[发明专利]具有缺陷分类能力的硅片表面缺陷检测仪及缺陷分类方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅片，特别是一种具有缺陷分类能力的硅片表面缺陷检测仪及缺陷分类方法。

背景技术

硅片表面缺陷检测仪是芯片生产线不可或缺的配套在线检测设备。集成电路芯片生产的每道工序都可能机械或人为地引入缺陷和玷污。在大规模集成电路(以下简称为VLSI)生产过程中，缺陷的探测和分类是关乎生产成品率的重要问题。

现代大规模集成电路对电路芯片缺陷检测设备分辨率的要求通常为它最小线宽的1/3，如此高的分辨率，传统的检测技术已很难满足要求。随着VLSI集成度的不断提高和线宽的不断下降，针对各类表面缺陷的激光扫描散射检测技术得到了快速的发展。当聚焦的激光束在硅片表面扫描时，表面的缺陷会产生漫散射光。这些散射光中包含了缺陷的形状、种类和位置等丰富的信息。通过高效率的散射光收集器收集这些散射光，并经光电探测器和电子学系统转变为电信号。通过选择调整激光束的入射角、光收集的空间角、不同类型的滤光器以及激光的波长、功率和光的偏振态等参数，使数据处理系统能增强探测的缺陷信号，抑制噪声信号，最终在观察系统中获得被检测缺陷的信号。

现有专利(专利号ZL 200520045038.7)中仅采用由一对凸面相对的平凸透镜构成的散射光收集镜头对散射光进行收集，光电探测器置于收集镜头的焦点处。该平凸透镜对将收集角内所有的散射光全部聚焦到光电探测器，无法对散射光的空间分布进行分析。

现有专利仅具备缺陷的探测功能，而无法对缺陷进行分类。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种具有缺陷分类能力的硅片表面缺陷检测仪及缺陷分类方法，实现硅片表面缺陷的检测与分类。该缺陷检测仪具有结构简单、灵敏度高、检测速度快、能对硅片表面缺陷进行分类等优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种具有缺陷分类能力的硅片表面缺陷检测仪，其构成包括：在激光光源组件发出的光束前进的方向上，依次有隔离器、双凹透镜和第一平凸透镜组成的扩束系统、双胶合聚焦透镜和平面反射镜；待测量硅片位于能同时进行旋转和离轴平动的硅片工作台上；光束经所述的平面反射镜转折倾斜聚焦入射在待测量硅片表面，在待测量硅片的反射光方向上设有一光学陷阱，在所述的待测量硅片表面缺陷所产生的散射光方向被第二平凸透镜准直形成准直光束，其特点在于：

在所述的的准直光束方向依次是小抛物面镜和大抛物面镜，第二光电探测器位于所述的小抛物面镜的焦平面，第一光电探测器位于所述的大抛物面镜的焦平面，位于所述的准直光束的中心内圆区域的小抛物面镜将所述的中心内圆区域的准直光束反射聚焦于第二光电探测器构成散射光内圆形窄通道收集；而其余外环部分的准直光束则由所述的大抛物面镜反射聚焦于第一光电探测器构成散射光环形宽通道收集，所述的第二光电探测器和第一光电探测器的输出端均连接计算机。

所述的第二平凸透镜采用高折射率的玻璃材料，口径为30mm，工作距离为18～20mm，数值孔径为0.75～0.85。所述的小抛物面镜的口径为10mm，焦距为30mm，数值孔径为～0.2。所述的大抛物面镜的口径为30mm，焦距为30mm，数值孔径为～0.5。

所述的硅片工作台的平动采用步进马达，而转动则采用了直流马达加编码器驱动，旋转速度达每分钟1500转以上。

所述的激光光源组件为激光二极管泵浦的倍频激光器，输出波长为532nm，直径1mm，光束发散角1mrad，功率为150mW，并采用扩束和聚焦系统进一步缩小聚焦光斑。

所述的第二光电探测器和第一光电探测器都是光电倍增管，其工作电压为500V。

利用权利要求1所述的具有缺陷分类能力的硅片表面缺陷检测仪进行缺陷分类的方法，其特征是利用所述的第二光电探测器和第一光电探测器的探测的散射光信号的比值与事先确定的阈值进行比较而对硅片表面的缺陷进行分类，当测量散射光信号的比值大于该事先设定的阈值，则缺陷为微小粒子一类；当测量散射光信号的比值小于该事先设定的阈值，则缺陷为划痕一类。

所述的阈值为0.1。

本发明通过内外环双通道光学收集系统，利用两个不同孔径的抛物面镜将缺陷导致的散射光中沿接近硅片表面法线和接近硅片表面平行方向的两部分分别提取出来，并聚焦到两个探测器上去。经过我们的实际测量验证，通过对两个探测器所测得的光电信号的强度进行比较，可以对硅片表面的缺陷进行分类。其原因在于，对于光的米氏散射而言，具有球对称性的粒子所产生的散射光其空间分布也较对称；而相对较狭长的狭缝型缺陷所产生的散射光则较集中在沿接近硅片表面平行的方向。