JP5097335B2 - プロセス変動のモニタシステムおよび方法 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、半導体ウェハ検査の分野に関し、特に、集積回路製造プロセスにおいて変動を光学的にモニタするためのシステムおよび方法に関する。

発明の背景

シリコンウェハなどの半導体基板上で集積回路（ＩＣ）を製造するプロセスは、非常に複雑であり、多数のステップからなる。各ステップは、一貫して正確な結果を獲得するために厳密に制御されなければならない多数のプロセスパラメータを伴う。しかしながら、任意のステップのプロセスにおいて意図していない偏差を生じることがある物理的要因が存在する。このような要因は、基板そのものの変動、処理機器のわずかな機械的および光学的な不正確さ（わずかな位置ずれによる焦点ぼけなど）、塵や汚れ、および環境的変動が原因の場合がある。プロセスの偏差は、時間に応じたものであってよく、すなわち、連続するウェハ間、または任意の１つのウェハまたは両方のさまざまな部品間である。これらのプロセス偏差のうちの任意のものが、単一または組み合わせて過度になると、欠陥が、ＩＣのいくつかの特徴で現れることがある。これらの欠陥は、（ａ）一般的にわずかな幾何学的偏差（導体の幅など）が原因のものである、相当な領域にわたって観察可能であり、したがって、低解像度である表面外観の偏差として、および（ｂ）全光学的解像度で観察可能なわずかな領域におけるより顕著な幾何学的歪みとして、２つのスケールのうちの１つで明らかになる場合がある。ここでは、前者（スケール（ａ）のもの）を「マクロ欠陥」と呼び、後者（スケール（ｂ）のもの）をミクロ欠陥と呼び、単なる「欠陥」と呼ぶ場合もある。

最新のＩＣの幾何学的形状が、ほぼ０．１〜０．２ミクロンの単位で画成されるため、広い領域にわたって生じる、マクロ欠陥で観察可能なわずかな偏差は、数十ナノメートル以上のオーダーまで解像度を下げて測定しなければならず、これは、光波長より短い波長でのみ実行可能である。一方で、一般的に（および本質的に）、ミクロ欠陥は、光学顕微鏡によって検出可能であるようなサイズのものである。これらは、塵粒など、プロセスにおける微細な乱れによることもあり、または、よくあることのように、マクロ欠陥の極端な現れのこともある。

通常、プロセス中のウェハは、欠陥を検出し、したがって、プロセスをモニタするために、周期的に、例えば、ある一定の処理するステップ後、検査される。現在、ウェハの上面全体は、光学的のみ、およびミクロ欠陥の検出のための特別な装置を用いて検査される。このような装置の一例として、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製のＣｏｍｐａｓｓ検査システムがあり、その必要部品、特に、図１のブロック図に示す光学システムは、レーザ光源などの光ビーム光源と、光ビームを平行化、集束、および走査するための光学系と、検査されたウェハを保持および移動するためのウェハホルダと、少なくとも１つのセンサと、各センサからの信号を処理するためのプロセッサとを含む。

検出された欠陥は、それらの数に関して、好ましくは、それらの性質に関して分析される。明らかに、任意の領域内にあり、または、ウェハ全体にわたってある比較的多数の欠陥の発生は、プロセスにおける何らかの障害または許容できない偏差があるということを示し、偏差を生じる物理的要因を特定し、適切な改善行為、例えば、プロセスパラメータの適切な調節を行うべきである。非常に多数の欠陥がある場合、ある一定のダイまたは場合によってはウェハ全体を拒絶する決定がなされることもある。

検出された欠陥が詳しく調査され、別の、いわゆる再調査の動作段階で分析されることが多く、そこから原因となり得るプロセス偏差の性質について、またはマクロ欠陥の存在とその性質について習得し、そこから、再度、原因となり得るプロセス偏差が推定されてよい。一般的に、このような調査は、欠陥決定に用いられるものよりも高い解像度で行われ、ミクロ測定技術を伴うことがある。これは、同じ機器によって実行されてよいが、極めて高価な走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの別の非常に高解像度のデバイスで行われる場合が多い。

ミクロ欠陥を検出し、可能的にそれらを再調査することによって、製造されたＩＣにマクロ欠陥を生じさせるプロセス偏差についてのこのような最新の習得手法には、２つの主要な欠点がある。第１に、最も重要なことに、検出可能な結果的に生じるミクロ欠陥が現れるようにするためには、マクロ欠陥が相当に深刻なものでなければならず、改善前にプロセスにおいて有害な更なる偏差が存在し、極端な場合、検出された欠陥は、ミクロであるにしろ、マクロであるにしろ、すでに、ウェハの拒絶を要する過度のものである場合があり、これは明らかに経済的な損失である。第２に、再調査段階中の欠陥の詳細な調査および分析は、時間と高価な機器を伴い、時間遅延により、プロセス偏差が特定および修正される前に、更なるウェハが悪影響を受けることがある。第１の欠点は、表面全体が高解像度で検査されれば回避されることもあるが、この手法は、極めて時間がかかり、上述したように、非常に高価な機器を要することを留意されたい。

したがって、必ずしもミクロ欠陥にならないレベルでマクロ欠陥を直接検出することで、プロセス変動を早期にまたはより高感度で示すことによって、プロセスにおけるウェハの表面全体を検査する方法および装置の明確な需要がある。更に、比較的安価であり、したがって、好ましくは、従来の光学欠陥検出装置といくつかの部品を共有するこのようなプロセス変動モニタ装置の需要がある。

発明の概要

本発明は、本質的に、半導体ウェハ光学検査システムのプロセスモニタ能力を高めるための方法であり、これにより、マクロ欠陥、すなわち、このようなシステムで従来検出されたミクロ欠陥を分析することによって可能なものよりもかなり高い感度で、ウェハの表面にわたったプロセス変動の低解像度の結果を検出し、可能的に定量化することができるようになり、オプションとして、連続的に処理されるウェハ上の時間的なプロセス変動の結果も検出できるようになる。この方法は、このような光学検査システムのミクロ欠陥検出動作と同時に、およびそれとともに動作可能であることが好ましく、それと共通して、ウェハの検出可能な表面全体を調査することを伴う。本発明の方法は、著しい数の検出可能なミクロ欠陥を結果的に生じるものよりも小さな規模のプロセス変動を検出するためのものである。上述した、同時に存在する特徴および全表面調査の特徴が、最新技術のプロセスモニタ方法の動作モードと対照的であることが有益であり、プロセス変動の幾何学的結果が、ミクロ欠陥が検出された領域だけで調査され、更に、このような調査が、欠陥検出動作とは別であり、その間、場合によっては、異なる機器を用いて高解像度の走査が要求される、いわゆる再調査段階で実行されることを留意されたい。

本発明のシステムの一実施形態において、検査された領域全体にわたったプロセス変動の指示を直接獲得するために、欠陥検出動作の部分的結果が更に処理される。また、欠陥検出動作と共通して、本発明の方法は、より多様な結果を感知して、より正確で、またはより信頼できる結果を獲得するために、いわゆる暗視野、またはいわゆる明視野を感知することを含む、検査される表面および照明ビームに対してさまざまな角度に設けられるもののような検査システムに備えられる任意の複数のセンサの出力を使用できることが有益である。また、本発明の方法は、結果が検出されそれによって測定されたプロセス変動を分離する能力の基本をなし得るが、以下に記載する実施形態は、このような能力を含まない。

オプションとして、明白な修正であるが、本発明の方法は、欠陥検出動作とは別々に、または独立して機能し得るが、一般的に、組み合わせた動作がより経済的であることを留意されたい。また、本発明は、本願明細書に開示された方法を実行するように動作する機器およびシステムに関する。

本発明の開示は、集積回路ダイになるように処理される半導体ウェハを検査する点に関して本発明を記載するが、本発明は、光デバイスを保持するものや任意の他の処理を受けるものなど、他の基板の表面の検査に同等に応用可能であるとともに、表面変動は、必ずしもプロセス起因するものではないことを認識されたい。本発明が、光学ビーム以外の、例えば、電子またはイオンビームによる表面検査と、一般的に、表面が点ごとに精査または感知される任意の検査システムと同様に応用可能であることを認識されたい。このような任意のシステムにおいて、各センサは、検査された表面から精査ビームが反射する結果として、センサが受けるエネルギーに相当する強度値を出力する。一般的に、これらの値は、放射強度値と呼ばれるが、以下、同義的に、（好ましい実施形態において、精査用に光ビームを利用するため）光強度値と呼ばれることもある。

ウェハ検査システムに応用可能であるような本発明の方法は、基本的に、以下の論理ステップを含み、すなわち、
（ａ）ミクロ欠陥検出に対して用いられる値と同等のものであってよい検査システムにおけるさまざまなセンサの出力など、対応するクラスに属する被検査表面上の各点（ピクセル）に対して１つ以上の光強度値を獲得するステップと、
（ｂ）好ましくは、各ピクセルに対して１つ以上の導出値を計算するステップと、
（ｃ）多数の連続的なピクセルを各々が含む幾何学的なブロックのアレイに表面を分割するステップと、
（ｄ）各ブロックに対して、概して、光強度値といくつかのピクセルの導出値とに応じた、変数のセットまたはアレイである、いわゆるシグネチャを計算するステップと、
（ｅ）各ブロックに対して、そのシグネチャと、可能的に比較ブロックと関連づけられる指定比較シグネチャとを比較し、それによって、１つ以上のプロセス偏差指示を計算するステップとを含む。

ステップ（ｂ）における導出値は、好ましくは、局所的な拡散値、すなわち、参照したピクセルのすぐ近傍にある強度値の変動範囲の程度であることが好ましく、これらは、各クラス（すなわち、センサ）に対して別々に計算される。

この方法の一実施形態において、シグネチャを計算するステップは、各ピクセルに対して、および各クラスに対して、光強度と拡散値の対のヒストグラムを計算することを含む。１つの構成において、ウェハの表面にわたって、各ブロックに対して、モデル比較シグネチャが与えられ、ステップ（ｅ）における比較するステップは、そのモデルシグネチャに対するものである。別の構成において、任意のブロックに対する比較は、現行の被検査ウェハに対して計算された任意のシグネチャと、先行の被検査ウェハに対して計算された対応するものとの間のものである。製造されるＩＣが同一のダイのアレイである一般的な場合に応用可能な更なる別の構成において、ブロックのアレイは、ダイのアレイと整列して画成され、各ダイにわたって複数のブロックがあり、シグネチャの比較は、任意のブロックと、１つ以上の他のダイにわたって一致するブロックとの間のものである。

ミクロ欠陥が検出中のときに特に応用可能な本発明の方法の別の実施形態において、まず各ピクセルに対して、各センサに対応して、光強度値と可能的に局所的な拡散値との両方が、別のダイ上で一致するピクセルに対して対応するものと比較して獲得される。このような比較によって生じた差は、所与のしきい値曲線に従ってしきい値化されることが好ましく、各超過が留意され、所与の曲線のしきい値は、典型的に、欠陥の検出中、同様の手法において適用されるものよりかなり低い。最後に、各センサに対応する超過は、各ブロックにわたって計数され、その合計は、それぞれのプロセス偏差指示をなす。

本発明を理解し、その実施方法を把握するために、以下、添付の図面を参照しながら、非制限的な例によって、好ましい実施形態について記載する。

発明の詳細な説明

本発明の方法は、ある一定のウェハ処理ステージ後、通常、欠陥を検出するように働く、ウェハ検査システムにあるディジタルプロセッサで実行可能な追加のコンピュータプログラムとして実施されることが好ましい。本発明の方法を説明するために本願明細書において使用されるこのような検査システムの特定の例は、上記の背景技術のセクションに記載し、図１に略図を示す、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製のＣｏｍｐａｓｓ検査システムである。しかしながら、本発明の方法が、明白な修正とともに、半導体ウェハ以外の表面を検査するように働くものを含む、他の検査システムにおける任意のプロセッサの適切なプログラムとして実施されることもできることを理解されたい。同様に、本発明の方法は、明白な修正とともに、プロセス変動モニタだけの目的のために、特殊にまたは専用にデザインされたシステムにおいて実施されることもできることを理解されたい。

図１の検査システム３０において、光源３１、好ましくは、レーザおよび光学システム３３が、ウェハ３６の表面に垂直に集束光スポットを投影する。ウェハは、平行線の規則的なラスタの集束スポットによって走査されるように走査機構３４によって動かされる。表面からさまざまな方向に反射または散乱された光は、センサ３５によって収集され、対応する電気信号に変換され、これらは、規則的な間隔でサンプリングされディジタル化されて、対応する光強度値を発生し、以下、これを強度と呼ぶ。強度は、プロセッサ３２に送信され、一般的に、このプロセッサは、信号の分析を実行して欠陥を決定するようにプログラムされているが、本願明細書に開示する方法に従って分析を実行するようにプログラムされることが好ましい。任意の１つのサンプリングに対応する表面上でのビームの位置は、それぞれピクセルとして知られる。走査線間の距離は、１つの軸に沿った隣接するピクセル間の距離を決定し、サンプリングレートと走査速度との間の比率は、直交する軸に沿った隣接するピクセル間の距離を決定する。典型的に、各軸に沿ったこの距離は、０．５〜２マイクロメートルである。好ましくは、１つのセンサが、垂直に反射された光を収集し、これを明視野センサと呼び、４つのセンサが、垂線に対して大きな角度で（対応する４つの方位角方向で）反射された光を収集し、これらを暗視野センサと呼び、１つのリング状のセンサが、垂線に対して小さい角度〜中程度の角度で反射された光を収集し、これをグレー視野センサと呼ぶ。同じ記述は、対応するディジタル強度値にも当てはまるが、より一般的に、さまざまなセンサからの強度は、対応する異なるクラスに属するものとして見なされることがあり、以下、このようなものとして参照する。また、光強度の異なるクラスは、スペクトル差など、反射光の走査および感知に影響を及ぼす他のパラメータに関連付けられてもよい。

ほとんどの製造状況において、ウェハ２０に対するダイ領域２２を略図的に示す図２に示すように、同一の回路パターンの規則的なアレイを発生させ、ダイ（チップとしても知られる）になるように、半導体ウェハは処理される。一般的に、したがって、欠陥２６が、各ダイ２２から得られた値と、ウェハ上の１つ以上の他のダイ２２から、または、この代わりとして、モデル（「ゴールデン」）ダイから得られた値とを比較することによって検出される。

更に詳しく言えば、典型的に、各ピクセルに対して、（６つのセンサに関連付けられた６つのクラスの）強度値の各クラスに対して、以下の手順が実行される。ピクセルおよび隣接するピクセル（例えば、隣り合うピクセル）のグループの強度が相互に比較され、対応する拡散値Ｓを生じる。特定の比較関数は、例えば、最高および最低強度値を見つけるステップと、それらの間の絶対値差を計算することである。６つの強度値Ｉおよび６つの対応する拡散値Ｓは、別のダイに対して同一の位置のピクセルのものと比較される。他のダイは、レーザビームによって直前に走査されたものであることが好ましいが、ウェハ上の別のものまたはモデルダイであってもよい。その結果得られた２４個のアレイ（６つのクラスの各々に対して２つのダイの各々から得られたＩ値およびＳ値）は、適切なアルゴリズムおよびパラメータを適用して、ピクセルが欠陥のものであるかを決定するために分析される。一般的に、このようなアルゴリズムおよびパラメータは、Ｉ値およびＳ値の範囲の既知の組合せに基づいて、ピクセルが位置する回路パターンを分類するステップと、各パターンクラスのさまざまな値に対して、偏差しきい値、すなわち、最大許容可能偏差を画成するステップとを含む。１つまたはいくつかの感知された値に対して、２つのダイ間の差が、適切な偏差しきい値を超えた場合、ピクセルは、欠陥のものであると推測される。２つの他のダイまたはモデルダイとの比較に基づいて、このように推測されたピクセルが、欠陥であると決定される。この例示的なシステムにあるように、センサの数とピクセル当たりの対応する強度値は、６つである必要はなく、１つを含む任意の数であってよいことに再度留意されたい。

本発明の一実施形態によれば、ウェハの表面にわたったピクセルアレイは、連続した矩形状のブロックに論理的に分割され、各々は、典型的に、５００×５００ピクセルのアレイを含む。ブロックは、順にデカルトアレイを形成する。好ましくは、ブロックのアレイは、ダイのアレイと整列されるため、すべてのダイは、ブロックに同一に分割される。図２に、それらの間の関係が示されており、同図において、各ダイ２２は、多数のブロック２４に同一に分割されているように見える（それらのうちのいくつかしか図示していない）。ピクセルが、２マイクロメートル間隔のものであれば、ブロック２４のサイズは、典型的に、１×１ミリメートルになり、総寸法が１０ミリメートルの典型的なダイは、１０×１０ブロックを含むことになる。

ここで、各ブロックおよび各クラス（すなわち、センサ）に対して、値ＩおよびＳの任意の対を共有するピクセルの数のヒストグラムが計算されることが好ましい。ブロック特徴ヒストグラム（ＢＣＨ）と呼ばれるヒストグラムは、二次元アレイとして視覚化されてよく、１つの軸は、２５６個のＩ値を表し、もう１つの軸は、２５６個のＳ値を表す（各値は、８ビットの数で表されると仮定する）。ＢＣＨにある値の典型的な分布が、特定のブロックをなす回路のタイプとともに、Ｉ値のクラスとに依存することに留意されたい。例えば、暗視野センサに対応するＢＣＨでは、典型的に、メモリ回路領域に対して中強度値および中拡散値がほとんどであり、これは均一のパターンの特徴であるのに対して、ベアシリコン（低密度の回路）の場合、強度値および拡散値はともにほとんどが低い。図３に、明視野センサおよびメモリ領域の典型的なヒストグラムが略図的に示されており、同図において、明確さおよび簡潔性のために、Ｉ値およびＳ値の数はそれぞれ１６個しかない。ヒストグラムをなす２つの変数が、ＩおよびＳである必要はなく、光強度から導出される任意の他の値であってよいことを認識されたい。

ＢＣＨのセット（この例示的な好ましい実施形態の場合、６個）は、特定のタイプの、いわゆるブロックのシグネチャである。他のタイプのシグネチャが、本発明の範囲内において可能であり、ＢＣＨから、または、強度および任意の導出変数（拡散値など）から直接、各ブロックに対して計算可能である。このようなシグネチャの１つの単純な例は、ブロックにわたって各クラスに対する値（例えば、ＩまたはＳ、またはそれら両方）の任意の平均値のセットである。シグネチャ計算の別の例として、拡散値がそれぞれある一定のしきい値（低密度回路領域を示す）下にあるすべての強度が平均化される。ブロックシグネチャを発生するために直接またはそれぞれのＢＣＨから各クラスに対して計算可能な関数の一例は、拡散値と強度値との相関である。他のタイプのブロックシグネチャは、例えば、ブロックに関係する複数のＢＣＨの関数を含むものであってよい。

このようにして、ウェハの表面にわたった各ブロックに対するシグネチャが作られる。いくつかのタイプのシグネチャを用いて、それらの計算を制御するパラメータは、さまざまなタイプの下地パターン（すなわち、さまざまなタイプの回路）に適合するように、ブロックごとに異なるものであってよいことに留意されたい。次に、現行ブロックと呼ばれる、同時に各ブロックに対して、現行シグネチャと呼ばれるそのシグネチャが、いわゆる比較シグネチャと比較されて、ブロックに対する１つ以上のいわゆるプロセス変動指示のセットを生じる。任意のこのような比較は、許容可能な偏差の範囲を一般的に画成する１つ以上のパラメータによって制御されることが好ましく、再度言うが、これらは、下地回路パターンに応じて決定されることが好ましい。このような比較パラメータの集合とともに、ウェハまたは任意の１つのダイの領域にわたって、シグネチャの形成を制御する上述したパラメータは、ウェハまたはダイのパラメータマップをともに形成し、このようなマップは、処理がモニタされているダイの各タイプに対して一度決定される。

比較シグネチャのソースによって区別される本発明の好ましい実施形態のいくつかの構成について考慮する。絶対的なプロセス変動検出用に働く第１の構成によれば、ウェハの表面全体にわたって、または単一のダイの領域にわたって（ウェハにわたった同一ダイのパターンを想定）、モデルシグネチャマップが前もって画成される。このようなマップは、各タイプのダイ（すなわち、回路パターン）または各製造バッチに対して作られることが好ましく、例えば、完全であることが既知の１つ以上のサンプルを上述した走査およびシグネチャ計算プロセスを受けさせることによって生成されてよい。検査中、各ブロックのシグネチャは、モデルマップの対応するものと比較される。ウェハ間プロセス変動検出用に働くこの実施形態の第２の構成によれば、各ブロックに対するシグネチャは、検査中、すでに検出されたウェハ、好ましくは、直前のウェハの対応するものと比較される。ダイプロセス変動検出用に働き、ウェハにわたって同一ダイのパターンの場合に応用可能である第３の構成は、第２の構成と類似したものであるが、検査中、各ブロックに対するシグネチャが、１つ以上の他のダイ、好ましくは、隣接するダイの対応するブロックのものと比較される点が異なる。この構成は、より一般的に、検査されている表面上に任意の所与のパターンの反復的な同一のインスタンスが存在する任意の表面に対して適用されてよい。

上述したように、各比較プロセスは、パラメータマップ（一般的に、ブロック間で異なる）から得られた比較パラメータによって制御される。シグネチャが１つである場合、可能的に１つのクラスあたりに１つである場合に適用可能である比較プロセスの典型的な例は、現行のシグネチャにある対応する数と比較シグネチャとの間の絶対値差を単純に計算するステップと、計算された差が、パラメータマップにある対応するしきい値を超えたかを決定することである。超えていれば、適切なプロセス変動指示が、現行のブロックに割り当てられる。

シグネチャがＩ値およびＳ値のＢＣＨである場合に適用可能な比較プロセスの別の例は、以下のとおりである。各クラスに対して、平均絶対値差が、Ｉ値およびＳ値の各対に対して、現行ＢＣＨおよび比較ＢＣＨにある対応するエントリを互いから絶対的に減算し、その結果を平均化することによって計算される。その後、すべてのクラスからの最大平均差は、パラメータマップにある対応するしきい値と比較されて、可能的に指示プロセス変動値を生じる。後者の例示的な方法の修正によれば、パラメータマップにおいて、各クラスおよび各ブロックに対して、Ｉ値およびＳ値に応じた偏差しきい値のセットが画成され、現行ＢＣＨおよび比較ＢＣＨにあるエントリ間の差は、対応する偏差しきい値と比較され、超過すれば、偏差フラグが生じ、ブロックに関連付けられたクラス関連のＢＣＨの任意のものからの偏差フラグと、可能的に、このようなフラグの数の存在は、任意のプロセス変動の発生、可能的に、その大きさを表す。

この方法により使用されるピクセル光強度値と、可能的に、拡散値とは、システムも欠陥検出用に働くものであれば、そのために使用される本質的に同じものであることに留意されたい。したがって、このようにして、欠陥検出プロセスと本発明のプロセス変動モニタとによって、システムを共有することは、極めて経済的である。更に、２つの手順は、同時の場合もあるため、時間が節約される。それにもかかわらず、本発明の方法は、本質的に上述したように、独立したシステムで実施されてもよい。

欠陥検出システムを用いて協働的に働くように特に適応された本発明の別の実施形態は、以下のとおりである。各ピクセルで感知された強度と、可能的に、導出された拡散は、欠陥検出で用いられたものと類似した方法で、比較ダイと呼ばれる別のダイ上の対応ピクセルのものと比較される。しかしながら、偏差のしきい値は、この場合、欠陥検出より著しく低いレベルで設定される。一般的に、したがって、かなり多くの数のピクセルが、比較値から許容範囲外に逸れた強度値および拡散値を有することになる。これらは、異常ピクセルとしてマーク付けされる。第１の好ましい実施形態にあるように、ウェハおよび各ダイの領域は、ブロックに論理的に分割される。各ブロックにある異常ピクセルの数は計数され、高いカウント数のブロックが、プロセス偏差を示すとして報告される。更に、この手順は、各クラス（例えば、センサ）に対して実行される。プロセスは、比較ヒストグラムによって示されるものであってよく、図４に、その簡易化した例（典型的に、ある一定の回路領域に対して）が略図的に示され、同図において、２つの軸は、第１および第２のダイのそれぞれの強度値を表す。強度値の各組合せに対して、組合せが生じるブロック内のピクセルの数が記録される。理想的には、すべてのエントリが、主要な対角線のある一定のセクションに沿ったものになるが、プロセス「ノイズ」および変動により、実際には、２つのダイにおいて値が等しくないピクセルが多数ある。図４において、値の対の分布レベルを線で描いた典型的な輪郭線４５が描かれており、最も内側の輪郭は、例えば、感知されるすべてのピクセルの９０パーセントを含む。主要な対角線にほぼ平行であるしきい値線の２つの対は、輪郭４５に対してある選択された関係で描かれており、実際、ヒストグラム部分を５つの領域に分割している。対角線からより離れた位置にある第１の線対４１が、欠陥のあるピクセル４３を区別するように働くのに対して、対角線により近い位置にある第２の線対４２は、異常ピクセル４４を区別するように働く。ライン４１は、欠陥を区別するために、上述したＣｏｍｐａｓｓシステムなどの従来技術の検査システムにおいて使用されるものであり、オプションとして、本発明のシステムにも用いられてもよいことに留意されたい。しかしながら、ライン４２と、異常ピクセルを区別するためのそれらの使用は、本発明の新規の特徴である。いずれにしても、ライン４２の外側にある値をもつすべてのピクセル４２（可能的に、ライン４１の外側にあるものも含む）は、異常として計数されることが好ましい。

示差的に、または加重和の方法でさまざまなセンサに対応する異常ピクセルの計数を考慮する方法を案出することも可能であり、したがって、モニタされているプロセス変動に関する追加情報を獲得することも可能である。一般的に、これらすべては、ピクセル異常指示間の関係の計算として見なされる。この実施形態の別の構成において、比較値は、モデルダイから取られ、格納されてよく、より一般的に、比較値は、適切な比較値アレイ（比較ダイまたはモデルダイのいずれかから導出される）を形成するものとして見なされてよい。

プロセス変動モニタシステム（ウェハ検査システムの一部であってよい）内に本発明の方法の任意のものを適用する場合、上述したようにブロックごとに報告された偏差が、図式的に製造プロセスオペレータに提示されて、オペレータが、それらを生じさせたであろうプロセス変動を推定するようにしてよい。この代わりとして、報告されたデータは、解釈プロセスに自動的に適用されてよく、これは、可能性のあるプロセス変動に関する情報を出力するか、そうでなければ、データは処理されてよい。別の代替は、報告されたブロック、可能的に、特に高い偏差スコアを有するある一定のブロックに対して、再調査タイプの検査（例えば、高解像度観察）を始動することである。一般的に、これらの再調査可能な位置は、欠陥によって示されるもの（現行の方法によって検出されるもの）に追加されたものとなるが、位置のうちのいくつかは、ほぼ同一のものであってよいことに留意されたい。この方法の結果をプロセスモニタリングに適用する方法は、例えば、このパラグラフに記載したように、本発明の範囲外のものであり、その有用性を説明することで記載されることに更に留意されたい。

さまざまな他の構成および機能を含む上述した方法の多数の変更とともに、他のタイプの表面、パターン、およびプロセスへの応用が可能であり、すべてが、特許請求の範囲によってのみ画成される本発明の範囲内のものであることを認識されたい。

また、本発明によるシステムが、適切にプログラムされたコンピュータまたはディジタルプロセッサであってよいことも理解されたい。同様に、本発明は、本発明の方法を実行するためのコンピュータによって読取り可能であるコンピュータプログラムを意図している。本発明は、本発明の方法を実行するための機械によって実行可能な命令プログラムを実際に組み入れた機械読取り可能なメモリを更に意図している。

本発明の一実施形態において使用されるウェハ検査システムの略図である。 本発明によるピクセル、ブロック、およびダイの関係を示す、ウェハの表面の略図である。 本発明の一実施形態において使用される典型的なブロックヒストグラムを示す図である。 従来技術による欠陥検出と、本発明の第２の構成によるプロセス偏差測定とで使用される典型的なピクセル値の正規分布および典型的なしきい値曲線を示す図である。

符号の説明

２０…ウェハ、２２…ダイ、２４…ブロック、２６…欠陥、３０…検査システム、３１…光源、３２…プロセッサ、３３…光学システム、３４…走査機構、３５…センサ。

Claims (41)

1. 表面にわたってプロセス変動を検出するための方法であって、
   （ａ）前記表面から放射強度値Ｉをピクセルごとに獲得し、放射強度値の２以上のクラスが画成され、各ピクセルに対して、前記画成されたクラスの各々の１つの放射強度値が獲得されるステップと、
   （ｂ）前記表面にわたって、各々が複数の連続的なピクセルを含む幾何学的ブロックを画成するステップと、
   （ｃ）任意のブロックに対して、前記ブロックにあるピクセルの放射強度値から、すべてが前記ブロックと関連付けられている１つ以上のシグネチャを計算するステップと、
   （ｄ）任意のブロックおよび前記ブロックに関連付けられた任意のシグネチャに対して、比較シグネチャを与え、前記任意のシグネチャおよび前記比較シグネチャから、前記ブロックに対する１つ以上のプロセス変動指示を計算するステップと、
   を備える、方法。
2. 表面にわたってプロセス変動を検出するための方法であって、
   （ａ）前記表面から放射強度値Ｉをピクセルごとに獲得し、放射強度値の２以上のクラスが画成され、各ピクセルに対して、前記画成されたクラスの各々の１つの放射強度値が獲得されるステップと、
   （ｂ）前記表面にわたって、各々が複数の連続的なピクセルを含む幾何学的ブロックを画成するステップと、
   （ｃ）任意のブロックおよび任意の画成されたクラスに対して、前記ブロックにあるピクセルと対応し、対応する比較アレイである強度値アレイを与えるステップと、
   （ｄ）任意のブロックおよび任意の画成されたクラスに対して、前記ブロック内の各ピクセルの放射強度値と、前記対応する比較アレイの対応するメンバーとを比較し、前記ピクセルに対する異常の指示を計算するステップと、
   （ｅ）前記任意のブロックに対して、前記ブロックのすべてのピクセルの異常指示間の関係を決定して、前記ブロックに対して１つ以上のプロセス変動指示を獲得するステップと、
   を備える、方法。
3. ステップ（ｃ）が、前記ピクセルおよび前記ブロックの他のピクセルの放射強度値に応じて、前記ブロックにある各ピクセルに対して、１つ以上の拡散値Ｓを計算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記他のピクセルが、前記各ピクセルに隣接した位置にある所与の数のピクセルである、請求項３に記載の方法。
5. 少なくとも１つのシグネチャが、前記ブロック内のすべてのピクセルに対する放射強度値Ｉおよび拡散値Ｓの対のヒストグラムであり、前記ブロックに関連付けられた現行のヒストグラムである、請求項３に記載の方法。
6. 前記拡散値が、前記ピクセルと、所与の数の最も近くに隣接するピクセルとからなるピクセルのグループの放射強度値Ｉの最大値と最小値との間の差として、任意のクラスに対して計算されており、前記ヒストグラムが、前記任意のクラスに関連付けられる、請求項５に記載の方法。
7. 任意の比較シグネチャが、放射強度値Ｉおよび拡散値Ｓの対のヒストグラムであり、前記ヒストグラムが、比較ヒストグラムであり、放射強度値Ｉおよび拡散値Ｓのそれぞれの範囲が、対応する特徴ヒストグラムのものと同一である、請求項５に記載の方法。
8. ステップ（ｄ）における前記計算するステップが、前記現行ヒストグラムと前記対応する比較ヒストグラムとをエントリごとに比較する工程と、前記比較の結果を要約する工程とを含む、請求項６に記載の方法。
9. ステップ（ｄ）が、前記ブロックに関連付けられた前記現行シグネチャのすべてに対して実行され、前記現行シグネチャのすべてに対して前記要約の結果を比較する工程を更に含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記比較するステップが、対応するエントリの各対の間の絶対値差を計算する工程を含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記要約するステップが、前記差のすべてを平均化する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記比較するステップが、各絶対値差としきい値とを比較する工程を更に含み、しきい値を超える各インスタンスが、フラグを発生し、前記要約する工程が、前記フラグを計数することを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 放射強度値Ｉおよび拡散値Ｓに応じて、しきい値セットを与えるステップを更に含み、前記エントリ対の各々に対して、前記比較する工程が、前記しきい値セットの対応するセットに対するものである、請求項１２に記載の方法。
14. ステップ（ｄ）における前記計算するステップが、
    （i）前記ブロックと関連付けられた１つ以上の現行ヒストグラムから、１つ以上の現行値を計算する工程と、
    （ii）前記対応する比較シグネチャから、比較値を計算する工程と、
    （iii）前記現行値と前記比較値とを比較する工程とを含む、請求項５に記載の方法。
15. 少なくとも１つのシグネチャが、前記ブロック内のすべてのピクセルに対する放射強度値Ｉと拡散値Ｓとの間の関係を反映する、請求項３に記載の方法。
16. 少なくとも１つのシグネチャが、前記ブロック内のすべてのピクセルに対する放射強度値Ｉと拡散値Ｓとの間の相関を反映する、請求項３に記載の方法。
17. 前記比較シグネチャが格納されたシグネチャまたは放射強度値Ｉの格納されたブロックのシグネチャである、請求項１に記載の方法。
18. 前記表面が、半導体ウェハのものである、請求項１７に記載の方法。
19. 前記表面が、処理下にある第１のウェハのものであり、
    （ｅ）前記第１のウェハに類似し、類似した表面を画成する第２のウェハを与え、ステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）を前記類似した表面に適用して、前記ブロックが、両方の表面にわたって同一に画成されるステップを更に含み、
    前記比較シグネチャが、ステップｅにおいて計算されたシグネチャの対応するものである、請求項１に記載の方法。
20. 前記第２のウェハが、前記第１のウェハより前に同様に処理されたウェハである、請求項１９に記載の方法。
21. 前記表面が、所与のパターンの同一インスタンスのアレイを含み、ステップ（ｂ）において、前記画成するステップが、複数のブロックが各インスタンスにわたって同一に画成されるようにされ、所与のインスタンスにわたった任意のブロックに対して、任意の比較シグネチャが、別のインスタンスにわたって同一のブロックに関連付けられた対応するシグネチャである、請求項１に記載の方法。
22. 前記表面が、半導体ウェハのものであり、前記パターンが、集積回路ダイのものである、請求項２１に記載の方法。
23. ブロックの各寸法が、１０ピクセルより大きく、前記パターンの対応する寸法より実質的に小さい、請求項２１に記載の方法。
24. 前記獲得するステップが、前記表面を光ビームで走査するステップと、複数のセンサを用いて前記表面から反射された光を感知する工程とを含み、前記画成されたクラスの任意のものが、前記センサの１つ以上のものに対応する、請求項１に記載の方法。
25. 前記センサの少なくとも１つが、暗視野センサである、請求項２４に記載の方法。
26. 前記表面にわたったパラメータマップを与えるステップを更に含み、前記マップが、前記ブロックの各々に対してパラメータセットを含む、請求項１に記載の方法。
27. 前記表面が、パターンタイプの所与のセットに分類可能であるパターンによって特徴付けられ、各ブロックと前記パターンタイプの１つとを関連付けるステップを更に含み、任意のブロックに対して、前記マップのパラメータが、前記ブロックが関連付けされたパターンタイプに応じたものである、請求項２６に記載の方法。
28. ステップ（ｃ）において、前記計算するステップが、前記マップの対応するパラメータによって制御される、請求項２６に記載の方法。
29. ステップ（ｄ）において、前記計算するステップが、前記マップの対応するパラメータによって制御される、請求項２６に記載の方法。
30. 各シグネチャが、単一の数であり、ステップ（ｄ）における前記計算するステップが、互いから対応する数を減算する工程と、その差としきい値とを比較する工程とを含む、請求項１に記載の方法。
31. 欠陥を検出するように更に働き、前記放射強度値から、任意のピクセルに対する欠陥指示を計算するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
32. ステップ（ｄ）における前記比較するステップが、対応する絶対値差を獲得するために、互いからそれぞれの値を減算する工程と、絶対値差をしきい値化する工程とを含み、超過が異常の指示であり、ステップ（ｅ）が、異常の指示を計数する工程を含む、請求項２に記載の方法。
33. 前記しきい値化するステップが、所与の第１のしきい値に対するものであり、
    （ｆ）前記表面上の欠陥を検出するために、前記絶対値差を処理する工程を更に備え、前記処理するステップが、前記第１のしきい値より実質的に高い第２のしきい値に対してしきい値化する工程を含む、請求項３２に記載の方法。
34. 前記比較アレイが、格納されたアレイである、請求項２に記載の方法。
35. 前記表面が、処理下にある第１のウェハのものであり、
    （ｇ）前記第１のウェハに類似し、その上に類似した表面を画成する第２のウェハを与え、ステップ（ａ）および（ｂ）を前記類似した表面に適用して、前記ブロックが、比較放射強度値を獲得するために、両方の表面にわたって同一に画成されるステップを更に含み、
    前記比較アレイが、前記対応するブロックにおける前記対応するクラスの比較放射強度値からなる、請求項２に記載の方法。
36. 前記第２のウェハが、前記第１のウェハより前に同様に処理されたウェハである、請求項３５に記載の方法。
37. 前記表面が、所与のパターンの同一インスタンスのアレイを含み、ステップ（ｂ）における前記画成するステップが、複数のブロックが各インスタンスにわたって同一に画成されるようにされ、所与のインスタンスにわたった任意のブロックに対して、前記比較アレイが、別のインスタンスにわたった前記対応するブロックにおける前記対応するクラスの放射強度値からなる、請求項２に記載の方法。
38. 前記表面が、半導体ウェハのものであり、前記パターンが、集積回路ダイのものである、請求項３７に記載の方法。
39. ブロックの各寸法が、１０ピクセルより大きく、前記パターンの対応する寸法より実質的に小さい、請求項３７に記載の方法。
40. 前記獲得するステップが、前記表面を光ビームで走査する工程と、複数のセンサを用いて前記表面から反射された光を感知する工程とを含み、前記画成されたクラスの任意のものが、前記センサの１つ以上のものに対応する、請求項２に記載の方法。
41. 前記ピクセルおよび前記ピクセルに隣接した位置にあるピクセルの放射強度値に応じて、各ピクセルおよび各クラスに対して、１つ以上の他の値を計算するステップを更に含み、ステップ（ｃ）における前記比較アレイが、他の値を対応させる工程を更に含み、ステップ（ｄ）における前記比較するステップが、前記他の値を比較する工程を更に含む、請求項２に記載の方法。

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