[发明专利]一种半导体晶圆表面缺陷的快速超高分辨检测系统

说明书

本申请提供一种半导体晶圆表面缺陷的快速超高分辨检测系统，包括：照明光源，以及布置所述照明光源的光路上耦合物镜、第一偏振片、偏振分光棱镜、平面单晶、二向色镜和显微物镜；第一相机，用于采集共焦扫描的图像；样品台，其上放置有检测晶圆；环绕所述检测晶圆布置的倏逝场移频照明光源；安装在所述显微物镜外周且输出光场倾斜入射照明被检测晶圆的暗场照明光源；第二相机，用于暗场照明，PL模式照明和移频照明远场像的采集。本申请集成了暗场照明成像模式、PL成像模式以及共聚焦扫描成像模式的同时，引入了移频照明缺陷检测，能够实现对亚波长尺寸缺陷的快速高分辨成像。

技术领域

本发明涉及半导体加工制造领域，尤其涉及一种半导体晶圆表面缺陷的快速超高分辨检测系统。

背景技术

半导体缺陷检测系统是半导体器件制作前用于识别衬底或外延层缺陷数量、沾污面积、表面颗粒物数量，从而进行衬底或外延层的筛选，器件制造良率的计算，是半导体器件制作的关键工序。缺陷检测贯穿生产过程，未及时修正将导致最终器件失效。集成电路的设计、加工、制造以及生产过程中，各种人为、非人为因素导致错误难以避免，造成的资源浪费、危险事故等代价更是难以估量。在检测过程中会对芯片样品逐一检查，只有通过设计验证的产品型号才会开始进入量产，由于其发生在芯片制造最早环节，性价比相对最高，可为芯片批量制造指明接下来的方向。

缺陷识别与检测是影响器件制造良率的关键因素之一，是产业链的核心关键环节。例如申请号为201811062018.9的专利申请文件提供一种晶圆缺陷检测装置，包括测试台，所述测试台上设置有晶圆承载机构，所述晶圆承载机构上方设置有第一光源机构和影像机构，所述第一光源机构用于向所述晶圆提供光源，所述影像机构用于对所述晶圆拍摄影像，所述晶圆承载机构和所述影像机构之间设置有物镜，所述物镜的一侧设置有聚焦传感器，所述影像机构为红外CCD摄像机，所述晶圆承载机构为透光设置，位于所述晶圆承载机构下方设置有第二光源机构。

现有的半导体检测设备大都基于暗场照明和荧光激发照明(PL)两种方法，其中暗场照明能够实现对大尺寸表面缺陷的观察，PL模式则能实现对亚表面缺陷的观察。后期，个别厂商推出的基于共焦照明成像系统的缺陷检测方案，实现了对更小尺寸缺陷的检测。倏逝场移频照明能够实现对被检测样品表面缺陷更高空间频谱信息的获取，从而实现对更小尺寸缺陷的识别，但是目前基于移频照明的缺陷检测方法和设备仍未被报道。

发明内容

本发明的目的在于提出一种半导体晶圆表面缺陷的快速超高分辨检测系统。该系统在集成了暗场照明成像模式、PL成像模式以及共聚焦扫描成像模式的同时，引入了移频照明缺陷检测方法，实现了对更小尺寸缺陷的快速高分辨成像。移频照明缺陷检测方法的原理是通过在半导体晶圆表面引入移频照明倏逝场，利用波导表面倏逝场与缺陷微结构的相互作用，实现对缺陷信息的远场接收成像。利用该成像方法可实现对波导表面缺陷的大视场照明和快速显微成像。

一种半导体晶圆表面缺陷的快速超高分辨检测系统，包括：

照明光源，以及布置所述照明光源的光路上耦合物镜、偏振片、偏振分光棱镜、平面单晶、二向色镜和显微物镜；

第一相机，用于采集共焦扫描的图像；

样品台，其上放置有检测晶圆；

环绕所述检测晶圆布置的倏逝场移频照明光源；

安装在所述显微物镜外周且输出光场倾斜入射照明被检测晶圆的暗场照明光源；

第二相机，用于暗场照明，PL模式照明和移频照明远场像的采集。

本发明中，根据被检晶圆半导体材料的光谱吸收特性，选择对应的照明光源，具体包括暗场照明源，PL激发源，共聚焦照明光源以及倏逝场移频照明光源；