CN109313139A - 图案结构物的检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一观点，提供一种图案结构物的检测方法，该方法包括：从波动源向包括图案区域的样本照射波动的步骤，所述图案区域上形成有位于基板上且具有一定图案的结构物；利用信息收集部在所述图案区域中收集基于多重衍射而形成的散斑(speckle)信息的步骤；以及将所述收集的信息与基准信息进行比较，并分析在所述图案区域上形成的结构物形态的异常与否的步骤。

Description

图案结构物的检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及一种利用混沌波感应器来检测具有二维或者三维图案的结构物(以下称之为‘图案结构物’)的图案形成异常与否的检测装置及检测方法。
背景技术
在基板上形成具有一定图案的结构物以制成图案区域的技术在产业界应用广泛。具有代表性的技术例如，半导体元件、显示器元件、微电子机械系统(MEMS)元件等，选择性地去除基板上以一定厚度涂布的金属或者绝缘体并形成微细的图案。
对于制造该图案区域的技术而言，在形成图案之后需要执行确认该图案是否正常地形成的作业。为此，现有技术采用了利用光学显微镜观察图案的最上层或者利用探针检测图案表面的异常与否的方法。
在基板上多个图案以垂直于基板的方向依次层叠时，根据所述现有的检测方法，存在很难观测到最上层图案的下方布置的图案的异常与否的问题。尤其，当构成图案的元件为光学不透明的元件例如为金属时，由于最上层的金属图案其下部存在的区域被遮盖，因此实际上，不可能以光学的形式观测到下部存在的另一图案的异常与否。
例如半导体元件制造工序，通常如内存元件、逻辑元件的半导体元件是通过在硅晶片上依次层叠具有一定图案的层(layer)而制成。
图15举例图示了MOSFET元件的断面结构。参照图15，硅晶片基板表面上形成有掺杂有掺杂剂(dopant)的活性区域801、802，该活性区域上部形成有MOS晶体管的栅极803。栅极803的上部在夹有绝缘层804的状态下，形成用于导电的各种层次的金属布线层805、806。最终，形成钝化层808用以保护已制成的结构物免受外部环境侵袭。如上所述，对于半导体元件而言，一般地，从活性区域至最终的钝化层为止，具有依次层叠的结构。
在该垂直层叠结构中，结束最后的工艺之后，很难以非破坏性的方式检测出最上层下部布置的下部结构物的异常与否。
图8举例图示了多层层叠的金属布线结构(multi-layer metallizationstructure)。图8中附图标识601为下部的第一金属布线，附图标识602为上部的第二金属布线，在以相互垂直的方向上，在上下层叠的第一金属布线601及第二金属布线602之间形成有绝缘层604。
如图8(a)所示，第一金属布线601和第二金属布线602基于在贯通绝缘层604并形成的通孔(via)内部所埋入的金属603，实现电导通。图8a为正常地埋入通孔的情况，但是根据情况由于非正常工艺导致如图8b没能够正常地埋入通孔，使通孔中间形成空隙610(void)。或者如图6c，在绝缘层604内通孔没有能够正常地贯通绝缘层604而形成非正常的图案620。
为了获知这种在通孔内是否存在空隙、通孔形成的正常程度，工艺结束后，应该通过以元件为单位的电性测试进行确认，工艺进行过程中需要确认时，需要切开晶片并对相应的部分，利用如透射电子显微镜(TEM，transmission electron microscopy)或者扫描电子显微镜(SEM，scanning electron microscopy)的检测设备进行观察。为了确认该工艺是否存在异常，需要对局部区域进行观察，但是这需要破坏晶片的全部，因此需要相当多的时间及费用。此外，由于工艺确认所需的时间导致工艺进行相应地延迟的问题发生。
除了在半导体元件之外，上述问题还可以在依次层叠多个图案层并制成的其他各种元件中同样存在。
发明内容
【技术问题】
本发明目的在于，为了解决包括上述问题在内的多个方面的问题，提供一种检测设备及检测方法，该设备不仅能够非破坏性地检测基板上以多层结构层叠的图案区域的最上层，而且还可以非破坏性地检测其下部形成的图案形状的异常。但是，所述技术问题仅用于举例说明，本发明的范围并不限于此。
【解决的技术方法】
根据本发明的一观点，提供一种图案结构物的检测方法，该方法包括：从波动源向包括图案区域的样本照射波动的步骤，所述图案区域上形成有位于基板上且具有一定图案的结构物；利用信息收集部在所述图案区域中收集基于多重衍射而形成的散斑(speckle)信息的步骤；以及将所述收集的信息与基准信息进行比较，并分析在所述图案区域上形成的结构物形态的异常与否的步骤。
在所述图案结构物的检测方法中，所述收集信息的步骤可在所述样本与所述信息收集部之间或者所述信息收集部内部的一区域中执行。
在所述图案结构物的检测方法中，所述收集信息的步骤可在第一面与第二面之间的区域中执行，所述第一面包括与所述样本的表面相距第一距离的第一地点，所述第二面包括与所述样本的表面相距大于所述第一距离的第二距离的第二地点。。
在所述图案结构物的检测方法中，还包括当包括两个以上所述信息收集部时，利用从所述多个信息收集部检测的多个散斑，并形成三维散斑图像的步骤。
在所述图案结构物的检测方法中，所述收集信息的步骤还包括将从所述样本进行多重衍射并射出的波动的至少一部分，向所述样本进行反射，从而增加在所述样本上的多重衍射次数的步骤。
在所述图案结构物的检测方法中，从所述波动源照射的波动包括激光。
在所述图案结构物的检测方法中，所述样本具有在基板上沿着垂直所述基板的方向依次层叠多个图案的结构。
在所述图案结构物的检测方法中，所述样本的结构物可包括由金属构成的图案区域和由绝缘体构成的图案区域。
根据本发明的另一观点，可提供一种图案结构物的检测方法，该检测方法用于检测基板上形成的图案结构物，所述图案结构物由位于基板上且具有相同形状的多个图案区域以一定的相隔距离周期性地反复而形成，该检测方法包括：由波动源从所述多个图案区域中选择任一的第一图案区域，并向所述第一图案区域照射波动，通过收集基于所述第一图案区域上发生的多重衍射而形成散斑(speckle)有关的信息，并在DB中进行储存的第一步骤；在与所述第一图案区域相隔一定距离的至少另一图案区域上反复地进行如所述第一步骤相同的步骤，并将所述另一图案区域中发生的散斑信息在DB中储存的第二步骤；分析所述第一步骤和第二步骤中收集的散斑信息，并设定用于判断所述图案区域的异常与否的基准的步骤；以及比较所述DB中储存的所述图案区域的散斑信息和所述基准并进行判断的步骤。
根据本发明又一观点，可通过一种图案结构物的检测装置，该装置包括：波动源，其向包括图案区域的样本照射波动，所述图案区域上形成有位于基板上且具有一定图案的结构物；信息收集部，其用于检测所述照射的波动经所述样本形成多重衍射(multiplescattering)而发生的散斑(speckle)；以及信息分析部，其接收由所述信息收集部收集的散斑信息并进行分析，并将其向显示器显示。。
在所述图案结构物的检测装置中，所述信息收集部在所述样本与所述信息收集部之间或者所述信息收集部内部的一区域中检测出所述激光散斑。
在所述图案结构物的检测装置中，所述信息收集部在相距所述样本的表面一定距离的第一区域中进行所述散斑的检测。
在所述图案结构物的检测装置中，所述第一区域布置在第一面和第二面之间，所述第一面包括与所述样本的表面相距第一距离的第一地点，所述第二面包括与所述样本的表面相距大于所述第一距离的第二距离的第二地点。
在所述图案结构物的检测装置中，所述第一区域布置在第一面和第二面之间，所述第一面包括与所述样本的表面相距第一距离的第一地点，所述第二面包括与所述样本的表面相距大于所述第一距离的第二距离的第二地点。
在所述图案结构物的检测装置中，还包括三维图像生成部，其当包括两个以上的所述信息收集部时，利用由所述多个信息收集部检测出的多个所述散斑，并生成三维散斑图像。
在所述图案结构物的检测装置中，还包括多重衍射增加部，其将经所述样本进行多重衍射而射出的射出所述波动的至少一部分向所述样本进行反射，并增加所述样本中多重衍射次数。
在所述图案结构物的检测装置中，所述多重衍射增加部包括：第一多重衍射增加部，其布置在经过所述样本中心的延长线上，其用于将从所述样本经多重衍射而射出的所述波动的至少一部分向所述样本进行反射；以及第二多重衍射增加部，其以所述样本为基准，与所述第一多重衍射增加部相面对布置，将从所述样本经多重衍射而射出的所述波动的至少一部分向所述样本进行反射。
根据本发明的又一观点，可提供一种图案结构物的检测装置，该检测装置包括：样本手柄与基准样本手柄，其分别用于收容样本及收容基准样本；波动源，其用于向所述样本及基准样本照射波动；信息收集部，其用检测散斑(speckle)，所述散斑(speckle)是所述照射的波动基于所述样本及基准样本而进行多重衍射(multiple scattering)而产生的；以及信息分析部，其接收由所述信息收集部收集的散斑信息并进行分析，并将其用显示器进行显示，所述样本及基准样本包括图案区域，所述图案区域上形成有位于基板上且具有一定图案的结构物。
在所述图案结构物的检测装置中，所述信息收集部在所述样本与所述信息收集部之间或者所述信息收集部内部的一区域中进行所述激光散斑的检测。
所述图案结构物的检测还包括多重光反射镜，其对从所述波动源入射的波动进行分割，并以多个波动进行提供；以及光反射镜，其布置在由所述多重光反射镜提供的所述波动路径上，用于改变样本及所述基准样本上反射并射出的所述波动的路径，并向信息收集部提供。
【发明的效果】
如上所述，根据本发明一实施例，可非破坏性地且短时间内检测出基板上依次层叠的结构物的图案的异常。根据本发明一实施例，可短时间内检测出图案结构物的最上部部分的图案异常及其下部形成的图案形态的异常。当然，本发明的范围不限于所述效果。
附图说明
图1a和图1b是用于说明本发明一实施例涉及的混沌波感应器的原理图。
图2是概略地图示本发明第一实施例涉及的图案结构物的检测装置的示意图。
图3是图示图1的信息收集部中用于检测激光散斑的方法的附图。
图4a至图4c是概略地图示图1的图案结构物的检测装置的实施形态的示意图。
图5a和图5b是概略地图示本发明另一实施例涉及的图案结构物的检测装置的示意图。
图6和图7是概略地图示本发明第二和第三实施例涉及的图案结构物的检测装置的示意图。
图8a至8c是具有多层层叠的金属布线结构的半导体元件的剖面图。
图9a和9b是图示半导体元件的金属布线结构的俯视图。
图10a至10c是用于仿真激光散斑的分析结果的设计方案，图11a和11b图示了激光散斑的仿真结果。
图12a至12c是用于仿真又一激光散斑的分析结果的设计方案，图13a和13b图示了激光散斑的仿真结果。
图14举例图示了多个图案区域以周期性地形成的硅晶片。
图15是通常的MOSFET半导体元件的剖面图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施例进行详细说明如下。但是本发明不受限于以下公开的实施例，而是可依据相互不同的各种形态进行实施。以下的实施例是为了使本发明的公开更加完全、为了向具有通常知识的技术人员更加完全地告知本发明的范畴而提供的。而且为了便于说明，附图中组成要素的尺寸可被夸大或者缩小。
对于如玻璃内部折射率均质性的物质而言，当受到照射光时向一定的方向发生折射，然而，向内部折射率非均质性的物质照射如激光的相干光(Coherent Light)时，物质内部发生十分复杂的多重衍射(multiple scattering)。
参照图1a，由波动源照射的光或者波动(为了便于使用以下简称为波动)中，通过多重衍射经复杂的路径进行衍射的波动的一部分将通过检测对象的表面。通过检测对象的表面多个地点的波动之间产生相长干涉(constructive interference)或者相消干涉(destructive interference)，这样的波动的相长/相消干涉将产生具有粒状花纹的散斑(speckle)。
本说明书中将这种经复杂路径产生衍射的波动称之为“混沌波(Chaotic wave)”，通过激光散斑可检测出混沌波。如图1a，利用相干光(例如激光)照射稳定媒质，所述稳定媒质的内部构成物质随着时间的变化不发生移动，可观测到无变化的稳定的散斑图案(speckle pattern)。本说明书将测试这种散斑图案的构成称之为混沌波感应器(ChaoticWave Sensor)。
根据本发明一实施例，提供一种混沌波感应器，所述混沌波感应器分析散斑，所述散斑通过波动源以一定的波长向作为样本的图案结构物(基板上的至少一部分区域上形成有图案区域的结构物)投射并由所述样本产生。这种混沌波感应器可检测图案结构物内部分区域形态的异常与否，从这个角度而言，该混沌波感应器可称之为图案结构物的检测装置。
图1b举例图示了将具有多层金属布线结构的半导体元件600作为样本时散斑图案的形成。通常，半导体元件由多个具有相异的光学特性例如折射率、光透过率等的材料的图案结构物构成。例如，参照图1b，作为电传导体的金属601、602及603由于不能使可见光透过，因此为不透明状，但是由硅氧化物或者硅氮化物构成的电绝缘体604、605在可见光区域具有高透过率。
在第一金属布线601和第二金属布线602之间形成有第一绝缘层604，第二金属布线602上部形成有第二绝缘层605。
具有代表性的绝缘层604、605的材料可以是硅氧化物(SiO2)，但除此之外，任何光可透过且具有透明度的绝缘物不管其材料如何都可使用。金属布线601、602的材料，例如可使用铝、钨、铜等。
参照图1b，对于半导体元件，在图案化其最上部的第二金属布线602的过程中形成相互分离的部分d，为了使这种分离的部分绝缘而埋入绝缘体605。例如，照射在样本表面的激光通过这种第二金属布线602的分离区域d透入至第二金属布线602的下部之后发生多重衍射。例如，所述激光在埋入通孔的金属603或者与其连接的下部第二金属布线601的表面发生反射后重新向第二金属布线602处发生衍射，并向样本的外部射出。该过程中，基于波动的相长/相消干涉形成散斑。因此，基于构成样本的结构物(金属布线、通孔、绝缘层等)的形态，可决定激光散斑的图案，随着这种结构物的变化激光散斑的图案也随之发生变化。
根据本发明的技术思想的图案结构物的检测装置的波动源可采用能够形成波动(wave)的所有种类源装置(source device)。例如，可以是能够照射特定波段的光的激光(laser)。本发明的波动源的种类不受任何限制，但是为了便于说明，以下对以激光照射装置作为波动源(或者光源)的装置为例进行说明。本发明一实施例中，将激光作为光源而使用，出于这一点，可称之为激光检测装置。
根据本发明一实施例的图案结构物的检测装置包括，照射激光的光源；支撑样本的样本手柄；信息收集部，其收集基于入射样本的光发生多重衍射(multiple scattering)而形成的激光散斑信息；以及信息分析部，其分析收集的信息，并将分析结果通过显示向使用者显示。所述信息分析部可包括控制部及显示部。控制部分析收集的信息，并将分析结果传送至显示部。显示部将接收的分析结果向外部显示。
图2是概略地图示本发明第一实施例涉及的图案结构物的检测装置100的示意图，图3是图示图1的信息收集部130中用于检测激光散斑的方法的附图。而且，图4a至图4c是概略地图示图案结构物的检测装置100的实施形态的示意图。
参照图2，本发明的第一实施例涉及的图案结构物的检测装置100可包括光源120和信息收集部130。而且，图案结构物的检测装置100还可包括样本手柄110、多重衍射增加部150、控制部140及显示部190。
光源120可向样本手柄110内的样本S照射波动。例如，为了在样本手柄110上形成散斑，可采用具有较好相干性(coherence)的激光作为波动而使用。此时，决定激光波动的相干性的波动的光谱带宽(spectral bandwidth)越窄，可增加检测的正确性。即，相干长度(coherence length)越长可增加检测的正确性。由此，波动的光谱带宽不足于预设的基准带宽的激光可作为光源120而使用，越是短于基准带宽，越是能够增加检测的正确性。例如，激光波动的光谱带宽可设定为1nm以下。
信息收集部130可包括基于光源120种类的感知手段，例如，利用可见光波段的光源时，可采用用于摄影且作为摄影装置的照相机或者图像感应器。
照相机的种类优选能够检测二维信息的照相机，但也可使用用于检测一维信息的照相机。例如，为了检测由样本S射出的激光斑点信号，照相机可位于与样本的光入射面相对视且倾斜一定角度的位置上。
作为一实施例，信息收集部130可包括图像感应器及一个以上具有一定焦距的透镜，从而可检测激光散斑。此时，焦距可小于样本S与信息收集部130之间的距离，但不限于此。作为另一实施例，信息收集部130也可以使用不包括透镜的图像感应器。
参照图3，信息收集部130可检测激光散斑，所述激光散斑由向样本S照射的波动基于样本S发生多重衍射(multiple scattering)而产生。换而言之，信息收集部130可检测由样本S诱发(caused)的激光散斑。
具体来言，信息收集部130可在样本S的表面F检测激光散斑，也可在基于样本S发生多重衍射的波动的移动路径上的一区域A1上，在预设的时间点上检测激光散斑。此时，第一区域A1可以是相距样本S表面F一定距离的区域。作为一实施例，第一区域A1可布置在第一面B1和第二面B2之间，第一面B1包括与样本S表面F相距第一距离d1的第一地点x1，所述第二面B2包括与样本S表面F相距大于第一距离d1的第二距离d2的第二地点x2。即，在信息收集部130与样本之间的第一区域A1中可检测激光散斑。此外，激光散斑可在信息收集部130的内部检测，例如，信息收集部130为CCD感应器时，可在CCD感应器的表面上检测。
作为另一实施例，信息收集部130也可利用图像感应器检测激光散斑。利用图像感应器检测激光散斑时，相比于在样本S表面观测激光散斑，可缩小焦距并检测激光散斑。
另外，当图像感应器作为信息收集部130而使用时，可配置图像感应器以使图像感应器的像数(pixel)的尺寸d小于或者等于散斑图案的粒子尺寸(grain size)。
另外，参照图4a至图4c，本发明一实施例涉及的图案结构物的检测装置100还可包括多重衍射增加部150。多重衍射增加部150将经样本S发生多重衍射而射出的波动的至少一部分向样本S进行反射，从而可增加样本S上的多重衍射的次数。
多重衍射增加部150可包括多重衍射物质(multiple scattering material)。例如，多重衍射物质包含折射率高且具有微米级以下直径的粒子，例如可包含氧化钛(TiO2)纳米粒子，多重衍射增加部150可部分地反射射入所述多重衍射增加部150的波动。
多重衍射增加部150与样本S相邻地布置，使经样本S发生多重衍射而射出的波动在样本S与所述多重衍射增加部150之间的空间至少往返移动一次。
本发明一实施例涉及的图案结构物的检测装置100通过多重衍射增加部150在样本S内增加波动的多重衍射的次数，从而可提升对样本内包括细小尺寸的非正常区域的检测的灵敏度。
多重衍射增加部150可部分地反射射入的波动，而使剩余的波动透过。或者，多重衍射增加部150可使射入的波动部分地透过，而将剩余的波动进行反射。或者，多重衍射增加部150也可以将射入的波动全部进行反射。多重衍射增加部150为了对应光源120和信息收集部130的光学结构，可选择前面所述的构成中的至少一个。
参照图4a，图案结构物的检测装置100-1作为包括光源120和信息收集部130的光学系统，可构成反射型。射入样本S的波动L1由于样本S不均匀的光学属性，发生多重衍射现象，从而可使部分波动产生反射而射出。此时，信息收集部130通过摄影激光散斑信号，从而可检测基于样本S诱发的激光散斑，所述激光散斑信号是由于样本S不均匀的光学属性且基于样本S波动发生反射并射出而产生的。
图案结构物的检测装置100-1可包括第一多重衍射增加部151和第二多重衍射增加部153。第一多重衍射增加部151布置在穿过样本S的中心的延长线C上，可将经样本S发生多重衍射而射出的波动的至少一部分向样本S进行反射。
第二多重衍射增加部153以样本S为基准与第一多重衍射增加部151相对布置，可将经样本S发生多重衍射而射出的波动的至少一部分向样本S进行反射。作为反射型光学系统，第一多重衍射增加部151可形成半透过型以使波动的一部分透过，而对一部分进行反射。
此外，第二多重衍射增加部153可形成将射入的波动的全部进行反射的反射型。由此，可显著地增加波动在样本S内发生多重衍射的次数。
图4a中光源120的使用不受波长、波动的强度等的限制，信息收集部130的种类优选能够检测二维信息的照相机，但也可使用能够检测一维信息的照相机。
图4a中，光源120、样本S的位置不受限制，检测反射的激光散斑信号的信息收集部130可位于一位置上，所述位置上检测的一散斑尺寸相当于信息收集部130的像素中2至3个像素以上尺寸。例如，信息收集部130为了检测基于样本S的由波动的反射产生的激光散斑信号，可位于与样本S的光入射面倾斜一定角度的位置上。
参照图4b，图案结构物的检测装置100-2作为包括光源120和信息收集部130的光学系统，可构成透过型。射入样本S的波动由于样本S不均匀的光学属性，发生多重衍射现象，从而可使部分波动透过样本S并射出。
由此，信息收集部130通过摄影激光散斑信号，从而可检查基于透过样本S而诱发的激光散斑，所述激光散斑信号由基于波动透过样本S并射出而产生的。
当样本特性的侦测装置100-2的光学系统以透过型构成时，第一多重衍射增加部151和第二多重衍射增加部153可构成半透过型以使部分波动透过，而部分进行反射。
参照图4c，图案结构物的检测装置100-3作为包括光源120和信息收集部130的光学系统，可构成分光型。射入样本S的波动L1由于样本S不均匀的光学属性，发生多重衍射现象，从而可使部分波动产生反射而射出，这种情况利用分光镜181(Beam splitter)，将部分波动的路径变换至信息收集部130。
当构成分光型时，由于利用波动的偏光状态，还可包括如相位延迟板或者偏光板的光学部件。此时，信息收集部130位于光源120与样本S之间，可改变基于样本S发生反射并射出的波动的路径。而且，信息收集部130可检测基于样本S的反射及基于路径的变更而发生的激光散斑。
另外，当图案结构物的检测装置100-3的光学系统构成分光型时，第一多重衍射增加部151可形成半透过型以使波动的一部分透过，而对一部分进行反射。此外，第二多重衍射增加部153可形成将射入的波动的全部进行反射的反射型。
另外，图案结构物的检测装置100还可包括控制部140和显示部190。
控制部140分析信息收集部130收集的散斑信息并将分析结果向显示部190传送。例如，控制部140通过分析激光散斑的形态，可判断作为样本的图案结构物内的图案形态是否与预设的设计方案相一致。
显示部190将控制部140分析的信息向外部显示以使使用者能够进行确认。
图5a和图5b是概略地图示本发明另一实施例涉及的图案结构物的检测装置100-4的示意图。在图5a和图5b中为了便于说明，以光学部件135和信息收集部130间的关系为中心进行说明。
参照图5a和图5b，图案结构物的检测装置100-4还包括光学部件135，所述光学部件135用于将从样本衍射的第一波动信号复原调制至光源120的波动基于样本发生衍射之前的第二光信号。此时，光学部件135可包括空间光调制器1351(SLM，Spatial LightModulator)及信息收集部130。光学部件135如果从检测对象射入衍射的波动，则去除衍射的波动的波面，并重新复原至衍射之前的波动(光)并向信息收集部130提供。空间光调制器1351可射入从样本衍射的波动(光)。空间光调制器1351可去除从样本衍射的波动的波面并向透镜1352提供。透镜1352可将去除的光聚集并重新向信息收集部130提供。信息收集部130感知在透镜中聚集的波动，并复原至衍射前最初从波动源中输出的波动并输出。
另外，图6是概略地图示本发明的第二实施例涉及的图案结构物的检测装置200-1的实施形态的附图。在第二实施例中，图案结构物的检测装置200-1可包括两个以上的信息收集部230A、230B、230C及230D。此时，图案结构物的检测装置200-1还可包括三维图像生成部245，所述三维图像生成部245利用从多个信息收集部230A、230B、230C及230D检测的多个激光散斑，生成三维散斑图像。为了生成三维图像则理论上需要的信息收集部230的数量为2个，但在使用2个时，是掌握相对的图像，为了生成绝对的三维图像，至少包括3个信息收集部230。附图中，为了提高精确度图示了4个信息收集部230A、230B、230C及230D。
图7是概略地图示本发明的第三实施例涉及的图案结构物的检测装置200-2的实施形态的附图。
参照图7，第三实施例涉及的图案结构物的检测装置200-2可包括样本手柄210、基准样本手柄215、光源220、信息收集部230、控制部240、分光镜281及多重光反射镜283。本实施例还包括基准样本手柄215，由此除了将波动路径另行设置之外，其它部分与前面所述的实施例的组成要素相同，故在此省略其重复说明。基准样本手柄215可与样本手柄210相邻地布置，且可容纳基准样本。
例如，基准样本可以是经确认为正常制造的标准半导体元件，样本可以是工艺制造的正常与否有待确认的半导体元件。
光源220可向样本手柄210内的样本及基准样本手柄215内的基准样本照射激光。在此，多重光反射镜283和分光镜281可位于光源220与样本手柄210和基准样本手柄215之间。此外，还可包括用于改变从光源220提供的波动路径的反射镜285(mirror)。
多重光反射镜283将从光源220入射的波动进行分离，并向多个波动路径提供。多重光反射镜283可从前面和后面分别对波动进行反射，提供平行且分离的第一波动L2和第二波动L3。
分光镜281布置在由多重光反射镜283提供多个波动路径上，分别将所述第一波动L2和第二波动L3向样本及基准样本提供。此后，可改变从样本及基准样本中反射并射出的波动的路径，并向信息收集部230提供。
信息收集部230分别从样本和基准样本可检测出基于照射的波动的多重衍射而产生的第一激光散斑和基准激光散斑。信息收集部230可包括第一信息收集部231和第二信息收集部233，所述第一信息收集部231对应从样本反射的第一波动的路径而布置。所述第二信息收集部233对应从基准样本反射的第二波动的路径而布置。
控制部240对检测出的第一激光散斑信息和第二激光散斑信息进行相互比较和分析，并判断所述第一激光散斑信息和第二激光散斑信息的差值是否为预设的基准值以下。如果第一激光散斑信息和第二激光散斑信息的差值为所述基准值以下时，则可将作为样本的半导体元件的图案结构视为与标准半导体元件相同，为正常制造。如果相反，则判断为作为样本的半导体元件的图案结构上存在超出正常范围的部分，因此可推测出制造工序中发生了问题。
图8中，作为样本的示例，图示了半导体元件的多层金属布线结构物。以下参照图8，对利用这种样本结构物的变化来分析散斑图案的方法进行说明。
图8a为执行正常工艺的附图，图8b为通孔部分形成有空隙110的附图，图8c为没有形成贯通绝缘层604的触点(contact)的附图。
将上述样本安装在样本手柄上之后向样本照射激光，并收集从样本衍射的激光散斑信息。收集的信息在信息分析部进行分析。信息分析部包括控制部及显示部。
构成信息分析部的控制部与DB连接，该DB储存有标准样本，即，执行如图8a时的激光散斑信息。所述控制部将收集的激光散斑信息与DB中预先储存的标准样本的激光散斑信息进行相互比较，并推导出散斑图案的差值。如果该差值为预设的基准以下时，则分析的样本可解释为与标准样本具有相同的结构，因此可断定工艺执行正常。
相反，如如图8b或者图8c执行非正常的工艺而在图案上存在异常区域时，由于收集的散斑信息和标准样本的散斑信息的差异显著，其差值必将超过预先设定的基准，因此可断定工艺以非正常的方式被执行。
所述控制部的判断结果将向显示部传送并显示以使使用者能够确认。
图9作为另一例子，是通过激光散斑分析来确认金属布线的线宽变化的例子。如图9a具有正常线宽时，与标准样本的差值将为预设的基准以下。但是如图9b以非正常的方式形成线宽且具有区域701时，与标准样本的差异将十分显著，由此可断定工艺是以非正常的方式进行的。
为了确认基于图案结构物的差值的激光散斑结果，对具有如图9a和9b形态的图案结构物的激光散斑结果进行仿真(simulation)。
图10图示了用于仿真的设计方案。图10c图示了用于仿真而设计的半导体元件的断面结构。参照图10c，基板1100为硅单结晶，基板1100上部形成有以所定的相隔距离形成的铝制金属布线1110。形成金属布线1110后，在金属布线1110上涂布硅氧化膜1120。图10a至图10c的附图中栅格的间隔为100nm，从光源照射的激光的波长为532nm。
图10a为正常地形成金属布线的情况，图10b为部分金属布线上形成有断线(defect)的情况。
图11图示了仿真结果。图11a是图10a所图示的结构的激光散斑结果，图11b是图10b所图示的结构的激光散斑结果。
如图11a和图11b所示，金属布线的形成以非正常的方式进行时(图11b)，与正常方式进行的情况(图11a)相比，可显示出显著不同的激光散斑结果。通过比较图11a和11b的结果，可判断金属布线制造过程中是否存在工艺异常。
图12图示了用于仿真的另一设计方案。图12c图示了用于仿真而设计的半导体元件的断面结构。参照图12c，基板2100为硅单结晶，基板2100上部形成有以所定的相隔距离形成的铝制第一金属布线2110。形成第一金属布线2110后，在第一金属布线2110上部利用硅氧化膜形成第一绝缘体层2120。在第一绝缘体层2120上部形成垂直于第一金属布线2110的延伸方向并延伸的第二金属布线2130后，同样在其上部利用硅氧化膜形成第二绝缘体层2140。金属布线2110、2130皆由铝制成。
只是，对于图12a，第一金属布线2110和第二金属布线2130皆正常形成，但是对于图12b，位于下部的第一金属布线2110的部分区域存在断线(defect)。对于图12b，由于金属布线2130的图案化正常地进行，当在平面图上观察时，第一金属布线2110的断线部分由于被第二金属布线2130遮挡而不能被发现。图12a至图12c的附图中栅格的间隔为100nm，从光源照射的激光的波长为532nm。
图13图示了仿真结果。图13a是图12a所示结构的激光散斑结果，图13b是图12b所示结构的激光散斑结果。
如图13a和13b所示，金属布线以非正常的方式形成时(图13b)，相比于以正常方式形成的情况(图13a)，可显示出显著不同的另一激光散斑结果。通过比较图13a和图13b的结果，可判断金属布线制造过程中是否存在工艺异常。
尤其，对于图13b，在最上层部上形成的金属布线在可见光区域为不透明，因此很难利用如现有的方法观察其下部形成的非正常图案区域(defect)。但是，根据本发明，通过检测的非正常的散斑图案，可推测最上部金属布线的下部存在非正常图案区域。
作为另一例，利用相同的方法，可检测通过在硅基板中注入离子而形成的活性区域的正常与否。
根据本发明一实施例涉及的另一激光检测装置，对于位于基板上且具有相同形状的多个图案区域以相距一定的距离且周期性地反复的形式形成的元件，可执行判断所述各图案区域是否存在异常的功能。具有代表性的是，通过依次检测形成于硅晶片上的多个图案区域，可执行对硅晶片内形成的多个图案区域的全部中的每个图案形状的异常与否进行判断的功能。
图14举例图示了硅晶片上形成有多个图案区域的情况。该情况下，图案区域是最终工艺结束时通过锯切(sawing)分离且最终作为一个元件而区分的区域。
当利用本发明一实施例涉及的图案结构物的检测装置时，多个图案区域例如图14的箭头，从左侧最上端图案区域出发依次经过激光照射，信息收集部分别收集基于各自图案区域对应的激光散斑信息并储存到DB上。
信息分析部对储存在DB中的各图案区域的激光散斑信息进行分析，并设定能够判断图案的正常与否的基准。例如，激光散斑花纹的强度或者形态等可作为设定基准的特性。设定将作为该基准的对象的特性之后，进行如全部图案区域的平均值和标准偏差等的统计学分析。执行结果，推导出的基准对象特性被设定为平均值及标准偏差的基准。
例如，收集的激光散斑信息明显超出平均值的图案区域可解释为具有不同于其他图案区域的结构，可视为是以非正常工艺进行的区域。因此通过输出该以非正常工艺进行的图案区域的信息，使用者无需将硅晶片局部切开并照射，也能获得非正常工艺的图案区域的信息。
本发明参照附图所图示的一实施例进行了说明，其仅用于举例说明，对于本技术领域具有一般知识的技术人员而言，应该能够理解，基于上述实施例可进行各种变形及可具有与其等同的其他实施例的事实。因此本发明的真正的技术保护范围应该基于附上的权利要求书的技术思想而确定。
【产业上应用可能性】
根据本发明一实施例，可非破坏性地且短时间内检测基板上依次层叠的结构物的图案异常。根据本发明一实施例，可在短时间内可检测图案结构物的最上部部分的图案异常及其下部形成的图案形态的异常，时间效率优异，可进行多个实验，从而可减少检测费用。

Claims (19)

1.一种图案结构物的检测方法，其特征在于，该方法包括：
从波动源向包括图案区域的样本照射波动的步骤，所述图案区域上形成有位于基板上且具有一定图案的结构物；
利用信息收集部在所述图案区域中收集基于多重衍射而形成的散斑(speckle)信息的步骤；以及
将所述收集的信息与基准信息进行比较，并分析在所述图案区域上形成的结构物形态的异常与否的步骤。
2.如权利要求1所述的图案结构物的检测方法，其特征在于，
所述收集信息的步骤在所述样本与所述信息收集部之间或者所述信息收集部内部的一区域中执行。
3.如权利要求1所述的图案结构物的检测方法，其特征在于，
所述收集信息的步骤在第一面与第二面之间的区域中执行，所述第一面包括与所述样本的表面相距第一距离的第一地点，所述第二面包括与所述样本的表面相距大于所述第一距离的第二距离的第二地点。
4.如权利要求1所述的图案结构物的检测方法，其特征在于，
还包括：当包括两个以上所述信息收集部时，利用从所述多个信息收集部检测的多个散斑，并形成三维散斑图像的步骤。
5.如权利要求1所述的图案结构物的检测方法，其特征在于，
所述收集信息的步骤还包括将从所述样本发生多重衍射并射出的波动的至少一部分向所述样本进行反射，从而增加在所述样本上的多重衍射次数的步骤。
6.如权利要求1所述的图案结构物的检测方法，其特征在于，
从所述波动源照射的波动包括激光。
7.如权利要求1所述的图案结构物的检测方法，其特征在于，
所述样本具有在基板上沿着垂直所述基板的方向依次层叠多个图案的结构。
8.如权利要求1所述的图案结构物的检测方法，其特征在于，
所述样本的结构物包括由金属构成的图案区域和由绝缘体构成的图案区域。
9.一种图案结构物的检测方法，该检测方法用于检测基板上形成的图案结构物，所述图案结构物由位于基板上且具有相同形状的多个图案区域以一定的相隔距离周期性地反复而形成，其特征在于，该检测方法包括：
由波动源从所述多个图案区域中选择任一的第一图案区域，并向所述第一图案区域照射波动，通过收集基于所述第一图案区域上发生的多重衍射而形成散斑(speckle)有关的信息，并在DB中进行储存的第一步骤；
在与所述第一图案区域相隔一定距离的至少另一图案区域上反复地进行如所述第一步骤相同的步骤，并将所述另一图案区域中发生的散斑信息在DB中储存的第二步骤；
分析所述第一步骤和第二步骤中收集的散斑信息，并设定用于判断所述图案区域的异常与否的基准的步骤；以及
比较所述DB中储存的所述图案区域的散斑信息和所述基准并进行判断的步骤。
10.一种图案结构物的检测装置，其特征在于，该装置包括：
波动源，其向包括图案区域的样本照射波动，所述图案区域上形成有位于基板上且具有一定图案的结构物；
信息收集部，其用于检测所述照射的波动经所述样本形成多重衍射(multiplescattering)而发生的散斑(speckle)；以及
信息分析部，其接收由所述信息收集部收集的散斑信息并进行分析，并将其向显示器显示，
所述信息收集部在所述样本与所述信息收集部之间或者所述信息收集部内部的一区域中检测出激光散斑。
11.如权利要求10所述的图案结构物的检测装置，其特征在于，
所述信息收集部在相距所述样本的表面一定距离的第一区域中进行所述散斑的检测。
12.如权利要求11所述的图案结构物的检测装置，其特征在于，
所述第一区域布置在第一面和第二面之间，所述第一面包括与所述样本的表面相距第一距离的第一地点，所述第二面包括与所述样本的表面相距大于所述第一距离的第二距离的第二地点。
13.如权利要求11所述的图案结构物的检测装置，其特征在于，
所述第一区域布置在第一面和第二面之间，所述第一面包括与所述样本的表面相距第一距离的第一地点，所述第二面包括与所述样本的表面相距大于所述第一距离的第二距离的第二地点。
14.如权利要求10所述的图案结构物的检测装置，其特征在于，
还包括三维图像生成部，其当包括两个以上的所述信息收集部时，利用由所述多个信息收集部检测出的多个所述散斑，并生成三维散斑图像。
15.如权利要求10所述的图案结构物的检测装置，其特征在于，
还包括多重衍射增加部，其将经所述样本进行多重衍射而射出的所述波动的至少一部分向所述样本进行反射以增加所述样本中多重衍射的次数。
16.如权利要求15所述的图案结构物的检测装置，其特征在于，
所述多重衍射增加部包括：
第一多重衍射增加部，其布置在经过所述样本中心的延长线上，其用于将从所述样本经多重衍射而射出的所述波动的至少一部分向所述样本进行反射；以及
第二多重衍射增加部，其以所述样本为基准，与所述第一多重衍射增加部相面对布置，将从所述样本经多重衍射而射出的所述波动的至少一部分向所述样本进行反射。
17.一种图案结构物的检测装置，其特征在于，该检测装置包括：
样本手柄与基准样本手柄，其分别用于收容样本及收容基准样本；
波动源，其用于向所述样本及基准样本照射波动；
信息收集部，其用检测散斑(speckle)，所述散斑(speckle)是所述照射的波动基于所述样本及基准样本而进行多重衍射(multiple scattering)而产生的；以及
信息分析部，其接收由所述信息收集部收集的散斑信息并进行分析，并将其用显示器进行显示，
所述样本及基准样本包括图案区域，所述图案区域上形成有位于基板上且具有一定图案的结构物。
18.如权利要求17所述的图案结构物的检测装置，其特征在于，
所述信息收集部在所述样本与所述信息收集部之间或者所述信息收集部内部的一区域中进行激光散斑的检测。
19.如权利要求17所述的图案结构物的检测装置，其特征在于，
还包括多重光反射镜，其对从所述波动源入射的波动进行分割，并以多个波动进行提供；以及
光反射镜，其布置在由所述多重光反射镜提供的所述波动路径上，用于改变所述样本及所述基准样本上反射并射出的所述波动的路径，并向信息收集部提供。
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