專利名稱：高電流電子束檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體組件的制造與制程控制，特別是制程品質(zhì)與一致性的監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
制造通孔(hole)是半導(dǎo)體組件制備中常見的步驟之一。通孔主要用于穿越已鋪設(shè)的非導(dǎo)電性(介電)層，如氧化物層，以電性連接半導(dǎo)體或金屬層。為產(chǎn)生通孔，需要先將一層光阻材料沉積于晶片表面。光阻材料被暴露于一定圖案的可見光或紫外線照射下，硬化并顯影以于晶片上形成可對(duì)應(yīng)該通孔位置的“掩膜”。接下來，將晶片傳送至蝕刻站，以形成一可穿過介電層并到達(dá)其下方半導(dǎo)體層或金屬層的通孔。再移除光阻掩膜，并以金屬充填該通孔。相似的掩膜及蝕刻制程亦被應(yīng)用來形成溝槽或介層孔(via)。
為確保組件效能一致，必須在穿越晶片表面的各個(gè)位置嚴(yán)格控制接觸開口的深度、寬度及底部表面(在本專利申請(qǐng)的下文中，「通孔」代表前述所有各類型結(jié)構(gòu)，包括接觸開口、介層孔及溝槽)。在晶片一位置上或整個(gè)晶片表面上該接觸開口尺寸的偏差，可能造成接觸阻抗的變化。如果這種變化過大，則會(huì)影響組件的性能，從而造成制程合格率的損失。因此必須嚴(yán)格監(jiān)測(cè)和控制制造流程，不僅為檢測(cè)個(gè)別組件上接觸開口形成時(shí)的偏差，并且還為了監(jiān)測(cè)穿過晶片表面的不一致性。早期不一致性的制程檢測(cè)使組件制造者可以采取修正的動(dòng)作，以確保具有一致性的高合格率，進(jìn)而在制程中避免高昂的晶片損耗。
現(xiàn)有技術(shù)中有一種利用掃描電子顯微鏡(SEM)來檢測(cè)晶片上所形成的通孔的方法。由于通孔的深度通常遠(yuǎn)大于其寬度，故會(huì)使用特殊的高深寬比(HAR)成像模式。高深寬比成像通常用于測(cè)量和復(fù)查頂部與底部寬度、壁厚等通孔尺寸參數(shù)。
然而，高深寬比成像具有某些局限性。其中之一即當(dāng)通孔底部未接地時(shí)，該通孔底部的高深寬比成像品質(zhì)會(huì)受到很大限制。此外，由于受到不同類型殘留物，如介電材料、光阻材料等的妨礙，高深寬比成像不能獲得通孔底部尺度的資料信息。因此，基于高深寬比成像的蝕刻制程十分有限且無法定量。
一種可供選擇的通孔測(cè)量方法在Yamada等人于微電子可靠性(Micronlectronics-Reliability)413(2001年三月)第455-459頁發(fā)表的《使用電子束感應(yīng)底層電流的內(nèi)嵌制程監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)；An In-Line ProcessMonitoring Method Using Electron Beam Induced Substrate Current》中有所說明，以引用的方式并入本文中。電子束系統(tǒng)中的補(bǔ)償電流，亦稱作樣品電流，被定義為從主要電子束經(jīng)樣品(即，經(jīng)晶片)流向地的吸收電流。換言之，樣品電流即等于主要束電流與由二次電子及分散電子所引起的整個(gè)樣品電子產(chǎn)生量之差。根據(jù)主要電子束的能量是在樣品的正或負(fù)電荷區(qū)，樣品電流可以為正或負(fù)。Yamada等人指示出了覆蓋于硅層上的二氧化硅層中的單一通孔及通孔群的電子束，并測(cè)量了由此產(chǎn)生的補(bǔ)償電流。他們發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償電流可代表通孔底部氧化物厚度，以及孔徑。
Yamada等人在美國專利申請(qǐng)第2002/0070738A1號(hào)中進(jìn)一步說明了通孔測(cè)量方面的問題，其內(nèi)容在此以引用的方式并入本文中。藉由測(cè)量樣品上無通孔區(qū)域處的樣品電流來作為背景值，并比較該值與一通孔區(qū)域測(cè)量到的電流值，來檢測(cè)半導(dǎo)體組件。電流波形是以自動(dòng)估計(jì)數(shù)值的方式?jīng)Q定上述測(cè)量指示的是組件缺陷還是用于制造該組件的制造設(shè)備的缺陷。
現(xiàn)有技術(shù)中基于樣品電流來評(píng)定通孔的方法的缺點(diǎn)在于其不甚佳的產(chǎn)率。此外，產(chǎn)生極小射點(diǎn)的成本昂貴、并且需要復(fù)雜的工具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于晶片檢測(cè)的方法，其包括以下步驟(i)接收一樣本，所述樣本具有一至少部分導(dǎo)電的第一層，以及形成于所述第一層上方的第二介電層，接著在所述第二層內(nèi)生成接觸開口或甚至是接著生成接點(diǎn)；(ii)導(dǎo)引一荷電粒子高電流束以同時(shí)照射分布在所述樣品一區(qū)域上多個(gè)位置處的大量的接觸開口；(iii)測(cè)量流過所述第一層的樣品電流以響應(yīng)在所述多個(gè)位置處的大量的接觸開口上的照射；(iv)提供可代表至少一缺陷通孔的指示，以響應(yīng)所述測(cè)量結(jié)果。
本發(fā)明提供一種用于晶片檢測(cè)監(jiān)測(cè)的設(shè)備，其包括(i)一適用于導(dǎo)引一荷電粒子高電流束以同時(shí)照射分布在一樣品一區(qū)域上多個(gè)位置處的大量的接觸開口的電子束源；所述樣本具有一至少部分導(dǎo)電的第一層，以及形成于所述第一層上方的第二介電層，接著在所述第二層內(nèi)生成接觸開口；(ii)一適于測(cè)量流過所述第一層的樣品電流的測(cè)量裝置，以響應(yīng)在所述多個(gè)位置處的大量的接觸開口上的照射；以及(iii)一適于響應(yīng)所述測(cè)量結(jié)果，提供可代表至少一缺陷通孔的指示的控制器。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，所述方法和系統(tǒng)包括模具與模具的比較(die todie comparision)，模具與理想模具比較(die to golden die comparision)比較，以及單元與單元比較(cell to cell comparision)。所有這些方法包括將已檢測(cè)晶模測(cè)得的電流與預(yù)先測(cè)得和/或處理的參考電流測(cè)量結(jié)果比較。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，其上形成接觸通孔圖案的半導(dǎo)體晶片的俯視示意圖。
圖2為圖1中的圖案沿線條1B-1B處的剖面示意圖。
圖3A-3E為半導(dǎo)體晶片一區(qū)域的剖面示意圖，所示為一通孔在不同工藝條件下被蝕刻于晶片中。
圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，用于通孔檢測(cè)及樣品電流測(cè)繪圖的裝置示例的方框圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法的制程示意圖；請(qǐng)忽略PDF文檔中的圖51，其已被一幅新圖所替換。
圖6為一電流樣品示意圖。
圖7至9所為示例電子槍的構(gòu)造。
圖10至11所示為模擬上述示例電子槍時(shí)獲得的各種電磁場(chǎng)，以及束污點(diǎn)對(duì)束電流特性。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，高電流荷電粒子束被用于高產(chǎn)率電流樣品測(cè)試。為簡(jiǎn)明起見，所述實(shí)施例的詳細(xì)說明參照電子束進(jìn)行，但本發(fā)明可被用于其它荷電粒子束包括離子束。
發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)可以藉由很短持續(xù)期間的高電路電子束的相關(guān)主要射點(diǎn)來說明大量通孔以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率的電流樣品測(cè)量。每一射點(diǎn)的短持續(xù)期間可為高產(chǎn)率作出貢獻(xiàn)并防止樣品損壞。高電流使在保持所需(在許多情況下是主要的)信噪比(signal to noise ratio)時(shí)可以采用短期間脈沖。
例如，假定樣品電流約為高電流電子束的20％，射點(diǎn)大小為5×5μm2(因此像素點(diǎn)大小為2.5×2.5μm2)，每一射點(diǎn)所照射的通孔數(shù)約為100，采樣率約為16Mpix/s，fBγγ＝8MHz；輸入靜電容為50pF，輸出放大等價(jià)噪聲電壓頻譜密度約為 則可以獲得大約為7的信噪比(signal to noiseratio，SNR)。藉由采用約34μA的電子束，該強(qiáng)烈電子束可以獲得1cm2/s的掃描率。
在25μm2射點(diǎn)區(qū)域上具有高于14Mpix/s的采樣率即可獲得較為滿意的結(jié)果(包括消除重大的取樣損害)。上述高采樣率防止了樣品加熱帶來的損害，同時(shí)亦防止了柵極氧化物的穿通。
發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，信噪比是可響應(yīng)照明電流與檢測(cè)率之間之一個(gè)比率。例如，約為1cm2/Sec、0.5cm2/Sec及0.25cm2/Sec的檢測(cè)率，與約為10μA的照明電流將可產(chǎn)生約2.2、5及9的信噪比。
請(qǐng)參閱圖1和圖2，所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，半導(dǎo)體晶片20及其上形成的通孔26的圖案22的詳細(xì)情況。圖1為晶片的俯視圖，其中所述圖案被放大于插圖中。圖2為圖1中的圖案沿線條1B-1B處的放大剖面圖。圖案22可以為一專門的測(cè)試圖案，以用于樣品電流的測(cè)試，如下所述，其亦可以包括在晶片20上一已知區(qū)域上產(chǎn)生的一組通孔。圖1中僅示出單獨(dú)的圖案22作為示例，但分布于晶片20表面的多個(gè)類似圖案亦可以在晶片的不同區(qū)域上被用于進(jìn)行樣品電流測(cè)量。上述多個(gè)測(cè)量可以不同的方式進(jìn)行，包括提供橫越過晶片的電流圖。所述圖案亦可以包括其它類型的接觸開口(未示于圖上)，如溝槽或介層孔。
在一個(gè)典型的實(shí)施方式中，介電氧化層30形成下方的導(dǎo)體或半導(dǎo)體層28上，光阻層32沉積于介電層上。層28可以包括晶片的硅底層，亦可以包括制造在底層上作為組件構(gòu)造一部分的中間半導(dǎo)體層或金屬層。通孔26藉由微影形成，并被蝕刻穿過層30往下直到下方層28。當(dāng)圖案22被高電流電子束照射時(shí)，樣品電流的測(cè)量值代表層28在通孔中暴露的程度。為便于進(jìn)行樣品電流測(cè)量，可以在晶片20下表面，圖案22的下方形成一導(dǎo)電接觸墊33圖3A-E為半導(dǎo)體晶片一區(qū)域的剖面示意圖，所示為在不同處理?xiàng)l件下所形成的通孔26。在上述圖式中所示的示例實(shí)施例中，通孔26可提供一接觸點(diǎn)至包含TiSi2的底層28的區(qū)域34，以增強(qiáng)導(dǎo)電性。
區(qū)域34為柵極結(jié)構(gòu)之一典型部分，藉由現(xiàn)有技術(shù)的方法形成于層28之內(nèi)。氧化層30通常包括諸如無摻質(zhì)的硅玻璃(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)或低k介電質(zhì)之類的材料，亦可以在硅底層與硅玻璃之間加入氮化物阻擋層(如Si3N4，未圖標(biāo))。上述圖式中所示的結(jié)構(gòu)僅作為示例，通孔26亦可類似地形成在其它結(jié)構(gòu)中或與其它結(jié)構(gòu)相鄰。
圖3A所示為一理想蝕刻的開口通孔，即按所需將區(qū)域34清楚地曝露出來的通孔。該圖面中的其余圖式為不同處理異常所造成的不同結(jié)果。在圖3B中，通孔26蝕刻不足，這通常是由例如蝕刻處理或?qū)?0的一致性等問題所引起。因此，曝露在通孔26基部的區(qū)域34的面積比所需要小。結(jié)果使當(dāng)通孔26在被電子束照射時(shí)，其產(chǎn)生的樣品電流比圖3A中理想蝕刻通孔產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流要小。當(dāng)蝕刻不足的通孔被設(shè)置于金屬中以接觸區(qū)域34時(shí)，接觸阻抗可能比所需的要高。
在圖3C中，蝕刻處理太過強(qiáng)烈或持續(xù)過長(zhǎng)時(shí)間，將使通孔26被過度蝕刻。在該情況下，樣本電流通常會(huì)大于第3A圖中的情況。過度蝕刻可能對(duì)區(qū)域34及其它結(jié)構(gòu)造成有害影響，還有可能在通孔26基部上形成污染沉積物。在該情況下，樣本電流將會(huì)減小。
圖3D所示為通孔26不能到達(dá)區(qū)域26的蝕刻不足情況，這通常是由不正確的蝕刻處理或蝕刻時(shí)間不足而引起。本圖中對(duì)通孔26測(cè)得的樣本電流較低，同時(shí)在金屬填充后的接觸阻抗亦可能會(huì)比所需的要高。
最后，在圖3E中，通孔26被適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了蝕刻。但是污染物38，如光阻聚合物殘?jiān)蚪殡娰|(zhì)殘?jiān)?，被沉積于通孔的基部上。該污染物通常會(huì)使測(cè)量到的樣品電流降低(此是與理想蝕刻通孔測(cè)得的樣品電流相比)，同時(shí)污染物還會(huì)在金屬填充后造成較高的接觸阻抗。
通常，在晶片被高電流電子束照射，且該過程達(dá)到平衡時(shí)，樣品電流(Ispecimen)、高電流(即高電流電子束的電流-Iprtmary)與晶片表面放射的二次電子，包括分散電子的電流(Isecondary)，之間的關(guān)系可以用現(xiàn)有技術(shù)中的下式來表示Iprtmary＝Isecondary+Ispecimen。
在樣品電流被測(cè)得之后，晶片表面可能會(huì)藉由負(fù)型預(yù)充電(negativeprecharge)進(jìn)行偏壓，該預(yù)充電的一個(gè)目的在于防止接觸開口內(nèi)部產(chǎn)生的大部分二次電子從晶片表面脫離，從而減小Isecondary及增大Ispecimen。
請(qǐng)參閱第3D圖，測(cè)得的Ispecimen對(duì)在通孔26基部與區(qū)域34之間的層30上殘余介電質(zhì)厚度的靈敏度，是與二次電子(SE)產(chǎn)率的差值以及層30和區(qū)域34間的材料導(dǎo)電性差值相關(guān)。通常，介電材料的二次電子產(chǎn)率約為半導(dǎo)體或?qū)w性材料的產(chǎn)率的兩倍，對(duì)低電子束能量而言，通?！?kV。相反的，由于層30中介電材料的低導(dǎo)電性，對(duì)輕微過蝕刻的通孔而言，測(cè)得的Ispecimen與殘余介電質(zhì)厚度大致成正比，對(duì)于實(shí)質(zhì)蝕刻不足的通孔而言則接近于零。因此，對(duì)晶片模具(die)上一已知位置處的特定通孔或通孔群而言，測(cè)得的Ispecimen即為厚度范圍大致在0到10nm的介電殘留物的靈敏指示物。此外，在不同模具上的相同位置測(cè)得的Ispecimen應(yīng)該在整個(gè)晶片上保持一致，如果測(cè)得值有差異就代表制程處理并不一致。不一致性及其它制程上的缺陷可以藉由接下來介紹的樣品電流繪圖方法加以檢測(cè)。
請(qǐng)參閱圖4，為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，用于通孔檢測(cè)及樣品電流測(cè)量的測(cè)試臺(tái)40的方框圖。測(cè)試臺(tái)40包括一腔體42，所述腔體42具有一晶片20在檢測(cè)時(shí)被放置于其上的作動(dòng)臺(tái)44。電子槍46產(chǎn)生高電流電子束并將其直射晶片20，電表48測(cè)量晶片產(chǎn)生的Ispecimen。所述高電流電子束較寬(大射點(diǎn))，能夠同時(shí)照射大量的通孔，從而增大了系統(tǒng)的產(chǎn)率(throughput)。各種不同的電子槍及測(cè)試臺(tái)40的相關(guān)部分如圖7至圖9所示。電表在重要的通孔底部處藉由接觸墊電性連接至半導(dǎo)體或?qū)щ妼?如第1B圖所示的層28)。
電子槍46產(chǎn)生的高電流電子束在晶片上所感興趣的區(qū)域掃描。該高電流束的直徑通常超過幾個(gè)微米。
作動(dòng)臺(tái)44是可將晶片20安置成使得晶片的每數(shù)個(gè)模具上一給定的通孔或通孔群是位于電子槍46的高電流電子束可照射的適當(dāng)位置。作動(dòng)臺(tái)44可以包括一x-y-θ或R-θ(移動(dòng)/旋轉(zhuǎn))臺(tái)。這樣被測(cè)量的通孔可能會(huì)包括特殊的測(cè)試圖案，如圖案22(圖1A與圖1B)，或者其亦可以，或者或附加地包括用于制造在晶片上的微電子組件的功能通孔。晶片檢測(cè)可以在晶片的所有模具或僅在特定的預(yù)選模具上進(jìn)行。在這種方式下估測(cè)的通孔可以被選擇用于評(píng)定蝕刻質(zhì)量。若有需要，數(shù)個(gè)不同類型的接觸開口可以被選擇并估測(cè)。應(yīng)該注意的是，整個(gè)晶片或模具或其主體部分被掃描以定位缺陷所在，但這并非必須。
在將作動(dòng)臺(tái)44安置好，并用電子槍46的高電流電子束照射預(yù)選的通孔之后，控制器50可選擇地接收各區(qū)域電表48測(cè)得的Ispecimen值?？刂破骼眠@些值來估測(cè)通孔的狀態(tài)，并通常將其顯示于一用戶工作站68。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，一旦一個(gè)通孔群被發(fā)現(xiàn)其中包含有缺陷通孔，就可以提供一個(gè)更高分辨率的測(cè)量，以判定通孔缺陷。評(píng)估測(cè)試結(jié)果，并執(zhí)行必須的修正動(dòng)作。評(píng)估通常是將測(cè)得的樣品電流值，與針對(duì)預(yù)期通孔大小、材料、蝕刻條件及其它適宜制程參數(shù)建立的基準(zhǔn)值相比較，亦可以將整個(gè)晶片上不同模具所測(cè)得的樣品電流值相比較。亦可以進(jìn)行晶片間的樣品電流圖比較。若蝕刻不足(如圖2B或2D所示)，則修正動(dòng)作可以包括進(jìn)行進(jìn)一步蝕刻，或移除可能沉積在通孔底部的殘余聚合物(如圖2E所示)。此外/或是，修正動(dòng)作亦可以包括對(duì)生成當(dāng)前晶片所用的微影臺(tái)和/或蝕刻設(shè)備的對(duì)準(zhǔn)調(diào)整步驟。
測(cè)試臺(tái)40可以藉由將高電流低分辨率束切換為低電流高分辨率束，而于一復(fù)查模式(review mode)下操作，及一檢測(cè)模式(inspection mode)下操作。
圖5為為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法200的流程圖。
方法200從提供一晶片20的初始化步驟210開始。該晶片20包括數(shù)個(gè)通孔。步驟210可以包括按照所需的掃描軸進(jìn)行晶片的對(duì)準(zhǔn)，生成橫越整個(gè)晶片的高度變化圖(該測(cè)繪圖可以被主控制器50及電子槍控制單元52用于控制和預(yù)測(cè)電子槍46在晶片上每一測(cè)量位置的電流焦點(diǎn))?；蛘?，步驟210亦可以包括執(zhí)行其它現(xiàn)有不使用焦點(diǎn)測(cè)繪圖來控制電子束焦點(diǎn)的技術(shù)來控制光束的聚焦。上述測(cè)繪圖通常由光學(xué)顯微鏡獲得，故步驟210可以更包括決定出光線與電子束焦點(diǎn)平面(亦稱為焦點(diǎn)偏移量)的差別。包括將光學(xué)顯微鏡測(cè)得的焦距與電子顯微鏡(SEM)測(cè)得的焦距作比較。焦點(diǎn)偏移量即為兩個(gè)測(cè)量結(jié)果之差。
步驟210之后是將高電流電子束同時(shí)照射樣品上一區(qū)域多個(gè)位置上分布的大量接觸開口的步驟220。該區(qū)域通常是由控制器或工具用戶決定，其通常由一區(qū)域定位過程定位，所述過程包括機(jī)和/獲電位移至一估計(jì)位置，以及接下來基于圖像識(shí)別的定位步驟。
照射區(qū)域取決于高電流電子束的射點(diǎn)大小。該大小可以藉由產(chǎn)率需求及信噪比需求來增大或減小。
射點(diǎn)大小可以根據(jù)包括復(fù)數(shù)通孔排列密度等不同參數(shù)來加以改變，所需電流強(qiáng)度的改變可以表明出現(xiàn)了一個(gè)有缺陷的通孔或被視作缺陷的通孔橫剖面偏離等類似情況。該方法可以包括將高電流電子束的特性設(shè)定為某些特定值，并估計(jì)在使用上述值時(shí)會(huì)獲得的測(cè)量結(jié)果，接下來決定是否需要改變這些值。例如，如果藉由一個(gè)更大的射點(diǎn)大小可以獲得所需的信噪比，則射點(diǎn)大小可以被增大以改善產(chǎn)率。換言之，若信噪比不夠高則射點(diǎn)大小可以減小。
步驟220之后是響應(yīng)于照射大量在多個(gè)位置處的接觸開口來測(cè)量流經(jīng)第一層的樣品電流的步驟230。為達(dá)到高產(chǎn)率，需要高帶寬的電流設(shè)備。
步驟230之后是對(duì)應(yīng)測(cè)量結(jié)果，提供至少一缺陷通孔指示的步驟240。該指示可以是響應(yīng)的樣品電流值，表示至少一通孔已被部分(甚至是大幅度地)阻塞。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，方法200更包括為響應(yīng)高電流電子束，而測(cè)量自樣品發(fā)射的二次電子電流(Isecondary)的步驟235。步驟235之后是步驟240，其可提供一指示，以響應(yīng)Isecondary及Ispecimen，或響應(yīng)兩者數(shù)值之差。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可以藉由照射一區(qū)域(其是不包含接觸通孔且鄰近該照射區(qū)域)來測(cè)得一參考電流Ireference的。該電流可以從Ispecimen中減去。
步驟240之后是決定是否需要照射更多附加區(qū)域的步驟250。附加或可選的步驟250可以包括決定是否有改變高電流束一特性的需要。若上述至少一決定為肯定，則步驟250接下來是決定下一被照射區(qū)域及/或改變電子束特性的步驟260，之后跳轉(zhuǎn)至步驟210。否則，步驟250之后即為“結(jié)束”步驟270。所述下一區(qū)域可以根據(jù)一預(yù)設(shè)的掃描圖(如光柵掃描圖)來決定。不同的照射區(qū)域可以相互交疊，但并非必需。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，步驟240包括把測(cè)得的電流與的預(yù)先測(cè)得的電流、來自另一模具(模具與模具間的比較(die to die comparision))的預(yù)先處理過的測(cè)得電流、來自統(tǒng)計(jì)的表示結(jié)果、預(yù)先測(cè)得的電流或估計(jì)電流(模具與理想模具比較(die to golden die comparision))、來自同樣單元的理想測(cè)量結(jié)果(亦參照重復(fù)測(cè)繪圖)相比較。
每一測(cè)量結(jié)果可以與一位置相關(guān)聯(lián)。一旦測(cè)量結(jié)果與其關(guān)聯(lián)的位置均被重新得到，則可以產(chǎn)生一樣品電流圖。該圖像可以在步驟270中產(chǎn)生，但并非必需。一示例電流圖如圖6所示。
圖6為樣品電流圖600的圖標(biāo)，所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，橫越晶片20的多個(gè)位置處所測(cè)得的樣品電流。參考尺610所示為由陰影層級(jí)來對(duì)比的樣品電流范圍(通常參考尺610為彩色陰影)。軸620表示模具或其它易用的類似位置參數(shù)。圖中，相應(yīng)的樣品電流藉由各自位置上適當(dāng)?shù)年幱皝肀硎?。在電流圖600中，每一晶片模具具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的樣品電流值。亦可以將更多或較少的樣品電流值顯示在電流圖600中。雖然電流圖600以繪圖表示，但其亦可附加或換作如向量形式等數(shù)值表示。
如電流圖600所示，整個(gè)晶片模具上大部分地樣品電流都很高(即，為一很高的負(fù)值)。但在晶片的頂部及底部邊緣，則所測(cè)得的樣品電流多數(shù)較低。這些較低的數(shù)值可以表示例如蝕刻過程中的不一致性或未對(duì)準(zhǔn)接觸。電流圖600通?？梢越o出有關(guān)的處理缺陷的類型，以便采取適當(dāng)?shù)男拚襟E。
該測(cè)繪圖可以藉由各種比較方法與另一測(cè)繪圖相對(duì)比。所述比較可以包括生成一差異圖并將該差異圖與一個(gè)或多個(gè)閾值相比較。該差異圖、被比較的測(cè)繪圖及閾值可以被呈現(xiàn)給用戶。
本發(fā)明的各種實(shí)施例已為發(fā)明人模擬實(shí)施。第一實(shí)施例包括一LaB6電子源102。圖7中所示為上述電子源102及電子槍46’的其它組成部分。在不背離本發(fā)明要旨的前提下，該LaB6電子源可以別的相當(dāng)?shù)碾娮釉刺鎿Q(如其它熱離子源)。
但是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)使用LaB6電子源具有多種優(yōu)點(diǎn)。它可以提供一具有適宜源亮度及穩(wěn)定性的高電流。熱離子的陰極是一個(gè)受限于10-20μm大尺寸源。因此使用這些熱離子源時(shí)需要對(duì)源尺寸進(jìn)行光電縮減將其減小至射點(diǎn)在圖像平面上的大小為～5μm。該縮減可以進(jìn)一步最小化球面及離軸偏差。
電子槍46’包括LaB6電子源102，以及槍陽極104、加速陽極106、長(zhǎng)磁物鏡108、磁偏轉(zhuǎn)器112以及延遲浸沒透鏡116。磁偏轉(zhuǎn)器112平行于高電流電子束延其傳播的電子束系統(tǒng)的光軸，放置在長(zhǎng)磁物鏡108與延遲浸沒透鏡116之間。
槍陽極104可被操作以調(diào)整包括組件102、104及106的電子透鏡。其可以控制電子源102附近的電域。加速陽極106使靜電透鏡可達(dá)到較高的加速度以減小孔徑角及響應(yīng)的偏差。長(zhǎng)磁物鏡108提供所需的源尺寸縮減以最小化球面及離軸偏差。提供整個(gè)偏轉(zhuǎn)域共有的射點(diǎn)焦點(diǎn)及電子束正交。磁偏轉(zhuǎn)器112使電子束向光軸外偏轉(zhuǎn)。延遲浸沒透鏡116進(jìn)行電子束射點(diǎn)最后的調(diào)焦，將其減速至低能量并與108正交。
在一示例結(jié)構(gòu)中，延遲浸沒透鏡116出口孔徑與電子源102間的距離為70mm，電子源102的電壓為50V，槍陽極電壓為300V，加速陽極106將高電流電子束111加速至10keV以獲得各種不同的靜磁場(chǎng)。如圖10所示。這些電磁場(chǎng)聚焦于10keV的電子，并將其減速至很小的降落能量(約1keV)。
該結(jié)構(gòu)將電子源102提供的15μm縮減以在被照射樣品的圖像平面上產(chǎn)生5μm的第一次序污點(diǎn)(first order blur)。偏差污點(diǎn)(aberration spot blur)約為1.7μm，而束偏移約為±0.28mm。假定高電流電子束的電流為34μA，橫穿直徑為15μm，孔徑半角為100mrad，則電子源強(qiáng)度約為6·102A/(cm2·strad)。這可以由熟知的LaB6來加以實(shí)現(xiàn)。
圖10所示為高電流電子束的電流與使用圖7中結(jié)構(gòu)所能獲得的污點(diǎn)之間的關(guān)系。與第一次序幾何污點(diǎn)(對(duì)給定的縮減而言為5μm)相比，球面偏差污點(diǎn)更小。
第二實(shí)施例包括肖特基電子源102”(Schottky electron source 102”)。圖8所示為該電子源102”及電子槍46”的其它部分。
電子槍46”包括肖特基電子源102”、靜電電容124、超長(zhǎng)磁物鏡128、長(zhǎng)磁偏轉(zhuǎn)器122、正交電極126及修正磁透鏡128。靜電電容124被用作電子槍46”的第一透鏡以減小從電子源102”發(fā)射的電子的高孔徑角。超長(zhǎng)磁物鏡128用于防止電子束的離軸轉(zhuǎn)移。來自電子源102”的電子通常具有較高的能量，約為5keV。這比第一實(shí)施例中電子的能量可被加速至超過10keV要低一些。
靜電(磁)電容124可被操作來減小孔徑角以最小化偏差。超長(zhǎng)磁物鏡128提供整個(gè)偏轉(zhuǎn)域共有的具有最小球面及離軸偏差的焦點(diǎn)。磁偏轉(zhuǎn)器122使電子束向光軸外偏轉(zhuǎn)。正交電極126及修正磁透鏡128混合用于電子束共有正交的電磁場(chǎng)，以提供減速和最小化偏差。可以被用于動(dòng)態(tài)正交化及射點(diǎn)大小調(diào)整中。
在準(zhǔn)備從物體平面上具有較高孔徑角的高電流電子束獲得的射點(diǎn)時(shí)，其大小受球面偏差污點(diǎn)的限制。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于各種原因(包括電流限制、球面偏差及污點(diǎn)等類似情況)，可能會(huì)提供比LaB6電子源102低的產(chǎn)率。物體平面上75mrad的孔徑半角將會(huì)在圖像平面上得到約8μm的射點(diǎn)大小(16.3μm光束污點(diǎn))，以及角強(qiáng)度為0.5-1mA/sRad的約為9-18μA的電流。低電流需要較長(zhǎng)的收集時(shí)間因而減小了產(chǎn)率。
圖11所示為高電流電子束的電流與使用圖8中結(jié)構(gòu)所能獲得的污點(diǎn)之間的關(guān)系。所有的污點(diǎn)均由球面偏差污點(diǎn)組成。僅需要限制物體平面上孔徑角即可獲得超微米型射點(diǎn)大小。這是基于肖特基陰極概念(Schottykycathode based concept)的一個(gè)很大優(yōu)點(diǎn)?？梢匀菀椎卦凇暗头直媛?高電流”與“高分辨率-低電流”兩種模式之間轉(zhuǎn)換，是在晶片電流檢測(cè)系統(tǒng)及復(fù)查模式中提高精度的一個(gè)解決方案。
根據(jù)第三實(shí)施例，電子槍46”是對(duì)低電流高分辨率電子槍設(shè)備進(jìn)行的改動(dòng)。所述實(shí)施例如圖9所示。肖特基電子源102”包括靜電電容124、第一磁透鏡134以及包括一磁透鏡與一延遲浸沒靜電透鏡的電磁透鏡數(shù)組136。作為出的改動(dòng)包括移除各種電子束限制孔徑以利用在較大范圍角度發(fā)射的電子，并引入了其它不同部件如電容器124。
如前面的實(shí)施例所述，射點(diǎn)大小受球面偏差所限。對(duì)于物體平面上65mrad的孔徑半角，可以達(dá)到約14.1μm的束污點(diǎn)。角強(qiáng)度為0.5-1mA/strad的電子源可以得到約為6.6-13.3μA的電流。該電流大小比前述各結(jié)構(gòu)得到的要低，而具有可與之相比的射點(diǎn)大小。
靜電電容器124縮減束孔徑角以避免出現(xiàn)較高的偏差。提供靈活的束電流調(diào)整。磁物鏡134減少光電系統(tǒng)的球面偏差系數(shù)。靜電電容器124與磁物鏡134提供了復(fù)合的發(fā)射系統(tǒng)以減小球面偏差。電磁透鏡數(shù)組136在整個(gè)偏轉(zhuǎn)域上提供共有的射點(diǎn)焦點(diǎn)，將其偏轉(zhuǎn)、正交化、并減速至較低的束能量。
雖然上文中說明的實(shí)施例特別注目于通孔監(jiān)測(cè)，尤其是檢測(cè)晶片的主要部分上，但本發(fā)明的原理亦可用于其它質(zhì)量控制作業(yè)中。
基于晶片電流的檢測(cè)值可以用于監(jiān)測(cè)蝕刻和微影步驟，亦可用于沉積(包括超薄膜的材料厚度測(cè)量)及光阻應(yīng)用與一致性測(cè)量中。特別是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(DRAM)的柵極氧化物厚度測(cè)量和電容厚度測(cè)量。本發(fā)明的方法提供了上述特征，以及彌補(bǔ)上述特征的層厚度的寬度。這些方法不僅適用于金屬沉積之前，如前述實(shí)施例所述，其亦可應(yīng)用于金屬沉積后檢測(cè)接觸、互連、分?jǐn)嚯妷旱慕饘倬€、短路及其它缺陷中。測(cè)試臺(tái)40可以與一叢集工具整合成一體，用以線上監(jiān)測(cè)上述的參數(shù)。
應(yīng)了解上述的實(shí)施例僅是例示性的，本發(fā)明未受到上述特定的圖標(biāo)或描述所限制。可確定地，本發(fā)明的范圍包含上述不同特征的主要結(jié)合及次要結(jié)合，熟習(xí)該技藝的技術(shù)者經(jīng)讀取上述先前技術(shù)所未揭示的描述后，當(dāng)能夠作不同的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)晶片的方法，其包括以下步驟接收一樣本，該樣本具有一至少部分導(dǎo)電的第一層，以及形成于該第一層上方的第二介電層，接著在該第二層內(nèi)生成接觸開口；導(dǎo)引一荷電粒子高電流束以同時(shí)照射分布在該樣品一區(qū)域上多個(gè)位置處的大量的接觸開口；測(cè)量流過該第一層的樣品電流，以響應(yīng)在該多個(gè)位置處大量的接觸開口上的照射；以及提供一可代表該至少一缺陷通孔的指示，以響應(yīng)該測(cè)量結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該大量的通孔數(shù)目超過100個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該導(dǎo)引與測(cè)量步驟以非常高的重復(fù)頻率重復(fù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該高電流束的特點(diǎn)在于具有一較大的橫剖面，該導(dǎo)引步驟包括偏差補(bǔ)償。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該高電流束包括在相對(duì)于該高電流束光軸的一較大的角度范圍內(nèi)所發(fā)射出來的電子。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該補(bǔ)償步驟包括沿著一長(zhǎng)磁透鏡傳播該高電流束。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其更包括測(cè)量自樣品發(fā)射的二次電子電流，以響應(yīng)該高電流束，其中該指示更可響應(yīng)所測(cè)量的該二次電子電流。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在該提供指示的步驟之后，是定位該至少一缺陷通孔的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該定位步驟包括導(dǎo)引一高分辨率束朝向該至少一缺陷通孔。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該接觸開口包括數(shù)個(gè)通孔。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該接觸開口包括數(shù)個(gè)溝槽。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中不同導(dǎo)引期間的區(qū)域是互相重疊。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其重復(fù)導(dǎo)引與提供的步驟以照射該晶片的多個(gè)區(qū)域。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其更包括估計(jì)與該高電流束相關(guān)的一信噪比(signal to noise ratio)，并據(jù)此改變?cè)摳唠娏魇辽僖惶匦缘牟襟E。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該至少一特性從以下組合中選取束電流與射點(diǎn)大小。
16.一種用于檢測(cè)晶片檢測(cè)的設(shè)備，其包括一電子束源，適用于導(dǎo)引一荷電粒子高電流束以同時(shí)照射分布在一樣品一區(qū)域上多個(gè)位置處的大量的接觸開口；該樣本具有一至少部分導(dǎo)電的第一層，以及形成于該第一層上方的第二介電層，接著在該第二層內(nèi)生成接觸開口；一電流的測(cè)量裝置，適用于測(cè)量流過該第一層的樣品電流，以響應(yīng)在該多個(gè)位置處大量的接觸開口上的照射；以及一控制器，提供一可代表該至少一缺陷通孔的指示，以響應(yīng)該測(cè)量結(jié)果。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其更包括一種二次電子探測(cè)器，其適于測(cè)量自該樣品發(fā)射的二次電子電流，以響應(yīng)該電子束，其中該控制器還適于生成一用于表示該二次電子電流與該樣品電流的測(cè)繪圖。
18.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該大量的通孔數(shù)目超過100個(gè)。
19.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其更適于以非常高的重復(fù)頻率重復(fù)該導(dǎo)引與測(cè)量步驟。
20.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該高電流束的特點(diǎn)在于具有一較大的橫剖面，該設(shè)備包括可用以補(bǔ)償偏差的構(gòu)件。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中該高電流束包括在相對(duì)于該高電流束光軸的一較大的角度范圍內(nèi)所發(fā)射的電子。
22.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中該用以補(bǔ)償偏差的構(gòu)件包括一長(zhǎng)磁透鏡。
23.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該設(shè)備更適于響應(yīng)一代表至少一缺陷通孔的指示來定位出至少一缺陷通孔。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中該設(shè)備能夠藉由導(dǎo)引一高分辨率束朝向該至少一缺陷通孔來進(jìn)行定位。
25.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述接觸開口包括數(shù)個(gè)通孔。
26.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述接觸開口包括數(shù)個(gè)溝槽。
27.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中不同導(dǎo)引期間的區(qū)域是互相重疊。
28.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該設(shè)備適于重復(fù)該導(dǎo)引與提供步驟以照射所述晶片的多個(gè)區(qū)域。
29.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其更適于評(píng)估一與該高電流束相關(guān)的信噪比，并據(jù)此改變?cè)摳唠娏魇闹辽僖惶匦浴?br> 30.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中該至少一特性從以下組合中選取束電流與射點(diǎn)大小。
31.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該導(dǎo)引與測(cè)量的步驟被一直重復(fù)直到該晶片的一實(shí)質(zhì)大小部分被該高電流束所照射。
32.如權(quán)利要求16所述的方法，其適于重復(fù)該導(dǎo)引與測(cè)量步驟，直到該晶片的一實(shí)質(zhì)大小部分被該高電流束所照射。
33.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該提供一指示的階段為響應(yīng)預(yù)先測(cè)得的的電流。
34.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該提供一指示的階段為響應(yīng)預(yù)先估計(jì)的的電流。
35.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該提供一指示的階段包括采用一模具與模具間的比較(die to die comparision)。
36.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該提供一指示的階段包括采用一模具與理想模具間的比較(die to golden die comparision)。
37.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該提供指示的階段包括采用一單元與單元比較(cell to cell comparision)。
38.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該控制器適用于響應(yīng)預(yù)先測(cè)得的電流提供指示。
39.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該控制器適用于響應(yīng)預(yù)先估計(jì)的電流提供指示。
40.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該控制器適用于藉由采用一模具與模具的比較(die to die comparision)來提供指示。
41.如權(quán)利要求16項(xiàng)所述的設(shè)備，其中該控制器適用于藉由采用一模具與理想模具間的比較(die to golden die comparision)來提供指示。
42.如權(quán)利要求16項(xiàng)所述的設(shè)備，其中該控制器適用于藉由采用一單元與單元比較(cell to cell comparision)來提供指示。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種用于檢測(cè)晶片檢測(cè)的方法和設(shè)備。該設(shè)備能夠檢測(cè)一樣品，該樣品具有一至少部分導(dǎo)電的第一層，以及形成于所述第一層上方的第二介電層，接著并在所述第二層內(nèi)生成接觸開口，該設(shè)備包括(i)一適于導(dǎo)引一荷電粒子高電流束以同時(shí)照射分布在該樣品一區(qū)域上多個(gè)位置處的大量接觸開口的電子束源；(ii)一適于測(cè)量流過所述第一層的樣品電流的測(cè)量裝置，以響應(yīng)在所述多個(gè)位置處大量的接觸開口上的照射；以及(iii)一適于提供一可代表至少一缺陷通孔的指示的控制器，以響應(yīng)所述測(cè)量結(jié)果。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1833174SQ200480022822
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2004年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月10日
發(fā)明者亞歷山大·卡迪舍維奇, 迪米特里·舍爾, 克里斯托弗·塔爾伯特 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料以色列公司