自动边缘检查

　　常见的边缘检查技术采用激光扫描或基于图像的基本方法。扫描技术使用聚焦到一个小点的单色光源来扫描整个边缘区域。它们通常探测被缺陷所散射的光线，虽然为了辨认相位效应和表面形貌，探测器可能会补充信号。它们可能会返回到被检测的缺陷来获取图像，或从扫描信号来构建图像。与此相反，基于图像的技术通过一个或多个采用广谱照明的相机来获取覆盖感兴趣区域的连续的系列2D图像。

　　对任何适用于大生产的缺陷检测技术的基本要求包括速度、实用的灵敏度和可靠的数据报告。对于扫描和基于图像的技术，复杂多样的边缘曲线形状使边缘区域的缺陷检查变得错综复杂。通过使用一个可绕着边缘旋转的扫描头来从顶部、斜面和顶点等所有区域来获取信号，扫描技术有可能解决这个问题。对预期边缘轮廓的较大背离或不精确的中心定位会导致跟踪问题，而机械扫描过程和连续的数据获取本质上就很慢。增强的灵敏度要求更小的光斑尺寸和更大的扫描密度，这会使数据获取的时间变得更长。扫描图像是单色的，本质上无法对多重信号进行判读，特别是当信号相互矛盾时。

　　基于扫描暗场散射的缺陷尺寸测量也存在问题。首先，这个分析必须解决和修正由邻近和重叠扫描所引起的多重峰值问题。即便如此，获得的信号强度还会受到照明光波长、入射角、采集角、缺陷折射率、下层薄膜的折射率和缺陷方位等独立因素的影响。由于这些原因，根据探测暗场或高散射性缺陷的能力来比较系统的检测灵敏度具有误导性。在生产环境中，根据系统探测明场或非散射性缺陷的能力来比较检测灵敏度会更合适一些，这些缺陷可与生产线上的其它常用技术的测量结果相互联系起来。

　　通过使用多个相机并优化光学系统来为所需的景深提供足够高的分辨率，基于图像的系统可以解决边缘弯曲问题。基于图像的检查可以在单道测量中就完全覆盖整个边缘区域，而且吞吐量达到300mm的量产要求——超过80 片晶圆每小时。缺陷保持着熟悉的视觉特性，因此很容易被操作人员辨认，或被良好建立的、基于图像的分类引擎来自动地进行分类。可以同时获得明场和暗场图像，而由广谱照明和成像提供的颜色信息对沿着晶圆边缘的薄膜变化特别敏感（图1）。基于图像的边缘检查已经能够满足多家300mm fab的生产要求。

边缘检查无法像对晶圆上的有源区进行检查那样逐一地比较芯片。一个已经fab证实的可选方法是为每个获得的图像建立一个“无缺陷”的表面参考模型，并将它与原始图像进行对比，然后根据用户控制的参数来提取缺陷。另一种算法可以检测边缘碎片等非常大的缺陷。最后，系统根据边缘区域、颜色、尺寸、范围和形态来对缺陷进行自动分类。分类的结果，包括缺陷的位置和相应的彩色图像，被输出到离线的缺陷再检查软件，一个数据分析系统或一个SEM再检查平台（图２）。

浸没式光刻缺陷

　　在浸没式光刻中，扫描头与晶圆表面之间通过浸没液的相互作用产生了新的缺陷机制。在晶圆边缘上，流体动力学受到晶圆的陡峭边缘以及更加精细但同样重要的不同薄膜边缘的严重影响。浸没式光刻特有的缺陷包括气泡、薄膜分层、液滴、污点和残留物等。

　　当晶圆边缘在液体里高速滑动时，这种非理想的晶圆边缘状况会在浸没液中生成气泡。气泡会像凹透镜一样，使来自扫描式光刻机的紫外（UV）光发生偏折，从而在晶圆上出现指示性的圆形图形缺陷。气泡可能有很多成因，包括溶解的气体、光刻胶除气、表面粗糙度和表面空腔内捕获的气体等。气泡通常不会远离其产生地，但可以随液体一起流动。靠近晶圆边缘的表面状况是最不可预测的，因此气泡通常会首先出现在那里（图3）。

尺寸小于2mm的气泡不具有热力学稳定性，很快就会重新溶解到液体中。然而，在足够的ＵＶ辐找下，一些气泡会长大。大于2mm的气泡具有较长的寿命，在溶解到液体里之前它们会使图形扭曲。最靠近晶圆表面的气泡会造成最严重的破坏，这是因为根据边界流体条件，它们的移动很慢而且投影清晰。新型的浸没液传送系统设计和在线去离子水除气装置可以减少从溶解气体中产生的气泡。然而，由晶圆表面状况引起的气泡仍然是个大问题。对浸没式光刻来说，边缘缺陷的检查和边缘状况的控制仍然是必须的。

　　分层

　　在浸没液和晶圆之间产生的液体动力会导致薄膜边缘的分层（图４）。例如，目前的顶部涂层材料与硅的粘附性较差。如果它们从下面的光刻胶层溢出并与晶圆边缘附近裸露的硅形成接触，那么迅速移动的平台会产生足够大的力来使变弱的顶部涂层材料分层。来自这些缺陷的薄碎片可能会被浸没液输运并再淀积到晶圆的有源区。被移动的顶部覆盖薄碎片也可能污染液体传送系统，使光刻单元被迫进行昂贵的停机。

分层的薄碎片会影响后续的晶圆。浸没液会携带它们，并将它们淀积到晶圆平台上，然后在晚些时候移动这些薄

碎片，并将它们散落到后续的晶圆上。随着平台不断地变湿和变干，这些残留物也会慢慢堆积起来，直到它们达到临界质量，然后被传送到晶圆上。

　　通过确保顶部涂层完全覆盖住光刻胶，同时被放置在底部抗反射涂层（BARC）的顶部，就有可能减少分层的发生。这个解决方案要求使用一次化学边缘水珠去除（EBR）来消除BARC，再用一次光学EBR来剥离光刻胶，然后用另一次化学EBR来去除顶部涂层。需要对这些工艺加以额外的限制，以确保EBR区域不会从晶圆边缘顶点延伸得太远，从而使能用于器件的表面面积最大化。该解决方案要求对EBR工艺进行严格地控制，以确保EBR切割是干净的，并且薄膜堆叠内的独立层与其它独立层及晶圆边缘对准。

　　常规的EBR计量是典型的人工过程，在四个相对的晶圆“角落”，使用光学显微镜测量从EBR线到晶圆边缘的距离。人工EBR计量存在以下缺点：晶圆斜面的过渡很容易被误认为晶圆边缘的顶点；EBR线在有图形的晶圆上很难辨认；环绕晶圆的EBR线可能是不连续的；在每个晶圆上只取四个测量点不足以进行统计分析。

基于图像的边缘检查在有图形和无图形的晶圆上都能够自动地进行高分辨率的EBR计量。一个新颖的方法是把边缘顶部的相机摄得的图案拼在一起，然后将它们压缩成一个EBR指纹图（图5）。这个过程可以从图像上过滤掉非环形的特性，而且允许EBR算法测量EBR特性，即使图形扩展到晶圆边缘也是一样。圆形的EBR特性在EBR指纹图里以垂直线的形式出现，而椭园形或偏心的EBR特性则以正弦曲线的形式出现。因为许多边缘缺陷，特别是与浸没式光刻有关的缺陷，是由不良的EBR所引起的，所以测量EBR和边缘斜面宽度有助于消除整类由EBR引起的缺陷，包括分层和薄碎片。

　　液滴、残留物和污点

　　不干扰曝光步骤的缺陷也会引起成品率问题。它们可以通过改变表面状况来间接引发问题。平台转速、流体传送系统设计、顶部涂层材料和表面状况都会影响浸没液的接触角。例如，表面上的污染物可以通过疏水性质的变化来改变后接触角。如果接触角太小，液体流过后会留下水滴。由于变化的表面状况，水滴特别容易出现在晶圆边缘的附近。根据水滴和顶部涂层之间的化学相互作用的不同，由此产生的缺陷可能差别很大，可能会是残留物、污点和桥接缺陷等。

　　结论

　　边缘缺陷对工艺成品率有着非常重要的影响。边缘检查系统被用于浸没式光刻，揭示出在先进工艺进入生产时需要严格控制的多种边缘缺陷模式。基于图像的边缘检查技术表现出大的吞吐量、实用的明场敏感度，以及量产所需的精确缺陷报告能力。