CN107782742B - 检查表面的方法和制造半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了检查表面的方法和制造半导体器件的方法。所述的方法包括：制备基板；通过设定成像光学系统的放大倍率选择第一光学装置的空间分辨率；朝向基板的第一测量区域发射多波长光并获得第一特定波长图像；基于第一特定波长图像，产生第一光谱数据；基于第一特定波长图像，产生各个像素的第一光谱数据；以及从第一光谱数据提取具有第一测量区域或更小的范围的至少一个第一检查区域的光谱；以及分析该光谱。第一光学装置包括光源、物镜、检测器和成像光学系统。获得第一特定波长图像包括使用成像光学系统和检测器。

Description

检查表面的方法和制造半导体器件的方法
技术领域
本发明构思涉及一种检查表面的方法和/或一种制造半导体器件的方法，更具体地，涉及包括检查微区域(micro-area)的表面的操作的检查表面的方法和/或制造半导体器件的方法。
背景技术
半导体器件可以通过在晶片上进行许多(例如几百个)制造工艺而制造。在这种情形下，为了提高晶片的良率和品质，使用其中制造工艺的结果在进行每个制造工艺之后被快速地检查或测量的技术。此外，根据最近的半导体器件的高集成度，使用其中精细图案或复杂结构以高速度被检查的技术。
发明内容
本发明构思涉及一种检查表面的方法和/或一种制造半导体器件的方法，该检查表面的方法包括检查微区域的操作。
根据本发明构思的一些示例实施方式，一种检查表面的方法包括：制备基板，该基板是检查对象；选择第一光学装置的空间分辨率；朝向基板的第一测量区域发射多波长光；获得第一特定波长图像；基于第一特定波长图像，产生第一光谱数据；从第一光谱数据提取具有第一测量区域或更小的范围的至少一个第一检查区域的光谱；以及分析该光谱。第一光学装置包括配置为发射光的光源、配置为使从光源接收的光透射的物镜、检测器、以及配置为使由检测器检测的光成像的成像光学系统。选择第一光学装置的空间分辨率包括设定成像光学系统的放大倍率。朝向基板的第一测量区域发射多波长光包括使用用于发射多波长光的光源和用于朝向第一测量区域透射从光源接收的多波长光的物镜。获得第一特定波长图像包括使光学系统和检测器成像。
根据本发明构思的一些示例实施方式，一种制造半导体器件的方法包括在基板上进行在前制造工艺以及使用光学装置初次检查基板。光学装置包括配置为发射光的光源、配置为透射从光源接收的光的物镜、检测器、以及配置为使由检测器检测的光成像的成像光学系统。初次检查基板包括：通过改变成像光学系统的放大倍率选择光学装置的空间分辨率；使用光源和物镜朝向基板的测量区域发射多波长光，并获得特定波长图像；基于特定波长图像，产生各个像素的光谱数据；从光谱数据提取具有测量区域或更小的范围的至少一个检查区域的光谱；以及分析所述至少一个检查区域的光谱。
根据本发明构思的一些示例实施方式，一种制造半导体器件的方法包括：制备包括对准标记的基板；选择光学装置的空间分辨率；使用配置为发射光的光源和配置为透射从光源接收的光的物镜，朝向其中形成对准标记的区域发射光；使用光学装置获得图像；以及基于该图像，对准基板。光学装置包括光源、物镜、检测器和配置为使由检测器检测的光成像的成像光学系统。选择光学装置的空间分辨率包括通过改变成像光学系统的放大倍率来选择光学装置的空间分辨率以及使用光源和物镜朝向其中形成对准标记的区域发射光。对准基板包括基于该图像检查基板的对准标记的位置以及移动基板使得对准标记与预设坐标对准。
根据本发明构思的一些示例实施方式，一种检查表面的方法包括选择第一光学装置的空间分辨率。第一光学装置包括配置为发射光的光源、配置为透射从光源接收的光的物镜、检测器、以及配置为使由检测器检测的光成像的成像光学系统。选择第一光学装置的空间分辨率包括设定成像光学系统的放大倍率。该方法还包括：使用用于发射多波长光的光源和用于朝向第一测量区域透射从光源接收的多波长光的物镜，朝向基板的第一测量区域发射多波长光；使用成像光学系统和检测器获得第一特定波长图像；基于第一特定波长图像，产生各个像素的第一光谱数据；从第一光谱数据提取具有第一测量区域或更小的范围的至少一个第一检查区域的光谱；以及分析该光谱。分析该光谱包括以下之一：(i)基于匹配第一检查区域的光谱与参考图的光谱，预测第一检查区域的3D结构，该参考图基于获得对应于测试基板上的不同三维(3D)结构的光谱而产生；以及(ii)从第一光谱数据提取参考区域的光谱和第一检查区域的光谱，以及使用光谱识别算法确定第一检查区域的光谱是否匹配参考区域的光谱。
附图说明
从以下结合附图的详细描述，本发明构思的一些示例实施方式将被更清楚地理解，附图中：
图1是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的制造半导体器件的方法的流程图；
图2是示出在图1的制造半导体器件的方法中使用的光学装置的示意配置的图；
图3是示出由图2的光学装置测量的在基板上的测量区域的视图；
图4是示出图3的测量区域的特定波长图像和各个像素的光谱数据的概念图；
图5是详细地示出图1的分析操作的流程图；
图6A和图6B示出用于描述产生图5的参考图的原理的三维(3D)结构以及对应于该3D结构的光谱；
图7是示出从图3的测量区域提取的任意检查区域的视图；
图8是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的由于光的各种角度分布引起的光强度分布的校正操作的流程图；
图9A和图9B是由于作各种角度分布引起的均一的基板的两点之间产生的光强度差异的视图，该光强度差异作为由图8的校正操作处理的对象；
图10A和图10B是由于光的各种角度分布在均一的基板的多个点之间产生的光强度分布的视图，作为产生图8的校正表的过程；
图11是示出图8的校正表的视图，其中校正表表示在所述多个点的每个处的光强度分布补偿比值，使得在图10A和10B的所述多个点处的光强度分布具有恒定的光强度；
图12是示出使用图11的校正表校正在多个点处的光强度分布的结果的曲线图；
图13是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的在图1的特定波长图像的获得操作中包括的特定波长图像之间的位置未对准和尺寸差异的校正操作的流程图；
图14A至图14D是示出作为由图13的校正操作处理的对象的由不同波长引起的特定波长图像之间的位置未对准和/或尺寸差异的问题的视图；
图15是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的制造半导体器件的方法的流程图；
图16是示出在图15的制造半导体器件的方法中使用的光学装置的示意性配置的图；
图17是示出由图16的光学装置测量的在基板上的测量区域和检查区域的视图；
图18是示出其中基板上的不同半导体芯片的特定区域使用制造图15的半导体器件的方法检查的操作的示例的视图；
图19是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的制造半导体器件的方法的流程图；
图20是示出其中基板使用图19的制造半导体器件的方法对准的操作的示例的视图；以及
图21A和图21B是示出使用根据本发明构思的一些示例实施方式的制造半导体器件的方法检查半导体器件的多个单元块位置处的厚度均匀性的结果的视图。
具体实施方式
当在这里使用时，术语“和/或”包括一个或更多相关列举项目的任意和所有组合。表述诸如“……中的至少一个”，当在一列元件之后时，修饰整列元件而不修饰该列中的个别元件。
在下文，将参照附图详细描述本发明构思的一些示例实施方式。
图1是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的半导体器件制造方法M100的流程图。图2是示出在图1的半导体器件制造方法M100中使用的光学装置100的示意配置的图。图3是示出由图2的光学装置100测量的在基板111上的测量区域FOV的视图。图4是示出图3的测量区域的特定波长图像和各个像素的基于特定波长图像的光谱数据的概念图。基板111可以包括半导体晶片。
参照图1和图2，基板111的结构变化(或基板的多个结构变化)可以每当完成制造工艺时被检查。具体地，在基板111上进行在前制造工艺(S101)之后，可以对其上已经进行在前制造工艺的基板111的表面进行检查。芯片区域可以形成在其上已经进行在前制造工艺的基板111上，但是本发明构思不限于此。在前制造工艺可以是用于制造半导体器件的任何工艺，诸如沉积工艺、图案形成工艺、蚀刻工艺和清洁工艺。
在进行检查之前，空间分辨率可以通过改变(或设定)光学装置100的成像光学系统109的放大倍率来选择(S102)。
光学装置100可以包括光源101、单色仪102、入射光学系统103、入射偏振器104、分束器105、光圈106、物镜107、输出偏振器108、成像光学系统109、检测器110、平台112、信号处理器113和信号分析器114。
成像光学系统109可以是用于使基板111的图像成像的部件。成像光学系统109可以确定空间分辨率，该空间分辨率可以基于成像光学系统109的放大倍率来测量。也就是，期望的和/或最小的可测量区域可以通过成像光学系统109选择。在这种情形下，成像光学系统109的放大倍率可以被调节以选择检测器110的期望的和/或最小的像素区域作为期望的和/或最小的可测量区域。在另一些示例实施方式中，成像光学系统109的放大倍率可以被调节以选择具有光斑尺寸或更小的区域作为期望的和/或最小的可测量区域。成像光学系统109可以包括用于调节由基板111反射的光的放大倍率的至少一个透镜。
光源101可以产生具有宽波段的多波长光，例如具有可见光的波段的光。在这种情形下，可见光的波长可以在从400nm至800nm的范围内。单色仪102可以将从光源101接收的多波长光改变为具有窄波段的光。具体地，单色仪102可以用于仅选择多波长光的特定波段。入射光学系统103可以通过集中所接收的光而产生平行光。入射偏振器104可以调整入射在基板111上的光的偏振态。分束器105可以改变从入射偏振器104接收的光的方向或可以使由基板111反射的光通过。光圈106可以从分束器105接收光以控制所述光的入射角的范围。
物镜107，其是朝向基板111透射光的部件，可以改变图像的放大倍率，其通过位置调整来测量。另外，当物镜107的数值孔径(NA)大时，光的分辨率可以增大。相反地，当物镜107的NA小时，分辨率可以减小。
在一些示例实施方式中，在通过改变成像光学系统109的放大倍率来选择空间分辨率(S102)之后，该方法还可以包括通过改变物镜107选择测量模式。具体地，测量模式的选择可以是选择具有第一NA的第一测量模式和具有小于第一NA的第二NA的第二测量模式中的任一个。光学装置100可以以第一测量模式驱动以具有比第二测量模式相对更高的分辨率。还参照图2，选择第一测量模式和第二测量模式中的任一个可以在改变物镜107或改变光圈106的形状的过程中进行。
测量模式可以基于要被检查的参数的类型从基板111选择。该参数可以是膜的均匀性、结构的厚度、结构的宽度、蚀刻深度、临界尺寸、形状和膜的物理性质中的至少一个。
在一些示例实施方式中，当该参数是膜的均匀性、单个结构的厚度、单个结构的宽度、单个孔的蚀刻深度、单个结构的临界尺寸或单个结构的形状时，可以选择第一测量模式。单个结构的三维(3D)结构等可以以第一测量模式精确地成像。在另一些示例实施方式中，当该参数是多个结构的布置时，可以选择第二测量模式。第二测量模式可以具有比第一测量模式的分辨率稍微小的分辨率，并可以解决其中多个结构的图像交叠的问题。
输出偏振器108可以调整被基板111反射的光的偏振态。入射偏振器104和输出偏振器108可以被选择以分别具有入射偏振角和输出偏振角从而对要被检测的对象灵敏地起反应。
检测器110可以检测图像，因为光通过成像光学系统109成像。平台112可以支撑基板111并可以在X方向、Y方向和Z方向上移动。信号处理器113可以从检测器110获得信号，并且信号分析器114可以从信号处理器113接收信号以分析该信号。信号处理器113可以包括中央处理器(CPU)、控制器、ASIC或其它适合的硬件处理器以及存储器。
在选择空间分辨率(S102)之后，特定波长图像IMG1、IMG2、IMG3、IMG4和IMG5可以通过朝向其上已经进行在前制造工艺的基板111的第一测量区域FOV发射(和/或引导)多波长光L而获得(S103)。具体地，朝向基板111发射(和/或引导)的多波长光L可以被第一测量区域FOV反射，可以穿过成像光学系统109，并可以入射在检测器110上，第一测量区域FOV可以被显示为特定波长图像IMG1、IMG2、IMG3、IMG4和IMG5。
在一些示例实施方式中，在获得其上已经进行在前制造工艺的基板111的特定波长图像IMG1、IMG2、IMG3、IMG4和IMG5之前，可以获得在进行在前制造工艺之前的基板111的特定波长基础图像。接着，特定波长基础图像可以从其上已经进行在前制造工艺的基板111的特定波长图像去除。因此，在获得其上已经进行在前制造工艺的基板111的特定波长图像中，可以减少和/或最小化由基板111中包括的结构反射的光引起的光学干涉效应。
朝向基板111发射(和/或引导)的多波长光L可以用于通过具有高NA的物镜107而将基板111的结构表现为高分辨率图像。
根据多波长光L被发射(和/或引导)在其中的范围，第一测量区域FOV可以是单个芯片区域或多个芯片区域。第一测量区域FOV的特定波长图像IMG1、IMG2、IMG3、IMG4和IMG5可以利用至少一个像素PIXEL产生。尽管未示出，但是在一些实施方式中，第一测量区域FOV可以是对应于检测器110的像素PIXEL的期望和/或最小量的区域。在这种情形下，在选择空间分辨率(S102)中，光学装置100可以被选择从而通过增大成像光学系统109的放大倍率而具有高空间分辨率。
在获得特定波长图像IMG1、IMG2、IMG3、IMG4和IMG5(S103)之后，各个像素PIXEL的光谱数据SPD可以基于特定波长图像IMG1、IMG2、IMG3、IMG4和IMG5产生(S105)。光谱数据SPD可以是通过检测器110获得的图像数据。光谱数据SPD可以通过空间区域和光谱区域的像素再取样过程获得。光谱数据SPD可以如图4所示配置为根据空间坐标(也就是，空间X和空间Y)和波长λ的多个特定波长图像IMG1、IMG2、IMG3、IMG4和IMG5。仅五个特定波长图像IMG1、IMG2、IMG3、IMG4和IMG5在图4中示出，但是本发明构思不限于此。
在产生光谱数据SPD(S105)之后，具有第一测量区域FOV或更小的范围的至少一个检查区域的光谱可以从光谱数据SPD提取以被分析(S107)。如上所述，第一测量区域FOV的光谱数据SPD可以利用至少一个像素PIXEL产生。因此，多个检查区域可以是对应于像素PIXEL的区域。多个检查区域可以是对应于彼此间隔开的两个或更多像素PIXEL的区域。
从光谱数据SPD提取的相对地对应于所述多个检查区域的光谱表示关于所述多个检查区域的表面的状态的信息，并且所述多个检查区域的表面的状态可以通过分析该光谱预测。
还参照图7，对应于测量区域的图像IMG的第一检查区域的第一光谱IR1和第二检查区域的第二光谱IR2可以被提取。在这种情形下，第一光谱IR1和第二光谱IR2可以仅通过每个光谱的具有最大光强度的波长而显示在图像IMG上。因此，可以容易地检查每个检查区域的表面的状态。
第一检查区域和第二检查区域可以是对应于像素PIXEL的区域。第一检查区域和第二检查区域可以是对应于彼此间隔开的两个像素PIXEL的区域。
然后，后续制造工艺可以对其上已经进行在前制造工艺的基板111进行(S109)。后续制造工艺可以是用于制造半导体器件的任何工艺，诸如沉积工艺、图案形成工艺、蚀刻工艺和清洁工艺。
然后，可以确定是否需要对其上已经进行后续制造工艺的基板的表面进行检查(S111)。当确定需要对基板的表面进行检查时，该检查可以通过进行如上所述的获得特定波长图像(S103)、产生各个像素的光谱数据(S105)以及提取和分析检查区域的光谱(S107)而对基板111的该表面进行。在这种情形下，其上已经进行后续制造工艺的基板111的测量区域可以与其上已经进行在前制造工艺的基板111的测量区域相同。因此，测量区域的结构变化可以在后续制造工艺中监测。
以这种方式，根据本发明构思，误差是否存在于工艺中可以被立即地确定，因为半导体制造工艺和实时检查工艺被实时地进行，并且在半导体制造工艺期间的最佳工艺条件可以因为误差被适当地反馈到制造工艺设备而得到。
检查基板111的表面的方法在图1至图4中被描述为半导体器件制造方法M100的示例，但是本发明构思不限于此。检查基板111的表面的方法可以用于检查检查对象的表面而不是半导体器件的表面。
图5是详细地示出图1的分析操作(S107)的流程图。图6A和图6B示出用于描述产生图5的参考图的原理的3D结构以及对应于该3D结构的光谱。图7是示出从图3的测量区域提取的任意检查区域的光谱的视图。
参照图5，图1的分析操作(S107)可以包括产生参考图(S107-1)以及预测检查区域的3D结构(S107-2)。
还参照图6A和图6B，参考图可以通过获得分别对应于形成在测试基板上的不同3D结构S1和S2的光谱SS1和SS2而产生。例如，第一结构S1可以具有第一宽度W1和第一高度H1，在这种情形下，第一光谱SS1可以通过朝向第一结构S1发射(和/或引导)光获得。在第一光谱SS1中，第一波段λ1的光强度可以是最大的。此外，不同于第一结构S1的第二结构S2可以具有第二宽度W2和第二高度H2，在这种情形下，不同于第一光谱SS1的第二光谱SS2可以通过朝向第二结构S2发射(和/或引导)光获得。在第二光谱SS2中，不同于第一波段λ1的第二波段λ2的光强度可以最大。也就是，检查区域的3D结构可以从光谱的多个方面预测。
图6A和图6B旨在示出参考图，参考图不是仅限于所述结构的上述光谱。参考图可以包括各种3D结构的光谱和物理性质。
还参照图7，第一测量区域FOV的多个检查区域的光谱可以从图4的光谱数据SPD提取，3D结构可以通过将所提取的光谱与参考图的光谱匹配来预测。例如，当第一检查区域的光谱IR1匹配图6A的第一光谱SS1时，可以预测第一检查区域具有形成为对应于第一结构S1的表面。以同样的方式，当第二检查区域的光谱IR2匹配图6B的第二光谱SS2时，可以预测第二检查区域具有形成为对应于第二结构S2的表面。
第一检查区域和第二检查区域的光谱与参考图的光谱的匹配可以通过包括光谱识别算法的光学临界尺寸(OCD)仪器进行。OCD仪器可以被包括在图2的信号分析器114中，并可以是用于从光谱数据提取3D结构的装置。严格耦合波分析(RCWA)算法可以用作OCD仪器的光谱识别算法。RCWA算法可以在描述电磁波从具有栅格结构的表面衍射和反射中是有用的。因此，从存储在信号分析器114中的光谱数据提取的检查区域的光谱可以用于通过使用OCD仪器进行光谱的匹配来预测3D结构。信号分析器114可以包括中央处理器(CPU)、控制器、ASIC或其它适合的硬件处理器和用于存储指令的存储器，使得当信号分析器114执行存储器中的指令时，信号分析器114配置为使用光谱识别算法(例如RCWA)和OCD仪器分析光谱。
以这种方式，根据本发明构思，通过在通过调整物镜107的位置保证相对宽的测量区域FOV的光谱数据SPD的同时从光谱数据SPD快速地提取多个检查区域，多个检查区域可以被分析。在这种情形下，由于期望的和/或最小的可测量区域通过改变成像光学系统109的放大倍率而减小为对应于检测器110的像素的微区域，所以多个微检查区域可以被快速地提取和分析。此外，物镜107(其是高放大率的物镜)可以以高分辨率分析3D结构。
另外，还参照图2，从物镜107朝向基板111的测量区域FOV透射的多波长光L可以包括各种角度分布。在这种情形下，测量区域FOV中的多个检查区域的全部通过光L共同地成像，但是特定波长的光强度分布可以由于光L的各种角度分布而根据检查区域的位置变化。具体地，参照图9A和图9B，当具有各种角度分布的光被发射(和/或引导)到均一的测试基板121(没有根据其位置的结构和物理差异)的测量区域时，均一的测试基板121的两个检查区域Pa和Pb可以由于光的各种角度分布而具有光谱Spa和SPb之间的特定波长光强度差异ΔI。
因此，获得特定波长图像(S103)会由于光的各种角度分布而需要校正在测量区域FOV中的多个检查区域中表现的光强度分布。下面将参照图8至图12描述光强度分布的校正。
图8是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的作为图1的获得特定波长图像(S103)中包括的操作、由于光的各种角度分布引起的光强度分布的校正操作的流程图。图9A和图9B是示出由以上描述的图8的校正操作处理的对象的视图。
参照图8，由于光的各种角度分布引起的光强度分布的校正可以包括：朝向均一的测试基板发射(和/或引导)包括各种角度分布的光以及基于由均一的测试基板反射的光的光强度分布来产生校正表(S103-1)；朝向测量区域发射(和/或引导)包括各种角度分布的光以及获得测量区域的初始图像(S103-2)；以及使用校正表校正初始图像并获得被校正的图像(S103-3)。
下面将参照图10A至图12描述产生校正表(S103-1)。
图10A和图10B是示出由于光的各种角度分布而在均一的基板的多个点之间产生的光强度分布的视图，作为产生图8的校正表的过程。图11是示出图8的校正表的视图，其中校正表表示在所述多个点的每个处的光强度分布补偿比值使得在图10A和图10B的所述多个点处的光强度分布具有恒定的光强度。图12是示出使用图11的校正表校正所述多个点处的光强度分布的结果的曲线图。
参照图10A和图10B，光(其被设定为用于获得特定波长图像(S103)的模式)可以朝向均一的测试基板的测量区域发射(和/或引导)，并且可以获得测量区域的特定波长图像IMGex，其中均一的测试基板没有根据其位置的结构和物理差异。在这种情形下，光可以包括各种角度分布。
然后，对应于测量区域的各个像素的光谱数据可以基于特定波长图像IMGex产生。接着，可以提取光谱数据的多个区域P1至PN的光谱SP1至SPN。参考该多个区域P1至PN的光谱SP1至SPN，尽管该多个区域P1至PN形成均一的表面，但是特定波长的光强度分布之间的差异由于光的各种角度分布而产生。
该多个区域P1至PN可以是用于校正光强度的单位区域。因此，由于该多个区域P1至PN之间的距离IS减小，所以光强度可以被更准确地校正。例如，该多个区域P1至PN可以是对应于光谱数据的像素的区域。
参照图11，光强度分布补偿比值ΔI1至ΔIN可以分别从该多个区域P1至PN的光谱SP1至SPN获得。光强度分布补偿比值ΔI1至ΔIN可以是特定波长补偿比值。
参照图12，当图11的校正表被应用于图10B的该多个区域P1至PN的特定波长的光谱SP1至SPN时，由于在相应的多个区域P1至PN中获得具有相同光强度的特定波长校正光谱SP1’至SPN’，所以校正表的有效性可以被验证。
具体地，参照图7，特定波长初始图像可以通过朝向基板111的测量区域FOV发射(和/或引导)包括各种角度分布的光而获得。由于特定波长光强度分布之间的差异由于光的各种角度分布而在特定波长的初始图像中产生，所以会在关于测量区域FOV的表面的信息中发生误差。因此，特定波长的校正图像可以通过使用预先确定的校正表补偿特定波长的初始图像的不均匀光强度分布而获得。因此，精确的特定波长图像可以通过同时获得高分辨率图像并抑制误差发生而获得。
然后，校正的光谱数据基于特定波长的校正图像产生，并且具有第一测量区域或更小的范围的至少一个检查区域的光谱可以被如上所述地提取和分析。在这种情形下，由于每个光谱通过校正操作而包括关于检查区域的非常精确的信息，所以检查区域的3D结构可以以高精度被分析或预测。
图13是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的在获得特定波长图像(S103)中包括的由波长差异引起的特定波长图像之间的位置未对准和尺寸差异的校正操作的流程图。图14A至图14D是示出作为由图13的校正操作处理的对象的由不同波长引起的特定波长图像之间的位置未对准和/或尺寸差异的问题的视图。
首先，参照图14A至图14D，关于第一波段λ1至第三波段λ3的第一图像IMG_λ1至第三图像IMG_λ3基于相对于参考波段λ0的参考图像IMG_λ0的位置和尺寸而表现在测量区域中。与参考图像IMG_λ0相比，关于第一波段λ1的第一图像IMG_λ1可以包括位置未对准。与参考图像IMG_λ0相比，关于第二波段λ2的第二图像IMG_λ2可以包括尺寸差异。与参考图像IMG_λ0相比，关于第三波段λ3的第三图像IMG_λ3可以包括位置未对准和尺寸差异。
如以上参照图1所述，当高分辨率的光学装置用于检查微区域时，与图14B至图14D中的误差相同的误差会由于光学系统的像差和放大倍率的改变而发生在特定波长图像中。在这种情形下，由于不同项的特定波长位置信息在基于特定波长图像产生光谱数据期间从检测器的特定像素输入，所以在产生精确地反映测量区域的特定波长的光谱方面会存在限制。因此，由于获得特定波长图像(S103)包括校正特定波长图像之间的位置未对准和尺寸差异，所以相同的特定波长位置信息可以从检测器的特定像素输入。
具体地，参照图13，首先，特定波长图像之间的位置未对准和尺寸差异可以基于通过使测量区域成像而获得的特定波长图像来测量(S103-4)。然后，包括测量区域的基板和光学系统中的至少一个可以对于每个波长移动从而补偿特定波长图像之间的位置未对准和尺寸差异(S103-5)。除了平台112之外的光学装置100的配置可以被称为光学系统的配置。
再次参照图2，基板和/或光学系统可以通过支撑基板111的平台112移动，或通过支撑光学系统的光学系统平台(未示出)移动。在这种情形下，平台112和光学系统平台可以在X方向、Y方向和Z方向上移动。平台112和光学系统平台可以水平地移动以补偿位置未对准，并可以竖直地移动以补偿尺寸差异。
然后，可以对于每个波长再次获得特定波长的校正图像(S103-6)。由于对于在基板111的测量区域的特定位置处反射的每个波长的光可以由于位置未对准和尺寸差异的补偿而从检测器110的相同像素检测，所以可以获得基于特定波长的校正图像产生的精确的特定波长校正图像和光谱数据。
然后，可以产生基于特定波长的校正图像校正的光谱数据，并且具有第一测量区域或更小的范围的至少一个检查区域的光谱可以如上所述地被提取和分析。在这种情形下，由于每个光谱由于校正操作而包括关于检查区域的精确的表面信息，所以检查区域的3D结构可以以高精度分析或预测。
图15是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的半导体器件制造方法M200的流程图。半导体器件制造方法M200类似于参照图1描述的半导体器件制造方法M100，但是存在如下差异：在对宽的测量区域进行初次检查、然后对在初次检查期间确定为感兴趣的区域(ROI)的区域详细地进行二次检查。与半导体器件制造方法M100中描述的操作相同的操作将被简要地描述。
图16是示出在图15的半导体器件制造方法M200中使用的光学装置100和200的示意性配置的图。图17是示出由图16的光学装置测量的在基板上的测量区域的视图。
参照图15和图17，首先，可以在基板111上进行在前制造工艺(S201)。然后，使用图16的第二光学装置200对其上已经进行在前制造工艺的基板111进行初次检查。初次检查可以包括：通过朝向基板111的测量区域FOV发射(和/或引导)多波长光L1而获得第一特定波长图像IMGA(S203)；基于第一特定波长图像IMGA产生各个像素的第一光谱数据(S205)；以及从第一光谱数据提取至少一个第一检查区域IRA的光谱并初次分析该光谱(S207)。
还参照图16，图2中描述的第一光学装置100以及具有最大测量范围和不同于第一光学装置100的分辨率的第二光学装置200可以在基板111的初次分析中使用。在这种情形下，第一光学装置100可以是具有在垂直于支撑基板111的平台112的上表面的方向上形成的光轴的竖直光学装置，第二光学装置200可以是具有在相对于平台112的上表面倾斜的方向上形成的光轴的倾斜光学装置，但是本发明构思不限于此。
第二光学装置200可以具有比第一光学装置100的视角高的最大视角。因此，第二光学装置200可以具有比第一光学装置100的最大测量范围宽的最大测量范围。然而，第二光学装置200的分辨率可以低于第一光学装置100的分辨率。
具体地，第二光学装置200可以包括光源231和入射侧光学元件204。光源231可以发射(和/或引导)多波长光。入射侧光学元件204可以连接到光源231。入射侧光学元件204可以是透镜或偏振器。还参照图17，从光源231发射(和/或引导)的光L1可以穿过入射侧光学元件204朝向被放在平台112上的基板111上的第一测量区域FOV1发射(和/或引导)。入射光L1可以沿入射体(未示出)中的光轴205行进。
此外，第二光学装置200可以包括输出侧光学元件210和检测器211。由基板111反射的反射光L2可以通过输出侧光学元件210入射在检测器211上。反射光L2可以沿输出体(未示出)中的光轴209行进。
角度调节器212可以提供在入射体和输出体之间，并可以通过调整入射光L1的入射角或反射光L2的反射角而关于测量区域的灵敏度调整角度。
检测器211可以连接到信号处理器214和信号分析器215。检测器211可以使用由基板111上的测量区域反射的反射光L2获得特定波长图像。此外，信号处理器214可以基于特定波长图像产生各个像素的光谱数据。在所产生的光谱数据被存储在信号分析器215中之后，所产生的光谱数据可以用于提取至少一个第一检查区域IRA的光谱。
接着，在初次分析中可以确定是否存在第一检查区域IRA的需要详细检查的ROI(S209)。ROI可以是这样的区域，其在光谱的分析期间被确定为具有缺陷的区域。当确定需要对ROI进行详细检查时，可以关于ROI进行二次检查。
在进行二次检查之前，空间分辨率可以通过改变用于进行二次检查的第一光学装置100的成像光学系统的放大倍率而选择(S211)。因此，第一光学装置100可以被设定为具有高空间分辨率，并可以分析达到与图16的第二光学装置200相比的微区域。由于第一光学装置100在以上在图2中描述，所以将省略其详细描述。
另外，二次检查可以包括：通过使用第一光学装置100朝向ROI发射(和/或引导)包括光的各种角度分布的多波长光L3而获得第二特定波长图像IMGB(S213)；基于第二特定波长图像IMGB产生各个像素的第二光谱数据(S215)；以及从第二光谱数据提取至少一个第二检查区域IRB的光谱并二次分析该光谱(S217)。由于二次检查通过具有高分辨率的第一光学装置100进行，所以ROI的在第二光学装置200中发现的缺陷可以被更精确地检测。也就是，在初次检查中第一检查区域IRA和ROI IRA’可以小于第一测量区域FOV1，在二次检查中的测量区域FOV2可以具有与ROI的范围类似的范围，并且第二检查区域IRB可以小于ROI。
以这种方式，由于关于基板111的宽的表面的第一光谱数据在初次检查中使用，所以该检查可以通过提取多个检查区域被快速地进行。另外，在二次检查中对窄的表面比初次检查更详细地进行检查的同时可以回顾初次检查。也就是，二次检查可以对小于作为检查区域的ROI(在初次检查中确定缺陷存在于其中)的微区域的表面详细地进行。
在初次检查和二次检查之后，后续制造工艺可以在其上已经进行在前制造工艺的基板111上进一步进行(S219)。然后，可以确定是否需要对其上已经进行后续制造工艺的基板111的表面进行检查(S221)，并且当确定需要该检查时，上述初次检查和二次检查可以对其上已经进行后续制造工艺的基板111进行。
以这种方式，根据本发明构思，误差是否存在于工艺中可以被立即地确定，因为半导体制造工艺和实时检查工艺被实时地进行，并且在半导体制造工艺期间的最佳工艺条件可以由于误差被适当地反馈到制造工艺设备而得到。
为了描述的方便，从图16的第一光学装置200和第二光学装置200发射(和/或引导)的光L1、L2和L3被夸大，但是本发明构思不限于此。
图18是示出其中使用图15的半导体器件制造方法M200检查基板上的不同半导体芯片的特定区域的操作的示例的视图。
参照图18，检查可以通过比较多个半导体芯片而对基板的表面进行。在这种情形下，根据经验具有少量缺陷的区域可以是参考区域。
首先，可以使用图16的第二光学装置200进行初次检查。也就是，可以获得包括形成在基板111上的多个半导体芯片的第一特定波长图像，并且各个像素的第一光谱数据可以基于第一特定波长图像产生。然后，对应于参考区域的参考范围(reference shot)和对应于目标区域的目标范围(target shot)可以从第一光谱数据提取以被分析。
接着，当确定参考范围和目标范围的一些区域是需要详细检查的ROI时，可以使用图16的第一光学装置100对ROI进行二次检查。
也就是，可以获得关于每个参考区域和目标区域的第二特定波长图像，并且各个像素的第二光谱数据可以基于第二特定波长图像产生。然后，参考点RR和目标点TR可以从第二光谱数据提取作为将被分析的第二检查区域。
在目标点TR是否存在误差可以通过比较目标点TR的光谱与参考点RR的光谱确定。具体地，详细的3D结构可以使用参照图4描述的参考图确定。
图19是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的半导体器件制造方法M300的流程图。半导体器件制造方法M300类似于图1的半导体器件制造方法M100，并且存在以下差异：邻近对准标记的区域从光学装置获得的图像提取以被详细地检查并且基板11被对准。图20是示出其中采用图19的半导体器件制造方法M300将基板对准的操作的示例的视图。
参照图19和图20，可以制备其中形成预先对准标记AM的基板11(S301)。然后，空间分辨率可以通过改变图2的光学装置100的成像光学系统的放大倍率选择。因此，光学装置100可以被设定为具有高空间分辨率。
接着，光朝向作为测量区域FOV的其中形成对准标记AM的区域发射(和/或引导)，并且可以获得关于测量区域FOV的图像IMGC(S303)。然后，基板11可以基于图像IMGC对准。
基板的对准可以包括：基于图像IMGC检查基板11的对准标记AM的位置(S305)；以及移动基板11使得对准标记AM与预设坐标对准(S307)。
然后，制造工艺和形成对准标记的后续工艺可以在基板11上进行(S309)，并且可以确定是否需要对其上已经进行制造工艺的基板11进行对准检查(S311)。当确定需要对准检查时，可以进行上述的获得图像(S303)、检查对准标记的位置(S305)以及基于对准标记的位置移动基板(S307)。
基板11的对准可以持续地进行直到完成半导体器件的制造工艺(S313)。对准被示出为在图19中的制造工艺之后进行，但是本发明构思不限于此。基板11的对准可以在基板11在检查半导体器件的电特性的操作、检查半导体基板的表面的操作、使用用于进行光刻工艺的步进光刻机(stepper)的操作以及使用另一基板处理设备的操作中被处理之前，从而使基板11位于装置内部的预定位置。
以这种方式，在根据本发明构思的半导体器件制造方法M300中，由于空间分辨率根据图2的光学装置100的成像光学系统109的放大倍率选择并且精确位置可以通过从获得的图像选择性地提取对准标记AM位于其中的区域以被分析而保证，所以基板11可以在制造工艺和检查工艺期间被精确地对准。
图21A和图21B是示出使用根据本发明构思的一些示例实施方式的制造半导体器件的方法检查半导体器件的多个单元块位置处的厚度均匀性的结果的视图。
参照图21A和图21B，参照图1至图18描述的表面的检查可以对包括多个单元块的基板进行。
在特定波长图像从基板的作为测量区域的包括九个单元块区域CB1至CB9的区域获得之后，光谱数据可以基于特定波长图像产生。然后，九个单元块区域CB1至CB9的每个的光谱可以从光谱数据提取。该检查通过光学装置进行，该光学装置可以将检测器的像素区域设定为如上所述的期望的和/或最小的测量区域。
因此，九个单元块区域CB1至CB9的每个可以通过多个像素区域的光谱来分析。例如，第一单元块区域CB1在中心部分和右部分中在宽的区域上显示相同的波段。另一方面，与中心部分和右部分中的波段不同的波段在左部分中显示，并且各种波段在左部分中显示。因此，当第一单元块区域CB1的中心部分和右部分具有均一厚度时，其左部分中的厚度均匀性可以被分析为降低。
以这种方式，九个单元块区域CB1至CB9之间的厚度均匀性可以被分析。也就是，在根据本发明构思的检查中，分布在宽的区域上的检查区域可以被快速地详细检查。
图21B是将图21A中的所提取的九个单元块区域CB1至CB9示出为单个图像的视图。由于所提取的九个单元块区域CB1至CB9在图21B中被表现为根据3D结构具有不同的波段，所以九个单元块区域CB1至CB9之间的厚度均匀性可以被容易地检查。
尽管已经参照其示范性实施方式具体示出并描述了实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，可以在其中进行形式和细节上的各种改变而没有脱离由权利要求书限定的实施方式的精神和范围。
本申请要求于2016年8月26日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0109331号韩国专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体地结合于此。

Claims (22)

1.一种检查表面的方法，该方法包括：
制备基板，该基板是检查对象；
选择第一光学装置的空间分辨率，
所述第一光学装置包括配置为发射光的光源、配置为透射从所述光源接收的光的物镜、检测器、以及配置为使由所述检测器检测的光成像的成像光学系统，
选择所述第一光学装置的所述空间分辨率包括设定所述成像光学系统的放大倍率；
使用用于发射多波长光的所述光源和用于朝向所述基板的第一测量区域透射从所述光源接收的所述多波长光的所述物镜，朝向所述第一测量区域发射所述多波长光；
使用所述成像光学系统和所述检测器获得第一特定波长图像；
基于所述第一特定波长图像，产生各个像素的第一光谱数据；
从所述第一光谱数据提取具有所述第一测量区域或更小的范围的至少一个第一检查区域的光谱；以及
分析所述光谱，分析所述光谱包括以下之一：
基于匹配所述第一检查区域的光谱与参考图的光谱来预测所述第一检查区域的三维结构，所述参考图基于获得对应于测试基板上的不同三维结构的光谱而产生，以及
从所述第一光谱数据提取参考区域的光谱和所述第一检查区域的光谱，并使用光谱识别算法确定所述第一检查区域的光谱是否匹配所述参考区域的光谱。
2.根据权利要求1所述的方法，其中获得所述第一特定波长图像包括校正由于所述多波长光的各种角度分布引起的光强度分布。
3.根据权利要求2所述的方法，其中校正所述光强度分布包括：
使用所述光源朝向均一的测试基板发射包括各种角度分布的光并且基于由所述测试基板反射的光的光强度分布来产生校正表；
使用所述光源朝向所述第一测量区域发射包括各种角度分布的光并且获得所述第一测量区域的初始图像；以及
使用所述校正表从所述初始图像获得校正的图像。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多波长光被发射为具有在垂直于所述基板的上表面的方向上的光轴。
5.根据权利要求1所述的方法，其中获得所述第一特定波长图像包括校正由于不同的波长而在所述第一特定波长图像之间发生的位置未对准和尺寸差异。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一光学装置包括配置为支撑所述基板的平台；以及
校正所述位置未对准和所述尺寸差异包括：测量所述第一特定波长图像之间的所述位置未对准和所述尺寸差异；对于每个波长移动所述平台以便补偿所述位置未对准和所述尺寸差异；以及在对于每个波长移动所述平台之后再次获得特定波长的校正图像。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在获得所述第一特定波长图像之前选择测量模式，其中
选择所述测量模式包括基于在所述第一检查区域中要被检查的参数的类型选择具有第一数值孔径的第一测量模式和具有小于所述第一数值孔径的第二数值孔径的第二测量模式中的任一个。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个第一检查区域是彼此间隔开的多个第一检查区域。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一检查区域是所述第一特定波长图像的至少一个像素。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在选择所述第一光学装置的所述空间分辨率之前，预先分析所述基板，其中
预先分析所述基板包括，
使用第二光学装置朝向所述基板的第二测量区域发射多波长光并获得第二特定波长图像，
基于所述第二特定波长图像产生各个像素的第二光谱数据，
从所述第二光谱数据提取至少一个第二检查区域的光谱并预先分析所述至少一个第二检查区域的光谱，以及
在预先分析所述基板中确定在所述第二检查区域中是否存在需要详细检查的感兴趣区域，以及
所述感兴趣区域是所述第一测量区域。
11.一种制造半导体器件的方法，该方法包括：
在制备基板之前，在所述基板上进行在前制造工艺；
根据权利要求1所述的方法初次检查所述基板；以及
在初次检查所述基板之后，在所述基板上进行后续制造工艺。
12.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：
在基板上进行在前制造工艺；以及
使用光学装置初次检查所述基板，
所述光学装置包括配置为发射光的光源、配置为透射从所述光源接收的光的物镜、检测器、以及配置为使由所述检测器检测的光成像的成像光学系统，
初次检查所述基板包括：通过改变所述成像光学系统的放大倍率而选择所述光学装置的空间分辨率、使用所述光源和所述物镜朝向所述基板的测量区域发射多波长光以及获得特定波长图像，
基于所述特定波长图像产生各个像素的光谱数据并从所述光谱数据提取具有所述测量区域或更小的范围的至少一个检查区域的光谱，以及分析所述至少一个检查区域的所述光谱，
其中分析所述至少一个检查区域的所述光谱包括以下之一：
基于匹配所述检查区域的光谱与参考图的光谱来预测所述检查区域的三维结构，所述参考图基于获得对应于测试基板上的不同三维结构的光谱而产生，以及
从所述光谱数据提取参考区域的光谱和所述检查区域的光谱，并使用光谱识别算法确定所述检查区域的光谱是否匹配所述参考区域的光谱。
13.根据权利要求12所述的方法，其中获得所述特定波长图像包括在进行所述在前制造工艺之前校正由所述基板引起的光学干涉。
14.根据权利要求13所述的方法，其中校正所述光学干涉包括：
在进行所述在前制造工艺之前获得所述基板的特定波长基础图像；以及
从所述特定波长图像去除所述特定波长基础图像。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：
在初次检查所述基板之后，在所述基板上进行后续制造工艺；
确定是否需要对其上进行所述后续制造工艺的所述基板进行检查；以及
当确定需要所述检查时，以与所述初次检查相同的方法，二次检查其上进行所述后续制造工艺的所述基板。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括：
基于所述特定波长图像对准所述基板，其中对准所述基板包括基于关于所述特定波长图像的至少一个波长的图像来检查所述基板的对准标记的位置以及移动所述基板使得所述对准标记与预设坐标对准。
17.一种制造半导体器件的方法，该方法包括：
根据权利要求12所述的方法初次检查所述基板；以及
在初次检查所述基板之后，在所述基板上进行后续制造工艺。
18.一种检查表面的方法，该方法包括：
选择第一光学装置的空间分辨率，
所述第一光学装置包括配置为发射光的光源、配置为透射从所述光源接收的光的物镜、检测器、以及配置为使由所述检测器检测的光成像的成像光学系统，
选择所述第一光学装置的所述空间分辨率包括设定所述成像光学系统的放大倍率；
使用所述光源和所述物镜朝向基板的第一测量区域发射多波长光，所述光源用于发射所述多波长光，所述物镜用于朝向所述第一测量区域透射从所述光源接收的所述多波长光；
使用所述成像光学系统和所述检测器获得第一特定波长图像；
基于所述第一特定波长图像，产生各个像素的第一光谱数据；
从所述第一光谱数据提取具有所述第一测量区域或更小的范围的至少一个第一检查区域的光谱；以及
分析所述光谱，分析所述光谱包括以下之一：
基于匹配所述第一检查区域的光谱与参考图的光谱来预测所述第一检查区域的三维结构，所述参考图基于获得对应于测试基板上的不同三维结构的光谱而产生，以及
从所述第一光谱数据提取参考区域的光谱和所述第一检查区域的光谱，并使用光谱识别算法确定所述第一检查区域的光谱是否匹配所述参考区域的光谱。
19.根据权利要求18所述的方法，其中
分析所述光谱包括基于匹配所述第一检查区域的光谱与参考图的光谱来预测所述第一检查区域的三维结构，以及
所述参考图基于获得对应于测试基板上的不同三维结构的光谱而产生。
20.根据权利要求18所述的方法，其中
分析所述光谱包括从所述第一光谱数据提取所述参考区域的光谱和所述第一检查区域的光谱，并使用所述光谱识别算法确定所述第一检查区域的光谱是否匹配所述参考区域的光谱。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述光谱识别算法是严格耦合波分析算法。
22.一种制造半导体器件的方法，该方法包括：
在晶片上进行在前制造工艺；
根据权利要求18所述的方法初次检查所述晶片，所述晶片包括所述基板；以及
在初次检查所述晶片之后，在所述晶片上进行后续制造工艺。
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