【高端访谈】应用材料：持续创新满足先进工艺对晶圆缺陷检测新要求
编者按：
随着半导体工艺的不断进步，线宽细微化趋势使得半导体制造过程中的良品率的提升受到挑战。日前，应用材料公司宣布推出配备了最新的自动分类缺陷技术 - Purity™ II的SEMVision G7最新检测系统，而这一最新系统可以最大限度地满足晶圆制造厂有效检验晶圆缺陷的新要求。
左：应用材料公司SEMVision市场部经理Guy Gichon 右：中国区产品经理王炜
自1998年第一次推出用于晶圆缺陷检测机台以后，在以后的20年里，应用材料公司一直处于这一市场的领导地位。截至2017年底，应用材料在全球总共拥有超过1,200机台的出货量，而这些设备在保证先进工艺下的晶圆制造良品率方面，发挥了重要作用。
应用材料公司成像和工艺控制部门产品市场经理Guy Gichon先生认为，伴随着SEMVision G7最新检测系统的问世，应用材料公司全新的检测技术再次引领整个检测设备的开发。
首先是新的检测机台具备更好的成像能力，针对FinFET或者3D的芯片结构，更先进的成像条件保证设备可以清晰地看到缺陷；其次，针对晶圆边缘和侧面的全新的成像系系统，完成对晶圆边缘斜面和侧面检测从而增加良率；第三，对于无图案的晶圆检测，采用新的光学检测系统可以检测到更小的缺陷。
在整个工艺控制中，传统的检测系统只提供缺陷检测的图像，然后由工程师针对缺陷图像进行人工分类，进而再进行质量控制。
为了提高检测工作的效率，应用材料公司在几年前推出了稳定的自动分类来取代人工分类的模式，称之为ADC(automatic defect classification自动缺陷分类)系统。而这一套ADC系统同样部署在SEMVision G7上面。
据Guy Gichon介绍，部署在SEMVision G7的ADC系统采用了新的算法，增强了机器的学习能力，以此来适应现在研发或者产能提升阶段的工艺过程。另外，就是对于一些非常重要的缺陷，又重新设计了另外的算法，能够保证突出这些重要的缺陷。
采用分类管理后，工程师需要进行线下分析。通过分析进行人工判断看是否需要更深入的研究。现在SEMVision G7把整个分析系统整合到检测机台，也就是说，检测和分析可以同步进行。通过引进CAD的设计数据，可以对缺陷分类做的更精细，从而更好地实现质量控制。此外，全新的闭合分析系统能够在整个分析过程中更快速地找到缺陷和成因。
整个电子显微镜成像的核心就是用电子束轰击材料的表面收集二次电子和背散射电子进行成像。当用更高的电压去轰击的时候，电子束能够达到材料更深的深度，从而去激发出底层的一些信号反射出来。这一部分除了需要高能量以外，还要能够收集反射出来的背散射电子。底层的背散射电子是大能量分散的，所以怎么去收集它从而成像也是一个挑战。
据Guy Gichon介绍，针对不同工艺采用不同材料的具体情况，特别是某些工艺引入了一些非常敏感的材料。在这样的材料上面，如果用高电压去成像会有一定程度上的损害，因此应用材料公司推出了一个150 V成像的系统，保证低电压条件下的成像质量。另外，针对采用3D结构的工艺，很多缺陷都是在结构的底层，这时候需要能够透视位于底部和下层的缺陷，因此又增加了15KV高电压成像。
因此，从“低电压”到“高电压”的布局，使得SEMVision G7面对不同工艺要求，都能够提供稳定的成像能力，除了可以提供更高的电子能量，同时进行高能电子收集，保证看到底部的一些缺陷。
传统的晶圆缺陷检测，都是针对晶圆本身，很少会涉及晶圆边缘和斜面的检测。但是现在客户为了进一步提高生产效率和提升利润，希望能够有更多的晶圆边缘晶粒能够做成成品。 Guy Gichon表示，在与客户进行深度沟通后发现，很多边缘或者斜面的缺陷会通过CMP工艺被带到芯片中间，然后降低了晶圆生产的良率。
客户需要在针对这一部分来进行检测和分析，但是这部分检测的挑战在于可以看到它是一个倾斜且垂直的角度。在这个区域成像，用传统电子束成像条件只有十几个微米景深，但是晶圆斜面和侧面成像可能需要几十微米或者几百微米的成像景深。正基于此，应用材料公司推出了一个全新的“大景深”的成像环境，提出了“独特的边缘斜面和侧面”的成像模型，能够让整个边缘斜面的图象在一张图里面显现出来，而且可以用很大的视场，比如300微米去看这个区域。
据Guy Gichon介绍，对于垂直斜面的话，通过整个电子束的倾斜，让它能够达到从侧面观察的方式，然后在侧面缺陷也可以进行成像。通过对此区域的控制，就可以进一步提高整个边缘的良率控制，同时改善整个晶圆成品率。
应用材料公司SEMVision G7产品图