TWI605248B - 監控用於檢測半導體晶圓表面上的缺陷的表面檢查系統的操作狀況的方法 - Google Patents

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Description

監控用於檢測半導體晶圓表面上的缺陷的表面檢查系統的操作狀況的方法
本發明涉及一種監控用於檢測半導體晶圓表面上的缺陷的表面檢查系統的操作狀況的方法。
在製備半導體晶圓以形成用於生產電子元件的基片的過程中，檢查半導體晶圓表面存在的缺陷。待被檢查的表面通常是半導體晶圓的打算在其上形成電子元件結構的上側表面。為了進行檢查，可以使用表面檢查掃描系統。所述系統以雷射的光點逐步照射半導體晶圓的表面並且檢測作為一個或者不同立體角(通路)的函數的散射光。如此獲得的散射光資料允許推導出關於被檢查表面上所存在的缺陷的位置和尺寸的資訊。
為了使關於缺陷尺寸的資訊盡可能精確地與缺陷的實際尺寸相一致，借助於參考半導體晶圓來校準表面檢查系統。US 7027146 B1描述了一種能生產出參考半導體晶圓的方法。參考 半導體晶圓還可購買獲得。如US 7027146 B1中所述的參考半導體晶圓具有沉積在其表面上的不同尺寸、數量和尺寸分佈的參考缺陷。聚苯乙烯膠乳球(Polystyrene latex spheres，也稱PSL球)常常被用作參考缺陷。在PSL球的情況中，所觀察到的球的真實直徑對應於缺陷的報告尺寸。如果參考缺陷不具有球面構造，則缺陷的尺寸通常意味著其最大的空間範圍。
如果表面檢查系統被正確地校準了，則其以在尺寸方面的變化在規定的容許誤差極限(校準容許誤差(calibration tolerance))內的精確度來指示出參考半導體晶圓上的缺陷的數量、位置和尺寸。例如，所獲得的測量資料可能作為表示作為其尺寸的函數的缺陷頻率的頻率分佈圖來處理。測量資料的處理可能限於尺寸區間(size interval)，以便不考慮涉及具有位於尺寸區間外的尺寸的缺陷的測量資料。
重要的是監控表面檢查系統是否處於正確的操作狀況，並且如果監控顯露出異常是否適合於報警。如果異常出現，則其促使必須被調查，並且如果合適則必須恢復表面檢查系統的正確狀況。US2007/0030478 A1描述了一種其中在使用表面檢查系統的過程中提供了參考半導體晶圓的重複檢查的監控方法。如果參考半導體晶圓的檢查的測量資料與處於新近校準狀況的表面檢查系統所傳送的基本上沒有不同，則表面檢查系統的狀況被認為是適宜的。然而，所述檢查的範圍和靈敏度有些地方不能令人滿意。例如，經由測量缺陷的數量，未獲得關於作為時間函數的缺 陷尺寸的測量的穩定性的資訊。表面檢查系統沒有注意到分配給缺陷的缺陷尺寸的可能偏離，或者僅後來注意到。在這方面，即便收集關於尺寸分佈的最大位置及其作為時間函數的變化的輔助資訊，信息量仍不充分。
因此，本發明的目的是提供一種允許更全面地並以更好靈敏度地監控用於檢測半導體晶圓表面上的缺陷的表面檢查系統的操作行為的相應方法。
經由一種監控用於檢測半導體晶圓表面上的缺陷的表面檢查系統的操作狀況的方法來實現該目的，包括：提供參考半導體晶圓，在參考半導體晶圓的檢查表面上具有特定數量、尺寸和密度的缺陷；經由利用表面檢查系統來實施參考半導體晶圓的參考檢查和參考半導體晶圓的至少一個控制檢查，測量檢查表面上的缺陷的位置和尺寸；識別出這樣的缺陷，即，因為它們的位置而被認為是參考檢查和控制檢查的共同缺陷的缺陷；對於每個共同缺陷，確定其基於參考檢查和控制檢查的尺寸比較所獲得的尺寸差值；以及基於所確定的尺寸差值評估表面檢查系統的操作狀況。
根據本發明的方法不限於觀察一個或更多個以下參數及它們在表面檢查系統的操作過程中的演變：檢測到的缺陷的 數量、檢測到的缺陷的尺寸分佈的最大的位置和在特定區間中檢測到的缺陷的尺寸分佈的寬度。而是，其涉及檢測單個缺陷的尺寸和確定由比較根據參考檢查和控制檢查的缺陷尺寸所產生的這些缺陷的尺寸差值。根據已經確定的這些尺寸差值來評估表面檢查系統的操作狀況。
表面檢查系統包括光源和一個或更多個檢測器，所述光源產生用來掃描檢查表面的光束，所述檢測器記錄(register)由缺陷與光束之間的相互作用所引起的散射光。所述表面檢查系統是市場上可買到的，例如，來自廠家KLA-Tencor的。
參考檢查較佳在表面檢查系統的校準過程中或者在校準之後立即執行。在隨後的校準之前，進行一個或更多個控制檢查以便獲得表面檢查系統的操作狀況的圖片，並且如果有必要的話實施調節以便使表面檢查系統恢復至正確的狀況。在參考檢查與第一控制檢查之間，並且選擇性地在隨後的控制檢查之間，使用表面檢查儀用於其預定目的，即，檢測半導體晶圓表面上的缺陷。
為了校準表面檢查系統，可使用具有檢查表面的參考半導體晶圓，在該檢查表面上存在限定數量的並具有限定尺寸分佈的PSL球。
原則上，具有PSL球的所述參考半導體晶圓還可以用作在根據本發明的方法的過程中執行的參考檢查和控制檢查的參考半導體晶圓。參考半導體晶圓的缺陷較佳具有很難利用PSL球實 現的連續尺寸分佈。因此，較佳使用具有來源於在單晶體的結晶期間已經形成的空位結塊的缺陷的參考半導體晶圓，由其獲得了參考半導體晶圓。該單晶體較佳由矽構成。例如可能被檢測為COP缺陷的空位結塊的形成可能在單晶體在與熔體的分界面處結晶期間受影響。熔體與生長的單晶體之間的界面處的高結晶速率和低溫度梯度促進了所述缺陷的形成。從單晶體獲得的參考半導體晶圓的檢查表面較佳處於拋光狀態。參考半導體晶圓的檢查表面是在參考檢查和控制檢查過程中被掃描的表面。與具有PSL球的參考半導體晶圓對比，較佳的參考半導體晶圓敏感度更低並且可能沒有清理的問題。參考半導體晶圓的檢查表面上的缺陷密度較佳不小於1/cm2並且不大於15/cm2。
在參考檢查和控制檢查的過程中，至少測量參考半導體晶圓的檢查表面上的缺陷的位置和尺寸。隨後識別參考檢查和控制檢查的共同缺陷。所述共同缺陷是那些根據其位置可被認為是相同的。在標準SEMI M50-0307中描述了對於發現的共同缺陷的適當處理。因此，參考檢查和控制檢查的共同缺陷是就其位置而言當彼此間隔不超過一預定距離(搜尋半徑)且在該距離內沒有再發現缺陷的所述缺陷。
根據本發明，根據參考檢查的共同缺陷的尺寸與根據控制檢查的該缺陷的尺寸相比較。對於所識別出的每一個共同缺陷記錄經由所述比較確定的尺寸差值，並且將該資訊用作評估表面檢查系統的操作狀況的依據。
該資訊是能夠迅速地認識到表面檢查系統的操作狀況方面變化(諸如，由表面檢查系統分配給一缺陷的缺陷尺寸的偏離)的可靠指標。因此，其較佳被用於統計程序控制(SPC)的目的。
可以按多種方式執行所述用途，例如，經由計算共同缺陷的總尺寸範圍的一個或更多個尺寸區間的平均尺寸差值並且在連續的控制檢查過程中記錄其演變。此外，經由下限閾值和上限閾值來定義一容許誤差通道(tolerance corridor)，在所述容許誤差通道內記錄的平均尺寸差值被認為是非臨界的。如果所記錄的平均尺寸差值脫離容許誤差通道，則該處理被作為評估表面檢查系統的操作狀況的反常的原因。當該事件出現時，便應毫不遲延地探查發現的平均尺寸差值演變的原因，並且如果需要的話恢復表面檢查系統的正確狀況。選擇性地，可能產生通知出現該事件的警報信號。容許誤差通道的下限閾值與上限閾值之間的距離較佳不大於相應的尺寸區間的校準容許誤差。
用於評估所獲得的關於共同缺陷的尺寸差值的資訊的另一可能例如是標繪出對照在參考檢查過程期間測得的缺陷尺寸所確定的尺寸差值並且限定出在其內表面檢查系統的狀況可能被認為是不反常的容許誤差極限。
另外，可以記錄所識別的共同缺陷的數量，並且在連續的控制檢查過程中可能觀察到該參數作為時間函數的演變。該參數演變過程中的異常可能被視為核查表面檢查系統是否還處 於正確狀況的原因。
作為附加測量，在參考檢查和控制檢查或者控制檢查過程中，選擇性地在一個或更多個尺寸區間內可識別缺陷的總數並且可觀察到該總數作為時間函數的演變，以便能夠確定平均尺寸差值的上述計算是否正按有統計意義的基本原則進行。
本發明的方法還在本方法期間參考半導體晶圓的可能污染方面具有特定的穩定性(robustness)而著名。由於穩定性，在可以進行控制檢查之前，並不總是必需首先清理被污染的參考半導體晶圓。常常，污染的結果僅是識別了少量的共同缺陷。該結果是不重要的，只要所識別的共同缺陷的數量對於統計評估保持有效。另一方面，認定為臨界的數量的減少可能被視為在計畫再次使用之前清理參考半導體晶圓的理由。
LLS‧‧‧光散射缺陷
DS‧‧‧缺陷尺寸
1‧‧‧圓形觀察窗
2‧‧‧共同缺陷
3‧‧‧缺陷
4‧‧‧缺陷
5‧‧‧缺陷
△<DS>‧‧‧平均尺寸差值
LL‧‧‧下限閾值
UL‧‧‧上限閾值
以下將參照附圖更詳細地解釋發明的一些方面。
圖1是參考半導體晶圓上的缺陷的尺寸分佈。
圖2示意性地顯示了其內已經識別了一共同缺陷的觀察窗。
圖3顯示了用於監控表面檢查系統的操作狀況的控制圖。
圖1顯示了經由利用表面檢查系統的檢測通道中的表面檢查系統的檢查在參考半導體晶圓上發現的光散射缺陷 (LLS)的尺寸分佈的典型頻率分佈圖。對照其尺寸(DS)標繪出缺陷的頻率。所檢查的參考半導體晶圓是拋光的矽半導體晶圓。光散射缺陷是歸因於存在空位結塊(vacancy agglomerations)的缺陷。
圖2顯示了具有半徑R(搜尋半徑)的圓形觀察窗1，在其內部發現缺陷3、4和5。在所描繪的實例中，缺陷5具有尺寸s0和位置座標(x0,y0)。下標0是用來指示在參考檢查過程中發現的缺陷。缺陷4具有尺寸sn和位置座標(xn,yn)。下標n是用來指示在第n個控制檢查過程中發現的缺陷。缺陷3是半徑R內具有特定位置和尺寸的又一缺陷，其是在參考檢查或者第n個控制檢查過程中發現的。如果發現諸如缺陷3的又一缺陷，則不考慮缺陷3、4和5，因為它們不可能被唯一地分配。只要在半徑R內發現缺陷4和5，它們因為它們的位置而被認為是共同缺陷2。根據本發明，在從參考檢查中發現的共同缺陷的尺寸與根據控制檢查發現的共同缺陷的尺寸之間確定了尺寸差值。參見圖2，如果沒有諸如缺陷3的進一步的缺陷，則如此確定缺陷5和4的尺寸差值。
圖3顯示了典型控制圖，例如其可被用來監控表面檢查系統的操作狀況。在該控制圖中，對照用於特定尺寸區間的控制檢查的順序號#標繪出了共同缺陷的平均尺寸差值△<DS>。還標明了容許誤差通道的下限閾值LL和上限閾值UL。
△<DS>‧‧‧平均尺寸差值
LL‧‧‧下限閾值
UL‧‧‧上限閾值

Claims (6)

  1. 一種監控用於檢測半導體晶圓表面上的缺陷的表面檢查系統的操作狀況的方法，包括：提供一參考半導體晶圓，在所述參考半導體晶圓的檢查表面上具有特定數量、尺寸和密度的缺陷；經由利用所述表面檢查系統來實施所述參考半導體晶圓的一參考檢查和所述參考半導體晶圓的至少一個控制檢查，來測量所述檢查表面上的缺陷的位置和尺寸；識別出因為位置而被認為是所述參考檢查和控制檢查的共同缺陷的缺陷；對於每個共同缺陷，確定其基於所述參考檢查和控制檢查的尺寸比較所獲得的尺寸差值；以及基於所確定的尺寸差值來評估所述表面檢查系統的操作狀況，其中如果所述尺寸差值的平均值位於容許誤差通道(tolerance corridor)外的尺寸區間(size interval)，則所述表面檢查系統的操作狀況的評估結果是異常的。
  2. 如請求項1所述的方法，其中所述容許誤差通道的下限閾值與上限閾值之間的差值不大於所述尺寸區間中的校準容許誤差(calibration tolerance)。
  3. 如請求項1所述的方法，包括如果所述表面檢查系統的操作狀況被評估為異常時產生警報信號。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中所述參考半導體晶圓的 檢查表面上的缺陷具有連續的尺寸分佈。
  5. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中所述參考半導體晶圓的檢查表面上的缺陷具有不小於1/cm2並且不大於15/cm2的密度。
  6. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中所述參考半導體晶圓是由單晶體獲得，並且所述檢查表面上的缺陷來源於在單晶體結晶期間已經形成的空位結塊。
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