JP2012253168A - パターン検査方法、フォトマスク、半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学的検査で検出された欠陥を、高精度で電子顕微鏡の観察視野に収めることができるパターン検査方法、フォトマスク、半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態のパターン検査方法によれば、チップ領域に形成されたデバイスパターンと、チップ外領域に形成された第１のパターンと、チップ外領域に形成され第１のパターンとは異なる第２のパターンとをそれぞれ含む複数の領域が形成されたウェーハの光学的検査により、デバイスパターンの欠陥をウェーハ上での位置座標と対応づけて検出すると共に、第１のパターンとの比較から第２のパターンをウェーハ上での位置座標と対応づけて検出する。また、検出した第２のパターンの位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせたときの観察結果に基づいて、デバイスパターンの欠陥の位置座標を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、パターン検査方法、フォトマスク、半導体装置の製造方法に関する。

ウェーハに形成されたパターンの欠陥検査方法として、光学式検査装置でウェーハ全体あるいは一部分を光学的に検査して欠陥の有無を確認し、その後、検出された欠陥を電子顕微鏡で高倍率に拡大して観察して、欠陥をレビューする方法が知られている。

光学式検査装置は検出された欠陥の位置をウェーハ上での座標として取得し、この位置座標はレビュー装置（電子顕微鏡）に入力される。そして、その位置座標を基に、電子顕微鏡で欠陥が観察される。このとき、高倍率で欠陥にクローズアップする電子顕微鏡の観察視野の中に欠陥が確実に入るように、電子顕微鏡の欠陥観察においては高精度の欠陥位置座標が要求される。

特開２００６−２６１１６２号公報

実施形態によれば、光学的検査で検出された欠陥を、高精度で電子顕微鏡の観察視野に収めることができるパターン検査方法、フォトマスク、半導体装置の製造方法を提供する。

実施形態のパターン検査方法によれば、チップ領域に形成されたデバイスパターンと、前記チップ領域の外側のチップ外領域に形成された第１のパターンと、前記チップ外領域に形成され、前記第１のパターンとは異なる第２のパターンと、をそれぞれ含む複数の領域が形成されたウェーハの光学的検査を行う。前記光学的検査により、前記デバイスパターンの欠陥を前記ウェーハ上での位置座標と対応づけて検出すると共に、前記第１のパターンとの比較から前記第２のパターンを前記ウェーハ上での位置座標と対応づけて検出する。また、同パターン検査方法によれば、検出した前記第２のパターンの位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせたときの観察結果に基づいて、前記デバイスパターンの欠陥の位置座標を補正する。また、同パターン検査方法によれば、補正された前記欠陥の位置座標に前記電子顕微鏡の観察視野を合わせて前記欠陥を観察する。

実施形態の半導体装置の製造方法のフローチャート。 （ａ）は実施形態のフォトマスクの模式平面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそのフォトマスクのチップ外領域に形成されたパターンの平面図。 （ａ）はフォトマスクのチップ領域に形成されたパターンの平面図であり、（ｂ）はウェーハのチップ領域に形成された欠陥を含むパターンの平面図。 ウェーハの模式平面図。 （ａ）は、実施形態のウェーハ面内の１ショットの露光フィールドの模式平面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、その露光フィールドのチップ外領域に形成されたパターンの平面図。 ウェーハにパターンを形成する工程の模式断面図。 実施形態のウェーハのチップ外領域に形成されたパターンの他の具体例の平面図。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

実施形態による半導体装置の製造方法は、ウェーハにパターンを形成する工程と、ウェーハに形成されたパターンを検査する工程とを含む。さらに、パターンを検査する工程は、ウェーハの光学的検査と、この光学的検査で検出された欠陥の電子顕微鏡（レビュー装置）による観察とを含む。

ウェーハの光学的検査により欠陥の有無が確認される。この検査で、１枚のウェーハあたり多いと例えば数千個の欠陥が検出される場合がある。この検査では光をウェーハに照射したときの反射光を利用するため、例えば大きさが１００（ｎｍ）以下の微細な欠陥を解像することはできない。

このため、光学的検査の後に、電子顕微鏡（例えば走査型電子顕微鏡）を使って、光学的検査よりも高倍率で微細な欠陥を観察する。光学的検査で検出された例えば数千個の欠陥の中から、例えば数百個の欠陥が、電子顕微鏡による観察対象として抽出される。電子顕微鏡による欠陥の観察により、欠陥を解析し、例えば、擬似欠陥を除去し、あるいは欠陥を分類する。

光学的検査では、検出された欠陥のウェーハ上での位置座標が取得される。ウェーハ上での位置座標は、例えば、ウェーハに形成された切欠き部であるノッチ、または直線エッジ部であるオリエンテーションフラットを基準に設定される。

光学的検査で取得された位置座標は、電子顕微鏡に入力される。すなわち、光学的検査装置と電子顕微鏡とで、ウェーハ上での位置座標が共有される。しかしながら、光学的検査装置と電子顕微鏡とは別々の装置であり、ウェーハの保持機構、ウェーハの移動機構などが異なる。したがって、両装置間で欠陥の位置座標を高精度に共有するのは難しい。

そのため、光学的検査装置で取得された位置座標にしたがって、電子顕微鏡がレビュー対象の欠陥にクローズアップしても、欠陥が観察視野の中心に入らず、倍率を上げると欠陥が観察視野から外れてしまう場合がある。かといって倍率を下げると、微細な欠陥が高い解像力で確認できなくなる。

デバイスパターンの微細化に伴い、レビュー対象の欠陥も微細化し、そのような微細な欠陥を電子顕微鏡の観察視野内に高精度に収めることが要求されている。そこで、電子顕微鏡での欠陥観察にあたっては、光学的検査装置で取得された位置座標を補正する。この位置座標を補正し、その補正した位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせたときにその観察視野の中心に欠陥の中心が位置するようにすることを、本明細書における電子顕微鏡に対するウェーハまたは欠陥の位置合わせ（アライメント）と定義する。

ここで、参考例として、複数の欠陥を使ってアライメントする方法がある。具体的には、光学的検査で取得された欠陥の位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせて、その位置座標に対応づけられた欠陥の観察を試みる。そして、この観察結果から、光学的検査で取得された位置座標に対して実際の欠陥の位置がどれくらいずれているかを評価する。観察視野の中心に欠陥が入っていれば、ずれはない。複数の欠陥のそれぞれに対する上記ずれに基づいて、例えばすべての欠陥に共通して適用される位置座標補正量が算出される。

通常、ウェーハ内では、すべての領域が同一のプロセス条件（リソグラフィの露光条件）で形成される。そのため、欠陥も、ウェーハ全面に散らばって存在する。そして、ウェーハ全面に散らばって存在する複数の欠陥の中から、例えば十数〜数十個の欠陥をアライメント用の欠陥として抽出する。複数のアライメント用の欠陥もウェーハ全面に散らばって分布するように抽出する。このため、ウェーハ全面に散らばるすべての欠陥に対して高精度のアライメントが可能になる。

なお、最近では、ＦＥＭ（Focus-Exposure Matrix）ウェーハと呼ばれるウェーハを使って欠陥検査を行うことがある。ＦＥＭウェーハは、ウェーハ面内で露光時のドーズ条件やフォーカス条件を変化させてパターンを転写したウェーハである。

例えば、図４（ｂ）に例示するＦＥＭウェーハ５０’では、図における縦方向のウェーハ面内でドーズ量を変化させ、横方向のウェーハ面内でフォーカスを変化させている。ウェーハ５０’の中心部をセンター値としてドーズ量を変化させ、同様にウェーハ５０’の中心部をセンター値としてフォーカスを変化させている。

図４（ｂ）において、欠陥１００の分布を模式的に点で表す。ＦＥＭウェーハ５０’では、中心部では欠陥１００が少なく、外周部（デフォーカスの大きい部分、センター値に対する露光量変化の大きい部分）では欠陥１００が多発する。

そのため、ＦＥＭウェーハ５０’では、中心部および外周部とも、電子顕微鏡に対するアライメントに用いる欠陥を抽出するのが困難になる。ウェーハ外周部では、場合によるとほぼ全面が欠陥となってしまう。正常なパターンとの比較により欠陥は認識されるため、欠陥が多発するウェーハ外周部では、欠陥の位置自体の特定が難しくなる。

それゆえ、ＦＥＭウェーハ５０’の場合、欠陥を使った上記アライメントの精度も劣ることになる。そのようなＦＥＭウェーハ５０’においても、電子顕微鏡による欠陥観察での高精度なアライメント技術が求められる。

次に、実施形態によるパターン検査方法について具体的に説明する。
図１は、実施形態によるパターン検査方法を中心にした半導体装置の製造方法のフローを表す。

まず、フォトマスクを使ってウェーハにパターンを形成する（ステップＳ１）。

図２（ａ）は、実施形態のフォトマスク１０の模式平面図を表す。
また、図６（ａ）に、フォトマスク１０の模式断面図を表す。

図６（ａ）に示すように、フォトマスク１０は、透明基板７１と、透明基板７１の表面に形成された遮光膜７２とを有する。

透明基板７１は、露光光に対する透過性を有し、例えば石英基板、ガラス基板などである。遮光膜７２は、例えばクロム膜などである。遮光膜７２がパターニングされることによって、フォトマスク１０に後述するパターンが形成される。

図２（ａ）に示すように、フォトマスク１０には複数のマスク内チップ領域１１が形成されている。図では例えば４つのマスク内チップ領域１１が形成されているが、１つのフォトマスク１０に形成されるマスク内チップ領域１１の数は４つに限らない。また、１つのフォトマスク１０に、１つのマスク内チップ領域だけが形成されていてもよい。

それぞれのマスク内チップ領域１１には、同じデバイスマスクパターンが形成されている。図３（ａ）に、デバイスマスクパターン２１を例示する。デバイスマスクパターン２１は、ラインアンドスペースパターンを含む。図３（ａ）に示すデバイスマスクパターン２１は、マスク内チップ領域１１に形成されたデバイスマスクパターンの一部である。

マスク内チップ領域１１の外側には、マスク内チップ外領域１２が形成されている。マスク内チップ外領域１２は、それぞれのマスク内チップ領域１１を囲むように形成されている。

マスク内チップ外領域１２には、図２（ｂ）に示す第１のマスクパターン１５が形成されている。また、マスク内チップ外領域１２には、図２（ｃ）に示す第２のマスクパターン１６ａまたは図２（ｄ）に示す第２のマスクパターン１６ｂが形成されている。

図２（ａ）において、第１のマスクパターン１５が形成された領域１３と、第２のマスクパターン１６ａまたは１６ｂが形成された領域１４をそれぞれ模式的に円で表している。

第２のマスクパターン１６ａまたは１６ｂは、図２（ａ）に示す４つのマスク内チップ領域１１のうちの例えば右下のマスク内チップ領域１１の下のマスク内チップ外領域１２の領域１４に形成されている。他の３つのマスク内チップ領域１１のそれぞれの下のマスク内チップ外領域１２の領域１３には、第１のマスクパターン１５が形成されている。

すなわち、１つのフォトマスク１０に形成された複数のマスク内チップ領域１１のそれぞれに対応して、第１のマスクパターン１５、第２のマスクパターン１６ａおよび１６ｂのいずれかが形成されている。

第２のマスクパターン１６ａまたは１６ｂは、複数のマスク内チップ領域１１のうちの少なくとも１つのマスク内チップ領域１１に対応して、マスク内チップ外領域１２の１箇所に形成されていればよい。

第１のマスクパターン１５、第２のマスクパターン１６ａおよび１６ｂのそれぞれは、対応するマスク内チップ領域１１に対して同じ相対位置に形成されている。図２（ａ）の例示では、第１のマスクパターン１５、第２のマスクパターン１６ａまたは１６ｂのそれぞれは、対応するマスク内チップ領域１１に対して右下の同じ相対位置に形成されている。

図２（ｂ）に示すように、第１のマスクパターン１５は、複数のライン１と複数のスペース２とを有するラインアンドスペースパターンである。ライン１とスペース２とは等ピッチで交互に配列されている。

図２（ｃ）に示す第２のマスクパターン１６ａは、第１のマスクパターン１５と同様のラインアンドスペースパターンを含むが、さらに複数のライン１間がショートした部分３を含む。

図２（ｄ）に示す第２のマスクパターン１６ｂも、第１のマスクパターン１５と同様のラインアンドスペースパターンを含むが、さらにライン１が断線した部分４を含む。

すなわち、第１のマスクパターン１５に対して第２のマスクパターン１６ａおよび１６ｂは異なる。マスク内チップ外領域１２に形成された第１のマスクパターン１５、第２のマスクパターン１６ａおよび１６ｂも、マスク内チップ領域１１に形成されたデバイスマスクパターンと共に、ウェーハ上に転写される。

そして、第１のマスクパターン１５と、第２のマスクパターン１６ａまたは１６ｂとは、ウェーハ上で光学的に識別可能な異なるパターンとなる。ここで、光学的に識別可能とは、パターンに光を照射したときの反射光から得られる画像、または反射光の強度が異なることを意味する。

例えば、第２のマスクパターン１６ａは、第１のマスクパターン１５のラインアンドスペースパターンのショート欠陥に対応する部分３を含み、第２のマスクパターン１６ｂは、第１のマスクパターン１５のラインアンドスペースパターンの断線欠陥に対応する部分４を含んでいる。それら部分３および４は、フォトマスク１０の段階で予め形成されることから、意図的にフォトマスク１０に形成したプログラム欠陥と言うことができる。

第１のマスクパターン１５、第２のマスクパターン１６ａおよび１６ｂにおけるラインアンドスペースのピッチは、マスク内チップ領域１１に形成されたデバイスマスクパターンに含まれるラインアンドスペースの最小ピッチと同じまたは近く、かつ、ウェーハに対する露光および現像によりウェーハ上にパターンを形成することができるサイズにする。

また、通常、孤立パターンに比べて、密にラインアンドスペースが存在するパターンは、露光時のフォーカス裕度やドーズ裕度が大きい。そのため、マスク内チップ領域１１のデバイスマスクパターンに、密なラインアンドスペースパターンが含まれる場合には、そのラインアンドスペースパターンと略同じピッチで、第１のマスクパターン１５、第２のマスクパターン１６ａおよび１６ｂにおけるラインアンドスペースを形成することが好ましい。

例えば、マスク内チップ領域１１のデバイスマスクパターンに含まれるラインアンドスペースの最小ピッチが、ウェーハ上換算で（ウェーハに転写された状態で）５０（ｎｍ）となる場合、第１のマスクパターン１５、第２のマスクパターン１６ａおよび１６ｂにおけるラインアンドスペースのピッチも、ウェーハ上換算で５０（ｎｍ）になるように設計することが好ましい。その場合、第１のマスクパターン１５、第２のマスクパターン１６ａおよび１６ｂがそれぞれ形成される領域は、例えばウェーハ上換算で２〜１０（μｍ）程度でよい。

次に、図６（ａ）〜（ｅ）を参照して、ウェーハにパターンを形成する方法について説明する。

ウェーハは、少なくとも被加工膜８１を含む。被加工膜８１は、例えば、図示しない基板上に設けられた絶縁膜、半導体膜、金属膜などである。

被加工膜８１上には、露光光に対する感光性を有するレジスト膜８４が形成されている。また、必要に応じて、被加工膜８１とレジスト膜８４との間に、被加工膜８１側から順にハードマスク８２や反射防止膜８３が形成される。反射防止膜８３を設けることで、レジスト膜８４の下層での露光光の反射が抑制される。

図６（ａ）は、前述したフォトマスク１０を使った、レジスト膜８４に対する露光工程を表す。

例えば、縮小投影露光装置を使って、ステップアンドリピート方式で、フォトマスク１０に形成されたパターンをウェーハに転写していく。

フォトマスク１０の平面サイズは、ウェーハの平面サイズよりも小さい。図４（ａ）に示す実施形態のウェーハ５０における各領域３０は、フォトマスク１０を使った１ショットの露光フィールドに対応する。すなわち、フォトマスク１０を使って複数ショットの露光をウェーハ５０の全面にわたって行う。

図６（ａ）に示すレジスト膜８４は、例えば露光部が現像液に対して可溶なポジ型である。あるいは、レジスト膜８４は、未露光部が現像液に対して可溶なネガ型であってもよい。フォトマスク１０を使った露光後、現像液を使ってレジスト膜８４を現像する。これにより、図６（ｂ）に示すように、レジスト膜８４がパターニングされる。

図５（ａ）は、前述したウェーハ５０における１つの領域３０の模式平面図を表す。フォトマスク１０を使った複数ショットの露光およびその後の現像により、複数の領域３０がウェーハ５０の全面にわたって形成される。

１つの領域３０は、フォトマスク１０に形成されたマスク内チップ領域１１に対応する複数の（図５（ａ）では例えば４つの）チップ領域３１を含む。したがって、ウェーハ５０には、複数のチップ領域３１が形成される。

チップ領域３１には、デバイスパターンが形成されている。このデバイスパターンは、図３（ａ）に示すデバイスマスクパターン２１のウェーハ５０上への転写パターンに対応する図３（ｂ）に示すデバイスパターン２２を含む。

また、図５（ａ）に示すように、チップ領域３１の外側には、フォトマスク１０に形成されたマスク内チップ外領域１２に対応するチップ外領域３２が形成されている。チップ外領域３２は、それぞれのチップ領域３１を囲むように形成されている。チップ外領域３２は、ウェーハ全体にわたって格子状に形成され、ダイシング領域に対応する。すなわち、チップ外領域３２に沿ってウェーハ５０はダイシングされ、個片化されたデバイスにはチップ外領域３２に形成されたパターンが残らない。

チップ外領域３２には、第１のパターンとして、図５（ｂ）に示す比較パターン３５が形成されている。比較パターン３５は、フォトマスク１０のマスク内チップ外領域１２に形成された第１のマスクパターン１５（図２（ｂ））のウェーハ５０上への転写パターンである。

また、チップ外領域３２には、第２のパターンとして、図５（ｃ）に示すアライメントパターン３６ａ、または図５（ｄ）に示すアライメントパターン３６ｂが形成されている。

アライメントパターン３６ａは、フォトマスク１０のマスク内チップ外領域１２に形成された第２のマスクパターン１６ａ（図２（ｃ））のウェーハ５０上への転写パターンである。アライメントパターン３６ｂは、フォトマスク１０のマスク内チップ外領域１２に形成された第２のマスクパターン１６ｂ（図２（ｄ））のウェーハ５０上への転写パターンである。

図５（ａ）において、比較パターン３５が形成された領域３３と、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂが形成された領域３４をそれぞれ模式的に円で表している。

アライメントパターン３６ａまたは３６ｂは、図５（ａ）に示す４つのチップ領域３１のうちの例えば右下のチップ領域３１の下のチップ外領域３２の領域３４に形成されている。他の３つのチップ領域３１のそれぞれの下のチップ外領域３２の領域３３には、比較パターン３５が形成されている。

すなわち、１つの領域３０に形成された複数のチップ領域３１のそれぞれに対応して、比較パターン３５、アライメントパターン３６ａおよび３６ｂのいずれかが形成されている。

アライメントパターン３６ａまたは３６ｂは、複数のチップ領域３１のうちの少なくとも１つのチップ領域３１に対応して、チップ外領域３２の１箇所に形成されていればよい。

比較パターン３５、アライメントパターン３６ａおよび３６ｂのそれぞれは、対応するチップ領域３１に対して同じ相対位置に形成されている。図５（ａ）の例示では、比較パターン３５、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂのそれぞれは、対応するチップ領域３１に対して右下の同じ相対位置に形成されている。

図２（ｂ）に示す第１のマスクパターン１５のウェーハ上への転写パターンである比較パターン３５も、第１のマスクパターン１５と同様、図５（ｂ）に示すように、複数のライン４１と複数のスペース４２とを有するラインアンドスペースパターンである。ライン４１とスペース４２とは等ピッチで交互に配列されている。

図２（ｃ）に示す第２のマスクパターン１６ａのウェーハ上への転写パターンであるアライメントパターン３６ａは、比較パターン３５と同様のラインアンドスペースパターンを含み、さらに複数のライン４１間がショートした部分４３を含む。

図２（ｄ）に示す第２のマスクパターン１６ｂのウェーハ上への転写パターンであるアライメントパターン３６ｂも、比較パターン３５と同様のラインアンドスペースパターンを含み、さらにライン４１が断線した部分４４を含む。

すなわち、比較パターン３５に対してアライメントパターン３６ａまたは３６ｂは異なる。比較パターン３５が単純なラインアンドスペースパターンであるのに対して、アライメントパターン３６ａはライン４１間がショートした部分４３を含む欠陥パターンに対応し、アライメントパターン３６ｂはライン４１が断線した部分４４を含む欠陥パターンに対応する。

なお、フォトマスク１０を使ったウェーハに対する露光は、ウェーハ面内のすべてのパターン転写領域に対して同じ露光条件で行うことに限らない。ウェーハ面内でドーズ量やフォーカスを変化させて、図４（ｂ）を参照して前述したＦＥＭウェーハ５０’を作成し、そのＦＥＭウェーハ５０’を光学的欠陥検査の対象にしてもよい。

チップ領域３１におけるデバイスパターンと、チップ外領域３２における比較パターン３５と、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂとは、図６（ｂ）に示すレジスト膜８４のパターニング（現像）によって形成される。その状態で、次のステップであるウェーハの光学的欠陥検査に進む（図１におけるステップＳ２）。

あるいは、レジスト膜８４のパターニング後に、レジスト膜８４をマスクにして、図６（ｃ）に示すように反射防止膜８３とハードマスク８２をエッチングにより加工し、その後、レジスト膜８４あるいはレジスト膜８４および反射防止膜８３を除去してから、光学的欠陥検査に進んでもよい。例えば、図６（ｄ）に示すように、ハードマスク８２のパターニングによって形成されるデバイスパターンと、比較パターン３５と、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂとを光学的欠陥検査の対象にしてもよい。

あるいは、図６（ｅ）に示すように、ハードマスク８２を用いてさらに被加工膜８１をエッチングにより加工し、その後ハードマスク８２を除去してから、光学的欠陥検査に進んでもよい。さらにその場合、被加工膜８１が選択的に除去されたスペース８１ａに、被加工膜８１とは異なる埋込材を埋め込んだ後、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により被加工膜８１の上面上の埋込材を除去してから、光学的欠陥検査に進んでもよい。

ウェーハの光学的欠陥検査では、ウェーハに光を照射したときの反射光から得られる画像、または反射光の強度を検査する。この検査により、例えば図３（ｂ）に示すような、デバイスパターン２２に生じた欠陥２３が検出される。欠陥２３は、例えば、隣り合うライン２４ａとライン２４ｂとがショートした部分である。

例えば、Die-to-Dieモードで光学的欠陥検査が行われる。これは、各チップ領域３１ごとに、各チップ領域３１内の同じ位置の画像または反射光強度を比較していくことで、欠陥の有無を判定する。すなわち、図３（ｂ）の欠陥２３は、別のチップ領域３１に形成されたデバイスパターン２２における同じ箇所の画像または反射光強度との比較から、欠陥であると特定される。

また、光学的検査は、チップ内領域３１だけでなく、チップ外領域３２に対しても行われる。このときも、例えばDie-to-Dieモードで行われ、チップ外領域３２に形成されたアライメントパターン３６ａまたは３６ｂを、比較パターン３５と比較することで検出する。

比較パターン３５と、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂとは、それぞれの対応するチップ領域３１からの相対位置が同じ箇所に形成されている。したがって、Die-to-Dieモードで、各チップ領域３１に対する特定位置の画像または反射光強度を比較していくことで、比較パターン３５に対して異なるアライメントパターン３６ａまたは３６ｂを検出することができる。

アライメントパターン３６ａまたは３６ｂのサイズは、比較パターン３５との光学的な比較により比較パターン３５との違いを認識可能なサイズであればよい。

また、デバイスパターンの微細化に伴って欠陥サイズも微細化し、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂにも、欠陥サイズの微細化に応じた微細サイズが要求される。また、欠陥サイズの微細化に伴い、電子顕微鏡での観察における欠陥のアライメント精度も高い精度が要求される。光学的欠陥検査で取得された位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせたときに、その観察視野の中心位置からの欠陥の中心位置のずれが、例えば０．５（μｍ）以下になるアライメント精度が要求される。

したがって、例えば、ウェーハ上でのラインアンドスペースのピッチを５０（ｎｍ）とした場合、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂのウェーハ上でのｘ方向サイズは２００〜５００（ｎｍ）程度、ｙ方向サイズは５０〜３００（ｎｍ）程度にすることができる。ここで、ｘ方向は、ライン４１とスペース４２とが交互に配列された方向であり、ｙ方向はｘ方向に対して垂直な方向であって、ライン４１の延びる方向である。

例えば、図４（ａ）に示すウェーハ５０の場合、ウェーハ５０のエッジに形成された切欠き部であるノッチ５１を基準にして、ウェーハ上での２次元座標が設定される。あるいは、ウェーハエッジの直線部であるオリエンテーションフラットを基準にして、ウェーハ上での２次元座標を設定してもよい。そして、上記光学的検査により検出された、デバイスパターンの欠陥には、ウェーハ上での位置座標が対応づけられる。さらに、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂに対してもウェーハ上での位置座標が対応づけられる。

例えば、ある欠陥はウェーハ上で座標（ｘ１、ｙ１）に位置し、あるアライメントパターン３６ａはウェーハ上で座標（ｘ２、ｙ２）に位置するという情報が得られる。この位置座標の情報は、次工程で欠陥のレビューを行うレビュー装置である電子顕微鏡に入力される。

上記光学的欠陥検査の後、ウェーハを電子顕微鏡にロードする（図１におけるステップＳ３）。

次に、ステップＳ４として、ウェーハ面内のある特定位置に形成された数点のマーク（例えば十字マーク）を電子顕微鏡で認識することで、電子顕微鏡とウェーハとのラフな位置合わせを行う。

次に、ステップＳ５として、電子顕微鏡とウェーハとの高精度な位置合わせ（アライメント）を開始する。

このとき、チップ領域３１に形成されたデバイスパターンに生じた欠陥ではなく、チップ外領域３２に形成されたアライメントパターン３６ａまたは３６ｂを使う。

フォトマスク１０を使った１ショットの露光フィールドに対応する１つの領域３０内には、少なくとも１つのアライメントパターン３６ａまたは３６ｂが存在する。したがって、ウェーハ５０の全面にわたって均等に複数のアライメントパターン３６ａまたは３６ｂが分布している。

それらアライメントパターン３６ａまたは３６ｂの中から、例えば、十数個から数十個のアライメントパターン３６ａまたは３６ｂを、ステップＳ５におけるアライメントに使うパターンとして抽出する。このとき、抽出された複数のアライメントパターン３６ａまたは３６ｂの分布もウェーハ５０の全面にわたって散らばるように、抽出するアライメントパターン３６ａまたは３６ｂを選択する。

そして、抽出された個々のアライメントパターン３６ａまたは３６ｂに対応づけられた位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせ、光学的欠陥検査で取得された位置座標を評価する。

具体的には、対象とするアライメントパターン３６ａまたは３６ｂの位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせたときの、その観察視野の中心位置からのアライメントパターン３６ａまたは３６ｂの中心位置のずれを検出する。

そして、次のステップＳ６として、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂの位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせたときの観察結果に基づいて、デバイスパターンの欠陥の位置座標を補正する。

具体的には、電子顕微鏡で観察された複数のアライメントパターン３６ａまたは３６ｂのそれぞれについての、対応する位置座標からのずれ量に基づいて、例えば位置座標補正式を算出する。

デバイスパターンのそれぞれの欠陥ごとの位置座標の補正量は欠陥によって異なるが、補正ルールはウェーハ面内で一定とする。すなわち、上記位置座標補正式を、すべてのデバイスパターンの欠陥の位置座標の補正に適用する。

ここで、一般に、デバイスパターンは、単純なラインアンドスペースパターンから構成されることは少なく、二次元的に曲がりくねったパターンや、孤立パターンを含む。これら曲がりくねったパターンや、孤立パターンは、密に配列されたラインアンドスペースパターンに比べて、露光時のフォーカス裕度やドーズ裕度が小さい傾向がある。

特に、前述したＦＥＭウェーハ５０’の場合には、フォーカスやドーズ量がセンター値から大きくずれたウェーハ外周部で、曲がりくねったパターンや孤立パターンに欠陥が多発する。逆に、フォーカスやドーズ量がセンター値に近い部分であるウェーハ中心部では、欠陥が少なくなる。

これに対して、例えば５０（ｎｍ）ピッチの密に配列されたラインアンドスペースを含む比較パターン３５と、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂは、フォーカス裕度やドーズ裕度が、曲がりくねったパターンや孤立パターンに比べて大きい。そのため、ＦＥＭウェーハ５０’の外周部でも、比較パターン３５、アライメントパターン３６ａおよび３６ｂは、それぞれ図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す形状をほぼ維持することができる。したがって、比較パターン３５と、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂとは、ＦＥＭウェーハ５０’の外周部でも光学的に識別可能であり、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂをウェーハ全面にわたって精度良く検出することができる。

そのため、ＦＥＭウェーハ５０’の場合でも、ウェーハ全面にわたって散らばって存在するアライメントパターン３６ａまたは３６ｂを、前述したステップＳ５におけるアライメント用に抽出することができる。ウェーハ全面にわたって散らばって存在する複数のアライメントパターン３６ａまたは３６ｂのそれぞれの位置座標のずれを、位置座標補正に反映させることで、ウェーハ面内での場所の違いによる位置座標補正量のばらつきを小さくできる。すなわち、ウェーハ面内に存在するすべての欠陥の位置座標を、欠陥の位置に依存することなく、高精度に補正することができる。

デバイスパターンの欠陥の位置座標の補正後、その補正された欠陥の位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせて欠陥を観察する（ステップＳ７）。このとき、上記補正により位置座標の精度が高いため、対象とする欠陥の位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせたとき、その観察視野の中心に欠陥を収めることができる。そのため、観察倍率を上げても、欠陥が観察視野からはみ出さず、微細な欠陥を高倍率かつ高解像度で観察することができる。

例えば、図４（ｂ）に示すＦＥＭウェーハ５０’の全面に散らばって存在する２０個のアライメントパターン３６ａを抽出して、デバイスパターンの欠陥の位置座標の補正を行ったところ、アライメント精度を０．３（μｍ）以下にすることができた。ここで、アライメント精度は、対象とする欠陥の位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせたときに、その観察視野の中心に対する欠陥の中心位置のずれ量を表す。結果として、観察視野から欠陥をはみ出させることなく、１５００００倍の倍率で欠陥の電子顕微鏡画像を取得することができた。

これに対して、比較例として、チップ外領域３２に比較パターン３５と、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂとを形成しないＦＥＭウェーハを使って欠陥検査を行った。この比較例に使ったＦＥＭウェーハは、チップ外領域３２に比較パターン３５と、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂとを形成しない以外は、実施形態のＦＥＭウェーハ５０’と同じである。

この比較例では、チップ領域３１に発生した２０個の欠陥を抽出して、電子顕微鏡による欠陥観察時の位置座標補正を行ったところ、アライメント精度は上記実施形態よりも低く、１〜３（μｍ）程度であった。そのため、電子顕微鏡の観察倍率を上記実施形態よりも低くした５００００倍にしても、欠陥の中心位置が観察視野からはみ出してしまう欠陥があった。

前述した実施形態において、アライメントパターン３６ａまたは３６ｂをウェーハ全面に分布させるには、１ショットの露光で形成される１つの領域３０に少なくとも１つのアライメントパターン３６ａまたは３６ｂがあればよい。また、光学的欠陥検査でアライメントパターン３６ａまたは３６ｂとの比較対象となる比較パターン３５も１つの領域３０に少なくとも１つ存在すればよい。

また、１つのアライメントパターン３６ａまたは３６ｂを、１つの比較パターン３５との比較ではなく、複数の比較パターン３５との比較から特定してもよい。比較対象が複数あると、確実にアライメントパターン３６ａまたは３６ｂを特定することができる。

また、アライメントパターンのサイズが例えば１０（μｍ）以上と大きい場合は、Die-to-Dieモードではなく、cell-to-cellモードで検査しても、アライメントパターンを比較パターンとの相違から認識して検出可能である。

例えば、図７に示すパターンを使って、cell-to-cellモードの検査を行うことができる。図７に示すパターンは、それぞれ交互に配列された複数のライン４１と複数のスペース４２とを含むラインアンドスペースパターンである。そのラインアンドスペースパターンにおける、ある特定の位置に例えば複数のライン４１間がショートした部分６３が形成されている。

その部分６３を含むパターンが、アライメントパターン６６に対応する。そのアライメントパターン６６から、特定方向（図では左方向）に一定距離隔てた位置に形成されたラインアンドスペースパターンが比較パターン６５に対応する。

アライメントパターン６６と比較パターン６５とは分離されておらず、等ピッチでライン４１とスペース４２とが交互に並ぶ一連のラインアンドスペースパターンの一部がアライメントパターン６６になっており、他の一部が比較パターン６５になっている。

アライメントパターン６６および比較パターン６５を含む図７に示すラインアンドスペースパターンは、チップ外領域に形成されている。図７に示すパターンは、このパターンに対応するマスクパターンがマスク内チップ外領域に形成されたフォトマスクを使ってウェーハ上に転写される。このフォトマスクを使った露光は、ウェーハに対して複数ショット行われる。したがって、複数の図７に示すパターンが、ウェーハ全面にわたって分布する。

光学的欠陥検査の際には、対応するチップ領域に対してある特定の相対位置に形成されたアライメントパターン６６と、そのアライメントパターン６６から例えば図７において左方向に１０（μｍ）隔てた位置に形成された比較パターン６５とを比較する。この比較を、１ショットの露光フィールドに対応する各領域ごとに行っていく。

このcell-to-cellモードの場合には、１ショットの露光フィールドに対応する１つの領域に複数のチップ領域が形成されていても、各チップ領域に対応して、図７に示すパターンを複数形成しなくてもよい。１ショットの露光フィールドに対応する１つの領域内におけるチップ外領域のどこかに、アライメントパターン６６および比較パターン６５を含む図７に示すラインアンドスペースパターンが少なくとも１つ形成されていればよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…フォトマスク、１１…マスク内チップ領域、１２…マスク内チップ外領域、１５…第１のマスクパターン、１６ａ，１６ｂ…第２のマスクパターン、２１…デバイスマスクパターン、２２…デバイスパターン、２３…欠陥、３０…露光フィールド、３１…チップ領域、３２…チップ外領域、３５，６５…比較パターン（第１のパターン）、３６ａ，３６ｂ，６６…アライメントパターン（第２のパターン）、５０…ウェーハ、７１…透明基板、７２…遮光膜、８１…被加工膜、８２…ハードマスク、８３…反射防止膜、８４…レジスト膜

Claims (5)

1. チップ領域に形成されたデバイスパターンと、前記チップ領域の外側のチップ外領域に形成されたラインアンドスペースパターンである第１のパターンと、前記チップ外領域に形成されたラインアンドスペースパターンにおける複数のライン間がショートした部分、またはラインが断線した部分を含む第２のパターンと、をそれぞれ含む複数の領域が形成されたウェーハの光学的検査により、前記デバイスパターンの欠陥を前記ウェーハ上での位置座標と対応づけて検出すると共に、前記第１のパターンとの比較から前記第２のパターンを前記ウェーハ上での位置座標と対応づけて検出し、
   前記ウェーハの全面にわたって散らばって存在する複数の前記第２のパターンの検出された各位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせたときの観察結果に基づいて、前記デバイスパターンの欠陥の位置座標を補正し、
   補正された前記欠陥の位置座標に前記電子顕微鏡の観察視野を合わせて前記欠陥を観察することを特徴とするパターン検査方法。
2. チップ領域に形成されたデバイスパターンと、前記チップ領域の外側のチップ外領域に形成された第１のパターンと、前記チップ外領域に形成され、前記第１のパターンとは異なる第２のパターンと、をそれぞれ含む複数の領域が形成されたウェーハの光学的検査により、前記デバイスパターンの欠陥を前記ウェーハ上での位置座標と対応づけて検出すると共に、前記第１のパターンとの比較から前記第２のパターンを前記ウェーハ上での位置座標と対応づけて検出し、
   検出した前記第２のパターンの位置座標に電子顕微鏡の観察視野を合わせたときの観察結果に基づいて、前記デバイスパターンの欠陥の位置座標を補正し、
   補正された前記欠陥の位置座標に前記電子顕微鏡の観察視野を合わせて前記欠陥を観察することを特徴とするパターン検査方法。
3. 前記ウェーハの全面にわたって散らばって存在する複数の前記第２のパターンの前記電子顕微鏡による観察結果に基づいて、前記欠陥の位置座標を補正することを特徴とする請求項２記載のパターン検査方法。
4. マスク内チップ領域に形成されたデバイスマスクパターンと、
   前記マスク内チップ領域の外側のマスク内チップ外領域に形成されたラインアンドスペースパターンである第１のマスクパターンと、
   前記マスク内チップ外領域に形成されたラインアンドスペースパターンにおける複数のライン間がショートした部分、またはラインが断線した部分を含む第２のマスクパターンと、
   を有することを特徴とするフォトマスク。
5. マスク内チップ領域に形成されたデバイスマスクパターンと、前記マスク内チップ領域の外側のマスク内チップ外領域に形成された第１のマスクパターン及び第２のマスクパターンと、を有するフォトマスクを用いたウェーハに対する複数ショットの露光により、前記デバイスマスクパターンの転写パターンであるデバイスパターンと、前記第１のマスクパターンの転写パターンであり、前記デバイスパターンが形成されるチップ領域の外側のチップ外領域に形成されるラインアンドスペースパターンである第１のパターンと、前記第２のマスクパターンの転写パターンであり、前記チップ外領域に形成され、ラインアンドスペースパターンにおける複数のライン間がショートした部分、またはラインが断線した部分を含む第２のパターンと、をそれぞれが含む複数の領域を前記ウェーハに形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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