KR101493133B1

KR101493133B1 - 노광 상태 평가 방법 및 노광 상태 평가 장치

Info

Publication number: KR101493133B1
Application number: KR1020127001534A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 오카모토
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2015-02-12
Also published as: JPWO2011001678A1; KR20120030150A; US20140192366A1; EP2738609A3; EP2450944A1; TW201115624A; US8665430B2; EP2450944A4; CN102473600A; WO2011001678A1; US20120099120A1; EP2738609A2

Abstract

포커스 마진 등의 노광 조건을 정확하게 설정하는 방법을 제공한다. 조명광이 조사된 웨이퍼로부터의 회절광을 검출하여 웨이퍼(W)의 표면을 검사하는 표면 검사 장치(1)를 이용하여, 소정의 노광이 행해지는 웨이퍼(W)에 대한 노광 조건을 설정하는 노광 조건 설정 방법으로서, 노광 특성이 기지인 FEM 웨이퍼(50)의 표면에 조명광을 조사하는 조명 공정(단계 S101)과, 조명광이 조사된 FEM 웨이퍼(50)의 표면으로부터의 회절광을 검출하는 검출 공정(단계 S102)과, 검출한 회절광의 휘도의 편차에 근거하여 노광 조건을 설정하는 설정 공정(단계 S103)을 갖고 있다.

Description

노광 상태 평가 방법 및 노광 상태 평가 장치{EXPOSURE CONDITION EVALUATION METHOD AND EXPOSURE CONDITION EVALUATIN APPARATUS}

본 발명은 반도체 제조에 사용되는 노광 시스템에 있어서, 포커스 오프셋 등의 노광 조건을 설정하는 기술에 관한 것이다.

메모리나 로직 등의 반도체 제조에 일반적으로 사용되는 스캐너나 스텝퍼 등의 노광 시스템(예컨대, 특허 문헌 1을 참조)에서는, 노광시의 베스트 포커스 위치 및 유효 포커스 범위가 중요하다. 여기서 말하는 유효 포커스 범위(이하, 포커스 마진이라 칭한다)란, 노광의 결과 생성된 회로 패턴의 선폭(VIA 홀의 경우는 구경)이, 회로로서 동작 사양을 만족하는 설계 허용값 내로 되는 포커스 오프셋의 범위로 정의한다.

생성된 패턴이 설계 허용값 내인지 검사하는 방법으로서 대표적인 것은, 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope : 이하 SEM이라 칭한다)에 의한 검사를 들 수 있다. 그러나, SEM은 원리상 높은 스루풋에 도달하기 어렵기 때문에, 실제의 운용에 있어서는, 예컨대 도 11에 나타내는 바와 같이, 노광된 샷 내에서의 5점 정도의 샘플링에 의해 검사가 실시된다. 한편, 넓은 영역의 정보를 높은 스루풋으로 계측하는 시스템으로서, 스캐트로메트리(Optical CD : 이하 OCD라 칭한다)를 들 수 있다. 단, 이 계측을 행하기 위해서는, 어느 정도의 영역(50㎛×50㎛ 정도)에 전용 패턴을 마련할 필요가 있고, 시뮬레이션 결과의 라이브러리가 필요하게 되는 등, 실제의 회로 패턴 내에서의 특정 패턴의 검사는 원리상 어렵다.

또한, LSI 제조에 있어서는, 노광기가 갖는 노광 성능이 크게 발휘되는 미세한 밀집 패턴이 균등하게 또한 설계대로 해상되는지가 중요하다. 예컨대, 종방향의 라인 앤드 스페이스 패턴을 노광할 때에는, 이들 미세 패턴이 정밀하게 노광되도록, 변형 조명에 의해 노광 시스템 그 자체가 최적화되어 있다. 그 결과, 포커스 마진도, 노광 시스템이 최적화된 미세 패턴에 의해 비교적 넓어진다. 한편, 이른바 고립 패턴과 같은, 라인 앤드 스페이스의 듀티비가 상술한 미세 패턴과 다른 패턴에 착안하면, 노광 시스템이 최적화된 미세 패턴의 포커스 마진에 비하여, 고립 패턴 등의 포커스 마진은 좁아지는 경향이 있다. 이들은 실제의 회로 패턴이기 때문에, 상기 OCD는 적용할 수 없고, 또한 면 내에서 많은 점을 보기 위해 SEM을 사용하면 막대한 시간이 필요하게 된다. 또한, 패턴의 형상이 단순한 직선 형상이 아니어서, 시야 내에서 복수의 포인트를 계측하지 않으면 패턴 형상을 평가할 수 없는 경우도 있어, 더 SEM의 스루풋을 저하시킨다.

베스트 포커스를 평가하는 하나의 수법으로서, 노광기의 포커스 오프셋을 미소한 단계로 변화시키면서 웨이퍼상에 순차적으로 샷(101)을 노광한 FEM(Focus Exposure Matrix) 웨이퍼(100)(도 10을 참조)를 이용하는 방법이 있다. 관리 수법으로서는, FEM 웨이퍼(100)의 포토레지스트상에 형성된 패턴의 선폭(VIA 홀의 경우는 구경)을 SEM 혹은 OCD 등의 계측 장치를 이용하여 모니터하는 것에 의해, 포커스 마진 및 베스트 포커스가 되는 포커스 오프셋값을 산출한다. 그러나, 전술한 라인 앤드 스페이스의 듀티비가 미세 패턴과 다른 패턴인 경우, 실제의 회로 패턴이기 때문에 OCD에서의 관리는 불가능하고, 또한 SEM을 사용하더라도 시간 및 비용이 막대하게 들기 때문에, 정상적인 체크를 실시하는 것은 현실적으로 어렵다. 또한, 가령 SEM에 의한 관리를 실시했다고 하더라도, 계측 결과의 피드백을 행하기까지 시간을 요하는 수법이라고 할 수 있다.

이에 비하여, 웨이퍼 표면에 형성된 패턴에 있어서의 구조성 복굴절에 의한 편광의 변화를 검출하여 베스트 포커스를 모니터하는 방법이 있다. 이와 같은 방법에 의하면, 샷마다의 휘도 평균의 피크를 구하는 것에 의해, 베스트 포커스를 고속으로 구할 수 있다. FEM 웨이퍼(100)에 있어서의 미세 패턴의 베스트 포커스에 관해서도, 단시간의 계측이 가능하기 때문에, 프로세스로의 계측 결과의 피드백을 신속하게 행하는 것이 가능하다.

그런데, 메모리 매트의 크기의 간격으로 반복하여 존재하는 것과 같은 고립 패턴(예컨대 가드 패턴 등)에 관해서는, 미세 패턴보다 피치가 크기 때문에, 원리상 편광의 변화를 파악하는 것은 어렵다. 그 때문에, 회절광을 이용하게 되지만, 라인 앤드 스페이스 패턴이나 가드 패턴으로부터의 회절광은, 도 12(a)에 나타내는 정상적인 패턴에 비하여, 도 12(b)에 나타내는 붕괴가 생긴 패턴과 같이 패턴 변화가 일어나면, 회절 효율의 변화가 생긴다. 그 결과, 패턴의 변화를 회절광의 휘도 변화로서 파악하는 것은 가능하다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 제2006－41549호 공보

그러나, 회절광을 검출하는 경우, 편광을 검출하는 경우와 달리, 휘도의 명암의 변화(회절 효율의 변화의 정도)와 패턴의 형상 변화의 관계는 리니어 관계가 아닌 경우가 있어, 휘도의 명암의 변화, 예컨대 샷 내의 휘도 평균값만으로, 유효한 포커스 범위나 베스트 포커스 등을 정확하게 구할 수 없는 경우가 있다.

본 발명은, 이와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 포커스 마진 등의 노광 조건을 정확하게 설정하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적 달성을 위해, 본 발명에 따른 노광 조건 설정 방법은, 표면에 반도체 패턴을 갖는 기판에 조명광을 조사하는 조명부와, 상기 조명광이 조사된 상기 기판의 복수의 상기 반도체 패턴으로부터의 회절광을 검출하는 검출부를 구비하고, 상기 검출부에 의해 검출된 상기 회절광의 정보로부터 상기 기판의 표면을 검사하도록 구성된 표면 검사 장치를 이용하여, 소정의 노광이 행해지는 피노광 기판에 대한 노광 조건을 설정하는 노광 조건 설정 방법으로서, 상기 조명부를 이용하여 노광 특성이 기지인 기준 기판의 표면에 조명광을 조사하는 조명 공정과, 상기 검출부를 이용하여 상기 조명광이 조사된 상기 기준 기판의 복수의 상기 반도체 패턴으로부터의 회절광을 검출하는 검출 공정과, 상기 검출한 상기 회절광의 휘도의 편차(variation)에 근거하여 상기 노광 조건을 설정하는 설정 공정을 갖고 있다.

또, 상술한 노광 조건 설정 방법에서는, 상기 설정 공정에 있어서, 상기 휘도의 편차가 극대 또는 극대 근방이 되는 상기 노광의 조건값을 상기 노광 조건에 있어서의 한계값으로서 설정하는 것이 바람직하다.

또, 상술한 노광 조건 설정 방법에서는, 상기 설정 공정에 있어서, 상기 한계값에 근거하여 설정된 상기 노광 조건의 범위의 중앙값을 상기 노광 조건에 있어서의 대표값으로서 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 노광 조건 설정 방법에서는, 상기 반도체 패턴으로서, 반복하여 배열된 선 형상의 라인 패턴 또는 구멍 형상의 홀 패턴, 및 상기 라인 패턴 또는 상기 홀 패턴에 의해 구성되는 메모리 매트를 둘러싸도록 반복하여 배열된 가드 패턴이 형성되고, 상기 기준 기판의 복수의 상기 반도체 패턴이 각각 복수의 노광 조건에서 노광되어 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 표면 검사 장치는, 소정의 노광에 의해 표면에 반도체 패턴이 형성된 기판에 조명광을 조사하는 조명부와, 상기 조명광이 조사된 상기 기판의 복수의 상기 반도체 패턴으로부터의 회절광을 검출하는 검출부와, 상기 검출한 복수의 상기 반도체 패턴으로부터의 회절광의 휘도의 편차에 근거하여 상기 노광의 조건을 구하는 연산을 행하는 연산부를 구비하여 구성된다.

또, 상술한 표면 검사 장치에 있어서, 상기 소정의 노광에 의해 상기 반도체 패턴을 노광하는 노광 장치와 상기 노광의 조건에 관한 전기적 통신을 행하는 통신부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 적절한 노광 조건을 구할 수 있다.

도 1은 노광 조건 설정 방법의 개략을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 표면 검사 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 휘도의 편차의 산출예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 칩 내에서의 검출 영역을 지정한 예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 메모리셀의 블록을 나타내는 도면이다.
도 6은 FEM 웨이퍼로부터의 회절광의 휘도의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 7은 회절광의 휘도의 편차를 나타내는 분포도이다.
도 8은 회절광의 휘도의 편차를 나타내는 그래프이다.
도 9는 SEM에 의한 양부 판정 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 FEM 웨이퍼의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 SEM에 의한 관찰점의 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 회절 효율의 변화를 나타내는 모식도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서 사용하는 표면 검사 장치를 도 2에 나타내고 있고, 이 장치에 의해 반도체 기판인 반도체 웨이퍼 W(이하, 웨이퍼 W라고 칭한다)의 표면을 검사한다. 표면 검사 장치(1)는, 대략 원반형의 웨이퍼 W를 지지하는 스테이지(10)를 구비하고, 도시하지 않는 반송 장치에 의해 반송되어 오는 웨이퍼 W는, 스테이지(10)의 위에 탑재됨과 아울러 진공 흡착에 의해 고정 유지된다. 스테이지(10)는, 웨이퍼 W의 회전 대칭축(스테이지(10)의 중심축)을 회전축으로 하여, 웨이퍼 W를 회전(웨이퍼 W의 표면 내에서의 회전) 가능하게 지지한다. 또한, 스테이지(10)는, 웨이퍼 W의 표면을 지나는 축을 중심으로, 웨이퍼 W를 틸트(경사)시키는 것이 가능하며, 조명광의 입사각을 조정할 수 있게 되어 있다.

표면 검사 장치(1)는 또한, 스테이지(10)에 지지된 웨이퍼 W의 표면에 조명광을 평행광으로서 조사하는 조명계(20)와, 조명광의 조사를 받았을 때의 웨이퍼 W로부터의 회절광을 집광하는 수광계(30)와, 수광계(30)에 의해 집광된 광을 받아 웨이퍼 W의 표면의 상을 촬상하는 촬상 장치(35)와, 화상 처리부(40)를 구비하여 구성된다. 조명계(20)는, 조명광을 사출하는 조명 유닛(21)과, 조명 유닛(21)으로부터 사출된 조명광을 웨이퍼 W의 표면을 향해 반사시키는 조명측 오목거울(25)을 갖고 구성된다. 조명 유닛(21)은, 메탈 할라이드 램프나 수은 램프 등의 광원부(22)와, 광원부(22)로부터의 광에서 소정의 파장을 갖는 광을 추출하여 강도를 조절하는 조광부(23)와, 조광부(23)로부터의 광을 조명광으로서 조명측 오목거울(25)에 유도하는 도광 파이버(24)를 갖고 구성된다.

그리고, 광원부(22)로부터의 광은 조광부(23)를 통과하여, 소정의 파장(예컨대, 248㎚의 파장)을 갖는 조명광이 도광 파이버(24)로부터 조명측 오목거울(25)에 사출되고, 도광 파이버(24)로부터 조명측 오목거울(25)에 사출된 조명광은, 도광 파이버(24)의 사출부가 조명측 오목거울(25)의 초점면에 배치되어 있기 때문에, 조명측 오목거울(25)에 의해 평행 광속이 되어 스테이지(10)에 유지된 웨이퍼 W의 표면에 조사된다. 또, 웨이퍼 W에 대한 조명광의 입사각과 출사각의 관계는, 스테이지(10)를 틸트(경사)시켜 웨이퍼 W의 탑재 각도를 변화시키는 것에 의해 조정 가능하다.

웨이퍼 W의 표면으로부터의 출사광(회절광)은 수광계(30)에 의해 집광된다. 수광계(30)는, 스테이지(10)에 대향하여 배치된 수광측 오목거울(31)을 주체로 구성되고, 수광측 오목거울(31)에 의해 집광된 출사광(회절광)은, 촬상 장치(35) 내의 촬상 광학계에 의해 촬상면상에 웨이퍼 W의 상(회절상)이 결상된다. 촬상 장치(35)는, 촬상면상에 형성된 웨이퍼 W의 표면의 상을 광전 변환하여 화상 신호를 생성하고, 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력한다.

화상 처리부(40)는, 촬상 장치(35)로부터 입력된 웨이퍼 W의 화상 신호에 근거하여, 웨이퍼 W의 디지털 화상을 생성한다. 화상 처리부(40)의 내부 메모리(도시하지 않음)에는, 양품 웨이퍼의 화상 데이터가 미리 기억되어 있고, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼 W의 화상(디지털 화상)을 생성하면, 웨이퍼 W의 화상 데이터와 양품 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하여, 웨이퍼 W의 표면에 있어서의 결함(이상)의 유무를 검사한다. 그리고, 화상 처리부(40)에 의한 검사 결과 및 그때의 웨이퍼 W의 화상이 도시하지 않는 화상 표시 장치에 의해 출력 표시된다. 또한, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼의 화상을 이용하여 노광시의 포커스 마진 등을 구할(연산을 행할) 수 있게 되어 있다(상세는 후술한다). 또한, 화상 처리부(40)는, 도시하지 않는 외부 출력부와 접속되어 있고, 포커스 마진 등의 연산 결과를 이 외부 출력부를 통해 노광기(노광 장치) 등에 전기적 통신 가능하게 되어 있다.

그런데, 웨이퍼 W는, 도시하지 않는 노광기에 의해 최상층의 레지스트막이 노광되고, 현상 장치(도시하지 않음)에 의한 현상 후, 도시하지 않는 반송 장치에 의해, 도시하지 않는 웨이퍼 카세트 또는 현상 장치로부터 스테이지(10)상으로 반송된다. 또 이때, 웨이퍼 W는, 웨이퍼 W의 패턴 또는 외연부(노치나 오리엔테이션 플랫 등)를 기준으로 하여 얼라인먼트가 행해진 상태에서, 스테이지(10)상으로 반송된다. 또, 상세한 도시를 생략하지만, 웨이퍼 W의 표면에는, 복수의 샷이 종횡으로 배열되고, 각 샷 중에는, 라인 패턴 또는 홀 패턴 등의 반복 패턴(반도체 패턴)이 형성되어 있다.

이상과 같이 구성되는 표면 검사 장치(1)를 이용하여, 웨이퍼 W의 표면 검사를 행하기 위해서는, 우선, 도시하지 않는 반송 장치에 의해, 웨이퍼 W를 스테이지(10)상으로 반송한다. 또, 반송의 도중에 도시하지 않는 얼라인먼트 기구에 의해 웨이퍼 W의 표면에 형성되어 있는 패턴의 위치 정보를 취득하고 있고, 웨이퍼 W를 스테이지(10)상의 소정의 위치에 소정의 방향으로 탑재할 수 있다.

다음으로, 웨이퍼 W의 표면상에 있어서의 조명 방향과 패턴의 반복 방향이 일치하도록 스테이지(10)를 회전시킴과 아울러, 패턴의 피치를 P로 하고, 웨이퍼 W의 표면에 조사하는 조명광의 파장을 λ로 하고, 조명광의 입사각을 θi로 하고, n차 회절광의 출사각을 θd로 했을 때(도 12도 참조), 다음의 (1)식을 만족하도록 설정을 행한다(스테이지(10)를 틸트시킨다).

다음으로, 조명광을 웨이퍼 W의 표면에 조사한다. 이와 같은 조건에서 조명광을 웨이퍼 W의 표면에 조사할 때, 조명 유닛(21)에 있어서의 광원부(22)로부터의 광은 조광부(23)를 통과하여, 소정의 파장(예컨대, 248㎚의 파장)을 갖는 조명광이 도광 파이버(24)로부터 조명측 오목거울(25)에 사출되고, 조명측 오목거울(25)에서 반사된 조명광이 평행 광속이 되어 웨이퍼 W의 표면에 조사된다. 웨이퍼 W의 표면으로부터 출사된 회절광은, 수광측 오목거울(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면상에 도달하고, 웨이퍼 W의 상(회절상)이 결상된다.

그래서, 촬상 장치(35)는, 촬상면상에 형성된 웨이퍼 W의 표면의 상을 광전 변환하여 화상 신호를 생성하고, 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력한다. 화상 처리부(40)는, 촬상 장치(35)로부터 입력된 웨이퍼 W의 화상 신호에 근거하여, 웨이퍼 W의 디지털 화상을 생성한다. 또한, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼 W의 화상(디지털 화상)을 생성하면, 웨이퍼 W의 화상 데이터와 양품 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하여, 웨이퍼 W의 표면에 있어서의 결함(이상)의 유무를 검사한다. 그리고, 화상 처리부(40)에 의한 검사 결과 및 그때의 웨이퍼 W의 화상이 도시하지 않는 화상 표시 장치에 의해 출력 표시된다.

본 실시 형태에서는, 상술한 표면 검사 장치(1)를 이용하여, 회절광의 휘도 변화를 검출하고, 샷 내의 휘도의 편차를 산출하는 것에 의해, 노광시의 포커스 마진을 구한다. 일반적으로, 스캐너 등의 노광기(도시하지 않음)로 노광된 웨이퍼 W에 있어서는, 샷 내의 노광된 패턴의 균일성(상면(像面))은 매우 높은 정밀도로 제어되고 있지만, 다양한 요인에 의해 완전하게 같은 패턴이 형성되어 있는 것은 아니다.

그러나, 충분히 포커스 마진 내인 포커스 오프셋 설정으로 노광을 실시하면, 상면의 미소한 면 내 편차 요인이 존재했다고 하더라도, 형성되는 패턴의 선폭 등에 대한 영향은 매우 작아, 형성된 패턴을 회절 격자로 간주한 경우의 회절광도 거의 균일한 휘도로서 측정된다. 한편, 포커스 마진의 경계부에 해당하는 포커스 오프셋 설정으로 노광이 실시된 경우, 상기 미소한 면 내 편차에 의해서도 형성된 패턴에 형상 변화가 야기되게 되어, 결과적으로, 샷 내에 있어서의 회절광의 휘도에 편차가 생긴다.

본 실시 형태에 있어서는, 도 6에 나타내는 것과 같은 FEM 웨이퍼(50)에 있어서, 상기 포커스 마진의 경계 부근에 있어서의 샷(51) 내의 회절광의 휘도의 편차를 평가하는 것에 의해(휘도의 편차가 극대 또는 극대 근방이 되는 조건을 설정하는 것에 의해), 안정하게 노광 가능한 포커스 마진을 구한다. 또, 도 6에 나타내는 FEM 웨이퍼(50)의 표면에는, 포커스 오프셋을(도 6에 있어서의) 횡방향으로 스텝 ΔF씩 변화시키면서 노광한 샷(51)이 종횡으로 배치 형성되어 있고, 해당 샷(51) 내에 칩 영역(이하, 간단히 칩(52)이라고 칭한다)이 종횡으로 3개씩 배열되어 구획 형성되어 있다(도 3을 참조).

휘도의 편차의 평가에 관해서는, 편차를 산출하는 계산 단위로서, 평균화 효과도 있기 때문에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 최소의 반복 패턴인 칩(52) 단위에서의 휘도 평균을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 예컨대, 어느 샷(51) 내의 칩(52)마다 평균 휘도를 산출하고, 어느 샷(51) 내에서의 칩(52)마다 구한 평균 휘도의 편차(예컨대, 표준 편차 σ를 이용한 3σ)를 산출한다. 이때, 휘도의 편차의 검출 감도를 올리기 위해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 칩(52) 내에서 회절광을 발생시키지 않는(외주부 내측의) 영역에 마스크(52a)를 마련하여, 해당 영역(마스크(52a))으로부터의 신호를 제거하는 것도 유효하다. 이에 의해, 마스크(52a) 부분에 있어서의 휘도 정보를 제외한 상태에서 칩(52)마다의 평균 휘도를 산출하기 때문에, 휘도의 편차가 비교적 작은 칩(52)의 외주부 내측의 영역에 있어서의 휘도의 영향을 저감시켜, 휘도의 편차의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 노광 시스템이 최적화된 미세 패턴보다, 이른바 고립 패턴 쪽이 포커스 마진은 좁아지기 때문에, SEM 등으로 통상 관리되고 있는 미세 패턴이 아닌, 라인 앤드 스페이스의 듀티비가 큰 고립 패턴에 있어서의 패턴 변동의 검출에 본 실시 형태를 적용 가능하다.

이와 같은 표면 검사 장치(1)를 이용한 노광 조건 설정 방법(포커스 마진의 설정 방법)에 대하여 설명한다. 또 미리, 포커스 오프셋을 횡방향으로 스텝 ΔF씩 변화시키면서 노광한 FEM 웨이퍼(50)에 대하여, SEM 화상에 의한 양부 판정을(예컨대, 도 11에 나타내는 것과 같은 1샷 내의 5점에서) 실시하여 두는 것이 바람직하다. 이 경우의 양부 판정으로서는, 주로 CD값(라인 패턴의 선폭 또는 홀 패턴의 구경)이 양품 범위 내인지 여부를 판단하여 양부 판정을 행하지만, 패턴 형상의 붕괴를 인간이 육안으로 판단하도록 하더라도 좋다.

이하, 도 1에 나타내는 흐름도를 참조하면서, 전술한 고립 패턴의 일례로서, 도 5에 나타내는 것과 같은 직사각형의 메모리셀의 블록(55)을 둘러싸는 가드 패턴(56)을 예로 들어 설명한다. 또, 메모리셀의 블록(55) 내에는, 노광 시스템이 최적화된 미세 패턴(라인 패턴 또는 홀 패턴)이 노광 형성되어 있다. 메모리셀의 블록(55)은, 칩(52) 내에서는 규칙적으로(종횡으로) 일정 간격으로 배치되어 있고, 각 메모리셀의 블록(55)끼리의 간극부에 가드 패턴(56)이 격자 형상으로 배치 형성되어 있다. 따라서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 이 배치 간격을 매우 큰 패턴 피치(수10~100㎛ 이상)로 간주하는 것에 의해, 대응하는 파장의 회절광을 검출 가능하다.

그래서 우선, 도시하지 않는 반송 장치에 의해, FEM 웨이퍼(50)를 표면 검사 장치(1)의 스테이지(10)상에 반송하고, 조명계(20)를 이용하여 조명광을 FEM 웨이퍼(50)의 표면에 조사한다(단계 S101). 이 조명 공정에 있어서, FEM 웨이퍼(50)의 표면상에 있어서의 조명 방향과 메모리셀의 블록(55)(가드 패턴(56))의 반복 방향이 일치하도록 스테이지(10)를 회전시킴과 아울러, 메모리셀의 블록(55)(가드 패턴(56))의 반복 피치를 회절 조건으로 하여 고차의 회절광을 얻을 수 있도록(전술한 (1)식을 만족하도록) 설정을 행한다(스테이지(10)를 틸트시킨다).

이와 같은 조건으로 조명광을 FEM 웨이퍼(50)의 표면에 조사할 때, 조명 유닛(21)에 있어서의 광원부(22)로부터의 광은 조광부(23)를 통과하여, 소정의 파장(예컨대, 248㎚의 파장)을 갖는 조명광이 도광 파이버(24)로부터 조명측 오목거울(25)에 사출되고, 조명측 오목거울(25)에서 반사된 조명광이 평행 광속이 되어 FEM 웨이퍼(50)의 표면에 조사된다. FEM 웨이퍼(50)의 표면으로부터 출사된 회절광은, 수광측 오목거울(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면상에 도달하여, FEM 웨이퍼(50)의 상(가드 패턴(56)의 회절상)이 결상된다.

그래서, 촬상 장치(35)를 이용하여, FEM 웨이퍼(50)의 상(가드 패턴(56)의 회절상)을 검출(촬상)한다(단계 S102). 이 검출 공정에 있어서, 촬상 장치(35)는, 촬상면상에 형성된 FEM 웨이퍼(50)의 표면의 상(가드 패턴(56)의 회절상)을 광전 변환하여 화상 신호를 생성하고, 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력한다.

그리고, 화상 처리부(40)는, 촬상 장치(35)로부터 입력된 FEM 웨이퍼(50)의 화상 신호(도 6에 상당하는 휘도 정보)에 근거하여, 실제의 웨이퍼 W에 대한 노광시의 유효한 포커스 마진을 검출하고(단계 S102), 검출된 포커스 마진에서 베스트 포커스를 설정한다(단계 S103). 이 설정 공정에 있어서, 우선, 도 3과 같이 하여 각 샷(51) 내의 칩(52)마다 평균 휘도를 산출하고, 도 7에 나타내는 바와 같이, 샷(51)마다 각 칩(52)에서의 평균 휘도의 편차를 산출한다. 이때, 평가 대상으로서는, FEM 웨이퍼(50)의 중심 근방을 선택한 쪽이 데이터의 안정성을 얻을 수 있다. 또한, 포커스와 동시에 노광량(도즈)을 스텝 변화시킨 경우에도, 베스트 도즈에 가까운, FEM 웨이퍼(50)의 중심 근방의 데이터를 사용하는 것이 바람직하다. 도 7에 있어서 행번호가 R3~R6인 샷(51)을 평가 대상으로 하여, 각 포커스 오프셋값(열번호 C1~C11의 각각)에 있어서 휘도의 편차가 최대가 되는 수치(샷(51))를 취득하고, 그래프화한 것이 도 8이다.

그리고, 취득한 샷(51) 내에서의 평균 휘도의 편차(칩(52)마다)의 변동과, 미리 실시하여 둔 SEM 화상에 의한 양부 판정 결과(도 9를 참조)의 상관을 취하는 것에 의해, 불량이 되는 휘도의 편차값을 설정한다. 이에 의해, FEM 웨이퍼에서는 노광기의 포커스 오프셋을 미소한 스텝으로 연속하여 변화시키고 있기 때문에, 불량이 되는 휘도의 편차값보다 작은 편차값이 되는 포커스 오프셋의 범위를, 포커스 마진으로서 산출할 수 있다. 예컨대 도 8의 경우, 포커스 오프셋값이 -0.09(㎛) 및 +0.15(㎛)일 때, 휘도의 편차값이 상술한 불량이 되는 휘도의 편차값(도 8에 있어서의 굵은 가로선)보다 커져 극대값 근방의 값이 되고, -0.09(㎛)~+0.15(㎛)보다 내측의 범위에서 휘도의 편차가(불량이 되는 휘도의 편차값보다) 작은 -0.06(㎛)~+0.12(㎛)가 포커스 마진으로서 산출된다. 이때, 복수의 FEM 웨이퍼(샘플)를 이용하여, SEM 화상에 의한 양부 판정 결과와의 상관을 취하는 것에 의해, 불량이 되는 휘도의 편차값의 설정 정확도를 향상시키는 것이 가능하다.

또, 대상 피치가 매우 큰 경우(수 10㎛)에는, 고차 회절광을 얻을 수 있는 회절 조건(피치/차수)으로 실시하는 것이 유효하지만, 회절 조건의 선택으로서는, 취득한 샷(51) 내에서의 평균 휘도의 편차(칩(52)마다)의 변동과, SEM 화상에 의한 양부 판정 결과의 상관을 취할 수 있고, 또 화상 휘도 변화가 포커스 변동 방향에 대하여 큰 조건을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 포커스 마진을 확인하는 대상 패턴이 2종류 이상인 경우(피치가 다르거나, 혹은 패턴의 방향이 다른 경우), 각각에 대응하는 회절 조건(피치/회절광 방위)을 설정하고, 설정한 복수의 회절 조건 각각에 있어서의 유효 포커스 영역이 겹치는 범위를, 포커스 마진으로서 산출한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 미세한 라인 앤드 스페이스 등의 반도체 회로 패턴에 대하여 최적화된 노광 조건(변형 조명 등)으로 노광이 행해진 반도체 패턴에서는, 가드 패턴(56)과 같은 라인 앤드 스페이스 패턴에 비하여 큰 주기를 갖는 패턴의 포커스 마진이 작은 것을 이용하여, 가드 패턴(56)의 회절광을 검출하는 것에 의해 유효한 포커스 마진을 검출하고, 베스트 포커스가 되는 포커스 오프셋(적절한 노광 조건)을 정확하게 설정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 40㎚ 이하의 반도체 회로 패턴에서는 회절광이 발생하지 않지만, 가드 패턴(56)을 대상으로 하는 것에 의해 회절광을 이용할 수 있다.

또, 휘도의 편차가 극대 또는 극대 근방이 되는 조건값(포커스 오프셋값)을 한계값으로서 설정하는 것에 의해, 포커스 마진의 경계부(적절한 노광 조건이 되는 한계 밖)를 정확하게 구할 수 있다.

또, 상술한 실시 형태에 있어서, 노광 조건으로서 포커스 마진을 설정하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 포커스 마진의 중앙값을 노광에 사용하는 포커스 오프셋의 대표값으로서 설정하는 것도 유효하다. 예컨대 도 8의 경우, 전술한 바와 같이 포커스 마진이 -0.06(㎛)~+0.12(㎛)가 되고, 해당 포커스 마진의 중앙값인 0.03(㎛)이 포커스 오프셋의 대표값으로서 설정된다.

W : 웨이퍼(기판 및 피노광 기판)
1 : 표면 검사 장치
10 : 스테이지
20 : 조명계(조명부)
30 : 수광계
35 : 촬상 장치(검출부)
40 : 화상 처리부
50 : FEM 웨이퍼(기준 기판)

Claims

노광에 의해 형성되고 반도체 장치로 되는 패턴으로부터 상기 노광의 상태를 구하는 방법으로서,
상기 패턴을 조명광으로 조명하고,
상기 패턴에서 반사된 광을 검출하고,
1회의 상기 노광에 의해 형성된 상기 패턴 내의 복수의 영역의 검출 결과에 근거하여 상기 패턴을 만들었을 때의 노광의 상태를 구하는,
노광의 상태를 구하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 구하는 노광의 상태는 상기 패턴을 만들었을 때의 노광기의 포커스의 상태인
노광의 상태를 구하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
노광의 조건을 변경한 복수회의 노광에 의해서 만들어진 복수개의 패턴의 평가에 근거하여, 상기 패턴을 만들었을 때의 노광의 상태를 구하는
노광의 상태를 구하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 패턴의 형태에 따른 입사각으로 조명하는
노광의 상태를 구하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조명광이 평행광인
노광의 상태를 구하는 방법.
노광에 의해 형성되고 반도체 장치로 되는 패턴을 표면에 갖는 기판을 조명하는 조명부와,
상기 패턴에서 반사된 광을 검출하는 검출부와,
1회의 상기 노광에 의해 형성된 상기 패턴 내의 복수의 영역의 검출 결과에 근거하여 상기 패턴을 만들었을 때의 노광의 상태를 구하는 취득부
를 구비하는 노광의 상태를 구하는 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 취득부가 구하는 노광의 상태는 상기 패턴을 만들었을 때의 노광기의 포커스의 상태인
노광의 상태를 구하는 장치.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 조명부가 평행광으로 상기 기판을 조명하는
노광의 상태를 구하는 장치.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 표면에 대한 조명광의 입사각을 조정하는 조정부를 더 갖는
노광의 상태를 구하는 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 조정부는 상기 조명광이 상기 패턴에서 회절된 회절광이 상기 검출부에서 검출되도록 상기 기판의 자세를 조정하는
노광의 상태를 구하는 장치.