12.KLA自动外观检查

12. KLA自动外观检查
谭莉、田广彦、黄翔、沈洵
自动外观检查是通过光学CCD Camera，对相邻象素之间感度的比较来判断缺陷的有无，从而将缺陷的个数、位置检测出来，并对缺陷进行分类和确认。

自动外观检查设备主要由两个部分组成：①自动外观检查装置②外观检查Review装置（外观检查的辅助设备）。

以下对两个装置分别加以说明（KLA为厂商名）。

一、自动外观检查装置
1、目的
判断缺陷的有无，检出缺陷的个数和缺陷在基板上的位置。

2、适用工程
⑴产品检查
①G检
主要用于SFT型。

对G层光刻胶剥离后的G-Short、G-Open进行全检，对发生G-COM 短路的基板进行抽检。

②最终检查（全检）
阵列基板全部完成后的全数检查，对SFT和TN都适用。

阵列基板以点缺陷发生的概率较高。

⑵工艺检查
①CVD成膜后的检查（抽检）
可用来确认CVD装置的发尘状况。

②Inline PR后的检查（抽检）
防止Inline PR装置突发性的异常，及时对设备进行维护。

③共通缺陷检查（抽检）
防止曝光时由于Mask上的异物，而引起在基板的同一处产生同一缺陷。

④刻蚀异常和剥离残余的检查
量产时，先进行Array Test，当异常原因无法检测出来时，再利用KLA自动外观检查装置对每一道工序进行检查；而条件设定初期，对每一次刻蚀和剥离后都要进行KLA检查。

另外，需注意的是：如已知一个Lot中的所有基板都存在缺陷，只进行抽检；若只有一两片基板有误，则要进行全检。

因此可由不良发生率和经验来决定是抽检还是全检。

3、原理
⑴装置构成
自动外观检查装置主要由光学系统、XY 基台、用户界面、计算机以及基板搬送系统构成。

光学系统由反射镜、透射镜、自动对焦系统、CCD Camera 、图像传感器等组成，结构简图如图12.1，其中透射镜有8倍和4倍之分，且可自由更换。

⑵检出原理
通过在图形之间来回往复扫描，对相邻像素进行比较而将缺陷检出。

如图12.2所示，①A 和B 比较→A ≠B ，②B 和C 比较→B ≠C ，③B 有缺陷。

4、操作方法（On Line 方式）
(1). 条件设定
①基板的送入
先按下End 键直到主画面为止。

接着按Setup 键，进入Setup 窗口；把基板放入Cassette ，每一片基板为一个Slot 。

然后依次选择“屏set up ”，输入“Cassette 号码”、“抽取的slot 号码”、“Process 名称（如D-HA ）”、“条件名称（如S1WE ）”、“作成者（如WE ）”等。

②基板大小的确认
如图12.3，对基板的A 、B 两点进行对位，首先将显示器光标对准基板左下角，如图
12.1
图12.2
图12.4，确定后光标自动移向右上角，将其调整到图12.5位置即登录成功，这样基板大小就确定下来。

基板大小的确认与下一步定义检查区域大小有一定的关系。

③扫描区域的确认 将光标移到像素的左下位置，图12.3的C 点附近，Page up 放大后，经过粗调和细调，把十字光标与像素的某一坐标值（如(5，5)）对准 ，确定后对D 点对位。

选择“领域追加”，再同样方法对E 、F 进行对位。

这样扫描区域就确定下来。

当检测到有缺陷时，会得到缺陷处的坐标值，按照一定的坐标变换，可在Review 装置中读取，并可在激光修复装置中获得其准确的位置进行修复。

④基准点的登录
基准点为自动外观Review 装置的原点，设置时可与图12.3中对位点1(AL1)重合，此时需将十字光标与AL1处的TEG 对准。

确认后需再一次将十字光标与AL1处的Mark 对准，如图12.6，然后与AL2处的TEG 对准（基板位置对位），这主要对基板位置进行对位，当基板倾斜时会发出警报，此时需人为调整基板。

扫描时对任意一点像素的识别是通过该点与AL1 、AL2的差值（相对位置）来确认的。

⑤重复像素单元（Cell Size ）的确认 如图12.7，即对一个像素的三个点进行确认，便得到进行感度比较的重复单元。

⑥Test 检查开始
选择基板抽取，进入“Cassette map ”画面。

“模式”中若选择“全数检查”，在后续的外观检查中将对所有的Slot 自动进行检查，且不再出现“Cassette map ”画面；若选择“User ”，在后续的外观检查中只对条件设定中所指定的slot 进行抽检。

接下来选出作为条件设定所需的某一枚基板，输入输出Cassette 均为1。

然后再进行感度等相关参数的设定（具体说明见第5点），这样条件编辑才告一段落。

图12.3 A OF
C
D E F AL1 AL2 图12.4
图12.5
A
B
图12.6
(2)、基板检查
依次选择Edit 、“Panel 种类的数据修正”，再选择“条件名称”，然后选择“检查Slot 确认省略”、“缺陷文件存盘省略”、“缺陷确认省略”即可对基板进行连续检查。

否则，每检查一个Slot ，需人为确定后，才能继续对下一枚基板的检查。

基板检查时要注意输入正确的“Process 名称（如D-HA ）”、“条件名称（如S1WE ）”，找到相应条件设定时的文件，而无需再设定基板登录、对位等过程，机器会自动进行AL1 、AL2对位。

若条件编辑时选择的是User 模式，则会出现“Cassette map ”画面，模式一项中显示为“Data ”，这样便按照条件设定的slot 数进行抽检。

5、相关参数的说明和设置
⑴感度
按照反射率分为感度A 和感度B 两种，A 对应反射率较低的膜，如ITO 、SiO2、SiNx ，B 对应反射率较高的金属膜，A 、B 的数值相互无关。

A 、B 实质上也是相邻两像素对比度差的阈值，数值越小，检出不明显缺陷的能力越强。

但感度值又不能过小，否则基台的pin 脚及pin 脚上的灰尘等也会被误认为是基板的缺陷。

在对多层膜检测时，由于金属膜的缺陷比较容易检出，因此B 值一般比A 高。

在单层膜测试的设定中，A 表示一个Cell Size 中玻璃基板的感度。

实习中对铬膜和Al 剥离后进行自动外观检查时，一般将感度A 设为10，感度B 设为20。

⑵Margin-distance
一定范围大小内的所有缺陷被认为是一个缺陷，这个范围即被称为Margin-distance 。

如我们在实习中将值设为20，如图12.8，即20μm ×20μm 面积内的所有缺陷被认为是一
个缺陷。

⑶最小缺陷大小
与透镜等级有关。

4倍光学透镜时，“1”表示缺陷尺寸为6.5μm ，“2”表示的缺陷大小在此基础上乘以2；8倍光学透镜时，“1”则表示缺陷尺寸为3.25μm ，即倍率越大，所能观察到的缺陷尺寸越小。

⑷DCR SET
若已经知道像素单元的某一部分有缺陷，可在此部分选取一定范围作为重复单元来进行比较，如图12.9。

m
图12.8
已知缺陷
的部位
图12.9
AL1 AL2
图
12.10
图12.11
二、自动外观Review 装置
1、目的
可以对已经检出的缺陷进行拍照、分类，并对其发生原因进行分析判定。

2、适用工程
同自动外观检查装置。

3、装置构成
主要分为三大部分：(1)基板搬送装置，(2)显微镜和CCD-Camera （核心部分），(3)计算机及监视系统。

4、机能和原理
⑴缺陷的确认
通过自动外观检查装置传来的数据，可进行缺陷的确认。

通过监视器上的缺陷分布图，可自由选择任意一处的缺陷进行观察。

在观察时会发现，某些缺陷为假缺陷（一般大小为2000nm 以上），实际并不存在，这有可能是自动外观检查装置将基台上的Pin 脚或基台上的垃圾误认为基板的缺陷。

⑵缺陷的分类
输入由上一步所确认的缺陷的数据，可对缺陷进行分类（短路、断路，点缺陷、线缺陷），并能分析推测缺陷发生原因及工序（成膜时引起的缺陷、曝光及PR-inline 引起的缺陷、刻蚀时引起的缺陷等）。

⑶缺陷比较机能
即能够对缺陷的大小进行分类比较以及对多枚基板的检
查结果进行分类比较。

通过对共通缺陷的确认和追踪实验，
可对发生缺陷的工序及时采取应对措施。

特别是在进行新产
品和新工艺的试运行时，这一项内容也是必不可少的。

所谓
的追踪实验是指对同一基板一边检查一边处理的实验，目的
是为了确认某一必须改善的缺陷是由哪一个工序引起的 5、操作方法 Review 装置的操作较为简单，放入Cassette 后，选出所需的文件（如WE ），然后对基板进行对位，如图12.10。

实际上和图12.3一样，也是对基
板的AL1与AL2进行对位，所不同的是基板的摆放方向发生
变化。

对位时要求Mark 如图12.11所示。

三、总结
在湿刻和剥离之后，对基板进行自动外观检查，不但能够确认刻蚀异常(图12.12)和剥离残余，还能够发现成膜和光刻时引起的缺陷（图12.13），及时通知其他工艺的技术人员。

而在我们湿刻工艺的条件指定时，自动外观检查也是必不可少的一项，以确认刻蚀时
Spray 压力对Side Etching 量的影响为例，试验的基本流程为：①测量显像后的线宽，②在不同的Spray 压力下进行刻蚀，③剥离，④宏观、微观外观检查，⑤测量剥离后的线宽，⑥自动外观检查，⑦SEM 形状观察。

因此自动外观检查无论是在量产时期还是在新的工艺条件的驾动初期，都是必不可少的检查手段之一。

图12.12 图12.13。