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半導(dǎo)體檢查系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法

文檔序號(hào):5838036閱讀:228來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:半導(dǎo)體檢查系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
^^^r查系^N殳備絲領(lǐng)域本發(fā)明涉;sjit半"^和半"H^表面進(jìn),查的方法和系統(tǒng)。更^^,本 發(fā)明涉;Sit過(guò)^M非振動(dòng)接觸電位差傳感器結(jié)合可控照明源對(duì)晶片表面上的接 觸電位差進(jìn)行成^^可視化以*不均勻性的方法和系統(tǒng)。背景狄半#11#的功能、可靠'#性育^^于使用潔凈且均勻的半"|^#料表 面。人們?yōu)榱碎_(kāi)發(fā)、表4it^優(yōu)化用于制ii^處理^H^M^料的系統(tǒng)以及工藝, 花費(fèi)了幾十億美元以及不計(jì)Wt的工時(shí)。而這些工作的主要目的是制造非常潔 ;M"j^整個(gè)晶片上為均勻的或均勻地變化的材料表面。為了^i^優(yōu)^ii些 工藝,能夠檢查和測(cè)量表面或塊體的潔凈度和均勻性是必要的。對(duì)于實(shí)時(shí)工藝控制,必須在不破壞或污染半"H^表面的前提下以高速度橫跨表面iikii賴艮多 的測(cè)量。能夠to!'J或分類多種不同的不均勻性和污染^M:非常期望的。人們已經(jīng)使用了多種不同的^M^系^N,J量^f^的表面或塊體(bulk)特性。這些系統(tǒng)中多樹(shù)特定的塊M表面棒性例如金屬雜質(zhì)都高度敏感,但這些系m常tb^慢,具有破沐性,或只育^踏點(diǎn)Jiii行測(cè)量。這些系統(tǒng)也,線限于可以進(jìn)行測(cè)量或可以檢測(cè)的缺陷的種類。例如,抬鄰]金屬污染的系統(tǒng) 可育嫩測(cè)不到有機(jī)污染,可以檢測(cè)顆粒污染的系統(tǒng)可肯嫩測(cè)不到亞單原子層的污染,或者可以精確測(cè)量晶片上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的系統(tǒng)可能不能在生產(chǎn)ii^下足夠快地測(cè)量晶片上的所有的點(diǎn)。已知的測(cè)量或表征表面狀態(tài)的方法是振動(dòng)有時(shí)也稱為凱爾文-齊斯曼(Kehin-Zisman)探針的凱爾文探針。凱爾文探針是一種測(cè)量接觸電位差 (CPD)的傳感器。CPD是指電連接在一^的兩種導(dǎo)電材料之間的功函數(shù)或表 面電位的差值。凱爾文傳感器包括電連接至需測(cè)量的表面的導(dǎo)電探針。該探針 位于表面附近,由jtt^探針頭和表面之間形成電^H。探針頭和表面之間的CPD 形成電位差(電壓)。探針頭位于表面上方的某一點(diǎn),然后在與表面垂直的方向上振動(dòng),由此探針頭與表面之間的電容值也隨著時(shí)間變化。該變化的電容值導(dǎo)致產(chǎn)生流入探針頭的隨時(shí)間變化的電流(時(shí)變電流),該電流與探針頭和表面之間的電壓成比例地變化。該電流為了便于;^r測(cè)而被改大,并且可變化的偏壓(有 時(shí)^M皮稱為4hf嘗電壓)^^p到探針Ji^而使時(shí)變電流變?yōu)榱?。?dāng)電流變?yōu)榱?時(shí),偏壓與cpd相等并j^l'魁目反,所以cpd ^^W皮確定了 。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了凱 爾文^針的許多變型,包括用振動(dòng)探針頭前面的快門來(lái)代替振動(dòng)探針頭本身的Monroe探針;通it4振動(dòng)探針的同時(shí)從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的步艦緩慢移動(dòng)來(lái) 振動(dòng)測(cè)量整個(gè)表面上的一連串的點(diǎn)的掃描^t針。對(duì)于相對(duì)高速的掃描,用固定的偏^不用,,^4十,探針電流的大小可以被校準(zhǔn)并轉(zhuǎn)^UA面電位值。 在所有的情況中,都是通過(guò)振動(dòng)^t^探針頭與表面之間的電容來(lái)產(chǎn)生信號(hào)。對(duì)于包括半"f^^表面在內(nèi)的多種表面的絲,凱爾文探4i"^是非常有用的。 凱爾文探針^^斤以有用是因?yàn)楸砻娴墓瘮?shù)和所產(chǎn)生的表面電# cpd對(duì)可 以影響半##^質(zhì)量的表面糾,例如,污染、表面化學(xué)、原子表面WJL 和表面電荷,擬艮大范圍上都非常敏感。然而,凱爾文探針實(shí)質(zhì)上是一種點(diǎn)測(cè) 量技術(shù)。盡管^4面上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同點(diǎn)的多次測(cè)量,或可以連續(xù),一系列 鄰近的點(diǎn)進(jìn)fr測(cè)量,^al^^每秒鐘內(nèi)測(cè)量更多的點(diǎn)也是非常困難的。生成整 個(gè)半爭(zhēng)本晶片的高,率圖像是緩li并il4C時(shí)的過(guò)程,這并不適用于實(shí)時(shí)的工 藝控制應(yīng)用。第^t^itf^的方法iMl表面光電壓(spv )。 "f"f^^表面的電M常對(duì)用特定頻率的光的照射》b^敏感。半"H^表面或半"H^^N"料之間的界 面通常會(huì)產(chǎn)錄面或界面的特定的電子能態(tài)。這些狀,^^導(dǎo)錄面電荷和鄰近 表面的電場(chǎng)的產(chǎn)生。這種鄰近半"H^表面的電位^現(xiàn)象^^我們所知的頻帶 偏移。用具有超帶隙波長(zhǎng)的光照亮半"^^表面和l^使栽流子產(chǎn)生漂移以及重 組可以減少頻帶偏移的考UL用亞帶隙照明的半"!M^表面照明可以導(dǎo)ffc4面態(tài) 的粒子數(shù)增加以及減少,這^Mf^響表面電荷、頻帶偏移以及由此而產(chǎn)生的表 面電位。為了食^更大范圍內(nèi)測(cè)量半科以及半"f^上的介電膜,已經(jīng)開(kāi)發(fā)了 基于spv的多種設(shè)備。例如,spv測(cè)量可以用于檢測(cè)M濃度,表征頻帶偏移的程度,或者測(cè)定半"H^表面或界面處的電子能態(tài)的密度和位置。這些系* 時(shí)也能夠向介電膜表面^口可控制的量的電荷。盡管具有不同配置的spv系統(tǒng) ~有大范圍的測(cè)量能力時(shí),這些系絲測(cè)量方式Ji^是相似的,即,通過(guò)i)向表面施加電荷或照明,然后用振動(dòng)的凱爾文探針測(cè)量所產(chǎn)生的表面電M表面電位的變化,或者是通過(guò)2)錄面上i^電容跟急定的探針,通it^Jt電荷 或照明而產(chǎn)生可被電容性傳感器檢測(cè)到的時(shí)變信號(hào)。換句^i兌,這些系Mii過(guò) ^L^探針與表面之間的電容值、照明強(qiáng)度、或者表面上的電荷而產(chǎn)生信號(hào)。與 凱爾文探針一樣,SPV測(cè)量系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是泉測(cè)量系統(tǒng),也不適^^在生產(chǎn)i^l下 生成M晶片的高,率圖傳"第三種檢查和測(cè)量表面的系統(tǒng)釆用非振動(dòng)接觸電位差傳感器。與振動(dòng)的凱 爾文探針一樣,非振動(dòng)接觸電位差傳感器由電連接至^^表面的導(dǎo)電性探針 構(gòu)成。探針頭接i^面設(shè)置以形成電容器,由于表面電位或功函數(shù)的差而產(chǎn)生 探針頭與表面之間的電位差。然而,和凱爾文探針不同,非振動(dòng)接觸電位差傳 感器不沿著與表面垂直的方向振動(dòng)。相反,探針頭沿與表面平行的方向平移, 或者表面在探針下方平移。不同點(diǎn)之間的功函M者表面電位的變化產(chǎn)^4面與^^針頭之間的電位的變^f匕。i^^導(dǎo)致電流5;L^^4i"頭。這一電流3ic^大和采樣以產(chǎn)生可以表^t跨整個(gè)表面的電位變化的連續(xù)數(shù)據(jù)流。由于信號(hào)不是通過(guò) ^^針的振動(dòng)產(chǎn)生,而是通過(guò)探針與表面之間的相對(duì)掃描運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生,因此,非 振動(dòng)接觸電位差傳感器可以以比振動(dòng)凱爾文探針更高的速度獲得表面數(shù)據(jù)。非"^動(dòng)^"觸電位差傳感器可以以大于ioo, ooo樣;^秒的速^C供連續(xù)的數(shù)據(jù)流。 高的數(shù)據(jù)獲^1剩吏得可以在/L^內(nèi)獲得針晶片的高^(guò)^率的圖像。雖然非振動(dòng)接觸電位差傳感器非常適合晶片表面電位的高:ii^像,但* ^i在兩個(gè)晶片表面特性變化,即表面電位變4t^表面高鼓化時(shí),才能產(chǎn)生 數(shù)據(jù)。對(duì)于半"^M^r查的應(yīng)用,傳感器通常都是通過(guò)將晶片表面上方的探針的 高度的變化最小化,或者是通過(guò)將探針頭與晶片表面之間的平均電錄'J、化, 來(lái)將高度信號(hào)最小化的。結(jié)果是非振動(dòng)接觸電位差傳感器通常會(huì)產(chǎn)生關(guān)于一個(gè) 表面棒It即表面電位的變化的數(shù)據(jù)。為了能夠測(cè)量其它的晶片特',區(qū)別不同類型的不均勻性,最好擴(kuò)展非振 動(dòng)接觸電位差傳感器的能力。例如,絲均勾性是半科的重絲性,它可以影響許多半*的1^#,臨將"!*^性。然而,由于在晶片表面附近產(chǎn)用接觸電位差信號(hào);別^J^L的變化是困難的。同樣,°#^2的變4肖艮 難與諸如表面化學(xué)和污染的變化等其它不均勻性區(qū)分開(kāi)。為了能夠檢測(cè)諸如摻雜濃度的變化等其它半"W爭(zhēng)性以及區(qū)別不同表面和塊體的不均勻性,增大非 振動(dòng)接觸電位差傳感器的能力是有益的。另外,為了能夠檢測(cè)更小或更微細(xì)的 不均勻性,期望提高非振動(dòng)接觸電位差傳感器的靈M。發(fā)明內(nèi)容統(tǒng)。在下文中,由iiE描述的系^it^^r查的^H^t糊常被稱為"晶片"。 其中的一個(gè)實(shí)施方式包括M可變的強(qiáng)度或光傳的輸出光的照明源。照明源用于在掃描過(guò)程中照亮非振動(dòng)接觸電位差傳感^^針頭下方或附近的區(qū)域。在一 個(gè)實(shí)施方式中,用一種或多種照明條件對(duì)表面進(jìn)行照明時(shí),可以獲得關(guān)于表面 電位變化的信息,這些"H^I^了對(duì)^^響表面電樹(shù)照明的響應(yīng)的特狄面 或體晶片(bulk wafer)特'^ii^"測(cè)和分類而^f匕的。該設(shè)備包括非振動(dòng)接觸電位差傳感器;用于M固定晶片的設(shè)備;用于 辦感器定錄晶片表面上方一&巨離以^^探針頭與晶片表面之間產(chǎn)生相對(duì) 運(yùn)動(dòng),以使傳感^^針頭沿著平行于晶片表面的方向運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng);具有可變化 的強(qiáng);l或光鐠的照明源,該照明源可以照亮傳感H^針頭下方或附近的半^ 晶片的表面;以 1#處理來(lái)自傳感器的輸出信號(hào)以用來(lái)識(shí)別和分類晶片的 不均勻性的系統(tǒng)。以下是辦的一個(gè)實(shí)施方式。首先,將半*晶片 并固定在固定部件上。該固定部件的目的是才;*也固定晶片并提供至晶片表面的電連接。由于非振動(dòng)接觸電位差傳感器檢測(cè)表面電位的變化,所以該變化是時(shí)變信號(hào)。結(jié)果是, 固定部件與晶片之間的接觸可以是電容性的或電阻性的。然后,將非振動(dòng)接觸電位差傳感器的探針頭以一定高^(guò)J^晶片表面上方。以特定強(qiáng)度以及特定 光鐠照亮探針頭下方或附近的晶片表面, ^^針頭與晶片表面之間的相對(duì) 運(yùn)動(dòng),這#^針頭就以一定高度與晶片表面平行:^ 多動(dòng)。當(dāng)探針頭移動(dòng)至具有 不同表面電位的晶片表面區(qū)域時(shí),探針頭與表面之間的電壓;^變化,由此導(dǎo) 致電流a^iU危出探針頭。這一電^fc^:大和采樣以形^t跨晶片表面的電位 的變4匕的4^??蒰,為形^面電位變4匕的其它^^E,用不同強(qiáng)>1或波長(zhǎng) 的照明對(duì)晶片進(jìn)行額外的一次或多次掃描。然后,對(duì)由該一次或多次掃描產(chǎn)生的lfc據(jù)進(jìn)行處理以識(shí)別和分類晶片的不均勻的區(qū)域。


圖1是具有非振動(dòng)接觸電位差傳感器以及可控照明源的晶片掃描系統(tǒng)的示意圖;圖2a^^3描IMt的示意圖;圖2b示出來(lái)自JJi^3描^t的樣圖; 圖3表示晶片的非振動(dòng)接觸電位差圖像,其中,(a)表示,超帶隙照明的圖像,(b)表示無(wú)照明的圖像,(c)表示圖3(a)和圖3(b)的差別;以及 圖4 U) - (c)表示圖3 (a) - (c)中所表示的為了i^'J不均勻的區(qū)域而經(jīng)it^t理的晶片的非振動(dòng)接觸電位差圖像。本發(fā)明提#-種能鄉(xiāng)感器數(shù)據(jù)用于檢測(cè)體半#的不均勻性,例如但并 不限于導(dǎo)f^面電^t照明等級(jí)敏感的^^M的變化,的M的非振動(dòng)接觸 電位差傳感器系統(tǒng)101。本發(fā)明不限于對(duì)具有暴露的干凈表面的半"f^ii行測(cè) 量。表面的化學(xué)狀態(tài)可以^jt變化,或者可以存M面污染物。而且,晶片表 面可以^/L許ifcE穿透而到錄下面的半"^的涂層iU^aA。例如,硅晶片 表面通常a^—層可透過(guò)某些波長(zhǎng)的光的氧^^J溪。;^JC明可以用來(lái)^r查^M 絲的晶片,以檢測(cè)雄下的^^^中或JH^歉間界面上的缺陷。另外,應(yīng)的R中或4Ui的缺陷。如圖1所示,該設(shè)備包括非4^動(dòng)"^觸電位差傳感器101;用于M地固定 晶片105的系統(tǒng)103;用于4ff^感器101定^晶片表面106上方的一&巨離并 iMt探針頭102與晶片表面106之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),以使辦感W^針頭102 沿著平行于晶片表面106的方向運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)107;具有可變化的強(qiáng)度或光鐠的照 明源109,其可以照射傳感H^針頭102下方或附近的^沐晶片表面106;以 :51^#處^自傳感器101的輸出信號(hào)以識(shí)別和分類晶片105的不均勻性的 系統(tǒng)lll。在一個(gè)實(shí)施方式中,半#晶片105# ^導(dǎo)電的晶片固定*103上,這可以通it/oi或例如^;限于晶片處^器人的自動(dòng)化工藝完成。晶片105通ii^用真空^^扭當(dāng)?shù)奈恢?。可選的##晶片105的方法包括,樹(shù)P艮于, 靜電力和錄夾緊。在一個(gè)實(shí)施方式中,固定部件103被安絲可以使晶片105 沿其中心旋轉(zhuǎn)的軸上。一^^觸電位差傳感器101固定在定位系統(tǒng)107上,該定 位系統(tǒng)107可以調(diào)##感器101在晶片表面106上方的高度,而使傳感器101 至少?gòu)木?05的中心沿徑向向晶片105的一5i^動(dòng)。非振動(dòng)接觸電位差傳 感器101通過(guò)導(dǎo)電晶片固定部件103電連接至晶片表面106。該連接可以是電阻 性的或電容性的。在一個(gè)實(shí)施方式中,已經(jīng)被校準(zhǔn)到非振動(dòng)接觸電位差傳感器 探針頭102的高度的高度傳感器108,與非振動(dòng)CPD傳感器101—樣,也被安 裝在同一定位系統(tǒng)107上。具有可變強(qiáng)度和可變波長(zhǎng)的光源109以某一角度被安^定位系統(tǒng)上,以 ^^明區(qū)威至少包括非振動(dòng)接觸電位差傳感l(wèi)l^針頭102旁邊的區(qū)域,照明區(qū) 在探針頭102下方5^伸到由^4十頭102和晶片105的之間的縫隙以^Ut^角度 所允許的程度。光源109可以;I^L光、白熾燈或其它光源。為i^^^斤需要的照 明波#強(qiáng)度,寬帶光源可以與可變?yōu)V光器結(jié)^f吏用。為使探針頭102下方的 晶片表面106更易受到照明,非振動(dòng)接觸電位差傳感H^針頭102對(duì)照明波長(zhǎng) 而言影毫明的??蛇x擇地,探針頭102可以被制成使探針下方的晶片表面106 更易受到照明的形狀。
^明光泉的精確大小攤置,以使非振動(dòng)接觸電位 差傳感器101可以掃描包括整個(gè)或大部分晶片表面106的照明區(qū)域。如^掃 描辦過(guò)程中光源109照射整個(gè)晶片表面106,或者由照射傳感H^針頭102 橫穿的整個(gè)區(qū)域,則光源109可以被安^一個(gè)固定的位置而不;l^位系統(tǒng)107 上。在晶片105被固定在固定部件J^,高度傳感器108被i5^晶片表面106 上的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)上方,并JL^晶片表面106的高度進(jìn)行測(cè)量。這些晶片高度 測(cè)量值^^1來(lái)計(jì)##振動(dòng)接觸電位差傳感器101的位置,以產(chǎn)生探針頭102與 晶片表面106之間的期鄉(xiāng)巨離。該信息用來(lái)將^^頭102該^L晶片表面106 上方的某個(gè)固定高度,以及將探針頭102移動(dòng)至晶片105的外邊緣上方的某一 點(diǎn)。提供照明,并JLi^擇用于檢查應(yīng)用的適當(dāng)?shù)膹?qiáng);l和波長(zhǎng)。例如,如果該應(yīng) 用A^iM^測(cè)M濃度,則可以選擇高強(qiáng)度的超帶隙照明。如果該應(yīng)用,來(lái) ^"測(cè)表面污染,則選#^1合用于可能的污染物的強(qiáng)度和波長(zhǎng)。探針101##固定,晶片105在軸上絲,使得探針頭102在晶片105上方沿以晶片105的中心為中心的圓形斬i^^多動(dòng)。當(dāng)晶片105旋f圏,就可以 獲^lt據(jù)。然后,傳感器101沿晶片105的半徑向晶片中心移動(dòng)可編程的距離。 ^^W的半徑可以獲得另一旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。探針頭102i^步i^掃描與晶片105 的同心的圓形區(qū)域,直至探針到達(dá)晶片中心。所得到的數(shù)據(jù)^Jt^成晶片105 的圖^0可選糾,晶片105的補(bǔ)同心的圓形區(qū)域也可被掃描多次,^C^斤產(chǎn) 生的數(shù)據(jù)平均以減少隨^L噪聲的影響。處理該圖係》乂識(shí)別和分類不均勻性。可 iM)多種方式進(jìn)^i亥處理。這可能與為了檢測(cè)表面電斜目外lfel變化的晶片表 面106的區(qū)域而對(duì)信號(hào)值閾值化一樣簡(jiǎn)單。還可對(duì)差^"感^t據(jù)^P、分,以 生威/R^目^面電位值的圖4象。該積分圖像也可以朝汰^限制來(lái)識(shí)別高或 低電位的區(qū)域。
圖2表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中的徑向掃描的圖。非振動(dòng)接觸電位差傳感 H^針頭102位于晶片105的雄附近的"A"點(diǎn)。晶片105在晶片固定部件103 Ji^轉(zhuǎn),掃描圓形數(shù)據(jù)4^C探針頭102向晶片105中心移動(dòng)可編銜巨離到達(dá) 點(diǎn)"B",掃描第二圓形數(shù)據(jù)私l重復(fù)該處理直至探針頭102到達(dá)晶片105的中 心。所產(chǎn)生的數(shù)據(jù),i^L合成晶片表面106的圖像。樣本圖像如圖2b所示。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及檢測(cè)半導(dǎo)體中的摻雜、M變^il塊體污染。摻雜濃 度的變^^塊體污染會(huì)影響半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí),而費(fèi)米能級(jí)直接影響功函數(shù)。 然而,半"^^表面上的頻帶偏移可能減少費(fèi)米能級(jí)變4樹(shù)功函M化的影響。 在一個(gè)實(shí)施方式中,晶片105可以用超帶隙照明進(jìn)行照射以減少該頻帶偏移的 影響。用非4^動(dòng)接觸電^i差傳感器101掃描晶片表面106以獲^^跨晶片105 的表面電#費(fèi)米能級(jí)的變化的數(shù)據(jù)。處理由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以檢測(cè)這些表示摻 雜^ 化的變量。可選擇地,可以用兩種不同強(qiáng)度的超帶隙照明掃描晶片105, 其中的一個(gè)強(qiáng)度可以是O,計(jì)算兩種掃描的差另'J。然后,該差別數(shù)據(jù)可以用;J^ 測(cè)具有表示#^皿變化的不同 等級(jí)的頻帶偏移的區(qū)域。由不影響頻帶偏移的 其它類型的不均勻性產(chǎn)生的非振動(dòng)接觸電位差傳感^ft號(hào)將不會(huì)對(duì)照明敏感。 釆用兩種不同照明強(qiáng)度產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的差別將可以消除來(lái)自這些類型的不均勻性 的信號(hào)。
本發(fā)明的第二方面U于超帶隙照明對(duì)表面功函數(shù)的影響識(shí)別或分類表面 化學(xué)或污染。固定強(qiáng)度的超帶隙照明對(duì)頻帶偏移量的影響以及因M功函數(shù)的 影響M于存在于帶隙中的表面電子能態(tài)的密度和分布。這些狀態(tài)由半"!^:#^面上的終止、^^表面的重新配置、化學(xué)結(jié)合至晶片表面106的襯 或原子、或被吸附至晶片表面106的^i^、子產(chǎn)生。不同的表面條件,例如
tifiUsm^止、不同的表面污染或吸附的W、或^^M^晶片表面上的介電
膜^f產(chǎn)i4面狀態(tài)的不同密度或不同分布。表面狀態(tài)的變^^導(dǎo)^4面上
的頻帶^#私變的變化。本發(fā)明允許晶片表面106使用非振動(dòng)接觸電位差傳感 器101用超帶隙照明iN,J量,該超帶隙照明的強(qiáng);l:lfo^^^成,使晶片105受污 染或無(wú)污染區(qū)域的表面功函數(shù)的差別最大化,或使兩污染物之間的表面功函數(shù) 的差別最大化。另外,表面也可以用不同強(qiáng)度的照明測(cè)量?jī)纱位蚨啻危@#(吏 受污染或無(wú)污染區(qū)g具有不同污染物的區(qū)域的表面電位的變化最大化。然后 這些測(cè)量的差別可以用來(lái)檢測(cè)污染物或用來(lái)^^類不同的污染物^4面條降。
本發(fā)明的第三方面U于亞帶隙照明對(duì)表面功函數(shù)的影響檢測(cè)和分類表面 化學(xué)以及污染。亞帶隙照明缺乏導(dǎo)致價(jià)帶電子直接通&導(dǎo)帶的足夠的能量。然 而,它可以導(dǎo)致從價(jià)帶向表面狀態(tài)的躍遷或*面狀態(tài)向?qū)У能S遷。用不同 波長(zhǎng)的亞帶隙照明對(duì)表面進(jìn)行照射,可以增加以及減少這些能隙狀態(tài),從而導(dǎo) Ifc4面電^功函數(shù)的變化。不同波長(zhǎng)的照明導(dǎo)致的表面電位的變^^于表 面狀態(tài)和化學(xué)。本發(fā)明允許晶片表面106使用非振動(dòng)接觸電位差傳感器101用 亞帶隙照明來(lái)測(cè)量,該亞帶隙照明的波長(zhǎng)^i^擇為,使晶片105受污染區(qū)域與 無(wú)污染區(qū)域的表面功函數(shù)的差別最大化,或者使兩種污染物之間的表面功函數(shù) 的差別最大化。另夕卜,表面也可以用不同波長(zhǎng)的照明測(cè)量?jī)纱位蚨啻?,這#(吏 受污染或無(wú)污染區(qū),具有不同污染物的區(qū)域的功函數(shù)的變化最大化。因此, 這些測(cè)量的差別可以用來(lái)檢測(cè)污染物或用來(lái)分類不同的污染物i^面條降。
可以對(duì)晶片105進(jìn)行多次掃描,在每次掃描之間^照明的波"^強(qiáng)度。 例Mit^用差m這些掃描進(jìn)^^且合,并JUt理所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別和分類 表面或塊體的不均勻性。通過(guò)4M—個(gè)種類的照明掃描整個(gè)晶片105可以實(shí)現(xiàn) 用兩種或多種照明條ft的掃描,然后再次改變照明并掃描整個(gè)晶片105,或者其 可以通itiMl —種照明M掃描一個(gè)單獨(dú)的同心的圓形數(shù)據(jù)路徑,改變照明,
用新的照明^再次掃描同一路徑,然后對(duì)^-半徑上所有的圓形游4^^frt
復(fù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
另夕卜,在掃描過(guò)程中也可以 照明強(qiáng)度或波長(zhǎng)。例如,打開(kāi)或關(guān)閉照明, 由此變化的照明導(dǎo)致在轉(zhuǎn) 率下的表面電位的變化。開(kāi)關(guān)操怍可以通過(guò)^^1光學(xué)斷路器實(shí)現(xiàn),該光學(xué)斷i ^f吏照明以具有透明與不透明特征的替換模式穿 過(guò)旋轉(zhuǎn)的圓盤。所產(chǎn)生的由照明導(dǎo)致的表面電位信號(hào)可以與通過(guò)使用頻率帶通
濾波器而使非振動(dòng)接觸電位差傳感器101相對(duì)于晶片105 ^運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信 號(hào)分離,該頻率帶通濾波H^M轉(zhuǎn)換頻率下才通過(guò)該電位信號(hào)。
如果晶片表面被介電M^斤絲,在測(cè)量之前g面可以被離子充電。離子 可以通過(guò)電暈放電或一些其它相似的方法產(chǎn)生。J^面的充電可以凈iU lijUit半 ^f^表面;^p偏壓以產(chǎn)生影響頻帶^E多和SPV的電荷的積累、耗盡、或反轉(zhuǎn)。 偏壓電荷可以在所有的測(cè)量中^^H械恒定7JC平,或者它可以在同一晶片表 面的^掃描之間^A變化,
在一個(gè)實(shí)施方式中,照明能量與晶片表面的接觸角度可以得到控制,以提 ^^的透進(jìn)晶片表面的j^1。 實(shí)施例
圖3表示晶片105的非振動(dòng)接觸電位差圖l圖3(a)A^帶隙照明,圖 3 (b)沒(méi)有照明,圖3 (c)是圖3 (a)與3 (b)所顯示的圖^^J'司的差別。 圖3 (c)中是5i^晶片105的硼的圖案。差別圖像示出強(qiáng)摻雜圖案^H棘自圖
3 (a)和圖3 (b)中所見(jiàn)的表面污染物的信號(hào)最小化。
圖4表示經(jīng)過(guò)不均勻性區(qū)域識(shí)別處理的如圖3 (a) - (c)所示的晶片105 的非振動(dòng)接觸電位差圖像。通it^"落入閾值^h和之下的這些圖像的區(qū)域識(shí)別 絲理圖H在圖4 (c)中,不均勻^^L明^i^尸^,但不能與圖4 (a)和圖
4 (b)中的表面污染區(qū)別開(kāi)。
多種可替換的;M^it^掃描操作也可以實(shí)現(xiàn)與上所述實(shí)施例相同的結(jié) 果。例如,非振動(dòng)接觸電位差傳感器IOI、高度傳感器108和照明源109都可以 安裝在固定位置,晶片105可以^il些靜止部件下方移動(dòng)禾^t轉(zhuǎn)。當(dāng)晶片105 旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生螺^f越晶片105的整個(gè)表面的錢的數(shù)據(jù)流時(shí),非振動(dòng)接觸電位 差傳感器101可以沿晶片105的半^i^續(xù)M動(dòng),而不是從一個(gè)半徑到另一個(gè) 半徑的步進(jìn)。另外,為掃描整個(gè)晶體表面106,非振動(dòng)接觸電位差傳感器101 可以以往復(fù)的方式直^k^整個(gè)晶片105 Ji^多動(dòng),而不是如上所述的徑向掃描 操怍。另夕卜,為減少測(cè)量晶片所需的時(shí)間,也可以采用多個(gè)非振動(dòng)接觸電位差 傳感器和照明源,以同時(shí)獲取多個(gè)測(cè)量結(jié)果。
為了例示和描ii^發(fā)明,提出了對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的上述描述。其并不^了窮舉iU^將本發(fā)明限制于如上所^5Hf的精確形式,才娥上面的教導(dǎo)可以 得到啟示或通it^發(fā)明的實(shí)踐可以獲得其修^p變型。所^_#^描述的實(shí)施方 i(A為了解釋本發(fā)明的原^實(shí)際應(yīng)用,以使得^域的才iM^員可以以適合 于所想到的具體應(yīng)用的不同的實(shí)施例以^L^HI^U^應(yīng)用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1. 一種檢測(cè)半導(dǎo)體晶片的不均勻性的方法,包括如下步驟提供包括具有晶片表面的晶片的半導(dǎo)體;提供具有探針頭的接觸電位差傳感器;提供與晶片表面相關(guān)的照明能量源;提供用來(lái)提供可變的照明的機(jī)構(gòu);在包括位于接觸電位差傳感器探針頭附近的采樣區(qū)域的晶片表面區(qū)域引導(dǎo)照明能量;當(dāng)用照明能量照射半導(dǎo)體的表面時(shí),掃描與接觸電位差傳感器基本上平行的晶片表面;當(dāng)傳感器探針頭橫跨晶片表面基本上平行地掃描時(shí),產(chǎn)生表示傳感器探針頭和晶片表面之間的接觸電位差的變化的傳感器數(shù)據(jù);以及處理接觸電位差傳感器數(shù)據(jù)以檢測(cè)表示不均勻性的圖案。
2、 ^^^'J^求1的方法,其中可變的照明能量包括具有變化的強(qiáng)度、 變化的波長(zhǎng)光i普、以;SJt化的A4t到晶片表面的角度的光中的至少一種。
3、 推據(jù)^,決求1的方法,其中照明能量包^^量大于#體晶片的帶 隙的S皮長(zhǎng)的光。
4、 #^擬'溪求1的方法,其中照明能量包括能量小于^^的帶隙的 波長(zhǎng)的光。
5、 ##^'^"求1的方法,其中不均勻'i^逸自由^R^^M的變化、 半#內(nèi)的污染物、^H^的晶片表面上的金屬^機(jī)污染物、物理不均勻性、 表面附近的充電區(qū)域以及表面化學(xué)變化所組成的組。
6、 #^^漆求1的方法,其中接觸電位差傳感器的探針頭具有以下兩 ^#征中的至少一個(gè)對(duì)照明能量的波長(zhǎng)是透明的;以及形成為允許照射在探 針頭下方的區(qū)域的形狀。
7、 才^^U,j^求1的方法,進(jìn)一步包括如下步驟掃描晶片表面至少兩 次,其中,在^3描之間tt照明能量的波長(zhǎng)光i沐強(qiáng)度中的至少一個(gè);以及 為抬鄰R4缺陷的圖案而處理由多次掃描產(chǎn)生的接觸電位差傳感器數(shù)據(jù)。
8、 才N^5U'j要求7的方法,其中處理接觸電位差傳感器數(shù)據(jù)包^i十算一次掃描結(jié)果與第二^^掃描結(jié)果之間的差。
9、 根據(jù)^U'漆求1的方法,其中接觸電位差傳感器包括非振動(dòng)傳感器。
10、 一種檢測(cè)半導(dǎo)體晶片的不均勻性的系統(tǒng),包拾it^"^:具有晶片表面的4^晶片的半^^安^面; 具有探針頭并可位fi皮安裝的半"f^晶片附近的接觸電位差傳感器,該傳感器和j^l晶片可以^efoH^目對(duì)運(yùn)動(dòng);在半導(dǎo)本晶片與接觸電位差傳感恭t間產(chǎn)^目對(duì)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng); 與表面相關(guān)的照明能量源,該照明能量源提供可有角度地引導(dǎo)且可變的照明能量,在包括位于接觸電位差傳感^^針頭附近的采樣區(qū)域的晶片表面區(qū)域受照明能量源照射時(shí),傳感H^針頭與^f^表面平行iik^行掃描,上述傳感器產(chǎn)生接觸電位差數(shù)據(jù);以及# N^自傳感器的接觸電位差傳感器數(shù)據(jù)并il^:理該數(shù)梧以檢測(cè)表示不均勻性的圖案,從而使得能夠#晶片表面上的不均勻性的處理器。
11、 才pL^5^'J^求10的系統(tǒng),其中不均勻性是從由化學(xué)不均勻性、物理不 均勻性、電不均勻'^^其組合所多J^的組中選出的。
12、 ^^^U,漆求10的系統(tǒng),其中可變的照明能量具有變化的強(qiáng)度、變化 的光譜以 化的4到晶片表面的角度中的至少一種。
13、 才^^5U,J^"求10的系統(tǒng),其中可變的照明能量選自由能量大于半* 的帶隙的波長(zhǎng)的光以及能量小于^沐的帶隙的波長(zhǎng)的i^斤纟誠(chéng)的組。
14、 才M^M'漆求10的系統(tǒng),其中不均勻'賦自"f"f^^W^化、半 #內(nèi)的污染物、半*的晶片表面上的金屬或有機(jī)污染物、表面化學(xué)的變化、 物理不均勻性、以及半導(dǎo)體晶片的表面附近的充電區(qū)^成的組。
15、 根據(jù)^U,J^求10的系統(tǒng),其中接觸電位差傳感器的探針頭具有以下兩 >^#征中的至少一個(gè)對(duì)照明能量的波長(zhǎng)是透明的;以及形成為允許照射在探 針頭下方的區(qū)域的形狀。
16、 ^^M,J^求10的系統(tǒng),其中半"^包插寸至少一些照明能量的波長(zhǎng) 透明的MM。
17、 才Nt^H要求10的方法,其中接觸電位差傳感器的探針頭是非振動(dòng)傳 感器。
18、 一種檢測(cè)半導(dǎo)本晶片的不均勻性的方法,包紛口下步驟4^供包^fe具有晶片表面的晶片的"f^; 提供具有探針頭的非振動(dòng)接觸電位差傳感器; 提供與晶片表面相關(guān)的照明能量源; 提供用;JM^^可變的照明的機(jī)構(gòu);在包括位于接觸電位差傳感^^針頭附近的采樣區(qū)域的晶片表面區(qū)域引導(dǎo) 照明能量;當(dāng)半#的表面^^射時(shí)相對(duì)接觸電位差傳感器^#描晶片表面; 當(dāng)傳感H^針頭橫跨晶片表面橫向Jte描時(shí)產(chǎn)生表示傳感^^針頭與晶片 表面之間的接觸電位差的變化的傳感^t據(jù);處理接觸電位差傳感^lt據(jù)以檢測(cè)表示不均勻性的圖案。
19、 18的方法,其中可變的照明能量具有變化的強(qiáng)度、變化 的光i瞽、變化的A4t到晶片^面的角度中的至少一種。
20、 ^L^M,虔求18的方法,其中照明能量包括能量大于^l^晶片的帶 隙的波長(zhǎng)的光。
21、 才M^M,決求18的方法,其中照明能量包括能量小于半導(dǎo)本的帶隙的 波長(zhǎng)的光。
22、 才娥;M,漆求18的方法,其中不均勻'1^自從由半"H^M的變 化、^H^內(nèi)的污染、半*的晶片表面上的金屬或有機(jī)污染、以M面化學(xué) 的變^rt^斤M的組。
23、 #^^'賸求19的方法,進(jìn)一步包^下步驟 掃描晶片表面至少兩次,其中,在枯描之間改變照明能量的波長(zhǎng)光#強(qiáng)度中的至少一個(gè);以及為抬鄰W^C^缺陷的圖案而處理多次掃描所產(chǎn)生的接觸電位差傳感器數(shù)據(jù)。
24、 ## '漆求23的方法,其中接觸電位差傳感Mt據(jù)的處理包括計(jì)算 一次掃描結(jié)果與下一次掃描結(jié)果之間的差,其中在不同的照明條降下進(jìn)行所述 兩次掃描。
25、 一種檢測(cè)半#晶片的不均勻性的系統(tǒng),包拾 適^^接收具有晶片表面的半導(dǎo)本晶片的半"^^安^面; 具有探針頭并可位"^皮安裝半科晶片附近的接觸電位差傳感器,傳感器和半#晶片可以;fcJ^目對(duì)運(yùn)動(dòng);^^在傳感器與半*晶片之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng);與表面相關(guān)的照明能量源,該照明能量源^^供可引導(dǎo)且可變的照明能量,當(dāng) 包括位于接觸電位差傳感B^針頭附近的采樣區(qū)域的晶片表面的區(qū)域受照明能 量源照射時(shí),傳感^^針頭橫跨半"H^表面躺掃描,上述傳感器產(chǎn)生接觸電 位差數(shù)據(jù);以及用于#^自傳感器的接觸電位差傳感器數(shù)據(jù)并皿理該數(shù)據(jù)以檢測(cè)表示 不均勻性的圖案的處理器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用非振動(dòng)接觸電位差傳感器和可控照明的半導(dǎo)體檢查系統(tǒng)和設(shè)備,用于識(shí)別半導(dǎo)體表面或半導(dǎo)體內(nèi)的缺陷或污染。該方法和系統(tǒng)包括提供具有表面的半導(dǎo)體,例如半導(dǎo)體晶片;提供非振動(dòng)接觸電位差傳感器;提供具有可控的強(qiáng)度或波長(zhǎng)分布的照明源;在非振動(dòng)接觸電位差傳感器探針頭下方或附近使用該照明源來(lái)提供晶片表面的可控照明;在可控照明照射時(shí)用非振動(dòng)接觸電位差傳感器掃描晶片表面;產(chǎn)生代表橫跨晶片表面的接觸電位差變化的數(shù)據(jù);以及處理該數(shù)據(jù)以識(shí)別缺陷或污染的圖案特性。
文檔編號(hào)G01N27/02GK101266222SQ20081009669
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月7日
發(fā)明者J·A·豪索爾尼, M·布蘭登·斯蒂勒, M·舒爾澤, 楊業(yè)元 申請(qǐng)人:Q概念技術(shù)公司
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