KR20130132853A - 표면 검사 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

노광시의 포커스 상태를 단시간에 정밀도 좋게 계측 가능한 장치를 제공한다. 소정의 패턴을 가지는 웨이퍼(10)의 표면을 조명계(20)에 의해 조명하고, 웨이퍼(10)로부터의 광에 의한 화상을 촬상하는 촬상 장치(35)와, 화상의 신호 강도와 포커스 오프셋량의 관계를 나타내는 포커스 커브에 관한 정보(기준 데이터)를 기억하는 기억부(45)와, 기억부(45)에 기억된 기준 데이터를 이용하여, 촬상 장치(35)에 의해 촬상된 화상의 신호 강도로부터, 웨이퍼(10) 상의 패턴에 대한 노광시의 포커스 상태를 판정하는 화상 처리부(40)를 갖고 표면 검사 장치(1)가 구성된다.

Description

표면 검사 장치 및 그 방법{SURFACE INSPECTION DEVICE AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 소정의 패턴을 가진 기판의 표면을 검사하는 표면 검사 장치 및 표면 검사 방법에 관한 것이다. 또한, 이러한 표면 검사 장치 및 노광 장치를 구비한 노광 시스템, 및 이러한 표면 검사 방법을 이용한 반도체 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
스텝·앤드·스캔 방식의 노광 장치는, 마스크 패턴 및 투영 렌즈를 거쳐서 슬릿 형상의 광을 조사하면서, 레티클 스테이지(즉, 마스크 패턴이 형성된 마스크 기판)와 웨이퍼 스테이지(즉, 반도체 패턴을 형성하는 웨이퍼)를 상대 이동시켜 1쇼트(shot)분만큼 주사(=스캔)하는 것에 의해, 반도체 웨이퍼에 대해 1쇼트분의 노광을 행하도록 되어 있다. 이렇게 하면, 슬릿(광)의 긴 변과 레티클 스테이지의 상대 스캔 거리로 노광 쇼트의 크기가 정해지기 때문에, 노광 쇼트를 크게 할 수 있다.
이러한 노광 장치에서는, 포커스(웨이퍼면 상에서의 패턴의 합초(合焦) 상태)의 관리가 매우 중요하다. 그래서, 노광 장치의 웨이퍼면 상에서의 포커스 상태를 모니터(감시)하고 있다(여기서 포커스 관리란, 디포커스(비합초)에 의한 문제에 한정되지 않고, 쇼트 내 혹은 웨이퍼 전면(全面)에서 포커스 상태의 변동을 관리하는 것을 말함). 노광 장치의 포커스 상태를 계측하기 위해서는, 예를 들면, 전용의 마스크 기판을 이용하여 테스트 패턴을 노광·현상하고, 얻어진 테스트 패턴의 위치 어긋남으로부터 포커스 오프셋량을 계측하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제 2002-289503호 공보
그러나, 이러한 방법으로 노광 장치의 포커스 상태를 계측하는 경우, 마스크 패턴의 종류나 노광 장치의 조명 조건에 제약이 있고, 실제의 디바이스와는 다른 패턴으로 포커스 상태를 계측할 수 밖에 없다.
본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 기판에 대해 행해진 가공의 조건(예를 들면, 노광시의 포커스 상태)을 실제의 디바이스의 패턴으로 계측 가능한 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적 달성 때문에, 본 발명에 따른 표면 검사 장치는, 소정의 가공 조건으로 가공된 패턴을 갖는 기판의 표면의 소정 영역을 조명광으로 조명하는 조명부와, 상기 소정 영역 내에 있는 패턴으로부터 제 1 방향으로 진행하는 제 1 광에 따른 제 1 검출 신호와, 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 진행하는 제 2 광에 따른 제 2 검출 신호를 검출하는 검출부와, 복수의 기지(旣知)의 가공 조건으로 가공된 복수의 패턴을 갖는 적어도 하나의 기판에 대해, 상기 검출부에 의해 검출되는 제 1 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 1 기준 데이터와, 상기 검출부에 의해 검출되는 제 2 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 2 기준 데이터를 준비하는 준비부와, 가공 조건을 구해야 할 기판에 대해 상기 검출부에 의해서 검출되는 제 1 검출 신호와 상기 제 1 기준 데이터의 일치도와, 상기 기판에 대해 상기 검출부에 의해서 검출되는 제 2 검출 신호와 상기 제 2 기준 데이터의 일치도에 근거하여 상기 기판 상의 패턴의 가공 조건을 판정하는 판정부를 가지고 있다.
또, 상술한 표면 검사 장치에 있어서, 상기 패턴은 상기 소정 영역마다의 노광에 의해 마련되는 패턴이고, 상기 판정부에서 구해지는 상기 가공 조건은, 상기 노광시의 포커스 상태와 노광량의 적어도 한쪽이고, 상기 가공 조건의 변화에 대한 상기 제 1 검출 신호의 변화와, 상기 가공 조건의 변화에 대한 상기 제 2 검출 신호의 변화가 상반될 수 있다.
또한, 상술한 표면 검사 장치에 있어서, 상기 판정부에서 판정되는 상기 가공 조건은 상기 포커스 상태이고, 상기 포커스 상태의 변화에 대한 상기 제 1 검출 신호 및 제 2 검출 신호의 변화는 상기 노광량의 변화에 대한 변화보다 클 수 있다. 또한, 상기 준비부는 상기 제 1 기준 데이터와 상기 제 2 기준 데이터를 기억하는 기억부일 수 있다.
또한, 상술한 표면 검사 장치에 있어서, 상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호의 적어도 한쪽은 회절광에 근거할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 상기 소정 영역 내에 있는 패턴에서 발생하는 상이한 차수의 회절광이 진행하는 방향일 수 있다. 또한, 상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호의 적어도 한쪽은 소정의 편광 성분에 근거할 수 있다.
또한, 상술한 표면 검사 장치에 있어서, 상기 검출부는 상기 제 1 방향과도 상기 제 2 방향과도 상이한 제 3 방향으로 진행하는 제 3 광에 따른 제 3 검출 신호를 검출 가능하고, 상기 준비부에는, 상기 복수의 패턴을 가지는 기판에 대해, 상기 검출부에 의해 검출되는 제 3 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 3 기준 데이터가 더 기억되어 있고, 상기 판정부는, 상기 기판에 대해 상기 검출부에 의해서 검출되는 제 1 검출 신호와 상기 제 1 기준 데이터의 일치도와, 상기 기판에 대해 상기 검출부에 의해서 검출되는 제 2 검출 신호와 상기 제 2 기준 데이터의 일치도와, 상기 기판에 대해 상기 검출부에 의해서 검출되는 제 3 검출 신호와 상기 제 3 기준 데이터의 일치도에 근거하여 상기 피검 기판 상의 패턴의 가공 조건을 판정할 수 있다.
또한, 상술한 표면 검사 장치에 있어서, 상기 기판을 지지하는 스테이지를 더 갖고, 해당 스테이지가 상기 기판의 상기 지지된 면과 대략 평행하게 상기 조명광이 진행하는 방향으로 대략 직교하는 축을 중심으로 회동 가능할 수 있다. 또한, 상기 검출부는, 상기 기판을 조명하는 조명광의 광로에 삽입/분리 자유롭게 마련되고, 상기 조명광 중 s 편광 성분을 투과시키도록 구성된 조명측 편광 필터, 또는, 제 1 또는 제 2 광로에 삽입/분리 자유롭게 마련되고, 상기 제 1 및 제 2 광 중 s 편광 성분을 투과시키도록 구성된 수광측 편광 필터를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 노광 시스템은, 기판의 표면에 소정의 패턴을 노광하는 노광 장치와, 상기 노광 장치에 의해 노광되고 표면에 상기 패턴이 마련된 기판의 표면 검사를 행하는 표면 검사 장치를 구비하며, 상기 표면 검사 장치는, 본 발명에 따른 표면 검사 장치로서, 상기 판정부에서 구해진 상기 가공 조건으로서 상기 노광시의 포커스 상태를 상기 노광 장치에 출력하고, 상기 노광 장치는, 상기 표면 검사 장치로부터 입력된 상기 노광시의 포커스 상태에 따라, 상기 노광 장치의 포커스의 설정을 보정하도록 되어 있다. 상술한 노광 시스템은 상기 기판에 대해 액체를 거쳐서 상기 소정의 패턴을 노광하는 액침형의 노광 장치일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 표면 검사 방법은, 소정의 가공 조건으로 가공된 패턴을 가지는 기판의 표면의 소정 영역을 조명광으로 조명하고, 상기 소정 영역 내에 있는 패턴으로부터 제 1 방향으로 진행하는 제 1 광에 따른 제 1 검출 신호와, 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 진행하는 제 2 광에 따른 제 2 검출 신호를 검출하고, 복수의 기지의 가공 조건으로 가공된 복수의 패턴을 가지는 적어도 하나의 기판에 대해, 상기 제 1 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 1 기준 데이터와, 상기 제 2 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 2 기준 데이터를 준비하고, 가공 조건을 구해야 할 기판으로부터 검출되는 제 1 검출 신호와 상기 제 1 기준 데이터의 일치도와, 상기 피검 기판으로부터 검출되는 제 2 검출 신호와 상기 제 2 기준 데이터의 일치도에 근거하여 상기 기판 상의 패턴의 가공 조건을 판정하도록 되어 있다.
또, 상술한 표면 검사 방법에 있어서, 상기 패턴은 상기 소정 영역마다의 노광에 의해 마련되는 패턴이고, 상기 판정되는 상기 가공 조건은, 상기 노광시의 포커스 상태와 노광량의 적어도 한쪽이고, 상기 가공 조건의 변화에 대한 상기 제 1 검출 신호의 변화와, 상기 가공 조건의 변화에 대한 상기 제 2 검출 신호의 변화가 상반될 수 있다.
또한, 상술한 표면 검사 방법에 있어서, 상기 판정되는 상기 가공 조건은 상기 포커스 상태이고, 상기 포커스 상태의 변화에 대한 상기 제 1 검출 신호 및 제 2 검출 신호의 변화는 상기 노광량의 변화에 대한 변화보다 크다고 할 수 있다. 또한, 상기 제 1 기준 데이터와 상기 제 2 기준 데이터를 기억하고, 해당 기억된 상기 제 1 기준 데이터와 상기 제 2 기준 데이터를 호출하는 것에 의해 상기 준비를 행할 수 있다. 또한, 상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호의 적어도 한쪽은 회절광에 근거할 수 있다. 또, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 상기 소정 영역 내에 있는 패턴에서 발생하는 상이한 차수의 회절광이 진행하는 방향일 수 있다.
또한, 상술한 표면 검사 방법에 있어서, 상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호의 적어도 한쪽은 소정의 편광 성분에 근거할 수 있다.
또한, 상술한 표면 검사 방법에 있어서, 상기 제 1 방향과도 상기 제 2 방향과도 상이한 제 3 방향으로 진행하는 제 3 광에 따른 제 3 검출 신호를 검출 가능하고, 상기 복수의 패턴을 가지는 기판에 대해, 상기 제 3 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 3 기준 데이터를 더 기억하고, 상기 기판으로부터 검출되는 제 1 검출 신호와 상기 제 1 기준 데이터의 일치도와, 상기 기판으로부터 검출되는 제 2 검출 신호와 상기 제 2 기준 데이터의 일치도와, 상기 기판으로부터 검출되는 제 3 검출 신호와 상기 제 3 기준 데이터의 일치도에 근거하여 상기 기판 상의 패턴의 가공 조건을 판정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조 방법은, 기판의 표면에 소정의 패턴을 노광하는 리소그래피 공정을 가진 반도체 디바이스 제조 방법으로서, 상기 노광 후에 본 발명에 따른 표면 검사 방법을 이용하여 상기 기판의 검사를 행하도록 되어 있다.
본 발명에 의하면, 기판에 대해 행해진 가공의 조건(예를 들면, 노광시의 포커스 상태)을 실제의 디바이스의 패턴으로 계측 가능해진다.
도 1은 표면 검사 장치의 개요 구성도이다.
도 2는 표면 검사 장치의 광로 상에 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 기울기 상태를 설명하는 도면이다.
도 6은 노광 장치의 상면(像面)의 기울기를 구하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 조건 할당 웨이퍼에서 설정한 포커스 오프셋량을 나타내는 표이다.
도 8은 조건 할당 웨이퍼의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 포커스 커브의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10(a), (b)는 포커스 커브와 베스트 포커스의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 쇼트 내에서의 포커스 오프셋량의 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 노광 장치에 의한 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 상이한 조건으로 촬상 취득한 조건 할당 웨이퍼의 회절 화상 및 포커스 커브를 나타내는 도면이다.
도 14는 상이한 조건으로 촬상 취득한 웨이퍼의 회절 화상으로부터 포커스 오프셋량을 구하는 모양을 나타내는 도면이다.
도 15는 포커스 커브와 신호 강도 측정값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 웨이퍼의 표면에 대한 포커스의 변동 상태를 나타내는 도면이다.
도 17은 노광 시스템의 개요 구성도이다.
도 18은 노광 장치의 제어 블럭도이다.
도 19는 반도체 디바이스 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 20은 리소그래피 공정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 표면 검사 장치를 도 1에 나타내고 있으며, 이 장치에 의해 기판인 반도체 웨이퍼(10)(이하, 웨이퍼(10)라고 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 구비하고, 도시하지 않은 반송 장치에 의해서 반송되어 오는 웨이퍼(10)는 스테이지(5) 위에 탑재됨과 아울러 진공 흡착에 의해서 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. 이 회전에 의한 웨이퍼의 방향을, 편의적으로 웨이퍼 방위 각도라고 부르는 것으로 한다. 또한, 스테이지(5)는, 웨이퍼(10)를 지지하는 지지면을 통과하는 축(틸트축)을 중심으로, 웨이퍼(10)를 틸트(경동(傾動))시키는 것이 가능하고, 조명광의 입사각을 조정할 수 있도록 되어 있다.
표면 검사 장치(1)는, 스테이지(5)에 지지된 웨이퍼(10)의 표면 전면(全面)에 조명광을 평행광으로서 조사하는 조명계(20)과, 조명광의 조사를 받았을 때의 웨이퍼(10)의 전면으로부터의 반사광이나 회절광 등를 집광하는 수광계(30)와, 수광계(30)에 의해 집광된 광을 받아 웨이퍼(10)의 표면의 상(像)을 검출하여 촬상하는 촬상 장치(35)와, 화상 처리부(40)와, 검사부(42)와, 기억부(45)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 오목면 미러(25)를 갖고 구성된다. 조명 유닛(21)은, 메탈할라이드 램프나 수은 램프 등의 광원부(22)와, 광원부(22)로부터의 광 중 소정의 파장을 가지는 광을 추출하여 강도를 조절하는 조광부(調光部)(23)와, 조광부(23)로부터의 광을 조명광으로서 조명측 오목면 미러(25)로 유도하는 도광 파이버(24)를 갖고 구성된다. 또, 표면 검사 장치(1)는 주제어부(50)와 주제어부(50)에 접속된 하드웨어 제어부(55)를 구비하고 있으며, 주제어부(50)는 하드웨어 제어부(55)를 거쳐서 광원부(22)와 조광부(23)를 제어하고, 또한, 주제어부(50)는 촬상 장치(35)로부터 디지털 화상 데이터를 받아, 화상 처리부(40)에 보낸다. 화상 처리부(40)에서 처리된 데이터는 주제어부(50)에 의해 검사부(42)에 보내져 검사를 행한다. 검사 결과 및 디지털 화상 데이터는 주제어부(50)에 의해 기억부(45)에 보내져 기억된다.
그리고, 광원부(22)로부터의 광은 조광부(23)을 통과하고, 소정의 파장(예를 들면, 248㎚의 파장)을 가지는 소정의 강도의 조명광이 도광 파이버(24)로부터 조명측 오목면 미러(25)에 사출되고, 도광 파이버(24)로부터 조명측 오목면 미러(25)에 사출된 조명광은, 도광 파이버(24)의 사출부가 조명측 오목면 미러(25)의 초점면에 배치되어 있기 때문에, 조명측 오목면 미러(25)에 의해 평행 광속으로 되어 스테이지(5)에 유지된 웨이퍼(10)의 표면에 조사된다. 또, 웨이퍼(10)에 대한 조명광의 입사각과 출사각의 관계는 스테이지(5)를 전술한 틸트축의 주위로 틸트(경동)시켜 웨이퍼(10)의 탑재 각도를 변화시키는 것에 의해 조정 가능하다.
또한, 도광 파이버(24)와 조명측 오목면 미러(25) 사이에는, 조명측 편광 필터(26)가 광로 상으로 삽입/분리 가능하도록 마련되어 있고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 조명측 편광 필터(26)를 광로 상으로부터 벗어나게 한 상태에서 회절광을 이용한 검사(이하, 편의적으로 회절 검사라고 칭함)가 행해지고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 조명측 편광 필터(26)를 광로 상에 삽입한 상태에서 편광(구조성 복굴절에 의한 편광 상태의 변화)을 이용한 검사(이하, 편의적으로 PER 검사라고 칭함)가 행해지도록 되어 있다(조명측 편광 필터(26)의 상세한 것에 대해서는 후술함).
웨이퍼(10)의 표면으로부터의 출사광(회절광 혹은 반사광)은 수광계(30)에 의해 집광된다. 수광계(30)는, 스테이지(5)에 대향하여 배치된 수광측 오목면 미러(31)를 주체에 구성되고, 수광측 오목면 미러(31)에 의해 집광된 출사광(회절광 혹은 반사광)은 촬상 장치(35)의 촬상면 상에 도달하고, 웨이퍼(10)의 상이 결상된다.
또한, 수광측 오목면 미러(31)와 촬상 장치(35) 사이에는, 수광측 편광 필터(32)가 광로 상에 삽입/분리 가능하게 마련되어 있고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 수광측 편광 필터(32)를 광로 상으로부터 벗어나게 한 상태에서 회절 검사가 행해지고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 수광측 편광 필터(32)를 광로 상에 삽입한 상태에서 PER 검사가 행해지도록 되어 있다(수광측 편광 필터(32)의 상세한 것에 대해서는 후술함).
촬상 장치(35)는, 촬상면 상에 형성된 웨이퍼(10)의 표면의 상을 광전 변환하여 화상 신호(디지털 화상 데이터)를 생성하고, 주제어부(50)에 보낸다. 주제어부(50)는 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. 기억부(45)에는 양품 웨이퍼의 화상 데이터가 미리 기억되어 있고, 검사부(42)는, 주제어부(50)로부터 웨이퍼(10)의 화상 데이터와 양품 웨이퍼의 화상 데이터를 받아서 비교하고, 웨이퍼(10)의 표면에서의 결함(이상)의 유무를 검사한다. 그리고, 검사부(42)에 의한 검사 결과 및 그때의 웨이퍼(10)의 화상이 도시하지 않는 화상 표시 장치에서 출력 표시된다. 또한, 검사부(42)는, 웨이퍼의 화상을 이용하여 노광 장치(101)에 의한 노광시의 포커스 상태를 구할 수 있도록 되어 있다(상세한 것은 후술함). 또, 하지층(下地層)의 영향을 받기 쉬운 경우는, 조명계(20)에 조명측 편광 필터(26)를 조명광이 s 편광으로 되도록 배치하고, s 편광으로 조명하는 것에 의해, 하지층의 영향을 저감할 수 있다. 또, 이 경우도 수광측 편광 필터(32)는 광로로부터 벗어나게 해 둔다.
그런데, 웨이퍼(10)는, 노광 장치(101)에 의해 최상층의 레지스트막에 대해 소정의 마스크 패턴이 투영 노광되고, 현상 장치(도시하지 않음)에 의한 현상 후, 도시하지 않은 반송 장치에 의해, 도시하지 않은 웨이퍼 카세트 또는 현상 장치로부터 스테이지(5) 상으로 반송된다. 또 이 때, 웨이퍼(10)는, 웨이퍼(10)의 패턴 혹은 외연부(노치나 오리엔테이션 플랫 등)를 기준으로 하여 얼라이먼트가 행해진 상태에서 스테이지(5) 상으로 반송된다. 또, 웨이퍼(10)의 표면에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 팁 영역(11)이 종횡으로(도 3에서의 XY 방향으로) 배열되고, 각 팁 영역(11) 중에는, 반도체 패턴으로서 라인 패턴 또는 홀 패턴 등의 반복 패턴(12)이 형성되어 있다. 노광의 1쇼트에는, 복수의 팁 영역이 포함되는 것이 많지만, 도 3에서는 알기 쉽게 하기 위해서 1팁이 1쇼트라고 하고 있다. 또, 조명 및 수광은 전면 일괄적으로 행해지는 것에 의해 처리 속도가 향상하지만, 1쇼트 혹은 그것보다 작은 범위 대상으로 하여 조명 및 수광을 행할 수도 있다. 또한, 노광 장치(101)는, 전술한 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 장치이고, 케이블 등을 통해 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)의 신호 출력부(60)와 전기적으로 접속되고, 표면 검사 장치(1)로부터의 데이터(신호)에 근거하여 노광 제어의 조정이 가능하게 구성되어 있다.
이상과 같이 구성되는 표면 검사 장치(1)를 이용하여, 웨이퍼(10) 표면의 회절 검사를 행하기 위해서는, 우선, 도 1에 나타내는 바와 같이 조명측 편광 필터(26) 및 수광측 편광 필터(32)를 광로 상으로부터 분리하고, 도시하지 않은 반송 장치에 의해, 웨이퍼(10)를 스테이지(5) 상으로 반송한다. 또, 반송의 도중에 도시하지 않은 얼라이먼트 기구에 의해 웨이퍼(10)의 표면에 형성되어 있는 패턴의 위치 정보를 취득하고 있어, 웨이퍼(10)를 스테이지(5) 상의 소정의 위치에 소정의 방향으로 탑재할 수 있다.
다음으로, 웨이퍼(10)의 표면 상에서의 조명 방향과 패턴의 반복 방향이 일치하도록(라인 패턴의 경우, 조명 방향이 라인에 대해 직교하도록) 스테이지(5)를 회전시킴과 아울러, 패턴의 피치를 P로 하고, 웨이퍼(10)의 표면에 조사하는 조명광의 파장을 λ로 하고, 조명광의 입사각을 θ1로 하고, n차 회절광의 출사각을 θ2로 했을 때, 호이헨스의 원리로부터, 다음의 수식 1을 만족하도록 설정을 행한다(스테이지(5)를 틸트시킨다).
Figure pct00001
다음으로, 조명계(20)에 의해 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사한다. 이러한 조건으로 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사할 때, 조명 유닛(21)에서의 광원부(22)로부터의 광은 조광부(23)를 통과하고, 소정의 파장(예를 들면, 248㎚의 파장)을 가지는 소정의 강도의 조명광이 도광 파이버(24)로부터 조명측 오목면 미러(25)로 사출되고, 조명측 오목면 미러(25)에서 반사한 조명광이 평행 광속으로 되어 웨이퍼(10)의 표면에 조사된다. 웨이퍼(10)의 표면에서 회절한 회절광은, 수광측 오목면 미러(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면 상에 도달하고, 웨이퍼(10)의 상(회절상)이 결상된다. 웨이퍼 방위 각도, 조명 파장, 조명 각도, 사출 각도, 회절 차수 등의 조합으로 정해지는 회절광의 조건을 회절 조건이라고 칭한다.
그래서, 촬상 장치(35)는, 촬상면 상에 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 화상(이하, 회절광에 근거하는 웨이퍼(10)의 디지털 화상을 편의적으로 회절 화상이라고 칭함)을 생성한다. 또한, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 생성하면 주제어부(50)를 거쳐서 회절 화상을 검사부(42)에 보내고, 검사부(42)는, 웨이퍼(10)의 화상 데이터와 양품 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하고, 웨이퍼(10)의 표면에서의 결함(이상)의 유무를 검사한다. 그리고, 화상 처리부(40) 및 검사부(42)에 의한 검사 결과 및 그 때의 웨이퍼(10)의 회절 화상이 도시하지 않은 화상 표시 장치에서 출력 표시된다.
다음으로, 표면 검사 장치(1)에 의해 웨이퍼(10) 표면의 PER 검사를 행하는 경우에 대해 설명한다. 또, 반복 패턴(12)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 복수의 라인부(2A)가 그 짧은 변 방향(X 방향)을 따라 일정한 피치 P로 배열된 레지스트 패턴(라인 패턴)인 것으로 한다. 또한, 이웃하는 라인부(2A)끼리의 사이는 스페이스부(2B)이다. 또한, 라인부(2A)의 배열 방향(X 방향)을 「반복 패턴(12)의 반복 방향」이라고 칭하기로 한다.
여기서, 반복 패턴(12)에서의 라인부(2A)의 선폭 DA의 설계값을 피치 P의 1/2로 한다. 설계값과 같이 반복 패턴(12)이 형성된 경우, 라인부(2A)의 선폭 DA와 스페이스부(2B)의 선폭 DB는 동등하게 되고, 라인부(2A)와 스페이스부(2B)의 체적비는 대략 1:1로 된다. 이에 반해, 반복 패턴(12)을 형성할 때의 노광 포커스가 적정값으로부터 벗어나면, 피치 P는 변하지 않지만, 라인부(2A)의 선폭 DA가 설계값과 달라지게 됨과 아울러, 스페이스부(2B)의 선폭 DB와도 달라지게 되어, 라인부(2A)와 스페이스부(2B)의 체적비가 대략 1:1로부터 벗어난다.
PER 검사는, 상기와 같이 반복 패턴(12)에서의 라인부(2A)와 스페이스부(2B)의 체적비의 변화를 이용하여, 반복 패턴(12)의 이상 검사를 행하는 것이다. 또, 설명을 간단하게 하기 위해, 이상적인 체적비(설계값)를 1:1로 한다. 체적비의 변화는, 노광 포커스의 적정값으로부터의 벗어남에 기인하여, 웨이퍼(10)의 쇼트 영역마다 나타난다. 또, 체적비를 단면 형상의 면적비라고 바꿔 말할 수 있다.
PER 검사에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 조명측 편광 필터(26) 및 수광측 편광 필터(32)가 광로 상에 삽입된다. 또한, PER 검사를 행할 때, 스테이지(5)는, 조명광이 조사된 웨이퍼(10)로부터의 정반사광을 수광계(30)에서 수광할 수 있는 경사 각도로 웨이퍼(10)를 틸트시킴과 아울러, 소정의 회전 위치에서 정지하고, 웨이퍼(10)에서의 반복 패턴(12)의 반복 방향을, 도 5에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(10)의 표면에서의 조명광(직선 편광 L)의 진동 방향에 대해, 약 45도만큼 기울어지게 되도록 유지한다. 발명자 등의 지견에 따르면, 웨이퍼(10)에서의 반복 패턴(12)의 반복 방향을, 웨이퍼(10)의 표면에서의 조명광(직선 편광 L)의 진동 방향에 대해, 약 45도만큼 기울어지게 되도록 한 경우, 반복 패턴(12)의 검사의 광량을 가장 높게 할 수 있다. 또한, 발명자 등의 지견에 따르면, 웨이퍼(10)에서의 반복 패턴(12)의 반복 방향을, 웨이퍼(10)의 표면에서의 조명광(직선 편광 L)의 진동 방향에 대해 약 22.5도 또는 약 67.5도로 설정하면 검사의 감도를 높게 할 수 있다. 또, 각도는 이들에 한정하지 않고, 임의 각도 방향으로 설정 가능하다.
조명측 편광 필터(26)는, 도광 파이버(24)와 조명측 오목면 미러(25) 사이에 배치됨과 아울러, 그 투과축이 소정의 방위로 설정되고, 투과축에 따라 조명 유닛(21)으로부터의 광으로부터 직선 편광을 추출한다. 이 때, 도광 파이버(24)의 사출부가 조명측 오목면 미러(25)의 초점 위치에 배치되어 있기 때문에, 조명측 오목면 미러(25)는 조명측 편광 필터(26)를 투과한 광을 평행 광속으로 하여, 기판인 웨이퍼(10)를 조명한다. 이와 같이, 도광 파이버(24)로부터 사출된 광은, 조명측 편광 필터(26) 및 조명측 오목면 미러(25)를 거쳐서 p 편광의 직선 편광 L(도 5를 참조)로 되고, 조명광으로서 웨이퍼(10)의 표면 전체에 조사된다.
이 때, 직선 편광 L의 진행 방향(웨이퍼(10) 표면 상의 임의의 점에 도달하는 직선 편광 L의 주(主)광선의 방향)은 광축에 대략 평행하므로, 웨이퍼(10)의 각 점에서의 직선 편광 L의 입사각도는 평행 광속이기 때문에 서로 동일하게 된다. 또한, 웨이퍼(10)에 입사하는 직선 편광 L이 p 편광이기 때문에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 반복 패턴(12)의 반복 방향이 직선 편광 L의 입사면(웨이퍼(10)의 표면에서의 직선 편광 L의 진행 방향)에 대해 45도의 각도로 설정된 경우, 웨이퍼(10)의 표면에서의 직선 편광 L의 진동 방향과 반복 패턴(12)의 반복 방향이 이루는 각도도 45도로 설정된다. 바꾸어 말하면, 직선 편광 L은, 웨이퍼(10)의 표면에서의 직선 편광 L의 진동 방향이 반복 패턴(12)의 반복 방향에 대해 45도 기운 상태로, 반복 패턴(12)을 경사져 횡단하도록 하여 반복 패턴(12)에 입사하게 된다.
웨이퍼(10)의 표면에서 반사한 정반사광은 수광계(30)의 수광측 오목면 미러(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면 상에 도달하지만, 이 때, 반복 패턴(12)에서의 구조성 복굴절에 의해 직선 편광 L의 편광 상태가 변화한다. 수광측 편광 필터(32)는 수광측 오목면 미러(31)와 촬상 장치(35) 사이에 배치되고, 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))로부터의 정반사광 중 직선 편광 L과 진동 방향이 대략 직각인 편광 성분(예를 들면, s 편광의 성분)을 통과시키고, 촬상 장치(35)로 유도할 수 있다. 그 결과, 촬상 장치(35)의 촬상면에는, 웨이퍼(10)로부터의 정반사광 중 직선 편광 L에 대해 진동 방향이 대략 직각인 편광 성분에 의한 웨이퍼(10)의 반사상이 형성된다. 또, 수광측 편광 필터(32)를 광축을 중심으로 회동 가능하게 하고, 타원 편광화한 정반사광의 단축(短軸) 방향과 수광측 편광 필터(32)의 투과축을 맞추도록 조정함으로써, 감도를 향상시킬 수 있다. 이 경우도 조정 각도는 수도이며, 직교의 범주이다.
표면 검사 장치(1)에 의해 웨이퍼(10) 표면의 PER 검사를 행하기 위해서는, 우선, 도 2에 나타내는 바와 같이 조명측 편광 필터(26) 및 수광측 편광 필터(32)를 광로 상에 삽입하고, 도시하지 않은 반송 장치에 의해, 웨이퍼(10)를 스테이지(5) 상으로 반송한다. 또, 반송의 도중에 도시하지 않은 얼라이먼트 기구에 의해 웨이퍼(10)의 표면에 형성되어 있는 패턴의 위치 정보를 취득하고 있어, 웨이퍼(10)를 스테이지(5) 상의 소정의 위치에 소정의 방향으로 탑재할 수 있다. 또한 이 때, 스테이지(5)는, 조명광이 조사된 웨이퍼(10)로부터의 정반사광을 수광계(30)에서 수광할 수 있는 경사 각도로 웨이퍼(10)를 틸트시킴과 아울러, 소정의 회전 위치에서 정지하고, 웨이퍼(10)에서의 반복 패턴(12)의 반복 방향을, 웨이퍼(10)의 표면에서의 조명광(직선 편광 L)의 진동 방향에 대해 45도만큼 경사지게 되도록 유지한다.
다음으로, 조명계(20)에 의해 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사한다. 이러한 조건으로 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사할 때, 조명 유닛(21)의 도광 파이버(24)로부터 사출된 광은 조명측 편광 필터(26) 및 조명측 오목면 미러(25)를 거쳐서 p 편광의 직선 편광 L로 되고, 조명광으로서 웨이퍼(10)의 표면 전체에 조사된다. 웨이퍼(10)의 표면에서 반사한 정반사광은 수광측 오목면 미러(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면 상에 도달하고, 웨이퍼(10)의 상(반사상)이 결상된다.
이 때, 반복 패턴(12)에서의 구조성 복굴절에 의해 직선 편광 L의 편광 상태가 변화하고, 수광측 편광 필터(32)는 웨이퍼(10)(반복 패턴(12))로부터의 정반사광 중 직선 편광 L과 진동 방향이 대략 직각인 편광 성분을 통과시키고(즉, 직선 편광 L의 편광 상태의 변화를 추출하고), 촬상 장치(35)로 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, 촬상면 상에 형성된 웨이퍼(10)의 표면의 상(반사상)을 광전 변환하여 화상 신호(디지털 화상 데이터)를 생성하고, 화상 신호를 주제어부(50)를 거쳐서 화상 처리부(40)에 출력한다. 화상 처리부(40)는, 촬상 장치(35)로부터 입력된 웨이퍼(10)의 화상 신호에 근거하여, 웨이퍼(10)의 디지털 화상(이하, 편광에 근거하는 웨이퍼(10)의 디지털 화상을 편의적으로 편광 화상이라고 칭함)을 생성한다. 또한, 화상 처리부(40)는 웨이퍼(10)의 편광 화상을 생성하면 주제어부(50)를 거쳐서 편광 화상을 검사부(42)에 보내고, 검사부(42)는 웨이퍼(10)의 화상 데이터와 양품 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하고, 웨이퍼(10)의 표면에서의 결함(이상)의 유무를 검사한다. 또, 양품 웨이퍼의 반사 화상의 신호 강도(휘도값)는, 가장 높은 신호 강도(휘도값)를 나타내는 것이라고 생각할 수 있기 때문에, 예를 들면, 양품 웨이퍼와 비교한 신호 강도 변화(휘도 변화)가 미리 정해진 임계값(허용값)보다 크면 「이상」이라고 판정하고, 임계값보다 작으면 「정상」이라고 판단한다. 그리고, 화상 처리부(40) 및 검사부(42)에 의한 검사 결과 및 그 때의 웨이퍼(10)의 편광 화상이 도시하지 않은 화상 표시 장치에서 출력 표시된다.
또, 신호 강도란, 회절 효율, 강도비, 에너지비 등, 촬상 장치(35)의 촬상 소자에서 검출되는 광에 따른 신호 강도이다. 또한, 상술한 회절 검사 및 PER 검사에 한정되지 않고, 웨이퍼(10) 표면으로부터의 정반사광에 근거하는 검사(이하, 편의적으로 정반사 검사라고 칭함)를 행하는 것도 가능하다. 정반사 검사를 행하는 경우, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼(10) 표면으로부터의 정반사광에 근거하는 디지털 화상(이하, 편의적으로 정반사 화상이라고 칭함)을 생성하고, 생성한 웨이퍼(10)의 정반사 화상에 근거하여, 웨이퍼(10)의 표면에서의 결함(이상)의 유무를 검사한다.
또한, 검사부(42)는, 노광 장치(101)의 포커스 오프셋량을 쇼트마다 변화시킨 조건에서 노광하여 현상한 웨이퍼의 화상을 이용해서, 노광 장치(101)의 회절광에 의한 포커스 커브(포커스 오프셋량과 신호 강도의 관계를 나타내는 커브)를 구할 수 있다. 이 포커스 커브를 이용하여, 1개의 쇼트 내의 미소 영역마다 회절광의 신호 강도가 극대로 되는 포커스 오프셋량을 구하도록 하면, 노광 장치(101)에 의해 투영 노광되는 마스크 패턴의 상면(像面)의 기울기를 구할 수 있다. 또, 발명자 등의 지견에 따르면, 회절광의 경우, 라인 앤드 스페이스의 듀티비를 라인이 1에 대해 스페이스가 10 이상이라고 하면, 신호 강도가 극대로 되는 포커스 오프셋량이 베스트 포커스로 된다.
그래서, 노광 장치(101)에 의해 투영 노광되는 마스크 패턴의 상면의 기울기를 구하는 방법에 대해 도 6에 나타내는 흐름도를 참조하면서 설명한다. 우선, 노광 장치(101)의 포커스 오프셋량(기존)을 변화시켜 반복 패턴을 형성한 웨이퍼를 작성한다(스텝 S101). 이 때, 노광 쇼트마다 포커스 오프셋량을 변화시키고, 동일한 포커스 오프셋량의 쇼트를 복수 설정하여 그들을 뿔뿔이 흩어지게 배치하고, 노광하여 현상한다. 이하, 이러한 웨이퍼를 조건 할당 웨이퍼(10a)(도 7 및 도 8을 참조)라고 칭하기로 한다.
여기서, 동일한 포커스 오프셋량의 쇼트를 뿔뿔이 흩어지게 배치하는 것은, 예를 들면, 웨이퍼의 중앙측과 외주측 사이에 발생하는 레지스트 조건의 상위나, 스캔 노광시의 소위 좌우차 등의 영향을 상쇄할 목적으로 행한다. 또, 웨이퍼 상에 형성되는 레지스트막(포토레지스트)은 스핀 코트로 도포 형성되는 경우가 많고, 레지스트 원액이 스핀에 의해 퍼지는 것에 연동하여 용제 성분이 휘발되어 점도가 상승하여 막이 두꺼워지는 경향이 있어, 웨이퍼의 중앙측과 외주측 사이에 레지스트 조건의 상위가 발생한다. 또한, 소위 좌우차란, 예를 들면, 스캔 방향을 X 방향으로 한 경우에, 레티클이 X+ 방향으로 이동(웨이퍼는 X- 방향으로 이동)하면서 노광할 때와, 레티클이 X- 방향으로 이동(웨이퍼는 X+ 방향으로 이동)하면서 노광할 때의 차이이다.
조건 할당 웨이퍼(10a)는, 예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이, 포커스 오프셋량을 25㎚ 조각으로 -175㎚~+200㎚의 16 단계로 나누고 있다. 또, 도 7의 각 쇼트에는, 25㎚ 조각으로 나눈 포커스 오프셋량의 단계를 번호(1~16)로 나타내고 있고, 단계가 동일하고 스캔 방향이 역방향인 경우에는 「'」을 부여하고 있다. 예를 들면, 번호 12로 나타낸 포커스 오프셋량의 쇼트와 같이, 동일한 포커스 오프셋량으로 행하는 노광을, 레티클 이동 X+ 방향/중앙측에서 1쇼트·레티클 이동 X+ 방향/외주측에서 1쇼트·레티클 이동 X- 방향/중앙측에서 1쇼트·레티클 이동 X- 방향/외주측에서 1쇼트와 같이 4개소 설정할 수 있다. 또한 예를 들면, 번호 15로 나타낸 포커스 오프셋량의 쇼트와 같이, 동일한 포커스 오프셋량으로 행하는 노광을, 조건 할당 웨이퍼(10a)의 중심을 대칭축으로 하여, 레티클 이동 X+ 방향/외주측에서 2 쇼트·레티클 이동 X- 방향/외주측에서 2 쇼트와 같이 4개소 설정할 수 있다. 도 7의 예에서는, 이와 같이 포커스 오프셋량을 16 단계, 각 포커스 오프셋량으로 4 쇼트의 합계 64 쇼트로, 그들을 뿔뿔이 흩어지게 배치하여 조건 할당 웨이퍼(10a)를 만들고 있다.
또, 조건 할당 웨이퍼를 복수매 만들고, 포커스 커브를 구하여도 좋다. 그 경우, 각 조건 할당 웨이퍼의 포커스 오프셋량마다의 쇼트 배치는 포커스 오프셋 이외의 조건에 의한 영향을 상쇄하도록 설정하는 것이 바람직하다.
조건 할당 웨이퍼(10a)를 작성하면, 회절 검사의 경우와 동일하게 하고, 조건 할당 웨이퍼(10a)를 스테이지(5) 상으로 반송한다(스텝 S102). 다음으로, 회절 검사의 경우와 마찬가지로, 조명계(20)에 의해 조명광을 조건 할당 웨이퍼(10a)의 표면에 조사하고, 촬상 장치(35)가 조건 할당 웨이퍼(10a)의 회절상을 광전 변환하여 화상 신호를 생성하고, 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력한다(스텝 S103). 이 때, 조건 할당 웨이퍼(10a)에 대해, 노광한 마스크 패턴의 정보 또는 회절 조건 서치를 이용하여 회절 조건을 구하고, 회절광이 얻어지도록 회절 검사의 경우와 동일한 설정을 행한다. 회절 조건 서치란, 정반사 이외의 각도 범위에서 스테이지(5)의 틸트 각도를 단계적으로 변화시켜 각각의 틸트 각도로 화상을 취득하고, 화상이 밝아지는, 즉 회절광이 얻어지는 틸트 각도를 구하는 기능을 가리킨다.
다음으로, 화상 처리부(40)는, 촬상 장치(35)로부터 입력된 조건 할당 웨이퍼(10a)의 화상 신호에 근거하여, 조건 할당 웨이퍼(10a)의 회절 화상을 생성하고, 포커스 오프셋량이 동일한 쇼트마다 화소 단위(각각의 쇼트의 대응하는 부분의 화소끼리)로 신호 강도의 평균화를 행한다(스텝 S104). 또, 회절 검사에서 결함이라고 판단된 부분에 대해서는, 전술한 평균화의 대상에서 제외한다. 다음으로, 화상 처리부(40)는, 평균화에 의해서 얻어진(즉, 서로 포커스 오프셋량이 상이한) 모든 쇼트에 대해, 도 8에 나타내는 바와 같이 쇼트 내에 설정한 복수의 설정 영역(작은 장방형으로 둘러싼 영역) A에서의 신호 강도의 평균값(이하, 편의적으로 평균 휘도라고 칭함)를 각각 구한다(스텝 S105). 여기까지의 처리에서, 노광 쇼트 내에 복수 마련된 설정 영역 A마다, 포커스 오프셋을 25㎚ 조각으로 -175㎚~+200㎚의 16 단계로 나누었을 때의 각각에 대해 평균 휘도가 얻어진다.
다음으로, 화상 처리부(40)는 평균화된 데이터를 주제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보내고, 검사부(42)는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 평균 휘도를 구한 각 설정 영역 A마다, (서로 포커스 오프셋량이 상이한) 각 쇼트에서의 동위치의 설정 영역 A에서의 평균 휘도와, 이것에 대응하는 포커스 오프셋량의 관계를 나타내는 그래프, 즉 포커스 커브를 구한다(스텝 S106). 포커스 커브를 구하면, 검사부(42)는 포커스 커브의 근사 곡선을 각각 구한다(스텝 S107). 또, 발명자의 지견에 따르면, 근사 곡선의 식에는, 4차식을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 구한 포커스 커브를 적절히 기준 포커스 커브라고 칭한다. 단, 근사 곡선의 식으로서, 필요에 따라 다른 임의의 함수형(예를 들면 3차식 등)을 채용하여도 좋다.
다음으로, 검사부(42)는 포커스 커브의 근사 곡선에서 평균 휘도가 극대(즉, 포커스 오프셋량이 -175㎚~+200㎚의 범위에서 최대)로 되는 포커스 오프셋량을 구한다(스텝 S108). 예를 들면, 도 10(a)에 나타내는 포커스 커브의 경우, 평균 휘도가 극대로 되는 포커스 오프셋량은 2.5㎚로 된다. 또한 예를 들면, 도 10(b)에 나타내는 포커스 커브의 경우, 평균 휘도가 극대로 되는 포커스 오프셋량은 -14.5㎚로 된다. 이 때, 평균 휘도가 극대로 되는 포커스 오프셋량을 각 설정 영역 A마다 구한다(스텝 S109). 이렇게 하면, 도 11에 나타내는 바와 같이, 쇼트 내에서의, 회절광의 평균 휘도가 극대로 되는 포커스 오프셋량의 분포를 구할 수 있다.
이것에 의해, 쇼트 내에서의, 회절광의 평균 휘도가 극대로 되는 포커스 오프셋량의 분포에 근거하여, 노광 장치(101)에 의해 노광되는 슬릿(광)의 긴 변 방향에서의 포커스 오프셋량의 기울기(즉, 상면의 경사량) 및, 노광 장치(101)의 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지의 스캔 방향에서의 포커스 오프셋량의 기울기가 각각 (근사적으로) 구해진다. 또, 회절광의 평균 휘도가 극대로 되는 포커스 오프셋량이 베스트 포커스가 아니어도, 쇼트 내의 패턴은 각각 근사하고 있기 때문에 포커스 오프셋량과 회절광의 평균 휘도의 관계는 동일하고, 상면의 기울기는 각 결상점의 상대 위치 관계이기 때문에, 평균 휘도의 극대값을 구함으로써 상면의 기울기가 구해진다. 이렇게 해서 구한 상면의 기울기는, 예를 들면, 상면 만곡율이나 최대 최소값·대각 방향의 경사 등 노광 장치(101)가 받아들이기 가능한 파라미터로 변환된 후에, 주제어부(50)로부터 신호 출력부(60)를 거쳐서 노광 장치(101)에 출력되고, 노광 장치(101)에 의한 노광에 반영된다. 또, 본 실시 형태에서의 상면의 기울기란, 노광 장치(101)에서의 투영 렌즈에 의한 투영상의 상면 경사와 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 주행 오차에 의한 웨이퍼 상의 포토레지스트층에 대한 종합적인 상면의 기울기이다. 이와 같이, 검사부(42)는 판정 기능도 가지고 있다.
또, 검사부(42)는, 검사 대상으로 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상으로부터, 노광 장치(101)에 의한 노광시의 포커스 상태, 보다 구체적으로는, 웨이퍼(10)의 표면 전체에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구할 수 있도록 되어 있다. 그래서, 노광 장치(101)에 의한 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법에 대해, 도 12에 나타내는 흐름도를 참조하면서 설명한다. 우선, 노광 장치(101)의 포커스 오프셋량 및 도스량(노광량)을 매트릭스 형상으로 변화시켜 반복 패턴을 형성한 조건 할당 웨이퍼(10b)(도 13을 참조)를 작성한다(스텝 S201). 이 때 예를 들면, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 중심의 노광 쇼트를 베스트 포커스 및 베스트 도스로 하고, 가로 방향으로 나열되는 노광 쇼트마다 포커스 오프셋량을 변화시킴과 아울러, 세로 방향으로 나열된 노광 쇼트마다 도스량을 변화시켜 노광하여 현상한다.
조건 할당 웨이퍼(10b)를 작성하면, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상을 촬상 취득한다(스텝 S202). 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상을 촬상 취득하기 위해서는, 회절 검사의 경우와 마찬가지로, 우선, 조건 할당 웨이퍼(10b)를 스테이지(5) 상으로 반송한다. 다음으로, 조명계(20)에 의해 조명광을 조건 할당 웨이퍼(10b)의 표면에 조사하고, 촬상 장치(35)가 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절상을 광전 변환하여 화상 신호를 생성하고, 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력한다. 그리고, 화상 처리부(40)는, 촬상 장치(35)로부터 입력된 조건 할당 웨이퍼(10b)의 화상 신호에 근거하여, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상을 생성한다. 이 때, 웨이퍼의 방위 각도, 조명 파장, 입사각 및 출사각 등의 조합으로 정해지는 복수의 조건에 대해, 즉, 복수의 회절 조건에 대해 각각, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상을 촬상 취득한다.
또, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 반복 패턴에, 하지층이 있는 경우나 하지 얼룩이 있는 경우, 단파장(예를 들면, 248㎚나 313㎚ 등)의 조명광을 사용하면, 하지의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다. 또한, 조명광으로서 s 편광이 얻어지도록, 투과축을 소정의 방위로 설정한 조명측 편광 필터(26)를 광로 상에 삽입하여도, 하지의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다. 또한, s 편광에 의한 회절광만을 수광할 수 있도록, 투과축을 소정의 방위로 설정한 수광측 편광 필터(32)를 광로 상에 삽입하여도, 하지의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다.
조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상을 촬상 취득하면, 화상 처리부(40)는 복수의 회절 조건에서 각각 촬상 취득한 회절 화상마다, 각 쇼트의 신호 강도를 각각 구한다(스텝 S203). 또 이 때, 동일 쇼트 내에서의 신호 강도의 평균을 각 쇼트의 신호 강도로 한다. 이것에 의해, 상면의 기울기의 영향을 제거할 수 있다.
다음으로, 화상 처리부(40)는 평균화된 회절 화상을 주제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보내고, 검사부(42)는 복수의 회절 조건에서 각각 촬상 취득한 회절 화상에 대해, 상이한 도스량마다, (서로 도스량이 동일하고 포커스 오프셋량이 상이한) 각 쇼트의 신호 강도와, 이것에 대응하는 포커스 오프셋량의 관계를 나타내는 그래프, 즉 포커스 커브(상면의 기울기를 계측할 때에 구한 기준 포커스 커브와 구별하기 위해, 이후 적절히 샘플 포커스 커브라고 칭함)를 구한다(스텝 S204). 이것에 의해, 상이한 도스량마다, 복수의 회절 조건에 각각 대응한 복수의 샘플 포커스 커브를 구할 수 있다. 또 이 때, 기준 포커스 커브의 경우와 마찬가지로, 샘플 포커스 커브의 근사 곡선을 각각 구한다. 또, 발명자의 지견에 따르면, 이 경우에도, 근사 곡선의 식에는, 4차식을 이용하는 것이 바람직하다. 단, 근사 곡선의 식으로서, 필요에 따라 다른 임의의 함수형(예를 들면 3차식 등)을 채용하여도 좋다.
다음으로, 검사부(42)는, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 노광시의 포커스 상태를 구하는데 사용하는 적어도 2종류의 샘플 포커스 커브를 선택한다(스텝 S205). 이 때 예를 들면, 도스량 변화나 하지 변화의 영향이 적은 회절 조건에 대응한 3종류의 샘플 포커스 커브(다른 샘플 포커스 커브와 구별하기 위해, 이후 적당히 기준 샘플 포커스 커브라고 칭함)를 선택 결정한다. 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하기 위해서는, 우선, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 포커스의 변화에 감도가 있는 복수의 샘플 포커스 커브를 추출한다. 다음으로, 포커스의 변화에 감도가 있는 샘플 포커스 커브 중에서, 도스량의 변화에 대한 감도가 적은 복수의 샘플 포커스 커브를 추출한다. 그리고, 포커스의 변화에 감도가 있고 도스량의 변화에 대한 감도가 적은 샘플 포커스 커브 중에서, 커브의 피크 혹은 하부의 위치(포커스 오프셋량)가 서로 다른 3종류의 샘플 포커스 커브를 기준 샘플 포커스 커브로서 선택 결정한다. 또, 샘플 포커스 커브는, 3종류의 회절 조건의 각각에 대해 도스가 상이한 복수의 샘플 포커스 커브가 있지만, 이후의 계산에서는, 포커스 상태를 계측하고자 하는 웨이퍼를 노광한 것과 동일한 도스량, 혹은 거기에 가장 가까운 도스량의 것을 사용한다.
이것에 의해, 도스량 변화나 기초 변화의 영향이 적은 회절 조건 및, 당해 회절 조건에 대응한 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 구할 수 있다. 이렇게 해서 구한 기준 샘플 포커스 커브의 일례를 도 13에 나타낸다. 도 13은 3종류의 기준 샘플 포커스 커브 D1~D3과 함께, 제 1 기준 샘플 포커스 커브 D1이 얻어지는 회절 화상 G1, 제 2 기준 샘플 포커스 커브 D2가 얻어지는 회절 화상 G2, 및 제 3 기준 샘플 포커스 커브 D3이 얻어지는 회절 화상 G3을 각각 나타내고 있다. 또, 도 13에 나타내는 각 회절 화상 G1~G3은 회절 조건을 변화시켜 촬상 취득한 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상이다. 또한, 패턴 피치나 조명 파장 등은 동일하고, 회절광의 차수만을 변화시켜 각 회절 화상을 촬상 취득하도록 하여도 좋다.
3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하면, 화상 처리부(40)는 결정한 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 관한 데이터를 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하여 기억시킨다(스텝 S206). 또, 화상 처리부(40)는, 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 한정되지 않고, 근사 곡선의 식으로부터 구한 포커스 오프셋량과 신호 강도의 관계를 나타내는 데이터 맵을, 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하여 기억시키도록 하여도 좋다.
또, 노광 장치(101)가 복수개 있는 경우, 동종의 노광 장치(101)이어도 장치마다, 및 복수의 조명 조건을 전환 가능한 경우에 NA(개구수)가 상이한 일이 있기 때문에, 복수의 노광 장치마다 및 조명 조건마다 기준 데이터를 구하고, 기억부(45)에 기억시켜 두는 것이 바람직하다.
3종류의 기준 샘플 포커스 커브에 관한 기준 데이터를 기억부(45)에 기억시키면, 검사 대상으로 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다(스텝 S207). 이 때, 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 3종류의 회절 조건에 대해 각각, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다.
검사 대상으로 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득하면, 화상 처리부(40)는, 회절 화상의 화소마다의 신호 강도로부터, 각 화소에 대응하는 영역이 쇼트 내의 계측 영역인지 여부를 판정하고(스텝 S208), 스트리트 등에 해당하는 화소를 계측 대상에서 제외한다.
각 화소에 대응하는 영역이 쇼트 내의 계측 영역인지 여부를 판정하면, 화상 처리부(40)는 회절 화상을 주제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보내고, 검사부(42)는 검사 대상으로 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상으로부터, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구한다(스텝 S209). 이 때, 기억부(45)에 기억된 기준 데이터(즉, 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식 혹은 데이터 맵)를 이용하여, 웨이퍼(10)의 회절 화상의 신호 강도로부터, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스 오프셋량을, 소정의 화소마다(단수 혹은 복수의 화소 단위로) 구한다. 또, 복수의 화소 단위로 포커스 오프셋량을 구하는 경우도, 쇼트성 디포커스와 이물에 의한 디포커스를 구별할 필요가 있다. 이를 위해서, 포커스 오프셋량을 구하는 영역은 1쇼트보다 작은(예를 들면 1/10의) 영역으로 하는 것이 바람직하다.
포커스 오프셋량을 구할 때, 기억부(45)에는, 3종류의 회절 조건에 각각 대응한 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식(혹은 데이터 맵)이 기억되어 있기 때문에, 동일한 조건에서 각각 촬상 취득된 웨이퍼(10)의 회절 화상의 신호 강도로부터, 소정의 화소마다 각각 포커스 오프셋량을 구할 수 있다. 또, 포커스 커브는 곡선이기 때문에, 1개의 회절 화상의 신호 강도로부터, 복수의 포커스 오프셋량의 후보가 산출되는 경우가 있다(조건에 따라서는 1개의 후보만이 산출되는 경우도 있다). 이에 반해, 커브의 피크 혹은 하부의 위치(포커스 오프셋량)가 서로 다른 3종류의 기준 샘플 포커스 커브 D1~D3을 이용함으로써, 도 14에 나타내는 바와 같이, 산출되는 포커스 오프셋량이 1개로 정해진다. 예를 들면, 각 회절 조건에서의 신호 강도와 이 조건에 대응하는 근사 곡선의 차분 제곱화가 최소로 되는 포커스 오프셋량을 구한다. 또, 3종류의 회절 조건의 각각에 대해 상이한 도스량마다 3종류의 기준 샘플 포커스 커브 D1~D3을 각각 준비하고, 차분 제곱화가 최소로 되는 도스량에서의 포커스 오프셋량을 채용하도록 하여도 좋다. 또한, 커브의 기울기가 상대적으로 큰(즉, 포커스의 변화에 대한 감도가 상대적으로 높은) 조건에서의 신호 강도에 대해 가중치 부여를 행하도록 하여도 좋다. 또한, 차분 제곱화의 최소값이 소정의 값을 초과하는 화소에 대해서는, 이상값으로서 그 결과를 채용하지 않도록 하여도 좋다.
이것에 의해, 웨이퍼(10)의 전면에 대해 화소마다 포커스 오프셋량을 산출할 수 있고, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 판정하는 것이 가능하게 된다. 또, 도 14는 3종류의 기준 샘플 포커스 커브 D1~D3과 함께, 제 1 기준 샘플 포커스 커브 D1이 얻어지는 회절 조건에서 촬상한 웨이퍼(10)의 회절 화상 H1, 제 2 기준 샘플 포커스 커브 D2가 얻어지는 회절 조건에서 촬상한 웨이퍼(10)의 회절 화상 H2, 및 제 3 기준 샘플 포커스 커브 D3이 얻어지는 회절 조건에서 촬상한 웨이퍼(10)의 회절 화상 H3을 각각 나타내고 있다.
또한, 차분 제곱화가 최소로 되는 포커스 오프셋량에서의 각 신호 강도(제 1 신호 강도 K1, 제 2 신호 강도 K2, 및 제 3 신호 강도 K3)의 측정값과 기준 샘플 포커스 커브 D1~D3의 관계를 도 15에 나타낸다. 도 15로부터, 촬상 장치(35)에 의해서 검출되는 반복 패턴(12)으로부터 제 1 회절 조건에 의한 회절광에 따른 제 1 검출 신호(제 1 신호 강도 K1)와 이 회절 조건에 대응하는 제 1 기준 데이터(제 1 기준 샘플 포커스 커브 D1)의 일치도, 반복 패턴(12)으로부터 제 2 회절 조건에 의한 회절광에 따른 제 2 검출 신호(제 2 신호 강도 K2)와 이 회절 조건에 대응하는 제 2 기준 데이터(제 2 기준 샘플 포커스 커브 D2)의 일치도, 및, 반복 패턴(12)으로부터 제 3 회절 조건에 의한 회절광에 따른 제 3 검출 신호(제 3 신호 강도 K3)와 이 회절 조건에 대응하는 제 3 기준 데이터(제 3 기준 샘플 포커스 커브 D3)의 일치도가 각각 높은 것을 알 수 있다.
웨이퍼(10)의 전면에 대해 화소마다 포커스 오프셋량을 구하면, 검사부(42)는 구한 포커스 오프셋량이 비정상인지 여부를 검사한다(스텝 S210). 이 때, 검사부(42)는, 예를 들면, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계값의 범위 내이면, 정상이라고 판정하고, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계값의 범위 외이면, 이상이라고 판정한다. 또, 기억부는, 표면 검사 장치(1)의 외부(예를 들면, 반도체 제조 라인의 관리실 등)에 준비하고, 회선을 통해 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식(혹은 데이터 맵)을 판독하도록 구성할 수도 있다.
포커스 오프셋량의 이상의 유무를 검사하면, 화상 처리부(40)는, 화소마다 구한 포커스 오프셋량을 각각 해당 화소에서의 신호 강도로 변환한 웨이퍼(10)의 화상을 생성하고, 포커스 오프셋량의 검사 결과 등과 함께 도시하지 않은 화상 표시 장치에 표시시킨다(스텝 S211). 또, 화상 표시 장치는, 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)에 한정되지 않고, 검사 장치의 외부(예를 들면, 반도체 제조 라인의 관리실 등)에 마련되어 접속된 것을 사용하여도 좋다. 여기서, 포커스 오프셋량을 신호 강도로 변환한 웨이퍼(10)의 화상의 일례를 도 16에 나타낸다. 또, 도 16에 나타내는 화상은, 흑백 화상에 한정되지 않고, 컬러 화상으로 표시하도록 하여도 좋다.
이와 같이, 본 실시 형태의 표면 검사 장치(1)에 의하면, 검사부(42)는, 촬상 장치(35)에 의해서 검출되는 제 1 검출 신호(제 1 신호 강도 K1)와 제 1 기준 데이터(제 1 기준 샘플 포커스 커브 D1)의 일치도와, 제 2 검출 신호(제 2 신호 강도 K2)와 제 2 기준 데이터(제 2 기준 샘플 포커스 커브 D2)의 일치도와, 제 3 검출 신호(제 3 신호 강도 K3)와 제 3 기준 데이터(제 3 기준 샘플 포커스 커브 D3)의 일치도에 근거하여, 웨이퍼(10) 상의 반복 패턴(12)에 대한 노광시의 포커스 상태(가공 조건)를 판정한다. 이것에 의해, 실제의 노광에 이용하는 마스크 패턴으로 노광한 웨이퍼(10)의 화상에 근거하여 노광시의 포커스 상태를 구할 수 있다. 그 때문에, 전용의 마스크 기판을 이용하는 경우와 같이, 계측에 필요한 파라미터의 조건 내기 작업에 시간을 필요로 하지 않기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 단시간에 계측하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전용의 마스크 패턴이 아니고, 실제의 디바이스에 이용하는 패턴을 사용할 수 있고, 또한, 노광 장치(101)의 조명 조건도 제약되지 않기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 정밀도 좋게 계측하는 것이 가능하게 된다.
또한 이 때, 커브의 피크 혹은 하부의 위치(포커스 오프셋량)가 서로 다른(즉, 포커스의 변화에 대한 검출 신호의 변화의 방법이 상이한) 3종류의 기준 데이터(기준 샘플 포커스 커브 D1~D3)를 이용함으로써, 전술한 바와 같이, 산출되는 포커스 오프셋량이 1개로 정해진다. 그 때문에, 노광시의 포커스 상태를 보다 정밀도 좋게 계측할 수 있다.
또한, 포커스의 변화에 감도가 있고 도스량(노광량)의 변화에 대한 감도가 적은 3종류의 기준 데이터(기준 샘플 포커스 커브 D1~D3)를 사용하고 있고, 포커스의 변화에 대한 감도(검출 신호의 변화)는 도스량의 변화에 대한 감도(검출 신호의 변화)보다 크게 되어 있다. 그 때문에, 도스량의 변화에 의한 영향을 제외할 수 있어, 노광시의 포커스 상태를 보다 정밀도 좋게 계측할 수 있다.
또한, 스테이지(5)는, 웨이퍼(10)를 지지하는 지지면을 통과하는 틸트축을 중심으로 틸트 가능, 즉, 웨이퍼(10)의 지지된 면과 대략 평행하게 조명광이 진행하는 방향에 대략 직교하는 축을 중심으로 회동 가능하게 구성되어 있다. 이것에 의해, 단시간에 회절 조건(조명광의 입사각 등)을 변경할 수 있기 때문에, 상이한 회절 조건의 복수의 회절 화상을 단시간에 촬상 취득하는 것이 가능해져, 노광시의 포커스 상태를 보다 단시간에 계측할 수 있다.
또, 상술한 실시 형태에 있어서, 3종류의 기준 데이터(기준 샘플 포커스 커브 D1~D3)를 사용하여, 웨이퍼(10) 상의 반복 패턴(12)에 대한 노광시의 포커스 상태(가공 조건)를 판정하고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 예를 들면, 2종류의 기준 데이터나 5종류의 기준 데이터이어도 좋다. 포커스의 변화에 대한 검출 신호의 변화 방법이 상이한 적어도 2종류의 기준 데이터를 사용하여, 노광시의 포커스 상태를 판정할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 웨이퍼(10) 상의 레지스트막에 노광 형성된 반복 패턴(12)의 검사를 행하고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 에칭 후의 패턴의 검사를 행하도록 하여도 좋다. 이것에 의해, 노광시의 포커스 상태뿐만 아니라, 에칭시의 문제(이상)를 검출할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상에 부가하여, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 편광 화상(PER 화상)을 이용해서, 전술한 경우와 동일한 방법에 의해, 상이한 도스량마다, 웨이퍼 방위 각도, 조명 파장 등으로 정해지는 편광에 의한 복수의 샘플 포커스 커브를 구하고, 이들 중에서, 편광에 의한 복수의 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하도록 하여도 좋다. 이것에 의해, 편광에 의한 기준 샘플 포커스 커브(기준 데이터)를 이용하여, 촬상 장치(35)에 의해 촬상 취득한 편광 화상의 신호 강도로부터, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구하도록 하면, 회절 화상만의 경우와 비교해서 검출 조건이 증가하기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 보다 정밀도 좋게 계측할 수 있다. 또한, 편광을 이용한 측정에서는, 포커스 커브로 신호 강도가 극대로 되는 포커스 오프셋량이 베스트 포커스라고 생각할 수 있기 때문에, 베스트 포커스로 되는 포커스 오프셋량을 용이하게 알 수 있다. 예를 들면, 제 1 검출 신호가 회절 화상, 제 2 검출 신호가 편광 화상과 같이, 회절 화상과 편광 화상을 맞추어 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 포커스의 변화에 감도가 있고 도스량의 변화에 대한 감도가 적은 3종류의 기준 데이터(기준 샘플 포커스 커브 D1~D3)를 사용하여, 웨이퍼(10) 상의 반복 패턴(12)에 대한 노광시의 포커스 상태를 판정하고 있지만, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 도스량의 변화에 감도가 있고 포커스의 변화에 대한 감도가 적은 복수의 샘플 포커스 커브를 추출함으로써, 이들의 샘플 포커스 커브의 포커스를 도스로 치환하여 동일하게 해서 얻어지는 샘플 도스 커브를 이용하여, 웨이퍼(10) 상의 반복 패턴(12)에 대한 노광시의 도스량을 판정할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 검사부(42)에서 구해진 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태(포커스 오프셋량)를, 주제어부(50)로부터 신호 출력부(60)를 거쳐서 노광 장치(101)에 출력하고, 노광 장치(101)의 설정에 피드백할 수 있다. 그래서, 전술한 표면 검사 장치(1)를 구비한 노광 시스템에 대해 도 17 및 도 18을 참조하면서 설명한다. 이 노광 시스템(100)은, 레지스트가 도포된 웨이퍼(10)의 표면에 소정의 마스크 패턴(반복 패턴)을 투영 노광하는 노광 장치(101)와, 노광 장치(101)에 의한 노광 공정 및 현상 장치(도시하지 않음)에 의한 현상 공정 등을 경유하여, 표면에 반복 패턴(12)이 형성된 웨이퍼(10)의 검사를 행하는 표면 검사 장치(1)를 구비하여 구성된다.
노광 장치(101)는, 도 17에 나타내는 바와 같이, 조명계(110)와, 레티클 스테이지(120)와, 투영 유닛(130)과, 국소 액침 장치(140)와, 스테이지 장치(150)와, 주제어 장치(200)(도 18을 참조)를 구비하여 구성된다. 또, 이하에서는, 도 17에 나타낸 화살표 X, Y, Z의 방향을 각각 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 하여 설명한다.
조명계(110)는, 상세한 도시를 생략하지만, 광원과, 옵티컬 인티그레이터 등을 구비한 조도 균일화 광학계와, 레티클 블라인드 등을 구비한 조명 광학계를 갖고, 레티클 블라인드로 규정된 레티클 R 상의 슬릿 형상의 조명 영역을 조명광(노광광)에 의해 대략 균일한 조도로 조명하도록 구성되어 있다. 조명광으로서는, 예를 들면, ArF 엑시머 레이저광(파장 193㎚)이 이용된다.
레티클 스테이지(120) 상에는, 소정의 패턴(예를 들면, 라인 패턴)이 그 패턴면(도 17에서의 하면(下面))에 형성된 레티클(포토마스크) R이, 예를 들면 진공 흡착에 의해 고정 유지되어 있다. 레티클 스테이지(120)는, 예를 들면 리니어 모터 등을 구비하는 레티클 스테이지 구동 장치(121)(도 18을 참조)에 의해서 XY 평면 내에서 이동 가능함과 아울러, 주사 방향(여기서는 Y축 방향으로 함)으로 소정의 주사 속도로 이동 가능하게 구성되어 있다.
레티클 스테이지(120)의 XY 평면 내의 위치 정보(Z축 회전의 회전 방향의 회전 정보를 포함함)는 레티클 스테이지(120)에 마련된 Y축에 직교하는 반사면을 가지는 제 1 반사 미러(123) 및 X축에 직교하는 반사면을 가지는 제 2 반사 미러(도시하지 않음)를 거쳐서 레티클 간섭계(125)에 의해서 검출된다. 레티클 간섭계(125)에 의해 검출된 당해 위치 정보는 주제어 장치(200)에 보내지고, 주제어 장치(200)는 그 위치 정보에 근거하여 레티클 스테이지 구동 장치(121)를 통해 레티클 스테이지(120)의 위치(및 이동 속도)를 제어한다.
투영 유닛(130)은, 레티클 스테이지(120)의 하부에 배치되고, 경통(131)과, 경통(131) 내에 유지된 투영 광학계(135)를 갖고 구성된다. 투영 광학계(135)는, 조명광의 광축 AX를 따라서 배열된 복수의 광학 소자(렌즈 엘리먼트)를 갖고, 양측 텔레센트릭으로, 소정의 투영 배율(예를 들면 1/4배, 1/5배 또는 1/8배 등)을 가지도록 구성되어 있다. 이 때문에, 조명계(110)로부터 사출된 조명광에 의해서 레티클 R 상의 조명 영역이 조명되면, 투영 광학계(135)의 물체면과 패턴면이 대략 일치하여 배치되는 레티클 R을 투과한 조명광에 의해, 투영 광학계(135)를 거쳐서 그 조명 영역 내의 레티클 R의 패턴의 축소상이, 투영 광학계(135)의 상면측에 배치된 웨이퍼(10) 상의 노광 영역(레티클 R 상의 조명 영역에 공액인 영역)에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지(120)와 웨이퍼(10)를 유지하는 스테이지 장치(150)의 동기 구동에 의해서, 조명 영역에 대해 레티클 R을 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시킴과 아울러, 노광 영역에 대해 웨이퍼(10)를 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시킴으로써, 웨이퍼(10) 상의 하나의 쇼트 영역의 주사 노광이 행해지고, 그 쇼트 영역에 레티클 R의 패턴(마스크 패턴)이 전사된다.
노광 장치(101)에는, 액침 방식의 노광을 행하기 위해 국소 액침 장치(140)가 마련되어 있다. 국소 액침 장치(140)는, 도 17 및 도 18에 나타내는 바와 같이, 액체 공급 장치(141)와, 액체 회수 장치(142)와, 액체 공급관(143A)과, 액체 회수관(143B)과, 노즐 유닛(145)을 갖고 구성된다. 노즐 유닛(145)은, 투영 광학계(135)를 구성하는 가장 상면측(웨이퍼측)의 광학 소자, 여기서는 선단(先端) 렌즈(136)를 유지하는 경통(131)의 하단부 주위를 둘러싸도록, 투영 유닛(130)을 유지하는 도시하지 않은 프레임 부재(노광 장치(101)를 구성하는 프레임 부재)로 지지되어 있다. 또한, 노즐 유닛(145)은, 도 17에 나타내는 바와 같이, 그 하단면이 선단 렌즈(136)의 하단면과 대략 동일면으로 되도록 설정되어 있다.
액체 공급 장치(141)는, 상세한 도시를 생략하지만, 액체를 저장하는 탱크와, 가압 펌프와, 온도 제어 장치와, 액체의 유량을 제어하기 위한 밸브를 갖고 구성되며, 액체 공급관(143A)을 거쳐서 노즐 유닛(145)에 접속되어 있다. 액체 회수 장치(142)는, 상세한 도시를 생략하지만, 회수한 액체를 저장하는 탱크와, 흡인 펌프와, 액체의 유량을 제어하기 위한 밸브를 갖고 구성되고, 액체 회수관(143B)을 거쳐서 노즐 유닛(145)에 접속되어 있다.
주제어 장치(200)는, 도 18에 나타내는 바와 같이, 액체 공급 장치(141)의 작동을 제어하여 액체 공급관(143A)을 거쳐서 선단 렌즈(136)와 웨이퍼(10) 사이에 액체(예를 들면, 순수(純水))를 공급함과 아울러, 액체 회수 장치(142)의 작동을 제어하여 액체 회수관(143B)을 거쳐서 선단 렌즈(136)와 웨이퍼(10) 사이부터 액체를 회수한다. 이 때, 주제어 장치(200)눈, 공급되는 액체의 양과 회수되는 액체의 양이 항상 동일해지도록, 액체 공급 장치(141) 및 액체 회수 장치(142)의 작동을 제어한다. 따라서, 선단 렌즈(136)와 웨이퍼(10) 사이에는, 일정량의 액체가 항상 바뀌어 유지되고, 이것에 의해 액침 영역(액침 공간)이 형성된다. 이와 같이, 노광 장치(101)에서는, 조명광을, 액침 영역을 형성하는 액체를 거쳐서 웨이퍼(10)에 조사하는 것에 의해서, 웨이퍼(10)에 대한 노광이 행해진다.
스테이지 장치(150)는, 투영 유닛(130)의 아래쪽에 배치된 웨이퍼 스테이지(151)와, 웨이퍼 스테이지(151)를 구동하는 스테이지 구동 장치(155)(도 18을 참조)를 갖고 구성된다. 웨이퍼 스테이지(151)는, 도시하지 않은 에어 슬라이더에 의해 수 ㎛ 정도의 틈새를 갖고 베이스 부재(105)의 위쪽으로 부상 지지되고, 웨이퍼 스테이지(151)의 상면(上面)에서 웨이퍼(10)를 진공 흡착에 의해서 유지하도록 구성되어 있다. 그리고, 웨이퍼 스테이지(151)는, 스테이지 구동 장치(155)를 구성하는 모터에 의해, 베이스 부재(105)의 표면을 따라 XY 평면 내에서 이동 가능하도록 되어 있다.
웨이퍼 스테이지(151)의 XY 평면 내의 위치 정보는 인코더 장치(156)(도 18을 참조)에 의해서 검출된다. 인코더 장치(156)에 의해 검출된 당해 위치 정보는 주제어 장치(200)에 보내지고, 주제어 장치(200)는 그 위치 정보에 근거하여 스테이지 구동 장치(155)를 통해 웨이퍼 스테이지(151)의 위치(및 이동 속도)를 제어한다.
이상과 같이 구성되는 노광 장치(101)에 있어서, 조명계(110)로부터 사출된 조명광에 의해서 레티클 R 상의 조명 영역이 조명되면, 투영 광학계(135)의 물체면과 패턴면이 대략 일치하여 배치되는 레티클 R을 투과한 조명광에 의해, 투영 광학계(135)를 거쳐서 그 조명 영역 내의 레티클 R의 패턴의 축소상이, 웨이퍼 스테이지(151) 상에 지지되어 투영 광학계(135)의 상면측에 배치된 웨이퍼(10) 상의 노광 영역(레티클 R 상의 조명 영역에 공액인 영역)에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지(120)와 웨이퍼(10)를 지지하는 웨이퍼 스테이지(151)의 동기 구동에 의해서, 조명 영역에 대해 레티클 R을 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시킴과 아울러, 노광 영역에 대해 웨이퍼(10)를 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시킴으로써, 웨이퍼(10) 상의 하나의 쇼트 영역의 주사 노광이 행해지고, 그 쇼트 영역에 레티클 R의 패턴이 전사된다.
이렇게 해서 노광 장치(101)에 의한 노광 공정이 실시되면, 현상 장치(도시하지 않음)에 의한 현상 공정 등을 경유해서, 전술한 실시 형태에 따른 표면 검사 장치(1)에 의해, 표면에 반복 패턴(12)이 형성된 웨이퍼(10)의 표면 검사를 행한다. 또한 이 때, 표면 검사 장치(1)의 검사부(42)는, 전술한 바와 같이 해서, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구하고, 주제어부(50)로부터 신호 출력부(60) 및 접속 케이블(도시하지 않음) 등을 거쳐서, 구한 포커스의 변동 상태(포커스 오프셋량)에 관한 정보를 노광 장치(101)에 출력한다. 그리고, 노광 장치(101)의 주제어 장치(200)에 마련된 보정 처리부(210)는, 표면 검사 장치(1)로부터 입력된 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태에 근거하여, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스 상태가 일정하게 되도록, 노광 장치(101)의 포커스에 관한 각종 설정 파라미터 및 광학 소자의 배치 상태를 보정한다.
이것에 의해, 본 실시 형태의 노광 시스템(100)에 의하면, 전술한 실시 형태에 따른 표면 검사 장치(1)로부터 입력된 노광시의 포커스 상태에 따라, 노광 장치(101)의 포커스의 설정을 보정하기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 단시간에 정밀도 좋게 계측할 수 있으므로, 보다 정밀도가 높은 포커스 상태에 근거한 보정이 가능해져, 노광 장치(101)의 포커스의 설정을 보다 적절히 행할 수 있다.
계속해서, 이러한 노광 시스템(100)을 이용한 반도체 디바이스 제조 방법에 대해 도 19를 참조하면서 설명한다. 반도체 디바이스(도시하지 않음)는, 디바이스의 기능·성능 설계를 행하는 설계 공정(스텝 S301), 이 설계 공정에 근거한 레티클을 제작하는 레티클 제작 공정(스텝 S302), 실리콘 재료로 웨이퍼를 제작하는 웨이퍼 제작 공정(스텝 S303), 노광 등에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 전사하는(노광 공정, 현상 공정 등을 포함하는) 리소그래피 공정(스텝 S304), 디바이스의 조립을 행하는(다이싱 공정, 본딘그 공정, 패키지 공정 등을 포함하는) 조립 공정(스텝 S305), 디바이스의 검사를 행하는 검사 공정(스텝 S306) 등을 거쳐서 제조된다.
여기서, 리소그래피 공정의 상세한 것에 대해 도 20을 참조하면서 설명한다. 우선, 웨이퍼를 준비(스텝 S401)하고, 도시하지 않은 스핀 코터 등의 도포 장치를 이용하여, 웨이퍼 표면에 레지스트를 소정의 두께가 되도록 도포한다(스텝 S402). 이 때, 도포가 종료한 웨이퍼에 대해, 도포 장치 내의 건조 장치에서 레지스트의 용제 성분을 증발시키고, 성막을 행한다. 레지스트가 성막된 웨이퍼를 도시하지 않은 반송 장치에 의해 노광 장치(101)에 반송한다(스텝 S403). 노광 장치(101)에 반입된 웨이퍼는, 노광 장치(101)에 구비되어 있는 얼라이먼트 장치에 의해 얼라이먼트된다(스텝 S404). 얼라이먼트가 종료한 웨이퍼에, 레티클의 패턴을 축소 노광한다(스텝 S405). 노광이 종료한 웨이퍼를 노광 장치(101)로부터 도시하지 않은 현상 장치로 이송하고, 현상을 행한다(스텝 S406). 현상이 종료한 웨이퍼를 표면 검사 장치(1)에서 세트하고, 전술한 바와 같이 노광 장치(101)의 포커스 상태를 구함과 아울러, 회절 검사·편광 검사를 행하여 웨이퍼 상에 제작된 패턴의 검사를 행한다(S407). 검사에서 미래 정해진 기준 이상으로 불량(이상)이 발생하고 있는 웨이퍼는 리워크(재생 처리)로 되돌려지고, 불량(이상)이 기준 미만인 웨이퍼는 에칭 처리 등의 후처리가 행해진다. 또, 스텝 S407에서 구해진 노광 장치(101)의 포커스 상태는 노광 장치(101)에 포커스의 설정의 보정을 위해 피드백된다(스텝 S408).
본 실시 형태의 반도체 디바이스 제조 방법에서는, 리소그래피 공정에서, 전술한 실시 형태에 따른 노광 시스템(100)을 이용하여 패턴의 노광을 행한다. 즉, 전술한 바와 같이, 노광 장치(101)에 의한 노광 공정이 실시되면, 현상 장치(도시하지 않음)에 의한 현상 공정 등을 거쳐서, 표면 검사 장치(1)에 의해, 표면에 반복 패턴(12)이 형성된 웨이퍼(10)의 표면 검사를 행한다. 이 때, 표면 검사 장치(1)에 의해서 노광시의 포커스 상태가 판정되고, 노광 장치(101)에서는, 표면 검사 장치(1)로부터 입력된 노광시의 포커스 상태에 따라, 노광 장치(101)의 포커스의 설정이 보정된다. 이와 같이, 본 실시 형태의 반도체 디바이스 제조 방법에 의하면, 노광시의 포커스 상태를 단시간에 정밀도 좋게 계측할 수 있기 때문에, 노광 장치(101)의 포커스의 설정을 보다 적절히 행하는 것이 가능해져, 고집적도의 반도체 디바이스를 생산성 좋게 제조할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서, 노광 장치로서 국소 액침 장치(140)를 구비한 액침 방식의 노광 장치(101)를 예로 들어 설명했지만, 본 교시는 이것에는 한정되지 않고, 본 교시에 따른 노광 시스템 및 반도체 디바이스의 제조 방법은 액침 방식의 노광 장치가 아닌 노광 장치에도 적용할 수 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은, 반도체 디바이스의 제조에서, 현상 후의 검사 공정에서 이용되는 검사 장치에 적용할 수 있다. 이것에 의해, 검사 장치의 검사 정밀도를 향상시킬 수 있어, 반도체 디바이스의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
1: 표면 검사 장치 5: 스테이지
10: 웨이퍼(10a, 10b: 조건 할당 웨이퍼) 20: 조명계
30: 수광계(검출부) 35: 촬상 장치(검출부)
40: 화상 처리부 42: 검사부(판정부)
45: 기억부 50: 주제어부
100: 노광 시스템 101: 노광 장치

Claims (21)

  1. 소정의 가공 조건에서 가공된 패턴을 가지는 기판의 표면의 소정 영역을 조명광으로 조명하는 조명부와,
    상기 소정 영역 내에 있는 패턴으로부터 제 1 방향으로 진행하는 제 1 광에 따른 제 1 검출 신호와, 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 진행하는 제 2 광에 따른 제 2 검출 신호를 검출하는 검출부와,
    기지(旣知)의 복수의 가공 조건에서 가공된 복수의 패턴을 가지는 적어도 1개의 기판에 대해, 상기 검출부에 의해 검출되는 제 1 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 1 기준 데이터와, 상기 검출부에 의해 검출되는 제 2 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 2 기준 데이터를 준비하는 준비부와,
    가공 조건을 구해야 할 기판에 대해 상기 검출부에 의해서 검출되는 제 1 검출 신호와 상기 제 1 기준 데이터의 일치도와, 상기 기판에 대해 상기 검출부에 의해서 검출되는 제 2 검출 신호와 상기 제 2 기준 데이터의 일치도에 근거하여 상기 기판 상의 패턴의 가공 조건을 판정하는 판정부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 상기 소정 영역마다의 노광에 의해 마련되는 패턴이고, 상기 판정부에서 구해지는 상기 가공 조건은 상기 노광시의 포커스 상태와 노광량의 적어도 한쪽이며,
    상기 가공 조건의 변화에 대한 상기 제 1 검출 신호의 변화와, 상기 가공 조건의 변화에 대한 상기 제 2 검출 신호의 변화가 상반되는 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 판정부에서 판정되는 상기 가공 조건은 상기 포커스 상태이고, 상기 포커스 상태의 변화에 대한 상기 제 1 검출 신호 및 제 2 검출 신호의 변화는 상기 노광량의 변화에 대한 변화보다 큰 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 준비부는 상기 제 1 기준 데이터와 상기 제 2 기준 데이터를 기억하는 기억부인 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호의 적어도 한쪽은 회절광에 근거하는 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 상기 소정 영역 내에 있는 패턴에서 발생하는 상이한 차수의 회절광이 진행하는 방향인 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호의 적어도 한쪽은 소정의 편광 성분에 근거하는 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 제 1 방향과도 상기 제 2 방향과도 다른 제 3 방향으로 진행하는 제 3 광에 따른 제 3 검출 신호를 검출 가능하고,
    상기 준비부에는, 상기 복수의 패턴을 가지는 기판에 대해, 상기 검출부에 의해 검출되는 제 3 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 3 기준 데이터가 더 기억되어 있고,
    상기 판정부는, 상기 피검 기판에 대해 상기 검출부에 의해서 검출되는 제 1 검출 신호와 상기 제 1 기준 데이터의 일치도와, 상기 피검 기판에 대해 상기 검출부에 의해서 검출되는 제 2 검출 신호와 상기 제 2 기준 데이터의 일치도와, 상기 피검 기판에 대해 상기 검출부에 의해서 검출되는 제 3 검출 신호와 상기 제 3 기준 데이터의 일치도에 근거하여 상기 피검 기판 상의 패턴의 가공 조건을 판정하는 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판을 지지하는 스테이지를 더 갖고, 상기 스테이지가 상기 기판의 상기 지지된 면과 대략 평행하게 상기 조명광이 진행하는 방향에 대략 직교하는 축을 중심으로 회동 가능한 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 기판을 조명하는 조명광의 광로에 삽입/분리 자유롭게 마련되고, 상기 조명광 중 s 편광 성분을 투과시키도록 구성된 조명측 편광 필터, 또는, 제 1 또는 제 2 광로에 삽입/분리 자유롭게 마련되고, 상기 제 1 및 제 2 광 중 s 편광 성분을 투과시키도록 구성된 수광측 편광 필터를 구비하는
    표면 검사 장치.
  11. 기판의 표면에 소정의 패턴을 노광하는 노광 장치와, 상기 노광 장치에 의해 노광되어 표면에 상기 패턴이 마련된 기판의 표면 검사를 행하는 표면 검사 장치를 구비하되,
    상기 표면 검사 장치는, 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 표면 검사 장치로서, 상기 판정부에서 구해진 상기 가공 조건으로서 상기 노광시의 포커스 상태를 상기 노광 장치에 출력하고,
    상기 노광 장치는, 상기 표면 검사 장치로부터 입력된 상기 노광시의 포커스 상태에 따라, 상기 노광 장치의 포커스의 설정을 보정하는 것
    을 특징으로 하는 노광 시스템.

  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 노광 장치는 상기 기판에 대해 액체를 거쳐서 상기 소정의 패턴을 노광하는 액침(液浸)형의 노광 장치인
    노광 시스템.
  13. 소정의 가공 조건에서 가공된 패턴을 가지는 기판의 표면의 소정 영역을 조명광으로 조명하고, 상기 소정 영역 내에 있는 패턴으로부터 제 1 방향으로 진행하는 제 1 광에 따른 제 1 검출 신호와, 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 진행하는 제 2 광에 따른 제 2 검출 신호를 검출하고,
    기지의 복수의 가공 조건에서 가공된 복수의 패턴을 가지는 적어도 1개의 기판에 대해, 상기 제 1 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 1 기준 데이터와, 상기 제 2 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 2 기준 데이터를 준비하고,
    가공 조건을 구해야 할 기판으로부터 검출되는 제 1 검출 신호와 상기 제 1 기준 데이터의 일치도와, 상기 기판으로부터 검출되는 제 2 검출 신호와 상기 제 2 기준 데이터의 일치도에 근거하여 상기 기판 상의 패턴의 가공 조건을 판정하는 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 패턴은 상기 소정 영역마다의 노광에 의해 마련되는 패턴이고, 상기 판정되는 상기 가공 조건은 상기 노광시의 포커스 상태와 노광량의 적어도 한쪽이며,
    상기 가공 조건의 변화에 대한 상기 제 1 검출 신호의 변화와, 상기 가공 조건의 변화에 대한 상기 제 2 검출 신호의 변화가 상반되는 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 판정되는 상기 가공 조건은 상기 포커스 상태이고, 상기 포커스 상태의 변화에 대한 상기 제 1 검출 신호 및 제 2 검출 신호의 변화는 상기 노광량의 변화에 대한 변화보다 큰 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기준 데이터와 상기 제 2 기준 데이터를 기억하고, 상기 기억된 상기 제 1 기준 데이터와 상기 제 2 기준 데이터를 호출하는 것에 의해 상기 준비를 행하는 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호의 적어도 한쪽은 회절광에 근거하는 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 상기 소정 영역 내에 있는 패턴에서 발생하는 다른 차수의 회절광이 진행하는 방향인 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  19. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 신호와 상기 제 2 검출 신호의 적어도 한쪽은 소정의 편광 성분에 근거하는 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  20. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 방향과도 상기 제 2 방향과도 다른 제 3 방향으로 진행하는 제 3 광에 따른 제 3 검출 신호를 검출 가능하고,
    상기 복수의 패턴을 가지는 기판에 대해, 상기 제 3 검출 신호와 상기 기지의 복수의 가공 조건의 관계를 나타내는 제 3 기준 데이터를 더 기억하고,
    상기 피검 기판으로부터 검출되는 제 1 검출 신호와 상기 제 1 기준 데이터의 일치도와, 상기 피검 기판으로부터 검출되는 제 2 검출 신호와 상기 제 2 기준 데이터의 일치도와, 상기 피검 기판으로부터 검출되는 제 3 검출 신호와 상기 제 3 기준 데이터의 일치도에 근거하여 상기 피검 기판 상의 패턴의 가공 조건을 판정하는 것
    을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  21. 기판의 표면에 소정의 패턴을 노광하는 리소그래피 공정을 가진 반도체 디바이스 제조 방법으로서,
    상기 노광 후에 청구항 13 내지 20 중 어느 한 항에 기재된 표면 검사 방법을 이용해서 상기 기판의 검사를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조 방법.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012081587A1 (ja) 2010-12-14 2012-06-21 株式会社ニコン 検査方法、検査装置、露光管理方法、露光システムおよび半導体デバイス
US10132763B2 (en) * 2012-07-23 2018-11-20 Asml Netherlands B.V. Inspection method and apparatus, lithographic system and device manufacturing method
NL2009367C2 (en) * 2012-08-27 2014-03-03 Stichting Vu Vumc Microscopic imaging apparatus and method to detect a microscopic image.
WO2014045508A1 (ja) * 2012-09-18 2014-03-27 日本電気株式会社 検査装置、検査方法、および検査プログラム
WO2014098220A1 (ja) 2012-12-20 2014-06-26 株式会社ニコン 評価方法及び装置、加工方法、並びに露光システム
JP5957378B2 (ja) * 2012-12-28 2016-07-27 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥観察方法および欠陥観察装置
WO2014200648A2 (en) * 2013-06-14 2014-12-18 Kla-Tencor Corporation System and method for determining the position of defects on objects, coordinate measuring unit and computer program for coordinate measuring unit
JP6313591B2 (ja) * 2013-12-20 2018-04-18 キヤノン株式会社 インプリント装置、異物除去方法及び物品の製造方法
WO2016091534A1 (en) 2014-12-09 2016-06-16 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for image analysis
WO2016091536A1 (en) * 2014-12-09 2016-06-16 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for image analysis
JP2018056143A (ja) * 2014-12-26 2018-04-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 露光条件評価装置
CN106502055B (zh) * 2015-09-06 2019-04-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 光刻失焦的检测方法
CN108020992B (zh) * 2016-10-31 2019-11-26 上海微电子装备(集团)股份有限公司 一种浸液供给装置及方法
US10312859B2 (en) * 2017-05-12 2019-06-04 Michael Gostein Optical soiling measurement device for photovoltaic arrays
KR20190014224A (ko) * 2017-07-28 2019-02-12 삼성전자주식회사 기판 검사 장치, 기판 검사 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
WO2020096781A1 (en) * 2018-11-07 2020-05-14 Waymo Llc Systems and methods that utilize angled photolithography for manufacturing light guide elements
CN112729150A (zh) * 2019-10-14 2021-04-30 中国科学院沈阳自动化研究所 机器人夹持下的导管测量方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1140476A (ja) * 1997-07-18 1999-02-12 Nikon Corp 露光条件選択方法、及び該方法で使用される検査装置
JP2002289503A (ja) 2001-03-27 2002-10-04 Toshiba Corp フォーカスモニタ方法及び露光装置
JP2007304054A (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Nikon Corp 表面検査方法及び表面検査装置

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2644319B2 (ja) * 1989-02-27 1997-08-25 沖電気工業株式会社 縮小投影露光装置の実用解像力評価方法
DE69231715D1 (de) * 1991-03-04 2001-04-12 At & T Corp Herstellungsverfahren von integrierten Halbleiterschaltungen unter Anwendung von latenten Bildern
JP3776176B2 (ja) * 1996-09-19 2006-05-17 ユー・エム・シー・ジャパン株式会社 フォトリソグラフィー工程におけるデフォーカス検出方法
JP3901798B2 (ja) 1997-06-12 2007-04-04 大日本印刷株式会社 プリント配線板の製造装置
JPH1116819A (ja) * 1997-06-27 1999-01-22 Hitachi Ltd 露光方法および基板ホルダ
JP4010649B2 (ja) * 1998-06-05 2007-11-21 株式会社ルネサステクノロジ 異物検査装置
JP2000162137A (ja) * 1998-11-26 2000-06-16 Nikon Corp 面検査装置
JP4591802B2 (ja) * 2000-09-13 2010-12-01 株式会社ニコン 表面検査装置および方法
JP2002168795A (ja) * 2000-11-10 2002-06-14 Internatl Business Mach Corp <Ibm> レジスト・パターン検査装置及び検査方法
US6701512B2 (en) 2001-01-24 2004-03-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Focus monitoring method, exposure apparatus, and exposure mask
JP3906035B2 (ja) * 2001-03-29 2007-04-18 株式会社東芝 半導体製造装置の制御方法
US6900888B2 (en) * 2001-09-13 2005-05-31 Hitachi High-Technologies Corporation Method and apparatus for inspecting a pattern formed on a substrate
JP2003168641A (ja) * 2001-12-03 2003-06-13 Mitsubishi Electric Corp 露光条件を管理することが可能な半導体装置の製造方法およびそれを用いて製造された半導体装置
JP4529366B2 (ja) * 2003-03-26 2010-08-25 株式会社ニコン 欠陥検査装置、欠陥検査方法及びホールパターンの検査方法
US7643137B2 (en) 2003-03-26 2010-01-05 Nikon Corporation Defect inspection apparatus, defect inspection method and method of inspecting hole pattern
JP4343069B2 (ja) * 2004-09-10 2009-10-14 東京エレクトロン株式会社 塗布、現像装置、露光装置及びレジストパターン形成方法。
JP4901090B2 (ja) * 2004-10-06 2012-03-21 株式会社ニコン 欠陥検査方法及び欠陥検出装置
JP4802481B2 (ja) * 2004-11-09 2011-10-26 株式会社ニコン 表面検査装置および表面検査方法および露光システム
JP4658589B2 (ja) * 2004-12-28 2011-03-23 Okiセミコンダクタ株式会社 半導体装置の製造方法
US7719671B2 (en) 2006-02-24 2010-05-18 Hitachi High-Technologies Corporation Foreign matter inspection method and foreign matter inspection apparatus
WO2008026593A1 (fr) 2006-08-30 2008-03-06 Nikon Corporation Dispositif d'exposition, procédé de fabrication de dispositif, procédé de nettoyage et élément de nettoyage
JP4755054B2 (ja) 2006-09-01 2011-08-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ 表面検査方法、及び表面検査装置
JP2008249921A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Advanced Mask Inspection Technology Kk レチクル欠陥検査装置およびレチクル欠陥検査方法
JP5039495B2 (ja) * 2007-10-04 2012-10-03 ルネサスエレクトロニクス株式会社 マスクブランク検査方法、反射型露光マスクの製造方法、反射型露光方法および半導体集積回路の製造方法
US8111406B2 (en) 2007-11-14 2012-02-07 Nikon Corporation Surface position detecting apparatus, surface position detecting method, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP5440782B2 (ja) 2008-01-18 2014-03-12 株式会社ニコン 表面検査装置および表面検査方法
WO2009125805A1 (ja) * 2008-04-09 2009-10-15 株式会社ニコン 表面検査方法および表面検査装置
JP5012651B2 (ja) 2008-05-14 2012-08-29 東京エレクトロン株式会社 塗布装置、塗布方法、塗布、現像装置及び記憶媒体
CN102203589B (zh) 2008-11-10 2013-06-19 株式会社尼康 评估装置及评估方法
JP2010153407A (ja) * 2008-12-23 2010-07-08 Nikon Corp 清掃方法及び装置、並びに露光方法及び装置
JP5434353B2 (ja) 2009-08-06 2014-03-05 株式会社ニコン 表面検査装置および表面検査方法
CN102884609B (zh) * 2010-04-30 2016-04-13 株式会社尼康 检查装置及检查方法
KR101885392B1 (ko) * 2010-10-26 2018-08-03 가부시키가이샤 니콘 검사 장치, 검사 방법, 노광 방법, 및 반도체 디바이스의 제조 방법
WO2012081587A1 (ja) 2010-12-14 2012-06-21 株式会社ニコン 検査方法、検査装置、露光管理方法、露光システムおよび半導体デバイス
US9653367B2 (en) * 2015-06-29 2017-05-16 Globalfoundries Inc. Methods including a processing of wafers and spin coating tool

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1140476A (ja) * 1997-07-18 1999-02-12 Nikon Corp 露光条件選択方法、及び該方法で使用される検査装置
JP2002289503A (ja) 2001-03-27 2002-10-04 Toshiba Corp フォーカスモニタ方法及び露光装置
JP2007304054A (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Nikon Corp 表面検査方法及び表面検査装置

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