JP2014077732A - 検査装置および検査装置システム - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の解像度以下の繰り返しパターンを有する試料に対して検査を行い、その情報を管理することのできる検査装置および検査装置システムを提供する。
【解決手段】第１の出力値評価部１３は、単位領域毎に試料１の光学画像の出力値の平均値を取得し、検査領域における平均値の分布を作成する。第１の欠陥地歴管理部１６は、平均値の分布からパターン形状の分布を作成して保持する。第２の出力値評価部１４は、単位領域における各画素の出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方を取得する。欠陥判定部１５は、取得された値を閾値と比較して、欠陥があるか否かを判定する。第２の欠陥履歴管理部１７は、欠陥判定部１５で欠陥と判定された出力値の情報を保持する。欠陥および欠陥履歴解析部１８は、第１の欠陥履歴管理部１６と第２の欠陥履歴管理部１７からの情報を管理し解析する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置および検査装置システムに関する。

大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Iｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路寸法は狭小化の一途を辿っている。

半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパまたはスキャナと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。

多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。一方、最先端のデバイスでは、十数ｎｍの線幅のパターン形成が要求される状況となってきている。ここで、歩留まりを低下させる大きな要因として、マスクパターンの形状欠陥が挙げられる。具体的には、パターンエッジの凹凸（エッジラフネス）、パターンの線幅異常、パターンの位置ずれによる隣接パターンとの空隙異常などである。

半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴い、マスクパターンの形状欠陥も微細化している。また、マスクの寸法精度を高めることで、プロセス諸条件の変動を吸収しようとしてきたこともあり、マスク検査においては、極めて小さなパターンの欠陥を検出することが必要になっている。このため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクのパターンを評価する装置に対して高い精度が要求されている。特許文献１には、マスク上における微細な欠陥を検出することのできる検査装置が開示されている。

一方、微細パターンを形成する技術として、ナノインプリントリソグラフィ（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；ＮＩＬ）が注目されている。この技術は、ウェハ上のレジストに、ナノスケールの微細構造を有するモールド（型）を圧力印加することで、レジストに微細なパターンを形成するものである。

ナノインプリント技術では、生産性を上げるために、原版となるマスターパターンを用いて、複製のパターン（以下、ドータパターンと称す。）を複数作製し、ドータパターンを異なるナノインプリント装置に装着して使用する。ドータパターンは、マスターパターンに正確に対応するように製造される必要があり、検査工程においては、マスターパターンおよびドータパターンの双方に対して高い精度での検査が要求される。

また、マスクは、一般に、回路寸法の４倍の寸法を持って形成される。かかるマスクを用い、縮小投影露光装置でウェハ上のレジストにパターンを縮小露光した後、現像することによって、半導体の回路パターンが形成される。これに対し、ナノインプリントリソグラフィにおけるマスターパターンやドータパターンは、回路寸法と等倍の寸法で形成される。このため、これらのパターンにおける形状欠陥は、マスクのパターンにおけるそれよりも、ウェハ上に転写されるパターンへの影響度が大きい。したがって、マスターパターンやドータパターンを検査するにあたっては、マスクのパターンを検査する場合よりも高い精度が必要になる。

このように、マスターパターンやドータパターンの欠陥を検出する検査装置が望まれている。しかしながら、回路パターンの微細化が進む昨今にあっては、パターン評価装置における光学系の解像度よりも、パターンの寸法の方が微細となってきている。例えば、対物レンズの開口数ＮＡにもよるが、マスターパターンやドータパターンの線幅が５０〜６０ｎｍ以下であると、ＤＵＶ（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ：遠紫外）光を用いた光源では解像できない。そこで、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ：電子ビーム）を用いた光源が使用されているが、スループットが低く、量産に適さないという問題がある。

一方、検査装置が検査機能の他に、検出した欠陥情報を管理する機能も有すれば、半導体ウェハの製造歩留まりを向上させることが可能である。しかしながら、従来の検査装置では、ウェハに転写されたパターンを検査するため、ウェハ転写後の欠陥について、その数、大きさおよび位置並びに欠陥の形状に基づいて分類されたクラス値などが管理されていた（例えば、特許文献２参照。）。すなわち、マスターパターンやドータパターンにおける欠陥の管理は行われておらず、ウェハ上での欠陥がこれらに由来するものであるか否かを判別できないため、検出した欠陥情報をマスターパターンやドータパターンの製造プロセスにフィードバックできないという問題があった。

特許第４２３６８２５号公報 特開２００４−３２７４８５号公報

本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、マスターパターンやドータパターンなどの光学系の解像度以下の繰り返しパターンを有する試料に対して検査を行うことができ、また、それによって得られる情報を管理することで、半導体装置の不良の低減へと結び付けることのできる検査装置および検査装置システムを提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の第１の態様は、画像センサによって検査対象となるパターンの光学画像を取得する第１の部分と、
所定の単位領域に分割されたパターンの検査領域に対し、単位領域毎に光学画像の出力値の平均値を取得し、検査領域における平均値の分布を作成する第２の部分と、
平均値の分布からパターンの形状の分布を作成してこれを保持する第３の部分と、
単位領域における各画素の出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方を取得する第４の部分と、
出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方を閾値と比較して、欠陥があるか否かを判定する第５の部分と、
第５の部分において欠陥と判定された出力値の情報を保持する第６の部分と、
第３の部分および第６の部分からの情報を管理し解析する第７の部分とを有しており、
第１の部分は、パターンに光を照射する光源と、パターンを透過または反射した光源からの光を画像センサに結像するレンズとを具備し、
光源からの光の波長とレンズの開口数によって定まる解像限界は、パターンを解像しない値であることを特徴とする検査装置に関する。

本発明の第１の態様において、出力値は、光学画像の各画素に付与される階調値であることが好ましい。

尚、本発明の第１の態様において、出力値は、パターンで反射した光源からの光の反射率を表す階調値であることが好ましい。

本発明の第１の態様において、第７の部分は、第３の部分および第６の部分からの情報の少なくとも１つにおいて閾値を超えるものがあるときにアラーム信号を発することが好ましい。

本発明の第２の態様は、画像センサによって検査対象となるパターンの光学画像を取得する第１の部分と、
所定の単位領域に分割されたパターンの検査領域に対し、単位領域毎に光学画像の出力値の平均値を取得し、検査領域における平均値の分布を作成する第２の部分と、
平均値の分布からパターンの形状の分布を作成してこれを保持する第３の部分と、
単位領域における各画素の出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方を取得する第４の部分と、
出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方を閾値と比較して、欠陥があるか否かを判定する第５の部分と、
第５の部分において欠陥と判定された出力値の情報を保持する第６の部分とを具備する複数の検査装置と、
各検査装置における第３の部分および第６の部分からの情報を集中して管理し解析する第７の部分とを有しており、
各検査装置における第１の部分は、パターンに光を照射する光源と、パターンを透過または反射した光源からの光を画像センサに結像するレンズとを具備し、
光源からの光の波長とレンズの開口数によって定まる解像限界は、パターンを解像しない値であることを特徴とする検査装置システムに関する。

本発明の第２の態様において、出力値は、光学画像の各画素に付与される階調値であることが好ましい。

尚、本発明の第２の態様において、出力値は、パターンで反射した光源からの光の反射率を表す階調値であることが好ましい。

本発明の第２の態様において、第７の部分は、各検査装置における第３の部分および第６の部分からの情報の少なくとも１つにおいて閾値を超えるものがあるときにアラーム信号を発することが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、光学系の解像度以下の繰り返しパターンを有する試料に対して検査を行うことができ、また、それによって得られる情報を管理することで、半導体装置の不良の低減へと結び付けることのできる検査装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、光学系の解像度以下の繰り返しパターンを有する試料に対して検査を行うことができ、また、それによって得られる情報を管理することで、半導体装置の不良の低減へと結び付けることのできる検査装置システムが提供される。

本実施の形態における検査装置の構成を示す図である。 本実施の形態の第１の欠陥履歴管理部と第２の欠陥履歴管理部で管理される欠陥履歴を説明する一例である。 本実施の形態の欠陥および欠陥履歴解析部におけるデータの流れを示す図である。 本実施の形態において、アラームが発せられる一例である。 本実施の形態において、試料の検査領域を所定の単位領域に分割する様子の模式図である。 パターンエッジの凹凸による欠陥を示す一例である。 図６と同一のドータパターンについて、図６より後の測定で検出された欠陥を示す図である。 図６と同一のドータパターンについて、図７より後の測定で検出された欠陥を示す図である。 ドータパターンの線幅分布を示す一例である。 図９と同一のドータパターンについて、図９より後の測定による線幅分布を示す図である。 本実施の形態の検査装置システムの構成を示す図である。

図１は、本実施の形態における検査装置の構成を示す図である。

図１において、検査対象となる試料１は、垂直方向に移動可能なＺテーブル２の上に載置されている。Ｚテーブル２は、ＸＹテーブル３によって水平方向にも移動可能である。試料１としては、ナノインプリント技術で用いられるマスターパターンやドータパターンなどが挙げられる。

検査装置は、画像センサによって試料１の光学画像を取得する光学画像取得部（本発明の第１の部分）を有する。光学画像取得部の主たる構成要素は、光学系４と画像センサ１２であり、これらの機能は次の通りである。すなわち、光学系４は、試料１の上方に配置されている。光学系４において、光源５は、試料１に対して、欠陥検査のための光を照射する。光源５から出射された光は、レンズ６を透過し、ミラー７で向きを変えた後、レンズ８，９を透過して、試料１の上に集光する。その後、試料１で反射した光は、ミラー１０によってレンズ１１に入射した後、画像センサ１２に結像する。これにより、試料１に設けられたパターンの光学画像が生成する。

尚、本実施の形態においては、試料１の下方に画像センサを配置し、試料１を透過した光をこの画像センサに結像させてもよい。

ところで、回路パターンの微細化が進む昨今にあっては、光学系４の解像度よりも、パターンの寸法の方が微細となってきている。例えば、１９０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の波長のＤＵＶ（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ：遠紫外）光は、比較的容易に光学系を構成することが可能であるが、光源５にＤＵＶ光を用いた場合、４０ｎｍ以下の寸法のパターンは解像されない。

一方、試料１に形成されるパターンの多くは、ライン・アンド・スペースパターンなどの繰り返しパターン、すなわち、周期性を持って繰り返される規則的なパターンである。例えば、ナノインプリントリソグラフィにおけるマスターパターンやドータパターンにもかかる繰り返しパターンが使用される。

上述の通り、ＤＵＶ光を用いた光学系によって、線幅が５０ｎｍより小さいパターンを結像しようとする場合、理論限界のレンズ（開口数ＮＡ＝１）を用いたとしても、このパターンを解像することはできない。しかしながら、かかるパターンが繰り返しパターンである場合において、パターンの一部でエッジラフネスが大きくなったり、パターンの一部が欠けたりすると、規則性に乱れが生じて欠陥近傍の反射率に変化が起こり、欠陥の光学画像の階調値が変化するようになる。また、パターンの線幅異常や、パターンの位置ずれによる隣接パターンとの空隙異常による形状欠陥がある場合にも、パターンの反射率に変化が起こり、パターンの光学画像の階調値に変化が見られる。

本実施の形態では、図５に示すように、試料１の検査領域を所定の単位領域に分割し、各単位領域の平均階調値を求め、これらの平均階調値を比較することで、線幅などのパターン形状を検査する。例えば、（Ｎ＋１）本のラインの各線幅が、ある領域で狭くなっている場合、この領域におけるパターンの反射率、つまり平均階調値は、他の領域の平均階調値とは異なったものになる。よって、平均階調値、つまり反射率の分布を比較することで、パターンが均一な形状で形成されているか否かを検査することができる。

また、各画素の階調値を比較することで、より局所的な欠陥、例えば、パターンエッジの凹凸（ラフネス）やパターンの欠けなどを検査することもできる。

例えば、光学系の解像限界に相当する寸法の範囲内にある凹凸は、個々の凹凸に解像されずに平均化される。このとき、凹凸が均一であれば階調値も均一となる。しかしながら、例えば、ある領域Ａにおける凹凸が周囲の領域における凹凸より大きいと、パターンの規則性に乱れが生じるため、領域Ａにおける画素の階調値は、周囲の領域とは異なったものになる。具体的には、パターンエッジの凹凸のばらつきは、パターンの線幅のばらつきに比較して狭い範囲で評価されるので、上記の所定の単位領域に領域Ａが含まれるとすると、単位領域内の特定の狭い範囲、つまり領域Ａの近傍で階調値にばらつきが生じることになる。

また、ある領域Ｂにおいて、パターンの一部が欠けている場合も同様である。すなわち、このパターンは解像されないが、パターンの欠けによって規則性に乱れが生じるため、領域Ｂの各画素の階調値は、周囲の平均階調値とは異なったものになる。例えば、上記の所定の単位領域に領域Ｂが含まれる場合、単位領域内の特定の狭い範囲、つまり領域Ｂの近傍で階調値にばらつきを生じることになる。

また、パターンの一部が削れていると、この部分における反射率は他の部分とは異なるようになり、局所的な反射率の変化、つまり階調値の変化によって欠陥を検出することが可能となる。

このように、光学系の解像度以下の周期の繰り返しパターンを有する試料であっても、反射率の分布や、局所的な階調値の変化を調べることで、欠陥を検出できるようになる。そこで、次に、かかるパターンの欠陥を検出する方法について、具体的に説明する。

図１において、試料１に設けられたパターンの光学画像は、上記のようにして取得される。ここで、図１の光源５からの光の波長（λ）と、対物レンズとしてのレンズ９の開口数（ＮＡ）によって定まる解像限界（Ｒ＝λ／４ＮＡ）は、試料１に形成されたパターンを解像しない値である。光学系の倍率は、フォトダイオードアレイ１画素をテンプレート上の大きさに換算したときに、１画素のサイズが上記解像限界に等しい値、または、これ以下の値となるようにすることが望ましい。これにより、パターン形状を測定する際の精度を最大限まで高めることが可能になる。

画像センサ１２で取得された光学画像における画素データは、画素毎の階調値で表現される。例えば、各画素に対して、２５６段階の階調値を有するグレースケールより、０階調から２５５階調までのいずれかの値が与えられる。

図１の検査装置は、第１の出力値評価部（本発明の第２の部分）１３と第２の出力値評価部（本発明の第４の部分）１４とを具備する。但し、本実施の形態の検査装置では、第１の出力値評価部１３と第２の出力値評価部１４の内の少なくとも一方があればよい。

後述するように、第１の出力値評価部１３では、線幅異常などの欠陥を検出するために、反射率を表す階調値などの出力値を評価することが行われる。一方、第２の出力値評価部１４では、パターンエッジの凹凸やパターン欠けなどの欠陥を検出するために、第１の出力値評価部１３で評価される領域（前述の単位領域に相当する領域）よりも狭い領域において、階調値などの出力値を評価することが行われる。

図１の画像センサ１２で取得された試料１の光学画像は、第１の出力値評価部１３へ送られる。

第１の出力値評価部１３では、まず、所定の単位領域に分割された試料１の検査領域に対し、各単位領域における光学画像の出力値の平均値が取得される。所定の単位領域は、例えば、１ｍｍ×１ｍｍの領域とすることができる。

次いで、第１の出力値評価部１３において、単位領域毎の平均出力値を基に、パターン全面での平均出力値の分布が作成される。

例えば、試料１における各ラインの幅および空隙が均一であるとする。この場合、各単位領域の平均階調値は一様な値となる。一方、例えば、一部のラインの線幅が平均して狭くなっていたり、広くなっていたりすると、その線幅に応じて平均階調値が変化する。また、一部のパターンが位置ずれを起こして、パターン間の距離が平均して狭くなっていたり、広くなっていたりしても、その距離に応じて平均階調値が変化する。そこで、パターン全面における平均階調値の分布を作成して各単位領域の平均階調値を比較する。これにより、試料１に設けられた、光学系の解像度以下の周期の繰り返しパターンの欠陥を検出できるようになる。

第１の出力値評価部１３で作成された平均出力値の分布は、第１の欠陥履歴管理部（本発明の第３の部分）１６へ送られる。そして、第１の欠陥履歴管理部１６において、パターン形状の分布を作成する。

例えば、平均階調値を、ライン・アンド・スペースパターンにおけるライン幅とスペース幅の比率に換算し、検査領域内におけるこの比率の分布を作成する。あるいは、所定のパターンについて、寸法ＳＥＭで測定した線幅の値と、その光学像の階調値とを求めることにより、線幅と階調値の関係式を立てる。そして、この関係式を用いて、評価対象の光学画像から得られた平均階調値を、単位領域における線幅の平均値に換算する。次いで、換算された値を用いて、線幅の平均値の分布を作成する。

第１の欠陥履歴管理部１６では、作成されたパターンの形状分布が、検査ロット毎に保存される。そして、この分布の経時的な変化が欠陥履歴として管理される。

尚、第１の欠陥履歴管理部１６で作成されるものは、線幅に関する分布に限られるものではなく、パターン形状の分布であればよい。例えば、反射率の変化を基に作成された、パターン表面の状態に関する分布を第１の欠陥履歴管理部１６で作成することもできる。

また、図１の画像センサ１２で取得された試料１の光学画像は、第２の出力値評価部１４へも送られる。第２の出力値評価部１４では、第１の出力値評価部１３で評価される領域よりも狭い領域における出力値の評価が行われる。

例えば、第２の出力値評価部１４において、図５の各単位領域における各画素の階調値の変動値とばらつきが取得される。具体的には、所定の単位領域内の各画素の階調値と、各画素の周辺領域の平均階調値とを比較して局所的な階調値の変動値を算出する。一方、各画素の階調値のばらつきは、注目する各画素の周辺領域に含まれる全ての画素の画素値の標準偏差とする。尚、周辺領域は、注目する画素に対して、Ｎ×Ｎ画素の領域（Ｎは７〜１５前後）とするが、変動値を求める場合とばらつきを求める場合とで、領域の設定が異なることもある。本実施の形態においては、変動値とばらつきのいずれか一方のみを求めてもよい。

第２の出力値評価部１４で得られた出力値の変動値とばらつきは、欠陥判定部（本発明の第５の部分）１５へ送られる。欠陥判定部１５では、取得された出力値の変動値が第１の閾値と比較される。また、出力値のばらつきが第２の閾値と比較される。そして、例えば、変動値とばらつきのいずれか一方が上記の閾値を超えている場合に欠陥と判定される。

欠陥判定部１５で欠陥と判定されると、欠陥と判定された出力値の情報は、第２の欠陥履歴管理部（本発明の第６の部分）１７へ送られる。第２の欠陥履歴管理部１７では、欠陥情報が検査ロット毎に保存される。そして、欠陥の経時的な変化が欠陥履歴として管理される。尚、欠陥情報としては、例えば、欠陥数、欠陥位置、欠陥サイズ、欠陥形状および欠陥分布から選ばれる少なくとも１つが挙げられる。

図２は、第１の欠陥履歴管理部１６や第２の欠陥履歴管理部１７で管理される欠陥履歴を説明する一例である。

ナノインプリント技術では、最初にマスターパターンが作製され、次に、このマスターパターンを原版として、複製のドータパターンが複数作製される。このため、検査は、まず、マスターパターンについて行われ、続いてドータパターンについて行われる。その後は、ドータパターンが複製される毎に、マスターパターンとドータパターンの双方について行われる。

マスターパターンについての欠陥履歴管理としては、例えば、マスターパターンが作製されたとき、そして、ドータパターンが作製される度に、マスターパターンの形状分布と欠陥情報を取得し、それらの推移をデータとして、それぞれ、第１の欠陥履歴管理部１６と第２の欠陥履歴管理部１７に蓄積することが挙げられる。

また、ドータパターンの欠陥履歴管理としては、例えば、複製されたドータパターン毎に所定のタイミングで形状分布と欠陥情報を取得し、その推移をデータとして、それぞれ、第１の欠陥履歴管理部１６と第２の欠陥履歴管理部１７に蓄積することが挙げられる。

例えば、図２に示すように、最初に作製されたドータパターン（ドータ１）について、半導体処理施設であるウェハファブ（Ｗａｆｅｒ Ｆａｂ）への出荷時に検査を行い、パターンの形状分布と欠陥情報を取得する。得られたデータはいずれも、この例における初期値となる。次いで、ウェハファブにおいて、ドータパターンの受入時に同様の検査を行い、パターンの形状分布と欠陥情報を取得する。ウェハ上のレジストへの転写を終えた後は洗浄が行われるので、洗浄後にも同様の検査を行い、パターンの形状分布と欠陥情報を取得する。これ以降も、洗浄の度に検査を行い、パターンの形状分布と欠陥情報を取得する。得られた各データからは、パターンの形状分布と欠陥情報の経時的な変化が把握されるので、これを欠陥履歴として管理する。尚、欠陥情報としては、例えば、欠陥数、欠陥位置、欠陥サイズ、欠陥形状および欠陥分布から選ばれる少なくとも１つが挙げられる。

上述したドータ１と同様に、次に作製されたドータパターン（ドータ２）についても検査を行い、パターンの形状分布や欠陥情報の推移を欠陥履歴として管理する。複製がＮ回行われたならば、Ｎ番目に作製されたドータパターン（ドータＮ）まで検査を行い、それらのパターンの形状分布と欠陥情報の推移を上記と同様に欠陥履歴として管理する。

図１に示すように、第１の欠陥履歴管理部１６および第２の欠陥履歴管理部１７の情報は、欠陥および欠陥履歴解析部（本発明の第７の部分）１８へ送られる。例えば、第１の欠陥履歴管理部１６から欠陥および欠陥履歴解析部１８へ、線幅などのパターンの形状分布の情報が検査ロット毎に送られる。また、第２の欠陥履歴管理部１７から欠陥および欠陥履歴解析部１８へ、パターンエッジの凹凸などの欠陥情報が検査ロット毎に送られる。

図３は、欠陥および欠陥履歴解析部１８におけるデータの流れを示す図である。

上述したように、第１の欠陥履歴管理部１６および第２の欠陥履歴管理部１７から、欠陥および欠陥履歴解析部１８へ、パターンの形状分布や欠陥に関する情報が送られる。例えば、図２においてＮ＝５とし、図３において、第１の欠陥履歴管理部１６と第２の欠陥履歴管理部１７からの情報の中で、ドータ１に関するものを情報１、ドータ２に関するものを情報２、・・・・、ドータ５に関するものを情報５とする。これらの情報は、欠陥および欠陥履歴解析部１８において、集中的・総合的に管理される。例えば、情報１〜５の内の任意の情報が、ユーザの指示に応じて端末のディスプレイなどに表示される。

欠陥および欠陥履歴解析部１８で管理される情報は、任意のタイミングおよび任意の組み合わせで比較されて、所望とする別の情報の抽出に用いられる。例えば、ドータ１について、出荷時、受入時、１回目の洗浄後および２回目の洗浄後などに行った、パターンエッジの凹凸から見た欠陥数や欠陥位置の推移、および、パターンの線幅分布の推移を比較する。また、例えば、マスターパターンの欠陥情報と、ドータパターンの欠陥情報とを比較する。

比較によって抽出された情報は、欠陥および欠陥履歴解析部１８からマスターパターンやドータパターンの製造工程にフィードバックされる。

例えば、情報１において、初期値から１回目の洗浄後までの値に大きな変化はないが、２回目の洗浄後に欠陥数が大きく増え、それに伴って、それまでの欠陥位置に加えて新たな欠陥位置が認められる場合、２回目の転写工程から洗浄工程までの間に欠陥を増やす要因があったことが推測される。この情報を工程管理にフィードバックして、洗浄液の汚染度の確認などを行うことにより、これ以降に製造される半導体ウェハの製造歩留まりを向上させることが可能である。

また、例えば、マスターパターンの形状分布および欠陥情報と、ドータ１のそれらとの間に大きな変化はないが、ドータ２の初期値の線幅分布に、マスターパターンやドータ１とは異なる傾向が見られるとする。この場合、ドータ２の製造工程、すなわち、２回目のマスターパターンの複製工程に何らかの変動があったことが予想される。そこで、この情報を工程管理にフィードバックして、ドータパターンのフォトリソグラフィ工程を見直すなどすることにより、これ以降に製造されるドータパターンの線幅分布をマスターパターンの線幅分布と同様にすることができ、ひいては、半導体ウェハの製造歩留まりが低下するのを抑制できる。

さらに、欠陥および欠陥履歴解析部１８は、第１の欠陥履歴管理部１６と第２の欠陥履歴管理部１７からの情報の少なくとも１つにおいて、所定の閾値（第３の閾値）を超えるものがあるときに、アラーム信号を発することが好ましい。例えば、欠陥および欠陥履歴解析部１８で管理される欠陥情報の内で、欠陥数および欠陥密度の少なくとも一方が閾値を超えた場合にはアラーム信号を発し、このドータパターンの使用を停止する。具体的には、図３に示す通り、欠陥および欠陥履歴解析部１８からアラーム発生部へアラーム発生信号を送り、検査装置がアラームを発するようにする。

図４は、アラームが発せられる例の１つを示したものである。

図４のドータパターンは、図２のドータ２、すなわち、２番目に複製されたドータパターンであるとする。ドータ２の検査を図２のフローにしたがって行ったところ、初期値から３回目の洗浄後までの欠陥数に大きな変化はなかったが、４回目の洗浄後に欠陥数がそれまでより増加し、５回目の洗浄後の欠陥数は４回目の洗浄後に比べて大きく増加した。その後も、欠陥数は増加の一途を辿った。かかる場合においては、欠陥数に所定の閾値を設け、この閾値を超えた場合にアラームが発せられるようにすることが好ましい。すなわち、図４の例では、５回目の洗浄後の欠陥数が判明した段階で、この欠陥数が閾値を超えていることからアラームを発して、例えば、ドータ２の使用を停止するようにする。これにより、ドータ２の使用によって、不良となる半導体ウェハの製造が続くのを回避できる。

図６〜図８は、同一のドータパターンについて、パターンエッジの凹凸による欠陥の数が増える様子を示す一例である。

例えば、図６は、図４の３回目の洗浄後に行った検査により判明した欠陥分布を示したものである。尚、本実施の形態において、これらの欠陥は、図１の第２の階調評価部１４で取得された階調値のばらつきの内、欠陥判定部１５で欠陥と判定されたものである。図６の欠陥分布は、欠陥判定部１５からの情報を基に、第２の欠陥履歴管理部１７で作成される。図７および図８についても同様である。

図７は、図４の４回目の洗浄後に行った検査により判明した欠陥分布を示したものである。図６と比較すると、図６の欠陥の他に、図６にはない位置にも欠陥があり、全体として、欠陥が増えていることが分かる。

図８は、図４の５回目の洗浄後に行った検査により判明した欠陥分布を示したものである。図７からさらに新たな欠陥が発生していることが分かる。

このように、図６〜図８を比較することによって、同一のドータパターンにおける欠陥数や欠陥位置の変化が分かる。そして、これらを詳細に解析することで、新たに発生した欠陥の数、位置および特徴などを把握することが可能である。

また、既に述べたように、例えば、図８の状態の欠陥分布により、欠陥数および欠陥密度の少なくとも一方が所定値を超えていることが判明した場合には、その段階で検査装置がアラームを発するようにすることが好ましい。

図９および図１０は、同一のドータパターンの線幅分布を示す一例である。

例えば、図９は、図４のドータ１の初期値となる線幅分布であり、図１０は、図４のドータ２の初期値となる線幅分布であるとする。図９では、中央部分での線幅が最も狭く、周辺に行くほど線幅が広くなる。図１０も図９と同様の傾向を有するが、さらに、図の右上部分に図９にはない分布を有する。

このように、図９および図１０を比較することによって、同一のドータパターンにおける線幅分布の変化が分かる。ここで、マスターパターンの線幅分布が図９と同様であるとすれば、図１０より、ドータ２の製造工程で何らかの変動があったことが予想される。そして、図１０の右上部分の分布が、半導体ウェハに形成されるパターンの線幅の許容値を超える場合、図３に示すように、欠陥および欠陥履歴解析部１８からアラーム発生部へアラーム発生信号を送り、検査装置がアラームを発するようにすることが好ましい。

このように、本実施の形態の検査装置では、図１の第１の出力評価部１３において、検査領域を分割する単位領域毎に、反射率を表す階調値などの出力値の平均値が取得され、また、取得された値に基づいて、検査領域における平均出力値の分布が作成される。続いて、この平均出力値の分布は、第１の欠陥履歴管理部１６に送られ、第１の欠陥履歴管理部１６で、パターン形状の分布が作成される。作成されたパターン形状の分布は、第１の欠陥履歴管理部１６に保存される。

例えば、平均出力値が、検査パターンの光学画像の平均階調値である場合、平均階調値を比較することで、パターンの線幅などが均一に形成されている否かを検査することができる。したがって、光学系の解像限界より小さい寸法のパターンであっても、パターンの形状欠陥を検出することが可能である。

また、本実施の形態の検査装置では、第２の出力値評価部１４において、第１の出力値評価部１３で評価される領域よりも狭い領域における各画素の出力値の評価、具体的には、各画素の出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方の取得が行われる。第２の出力値評価部１４で得られた出力値の変動値とばらつきは、欠陥判定部１５へ送られる。欠陥判定部１５で欠陥と判定されると、その情報は、第２の欠陥履歴管理部１７へ送られて保存される。

例えば、第２の出力値評価部１４で階調値のばらつきを取得し、欠陥判定部１５で閾値を超えるばらつきがあるか否かを判定する。これにより、パターンエッジの凹凸やパターン欠けに起因する欠陥を検出することができる。すなわち、この場合には、光学系の解像限界より小さい寸法のパターンに対して、線幅などに起因する欠陥とは異なる欠陥、つまり、より局所的な欠陥を検出することが可能である。

また、本実施の形態の検査装置では、パターンの形状分布や欠陥に関する情報が、欠陥および欠陥履歴解析部１８で集中して管理される。管理される情報には、検査結果の履歴も含まれ、これらは、任意のタイミングおよび任意の組み合わせで比較し解析されて、所望とする別の情報の抽出に用いられる。抽出された情報は、欠陥および欠陥履歴解析部１８からマスターパターンやドータパターンの製造工程にフィードバックされる。また、欠陥および欠陥履歴解析部１８で管理される欠陥情報の内で、欠陥数が所定の閾値を超えた場合には、欠陥および欠陥履歴解析部１８がアラーム信号を発し、このドータパターンの使用を停止するようにすることもできる。

本実施の形態の検査装置は、上記の構成を具備することにより、マスターパターンやドータパターンのように、光学系の解像度以下の周期の繰り返しパターンを有する試料の欠陥を検出して、これらの欠陥に関する情報を管理できる。したがって、かかる情報を、マスターパターンやドータパターンの製造プロセスにフィードバックすることにより、半導体ウェハの製造歩留まりを向上することが可能となる。

次に、本実施の形態の検査装置システムについて説明する。

図１１は、本実施の形態の検査装置システムの構成を示す図である。この図に示すように、検査装置システムは、検査装置１、検査装置２および検査装置３の３つの検査装置を有する。但し、本実施の形態の検査装置システムにおいて、検査装置の数はこれに限られるものではなく、２つ以上あればよい。

検査装置１〜３は、それぞれ、画像センサによって検査対象となるパターンの光学画像を取得する光学画像取得部（本発明の第１の部分）と、所定の単位領域に分割されたパターンの検査領域に対し、単位領域毎に光学画像の出力値の平均値を取得し、検査領域における平均値の分布を作成する第１の出力値評価部（本発明の第２の部分）と、平均値の分布からパターンの形状の分布を作成してこれを保持する第１の欠陥履歴管理部（本発明の第３の部分）と、単位領域における各画素の上記出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方を取得する第２の出力値評価部（本発明の第４の部分）と、第２の出力値評価部で取得された出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方を閾値と比較して、欠陥があるか否かを判定する欠陥判定部（本発明の第５の部分）と、欠陥判定部において欠陥と判定された出力値の情報を保持する第２の欠陥履歴管理部（本発明の第６の部分）とを具備する。

検査装置１〜３を構成する各部の機能は、図１の検査装置で既に説明した通りである。例えば、光学画像取得部は、パターンに光を照射する光源と、パターンを透過または反射した光源からの光を画像センサに結像するレンズとを具備し、光源からの光の波長とレンズの開口数によって定まる解像限界は、パターンを解像しない値である。

図１１に示すように、検査装置システムは、第１の欠陥履歴管理部と第２の欠陥履歴管理部とを有する複数の検査装置と、これらの検査装置からの情報が入力される、１つの欠陥および欠陥履歴解析部とを備える。すなわち、本実施の形態の検査装置システムでは、検査装置１〜３における第１の欠陥履歴管理部と第２の欠陥履歴管理部からの情報が、欠陥および欠陥履歴解析部（本発明の第７の部分）で集中して管理し解析される。欠陥および欠陥履歴解析部は、検査装置１〜３における第１の欠陥履歴管理部と第２の欠陥履歴管理部からの情報の少なくとも１つにおいて、所定の閾値（第３の閾値）を超えるものがあるときに、アラーム信号を発することが好ましい。

このように、本実施の形態の検査装置システムによれば、検査装置１〜３のそれぞれで取得された、パターンの形状分布や欠陥に関する情報が、共通の欠陥および欠陥履歴解析部で集中して管理される。したがって、この構成によれば、各検査装置で行われた結果が、１つの欠陥および欠陥履歴解析部に集約されるので、これらの結果が相互に関連付けられ、（各検査装置内に欠陥および欠陥履歴解析部がある場合と比較して）より総合的な情報が抽出され得る。

また、図１１の検査装置システムでは、データ量の多い欠陥および欠陥履歴解析部を検査装置の外部装置としているので、各検査装置におけるデータの処理量を減らすことができる。

尚、本実施の形態の検査装置システムにおいて、各検査装置は、第１の欠陥履歴管理部および第２の欠陥履歴管理部の少なくとも一方を具備すればよい。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。

また、上記実施の形態では、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要としない部分についての記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができることは言うまでもない。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更し得る全ての検査装置および検査装置システムは、本発明の範囲に包含される。

１ 試料
２ Ｚテーブル
３ ＸＹテーブル
４ 光学系
５ 光源
６，８，９，１１ レンズ
７，１０ ミラー
１２ 画像センサ
１３ 第１の出力値評価部
１４ 第２の出力値評価部
１５ 欠陥判定部
１６ 第１の欠陥履歴管理部
１７ 第２の欠陥履歴管理部
１８ 欠陥および欠陥履歴解析部

特許第４２３６８２５号公報 特開２００４−３２７４６５号公報

Claims (8)

1. 画像センサによって検査対象となるパターンの光学画像を取得する第１の部分と、
   所定の単位領域に分割された前記パターンの検査領域に対し、前記単位領域毎に前記光学画像の出力値の平均値を取得し、前記検査領域における前記平均値の分布を作成する第２の部分と、
   前記平均値の分布から前記パターンの形状の分布を作成してこれを保持する第３の部分と、
   前記単位領域における各画素の前記出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方を取得する第４の部分と、
   前記出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方を閾値と比較して、欠陥があるか否かを判定する第５の部分と、
   前記第５の部分において欠陥と判定された出力値の情報を保持する第６の部分と、
   前記第３の部分および前記第６の部分からの情報を管理し解析する第７の部分とを有しており、
   前記第１の部分は、前記パターンに光を照射する光源と、前記パターンを透過または反射した前記光源からの光を前記画像センサに結像するレンズとを具備し、
   前記光源からの光の波長と前記レンズの開口数によって定まる解像限界は、前記パターンを解像しない値であることを特徴とする検査装置。
2. 前記出力値は、前記光学画像の各画素に付与される階調値であることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記出力値は、前記パターンで反射した前記光源からの光の反射率を表す階調値であることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
4. 前記第７の部分は、前記第３の部分および前記第６の部分からの情報の少なくとも１つにおいて閾値を超えるものがあるときにアラーム信号を発することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査装置。
5. 画像センサによって検査対象となるパターンの光学画像を取得する第１の部分と、
   所定の単位領域に分割された前記パターンの検査領域に対し、前記単位領域毎に前記光学画像の出力値の平均値を取得し、前記検査領域における前記平均値の分布を作成する第２の部分と、
   前記平均値の分布から前記パターンの形状の分布を作成してこれを保持する第３の部分と、
   前記単位領域における各画素の前記出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方を取得する第４の部分と、
   前記出力値の変動値およびばらつきの少なくとも一方を閾値と比較して、欠陥があるか否かを判定する第５の部分と、
   前記第５の部分において欠陥と判定された出力値の情報を保持する第６の部分とを具備する複数の検査装置と、
   前記各検査装置における前記第３の部分および前記第６の部分からの情報を集中して管理し解析する第７の部分とを有しており、
   前記各検査装置における前記第１の部分は、前記パターンに光を照射する光源と、前記パターンを透過または反射した前記光源からの光を前記画像センサに結像するレンズとを具備し、
   前記光源からの光の波長と前記レンズの開口数によって定まる解像限界は、前記パターンを解像しない値であることを特徴とする検査装置システム。
6. 前記出力値は、前記光学画像の各画素に付与される階調値であることを特徴とする請求項５に記載の検査装置システム。
7. 前記出力値は、前記パターンで反射した前記光源からの光の反射率を表す階調値であることを特徴とする請求項５に記載の検査装置システム。
8. 前記第７の部分は、前記各検査装置における前記第３の部分および前記第６の部分からの情報の少なくとも１つにおいて閾値を超えるものがあるときにアラーム信号を発することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の検査装置システム。
   

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