检查半导体材料的设备和方法

检查半导体材料的设备和方法
【专利摘要】一种纳米形貌学测量设备，其包括，输入界面，其设置为接收关于半导体晶片(20)的测量数据组；以及内存，其由第一工作表、第二工作表和结果表构成。计算模块能够从局部梯度值建立当前表面方程。该方程按照下述方法建立，其广泛地最小化当前表面方程计算出的梯度值与局部梯度值之间的偏差量。重构模块从对应于晶片区域的测量数据组计算局部梯度值，并用这些值完成工作表。其重复调用计算模块，每次使用对应于所述晶片区域的小区域的第一工作表和第二工作表的一部分值，以每次确定当前表面方程。其利用对应于该区域的、相对于晶片参考平面的局部高度数据完成结果表，所述局部高度数据从至少某些当前表面方程计算得出。
【专利说明】检查半导体材料的设备和方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及测量特别是晶片形式的半导体产品的设备和方法。本领域内，此种产 品常用的名称是"晶片"。 【背景技术】
[0002] 至少在多数工业制造中，在半导体晶片制造的最后阶段，它们会被系统地检查。这 么做是为了，例如，寻找任何的缺陷，这些缺陷一般以异质性的形态出现在晶片表面。
[0003] 重要的是，除了可靠，此种检查还要快速，或者至少其持续时间与生产工艺的剩余 部分保持相适应。换句话说，因为检查已被整合进了晶片制造工艺，使用的检查方法也会影 响生产速度。
[0004] 一些检查方法尤其意在获得关于晶片的测量。
[0005] 总体来说，半导体产品的测量方法是基于光学原理的。测量的空间波长的特性构 成了所谓分析领域的限制。应用于半导体产品的标准，例如以SEMI标准（来自"国际半导 体设备与材料"协会）的名称为人所知的那些标准，定义了分析领域的术语。
[0006] 15mm和300mm之间的波长表现一般形式的表面缺陷，其也被称为平坦缺陷，而2nm 和80微米之间的波长用以表征晶片的表面粗糙度。
【发明内容】

[0007] 本文的主题是本领域所知的纳米形貌学，它是晶片表面的变化的评定，这些变化 显示出200微米和20nm之间的波长。这些变化对应于相对于晶片参考平面的、在1纳米和 几十微米之间的高度。就精确度而言，一定程度上，纳米形貌学可以被视作，介于表面状态 (6tat)测量和平坦测量之间的分析领域。
[0008] 所特别寻找的是，对于表面多种区域中的每一个的所谓"峰谷值"的评估，"峰谷 值"是所考虑的区域内分开最高点和最低点的高度。
[0009] 纳米形貌学中，通常使用所谓"干涉测量"技术。从参考表面反射的光被安排与从 正经历检查的表面反射的光相干涉。近期的发展涉及所谓"自动干涉测量"方法，其中，参 考表面由正经历检查的表面的区域组成，此区域与正经历检查的区域相邻。从而，本领域技 术人员从一个区域工作到其相邻区域，每次相对于邻近区域评估表面区域。
[〇〇1〇] 总体而言，干涉测量技术就精确度而言给出了满意的结果。然而，其弱点在于采集 数据所需的时间，以及对表面运动，尤其是对震动的敏感。实践中，数据采集操作将检查速 度限制在大约每小时40至60晶片。由于今天的生产系统可以每小时制造大约100片晶片， 可见，利用干涉测量的纳米形貌学检查站难以被有效地引入或加入到制造站。理论上，为了 确保检查操作不降低生产速度，在每个制造站加入至少两至三个检查站是必要的。由于检 查和制造必须在无尘室中进行，机器的投资和占据的空间会导致过高的花费。
[〇〇11] 实践中，纳米形貌学现在很少系统地对每个生产的晶片使用。
[0012] 本发明意在改善此情况。
[0013] 提出了一种纳米形貌学测量半导体产品，或帮助测量此类产品的设备，包括，输入 界面，其设置为，接收关于半导体晶片的测量数据组；内存，其由第一工作表、第二工作表和 结果表构成；计算模块，其参数为局部梯度（gradient)值，并能够从这些局部梯度值建立 当前表面方程，其中当前表面方程按照下述方法建立，其广泛地最小化当前表面方程计算 出的梯度值与局部梯度值之间的偏差量；以及重构模块，其被安排为，从对应于半导体晶片 区域的数据组计算出对应于半导体晶片第一方向的局部梯度值，并用计算出的局部梯度值 完成第一工作表，从对应于所述半导体晶片区域的测量数据组计算出对应于半导体晶片第 二方向的局部梯度值，并用计算出的局部梯度值完成第二工作表，重复调用计算模块，每次 以对应于所述晶片区域的小区域的第一工作表和第二工作表的一部分值为参数，每次用以 确定对应于所述参数的当前表面方程，并利用对应于所述晶片区域的、相对于晶片参考平 面的局部高度数据完成结果表，其中局部高度数据从至少一些当前表面方程计算得出。
[0014] 提出的设备使用了，不同于使用干涉测量法的，可以在几秒内快速采集的测量数 据。实践中，生产速度仅仅由晶片的操纵限制。采集速度接近于现在达到的生产速度，甚至 包括最具竞争性的生产速度。对于直径300_的衬底的生产线，典型的生产速度在大约每 小时一百晶片的量级。本领域技术人员现在可以设想在制造站加入提出的设备，以系统地 检查所生产的晶片。提出的设备允许表征半导体晶片的表面。
[0015] 如同 申请人:实施的测试中所展示的，此种检查的可重复性完全令人满意。
[〇〇16] 还提出了纳米形貌学测量半导体产品的方法，或帮助测量此种产品的方法，包括 下述步骤，接收关于半导体晶片的测量数据组，从对应于半导体晶片区域的测量数据组计 算对应于半导体晶片第一方向的局部梯度值，从对应于所述半导体晶片区域的测量数据组 计算对应于半导体晶片第二方向的局部梯度值，每次从对应于所述晶片表面的小区域的局 部梯度值的一部分重复地建立当前表面方程，其中当前表面方程按照下述方法建立，其最 小化当前表面方程计算出的梯度值与所述小区域的局部梯度值之间的偏差量总量，建立作 为测量数据的、对应于所述晶片区域的、相对于晶片参考平面的局部高度数据，其中局部高 度数据从至少一些当前表面方程计算得到。 【专利附图】

【附图说明】
[0017] 本发明的其他特性和益处会在检视下面的【具体实施方式】以及说明书附图时显现， 其中：
[0018] 图1图不了用于检查半导体产品的设备。
[0019] 图2图示了用于检查半导体产品的图样的光强曲线。
[0020] 图3为功能图，其图示，例如在图1中的设备使用的控制单元的一部分。
[0021] 图4表不沿着半导体产品第一方向的相位情况。
[0022] 图5表示沿着被检查晶片的第二方向的相位情况。
[0023] 图6和图7分别相似于图4和图5,只是晶片在不同的条件下被照射。
[0024] 图8示意性表示了法向量计算模块。
[0025] 图9示意性表示了表面重构模块。
[0026] 图10图示了外插模块。
[0027] 图11示意性表示了滤波模块。
[0028] 图12示意性表示了纳米形貌学数据计算模块。
[0029] 图13示意性表示了表面重构模块。
[〇〇3〇] 图14表示了重构和重补，其具有部分表面部件的重叠。
[0031] 图15表不重构，图不了全局表面重构模块。
[0032] 图16表示了重构表面的小区域。
[0033] 图17表示了滤波后的图16中表面的小区域。
[〇〇34] 说明书附图在很大程度上是准确真实的。所以，它们不仅提供了对【具体实施方式】 的更好的理解，而且在必要时也构成本发明的定义。 【具体实施方式】
[0035] 图1图示了半导体产品测量设备1。设备1包括，用于支撑一个或多个被测量的半 导体晶片20的支撑物10。本【技术领域】内，术语"晶片"常用以指向项目20。优选地，晶片 20由支撑物10支持而不使其主面（即大前面20A和大后面20B)接触。优选地，晶片20以 坚直姿态由支撑物10支持，这避免了其自身重量效果导致的任何形变。例如，晶片20具有 盘形。典型地，晶片20的直径可以在100到400mm之间，而其厚度在200微米到2mm之间。
[0036] 设备1还包括，图样生成器30,在晶片20的大前面20A或至少此前面20A的一部 分，图样生成器30生成光图样，也称测试图样。例如，图样生成器30包括电子显示设备，例 如连接至计算机图形控制器的等离子体或液晶屏幕，用以显示视频信号。屏幕可以被安排 为，面对晶片20的前面20A，并且平行于晶片20,例如在60cm量级的距离上。
[0037] 设备1还包括照相设备40,其能够采集被生成器30照射的前面20A的图像。照相 设备40可以包括装备有CCD (电荷耦合设备）型或CMOS (互补金属氧化物半导体）型传感 器的数字照相机。照相设备40聚焦于晶片20的前面20A，而不聚焦于在面20A上反射的屏 幕的镜像。对于照相设备40,例如，可以使用"Dalsa PanterallM04"型号的照相机。
[0038] 作为选择，测试图样也可以生成于后面20B，并采集一个或多个后面20B的图像。 这可以通过提供第二个图样生成器和第二个照相设备实现（未显示）。晶片20也可以自身 转动，以将其后面20B或前面20A暴露给来自图样生成器30的测试图样和照相设备40。
[0039] 设备1另外包括控制单元50,其连接至图样生成器30和照相设备40。控制单元 50还从照相设备40接收图像数据，使得数据可以被处理。
[0040] 参考图2,在图样生成器的平面上，例如在屏幕的表面上，光强I在标示为X的第一 方向上，按照正弦曲线的方式变化，并在垂直于第一方向的第二方向上线性变化（变化未 显示）。
[0041] 图样表现为一连串亮暗交替的光带，其中光带沿着第一方向彼此相接。光带彼此 平行，而它们延伸的方向对应于第二方向。
[0042] 来自图样生成器30的测试图样的图像可以被连续采集，这些图像具有可能彼此 之间不同的空间频率或相位特性。例如，光带展现出6mm的空间周期。
[0043] 参考图3,控制单元50包括采集模块410,其接收来自照相设备（例如照相设备 30)的光传感器的图像数据，并将其记录到构建在内存（例如编入内建于控制单元50的内 存中）中的数据结构。
[0044] 每幅图像以像素表的方式存储，像素表的每个像素以灰度值编码，或以任何其他 可以与照相设备光传感器接收的光强相关的值编码。像素在其行和列上的等级一般分别表 示为i和j。数值对（i，j)形成图像中像素的坐标。
[〇〇45]为了进行晶片上的测量，采集模块410在内存中存储了图像的第一有序集合。第 一集合的第一幅图像对应于图样和被检查表面的第一个相对位置。第一个位置中，投影图 样的光带延伸的方向定义了晶片表面的平面的第一方向。第一方向这里指定为X方向。第 一集合的两幅连续图像之间，图样和晶片沿着标示为Y的方向相对于彼此位移，Y方向垂直 于X方向。优选地，两幅记录图像之间的位移被设定为固定步长。有益地，图样生成器30 和支撑物20在两幅记录图像之间相对于彼此保持稳定，以避免任何震动以及保护这些部 件间的精确的相互位置。此例中，移动的是投影图像，以使得图样在第一集合的两幅图像采 集之间移动。例如，两幅图像之间的移动可以等于η与被采集的图像数量间的比，典型地， 此图像数量在每个方向上为3到10之间。
[0046] 采集模块410还在内存中存储图像的第二有序集合。第二集合的第一幅图像对应 于相对图样和被检查表面的第一个位置。第一个位置中，表面的平面上光带延伸的方向垂 直于X方向。第二集合的两幅连续图像之间，图样和晶片表面沿着X方向相对于彼此位移， 有益地以固定步长位移。换句话说，第一集合的图像和第二集合的图像之间，图样绕着垂直 于晶片20的轴旋转大约90°。
[0047] 前面20Α的图像的每一个位置上，光强至少大约与附录A. 1. 1中的公式一致。值 10表示晶片表面的图像的平均光强。值Α0表示光图样的光带的对比度。可变量Φ表示相 位角，下文中其被标示为PHI。变量X表示预先设定的第一方向的空间坐标。
[0048] 控制单元50还包括相位计算模块420,其能够从图像的集合确定相位值表。此表 中，每个相位值存储于内存，以对应于图像集合的像素坐标。在第一图像集合中，每对坐标 (i，j)对应着几个（plusieurs)灰度值，其中每个灰度值对应着图像中坐标为（i，j)的像素 的值。正是这些多重的值允许对应着坐标（i，j)的PHI被确定。
[0049] 可以查阅公布号FR2914422的法国专利以获得相位计算的更多信息，尤其是此专 利的第12和13页。
[0050] 此时相位计算模块420在第一集合和第二集合中进行运算。第一相位值表从第一 图像集合建立，其被分别标示为PHI_X_i，j，第二相位值表从第二图像集合建立，其被分别 标示为PHI_Y_i，j。每个i，j表示表中的值的坐标。第一和第二相位值表都可以被视作相 位图。
[0051] 图4至7的每一个图示了与晶片一给定小区域相关的相位图的情况。此相位图对 应于边长200像素的正方形。图4图示了相位PHI_X沿着相位图中的行的变化，而图5图 示了此相位在列上的变化。图6图示了相位PHI_Y沿着相位图中的行的变化，而图7图示 了此相位在列上的变化。
[0052] 这些曲线表现出有规律的一般趋势：图5中的相位PHI_X和图6中的相位PHI_Y 表现出线性的一般趋势，图4中的相位PHI_X和图7中的相位PHI_Y表现出锯齿形的周期 性一般趋势。然而，在细节上，这些曲线表现出局部的不规则。
[0053] 图4和7显示，相位图已被调整，这就是说，它们的值在区间[-π ;ji]内并包含 2 π的相位位移。
[0054] 采集模块410和相位计算模块420可被视作属于数据采集模块400。作为选择，控 制单元50还包括通过相位计算探测缺陷的模块，例如如同FR2914422所述，其中引入了采 集模块410和相位计算模块420。
[0055] 根据本发明，控制单元50包括纳米形貌学模块500，其能够与数据采集模块400相 互作用。
[0056] 纳米形貌学模块500包括校准模块510,其用于确定相对于设备某些部件的位置 数据的集合。此数据包括相对于图样生成器30和照相设备40的晶片位置数据。此数据可 以被用以在空间中定位晶片20的每个被检查的点、图样生成器30的每个像素和照相设备 40的准确位置。另外，校准模块510可以被配置为收集用于图像采集的光学设备的特性数 据，即，可以被配置为考虑到透镜中像差的透镜传递函数。
[0057] 纳米形貌学模块500还包括斜率计算模块520,其从相位值表建立斜率值表或斜 率图。这里斜率计算模块520在通过相位计算模块420得到的相位图PHI_X和PHI_Y上进 行运算。每个斜率值与曾用于确定相位值的像素坐标（i，j)相联系。这产生第一斜率图P_ X和第二斜率图P_Y。
[0058] 纳米形貌学模块500包括表面重构模块530。从至少一对斜率图，这里为Ρ_Χ和 Ρ_Υ，表面重构模块530在每对坐标（i，j)确定标示为H_i，j的相应的高度值。此高度从斜 率数据得到，特别是从P_X_i，j和P_Y_i，j。其结果是相对于参考平面的高度值表，这里其 被称为高度图并被标示为H。
[0059] 纳米形貌学模块500包括滤波模块540,其被应用于高度图Η以显露缺陷，此缺陷 为表面的小区域，其展现出的高度大大高于在此部分附近重构的表面的其余部分的高度。
[0060] 作为选项，处理函数560自动确定已滤波的高度图中的缺陷。
[〇〇61] 作为选项，重构模块530建立的高度图Η可以输入到自动检测模块。
[0062] 图8图示了斜率计算模块5200的例子。
[0063] 斜率计算模块5200首先包括解调函数5210,其对相位图ΡΗΙ_Χ和ΡΗΙ-Υ都进行运 算。
[0064] 解调函数5210沿着图ΡΗΙ_Χ的每一行移动。每次探测到相位位移，S卩，当相位值 在两列间突然变化时，例如从正值变化到负值，所跟随的行中的下一列里的每一相位值加 上 2 31 (pi)。
[0065] 类似地，解调函数5201沿着图PHI_Y的每一列移动，每次探测到相位位移，所跟随 的列中的下一行加上2 Ji。
[〇〇66] 然后，转化模块5220接收已解调的相位图PHI_X和PHI_Y以及上述类型的校准数 据。
[〇〇67] 此数据涉及本系统的几何构型，尤其是关于图样生成器30、照相设备40和晶片20 相对位置的数据，以及晶片位置的空间姿态。
[0068] 已解调的相位图PHI_X和PHI_Y，基于三角计算，沿着三个轴向分量X、Y和Z变换 为法向量（vecteurs normaux)图，其被分别标示为Vx、Vy和Vz。
[0069] 图Vx、Vy和Vz变换为包括两个斜率图的表面梯度，此斜率图被标示为NX和NY。 每个梯度值NX_i，j对应于Vx_i，j和Vz_i，j的比。每个梯度值NY_i，j对应于Vy_i，j和 Vz_i, j 的比。
[0070] 然后，表面平整函数5230对梯度图NX和NY都进行运算。例如，表面平整函数5230 包括1至4阶的多项式滤波模块。
[0071] 图9图示了表面重构5300的例子。
[0072] 外插模块5310在斜率图NX和NY经历表面平整之后对其接收。
[0073] 外插模块5310首先对梯度图NX和NY都进行运算，以每次完成超出从图像数据推 出的值的梯度值。
[0074] 例如图10中，虚线圆表示图像数据中的晶片界限。完整线的圆1202表示外插界 限。梯度表NX和NY由从界限数据外插的值完成。在被外插的点周围生成平均值，以此计 算增加值，基于此增加值进行外插。
[0075] 外插模块5310填写二进制表或表格，其对于每对坐标（i，j)标示其是否对应在晶 片内的位置。此表格随着相位表的生成而被计算出。外插在NX和NY数据上进行。对应于 晶片边界的坐标（i，j)的列表被建立。对应于晶片边界的坐标位于晶片的最近的圆环上， 也就是说，其构成二进制表格的距离变换的非零最小值。此变换对每个像素（i，j)给出其 与周界所分开的距离的最小值，也就是，在欧几里得几何的意义上，被考虑像素与最近的空 (nul)像素所分开的距离。
[0076] 此列表中的每个坐标分配了一个计算出的值，该值从在梯度表NX和NY中对应邻 近坐标的值计算出。然后，更新表格距离变换，并且生成待处理坐标的新列表。重复此操作， 直到得到预期宽度的，例如宽度接近5_的，外插圆环。
[0077] 某种程度上，外插模块可以被认为具有参数，即对应于起始区域的局部值的输入 表，并能够从输入表的局部值建立对应于上述起始区域的外围区域的外插局部值。外插模 块可以用至少一部分梯度图调用，此梯度图对应于晶片或此晶片的区域。
[0078] 有益地，起始图NX和NY保留在内存中。
[0079] 然后重复调用部件重构模块5320,每次建立一个（une)小样，以建立高度图的集 合。小样是对应于晶片限制区域的邻近坐标（i，j)的子集。从梯度图NX和NY中对应于小 样的梯度值子集，部件重构模块5320建立表面方程，此表面方程将高度z = f(x，y)关联到 每对坐标（X，y)。
[0080] 附录A. 1.2的公式是泛函W的表达式。公式中，p表示在坐标（i，j)的沿着X的梯 度值而q表示在坐标（i，j)的沿着Y的梯度值。函数f(x，y)为表面方程，其在小样上全局 最小化泛函W，其中，数值对（x，y) -般表示坐标轴平行于第一和第二方向的系统中的点的 坐标。换句话说，对于每个点（X，y)，函数f (X，y)给出可被标示为Z = f (X，y)的高度值。
[0081] 换句话说，部件重构模块包括计算模块，其参数为局部梯度值，而且其能够从局部 梯度值建立当前表面方程，其中当前表面方程按下述方法建立，此方程在已被接收为参数 的局部梯度值所覆盖的区域内，全局最小化从当前表面方程计算的梯度值与局部梯度值之 间的偏差量。
[0082] 而且此计算模块被重复调用，每次以第一工作表和第二工作表的部分值作为参 数，上述工作表分别包括在晶片两个方向上的局部梯度值，其对应于已被表示为小样的晶 片小区域，以每次确定对应于所述参数的当前表面方程。
[0083] 根据新西兰奥克兰CITR塔马克（Tamaki)校区的T. WEI和R. KLETTE所著的论文 "Regularization method for depth from noisygradient vector fields，'（2002),通过 计算方程A. 1. 3的结果，附录A. 1. 2的公式的积分可以在傅里叶空间方便地进行。此方程 中，函数/:表示附录A. 1. 2的函数f的傅里叶变换。变量u、V分别对应傅里叶空间的变量 X、y。数P*和q*表示数P和q的伴随或共轭。
[0084] 对于将被构造的小样的每对坐标（i，j)，部件重构模块5320确定高度值Z_i，j，其 存储于内存并分配至坐标对（i，j)。
[0085] 对于晶片表面的重构，二进制图的圆环1500首先按图13所示被分割成四个相等 的四分之一圆，必要时此圆环可被外插。这里形成四分之一圆的界限的直径对应于X和Y 方向，或至少平行于这些方向。每个四分之一圆构成晶片的一个区域。
[0086] 四分之一圆1502 (左上），四分之一圆1504 (右上），四分之一圆1506 (左下）和 四分之一圆1508(右下）一个接一个地单独处理。
[0087] 例如，四分之一圆1502首先处理。其途径显示于图14。
[0088] 小样1602首先被计算，其右下角对应于二进制图的圆环的中心。第一小样1602 的界限表示为直线。相应的高度图被重构，即，对于小样的每对坐标（i，j)，通过调用部件重 构模块5320,从图NX和NY的值p_i，j和q_i，j确定高度值Z_i，j。
[0089] 第二小样1604在第一小样1602上被构造，其在图上与后者的左半边重合，而且其 沿着X方向偏移。图14中第二小样1604的界限表示为虚线。部件小样被构成，每次被叠加 到之前的小样上，直到穿过圆环的边界。此时表示为点线的第三小样1606被重构。然后， 从第一小样1602开始，并沿着Y方向从第一小样1602的一半移动，第二小样系列被重构。 图14中，这给出了第四小样1608。
[0090] 换句话说，部件重构模块被连续调用，使用的参数由部分梯度图值生成，此部分梯 度图值对应于晶片的四分之一圆的小区域，其部分重叠而且沿着X和/或Y方向互相对齐。
[0091] 重构的小样部分地互相重叠。为了得到整体的重构表面，在一个四分之一圆，做小 样的加权和。对于每个小样应用一组系数，其偏重小样的中心而给予边界较少的重要性。
[0092] 应用于每个重构小样的系数表是具有正方形底的棱锥。标示为C的系数矩阵由附 录A. 1. 6给出，如同附录A. 1. 7和A. 1. 8的约定，其中r为重构区域或小样的半径。
[0093] 这些系数使得它们的累计（somme)在全部重构表面上为常数。全局高度图是具有 上述系数的每个重构小样的和。此高度图可以被视作结果表，其包括对应于全部或部分晶 片表面的、相对于晶片参考平面的局部高度数据，其中局部高度数据从至少一些当前表面 方程计算出，此当前表面方程由部件重构模块建立。
[0094] 然后应用表面重构模块5330。
[0095] 每个小样仅被重构至积分常数。重构必须通过最小化这些积分常数间的差异来调 整。第一个重构小样的积分常数被任意地设为0。之后小样的积分常数使用所有已经获得 的信息确定。这样，例如，在显示了右下四分之一圆的重构的图15中，将被最后重构的小 样4的积分常数这样计算，使得此积分常数与每个相邻的小样联系，即与小样2 (上方）和 3 (左面）的边联系，在小样2和3的积分常数已被计算出的情况下。
[0096] 参考图11，其显示了滤波模块5400的例子。
[0097] 双重高斯型高通滤波模块5410被应用于高度图以减小低频分量。只有周期在200 微米和2cm之间的信息存留。
[0098] 例如，为了得到作为波长λ的函数的响应G，SEMI M78标准要求符合附录A. 1.4 中给出的方程的滤波模块，其中λ c表示截止波长。
[0099] 这里，此二维滤波模块修改为，将λ替换为附录A. 1. 5中的公式。通过附录A. 1. 5 中的滤波模块与全局高度图的卷积，得到已滤波的高度图。图16图示了滤波前的重构晶片 的小区域。此时，本领域技术人员开始看见此表面小区域的大体朝向，而不用清楚地分辨出 其中显著的不规则。图17图示了滤波后的图16中晶片的小区域。坐标大概为（100 ;60) 的峰可以被清楚地见到。
[0100] 参考图12,其显示的例子为分析模块5500或后期加工。
[0101] 第一分析子模块5510建立了峰谷值（或PV)图。第一子模块值对每个小样计算表 面高度，此表面重构于具有预先设定的形状和尺寸的，例如2mm或10mm、正方形或圆形的， 滑动窗。如此确定的值按照小样中心的坐标存储于内存。
[0102] 第二分析子模块5520计算PV值的分布，也称为"阈值高度分析"或THA曲线。
[0103] 第二分析子模块5520发送此曲线的相当于0.05 %的值，其相当于最大PV值的 0. 05 %的商度。
[0104] 上述设备提供特定的益处，为其使用相较于干涉测量技术快速采集的数据。采集 的数据的处理可以通过增加计算单元的数量和/或至少部分并行地执行进程提速。因为采 集时间很短，在大约十秒的量级，每小时测量大约一百片晶片是可能的。结果，制造晶片后 立即系统地检查生产的每片晶片成为可能。依据本发明的重构方法允许得到具有非常低噪 声水平的高度图，使其可用于纳米形貌学领域。
[0105] 单元50是已经用功能语言描述。用物理语言，此单元包括例如一个或多个计算处 理器、内存、对应于上述模块和函数的函数库，这个库可以存储于单元的介质中，典型地，存 储于硬盘中，或可移除介质中，例如光学类型的可移除介质。
[0106] 纳米形貌学模块500已被呈现为，至少在其使用了数据采集模块400的相位图的 意义上，与数据采集模块400相互作用。只要对应于模块500的功能部件按上述方式彼此 互相作用，不论其是否结合为缺陷探测模块，本发明都是明确的。更一般地，只要晶片表面 从高度梯度晶片重构，本发明就是明确的。如果需要，通过例如输入界面，这些图可以被提 供给依照本发明的设备。纳米形貌学模块也可以引入模块400的功能部件，其能够建立所 述的相位图。
[0107] 所述设备包括照相机，例如，以数字照相机的形式。此设备可适用于所有装备了光 传感器的设备，其中图像数据或局部光强度水平数据可以从光传感器提取。
[0108] 上述发明也可以表述为，半导体产品纳米形貌学测量的方法，其包括下面的步 骤：
[0109] 一接收关于半导体晶片的测量数据，
[0110] 一从对应于半导体晶片区域的测量数据组计算对应于半导体晶片第一方向的局 部梯度数据，
[0111] 一从对应于所述半导体晶片区域的测量数据组计算对应于半导体晶片第二方向 的局部梯度数据，
[0112] 一从对应于所述晶片区域的小区域的部分局部梯度值重复地建立当前表面方程， 其中当前方程按照下述方法建立，其最小化当前表面方程计算出的梯度值与局部梯度值之 间的偏差量总量，
[0113] -建立作为测量数据的、对应于所述晶片区域的、相对于晶片参考平面的局部高 度数据，其中局部高度数据从至少部分当前表面方程计算得到。
[0114] 此方法可以包括外插步骤，其中，从局部梯度数据计算出局部外插值，此局部外插 值对应于起始区域的外围区域，其中外插在对应于所述晶片区域的至少部分数据组上进 行。然后，从外插局部数据计算出对应于半导体晶片第一方向和/或半导体晶片第二方向 的局部梯度值。
[0115] 计算局部梯度值的步骤可以包括从测量数据计算梯度值的子步骤和梯度值外插 的子步骤，此梯度值如此计算以建立如此外插为梯度值的值，此外插的梯度值有助于建立 当前表面方程。
[0116] 可以设定修正步骤，其中，在计算当前表面方程之前，建立平整的局部梯度值。
[0117] 可选择地，连续计算对应于所述碟区域的小区域的当前表面方程，其中所述碟区 域的小区域部分地并/或互相地沿着所述第一方向和/或所述第二方向重叠对齐。
[0118] 有益地，从当前表面方程的加权和计算对应于所述晶片区域的局部高度数据。优 选地，应用于每个小样的权重系数构成具有正方形底的棱锥。
[0119] 如果需要，当前表面方程包括一个或多个积分常数时，这些积分常数如此确定，使 得所述半导体晶片的连续的小区域沿着它们的邻边连接到彼此。
[0120] 当前表面方程的计算可以通过泛函在傅里叶空间中的解进行。
[0121] 重构模块可以被安排为，用从测量数据计算出的梯度值填充第一中间表和第二中 间表，然后用第一中间表和第二中间表调用外插模块，以用外插局部梯度数据填充第一工 作表和第二工作表。
[0122] 附录1:数学公式
[0123] A. 1. 1
【权利要求】
1. 用于半导体产品纳米形貌学测量的设备（500)，其特征在于，其包括： 输入界面，其被安排为，接收关于半导体晶片（20)的测量数据组； 内存，其由第一工作表、第二工作表和结果表构成； 控制单元50 (50)，包括： 计算模块（5320)，其参数为局部梯度值，且其能够从所述局部梯度值建立当前表面方 程，所述当前表面方程按下述方法建立，所述当前表面方程全局最小化从所述当前表面方 程计算出的梯度值与所述局部梯度值之间的偏差量； 重构模块（530)，其被如下安排，用以： 从对应于所述半导体晶片（20)的区域（1500)的测量数据组计算局部梯度值，所述局 部梯度值对应于所述半导体晶片（20)的第一方向（X)，并用计算出的局部梯度值填充所述 第一工作表， 从对应于所述半导体晶片（20)的所述区域（1500)的测量数据组计算局部梯度值，所 述局部梯度值对应于所述半导体晶片（20)的第二方向（Y)，并用计算出的局部梯度值填充 所述第二工作表， 重复调用所述计算模块，每次以所述第一工作表和所述第二工作表的值的一部分为参 数，以每次确定对应于所述参数的当前表面方程，所述第一和第二工作表对应于所述晶片 的所述区域（1500)的小区域（1602,1604,1606,1608)， 用对应于所述晶片区域（1500)的、相对于所述晶片参考平面的局部高度数据填充所 述结果表，其中所述局部高度数据从至少一些所述当前表面方程计算得到。
2. 根据权利要求1所述的设备，其还包括外插模块（5310)，所述外插模块的参数为对 应于起始区域（1200)的局部值的输入表，所述外插模块能够从所述输入表中的局部值建 立对应于所述起始区域的外围区域（1202)的外插局部值，其中所述重构模块被安排为，用 对应于所述晶片区域（1500)的数据组的至少一部分调用所述外插模块（5310)，并从所述 外插局部值计算对应于所述半导体晶片第一方向（X)和/或所述半导体晶片（20)第二方 向（Y)的局部梯度值。
3. 根据权利要求2所述的设备，其中重构模块（530)被安排为，用从测量数据计算出的 梯度值填充第一中间表和第二中间表，然后用所述第一中间表和所述第二中间表调用外插 模块（5310)，以用外插局部梯度数据填充所述第一工作表和所述第二工作表。
4. 根据前述权利要求中的一项所述的设备，还包括修正模块（5230)，所述修正模块 的参数为局部值的输入表，所述修正模块能够建立平整的相应局部值，其中所述重构模块 (530)被安排为，在填充所述第一工作表和/或所述第二工作表之前调用所述修正模块 (5230)。
5. 根据权利要求4所述的设备，其中所述修正模块（5230)被安排为，将1至4阶的多 项式滤波模块应用于输入表的值。
6. 根据前述权利要求中的一项所述的设备，还包括滤波模块（5400)，其中所述重构模 块（530)被安排为，将所述滤波模块应用于所述结果表。
7. 根据权利要求6所述的设备，其中所述滤波模块（5400)为高通双重高斯型。
8. 根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中所述重构模块（530)被安排为，以所 述第一工作表和所述第二工作表的部分值为参数，连续调用计算模块（5230)，所述第一工 作表和所述第二工作表的部分值对应于部分重叠的所述晶片区域（1500)的小区域（1602， 1604,1606,1608)。
9. 根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中所述重构模块被安排为，以所述第一 工作表和所述第二工作表的部分值为参数，连续调用计算模块（5230)，所述第一工作表和 所述第二工作表的部分值对应于沿着所述第一方向（X)和/或所述第二方向（Y)互相对齐 的所述晶片（20)的所述区域（1500)的小区域（1602,1604,1606,1608)。
10. 根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中所述重构模块被安排为，用局部高度 数据填充所述结果表，所述局部高度值对应于从所述当前表面方程的加权和计算出的所述 晶片（20)的所述区域（1500)。
11. 根据权利要求10所述的设备，其中应用于每个小区域的加权系数构成具有正方形 底的棱锥。
12. 根据权利要求11所述的设备，其中，在小区域的任意坐标点（i，j)，加权系数值 C(i，j)下面公式给出：
其中
其中r表示所述小区域的边长。
13. 根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中所述当前方程包括一个或多个积分 常数，这些积分常数如此确定，使得所述半导体晶片区域的小区域（160)的至少一些在邻 边相连。
14. 根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中计算模块（5320)被安排为，通过在 傅里叶空间求解泛函最小化所述偏差。
15. 测量半导体产品的装置，其包括支撑物（10)，所述支撑物意在支持一个或多个半 导体晶片（20)，至少一个适用于生成照明图样的光源（30)，其中光源（30)和/或支撑物 (10)被安排为，有选择地将所述图样在所述晶片的主平面定向到第一方向或第二方向， 至少一个适用于在为所述图样选择的所述方向上捕捉至少一幅所述晶片图像的照相设备 (40)，以及根据前述权利要求中的一项所述的测量设备（500)。
16. 根据权利要求15所述的装置，其中所述测量数据组包括从所述图像计算出的相位 的局部值。
17. 用于半导体产品纳米形貌学测量的方法，其特征在于，其包括下列步骤： 一接收关于半导体晶片的测量数据组； 一从对应于所述半导体晶片的区域的测量数据组计算对应于所述半导体晶片的第一 方向的局部梯度值， 一从对应于所述半导体晶片区域的测量数据组计算对应于所述半导体晶片的第二方 向的局部梯度数据， 一每次从对应于所述晶片区域的小区域的部分所述局部梯度值重复地建立当前表面 方程，其中当前表面方程按照下述方法建立，其最小化所述当前表面方程计算出的梯度值 与所述小区域的局部梯度值之间的全局偏差量； 一建立作为测量数据的、对应于所述晶片区域的、相对于所述晶片参考平面的局部高 度数据，所述局部高度数据从至少一些所述当前表面方程计算得到。
【文档编号】G06N7/00GK104094388SQ201280054407
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2012年10月4日 优先权日:2011年10月7日
【发明者】P·加斯塔尔多, V·勒吉 申请人:阿尔塔科技半导体公司