在半導體行業(yè)的早期，在實施缺陷檢查時，會將晶圓置于光線明亮之處，查看表面上的灰塵和其它微粒，并計算散射中心的數(shù)量。上世紀 90 年代初，業(yè)界領先企業(yè)開始引入在線缺陷檢查，以提高良率，增加盈利并加快其產(chǎn)品上市步伐。如今，全球最先進的晶圓代工廠使用一整套高度自動化的缺陷檢查和復查系統(tǒng)，借助尖端的光學或電子束技術及專門算法，可以發(fā)現(xiàn)并區(qū)分各種微粒和圖形缺陷。

45nm 缺陷挑戰(zhàn)

業(yè)界領先的邏輯、存儲及晶圓廠家已推出許多創(chuàng)新性解決方案，以應對其技術挑戰(zhàn)，從而完成 45nm 節(jié)點的工藝開發(fā)工作。在光刻領域，出現(xiàn)了兩次成形和間隔掩膜等新技術。但是，越來越多的層數(shù)需要使用浸沒式掃描曝光機產(chǎn)生期望的圖形。45nm 節(jié)點級的新材料和技術包括應變強化、超淺接面 (USJ)、超低介電常數(shù)材料、高介電常數(shù)或金屬門，以及新的后段制程 (BEOL) 覆層和阻障層。晶圓廠還采用了新的體系架構和設備結構，例如 FinFET DRAM，相變內存和 NAND 電荷陷阱。

所有這些創(chuàng)新都對缺陷性有所影響（圖 1）。隨著更細微的新型缺陷的出現(xiàn)，檢查系統(tǒng)必須具備極高的靈敏度。每個晶圓上有成千上萬的缺陷， 掃描電子顯微鏡 (SEM) 只能檢測到并區(qū)分 50 到 100 個缺陷。因此，這一微小樣本必須準確呈現(xiàn)晶圓上影響良率的缺陷（“致命缺陷”）數(shù)量，這一點正變得越來越重要。借助一個好的掃描電子顯微鏡樣本，檢查工具能夠給出一個可操作的缺陷分類柱狀圖分析，幫助缺陷和良率工程師以對周期的最小影響，快速準確地解決缺陷問題。

晶圓檢查技術

在 45nm 節(jié)點級，芯片制造商利用一系列檢查和復查工具，包括明暗場光學圖形晶圓檢查儀、電子束圖形晶圓檢查儀、晶圓邊緣及斜面專用檢查儀以及無圖形晶圓檢查儀。這些工具使用光子（光）或電子檢測缺陷，并生成一個缺陷坐標圖。根據(jù)散射／反射／放射的光或電子的特性，它們還能夠對缺陷進行大致分類。

晶圓檢查和復查的目的是生成一個能夠精確反應被檢查晶圓上關鍵缺陷 (DOI) 的缺陷分類柱狀圖。缺陷檢查系統(tǒng)的作用是最大化關鍵缺陷的捕獲，并最小化非關鍵缺陷的捕獲，或將其準確識別為非關鍵缺陷。隨后，關鍵缺陷的樣本被發(fā)送到復查系統(tǒng)，進行詳細分類。最后將生成一個缺陷分類柱狀圖，幫助缺陷和良率工程師迅速識別并解決缺陷問題。

借助準確、可操作的缺陷分類柱狀圖，工程師們還能夠預測一個批次、一個晶圓甚至同一印模產(chǎn)品的良率。一個好的缺陷分類柱狀圖還能夠幫助工程師調整抽樣計劃，例如，通過引入其它檢查點來檢查制程中可能產(chǎn)生缺陷的一個中間環(huán)節(jié)。

在制程開發(fā)過程中，可能每一片晶圓在每一個站點都被檢查，所使用的技術和方法能夠確保發(fā)現(xiàn)所有缺陷類型。一些缺陷在開發(fā)階段即可被消除；另一些將被確認為需要在生產(chǎn)中密切關注的類型。在準備工藝運行和量產(chǎn)時，可以對檢查系統(tǒng)進行調整，使其有選擇地捕獲關鍵缺陷。在工藝運行和量產(chǎn)期間，并非對每個晶圓進行抽樣，而是制訂一個抽樣計劃，該計劃將考慮檢查系統(tǒng)對關鍵缺陷類型的捕獲率。具有較低捕獲率需求的檢查系統(tǒng)在每一批次中抽樣更多晶圓。

明暗場圖形晶圓檢查系統(tǒng)

當晶圓產(chǎn)品在生產(chǎn)流程中，明暗場圖形晶圓檢查系統(tǒng)使用光對其表面缺陷進行檢查。這些工具會檢查圖形中的缺陷以及如微粒等附著缺陷。使用明場還是暗場系統(tǒng)主要取決于對被檢查層表面的關鍵缺陷的捕獲率及工具的所有成本（產(chǎn)能）的平衡考慮。在很多情況下，暗場系統(tǒng)有更高的產(chǎn)能，而寬帶明場系統(tǒng)有更好的靈敏度，能夠感測到更廣泛的缺陷類型——雖然也有例外。多數(shù)晶圓廠使用明場和暗場結合的檢查系統(tǒng)，以確保發(fā)現(xiàn)所有層中的全部關鍵缺陷，并實施最有效力和效率的抽樣策略。

近年來，被半導體行業(yè)稱作明場和暗場檢查系統(tǒng)之間的區(qū)別已經(jīng)變得比較模糊。如今的明場系統(tǒng)通常具備暗場操作模式，這基本上是通過采用特殊的專業(yè)光圈實現(xiàn)。另一方面，某些暗場系統(tǒng)也通過增加新的采集器或探測器引入了明場模式。但是，在光學顯微領域，術語明場和暗場在最初有著其清晰的含義。明場系統(tǒng)（或子系統(tǒng)）利用反射束（以與入射角相同的反射角度從基底反射的光束）構造其圖像。暗場系統(tǒng)（或子系統(tǒng)）利用反射束之外的散射光構造其圖像。研究用顯微鏡往往均包括這兩種模式，這是由于某些樣本在明場模式下有更好的對比度，而另一些樣本則在暗場模式下更為清晰。同樣，在缺陷檢測中：明場可以幫助更好地捕獲特定層上的某些缺陷類型，而暗場則能夠幫助更好地捕獲其它層上的其它缺陷類型。

在設計中有關光學檢查技術的另一個重要的考慮是寬帶和窄帶光源的比較。寬帶系統(tǒng)使用一個非常高光強度的燈提供一系列波長，而窄帶系統(tǒng)則使用激光來產(chǎn)生單獨一個波長。寬帶設計的優(yōu)勢在于靈活性和對非關鍵缺陷的抑制。在明場系統(tǒng)（圖 2）中，微粒缺陷類型和各層的對比度（或信噪比）在很大程度在取決于使用波長的不同。2 基于激光的單波長明場系統(tǒng)可能會得益于高光強，但僅限于有限的應用。絕大多數(shù)制造商使用寬帶明場系統(tǒng)，以便更加靈活地捕獲特定層的缺陷類型，并能夠隨著制程變化更改檢查點。

但是，對于暗場技術，激光源比寬帶有更大優(yōu)勢。由于暗場系統(tǒng)依賴反射束之外的散射光，激光源提供的更高強度對于在高速下捕捉強缺陷信號至關重要。此外，結合入射余角設計（見下段）時，暗場系統(tǒng)比明場系統(tǒng)更多地依賴外形特征而非材質對比來捕獲缺陷。因此，暗場系統(tǒng)不需要在明場系統(tǒng)中具有優(yōu)勢的波長靈活性。

在光學晶圓檢查技術中另一個重要因素是入射角。調整光射到缺陷上的角度將顯著影響缺陷與其周圍的對比。暗場系統(tǒng)經(jīng)常使用入射余角以提高對多種類型缺陷的捕獲率。入射余角還會極大地縮短光穿透表面的距離，使系統(tǒng)能夠將表面下缺陷排除在其捕獲的缺陷群之外。排除表面下的缺陷將為缺陷工程師識別缺陷源提供有力幫助。

目前，領先的晶圓代工廠大多使用寬帶明場晶圓檢查系統(tǒng)和窄帶（基于激光的）暗場系統(tǒng)。最新的寬帶明場系統(tǒng)也具備暗場模式（借助專業(yè)光圈實現(xiàn)）和相襯模式（使用光的相位作為另一個對比機制）。先進的暗場檢查儀同時具備入射余角和常規(guī)（垂直）照明模式，并可包括一個明場通道?！懊鲌觥焙汀鞍祱觥毕到y(tǒng)之間的平衡（二者區(qū)別已經(jīng)變得非常模糊，故使用引號）以及對特定檢查點或檢查層使用哪個系統(tǒng)逐漸取決于主要的關鍵缺陷類型、芯片技術和芯片廠商的良率管理策略。近期已在其它地方公布了一項確定檢查技術最佳組合的新方法。