检查系统和方法技术方案

一种用于识别样本表面上的缺陷或污染的方法和系统。该系统通过经由ｖＣＰＤ和ｎｖＣＰＤ检测表面上功函数的改变而工作。它利用非接触电位差（ｎｖＣＰＤ）传感器对整个样本上的功函数变化成像。数据是微分数据，因为它代表样本表面上的功函数（或几何形态或表面电压）的改变。ｖＣＰＤ探头被用来确定样本表面上的特定点的绝对ＣＰＤ数据。振动和非振动ＣＰＤ测量模式的结合实现对整个样本均匀性的快速成像以及检测在一点或多点上的绝对功函数的能力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对半导体晶片和诸如集成电路(IC)的其它材料以及从检查获益的任何表面进行检查的方法和系统。下文中，由这里描述的系统和接触电位差成像设备进行表面检查的任何材料被总地称为“晶片”。更具体地，本专利技术涉及通过非振动接触电位差传感器结合振动接触电位差传感器的使用，通过对晶片表面上的接触电位差拓扑进行成像和可视化而用于刻画微观或宏观缺陷的方法和系统。
技术介绍
对于半导体和其它表面缺陷管理有几十亿美元的全球市场，它在绝对值和资金设备投资的百分比两方面都在增长。例如，通常，在以已知的利用水平确定半导体加工设备的经济性方面有两个因素，即，产量和成品率。由于诸如300mm半导体晶片、铜连线和减小部件(电路)尺寸一类的复杂的新技术驱动制造误差的余量越来越低，新的检查技术对于保持高的成品率和保证经济性有吸引力是非常重要的。化学污染物和其它类型的缺陷的检测和消除是半导体制造商和设备供应商永远关心的问题。污染物可以因加工用化学品、工艺设备和不良操作技术等的使用而引起。污染物可包括例如金属、碳和有机化合物。其它类型的缺陷可以由各种各样的原因造成，包括半导体晶体中的伤痕、不适当的工艺流程、不适当的操作和有缺陷的材料。另外，在晶片制造业例如但不限于半导体工业中，需要许多清洗步骤。每个步骤都是费时的，并需要昂贵的化学材料，这可能需要专门的清除过程。现有的用于监视或控制这些工艺的方法是昂贵并且费时的。结果，晶片常常被清洗更长时间，使用超过需要量的化学品。继续说明半导体晶片业的例子，污染物和化学残余物是半导体制造中成品率下降的两个主要原因。随着最小部件尺寸缩小到90nm以下，吸收层和有机污染物的厚度与器件中功能膜的工艺容差具有相同的数量级，此时晶片清洁度变得越来越重要。污染物不管是有机物还是金属物都可能产生工艺偏差和缺陷，诸如较差的覆盖率、空缺、空白、泄漏、短路和过载。例如，在晶片表面上小量的金属污染物可能扩散到体半导体中，并造成体内少数载流子寿命减小，因为金属污染物可能促进半导体衬底中电子与空穴的重新结合。减少污染物以及使残余物最小化在半导体晶片制造中是提高成品率的重要因素。诸如在半导体晶片工业中的缺陷检测和辨别系统通常可被划分成在线和离线系统。“在线”是指在加工晶片的清洁室内进行的检查和测量。“离线”是指在加工晶片的清洁室外面，通常是在离制造区有一段距离的实验室或单独的清洁室中进行的分析。另外，这些分析技术中有很多是破坏性的，需要牺牲制成的晶片，或使用昂贵的“监视”晶片用于分析。在线检查和测量对于快速识别和纠正在这些类型的制造工艺中定期发生的问题是很重要的。典型的半导体晶片可能经受超过500个独立的加工步骤并需要几星期完成。每个半导体晶片都可能具有高达$100,000的最终产品价值。因为在晶片制造中包含的步骤数目和时间长度如此之大，以至于在任何时刻都可能存在工艺中的重要工作。关键问题是找到与工艺有关的缺陷，并且在大量(大金额的)晶片受到影响之前立即纠正这些缺陷。这样的缺陷无论发生在晶片、半导体、IC或其它器件中，对于性能都是有害的，将减小产量和收益。许多类型的缺陷和污染物是使用在线工具所无法检测的，这些缺陷典型地使用昂贵、费时的离线技术(在下面讨论)来检测和分析，例如全反射X射线荧光显示仪(TXRF)、汽相分解电感耦合等离子体质谱仪(VPD ICP-MS)或二次离子质谱仪(SIMS)。由于这些技术被离线地使用(在用来加工晶片的清洁室之外)，通常在造成污染的工艺步骤后几小时或甚至几天才进行，因此它们的价值被大大地限制。用于晶片检查和化学污染检测的某些已知技术的简要说明在表1给出。这个表在任何意义上都不是穷举的，因为有非常大量的技术被用于某些类型的半导体分析或特征化，或用于其它类型的材料的其它表面检查。表1 表2概述每个示例性技术的一些主要优点和缺点。通常，离线检测技术对于微小量的污染是极其敏感的；但这样的技术操作起来既慢又昂贵和复杂。一些技术具有有限的，甚至没有成像或表面映象能力，或者本质上就是破坏性的。在线技术快得多，没有破坏性，并提供缺陷映象，但具有有限的化学污染检测或分析能力。表2 某些类型的污染和残留物可以利用光学或分析方法工具来检测。光学检查系统常常足够快速可用于产品晶片的在线检查。然而，这些工具不是很适用于检测少量的光学上不可见的污染、膜非均匀性、化学污染或者化学偏差。诸如TXRF或TOF-SIMS的分析工具提供大量有关晶片表面化学的信息，但它是昂贵的、极慢的、破坏性的，或不提供有关整个晶片表面的信息。在晶片加工期间有效地检测和控制污染需要一种快速的、在线的并且非破坏性的用于检测晶片表面上的微小化学变化的方法。上述的化学分析方法不能在这样的高要求的在线材料加工条件下工作。这种能力通过使检测污染所需的时间最小化而导致成本节约，由此减小受影响的晶片的数目和报废的或减小的器件可靠性的相关成本。通常，现有的在线晶片检查工具以生产速度运行，并生成将被处理来识别和定位缺陷的晶片表面的图像。然而，如上所述，这些技术在它们的检测化学污染的能力方面是非常有限的。激光反向散射系统限于检测小到亚微米尺寸的粒子，光学显微镜只能检测导致可见的污渍或残余物的化学污染。这两种技术都缺乏识别或分类粒子或污染物的化学成份的能力。离线实验室技术被用来认定新的工艺和设备的清洁度，或分析由在线设备检测的缺陷或作为故障分析的一部分。必须研究的另一个系统是接触电位差(CPD)成像的使用。CPD是指在两种不同的金属之间的电接触以及由于它们各自的最大电子能级，即它们各自的费米能量的差值而形成的电场。当两种金属互相接触时，每种金属的费米能量通过从具有较低费米能量的金属流动到具有较高费米能量的金属的电子流而达到平衡。“振动CPD传感器”是指在平行平板电容器系统中一种金属相对于另一种的振动。振动造成电容值随时间改变，所以，引起与表面分布有关的信号。也可以通过使用非振动接触电位差(nvCPD)传感器，利用穿过参考样本的一个表面的平移而生成CPD信号。这种平移使得高速扫描成为可能。然而，即使这样的nvCPD传感器本身也呈现某些困难。在微观水平上，晶片的表面由于晶片厚度变化、表面上材料、“弯曲”以及其它因素等是不平的。为了以接近但安全的距离扫描晶片(即，靠近表面以促进良好的信号强度，但足够远离以便最小化影响晶片表面的可能性)，必须计算和设置适当的传感器高度。因此，必须测量和控制在晶片表面以上的传感器的高度，以提高分辨率和信号强度。然而，对于每个特定的晶片究竟什么样的高度是适于测量的合适高度是很难控制和测量的。有可能使用许多市面上有售的高度传感器之一来控制nvCPD传感器在晶片表面上方的高度。这需要一个额外传感器的花费以及用来确定nvCPD传感器尖端相对于由单独的高度传感器进行的测量的位置的校准程序的附加复杂性。涉及的问题是为与nvCPD扫描有关的所有距离测量(包括高度)建立一个基准点的困难。要为图像生成产生有用的测量数据，基准点是必需的。在诸如nvCPD传感器那样的某些传感器系统中，有必要分离尖锐的峰值信号与其它两个信号分量(低频信号和感应的噪声信号)，以便定位和测量晶片的污染区。这是挑战性的，因为尖锐的峰值信号像噪声一样，即，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于材料的在线处理的系统，包括具有使用至少一个接触电位差（ＣＰＤ）传感器的传感器系统和用于接纳材料的材料平台的处理系统，所述材料平台可与所述材料以及与传感器系统和材料平台通信的定位组件接合，从而所述传感器系统和材料可相对彼此移动；改进包括：所述传感器系统，具有振动接触电位差（ｖＣＰＤ）传感器模式和非振动接触电位差（ｎｖＣＰＤ）传感器模式；非振动接触电位差探头，被配置为响应于因所述非振动接触电位差探头和所述材料的相对运动产生的接触电位差的改变，产生反映所述材料的特性的相对接触电位差数据；振动接触电位差探头，被配置为当被放置在材料表面上的至少一点的上方时产生反映所述材料的表面特征的绝对接触电位差值；计算机系统，与所述接触电位差传感器系统通信，从而相对接触电位差数据和绝对接触电位差数据由探头输出到计算机；以及显示器，提供由所述计算机系统生成的并代表所述绝对和相对接触电位差数据的、反映所述材料上的化学污染物和它们的空间分布的可视图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M布兰登斯蒂勒，杰弗里A豪索恩，
申请(专利权)人：Q概念技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]