KR101793584B1 - 검사 장치 및 검사 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

검사 장치(1)는, 노광 장치에 의해 노광되어 표면에 소정의 패턴이 형성된 웨이퍼(10)를 지지하는 스테이지(5)와, 스테이지(5)에 의해 지지된 웨이퍼(10)의 표면에 조명광을 조사하는 조명계(20)와, 조명광이 조사된 웨이퍼(10)의 표면으로부터의 광을 검출하는 촬상 장치(35)와, 혹색 노광 장치에 대해 설정된 기준이 되는 포커스 조건 또는 기준이 되는 노광량을 이용하여, 촬상 장치(35)에 검출된 상이한 노광 장치(60)에 의해 노광된 웨이퍼(10)의 표면으로부터의 광의 정보로부터, 해당 다른 노광 장치(60)에 대한 포커스 조건 또는 노광량의 조정 값의 산출을 행하는 화상 처리부(40)를 구비한다.

Description

검사 장치 및 검사 방법{INSPECTING APPARATUS AND INSPECTING METHOD}
본 발명은, 노광 장치에 의해 노광된 반도체 기판을 검사하는 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.
노광 장치의 최적인 포커스 조건 및 도우즈량(노광량)을 구하는 방법으로서 노광 장치에 의해 포커스나 도우즈량을 쇼트마다 변화시켜 노광한 웨이퍼(이하, FEM 웨이퍼라 칭함)를 이용하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조). 이 방법에서는, 예를 들면, FEM 웨이퍼의 표면에 라인 패턴을 투영 노광한 경우, 포커스의 변화에 따라 패턴의 형상(선폭)이 변화하는 개소를 전자 현미경(CD-SEM)으로 측정하고, 포커스의 변화(가로축)에 대한 선폭의 변화(세로축)를 나타낸 그래프(이하, 선폭 기준 포커스 커브라 칭함)를 구한다. 여기서, 선폭이 최대로 되는 포커스 값을 베스트 포커스라 정의하고, 선폭 기준 포커스 커브에 대해 선폭이 최대로 되는 포커스 값을 구한다. 구체적으로는, 동일한 도우즈량에서 각각 포커스의 변화에 따른 선폭을 복수 측정하고, 복수 측정한 선폭의 평균치를 이용하여 선폭 기준 포커스 커브를 구하고, 이러한 선폭 기준 포커스 커브에서 선폭이 최대로 되는 포커스 값을 노광 장치의 최적인 포커스 조건(베스트 포커스)으로서 구한다.
또한, 도우즈량의 변화에 따라 패턴의 형상(선폭)이 변화하는 개소를 전자 현미경(CD-SEM)으로 측정하고, 도우즈량의 변화(가로축)에 대한 선폭의 변화(세로축)를 나타낸 그래프(이하, 선폭 기준 도우즈 커브라 칭함)를 구한다. 그리고, 선폭 기준 도우즈 커브에서 설계치의 선폭이 얻어지는 도우즈량을 노광 장치의 최적인 도우즈량(베스트 도우즈량)으로서 구한다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
특허 문헌 1 : 특개 제2007-304054호 공보
그러나, 노광 장치의 최적인 포커스 조건 및 도우즈량(노광량)을 구하는 작업은, 상이한 제품마다, 상이한 공정마다, 및 노광 장치의 대수마다, 각각 행할 필요가 있고, 종래의 방법에서는, 작업에 막대한 노력과 시간을 필요로 하는 것이었다.
본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 포커스 조건이나 노광량을 단시간에 정밀도 좋게 설정 가능한 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적 달성을 위해, 본 발명과 따른 검사 장치는, 노광에 의해 형성된 패턴을 조명광으로 조명 가능한 조명부와, 상기 조명된 패턴으로부터의 반사광을 검출하는 검출부와, 복수의 제 1 노광 조건으로 형성된 패턴의 검출 결과인 상기 제 1 노광 조건에 대한 변화 상태인 제 1 변화 상태와, 상기 제 1 노광 조건의 범위와 적어도 일부가 중복하는 범위에서 간격이 기지인 복수의 제 2 노광 조건으로 형성된 패턴을 조명하고, 상기 패턴으로부터의 반사광의 검출 결과인 상기 제 2 노광 조건에 대한 변화 상태인 제 2 변화 상태를 비교하여, 상기 제 1 변화 상태와 상기 제 2 변화 상태의 어긋남을 산출하는 연산부를 구비하며 구성된다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 노광 조건은 포커스 및 노광량 중 적어도 한쪽이다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 제 1 변화 상태를 기억하는 기억부를 더 구비하며, 상기 기억부에 기억된 상기 제 1 변화 상태에 근거하여 상기 어긋남의 산출을 행한다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 제 1 변화 상태와 상기 제 2 변화 상태의 패턴 매칭을 이용하여 상기 비교가 행해진다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 제 1 노광 조건은, 패턴의 형상을 측정할 수 있는 측정 장치의 측정 결과에 근거하여 결정되어 있다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 산출된 어긋남에 근거하여 조정된 노광 장치에 의해 상기 제 1 노광 조건으로 형성된 패턴을 조명하여, 상기 제 1 변화 상태를 구한다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 검출부는, 1회의 노광으로 형성되는 패턴 내의 복수의 부분의 상기 반사광을 검출한다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 조명부는, 상기 패턴이 형성된 상기 기판의 표면 전체에 대략 평행한 광속인 상기 조명광을 일괄적으로 조명하고, 상기 검출부는, 상기 조명광이 조사된 상기 기판의 표면 전체로부터의 광을 일괄적으로 검출한다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 검출부는, 상기 조명광이 조사되어 상기 기판의 상기 패턴에서 발생한 회절광을 검출한다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 조명부는, 상기 조명광으로서 대략 직선 편광을 상기 기판의 표면에 조사하고, 상기 검출부는, 상기 기판에서 반사한 대략 직선 편광의 진동 방향과 대략 직교하는 진동 방향의 편광 성분을 검출한다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 산출된 어긋남에 근거하는 정보를 노광 장치에 입력 가능하게 출력한다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 패턴을 노광하기 전의 레지스트막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정부를 구비하며, 상기 연산부는, 상기 막 두께 측정부에서 각각 측정된 상기 막 두께에 근거하여, 상기 비교의 보정을 행한다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 막 두께 측정부는, 상기 조명부에서 조명된 상기 레지스트막으로부터의 정반사광에 근거하여 막 두께를 측정한다.
상기 검사 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 막 두께 측정부는, 복수의 파장의 광으로 각각 조명된 상기 레지스트막으로부터의 정반사광에 근거하여 막 두께를 측정한다.
한편, 본 발명과 따른 검사 방법은, 복수의 제 1 노광 조건으로 형성된 패턴으로부터 얻어진 반사광의 상기 제 1 노광 조건에 대한 변화 상태인 제 1 변화 상태를 준비하고, 상기 제 1 노광 조건의 범위와 적어도 일부가 중복하는 범위에서 간격이 기지인 복수의 제 2 노광 조건으로 형성된 패턴을 조명하며, 상기 조명된 패턴으로부터의 반사광을 검출하고, 상기 제 2 노광 조건에 대한 상기 검출의 결과의 변화 상태인 제 2 변화 상태를 구하며, 상기 제 1 변화 상태와 상기 제 2 변화 상태의 어긋남을 구하도록 구성된다.
상기 검사 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 노광 조건은 포커스 및 노광량 중 적어도 한쪽이다.
상기 검사 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제 1 변화 상태와 상기 제 2 변화 상태의 패턴 매칭을 이용하여 상기 어긋남을 구한다.
상기 검사 방법에 있어서, 바람직하게는, 1회의 노광으로 형성되는 패턴 내의 복수의 부분에서 상기 검출을 행한다.
상기 검사 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 어긋남에 근거하는 정보를 상기 제 2 노광 조건으로 패턴을 형성한 노광 장치에 출력한다.
상기 검사 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 패턴을 노광하기 전의 레지스트막의 막 두께로, 구한 어긋남을 보정한다.
상기 검사 방법에 있어서, 바람직하게는, 조명된 상기 레지스트막으로부터의 정반사광에 근거하여 막 두께를 구한다.
상기 검사 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 레지스트막을 복수의 파장의 광에서 각각 조명하고, 상기 레지스트막으로부터의 정반사광에 근거하여 상기 막 두께를 구한다.
본 발명에 의하면, 포커스 조건이나 노광량을 단시간에 정밀도 좋게 설정할 수 있다.
도 1은 표면 검사 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 표면 검사 장치의 광로상에 편광 필터가 삽입된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 반도체 웨이퍼의 표면의 외관도이다.
도 4는 반복 패턴의 요철 구조를 설명하는 사시도이다.
도 5는 직선 편광의 입사면과 반복 패턴의 반복 방향의 경사 상태를 설명하는 도면이다.
도 6은 복수의 노광 장치에 대해 동일 공정에 대한 설정을 행하는 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 복수의 노광 장치에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태를 구하는 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 8은 FEM 웨이퍼의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 상이한 노광 장치에 의해 동일 조건으로 노광된 웨이퍼를 비교한 도면이다.
도 10은 기준 포커스 커브와 샘플 포커스 커브의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 샘플 포커스 커브에 대해서 기준 포커스 커브를 피트시킨 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 막 두께 산출부를 나타내는 블럭도이다.
도 13은 막 두께와 각 파장의 반사율과의 대응 관계를 나타내는 도면이다.
도 14는 피팅(fitting) 계산 처리를 나타내는 플로우차트이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 표면 검사 장치를 도 1에 나타내고 있고, 이 장치에 의해 반도체 기판인 반도체 웨이퍼(10)(이하, 웨이퍼(10)라 칭함)의 표면을 검사한다. 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 대략 원반형의 웨이퍼(10)를 지지하는 스테이지(5)를 구비하며, 미도시의 반송 장치에 의해 반송되어 오는 웨이퍼(10)는, 스테이지(5) 위에 재치됨과 아울러 진공 흡착에 의해 고정 유지된다. 스테이지(5)는, 웨이퍼(10)의 회전 대칭축(스테이지(5)의 중심축)을 회전축으로 하여 웨이퍼(10)를 회전(웨이퍼(10)의 표면 내에서의 회전) 가능하게 지지한다. 또한, 스테이지(5)는, 웨이퍼(10)의 표면을 따른 축(입사광의 광축과 반사광의 광축이 이루는 평면에 대략 수직인 축)을 중심으로, 웨이퍼(10)를 틸트(경사 움직임)시키는 것이 가능하고, 조명광의 입사각을 조정할 수 있도록 되어 있다.
표면 검사 장치(1)는 또한, 스테이지(5)에 의해 지지된 웨이퍼(10)의 표면에 조명광을 평행광으로서 조사하는 조명계(20)와, 조명광의 조사를 받았을 때의 웨이퍼(10)로부터의 반사광이나 회절광 등을 집광하는 수광계(30)와, 수광계(30)에 의해 집광된 광을 받아 웨이퍼(10)의 표면의 상을 검출하는 촬상 장치(35)와, 화상 처리부(40) 및 기억부(41)와, 막 두께 산출부(50)를 구비하여 구성된다. 조명계(20)는, 조명광을 사출하는 조명 유닛(21)과, 조명 유닛(21)으로부터 사출된 조명광을 웨이퍼(10)의 표면을 향해 반사시키는 조명측 오목면경(25)을 구비하여 구성된다. 조명 유닛(21)은, 메탈 할라이드 램프나 수은 램프 등의 광원부(22)와, 광원부(22)로부터의 광 중 소정의 파장을 갖는 광을 추출하여 강도를 조절하는 광 조절부(23)와, 광 조절부(23)로부터의 광을 조명광으로서 조명측 오목면경(25)에 유도하는 도광 섬유(24)를 구비하여 구성된다.
그리고, 광원부(22)로부터의 광은 광 조절부(23)를 통과하여, 소정의 파장(예를 들면, 248nm의 파장)을 갖는 조명광이 도광 섬유(24)로부터 조명측 오목면경(25)에 사출되고, 도광 섬유(24)로부터 조명측 오목면경(25)에 사출된 조명광은, 도광 섬유(24)의 사출부가 조명측 오목면경(25)의 초점면에 배치되어 있기 때문에, 조명측 오목면경(25)에 의해 평행 광속으로 되어 스테이지(5)에 유지된 웨이퍼(10)의 표면에 조사된다. 또한, 웨이퍼(10)에 대한 조명광의 입사각과 출사각의 관계는, 스테이지(5)를 틸트(경사 움직임)시켜 웨이퍼(10)의 재치 각도를 변화시킴으로써 조정 가능하다.
또한, 도광 섬유(24)와 조명측 오목면경(25)의 사이에는, 조명측 편광 필터(26)가 광로상에 삽발(揷拔) 가능하게 설치되어 있고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 조명측 편광 필터(26)를 광로상으로부터 벗어난 상태에서 회절광을 이용한 검사(이하, 편의적으로 회절 검사라 칭함)가 행해지고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 조명측 편광 필터(26)를 광로상에 삽입한 상태에서 편광(구조성 복굴절에 의한 편광 상태의 변화)을 이용한 검사(이하, 편의적으로 PER 검사라 칭함)를 행하도록 되어 있다(조명측 편광 필터(26)의 상세에 대해서는 후술함).
웨이퍼(10)의 표면으로부터의 출사계(회절광 혹은 반사광)는 수광계(30)에 의해 집광된다. 수광계(30)는, 스테이지(5)에 대향하여 배설된 수광측 오목면경(31)을 주체로 구성되고, 수광측 오목면경(31)에 의해 집광된 출사계(회절광 혹은 반사광)는, 촬상 장치(35)의 촬상면에 도달하여, 웨이퍼(10)의 상이 결상된다.
또한, 수광측 오목면경(31)과 촬상 장치(35)의 사이에는, 수광측 편광 필터(32)가 광로상에 삽발 가능하게 설치되어 있고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 수광측 편광 필터(32)를 광로상으로부터 벗어난 상태에서 회절 검사가 행해지고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 수광측 편광 필터(32)를 광로상에 삽입한 상태에서 PER 검사가 행해지도록 되어 있다(수광측 편광 필터(32)의 상세에 대해서는 후술함).
촬상 장치(35)는, 촬상면에 형성된 웨이퍼(10)의 표면의 상을 광전 변환하여 화상 신호를 생성하여, 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력한다. 화상 처리부(40)는, 촬상 장치(35)로부터 입력된 웨이퍼(10)의 화상 신호에 근거하여, 웨이퍼(10)의 디지털 화상을 생성한다. 화상 처리부(40)의 내부 메모리(도시하지 않음)에는, 양품 웨이퍼의 화상 데이터가 미리 기억되어 있고, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼(10)의 화상(디지털 화상)을 생성하면, 웨이퍼(10)의 화상 데이터와 양품 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하여, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 결함(이상)의 유무를 검사한다. 그리고, 화상 처리부(40)에 의한 검사 결과 및 그 때의 웨이퍼(10)의 화상이 도시하지 않는 화상 표시 장치에서 출력 표시된다. 또한, 화상 처리부(40)는, 기억부(41)에 기억된 노광 장치(60)에 관한 데이터를 이용하여, 노광 장치(60)의 포커스 조건 또는 도우즈량(노광량)을 설정할 수 있도록 되어 있다(상세한 것은 후술함).
그런데, 웨이퍼(10)는, 노광 장치(60)에 의해 최상층의 레지스트막에 대해서 소정의 마스크 패턴이 투영 노광되어, 현상 장치(도시하지 않음)에 의한 현상 후, 미도시의 반송 장치에 의해, 미도시의 웨이퍼 카셋트 또는 현상 장치로부터 스테이지(5)상에 반송된다. 또한 이 때, 웨이퍼(10)는, 웨이퍼(10)의 패턴 혹은 외연부(노치나 오리엔테이션 플랫 등)를 기준으로 하여 얼라인먼트를 행한 상태에서, 스테이지(5)상에 반송된다. 또한, 웨이퍼(10)의 표면에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 팁 영역(11)(쇼트)이 종횡으로(도 3에 있어서의 XY 방향으로) 배열되고, 각 팁 영역(11) 중에는, 반도체 패턴으로서 라인 패턴 또는 홀 패턴 등의 반복 패턴(12)이 형성되어 있다. 또한, 노광 장치(60)은, 상세한 도시를 생략하지만, 케이블 등을 거쳐서 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)와 전기적으로 접속되어 있다.
막 두께 산출부(50)는, 또한, 화상 처리부(40)에 의해 생성된 웨이퍼(10)의 화상 데이터로부터, 레지스트막이나 실리콘 산화막 등의 박막의 막 두께를 구한다(상세한 것은 후술함). 막 두께 산출부(50)에는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 측정 조건 유지부(48)나 반사율 데이터 산출부(49)가 전기적으로 접속된다. 측정 조건 유지부(48)에는, 웨이퍼(10)로의 조명광의 입사각이나, 조명 유닛(21)으로부터 사출되는 조명광의 분광 강도(파장마다의 강도), 및 촬상 장치(35)의 분광 감도(파장마다의 감도)를 포함하는 측정 조건 정보와 함께, 웨이퍼(10)의 기재(예를 들면, Si) 및 박막의 각 파장에 대한 복소 굴절률이 저장되어 있다.
웨이퍼(10)의 기재의 각 파장에 대한 복소 굴절률, 및 이 웨이퍼(10)의 기재상에 형성된 단층의 박막을 구성하는 물질의 각 파장에 대한 복소 굴절률은, 예를 들면, 엘립소메트리를 이용한 굴절률 계측 장치 등에 의해, 웨이퍼(10)의 적어도 하나의 기준점(예를 들면, 웨이퍼(10)의 중심 위치)에 대해 측정을 행함으로써, 미리 특정해 둘 수 있다. 그리고, 이와 같이 하여 특정된 각 파장에 대한 복소 굴절률과 조명광의 웨이퍼(10)로의 입사각에 근거하여, 반사율 데이터 산출부(49)에 의해, 도 1에 나타낸 조명계(20)에 의한 조명으로 실현되는 각도 조건에 있어서, 웨이퍼(10)의 기재상에 각종 막 두께의 박막을 형성한 때에, 박막 표면 및 이면으로부터의 반사광의 간섭을 포함한 반사율을 산출해 놓을 수 있다.
예를 들면, 상술한 각도 조건에 대응하는 박막 간섭식에, 웨이퍼(10)의 기재(예를 들면, Si)와 단층막의 재질(예를 들면, SiO2)의 복소 굴절률을 대입하며, 막 두께가 1070nm~1370nm인 범위에서, 예를 들면, 10nm 단계로 막 두께를 변화시키고, 조명광을 h선(파장 405nm), g선(436nm), 및 e선(546nm) 등으로 한 때의 반사율을 계산하여, 계산 결과를 막 두께 산출부(50)의 반사율 테이블(51)로 유지할 수 있다. 예를 들면, 도 13에, 파장이 각각 405nm, 436nm, 및 546nm의 조명광에 있어서, 가로축에 나타나는 막 두께의 이산화규소 박막으로부터의 반사율을 계산하여 얻어진 반사율 곡선을, 각각 굵은 실선, 굵은 파선, 및 가는 일점쇄선으로 나타낸다.
또한, 상술한 적어도 하나의 기준점에 있어서의 박막의 얼마간의 막 두께를, 예를 들면, 별도로 준비된 막 두께 측정기 등에 의해 측정하여 두고, 이러한 측정 결과를 막 두께 데이터 유지부(56)에 유지하여, 반사율에 근거하는 막 두께 계측의 보정에 이용할 수도 있다.
이상과 같이 구성되는 표면 검사 장치(1)를 이용하여, 웨이퍼(10) 표면의 회절 검사를 행하는 데에는, 우선, 도 1에 나타내는 바와 같이 조명측 편광 필터(26) 및 수광측 편광 필터(32)를 광로상으로부터 벗어나서, 미도시의 반송 장치에 의해, 웨이퍼(10)를 스테이지(5)상에 반송한다. 또한, 반송의 도중에 미도시의 얼라인먼트 기구에 의해 웨이퍼(10)의 표면에 형성되어 있는 패턴의 위치 정보(노치, 오리엔테이션 플랫 또는 얼라인먼트 마크)를 취득하고 있고, 웨이퍼(10)를 스테이지(5)상의 소정의 위치에 소정의 방향으로 재치할 수 있다.
다음에, 웨이퍼(10)의 표면상에 있어서의 조명 방향과 패턴의 반복 방향이 일치(라인 패턴의 경우, 라인에 대해서 직교)하도록 스테이지(5)를 회전시킴과 아울러, 패턴의 피치를 P로 하고, 웨이퍼(10)의 표면에 조사하는 조명광의 파장을 λ로 하며, 조명광의 입사각을 θ1로 하고, n차 회절광의 출사각을 θ2로 한 때, 호이헨스의 원리로부터, 다음의 (1) 식을 만족하도록 설정을 행한다(스테이지(5)를 틸트시킴).
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다음에, 조명계(20)에 의해 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사한다. 이러한 조건으로 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사할 때, 조명 유닛(21)에 있어서의 광원부(22)로부터의 광은 광 조절부(23)를 통과하여, 소정의 파장(예를 들면, 248nm의 파장이나 수은의 휘선 스펙트럼)을 갖는 조명광이 도광 섬유(24)로부터 조명측 오목면경(25)에 사출되고, 조명측 오목면경(25)에서 반사한 조명광이 평행 광속으로 되어 웨이퍼(10)의 표면에 조사된다. 웨이퍼(10)의 표면에서 회절한 회절광은, 수광측 오목면경(31)에 의해 집광되고 촬상 장치(35)의 촬상면에 도달하여, 웨이퍼(10)의 상(회절상)이 결상된다.
그래서, 촬상 장치(35)는, 촬상면에 형성된 웨이퍼(10)의 표면의 상을 광전 변환하여 화상 신호를 생성하고, 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력한다. 화상 처리부(40)는, 촬상 장치(35)로부터 입력된 웨이퍼(10)의 화상 신호에 근거하여, 웨이퍼(10)의 디지털 화상을 생성한다. 또한, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼(10)의 화상(디지털 화상)을 생성하면, 웨이퍼(10)의 화상 데이터와 양품 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하여, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 결함(이상)의 유무를 검사한다. 그리고, 화상 처리부(40)에 의한 검사 결과 및 그 때의 웨이퍼(10)의 화상이 도시하지 않는 화상 표시 장치에서 출력 표시된다.
또한, 동일한 패턴을 복수의 노광 장치로 노광 제작하는 경우, 각각의 노광 장치로 도우즈량(노광량)이나 포커스 조건이 최적 상태로부터 변동한 때에, 각 노광 장치에 의해 노광 제작된 패턴의 형상 변화의 방법도 동일한 경향을 갖기 때문에, 화상 처리부(40)는, 복수의 노광 장치(60)에 대해 동일한 패턴에 대한 설정을 행하는 경우에, 1대째의 노광 장치(60)에 대해 설정된 포커스 조건 및 도우즈량(노광량)의 데이터를 이용하여, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 대해 포커스 조건 및 도우즈량의 설정을 행할 수 있다. 그래서, 복수의 노광 장치(60)에 대해 동일 공정에 대한 설정을 행하는 방법에 있어서, 도 6에 나타내는 플로우차트를 참조하면서 설명한다. 우선, 도 8에 나타내는 바와 같이, 노광 장치(60)의 포커스와 도우즈량을 각각 미리 설정한 값으로 노광 쇼트마다 단계적으로 변화시켜 반복 패턴(본 실시 형태에 대해서는, 라인 패턴이라 함)을 형성한 웨이퍼(이하, FEM 웨이퍼(10a)라 칭함)를 작성한다(스텝 S101). 이 때, 노광 쇼트마다 포커스와 도우즈량을 매트릭스 형상으로 변화시켜 노광해서 현상한다. 또한, 도 8에 있어서의 중앙의 굵은 테두리가 기준 쇼트(예를 들면, 설계상 최적인 포커스 조건 및 도우즈량으로 노광되는 쇼트)이며, 기준 쇼트에 대한 각 쇼트에서의 포커스 조건 및 도우즈량의 변동을 해칭의 농담으로 나타내고 있다.
FEM 웨이퍼(10a)를 작성하면, 1대째의 노광 장치(60)에 대해 설정을 행하는 경우(스텝 S102에서 YES인 경우), 전자 현미경(CD-SEM)을 이용하여, 노광 쇼트마다 5 개소씩, 모든 쇼트에 있어서, 1대째의 노광 장치(60)에 의해 FEM 웨이퍼(10a)의 표면에 형성된 라인 패턴의 선폭을 측정한다(스텝 S103). 또한, 선폭의 측정 개소는, 포커스 및 도우즈량의 변화에 따라 패턴의 형상(선폭)이 변화하는 개소를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라서, 포커스의 변화에만 반응하여 패턴의 형상(선폭)이 변화하는 개소를 선택하도록 해도 좋고, 도우즈량의 변화에만 반응하여 패턴의 형상(선폭)이 변화하는 개소를 선택하도록 해도 좋다.
전자 현미경(CD-SEM)을 이용하여 라인 패턴의 선폭을 측정하면, 노광 쇼트 내의 5 개소의 측정 개소에 대해서, 포커스의 변화(가로축)에 대한 선폭의 변화(세로축)를 나타낸 그래프(선폭 기준 포커스 커브)를 수작업으로 구한다(스텝 S104). 이 때, 동일한 도우즈량(베스트 도우즈량이 바람직함)에서 각각 포커스의 변화에 따른 선폭(또는 개략치)을 측정하여 선폭 기준 포커스 커브를 구한다. 또한, 포커스와 도우즈량이 동일한 쇼트를 복수 마련한 웨이퍼를 이용하는 경우에는, 포커스와 도우즈량이 동일한 복수의 쇼트에 대해 선폭(또는 개략치)을 복수 측정하고, 복수 측정한 선폭(또는 개략치)의 평균치를 이용하여 선폭 기준 포커스 커브를 구한다. 그리고, 선폭 기준 포커스 커브를 구하면, 선폭이 최대(개략치의 경우에는 최소)로 되는 포커스 값을 베스트 포커스라고 정의하고, 선폭 기준 포커스 커브에서 선폭이 최대로 되는 포커스 값을 노광 장치(60)의 최적인 포커스 조건(베스트 포커스)으로서 구한다. 이에 의해, 1대째의 노광 장치(60)에 대해서, 노광 쇼트 내의 5 개소에 있어서의 최적인 포커스 조건을 설정할 수 있다. 또한, 선폭 기준 포커스 커브는 전자 현미경(CD-SEM)으로부터 미도시의 컴퓨터에 데이터를 보내고, 최소 이승법 등에 의해 그래프 및 최적인 포커스 조건을 구할 수도 있다.
또한, 전자 현미경(CD-SEM)을 이용하여 라인 패턴의 선폭을 측정하면, 노광 쇼트 내의 5 개소의 측정 개소에 대해서, 도우즈량의 변화(가로축)에 대한 선폭의 변화(세로축)를 나타낸 그래프(선폭 기준 도우즈 커브)를 수작업으로 구한다. 이 때, 동일한 포커스(베스트 포커스가 바람직함)에서 각각 도우즈량의 변화에 따른 선폭을 측정하여 선폭 기준 도우즈 커브를 구한다. 또한, 포커스와 도우즈량이 동일한 쇼트를 복수 마련한 웨이퍼를 이용하는 경우에는, 포커스와 도우즈량이 동일한 복수의 쇼트에 대해 선폭을 복수 측정하고, 복수 측정한 선폭의 평균치를 이용하여 선폭 기준 도우즈 커브를 구한다. 그리고, 선폭 기준 도우즈 커브를 구하면, 선폭 기준 도우즈 커브에서 설계치의 선폭이 얻어지는 도우즈량을 노광 장치(60)의 최적인 도우즈량(베스트 도우즈량)으로서 구한다. 이에 의해, 1대째의 노광 장치(60)에 대해서, 노광 쇼트 내의 5 개소에 있어서의 최적인 도우즈량을 설정할 수 있다. 이와 같이 하여 구한 포커스 조건 및 도우즈량은, 예를 들면, 수작업으로 1대째의 노광 장치(60)에 입력된다. 또한, 선폭 기준 포커스 커브와 마찬가지로 선폭 기준 도우즈 커브도, 전자 현미경(CD-SEM)으로부터 미도시의 컴퓨터에 데이터를 보내고, 최소 이승법 등에 의해 그래프 및 최적인 도우즈량을 구할 수도 있다. 또한, 최적인 포커스 조건 및 최적인 도우즈량을 통신 수단(케이블이나 무선)을 사용하여 노광 장치(60)에 입력할 수도 있다.
그런데, 복수의 노광 장치(60) 중 2대째 이후의 노광 장치(60)에 대해 설정을 행하는 경우(스텝 S102에서 NO인 경우), 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)를 이용하여, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 의해 라인 패턴이 형성된 FEM 웨이퍼(10a)의 표면 전체를 촬상한다(스텝 S105). 이 때, 회절 검사의 경우와 마찬가지로, FEM 웨이퍼(10a)를 스테이지(5)상에 반송하고, 조명계(20)에 의해 FEM 웨이퍼(10a)의 표면에 조명광을 조사하며, 촬상 장치(35)가 FEM 웨이퍼(10a)의 회절상을 광전 변환하여 화상 신호를 생성해서 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력한다. 또한 이 때, FEM 웨이퍼(10a)에 있어서, 노광한 마스크 패턴의 정보 또는 회절 조건 서치(정반사 조건 이외의 각도 범위에서 스테이지(5)를 틸트시켜, 회절광의 강도를 측정함)를 이용하여 회절 조건을 구해서 회절광이 얻어지도록 회절 검사의 경우와 마찬가지의 설정을 행한다. 여기서, 회절 조건 서치는, 정반사 이외의 각도 범위에서 스테이지(5)의 틸트 각도를 단계적으로 변화시켜 각각의 틸트 각도로 화상을 취득하여, 화상이 밝아지는, 즉, 회절광이 얻어지는 틸트 각도를 구하는 기능을 나타낸다. 또한, FEM 웨이퍼(10a)의 방위각(노광한 패턴의 조명광의 조명 방향에 대한 자세)은, 노광한 패턴의 반복 방향(라인 패턴의 경우 라인과 직교하는 방향)과 조명 방향이 일치하도록 배치되어 있다.
또한, 1대째의 노광 장치(60)에 대해 포커스 조건 및 도우즈량을 최적인 상태로 설정한 후, 미리, 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)를 이용하여, 회절 검사의 경우와 마찬가지로, 최적인 상태로 설정한 1대째의 노광 장치(60)에 의해 라인 패턴이 형성된 FEM 웨이퍼(10a)의 표면 전체를 촬상한다. 1대째의 노광 장치(60)에 의해 라인 패턴이 형성된 FEM 웨이퍼(10a)의 표면 전체를 촬상하면, 표면 검사 장치(1)의 화상 처리부(40)는, 노광 쇼트 내의 5 개소의 측정 개소의 각각에 대해서, 적정한 도우즈량에 있어서의 포커스의 변화(가로축)에 대한 라인 패턴으로부터의 회절광의 휘도(신호 강도)의 변화(세로축)를 나타낸 그래프(이하, 기준 포커스 커브라 칭함)를 구하여, 기억부(41)에 기억시켜 놓는다. 또한 이 때, 적정한 포커스 조건으로 상이한 도우즈량에 대해 각각 포커스의 변화에 따른 라인 패턴으로부터의 회절광의 휘도(신호 강도)를 측정하고, 도우즈량의 변화와 휘도 변화의 관계를 구하여, 기억부(41)에 기억시켜 놓는다.
2대째 이후의 노광 장치(60)에 의해 라인 패턴이 형성된 FEM 웨이퍼(10a)의 표면 전체를 촬상하면, 화상 처리부(40)는, 노광 쇼트 내의 5 개소의 측정 개소에 대해서, 포커스의 변화(가로축)에 대한 라인 패턴으로부터의 회절광의 휘도(신호 강도)의 변화(세로축)를 나타낸 그래프(이하, 샘플 포커스 커브라 칭함)를 구한다(스텝 S106). 또한 이 때, 동일한 도우즈량(베스트 도우즈량)에 대해 각각 포커스의 변화에 따른 라인 패턴으로부터의 회절광의 휘도(신호 강도)를 복수 측정하고, 복수 측정한 휘도(신호 강도)의 평균치를 이용하여 샘플 포커스 커브를 구한다.
그런데, 마찬가지로 상이한 노광 장치(60)에 의해 동일한 설정으로 FEM 웨이퍼(10a)를 각각 작성하면, 도 9(a)와 도 9(b)에서 비교하여 나타낸 바와 같이, 장치에 의해 FEM 웨이퍼(10a)의 표면에 형성되는 라인 패턴에 형상의 차이(즉, 라인 패턴으로부터의 회절광의 휘도(신호 강도)에 차이)가 생긴다. 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)에서 FEM 웨이퍼(10a)의 표면 전체를 촬상하면, 마찬가지로 상이한 장치에 의해 생기는 라인 패턴의 차이는, 포커스 및 도우즈량의 변화에 따른 패턴 상태 변화가 종횡으로 오프셋(도 9(b)의 경우, 도 9(a)에 대해서 우측으로 오프셋)한 형태로 나타난다. 이 차이는, 1대째의 노광 장치(60)에 대한 2대째 이후의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 어긋남이며, 반대로, 이 어긋남을 보정하여 설정을 행하도록 하면, 1대째의 노광 장치(60)에서 설정된 포커스 조건 및 도우즈량의 데이터를 이용하여, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 대해 적절한 포커스 조건 및 도우즈량을 설정할 수 있는 것을 알 수 있다.
그래서, 표면 검사 장치(1)의 화상 처리부(40)는, 기억부(41)에 기억된 기준 포커스 커브와 샘플 포커스 커브를 비교함으로써, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 대해 최적인 포커스 조건 및 도우즈량을 설정한다. 여기서, 도 10에 기준 포커스 커브 CV1과 샘플 포커스 커브 CV2의 일례를 나타낸다. 또한, 기준 포커스 커브 CV1 및 샘플 포커스 커브 CV2의 근사 곡선의 식으로서, 예를 들면, 4차식을 이용할 수 있다. 마찬가지로 상이한 장치에 의해 생기는 기준 포커스 커브 CV1과 샘플 포커스 커브 CV2의 차이는, 가로축 방향이 포커스의 어긋남에 기인한 것으로, 세로축 방향이 도우즈량의 어긋남에 기인한 것이다. 이것은, 도우즈량이 변화하면 휘도(신호 강도)가 변하는 것의 포커스 커브가 휘도 방향으로 이동하는 것만으로 포커스와 휘도 변화의 경향은 변하지 않기 때문이다.
이 때 우선, 화상 처리부(40)는, 패턴 매칭에 의한 화상 처리를 이용하여, 도 11에 나타내는 바와 같이, 기준 포커스 커브 CV1를 샘플 포커스 커브 CV2에 대해서 가장 상관이 좋아지도록 피트시킨다. 패턴 매칭의 구체적인 일례로서는, 기준 포커스 커브 CV1 및 샘플 포커스 커브 CV2를 소정의 함수(예를 들면, 4차 함수)로 근사하고, 기준 포커스 커브 CV1를 근사한 함수를 고정한 상태에서 샘플 포커스 커브 CV2를 근사한 함수를 가로축 방향으로 이동시키고, 두 함수의 세로축 방향의 어긋남의 제곱의 총합이 가장 작아지는 위치를 가장 상관이 좋아지는 위치로서 결정하는 방법이 있다. 또한, 도 11에 있어서, 샘플 포커스 커브 CV2의 근사 곡선의 도시를 생략하고 있다. 다음에, 화상 처리부(40)는, 기준 포커스 커브 CV1를 샘플 포커스 커브 CV2에 대해서 피트시켰을 때의 가로축 방향 및 세로축 방향의 이동량을 각각 구한다. 이 때의 가로축 방향의 이동량이 1대째의 노광 장치(60)에 대한 2대째 이후의 (대상이 되는) 노광 장치(60)의 포커스의 어긋남이며, 세로축 방향의 이동량이 도우즈량의 어긋남에 기인한 휘도 값으로 된다.
그래서, 화상 처리부(40)는, 2대째 이후의 노광 장치(60)에서 설정된 포커스 조건에 기준 포커스 커브 CV1의 가로축 방향의 이동량(포커스의 어긋남)을 가미한 포커스 조건을, 2대째 이후의 (대상이 되는) 노광 장치(60)의 최적인 포커스 조건(베스트 포커스)으로서 구한다. 즉, 1대째의 노광 장치에서 얻어진 기준 포커스 커브 CV1과 대략 일치하도록 샘플 포커스 커브 CV2를 이동시킬 때의 가로축 방향의 이동량을 2대째 이후의 노광 장치의 포커스 조건의 최적 상태에 대한 어긋남으로서 구한다. 마찬가지로 화상 처리부(40)는, 1대째의 노광 장치(60)에서 설정된 도우즈량에 기준 포커스 커브 CV1의 세로축 방향의 이동량(도우즈량의 어긋남)을 가미한 도우즈량을, 2대째 이후의 (대상이 되는) 노광 장치(60)의 최적인 도우즈량(베스트 도우즈량)으로서 구한다. 또한, 도우즈량의 변화와 휘도 변화의 상관을 미리 구해 두는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)를 이용하여 FEM 웨이퍼(10a)를 촬상하고, 화상 처리부(40)에 의해 2대째 이후의 노광 장치(60)의 최적인 포커스 조건 및 도우즈량을 자동으로 구하기 때문에, 전자 현미경(CD-SEM)을 이용하여 라인 패턴의 선폭을 측정할 필요가 없고, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 대해서, 노광 쇼트 내의 5 개소에 있어서의 최적인 포커스 조건 및 도우즈량을 단시간에 설정할 수 있다. 이와 같이 하여 구한 포커스 조건 및 도우즈량은, 예를 들면, 화상 처리부(40)에서 2대째 이후의 (대상이 되는) 노광 장치(60)에 출력된다.
또한, FEM 웨이퍼를 복수매 만들어서, 각 포커스 커브를 구하도록 해도 좋다. 그 경우, 각 FEM 웨이퍼의 매트릭스는, 포커스 조건(혹은 도우즈량) 이외의 조건에 의한 영향을 상쇄하도록 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 대해 최적인 포커스 조건 및 도우즈량을 설정할 때, FEM 웨이퍼(10a)의 레지스트막의 막 두께(현상 후의 패턴의 높이)가 변동하면, FEM 웨이퍼(10a)의 화상에 있어서의 휘도(신호 강도)의 상대 관계는 변하지 않지만, 전체적으로 휘도(신호 강도)가 변화해 버린다. 즉, FEM 웨이퍼(10a)의 레지스트막의 막 두께가 변동하면, 기준 포커스 커브 CV1 및 샘플 포커스 커브 CV2가 세로축 방향으로 (즉, 도우즈량의 어긋남에 기인한 휘도 값이) 변동해 버린다.
그래서, 스텝 S101에 있어서, 노광 장치(60)에 의한 노광을 행하기 전에, 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)를 이용하여, FEM 웨이퍼(10a)로 되는 노광 전의 웨이퍼의 레지스트막의 막 두께를 각각 측정해 두고(상세한 것은 후술함), 스텝 S106에 있어서, 화상 처리부(40)는, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 대해 최적인 포커스 조건 및 도우즈량을 설정할 때, 막 두께 산출부(50)으로부터 입력된 대상이 되는 웨이퍼의 막 두께 데이터를 이용하여, 포커스 조건 및 도우즈량의 보정을 행하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 1대째의 노광 장치(60)에 노광되는 웨이퍼의 막 두께에 대한, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 노광되는 웨이퍼의 막 두께의 변동에 따라, 샘플 포커스 커브 CV2의 휘도(세로축)를 보정한다. 이에 의해, 막 두께의 변동에 의한 휘도(신호 강도)의 변동이 보정되기 때문에, 최적인 포커스 조건 및 도우즈량을 정밀도 좋게 설정할 수 있다. 또한, 막 두께의 변동과 휘도(신호 강도)의 변동의 상관을 미리 조사해 두는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 하여 최적인 포커스 조건 및 도우즈량을 설정하면, 최적인 포커스 조건 및 도우즈량으로 설정한 노광 장치(60)에 의해 라인 패턴(반복 패턴)을 형성한 확인용 웨이퍼(도시하지 않음)를 작성한다(스텝 S107). 이 때, 모든 노광 쇼트에 대해 베스트 포커스 및 베스트 도우즈량으로 노광하여 현상한다.
확인용 웨이퍼(도시하지 않음)를 작성하면, 전자 현미경(CD-SEM)을 이용하여, 확인용 웨이퍼(도시하지 않음)의 표면에 형성된 라인 패턴의 선폭 등을 측정하고, 설정한 포커스 조건 및 도우즈량이 적절한지를 확인한다(스텝 S108). 또한, 선폭의 측정 개소는, 포커스 및 도우즈량의 변화에 따라 패턴의 형상(선폭)이 변화하는 개소를 선택하는 것이 바람직하다.
전자 현미경(CD-SEM)에 의한 확인이 종료하면, 모든 노광 장치(60)에 대해 포커스 조건 및 도우즈량의 설정이 완료하고 있지 않은 경우(스텝 S109에서 NO인 경우), 스텝 S101로 복귀하여, 모든 노광 장치(60)에 대해 설정이 완료하면(스텝 S109에서 YES인 경우), 포커스 조건 및 도우즈량의 설정을 종료한다.
또한, 화상 처리부(40)는, 기억부(41)에 기억된 기준 포커스 커브의 데이터를 이용하여, 정기적으로 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태를 구할 수 있다. 그래서, 정기적으로 복수의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태를 측정하는 방법에 대해서, 도 7에 나타내는 플로우차트를 참조하면서 설명한다. 우선, 상술한 바와 같이 하여 설정을 행한 노광 장치(60)에 의해 FEM 웨이퍼(10a)를 작성하고, 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)를 이용하여, 회절 검사의 경우와 마찬가지로 FEM 웨이퍼(10a)의 표면 전체를 촬상한다(스텝 S201).
상술한 바와 같이 하여 설정을 행한 노광 장치(60)에 의해 라인 패턴이 형성된 FEM 웨이퍼(10a)의 표면 전체를 촬상하면, 화상 처리부(40)는, 노광 쇼트 내의 5 개소의 측정 개소에 대해서, 포커스의 변화(가로축)에 대한 라인 패턴으로부터의 회절광의 휘도(신호 강도)의 변화(세로축)를 나타낸 그래프(이하, 컨디션 포커스 커브라 칭함)를 구한다(스텝 S202). 또한 이 때, 동일한 도우즈량(베스트 도우즈량)에서 각각 포커스의 변화에 따른 라인 패턴으로부터의 회절광의 휘도(신호 강도)를 복수 측정하고, 복수 측정한 휘도(신호 강도)의 평균치를 이용하여 컨디션 포커스 커브를 구한다.
상술한 바와 같이 하여 포커스 조건 및 도우즈량의 설정을 행한 후, 각 노광 장치(60)에 의해 FEM 웨이퍼(10a)를 각각 작성하면, 통상이라면, 장치에 의해 FEM 웨이퍼(10a)의 표면에 형성되는 라인 패턴에 차이가 생기지 않을 것이다. 그런데, 노광 장치(60)의 컨디션이 어떠한 원인으로 변화한 경우, 해당 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 조건 및 도우즈량이 변동하여, FEM 웨이퍼(10a)의 표면에 형성되는 라인 패턴 상태가 변화한다. 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)에서 FEM 웨이퍼(10a)의 표면 전체를 촬상하면, 노광 장치(60)의 컨디션이 어떠한 원인으로 변화한 경우, 포커스 및 도우즈량의 변화에 따른 패턴 상태 변화가 종횡으로 오프셋한 형태로 나타난다. 그 때문에, 앞의 설정에서 사용한 기준 포커스 커브를 이용하여 포커스 및 도우즈량의 어긋남을 구하면, 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태를 구할 수 있다.
그래서, 화상 처리부(40)는, 기억부(41)에 기억된 기준 포커스 커브와 컨디션 포커스 커브를 비교함으로써, 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태를 구한다. 또한, 상세한 도시는 생략하지만, 컨디션 포커스 커브의 근사 곡선의 식으로서, 예를 들면, 4차식을 이용할 수 있다. 기준 포커스 커브와 컨디션 포커스 커브로 어긋남이 생긴 경우, 가로축 방향이 포커스의 어긋남에 기인한 것으로, 세로축 방향이 도우즈량의 어긋남에 기인한 것이다.
이 때 우선, 화상 처리부(40)는, 패턴 매칭에 의한 화상 처리를 이용하여, 기준 포커스 커브를 컨디션 포커스 커브에 대해서 가장 상관이 좋아지도록 피트시킨다. 다음에, 화상 처리부(40)는, 기준 포커스 커브를 컨디션 포커스 커브에 대해서 피트시켰을 때의 가로축 방향 및 세로축 방향의 이동량을 각각 구한다. 이 때의 가로축 방향의 이동량이 컨디션의 변화에 따른 노광 장치(60)의 포커스의 어긋남이며, 세로축 방향의 이동량이 도우즈량의 어긋남에 기인한 휘도 값으로 된다.
그래서, 화상 처리부(40)는, 기준 포커스 커브의 가로축 방향의 이동량으로부터 포커스의 변동량을 구하고, 기준 포커스 커브의 세로축 방향의 이동량으로부터 도우즈량의 변동량을 구한다. 이와 같이 하면, 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)를 이용하여 FEM 웨이퍼(10a)를 촬상하고, 화상 처리부(40)에 의해 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태를 자동으로 구하기 때문에, 전자 현미경(CD-SEM)을 이용하여 라인 패턴의 선폭등을 측정할 필요가 없고, 복수의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태를 단시간에 측정할 수 있다. 또한, 2번째 이후에는 1회째에 구한 기준 포커스 커브 CV1를 이용할 수 있기 때문에, 1대째의 노광 장치에서 노광된 패턴을, 전자 현미경(CD-SEM)을 이용하여 측정할 필요가 없다.
포커스의 변동량 및 도우즈량의 변동량을 구하면, 모든 노광 장치(60)에 대해 측정이 완료하고 있지 않는 경우(스텝 S203에서 NO인 경우), 스텝 S201로 복귀하고, 모든 노광 장치(60)에 대해 측정이 완료하면(스텝 S203에서 YES인 경우), 복수의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태의 측정을 종료한다.
또한, 스텝 S201에 있어서, 노광 장치(60)에 의한 노광을 행하기 전에, 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)를 이용하여, FEM 웨이퍼(10a)로 되는 노광 전의 웨이퍼의 레지스트막의 막 두께를 각각 측정해 두고(상세한 것은 후술함), 스텝 S202에 있어서, 복수의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태가 측정될 때, 화상 처리부(40)가, 막 두께 산출부(50)으로부터 입력된 대상이 되는 웨이퍼의 막 두께 데이터를 이용하여, 포커스 및 도우즈량의 보정을 행하도록 해도 좋다. 구체적으로는, 설정시의 웨이퍼의 막 두께에 대한, 상태 측정시의 웨이퍼의 막 두께의 변동에 따라, 컨디션 포커스 커브의 휘도(세로축)를 보정한다. 이에 의해, 막 두께의 변동에 의한 휘도(신호 강도)의 변동이 보정되기 때문에, 복수의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태를 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
또한 여기서, 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)를 이용하여, 노광 전의 웨이퍼(도시하지 않음)의 표면에 형성된 박막(레지스트막)의 막 두께를 측정하는 경우에 대해 서술한다. 이 경우 우선, 회절 검사의 경우와 마찬가지로, 노광 전의 웨이퍼를 스테이지(5)상에 반송한다. 다음에, 수광계(30)에 있어서 웨이퍼 표면에서의 조명광의 정반사광을 수광할 수 있도록 스테이지(5)를 틸트시킨다.
다음에, 5 종류의 조명 파장(예를 들면, 546nm, 436nm, 405nm, 313nm, 및 248nm)에 대해서, 조명광을 웨이퍼의 표면에 조사한다. 이 때, 5 종류의 파장 중 몇개의 파장을 갖는 조명광이 평행 광속으로 되어 웨이퍼의 표면에 조사된다. 웨이퍼 표면으로부터의 정반사광은, 수광측 오목면경(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면에 도달하여, 노광 전의 웨이퍼의 상(정반사상)이 결상된다. 그래서, 촬상 장치(35)는, 5 종류의 조명 파장에 대해 각각, 촬상면에 형성된 웨이퍼의 상을 광전 변환하여 화상 신호를 생성하고, 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력한다. 화상 처리부(40)는, 촬상 장치(35)로부터 입력된 화상 신호에 근거하여, 노광 전의 웨이퍼의 디지털 화상을 생성하여, 막 두께 산출부(50)에 출력한다.
여기서, 막 두께 산출부(50)에 의해 행해지는 피팅 계산 처리에 대해 설명한다. 본 실시 형태와 같이 조명측과 촬상측의 쌍방이 텔레센트릭으로 되어 있는 광학계에서는, 촬영 대상인 웨이퍼의 반사상의 전체 영역에 대해서, 상술한 반사율 곡선의 산출에 이용된 각도 조건을 적용한 박막 간섭식을 적용할 수 있다. 따라서, 이하에 서술하는 바와 같이 하여, 막 두께 산출부(50)에 입력된 각 파장에서의 반사상에 포함되는 각 화소의 계조치로 나타나는 반사율의 조합을 인가하도록 하는 막 두께를, 반사율 테이블(51)에 근거하여 탐색하는 피팅 처리를 행함으로써, 반사상으로 파악된 웨이퍼상의 각 위치에 대한 막 두께를 구할 수 있다.
도 14에, 피팅 계산 처리를 나타내는 플로우차트를 나타낸다. 우선, 반사율 산출부(52)에 의해, 화상 처리부(40)에서 생성된 반사상에 포함되는 기준 위치의 화소의 계조치와 측정 조건 유지부(48)에 기억된 조명광의 분광 강도 및 촬상 장치(35)의 분광 감도(파장마다의 감도)에 근거하여, 반사상의 촬영 시에 선택된 조명광의 파장(λ1, λ2,…)에 대한 기준 위치에서의 반사율(R(λ1), R(λ2),…)이 산출된다(스텝 S301).
다음에, 보정치 산출부(54)는, 스텝 S301에서 산출한 반사율을 인가하는 추정 막 두께를 반사율 테이블(51)로부터 탐색하여, 얻어진 추정 막 두께와 막 두께 데이터 유지부(56)에 유지된 실측 막 두께로부터, 파장마다 보정치를 산출한다(스텝 S302). 보정치 산출부(54)는, 예를 들면, 파장 λ1에 대응하는 반사율 곡선과 기준점에 있어서의 파장 λ1의 실제의 반사율을 나타내는 직선의 교점에 대응하는 막 두께 후보(예를 들면, C1~C4)를 찾아내고, 이들 막 두께 후보 중에서 가장 막 두께의 실측치 t에 가까운 것과 이 실측치 t와의 차이를, 그 파장의 반사율로부터 막 두께를 결정하는 경우의 보정치 δλ1로 할 수 있다. 조명 파장을 전환하여, 마찬가지로 하여서, 보정치 산출부(54)는, 각 파장에 대응하는 보정치 δ를 산출한다.
다음에, 반사율 산출부(52)는, 화상 기억부(47)에 조명광의 파장마다 기억된 반사상에 포함되는 각 화소의 계조치에 근거하여, 상술한 스텝 S301과 마찬가지로 하여, 각각의 파장의 반사율을 산출하고(스텝 S303), 후보 추출부(53)의 처리에 제공한다.
후보 추출부(53)에서는, 상술한 스텝 S302와 마찬가지로, 각 파장에 대해 산출된 반사율로 대응하는 파장에 대해 반사율 테이블(51)에 유지된 반사율 데이터로 나타나는 반사율 곡선과의 교점을 구함으로써, 파장마다 적어도 하나의 막 두께 후보를 추출한다(스텝 S304).
이와 같이 하여 추출된 막 두께 후보는, 보정 처리부(55)에 의해, 상술한 각 파장 대응의 보정치를 이용하여 보정된 후에(스텝 S305), 오차 연산부(57)에 전달된다.
오차 연산부(57)에는, 보정 처리부(55)로부터, 예를 들면, 각 파장 (λ1, λ2, λ3…)에 대응하여, 각각 요소 수 k1, k2, k3,…의 막 두께 후보의 집합 {C(λ1)1,…, C(λ1)k1}, {C(λ2)1,…, C(λ2)k2}, {C(λ3)1,…, C(λ3)k3},…가 전달된다. 이 경우에, 오차 연산부(57)는, 각 집합으로부터 한개씩의 요소를 취하는 경우를 생각할 수 있는 모든 조합에 대해서, 각각의 조합으로 각 집합으로부터 선택된 막 두께 후보(Cλ1, Cλ2, Cλ3,…)를 이용하여 다음 (2) 식으로 나타내어지는 오차 E를 산출한다(스텝 S306).
Figure 112012088979299-pct00002
예를 들면, 5개의 상이한 파장(예를 들면, 546nm, 436nm, 405nm, 313nm, 및 248nm)의 조명광에 의해 촬영된 반사상의 주목 화소에 대응하는 반사율에 근거하여, 각각 4개의 막 두께 후보｛C(λi)1, C(λi)2, C(λi)3, C(λi)4｝i=1~5)가 얻어진 경우에, 오차 연산부(57)에 의해, 이러한 조합으로서 생각할 수 있는 45(=1024)개의 조합에 대해서, 상술한 (2)식을 이용하여 오차가 산출된다.
결정 처리부(58)는, 상술한 오차 연산부(57)에 의한 연산 결과를 수취하여, 가장 오차의 값이 작은 막 두께 후보의 조합을 검출하고, 예를 들면, 이 조합에 포함되는 막 두께 후보의 평균치를 반사율로부터 구한 막 두께 측정치로서 특정한다(스텝 S307). 결정 처리부(58)가 특정한 막 두께 측정치는, 반사상에 있어서의 화소 위치에 대응하여 막 두께 데이터 유지부(56)에 유지된다.
여기서, 노광 전의 웨이퍼의 반사상에 포함되는 모든 화소에 대해 막 두께 측정치가 얻어졌는지 여부를 판정한다(스텝 S308). 판정이 NO인 경우, 상술한 스텝 S303 내지 스텝 S307의 처리를 반사상에 포함되는 각 화소에 대해 반복한다.
한편, 판정이 YES인 경우, 막 두께 데이터 유지부(56)에 유지된 막 두께 분포에 근거하여, 검증 처리부(59)에 의해, 막 두께 분포의 연속성의 검증 처리를 행한다(스텝 S309). 이 때 우선, 검증 처리부(59)는, 예를 들면, 노광 전의 웨이퍼의 반사상에 포함되는 좌표(xi, yi)로 표시되는 주목 화소에 대응하여 얻어진 막 두께 측정치 t(xi, yi)와 주위의 화소에 대응하여 얻어진 막 두께 측정치의 차이를 각각 구한다.
그 다음에, 주위의 막 두께 측정치와 주목 화소에 대응하는 막 두께 측정치의 차이를 각각 소정의 임계치와 비교하여, 임계치 이하인 경우에, 검증 처리부(59)는, 주목 화소에 대응하는 막 두께 측정치는 주위의 막 두께 측정치의 연속성을 갖고 있다고 판단하여, 검증 처리를 종료한다.
한편, 검증 처리부(59)는, 예를 들면, 주목 화소의 막 두께 측정치와 그 주위의 적어도 하나의 화소에 대응하는 막 두께 측정치의 차이가 상술한 임계치를 넘고 있던 경우에, 주목 화소로부터 동떨어진 이상치로 되고 있다고 판단하여, 막 두께 측정치의 수정 처리를 행한다.
이 경우에, 검증 처리부(59)는, 예를 들면, 상술한 스텝 S307에서 검출된 조합의 다음에 오차 연산부(57)에서 얻어진 오차가 작은 조합을 검출하고, 이 조합에 포함되는 막 두께 후보의 평균치를 이용하여 막 두께 측정치를 수정해서, 재차, 주위의 화소에 대응하는 막 두께 측정치와의 연속성을 검증할 수 있다.
이와 같이 하여 수정한 막 두께 측정치와 주위의 화소에 대응하는 막 두께 측정치의 차이가 상술한 임계치 이하로 된 경우에, 검증 처리부(59)는, 수정된 막 두께 측정치를 막 두께 데이터 유지부(56)에 기입하여 검증 처리를 종료한다.
상술한 순서를 모든 화소에 대해 반복함으로써, 화소마다 개별적으로 피팅 처리를 행하여 얻어진 막 두께 데이터를 근방의 화소에 대응하는 결과에 근거하여 검증하고, 이상치를 검출하여 보정할 수 있다.
이러한 검증 처리가 완료한 후에, 다음의 스텝 S310에 있어서, 막 두께 데이터 유지부(56)에 유지된 이상치의 보정이 완료된 막 두께 데이터를 화상 처리부(40)에 출력함으로써, 화상 처리부(40)에 있어서의 각 처리에 이용된다.
이와 같이 하면, 각 조명 파장에 있어서, 노광 전의 웨이퍼 전체 면에 대응하는 정반사상을 일괄하여 취득하고 있으므로, 막 두께의 산출에 필요한 반사율 데이터를 단시간에 취득할 수 있다. 따라서, 매우 짧은 시간에 웨이퍼 전체 면의 막 두께 분포를 측정할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 화상 처리부(40)가, 1대째의 노광 장치(60)에 대해 설정된 포커스 조건 또는 도우즈량의 데이터를 이용하여, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 의해 노광된 FEM 웨이퍼(10a)의 표면으로부터의 광의 정보로부터, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 대한 포커스 조건 또는 도우즈량의 설정을 행하기 때문에, 복수의 노광 장치(60)에 대해 포커스 조건이나 도우즈량을 단시간에 정밀도 좋게 설정할 수 있다.
구체적으로는, 화상 처리부(40)가, 1대째의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스의 변동과 패턴의 변동의 상관인 기준 포커스 커브와, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스의 변동과 패턴의 변동의 상관인 샘플 포커스 커브와의 차이에 근거하여, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 대한 포커스 조건 또는 도우즈량의 설정을 행하기 때문에, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 대해 포커스 조건이나 도우즈량을 단시간에 용이하게 설정할 수 있다. 또 이 때, 패턴 매칭에 의한 화상 처리를 이용함으로써, 2대째 이후의 노광 장치(60)에 대해 포커스 조건이나 도우즈량을 정밀도 좋게 설정할 수 있다.
또한, 화상 처리부(40)가, 설정 후의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스의 변동과 패턴의 변동의 상관인 컨디션 포커스 커브와, 상술의 설정에 이용한 기준 포커스 커브와의 차이에 근거하여, 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태를 구하기 때문에, 복수의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태(복수의 노광 장치(60)의 컨디션)를 단시간에 측정할 수 있다. 또 이 때, 패턴 매칭에 의한 화상 처리를 이용함으로써, 복수의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태를 정밀도 좋게 설정할 수 있다.
또한, 촬상 장치(35)가 웨이퍼의 표면 전체를 일괄적으로 촬상하기 때문에, 포커스 조건 및 도우즈량의 설정 등을 보다 단시간에 행할 수 있다.
또한, 웨이퍼의 표면으로부터 생긴 회절광에 의한 상을 촬상하도록 하면, 레지스트막 등의 막 두께 변동에 의한 영향을 받기 어렵기 때문에, 포커스 조건 및 도우즈량의 설정 등을 정밀도 좋게 행하는 것이 가능하다. 특히, 조명광의 파장은, 248nm나 313nm(i선) 등의 자외선 외역의 파장이 바람직하다.
또한, 상술의 실시 형태에 있어서, 도우즈량의 변화에 관계없이 포커스의 변화에 따라 패턴의 형상(선폭)이 고감도로 변화하는 개소를 선택하고, 포커스 커브 등을 구하여, 포커스 조건의 설정 등을 보다 정밀도 좋게 행하도록 해도 좋다. 또한, 포커스의 변화에 관계없이 도우즈량의 변화에 따라 패턴의 형상(선폭)이 고감도로 변화하는 개소를 선택하고, 도우즈량의 변화(가로축)에 대한 라인 패턴의 휘도(신호 강도)의 변화(세로축)를 나타낸 그래프(도우즈 커브) 등을 구하여, 도우즈량의 설정 등을 보다 정밀도 좋게 행하도록 해도 좋다.
또한, 상술의 실시 형태에 있어서, 웨이퍼의 표면에서 생긴 회절광을 이용하여 포커스 조건이나 도우즈량의 설정 등을 행하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 웨이퍼의 표면에서 생긴 정반사광이나 편광의 상태 변화 등을 이용하도록 해도 좋다.
그래서, 표면 검사 장치(1)에 의해 웨이퍼(10) 표면의 PER 검사를 행하는 경우에 대해 설명한다. 또한, 반복 패턴(12)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 복수의 라인부(2A)가 그 길이 방향(X 방향)에 따라 일정한 피치 P로 배열된 레지스트 패턴(라인 패턴)인 것으로 한다. 또한, 인접하는 라인부(2A)끼리의 사이는, 스페이스부(2B)이다. 또한, 라인부(2A)의 배열 방향(X 방향)을 「반복 패턴(12)의 반복 방향」이라 칭하기로 한다.
여기서, 반복 패턴(12)에 있어서의 라인부(2A)의 선폭 DA의 설계치를 피치 P의 1/2로 한다. 설계치와 같이 반복 패턴(12)이 형성된 경우, 라인부(2A)의 선폭 DA와 스페이스부(2B)의 선폭 DB는 동일하게 되고, 라인부(2A)와 스페이스부(2B)의 체적비는 대략 1:1로 된다. 이에 대해서, 반복 패턴(12)을 형성할 때의 노광 포커스(또는 도우즈량)가 적정치로부터 벗어나면, 피치 P는 변하지 않지만, 라인부(2A)의 선폭 DA가 설계치와 상이하게 되어 버림과 아울러, 스페이스부(2B)의 선폭 DB도 상이하게 되어 버려, 라인부(2A)와 스페이스부(2B)의 체적비가 대략 1:1로부터 벗어난다.
PER 검사는, 상기와 같이 반복 패턴(12)에 있어서의 라인부(2A)와 스페이스부(2B)의 체적비의 변화를 이용하여, 반복 패턴(12)의 이상 검사를 행하는 것이다. 또한, 설명을 간단하게 하기 위해, 이상적인 체적비(설계치)를 1:1로 한다. 체적비의 변화는, 노광 포커스(또는 도우즈량)의 적정치로부터의 이탈에 기인하여, 웨이퍼(10)의 쇼트 영역마다 나타난다. 또한, 체적비를 단면 형상의 면적비라고 달리 말할 수도 있다.
PER 검사에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 조명측 편광 필터(26) 및 수광측 편광 필터(32)가 광로상에 삽입된다. 또한, PER 검사를 행할 때, 스테이지(5)는, 조명광이 조사된 웨이퍼(10)로부터의 정반사광을 수광계(30)에서 수광할 수 있는 경사 각도에 웨이퍼(10)를 틸트시킴과 아울러, 소정의 회전 위치에서 정지하고, 웨이퍼(10)에 있어서의 반복 패턴(12)의 반복 방향을, 도 5에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 조명광(직선 편광 L)의 진동 방향에 대해서, 45도만큼 비스듬하게 되도록 유지한다. 반복 패턴(12)의 검사의 광량을 가장 높게 하기 위해서이다. 또한, 22.5도이나 67.5도이면 검사의 감도가 높아진다. 또한, 각도는 이들에 한정하지 않고, 임의 각도 방향으로 설정 가능하다.
조명측 편광 필터(26)는, 도광 섬유(24)와 조명측 오목면경(25)의 사이에 배설됨과 아울러, 그 투과축이 소정의 방위에서 설정되고, 투과 축에 따라 조명 유닛(21)으로부터의 광으로부터 직선 편광을 추출한다. 이 때, 도광 섬유(24)의 사출부가 조명측 오목면경(25)의 초점 위치에 배치되어 있기 때문에, 조명측 오목면경(25)은, 조명측 편광 필터(26)를 투과한 광을 평행 광속으로 하여, 반도체 기판인 웨이퍼(10)를 조명한다. 이와 같이, 도광 섬유(24)로부터 사출된 광은, 조명측 편광 필터(26) 및 조명측 오목면경(25)을 거쳐서 p편광의 직선 편광 L(도 5를 참조)로 되어, 조명광으로서 웨이퍼(10)의 표면 전체에 조사된다.
이 때, 직선 편광 L의 진행 방향(웨이퍼(10) 표면상의 임의의 점에 도달하는 직선 편광 L의 주광선의 방향)은 광축에 대략 평행이므로, 웨이퍼(10)의 각 점에 있어서의 직선 편광 L의 입사각도는, 평행 광속이기 때문에 서로 동일하게 된다. 또한, 웨이퍼(10)에 입사하는 직선 편광 L가 p편광이기 때문에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 반복 패턴(12)의 반복 방향이 직선 편광 L의 입사면(웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 직선 편광 L의 진행 방향)에 대해서 45도의 각도로 설정된 경우, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 직선 편광 L의 진동 방향과 반복 패턴(12)의 반복 방향이 이루는 각도도, 45도로 설정된다. 환언하면, 직선 편광 L은, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 직선 편광 L의 진동 방향이 반복 패턴(12)의 반복 방향에 대해서 45도 기운 상태에서, 반복 패턴(12)을 비스듬하게 횡단하도록 하여 반복 패턴(12)에 입사하게 된다.
웨이퍼(10)의 표면에서 반사한 정반사광은, 수광계(30)의 수광측 오목면경(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면에 도달하지만, 이 때, 반복 패턴(12)에서의 구조성 복굴절에 의해 직선 편광 L의 편광 상태가 변화한다. 수광측 편광 필터(32)는, 수광측 오목면경(31)과 촬상 장치(35)의 사이에 배설되고, 수광측 편광 필터(32)의 투과축의 방위는, 상술한 조명측 편광 필터(26)의 투과축에 대해 직교하도록 설정되어 있다(크로스 니콜 상태). 따라서, 수광측 편광 필터(32)에 의해, 웨이퍼(10)(반복 패턴(12))으로부터의 정반사광 중 직선 편광 L과 진동 방향이 대략 직각인 편광 성분(예를 들면, s편광의 성분)을 추출하여, 촬상 장치(35)에 유도할 수 있다. 그 결과, 촬상 장치(35)의 촬상면에는, 웨이퍼(10)로부터의 정반사광 중 직선 편광 L에 대해서 진동 방향이 대략 직각인 편광 성분에 의한 웨이퍼(10)의 반사상이 형성된다.
표면 검사 장치(1)에 의해 웨이퍼(10) 표면의 PER 검사를 행하는 데에는, 우선, 도 2에 나타내는 바와 같이 조명측 편광 필터(26) 및 수광측 편광 필터(32)를 광로상에 삽입하고, 미도시의 반송 장치에 의해, 웨이퍼(10)를 스테이지(5)상에 반송한다. 또한, 반송의 도중에 미도시의 얼라인먼트 기구에 의해 웨이퍼(10)의 표면에 형성되어 있는 패턴의 위치 정보를 취득하고 있고, 웨이퍼(10)를 스테이지(5)상의 소정의 위치에 소정의 방향으로 재치할 수 있다. 또 이 때, 스테이지(5)는, 조명광이 조사된 웨이퍼(10)로부터의 정반사광을 수광계(30)에서 수광할 수 있는 경사 각도에 웨이퍼(10)를 틸트시킴과 아울러, 소정의 회전 위치에서 정지하고, 웨이퍼(10)에 있어서의 반복 턴(12)의 반복 방향을, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 조명광(직선 편광 L)의 진동 방향에 대해서, 45도만큼 비스듬하게 되도록 유지한다.
다음에, 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사한다. 이러한 조건으로 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사할 때, 조명 유닛(21)의 도광 섬유(24)로부터 사출된 광은, 조명측 편광 필터(26) 및 조명측 오목면경(25)을 거쳐서 p편광의 직선 편광 L로 되어, 조명광으로서 웨이퍼(10)의 표면 전체에 조사된다. 웨이퍼(10)의 표면에서 반사한 정반사광은, 수광측 오목면경(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면에 도달하여, 웨이퍼(10)의 상(반사상)이 결상된다.
이 때, 반복 패턴(12)에서의 구조성 복굴절에 의해 직선 편광 L의 편광 상태가 변화하여, 수광측 편광 필터(32)는, 웨이퍼(10)(반복 패턴(12))로부터의 정반사광 중 직선 편광 L과 진동 방향이 대략 직각인 편광 성분(즉, 직선 편광 L의 편광 상태의 변화)을 추출하여, 촬상 장치(35)에 유도할 수 있다. 그 결과, 촬상 장치(35)의 촬상면에는, 웨이퍼(10)로부터의 정반사광 중 직선 편광 L과 진동 방향이 대략 직각인 편광 성분에 의한 웨이퍼(10)의 반사상이 형성된다.
그래서, 촬상 장치(35)는, 촬상면에 형성된 웨이퍼(10)의 표면의 상(반사상)을 광전 변환하여 화상 신호를 생성하여, 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력한다. 화상 처리부(40)는, 촬상 장치(35)로부터 입력된 웨이퍼(10)의 화상 신호에 근거하여, 웨이퍼(10)의 디지털 화상을 생성한다. 또한, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼(10)의 화상(디지털 화상)을 생성하면, 웨이퍼(10)의 화상 데이터와 양품 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하여, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 결함(이상)의 유무를 검사한다. 또한, 양품 웨이퍼의 반사 화상의 휘도 정보(신호 강도)는, 가장 높은 휘도 값을 나타내는 것이라 생각되기 때문에, 예를 들면, 양품 웨이퍼와 비교한 휘도 변화가 미리 정해진 임계치(허용치)보다 크면 「이상」이라 판정하고, 임계치보다 작으면 「정상」이라 판단한다. 그리고, 화상 처리부(40)에 의한 검사 결과 및 그 때의 웨이퍼(10)의 화상이 도시하지 않는 화상 표시 장치에서 출력 표시된다.
그런데, 화상 처리부(40)는, 노광 장치(60)의 포커스와 도우즈량을 쇼트마다 변화시킨 조건으로 노광하고 현상한 웨이퍼의 화상을 이용하여, 노광 장치(60)의 편광에 의한 기준 포커스 커브나 샘플 포커스 커브를 구할 수 있다. 그리고, 기준 포커스 커브를 샘플 포커스 커브에 대해서 피트시켰을 때의 가로축 방향 및 세로축 방향의 이동량을 각각 구하도록 하면, 회절광의 경우와 마찬가지로, 2대째 이후의 노광 장치(60)의 최적인 포커스 조건 및 도우즈량을 단시간에 정밀도 좋게 설정할 수 있다. 구체적으로는, 도 6에 나타내는 플로우차트의 스텝 S105에 있어서, 조명광으로서 직선 편광 L를 FEM 웨이퍼(10a)의 표면에 조사하고, 촬상 장치(35)가 FEM 웨이퍼(10a)의 반사상을 광전 변환하여 화상 신호를 생성해서, 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력하면 좋다.
또한, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼의 조명 및 촬상 등을, PER 검사의 경우와 마찬가지로 하여 행하면, 노광 장치(60)의 편광에 의한 컨디션 포커스 커브를 구할 수 있기 때문에, 설정 후의 복수의 노광 장치(60)에 있어서의 포커스 및 도우즈량의 변동 상태를 단시간에 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 구체적으로는, 도 7에 나타내는 플로우차트의 스텝 S201에 있어서, 조명광으로서 직선 편광 L을 FEM 웨이퍼(10a)의 표면에 조사하고, 촬상 장치(35)가 FEM 웨이퍼(10a)의 반사상을 광전 변환하여 화상 신호를 생성해서, 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력하면 좋다.
또한, 상술의 실시 형태에 있어서, 노광 장치(60)의 포커스와 도우즈량을 쇼트마다 변화시킨 조건으로 노광하여 현상한 FEM 웨이퍼(10a)를 이용하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 노광 장치(60)의 포커스와 도우즈량을 웨이퍼마다 변화시킨 조건으로 노광하여 현상한 복수의 웨이퍼를 이용하도록 해도 좋다.
또한, 상술의 실시 형태에 있어서, 복수의(고체적으로 상이함) 노광 장치(60)에 대해 동일 공정에 대한 설정을 행하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 같은 노광 장치(60)에 있어서, 소정의 공정에 대한 설정을 행한 후, 이것과는 별도의 공정에 대한 설정을 행하고, 이 후(전술한 바와 상이한 시간에) 재차, 소정의 공정과 동일한 공정에 대한 설정을 행하는 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상술의 실시 형태에 있어서, 노광 전의 웨이퍼의 표면에 형성된 박막(레지스트막)의 막 두께를 측정하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 노광 후의 웨이퍼 표면의 박막의 막 두께를 측정해도 좋다.
또한, 검사 장치 구성으로서 이하의 구성의 것도 있다. 예를 들면, 노광 장치에 의해 노광되어 표면의 막에 소정의 패턴이 형성된 반도체 기판을 지지하는 스테이지와, 상기 스테이지에 의해 지지된 상기 반도체 기판의 표면에 조명광을 조사하는 조사부와, 상기 조명광이 조사된 상기 반도체 기판의 표면으로부터의 광을 검출하는 검출부와, 상기 노광 장치에 대해 설정된 기준이 되는 포커스 조건 또는 기준이 되는 노광량을 이용하여, 상기 검출부로 검출된 상기 노광 장치와 시간적 혹은 고체적으로 상이한 노광 장치에 의해 노광된 상기 반도체 기판의 표면으로부터의 광의 정보로부터, 상기 시간적 혹은 고체적으로 상이한 노광 장치에 대한 포커스 조건 또는 노광량의 조정 값의 산출을 행하는 설정 연산부와, 상기 노광 장치 및 상기 시간적 혹은 고체적으로 상이한 노광 장치에 의해 노광되는 상기 반도체 기판의 표면에 있어서의 상기 막의 막 두께를 각각 측정하는 막 두께 측정부를 구비하며, 상기 설정 연산부는, 상기 막 두께 측정부로 각각 측정된 상기 막 두께에 근거하여, 상기 조정 값의 보정을 행하도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 상술의 검사 장치에 있어서, 상기 노광 장치에 있어서의 포커스 조건 또는 노광량의 변동과, 상기 노광 장치에 의해 노광되어 형성된 상기 패턴의 변동의 상관인 제 1 상관을 기억하는 기억부를 더 구비하며, 상기 설정 연산부는, 상기 검출부로 검출된 상기 시간적 혹은 고체적으로 상이한 노광 장치에 의해 포커스 조건 또는 노광량을 쇼트마다 변화시켜 노광된 상기 반도체 기판의 표면으로부터의 광의 정보로부터, 상기 시간적 혹은 고체적으로 상이한 노광 장치에 있어서의 포커스 조건 또는 노광량의 변동과, 상기 시간적 혹은 고체적으로 상이한 노광 장치에 의해 노광되어 형성된 상기 패턴의 변동의 상관인 제 2 상관을 구하고, 상기 제 2 상관과 상기 기억부에 기억된 상기 제 1 상관과의 차이에 근거하여 상기 조정 값의 산출을 행하는 것이 바람직하다.
또한, 상술의 검사 장치에 있어서, 상기 제 2 상관과 상기 제 1 상관의 차이가 패턴 매칭에 의한 화상 처리를 이용하여 구할 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 상술의 검사 장치에 있어서, 상기 설정 연산부가 상기 조정 값의 산출을 행할 때, 상기 조명부는, 상기 시간적 혹은 고체적으로 상이한 노광 장치에 의해 노광된 상기 반도체 기판의 상기 패턴으로 회절광이 발생하도록, 상기 시간적 혹은 고체적으로 상이한 노광 장치에 의해 노광된 상기 반도체 기판의 표면에 상기 조명광을 조사하고, 상기 검출부는, 상기 조명광이 조사되어 상기 반도체 기판의 상기 패턴에서 발생한 상기 회절광을 검출하며, 상기 설정 연산부는, 상기 검출부로 검출된 상기 회절광의 정보로부터 상기 조정 값의 산출을 행하고, 상기 막 두께 측정부가 상기 막 두께를 측정할 때, 상기 조명부는, 상기 노광 장치 및 상기 시간적 혹은 고체적으로 상이한 노광 장치에 의해 노광되는 상기 반도체 기판의 표면에 상기 조명광을 조사하고, 상기 검출부는, 상기 조명광이 조사된 상기 반도체 기판의 표면으로부터의 정반사광을 검출하며, 상기 막 두께 측정부는, 상기 검출부로 검출된 상기 정반사광의 정보로부터 상기 막 두께를 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상술의 검사 장치에 있어서, 상기 설정 연산부가 상기 조정 값의 산출을 행할 때, 상기 조명부는, 상기 시간적 혹은 고체적으로 상이한 노광 장치에 의해 노광된 상기 반도체 기판의 표면에 상기 조명광으로서 대략 직선 편광을 조사하고, 상기 검출부는, 상기 편광이 조사된 상기 반도체 기판의 상기 패턴에 있어서의 구조성 복굴절에 의한 상기 편광의 변화를 검출하며, 상기 설정 연산부는, 상기 검출부로 검출된 상기 편광의 변화로부터 상기 조정 값의 산출을 행하고, 상기 막 두께 측정부가 상기 막 두께를 측정할 때, 상기 조명부는, 상기 노광 장치 및 상기 시간적 혹은 고체적으로 상이한 노광 장치에 의해 노광되는 상기 반도체 기판의 표면에 상기 조명광을 조사하며, 상기 검출부는, 상기 조명광이 조사된 상기 반도체 기판의 표면으로부터의 정반사광을 검출하고, 상기 막 두께 측정부는, 상기 검출부로 검출된 상기 정반사광의 정보로부터 상기 막 두께를 측정하도록 해도 좋다.
1 : 표면 검사 장치
5 : 스테이지
10 : 웨이퍼(10a, FEM 웨이퍼)
20 : 조명계(조명부)
30 : 수광계
35 : 촬상 장치(검출부)
40 : 화상 처리부(설정 연산부 및 측정 연산부)
41 : 기억부
50 : 막 두께 산출부
60 : 노광 장치

Claims (24)

  1. 제 1 또는 제 2 노광 장치에 의해 노광되어 표면에 패턴이 형성된 기판을 조명광으로 조명하는 조명부와,
    상기 조명광으로 조명된 상기 기판으로부터의 반사광을 검출하는 검출부와,
    상기 제 1 노광 장치에 의해 노광 조건을 변화시켜 형성된 복수의 소정의 패턴에 대하여 상기 조명부에 의한 조명을 행함과 아울러 상기 검출부에 의해 반사광의 검출을 행하여 얻어진 상기 검출부로부터의 검출치의, 상기 노광 조건의 변화에 대한 제 1 변화 상태에 관한 제 1 정보와, 상기 제 2 노광 장치에 의해 노광 조건을 변화시켜 형성된 복수의 소정의 패턴에 대하여 상기 조명부에 의한 조명을 행함과 아울러 상기 검출부에 의해 반사광의 검출을 행하여 얻어진 상기 검출부로부터의 검출치의, 상기 노광 조건의 변화에 대한 제 2 변화 상태에 관한 제 2 정보를 비교하여, 상기 제 1 노광 장치에 대한 상기 제 2 노광 장치의 노광 조건의 어긋남을 산출하는 연산부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  2. 제 1 노광 장치에 의해 노광되어 표면에 패턴이 형성된 기판을 조명광으로 조명하는 조명부와,
    상기 조명광으로 조명된 상기 기판으로부터의 반사광을 검출하는 검출부와,
    소정의 시간에 있어서 상기 제 1 노광 장치에 의해 노광 조건을 변화시켜 복수의 소정의 패턴에 대하여 상기 조명부에 의한 조명을 행함과 아울러 상기 검출부에 의해 반사광의 검출을 행하여 얻어진 상기 검출부로부터의 검출치의, 상기 노광 조건의 변화에 대한 제 1 변화 상태에 관한 제 1 정보와, 상기 소정의 시간과는 상이한 시간에 있어서 상기 제 1 노광 장치에 의해 노광 조건을 변화시켜 복수의 상기 소정의 패턴에 대하여 상기 조명부에 의한 조명을 행함과 아울러 상기 검출부에 의해 반사광의 검출을 행하여 얻어진 상기 검출부로부터의 검출치의, 상기 노광 조건의 변화에 대한 제 2 변화 상태에 관한 제 2 정보를 비교하여, 상기 소정의 시간과는 상이한 시간에 있어서의 상기 제 1 노광 장치의 노광 조건의 어긋남을 산출하는 연산부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 노광 조건은 포커스 및 노광량 중 적어도 한쪽인 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 변화 상태를 기억하는 기억부를 더 구비하며,
    상기 기억부에 기억된 상기 제 1 변화 상태에 근거하여 상기 어긋남의 산출을 행하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 변화 상태와 상기 제 2 변화 상태의 패턴 매칭을 이용하여 상기 비교가 행해지는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 노광 조건은, 패턴의 형상을 측정 가능한 측정 장치의 측정 결과와 대응되어 있는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산출된 어긋남에 근거하여 조정된 노광 장치에 의해, 상기 제 1 노광 조건으로 노광함으로써 패턴을 형성하고, 상기 형성된 패턴에 대하여 상기 제 1 변화 상태를 구하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출부는, 1회의 노광으로 형성되는 패턴 내의 복수의 부분의 상기 반사광을 검출하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조명부는, 상기 패턴이 형성된 상기 기판의 표면 전체에 평행한 광속인 상기 조명광을 일괄적으로 조명하고,
    상기 검출부는, 상기 조명광이 조사된 상기 기판의 표면 전체로부터의 광을 일괄적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 조명광이 조사되어 상기 기판의 상기 패턴에서 발생한 회절광을 검출하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조명부는, 상기 조명광으로서 직선 편광을 상기 기판의 표면에 조사하고,
    상기 검출부는, 상기 기판에서 반사한 직선 편광의 진동 방향과 직교하는 진동 방향의 편광 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산출된 어긋남에 근거하는 정보를 노광 장치에 입력 가능하게 출력하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 패턴을 노광하기 전의 레지스트막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정부를 구비하며,
    상기 연산부는, 상기 막 두께 측정부에서 각각 측정된 상기 막 두께에 근거하여, 상기 비교의 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 막 두께 측정부는, 상기 조명부에서 조명된 상기 레지스트막으로부터의 정반사광에 근거하여 막 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 막 두께 측정부는, 복수의 파장의 광으로 각각 조명된 상기 레지스트막으로부터의 정반사광에 근거하여 막 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  16. 제 1 노광 장치에 의해 복수의 제 1 노광 조건으로 형성된 패턴으로부터 얻어지는 반사광의 검출 결과의, 상기 제 1 노광 조건의 변화에 대한 변화 상태에 관한 제 1 변화 상태를 준비하고,
    제 2 노광 장치에 의해 복수의 제 2 노광 조건으로 형성된 패턴을 조명하며, 상기 조명된 패턴으로부터의 반사광을 검출하고, 상기 제 2 노광 조건의 변화에 대한 상기 반사광의 검출 결과의 변화 상태에 관한 제 2 변화 상태를 구하며,
    상기 제 1 변화 상태와 상기 제 2 변화 상태를 비교하여 어긋남을 구하는
    것을 특징으로 하는 검사 방법.
  17. 소정의 시간에 있어서 제 1 노광 장치에 의해 복수의 제 1 노광 조건으로 형성된 패턴으로부터 얻어지는 반사광의 검출 결과의, 상기 제 1 노광 조건의 변화에 대한 변화 상태에 관한 제 1 변화 상태를 준비하고,
    상기 소정의 시간과 다른 시간에 있어서 상기 제 1 노광 장치에 의해 복수의 제 2 노광 조건으로 형성된 패턴을 조명하며, 상기 조명된 패턴으로부터의 반사광을 검출하고, 상기 제 2 노광 조건의 변화에 대한 상기 반사광의 검출 결과의 변화 상태에 관한 제 2 변화 상태를 구하며,
    상기 제 1 변화 상태와 상기 제 2 변화 상태를 비교하여 상기 소정의 시간과 상이한 시간에 있어서의 상기 제 1 노광 장치의 노광 조건의 어긋남을 구하는
    것을 특징으로 하는 검사 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 노광 조건은 포커스 및 노광량 중 적어도 한쪽인 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  19. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 변화 상태와 상기 제 2 변화 상태의 패턴 매칭을 이용하여 상기 어긋남을 구하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  20. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    1회의 노광으로 형성되는 패턴 내의 복수의 부분에서 상기 검출을 행하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  21. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 어긋남에 근거하는 정보를 상기 제 2 노광 조건으로 패턴을 형성한 노광 장치에 출력하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  22. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 패턴을 노광하기 전의 레지스트막의 막 두께로, 구한 어긋남을 보정하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    조명된 상기 레지스트막으로부터의 정반사광에 근거하여 막 두께를 구하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 레지스트막을 복수의 파장의 광으로 각각 조명하고, 상기 레지스트막으로부터의 정반사광에 근거하여 상기 막 두께를 구하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
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