DE10331594A1

DE10331594A1 - Verfahren zur Inspektion von Strukturen auf Halbleitersubstraten

Info

Publication number: DE10331594A1
Application number: DE10331594A
Authority: DE
Inventors: Jörg Richter
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH; Vistec Semiconductor Systems GmbH
Current assignee: KLA Tencor MIE GmbH
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2005-01-27
Also published as: KR20050009140A; US20050031189A1

Abstract

Es ist ein Verfahren zur Inspektion von Strukturen auf Halbleitersubstraten offenbart. Nach dem Aufnehmen eines Bildes eines Halbleitersubstrats werden Strukturelementen ROIs zugeordnet. Den ROIs sind verschiedene Parameter zur Auswertung des aufgenommenen Bildes des Halbleitersubstrats zugewiesen. Die einem Strukturelement des Halbleitersubstrats zugewiesene ROI wird automatisch auf entsprechende Strukturelemente des Halbleitersubstrats in den anderen Elementen übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inspektion von Strukturen auf Halbleitersubstraten.
In der Halbleiterfertigung werden Wafer während des Fertigungsprozesses in einer Vielzahl von Prozessschritten sequentiell bearbeitet. Mit zunehmender Integrationsdichte steigen die Anforderungen an die Qualität der auf den Wafern ausgebildeten Strukturen. Um die Qualität der ausgebildeten Strukturen überprüfen und eventuelle Defekte finden zu können, ist das Erfordernis an die Qualität, die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der den Wafer handhabenden Bauteile und Prozessschritte entsprechend. Dies bedeutet, dass bei der Produktion eines Wafer mit der Vielzahl von Prozessschritten und der Vielzahl der aufzutragenden Schichten an Photolack oder Ähnlichem eine zuverlässige und frühzeitige Erkennung von Defekten in den einzelnen Strukturen besonders wichtig ist. Auf einem strukturierten Halbleitersubstrat bzw. einem Wafer sind eine Vielzahl von gleichen wiederkehrenden Strukturelementen vorgesehen. Aufgrund der Strukturierung stellt man in den verschiedenen Bereichen eine jeweils andere Helligkeit des aufgenommenen Bildes fest. Man legt nun per Definition mehrere rechteckige Bereiche (Region of Interest, ROI) fest, welche in der Detektionsempfindlichkeit unabhängig voneinander festgelegt werden können. Die für die Detektion verwendete Empfindlichkeit ist der Faktor aus einer Grundempfindlichkeit und der für die Region definierten Empfindlichkeit. Es können sowohl Bereiche innerhalb von Dies als auch bezogen auf ein Saw (Stepperschuss) definiert werden. Im ersten Fall wird der beschriebene Bereich auf alle anderen Dies übertragen. Im zweiten Fall gilt der Bereich nur einmal innerhalb eines Saws, wird aber auf alle anderen Saws übertragen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Detektionsempfindlichkeit für Strukturelemente auf einem strukturierten Halbleitersubstrat durch einen Benutzer anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist von besonderen Vorteil, wenn zuerst ein Bild von mindestens einem Halbleitersubstrat aufgenommen wird, das eine Vielzahl von Elementen umfasst, die gleiche wiederkehrende Strukturen aufweisen. Der Benutzer ordnet mindestens eine Region von Interesse (ROI) einem Strukturelement zu, wobei die Zuordnung in einem einzigen Element erfolgt. Der ROI werden verschiedene Parameter zur Auswertung des aufgenommenen Bildes des Halbleitersubstrats zugewiesen. Die so ermittelte ROI wird automatisch auf entsprechende Strukturelemente des Halbleitersubstrats in den anderen Elementen übertragen. Dabei werden auch die der ROI zugewiesenen Parameter mit übertragen.
Die Inspektion wird gemäß dem der mindestens einen ROI zugewiesenen Parameter auf alle Elemente des Halbleitersubstrats angewendet. Zum einen definiert das strukturierte Halbleitersubstrat mehrere SAWs, wobei jedes SAW für sich mehrere Dies umfasst, und dass das Strukturelement ein SAW ist.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist das Strukturelement einen Teil eines Dies. Jeder Saw eine Halbleitersubstrats umfasst mehrere Dies.
Es ist von besonderen Vorteil, wenn mindestens zwei ROIs in einem Die ausgewählt werden. Hinzu kommt, dass das Verfahren auch mit ROIs arbeiten kann, die sich überschneiden. Es müssen also mindesten zwei ROIs vorhanden sein. Die Inspektion der sich mindestens zwei überschneidenden Bereiche wird derart durchgeführt, dass die Parameter derjenigen ROI angewendet werden, die als letztes festgelegt worden ist.
Die verschiedenen ROIs zur Inspektion von Strukturen auf Halbleitersubstraten werden vom Benutzer festgelegt und sind von einem Rahmen umgeben. Der Benutzer kann ebenfalls durch geeignete Parametereingabe die Gewichtung der Detektion auf die verschiedenen ROIs verteilen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Detektion von Fehlern auf Wafern bzw. strukturierten Halbleitersubstraten;
2a eine Darstellung der Art der Aufnahme der Bilder oder Bilddaten eines Wafers;
2b eine schematische Draufsicht auf einen Wafer;
3 ein logisch segmentiertes SAW
4 ein Bildfeld einer Kamera von abbildbaren logischen SAW-Segmenten;
5 eine Möglichkeit der Auswahl und Anordnung von mindestens zwei ROIs;
6 einen Ausschnitt eines strukturierten Halbleitersubstrates oder Wafers, bei der Die-basierte ROI gekennzeichnet werden, und
7 einen Ausschnitt 40 eines strukturierten Halbleitersubstrates oder Wafers, bei dem Saw-basierte ROIs bestimmt werden.
1 zeigt ein System 1 zur Inspektion von Strukturen auf Halbleitersubstraten. Das System 1 besteht z.B. aus mindestens einem Kassettenelement 3 für die Halbleitersubstrate bzw. Wafer. In einer Messeinheit 5 werden Bilder bzw. Bilddaten von den einzelnen Wafern bzw. strukturierten Halbleitersubstraten aufgenommen. Zwischen dem Kassettenelement 3 für die Halbleitersubstrate bzw. Wafer und der Messeinheit 5 ist ein Transportmechanismus 9 vorgesehen. Das System 1 ist von einem Gehäuse 11 umschlossen ist, wobei das Gehäuse 11 eine Grundfläche 12 definiert. Im System 1 ist ferner mindestens ein Computer 15 integriert, der die Bilder bzw. Bilddaten von den einzelnen gemessenen Wafern aufnimmt und verarbeitetet. Das System 1 ist mit einem Display 13 und einer Tastatur 14 versehen. Mittels der Tastatur 14 kann der Benutzer Daten eingaben zur Steuerung des Systems 1 oder auch Parametereingaben zur Auswertung des Bilddaten von den einzelnen Wafern machen. Auf dem Display 13 werden dem Benutzer des Systems mehrere Benutzerinterfaces dargestellt. Hinzu kommt, dass auf dem Benutzerinterface dem Benutzer die Parametereingabe bzw. die Positionierung einer Region von Interesse (ROI = Region Of Interest) ermöglicht wird.
2a zeigt eine schematisch Ansicht der Art und Weise, wie von einem Wafer 16 die Bilder und/oder Bilddaten erfasst werden. Der Wafer 16 ist auf einem Tisch 20 aufgelegt, der im Gehäuse 11 des Systems 1 in einer ersten Richtung X und einer zweiten Richtung Y verfahrbar ist. Die erste und die zweite Richtung X, Y sind senkrecht zueinander angeordnet. Über der Oberfläche 17 des Wafers 16 ist eine Bildaufnahmeeinrichtung 22 vorgesehen, wobei das Bildfeld der Bildaufnahmeeinrichtung 22 kleiner ist als die gesamte Oberfläche 17 des Wafers 16. Um die gesamte Oberfläche 17 des Wafers 16 mit der Bildaufnahmeeinrichtung 22 zu erfassen, wird der Wafer 16 meandertörmig abgescannt. Die einzelnen nacheinander erfassten Bildfelder werden zu einem gesamten Bild der Oberfläche 17 eines Wafers 16 zusammengesetzt. Dies geschieht ebenfalls mit dem in Gehäuse 11 vorgesehenen Computer 15. Um eine Relativbewegung zwischen dem Tisch 20 und der Bildaufnahmeeinrichtung 22 zu erzeugen, wird in diesem Ausführungsbeispiel ein x-y-Scanningtisch verwendet, der in den Koordinatenrichtungen x und y verfahren werden kann. Die Bildaufnahmeeinrichtung 22 ist hierbei gegenüber dem Tisch 20 fest installiert. Selbstverständlich kann auch umgekehrt der Tisch 2 fest installiert sein und die Bildaufnahmeeinrichtung 22 für die Bildaufnahmen über den Wafer 16 bewegt werden. Auch eine Kombination der Bewegung der Bildaufnahmeeinrichtung 22 in eine Richtung und des Tisches 20 in der dazu senkrechten Richtung ist möglich. Als Bildaufnahmeeinrichtungen 22 können unterschiedliche Systeme eingesetzt werden. Einerseits können Flächenkameras als auch Zeilenkameras eingesetzt werden, die mikroskopische oder makroskopische Aufnahmen machen. Die Auflösung der Kamera wird im Allgemeinen auf die Aufnahmeoptik, z.B. das Objektiv eines Mikroskops oder Makroskops, abgestimmt. Bei makroskopischen Bildaufnahmen ist die Auflösung beispielsweise 50 μm pro Pixel.
Der Wafer 16 wird mit einer Beleuchtungseinrichtung 23 beleuchtet, die zumindest Bereiche auf dem Wafer 16 beleuchtet, die dem Bildfeld der Bildaufnahmeeinrichtung 22 entsprechen. Durch die konzentrierte Beleuchtung, die zudem auch mit einer Blitzlampe gepulst sein kann, sind Bildaufnahmen on-the-fly möglich, bei denen also der Tisch 20 oder die Bildaufnahmeeinrichtung 22 ohne für die Bildaufnahme anzuhalten verfahren werden. Dadurch ist ein großer Waferdurchsatz möglich. Natürlich kann auch für jede Bildaufnahme die Relativbewegung zwischen Tisch 20 und Bildaufnahmeeinrichtung 22 angehalten werden und der Wafer 16 auch in seiner gesamten Oberfläche 17 beleuchtet werden. Der Tisch 20, Bildaufnahmeeinrichtung 22 und Beleuchtungseinrichtung 23 werden vom Computer 15 gesteuert. Die Bildaufnahmen können durch den Computer 15 in einem Speicher 15a abgespeichert und gegebenenfalls auch von dort wieder aufgerufen werden. In der Regel wird der Wafer unterhalb der Bildaufnahmeeinrichtung 22 bewegt. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Bildaufnahmeeinrichtung 22 relativ zum Wafer bewegt wird. Diese Bewegung ist kontinuierlich. Die einzelnen Aufnahmen werden dadurch erreicht, dass eine Blende geöffnet ist und ein entsprechender Blitz ausgelöst wird. Das Auslösen des Blitzes erfolgt in Abhängigkeit der relativen Position des Wafers, die durch entsprechende Positionsparameter des den Wafer bewegenden Tisches mitgeteilt wird.
2b zeigt die Draufsicht auf einen Wafer 16, der auf einen Tisch 20 aufgelegt ist. Auf dem Wafer 16 werden Schichten aufgetragen, die dann in einem weiteren Arbeitsgang strukturiert werden. Ein strukturierter Wafer umfasst eine Vielzahl von Elementen 25, die in der Regel eine gleiche und in allen Elementen 25 wiederkehrende Strukturen 24 aufweisen.
Die 3 zeigt einen SAW 31, der in Segmente 32 aufgeteilt ist. In einem Initialisierungsschritt, den man auch Einlernschritt nennt, wird vorzugsweise über eine interaktive Steuerung (PC-Bildschirm , Tastatur und Maus) das Bildfeld der Kamera so in SAW-Segment-abbildende Bildfeldsegmente aufgeteilt, dass nach einem bestimmbaren Intervall von aufgenommenen Bildern eine Wiederholung einer identischen Zuordnung von abgebildeten SAW-Segmenten zu Bildfeldsegmenten auftritt. Dieses Intervall sollte nicht zu groß gewählt werden. Sollte ein minimales Intervall gewünscht werden, so kann eine entsprechende Optimierung durch das System automatisch vorgenommen werden. Auch bei anderen Abständen ist dies denkbar. Bekannte Optimierungsalgorithmen, z. B. Intervall-Halbierung, sind denkbar. Diese Initialisierungsphase wird nur einmalig für einen Wafer-Typ durchlaufen. Nach dem die Initialisierung stattgefunden hat, werden nach dem Einlesen der Bilddaten nur noch die Vergleichsoperationen vorgenommen, bei denen die Bildfeldsegmente von Bildern, die eine identische Zuordnung von Bildfeldsegmenten zu abgebildeten SAW-Segmenten aufweisen, miteinander verglichen werden. Der SAW wiederum enthält mehrere Dies 33. Die Aufteilung des SAWs in logische SAW-Segmente wird derart vorgenommen, dass die Größen der jeweiligen SAW-Segmente und Bildfeldsegmente identisch sind. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der SAW in vorzugsweise gleichgroße logische SAW-Segmente aufgeteilt wird.
Die 4 zeigt einen Bildausschnitt 15, der 4 Bildfeldsegmente aufweist. Bei diesen Buchstaben handelt es sich ebenfalls um einen entsprechenden Index.
Ein strukturierter Halbleiterwafer besteht aus Dies 32 und den zwischen den Dies 32 liegenden Straßen 34. Eine bestimmte Anzahl von Dies werden auf einmal mit einem Stepper belichtet. Der Bereich, der mit einem Schuss bzw. einer Aufnahme belichtet, wird, heißt Stepper Area Window – „SAW". Da alle SAW auf einem Halbleiterwafer mit der gleichen Maske belichtet werden, sind auch alle Strukturen außerhalb der Dies 32 in jedem SAW an der gleichen Stelle. Prinzipiell ist es denkbar, dass verschiedene Dies in einem SAW untergebracht sind. Somit ist der bekannte Ansatz, benachbarte Dies miteinander zu vergleichen, nicht sinnvoll.
5 zeigt eine Möglichkeit der Auswahl und Anordnung von mindestens zwei ROIs. Dabei können sich eine erste ROI 34 und eine zweite ROI 35 überlappen. In diesem Fall gilt für einen Überschneidungsbereich 36 die Empfindlichkeit der ROI, welche als letztes festgelegt wurde. Hier wurde z.B. die zweite ROI 35 als letztes festgelegt, so dass für die gesamte Fläche, die die zweite ROI 35 beansprucht die Empfindlichkeit der zweiten ROI gilt.
Die 6 und 7 zeigen einen Ausschnitt 40 eines strukturierten Halbleitersubstrates oder Wafers 16. Bei der automatischen Inspektion von Strukturen auf Halbleitersubstraten über eine Bildverarbeitungs-Software kann es von Nutzen sein, bestimmte Bereiche innerhalb eines Ausschnitts 40 empfindlicher/unempfindlicher einzustellen. Dies geschieht in den 7 indem die interessierenden Strukturen mit einem Rahmen 42 umgeben werden. Wie bereits oben erwähnt kann der Benutzer die Eingabe des Rahmens mit der Tastatur 14 oder einer Maus (nicht dargestellt) ausführen. Damit kann der Anwender die Gewichtung der Detektion auf bestimmte Bereiche (ROIs) lenken oder diese auch ganz von der Detektion ausschließen. Die Empfindlichkeit für jede festgelegte ROI eines SAWs 31 kann als Prozentwert der Grundempfindlichkeit eingegeben werden. Dadurch werden bei einer nachträglichen Änderung der Grundempfindlichkeit auch die Empfindlichkeiten der ROIs korrigiert. In der in 6 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um Die-basierte ROIs, die innerhalb eines Dies 33 angelegt sind bzw in einem Die bestimmt werden. Die in einem Die 33 festgelegten ROIs werden auf alle anderen Dies 33 übertragen und bei der Detektion bzw. Auswertung der aufgenommenen Bilder gleich behandelt
In 7 ist eine Saw-basierte ROI 50 bestimmt worden. Das ROI 50 und deren zugeordneten Parameter für die Auswertung der aufgenommenen Bilder wird auf alle anderen Saws 31 auf dem strukturierten Halbleitersubstrat übertragen.

Claims

Verfahren zur Inspektion von Strukturen auf Halbleitersubstraten gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Aufnehmen eines Bildes von mindestens einem Halbleitersubstrat, das eine Vielzahl von Elementen (25) umfasst, die gleiche wiederkehrende Strukturen (24) aufweisen, – Zuordnen von mindestens einer ROI (35) zu einem Strukturelement in einem einzigen Element (25), wobei der ROI (35) verschiedene Parameter zur Auswertung des aufgenommenen Bildes des Halbleitersubstrats zugewiesen werden; und – automatisches Übertragen dieser ROI (35) auf entsprechende Strukturelemente des Halbleitersubstrats in den anderen Elementen (25)
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspektion gemäß dem der mindestens einen ROI zugewiesenen Parameter auf alle Elemente (25) des Halbleitersubstrats angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Halbleitersubstrat mehrere SAWs definiert, die jedes für sich mehrere Dies umfassen, und dass das Strukturelement ein Saw ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Halbleitersubstrat mehrere SAWs definiert, die jedes für sich mehrere Dies umfassen, und dass das Strukturelement einen Teil eines Dies umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei ROIs in einem Die ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei ROIs einen Schnittbereich aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspektion der sich mindestens zwei überschneidenden Bereiche derart durchgeführt wird, dass die Parameter derjenigen ROI auf den Schnittbereich angewendet werden, die als letztes festgelegt worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen ROIs zur Inspektion von Strukturen auf Halbleitersubstraten vom Benutzer festgelegt und von einem Rahmen umgeben werden, und dass der Benutzer ebenfalls durch geeignete Parametereingabe die Gewichtung der Detektion auf die verschiedenen ROIs verteilt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametereingabe als ein Prozentwert der Grundempfindlichkeit eingegeben wird.