本發(fā)明涉及位于基板的表面上的缺陷的檢查領域。本發(fā)明特別涉及用于檢測并且確定被放置于基板上的薄層中的空洞型缺陷的尺寸的方法和關聯(lián)裝置。

背景技術：

根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置使用本領域中眾所周知的技術來識別在基板的表面上可見的缺陷。問題是反射暗場顯微鏡，圖1中通過示例示意性地示出反射暗場顯微鏡的原理。

該技術包括：例如將入射光線1相對于與待觀測的基板的表面平行的平面p以角度β傾斜地投射到基板4的表面上。根據(jù)現(xiàn)有技術實施方式，還可以將光線1垂直投射到基板4的表面(還稱為正常模式)。由此例如使用平面鏡和/或凹面鏡2、3沿基板4的表面的方面引導入射光線1，允許入射光線集中在基板4的表面上。因此，如果待觀測的基板的表面是無缺陷平面鏡，則入射光線1將以相同角度β由基板4的表面完全反射(稱為“β”反射線，并且在附圖1中由附圖標記1’來參考)。由此，在這種情況下，因為入射光線1不偏離，所以在檢測單元6(諸如光電倍增管)所在的端部處沒有光沿著收集通道5的方向被散射；檢測單元6檢測由基板4的表面散射(即，反射離開“β”反射線1’的路徑)的光線的光強度。在這種情況下，檢測裝置將捕捉均勻暗像。

在待觀測的基板4的表面包括缺陷的情況下，照射基板4的表面的入射光線1中的一些沿收集通道5的方向通過缺陷被散射。檢測單元6由此捕捉散射光線的光強度，該光強度被轉換成數(shù)字數(shù)據(jù)，然后被發(fā)送到數(shù)據(jù)處理裝置，以便例如顯示在屏幕7上。所獲取的圖像是位于基板4的表面上的缺陷在暗背景上顯得明亮的表示。

將想起的是，對于表面的研究特別推薦反射暗場照射。反射暗場顯微鏡允許使直接發(fā)射光的量被最小化，并且允許僅收集由位于基板4的表面上的缺陷偏離或散射的光。由此允許顯著增加示出缺陷的圖像的對比度，同時要求相對小設備和基板4的簡單制備。然而，該技術遭受所收集的低光強度并且總是受分辨率極限影響。

該類型技術的重要應用領域是微電子學領域。特別地，在半導體行業(yè)中，反射暗場顯微鏡被用于檢查基板的表面，尤其是以便檢測由各種污染源產生的微粒。隨著不斷進步，該工業(yè)要求越來越高的產品質量等級。憑借在許多件測量儀器中使用的暗場照射，尤其可以檢測硅基板上的尺寸小于0.1微米的微粒。

全耗盡絕緣體上硅(fdsoi)結構越來越多地用作用于制造部件的基板。除了表面微粒之外，其它類型的缺陷可能位于形成soi結構的有用層的硅頂層中；空洞型缺陷(即，對應于沒有所述有用頂層的區(qū)域的缺陷)尤其可能存在于頂層中。為了保證soi結構的質量等級，有必要能夠識別并且對在尺寸上小于500微米的這種類型的缺陷進行分類(尺寸大于500微米的缺陷可由其它目視檢查技術來識別)。此外，因為所要求的質量等級繼續(xù)提高，所以在不久的將來甚至可能需要小于250微米直徑或者甚至100微米直徑的缺陷的分類。soi結構特有的這些缺陷在散射光線方面具有不同于微粒的鮮明特征(signature)。

文獻us2004/0235206公開了用于將應用至裸基板或沉積在基板上的膜堆棧的樣品檢查的設備和方法。該方法使得能夠進行感興趣信號(該信號用于缺陷檢測)與噪聲之間的魯棒分離。然而，該文獻不允許對特定空洞型缺陷的尺寸分類。

一般而言，現(xiàn)有技術解決方案不允許按尺寸對空洞型缺陷分類。憑借測量和對微粒計數(shù)的測量儀器獲得的當前測量值產生非常不精確的分類結果，從而阻礙按照這些“空洞”缺陷的尺寸對soi結構可靠地分類以符合它們的質量等級。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的

因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種消除現(xiàn)有技術的缺點的檢測方法。本發(fā)明的一個目的尤其是提供允許檢測并且按尺寸對位于有用頂層中的空洞型缺陷分類的用于檢查soi結構的方法和裝置。

本發(fā)明的簡單描述

本發(fā)明涉及一種用于確定結構的頂側中的空洞型缺陷的尺寸的方法，所述結構包括被放置于基板上的頂層，所述缺陷位于頂層中；所述方法包括：

a)將所述結構引入到反射暗場顯微鏡裝置中以便根據(jù)由頂側散射的光線生成缺陷相關第一信號和粗糙度相關第二信號的步驟；以及

b)用多個像素捕捉粗糙度相關第二信號的強度的步驟；

該方法引人注意的地方在于：該方法此外包括：

c)用于將由每個像素捕捉的強度與由相鄰像素捕捉的強度進行比較并且用于定義所述像素是否包含在異常區(qū)域中的處理步驟；

d)提取由異常區(qū)域的像素捕捉的強度值的標準偏差的步驟；以及

e)根據(jù)所提取的標準偏差確定與異常區(qū)域關聯(lián)的空洞型缺陷的尺寸的步驟。

根據(jù)本發(fā)明的方法由此允許根據(jù)異常區(qū)域的具體屬性(由包含在所述異常區(qū)域中的像素捕捉的強度值的標準偏差)確定空洞型缺陷的尺寸。

根據(jù)本發(fā)明的有利特征，該特征可以單獨實現(xiàn)或組合實現(xiàn)：

·通過相對于與所述面平行的平面的傾斜方向的入射光線從所述結構的頂側的反射來生成散射光線；

·在入射光線下方沿著至少一個平移軸和/或圍繞至少一個旋轉軸移動所述結構，以允許捕捉步驟b)；

·每個像素可以在邊長上在20微米至1000微米之間測量；

·通過應用使標準偏差和空洞型缺陷的尺寸相關的相關性曲線來執(zhí)行確定步驟；

·通過掃描電子顯微鏡在結構中測量空洞型缺陷的尺寸以建立相關性曲線；

·相關性曲線可應用至尺寸被包括在5微米至500微米之間的空洞型缺陷；

·處理步驟定義：當由給定像素捕捉的強度與由至少一個相鄰像素捕捉的強度的比率高于預設因數(shù)時，給定像素被包含在異常區(qū)域中；

·與給定像素相鄰的像素被包括在處于所述給定像素外圍且具有環(huán)形形狀的區(qū)域中；

·環(huán)形形狀具有600微米的內徑和2500微米的外徑。

本發(fā)明還涉及一種用于檢測結構的頂側中的空洞型缺陷的裝置，所述結構包括被放置于基板上的頂層，所述缺陷位于頂層中；所述裝置包括：

·反射暗場顯微鏡設備，該反射暗場顯微鏡設備被構造為沿所述結構的頂側的方向投射入射光線并且收集由頂側散射的光線；以及

·檢測單元，該檢測單元被構造為根據(jù)散射的光線生成缺陷相關第一信號和粗糙度相關第二信號，并且用多個像素捕捉粗糙度相關第二信號的強度。

所述裝置引人注意的地方在于：所述裝置包括：

·第一處理單元，該第一處理單元連接到檢測單元，并且被構造為將由每個像素捕捉的強度與由相鄰像素捕捉的強度進行比較，并且定義所述像素是否包含在異常區(qū)域中；

·第二處理單元，該第二處理單元被構造為提取由異常區(qū)域的像素捕捉的強度值的標準偏差；以及

·相關性曲線，該相關性曲線用于根據(jù)所提取的標準偏差確定與異常區(qū)域關聯(lián)的空洞型缺陷的尺寸。

附圖說明

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將從參照附圖給出的本發(fā)明的以下具體實施方式變得清晰，附圖中：

圖1示出了已知現(xiàn)有技術反射暗場顯微鏡裝置的示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于檢測缺陷的裝置的示意圖；

圖3示出了憑借根據(jù)本發(fā)明的裝置并且使用根據(jù)本發(fā)明的方法檢測的缺陷的示例；

圖4示出了憑借根據(jù)本發(fā)明的裝置并且使用根據(jù)本發(fā)明的方法檢測的缺陷的另一個示例；以及

圖5示出了缺陷尺寸與由包含在異常區(qū)域中的像素捕捉的強度值的標準偏差之間的相關性曲線。

具體實施方式

采用反射暗場顯微鏡裝置的已知現(xiàn)有技術缺陷檢查技術不允許精確地確定特別是存在于soi結構的頂層中的空洞型缺陷(更特別地直徑小于500μm的空洞型缺陷)的尺寸。將想起的是，soi結構包括被放置于載體基板上的頂層；試圖檢測的缺陷是該頂層中的空隙。

非限制性地，現(xiàn)在將分別參照圖2至圖5描述根據(jù)本發(fā)明的用于檢測缺陷且允許減輕上述問題的裝置和方法的可能實施方式。

如上所述，反射暗場顯微鏡在于使用至少一個入射光線1照射結構4的頂側，該至少一個入射光線1相對于與待觀測的結構4的頂側平行的平面p以所定義角度β被引導，諸如圖2所示的。角度β被包括在0°至90°之間。根據(jù)實施方式，入射光線1可以被配置為部分或完全掃描結構4的頂側。有利地，在入射光線1下方沿著至少一個平移軸和/或圍繞至少一個旋轉軸移動結構4，以便允許檢查結構4的頂側的全部或一些。由此，例如使用第一系列一個或更多個平面鏡2和/或凹面鏡3沿頂側的方向引導光線1，平面鏡2和/或凹面鏡3允許入射光線1被定向并且集中于待分析的表面上。非限制性地，光線1例如可以為激光束。

結構4的表面可以包括一個或更多個光滑無缺陷平面區(qū)域和包括至少一個缺陷(微粒、空洞型缺陷、粗糙等)的一個或更多個區(qū)域。

在光線1被引導到光滑平面區(qū)域上的情況下，光線1以與由入射光線1相對于平面p的取向定義的角度相同的角度β被完全反射。由此，光線1不從其路徑偏離，并且使用第二系列平面鏡2和/或凹面鏡3從裝置去除(反射光線1’)。

在光線1撞擊包括至少一個缺陷的區(qū)域或粗糙區(qū)域的情況下，光線1中的至少一些由缺陷沿收集通道5的方向被反射(光線1”)。因為入射光線1沿許多方向被反射，所以這種反射基本上是擴散的。在本說明書的剩余部分中，由結構4的表面中/上的缺陷反射的光線將被稱為散射光線1”。

檢測單元6(諸如光電倍增管)位于收集通道5的端部處；所述單元檢測散射光線1”的強度。非限制性地，觀測通道5可以包括一個或更多個光學濾波器和/或透鏡，該光學濾波器和/或透鏡用于依賴根據(jù)本發(fā)明的檢測裝置的應用的要求引導、集中或過濾朝向光電倍增管6散射的光線1”。

光電倍增管6在現(xiàn)有技術中已知的另一個功能在于將所捕捉的散射光線1”分解成兩個信號：缺陷相關第一信號和粗糙度相關第二信號。第一信號基本上允許檢測類型a缺陷(即，例如，從基板的表面突出的微?；蚱渌毕?。粗糙度相關第二信號基本上允許檢測類型b缺陷(例如，結構4的表面的粗糙度等級等)，并且通常稱為“霧狀缺陷(haze)”信號。將散射光線1”的強度分解成缺陷相關第一信號和粗糙度相關第二信號取決于根據(jù)所使用的光學濾波器(若有的話)上和制造結構4的頂層的材料上的期望測量的類型a缺陷的尺寸和/或粗糙度等級定義的敏感度閾值。

光電倍增管6與多個像素(未示出)的陣列關聯(lián)。非限制性地，傳統(tǒng)上為方形的像素在邊長上可以在20μm至1000μm之間測量。在本實施方式中且通過舉例說明，每個像素測量200μm×200μm。

根據(jù)本發(fā)明，這不是類型a缺陷第一信號而是被用于進一步特征化感興趣的空洞型缺陷的粗糙度相關第二信號。

由此，(粗糙度相關)第二信號的強度可以由光電倍增管6的每個像素來捕捉，以便被轉換成所述強度的數(shù)值數(shù)據(jù)特性。由此，可以從多個像素獲得b類型缺陷(粗糙度或“霧狀缺陷”)的圖像，該圖像被直接發(fā)送到顯示裝置7，以便例如在屏幕上顯示所述缺陷。

根據(jù)本發(fā)明的裝置的光電倍增管6將粗糙度相關第二信號發(fā)送到第一處理單元8。該第一單元8的角色是將由每個像素捕捉的第二信號的強度與由相鄰像素捕捉的強度進行比較，以便定義所述像素是否形成異常區(qū)域的一部分。

第一處理單元8定義當由給定像素捕捉的強度與由至少一個相鄰像素捕捉的強度的比率高于預設因數(shù)時，給定像素被包含在異常區(qū)域中。給定像素的鄰居全部是被包括在具有以給定像素為中心的環(huán)形形狀的外圍區(qū)域中的像素。有利地，環(huán)形形狀的內徑是600微米，并且它的外徑是2500微米。預設因數(shù)例如可以在1至20之間變化，并且有利地在2至10之間變化。通過舉例說明，預設因數(shù)等于4；在這種情況下，異常區(qū)域包括捕捉比相鄰像素中的一個像素強烈四倍的光強度的至少一個像素。

在存在空洞型缺陷時，所捕捉的粗糙度相關第二信號的強度將從一個像素到下一像素變化。特別地，因為該類型的缺陷的邊界在于頂層的表面與下面基板的表面之間的步幅或多個步幅等級，與在該位置中散射的光線關聯(lián)的第二信號的強度將高于與在頂層的平面相鄰區(qū)域中散射的光線關聯(lián)的第二信號的強度。以相同方式，因為空洞型缺陷的中心部分比其邊界更深，與在該位置中散射的光線關聯(lián)的第二信號的強度將高于在邊界處的強度。相鄰像素之間的這些強度差允許定義異常區(qū)域。

圖3和圖4示出了在結構4的頂側中識別的異常區(qū)域20的圖。異常區(qū)域20包括輪廓20’內部的所有區(qū)域。

每個異常區(qū)域20指示位于結構4的頂層中的空洞型缺陷的存在?？梢蕴崛‘惓^(qū)域20的面積；然而，該值與缺陷的實際尺寸很差地相關，實際尺寸由輪廓21來定義。

在圖3和圖4中，在異常區(qū)域20中收集的每個值均是由一個像素捕捉的散射光線1’的粗糙度相關第二信號的強度的指示。通過舉例說明，在異常區(qū)域20的中心部分22中的像素具有13ppm的(標準化)值；缺陷(在圖3中所示的輪廓22與輪廓21之間)的邊界呈現(xiàn)強度的逐漸減小(例如在0.4ppm至5ppm之間的(標準化)值)，指示缺陷深度的變化。在缺陷外圍的部分中，在異常區(qū)域20中(圖3中所示的輪廓21外部)，(標準化)值低于0.4ppm。

申請人已經(jīng)從多個所識別的異常區(qū)域20提取所述值的標準偏差，并且已經(jīng)證明了與關聯(lián)空洞型缺陷的實際尺寸的良好相關性，而且所述缺陷的實際尺寸已經(jīng)由可靠測量技術(例如，掃描電子顯微鏡)測量。最初該相關性不明顯是由于以下事實：在異常區(qū)域20中，強度值為高的像素的數(shù)量隨著空洞型缺陷的尺寸而增大。由此，異常區(qū)域中的強度值的分布的標準偏差隨著空洞型缺陷的尺寸增大而增大：標準偏差受高值的數(shù)量影響，該數(shù)量將傾向于加寬分布的輪廓。

圖5示出了散射光線1”的第二信號的強度值的標準偏差與空洞型缺陷尺寸之間的相關性曲線。在圖3和圖4中的異常區(qū)域20中收集的標準化值(該標準化值表示散射光線的第二信號的強度)(分別為5.34ppm和1.84ppm)的標準偏差的提取允許根據(jù)相關性曲線確定空洞型缺陷的尺寸(分別為1260微米和250微米)。

在圖5中的示例中，使用200微米×200微米的像素；可以注意到，相關性極限被用于大約50微米及更小的缺陷尺寸。如果使用更小的像素尺寸(例如20微米)，則相關性曲線將可能證明一直到大約5微米的缺陷尺寸的良好相關性。相關性曲線還將證明標準偏差與空洞型缺陷的尺寸之間的更精確相關性。

使用本發(fā)明的用于檢測的裝置和用于確定空洞型缺陷的尺寸的方法，可以針對尺寸大于大約5μm的缺陷以大約±15％的精度等級定義空洞型缺陷的尺寸。

因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置有利地包括第二處理單元9，該第二處理單元9連接到第一處理單元，這允許提取由包含在異常區(qū)域20中的像素捕捉的強度值的標準偏差。然后，憑借相關性曲線或表的應用，將這些值關聯(lián)到與所識別的異常區(qū)域20關聯(lián)的空洞型缺陷的實際尺寸。裝置還可以包括單元7，該單元7用于顯示與位于結構4的頂側中的空洞型缺陷對應的異常區(qū)域20的圖像，缺陷例如在暗背景上顯得明亮。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以連接到自動分類裝置，該自動分類裝置基于空洞型缺陷尺寸(該尺寸根據(jù)在結構4中識別的每個異常區(qū)域中的強度的標準偏差確定)建立所述結構4的質量等級。

根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法允許檢查結構4的表面光潔度，允許確定頂層中的空洞型缺陷的尺寸，并且由此允許定義相對于這些缺陷的尺寸的質量等級。

當然，本發(fā)明不限于所述實施方式，并且可以在不偏離諸如由權利要求定義的本發(fā)明的范圍的情況下實現(xiàn)不同實施方式。