晶圆检测是半导体工业中的关键工艺，其目标是发现晶圆上的缺陷。简单地说，晶圆是半导体材料（如硅片）薄片，用于制造安装了电路的集成电路（也叫做IC或芯片）。
半导体芯片是汽车、笔记本电脑、家电和智能手机等电子设备中的基本组件，因此晶圆的生产速度快且数量大。为了满足需求，晶圆检测必须快速、准确且可重复。
那么，制造商如何才能改进他们的晶圆检测质量控制呢？
优化晶圆检测工艺的一个简便方法是选择适当的设备组合。将半导体晶圆检测工业显微镜与直观的计量学图像分析软件配对，可以简化您的工作流程并节省时间。这篇文章涵盖了如何优化您的工业显微镜设置和工作流程来适应晶圆检测和缺陷分析。
选择晶圆检测用工业显微镜设备和软件的技巧
晶圆制造是一个复杂的过程。它包括电路搭建、晶圆氧化、光刻胶涂覆、图案印刷、蚀刻、杂质扩散和平坦化。在这些阶段中的任何一个阶段都可能将缺陷引入最终产品。常见的缺陷包括不规则涂层、杂质和断路。
晶圆缺陷会妨碍电路的正常工作，因此晶圆检测是制造过程中确保产品质量的关键步骤。对于微米级的缺陷，通常使用光学工业显微镜进行无损晶圆检测。您应该能够使用各种观察方法和物镜透镜清晰地查看样品表面，以及轻松地记录结果，以供进一步分析或日后参考。
配备电动载物台和晶圆导航软件的工业显微镜有助于尽快完成这项工作。寻找能够将先进的硬件和分析软件相结合来提供快速图像测量技术的光学工业显微镜。
您选择的硬件取决于您的应用。有支持4英寸、8英寸和12英寸晶圆的半导体晶圆检测工业显微镜可供选择。例如，我们的MX63L工业显微镜配备了一个大型载物台，可容纳尺寸高达12英寸的晶圆。
图1.MX63L晶圆检测工业显微镜
晶圆检测工业显微镜可与各种高分辨率数码相机和红外（IR）相机配对使用。结合现代计量软件，晶圆检测工业显微镜可以：
- 在不同位置捕获高分辨率亚微米级晶圆图像
- 执行测量
- 提供合格/不合格判断
- 保存所有数据
有些系统甚至提供测量精度和可重复性保证，让您可以对结果充满信心。
利用预定义的工作流程执行高效的晶圆检测
优化晶圆检测设置的另一个重要功能是自动化。由于计量检测通常在晶圆上的多个已知位置处执行，因此将此过程自动化可大幅度提升检测效率。但设置自动化最耗时的其中一个环节是对软件进行编程以执行重复检测。
在选择计量软件时，请寻找可提供预定义工作流程的软件。此特性使您能够快速轻松地设置自动检测。同样，确保您选择的硬件可以快速准确地定位检测位置。例如，这种经过优化的设置可以通过将我们的MX63L工业显微镜与PRECiV™图像和测量软件相结合来实现。
自动化晶圆检测的类型
根据您可获得的信息，可以用不同的方式设置自动化晶圆检测。这里介绍两个方案：
1.采用已知晶圆布局的晶圆检测
由于晶圆是预先设计的，因此制造商通常有相应的图布局文件来描述不同芯片上的2D结构。在CAD文件中，甚至可以保存3D结构布局的每个点的Z高度信息。如果您使用的是可以读取这些文件的计量软件，则可以使用该布局文件来构建晶圆导航图。要执行此操作，请在CAD软件中打开晶圆设计文件，并定义芯片上的感兴趣点。保存此信息，然后将其传输到您的计量软件。
许多现代计量软件程序都可以读取CAD文件（例如，DXF文件）并传输用户编程的点，如下方图2a所示。在本例中，绿线表示晶圆上的电路设计。晶圆标记（放大的：×、+和o）用于对准晶圆（在一些晶圆上，只有一对标记可用，或者标记的顺序相反）。请注意，您可以利用晶圆上的可选第三参照点执行倾斜校正。
（a）
（b）
图2.（a）晶圆的CAD图纸示例；（b）在图像（a）中定义的位置处使用MX™工业显微镜和PRECiV软件捕获的图像。
用户每次载入新晶圆时都必须在软件中确认两个或三个点的位置及其焦点。之后，软件将驱动电动载物台移动到所有预定义的测量点（图2a中的红点），以捕获聚焦图像或执行实时分析。图2b显示了硬件和软件捕获的各个图像。它们看起来几乎相同，因为感兴趣点位于不同芯片上的相同位置。
用户可以轻松地修改原始定义文件中的位置，并将更新后的文件传输到计量软件以修改成像过程。选择与您密切合作的计量软件供应商，帮助调整和审查所有CAD文件，使软件符合您特定的检测工作流程。
2.利用基于行和列的定位进行晶圆检测
对于没有晶圆布局CAD图纸的用户，一些图像分析程序可提供多位置重复测量工作流程。例如PRECiV软件中的Navigate on Wafer定制解决方案。该解决方案定义晶圆布局并导航到晶圆上的各个点进行成像。图3显示了一个指定多个样品区域的示例。
首先，晶圆布局（芯片在x和y方向的偏移量）以及对齐可由三个给定的芯片位置定义。用户必须在不同的芯片（如[3,3]、[3,8]和[7,8]）中拾取重复结构（图3中的蓝点）。
图3.晶圆样品的示意图。布局定义基于行和列，使用三个芯片（蓝点）。定义的感兴趣点（POIs）是红点（左）。样品图像（右）显示在POIs上。
每个芯片的准确坐标将基于该坐标系来定义。然后，用户必须定义芯片列表和每个芯片的感兴趣点（POIs）。这包括确定芯片上的具体位置和每个POI采集的物镜（10倍、20倍、50倍等）以及选择是否在每个位置都应用自动聚焦。所有后续自动移动到不同的芯片位置时，都将访问这些设置。
要了解Navigate on Wafer解决方案的实用效果，请观看下面这段视频：
空白晶圆缺陷分析
检查空白晶圆的杂质是另一项重要检测。这种测试可能具有挑战性，因为需要工业显微镜采集大量图像并由软件进行处理。快速多位置图像采集软件功能有益于这种检测。
为了探测颗粒，一些计量软件为用户提供了设置相阈值来识别杂质的功能。也可以设置其他颗粒限制，如形状和尺寸限制。相分析、颗粒计数和尺寸分布也可与杂质探测同时进行。图4显示了计量软件探测污染样品上的杂质，并显示在Excel表格中的示例。
图4.PRECiV软件中显示杂质的空白晶圆样品快照图像。用Evident的MX工业显微镜和单色双芯片相机成像。
晶圆检测速度缓慢的另一个原因是需要捕获的图像数量庞大。分别捕获图像、顺次进行处理然后保存的过程缓慢而又低效。图像存储占用大量空间，每一步都耗时耗力。此外，在某些情况下（例如，重复测量），所有图像往往看起来都相同。用户只关注包含相关数据的图像，因此很少需要保存所有图像。
现代计量软件可以将多图像对齐采集与实时图像处理（相分析）相结合，对生成的拼接图像进行杂质探测。典型的工作流程包括以下步骤：
- 加载晶圆样品
- 执行拼接采集过程
- 设置阈值
- 单击“颗粒探测”按钮
此外，用户还可以定义一些通过标准，这样软件就可以判断需要考虑哪些颗粒。
图5.（放大）污染晶圆样品拼接图像上的颗粒探测（左）。右侧显示了图像的放大部分，其中以表格形式显示了探测到的颗粒。
上面图5中的表格显示了拼接图像上实时颗粒探测的结果。如果您的工业显微镜配备了电动载物台，单击图像中的颗粒或单击表格中的结果将驱动载物台到达样品上的颗粒位置，以便您确认软件探测到的缺陷。为了便于查找大颗粒，可对每个表列进行排序。
作为传统基于阈值分析的替代解决方案，深度学习可以加快晶圆上的颗粒探测，同时提高可重现性和分析可靠性。您可以通过我们的文章基于AI的图像分析在金相学和材相学领域的应用潜力详细了解深度学习如何简化图像分析并提高分析准确度。
尽可能提高晶圆检测的效率
半导体晶圆制造商不断探索加快其所有流程（包括质量控制）的方法。这篇文章证明，选择适当的工业显微镜硬件和计量软件组合，对于尽可能高效地进行晶圆检测具有重要作用。易用的多位置成像、实时分析和深度学习等现代功能大大简化和加快了检测过程，同时提供了可重复性和准确度。根据具体的晶圆导航和测量需求定制分析软件可进一步精简检测。
如果您在优化晶圆检测工业显微镜和工作流程方面需要协助，只需联系我们的专家。我们可以随时为您提供帮助！
