專利名稱：監(jiān)控制程變異的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶圓檢測，特別是涉及光學(xué)監(jiān)控集成電路制程變異的系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
在如硅晶圓的半導(dǎo)體基材上制造集成電路(IC)的制程極為復(fù)雜，并由許多步驟 組成。每個步驟包含許多制程參數(shù)，這些參數(shù)受到嚴(yán)密控制以確保獲得一致且精確的結(jié)果。 然而，在制程的任何步驟中存在著可造成非刻意偏差的物理因素。這些物理因素可能來自 于基材本身的變異、制造設(shè)備中微小的機械上或光學(xué)上不精確(如微小的不準(zhǔn)直而造成無 法聚焦)、灰塵與臟污以及環(huán)境變異。在連續(xù)晶圓或任一晶圓的各部位或上述兩者中，制程 中的偏差可能是隨著時間變化的函數(shù)。當(dāng)不論是單一種制程偏差或同時出現(xiàn)多種制程偏差 過多時，集成電路的一些特征便會出現(xiàn)缺陷。這些缺陷分為兩種規(guī)格——(a)占據(jù)相當(dāng)面 積且較低光學(xué)分辨率的表面外觀偏差，其通常是由于微小的幾何結(jié)構(gòu)偏差(如導(dǎo)體寬度)； 和(b)在微小區(qū)域中，且能以清晰的光學(xué)分辨率觀察到的較明顯的幾何結(jié)構(gòu)扭曲。此處將 前者(指(a)規(guī)格的缺陷)稱為"大缺陷"，而將后者(是指(b)規(guī)格的缺陷)稱為"小缺 陷"或僅僅是"缺陷"。 由于目前IC的幾何結(jié)構(gòu)以0. 1-0. 2 m為單位，因此，只能使用比可見光更短的波 長以幾十納米或更小規(guī)格的分辨率來檢測發(fā)生在整個大面積上被視為大缺陷的微小偏差。 另一方面，小缺陷一般是指(及被定義為)需透過光學(xué)顯微鏡才可檢測到其大小的缺陷。這 些小缺陷可能是由制程中的微小干擾如灰塵粒子所造成，或這些小誤差可能是大缺陷的極 端表現(xiàn)方式。 通常會定期監(jiān)測制程中的晶圓，例如在某些加工步驟之后，以檢測缺陷并監(jiān)控制 程。目前僅以設(shè)計用來檢測小缺陷的特殊裝置來光學(xué)性地檢測整個晶圓表面。例如由 Applied Materials of Santa Clara，CA所出售的Compass監(jiān)測系統(tǒng)(compass inspection system)便是此類裝置中的一種。圖1的方框圖顯示了此裝置的主要部分，特別是光學(xué)系 統(tǒng)，其包含光束源(如激光光源)，數(shù)個用來瞄準(zhǔn)、對焦與掃描光束的透鏡，用來固定并移動 已檢測晶圓的晶圓固定器、至少一個傳感器及用來處理來自每個傳感器的信號的處理器。
分析檢測到的缺陷的數(shù)目，優(yōu)選其性質(zhì)。顯然地，在任何區(qū)域中或遍布整個晶圓上 出現(xiàn)相對大量的缺陷證明在制程中存有一些錯誤或無法接受的偏差，并需警示操作人員嘗 試去分辨出造成該偏差的物理因素并做適當(dāng)修正行動，例如適當(dāng)?shù)卣{(diào)整制程參數(shù)。當(dāng)缺陷 數(shù)量龐大時，可能需要放棄某些晶粒，甚至整個晶圓。 通常以單獨的(稱為再檢查)的操作階段來仔細(xì)檢查并分析檢測到的缺陷，以由 此了解到造成缺陷的制程偏差的性質(zhì)，或大缺陷存在的狀況及其性質(zhì)，并根據(jù)這些來降低 制程偏差。此種檢測通常需使用比檢測缺陷時更高的分辨率且可能包括微度量衡技術(shù)來完 成。其可使用與檢測缺陷時相同的設(shè)備，但通常用單獨的極高分辨率的裝置，如掃描式電子 顯微鏡(SEM)，但卻非常昂貴。
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在集成電路制造領(lǐng)域中，借著檢測小缺陷并再檢查它們來了解那些產(chǎn)生大缺陷的 現(xiàn)有技術(shù)具有兩個主要的問題第一個并且是最重要的問題在于大缺陷必須相當(dāng)嚴(yán)重到足 以造成出現(xiàn)可檢測到的小缺陷；但此種問題會產(chǎn)生在修正制程偏差之前便已造成極大損害 的風(fēng)險；最嚴(yán)重的情況可能是不論大小，檢測到的缺陷都已過多而需放棄整個晶圓，進而造 成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。第二個問題在于再檢查階段中，需花費許多時間與昂貴的設(shè)備來對缺 陷進行詳細(xì)的檢測與分析；在識別并修正制程偏差以前所造成的時間延遲會使更多晶圓受 到不良影響。雖然可借著高分辨率的檢測整個晶圓表面而避免第一個問題，但這樣的程序 很慢并需要昂貴的設(shè)備。 因此，明確需要一種能在制程中監(jiān)測整個晶圓表面的方法與設(shè)備，其能直接檢測 出并不必然會造成小缺陷程度的大缺陷，并更快或更靈敏地對制程變異提出警告指示。還 需要一種相對比較便宜的制程變異監(jiān)控設(shè)備，并且最好能與傳統(tǒng)光學(xué)缺陷檢測設(shè)備共享部 分部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是一種用來擴展半導(dǎo)體晶圓光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)的制程監(jiān)控能力的方法，其 能檢測出大缺陷甚至將大缺陷量化，即能以比利用傳統(tǒng)光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)來分析小缺陷時更高 的靈敏度來檢測晶圓表面上由制程變異造成的低分辨率的影響?？蛇x地，此方法也可檢測 時間性制程變異對連續(xù)制造的晶圓的影響。本發(fā)明的方法優(yōu)選同時，和聯(lián)合上述的光學(xué)監(jiān) 測系統(tǒng)的小缺陷檢測作業(yè)來操作，同時該方法通常包括檢查晶圓的整個待測的表面。本發(fā) 明的方法是設(shè)計用來檢測比那些會造成大量可檢測小缺陷的制程變異更不明顯的制程變 異。上述內(nèi)容所提出的所有特征與整個表面檢測過程中的特征較目前制程監(jiān)控方法的作業(yè) 模式更加優(yōu)異，從而可檢查只在那些曾檢測出小缺陷的區(qū)域中的制程變異的幾何影響。此 外，上述檢查是在所謂的再檢查階段中執(zhí)行。再檢查階段與缺陷檢測作業(yè)是兩個不同階段， 再檢查階段需要較高分辨率掃描，甚至可能使用與缺陷檢測作業(yè)不同的設(shè)備。
在本發(fā)明系統(tǒng)的一實施例中，進一步處理缺陷檢測作業(yè)的部分結(jié)果以直接獲得整 個監(jiān)測表面上的制程變異指示值。與缺陷檢測作業(yè)相同的是，本發(fā)明方法能有益地運用監(jiān) 測系統(tǒng)中的每個傳感器的輸出數(shù)據(jù)，例如這些傳感器分別以不同角度面對監(jiān)測表面與照明 光束，并感應(yīng)暗場或明場以感應(yīng)更多不同的影響而獲得更精確或更可靠的結(jié)果。雖然下述 實施例并未提及，但本發(fā)明方法也可成為對那些已用本發(fā)明方法檢測并測量過其影響的制 程變異進行分類的能力的基礎(chǔ)。 雖然本發(fā)明方法與缺陷檢測作業(yè)聯(lián)合運作更具經(jīng)濟效益，但也可根據(jù)使用者的選 擇或變化來分開或各自獨立運作本發(fā)明方法與缺陷檢測作業(yè)。本發(fā)明也公開用來執(zhí)行本發(fā) 明方法的設(shè)備與系統(tǒng)。 需明白的是，雖然本公開內(nèi)容中以監(jiān)測將制成集成電路晶粒的半導(dǎo)體晶圓來說明 本發(fā)明，但本發(fā)明亦可應(yīng)用于其它基材(例如攜帶光子的裝置的那些和經(jīng)歷任何其它處理 的那些)的表面監(jiān)測，以及表面變異與制程并不必然相關(guān)的監(jiān)測。也需了解的是，本發(fā)明同 樣能應(yīng)用除了光學(xué)儀器之外的手段(如電子或離子束)及任何能逐點探測或感應(yīng)基材表面 的監(jiān)測系統(tǒng)來進行表面監(jiān)測。在上述的任一系統(tǒng)中，每個傳感器輸出對應(yīng)于傳感器所接收 到的能量的強度值作為監(jiān)測表面的探測束的反映。這些值通稱為輻射強度值，但在下文也可與光強度值互換使用(因本發(fā)明的較佳實施例是使用光束來進行探測)。
當(dāng)應(yīng)用于晶圓監(jiān)測系統(tǒng)時，本發(fā)明方法主要包括下例邏輯步驟 (a)自監(jiān)測表面上的每個小點(像素)取得一個或多個光強度值并歸類至相對應(yīng)
的組別，如監(jiān)測系統(tǒng)中各傳感器的輸出；這些光強度值可與小缺陷檢測中所使用的數(shù)值相
同； (b)優(yōu)選地，為每個小點來計算一個或多個衍生數(shù)值； (c)將該表面分成由幾何區(qū)塊組成的數(shù)組，每個區(qū)塊包含相當(dāng)數(shù)量的連續(xù)小點；
(d)分別對每個區(qū)塊計算出信號，該信號為一組變異或一個變異數(shù)組，作為區(qū)塊內(nèi) 數(shù)個小點的光強度值與衍生數(shù)值的函數(shù)； (e)將每個區(qū)塊的信號與可能是對照區(qū)塊的指定對照信號比較，以計算一個或多 個制程偏差指示值。 步驟b中的衍生數(shù)值優(yōu)選為定點散布值(local spread value)，即該參考小點的 緊鄰區(qū)域的強度值的變異擴值，并根據(jù)每個組別(即傳感器)各自計算這些衍生數(shù)值。
在本發(fā)明方法的一實施例中，計算信號的步驟包括針對每個小點及對應(yīng)每個組 別，以光強度值對散布值做圖來得到一直方圖。在一類型中，為晶圓表面的每一區(qū)塊提供一 標(biāo)準(zhǔn)對照信號，并根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)信號來進行步驟e中的比較。在另一類型中，任何區(qū)塊的比較 是將對正在監(jiān)測的晶圓所計算的信號與對先前監(jiān)測過的晶圓所計算的對應(yīng)信號進行比較。 又一類型中，可將本發(fā)明方法應(yīng)用于由相同晶粒構(gòu)成數(shù)組的集成電路上，其中可對齊晶粒 的數(shù)組來定義區(qū)塊的數(shù)組，而使得每個晶粒上具有數(shù)個區(qū)塊；并比較一晶粒上的任何區(qū)塊 與一個或多個其它晶粒上的相同位置的區(qū)塊的信號。 在本發(fā)明方法的另一實施例中，本發(fā)明方法特別可應(yīng)用于也需檢測小缺陷的情 況，首先需對應(yīng)于每個傳感器來獲取每一個小點的光強度值及可能的定點散布值，并將上 述兩種數(shù)據(jù)與另一晶粒上同樣位置的小點的兩種對應(yīng)數(shù)值進行比較。最好根據(jù)指定閾值曲 線對由該比較產(chǎn)生的差異進行閾值控制，并記錄超出閾值曲線的差異；此指定曲線的閾值 值通常遠(yuǎn)低于其它用于缺陷檢測的類似制程的閾值值。最后，針對每個區(qū)塊來計算上述對 應(yīng)于每個傳感器的超出值的總和，該總和形成各制程偏差指示值。


為了讓本發(fā)明更明顯易懂并了解其實施方式，將參考附圖敘述較佳實施例以僅做 示范說明，附圖中 圖1為用于本發(fā)明一實施例中的晶圓監(jiān)視系統(tǒng)的示意圖。
圖2為一晶圓表面示意圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的小點、區(qū)塊與晶粒之間的關(guān)系。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的典型直方圖。 圖4為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)用來檢測缺陷及根據(jù)本發(fā)明的第二種類型用來進行制程偏 差測量的小點值的典型正態(tài)分布與典型閾值曲線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明方法優(yōu)選作為附加計算機程序來實施，其可在某些晶圓制程階段后用來檢 測缺陷晶圓監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)字處理器中執(zhí)行。文中用來展示本發(fā)明方法的監(jiān)測系統(tǒng)實施例是在背景技術(shù)段落曾提到，并顯示于圖l中由應(yīng)用材料公司(A卯lied Materials of Santa Clara CA)所出售的Compass監(jiān)測系統(tǒng)。然而，需了解到本發(fā)明方法可通過顯而易見的修飾 而成為適當(dāng)程序，以套用于他種監(jiān)測系統(tǒng)中的各型處理器。其他監(jiān)測系統(tǒng)包括那些用來檢 測除了半導(dǎo)體晶圓外的其它表面的監(jiān)測系統(tǒng)。此外，更需明白本發(fā)明方法經(jīng)修飾后也可實 施在專為本發(fā)明方法所設(shè)計的獨立系統(tǒng)以僅供制程變異監(jiān)控之用。 在圖1的監(jiān)測系統(tǒng)30中，光源31 (以激光為佳)，以及光學(xué)系統(tǒng)33將一聚焦光點法 向地投射到晶圓36的表面上。借著掃描機構(gòu)34來移動晶圓36，使得聚焦光點能以平行線 的規(guī)則光柵方式來掃描該晶圓36的表面。傳感器35收集自該表面上以不同方向反射或散 射出的光線，并將這些光線轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電信號；以固定的時間間隔對這些電信號進行取 樣并數(shù)字化，以產(chǎn)生對應(yīng)的光強度值(因此稱作強度值)。將這些強度值傳輸至處理器32， 處理器32通常設(shè)定為用來執(zhí)行信號分析以確定出缺陷，但較佳方式是將處理器設(shè)定成能 根據(jù)本文所公開的方法來執(zhí)行信號分析。任一取樣表面上的光束位置則當(dāng)成個別的小點。 掃描線之間的距離決定了沿著一條軸的鄰近小點間的距離，并且取樣速率與掃描速度的比 值決定沿著垂直軸的鄰近小點間的距離。通常，沿著每條軸上的此距離介于0. 5和0. 2 m 之間。優(yōu)選地，一個傳感器收集法向反射光線并將該傳感器作為明場傳感器(bright field sensor)，四個傳感器分置于四個不同方位且收集與法線成很大角度而反射的光線，這四個 傳感器則作為暗場傳感器，以及一個環(huán)狀傳感器收集與法線成小角度至中等角度而反射的 光線，以作為灰場傳感器。相同的傳感器也可應(yīng)用在相對應(yīng)的數(shù)字強度值。然而更普遍地， 從各個傳感器所獲得的強度值可歸類至相應(yīng)的不同組別并在后述內(nèi)容中按此來提及。不同 的光強度組別也可能伴隨其它影響掃描與感應(yīng)反射光線的參數(shù)，如光譜差。
在大多數(shù)的制程中，半導(dǎo)體晶圓會經(jīng)過處理以制造出由相同電路圖案所構(gòu)成的規(guī) 則數(shù)組，此數(shù)組將成為許多晶粒(即芯片)，如圖2所示，其顯示晶粒區(qū)域22與晶圓20的關(guān) 系。因此，可通過比較晶圓上每個晶粒22的數(shù)值與一個或多個其它晶粒22的數(shù)值或與標(biāo) 準(zhǔn)晶粒(model die，"金")的數(shù)值來檢測出缺陷26。 更具體地，通常對每個小點與每一強度值組別(分別與六個傳感器相關(guān)的六個組
別)執(zhí)行下列步驟相互比較該小點與鄰近該小點周圍的數(shù)個小點(如相鄰的小點)的強
度值以產(chǎn)生對應(yīng)的散布值S。并可使用特殊的比較程序來進行如找出最高與最低強度值以
及計算這些強度值的絕對差值(absolutedifference)。將六個強度值I以及與其對應(yīng)的六
個散布值S與另一晶粒的相同位置上的小點的那些數(shù)值相比較。該另一晶粒優(yōu)選先用激光
束掃描過的晶粒，但也可以是該晶圓上的另一個晶?；驑?biāo)準(zhǔn)晶粒。對兩個晶粒、每個晶粒六
種組別及每組分別具有I值與S值所得到的24個數(shù)值的數(shù)組應(yīng)用適當(dāng)?shù)乃惴ㄅc參數(shù)來分
析以確定該晶粒是否具有缺陷。總體上講，上述的算法與參數(shù)包括根據(jù)I值與S值的范圍
的已知組合來將該小點定位的電路圖案進行分類，以及針對每個圖案組別的各數(shù)值來定義
出偏差閾值，即最大可接受偏差。當(dāng)兩個晶粒之間對應(yīng)于一個或數(shù)個感應(yīng)值的差值超過其
相關(guān)的偏差閾值時，則認(rèn)為該小點可能具有缺陷。將與兩個其它晶?；驑?biāo)準(zhǔn)晶粒比較后仍
被認(rèn)為可能具有缺陷的小點確定為有缺陷的。還需注意到的是，傳感器的數(shù)目以及對應(yīng)于
每一小點的強度值不需如同文中示范系統(tǒng)所敘述的各為6個，其可以是任何數(shù)目，甚至是 一個。 根據(jù)本發(fā)明一實施例，將晶圓表面上由小點所構(gòu)成的數(shù)組以邏輯方式劃分成數(shù)個
6連續(xù)方形區(qū)塊。每個區(qū)塊包含一個通常由500X500個小點所構(gòu)成的數(shù)組。這些數(shù)組依序排 列形成一個笛卡爾數(shù)組(Cartesian array)。由區(qū)塊所組成的笛卡爾數(shù)組以對準(zhǔn)晶粒數(shù)組 為佳，如此可將所有晶粒相等地劃分成數(shù)個區(qū)塊。圖2顯示了區(qū)塊與晶粒間的關(guān)系，其中可 看出每個晶粒22均被相等地劃分成數(shù)個區(qū)塊24 (此處僅示出了他們中的一些)。若小點相 距2iim，那么每個區(qū)塊24通常將是lXlmm，而每個尺寸為10mm的普通晶粒則含有10X10 個區(qū)塊。 然后，針對每個區(qū)塊與每個組別(即傳感器)，優(yōu)選地計算享有任何兩個強度 值I與S的小點數(shù)目的直方圖。此直方圖稱為區(qū)塊特征直方圖(BlockCharacteristic Histogram, BCH)，可被視為一個二維數(shù)組，若假設(shè)以8位為一單位來顯示每個數(shù)值，那么其 中一個坐標(biāo)軸會顯示256個I值，另一坐標(biāo)軸則顯示256個S值。需注意在BCH中，數(shù)值的 一般分布狀況取決于在位于該特定區(qū)塊下方的電路圖種類，以及I值的種類。舉例來說，在 對應(yīng)于暗場傳感器的BCH中，對于表征為均一圖案的記憶電路區(qū)域來說，其強度值與散布 值以中等強度為主，而裸晶圓(無電路圖案)的強度值與散布值則大多為低強度。而對于 明場傳感器來說，記憶電路區(qū)域和典型直方圖則如圖3所示，為了清楚并簡潔的目的，在圖 3中僅分別顯示16個I值與S值?？梢岳斫?，直方圖中的兩個變量不一定是I與S，也可以 是由光強度所衍生出來的其它數(shù)值。 由BCH所構(gòu)成的群組(此較佳實施例為六個BCH)是一種稱為區(qū)塊信號的特別種 類。本發(fā)明也可針對每個區(qū)塊從該區(qū)塊的BCH或直接從該區(qū)塊的強度值及任何衍生變量 值(如散布值)來計算出其它種類的信號。對于該區(qū)塊的每個組別來說，任何一組這些數(shù) 值(如I值或S值或兩者)的平均值即是上述信號的一種簡單實施例。另一種信號計算的 方法是將所有對應(yīng)的散布值均低于某一閾值的強度值(通常是無電路圖區(qū)域)求平均值。 一種不論直接從每個區(qū)塊的強度值或各BCH來產(chǎn)生區(qū)塊信號的函數(shù)關(guān)系的實施例是強度 值與散布值之間的關(guān)聯(lián)性。其它種類的區(qū)塊信號可包括如該區(qū)塊的數(shù)個BCH之間的函數(shù)關(guān) 系。 根據(jù)上述方法，將對晶圓表面上的每個區(qū)塊產(chǎn)生信號。需注意的是，對于有些種類 的信號，其用來計算該信號的參數(shù)可能為了配合區(qū)塊下方的圖案(即各種電路圖)的不同 而隨著區(qū)塊改變。再者，將每個在同一時間內(nèi)的區(qū)塊視為一個當(dāng)前區(qū)塊(current block), 其信號則視為當(dāng)前信號，這些當(dāng)前信號會與對照信號相比較，而使得該區(qū)塊產(chǎn)生一組制程 變異指示值(該組制程變異指示值中可能包含一個或多個制程變異指示值)。最好以一 個或多個能定義出可接受的偏差范圍的參數(shù)來控制任何此種比較；同樣的這些參數(shù)較佳 是以作為該區(qū)塊下方的電路圖案的函數(shù)來確定。將所有這些對照參數(shù)，以及上述用來計算 整個晶圓面積或任一晶粒的信號信息的參數(shù)收集完全后，會形成該晶圓或該晶粒的參數(shù)圖 (parameter m即)；對于制程受到監(jiān)控的每一種晶粒均會訂出如同以上內(nèi)容所敘述的參數(shù) 圖。 本發(fā)明較佳實施例依照不同的對照信號來源可構(gòu)筑出數(shù)種類型。第一種用來執(zhí)行 絕對制程變異檢測的類型是需先為晶圓整個表面或單一晶粒的面積(假設(shè)晶圓上每個獨 立晶粒的圖案相同)定義出標(biāo)準(zhǔn)信號表。并且最好根據(jù)每種晶粒種類(即電路圖案)或每 個產(chǎn)品批次來產(chǎn)生上述的信號表，以及例如根據(jù)一個或多個經(jīng)過上述掃描及信號運算程序 確認(rèn)為無缺陷的樣品來產(chǎn)生信號表。監(jiān)測過程中，每個區(qū)塊的信號會與標(biāo)準(zhǔn)信號表中的相應(yīng)的信號相比較。第二種用來執(zhí)行晶圓制程期間的變異檢測的類型是在監(jiān)測過程中，使每 個區(qū)塊的信號與先前已監(jiān)測晶圓(并且最好是與前一片晶圓)的對應(yīng)位置區(qū)塊的信號相比 較。第三類型是用來執(zhí)行晶粒制程變異監(jiān)測，且適用于晶圓上相同晶粒的圖案的情況。除 了在監(jiān)測過程中，每個區(qū)塊的信號需與一個或多個其它晶粒(最好為鄰近晶粒)上對應(yīng)位 置區(qū)塊的信號相比較之外，第三類型與第二類型相似。此第三類型可廣泛應(yīng)用于任何一種 表面上具有重復(fù)的相同的指定圖案距離的待測表面。 如上述所討論的內(nèi)容，每個比較程序均由參數(shù)圖(該參數(shù)圖通常根據(jù)區(qū)塊而有所 不同)中的對照參數(shù)來控制。例如，當(dāng)每一組別的一個信號只有一個數(shù)據(jù)時，適用的比較程 序可以是簡單地計算出當(dāng)前信號與對照信號之間的絕對差值，并判斷這些計算出來的絕對 差值是否超出參數(shù)圖中對應(yīng)的閾值。若差值超過超出該對應(yīng)的閾值，那么便可對當(dāng)前區(qū)塊 指定一個適當(dāng)?shù)闹瞥套儺愔甘局怠?當(dāng)信號是由I值與S值所構(gòu)成的BCH時，適用的比較程序的另一實施例則可如下 列步驟針對每個組別，利用相減后取絕對值的方式來計算當(dāng)前BCH圖中與對照BCH中每一 對I值與S值的絕對差值，再將所得結(jié)果加以平均來得到平均絕對差值。隨后從所有組別 中找出最大平均差值與參數(shù)圖中對應(yīng)的閾值相比較，以產(chǎn)生制程變異指示值。將上述后項 示范方法加以變化的話，便可針對每個組別及每個區(qū)塊的參數(shù)圖來定義一組偏差閾值作為 I值與S值的函數(shù)；隨后計算出當(dāng)前BCH與對照BCH中每個差值，并使這些差值與其對應(yīng)的 偏差閾值相比較，同時任何超過偏差閾值的差值會產(chǎn)生一個偏差尾數(shù)(deviation flag); 任何組別的區(qū)塊的BCH存在的偏差尾數(shù)，或可能該尾數(shù)的數(shù)量均暗示發(fā)生任何制程變異， 也可能顯示出制程變異的嚴(yán)重程度。 需注意若該系統(tǒng)用于缺陷檢測時，本發(fā)明方法中的小點光強度值，甚至是散布值 所代表的意義與現(xiàn)行的檢測方法中所使用的光強度值或散布值相同。由于本發(fā)明的缺陷檢 測程序與制程變異監(jiān)控方法可使用相同的系統(tǒng)設(shè)備中，因此本發(fā)明十分經(jīng)濟。此外，本發(fā)明 方法可同時進行缺陷檢測與制程變異監(jiān)控兩種程序，而十分省時。再者，本發(fā)明方法亦可套 用于如上述內(nèi)容中所敘述過的單機系統(tǒng)中。 設(shè)計用來與缺陷檢測系統(tǒng)共同運作的本發(fā)明另一實施例如下以類似應(yīng)用于缺陷 檢測中的方法來比較每個感應(yīng)到的小點強度值(甚至包括散布值)與另一晶粒(或稱對照 晶粒)上的對應(yīng)小點的數(shù)值，不過，在此場合中的偏差閾值設(shè)定需合理地低于缺陷檢測程 序中的偏差閾值。因此，大多數(shù)的小點將具有大幅偏離對照值的強度值及散布值。這些小 點會被標(biāo)示成非正常小點。隨后如同第一較佳實施例，將晶圓表面上的每一個晶粒邏輯性 地劃分?jǐn)?shù)個區(qū)塊。計算每個區(qū)塊中的非正常小點數(shù)目，并且程序會將這些具有高數(shù)目的非 正常小點的區(qū)塊當(dāng)作制程變異來報告。再對每個組別(如傳感器)來進行該程序。整個過 程會以對照直方圖來顯示，其簡化的實例示意性地示出于圖4，圖中的兩坐標(biāo)軸分別顯示第 一晶粒與第二晶粒的強度。為了合并兩個區(qū)塊中的小點強度值，需記錄進行合并的區(qū)塊中 每個小點的數(shù)據(jù)。理想狀況下，每個記錄點應(yīng)落在主對角線附近的區(qū)域內(nèi)。但由于制程中 具有干擾與變異，因此實際上兩個晶粒中會有許多小點的強度值不相等。圖4繪出了顯示 每對數(shù)據(jù)的分布情形的正常等高線45。最內(nèi)圈的等高線例如，包含了所有被感測小點中的 90%。并根據(jù)其與等高線45的一些選定關(guān)系來繪制兩對大體與主對角線平行的閾值線。這 些閾值線會將直方圖劃分成五個區(qū)域。遠(yuǎn)離對角線的第一對閾值線41用來區(qū)分出有缺陷
8的小點43，而離對角線較近的第二對閾值線42則用來區(qū)分出不正常的小點44。需注意閾 值線41就是現(xiàn)有技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)(如前面敘述過的Compass系統(tǒng))所使用的區(qū)分缺陷的 閾值線并且可能可選地也被用于本發(fā)明的系統(tǒng)；而閾值線42以及其用來區(qū)分出不正常小 點的應(yīng)用則為本發(fā)明的新特征。不論在何種情況下，所有數(shù)值在閾值線42以外(也包括那 些可能在閾值線41以外)的小點最好歸類于不正常小點。 也可個別針對不同傳感器或結(jié)合所有傳感器的方式來設(shè)計出可分辨不正常小點 數(shù)目的公式，也因此需得到更多有關(guān)監(jiān)控制程變異的數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)將會作為用來求得小 點的不正常指示值之間的關(guān)系。此實施例的另一種類型是從標(biāo)準(zhǔn)晶粒中獲取對照值，并可 存儲這些對照數(shù)值；更普遍地，這些對照數(shù)值可能作為一個適當(dāng)?shù)膶φ諗?shù)組，此對照數(shù)組是 衍生自對照晶粒或是標(biāo)準(zhǔn)晶粒。 當(dāng)在制程變異監(jiān)控系統(tǒng)(可能是晶圓檢測系統(tǒng)的一部分)中應(yīng)用本發(fā)明的任何方 法時，依照上述內(nèi)容所敘述的方法所取得每個區(qū)塊的偏差能以圖形形式呈現(xiàn)在制程操作者 眼前，以幫助該操作者降低其人為的制程變異?；蛘?，所獲得的數(shù)據(jù)能自動提供至一個分析 系統(tǒng)來將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可能的制程變異輸出數(shù)據(jù)，或以其它方式來處理這些數(shù)據(jù)?；蚴?激活一個再檢查程序(例如高分辨率的觀測程序)來對呈報出來的區(qū)塊，特別是具有高偏 差分?jǐn)?shù)的區(qū)塊進行檢測。需注意到這些需再次檢查的位置多半是指那些現(xiàn)行方法檢測為具 有缺陷的以外的地方，雖然部分的這些位置可能大致相同。如同本文中所敘述的實施例，本 發(fā)明用于制程監(jiān)控所產(chǎn)生出的結(jié)果的應(yīng)用方式不屬于本發(fā)明范圍，而是顯示其用途。
需明白，文中所公開的本發(fā)明的各種變化，包括各種其它類型與功能，以及應(yīng)用至 其它表面、圖案及制程是可能的，它們均不脫離本發(fā)明范圍，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以 權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。 還需了解到根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以是經(jīng)適當(dāng)程序化的計算機或數(shù)字處理器。同樣 地，可根據(jù)本發(fā)明來設(shè)計能被計算機讀取的計算機軟件(程序)以執(zhí)行本發(fā)明方法。還可 根據(jù)本發(fā)明來設(shè)計儀器可讀式內(nèi)存，其包含由儀器驅(qū)動的指令所構(gòu)成的軟件以執(zhí)行本發(fā)明 方法。
權(quán)利要求
一種方法，包括照明晶圓以接收多個晶粒的多個圖像；測量與多個晶粒中每個相關(guān)的選擇小點與鄰近該小點周圍的數(shù)組數(shù)個小點的光強度值；以及基于所測量的光強度值，進行晶粒-晶粒比較。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中以激光照明晶圓。
3. 權(quán)利要求l的方法，其中以激光照明晶圓，該激光由光學(xué)系統(tǒng)聚焦于晶圓上以便將 聚焦光點法向地投射到晶圓表面上。
4. 權(quán)利要求3的方法，其中通過掃描機構(gòu)移動晶圓，使得聚焦光點以平行線的規(guī)則光 柵來掃描。
5. 權(quán)利要求l的方法，其中由傳感器收集自晶圓表面反射和散射到多個方向的光并且 將該光轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電信號，對該電信號取樣并數(shù)字化，以產(chǎn)生光強度值。
6. 權(quán)利要求l的方法，其中對于每個選擇小點，確定明場強度值、一個或多個暗場強度 值、以及灰場強度值。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中對于每個選擇小點，以及對于每一強度值組別，相互比較該 選擇小點與鄰近該小點周圍的數(shù)個小點的強度以產(chǎn)生對應(yīng)的散步值，該每一強度值組別為 明場強度、暗場強度，以及灰場強度。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中相互比較選擇小點與鄰近該小點周圍的數(shù)個小點的強度以 找出最高和最低強度值并且確定它們之間的絕對差值。
9. 權(quán)利要求7的方法，其中將該強度值以及該對應(yīng)的散步值與另一晶粒的對應(yīng)小點的 那些進行晶粒-晶粒比較。
10. 權(quán)利要求9的方法，其中分析由該強度值以及該對應(yīng)的散步值的晶粒-晶粒比較得 到的數(shù)值數(shù)組以確定對象選擇小點是否是有缺陷的。
11. 權(quán)利要求10的方法，其中通過根據(jù)該強度值以及該對應(yīng)的散步值的范圍的已知組 合，分類對象選擇小點所定位的電路圖案，以及為每個圖案組別的多個數(shù)值限定最大可接 受偏差來分析得到的數(shù)組，以便當(dāng)一個或數(shù)個感應(yīng)值之間的晶粒_晶粒差值超過可應(yīng)用的 偏差閾值時，將對象選擇小點確定為有缺陷的。
12. —種用于明場監(jiān)測的方法，包括 明場照明晶圓以接收多個晶粒的多個圖像；測量與多個晶粒中每個相關(guān)的選擇小點與鄰近該小點周圍的數(shù)組數(shù)個小點的光強度 值；和根據(jù)所測量的光強度值進行晶粒_晶粒比較。
全文摘要
一種擴大半導(dǎo)體晶圓光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)的制程監(jiān)控能力的方法，其比現(xiàn)行的方法能更靈敏地檢測晶圓表面上制程變異的微小影響。該方法實質(zhì)上利用幾何區(qū)塊將監(jiān)測表面上感測過的小點分組，并使每個區(qū)塊與同一晶圓的另一晶粒上對應(yīng)位置的區(qū)塊相比較，以及與另一晶圓的一晶粒上對應(yīng)位置區(qū)塊的存儲模型影像相比較。在本發(fā)明一實施例中，直接比較小點值，并在缺陷檢測程序中將差異進行閾值控制在可接受的低水平內(nèi)。另一實施例中，根據(jù)測得的光強度值來計算每個區(qū)塊的信號，并與其對應(yīng)的信號相比較。
文檔編號G01N21/95GK101707180SQ20091022639
公開日2010年5月12日 申請日期2003年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月22日
發(fā)明者葉夫根尼·萊溫, 吉拉德·阿爾莫格, 埃弗拉特·羅森曼 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司;應(yīng)用材料以色列公司