JP2013160621A - 欠陥検査方法、パターン計測方法および欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微細なパターンを短時間で検査できる欠陥検査方法を提供すること。
【解決手段】実施形態によれば、欠陥検査方法が提供される。前記欠陥検査方法では、ＤＳＡ材料を検査対象パターンの表面に成膜する。そして、前記ＤＳＡ材料を自己組織化させることにより、検査対象パターンの寸法毎に異なる幾何学特徴を示す自己組織パターンを形成する。この後、前記自己組織パターンの形成されている領域内から前記検査対象パターンに対応していない特異領域を抽出し、前記特異領域のサイズ、幾何学特徴、分布数および分布位置の少なくとも１つを計測する。そして、前記特異領域の計測結果に基づいて、前記検査対象パターンの欠陥を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、欠陥検査方法、パターン計測方法および欠陥検査装置に関する。

半導体デバイスの製造工程では、ウエハの欠陥検査によって欠陥を突き止めることや、パターンの計測によってパターン寸法を正確に把握することで、プロセスを改善し、歩留まりを向上させている。

ウエハ欠陥検査装置には、光学方式と走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）方式とがある。光学方式の特長は、高速に異物や欠陥を検出できることである。また、ＳＥＭ方式の特徴は、光学方式と比較して、微小な欠陥を検出できることである。

半導体デバイスの回路パターンの微細化に伴い、歩留まり管理で問題となる欠陥サイズや測定すべきパターンサイズが小さくなる傾向にある。しかしながら、欠陥検出や寸法測定などの検査をＳＥＭ方式によって行うと多大な時間を要する。このため、微細なパターンを短時間で検査できる方法が求められている。

特開２０１１−２１１１９７号公報 特開２００９−２３６６０６号公報 特開２００９−１０２８６号公報 特開２０１１−１２９８７４号公報

本発明が解決しようとする課題は、微細なパターンを短時間で検査できる欠陥検査方法、パターン計測方法および欠陥検査装置を提供することである。

実施形態によれば、欠陥検査方法が提供される。前記欠陥検査方法では、ＤＳＡ材料を検査対象パターンの表面に成膜する。そして、前記ＤＳＡ材料を自己組織化させることにより、検査対象パターンの寸法毎に異なる幾何学特徴を示す自己組織パターンを形成する。この後、前記自己組織パターンの形成されている領域内から前記検査対象パターンに対応していない特異領域を抽出し、前記特異領域のサイズ、幾何学特徴、分布数および分布位置の少なくとも１つを計測する。そして、前記特異領域の計測結果に基づいて、前記検査対象パターンの欠陥を検出する。

図１は、第１の実施形態に係るパターン検査装置の構成を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係るパターン検査処理の処理手順を示すフローチャートである。 図３は、第１の実施形態に係る検査用膜の形成処理手順を説明するための図である。 図４は、ＤＳＡ材料膜に用いるブロックコポリマーの一例を示す模式図である。 図５は、自己組織パターンの幾何学特徴を説明するための図である。 図６は、ブロックコポリマーの重量分率と自己組織パターンの幾何学特徴との関係を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係るパターン検査装置の構成を示す図である。 図８は、第２の実施形態に係るパターン検査処理の処理手順を示すフローチャートである。 図９は、自己組織パターンの幾何学特徴を下地パターン寸法毎に示す図である。 図１０は、下地パターン寸法毎に変化する自己組織パターンの本数例を示す図である。 図１１は、ホールパターンの寸法・形状を測定する方法を説明するための図である。 図１２は、検査装置のハードウェア構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態に係る欠陥検査方法、パターン計測方法および欠陥検査装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るパターン検査装置の構成を示す図である。パターン検査装置１Ａは、自己組織化材料（ＤＳＡ：Directed Self Assembly）を用いて、欠陥検査を行う装置である。パターン検査装置１Ａは、検査／計測対象物である基板Ｓ（例えばウエハやテンプレート）上に自己組織化材料としてのＤＳＡ材料を塗布し、熱処理などによって自己組織化させる。また、パターン検査装置１Ａは、自己組織化後の自己組織パターン（ＤＳＡパターン）の特異領域のサイズ、幾何学特徴、分布数および分布位置の少なくとも１つを計測し、計測した情報に基づいて基板Ｓ表面の欠陥を検出する。パターン検査装置１Ａによるパターン検査処理は、基板Ｓ上に半導体デバイスを作製する種々の工程後に行われる。

パターン検査装置１Ａは、ＤＳＡ塗布機構２と、自己組織化部３と、検査部４Ａと、を備えている。ＤＳＡ塗布機構２は、ＤＳＡ材料を基板Ｓに塗布する。ＤＳＡ塗布機構２は、基板保持部２１、ＤＳＡ材料供給部２２、供給制御部２３を有している。基板保持部２１は、検査対象パターンを有した基板Ｓを固定保持する。

ＤＳＡ材料供給部２２は、ＤＳＡ材料（塗布材料）として、例えばブロックコポリマー（ＢＣＭ）を含有するブロックコポリマー含有材料または複数のポリマーを含有するポリマー混合材料を、基板保持部２１に固定保持された基板Ｓ上の検査領域に選択的に供給する。供給制御部２３は、ＤＳＡ材料供給部２２による基板Ｓ上へのＤＳＡ材料の供給位置や供給量を制御する。

自己組織化部３は、基板Ｓ上に塗布されたＤＳＡ材料を自己組織化させることにより、基板Ｓ上にパターン検査用の膜（以下、検査用膜という）を形成する。自己組織化部３は、基板Ｓに熱処理を行う熱処理部３０などを具備している。自己組織化部３は、熱処理部３０によって基板Ｓに熱処理を行うことによってＤＳＡ材料を自己組織化させる。

検査部４Ａは、例えば、光学方式や走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）方式の欠陥検査装置（計測装置）である。本実施形態では、検査部４Ａが光学方式の欠陥検査装置である場合について説明する。検査部４Ａは、基板保持部４１、検出部４２、計測部４３、欠陥導出部４４を有している。基板保持部４１は、検査用膜が形成された基板Ｓを固定保持する。検出部４２は、光源から出射された照明光Ｌ１が基板Ｓ上で反射されると、基板Ｓからの反射光Ｌ２を検出する。検出部４２は、反射光Ｌ２の検出結果を計測部４３に送る。

計測部４３は、検出部４２から送られてくる検出結果に基づいて、基板Ｓ表面の欠陥に関する情報を検出する。計測部４３は、基板Ｓ上に形成されたパターン検査用の膜に含有される少なくとも１種類の自己組織パターンに対し、自己組織パターン（基板Ｓ上）の特異領域のサイズ、幾何学特徴（形状など）、分布数、分布位置を計測する。

換言すると、計測部４３は、自己組織パターンの形成されている領域内から特異領域を抽出する特異領域抽出部と、特異領域のサイズ、幾何学特徴、分布数および分布位置の少なくとも１つを計測する計測部と、を備えている。

欠陥導出部４４は、コンピュータなどを備えて構成されている。欠陥導出部４４は、計測部４３が計測した計測結果に基づいて、基板Ｓ上の欠陥を検出する。具体的には、欠陥導出部４４は、計測部４３が計測した計測結果に基づいて、基板Ｓ上の欠陥サイズ、欠陥の種類、欠陥数あるいは欠陥分布位置を導出する。欠陥導出部４４は、導出結果を、例えば外部装置（表示装置など）に出力する。

つぎに、パターン検査装置１Ａによるパターン検査処理手順について説明する。図２は、第１の実施形態に係るパターン検査処理の処理手順を示すフローチャートであり、図３は、第１の実施形態に係る検査用膜の形成処理手順を説明するための図である。図３では、ＤＳＡ膜の形成プロセスを模式的な断面図で示している。

半導体デバイスを製造する際には基板Ｓ上に種々のパターンが積層されていく。パターン検査装置１Ａによるパターン検査処理は、半導体デバイス製造中の所定の工程が終わった後に行われる。ここでは、基板Ｓ上にラインパターンとスペースパターンとが繰り返し配置されたラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターンが形成された後に、基板Ｓの欠陥検査を行う場合について説明する。

まず、検査対象パターンが形成された基板Ｓを用意する（ステップＳ１）。基板Ｓの表面には、検査対象パターン（Ｌ＆Ｓパターン）を構成するラインパターン（ガイドパターン）１２が形成されている（図３の（ａ））。

この後、パターン検査装置１Ａは、基板Ｓの検査対象パターン上に検査用膜（検査用ＤＳＡ膜）を形成する。このため、パターン検査装置１ＡのＤＳＡ塗布機構２は、ＤＳＡ材料膜１３を基板Ｓ上に成膜する（ステップＳ２）（図３の（ｂ））。具体的には、基板保持部２１が基板Ｓを固定保持し、ＤＳＡ材料供給部２２が供給制御部２３からの指示に従ってＤＳＡ材料を基板Ｓ上（検査対象パターンの表面）に供給する。ＤＳＡ材料膜１３は、少なくとも二種類のブロックポリマーを含有したブロックコポリマーを有している。なお、ＤＳＡ材料膜１３は、ポリマー混合膜であってもよい。

図４は、ＤＳＡ材料膜に用いるブロックコポリマーの一例を示す模式図である。本実施形態では、ＤＳＡ材料膜１３として、例えば、図４に示すようなＰＳ（ポリスチレン）部２０ＡとＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）部２０Ｂとを含んで構成されるブロックコポリマー２０が用いられる。ＤＳＡ塗布機構２は、例えば、スピン塗布、インクジェット塗布またはスプレー塗布などの成膜手段によってＤＳＡ材料膜１３を基板Ｓ上に成膜する。

そして、自己組織化部３は、ＤＳＡ材料膜１３に後処理を行う。すなわち、自己組織化部３は、基板Ｓ上に塗布されたＤＳＡ材料膜１３を自己組織化させることにより、基板Ｓ上に検査用膜を形成する。具体的には、熱処理部３０は、基板Ｓに熱処理を行う。これにより、ＤＳＡ材料膜１３内のブロックコポリマー２０を自己組織化する過程が加速され、ＤＳＡ材料膜１３の成膜直後では均一なＰＳ部２０ＡとＰＭＭＡ部２０Ｂとの混合膜が、ＰＳ成分のドメイン１４とＰＭＭＡ成分のドメイン１５に分かれる。換言すると、ＤＳＡ材料膜１３の自己組織化により、異なるブロックポリマーからなるＰＳ部２０ＡとＰＭＭＡ部２０Ｂとに分かれて、それぞれ異なる幾何学特徴を示す複数の自己組織パターン領域を形成する（ステップＳ３）（図３の（ｃ））。ドメイン１４，１５の自己組織パターン領域には、基板Ｓに対して垂直なラメラ構造またはシリンダー構造のパターンが形成される。これにより、ドメイン１４，１５からなる膜が検査用膜として形成される。なお、自己組織化部３は、光照射によってＤＳＡ材料膜１３を自己組織化させてもよい。

検査用膜の自己組織パターンは、基板Ｓの検査対象パターンの種類（形状やサイズなど）毎に異なる特徴を示す。検査対象パターンに欠陥などが存在すると、検査対象パターンの種類が異なることとなる。本実施形態では、検査対象パターンの種類毎に異なる自己組織パターンが形成された検査用膜がパターン検査に用いられる。

検査用膜では、上述した２つのドメイン１４，１５の三次元的な組み合わせにより、基板Ｓ表面のＤＳＡ材料膜１３に独特な幾何学特徴（形状特徴、繰り返し周期数など）を示す自己組織パターンが現れる。

図５は、自己組織パターンの幾何学特徴を説明するための図である。図５では、基板Ｓの上面図を示している。図５の（ａ）は、検査対象パターンとしてのＬ＆Ｓパターン１１を示している。また、図５の（ｂ）は、Ｌ＆Ｓパターン１１が正常な領域における自己組織パターンの一例を示している。また、図５の（ｃ）は、ショート欠陥上に形成される自己組織パターンの一例を示し、図５の（ｄ）は、オープン欠陥上に形成される自己組織パターンの一例を示している。

図５の（ａ）に示すように、Ｌ＆Ｓパターン１１では、ラインパターン１２とスペースパターン１０とが等ピッチで交互に配置されている。Ｌ＆Ｓパターン１１には、例えば、ショート欠陥１５Ａやオープン欠陥１５Ｂが発生している場合がある。ショート欠陥１５Ａは、隣接する２本のラインパターン１２が繋がってしまった欠陥である。また、オープン欠陥１５Ｂは、１本のラインパターン１２が途中で分断されてしまった欠陥である。

自己組織パターンの幾何学特徴は、下地パターン（Ｌ＆Ｓパターン１１）の形状および規則性に強く影響される。下地パターンに欠陥があると、自己組織パターンの幾何学模様の均一性が乱れる。そして、正常領域の自己組織パターンとは異なる模様を示す自己組織パターンの領域（特異領域）が、下地欠陥（下地パターンの欠陥）の発生個所に対応した位置に現れる。そして、特異領域のサイズは、下地欠陥発生個所のサイズよりも大きくなる。これは、自己組織パターンによる下地欠陥の拡大効果といわれる。

例えば、図５の（ｂ）に示すように、Ｌ＆Ｓパターン１１が正常な領域には、等間隔で規則正しく並んだ自己組織パターン５Ｘが形成される。換言すると、自己組織パターン５Ｘは、ラインパターンとスペースパターンとが等ピッチで交互に配置されたパターンである。

一方、図５の（ｃ）に示すように、Ｌ＆Ｓパターン１１のうちショート欠陥の発生している領域には、ランダムな位置にランダムな長さを有した自己組織パターン５Ａが形成される。このように、ショート欠陥が発生している領域では、自己組織パターン５Ａに特徴模様が現れる。

また、図５の（ｄ）に示すように、Ｌ＆Ｓパターン１１のうちオープン欠陥の発生している領域には、ランダムな位置にランダムな長さを有した自己組織パターン５Ｂが形成される。このように、オープン欠陥が発生している領域では、自己組織パターン５Ｂに特徴模様が現れる。

自己組織パターン５Ａが形成される領域は、ショート欠陥１５Ａのサイズよりも広い領域である。同様に、自己組織パターン５Ｂが形成される領域は、オープン欠陥１５Ｂのサイズよりも広い領域である。このため、ショート欠陥１５Ａやオープン欠陥１５Ｂを直接観察することによってパターン欠陥を検出するよりも、自己組織パターン５Ａや自己組織パターン５Ｂを観察することによってパターン欠陥を検出する方が容易にパターン欠陥を検出することが可能となる。

また、自己組織パターンの幾何学特徴（構造）は、ＤＳＡ材料膜１３の成分であるブロックコポリマー２０の重量分率に大きく影響されている。図６は、ブロックコポリマーの重量分率と自己組織パターンの幾何学特徴との関係を示す図である。図６では、２種類のブロックポリマーが混合された混合物において、一方のブロックポリマーの重量分率に対するχＮと、自己組織化された場合の構造体と、の関係（特性）の一例を示している。

ここでのχは、ブロックコポリマーを構成する２種のブロックポリマー間の斥力を表し、Ｎはブロックポリマーの重合度を表している。ジブロックコポリマーが自己組織化されたときの構造は、一方のブロックポリマーの重量分率とχＮとの組み合わせを調整することにより、種々の構造となる。

例えば、図６に示すように、一方のブロックポリマーの重量分率とχＮとの組み合わせを調整することにより、ジブロックコポリマーが自己組織化されたときの構造を、球状構造２５、円柱構造２６、共連続構造２７、ラメラ構造２８などの異なる構造とすることができる。

なお、自己組織化させる際の温度や圧力を調整することで、ブロックコポリマーから得られる自己組織化構造を制御することができる。例えば、ＰＭＭＡとＰＳとで構成されるブロックコポリマー膜の場合は、自己組織化させる際の温度を調整することで、円柱状のＰＭＭＡをＰＳが囲む自己組織化構造の幾何学特徴を変化させることができる。

図３の（ｃ）に示した検査用膜を形成した後、選択的エッチングによってＰＭＭＡ成分のドメイン１５を選択的に除去することで、ＰＳ成分のドメイン１４からなるパターンを基板Ｓ上に残すことができる（図３の（ｄ））。

ドメイン１５のエッチングは、例えば、フロロカーボンガスと酸素ガスとを用いて反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）により行う。ＰＭＭＡ成分のドメイン１５（ＰＭＭＡ部２２Ｂ）を選択的に除去することで、検査用膜の表面に凹凸が形成されるので、次に行われる検査の感度を上げることが可能となる。なお、ドメイン１５のエッチングは、省略してもよい。この場合であっても、検査部４Ａによって自己組織パターンを識別することができる。

パターン検査装置１Ａは、基板Ｓ上に検査用膜を形成した後、検査用膜の検査を行う。具体的には、検査部４Ａにおいて、基板保持部４１が基板Ｓを固定保持した状態で、基板Ｓに照明光Ｌ１が照射される。検出部４２は、照明光Ｌ１が基板Ｓ上で反射されると、基板Ｓからの反射光Ｌ２を検出する。そして、検出部４２は、反射光Ｌ２の検出結果を計測部４３に送る。

計測部４３は、検出部４２から送られてくる検出結果に基づいて、基板Ｓ上に形成されたパターン検査用の膜に含有される少なくとも１種類の自己組織パターンを計測する。そして、計測部４３は、自己組織パターンが形成されている領域の中から検査対象パターンに対応していない特異領域を抽出する。さらに、計測部４３は、特異領域のサイズ、幾何学特徴、分布数および分布位置の少なくとも１つを計測する（ステップＳ４）。

このように、パターン検査装置１Ａは、検査用膜上に現れた自己組織パターンを観察する。そして、計測部４３は、検査用膜のうち他の領域と比較して異なる特徴を示す特異領域を、それぞれの幾何学特徴によって分類する。

本実施形態の検査部４Ａは、光学方式の欠陥検査装置である。欠陥検査装置が光学方式である場合、原理的に分解能が光の波長に制約されるので、可視光であれば、サイズが０．２μｍ程度の欠陥領域を検出することが限界である。これに比べてＳＥＭ方式の欠陥検査装置では、光学方式に比較して、原理的に分解能で有利なので、光学方式で検出されない微小欠陥領域や領域形状を詳しく観察することが可能となる。

本実施形態では、検査対象パターン上に自己組織パターンを形成し、自己組織パターンに対して欠陥検査を行っているので、本来はＳＥＭ方式でしか検出できないようなサイズの小さい欠陥を、光学方式でも検出できるようになる。これは、自己組織パターンによる下地欠陥の拡大効果があるからである。

さらに、自己組織パターンによる下地欠陥の拡大効果があるので、本来はＳＥＭ方式でも検出できないようなサイズの超微細欠陥を、ＳＥＭ方式または光学方式で検出することが可能となる。

パターン検査装置１Ａは、計測部４３が特異領域のサイズ、幾何学特徴、分布数、分布位置などを計測した後、欠陥導出部４４が欠陥判定を行う。欠陥導出部４４は、計測部４３が計測した計測結果に基づいて、基板Ｓ上の欠陥を検出する。具体的には、欠陥導出部４４は、計測部４３が計測した計測結果に基づいて、基板Ｓ上の欠陥サイズ、欠陥の種類、欠陥数および欠陥分布位置の少なくとも１つを導出する（ステップＳ５）。

均一な自己組織パターン領域に点在する特異領域の数量は、検査対象パターンに存在する欠陥数に対応している。また、特異領域の位置は、検査対象パターンに存在する欠陥の欠陥分布位置に対応している。また、特異領域のサイズは、検査対象パターンに存在する欠陥の欠陥サイズおよび欠陥の種類（オープン欠陥やショート欠陥など）に対応している。また、特異領域の幾何学特徴は、検査対象パターンに存在する欠陥の欠陥サイズおよび欠陥の種類に対応している。

したがって、欠陥導出部４４は、特異領域の数量に基づいて、検査対象パターン内の欠陥数を判定する。また、欠陥導出部４４は、特異領域の位置に基づいて、検査対象内の欠陥の位置を判定する。また、欠陥導出部４４は、特異領域のサイズに基づいて、検査対象パターン内の欠陥のサイズおよび種類を判定する。また、欠陥導出部４４は、特異領域の幾何学特徴に基づいて、検査対象パターン内に存在する欠陥のサイズおよび種類を判定する。

パターン検査装置１Ａによるパターン検査処理は、例えばウエハプロセスのレイヤ毎に行われる。パターン検査処理によって欠陥が検出されると、この欠陥の原因が特定され、必要に応じて欠陥削減対策が行われる。これにより、パターン欠陥を抑制した半導体デバイス（半導体集積回路）の製造が行われる。

具体的には、基板Ｓ上に被加工膜を成膜しておく。そして、マスクを用いて基板Ｓにリソグラフィ処理を実施する。例えば、フォトリソグラフィによってリソグラフィ処理を実施する場合、レジストの塗布された基板Ｓ（ウエハ）にマスクを用いてパターン露光を行ない、その後、基板Ｓを現像して基板Ｓ上にレジストパターンを形成する。

また、インプリントリソグラフィによってリソグラフィ処理を実施する場合、レジストの塗布された基板Ｓにテンプレートを押し当てながらレジストを硬化させ、その後、テンプレートを基板Ｓから引き離して基板Ｓ上にレジストパターンを形成する。

リソグラフィ処理を実施した後、レジストパターンをマスクとして基板Ｓの下層側をエッチングする。これにより、レジストパターンに対応する基板Ｓ上パターンを基板Ｓ上に形成する。パターン検査装置１Ａは、レジストパターンや基板Ｓ上パターンに対してパターン検査処理を行う。

半導体デバイスを製造する際には、上述したパターン検査を行った後、必要に応じて欠陥削減対策が行われる。そして、製品基板などの基板に対し、上述した、成膜処理、リソグラフィ処理、エッチング処理などがレイヤ毎に繰り返される。

ところで、ＳＥＭ方式による欠陥検査では、電子線照射に対する耐性が低い樹脂のような材料、または石英のような絶縁材料に対し、Ｓ／Ｎの良好な電子顕微鏡画像を得ることは難しい。このため、導電性のない検査対象パターン（絶縁材料で構成されたパターン）に対して導電性のあるＤＳＡ材料膜１３を用いて欠陥検査を行ってもよい。これにより、パターン検出感度が低下することを防止できる。また、立体形状の画像情報の質が劣化することを防止できる。

なお、基板Ｓは、ウエハなどの半導体基板に限らず、インプリントに用いるテンプレートやフォトリソグラフィに用いるフォトマスクなどであってもよい。例えば、基板Ｓがウエハである場合、検査対象パターンは回路パターンなどである。

また、基板Ｓがテンプレートである場合、検査対象パターンはテンプレートパターンであり、基板Ｓがフォトマスクである場合、検査対象パターンはマスクパターンである。また、検査対象パターンは、非透明であってもよいし、透明であってもよい。例えば、検査対象パターンを波長１５０〜８００ｎｍの光に対して透過率が９０％以上である透明なパターンとしてもよい。

このように第１の実施形態によれば、自己組織パターンによる下地欠陥の拡大効果を利用してパターン検査を行うので、通常の欠陥検査方法では検出できないような微小欠陥を効率良く容易に検出できる。このため、欠陥が原因となる製品歩留りの低下を防止できる。

また、自己組織パターンによる下地欠陥の拡大効果を利用してパターン検査を行うので、分解能の低い欠陥検査装置を用いて微小欠陥を検出できる。このため、製造ラインの欠陥検査に要するコストを削減できる。

また、微小欠陥を容易に検出できるので、短時間で欠陥検査を完了できる。このため、製造工程におけるスループット向上に貢献できる。また、デバイスや工程ごとの最適な欠陥検査装置と光学条件の選定を、短時間で行うことが可能となる。

（第２の実施形態）
つぎに、図７〜図１１を用いてこの発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、自己組織化材料を用いて計測対象パターンの寸法や形状（平面形状および断面形状）を導出する。

図７は、第２の実施形態に係るパターン検査装置の構成を示す図である。図７の各構成要素のうち図１に示す第１の実施形態のパターン検査装置１Ａと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

パターン検査装置１Ｂは、自己組織化材料を用いてパターン計測を行う装置である。パターン検査装置１Ｂは、ＤＳＡ塗布機構２と、自己組織化部３と、検査部４Ｂと、を備えている。

検査部４Ｂは、例えば、光学方式や走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）方式の計測装置である。検査部４Ｂは、基板保持部４１、検出部４２、計測部４３、寸法・形状導出部４５を備えている。本実施形態の計測部４３は、検出部４２から送られてくる検出結果に基づいて、基板Ｓ上に形成された自己組織パターンの繰り返し周期数あるいは形状特徴を計測する。

寸法・形状導出部４５は、コンピュータなどを備えて構成されている。寸法・形状導出部４５は、計測部４３が計測した計測結果に基づいて、基板Ｓ上に形成されている計測対象パターン（下地パターン）の寸法や形状を導出する。

つぎに、パターン検査装置１Ｂによるパターン検査処理手順について説明する。図８は、第２の実施形態に係るパターン検査処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図２で説明した第１の実施形態に係るパターン検査処理と同様の処理については、その説明を省略する。

半導体デバイスを製造する際には基板Ｓ上に種々のパターンが積層されていく。パターン検査装置１Ｂによるパターン寸法やパターン形状の導出処理（パターン導出処理）は、半導体デバイス製造中の所定の工程が終わった後に行われる。ここでは、基板Ｓ上にＬ＆Ｓパターン１１が形成された後に、基板Ｓのパターン寸法・形状を計測する場合について説明する。

まず、計測対象パターンが形成された基板Ｓを用意する（ステップＳ１１）。この後、パターン検査装置１Ｂは、第１の実施形態と同様の処理によって、基板Ｓ上にＤＳＡ膜１３を成膜する（ステップＳ１２）。さらに、パターン検査装置１Ｂは、第１の実施形態と同様の処理によって、基板Ｓ上に自己組織パターンで検査用膜を形成する（ステップＳ１３）。

パターン検査装置１Ｂは、基板Ｓ上に検査用膜を形成した後、検査用膜の検査を行う。具体的には、検査部４Ｂにおいて、基板保持部４１が基板Ｓを固定保持した状態で、基板Ｓに照明光Ｌ１が照射される。検出部４２は、照明光Ｌ１が基板Ｓ上で反射されると、基板Ｓからの反射光Ｌ２を検出する。そして、検出部４２は、反射光Ｌ２の検出結果を計測部４３に送る。

計測部４３は、検出部４２から送られてくる検出結果に基づいて、基板Ｓ上に形成された自己組織パターンの幾何学特徴（繰り返し周期数あるいは形状特徴）を計測する（ステップＳ１４）。この自己組織パターンの幾何学特徴は下地パターン（計測対象パターン）の形状および寸法に強く影響される。

図９は、自己組織パターンの幾何学特徴を下地パターン寸法毎に示す図である。図９では、下地パターンが種々のスペース寸法を有したＬ＆Ｓパターンである場合の自己組織パターンの上面図を示している。下地パターンの寸法が変化すると、ＤＳＡ材料（ＤＳＡ薄膜）の自己組織パターンは種々の特徴模様を示す。

例えば、下地パターンのスペース寸法が４５ｎｍの場合、自己組織パターンは、図９の（ａ）に示すような特徴模様３１となる。また、下地パターンのスペース寸法が４７．５ｎｍの場合、自己組織パターンは図９の（ｂ）に示すような特徴模様３２となる。

また、下地パターンのスペース寸法が５０ｎｍの場合、自己組織パターンは、図９の（ｃ）に示すような特徴模様３３となる。また、下地パターンのスペース寸法が５２．５ｎｍの場合、自己組織パターンは、図９の（ｄ）に示すような特徴模様３４となる。また、下地パターンのスペース寸法が５５ｎｍの場合、自己組織パターンは、図９の（ｅ）に示すような特徴模様３５となる。

図１０は、下地パターン寸法毎に変化する自己組織パターンの本数例を示す図である。図１０では、下地パターンが種々のスペース寸法を有したＬ＆Ｓパターンである場合の自己組織パターンの上面図を示している。

図１０の（ａ）は、寸法（幅）が狭い下地パターン３６Ｂに対する自己組織パターンを示し、図１０の（ｂ）は、寸法（幅）が広い下地パターン３７Ｂに対する自己組織パターンを示している。

図１０の（ａ）に示すように、下地パターン３６Ｂの寸法が狭い場合、下地パターン３６Ｂ上に形成される自己組織パターン３６Ａは１本（繰返し周期数＝１）となる。また、図１０の（ｂ）に示すように、下地パターン３７Ｂの寸法が広い場合、下地パターン３７Ｂ上に形成される自己組織パターン３７Ａは５本（繰返し周期数＝５）となる。

さらに、本実施形態によるパターン寸法・形状の計測方法は、二次元パターンが計測対象パターンの場合でも実施可能である。図１１は、ホールパターンの寸法・形状を計測する方法を説明するための図である。図１１では、下地パターンが種々の寸法を有したホールパターンである場合の自己組織パターンの上面図を示している。

図１１の（ａ）は、下地パターンであるホールパターン５１の寸法（短径×長径）が３５ｎｍ×１００ｎｍの場合の自己組織パターンを示している。また、図１１の（ｂ）は、下地パターンであるホールパターン５３の寸法（短径×長径）が４０ｎｍ×１２０ｎｍの場合の自己組織パターンを示している。また、図１１の（ｃ）は、下地パターンであるホールパターン５５がホールパターン５３よりも大きく、互いに接続されてしまった場合の自己組織パターンを示している。

例えば、図１１の（ａ）に示すように、ホールパターン５１の寸法が３５ｎｍ×１００ｎｍの場合、ホールパターン５１上に形成される自己組織パターン（柱状パターン）のドメイン５２は１つとなる。

また、図９（ｂ）に示すように、ホールパターン５３の寸法が４０ｎｍ×１２０ｎｍの場合、ホールパターン５３上に形成される自己組織パターンのドメイン５４は４つとなる。

また、図９（ｃ）に示すように、ホールパターン５５が互いに接続されてしまった場合、自己組織パターンのドメイン５６は、ホールパターン５５が接続された領域上に所定の間隔で規則正しく形成される。

また、ホールパターンの形状・寸法が異なると、形状・寸法の異なった自己組織パターンのドメインが形成される。

パターン検査装置１Ｂは、計測部４３が基板Ｓ上に形成された自己組織パターンの繰り返し周期数あるいは形状特徴を計測した後、寸法・形状導出部４５が、自己組織パターンの繰り返し周期数あるいは形状特徴に基づいて、基板Ｓ上に形成されている下地パターン（計測対象パターン）の寸法や形状を導出する（ステップＳ１５）。

検査部４Ｂが光学方式の欠陥検査装置である場合、原理的に分解能が光の波長に制約される。しかしながら、本実施形態の寸法計測方法を用いることで、本来はＳＥＭ方式でしか計測できないような微細パターンの寸法を、自己組織パターンの広範囲の幾何学特徴を観察することで間接計測できる。このため、光学方式でも微細パターンの寸法を計測することが可能となる。

また、通常のＳＥＭ方式を用いて微細パターン寸法を計測する場合、計測誤差を小さくするためには、計測前の計測装置に対して細かな条件チューニングやキャリブレーションが必要となる。また、導電性のないパターンをＳＥＭ方式によって計測する場合、試料表面の帯電効果により、計測結果が不正確になることがある。

本実施形態では、ある程度の導電性があるＤＳＡ材料を用いることにより、導電性のない下地パターンに対しても正確な寸法計測を行うことが可能となる。また、本実施形態のパターン計測方法では、自己組織パターンの幾何学特徴を観察するだけでよいので、上述した煩雑な条件チューニングなどの作業が不要となる。

また、本実施形態のパターン計測方法を用いることにより、所定領域内のパターン寸法のばらつきやパターンの側壁ラフネス（断面形状）を効率的に計測することが可能となる。さらに、広範囲の自己組織パターンを一括観察することができるので、短時間で大量のパターンを計測することが可能となる。

なお、パターン検査装置１Ｂは、想定した複数の計測対象パターンに対して、検査用膜に現れる自己組織パターンの幾何学特徴または繰り返し周期数を予め測定あるいは計算し、その測定結果や計算結果を用いてライブラリを作成してもよい。この場合、計測対象パターンの寸法・形状と、自己組織パターンの幾何学特徴または繰り返し周期数との対応関係がデータベースに格納される。ライブラリに登録しておく情報（計測対象パターンの寸法・形状や、自己組織パターンの幾何学特徴または繰り返し周期数）は、実験により測定してもよいし、計算モデル（自己組織化のシミュレーションモデル）を用いて計算してもよい。例えば、計算モデルを用いてライブラリを作成する場合、計測対象パターンの形状パラメータを逐次変化させてシミュレーションを行い、シミュレーションによって自己組織パターンの幾何学特徴または繰り返し周期数を導出する。

そして、寸法・形状導出部４５は、データベースに格納されている対応関係を用いて、幾何学特徴または繰り返し周期数に対応する計測対象パターンの寸法・形状を導出する。そして、パターン寸法・形状を計測する際に、寸法・形状導出部４５は、データベースに格納されたライブラリと計測対象パターン上に形成された自己組織パターンの形状特徴量または繰り返し周期数のマッチングを行なう。そして、寸法・形状導出部４５は、ベストマッチとなる自己組織パターン（ポリマーパターン）の形状特徴量または繰り返し周期数を選出する。この後、寸法・形状導出部４５は、ベストマッチした自己組織パターンの幾何学特徴または繰り返し周期数に対応する計測対象パターンの寸法・形状を導出する。これにより、パターン寸法・形状の計測時間を短縮することが可能となる。

また、第１の実施形態と同様に、導電性のない計測対象パターンに対して導電性のあるＤＳＡ材料を用いて寸法・形状の計測を行ってもよい。これにより、寸法計測の絶対値に対する計測誤差や感度が低下することを防止できる。また、立体形状の画像情報の質が劣化することを防止できる。

つぎに、第１の実施形態で説明した欠陥導出部４４、本実施形態で説明した寸法・形状導出部４５のハードウェア構成について説明する。以下では、欠陥導出部４４として機能する検査装置（欠陥検査装置）、寸法・形状導出部４５として機能する検査装置（計測装置）のハードウェア構成について説明する。なお、欠陥導出部４４、寸法・形状導出部４５は、それぞれ同様のハードウェア構成を有しているので、ここでは欠陥導出部４４としての検査装置のハードウェア構成について説明する。

図１２は、検査装置のハードウェア構成を示す図である。検査装置１００（欠陥導出部４４）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＲＯＭ（Read Only Memory）９２、ＲＡＭ（Random Access Memory）９３、表示部９４、入力部９５を有している。検査装置１００では、これらのＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３、表示部９４、入力部９５がバスラインを介して接続されている。

ＣＰＵ９１は、コンピュータプログラムである検査プログラム９７を用いてパターンを検査する。表示部９４は、液晶モニタなどの表示装置であり、ＣＰＵ９１からの指示に基づいて、自己組織パターンの特異領域のサイズ、幾何学特徴、分布数あるいは分布位置、基板Ｓ上の欠陥サイズ、欠陥の種類、欠陥数あるいは欠陥分布位置などを表示する。入力部９５は、マウスやキーボードを備えて構成され、使用者から外部入力される指示情報（パターン検査に必要なパラメータ等）を入力する。入力部９５へ入力された指示情報は、ＣＰＵ９１へ送られる。

検査プログラム９７は、ＲＯＭ９２内に格納されており、バスラインを介してＲＡＭ９３へロードされる。図１２では、検査プログラム９７がＲＡＭ９３へロードされた状態を示している。

ＣＰＵ９１はＲＡＭ９３内にロードされた検査プログラム９７を実行する。具体的には、検査装置１００では、使用者による入力部９５からの指示入力に従って、ＣＰＵ９１がＲＯＭ９２内から検査プログラム９７を読み出してＲＡＭ９３内のプログラム格納領域に展開して各種処理を実行する。ＣＰＵ９１は、この各種処理に際して生じる各種データをＲＡＭ９３内に形成されるデータ格納領域に一時的に記憶させておく。

検査装置１００で実行される検査プログラム９７は、欠陥導出部４４を含むモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。

なお、検査装置１００が寸法・形状導出部４５として機能する場合、検査装置１００で実行される検査プログラム９７は、寸法・形状導出部４５を含むモジュール構成となっている。この場合の表示部９４は、基板Ｓ上に形成された自己組織パターンの繰り返し周期数あるいは形状特徴、基板Ｓ上に形成されている下地パターンの寸法や形状などを表示する。

なお、基板Ｓは、ウエハなどの半導体基板に限らず、インプリントに用いるテンプレートやフォトリソグラフィに用いるフォトマスクなどであってもよい。例えば、基板Ｓがウエハである場合、計測対象パターンは回路パターンなどである。

また、基板Ｓがテンプレートである場合、計測対象パターンはテンプレートパターンであり、基板Ｓがフォトマスクである場合、計測対象パターンはマスクパターンである。また、計測対象パターンは、非透明であってもよいし、透明であってもよい。例えば、計測対象パターンを波長１５０〜８００ｎｍの光に対して透過率が９０％以上である透明なパターンとしてもよい。

このように第２の実施形態によれば、自己組織パターンの幾何学特徴または繰り返し周期数に基づいて、計測対象パターンの寸法・形状を計測するので、通常のパターン計測方法では計測できないような微細パターンを効率良く容易に計測できる。このため、欠陥が原因となる製品歩留りの低下を防止できる。

また、自己組織パターンの幾何学特徴または繰り返し周期数に基づいて、計測対象パターンの寸法・形状を計測するので、分解能の低い計測装置を用いて計測対象パターンの寸法・形状を計測できる。このため、計測に要する製造ラインのコストを削減できる。

また、微細パターンの寸法・形状を短時間で計測することができるので、製造工程におけるスループット向上に貢献できる。また、計測精度の低い導電性のない計測対象パターンに対して導電性のあるＤＳＡ材料を用いることにより、正確な寸法・形状を計測することが可能となる。

このように第１および第２の実施形態によれば、微細なパターンを短時間で検査することが可能となる。

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。

１Ａ，１Ｂ…パターン検査装置、２…ＤＳＡ塗布機構、３…自己組織化部、４Ａ，４Ｂ…検査部、５Ａ，５Ｂ，５Ｘ…自己組織パターン、１３…ＤＳＡ材料膜、１５Ａ…ショート欠陥、１５Ｂ…オープン欠陥、３１〜３５…特徴模様、３６Ａ，３７Ａ…自己組織パターン、３６Ｂ，３７Ｂ…下地パターン、４３…計測部、４４…欠陥導出部、４５…寸法・形状導出部、Ｓ…基板。

Claims (9)

1. ＤＳＡ材料を検査対象パターンの表面に成膜する成膜ステップと、
   前記ＤＳＡ材料を自己組織化させることにより、検査対象パターンの寸法毎に異なる幾何学特徴を示す自己組織パターンを形成する自己組織パターンステップと、
   前記自己組織パターンの形成されている領域内から前記検査対象パターンに対応していない特異領域を抽出し、前記特異領域のサイズ、幾何学特徴、分布数および分布位置の少なくとも１つを計測する計測ステップと、
   前記特異領域の計測結果に基づいて、前記検査対象パターンの欠陥を検出する検出ステップと、
   を含み、
   前記検査対象パターンの欠陥として、前記検査対象パターンの欠陥サイズ、欠陥の種類、欠陥数および欠陥分布位置の少なくとも１つが導出され、
   前記検査対象パターンは、波長１５０〜８００ｎｍの光に対して透過率が９０％以上である透明なパターンであり、
   前記検査対象パターンは、絶縁材料で構成され、
   前記ＤＳＡ材料は、導電性を有していることを特徴とする欠陥検査方法。
2. ＤＳＡ材料を検査対象パターンの表面に成膜する成膜ステップと、
   前記ＤＳＡ材料を自己組織化させることにより、検査対象パターンの寸法毎に異なる幾何学特徴を示す自己組織パターンを形成する自己組織パターンステップと、
   前記自己組織パターンの形成されている領域内から前記検査対象パターンに対応していない特異領域を抽出し、前記特異領域のサイズ、幾何学特徴、分布数および分布位置の少なくとも１つを計測する計測ステップと、
   前記特異領域の計測結果に基づいて、前記検査対象パターンの欠陥を検出する検出ステップと、
   を含むことを特徴とする欠陥検査方法。
3. 前記検査対象パターンの欠陥として、前記検査対象パターンの欠陥サイズ、欠陥の種類、欠陥数および欠陥分布位置の少なくとも１つが導出されることを特徴とする請求項２に記載の欠陥検査方法。
4. 前記検査対象パターンは、波長１５０〜８００ｎｍの光に対して透過率が９０％以上である透明なパターンであることを特徴とする請求項２または３に記載の欠陥検査方法。
5. 前記検査対象パターンは、絶縁材料で構成され、
   前記ＤＳＡ材料は、導電性を有していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の欠陥検査方法。
6. ＤＳＡ材料を計測対象パターンの表面に成膜する成膜ステップと、
   前記ＤＳＡ材料を自己組織化させることにより、計測対象パターンの寸法毎に異なる幾何学特徴を示す自己組織パターンを形成する自己組織パターンステップと、
   前記自己組織パターンの繰り返し周期数または形状特徴を計測する計測ステップと、
   前記計測結果に基づいて、前記計測対象パターンの寸法および形状を導出する導出ステップと、
   を含むことを特徴とするパターン計測方法。
7. 前記計測対象パターンの形状は、前記計測対象パターンの平面形状または断面形状であることを特徴とする請求項６に記載のパターン計測方法。
8. 計測対象パターンの寸法および形状と、前記自己組織パターンの繰り返し周期数または形状特徴と、の対応関係をデータベースに格納する格納ステップをさらに含み、
   前記対応関係および前記計測結果に基づいて、前記計測対象パターンの寸法および形状を導出することを特徴とする請求項６または７に記載のパターン計測方法。
9. 検査対象パターンの表面に成膜されたＤＳＡ材料を自己組織化させることによって形成された、前記検査対象パターンの寸法毎に異なる幾何学特徴を示す自己組織パターンに対し、前記自己組織パターンの形成されている領域内から前記検査対象パターンに対応していない特異領域を抽出する特異領域抽出部と、
   前記特異領域のサイズ、幾何学特徴、分布数および分布位置の少なくとも１つを計測する計測部と、
   前記特異領域の計測結果に基づいて、前記検査対象パターンの欠陥を検出する欠陥検出部と、
   を含むことを特徴とする欠陥検査装置。

Images