CN102435629A - 扫描电子显微镜的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扫描电子显微镜的检测方法，用于对其上具有多个芯片的晶圆进行缺陷检测，包括：导入缺陷晶圆的文件；将待测晶圆放置于扫描电子显微镜的承载台上；将待测晶圆上的某一芯片拐角设定为起始位置；对该待测晶圆进行位置校正；获得两种机型腔体中心位置的晶圆级别的偏差值；选择一待测芯片，利用晶圆级别的偏差值修正其芯片拐角在该缺陷扫描机台中得出的坐标，在放大图像的状态下使其芯片拐角移至显示器图像中心，获得两种机型腔体中心位置的芯片级别的偏差值；基于该晶圆级别的偏差值和该芯片级别的偏差值得到修正后的缺陷坐标；根据该修正后的缺陷坐标，使得待测缺陷位于该缺陷扫描机台的电子枪下方，从而快速精准地捕捉缺陷的形貌。

Description

扫描电子显微镜的检测方法

技术领域

本发明涉及一种扫描电子显微镜的检测方法，尤其涉及一种对晶圆进行快速检测的扫描电子显微镜的检测方法。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，晶圆的检测对保证产品的质量是非常重要的。通过检测晶圆的缺陷并进行分析，可以找到产生缺陷的原因，从而实现成品率的提高和生产线的稳定运转。

目前，使用扫描电子显微镜对晶圆进行缺陷检查是较为常用的一种方法。下面就针对现有技术中扫描电子显微镜的基本结构进行简要说明。

参见图1，图1是现有的扫描电子显微镜的主要结构的示意图。如图1所示，扫描电子显微镜主要包括显示器、镜筒10、位于镜筒10内的电子枪20、位于镜筒10内并且位于电子枪20下方的Inlens探测器30、以及位于镜筒10外的外部探测器40、主腔室50、位于主腔室50内的机台60及其控制该机台60上的承载台70运动的操纵装置。其工作原理是：通过电子枪20发射一束高能的入射电子，然后入射电子经过电磁透镜作用而在机台60的承载台70上所承载的物质的表面聚焦。此时，电子束所聚焦的物质表面附近的激发区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射，等等。以上激发区域所产生的各种粒子和射线被Inlens探测器和外部探测器接收，并反映到扫描电子显微镜的显示器上。大体而言，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。

当前，业内采用的利用扫描电子显微镜的检测方法是，将缺陷扫描机台得出的缺陷晶圆的文件导入该扫描电子显微镜，将该缺陷晶圆放进扫描电子显微镜的主腔室50中并定位于机台60的承载台70上，使晶圆内的某一个芯片的拐角位置设定为起始位置，然后进行位置校正，使得电子显微镜的图像坐标系中的X轴和Y轴分别与芯片的相邻两边平行。之后，选取3到4颗缺陷在扫描电子显微镜里的图像坐标(xn，yn)(其中n为缺陷的编号)和缺陷扫描机台(亦即一种专业的缺陷检测机台，其能检测晶圆上的缺陷并将缺陷的坐标写在一个文件里)得出来的坐标(an，bn)进行比较分析，例如矢量计算，进而得出两种机型腔体中心位置的偏差值(X，Y)＝(xn，yn)-(an，bn)。当扫描电子显微镜需要对缺陷进行逐点检测时，用这个偏差值(X，Y)对缺陷在扫描电子显微镜里的图像坐标进行修正，使用修正后的缺陷坐标通过操纵机台60的承载台70将缺陷移动到电子枪下方，然后通过多次与隔壁芯片的图像比较来锁定缺陷的最终位置并居中拍照。

当使用这种现有的方法进行晶圆的缺陷检测时，由于偏差值是通过在晶圆级别的扫描图像上进行操作而得出的，所以这种方法修正的是较大范围(晶圆级别)的偏差，其精确度较低，很难通过一次检测捕捉到缺陷，通常需要通过在相对大的范围内进行图像比较才能确定缺陷的准确位置，从而完成最终的检测，这样的检测会耗费较多时间，影响机台的产能。

而随着集成电路工艺的发展，芯片的尺寸越来越小，晶圆上的缺陷尺寸也随之越来越小，这会给用扫描电子显微镜来确认其形貌带来越来越大的难度，现有的上述检测方法实际上已经难以满足实际生产对精度的要求。由于晶圆上的缺陷数量关系着其生产质量，因此对缺陷的检测与观察变得至关重要，另外，晶圆尺寸会越做越大，晶圆上需要检查的缺陷数量会越来越多，现有的检测方法还难以满足实际生产对检测速度的要求。为此，提高监测和识别关键缺陷的效率和精度已对整体的生产过程产生了实质性的影响。

因此，寻求一种快速、精确的缺陷扫描检测方法以便提高晶圆缺陷的检测精度和效率是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度和快速的扫描电子显微镜的检测方法，通过该方法可以准确、快速地找到缺陷的位置，可以省略掉现有方法中通过多次与隔壁芯片的图像比较来锁定缺陷的最终位置并居中拍照的繁杂步骤，能够很好的解决对极微小缺陷的捕捉，从而能大大提高机台的产量。

为此，本发明提供一种扫描电子显微镜的检测方法，用于对其上具有多个芯片的晶圆进行缺陷检测，该方法包括以下步骤：

步骤1：将缺陷扫描机台得出的缺陷晶圆的文件导入该扫描电子显微镜；

步骤2：将待测晶圆放置于该扫描电子显微镜的承载台上；

步骤3：将待测晶圆上的某一芯片拐角设定为起始位置；

步骤4：通过操控该承载台，使该起始位置位于该扫描电子显微镜的显示器的图像中心并对该待测晶圆进行位置校正；

步骤5：利用多个缺陷在该扫描电子显微镜的显示器的图像坐标和该缺陷扫描机台中得出的坐标进行比较分析，获得两种机型腔体中心位置的晶圆级别的偏差值；

步骤6：选择一个待测芯片，利用所述晶圆级别的偏差值修正该待测芯片的芯片拐角在该缺陷扫描机台中得出的坐标，然后在放大图像的状态下使该待测芯片的芯片拐角移至该显示器的图像中心，进而获得两种机型腔体中心位置的芯片级别的偏差值；

步骤7：基于该晶圆级别的偏差值和该芯片级别的偏差值对待测缺陷进行修正，得到修正后的缺陷坐标；

步骤8：根据该修正后的缺陷坐标，操控该承载台，使得该待测缺陷位于该缺陷扫描机台的电子枪下方，并通过该电子枪捕捉该待测缺陷的形貌。

优选地，在所述步骤7中，所述待测缺陷为所述待测芯片上的缺陷。

优选地，所述检测方法还包括步骤9：反复执行所述步骤6至步骤8，直至所有待测芯片均被检测。

优选地，所述芯片拐角定义为芯片之间所形成的十字形空隙部分的几何中心。

优选地，在所述步骤4中，通过操控该承载台对该起始位置进行水平方向和垂直方向的位置校正，使得该电子显微镜的图像坐标系中的X轴和Y轴分别与芯片的相邻两边平行。

优选地，在所述步骤5中，所述多个缺陷的数量为3个或4个。

优选地，在所述步骤5中，通过对扫描电子显微镜的图像坐标和缺陷扫描机台得出的坐标进行矢量运算，来获得两种机型腔体中心位置的晶圆级别的偏差值。

优选地，在所述步骤6中，通过移动该承载台及承载于该承载台上的待测晶圆，找到该待测芯片，之后再使该待测芯片的芯片拐角位于该显示器的图像中心。

优选地，在所述步骤7中，通过空间坐标系的矢量运算来得到修正后的缺陷坐标。

优选地，在所述步骤8中，通过拍照来捕捉该未被拍照的缺陷的形貌。

本发明具有以下有益效果：通过本发明的检测方法，可以快速、精准地捕捉晶圆中单个缺陷的形貌，能在较短时间内实现对晶圆上缺陷的逐点检查，提高扫描电子显微镜的工作效率。

附图说明

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

图1是现有的扫描电子显微镜的主要结构的示意图；

图2是芯片拐角的定义示意图；

图3是根据本发明的方法在设定起始位置之后，水平与垂直方向偏差校正前的状态的示意图；

图4是根据本发明的方法在设定起始位置之后，水平与垂直方向偏差校正后的状态的示意图；

图5是待测芯片的芯片拐角未居中的示意图；

图6是根据本发明的方法使待测芯片的芯片拐角居中的示意图；以及

图7是根据本发明的方法进行缺陷逐点检查的流程示意图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，然而所述实施例仅为提供说明与解释之用，不能用来限制本发明的专利保护范围。

下面先对本发明的方法的一实施例进行简要说明。参考图7，其所示为根据本发明的方法所进行的缺陷逐点检查流程示意图，并大体描述了根据本发明的方法的一个具体实施例。在根据本发明的扫描电子显微镜的检测方法中，首先，将缺陷扫描机台得出来的缺陷晶圆的文件导入扫描电子显微镜(步骤S100)；然后，将待测晶圆放置于承载台70上(步骤S200)；之后，将待测晶圆80上的某一芯片拐角设定为起始位置(步骤S300)；接着，通过操控该承载台70，使该起始位置位于该扫描电子显微镜的显示器的图像中心并对该待测晶圆80进行位置校正(步骤S400)；利用多个待检测缺陷在扫描电子显微镜的显示器的图像坐标和缺陷扫描机台得出的坐标进行比较分析，获得两种机型腔体中心位置的晶圆级别的偏差值(步骤S500)；然后，选择一个待测芯片，利用晶圆级别的偏差值修正其芯片拐角的缺陷扫描机台得出的坐标，在放大的状态下，将其芯片拐角移到显示器图像中心，获得芯片级别的偏差值(步骤S600)；基于晶圆级别的偏差值和芯片级别的偏差值获得待测缺陷修正后的缺陷坐标(步骤S700)；随后，根据该修正后的缺陷坐标，移动该承载台70及承载于该承载台70上的待测晶圆80，使得该待测缺陷位于该缺陷扫描机台的电子枪20下方，并通过该电子枪20捕捉该待测缺陷的形貌(步骤S800)。

总体上，本发明的方法是在对放置于承载台70上的待测晶圆80进行缺陷检测时，在机台60的晶圆级别的修正偏差的基础上引入芯片级别的修正偏差。利用这两个不同级别的偏差值精确地修正在晶圆80上的缺陷的位置，从而得到缺陷在电子显微镜中的准确坐标，以便将该缺陷精准地移至电子枪20的下方。通过修正后的坐标可以快速找出缺陷并捕捉(例如通过拍照获得)该缺陷的形貌，避免了在只有晶圆级别的修正偏差的情况下需要与隔壁芯片的图片进行多次对比才能确定缺陷位置的繁杂过程。以下将以具体的实施例阐述本发明的方法是如何进行实际操作的。

实施例1

请参考图2并同时参考图7。图2是芯片拐角的定义示意图。在图2中，示出了芯片一81到芯片四84等四个芯片的一部分以及这四个芯片之间所形成“十”字形的空隙部分。在本实施例中，该“十”字形的空隙部分的几何中心(交叉处)被定义为本发明中所述的“芯片拐角”。在晶圆中，任意四个相邻的芯片之间都能形成一个芯片拐角。由于相对于晶圆的尺寸来说单个芯片的尺寸往往是很微小的，所以为了选取起始位置的方便性和准确性考虑，先要选取某一个芯片拐角的位置作为缺陷检测的起始位置。

但是需要说明的是，“芯片拐角”也可选择为单个芯片的某个角部，其在本发明中并无特定的限制。

请参考图3和图4并同时参考图7。图3和图4分别是设定起始位置之后，水平与垂直方向偏差校正前和校正后状态的示意图。在图3和图4中，示意性示出在圆形的晶圆80上设置有许多块状的整齐排布的芯片；而带有箭头的两个相互垂直的直线表示扫描电子显微镜的显示器所显示的图像坐标系及其坐标系中心(图像中心)。图3示出了在将待测晶圆上的某一芯片拐角设定为起始位置之后，通过适当地移动承载台70，使得该芯片拐角位于扫描电子显微镜的图像中心的状态。之后，通过适当地转动承载台70，使得显示器的图像坐标系中的X轴、Y轴分别与芯片的两个相邻的边平行，如图4所示。

然后，在晶圆上选取多个缺陷Kn(其中n为缺陷的编号)，缺陷Kn在扫描电子显微镜里的坐标表示为(xn，yn)，通过缺陷扫描机台获取的扫描坐标表示为(an，bn)。优选地，选取3-4个缺陷，但是缺陷的数量并不以此为限。

本实施例将以选取三个缺陷K1、K2、K3为例说明本发明的方法。在晶圆80如图4所示定位好之后，调取通过缺陷扫描机台获取到它们的扫描坐标数据(a1，b1)、(a2，b2)、(a3，b3)，并且在扫描电子显微镜的显示器内获取缺陷K1、K2、K3的图像坐标(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)。将上述每个缺陷的图像坐标与扫描坐标进行矢量运算，例如矢量减运算(x1-a1，y1-b1)、(x2-a2，y2-b2)、(x3-a3，y3-b3)，将得到各缺陷的偏差值，然后将得到的偏差值取平均值，即[(x1-a1，y1-b1)+(x2-a2，y2-b2)+(x3-a3，y3-b3)]/3，从而得到两种机型腔体中心位置的平均偏差值(X，Y)。该偏差值(X，Y)即为晶圆级别的偏差值。

请参考图5和图6并同时参考图7。图5是待测芯片的芯片拐角未居中的示意图；而图6是根据本发明的方法使待测芯片的芯片拐角居中后的示意图。在图5和图6中，相互垂直的两条虚线表示扫描电子显微镜的显示器的中心位置(亦即电子枪所对准的晶圆上的位置)。在得到晶圆级别的偏差值(X，Y)后，选定晶圆中待检测缺陷中的任意一个待测缺陷K4(此处的K4可以是上述的K1、K2、K3其中的一个或晶圆80上的其它任意一个缺陷)所在的芯片C4。然后调取该芯片C4的芯片拐角的缺陷扫描机台得出的坐标(c4，d4)，利用上述步骤所得到的晶圆级别的偏差值修正该芯片C4的芯片拐角的缺陷扫描机台得出的坐标(c4，d4)。然后向扫描电子显微镜中输入该修正之后的坐标，并放大图像至芯片级别(可以看清芯片以及芯片中缺陷的放大级别)，此时的图像如图5所示，可以看到，由于经过晶圆级别的偏差值修正后的芯片C4的芯片拐角的修正坐标仍存在偏差，因此芯片C4的芯片拐角并未位于图像中心或显示中心。再通过操纵该承载台70，将缺陷K4所在芯片C4的芯片拐角居中(位于显示中心)，在居中过程中该芯片C4在显微镜的显示器中所移动的距离(Z4，W4)即为芯片级别的修正偏差值(该移动距离可通过芯片C4的芯片拐角在居中后的显示器中的坐标与居中前的显示器中的坐标进行矢量相减而获得)。

在得到晶圆级别的修正偏差值(X，Y)和芯片级别的修正偏差值(Z4，W4)之后，可用晶圆中的任意待测缺陷Kn的扫描机台得到的坐标(an，bn)与以上两个修正偏差值进行矢量运算，例如矢量加运算即(an+X+Z4，bn+Y+W4)得到该缺陷的修正坐标(an’，bn’)。

在此需要说明的是，获得晶圆级偏差的矢量减运算也可以是使得上述每个缺陷扫描机台得出的坐标与扫描电子显微镜的坐标进行矢量减运算(an-xn，bn-yn)，以获得晶圆级别的偏差值(X’，Y’)，其与之前获得的偏差值(X，Y)互为负数；而获得芯片级偏差的矢量减运算也可以用芯片C4的芯片拐角居中前的扫描电子显微镜坐标减去居中后的扫描电子显微镜坐标，以获得芯片级别的偏差值(Z4’，W4’)，其与之前获得的偏差值(Z4，W4)互为负数，这样一来，缺陷Kn的缺陷扫描机台得出的坐标(an，bn)就可与以上两个修正偏差值进行这样的矢量运算，例如矢量减运算，即(an-X’-Z4，bn-Y’-W4)，从而也会得到该缺陷的修正坐标(an’，bn’)。

最后，向扫描电子显微镜中输入修正坐标(an’，bn’)，能够快速、准确地找到缺陷Kn并直接将该缺陷Kn高精度地移至电子枪20的下方，进行例如逐点扫描和拍照，从而能够精准地捕捉到该缺陷Kn的形貌。对晶圆上的每个缺陷进行修正后并进行逐点扫描和拍照，这样对该晶圆的缺陷检查就完成了。

实施例2

本实施例的主要部分与实施例1相同，以下仅就区别于实施例1的部分进行描述。在得到芯片级别的偏差值之后，利用该偏差值以及上述晶圆级别的偏差值，对芯片C4上的所有缺陷的缺陷扫描机台得出的坐标进行修正，并进行逐点扫描和拍照。之后选取另一芯片C5，再次用实施例1中所述的方法得到芯片C5的芯片级别的偏差值(Z5，W5)，然后再按上述方法对芯片C5上的所有缺陷的缺陷扫描机台得出的坐标进行修正、逐点扫描和拍照。以此类推，对每个芯片Cn都获得一个相应的芯片级别的偏差值(Zn，Wn)，并用这个偏差值与晶圆级别的偏差值一起修正该芯片内的缺陷，重复以上方法直到晶圆的所有芯片上的所有缺陷都检查完毕。

实施例3.

与实施例2不同的是，为了提高检测效率，可以在获得晶圆级别的偏差值和一个选定芯片的芯片级别的偏差值之后，对待测晶圆上的所有缺陷在缺陷扫描机台中得出的坐标进行修正，以及图像捕捉。

虽然已参照典型实施例列举描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性，而非限制性术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神和实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛的解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改性都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种扫描电子显微镜的检测方法，用于对其上具有多个芯片的晶圆进行缺陷检测，该方法包括以下步骤：

步骤1：将缺陷扫描机台得出的缺陷晶圆的文件导入该扫描电子显微镜；

步骤2：将待测晶圆放置于该扫描电子显微镜的承载台上；

步骤3：将待测晶圆上的某一芯片拐角设定为起始位置；

步骤4：通过操控该承载台，使该起始位置位于该扫描电子显微镜的显示器的图像中心并对该待测晶圆进行位置校正；

步骤5：利用多个缺陷在该扫描电子显微镜的显示器的图像坐标和该缺陷扫描机台中得出的坐标进行比较分析，获得两种机型腔体中心位置的晶圆级别的偏差值；

步骤6：选择一个待测芯片，利用所述晶圆级别的偏差值修正该待测芯片的芯片拐角在该缺陷扫描机台中得出的坐标，然后在放大图像的状态下使该待测芯片的芯片拐角移至该显示器的图像中心，进而获得两种机型腔体中心位置的芯片级别的偏差值；

步骤7：基于该晶圆级别的偏差值和该芯片级别的偏差值对待测缺陷在扫描机台中得出的坐标进行修正，得到修正后的缺陷坐标；

步骤8：根据该修正后的缺陷坐标，操控该承载台，使得该待测缺陷位于该缺陷扫描机台的电子枪下方，并通过该电子枪捕捉该待测缺陷的形貌。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤7中，所述待测缺陷为所述待测芯片上的缺陷。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括步骤9：反复执行所述步骤6至步骤8，直至所有待测芯片均被检测。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述芯片拐角定义为芯片之间所形成的十字形空隙部分的几何中心。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤4中，通过操控该承载台对该起始位置进行水平方向和垂直方向的位置校正，使得该电子显微镜的图像坐标系中的X轴和Y轴分别与芯片的相邻两边平行。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤5中，所述多个缺陷的数量为3个或4个。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤5中，通过对扫描电子显微镜的图像坐标和缺陷扫描机台得出的坐标进行矢量运算，来获得两种机型腔体中心位置的晶圆级别的偏差值。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤6中，通过移动该承载台及承载于该承载台上的待测晶圆，找到该待测芯片，之后再使该待测芯片的芯片拐角位于该显示器的图像中心。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤7中，通过空间坐标系的矢量运算来得到修正后的缺陷坐标。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤8中，通过拍照来捕捉该未被拍照的缺陷的形貌。

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