CN109037093A - 扫描电子显微镜的污染检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明技术方案公开了一种扫描电子显微镜的污染检测方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介质抗反射层；将所述半导体衬底置于所述扫描电子显微镜所处的真空环境中，使所述半导体衬底充分暴露在所述真空环境中；在所述介质抗反射层上形成光刻胶图形；通过所述扫描电子显微镜获取形成有光刻胶图形的半导体衬底的表面图像；基于所述半导体衬底的表面图像检测所述光刻胶图形的缺陷。本发明技术方案可以监控扫描电子显微镜对半导体产品的污染影响。

Description

扫描电子显微镜的污染检测方法
技术领域
本发明涉及半导体缺陷检测领域，尤其一种用于缺陷检测的扫描电子显微镜的污染检测方法。
背景技术
扫描电子显微镜(SEM，scanning electron microscope)主要包括：真空系统、电子束系统和成像系统。电子束系统和成像系统均内置在真空系统中。扫描电子显微镜的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测器收集，并被转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像，以反映出样品的表面形态。
随着半导体尺寸的降低，用于缺陷检测的扫描电子显微镜在半导体产品的良率提升中起着越来越重要的作用。因此，监控扫描电子显微镜对半导体产品的良率影响也越来越重要。
发明内容
本发明技术方案要解决的技术问题是如何监控扫描电子显微镜对半导体产品的良率影响。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种扫描电子显微镜的污染检测方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介质抗反射层；将所述半导体衬底置于所述扫描电子显微镜所处的真空环境中，使所述半导体衬底充分暴露在所述真空环境中；在所述介质抗反射层上形成光刻胶图形；通过所述扫描电子显微镜获取形成有光刻胶图形的半导体衬底的表面图像；基于所述半导体衬底的表面图像检测所述光刻胶图形的缺陷。
可选的，所述介质抗反射层的材料为氮氧化硅。
可选的，所述光刻胶图形的密度与关键尺寸相关。
可选的，检测所述光刻胶图形的缺陷的时间为5分钟～20分钟。
可选的，所述通过所述扫描电子显微镜获取形成有光刻胶图形的半导体衬底的表面图像包括：所述扫描电子显微镜的电子枪发射电子束至所述半导体衬底；收集所述半导体衬底表面激发的次级电子，以获取所述半导体衬底的表面图像。
可选的，所述扫描电子显微镜的污染检测方法还包括：基于所述光刻胶图形的缺陷程度分析所述电子显微镜对半导体衬底污染的影响程度。
可选的，所述基于所述光刻胶图形的缺陷程度分析所述电子显微镜对半导体衬底污染的影响程度包括：当所述光刻胶的图形缺陷数量超过预设数量时，确定所述扫描电子显微镜对半导体衬底的油脂污染严重。
可选的，所述基于所述光刻胶图形的缺陷程度分析所述电子显微镜对半导体衬底污染的影响程度包括：当所述光刻胶的图形缺陷面积超过预设面积时，确定所述扫描电子显微镜对半导体衬底的油脂污染严重。
可选的，所述半导体衬底上还形成有介质层，所述介质抗反射层形成在所述介质层上。
可选的，所述介质层为氧化硅层。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：将形成有介质抗反射层的半导体衬底充分暴露于扫描电子显微镜所处的真空环境中，使得扫描电子显微镜的油脂污染转移到所述半导体衬底表面，然后在所述介质抗反射层上形成光刻胶图形，当所述半导体衬底被油脂污染，光刻胶图形就会因粘附性差而产生各种缺陷，利用扫描电子显微镜获取的形成有光刻胶图形的半导体衬底的表面图像，就可以检测到光刻胶图形的缺陷，由此检测油脂污染对半导体衬底的影响，进而监控扫描电子显微镜的污染对半导体产品的良率影响。
当发现扫描电子显微镜的油脂污染对半导体衬底有影响时，可以及时采取相应地措施清理扫描电子显微镜，这样就避免了残留在扫描电子显微镜上的油脂在后续工艺中污染半导体产品，从而提高了半导体产品的良率。
附图说明
图1为本发明技术方案的扫描电子显微镜的污染检测方法的流程示意图；
图2至图5为本发明实施例的扫描电子显微镜的污染检测方法使用的半导体衬底的结构示意图；
图6至图8为本发明实施例的扫描电子显微镜的污染检测方法使用的半导体衬底的表面图像的示例图；
图9为本发明实施例的扫描电子显微镜的污染检测方法的检测时间和表面缺陷数量关系的示例图。
具体实施方式
扫描电子显微镜的应用在半导体工厂十分普遍，在定期保养过程中会使用润滑油，进行关键部件(如载台等)的保养。然而，当应用扫描电子显微镜对硅片进行缺陷检测时，由于在高真空之下，残留的溶剂或者油脂会分解成游离的碳，粘附在硅片表面，这种油脂污染会影响后续工艺，从而导致半导体产品的良率下降。因此，发明人提出，选用短流程片，即在硅衬底片上沉积介质抗反射层(DARC，Dielectric Anti-Reflection Coating)，如氮氧化硅(SION)层，通过后续光刻工艺的光刻胶图形的缺陷(例如倒塌、偏移、变形等)程度，来迅速监控扫描电子显微镜是否受油脂污染影响，从而确认扫描电子显微镜的油脂污染是否会对硅片造成污染及污染的影响程度。
请参考图1，本发明技术方案的扫描电子显微镜的污染检测方法，包括：
步骤S11，提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介质抗反射层；
步骤S12，将所述半导体衬底置于所述扫描电子显微镜所处的真空环境中，使所述半导体衬底充分暴露在所述真空环境中；
步骤S13，在所述介质抗反射层上形成光刻胶图形；
步骤S14，通过所述扫描电子显微镜获取形成有光刻胶图形的半导体衬底的表面图像；
步骤S15，基于所述半导体衬底的表面图像检测所述光刻胶图形的缺陷。
下面结合实施例和附图对各步骤进行详细说明。
请结合参考图1和图2，步骤S11，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有介质抗反射层12。
一般来说，在形成介质抗反射层12之前需要先在半导体衬底10上先形成介质层11，所述介质层11可以例如是氧化硅层、氮化硅层或者是它们的叠层。本实施例中，所述半导体衬底10为硅衬底，所述介质层11为氧化硅层，即先在半导体衬底10上形成氧化硅层，再在氧化硅层表面覆盖介质抗反射层12。形成氧化硅层和介质抗反射层12可以采用现有的常规工艺，在此不做限制。
在形成曝光光刻胶之前，先在半导体衬底表面覆盖一层介质抗反射层，可以使得后续光刻胶层的形成工艺简单，并且光刻胶的选择也不限种类，另外，介质抗反射层受到半导体衬底表面的布局起伏的影响较小，可以改善曝光光线在光刻胶中行进时在半导体衬底表面存在的衍射、反射和散射现象。本实施例中，所述介质抗反射层12的材料为氮氧化硅等。
步骤S12，将所述半导体衬底置于所述扫描电子显微镜所处的真空环境中，使所述半导体衬底充分暴露在所述真空环境中。具体地，将形成有介质抗反射层12的半导体衬底10放置在扫描电子显微镜的载台上，扫描电子显微镜的电子束系统和成像系统均置于真空系统中，通常，真空系统包括真空泵和密封室，所述载台位于密封室中，扫描电子显微镜工作时，电子束系统的电子枪向所述载台上的样品扫描发射电子束。
为了使所述半导体衬底充分暴露在扫描电子显微镜所处的真空环境中，可以将半导体衬底置于载台一段时间，并且充分移动所述载台。在对扫描电子显微镜进行定期保养后，如果未将润滑剂等保养液清理干净，残留的溶剂或者油脂在真空环境下会分解成游离碳，粘附在形成有介质抗反射层12的半导体衬底10表面，形成污染物14，一般来说，将所述半导体衬底充分暴露在所述真空中超过5分钟，游离碳就会粘附在半导体衬底表面。如图3所示，扫描电子显微镜的油脂污染转移到了形成有介质抗反射层12的半导体衬底10表面。
步骤S13，在所述介质抗反射层12上形成光刻胶图形13，如图4所示。在将形成有介质抗反射层12的半导体衬底10放置在载台上并充分暴露在扫描电子显微镜所处的真空环境中一段时间后，继续在所述介质抗反射层12上形成光刻胶图形13，形成光刻胶图形13的步骤包括：在所述介质抗反射层12上形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光显影，定义出光刻胶图形14。所述光刻胶图形的结构不限，光刻胶图形的密度高，检测效果好，所述光刻胶图形的密度与关键尺寸相关，例如，在165nm以下工艺中，光刻胶被去除的区域占总区域(光刻胶层)的比率(clear ratio)可以为30％左右。
步骤S14，通过所述扫描电子显微镜获取形成有光刻胶图形的半导体衬底的表面图像。将形成有介质抗反射层12和光刻胶图形13的半导体衬底10置于载台上，使用扫描电子显微镜获取半导体衬底10的表面图像。
步骤S14可以进一步包括：所述扫描电子显微镜的电子枪发射电子束至所述半导体衬底；收集所述半导体衬底表面激发的次级电子，以获取所述半导体衬底的表面图像。电子束在半导体衬底表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与衬底的表面结构有关，次级电子由探测器收集，并被转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像，以反映出样品的表面形态。
当形成有介质抗反射层12和光刻胶图形13的半导体衬底10置于载台一定时间后，如图5所示，如果有污染物14，那么中间的光刻胶图形13a因粘附性差而发生了倒塌。除了倒塌缺陷外，如果半导体衬底表面被污染，光刻胶图形还有可能发生图形偏移、图形变形等缺陷。
步骤S15，基于所述半导体衬底的表面图像检测所述光刻胶图形的缺陷。通过观察步骤S14获取的半导体衬底的表面图像，可以发现光刻胶图形的缺陷，从而监控扫描电子显微镜是否受油脂污染，扫描电子显微镜的油脂污染是否对半导体衬底造成污染。
请参考图6至图8的半导体衬底的表面图像的示例，图6的区域6a显示了正常的光刻胶图形，区域6b中的光刻胶图形因存在污染物而产生异常，如：线条扭曲变形、图形倒塌或偏移导致图形缺失等；图7显示了光刻胶图形的大面积缺失，也就是非常严重的图形缺陷，说明油脂污染严重；另外，图8示出的油脂污染的放大图像。
请继续参考图9，当形成有介质抗反射层12和光刻胶图形13的半导体衬底10置于载台一定时间后，就能够观察到光刻胶图形的缺陷问题(如折线d1所示)，如果观察时间(检测时间)被加长至10分钟已足够判断出缺陷异常(如折线d2所示)，观察时间为20分钟观察到的样品(半导体衬底)的缺陷数量(如折线d3所示)与观察时间为10分钟观察到的样品的缺陷数量相差不大。本实施例中，可以设定检测所述光刻胶图形的缺陷的时间为5分钟～20分钟。
进一步，本实施例的扫描电子显微镜的污染检测方法还可以包括：基于所述光刻胶图形的缺陷分析所述扫描电子显微镜对半导体衬底污染的影响程度。
基于所述光刻胶图形的缺陷分析所述扫描电子显微镜对半导体衬底污染的影响程度可以包括：当所述光刻胶的图形缺陷数量超过预设数量时，确定所述扫描电子显微镜对半导体衬底的油脂污染严重；或者，当所述光刻胶的图形缺陷面积超过预设面积时，确定所述扫描电子显微镜对半导体衬底的油脂污染严重。其中，所述预设数量或预设面积可以根据实际情况预先设定，通过设定缺陷数量或缺陷面积的临界值来监控电子扫描显微镜受油脂污染影响的程度是否严重，扫描电子显微镜对半导体衬底造成污染的程度是否严重。
当确定所述扫描电子显微镜对半导体衬底的油脂污染严重，可以及时采取相应地措施清理扫描电子显微镜，这样就避免了油脂污染在后续半导体工艺中影响半导体产品的良率。
本发明虽然已以较佳实施方式公开如上，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，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，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方式所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种扫描电子显微镜的污染检测方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介质抗反射层；
将所述半导体衬底置于所述扫描电子显微镜所处的真空环境中，使所述半导体衬底充分暴露在所述真空环境中；
在所述介质抗反射层上形成光刻胶图形；
通过所述扫描电子显微镜获取形成有光刻胶图形的半导体衬底的表面图像；基于所述半导体衬底的表面图像检测所述光刻胶图形的缺陷。
2.如权利要求1所述的扫描电子显微镜的污染检测方法，其特征在于，所述介质抗反射层的材料为氮氧化硅。
3.如权利要求1所述的扫描电子显微镜的污染检测方法，其特征在于，所述光刻胶图形的密度与关键尺寸相关。
4.如权利要求1所述的扫描电子显微镜的污染检测方法，其特征在于，检测所述光刻胶图形的缺陷的时间为5分钟～20分钟。
5.如权利要求1所述的扫描电子显微镜的污染检测方法，其特征在于，所述通过所述扫描电子显微镜获取形成有光刻胶图形的半导体衬底的表面图像包括：所述扫描电子显微镜的电子枪发射电子束至所述半导体衬底；收集所述半导体衬底表面激发的次级电子，以获取所述半导体衬底的表面图像。
6.如权利要求1所述的扫描电子显微镜的污染检测方法，其特征在于，还包括：基于所述光刻胶图形的缺陷程度分析所述电子显微镜对半导体衬底污染的影响程度。
7.如权利要求6所述的扫描电子显微镜的污染检测方法，其特征在于，所述基于所述光刻胶图形的缺陷程度分析所述电子显微镜对半导体衬底污染的影响程度包括：当所述光刻胶的图形缺陷数量超过预设数量时，确定所述扫描电子显微镜对半导体衬底的油脂污染严重。
8.如权利要求6所述的扫描电子显微镜的污染检测方法，其特征在于，所述基于所述光刻胶图形的缺陷程度分析所述电子显微镜对半导体衬底污染的影响程度包括：当所述光刻胶的图形缺陷面积超过预设面积时，确定所述扫描电子显微镜对半导体衬底的油脂污染严重。
9.如权利要求1所述的扫描电子显微镜的污染检测方法，其特征在于，所述半导体衬底上还形成有介质层，所述介质抗反射层形成在所述介质层上。
10.如权利要求9所述的扫描电子显微镜的污染检测方法，其特征在于，所述介质层为氧化硅层。
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