监控制程变异的系统与方法技术方案

一种扩大半导体晶圆光学监测系统的制程监控能力的方法，其比现行的方法能更灵敏地检测晶圆表面上制程变异的微小影响。该方法实质上利用几何区块将监测表面上感测过的小点分组，并使每个区块与同一晶圆的另一晶粒上对应位置的区块相比较，以及与另一晶圆的一晶粒上对应位置区块的存储模型影像相比较。在本发明专利技术一实施例中，直接比较小点值，并在缺陷检测程序中将差异进行阈值控制在可接受的低水平内。另一实施例中，根据测得的光强度值来计算每个区块的信号，并与其对应的信号相比较。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体晶圆检测，特别是涉及光学监控集成电路制程变异的系统与方法。
技术介绍
在如硅晶圆的半导体基材上制造集成电路(IC)的制程极为复杂，并由许多步骤 组成。每个步骤包含许多制程参数，这些参数受到严密控制以确保获得一致且精确的结果。 然而，在制程的任何步骤中存在着可造成非刻意偏差的物理因素。这些物理因素可能来自 于基材本身的变异、制造设备中微小的机械上或光学上不精确(如微小的不准直而造成无 法聚焦)、灰尘与脏污以及环境变异。在连续晶圆或任一晶圆的各部位或上述两者中，制程 中的偏差可能是随着时间变化的函数。当不论是单一种制程偏差或同时出现多种制程偏差 过多时，集成电路的一些特征便会出现缺陷。这些缺陷分为两种规格——(a)占据相当面 积且较低光学分辨率的表面外观偏差，其通常是由于微小的几何结构偏差(如导体宽度)； 和(b)在微小区域中，且能以清晰的光学分辨率观察到的较明显的几何结构扭曲。此处将 前者(指(a)规格的缺陷)称为"大缺陷"，而将后者(是指(b)规格的缺陷)称为"小缺 陷"或仅仅是"缺陷"。 由于目前IC的几何结构以0. 1-0. 2 m为单位，因此，只能使用比可见光更短的波 长以几十纳米或更小规格的分辨率来检测发生在整个大面积上被视为大缺陷的微小偏差。 另一方面，小缺陷一般是指(及被定义为)需透过光学显微镜才可检测到其大小的缺陷。这 些小缺陷可能是由制程中的微小干扰如灰尘粒子所造成，或这些小误差可能是大缺陷的极 端表现方式。 通常会定期监测制程中的晶圆，例如在某些加工步骤之后，以检测缺陷并监控制 程。目前仅以设计用来检测小缺陷的特殊装置来光学性地检测整个晶圆表面。例如由 Applied Materials of Santa Clara，CA所出售的Compass监测系统(compass inspection system)便是此类装置中的一种。图1的方框图显示了此装置的主要部分，特别是光学系 统，其包含光束源(如激光光源)，数个用来瞄准、对焦与扫描光束的透镜，用来固定并移动 已检测晶圆的晶圆固定器、至少一个传感器及用来处理来自每个传感器的信号的处理器。 分析检测到的缺陷的数目，优选其性质。显然地，在任何区域中或遍布整个晶圆上 出现相对大量的缺陷证明在制程中存有一些错误或无法接受的偏差，并需警示操作人员尝 试去分辨出造成该偏差的物理因素并做适当修正行动，例如适当地调整制程参数。当缺陷 数量庞大时，可能需要放弃某些晶粒，甚至整个晶圆。 通常以单独的(称为再检查)的操作阶段来仔细检查并分析检测到的缺陷，以由 此了解到造成缺陷的制程偏差的性质，或大缺陷存在的状况及其性质，并根据这些来降低 制程偏差。此种检测通常需使用比检测缺陷时更高的分辨率且可能包括微度量衡技术来完 成。其可使用与检测缺陷时相同的设备，但通常用单独的极高分辨率的装置，如扫描式电子 显微镜(SEM)，但却非常昂贵。3 在集成电路制造领域中，借着检测小缺陷并再检查它们来了解那些产生大缺陷的 现有技术具有两个主要的问题第一个并且是最重要的问题在于大缺陷必须相当严重到足 以造成出现可检测到的小缺陷；但此种问题会产生在修正制程偏差之前便已造成极大损害 的风险；最严重的情况可能是不论大小，检测到的缺陷都已过多而需放弃整个晶圆，进而造 成严重的经济损失。第二个问题在于再检查阶段中，需花费许多时间与昂贵的设备来对缺 陷进行详细的检测与分析；在识别并修正制程偏差以前所造成的时间延迟会使更多晶圆受 到不良影响。虽然可借着高分辨率的检测整个晶圆表面而避免第一个问题，但这样的程序 很慢并需要昂贵的设备。 因此，明确需要一种能在制程中监测整个晶圆表面的方法与设备，其能直接检测 出并不必然会造成小缺陷程度的大缺陷，并更快或更灵敏地对制程变异提出警告指示。还 需要一种相对比较便宜的制程变异监控设备，并且最好能与传统光学缺陷检测设备共享部 分部件。
技术实现思路
本专利技术主要是一种用来扩展半导体晶圆光学监测系统的制程监控能力的方法，其 能检测出大缺陷甚至将大缺陷量化，即能以比利用传统光学监测系统来分析小缺陷时更高 的灵敏度来检测晶圆表面上由制程变异造成的低分辨率的影响。可选地，此方法也可检测 时间性制程变异对连续制造的晶圆的影响。本专利技术的方法优选同时，和联合上述的光学监 测系统的小缺陷检测作业来操作，同时该方法通常包括检查晶圆的整个待测的表面。本发 明的方法是设计用来检测比那些会造成大量可检测小缺陷的制程变异更不明显的制程变 异。上述内容所提出的所有特征与整个表面检测过程中的特征较目前制程监控方法的作业 模式更加优异，从而可检查只在那些曾检测出小缺陷的区域中的制程变异的几何影响。此 外，上述检查是在所谓的再检查阶段中执行。再检查阶段与缺陷检测作业是两个不同阶段， 再检查阶段需要较高分辨率扫描，甚至可能使用与缺陷检测作业不同的设备。 在本专利技术系统的一实施例中，进一步处理缺陷检测作业的部分结果以直接获得整 个监测表面上的制程变异指示值。与缺陷检测作业相同的是，本专利技术方法能有益地运用监 测系统中的每个传感器的输出数据，例如这些传感器分别以不同角度面对监测表面与照明 光束，并感应暗场或明场以感应更多不同的影响而获得更精确或更可靠的结果。虽然下述 实施例并未提及，但本专利技术方法也可成为对那些已用本专利技术方法检测并测量过其影响的制 程变异进行分类的能力的基础。 虽然本专利技术方法与缺陷检测作业联合运作更具经济效益，但也可根据使用者的选 择或变化来分开或各自独立运作本专利技术方法与缺陷检测作业。本专利技术也公开用来执行本发 明方法的设备与系统。 需明白的是，虽然本公开内容中以监测将制成集成电路晶粒的半导体晶圆来说明 本专利技术，但本专利技术亦可应用于其它基材(例如携带光子的装置的那些和经历任何其它处理 的那些)的表面监测，以及表面变异与制程并不必然相关的监测。也需了解的是，本专利技术同 样能应用除了光学仪器之外的手段(如电子或离子束)及任何能逐点探测或感应基材表面 的监测系统来进行表面监测。在上述的任一系统中，每个传感器输出对应于传感器所接收 到的能量的强度值作为监测表面的探测束的反映。这些值通称为辐射强度值，但在下文也可与光强度值互换使用(因本专利技术的较佳实施例是使用光束来进行探测)。当应用于晶圆监测系统时，本专利技术方法主要包括下例逻辑步骤 (a)自监测表面上的每个小点(像素)取得一个或多个光强度值并归类至相对应的组别，如监测系统中各传感器的输出；这些光强度值可与小缺陷检测中所使用的数值相同； (b)优选地，为每个小点来计算一个或多个衍生数值； (c)将该表面分成由几何区块组成的数组，每个区块包含相当数量的连续小点； (d)分别对每个区块计算出信号，该信号为一组变异或一个变异数组，作为区块内 数个小点的光强度值与衍生数值的函数； (e)将每个区块的信号与可能是对照区块的指定对照信号比较，以计算一个或多 个制程偏差指示值。 步骤b中的衍生数值优选为定点散布值(local spread value)，即该参考小点的 紧邻区域的强度值的变异扩值，并根据每个组别(即传感器)各自计算这些衍生数值。 在本专利技术方法的一实施例中，计算信号的步骤包括针对每个小点及对应每个组 别，以光强度值对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：　　　　照明晶圆以接收多个晶粒的多个图像；　　　　测量与多个晶粒中每个相关的选择小点与邻近该小点周围的数组数个小点的光强度值；以及　　　　基于所测量的光强度值，进行晶粒－晶粒比较。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶夫根尼莱温，吉拉德阿尔莫格，埃弗拉特罗森曼，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，应用材料以色列公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]