[发明专利]检查系统和设备

说明书

技术领域

本发明涉及对半导体晶片和诸如集成电路(IC)的其它材料以及从检查获益的任何表面进行检查的方法和系统。下文中，由这里描述的系统和接触电位差成像设备进行表面检查的任何材料被总地称为“晶片”。更具体地，本发明涉及通过非振动接触电位差传感器结合振动接触电位差传感器的使用，通过对晶片表面上的接触电位差拓扑进行成像和可视化而用于刻画微观或宏观缺陷的方法和系统。 

背景技术

对于半导体和其它表面缺陷管理有几十亿美元的全球市场，它在绝对值和资金设备投资的百分比两方面都在增长。例如，通常，在以已知的利用水平确定半导体加工设备的经济性方面有两个因素，即，产量和成品率。由于诸如300mm半导体晶片、铜连线和减小部件(电路)尺寸一类的复杂的新技术驱动制造误差的余量越来越低，新的检查技术对于保持高的成品率和保证经济性有吸引力是非常重要的。化学污染物和其它类型的缺陷的检测和消除是半导体制造商和设备供应商永远关心的问题。污染物可以因加工用化学品、工艺设备和不良操作技术等的使用而引起。污染物可包括例如金属、碳和有机化合物。其它类型的缺陷可以由各种各样的原因造成，包括半导体晶体中的伤痕、不适当的工艺流程、不适当的操作和有缺陷的材料。另外，在晶片制造业例如但不限于半导体工业中，需要许多清洗步骤。每个步骤都是费时的，并需要昂贵的化学材料，这可能需要专门的清除过程。现有的用于监视或控制这些工艺的方法是昂贵并且费时的。结果，晶片常常被清洗更长时间，使用超过需要量的化学品。 

继续说明半导体晶片业的例子，污染物和化学残余物是半导体制 造中成品率下降的两个主要原因。随着最小部件尺寸缩小到90nm以下，吸收层和有机污染物的厚度与器件中功能膜的工艺容差具有相同的数量级，此时晶片清洁度变得越来越重要。污染物不管是有机物还是金属物都可能产生工艺偏差和缺陷，诸如较差的覆盖率、空缺、空白、泄漏、短路和过载。例如，在晶片表面上小量的金属污染物可能扩散到体半导体中，并造成体内少数载流子寿命减小，因为金属污染物可能促进半导体衬底中电子与空穴的重新结合。减少污染物以及使残余物最小化在半导体晶片制造中是提高成品率的重要因素。 

诸如在半导体晶片工业中的缺陷检测和辨别系统通常可被划分成在线和离线系统。“在线”是指在加工晶片的清洁室内进行的检查和测量。“离线”是指在加工晶片的清洁室外面，通常是在离制造区有一段距离的实验室或单独的清洁室中进行的分析。另外，这些分析技术中有很多是破坏性的，需要牺牲制成的晶片，或使用昂贵的“监视”晶片用于分析。在线检查和测量对于快速识别和纠正在这些类型的制造工艺中定期发生的问题是很重要的。典型的半导体晶片可能经受超过500个独立的加工步骤并需要几星期完成。每个半导体晶片都可能具有高达$100,000的最终产品价值。因为在晶片制造中包含的步骤数目和时间长度如此之大，以至于在任何时刻都可能存在工艺中的重要工作。关键问题是找到与工艺有关的缺陷，并且在大量(大金额的)晶片受到影响之前立即纠正这些缺陷。这样的缺陷无论发生在晶片、半导体、IC或其它器件中，对于性能都是有害的，将减小产量和收益。 

许多类型的缺陷和污染物是使用在线工具所无法检测的，这些缺陷典型地使用昂贵、费时的离线技术(在下面讨论)来检测和分析，例如全反射X射线荧光显示仪(TXRF)、汽相分解电感耦合等离子体质谱仪(VPD ICP-MS)或二次离子质谱仪(SIMS)。由于这些技术被离线地使用(在用来加工晶片的清洁室之外)，通常在造成污染的工艺步骤后几小时或甚至几天才进行，因此它们的价值被大大地限制。 

用于晶片检查和化学污染检测的某些已知技术的简要说明在表1 给出。这个表在任何意义上都不是穷举的，因为有非常大量的技术被用于某些类型的半导体分析或特征化，或用于其它类型的材料的其它表面检查。 

表1