CN104198509B - 一种光罩图形缺陷检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体缺陷检测领域，具体涉及一种光罩图形缺陷检测系统及方法，本发明给新产品的研发过程增加一种检测由光罩图形设计弱点和工艺窗口不足所导致的系统缺陷的手段，可有效降低目前由于扫描机台可能未能发现某些系统缺陷所造成的风险，从而提升新产品的良率，降低研发成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体缺陷检测领域，具体涉及一种光罩图形缺陷检测系统及方法。
背景技术
随着集成电路工艺的发展和工艺尺寸的缩小，工艺窗口随之变得更小，晶圆上的缺陷尺寸也变得越来越小。同时，随着电子技术的进步和市场需求的逐渐加大，越来越多的新设计和新产品需要晶圆代工厂去对新制程进行研发，再投入量产。在新产品的研发阶段，确定工艺窗口大小，检测关键工艺站点上潜在的系统缺陷也就成为了产品工艺研发、缺陷控制和良率提升的重要环节。
目前业内针对研发阶段产品中对各类缺陷检测的通常做法是应用亮场、暗场和电子束等扫描机台进行扫描并得到缺陷在晶圆上的位置分布图，再用扫描电子显微镜对扫描到的位置进行二次电子成像从而获取缺陷的图像数据。然而，在某些站点上的一些特定缺陷(图1)由于尺寸太小或是对比信号太弱(图2)，容易淹没在噪声信号中甚至是在通常条件下不能被检测到，导致在研发过程中没有发现该系统缺陷(图3)的存在。
图1所示为缺陷在SiN_RM(氮化硅去除)站点的电子扫描显微镜图像，如图所示是一条竖直方向的窄AA(active area，有源区；定义为活跃区域)图形，两边黑色部分是STI(浅沟槽隔离)，窄AA图形下半部发黑的部分是由CMP(化学机械研磨)造成的Over Polish(研磨过度)缺陷。图2为缺陷在亮场扫描机台中的灰阶值图像。如图所示，缺陷在亮场扫描机台中的信号图像仅在AA图形的边缘体现出微弱的差异，该差异不足以被当作是目标缺陷而保留在扫描结果中。图3为缺陷出现位置周边的光罩图形示意图，如图所示，在AA区域的上下位置都分别设计有AA DUMMY(阻挡区)区域，AA区域方框的两边则是大面积的STI区域，而Over Polish(研磨过度缺陷)区域只出现在左右两条竖直AA上，其原因就是在竖直AA的两边没有设计AA DUMMY，导致在STI CMP(浅槽隔离层化学机械研磨)工艺中竖直AA没有邻近AA DUMMY的支撑而被过度研磨，这是本领域技术人员不期望看到的。这不但影响到最终产品试产的良率，也增加了今后一旦发现该缺陷后再改动整个工艺所花费的成本。
在对具有多个die的样品进行检测时，传统采用亮场扫描的检测方式进行扫描，原理是将一个Die(芯片的最小单元)和它的左右邻近Die(晶粒)作对比，现有技术是通过亮场扫描得到缺陷分布图，再根据扫描缺陷分布图上的位置坐标去扫描电子显微镜上收集缺陷图像，并根据图像来确定所扫描到的位置是否真实存在缺陷。但是在亮场扫描得到缺陷分布图中由于Over_Polish(过度研磨缺陷)的缺陷程度可能会出渐变递减的状态，所以扫描对比得到的差异信号很小，只有在与左右邻近Die对比差异最大的位置Die上才可能发现缺陷，而其他Die的缺陷因为相同而无法被对比出差异，进而导致部分缺陷没有被检测到，影响产品良率，甚至导致产线上的lot报废。
发明内容
本发明提供了一种光罩图形缺陷检测系统，其中，所述系统包括：
存储模块，储存有光罩设计图形数据；
预选模块，根据光罩图形设计规则和工艺缺陷在样品中选取部分区域作为待测区域；
筛选模块，根据产能情况来设定一筛选规则以选取部分待测区域；
处理模块，根据所述预选模块中的待测区域和筛选模块的筛选规则选取部分待测区域作为检测区域；
检测模块，对所述检测区域进行缺陷检测；
执行模块，所述执行模块用于执行所述检测模块的检测操作。
上述的系统，其中，根据光罩图形设计规则和工艺缺陷来设定一阈值，将超过该阈值的区域设定为待测区域。
上述的系统，其中，根据样品在进行光刻工艺中曝光区域与非曝光区域的比例，和/或曝光区域的关键尺寸来设定所述阈值。
上述的系统，其中，所述检测模块为一扫描电子显微镜，利用所述扫描电子显微镜对所述检测区域做做缺陷检测。
上述的系统，其中，所述筛选模块根据所述扫描电子显微镜的最大检测能力来对待测区域进行筛选以作为所述检测区域。
同时本发明还提供了一种光罩图形缺陷检测方法，其中，所述方法包括：
建立一光罩图形数据库；
根据光罩图形设计规则和对应的工艺缺陷来选定样品的待测区域；
根据产能情况来设定一筛选规则，以选取部分所述待测区域作为检测区域；
根据待测区域和所述筛选规则对选取的检测区域进行缺陷检测。
上述的方法，其中，根据光罩图形设计规则和工艺缺陷来设定一阈值，将超过该阈值的区域设定为待测区域。
上述的方法，其中，根据样品在进行光刻工艺中曝光区域与非曝光区域的比例，和/或曝光区域的关键尺寸来设定所述阈值。
上述的方法，其中，利用一扫描电子显微镜对所述检测区域做缺陷检测。
上述的方法，其中，根据所述扫描电子显微镜的最大检测能力来对待测区域进行筛选。
本发明可可有效降低目前由于扫描机台可能未能发现某些系统缺陷所造成的风险，从而提升新产品的良率，降低研发成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为缺陷在去除氮化硅站点的电子扫描显微镜图像；
图2为缺陷在亮场扫描机台中的灰阶值图像；
图3为缺陷出现位置周边的光罩图形示意图；
图4为本发明提供的一种光罩图形缺陷检测方法示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供了一种光罩图形缺陷检测系统，该系统包括：1、存储模块，该存储模块储存有光罩设计图形数据；2、预选模块，根据光罩图形设计规则和工艺缺陷在样品中选取部分区域作为待测区域；3、筛选模块，根据产能情况来设定一筛选规则以选取部分待测区域；4、处理模块，根据预选模块中的待测区域和筛选模块的筛选规则选取选取部分待测区域作为检测区域；5、检测模块，对检测区域进行检测；6、执行模块，执行模块用于执行检测模块的检测操作。在本发明的一个可选但并局限的实施方式中，可采用扫描电子显微镜来对部分选取待测区域进行检测。
在本发明的一个可选但并局限的实施方式中，上述的存储模块还设置有一信息录入单元，利用该信息录入单元来将光罩设计图形数据录入至存储模块进行储存。在实际应用中，可将工艺设计的各种光罩图形数据来进行储存，例如光罩开口尺寸、图案类型等等数据，在此不予赘述。
在本发明中的一个实施方式中，上述的预选模块根据光罩图形设计规则和工艺缺陷来设定一阈值，将超过该阈值的样品区域设定为待测区域。例如一个可选但并不局限的实施例中，根据样品的根据样品在进行光刻工艺中曝光区域与非曝光区域的比例，和/或曝光区域的关键尺寸来设定该阈值。在本领域中，本领域技术人员公知，半导体衬底一般定义有AA区(active area，有源区)，AA区之间设置有若干STI(Shallow Trench Isolation，浅沟槽隔离)结构以实现对相邻的AA区进行隔离。目前，STI结构一般是通过刻蚀衬底形成沟槽并在沟槽内回填例如氧化物等绝缘材料所形成，而沟槽的形成要借助光刻工艺，因此在本发明的一个实施例中可以视为曝光区域为STI结构，而非曝光区域则为AA区。若以有源区与浅沟槽隔离区的比例来设定阈值时，如果样品中有源区(AA，active area)与浅沟槽隔离区(STI)的比例超过该阈值则视为待测区域，而有源区与浅沟槽隔离区的比例小于该阈值，则不纳入为待测区域。同样的，若以浅沟槽隔离区来设定阈值时，如果样品中的浅沟槽隔离区的开口尺寸大于设定的阈值，则视为待测区域，相反的，则不纳入为待测区域。本领域技术人员应当理解，以曝光区域与非曝光区域的比例或曝光区域的关键尺寸来设定阈值仅仅是一种具体的实施例，在实际应用中，也可采用其他标准来设定阈值，例如以曝光区域的图案或曝光区域下方形成的沟槽深度来设定上述阈值，在此不予赘述。
在本发明的一个可选但并局限的实施方式中，上述的筛选模块根据扫描电子显微镜的最大检测能力来对待测区域进行筛选作为检测区域。由于根据阈值来选定的待测区域可能数量比较多，而扫描电子显微镜的检测能力有限，如果对所有的待测区域进行检测的话，这会严重影响检测效率；同时由于待测区域并不完全是光罩设计的缺陷而造成的问题区域，如果全部进行检测也会造成生产资源和人力资源的浪费，因此根据产能情况来筛选出部分待测区域来作为检测区域可有效提高检测效率。同时在本发明的实际情况中，可结合产能情况及样品的重要程度来综合设定该筛选规则，例如某些批次的样品或者样品的其中一部分layout相比较其他样品或其他layout更为重要，因此可根据重要程度适当的对筛选规则做出倾向性调整，重要的部分可以适当的筛选多一些的待测区域作为后续的检测区域，进而为找出光罩的缺陷提供更为准确的依据。
本发明通过上述模块即可快速有效的实现对缺陷的检测，无需借助亮场检测来甄别出缺陷，直接通过设定的规则即可快速定位出缺陷的坐标并直接用电子显微镜进行扫描检查，结合扫描电子显微镜本身具有的检测功能可直接收集缺陷图像，极大提高了检测准确率和效率，进而为技术人员根据检测出的缺陷来对光照设计做出正确调整，进而提高了产品良率，提升生产效益。
同时本发明还提供了一种光罩图形缺陷检测方法，包括如下步骤：
步骤S1：建立一光罩图形数据库。
步骤S2：根据光罩图形设计规则和对应的工艺缺陷来选定样品的待测区域。
在该步骤S2中，可根据光罩图形设计规则和工艺缺陷来设定一阈值，将超过该阈值的样品区域设定为待测区域。例如在本实施方式一个可选但并不局限的实施例中，根据样品的根据样品在进行光刻工艺中曝光区域与非曝光区域的比例，和/或曝光区域的关键尺寸来设定该阈值。在本领域中，本领域技术人员公知，半导体衬底一般定义有AA区(active area，有源区)，AA区之间设置有若干STI(ShallowTrench Isolation，浅沟槽隔离)结构以实现对相邻AA区进行隔离。目前，STI结构一般是通过刻蚀衬底形成沟槽并在沟槽回填例如氧化物等绝缘材料所形成，而沟槽的形成要借助光刻工艺，因此在本发明的一个实施例中可以视为曝光区域为STI结构，而非曝光区域则为AA区。若以有源区与浅沟槽隔离区的比例来设定阈值时，如果样品中有源区(AA，active area)与浅沟槽隔离区(STI)的比例超过该阈值则视为待测区域，而有源区与浅沟槽隔离区的比例小于该阈值，则不纳入为待测区域。同样的，若以浅沟槽隔离区来设定阈值时，如果样品中的浅沟槽隔离区的开口尺寸大于设定的阈值，则视为待测区域，相反的，则不纳入为待测区域。本领域技术人员应当理解，以曝光区域与非曝光区域的比例或曝光区域的关键尺寸来设定阈值仅仅是一种具体的实施例，在实际应用中，也可采用其他标准来设定阈值，例如以曝光区域的图案或曝光区域下方形成的沟槽深度来设定上述阈值，在此不予赘述。
步骤S3：根据产能情况来设定一筛选规则，以选取部分待测区域作为检测区域。
在得到上述的待测区域后，由于根据阈值来选定的待测区域数量比较多，而扫描电子显微镜的检测能力有限，如果对所有的待测区域进行检测的话，这会严重影响检测效率；同时由于待测区域并不完全是光罩设计的缺陷而造成的问题区域，如果全部检测了也会造成生产资源和人力资源的浪费，因此根据产能情况来筛选出部分待测区域来作为检测区域进而可有效提高检测效率。同时在本发明的实际情况中，可结合产能情况及样品的重要程度来综合设定该筛选规则，例如某些批次的样品或者样品的其中一部分layout相比较其他样品或其他layout更为重要，因此可根据重要程度适当的对筛选规则做出倾向性调整，进而为找出光罩的缺陷提供更为准确的依据。
步骤S4：根据预选模块中的待测区域和筛选规则对选取的检测区域进行检测。
在本发明的一个可选但并局限的实施方式中，利用一扫描电子显微镜对检测区域做电子扫描，以实现缺陷扫描。通过在扫描电子显微镜机台上对样品的检测区域进行扫描，就能捕捉到这些系统缺陷，并收取图像数据。从而能够对光罩和工艺进行优化，提升最终产品良率。
下面提供一具体实施例进行进一步阐述：例如AA(定义活跃区域)光罩图形的设计存在缺陷，对应后续STI_CMP(浅槽隔离层化学机械研磨)站点的工艺所要求的设计规则(例如AA区域和STI区域比例小于某个阈值，不同的规则条款对应不同的工艺步骤)，能够标记出系统缺陷可能发生的位置，结合这些位置信息和选点规则让系统自动生成一个包含检测选点取样的程式模块，再将程式模块导入到该站点的操作流程中，生成针对这些系统缺陷的检测规则。以此类推，生成各站点的检测规则，在工艺流程研发过程中，在扫描电子显微镜机台上根据这些检测规则来对晶圆进行检测，就能捕捉到这些系统缺陷，并收取图像数据。从而能够对光罩和工艺进行优化，提升最终产品良率。
综上所述，由于本发明采用了如上技术方案，给新产品的研发过程增加一种检测由光罩图形设计弱点和工艺窗口不足所导致的系统缺陷的手段，可快速有效的实现对缺陷的检测，无需借助亮场检测来甄别出缺陷，直接通过设定的规则即可快速定位出缺陷的坐标并直接用电子显微镜进行扫描检查，结合扫描电子显微镜本身具有的检测功能可直接收集缺陷图像，确定缺陷情况，极大提高了检测准确率和效率，可有效降低目前由于扫描机台可能未能发现某些系统缺陷所造成的风险，从而提升新产品的良率，降低研发成本。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种光罩图形缺陷检测系统，其特征在于，所述系统包括：
存储模块，储存有光罩设计图形数据；
预选模块，根据光罩图形设计规则和工艺缺陷在样品中选取部分区域作为待测区域；
筛选模块，根据产能情况来设定一筛选规则以选取部分待测区域；
处理模块，根据所述预选模块中的待测区域和筛选模块的筛选规则选取部分待测区域作为检测区域；
检测模块，对所述检测区域进行缺陷检测；
执行模块，所述执行模块用于执行所述检测模块的检测操作。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，根据光罩图形设计规则和工艺缺陷来设定一阈值，将超过该阈值的区域设定为待测区域。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，根据样品在进行光刻工艺中曝光区域与非曝光区域的比例，和/或曝光区域的关键尺寸来设定所述阈值。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测模块为一扫描电子显微镜，利用所述扫描电子显微镜对所述检测区域做缺陷检测。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述筛选模块根据所述扫描电子显微镜的最大检测能力来设定所述筛选规则。
6.一种光罩图形缺陷检测方法，其特征在于，所述方法包括：
建立一光罩图形数据库；
根据光罩图形设计规则和对应的工艺缺陷来选定样品的待测区域；
根据产能情况来设定一筛选规则，以选取部分所述待测区域；
根据所述待测区域和所述筛选规则，选取部分待测区域作为检测区域；
对选取的所述检测区域进行缺陷检测。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据光罩图形设计规则和工艺缺陷来设定一阈值，将超过该阈值的区域设定为待测区域。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据样品在进行光刻工艺中曝光区域与非曝光区域的比例，和/或曝光区域的关键尺寸来设定所述阈值。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，利用一扫描电子显微镜对所述检测区域做缺陷检测。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述扫描电子显微镜的最大检测能力来对待测区域进行筛选。
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