摘要

随着特征尺寸的缩小，晶圆表面任何一部分都不允许闲置不用，器件越发地靠近边缘，因此对于晶圆的检查不能再忽视边缘。现有的检查平台必须升级以面对这种挑战。

当在器件结构上线宽持续变窄后，我们不能够再忽视晶圆的边缘了。这背后的原动力是对于降低日益恶化的表面污染的需求，粗糙的、坑洼或者断裂的边缘会引起表面污染，同时也要防止灾难性的污染 ―晶圆在工艺腔体里的爆裂。此外，如果不做边缘检查，那么晶圆表面积的5-7%就没有了，这是需要重视晶圆边缘的技术原动力。
　　晶圆的边缘包括三部分：上斜面，顶或者冠，以及底斜面。尤其是去年以来，器件制造商已经密切关注这些部分，并且已经把废弃的边缘包含在内。这就是为什么检查系统要升级，从利用激光或CCD只关注每部分单程的顶点，到关注晶圆边缘附近，这些以前排除在外的部分，如上斜面，顶点，底斜面和背面边缘部分，转向更全面的晶圆检查。

进行全面检查
　　很多年来，晶圆表面，包括正面和背面，已经成为检查的焦点，而边缘则被认为不太重要的。现在它却变得重要了，因为晶圆要通过缘进行操作，同时边缘也与晶圆盒相接触。 “污染不只是颗粒，还有金属污染，污染从边缘向内部区域以及表面的扩散是个重要的问题。”Hologenix董事长Philip Blaustein说：“这些原子和金属颗粒倾向于粘附在边缘附近的缺陷上，这就是划伤、碎片或者粗糙引起金属粘污的源起。”
　　这种检查侧重于边缘抛光、CMP应用、层检、剥落和一层到另一层的污染。300毫米废弃区域缩小之后尤其如此。边缘污染，比如从边缘转移到表面的金属或者其他各种各样的颗粒―尤其对于65纳米线宽 ―现在是非常重要的，这种情况下几乎每一层都要做边缘检查。背面真空过去用来搬放晶圆，但是因为300毫米晶圆是双面抛光的，所以不能有东西接触背面。因此，是通过边缘对晶圆进行搬送的，而边缘则是一直以来关注是否有损伤的一个区域。
　　美国Raytex执行副总裁John Valley认为CMP是边缘缺陷的来源之一。他说：“CMP工艺要针对边缘情况进行特定的调整。边缘情况可能由于晶圆供应商的不同而变化，甚至会由于工艺设备的不同而变化。边缘情况已经成为必须要测量和控制的项目。”
　　边缘缺陷非常多，这是因为边缘与前端的洁净度不同；并且，抛光质量也不高。由于边缘这种形状，因此很难保持明确一定的平滑度。这就是如果不应用于晶圆级，边缘检查在器件级没有意义的原因所在。
在晶圆到达器件制造商之前，清除掉微米以及亚微米的缺陷非常重要。
　　在边缘检查系统方面，视基系统（CCD相机或者线扫描相机）与激光基系统一直存在着竞争关系。激光基系统对于小缺陷更灵敏。在产能方面，激光基系统更快，当需要检查不同平面的五部分时这点很重要；两个边缘区域的上和下，上斜面和底斜面，以及顶。还包括晶圆的缺口（notch），因为它是一个转变点，而且可视为对于有源区的损伤。
　　大部分前端（FEOL）检查已经发展得相当完备，但是由于工艺波动，部分芯片，以色差使得对于边缘的检查非常困难，因此边缘检查发展得还相当不够。按照August Technology公司产品经理Tuan Le的说法，边缘检查开始于八年之前，采用的似激光扫描设备用以寻找碎片和裂纹。
　　August的边缘检查方法是视基的，不是激光扫描工艺。因为需要处理各种表面，所以使用了多个相机在不同照明下校正的通用技术。贯穿边缘的法线，可以在顶点处检查晶圆。如果这个区域采用点光源照明，被反射后，相机只能收到一点光。其他不同的方法还有暗场和普遍明场方案。暗场聚焦于边缘，使颗粒显现突出。普遍明场源显示色差、水泡缺陷、分层和低高宽比缺陷，以及倾斜面上的碎片和裂纹。

标准的建立
　　碎片和裂纹的检测是非常重要的，因为它们是不能被隐藏或返工，如果是机械或者热应力缺陷，还能破坏晶圆。另外一类缺陷是水泡。如果有颗粒被覆盖，不论来源于光刻胶、CMP、还是晶圆盒子粘污，随之又通过了一个热工艺，就会形成一个水泡。它可能不会对下一步工艺造成损害，可能在几步之后，最后到达一定程度之后才爆裂。
　　领先的器件制造要求100%检查晶圆边缘的水泡、碎片和裂纹。August的CTO Cory Watkins说：“每个公司都有一个正规的良率管理项目。他们研究了边缘缺陷的类型，突发事件以及工艺问题，绘出了严格控制下斜角轮廓的ROI图。SEMI对于斜角轮廓的标准还比较松，分为t/3，t/4和全圆斜角轮廓。对结论的分析是要实现最小的良率损失，就要对整个边缘都检查。他们目前也涉足200毫米晶圆，同时也在指定实际的斜角轮廓。” 斜角轮廓影响良率，这是因为各层不能像粘附在t/3或者t/4上一样粘附在全圆上。此外，根据晶圆边缘形成时砂轮的状态，边缘轮廓也可能是不规则的。
　　目前针对边缘缺陷问题的方法是手动利用光学显微镜检查晶圆边缘。这应该自动化，但是器件制造必须首先决定他们需要什么―看哪些区域，用什么灵敏度，最佳的方法是什么，如何监控，当发现了缺陷，纠正措施是什么。
　　也确有一些解决方案。应用材料有一些早期时针对SEM平台的应用，当抓到一些图像时，使用光学显微镜观察晶圆边缘（图1）。这个系统提供照片使得监控实现定制，尝试定位宏观边缘缺陷，然后操纵SEM移动到那里。应用材料工艺诊断与控制组SEM部缺陷检查全球产品经理Renan Milo说：“随着方法成熟、措施得当，大缺陷是能够避免，我们的注意力将转向更小的缺陷，这就需要更好的检查和观测能力。”

深入到里面
　　表面光学技术检测到表面的缺陷。通常，这些方法可采用照相机和激光束从四个方向聚焦在晶圆边缘。Bede X-Ray Metrology产品经理Petra Feichtinger说：“只看表面是不够的。X-Ray衍射成像直接给出由于缺陷，比如埋层裂纹和表面划伤导致的晶格变形分布图。”该技术可以区分遍及晶圆及其边缘的这种缺陷，包括表面和晶圆体区，同时对于斜角形状变化也很敏感。