監控制程變異的系統與方法
2023-12-11 13:43:07 4
專利名稱：監控制程變異的系統與方法
技術領域：
本發明是關於半導體晶圓檢測，特別是關於光學監控集成電路製程變異的系統與方法。
背景技術：
在如矽晶圓的半導體基材上製造集成電路的製程極為複雜，並包含許多步驟。每個步驟包含許多製程參數，這些參數受到嚴密控制以確保獲得穩定且精確的結果。然而在製程的任意步驟中存在著造成非刻意誤差的物理因子。這些物理因子來自於基材本身的變異、製造設備中微小的機械性或光學性誤差(如輕微的校正不準而造成無法聚焦)、灰塵與髒汙以及環境變異。在連續晶圓或一個晶圓的各部位或上述兩者中，製程中的誤差可能是隨著時間變化的函數。當不論是單一種製程誤差或同時出現多種製程誤差過多時，集成電路的特徵便會出現缺陷。這些缺陷分為兩種規格—一種是(a)佔據相當面積且較低光學解析度的表面外觀誤差，其造成輕微的幾何結構誤差(如導體寬度)；另一種是(b)位在微小區域中，且能以清晰的光學解析度觀察到的較明顯的幾何結構扭曲。此處將前者(是指(a)規格的缺陷)稱為「大缺陷」，將後者(是指(b)規格的缺陷)稱呼為「小缺陷」或僅以「缺陷」來稱呼。
由於目前集成電路的幾何結構以0.1至0.2μm為單位，因此，只能使用比可見光更短的波長以10nm或更小規格的解析度來檢測發生在整個大面積上被視為大缺陷的輕微誤差。另一方面，小誤差一般是指其大小需透過光學顯微鏡才可檢測到的誤差。這些小缺陷可能是由製程中的微小幹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方式。
製程中的晶圓通常會受定期監測，例如在每個主要步驟之後，以檢測缺陷並監控制程。目前僅以設計用來檢測小缺陷的特殊裝置來光學性地檢測整個晶圓表面。例如由美商應用材料(Applied Materials of Santa Clara，CA)所出售的Compass監測系統(Compass inspection system)便是此類裝置中的一種。圖1的方塊圖顯示此裝置的主要部分，特別是光學系統，其包含一個光束來源(如雷射光源)、數個用來瞄準、對焦與掃描用的透鏡、一個用來固定並移除已檢測晶圓的晶圓固定器、至少一個感應器及一個用來處理來自感應器的信號的處理器。
檢測到的缺陷會經過分析以了解其數目，能了解缺陷的特性更好。顯然地，在任意區域中或遍布整個晶圓上的相對較大缺陷證明在製程中存有一些錯誤或無法接受的誤差，並需警示操作人員嘗試去分辨出造成誤差的物理因子並做適當修正動作，例如適當地校正製程參數。當缺陷數量龐大時，可能需要放棄大部分的晶粒，甚至整個晶圓。
通常以一道額外或稱為再檢查的操作階段來仔細檢查並分析檢測到的缺陷，以從缺陷處了解到造成缺陷的製程誤差的特徵，或大缺陷存在的狀況及其特徵，並根據這些特徵來降低製程誤差。此種檢測需使用比檢測缺陷時更高的解析度且可能包括微度量衡技術來完成。上述的特徵檢測可能使用與檢測缺陷時相同的設備，但通常改用另外更高解析度的組件，如掃描式電子顯微鏡(SEM)，但卻非常昂貴。
在集成電路製造領域中，借著檢測微小缺陷並再檢查取得那些會產生大缺陷的現行技術具有兩個主要的問題。第一個並且是很重要的問題在於大缺陷必須相當嚴重到足以造成可檢測到的小缺陷。但此種問題會產生在修正製程誤差之前便已造成極大損害的危機，最嚴重的情況可能是不論大小缺陷形成數量都已過多而需放棄整個晶圓，進而造成嚴重的經濟損失。第二個問題在於再檢查的階段中，需花費許多時間與昂貴的設備來對缺陷進行詳細的檢測與分析。在製程誤差被識別並修正以前所造成的時間延遲會使更多晶圓受到不良影響。雖然可借著高解析度的程序來檢測整個晶圓表面即可避免第一個問題，但這樣的程序很慢並需要昂貴的設備。
因此，需要一種能在製程中監測整個晶圓表面的方法與設備，其能直接檢測出尚未到達造成小缺陷的損壞程度的大缺陷，並更快更靈敏地對製程變異提出警告指示。還需要一種相對比較便宜的製程變異監控裝置，並且最好能與傳統光學缺陷檢測裝置共享部分組件。
發明內容
本發明主要是一種用來擴展半導體晶圓光學監測系統的製程監控能力的方法，其能檢測出大缺陷甚至將大缺陷定量，例如能以比利用傳統光學監測系統來分析小缺陷時更高的敏感度來檢測晶圓表面上由製程變異造成的低解析度的影響。或者，此方法也可檢測時間性製程變異在連續製造的晶圓上的影響。本發明的方法為當前生效式為佳，並可聯合上述的光學監測系統的小缺陷檢測作業，同時該方法通常包括檢查晶圓的整個待測的表面。本發明的方法是設計用來檢測比那些會造成大量可檢測微小缺陷的製程變異更不明顯的的製程變異。上述內容所提出的所有特徵與整個表面檢測過程中的特徵較目前製程監控方法的作業模式更加優異，藉此可檢查在那些曾檢測出小缺陷的區域中的製程變異的幾何影響。此外，上述檢查動作是在再檢查階段中執行。再檢查階段與缺陷檢測作業是兩個不同階段，再檢查階段需要較高解析度掃描，甚至可能使用與缺陷檢查作業完全不同的設備來達到高解析度掃描的目的。
在本發明系統的一較佳實施例中，缺陷檢測作業的部分結果需更進一步處理，以便直接獲得整個監測表面上的製程變異指示值。與缺陷檢測作業相同的是，本發明方法能有益地運用監測系統中的每個感應器的輸出數據。這些感應器分別以不同角度來面對監測表面與光束，並感應暗場或明場以檢測更多不同的影響而獲得更精確可靠的結果。雖然下述較佳實施例並未提及，但本發明方法也可對那些已利用本發明方法檢測並測量過的製程變異來建立一個基礎數據以提供分類製程變異的能力。
雖然本發明方法與缺陷檢測作業聯合運作較具經濟效益，但也可根據使用者的選擇或變化來分開或各自獨立運作本發明方法與缺陷檢測作業。文章中也公開用來執行本發明方法的設備與系統。
需明白的是，雖然本公開內容中以監測將製成集成電路晶粒的半導體晶圓來說明本發明，但本發明亦可應用於其它基材的表面監測。除非表面變異與製程無關，否則用來製成光子組件或進行其它製程的基材都可應用本發明方法來監測基材表面。也需了解的是，本發明同樣能應用除了光學儀器之外的設備(如電子或離子束)及任一種能逐點探測或感應基材表面的監測系統來進行表面監測。在上述的任一系統中，每個感應器對應於感應器所接收到的能量的輸出強度值即是監測表面的探測能量束的反射結果。這些輸出強度值通稱為輻射強度值，但也可改稱光強度值(因本發明的較佳實施例是使用光束來進行探測)。
當應用於晶圓監測系統時，本發明方法至少包括下例步驟(a)自監測表面上的每個小點取得一個或多個光強度值並歸類至相對應的組別，如同監測系統中各感應器的輸出值；這些光強度值與小缺陷檢測中所使用的數值不同；(b)為每個小點來計算一個或多個衍生數值；(c)將晶圓表面定義成一個由幾何區塊所組成的數組，每個區塊包含相當數量的連續小點；(d)分別對每個區塊計算出一個信號，該信號為一組變異或一個變異數組，作為區塊內數個小點的光強度值與衍生數值的函數；(e)將每個區塊的信號與一個對照區塊的指定對照信號比較，以計算一個或多個製程偏差指示值。
b步驟中的衍生數值以定點散布值(local spread value)為佳，如該參考小點的緊鄰區域的強度值的變異擴值，並根據每個組別(如感應器)各自計算這些衍生數值。
在本發明方法的一較佳實施例中，計算信號的步驟包括針對每個小點及對應每個組別，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塊提供一標準對照信號，並根據此標準對照信號來進行e步驟中的比較動作。在另一類型中，每一區塊的比較是將正在監測的晶圓的信號與先前監測過的晶圓的對應信號來進行比較。又一類型中，可將本發明方法應用於由單獨晶粒構成數組的集成電路上，其中可對齊晶粒的數組來定義區塊的數組，而使得每個晶粒上具有數個區塊。並將一晶粒上任意區塊與一個或多個其它晶粒上的相同位置的區塊進行比較。
在本發明方法的另一較佳實施例中，本發明方法特別可應用於也需檢測小缺陷的情況，首先需對應於每個感應器來獲取每一個小點的光強度值及定點散布值，並將上述兩種數據與另一晶粒上同樣位置的小點的兩種對應數值進行比較。最好根據一特定臨界曲線來限制比較數據後所獲得的差異，並記錄這些差異超出臨界曲線的超出值。此特定臨界曲線的臨界值通常遠低於其它用於缺陷檢測的類似製程的臨界值。最後，針對每個區塊來計算上述對應於每個感應器的超出值的總和，每個總和分別形成製程偏差指示值。
為讓本發明更明顯易懂並了解其實施方式，將在內容中敘述一較佳實施例以做示範說明，且附圖的詳細說明如下圖1為應用於本發明一較佳實施例中的晶圓監視系統的概要圖。
圖2為一晶圓表面概要圖，顯示根據本發明的小點、區塊與晶粒之間的關係。
圖3為一個根據本發明一較佳實施例的標準直方圖。
圖4為現在技術用來檢測缺陷及根據本發明的第二種型態用來進行製程偏差測量的小點值正常分布狀態與標準臨界曲線圖。
附圖標記說明20晶圓22晶粒24區塊26缺陷30監測系統31光源32處理器 33光學系統34掃描裝置35感應器41臨界線 42臨界線43缺陷小點44正常小點45等高線具體實施方式
本發明方法以附加電腦程式的形式來實施為佳，其可在主要晶圓製程階段後用來檢測缺陷晶圓監測系統中的數字處理器中執行。文中用來展示本發明方法的監測系統實施例是在先前技術段落曾提到，並顯示於圖1中由應用材料公司(Applied Materials of Santa Clara CA)所出售的Compass監測系統。然而，需了解到本發明方法可通過顯而易見的修飾而成為適當程序，以套用於他種監測系統中的各型處理器。其他監測系統包括那些用來檢測除了半導體晶圓外的其它表面的監測系統。此外，更需明白本發明方法經修飾後可實施在專為本發明方法所設計的獨立系統以僅供製程變異監控之用。
在圖1的監測系統30中，光源31(以雷射為佳)與光學系統33將一聚焦光點投射到晶圓36的表面上。借著掃描裝置34來移動晶圓36，使得聚焦光點能以平行直線的光柵方式來掃描該晶圓36的表面。感應器35收集自該表面上以不同方向反射或散射出的光線，並將這些光線轉換成對應的電子信號。以固定的時間間隔對這些電子信號進行取樣並數位化，以根據其強度來產生對應的光強度值。這些強度值會傳輸至處理器32中。處理器32通常設定為用來執行信號分析以測定出缺陷，但較佳方式是將處理器設定成能根據文中所公開的本發明方法來執行信號分析。任一取樣表面上的光束位置則當成個別的小點。掃描線之間的距離決定了沿著一軸心的鄰近小點間的距離，並且取樣速率與掃描速度的比值決定沿著另一垂直軸心的鄰近小點間的距離。沿著每條軸心上的此距離約介於0.5至0.2μm之間。最佳方式是讓一個感應器依正常角度來收集反射光線以當作明場感應器(bright field sensor)，以及將四個感應器分置於四個不同方位且以一個比正常角度更大的角度來收集反射光線，這四個感應器則作為暗場感應器。並使用一環狀感應器從小角度變化至中等角度、再變化至正常角度的方式來收集反射光線，以作為灰區感應器。相同的感應器也可應用在相對應的數字強度值。從各個感應器所獲得的強度值可歸類至不同的組別並將依照後述內容的方法進行處理。不同的光強度組別也可能伴隨其它影響掃描與感應反射光線的參數，如光學偏差。
在大多數的製程中半導體晶圓會經過處理以製造出由獨立電路圖案所構成的數組，此數組將成為許多晶粒(即晶片)。如圖2所示，其顯示晶粒區域22與晶圓20的關係。因此，可借著讓晶圓上每個晶粒22的數值與一個或多個其它晶粒22的數值或與一樣本晶粒(model die)的數值相比較來檢測出缺陷26。
重要的是，對每個小點與每一強度值組別(分別依照六個感應器來分成六個組別)執行下列步驟相互比較該小點及鄰近該小點周圍的數個小點(如相鄰的小點)的強度值以產生對應的散布值S。並可使用一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(absolute difference)。六個強度值I以及與其對應的六個散布值S分別與另一晶粒的相同位置上的小點的這些數值(六個強度值與其六個散布值)相比較。該另一晶粒需為先用雷射束掃描過的晶粒，但也可以是該晶圓上的其它個晶粒或樣本晶粒。由兩個晶粒、每個晶粒六種組別及每組分別具有I值與S值，共24個數值所構成的最後數組經適當的算法與參數分析後可決定該晶粒是否為具有缺陷。上述的算法與參數包括根據I值與S值的範圍來將該小點存在的電路圖案進行分類，以及針對每個圖形的每一組別的各數值來定義出偏差臨界值，如最大可接受偏差。當兩個晶粒之間對應於一個或數個感應值的差值超過其相關的偏差臨界值時，則認為該小點可能具有缺陷。將那些認為可能具有缺陷的小點與兩個其它晶粒或標準晶粒比較後，便可確定該小點是否為缺陷處。還需注意到的是，感應器的數目以及對應於每一小點的強度值不需如同文中示範系統所敘述的各為6個，其可以是任意數目，甚至是一個即可。
根據本發明一較佳實施例，將晶圓表面上由小點所構成的數組以邏輯方式劃分成數個連續方形區塊。每個區塊包含一個通常由500×500個小點所構成的數組。這些數組依序排列形成一個笛卡兒數組(Cartesian array)。由區塊所組成的笛卡兒數組以對準晶粒數組為佳，如此可將所有晶粒各自劃分成數個區塊。圖2顯示區塊與晶粒間的關係，其中可看出每個晶粒22均被各自劃分成數個區塊24內(此處僅顯示數個區塊作示範)。若每個小點相距2μm，那麼每個區塊24將會是1×1mm，而每個尺寸約為10mm的普通晶粒則含有10×10個區塊。
然後，針對每個區塊與每個組別(如感應器)來將所有具有兩個強度值I與S的小點繪製成直方圖。此直方圖稱為區塊特徵直方圖(BlockCharacteristic Histogram，BCH)，可將其看成是一個二維數組，若假設以8位為一單位來顯示每個數值，那麼其中一個坐標軸會顯示256的I值，另一坐標軸則顯示256的S值。需注意在BCH圖中，數值的一般分布狀況是決定在位於該特定區塊下方的電路圖種類，也就是依照I值的種類來決定分布狀況。舉例來說，在對應於一個暗場感應器的BCH圖中，對於一個電路圖案可視為記憶電路的區域來說，其強度值與散布值以中等強度為主，而裸晶圓(即無電路圖案)的強度值與散布值則大多為低強度。而對於明場感應器來說，記憶電路區域的一般直方圖則如圖3所示，為了清楚並簡潔地表示出圖形，因此在圖3中僅分別顯示16個I值與S值。並且可明白到，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值。
由BCH圖所構成的群組(此較佳實施例為六個BCH圖)是一種稱為區塊信號的特別種類。本發明中也可針對每個區塊從該區塊的BCH圖或直接從該區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。對於一區塊的每個組別來說，任意一組這些數值(如I值與S值)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的散布值均低於臨界值的強度值(通常是無電路圖區域)加以平均。一種不論直接從每個區塊的強度值或其BCH圖來產生區塊信號的函數關係的實施例是強度值與散布值之間的關聯性。其它種類的區塊信號還包括如該區塊的數個BCH圖之間的函數關係。
根據上述方法，晶圓表面上的每個區塊可分別產生一個信號。需注意的是，對於有些種類的信號，其用來計算該信號的參數可能為了配合區塊下方的圖案(如各種電路圖)的不同而隨著區塊改變。再者，需將每個在一時間內的區塊視為一個當前區塊(current block)，其信號則視為當前信號，這些當前信號會與一個對照信號相比較，而使得每個區塊分別產生一組製程變異指示值(該組製程變異指示值中可能包含一個或多個製程變異指示值)。最好以一個或多個能定義出可接受的偏差範圍的參數來控制上述比較動作。同樣的這些參數較佳是以作為該區塊下方的電路圖案的函數來決定。將上述用來計算整個晶圓面積或任一晶粒的信號的比較參數收集完全後，這些參數會形成該晶圓或該晶粒的參數圖(parameter map)。製程受到監控的每一種晶粒均會各自訂出一個如同以上內容所敘述的參數圖。
本發明較佳實施例依照不同的比較參數來源可構築出數種類型。第一種用來執行絕對製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(假設晶圓上每個獨立晶粒的圖案相同)定義出一個標準信號表。並且最好根據每種晶粒種類(如電路圖案)或每個產品批次來產生上述的信號表，以及根據一個或多個經過上述掃描及信號運算程序確認為無缺陷的樣品來產生一個信號表。監測過程中，每個區塊的信號會與對應於標準信號表中的同一信號相比較。第二種用來執行晶圓製程期間的變異檢測的類型是在監測過程中，使每個區塊的信號與先前已監測晶圓的對應位置區塊的信號相比較，並且最好是與前一片晶圓進行比較。第三類型是用來執行晶粒製程變異監測，且適用於晶圓上每個獨立晶粒的圖案均不同的狀況。除了在監測過程中，每個區塊的信號需與一個或多個其它晶粒(最好為相鄰晶粒)上對應位置區塊的信號相比較之外，第三類型與第二類型相似。此第三型可廣泛應用於任何一種表面上具有不重複的指定圖案的待測表面。
如上述所討論的內容，每個比較程序均由數個參數圖(該參數圖通常根據區塊而有所不同)中的對照參數來控制。例如，當每一組別的一個信號只有一個數據時，適用的比較程序可以是簡單地計算出當前信號與對照信號之間的絕對差值，並判斷這些計算出來的絕對差值是否超出參數圖中對應的臨界值。若差值超過超出該對應的臨界值，那麼便可對當前區塊指定一個適當的製程變異指示值。
當信號是一個由I值與S值所構成的BCH圖時，是用的比較程序實施例則可如下列步驟針對每個組別，利用相減後取絕對值的方式來計算當前BCH圖中與對照BCH圖中每一對I值與S值的絕對差值，再將所得結果加以平均來得到平均絕對差值；隨後從所有組別中找出最大平均差值與參數圖中對應的臨界值相比較，已產生製程變異指示值。將上述後項示範方法加以變化的話，便可針對每個組別及每個區塊的參數圖來定義一組偏差臨界值作為I值與S值的函數；隨後計算出當前BCH圖與對照BCH圖中每個差值，並使這些差值與其對應的偏差臨界值相比較，同時每個超過偏差臨界值的差值會產生一個偏差尾數(deviation flag)。每個組別的區塊的BCH圖產生的一個或可能數個偏差尾數均暗示發生一個製程變異，也可能顯示出製程變異的嚴重程度。
需注意若該系統用於缺陷檢測時，本發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行的檢測方法中所使用的光強度值或散布值相同。由於本發明的缺陷檢測程序與製程變異監控方法可使用相同的系統設備中，因此本發明十分經濟。此外，本發明方法可同時進行缺陷檢測與製程變異監控兩種程序，而十分省時。再者，本發明方法亦可套用於如上述內容中所敘述過的單機系統中。
設計用來與一缺陷檢測系統共同運作的本發明另一較佳實施例如下以類似應用於缺陷檢測中的方法來比較每個感應到的小點強度值(甚至包括散布值)與另一晶粒(或稱對照晶粒)上的對應小點的數值，不過，在此場合中的偏差臨界值設定需合理地低於缺陷檢測程序中的偏差臨界值。因此，大多數的小點將具有大幅偏離對照值的強度值及散布值。這些小點會被標示成非正常小點。隨後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數個區塊。計算每個區塊中的非正常小點數目，並且程序會將這些具有高數目的非正常小點的區塊當作製程變異來顯示。再將程序步驟分成數個組別(如感應器)來進行。整個過程會以對照坐標圖來顯示，坐標圖可參考圖4中的主要電路區域的簡化圖標實施例，圖中的兩坐標軸分別顯示第一晶粒與第二晶粒的強度。為了合併兩個區塊中的小點強度值以繪製如圖4的坐標圖，需記錄進行合併的區塊中每個小點的數據。理想狀況下，每個記錄點應落在對角線附近的區域內。但由於製程中具有幹擾與變異，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所示一條顯示每對數據的分布情形的正常等高線45。最內圈的等高線可能包含了如90％的小點。並根據其與等高線45的一些特定關係來繪製兩對幾乎與對角線平行的臨界線。這些臨界線會將坐標圖畫分成五個區域。遠離對角線的第一對臨界線41用來區分出缺陷的小點43，同時離對角線較近的第二對臨界線42則用來區分出正常的小點44。需注意兩條臨界線41就是傳統監測系統(如前面敘述過的Compass系統)所使用的臨界線。而兩條臨界線42以及其用來區分出正常小點的作用則為本發明的新特徵。不論在何種情況下，所有數值超過臨界線42(也包括那些超過臨界線41的小點)的小點最好歸類於不正常小點。
也可個別針對不同感應器或結合所有感應器的方式來設計出可分辨不正常小點數目的公式，也因此需得到更多有監控制程變異的數據。所有數據將會作為用來求得小點的不正常指針之間的相對關係。此較佳實施例的另一種類型是從標準晶粒中獲取對照數值，並存儲這些對照數值；更正確地來說，這些對照數值可能作為一個適當的對照數組，此對照數組是衍生自對照晶粒或是標準晶粒。
當在一製程變異監控系統(可能是晶圓檢測系統的一部份)中應用本發明的任一種方法時，依照上述內容所敘述的方法所取得每個區塊的偏差能以圖形形式呈現在製程操作者眼前，以幫助該操作者降低其人為的製程變異。此外，所獲得的數據能自動提供至一個分析系統來將這些數據轉化成可能的製程變異輸出數據，或以其它方式來處理這些數據。或是激活一個再檢查程序(例如高解析度的觀測程序)來對呈報出來的區塊，特別是具有高偏差指數的區塊進行檢測。需注意到這些需再次檢查的位置多半是指那些現行方法檢測為具有缺陷的地方，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，本發明用於製程監控所產生出的結果的應用方式不屬於本發明範圍，而是顯示其用途。
需明白文中所公開的本發明的各種變化，包括各種其它類型與功能，例如可應用至其它表面、圖案及製程等功能均不脫離本發明範圍，因此本發明的保護範圍應當以權利要求書所界定的為準。
還需了解到根據本發明的系統可以是經適當程序化的計算機或數字處理器。同樣地，可根據本發明來設計能被計算機讀取的計算機軟體(程序)以執行本發明方法。還可根據本發明來設計一種儀器可讀式內存，其包含一個由儀器驅動的指令所構成的軟體以執行本發明方法。
權利要求
1.一種檢測一表面上的製程變異的方法，該方法至少包括(a)以逐點取得(pixel by pixel)的方式來獲取該表面的輻射強度值；(b)在該表面上定義出多個幾何區塊，每個區塊至少包括多個連續小點；(c)提供每個區塊一個或多個對照值；以及(d)由每個區塊中的該小點輻射強度值與相對應的對照值來計算每個區塊的製程變異指示值。
2.一種檢測一表面上的製程變異的方法，該方法至少包括(a)以逐點取得(pixel by pixel)的方式來獲取該表面的輻射強度值I，並定義出一個或多個輻射強度值組別，且對於每個小點取得每個已定義組別的一輻射強度值；(b)在該表面上定義出多個幾何區塊，每個區塊至少包括多個連續小點；(c)由該區塊中的小點的輻射強度值來計算每一區塊的一個或多個信號，所有信號與該區塊相關；以及(d)對任意區塊及與該區塊相關的任意信號提供一比較信號，並由該任意信號與比較信號來計算該區塊的一個或多個製程變異指示值。
3.一種檢測一表面上的製程變異的方法，該方法至少包括(a)以逐點取得的方式來獲取該表面的輻射強度值I，並由該輻射強度值定義出一個或多個組別，且為每一小點取得每一已定義組別的一輻射強度；(b)在該表面上定義出多個幾何區塊，每個區塊至少包括多個連續小點；(c)對任何區塊與任何已定義的組別提供一強度值數組，該數組是對應於該區塊中的該小點，該數組為一對應比較數組；(d)針對任意區塊與任意已定義的組別，將該區塊中每個小點的輻射強度值與一對應比較數組中的一對應成員進行比較，並且根據上述的比較結果來計算該小點的不正常指示值；以及(e)決定該任意區塊中所有小點的不正常指示值間的相互關係，以得到該區塊的一個或多個製程變異指示值。
4.一種位於一用來檢測一表面上的製程變異的系統中的數據處理器，它是被程序化以執行至少下列動作(a)以逐點取得的方式來獲取該表面的輻射強度值I，並由該輻射強度值定義出一個或多個組別，且為每一小點取得每一已定義組別的一輻射強度；(b)在該表面上定義出多個幾何區塊，每個區塊至少包括多個連續小點；(c)由每個區塊中該小點的輻射強度值來計算一個或多個信號，且所有信號與該區塊相關；以及(d)針對每個區塊以及與該區塊相關的任意信號來存儲一比較信號，並根據該信號二者來計算該區塊的一個或多個製程變異指示值。
5.一種位於一用來檢測一表面上的製程變異的系統中的數據處理器，被程序化以執行至少下列動作(a)以逐點取得的方式來獲取該表面的輻射強度值I，並由該輻射強度值定義出一個或多個組別，且為每一小點取得每一已定義組別的一輻射強度；(b)在該表面上定義出多個幾何區塊，每個區塊至少包括多個連續小點；(c)針對任意區塊與任意已定義組別來存儲一與區塊中該小點對應的強度值的數組，該數組是一對應比較數組；(d)針對每個區塊以及與該區塊相關的任意信號來存儲一比較信號，並根據該信號的二者來計算該區塊的一個或多個製程變異指示值；以及(e)針對每個區塊以及與該區塊相關的任意信號來存儲一比較信號，並根據該信號的二者來計算該區塊的一個或多個製程變異指示值。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，定義了一個或多個輻射強度值的組別，且其中該獲得步驟是指分別對每個小點取得每一已定義組別的一輻射強度值。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述的獲得步驟至少包括以一光束來掃描該表面，並利用一個或多個感應器來感測從該表面反射出的光線，其中任意這些已定義組別是對應於一個或多個該感應器。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述的一個或多個感應器為複數個感應器。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述的至少一個該感應器為暗場感應器。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的表面為一半導體晶圓的表面。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的表面為製程進行中一第一對象的表面，在該對象上定義出一相似表面，並對該相似表面執行a步驟與b步驟，使得兩個表面上各自定義出該區塊；其中由該第二對象且包含在一相對應區塊中的小點輻射強度值所計算出來。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述的第二對象是先於該第一對象且經過相同製程處理的一對象。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述的兩對象均為半導體晶圓。
14.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的表面至少包括具有由多個特定圖案的相同樣品所組成的一數組，且b步驟中，該定義步驟是指在每個樣品上定義出多個區塊，及一特定樣品上的任意區塊的對照數值是由另一樣品上相同區塊中的小點強度值所計算出來。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述的表面是一半導體晶圓的表面，及該圖案是一集成電路晶粒的圖案。
16.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，區塊的每邊長的尺寸大於十個小點，且大致小於該圖案的對應邊長的尺寸。
17.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的表面具多個圖案特徵，且該圖案可分成特定數目的圖案種類，且該表面還可包含一位在該表面上的圖樣，針對每一區塊，該圖樣至少包括一組(i)一個或多個對照值；(ii)一個或多個參數，用來控制每一對照值的計算；(iii)一個或多個參數，用來控制製程變異指示值的計算。
18.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括執行該方法以檢測缺陷，以及還至少包括由該輻射強度值來計算出每一小點的缺陷指示值。
19.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，c步驟至少包括計算出該區塊中每一小點的一個或多個其它數值O，作為在該區塊中該小點與其它小點的輻射強度值函數。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述的其它數值是散布值S，以及所述的其它小點是指該小點附近的一特定數目的小點。
21.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，至少一信號為該區塊中由全部小點的I值與S值所組成的一直方圖，該直方圖為與該區塊相關的當前直方圖。
22.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，根據各組別所計算出來的該其它數值是指散布值，作為由該小點及該特定數目的鄰近小點所組成的小點群中最大I值與最小I值的差值，其特徵在於，所述的每一組別具有一相關直方圖。
23.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，任意對照信號是指一個I值與O值的直方圖，其為一對照直方圖，且I值與O值個別的範圍與對應特徵直方圖中的範圍相同。
24.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，d步驟中的計算步驟至少包括對每一輸入逐一比較當前直方圖及其對應的對照直方圖，並總和這些比較結果。
25.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，執行d步驟以得到與該區塊相關的當前信號，該方法還至少包括比較這些總和結果以得到所有這些當前信號。
26.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，所述的比較步驟至少包括計算每一組相對應的輸入(entry)的絕對差值。
27.如權利要求26所述的方法，其特徵在於，所述的總和步驟至少包括平均所有差值。
28.如權利要求26所述的方法，其特徵在於，所述的比較步驟還至少包括使每一差值與一臨界值相比較，藉此使每一超過臨界值的差值產生一尾數，以及該總和步驟至少包括計算該尾數。
29.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，還至少包括提供一組臨界值作為I值與O值的函數，其中使每組記錄值與該組臨界值的對應者進行比較。
30.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，d步驟的計算步驟至少包括(i)自該區塊的一個或多個當前直方圖來計算出一個或多個當前數值；(ii)自該對應的對照信號來計算出對照值；以及(iii)使該當前數值與對照值進行比較。
31.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，至少依信號反映出該區塊中所有小點的I值與O直之間的一種關係。
32.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，至少依信號反映出該區塊中所有小點的I值與O值之間的一種相互關聯。
33.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的對照信號是一已存儲信號或一已存儲區塊的I值的信號。
34.如權利要求33所述的方法，其特徵在於，所述的表面是一半導體晶圓的表面。
35.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的表面為正在進行製程中的一第一對象的表面，該方法至少包括(e)提供一第二對象，並以相似於該第一對象的方法在該第二對象上定義出一相似表面，以及對該相似表面執行a、b與c步驟，使得該表面上分別定義出這些區塊；其中，該對照信號是c步驟所計算出的這些信號中的一對應信號。
36.如權利要求35所述的方法，其特徵在於，所述的第二對象是先於該第一對象且經過相同製程處理的一對象。
37.如權利要求36所述的方法，其特徵在於，所述的兩對象均為半導體晶圓。
38.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的表面至少包括具有由多個特定圖案的相同樣品所組成的一數組，且b步驟中，該定義步驟是指在每個樣品上定義出多個區塊，及一特定樣品上的任意區塊的對照信號是另一樣品上的相同區塊的對應信號。
39.如權利要求38所述的方法，其特徵在於，所述的表面為一半導體晶圓的表面，且該圖案為一集成電路晶粒的圖案。
40.如權利要求38所述的方法，其特徵在於，區塊的每邊長的尺寸大於十個小點，且大致小於該圖案的對應邊長的尺寸。
41.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的獲得步驟至少包括利用一光束來掃描該表面，及利用多個感應器來感應自該表面上反射出來的光線，其中任意這些已定義組別對應於一個或多個該感應器。
42.如權利要求41所述的方法，其特徵在於，至少一個該感應器為暗場感應器。
43.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，還至少包括在該表面上提供一參數圖，該參數圖對於每一該區塊至少包括一組參數。
44.如權利要求43所述的方法，其特徵在於，所述的表面以被多個圖案特徵化，該圖案可分類成一特定數目的圖案種類，以及還至少包括使每個區塊具有一種該特定圖案種類，其中對於任意區塊，該參數圖中的參數是該區塊圖案的函數。
45.如權利要求43所述的方法，其特徵在於，c步驟中的計算步驟是由該參數圖中的這些對應參數來決定。
46.如權利要求43所述的方法，其特徵在於，d步驟中的計算步驟是由該參數圖中的這些對應參數來決定。
47.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，每個信號是單一數值，且d步驟中的計算步驟至少包括使這些數據互相相減並將得到的差值與一臨界值進行比較。
48.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，還執行該方法以檢測缺陷，以及還至少包括由該輻射強度值來計算出每個小點的缺陷指示值。
49.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，d步驟中的比較步驟至少包括使這些數值相互相減以得到對應的對差值，並將該絕對差值閥值控制在臨界值以下，超過臨界值的絕對差值視為不正常指示值，且e步驟至少包括計算該不正常指示值。
50.如權利要求49所述的方法，其特徵在於，根據一特定第一臨界值來進行該閥值控制步驟，該方法還至少包括(f)處理這些絕對差值以檢測該表面上的缺陷，該處理步驟至少包括根據一第二臨界值來進行閥值控制步驟，該第二臨界值大致高於該第一臨界值。
51.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述的對照數組為一已存儲數組。
52.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述的表面為製程中的一第一對象的表面，該方法還至少包括(g)提供一第二對象，並於其上方定義出與該第一對象相似的一相似表面，並對該相似表面執行a步驟與b步驟以分別在這兩個表面上定義出多個區塊來得到對照輻射強度值；其中，該對應區塊中的相對應的組別的對照輻射強度值會組成該對照數組。
53.如權利要求52所述的方法，其特徵在於，所述的第二對象是先於該第一對象且經過相同製程處理的一對象。
54.如權利要求53所述的方法，其特徵在於，所述的兩對象均為半導體晶圓。
55.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述的表面至少包括具有由多個特定圖案的相同樣品所組成的一數組，且b步驟中，該定義步驟是指在每個樣品上定義出多個區塊，及一特定樣品上任意區塊的對照數組是由另一樣品上相對應組別的強度值所組成。
56.如權利要求55所述的方法，其特徵在於，所述的表面為一半導體晶圓的表面，且該圖案為一集成電路晶粒的圖案。
57.如權利要求55所述的方法，其特徵在於，區塊的每邊長的尺寸大於十個小點，且大致小於該圖案的對應邊長的尺寸。
58.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述的獲得步驟至少包括利用一光束來掃描該表面，及利用多個感應器來感應自該表面上反射出來的光線，其中任意這些已定義組別對應於一個或多個該感應器。
59.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，還至少包括針對每個組別與每一小點來計算出一個或多個其它數值，以作為該小點與該小點附近數個小點的強度值的函數；其中在c步驟中，該比較數組還至少包括多個對應其它數值，且在d步驟中的該比較步驟還至少包括比較這些其它數值。
60.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，還執行該方法以檢測缺陷，以及還至少包括由該輻射強度值來計算出每個小點的缺陷指示值。
61.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，還將設定該處理器用來計算該區塊中每個小點的一個或多個其它數值O以作為在該區塊中該小點與其它小點的輻射強度值函數。
62.如權利要求4所述的數據處理器，其特徵在於，所述的其它數值是散布值S，以及所述的其它小點是指該小點附近的一特定數目的小點。
63.如權利要求61所述的數據處理器，其特徵在於，至少一信號為該區塊中由全部小點的I值與S值所組成的一直方圖，該直方圖為與該區塊相關的當前直方圖。
64.如權利要求61所述的數據處理器，其特徵在於，任意對照信號是指一個I值與O值的直方圖，其為一對照直方圖，且I值與O值個別的範圍與對應特徵直方圖中的範圍相同。
65.如權利要求63所述的數據處理器，其特徵在於，至少依信號反映出該區塊中所有小點的I值與O直之間的一種關係。
66.如權利要求61所述的數據處理器，其特徵在於，所述的表面是一半導體晶圓的表面。
67.如權利要求4所述的數據處理器，其特徵在於，所述的表面至少包括具有由多個特定圖案的相同樣品所組成的一數組，其中該區塊定義步驟是指在每個樣品上定義出多個區塊，及一特定樣品上任意區塊的對照信號為另一樣品上相同區塊的對應信號。
68.如權利要求4所述的數據處理器，其特徵在於，所述的表面為一半導體晶圓的表面，且該圖案為一集成電路晶粒的圖案。
69.如權利要求67所述的數據處理器，其特徵在於，利用一光束來掃描該表面及利用多個感應器來感應自該表面上反射出來的光線以得到這些輻射強度值，其中任意這些已定義組別對應於一個或多個該感應器。
70.如權利要求4所述的數據處理器，其特徵在於，至少一個該感應器為暗場感應器。
71.如權利要求4所述的數據處理器，其特徵在於，還被程序化以存儲一表面上的參數映像，該映像包括每一區塊的一組參數，該參數可影響該信號的計算及該製程變異指示值的計算兩者中的任一者。
72.如權利要求4所述的數據處理器，其特徵在於，所述的系統是可作為檢測缺陷用，且該處理器還可被程序化以由這些輻射強度值來計算出任意小點的缺陷指示值。
73.如權利要求4所述的數據處理器，其特徵在於，所述的表面為一半導體晶圓的表面。
74.如權利要求5所述的數據處理器，其特徵在於，所述的表面至少包括具有由多個特定圖案的相同樣品所組成的一數組，其中該區塊定義步驟是指在每一樣品上定義出多個區塊，及一特定樣品上任意區塊的對照數組是由另一樣品上相對應區塊的對應組別的輻射強度值所組成。
75.如權利要求5所述的數據處理器，其特徵在於，該表面為一半導體晶圓的表面，且該圖案為一集成電路晶粒的圖案。
76.如權利要求74所述的數據處理器，其特徵在於，是利用一光束來掃描該表面及利用多個感應器來感應自該表面上反射出來的光線以得到這些輻射強度值，其中任意這些已定義組別是對應於一個或多個該感應器。
77.如權利要求5所述的數據處理器，其特徵在於，還被程序化成可根據每個小點與每個組別來計算一個或多個其它數值，以作為該小點與附近數個小點的輻射強度值函數；以及其中該對照數組還至少包括任意個這些其它數值，及該比較步驟還至少包括比較這些其它數值。
78.如權利要求5所述的數據處理器，其特徵在於，所述的系統是可作為檢測缺陷用，且該處理器更被程序化以由該些輻射強度值來計算出任意小點的缺陷指示值。
79.一種能被機器讀取的程序存儲組件，其特徵在於，可具體實施成一通過機器來執行指令的程序以執行檢測一表面上的製程變異的步驟，至少包括(a)從該表面逐點取得多個輻射強度值；(b)在該表面上定義出多個幾何區塊，每個區塊至少包括多個連續小點；(c)對每個區塊提供一個或多個對照數值；以及(d)根據每個區塊，從該區塊中的小點輻射強度值與該相對應的對照數值來計算出製程變異指示值。
80.一種電腦程式產品，其包括一計算機適用媒體，該計算機適用媒體上具有一計算機可讀程序編碼，用以檢測一表面上的製程變異，該電腦程式產品至少包括計算機可讀程序編碼，使該計算機從該表面上逐點取得輻射強度值；計算機可讀程序編碼，使該計算機在該表面上定義出多個幾何區塊，每個區塊至少包括多個連續小點；計算機可讀程序編碼，使該計算機提供每個區塊一個或多個對照數值；以及計算機可讀程序編碼，使該計算機從每個區塊中的小點輻射強度值與相對應的對照數值來計算出製程變異指示值。
81.一種能被機器讀取的程序存儲組件，其可具體實施成一通過機器來執行指令的程序以執行檢測一表面上的製程變異的步驟，至少包括(a)從該表面逐點取得多個輻射強度值I，定義一個或多個輻射強度值組別，以及根據每個小點來取得每個已定義組別的輻射強度值；(b)在該表面上定義出多個幾何區塊，每個區塊至少包括多個連續小點；(c)根據任意區塊，從該區塊中的小點輻射強度值來計算出一個或多個信號，所有信號均與該區塊相關；以及(d)根據任意區塊以及任意個與該區塊相關的信號來提供一對照信號，並依該任意信號與該對照信號來計算出該區塊的一個或多個製程變異指示值。
82.一種電腦程式產品，其包括一計算機適用媒體，該計算機適用媒體上具有一計算機可讀程序編碼，用以檢測一表面上的製程變異，該電腦程式產品至少包括計算機可讀程序編碼，使該計算機從該表面上逐點取得輻射強度值I，且定義出一個或多個輻射強度值組別，以及對每個小點的每個組別來取得一個或多個輻射強度值；計算機可讀程序編碼，使該計算機在該表面上定義出多個幾何區塊，每個區塊至少包括多個連續小點；計算機可讀程序編碼，使該計算機能從任意區塊中的小點強度值來計算出該區塊的一個或多個信號，所有信號與該區塊相關；以及計算機可讀程序編碼，使該計算機對任意區塊與該區塊的任意相關信號提供一對照信號，並由該任意信號與該對照信號來計算出該區塊的一個或多個製程變異指示值。
83.一種能被機器讀取的程序存儲組件，其可具體實施成一通過機器來執行指令的程序以執行檢測一表面上的製程變異的步驟，至少包括(a)自該表面逐點取得多個輻射強度值I，定義一個或多個輻射強度值組別，以及根據每個小點來取得每個已定義組別的輻射強度值；(b)在該表面上定義出多個幾何區塊，每個區塊至少包括多個連續小點；(c)根據任意區塊以及任意已定義組別來提供一個與該區塊中小點相對應的強度值數組，該數組為一個相對應的對照數組；(d)根據任意區塊以及任意已定義組別來提供一對照信號，並依該任意信號與該對照信號來比較該區塊中每個小點的輻射強度值與該區塊相對應的對照數組中相同數目的強度值，並計算該小點的不正常指示值；以及(d)根據任意區塊來決定該區塊中所有小點的不正常指示值之間的關係，以得到該區塊的一個或多個製程變異指示值。
84.一種電腦程式產品，其包括一計算機適用媒體，該計算機適用媒體上具有一計算機可讀程序編碼，用以檢測一表面上的製程變異，該電腦程式產品至少包括計算機可讀程序編碼，使該計算機從該表面上逐點取得輻射強度值I，且定義出一個或多個輻射強度值組別，以及對每個小點的每個組別來取得一個或多個輻射強度值；計算機可讀程序編碼，使該計算機在該表面上定義出多個幾何區塊，每個區塊至少包括多個連續小點；計算機可讀程序編碼，使該計算機對任意區塊與任意組別提供一個與該區塊中小點相符的強度值數組，該數組是一個相對應的對照數組；計算機可讀程序編碼，使該計算機根據任意區塊與任意組別，來比較該區塊中每個小點的輻射強度值與該區塊相對應的對照數組中相同數目的強度值，並計算該小點的不正常指示值；以及計算機可讀程序編碼，使該計算機對該任意區塊來決定該區塊中所有小點的不正常指示值之間的關係，以得到該區塊的一個或多個製程變異指示值。
全文摘要
一種擴大半導體晶圓光學監測系統的製程監控能力的方法，其比較現行的方法能更敏感地檢測晶圓表面上製程變異的微小影響。該方法利用幾何區塊將監測表面上感測過的小點分組，並使每個區塊與同一晶圓的另一晶粒上對應位置的區塊相比較，以及與另一晶圓的一晶粒上對應位置區塊的存儲模型影像相比較。在本發明一較佳實施例中，直接比較小點值，並在缺陷檢測程序中將差異控制在可接受的低範圍內。另一較佳實施例中，根據測得的光強度值來計算每個區塊的信號，並與其對應的信號相比較。
文檔編號G01N21/956GK1672038SQ03817635
公開日2005年9月21日 申請日期2003年5月22日 優先權日2002年5月22日
發明者葉夫根尼·萊溫, 吉拉德·阿爾莫格, 埃弗拉特·羅森曼 申請人:應用材料股份有限公司, 應用材料以色列公司