CN101459095B - 晶圆在线检测方法及在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆在线检测方法，包括步骤：提供待检测晶圆，所述待检测晶圆上周期性排列复数个单元，且各所述单元内具有检测区域；确定所述检测区域在对应单元内的位置；根据所述检测区域在对应单元内的位置确定各所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布；根据各所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布选取复数个待检测单元；检测所述复数个待检测单元的检测区域，得到各检测数据。本发明还公开了一种相应的晶圆在线检测装置，采取本发明的晶圆在线检测方法及在线检测装置后，所得到的检测点数据可以较为准确地代表整个晶圆的检测数据，提高了对检测结果分析的准确性。

Description

晶圆在线检测方法及在线检测装置

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种晶圆在线检测方法及在线检测装置。

背景技术

集成电路制作工艺是一种平面制作工艺，其结合光刻、刻蚀、沉积、离子注入等多种工艺，在同一衬底上形成大量各种类型的复杂器件，并将其互相连接以具有完整的电子功能。其中，任一步工艺出现问题，都可能会导致电路的制作失败。因此，在现有技术中，常会对各步工艺制程的制作结果进行在线检测，如对薄膜的生长厚度、刻蚀的深度、光刻套刻的精度等的在线检测，并针对检测得到的数据进行分析，判断各步的工艺情况是否正常，以尽早发现工艺中所出现的问题。

其中，检测点的选择及对检测数据的正确分析是非常关键的一步，如果检测点选择不合适，分析不正确，会影响对工艺情况的判断，不利于及早发现工艺中所出现的问题。

图1为说明现有的在线检测方法中如何选取检测点的示意图，如图1所示，在晶圆101上周期性地排列了多个重复单元102，如果对每一个单元的情况都进行在线检测，花费的时间过长，不利于生产效率的提高。为此，现有技术中，通常会按照各单元102在晶圆上的分布对称地选取9至13个检测点进行检测(本图中所示为对称选取13个检测点)，图中具有选取框103的单元为选取的检测点，各检测点的检测数据应该可以代表整个晶圆的检测结果。

但是，在对检测结果进行评判的过程中，往往发现上述按单元的对称分布而选取的13个检测点的检测结果与整个晶圆的检测结果不能很好地重合。这意味着检测点的选择并不合适，不能真正代表晶圆在加工后的工艺情况。

图2为现有的检测点数据与整个晶圆的检测数据间的比较结果，如图2所示，其监测的是晶圆上薄膜的生长情况，其中，横坐标为各数据检测点至晶圆圆心的半径距离，纵坐标为晶圆上不同位置处所对应的薄膜厚度。图中菱形的数据点为对整个晶圆进行检测得到的各数据点，201曲线为由整个晶圆的数据点拟合得到的晶圆上薄膜厚度分布曲线；图中的方形数据点为现有的13个检测点的数据，202曲线为由13个检测点数据拟合而得到的晶圆上薄膜厚度分布曲线。

如图2所示，201拟合曲线及202拟合曲线的重合度较差，这意味着在线检测中，利用该13个检测点的数据推出的代表整个晶圆的薄膜厚度分布情况(202拟合曲线)并不能真正代表整个晶圆的薄膜厚度的分布，这将导致对该晶圆上薄膜的生长是否符合要求的判断不准确，不利于及早发现薄膜生长工艺中的问题。

另外，随着超大规模集成电路(ULSI，Ultra Large Scale Integration)的迅速发展，芯片的集成度越来越高，器件的尺寸越来越小，不仅对各步工艺制程的要求不断提高，对工艺制程及器件性能的检测要求也更加严格。尤其在进入65nm以下工艺后，上述检测点的检测情况与实际情况之间的差别，可能会导致对晶圆上工艺情况是否符合要求的判断出现错误，影响工艺的正常进行。

为兼顾晶圆在线检测的效率及准确性，于2006年5月10日公开的公开号为CN1770418A的中国专利申请提出了一种缺陷检测方法，该方法将每日例行检查整合于自动生产流程中，与在线缺陷检查相结合，避免了对晶圆的重复检测，实现在确保检测准确性的前提下，提高检测的效率。但是该方法对于上述因检测点数据无法代表整个晶圆的实际情况，从而导致对检测结果的分析准确性较差，对晶圆上工艺情况是否符合要求出现误判的问题，并没有提出有效的解决方法。

发明内容

本发明提供一种晶圆在线检测方法及在线检测装置，以改善现有的晶圆检测方法中，检测点数据无法代表整个晶圆的检测数据，从而导致对检测结果的分析准确性较差的问题。

本发明提供的一种晶圆在线检测方法，包括步骤：

提供待检测晶圆，所述待检测晶圆上周期性排列复数个单元，且各所述单元内具有检测区域；

确定所述检测区域在对应单元内的位置；

根据所述检测区域在对应单元内的位置确定各所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布；

根据各所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布，选取复数个待检测单元，所述复数个待检测单元的检测区域在晶圆上的分布是对称的；

检测所述复数个待检测单元的检测区域，得到各检测数据。

可选地，所述根据各所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布选取复数个待检测单元，包括步骤：

按照各所述检测区域至所述待检测晶圆圆心的距离选取复数个待检测单元，令所述复数个待检测单元的所述检测区域至所述圆心的距离各不相同。

可选地，所述复数个待检测单元为9至13个。

可选地，所述检测数据包括薄膜生长厚度、研磨后薄膜厚度、刻蚀深度及光刻套刻精度中的任一种。

可选地，得到各检测数据后，还包括步骤：

对所述各检测数据进行分析，判断所述待检测晶圆的工艺情况是否符合要求。

本发明具有相同或相应技术特征的一种晶圆在线检测装置，包括用于承载待检测晶圆的承载台，还包括：

用于确定检测区域在对应单元内的位置的第一检测装置；

与所述第一检测装置相连，用于存储根据各检测区域在对应单元内的位置确定所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布信息的第一存储装置；

与所述第一存储装置相连，用于根据各所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布，选取复数个待检测单元，所述复数个待检测单元的检测区域在晶圆上的分布是对称的，并将选取结果存储于所述第一存储装置的选取装置；

与所述第一存储装置相连，用于检测所述待检测晶圆上选取的所述复数个待检测单元的检测区域的测试装置；

与所述测试装置相连，用于存储由所述测试装置得到的各检测数据的第二存储装置。

可选地，所述选取装置按照各所述检测区域至所述待检测晶圆圆心的距离选取复数个待检测单元，令所述复数个待检测单元的所述检测区域至所述圆心的距离各不相同。

可选地，所述复数个待检测单元为9至13个。

可选地，所述检测数据包括薄膜生长厚度、研磨后薄膜厚度、刻蚀深度及光刻套刻精度中的任一种。

可选地，所述晶圆在线检测装置还包括分析装置，所述分析装置与第一存储装置及第二存储装置相连，用于对选取的所述复数个待检测单元的检测区域的位置信息及所述各检测数据进行分析，判断所述待检测晶圆的工艺情况是否符合要求。

可选地，所述第一检测装置包括显微镜及图形获取装置。

可选地，所述分布信息包括各单元的检测区域在晶圆上的坐标分布信息。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的晶圆在线检测方法及在线检测装置，放弃了传统检测方法中按照各周期性排列的单元在待检测晶圆上的位置分布选取检测单元的方法，而是按照各单元内的检测区域在待检测晶圆上的位置选取检测点，提高了各检测点相对于待检测晶圆的位置对称性。采取本发明的晶圆在线检测方法及在线检测装置后，所得到的检测点数据可以更为全面地代表整个待检测晶圆的实际情况，相应地，对检测结果的分析准确性会有所提高，对工艺情况的判断也更为准确。

本发明的晶圆在线检测方法及在线检测装置，还针对现有的半导体加工工艺中晶圆的各种加工结果通常是以晶圆圆心为中心，沿其半径变化的情况，在选取检测点时，令所选取的各待检测单元的检测区域至晶圆圆心的距离各不相同，使得各检测数据能更为全面的代表晶圆的工艺情况，进一步提高了对工艺情况判断的准确性。

附图说明

图1为说明现有的在线检测方法中如何选取检测点的示意图；

图2为现有的检测点数据与整个晶圆的检测数据间的比较结果；

图3为本发明第一实施例中检测区域在对应单元内的位置示意图；

图4为本发明第一实施例中检测区域在待检测晶圆上的分布示意图；

图5为本发明第一实施例的晶圆在线检测方法的流程图；

图6为说明本发明第一实施例的晶圆在线检测方法中如何选取检测点的示意图；

图7为本发明第一实施例的晶圆在线检测方法中各检测点数据与整个晶圆的检测数据间的比较结果；

图8为本发明的第二实施例的晶圆在线检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明的处理方法可以被广泛地应用于各个领域中，下面是通过具体的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，各示意图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

传统的晶圆在线检测方法中所选取的各检测点的检测情况与实际的晶圆情况之间存在一定的差别，可能会导致对晶圆上工艺情况是否符合要求的误判。为此，本发明提出了一种新的晶圆在线检测方法及装置。

第一实施例：

本发明的第一实施例介绍了一种新的晶圆在线检测方法，其的检测点的选取与传统方法的不同，可以有效改善各检测点数据的拟合曲线与整个晶圆实际检测数据的拟合曲线间的重合度。

传统的晶圆检测方法中，各检测点的选取是根据各周期性排列的单元在晶圆上的位置分布情况确定的，如图1所示，通常是以晶圆圆心为中心，对称地选取9至13个单元，通过测试各选取的单元的检测区域得到检测结果的分布情况，并用所得到的该分布情况推出整个晶圆的实际工艺情况。但实践表明，按该传统方法得到的检测点的数据分布与整个晶圆的实际数据分布并不重合，即其不能真正代表晶圆的工艺情况。

分析后认为原因在于在各单元内的检测区域通常位于该单元的边角位置(制作不同的器件其具体位置可能不同)，因此，虽然所选取的各检测点单元位置是对称的，但其的检测区域在晶圆上的位置并不对称，这就使得检测区域的检测数据并不能真正全面地代表晶圆的实际情况，二者之间出现了偏差。

图3为本发明第一实施例中检测区域在对应单元内的位置示意图，如图3所示，本实施例中各单元的检测区域302位于该单元301的左下角。

图4为本发明第一实施例中检测区域在待检测晶圆上的分布示意图，如图4所示，在晶圆401上具有多个重复排列的单元402，在各个单元402的左下角为该单元的检测区域410。图中具有选取框403的单元为按传统方法选取的检测点的单元。

可以看到，如果按检测区域410在晶圆上的位置分布情况来看，所选取的各检测点在晶圆上的位置分布是偏的(本实施例中，其对应于检测区域在单元内的位置，偏向了晶圆的左下角)。

由于实际检测的各选取的检测区域在晶圆上的位置偏了，其检测结果往往会与整个晶圆的实际情况不重合，即不能真正代表整个晶圆的检测结果。需要重新选取更为合适的检测点。

图5为本发明第一实施例的晶圆在线检测方法的流程图，如图5所示，本实施例中的晶圆在线检测方法包括步骤：

步骤501：提供待检测晶圆，所述待检测晶圆上周期性排列复数个单元，且各所述单元内具有检测区域。

半导体工艺中，常会在晶圆上周期性排列的各单元的边角位置放置专门的检测区域，以在不影响或损坏正式器件的前提下检测各步加工工艺的情况。

该待检测晶圆可以是半导体加工过程中，任一步工艺之后，为了对该工艺情况进行检测随机抽取的晶圆(也可以对所有该工艺后的所有晶圆进行该检测)，其检测数据可以包括薄膜生长厚度、研磨后薄膜厚度、刻蚀深度及光刻套刻精度等中的任一种(对应地，要检测的完成的工艺为薄膜生长工艺、研磨工艺、刻蚀工艺及光刻套刻工艺等)。

本实施例中的待检测晶圆为进行薄膜生长后的晶圆，其检测数据为薄膜生长厚度。具体的该薄膜可以为氧化硅薄膜、氮化硅薄膜等多种薄膜中的一种。

步骤502：确定所述待检测晶圆上各单元内检测区域在对应单元内的位置。

在提供待检测晶圆后，首先确定该待检测晶圆上各单元内检测区域的位置，为更准确地掌握各检测点在晶圆上的分布作准备。本实施例中，各单元内的检测区域位置如图3所示，位于单元的左下角。

本步检测区域位置的确定可以通过在线检测装置中包括显微镜及图形获取装置的第一检测装置来实现。

步骤503：根据各所述单元内的检测区域的位置确定所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布。

对某种产品而言，其晶圆上的各单元的分布及单元内的检测区域的分布都是确定的，可以据此得到各检测区域在该晶圆上的分布规律，其与单元的分布规律相比，可能会略有偏离。本实施例中，其整体在晶圆上的分布更偏向于晶圆的左下角。

步骤504：根据所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布选取复数个待检测单元。

选取的检测点的个数要求兼顾效率及准确性，通常可以选取9至13个。如果选取的检测点合适，该数目的检测点可以较为全面地代表整个晶圆的实际情况，且检测所需时间也无需太长。

图6为说明本发明第一实施例的晶圆在线检测方法中如何选取检测点的示意图，如图6所示，在待检测晶圆601上周期性地排列了多个重复单元602，在各单元的左下角均设置了其的检测区域610(图中未全示出)。本实施例中，依据各检测区域610在晶圆上的分布情况，选取了待检测的单元，图中用选取框603表示该单元被选取。

本实施例中，在确定检测点时，不是根据各单元在晶圆上的分布情况选取，而是根据各单元内具体的检测区域在晶圆上的分布情况选取待检测的单元，这可以提高实际检测点在晶圆上位置分布的均匀性、准确性，得到的检测数据也可以更为全面、准确地代表整个晶圆的检测数据，相应地，对检测结果的分析准确性会有所提高，减少了对工艺情况误判的可能性。

另外，为了令检测点数据能更准确地代表整个晶圆的检测数据，还可以根据要检测的工艺自身的特点，进行具体的检测点的选取。

如，本实施例中检测的是薄膜生长工艺，考虑到薄膜生长过程中，晶圆需要进行自转，通常生长后的晶圆上薄膜厚度的分布会以晶圆圆心为中心，随着晶圆半径的延伸而变化。因此，在进行检测点的选取时，可以按照各检测区域至所述待检测晶圆圆心的距离选取复数个待检测单元，同时，选取的所述复数个待检测单元的所述检测区域至所述圆心的距离要各不相同，这样可以更全面地得到待检测晶圆上各种位置的薄膜厚度情况，进一步提高了在线检测结果的准确性。

步骤505：检测所述复数个待检测单元的检测区域，得到各检测数据。

图7为本发明第一实施例的晶圆在线检测方法中各检测点数据与整个晶圆的检测数据间的比较结果，如图7所示，横坐标为检测点至晶圆圆心的半径距离，纵坐标为位于晶圆上不同位置处的检测点的薄膜厚度。图中菱形的数据点为对整个晶圆进行全面检测得到的各数据点，701曲线为由整个晶圆的数据点拟合得到的晶圆上薄膜厚度分布曲线；图中的方形数据点为检测现有的13个检测点后得到的数据，702曲线为由13个检测点数据拟合而得到的晶圆上薄膜厚度分布曲线。

如图7所示，701拟合曲线及702拟合曲线的重合度较好，说明所选择的13个检测点已较为全面、准确地代表了整个晶圆的薄膜厚度的分布情况，而据此推出的该晶圆在加工工艺后的情况的判断的准确性也会较高。

步骤506：对所述各检测数据进行分析，判断所述待检测晶圆的工艺情况是否符合要求。

采用本实施例的晶圆在线检测方法后，可以较为全面、准确地得到整个晶圆的薄膜厚度分布情况，因此，对该晶圆上薄膜的生长是否符合要求的判断的准确性也可以较高，有利于及早发现薄膜生长工艺中出现的问题。

第二实施例：

本发明的第二实施例提出了一种可实现本发明第一实施例的晶圆在线检测方法的晶圆在线检测装置。

图8为本发明的第二实施例的晶圆在线检测装置的结构示意图，如图8所示，本实施例中的晶圆在线检测装置，包括用于承载待检测晶圆的承载台(图中未示出)，还包括：

用于确定所述待检测晶圆上各单元内检测区域在对应单元内的位置的第一检测装置802；所述第一检测装置802通常包括显微镜及图形获取装置。

与所述第一检测装置802相连，用于存储根据各检测区域在对应单元内的位置确定所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布信息的第一存储装置803；其中的分布信息可以包括各单元的检测区域在晶圆上的坐标分布信息。

与所述第一存储装置803相连，用于根据各所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布选取复数个待检测单元的选取装置804，其在选取后，可以将所选取的单元的信息存储至(或标记于)第一存储装置803内。

与所述第一存储装置803相连的测试装置805，其根据其内存储的(或标记的)已选取的单元的信息检测所述待检测晶圆上选取的各所述待检测单元的检测区域；

与所述测试装置805相连，用于存储由测试装置805得到的各检测数据的第二存储装置806。

本实施例中的该待检测晶圆可以是半导体加工过程中，任一步工艺之后，为了对该工艺情况进行检测随机抽取的晶圆(也可以对所有该工艺后的所有晶圆进行该检测)，其检测数据可以包括薄膜生长厚度、研磨后薄膜厚度、刻蚀深度及光刻套刻精度等中的任一种(对应地，要检测的完成的工艺为薄膜生长工艺、研磨工艺、刻蚀工艺及光刻套刻工艺等)。

其中，可以根据要检测的工艺的特点，设定选取装置置804选取待检测单元的规则。如当检测工艺情况的分布会以晶圆的圆心为中心，随着晶圆半径的延伸而变化时，可以令所述选取装置804按照所述检测区域至所述待检测晶圆的圆心的距离选取复数个待检测单元，同时，令所述复数个待检测单元的所述检测区域至所述圆心的距离各不相同，以令检测点数据能更全面地代表整个晶圆的检测数据。

本实施例中，所述复数个待检测单元为9至13个。所述检测数据包括薄膜生长厚度、研磨后薄膜厚度、刻蚀深度及光刻套刻精度中的任一种。

另外，本实施例中的晶圆在线检测装置，还可以包括分析装置，所述分析装置807与第一存储装置803及第二存储装置806相连，用于对选取的所述复数个待检测单元的检测区域的位置信息及所述各检测数据进行分析，判断所述待检测晶圆的工艺情况是否符合要求。

采用本实施例中的晶圆在线检测装置对晶圆的检测点进行检测后，可以通过检测点数据较为全面、准确地得到整个晶圆的工艺情况分布，因此，对晶圆加工情况是否符合要求的判断的准确性可以较高，有利于及早发现各步工艺中出现的问题。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种晶圆在线检测方法，其特征在于，包括步骤：

提供待检测晶圆，所述待检测晶圆上周期性排列复数个单元，且各所述单元内具有检测区域；

确定所述检测区域在对应单元内的位置；

根据所述检测区域在对应单元内的位置确定各所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布；

根据各所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布，选取复数个待检测单元，所述复数个待检测单元的检测区域在晶圆上的分布是对称的；

检测所述复数个待检测单元的检测区域，得到各检测数据。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述根据各所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布选取复数个待检测单元，包括步骤：

按照各所述检测区域至所述待检测晶圆圆心的距离选取复数个待检测单元，令所述复数个待检测单元的所述检测区域至所述圆心的距离各不相同。

3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述复数个待检测单元为9至13个。

4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述检测数据包括薄膜生长厚度、研磨后薄膜厚度、刻蚀深度及光刻套刻精度中的任一种。

5.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于：得到各检测数据后，还包括步骤：

对所述各检测数据进行分析，判断所述待检测晶圆的工艺情况是否符合要求。

6.一种晶圆在线检测装置，包括用于承载待检测晶圆的承载台，其特征在于，还包括：

用于确定检测区域在对应单元内的位置的第一检测装置；

与所述第一检测装置相连，用于存储根据各检测区域在对应单元内的位置确定所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布信息的第一存储装置；

与所述第一存储装置相连，用于根据各所述检测区域在所述待检测晶圆上的分布，选取复数个待检测单元，所述复数个待检测单元的检测区域在晶圆上的分布是对称的，并将选取结果存储于所述第一存储装置的选取装置；

与所述第一存储装置相连，用于检测所述待检测晶圆上选取的所述复数个待检测单元的检测区域的测试装置；

与所述测试装置相连，用于存储由所述测试装置得到的各检测数据的第二存储装置。

7.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述选取装置按照各所述检测区域至所述待检测晶圆圆心的距离选取复数个待检测单元，令所述复数个待检测单元的所述检测区域至所述圆心的距离各不相同。

8.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于：所述复数个待检测单元为9至13个。

9.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于：所述检测数据包括薄膜生长厚度、研磨后薄膜厚度、刻蚀深度及光刻套刻精度中的任一种。

10.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于：还包括分析装置，所述分析装置与第一存储装置及第二存储装置相连，用于对选取的所述复数个待检测单元的检测区域的位置信息及所述各检测数据进行分析，判断所述待检测晶圆的工艺情况是否符合要求。

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