，本实施例中，成像通道为单通道、两通道或三通道，成像通道可以在亮场照明的三个波段和暗场照明中进行自由选择组合，成像模式为亮场模式或暗场模式。
38.图4为时序控制单元42的控制示意图，图4中，r表示红光波段，g表示绿光波段，d表示暗场照明，从图4可以看出，在时序控制单元42的作用下，各个检测通道的照明互不干扰。
39.图像处理装置5包括缺陷检测单元51和结果分析处理单元52，缺陷检测单元51用于接收各成像通道下的扫描图像，并对各通道扫描图像进行缺陷检测，提取各通道扫描图像中的信号进行检测，得到缺陷检测信息；结果分析处理单元52用于对各通道扫描图像的缺陷检测信息中的缺陷检出数据和真假缺陷分布数据进行比较，选择出缺陷检出率高、缺陷误检率低的通道组合，该通道组合所对应的成像检测方式即为最佳成像检测方式。
40.图5a
‑
5d为结果分析处理单元52的原理示意图，图5a
‑
5d中，ch1表示第一个检测通道，ch2表示第二个检测通道，ch3表示第三个检测通道，图5a为三个检测通道ch1、ch2和ch3获得的缺陷数据进行逻辑组合分析的原理示意图，图5b为各个检测通道ch1、ch2和ch3检测出的缺陷总数及占比，图5c为三通道缺陷数量的逻辑组合结果，图5d为各个检测通道ch1、ch2和ch3逻辑组合的缺陷分布柱状图，从图5a
‑
5d可以看出，有些缺陷仅在某一个检测通道中被检出，有些缺陷在三个检测通道中均被检出。
41.本技术提供的半导体晶圆缺陷检测设备的成像光源将亮场光源24和暗场光源25耦合，能够适用不同类型的晶圆缺陷检测，提高检测设备的应用范围，降低设备的拥有成本。
42.参考图6，本技术的实施例还提供了一种半导体晶圆缺陷检测方法，包括以下步骤：步骤s101，设置待检测晶圆6的成像检测参数，根据成像检测参数构建不同的成像检测方式；本实施例中，成像检测参数包括亮场光源24的照明波段和暗场光源25的暗场照明角度等，成像光源为亮场光源24或暗场光源25中的一种或两者的混合；亮场光源24为红光光源、绿光光源、蓝光光源、紫光光源、白光光源中的一种或多种的组合，对应的照明波段为红光波段、绿光波段、蓝光波段、紫外波段、白光波段中的一种或多种的组合，暗场光源25为具有四个角度（0
°
、90
°
、180
°
、270
°
）的方位角和四个角度（45
°
、51
°
、58
°
、61
°
）的入射角的环形白光led灯；根据成像检测参数构建不同的成像检测方式的过程为：对不同的照明波段和不同的暗场照明角度进行自由选择组合，获得不同的成像检测方式，成像检测方式包括成像通道和成像模式的配置，成像通道为单通道、两通道或三通道，成像模式为亮场模式或暗场模式；一实施例中，成像检测方式可以为r、g、b、d、rg、rb、gb、gd、rgb、rgd、gbd、rrr、rgg、gbb或rbd中的一种或其他的自由组合方式，其中r表示仅用红光波段进行检测的方式，g表示仅用绿光波段进行检测的方式，b表示仅用蓝光波段进行检测的方式，d表示仅用暗场照明进行检测的方式，rg表示两个成像通道分别为红光波段和绿光波段的方式，rb表示两个成像通道分别为红光波段和蓝光波段的方式，gb表示两个成像通道分别为绿光波段和蓝光波段的方式，gd表示设置为绿光波段和暗场照明的检测方式，rgb表示三个成像通道分别为红光波段、绿光波段、蓝光波段的方式，rgd表示设置为红光波段、绿光波段、暗场照明的检测方式，gbd表示设置为红光波段、蓝光波段、暗场照明的检测方式，rrr表示三个成像通道均用红光波段（设置为不同波段）的检测方式，rgg表示三个成像通道分别为红光波段、两种绿光波段（设置为不同波段）的方式，gbb表示三个成像通道分别为绿光波段、两种蓝光波
段（设置为不同波段）的方式，rbd表示设置为红光波段、蓝光波段、暗场照明的检测方式；步骤s102，利用成像光源按照各成像检测方式为单个晶圆6的表面提供照明，利用光学头22对晶圆6的表面进行扫描成像，并利用工业相机21获取晶圆6的多通道扫描图像；步骤s103，对晶圆6的多通道扫描图像进行缺陷检测，根据缺陷检测的分析结果从不同的成像检测方式中选择出最佳成像检测方式；步骤s104，根据最佳成像检测方式设置对应的成像检测参数依次对与待检测晶圆6同一批次的晶圆进行检测。
43.步骤s103中，对多通道扫描图像进行缺陷检测和分析的过程为：提取晶圆6的各通道扫描图像中的信号进行检测，得到缺陷检测信息；对各通道扫描图像的缺陷检测信息中的缺陷检出数据和真假缺陷分布数据进行比较，选择出缺陷检出率高、缺陷误检率低的通道组合，该通道组合对应的成像检测方式即为最佳成像检测方式。
44.本实施例中，亮场光源24包括第一发光源241、第二发光源242和第三发光源243,第一发光源241、第二发光源242和第三发光源243分别发出不同波段的光，第一发光源241、第二发光源242和第三发光源243可以是激光光源、led光源、氙灯或卤素灯等。
45.利用本技术的检测方法对某款晶圆产品进行缺陷检测时，第一发光源241采用红光led灯，第二发光源242采用绿光led灯，第三发光源243采用蓝光led灯，设置三通道成像检测方式，以rgb三波段照明作为成像检测方式；之后利用光学头22对晶圆6的表面进行扫描成像，并利用工业相机21分别获取红光led灯、绿光led灯和蓝光led灯照射下的晶圆表面的扫描图像，进行检测结果和图像信号分析，发现红光波段照明和蓝光波段照明的成像检测效果最佳，因此对该晶圆产品配置rb进行组合检测，效果最优。
46.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
47.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
48.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。