TWI391625B - 表面檢視設備、表面檢視方法和曝光系統 - Google Patents

表面檢視設備、表面檢視方法和曝光系統 Download PDF

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TWI391625B
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Description

表面檢視設備、表面檢視方法和曝光系統
本發明是有關於一種檢視一構成於一半導體晶圓、一液晶基板等等上之圖案的檢視設備及檢視方法。
已提議各種方法來決定一構成於一半導體晶圓上之圖案的品質，這些方法在當藉由一掃描電子顯微鏡(SEM)來進行觀測時，會測量一圖案之截面形式。該SEM之圖案截面形式測量作業的執行方式，是藉由在該圖案之截面方向上將電子束施加於一主題基板上之圖案來掃描，並偵測且分析來自該圖案的反射電子或是次級電子，藉以得到掃描部分的截面形式。會在該圖案之多個點處上進行這項作業，藉以決定整個圖案之形式的正確度。而該者可從該圖案之截面形式，進一步檢查在一構成一圖案的曝光製程或蝕刻製程裡是否有任何問題，或者是否確已選定適當的製程條件。例如，對於曝光製程來說，可事先獲得一曝光條件與一圖案之截面形式間的相關性，藉以從受檢視之圖案的截面形式中，決定是否應修正該曝光設備的曝光條件，並且若確需要進行修正，則可按照如上所述的相關性以獲得適當的曝光條件。而對於蝕刻製程，會事先獲得像是氣體種類、氣體壓力及加速電壓之各項條件與圖案之截面形式間的相關性，然後執行相同的條件檢查。這可如日本專利申請案公開第2003－302214號案所揭示者。
即如前述，由於在SEM的測量作業中會重複多次在該圖案以電子束之輻射照射來進行掃描，因此會需要大量時間以獲得一圖案的形式。同時，由於高度觀測放大之故，要獲得一晶圓上的所有圖案形式會很困難，這會造成須對多個圖案取樣以進行檢視，俾決定整個晶圓的品質。從而，或會忽略任何在取樣部分以外之部分內的缺陷。同時，在一光阻圖案裡，當施加電子束時，電子束會被吸收且因加速電壓而使該光阻充電，從而會減少圖案的數量。在一些情況下，會出現放電，而圖案或會潰散，這在後續的製程裡將會帶來不便。因此，也會藉由改變加速電壓、觀測放大率等等來計算光學觀測條件。為此原因，測量作業又會需佔更多的時間。
根據先前技藝，會出現一個問題：無法由此一觀視而完整地偵測到一曝光設備或一蝕刻器內的誤失項目。同時，由於會要求大量時間以進行測量作業，因此無法迅捷地將該曝光設備或蝕刻器內從該測量作業所偵得之任何誤失回饋給這些裝置。
考量到這些問題，本發明之一目的即在於提供一種能夠在一短時間內判斷一待予檢視基板上之圖案形式的品質之表面檢視設備及表面檢視方法，而無論該圖案究係一光阻圖案或一蝕刻圖案皆同。
本發明之另一目的即提供一種能夠標定一構成一圖案之製程條件的表面檢視設備及表面檢視方法。
根據本發明，茲提供一種表面檢視設備，其中包含：一照明裝置，此係照明一透過一預設圖案構成製程所構成之圖案，其中該製程包含一構成於一主題基板上之光阻層的曝光製程，以藉一線性極化光線而具一週期性；一設定裝置，此係設定該主題基板之方向，其方式係該線性極化之振動平面與該圖案之重複方向為相互傾斜；一擷出裝置，此係將一具有一垂直於該線性極化之平面的振動平面之極化成分擷離於來自該圖案之鏡面反射光線；以及一影像構成裝置，此係按照所擷出之光線來構成該基板表面的影像，其中在該圖案構成製程內之一圖案構成條件是依照由該影像構成裝置所構成之基板表面影像的光線強度而標定。
在本發明之表面檢視設備裡，該圖案構成條件最好是依一基準圖案之影像的光線強度與構成於該主題基板上之圖案的影像光線強度間之差值為基礎，在組成該圖案構成製程以及構成於該主題基板上之圖案的圖案構成條件之各項因素裡，檢視出究竟哪項因素造成該差值。
在本發明之表面檢視設備裡，該圖案構成條件之規格最好是按照一於基準圖案之影像的光線強度與構成於該主題基板上之圖案的影像之光線強度間的差值為基礎，來執行一構成於該主題基板上之圖案的圖案構成條件之預設因素的定量性測量作業。
根據本發明，該圖案構成條件之規格最好是標定該曝光製程之一曝光量與一焦點的至少一者。
在本發明之表面檢視設備裡，該圖案構成條件之規格最好是標定一在該基板上新構成一圖案的條件。
在本發明之表面檢視設備裡，該圖案構成條件之規格最好是標定一構成一已構成之圖案的條件。
在本發明之表面檢視設備裡，在該曝光製程裡最好是事先備製其上複數個圖案是在按每次照射而變之曝光條件下所曝光的基板之表面檢視資料，而同時該基板及一曝光光學系統是相對於彼此而受掃描，並且藉由識別該曝光製程之曝光條件來標定該圖案構成條件。
在本發明之表面檢視設備裡，該圖案最好是含有複數個具相互不同之間距及形式的區域，且該圖案構成條件是按照對於該等區域各者之影像的光線強度所標定。
根據本發明之第二特性，茲提供一種表面檢視設備，其中包含：一照明裝置，此係照明一圖案，其中含有複數個具相互不同之間距及形式的區域，且構成於一透過一預設製程而構成於一基板上之光阻層上，該製程含有一曝光製程，以藉一線性極化光線而具一週期性；一設定裝置，此係設定該線性極化之振動平面與該圖案之重複方向為相互傾斜；一擷出裝置，此係將一具有一垂直於該線性極化之平面的振動平面之極化成分擷離於來自該圖案之鏡面反射光線；以及一影像構成裝置，此係按照所擷出之光線來構成該基板表面的影像，其中該曝光製程之一聚焦位移及該劑量位移的至少一者是依照由該影像構成裝置所構成之基板表面的影像之光線強度所測量。
在根據本發明第二特性之表面檢視設備裡，在該曝光製程裡最好是事先備製其上複數個圖案是在按每次照射而變之曝光條件下所曝光的基板之表面檢視資料，而同時該基板及一曝光光學系統是相對於彼此而受掃描，並且藉由識別該曝光製程之曝光條件來標定該圖案構成條件。
在根據本發明第二特性之表面檢視設備裡，最好是進一步包含一影像處理裝置，可令該聚焦位移及該劑量位移至少一者按照該表面檢視資料而習知一影像。
根據本發明之第三特性，茲提供一種曝光系統，其中包含：一曝光該圖案之曝光設備；一根據上述第二特性之表面檢視設備；以及一處理設備，此係按照該聚焦位移及該劑量位移至少一者以計算一最佳聚焦量及一最佳劑量至少一者，其中是藉由回應於一來自該處理設備之信號來控制一曝光條件。
根據本發明之第四特性，茲提供一種表面檢視設備，其中包含：一照明裝置，此係照明一透過一預設圖案構成製程所構成之圖案，其中該製程包含一構成於一主題基板上之光阻層的曝光製程，以藉一線性極化光線而具一週期性；一設定裝置，此係設定該主題基板之方向，其方式係該線性極化之振動平面與該圖案之重複方向為相互傾斜；一擷出裝置，此係將一具有一垂直於該線性極化之平面的振動平面之極化成分擷離於來自該圖案之鏡面反射光線；以及一影像構成裝置，此係按照所擷出之光線來構成該基板表面的影像，其中在該圖案之品質是按照在由該影像構成裝置所構成之圖案的影像之一預設位置處的光線強度所決定。
根據本發明之第五特性，茲提供一種表面檢視方法，其中包含如下步驟：照明一透過一預設圖案構成製程所構成之圖案，其中該製程包含一構成於一主題基板上之光阻層的曝光製程，以藉一線性極化光線而具一週期性；設定該主題基板之方向，其方式係該線性極化之振動平面與該圖案之重複方向為相互傾斜；將一具有一垂直於該線性極化之平面的振動平面之極化成分擷離於來自該圖案之鏡面反射光線；以及按照所擷出之光線來構成該基板表面的影像，藉以按照基板表面的影像之光線強度，識別該圖案構成製程中之一圖案構成條件。
在根據本發明第五特性之表面檢視方法裡，該圖案構成條件最好是依一基準圖案之影像的光線強度與構成於該主題基板上之圖案的影像光線強度間之差值為基礎，在組成該圖案構成製程以及構成於該主題基板上之圖案的圖案構成條件之各項因素裡，標定出究竟哪項因素造成該差值。
在根據本發明第五特性之表面檢視方法裡，該圖案構成條件之規格最好是按照一於基準圖案之影像的光線強度與構成於該主題基板上之圖案的影像之光線強度間的差值為基礎，來執行一構成於該主題基板上之圖案的圖案構成條件之預設因素的定量性測量作業。
在根據本發明第五特性之表面檢視方法裡，該圖案構成條件之規格最好是標定該曝光製程之一曝光量與一焦點的至少一者。
在根據本發明第五特性之表面檢視方法裡，該圖案構成條件之規格最好是標定一在該基板上新構成一圖案的條件。
在根據本發明第五特性而如前所述之表面檢視方法裡，該圖案構成條件之規格最好是標定一構成一已構成之圖案的條件。
在根據本發明第五特性之表面檢視方法裡，在該曝光製程裡最好是事先備製其上複數個圖案是在按每次照射而變之曝光條件下所曝光的基板之表面檢視資料，而同時該基板及一曝光光學系統是相對於彼此而受掃描，並且藉由識別該曝光製程之曝光條件來標定該圖案構成條件。
在根據本發明第五特性之表面檢視方法裡，該圖案最好是含有複數個具相互不同之間距及形式的區域，且該圖案構成條件是按照對於該等區域各者之影像的光線強度所標定。
根據本發明之第六特性，茲提供一種表面檢視方法，其中包含：照明一圖案，其中含有複數個具相互不同之間距及形式的區域，且構成於一透過一預設製程而構成於一基板上之光阻層上，該製程含有一曝光製程，以藉一線性極化光線而具一週期性；設定該線性極化之振動平面與該圖案之重複方向為相互傾斜；將一具有一垂直於該線性極化之平面的振動平面之極化成分擷離於來自該圖案之鏡面反射光線；以及按照所擷出之光線來構成該基板表面的影像，其中該曝光製程之聚焦位移及劑量位移的至少一者是依照由該影像構成裝置所構成之基板表面的影像之光線強度所測量。
根據本發明之第七特性，茲提供一種表面檢視方法，其中包含如下步驟：照明一透過一預設圖案構成製程所構成之圖案，其中該製程包含一構成於一主題基板上之光阻層的曝光製程，以藉一線性極化光線而具一週期性；設定該主題基板之方向，其方式係該線性極化之振動平面與該圖案之重複方向為相互傾斜；將一具有一垂直於該線性極化之平面的振動平面之極化成分擷離於來自該圖案之鏡面反射光線；以及按照所擷出之光線來構成該基板表面的影像，藉以按照在該基板表面影像中之圖案影像之一預設位置處的光線強度來決定該圖案之品質。
即如前述，根據本發明之多項特性，可提供一種能夠在短時間內判斷一構成於一待予檢視之基板上的圖案之品質的表面檢視設備及表面檢視方法，無論該圖案究係一光阻圖案或一蝕刻圖案皆然。
根據本發明之另一特性，也可提供一種能夠標定一構成該圖案之製程條件的設備。
又根據本發明之另一特性，也可提供一種採用一本發明之表面檢視設備的曝光系統。
可參照於各圖式以完整說明本發明具體實施例。
(具體實施例1)
如圖1所示之具體實施例1的表面檢視設備10中包含：一支撐一作為一主題基板之半導體晶圓20的台座11、一對準系統12、一照明系統13、一光線接收系統14及一影像處理裝置15。該表面檢視設備10亦供置以一用以顯示一拍攝之影像或一影像處理之結果的監視器M。該表面檢視設備10係一在半導體電路裝置生產作業的過程中，自動地對該半導體晶圓20之表面執行檢視的設備。在對該最頂層之光阻薄膜進行一曝光步驟及一顯影步驟後，會由一未呈現之傳送系統將該半導體晶圓20從一未呈現之晶圓匣或一顯影裝置載出，而由該台座11所吸入。
複數個晶片區域21在該半導體晶圓20表面上為按方向X及Y所排置，即如圖2所示，並且在該等晶片區域21各者內構成有一重複圖案22。該重複圖案22即如圖3所示為一光阻圖案(像是一接線圖案)，其中複數個線路部份2A係沿側向(方向X)而按一預定間距P所供置。於各相鄰線路部份2A間之空間稱為一空間部分2B。該等線路部份2A之排置方向(方向X)稱為該重複圖案22的「重複方向」。
在此假設該重複圖案22之線路部分2A的線寬DA設計值為間距P的一半。當該重複圖案22為按此而構成時，該線路部分2A之線寬DA會等於該空間部分2B之線寬DB，因此該線路部分2A對該空間部分2B的體積比約為1：1。另一方面，如構成該重複圖案22之曝光焦點偏離於一適當數值範圍，則雖該間距P未變，該線路部分2A的線寬DA仍會不同於所設計者，且亦不同於該空間部分2B的線寬DB。因此，該線路部分2A與該空間部分2B之間的體積比會偏離於1：1。
該具體實施例1之表面檢視設備10係藉由運用如前所述在該重複圖案22內之線路部分2A與空間部分2B間的體積比變化，來對該重複圖案22進行缺陷檢視。
為簡化說明，茲假設理想體積比(設計值)為1：1。體積比的變化是因曝光焦點偏離於該適當數值範圍所造成，並且會對該半導體晶圓20的每個曝射區域而出現。注意該體積比亦可被稱為各截面形式之間的面積比。
同時，在範例1裡，假定相較於對該重複圖案22之照明光線的波長(稍後說明)，該重複圖案22的間距P足夠地微小。為此原因，不會從該重複圖案22產生出一繞射光線，因此無法藉繞射光線來進行該重複圖案22的缺陷檢視。稍後將連同於該表面檢視設備10(圖1)之組成方式，循序地說明在具體實施例1內的缺陷檢視原理。
該表面檢視設備10之台座11為例如藉由真空接觸，依照將該半導體晶圓架置於其上部表面上的方式所固持。此外，該台座11可繞於該上部表面之中央的法線1A而旋轉。藉此旋轉機制，可將該半導體晶圓之重複圖案22的重複方向(圖2及3內的方向X)在該半導體晶圓20之表面予以旋轉。注意該台座11的上部表面為水平平面且無傾斜機制。為此原因，即有可能總是將該半導體晶圓20保持在其水平姿態。
該校準系統12係當該台座11旋轉時可照明該半導體晶圓20之外部週邊部分，且偵測一供置於外部週邊部分上之外部基準標記的位置(像是一刻痕)，藉此將該台座11停定於一預定位置處。因此，可將該半導體晶圓20之重複圖案22的重複方向(即圖2及3的方向X)設定為與該照明光線(如後詳述)之入射平面3A(參見圖4)傾斜一45度。
該照明系統13為一分散式光學系統，其中包含：一光源31、一波長選擇濾光器32、一光導光纖33、一極化器34及一凹面鏡35，藉此以線性極化光線L1來照射該台座11上之半導體晶圓20的重複圖案22。此線性極化光線L1係該重複圖案22之照明光線。該線性極化光線L1會照射於該半導體晶圓20的整個表面上。
該線性極化光線L1的傳播方向(該線性極化光線L1之主要光線方向，這會抵達在該半導體晶圓20表面上之任意點處)，會大致平行於該凹面鏡35之光軸O1。該光軸O1通過該台座11的中央，並且相對於該台座11之法線1A而僅傾斜一預設角θ。順帶一提，一包含該線性極化光線L1之傳播方向且平行於該台座11之法線1A的平面為該線性極化光線L1的入射平面。圖4所示之入射平面3A為在該半導體晶圓20中央處的入射平面。
同時，在具體實施例1裡，該線性極化光線L1為P極化光線。亦即如圖5A所示，一包含該線性極化光線L1之傳播方向以及一電場向量之振動方向(該線性極化光線L1之振動平面)的平面被含納在該線性極化光線L1之入射平面(3A)內。該線性極化光線L1的振動方向是被供置於該凹面鏡35之前階處的極化器34傳輸軸所定義。
注意該照明系統13的光源31為一價廉放電光源，像是金屬鹵素燈或水銀燈。該波長選擇濾光器32可從發自於該光源31之各光線裡，選擇性地傳送一具一預設波長的亮線頻譜。該光導光纖33從該波長選擇濾光器32傳送一光線。該極化器34放置在該光導光纖33的發射末端鄰近處，因此可將其傳輸軸設定為一預設方向，而在此可按照該傳輸軸以將一來自該光導光纖33之光線轉換成一線性極化光線。該凹面鏡35為一反射鏡，其球形表面之內側構成如一反射表面，且按其主焦點大致相合於該線導光纖33之發射末端的方式所放置，而同時其第二焦點相合於該半導體晶圓20之表面，藉此將來自該極化器34之光線導引至該半導體晶圓20的表面上。該照明系統13相對於該半導體晶圓20側為一遠心式光學系統。
在如前述之照明系統13裡，會將一來自該光源31之光線傳通經過該波長選擇濾光器32、該光導光纖33、該極化器34而由該凹面鏡35所反射，以變成一線性P極化光線L1(圖5A)，藉此進入該半導體晶圓20的整個表面。該線性P極化光線L1在該半導體晶圓20上之各點處的入射角度會彼此相等，而該等各者對應於一由該光軸O1及法線1A之間所構成θ角。
在具體實施例1裡，由於進入該半導體晶圓20之線性極化光線L1為P極化光線(圖5A)，即如圖4中所示，因此當將該半導體晶圓20之重複圖案22設定為具有一相對於該線性極化光線L1之入射平面(3A)的45度角時，一構成而由位在該半導體晶圓20表面上之線性極化光線L1振動平面的方向(圖6中之方向V)與該重複圖案22之重複方向(該方向X)間的角度就會被設定為45度。
換言之，該線性極化光線L1會是在該半導體晶圓20表面上之振動平面的方向(圖6中之方向V)相對於該重複圖案22之重複方向(該方向X)為傾斜45度角的狀態下，進入該重複圖案22，而宛如該者斜傾地穿過該重複圖案22。
在此一線性極化光線L1及該重複圖案22間的角度之狀態會甚至在該半導體晶圓20的整個表面上。注意，若是將該角度設定為135度、225度及315度任一者，而非45度，則該線性極化光線L1及該重複圖案22間之角度的狀態維持相同。將所構成且位在圖6內該振動平面之方向(方向V)及該重複方向(方向X)間之角度設定為45度的理由在於可按此角度令該重複圖案22之缺陷檢視敏感度為最高。
然後，當該重複圖案22被該線性極化光線L1所照明時，會在從該重複圖案22之鏡面反射的方向上產生一橢圓形極化光線L2(圖1及圖5B)。在此情況，該橢圓形極化光線L2的傳播方向與該鏡面反射之方向相合。該鏡面反射之方向意思是一個被納入於該線性極化光線L1之入射平面(3A)內的方向，並且相對於該台座11之法線1A而傾斜僅該角度θ(該角度等於該線性極化光線L1之入射角θ)。注意，即如前述，由於該重複圖案22的間距P相較於該照明波長而言足夠地微小，因此不會從該重複圖案22產生繞射光線。
在此，會對於為何藉該重複圖案22將該線性極化光線L1轉換成該橢圓形極化光線，以及自該重複圖案22產生輸出該橢圓形極化光線L2之理由概略地加以說明。當該線性極化光線L1進入該重複圖案22內時，振動平面的方向(圖6內的方向V)會被分支成即如圖7所示的兩個極化成分VX及VY。其一極化成分VX為平行於該重複方向(該方向X)之成分。而另一極化成分VY為垂直於該重複方向(該方向X)之成分。接著，這兩個極化成分VX及VY各者會獨立地承受不同的振幅變化及相位變化。會在振幅變化及相位變化上出現差別的原因是在於複數反射度(亦即，振幅反射度是複數)會因該重複圖案22之各向異性而有所不同，這稱為形式雙折射。因此，兩個極化成分VX及VY的反射光線在振幅及相拉上會彼此互異，且一藉由合成這些成分所獲得的反射光線會變成一橢圓形極化光線L2(如圖5B)。
因該重複圖案22之各向異性而橢圓形極化的程度可由該極化成分L3(圖5C)所表示，此者垂直於圖5A之線性極化光線L1的振動平面(這會與在具體實施例1內之入射平面(3A)相合)，而離出於圖5B內的橢圓形極化光線L2。然後，此極化成分L3的大小是依該重複圖案22之材料品質及形式以及在圖6裡構成且位於該振動平面(該方向V)與該重複平面(該方向X)間之角度而定。為此原因，若在該方向V及該方向X間之角度被保持為固定值(具體實施例1內的45度)，則即使是該重複圖案22之材料品質為均勻，當該重複圖案22之形式改變時，該橢圓形式的程度(該極化成分L3的規模)也會跟著改變。
現將說明一於該重複圖案22之形式與該極化成分L3之規模間的關係。即如圖3中可知，該重複圖案22具有一非均勻形式，其中該等線路部份2A及該等空間部分2B為沿該方向X所交替地排置。當該重複圖案22按設計而具一適當的曝光焦點所構成時，該線路部份2A的線寬DA及該空間部分2B的線寬DB會彼此相等，並且該線路部份2A與該空間部分2B間的體積比會約為1：1。在此一理想形式的情況下，該極化成分L3的大小會成為最大。另一方面，當該曝光焦點偏離於該適當數值範圍時，該線路部份2A的線寬DA及該空間部分2B的線寬DB會變得互異，並且該線路部份2A與該空間部分2B間的體積比會偏離於該概約比例值1：1。在此情況下，該極化成分L3的大小相比於該理想者會變小。該極化成分L3大小的變化可如圖8中所示。該圖8中的橫座標代表該線路部份2A的線寬DA。
即如前述，當該重複圖案22在圖6內振動平面之方向(該方向V)相對於該重複圖案22之重複方向(該方向X)傾斜45度的狀態下被照射以該線性極化光線L1時，在鏡面反射方向上所產生之橢圓形極化光線L2(圖1及圖5B)的橢圓化程度(圖5C內之極化成分L3的大小)，係對應於該重複圖案22之形式(該線路部份2A與該空間部分2B間的體積比)(圖8)。該橢圓形極化光線L2的傳播方向被納入該線性極化光線L1之入射平面(3A)內，並且相對於該台座11之法線1A而傾斜僅該θ角(該角度等同於該線性極化光線L1的入射角θ)。
其次將說明該光線接收系統14。即如圖1中所示，該光線接收系統14為一分離式光學系統，其中包含：一凹面鏡36、一成像透鏡37、一極化器38及一成像裝置39。
該凹面鏡36為一與如前述之照明系統13的凹面鏡35等同之反射鏡，並且是按其光軸O2通過該台座11之中心，而相對於該台座11之法線1A傾斜僅該θ角的方式所供置。因此，來自該重複圖案22的橢圓形極化光線L2沿該凹面鏡36之光軸O2而傳播。該凹面鏡36反射並導引該橢圓形極化光線L2朝向該成像透鏡37，並且併同於該成像透鏡37而在該成像裝置39之成像平面上收集光線。
有關於此，該極化器38被放置在該成像透鏡37及該凹面鏡36之間。該極化器38之傳輸軸的方向會被設定為垂直於如前所述之照明系統13的極化器34之傳輸軸(交跨的Nicols)。從而，可僅擷取一極化成分L4(圖1)，此者對應於圖5C內之橢圓形極化光線L2的極化成分L3，且可將該極化成分L4導引至該成像裝置39。因此，在該成像裝置39的成像平面上，會由該極化成分L4構成該半導體晶圓20之一反射影像。
該成像裝置39為例如一CCD成像裝置，此者係將構成於該成像平面上之半導體晶圓20反射影像予以光電轉換，俾將一影像信號輸出至一影像處理裝置15。該半導體晶圓20之反射影像的明度約與該極化成分L4之光線強度成正比(圖5C內之極化成分L3的大小)，且按照該重複圖案22之形式(該線路部份2A與該空間部分2B間的體積比)而改變(參見圖8)。該半導體晶圓20的反射影像在當該重複圖案22具有一理想形式時(當該體積比為1：1時)為最亮。注意該半導體晶圓20之反射影像的明度會在每次照射出現。
該影像處理裝置15回應於一自該成像裝置39所輸出之影像信號而取得該半導體晶圓20之一反射影像。注意該影像處理裝置15可事先記憶一具良好品質之晶圓的反射影像以供進行比較。該具良好品質晶圓為一構成於整個表面上而具有該重複圖案22之理想形式的晶圓(1：1的體積比)。考量到該具良好品質晶圓之反射影像的亮度資訊展現出最高值。
從而，該影像處理裝置15在取得作為一主題基板之半導體晶圓20的反射影像後，即將該半導體晶圓20的反射影像之亮度資訊與該具良好品質晶圓之反射影像的亮度資訊加以比較。然後，可按照該半導體晶圓20之反射影像的暗黑部分之亮度值減少量(此值正比於圖8中△減少量)，偵測出該重複圖案22之缺陷(該線路部份2A與該空間部分2B間之體積比的變化)。例如，若該亮度值減少量大於一預設門檻值(容忍度)，則該重複圖案會被決定為「有缺陷」。另一方面，若該亮度值減少量少於該預設門檻值，則該重複圖案會被決定為「正常」。可將由該影像處理裝置15按此方式所獲得之結果，連同於拍攝影像，顯示在一監視器M上。
注意，該影像處理裝置15可經排置以使得，不按如前述般事先儲存具良好品質晶圓之反射影像，而是事先儲存該晶圓之照射區域的排置資料以及該亮度門檻值。
在後者情況下，由於可按照各照射區域之排置資料以獲得一所擷取晶圓之反射影像內的各次照射區域之位置，因此可獲得各個照射區域的亮度值。然後，此亮度值及所存門檻值可相互地比較，藉此偵測出該圖案內的缺陷。可判斷一亮度值低於該門檻值之照射區域為具有缺陷。
即如前述，藉利用如具體實施例1之表面檢視裝置，可穩固地執行一缺陷檢視作業，即使是該重複圖案22之間距P為足夠地小於該照明波長，這是由於該重複圖案22是在一圖6內之振動平面的方向(方向V)相對於該重複圖案22之重複方向(方向X)而為傾斜之狀態下照射以該線性極化光線L1，並且是由於按照離出自該橢圓形極化光線L2而於鏡面反射之方向上所產生的極化成分L4之光線強度(圖5C之極化成分L3的大小)，來偵測出該重複圖案22的缺陷。亦即，可穩固地克服較小重複間距，而無需將作為照明光線之線性極化光線L1轉換成較短波長。
此外，藉如該具體實施例1之表面檢視設備10，即可藉由設定圖6中構成在該振動平面之方向(方向V)與該重複方向(方向X)間的角度，以大大地告知該半導體晶圓20之反射影像的亮度減少量(此值正比於圖8中△減少量)。因此，可執行具有高敏感度的重複圖案22缺陷檢視作業。
同時，藉由具體實施例1之表面檢視設備10，不僅可在當該重複圖案22之間距P相較於該照明波長為足夠微小時，並且可在當該重複圖案22之間距P顯著地在與該照明波長相同層次甚或更高時，按相同的方式執行該重複圖案22之缺陷檢視作業。亦即，可穩固地執行該缺陷檢視作業，而與該重複圖案22之間距P無關，這是因為該線性極化光線L1會由該重複圖案22按照該線路部份2A與該空間部分2B間之體積比而轉化成一橢圓形式，並且與該重複圖案22的間距P無關。
此外，藉由具體實施例1之表面檢視設備10，若是該重複圖案22之線路部份2A與該空間部分2B間之體積比為相同，則一反射影像之亮度值的減少量(此值正比於圖8中△減少量)會成為相同。為此原因，如一在體積比之變化量相同，則可執行具相同敏感度水準之缺陷檢視作業，而無關於該重複圖案22的間距P。如該間距P不同而該線路部份2A與該空間部分2B間之體積比相同，例如圖9A及9B內所示之重複圖案22，則可執行具相同敏感度水準的缺陷檢視作業。比較從圖9A及9B內之情況即可看出，間距P愈小，可愈穩固地偵測到形式上的微小變化(偏離於該線路部份2A之線寬DA設計值的偏離值δ)。
同時，藉由具體實施例1之表面檢視設備10，由於可在該半導體晶圓20被保持在其水平姿態之狀態下執行該檢視作業(無需執行台座的傾斜調整，此者異於傳統情況)，即使是當該重複圖案22之間距P相異時亦然，故可縮短直到開始進行真實檢視之準備時間(亦即，一直到獲取該半導體晶圓20的反射影像為止)而不致失效。
另外，藉由具體實施例1之表面檢視設備10，由於該台座11並無傾斜機制，因此可簡化該裝置組成。此外，可利用一價廉的放電光源做為該照明系統13的光源31，藉此該表面檢視設備10的整個組成可為低價且簡易。
同時，藉由具體實施例1之表面檢視設備10，即使是當該半導體晶圓20表面上構成有複數種類的重複圖案，而該等重複圖案各者具有不同的間距P，且各重複方向(該方向X)混合在一起時，仍可簡易地僅藉由共集地取得該半導體晶圓20之整個表面的反射影像，並檢查在各個位置的亮度值減少量，來對所有重複圖案執行缺陷檢視作業。順帶一提，該等具不同重複方向之重複圖案，即如圖10所示般，在0度方向上包含一重複圖案25，而在90度方向上包含一重複圖案26。這些重複圖案25及26在重複方向上(方向X)彼此互異90度。然而，一構成且位在該等重複圖案任一者之重複方向(方向X)與該線性極化光線L1之振動平面的方向(方向V)間之角度為45度。
進一步，藉由具體實施例1之表面檢視設備10，由於該線性極化光線L1是傾斜地進入該半導體晶圓20之表面(參見圖1)，因此亦可獲得有關於該重複圖案22之線路部份2A的一邊緣形式之非對稱特性的缺陷資訊(例如該邊緣形式之劣化方向)。為此目的，會由該台座11將該半導體晶圓20之重複圖案22的重複方向(方向X)旋轉180度，擷取該半導體晶圓20在恰於旋轉之前或之後的狀態下之一反射影像，然後檢查在相同位置處的亮度差值。
圖11A及11B顯示該具非對稱邊緣形式之重複圖案22與該線性極化光線L1之入射方向間的關係。例如，圖11A顯示一在旋轉180度前之狀態，其中一照明光線從該線路部份2A之邊緣E1及E2中自一已崩垮之邊緣(E1)進入。而圖11B顯示一在旋轉180度後之狀態，其中一照明光線從該線路部份2A之邊緣E1及E2中自一並未崩垮之邊緣(E2)進入。然後，在各狀態下所獲取之反射影像的亮度值反映出在該入射方向上之邊緣E1或E2的邊緣形式。在此範例中，在圖11A情況下的反射影像亮度值會較高。因此，可藉由檢查該反射影像在旋轉180度之前及之後的亮度差值，來偵測該線路部份2A之一邊緣形式的非對稱特性。可藉由將旋轉180度之前及之後的反射影像加以合成來執行該檢視作業。
注意，當該線性極化光線L1是傾斜地進入該半導體晶圓20表面時，即如該具體實施例1(參見圖1，其中入射角度為θ)，自該重複圖案22所產生之橢圓形極化光線L2(圖5B)嚴格說來會略為環於該傳播方向而繞旋。為此原因，最好是考量到該繞旋之角度而細微地調整該光線接收系統14之極化器38的傳輸軸方向。在細微調整之後的狀態下，一位在該等極化器34及38之傳輸軸方向間的角度不會正好90度。然而，此一角度是位在該「垂直(或矩形)角度」的範圍內，且可稱之為交跨的Nicols。可藉由細微調整該極化器38的傳輸軸方向來改善檢視精確度。為執行該細微調整，考慮藉由在無重複圖案之表面上反射該線性極化光線L1而獲取一影像，並按一影像成為具有最高亮度值之方式來繞旋該極化器38之傳輸軸的方向。
在上述的具體實施例1裡，該線性極化光線L1為一P極化光線。不過，本發明並不受限於此。該線性極化光線L1可為一S極化光線，而非P極化光線。一S極化光線為一線性極化光線，具有垂直於該入射平面的振動平面。為此原因，即如圖4所示，當將該半導體晶圓20之重複圖案22的重複方向設定成與該線性極化光線L1之S極化光線的入射平面(3A)成一45度角時，一構成且位於該半導體晶圓20表面上之S極化光線的振動平面與該重複圖案22之重複方向(方向X)間的角度也會被設定成為45度。注意，該P極化光學在獲取有關於該重複圖案22直線部份2A之一邊緣形式的缺陷資訊方面會為有利。該S極化光線在有效率地取得該半導體晶圓20之表面的缺陷資訊上會為有利，而藉此改善S/N比。
此外，除一P極化光線或一S極化光線以外，可運用任何擁有相對於該入射平面而具一任意傾斜性之振動平面的線性極化光線。在此情況下，最好是將該重複圖案22之重複方向(方向X)相對於該線性極化光線L1之入射平面的一角度設定為任何除45度以外的數值，而將一於該半導體晶圓20表面上之線性極化光線L1的振動平面與該重複圖案22之重複方向(方向X)間的角度設定為45度。
不以如前述般藉由偵測該圖案之重複方向(方向X)來設定重複方向及振動平面，亦可設定一構成且位在於該主題基板之照射方向與該振動平面間的角度為45。即使是在此情況下，仍可進行相同的設定方式，這是由於將該等圖案之排置方向設定為平行於或垂直於該等照射的排置方式。
(具體實施例2)
在此將對一表面檢視設備40加以說明，此者如圖12A所示供置有一照明系統(41到46)以及一光線接收系統(45到49)，而非該具體實施例1內之表面檢視設備10的照明系統13及光線接收系統14。在圖12A內，該台座11、該校準系統12及該影像處理裝置15等同於在該具體實施例1內之各者，而在此暫予省略。該表面檢視設備40亦為一在一半導體電路裝置之生產過程中自動地執行半導體晶圓20表面之檢視作業的裝置。
底下將說明在具體實施例2內之表面檢視設備40的照明系統(41到46)及光線接收系統(45到49)。該照明系統(41到46)包含：一光源41、一波長選擇濾光器42、一中繼透鏡43、一光圈44、一極化分束器45及一透鏡46。在這些元件中，該極化分束器45及該透鏡46亦運作如該光線接收系統(45到49)之一部分。該光線接收系統(45到49)包含：除該極化分束器45及該透鏡46之外，一光圈47、一成像透鏡48及一成像裝置49。該透鏡46之光軸O3相合於該台座11的法線1A(參見圖1)。
不以圖1內之表面檢視設備10的凹面鏡35及36，該表面檢視設備40供置有該透鏡46，此者具有該等元件的功能，且不以該表面檢視設備10之極化器34及38，該極化分束器45具有該等元件的功能。由於該照明系統(41到46)及該光線接收系統(45到49)共享光學裝置(45及46)，因此可減少該表面檢視設備40之組成零件數量，並可簡化該裝置組成。
該等光源41、波長選擇濾光器42、成像透鏡48及成像裝置49個別地相等於上述的光源31、波長選擇濾光器32、成像透鏡37及成像裝置39。該等光圈44及47被放置在該透鏡46之焦點位置的附近處。該光圈47為一阻隔迷漫光線的光學裝置。該極化分束器45僅反射在該振動平面上垂直於圖面之線性極化光線，而僅傳透在該振動平面上平行於圖面的線性極化光線。亦即，該極化分束器45之反射軸及傳輸軸為相互垂直(交跨的Nicols)。
在該照明系統(41到46)內，一來自該光源41之光線透過該波長選擇濾光器42、該中繼透鏡43及該光圈44進入該極化分束器45，並且將藉此所反射之光線(亦即一在垂直於該圖面之振動平面上的線性極化光線L1)導引至該透鏡46。接著，來自該極化分束器45之線性極化光線L1在通過該透鏡46後即垂直地進入該半導體晶圓20的整個表面。注意，在垂直入射的情況下，是無法定義該線性極化光線L1的「入射平面」。在該半導體晶圓20表面上之線性極化光線L1振動平面的方向在圖12B中是表如「方向V」。
該半導體晶圓20是由該台座11與該校準系統12所設定，它們與在圖1內者等同，其方式為該重複圖案22之重複方向(方向X)相對於該線性極化光線L1之振動平面的方向(方向V)傾斜45度。位在該方向V與該方向X之間的角度被設定為45度，藉以獲得該重複圖案22的最高缺陷偵測敏感度。該線性極化光線L1與該重複圖案22之間的這種角度狀態在該半導體晶圓20的整個表面上為均勻。
當該重複圖案22被照明以該線性極化光線L1時，會在從該半導體晶圓20之重複圖案22的鏡面反射方向上(該光軸O3的方向)產生一橢圓形極化光線L2。此一現象是因如具體實施例1中之相同原因而造成，除了在垂直入射之情況下，在平行於該重複方向(方向X)的極化成分VX以及在垂直於該重複方向的極化成分VY內的相位變化是相等的(如圖7)以外。亦即，該等極化成分VX及VY各者是個別地且獨立地受到不同的振幅變化。為此原因，來自該等極化成分VX及VY的反射光線具有相互不同的振幅，並且藉由合成這些所反射光線所獲得的反射光線會成為該橢圓形極化光線L2。注意，形式雙折射在垂直入射的情況下會對應於因該重複圖案22之各向異性所造成的不同振幅反射。
來自該重複圖案22的橢圓形極化光線L2會再次地由該透鏡46所斂聚，並且在通過該極化分束器45、該光圈47及該成像透鏡48之後，被斂聚於該成像裝置49之平面上。該極化分束器45從該橢圓形極化光線L2中僅擷取出一極化成分L4，此者垂直於該線性極化光線L1的振動平面(平行於該圖面)，藉此將其導引至該成像裝置49。在該成像裝置49的成像平面上，會由該極化成分L4構成出一該半導體晶圓20之反射影像。此反射影像的明度大約正比於該極化成分L4的光線強度。
該極化成分L4的光線強度會按照該重複圖案22的形式(該線路部份2A及該空間部分2B間的體積比)而變化(參見圖8)。對此，假設將一構成且位在該線性極化光線L1之振動平面的方向(方向V)與該重複方向(方向X)之間的角度維持為一固定值(在具體實施例2中為45度)，並且該重複圖案22的材料為固定。該極化成分L4的光線強度在當該重複圖案22之體積比為1：1時成為最高，而該圖案之一側邊表面垂直於該基板，亦即該圖案是按一長方形所構成。
在此，將對在垂直入射情況下之形式雙折射(即振幅反射度上的差值，這是因該重複圖案22之各向異性所造成的)，以及對該重複圖案22之形式與該極化成分L4之光線強度間的關係加以說明。對此說明，會將該重複圖案予以模型化。亦即，在一相較於該照明波長為足夠地短之重複循環裡提供有複數個薄層，各者包含一具厚度t1及介電常數1之物質1，以及一具厚度t2及介電常數2之物質2。
即如圖13A內所示，當照射以一具一平行於該薄層之重複方向的振動平面之線性極化光線L5時，會跨於該薄層施加一電場，藉此按照該電場產生一微小極化。亦即，各薄層會相對於該電場依序地產生極化。在此情況下，可按如下數值公式(1)表示一外觀的介電常數X。然後，在垂直入射的情況下，一具該介電常數X之物質的振幅反射度rX可按如下數值公式(2)所表示：
同時，即如自圖13B所知，當照射以一具一垂直於該薄層之重複方向的振動平面之線性極化光線L6時，會沿該薄層之縱向施加一電場，藉此按照該電場產生一極化。自該電場觀察，個別薄層之極化性是按平行方式所排置。在此情況下，一外觀介電常數Y為該等薄層之厚度(t1＋t2)的加權平均，且可按如下數值公式(3)所表示。然後，在垂直入射的情況下，一具該介電常數Y之物質的振幅反射度rY可按如下數值公式(4)所表示：
如該等垂直入射之線性極化光線L5及L6振動平面的方向即如上述般彼此互異(圖13)，對於該外觀介電常數X及Y之數值亦彼此不同(數值公式(1)及(3))。因此，該等振幅反射度rX及rY的數值彼此互異(數值公式(2)及(4))。該等振幅反射度的差值(rX－rY)在垂直入射的情況下被視為是一形式雙折射。
其次，即如圖14所示，假設該線性極化光線的振動平面相對於該薄層之重複方向而僅傾斜一Φ角。該線性極化光線在當進入該薄層時的振幅被標註為E。入射於該薄層上之線性極化光線被分支成一平行於該薄層之重複方向的成分(其振幅為EcosΦ)以及一垂直於該薄層之重複方向的成分(其振幅為EsinΦ)，這些會按照上述之振幅反射度rX及rY而彼此獨立地受到振幅變化。為此原因，平行於該重複方向之成分的反射光線振幅EX，以及垂直於該重複方向之成分的反射光線振幅EY，可個別地如下數值公式(5)及(6)所表示。然後，一藉合成該等具振幅EX及EY之成分所獲得的反射光線會成為一橢圓形極化光線。
EX＝rXEcosΦ (5)EY＝rYEsinΦ (6)
自此橢圓形極化光線，一垂直於該入射光線之振動平面的成分為一極化成分L4，此者通過該極化分束器45並被導引至該成像裝置49，即如圖12A中所示。可藉利用在數值公式(5)及(6)內的振幅EX及EY，將該極化成分L4的振幅EL4表示如下數值公式(7)。注意平行於該入射光線之振動平面的成分(一被該極化分束器45所阻擋之成分)之振幅Ec可表為如下數值公式(8)。
EL4＝EXsinΦ＋EYcosΦ＝0.5E(rX－rY)sin2Φ (7) Ec＝EXcosΦ＋EYsinΦ＝E(rXcos2Φ＋rYsin2Φ) (8)
此外，具如數值公式(7)之振幅EL4的極化成分L4之光線強度IL4可藉如下數值公式(9)所表示。即如可自數值公式(9)中看輸出，該極化成分L4的光線強度IL4為一在垂直入射之情況下有關於該形式雙折射的成分(一在振幅反射度上的差值(rX－rY))與一有關於該線性極化光線相對於該振動平面之重複方向的傾斜角度Φ(圖14)的成分之乘積。當該振動平面之傾斜角度Φ為固定時，該極化成分L4的光線強度IL4僅依有關於該形式雙折射(一在振幅反射度上的差值(rX－rY))之成分而定。
IL4＝(EL4)2 ＝0.25E2 (rX－rY)2 sin2 2Φ (9)
其次，將討論在該數值公式(9)內的形式雙折射(在振幅反射度上的差值(rX－rY))。有關此項討論，假設該物質1包含一光阻(介電常數1＝2.43)，該物質2包含空氣(介電常數2＝1)，且該薄層的厚度(t1＋t2)為100 nm。
在此情況下，該物質1對應於該重複圖案22的線路部份2A，而該物質1的厚度t1對應於該線路部份2A的線寬DA(如圖3)。該物質2對應於該空間部份2B，而該物質2的厚度t2對應於該空間部分2B的線寬DB。此外，該薄層的厚度(t1＋t2)對應於該重複圖案22之間距P。
圖15A顯示一在平行於該薄層之重複方向的極化成分之外觀折射率nX ＝、垂直於該薄層之重複方向的極化成分之外觀折射率nY ＝，與該物質1之厚度t1(該線寬DA)間的關係。同時，圖15B顯示器一於平行於該薄層之重複方向之極化成分的振幅反射度rX、垂直於該極化成分的振幅反射度rY，以及該物質1之厚度t1(線寬DA)間的關係。此外，圖15C顯示該形式雙折射(振幅反射度的差值(rX－rY))與該物質1之厚度t1(線寬DA)間的關係。
即如可自圖15C看出，當該物質1之厚度t1為50 nm時，亦即，當該物質1之厚度t1及該物質2之厚度t2彼此相等時，該形式雙折射(振幅反射度的差值(rX－rY))之絕對值會成為最大。接著，即如可自數值公式(9)知悉，當該振動平面的傾斜角Φ為固定時(在具體實施例2中為45度)，該極化成分L4的光線強度IL4會在當該形式雙折射(振幅反射度的差值(rX－rY))為最大值時，亦即當該物質1之厚度t1及該物質2之厚度t2彼此相等時，變成最高。此外，當該物質1之厚度t1改變且該形式雙折射的大小改變時，該極化成分L4的光線強度IL4會依照於此而變化(如圖8)。
從而，在具體實施例2之表面檢視設備40的表面裡，當該半導體20的反射影像由未表示之影像處理裝置15回應於一來自該成像裝置49之影像信號而獲取後，該亮度資訊(比值正比於該極化成分L4的光線強度IL4)會與依據良好品質晶圓之反射影像的亮度資訊相比較。然後按照該半導體晶圓20之反射影像的暗黑部分之亮度減少量(這正比於圖8中的減少量△)，偵測出該重複圖案22之一缺陷(該線路部份2A及該空間部分2B間的體積比變化)。例如，若該亮度減少量大於一預設門檻值，則將其決定為「有缺陷」。另一方面，若該亮度減少量小於該預設門檻值，則將其決定為「正常」。
在具體實施例1及2兩者內，是依照該圖案之設計數值，而該體積比為1：1，亦即該亮度值成為最高，來執行缺陷檢視作業的情況加以說明。然而，若該圖案之所設計數值的體積比偏離於1：1，則類似的缺陷檢視作業亦屬可行。換言之，會事先計算出或是藉由使用一如後詳述之測試晶圓而獲得符合該圖案的所設計數值之體積比的亮度資訊。當將此亮度資訊之數值為於一預設範圍內時，可將該圖案決定為「正常」，並且當該數值偏離於此範圍時，可將該圖案決定為「有缺陷」。在此情況下，可藉由利用一其上構成有具略微互異比值之各圖案的測試晶圓，事先依一影像或亮度值為基礎來儲存具良好品質晶圓之門檻值。可藉由比較此具良好品質晶圓之資料與獲自該主題晶圓的資料來精準地判斷該圖案之品質。
即如前述，藉由利用具體實施例2之表面檢視設備40，可穩固地執行一缺陷檢視作業，即使是該重複圖案22之間距P為足夠地小於該照明波長，這是由於該重複圖案22是在一圖12內之振動平面的方向(方向V)相對於該重複圖案22之重複方向(方向X)而為傾斜之狀態下照射以該線性極化光線L1，並且是由於按照離出自該橢圓形極化光線L2而於鏡面反射之方向上所產生的極化成分L4之光線強度，來偵測出該重複圖案22的缺陷。亦即，可穩固地克服該重複性的較小重複間距，而無需將作為照明光線之線性極化光線L1轉換成較短波長。
此外，在該具體實施例2之表面檢視設備40中，可藉由設定構成位在圖12內該振動平面之方向(方向V)與該重複方向(方向X)間的角度為45度，來執行具有高敏感度的重複圖案22缺陷檢視作業，這可從上述數值公式(9)清晰看出。在此，一於該數值公式(9)內之極化成分L4的光線強度IL4(這與該反射影像之亮度值成正比)與該線性極化光線之振動平面的傾斜角度Φ(圖14)間的關係可如圖16所示。在良好品質圖案之情況下，該形式雙折射(rX－rY)為一固定值。即自圖16所知，該極化成分L4的光線強度IL4會在當該傾斜角Φ為45度時變成最高(＝0.25E2 (rX－rY)2 )。為此原因，即可粗略地獲得該半導體晶圓20之反射影像的亮度值減少量(此者在圖8中為正比於一減少量)，藉此執行一具有高敏感度的缺陷檢視作業。注意，沿著圖16內的橫座標，該光線強度IL4在當該傾斜角Φ為45度時為100%。
(具體實施例3)
在前述的具體實施例1及2兩者中，是按其中以藉由該表面檢視設備10或40，例如利用設計以具有1：1體積比之圖案，而該圖案的品質是按照該即如設計之圖案的影像亮度值所決定之情況加以說明。在具體實施例3裡，則是依需藉由利用該表面檢視設備10或40以獲得一曝光條件之情況進行說明。
同時在本例裡，可藉由備製一其上有一藉由按一焦點條件與一劑量(一曝光量)進行照射所構成之圖案的測試晶圓，而其中當在例如曝光作業中於X或Y方向上掃描該晶圓時，該劑量會在各個部分改變，俾以簡易地獲得該最佳曝光條件。當藉由將一其上構成有一光阻薄膜之基板上的預設圖案加以曝光俾構成該圖案時，會需要事先選擇最佳的曝光條件。在該曝光處理的過程中，該曝光條件是由兩個因素所決定，亦即曝光量及焦點位置。底下將說明一種利用此測試晶圓來決定該最佳曝光條件之方法。
圖17顯示一藉使用該表面檢視設備10(40)所獲得的影像，而這是對於一具有按每次照射而變之焦點量及劑量所受曝，且藉由一預設顯影方法所構成之圖案的測試晶圓。在此晶圓上，該曝光作業是藉由按一預設速率，改變在橫向上之去焦量以及在縱向上之劑量而執行。在圖17裡，最左側縱行顯示一在一預設範圍內之各種焦點條件中，於最(－)側上曝光以一去焦量之照射，而最右側縱行顯示一於最(＋)側上曝光以一去焦量之照射。另一方面，劑量在最上排處為最低，而曝光量在底下的排中漸增。一拍攝之影像的亮度值可按照焦點量及劑量上之差值而如圖中所繪般變化。
首先，按照該測試晶圓之一影像，藉由使用該影像處理裝置15以獲得該測試晶圓上之各次照射的亮度值。首先，當沿代表一去焦量之橫座標繪出該等亮度值後，該等亮度值在任何劑量條件下之分布情況可如圖18A中所示。即如前文所解釋，當在該圖案之重複方向以及在一垂直於該重複方向之方向上的各向異性愈大，該亮度值就會愈大。該各向異性在當該圖案之一側邊表面係垂直於基板表面所構成時為最高，亦即該圖案之截面形式為長方形。一在理想焦點條件下受曝之圖案為一令該圖案之一側邊表面為垂直於該基板表面的圖案，換言之，該圖案的截面形式係構成為長方形。從而發現到，在圖18A的圖形內，其中該亮度值為最高之焦點位置具有最佳條件(恰為焦點的位置)。在此情況下，左邊第三個縱行顯示該最佳焦點位置。
其次，注意到此左邊第三個縱行，並且即以此縱行而繪出對於該劑量之亮度值的變化。因此，圖18B中即顯示一亮度值分布情況。在此分布裡，當該圖案之所設計數值的體積比為1：1時，一具有最大亮度值之照射的劑量，亦即從上方數來的第四照射，為該最佳劑量。同時，當例如一光阻為一負光阻，且該圖案之所設計數值的(該線路部份及該空間部分間之)體積比為1：2時，則一具有較低亮度值之照射的劑量，亦即例如從上方數來的第二照射，為該最佳劑量。當該圖案之所設計數值的體積比偏離於1：1時，若是事先計算於一體積比與一亮度值之間的關係，或是藉由利用其上進行複數個照射之測試晶圓而同時改變該體積值以事先備製亮度值測量資料，則可決定一具正確度之曝光條件。
當如上述般備妥該測試晶圓以獲得該曝光條件時，最好是對於去焦而言將一焦點範圍設定在一包含該恰為焦點位置之範圍內，並且對於曝光量以將一焦點範圍設定在一含有該最佳曝光量之範圍內。在任一條件下，最好是按一較小間距來設定對於各次照射的變化量。然而，可從藉由相當粗略地設定該間距所獲之各條件的變化與亮度值之變化間的關係，獲得該最佳條件。同時，可備製一測試晶圓，以藉由利用一其上實際地執行曝光作業之圖案，來決定該曝光條件。而仍可備製一基準圖案，以檢查一據此而事先構成有各個具備按複數個間距而依不同形式之線性圖案及孔洞圖案的圖案之曝光條件，以藉由利用該基準圖案來產生一測試晶圓。
即如前述，在具體實施例3裡，由於會由該表面檢視設備10(40)同時地拍攝複數個照射的影像，因此可藉由短時間內一起監視整個成像區域內之該等照射的亮度值，來執行資料處理。
為決定該曝光過程，可藉由設定一曝光量及一去焦量，來對一待實際地曝光之圖案以及該基準圖案進行曝光，可備置一由一預設顯影方法所產生之測試晶圓，而能夠藉由該表面檢視設備10(40)拍攝該晶圓之一影像，並按照各次照射之影像的亮度值，導出該最佳曝光條件。因此，可藉一般光線而無需利用電子束，並且無須改變觀察條件來拍攝一影像。同時，不會發生光阻圖案的漏失或潰毀。此外，可在一顯著短時間內決定對於一光阻圖案之最佳曝光條件。
(具體實施例4)
在具體實施例4裡，可進一步在一預設曝光條件下進行曝光作業，藉此斷定該最終構成之圖案的品質。
首先，從如圖18A及18B所顯示的資料，可獲得一於一具良好品質之物件或一缺陷性物件與一亮度值之間的關係。然後，以此為基礎，可事先獲得一對該良好品質圖案而予決定之亮度值範圍。
例如，在圖18A內，由圓圈標註一品質圖案之範圍，而以叉號來標註一缺陷性圖案之範圍。而同時在該圖18B裡，按類似方式，由圓圈標註一品質圖案之範圍，而以叉號來標註一缺陷性圖案之範圍。從各圓圈的位置，假設該等高於一線的亮度值為在該良好品質圖案的範圍內。該影像處理裝置15記憶著對於按此所獲之良好品質圖案的範圍。其次，由該表面檢視設備10(40)拍攝一待予檢視之晶圓的影像，藉以讓該影像處理裝置15能夠計算出各次照射的亮度值。該影像處理裝置15讀取該等在該品質圖案之範圍內的亮度值，決定該受檢視晶圓影像之各次照射的亮度值是否位在具良好品質產品的範圍內，以及在一監視器上顯示一決定結果。當出現被視為具缺陷性之亮度值時，會在該監視器上顯示此一照射之某區域為具缺陷性。該影像處理裝置15可記憶有關於一焦點量及一劑量的資訊，在此情況下，該影像處理裝置15可從各亮度值計算出該焦點量及該劑量，並將該等顯示在監視器上。如尋獲一最佳焦點量及其最佳劑量，則會記憶這些數值，並計算出與該等最佳數值之間的差值並予以顯示。
正常時，在單一照射裡，會一起混合有複數個具不同形式及間距的圖案。不過，一按某一製程所構成之圖案或許無法成為整個照射，而為一部分圖案區域。在此一情況下，一自該圖案而由此製程所構成的區域會為一檢視區域。例如，當一待予檢視之區域為一照射之一部分時，即如圖19A中的A所標註者，即事先在該影像處理裝置15內登註該待予檢視之區域A的一部分，並且斷定該所登註區域A的品質。同時，會有在某製程中，於一照射裡之複數個位置處構成出複數個具相同形式或具不同形式的圖案之情況。在此一情況下，所構成之圖案區域個別地成為各檢視區域。例如，當待予檢視之圖案區域為如標註為圖19B內的B、C及D時，該等待予檢視之區域B、C及D是事先被登註在該影像處理裝置15內，且按照所登註之區域B、C及D來斷定品質。當圖案區域B、C及D具有不同的形狀時，決定該品質之門檻值也會改變。如此，會有其中相同的缺陷而按不同方式斷定的情況。然後，按照該等區域B、C及D之品質進一步決定一照射的品質。
即如在具體實施例1內參照於圖11A及11B所述，會有其中一圖案側壁之形式具有按照基板方向的各向異性之情況，像是其中該圖案側壁相對於該基板之角度或其粗糙程度按照該基板之方向而改變的情況。當然，可藉由在旋轉該基板180度之前及之後拍攝一影像，來斷定是否出現此各向異性(可按照該圖案之形式而定，將該基板旋轉0度、90度、180度或270度)，藉此觀察該亮度值的變化。
在具體實施例4裡，藉使用該表面檢視設備10(40)，可藉由令該表面檢視裝置記憶一具良好品質晶圓及一測試晶圓的影像、其亮度值以及一於一焦點量與一劑量間的關係，簡易地斷定在一晶圓上之各次照射的品質。亦可從該最佳焦點量及該最佳劑量計算出差值。同時，由於是自一拍攝影像之亮度值來斷定該品質，因此可一次地在短時間內斷定所有各成像區域的品質。
此外，在該表面檢視設備10(40)裡，由於是藉由一般光線，而非利用電子束，來拍攝一晶圓的影像，因此不會按各種方式改變觀察條件。同時，不會發生光阻圖案的漏失或潰毀。此外，可在一極短時間內決定一圖案之品質，無論該圖案為一光阻圖案或一蝕刻圖案皆然。
此外，在具體實施例4裡，在該曝光製程中，對於圖案形式具有影響性之因素的曝光量及一去焦量，是依藉由事先測量與亮度值之關係所獲得的資料，來斷定是否出現缺陷。因此，可精準地執行該表面檢視作業。
(具體實施例5)
在具體實施例4裡，是從一照射影像，對於複數個具不同形式及間距之圖案區域各者偵測一亮度值的情況來進行說明，藉此斷定該照射之各圖案區域的品質。然而，在具體實施例5，當在某個圖案構成製程中出現一缺陷時，依照具有彼此互異之形式及間距的圖案為基礎，乃標定出在進行檢視之前所執行的圖案構成製程中哪個因素造成該項缺陷。同時，可執行所標定之因素的定量規格。
即如前述，在該曝光製程中，曝光量及去焦量係決定一圖案之形式的兩個主要因素。已發現當一具複數個具彼此互異之間距及形式的圖案區域之圖案受曝光，而同時改變曝光量及去焦量時，可由該表面檢視設備10(40)獲取一影像，並由該影像處理裝置15檢查一亮度值分布，在該亮度值內的變化並不會在所有的圖案區域中總是展現出相同的行為，即使是在相同條件下該曝光量及該去焦量受到改變亦然。亦即，可觀察到對於一曝光量及一去焦量之亮度值變化的行為會根據圖案之形式或間距而有所不同。依隨於一條件之變化的亮度值變化之行為可依圖案而定，被分類成底下的四種型態。
1.一其中該亮度值依循曝光量之變化而大幅改變，但依循去焦量之變化而略微改變的圖案區域(一具有對於曝光量具高敏感度之圖案區域)。
2.一其中該亮度值依循曝光量之變化而略微改變，但依循去焦量之變化而大幅改變的圖案區域(一具有對於去焦量具高敏感度之圖案區域)。
3.一其中該亮度值對於曝光量之變化以及去焦量之變化而大幅改變的圖案區域(一具有對於曝光及去焦量兩者具高敏感度之圖案區域)。
4.一其中該亮度值對於曝光量之變化以及去焦量之變化而略微改變的圖案區域(一具有對於曝光及去焦量兩者具低敏感度之圖案區域)。
雖將省略詳細說明，然在一具微小圖案寬度之圖案區域裡，特別是在一具有接近超過該解析度限制之圖案寬度的圖案區域裡，相較於在具一足夠大的圖案寬度之圖案區域裡，對於去焦之敏感度會有變成極高的傾向，並且亦會有像是具有較大圖案寬度的線路與空間圖案之某種密集圖案，對於曝光量具有高敏感度之傾向。同時，孔洞圖案對於去焦及曝光量兩者具有高敏感度，並且會有當去焦量增加且曝光量減少時，其亮度值快速地降低達零的傾向。
在具體實施例5裡，可藉由注意兩種圖案來進行表面檢視作業，亦即從一圖案之複數個圖案區域中，一展現上述1之行為的圖案區域，以及一展現上述2之行為的圖案區域。如此，可識別出是哪一項因素在該檢視作業之前所進行的圖案構成製程裡造成缺陷，並且可執行一定量規格化。
圖20顯示一由後續製程所獲得的影像。在此準備有一測試晶圓，其上由曝光各圖案以構成出各圖案，並藉改變劑量(曝光量)及去焦量，且藉一預設顯影方法加以顯影，而從待予曝光之各圖案中，自此分別地擷取出對於曝光量具有高敏感度之圖案區域1以及對於去焦量具有高敏感度之圖案區域2。此測試晶圓是由該表面檢視設備10(40)之成像裝置39所成像以獲得該影像。在圖20裡，是藉由按一固定速率，在水平方向上改變一去焦量並在垂直方向上改變劑量來執行曝光作業。最左縱行顯示一曝光以在一預設範圍內之焦點條件最(－)側之去焦量的照射，而最右縱行顯示一曝光以最(＋)側之去焦量的照射。另一方面，在最底排處劑量為最低，而在較高排處曝光量漸增。該圖案區域1為其中(從各照射的四個區域裡)該左上及右下區域對於曝光量具有高敏感度之區域，而該圖案區域2為其中該右上及左下區域對於去焦量具有高敏感度之區域。即如該圖所示，在該區域1內該亮度值按照一垂直方向上之位置而大幅地改變，並按照一在水平方向上之位置而略微地改變。另一方面，在該區域2內該亮度值按照一水平方向上之位置而大幅地改變，並按照一在垂直方向上之位置而略微地改變。
可藉由利用此測試圖案來計算一適當曝光條件。可藉由按照一該圖案區域1之體積比與該亮度值間的關係，選擇該最高亮度值以決定一曝光量之適當條件，而可藉由對於該圖案區域2選擇最高亮度值，以決定焦點位置的適當條件。由於可藉由選擇性地利用該圖案區域1或該圖案區域2而獨立地獲得對於不同因素之條件，因此並不需要按二維方式檢查一條件以獲得該適當曝光條件。若是備製兩個圖案陣列，其中在一預設焦點條件下按一維方式設定曝光量，並依一預設曝光量按一維方式設定焦點條件，則即可獲得一曝光條件。
此外，在上述說明裡，是參照於圖20而採用兩個對於曝光量及對於焦點位置分別地具有高敏感度之圖案。不過，當在一測試晶圓上之一待予曝光圖案含有具眾多形式及間距的區域時，各圖案之亮度值會依照該圖案具有上述傾向1至4之何者與其程度而定，而對於一曝光量及一去焦量按不同方式改變。可藉由分析自這些複數個圖案所獲之複數個亮度值變化的行為，以標定具較高精確度之條件。
例如，底下將以去焦量作為範例加以說明。該亮度值在該最佳焦點位置處並不總是最大值，這是因為圖案的形式或間距之故。概知去焦對於一圖案之側壁崩潰或是粗糙度增高有影響，而曝光量則是對圖案之線路寬度產生影響。不過，即如可在具有較大寬度的圖案之情況下特別地觀察到，該去焦除了對於圖案之側壁崩潰外，對於圖案之線路寬度的變化具有更顯著影響。在此情況下，由於該圖案主要是因去焦而擴展或收縮，從而該亮度值會因去焦之故而位移以增加。同時，當一圖案之截面形式因圖案的形式或間距而產生變化後，該圖案之亮度值會按照該去焦位置究係位於(＋)側或(－)側而定，而在(＋)側或(－)側上改變，而非按對稱方式。亦可藉由增加此項與複數個圖案相關之資訊，以斷定該去焦方向究為於(＋)側或(－)側。
底下將說明在具體實施例5中的缺陷檢視作業。
首先，該影像處理裝置15被令以習知一如圖20所示測試晶圓的影像之各照射的各區域之亮度值、曝光量及去焦量之相關性資料。可按一矩陣形式獲取或可依函數方式擷取該資料。
其次，在藉由例如上述方法所選擇之最佳條件下，進行一其上待予實際曝光之基板的曝光作業(這會斷定從圖20內之各照射的中央照射乃滿足對於曝光量及焦點位置兩者的最佳條件)，並且由該表面檢視設備10(40)執行對此晶圓的缺陷檢視作業。所獲影像可如圖21中所示。在圖21裡，藉注意該圖案區域1及該圖案區域2而由該影像處理裝置15偵測該亮度值。因此，在幾乎所有的照射裡，該圖案區域1及該圖案區域2兩者展現出如具良好品質物件者的亮度值。如此，即可確認已正常地執行該曝光作業。
另一方面，可清晰看到圖21中由該箭頭所標示的照射裡，該圖案區域1及該圖案區域2任一者都不在正常的亮度值範圍內。在此情況下，可藉由注意到從該缺陷性照射區域1及2中之哪一區域具有離出該正常範圍的亮度值，而從該曝光製程的複數個因素中(曝光量、焦點位置)識別出一產生該缺陷的因素。此外，可根據由該影像處理裝置15所獲知的資訊，對於各個缺陷性照射，而從該圖案區域1之亮度值計算出一曝光量的位移值，並從該圖案區域2之亮度值計算出一去焦量。
例如，即以圖21中的兩個缺陷性照射，該圖案區域1及該圖案區域2兩者皆偏離於該正常亮度值範圍，因此可瞭解到該缺陷是由曝光量及焦點條件兩者因素所造成。此外，可看到在圖21內各照射中，最上方橫列內左邊的第二次照射是按圖20測試晶圓之最上方的曝光量，並按相同測試晶圓之右邊或左邊第二縱行的焦點位置所曝光。因此對於曝光量而言，可從該等測試晶圓曝光條件，決定位移量對應到一相較於該最佳數值而超過兩個層級之曝光量；而對於焦點來說，自該等測試晶圓曝光條件，相對於該最佳位置，位移量則是在(－)側上超過一個層級或是在(＋)側上超過一個層級。
亦可看到在圖20內自左方第三縱行之頂部的第四個照射係按圖21內該測試晶圓頂處第四個曝光量所曝光，而按一相同測試晶圓之最右或最左縱行的焦點距離。因此，對於曝光量，可從該等測試晶圓曝光條件，決定位移量對應到一相較於該最佳數值而低一個層級之曝光量；而對於焦點來說，自該等測試晶圓曝光條件，相對於該最佳位置，位移量則是在(－)側上超過兩個層級或是在(＋)側上超過兩個層級。
同時在具體實施例5中，即如在具體實施例1中參照於圖11A及11B所述，會有一圖案之側壁形式具有依該基板的方向而定之各向異性的情況，像是該圖案之側壁相對於該基板的角度或是粗糙狀態係依該基板之方向而改變的情況。可藉在旋轉該基板180度(可按照該圖案之形式而定，旋轉該基板0度、90度、180度或270度)之前及之後拍攝一影像，藉以觀察一亮度值變化，來檢查是否存在這種各向異性自無需贅言。
即如前述，在具體實施例5中，可藉由注意到複數個構成於一圖案內之各圖案中其一特定圖案，然後藉由使用該表面檢視設備10(40)執行該檢視作業，來偵測在一預設圖案構成製程中的缺陷。亦可識別該圖案構成製程中的哪一因素造成該缺陷。此外，可藉由事先備製一測試晶圓，並令該影像處理裝置習知獲取此測試晶圓的資訊，以執行此項因素的定量規格。
由於注意到複數個構成於該圖案內之圖案中的該特定圖案，並且由該表面檢視設備10(40)取得一曝光條件，因此可運作以在短時間內且精準地獲得該最佳曝光條件。
(具體實施例6)
在具體實施例6中，將對一曝光系統加以說明，其中藉由使用該表面檢視設備10(40)，可令該影像處理裝置按照獲自一測試晶圓之影像的資料，計算出各項最佳曝光條件(該最佳曝光量及最佳焦點距離)，並透過一網路將該等最佳條件自動地饋返至一曝光裝置。在該表面檢視設備10之情況下，一種本系統的組成方式可例如依圖22所示。
該表面檢視裝置的組成方式與圖1中所示者相同。一例如在圖20中所繪示之測試晶圓是架置於該表面檢視設備10的台座11上。
一來自該光源31之光線會被由該極化器34轉換成線性極化光線。該線性極化光線被該凹面鏡35所反射而成為準直光線，且將該線性極化光線照射於一主題。架置於該台座11上測試晶圓的放置方式，是讓構成於該晶圓上之圖案的排置方向具有一相對於該照明光線之線性極化光線的振動平面為45度之角度(正常時，可藉由將一相對於各照射之排置方向設定為45度角來放置該測試晶圓，以滿足此一條件)。一來自該測試晶圓的反射光線會由該凹面鏡36導引至該成像裝置39側，並通過放置作為相對於該極化器34之交跨的Nicols極化器38，且進一步通過未呈現之成像光學系統，藉以在該成像裝置39之成像平面上構成該測試晶圓基板之表面影像。該影像具有按照在焦點及曝光量上之變化而對於各次照射而改變的亮度資訊。該成像裝置39將該測試晶圓的影像轉換成一數位影像。以此影像為基礎，該影像處理裝置15根據焦點及曝光量的變化，擷取對於各次照射的不同亮度資訊。該影像處理裝置15亦根據所擷取之亮度資訊，計算出適當的曝光量及焦點條件。可透過一工作站之網路17，將該影像處理裝置15所擷取之焦點條件及曝光量條件立即地饋返至該曝光裝置50。該曝光裝置50設定於所饋返之曝光條件，俾於該最佳曝光條件下對該晶圓進行曝光。
也會有一種情況，其中一其上一待予由該曝光裝置50所實際曝光之圖案的主題晶圓被架置在該表面檢視裝置的該台座11上。同時，在此情況下，會在上述程序中進行一成像操作，並且被該成像裝置39轉換成數位影像之影像會由該影像處理裝置15所處理，藉以對於各次照射而擷取出包含例如具體實施例5中所述之區域1及區域2的各區域內之亮度資訊。該影像處理裝置15按照此亮度資訊，計算出一於透過該曝光裝置50之曝光製程所實際獲得的圖案曝光量與一由該曝光裝置50所設定之曝光量間的位移值，以及一於相同圖案之去焦量與該最佳焦點量間的位移值。所獲的曝光量及焦點位置會立即地透過該工作站之網路17而饋返。該曝光裝置50按照所饋返之量以修正曝光條件，藉此可隨時在最佳曝光條件下對該晶圓進行曝光。
在該具體實施例6之曝光系統中，由於可立即地饋返一最佳曝光條件之結果，以及一於該曝光裝置所設定之曝光量或焦點位置之數值與實際圖案所獲得的曝光量或焦點量之間的位移量，因此可對該晶圓進行曝光，而同時隨時地維持最佳曝光條件。
(變化項目)
在具體實施例1及具體實施例2裡，描述在當由該表面檢視設備10(40)進行檢視作業時，會由該波長選擇濾光器32(42)，從該光源31(41)發出之光線選擇一具一預定波長之光線，藉此以該光線來照明該基板。然而，本發明人已進一步發現：各圖案及圖案形式之亮度值，以及在具體實施例5中所述，對於曝光量與去焦量變化之亮度值變化敏感度的間距相關行為，會在當該照明波長改變時出現變化。例如，若該照明波長從E－線改變至h－線，則對於曝光量及去焦量之變化的敏感度在一些圖案區域裡會獲得改善。
此外，本發明人已發現：例如在具體實施例1內之表面檢視裝置的組成中，該圖案形式以及對於曝光與去焦量變化之亮度值敏感度的間距相關行為，也會因照明光線相對於該基板之入射角度(圖1內的θ)變化所改變。例如，當入射角度改變時，對於一曝光量以及對於一去焦量，該預設圖案的亮度值之敏感度會展現出異於該入射角度變化之前的不同行為。
可在圖案構成作業中，對各種製程標定一預設因素之條件而取得該最佳條件之缺陷檢視作業或其他製程裡，藉改變波長及入射角度其一或兩者條件而採獲一影像，並且藉由獲取並分析複數個相對於相同基板而具不同條件之影像，而由利用這些現象以獲得具較高精準度之條件。同時，可改善在該缺陷檢視作業中的缺陷辨識速率。特別是，在待予構成一圖案之各圖案區域的形式或間距具較低變異性之情況下，可僅需要單一的波長及入射角度條件，而且該等即如在具體實施例5中所述曝光製程內之圖案區域1及圖案區域2的條件，或如該圖案區域3之條件，則並非必要者。在此情況下，亦可藉由改變波長條件及該入射角度條件來設定一條件，在該條件下一圖案對各因素具有敏感度，以便在此之前先執行對一預設製程中之一因素以及在該製程中之缺陷檢視作業的條件取得作業。
即如前述，在本說明書中是對於在顯影之後，進行一光阻圖案上之表面檢視作業加以說明，在所有的上述具體實施例裡皆按舉例方式將一曝光製程採為一圖案之構成製程。然本發明並不限於該等具體實施例。無需贅言，本發明可適用於所有的微影蝕刻製程。本發明可施用於檢視所有的製程，包含薄膜構成製程、顯影製程、蝕刻製程、離子注入處理等等。
例如在蝕刻製程裡，可藉事先準備相關各式因素之資料，以執行各因素之定性或定量識別作業，這些資料包含像是遮罩圖案品質、待用於蝕刻處理之氣體混合物的種類及比例、氣體壓力、加速電壓、蝕刻機器種類，以及具藉由改變這些因素所獲之蝕刻圖案的亮度資訊。在蝕刻製程的情況下，對於決定一圖案之形式的特別重要因素為加速電壓及氣體壓力。這些因素可用來檢查關於在一光阻製程中之PEB溫度或處理時間，以及在一化學放大型光阻裡的酸質產生過程之處理溫度及處理時間等條件，這些對於在圖案構成製程中決定一圖案形式而言為重要因素。
可由本發明之表面檢視裝置對一滿足這些條件之測試晶圓加以成像，並可獲得一亮度資訊。如此，相較於藉由運用傳統的SEM以高度放大來局部地觀察其中某部分之圖案的方法，可顯著地縮短所需進行條件檢查之時間。同者亦適用於任何製程的檢視或條件檢查作業。
由於在本說明書的所有具體實施例裡，會由該表面檢視設備10(40)一次地攝取複數照射之影像，因此可藉由監視整個成像區域內之各照射的個別亮度值以執行資料處理，而在短時間內於一主題基板之所有位置上檢查是否出現缺陷。這適用於任何製程內的檢視或條件檢查作業。
同時，由於是由該表面檢視設備10(40)拍攝一已受預設製程之基板的影像，俾以決定在一預設製程內之處理條件，或俾以在一預設製程內執行一缺陷檢視作業，藉此根據各次照射之影像的亮度值而獲得該最佳曝光條件，因此可藉由一般光線取得該影像而無需利用電子束，並且可在短時間內進行該檢視作業而不必按各種方式改變觀察條件。不會造成圖案漏失或潰毀問題，即使是該待予檢視之圖案為一光阻圖案時亦然，而這在所有的製程檢視及條件檢視作業中亦為一通用效果。
1A．．．法線
2A．．．線路部份
2B．．．空間部分
3A．．．入射平面
10．．．表面檢視設備
11．．．台座
12．．．對準系統
13．．．照明系統
14．．．光線接收系統
15．．．影像處理裝置
17．．．網路
20．．．半導體晶圓
21．．．晶片區域
22．．．重複圖案
25．．．重複圖案
26．．．重複圖案
31．．．光源
32．．．波長選擇濾光器
33．．．光導光纖
34．．．極化器
35．．．凹面鏡
36．．．凹面鏡
37．．．成像透鏡
38．．．極化器
39．．．成像裝置
40．．．表面檢視裝置
41．．．光源
42．．．波長選擇濾光器
43．．．中繼透鏡
44．．．光圈
45．．．極化分束器
46．．．透鏡
47．．．光圈
48．．．成像透鏡
49．．．成像裝置
50．．．曝光裝置
A、B、C、D．．．區域
DA．．．線寬
DB．．．線寬
E1．．．邊緣
E2．．．邊緣
L1．．．線性極化光線
L2．．．線性極化光線
L3．．．極化成分
L4．．．極化成分
L5．．．線性極化光線
L6．．．線性極化光線
M．．．監視器
O1、O2、O3．．．光軸
P．．．間距
V．．．方向
VX．．．極化成分
VY．．．極化成分
圖1係一顯示一根據具體實施例1之表面檢視設備10的完整結構圖。
圖2係一顯示一半導體晶圓20表面之外觀圖。
圖3係一解釋一重複圖案22之不均勻結構的立體圖。
圖4係一解釋一線性極化光線L1之入射平面(3A)相對於該重複圖案22之重複方向(方向X)的傾斜狀態圖。
圖5A至5C係解釋該線性極化光線L1之振動方向與一橢圓形極化光線L2之振動方向的視圖。
圖6係一解釋該線性極化光線L1之振動平面的方向(方向V)相對於該重複圖案22之重複方向(方向X)的傾斜狀態圖。
圖7係一解釋其中一極化光線被分割成一平行於該重複方向(方向X)之極化成分VX與一垂直於該方向X之極化成分VY的狀態圖。
圖8係一解釋一於一極化成分L3之大小與該重複圖案22之線性部分2A的線寬DA間之關係圖。
圖9A及9B為顯示該重複圖案22之範例圖，該等在該線性部分2A及一空間部分2B之間具有不同的間距P與相同的體積比。
圖10係一解釋彼此具有不同重複方向之重複圖案25和26的圖。
圖11A及11B為顯示一於具一非對稱邊緣形式之重複圖案22與該線性極化光線L1之入射方向間的關係圖。
圖12A及12B為顯示一根據具體實施例2之表面檢視設備40的整體結構圖。
圖13A及13B為解釋一線性極化光線L5之振動平面與各層之重複方向的視圖，俾解釋在一垂直光線進入之情況下的形式雙折射效果。
圖14為解釋一線性極化光線L6之振動平面與各層之重複方向的視圖，俾解釋在一垂直光線進入之情況下的形式雙折射效果。
圖15A至15C分別顯示於一基板1之厚度t1與一折射率之間的關係、一振幅反射度及一振幅反射度之差值的圖式，俾解釋在一垂直光線進入之情況下的形式雙折射效果。
圖16為一顯示一極化成分L4(此為正比於一反射影像之亮度值)之光線強度IL4與一線性極化光線(圖14)之振動平面傾斜角度Φ間的關係圖。
圖17為一由本發明表面檢視設備所獲之測試晶圓影像的視圖。
圖18A及18B分別為一顯示於一焦點量與一亮度值間之關係圖，以及一顯示一於一劑量與該亮度值間之關係圖。
圖19A及19B係顯示一射出及一圖案區域間之關係圖。
圖20為一由本發明表面檢視設備所獲之測試晶圓影像的視圖。
圖21為一由本發明表面檢視設備所獲之主題晶圓影像的視圖。
圖22為一本發明之曝光系統的示意圖。
1A．．．法線
10．．．表面檢視設備
11．．．台座
12．．．對準系統
13．．．照明系統
14．．．光線接收系統
15．．．影像處理裝置
20．．．半導體晶圓
31．．．光源
32．．．波長選擇濾光器
33．．．光導光纖
34．．．極化器
35．．．凹面鏡
36．．．凹面鏡
37．．．成像透鏡
38．．．極化器
39．．．成像裝置
L1．．．線性極化光線
L2．．．線性極化光線
L4．．．極化成分
M．．．監視器
O1．．．光軸
O2．．．光軸

Claims (23)

  1. 一種表面檢視設備，其中包含：一照射一圖案之照明裝置，該圖案係透過一含有一構成於一主題基板上之光阻層之曝光製程的預設圖案構成製程所構成，以藉由一線性極化光線曝光而具有一週期性；一設定裝置，此係按該線性極化之振動平面與該圖案之重複方向為傾斜的方式，設定該主題基板之方向；一擷取裝置，此係從源自於該圖案之鏡面反射光線，獲取一具有一垂直於該線性極化之振動平面的振動平面之極化成分；以及一影像構成裝置，此係根據所獲取之光線，而構成該基板之表面的影像，其中一在該圖案構成製程內之圖案構成條件，是以由該影像構成裝置所構成之基板表面影像的光線強度作為基礎而標定。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之表面檢視設備，其中該圖案構成條件係於一基準圖案之影像的光線強度與構成於該主題基板上之圖案的影像之光線強度間的差值為基礎而標定，此因素是在組成該圖案構成製程與對於構成在該主題基板上之圖案的圖案構成條件之各項因素中造成該差值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之表面檢視設備，其中該圖案構成條件之標定係依據一於基準圖案之影像的光線強度與構成於該主題基板上之圖案的影像之光線強度間的差值為基礎，來執行一構成在該主題基板上之圖案的圖案構成條件之預設因素的定量測量作業。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之表面檢視設備，其中該圖案構成條件之標定係在該曝光製程中自曝光量及焦點二者標定出至少一者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之表面檢視設備，其中該圖案構成條件之標定係標定一在該基板上新構成一圖案的條件。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之表面檢視設備，其中該圖案構成條件之標定係標定一構成一已構成之圖案的條件。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之表面檢視設備，其中在該曝光製程裡，當將該基板及一曝光光學系統相對彼此而掃描時，會事先備製其上複數個圖案隨曝露於每次照射而改變之曝光條件下的基板之表面檢視資料，並且藉由識別該曝光製程之曝光條件以標定出該圖案構成條件。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之表面檢視設備，其中該圖案含有複數個具有彼此互異之間距及形式的區域，並且依據該等區域各者之影像的光線強度來標定該圖案構成條件。
  9. 一種表面檢視設備，其中包含：一照射一圖案之照明裝置，該圖案含有複數個具彼此互異之間距及形式的區域，且透過一含有曝光製程之預設製程而構成於一基板上的光阻層之上，以藉由一線性極化光線曝光而具有一週期性；一設定裝置，此係設定該線性極化之振動平面與該圖案之重複方向為相互傾斜；一擷取裝置，此係從源自於該圖案之鏡面反射光線，獲取一具有一垂直於該線性極化光線之振動平面的振動平面之極化成分；以及一影像構成裝置，此係根據所獲取之光線，而構成該基板之表面的影像，其中該曝光製程之聚焦位移及該劑量位移當中至少一者，是以由該影像構成裝置所構成之基板表面影像的光線強度作為基礎所測量。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之表面檢視設備，其中在該曝光製程裡，當將該基板及一曝光光學系統相對彼此而掃描時，會事先備製其上複數個圖案隨曝露於每次照射而改變之曝光條件下的基板之表面檢視資料，並且藉由識別該曝光製程之曝光條件以標定出該圖案構成條件。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之表面檢視設備，進一步包含一影像處理設備，該者可依照該表面檢視資料為基礎，以令該聚焦位移及該劑量位移二者至少一者習知一影像。
  12. 一種曝光系統，其中包含：一曝光一圖案之曝光裝置；一根據申請專利範圍9至11任一項之表面檢視設備；以及一處理設備，此係按照聚焦位移及劑量位移二者至少一者為基礎，計算最佳焦點量及最佳劑量二者至少一者，其中回應於一來自該處理設備之信號以控制一曝光條件。
  13. 一種表面檢視設備，其中包含：一照射一圖案之照明裝置，該圖案係透過一含有一構成於一主題基板上之光阻層之曝光製程的預設圖案構成製程所構成，以藉由一線性極化光線曝光而具有一週期性；一設定裝置，此係按該線性極化之振動平面與該圖案之重複方向為彼此傾斜的方式，設定該主題基板之方向；一擷取裝置，此係從源自於該圖案之鏡面反射光線，獲取一具有一垂直於該線性極化之振動平面的振動平面之極化成分；以及一影像構成裝置，此係根據所獲取之光線，而構成該基板之表面的影像，其中該圖案之品質是依照由該影像構成裝置所構成之圖案影像在一預設位置處之光線強度作為基礎所決定。
  14. 一種表面檢視方法，其中包含如下步驟：照射一圖案，該圖案係透過一含有一構成於一主題基板上之光阻層之曝光製程的預設圖案構成製程所構成，以藉由一線性極化光線曝光而具有一週期性；按該線性極化之振動平面與該圖案之重複方向為彼此傾斜的方式，設定該主題基板之方向；從源自於該圖案之鏡面反射光線，獲取一具有一垂直於該線性極化之振動平面的振動方向之極化成分；以及根據所獲取之光線而構成該基板表面的影像，藉此以基板表面影像的光線強度作為基礎，識別在該圖案構成製程內之圖案構成條件。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之表面檢視方法，其中該圖案構成條件係於一基準圖案之影像的光線強度與構成於該主題基板上之圖案的影像之光線強度間的差值為基礎而標定，此因素是在組成該圖案構成製程與對於構成在該主題基板上之圖案的圖案構成條件之各項因素中造成該差值。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之表面檢視方法，其中該圖案構成條件之標定係依據一於基準圖案之影像的光線強度與構成於該主題基板上之圖案的影像之光線強度間的差值為基礎，來執行一構成在該主題基板上之圖案的圖案構成條件之預設因素的定量測量作業。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之表面檢視方法，其中該圖案構成條件之標定係在該曝光製程中自曝光量及焦點二者標定出至少一者。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之表面檢視方法，其中該圖案構成條件之標定係標定一在該基板上新構成一圖案的條件。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之表面檢視方法，其中該圖案構成條件之標定係標定一構成一已構成之圖案的條件。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之表面檢視方法，其中在該曝光製程裡，當將該基板及一曝光光學系統相對彼此而掃描時，會事先備製其上複數個圖案隨曝露於每次照射而改變之曝光條件下的基板之表面檢視資料，並且藉由識別該曝光製程之曝光條件以標定出該圖案構成條件。
  21. 如申請專利範圍第14項所述之表面檢視方法，其中該圖案含有複數個具有彼此互異之間距及形式的區域，並且依據該等區域各者之影像的光線強度來標定該圖案構成條件。
  22. 一種表面檢視方法，其中包含：照射一圖案，該圖案含有複數個具彼此互異之間距及形式的區域，且透過一含有曝光製程之預設製程而構成於一基板上的光阻層之上，以藉由一線性極化光線曝光而具有一週期性；設定該線性極化光線之振動平面與該圖案之重複方向為相互傾斜；從源自於該圖案之鏡面反射光線，獲取一具有一垂直於該線性極化光線之振動平面的振動平面之極化成分；以及根據所獲取之光線，而構成該基板之表面的影像，其中該曝光製程之聚焦位移及劑量位移至少一者是以由該影像構成裝置所構成之基板表面影像的光線強度作為基礎所測量。
  23. 一種表面檢視方法，其中包含如下步驟：照射一圖案，該圖案係透過一含有一構成於一主題基板上之光阻層之曝光製程的預設圖案構成製程所構成，以藉由一線性極化光線曝光而具有一週期性；按該線性極化之振動平面與該圖案之重複方向為傾斜的方式，設定該主題基板之方向；從源自於該圖案之鏡面反射光線，獲取一具有一垂直於該線性極化之振動平面的振動平面之極化成分；以及根據所獲取之光線，而構成該基板之表面的影像，藉此以該基板表面影像中之圖案影像在一預設位置處之光線強度作為基礎，決定該圖案之品質。
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