TW461008B - Method and apparatus for detecting defects in wafers - Google Patents

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A7 B7 461008 五、發明説明（1 ) 本發明係關於用以偵測用於半 在晶圓上模中缺陷之方法盘裝^導^體電路製造時形成 + 从/、置其特別之處在於此發明 万，，右以孩方法則.諸此晶圓係可在製造過 程期間利用雷子圭# 4 A k , 闯I尔J在l k 法益法看貝、媪由:^订心斗以偵測出利用傳統檢測方 模二、土、: 陷而該缺陷乃將有可能影響利用該等 挺所製造<積體電路裝置性能。 豐明背景 製造半導體之方法係包括處理典型上直#爲8，，之圓_ 晶圓。該處理乃包括重複_系列之步驟：氧化與沈積；微 二蝕刻’與摻雜（佈植與擴散）。視所使用之製造方法成 熟度’其可在處理步骤之間對晶圓之微粒/產品缺陷、遮蔽 對齊與臨界尺寸測量學進行檢查。在處理之發展階段中其 且頻率可如同於對每個晶圓檢查般之頻繁，或可爲對來 自成熟方法之其它.批產品晶圓之檢查頻率。 微粒（產品缺陷）偵測係可偵測到製造過程中引進之存在 3染微粒，或處理時其有缺陷之區域乃在裝置結構中產生 出不必要之特性。諸如該等由Tencor儀器或KLA儀器所提 供出之目前微粒偵測方法係涉及利用如美國專利案 4,347,001 號；4,378，159 號；4,755,874 號；4,766,324 號； 4,845,)58 號：4,898,471 號；5,030 008 號；5 131 755 號； 5,264,912 號；5,276,498 號；_5,355,212 號；5,416,594 號； 5,438,413號及歐洲專利案624787A號中所述之光學技術、 或利用諸如KLA SEM規格系統中之地形影像掃描電子顯微 鏡技術或該等描述於JP 61 88294號中之技術獲得來自於晶 -4 - 本纸張尺度適用中國國豕榡準（CNS ) A4規格（2丨Οχ Μ?公兹） ---------—裝—— (讀先閱讀背面之注意事項^:^寫本頁)

,tT 丨線 經濟部中央橾準局員工消費合作衽印製 A7 B7 46 100 8 五、發明説明（2 圓表面之地形資料。 目^之此等技術係未能分辨出缺陷（微粒）間 ， 將影響整個積體雷玫rTr其 陷，…：： 作，-其係知曉爲“元兇，，缺

Lt: 損害性影響者々知蹺爲“討厭，，缺陷。因討 之重：：：=釋㈣被偵測到之缺陷，故其需有某些形式 ,:—以確保晶圓能生產出不會被退回 之作業1C之良率。此重新檢杏目j夜接爻 查晶圓之影像分㈣之缺陷6=爲t動操作。利用檢 檢查典型上係在光學或掃描式電子顯= 重新檢查機台上進行。操作員乃根據先前之經驗 缺P.位置將缺陷分類並列表。爲能降低影響 討厭缺陷數目其缺时㈣爲 方法it匕方法仍操法提供出例如㉟陷是否將影 置效能之直接資訊。 如策 此寺万法亦遭遇無法偵測來自於表面上 元兇缺陷之問題。盔法看見之元诗缺見<讨嚴或 …產有見之兀圮缺陷係包括諸如開放性 k迢、不芫整通道孔與氧化閘整合性之問題。此等 造無法運作但卻無法以目前之線上缺陷偵測 ’進订偵測。再者’隨半導體幾何形狀趨於滅小，因其 精確度被光學繞射之解析度極限限制，故光學技術乃變成 較爲無用。其相信對0·25微米幾何之積體電路而士，即使 t其在短波長之紫外線範圍中操作時，通常會在^導體 造過程中遭遇到之元紐陷小於寫可利用光學技術^察 到。於化學機械研磨步驟後，因平坦化表面形成之故，其 5- 本紙張尺度相中國國家鮮（CNS > A视格（2献297公兹 -- ----抑衣-- (請先閲讀背面之注意事項^^寫本頁) 訂 線 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4 6 1 0 0 8 A7 —-------一 —__B7 - 五、發明説明（3 ) 意指缺陷較不可能使光線散射，其在有些光學式缺陷偵測 万法中爲—项重要因素，故光學技術亦較不容易成功的進 行操作。 ,已被提出而以SEM爲基準之徐查系統係利用模對模之比 較万法。將諸此系統最佳化以獲得地形資料。已知之技術 中其乃具有小像素尺寸（〇· i微米），因而其需長的檢查時 間，其對整個晶圓而言乃在1〇至8〇小時間之級數。此與 討厭缺陷偵測時之高入射線結-合方式係造成諸此技術於製 垅時使用上較不佳。其地形數據亦未能顯示出隱藏性之缺 陷’而其乃遭遇光學方法之缺點。利用電子束偵測器取得 曰3 P之电壓對比影像先前係已被提出。然而，因在其獲得 良好影像之前需使電子束在晶圓上掃描數次，故此等技術 乃較爲緩慢。 SEMs、與電子束偵測器，其作爲偵測積體電路裝置中之 結構而所被熟知之變化方式通常亦被使用在獲得裝置之電 签對比影像。於電壓對比影像中，影像被取得之結構之電 壓係可利用影像判定該結構之亮度。此係利用濾光電極 概而視其能量控制其二次電子之偵測來完成以加強電壓對 .比。諸此方法係被用於測試形成在晶圓中之結構影像以當 作製造過程中之可靠度指標。 SEMs係已在部份被完成之多晶片模組基材（MCMs)中被 用於偵測無法看見之缺陷，而此等技術之實例係可在美國 專利案4,415,851號、美國專利案4,417,2〇3號及美國專利 案4,443，278號中發現。此等專利所描述之技術係利用2什 _____ -6- 本紙張G適W關家轉（CNS ) A4規格（210X297公楚) 一 ~~ -- (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝. 訂 4 6 10 0 8 A7 B7 ' 五、發明説明（4 ) 電子伏特之電子溢流槍使電荷施加至MCM基材之導電網 絡中，隨後利用電子束探針檢查該基材之節點，該探針係 以節點至節點向量方式測量出現在，點上之電壓其並使網 絡放電。利用電壓測量以指出網絡中所出現之缺陷。企圖 使利用此種技術進行檢查之MCMs置放並連結至多個已完 成之I C裝置。利用較高和較低能量之溢流槍使導體放電之 類似技術係已用於MCMs中。 本發明之目的係爲提供出逋用於檢查半導體晶圓之系 統，其並未遭遇大致描述於上之已知光學系統之不足且其 係能顯示出隱藏之缺陷。 發明簡述 根據本發明一方面，其係提供出用以偵測半導體晶圓中 電缺陷之方法’其包括：a)使電何施加至晶圓以使被電性 隔離之結構提升至相當於被電接地結構之電壓；b)利用電 子束取得含諸此結構至少一部份之電壓對比數據；及c)在 與諸此結構所用之預定電壓相異之電壓下分析該電壓對比 數據以偵測結構。 電荷之施加典型係以相當低能量（〜1仟電子伏特）之電 .子利用對晶圓溢流而達成。晶圓中.浮動之導電結構將保有 諸此電荷並保持於與晶圓中之接地結構相較下爲高電壓。 得自於電子束或SEM裝置之電壓對比影像其取得乃隨時可 完成。在晶圓上進行掃描之電子束與晶圓射出之二次電子 係可被偵測到。於晶圓上某個給定位置所偵測到之電子數 目係指出結構該位置處之電壓。介於相當高與接地電壓之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） ---------^------ir-------^ (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) ,'ί 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 461008 A7 B7 五、發明説明（5 結構間之對比最佳化係可利用經適 、” 並利用遽光栅電壓之裝設以 _ 能量之偵測來達成。此處所用之”子預定 + * + 束非邊用於偵，之高解析度使電子（戎並 大於用於獲得電„比數據 ^ 束電流係可 除偵測源外，溢产係可利=尺寸數個級數之強度。 種劝一，“ 利用一個或多個溢流源完成。視何 種力右人被執^干並可'六被1 』Vn 與光束電流之校正兩者。 《】在先束先點尺寸 ^壓^比數據係可取自多種形式中之一。於一種簡單形 =:2電子束線性掃描取得多處位置之數據乃可獲得 f二或儲存成電壓階與掃描位置之系列。因此，本發明 一^面係能提供出偵測半導體晶圓上裝置中電缺陷 / m乃具有某些爲接地電壓之結構和其它相對於 地，浮動電壓之結構’該方法係包括：a)利用—系列間隔 ϋ線使電子束橫掃過裝置之表面；b)獲得該等系 母條掃描線之電壓對比數據；及e)分㈣自於掃描線 壓對比數據以在相異於該結構所用之預定電壓下判決定存 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在之結構。 其可使晶圓上掃描電子束之方法最佳化以獲得足夠之數 據而並不需掃描晶圓表面之每個部份即可可靠決定出其電 壓位。諸此最佳化乃企圖確保能利用足夠詳細之檢查鈐構 以偵測所有因元兇缺陷造成之功能失效並減少用於^此 舉所需之掃描線數目，因而其可減少檢查模之時間。於最 -8- 本紙張尺度準（CNS )八4規格（21Qx2^^~ 46 0 8 46 五、 發明説明（6 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 簡單之形式中，此最佳化係可包 而此舉並無法確保所有結構 '係。括撿掃過模中之每個導電軌 竭或參考模而決定'因於掃描期間 此等端於光束(°·2微米)比例下其可能不; 上。因爲光束僅在一個方向垂直掃描，之 =直排列，其可能首先需在—個方向對晶圓進行:： 轉90。後再次掃描㈣㈣要之轉對比數據。另 =術爲：―個與晶圓上之結構麵或乘載晶圓之晶臺轴 利用設計數據之分析決定出。操作係了 另=之方法爲以電壓對比影像顯示其 據。可分析電壓對比影像或線性掃描 士 ::::預期Γ電壓，也就是說，因缺陷之二： 利用—組例如來自於晶圓上模之電壓 往錯據卩，組或多组其ε例如—個或多個先前模上對岸 :構=對比數據組進行比較而完成以決定出其間2 對比乃類似於光學技術中所使用以偵測光學影像 =在微粒。另—種技術係使電壓對比技術與得自於設 计數據疋結構預期電性效能進行比較。 、=方心貞測浮動與接地導體乃能提供出發現元兒缺陷 ^可并、播需接觸之方法。其僅在結構之—處進行測 足以驗證出該結狀電壓是否異於已知之正 ___. -9- 本紙張尺度適_用中國國家2丨〇Χ297^^---~~~~— ~裝-- (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 、1" 4 6 1 0 0 8 A7 B7 五、發明説明（ L有：導體製造過程(典型上爲"層多晶砂❹ 3，，）中於導體形成步驟期間，其使有些導體與篇 曰^⑽Γ浮動）而使某些電連接-(接地）至基材。例:， :固：“和利用電子束之掃描期間，浮動導 ♦ 且田以取佳化之偵測設備偵測二次 % y 電壓對比影像（而非地形或材料之對比} # :此等將顯現出其遲純，其中通過基材被接地之; 比：; 5被充電且其將在相同之影像中顯現成光亮的而絕緣：: 顯現成黑暗的背景。 吧深把知 附圖之籣簞叙日q 立圖1係示出根據本發明而其用以偵測晶圓缺陷之系統示 思圑； 圖2係示出《 1配置中適用之溢流槍、二次電子偉 與電子束管物鏡端之詳細圖； 對m")係示個具有不同缺陷之1c片段之電壓 對比影像7F意圖。 圖4(a)鉍（b)係不出一個具有或未具有缺陷之 S E Μ顯微圖。 仪 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 據圖5係示出可由圖3(a)_(d)之結構中獲得之線性掃插數 圖6乃示出根據本發明其用以偵測晶圓缺陷之系統其* 示意圖； b 圖7爲一系統控制圖，其示出圖6系統之作業順序； 圖8乃爲根據本發明其在管柱中具有溢流槍之系統示意 -10- 本紙張尺度適用中關家標準（CNS) A4規格（2lGX297公楚 A7 B7 4 6 1 0 0 8 五、發明説明（8 圖9及10| /、在g柱中不具溢流槍之系統示意性截面 圖； 彎：透^乃 之〜根據本發明其在管举中具有溢流槍及溢流光束 1曲4《系統示意性截面圖’· 圖1::根據本發明之溢流光"曲透鏡截面圖； 爲/σ圖12 (線段A_A所取下之圖，其示出根據本 發明之球形電極溢流光束彎曲透鏡； 圖14。馬、/σ圖13之線段a_a所取下之圖，其示出根據本 發明之圓柱形電極溢流光束彎曲透鏡； 、圖爲圖1 1之系統工示意性截面圖，其乃將溢流光學 s又足在低倍率以產生小溢流點； .圖1 6;爲圖i !疋系統之示意性截面圖，其乃將溢流光學 設定在高倍率以產生大溢流點； 圖17乃示出根據本發明其通過孔徑前溢流光束之形狀。 圖Η乃示出根據本發明其通過孔徑後溢流光束之形狀。 圖19乃爲具有從導體至基材之電阻短路之晶圓部份橫截 面圖。 圖20乃爲具電漏之大導體網路之晶圓部份橫截面圖。 圖2!乃爲於多個浮動導體網路之間具有短路之晶圓部份 橫截面圖。 較佳具體實施例説日1 現參考圖1 ，根據本發明系統其包括有包園電子束裝置 之眞空室10、晶臺14、與執握晶圓之機器臂16。電 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） .H - n - -- K - I I_(請先閱讀背面之注意事項丹填寫本頁) 訂 線 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 6 1 Ο Ο 8 Α7 --- - Β7__ 五、發明1 ~ ^ 一' 子束裝置係包括掃描式電子顯微鏡管柱20 ，其爲諸如在 IC電子束偵測裝置中所使用與諸如可由Schlumberger科技 公司加州聖荷西之自動化測試設備分部取得之 10000。置於晶臺14上之管柱20其可支撑半導體1C製造 晶圓2 2並容許在兩個方向γ晶臺）移動。晶臺1 4其配 置係可使晶圓2 2之任何部份帶入管柱2 0之視野中。使低 能量（〜1仟電子伏特）電子源24由管柱側邊插入並使其配 置以在管柱20之視野中以電手溢流晶圓22。提供出二次 電子偵測器26以在當電子束掃過其上時偵測晶圓22表面 所發射之二次電子。爲使债測器之能力最佳化以偵測出晶 圓中浮動與接地結構間之電壓對比數據，將偏壓濾光片網 目2 8提供在晶圓2 2與偵測器2 6之間，使網目2 8保持在 偏壓以使僅具有高於預定能量之電子通過偵測器2 6並被偵 測到。偵測器之回應係利用光電倍增管3 0增強。 利用把柄機器手臂16使晶圓22置於晶臺14上，把柄機、 器臂該係可置於如所示之室1 〇内或適當的置於室外。諸此 機器臂係在半導體製造方法中爲普遍的。爲能接近機器臂 1 6 ’使晶圓3 2之卡匣裝載於裝載鎖3 4中，後續可將其封 住並降低至晶室10之壓力。此係在每次插入一個新的晶圓 卡匣時降低需將室帶往大氣壓力之要求。控制系統4 〇乃控 制此系統之操作，其本身係在利用包括CAD設計資料與最 佳化線性掃描秘訣之資料庫4 4之電腦4 2控制下進行操 作。該控制系統係包括管柱控制電子學CCE、影像/線性 掃描處理器I/LSP、過濾器網目驅動器FMD、晶臺控制電 -12- 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項一^:寫本頁} . 裂 訂--、--^---線---· · 4 6 10 0 8 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（1〇 ) 子學SCE、晶圓把柄控制電子學WHCE、眞空幫浦與裝載 鎖控制VP/LLC與溢流槍控制FGC。 管柱20物鏡端之溢流槍24與債測器26之更詳細配置圖 係示於圖2中。在此實例中，使-諸如Kimball物理ELG5之 適當溢流槍124置於管柱120之一側並使其置放以將溢流 光束F經由位於物鏡142上之光束p中之致偏器ι4〇射入 管柱之主光束P中。致偏器140係包含一雙平行板144、 146。最接近於板144之溢流检126乃具有一個開孔148， ®流光束F可通過该開孔並保持在接地電位。其它板146 係保持在足夠高之電壓以能沿主光束p之路徑使溢流之光 束F折射至晶圓。使二次電子偵測器丨26置於管柱之一側 且在大部份電子溢流之情形中，其係由保持在數十伏特（例 如50-100伏特）之電極結構15〇保護。其可利用相鄰於溢 流搶12 4 之類似電極結構15 2或利用接近電子源（未示出） 之内部電極使溢流光束之作用開始或結束。 操作;.S流槍以提供出相當低能量之電子束。能量範圍之 上限一般係考慮在約1.5什電子伏特（在此能量以上時裝置 係會潛在性的被來自於鋁或由未經過調節之負電荷充電之 Bremstrahlung輻射損壞）。其被認爲在二次電子之產率大 於1 (能量係介於兩個“跨接，，間）之能量範圍間工作時較 佳。對半導體晶圓中大邵分材料而言，一般相信其在6〇〇 電子伏特至1.5仟電子伏特之範圍間，其精確之範圍乃視 基材與晶圓之製造階段而定。於晶圓處之溢流槍光點尺寸 典型上係可調整在50微来至5〇〇微米之範圍間。可使光束. -13- (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) -裝· 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格7^1*0X297公釐)-~ 4 6 ί Ο Ο 8 五、發明説明（μ 經濟部中央標導局員工消费合作社印製 電流調整在丨毫微安诗 尺寸與光束電流兩者以提^絲之範制。可調整光點 趣之晶圓面積中獲得量所需之電心、度以在所感興 型上其,】、於i料）」㈣之轉料（其絲伏特，典 圓：:1:)二3、⑷示出具有浮動(暗)或接地(亮)結構之1C晶 列。圖〜圓。圖3U)係示出其正確之排 壞的通道比影像是如何在x位置處顯現出 相對接C學影像中無法看見之缺陷乃造成結構A 造成圖严)係示出結構A中-條斷裂線段所 日雖厶結構A被準確的電連接至JL它接地，繞 :::將容許遠™部份相對於接:::動線 使企圖之浮動結構電連接至接地結構2位置 處=性短路影響。圖4⑷與4(b)係示出由sem所獲得 裝置對應部份之電壓對比影像，其傾向於相等。 之缺陷意指結_在圖4⑷中顯現成接地 :在圖主4(b)中顯現成浮動。其需注意者爲在無任何其它資 況下，其不可能判定何者影像中包含錯誤。此係可 利用使影像和已知無缺陷之裝置之對應影像進行比較而判 或以:個或多個由其它裝置所取得之對應影像並實施 寺用在光學式缺陷憤測運算法之缺陷偵測 供出所需之資訊。交替對此結構所進行之⑽數據 能辨別結構Q在此製造階段是否爲浮動或被接地。 於本發明之另一個較佳具體實掩例中，存在之缺陷亦可 利用線性掃描數據而非電壓對比影像分析得知其所在ρ 請 ▲ 閱 讀 背 δ 之 注 意 事 項一 填 寫 本 頁 裝 訂 線 -14- 本紙張尺度適用中囷囷家標隼（CNS ) Α4規格（21〇X297公釐） 461008 A7 B7 五、發明説明（12 ) “。此係示於圖5之中。沿圖3(a)-3⑷中之線段ss或 丁？'描電子束將可產生出如圖5中所示在掃描線上對位置 之％ Έ對比數據（接地電譽v g或浮動電壓v f)。 取得來自於未知裝置（b、c^d)之訊號與來自於已知裝 置(二）之訊號間之差異後，任何之殘留訊號（Dab，Dac,Dad) π Η /、夂<•吳。其需注意者爲圖3 (C )中之掃描線τ τ相減 後乃示出操殘留之訊號（Dac)，故缺陷正常乃將被偵測到。 然而，掃描線SS係未造成殘留（Dac)，其係指出缺陷。由 此則本發明乃無需取得全部之影像以容許偵測缺陷其將應 可被理解，因此方法係賴於裝置之電性行爲而非如先前光 學方法之_丨青料賴其外觀。使用設計數據係容許決定以何 掃描線橫過相同之結構故其乃能被加以比較以決定出並連 續性。 /' 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 於線性掃描之方法中，其乃在一個方向（γ方向）使電子 束重複橫掃過一個模，而晶圓乃在晶臺上於垂直之方向（x) 移動。因此，該模典型上係可在其用於取得影像之1/10頻 率下被掃描到，也就是説掃描線乃進一步較影像線遠離10 倍之距離。此意指每個模掃描線之數目被減少丨0倍，故其 相對於孩倍數乃減少通過料量之時間。通常使晶圓在一個 方向移動直至對齊該方向之所有模被掃描過並隨後使—個 楔位置移動跨過下一列模而晶臺移動之方向卻相反乃較爲 万便。在大部份實例中，其將利用多重視野之光束掃描每 個模，也就是説在任何時候僅有一部份的模（“視野”）將被 預充’i，後續進行掃描，隨後預充電並掃描另一個部份 -15- 本紙張尺度刺中關家;^ ( CNS ) A4規格（2lQx 297公楚) 五、發明説明（13 ) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 直至模完成掃描。系丨^ 電荷消散問題。㈣可在模掃描完成前避免掉 個視野所需之總時間係-視預充電時間與掃描時 :而足乃將可被理解。因於此處所述其在模上沈積電荷： 預充電方法〈 _ . ，、政率，且因掃描線是被分隔開，利用雷 =比數據之取得乃能較先前技藝方法中湘掃描束施^ ②何並後~獲得用於分析之影像所需時間更短上所述 Λ⑯例中，其將可預期較某些先前技藝中之且 100倍通過料量之改良。 、 根h本發明其用以偵測晶圓中缺陷之適當順序如 建立 ' 二使晶圓經由裝載鎖裝於管柱下之晶臺並使其與晶臺對 η ' 立電子束：聚焦，決定散光變化，準備聚焦圖，利 所產生出之SEM影像與對齊之主光束與溢流光束進 J對齊/將電子束射至晶圓； 4利用貝料庫重製晶圓最佳化掃描線圖之電腦檔案。 操作 田木 1開始移動晶臺（X方向）： 2在吊一個模中利用溢流槍預充電第一個视野〜1毫秒： 3以電子槍來回掃過第—個視野（掃描模之γ方向）/ . 4儲存第一個視野之電壓對比數據： 5於X方向將下一個視野預充電； 讀k. 閲 讀 背 項 4 寫 本 頁 裝 訂 16- 本纸張歧朗巾 ( CNS ) A4i£iT77r〇^'297^t A7 B7 4 β 1 〇〇3 發明説明（14 6以電子槍來回掃過下—個視野； 7儲存下—個視野之電壓對比數據： 8重複步驟5至7直至“上 存； 土弟—個杈冗成且電壓對比數據被f 9於X方向對下-個模重複步驟2至8; 並固模對齊並與先前模進行《對域據之比幸 11記錄晶圓缺陷圖檔案中之差異位置； 12監視對齊與光束焦點； ::重複步驟2至12直至達到晶圓上最後一個模； 設立旗標： &數目七相晶圓所預定之最大數目貝, 並1:在:：倍率之電壓對比影像下重新檢查每個缺陷網避 1" &像進行比較並將其儲存以提供给操作者重閱； b進行下一個晶圓。 ^上=排列進行不同變化，然使其維持於冬發明之範圍寸 利用I 如’其可將模導體利用電子束預充電並後為 預二°取侍宅壓對比數據，也就是説相同電子束乃用方 用線：::!!測：然而，此方法具有之缺點爲其無法獲得， τ 15田万法所獲紅改良通過料量，因對導體進行； 未予以最佳化故其與上述之溢流檢相較之1 乃知而較長時間完成此作業。 、二t、上大綱中之操作順序改變成包含整個模之預充《ί 並後續對該模進行整個掃描作業。可將經選擇之特定順/ -17- 本紙張尺度顧巾關家料（⑽）从祕（21QX 297公楚 .I....... I -I · --------I — — I (請先閱讀背面之注意事項兵填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 461008 五、發明説明（π A7 B7 —-- 經濟部中央橾準局貞工消費合作社印製 3化Γ強系統完整之通過料量，然而其乃將諸如來自 广電荷耗散與電㈣比數據之後續劣化 並圓:所有電壓對比數據錯存在資料庫之中 形下利用另有資料被收集後在可能情 , 13 %版進仃比較與/或分析。 明此發明其它之具體實施例及特徵現將參考附圖而加以説 ::乃：出根據本發明其用以積測晶圓缺陷之系統600 L…意圖。此圖乃經過簡化以示出系統之主要元件： 具有拴制系統及熄滅器(未示出)之主電子槍祕、電子柱 6二、具有控制系統及熄減器62〇之電子槍615、光束彎曲 处1兄622、光柵掃描線圈（或靜電致偏器）⑵、二次電子作 ;貝*1 斋 6 3 0 、二；f 杏早 /λ 'p r - ——%子（、4态黾子學及控制63 5、具有控制 系統（未示出）之二次電子遮簾64〇(諸如圖2中其在電子溢 流期間保護偵測器之電極結構】5 〇 )、於相對欲被偵測晶圓 〇所而之包壓下其用以維持充電控制電極65〇之電壓源 655及用以私制光束響曲透鏡之主/溢流光束切換控制 665 〇 光束皆曲透鏡622㈣用於能選擇性地使主束或溢流光 束對準光束管柱610之物鏡（未示於圓6中）光軸。主槍熄 滅器係在當不需要時用以熄滅（切掉）主束，及在當需要時 u η熄滅（啓動）主束。s流槍熄滅器62〇乃在當不需要時用 於熄減（切掉）溢流光束，乃在當需要時打間（啓動）溢流光 -18- 本紙ft尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） ^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1T--.-----線--:--- 4 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 6 10 0 8 A7 ---------B7 五、發明説明（16 ) 束、。電壓係被用於二次電子遮簾640，以排除二次電子並 在温流期間防止其進入偵測器630。其正常用以使主束 670折射通過光栅之掃描線圈亦可用於折射溢流光束675， 故其可覆蓋足夠之溢流區域。如以下其中一個具體實施例 中所作之更詳細討論，其視溢流槍光學跨接點之所在位 置，温流光束點乃能被高度縮小以獲得小的溢流光束點。 若溢流光束點小於利用溢流所覆蓋之區域，其係以掃描線 圈625使溢流光束通過光柵以覆蓋所需要之區域。另一個 使®流光束通過光栅之原因係在一個大的區域上達到溢流 均勻性’故此均勻性和光束之外型無關。 圖7爲一系統控制定時圖，其示出圖6中包含管内溢流 槍之系統作業順序。定時順序係利用控制系統中（諸如經電 腦42控制之下之控制系統4〇，其如圖丨所示）經程式化之 控制邏輯進行控制，以同步化主束以利用溢流光束成像（或 邶份成像）以控制晶圓上之電荷。也就是説，如示於線段 7 0 5中之控制邏輯順序係在成像間隔之間改變，其中主束 係被掃描以形成影像，並在電荷控制間隔之間改變，其中 /皿/礼光束係經活化以控制晶圓表面之充電。線段71 〇乃示 '出用於主束及溢流光束之間交錯之光束切換控制訊號。於 成像期間，溢流光束熄滅器乃被打開（請見線段715)，而 主束槍605及溢流光束彎曲透鏡622及二次電子遮簾640 乃被關閉（請見線段720及730) ’故主光束670係被引導至 晶圓660，而二次電子係可到達偵測器63〇。亦在成像期 間’光柵掃描線圈625及充電控制電極65〇乃視所需成像 -19- 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210x29T^~] --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 461008 A7 B7 五、發明説明（π 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 而成疋在其程式値（請見線段725及730)。 ，：：：乙制期間，溢流光束彎曲透鏡622及主光束搶605 二;V，：：被打開’而溢流光束熄減器乃被關閉(請見線段 一咖㈣机光束可選擇性操作。其亦在充電控制期間， 遮?640乃被打開（請見線段735)，以防止二次電 .............而光柵掃描線圈625及充電控制電極 6:〇乃視：需溢流而設定至其程式値(請見線段75〇及 7斗雖若在需要時可提供個別線圈，其係假設在圖6及 7中相同之光栅掃描線圈是以主光束及溢流光束成形。因 先束具有非常不同之電流及物鏡，其亦假設主光束670及 溢流光束675之任務週期（請見線段7叫不-定相同。成像 及溢流間隔間之光栅掃描振幅亦可不同，以在成像期間而 非遍流期間對不同之涵蓋區域提供彈性。 圖8爲—示意性截面圖，其示出根據本發明於管柱中具 有溢流槍之系統。電子柱(諸如圖6之管柱61〇及圖i之管 柱20)乃包含物鏡8〇5 ’如上所述’可交替使主光束及溢 流光束引導通過。管柱内之溢流槍設計係提供多項優點。 於此等中，其爲可在一短工作距離81〇處操作主光束之能 力，而其乃能和溢流光束共享共同之"視野,，。 圖9及1〇乃爲其在管柱中未具有溢流槍之系統示意性截 面圖。用在其它用途之先前技藝配置，係具有與管柱並排 並轉外之溢流槍。於此等配置中，溢流槍的確是與主光束 共旱官枉（光束光學或共享光轴部份。對具有與管柱相鄰 士 、、兴云4各篇：7笫工士 - ϋ卜 一· . - . _ 之 ，，、^ ^ ^ 溢流槍配置而言，管柱乃必需與晶圓分離—段大的工作 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁j 、-'° 装------、ίτ 、----線

........ I I 1 fII · 4 6 1 0 0 8 五、發明説明（18 距離910(請見圖9)，* ..., 4疋叩堂必需在溢流光束可、去μ (弟一個位置（請見圖1〇之左 束了達到晶圓 二個位置(請見圖1〇之右側)之間移：管柱圓之第 圖9中般大，影像解析度乃被降_級。若晶臺如圖1〇】離如 動，則與溢流晶圓有關之架空時間乃高；晶 數大小。 H，其大於典型成像時間之級 曲根據，明其在管柱中具有溢流槍及溢流光束彎 統7^意性截面圖；圖11爲溢流光束抛射面圖， 其中；ϋ流光束光輋开^未Μ # 中…m泰、 中一個具體實施例 中“先束言曲透鏡乃包含一對同心之部份電極1105及 111 〇 ’其係用以彎曲並切換溢流光束6 7 5 :云 光束抛射面中之電極1105及1110之截面圖；圖13=;; 經濟部中央標準局員工消费合作社印繁 圖121線段Α·Α所取下之圖。爲選取作業所用之溢流光 束，乃將電位施加跨越電極1105及1110。爲選取主光束 670乃和电極1105及1110接地，故主光束670可移動通 過未被影響之電極11 〇5中之開口丨丨丨5。如圖j i所示，來 自溢流槍615之溢流光束675乃通過對準致偏器U2〇、通 .過可選擇之成型孔徑1125、通過Einzel透鏡1130及通過 八極1丨j 5至彎曲透鏡622。當將適當電壓施加跨越弩曲透 鏡622之電極11 〇5及1丨丨〇時，溢流光束675乃被彎曲至管 柱軸並通過對準致偏器u 4〇、通過Wien濾鏡並通過物鏡 805 ’以必流晶圓660表面上之區域。 彎曲透鏡622乃同時折射及聚焦溢流光束675。透鏡之 -21 - 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4現格（210Χ 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4 β1 0 0 8 Α7 _____Β7 五、發明説明（Ί9 ) ’掌角係由電極1105及1110之角度（圖I〗中之0角）所決 定。爲使溢流光束675彎曲至管柱軸，施加電壓係經過調 整以用在溢流光束電子之能階。施加電壓經估計乃约數十 至數百伏特。 聚焦係示於圖15及16中。圖15乃示出低倍率條件之下 及在晶圓處之小溢流光束點。爲能決定彎曲透鏡之影像（跨 接在圖15及16中之P3位置）形成在何處，彎曲透鏡之物 (跨接於由溢流槍6 1 5形成之p 1位置處）乃由如圖} 5中之 %極110：)及111〇移去，或朝向如圖16中之電極11〇5及 Ul〇。相對溢流槍615之物跨接位置（pl位置）係由溢流槍 61 5 t聚焦決定，其依次由施加至溢流槍6丨5内之聚焦電極 (未π出）之電位控制。使溢流槍跨接（pl位置）聚焦並利用 I曲迟釦使其"路由"至p 3位置。彎曲透鏡6 2 2之倍率可 利用像離（P2至P3之距離）至物距（pl至p2之距離）之比 加以估計。利用彎曲透鏡622使如於圖16之溢流槍聚焦轉 弱乃造成較高之倍率，其係因pl及p2間之距離被縮短而 P2及p3間之距離被加長所致。類似地，使溢流槍聚焦轉 弱亦造成較高之物鏡倍率，其乃因p3及p4間之距離被縮 短而p4及P5間之距離幾乎保持不變。 因此，於晶圓處之溢流光束點可利用調整溢流搶之聚焦 以進行控制。使槍之聚焦轉弱造成較高之總倍率，因此， 其酿机光束點乃軚大。若需要微細之溢流光束邊緣清晰度 寺可將可選擇之成型孔徑1125插入在槍之跨接處。隨電 子刀布跨越光束之寬，圖17乃示出通過成型孔徑Η”之 --- -22- 本紙張尺度) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 1008 A7 B7 五、發明説明（2〇 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ，流光束之形狀测。亦隨電子分布跨越光束之寬，圖 u乃不出通過成型孔徑1125之後溢流光束之形狀18〇〇。 不於圖u中之某些元件乃接受加工及組合之元件缺陷。可 利用對準致偏器mo使溢流光束對可選擇之成型孔徑 ^25或彎曲透鏡622。八極1135乃用於校正散光並可用以 將光束對準彎曲透鏡622。對準致偏器114〇乃用以將溢流 光束對準物鏡805。 ^ 其它组態之溢流光束彎曲透鏡622所用電極亦爲可能。 例如，電極可爲同心之部份圓柱形，而非以上所述之同"*心 部份球形。溢流光束抛射面中之圓柱設計之橫截面乃和用 於球形電極之設計相同，因此其和圖12之圖示相同。對此 —個汉计而言，其在溢流光束抛射面中之光學亦相同。圖 14爲沿圖12之線段A_A所取下之圖，其示出與溢流光束 拋射面成正交之平面中之圓柱形電極溢流光束彎曲透鏡。 在與溢流光束拋射面成正交之平面中，溢流光束乃被球形 電極折射及聚焦，但僅被圓柱形電極折射。當使用圓柱形 電極設定時，其結果爲產生橫截面拉長之溢流光束。於此 實例中，溢流光束可被光柵掃描，以在晶圓表面處達到均 勻之溢流覆蓋範圍。 以上所时論之说泥槍點尺寸及光束電流參數，乃適用在 檢測晶圓時遭遇之許多情況。然而，其它應用係可由高電 流;S流獲益。因此，其中一種溢流槍設計之具體實施例係 採用極高電流之電子槍以產生數百微安培範圍内之溢流電 流。諸如Kimball物理EFG-8或FRA-2X 1-2之高光束電流 -23- M氏張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公瘦） (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 線 461003 A7 B7 五、發明説明（21 經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 也 >瓦搶，係可利用2.5毫米的點遞送-400微安培，其對此 運用而言爲理想。可利用聚焦透鏡（例如Einzel透鏡U30) 使來自槍的點縮小，以在光束進入透鏡622之光束彎曲電 之前產生次毫米之跨接。 高電流設計乃能協助偵測缺陷，否則將難以偵測諸如由 金屬縱樑或污染物架橋所造成之低電阻短路（其電阻乃低至 數十仟歐姆）。圖19乃示出具有從導體至基材之電阻短路 之晶圓邵份橫截面圖實例。偵測此等難以被發現之缺陷乃 重要’因其在先進之裝置製造（0·35微米技術及超越之技術) 中已越來越普遍。諸此缺陷乃如此地小，其無法利用光學 顯微鏡加以觀察。其可在帶電微粒之顯微鏡下被看見，但 使其卩南離將極困難，因爲當在高倍率下操作時該顯微鏡乃 具有非$小的視野。另一方面，電壓對比之帶電微粒束系 ...充乃並未k遇此等缺點’因其是被設計在使缺陷定點之後 承’而非本身爲毫微米觀之缺陷；此實例中其乃因毫微米 說之缺陷於微觀電路上所造成之電罄對比變化能容易地被 偵測所致。爲使電壓對比系統能偵測此等缺陷，此系統必 而釔使導體充電，以在浮動及接地導體之間建立電壓對 比。利用能遞送數百微安培之溢流槍係容許低至數十仟歐 姆之電阻短路的偵測。 使用諸此鬲電流溢流槍之另一個原因乃爲偵測例如於 SRAM記憶體網路之大型浮動導體網路上之短路。圖2 〇爲 具有電漏之大的導體網路之晶圓部份橫截面圖。此實例 中”、自矣每個電池之小的電漏係造成來自網路之累積 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝_ 訂 線 -24 4 6 1 Ο Ο 8 Α7 五、發明説明（22 ) 一 '---— 陡％漏，菽網路乃大至需使高電流溢流槍充電此網路。 t , I電流返流槍設計亦使可能最具挑戰性之缺陷偵測成 爲可此.其爲介於兩個大浮動導體網路間之架橋，諸如圖 2一1、=碉路2105及2110。爲偵卹此類型之缺陷，可將諸如 丁 I 2120及2125之導體襯墊設計於每個網路之中，其係 Z於除，之目的。若導體襯塾爲正方形，其每側可爲微米 至數十微米。爲測試電路，利用溢流除錯襯墊對該網路首 么先使其中一個網路充電。例如可利用溢流除錯襯墊使 罔路2105充電。隨後系統乃利用主光束來回掃描其它網 2110 <電壓對比。若發現第二網路212〇被充電，則飪路 =出現在兩個網路之間。可替換之技術係利用機械探^ 杈針卡降至除錯襯墊，並利用外部電壓源提高導體電壓- =取代利用溢流槍充電。然而，此等技術係因機械定位’ 對準乃造成其具有低通過料量及因機械接觸而造及 染之缺點。 <做叙冷 以上所述之發明係利用電子溢流槍與電子束探測器。 可利用其它充電微粒技術以取代電子束技術，例如聚焦其 子束技術、或機械、光學或原子力探針亦可使 >’、、、離 斗、廿、、· 死力口雷 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 .何t ,、它万法乃可包括直接之電性接觸或電場方法。 -25- 本紙張尺度適用中國國家_ ( CNS ) A4規格（2Ι〇χ297公楚)'

Claims (1)

1. 461008 第8710〇384號專利申請案 中文申請專利範圍倐正本(89年9月 六、申請專利範圍 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 種用以偵測半導體晶圓上之楔 : 电缺陷之方法，其包 a) 使電荷施加至晶圓之預定吃 、 嫌浐斗趑击.4不 . °或以相對於被電接地έ士 構提升杈中被電性隔離之結構的電壓. *也、，口 b) 偵測該區域以在模區域中取 據；及 1卞、.口構疋私壓對比數 c) 在與諸此結構所用之預定泰厭扣田 頂疋包壓相異之電壓下分析電 壓對比數據以偵測出該結構； τ % 其中所實施之施加電荷步骅技，、，4、L π 驟係以較欲偵測區域處之解 析度明顯低之解析度使電荷施加於該區域。 2. 根據申請專利範圍第I項之六 .,^ a K万去’其中步驟a)係包括以相 &低旎量之電子溢流模區域。 3. 根據申請專利範園第2項之方法，·其中溢流步鄉係以— 早獨步驟使電子施加至區域至少一個主要部份。 4·根據申請專利範圍第1項之方法，其中步鄉b)係包括以 系列^掃描線使帶電荷粒子束橫掃過區域以貫穿該 構。 根據申叫專利範園第4項之方法’其中帶電荷之粒子束係 將掃描實質上小於整個面積之區域。 、 6·根據申請專利範圍第之方法，其中步驟b)係包括模 域電壓對比影像之取得。 7·根據申請專利範圍第6項之方法，其中步驟C)係包括使 恩對比影像與預疋電壓下之對應結構之影像進行比較。 8.根據申請專利範圍第6項之方法，其中步驟c)係包括使 1. 括 個 結 區 電 4 61 0 0 8 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 經濟部中央梯準局員工消費合作社印裝 壓對比影像與晶圓上其它處對應結構之 判定影像間之任何差異。 延订比車义並 9.:據申請專利範圍第1項之方法，其中步驟C)係包括使電 對比數據與經設計數據決定之結構之預期 較。 - =範圍第1項之方法’其中步驟係包括分析 Ί S心判疋選自包括短路 '問門短路、打開之 k道斷裂《導體線架橋導體與消失擴散中存在之缺 陷。 11.:據中請專利範圍第β之方法，其進—步包括利用光學 測晶圓中之缺陷並使以諸此偵測法仙到之缺陷與以 電壓對比數據分析偵測到之缺陷進行比較。 12· =中請專利範圍第_之方法·，其進—步包括利用與 =對比數據所進行之比較以狀利用光學仙到之何 種缺陷對基材無電性之影響。 13·=Ι請專利範圍第1項：方法，其包括重複以實施在晶 囫版造之處理步驟所分出之步驟a)_c)。 14. -種_半導體基材上之模中電㈣之裝置，其包括： j使電荷施加至晶圓之預定區域之裝置’以相對於被 屯接地結構提升模中被電性隔離之結構之電壓。 )自抓針’其較用在施加電荷之裝置具明顯較高之 斤度以取仔含諸此結構之模區域之電壓對比數據；及 e)在-個與諸此結構所用之預定電壓相異之電壓下分 析電壓對比數據之裝置以偵測出該結構。 ( CNS ) A4^ ---------^ — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .1T' 線 4 6 1 Ο 〇 B Α8 Β8 C8 D8

   ^ir--------ii (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ABCD 六、申請專利範圍 用 < 預定電壓相異之電壓下判定存在之結構。 23. 根據申請專利範圍第22項之方法，其利用與該結構所用 <預足電壓相異之電壓判定存在之結構。 24. 根據申請專利範圍第2 3項之方法，其中係使電子束掃插 過涵蓋小於預定區域之5〇〇/〇。 _ 田 25. 根據申請專利範圍第2 3項之方法，其中掃描線間隔係細 過選取以確保實質上所有結構能以掃描線貫穿。 26·根據申請專利範園第22項之方法，其包括使—條掃描線 之電壓對比數據與得自於晶圓上另一個裝置之對應掃插 線進行比較。 27·—種用以偵測半導體晶圓上之裝置中電缺陷之裝置，該 晶圓具·有接地電壓之某些結構及相對於接地為浮動電= 之其它結構，其色括： . —個用於使帶電荷之粒子束以一系列間隔之掃描線 橫掃過預足之裝置表面區域以貫穿裝置中結構之帶♦共 粒子束探針； 呢何 b)個用以取得掃描線之電壓對比數據之二次粒子伯 測器；及 ^ Ο分析電壓對比數據之裝置，其能在與該結構所用之 預定電壓相異之電壓下判定存在之結構。 28·根據申請專利範圍第27項之裝置，其中帶電荷粒子束探 =係包括一個電子束，其係沿掃描線利用較掃描線間隔 實質上大之解析度進行掃描。 29·根據申請專利範圍第28項之裝置，其中探針係使電子束 A8 B8 C8 D8 經濟.那中央標準局員工消費合作社印製 申請專利範圍 在小於50%之預定區域上進行掃描。 30.根據申請專利範圍第27項之裝置，丨中分析電壓對比數 據之裝置所包括之裝置係用在使數據與得自於另一個裝 置之對應數據進行比較以判定其間之任何差異。 31_根據申請專利範圍第27項之裝置，其進一步包括一個用 於晶圓之晶臺，其乃能使晶圓相對電子束探針進行移 動。 A根據申請專利範圍第15項之裝置，其中探針乃包括具有 官柱軸及物鏡之帶電微粒束管柱，而其中帶電微粒溢流 槍乃被置於管柱之，内故當溢流光束退出物鏡時，溢流 光束係和管柱平行》 J3.根據申請專利範圍第3 2項之裝置’其中探針乃另外包含 主光束源’裝置为另外包含溢流.光束切換元件，其交替 將來自於光源之主光束及來自於溢流槍之溢流光束施加 至晶圓’而其未改變管柱相對於晶圓之工作距離。 34·根據申請專利範圍第3 3項之裝置，其另外包含可控制之 致偏器’以選擇主光束或溢流槍是否被施加至晶圓。 35·根據申請專利範圍第3 4項之裝置，其中致偏器乃包含一 對實質上同心之部份球形電極。 j6.根據申請專利範圍第3 2項之裝置，其中管柱乃包含光柵 知痴 '.泉圈’以將溢流光束择過明顯大於温成光束點之晶 圓區域。 37.根據申請專利範圍第3 2項之裝置，其中管柱乃包含靜電 致偏器，以將溢流光束掃過明顯大於溢流光束點之晶圓 ---------^------ίτ.------.41 (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁)

   A4说格（2丨0x297公釐） 4 6 8οο 8 888 ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 六、申請專利範圍 區域 38.根據申請專利範圍第3 3項之裝置，其中管柱乃包含一組 光柵掃描線圈，以將溢流光束掃過明顯大於溢流光束點 之晶圓區域，及將主光束掃過大於主光束點之晶圓區 域。 39·根據申請專利範圍第3 2項之裝置，其中溢流槍係可遞送 具有數百微安培之光束電流之溢流光束。 4〇.根據申請專利範圍第1項之方法，其中施加電荷之預定區 域乃包含有導體’其具有對圓盤之另一部份為不需要之 電阻短路，而其中經施加之電荷量係足使該導體充電， 以在浮動及被接地之導體間建立電壓對比。 41 ·根據申請專利範圍第1項之方法，其中施加電荷之預定巴 域乃含有大型浮動導體網路，而·其中經施加之電荷量係 足使網路充電’以在網路及圓盤周圍結構之間建立電壓 對比。 42_根據申請專利範圍第1項之方法，其中圓盤乃包本多個大 型網路，其中施加電荷之預定區域乃含有第—個網路之 部份，而其中分析電壓對比數據乃包括電荷是否在第_ 個網路之上可被偵測。 ~~ -6- 本紙張Μ適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） I - I--- - 1 - - - - - 士、..... - - - I _ 1 n 丁 ------it H----I : - I ^ i 销 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)