[发明专利]一种集成电路缺陷的光学检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，更具体地说，涉及一种集成电路缺陷的光学检测方法和装置。

背景技术

电路缺陷存在于任何半导体制作的过程中，是量产前的工艺研发过程中所要面对的主要问题。缺陷不仅来自于芯片制作中由于环境中污染成分带来的随机缺陷，而且也来自于由于工艺的不完善所带来的系统缺陷。

作为电子产业的基础和核心，集成电路产业的设计工艺将进入22纳米及以下技术代。因此，如何在研发过程中不断完善制作工艺、将制作过程中出现的电路缺陷控制到最少是22纳米及以下是该工艺成功与否的关键所在。

由于特征尺寸的减小，电路图形的材料表面和边缘粗糙度逐渐成为科研人员关注的重点。虽然电路图形的材料表面和边缘粗糙度在22纳米以上的工艺中已经存在，但是直到22纳米工艺中才成为影响电路性能的重要因素。

边缘粗糙度是芯片制作过程中的必有现象，由光刻技术精度和光刻胶蚀刻工艺决定。由于光刻工艺的误差，线宽和边缘的误差可达到几个纳米。在22纳米工艺中，图形特征尺寸小，严重的边缘粗糙度会形成边缘突起，甚至形成短路断路，直接造成芯片的性能破坏。22纳米及以下工艺中缺陷出现可能性更高。因此，纳米量级的缺陷检测是集成电路制作过程中不可或缺的环节。

为避免在检测过程中对芯片造成污染，检测手段不应该接触芯片的表面。由此，光学检测技术已成为重要的缺陷检测方法。光学检测技术已打破了所谓的光学衍射极限，能够检测到20纳米的缺陷的存在和精确位置，并能通过检测信息判断缺陷的种类。

现有的光学检测设备中，波长一般在260纳米以上。这是由于260纳米以下的大功率激光成本高寿命短，在检测设备很难使用；而且，在200纳米波长以下，进入真空UV波段，即光被空气吸收衰减很快。除非光学检测在真空环境中完成，否则200纳米波长以下的检测仪也不能实现。在这样的情况下，加上数值孔径小于1的局限(通常检测系统不能使用immersion技术，否则容易损伤晶圆表面)，理想光学系统的分辨率大于0.35微米。随着芯片工艺向2x纳米或更小发展，芯片缺陷检测的尺寸要求远远小于光学系统的波长。集成电路上纳米量级的缺陷尺寸对光学缺陷检测系统精度提出了很高的要求，传统的光学明场成像技术已经很难达到工艺指标。

此外，传统光学系统中的检测信号是成像平面的空间分布的光强信息。现有技术通过调节参考光的强度来提高某些芯片部分的缺陷检测信号。然而，随着缺陷的尺寸减小至纳米量级，它的散射光的强度相比反射光很弱(在5×15微米大小光斑的掠射角照射下，一个20纳米直径的SiO₂的颗粒在全方位角中的散射强度仅为0.01334ppm)，缺陷散射信号很容易淹没在反射光和CCD的背景噪音中。

然而，由于缺陷材料和周围材料性质不同，入射光在传播中遇到缺陷后发生散射，散射光的相位比直接透射或反射的光线有了很大的变化。因此，测量光波传播中的相位变化是光学缺陷检测增大检测精度的研究方向。由于CCD或其他摄影机只能直接测量光强的信息，光波相位的测量必须将缺陷散射光的相位变化转化为光强的变化，从而在CCD上检测出相位的变化。

现有技术还通过调节反射光和参考光之间的相位差来增强缺陷检测信号以及实际干涉图案的对比。在芯片的不同部分或针对芯片上的不同种类的缺陷，缺陷散射光的相位是不同的，反射光中的缺陷散射光部分的相位与参考光的相位差也会不同。所以在芯片的缺陷检测中，为了对不同位置的缺陷和不同种类的缺陷都达到好的检测信号，反射光和参考光之间的相位调节必须即时进行。由于缺陷在芯片上的位置是检测之前未知的，这种方向显然是不可行的。而且，在检测芯片的每一部分时，检测信号即包含缺陷检测信号，既缺陷散射光与参考光干涉后的信号，也包含芯片表面的形貌粗糙度和边缘粗糙度所引起的噪音。缺陷检测成功与否决定于检测图像中的缺陷信号和表面噪音的相比，既检测图像中的信噪比。然而，在检测芯片某些部分时选定的反射光与参考光之间的相位差既可能增强缺陷信号，也可能增强噪音信号。由于芯片表面的形貌粗糙度和边缘粗糙度是随机出现的，它的散射光的相位在0到2π之间可能随机出现。因此，任何选定的反射光与参考光之间的相位差都有可能增强一部分噪音的信号。可见，这样的方法会增加缺陷检测的失误率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种集成电路缺陷的光学检测方法和装置，提高集成电路中缺陷检测的精度。

本发明实施例提供一种集成电路缺陷的光学检测方法，在Fourier平面设置螺旋相位片，包括：