CN107036531B - 确定空洞型缺陷的尺寸的方法和检测空洞型缺陷的装置 - Google Patents

Abstract

确定空洞型缺陷的尺寸的方法和检测空洞型缺陷的装置。本发明涉及确定在结构的顶侧中的空洞型缺陷的尺寸的方法，该结构包括被放在基板上的顶层，该缺陷位于顶层中；该方法包括：a)将结构引入到反射暗场显微镜装置中以根据由顶侧散射的光线生成缺陷相关第一信号和粗糙度相关第二信号的步骤；b)用多个像素捕捉粗糙度相关第二信号的强度的步骤；方法引人注意之处在于：此外包括：c)用于将由每个像素捕捉的强度与由相邻像素捕捉的强度进行比较并且用于定义所述像素是否包含在异常区域中的处理步骤；d)提取由异常区域的像素捕捉的强度值的标准偏差的步骤；e)根据提取的标准偏差确定与异常区域关联的空洞型缺陷的尺寸的步骤。

Description

确定空洞型缺陷的尺寸的方法和检测空洞型缺陷的装置

技术领域

本发明涉及位于基板的表面上的缺陷的检查领域。本发明特别涉及用于检测并且确定被放置于基板上的薄层中的空洞型缺陷的尺寸的方法和关联装置。

背景技术

根据本发明的方法和装置使用本领域中众所周知的技术来识别在基板的表面上可见的缺陷。问题是反射暗场显微镜，图1中通过示例示意性地示出反射暗场显微镜的原理。

该技术包括：例如将入射光线1相对于与待观测的基板的表面平行的平面P以角度β倾斜地投射到基板4的表面上。根据现有技术实施方式，还可以将光线1垂直投射到基板4的表面(还称为正常模式)。由此例如使用平面镜和/或凹面镜2、3沿基板4的表面的方面引导入射光线1，允许入射光线集中在基板4的表面上。因此，如果待观测的基板的表面是无缺陷平面镜，则入射光线1将以相同角度β由基板4的表面完全反射(称为“β”反射线，并且在附图1中由附图标记1’来参考)。由此，在这种情况下，因为入射光线1不偏离，所以在检测单元6(诸如光电倍增管)所在的端部处没有光沿着收集通道5的方向被散射；检测单元6检测由基板4的表面散射(即，反射离开“β”反射线1’的路径)的光线的光强度。在这种情况下，检测装置将捕捉均匀暗像。

在待观测的基板4的表面包括缺陷的情况下，照射基板4的表面的入射光线1中的一些沿收集通道5的方向通过缺陷被散射。检测单元6由此捕捉散射光线的光强度，该光强度被转换成数字数据，然后被发送到数据处理装置，以便例如显示在屏幕7上。所获取的图像是位于基板4的表面上的缺陷在暗背景上显得明亮的表示。

将想起的是，对于表面的研究特别推荐反射暗场照射。反射暗场显微镜允许使直接发射光的量被最小化，并且允许仅收集由位于基板4的表面上的缺陷偏离或散射的光。由此允许显著增加示出缺陷的图像的对比度，同时要求相对小设备和基板4的简单制备。然而，该技术遭受所收集的低光强度并且总是受分辨率极限影响。

该类型技术的重要应用领域是微电子学领域。特别地，在半导体行业中，反射暗场显微镜被用于检查基板的表面，尤其是以便检测由各种污染源产生的微粒。随着不断进步，该工业要求越来越高的产品质量等级。凭借在许多件测量仪器中使用的暗场照射，尤其可以检测硅基板上的尺寸小于0.1微米的微粒。

全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)结构越来越多地用作用于制造部件的基板。除了表面微粒之外，其它类型的缺陷可能位于形成SOI结构的有用层的硅顶层中；空洞型缺陷(即，对应于没有所述有用顶层的区域的缺陷)尤其可能存在于顶层中。为了保证SOI结构的质量等级，有必要能够识别并且对在尺寸上小于500微米的这种类型的缺陷进行分类(尺寸大于500微米的缺陷可由其它目视检查技术来识别)。此外，因为所要求的质量等级继续提高，所以在不久的将来甚至可能需要小于250微米直径或者甚至100微米直径的缺陷的分类。SOI结构特有的这些缺陷在散射光线方面具有不同于微粒的鲜明特征(signature)。

文献US2004/0235206公开了用于将应用至裸基板或沉积在基板上的膜堆栈的样品检查的设备和方法。该方法使得能够进行感兴趣信号(该信号用于缺陷检测)与噪声之间的鲁棒分离。然而，该文献不允许对特定空洞型缺陷的尺寸分类。

一般而言，现有技术解决方案不允许按尺寸对空洞型缺陷分类。凭借测量和对微粒计数的测量仪器获得的当前测量值产生非常不精确的分类结果，从而阻碍按照这些“空洞”缺陷的尺寸对SOI结构可靠地分类以符合它们的质量等级。

发明内容

本发明的目的

因此，本发明的一个目的是提供一种消除现有技术的缺点的检测方法。本发明的一个目的尤其是提供允许检测并且按尺寸对位于有用顶层中的空洞型缺陷分类的用于检查SOI结构的方法和装置。

本发明的简单描述

本发明涉及一种用于确定结构的顶侧中的空洞型缺陷的尺寸的方法，所述结构包括被放置于基板上的顶层，所述缺陷位于顶层中；所述方法包括：

a)将所述结构引入到反射暗场显微镜装置中以便根据由顶侧散射的光线生成缺陷相关第一信号和粗糙度相关第二信号的步骤；以及

b)用多个像素捕捉粗糙度相关第二信号的强度的步骤；

该方法引人注意的地方在于：该方法此外包括：

c)用于将由每个像素捕捉的强度与由相邻像素捕捉的强度进行比较并且用于定义所述像素是否包含在异常区域中的处理步骤；

d)提取由异常区域的像素捕捉的强度值的标准偏差的步骤；以及

e)根据所提取的标准偏差确定与异常区域关联的空洞型缺陷的尺寸的步骤。

根据本发明的方法由此允许根据异常区域的具体属性(由包含在所述异常区域中的像素捕捉的强度值的标准偏差)确定空洞型缺陷的尺寸。

根据本发明的有利特征，该特征可以单独实现或组合实现：

·通过相对于与所述面平行的平面的倾斜方向的入射光线从所述结构的顶侧的反射来生成散射光线；

·在入射光线下方沿着至少一个平移轴和/或围绕至少一个旋转轴移动所述结构，以允许捕捉步骤b)；

·每个像素可以在边长上在20微米至1000微米之间测量；

·通过应用使标准偏差和空洞型缺陷的尺寸相关的相关性曲线来执行确定步骤；

·通过扫描电子显微镜在结构中测量空洞型缺陷的尺寸以建立相关性曲线；

·相关性曲线可应用至尺寸被包括在5微米至500微米之间的空洞型缺陷；

·处理步骤定义：当由给定像素捕捉的强度与由至少一个相邻像素捕捉的强度的比率高于预设因数时，给定像素被包含在异常区域中；

·与给定像素相邻的像素被包括在处于所述给定像素外围且具有环形形状的区域中；

·环形形状具有600微米的内径和2500微米的外径。

本发明还涉及一种用于检测结构的顶侧中的空洞型缺陷的装置，所述结构包括被放置于基板上的顶层，所述缺陷位于顶层中；所述装置包括：

·反射暗场显微镜设备，该反射暗场显微镜设备被构造为沿所述结构的顶侧的方向投射入射光线并且收集由顶侧散射的光线；以及

·检测单元，该检测单元被构造为根据散射的光线生成缺陷相关第一信号和粗糙度相关第二信号，并且用多个像素捕捉粗糙度相关第二信号的强度。

所述装置引人注意的地方在于：所述装置包括：

·第一处理单元，该第一处理单元连接到检测单元，并且被构造为将由每个像素捕捉的强度与由相邻像素捕捉的强度进行比较，并且定义所述像素是否包含在异常区域中；

·第二处理单元，该第二处理单元被构造为提取由异常区域的像素捕捉的强度值的标准偏差；以及

·相关性曲线，该相关性曲线用于根据所提取的标准偏差确定与异常区域关联的空洞型缺陷的尺寸。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从参照附图给出的本发明的以下具体实施方式变得清晰，附图中：

图1示出了已知现有技术反射暗场显微镜装置的示意图；

图2示出了根据本发明的用于检测缺陷的装置的示意图；

图3示出了凭借根据本发明的装置并且使用根据本发明的方法检测的缺陷的示例；

图4示出了凭借根据本发明的装置并且使用根据本发明的方法检测的缺陷的另一个示例；以及

图5示出了缺陷尺寸与由包含在异常区域中的像素捕捉的强度值的标准偏差之间的相关性曲线。

具体实施方式

采用反射暗场显微镜装置的已知现有技术缺陷检查技术不允许精确地确定特别是存在于SOI结构的顶层中的空洞型缺陷(更特别地直径小于500μm的空洞型缺陷)的尺寸。将想起的是，SOI结构包括被放置于载体基板上的顶层；试图检测的缺陷是该顶层中的空隙。

非限制性地，现在将分别参照图2至图5描述根据本发明的用于检测缺陷且允许减轻上述问题的装置和方法的可能实施方式。

如上所述，反射暗场显微镜在于使用至少一个入射光线1照射结构4的顶侧，该至少一个入射光线1相对于与待观测的结构4的顶侧平行的平面P以所定义角度β被引导，诸如图2所示的。角度β被包括在0°至90°之间。根据实施方式，入射光线1可以被配置为部分或完全扫描结构4的顶侧。有利地，在入射光线1下方沿着至少一个平移轴和/或围绕至少一个旋转轴移动结构4，以便允许检查结构4的顶侧的全部或一些。由此，例如使用第一系列一个或更多个平面镜2和/或凹面镜3沿顶侧的方向引导光线1，平面镜2和/或凹面镜3允许入射光线1被定向并且集中于待分析的表面上。非限制性地，光线1例如可以为激光束。

结构4的表面可以包括一个或更多个光滑无缺陷平面区域和包括至少一个缺陷(微粒、空洞型缺陷、粗糙等)的一个或更多个区域。

在光线1被引导到光滑平面区域上的情况下，光线1以与由入射光线1相对于平面P的取向定义的角度相同的角度β被完全反射。由此，光线1不从其路径偏离，并且使用第二系列平面镜2和/或凹面镜3从装置去除(反射光线1’)。

在光线1撞击包括至少一个缺陷的区域或粗糙区域的情况下，光线1中的至少一些由缺陷沿收集通道5的方向被反射(光线1”)。因为入射光线1沿许多方向被反射，所以这种反射基本上是扩散的。在本说明书的剩余部分中，由结构4的表面中/上的缺陷反射的光线将被称为散射光线1”。

检测单元6(诸如光电倍增管)位于收集通道5的端部处；所述单元检测散射光线1”的强度。非限制性地，观测通道5可以包括一个或更多个光学滤波器和/或透镜，该光学滤波器和/或透镜用于依赖根据本发明的检测装置的应用的要求引导、集中或过滤朝向光电倍增管6散射的光线1”。

光电倍增管6在现有技术中已知的另一个功能在于将所捕捉的散射光线1”分解成两个信号：缺陷相关第一信号和粗糙度相关第二信号。第一信号基本上允许检测类型A缺陷(即，例如，从基板的表面突出的微粒或其它缺陷)。粗糙度相关第二信号基本上允许检测类型B缺陷(例如，结构4的表面的粗糙度等级等)，并且通常称为“雾状缺陷(haze)”信号。将散射光线1”的强度分解成缺陷相关第一信号和粗糙度相关第二信号取决于根据所使用的光学滤波器(若有的话)上和制造结构4的顶层的材料上的期望测量的类型A缺陷的尺寸和/或粗糙度等级定义的敏感度阈值。

光电倍增管6与多个像素(未示出)的阵列关联。非限制性地，传统上为方形的像素在边长上可以在20μm至1000μm之间测量。在本实施方式中且通过举例说明，每个像素测量200μm×200μm。

根据本发明，这不是类型A缺陷第一信号而是被用于进一步特征化感兴趣的空洞型缺陷的粗糙度相关第二信号。

由此，(粗糙度相关)第二信号的强度可以由光电倍增管6的每个像素来捕捉，以便被转换成所述强度的数值数据特性。由此，可以从多个像素获得B类型缺陷(粗糙度或“雾状缺陷”)的图像，该图像被直接发送到显示装置7，以便例如在屏幕上显示所述缺陷。

根据本发明的装置的光电倍增管6将粗糙度相关第二信号发送到第一处理单元8。该第一单元8的角色是将由每个像素捕捉的第二信号的强度与由相邻像素捕捉的强度进行比较，以便定义所述像素是否形成异常区域的一部分。

第一处理单元8定义当由给定像素捕捉的强度与由至少一个相邻像素捕捉的强度的比率高于预设因数时，给定像素被包含在异常区域中。给定像素的邻居全部是被包括在具有以给定像素为中心的环形形状的外围区域中的像素。有利地，环形形状的内径是600微米，并且它的外径是2500微米。预设因数例如可以在1至20之间变化，并且有利地在2至10之间变化。通过举例说明，预设因数等于4；在这种情况下，异常区域包括捕捉比相邻像素中的一个像素强烈四倍的光强度的至少一个像素。

在存在空洞型缺陷时，所捕捉的粗糙度相关第二信号的强度将从一个像素到下一像素变化。特别地，因为该类型的缺陷的边界在于顶层的表面与下面基板的表面之间的步幅或多个步幅等级，与在该位置中散射的光线关联的第二信号的强度将高于与在顶层的平面相邻区域中散射的光线关联的第二信号的强度。以相同方式，因为空洞型缺陷的中心部分比其边界更深，与在该位置中散射的光线关联的第二信号的强度将高于在边界处的强度。相邻像素之间的这些强度差允许定义异常区域。

图3和图4示出了在结构4的顶侧中识别的异常区域20的图。异常区域20包括轮廓20’内部的所有区域。

每个异常区域20指示位于结构4的顶层中的空洞型缺陷的存在。可以提取异常区域20的面积；然而，该值与缺陷的实际尺寸很差地相关，实际尺寸由轮廓21来定义。

在图3和图4中，在异常区域20中收集的每个值均是由一个像素捕捉的散射光线1’的粗糙度相关第二信号的强度的指示。通过举例说明，在异常区域20的中心部分22中的像素具有13ppm的(标准化)值；缺陷(在图3中所示的轮廓22与轮廓21之间)的边界呈现强度的逐渐减小(例如在0.4ppm至5ppm之间的(标准化)值)，指示缺陷深度的变化。在缺陷外围的部分中，在异常区域20中(图3中所示的轮廓21外部)，(标准化)值低于0.4ppm。

申请人已经从多个所识别的异常区域20提取所述值的标准偏差，并且已经证明了与关联空洞型缺陷的实际尺寸的良好相关性，而且所述缺陷的实际尺寸已经由可靠测量技术(例如，扫描电子显微镜)测量。最初该相关性不明显是由于以下事实：在异常区域20中，强度值为高的像素的数量随着空洞型缺陷的尺寸而增大。由此，异常区域中的强度值的分布的标准偏差随着空洞型缺陷的尺寸增大而增大：标准偏差受高值的数量影响，该数量将倾向于加宽分布的轮廓。

图5示出了散射光线1”的第二信号的强度值的标准偏差与空洞型缺陷尺寸之间的相关性曲线。在图3和图4中的异常区域20中收集的标准化值(该标准化值表示散射光线的第二信号的强度)(分别为5.34ppm和1.84ppm)的标准偏差的提取允许根据相关性曲线确定空洞型缺陷的尺寸(分别为1260微米和250微米)。

在图5中的示例中，使用200微米×200微米的像素；可以注意到，相关性极限被用于大约50微米及更小的缺陷尺寸。如果使用更小的像素尺寸(例如20微米)，则相关性曲线将可能证明一直到大约5微米的缺陷尺寸的良好相关性。相关性曲线还将证明标准偏差与空洞型缺陷的尺寸之间的更精确相关性。

使用本发明的用于检测的装置和用于确定空洞型缺陷的尺寸的方法，可以针对尺寸大于大约5μm的缺陷以大约±15％的精度等级定义空洞型缺陷的尺寸。

因此，根据本发明的装置有利地包括第二处理单元9，该第二处理单元9连接到第一处理单元，这允许提取由包含在异常区域20中的像素捕捉的强度值的标准偏差。然后，凭借相关性曲线或表的应用，将这些值关联到与所识别的异常区域20关联的空洞型缺陷的实际尺寸。装置还可以包括单元7，该单元7用于显示与位于结构4的顶侧中的空洞型缺陷对应的异常区域20的图像，缺陷例如在暗背景上显得明亮。

有利地，根据本发明的装置可以连接到自动分类装置，该自动分类装置基于空洞型缺陷尺寸(该尺寸根据在结构4中识别的每个异常区域中的强度的标准偏差确定)建立所述结构4的质量等级。

根据本发明的装置和方法允许检查结构4的表面光洁度，允许确定顶层中的空洞型缺陷的尺寸，并且由此允许定义相对于这些缺陷的尺寸的质量等级。

当然，本发明不限于所述实施方式，并且可以在不偏离诸如由权利要求定义的本发明的范围的情况下实现不同实施方式。

Claims (10)

1.一种用于确定结构(4)的顶层中的空洞型缺陷的尺寸的方法，所述结构(4)包括被放置于基板上的顶层，所述缺陷位于所述顶层中；所述方法包括：

a)将所述结构(4)引入到反射暗场显微镜装置中以便根据由所述顶层散射的光线(1”)生成缺陷相关第一信号和粗糙度相关第二信号的步骤；以及

b)用多个像素捕捉所述粗糙度相关第二信号的强度的步骤；

所述方法的特征在于：所述方法还包括：

c)用于将由每个像素捕捉的所述强度与由相邻像素捕捉的所述强度进行比较并且用于定义所述像素是否包含在异常区域中的处理步骤；

d)提取由所述异常区域的所述像素捕捉的所述强度值的标准偏差的步骤；以及

e)根据所提取的标准偏差确定与所述异常区域关联的所述空洞型缺陷的所述尺寸的步骤，

其中，所述确定的步骤通过应用使所述标准偏差与所述空洞型缺陷的尺寸相关的相关性曲线来执行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，被散射的所述光线(1”)由相对于与所述顶层平行的平面(P)的倾斜方向的入射光线(1)从所述结构(4)的所述顶层的反射来生成。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述入射光线(1)下方沿着至少一个平移轴和/或围绕至少一个旋转轴移动所述结构，以允许所述捕捉的步骤b)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，每个像素能够在边长上在20微米至1000微米之间测量。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过扫描电子显微镜在结构(4)中测量空洞型缺陷的所述尺寸以建立所述相关性曲线。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述相关性曲线能够应用至其尺寸被包括在5微米至500微米之间的空洞型缺陷。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理的步骤定义：当由给定像素捕捉的所述强度与由至少一个相邻像素捕捉的所述强度的比率高于预设因数时，所述给定像素包含在所述异常区域中。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，与所述给定像素相邻的所述像素被包括在处于所述给定像素外围且具有环形形状的区域中。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述环形形状具有600微米的内径和2500微米的外径。

10.一种用于检测结构(4)的顶层中的空洞型缺陷的装置，所述结构(4)包括被放置于基板上的顶层，所述缺陷位于所述顶层中；所述装置包括：

反射暗场显微镜设备，所述反射暗场显微镜设备被构造为沿所述结构(4)的所述顶层的方向投射入射光线(1)并且收集由所述顶层散射的光线(1”)；以及

检测单元(6)，所述检测单元(6)被构造为根据被散射的所述光线(1”)生成缺陷相关第一信号和粗糙度相关第二信号，并且用多个像素捕捉所述粗糙度相关第二信号的强度；

所述装置的特征在于：所述装置包括：

第一处理单元(8)，所述第一处理单元(8)连接到所述检测单元，并且被构造为将由每个像素捕捉的所述强度与由相邻像素捕捉的所述强度进行比较，并且定义所述像素是否包含在异常区域中；

第二处理单元(9)，所述第二处理单元(9)被构造为提取由所述异常区域的所述像素捕捉的所述强度的值的标准偏差；以及

相关性曲线，所述相关性曲线用于根据所提取的标准偏差确定与所述异常区域关联的所述空洞型缺陷的尺寸。

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