CN110517970B - 晶背缺陷的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶背缺陷的检测方法，包括：步骤一、提供信号数据库，信号数据库中包括各种不同缺陷对应的信号数据，缺陷包括各种不同高度或宽度的凸缺陷和各种不同深度或宽度的凹缺陷；信号数据为将斜入射光源照射到缺陷后所收集到的发射和散射光信号转换形成的数据，信号数据反应了对应的缺陷的3D信息；步骤二、采用斜入射光对被测晶圆进行背面扫描并收集对应的发射和散射光数据；步骤三、收集的发射和散射光数据和步骤一的信号数据库中的信号数据进行比较并拟合出被测晶圆背面的缺陷3D分布图。本发明能测试晶背缺陷的高度或深度并形成晶背缺陷的3D分布图，有利于分析晶背缺陷的来源并及时处理，减少故障排除时间和提高产品良率。

Description

晶背缺陷的检测方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别涉及一种晶背缺陷的检测方法。
背景技术
在半导体芯片制造工艺中，随着技术节点的下行，器件的成型要求越来越严格，晶背缺陷即晶圆(wafer)背面的缺陷对晶圆正面图形的影响变得越来越严重，对晶背缺陷的检测日益重要。工艺机台与晶圆背面的接触部件也会在晶背上留下印记，这些印记随着后续工艺的进行有可能会形成特定的图形残留，影响之后的光刻工艺的正常进行，例如当晶圆和对应的工艺机台的接触部件如背面夹具进行接触时，接触部件容易在晶圆背面形成印记，印记会导致晶背即晶圆背面形成圈状多晶硅(Poly)残留，从而影响晶面上光刻工艺，形成散焦(defocus)。
现有晶背缺陷的检测方法是通过光学扫描形成照片，通过分析照片上的光学信号，形成二维的缺陷分布图。现有方法无法分析缺陷的高度分布。而缺陷的高度分布对于缺陷来源的判断至关重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种晶背缺陷的检测方法，能测试晶背缺陷的高度或深度并从而形成晶背缺陷的3D分布图。
为解决上述技术问题，本发明提供的晶背缺陷的检测方法包括如下步骤：
步骤一、提供信号数据库，所述信号数据库中包括各种不同缺陷对应的信号数据，所述缺陷包括各种不同高度或宽度的凸缺陷和各种不同深度或宽度的凹缺陷；所述信号数据为将斜入射光源照射到对应的所述缺陷后所收集到的发射和散射光信号转换形成的数据，每一种所述缺陷对应于一种所述信号数据，所述信号数据反应了对应的所述缺陷的3D信息，所述缺陷的3D信息包括高度或深度信息。
步骤二、采用斜入射光对被测晶圆进行背面扫描并收集对应的发射和散射光数据。
步骤三、将步骤二中所收集到的所述发射和散射光数据和步骤一的所述信号数据库中的所述信号数据进行比较并拟合出所述被测晶圆背面的缺陷3D分布图，所述缺陷3D分布图中包括了晶背缺陷对应的高度或深度信息。
进一步的改进是，在进行第一次晶背缺陷检测时需要在步骤一中进行建立所述信号数据库的步骤。
所述信号数据库建立之后，后续的晶背缺陷检测直接采用第一次晶背缺陷检测所建立的所述信号数据库。
或者，后续的晶背缺陷检测能对第一次晶背缺陷检测所建立的所述信号数据库进行更新。
进一步的改进是，建立所述信号数据库包括如下分步骤：
步骤11、提供多种不同的测试图形，每一种测试图形对应于一种高度或宽度的凸缺陷或者对应于一种深度或宽度的凹缺陷。
步骤12、采用斜入射光源对各种所述测试图形分别进行照射，收集各种所述测试图形对应的反射和散射光信号。
步骤13、将所收集到的所述反射和散射光信号转化为对应所述缺陷的信号数据并形成所述信号数据库。
进一步的改进是，步骤11中，所述测试图形分成两种大类进行设计，第一种大类的各所述测试图形对应于不同高度或宽度的凸缺陷；第二种大类的各所述测试图形对应于不同深度或宽度的凹缺陷。
进一步的改进是，步骤12中，两种大类的各所述测试图形的反射和散射光信号分开收集，收集完对应的所述测试图形的反射和散射光信号之后就进行步骤13得到对应所述缺陷的信号数据并添加到所述信号数据库。
进一步的改进是，步骤12中，所述斜入射光源的入射端位于对应的所述测试图形的第一侧，所述反射和散射光信号的接收端位于所述测试图形的第二侧且是位于所述反射和散射光路径上。
进一步的改进是，各所述测试图形设置在对应的测试晶圆上。
进一步的改进是，所述测试晶圆为硅晶圆，所述凸缺陷由形成于所述测试晶圆表面的氧化层凸图形组成。
进一步的改进是，在所述测试晶圆上，各所述凸缺陷按直线排列，在同一直线上的排列方式为：
宽度相同时，所述凸缺陷按照高度从低到高依次排列。
高度相同时，所述凸缺陷按照宽度从小低到大依次排列。
进一步的改进是，所述凹缺陷由形成于所述测试晶圆中的硅凹槽组成。
进一步的改进是，在所述测试晶圆上，各所述凹缺陷按直线排列，在同一直线上的排列方式为：
宽度相同时，所述凹缺陷按照深度从低到高依次排列。
深度相同时，所述凹缺陷按照宽度从小低到大依次排列。
进一步的改进是，所述凹缺陷和所述凸缺陷同时排列在同一所述测试晶圆上；
各所述凸缺陷按直线排列，在同一直线上的排列方式为：宽度相同时，所述凸缺陷按照高度从低到高依次排列；高度相同时，所述凸缺陷按照宽度从小低到大依次排列。
各所述凹缺陷按直线排列，在同一直线上的排列方式为：宽度相同时，所述凹缺陷按照深度从低到高依次排列；深度相同时，所述凹缺陷按照宽度从小低到大依次排列。
进一步的改进是，步骤二中所述被测晶圆为硅晶圆。
进一步的改进是，步骤三完成之后，还包括步骤：
根据所述缺陷3D分布图中的所述晶背缺陷的高度或深度确定所述晶背缺陷的来源。
进一步的改进是，所述晶背缺陷的来源包括由所述被测晶圆和工艺机台的接触部件进行接触形成的痕迹所产生的图形残留。
本发明通过预先提供包括各种不同缺陷对应的信号数据的信号数据库，信号数据为将斜入射光源照射到对应的缺陷后所收集到的发射和散射光信号转换形成的数据，且信号数据反应了对应的缺陷的包括高度或深度信息的3D信息，之后，再采用斜入射光对被测晶圆进行背面扫描并收集对应的发射和散射光数据，之后将发射和散射光数据和信号数据库中的信号数据进行比较就能拟合出被测晶圆背面的缺陷3D分布图，缺陷3D分布图则中包括了晶背缺陷对应的高度或深度信息，所以本发明能测试晶背缺陷的高度或深度并从而形成晶背缺陷的3D分布图，晶背缺陷的3D信息特别是高度或深度信息有利于分析晶背缺陷的来源，从而能通过检测及时找到缺陷源头并及时处理，能降低工艺机台的故障排除时间并能对晶圆产品形成良好的保护，能提高产品良率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例晶背缺陷的检测方法的流程图；
图2A是本发明实施例第一种测试图形的分布结构图；
图2B是本发明实施例第二种测试图形的分布结构图；
图2C是本发明实施例第三种测试图形的分布结构图；
图2D是本发明实施例第四种测试图形的分布结构图；
图3A是本发明实施例中收集凸缺陷的测试图形对应的反射和散射光信号的示意图；
图3B是本发明实施例中收集凹缺陷的测试图形对应的反射和散射光信号的示意图；
图4是本发明实施例中测试晶圆上得测试图形的分布图；
图5是本发明实施例收集的被测晶圆背面的发射和散射光数据的分布图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例晶背缺陷的检测方法的流程图；如图2A所示，是本发明实施例第一种测试图形的分布结构图；如图2B所示，是本发明实施例第二种测试图形的分布结构图；如图2C所示，是本发明实施例第三种测试图形的分布结构图；如图2D所示，是本发明实施例第四种测试图形的分布结构图；本发明实施例晶背缺陷的检测方法包括如下步骤：
步骤一、提供信号数据库，所述信号数据库中包括各种不同缺陷对应的信号数据，所述缺陷包括各种不同高度或宽度的凸缺陷2和各种不同深度或宽度的凹缺陷3；所述信号数据为将斜入射光源照射到对应的所述缺陷后所收集到的发射和散射光信号转换形成的数据，每一种所述缺陷对应于一种所述信号数据，所述信号数据反应了对应的所述缺陷的3D信息，所述缺陷的3D信息包括高度或深度信息。
本发明实施例中，在进行第一次晶背缺陷检测时需要在步骤一中进行建立所述信号数据库的步骤。所述信号数据库建立之后，后续的晶背缺陷检测直接采用第一次晶背缺陷检测所建立的所述信号数据库。或者，后续的晶背缺陷检测能对第一次晶背缺陷检测所建立的所述信号数据库进行更新。
建立所述信号数据库包括如下分步骤：
步骤11、提供多种不同的测试图形，每一种测试图形对应于一种高度或宽度的凸缺陷2或者对应于一种深度或宽度的凹缺陷3。
所述测试图形分成两种大类进行设计，第一种大类的各所述测试图形对应于不同高度或宽度的凸缺陷2；第二种大类的各所述测试图形对应于不同深度或宽度的凹缺陷3。
各所述测试图形设置在对应的测试晶圆1上。所述测试晶圆1为硅晶圆，所述凸缺陷2由形成于所述测试晶圆1表面的氧化层凸图形组成。
在所述测试晶圆1上，各所述凸缺陷2按直线排列，在同一直线上的排列方式为：
高度相同时，所述凸缺陷2按照宽度从小低到大依次排列。如图2A所示，是本发明实施例第一种测试图形的分布结构图，第一种测试图形的分布结构中包括形成于测试晶圆1上的凸缺陷2，凸缺陷2的高度相同，宽度不同，图2A中的宽度W1、W2至Wn依次增大。
宽度相同时，所述凸缺陷2按照高度从低到高依次排列。如图2B所示，是本发明实施例第二种测试图形的分布结构图，第二种测试图形的分布结构中包括形成于测试晶圆1上的凸缺陷2，凸缺陷2的宽度相同，高度不同，图2B中的宽度H1、H2至Hn依次增大。
所述凹缺陷3由形成于所述测试晶圆1中的硅凹槽组成。
在所述测试晶圆1上，各所述凹缺陷3按直线排列，在同一直线上的排列方式为：
深度相同时，所述凹缺陷3按照宽度从小低到大依次排列。如图2C所示，是本发明实施例第三种测试图形的分布结构图；第三种测试图形的分布结构中包括形成于测试晶圆1上的凹缺陷3，凹缺陷3的深度相同，宽度不同，图2C中的宽度Y1、Y2至Yn依次增大。
宽度相同时，所述凹缺陷3按照深度从低到高依次排列。如图2D所示，是本发明实施例第四种测试图形的分布结构图；第四种测试图形的分布结构中包括形成于测试晶圆1上的凹缺陷3，凹缺陷3的宽度相同，深度不同，图2D中的宽度D1、D2至Dn依次增大。
本发明实施例中，所述凹缺陷3和所述凸缺陷2同时排列在同一所述测试晶圆1上。在其他实施例中，不同种类的所述凹缺陷3或所述凸缺陷2也能分别形成在不同的所述测试晶圆1上。或者，在后续的晶背缺陷检测过程中对第一次晶背缺陷检测所建立的所述信号数据库进行更新时，仅在所述测试晶圆1上设置所需要补充的所述凹缺陷3或所述凸缺陷2即可。
如图4所示，是本发明实施例中测试晶圆上得测试图形的分布图；可以看出：
各所述凸缺陷2按直线排列，在同一直线上的排列方式为：宽度相同时，所述凸缺陷2按照高度从低到高依次排列，如图4中的箭头线202所示，表示所述凸缺陷2的高度逐渐增加的方向；高度相同时，所述凸缺陷2按照宽度从小低到大依次排列。
各所述凹缺陷3按直线排列，在同一直线上的排列方式为：宽度相同时，所述凹缺陷3按照深度从低到高依次排列，如图4中的箭头线201所示，表示所述凹缺陷3的深度逐渐增加的方向；深度相同时，所述凹缺陷3按照宽度从小低到大依次排列。
步骤12、采用斜入射光源对各种所述测试图形分别进行照射，收集各种所述测试图形对应的反射和散射光信号。
本发明实施例中，两种大类的各所述测试图形的反射和散射光信号分开收集，收集完对应的所述测试图形的反射和散射光信号之后就进行后续步骤13得到对应所述缺陷的信号数据并添加到所述信号数据库。例如：
先收集完所述凸缺陷2的反射和散射光信号并得到对应的所述缺陷的信号数据并添加到所述信号数据库，之后再收集所述凹缺陷3的反射和散射光信号并得到对应的所述缺陷的信号数据并添加到所述信号数据库。
或者，先收集完所述凹缺陷3的反射和散射光信号并得到对应的所述缺陷的信号数据并添加到所述信号数据库，之后再收集所述凸缺陷2的反射和散射光信号并得到对应的所述缺陷的信号数据并添加到所述信号数据库。
在其他实施例中，也能按照各所述测试图形在所述测试晶圆上的位置依次扫描进行反射和散射光信号，并依次转换为对应的所述缺陷的信号数据并添加到所述信号数据库中。
步骤12中，所述斜入射光源的入射端位于对应的所述测试图形的第一侧，所述反射和散射光信号的接收端位于所述测试图形的第二侧且是位于所述反射和散射光路径上。
如图3A所示，是本发明实施例中收集凸缺陷的测试图形对应的反射和散射光信号的示意图；图3A中显示了两个高度不同的所述凸缺陷，第一个所述凸缺陷2的入射端的斜入射光源分别用a、b和c表示，入射光总量为a+b+c；接收端的反射和散射光信号分别用a1、b1和c1表示，接收光总量为a1+b1+c1；同样，第二个较高的所述凸缺陷2的入射光总量为a+b+c+d+e，接收光总量为a1+b1+c1+d1+e1。可以看出，不同高度的所述凸缺陷2的接收光总量并不相同，故通过所述凸缺陷2的接收光总量能够得到所述凸缺陷2的高度。
如图3B所示，是本发明实施例中收集凹缺陷的测试图形对应的反射和散射光信号的示意图；图3B中显示了两个深度不同的所述凹缺陷，第一个所述凹缺陷3的入射端的斜入射光源分别用a、b和c表示，入射光总量为a+b+c；接收端的反射和散射光信号分别用a1、b1和c1表示，接收光总量为a1+b1+c1；同样，第二个较深的所述凹缺陷3的入射光总量为a+b+c+d+e，接收光总量为a1+b1+c1+d1+e1。可以看出，不同高度的所述凹缺陷3的接收光总量并不相同，故通过所述凹缺陷3的接收光总量能够得到所述凹缺陷3的高度。
步骤13、将所收集到的所述反射和散射光信号转化为对应所述缺陷的信号数据并形成所述信号数据库。
步骤13能够在步骤12中接收到各缺陷对应的反射和散射光信号即进行所述缺陷的信号数据转换，并将转换的所述信号数据添加到所述信号数据库中。在其他实施例中也能为：在收集了所有的所述缺陷的对应的反射和散射光信号之后，再分别进行所述缺陷的信号数据转换并将转换的所述信号数据添加到所述信号数据库中。
步骤二、采用斜入射光对被测晶圆进行背面扫描并收集对应的发射和散射光数据。
所述被测晶圆为硅晶圆。在所述被测晶圆上形成有产品。
步骤三、将步骤二中所收集到的所述发射和散射光数据和步骤一的所述信号数据库中的所述信号数据进行比较并拟合出所述被测晶圆背面的缺陷3D分布图，所述缺陷3D分布图中包括了晶背缺陷对应的高度或深度信息。
如图5所示，是本发明实施例收集的被测晶圆背面的发射和散射光数据的分布图，标记301代表整个分布图，分布图301中包括了测试的发射和散射光数据，标记302对应的数据为10，和所述信号数据库比较可知，标记302对应的区域中没有缺陷。同样，标记303对应的各种数据的值较大，和所述信号数据库比较可知，标记303对应的区域中包括凸缺陷。同样，标记304对应的各种数据的值较小，和所述信号数据库比较可知，标记304对应的区域中包括凹缺陷。
根据图5中的发射和散射光数据和所述信号数据库的信号数据进行比较最后能得到各坐标处的缺陷及其缺陷对应的高度或深度信息，从而能得到缺陷3D分布图。
步骤三完成之后，还包括步骤：
根据所述缺陷3D分布图中的所述晶背缺陷的高度或深度确定所述晶背缺陷的来源。
所述晶背缺陷的来源包括由所述被测晶圆和工艺机台的接触部件进行接触形成的痕迹所产生的图形残留。
本发明实施例通过预先提供包括各种不同缺陷对应的信号数据的信号数据库，信号数据为将斜入射光源照射到对应的缺陷后所收集到的发射和散射光信号转换形成的数据，且信号数据反应了对应的缺陷的包括高度或深度信息的3D信息，之后，再采用斜入射光对被测晶圆进行背面扫描并收集对应的发射和散射光数据，之后将发射和散射光数据和信号数据库中的信号数据进行比较就能拟合出被测晶圆背面的缺陷3D分布图，缺陷3D分布图则中包括了晶背缺陷对应的高度或深度信息，所以本发明实施例能测试晶背缺陷的高度或深度并从而形成晶背缺陷的3D分布图，晶背缺陷的3D信息特别是高度或深度信息有利于分析晶背缺陷的来源，从而能通过检测及时找到缺陷源头并及时处理，能降低工艺机台的故障排除时间并能对晶圆产品形成良好的保护，能提高产品良率。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种晶背缺陷的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、提供信号数据库，所述信号数据库中包括各种不同缺陷对应的信号数据，所述缺陷包括各种不同高度或宽度的凸缺陷和各种不同深度或宽度的凹缺陷；所述信号数据为将斜入射光源照射到对应的所述缺陷后所收集到的反射和散射光信号转换形成的数据，所述信号数据为数字值，每一种所述缺陷对应于一种所述信号数据，所述信号数据反应了对应的所述缺陷的3D信息，所述缺陷的3D信息包括高度或深度信息；
建立所述信号数据库包括如下分步骤：
步骤11、提供多种不同的测试图形，每一种测试图形对应于一种高度或宽度的凸缺陷或者对应于一种深度或宽度的凹缺陷；
步骤12、采用斜入射光源对各种所述测试图形分别进行照射，收集各种所述测试图形对应的反射和散射光信号；
步骤13、将所收集到的所述反射和散射光信号转化为对应所述缺陷的信号数据并形成所述信号数据库；
步骤二、采用斜入射光对被测晶圆进行背面扫描并收集对应的反射和散射光数据；
步骤三、将步骤二中所收集到的所述反射和散射光数据和步骤一的所述信号数据库中的所述信号数据进行比较并拟合出所述被测晶圆背面的缺陷3D分布图，所述缺陷3D分布图中包括了晶背缺陷对应的高度或深度信息。
2.如权利要求1所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：在进行第一次晶背缺陷检测时需要在步骤一中进行建立所述信号数据库的步骤；
所述信号数据库建立之后，后续的晶背缺陷检测直接采用第一次晶背缺陷检测所建立的所述信号数据库；
或者，后续的晶背缺陷检测能对第一次晶背缺陷检测所建立的所述信号数据库进行更新。
3.如权利要求2所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：步骤11中，所述测试图形分成两种大类进行设计，第一种大类的各所述测试图形对应于不同高度或宽度的凸缺陷；第二种大类的各所述测试图形对应于不同深度或宽度的凹缺陷。
4.如权利要求3所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：步骤12中，两种大类的各所述测试图形的反射和散射光信号分开收集，收集完对应的所述测试图形的反射和散射光信号之后就进行步骤13得到对应所述缺陷的信号数据并添加到所述信号数据库。
5.如权利要求2所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：步骤12中，所述斜入射光源的入射端位于对应的所述测试图形的第一侧，所述反射和散射光信号的接收端位于所述测试图形的第二侧且是位于所述反射和散射光路径上。
6.如权利要求1所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：各所述测试图形设置在对应的测试晶圆上。
7.如权利要求6所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：所述测试晶圆为硅晶圆，所述凸缺陷由形成于所述测试晶圆表面的氧化层凸图形组成。
8.如权利要求7所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：在所述测试晶圆上，各所述凸缺陷按直线排列，在同一直线上的排列方式为：
宽度相同时，所述凸缺陷按照高度从低到高依次排列；
高度相同时，所述凸缺陷按照宽度从小到大依次排列。
9.如权利要求7所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：所述凹缺陷由形成于所述测试晶圆中的硅凹槽组成。
10.如权利要求9所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：在所述测试晶圆上，各所述凹缺陷按直线排列，在同一直线上的排列方式为：
宽度相同时，所述凹缺陷按照深度从低到高依次排列；
深度相同时，所述凹缺陷按照宽度从小到大依次排列。
11.如权利要求9所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：所述凹缺陷和所述凸缺陷同时排列在同一所述测试晶圆上；
各所述凸缺陷按直线排列，在同一直线上的排列方式为：宽度相同时，所述凸缺陷按照高度从低到高依次排列；高度相同时，所述凸缺陷按照宽度从小到大依次排列；
各所述凹缺陷按直线排列，在同一直线上的排列方式为：宽度相同时，所述凹缺陷按照深度从低到高依次排列；深度相同时，所述凹缺陷按照宽度从小到大依次排列。
12.如权利要求1所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：步骤二中所述被测晶圆为硅晶圆。
13.如权利要求1所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：步骤三完成之后，还包括步骤：
根据所述缺陷3D分布图中的所述晶背缺陷的高度或深度确定所述晶背缺陷的来源。
14.如权利要求13所述的晶背缺陷的检测方法，其特征在于：所述晶背缺陷的来源包括由所述被测晶圆和工艺机台的接触部件进行接触形成的痕迹所产生的图形残留。
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