KR100856357B1 - 표면검사장치 및 표면검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 표면검사장치는 복수의 패턴층이 중첩되어 형성된 표면을 갖는 피검물체의 표면을 검사하는 장치로서, 피검물체의 표면에 조명광을 조사하는 조명광학계와, 피검물체로부터의 회절광에 기초하는 물체 이미지를 촬상하는 촬상수단과, 촬상수단에 의해 물체 이미지를 촬상할 때의 장치조건을 설정 또는 변경하는 조건제어수단과, 조건제어수단에 의한 장치조건의 변경시에 촬상수단에 의해 촬상되는 물체 이미지의 화상을 취득하고, 그 화상에 기초하여 패턴층을 검사하기 위한 장치조건의 최적조건을 구하는 조건검출수단을 갖는다. 그리고, 조건검출수단은 최상위 패턴층 형성전의 화상으로부터 장치조건의 최적조건을 구하고, 또한 최상위 패턴층 형성후의 화상으로부터도 장치조건의 최적조건을 구하고, 이와 같이 구해진 복수의 최적조건으로부터 촬상수단으로 촬상된 화상이 상기 최상위 패턴에 의한 것인지를 판단하도록 구성된다.

또한, 본 발명에 관계되는 표면검사방법에서는 복수의 패턴층이 중첩되어 형성된 표면을 갖는 피검물체의 표면에 조명광을 조사하고, 피검물체로부터의 회절광에 기초하는 물체 이미지를 촬상하고, 얻어진 화상에 기초하여 표면검사를 행한다. 그리고, 최상위 패턴층 형성전에 촬상할 때의 장치조건을 변경하면서 화상을 취득하고, 그 화상에 기초하여 패턴층을 검사하기 위한 장치조건의 최적조건을 구하고, 또한 최상위 패턴층 형성후에 촬상할 때의 장치조건을 변화시키면서 화상을 취득하고, 그 화상에 기초하여 패턴층을 검사하기 위한 장치조건의 최적조건을 구하고, 이와 같이 하여 구해진 복수의 최적조건으로부터 촬상된 화상이 최상위 패턴에 의한 것인지를 판단한다.

표면검사

Description

표면검사장치 및 표면검사방법{APPARATUS AND METHOD FOR INSPECTING SURFACE}

도 1 은 본 발명의 실시형태에 관계되는 표면검사장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 2 는 본 발명의 실시형태에 관계되는 표면검사장치의 피검대상물이 되는 웨이퍼 표면의 패턴구성을 나타내는 단면도이다.

도 3 은 도 2 의 웨이퍼 표면을 검사했을 때의 틸트각도와 최대휘도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4 는 도 3 의 그래프에 나타내는 파형을 2 차 미분한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 5 는 도 2 의 웨이퍼 표면에서의 상층 패턴이 형성되기 전의 상태에 있어서의 패턴구성을 나타내는 단면도이다.

도 6 은 도 5 의 웨이퍼 표면을 검사했을 때의 틸트각도와 최대휘도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7 은 도 6 의 그래프에 나타내는 파형을 2 차 미분한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 8 은 도 3 의 관계와 도 6 의 관계의 상이를 나타내는 그래프이다.

도 9 는 도 8 의 그래프에 나타내는 파형을 2 차 미분한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 10 은 제어부에서의 화상촬상 및 취득순서를 나타내는 플로차트이다.

도 11 은 화상검사를 위한 최적조건을 결정하는 순서를 나타내는 플로차트이다.

도 12 는 최상위 패턴층을 검사하기 위한 최적조건을 결정하는 순서를 나타내는 플로차트이다.

도 13 은 본 발명의 실시형태에 관계되는 표면검사장치의 피검대상물이 되는 웨이퍼 표면의 패턴구성을 나타내는 단면도이다.

도 14 는 도 13 의 웨이퍼 표면을 검사했을 때의 틸트각도와 최대휘도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 15 는 본 발명의 실시형태에 관계되는 표면검사장치의 피검대상물이 되는 다른 웨이퍼 표면의 패턴예를 나타내는 평면도이다.

도 16 은 도 15 의 웨이퍼 표면을 검사했을 때의 틸트각도와 각 쇼트영역의 휘도의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 IC 칩, 액정표시패널 등의 제조공정에서 웨이퍼 등의 피검물체의 표면검사를 행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

IC 칩이나 액정표시소자 패널은 웨이퍼 표면에 여러 가지 다른 회로패턴을 여러 층 적층하여 구성되어 있다. 이와 같은 회로패턴은 포토리소그래피 공정 등을 이용하여 웨이퍼상에 1 층씩 적층하도록 하여 형성된다.

IC 칩을 예로 들면, 먼저 웨이퍼 (기판) 의 표면에 형성된 산화막상에 레지스트를 얇은 층의 형상으로 도포하고, 노광장치에 의해 레티클의 회로패턴을 이 레지스트층상에 노광한다. 다음으로, 현상처리를 하여 노광된 레지스트를 제거하고, 레티클의 회로패턴과 동일한 형상 (또는 축소된 상사(相似) 형상) 의 레지스트층으로 이루어지는 패턴을 형성한다. 그 후, 에칭처리하여 노출되는 산화막을 제거한 후, 나머지 레지스트층을 제거하면, 웨이퍼의 표면에는 산화막층의 회로패턴이 형성된다. 이 산화막층의 회로패턴에 대하여 도핑처리 등을 하여 다이오드 등의 소자를 형성한다. 제조되는 IC 의 종류에 따라서도 다르지만, 통상은 상기와 같은 소정의 회로패턴층을 형성하는 공정이 여러 번 반복되고, 그 결과 웨이퍼상에 복수의 회로패턴이 몇 층 중첩된다.

이와 같이 하여 웨이퍼상에 회로패턴을 다층으로 중첩할 때, 각 층마다 형성된 회로패턴에 결함, 이상 등이 발생되어 있지 않은지에 대한 표면검사가 행해진다. 이 검사는, 예컨대 레지스트층에 의한 회로패턴이 형성된 시점에서 행해진다. 이 검사에서 결함, 이상 등이 발견되었을 때에는 레지스트가 박리되고, 다시 레지스트층의 도포 및 노광이 행해져 이 회로패턴층의 재생처리가 행해진다.

이상과 같이, 회로패턴을 웨이퍼상에 다층으로 중첩하여 IC 칩 등이 제조될 때, 각 회로패턴에 결함, 이상 등이 발생한 것에서는 IC 칩 등이 불량품이 된다. 그 때문에, 이와 같은 결함, 이상 등의 검사, 즉 웨이퍼의 표면검사가 중요하다.

또, 레지스트의 현상처리단계에서 발견된 결함에 대해서는 레지스트를 제거하고 레지스트 도포공정부터 다시 재생처리를 하는 것이 가능하다. 그러나, 에칭처리가 행해져 산화층 등에 회로패턴이 형성된 단계에서는 결함, 이상 등이 발견되어도 이 부분은 재생처리가 불가능하다. 이와 같이, 레지스트의 현상처리단계에서의 표면검사에서 발견된 표면결함에 대해서만 레지스트 패턴층을 제거하여 패턴의 재생처리가 가능해 레지스트 패턴 형성단계에서의 표면검사가 특히 중요하다.

이 표면검사에서는 회로패턴의 형상 불량, 레지스트층의 막두께 불균일, 손상 등의 표면결함 또는 이상 등이 검사된다. 종래의 표면검사로서, 각종 검사용 조명광을 다양한 각도에서 피검물 (웨이퍼) 표면에 조사하고, 피검물을 회전 또는 요동시키면서 피검물로부터의 광을 검사원이 직접 육안으로 관찰하는 것이 있다.

이와 같은 검사방법은 일반적으로 매크로 검사라고 칭해진다. 이 매크로 검사를 검사원의 육안으로 행한 경우, 검사원의 판단의 상이, 기량의 상이 등에 따라 검사결과에 편차가 생길 우려가 있다. 또, 검사원의 부담도 크다. 그래서, 매크로 검사를 자동화하는 것이 검토되고 있으며, 각종 자동 매크로 검사장치가 제안되어 있다. 예컨대, 피검물의 표면에 검사용 조명광을 조사하고, 피검물의 표면에 형성된 반복패턴으로부터의 회절광을 촬상장치에 의해 수광하여 회절화상을 취득하고, 화상처리하여 표면검사를 자동으로 행하도록 한 장치가 있다.

그러나, 종래의 표면검사장치에서는 피검물 표면상의 회로패턴 (반복패턴) 으로부터의 회절광에 기초하여 회절 이미지를 촬상할 때의 장치조건 (조명광의 입사각, 피검물 기판의 틸트각, 조명광의 파장 등) 을 최적조건으로 자동으로 설정할 수 없었다. 최적조건이란, 반복패턴으로부터 발생하는 회절광의 진행방향과, 회절광을 수광하는 수광광학계의 광축방향이 거의 일치하는 조건으로서, 바꿔 말하면 표면검사를 행하기에 충분한 회절 이미지가 얻어지는 조건이다.

종래의 표면검사장치에서는 피검물의 회절화상을 모니터에 표시하고, 검사원이 모니터상의 회절화상을 보면서 장치조건을 최적조건으로 설정하는 것이 행해지고 있지만, 최적의 장치조건을 검사원이 판단한다는 것은 어려워 검사원의 능력이나 숙련을 요한다는 문제가 있었다.

또, 패턴은 상술한 바와 같이 다층형성되어 있으며, 각 패턴층으로부터 회절광이 발생하므로, 회절화상에 의해 결함을 발견해도 그 회절화상이 어느 층의 것인지를 모른다는 문제가 있었다. 예컨대, 어느 층의 패턴형성공정에서 결함이 발생해도 이 결함을 발견하지 못하고, 그 후 이 층보다 상층의 패턴 형성후의 표면검사에서 상기 결함이 발견되는 경우가 있다. 이 경우, 그 결함이 최상위층에 있다고 잘못 판단하면, 최상위의 레지스트 패턴층을 제거하여 패턴의 재생처리를 하게 된다. 그러나, 실제로는 하층에 결함이 있으므로 그 작업은 소용없는 것이 된다.

이와 같이, 종래의 표면검사에서는 결함을 발견해도 그 결함이 최상위층의 것인지를 모른다는 문제가 있었다.

본 발명에 관계되는 표면검사장치는 복수의 패턴층이 중첩되어 형성된 표면을 갖는 피검물체의 표면을 검사하는 장치로서, 피검물체의 표면에 조명광을 조사하는 조명광학계와, 피검물체로부터의 회절광에 기초하는 물체 이미지를 촬상하는 촬상수단과, 촬상수단에 의해 물체 이미지를 촬상할 때의 장치조건을 설정 또는 변경하는 조건제어수단과, 조건제어수단에 의한 장치조건의 변경시에 촬상수단에 의해 촬상되는 물체 이미지의 화상을 취득하고, 그 화상에 기초하여 패턴층을 검사하기 위한 장치조건의 최적조건을 구하는 조건검출수단을 갖는다. 그리고, 조건검출수단은 최상위 패턴층 형성전의 화상으로부터 장치조건의 최적조건을 구하고, 또한 최상위 패턴층 형성후의 화상으로부터도 장치조건의 최적조건을 구하고, 이와 같이 구해진 복수의 최적조건으로부터 촬상수단으로 촬상된 화상이 상기 최상위 패턴에 의한 것인지를 판단하도록 구성된다.

또, 본 발명에 관계되는 표면검사방법에서는 복수의 패턴층이 중첩되어 형성된 표면을 갖는 피검물체의 표면에 조명광을 조사하고, 피검물체로부터의 회절광에 기초하는 물체 이미지를 촬상하고, 얻어진 화상에 기초하여 표면검사를 행한다. 그리고, 최상위 패턴층 형성전에 촬상할 때의 장치조건을 변경하면서 화상을 취득하고, 그 화상에 기초하여 패턴층을 검사하기 위한 장치조건의 최적조건을 구하고, 또한 최상위 패턴층 형성후에 촬상할 때의 장치조건을 변화시키면서 화상을 취득하고, 그 화상에 기초하여 패턴층을 검사하기 위한 장치조건의 최적조건을 구하고, 이와 같이 하여 구해진 복수의 최적조건으로부터 촬상된 화상이 최상위 패턴에 의 한 것인지를 판단한다.

또, 본 발명에 관계되는 표면검사방법에서는 표면에 복수의 패턴층이 적층하여 형성된 적어도 2 개의 쇼트영역을 가지고 이루어지는 피검물체를 조명하고, 상기 피검물체로부터의 회절광에 기초하는 물체 이미지를 촬상하고, 촬상한 상기 물체 이미지에 기초하여 상기 피검물체의 표면검사를 행한다. 상기 피검물체의 표면에 상기 적어도 2 개의 쇼트영역 각각에서 소정의 패턴층이 노광장치에 의해 다른 노광조건 하에서 노광되어 형성됨과 동시에, 그 외의 상기 패턴층은 동일한 노광조건하에서 형성되어 있다. 그리고, 상기 물체 이미지를 촬상할 때의 장치조건을 변화시키면서 상기 적어도 2 개의 쇼트영역 각각에 대하여 상기 물체 이미지를 촬상하고, 촬상하여 얻어지는 화상으로부터 상기 장치조건의 변화에 대응한 화상의 변화를 구한다. 또한, 상기 적어도 2 개의 쇼트영역 각각의 상기 변화를 비교하여 상기 변화가 상이할 때의 상기 장치조건을 상기 최적조건으로 결정한다.

본 발명은 패턴이 다층형성되어 있는 피검물의 표면검사에서 결함 등이 발견되었을 때, 이 결함 등이 최상층의 패턴에 있는지를 판단할 수 있는 표면검사장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1 에 본 발명의 실시형태에 관계되는 표면검사장치의 일례를 나타내고 있으며, 이 장치에 의해 반도체 웨이퍼 (100) 의 표면결함을 검사한다. 이 장치는 웨이퍼 (100) 를 탑재지지하는 홀더 (5) 를 가지며, 도시하지 않은 반송장치에 의해 반 송되는 웨이퍼 (100) 를 홀더 (5) 상에 탑재시킴과 동시에 진공흡착에 의해 고정지지한다. 홀더 (5) 는 이와 같이 고정지지된 웨이퍼 (100) 의 표면에 수직인 축 Ax1 을 중심으로 하여 회전 (웨이퍼 표면내에서의 회전) 가능하고, 또한 웨이퍼 (100) 의 표면을 통과하는 축 Ax2 를 중심으로 하여 틸트 (경사이동) 가능하게 구성되어 있다.

이 표면검사장치는 또한 홀더 (5) 에 고정지지된 웨이퍼 (100) 의 표면에 검사용 조명광을 조사하는 조명광학계 (10) 와, 검사용 조명광의 조사를 받았을 때의 웨이퍼 (100) 로부터의 반사광, 회절광 등을 집광하는 집광광학계 (20) 와, 집광광학계 (20) 에 의해 집광된 광을 받아 웨이퍼 (100) 표면의 이미지를 검출하는 CCD 카메라 (30) 등 (촬상장치) 을 갖는다.

조명광학계 (10) 는 메탈할라이드 램프 등의 방전광원 (11) 과, 이 방전광원 (11) 으로부터의 조명광속을 집광하는 콜렉터 렌즈 (12) 와, 콜렉터 렌즈 (12) 에 의해 집광된 조명광속을 투과시켜 파장선택을 하는 파장선택필터 (13) 와, 조광(調光)을 행하는 뉴트럴덴시티필터 (14) 를 구비한다. 또한, 이들 필터 (13, 14) 를 투과한 조명광속을 집속 (集束) 시키는 인풋렌즈 (15) 를 가지며, 인풋렌즈 (15) 에 의해 집속된 조명광이 파이버 (16) 의 일단 (16a) 에 도입된다.

여기에서, 파장선택필터 (13) 는 전환구동기구 (13a) 를 갖는 원반 (터릿 ; 13b) 내에 설치되어 있으며, 몇 가지 종류의 필터를 전환하여 사용하는 것이 가능하게 되어 있다. 예컨대, g 선 (파장 436 ㎚), i 선 (파장 365 ㎚) 등의 특정 파장의 광만을 투과시키는 간섭필터, 또는 특정 파장대역의 광을 투과시키는 밴드 패스필터, 또는 소정 파장보다 긴 파장의 광만을 투과시키는 샤프컷필터 등을 필요에 따라 선택하여 사용할 수 있다. 뉴트럴덴시티필터 (14) 는 회전각에 따라 투과광량이 순차적으로 변화하는 원반상 필터로 이루어지며, 회전구동기구 (14a) 에 의해 회전제어되어 투과광량을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.

조명광학계 (10) 는 또한 파이버 (16) 의 타단 (16b) 으로부터 출사되는 발산광속을 받는 조명계 오목면경 (17) 을 가지고 있으며, 이 조명계 오목면경 (17) 으로부터 대략 그 초점거리만큼 떨어진 위치에 파이버 (16) 의 타단 (16b) 이 형성되어 있다. 이 때문에, 파이버 (16) 의 일단 (16a) 으로 도입되어 파이버 (16) 의 타단 (16b) 으로부터 조명계 오목면경 (17) 에 발산조사된 조명광은 조명계 오목면경 (17) 에 의해 평행광속이 되어 홀더 (5) 에 지지된 웨이퍼 (100) 의 표면에 조사된다. 이 때 웨이퍼 (100) 의 표면에 조사되는 조명광속은 웨이퍼 (100) 의 표면과 수직인 축 Ax1 (연직축) 에 대하여 각도 θi 로 조사되며, 웨이퍼 (100) 로부터의 광이 각도 θr 을 갖고 출사된다. 이들 입사각 θi 와 출사각 θr 의 관계가 축 Ax2 를 중심으로 하여 홀더 (5) 를 틸트 (경사이동) 시킴으로써 조정 가능하다. 즉, 홀더 (5) 의 틸트에 의해 웨이퍼 (100) 의 탑재각도를 변화시켜 입사각 θi 와 출사각 θr 의 관계를 조정 가능하다.

웨이퍼 (100) 의 표면으로부터의 출사광 (여기에서는 회절광을 사용함) 은 집광광학계 (20) 에 의해 집광된다. 이 집광광학계 (20) 는 연직축 Ax1 에 대하여 각도 θr 을 갖는 방향에 대향하여 설치된 집광계 오목면경 (21) 과, 이 집광계 오목면경 (21) 의 집광위치에 설치된 조리개 (22) 와, 이 조리개 (22) 의 후측 에 설치된 결상렌즈 (23) 로 구성된다. 이 결상렌즈 (23) 의 후측에 CCD 카메라 (30) 가 설치되어 있다. 집광계 오목면경 (21) 에 의해 집광됨과 동시에 조리개 (22) 에 의해 모아진 출사광 (n 차 회절광) 은 렌즈 (23) 에 의해 CCD 카메라 (30) 의 CCD 촬상소자 (이미지 디바이스 ; 31) 에 결상된다. 그 결과, 웨이퍼 (100) 표면의 회절 이미지가 CCD 촬상소자 (31) 에 형성된다.

CCD 촬상소자 (31) 는 그 수상면 (受像面) 에 형성된 웨이퍼 표면의 이미지를 광전변환하여 화상신호를 생성하고, 화상처리 검사장치 (35) 로 보낸다. 화상처리 검사장치 (35) 의 내부에는 제어부 (37) 와, 웨이퍼 (100) 의 최적틸트각을 결정하는 조건결정부 (38) 와, 웨이퍼 (100) 의 결함을 검출하는 결함검출부 (39) 와, 메모리 (기억장치 ; 36) 가 형성되어 있다.

제어부 (37) 는 전환구동기구 (13a) 에 의한 파장선택필터 (13) 의 전환작동제어, 회전구동기구 (14a) 에 의한 뉴트럴덴시티필터 (14) 의 회전제어, 연직축 Ax1 을 중심으로 한 홀더 (5) 의 회전제어, 틸트중심축 Ax2 를 중심으로 한 홀더 (5) 의 틸트제어 등을 행한다. 또한, 제어부 (37) 는 CCD 촬상소자 (30) 에서 얻어지는 웨이퍼 (100) 의 화상을 소정 비트 (예컨대 8 비트) 의 디지털 화상으로 변환한다.

메모리 (기억장치 ; 36) 에는 제어부 (37) 로부터의 디지털 화상과 그 때의 장치조건 (틸트각) 이 기억된다. 기억된 디지털 화상은 웨이퍼 (100) 의 최적틸트각의 결정시에는 조건결정부 (38) 에, 웨이퍼 (100) 의 결함검출시에는 결함검출부 (39) 에 출력된다. 이와 같이 구성된 제어부 (37) 는, 웨이퍼 (100) 의 최적틸트각의 결정시에는 틸트각을 변경시키면서 웨이퍼 (100) 의 화상을 취득하고, 틸트각이 다를 때의 디지털 화상을 순차적으로 메모리 (36) 에 기억한다.

조건결정부 (38) 는 웨이퍼 (100) 의 최적틸트각 (φs) 을 결정하는데 있어서, 메모리 (36) 에 기억된 웨이퍼 (100) 의 디지털 화상을 순차적으로 취득하고, 각 디지털 화상마다 최대휘도 (또는 평균 휘도라도 됨) 를 구하고, 이것에 기초하여 최적틸트각을 결정한다.

결함검출부 (39) 는 웨이퍼 (100) 의 결함검출에 있어서, 메모리 (36) 에 기억된 웨이퍼 (100) 의 디지털 화상을 취득하고, 화상처리하는 것 외에 화상의 광량을 모니터하고, 화상의 명암에 기초하여 웨이퍼 (100) 의 막두께 불균일, 패턴 형상의 이상, 손상 등의 결함개소를 특정한다.

여기에서, 피검물체인 웨이퍼 (100) 의 표면에는 주기적으로 반복되는 선배열 형상의 회로패턴이 형성되어 있으며, 웨이퍼 (100) 의 표면에서는 이들 회로패턴을 구성하는 선이 주기적으로 반복하여 배열되어 있다. 이 때문에, 회로패턴을 구성하는 선의 반복피치가 p 이고, 조명광의 파장이 λ일 때, 홀더 (5) 를 틸트시켜 웨이퍼 (100) 표면의 틸트각 T 를 다음 식 (1) 이 성립하도록 설정하면, 웨이퍼 (100) 로부터 출사되는 n 차 회절광이 집광광학계 (20) 를 통해 CCD 카메라 (30) 에 집광된다. 이와 같이 하여 n 차 회절광을 수광하여 CCD 촬상소자 (31) 에 의해 얻어진 웨이퍼 (100) 표면의 이미지로부터 표면결함의 유무를 검사한다.

sin(θi-T) - sin(θr+T) = nㆍλ/p …(1)

식 (1) 에 있어서, θi 및 θr 이 틸트각 T 를 변화시키기 전 (틸트각 T = 0 일 때) 의 입사각 및 출사각의 값, 즉 초기값이다. 틸트각 T 를 변화시킨 경우, 입사각 (θi-T) 및 n 차 회절광의 출사각 (θr+T) 는 웨이퍼 (100) 의 표면에 대한 법선 Ax1 을 기준으로 하여 입사측으로 향하는 각도방향을 플러스, 그 반대측으로 향하는 각도방향을 마이너스로 한다. 회절차수 n 은 n = 0 인 0 차광 (정반사광) 을 기준으로 하여 입사측으로 향하는 각도방향을 플러스, 그 반대측으로 향하는 각도방향을 마이너스로 한다. 틸트각 T 를 바꾸면 입사각 (θi-T), 출사각 (θr+T) 이 변화하는데, 틸트각 T 는 예컨대 홀더 (5) 가 수평상태에 있을 때를 0 도로 하고, 입사측으로의 각도방향을 플러스, 출사측으로의 각도방향을 마이너스로 한다. 여기에서는 틸트각이 0 도 (기준상태) 일 때의 입사각 초기값을 θi, 출사각 초기값을 θr 로 하고 있다.

이 검사를 위해 CCD 촬상소자 (31) 에 의해 촬상된 웨이퍼 (100) 표면의 화상신호가 화상처리 검사장치 (35) 로 보내진다. 화상처리 검사장치 (35) 에서는 CCD 촬상소자 (31) 로부터의 화상신호에 의해 얻어지는 웨이퍼 (100) 표면의 화상과, 미리 기억되어 있는 양품 웨이퍼 표면의 화상 (검사기준화상) 의 패턴매칭을 행하거나, 미리 학습시켜 둔 검사기준화상의 특징과의 상이점 유무를 검사한다. 검사대상이 되는 웨이퍼 (100) 에 디포커스에 의한 막두께 불균일, 패턴 형상의 이상, 손상 등의 결함이 존재하는 경우에는, 그 부분에는 예컨대 검사기준화상과의 명암차나 특징의 상이가 검출되므로, 결함이 존재하는 것이 검출된다.

이와 같이 결함의 유무는 검사기준화상과의 대비 등에 의해 검출할 수 있지만, 결함이 발견된 경우 이 결함이 웨이퍼 (100) 표면에 다층형성된 어느 패턴층에 존재하는지를 판단할 수는 없다. 이와 같은 것으로부터, 본 실시형태의 화상처리 검사장치 (35) 는 최상위 패턴층에 결함이 있는지의 여부를 검출을 행하도록 되어 있다. 이에 대하여, 도 10 ∼ 도 12 에 나타내는 플로차트를 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다.

먼저, 피검대상이 되는 웨이퍼 (100) 의 표면에 형성된 패턴층을 도 2 에 모식적으로 나타내고 있다. 도 2 는 웨이퍼 (100) 의 표면에 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 회로패턴 (5a) 으로 이루어지는 하층 패턴 (5) 과, 하층 패턴 (5) 상에 형성된 중간층 (7) 과, 중간층 (7) 상에 노광현상되어 형성된 레지스트층 패턴 (6a) 으로 이루어지는 상층 패턴 (6) 을 나타내고 있다.

하층 패턴 (5) 은 포토리소그래피 공정에 의한 회로패턴 형성공정이 완료되어 배선용 회로패턴이 형성된 상태의 것이다. 그리고, 하층 패턴 (5) 상에 다음의 회로패턴을 형성하기 위한 재료층 (예컨대 산화층) 으로 이루어지는 중간층 (7) 이 형성되어 있다. 중간층 (7) 은 포토리소그래피 공정에 의해 소정의 회로패턴이 형성되는 층이다. 그리고, 이 회로패턴 형성을 위해, 중간층 (7) 상에 회로패턴에 대응하는 레지스트층 패턴 (6a) 으로 이루어지는 상층 패턴 (6) 이 형성되어 있다. 레지스트층 패턴 (6a) 은 중간층 (7) 상에 레지스트층을 형성하고, 이것에 마스크 패턴을 노광시켜 현상하여 형성되어 있다. 따라서, 이 상태에서는 상층 패턴 (6), 즉 레지스트층 패턴 (6a) 에 대해서는 이것을 제거하여 다시 레지스트층을 도포하고, 레지스트층 패턴 (6a) 을 재생하는 처리가 가능한 상태이다. 그러나, 하층 패턴 (5) 은 이와 같은 재생처리가 불가능한 상태로 되 어 있다.

도 2 에서는 하층 패턴 (5) 에서의 산화층 패턴 (5a) 의 피치가 p2 이고, 상층 패턴 (6) 에서의 레지스트층 패턴 (6a) 의 피치가 p1 이고, 양 피치 p1, p2 가 상이하다. 이 때문에, 도 1 에 나타내는 표면검사장치를 사용하여 도 2 에 나타내는 패턴이 형성된 상태의 웨이퍼 (100) 의 표면검사를 행하는 경우, 상기 식 (1) 으로부터 이하의 것을 알 수 있다.

어느 파장 (λ) 의 조명광을 입사각 (θi-T) 로 웨이퍼 (100) 의 표면에 조사한 경우, 상층 패턴 (6) 으로부터의 회절광의 출사각 (θr1+T), 하층 패턴 (5) 으로부터의 회절광의 출사각 (θr2+T) 는 각각 하기 식 (2) 및 (3) 으로 표시된다. 여기에서, p1 > p2 이므로, 하기 식 (4) 의 관계가 된다. 따라서, (θr2+T) > (θr1+T) 가 되고, 동일한 입사각으로 조명광을 입사시켜도 각각의 패턴층으로부터의 회절광의 출사각은 다른 것을 알 수 있다.

sin(θr1+T) = sin(θi-T) - nㆍλ/p1 …(2)

sin(θr2+T) = sin(θi-T) - nㆍλ/p2 …(3)

sin(θr2+T) > sin(θr1+T) …(4)

본 실시형태에서는 이것에 주목하여 웨이퍼의 표면검사시, 웨이퍼 표면으로부터의 회절광에 기초하여 얻어진 웨이퍼 표면의 화상이 어느 층의 화상인지를 판단할 수 있도록 하고 있다. 이에 의해, 결함이 발견되었을 때 이 결함이 어느 층의 결함인지 (최상위인지) 를 판단할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는 먼저 도 2 에 나타내는 패턴 구성의 양품 웨이퍼에 대하여 이하와 같은 표면검 사를 행하고, 조건결정부 (38) 에서 각 패턴층마다의 장치조건의 최적조건을 구한다.

먼저, 도 5 에 나타내는 하층 패턴 (5) 이 형성된 상태의 양품 웨이퍼가 홀더 (5) 상에 탑재되어 고정된 상태에서, 또한 조명광학계 (10) 로부터 소정 파장 (λ) 의 검사용 조명광이 웨이퍼 (100) 의 표면에 조사된 상태에서 검사가 행해진다. 이 검사내용을 도 10 의 플로차트에 나타내고 있다. 제어부 (37) 는 홀더 (5) 의 제어를 행하고, 웨이퍼 (100) 의 틸트각 T 를 변화시키면서 (스텝 S11), CCD 카메라 (30) 에 의해 웨이퍼 표면을 촬상하여 그 2 차원 화상을 취득한다 (스텝 S12). 이 때, 틸트각 T 의 변화마다 대응하는 복수의 촬상화상과, 그 때의 장치조건 (틸트각) 을 메모리 (36) 에 기억한다 (스텝 S13). 동시에, CCD 카메라 (30) 에서는 웨이퍼 (100) 의 표면 전체의 화상이 촬상된다. 구체적으로는, 조명광학계 (10) 로부터의 검사용 조명광의 입사각이 20 °∼ 75 °각도범위에서 화상촬상을 행하도록 틸트각 변동범위가 설정되어 있으며, 이 틸트각 범위의 전체 범위에 대한 화상취득이 완료된 시점 (스텝 S14) 에서 웨이퍼 (100) 표면 전체의 화상의 촬상이 완료된다.

다음으로, 조건결정부 (38) 는 도 11 의 플로차트에서의 스텝 S21 ∼ S24 에 나타낸 바와 같이, 메모리 (36) 에 기억된 복수의 2 차원 화상 (웨이퍼 (100) 의 전체 이미지) 정보로부터 각 틸트각 T 에 대응하는 화상마다 최대휘도 (또는 평균 휘도라도 됨) 를 구한다. 구체적으로는, 틸트각 Ti (단, i = 1 ∼ N) 의 각각에 대하여 상기와 같이 하여 촬상기억된 화상을 판독하고, 각 화상마다 최대휘도를 구한다.

이와 같이 구한 틸트각 T 에 대응하는 최대휘도 변화의 관계를 도 6 에 나타내고 있다. 도 6 으로부터 알 수 있는 바와 같이, T = t2 부근에서 최대휘도가 커진다. 또한, 최대휘도 변화의 피크위치를 검출하기 위해, 도 6 의 파형을 2 차 미분하는 처리를 하여 최대휘도의 변화점을 구한다 (스텝 S25). 이 2 차 미분 결과를 도 7 에 나타내고 있으며, 틸트각 t2 에서 최대휘도의 피크값이 발생하는 것을 알 수 있다. 즉, 틸트각도 t2 에 있어서, 하층 패턴 (5) 으로부터의 회절광이 집광광학계 (20) 를 통해 CCD 카메라 (30) 에 입사하는 것을 알 수 있다. 따라서, 하층 패턴 (5) 의 검사를 위한 최적의 장치조건은 T = t2 라고 결정할 수 있다. 조건결정부 (38) 는 이 때의 틸트각도 t2 라는 장치조건을 하층 패턴 (5) 에 대한 최적의 장치조건 a2 로서 메모리 (36) 에 기억한다 (스텝 S26). 또한, 그 최적의 장치조건 a2 일 때 촬상된 화상도 마찬가지로 메모리 (36) 에 기억한다.

다음으로, 도 2 에 나타내는 하층 패턴 (5) 상에 상층 패턴 (6) 이 형성된 후의 양품 웨이퍼 검사를 행한다.

상술한 도 5 에 나타내는 하층 패턴 (5) 이 형성된 후의 웨이퍼를 검사할 때와 마찬가지로, 홀더 (5) 상에 웨이퍼 (100) 가 탑재되어 고정된 상태에서, 또한 조명광학계 (10) 로부터 소정 파장 (λ) 의 검사용 조명광이 웨이퍼 (100) 의 표면에 조사된 상태에서 검사는 행해진다. 제어부 (37) 는 틸트각 T 를 변화시키면서 CCD 카메라 (30) 에 의해 웨이퍼 표면의 전체 이미지를 촬상하여 그 2 차원 화 상을 취득하고, 틸트각 T 의 변화마다 대응하는 복수의 촬상화상과, 그 때의 장치조건 (틸트각) 을 메모리 (36) 에 기억한다. 이것에 대해서도 도 10 에 나타내는 플로차트에 따른 순서로 행해진다.

다음으로, 조건결정부 (38) 는 메모리 (36) 에 기억된 복수의 2 차원 화상 (웨이퍼 (100) 의 전체 이미지) 정보로부터 각 틸트각 T 에 대응하는 화상마다 최대휘도(또는 평균 휘도라도 됨) 를 구한다. 이와 같이 구한 틸트각 T 에 대응하는 최대휘도 변화의 관계를 도 3 에 나타내고 있다. 도 3 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 틸트각 T = t1 및 T = t2 부근에서 최대휘도가 커진다. 이것에 대해서는 도 11 에 나타내는 플로차트에 따른 순서로 행해진다.

이 검사에서는 틸트각 T 만을 변화시키고 있으며, 조명광학계 (10) 및 집광광학계 (20) 는 고정시켜 CCD 카메라 (30) 에 의한 촬상을 행하고 있다. 이 때문에, 틸트각 T 의 변화에 대응하여 웨이퍼 (100) 의 표면에 조사되는 조명광학계 (10) 로부터의 조명광의 입사각 (θi-T) 및 출사각 (θr-T) 의 관계가 변화한다. 그리고, 틸트각도 t1 에 있어서, 하층 패턴 (5) 및 상층 패턴 (6) 의 어느 일측으로부터의 회절광이 집광광학계 (20) 를 통해 CCD 카메라 (30) 에 입사한다. 또한, 틸트각도 t2 에 있어서, 하층 패턴 (5) 및 상층 패턴 (6) 의 타측으로부터의 회절광이 집광광학계 (20) 를 통해 CCD 카메라 (30) 에 입사하는 것을 알 수 있다. 그리고, 조건결정부 (38) 는 또한 최대휘도 변화의 피크위치를 검출하기 위해 도 3 의 파형을 2 차 미분하는 처리를 하여 최대휘도의 변화점을 구한다. 이 2 차 미분 결과를 도 4 에 나타내고 있으며, 틸트각 t1 및 t2 에서 최대휘도의 피크값이 발생하는 것을 알 수 있다.

여기에서, 상층 패턴 (6) 이 형성되기 전의 단계, 즉 도 5 에 나타낸 바와 같이 하층 패턴 (5) 만이 형성된 상태에서의 검사결과를 메모리 (36) 의 내용을 판독하여 참조하면, 하층 패턴 (5) 만이 형성된 상태에서 최적의 장치조건은 틸트각 T = t2 인 것을 알 수 있다. 따라서, 상층 패턴 (6) 이 형성된 후의 검사에서 검출된 2 개의 최대휘도의 피크 중, 틸트각 t2 에서의 피크는 하층 패턴 (5) 으로부터의 회절광에 의한 것이라고 생각되며, 틸트각 t1 에서의 피크가 상층 패턴 (6) 으로부터의 회절광에 의한 것이라고 판단할 수 있다.

이상의 것으로부터, 틸트각도 t1 에 있어서, 상층 패턴 (6) 으로부터의 회절광이 집광광학계 (20) 를 통해 CCD 카메라 (30) 에 입사하는 것을 알 수 있다. 따라서, 상층 패턴 (6) 의 검사를 위한 최적의 장치조건은 T = t1 로 결정할 수 있다. 조건결정부 (38) 는 이 때의 틸트각도 t1 이라는 장치조건을 상층 패턴 (6) 에 대한 최적의 장치조건 a1 로서 메모리 (36) 에 기억한다. 또한, 그 최적의 장치조건 a1 일 때 촬상된 화상도 메모리 (36) 에 기억한다.

이상과 같은 조건결정부에서의 조건결정순서를 도 12 에 나타내고 있다. 이것을 간단하게 정리하면, 먼저 스텝 S31 에서 최상위 패턴층 (상기 실시형태에서는 상층 패턴 (6)) 이 형성된 후의 검사, 즉 도 2 에 나타낸 바와 같이 하층 패턴 (5) 상에 상층 패턴 (6) 이 형성된 상태에서의 검사에 있어서 기억된 틸트각 (t1, t2) 를 판독한다. 다음으로, 스텝 S32 에 있어서, 최상위 패턴층 (상기 실시형태에서는 상층 패턴 (6)) 이 형성되기 전의 검사, 즉 도 5 에 나타낸 바와 같이 하 층 패턴 (5) 만이 형성된 상태에서의 검사에 있어서 기억된 틸트각 (t2) 를 판독한다. 그리고, 이와 같이 판독된 틸트각을 비교하여 최상위 패턴층 (상기 실시형태에서는 상층 패턴 (6)) 을 검사하기 위한 최적 틸트각 (t1) 을 결정한다.

또, 조건결정부 (38) 에 있어서, 도 3 에 나타낸 틸트각도 T 에 대한 최대휘도의 관계, 즉 하층 패턴 (5) 및 상층 패턴 (6) 을 갖는 웨이퍼 (100) 표면에서의 틸트각도 T 에 대한 최대휘도의 관계를 나타내는 파형과, 도 6 에 나타낸 하층 패턴 (5) 만의 경우의 틸트각도에 대한 최대휘도의 관계를 나타내는 파형을 메모리 (36) 에 기억해도 된다. 이 경우, 메모리 (36) 로부터 2 개의 파형을 판독하여 양자의 상이점을 추출한다. 이 결과를 도 8 에 나타내고 있으며, 회절광의 최대휘도는 틸트각도 t1 에서 커진다.

이것으로부터, 틸트각도 t1 에 있어서, 상층 패턴 (6) 으로부터의 회절광이 집광광학계 (20) 를 통해 CCD 카메라 (30) 에 입사하는 것을 알 수 있다. 조건결정부 (38) 에서는 또한 도 8 의 최대휘도를 나타내는 파형을 2 차 미분 처리하여 파형의 변화점을 추출한다. 이 결과를 도 9 에 나타내고 있으며, 틸트각도 t1 에서 휘도의 피크값을 나타내는 것을 알 수 있다. 그리고, 조건결정부 (38) 는 이 때의 틸트각도 t1 을 상층 패턴 (6) 의 최적의 장치조건 a1 로서 메모리 (36) 에 기억한다.

이상과 같이 하여 양품 웨이퍼 (100) 에 대하여 상층 패턴 (6) 에 대한 최적의 장치조건 a1 과 하층 패턴 (5) 의 최적의 장치조건 a2 가 메모리 (36) 에 기억된다. 그 후, 도 2 의 패턴 구성을 갖는 임의의 웨이퍼 (100) (피검대상이 되 는 웨이퍼) 의 검사를 도 1 에 나타내는 표면검사장치에 의해 행한다.

도 2 의 패턴 구성을 갖는 임의의 웨이퍼 (100) 가 홀더 (5) 상에 탑재되어 고정되고, 조명광학계 (10) 로부터 소정 파장 (λ) 의 검사용 조명광이 웨이퍼 (100) 의 표면에 조사된 상태에서 검사는 행해진다. 제어부 (37) 는 메모리 (36) 에 기억되어 있는 최적의 장치조건 a1 (이 경우, 틸트각 t1) 을 판독한다. 그리고, 제어부 (37) 는 홀더 (5) 의 제어를 행하고, 틸트각이 t1 이 되도록 설정한다. 제어부 (37) 는 이 때 CCD 카메라 (30) 에서 촬상된 웨이퍼의 전체 이미지를 취득하고, 디지털 화상으로 변환하여 메모리 (36) 에 기억한다.

다음으로, 제어부 (37) 는 메모리 (36) 에 기억되어 있는 최적의 장치조건 a2 (이 경우, 틸트각 t2) 를 판독한다. 그리고, 제어부 (37) 는 홀더 (5) 의 제어를 행하고, 틸트각이 t2 가 되도록 설정한다. 제어부 (37) 는 이 때 CCD 카메라 (30) 에서 촬상된 웨이퍼의 전체 이미지를 취득하고, 디지털 화상으로 변환하여 메모리 (36) 에 기억한다.

결함검출부 (39) 는 메모리 (36) 로부터 장치조건 a1, a2 각각에 대응하는 디지털 화상을 판독한다. 그리고, 각각의 화상의 광량을 모니터하고, 화상의 명암에 기초하여 웨이퍼 (100) 의 결함개소를 특정한다.

결함검출부 (39) 는 장치조건 a1 에 대응하는 화상에서 결함이 발견된 경우에는 상층 패턴 (6) 에 이 결함이 존재한다고 판단한다. 이 경우에는 상층 패턴 (6) 을 구성하는 레지스트층 패턴 (6a) 을 제거하고, 다시 레지스트층을 도포하여 노광현상을 행하는 재생처리를 한다. 한편, 결함검출부 (39) 는 장치조건 a2 에 대응하는 화상에서 결함이 발견된 경우에는 하층 패턴 (5) 에 이 결함이 존재한다고 판단한다. 이 경우에는 재생이 불가능하므로, 이 결함을 포함하는 IC 칩을 폐기처리하거나, 웨이퍼 전체를 폐기한다.

본 실시형태에서는 상층 및 하층 패턴에 대응하여 설정기억된 각 최적의 장치조건으로 표면검사를 행하고, 결함이 발견되었을 때의 최적의 장치조건으로부터 그 결함이 어느 층에 있는지를 판단하고 있지만, 장치조건의 하나인 웨이퍼의 틸트각도를 변화시키면서 표면검사를 행하여 결함이 발견되었을 때, 그 때의 장치조건을 설정기억되어 있는 장치조건과 비교하여 그 결함이 어느 층에 있는지를 판단하도록 해도 된다.

그리고, 본 실시형태에서는 웨이퍼의 표면에 하층 패턴 및 상층 패턴이 형성된 경우에 대하여 설명했지만, 웨이퍼 표면의 3 층 이상의 패턴이 형성된 경우에 대해서도 조건결정부 (38) 에 의해 각 패턴마다의 최적의 장치조건을 미리 구하여 기억해 둠으로써 발견된 결함이 어느 층에 존재하는지를 판단할 수 있다. 이 경우에도 결함이 최상층의 레지스트층 패턴에 존재할 때에는 레지스트층 패턴을 제거하여 이 패턴의 재생처리가 행해진다.

본 실시형태에서는 또 조건결정부 (38) 는, 다른 장치조건은 고정시키고 하나의 장치조건 즉 웨이퍼의 틸트각도 T 만을 변경함으로써, CCD 카메라에 의해 촬상된 복수의 화상신호의 휘도로부터 회절광이 최대가 되는 틸트각도를 구하고, 이 틸트각도 및 다른 고정조건을 최적의 장치조건으로 설정하고 있다. 그러나, 본 발명에서 설정기억되는 최적의 장치조건은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨 대, 조명광의 파장만을 가변으로 하고, 그 외의 장치조건은 고정으로 CCD 카메라에 의해 촬상되는 화상신호의 휘도가 최대가 되는 조건을 최적의 장치조건으로 설정해도 된다.

마찬가지로, 조명광학계의 위치를 이동 가능하게 함으로써 오목면경 (17) 으로부터 웨이퍼로의 조명광의 입사각을 가변시켜도 된다. 즉, 이 구성에 의해 웨이퍼로의 조명광의 입사각을 변경하면서 다른 조건을 고정한 상태에서 CCD 카메라에 의해 촬상되는 화상신호의 휘도가 최대가 되는 조건을 최적의 장치조건으로 해도 된다. 또한, 집광광학계 (20) 및 CCD 카메라 (30) 의 위치를 이동 가능하게 함으로써 웨이퍼면으로부터의 출사광 중의 오목면경 (21) 으로부터 CCD 카메라 (30) 로 안내하는 광의 출사각을 가변시켜도 된다. 즉, 이 구성에 의해 웨이퍼로부터의 출사광 중의 CCD 카메라 (30) 로 안내하는 출사광의 출사각을 변경하면서 다른 조건을 고정한 상태에서 CCD 카메라에 의해 촬상되는 화상신호의 휘도가 최대가 되는 조건을 최적의 장치조건으로 해도 된다. 물론, 복수의 가변요소를 조합하여 최적의 장치조건을 구해도 된다.

또, 실시형태에서는, 예컨대 도 3 에 나타내는 틸트각도에 대한 최대휘도의 관계를 2 차 미분하여 도 4 와 같이 최대휘도가 되는 틸트각도를 구하고 있지만, 2 차 미분을 행하기 전의 것, 즉 도 3 의 관계로부터 최대휘도가 되는 틸트각도를 구해도 된다. 단, 틸트각도에 대한 최대휘도의 관계는 실제로는 도 3 에 나타낸 매끄러운 것이 되는 경우는 적고, 흐트러지는 경우가 많으므로, 어떠한 화상처리를 실시한 파형을 비교하여 장치조건을 구하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 임의의 피검물체의 표면에 조명광을 조사하여 얻어지는 회절광으로부터 촬상장치에 의해 촬상하여 얻어진 피검물체의 화상이 최상위 패턴층의 화상인지의 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 검출된 결함이 최상위 패턴층의 결함인지의 여부를 판단할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시형태에 대하여 설명한다.

먼저, 도 13 은 웨이퍼 표면의 각 쇼트영역마다 적층형성된 복수의 패턴층을 모식적으로 나타내고 있다. 실제로는 다수의 패턴층이 적층형성되는 것이지만, 여기에서는 설명의 용이화를 위해 웨이퍼의 표면에서의 어느 쇼트영역에 있어서, 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 회로패턴 (55a) 으로 이루어지는 하층 패턴 (55) 과, 하층 패턴 (55) 상에 형성된 중간층 (57) 과, 중간층 (57) 상에 노광현상되어 형성된 레지스트층 패턴 (56a) 으로 이루어지는 상층 패턴 (56) 을 예시적으로 나타내고 있다.

하층 패턴 (55) 은 포토리소그래피 공정에 의한 회로패턴 형성공정이 완료되어 배선용 회로패턴이 형성된 상태의 것이다. 그리고, 하층 패턴 (55) 상에 다음의 회로패턴을 형성하기 위한 재료층 (예컨대 산화층) 으로 이루어지는 중간층 (57) 이 형성되어 있다. 중간층 (57) 은 포토리소그래피 공정에 의해 소정의 회로패턴이 형성되는 층이다. 그리고, 이 회로패턴 형성을 위해, 중간층 (57) 상에 회로패턴에 대응하는 레지스트층 패턴 (56a) 으로 이루어지는 상층 패턴 (56) 이 형성되어 있다. 레지스트층 패턴 (56a) 은 중간층 (57) 상에 레지스트층을 형성하고, 이것에 마스크 패턴을 노광시켜 현상하여 형성되어 있다.

따라서, 이 상태에서는, 상층 패턴 (56), 즉 레지스트층 패턴 (56a) 에 대해서는 이것을 제거하여 다시 레지스트층을 도포하고, 레지스트층 패턴 (56a) 을 재생하는 처리가 가능한 상태이다. 그러나, 하층 패턴 (55) 은 이와 같은 재생처리가 불가능한 상태로 되어 있다. 그리고, 하층 패턴 (55) 에서의 산화층 패턴 (55a) 의 피치가 p2 이고, 상층 패턴 (56) 에서의 레지스트층 패턴 (56a) 의 피치가 p1 이고, 양 피치 p1, p2 가 상이하다.

도 13 에 나타낸 바와 같이 패턴이 형성된 웨이퍼의 검사를 도 1 에 나타내는 검사장치를 사용하여 상술한 순서 (도 11 및 도 12 의 플로차트로 나타내는 순서) 에 의해 검사를 행하면, 도 14 에 나타낸 바와 같이 틸트각도 t11 및 t12 에서 최대휘도의 피크값이 검출된다. 즉, 상층 및 하층 패턴 (55, 56) 의 검사를 행하기 위한 최적조건이 이들 틸트각도 t11 및 t12 인 것을 알 수 있다. 단, 이 단계에서는 어느 패턴이 어느 틸트각도에 대응하는지는 판단할 수 없다.

본 실시형태에서는 이와 같이 적층형성된 각각 피치가 다른 패턴층을 갖는 웨이퍼 표면으로부터의 회절광에 기초하여 얻어진 웨이퍼 표면의 화상이 어느 층의 화상인지를 판단할 수 있도록 하고 있다. 즉, 각 패턴층 각각에 대하여 이들을 검사하기 위한 장치조건의 최적조건을 결정하도록 하고 있고, 이와 같이 하면, 결함이 발견되었을 때 그 때의 장치조건으로부터 이 결함이 어느 층의 결함인지 (최상위인지) 를 판단할 수 있다.

이와 같은 장치조건의 최적조건을 결정하기 위해, 본 실시형태에서는 최상위 패턴층 (도 13 에서의 상층 패턴 (56)) 을 노광형성할 때 도 15 에 나타낸 바와 같 이, 웨이퍼 (500) 의 표면에 노광형성되는 다수의 쇼트영역 중에 있어서의 소정의 2 개의 쇼트영역 501, 502 에 대하여 노광조건을 다르게 하여 상층 패턴 (56) 을 형성하고 있다. 구체적으로는, 쇼트영역 501 에 대해서는 저스트 포커스로 노광하여 상층 패턴을 형성하고, 쇼트영역 502 에 대해서는 디포커스 상태에서 노광하여 상층 패턴을 형성하고 있다. 그리고, 나머지 쇼트영역에 대해서는 저스트 포커스로 통상대로 상층 패턴 (56) 이 형성되어 있다. 또, 하층 패턴 (55) 에 대해서는 쇼트영역 501, 502 를 포함시켜 모든 쇼트영역에서 저스트 포커스로 형성되어 있다.

이 웨이퍼 (500) 는 테스트용 웨이퍼이다. 즉, 동일 종류의 로트의 웨이퍼에 대하여 노광, 검사의 공정을 행하는 경우 노광의 테스트용 웨이퍼로서 처음에 제조라인을 흐르는 웨이퍼이다. 이 웨이퍼 (500) 는 노광장치에서 패턴을 베이킹할 때 각종 노광조건을 결정하기 위해 사용되며, 노광장치는 여기에서 결정된 노광조건에 따라 웨이퍼에 패턴을 베이킹하게 된다. 따라서, 이 웨이퍼 (500) 는 최종제품이 되는 반도체 칩이 형성되지는 않는다.

이 웨이퍼 (500) 가 도 1 에 나타내는 표면검사장치의 홀더 (5) 상에 탑재되어 고정된 상태에서, 또한 조명광학계 (10) 로부터 소정 파장 (λ) 의 검사용 조명광이 웨이퍼 (500) 의 표면에 조사된 상태에서 도 11 의 플로차트에 나타내는 순서에 따라 검사를 행함과 동시에, 얻어진 화상으로부터 도 12 의 플로차트에 따라 휘도 변화를 구한다. 단, 여기에서는 화상 전체의 최대휘도 또는 평균 휘도가 아니라, 상기 쇼트영역 501 및 502 부분에서의 화상의 휘도 변화를 측정한다. 이 결과를 도 16 에 나타내고 있으며, 틸트각 t11 에서 검출되는 휘도 피크에 대해서는 양 쇼트영역 501, 502 에서 휘도의 차이는 보이지 않지만, 틸트각 t12 에서 검출되는 휘도 피크에 대해서는 쇼트영역 501 의 휘도가 쇼트영역 502 의 휘도보다 커진다.

이 휘도의 차이는 상기와 같이 상층 패턴 (56) 의 노광형성시 쇼트영역 501, 502 에서 노광조건 (포커스 조건) 을 다르게 한 것에 의한 것으로, 저스트 포커스 상태에서 노광형성된 쇼트영역 501 의 휘도가 디포커스 상태에서 노광형성된 쇼트영역 502 의 휘도보다 높아진다. 이것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 최상위 패턴층을 검사할 때의 장치조건의 최적조건이 명확하지 않아도, 장치조건 (틸트각) 을 변화시키면서 쇼트영역 501, 502 의 휘도변화를 측정하고, 이 휘도변화에 차이가 생길 때의 장치조건 (틸트각) 을 발견하면, 이것을 최상위 패턴층을 검사할 때의 최적조건으로 결정할 수 있다.

이와 같이 하여 최적조건을 결정한 후, 도 1 에 나타내는 표면검사장치에 의해 이 최적조건 하에서 웨이퍼 (500) 의 표면을 검사하면, 각 쇼트영역에 형성된 최상위 패턴층 (상층 패턴 (56)) 을 검사할 수 있다. 그리고, 이 표면검사에 의해 결함이 발견된 경우에는 상층 패턴 (56) 에 이 결함이 존재한다고 판단한다. 이 경우에는 상층 패턴 (56) 을 구성하는 레지스트층 패턴 (56a) 을 제거하고, 다시 레지스트층을 도포하여 노광현상을 행하는 재생처리 등을 하여 대응할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는 최상위 패턴층을 노광형성할 때 2 개의 쇼트영역에 대하여 노광조건을 다르게 함으로써 이 때 형성되는 최상위 패 턴층의 검사를 행하기 위한 장치조건의 최적조건을 결정하도록 되어 있다.

본 발명에 의하면, 최상위 패턴층 형성전에 촬상할 때의 장치조건을 변경하면서 화상을 취득하고, 그 화상에 기초하여 패턴층을 검사하기 위한 장치조건의 최적조건을 구하고, 또한 최상위 패턴층 형성후에 촬상할 때의 장치조건을 변화시키면서 화상을 취득하고, 그 화상에 기초하여 패턴층을 검사하기 위한 장치조건의 최적조건을 구하고, 이와 같이 하여 구해진 복수의 최적조건으로부터 촬상된 화상이 최상위 패턴에 의한 것인지를 판단할 수 있다.

Claims (26)

1. 복수의 패턴층이 중첩되어 형성된 표면을 갖는 피검물체의 상기 표면에 조명광을 조사하는 조명광학계;

   상기 피검물체로부터의 회절광에 기초하는 물체 이미지를 촬상하는 촬상수단;

   상기 촬상수단에 의해 상기 물체 이미지를 촬상할 때의 장치조건을 설정 또는 변경하는 조건제어수단; 및

   상기 조건제어수단에 의한 상기 장치조건의 변경시에 상기 촬상수단에 의해 촬상되는 상기 물체 이미지의 화상을 취득하고, 그 화상의 휘도정보에 기초하여 상기 패턴층을 검사하기 위한 상기 장치조건의 조건을 구하는 조건검출수단을 구비하며,

   상기 조건검출수단은, 최상위 패턴층 형성전의 화상으로부터 상기 장치조건의 제 1 조건을 구하고, 또한 상기 최상위 패턴층 형성후의 화상으로부터 상기 장치조건의 제 2 조건을 구하고, 상기 촬상수단으로 촬상된 화상이 상기 최상위 패턴에 의한 것인지 여부를 상기 제 1 조건 및 상기 제 2 조건에 기초하여 판단하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 조건검출수단은, 장치조건을 변화시키면서 상기 촬상수단에 의해 촬상하여 얻어지는 복수의 화상에 기초하여, 상기 장치조건의 상기 조건을 구하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 조건검출수단은, 상기 복수의 화상에서의 각각의 휘도를 검출하고, 상기 장치조건의 변화에 대응하는 상기 휘도의 피크에 기초하여 상기 조건을 구하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 조건검출수단은, 상기 복수의 화상에서의 각각의 최대휘도를 검출하고, 상기 장치조건의 변화에 대응하는 상기 최대휘도의 변화의 관계를 구하고, 상기 관계를 2 차 미분하여 구해지는 상기 최대휘도의 피크값에 대응하는 상기 장치조건을 상기 조건으로 하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 변화시키는 장치조건의 종류는, 상기 조명광학계에 의한 상기 피검물체로의 상기 조명광의 입사각도, 상기 피검물체의 탑재각도, 상기 조명광의 파장 및 상기 결상수단에 입사시키는 상기 피검물체로부터의 출사광의 수광위치 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조건검출수단에 의해 상기 최상위 패턴에 의한 것으로 판단된 조건 하에서 상기 촬상수단에 의해 촬상된 화상에 기초하여 상기 피검물체에 형성된 패턴의 결함을 검출하는 결함검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조건검출수단에 의해 상기 최상위 패턴에 의한 것으로 판단된 조건 하에서 상기 촬상수단에 의해 촬상된 화상을 기억하는 기억수단; 및

   상기 기억수단에 기억된 상기 화상을 판독하고, 상기 화상에 기초하여 상기 피검물체에 형성된 패턴의 결함을 검출하는 결함검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조건검출수단에 의해 상기 최상위 패턴에 의한 것으로 판단된 조건을 기억하는 기억수단을 구비하며,

   상기 피검물체와는 별도의 피검물체를 검사하는 경우에, 상기 조건제어수단은 상기 기억수단으로부터 상기 조건을 판독하고, 상기 조건에 기초한 장치조건으로 설정하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
9. 복수의 패턴층이 중첩되어 형성된 표면을 갖는 피검물체의 상기 표면에 조명광을 조사하고,

   상기 피검물체로부터의 회절광에 기초하는 물체 이미지를 촬상하고,

   촬상하여 얻어진 화상에 기초하여 표면검사를 행하는 표면검사방법으로서,

   최상위 패턴층 형성전에, 촬상할 때의 장치조건을 변경하면서 화상을 취득하고, 그 화상의 휘도정보에 기초하여 상기 패턴층을 검사하기 위한 상기 장치조건의 제 1 조건을 구하고,

   상기 최상위 패턴층 형성후에, 촬상할 때의 장치조건을 변화시키면서 화상을 취득하고, 그 화상에 기초하여 상기 패턴층을 검사하기 위한 상기 장치조건의 제 2 조건을 구하고,

   촬상된 화상이 상기 최상위 패턴에 의한 것인지 여부를 상기 제 1 조건 및 상기 제 2 조건에 기초하여 판단하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 장치조건을 변화시키면서, 촬상하여 얻어진 복수의 화상으로부터 상기 장치조건의 조건을 구하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 복수의 화상에서의 각각의 휘도를 검출하고, 상기 장치조건의 변화에 대응하는 상기 휘도의 피크에 기초하여 상기 조건을 구하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 복수의 화상에서의 각각의 최대휘도를 검출하고, 상기 장치조건의 변화에 대응하는 상기 최대휘도의 변화의 관계를 구하고, 상기 관계를 2 차 미분하여 구하는 상기 최대휘도의 피크값에 대응하는 상기 장치조건을 상기 조건으로 하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 변화시키는 장치조건의 종류가, 상기 조명광의 입사각도, 상기 피검물체의 탑재각도, 상기 조명광의 파장 및 상기 피검물체로부터의 출사광의 수광위치 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
14. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 최상위 패턴에 의한 것으로 판단된 조건하에서 촬상된 화상에 기초하여 상기 피검물체에 형성된 패턴의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
15. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 최상위 패턴에 의한 것으로 판단된 조건하에서 촬상된 화상을 기억하고,

    기억된 상기 화상을 판독하고, 상기 화상에 기초하여 상기 피검물체에 형성된 패턴의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
16. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 조건검출수단에 의해 상기 최상위 패턴에 의한 것으로 판단된 조건을 기억하고,

    상기 피검물체와는 별도의 피검물체를 검사하는 경우, 상기 기억된 상기 조건을 판독하고, 상기 조건에 기초한 장치조건으로 설정하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
17. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    촬상된 화상으로부터 상기 복수의 패턴층에서의 결함의 유무를 판단하고,

    상기 복수의 패턴층 중 최상층 패턴층에 결함이 있는 것이 검출되었을 때, 상기 최상층 패턴층의 재생처리를 행하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
18. 복수의 패턴층이 중첩되어 형성된 표면을 갖는 피검물체의 상기 표면에 광을 조사하는 조명광학계;

    상기 피검물체로부터의 회절광을 검출하고, 광량에 따른 회절광 신호를 출력하는 신호출력수단;

    상기 출력수단에 의해 상기 회절광을 검출할 때의 장치조건을 설정 또는 변경하는 조건제어수단; 및

    상기 조건제어수단에 의한 상기 장치조건의 변경시에 상기 신호출력수단으로부터 출력되는 회절광의 휘도정보에 기초하여 상기 패턴층을 검사하기 위한 상기 장치조건의 조건을 구하는 조건검출수단을 구비하며,

    상기 조건검출수단은, 최상위 패턴층 형성전의 회절광 신호로부터 상기 장치조건의 제 1 조건을 구하고, 또한 상기 최상위 패턴층 형성후의 회절광 신호로부터 상기 장치조건의 제 2 조건을 구하고, 상기 신호출력수단으로부터의 회절광 신호가 상기 최상위 패턴에 의한 것인지 여부를 상기 제 1 조건 및 상기 제 2 조건에 기초하여 판단하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
19. 복수의 패턴층이 중첩되어 형성된 표면을 갖는 피검물체의 상기 표면에 조명광학계에 의해 광을 조사하고,

    회절광 검출부에 의해 상기 피검물체로부터의 회절광을 검출하여 광량에 따른 회절광 신호를 생성하고, 그 회절광 신호에 기초하여 표면검사를 행하는 표면검사방법으로서,

    최상위 패턴층 형성전에, 상기 회절광 검출부에 의해 검출할 때의 장치조건을 변경하면서 상기 회절광 검출부로부터의 회절광 신호를 취득하고, 그 회절광 신호에 기초하여 상기 패턴층을 검사하기 위한 상기 장치조건의 제 1 조건을 구하고,

    상기 최상위 패턴층 형성후에, 상기 회절광 검출부에 의해 검출할 때의 장치조건을 변경하면서 상기 회절광 검출부로부터의 회절광 신호를 취득하고, 그 회절광 신호에 기초하여 상기 장치조건의 제 2 조건을 구하고,

    상기 회절광 검출부로부터의 회절광 신호가 상기 최상위 패턴에 의한 것인지 여부를 상기 제 1 조건 및 상기 제 2 조건에 기초하여 판단하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
20. 표면에 복수의 패턴층이 적층되어 형성된 2 개 이상의 쇼트영역을 가지고 이루어지는 피검물체를 조명하고, 상기 피검물체로부터의 회절광에 기초하는 물체 이미지를 촬상하고, 촬상한 상기 물체 이미지에 기초하여 상기 피검물체의 표면검사를 행하는 표면검사방법으로서,

    상기 피검물체의 표면에, 상기 2 개 이상의 쇼트영역 각각에서 소정의 패턴층이 노광장치에 의해 다른 노광조건하에서 노광되어 형성됨과 동시에 그 외의 상기 패턴층은 동일한 노광조건하에서 형성되어 있고,

    상기 물체 이미지를 촬상할 때의 장치조건을 변화시키면서, 상기 2 개 이상의 쇼트영역 각각에 대하여 상기 물체 이미지를 촬상하고, 촬상하여 얻어지는 화상으로부터 상기 장치조건의 변화에 대응한 화상의 변화를 구하고,

    상기 2 개 이상의 쇼트영역 각각의 상기 화상의 변화를 비교하여 상기 화상의 변화가 상이할 때의 상기 장치조건을 상기 표면검사의 조건으로서 결정하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
21. 표면에 복수의 패턴층이 적층되어 형성되는 쇼트영역을 가지고 이루어지는 피검물체를 조명하고, 상기 피검물체로부터의 회절광에 기초하는 물체 이미지를 촬상하고, 촬상한 상기 물체 이미지에 기초하여 상기 피검물체의 표면검사를 행하는 표면검사방법으로서,

    상기 쇼트영역의 형성과정에서 최상위층에 레지스트층을 노광형성할 때, 2 개 이상의 상기 쇼트영역에 대하여 노광장치에 의해 노광조건을 상이하게 하여 상기 레지스트층을 형성하고,

    상기 2 개 이상의 쇼트영역 각각에 대하여 장치조건을 변화시키면서 상기 물체 이미지를 촬상하고, 촬상하여 얻어지는 화상으로부터 상기 장치조건의 변화에 대응한 화상의 변화를 구하고,

    상기 2 개 이상의 쇼트영역 각각의 상기 화상의 변화를 비교하여 상기 화상의 변화가 상이할 때의 상기 장치조건을 상기 최상위에 형성된 레지스트층을 검사하기 위한 조건으로서 결정하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 조건하에서 상기 최상위에 형성된 레지스트층을 검사하고, 상기 레지스트층에 결함이 있는 것이 검출되었을 때 상기 레지스트층의 재생처리를 행하는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
23. 제 20 항에 있어서,

    상기 2 개 이상의 쇼트영역은, 상기 쇼트영역의 형성과정에서 최상위층에 레지스트층을 노광형성할 때, 일방의 쇼트영역이 정상 패턴으로서 형성되고, 타방의 쇼트영역은 결함을 갖는 패턴으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
24. 제 20 항에 있어서,

    상기 피검물체는, 반도체 웨이퍼이며, 또한 테스트용 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
25. 제 21 항에 있어서,

    상기 2 개 이상의 쇼트영역은, 상기 쇼트영역의 형성과정에서 최상위층에 레지스트층을 노광형성할 때, 일방의 쇼트영역이 정상 패턴으로서 형성되고, 타방의 쇼트영역은 결함을 갖는 패턴으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면검사방법.
26. 제 21 항에 있어서,

    상기 피검물체는, 반도체 웨이퍼이며, 또한 테스트용 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 표면검사방법.

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