JP4071541B2 - Metal film processing residue inspection method and metal film processing residue inspection device - Google Patents

Metal film processing residue inspection method and metal film processing residue inspection device Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスなどの薄膜デバイスの製造過程における金属膜加工残りの検査方法およびそれを用いた製造方法に係り、特に、パターン形成される金属薄膜に対するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）に代表される平坦化加工処理後に、最表面膜を自動的に精度よく検査し、生産性向上を図るようにした技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスは、成膜、露光、エッチングを繰り返すことによって、デバイスおよび配線をシリコンウエハ上に形成することにより製造される。その際、ウエハ表面の凹凸は配線等の形成に不可欠な露光を困難とするため、ウエハ表面の平坦化が行われる。この平坦化技術として、近年、化学的および物理的作用により表面を加工して平坦化を実現するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）が用いられる。このＣＭＰは、当該技術分野において既知の加工方法である。
【０００３】
また、平坦化加工であるＣＭＰは、膜除去処理工程にも用いられ、例えば図２の（ａ）の要部断面図に示すように、例えばＡｌ、Ｃｕ等からなる配線５４に接続する例えばＷ等からなるプラグ５３を形成する場合には、エッチングにより酸化膜５２に形成されたコンタクトホールにＣＶＤ、スパッタ等で形成された金属膜よりなるプラグ部以外の余剰の金属膜を、ＣＭＰによって除去する過程をとる。このような工程は、埋め込み配線であるダマシン法、および配線とプラグを同時に形成するデュアルダマシン法においても用いられている工程であり、この技術は、半導体デバイス製造において現在多用されている技術である。
【０００４】
平坦化処理工程において重要な課題の１つとして、膜厚管理が挙げられる。従来は、これを加工時間によって管理していた。一般的には、ＣＭＰ加工の前後で膜厚を計測することによって求まる加工量と、実際に加工を行った加工時間とから、加工レートを算出し、これを次の加工時間にフィードバックさせるというものである。膜厚を計測する際は、チップ周辺等に形成された従来の膜厚計測装置で、十分な大きさを持ったパターン（ＴＥＧ（Test Element Group）パターン）上を計測していた。
【０００５】
また、膜除去処理工程において重要な課題の１つとして、加工残りの管理が挙げられる。膜除去処理のＣＭＰは、上述したように、現在例えば金属膜に対して行われる処理であり、加工によってプラグ部以外の金属膜を除去する工程であるが、加工条件が適切でなかった場合には、図２の（ａ）に示すように、金属膜加工残り５１が残存し、この金属膜加工残り５１によってプラグ５３間がショートしてしまう。このため、ＣＭＰ後は金属膜加工残りの検査が行われ、加工残りがあった場合は、さらに追加加工を行う必要がある。最近では、金属膜厚を広レンジかつ高精度で計測する手法が確立されてきているが、これらの手法のほとんどはベタパターン上での計測に適し、ＣＭＰ後の検査においては、加工残りの検査よりも、むしろＣＭＰ後のプラグ状態（図２の（ｂ）のエロージョン５５や、図２の（ｃ）のディッシング５６など）の検査に用いられる。よって、金属膜加工残りの判定は、作業者が金属顕微鏡等での目視観察で行っている現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
作業者の目視による金属膜加工残りの観察では、観察部分の色むら等をもとにその判定を行っているが、この方法では明確な判定が困難な場合が多々あり、仮に膜残りが判定できたとしても、金属膜残りの量は依然として不明であるため、追加加工時間が明確に定まらないといった問題も生じる。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、パターン形成される金属薄膜の平坦化加工後の金属膜加工残りを、自動的に的確に検査できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、光学的に透明な薄膜と金属薄膜が混在する試料に光を照射し、該光の照射により試料から発生する反射光を検出し、該検出した反射光の反射強度もしくは反射率に基づいて、ＣＭＰ後の金属膜加工残りの有無を判定する。さらに、必要に応じて、その膜残り量（膜厚）の計測を行う。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。以下の実施形態は、主として、半導体デバイス製造におけるプラグ部金属形成工程で行われるＣＭＰ処理後の金属膜加工残りの検査方法および検査装置と、それを適用した製造方法などに関するものである。
【００１０】
図１は、本発明による金属膜加工残り検査装置の実施形態の概略構成を示す図である。図１において、１は検出光学系、２はウエハの出し入れを行うロードポート、３は試料を載置するステージ、４は検査対象となる試料（ここではウエハ）、５は装置の制御及び演算及び演算結果の記憶を行うパーソナルコンピュータ等の演算記憶装置、６はキーボード、マウス等の入力装置、７は装置操作用インターフェイスの表示及び結果の表示を行うモニタ、８はプリンタ、フロッピーディスク、ＭＯ等の外部出力・記憶装置である。
【００１１】
図３は、本発明による金属膜加工残り検査の流れを示す図である。図３に示すように、ロードポート２からステージ３上にウエハ（試料）４がロードされ（処理Ｓ１）、ウエハ４は、特開２０００−９４３７号公報で述べられている方法を用いて正確にアライメント（位置決め）される（処理Ｓ２）。なお、この際、ウエハのアライメントだけではなく、必要に応じてチップ毎のアライメントを行うことも可能である。この後、計測領域の特定（処理Ｓ３）、計測点の設定（処理Ｓ４）をそれぞれ行う。そして、次に計測を行い、計測終了後、モニタ７へ結果を表示し、また、必要に応じて外部出力装置８によって外部へ結果を出力する（処理Ｓ５）。この後、計測済みのウエハ４は、アンロードされる（処理Ｓ６）。
【００１２】
図４は、図１中の検出光学系１の１例としての、落射照明を用いた光学系の構成を示す図である。なお、検出光学系１としては、落射照明を用いた光学系以外にも、図８、図１０に示すような射方照明を用いた光学系を用いることも、図１３に示すような近接場光を照射する光学系を用いること可能である。
【００１３】
まず、図４の落射照明を用いた検出光学系について説明する。なお、先の説明で用いた図中の符号と同一のものには、同一符号を付してその説明は割愛する（これは、以下の各図を用いた説明においても同様である）。図４において、９は白色光源、１０は対物レンズ、１１、１３はビームスプリッタ、１２、１４、１６はレンズ、１５は空間フィルタ、１７は視野絞り、１８は検出用ファイバ、１９は分光器、２０はＣＣＤカメラである。
【００１４】
白色光源としては、ハロゲンランプ、もしくは広波長帯域のキセノンランプ等を用いる。白色光源９から出た光は、ビームスプリッタ１１、対物レンズ９を介して試料４に照射される。試料４からの反射光はレンズ系１２、１４、１６によって再び結像されるが、このときレンズ系１２、１４、１６のフーリエ変換面に空間フィルタ１５を設けることにより、試料表面での散乱光、回折光を除去し、０次光のみを通過させる。また、結像位置には視野絞り１７を設置し、任意の検出領域を設定する。視野絞り１７を通過した光は検出用ファイバ１８に入射し、入射光は分光器１９により分光され、分光データを得ることができる。
【００１５】
この落射照明光学系では、試料４に白色光を照射し、分光器１９によって試料４からの分光反射強度を検出する。金属膜が完全に除去され酸化膜が露出している場合と金属膜加工残りがある場合とでは、試料４に白色光を照射した場合の反射強度もしくは反射率が異なるため、試料表面からの反射強度または反射率のピーク値に対して一定のしきい値を定め、そのしきい値を判定基準にして、膜残り有無の判定を行う。また、検出した分光反射率を用いて、膜残り有無の検査だけではなく、計測波形と理論波形のフィッティングにより、膜残り量（膜厚）を計測することも可能となる。この膜残り量（膜厚）の計測手法については、本願出願人が先に提案した前記の特開２０００−９４３７号公報に、その詳細が記載されているので、必要とあれば参照されたい。さらに、白色光源で落射照明を行う図４に示した検出光学系では、同じく特開２０００−９４３７号公報で述べられている周波数位相解析法、または分光反射率のフィッティング法を用いて、光学的に透明な薄膜、例えば配線上の層間絶縁膜の膜厚を、実パターン上で計測することも可能となっている。
【００１６】
この落射照明光学系において、検出分光反射率を用いて加工残りの検出を行う際の、金属膜加工残りの有無を判定するしきい値の設定方法の１例を、図５に示す。
【００１７】
金属膜の膜残りがない場合の分光波形２２の反射率の極大値は、酸化膜の膜厚の如何にかかわらず、理論上、常に一定の曲線２３にのることが示され、曲線２３より高い反射率になることはない。逆に、酸化膜上に金属膜の膜残りがある場合の分光波形２１は、分光波形の反射率の極大値が曲線２３上に乗らないことが、理論式より導かれる。
【００１８】
ここで、図６に示すような多層モデルを考えた場合、プラグ部が計測視野内を全面にわたって占めているとするベタパターン上のしきい値Ｙｔは、最表層面と空気との界面の反射率ｒｊ＋１およびｊ層までの反射率Ｒｊを用いて、次の（１）式で示される。
【００１９】
【数１】

Figure 0004071541
ただし、実際のパターン上のしきい値は、これに計測視野内でプラグ部分が占める面積率を考慮する必要があり、次の（２）式で表すことができる。
【００２０】
Ｙ＝α１Ｒｍ＋α２Ｙｔ ……（２）式
Ｙ：パターン上のしきい値
Ｙｔ：ベタパターン上のしきい値
Ｒｍ：プラグ金属の強度反射率
α１：計測視野内でのプラグ部が占める面積率
α２：計測視野内での膜残り金属部が占める面積率
よって、（１）、（２）式より導かれる曲線をしきい値として設定することにより、酸化膜の膜厚差による分光波形の違いを考慮に入れる必要がなくなり、金属膜の加工残りの有無判定が可能となる。
【００２１】
上述したしきい値としての曲線２３は、測定箇所のプラグ幅によらず、計測視野内でプラグ部分が占める面積と加工残り部が占める面積の比である面積率、および下地の構造によって決定される。
【００２２】
したがって、パターン上で計測する場合、予め計測チップ内の面積率データ、および、下地、プラグ金属、酸化膜の光学定数データ（屈折率、消衰係数、膜厚等）を取得することが必要となり、それらを取得することにより、（１）、（２）式を用いて、実際のパターン上でのしきい値を算出することが可能となる。つまり、実パターン上での金属膜加工残りの有無を検出することが可能となる。
【００２３】
また、上記した図４に示した検出光学系では、照明に白色光を用いた例を示したが、図７に示すような、金属薄膜からの反射率３０と酸化膜上からの反射率３１の差が無くなる波長領域２９を除けば、落射照明光学系においても照明に単色光を用い、反射強度の比較によって、金属膜加工残りの有無の判定を行っても良い。図７の場合、波長領域２９より波長の短い波長領域２９ａでは、酸化膜上からの反射率３１が金属薄膜からの反射率３０より高く、他方、波長領域２９より波長の長い波長領域２９ｂでは、酸化膜上からの反射率３１が金属薄膜からの反射率３０より低い。このため、それぞれの領域２９ａ、２９ｂの短波長を用いることで、反射率に差が生じ、金属膜の加工残りを顕在化することが出来る（この場合には、反射強度によって判定を行えるが、あえて反射強度から反射率を求めて判定を行うことも可能であり、これは単色光の反射強度を用いて判定を行う以下の説明においても、同様である）。
【００２４】
図８は、図１中の検出光学系１の１例としての、射方照明を用いた光学系の構成を示す図であり、同図において、１０１、１０２は光源、１０３、１０４は光検出器である。
【００２５】
図８に示した射方照明を用いた検出光学系の１つの例では、図８に示すように、光源１０１と光検出器１０３の対と、光源１０２と光検出器１０４の対とで検出光学系を構成しており、光源１０１、１０２には、白色光もしくは単色光を用い、光検出器１０３、１０４には、光電管、光電子倍増管（フォトマル）、もしくはＣＣＤセンサ等の光電変換器を用いる。そして、光源の試料４に対する入射角は、それぞれの光源からの反射光強度の大小が金属膜残りの有無によって逆転するような角度、例えば光源１０１を図９の１１０に示す入射角、光源１０２を図９の１１１に示す入射角に設定する（上記条件を満足すれば、光源１０１、光源１０２の入射角は１１０、１１１の角度に限定されない）。
【００２６】
光源１０１、１０２から照射された光は、それぞれ試料表面で反射し、反射光は光検出器１０３、１０４により検出される。このとき、金属膜が残っている場合は、光源１０１からの反射強度（または反射率）が光源１０２からの反射強度（または反射率）よりも大きく、酸化膜が露出している場合は、その逆となる。よって、光源に単色光を用いた場合には、それぞれの光検出器１０３、１０４によってダイレクトに検出された反射光の強度を比較することにより、光源に白色光を用いた場合についても、それぞれの光検出器１０３、１０４によって検出された反射光強度を比較することにより、金属膜の加工残りの検出をすることができる。
【００２７】
また、図８に示した射方照明を用いた検出光学系の例では、光源（照明）を２つ用いているが、図９に示すように、射方照明を用いた検出光学系であっても、照明の入射角θ１を金属薄膜からの反射率１０７と酸化膜からの反射率１０８との差１１２が例えば最大となるように、例えば入射角θｘに設定すると、金属薄膜からの反射光と酸化膜からの反射光の判別が可能となり、光源は１つであってもよい（反射率の差１１２が最大である場合が最も好ましいが、金属薄膜からの反射率１０７と酸化膜からの反射率１０８とに有意差がある範囲の入射角であればよい）。なお、図９において、１０９は、金属膜の加工残りが検出不可である入射角を表している。
【００２８】
図１０は、図１中の検出光学系１の１例としての、射方照明を用いた他の光学系の構成を示す図であり、同図において、２０１は光源、２０２はｐ偏光成分のみを通過させるｐ偏光フィルタ、２０３は光検出器である。
【００２９】
図１０に示した本例の場合も、光源２０１には単色光を用い、光源２０１の試料４に対する入射角度は、酸化膜と空気に対するブリュースター角（光のｐ偏光反射成分がなくなる）に設定する。光検出器２０３には、光電管、光電子倍増管（フォトマル）、ＣＣＤセンサ等の光電変換器を用いる。
【００３０】
光源２０１から照射された光は、偏光フィルタ２０２によって光のｐ偏光成分のみが試料４の表面で反射し、光検出器２０３によって検出される。このとき、図１１に示すように、試料表面に酸化膜５２が露出していれば、ｐ偏光成分の光２０６は酸化膜５２内へ透過するため（２０７は透過光を示す）、光検出器２０３では検出できない。この場合、仮に下地によってｐ偏光成分の光２０６が反射され光検出器２０３によって検出されたとしても、反射強度は非常に低いものとなる。これに対して、図１２に示すように、試料表面に金属膜２０５（プラグ５３や金属膜加工残り５１）が存在した場合（酸化膜５２上に金属膜２０５が存在した場合）、ｐ偏向成分の光２０６が、空気と金属膜表面の界面、および金属膜を透過した透過光が金属膜と酸化膜の界面で、それぞれ反射して、強度の高い反射光２０８が光検出器２０３によって検出される。このため、光検出器２０３での反射光強度を判定基準にすることにより、金属膜の加工残りの検出をすることができる。
【００３１】
図１３は、図１中の検出光学系１の１例としての、近接場光を照射する光学系の構成を示す図であり、同図において、３０１は励起用光源、３０２はビームスプリッタ、３０３はプローブ、３０４は光検出器である。
【００３２】
照明光に近接場光を用いた場合、図１４に示すような、試料表面からの発光スペクトル３０７もしくは反射光スペクトル（反射光スペクトルについては図示していない）を検出することにより、そのピーク位置３０８等から、試料表面のみの材質を直接分析できる。よってこの場合、前記した落射照明もしくは射方照明を用いたものと比べて、より厳密に試料表面の組成分析をすることが可能となり、金属膜の加工残りをより厳密に検出できるとともに、検査領域（検査視野）を百ｎｍ以下の局所に絞れる等のメリットがあり、微小な金属膜の加工残りも高精度に検出できる効果もある。
【００３３】
上述してきた各検出光学系は複数設けてもよいし、もしくは、検査ニーズに合うように各検出光学系を適宜に組み合わせてもよい。例えば、図４に示した検出光学系においては、ＣＣＤカメラにより検査対象を観察でき、また、金属膜あるいは酸化膜の膜厚測定も可能である。また、図８や図９に示した検出光学系においては、比較的単純な光学系で金属膜の加工残り検査ができ、光源にレーザ光を用いた場合は、検査領域をサブミクロンオーダーまで絞れるため、局所検査も可能となる。また、百ｎｍオーダ以下の局所検査を高精度で行いたい場合には、図１３に示した検出光学系を用いればよい。このように、各検出光学系にはそれぞれ特長があり、検査ニーズに合うように各検出光学系を適宜に組み合わせればよい。
【００３４】
次に、本発明の検査方法をウエハに適用して行う場合の手法について説明する。検査（計測）は、基本的に図１５に示すウエハ５０１内のチップ５０２単位で実行し、計測点の設定についてもチップ５０２単位で行う（図１５の下部は、チップの拡大を示している）。チップ内検査を実行する際の計測点の設定方法としては、計測を実時間内で行うことを考慮し、チップ内で加工残りし易い領域を予め特定しておき、その領域に対して計測点を設定する方法が望ましい。その具体的方法としては、画像処理を用いる方法、プラグ部の面積率データを用いる方法、プラグ金属成膜前の酸化膜の膜厚データを用いる方法などが挙げられる。
【００３５】
計測点を設定するのに画像処理を用いる方法は、図１６に示すように、画像処理によって金属膜の加工残りの可能性が高いチップ５０２内の色むらの検出を行う。この方法では、計測チップ５０２内の全領域を小領域（分割撮像領域）５０４に分割して、各小領域５０４の撮像画像を取り込み、撮像した各分割領域画像５０５を、対応する分割画像領域における加工残りの全くない参照画像５０６と比較することにより、色むら領域５０７の検出を行う。この際の比較は、両画像５０５、５０６の明度差などを用いて行い、これにより、特定された領域に対して計測点を設定する。
【００３６】
チップ内のプラグ部の面積率データを用いる方法は、図１７に示すように、プラグ５３のパターン面積、パターン密度等から、チップ内で加工残りし易い領域をシミュレーション等によって予測し、その予測データをもとに特定された領域に計測点を設定する。なお、図１７において、５１０はパターン面積大でパターン密度大の領域を、５１１はパターン面積大でパターン密度小の領域を、５１２はパターン面積小でパターン密度大の領域を、５１３はパターン面積小でパターン密度小の領域を、それぞれ模式的に表している。
【００３７】
プラグ金属成膜前の酸化膜の膜厚分布データを用いる方法は、プラグ金属が成膜される前の酸化膜の膜厚分布データを、図４に示した計測光学系を用いた計測装置によって予め採取しておき、その分布データから、図１８に示すような、酸化膜５２の表面が窪んだ金属膜が加工残りし易い領域５１４に、計測点を設定する。
【００３８】
なお、上述した各種の計測点の設定方法を、必要に応じて適宜に組み合わせれば、より高い確率で、金属膜の加工残りがある、ないしは生じやすい領域を特定できることとなることは、言うまでもない。
【００３９】
計測点の設定後には、金属膜の加工残りの検査を行い、必要に応じて加工残り量（膜厚）の計測も行う。検査終了後、計測装置のモニタ上には計測結果を表示させる。この計測結果の表示は、図１９に示すように、ウエハ５０１内の計測チップ５０２の位置をマトリクス６０１で表示し、チップ５０２内の金属膜の加工残りの分布６０２を表示させる。さらに、全チップ計測により、ウエハ５０１内の加工残り分布６０３の表示も可能となる。この他に、加工残り箇所の画像等を利用し、必要に応じて加工残り領域の面積表示も行う。
【００４０】
次に、本発明の金属膜加工残り検査方法を活用した半導体デバイスの製造方法について、図２０を用いて説明する。本発明の検査方法の半導体デバイス製造への活用方法としては、ＣＭＰ後の金属膜の加工残り検査７０１の他に、図２０に示す各工程において、ＣＭＰ加工条件の決定（平坦化加工条件の決定）７０２、ＱＣ位置（膜厚管理代表位置）の決定７０３、追加研磨時間の決定７０４、配線パターンの設計変更７０５等への活用が挙げられる。
【００４１】
本発明による金属膜加工残り検査方法を、現在作業者が目視で行っているＣＭＰ加工後の金属膜の加工残り検査に活用した場合、作業者の目視による観察では特定できない加工残りの特定が可能となるため、従来に比べ信頼性の高い検査が可能となる。その他に、計測結果のチップ内の加工残り分布データからは、追加加工時間を正確に決定することができるようになり、製品の歩留まり向上を図ることができる。
【００４２】
また、本発明による金属膜加工残り検査方法を、ＣＭＰ加工の条件だし（パッド、スラリーの選定、加工時間の決定）に活用した場合、加工残り分布データからチップ内で加工残りし易い領域が判明するため、加工残りし易い領域で加工残りがなくなるよう、加工条件を設定することができる。その結果、従来に比べ条件出し精度を向上させることができるため、加工の失敗による追加加工数およびロットアウト数を減らし、スループットの向上および製品の歩留まり向上を図ることができる。
【００４３】
また、本発明による金属膜加工残り検査方法を、ＱＣ位置（膜厚管理代表位置）の決定に活用した場合、計測によって、製品毎に加工残りの確率が高い領域が特定でき、特定された領域を、その製品におけるＱＣ位置として設定することができる。その結果、計測点を大幅に減らすことができ、ＱＣ時間の短縮、つまりはスループットの向上を図ることができる。
【００４４】
また、本発明による金属膜加工残り検査方法を、配線パターンの設計に活用した場合、チップ内の加工残り分布データと配線パターンの設計データとを用いて、加工残りし易い配線パターンが特定でき、このデータを配線パターン設計にフィードバックすることができる。その結果、配線パターン設計時点で加工残りしにくいパターン設計が可能となるため、追加加工数が減少し、スループットの向上および製品の歩留まり向上を図ることができる。
【００４５】
なお、上述した説明においては、金属膜の平坦化加工手法としてＣＭＰを例にとったが、ＣＭＰ以外のＣＭＧ（Chemical Mechanical grinding）や、ＣＭＬ（Chemical Mechanical Lapping）などを平坦化加工の手法として採用した場合も、本発明が適用可能であることは、言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、パターン形成される金属薄膜の平坦化加工後の金属膜加工残りを、自動的に的確に検査できるので、現在の作業者の目視による観察では、特定不可能な加工残りの特定が可能となり、以って、製品の歩留まり向上を図ることができる。
【００４７】
また、チップ内の金属膜の加工残り位置および必要に応じて計測された膜厚値を、２次元や３次元のグラフで表示することにより、金属膜加工残りの分布表示を行うことができ、この分布は、平坦化加工後のＱＣ、平坦化加工の条件だし、ＱＣ位置の決定、配線パターンの設計等の、薄膜デバイスの製造技術に有用に活用でき、以って、製品の歩留まり向上およびスループット向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による金属膜加工残り検査装置の実施形態の概略構成を示す説明図である。
【図２】半導体デバイス製造過程におけるプラグ金属のＣＭＰ後のチップ要部断面を示す説明図である。
【図３】本発明による金属膜加工残り検査の流れを示す説明図である。
【図４】図中の検出光学系１の１例としての、落射照明を用いた検出光学系の構成を示す説明図である。
【図５】金属膜の加工残り有無判定における、分光波形および加工残り判定基準となるしきい値を示した説明図である。
【図６】多層モデルにおける計測光の反射の様子を示す説明図である。
【図７】金属薄膜と酸化膜の波長に対する反射率の違いを示した説明図である。
【図８】図１中の検出光学系の１例としての、射方照明を用いた検出光学系の構成を示す説明図である。
【図９】金属薄膜と酸化膜の入射角に対する反射率の違いを示した説明図である。
【図１０】図１中の検出光学系の１例としての、射方照明を用いた検出光学系の構成を示す説明図である。
【図１１】図１０の検出光学系による検出原理を示した説明図である。
【図１２】図１０の検出光学系による検出原理を示した説明図である。
【図１３】図１中の検出光学系の１例としての、近接場光を用いた検出光学系の構成を示す説明図である。
【図１４】近接場光を用いた検出光学系における発光スペクトルの１例を示した説明図である。
【図１５】ウエハとウエハ上に形成されるチップを示す説明図である。
【図１６】チップ内画像を用いた加工残り領域の特定方法を示す説明図である。
【図１７】プラグ部のパターン面積、パターン密度の違いを示した説明図である。
【図１８】金属膜の成膜前の酸化膜において加工残りし易い領域を示した説明図である。
【図１９】計測結果の表示方式を示した説明図である。
【図２０】本発明による金属膜加工残り検査方法の薄膜デバイス製造への活用を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 検出光学系
２ ロードポート
３ ステージ
４ 試料
５ 演算記憶装置
６ 入力装置
７ モニタ
８ 外部出力・記憶装置
９ 白色光源
１０ 対物レンズ
１１、１３ ビームスプリッタ
１２、１４、１６ レンズ
１５ 空間フィルタ
１７ 視野絞り
１８ 検出用ファイバ
１９ 分光器
２０ ＣＣＤカメラ
５１ 金属膜加工残り
５２ 酸化膜
５３ プラグ
５４ 配線
１０１、１０２ 光源
１０３、１０４ 光検出器
２０１ 光源
２０２ ｐ偏光フィルタ
２０３ 光検出器
３０１ 励起用光源
３０２ ビームスプリッタ
３０３ プローブ
３０４ 光検出器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for inspecting a metal film processing residue in a manufacturing process of a thin film device such as a semiconductor device and a manufacturing method using the same, and in particular, represented by CMP (Chemical Mechanical Polishing) for a metal thin film to be patterned. The present invention relates to a technique for automatically and accurately inspecting the outermost surface film after the flattening process so as to improve productivity.
[0002]
[Prior art]
For example, a semiconductor device is manufactured by forming devices and wiring on a silicon wafer by repeating film formation, exposure, and etching. At that time, since the irregularities on the wafer surface make it difficult to perform exposure that is essential for the formation of wiring and the like, the wafer surface is flattened. As this planarization technique, CMP (Chemical Mechanical Polishing) that realizes planarization by processing the surface by chemical and physical action is used in recent years. This CMP is a processing method known in the art.
[0003]
Further, CMP, which is a flattening process, is also used in a film removal processing step. For example, as shown in the cross-sectional view of the main part in FIG. 2A, for example, W connected to a wiring 54 made of Al, Cu or the like is used. In the case of forming the plug 53 made of, etc., the excess metal film other than the plug portion made of the metal film formed by CVD, sputtering, etc. in the contact hole formed in the oxide film 52 by etching is removed by CMP. Take the process. Such a process is a process that is also used in the damascene method, which is an embedded wiring, and the dual damascene method, in which a wiring and a plug are formed at the same time, and this technique is currently widely used in semiconductor device manufacturing. .
[0004]
One of the important issues in the planarization process is the film thickness management. Conventionally, this has been managed by processing time. Generally, the processing rate is calculated from the processing amount obtained by measuring the film thickness before and after the CMP processing and the processing time when the actual processing is performed, and this is fed back to the next processing time. It is. When measuring the film thickness, a conventional film thickness measuring device formed around the chip or the like was used to measure a sufficiently large pattern (TEG (Test Element Group) pattern).
[0005]
In addition, one of the important issues in the film removal process is management of processing residue. As described above, the CMP of the film removal process is a process that is currently performed on, for example, a metal film, and is a process of removing a metal film other than the plug portion by processing, but when the processing conditions are not appropriate. As shown in FIG. 2A, the metal film processing residue 51 remains, and the metal film processing residue 51 causes a short circuit between the plugs 53. For this reason, after the CMP, the remaining metal film processing is inspected, and if there is a remaining processing, it is necessary to perform further processing. Recently, methods for measuring metal film thickness with a wide range and high accuracy have been established, but most of these methods are suitable for measurement on a solid pattern. Rather, it is used for inspection of the plug state after CMP (such as erosion 55 in FIG. 2B and dishing 56 in FIG. 2C). Therefore, the determination of the remaining metal film processing is currently performed by an operator by visual observation with a metal microscope or the like.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the observation of the remaining metal film processing by the operator's visual observation, the determination is made based on the color unevenness of the observed part, but it is often difficult to make a clear determination with this method. Even if it is possible, the remaining amount of the metal film is still unknown, and there is a problem that the additional processing time is not clearly determined.
[0007]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to automatically and accurately inspect the remaining metal film after flattening of a metal thin film to be patterned. is there.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, a sample in which an optically transparent thin film and a metal thin film are mixed is irradiated with light, the reflected light generated from the sample is detected by the light irradiation, and the detected reflected light is detected. Based on the reflection intensity or reflectivity, the presence / absence of a metal film processing residue after CMP is determined. Furthermore, the remaining film amount (film thickness) is measured as necessary.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments mainly relate to an inspection method and an inspection apparatus for a metal film processing residue after a CMP process performed in a plug portion metal formation step in semiconductor device manufacturing, a manufacturing method to which the same is applied, and the like.
[0010]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a metal film processing residue inspection apparatus according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a detection optical system, 2 is a load port for loading and unloading a wafer, 3 is a stage on which a sample is placed, 4 is a sample to be inspected (wafer here), 5 is control and calculation of the apparatus, An arithmetic storage device such as a personal computer for storing the calculation results, 6 an input device such as a keyboard and mouse, 7 a monitor for displaying the device operation interface and displaying the results, and 8 a printer, floppy disk, MO, etc. External output / storage device.
[0011]
FIG. 3 is a diagram showing a flow of the metal film processing remaining inspection according to the present invention. As shown in FIG. 3, a wafer (sample) 4 is loaded from the load port 2 onto the stage 3 (process S1), and the wafer 4 is accurately obtained using the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-9437. Alignment (positioning) is performed (process S2). At this time, not only the alignment of the wafer but also the alignment for each chip can be performed as necessary. Thereafter, the measurement area is specified (process S3) and the measurement point is set (process S4). Then, measurement is performed, and after the measurement is completed, the result is displayed on the monitor 7 and, if necessary, the result is output to the outside by the external output device 8 (process S5). Thereafter, the measured wafer 4 is unloaded (process S6).
[0012]
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical system using epi-illumination as an example of the detection optical system 1 in FIG. In addition to the optical system using the epi-illumination, the detection optical system 1 may be an optical system using the illuminating illumination as shown in FIGS. 8 and 10, or a near-field as shown in FIG. It is possible to use an optical system that emits light.
[0013]
First, a detection optical system using the epi-illumination shown in FIG. 4 will be described. In addition, the same code | symbol in the figure used by previous description is attached | subjected, and the description is abbreviate | omitted (this is the same also in the description using each following figure). In FIG. 4, 9 is a white light source, 10 is an objective lens, 11 and 13 are beam splitters, 12, 14 and 16 are lenses, 15 is a spatial filter, 17 is a field stop, 18 is a detection fiber, 19 is a spectroscope, Reference numeral 20 denotes a CCD camera.
[0014]
As the white light source, a halogen lamp or a wide wavelength band xenon lamp is used. The light emitted from the white light source 9 is applied to the sample 4 through the beam splitter 11 and the objective lens 9. Reflected light from the sample 4 is imaged again by the lens systems 12, 14, and 16. At this time, by providing a spatial filter 15 on the Fourier transform plane of the lens systems 12, 14, and 16, scattered light on the sample surface is obtained. The diffracted light is removed and only the 0th-order light is allowed to pass. In addition, a field stop 17 is installed at the imaging position, and an arbitrary detection area is set. The light that has passed through the field stop 17 enters the detection fiber 18, and the incident light is dispersed by the spectroscope 19 to obtain spectral data.
[0015]
In this epi-illumination optical system, the sample 4 is irradiated with white light, and the spectroscope 19 detects the spectral reflection intensity from the sample 4. Reflection from the sample surface is different between when the metal film is completely removed and the oxide film is exposed, and when there is a metal film processing residue because the reflection intensity or reflectance when the sample 4 is irradiated with white light is different. A fixed threshold is set for the peak value of intensity or reflectance, and the presence or absence of the film is determined using the threshold as a criterion. Further, using the detected spectral reflectance, it is possible to measure the remaining film amount (film thickness) not only by checking whether there is a film remaining, but also by fitting a measured waveform and a theoretical waveform. The details of the method for measuring the film remaining amount (film thickness) are described in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2000-9437 previously proposed by the applicant of the present application. Further, in the detection optical system shown in FIG. 4 that performs epi-illumination with a white light source, the frequency phase analysis method or the spectral reflectance fitting method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-9437 is used. It is also possible to measure the film thickness of a transparent film, for example, an interlayer insulating film on a wiring, on an actual pattern.
[0016]
FIG. 5 shows an example of a threshold value setting method for determining whether or not there is a metal film processing residue when detecting the processing residue using the detected spectral reflectance in this epi-illumination optical system.
[0017]
It is shown that the maximum value of the reflectance of the spectral waveform 22 when there is no metal film residue theoretically always follows a constant curve 23 regardless of the thickness of the oxide film. There is no high reflectivity. On the contrary, the spectral waveform 21 when the metal film remains on the oxide film is derived from the theoretical formula that the maximum value of the reflectance of the spectral waveform is not on the curve 23.
[0018]
Here, when a multilayer model as shown in FIG. 6 is considered, the threshold value Yt on the solid pattern that the plug portion occupies the entire measurement visual field is the reflection at the interface between the outermost surface and the air. Rate r j + 1 And reflectivity R up to j-layer j The following equation (1) is used.
[0019]
[Expression 1]
Figure 0004071541
However, the threshold value on the actual pattern needs to consider the area ratio occupied by the plug portion in the measurement visual field, and can be expressed by the following equation (2).
[0020]
Y = α 1 Rm + α 2 Yt (2) formula
Y: threshold on the pattern
Yt: threshold value on solid pattern
Rm: Intensity reflectance of plug metal
α 1 : Area ratio occupied by plug in the measurement field of view
α 2 : Area ratio occupied by the remaining metal part in the measurement field
Therefore, by setting the curves derived from the equations (1) and (2) as threshold values, it is not necessary to take into account the difference in spectral waveform due to the difference in film thickness of the oxide film, and whether or not the metal film remains processed. Judgment is possible.
[0021]
The curve 23 as the threshold value described above is determined by the area ratio, which is the ratio of the area occupied by the plug portion and the area occupied by the remaining processing portion in the measurement field of view, and the structure of the base, regardless of the plug width at the measurement location. The
[0022]
Therefore, when measuring on a pattern, it is necessary to obtain area ratio data in the measurement chip and optical constant data (refractive index, extinction coefficient, film thickness, etc.) of the base, plug metal, and oxide film in advance. By acquiring them, it is possible to calculate the threshold value on the actual pattern using the equations (1) and (2). That is, it is possible to detect the presence or absence of the metal film processing residue on the actual pattern.
[0023]
In the above-described detection optical system shown in FIG. 4, an example in which white light is used for illumination has been shown. However, as shown in FIG. 7, the reflectance 30 from the metal thin film and the reflectance 31 from the oxide film are shown. Except for the wavelength region 29 in which the difference is eliminated, the incident illumination optical system may also use monochromatic light for illumination and determine the presence or absence of the metal film processing residue by comparing the reflection intensity. In the case of FIG. 7, in the wavelength region 29 a having a shorter wavelength than the wavelength region 29, the reflectance 31 from the oxide film is higher than the reflectance 30 from the metal thin film, whereas in the wavelength region 29 b having a longer wavelength than the wavelength region 29, The reflectance 31 from above the oxide film is lower than the reflectance 30 from the metal thin film. For this reason, by using the short wavelength of each of the regions 29a and 29b, a difference occurs in the reflectance, and the processing residue of the metal film can be made obvious (in this case, the determination can be made based on the reflection intensity, It is also possible to make a determination by determining the reflectance from the reflection intensity. This is the same in the following description in which the determination is made using the reflection intensity of monochromatic light).
[0024]
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an optical system using shooting illumination as an example of the detection optical system 1 in FIG. 1, in which 101 and 102 are light sources, and 103 and 104 are light detections. It is a vessel.
[0025]
In one example of the detection optical system using the shooting illumination shown in FIG. 8, detection is performed by a pair of the light source 101 and the photodetector 103 and a pair of the light source 102 and the photodetector 104 as shown in FIG. An optical system is configured, white light or monochromatic light is used as the light sources 101 and 102, and photoelectric detectors such as a photoelectric tube, a photomultiplier tube (photomultiplier), or a CCD sensor are used as the photodetectors 103 and 104. Is used. The incident angle of the light source with respect to the sample 4 is an angle at which the intensity of the reflected light from each light source is reversed depending on whether or not the metal film remains, for example, the incident angle indicated by 110 in FIG. The incident angle is set to 111 in FIG. 9 (if the above condition is satisfied, the incident angles of the light source 101 and the light source 102 are not limited to the angles 110 and 111).
[0026]
The light emitted from the light sources 101 and 102 is reflected on the sample surface, and the reflected light is detected by the photodetectors 103 and 104. At this time, if the metal film remains, the reflection intensity (or reflectance) from the light source 101 is greater than the reflection intensity (or reflectance) from the light source 102, and if the oxide film is exposed, The reverse is true. Therefore, when monochromatic light is used as the light source, the intensity of the reflected light directly detected by the respective photodetectors 103 and 104 is compared, so that when white light is used as the light source, By comparing the reflected light intensities detected by the photodetectors 103 and 104, the remaining processing of the metal film can be detected.
[0027]
Further, in the example of the detection optical system using the shooting illumination shown in FIG. 8, two light sources (illuminations) are used. However, as shown in FIG. 9, the detection optical system using the shooting illumination is a detection optical system. However, if the incident angle θ1 of the illumination is set to, for example, the incident angle θx so that the difference 112 between the reflectance 107 from the metal thin film and the reflectance 108 from the oxide film is maximized, for example, the reflected light from the metal thin film And the light reflected from the oxide film can be discriminated, and there may be one light source (the case where the difference 112 in reflectivity is the maximum is most preferable, but the reflectivity 107 from the metal thin film and the oxide film are The incident angle may be in a range having a significant difference from the reflectance 108). In FIG. 9, reference numeral 109 denotes an incident angle at which a metal film processing residue cannot be detected.
[0028]
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of another optical system using shooting illumination as an example of the detection optical system 1 in FIG. 1, in which 201 is a light source, and 202 is only a p-polarized component. A p-polarization filter 203 that passes the light, and 203 is a photodetector.
[0029]
Also in this example shown in FIG. 10, monochromatic light is used as the light source 201, and the incident angle of the light source 201 with respect to the sample 4 is set to the Brewster angle with respect to the oxide film and air (the p-polarized light reflection component of light is eliminated). To do. The photodetector 203 is a photoelectric converter such as a photoelectric tube, a photomultiplier tube (photomultiplier), or a CCD sensor.
[0030]
In the light emitted from the light source 201, only the p-polarized component of the light is reflected by the polarizing filter 202 on the surface of the sample 4 and is detected by the photodetector 203. At this time, as shown in FIG. 11, if the oxide film 52 is exposed on the surface of the sample, the p-polarized component light 206 is transmitted into the oxide film 52 (207 indicates transmitted light). 203 cannot be detected. In this case, even if the p-polarized component light 206 is reflected by the ground and detected by the photodetector 203, the reflection intensity is very low. On the other hand, as shown in FIG. 12, when the metal film 205 (the plug 53 and the metal film processing residue 51) is present on the sample surface (when the metal film 205 is present on the oxide film 52), the p-deflection component The light 206 is reflected at the interface between the air and the metal film surface, and the transmitted light transmitted through the metal film is reflected at the interface between the metal film and the oxide film, and the reflected light 208 having high intensity is detected by the photodetector 203. The Therefore, by using the reflected light intensity at the photodetector 203 as a criterion, it is possible to detect the remaining processing of the metal film.
[0031]
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an optical system that irradiates near-field light as an example of the detection optical system 1 in FIG. 1, in which 301 is an excitation light source, 302 is a beam splitter, and 303. Is a probe, and 304 is a photodetector.
[0032]
When the near-field light is used as the illumination light, the peak position 308 is detected by detecting the emission spectrum 307 or the reflected light spectrum (the reflected light spectrum is not shown) from the sample surface as shown in FIG. From the above, it is possible to directly analyze the material only on the sample surface. Therefore, in this case, it becomes possible to analyze the composition of the sample surface more strictly, compared to the one using the above-described epi-illumination or irradiation illumination, and more accurately detect the processing residue of the metal film, and the inspection area There is an advantage that the (inspection field of view) can be narrowed down to a local area of 100 nm or less, and there is also an effect that a processing residue of a minute metal film can be detected with high accuracy.
[0033]
A plurality of the detection optical systems described above may be provided, or the detection optical systems may be appropriately combined so as to meet the inspection needs. For example, in the detection optical system shown in FIG. 4, the inspection object can be observed with a CCD camera, and the film thickness of a metal film or an oxide film can be measured. Further, in the detection optical system shown in FIGS. 8 and 9, the remaining processing of the metal film can be inspected with a relatively simple optical system, and when a laser beam is used as the light source, the inspection area can be narrowed down to the submicron order. Therefore, local inspection is also possible. In addition, when it is desired to perform a local inspection of the order of 100 nm or less with high accuracy, the detection optical system shown in FIG. 13 may be used. As described above, each detection optical system has its own characteristics, and the detection optical systems may be appropriately combined to meet the inspection needs.
[0034]
Next, a method when the inspection method of the present invention is applied to a wafer will be described. Inspection (measurement) is basically performed in units of chips 502 in the wafer 501 shown in FIG. 15, and measurement points are also set in units of chips 502 (the lower part of FIG. 15 shows the enlargement of the chips). . As a method of setting measurement points when performing in-chip inspection, considering that measurement is performed in real time, an area that is likely to remain unprocessed in the chip is specified in advance, and a measurement point for that area is specified. The method of setting is desirable. Specific methods include a method using image processing, a method using plug area ratio data, a method using oxide film thickness data before plug metal film formation, and the like.
[0035]
As shown in FIG. 16, the method of using image processing to set the measurement points detects color unevenness in the chip 502 where there is a high possibility of remaining metal film processing by image processing. In this method, the entire area in the measurement chip 502 is divided into small areas (divided imaging areas) 504, the captured images of each small area 504 are captured, and each captured divided area image 505 is captured in the corresponding divided image area. The color unevenness region 507 is detected by comparing with the reference image 506 having no processing residue. The comparison at this time is performed using the brightness difference between the two images 505 and 506, and thereby, measurement points are set for the specified region.
[0036]
As shown in FIG. 17, the method using the area ratio data of the plug portion in the chip predicts a region that is likely to remain in the chip by simulation or the like from the pattern area, pattern density, etc. of the plug 53, and the prediction data. Set measurement points in the area specified based on In FIG. 17, 510 is a region with a large pattern area and a large pattern density, 511 is a region with a large pattern area and a small pattern density, 512 is a region with a small pattern area and a high pattern density, and 513 is a small pattern area. The regions with low pattern density are schematically shown.
[0037]
In the method of using the oxide film thickness distribution data before the plug metal film is formed, the oxide film thickness distribution data before the plug metal film is formed is measured by a measuring device using the measuring optical system shown in FIG. A measurement point is set in an area 514 where the metal film having a depressed surface of the oxide film 52 is likely to remain unprocessed as shown in FIG.
[0038]
Needless to say, if the above-described various measurement point setting methods are appropriately combined as necessary, it is possible to identify a region where there is a metal film processing residue or is likely to occur with a higher probability. .
[0039]
After the measurement points are set, the remaining processing of the metal film is inspected, and the remaining processing amount (film thickness) is also measured if necessary. After the inspection is completed, the measurement result is displayed on the monitor of the measuring device. As shown in FIG. 19, the measurement result is displayed by displaying the position of the measurement chip 502 in the wafer 501 in a matrix 601 and the distribution 602 of the remaining processing of the metal film in the chip 502. Furthermore, the processing remaining distribution 603 in the wafer 501 can be displayed by measuring all chips. In addition to this, an image of the remaining processing area is used, and the area of the remaining processing area is displayed as necessary.
[0040]
Next, a semiconductor device manufacturing method using the metal film processing residue inspection method of the present invention will be described with reference to FIG. As a method of utilizing the inspection method of the present invention for semiconductor device manufacturing, in addition to the processing residue inspection 701 of the metal film after CMP, in each step shown in FIG. 20, determination of CMP processing conditions (determination of planarization processing conditions) 702, determination of QC position (film thickness management representative position) 703, determination of additional polishing time 704, design change 705 of the wiring pattern, and the like.
[0041]
When the metal film processing residue inspection method according to the present invention is used for the inspection of the remaining metal film after CMP processing, which is currently performed visually by the operator, it is possible to specify the processing residue that cannot be specified by the operator's visual observation. Therefore, it is possible to perform inspection with higher reliability than in the past. In addition, the additional machining time can be accurately determined from the machining residual distribution data in the chip as a measurement result, and the yield of the product can be improved.
[0042]
In addition, when the metal film processing residue inspection method according to the present invention is used for CMP processing conditions (pad, slurry selection, processing time determination), it is found from the processing residual distribution data that the region that is likely to remain in the chip is easily found. Therefore, the machining conditions can be set so that there is no machining residue in an area where machining remains easily. As a result, since the condition setting accuracy can be improved as compared with the conventional method, the number of additional processing and the number of lot-outs due to processing failure can be reduced, and throughput and product yield can be improved.
[0043]
In addition, when the metal film processing remaining inspection method according to the present invention is used to determine the QC position (film thickness management representative position), an area with a high probability of processing remaining can be specified for each product by measurement. Can be set as the QC position in the product. As a result, the number of measurement points can be greatly reduced, and the QC time can be shortened, that is, the throughput can be improved.
[0044]
In addition, when the metal film processing remaining inspection method according to the present invention is used for wiring pattern design, it is possible to identify wiring patterns that are likely to remain unprocessed using processing remaining distribution data in the chip and wiring pattern design data. This data can be fed back to the wiring pattern design. As a result, since it is possible to design a pattern that is difficult to remain at the time of wiring pattern design, the number of additional processes can be reduced, and throughput and product yield can be improved.
[0045]
In the above description, CMP is taken as an example of the planarization processing method of the metal film, but CMG (Chemical Mechanical grinding), CML (Chemical Mechanical Lapping), etc. other than CMP are employed as the planarization processing method. In this case, it goes without saying that the present invention is applicable.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the metal film processing residue after the flattening processing of the metal thin film to be patterned can be automatically and accurately inspected, so that it cannot be specified by visual observation of the current worker. Therefore, it is possible to specify the remaining processing, thereby improving the product yield.
[0047]
In addition, by displaying the processing remaining position of the metal film in the chip and the film thickness value measured as necessary in a two-dimensional or three-dimensional graph, the distribution display of the remaining metal film processing can be performed, This distribution is a condition for QC after flattening and flattening, and can be usefully used in thin film device manufacturing techniques such as QC position determination and wiring pattern design, thereby improving product yield and Throughput can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a metal film processing residue inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a cross section of a main part of a chip after CMP of a plug metal in a semiconductor device manufacturing process;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a flow of a metal film processing residue inspection according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a detection optical system using epi-illumination as an example of the detection optical system 1 in the figure.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a spectral waveform and a threshold value that is a criterion for determining a remaining processing in determining whether or not a metal film remains to be processed;
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state of reflection of measurement light in a multilayer model.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a difference in reflectance with respect to wavelengths of a metal thin film and an oxide film.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a detection optical system using shooting illumination as an example of the detection optical system in FIG. 1;
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a difference in reflectance with respect to an incident angle between a metal thin film and an oxide film.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration of a detection optical system that uses shooting illumination as an example of the detection optical system in FIG. 1;
11 is an explanatory diagram showing a detection principle by the detection optical system of FIG.
12 is an explanatory diagram showing a detection principle by the detection optical system of FIG.
13 is an explanatory diagram showing a configuration of a detection optical system using near-field light as an example of the detection optical system in FIG. 1; FIG.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of an emission spectrum in a detection optical system using near-field light.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a wafer and chips formed on the wafer.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a method of specifying a remaining processing area using an in-chip image.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a difference in pattern area and pattern density of a plug portion.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a region that is likely to remain unprocessed in the oxide film before the metal film is formed.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a display method of measurement results.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing the utilization of the metal film processing residue inspection method according to the present invention for manufacturing a thin film device.
[Explanation of symbols]
1 Detection optical system
2 Load port
3 stages
4 samples
5. Operational storage device
6 Input device
7 Monitor
8 External output / storage device
9 White light source
10 Objective lens
11, 13 Beam splitter
12, 14, 16 lenses
15 Spatial filter
17 Field stop
18 Detection fiber
19 Spectrometer
20 CCD camera
51 Metal film processing remaining
52 Oxide film
53 plug
54 Wiring
101, 102 Light source
103, 104 photodetector
201 Light source
202 p polarizing filter
203 Photodetector
301 Light source for excitation
302 Beam splitter
303 Probe
304 photodetector

Claims (7)

光学的に透明な薄膜もしくは透明薄膜と金属薄膜が混在する試料に近接場光を照射し、該近接場光の照射により前記試料から発生する光を検出し、該検出した光の反射強度もしくは反射率に基づいて、金属膜の平坦化加工後の金属膜加工残りの有無を検出することを特徴とする金属膜加工残り検査方法。An optically transparent thin film or a sample containing a transparent thin film and a metal thin film is irradiated with near-field light, and the light generated from the sample is detected by the irradiation of the near-field light, and the reflected intensity or reflection of the detected light is detected. A method for inspecting a remaining metal film processing, wherein the presence or absence of a metal film processing remaining after the flattening processing of the metal film is detected based on the rate. 請求項１に記載の金属膜加工残り検査方法において、In the metal film processing residue inspection method according to claim 1,
前記金属膜加工残りの候補領域を予測して、計測位置を設定することを特徴とする金属膜加工残り検査方法。A metal film processing remaining inspection method, wherein the metal film processing remaining candidate region is predicted and a measurement position is set. 請求項２に記載の金属膜加工残り検査方法において、In the metal film processing residue inspection method according to claim 2,
チップ内撮像画像と参照画像の明度値に基づいて、前記金属膜加工残りの候補領域を予測し、計測位置を決定することを特徴とする金属膜加工残り検査方法。A metal film processing remaining inspection method, wherein the metal film processing remaining candidate region is predicted based on brightness values of an in-chip captured image and a reference image, and a measurement position is determined. 請求項２に記載の金属膜加工残り検査方法において、In the metal film processing residue inspection method according to claim 2,
少なくとも検査対象の回路パターン面積の情報あるいは回路パターン密度の情報の何れか１つを含む、検査対象の回路パターンの設計情報に基づいて、シミュレーションにより前記金属膜加工残りの候補領域を予測し、計測位置を決定することを特徴とする金属膜加工残り検査方法。Based on the design information of the circuit pattern to be inspected, which includes at least one of information on the circuit pattern area to be inspected or information on the circuit pattern density, the candidate region remaining on the metal film processing is predicted and measured by simulation. A method for inspecting a metal film processing residue, wherein the position is determined. 請求項２に記載の金属膜加工残り検査方法において、In the metal film processing residue inspection method according to claim 2,
前記した光学的に透明な薄膜の平坦化加工後で、かつ、前記金属膜の成膜前の光学的に透明な薄膜の膜厚分布に基づいて、前記金属膜加工残りの候補領域を予測し、計測位置を決定することを特徴とする金属膜加工残り検査方法。Based on the film thickness distribution of the optically transparent thin film after the above-described planarization of the optically transparent thin film and before the formation of the metal film, the candidate region remaining for the metal film processing is predicted. A method for inspecting a remaining metal film processing, wherein a measurement position is determined. 請求項１に記載の金属膜加工残り検査方法において、In the metal film processing residue inspection method according to claim 1,
前記した金属膜の平坦化加工は、ＣＭＰ（The above-described planarization of the metal film is performed by CMP ( Chemical Mechanical polishingChemical mechanical polishing ）、ＣＭＧ（), CMG ( Chemical Mechanical grindingChemical mechanical grinding ）、ＣＭＬ（), CML ( Chemical Mechanical LappingChemical Mechanical Lapping ）の何れか１つであることを特徴とする金属膜加工残り検査方法。1) any one of the metal film processing remaining inspection method. 請求項１に記載の金属膜加工残り検査方法を実行する手段と、検査結果を格納する記憶手段と、検査結果を表示する手段と、検査結果を外部に出力可能な外部出力手段とを、備えたことを特徴とする金属膜加工残り検査装置。A means for executing the metal film processing remaining inspection method according to claim 1, a storage means for storing the inspection result, a means for displaying the inspection result, and an external output means capable of outputting the inspection result to the outside. Metal film processing residue inspection device characterized by the above.
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KR100515491B1 (en) * 2001-12-07 2005-09-16 다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤 Apparatus and method of inspecting pattern on semiconductor substrate and computer-readable medium
JP2010135484A (en) * 2008-12-03 2010-06-17 Daitron Technology Co Ltd Braking device and method
JP6465345B2 (en) * 2014-12-26 2019-02-06 株式会社荏原製作所 Method and apparatus for measuring surface properties of polishing pad
WO2017158955A1 (en) * 2016-03-14 2017-09-21 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing device, substrate processing method, and computer-readable recording medium
JP6713015B2 (en) * 2018-04-13 2020-06-24 株式会社大気社 Automatic polishing system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2770101B2 (en) * 1992-05-08 1998-06-25 コマツ電子金属株式会社 Polishing method of bonded wafer
JPH11325840A (en) * 1998-05-19 1999-11-26 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Method and apparatus for judging whether or not remaining metal film exists
JP2000310512A (en) * 1999-04-28 2000-11-07 Hitachi Ltd Method and device for measuring film thickness of thin film and method and device for manufacturing thin film device using the same
JP2002043262A (en) * 2000-07-31 2002-02-08 Nikon Corp Polishing condition monitor, measuring apparatus, polishing apparatus, semiconductor device and manufacturing method thereof

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