JP5483286B2

JP5483286B2 - 検査装置用の標準ウエハ

Info

Publication number: JP5483286B2
Application number: JP2010180874A
Authority: JP
Inventors: 秀胤加藤; 良夫森重
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: JP2012043828A

Description

本発明は、半導体製造プロセスに使用される検査装置校正用の標準ウエハに関する。

光学式の半導体検査装置において、検出照明、オートフォーカス、アライメント等の機能を確認する為に、検査装置の検出センサ信号から算出した抽象的な評価値（例えばＩＣパターンの複数個の同一箇所における散乱光量のばらつき量）を利用することが知られている。

検査装置の機能確認を行う場合、機能確認専用のパターン付き標準ウエハを使用している。

標準ウエハを用いた装置の機能校正に関しては、例えば特許文献１に開示されているように、イオンビーム等の加工法により作製した擬似加工痕の標準ウエハでスクラッチの深さや幅を定量化して、半導体検査の散乱光検出装置でのスクラッチの検出能力を校正している。

特開２０００−５８６０６号公報

上記標準ウエハには、製造上のばらつき（パターン形状の不均一性）が必要であり、上述した散乱光量のばらつき量等の評価値による検出照明等の機能管理では、同一ロットで製造された標準ウエハでは、均一なばらつきを有することが必要である。

しかし、そのようなウエハを製作することは、実際上困難であり、単一の標準ウエハであれば、散乱光量等のばらつきを再現よく評価できたが、別ロットの標準ウエハや同一ロット内でも別の標準ウエハでは異なる評価値が算出された。

このように、従来の技術にあっては、同じ評価値が得られる標準ウエハを複数個製作することができなかった。

つまり、上記従来技術では、製造プロセスを最適な条件からずらすことにより、生成パターンの不均一性を生み出すようにねらっているが、標準ウエハのパターン不均一性がロット毎に一定にならなかった。

このため、高精度な、半導体検査装置の校正を行うことが困難であった。

本発明の目的は、製造上のばらつきの影響がないパターン付き標準ウエハを実現することである。

上記目的を達成するために、本発明は次のように構成される。

半導体検査装置の校正用標準ウエハには、複数のパターンが形成された複数のチップが形成され、各チップ内における複数のパターンの幅と、パターンピッチとはほぼ同一であり、異なるチップどうしのパターンピッチが互いに異なるように構成されている。

製造上のばらつきの影響がないパターン付き標準ウエハを実現することができる。

本発明の実施例１による標準ウエハの説明図である。本発明の実施例１による標準ウエハの全体概略説明図である。本発明の実施例１による標準ウエハのパターン形状の代表例を示す図である。本発明の実施例１による標準ウエハのパターン幅、パターンピッチの設定の説明図である。フーリエ平面に生じた回折光のピッチと回折光を遮光する遮光板の幅の説明図である。本発明の実施例１による標準ウエハの隣接するチップにおけるパターン幅、パターンピッチの設定の一例を示す図である。本発明の標準ウエハを利用できる半導体検査装置の概略構成図である。本発明の実施例２による標準ウエハを利用した半導体検査装置の校正の動作フローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

本発明の実施例１は、半導体検査装置の校正に用いられ、表面に種々の寸法の幅を組み合わせた複数のパターンが形成された標準ウエハである。

つまり、半導体ウエハ等の被検査物表面に存在する、異物、傷、欠陥、汚れ等（異物と称す）を検出する異物検査装置の機能管理に使用する標準ウエハである。この標準ウエハは、シリコンウエハからなる。

図１、図２は、本発明の実施例１による標準ウエハを示し、図２が標準ウエハ４の全体概略図であり、図１が、標準ウエハ４に形成されたチップ１〜３の説明図である。

標準ウエハ４のパターン幅は、製造上管理できる幅となっている。例えば、パターン幅が２３０ｎｍ以上ならば、パターン幅は、製造上ばらつきが小さく安定して製造可能であるとする。

まず、標準ウエハ４となるウエハ上にパターン幅２３０ｎｍで、一定のパターンピッチＸを有する複数のパターンからなるチップ１を形成する。そして、チップ１の隣のチップ２は、パターン幅を同一とし、パターンピッチにわずかな差（Δｄ）を持たせる（パターンピッチＸ＋Δｄ）。そして、さらにその隣のチップ３のパターンピッチを２Δｄだけ差をもたせる（パターンピッチＸ＋２Δｄ）。以降、パターンピッチはＸ＋ｎΔｄとなっていく（ｎは３以上の自然数である）。

つまり、複数のチップは、直線上に配列され、この直線の一方向に向かうにつれて、チップのパターンピッチがΔｄずつ増加している。

本発明の実施１である標準ウエハのパターン形状の代表例及びストライプ縦パターン形状を図３に示す。

図３のａ、ｂはわずかに差を持ったパターンピッチを表している。パターンピッチごとに差を持っていれば、ストライプ、矩形、曲線、円の種々の形状に適用できる。図３の（Ａ）に示すように、チップ５はストライプ形状を有し、チップ６は、矩形形状を有している。そして、チップ７は、曲線や円を有している。

また、図３の（Ｂ）は、標準ウエハ８にチップ９が形成されている状態を説明する図である。

ここで、標準ウエハ８に形成された多数のチップのうち、ストライプ、矩形、曲線、円等の各形状毎に、グループ分けし、各グループ内では、パターン幅は略同一であるが、他のグループと比較すると、パターン幅が異なるようにパターン幅を設定することも可能である。

各形状によって、安定して形成可能なパターン幅が異なる場合が考えられからである。

これは、同一の形状であっても、多数のチップをグループ分けし、グループ毎にパターン幅を設けるように構成することも可能である。

このような仕様のウエハパターンはウエハ製造に用いる写真露光マスクに設計の段階で作り込む事ができる。したがって、標準ウエハの製造を最適なプロセス条件で製作することが可能である。

ここで、図４〜図６を参照して、標準ウエハ４、８のパターン幅、パターンピッチの決定方法について説明する。

パターンピッチと回折光のピッチ（フーリエ平面にできる像のピッチ）との関係は、次式（１）で表すことができる。

Ｐ＝ｆ・（λ／ｄ）・・・（１）
ただし、上記式（１）において、Ｐは回折光のピッチ、ｆはレンズ１８の焦点距離（例えば３５ｍｍ）、λは照射するレーザの波長（例えば３５５ｎｍ）、ｄはパターンピッチである。

図５の（Ａ）は、フーリエ像１６の回折光のピッチＰを示し、図５の（Ｂ）は、フーリエ像１６の回折光を遮光する遮光板１７（例えば、遮光板１７の幅ｈが１．３ｍｍ）の説明図である。

図６は、標準ウエハ４上に形成されたあるチップのパターンピッチと、このチップに隣接するチップのパターンピッチとの説明図である。

図６の（Ａ）は、パターンピッチｄが４００ｎｍでパターン幅ｋが２５０ｎｍの例を示している。パターンピッチｄは、パターンの中央から、隣接するパターンの中央までの距離である。

図６の（Ｂ）は、図６の（Ａ）に示したパターンピッチｄにわずかな差Δｄ（１０ｎｍ）を持たせた例を示す図である。したがって、図６の（Ｂ）に示す例は、パターンピッチｄが４１０ｎｍでパターン幅ｋが２５０ｎｍの例を示している。

以上のように、本発明の実施例１の標準ウエハによれば、標準ウエハ上に、一定幅を有する複数のパターンが一定のパターンピッチで形成されたチップが複数形成され、あるチップに形成されたパターンピッチと、そのチップに隣接するチップに形成されたパターンピッチとは一定の値だけ互いに異なり、パターンの幅はほぼ同一となっている。または、多数のチップをグループ分けした場合、少なくとも、１グループ内でのパターンの幅はほぼ同一となっている。

このため、パターンの幅はウエハ製造上の最適の条件で設定可能であり（最適の条件が複数あれば複数設定可能）、パターンのピッチを一定値ずつ増加させることにより、生成パターンの必要とする特性を創出している。

したがって、本発明の実施例１によれば、製造上のばらつきの影響がないパターン付き標準ウエハを実現することができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。

本発明の実施例２は、実施例１の標準ウエハを用いた、半導体検査装置の校正方法である。

図７は、半導体の異物検査装置の概略構成図である。

図７において、試料ステージ１４上に、試料である半導体ウエハが配置され、レーザ光１０が照射される。半導体ウエハからの散乱光１３は、遮光板１１（１７）を介して検出センサ１２により検出される。

検出センサ１２により検出された散乱光は、データ処理制御部１５により、処理され、異物の検出処理が行われる。データ処理制御部１５により行われた異物検出処理の結果は、ディスプレイ１９に表示され、メモリ２０に格納される。

また、データ処理制御部１５は、遮光板１１（１７）の設定制御を行なう。また、データ処理制御部１５は、レーザ光１０の照射制御や試料ステージ１４の動作制御も行う。

半導体異物検査装置の校正では、試料ステージ１４に標準ウエハ４が配置される。

図８は、本発明による標準ウエハ４を用いた半導体異物検査装置の校正方法の動作フローチャートである。

図８のステップＳ１において、データ処理制御部１５の指令によりレーザ光１０が標準ウエハ４に照射される。

そして、ステップＳ２において、データ処理制御部１５により、標準ウエハ４の検査が行われ、検査結果が取得される。

ここで、レーザ光１０を標準ウエハ４に照射することによって、生じたフーリエ像（図５の１６）は、遮光板１１（図５の１７）を用いて等間隔に遮光される。

本発明の標準ウエハ４は、このウエハ４に形成されたチップごとにパターンピッチにわずかな差Δｄが存在するので、チップごとに遮光板１１で遮光されるフーリエ像の光量がわずかに異なる。

このため、チップごとに、異物検出画像において差が生じる。そして、その差を利用して異物検出画像を生成する。参照画像と一つ前の同一位置の画像との差分を計算することにより異物を検出している。そして、その輝度値等の検出センサ信号から算出した抽象的な評価値を管理することにより装置性能を校正することができる。

パターンピッチには、予め設定した差Δｄが設定してあるので、異物の検出数や、ばらつきのヒストグラム（散乱光の特性値）は既知であり、この既知の値と検出結果とを比較し、両値に所定以上の差があるか否かを判断すれば、遮光板１１の設定に異常があるか否かを判断することができる。

ステップＳ３は、上記原理に基づいてデータ処理制御部１５が、検出数とばらつきのヒストグラムに異常があるか否かを判断するステップである。

ステップＳ３において、検出数、ばらつきのヒストグラムに異常があると判断した場合は、ステップＳ５に進み、データ処理制御部１５は、遮光板１１のパラメータを補正する。例えば、正常ばらつきと異常ばらつきとの差に基いて所定の値だけ、遮光板１１の位置を移動する。つまり、検出された散乱光の特性値と、予め記憶手段に記憶された特性値とを比較し、両特性値に所定以上の差があれば、その差に応じて、半導体検査装置の検査機能が校正される。そして、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ３において、検出数、ばらつきのヒストグラムに異常が無いと判断した場合は、ステップＳ４に進み、そのときの補正データ（例えば、遮光板１１の位置補正データ）をメモリ２０に格納する。その後、処理は終了する。

なお、上述した数値例は、一例であって、本発明は、上述以外のその他の数値にも適用可能である。

また、半導体検査装置の検査機能は、上記遮光板の位置の他に、検出照明、オートフォーカス、アライメント等があり、これらについても、本発明は適用可能である。

以上のように、本発明の実施例２によれば、製造上のばらつきの影響がないパターン付き標準ウエハを用いているので、半導体検査装置の高精度の校正データを取得することができる。

また、本発明の実施例２において、標準ウエハを使用して得られた校正用の補正データは、半導体検査装置の性能劣化判定に使用することができる。例えば、半導体検査装置のレーザ光源劣化判定に使用することが可能である。

つまり、半導体検査装置に使用するレーザ光源（特にＵＶレーザ光源）は、経年劣化することが知られている。例えば、レーザビームの径の縮小、出力低下等の経年劣化が発生する。

そこで、本発明の標準ウエハを使用して定期的に半導体検査装置を校正し、補正データに基づいて、レーザ光源等の経年変化管理を行うことができる。

また、本発明は、イオンビーム加工装置や、ＥＢ装置の校正にも適用可能である。

本発明によれば、専用パターン付き標準ウエハは、従来技術のような製造上のばらつきは不要となり、製造上の管理が容易になる。

また、標準ウエハを各ロットで安定して製作できるという効果が得られる。

さらに、本発明による標準ウエハは、仕上がりが均一であり、複数ロット製作しても均一な仕上がりできる。

１〜３、５〜７、９・・・チップ、４、８・・・標準ウエハ、１０・・・レーザ光、１１、１７・・・遮光板、１２・・・検出センサ、１３・・・散乱光、１４・・・試料ステージ、１５・・・データ処理制御部、１６・・・フーリエ像、１８・・・レンズ、１９・・・ディスプレイ、２０・・・メモリ

Claims

検査用の光が照射され、検出された散乱光の特性値から半導体検査装置の検査機能を校正するための半導体検査装置の校正用標準ウエハにおいて、
複数のパターンが形成された複数のチップが形成され、各チップ内における複数のパターンの幅と、互いに隣接するパターンの幅の中央間の寸法であるパターンピッチとはほぼ同一であり、異なるチップどうしのパターンピッチが互いに異なり、パターン幅はほぼ同一であり、かつ、上記複数のチップは、直線上に配列され、この直線の一方向に向かうにつれて、上記チップのパターンピッチがΔｄずつ増加していることを特徴とする半導体検査装置の校正用標準ウエハ。
請求項１に記載の半導体検査装置の校正用標準ウエハにおいて、
上記標準ウエハは、シリコンウエハであることを特徴とする半導体検査装置の校正用標準ウエハ。
検査用の光が照射され、検出された散乱光の特性値から半導体検査装置の検査機能を校正するための半導体検査装置の校正用標準ウエハにおいて、
複数のパターンが形成された複数のチップが形成され、これら複数のチップが複数のグループに分かれ、一つのグループ内では、各チップにおける複数のパターンの幅と、互いに隣接するパターンの幅の中央間の寸法であるパターンピッチとはほぼ同一であり、異なるチップどうしのパターンピッチが互いに異なり、パターン幅はほぼ同一であり、かつ、上記複数のチップは、直線上に配列され、この直線の一方向に向かうにつれて、上記チップのパターンピッチがΔｄずつ増加していることを特徴とする半導体検査装置の校正用標準ウエハ。
請求項３に記載の半導体検査装置の校正用標準ウエハにおいて、
上記標準ウエハは、シリコンウエハであることを特徴とする半導体検査装置の校正用標準ウエハ。
請求項３に記載の半導体検査装置の校正用標準ウエハにおいて、
上記複数のチップは、パターンの形状の種類毎にグループ分けされていることを特徴とする半導体検査装置の校正用標準ウエハ。
請求項１に記載の標準ウエハを用いて半導体検査装置の検査機能を校正する方法において、
上記標準ウエハの検査用の光を照射し、
上記標準ウエハからの散乱光を検出し、
検出された散乱光の特性値と、予め記憶手段に記憶された特性値とを比較し、両特性値に所定以上の差があるか否かを判断し、
上記両特性値に所定以上の差がある場合は、その差に応じて、半導体検査装置の検査機能を校正することを特徴とする半導体検査装置の検査機能校正方法。
請求項６に記載の半導体検査装置の検査機能校正方法において、
上記半導体検査装置は、散乱光を部分的に遮光する遮光板を備え、上記両特性値に所定以上の差がある場合は、その差に応じて、上記遮光板の位置を調整することを特徴とする半導体検査装置の検査機能校正方法。
請求項６に記載の半導体検査装置の検査機能校正方法において、
上記半導体検査装置は、メモリを備え、上記半導体検査装置の検査機能を校正用の補正データを上記メモリに記憶し、定期的に実行された検査により得られ補正データに基づいて、上記検査機能の経年劣化を判定することを特徴とする半導体検査装置の検査機能校正方法。