TWI466212B - 檢驗及製造半導體晶圓之方法 - Google Patents

Description

檢驗及製造半導體晶圓之方法

本發明係關於檢驗製造半導體晶圓之方法。

本申請案根據35 USC 119主張在2011年4月28日提出申請且標題為「Methods of Inspecting and Manufacturing Semiconductor Wafers」之美國臨時申請案61/480,279號之優先權，該美國臨時申請案以引用方式併入本文中。

藉由將複數個處理步驟應用於一半導體晶圓來製造諸如半導體裝置之微型化裝置。該處理可包括用以在該晶圓上提供一抗蝕劑層之一膜形成處理，用以將該抗蝕劑之部分曝光之一曝光處理，一曝光後烘烤處理，一顯影處理，用以蝕刻該抗蝕劑之經曝光或未經曝光部分之一蝕刻處理，用以將材料沈積於該抗蝕劑之經曝光或未經曝光部分之一沈積處理及其他合適處理。使用合適處理參數(諸如溫度、濃度、曝光劑量及其他設定)來控制該等處理。鑒於該製造之一高通量，有必要基於對應參數控制該等處理中之每一者以便在每一處理時達成一期望結果。可在所應用之處理中之一或多者之後執行該半導體晶圓之檢驗。可基於一檢驗結果調整該等處理參數中之一或多者。

可使用合適檢驗工具來執行該檢驗以量測該半導體晶圓及其上所形成之微觀結構之各種性質。某些檢驗工具使用導引至該晶圓之粒子束或光束以便產生該晶圓之影像，可進一步分析該等影像以確認如期望地執行該處理或判定經 處理之晶圓中之瑕疵。通常將檢驗工具劃分成微觀檢驗工具及宏觀檢驗工具。

微觀檢驗工具之目的在於偵測具有0.5 μm及以下尺寸之極小或甚至最小所製造之微觀結構之特徵。微觀檢驗工具通常使用放大光學器件來偵測自檢驗位置始發之輻射。微觀檢驗工具之一優點在於可直接驗證一微觀結構之一幾何體或其他性質且可直接展示此等微觀結構中之缺陷。微觀檢驗工具之一缺點在於在欲檢驗晶圓之整個表面之一實質部分之情形下檢驗需要長時間。若由於考量時間僅檢驗該晶圓之表面之部分，則存在未偵測到某些缺陷之一風險。

宏觀檢驗工具之目的在於以對瑕疵之一較低敏感性及所產生之影像之一較低空間解析度為代價達成一高通量。宏觀檢驗工具未必使用放大光學器件來偵測自檢驗位置發出之輻射。宏觀檢驗工具具有可在一短時間內檢驗晶圓之大部分或完整晶圓之一優點，且其具有不可自宏觀檢驗工具所記錄之影像或其他資料直接導出極小所製造之微觀結構之性質之一缺點。

可期望延伸宏觀檢驗工具及微觀檢驗工具之適用範圍且以一高通量自一半導體晶圓獲得更詳細之檢驗資訊。

可進一步期望使用在半導體晶圓之一製造製程中使用一或多個檢驗工具而獲得之資訊。

已計及以上問題創作了本發明。

本發明提供檢驗一半導體晶圓之方法，該方法允許獲得 關於形成於該半導體晶圓上之微觀結構之有價值資訊。

該半導體晶圓通常可包含複數個晶粒，其中每一晶粒係一小塊半導電材料，一既定功能電路製作於該小塊半導電材料上。在完成該晶圓之製造之後，將該晶圓切割成片，其中每一片包含一個晶粒。

每一晶粒可包括複數個不同圖案場，微觀結構根據不同配置圖案配置於該複數個不同圖案場中。舉例而言，微觀結構可配置成一規則重複配置圖案，以便可針對該配置在一或兩個方向上識別一重複週期。可存在具有帶有不同重複週期之不同配置圖案之不同圖案場。此外，其他圖案場可具有不規則或隨機之微觀結構配置。由於該晶圓包括複數個晶粒，因此存在具有跨越該晶圓而分佈之相同微觀結構配置圖案之對應圖案場。

本發明之某些實施例藉由將量測光同時導引至一個晶粒內之複數個圖案場、至複數個晶粒或至整個晶圓，將經照明之複數個圖案場、複數個晶粒或整個晶圓分別成像至一偵測器元件陣列上且記錄該等偵測器元件所偵測光強度來執行一半導體晶圓之至少一部分之宏觀檢驗。在本文中，將該晶圓上之每一位置同時成像至一或多個毗鄰偵測器元件上，其中形成於該晶圓上之最小微觀結構太小且該等偵測器元件之橫向延伸太大以便自所偵測光強度解析該晶圓上之微觀結構。儘管如此，可自所偵測光強度獲得之資訊係允許判定表示形成於該晶圓上之微觀結構之一性質之某些參數值之有價值資訊。

在本文之實例性實施例中，宏觀檢驗進一步包括所記錄之光強度之高通濾光。此可具有一優點，其在於自所記錄之影像移除具有一低空間頻率且由於(例如)一層厚度之變化造成之所記錄之影像之變化，以使得經高通濾光之影像之強度變化主要係由於微觀結構之圖案造成。

根據本文之另外實例性實施例，基於針對宏觀檢驗位置所記錄之經高通濾光之光強度且基於表示該晶圓在此圖案場之微觀檢驗位置處之性質之至少一個參數值來判定表示該晶圓在宏觀檢驗位置處之性質之至少一個參數值。在此等實施例中，表示該晶圓之性質之至少一個參數值可包括關於在一微影步驟中所形成之微觀結構之圖案之參數，諸如一線寬、一側壁角度、一高度、一基腳、一底切、一拐角圓化及一臨界尺寸(CD)。此外，在此等實施例中，表示該晶圓之性質之至少一個參數值可不包括關於在晶圓上不產生圖案之情形下應用於整個晶圓之製造步驟(諸如應用一塗佈，執行一曝光後烘烤及將一抗蝕劑顯影)之參數。

在某些實施例中，該等微觀結構之至少一個性質包含配置於宏觀檢驗位置處之微觀結構之一線寬、一側壁角度、一高度、一基腳、一底切、一拐角圓化及一臨界尺寸(CD)、一疊對偏移(overlay shift)及一層厚度。可有可能判定微觀結構之特徵之性質，即使不可藉由用於宏觀檢驗中之偵測器直接解析微觀結構。

本發明之某些實施例使用晶圓上之一或多個位置之微觀檢驗，其中微觀檢驗包含導引量測輻射至該位置且偵測自 該位置射出之輻射。微觀檢驗可具有好於形成於檢驗位置內之最小微觀結構之一長度尺度之一空間解析度。舉例而言，可使用一掃描電子顯微鏡來執行此微觀檢驗。

此外，該微觀檢驗可具有低於最小所製造之微觀結構之長度尺度之一空間解析度，以便不可能藉由此微觀檢驗直接解析此等微觀結構。然而，微觀檢驗可產生一充足大量資料以便可能藉由將數值方法應用於所獲得之量測資料來判定表示微觀結構在檢驗位置處之性質之參數值。舉例而言，可藉由一散射儀來執行此微觀檢驗，其中將量測光聚焦於該位置上且其中記錄自該位置射出之光之一波長光譜。所記錄之光譜之形狀指示表示該晶圓之微觀結構之性質之參數值。可藉由所記錄之光譜之數值分析來判定此等參數值。

本發明之某些實施例使用該晶圓之微觀檢驗與宏觀檢驗之一組合。在本文中，將微觀檢驗應用於該晶圓上之相對低數目個位置且將其用以導出表示該晶圓在微觀檢驗位置處之性質之一或多個參數值。將宏觀檢驗應用於高數目個位置以便偵測該等宏觀檢驗位置中之每一者之至少一個光強度。單獨此等所偵測光強度將不足以直接獲得表示形成於宏觀檢驗位置處之微觀結構之性質之參數值。然而，藉由使用藉由相對低數目個微觀檢驗所獲得之微觀結構之性質之參數值，有可能使針對相對高數目個宏觀檢驗位置所記錄之光強度與表示微觀結構在各別宏觀檢驗位置處之性質之參數值相關。

在實例性實施例中，將微觀檢驗之輻射聚焦至該晶圓上具有比成像至用於宏觀檢驗中之偵測器之一個偵測器元件上之一位置之一直徑小2倍、5倍、10倍或甚至大於50倍之一直徑之位置。

在另外實例性實施例中，微觀檢驗使用高度放大光學器件以偵測自微觀檢驗位置發出之輻射。放大光學器件之一放大可(例如)大於5倍、大於20倍或甚至大於100倍。在本文之實例性實施例中，宏觀檢驗使用一低放大之光學器件來偵測自宏觀檢驗位置發出之輻射。此等光學器件之一放大可係(例如)小於2、小於1、小於0.7或小於0.4。

在某些實施例中，一個晶圓上之若干宏觀檢驗位置比同一晶圓上之若干微觀檢驗位置高得多。舉例而言，宏觀檢驗位置之數目可比微觀檢驗位置之數目大10倍、100倍或甚至大於1000倍。

在某些實施例中，宏觀檢驗將一寬光譜範圍之光用於成像。該光譜範圍可包含可見光、紅外光及紫外光。

在其他實施例中，宏觀檢驗將一窄光譜範圍之光用於成像。該窄光譜範圍可在可見光、紅外光或紫外光內。

在某些實施例中，宏觀檢驗使用一成像以使得成像至一偵測器元件陣列之一個偵測器元件上之半導體晶圓之一面積具有微觀結構藉以配置於一區中之一最小重複週期之大於5倍、大於10倍或大於50倍之一延伸。此意指不可能使用具有像素陣列之偵測器來觀察或偵測形成於彼等區中之微觀結構之一幾何體或結構。換言之，該等微觀結構太小 而不能使用成像直接觀察到。然而，該等微觀結構根據一相同規則重複配置圖案配置於其中之一選定場成像至該偵測器之複數個像素之一良好界定群組上。

在某些實施例中，本發明提供一選定圖案場至大於5個偵測器元件、大於10個偵測器元件、大於25個偵測器元件或大於35個偵測器元件之一群組上的成像。舉例而言，一選定區可成像至3×3個偵測器元件、4×4個偵測器元件、5×5個偵測器元件、3×7個偵測器元件、5×6個偵測器元件等等之一群組上。此外，該等偵測器元件群組無需佔據該偵測器之矩形部分；該等偵測器元件群組可具有實質上對應於該晶圓上之選定圖案場之形狀之任意形狀。

在某些實施例中，本發明提供自一偵測器之偵測器元件收集偵測信號且計算來自選定偵測信號子組之值。在來自該偵測器之所有偵測器元件之可用偵測信號當中，僅將選定偵測信號子組用於該等值之計算，且不將其他偵測信號用於彼等值之計算或自彼等值之計算排除其他偵測信號。換言之，某些偵測器元件在彼意義上「被遮蔽」以使得來自彼等偵測器元件之所偵測強度不影響該複數個值之一計算結果。不影響該計算結果之偵測信號包括來自不是晶圓之選定圖案場內之位置所成像至的彼等選定偵測器元件群組中之任一者之成員的偵測器元件之偵測信號，其中該等選定圖案場係微觀結構根據一規則重複配置圖案配置於其中之彼等區。影響該計算結果之偵測信號包含來自選定圖案場內之位置所成像至的選定偵測器元件群組之偵測信 號。

在某些實施例中，宏觀檢驗包含判定表示形成於該晶圓之至少一個位置處之微觀結構之一性質之一參數值，該位置成像至一或多個偵測器元件上。在某些實施例中，該等微觀結構之至少一個性質包含配置於宏觀檢驗位置處之微觀結構之一線寬、一側壁角度、一高度、一基腳、一底切、一拐角圓化及一臨界尺寸(CD)、一疊對偏移及一層厚度。可有可能判定微觀結構之特徵之性質，即使不可藉由宏觀檢驗中所使用之偵測器直接解析微觀結構。

在某些實施例中，一既定圖案場內之一或多個位置經宏觀檢驗以記錄對應於一或多個宏觀檢驗位置之一或多個光強度。而且，微觀檢驗同一圖案場內或作為宏觀檢驗位置定位於其中之圖案場之具有一相同微觀結構配置圖案之一不同圖案場內之至少一個位置以便判定表示微觀結構在微觀檢驗位置處之一性質之至少一個參數值。使用自微觀檢驗所獲得之至少一個參數值來判定表示微觀結構在宏觀檢驗位置處之性質之參數值。使用微觀檢驗與宏觀檢驗之此組合可允許僅使用低數目個微觀檢驗獲得表示微觀結構在諸多宏觀檢驗位置處之性質之高度重要參數值。由於可在一短時間週期內同時執行高數目個位置之宏觀檢驗且由於僅相對低數目個微觀檢驗可充足，因此經組合之宏觀檢驗與微觀檢驗可以一高通量產生關於該晶圓之微觀結構之大量有價值資訊。

根據實例性實施例，一種製造複數個半導體晶圓之方法 包含：微觀檢驗至少一個微觀檢驗圖案場內之至少一個位置且判定表示晶圓在該微觀檢驗位置處之一性質之至少一個參數值，其中該微觀檢驗包含導引量測輻射至該位置且偵測自該位置射出之輻射，且其中該量測輻射導引至的該晶圓上之一區可具有一第一表面積；宏觀檢驗該至少一個微觀檢驗圖案場內之複數個位置，其中該宏觀檢驗包含將量測光特別係同時導引至複數個圖案場、複數個晶粒或整個晶圓，將經照明之複數個圖案場、晶粒及整個晶圓分別成像至一偵測器元件陣列上且記錄由該等偵測器元件偵測之光強度，其中該等位置中之每一者同時成像至一或多個毗鄰偵測器元件上。該宏觀檢驗位置可具有一第二表面積，該第二表面積比該第一直徑大至少2倍或至少5倍或10倍。此外，至少一個微觀檢驗圖案場中之每一者內之宏觀檢驗位置之數目可比此圖案場內之微觀檢驗位置之數目大至少5倍。該方法可進一步包含針對該宏觀檢驗圖案場之每一宏觀檢驗位置基於針對該宏觀檢驗位置所記錄之光強度且基於表示該晶圓在此圖案場之微觀檢驗位置處之性質之至少一個參數值來判定表示該晶圓在該宏觀檢驗位置處之性質之至少一個參數值。

根據本文之某些實施例，該方法進一步包含使用至少一個處理參數來處理該等晶圓且基於針對宏觀檢驗位置所判定之參數值來改變該至少一個處理參數。

根據另外之實例性實施例，一種製造複數個半導體晶圓之方法包含使用至少一個製程參數來處理該等晶圓且基於 針對宏觀檢驗位置所判定之參數值來改變該至少一個製程參數。

根據本文之某些實施例，該至少一個統計性質包含每一晶圓之該等值之一分佈之一矩(moment)。根據本文之實例性實施例，該至少一個統計性質包含一平均值、一變異數、一偏態或一峰態。

根據某些實施例，該宏觀檢驗包含提供至少兩個不同光設定且針對該至少兩個不同光設定中之每一者記錄由該等偵測器元件偵測之光強度。以每一個別光設定偵測一光強度群組。根據各別光強度是否係由選定圖案場之一部分成像至的偵測器元件記錄而自每一光設定群組選擇一光強度子組。使用來自複數個所得子組之光強度來判定形成用於判定至少一個統計性質之基礎之複數個值。在本文中，自相同偵測器元件所記錄之複數個子組中之彼等光強度判定每一值。舉例而言，兩個光設定可關於由該等偵測器元件記錄之光之偏振而不同。可自一既定偵測器元件以第一偏振設定所記錄之光強度及同一偵測器元件以第二偏振設定所記錄之光強度來判定形成用於判定統計性質之基礎之每一值。舉例而言，可藉由使該偵測器元件以第一偏振設定所記錄之經記錄光強度除以該偵測器元件以第二偏振設定所記錄之光強度來計算所判定之值。

根據某些實施例，基於所判定之統計性質與該統計性質之一預定值之一比較且在不使用該晶圓之微觀檢驗所獲得之任一資訊之情形下來改變該至少一個處理參數。然後可 能藉由宏觀檢驗且在不執行任一微觀檢驗之情形下估計所製造之半導體晶圓之一品質。

發明者已發現，自宏觀檢驗所獲得之光強度之統計分析高度指示複數個晶圓之製造製程之改變。因此，若諸如所記錄之光強度之一平均數、一變異數、一偏態或一峰態之統計性質改變，則此等改變係指示半導體晶圓製造中所涉及之處理參數之改變。根據某些實施例，該等值之統計性質之改變觸發請求一操作者檢驗並更新該製造之處理參數之一信號，或用於製造晶圓之一自動系統可被觸發以便更新該等處理參數。

在某些實施例中，該處理包含一沈積(諸如一化學汽相沈積(CVD)及一物理汽相沈積(PVD))，其中該至少一個處理參數包含一濃度、一溫度及一持續時間。

在某些實施例中，本發明提供包含藉助一圖案將一基板曝光之一處理，其中該至少一個處理參數包含在該曝光中使用之一曝光劑量及/或一焦點。

在某些實施例中，一基板之一處理包含蝕刻該基板，其中至少一個處理參數包含在該蝕刻中使用之一蝕刻時間、一蝕刻溫度及一媒介之一濃度。

根據實施例，一種製造半導體晶圓之方法包含用一抗蝕劑塗佈晶圓；在該塗佈之後將一圖案曝光至該抗蝕劑上；在該曝光之後將經圖案化之抗蝕劑顯影；在該顯影之後透過經顯影之抗蝕劑蝕刻該晶圓；及在該蝕刻之後移除該晶圓上剩餘之抗蝕劑；其中在蝕刻該晶圓之後且在移除剩餘 抗蝕劑之前執行該晶圓之一經組合之宏觀檢驗與微觀檢驗或僅一宏觀檢驗。該移除剩餘抗蝕劑可包含諸如灰化以燒盡一剩餘抗蝕劑聚合物之一處理及清潔以移除殘留物及抗蝕劑粒子之一隨後步驟。

根據某些實施例，一種製造一半導體晶圓之方法包括宏觀檢驗該半導體晶圓，其中該宏觀檢驗包含：相對於一成像光學器件及具有一偵測器元件陣列之一相機定位該晶圓以便由成像光學器件將該晶圓成像至該相機上；將一光源所產生之照明光導引至該晶圓上；提供一第一光設定且使用自該晶圓反射之照明光藉助該相機記錄該晶圓之一第一影像；及提供一第二光設定且使用自該晶圓反射之照明光藉助該相機記錄該晶圓之一第二影像；其中該第一光設定與該第二光設定關於用於將晶圓成像至該偵測器上之光之一偏振及一光譜中之至少一者而不同。

根據某些實施例，第一光設定及第二光設定係由提供於光源與晶圓之間的一束路徑及該晶圓與相機之間的一束路徑中之至少一者中之至少一個光學濾光器產生，其中該光學濾光器可改變以使得穿過該濾光器之光之一偏振改變及/或以使得穿過該濾光器之光之強度之一光譜分佈改變。

根據某些實施例，藉由改變產生照明光之一光源來產生第一光設定及第二光設定。舉例而言，可提供供應不同光譜範圍之照明光之複數個光源(諸如複數個LED)且其經選擇性地操作以選擇性地產生不同光譜分佈之照明光。

根據本文之實例性實施例，可以兩個以上光設定來記錄 甚至兩個以上影像。

根據實例性實施例，使該晶圓相對於成像光學器件及相機之一位置在記錄第一影像與記錄第二影像之間維持恆定，以便促進應用於複數個所記錄之影像之一影像處理且使得影像處理之結果可易於與該晶圓之特定位置及圖案場相關聯。

根據某些實施例，藉以記錄第一影像之光具有一第一光譜分佈且藉以記錄第二影像之光具有一第二光譜分佈，且其中該第一光設定及該第二光設定經組態以使得第一光譜分佈之一中心波長與第二光譜分佈之一中心波長相差大於30 nm、大於50 nm或大於100 nm。可根據此項技術中已知方法中之一者來計算該中心波長。舉例而言，可藉由判定表示所使用之光之光譜分佈之一曲線圖下方之一區域之一重心來計算該中心波長。

根據某些實施例，第一光譜分佈及第二光譜分佈中之每一者之一寬度小於100 nm或小於50 nm。可根據此項技術中已知之方法中之一者來計算光譜分佈之寬度。舉例而言，可藉由判定該光譜分佈之一部分之上界及下界來計算該光譜分佈之寬度，以使得(例如)90%之光譜強度含於上界與下界所界定之一波長範圍內。該上界與該下界之間的差然後將表示該光譜分佈之寬度。

根據其他實施例，藉以記錄第一影像之光具有一第一偏振方向且藉以記錄第二影像之光具有一第二偏振方向，且其中該第一光設定及該第二光設定經組態以使得第一偏振 方向與第一偏振方向相差大於10°、大於20°或大於40°。在本文中，該光僅部分偏振係可能的，此乃因實際上難以獲得一100%完美線性偏振。此外，根據另外實施例，第一偏振關於一偏振度而不同於第二偏振。舉例而言，可使用非偏振光來記錄該第一影像而使用具有(例如)60%之一偏振度之光來記錄該第二影像。

根據某些實施例，藉由改變提供於一檢驗系統之一照明束路徑中之一濾光器來改變光設定。根據其他實施例，藉由改變提供於一檢驗系統之一成像束路徑中之一濾光器來改變光設定，且根據又另外實施例，藉由改變提供於一檢驗系統之一照明束路徑中之一濾光器及提供於該檢驗系統之一成像束路徑中之一濾光器兩者來改變濾光器設定。改變該濾光器可包括用具有一第二透射特性之一第二濾光器替換具有一第一透射特性之定位於該束路徑中之一第一濾光器。該等透射特性可關於強度之一光譜分佈及/或關於透射穿過濾光器或自該濾光器反射之光之一偏振而不同。

根據某些其他實施例，藉由改變一檢驗系統之一照明束路徑中之產生照明光之一光源來改變光設定。

在某些實施例中，宏觀檢驗涉及將一基板之至少一部分成像至一偵測器上。根據本文之某些實施例，該基板之完整表面成像至該偵測器上。

將自實例性實施例、圖式及申請專利範圍之以下詳細闡述顯而易見本發明之前述以及其他有利特徵。

在下文所闡述之實例性實施例中，通常藉由相同參考編號來表示在功能上或在結構上相同之組件。

圖1圖解說明可用於製造半導體晶圓之方法中之一宏觀檢驗系統。宏觀檢驗系統9用以在晶圓安裝於一晶圓載台5上時將包括一晶圓1之一表面或整個晶圓表面上之複數個晶粒3之一較大部分成像至具有一偵測器元件陣列之一影像偵測器11上。由於可用影像偵測器之一大小可小於成像至該偵測器上之晶圓之部分之一大小，因此可使用縮微成像光學器件19將該晶圓之該部分成像至偵測器11上。宏觀檢驗系統進一步包含一暗場光源21，暗場光源21用於產生以一銳角導引至該晶圓表面上之一暗場照明束22以使得該入射暗場照明束之一主要部分自該晶圓表面鏡面反射且捕集於一束收集器23中。該晶圓上之某些結構使該入射暗場照明光散射以使得其由成像光學器件19收集且以使得散射結構成像至偵測器11上。宏觀檢驗系統9進一步包含一亮場光源25，亮場光源25用於產生入射至該晶圓表面上之一亮場照明光束26以使得該亮場照明光之一顯著部分自該晶圓反射且由成像光學器件收集以使用亮場照明光使得該晶圓上之結構可成像至成像偵測器11上。

宏觀檢驗系統具有一優點，其在於該晶圓上對應於該偵測器之若干偵測器元件之大量位置可在一短時間週期內同時成像至該偵測器上。該宏觀檢驗系統之一缺點在於，提供於該晶圓上之微觀結構具有實質上小於成像至一個偵測器元件上之晶圓之一位置之橫向延伸之特性尺寸以使得該 等微觀結構由於該偵測器元件陣列之有限解析度而不能在此成像中直接被解析之事實。

儘管圖1中所展示之宏觀檢驗系統之圖解說明極具示意性以便圖解說明宏觀檢驗之原理，WO 2009/121628 A2及WO 2011/020589 A1中圖解說明關於用於根據本發明之實施例中之宏觀檢驗系統之更多詳細資訊，其中此等文件之內容以其整體引用之方式併入本文中。

圖2係可用於製造半導體晶圓之方法中之一光學微觀檢驗系統之一示意性圖解說明。圖2中所展示之微觀檢驗系統10具有一顯微鏡之一組態且包含一影像偵測器11、一光源13及一分束器15。光源13所產生之一量測光束17之一部分自分束器15反射，穿過一物鏡7且由該物鏡聚焦以照明晶圓1上之一位置。該晶圓之經照明位置成像至影像感測器上以便可偵測該晶圓之位置之一經放大之顯微影像。晶圓1安裝於一晶圓載台5上，晶圓載台5經組態以相對於物鏡7位移且旋轉該晶圓以便隨後可檢驗該晶圓上之複數個位置。儘管圖2中所展示之微觀檢驗系統10具有一成像顯微鏡之組態，但光學微觀檢驗系統之其他組態係可能的。舉例而言，一微觀檢驗系統可包含安置於物鏡與偵測器之間的一束路徑中之一光譜儀。該光譜儀產生一色散以便可相依於經反射光之波長來記錄經反射之光強度。作為另一選擇或另外，一或多個偏振器可位於光源、晶圓與偵測器之間的束路徑中以便依據偏振偵測光強度。自檢驗位置始發之量測光之所記錄光譜之一分析允許判定表示形成於該 晶圓上之微觀結構之某些性質之參數值。此分析可涉及使用一軟體系統對微觀結構之建模及針對此等經建模結構求解麥克斯韋方程式。此類型之分析亦稱作「嚴謹分析」。可用於根據本發明之半導體晶圓製造方法之實施例中之一微觀檢驗系統之一實例係自CA之Milpitas之Nanometrics有限公司，以「Atlas XP」及「IMPULSE」名義可購得之系統。

圖3係可用於製造半導體晶圓之方法中之一另外微觀檢驗系統之一示意性圖解說明。圖3中所圖解說明之系統係一掃描電子顯微鏡31，掃描電子顯微鏡31包含具有用於產生一電子束37之一電子束源35之一束柱33。電子束37係由一聚束透鏡39校準且由一物鏡41聚焦至一晶圓1之一表面上。束柱33亦包括偏轉器43以用於跨越該晶圓表面上之一檢驗位置45來掃描電子束。提供一次級電子偵測器47以偵測由於電子束37之入射而自晶圓1射出之次級電子。可使用掃描電子顯微鏡31以產生位置45之一電子光學影像以使得提供於該晶圓上之微觀結構在此影像中直接可見。可自該影像導出表示微觀結構之性質之參數值，諸如一臨界尺寸。可藉由相對於顯微鏡置換其上安裝該晶圓之一晶圓載台(圖3中未展示)一個接一個地重複使用掃描電子顯微鏡31之微觀檢驗。

圖2及圖3中所展示之微觀檢驗系統具有一優點，其在於可高度準確地量測表示形成於該晶圓上之微觀結構之性質之參數值。然而，此等系統具有低通量之缺點。

圖4展示藉助可用於半導體晶圓製造方法中之一宏觀檢驗系統所記錄之一圖案化半導體晶圓之一影像。晶圓1具有約300 mm之一直徑，且該影像表示偵測器11之偵測器元件所記錄之偵測信號，其中該影像之暗部分表示低的所偵測光強度，且該影像之亮部分表示高的所偵測光強度。該偵測器之偵測器元件或像素配置成總計為9百萬個偵測器元件之一個二維3000×3000陣列。在此一配置之情形下，該晶圓上之約100 μm×100 μm之一面積成像至該偵測器之一個偵測器元件上，或換言之，該影像之每一像素表示自晶圓1之約100 μm×100 μm之一面積收集之光之一強度。

該晶圓之影像中可見之圖案對應於複數個完全相同的曝光場，每一曝光場產生於隨後曝光步驟中。

圖5係一個此曝光場101之一放大視圖，在所圖解說明之實例中，該一個此曝光場101具有26 mm之一水平延伸及33 mm之一垂直延伸。在所圖解說明之實例中，曝光場101對應於在完成該晶圓之製造之後旋即形成複數個功能性半導體電路或晶片之複數個晶粒。自圖6顯而易見，每一晶粒具有不同類型之區，諸如配置成曼哈頓圖案之黑色區、灰色區及白色區。該等不同區對應於形成於晶圓基板上之微觀結構之不同配置圖案。該影像之黑色區103對應於該晶圓上形成一半導體記憶體之場，該影像之灰色區105對應於該晶圓上形成主要邏輯支撐結構之場，且該影像之白色區107對應於該晶圓上形成邏輯子結構之場。在此圖解說 明實例中，半導體記憶體圖案場103係由配置成具有水平方向上及垂直方向上約70 nm之一最小重複週期之一高度規則的重複配置圖案之微觀結構形成。

藉由施塗圖6中如陰影線部分展示之一遮罩109來選擇記憶體圖案場103以用於進一步分析。遮罩109覆蓋圖5中所展示之灰色圖案場105之水平部分及垂直部分以及白色圖案場107之水平部分。自進一步分析排除與遮罩109符合之影像101之部分。該進一步分析係針對對應於與遮罩109之窗口或開口111符合之影像101之像素之由偵測器元件記錄之一光強度子組。對應於該遮罩之一個開口111之該影像之彼等像素各自分組成一選定像素群組，其中自每一選定像素群組計算一或多個量測值。在所圖解說明之實例中，藉由將每一群組之像素之影像強度求平均來計算一單個值。由於圖7中所展示之遮罩109具有3×8個開口111，因此針對晶圓1之每一曝光場101計算24個值。

以下表1展示針對圖6中所展示之一實例性經遮蔽之曝光場所獲得之此等值之一實例。

顯而易見，平均強度值對於對應於各別窗口111之晶圓之所有選定區而言並非完全相同，即使預期形成於各別記憶體圖案場中之微觀結構相同。應注意，不可能使用具有9百萬像素之偵測器藉助圖1之檢驗系統將該等微觀結構直接成像，此乃因該等微觀結構比成像至該偵測器之一個像素上之100 μm×100 μm之面積小得多。

已發現，以上表格中所展示之平均強度值係指示不同選定圖案場111中之微觀結構之特徵性質之變型。彼等特徵性質對於該曝光場之所有區111而言並非極佳地完全相同。實際上，該等特徵性質隨圖案場不同而稍微變化。已發現，該等特徵性質之稍微變化已造成以上表1中所展示之平均值之顯著差異。

在所圖解說明之實例中，將平均值之變化歸結於微觀結構以其形成於晶圓上之一臨界尺寸之變化。在其他實例中，對應於該等平均值之變化之特徵性質之變化可包含微觀結構之特徵之一線寬、一側壁角度、一高度、一基腳、一底切及一拐角圓化、一當前層或頂部層之結構相對於由該頂部層覆蓋之前一層之結構之間的一疊對偏移，及該等微觀結構之特徵或其他特徵性質之層厚度。

根據某些實例，藉由將一高通濾光器應用於該影像來處理該宏觀檢驗中所記錄之影像(諸如圖4中所展示之影像)。此高通濾光器將移除所記錄之影像之變化，該等變化具有一低空間頻率且係由(例如)一層厚度之變化造成。高通濾光影像之強度變化主要係由在微影步驟中形成之微觀結構 之圖案造成。在此實例中，表示該晶圓之性質之至少一個參數值可相應地包括關於在一微影步驟中所形成之微觀結構之圖案之參數，諸如一線寬、一側壁角度、一高度、一基腳、一底切、一拐角圓化及一臨界尺寸(CD)。此外，在此等實例中，表示該晶圓之性質之至少一個參數值將不包括關於在晶圓上不產生圖案之情形下應用於整個晶圓之製造步驟(諸如應用一塗佈，執行一曝光後烘烤及將一抗蝕劑顯影)之參數。在判定表示該晶圓之性質之參數值之前將宏觀檢驗中所記錄之影像之高通濾光應用於該影像。然後將高通濾光影像用於判定表示該晶圓之性質之至少一個參數值。可在下文更詳細地圖解說明之所有實施例中使用所記錄影像之此高通濾光。此外，若自宏觀檢驗中所記錄之影像產生一低通濾光影像且其中自該所記錄之影像減去低通濾光影像，則可在所有彼等實施例中達成一類似結果。

在所圖解說明之實例中，藉由將自一個像素群組收集之偵測信號求平均來計算一個值。在其他實例中，可藉由其他數學運算自選定之偵測信號群組計算一個值或複數個值。該等數學方法可包含一統計分析、一判定分析、一平均數之一計算、一中值之一計算、一變異數之一計算、一標準差之一計算。此等一或多個所計算之值可再次指示形成於該基板上之微觀結構之特徵性質之變化。自一選定像素群組計算之值之數目可小於該群組中之像素之數目。舉例而言，該群組中像素之數目可大於5或大於10，而自該 群組所計算之值之數目可小於5或等於1。根據另一實例，該群組中像素之數目大於40，而自該群組所計算之值之數目可小於10或特別係等於1。

根據又另外實例，一個群組中存在一個像素，以使得自一單個像素計算該值且該值編碼一個像素所偵測光強度或此光強度之一函數。在此實例中，值數目等於該群組中像素之數目。

在參考圖7所圖解說明之實例中，該遮罩覆蓋灰色圖案場105之水平部分及垂直部分及明亮圖案場107之水平部分，而白色圖案場之窄垂直部分未被該遮罩完全覆蓋。可藉由亦覆蓋白色圖案場107之窄垂直部分進一步改良該遮罩，以使得對應於該遮罩中之一窗口之每一像素群組將對應於該晶圓之恰好一個記憶體部分。在其他實例中，可發現該遮罩之其他形狀，該其他形狀亦將允許獲得指示形成於該晶圓之選定圖案場中之微觀結構之特徵性質之值。

圖7展示使用一遮罩之一處理之一結果，其中該遮罩中之每一窗口對應於該晶圓1之恰好一個記憶體部分。圖7中之矩形125對應於圖6中所展示之遮罩109之窗口111。然而在此所圖解說明之實例中，該遮罩包含圖7中之陰影矩形127所表示之窗口。此遮罩之每一窗口對應於晶圓1之一個記憶體部分103。對於該遮罩之每一此窗口而言，如上文所圖解說明來執行對像素群組之一處理，其中自每一像素群組計算一個結果值。該結果值在圖7中表示為陰影矩形之一灰度值，其中一對應灰階129展示於圖7之右側。

圖7中之灰階129所表示之值介於2.2×10⁴ 與2.7×10⁴ 之間。此等值係以任意單位且基於由該等偵測器元件記錄之光強度。此等值不直接相關於形成於該晶圓上之微觀結構之性質。然而，有可能藉由執行位於對應於用於分析宏觀檢驗中所記錄之光強度之遮罩109之窗口111之晶圓上位置處之晶圓上位置之低數目個一或多個微觀檢驗而使此等值相關於表示形成於該晶圓上之微觀結構之性質之參數值。微觀檢驗一個此位置允許判定表示形成於該晶圓上之微觀結構在微觀檢驗位置處之一性質之至少一個參數值，且藉由宏觀檢驗同一位置所獲得之值129然後可轉譯為此至少一個參數。亦可藉由應用一相同或類似轉譯將自微觀檢驗未檢驗之位置之宏觀檢驗所獲得之其他值129轉譯為表示形成於該晶圓上之微觀結構在彼等其他宏觀檢驗位置處之性質之參數值。此轉譯可包括基於藉由微觀檢驗所獲得之參數值與藉由對應位置之宏觀檢驗所獲得之值129之一函數之一計算。該函數可係具有一斜率及一位移之一線性函數，或諸如一多項式之某些其他適合函數。

根據一實例，微觀檢驗圖6中所展示之每一窗口111內之一個位置以便判定表示該晶圓在微觀檢驗位置處之一性質之至少一個參數，且使用藉由宏觀檢驗每一窗口111內之複數個位置所獲得之值來基於微觀檢驗所判定之參數值判定表示該晶圓在該宏觀檢驗位置處之性質之至少一個參數。由於每一窗口111含有該影像之複數個像素，因此有可能基於一單個宏觀檢驗及對應於窗口111之數目之若干 微觀檢驗針對每一窗口判定表示該等微觀結構之性質之複數個參數值。低數目個微觀檢驗因此允許產生提供關於形成於該晶圓上之微觀結構之資訊之大量資料。

根據其他實例，執行甚至更低數目個微觀檢驗。舉例而言，在不同窗口111內之位置處執行僅一或兩個或小於約十個微觀檢驗。此外，甚至可能執行低數目個微觀檢驗以使得甚至不是每一晶粒或曝光場被一或多個微觀檢驗覆蓋。特定而言，根據此實例，僅微觀檢驗該晶圓上之晶粒或曝光場之一子組之窗口內之位置，且將表示該晶圓之微觀結構在微觀檢驗位置處之一性質之至少一個參數值轉譯為表示微觀結構在所有宏觀檢驗位置處之性質之至少一個參數。

可針對大量宏觀檢驗位置獲得表示該晶圓上之微觀結構之性質之參數值，而在整個晶圓上執行僅低數目個(諸如一個、五個、十個或幾打)微觀檢驗。

根據另外實例，針對微觀檢驗位置所判定之至少一個參數值包含表示提供於該晶圓上之一層之至少一個厚度之至少一個值及表示提供於該晶圓上之微觀特徵之一延伸(特別是微觀特徵之橫向延伸)之至少一個值，且其中針對宏觀檢驗位置所判定之參數值表示提供於該晶圓上之特徵之橫向延伸，其中基於在宏觀檢驗位置處所記錄之光強度同時計及表示自微觀檢驗位置所判定之至少一個厚度之至少一個值來判定此等參數值。舉例而言，可藉由微觀檢驗在該晶圓上之複數個位置處量測該層厚度。由於該晶圓上之 層之厚度通常僅在晶圓表面上逐漸變化，因此可自相對低數目個微觀檢驗位置判定表示跨越該晶圓之層厚度之一分佈之一模型。另一方面，該等微觀特徵係在橫向方向上快速變化之結構。該等結構具有可由(例如)臨界尺寸(CD)、一孔直徑或其他參數描述之橫向延伸及諸如一孔或溝槽或其他結構之一深度之垂直延伸。將不把層視為微觀結構，此乃因該等層不在橫向方向上改變且不具有一特性橫向尺寸。

如上文所提及，層厚度通常在一個晶圓上在橫向方向上緩慢變化，且其可因晶圓不同而顯著變化。此外，該等層厚度之變化改變在宏觀檢驗中所記錄之光強度。然後可針對宏觀檢驗位置判定根據該模型之層厚度且將該等層厚度用以提供對表示提供於該晶圓上之特徵之橫向延伸之參數值之校正。可自學報SPIE 6922卷，69220W(2008)之Karen Dabertrand等人之文章「Industrial characterization of scatterometry for advanced APC of 65 nm CMOS logic gate patterning」獲得關於判定晶圓上之特徵之層厚度及橫向延伸之背景資訊，該文章之全部內容以引用方式併入本文中。

圖8A、圖8B及圖8C展示藉由宏觀檢驗在晶圓製造期間所獲得之三個不同晶圓之影像。該等影像貌似極類似。如上文所圖解說明將一遮蔽操作應用於該等影像。此意指僅所記錄之影像強度之一子組用於進一步處理，其中預定義之圖案場之部分所成像至的偵測器元件所記錄之光強度含 於該子組中且其中該等圖案場之部分未成像至的偵測器元件所記錄之光強度不含於該子組中。用以判定該子組之圖案場具有形成於該晶圓上之微觀結構之一相同或類似配置圖案。針對該子組之每一光強度判定至少一個值。舉例而言，該至少一個值可係所偵測光強度自身，或此光強度之一函數。此外，可自一相同偵測器元件以不同光設定所偵測光強度計算此值。該等光設定可關於波長及/或偏振而不同。對針對該子組之光強度所判定之值執行一統計分析。該統計分析用以判定此等值之至少一個統計性質。舉例而言，該至少一個統計性質可包含(例如)此等值之一分佈之一平均值、一變異數、一偏態及一峰態。

圖9A、圖9B及圖9C分別係展示自圖8A、圖8B及圖8C中所展示之每一影像所判定之值之分佈且指示平均值及變異數(標準差)作為此等值之統計性質之圖表。

雖然圖8A、圖8B及圖8C之影像貌似極類似，但自圖9A、圖9B及圖9C顯而易見在一遮蔽製程之後所判定之此等影像之統計性質，該等統計性質關於其平均值及標準差而不同。已發現，自藉由宏觀檢驗所記錄之影像獲得之值之統計性質之改變指示在諸多晶圓之一製造製程中所製造之晶圓之微觀結構之性質之改變。因此，可將自一製造製程期間在一個別晶圓上所執行之一宏觀檢驗判定之至少一個統計性質與該統計性質之預定值作比較。舉例而言，可針對所判定之統計性質設定臨限值，且可在自一或多個個別晶圓之微觀檢驗判定之統計性質高於或低於此臨限值之 情形下改變晶圓製造製程之處理參數。

由於一晶圓上所生產之所有晶粒通常往往完全相同，因此整個晶圓上之所有宏觀檢驗位置之強度值可包括於所記錄之光強度之處理中，其中僅對應於預界定圖案場外部之晶圓上位置之彼等光強度(經遮蔽強度)不用於判定該至少統計性質。

圖10圖解說明處理一半導體晶圓之一方法。在連結至將圖案成像至一晶圓上之一微影系統的一微影群集處執行該方法，該微影群集包含用一抗蝕劑將晶圓塗佈並顯影之一軌道系統。該方法包括複數個處理步驟201至206及一檢驗步驟207。在步驟201中，將一抗蝕劑層施塗至晶圓表面，其中此處理受製程參數211(諸如所施塗層之一厚度及一均勻性)控制。在一步驟202中，該晶圓經歷受製程參數212(諸如烘烤之一溫度、一溫度均勻性或持續時間)控制之一曝光前烘烤。在一隨後邊緣珠滴移除步驟203中，移除覆蓋該晶圓邊緣之抗蝕劑層之一部分。此處理受製程參數213控制，諸如該晶圓相對於執行抗蝕劑之移除的一工具之一對準或居中。在一隨後曝光步驟204中，藉助一圖案曝光該抗蝕劑，其中該曝光受製程參數214控制，諸如一焦點、一曝光劑量及該晶圓相對於一曝光工具之一傾斜及一對準。其後，執行一曝光後烘烤步驟205，其中此處理受製程參數215控制，諸如一溫度、一溫度均勻性及一持續時間。在一步驟206中，將該抗蝕劑顯影，其中該顯影受製程參數216控制，諸如一溫度、所施塗物質之一濃度 及一持續時間。

檢驗步驟207包含晶圓上大量位置之一宏觀檢驗及該晶圓上相對低數目個位置之一微觀檢驗，其中基於針對宏觀檢驗位置所記錄之光強度且基於表示該晶圓在數個微觀檢驗位置處之性質之至少一個參數值來判定表示該晶圓在宏觀檢驗位置處之性質之參數值。根據其他實例，檢驗207僅包含該晶圓上大量位置之宏觀檢驗，其中基於針對宏觀檢驗位置所記錄之光強度來判定至少一個統計性質。表示該晶圓在宏觀檢驗位置處之性質及/或統計性質之參數值用作一決策步驟225中之一輸入。在決策步驟225中，關於表示該晶圓在宏觀檢驗位置處之性質之參數值是在一期望範圍內還是外部及/或自藉由整個晶圓之宏觀檢驗所記錄之光強度獲得之統計性質是在期望範圍內還是外部作出一決定。

決策步驟225可包括係針對基於所判定之特徵性質改變製程參數211至216之決策。若有必要，改變經處理之參數以改良步驟201至206中之處理以用於經歷該處理之接下來的晶圓。在決策步驟225中所執行之分析亦可影響其中關於是否由於檢驗207已揭露了該晶圓之嚴重瑕疵及缺陷而在一步驟229中丟棄當前所檢驗之晶圓而作出一決定之一決策227。若決策227發現當前所檢驗之晶圓滿足某些設計要求，則該晶圓繼續經歷其製造之進一步處理步驟235。

由於檢驗207使用一宏觀檢驗工具以用於獲得資訊(諸如一臨界尺寸或一線寬或關於所形成之微觀結構之特徵性質 之其他資訊)，因此可極快速地執行檢驗207。可旋即將該檢驗之結果用以決策應進一步處理還是丟棄該晶圓。此外，該資訊可用以藉由改變控制接著的晶圓之處理之製程參數來改良製造製程。

在上文所圖解說明之實例中，在顯影206之後執行檢驗207。在其他實例中，在其他處理步驟(諸如曝光204、曝光前烘烤202、抗蝕劑層之施塗201或曝光後烘烤205)之後執行該檢驗。儘管如此，此外可在用以進一步改良個別處理步驟之控制之一個以上或所有處理步驟之後執行該檢驗。

決策227亦可包括用以執行一微觀檢驗且使用一電子顯微鏡進行復查之一決策，例如在一步驟231中。

基於微觀檢驗231之結果，可作出一決策233以改變製程參數211至216中之一或多者以改良其他晶圓之處理。

圖11圖解說明處理一半導體晶圓之一另外方法。可在參考圖10所圖解說明之方法之後於繼續步驟235處執行此方法。可在用於一晶圓製造中之一蝕刻及沈積製程模塊處執行圖11中所圖解說明之方法。該方法包括其中經顯影之抗蝕劑之圖案藉由蝕刻轉印至晶圓基板之一處理步驟241。該蝕刻受製程參數249控制，諸如一溫度、一濃度及該處理之一持續時間。

在蝕刻241之後，執行一檢驗243。再次，此檢驗可包含宏觀檢驗與微觀檢驗之一組合以便判定表示該晶圓在宏觀檢驗位置處之性質之參數值，或包含未必有一微觀檢驗伴 隨之一宏觀檢驗以便基於宏觀檢驗來判定該晶圓之統計性質，如上文參考圖10所圖解說明。

亦執行上文已圖解說明之決策步驟225及227以丟棄229該晶圓，執行上文所圖解說明之一微觀檢驗/復查231且基於其執行一決策步驟233，或在一步驟245處繼續該晶圓之製造，在步驟245中於一灰化製程及一清潔製程中移除該晶圓上剩餘之經顯影抗蝕劑。

步驟225中之決策亦可包括改變判定蝕刻製程241之製程參數249以改良隨後晶圓之製造。類似地，步驟225中之決策亦可包括改變判定如參考圖10所圖解說明之處理步驟201至206之製程參數211至217(參見圖10)以改良隨後晶圓之製造。

圖12係圖解說明可用於(例如)參考圖11所圖解說明之方法之步驟207或參考圖12所圖解說明之方法之步驟243中之檢驗之一實施例之一細節之一流程圖。

在圖12中所展示之方法中，一宏觀檢驗包含記錄相對於所使用之檢驗系統維持在同一位置處之一相同晶圓之一個以上影像。該複數個所記錄之影像關於用於照明晶圓之光及/或用於使該晶圓成像之光之一設定而不同。該光之不同設定可包括關於該光之一光譜分佈及該光之一偏振之設定。可藉助適合的光學濾光器來選擇該等設定。

在一步驟301中，藉由控制該等濾光器來選擇一第一光設定以便可使用自(例如)410 nm至450 nm之一第一波長範圍且中心波長係430 nm之根據一第一偏振方向而偏振之光 來記錄一影像。在一步驟305中使用此設定來記錄一第一影像303。

在一隨後步驟307中，藉由控制該等濾光器來選擇一第二光設定以便可使用根據正交於該第一偏振方向之一第二偏振方向而偏振之該第一波長範圍之光來記錄一影像。在一步驟311中使用此設定來記錄一第二影像309。

在一隨後步驟313中，藉由控制該等濾光器來選擇一第三光設定以便可使用自(例如)630 nm至670 nm之一第二波長範圍且中心波長係650 nm之根據該第一偏振方向而偏振之光來記錄一影像。在一步驟317中使用此設定來記錄一第三影像315。

在一隨後步驟319中，藉由控制該等濾光器來選擇一第四光設定以便可使用根據該第二偏振方向而偏振之該第二波長範圍之光來記錄一影像。在一步驟323中使用此設定來記錄一第四影像321。

四個所記錄之影像303、309、315、321在一步驟325中經歷一影像處理以計算一新影像217。逐像素地計算新影像217，其中基於影像303、309、315、321中之每一者之對應像素之像素強度來計算每一像素之像素強度。

舉例而言，可根據以下公式來計算該新影像之像素之像素強度 其中I _n 係新影像217中之像素之像素強度，I ₁ 係第一影像303中之像素之像素強度，I ₂ 係第二影像309中之像素之像素強度，I ₃ 係第三影像315中之像素之像素強度，I ₄ 係第四影像321中之像素之像素強度，且a ₁ 、a ₂ 、a ₃ 及a ₄ 係經適合選擇之常數。

然後如上文已圖解說明處理自四個影像303、309、315及321計算之影像217，亦即在一步驟219中應用一遮蔽操作，以使得一隨後處理僅係基於該等影像像素之一子組，且在一隨後步驟223中，基於對應於宏觀檢驗位置之光強度來判定至少一個統計性質。

儘管本文中揭示某些實例性實施例，但熟習此項技術者將顯而易見替代方案、修改形式及變型。因此，本文中所陳述之該等實例性實施例意欲係圖解說明性的且不以任一方式係限定性的。可作出各種改變而不背離本發明之精神及範疇。

1‧‧‧晶圓

3‧‧‧晶粒

5‧‧‧晶圓載台

7‧‧‧物鏡

10‧‧‧微觀檢驗系統

11‧‧‧影像偵測器

13‧‧‧光源

15‧‧‧分束器

17‧‧‧量測光束

19‧‧‧成像光學器件

21‧‧‧暗場光源

22‧‧‧暗場照明束

23‧‧‧束收集器

25‧‧‧亮場光源

26‧‧‧亮場照明束

31‧‧‧掃描電子顯微鏡

33‧‧‧束柱

35‧‧‧電子束源

37‧‧‧電子束

39‧‧‧聚束透鏡

41‧‧‧物鏡

43‧‧‧偏轉器

45‧‧‧檢驗位置/位置

47‧‧‧次級電子偵測器

101‧‧‧曝光場/影像

103‧‧‧黑色區/半導體記憶體圖案場/記憶體圖案 場/記憶體部分

105‧‧‧灰色區/灰色圖案場

107‧‧‧明亮圖案場/白色圖案場/白色區

109‧‧‧遮罩

111‧‧‧圖案場/區/窗口/開口

125‧‧‧矩形

127‧‧‧陰影矩形

129‧‧‧灰階/值

圖1係一宏觀檢驗系統之一示意性圖解說明；圖2係微觀檢驗系統之一示意性圖解說明；圖3係一另外微觀檢驗系統之一示意性圖解說明；圖4係藉助一宏觀檢驗系統所記錄之一半導體晶圓之一影像之一表示圖；圖5係圖4中所展示之晶圓之一曝光場之一影像；圖6係可疊加於圖5中所展示之影像上之一遮罩之一示意性圖解說明； 圖7係一計算之一中間結果之一示意性圖解說明；圖8A至圖8C展示在一製造製程期間所記錄之三個不同晶圓之影像；圖9A至圖9C展示圖解說明自圖8A至圖8C中所展示之影像導出之值之統計性質之圖表；圖10係圖解說明半導體晶圓之一製造方法之一流程圖；圖11係圖解說明半導體晶圓之一另外製造方法之一流程圖；及圖12係圖解說明可用於圖10及圖11中所圖解說明之方法中之一者中之一檢驗之一細節之一流程圖。

Claims (32)

1. 一種製造複數個半導體晶圓之方法，其中每一晶圓具有複數個晶粒，其中該複數個晶粒包括微觀結構根據一相同配置圖案配置於其中之對應圖案場，且其中該方法包含：微觀檢驗至少一個微觀檢驗圖案場內之至少一個位置且判定表示該晶圓在該微觀檢驗位置處之一性質之至少一個參數值，其中該微觀檢驗包含將量測輻射導引至該位置且使用放大光學器件偵測自該位置射出之輻射；宏觀檢驗該至少一個微觀檢驗圖案場內之複數個位置，其中該宏觀檢驗包含：將量測光導引至複數個圖案場；使用縮微光學器件將經照明之複數個圖案場成像至一偵測器元件陣列上且記錄由該等偵測器元件偵測之光強度，其中將該等位置中之每一者同時成像至一或多個毗鄰偵測器元件上，且其中該至少一個微觀檢驗圖案場中之每一者內之該等宏觀檢驗位置之數目比此圖案場內之該等微觀檢驗位置之數目大至少5倍；及針對該宏觀檢驗圖案場之每一宏觀檢驗位置，基於針對該宏觀檢驗位置所記錄之該光強度且基於表示該晶圓在此圖案場之該微觀檢驗位置處之該性質之該至少一個參數值來判定表示該晶圓在該宏觀檢驗位置處之該性質之至少一個參數值。
2. 如請求項1之方法，其進一步包含：宏觀檢驗不含有一微觀檢驗位置之至少一個額外圖案 場內之複數個位置，及針對該額外圖案場之每一宏觀檢驗位置，基於針對該宏觀檢驗位置所記錄之該光強度且基於表示該晶圓在至少一個微觀檢驗位置處之該性質之該參數值來判定表示該晶圓在該宏觀檢驗位置處之該性質之至少一個參數值。
3. 如請求項2之方法，其中表示該晶圓在該至少一個微觀檢驗位置處之該性質且形成用於該判定表示該晶圓在該宏觀檢驗位置處之該性質之該至少一個參數值之一基礎之該參數值包括：表示該晶圓在複數個微觀檢驗位置當中最靠近該各別宏觀檢驗位置之彼微觀檢驗位置處之該性質之該參數值。
4. 如請求項1之方法，其中該宏觀檢驗包含：將量測輻射同時導引至複數個晶粒；且將該等經照明之複數個晶粒成像至該偵測器元件陣列上。
5. 如請求項4之方法，其中該宏觀檢驗包含：將量測輻射同時導引至該整個晶圓；且將該整個晶圓成像至該偵測器元件陣列上。
6. 如請求項4之方法，其中該宏觀檢驗進一步包括：該等所記錄之光強度之空間頻率濾光，且其中該針對該宏觀檢驗圖案場之每一宏觀檢驗位置判定表示該晶圓在該宏觀檢驗位置處之該性質之該至少一個參數值係基於針對該宏觀檢驗位置所記錄之該經空間頻率濾光光強度且基於表示該晶圓在此圖案場之該微觀 檢驗位置處之該性質之該至少一個參數值，且其中該空間頻率濾光包含高通濾光及低通濾光中之至少一者。
7. 如請求項1之方法，其中該晶圓上在該微觀檢驗中量測輻射被導引至其之一區具有一第一表面積，且其中在該宏觀檢驗中成像至該一或多個偵測器元件上之該等位置中之每一者具有比該第一表面積大至少2倍之一第二表面積。
8. 如請求項1之方法，其中該微觀檢驗之該量測輻射包含聚焦至該晶圓上之量測光，且其中自該位置射出之該輻射包含已與該晶圓相互作用之量測光。
9. 如請求項8之方法，其中該微觀檢驗包含：相依於所偵測光之一波長記錄所偵測輻射之強度。
10. 如請求項8之方法，其中該微觀檢驗包含：相依於所偵測光之一偏振記錄所偵測輻射之強度。
11. 如請求項8之方法，其中使用一光譜儀來執行該微觀檢驗。
12. 如請求項8之方法，其中針對該微觀檢驗位置所判定之該至少一個參數值包含表示提供於該晶圓上之一層之至少一個厚度之至少一個值及表示提供於該晶圓上之微觀特徵之一延伸之至少一個值，且其中針對該宏觀檢驗位置所判定之該等參數值表示提供於該晶圓上之特徵之橫向延伸，其中基於在該等宏觀檢驗位置處所記錄之該等光強度同時計及表示自該微觀檢驗位置所判定之該至少 一個厚度之該至少一個值來判定此等參數值。
13. 如請求項1之方法，其中該微觀檢驗之該量測輻射包含聚焦至該晶圓上之一帶電粒子束，且其中自該位置射出之該輻射包含帶電粒子。
14. 如請求項13之方法，其中跨越該位置掃描該帶電粒子束。
15. 如請求項12之方法，其中使用一掃描電子顯微鏡來執行該微觀檢驗。
16. 如請求項1之方法，其包含按順序微觀檢驗複數個不同微觀檢驗圖案場內之複數個位置。
17. 如請求項1之方法，其中該宏觀檢驗包含：提供至少兩個不同光設定且針對該至少兩個不同光設定中之每一者記錄該等偵測器元件所偵測之光強度。
18. 如請求項17之方法，其中該至少兩個不同光設定關於波長及偏振中之至少一者而不同。
19. 如請求項17之方法，其中該等偵測器元件在一第一光設定中所記錄之該光具有一第一光譜分佈，其中該等偵測器元件在一第二光設定中所記錄之該光具有一第二光譜分佈，且其中該第一光譜分佈之一中心波長與該第二光譜分佈之一中心波長相差30 nm以上。
20. 如請求項19之方法，其中該第一光譜分佈及該第二光譜分佈中之每一者之一寬度小於100 nm。
21. 如請求項17之方法，其中該等偵測器元件在一第一光設定中所記錄之該光具有一第一偏振方向，其中該等偵測 器元件在一第二光設定中所記錄之該光具有一第二偏振方向，且其中該第一偏振方向與該第二偏振方向相差10°以上。
22. 如請求項1之方法，其中該至少一個參數值表示配置於該圖案場中之該等微觀結構之一線寬、一特徵側壁角度、一特徵高度、一特徵之一拐角圓化、一臨界尺寸(CD)、一疊對偏移及一層厚度。
23. 如請求項1之方法，其進一步包含：使用至少一個處理參數來處理該等晶圓；及基於針對該等宏觀檢驗位置所判定之該等參數值來改變該至少一個處理參數。
24. 一種製造複數個半導體晶圓之方法，其中每一晶圓具有複數個晶粒，其中該複數個晶粒包括微觀結構根據一相同配置圖案配置於其中之對應圖案場，且其中該方法包含：使用至少一個處理參數來處理該等晶圓；宏觀檢驗一晶圓之複數個晶粒中之每一者中之至少一個圖案場內之複數個位置，其中該宏觀檢驗包含：將量測光導引至該等圖案場；將經照明之複數個圖案場成像至一偵測器元件陣列上且記錄由該等偵測器元件偵測之光強度，其中將該等位置中之每一者同時成像至一或多個毗鄰偵測器元件上；及藉由以下步驟處理該等所記錄之光強度：選擇該等所記錄之光強度之一子組，其中該等圖案場 之部分成像至其之偵測器元件所記錄之光強度含於該子組中，且其中該等圖案場之部分未成像至其之偵測器元件所記錄之光強度不含於該子組中，針對該子組之每一光強度，基於該光強度判定至少一個值，及判定每一晶圓之該等值之至少一個統計性質；且其中該方法進一步包含基於該所判定之統計性質與該統計性質之預定值之一比較改變該至少一個處理參數。
25. 如請求項24之方法，其中該至少一個統計性質包含每一晶圓之該等值之一分佈之一矩。
26. 如請求項24之方法，其中該至少一個統計性質包含每一晶圓之該等值之一分佈之一變異數、一偏態及一峰態中之至少一者。
27. 如請求項24之方法，其中該宏觀檢驗包含：將量測輻射同時導引至複數個晶粒且將該等經照明之複數個晶粒成像至該偵測器元件陣列上。
28. 如請求項24之方法，其中該宏觀檢驗包含：將量測輻射同時導引至該整個晶圓且將該整個晶圓成像至該偵測器元件陣列上。
29. 如請求項24之方法，其中該宏觀檢驗包含：提供至少兩個不同光設定且針對該至少兩個不同光設定中之每一者記錄該等偵測器元件所偵測之光強度；其中該選擇該子組光強度包含選擇針對該等光設定中之每一者所記錄之該子組光強度； 其中該基於該光強度判定該至少一個值包含基於針對該等光設定中之每一者所記錄之對應光強度判定該至少一個值。
30. 如請求項24之方法，其中該改變該至少一個處理參數係基於該所判定之統計性質與該統計性質之該預定值之該比較且不涉及對具有小於成像至在該宏觀檢驗中使用之該偵測器元件陣列中之一單個偵測器元件上之該晶圓之一部分之一延伸之一直徑的該晶圓之位置之任何微觀檢驗。
31. 如請求項24之方法，其中該處理包含藉助一圖案曝光該晶圓，其中該至少一個處理參數特定包含在該曝光中使用之一曝光劑量及一焦點；且/或其中該處理包含蝕刻，其中該至少一個處理參數特定包含在該蝕刻中使用之一蝕刻時間、一蝕刻溫度及一媒介之一濃度；且/或其中該處理包含材料在該晶圓上之一沈積，其中該至少一個處理參數特定包含一濃度、一溫度及一持續時間。
32. 如請求項24之方法，其中該處理包含：用一抗蝕劑塗佈該晶圓；在該塗佈之後將一圖案曝光至該抗蝕劑上；在該曝光之後將該經圖案化之抗蝕劑顯影；在該顯影之後透過該經圖案化之抗蝕劑蝕刻該晶圓；及在該蝕刻之後移除該晶圓上剩餘之該抗蝕劑；且 其中在該蝕刻該晶圓之後且在該移除該剩餘抗蝕劑之前執行該宏觀檢驗。