TWI521624B - 偏振成像技術 - Google Patents
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Description
本發明大體上係關於半導體裝置製造過程中之檢測及方法工具,用來確保品質及增加良率。
在微影半導體裝置製造技術中,步進器能準確地將半導體基板或晶圓上之倍縮光罩的影像聚焦是刻不容緩的。當倍縮光罩的影像不在焦點上時,亦即一種已知之失焦(defocus)狀態,所產生之半導體裝置之結構可能有不正確的尺寸及樣式。例如,其結構邊緣可能較為擴大及不明顯、有圓的或是過度切割的表面,而取代了通常為直線之更理想的幾何結構。此失焦狀態通常導致問題半導體裝置有不良的功能及/或無法運作。因此失焦測量是重要的方法,用來允許半導體裝置製造者確保步進器持續地將倍縮光罩影像聚焦於晶圓上,因此能使製程的良率更好及更有利基。
曝光缺陷是就半導體裝置製造而言的另一個常見問題。當使光阻層曝光的程度超出可接受的光量範圍時,可能會使將成形在半導體基板上的型態不正確。因此,當缺陷存在時之缺陷辨識有同等的重要性。
除了針對曝光或失焦缺陷來檢測基板或晶圓之外,重要的是針對與製程或材料相關之缺陷的基板及晶圓的檢測,通常將這種缺陷稱為“巨觀”缺陷。巨觀缺陷通常的定義是出現在基板上之具有尺寸約為0.5u至10u之碎屑、裂痕、刮痕、疊層剝離、及/或微粒。這種缺陷容易引起半導體裝置的失效而且顯著地降低這種裝置之良率。注意:巨觀缺陷的尺寸可以較上述之尺寸範圍高或低,上述之尺寸範圍僅定義此種缺陷的標稱大小。
傳統上,已經使用指定的檢測系統來檢測巨觀缺陷,這種檢測系統尚未能夠立即及可靠地辨識曝光缺陷或是失焦缺陷的存在。辨識曝光缺陷或是失焦缺陷通常是使用光學臨界尺度(optical critical dimension,OCD)技術於多種精密量測工具如橢圓偏振儀(ellipsometer)、反射儀(reflectometer)、散射儀(scatterometer)的其中任一種。理想的情況是使用相同的光學系統來結合辨識曝光及失焦缺陷的存在與針對巨觀缺陷檢測基板兩種功能。
用來辨識基板上缺陷的檢測系統之實施例包含光源,光源將光線引導至將檢測的基板上。第一偏振濾光片或偏振板定位在光源和基板之間。第二偏振濾光片或分析器定位在基板與光學感測器之間,光學感測器接收反射自該基板的光線。偏振板及分析器彼此成一角度配置,使得光學感測器所擷取之影像的影像強度與受檢測基板上之與偏振有關之缺陷的存在至少有部分相關。與偏振有關之缺陷包含失焦(defocus)及曝光缺陷。亦也可辨識主要尺度約為入射光束之波長或更小之非失焦及曝光缺陷之缺陷。
光源可以是任一種有用的型態,包含(但非限定於此)寬頻白熾光、或雷射。這些光源的其中任一種可為閃光而且可以被定位在包含入射法線角度之任何有用的入射角度,用以將光線引導在基板表面。雷射可以是固定的、不同的單色光或者可以經配置用以於多個不同標稱波長下輸出光線。
當使用閃光照明時,閃光明滅的順序至少與基板相對於檢測系統移動的速度有部分相關。此使得檢測系統可以可靠地在適當的位置擷取基板影像。
光學感測器或是影像器可以為單色光的充電式電容性裝置(charged capacitance device,CCD)。在一些實例中,光學感測器可以是Bayer-型態的彩色影像器或者是3-晶片設計。在另外的實例中,一個或更多個光源及/或彩色濾光片可以被用來與單色光學感測器共同使用,以便自基板獲取色彩資料。可使用面掃描及線掃描兩者。
除了失焦及曝光缺陷之外,也可以辨識它種類型的缺陷。這些他種類型之缺陷可以包含:凹洞、孔隙、碎屑、裂痕、微粒、及刮痕。
依照本發明之檢測系統其運作係藉由配置光源將光線引導至基板上。第一偏振濾光片定位在光源與基板之間,而且置放光學感測器以接收反射自該基板的光線。第二偏振濾光片置於基板與光學感測器之間,所以第一及第二偏振濾光片互相呈經選擇之相對角度。檢測系統則被用來擷取基板的影像,而且自這些影像產生比較性資料,用以辨識基板上之曝光及/或失焦缺陷的存在(如果有的話)。配置偏振濾光片以擷取所需之影像會涉及到將第一及第二偏振濾光片一齊轉動至理想的檢測角度,而同時維持兩者間之經選擇的相對角度。
取得比較性資料係首先針對各個所擷取之影像產生差異性影像,而後再就整個差異性影像求取個別差異性影像的像素強度差異的平均,以取得針對各個差異性影像的平均影像強度。針對預定的臨限值來評估各個所擷取影像之平均影像強度,基板上若有曝光及失焦缺陷則用以判斷基板上曝光及失焦缺陷之至少其中之一的存在。
就基板中既知之曝光及失焦缺陷之至少其中之一的缺陷程度來校正光學感測器之輸出,此校正係被用來判斷曝光及失焦缺陷的適當程度。在一實施例中,校正涉及到擷取校正基板之複數個影像,其中各個影像已蒙受既知程度之失焦及曝光缺陷。如上述,差異性影像之產生係針對各個經擷取之影像,在整個差異性影像求取差異性影像的像素強度差異的平均,以獲得平均影像強度。針對各個具有既知程度之失焦及曝光缺陷之經擷取之影像,記錄平均影像強度值。使用者可以選擇任一所記錄之平均影像強度值,其將特定程度或大小的失焦及/或曝光缺陷值標示為臨限值;或者可以內插於這種記錄值之間;或者簡單地使用記錄值作為起始點,並將針對產品之特定的修正值加於起始點。完全讓檢測系統的使用者定義失焦及/或曝光缺陷之適當的臨限值。
產生差異性影像會涉及到以一個像素接著一個像素為基礎來將複數個經擷取影像平均,用以求取平均後的影像。再從各個所擷取之影像去除平均後的影像,並以一個像素接著一個像素為基礎產出差異性影像,這些差異性影像可以被視為像素強度值之陣列、或者為像素強度值之差異的陣列。
針對失焦及/或曝光缺陷之基板檢測可以與針對其他缺陷例如凹洞、孔隙、碎屑、裂痕、微粒、及刮痕等檢測同時進行。或者,可以相繼進行針對這些個別缺陷型態的檢測、或者甚至以時間偏移的方式進行,亦即以明顯彼此分隔之時間來進行。
本發明之另一實施例,影像分析技術,如空間圖案辨識(spatial pattern recognition,SPR)可以被用來分析差異性影像以辨識基板上之層邊界(boundaries of layers)。注意,如前述般之層邊界可以是基板部分的部分材料層,或者是相關於為基板無關部分之殘餘物的材料層,亦即該材料層可以為一種型態的污染物或另一種型態的污染物。
後文中將詳細說明本發明,並將參照構成本發明之一部分的圖式,圖式以圖示方式呈現可實施本發明之實施例。在圖式中,相同的數字代表實質上為由多種視角呈現的相同成分。以下將詳細說明這些實施例,使得精熟此技術的人士得以能實施本發明。可以使用其他的實施例,可以在不背離本發明之範疇下進行結構上、邏輯上、及電性上的變化。因此,以下的詳細說明不在於限制,而且本發明之範疇係以申請專利範圍及其同等物來加以界定。
本發明涉及一種方法及設備,藉由測量反射自基板表面的偏振光線的改變,來判斷在半導體基板中曝光及失焦微影缺陷的存在。為了簡化以下的討論,「失焦」(defocus)一辭在本文將代表曝光及失焦缺陷兩者,雖然一個給定的基板可能有一種或是另一種缺陷、或是兩者皆有。再者,「失焦」一辭將廣泛的包括在檢測下之基板之任一缺陷或是基板之不理想的部份,其特性將同樣導致曝光及/或失焦缺陷,而且可以被本發明之檢測系統辨識或者特徵化。雖然精熟此領域的人士知道失焦缺陷的其他觀點也會影響這種偏振改變的本質及程度,但一般而言,失焦缺陷是與偏振有關的特性,亦即,失焦缺陷將引起反射光線在偏振狀態的改變。
此處所使用的「基板」一詞將用來包含可以以本發明之檢測系統所檢視之任一材料或結構。特別是,「基板」將包含任何構造、型態或材料之半導體晶圓,包含(但非只限定於)整個晶圓、未經圖案化之晶圓、圖案化之晶圓、部分圖案化之晶圓、全部或部分圖案化之破損晶圓、未經圖案化之破損晶圓、以任何形式或是在任何支撐機構上之已經被切割之晶圓,包含膜層框架(film frames)、JEDEC托架(JEDEC trays)、Auer船形容器(Auer boats)、凝膠(gel)或疊片包裝(waffle packs)中之晶粒、通常稱為MCM之多晶片模組等等。基板一詞及晶圓一詞在本文中可以交替使用。
「巨觀缺陷」一詞在此處將包含所有不希望出現在基板上之實際上與偏振無關之特徵。如上述般,巨觀缺陷在傳統上被稱之為凹洞、孔隙、碎屑、裂痕、微粒、及刮痕等等。注意,在一些情形下,巨觀缺陷的尺寸可以接近用於檢測之入射光線的波長。在這些情形下,巨觀缺陷可能會影響在其上反射之光線的偏振狀態。
參照圖1,成像系統8之一實施例包含照明器10、偏振片12、分析器14、及光學感測器16。照明器10引導光線沿著光學路徑P至偏振片12上,偏振片12實際上僅穿透具有預定偏振角度的光線。經由偏振片12穿透的光線而後入射在基板S上。在一實施例中,基板S是矽晶圓或是部分矽晶圓,其具有形成於其上之結構。在一些實施例中,這些結構形成在基板S上之一種或更多種半導體裝置。基板S上亦可以形成其他的機構或是結構。
如圖1中所示,光學路徑P位於相對於基板S之非法線入射角之處。在一些實施例中,可以裝設照明器10、偏振片12、分析器14、及光學感測器16及其他相關的光學元件如物鏡等等,以便調整基板S上的光線入射角。調整系統8中光線之入射角度的裝置機構型態已為精熟此領域的人士所知,此種裝置機構可包含裝設板,系統8之光學元件裝設於裝設板上,裝設板可以藉由轉動機構轉動,轉動機構可以是一個或更多個致動器。入射角度可以是固定的(如圖所示)或是針對各種產品裝設而調整。再者,在一些實施例中,在檢測期間可以視需要調整入射角度。
照明器10可以為任何一種有用的型態,包含寬頻白光、具有固定波長輸出之雷射、用以輸出多個波長之雷射、或是複數個用以沿著光學路徑引導光線之雷射。照明器所需之強度可以視系統8所導向之應用而定。在一些應用中,需要高強度的照明,相反的,在另一些應用中需要的是相對而言較低的強度。照明器10可以用來提供實際上為保持一定的輸出、或者提供閃光以便凍結系統8內基板S的運動,而可以快速擷取基板S的影像。
入射在基板S上的光線從基板反射,而且此經反射的光線入射在分析器14,分析器14為與偏振片12類似的偏振光學元件,偏振片12僅能使具有預定偏振角度的光線通過。通過分析器14的光線入射在光學感測器16上,光學感測器16擷取基板S的影像。雖然可以使用任一種可以灰階或是以色彩產生像素強度值之兩維陣列之裝置,如線掃描、或是時間延遲積分成像(time delay integration,TDI)裝置、或CMOS光學感測器陣列,然而在一實施例中,光學感測器16為二維電子式光學感測器,如電荷耦合裝置(CCD)。在一實施例中,光學感測器16為單色光光學感測器,其中光學感測器之2D像素陣列的各像素記錄0-256的灰階值,這些像素共同表現基板S之影像。當使用單色光光學感測器時,一個或更多個彩色濾光片18可以定位在介於照明器10與光學感測器16之間的光學路徑S中,以便只能使對應於彩色濾光片之波長範圍內之光線通過。在另一實施例中,光學感測器可以為Bayer類型、或3-晶片類型之彩色光學感測器,這些感測器具有個別的光學感測器,各自用於不同的色彩,例如一種感測器用於紅光、一種感測器用於藍光以及一種用於綠光。
精熟此技術的人士將了解到:上述說明之系統8的基本元件將與其他光學元件共同使用,或者不與其他光學元件共同使用,且基本元件包含但非侷限於光學濾光片、透鏡、鏡子、延遲器(retarder)及調變器(modulator)。經調整後可用以實現本發明的一種檢測系統為Rudolph Technologies Inc. of Flanders,New Jersey所出品,商品名為WaferViewTM。再者,應理解的是,系統8可用以進行多項功能,這些功能可以在同一時間或是間隔一些時間進行。例如,系統8可適於用以進行巨觀缺陷的檢測以及用於失焦缺陷的檢測。再者,系統8可用以進行巨觀缺陷的檢測,接著進行用於失焦缺陷的檢測,或者可以同時進行兩種檢測。
彩色濾光片18可以用於系統8中,如圖1中之示意圖。一個或更多個彩色濾光片18可以被置放在介於偏振片12與基板S之間、介於基板S與分析器14之間、介於照明器10與偏振片12之間、或者介於分析器14與光學感測器16之間。在一實施例中,彩色濾光片18可以為本技術中之既知型式之濾光輪(filter wheel),其中一彩色濾光片群組的其中之一個彩色濾光片被固定在位於光學路徑P中之轉動輪,因此可以選擇性地將彩色濾光片18橫跨光學路徑P而定位。在另一實施例中,可移除之濾光片架可位於光學路徑P中,允許不同的彩色濾光片位於光學路徑P中。在另一實施例中,固定的彩色濾光片可以裝設在光學路徑P中。應理解的是:可以使用任一濾光片媒介或是機構作為彩色濾光片,只要其適合用於選擇性地通過預定波長或波長範圍。
在一些實施例中,理想上可以就預定之彩色頻道(color channel)分離光學感測器16的輸出,其中的「彩色頻道」之定義為預定之波長或波長範圍。如上述所建議的,彩色頻道的分離可以使用彩色濾光片、使用具有直接可分辨個別彩色頻道的彩色光學感測器,如3-晶片光學感測器及Bayer光學感測器、或是使用在預先選定之波長範圍內輸出光線的照明器10。應知的是:一些基板S對於某些波長或色彩範圍可以部分或全部的穿透。僅以一例而言,某個基板可以穿透或者破壞性干涉入射在基板上之具有約以475nm為中心之波長之所有入射藍光的其中大多數光線,但是反射大部分具有約以700 nm為中心之波長的紅光。在此例中,有用的是可以利用光學感測器16輸出訊號,此輸出訊號係源於入射在光學感測器16上的紅光。與個別彩色頻道相關的資料使用將取決於系統8將檢驗何種特徵。在一些實施例中,某些半導體基板,亦即產品,其特徵將傾向於以既知方式反射光線,因此可以特別針對某些產品裝設檢測系統8,用以最佳化產品之檢測。
圖2所示為本發明之另一實施例,其中檢測系統30以一般的方式配置,具有照明器32,引導光線沿著光學路徑P通過偏振片36、濾光片40(選擇性的)、及分光器42至基板上。在路徑P上反射自基板S之光線由分光器42所引導,經過濾光片40(選擇性的)及分析器38至光學感測器34。除了在分光器的存在及入射角度的差異之外,系統8及30實質上為相似。在此實施例中,光學路徑P實質上垂直於基板S。
已被觀察到的是,如同於失焦缺陷將改變形成於基板S上之結構幾何般,失焦缺陷亦將改變基板S的反射率。改變基板S反射率之其他因素為其他膜層的性質及入射在基板上之光線的波長、偏振、及入射角度。使用依照本發明之不同實施例的檢測系統,如系統8或30,可以區辨失焦缺陷所導致之反射率的改變,而且可以快速及可靠的區辨。
一般而言,來自照明器10及32的光線經偏振片12及36偏振成一預定角度P並以特定角度θ入射在基板上。
反射時,基板S將改變入射光線的偏振狀態,偏振狀態與數個特徵相關,特別是失焦。經過偏振的變化,可以取得關於基板S中之失焦缺陷的資訊。經反射之光線通過分析器14,並入射在光學感測器16上。分析器14之配置(後文將有詳細說明)有助於確保取自於光學感測器16之資料包含與反射光之振幅及偏振變化兩者有關的資訊,而且特別是關於基板S上之失焦缺陷存在的資訊。
在一實施例中,入射在基板S上之光線由偏振片12及36線性偏振,此通常代表對於檢測問題的最簡單的解答。在另一些實施例中,入射光以橢圓方式受偏振或者是以圓形方式受偏振,視需要而定。藉由將分析器14及38設定在相對於偏振片12及36之角度A,可以調變到達光學感測器16,34的光線。介於偏振片12、36與分析器14、38之間的角度被給定為P-A。
現在參照圖3,一般而言,當光線反射自基板S時,入射光的一部分Ep,以不同於其他部分的入射光的方式被反射。入射光的一部分Ep反射自基板S表面上之與偏振無關的部分,在其偏振上沒有任何顯著的改變,如圖3中所示之E1及E2。可以在半導體基板S上發現的這種特徵之一些例子包含(但非限定在)基板中之看起來是缺陷的亮及暗,如碎屑、裂痕、刮痕、凹洞、孔隙、及微粒。經反射之入射光線的另一部分E3反射自形成於基板上之與偏振有關的特徵,這些特徵將會改變入射光的極性。在半導體基板S上發現的一些與偏振有關之特徵或結構的例子包含(但非限定在):線性結構、導體、連接線、通孔及緯線(street)。還有另一部分的入射光反射自基板S表面之結構或特徵,這些改變反射光線之偏振的結構或特徵係為蒙受失焦缺陷。此光線E4偏振狀態與E3不同。反射光E4的結構可以與上述反射光線E3之標稱結構相似或相同,除非它們蒙受失焦缺陷,失焦缺陷的程度將影響光線E4的強度結構遭受到失焦缺陷的例子示於圖8的測試結構74。
圖8為部分基板之示意圖。在此例中,一個半導體晶圓W,具有數個形成於其上之積體電路裝置(IC device)70。積體電路裝置70以網格方式排列,網格之間具有間隔,俗稱為街道72。數個測試結構74形成於街道72中。在各個IC裝置70上,也有形成於其上的結構76,結構76構成IC裝置70的主動電路的一部分,而且遭受到失焦缺陷。應注意的是,在某些案例裡,整個IC裝置70、或至少是IC裝置70的大部份,可能有一個或更多個結構76遭受到失焦缺陷。通常以使測試結構74及結構76兩者相似的方式將其形成。例如,作為IC裝置70的主動電路的一部分的結構76,如果有一系列的線性結構形成於其中時,測試結構74將會以相同方式被形成,以致於測試結構74的特性將可指示結構76的特性。
在一些實施例中,測試結構74包括一系列的格狀物78,各個格狀物具有形成於其內的週期性結構。圖9為具有示範性質的測試結構74的照片,此測試結構74具有數個不相連區域78。各個不相連區域78具有就名義上來說是不同的臨界尺度,意即,具有特定的間距或是臨界尺度的周期性結構。注意:測試結構74的淨效應是用來提供某些訊息,而這些訊息通常是只由各個產品晶圓上的FEM晶圓所提供的。因為在某些臨界尺度上的周期性結構將對於從該周期性結構反射而來的光的偏振狀態產生影響,測試結構74對於評估微影製程中執行圖案形成步驟的步進器(stepper)的運作變化將有所助益。再者,當測試結構74之不相連區域78與位於IC裝置70的主動電路中的結構76足夠相似,且假設存在著額外的製程變異而可能影響入射光的偏振狀態改變時,例如:構成基板W(IC裝置70形成於其上)之疊層的材料性質或是相對厚度,吾人可以獲得對於結構76之臨界尺度數值的一般性指示。
如同入射於基板表面的光的偏振狀態改變可能導致反射光強度的變化般,在一些例子裡,某個區域78的平均灰階值可以直接且毫無模擬兩可地與該區域的臨界尺度相關聯。根據該結構76的平均灰階值,這種相關性就可以被用來辨識結構76的臨界尺度。雖然,以這種方式所獲致的區域76的臨界尺度值可能不是非常精確,利用具有代表多重臨界尺度的測試結構74來評估基板上的結構76的臨界尺度,對於取得IC裝置70中的臨界尺度的任何變化大小的訊息則是有用的。例如,除了「絕對的」臨界尺度或是替代評估「絕對的」臨界尺度之外,利用測量選取之測試結構76(或是不相連區域78)的灰階值與接續之受檢測或被成像之結構76(或是測試結構74)的灰階值之間的差異大小,對於臨界尺度有指示性的灰階訊息可用來辨識臨界尺度的變化大小。
參照圖4可發現,對於沒有通過分析器14、38的光線而言,在反射光E3及E4強度之間沒有對比。可以理解的是,在這種情況下辨識失焦缺陷是困難的。然而,一旦反射光E1、E2、E3、及E4通過經過適當配置的分析器14、38取得光訊號E’1、E’2、E’3、及E’4,光訊號E’3及E’4間的對比程度足夠取得關於失焦缺陷存在的有用資訊。見圖5。
在一實施例中,在偏振片12與分析器14之間的角度P-A係以實驗方式決定。現在參照圖6,利用定位在系統8內之測試基板S以作為檢測(步驟50),照明器10(在一實施例中為閃光照明器)被設定在預定之照明水準(步驟52),照明器10接近其最高亮度輸出為較佳,但可為任一適合的亮度。來自照明器或光源10之光Ep經由偏振片12被引導至基板S上方。接著,使偏振片12設定在角度P(步驟54)。在一實施例中,偏振片12之角度被導向於與基板上存在之任一線性結構實質上垂直。將被理解的是:當基板S是半導體裝置形成於其上之半導體晶圓時(在任何完成狀態下),這種結構通常但非總是具有顯著的線性結構。反射光(E1、E2、E3、及E4)通過分析器14,用以取得在光學感測器16上之光學訊號E’1、E’2、E’3、及E’4。在一些情況下,基板S上沒有可供區辨線性結構之方位,或者沒有形成於基板S上的線性結構,可針對偏振片12選擇任意角度P。
分析器14接下來轉動至角A(步驟56),以致於有足夠的照明可以到達光學感測器16,以允許針對巨觀缺陷或是與偏振無關之缺陷來檢測基板S,如美國專利字號6324298、6487307、及6826298,這些專利與本專利申請共同被持有,且為供參考而將其納入。注意:當照明不止針對缺陷檢測基板S,亦利用良好品質檢測之訊號對噪音的比值來滿足系統8的終端使用者,於檢驗中不會發生假的正值及錯過的缺陷等顯著的錯誤時,分析器14將被視為位在正確的角度A。系統8之訊號對噪音的比值係以已知方式分析光學感測器16之輸出而決定。
一旦偏振片及分析器的定位角度P及A為已知時,偏振片及分析器經由一連串的檢測角度一起被轉動(步驟58),偏振片與分析器(P-A)之間的相對角度保持為實質上固定,轉動至相對於基板S之理想的角度位置,此角度位置將提供光線訊號E’3及E’4間如上述般之足夠的對比。在轉動偏振片12及分析器14的過程中,記錄光學感測器16上之入射光的強度。針對各個偏振片12及分析器14所轉動之檢測角或檢測位置記錄在光學感測器16之光強度。在一實施例中,以或多或少為連續的方式轉動偏振片12及分析器14,而且以少量增加偏振片12及分析器14的轉動,記錄偏振片12及分析器14的位置及存在於光學感測器16之光強度。分析偏振片12及分析器14轉動期間所獲得的資料,就反射光線E’3及E’4之間的對比用以辨識偏振片與分析器的最佳檢測角或檢測位置。
針對角度P及A之最佳配置的辨識過程可以是手動的,其中系統8的使用者將偏振片12及分析器14轉動經選取之角度範圍,而光學感測器16記錄影像資料,影像資料由適當型態的電腦C進行處理,用以決定最適角度P-A。或者,及較佳的是,將偏振片12及分析器14自動化,使前述之電腦可以控制它們的轉動,同時在不同角度P-A處記錄來自於光學感測器16之資料。偏振片與分析器之自動化已為精熟此技術的人士所熟知。如上述所建議般,判斷偏振片與分析器間之最適角度P-A的過程可能需要在以下將說明之步驟前和後進行多次重複(iteration)。例如,一旦完成全程的校正/設定步驟,額外執行多次的全程校正/設定步驟是有用的,用以判斷最後的系統設定為最佳化。
一旦如圖6所說明般已經適當地設定好系統8,可以進行針對失焦缺陷的檢測、或是有需要的話,進行針對其他缺陷之檢測。然而,首先必須校正系統8。使用聚焦曝光矩陣(focus exposure matrix,FEM)晶圓進行校正。FEM是一種基板,在其上方有多數個已經成形的圖案或結構,每一個都有不同的聚焦位置及曝光時間。FEM通常用於半導體裝置之製造用以作為校正光學微影(photolithography)工具的一部分。FEM將形成於基板S上之圖案及結構之結構性變化具體化,這些變化係源自於焦點位置及曝光的改變。在基板S的檢測期間,得自於FEM之失焦及曝光資料被用來作為比較資料(comparator)。注意:形成於FEM上之圖案可以不同於形成於被檢測之基板S上之圖案,但以相同為較佳。
用於校正目的之失焦資料的取得方法與用於檢測目的之失焦資料取得方法相同,將說明用於校正目的之失焦資料的取得方法以作為檢測程序的一部分。將在適當之處標示校正與檢測程序間的差異。
在檢測期間,取得將被檢測之型態的基板S,並置於晶圓支持台或頂部平板上(圖未示出),晶圓支持台或頂部平板上以習知方式使基板相對於檢測系統8之光學裝置(optics)移動。在一些實施例中,基板S(產品或FEM)一個一個被檢測。在一實施例中,其中基板S是晶圓,半導體裝置形成於晶圓上,以晶粒層次為基礎進行基板S之檢測,亦即,以感測器16使基板S上個別晶粒之影像成像,而且以下述方式處理這些影像。在其他實施例中,以視野為基礎進行檢測。系統8之光學裝置經配置用以擷取視野影像,這些影像的尺寸可不同於個別晶粒或者個別的步進器攝像的尺寸。當系統8之視野小於個別晶粒時,可將多個視野串接(stitch)起來形成個別晶粒的複合式影像(composite images)。相同的串接技術應該用來形成整個步進器攝影的複合影像。應理解的是,形成複合式影像的串接影像技術已為此技術領域所既知之技術。
在其他實施例中,當視野大於個別晶粒或者大於步進器攝像時,可以裁去所形成之影像以顯示一個或更多個晶粒或步進器攝像。通常有用的是,不要裁去過大影像,以便包含得自於個別步進器攝像的多個晶粒,因為由第一步進器攝像所產生的晶粒可能是可被接受的,而那些由第二步進器攝像所產生的晶粒可能是有缺陷的。裁去影像的技術為精熟此項技術的人士所既知。
在其他實施例中,首先擷取整個基板S之影像來完成基板S之檢測。當基板S相對而言為小時,可以使用系統8以面掃描的運作原則來擷取。當基板S大於面掃描系統8的視野時,可以取得基板S的多個影像並且將其如上述般串接起來。串接可以與線掃描合併進行,亦可與面掃描檢測系統8合併進行,精熟此項技術的人士將能立即了解。
一旦如上述般取得適當的偏振片/分析器角度P-A,基板S上個別晶粒之影像由光學感測器16(步驟60)擷取。見圖7。以下說明之校正及檢測程序將以一個晶粒接著一個晶粒為基礎進行,雖然應理解的是,亦可以以其他基礎進行。使用者可以選取成像之基板S上之晶粒,使用者判斷晶粒確實沒有如碎屑、裂痕、凹洞、顏色變異、微粒等等缺陷用以形成模型。這種判斷完全取決於系統8的使用者,而且可以有極大的變異,取決於基板S上之性質及產品之使用方式。例如,使用者檢測的基板S具有形成於其上方的半導體裝置,此半導體裝置想被作為心律調整器而使用,使用者對於用於產生模型之晶粒上的缺陷數目會有非常嚴峻的標準。相反的,使用者檢測的基板S具有相同的形成於其上方的半導體裝置,想要用於在廉價及可棄式的消費者產品,使用者很可能願意接受有較多數目的缺陷之晶粒作為模型之用。簡言之,針對產生模型的目的而言,一個「好」的晶粒該如何定義,取決於系統8之使用者的判斷。針對產生模型的目的而言,雖然想像到的是取得基板S上所有好晶粒的影像,然而通常只能得到就統計上而言有意義數量的好晶粒;一般而言此數量小於整體好晶粒的數量,而且在約為10至15。如果取樣統計上有意義之樣本,則最少應該選取具有不多於隨機出現之缺陷的晶粒,因為少數的、隨機出現的缺陷不太會對於檢測有顯著的影響,應理解的是,多量的、非隨機缺陷將更有可能扭曲檢測程序。
有用的模型亦可以使用自動方法來取得。例如,控制系統8的電腦C可以以隨機方式選取統計上為有意義數量的晶粒數目而且可以擷取影像。這些影像被用來構成模型,用此模型來檢測構成模型的個別影像。當選取的晶粒在使用者所選擇的標準下是有缺陷時,由另外以隨機方式選取的晶粒來置換缺陷影像。將重複此程序多次,直到產生一個適合的模型為止。注意,以手動方式或是自動方式所產生的模型會保持在靜態,亦即不會隨時間而改變,應隨檢測的進行,經過一段時間後把新的、好的晶粒加入模型以修改模型。
因為「模型」一詞對於精熟此項技術的不同人士來說可以有不同的意義,所以應澄清此處所使用的辭彙;「重要晶粒」(golden die)或是「重要參照物」被用來描述一種影像,將數個晶粒所對應的像素值加總,並將些數值的平均可以求得影像構成像素之強度值。所以,「重要晶粒」只是經平均後的晶粒影像。「模型」一詞較「重要晶粒」或是「重要參照物」更廣泛,在一些情形下,將不包含或使用重要晶粒或是重要參照物資訊。
重要晶粒使用於缺陷檢測的一個實施例(步驟62)。同樣的,重要晶粒可至少構成使用於巨觀缺陷檢測之模型的基礎的一部分。然而,通常針對影像中之各個像素定義像素強度臨限值使用於巨觀缺陷檢測中之模型的移動超越單純的重要晶粒。在巨觀缺陷的檢測中,若評估時,像素強度值被發現落在由臨限值界定的範圍之外時,這些像素被視為是有缺陷的。這些臨限值本身可以是單純的從重要晶粒計算得到的標準差,但是更常的是包含將不同型態的基板、變化及特徵列入考慮的加權值,而且使用者可以定義將施加於基板上所形成之產品的標準。應理解的是,用於基板檢測之模型可以以無數種方式形成,而且在任何方式中可以或不必根據重要晶粒,對於巨觀缺陷檢測模型的唯一要求是:最後檢測得出的結果對於系統8的使用者而言是令他滿意的。當進行巨觀缺陷檢測時,取得用於這種檢測的適當模型(步驟64)的時間可以與重要晶粒產生的時間或多或少相同。如箭號65所標示,在一些情況下模型的形成係利用重要晶粒之資訊。一旦模型產生,接著比較模型與擷取影像,用以辨識缺陷(步驟72)。
在針對失焦缺陷之檢測期間,前述步驟中所取得之重要晶粒影像被使用來移除擷取影像的背景,而產生所謂的差異性影像(differential image)(步驟66)。差異性影像由重要晶粒影像之個別對應的像素值與在檢測下之晶粒影像的差異所組成。構成差異性影像之像素強度值可以是正值、負值、或是零,在整個差異性影像(步驟68)上加總及平均。產生的平均值則與得自於FEM檢測之相似平均值比較,用以判斷該平均值是否超過由系統使用者所預先設定的臨限值。在一些實施例中,可以直接比較由FEM所得到之差異性影像平均值與由檢測所得到的差異性影像平均值,用以決定晶粒中是否存有無法接受程度的失焦缺陷。
如同精熟此項技術的人士所了解的,偏振片12及分析器14可以彼此成一角度配置,用以避免通過所有光線,或者用以允許通過所有光線。在本發明之一實施例中,偏振片12及分析器14彼此成一角度配置,用以避免所有光線E1及E2之通過。在此實施例中,且當基板S不影響反射光的偏振狀態時,光學感測器16沒有記錄到影像。然而,因為改變偏振的特徵通常存在於基板S上,而且通常至少會存在某些程度的失焦缺陷,因此光線E3及E4將會入射在光學感測器16上。
相對於分析器14之偏振片12的角度定位將通常取決於被檢測基板S的性質,雖然可以利用到其他性質,包含(但不限定)光源12的性質、光學系統的物理性質等等。在一實施例中,偏振片12的偏振角度約與欲加以檢測之基板的線性結構呈45度角。因此,可知在一些實施例中,分析器14的偏振角度會改變,視欲加以檢測之基板的性質而定。
在一些實施例中,將使用多重掃描檢測,用以判斷基板S上之缺陷的存在。在一實施例中,利用裝置中之分析器14及偏振片12產生第一通過,該裝置針對巨觀缺陷檢測通過不足光線。第一通過僅在於判斷失焦或曝光缺陷是否存在於基板之成像區域中,通常為一個或更多個晶粒或步進攝像。第二通過涉及發現巨觀缺陷如碎屑、裂痕、微粒、孔隙、及刮痕,並使偏振片12及分析器14配置成允許通過更多的光線量。
在另一個實施例中,系統8可以用來偵測基板S上薄膜的厚度變化、或者偵測基板上薄膜的存在。在一些情況下,基板S的全部或部分在製程程序之後會殘留不需要的薄膜。當以適當方式安排時,基板S的差異性影像將辨識出殘留薄膜的位置及殘留的程度。
此處雖然已以圖示並說明本發明之特定的實施例,對於精熟此項技術的人士而言應理解的是,用來達到相同目的之任何經過計算的配置可以替代此處所示之特定的實施例。精熟此項技術的人士會清楚地瞭解本發明之許多修改。因此,本申請案在於涵蓋本發明之任何修改及變異。本發明僅由申請專利範圍所界定。
S...基板
P...光學路徑
C...電腦
8...成像系統
10...照明器
12...偏振片
14...分析器
16...光學感測器
18...彩色濾光片
30...檢測系統
32...照明器
34...光學感測器
36...偏振片
38...分析器
40...濾光片
42...分光器
70...積體電路裝置
74...測試結構
72...街道
78...格狀物
76...結構
圖1為本發明之成像系統之一實施例的示意圖,該系統具有非90度角的入射標稱角度(nominal angle)。
圖2為本發明之成像系統之一實施例的示意圖,該系統具有實質上為90度角的入射標稱角度。
圖3為以向量型態呈現自基板所反射之所反射光線的相對成分。
圖4係顯示所反射之光線通過適當配置之分析器之前的相對成分。
圖5係顯示所反射之光線通過適當配置之分析器之後的相對成分。
圖6為流程圖,顯示用於檢測之檢測系統的設定方法。
圖7為流程圖,顯示檢測基板的方法。
圖8為示意圖,顯示半導體基板上之積體電路裝置之陣列或晶片。
圖9為測試結構之黑白或灰階影像,此測試結構由數個具有不同臨界尺度之臨界尺度格狀物(CD box)所組成。
70...積體電路裝置
74...測試結構
72...街道
78...格狀物
76...結構
Claims (13)
- 一種監視半導體製造過程中之臨界尺度的方法,包括:a. 擷取第一結構的至少一個影像,該第一結構具有的幾何結構對於從該第一結構反射而來的光的偏振狀態有所影響;b. 針對每一擷取的影像產生差異性影像;c. 對整個該差異性影像求取個別該差異性影像的像素強度差異的平均,以針對每一差異性影像取得平均影像強度值;d. 得到該第一結構的臨界尺度;e. 使該第一結構的臨界尺度關聯於該平均影像強度值;f. 擷取接續結構的至少一個影像;及g. 至少部分根據該平均影像強度值,決定該接續結構的臨界尺度。
- 如申請專利範圍第1項之方法,進一步包括:a. 擷取第二結構的至少一個影像,該第二結構具有的幾何結構對於從該第二結構反射而來的光的偏振狀態有所影響;b. 針對該第二結構的至少一個影像的各個影像計算數值,該數值表示從該第二結構反射而來的光的強度;c. 得到該第二結構的臨界尺度; d. 使該第二結構的臨界尺度關聯於該計算所得之數值;e. 擷取接續結構的至少一個影像;及f. 至少部分根據從該第一結構及該第二結構之該計算所得之數值,決定該接續結構的臨界尺度。
- 如申請專利範圍第2項之方法,進一步包括:a. 擷取至少一個額外結構的至少一個影像,該額外結構具有的幾何結構對於從該額外結構反射而來的光的偏振狀態有所影響;b. 針對該至少一個額外結構的至少一個影像的各個影像計算數值,該數值表示從該至少一個額外結構反射而來的光的強度;c. 得到該至少一個額外結構的臨界尺度;d. 使該至少一個額外結構的臨界尺度關聯於該計算所得之數值;e. 擷取接續結構的至少一個影像;及f. 至少部分根據從該第一結構、該第二結構及該至少一個額外結構之該計算所得之數值,決定該接續結構的臨界尺度。
- 如申請專利範圍第3項之方法,其中該第一結構、該第二結構及該額外結構為整個積體電路裝置。
- 如申請專利範圍第3項之方法,其中該第一結構、該第二結構及該額外結構中的至少一個結構為選自於積體電路裝置的主動電路的一部分。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中該第一結構是積體電路裝置的主動部分的一部分。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中該接續結構之該臨界尺度為絕對數值。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中該接續結構的該臨界尺度為差異性數值。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,進一步根據使該第一結構的臨界尺度關聯於該平均影像強度值,決定該接續結構的臨界尺度。
- 一種基板檢測系統,包含:光學感測器,被定位用以擷取第一結構的影像及接續結構的影像,該第一結構具有的幾何結構對於從該第一結構反射而來的偏振狀態有所影響;電腦,耦接至該光學感測器,用以在該接續結構的影像中接收該第一結構的影像,該電腦具有指令,當該指令被執行時會進行以下操作:針對該第一結構的影像產生差異性影像;對整個該差異性影像求取該差異性影像的像素強度差異的平均,以取得平均影像強度值;得到該第一結構的臨界尺度;使該第一結構的臨界尺度關聯於該平均影像強度值;以及至少部分根據該平均影像強度值,決定該接續結構的臨界尺度。
- 如申請專利範圍第10項之系統,其中該第一結構是積體電路裝置的主動部分的一部分。
- 如申請專利範圍第10項之系統,其中該接續結 構之該臨界尺度為絕對數值。
- 如申請專利範圍第10項之系統,其中該接續結構的該臨界尺度為差異性數值。
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