CN105372260A - 监控用于检测半导体晶片表面上的缺陷的表面检查系统的工作状况的方法 - Google Patents

监控用于检测半导体晶片表面上的缺陷的表面检查系统的工作状况的方法 Download PDF

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Abstract

一种监控用于检测半导体晶片表面上的缺陷的表面检查系统的工作状况的方法，包括：提供在参考半导体晶片的检查表面上具有特定数量和尺寸和密度的缺陷的参考半导体晶片；通过利用所述表面检查系统来实施参考半导体晶片的参考检查和参考半导体晶片的至少一个控制检查，测量所述检查表面上的缺陷的位置和尺寸；识别出因为其位置而被认为是所述参考检查和控制检查的共同缺陷的缺陷；对于每个共同缺陷，确定从基于所述参考检查和控制检查的其尺寸对比所获得的尺寸差值；以及基于所确定的尺寸差值来评估所述表面检查系统的工作状况。

Description

监控用于检测半导体晶片表面上的缺陷的表面检查系统的工作状况的方法
技术领域
本发明涉及一种监控用于检测半导体晶片表面上的缺陷的表面检查系统的工作状况的方法。
背景技术
在制备半导体晶片以形成用于生产电子元件的基板的过程中，检查半导体晶片表面存在的缺陷。待被检查的表面通常是半导体晶片的打算在其上形成电子元件结构的上侧表面。为了进行检查，可以使用表面检查扫描系统。所述系统以激光的光点逐步照射半导体晶片的表面并且检测作为一个或者不同立体角(通路)的函数的散射光。如此获得的散射光数据允许推导出关于被检查表面上所存在的缺陷的位置和尺寸的信息。
为了使关于缺陷尺寸的信息尽可能精确地与缺陷的实际尺寸相一致，借助于参考半导体晶片来校准表面检查系统。US7027146B1描述了一种能生产出参考半导体晶片的方法。参考半导体晶片还可购买获得。如US7027146B1中所述的参考半导体晶片具有沉积在其表面上的不同尺寸、数量和尺寸分布的参考缺陷。聚苯乙烯胶乳球(Polystyrenelatexspheres，也称PSL球)常常被用作参考缺陷。在PSL球的情况中，所观察到的球的真实直径对应于缺陷的报告尺寸。如果参考缺陷不具有球面构造，则缺陷的尺寸通常意味着其最大的空间范围。
如果表面检查系统被正确地校准了，则其以在尺寸方面的变化在规定的公差极限(标准公差)内的精确度来指示出参考半导体晶片上的缺陷的数量、位置和尺寸。例如，所获得的测量数据可能作为表示作为其尺寸的函数的缺陷频率的柱状图来处理。测量数据的处理可能限于尺寸间隔，以便不考虑涉及具有位于尺寸间隔外的尺寸的缺陷的测量数据。
重要的是监控表面检查系统是否处于正确的工作状况，并且如果监控显露出异常是否适合于报警。如果异常出现，则其促使必须被调查，并且如果合适则必须恢复表面检查系统的正确状况。US2007/0030478A1描述了一种其中在使用表面检查系统的过程中提供了参考半导体晶片的重复检查的监控方法。如果参考半导体晶片的检查的测量数据与处于新近校准状况的表面检查系统所传送的基本上没有不同，则表面检查系统的状况被认为是适宜的。然而，所述检查的范围和灵敏度有些地方不能令人满意。例如，通过测量缺陷的数量，未获得关于作为时间函数的缺陷尺寸的测量的稳定性的信息。表面检查系统没有注意到分配给缺陷的缺陷尺寸的可能偏离，或者仅后来注意到。在这方面，即便收集关于尺寸分布的最大位置及其作为时间函数的变化的辅助信息，信息量仍保持得不充分。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种允许更全面地并以更好灵敏度地监控用于检测半导体晶片表面上的缺陷的表面检查系统的工作行为的相应方法。
通过一种监控用于检测半导体晶片表面上的缺陷的表面检查系统的工作状况的方法来实现该目的，包括：
提供参考半导体晶片，在参考半导体晶片的检查表面上具有特定数量、尺寸和密度的缺陷；
通过利用表面检查系统来实施参考半导体晶片的参考检查和参考半导体晶片的至少一个控制检查，测量检查表面上的缺陷的位置和尺寸；
识别出这样的缺陷，即，因为它们的位置而被认为是参考检查和控制检查的共同缺陷的缺陷；
对于每个共同缺陷，确定从基于参考检查和控制检查的其尺寸对比所获得的尺寸差值；以及
基于所确定的尺寸差值评估表面检查系统的工作状况。
根据本发明的方法不限于观察一个或更多个以下参数及它们在表面检查系统的工作过程中的进展：检测到的缺陷的数量、检测到的缺陷的尺寸分布的最大的位置和在特定尺寸间隔中检测到的缺陷的尺寸分布的宽度。而是，其涉及检测单个缺陷的尺寸和确定由对比根据参考检查和控制检查的缺陷尺寸所产生的这些缺陷的尺寸差值。根据已经确定的这些尺寸差值来评估表面检查系统的工作状况。
表面检查系统包括光源和一个或更多个检测器，所述光源产生用来扫描检查表面的光束，所述检测器记录(register)由缺陷与光束之间的相互作用所引起的散射光。所述表面检查系统是市场上可买到的，例如，来自厂家KLA-Tencor的。
参考检查优选在表面检查系统的校准过程中或者在校准之后立即执行。在随后的校准之前，进行一个或更多个控制检查以便获得表面检查系统的工作状况的图片，并且如果有必要的话实施测量以便使表面检查系统恢复至正确的状况。在参考检查与第一控制检查之间，并且选择性地在随后的控制检查之间，使用表面检查仪用于其预定目的，即，检测半导体晶片表面上的缺陷。
为了校准表面检查系统，可使用具有检查表面的参考半导体晶片，在该检查表面上存在限定数量的并具有限定尺寸分布的PSL球。
原则上，具有PSL球的所述参考半导体晶片还可以用作在根据本发明的方法的过程中执行的参考检查和控制检查的参考半导体晶片。参考半导体晶片的缺陷优选具有很难利用PSL球实现的连续尺寸分布。因此，优选使用具有来源于在单晶体的结晶期间已经形成的空位结块的缺陷的参考半导体晶片，由其获得了参考半导体晶片。该单晶体优选由硅构成。例如可能被检测为COP缺陷的空位结块的形成可能在单晶体在与熔体的分界面处结晶期间受影响。熔体与生长的单晶体之间的界面处的高结晶速率和低温度梯度促进了所述缺陷的形成。从单晶体获得的参考半导体晶片的检查表面优选处于抛光状态。参考半导体晶片的检查表面是在参考检查和控制检查过程中被扫描的表面。与具有PSL球的参考半导体晶片对比，优选的参考半导体晶片敏感度更低并且可以没有清理的问题。参考半导体晶片的检查表面上的缺陷密度优选不小于1/cm2并且不大于15/cm2。
在参考检查和控制检查的过程中，至少测量参考半导体晶片的检查表面上的缺陷的位置和尺寸。随后识别参考检查和控制检查的共同缺陷。这些共同缺陷是根据其位置被认为是相同的那些。在标准SEMIM50-0307中描述了对于发现的共同缺陷的适当程序。因此，参考检查和控制检查的共同缺陷是就其位置而言当彼此分开不超过一预定距离(搜寻半径)且在该距离内没有再发现缺陷的这种缺陷。
根据本发明，根据参考检查的共同缺陷的尺寸与根据控制检查的该缺陷的尺寸相比较。对于所识别出的每一个共同缺陷记录通过所述对比确定的尺寸差值，并且将该信息用作评估表面检查系统的工作状况的依据。
该信息是能够迅速地认识到表面检查系统的工作状况方面变化(诸如，由表面检查系统分配给一缺陷的缺陷尺寸的偏离)的可靠指标。因此，其优选被用于统计过程控制(SPC)的目的。
可以按多种方式执行所述用途，例如，通过计算共同缺陷的总尺寸范围的一个或更多个尺寸间隔的平均尺寸差值并且在连续的控制检查过程中记录其演变。此外，通过下限阈值和上限阈值来定义容差通道，在所述容差通道内记录的平均尺寸差值被认为是非临界的。如果所记录的平均尺寸差值偏离容差通道，则该处理被作为评估表面检查系统的工作状况的异常的原因。当该事件出现时，便应毫不迟延地迅速探查发现的平均尺寸差值演变的原因，并且如果需要的话恢复表面检查系统的正确状况。选择性地，可能产生通知出现该事件的警报信号。容差通道的下限阈值与上限阈值之间的距离优选不大于相应的尺寸间隔的校准公差。
用于评估所获得的关于共同缺陷的尺寸差值的信息的另一可能例如是标绘出对照在参考检查过程期间测得的缺陷尺寸所确定的尺寸差值并且限定出在其内表面检查系统的状况可能被认为是不异常的公差极限。
另外，可以记录所识别的共同缺陷的数量，并且在连续的控制检查过程中可能观察到该参数作为时间函数的演变。该参数演变过程中的异常可能被视为核查表面检查系统是否还处于正确状况的原因。
作为附加测量，在参考检查和控制检查或者控制检查过程中，选择性地在一个或更多个尺寸间隔内可以识别缺陷的总数并且可观察到该总数作为时间函数的演变，以便能够查实平均尺寸差值的上述计算是否正按有统计意义的基础进行。
根据本发明的方法还在本方法期间就参考半导体晶片的可能污染而言具有特定的稳定性而著名。由于稳定性，在可以进行控制检查之前，并不总是必需首先清理被污染的参考半导体晶片。常常，污染的结果仅是识别了少量的共同缺陷。该结果是不重要的，只要所识别的共同缺陷的数量对于统计评估保持有效。另一方面，认定为临界的数量的减少可能被视为在计划再次使用之前清理参考半导体晶片的理由。
附图说明
以下将参照附图更详细地解释本发明的一些方面。
图1是参考半导体晶片上的缺陷的尺寸分布。
图2示意性地显示了其内已经识别了一共同缺陷的观察窗。
图3显示了用于监控表面检查系统的工作状况的控制图。
具体实施方式
图1显示了通过利用表面检查系统的检测通道中的表面检查系统的检查在参考半导体晶片上发现的光散射缺陷(LLS)的尺寸分布的典型柱状图。对照其尺寸标绘出缺陷的频率(DS)。所检查的参考半导体晶片是抛光的硅半导体晶片。光散射缺陷是归因于存在空位结块(vacancyagglomerations)的缺陷。
图2显示了具有半径R(搜寻半径)的圆形观察窗1，在其内部发现缺陷3、4和5。在所描绘的实例中，缺陷5具有尺寸s0和位置坐标(x0,y0)。下标0是用来指示在参考检查过程中发现的缺陷。缺陷4具有尺寸sn和位置坐标(xn,yn)。下标n是用来指示在第n个控制检查过程中发现的缺陷。缺陷3是半径R内具有特定位置和尺寸的又一缺陷，其是在参考检查或者第n个控制检查过程中发现的。如果发现诸如缺陷3的又一缺陷，则不考虑缺陷3、4和5，因为它们不可能被唯一地分配。只要在半径R内发现缺陷4和5，它们因为它们的位置而被认为是共同缺陷2。根据本发明，在从参考检查中发现的共同缺陷的尺寸与根据控制检查发现的共同缺陷的尺寸之间确定了尺寸差值。参见图2，如果没有诸如缺陷3的进一步的缺陷，则由此确定缺陷5和4的尺寸差值。
图3显示了典型控制图，例如其可被用来监控表面检查系统的工作状况。在该控制图中，对照用于特定尺寸区间的控制检查的顺序号#标绘出了共同缺陷的平均尺寸差值Δ<DS>。还标明了容差通道(tolerancecorridor)的下限阈值LL和上限阈值UL。

Claims (7)

1.一种监控用于检测半导体晶片表面上的缺陷的表面检查系统的工作状况的方法，包括：
提供参考半导体晶片，在参考半导体晶片的检查表面上具有特定数量、尺寸和密度的缺陷；
通过利用所述表面检查系统来实施所述参考半导体晶片的参考检查和所述参考半导体晶片的至少一个控制检查，测量所述检查表面上的缺陷的位置和尺寸；
识别出因为它们的位置而被认为是所述参考检查和控制检查的共同缺陷的缺陷；
对于每个共同缺陷，确定由基于所述参考检查和控制检查的其尺寸的对比所获得的尺寸差值；以及
基于所确定的尺寸差值来评估所述表面检查系统的工作状况。
2.如权利要求1所要求的方法，其中如果所述尺寸差值的平均值位于容差通道外的尺寸间隔，则所述表面检查系统的工作状况的评估是异常的。
3.如权利要求2所要求的方法，其中所述容差通道的下限阈值与上限阈值之间的差值不大于所述尺寸间隔中的校准公差。
4.如权利要求2所要求的方法，包括如果所述表面检查系统的工作状况被评估为异常时产生警报信号。
5.如权利要求1到4的其中一项所要求的方法，其中所述参考半导体晶片的检查表面上的缺陷具有连续的尺寸分布。
6.如权利要求1到4的其中一项所要求的方法，其中所述参考半导体晶片的检查表面上的缺陷具有不小于1/cm2并且不大于15/cm2的密度。
7.如权利要求1到4的其中一项所要求的方法，其中所述参考半导体晶片是由单晶体获得，并且所述检查表面上的缺陷来源于在单晶体结晶期间已经形成的空位结块。
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