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TWI749029B - 複合檢查系統 - Google Patents

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TWI749029B
TWI749029B TW106123661A TW106123661A TWI749029B TW I749029 B TWI749029 B TW I749029B TW 106123661 A TW106123661 A TW 106123661A TW 106123661 A TW106123661 A TW 106123661A TW I749029 B TWI749029 B TW I749029B
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尾形潔
表和彥
伊藤義泰
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日商理學股份有限公司
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Abstract

本發明之複合檢查系統包含有：第一檢查裝置1，其根據對試料11照射X射線所得到之X射線測量資料來檢查試料11；及第二檢查裝置2，其藉由不使用X射線之測量方法來檢查試料11。將藉由第一檢查裝置1所得到之X射線測量資料或該X射線測量資料之解析結果朝向第二檢查裝置2輸出。而且，在第二檢查裝置2中，利用自第一檢查裝置1所輸入之X射線測量資料或該X射線測量資料之解析結果，來解析試料11之構造。

Description

複合檢查系統
本發明係關於適用於半導體製造領域等，製造在基板上層積多層薄膜之多層膜構造之元件之技術領域的複合檢查系統。
半導體等，在基板上層積多層薄膜並藉由微影(Lithography)技術所製造之電子元件，形狀會因成膜之薄膜膜厚、密度、結晶性等之狀態、及微影加工條件而變化。因此，需要可正確地測量經加工之元件之形狀之檢查裝置。此種經加工之元件之形狀，在半導體製程中作為應加以管理之重要數值而被稱為CD(Critical Dimension；最小線寬)。
而作為製作剖面試料來觀察前述之元件之形狀之檢查裝置，已知有穿透式電子顯微鏡(TEM；Transmission Electron Microscope)、掃描電子顯微鏡(SEM；Scanning Electron Microscope)。然而，該等檢查裝置由於會破壞試料，因此存在有無法在半導體製造步驟中於線上測量試料、無法進行全數檢查、無法將測量結果反饋(feedback)至之前的步驟、及無法將測量結果對之後的步驟進行前饋(feedforward)等缺點。
另一方面，作為在半導體製造步驟中於線上非破壞性地測量前述之元件之形狀之檢查裝置，提出有使用掃描電子顯微鏡之檢查裝置(CD-SEM：Critical Dimension-Scanning Electron Microscope；最小線寬掃描電子顯微鏡)、使用光學方法之檢查裝置(OCD：Optical Critical Dimension；光學最小線寬)、及使用原子力顯微鏡之檢查裝置(CD-AFM：Critical Dimension Atomic Force Microscope；最小線寬原子力顯微鏡)等。此外，作為使用X射線正確地決定重複圖案形狀之檢查裝置，提出有利用X射線小角度散射之X射線奈米)形狀測量裝置(CD-SAXS：Critical Dimension Small Angle X-ray Scattering；最小線寬小角度X射線散射)。例如，專利文獻1、2揭示有CD-SAXS之習知例。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5700685號
[專利文獻1]日本專利第5237186號
[非專利文獻]
[非專利文獻1]Introduction to Metrology Applications in IC Manufacturing, P131, Tutorial Texts in Optical Engineering Volume TT101, SPIE PRESS, ISBN：9781628418118
前述之OCD由於探針使用光，因此具有測量區域小、產出率(throughput)較快等之優點，而且由於使用模型化(modeling)與模擬(simulation)，而具有可解析半導體裝置複雜之立體構造之特徵，因此作為用以在半導體製造步驟中於線上進行測量 之檢查裝置很有效。又，CD-SEM作為使用掃描電子顯微鏡之原理而直接觀察裝置表面形狀之檢查裝置很有效。然而，該等檢查裝置在間距10nm以下之尺度，存在有解析度上之極限，隨著半導體元件之微細化，解析會變困難。
CD-SAXS作為解析電子裝置表面之奈米尺度之形狀之檢查裝置很有效。然而，為了測量半導體晶圓表面之100微米(micrometer)以下之測試圖案需要強力之X射線源，但無法得到適用於半導體線上檢查裝置之小型高亮度X射線源。
本發明係鑑於該等習知技術之實情所完成者，其目的在於提供一種適用於半導體元件等，在基板上層積有多層薄膜之多層膜構造之元件之形狀解析之複合檢查系統。
此種複合檢查系統之基本概念，係揭示於非專利文獻1，本發明係以該基本概念為基礎而將其具體化者。
亦即，本發明係一種複合檢查系統，其包含有：第一檢查裝置，其根據對試料照射X射線所得到之X射線測量資料來檢查試料；及第二檢查裝置，其藉由不使用X射線之測量方法來檢查試料；其特徵在於，朝向第二檢查裝置輸出藉由第一檢查裝置所得到之X射線測量資料及該X射線測量資料之解析結果中之一者，第二檢查裝置利用藉由第一檢查裝置所得到之X射線測量資料及該X射線測量資料之解析結果中之一者來檢查試料。
此處，可構成為第一檢查裝置包含有：測量部，其對試料之表面照射X射線，來測量散射強度； 擬合(fitting)部，其假設試料之表面上之微細構造構成週期構造之試料模型，該週期構成係沿著垂直於該表面之方向形成複數個折射率不同之層，並且於該層內沿著與該表面平行之方向週期性地排列單位構造體；且考量因被形成於試料模型之複數個層所產生之折射及反射之效果，來計算出因微細構造所散射之X射線之散射強度，並將根據試料模型所計算出之X射線之散射強度擬合於測量之散射強度；決定部，其根據擬合部之擬合結果，來決定特定單位構造體之形狀之參數之最佳值；以及輸出部，其根據所預先決定之協定，將包含特定單位構造體之形狀之參數之最佳值之解析值之至少一部分作為輸出值，而輸出至第二檢查裝置；且第二檢查裝置利用來自第一檢查裝置之輸出值來檢查試料。
又，亦可構成為第一檢查裝置包含有：測量部，其對試料之表面照射X射線，來測量散射強度；擬合部，其假設試料之表面上之微細構造構成週期構造之試料模型，該週期構造係沿著垂直於該表面之方向形成1個或複數個層，並且於該層內沿著與該表面平行之方向週期性地排列單位構造體，而且該單位構造體具有自嚴密之週期性位置起之位置變動，該位置變動不依存於相互之位置差而為隨機，且單位構造體係藉由層內之同樣之實體區域及空間區域所形成，計算出因實體區域所產生X射線之散射強度，並將藉由試料模型所計算出之X射線之散射強度擬合於測量之散射強度；決定部，其根據擬合部之擬合結果來決定特定單位構造體之形 狀之參數之最佳值；以及輸出部，其根據所預先決定之協定，將包含特定單位構造體之形狀之參數之最佳值之解析值之至少一部分作為輸出值，而輸出至第二檢查裝置；且第二檢查裝置利用來自第一檢查裝置之輸出值來檢查試料。
此處，所謂「位置變動」係指自單位構造體原本應處之位置(嚴密之週期性位置)起之偏移(差異)。又，所謂「實體區域」係指於單位構造體中物質(基本上為固體)存在之區域。另一方面，所謂「空間區域」係指於單位構造體中不存在物質(基本上為固體)之區域。再者，於空間區域仍存在有氣體。
又，本發明亦可構成為一種複合檢查系統，其包含有：第一檢查裝置，其根據對試料照射X射線所得到之X射線測量資料來檢查試料；及第二檢查裝置，其藉由不使用X射線之測量方法來檢查上述試料；其中，朝向第一檢查裝置輸出藉由第二檢查裝置所得到之測量資料及該測量資料之解析結果中之一者，第一檢查裝置利用藉由第二檢查裝置所得到之測量資料及該測量資料之解析結果中之一者，來檢查試料。
又，本發明亦可構成為一種複合檢查系統，其包含有：第一檢查裝置，其根據對試料照射X射線所得到之X射線測量資料來檢查試料；及第二檢查裝置，其藉由不使用X射線之測量方法來檢查試料；其中，第一檢查裝置包含有：測量部，其對試料之表面照射X射線，來測量散射強度； 擬合部，其假設試料之表面上之微細構造構成週期構造之試料模型，該週期構造係沿著垂直於該表面之方向形成複數個折射率不同之層，並且於該層內沿著與該表面平行之方向週期性地排列單位構造體，且考量因被形成於試料模型之複數個層所產生之折射及反射之效果，來計算出因微細構造而散射之X射線之散射強度，並將根據試料模型所計算出之X射線之散射強度擬合於測量之散射強度；決定部，其根據擬合部之擬合結果，來決定特定單位構造體之形狀之參數之最佳值；以及輸出部，其根據所預先決定之協定，將包含特定單位構造體之形狀之參數之最佳值之解析值之至少一部分作為輸出值，而加以輸出；利用藉由第一檢查裝置所得到之X射線測量資料及該X射線測量資料之解析結果中之一者、以及藉由第二檢查裝置所得到之資料及該資料之解析結果中之一者，來解析試料之構造。
此外，本發明亦可構成為一種複合檢查系統，其所能包含有：第一檢查裝置，其根據對試料照射X射線所得到之X射線測量資料來檢查試料；及第二檢查裝置，其藉由不使用X射線之測量方法來檢查試料；其中，第一檢查裝置包含有：測量部，其對試料之表面照射X射線，來測量散射強度；擬合部，其假設試料之表面上之微細構造構成週期構造之試料模型，該週期構造係沿著垂直於該表面之方向形成1個或複數個層，並且於該層內沿著與該表面平行之方向週期性地排列單位構造 體，而且該單位構造體具有自嚴密之週期性位置起之位置變動，該位置變動不依存於相互之位置差而為隨機，且單位構造體係藉由層內之同樣之實體區域及空間區域所形成，計算出因實體區域所產生X射線之散射強度，並將藉由試料模型所計算出之X射線之散射強度擬合於測量之散射強度；決定部，其根據擬合部之擬合結果，來決定特定單位構造體之形狀之參數之最佳值；以及輸出部，其根據所預先決定之協定，將包含特定單位構造體之形狀之參數之最佳值之解析值之至少一部分輸出；且利用藉由第一檢查裝置所得到之X射線測量資料及該X射線測量資料之解析結果中之一者、以及藉由第二檢查裝置所得到之資料及該資料之解析結果中之一者，來解析試料之構造。
於前述之構成之本發明中，可構成為第一檢查裝置具備有：試料台，其配置檢查對象之試料；圖像觀察部，其觀察被配置於試料台之試料之圖像；定位機構，其根據圖像觀察部之試料之圖像觀察結果而被控制，使試料台在水平面上沿著正交之2方向、高度方向、及面內旋轉方向移動；測角器(goniometer)，其包含，以在與被配置於試料台之試料之表面相同平面內所包含之旋轉軸為中心，而沿著與該試料之表面垂直之假想平面分別獨立地旋轉之第一及第二旋轉構件；X射線照射單元，其係搭載於第一旋轉構件，將特性X射線聚光而朝向設定於與被配置在試料台之試料之表面相同平面內之檢 查位置照射；X射線檢測器，其係搭載於第二旋轉構件；以及解析單元，其將藉由X射線檢測器所檢測出之X射線圖案數值化，並加以解析。
此處，第一檢查裝置既可設為藉由X射線檢測器，對穿透試料之X射線進行測量之構成，而且，亦可設為藉由X射線檢測器，對自試料之表面之散射X射線進行測量之構成。
具體而言，作為第一檢查裝置，可使用對穿透之X射線進行測量之穿透式小角度X射線散射裝置(T-SAXS：Transmission-Small Angle X-ray Scattering)，或可使用以幾乎平行於試料表面之角度入射X射線，而對來自表面之散射X射線進行測量之反射式小角度X射線散射裝置(GI-SAXS：Glazing Incidence-Small Angle X-ray Scattering)。
GI-SAXS適用於例如深度200nm以下之線/空間(line and space)構造與孔、突起之測量，而T-SAXS適用於深度200nm以上之構造，例如孔構造之孔徑之測量。再者，第一檢查裝置亦可設為可測量T-SAXS與GI-SAXS雙方之裝置構成。
此外，第一檢查裝置可設為裝設有2維X射線檢測器來作為X射線檢測器之構成。藉此，可進行迅速之測量。
另一方面，第二檢查裝置例如可由光學式檢查裝置(OCD)所構成。又，第二檢查裝置亦可使用利用掃描電子顯微鏡之檢查裝置(CD-SEM)、或利用原子力顯微鏡之檢查裝置(CD-AFM)等其他方法之裝置。
可設為作為自第一檢查裝置所輸出之解析值，包含有 試料模型之週期構造之間距的構成。
更具體而言，作為自第一檢查裝置朝向第二檢查裝置傳遞之資訊(解析值)，雖可隨著表面形狀而為各種參數，但於線/空間構造中，可列舉間距、最小線寬(CD；Critical Dimension)、高度、側壁角(Side-Wall Angle)、圓度(Roundness)等，亦可進一步包含各參數之差異資訊。
又，亦可設為於試料模型之週期構造包含有孔之重複構造之情形時，作為自第一檢查裝置輸出之解析值，包含有該孔徑之構成。
如以上所說明，根據本發明之複合檢查系統，可高精度地且多面向地對半導體元件等，在基板上層積有多層薄膜之多層膜構造之元件形狀進行解析。
1:第一檢查裝置
2:第二檢查裝置
3:解析伺服器
4:主機電腦
10:試料台
11:試料
20:定位機構
30:測角器
31:測角器本體
32:第一旋轉臂
33:第二旋轉臂
40:X射線照射單元
41:X射線管
42:第一X射線光學元件
43:第二X射線光學元件
44:聚光狹縫
45:單元本體
47:入射X射線
48:散射X射線
49:穿透X射線
50:X射線檢測器
60:光學顯微鏡
100:中央處理裝置
101:XG控制器
102:圖像辨識電路
103:聚焦控制器
104:定位控制器
106:測角器控制器
107:計數控制電路
110:儲存部
201:操作部
202:顯示部
203:通信部
300:線
301:空間
302:深孔
Lx、Ly:尺寸
Rx、Ry:部分尺寸
θS、θD:旋轉角度
圖1係示意地顯示本發明實施形態之複合檢查系統之第1基本構成例與資訊傳遞系統之方塊圖。
圖2係示意地顯示本發明實施形態之複合檢查系統之第2基本構成例與資訊傳遞系統之方塊圖。
圖3係示意地顯示本發明實施形態之複合檢查系統之第3基本構成例與資訊傳遞系統之方塊圖。
圖4係示意地顯示本發明實施形態之複合檢查系統之第4基本構成例與資訊傳遞系統之方塊圖。
圖5係示意地顯示本發明實施形態之複合檢查系統之第5基本構成例與資訊傳遞系統之方塊圖。
圖6係顯示本發明實施形態之第一檢查裝置之整體構造之立體 圖。
圖7係圖6所示之第一檢查裝置之前視圖。
圖8A係示意地顯示被組入圖6所示之第一檢查裝置之X射線照射單元之構成之側視圖。
圖8B係與圖8A相同構成之俯視圖。
圖9係示意地顯示本發明實施形態之第一檢查裝置之另一構成例之前視圖。
圖10係示意地顯示圖9所示之第一檢查裝置之構成之右側視圖。
圖11係用以說明圖9所示之第一檢查裝置之測量動作之示意圖。
圖12A係示意地顯示被組入圖9所示之第一檢查裝置之X射線照射單元之構成之側視圖。
圖12B係與圖12A相同構成之俯視圖。
圖13係顯示本發明實施形態之第一檢查裝置之控制系統之方塊圖。
圖14係本發明實施形態之第一檢查裝置之控制流程圖。
圖15A係顯示用以解析作為檢查對象之線/空間圖案之形狀之參數之圖。
圖15B係顯示用以解析藉由雙重曝光製程所製作之線/空間圖案之形狀之參數之圖。
圖16A係作為檢查對象之深孔重複構造之剖面示意圖。
圖16B係圖16A所示之剖面示意圖中一個深孔之放大圖。
圖17係顯示CD-SEM(第二檢查裝置)之測量資料之例子之圖。
圖18係顯示以CD-SAXS(第一檢查裝置)之形狀模型對CD-SEM(第二檢查裝置)之觀察像進行擬合之利用例之圖。
以下，參照圖式，對本發明實施形態詳細地進行說明。
[基本構成例與資訊傳遞系統]
圖1~圖5係示意地顯示本發明實施形態之複合檢查系統之基本構成例與資訊傳遞系統之方塊圖。本實施形態之複合檢查系統具備有：第一檢查裝置1，其根據對試料照射X射線所得到之X射線測量資料來檢查試料；及第二檢查裝置2，其藉由不使用X射線之測量方法來檢查試料。作為第一檢查裝置1，例如可使用X射線奈米形狀測量裝置(CD-SAXS)。另一方面，作為第二檢查裝置2，例如可使用光學式檢查裝置(OCD)或利用掃描電子顯微鏡之檢查裝置(CD-SEM)。
在圖1~圖3所示之第1~第3基本構成例中，來自第一檢查裝置1之資訊係朝向第二檢查裝置2被輸出。作為自第一檢查裝置1所輸出之資訊，例如，除了對試料進行X射線測量所得到之測量資料或該X射線測量資料之解析結果外，還包含有關於測量對象之試料之資訊(Carrier(載體)、Wafer(晶圓)資訊)等。藉由將利用第一檢查裝置1所解析之結果與試料資訊(Carrier、Wafer資訊)朝向第二檢查裝置2傳遞，而可在第二檢查裝置2進行高精度之解析。
亦即，構成第二檢查裝置2之OCD，由於探針使用光，因此具有測量區域小、產出率快等優點，而且由於使用模型化與模擬，而具有可解析半導體裝置複雜之立體構造之特徵，因此作 為用以在半導體製造步驟中於線上進行測量之檢查裝置很有效。然而，OCD在間距10nm以下之尺度存在有解析度上之極限，隨著半導體元件之微細化，解析會變困難。
另一方面，構成第一檢查裝置1之CD-SAXS，作為解析電子裝置表面之奈米尺度之形狀之檢查裝置很有效，而且根據後述之具備有X射線照射單元之構成，可得到對於測量半導體晶圓表面之100微米以下之測試圖案具有足夠強力之功率之小型高亮度X射線源。因此，藉由利用自該第一檢查裝置1所輸出之資訊，可在第二檢查裝置2進行高精度之解析。
此處，在圖1所示之第1基本構成例中，直接連接第一檢查裝置1與第二檢查裝置2來傳遞資訊。此處作為連接手段，雖使用乙太網路(Ethernet<註冊商標>)，但亦可使用RS-232C等之序列傳送、光傳送、無線傳送等任意之傳送方法。
在圖2所示之第2基本構成例中，第一檢查裝置1與第二檢查裝置2係經由解析伺服器3所連接。在該基本構成例中，將第一檢查裝置1之結果傳遞至解析伺服器3。第二檢查裝置2自解析伺服器3得到資訊。此處，作為連接手段，雖亦使用乙太網路(註冊商標)，但亦可使用RS-232C等之序列傳送、光傳送、無線傳送等任意之傳送方法。
在圖3所示之第3基本構成例中，第一檢查裝置1與第二檢查裝置2係經由在半導體工廠中掌管製程控制之主機電腦4(Host)所連接。在該基本構成例中，第一檢查裝置1之結果係傳遞至主機電腦4，第二檢查裝置2自主機電腦4得到資訊。在平常使用300mm晶圓之半導體製造工廠中，依據被稱為GEM300之標準 化協定來傳遞資訊。若進行主機電腦4之程式設計(programing)，便可進行第一、第二檢查裝置1、2之資訊傳遞。
另一方面，在圖4所示之第4基本構成例中，第一檢查裝置1與第二檢查裝置2係連接於解析伺服器3，解析伺服器3進一步被連接於主機電腦4。在該基本構成例中，將第一檢查裝置1之解析結果與第二檢查裝置2之測量資料分別輸出至解析伺服器3，並藉由解析伺服器3執行來自第二檢查裝置2之測量資料之解析。解析結果係自該解析伺服器3被傳遞至主機電腦4。
例如，於使用OCD來作為第二檢查裝置2之情形時，無法對10nm以下之微細間距或多重曝光之間距不同等之微細資訊進行解析。需藉由使用利用第一檢查裝置1所得之該等解析結果，方可正確地進行解析。
又，在圖5所示之第5基本構成例中，來自第二檢查裝置2之資訊係朝向第一檢查裝置1被輸出。藉由傳遞利用第二檢查裝置2所解析之結果與試料資訊(Carrier、Wafer資訊)，可在第一檢查裝置1進行高精度之解析。
在第5基本構成例中，第一檢查裝置1與第二檢查裝置2雖經由在半導體工廠中掌管製程控制之主機電腦4(Host)所連接，但與第3基本構成例不同地，將第二檢查裝置2之結果傳遞至主機電腦4。在平常使用300mm晶圓之半導體製造工廠中，依據被稱為GEM300之標準化協定來傳遞資訊。若進行主機電腦4之程式設計，便可進行第一、第二檢查裝置1、2之資訊傳遞。
[適用於第二檢查裝置之OCD之概要]
光學式檢查裝置(OCD)係使用於半導體裝置中線/空間(line and space)等之微細之重複圖案之3維形狀測量。
藉由OCD所進行之測量、解析程序如以下所述。首先，於測量之前，製作多個已輸入有測量對象樣本之詳細構造、材料特性等之參數之OCD固有之模型，並作為程式庫(library)而加以儲存。
其次，對測量對象樣本進行測量。作為測量方法，可藉由將如下之幾個測量方法組合來進行複雜之構造的測量：經由偏光器將白色光源入射於測量對象樣本，經由分析器並藉由分光器來檢測因微細圖案所散射之光而測量分光波形之方法(橢圓光譜偏光儀(Spectroscopic Ellipsometer))；自測量對象樣本正上方入射光而對該測量對象樣本之反射率進行測量之方法(反射計(Reflectometer))等。
然後，將藉由測量所得到之光譜(Spectral)波形與藉由OCD模型所計算之波形進行比較，並將該等波形最一致者判定為測量對象樣本之形狀。根據該判定結果，進行形狀之視覺化(visual)並輸出各部分之尺寸。將所得到之結果反饋於模型製作，使解析精度持續提升。
作為OCD之優點，由於採用如前述之解析方法，因此可於與程式庫內之模型一致之圖案之測量範圍內，進行效率良好之尺寸測量，而可適用來作為半導體製造製程之線上檢查。
然而，OCD亦存在以下所示之缺點。首先，為了製作程式庫，會花費許多的時間。又，為了製作程式庫，必須準備多片參考用之實體樣本，會花費較多工時與費用。
又，亦存在有若測量部位周邊之材料或形狀不同，便會受到其影響而導致光譜波形大幅地變動之性質。因此，若有製程變動或製品之規格變更，便必須再次從製作程式庫開始，會花費許多的勞力。所以，根據所使用之材料與形狀，亦存在會無法使用OCD之可能性。
此外，半導體之微細化日益發展，若要測量10nm以下之微細圖案，因來自入射光之波長範圍之解析度有其極限，所以難以進行正確之尺寸測量。
[適用於第二檢查裝置之CD-SEM之概要]
使用掃描電子顯微鏡(SEM)之檢查裝置(CD-SEM)，係作為對半導體裝置之微細圖案之2維尺寸進行測量之標準機器，而被廣泛地使用於半導體製造線上。
藉由CD-SEM之測量、解析程序係如下所述。亦即，對於測量對象樣本取得SEM圖像，自該圖像計算測量對象樣本之尺寸。圖像取得之原理與一般之SEM相同，係使用電子透鏡將電子束聚光成微小直徑，使其於測量對象樣本上掃描，並藉由檢測出自測量對象樣本所發出之2次電子像及反射電子像而得到像。尺寸計算利用SEM圖像之對比信號。取得圖像上之欲進行尺寸測量之部位之對比分佈(line profile；譜線輪廓)，而自該譜線輪廓與圖像倍率及測量區間之像素的數量來計算出測量對象樣本之尺寸。
CD-SEM由於相較於光學式具有焦點深度較深且可正確地測量圖案底部之尺寸等優點，因此於目前之半導體製造線上作為尺寸測量之標準機器而被廣泛地使用。
然而，CD-SEM亦存在有以下所示之缺點。依照自譜線輪廓取得邊緣部之方法不同，所計算出之尺寸也會不同，因此測量結果之可靠度較低。存在有電子束會破壞測量對象(特別是抗蝕劑等有機物)之可能性，而無法進行深度方向之尺寸測量。CD-SEM由於具有如上述之缺點，因此很可能會無法對應將朝更微細化或3維化發展之今後之半導體裝置之製造。
[第一檢查裝置之整體構造例1(GI-SAXS)]
圖6係顯示第一檢查裝置之整體構造之立體圖，圖7係該裝置之前視圖。第一檢查裝置1具備有試料台10、定位機構20、測角器30、X射線照射單元40、X射線檢測器50、裝設有CCD(電荷耦合元件)攝影機等之光學顯微鏡60。
於試料台10之上表面，配置有成為檢查對象之半導體晶圓(試料)，其藉由定位機構20所驅動。定位機構20包含有朝向水平面內之直角2方向(X、Y方向)移動自如之水平移動機構、朝向與水平面正交之上下方向(Z方向)移動自如之升降機構、及面內旋轉機構，且具有使試料台10沿X、Y、Z方向移動並且進行面內旋轉，而將被配置於其上表面之半導體晶圓之任意之被測量部位朝向既定之朝向定位於照射X射線之集束位置之功能。
測角器30於測角器本體31搭載有第一、第二旋轉臂(旋轉構件)32、33。各旋轉臂32、33以垂直於圖7之紙面之軸(θS軸、θD軸)為中心，分別沿著與試料台之上表面正交之假想平面旋轉。此處，將自第一旋轉臂32之水平位置起之旋轉角度設為θS，並將自第二旋轉臂33之水平位置起之旋轉角度設為θD，使各旋轉 臂32、33旋轉驅動。
於以θS為中心進行旋轉之第一旋轉臂32，搭載有X射線照射單元40。又，於以θD為中心進行旋轉之第二旋轉臂33，搭載有X射線檢測器50。
X射線照射單元40具有將自X射線管所產生之X射線單色化(Single color)為特定波長之特性X射線，以及使其聚光於一處之功能。自X射線照射單元40之特性X射線所照射之位置，係成為檢查位置，且被配置於試料台10之上表面之試料之被測量部位係藉由定位機構20而被定位至該檢查位置。再者，檢查位置係設定於與被配置在試料台10之試料表面相同平面內。
X射線檢測器50係用於X射線反射率測量(XRR)、小角度X射線散射(SAXS)之測量。由於根據X射線反射率測量，測量在膜表面之反射X射線與在膜和基板之界面之反射X射線之干涉進行測量而導出膜厚與密度，因此膜厚可得到埃(Angstrom；埃斯特移)層級之測量精度。作為X射線檢測器50，例如亦可使用2維X射線檢測器，來實施TDI(Time Delay Integration；時間延遲積分)模式之X射線反射率測量、或恆定(Still)模式之小角度X射線散射測量。配置在試料台10之試料(例如半導體晶圓)之被測量部位係藉由利用定位機構20使試料台10移動，而被配置於光學顯微鏡60之下方位置。然後，使其自該位置朝向檢查位置而朝水平方向移動，藉此使試料(例如半導體晶圓)之被測量部位被定位於檢查位置。
[X射線照射單元之構成例1(GI-SAXS)]
其次，對X射線照射單元40之構成例進行說明。圖8A及圖 8B示意地顯示在藉由反射式小角度X射線散射裝置(GI-SAXS)構成第一檢查裝置1時較佳之X射線照射單元40之構成例。圖8A為側視圖，而圖8B為俯視圖。
X射線照射單元40包含有X射線管41、第一X射線光學元件42、第二X射線光學元件43、及聚光狹縫44。第一及第二X射線光學元件42、43使用在相同表面形成有多層膜之聚光鏡。該等構成元件係內置於未圖示之單元本體內。單元本體係設為可搭載於第一旋轉臂32之緊湊的尺寸形狀。
其次，說明X射線之路徑。X射線管41使用目標上之電子束焦點尺寸為
Figure 106123661-A0305-02-0021-23
100μm以下、且較佳為20μm以下之X射線球管。作為目標材料，雖可選擇銅(Cu)、鉬(Mo)、銀(Ag)、金(Au)等，但尤其若使用銅(Cu)，可測量具有高角度解析度之小角度散射。
自X射線管41出射之X射線，首先到達第一X射線光學元件42。然後，藉由第一X射線光學元件42將散射X射線48聚光於X射線檢測器50之位置。如此將散射X射線48朝向X射線檢測器50聚光之結果，成為可進行高角度解析度之測量。
其次，X射線入射至第二X射線光學元件43，進行垂直方向之聚光，使入射X射線47被聚光至試料11之表面。藉此，於使X射線以幾乎平行地入射於試料11之表面而進行X射線反射率測量或小角度X射線散射測量時，亦可進行高角度解析度之測量。
[第一檢查裝置之構成例2(T-SAXS)]
圖9係示意地顯示第一檢查裝置之另一構成例之前視圖，圖 10係與圖9相同構成之右側視圖。於該等圖所示之第一檢查裝置1，成為較適於穿透式小角度X射線散射裝置(T-SAXS)之構成。
該等圖所示之第一檢查裝置1具備有試料台10、定位機構20、測角器30、X射線照射單元40、X射線檢測器50、裝設有CCD攝影機等之光學顯微鏡60。再者，在圖10中，省略了光學顯微鏡60。
於試料台10之上表面，配置有成為檢查對象之半導體晶圓(試料)，其係藉由定位機構20所驅動。定位機構20包含有朝向水平面內之直角2方向(X、Y方向)移動自如之水平移動機構、朝向與水平面正交之上下方向(Z方向)移動自如之升降機構、及面內旋轉機構，且具有使試料台10沿著X、Y、Z方向移動並且進行面內旋轉，而將被配置於其上表面之半導體晶圓之任意之被測量部位朝既定之朝向定位於照射X射線之集束位置。
測角器30於測角器本體31搭載有第一、第二旋轉臂(旋轉構件)32、33。各旋轉臂32、33以垂直於圖10之紙面之軸(θS軸、θD軸)為中心，分別沿著與試料台之上表面正交之假想平面旋轉。此處，將自第一旋轉臂32之水平位置起之旋轉角度設為θS，並將自第二旋轉臂33之水平位置起之旋轉角度設為θD，使各旋轉臂32、33旋轉驅動。
於以θS為中心進行旋轉之第一旋轉臂32，搭載有X射線照射單元40。又，於以θD為中心進行旋轉之第二旋轉臂33，搭載有X射線檢測器50。
於圖9及圖10所示之第一檢查裝置1之構成例中，自第一旋轉臂32之水平位置起之旋轉角度θS，可驅動至試料台10 之下方(亦即-90°)，而可進行如圖11所示之穿透X射線49之測量。因此，該構成之第一檢查裝置1可應用於穿透式小角度X射線散射裝置(T-SAXS)。
試料台10及定位機構20由於必須讓X射線穿透，因此以X射線吸收係數較小之碳、碳化硼(boron carbide)、聚亞醯胺膜(kapton)等來形成、或者設為空洞。
再者，於圖9中，雖省略定位機構20及光學顯微鏡60之支撐機構之圖示，但該等支撐機構係以不與位於測角器之旋轉臂32、33及X射線照射單元40、X射線檢測器50等之周邊之構成元件干涉之方式配置。
[X射線照射單元之構成例2(T-SAXS)]
其次，對X射線照射單元40之構成例進行說明。圖12A及圖12B示意地顯示在藉由穿透式小角度X射線散射裝置(T-SAXS)構成第一檢查裝置1時較佳之X射線照射單元40之構成例。圖12A為側視圖，圖12B為俯視圖。
該等圖所示之X射線照射單元40包含有X射線管41、第一X射線光學元件42、第二X射線光學元件43、及聚光狹縫44來作為構成元件。第一及第二X射線光學元件42、43使用在表面形成有多層膜之聚光鏡。
該等X射線光學元件42、43為了防止多層膜之劣化，而設為被封入於未圖示之外殼之構造。外殼設為不使內置之X射線光學元件42、43位置偏移或變形且不施加不必要之應力之安裝構造。又，為了可進行光學系統之微調整，設置有可分別於X軸 、Y軸、Z軸之方向進行高精度之對位之位置調整機構。
其次，對自X射線管41所出射之X射線到達X射線檢測器50為止之路徑進行說明。首先，作用X射線管41，使用在目標上之電子束焦點尺寸為
Figure 106123661-A0305-02-0024-24
100μm以下、較佳為20μm以下之X射線球管。作為目標材料，雖可選擇銅(Cu)、鉬(Mo)、銀(Ag)、金(Au)等，但若為穿透式之情形時，由於必須能穿透作為基板之Si晶圓之能量高之X射線，因此較佳為使用能達成上述條件之鉬(Mo)或銀(Ag)。
自X射線管41所出射之X射線，首先到達第一X射線光學元件42。X射線係藉由第一X射線光學元件42，以使焦點成為X射線檢測器50之位置之方式被聚光於水平方向(圖12B中與紙面平行之方向)。其次，藉由第二X射線光學元件43，以使焦點同樣成為X射線檢測器50之位置之方式被聚光於垂直方向(圖12A中為與紙面平行之方向)。被聚光之X射線係入射至測量試料。X射線因被形成於測量試料之微細溝或配線等而散射，並穿透試料而到達X射線檢測器50。
將前述之使用第一及第二X射線光學元件42、43來控制X射線之光軸之方式，稱為柯克派屈克、貝茨法(Kirkpatrick-Baez)。該方法之優點在於由於可使兩個鏡子獨立進行調整，因此焦點之形狀控制之自由度高。作為其他方式，雖未圖示，但亦可使用將兩個鏡子一體化而設為角(angle)狀(L字狀)者之方式。如此將兩個鏡子一體化而設為角狀(L字狀)之方式，被稱為並排(side by side)方式，具有可使光學系統緊緻化，或容易進行對位等之優點。
[第一檢查裝置之控制系統]
圖13係顯示第一檢查裝置之控制系統之方塊圖。X射線照射單元40之控制係由XG(X-ray Generator)控制器101來執行。又，光學顯微鏡60所捕捉之試料之圖像，係藉由圖像辨識電路102來進行圖像辨識。該等光學顯微鏡60與圖像辨識電路102構成對被配置在試料台10之試料的圖像進行觀察之圖像觀察部。再者，光學顯微鏡60之焦點位置係藉由聚焦控制器103所調整。
定位控制器104係根據由光學顯微鏡60所捕捉之藉由圖像辨識電路102所辨識之試料的圖像，來對定位機構20進行驅動控制。測角器30係藉由測角器控制器106進行驅動控制。
XG控制器101、圖像辨識電路102、聚焦控制器103、定位控制器104、及測角器控制器106之各構成部係根據自中央處理裝置(CPU)100所傳送來之設定資訊分別地作動。此處，設定資訊係作為配方而被預先儲存於儲存部110，由中央處理裝置(CPU)100讀出並輸出至上述各構成部。
X射線檢測器50係由計數控制電路107所控制。又，第一檢查裝置1具備有由用以供作業員輸入裝置之動作所需要之各種設定之鍵盤與滑鼠等所構成之操作部201。此外，第一檢查裝置1具備有由液晶顯示器等所構成之顯示部202、及執行經由網路之資料通信之通信部203。
[第一檢查裝置之X射線薄膜檢查方法之執行程序]
圖14係顯示將半導體晶圓作為檢查對象之第一檢查裝置之X 射線薄膜檢查方法之執行程序之流程圖。
於儲存部110預先儲存有用以執行X射線薄膜檢查之軟體，中央處理裝置(CPU)100根據該軟體執行如下述之處理步驟。
在試料台10上配置作為檢查對象之試料即半導體晶圓後，首先將半導體晶圓之被測量部位定位至檢查位置(步驟S1)。此處，在半導體晶圓之表面，將圖像辨識電路102可藉由來自光學顯微鏡60之圖像資訊來特定之特點(unique point)，作為配方而預先設定於儲存部110。然後，以該特點為基準，將被測量部位之位置資訊作為配方而預先設定於儲存部110。作為特點，例如設定被形成於半導體晶圓之表面之具特徵之圖案形狀等，圖像辨識電路102可不會混淆地進行判斷而加以辨識之部位。
圖像辨識電路102對被設定在於試料台10所配置之半導體晶圓之表面之特點，藉由來自光學顯微鏡60之圖像資訊來進行辨識並加以特定。
接著，以藉由圖像辨識電路102所辨識之特點為基準，定位控制器104係根據所預先設定之被測量部位之位置資訊，對定位機構20進行驅動控制。定位機構20沿水平2方向(X-Y方向)及高度方向(Z方向)移動試料台10，將半導體晶圓之被測量部位配置至檢查位置。再者，若有需要，將藉由面內旋轉機構對半導體晶圓進行面內旋轉，而配置為既定之朝向。
如前所述將半導體晶圓之被測量部進行定位後，執行利用X射線之檢查(步驟S2)，由中央處理裝置100解析檢查資料(步驟S3)，並輸出解析結果(步驟S4)。以上之各步驟係對設定在半導體晶圓之所有被測量部位來執行(步驟S5)，並於所有被測量部位之 檢查結束後結束。
[第一檢查裝置之GI-SAXS測量方法]
其次，對作為第一檢查裝置1而應用反射式之小角度X射線散射裝置(GI-SAXS)之量測試料表面上之微細構造之表面微細構造量測方法進行說明。首先，以X射線可自與所欲測量之剖面正交之方向入射之方式，將試料設置於試料台。例如，在量測如線圖案般之2維剖面之情形時，以使線方向與入射X射線之方向成為平行之方式設置並進行測量。例如，在量測如孔圖案或柱圖案般之3維剖面之情形時，以可根據其面內對稱性而選擇複數個入射方位之方式配置試料並進行測量。
相對於試料表面之X射線入射角度，設為全反射臨界角度之附近。藉由將X射線以全反射臨界角度之附近進行入射，可高感度地量測表面之微細構造。為了得到試料表面之法線方向之微細構造資訊，必須使試料表面之法線方向之散射向量變化。為此，必須在相對於試料表面之出射角度較大之區域滿足繞射條件。此可藉由使X射線入射方向與所欲測量之剖面正交，並使試料進行面內旋轉來實現。一邊使試料進行面內旋轉而一邊藉由2維檢測器，來記錄X射線繞射圖案。
[第一檢查裝置之T-SAXS測量方法]
其次，對作為第一檢查裝置1而應用穿透式之小角度X射線散射裝置(T-SAXS)之量測試料表面上之微細構造之表面微細構造量測方法進行說明。首先，以X射線可自與試料表面垂直之方向入射 之方式，將試料設置於試料台。於X射線之入射方向與試料表面垂直之情形時，可對與試料表面平行之方向之構造進行解析。然而，於該情形時，由於試料表面之法線方向之散射向量大致為0，因此無法對試料表面之法線方向之構造進行解析。
因此，為了解析試料表面之法線方向之構造，必須使試料表面之法線方向之散射向量變化。此可藉由將X射線之入射方向與試料表面設為垂直，並使試料進行面內旋轉來實現。一邊使試料進行旋轉而一邊藉由2維檢測器，來記錄X射線繞射圖案。
將旋轉角度量設為越大，越可使試料表面之法線方向之散射向量大幅地變化，而可提升試料表面之法線方向之實空間解析度。此時之旋轉角度範圍係考量產出率及解析精度而決定。此處，若使試料朝所注目之剖面方向旋轉，便可以最小之旋轉角度量效率良好地取得資料。
[第一檢查裝置之測量資料之解析方法]
然後，藉由特定既定試料之週期性構造之單位構造體之形狀之參數，假設試料模型，而以模擬來計算出X射線散射強度。亦即，藉由表面上之微細構造，於與表面垂直之方向形成有1或複數之層。於該等層內，假設將單位構造體朝與試料表面平行之方向週期性地排列之試料模型，而計算因藉由各個界面所折射及反射之X射線之構造體而導致之散射。根據該計算結果，將藉由試料模型所計算出之X射線散射強度，與所測量之散射強度進行擬合。然後，擬合之結果，決定特定單位構造體之形狀之參數之最佳值。
圖15A係顯示用以解析作為檢查對象之線/空間圖案 之形狀之參數之圖。該形狀係由線300與空間301交替地反覆所形成。此處，作為最單純之情形而定義線300之高度(Height)、最小線寬(CD；Critical Dimension)、間距(Pitch)、側壁角(Side-Wall Angle)、上部圓角(Top Round)、底部圓角(Bottom Round)。配合實際之形狀，可組合橢圓、直線、曲線等之幾何學圖形，來呈現任意之形狀。
圖15B係顯示用以解析以雙重曝光製程所製作之線/空間圖案之形狀之參數之圖。雙重曝光由於超過光微影之解析度之極限，而為重複進行複數次曝光之方法。此外，提出有一種方法，其結合被稱為自動對準(self-alignment)的方法，來形成10nm以下之微細構造。若使用本發明之第一檢查裝置1，除了單一之間距以外，還可量測複數個光微影製程之偏移。
此外，圖16A係顯示作為檢查對象之深孔重複構造之剖面示意圖。圖16B係圖16A所示之剖面示意圖中一個深孔之放大圖。就製程管理之觀點而言，測量深孔302之形狀很重要，但可藉由第一檢查裝置1來量測孔徑。
[第二檢查裝置之測量資料之解析方法]
圖17係顯示使用掃描電子顯微鏡之檢查裝置(CD-SEM)之測量資料之例子之圖。作為第二檢查裝置2，藉由使用CD-SEM，可得到例如在該圖所示之半導體基板上所形成之圖案形狀(測量對象)之觀察圖像，來作為測量資料。
根據該測量資料，可辨識圖案形狀之平面上之相對尺寸。例如，如圖18所示，根據圖17所示之CD-SEM之觀察圖像， 可求得X座標之尺寸Lx與Y座標之尺寸Ly之相對比Lx/Ly、X座標之尺寸Lx與部分尺寸Rx之相對比Rx/Lx、及Y座標之尺寸Ly與部分尺寸Ry之相對比Ry/Ly等。
[第二檢查裝置之來自第一檢查裝置之輸出值之利用例]
首先，將作為第二檢查裝置2而使用OCD之情形之來自第一檢查裝置(CD-SAXS)之輸出之利用例記載如下。如前所述般，OCD具有若測量部位周邊之材料或形狀不同，光譜波形便會受到該影響而大幅地變動之性質。因此，在得到有很大差異之光譜波形時，難以區別其為形狀之變動或是因外部干擾所導致之影響。因此，藉由使用本發明來克服該問題。以OCD進行測量，而於顯示所取得之光譜波形與例如藉由OCD模型所計算出之任一資料皆不一致等之異常值之情形時，與CD-SAXS資料進行比較。如果，CD-SAXS之資料為正常值時，便將OCD之結果當作因外部干擾所導致之異常值來處理。若CD-SAXS之值也異常，便當作形狀異常來處理。CD-SAXS資料既可預先測量好代表點，亦可在OCD資料發現異常時，才測量對象部分之程序。無論為何者，皆將CD-SAXS之資料利用於OCD檢查。藉由該方法，可提升OCD之檢查精度，並可容易地進行異常原因的特定。
其次，對作為第二檢查裝置2而使用CD-SEM之情形時之來自CD-SAXS之輸出值之利用例進行說明。如前所述，CD-SEM存在有藉由根據所取得之譜線輪廓檢測邊緣來計算出CD，但其會因為邊緣部之取得方法不同而使所計算出之尺寸不同，而導致測量結果之可靠度低之課題。根據本發明，藉由利用 CD-SAXS之輸出值來提高CD-SEM之測量精度，可解決本課題。首先，以CD-SAXS測量對象試料之某部分。其次，以CD-SEM測量相同部分而取得譜線輪廓。對照該等2個資料，驗證CD-SEM之譜線輪廓的哪個部分與CD-SAXS資料之邊緣部分相當，並將其設定為CD值。之後便以CD-SEM繼續進行測量。藉由如此之方法，可高精度地且高效率地執行CD之檢查。
如上所述，第二檢查裝置2亦可利用來自第一檢查裝置1之輸出值(包含自第一檢查裝置1所輸入之X射線測量資料或該X射線測量資料之解析結果)，來驗證檢查結果。亦即，於在第二檢查裝置2利用來自第一檢查裝置1之輸出值等之構成之本發明中，第二檢查裝置2之「檢查試料」，係包含驗證檢查結果等之操作(步驟)之廣泛的概念。
[第一檢查裝置之來自第二檢查裝置之輸出值之利用例]
如圖18所示，以CD-SAXS(第一檢查裝置1)之形狀模型對圖17所示之CD-SEM(第二檢查裝置2)之觀察圖像進行擬合，並利用該形狀模型，來推測在作為測量對象之半導體基板上所形成之圖案形狀之輪廓位置。然後，根據所推測之輪廓位置，執行CD-SAXS之測量與測量結果之資料解析，例如計算出尺寸Ly。藉由該計算結果與各尺寸之相對比Lx/Ly與Ry/Ly，可計算出尺寸Lx與Ry，進一步亦可計算出Rx。又，藉由CD-SAXS，亦可相對於測量對象之圖案形狀，解析其深度尺寸。
由於藉由利用CD-SEM(第二檢查裝置2)之觀察圖像，可推測在作為測量對象之半導體基板上所形成之圖案形狀之輪 廓位置，因此可減少測量範圍與測量次數，而提升產出率。
又，即便於第一檢查裝置1中，亦可利用來自第二檢查裝置2之輸出值(包含自第二檢查裝置2所輸入之X射線測量資料或該X射線測量資料之解析結果)，來驗證檢查結果。亦即，於在第一檢查裝置1利用來自第二檢查裝置2之輸出值等之構成之本發明中，第一檢查裝置1之「檢查試料」，亦包含驗證檢查結果等之操作(步驟)之廣泛的概念。
再者，本發明並不限定於前述之實施形態，而當然可進行各種變形實施與應用實施。
1:第一檢查裝置
2:第二檢查裝置

Claims (19)

  1. 一種複合檢查系統，其包含有：第一檢查裝置，其根據對半導體晶圓之表面照射X射線所得到之X射線測量資料來檢查半導體晶圓之表面上之微細構造；及第二檢查裝置，其藉由不使用X射線之測量方法來檢查上述半導體晶圓之表面上之微細構造；其特徵在於，上述第一檢查裝置係利用X射線小角度散射之X射線奈米形狀測量裝置，朝向上述第二檢查裝置輸出藉由上述第一檢查裝置所得到之X射線測量資料及該X射線測量資料之解析結果中之一者，上述第二檢查裝置利用藉由上述第一檢查裝置所得到之上述X射線測量資料及該X射線測量資料之解析結果中之一者來檢查上述半導體晶圓之表面上之微細構造。
  2. 如請求項1之複合檢查系統，其中，上述第一檢查裝置包含有：測量部，其對上述半導體晶圓之表面照射X射線，來測量散射強度；擬合部，其假設上述半導體晶圓之表面上之微細構造構成週期構造之試料模型，該週期構造係沿著垂直於該表面之方向形成複數個折射率不同之層，並且於該層內沿著與該表面平行之方向週期性地排列單位構造體，且考量因被形成於上述試料模型之複數個層所產生之折射及反射之效果，來計算出因上述微細構造所散射之X射線之散射強度，並將根據上述試料模型所計算出之X射線之散射強度擬合於上述測量之散射強度；決定部，其根據上述擬合部之擬合結果，來決定特定上述單位構 造體之形狀之參數之最佳值；以及輸出部，其根據所預先決定之協定，將包含特定上述單位構造體之形狀之參數之最佳值之解析值之至少一部分作為輸出值，而輸出至上述第二檢查裝置；且上述第二檢查裝置利用來自上述第一檢查裝置之上述輸出值來檢查上述半導體晶圓之表面上之微細構造。
  3. 如請求項1之複合檢查系統，其中，上述第一檢查裝置包含有：測量部，其對上述半導體晶圓之表面照射X射線，來測量散射強度；擬合部，其假設上述半導體晶圓之表面上之微細構造構成週期構造之試料模型，該週期構造係沿著垂直於該表面之方向形成1個或複數個層，並且於該層內沿著與該表面平行之方向週期性地排列單位構造體，而且該單位構造體具有自嚴密之週期性位置起之位置變動，該位置變動不依存於相互之位置差而為隨機，且上述單位構造體係藉由上述層內之同樣之實體區域及空間區域所形成，計算出因上述實體區域所產生上述X射線之散射強度，並將藉由上述試料模型所計算出之X射線之散射強度擬合於上述測量之散射強度；決定部，其根據上述擬合部之擬合結果，來決定特定上述單位構造體之形狀之參數之最佳值；以及輸出部，其根據所預先決定之協定，將包含特定上述單位構造體之形狀之參數之最佳值之解析值之至少一部分作為輸出值，而輸出至上述第二檢查裝置；且上述第二檢查裝置利用來自上述第一檢查裝置之上述輸出值來檢查上述半導體晶圓之表面上之微細構造。
  4. 一種複合檢查系統，其包含有：第一檢查裝置，其根據對半導體晶圓之表面照射X射線所得到之X射線測量資料來檢查半導體晶圓之表面上之微細構造；及第二檢查裝置，其藉由不使用X射線之測量方法來檢查上述半導體晶圓之表面上之微細構造；其特徵在於，上述第一檢查裝置係利用X射線小角度散射之X射線奈米形狀測量裝置，朝向上述第一檢查裝置輸出藉由上述第二檢查裝置所得到之測量資料及該測量資料之解析結果中之一者，上述第一檢查裝置利用藉由上述第二檢查裝置所得到之上述測量資料及該測量資料之解析結果中之一者來檢查上述半導體晶圓之表面上之微細構造。
  5. 一種複合檢查系統，其包含有：第一檢查裝置，其根據對半導體晶圓之表面照射X射線所得到之X射線測量資料來檢查半導體晶圓之表面上之微細構造；第二檢查裝置，其藉由不使用X射線之測量方法來檢查上述半導體晶圓之表面上之微細構造；解析伺服器，其連接上述第一檢查裝置與上述第二檢查裝置；及主機電腦，其在半導體製造工廠中掌管製程控制；其特徵在於，上述第一檢查裝置係利用X射線小角度散射之X射線奈米形狀測量裝置，且包含有：測量部，其對上述半導體晶圓之表面照射X射線，來測量散射強度；擬合部，其假設上述半導體晶圓之表面上之微細構造構成週期構造之試料模型，該週期構造係沿著垂直於該表面之方向形成複數個 折射率不同之層，並且於該層內沿著與該表面平行之方向週期性地排列單位構造體，且考量因被形成於上述試料模型之複數個層所產生之折射及反射之效果，來計算出因上述微細構造所散射之X射線之散射強度，並將根據上述試料模型所計算出之X射線之散射強度擬合於上述測量之散射強度；決定部，其根據上述擬合部之擬合結果，來決定特定上述單位構造體之形狀之參數之最佳值；以及輸出部，其將包含特定上述單位構造體之形狀之參數之最佳值之解析值之至少一部分作為輸出值，而加以輸出；且藉由上述第一檢查裝置所得到之X射線測量資料及該X射線測量資料之解析結果中之一者、以及藉由上述第二檢查裝置所得到之資料及該資料之解析結果中之一者，係根據上述半導體製造工廠之標準化協定而輸出至上述解析伺服器，上述解析伺服器係利用上述第一檢查裝置之解析結果，根據上述第二檢查裝置之測量資料來解析上述半導體晶圓之表面上之微細構造。
  6. 一種複合檢查系統，其包含有：第一檢查裝置，其根據對半導體晶圓之表面照射X射線所得到之X射線測量資料來檢查半導體晶圓之表面上之微細構造；及第二檢查裝置，其藉由不使用X射線之測量方法來檢查上述半導體晶圓之表面上之微細構造；其特徵在於，上述第一檢查裝置係利用X射線小角度散射之X射線奈米形狀測量裝置，且包含有：測量部，其對上述半導體晶圓之表面照射X射線，來測量散射強 度；擬合部，其假設上述半導體晶圓之表面上之微細構造構成週期構造之試料模型，該週期構造係沿著垂直於該表面之方向形成1個或複數個層，並且於該層內沿著與該表面平行之方向週期性地排列單位構造體，而且該單位構造體具有自嚴密之週期性位置起之位置變動，該位置變動不依存於相互之位置差而為隨機，且上述單位構造體係藉由上述層內之同樣之實體區域及空間區域所形成，計算出因上述實體區域所產生上述X射線之散射強度，並將藉由上述試料模型所計算出之X射線之散射強度擬合於上述測量之散射強度；決定部，其根據上述擬合部之擬合結果，來決定特定上述單位構造體之形狀之參數之最佳值；以及輸出部，其根據所預先決定之協定，將包含特定上述單位構造體之形狀之參數之最佳值之解析值之至少一部分作為輸出值，而加以輸出；且利用藉由上述第一檢查裝置所得到之X射線測量資料及該X射線測量資料之解析結果中之一者、以及藉由上述第二檢查裝置所得到之資料及該資料之解析結果中之一者，來解析上述半導體晶圓之表面上之微細構造。
  7. 如請求項1至6中任一項之複合檢查系統，其中，上述第一檢查裝置具備有：試料台，其配置檢查對象之半導體晶圓；圖像觀察部，其觀察被配置於上述試料台之上述半導體晶圓之表面上之微細構造之圖像；定位機構，其根據上述圖像觀察部之上述半導體晶圓之表面上之 微細構造之圖像觀察結果而被控制，使上述試料台在水平面上沿著正交之2方向、高度方向、及面內旋轉方向移動；測角器，其包含以在與被配置於上述試料台之上述半導體晶圓之表面相同平面內所包含之旋轉軸為中心，而沿著與該半導體晶圓之表面垂直之假想平面分別獨立地旋轉之第一及第二旋轉構件；X射線照射單元，其係搭載於上述第一旋轉構件；X射線檢測器，其係搭載於上述第二旋轉構件；以及解析單元，其將藉由上述X射線檢測器所檢測出之X射線圖案數值化，並加以解析；進而，上述試料台及上述定位機構係以可讓X射線穿透之X射線吸收係數較小之材料來形成、或者設為空洞，上述第一旋轉構件係設為可自水平位置進而旋轉至上述試料台之下方的構成，上述X射線照射單元係對於配置在上述試料台上表面之半導體晶圓的表面自下方向垂直地照射X射線，上述定位機構使上述半導體晶圓進行面內旋轉，上述X射線檢測器包含對穿透半導體晶圓表面之散射X射線進行檢測的構成。
  8. 如請求項7之複合檢查系統，其中，上述第一檢查裝置藉由上述X射線檢測器，對來自上述半導體晶圓之表面之散射X射線進行測量。
  9. 如請求項7之複合檢查系統，其中，上述第一檢查裝置裝設有2維X射線檢測器來作為上述X射線檢測器。
  10. 如請求項7之複合檢查系統，其中，上述第二檢查裝置係由光學式檢查裝置所構成。
  11. 如請求項7之複合檢查系統，其中，上述第二檢查裝置係由使用掃描電子顯微鏡之檢查裝置所構成。
  12. 如請求項7之複合檢查系統，其中，作為自上述第一檢查裝置所輸出之上述解析值，包含有上述試料模型之週期構造之間距。
  13. 如請求項7之複合檢查系統，其中，於上述試料模型之週期構造包含有孔之重複構造之情形時，作為自上述第一檢查裝置所輸出之上述解析值，包含有該孔徑。
  14. 如請求項1至3中任一項之複合檢查系統，其中，上述第二檢查裝置構成為，使用由上述第一檢查裝置獲得之X射線測量資料或X射線測量資料之解析結果，來驗證檢查結果。
  15. 如請求項4之複合檢查系統，其中，上述第一檢查裝置構成為，使用由上述第二檢查裝置獲得之測量資料或測量資料之解析結果，來驗證檢查結果。
  16. 如請求項1之複合檢查系統，其中，上述第二檢查裝置係使用光學式檢查裝置，於上述第二檢查裝置之測量資料顯示異常值之情形時，與上述第一檢查裝置之測量資料進行比較，於上述第一檢查裝置之測量資料為正常時，將上述第二檢查裝置之測量資料當作因外部干擾所導致之異常值來處理，若上述第一檢查裝置之測量資料也異常，則當作檢查對象之形狀異常來處理。
  17. 如請求項14之複合檢查系統，其中，上述第二檢查裝置係使用利用掃描電子顯微鏡之檢查裝置，以上述第一檢查裝置測量上述半導體晶圓表面上之微細構造之某部分，並且，以上述第二檢查裝置測量上述半導體晶圓表面上之 微細構造之相同部分而取得譜線輪廓，對照該等2個測量資料，驗證以上述第二檢查裝置取得之譜線輪廓，並設定CD值。
  18. 如請求項4之複合檢查系統，其中，上述第二檢查裝置係使用利用掃描電子顯微鏡之檢查裝置，藉由上述第二檢查裝置而得到上述半導體晶圓表面上之微細構造之觀察圖像，並且，藉由上述第一檢查裝置而特定上述半導體晶圓表面上之微細構造之形狀模型，以上述第一檢查裝置之形狀模型對上述第二檢查裝置之觀察圖像進行擬合，並利用該形狀模型，來推測在作為測量對象之半導體晶圓上形成之圖案形狀之輪廓位置，且根據所推測之輪廓位置，執行上述第一檢查裝置之測量與該測量結果之資料解析。
  19. 如請求項1之複合檢查系統，其中，上述第一檢查裝置構成為如下，即，其具備有：試料台，其配置上述半導體晶圓；定位機構，其驅動配置在該試料台之上述半導體晶圓；光學顯微鏡，其捕捉配置在該試料台之上述半導體晶圓之表面的圖像；圖像辨識電路，其對由該光學顯微鏡捕捉之上述半導體晶圓之表面的圖像進行辨識；及儲存部；上述儲存部儲存有：上述半導體晶圓之表面之特點，其係上述圖像辨識電路可藉由來自上述光學顯微鏡之圖像資訊來特定；及被測量部位的位置資訊，其以該特點為基準而預先設定； 對於被配置在上述試料台之上述半導體晶圓的表面，上述圖像辨識電路藉由來自上述光學顯微鏡之圖像資訊來辨識上述特點，根據以該辨識之上述特點為基準而預先設定之被測量部位的位置資訊，將上述半導體晶圓之被測量部位配置至檢查位置而執行X射線檢查，上述第二檢查裝置係在半導體製造步驟中於線上非破壞性地測量之檢查裝置。
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