CN109994398A - 一种晶圆缺陷扫描对比方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种晶圆缺陷扫描对比方法，包括如下步骤：定义芯片位置，根据极坐标系标记各芯片在晶圆内的极坐标；划分对比组，根据晶圆上的芯片数量和各芯片在晶圆内的极坐标位置划分对比组，位于同一对比组内的各芯片的极坐标的的极径偏差在设定极径误差范围内；进行缺陷扫描，采用扫描光束对位于同一直线上的若干芯片进缺陷扫描，得到各芯片的影像数据并进行缓存；进行扫描对比，将位于同一对比组内的多个芯片的影像数据进行对比分析，得到对比组的缺陷检测结果；输出缺陷结果，重复上述缺陷扫描和扫描对比步骤，直至得到所有对比组的缺陷检测结果。本发明可以有效排除噪声信号的干扰，进而可以有效地反映晶圆上的缺陷情况。

Description

一种晶圆缺陷扫描对比方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种晶圆缺陷扫描对比方法。
背景技术
在半导体生产制造过程中需要采用扫描机台对晶圆表面的缺陷进行检测。扫描机台的工作原理是采用光学检测的方式对晶圆表面进行扫描，将获取的数字化扫描图像信号作邻近芯片间的相互对比，之后将对比结果与预设的阈值比较，并留下超过阈值的缺陷信号，最后输出缺陷坐标位置结果。目前业内主要的缺陷检测供应商及其产品包括有KT公司的KLA亮场系列和AMAT公司的UVISION系列以及其他机型等。其中，KT公司的各缺陷扫描机型采用的是逐行进行扫描的扫描方式，对比方式是将位于同一行的多个芯片作互相对比的横向对比方式，而UVISION系列机型采用的是逐列进行扫描的扫描方式，对比方式是将位于同一列的多个芯片作互相对比的纵向对比方式。
由于晶圆表面不同位置的各层膜厚存在差异，当不同位置的芯片在检测过程中被检测光束扫描并作芯片间的相互对比时，检测光束经过晶圆表面反射后形成的干涉情况也会互不相同，并在信号接收部分接收到强度不同的检测信号，造成色差现象。由膜厚差异所造成的色差现象是使得缺陷检测过程中不可避免地出现噪声信号的主要原因，而噪声信号会降低真实缺陷在检测机台中的所得到的信噪比，从而造成真实缺陷被漏检的风险。一般，噪声信号可以在后续的算法层面上采用软件设置阈值参数的方法被过滤，从而让工程师获得有效的缺陷分布情况，但是当膜厚差异较大导致噪声信号过大而淹没缺陷信号时，就较难同时过滤该噪声信号并保留真实的缺陷信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆缺陷扫描对比方法，可以解决由于膜厚差异造成的色差现象所导致的噪声信号强度过大而淹没缺陷信号，导致真实缺陷被漏检的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆缺陷扫描对比方法，该对比方法包括如下步骤：
定义芯片位置，在扫描机台的扫描程式中定义各芯片在晶圆上的位置分布图，并以所述晶圆的中心作为极点建立极坐标系，根据极坐标系标记各芯片在所述晶圆内的极坐标；
划分对比组，根据所述晶圆上的芯片数量和各芯片在所述晶圆内的极坐标位置划分若干对比组，位于同一对比组内的各芯片的极坐标的极径偏差在设定极径误差范围内；
进行缺陷扫描，在所述晶圆上选取位于同一直线上的若干芯片，采用扫描光束对位于同一直线上的若干芯片进缺陷扫描，得到各芯片的影像数据并进行缓存；
进行扫描对比，在上述扫描过程中，待同一对比组内的各芯片均完成扫描后，将缓存的位于同一所述对比组内的多个所述芯片的影像数据进行对比分析，得到所述对比组的缺陷检测结果；
输出缺陷结果，重复上述缺陷扫描和扫描对比步骤，直至得到所有对比组的缺陷检测结果并输出所述晶圆的最终缺陷检测结果。
可选的，在划分对比组时，将邻近的芯片划分至同一个所述对比组内。
可选的，在划分对比组时，将与晶圆载台移动方向平行的且关于所述晶圆的中心对称的两芯片划分至同一个所述对比组内。
可选的，在划分对比组时，任一所述对比组内的芯片数量均不少于3个。
可选的，在划分对比组时，任一所述对比组内的芯片数量均不少于5个。
可选的，在划分对比组时，任一所述对比组内的芯片数量均不超过8个。
可选的，还包括在定义芯片位置之前，将所述晶圆与所述扫描机台对准的步骤。
可选的，通过在所述晶圆上设置对准标记使所述扫描机台与所述晶圆对准。
可选的，所述直线是与所述晶圆的对准标记开口方向垂直的直线。
可选的，所述直线是与所述晶圆的对准标记开口方向平行的直线。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过改变传统的横向或纵向的芯片对比规则，根据芯片所在晶圆上的半径位置，将晶圆平面上半径位置互相接近即极径大致相同的多个芯片进行对比，从而可以避免不同半径上的芯片在互相对比时由于各层膜厚不同所造成的色差现象带来的影响，降低扫描数据中的噪声信号强度，提高扫描机台的检测程式的检测灵敏度，保证在晶圆膜厚均一度不理想的情况下，或是在晶边上存在较大的膜厚差异的情况下，仍能够排除噪声信号的干扰，进而可以有效地反映晶圆上的缺陷情况。
附图说明
图1为多片晶圆在化学机械研磨工艺后的厚度随半径变化的分布图；
图2为常规的横向扫描对比方法的效果图；
图3为本发明一实施方式的对比组划分示意图；
图4为本发明另一实施方式的对比组划分示意图；
图5为本发明提供的扫描对比方法的效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图1至5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1示意性地给出了多片晶圆在化学机械研磨工艺后的厚度随半径变化的分布图，其中横坐标表示半径分布，纵坐标表示厚度分布，从图1可以看出在同一半径下晶圆的厚度差异较小，在不同的半径下晶圆的厚度差异较大。这主要是由工艺流程中的膜层淀积、刻蚀、化学机械研磨以及光刻涂胶等工艺步骤在晶圆平面上的各向同性所决定的，因此通常情况下，晶圆正面的各层膜厚的等高线可近似为同心圆分布。
图2示意性地给出了采用常规的横向扫描对比方法的效果图，该效果图是由光学扫描的光学图像转换而成的灰阶图像数据。在采用横向对比扫描方法时，扫描机台会将扫描光束扫描过的位于同一行的若干个芯片的同一个位置直接做对比。在常规的对比方法中，当晶圆的不同半径位置膜厚差异较大时，会使得扫描机台所用来对比的多个芯片之间存在较大的色差，如图2所示，当出现最左侧的图像与其他图像之间存在较大色差的情况下，最左侧的图像上的颗粒状缺陷(图中用虚线圈出的位置)由于色差的严重影响会与色差信号一起被归类在阈值范围内，因此该颗粒状缺陷不会被当作缺陷检出。
本发明的核心思想在于提供一种晶圆缺陷扫描对比方法，以解决现有的由于膜厚差异造成的色差现象所导致的噪声信号强度过大而淹没缺陷信号，导致真实缺陷被漏检的技术问题。
为实现上述思想，本发明提供一种晶圆缺陷扫描对比方法，所述对比方法包括如下步骤：
定义芯片位置，在扫描机台的扫描程式中定义各芯片在晶圆上的位置分布图，并以所述晶圆的中心作为极点建立极坐标系，根据极坐标系标记各芯片在所述晶圆内的极坐标，其中极坐标中的极径表示芯片在晶圆上所处的半径位置。
在定义芯片位置之前，还包括将晶圆与扫描机台对准的步骤，具体的可以在晶圆上设置对准标记，在扫描机台的相应部位设置传感器进行对准。
标记完各芯片在晶圆上的极坐标位置后，开始划分对比组，根据所述晶圆上的芯片数量和各芯片在所述晶圆内的极坐标位置划分对比组，位于同一对比组内的各芯片的极坐标的极径偏差在设定极径误差范围内，也就是在划分对比组时，要确保同一对比组内的芯片的极径较为接近。具体地，极径误差可根据晶圆尺寸、芯片尺寸以及扫描精度等进行确定。
在划分对比组时，预先设定单个对比组内的芯片的最少数量，先按照各芯片的极径大小划分半径组，也就是以晶圆的中心为圆心，以不同的极径为半径划分出多个同心圆，将极径偏差在设定极径误差范围内即位于半径较为接近的圆周上的若干芯片划分至同一个半径组内。然后根据每一个对比组内的芯片数量相差不要太大的原则，在同一个半径组内按照角度位置划分角度组，从而得到组内芯片数量较为接近的若干对比组。
图3示意性地给出了本发明一实施方式的对比组的划分示意图，图4示意性地给出了本发明另一实施方式的对比组的划分示意图，如图3和图4所示，图中所有标记为11的芯片构成对比组11，所有标记为12的芯片构成对比组12，所有标记为13的芯片构成对比组13，所有标记为14的芯片构成对比组14，所有标记为21的芯片构成对比组21，所有标记为22的芯片构成对比组22，所有标记为23的芯片构成对比组23，所有标记为24的芯片构成对比组24，所有标记为25的芯片构成对比组25，所有标记为31的芯片构成对比组31，所有标记为32的芯片构成对比组32，所有标记为33的芯片构成对比组33，所有标记为41的芯片为构成对比组41，所有标记为42的芯片为构成对比组42，所有标记为43的芯片构成对比组43，所有标记为51的芯片构成对比组51。其中对比组11、对比组12、对比组13以及对比组14均位于同一个半径组内，对比组21、对比组22、对比组23、对比组24以及对比组25均位于同一个半径组内，对比组31、对比组32和对比组33均位于同一个半径组内，对比组41、对比组42以及对比组43均位于同一个半径组内。
划分完对比组后开始对晶圆进行缺陷扫描，在所述晶圆上选取位于同一直线上的若干芯片，采用扫描光束对位于同一直线上的若干芯片进缺陷扫描，得到各芯片的影像数据并进行缓存。
在进行缺陷扫描时，扫描机台发出的扫描光束从晶圆的一侧到另一侧逐行或逐列地对位于同一直线上的若干芯片进行扫描，其中所指的行是指以晶圆的对准标记为基准，与该对准标记开口方向垂直的直线；同样地，所指的列是以晶圆对准标记为基准，与该对准标记开口方向平行的直线。由于扫描的方向是本领域的常规技术，不是本发明的关键所在，故在此不对其进行赘述。
图3采用的是逐行的横向扫描方式，如图3所示，箭头1表示扫描光束的扫描方向，箭头2表示晶圆的移动方向。从晶圆的上部开始，自晶圆第一行最左边的芯片为起始点，采用扫描光束向右对该行芯片进行扫描，当完成对该行的最右边的一个芯片的扫描之后，移动晶圆，使得扫描光束进入下一行，继续对下一行中的芯片进行扫描。
图4采用的是逐列的纵向扫描方式，如图4所示，箭头1表示扫描光束的扫描方向，箭头2表示晶圆的移动方向。从晶圆的左侧开始，自晶圆第一列最上边的芯片为起始点，采用扫描光束向下对该列芯片进行扫描，当完成对该列的最下边的一个芯片的扫描之后，移动晶圆，使得扫描光束进入下一列，继续对下一列中的芯片进行扫描。
由于在缺陷的扫描过程中，扫描机台通过光学系统收集晶圆表面的光学信号，并将收集到的光学信号转化为0-255或0-4096的图像灰阶数字信息数据，相对于最终生成的缺陷结果数据，图像灰阶数字信息所占的存储容量会大许多，因此，扫描机台的处理系统会将传送过来的灰阶图像数字信息按照扫描机台预设的缺陷算法和扫描程式中的阈值作实时运算，以判断晶圆扫描范围内的缺陷情况，最后输出计算后的缺陷结果。
为了减少图像灰阶数字信息所需的存储容量，并减少单片晶圆扫描和计算所需的总时间，在缺陷扫描过程中进行扫描对比，待同一对比组内的各芯片均完成扫描后，将缓存的位于同一所述对比组内的多个所述芯片的影像数据进行对比分析，具体是先将这些芯片的相同位置的图像信息作叠加运算，计算出共同的部分，并将这些共同部分合成出在该位置下一个理想芯片的图像，再将各芯片在该位置的图像与合成的理想的图像作对比，从而找出每个芯片与理想芯片之间的差异，再将这个差异作进一步的缺陷判定计算，最后得到对应的所述对比组的缺陷检测结果。
重复上述缺陷扫描和扫描对比步骤，直至得到所有对比组的缺陷检测结果进而得到整片晶圆的缺陷检测结果，最后输出所述晶圆的最终缺陷检测结果。
图5示意性地给出了采用本发明提供的扫描对比方法的效果图。如图5所示，位于最左侧的芯片的图像与其他图像之间不存在较大色差，因此最左侧的图像上的颗粒状缺陷(图中用虚线圈出的位置)不会受到色差的影响，因而很容易被扫描机台检测到。
为了进一步提高扫描机台的检测灵敏度，在划分对比组时，任一所述对比组内的芯片数量均不少于3个。这是因为如果同一对比组内的芯片数量少于3个的话，在扫描对比过程中，用于对比的芯片数量过少，从而会使得检测结果不够准确。
为了更进一步地提高扫描机台的检测灵敏度，在划分对比组时，任一所述对比组内的芯片数量均不少于5个。由此，此种设置，不仅可以更进一步地提高检测结果的准确性，同时也可以减少单片晶圆扫描和计算所需的总时间，进而提高检测效率。
为了进一步减少单片晶圆扫描和计算所需的总时间，在划分对比组时，最好将邻近的芯片划分至同一个所述对比组内。由此，无论是采用横向扫描还是纵向扫描时，位于同一对比组内的多个芯片能够在更短的时间内被全部扫描完，一旦位于同一对比组内的各芯片均完成扫描后，扫描机台中的处理系统就会开始对该对比组内所有芯片的影像数据进行对比分析，从而得到该对比组的缺陷检测结果。由此，可见，在划分对比组时，如果将邻近的芯片划分至同一个对比组内，会有效减少单片晶圆扫描和计算所需的总时间。
为了更进一步地减少单片晶圆扫描和计算所需的总时间，在划分对比组时，尽量将与晶圆载台移动方向平行的且关于所述晶圆的中心对称的两芯片划分至同一个所述对比组内。由此，在横向扫描时，与晶圆载台移动方向平行的且关于所述晶圆的中心对称的两芯片是位于同一行的，而横向扫描是逐行进行扫描的，由此位于同一对比组内的多个芯片能够在更短的时间内被全部扫描完，从而处理系统能够更早地对该对比组内的多个芯片的影像数据进行对比分析。同理，在纵向扫描时，与晶圆载台移动方向平行的且关于所述晶圆的中心对称的两芯片是位于同一列的，而纵向扫描是逐列进行扫描的，由此位于同一对比组内的多个芯片也能够在更短的时间内被全部扫描完，进而可以为后续的扫描对比节约出时间。图3给出的是采用横向扫描时的对比组的划分示意图，在划分对比组时，如图3所示，位于同一个半径组内且位于同一行的多个芯片被划分至同一个对比组内。图4给出的是采用纵向扫描时的对比组的划分示意图，如图4所示位于同一个半径组内且位于同一列的多个芯片被划分至同一个对比组内。
由于现有的扫描机台中大多默认最多将8个芯片的影像数据作为一组进行对比，因此在划分对比组时，任一所述对比组内的芯片数量均不超过8个。由此，使用者在使用本发明提供的方法进行缺陷扫描对比时，无需对现有的扫描机台内的程序做过多更改，从而更加便于本发明提供的缺陷扫描对比方法的应用。
综上所述，当晶圆的不同半径位置膜厚差异较大时，会使得扫描机台所用来对比的多个芯片之间存在较大的色差，而由这些存在较大色差芯片所合成的理想芯片图像会是实际每个芯片的图像的平均，并且和实际的每个芯片的图像都会存在或大或小的差异，从而给扫描结果增加不需要的噪声信号，使得与理想芯片的图像存在较大差异的没有缺陷的芯片也会因图像差异超过阈值被当作有缺陷，从而使得缺陷结果变得不准确。为了减少这种影响，现有技术通常会提高缺陷检测的阈值，但这样会造成缺陷被漏检的风险。
本发明通过改变传统的横向或纵向的芯片对比方法，根据芯片所在晶圆上的半径位置，将晶圆平面上半径位置互相接近即极径大致相同的多个芯片进行对比，从而可以避免不同半径上的芯片在互相对比时由于各层膜厚不同所造成的色差现象带来的影响，降低扫描数据中的噪声信号强度，提高扫描机台的检测程式的检测灵敏度，保证在晶圆膜厚均一度不理想的情况下，或是在晶边上存在较大的膜厚差异的情况下，仍能够排除噪声信号的干扰，进而可以有效地反映晶圆上的缺陷情况。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆缺陷扫描对比方法，其特征在于，所述对比方法包括如下步骤：
定义芯片位置，在扫描机台的扫描程式中定义各芯片在晶圆上的位置分布图，并以所述晶圆的中心作为极点建立极坐标系，根据极坐标系标记各芯片在所述晶圆内的极坐标；
划分对比组，根据所述晶圆上的芯片数量和各芯片在所述晶圆内的极坐标位置划分若干对比组，位于同一对比组内的各芯片的极坐标的极径偏差在设定极径误差范围内；
进行缺陷扫描，在所述晶圆上选取位于同一直线上的若干芯片，采用扫描光束对位于同一所述直线上的若干芯片进缺陷扫描，得到各芯片的影像数据并进行缓存；
进行扫描对比，在上述缺陷扫描过程中，待同一对比组内的各芯片均完成扫描后，将缓存的位于同一所述对比组内的多个所述芯片的影像数据进行对比分析，得到对应的所述对比组的缺陷检测结果；
输出缺陷结果，重复上述缺陷扫描和扫描对比步骤，直至得到所有对比组的缺陷检测结果并输出所述晶圆的最终缺陷检测结果。
2.如权利要求1所述的晶圆缺陷扫描对比方法，其特征在于，在划分对比组时，将邻近的芯片划分至同一个所述对比组内。
3.如权利要求1所述的晶圆缺陷扫描对比方法，其特征在于，在划分对比组时，将与晶圆载台移动方向平行的且关于所述晶圆的中心对称的两芯片划分至同一个所述对比组内。
4.如权利要求1所述的晶圆缺陷扫描对比方法，其特征在于，在划分对比组时，任一所述对比组内的芯片数量均不少于3个。
5.如权利要求1所述的晶圆缺陷扫描对比方法，其特征在于，在划分对比组时，任一所述对比组内的芯片数量均不少于5个。
6.如权利要求4或5所述的晶圆缺陷扫描对比方法，其特征在于，在划分对比组时，任一所述对比组内的芯片数量均不超过8个。
7.如权利要求1所述的晶圆缺陷扫描对比方法，其特征在于，还包括在定义芯片位置之前，将所述晶圆与所述扫描机台对准的步骤。
8.如权利要求6所述的晶圆缺陷扫描对比方法，其特征在于，通过在所述晶圆上设置对准标记使所述扫描机台与所述晶圆对准。
9.如权利要求8所述的晶圆缺陷扫描对比方法，其特征在于，所述直线是与所述晶圆的对准标记开口方向垂直的直线。
10.如权利要求8所述的晶圆缺陷扫描对比方法，其特征在于，所述直线是与所述晶圆的对准标记开口方向平行的直线。
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