一种暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法
【专利摘要】一种暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，包括：步骤S1：提供测试晶圆，具有不同功能膜层厚度和面积的测试区域；步骤S2：测试不同测试区域，并收集不同反射光信号强度；步骤S3：对反射光信号强度Y进行拟合，得到拟合公式Y＝αxn+βyn+γ；步骤S4：根据拟合公式，结合实际工艺生产中功能膜层之厚度和面积，推算所需的自对准光强值，进而对暗场缺陷扫描设备实现参数调整。本发明通过对不同功能膜层厚度和面积的测试区域进行多观测点测试，得到拟合公式，即可推算所需的自对准光强值，不仅有效避免因功能膜层过暗或过亮导致的自对准失效，而且可实时调整暗场缺陷检测设备之参数，保证暗场缺陷检测设备之光强值满足自对准校正的有效范围。
【专利说明】
一种暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法。
【背景技术】
[0002]暗场缺陷检测设备在扫描过程中需要实时进行自对准校正，用来调整晶圆与光源之间的距离，用来达到最好的自对准效果。随着集成电路工艺的发展和关键尺寸按比例缩小，以及半导体工艺制造复杂性的提高，需要填充的薄膜材料和厚度也有更多样的变化。
[0003]暗场缺陷扫描设备的自对准系统通常采用单一光源针对所有薄膜材料进行自对准校准，明显地会出现以下缺陷:针对特别暗的薄膜材质表面，自对准系统由于采集不到足够的反射光源而无法得到充足的数据进行分析，最终导致自对准失效，影响检测的进行；同时，针对特别亮的薄膜材质表面，极有可能由于过强的反射光信号，超过机台本身的参数设定而导致自对准失效。另一方面，如何确定机台的自对准系统对于何种亮度的晶圆表面能够进行自对准校正，目前尚无明确的方法。
[0004]寻求一种可针对各类薄膜，进行自对准光强度值有效设定的方法已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
[0005]故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法。
【发明内容】
[0006]本发明是针对现有技术中，传统暗场缺陷扫描设备的自对准系统针对特别暗或者特别亮的薄膜材质表面，极易出现自对准失效，且对如何确定机台的自对准系统对于何种亮度的晶圆表面能够进行自对准校正目前尚无明确的方法等缺陷提供一种暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法。
[0007]为实现本发明之目的，本发明提供一种暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，包括:
[0008]执行步骤S1:提供测试晶圆，所述测试晶圆具有不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域；
[0009]执行步骤S2:通过暗场缺陷扫描设备测试所述测试晶圆之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域，并收集不同反射光信号强度；
[0010]执行步骤S3:选定作为基准机台的暗场缺陷扫描设备，并将所述暗场缺陷扫描设备自对准失效时反射光信号强度Y之最低点定义为Ymin = O，自对准失效时反射光信号强度Y之最高点定义为Ymax=10,根据所述测试晶圆之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积，对所述反射光信号强度Y进行拟合，得到拟合公式Y = axn+i3yn+ γ，其中，Y表征反射光信号强度，X表征功能膜层厚度，y表征功能膜层面积，α、β、γ为常数；
[0011]执行步骤S4:根据反射光信号强度Y之拟合公式，结合实际工艺生产中功能膜层之厚度和面积，推算获得针对所述功能膜层所需要的自对准光强值，进而对暗场缺陷扫描设备实现参数调整，以保证暗场缺陷扫描设备之自对准光强值满足自对准校正的有效范围。
[0012]可选地，所述测试晶圆之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域系通过薄膜生长工艺和薄膜刻蚀工艺获得。
[0013]可选地，所述测试晶圆具有呈圆周布置，并用于表征不同图形分布的扇形区域，且从所述扇形区域之外沿至圆周中心形成不同高度的环状功能薄膜层。
[0014]可选地，所述不同图形分布的扇形区域内之功能膜层的间距不同，以获得不同功能膜层面积的测试区域。
[0015]可选地，所述扇形区域内之功能膜层的间距越小，则所述扇形区域之功能膜层面积越大。
[0016]可选地，所述扇形区域外沿至圆周中心形成的环状功能薄膜层之厚度逐级降低。
[0017]可选地，对所述反射光信号强度Y进行拟合所选取的不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试点至少为12个。
[0018]可选地，所述功能膜层为氮化硅层。
[0019]综上所述，本发明通过对具有不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域之测试晶圆进行多观测点测试，得到拟合公式Y=axn+i3yn+ γ，其中，￥表征反射光信号强度，X表征功能膜层厚度，y表征功能膜层面积，α、β、γ为常数，即可结合实际工艺生产中功能膜层之厚度和面积，推算获得针对所述功能膜层所需要的自对准光强值，不仅有效避免了因功能膜层过暗或过亮导致的自对准失效，而且可实时调整暗场缺陷检测设备之参数，保证暗场缺陷检测设备之光强值满足自对准校正的有效范围。
【附图说明】
[0020]图1所示为本发明暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法流程图；
[0021 ]图2所不为测试晶圆的俯视图；
[0022]图3(a)?图3(d)所示为测试晶圆之不同功能膜层面积的俯视图；
[0023]图4(a)?图4(c)所示为测试晶圆之不同功能膜层厚度的侧视图；
[0024]图5所示为测试晶圆之测试区域上所选取的不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试点。
【具体实施方式】
[0025]为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
[0026]暗场缺陷检测设备在扫描过程中需要实时进行自对准校正，用来调整晶圆与光源之间的距离，用来达到最好的自对准效果。随着集成电路工艺的发展和关键尺寸按比例缩小，以及半导体工艺制造复杂性的提高，需要填充的薄膜材料和厚度也有更多样的变化。
[0027]暗场缺陷扫描设备的自对准系统通常采用单一光源针对所有薄膜材料进行自对准校准，明显地会出现以下缺陷:针对特别暗的薄膜材质表面，自对准系统由于采集不到足够的反射光源而无法得到充足的数据进行分析，最终导致自对准失效，影响检测的进行；同时，针对特别亮的薄膜材质表面，极有可能由于过强的反射光信号，超过机台本身的参数设定而导致自对准失效。另一方面，如何确定机台的自对准系统对于何种亮度的晶圆表面能够进行自对准校正，目前尚无明确的方法。
[0028]请参阅图1，图1所示为本发明暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法之流程图。所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，包括:
[0029]执行步骤S1:提供测试晶圆，所述测试晶圆具有不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域；
[0030]执行步骤S2:通过暗场缺陷扫描设备测试所述测试晶圆之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域，并收集不同反射光信号强度；
[0031]执行步骤S3:选定作为基准机台的暗场缺陷扫描设备，并将所述暗场缺陷扫描设备自对准失效时反射光信号强度Y之最低点定义为Ymin=O，自对准失效时反射光信号强度Y之最高点定义为Ymax=10,根据所述测试晶圆之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积，对所述反射光信号强度Y进行拟合，得到拟合公式Y=axn+i3yn+ γ，其中，Υ表征反射光信号强度，X表征功能膜层厚度，y表征功能膜层面积，α、β、γ为常数；
[0032]执行步骤S4:根据反射光信号强度Y之拟合公式，结合实际工艺生产中功能膜层之厚度和面积，推算获得针对所述功能膜层所需要的自对准光强值，进而对暗场缺陷扫描设备实现参数调整，以保证暗场缺陷扫描设备之自对准光强值满足自对准校正的有效范围。
[0033]为了更直观的揭露本发明之技术方案，凸显本发明之有益效果，现结合【具体实施方式】，对所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法和原理进行阐述。在【具体实施方式】中，所述测试晶圆的不同测试区域之数量、图形、间距、厚度，以及功能膜层的材料等仅为列举，不应视为对本发明技术方案的限制。在本实施方式中，优选地，所述功能膜层为氮化娃层。
[0034]请参阅图2、图3(a)?图3(d)、图4(a)?图4(c)、图5，并结合参阅图1，图2所示为测试晶圆的俯视图。图3(a)?图3(d)所示为测试晶圆之不同功能膜层面积的俯视图。图4(a)?图4(c)所示为测试晶圆之不同功能膜层厚度的侧视图。图5所示为测试晶圆之测试区域上所选取的不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试点。所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，包括:
[0035]执行步骤S1:提供测试晶圆10，所述测试晶圆10具有不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域；
[0036]其中，所述测试晶圆10之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域系通过薄膜生长工艺和薄膜刻蚀工艺获得。即，在测试晶圆10之硅基衬底101上通过薄膜生长工艺生长氮化硅层102，再通过薄膜刻蚀工艺对所述氮化硅层102进行刻蚀，形成不同图形分布。作为【具体实施方式】，所述测试晶圆10具有呈圆周布置，并用于表征不同图形分布的扇形区域，且从所述扇形区域之外沿至圆周中心形成不同厚度的环状功能薄膜层。
[0037]非限制性地，例如所述扇形区域进一步包括相邻设置，并形成圆周的第一扇形区域11、第二扇形区域12、第三扇形区域13，以及第四扇形区域14。且，从所述第一扇形区域
11、第二扇形区域12、第三扇形区域13，以及第四扇形区域14之外沿至圆周中心形成的环状功能膜层进一步包括第一环状功能膜层15、第二环状功能膜层16、第三环状功能膜层17。
[0038]更具体地，所述不同图形分布的扇形区域内之功能膜层的间距不同，以获得不同功能膜层面积的测试区域。所述扇形区域内之功能膜层的间距越小，则所述扇形区域之功能膜层面积越大。非限制性的列举，例如所述第一扇形区域11内之功能膜层的间距CU、所述第二扇形区域12内之功能膜层的间距d2、所述第三扇形区域13内之功能膜层的间距d3、所述第四扇形区域14内之功能膜层的间距d4满足:dKd^d^ck，则所述第一扇形区域11内之功能膜层的面积81、所述第二扇形区域12内之功能膜层的面积S2、所述第三扇形区域13内之功能膜层的面积S3、所述第四扇形区域14内之功能膜层的面积S4满足:S1>S2>S3>S4。
[0039]另外，所述扇形区域外沿至圆周中心形成的环状功能薄膜层之厚度逐级降低。即，所述第一环状功能膜层15的厚度In、第二环状功能膜层16的厚度h2、第三环状功能膜层17的厚度 h3 满足:1η>1ι2>1ι3。
[0040]执行步骤S2:通过暗场缺陷扫描设备测试所述测试晶圆之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域，并收集不同反射光信号强度；
[0041]执行步骤S3:选定作为基准机台的暗场缺陷扫描设备，并将所述暗场缺陷扫描设备自对准失效时反射光信号强度Y之最低点定义为Ymin=O，自对准失效时反射光信号强度Y之最高点定义为Ymax=10,根据所述测试晶圆之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积，对所述反射光信号强度Y进行拟合，得到拟合公式Y=axn+i3yn+ γ，其中，Υ表征反射光信号强度，X表征功能膜层厚度，y表征功能膜层面积，α、β、γ为常数；
[0042]作为本领域技术人员，容易理解地，为了提高所述反射光信号强度Y之拟合公式的准确性，对所述反射光信号强度Y进行拟合所选取的不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试点至少为12个。例如，位于第一环状功能膜层15处的测试点a1、a2、a3、a4，位于第二环状功能膜层16处的测试点a5、a6、a7、a8，以及位于第三环状功能膜层17处的测试点a9、a10、ai1、ai2，并收集各测试点处之不同反射光信号强度。
[0043]执行步骤S4:根据反射光信号强度Y之拟合公式，结合实际工艺生产中功能膜层之厚度和面积，推算获得针对所述功能膜层所需要的自对准光强值，进而对暗场缺陷扫描设备实现参数调整，以保证暗场缺陷扫描设备之自对准光强值满足自对准校正的有效范围。
[0044]显然地，本发明暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法通过对具有不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域之测试晶圆进行多观测点测试，并将所述暗场缺陷扫描设备自对准失效时反射光信号强度Y之最低点定义为Ymin = O,自对准失效时反射光信号强度Y之最高点定义为Ymax=10,根据所述测试晶圆之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积，对所述反射光信号强度Y进行拟合，得到拟合公式Y = axn+i3yn+y，其中，Y表征反射光信号强度，X表征功能膜层厚度，y表征功能膜层面积，α、β、γ为常数，即可结合实际工艺生产中功能膜层之厚度和面积，推算获得针对所述功能膜层所需要的自对准光强值，进而对暗场缺陷扫描设备实现参数调整，以保证暗场缺陷扫描设备之自对准光强值满足自对准校正的有效范围。
[0045]综上所述，本发明通过对具有不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域之测试晶圆进行多观测点测试，得到拟合公式Y=axn+i3yn+ γ，其中，￥表征反射光信号强度，X表征功能膜层厚度，y表征功能膜层面积，α、β、γ为常数，即可结合实际工艺生产中功能膜层之厚度和面积，推算获得针对所述功能膜层所需要的自对准光强值，不仅有效避免了因功能膜层过暗或过亮导致的自对准失效，而且可实时调整暗场缺陷检测设备之参数，保证暗场缺陷检测设备之光强值满足自对准校正的有效范围。
[0046]本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。
【主权项】
1.一种暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，其特征在于，所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，包括: 执行步骤S1:提供测试晶圆，所述测试晶圆具有不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域； 执行步骤S2:通过暗场缺陷扫描设备测试所述测试晶圆之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域，并收集不同反射光信号强度； 执行步骤S3:选定作为基准机台的暗场缺陷扫描设备，并将所述暗场缺陷扫描设备自对准失效时反射光信号强度Y之最低点定义为Ymin=O,自对准失效时反射光信号强度Y之最高点定义为Ymax=100，根据所述测试晶圆之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积，对所述反射光信号强度Y进行拟合，得到拟合公式Y=axn+i3yn+y，其中，Y表征反射光信号强度，X表征功能膜层厚度，y表征功能膜层面积，α、β、γ为常数； 执行步骤S4:根据反射光信号强度Y之拟合公式，结合实际工艺生产中功能膜层之厚度和面积，推算获得针对所述功能膜层所需要的自对准光强值，进而对暗场缺陷扫描设备实现参数调整，以保证暗场缺陷扫描设备之自对准光强值满足自对准校正的有效范围。2.如权利要求1所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，其特征在于，所述测试晶圆之不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试区域系通过薄膜生长工艺和薄膜刻蚀工艺获得。3.如权利要求1所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，其特征在于，所述测试晶圆具有呈圆周布置，并用于表征不同图形分布的扇形区域，且从所述扇形区域之外沿至圆周中心形成不同厚度的环状功能薄膜层。4.如权利要求3所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，其特征在于，所述不同图形分布的扇形区域内之功能膜层的间距不同，以获得不同功能膜层面积的测试区域。5.如权利要求4所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，其特征在于，所述扇形区域内之功能膜层的间距越小，则所述扇形区域之功能膜层面积越大。6.如权利要求1所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，其特征在于，所述扇形区域外沿至圆周中心形成的环状功能薄膜层之厚度逐级降低。7.如权利要求1所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，其特征在于，对所述反射光信号强度Y进行拟合所选取的不同功能膜层厚度和不同功能膜层面积的测试点至少为12个。8.如权利要求1所述暗场缺陷检测设备自对准工艺窗口的校正方法，其特征在于，所述功能膜层为氮化硅层。
【文档编号】H01L21/66GK105931977SQ201610357127
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】袁增艺, 朱陆君, 龙吟, 倪棋梁, 陈宏璘
【申请人】上海华力微电子有限公司