JP5090041B2 - フォーカス調整方法、その方法を用いた装置、およびその方法に用いられるウェハ - Google Patents

Description

本発明は照射対象物に光や電子ビームを照査するための光学系におけるフォーカス調整方法に関し、特に半導体ウェハ上の欠陥を検査する欠陥検査装置に好適なフォーカス調整方法に関する。さらに本発明は、当該調整方法を用いた装置および当該方法に用いられるウェハにも関する。

半導体集積回路やその製造のためのフォトマスクなどのように、ミクロンオーダー以下の微細なパターンを多数かつ高密度に形成する必要がある場合、個々のパターン形状が設計通り形成されているかどうか、さらにはゴミや傷等の欠陥があるか、ある場合どの程度発生しているかを知りその欠陥を減らすことは半導体ビジネスにとって極めて重要である。そこで、半導体ウェハのような検査対象物に光や電子ビームを照射することにより、その照射対象物上に形成されているパターンを読み取る画像処理を行い、パターン崩れやゴミ・欠陥（以下、これらを総称して欠陥と呼ぶ）を検出することが行われている。

例えば特許文献１（特開２００３−２７１９２７）に示されている欠陥検査装置では、図１４に示されるように、光ビーム５０１を対象物１に照射し、これから反射される光学像を対物レンズ５０３で結像しイメージセンサ５０４で画像信号に変換している。かくして得られた画像の一例が図１５（a）に示されている。この被検査画像１４中、４ａは本来のパターンであり、１ｄはゴミ等によるパターン崩れとしての欠陥、１ｃは本来は存在しないもののゴミ等の要因により形成された欠陥である。この被検査画像１４は、図１５（b）に示す参照画像１５と比較され、欠陥１ｃや１ｄが検出される。なお、図１４中の他の構成要素の名称や働きは特許文献１に説明されているので、それらのさらなる説明は省略する。

このようにして被検査対象物上の欠陥が検出されるのであるが、各欠陥の大きさや深さをより定量的に検出することが望まれている。かかる要請に応えようとした標準試料の一例が特許文献２（特開２０００−５８６０６）に開示されている。この標準試料は、図１６に示すように、擬似加工痕の深さや幅を組み合わせた複数個の列からなる集合パターンを複数ブロック配列したものを、図１７のように、ウェハ上に複数形成したものである。したがって、本標準試料を図１５（b）の標準パターンとして用いることにより各欠陥の大きさや深さも検出できることになる。

特開２００３−２７１９２７ 特開２０００−０５８６０６

ところで、半導体集積回路の微細化技術は益々進展しており、これに伴い、本来のパターンは超微細化されているので高倍率での検査が必要となっている。その結果として、今まで検出できていた欠陥が経時と共に検出できない、或いはある装置では検出できた欠陥が別の装置では検出できない、という不具合が発生してきた。本願発明者はその原因を検討したところ、高倍率が要求されるために、光学系のわずかなフォーカスのズレやが、微細な欠陥の検出を見落とす場合があることが分かった。光学系のフォーカスは自動フォーカス技術を用いて被検査物に合わせられるが、その技術を持ってしても、装置自身の経時変化や装置間のバラツキによる光学系のわずかなフォーカスのズレは吸収できない。

本願発明によるフォーカス調整方法は、対象物に対して光や電子ビームのような照射媒体を互いに異なるフォーカスを持って複数回照射すると共に、予め決められた大きさを有する欠陥の数を、上記複数回照射の夫々についてカウントすることによりフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブを取得し、かくして得られたフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブを用いてフォーカスの調整を行なうことを特徴としている。
すなわち、本発明は、各欠陥は様々な大きさ且つ深さで形成されていることに着目し、ある大きさの欠陥をターゲットとして、光や電子ビームのような照射媒体の対象物上でのフォーカスをオーバーフォーカスあるいはアンダーフォーカスとなるように色々と変化させ、各フォーカス点での上記欠陥の数をカウントするのである。フォーカスが変化すれば、検出すべき欠陥の大きさは一定であるのであるから、それに応じて実際にカウントできる欠陥の数が変わってくる。その結果、図１に一例を示すようなフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブが得られる。
図１において、実線３００はある装置を基準装置として行った場合のフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブである。図において、フォーカス０は装置の自動フォーカス点を示しており、これに対して、オーバーフォーカスおよびアンダーフォーカス設定を行い、夫々のフォーカス点で所定の大きさの欠陥の数をカウントすることによりフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブが求まる。図では、ピーク点が一つであるが、二つの以上のピーク点を持った分布カーブでもいい。係る一つ以上のピークを有する分布カーブは、驚いたことに、製造フロー途中の半導体ウェハでも得られる事が本願発明者により確認されている。
この実線３００で示された分布カーブに対して、フォーカス系におけるわずかなズレが生じた場合、当然のことながらそのズレに応じて、検出すべき欠陥の大きさは一定であるので、実際に検出される欠陥の数は変わってしまい、そのピーク値は、点Aから点Bに移動することは容易に理解されよう。そこで、本発明では、同一の装置であってもフォーカス系に経時変化によるわずかなズレが生じるという見地から、基準分布カーブ３００を得た対象物を再度用いて、同様な分布カーブを求めるのである。その結果としての新たな分布カーブ３１０が、点線のように得られた場合には、ピークがBとして示されることになる。従って、AとBとの差をオフセット値として装置に与えてやれば、フォーカス点の調整が可能となる。
前述のように、光学系のバラツキは装置間で顕著である。したがって、ある基準となる装置での分布データを得るために使用された測定物を他の装置に用いて同様なフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブを得、両者を比較することにより、同様にフォーカスの調整を行うことができる。

分布カーブを得るための試料としては、製造途中の半導体ウェハを用いたが、図１のようなピークを有する分布カーブが得られるような欠陥を積極的に作りこんだウェハを使用することも出来る。

さらには、上記で説明した、オフセットフォーカス量の取得とその入力を、プログラムによって自動的に実行することも可能であり、本プログラムを装置に組み入れることにより、各装置のフォーカスは自動的に定期的に調整することができる。

かくして、基準装置と調整対象装置の検出対象の検出感度差を簡便な方法で安定的に減少させることができる。この効果は欠陥検査のみに限られず、微細なパターンを検出することが必要な装置において有効な手段となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
＜実施形態１＞
図２および図３に本発明の第１の実施形態によるフォーカス調整方法のフローチャートを示す。フォーカス調整を行うべき装置に測定用ウェハを導入し（Ｓ１）、装置に備え付けの自動フォーカス機能を働かせ、これによって得られるウェハ上のパターンを用いてウェハの水平方向の位置あわせと位置認識を行う（Ｓ２）。その後、適切なコントラストのもとで欠陥の認識を行なうための照度調整を行い（Ｓ３）、さらに、フォーカス校正を行なう倍率の設定（Ｓ４−１）と欠陥検出範囲の設定（Ｓ４−２）を含む測定条件の設定を行う（Ｓ４）。

この後、本発明に従って、フォーカス値対欠陥検出数の分布図取得ステップＳ５を実行することになるが、まずは、自動フォーカス点をフォーカス０として、欠陥の検出サイズ（ピクセルサイズ：欠陥検査装置が欠陥と認識するサイズ）毎に欠陥検出数をカウントする（Ｓ５−１）。しかる後、オーバーフォーカスとして測定用ウェハ側にフォーカス点を合わせ欠陥の検出サイズ毎に欠陥検出数をカウントする（Ｓ５−２）。オーバーフォーカス点を変更し同様に欠陥の検出サイズ毎に欠陥検出数をカウントする。オーバーフォーカス点の変更を適切な回数で行った後に、アンダーフォーカスとしてオーバーフォーカス点とは反対側に（即ち、測定用ウェハから離れた点に）フォーカスを合わせ、欠陥の検出サイズ毎に欠陥検出数をカウントする（Ｓ５−３）。これをアンダーフォーカス点についても適切な回数変更して行う。オーバーフォーカス点およびアンダーフォーカス点は夫々少なくとも２点は必要である。勿論３点以上でも構わない。また、図２ではオーバーフォーカス点で変更を行ってからアンダーフォーカス点の変更を行ったが、その逆の順序でも、オーバーフォーカスおよびアンダーフォーカスをペアとしてこれを少なくとも２回行ってもいい。かくして得られた検出サイズ毎のカウント数を用いて、フォーカス値対欠陥検出数の分布を取得する（Ｓ５−４）。

ここで、カウントすべき欠陥の検出サイズは原理的には一つでよい。しかし、用いる測定用ソフトウェアによっては、一度に複数の検出サイズの欠陥検出数を取得することが可能である。また、目的とする欠陥の検出サイズにおいて分布曲線が取れにくい場合がある。そこで本実施形態のように、複数の欠陥の検出サイズをカウントし、ピークが生じるような検出サイズを選定した方が有利となる。この結果、図１の実線３００で例として示すようなフォーカス点対欠陥検出数の分布曲線が得られ、欠陥検出数はピークとなるフォーカス点を求めることが出来る。ピーク値は近似関数で欠陥検出数が極大となる点としても良いし、近似しないで単に欠陥検出数の最大値としても良い。
次にステップＳ６にすすみ、他の倍率でもフォーカスカーブを取得する必要があるかどうかが判定され、必要がある場合は、目的とする倍率においてステップＳ５が実行される。

前述のように、フォーカス系の微妙なズレは、同一の装置における経時変化、あるいは、装置間のバラツキで発生する。そこで、図２のフォーカスカーブ取得に用いたソフトウェアを再度用いてフォーカスカーブを再度取得し、両者の比較が行われる。そのフローが図３に示される。ステップＳ１〜Ｓ３は図２と同一であり、その後は、ステップＳ４‘として示すように、図２と同じ測定条件にする。そして、ステップＳ５として示すように図２と同様にしてフォーカスカーブを取得する。その結果、もし光学系にわずかなズレがあれば、図１の一点破線３１０に例示するようなフォーカスカーブが得られることになる。

この後、両方のフォーカスカーブが比較され（Ｓ７）、フォーカスオフセットの変更の要否が判断され(Ｓ８)、必要であれば、ステップＳ９に移行して、両方のフォーカスカーブから求まるオフセットが入力される。この結果、フォーカスカーブは３１０から３００に変わることになる。必要ない場合は、他の倍率での調整の要否が判断され（Ｓ１０）、必要があれば、ステップＳ４‘の処理から再実行される。
かくして、同一の装置における経時変化に基づく光学系のフォーカスのズレ、あるいは、複数の装置間における光学系のフォーカスのズレは校正される。

図４は、本発明によるフォーカス調整方法を用いた装置であって、半導体ウェハ上の微小欠陥を検査する欠陥検査装置の構成を示したものである。
本欠陥検査装置５５０は公知の技術を適用した欠陥検出部５３、画像処理部５５、全体制御部５６、ステージ５２およびステージ制御部５１２と、本発明のフォーカスデータ記憶部５１３、フォーカス調整判定部５０、フォーカス調整部５９を有する。

ここで、欠陥検出部５３は光源５０１、照明光学系５０２、レンズ５０３、イメージセンサ５０４からなる。また、画像処理部５５は検出部５３から得られたデータの変換を行うＡＤ変換部５４、比較対象のデジタル信号を参照画像信号として格納しておく遅延メモリ５１４に格納された参照画像信号と比較して位置あわせを行う位置ずれ検出部５７および遅延メモリ５１４に格納された参照画像信号と比較して欠陥の認識と個数、位置などの算出を行う画像比較部５８を有する。
全体制御部５６は入力手段と表示手段を有するユーザインターフェース部５１０、検出された欠陥に関するデータなどを記憶する記憶装置５１１、各種制御を行うＣＰＵを有する。全体制御部５６はさらにフォーカスデータ記憶部５１３とフォーカス調整判定部５０を有する。

フォーカスデータ記憶部５１３は各測定条件での欠陥検出数の分布カーブを構成する、フォーカス値と対応する欠陥検出数のデータおよび、装置調整を行なう際に必要となる欠陥の個数のピーク点が生じるフォーカス値（ピークフォーカス値）を記憶する部分である。ここで目標となる第一のピークフォーカス値は装置に初期設定されていた何らかの数値でも良いし、ある時点で測定されたピークフォーカス値であっても良いが装置調整時の基準となる値である。ピークフォーカス値を測定によって求める場合の詳細な方法は後述する。

フォーカス調整判定部５０はフォーカスデータ記憶部５１３から倍率、検出範囲等、同じ測定条件の元での所定の検出サイズでの欠陥検出数とフォーカス値の関係を取得して欠陥検出数がピークとなるピークフォーカス値を算出する。新たに取得されたピークフォーカス値と目標となるピークフォーカス値の差分をオフセット値として算出し、この差分をフォーカス調整部５９に対して適切に調整するように指示を出す。

フォーカス調整部５９はフォーカス調整判定部５０から得られたオフセット値に従って、ステージ制御部５１２および検出部５３の照明光学系５０２やレンズ５０３のフォーカス調整を行う。ここで、フォーカス調整判定部５０を自動化できない場合にはピークフォーカス値を取得した後にオフセット値を測定者が算出してユーザインタフェースから入力することによりフォーカス調整部５９が全体制御部５６から測定者が算出したオフセット値に基づいて制御される構成とすることもできる。

次に、本検査装置におけるフォーカス調整方法につき詳細に説明する。調整フローは図２および図３に従って実行される。まずは、欠陥検査装置５５０にフォーカス測定用ウェハを導入し、ステージ５２に載置し、自動フォーカスを行って、ステージ高さや光学系をフォーカス０に調整する。ここで用いるフォーカス測定用ウェハについては後述する。ウェハの水平方向の位置あわせ（Ｓ２）を行い、照度調整（Ｓ３）を画像比較部５８により行った後、測定条件の設定（Ｓ４）をユーザインターフェース５１０から行なう。ここで照度調整とは適切なコントラストのもとで欠陥の認識を行なうための調整で、ウェハのパターン部分のようなコントラストのつきやすい箇所を用いて行なう調整である。測定条件の設定（Ｓ４）にはフォーカス校正を行なう倍率の設定（Ｓ４−１）と欠陥検出範囲の設定（Ｓ４−２）が含まれる。ここで、倍率は例えば５０，１００，２００倍程度の値である。検出範囲はウェハ全体でもパターンが形成されていればチップ単位としても良い。

次に図５の基準装置のフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブをＳ５−１からＳ５−４の手順で求める。まず、ウェハを導入した時点ではオートフォーカスされてフォーカスが０となっているため、フォーカス０で検出される欠陥検出数を検出サイズごとにカウントする（Ｓ５−１）。例えば０．０２から０．０３μｍ刻みで０．１２から０．２５μｍの範囲の検出サイズの欠陥検出数は一度にカウントできる。以後ではカウントされた各検出サイズの結果から０．２５μｍのカウント結果に基づいて説明を行う。まず、オーバーフォーカス設定値をユーザインタフェースで０．１２５に設定しカウントすると、検出サイズ０．２５μｍでの欠陥検出数は２００個となった。さらに、オーバーフォーカス値を０．２５に設定するとカウント値は１８４個、オーバーフォーカス値を０．３７５に設定するとカウント値は１３４個と欠陥検出数がカウントされた（Ｓ５−２）。この結果フォーカス設定値に依存して欠陥検出数が変化しているためオーバーフォーカス設定でのカウントを終了してアンダーフォーカス設定でのカウント（Ｓ５−３）を行う。アンダーフォーカス値を−０．１２５に設定し、カウントを行うと検出サイズ０．２５μｍでは２１１個、アンダーフォーカス値を−０．２５に設定したときのカウント値は１９５個、アンダーフォーカス値を−０．３７５に設定したときのカウント値は１６７個とアンダーフォーカス設定での欠陥検出数がカウントされた。この結果、フォーカス設定に対して欠陥検出数がピークを得るために十分変化しているのでアンダーフォーカス値設定でのカウントを終了する。次に、他の倍率でもフォーカスカーブを取得する必要があるかどうかが判定され（Ｓ６）、必要がある場合には目的とする倍率においてＳ５が実行される。

これら測定条件および検出サイズごとのカウント数はフォーカスデータ記憶部５１３に格納される。フォーカス調整判定部５０はフォーカスデータ記憶部５１３に記憶されたこれらの欠陥検出数の分布カーブを構成するデータから検出サイズ０．２５μｍでの欠陥検出数を取得し、欠陥検出数とフォーカス設定値のグラフ（フォーカスカーブ）を作成し、ピークとなるフォーカス値（ピークフォーカス値）を取得する。フォーカスカーブは必ずしも作成する必要は無く、単に欠陥検出数がピークとなるフォーカス値を取得することによりその値をピークフォーカス値として使用しても良い。このようにして図５のフォーカスカーブ３００が得られ、この極大点の値０．０５が第１のピークフォーカス値となる。また、本実施例では一度にカウントされた複数の検出サイズから０．２５μｍの結果を用いてフォーカスカーブを作成したが、他の検出サイズでより急峻な分布を持つ場合にはそのカーブを採用しても良い。また、実際に製品ウェハ上で検出したい検出サイズに近い大きさかどうかを考慮して、この大きさを元にフォーカスカーブを作成する検出サイズを決めても良い。

（ピークフォーカス値を用いたフォーカス調整方法）
ピークフォーカス値を取得し、これを用いて装置のフォーカス調整を行なうフローを図３に従って説明する。ここで、図３のＳ１−Ｓ５は図２と同じステップである。
調整対象装置にフォーカス測定用ウェハを導入し、オートフォーカス、ウェハの水平方向の位置あわせ（Ｓ２）、照度調整（Ｓ３）、フォーカス校正を行なう倍率の設定（Ｓ４−１）と欠陥検出範囲の設定（Ｓ４−２）をユーザインターフェース５１０から行なう。

次に図５の調整対象装置のフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブをＳ５−１からＳ５−４の手順で求める。まず、フォーカスが０となっているためフォーカス０で検出される欠陥検出数を検出サイズごとにカウントする（Ｓ５−１）。以後ではカウントされた各検出サイズの結果から０．２５μｍのカウント結果に基づいて説明を行う。まず、オーバーフォーカス値をユーザインタフェースから０．１２５に設定しカウントを行うと、検出サイズ０．２５μｍで２０４個であった。さらに、オーバーフォーカス値を０．２５に設定するとカウント値は１８３個、オーバーフォーカス値を０．３７５に設定するとカウント値は１５０個とカウントされた（Ｓ５−２）。この結果フォーカス設定値に依存して欠陥検出数が変化しているためオーバーフォーカス設定でのカウントを終了してアンダーフォーカス設定でのカウント（Ｓ５−３）を行う。アンダーフォーカス値を−０．１２５に設定し、カウントを行うと検出サイズ０．２５μｍでは２０４個、アンダーフォーカス値を−０．２５に設定したときのカウント値は１８５個、アンダーフォーカス値を−０．３７５に設定したときのカウント値は１６１個とアンダーフォーカス設定での欠陥検出数がカウントされる。この結果、フォーカス設定に対して欠陥検出数がピークを得るために十分変化しているのでアンダーフォーカス値設定でのカウントを終了する。

これらのデータから基準装置と同様にフォーカス調整判定部５０にて調整対象装置でのピークフォーカス値である第二のピークフォーカス値０が求められる。調整対象装置でのフォーカスカーブは図５のフォーカスカーブ３１０で示される。ここで、第二のピークフォーカス値を求める際にはフォーカスカーブを作成する際の設定値（図３、Ｓ４−１、Ｓ４−２）を基準装置で測定した時と同じにするように注意する必要がある（Ｓ４‘）。

ステップＳ５で調整対象装置について第二のピークフォーカス値が取得されると、フォーカス調整判定部５０はフォーカスデータ記憶部５１３に記憶された、基準装置の同じ検出サイズでの第一のピークフォーカス値と第二のピークフォーカス値を比較（Ｓ７）する。第１のピークフォーカス値が０．０５であり、第二のピークフォーカス値が０であるため、この差からフォーカスオフセット値が０．０５と求められる。フォーカス調整判定部５０は第一および第二のピークフォーカス値の差が生じているため、フォーカスオフセットの変更を必要と判断し（Ｓ８）、調整対象装置のフォーカスをアンダーフォーカス側へ０．０５ずらすようにフォーカス調整部に指示を行う。このオフセット値に基づいてフォーカス調整部がステージ制御部および光学系の調整を行う（Ｓ９）。この後、他の倍率での調整の要否が判断され（Ｓ１０），必要があればＳ４‘の処理から再実行される。

なお、本実施例ではピーク値が１つの場合を示したが、複数のピーク値を考慮して、基準装置および調整対象装置の分布カーブ全体の形状で合わせ込んでも良い。

このようにして図５の調整対象装置のフォーカスカーブ３１０は基準装置のフォーカスカーブ３００と同じピークフォーカス値となるように調整される。なお、フォーカスの調整対象装置は基準装置自身でも良く、例えば一旦フォーカス測定を行ってから時間がたってフォーカスずれが生じたものをもとのフォーカス設定値に戻す場合にも適用できる。このようにして装置のフォーカス調整が行なわれ、装置の定期校正や装置間の感度あわせを精度よく行うことができる。また、基準装置のピークフォーカス値は装置に初期設定されていた何らかの数値でも良い。

フォーカスカーブのピーク値がどのフォーカスでピーク値を持つかは欠陥検査装置のステージ５２の位置と欠陥検出サイズにより決定されるものであり、必ずしもフォーカス０でピーク値とはならない。このため、図１の基準装置のピークフォーカス値は０からずれている。

フォーカス測定用ウェハは再現性良くウェハを作成する際には適切な作成方法を用いて作成しても良い。また、何らか製造途中のパターンを有するウェハに対して欠陥が生じたもしくは生じさせたウェハをフォーカス測定用ウェハとして使用しても良い。いずれにしても欠陥の分布カーブを取得できるようにウェハ上の欠陥の大きさに分布があることが必要である。さらにフォーカスカーブのピークをより急峻にするためにこの欠陥が円錐または角錐となっていることが好ましい。

（フォーカス調整用ウェハ）
図６は本実施形態１のフォーカス調整用ウェハ１０を欠陥検査装置で検出した図である。ランダムに見える点が欠陥であり、これら欠陥を有するウェハが本実施形態１のフォーカス調整用ウェハ１０である。この欠陥は欠陥と認識されるサイズの製造工程途中で生じたウェハ上異物であってもよい。図７はウェハ1０の一部分である２０の拡大図で図６で検出されている欠陥部分が円錐形の欠陥４０であり、欠陥４０と同一平面上にあるパターン３０が示されている。図８は図７のＡ−Ｂ間の断面図であり、ウェハ１３表面上に欠陥４０とパターン部分３０が示されている。ここで、図８の欠陥４０は円錐形であるが、４０’のように角錐形であっても良い。

ここで本実施形態１のウェハ１０の欠陥４０は４３−４７で示されるとおり大きさごとに数のばらつきがあることが特徴である。図８では大きさ４３，４４，４５の欠陥が１：２：１となっている。このような円錐または角錐形状の欠陥の大きさの分布のばらつきがフォーカス測定用のウェハでは後述するとおり重要である。ここで欠陥の高さは円錐または角錐の頂点からウェハ１３表面上へ下ろした垂線の長さ（図８、ｈ）であり、欠陥サイズは径（図８、R（角錐の場合は底面の中心を通る多角形の一辺に対する垂線とする））である。また、この欠陥サイズの範囲としては０．０５−０．５μmであるが、０．１−０．３μmのものが最も多くなっている。欠陥密度としてはあるサイズの欠陥が数個〜数百個／ｃｍ^２程度あればよく、例えば５〜１０個／ｃｍ^２あればよい。

また、本実施形態１のウェハは図８に示した凸状の欠陥のみで構成されていなくてもよく、図９に示すように凹状の欠陥で構成されていてもよい。また、凹凸が組み合わされた欠陥でもよく、凸状と凹状を併せ持つことにより、より正確にフォーカス測定を行なうことが可能となる。いずれの場合でも重要なのはこれら欠陥の大きさが複数あり、少なくとも１つの大きさの欠陥の個数がピークを持つことである。

ここで、欠陥の個数が分布上ピークとなる欠陥のサイズは、製品ウェハ上での欠陥の検出サイズと対応していることが好ましい。例えば製品ウェハで頻発する欠陥サイズが０．１μm−０．３μmであるならば、この範囲に少なくとも１つのサイズの欠陥の個数がピークを持ったウェハ１０を用いると実際の測定時のフォーカスのずれを抑えることができる。

例えば製品ウェハで頻発する欠陥サイズが０．１−０．２μmであれば、このあたりに欠陥数の多いウェハを用いる。ウェハ１０上の欠陥のサイズとその個数が０．１２μmで３００個、０．１４μmで３５０個、０．１６μmで４００個、０．１８μmで３５０個、０．２０μmで３００個、０．２２μmで２５０個、０．２５μmで２００個というように０．１６μmの欠陥個数をピークに連続的にそれより大きいサイズと小さいサイズ両側にかけて欠陥数が減少するピーク分布を有すればよい。このように０．１６μm付近の欠陥数が多い場合には、０．１６μmが、あるフォーカス値でフォーカスカーブにピークを有し、その上下のフォーカスではピーク値の欠陥検出数よりも少ない欠陥検出数が検出される。ウェハ1０上の欠陥のサイズ分布は１つのピークを持つ場合に限られず、欠陥サイズ０．１６μmと０．２５μmの二つの欠陥サイズというように複数のピーク分布を持っていても良い。

本実施形態１のウェハにはさらにパターン部分３０を有する。このようなパターンをフォーカス調整用ウェハに有することにより、欠陥検査装置に本実施形態１のウェハを導入し位置あわせをして特定の位置の欠陥検出を行なうことができる。パターン部分３０はウェハのチップ単位を特定できるようなものであることが好ましい。

チップ単位を特定できるようにすると、ウェハ１０のあるサイズの欠陥の欠陥密度が数個〜数百個／ｃｍ^２であれば、適切な数のチップを選択すればフォーカスピーク値を得ることができる。例えば、フォーカス調整用ウェハの欠陥密度が５〜１０個／ｃｍ^２であれば、チップあたりの面積が６cm²のものを７チップ選択して検出範囲とすることができる。倍率を４段階、フォーカスを５段階変化させて検査を行なう場合には検査時間は２時間ほどとなる。

このような本実施形態１のウェハ１０を再現性良く作成する方法の１例を図１０に示す。通常パターン３１’と欠陥部４１’を形成するパターンを形成したレチクル６０を用いてレジスト６１が塗布されたウェハ１３に露光を行う。（図１０（ａ））これにより図１０（ｂ）に示されるマスクがウェハ１３上に形成される。続いてエッチングをテーパー角がつくような一般的なエッチング条件を用いて行い、アッシングを行なってレジストを除去する。このような方法によりパターン部３１と円錐または角錐状の形状を持った欠陥部４１が形成されたフォーカス調整用ウェハ１０が作成される。また、欠陥部やパターン部分を凸状にする場合を示したが凹状にする場合にはレチクル６０のポジとネガを反転しエッチング条件を適切に設定することにより作成される。

ここで、欠陥のサイズや高さは欠陥部４１を形成するレチクル部分４１’で欠陥パターンの孔の大きさとウェハ上にレジストマスクを形成した後の時間などエッチング条件を適切に設定することにより決定される。レチクル６０の欠陥部４１’を上から見た図を図１１に示す。（ａ）は円錐状欠陥を作成する場合、（ｂ）は角錐状欠陥を作成する場合のマスクとなる。欠陥部４１’に相当する欠陥パターン部分ａ, ｂ, ｃなどは大きさごとに数の分布を持っており、例えばｂの大きさのパターンが最も多い。ａの大きさのパターンを用いるとエッチング後には径が大きく高さの高い欠陥が形成され、ｃの大きさのパターンを用いるとエッチング後には径が小さく高さの低い欠陥が形成される。このようなａ, ｂ, ｃ欠陥パターンをマスクに作成し、これをマスクとして用いることによりウェハ１０上に形成される欠陥の大きさとその数の比を適切に調整することができる。

図１０に示した方法ではウェハ１０の作成を１枚のレチクル６０を用いて行なっているが、後述する実施形態２の図１２に示したような欠陥部分４８とリファレンスパターン部分３８が形成されたウェハを作成する場合には、リファレンスパターン用のレチクルと欠陥用のレチクルを用いて露光を行なうことにより作成すればよい。また、欠陥用のレチクルを用いることにより図１０のパターン部分３１に凹状の欠陥を形成したウェハを作成できる。

本実施形態１のウェハ１０を作成するためのウェハ１３の表面はＳｉやＳｉＯ２などを用いることができる。さらに欠陥をＳｉや好ましくはＳｉＯ２上に金属材料で欠陥を形成すると校正用の感度をさらに上げることができる。

本願の効果について説明する。特開２０００−５８６０６に示される図１７の欠陥を有する従来の校正用ウェハ１２を用いるとこのようなフォーカスカーブを作成することができない。ウェハ１２は欠陥装置のフォーカス調整用には作成されていないため、欠陥が各サイズで各ブロックに１つずつあり、ウェハ全体で見た場合に各サイズの欠陥の数はそれぞれ同じとなっている。このようなウェハ１２を用いた場合フォーカスを変更しても検出される欠陥検出数はほぼ一定となり、ピークのないフォーカスカーブとなってしまう。

これに対して本実施形態１のウェハ１０は複数の大きさの欠陥の少なくとも１つの大きさの欠陥の個数が分布を有するように形成されており、フォーカスに対して検出される欠陥検出数が敏感に依存する。これにより、フォーカスピークを得ることができる。さらに円錐または角錐の欠陥とすることによりフォーカス位置によって一旦ある検出サイズで認識された欠陥がフォーカスの変化により急に他の検出サイズと認識される。これにより急峻なフォーカスピークを得ることができ精度の良いフォーカス調整が実現される。

また、本実施形態１のウェハ１０にはあるサイズの欠陥の欠陥密度が数個〜数百個／ｃｍ^２でウェハ全面に密に形成されている。欠陥数をカウントする時にはステージ５２を走査しており、ウェハ全面の欠陥数のカウントには先に示したとおり時間を要する。このような場合には特定の場所を指定してカウントすることが時間の短縮のために望ましい。このため、本実施形態１のウェハ１０上のパターン３０を利用してチップ単位を特定し、このチップを適切な数検出すればよい。従来の校正用ウェハ１２は欠陥密度が明らかに少ないため検出領域を増加させる必要があり、これに対してウェハ１０を用いることによって効率よく校正を行なうことができる。

さらに、従来の校正用ウェハ１２は暗視野で欠陥検査する装置の校正を対象としている。一方、本実施形態１のウェハ１０は明視野での欠陥検査を行なう装置の校正も対象としており、この場合分解能が暗視野での検査に比べて小さくなる。本実施形態１のウェハ１０はフォーカスピーク値を得ることができるよう構成されているため明視野での装置校正を精度よく行うことができる。

欠陥検査装置の装置構成方法を元に本発明の説明を行ったが、微細化に伴い高感度が要求される装置では本発明の方法およびフォーカス調整用ウェハを用いることにより装置の調整を行うことは有効である。このような装置として光や電子ビームを同様に照射媒体として有する、露光機や露光されたウェハのパターン寸法測定を行うＳＥＭなどが例示される。

次に本実施形態１で円錐および角錐の欠陥を用いる意義について図１３を用いて説明する。図１３はフォーカス測定ウェハ１０内を拡大した図６の欠陥部分の断面図である。あるステージ高さで、フォーカス０の場合には図１３（a）の１００の位置が結像する位置となる。これを上から見たのが下段の図となり、円錐形の欠陥のうち検出サイズが０．２５μmとなるものが2つ存在し（欠陥４４）、０．２５μmで検出される数は２つとなる。このほかの欠陥はこの大きさとは異なる検出サイズとして検出される。次にフォーカス位置を１００’のオーバーフォーカス位置とした場合が図１３（ｂ）となる。この位置では０．２５μmで検出される数は１つ（欠陥４５）となりこのほかはこれよりも大きさの小さな欠陥として検出される。同様にフォーカス位置を１００’’のアンダーフォーカス位置とした場合が図１３（ｃ）になり、０．２５μmでは欠陥検出数が1つ（欠陥４３）とカウントされる。このようにして、検出サイズ０．２５μmの場合にフォーカス設定値を横軸にとり欠陥検出数を縦軸にプロットすることにより図１の急峻なフォーカスカーブを得ることができる。

このように円錐または角錐状の欠陥を用いているとフォーカス位置によって、一旦ある検出サイズで認識された欠陥がフォーカスの変化により急に他の検出サイズと認識される。ここで重要なのは図１１中の欠陥４３−４７は数が４３：４４：４５＝１：２：１となっており、このためフォーカス０で検出される欠陥検出数が最も多くなっている。このようにあるフォーカス値でピークを持たせるためには大きさの異なる欠陥の数に分布があることが必要となる。
＜実施形態２＞

本実施形態は実施形態１に対して欠陥とリファレンスとなるパターンをそれぞれチップごとに分けて設けた点が異なる。図１２（ａ）に図示された本実施形態のウェハ１１には欠陥パターン領域４８とリファレンスパターン領域３８が設けられている。それぞれのパターンの拡大部分を図１２（ｂ）に示した。図１２（ｃ）は図１２（ｂ）に図示されたＡ−ａ間の断面図を示す。欠陥パターン領域４８には様々な大きさの欠陥が適切な数の分布（例えばｅ〜ｈがｇ＞ｈ＞ｆ＞ｅなど）で形成されている。リファレンスパターン領域３８には欠陥部分と対応した円柱パターンが同様に形成されている。本実施形態のウェハ１１は円柱または円錐の欠陥とリファレンスパターンとなっているがこれらは実施形態１と同様に角柱または角錐であっても良い。また、円柱と円錐または角柱と角錐は同じ底面積であることが望ましい。

本実施形態２のウェハにはフォーカス調整用の欠陥パターン領域４８が適切な数の分布で様々な大きさの欠陥で構成されているため、実施形態１と同様の手順でフォーカス調整を行なうことができる。さらに、この欠陥パターン領域４８と対応したリファレンスパターン領域３８が形成されており、これをもとに欠陥を認識することができる。このため、本実施形態２のウェハ１１を用いることによりフォーカス調整及び欠陥の有無の認識による感度調整の両方による校正を行なうことができる。

また、欠陥パターン領域４８とリファレンスパターン領域３８は隣接した領域に形成されることが望ましい。この二つのパターンがウェハの隣接した領域に形成されて、比較されることによりプロセスによるウェハの面内分布に依存しないで欠陥の認識を行なうことができる。また、リファレンスパターン領域３８を欠陥パターン領域４８で挟むように配置することが望ましい。例えばリファレンスパターン領域３８を2箇所とそれにはさまれた欠陥パターン領域４８（図１２（ｂ）の点線で囲んだ領域）を測定対象とすることにより欠陥パターン領域４８にある欠陥を認識することができる。

本実施形態２のウェハ１１を用いる場合にも、実施形態１と同様の図２および図３に示したフローに従ってフォーカス調整が行われる。ここで、照度調整（Ｓ３）がリファレンスパターン領域３８、フォーカスカーブ測定（Ｓ５）が欠陥パターン領域４８とチップごとに行なわれる点で実施形態１のフォーカス測定方法と異なっている以外は同じである。ここで、リファレンスパターン領域３８はチップで場所が特定されるため、欠陥がリファレンスパターンとして誤認識されることがない。リファレンスパターン領域３８を用いて確実に照度調整を行なうことにより、欠陥パターン領域４８が正確に欠陥部分として認識され、この照度でフォーカス調整（Ｓ５）が行なわれるため、より精度よく感度調整を行なうことができる。

図１２のウェハ１１ではリファレンスパターン領域３８がウェハ全面に列ごとに形成されているものを例示したが、欠陥パターン領域４８の両側または片側にリファレンスパターン領域３８を有する２または３チップのセットが面内で５ポイント（例えば中央１、外周４）形成されているものや、直線状に適当な数で並んで形成されていても良い。また、欠陥の密度によってはこのセットは１ポイントあるだけでもよい。リファレンスパターン領域３８はリファレンスとしての機能を果せればウェハ上に１チップあるのでもよい。

以上、本発明の構成について説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたものも本発明の態様として有効である。

本発明の原理を示すフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブ 本発明のフォーカス調整ウェハを用いたフォーカスカーブ取得フロー図 本発明のフォーカス調整ウェハを用いた装置調整フロー図 本発明の欠陥検査装置 本発明の実施形態１に関わるフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブ 実施形態１に関わるフォーカス調整用ウェハ 実施形態１に関わるフォーカス調整用ウェハ拡大図 実施形態１に関わるフォーカス調整用ウェハ拡大部分の断面図 実施形態１に関わるフォーカス調整用ウェハ拡大部分の断面図 実施形態１のフォーカス調整用ウェハの作成方法 実施形態１のフォーカス調整用ウェハ作成用マスクの欠陥部分拡大図 実施形態２に関わるフォーカス調整用ウェハ 本発明に関わるフォーカス調整の説明図 従来の欠陥検査装置 欠陥検査方法の説明図 従来の欠陥検査校正用ブロック図 従来の欠陥検査校正用ウェハ

符号の説明

１０ 実施形態１のフォーカス調整用ウェハ
１１ 実施形態２のフォーカス調整用ウェハ
１２ 従来の校正用標準試料
１３ ウェハ
３０ パターン部
３８ リファレンスパターン領域
４０，４４‘，４４−４７ 欠陥
４８ 欠陥パターン領域
５００ 欠陥検査装置
５１ 検査対象
５２ ステージ
５０１ 光ビーム
５０３ 対物レンズ
５０４ イメージセンサ
６０ レチクル
６１ レジスト
１００，１００‘，１００’’ フォーカス位置

Claims (17)

1. 基準装置、及び、前記基準装置と異なる調整対象装置各々を用いて、対象物に対して照射媒体を互いに異なるフォーカスを持って複数回照射すると共に、予め決められた大きさを有する欠陥の数を、上記複数回照射の夫々についてカウントすることにより、前記基準装置及び前記調整対象装置各々に関するフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブを取得し、両方のカーブのピーク点のズレから調整すべきフォーカス量を取得し、フォーカスの調整を行なうことを特徴とするフォーカス調整方法。
2. 対象物に対して照射媒体を互いに異なるフォーカスを持って複数回照射すると共に、予め決められた大きさを有する欠陥の数を、上記複数回照射の夫々についてカウントすることによりフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブを取得し、かくして得られたフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブを用いてフォーカスの調整を行なう工程を有し、
   前記工程では、前記複数回照射の夫々につき、検出サイズが異なる複数の欠陥を夫々カウントし、その中から前記予め決められた大きさを有する欠陥に対するフォーカス値対欠陥検出数の分布カーブを取得することを特徴とするフォーカス調整方法。
3. 照射媒体を２回照射することにより前記フォーカス値対欠陥検出数の分布カーブを２つ取得し、両方のカーブのピーク点のズレから調整すべきフォーカス量を取得することを特徴とする請求項２記載のフォーカス調整方法。
4. 前記フォーカス値対欠陥検出数の分布カーブを、基準装置および調整対象装置から２つ取得し、前記基準装置および調整対象装置が同じであることを特徴とする請求項３に記載のフォーカス調整方法。
5. 前記互いに異なるフォーカスは、基準となるフォーカスに対するオーバーフォーカスおよびアンダーフォーカスをそれぞれ少なくとも２回含むことを特徴とする請求項１または２に記載のフォーカス調整方法。
6. 光源及びレンズを備えた欠陥検出部と、
   複数の大きさの欠陥を有し、少なくとも１つの大きさの欠陥の個数がピークを有するウェハに対して、前記欠陥検出部を制御して、照射媒体を互いに異なるフォーカスを持って複数回照射させる全体制御部と、
   前記複数回照射の夫々について、検出サイズが異なる複数の欠陥を夫々カウントする画像処理部と、
   前記画像処理部がカウントした各フォーカス値での欠陥検出数を記憶するフォーカスデータ記憶部と、
   前記フォーカスデータ記憶部内の欠陥検出数から所定の検出サイズについて欠陥検出数がピークとなるピークフォーカス値を取得し、前記ピークフォーカス値に基づきオフセット値を算出するフォーカス調整判定部と、
   前記オフセット値に基づきフォーカス調整を行うフォーカス調整部と、
   を備えることを特徴とした欠陥検査装置。
7. 複数の大きさの欠陥の少なくとも１つの大きさの欠陥の個数がピークを有するフォーカス調整用ウェハ。
8. 前記欠陥が円錐または角錐であることを特徴とする請求項７に記載のフォーカス調整用ウェハ。
9. 前記ピークを持つ大きさの欠陥の欠陥密度が数個〜数百個／ｃｍ^２であることを特徴とする請求項７または８に記載のフォーカス調整用ウェハ。
10. 前記欠陥を認識するためのリファレンスパターンをさらに有することを特徴とする請求項７−９いずれか１つに記載のフォーカス調整用ウェハ。
11. リファレンスパターン領域と欠陥パターン領域が分けて設けられていることを特徴とする請求項７−１０のいずれか１つに記載のフォーカス調整用ウェハ。
12. 前記リファレンスパターン領域が前記欠陥パターン領域をはさむように配置されることを特徴とする請求項１０または１１に記載のフォーカス調整用ウェハ。
13. 前記欠陥が凸状または凹状で構成されることを特徴とする請求項７−１２のいずれか１つに記載のフォーカス調整用ウェハ。
14. 前記欠陥が凸状と凹状両方で構成されることを特徴とする請求項７−１２のいずれか１つに記載のフォーカス調整用ウェハ。
15. 前記フォーカス調整用ウェハの欠陥の大きさの範囲が０．０５〜０．５μmにあることを特徴とする請求項７−１４のいずれか１つに記載のフォーカス調整用ウェハ。
16. 前記ピークとなる欠陥の大きさが製品ウェハ上で観測される検出サイズの範囲内にあることを特徴とする請求項７−１５のいずれか１つに記載のフォーカス調整用ウェハ。
17. 前記リファレンスパターン領域が円柱または角柱形のパターンで構成されていることを特徴とする請求項１０−１６のいずれか１つに記載のフォーカス調整用ウェハ。

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