用于检测缺陷发生和位置的移动检查系统的制作方法

本发明涉及半导体制造控制领域。更具体地，本发明涉及用于检查半导体制造工艺工具的系统，以及具体在所述工艺工具中检测缺陷的发生和位置。

背景技术：

在现代时代，集成电路(ic)制造正在经历持续缩小的趋势。由于ic的复杂性和制造工艺的精度要求，严格的工艺控制的重要性不断增长。目前，在vlsi装置的制造和制造设施中，工程师投入了大量的时间和资源用于工艺控制和过程中的缺陷减少。制造工艺通常包括(但不限于那些)在制造半导体器件时使用(这里称为)操作、测量和工具，例如超大规模集成(vlsi)制造。

电子制造中的缺陷被定义为物理属性(例如，质量、尺寸或图形)、电、光学和/或机械特性或晶圆在该晶圆的特定位置和在该工艺中的特定时间经历制造工艺的特征的不期望的变化。例如，15纳米的沉积层厚度，而不是12纳米，被视为缺陷。另一示例性缺陷是与晶圆在特定位置和时间接触的粒子。这样的外来粒子可以破坏所制造的管芯(小块的半导体材料，在该半导体材料块上制造了给定的功能电路)，特别是当所制造的管芯包括非常高密度的电子器件时。在这种密集环境中，即使非常小的粒子也可以破坏所制造的模具。

在晶圆的制造工艺中，晶圆使用真空或静电力耦合到晶圆支撑卡盘。通常，必须将晶圆均匀地连接到卡盘上避免变形，保证晶圆背面与卡盘之间的光滑均匀接触。这种均匀接触对于精确地控制晶圆在不同制造阶段期间的温度是重要的，并确保用于晶圆上侧层上的精确光刻的均匀聚焦平面。任何变形将降低晶圆背面和卡盘表面之间的热传递的均匀性，以及焦平面的均匀性。此外，由于松散的真空，背面粒子可能会伤害一些机械垫的真空，并且可能导致晶圆滑过。而且，由于热冲击和/或不同类型的机械振动，背面粒子和其它机械缺陷可以产生可能引起刮痕和裂缝等晶圆破损事件。

在制造工艺中，外来粒子可以位于晶圆的背面。响应于所施加的耦合力，即使相对较小的粒子(在1μm的量级)可以导致晶圆变形，该晶圆变形将使晶圆生产过程变坏。

例如，粒子可以作为例如结果存在于过程中，下述粒子中的一种方式：可以从喷头或室壁中落下，从大气到真空中的泄漏，机器人运动期间的振动，或甚至与晶圆的机械接触。

在vlsi工业中普遍使用几种检测方法来检测和减小缺陷。例如，一些工厂使用外部独立度量工具来测量生产晶圆或测试晶圆上的工艺影响，并测量缺陷特征和位置。然而，尽管该方法流行，它远于提供全画面，因而当在所述特定工艺工具内或在所述各种工具之间进行处理时，当所述晶圆正在所述工具之间和所述工具的内部/外部之间传送时，不能获得关于缺陷结构的出现时间的信息。此外，该缺陷可以来源于该度量工具本身。

其它检查方法包括将计量系统集成到工艺工具中，从而实时检查晶圆附近或晶圆附近的缺陷的产生。这些系统仅对整个工艺工具中的晶圆运动的部分路径具有可见性，因为所述集成计量系统的至少一部分是固定的并且被限制在后面的所述晶圆路径中。

另一种常见的检查方法是使用自主检查晶圆，它目前能够实时地进行缺陷形成检测，但是缺乏在晶圆上提供缺陷位置的能力。

美国专利usp5,274,434公开了一种用于防止大量缺陷发生并保持必要产量的粒子检测方法和装置。检查装置设置在小型设备中，并设置在生产线的处理装置的入口/出口处，或者设置在处理装置之间的传送系统中。所述检查装置包括用于实时采样可能沉积在由所述传送系统承载的晶圆上的外来粒子的监控器，从而实现了生产流水线的简化，降低了制造成本。所述检查装置可包括折射率可变型透镜阵列、空间滤波器和图案数据消除电路，能够在转移过程中对晶圆的重复图案化部分进行外来粒子检查。提供一种消除重复图案重复数据的空间滤波器，能够以高速实时检查在晶圆上的异物。然而，该检查装置是静止的，并且不能确定沉积粒子的定时。

美国专利申请us2014/0208850公开了一种半导体器件缺陷检测装置，它包括设置在半导体工艺设备上的传感器。该传感器被配置为检测从与所述半导体处理设备接触的半导体器件发射的信号；以及信号分析器，被配置为基于所述检测到的信号在预定的频率范围内确定所述半导体器件是否有缺陷。

美国专利us6,966,235公开了远程传感器，用于监控制造的半导体衬底的表面、亚表面或周围环境的工艺参数。所述远程传感器直接连接到所述产品材料上，以允许对所述制造区域的非侵入性输入，通过相同的机器人处理或用于传输标准产品材料的自动化系统。数据是通过无线传输从传感器被记录的，或者当信号不可感知时，数据被记录在板上存储器中，该板上存储器存储用于以后下载的数据。然而，这些远程传感器是被引导为检测诸如管芯厚度、均匀性等参数，不能检测出几纳米尺寸的外来粒子。

所有现有方法都不能提供关于总体上的缺陷构造的位置和时间的信息，特别是粒子类型的缺陷。这个信息对于最佳制造工艺的以下至少两个方面是重要的：

1.提供关于工艺工具的订购性的信息，使能：

a.预期工具在实际发生之前发生故障；以及

b提供工具操作者更好的关于工艺工具性能的信息，以便在工艺质量方面优化生产良率；

2.该信息可以显著地允许缩短在已经被识别为故障的工艺工具内定位粒子源所需的时间，从而节省了“停机时间”，提高了整体生产良率。

因此，本发明的目的是提供一种用于检测半导体制造工艺中的缺陷结构及其位置和时间的系统。

本发明的另一个目的是提供一种用于检测半导体制造工艺中的缺陷形成的系统，该系统是移动的。

本发明的另一个目的是提供一种用于检测半导体制造工艺中的缺陷结构的系统，在制造工艺中仿真真实晶圆。

本发明的另一个目的是提供一种用于在半导体制造工艺中检测与晶圆的背面接触的外来粒子的系统。

随着描述的进行，本发明的其它目的和优点将变得更为清楚。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于检测在制造工艺(例如，处理、计量、配准或存储)工具中缺陷发生和位置的系统，包括：

a.检查晶圆，包括多个传感器和电源，所述晶圆被配置为插入所述制造工艺工具并检查所述制造工艺工具；以及

b.处理元件，被配置为接收来自传感器的输入数据，并通过所述制造工艺工具的检查，在从至少一个所述传感器在不同时间所接收的数据之间进行比较而计算缺陷的位置、时间发生和物理特征。

所述的系统是适合于在制造工艺中检测粒子的存在。它适合于检测选自以下的粒子的存在：

·介电粒子；

·金属粒子；

·半导电粒子；

·来源于所述工艺工具内部的粒子；

·来源于在所述工具内部流动的材料产生的粒子；以及

·来源于所述工艺工具的外部的粒子。

所述检查晶圆还包括一个或多个发射器，所述发射器被配置为发射信号，使得所述传感器能够检测作为缺陷的结果发生的信号的一个或多个特性的变化。

所述检查晶圆还包括逻辑器件、处理元件和存储器件，其中，所述逻辑器件采样所述传感器的输出，所述处理元件对所采样的传感器的输出进行处理，并将处理后的数据存储在存储器件上。

所述检查晶圆还包括通信元件，其被配置为向远程计算机工作站发送数据。

所述传感器是选自以下所列之一：

·一个或多个电容器传感器；

·一个或多个电阻传感器；

·一个或多个光电阴极；

·一个或多个光检测器传感器；

·一个或多个微机电(mem)装置；

·一个或多个电容式微加工超声换能器；

·一个或多个振荡器装置，其被配置为测量能量或质量变化；

·谐振电/光装置

·一个或多个压力传感器；

·一个或多个温度传感器；或

·上述两种或更多种之间的组合。

所述传感器的电阻率可以是根据范德堡电阻率方法测量的。

一个或多个所述传感器可以包括压电材料和压电元件，或者包括与适于产生等离子体反应的金属层或金属图案接触的电介质波导。

一个或多个所述的发射器是选自下列之一：

·一个或多个发光装置；

·一个或多个电子束源；

·一个或多个超声源；或

·上述两种或多种之间的组合。

所述检查晶圆表面上的物体和/或粒子是通过背散射技术检测的。

所述物理特征是选自以下之一：

尺寸；

形状；

质量；

电导率；

电容。

所述系统还可包括保护层，用于保护晶圆免于晶圆修饰过程。

所述的系统，其特征在于，还包括对接站，用于：

对电源进行充电；

晶圆清洗；

晶圆复涂；

配置检查计划。

所述电源是选自：

单锂电源；

混合电源；

电容器；

电池。

所述光学传感器是选自以下之一：

光学谐振器；

微环谐振器；

光子晶体结构谐振器。

所述谐振波长是受缺陷的存在而影响的。

所述谐振波长是通过波长特定的检测器/发射器中的振幅的变化来检测的。

所述处理元件和所述存储器件的资源是使用用于多个传感器单元阵列的公共接收器来减少的。

在一个方面，当不存在缺陷时，所述系统可将最小的发射信号提供给所述接收器。

所述系统可通过波导顶部的等离子体化/非等离子体光栅结构实现最小的发射率，以产生等离子体和/或光子波的破坏性干扰。

附图说明

在以下附图中：

图1示意性地说明了根据本发明的一个具体实施方式所述的检查晶圆的侧视图。

图2示意性地说明了根据本发明的另一个具体实施方式所述的检查晶圆的侧视图。

图3a示意性地说明了根据本发明的再一个具体实施方式所述的检查晶圆的侧视图。

图3b显示了根据本发明的一个具体实施方式所述的一种具有降低的计算资源(存储器和处理能力)的存储器/读出电路的分级实现。

图4是根据本发明的一个具体实施方式所述的检查晶圆系统300的俯视图。

图5-图6示意性地说明了根据本发明的具体实施方式所述的能检测背面粒子的检查晶圆的侧视图。

具体实施方式

现在将参考本发明的实施例，附图仅出于说明的目的在附图中示出了这些实施例。本领域技术人员将从以下描述中容易地认识到，可以使用本文所示的可选实施例的结构和方法，都不背离本发明的原理。

本发明提供了一种用于在从载箱到工具的全或部分晶圆路径期间检查制造工艺的系统和方法由于所述盒内的粒子污染，在所述盒之间转移的同时，所述盒被转移到所述载体盒上或所述盒被转移到所述工具之间。该系统包括通过半导体制造工艺(例如，vlsi)集成到器件(以下称为检查晶圆)中的传感器阵列，该传感器阵列的尺寸表示为被检查的半导体制造工艺中使用的标准尺寸晶圆的尺寸。在检查晶圆上的传感器的量、密度、类型(影响缺陷材料敏感度和缺陷尺寸敏感度)以及分布是由对于给定的操作(例如，刻蚀、超声波清洗、cmp等)的处理而限定的。

检查晶圆的传感器除了沿着晶圆在整个过程中行进的路径的缺陷形成的位置之外，还允许检查晶圆上的缺陷位置。此外，传感器允许检测沿晶圆路径内部的缺陷形成的时间期望的工艺工具(例如，化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、光刻、计量工具等)从而指示所述工艺工具内部的所述位置，所述工艺工具负责由所述工具形成的缺陷。例如，该系统可以通过缓冲室告知晶圆中心或边缘上产生缺陷。传感器的输出由处理元件来处理，所述处理元件与所述系统一同提供，所述处理元件确定哪里和何时是否发生缺陷，以及提供缺陷特征(例如，质量、物理尺寸和/或形状、电导率、光透射和/或反射和/或散射特性、电荷、电容等)。

需要注意的是，虽然在整个说明书中通过检测粒子来展示缺陷检测，但本发明并不局限于检测特定缺陷，还可以用于检测例如划伤、额外图案或缺失图案(用作特定制造工具的识别特征)。

根据本发明的一个实施例，所述检查晶圆还可以通过外部处理元件来检查所述制造工艺，所述外部处理元件接收并处理由检查晶圆收集的数据，以进行进一步的分析，以获得高分辨率和关于检测到的缺陷的相当大的信息。

根据本发明的另一个实施例，一部分数据处理是由集成到检查晶圆自身中的处理元件执行(例如，通过半导体制造)。集成处理元件的应用适合于过滤来自被采样并存储在存储器件上的噪声或不必要的数据。

在整个制造工艺中由传感器检测之后，可能对它们进行预处理，并存储传感器数据，计算机软件程序(运行在诸如远程计算机工作站点的处理元件上)接收传感器数据(可能在如上所述的处理之后)作为输入并表征所有上述方面中的缺陷。这可以通过比较在不同时间的单个传感器或一组传感器阵列的结果来实现。例如，可以将第一组传感器的第一测量与同一组传感器的第二次测量进行比较，也就是，在另一时间，或对另一组传感器的测量(在与第一次测量相同的时间内)。

根据本发明的另一个实施例，检查晶圆经有线/无线通信(例如rf、蓝牙等)(在晶圆上)传送预处理的传感器数据到处理元件，例如远程计算机工作站，数据被收集在该远程计算机工作站上，用于后处理和分析(晶圆之外)。根据本发明的另一个实施例，远程工作站对便携式晶圆进行充电。根据本发明的另一个实施方案，所述远程工作站用于配置所述检查晶圆的各种参数(例如，传感器照明强度、传感器灵敏度、传感器分集程度等)。

检查晶圆可以包括一种或多种类型的传感器，根据检测以及在检测下给定过程的检测要求来确定传感器类型。例如，检查晶圆可以包括以下各项中的至少一个或其组合：

·一个或多个电容传感器(例如，cmos电容传感器和/或rc传感器)；

·一个或多个电阻传感器；

·一个或多个光电阴极；

·一个或多个光电检测器传感器(例如，ccd、cmos、pn结传感器等)；

·一个或多个电容式微加工超声换能器；

·一个或多个振荡器装置，其被配置为测量能量或质量变化(例如，微机电mem装置)；

·一个或多个谐振电/光学器件(例如，环形谐振器)；

·一个或多个等离子体装置；

·一个或多个光子晶体器件(例如光子晶体波导)；

·一个或多个压力传感器；和/或

·一个或多个温度传感器。

传感器的电阻率可以基于范德堡电阻率方法(一种通常用于测量任意形状的样品的电阻率和霍尔系数的技术，只要样品呈近似二维的固体(无孔)，且电极放置在其周边)或本领域已知的任何其它电阻率方法来测量。根据本发明的一个实施例，传感器包括压电材料和压电元件，例如石英晶体微天平。

根据本发明的另一个实施例，一个或多个传感器包括被覆盖的电介质波导金属层或金属图案，所述金属层或金属图案适合于产生等离子体激发和/或等离子体极化激振。等离子体传感器在本领域中是公知的，一种示例性的描述和实施方案，可以在文献nanostructuredplasmonicsensorsbymatthewe.stewartet.al,departmentofchemistry,universityofillinoisaturbana-champaign,urbana,illinois61801,departmentofmaterialsscienceandengineering,universityofillinoisaturbana-champaign,urbana,illinois61801,andchemistrydivisionandcenterfornanoscalematerials,argonnenationallaboratory,argonne,illinois60439中找到。当等离子体波与机载粒子相互作用时，波导的输出发生变化。这可以使用诸如光电二极管或光谱仪之类的电光装置来检测。

图1示意性地示出了根据本发明实施例的检查晶圆的侧视图，包括：具有输入处102的波导101，信号103从发射器104输入到输入处102；保护层105(例如由等离子体化超材料制成的等离子体层)，其使用表面等离子体化来实现在本质上没有看到的光学性质。等离子体是在所述晶圆的顶侧上由光与金属介电材料的相互作用产生的，检测部件106是在输出处被配置为测量在该输出处的信号。根据由缺陷107引起的测量信号的变化，该系统能够在该过程中检测缺陷，这取决于传感器在检查晶圆上的相对位置和检测的时间(由此显示沿着在所述晶圆上形成所述缺陷的所述处理工具内的所述晶圆行进的路径上的位置)。根据本发明的一个实施例，检测晶圆的检测层包括微机电设备(mem)阵列和/或电容微机械超声换能器和/或可测量能量或质量变化的振荡器装置。根据又一个实施例，传感器阵列包括压力和/或温度传感器。

根据本发明的一个实施例，发射器103包括电子束源、超声源、各种波长的发光器件(例如led或激光二极管)或能够产生其性质受粒子107的存在影响的信号的任何其它部件。所发射的信号将通过保护层104，其包括电介质或允许向表面顶部上的缺陷或粒子107传输的另一材料。保护层104顶部的粒子107将信号散射回传感器105，保护层104可以涂覆有抗反射层或另一光学层。根据本发明的另一个实施例，传感器阵列包括影响发射和反射信号的传输、反射、吸收和相位的不同堆叠的光学层。附加层可被提供用于保护传感器和检测层。根据本发明的一个实施例，发射器(例如，led或激光二极管)被制造到检查晶圆上。

检查晶圆还包括至少一个便携式或固定电源(例如，图中未示出的一个或多个电池)，将ac和/或dc电功率提供到所有电子元件和传感器，并且提供到任何其它在该检查晶圆上需要电力用于它们的操作的部件。根据本发明的一个实施例，所述电源包括被制造到所述检查晶圆上的电容器或超级电容器。

检查晶圆还包括适于从传感器采样输出信号的基于时间的电路，以及模数转换器，用于将采样的模拟信号转换为它的数字表示，用于允许信号的计算机处理。根据本发明的一个实施例，使用后散射技术来检测基底/晶圆的表面上的物体和/或粒子，以及在基底/晶圆的沉积层的表面上的物体和/或粒子。

图2示意性示出了(侧视图)根据本发明的一个具体实施例所述的检测传感器的基本背散射单元的结构。侧视图示出了基础传感器单电池201，它由发射体(例如led)204组成，它在存在外来粒子的情况下向保护层202的表面发射光，光将被散射回收集器，由一个或多个收集器(即：光电二极管或其它传感器类型)组成，如由205来表示。抗反射层203尽可能地保持来自采集传感器的噪声。

检查晶圆系统300还包括传感器层302，它是由收集器和发射器组成，以允许检测缺陷。

所述检查晶圆系统300还包括馈电和接收模块303，以允许向所述传感器供电和/或向所述传感器传输信号。馈电和接收模块303还包括读出电路，用于从传感器层读出信号。隔离层104将微处理器与电子噪声相隔离。逻辑、计算和存储器器件层305用于存储和计算来自读出电路的信号。

所述检查晶圆系统300还包括电源306，它向传感器层302、读出电路提供电力，以及向逻辑、计算和存储器器件层305可能需要的所有其它功耗组件提供电力。外部计算机工作站307是被用于对电源306进行充电，以执行来自在晶圆路径检查中存储或传输的数据的额外的计算，以配置用于检查晶圆系统300的检查计划(也就是，用于确定使用哪个或哪些传感器，用于确定每个位置处和/或每一时间处的采样率，用于确定发射功率等)。

天线308是被嵌入以允许检查晶圆300自主地与外部通信设备(例如外部计算机工作站307)进行通信。

因此，在单个平面上设置一个或多个发射器和多个传感器，在本发明的其它实施例中，在不同的平面上设置。传感器允许检测缺陷或粒子的坐标。检测结果是通过读出电路从检查晶圆输出的。，除了传感器和发射器们的配置和密度之外，传感器和发射器的数量和类型是由工艺需要和所给定的操作来限定的。

图3b显示了根据本发明的一个具体实施方式所述的一种具有降低的计算资源(存储器和处理能力)的存储器/读出电路的分级实现。空间分辨率(在两个相邻粒子之间区分两个相邻粒子之间的能力)可被降低，因为不需要以微米级的空间分辨率，只要不会破坏单一的纳米尺度粒子的检测(也就是，移动检查系统(mis)的空间分辨率被损害，但具有最小或没有其检测灵敏度的折衷)。为了减少所需要的处理功率和存储器单元的数量(用于读出和计算所有读数)，可以使用将由限定量的基本单元(发射器和接收器)以及附加的mos逻辑电路组成的有效单元。例如，当所述有效单元中的一个或多个基本单元施加大于特定阈值的电流或电压变化时，通过在10000个基本单元(10×10微米)之间施加“或”函数以产生二进制或模拟输出，在此情况下，在系统中总读数的量可以减小10000至7065000，空间分辨率将被减小到1平方毫米的有效单元，同时保持检测单一纳米尺寸尺度粒子的能力。

如图3b所示，可以使用多层分层结构进一步减少读数的安装。例如，第一层将由有效单元(使用mos逻辑)组成，它由10k个基本单元构成，如前文所述，则具有逻辑件的另一层具有可应用于10k个有效细胞，以将有效面积减小为0.01平方厘米的逻辑层；以将系统读数的量减小到100至70650。具有mos逻辑电路的多层层级可应用于不同数量和层次的层，且具有不同的逻辑。

减少处理和存储器资源的另一种可能的解决方案是使用用于多个传感器单元阵列的公共接收器。在这种情况下，在正常条件下(当没有缺陷存在时)，将向接收器提供最小信号。例如，为了减少读出的数量和计算能力，表面等离子体共振传感器阵列可用于发射最小的发射率，对于在同一相邻区域的多个传感器，通过使用一个收集器(接收器)，只要在有源区的顶部没有粒子。

可以通过在波导顶部上的等离子体光栅(或非等离子化)结构来获得最小的发射率，以在波导的输出处或光子和/或等离子体晶体的输出处产生等离子体和/或光子波破坏性干扰(基于用于破坏性干扰的自夸条件)。

这个整体结构可以被制造为具有所述系统的巨大单调的或者混合的溶液。还可以使用在传感器输出处的mos类型反相器来实现最小的输出信号模式。

所提出的多级层级可以通过vlsi设计和制造而直接应用于硅层。

图4是根据本发明实施例的检查晶圆系统300的顶视图。可以看到，检查晶圆系统包括密集基本单元阵列(由覆盖整个区域的正方形表示)，它可以在数千到数百万的范围内，取决于所需要的分辨率。附图标记401示出了有效单元，由基本单元的子阵列组成，所述基本单元的子阵列由预定量的基本单元(发射器和接收器)组成，它们由mos逻辑电路连接，如上述图3b所示。

本发明提出的检查晶圆系统还能够检测落在晶圆背面的粒子，并可降低晶圆生产过程。

图5示意性地示出了根据本发明的另一个实施方案所述的能够检测背面粒子的检查晶圆的侧视图，。在该实施例中，移动检查系统被倒置地安装。

图6示意性地示出了根据本发明的另一个实施方案所述的能够检测背面粒子的检查晶圆的侧视图。在该实施例中，传感器层以及读出电子器件和/或任何其它层被添加到mis的背面。

根据第一种实施方式，所添加的层可以类似于上侧层，其在移动检查系统(mis)的底部采用相似的检测技术。根据另一种实施方式，所添加的层可以与上侧层不同，其可以在移动检测系统(mis)的底部采用不同的检测技术。两种实施方式都允许检测两侧(前侧和后侧)中的粒子或缺陷。

根据图5-6中示出的实施方式检测到的粒子不一定是机载的，并且通常可以来源于生产工具中的晶圆卡盘/夹持器。

虽然本发明的具体实施方式已经通过说明的方式进行了描述，可以理解的是，本发明可以采用多种变化、修改和修改进行，而不超出权利要求的范围。