诸如晶片的基片的定量质量检验的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及诸如晶片的基片的定量质量检验的方法和装置，具体而言，本发明涉及对由基片的厚度变化引起的缺陷地定量检验方法和装置。背景技术
已知一种例如晶片的基片的质量检验技术，其中获得基片的表面位移数据以确定基片的最大厚度和最小厚度，典型的应用是在“theSemiconductor Equipment and Material International(SEMI)M1-07010：Specifications for polished monocrystalline silicon wafers”。
特别是，根据这种方法，在基片上限定许多测量点。接着，对于每个测量点测量高度。所得到的高度数据通过最小二乘法被用于确定基片的假想参考水平。随后，计算最大与最小高度与参考水平的偏差。最后，利用最大和最小偏差的和评估晶片的质量。发明内容
本发明目的是提供一种诸如晶片的基片的定量次品检验的改进方法和装置。
为此目的，诸如晶片的基片的定量检验方法限定了许多顺序排列的第一区，以致每个第一区与相邻的第一区交叠。在每个第一区中的表面数据例如厚度数据被用于确定代表第一区的表面形态即厚度变化的法向向量。接着，对于每个相邻的两个第一区的组合，确定法向向量之间的角度差。随后，所确定的角度差与参考值进行比较以评估包括至少一个第一区的第二区的质量，所述第二区如小片区、带状区和/或整个晶片。附图说明
图1是根据本发明第一实施例的晶片的定量检验系统的示意侧视图；
图2是检验晶片的一系列过程的流程图；
图3是硅片的平面图；
图4是一部分晶片的放大图，示出了限定在晶片上的多个测量点；
图5是限定在晶片中的位置和副位置的示意透视图；
图6是一系列副位置的示意透视图；
图7A是通过投影图6所示的法向向量得到的沿X-Z平面的分向量的图；
图7B是通过投影图6所示的法向向量得到的沿Y-Z平面的分向量的图；
图8是限定在相邻位置边界的副位置的示意透视图；
图9是另一检验装置的示意侧视图；具体实施方式
参照图1，示出了诸如晶片的基片的质量检验装置，普遍用参考号10标出。检验装置10具有用参考号12标明的机构，用于支撑和转动诸如硅片14的压扁的圆片状基片。为此目的，支撑机构12具有夹具16，用于可释放地固定诸如晶片14的周边。夹具16依次安装在转动驱动器18上，用于绕着晶片14的中心轴线20转动，中心轴线20沿着Z坐标标明。检验装置10还具有用标号22标出的厚度测量装置。测量装置22具有安装在被支撑的晶片14相对侧的一对光学距离传感器24，所述一对距离传感器24沿平行于Z坐标的方向在它们之间留下预定的距离D。优选的是，所述一对距离传感器24互相相对以便它们测量距离晶片14的相对表面的各个距离d1和d2，所述距离d1和d2用于计算在晶片14的任意点处的晶片厚度(D-d1-d2)，所述点由两维坐标即X-Y坐标限定。距离传感器24安装在平移驱动器26上，平移驱动器26用于沿平行于X坐标的X方向跨过晶片14的中心移动距离传感器24。转动驱动器18和平移驱动器26电连接到计算机或控制器28上，控制器28用于控制距离传感器24相对于晶片14在X坐标和Y坐标中的位置。距离传感器24也连接到控制器28上，其允许控制器28接收表示离开距离传感器24的距离d1和d2的信号，并接着计算在晶片14的每个测量点处的厚度。应当注意，优选采用的支撑和驱动机构在授予其受让人的美国专利No.6,480,286 B1中有具体的描述，其全部在此引用包括。
根据图2所示的程序流程设计安装在控制器28中的检验程序，所述检验程序将在下面详细描述。在该程序中，在步骤1，控制器28激励转动驱动器18以转动晶片14，并接着激励平移驱动器26以跨过晶片14的中心移动距离传感器24，同时允许距离传感器24在以规则间隔在两维坐标系(X-Y坐标)中间隔开的许多测量点处测量距离晶片14表面的各个距离d1和d2。测量结果存储在控制器28的存储器中。
接着在步骤2中，如图3所示，晶片14的表面被限定成许多大区域(第二区)，即位置34，位置34由假想的分别平行于X坐标和Y坐标并以规则间隔Lx和Ly(例如，对应于所产生的芯片尺寸，分别为25mm和30mm或25mm和25mm)隔开的水平线和垂直线30和32划分。接着，在步骤3中，许多小区域(第一区)，即副位置36被定义在每一垂直的带形位置列38之内。例如，当位置34被定义为具有25mm的水平尺寸时，每一个副位置36的大小设定为与位置34具有相同的25mm的水平尺寸Lx。然而，由于典型的曝光装置被设计为曝光25mm×8mm的区域，因此副位置36的垂直尺寸Ly’被定义为8mm(参照图5)。并且，如图6所示，副位置36被排列为每相邻的两个副位置36在平行于Y坐标的Y-方向形成一定长度如7mm的重叠。应该注意到，在整个申请文件中，测量点的坐标使用笛卡尔坐标系来定义，它们也可用可有效地用于转动测量系统的极坐标系来定义。
接着，在步骤4中，每个这样限定的位置34和副位置36设有包括在其中的相关的测量点(x1，y1)。接着在步骤5中，控制器28利用存贮在控制器28中的距离D、d1和d2对晶片的所有点或指定的测量点计算每一厚度Zi(xi，yi)。所计算的厚度数据存贮在控制器28中。
利用该厚度数据，检验晶片14的质量。特别是，在步骤6中，控制器28读出与每一副位置36相关的厚度数据Zi(xi，yi)，并且，利用最小二乘法计算如图5所示的三维法向矢量V(i)，所述法向矢量V(i)表示与如图6所示的副位置相关的晶片部分的厚度变化。首先对位于最左侧的位置列38(1)最下端的第一副位置执行这一过程以获得表示该小区域的厚度变化的法向向量V(1)。接着，对位于同一位置列38(1)中的与第一副位置36(1)相邻的连续的第二副位置36(2)执行这一过程以获得表示在该小区域的厚度变化的法向向量V(2)。对第一位置列38(1)中的所有副位置36执行上述过程。如果在步骤7中确定所述过程已对一个位置列38(1)执行完毕，则对相邻的位置列38(2)执行同样的过程并计算出位置列38(2)中的所有副位置的法向向量。如图3所示，在位置列38(2)中，所述过程按箭头40(1)和40(2)所示的顺序执行。最后，如果在步骤8中确定计算出所有位置列38(1)-38(k)中的所有副位置36(1)-36(n)的法向向量V(i)，则程序进行到下一步骤9。
在步骤9中，如图6和7A所示，法向向量V(i)投影到二维坐标平面X-Z上，从而计算X-Z分向量Vxz(i)。同时，如图6和7B所示，法向向量V(i)也投影到另一垂直平面二维坐标平面Y-Z上，从而计算Y-Z分向量Vyz(i)。
接着在步骤10中，计算X-Z平面中的每一相邻副位置的组合的相邻两个投影分向量Vxz(i)和Vxz(i+1)之间的角度差θxz(i)。同样地，计算Y-Z平面中的每一相邻副位置的组合的相邻两个投影分向量Vyz(i)和Vyz(i+1)之间的角度差θyz(i)。这时，对于第一副位置36(1)，计算相对于水平面的分向量Vxz(1)和Vyz(1)的初始角度θxz(0)和θyz(0)。所计算的角度差存储在控制器28的存储器中。
最后，在步骤11中，利用投影分向量之间的角度差对每一位置34进行质量检验。特别是，在所述对每一位置或小片的质量检验中，除了初始角度差θxz(0)和θyz(0)之外，对于副位置的每一角度差θxz(i)和θyz(i)与参考角度差或阈值角度差θth进行比较。阈值角度差可通过用于将半导体电路图案或者图像曝光在晶片上的图像曝光的倾斜机构的角度响应度来确定。接着，如果确定了角度差大小阈值，产生表示所述位置包括缺陷副位置的标志并将该标志存储在控制器28的存储器中，所述标志可用于曝光处理中。
或者，不同于将每一位置的每一角度差与阈值比较的过程，可将其改变为对每一位置确定分向量的最大角度差，接着将所确定的最大角度差与阈值进行比较，从而确定该位置是否有缺陷。
作为代替，可在相邻位置的边界处检验质量。例如，如图8所示，如果假定每一副位置36在Y方向具有8mm长并且每一副位置36与沿这一方向的后续副位置重叠1.0mm，则沿着X坐标延伸并且在相邻位置34(i)和34(i+1)之间的每一边界42被7个副位置36(s)-36(s+6)所覆盖。接着，利用那些覆盖该边界的副位置36(s)-36(s+6)的角度差检验每一相邻位置的边界42的质量。特别是，在这种检验中，所述这些副位置的每一角度差、在这些角度差中的最大值和/或这些副位置的平均角度差与预定的阈值进行比较。
上述的检验不仅要对每一位置而且要对每一位置列38进行。在本实施例中，这样检验每一位置列38的质量：在位置列38中的每一副位置的角度差、这些角度差中的最大值和/或这些副位置的平均角度差与预定的阈值进行比较。
并且，通过将最大角度差与多个预定参考值进行比较或者利用角度差分布的统计可将晶片进行分级。
从上述可以看出，根据本发明的检验装置，晶片、晶片的每一位置和/或每一位置列的质量被定量评估并确定晶片的哪一部分有缺陷。并且，可用所述位置的最大角度差在曝光之前确定所述位置是否可被用于半导体芯片，这可防止曝光装置将图像曝光到缺陷位置，从而可在较少的时间内执行全部曝光过程。
尽管在先前的实施例中使用转动检验装置10，所述检验装置10可用图9所示的另一装置70所代替。检验装置70具有工作台72，工作台72具有上表面74，上表面74限定有多个孔76，每个孔可流畅地与真空泵78连接。安装在工作台72之上并由传送机构(未示出)支撑的线性传感器或距离传感器80电连接到控制器82上。
实施中，在把晶片放置到工作台72上之前，水平移动距离传感器80以检测工作台72的上表面74的两维高度变化。接着晶片14被放置在表面74上，然后被真空泵78引入的真空吸附在该表面上。随后，水平移动距离传感器80以扫描晶片14的整个上表面以测量其高度变化。下一步，控制器82利用上表面74的第一高度变化和晶片上表面的第二高度变化计算在对应于限定在前一实施例中的测量点(Xi，Yi)的每一点处的第一高度和第二高度的差，即厚度。这样获得的厚度数据被用于计算上述的法向向量和合成角度差。
总之，根据本发明的检验方法和装置，对于晶片的整个面积，获得相邻副位置之间的角度差，其中，每一副位置对应于由曝光装置所曝光的图像的曝光区域。接着，在近似于实际生产条件的条件下，利用角度差预先评估晶片或晶片以及/或每一小片的质量。并且，可以在近似于实际生产条件的条件下在一个小片接一个小片的基础上预先评估小片的哪一部分有缺陷。再者，在近似于实际生产条件的条件下可预先评估靠近边界的晶片部分的质量。