CN103325708A - 晶圆缺陷横切观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶圆缺陷横切观测装置，包括：聚焦离子枪，设置于与晶圆表面垂直的第一平面内；扫描电子枪，设置于第一平面内不同于聚焦离子枪的位置，扫描电子枪的发射方向与聚焦离子枪的发射方向成第一角度夹角；聚焦离子显微镜，与聚焦离子枪一体设置于第一平面内；扫描电子显微镜，与扫描电子枪一体设置于第一平面内；光源发射器，设置于与晶圆表面垂直的第二平面内；光学成像单元，设置于第二平面内，其光路方向与光源发射器的入射光束方向成第二角度夹角；其中，第二平面与第一平面具有一大于0度的夹角。对晶圆缺陷的定位、边横切边观测乃至分析仅凭该装置即可直接实现，其工序简单、操作便利、精度更高。

Description

晶圆缺陷横切观测装置

技术领域

本发明涉及半导体加工处理领域，更具体地说，涉及一种晶圆缺陷横切观测装置。

背景技术

半导体业界常用的聚焦离子束切片机台，是半导体研发和制造中不可或缺的一种观测设备，其主要用途是横切晶圆来展示缺陷位置和查看堆叠层的断面图。

目前，针对于晶圆前层缺陷，必须首先在其他检测机台（如具有光学显微镜的目检机台）上找到缺陷位置，记住周边形貌具体信息，然后将晶圆送入切片机台，寻找之前记下的形貌进行横切；或者通过扫描电子枪及扫描电子显微镜利用电子束轰击某一点以人为制造一个标记（burnmark），并以该标记进行横切。横切过程需要缓慢地进行，并实时地对切面进行扫描电子束目检，以防止横切速度过快而切过了缺陷，也要避免切错、切偏等情况。这种边通过扫描电子显微镜观测晶圆切面，边利用高能离子束横切晶圆的做法，费时费力，精度很难控制，很容易出现切过、切偏等现象。

因此，解决现有技术中在分析晶圆缺陷时，采用切换聚焦离子枪和扫描电子显微镜来实现边切割晶圆、边观测切面而带来的工序复杂、精度不高的问题，是本发明需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工序简单、精度高的晶圆缺陷横切观测装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种晶圆缺陷横切观测装置，用于横切晶圆并观测晶圆切面的缺陷，包括：聚焦离子枪，设置于与晶圆表面垂直的第一平面内，用于向晶圆表面发射高能离子束以切割晶圆形成晶圆切面；扫描电子枪，设置于第一平面内不同于聚焦离子枪的位置，用于向晶圆切面发射高能电子束，扫描电子枪的发射方向与聚焦离子枪的发射方向成第一角度夹角；聚焦离子显微镜，与聚焦离子枪一体设置于第一平面内，用于利用二次离子信号来成像以观测晶圆切面；扫描电子显微镜，与扫描电子枪一体设置于第一平面内，用于利用二次电子信号来成像以观测晶圆切面；光源发射器，设置于与晶圆表面垂直的第二平面内，用于向晶圆表面或晶圆切面发出入射光束；光学成像单元，设置于第二平面内，其光路方向与光源发射器的入射光束方向成第二角度夹角，用于接收晶圆表面反射的入射光束而成像以确定横切的位置，或接收晶圆切面反射的入射光束而成像以观测晶圆切面；其中，第二平面与第一平面具有一大于0度的夹角。

优选地，聚焦离子枪、扫描电子枪、聚焦离子显微镜和扫描电子显微镜固定于第一平面内一摆动盘内，摆动盘至少具有2个摆动位置，以分别使聚焦离子枪或扫描电子枪以垂直于晶圆表面的方向发射高能离子束或高能电子束。

优选地，光学成像单元包括物镜、目镜和调焦装置，物镜临近于晶圆切面设置以实现第一级光学放大，目镜临近于人眼设置以实现第二级光学放大，调焦装置用于使晶圆切面通过物镜和目镜清晰成像。

优选地，光源发射器的入射光束方向与光学成像单元的光路方向关于晶圆表面的法线方向对称。

本发明提供的晶圆缺陷横切观测装置，既可实现缺陷定位，又可方便地对晶圆缺陷进行横切并实时观测切面；对晶圆缺陷的定位、边横切边观测乃至分析仅凭该装置即可直接实现，其工序简单、操作便利、精度更高。

附图说明

图1示出本发明实施例中晶圆表面与第一平面及第二平面相对位置示意图；

图2A-2B示出本发明实施例中第一平面内各部件结构示意图；

图3示出本发明实施例中第二平面内各部件结构示意图；

图4示出本发明一改进实施例的晶圆缺陷横切观测装置模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1、图2A-2B和图3所示，本发明实施例提供的晶圆缺陷横切观测装置，在半导体加工处理领域中应用于在缺陷处横切晶圆并观测切面的缺陷形貌。

晶圆缺陷横切观测装置底部可设有一载置台40，以供放置待检测晶圆。该装置具体包括：聚焦离子枪101，设置于与晶圆表面30垂直的第一平面10内，用于向晶圆表面30入射高能离子束以切割晶圆形成晶圆切面；扫描电子枪103，设置于第一平面内不同于聚焦离子枪101的位置，用于向晶圆切面入射高能电子束；聚焦离子显微镜102，设置于第一平面内，与聚焦离子枪101一体设置，用于利用二次离子信号来成像以观测晶圆切面；扫描电子显微镜104，设置于第一平面10内，与扫描电子枪103一体设置，用于利用二次电子信号来成像以观测晶圆切面。

其中，扫描电子枪103的发射方向与聚焦离子枪101的发射方向成第一角度β的夹角，第一角度β为一固定的数值。高能离子束激发的二次离子信号可通过聚焦离子显微镜102清晰成像，高能电子束激发的二次电子信号可通过扫描电子显微镜104清晰成像。聚焦离子枪101发出的可切割晶圆的高能离子例如为Ga离子。

进一步地，聚焦离子枪101、扫描电子枪103、聚焦离子显微镜102和扫描电子显微镜104固定于第一平面10内一摆动盘11内，如图2所示，摆动盘11可以为圆形，也可为其他形状，摆动盘11至少具有2个不同的摆动位置，分别为第一位置和第二位置。如图2A所示，当摆动盘11摆动至第一位置时，聚焦离子枪101向晶圆表面30垂直入射高能离子束以切割晶圆，此时通过一体设置的聚焦离子显微镜102观测晶圆切面，也可通过扫描电子显微镜104从侧向观测晶圆切面，但这种侧向观测常不能完整展现缺陷形貌；如图2B所示，当摆动盘11摆动至第二位置时，扫描电子枪103以垂直于晶圆表面30的角度向晶圆切面入射高能电子束并供一体设置的扫描电子显微镜104观测，也可以通过聚焦离子显微镜102从侧向观测晶圆切面，但此时无法对晶圆进行横切操作。

进一步地，第一角度β为52度。即，在摆动盘处于第一位置时，聚焦离子枪101可向晶圆表面30垂直入射高能离子束进行切割，此时，若将摆动盘摆动52度使其到达第二位置，则可由扫描电子枪103垂直于晶圆表面30入射高能电子束，并通过与扫描电子枪103一体设置的扫描电子显微镜104以垂直于晶圆表面30的角度观测切面。

可以理解，聚焦离子枪101、扫描电子枪103、聚焦离子显微镜102和扫描电子显微镜104还可固定于第一平面10内一个方向盘上，通过方向盘的左右旋转，而实现类似功能。

若仅设置上述部件，为实现边切割晶圆、边观测切面的工艺，则需要使摆动盘或方向盘在第一位置与第二位置之间往返多次地切换，因而工序复杂、且精度不高。

根据本发明的上述实施例，在垂直于晶圆表面30、并与第一平面10具有一非0的夹角α的第二平面20内还设置有一光源发射器201和一光学成像单元202，两者组合后，可以实现与光学显微镜相同的功能。

其中，光源发射器201设置于与晶圆表面30垂直的第二平面20内，用于向晶圆表面或晶圆切面发出入射光束；光学成像单元202也设置于第二平面20内，其光路方向与光源发射器201的入射光束方向成第二角度γ的夹角，第二角度γ也为一固定的数值，以保证光源发射器201的入射光路通过晶圆表面或晶圆切面反射后，正好进入光学成像单元202的光路。即，光学成像单元202接收晶圆表面反射的入射光束而成像以确定横切的位置，或者接收晶圆切面反射的入射光束而成像以观测晶圆切面。

类似地，光源发射器201和光学成像单元202也可固定于第二平面20内一摆动盘21内，摆动盘21为圆形，可通过摆动至另一位置而使光源发射器201和光学成像单元202不与晶圆表面或晶圆切面发生光路作用。

进一步地，光学成像单元202包括物镜、目镜和调焦装置，物镜临近于晶圆切面设置以实现第一级光学放大，目镜临近于人眼设置以实现第二级光学放大。两级光学放大叠加，从而实现与光学显微镜相同的功能，可以将微小的缺陷形貌展现在观测者眼前，这明显优于仅通过扫描电子显微镜104观测晶圆表面或切面的方式，且利用光学显微镜观测可带来更高的精度。调焦装置用于使晶圆切面或缺陷形貌通过物镜和目镜清晰地成像。

进一步地，光源发射器201的入射光束方向与光学成像单元202的光路方向关于晶圆表面30的法线方向对称。

进一步地，光源发射器201的入射光束方向与晶圆表面30法线方向成一小于10度的夹角，即第二角度γ的取值范围为0-20度范围内的任意值。优选情况下，第二角度γ为10度。

根据该实施例，第一平面10、第二平面20之间的夹角α可以为0-90度范围内的任意值，优选为90度。

本发明提供的晶圆缺陷横切观测装置，一方面，可实现缺陷定位以便进行后续的横切工艺，例如，在晶圆缺陷检测过程中发现在浅沟道中有异常，检测工程师需要判断是硅蚀刻残留还是氧化物沉积中的颗粒物，这就要借助聚焦离子束机台在缺陷处进行横切。此时的缺陷由于有多晶硅层的阻挡，靠电子束扫描显微镜完全无法看到，只能通过光学显微镜来发现。

另一方面，该装置可方便地对晶圆缺陷进行横切并实时观测切面，即边利用高能离子束对晶圆进行横切、边利用光学成像部件202对晶圆切面进行观测，且不必在聚焦离子枪101和扫描电子显微镜104之间来回切换，有效防止出现切过、切偏、切错等情况，其工序简单、操作便利、精度更高。

如图4所示，本发明一改进实施例提供的晶圆缺陷横切观测装置，除包含上述聚焦离子显微镜102、扫描电子显微镜104和光学成像单元202等部件外，还包括：数据分析单元501和显示单元502。数据分析单元501结合扫描电子显微镜104的成像和光学成像单元202的成像进行比对分析，以分类所述缺陷。各类晶圆缺陷的形貌通过光学成像单元202的成像会得到较清晰的展现，从而可结合数字图像软件，对晶圆缺陷进行一个简单分类，例如分类为前层缺陷、表面缺陷等，以方便检测工程师的进一步判定。显示单元502可根据用户的选择切换显示扫描电子显微镜104的成像、光学成像单元202的成像和聚焦离子显微镜102的成像，还可以分两屏显示例如扫描电子显微镜104的成像、光学成像单元202的成像，方便用户对晶圆缺陷进行比对、判定。

可以理解，晶圆缺陷横切观测装置可同时设置数据分析单元501和显示单元502，也可仅设置其中任一单元，而实现其独有功能。

可以理解，在现有技术提供的、带有扫描电子显微镜的聚焦离子束切片机台中，直接加装如本发明实施例提供的光源发射器及光学成像单元，同样可实现本发明的技术效果，应落入本发明的保护范围。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明明及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆缺陷横切观测装置，用于横切晶圆并观测晶圆切面的缺陷，

包括：

聚焦离子枪，设置于与晶圆表面垂直的第一平面内，用于向所述晶圆表面发射高能离子束以切割晶圆形成所述晶圆切面；

扫描电子枪，设置于所述第一平面内不同于所述聚焦离子枪的位置，用于向所述晶圆切面发射高能电子束，所述扫描电子枪的发射方向与所述聚焦离子枪的发射方向成第一角度夹角；

聚焦离子显微镜，与所述聚焦离子枪一体设置于所述第一平面内，用于权用二次离子信号来成像以观测所述晶圆切面；

扫描电子显微镜，与所述扫描电子枪一体设置于所述第一平面内，用于权用二次电子信号来成像以观测所述晶圆切面；

光源发射器，设置于与晶圆表面垂直的第二平面内，用于向所述晶圆表面或晶圆切面发出入射光束；

光学成像单元，设置于所述第二平面内，其光路方向与所述光源发射器的入射光束方向成第二角度夹角，用于接收所述晶圆表面反射的所述入射光束而成像以确定横切的位置，或接收所述晶圆切面反射的所述入射光束而成像以观测所述晶圆切面；

其中，所述第二平面与所述第一平面具有一大于O度的夹角。

2.如权利要求1所述的晶圆缺陷横切观测装置，其特征在于，所述聚焦离子枪、扫描电子枪、聚焦离子显微镜和扫描电子显微镜固定于所述第一平面内一摆动盘内，所述摆动盘至少具有2个摆动位置，以分别使所述聚焦离子枪或扫描电子枪以垂直于所述晶圆表面的方向发射所述高能离子束或高能电子束。

3.如权利要求2所述的晶圆缺陷横切观测装置，其特征在于，所述第一角度为52度。

4.如权利要求1所述的晶圆缺陷横切观测装置，其特征在于，所述光学成像单元包括物镜、目镜和调焦装置，所述物镜临近于所述晶圆切面设置以实现第一级光学放大，所述目镜临近于人眼设置以实现第二级光学放大，所述调焦装置用于使所述晶圆切面通过所述物镜和目镜清晰成像。

5.如权利要求1所述的晶圆缺陷横切观测装置，其特征在于，所述光源发射器的入射光束方向与所述光学成像单元的光路方向关于所述晶圆表面的法线方向对称。

6.如权利要求5所述的晶圆缺陷横切观测装置，其特征在于，所述光源发射器的入射光束方向与所述晶圆表面法线方向成一小于10度的夹角。

7.如权利要求6所述的晶圆缺陷横切观测装置，其特征在于，所述第二角度为10度。

8.如权利要求1所述的晶圆缺陷横切观测装置，其特征在于，所述晶圆缺陷横切观测装置还包括一数据分析单元，用于对所述扫描电子显微镜的成像和所述光学成像单元的成像进行比对分析，以分类所述缺陷。

9.如权利要求8所述的晶圆缺陷横切观测装置，其特征在于，所述晶圆缺陷横切观测装置还包括一显示单元，用于根据用户的选择切换显示或分屏显示所述扫描电子显微镜的成像、所述光学成像单元的成像和所述聚焦离子显微镜的成像。

10.如权利要求1至9中任一项所述的晶圆缺陷横切观测装置，其特征在于，所述聚焦离子枪发出的高能离子为Ga离子。

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