专利名称：一种晶圆缺陷检测方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路制造工艺技术领域，尤其涉及一种晶圆缺陷检测方法。
背景技术：
在半导体集成电路制造中，各工艺过程会因为各种原因而引入微粒或者缺陷，随着对超大规模集成电路高集成度和高性能的需求逐渐增加，半导体技术向着更小的特征尺寸发展，这些微粒或者缺陷对集成电路质量的影响也日趋显著，在线缺陷检测的必要性和重要性与日俱增。在进行半导体制造工艺过程中，通过对晶圆进行缺陷检测来定位并分析引起缺陷的原因，根据原因找到相应的对策来避免或者减少缺陷的产生，从而保证产品的良率及可靠性，从根本上保证生产的产量与质量，从而获得更高的利润。光刻是半导体制造中非常重要的一步工艺，通过光刻机把图形从掩膜版转移到设置于半导体晶圆上的光刻胶上，再通过刻蚀的工艺把图形转移到晶圆上。为了分摊单个器件的制造成本，在每个半导体晶圆上排列多个半导体器件，完成全部工艺后再将多个半导体器件分离为各个半导体器件。晶圆上的这种半导体器件的周期性单元称为方块单元(Die)，目前的晶圆检测一般都采用相邻方块单元之间互相比较的方法来判定是否存在缺陷。即，当扫描沿着X方向进行时，把当前正在检测的方块单元和其左边的方块单元和其右边的方块单元分别比较，如果图形与两边的方块单元都不一样，则判定此处缺陷存在。然而，如果掩膜版本身在制造或保存过程中存在缺陷或从环境中引入了有害颗粒，就会在光刻过程中把缺陷引入到所有的方块单元，即在每一个方块单元的相同位置都存在相同的缺陷，以目前这种方块单元和方块单元比较的方法就不能检测到这类缺陷。在晶圆的设计中，存在不少具有重复性图形的结构，比如SRAM的阵列，后道的大面积金属互连区域等。这类结构的良率对器件的性能有着非常重要的影响。如何全面对这些区域进行缺陷检测，包括由光刻的掩膜版异常引入的缺陷，至关重要。图I为现有技术中缺陷检测的晶圆地图。如图I所示，所述晶圆上具有多个周期重复性的方块单元(Die)，所述方块单元是在光刻工艺中利用同一个掩膜图形按照一定比例进行图形转移而复制在晶圆上的，因而晶圆上每一方块单元的图形重复且与掩膜图形的图形保持一致。
在现有技术进行晶圆缺陷检测时，检测机台搜集反应晶圆表面形貌的表面图像信息，通过将每一方块单元与相邻方块单元进行比较来判定是否存在缺陷。对于图I所示的晶圆地图，将标记了 T (target)的方块单元称之为目标方块单元，将对目标方块单元T进行缺陷检测，与目标方块单元T相邻的标记了 Rl (referencel)和R2 (reference〗)的方块单元作为参考方块单元。当对目标方块单元T进行扫描时，检测机台会将搜集到的目标方块单元T的形貌与参考方块单元Rl和参考方块单元R2对应的位置处的形貌进行比较，目标方块单元T中的某处图形的形貌与参考方块单元Rl和参考方块单元R2对应位置的图形的形貌都不一样时，判定目标方块单元T中的该处图形存在缺陷。
图2为现有技术中晶圆上目标方块单元与参考方块单元的缺陷示意图。结合图2，现有技术中缺陷检测方法具体判定过程如下例如目标方块单元T中存在如下表面异常形貌三角形标注处存在第一异常图形Al，圆形标注处存在第二异常图形A2。对于三角形标注处存在的第一异常图形Al，将第一异常图形Al与参考方块单元Rl的对应位置处图形的形貌进行比较，结果形貌不同，将第一异常图形Al与参考方块单元R2的对应位置处图形的形貌进行比较，结果形貌不同，第一异常图形Al与参考方块图形单元Rl及参考方块单元R2的对应位置处图形的形貌均不同，则第一异常图形Al判定为缺陷。对于圆形标注处存在的第二异常图形A2，同样与参考方块图形单元Rl及参考方块单元R2的对应位置处图形的形貌进行比较，结果第二异常图形A2与参考方块单元Rl及参考方块单元R2的对应位置处图形的形貌均相同，则第二异常图形A2不判定为缺陷。至此，对目标方块单元T的缺陷扫描和判定结束，扫描判定结果为目标方块单元T中仅存在一个缺陷，即为三角形标注处存在的缺陷。然而，在参考方块单元Rl和参考方块单元R2中与目标方块单元T的第二异常图 形A2相对应的位置处具有同样的圆形标注处存在的异常图形，此类缺陷通常为光刻时由于掩膜版上异常杂质的引入，导致掩膜版上图形转移到晶圆上时，以相同的表面形貌存在于每一方块单元的相同位置处，导致缺陷检测无法查出此类缺陷，导致检测结果。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够检测出由于掩膜版缺陷等问题造成的晶圆上方块单元在相同位置存在的同样的缺陷的晶圆缺陷检测方法。为解决上述问题，本发明一种晶圆缺陷检测方法，所述晶圆表面包括若干周期性重复的方块单元，所述方块单元中存在至少一个具有周期性重复图形的区域，所述晶圆缺陷检测方法包括以下步骤获取晶圆的版图设计数据和晶圆表面形貌彳目息；根据所述版图设计数据和晶圆表面形貌信息，选定目标方块单元中具有周期性重复图形的区域为待检区域；确定所述待检区域中图形重复的最小周期，根据所述最小周期设定偏移量；以与目标方块单元相邻的方块单元为参考方块单元，将参考方块单元中与所述待检区域位置对应的参考区域的图形按照所述偏移量进行偏移，获得偏移参考区域；对所述待检区域图形进行缺陷检测，将所述待检区域图形与所述偏移参考区域图形进行形貌比较，若待检区域中某处图形与偏移参考区域中对应位置的图形均不一致时，则判定该处图形存在异常；扫描所述待检区域上异常图形，对成对出现且间隔距离为一个偏移量的两个异常图形，判断位于偏移量方向起始处的异常图形为缺陷，位于偏移量方向终止处的异常图形非缺陷；对于其余单独出现的异常图形判断为缺陷。进一步的，所述版图设计数据包括预设晶圆表面的图形、层次及尺寸数据。进一步的，所述晶圆表面形貌信息通过光学电子显微镜、扫描电子显微镜或聚焦粒子束扫描获取。进一步的，所述晶圆缺陷检测针对所述晶圆上全部或部分方块单元中周期性重复图形的区域进行检测。进一步的，当所述方块单元中存在多个周期性重复图形的区域时，所述晶圆缺陷检测方法针对方块单元中全部或部分周期性重复图形的区域进行检测。进一步的，所述偏移量数值为最小周期数值的整数倍。进一步的，所述最小周期包括相互垂直的两个方向的最小周期标量。进一步的，所述最小周期包括沿着缺陷检测扫描方向的最小周期标量和垂直于缺陷检测扫描方向的最小周期标量。进一步的,所述偏移量包括两个分别与最小周期标量方向相对应的偏移标量。进一步的，所述参考方块单元包括与所述目标方块单元相邻的两个方块单元。综上所述，本发明所述晶圆缺陷检测方法，在对目标方块单元中周期性重复图形的区域进行缺陷检测的过程中，通过确定所述待检区域中图形重复的最小周期，根据所述最小周期设定偏移量，并将参考方块单元图形按照所述偏移量进行偏移，获得偏移参考区域，对所述待检区域图形进行缺陷检测，将所述待检区域图形与所述偏移参考区域图形进行形貌比较，若待检区域中某一图形与偏移参考区域中对应位置的图形均不一致时，则判定该处图形存在异常；对于所述待检区域上成对出现的异常图形，且成对的异常图形之间距离为一个偏移量，则判断位于偏移量起始位置处的异常图形为缺陷；对于其余单独出现的异常图形亦判断为缺陷。所述晶圆缺陷检测方法能够检测出由于掩膜版缺陷等问题造成的晶圆上方块单元在相同位置存在的同样的缺陷，检测结果准确，检测方法简单易行。
图1为现有技术中缺陷检测的晶圆地图。图2为现有技术中晶圆上目标方块单元与参考方块单元的缺陷示意图。图3为本发明一实施例中晶圆缺陷检测方法的实施步骤流程图。图4为本发明一实施例中方块单元上周期性重复图形的区域的位置示意图。图5为本发明一实施例中目标方块单元上周期性重复图形的区域的周期示意图。图6为本发明一实施例中晶圆上目标方块单元与参考方块单元的形貌简要示意图。图7为本发明一实施例中晶圆上目标方块单元与经参考方块单元图形偏移后的偏移参考区域的形貌简要示意图。图8为本发明一实施例中晶圆缺陷检测方法的异常判定结果示意图。图9为本发明一实施例中晶圆缺陷检测方法的缺陷判定结果示意图。
具体实施例方式为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。图3为本发明一实施例中晶圆缺陷检测方法的实施步骤流程图。如图3所示，本发明提出一种晶圆缺陷检测方法，包括以下步骤步骤SOl :获取晶圆的版图设计数据和晶圆表面形貌信息；步骤S02 :根据所述版图设计数据和晶圆表面形貌信息，选定目标方块单元中具有周期性重复图形的区域为待检区域；步骤S03 :确定所述待检区域中图形重复的最小周期，根据所述最小周期设定偏
移量;步骤S04 :以与目标方块单元相邻的方块单元为参考方块单元，将参考方块单元中与所述待检区域位置对应的参考区域的图形按照所述偏移量进行偏移，获得偏移参考区域；步骤S05 :对所述待检区域图形进行缺陷检测，将所述待检区域图形与所述偏移参考区域图形进行形貌比较，若待检区域中某处图形与偏移参考区域中对应位置的图形均不一致时，则判定该处图形存在异常；步骤S06 :扫描所述待检区域上异常图形，对成对出现且间隔距离为一个偏移量的两个异常图形，判断位于偏移量方向起始处的异常图形为缺陷，位于偏移量方向终止处的异常图形非缺陷；对于其余单独出现的异常图形判断为缺陷。以下详细说明本发明的步骤。在步骤SOl中，获取晶圆的版图设计数据和晶圆表面形貌信息；晶圆表面形貌信息一般可以通过光学电子显微镜、扫描电子显微镜、聚焦粒子束扫描等表面形貌扫描方法获取。晶圆的版图设计数据一般为版图文件，所述版图文件设定了晶圆表面的图形、尺寸以及不同层之间的相关数据信息，掩膜版根据版图文件数据，按照一定比例对图形等比例放大制作而成。理论上，版图设计数据与掩膜版的图形相一致，然而在实际工艺生产中，在掩膜版制作及保存等过程中引入的制作缺陷和环境有害颗粒会破坏掩膜版的正常图形，在通过光刻过程掩膜版将缺陷复制到晶圆上，在每一方块单元中相同位置处形成。在步骤S02中，根据所述版图设计数据和晶圆表面形貌信息，选定目标方块单元中具有周期性重复图形的区域为待检区域；本实施方法中所述晶圆，其版图设计上都存在至少一个具有周期性重复图形的区域，例如SRAM的阵列结构或后道大面积金属互连区域等。不同晶圆上版图设计不同，则存在的周期性重复图形的区域的数量、面积和分布也会不相同。全部选定这些具有重复周期性图形的区域还是部分选定这些具有重复周期性图形的区域，视工艺监控的需求及检测机台扫描效率而定。例如对所述晶圆上每一方块单元中周期性重复图形的区域进行晶圆缺陷检测或对晶圆上部分方块单元中周期性重复图形的区域进行检测的选择，以及当所述方块单元中存在多个周期性重复图形的区域时，对方块单元中全部或部分周期性重复图形的区域进行缺陷检测的选择均可根据实际工艺要求确定。对于具有周期性重复图形的区域的选择，可以通过版图设计数据直接传输到缺陷检测机台上，并通过和晶圆地图的相对位置的校准来确定。具体如何选择周期性重复图形的区域不被限定。图4为本发明一实施例中方块单元上周期性重复图形的区域的位置示意图。如图4所示，在本实施例中，目标方块单元中存在三个周期性重复图形的区域，选定其中一周期 性重复图形的区域为待检区域T102，进行后续步骤。在步骤S03中，确定所述待检区域T102中图形重复的最小周期，根据所述最小周期设定至少一个偏移量；所述的最小周期是指待检区域T102中图形平移一个最小周期的距离后，图像实现重叠。所述的偏移量用于后续在进行缺陷检测时，将参考方块单元R1、R2进行偏移固定值进行比较。确定周期性重复图形的区域中图形重复出现的最小周期，所述最小周期可以包括相互垂直的两个方向的最小周期标量，进一步的，所述最小周期包括沿缺陷检测扫描方向和垂直于缺陷检测扫描方向的两个方向的最小周期标量，相应的，所述偏移量包括两个分别与最小周期标量方向相对应的偏移标量。图5为本发明一实施例中目标方块单元上周期性重复图形的区域的周期示意图。在本实施例，如图5所示，设定缺陷检测扫描方向沿着X方向的进行，设定垂直于缺 陷检测扫描方向为Y方向，则偏移量可以设置在X方向，也可以设置在Y方向，也可以对X方向和Y方向同时设置一个偏移标量。使用光学电子显微镜、扫描电子显微镜、聚焦粒子束扫描等晶圆表面形貌测试设备，对所述待检区域中图像进行分析，结合版图设计数据。如图5，对于目标方块单元T，图4所示的待检区域图形T102，确定待检区域图形T102在X方向上重复出现的最小周期标量为X，在Y方向上重复出现的最小周期标量为y，即图形重复出现的最小周期为xXy所示方块内包含的图形，确定该图形重复出现的最小周期为xXy的一个区域。以下以设定一个沿着X方向、一个大小为X的向右偏移量为例，说明缺陷检测方法。在步骤S04中，以与目标方块单元相邻的方块单元为参考方块单元，将参考方块单元中与所述待检区域位置对应的参考区域的图形按照所述偏移量进行偏移，获得偏移参考区域。在较佳的实施例中，选择与所述目标方块单元相邻的两个方块单元为参考方块单元，此外位于目标方块单元上下的两个方块单元，或目标单元四周的四个方块单元均可作为参考方块单元。图6为本发明一实施例中晶圆上目标方块单元与参考方块单元的形貌简要示意图。图7为本发明一实施例中晶圆上目标方块单元与经参考方块单元图形偏移后的偏移参考区域的图形形貌简要示意图。结合图4 图7，以设定一个沿着X方向、一个大小为X的向右偏移量为例，根据该设置的偏移量，参考方块单元Rl和参考方块单元R2的对应参考区域R102、R202分别沿着X方向向右平移了 X的距离，偏移后，获得形成如图7所示的偏移参考区域rl02、r202。其中偏移参考区域rl02、r202相对于参考区域R102、R202仅进行了偏移，偏移参考区域rl02、r202内每个位置图形形貌与平移前参考区域R102、R202的图形形貌均保持一致，因而参考区域R102、R202所有的表面异常形貌未作改变，仅根据偏移量进行了偏移。结合图6和图7，在本实施例中，参考区域R102、R202上圆形标注的缺陷R11、R12偏移形成了偏移参考区域rl02、r202上的圆形标注的缺陷rll、rl2、参考区域R102方形标注的缺陷R31偏移形成了偏移参考区域rl02上的圆形标注的缺陷r31。步骤S05 :对所述待检区域图形进行缺陷检测，将所述待检区域图形与所述偏移参考区域进行形貌比较，若待检区域中某处图形与偏移参考区域中对应位置的图形均不一致时，则判定该处图形存在异常。如图7所示，将所述待检区域T102图形与对应的偏移参考区域rl02、r202进行形貌比较，若待检区域T102图形与对应的偏移参考区域rl02、r202中对应位置的图形均不一致时，判定该待检区域图形存在异常。具体判断过程如下对于待检测区域T102中圆形所示标注处的图形Tl，在偏移参考区域rl02、r202中与该图形Tl对应位置处的图形均不是圆形标注的图形形貌，故该图形Tl与偏移参考区域rl02、r202对应位置的图形均不一致，则判断待检测区域T102中圆形所示标注处的图形Tl
存在异常；对于待检测区域T102中三角形所示标注处的图形T2，其在偏移参考区域rl02、r202与该图形T2对应位置处的图形均不是三角形标注的图形形貌，故该图形T2与偏移参考区域rl02、r202对应位置的图形均不一致，则判断待检测区域T102中三角形所示标注处的图形T2存在异常； 对于待检测区域T102的图形T3，在偏移参考区域rl02与图形T3对应位置处的图形为方形标示的图形形貌，在另一偏移参考区域r202与图形T3对应位置处的图形无图形为方形标示的图形形貌，故该图形T3与偏移参考区域rl02对应位置的图形不一致，与偏移参考区域r202对应位置的图形一致，则判断待检测区域T102中的图形T3不存在异常；对于待检测区域T102的图形T4，其在偏移参考区域rl02、r202与该图形T4对应位置处的图形均为圆形标注的图形形貌r 11、r 12，故该图形T4与偏移参考区域r 101、r 102对应位置的图形均不一致，则判断待检测区域T102中的图形T4存在异常；同理图7中待检测区域T102其他位置的图形均可判断为不存在异常。从而，获得如图8所示的异常判定结果，异常判定结果为待检测区域T102中存在三个异常B1、B2、B3。在步骤S06中，扫描所述待检区域上异常图形，对成对出现且间隔距离为一个偏移量的两个异常图形，判断位于偏移量方向起始处的异常图形为缺陷，位于偏移量方向终止处的异常图形非缺陷；对于其余单独出现的异常图形判断为缺陷。扫描图8获得的待检测区域T102上的异常图形BI、B2、B3，其中可知BI和B3之间距离为一个偏移量x，且偏移量为向右方向，则可知BI、B3为成对出现，则判断偏移量方向起始处的异常图形BI为缺陷bl，位于偏移量方向终止处的异常图形B3非缺陷；而对于单独出现的异常图形B2，则判断为缺陷b2。至此，获得如图9所示的缺陷判定结果示意图。从而可知本发明所述缺陷检测结果不仅找出了现有技术能检测到的由三角形所示标注的缺陷b2，同时也找出了现有技术不能检测到的由圆形所示标注的缺陷bl。本发明所述晶圆缺陷检测方法可以与现有技术的不进行偏移的检测方向相结合，比较两次获得的缺陷判定结果示意图，或通过设定不同的偏移量后进行多次检测，获得多张缺陷判定结果示意图，通过缺陷判定结果示意图之间的比较，进一步矫正判定结果，从而进一步提高缺陷检测的准确率。在实际生产工艺中，可根据工艺要求和缺陷图形大致种类，选择采用上述所述缺陷检测方法的具体检测次数，可以在提高检测效率的同时，提高缺陷检测的准确性。综上所述，本发明所述晶圆缺陷检测方法，在对目标方块单元中周期性重复图形的区域进行缺陷检测的过程中，通过确定所述待检区域中图形重复的最小周期，根据所述最小周期设定偏移量，并将参考方块单元图形按照所述偏移量进行偏移，获得偏移参考区域，对所述待检区域图形进行缺陷检测，将所述待检区域图形与所述偏移参考区域图形进行形貌比较，若待检区域中某一图形与偏移参考区域中对应位置的图形均不一致时，则判定该处图形存在异常；对于所述待检区域上成对出现的异常图形，且成对的异常图形之间距离为一个偏移量，则判断位于偏移量起始位置处的异常图形为缺陷；对于其余单独出现的异常图形亦判断为缺陷。所述晶圆缺陷检测方法能够检测出由于掩膜版缺陷等问题造成的晶圆上方块单元在相同位置存在的同样的缺陷，检测结果准确，检测方法简单易行。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种晶圆缺陷检测方法，所述晶圆表面包括若干周期性重复的方块单元，所述方块单元中存在至少一个具有周期性重复图形的区域，所述晶圆缺陷检测方法包括以下步骤 获取晶圆的版图设计数据和晶圆表面形貌信息； 根据所述版图设计数据和晶圆表面形貌信息，选定目标方块单元中具有周期性重复图形的区域为待检区域； 确定所述待检区域中图形重复的最小周期，根据所述最小周期设定偏移量； 以与目标方块单元相邻的方块单元为参考方块单元，将参考方块单元中与所述待检区域位置对应的参考区域的图形按照所述偏移量进行偏移，获得偏移参考区域； 对待检区域图形进行缺陷检测，将所述待检区域图形与所述偏移参考区域图形进行形貌比较，若待检区域中某处图形与偏移参考区域中对应位置的图形均不一致时，则判定该处图形存在异常； 扫描所述待检区域上异常图形，对成对出现且间隔距离为一个偏移量的两个异常图形，判断位于偏移量方向起始处的异常图形为缺陷，位于偏移量方向终止处的异常图形非缺陷；对于其余单独出现的异常图形判断为缺陷。
2.如权利要求I所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，所述版图设计数据包括预设晶圆表面的图形、层次及尺寸数据。
3.如权利要求I所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，所述晶圆表面形貌信息通过光学电子显微镜、扫描电子显微镜或聚焦粒子束扫描获取。
4.如权利要求I所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，所述晶圆缺陷检测针对所述晶圆上全部或部分方块单元中周期性重复图形的区域进行检测。
5.如权利要求I所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，当所述方块单元中存在多个周期性重复图形的区域时，所述晶圆缺陷检测方法针对方块单元中全部或部分周期性重复图形的区域进行检测。
6.如权利要求I所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，所述偏移量数值为最小周期数值的整数倍。
7.如权利要求I所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，所述最小周期包括相互垂直的两个方向的最小周期标量。
8.如权利要求I所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，所述最小周期包括沿着缺陷检测扫描方向的最小周期标量和垂直于缺陷检测扫描方向的最小周期标量。
9.如权利要求7或8所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，所述偏移量包括两个分别与最小周期标量方向相对应的偏移标量。
10.如权利要求I所述的晶圆缺陷检测方法，其特征在于，所述参考方块单元包括与所述目标方块单元相邻的两个方块单元。
全文摘要
本发明提供所述晶圆缺陷检测方法，在对目标方块单元中周期性重复图形的区域进行缺陷检测的过程中，通过确定最小周期并设定偏移量，将参考方块单元图形按照所述偏移量进行偏移获得偏移参考区域，将所述待检区域图形与所述偏移参考区域进行形貌比较，若待检区域中某一图形与偏移参考区域中对应位置的图形均不一致时，则判定异常；对成对出现且间隔距离为一个偏移量的两个异常图形，判断位于偏移量方向起始处的异常图形为缺陷，位于偏移量方向终止处的异常图形非缺陷；对于其余单独出现的异常图形判断为缺陷。所述晶圆缺陷检测方法能够检测出由于掩膜版缺陷等问题造成的晶圆上方块单元在相同位置存在的同样的缺陷，检测结果准确，检测方法简单易行。
文档编号H01L21/66GK102623368SQ20121009222
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者卢意飞 申请人:上海集成电路研发中心有限公司