TWI264077B

TWI264077B - Wafer defect inspection system and method thereof

Info

Publication number: TWI264077B
Application number: TW093104899A
Authority: TW
Inventors: Chang-Cheng Hung; Hung-Chang Hsieh; Hen-Lin Wu; Tyng-Hao Hsu
Original assignee: Taiwan Semiconductor Mfg
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2006-10-11
Also published as: US7469057B2; TW200425371A; US20040165761A1

Description

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發明所屬之技術領域此發明是一種用來偵測晶圓缺陷的系統與方去是一種利用原始設計資料庫$設計圖案資料和晶圓特別案比對，來偵測出晶圓缺陷的自動偵測系統與上之圖 ^ /έτ 〇先前技術現代之半導體製程，通常使用微影製程 (1 i thography )來製作半導體。在此製程中，首先 _

佈一層光阻劑於晶圓之待處理表面上。然後，將曝“會/塗或帶電粒子（如離子）經由以玻璃為主體的光罩，:光光線的圖案（pattern)傳遞到光阻劑上進行曝光，之後％ +上顯影、去除光阻劑、蝕刻等步驟，在晶圓待處理表利用所需要之圖案。在多層的晶片中，上述的微影制面化成貫施，直到母一道光罩的圖案都正確地移轉到晶 K设之材料層為止。 39 上斜應由於半導體製造必須使用昂貴的機器設備、無塵室製作，為了降低成本，製造廠商無不想盡辦法提升製=

良率。其中，造成嚴重缺陷的原因可能來自於光罩或$ 製程的曝光過程。 —A

在積體電路佈局設計的圖案中，主要有密集線/隙 (Dense Line/Space)、孤立線（is〇iated Line)、孤立隙 (Isolated Space)、接觸孔（c〇ntact Hole)、轉角圖案 (Corner Pattern)或T 型圖案（τ-Type Pattern)等。然而，在使用光罩進行移轉圖案的過程中，會受到光學鄰近

0503-9694TWF(Nl)’ TSMC2002-1245;snowball.ptd 第6頁 1264077 五、發明說明（2) 效應（Optical Proximity Effect)的影響，而產生圖案失真的現象，例如，線端變圓（L i n e - E n d R 〇 u n d i n g)、線端 -變短（Line-End Shorting)、轉角變圓（Corner Rounding)、關鍵尺寸偏差（Critical Dimension Offset)、線間架橋（Line Bridging)等現象。為了解決光學鄰近效應所發生的圖案失真現象，目前所提出之光學鄰近效應修正（Optical Proximity Correction， 0PC)方法中，以光罩圖案設計改變為主，主要有特徵偏差（Feature Biasing)與特徵輔助（Feature Assistant)兩種方法，常見的0PC之軟體有Trans Vector ψ 公司的OPRX 、 MicroUnity 公司的Masktools 、 Precism 公司的Prox ima等。經檢查並找出圖型之偏差後，將此偏差回饋至0PC軟體，進行光罩圖案修正。習知之晶圓檢查方法大體分成兩種上，一為利用電子择頁微鏡取樣檢查，二為利用電腦進行晶粒對晶粒比較檢，查。電子顯微鏡取樣檢查係一檢查人員是先針對一晶粒圖案進行重要取點，選擇多個線寬或多個轉角等欲檢查的重點項目’然後’對一晶圓進行晶粒取樣（s a m P 1 i n g )。檢查人員透過電子顯微鏡比對抽查的晶粒以及原始設計圖形，《除找出不一致的數量，再利用統計的方法，判斷此晶圓是否有缺陷，此檢查的重點在得知此晶圓之關鍵尺寸一致性 (Critical Dimension Uniformly)。但是，若不一致情況出現在非抽取點的地方，此不一致將不會被檢查出來，從

0503-9694TW(Nl) ; TSMC2002-1245;snowba] 1 .ptd 第7頁 1264077 五、發明說明（3) 而錯把有缺另夕卜， (m u 11 i - d i e 利用一掃描存在晶圓上對，偵測出域，在綜合圖案區域。圓，而無法此方法也無形。陷的晶圓判斷為正常的晶圓。一晶圓上如存在有多個相同圖案晶粒 )，利用電腦進彳晶粒對晶粒比較方法是先將單元將晶圓圖案儲存成數位影像圖案，然後將所有數位影像圖案，進行晶粒圖案的兩兩比與其他晶圓圖案不同的差異晶粒與差異圖案區多個比較資料後，偵測出具缺陷的晶粒與缺陷此方法僅適用於檢查擁有多個相同圖案的晶適用於檢查存有多個不同圖案的晶圓。另外，法檢查出多個相同圖案晶粒擁有相同缺陷的情第1圖係為表示習知技術之晶粒對晶粒（Die-to-Di e) 比較示意圖。晶粒對 (Multi-die)的比較圖案的兩兩比對，偵與差異圖案區域。首 1 1 1與晶粒影像1 1 2，數位影像中之晶粒影是否有差異，最後，陷的晶粒與缺陷圖案是故，在晶圓圖現在非抽取點的地方常的晶圓的情形。除同圖案時，還可以進晶粒比較係指^一晶圓1 1 0中’多晶粒 ’將存在晶圓上所有圖案5進 <亍晶粒測出與其他晶圓圖案不同的差異晶粒先，會先比較數位影像中之晶粒影像偵測兩影像是否有差異，之後，比較像1 1 2與晶粒影像1 1 3，偵測兩影像在綜合多個比較資料後，偵測出具缺區域。案檢查上，需要一技術克服因缺陷出，而造成錯把有缺陷的晶圓判斷為正此之外，亦需要在一晶圓存在多個不行晶圓圖案檢查，檢查出晶圓缺陷。

0503-9694TWF(Nl) ； TSMC2002-1245;snowbal1.ptd 第8頁 1264077 五、發明說明（4) 發明内容有鑑統與方法的晶圓判法亦可以本發用原始設像（Aer i a Image)，測出晶圓依據方法，首晶圓影像相機、數位影像。讀取原始或加入曝比對處理影像和模並針對兩訊。於此，本，克服傳斷為正常檢查存有明所提出計之電路 1 Image) 與實際之缺陷。上述目的先，於系產生單元位攝影機另外，於電路設計光條件的單元，用擬影像產影像進行發明之目的為提供一種晶圓缺陷偵測系統使用電子顯微鏡，所產生錯把有缺陷的晶圓的缺點◦除此之外，此系統與方多個不同圖案的晶圓。之晶圓缺陷偵測系統與方法，係比較利圖案資料庫為資料輸入，模擬出虛擬影或加入曝光條件的曝光影像（Μ 〇 d e 1 i n g 數位晶圓影像（W a f e r I m a g e )比較，偵，本發統上設可以是，用以系統上資料庫曝光影以讀取生單元比對，明提供一種晶圓缺陷偵測系統及單元，其中，置，例如數位電路圖案的數生單元，用以出虛擬影像，置一晶一數位擷取存設置一之影像像。最晶圓影所產生找出差圓影像產生影像擷取裝在晶圓上之模擬影像產貧料’模擬後，於系統像產生單元之虛擬影像異的部分，上設置一影像所產生之晶圓或曝光影像，並輸出缺陷資實施方式

0503-9694TWF(Nl) ； TSMC2002-1245;snowbal1.ptd 第9頁 1264077

本發明係一利用電腦進行晶粒對資料庫 (Die-to-Database)之晶圓檢、查技術，第μ圖係為表示依據本發明第一實施例之晶粒if'資料庫比較之晶圓圖案示意圖。第2 B圖係為表示依據本發明第一實施例之晶粒對資料庫比較之原始設計圖案示意圖。、晶粒對資料庫比較係指一晶圓2 1 〇之圖案與一原始設計圖案資料2 2 0比較，此方法將晶圓上的晶粒圖案和原^ 設計資料庫的圖案比對。此比較方法將晶圓2丨〇中之晶粒圖案2 1 1和原始設計圖案資料2 2 〇中之晶粒圖案2 2 1比較”，以及’將晶圓2 1 0中之晶粒圖案2 1 2和原始設計圖案資料 2 2 0中之晶粒圖案2 2 2比較，找出差異，偵測出具缺陷的曰曰粒及圖案區域。 09 第4圖係為表示依據本發明第一實施例之晶圓缺陷偵測系統及方法之系統示意圖。依據本發明第一實施例之晶圓缺陷價測系統及方法適用於一晶圓缺陷偵測系統4 〇〇〇，其包括一晶圓影像產生單元4 1 〇〇、一模擬影像產生單元 42 0 0、一影像比對處理單元43〇〇。 /晶圓影像產生單元4 100係晶圓缺陷偵測系統4〇〇〇之數位影像擷取裝置，此裝置含有數位相機或數攝操取數位影像的機器，*基本功能主要是擷取；之連續區域晶圓影像IMG 1。模擬影像產生單元4 200可以是一個模擬軟體，用來讀取原始電路設計資料庫之原始設計圖案資料DATA1，例如# GDS資料，模擬出連續區域模擬影像IMG2，之後，依據曝

〇503-9694TWF(Nl) ; TSMC2002-1245;snowbal1.ptd 第10頁 1264077 五、發明說明（6) 光機的不同，轉換連續區域模擬偵測影像丨MG3。模擬影像產生單元4 2 0 0，其包括一原始設計圖案資料儲存單元421 0、模擬圖案轉g單元4 220、偵測格式轉換單元4230 。第3圖係為表示依據本發明第一實施例之光學影像 (Optical Image)，虛擬影像（Aeriai image)及晶圓影像 (Wafer Image)之比較示意圖。

光學影像31 1係指由光源3〇1投射光經由聚光鏡3〇2及光罩3 0 3後，所產生的光學影像。虛擬影像3丨2係指由光源 301投射光經由聚光鏡302、光罩303、投射鏡304後，而未到達附含光阻劑晶圓3 0 5前，所產生的虛擬影像。晶圓影像313係指由光源301投射光經由聚光鏡3〇2、光罩3 0 3、投射鏡3 0 4後，投射到附含光阻劑晶圓之晶圓影像。就三影像的比較，舉例來說，光學影像3丨1中的一小點，如實際曝在晶圓上時，會如晶圓影像3丨3所示，產生兩圓形相連的情形，相似於虛擬影像3 1 2。

是故’模擬影像產生單元4 2 0 0係使用電腦模擬方式，模擬光源經由聚光鏡、光罩、投射鏡後，但未到達附含光阻劑晶圓前，所產生的虛擬影像。或者是，模擬到達附含光阻劑晶圓後，所產生之晶圓影像。原始設計圖案資料儲存單元4 2 1 0係用以存取客戶所給予之原始設計圖案資料’通常儲存的格式為GDS資料格式。模擬圖案轉換單元4 2 2 0係用以將客戶所給予之原始設

1264077 五、發明說明（7) 計圖案資料DATA1，使用電腦軟體，例如Sigma_c的 Sol id-CTM，模擬出連續區域模擬影像IMG2。連續區域模擬影像I M G 2可以是模擬光投如過聚光鏡、光罩、與投射鏡後’到達附有光阻劑之晶圓前，所產生之光強弱分佈之虛 Μ影像（Aerial Image)，或者是加入考量光阻反應參數之曝光影像（Modeling Image)。偵測格式轉換單元4 230係用以將連續區域模擬影像 IMG2，依據曝光機，例如Toshiba、MEMB0S 'Hitachi 等的不同，轉換出不同格式的連續區域模擬偵測影像IMG3。影像比對處理單元4 3 0 0係指一個電腦程式，係比對晶圓影像產生單元4 1 0 0所產生之連續區域晶圓影像丨M G 1與模擬影像產生單元4 2 0 0所產生之連續區域模擬偵測影像 I M G 3 ’找出兩影像差異的情況，並根據起始值 (Threshold)使用起始值篩選（Filter Out Defect by S e 1 e c t e d T h r e s h ο 1 d)演算法，篩選連續區域晶圓影像 I MG 1與連續區域模擬偵測影像丨MG3所產生之差異數目超過起始值之該連續區域晶圓影像丨MG丨，產生缺陷資訊，包括關鍵尺寸一致性檢查結果報告。在比較前，此處理單元會先使用偏差修補（B i as F i 11 i ng)技術，針對連續區域晶圓影像IMG1，進行偏差修補。弟5圖係為表示依據本發明第一實施例之晶圓缺陷愤測糸統及方法之方法流程圖。首先，如步驟S501，由晶圓影像產生單元41〇〇，利用數位影像揭取裝置，產生一連續區域晶圓影像I Μ ◦ 1。由於

0503-9694TlVF(Nl) ； TSMC2002-1245;snowbal1.ptd 第12頁 1264077 五、發明說明（8) 一貫際曝在晶圓上的圖案’必定不完全等於原始設計資料的圖案，所以，接下來’如步驟S 5 0 2，由影像比對處理單元4 3 0 0使用偏差修補（B i a s f i 11 i n g )技術，在容許的偏差範圍内，針對該連續區域晶圓影像I MG 1，進行偏差修補，如補線寬、補圓角等。如步驟S 5 0 3，由模擬圖案轉換單元4 2 2 0，輸入原始設計圖案資料DATA1，使用電腦模擬軟體，如Sigma_c的 Sol id-CTM，產生連續區域模擬影像IMG2，其中連續區域模擬影像I MG 2與連續區域晶圓影像I MG 1必須在相對座標上相應，使兩影像可進行比較。由於不同的曝光機會有不同的影像格式，所以，如步驟S 5 0 4 ’由彳貞測格式轉換早元4 2 3 0，使用連續區域模擬影像IMG2 ’依據不同曝光機器，如Toshiba、MEMB0S、

Hi tach i等，轉換出連續區域模擬偵測影像imG3。如步驟S 5 0 5，由影像比對處理單元43 0 0利用影像比較技術，比較出連續區域晶圓影像I MG 1與該連續區域模擬侦測影像I MG3的差異情形。此影像比較技術可以使用畫素' (P i xe 1 )比較，比較兩影像中有影像與沒有影像的差異晝素，或者是使用等高線（C ο n t 〇 u r )比較，比較兩影像的光分佈強度（Intensity)。如步驟S 5 0 6，由影像比對處理單元4 3 0 0使用起始值筛選（Filter Out Defect by Selected Threshold)演算法，篩選出差異量超過起始值（Threshold)之連續區域晶圓影像I MG 1，產生缺陷資訊，其包括關鍵尺寸一致性檢查

1264077 五、發明說明（9) 結果報告。因此，藉由本發明所提供之晶圓缺陷檢查系統及方法，先利用原始設計圖案資ΐΐ庫為資料輸入，模擬出模擬债測影像（S i m u 1 a t e d I m a g e )，與實際之晶圓影像（W a f e r I m a g e )比較，偵測出晶圓缺陷，再由晶圓檢查人員進行缺陷確認，大大減低檢查的時間◦由於本發明所使用之模擬影像，較傳統光學影像接近實際晶圓影像，可以提高檢查的敏感度（Sensitivity)。除此之外，本發明是一全面性之影像檢查，迥異於傳統抽點式的檢查，大大降低因抽樣所造成之缺陷遺漏機會。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

0503-9694TWF(Nl) ； TSMC2002-1245;snowbal1.ptd 第 14 頁 1264077 圖式簡單說明為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，進行詳細說明如下：第1圖係為表示習知技#Γ之晶粒對晶粒（D i e - t 〇 -D i e ) 比較示意圖。第2A圖係為表示依據本發明第一實施例之晶粒對資料庫比較之晶圓圖案示意圖。第2 B圖係為表示依據本發明第一實施例之晶粒對資料庫比較之原始設計圖案示意圖。第3圖係為表示依據本發明第一實施例之光學影像 (Optical Image)，虛擬影像（Aerial Image)及晶圓影像 (Wafer Image)之比較示意圖。第4圖係為表示依據本發明第一實施例之晶圓缺陷偵測系統及方法之系統示意圖。第5圖係為表示依據本發明第一實施例之晶圓缺陷偵測系統及方法之方法流程圖。符號說明 1 1 0〜晶圓； 2 1 0〜晶圓； 2 1 1、2 1 2〜晶粒 3 0 1〜光源 3 0 3〜光罩 3 0 5〜晶圓 3 1 2〜虛擬圖案 11 1、1 1 2、1 1 3 〜晶粒； 2 2 0〜原始設計圖案資料； 2 2 1、2 2 2〜原始設計晶粒圖案 3 0 2〜聚光鏡； 3 0 4〜投射鏡； 31 1〜光學圖案； 3 1 3〜晶圓圖案；

0503-9694TWF(Nl) ； TSMC2002-1245;snowbal1.ptd 第15頁 1264077 圖式簡單說明 4 0 0 0〜晶圓缺陷偵測系統； 4 1 0 0〜晶圓影像產生單元； 42 0 0〜模擬影像產生單τΓ; 4 2 1 0〜原始設計圖案資料儲存單元； 4 2 2 0〜模擬圖案轉換單元； 4 2 3 0〜偵測格式轉換單元； 4 3 0 0〜影像比對處理單元； I M G 1〜晶圓影像； DATA；l〜原始設計圖案資料； IMG2〜模擬影像；着 IMG3〜模擬偵測影像； 5 5 0 1、S 5 0 2 .....S 5 0 6〜操作步驟。

0503-9694TWF(Nl) ： TSMC2002-1245;snowbal1.ptd 第 16 頁

Claims

1264077 六、申請專利範圍 ^ 了種Ϊ圓缺陷偵測系統，包括： μ 曰㈡〜仏產生單元，用以擷取於附有光阻劑之晶圓上之至少一連續區域曰、匕 4 曰曰 Η 影像（Wafer Image); 一模擬影像產&苗- ^ 二欠.. 生早凡，用以輸入至少一原始設計圖案貝料，產生至少一、击成 Tne 連績區域模擬偵測影像（Simulated Inspection I ma gp λ ^ ^ F 1-¾ a π g ;，該連續區域模擬偵測影像相應於該比輕· 便兩衫像可在一致的相對座標上進行一影像比對處理所操取之該連續區域生之6亥連績區域模擬連續區域晶圓影像與產生一缺陷資訊。單元，用以接收該晶圓影像產生單元晶圓影像與該模擬影像產生單元所產偵測影像，進行影像比對，偵測出該該連續區域模擬偵測影像的差異，並 2 ·如申請專利範圍其中該晶圓影像產生ΐ /所述之晶圓缺陷偵測系統， 3. 如申請專利範：：為：數位影像榻取裝置。其中該模擬影像產生單元包括所述之晶圓缺陷偵測系統，一原始設計圖案資料儲圖案資料；早兀用以儲存该原始設言一模擬圖案轉換單元，經由電腦模擬的方式轉換&以將該原始設計圖案資料 4. 如申請專利範圍ΐ3成項至/、+一連續區域模擬影像。其中該連續區域模擬影像Α、述之晶圓缺陷偵測系统，、斤返之晶圓缺陷债測系統

1264077 申請專利範圍其中該連續區域握槪旦v你 / w η 1，、衫像為一考量光阻反應參數之曝光像（Model ing image)。心喂尤〜 6.如申請專利笳囹、豆中兮遠錶F j圍弟3項所述之晶圓缺陷偵測系統， mp〇sfo；u：：；n^ 影像。 Xlm!ty Correction)修正後之模擬並中7二! ： 2 f圍第1項所述之晶圓缺陷偵測系統，具中4核擬影像產生單元更包括： $ j格式，換單元，用以輸人該連續區域模擬影 ^ 、目標挺擬機器，轉換出該連續區域模擬偵測影像0 8」如中請專利範圍第i項所述之晶圓缺陷债測系統，，、中该原始設計圖案資料為一GDS檔案資料。 9·如申請專利範圍第1項所述之晶圓缺陷偵測系統，其中該影像比對處理單元，更使用偏差修補（Bias Fitting)技術’針對該連續區域晶圓影像，進行偏差修補。 1 0 ·如申請專利範圍第1項所述之晶圓缺陷偵測系統，其中邊缺陷資訊為一關鍵尺寸一致性檢查報告。 1 1 ·如申請專利範圍第1項所述之晶圓缺陷偵測系統，其中该影像比對處理單元，更使用起始值篩選（F丨1 t e r Out Defect by Selected Threshold)演算法，篩選該連續區域晶圓影像與該連續區域模擬影像所產生之差異數目超過起始值之該連續區域晶圓影像，產生該缺陷資訊。

0503-9694TWF(Nl) ； TSMC2002-1245;snowbal1.ptd 第 18 頁 1264077 六、申請專利範圍 12· 種晶圓缺陷伯測古、產生至少-連續區域、〉，其方法包括下列步驟：使用-原始設計圖案;;影像(仏Image); 影像（S 1Πιυ la ted lmage)，复產生f/ 一連續區域模擬於該連續區域晶圓影像、言亥連縯區域模擬影像相應進行比較；UA使兩影像可在-致的相對座標上使用該連續區域模擬旦彡換出至少一連# Ρ β PI ^，針對一目標模擬機器出·連严域椒擬偵測影像(S — Uted inspection Image);

比較該連續區域晶圓影產生一缺陷資訊。像與該連續區域模擬偵測影

1 3 ·如申請專利範圍第1 法，其中該連續區域晶圓影所擷取之數位影像。 2項所述之晶圓缺陷偵測方像為使用一數位影像操取裝置、1 4 ·如申請專利範圍第1 2項所述之晶圓缺陷偵測方法，其中該連續區域模擬影像為一虛擬影像（Aerial Image) 〇 1 5 ·如申請專利範圍第1 2項所述之晶圓缺陷偵測方法’其中该連績區域模擬影像為/考量光阻反應參數之曝

光影像（Modeling Image)。 1 6 ·如申請專利範圍第1 2項所述之晶圓缺陷偵測方法’其中該連續區域模擬影像為/已經過光學鄰近效應修正技術（Post Optical Proximity Correction)修正後之模擬影像。

1264077 六、申請專利範圍 1 7 ·如申請專利範圍第丨2項所述之晶圓缺陷偵測方法，其中該原始設計圖案資料為一GDS檔案資料。 1 8。如申請專利範圍第丨ϋ員所述之晶圓缺陷偵測方法’其中更包括使用偏差修補（B i a s F i 11 i n g )技術，針對該連續區域晶圓影像，進行偏差修補。 1 9 ·如申請專利範圍第1 2項所述之晶圓缺陷偵測方法，其中更包括使用起始值篩選（Filter Out Defect by Selected Threshold)演算法，篩選該連續區域晶圓影像與該連續區域模擬偵測影像所產生之差異數目超過起始值之該連續區域晶圓影像，產生該缺陷資訊。 20 ·如申請專利範圍第丨2項所述之晶圓缺陷偵測方法，其中該缺陷資訊為一關鍵尺寸，致性檢查報告。

0503-9694TWF(Nl) ； TSMC2002-1245;snowbal1.ptd 第20頁