TWI816738B - 晶圓測量系統及使用該系統製造半導體裝置的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種晶圓測量系統以及使用所述系統製造半導體裝置的方法。用於量測形成於晶圓上的第一量測目標的可量測特性的晶圓測量系統包括記憶體及處理器。記憶體被配置成儲存晶圓的影像、各自包括至少一條線的多個模板、以及量測程式。處理器可對記憶體進行存取並被配置成執行量測程式中所包括的多個模組。所述模組包括：模板選擇模組，被配置成接收多個模板並選擇對應於第一量測目標的形狀的量測模板；模板匹配模組，被配置成將量測模板與第一量測目標進行匹配；以及量測模組，被配置成基於量測模板的位置資訊量測第一量測目標的可量測特性。

Description

晶圓測量系統及使用該系統製造半導體裝置的方法 [相關申請案的交叉參考]
本美國非臨時專利申請案根據35 U.S.C.§119主張在2018年1月19日在韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第10-2018-0007239號的優先權，所述申請案的揭露內容全文併入本案供參考。
本揭露是有關於一種晶圓測量系統以及製造半導體裝置的方法。更具體而言，本揭露是有關於一種用於量測形成於晶圓上的量測目標的可量測特性的晶圓測量系統、以及利用所量測的資料製造半導體裝置的方法。
一般而言，為了藉由一系列半導體裝置製造製程生產最終半導體裝置，需要執行多個單元處理。因此，將多個半導體製造設備(例如，CVD裝備、濺鍍裝備、蝕刻裝備、量測裝備等)佈置在半導體生產線上以滿足高精確度。該些半導體製造設備按 照計劃的處理次序進行半導體製造製程。為了對執行各種製程的半導體處理裝備的製程效率進行管理，需要用於高效量測形成於晶圓上的圖案的技術。
在本揭露中闡述的發明概念可用於提供一種用於精確且快速地量測形成於晶圓上的量測目標的可量測特性的晶圓測量系統、以及一種使用所述系統製造半導體裝置的方法。
根據本揭露的態樣，一種用於量測形成於晶圓上的第一量測目標的可量測特性的晶圓測量系統包括記憶體及處理器。所述記憶體被配置成儲存所述晶圓的影像、各自包括至少一條線的多個(複數個)模板、以及量測程式。所述處理器可對所述記憶體進行存取並被配置成執行所述量測程式中所包括的多個模組。所述多個模組包括：模板選擇模組，被配置成接收所述多個模板並選擇對應於所述第一量測目標的形狀的量測模板；模板匹配模組，被配置成將所述量測模板與所述第一量測目標進行匹配；以及量測模組，被配置成基於所述量測模板的位置資訊量測所述第一量測目標的所述可量測特性。
根據本揭露的另一態樣，一種製造半導體裝置的方法包括：由處理器量測形成於晶圓上的至少一個量測目標的可量測特性；以及基於所述量測的結果量測所述半導體裝置。所述量測所述至少一個量測目標的所述可量測特性包括：獲得所述晶圓的影像以及多個(複數個)模板；在所述影像中設定包括所述至少一 個量測目標中的第一量測目標的第一量測目標區域。所述量測所述可量測特性亦包括：選擇與所述第一量測目標對應的量測模板；將所述選定量測模板與所述第一量測目標區域中的所述第一量測目標進行匹配；以及基於所述量測模板的位置資訊量測所述第一量測目標的可量測特性。
根據本揭露的另一態樣，一種用於量測形成於晶圓上的第一量測目標的可量測特性的量測設備包括記憶體、處理器以及輸出單元。所述記憶體被配置成儲存所述晶圓的影像、各自包括至少一條線的多個(複數個)模板、以及量測程式。所述處理器可對所述記憶體進行存取並被配置成執行所述量測程式中所包括的多個模組。所述輸出單元被配置成輸出量測所述可量測特性的製程的結果。所述多個模組包括：模板選擇模組，被配置成接收所述模板並選擇對應於所述量測目標的形狀的量測模板；模板匹配模組，被配置成將所述量測模板與所述量測目標進行匹配；以及量測模組，被配置成基於所述量測模板的位置資訊量測所述量測目標的所述可量測特性。
10:晶圓測量系統
100:處理器
200:記憶體
210:量測程式
211:模板選擇模組
211_1:模板判斷模組
211_2:量測目標區域識別模組
211_3:邊界偵測模組
211_4:模板產生模組
213:模板匹配模組
215:量測模組
300:輸入單元
400:輸出單元
CD1:第一寬度
CD2:第二寬度
CD3:第三寬度
Depth1:第一深度
D10:影像
D20:模板
D21:量測模板
D100:量測資料
IM:影像
M1:第一量測目標
M2:第二量測目標
M3:第三量測目標
M4:第四量測目標
MA_1:第一量測目標區域
MA_2:第二量測目標區域
MG:量測目標群組
MG1:第一量測目標群組
MG2:第二量測目標群組
S10、S20、S30、S31、S33、S35、S37、S40、S41、S43、S50、S60、S70、S80、S100、S200、S300:操作
T1:第一量測模板
T2:第二量測模板
TB1:第一邊界線
TB2:第二邊界線
TG:量測模板群組
TM1:第一量測線
TM2:第二量測線
藉由結合附圖閱讀以下詳細說明，將更清晰地理解本揭露的示例性實施例，在附圖中：
圖1為示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的方塊圖。
圖2為示出在量測程式中所包括的根據本揭露的實施例用於對量測目標的規格(可量測特性)進行量測的模組的方塊圖。
圖3為示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作的流程圖。
圖4為示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作的流程圖。
圖5A至圖5D示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作的圖式。
圖6為示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作的流程圖。
圖7為示出根據本揭露的實施例，由晶圓測量系統對量測目標的規格(可量測特性)進行量測的操作的圖式。
圖8為示出在量測程式中所包括的根據本揭露的實施例用於對量測目標的規格(可量測特性)進行量測的模組的方塊圖。
圖9為示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作的流程圖。
圖10為示出根據本揭露的實施例製造半導體裝置的方法的流程圖。
圖1為示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的方塊圖。根據實施例，圖1所示的晶圓測量系統10為基於電腦的晶圓測量系統，所述基於電腦的晶圓測量系統可為接收各種資訊用於執行操作以量測規格(可量測特性)並輸出所量測結果的計算系統。圖1所示的晶圓測量系統10可被實作為單個量測系統。
在本揭露中的用語「晶圓」是指半導體製造製程中的晶圓或在上面完成半導體製造製程的晶圓。亦即，所述晶圓可包括可在基板上形成的一個或多個各種層(例如，抗蝕層、絕緣層、導電層等)。用語「規格」可指形成於晶圓上的結構的幾何性質，且因此可指形成於晶圓上的可量測目標的一或多個可量測特性。可量測特性包括例如沈積層的厚度、均勻性、電性特性、光學特性等。因此，如在本文中所述形成於晶圓上的結構的可量測特性可包括例如幾何特性、形狀特性、物理特性、有形特性及可見特性。
晶圓測量系統10可包括處理器100、記憶體200、輸入單元300以及輸出單元400。處理器100、記憶體200、輸入單元300以及輸出單元400可經由匯流排彼此連接，且處理器100可控制記憶體200、輸入單元300以及輸出單元400。
如在本文中所述的處理器100為有形的且非暫時性的。本中使用的用語「非暫時性」不應被解釋為狀態的永恆特性，而是應被解釋為將持續一段時間的狀態的特性。用語「非暫時性」具體否認例如在任意地點任意時間僅暫時性存在的載波或訊號或其他形式的特性等短暫的特性。處理器100為製品及/或機器組件。處理器100被配置成執行軟體指令以執行如在本文中各種實施例中所述的功能。處理器100可為通用處理器或可為應用專用積體電路(application specific integrated circuit，ASIC)的一部分。處理器100亦可為微處理器、微電腦、處理器晶片、控制器、微 控制器、數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)、狀態機器或可程式化邏輯裝置。處理器100亦可為包括可程式化閘陣列(programmable gate array，PGA)(例如，現場可程式化閘陣列(field programmable gate array，FPGA))的邏輯電路，或包括離散式閘及/或電晶體邏輯的另一類型的電路。另外，在本文中所述的任意處理器100可包括多個處理器、並行處理器，或同時包括所述兩者。可在單個裝置或多個裝置中包括多個處理器或可將多個處理器耦合至單個裝置或多個裝置。
處理器100可執行與形成於晶圓上的量測目標的規格量測操作相關的各種處理操作。處理器100可藉由執行儲存於記憶體200中的控制程式而執行與本揭露的實施例相關的各種操作。
在實施例中，量測程式210儲存於記憶體200中，且處理器100可藉由執行儲存於記憶體200中的量測程式210而量測形成於晶圓上的量測目標的規格。所述規格可包括在與晶圓平行的方向上的水平寬度、在與平行於晶圓的方向垂直的方向上的深度等。舉例而言，所述規格可包括形成於晶圓中的電晶體的閘極線的寬度、沈積層的厚度等。
記憶體200可儲存在處理器100的處理操作中使用的各種類型的資訊。舉例而言，記憶體200可儲存晶圓的影像，用於對量測目標的規格進行量測。記憶體200可更儲存供處理器100使用的多個模板，用於對量測目標的規格進行量測。記憶體200亦可儲存各種處理操作結果。舉例而言，記憶體200可儲存處理 器100執行量測程式210的結果。
記憶體200可包括各種半導體記憶體、硬碟等。記憶體200可被實作為揮發性記憶體或包括快閃記憶體的非揮發性記憶體。
輸入單元300被配置成由使用者操作，且可包括例如鍵盤、操作板、或各種資料讀取裝置。輸入單元300可接收晶圓的影像用於量測規格。晶圓的影像可儲存於記憶體200中。
輸出單元400可包括監測器、列印器及寫入裝置。根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作及操作結果可經由輸出單元400被提供至使用者。在實施例中，當輸出單元400為顯示裝置時，為了方便使用者，可以不同顏色顯示用於判斷量測模板是否與量測目標的邊界重合的邊界線以及用於對量測目標的規格進行量測的量測線。此外，可以不同顏色顯示與晶圓的主表面垂直的量測線以及與晶圓的主表面平行的量測線。然而，量測線並不僅限於以不同顏色進行顯示，且可被顯示為不同類型的線或不同粗細的線。舉例而言，與晶圓的主表面垂直的線可被顯示為直線，且與晶圓的主表面水平的線可被顯示為虛線。
根據本揭露的實施例的晶圓測量系統可藉由利用先前儲存於記憶體200中的多個模板或單獨產生對應於量測目標區域的模板而對量測目標的規格進行量測。由於具有實質上相同結構的不同量測目標的規格可利用模板進行重覆量測，因此可減少量測所需的時間。
圖2為示出在量測程式中所包括的根據本揭露的實施例用於對量測目標的規格進行量測的模組的方塊圖。圖3為示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作的流程圖。將參照圖2闡述圖1中所示的根據本揭露的實施例的具體操作。
參照圖1至圖3，量測程式210可包括模板選擇模組211、模板匹配模組213以及量測模組215。模板選擇模組211、模板匹配模組213以及量測模組215中的每一者可被實作為可由處理器100執行的程式。處理器100可藉由執行多個模組而對量測目標的規格進行量測。
在操作S10中，晶圓測量系統10可獲得晶圓的影像D10。晶圓的影像D10可為掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)影像或透射電子顯微鏡(transmission electron microscope，TEM)影像。然而，根據本揭露的實施例的晶圓測量系統10並非僅針對SEM影像或TEM影像執行規格量測操作。確切而言，代表形成於晶圓上的圖案的各種影像皆可用於規格量測操作。所獲得的晶圓的影像D10可儲存於記憶體200中。
可向量測程式210提供儲存於記憶體200中的晶圓的影像D10以及多個模板D20。
在操作S20中，晶圓測量系統10可在晶圓的影像D10中設定第一量測目標區域。第一量測目標區域可指包括量測目標的區域，其中晶圓測量系統10對所述量測目標執行規格量測操作。第一量測目標區域可包括至少一個量測目標。在實施例中， 隨著使用者選擇第一量測目標區域中的量測目標區域，晶圓測量系統10可自外部接收量測目標區域選擇訊號並選擇量測目標區域。在實施例中，晶圓測量系統10可基於被執行規格量測操作的其他量測目標區域的位置資訊而設定第一量測目標區域。
多個模板D20可包括多條線，所述多條線分別作為用於量測形成於晶圓上的圖案的規格的引導線。舉例而言，模板D20中的每一者可包括邊界線以及量測線。邊界線是用於判斷模板D20是否與量測目標的邊界重合，且量測線是用於對量測目標的規格進行量測。處理器100可藉由量測每一模板D20中所包括的量測線的長度而量測對應於每一模板D20的量測目標的規格。此處，處理器100可基於每一模板D20中所包括的量測線的位置資訊而對量測線的長度進行量測。
然而，儲存於根據本揭露的實施例的晶圓測量系統10中的每一模板D20可僅包括量測線。
在操作S30中，處理器100可藉由執行模板選擇模組211而自模板D20選擇與第一量測目標區域的量測目標對應的量測模板。舉例而言，當量測形成於晶圓上的電晶體的閘極線的寬度時，可選擇與所述閘極線的寬度的形狀對應的量測模板。類似地，當量測與電晶體的源極/汲極區接觸的接觸栓塞的橫截面的寬度時，可選擇與所述接觸栓塞的形狀對應的量測模板。因此，選擇可對應於量測目標的預期類型、量測目標的預期形狀、量測目標的預期大小、或甚至量測目標的多種不同預期大小及/或形狀(例如， 寬度)中的僅一者。可以所述選擇來指基於預期類型、預期形狀、預期大小及/或其他資訊而辨識例如量測模板庫中的量測模板。
然而，本揭露並非僅限於向量測程式210提供儲存於記憶體200中的模板D20的情形。當在模板D20中不存在與晶圓的影像D10的量測目標對應的模板時，量測程式210可分別產生與晶圓的影像D10的量測目標對應的模板。稍後將在以下參照圖8及圖9闡述產生模板的情形。
當在操作S30中選擇了量測模板時，然後在操作S40中，處理器100可執行模板匹配模組213以使選定量測模板與影像D10的量測目標匹配。使量測模板與量測目標匹配可指使量測模板與量測目標的邊界匹配，且可相應地改變量測模板的大小。舉例而言，模板匹配模組213可使選定量測模板的邊界線與量測目標的邊界匹配，且隨著邊界線被改變，亦可改變量測線。匹配可涉及在視覺上使所述邊界線與所述邊界對齊，且可包括分析個別畫素以確切地辨識並確認邊界。稍後將參照圖4闡述匹配量測模板的操作S40。
在操作S50中，處理器100可藉由執行量測模組215基於匹配至量測目標的量測模板而對量測目標的規格進行量測，且可輸出量測資料D100。在實施例中，可基於關於量測模板的位置座標的資訊而對量測目標的規格進行量測。舉例而言，可藉由量測在量測模板中所包括的多條線的至少一部分(例如，量測線)的長度而對量測目標的規格進行量測。可基於量測線的位置座標 而計算量測線的長度。
在獲得晶圓的影像D10之後，當使用者針對每一影像選擇量測目標並藉由滑鼠拖動而對量測目標的規格進行手動量測時，使用者用肉眼判斷量測目標的邊界。因此，每次重覆量測具有實質上相同形狀的不同量測目標的規格時，可不同地確定量測目標的邊界。
同時，根據本揭露的晶圓測量系統10選擇量測模板，並在使量測目標的邊界與量測模板的邊界匹配之後對量測模板的量測線的長度進行量測。因此，當重覆量測具有實質上相同形狀的不同量測目標的規格時，可改善量測準確度。此外，由於可自動量測量測目標的規格，因此可減少量測所需的時間。
圖4為示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作的流程圖，且闡釋在圖3中的匹配操作S40。
參照圖2及圖4，在操作S40中，處理器可藉由執行模板匹配模組213而使量測模板與晶圓的影像D10的量測目標匹配。在操作S41中，處理器可藉由執行模板匹配模組213而偵測量測目標的邊界。在操作S43中，處理器可基於量測目標的偵測邊界改變量測模板。
可利用晶圓的影像D10的灰階(gray level)執行偵測量測目標的邊界的操作S41。晶圓的影像D10可為灰色影像。模板匹配模組213可自灰色影像偵測含有邊緣分量的畫素。邊緣表示影像內的區域的邊界且表示畫素亮度的離散點。偵測對應於邊緣 的畫素被稱為邊緣偵測，且可藉由微分運算(differential operation)以數學方式執行邊緣偵測。舉例而言，處理器可執行模板匹配模組213以自左向右及/或自右向左對灰色影像的灰階執行微分運算。處理器可判斷出微分值的絕對值等於或大於某一值的畫素為邊緣。作為另一選擇，處理器可執行模板匹配模組213以自上向下及/或自下向上對灰色影像的灰階執行微分運算。處理器可判斷出微分值的絕對值等於或大於某一值的畫素為邊緣。
為清楚起見，在操作S41處偵測量測目標的邊界可涉及偵測形成例如線片段的多個畫素。在操作S41處偵測量測目標的邊界亦可執行多次，以偵測各自由多個畫素形成的多個線片段。線片段可在端部相連以形成量測目標的整體形狀，例如量測目標的整體輪廓或外部形狀。
另外，可利用量測模板的位置資訊執行在操作S41處偵測量測目標的邊界。舉例而言，可獲得量測模板的位置資訊並使用所述位置資訊在自其中佈置有所述量測模板的位置的預定具體範圍內執行邊緣偵測操作。換言之，可基於位置資訊(例如藉由檢查在特定區域或特定範圍中的邊緣中的畫素)而執行在操作S41處偵測量測目標的邊界。所述偵測因此可為對齊的形式，儘管對邊緣畫素(且因此邊緣)的辨識至少有時會涉及檢查不為邊緣的一部分的畫素並確定所述畫素不為邊緣的一部分。此外，在操作S41處偵測量測目標之前或作為在操作S41處偵測量測目標的一部分，可例如藉由旋轉量測模板、垂直及/或水平移動量測模板、 或以其他方式限制在製程中被評估的畫素的數目而使量測模板與量測目標對齊。
在操作S43中，處理器可執行模板匹配模組213以改變量測模板使得量測模板的邊界線與量測目標的邊界線重合。因此，可改變量測模板的大小。隨著量測模板的邊界線被改變，量測模板的量測線亦可被改變。
圖5A至圖5D為示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作的圖式。
參照圖3至圖5A，在操作S10中，晶圓測量系統(例如，圖1所示的晶圓測量系統10)可獲得晶圓的影像IM。在實施例中，晶圓的影像IM可為SEM影像或TEM影像。儘管在圖5A等中所示的晶圓的影像IM為在與晶圓的主表面垂直的方向上的影像，但經受根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作的影像並非僅限於在垂直方向上的影像。
在操作S20中，可在晶圓的影像IM中設定第一量測目標區域MA_1。第一量測目標區域MA_1可由使用者設定，或可基於已由晶圓測量系統執行規格量測操作的其他量測目標區域的位置資訊或其他量測目標區域中所包括的圖案的形狀進行設定。
晶圓的影像IM的第一量測目標區域MA_1中可包括至少一個量測目標。舉例而言，第一量測目標區域MA_1可包括第一量測目標M1及第二量測目標M2。第一量測目標M1及第二量測目標M2可形成第一量測目標群組MG1。在圖式中，第一量測目 標M1為接觸鰭場效電晶體(FinFET)的源極/汲極區的接觸栓塞，且第二量測目標M2為FinFET的閘極結構。然而，此僅為便於闡釋，且根據本揭露的實施例並非僅限於此。
在實施例中，可基於在晶圓的影像IM中重覆地形成的結構而設定第一量測目標區域MA_1。舉例而言，由於在圖5A中重覆地形成了一個接觸栓塞及一個閘極結構，因此第一量測目標區域MA_1可被設定為包括一個接觸栓塞及一個閘極結構。然而，本文中所述的量測目標區域並非僅限於此，且第一量測目標區域MA_1可被設定為較寬以包括二個接觸栓塞以及二個閘極結構。
晶圓測量系統可以第一量測目標群組MG1為單位對量測目標的規格進行量測。亦即，晶圓測量系統可在量測第一量測目標群組MG1中所包括的至少一個量測目標的規格之後量測在其他量測目標群組中所包括的至少一個量測目標的規格。多個量測目標中具有實質上相同形狀的量測目標可包括在不同量測目標群組中，且可依序量測所述規格。
參照圖3及圖5B，在操作S30中，可自儲存於記憶體中的多個模板中選擇包括第一量測模板T1以及第二量測模板T2的量測模板群組TG。第一量測模板T1可對應於第一量測目標M1，並且第二量測模板T2可對應於第二量測目標M2。
第一量測模板T1可包括用於判斷第一量測模板T1是否與第一量測目標M1的邊界重合的第一邊界線TB1、以及用於量測第一量測目標M1的規格的第一量測線TM1。第一量測線TM1的 兩端可被形成為與第一邊界線TB1接觸。在圖5B中，第一量測線TM1包括用於量測在水平方向上的寬度的兩條線，但本文中所述的量測線並非僅限於此。可根據第一量測目標M1中待被量測的規格而改變第一量測線TM1。此外，圖5B示出包括第一邊界線TB1及第一量測線TM1兩者的第一量測模板T1。然而，本文中所述的量測模板並非僅限於此。第一量測模板T1可僅包括第一量測線TM1。當輸出單元(例如，圖1中的輸出單元400)為顯示裝置時，可以不同顏色顯示第一邊界線TB1及第一量測線TM1。
第二量測模板T2可包括用於判斷第二量測模板T2是否與第二量測目標M2的邊界重合的第二邊界線TB2、以及用於量測第二量測目標M2的規格的第二量測線TM2。第二量測線TM2的兩端可被形成為與第二邊界線TB2接觸。在圖5B中，第二量測線TM2包括用於量測在橫向方向上的寬度以及在縱向方向上的深度的兩條線，但本文中所述的量測線並非僅限於此。可根據第二量測目標M2中待被量測的規格而改變第二量測線TM2。此外，圖5B示出包括第二邊界線TB2及第二量測線TM2兩者的第二量測模板T2。然而，本文中所述的量測模板並非僅限於此。第二量測模板T2可僅包括第二量測線TM2。
參照圖4及圖5C，第一量測模板T1及第二量測模板T2可分別佈置於第一量測目標M1及第二量測目標M2上。使用者可直接移動第一量測模板T1及第二量測模板T2，但本文中所述的量測模板的佈置形式並非僅限於此。基於包括在已被執行規格量 測操作的另一量測目標區域中且與第一量測目標M1及第二量測目標M2具有實質上相同形狀的其他量測目標的位置資訊，第一量測模板T1及第二量測模板T2可分別佈置於第一量測目標M1及第二量測目標M2上。
在操作S41中，可偵測第一量測目標M1與第二量測目標M2之間的邊界。可更包括在特定範圍內自第一量測目標M1及第二量測目標M2上的第一量測模板T1及第二量測模板T2的第一邊界線TB1及第二邊界線TB2偵測第一量測目標M1與第二量測目標M2之間的邊界的操作。
在操作S43中，可改變第一邊界線TB1以與第一量測目標M1的偵測邊界重合，且可改變第二邊界線TB2以與第二量測目標M2的邊界重合。隨著第一邊界線TB1及第二邊界線TB2被改變，第一量測線TM1以及第二量測線TM2亦可被改變。
當第一量測模板T1及第二量測模板T2包括第一量測線TM1及第二量測線TM2但不包括第一邊界線TB1及第二邊界線TB2時，可改變第一量測線TM1及第二量測線TM2使得第一量測線TM1及第二量測線TM2的兩端分別與第一量測目標M1及第二量測目標M2的邊界接觸。
參照圖3及圖5D，在操作S50中，可藉由量測第一量測線TM1及第二量測線TM2的長度而量測第一量測目標M1及第二量測目標M2的規格。舉例而言，在圖5D中，量測第一量測線TM1的長度使得第一量測目標M1的第一寬度CD1可被量測為 a[奈米(nm)]且第一量測目標M1的第二寬度CD2可被量測為b[nm]。此外，量測第二量測線TM2的長度使得第二量測目標M2的第三寬度CD3可被量測為c[nm]且第二量測目標M2的第一深度Depth1可被量測為d[nm]。
圖6為示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作的流程圖，且闡釋在圖3中對量測目標的規格進行量測的操作S50之後的操作。圖7示出由根據本揭露的實施例的晶圓測量系統對量測目標的規格進行量測的操作的圖式。圖7為在與晶圓的主表面垂直的方向上的影像。
參照圖6及圖7，在操作S60中，處理器可繼第一量測目標區域MA_1之後在晶圓的影像IM中設定第二量測目標區域MA_2。第二量測目標區域MA_2可由使用者設定，或藉由基於其中晶圓測量系統執行規格量測操作的第一量測目標區域MA_1的位置資訊推導出的第二量測目標區域MA_2的位置資訊而進行設定。第一量測目標區域MA_1與第二量測目標區域MA_2可彼此相鄰。
在圖式中，在上面設定有第一量測目標區域的晶圓的影像IM中設定第二量測目標區域MA_2，但第二量測目標區域MA_2亦可設定於另一晶圓的影像中。
在晶圓的影像IM的第二量測目標區域MA_2中可包括至少一個量測目標。舉例而言，第二量測目標區域MA_2可包括第三量測目標M3及第四量測目標M4。第三量測目標M3及第四量 測目標M4可形成第二量測目標群組MG2。第三量測目標M3可具有與第一量測目標M1實質上相同的形狀，且第四量測目標M4可具有與第二量測目標M2實質上相同的形狀。
因此，用於量測第一量測目標M1及第二量測目標M2的規格的第一量測模板T1及第二量測模板T2亦可用於量測第三量測目標M3及第四量測目標M4的規格。
在操作S70中，處理器可藉由執行模板匹配模組而使第一量測模板T1及第二量測模板T2與第三量測目標M3及第四量測目標M4匹配。對圖4所示的匹配操作S40的說明可應用於匹配操作S70。
在操作S80中，處理器可基於與第三量測目標M3及第四量測目標M4重合的第一量測模板T1及第二量測模板T2藉由執行量測模組而量測第三量測目標M3及第四量測目標M4的規格。
當在晶圓上重覆地形成類似的圖案時，根據本揭露的晶圓測量系統可利用選定量測模板重覆地量測所述圖案的規格。因此，可減少量測規格所花費的時間。
圖8為示出根據本揭露的實施例用於對量測目標的規格進行量測的模組的方塊圖。所述模組包括在量測程式中，且圖8中所示的模組包括模板選擇模組。圖9為示出根據本揭露的實施例的晶圓測量系統的操作的流程圖。圖9闡釋圖3中選擇量測模板的操作S30。
參照圖8及圖9，模板選擇模組211可包括模板判斷模組211_1、量測目標區域識別模組211_2、邊界偵測模組211_3以及模板產生模組211_4。模板判斷模組211_1、量測目標區域識別模組211_2、邊界偵測模組211_3以及模板產生模組211_4中的每一者可被實作為可由處理器100執行的程式。處理器100可藉由執行模板判斷模組211_1、量測目標區域識別模組211_2、邊界偵測模組211_3以及模板產生模組211_4而選擇對應於量測目標的量測模板D21。
如以下所述，產生量測模板的製程可包括在操作S33處設定包括第一量測目標的量測目標區域、在操作S35處偵測第一量測目標的邊界作為偵測邊界、以及在操作S37處產生包括第一量測目標的偵測邊界的至少一部分以及用於量測第一量測目標的可量測特性的量測線的量測模板作為所產生的量測模板。
在操作S31處，處理器可藉由執行模板判斷模組211_1判斷在儲存於記憶體中的多個模板中是否存在對應於量測目標的模板。若存在對應的模板，則模板判斷模組211_1自所述多個模板中選擇對應於量測目標的模板，且可依序執行圖3所示的操作S40及S50。
若不存在對應於量測目標的模板，則所述製程可執行藉由依序執行量測目標區域識別模組211_2、邊界偵測模組211_3以及模板產生模組211_4而產生對應於量測目標的量測模板D21的操作。
在操作S33中，處理器可藉由執行量測目標區域識別模組211_2而設定量測目標區域以執行規格量測操作。所述量測目標區域可被設定成包括量測目標。若量測目標區域與第一量測目標區域相同，則可不執行設定量測目標區域的操作。
在操作S35中，處理器可藉由執行邊界偵測模組211_3而偵測量測目標區域中所包括的量測目標的邊界作為偵測邊界。對圖4所示偵測量測目標的邊界的操作S41的說明可應用於偵測量測目標的邊界的操作S35。因此，處理器可藉由執行邊界偵測模組211_3自左向右、自右向左、自上向下及/或自下向上對晶圓的影像的量測目標區域的灰階執行微分運算。處理器可判斷出微分運算的結果等於或大於某一值的點為量測目標的邊界。
在操作S37中，處理器可藉由執行模板產生模組211_4而產生包括量測線的量測模板。處理器可藉由執行模板產生模組211_4而產生量測目標的邊界的至少一部分作為邊界線。此外，處理器可藉由執行模板產生模組211_4而產生代表在量測目標處待被量測的規格的量測線。
在實施例中，量測線可由使用者直接設定。舉例而言，當在操作S35中偵測到量測目標的邊界之後使用者選擇在量測目標處待被量測的一部分時，晶圓測量系統可經由輸入單元接收量測線產生訊號，並基於所述量測線產生訊號產生量測線。使用者可選擇長度待被量測的一部分，且可在選定部分處產生量測線。
在實施例中，可藉由預定規則產生量測線。關於用於量 測每一量測目標的形狀的規格的量測點的資訊可儲存於記憶體中。處理器可基於關於所述量測點的資訊藉由執行模板產生模組211_4而產生包括形成於量測點處的量測線的量測模板。
可依據量測模板的量測線是垂直於還是水平於晶圓的主表面而以不同顏色將所述量測線顯示於輸出單元400中。舉例而言，參照圖5D，可以紅色顯示量測目標M2的第三寬度CD3，且可以藍色顯示第一深度Depth1。然而，量測線並非僅限於以不同顏色進行顯示，且可被顯示為不同類型的線或不同粗細的線。舉例而言，垂直於晶圓的主表面的線可被顯示為直線，且水平於晶圓的主表面的線可被顯示為虛線。
當在操作S37中產生對應於量測目標的量測模板時，所述製程可依序執行圖3中的操作S40及操作S50。所產生的量測模板D21可儲存於晶圓測量系統的記憶體中。量測模板D21可包括在圖2中的模板D20中。如在圖6及圖7中所述，當針對與上述量測目標具有實質上相同形狀的另一量測目標使用規格量測操作時，晶圓測量系統可使用所產生的量測模板。
圖10為示出根據本揭露的實施例製造半導體裝置的方法的流程圖。
參照圖10，製造半導體裝置的方法可包括：操作S100，量測形成於晶圓上的量測目標的規格；操作S200，將量測所述規格的結果與目標值進行比較；以及操作S300，基於所述比較結果製造半導體裝置。
對量測目標的規格進行量測的操作S100可包括：操作S10，獲得圖3所示的晶圓的影像；操作S20，設定第一量測目標區域；操作S30，選擇量測模板；操作S40，將量測模板匹配至量測目標；以及操作S50，對量測目標的規格進行量測。量測形成於晶圓上的圖案的規格的操作S100可更包括操作S60、S70及S80。在圖6中，操作S60是設定第二量測目標區域的操作。操作S70是將量測模板匹配至第二量測目標區域中的量測目標的操作。操作S80是量測第二量測目標區域中的量測目標的規格的操作。
若在將量測所述規格的結果與目標值進行比較的操作S200中量測所述規格的結果滿足目標值，則操作可保持原樣，且可執行利用已使用的製程方案製造半導體裝置的操作S300。當滿足目標值時，意指量測值處於目標值的控制上限(upper control limit，UCL)及控制下限(lower control limit，LCL)的範圍內。
另一方面，當形成於晶圓上的圖案的規格的量測結果不滿足目標值時，可執行判斷導致不合規格(out-of-specification)的原因的操作。不合規格可指量測值位於目標值的控制上限及控制下限的範圍之外。判斷導致不合規格的原因的操作可包括自製程方案中所包括的多個製程因素(例如，溫度、壓力、製程時間及製程氣體的濃度)判斷導致不合規格的缺陷製程因素的操作。若確定出缺陷製程因素，則可藉由對所述缺陷製程因素進行補償而生成新的製程方案。可基於所述新的製程方案執行製造半導體裝置的操作S300。
根據本揭露的實施例製造半導體裝置的方法，減少了量測形成於晶圓上的圖案的規格所需的時間且提高了準確度，因此可快速地偵測製造晶圓時出現的缺陷。因此，可減少製造半導體裝置的時間。
已在如上所述的圖式及實施方式中示出並闡述了實施例。儘管使用具體用語來闡釋本揭露中的該些實施例，但所述具體用語並非旨在限制本文中所述的發明概念的範圍，且僅用於更佳的理解。此項技術中具有通常知識者將理解，在不背離如在隨附申請專利範圍中所界定的本文中所述的發明概念的精神及範圍的條件下可作出各種形式及細節上的變化。因此，本揭露的範圍不由本揭露的實施方式界定而是由隨附申請專利範圍界定。
210‧‧‧量測程式
211‧‧‧模板選擇模組
213‧‧‧模板匹配模組
215‧‧‧量測模組
D10‧‧‧影像
D20‧‧‧模板
D100‧‧‧量測資料

Claims (8)

  1. 一種晶圓測量系統，用於量測形成於晶圓上的第一量測目標的可量測特性，所述晶圓測量系統包括：記憶體，被配置成儲存所述晶圓的影像、各自包括至少一條線的多個模板、以及量測程式；以及處理器，能夠對所述記憶體進行存取並被配置成執行所述量測程式中所包括的多個模組，其中所述多個模組包括：模板選擇模組，被配置成接收所述多個模板並選擇對應於所述第一量測目標的形狀的量測模板；模板匹配模組，被配置成將所述量測模板與所述第一量測目標進行匹配；以及量測模組，被配置成基於所述量測模板的位置資訊量測所述第一量測目標的所述可量測特性，其中所述量測模板包括用於判斷所述量測模板是否與所述第一量測目標的邊界重合的邊界線、以及用於量測所述第一量測目標的規格的量測線，其中所述模板匹配模組被配置成偵測所述第一量測目標的所述邊界，並基於所述第一量測目標的所述邊界而改變所述邊界線及所述量測線，進而改變所述量測模板的大小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓測量系統，其中所述模板選擇模組包括：量測目標區域識別模組，被配置成設定包括所述第一量測目 標的所述影像的量測目標區域；邊界偵測模組，被配置成偵測所述量測目標區域中所包括的所述第一量測目標的所述邊界；以及模板產生模組，被配置成產生與所述第一量測目標的所述形狀對應的所述量測模板。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的晶圓測量系統，其中由所述模板產生模組產生的所述量測模板包括所述邊界線以及所述量測線，所述邊界線用於判斷所述量測模板是否與所述第一量測目標的所述邊界重合，所述量測線對應於所述第一量測目標的所述可量測特性，且其中所述量測模組被配置成量測所述量測線的長度以量測所述第一量測目標的所述可量測特性。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓測量系統，其中所述量測模板中所包括的至少一條線包括與所述晶圓的主表面垂直的方向上的直線。
  5. 一種製造半導體裝置的方法，所述方法包括：由處理器量測形成於晶圓上的至少一個量測目標的可量測特性；以及基於所述量測的結果製造所述半導體裝置，其中量測所述至少一個量測目標的所述可量測特性包括：獲得所述晶圓的影像以及多個模板；在所述影像中設定包括所述至少一個量測目標中的第一量測目標的第一量測目標區域； 選擇與所述第一量測目標對應的量測模板作為選定量測模板；將所述選定量測模板與所述第一量測目標區域中的所述第一量測目標進行匹配；以及基於所述量測模板的位置資訊量測所述第一量測目標的可量測特性，所述量測模板包括用於判斷所述量測模板是否與所述第一量測目標的邊界重合的邊界線、以及用於量測所述第一量測目標的規格的量測線，其中匹配所述第一量測目標包括：偵測所述第一量測目標的所述邊界；以及基於所述第一量測目標的所述邊界而改變所述邊界線及所述量測線，進而改變所述量測模板的大小。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中選擇所述量測模板包括：判斷在所述多個模板中是否存在與所述第一量測目標對應的模板；以及當不存在與所述第一量測目標對應的模板時，產生與所述第一量測目標對應的模板。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中產生所述模板包括：設定包括所述第一量測目標的量測目標區域； 偵測所述第一量測目標的所述邊界作為偵測邊界；以及產生包括所述第一量測目標的所述偵測邊界的至少一部分以及用於量測所述第一量測目標的所述可量測特性的量測線的量測模板作為所產生的量測模板。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中產生所述模板更包括將所述所產生的量測模板儲存於記憶體中。
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