KR20140104468A - 측정 장치, 측정 방법 및 반도체 디바이스 제조 방법 - Google Patents

측정 장치, 측정 방법 및 반도체 디바이스 제조 방법 Download PDF

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KR20140104468A
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Abstract

웨이퍼 위에 형성되는 디바이스의 패턴으로부터, 패턴이 노광되었을 때의 포커스 상태를 계측할 수 있는 장치를 제공한다. 노광에 의해 형성된 패턴을 표면에 갖는 웨이퍼(10)를 조명광으로 조명하는 조명계(20)와, 웨이퍼(10)의 표면에 형성된 패턴에 의해 변조된 조명광을 검출하여 검출 신호를 출력하는 수광계(30) 및 촬상 장치(35)와, 웨이퍼(10)의 표면 위의 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을, 그 패턴의 복수의 부분에서 검출된 검출 신호를 이용하여 측정하는 검사부(42)를 구비한다.

Description

측정 장치, 측정 방법 및 반도체 디바이스 제조 방법{MEASUREMENT DEVICE, MEASUREMENT METHOD, AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 기판 위에 소정 영역마다 노광된 패턴의 노광 조건을 측정하는 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다. 또한, 이와 같은 측정 방법을 이용한 반도체 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
스텝 앤드 스캔 방식으로 대표되는 노광 장치에 있어서는, 포커스(웨이퍼면 위에서의 패턴의 합초(合焦) 상태)의 관리가 매우 중요하다. 그래서, 생산에 앞서 테스트 노광 등을 행하여, 노광 장치에 의해 웨이퍼 위에 투영되는 패턴(반도체 회로 패턴) 상면(像面)과, 웨이퍼의 노광면(레지스트나 탑코트 처리가 된 면)이 일치하도록 조정되고 있다. 노광 장치의 포커스의 상태를 계측하려면, 예컨대, 전용 마스크(레티클)를 이용하여 테스트 패턴을 노광ㆍ현상하고, 얻어진 테스트 패턴의 위치 어긋남으로부터 포커스 오프셋량을 계측하는 방법이 알려져 있다(예컨대, 특허 문헌 1을 참조).
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 미국 특허 공개 번호 2002/0100012
그런데, 포커스 오프셋을 구하는 전용 패턴과 실제의 패턴에서는 선폭이나 형상이 상이한 경우가 있고, 전용 패턴으로 구한 포커스 오프셋(포커스 상태)과 실제의 패턴(반도체 회로 패턴)의 포커스 오프셋 상태가 상이하다고 하는 과제가 있었다. 또한, 디바이스에 따라서는, 하나의 칩 내에 많은 상이한 기능의 부분이 있는 경우가 있고, 전용 패턴으로부터 구한 포커스 오프셋과 실제의 패턴의 포커스 오프셋에서 괴리가 발생하기 쉽다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 웨이퍼에 투영되는 디바이스의 패턴의 포커스 상태를 계측할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적 달성을 위해, 본 발명에 따른 측정 장치는, 노광에 의해 형성된 패턴을 표면에 갖는 기판을 조명광으로 조명하는 조명부와, 상기 패턴에 의해 변조된 조명광을 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출부와, 소망하는 부분의 상기 패턴의 노광 조건을, 그 패턴의 복수의 부분에서 검출된 검출 신호를 이용하여 측정하는 측정부를 구비한다.
또, 상기 구성의 측정 장치에 있어서, 상기 측정부는, 상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을, 상기 소망하는 부분을 포함하는 복수의 부분에서 검출된 검출 신호를 이용하여 측정하도록 구성되더라도 좋다.
또한, 상기 구성의 측정 장치에 있어서, 상기 측정부는, 상기 소망하는 부분의 주위의 부분에서 검출된 검출 신호로부터, 상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을 측정하도록 구성되더라도 좋다.
또한, 상기 구성의 측정 장치에 있어서, 상기 측정부는, 상기 소망하는 부분에서 검출된 검출 신호와, 그 소망하는 부분 이외의 부분에서 검출된 검출 신호로부터 구하여진 그 소망하는 부분에 대응하는 신호로부터, 그 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을 측정하도록 구성되더라도 좋다.
또한, 상기 구성의 측정 장치에 있어서, 상기 측정부는, 상기 소망하는 부분의 주위의 부분에서 검출된 신호로부터, 상기 소망하는 부분에 대응하는 검출 신호를 보간에 의해 구하도록 구성되더라도 좋다.
또한, 상기 구성의 측정 장치에 있어서, 상기 측정부는, 상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을, 상기 소망하는 부분과, 상기 소망하는 부분의 주위의 부분으로서, 상기 소망하는 부분과 상관이 있는 부분에서 검출된 검출 신호를 이용하여 측정하도록 구성되더라도 좋다.
또한, 상기 구성의 측정 장치에 있어서, 상기 변조된 조명광을 검출하는 검출 조건이, 상기 부분마다 설정되도록 구성되더라도 좋다.
또한, 상기 구성의 측정 장치에 있어서, 상기 검출부는, 상기 패턴에 의한 회절 또는 편광에 근거하는 변조를 검출하도록 구성되더라도 좋다.
또한, 상기 구성의 측정 장치에 있어서, 복수의 노광 조건으로 형성된 패턴에서 검출되는 검출 신호를 미리 기억한 기억부를 더 갖고, 상기 측정부는, 상기 기억부에 기억된 검출 신호와 상기 검출부에서 검출된 검출 신호를 비교하여 상기 표면 위의 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을 측정하도록 구성되더라도 좋다.
또한, 상기 구성의 측정 장치에 있어서, 상기 측정부에서 측정되는 상기 노광 조건은, 상기 노광에 있어서의 포커스 상태와 노광량 중 적어도 한쪽이더라도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 측정 방법은, 노광에 의해 형성된 패턴을 표면에 갖는 기판을 조명광으로 조명하고, 상기 패턴에 의해 변조된 조명광을 검출하여 검출 신호를 출력하고, 소망하는 부분의 상기 패턴의 노광 조건을, 그 패턴의 복수의 부분에서 검출된 검출 신호를 이용하여 측정하도록 되어 있다.
또, 상기 측정 방법에 있어서, 상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을, 상기 소망하는 부분을 포함하는 복수의 부분에서 검출된 검출 신호를 이용하여 측정하도록 하더라도 좋다.
또한, 상기 측정 방법에 있어서, 상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을, 상기 소망하는 부분에서 검출된 검출 신호와, 그 소망하는 부분 이외의 부분에서 검출된 검출 신호로부터 구하여진 그 소망하는 부분에 대응하는 신호로부터 측정하도록 하더라도 좋다.
또한, 상기 측정 방법에 있어서, 상기 소망하는 부분의 주위의 부분 영역에서 검출된 검출 신호로부터 상기 소망하는 부분에 대응하는 신호를 구하여, 상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을 측정하도록 하더라도 좋다.
또한, 상기 측정 방법에 있어서, 상기 소망하는 부분의 주위의 부분에서 검출된 신호로부터, 상기 소망하는 부분에 대응하는 검출 신호를 보간에 의해 구하도록 하더라도 좋다.
또한, 상기 측정 방법에 있어서, 상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을, 상기 소망하는 부분에서 검출된 검출 신호와, 그 소망하는 부분 이외의 부분으로서, 상기 소망하는 부분과 상관이 있는 부분에서 검출된 검출 신호로부터 구하여진 그 소망하는 부분에 대응하는 신호로부터 측정하도록 하더라도 좋다.
또한, 상기 측정 방법에 있어서, 상기 변조된 조명광을 검출하는 검출 조건이, 상기 부분마다 설정되도록 하더라도 좋다.
또한, 상기 측정 방법에 있어서, 상기 검출은, 상기 패턴에 의한 회절 또는 편광에 근거하는 변조를 검출하도록 하더라도 좋다.
또한, 상기 측정 방법에 있어서, 복수의 노광 조건으로 형성된 패턴에서 검출되는 검출 신호를 미리 기억하고, 상기 기억된 검출 신호와 상기 검출된 검출 신호를 비교하여 상기 표면 위의 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을 측정하도록 하더라도 좋다.
또한, 상기 측정 방법에 있어서, 상기 측정되는 상기 노광 조건은, 상기 노광에 있어서의 포커스 상태와 노광량 중 적어도 한쪽이더라도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조 방법은, 기판의 표면에 패턴을 노광하는 리소그래피 공정을 갖고, 상기 노광 후에, 본 발명에 따른 측정 방법을 이용하여, 상기 패턴이 마련된 기판에 대한 상기 노광시의 노광 조건을 측정하고, 그 측정된 노광 조건에 근거하여 노광 조건을 수정하고, 수정된 노광 조건으로 기판의 표면에 패턴을 노광하도록 되어 있다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼 위에 형성되는 디바이스의 패턴으로부터 패턴이 노광되었을 때의 포커스 상태를 계측할 수 있다.
도 1은 표면 검사 장치의 개요 구성도이다.
도 2는 표면 검사 장치의 광로상에 편광 필터가 삽입된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 반도체 웨이퍼의 표면의 외관도이다.
도 4는 1개의 샷 내의 반복 패턴의 배치 구성을 설명하는 평면도이다.
도 5는 반복 패턴의 요철 구조를 설명하는 사시도이다.
도 6은 직선 편광의 입사면과 반복 패턴의 반복 방향의 기울기 상태를 설명하는 도면이다.
도 7은 노광 장치의 상면의 기울기를 구하는 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 8은 조건 할당 웨이퍼에서 설정한 포커스 오프셋량을 나타내는 표이다.
도 9는 조건 할당 웨이퍼의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 포커스 커브의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 포커스 커브와 베스트 포커스의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 샷 내에 있어서의 포커스 오프셋량의 분포를 나타내는 도면이다.
도 13은 노광 장치에 의한 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법을 나타내는 플로차트이다(제 1 실시형태).
도 14는 상이한 조건으로 촬상 취득한 조건 할당 웨이퍼의 회절 화상 및 포커스 커브를 나타내는 도면이다.
도 15는 상이한 조건으로 촬상 취득한 웨이퍼의 회절 화상으로부터 포커스 오프셋량을 구하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 16은 포커스 커브와 신호 강도 측정치의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17은 웨이퍼의 표면에 대한 포커스의 변동 상태를 나타내는 도면이다.
도 18은 노광 장치에 의한 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법을 나타내는 플로차트이다(제 2 실시형태).
도 19는 선형 보간의 계산식의 일례를 나타내는 도면이다.
도 20은 1개의 샷 내의 반복 패턴의 배치 구성을 설명하는 평면도이다(제 2 실시형태).
도 21은 노광 장치에 의한 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법을 나타내는 플로차트이다(제 3 실시형태).
도 22는 1개의 샷 내의 반복 패턴의 배치 구성을 설명하는 평면도이다(제 4 실시형태).
도 23은 노광 장치에 의한 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법을 나타내는 플로차트이다(제 4 실시형태).
도 24는 도 23의 플로차트에 있어서의 단계 S506의 샷 분할 방법의 구체적인 예를 나타내는 플로차트이다.
도 25는 도 24에 나타내는 샷 분할 방법의 변형예를 나타내는 플로차트이다.
도 26은 노광 장치에 의한 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법을 나타내는 플로차트이다(제 5 실시형태).
도 27은 노광 시스템의 개요 구성도이다.
도 28은 반도체 디바이스 제조 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 29는 리소그래피 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 30은 현미경 장치의 개요 구성도이다.
도 31은 현미경 장치의 광로상으로부터 편광자 및 검광자가 발거(拔去)되고, 웨이퍼 틸트 기구를 구비한 구성을 나타내는 도면이다.
도 32는 조명계 경사각 T와 틸트각 θ의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1에는, 본 발명에 따른 측정 장치의 기능을 구비하는 표면 검사 장치(1)를 나타내고 있고, 우선, 이 도 1을 참조하여 표면 검사 장치(1)의 개략 구성에 대하여 설명한다.
표면 검사 장치(1)는, 도시하지 않는 반송 장치에 의해 반송되어 오는 대략 원반형의 반도체 웨이퍼(10)(이하, 웨이퍼(10)로 칭한다)를 진공 흡착에 의해 지지하는 스테이지(5)를 갖고 구성된다. 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 지지하도록 되어 있다. 이 회전에 의한 웨이퍼의 방향을, 편의적으로 웨이퍼 방위 각도(노치 또는 오리엔테이션 플랫을 기준으로 한 각도)로 칭하기로 한다. 또한, 스테이지(5)는, 웨이퍼(10)를 지지하는 지지면 또는 지지면과 평행한 면을 지나는 축을 중심으로, 웨이퍼(10)를 틸트(기울어 움직이게 함)시키는 것이 가능하고, 조명광의 입사각을 조정할 수 있도록 되어 있다.
표면 검사 장치(1)는, 또한, 스테이지(5)에 지지된 웨이퍼(10)의 표면 전면에 조명광을 평행광으로서 조사하는 조명계(20)와, 조명광의 조사를 받았을 때의 웨이퍼(10)의 전면으로부터의 정반사광이나 회절광ㆍ산란광 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)와, 검사부(42)와, 기억부(45)와, 화상 표시 장치(46)와, 주 제어부(50)와, 주 제어부(50)에 접속된 하드웨어 제어부(55)를 갖고 구성된다.
조명계(20)는, 조명광을 사출하는 조명 유닛(21)과, 조명 유닛(21)으로부터 사출된 조명광을 웨이퍼(10)의 표면을 향해서 반사시키는 조명측 요면경(25)을 갖고 구성된다. 조명 유닛(21)은, 메탈핼라이드 램프나 수은 램프 등의 광원부(22)와, 광원부(22)로부터의 광 중 소정의 파장을 갖는 광을 추출하여(선택적으로 투과시켜) 강도를 조절하는 조광부(23)와, 조광부(23)로부터의 광을 조명광으로서 조명측 요면경(25)에 유도하는 도광 파이버(24)를 갖고 구성된다. 주 제어부(50)는, 하드웨어 제어부(55)를 통해서 광원부(22)와 조광부(23)를 제어한다.
광원부(22)로부터 사출된 광은, 조광부(23)를 통과하여, 소정의 파장(예컨대, 248㎚의 파장)을 갖는 소정의 강도의 조명광으로 조절된다. 그리고, 그 조명광은, 도광 파이버(24)로부터 조명측 요면경(25)에 사출되고, 도광 파이버(24)의 사출부가 조명측 요면경(25)의 초점면에 배치되어 있기 때문에, 조명측 요면경(25)에 의해 평행 광속이 되어 스테이지(5)에 지지된 웨이퍼(10)의 표면에 조사된다. 또, 조명측 요면경(25)과 후술하는 수광측 요면경(31)은 고정되어 있지만, 웨이퍼(10)에 대한 조명광의 입사각과 출사각의 관계는, 스테이지(5)를 틸트(기울어 움직이게 함)시켜 웨이퍼(10)의 탑재 각도(지지 각도)를 변화시키는 것에 의해 조정 가능하다.
도광 파이버(24)와 조명측 요면경(25)의 사이에는, 조명측 편광 필터(26)가 광로상에 꽂고 뺄 수 있게 마련되어 있고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 조명측 편광 필터(26)를 광로상으로부터 발거한 상태에서 회절광을 이용한 검사(이하, 편의적으로 회절 검사라고 칭한다)가 행해진다. 한편, 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 검사라고 칭한다)가 행해지도록 되어 있다(조명측 편광 필터(26)의 상세한 것에 대해서는 후술한다).
조명계(20)에 의해 조명광이 조사된 웨이퍼(10)의 표면으로부터의 출사광(회절광 또는 정반사광ㆍ산란광)은, 수광계(30)에 의해 집광된다. 수광계(30)는, 스테이지(5)에 대향하여 배치된 수광측 요면경(31)을 갖고 구성된다. 수광측 요면경(31)에 의해 집광된 출사광(회절광 또는 정반사광ㆍ산란광)은, 촬상 장치(35)의 촬상면 위에 도달하여, 웨이퍼(10)의 상이 결상된다.
수광측 요면경(31)과 촬상 장치(35)의 사이에는, 수광측 편광 필터(32)가 광로상에 꽂고 뺄 수 있게 마련되어 있고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 수광측 편광 필터(32)를 광로상으로부터 발거한 상태에서 회절 검사가 행해진다. 한편, 도 2에 나타내는 바와 같이, 수광측 편광 필터(32)를 광로상에 삽입한 상태에서 PER 검사가 행해지도록 되어 있다(수광측 편광 필터(32)의 상세한 것에 대해서는 후술한다).
촬상 장치(35)는, 촬상면 위에 형성된 웨이퍼(10)의 표면의 상을 광전 변환하여 화상 신호(디지털 화상 데이터)를 생성하고, 주 제어부(50)에 보낸다. 주 제어부(50)는, 촬상 장치(35)로부터 웨이퍼(10)의 표면의 상의 화상 신호를 받고, 그 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)에서 생성된 웨이퍼(10)의 디지털 화상은, 주 제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보내진다. 검사부(42)는, 주 제어부(50)(화상 처리부(40))로부터 보내져 온 웨이퍼(10)의 화상 데이터와, 기억부(45)에 미리 기억되어 있는 양품 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하여, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 결함(이상)의 유무를 검사한다. 그리고, 검사부(42)에 의한 검사 결과 및 그때의 웨이퍼(10)의 화상이, 화상 표시 장치(46)에서 출력 표시됨과 아울러, 기억부(45)에 보내져 기억된다.
또한, 검사부(42)는, 웨이퍼의 화상을 이용하여 노광 장치(101)에 의한 노광시의 포커스 상태를 구할 수 있도록 되어 있다(자세한 것은 후술한다). 또, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 결함의 유무의 검사가, 웨이퍼(10)의 기초층의 영향을 받기 쉬운 경우는, 조명계(20)에 조명측 편광 필터(26)를 조명광이 s 편광이 되도록 배치하고, s 편광으로 조명하는 것에 의해, 기초층의 영향을 저감할 수 있다. 또, 이 경우도 수광측 편광 필터(32)는 광로로부터 발거하여 둔다.
그런데, 웨이퍼(10)는, 노광 장치(101)에 의해 최상층의 레지스트막에 대하여 소정의 마스크 패턴이 투영 노광되고, 현상 장치(도시하지 않음)에 의한 현상 후, 도시하지 않는 반송 장치에 의해, 도시하지 않는 웨이퍼 카세트 또는 현상 장치로부터 스테이지(5) 위에 반송된다. 이때, 웨이퍼(10)는, 웨이퍼(10)의 패턴 또는 외연부(노치나 오리엔테이션 플랫 등)를 기준으로 하여 얼라인먼트가 행해진 상태에서, 스테이지(5) 위에 반송된다.
웨이퍼(10)의 표면에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 칩 영역(11)이 종횡으로(도 3에 있어서의 XY 방향으로) 배열되고, 각 칩 영역(11) 내에는, 반도체 패턴으로서 라인 패턴 또는 홀 패턴 등의 반복 패턴(12)이 형성되어 있다. 반복 패턴(12)은, 일례로서 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 한 종류 또는 복수 종류의 반복 패턴으로 구성되는 제 1 패턴 영역 A와, 이 제 1 패턴 영역 A와는 반복 패턴의 구성이 상이한 제 2 패턴 영역 B를 갖고 구성되어 있다. 웨이퍼(10)에 형성되는 디바이스는, 표면에 형성되는 패턴의 면적이 작고, 또한 패턴의 구성이 상이한 영역이 복수 존재하는 로직 디바이스이다.
또, 노광의 한 샷에는, 복수의 칩 영역이 포함되는 일이 많지만, 도 3에서는 알기 쉽게 하기 위해 한 칩을 한 샷으로 하고 있다. 표면 검사 장치(1)에 있어서는, 조명 및 수광은 전면 일괄하여 행해지는 것에 의해 처리 속도가 향상되지만, 한 샷 또는 그것보다 작은 범위를 대상으로 하여 조명 및 수광을 행할 수도 있다.
노광 장치(101)는, 전술한 스텝 앤드 스캔 방식의 노광 장치이고, 케이블 등을 거쳐서 본 실시형태의 표면 검사 장치(1)의 신호 출력부(60)와 전기적으로 접속되고, 표면 검사 장치(1)로부터의 데이터(신호)에 근거하여 노광 제어의 조정을 가능하게 구성되어 있다.
이상과 같이 구성되는 표면 검사 장치(1)를 이용하여, 웨이퍼(10)의 표면의 회절 검사를 행하려면, 우선, 도 1에 나타내는 바와 같이 조명측 편광 필터(26) 및 수광측 편광 필터(32)를 광로상으로부터 발거하고, 도시하지 않는 반송 장치에 의해, 웨이퍼(10)를 스테이지(5) 위에 반송한다. 또, 반송의 도중에 도시하지 않는 얼라인먼트 기구에 의해 웨이퍼(10)의 표면에 형성되어 있는 패턴의 위치 정보를 취득하고 있어, 웨이퍼(10)를 스테이지(5) 위의 소정의 위치에 소정의 방향으로 탑재할 수 있다.
다음으로, 웨이퍼(10)의 표면 위에 있어서의 조명 방향과 패턴의 반복 방향이 일치(라인 패턴의 경우, 라인에 대하여 직교)하도록 스테이지(5)를 회전시킨다. 또한, 패턴의 피치를 P로 하고, 웨이퍼(10)의 표면에 조사하는 조명광의 파장을 λ로 하고, 조명광의 입사각을 θ1로 하고, n차 회절광의 출사각을 θ2로 했을 때, 호이겐스의 원리로부터, 다음의 수학식을 만족하도록 설정을 행한다(스테이지(5)를 틸트시킨다).
Figure pct00001
다음으로, 조명계(20)에 의해 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사한다. 이와 같은 조건으로 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사할 때, 조명 유닛(21)에 있어서의 광원부(22)로부터 사출된 광은, 조광부(23)를 통과하여 소정의 파장(예컨대, 248㎚의 파장)을 갖는 소정의 강도의 조명광으로 조정된다. 그리고, 그 조명광이 도광 파이버(24)로부터 조명측 요면경(25)에 사출되고, 조명측 요면경(25)에서 반사된 조명광이 평행 광속이 되어 웨이퍼(10)의 표면에 조사된다. 웨이퍼(10)의 표면에서 회절된 회절광은, 수광측 요면경(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면 위에 도달하여, 웨이퍼(10)의 상(회절상)이 결상된다. 웨이퍼 방위 각도, 조명 파장, 조명 각도(입사 각도), 사출 각도, 회절 차수 등의 조합으로 정해지는 회절광의 조건을 「회절 조건」이라고 칭한다.
그래서, 촬상 장치(35)는, 촬상면 위에 형성된 웨이퍼(10)의 표면의 상을 광전 변환하여 화상 신호를 생성하고, 그 화상 신호를 주 제어부(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, 회절광에 근거하는 웨이퍼(10)의 디지털 화상을 편의적으로 「회절 화상」이라고 칭한다)을 생성한다. 또한, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 생성하면, 그 회절 화상을 주 제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보낸다. 검사부(42)는, 웨이퍼(10)의 회절 화상 데이터와, 기억부(45)에 미리 기억되어 있는 양품 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하여, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 결함(이상)의 유무를 검사한다. 그리고, 화상 처리부(40) 및 검사부(42)에 의한 검사 결과 및 그때의 웨이퍼(10)의 회절 화상이, 화상 표시 장치(46)에서 출력 표시됨과 아울러, 기억부(45)에 기억된다. 또, 양품 웨이퍼의 회절 화상의 신호 강도(휘도치)는, 가장 높은 신호 강도(휘도치)를 나타내는 경우가 많기 때문에, 예컨대, 양품 웨이퍼와 비교한 신호 강도의 변화(휘도 변화)가 미리 정해진 임계치(허용치)보다 크면 「이상」이라고 판정하고, 임계치보다 작으면 「정상」이라고 판단한다.
다음으로, 표면 검사 장치(1)에 의해 웨이퍼(10)의 표면의 PER 검사를 행하는 경우에 대하여 설명한다. 또, 여기서는 반복 패턴(12)이, 도 5에 나타내는 바와 같이, 복수의 라인부(2A)가 그 짧은 방향(X 방향)을 따라서 일정한 피치(간격) 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)에 있어서의 라인부(2A)의 선폭 DA의 설계치를 피치 P의 1/2로 한다. 설계치대로 반복 패턴(12)이 형성된 경우, 라인부(2A)의 선폭 DA와 스페이스부(2B)의 선폭 DB는 동일해지고, 라인부(2A)와 스페이스부(2B)의 체적비는 대략 1:1이 된다. 이것에 비하여, 반복 패턴(12)을 형성할 때의 노광 포커스가 적정치로부터 벗어나면, 피치 P는 변하지 않지만, 라인부(2A)의 선폭 DA가 설계치와 달라져 버리는 것과 아울러, 스페이스부(2B)의 선폭 DB와도 달라져 버린다. 그 때문에, 라인부(2A)와 스페이스부(2B)의 체적비가 대략 1:1로부터 벗어난다.
PER 검사는, 상기와 같은 반복 패턴(12)에 있어서의 라인부(2A)와 스페이스부(2B)의 체적비의 변화를 이용하여, 반복 패턴(12)의 이상 검사를 행하는 것이다. 또, 설명을 간단하게 하기 위해, 이상적인 체적비(설계치)를 1:1로 한다. 체적비의 변화는, 노광 포커스의 적정치로부터의 벗어남에 기인하여 나타난다. 또, 체적비를 단면 형상의 면적비라고 바꿔 말할 수도 있다.
PER 검사에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 조명측 편광 필터(26) 및 수광측 편광 필터(32)가 광로상에 삽입된다. PER 검사를 행할 때, 스테이지(5)는, 조명광이 조사된 웨이퍼(10)로부터의 정반사광을 수광계(30)에서 수광할 수 있는 경사 각도로 웨이퍼(10)를 틸트시킨다. 또한, 스테이지(5)는, 소정의 회전 위치에서 정지하고, 웨이퍼(10)에 있어서의 반복 패턴(12)의 반복 방향을, 도 6에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 조명광(직선 편광 L)의 진동 방향에 대하여, 45도만큼 경사가 되도록 지지한다. 이것은, 반복 패턴(12)의 검사의 광량을 가장 높게 하기 위해서이다. 또한, 22.5도나 67.5도로 하면 검사의 감도가 높아진다. 또, 각도는 이것들로 한정되지 않고, 임의 각도 방향으로 설정 가능하다.
조명측 편광 필터(26)는, 도광 파이버(24)와 조명측 요면경(25)의 사이에 배치되고, 그 투과축(필터를 통과할 수 있는 편광의 전장의 진동 방향)이 소정의 방위로 설정되고, 투과축에 따라 조명 유닛(21)으로부터의 광으로부터 직선 편광을 추출한다. 이때, 도광 파이버(24)의 사출부가 조명측 요면경(25)의 초점 위치에 배치되어 있기 때문에, 조명측 요면경(25)은, 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 요면경(25)을 거쳐서 p 편광의 직선 편광 L(도 6을 참조)이 되어, 조명광으로서 웨이퍼(10)의 표면 전체에 조사된다.
이때, 직선 편광 L의 진행 방향(웨이퍼(10)의 표면 위의 임의의 점에 도달하는 직선 편광 L의 주 광선의 방향)은 광축에 대략 평행한 것으로부터, 웨이퍼(10)의 각 점에 있어서의 직선 편광 L의 입사 각도는, 평행 광속이기 때문에 서로 동일하게 된다. 또한, 웨이퍼(10)에 입사하는 직선 편광 L이 p 편광이기 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 반복 패턴(12)의 반복 방향이 직선 편광 L의 입사면(웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 직선 편광 L의 진행 방향)에 대하여 45도의 각도로 설정된 경우, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 직선 편광 L의 진동 방향과 반복 패턴(12)의 반복 방향이 이루는 각도도, 45도로 설정된다. 바꿔 말하면, 직선 편광 L은, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 직선 편광 L의 진동 방향이 반복 패턴(12)의 반복 방향에 대하여 45도 기운 상태에서, 반복 패턴(12)을 비스듬하게 가로지르도록 하여 반복 패턴(12)에 입사하게 된다.
웨이퍼(10)의 표면에서 반사된 정반사광은, 수광계(30)의 수광측 요면경(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면 위에 도달하지만, 반복 패턴(12)에서 반사될 때, 반복 패턴(12)에서의 구조성 복굴절에 의해 직선 편광 L의 편광 상태가 변화한다. 수광측 편광 필터(32)는, 수광측 요면경(31)과 촬상 장치(35)의 사이에 배치된다. 수광측 편광 필터(32)의 투과축의 방위는, 상술한 조명측 편광 필터(26)의 투과축에 대하여 직교하도록 설정되어 있다(직교 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(예컨대, s 편광의 성분)을 통과시켜, 촬상 장치(35)에 유도할 수 있다. 그 결과, 촬상 장치(35)의 촬상면에는, 웨이퍼(10)로부터의 정반사광 중 직선 편광 L에 대하여 진동 방향이 대략 직각인 편광 성분에 의한 웨이퍼(10)의 반사상이 형성된다. 또, 수광측 편광 필터(32)를 광축을 중심으로 회전 가능하게 하고, 타원 편광화한 정반사광의 짧은 축 방향과 수광측 편광 필터(32)의 투과축을 맞추도록 조정하는 것에 의해, 감도를 향상시킬 수 있다. 이 경우도 조정 각도는 몇 번이고, 대략 직교의 범주이다.
표면 검사 장치(1)에 의해 웨이퍼(10)의 표면의 PER 검사를 행하려면, 우선, 도 2에 나타내는 바와 같이 조명측 편광 필터(26) 및 수광측 편광 필터(32)를 광로상에 삽입하고, 도시하지 않는 반송 장치에 의해, 웨이퍼(10)를 스테이지(5) 위에 반송한다. 또, 반송의 도중에 도시하지 않는 얼라인먼트 기구에 의해 웨이퍼(10)의 표면에 형성되어 있는 패턴의 위치 정보를 취득하고 있어, 웨이퍼(10)를 스테이지(5) 위의 소정의 위치에 소정의 방향으로 탑재할 수 있다. 또한 이때, 스테이지(5)는, 조명광이 조사된 웨이퍼(10)로부터의 정반사광을 수광계(30)에서 수광할 수 있는 경사 각도로 웨이퍼(10)를 틸트시킨다. 또한, 스테이지(5)는, 소정의 회전 위치에서 정지하고, 웨이퍼(10)에 있어서의 반복 패턴(12)의 반복 방향을, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 조명광(직선 편광 L)의 진동 방향에 대하여, 45도만큼 경사가 되도록 지지한다.
다음으로, 조명계(20)에 의해 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사한다. 이와 같은 조건으로 조명광을 웨이퍼(10)의 표면에 조사할 때, 조명 유닛(21)의 도광 파이버(24)로부터 사출된 광은, 조명측 편광 필터(26) 및 조명측 요면경(25)을 거쳐서 p 편광의 직선 편광 L이 되어, 조명광으로서 웨이퍼(10)의 표면 전체에 조사된다. 웨이퍼(10)의 표면에서 반사된 정반사광은, 수광측 요면경(31)에 의해 집광되어 촬상 장치(35)의 촬상면 위에 도달하고, 웨이퍼(10)의 상(반사상)이 결상된다.
이때, 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 통과시켜(즉, 직선 편광 L의 편광 상태의 변화를 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, 촬상면 위에 형성된 웨이퍼(10)의 표면의 상(반사상)을 광전 변환하여 화상 신호(디지털 화상 데이터)를 생성하고, 그 화상 신호를 주 제어부(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 화상」이라고 칭한다)을 생성한다. 또한, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼(10)의 편광 화상을 생성하면, 그 편광 화상을 주 제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보낸다. 검사부(42)는, 웨이퍼(10)의 편광 화상 데이터와, 기억부(45)에 미리 기억되어 있는 양품 웨이퍼의 화상 데이터를 비교하여, 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 결함(이상)의 유무를 검사한다. 그리고, 화상 처리부(40) 및 검사부(42)에 의한 검사 결과 및 그때의 웨이퍼(10)의 편광 화상이, 화상 표시 장치(46)에서 출력 표시됨과 아울러, 기억부(45)에 기억된다. 또, 양품 웨이퍼의 반사 화상의 신호 강도(휘도치)는, 가장 높은 신호 강도(휘도치)를 나타내는 것으로 생각되기 때문에, 예컨대, 양품 웨이퍼와 비교한 신호 강도의 변화(휘도 변화)가 미리 정해진 임계치(허용치)보다 크면 「이상」이라고 판정하고, 임계치보다 작으면 「정상」이라고 판단한다.
또, 신호 강도란, 반사 효율, 강도비, 에너지비 등, 촬상 장치(35)의 촬상 소자에서 검출되는 광에 따른 신호 강도이다. 또한, 상술한 회절 검사 및 PER 검사로 한정되지 않고, 웨이퍼(10) 표면으로부터의 정반사광에 근거하는 검사(이하, 편의적으로 「정반사 검사」라고 칭한다)를 행하는 것도 가능하다. 정반사 검사를 행하는 경우, 화상 처리부(40)는, 웨이퍼(10)의 표면으로부터의 정반사광에 근거하는 디지털 화상(이하, 편의적으로 「정반사 화상」이라고 칭한다)을 생성하고, 그 정반사 화상에 근거하여 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 결함(이상)의 유무를 검사한다.
또한, 검사부(42)는, 노광 장치(101)의 포커스 오프셋량을 샷마다 변화시킨 조건으로 노광하여 현상한 웨이퍼의 화상을 이용하여, 노광 장치(101)의 회절광에 의한 포커스 커브(포커스 오프셋량과 신호 강도의 관계를 나타내는 커브)를 구할 수 있다. 이 포커스 커브를 이용하여, 1개의 샷 내의 미소 영역마다 회절광의 신호 강도가 극대가 되는 포커스 오프셋량을 구하도록 하면, 노광 장치(101)에 의해 투영 노광되는 마스크 패턴의 상면의 기울기를 구할 수 있다. 또, 회절광의 경우, 라인 앤드 스페이스의 듀티비를 라인이 1에 대하여 스페이스가 10 이상으로 하면, 신호 강도가 극대가 되는 포커스 오프셋량이 베스트 포커스가 된다.
그래서, 노광 장치(101)에 의해 투영 노광되는 마스크 패턴의 상면의 기울기를 구하는 방법에 대하여, 도 7에 나타내는 플로차트를 참조하면서 설명한다. 우선, 노광 장치(101)의 포커스 오프셋량(기지)을 변화시켜 반복 패턴을 형성한 웨이퍼를 작성한다(단계 S101). 이때, 도 8에 나타내는 바와 같이, 노광 샷마다 포커스 오프셋량을 변화시키면서, 동일한 포커스 오프셋량의 샷(도 8에 있어서의 동일한 번호의 샷)을 웨이퍼 위의 상이한 위치로 설정하여 노광하고 현상한다. 이하, 이와 같은 웨이퍼를, 조건 할당 웨이퍼(10a)라고 칭하기로 한다.
여기서, 동일한 포커스 오프셋량의 샷을 웨이퍼 위의 상이한 위치에 설정하는 것은, 예컨대, 웨이퍼의 중앙측과 외주측의 사이에 발생하는 레지스트 조건의 상위나, 스캔 노광시의 이른바 좌우차 등의 영향을 상쇄할 목적으로 행한다. 또, 웨이퍼 위에 형성되는 레지스트막(포토레지스트)은 스핀코트로 도포 형성되는 경우가 많다. 그 경우에는, 레지스트 원액이 스핀에 의해 퍼짐에 따라 용제 성분이 휘발하여 점도가 올라가고, 막이 두꺼워지는 경향이 있어, 웨이퍼의 중앙측과 외주측의 사이에 레지스트 조건의 상위가 발생한다. 또한, 이른바 좌우차란, 예컨대, 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, 예컨대 도 8에 나타내는 바와 같이, 포커스 오프셋량을 25㎚씩 -175㎚~+200㎚의 16단계로 할당하고 있다. 또, 도 8의 각 샷에는, 25㎚씩 할당한 포커스 오프셋량의 단계를 번호(1~16)로 나타내고 있고, 동일한 포커스 오프셋량이고 스캔 방향이 역방향인 경우에는 「'」를 붙이고 있다. 예컨대, 번호 12로 나타낸 포커스 오프셋량의 샷과 같이, 동일한 포커스 오프셋량으로 행하는 노광을, 레티클 이동 X+ 방향/중앙측에서 1샷, 레티클 이동 X+ 방향/외주측에서 1샷, 레티클 이동 X- 방향/중앙측에서 1샷, 레티클 이동 X- 방향/외주측에서 1샷과 같이 4부분 설정할 수 있다. 또한 예컨대, 번호 15로 나타낸 포커스 오프셋량의 샷과 같이, 동일한 포커스 오프셋량으로 행하는 노광을, 조건 할당 웨이퍼(10a)의 중심을 대칭점으로 하여, 레티클 이동 X+ 방향/외주측에서 2샷, 레티클 이동 X- 방향/외주측에서 2샷과 같이 4부분 설정할 수 있다. 도 8의 예에서는, 이와 같이 포커스 오프셋량을 16단계, 각 포커스 오프셋량으로 4샷의 합계 64샷으로, 그것들을 상이한 위치로 설정하여(뿔뿔이 흩어지게 배치하여) 조건 할당 웨이퍼(10a)를 작성하고 있다.
또, 조건 할당 웨이퍼를 복수 매 만들어, 포커스 커브를 구하더라도 좋다. 그 경우, 각 조건 할당 웨이퍼의 포커스 오프셋량마다의 샷 배치는, 포커스 오프셋량 이외의 조건에 의한 영향을 상쇄하도록 설정하는 것이 바람직하다.
조건 할당 웨이퍼(10a)를 작성하면, 상술한 회절 검사의 경우와 마찬가지로 하여, 조건 할당 웨이퍼(10a)를 스테이지(5) 위에 반송한다(단계 S102). 다음으로, 상술한 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, 그 화상 신호를 화상 처리부(40)에 출력한다(단계 S103). 이때, 조건 할당 웨이퍼(10a)에 대하여, 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 각도에서 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 샷마다 화소 단위(각각의 샷의 대응하는 부분의 화소끼리)로 신호 강도의 평균화를 행한다(단계 S104). 또, 회절 검사에 의해 결함이라고 판단된 부분에 대해서는, 전술한 평균화의 대상으로부터 제외한다. 다음으로, 화상 처리부(40)는, 평균화에 의해 얻어진(즉, 서로 포커스 오프셋량이 상이한) 모든 샷에 대하여, 도 9에 나타내는 바와 같이 샷 내에 설정한 복수의 설정 영역 A(작은 직사각형으로 둘러싼 영역)에서의 신호 강도의 평균치(이하, 편의적으로 「평균 휘도」라고 칭한다)를 각각 구한다(단계 S105). 여기까지의 처리로, 노광 샷 내에 복수 마련된 설정 영역 A마다, 포커스 오프셋을 25㎚씩 -175㎚~+200㎚의 16단계로 할당했을 때의 각각에 대하여 평균 휘도가 얻어진다.
다음으로, 화상 처리부(40)는 평균화된 데이터를 주 제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보낸다. 검사부(42)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 평균 휘도를 구한 각 설정 영역 A마다, (서로 포커스 오프셋량이 상이한) 각 샷에 있어서의 동일 위치의 설정 영역 A에서의 평균 휘도와, 이것에 대응하는 포커스 오프셋량의 관계를 나타내는 그래프, 즉 포커스 커브를 구한다(단계 S106). 포커스 커브를 구하면, 검사부(42)는, 포커스 커브의 근사 곡선을 각각 구한다(단계 S107). 또, 근사 곡선의 식에는, 4차식을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 구한 포커스 커브를 「기준 포커스 커브」라고 칭한다.
다음으로, 검사부(42)는, 포커스 커브의 근사 곡선에 있어서 평균 휘도가 극대(즉, 포커스 오프셋량이 -175㎚~+200㎚의 범위에서 최대)가 되는 포커스 오프셋량을 구한다(단계 S108). 예컨대, 도 11(a)에 나타내는 포커스 커브의 경우, 평균 휘도가 극대가 되는 포커스 오프셋량은 2.5㎚가 된다. 또한 예컨대, 도 11(b)에 나타내는 포커스 커브의 경우, 평균 휘도가 극대가 되는 포커스 오프셋량은 -14.5㎚가 된다. 이때, 평균 휘도가 극대가 되는 포커스 오프셋량을 각 설정 영역 A마다 구한다(단계 S109). 이와 같이 하면, 도 12에 나타내는 바와 같이, 샷 내에 있어서의, 회절광의 평균 휘도가 극대가 되는 포커스 오프셋량의 분포를 구할 수 있다.
이와 같이 구한, 샷 내에 있어서의, 회절광의 평균 휘도가 극대가 되는 포커스 오프셋량의 분포에 의해, 노광 장치(101)에 의해 노광되는 슬릿(광)의 긴 변 방향에 있어서의 포커스 오프셋량의 기울기(즉, 상면의 경사량) 및 노광 장치(101)의 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지와의 스캔 방향에 있어서의 포커스 오프셋량의 기울기가 각각 (근사적으로) 구해진다. 또, 회절광의 평균 휘도가 극대가 되는 포커스 오프셋량이 베스트 포커스가 아니더라도, 샷 내의 근사한 패턴 부분을 이용하면, 포커스 오프셋량과 회절광의 평균 휘도의 관계는 동일하고, 상면의 기울기는 각 결상점의 상대 위치 관계이다. 따라서, 평균 휘도의 극대치를 구하는 것에 의해 상면의 기울기가 구해진다. 이와 같이 하여 구한 상면의 기울기는, 예컨대, 상면 만곡률이나 최대 최소치ㆍ대각 방향의 경사 등 노광 장치(101)가 받아들일 수 있는 파라미터로 변환된 후에, 주 제어부(50)로부터 신호 출력부(60)를 거쳐서 노광 장치(101)에 출력되어, 노광 장치(101)에 의한 노광에 반영된다. 또, 본 실시형태에 있어서의 상면의 기울기란, 노광 장치(101)에 있어서의 투영 렌즈에 의한 투영상의 상면 경사와 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 주행 오차에 의한 웨이퍼 위의 포토레지스트층에 대한 종합적인 상면의 기울기이다. 이와 같이, 검사부(42)는 측정 기능도 갖고 있다.
또한, 검사부(42)는, 검사 대상이 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 방법의 제 1 실시형태에 대하여, 도 13에 나타내는 플로차트를 참조하면서 설명한다.
우선, 노광 장치(101)의 포커스 오프셋량 및 도스량(노광량)을 매트릭스 형상으로 변화시켜 반복 패턴을 형성한 조건 할당 웨이퍼(10b)(소위 FEM 웨이퍼)를 작성한다(단계 S201). 이때 형성되는 반복 패턴은, 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 반복 패턴(12)과 동일한 패턴이 형성된다. 즉, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 1종류 또는 복수 종류의 반복 패턴으로 구성되는 제 1 패턴 영역 A와, 이 제 1 패턴 영역 A와는 반복 패턴의 구성이 상이한 제 2 패턴 영역 B를 갖고 구성되는 반복 패턴이 형성된다. 조건 할당 웨이퍼(10b)의 작성은, 예컨대, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 중심의 노광 샷을 베스트 포커스 및 베스트 도스로 하고, 가로 방향으로 늘어서는 노광 샷마다 포커스 오프셋량을 변화시킴과 아울러, 세로 방향으로 늘어서는 노광 샷마다 도스량을 변화시켜 노광하고, 현상한다.
단계 S201에 있어서 조건 할당 웨이퍼(10b)를 작성하면, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상을 촬상 취득한다(단계 S202). 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상을 촬상 취득하려면, 상술한 회절 검사의 경우와 마찬가지로, 우선, 조건 할당 웨이퍼(10b)를 스테이지(5) 위에 반송한다. 그리고, 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. 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. 이때, 웨이퍼의 방위 각도, 조명 파장, 입사각 및 출사각 등의 조합으로 정해지는 복수의 조건에 대하여, 즉, 복수의 회절 조건에 대하여 각각, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상을 촬상 취득한다.
또, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 반복 패턴에, 기초층이 있는 경우나 기초 불균일이 있는 경우, 단파장(예컨대, 248㎚나 313㎚ 등)의 조명광을 사용하면, 기초의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다. 또한, 조명광으로서 s 편광이 얻어지도록, 투과축을 소정의 방위로 설정한 조명측 편광 필터(26)를 광로상에 삽입하더라도, 기초의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다. 또한, s 편광에 의한 회절광만을 수광할 수 있도록, 투과축을 소정의 방위로 설정한 수광측 편광 필터(32)를 광로상에 삽입하더라도, 기초의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다.
단계 S202에 있어서 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상을 촬상 취득하면, 화상 처리부(40)는, 복수의 회절 조건으로 각각 촬상 취득한 복수의 회절 화상을, 반복 패턴에 있어서의 제 1 패턴 영역 A의 회절 신호를 인식한 것과, 제 2 패턴 영역 B의 회절 신호를 인식한 것으로 분류한다(단계 S203). 제 1 및 제 2 패턴 영역 A, B의 위치 정보는 미리 설계치로서 알고 있기 때문에, 그 제 1 및 제 2 패턴 영역 A, B의 위치 정보와, 회절 화상에 있어서 회절 신호 강도가 얻어진 위치 정보를 비교하는 것에 의해, 복수의 회절 화상을 분류할 수 있다. 또, 제 1 패턴 영역 A의 회절 신호를 인식한 회절 화상의 집합을 제 1 화상 그룹 GA, 제 2 패턴 영역 B의 회절 신호를 인식한 회절 화상의 집합을 제 2 화상 그룹 GB라고 칭하기로 한다.
단계 S203에 있어서 회절 화상을 각 화상 그룹으로 분류하면, 화상 처리부(40)는, 제 1 화상 그룹 GA 및 제 2 화상 그룹 GB의 각각에 있어서, 회절 화상마다, 각 샷의 신호 강도를 각각 구한다(단계 S204). 또 이때, 포커스 오프셋량 및 도스량이 동일한 샷 내에서의 신호 강도의 평균치를 구하고, 그 평균치를 각 샷의 신호 강도로 한다. 이것에 의해, 상면의 기울기의 영향을 제거할 수 있다.
다음으로, 화상 처리부(40)는 각 샷의 신호 강도의 평균치를 주 제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보낸다. 검사부(42)는, 제 1 화상 그룹 GA 및 제 2 화상 그룹 GB의 각각에 있어서, 상이한 도스량마다, (서로 도스량이 동일하고 포커스 오프셋량이 상이한) 각 샷의 신호 강도와, 이것에 대응하는 포커스 오프셋량의 관계를 나타내는 그래프, 즉 포커스 커브(상면의 기울기를 계측할 때에 구한 기준 포커스 커브와 구별하기 위해, 이후 「샘플 포커스 커브」라고 칭한다)를 구한다(단계 S205). 이것에 의해, 상이한 도스량마다, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB의 각각에 있어서 복수의 회절 조건의 샘플 포커스 커브를 구할 수 있다. 또한 이때, 상술한 기준 포커스 커브의 경우와 마찬가지로, 샘플 포커스 커브의 근사 곡선을 각각 구한다. 또, 근사 곡선의 식에는, 4차식을 이용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 검사부(42)는, 제 1 화상 그룹 GA 및 제 2 화상 그룹 GB의 각각에 있어서, 복수의 회절 조건의 샘플 포커스 커브 중에서, 노광시의 포커스 상태를 구하는데 사용하는 적어도 2종류의 샘플 포커스 커브를 선택한다(단계 S206). 즉, 제 1 화상 그룹 GA에 있어서 예컨대 3종류의 기준 샘플 포커스 커브, 제 2 화상 그룹 GB에 있어서 3종류의 기준 샘플 포커스 커브, 합계 6종류의 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정한다. 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하려면, 우선, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 포커스 오프셋량의 변화에 감도가 있는(포커스 감도가 높은) 샘플 포커스 커브를 추출한다. 다음으로, 포커스 감도가 높은 샘플 포커스 커브 중에서, 도스량의 변화에 대한 감도가 적고(도스 감도가 낮고) 기초 변화의 영향이 적은 샘플 포커스 커브를 추출한다. 그리고, 포커스 감도가 높고 도스 감도 및 기초 변화의 영향이 낮은 샘플 포커스 커브 중에서, 커브의 피크 또는 바텀의 위치(포커스 오프셋량)가 서로 다른 적어도 2종류(예컨대 3종류)의 샘플 포커스 커브를 기준 샘플 포커스 커브로서 선택 결정한다.
이것에 의해, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB의 각각에 있어서 노광시의 포커스 상태를 구하는데 사용하는 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 구할 수 있다. 이와 같이 하여 구한 기준 샘플 포커스 커브의 일례를 도 14에 나타낸다. 도 14는 3종류의 기준 샘플 포커스 커브 D1~D3과 아울러, 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 14에 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 하더라도 좋다.
단계 S206에 있어서 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하면, 화상 처리부(40)는, 제 1 화상 그룹 GA 및 제 2 화상 그룹 GB의 각각에 있어서 결정한 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 관한 데이터를 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하고, 기억시킨다(단계 S207). 또, 화상 처리부(40)는, 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 한하지 않고, 근사 곡선의 식으로부터 구한 포커스 오프셋량과 신호 강도의 관계를 나타내는 데이터 맵을, 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하고, 기억시키도록 하더라도 좋다.
또, 노광 장치(101)가 복수 있는 경우에는, 동종의 노광 장치(101)이더라도, 장치에 따라서 결상 특성이 상이한 경우가 있기 때문에, 복수의 노광 장치마다 및 조명 조건마다 기준 데이터를 구하고, 기억부(45)에 기억시켜 두는 것이 바람직하다.
단계 S207에 있어서 기준 샘플 포커스 커브에 관한 기준 데이터를 기억부(45)에 기억시키면, 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다(단계 S208). 이때, 제 1 화상 그룹 GA에 있어서 선택한 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 회절 조건에 있어서 각각, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다. 또한, 제 2 화상 그룹 GB에 있어서 선택한 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 회절 조건에 있어서 각각, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다. 예컨대, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB에 있어서 각각 3종류의 기준 샘플 포커스 커브, 합계 6종류의 기준 샘플 포커스 커브를 선택한 경우에는, 해당 6종류의 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 6종류의 회절 조건에 있어서, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다.
단계 S208에 있어서 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득하면, 화상 처리부(40)는, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB에 있어서의 그룹마다, 회절 화상의 화소마다의 신호 강도로부터, 각 화소에 대응하는 영역이 샷 내의 계측 영역인지 여부를 판정하고, 스트리트 등에 해당하는 화소를 계측 대상으로부터 제외한다. 그리고, 화상 처리부(40)는, 회절 화상마다, 소정의 화소수의 신호 강도의 평균치를 구하고 그 평균치를 각 샷의 신호 강도로서 구한다(단계 S209).
다음으로, 화상 처리부(40)는 이들 신호 강도의 평균치의 정보를, 주 제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보낸다. 검사부(42)는, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB에 있어서의 그룹마다, 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상으로부터, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태(이하, 포커스 상태라고도 칭한다)를 구한다(단계 S210). 이때, 기억부(45)에 기억된 기준 데이터(즉, 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식 또는 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 또는 복수의 화소 단위로) 구한다. 제 1 패턴 영역 A로부터는, 도 4에 나타내는 영역 A의 계측 포인트의 포커스 상태가 구해지고, 제 2 패턴 영역 B로부터는, 도 4에 나타내는 영역 B의 계측 포인트의 포커스 상태가 구해진다.
포커스 오프셋량을 구할 때, 기억부(45)에는, 3종류의 회절 조건에 각각 대응한 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식(또는 데이터 맵)이 기억되어 있다. 그 때문에, 동일한 조건으로 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, 포커스 오프셋량의 후보가 복수(조건에 따라서는 1개) 산출된다. 이것에 비하여, 커브의 피크 또는 바텀의 위치(포커스 오프셋량)가 서로 상이한 3종류의 기준 샘플 포커스 커브 D1~D3을 이용하는 것에 의해, 도 15에 나타내는 바와 같이, 산출되는 포커스 오프셋량이 1개로 정해진다. 예컨대, 각 회절 조건에서의 신호 강도와, 이 조건에 대응하는 근사 곡선의 차분 제곱합이 최소가 되는 포커스 오프셋량을 구한다. 또, 상이한 도스량마다 3종류의 기준 샘플 포커스 커브 D1~D3을 각각 준비하여, 차분 제곱합이 최소가 되는 도스량에서의 포커스 오프셋량을 채용하도록 하더라도 좋다. 또한, 커브의 기울기가 상대적으로 큰(즉, 포커스의 변화에 대한 감도가 상대적으로 높은) 조건에서의 신호 강도에 대하여 가중치를 주도록(기여도를 높이도록) 하더라도 좋다. 또한, 차분 제곱합의 최소치가 소정의 값을 넘는 화소에 대해서는, 이상치(異常値)로 하여 그 결과를 채용하지 않도록 하더라도 좋다.
이것에 의해, 포커스 오프셋량을 산출할 수 있고, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 측정하는 것이 가능하게 된다. 또, 도 15는 3종류의 기준 샘플 포커스 커브 D1~D3과 함께, 제 1 기준 샘플 포커스 커브 D1이 얻어지는 회절 조건으로 촬상한 웨이퍼(10)의 회절 화상 H1, 제 2 기준 샘플 포커스 커브 D2가 얻어지는 회절 조건으로 촬상한 웨이퍼(10)의 회절 화상 H2 및 제 3 기준 샘플 포커스 커브 D3이 얻어지는 회절 조건으로 촬상한 웨이퍼(10)의 회절 화상 H3을 각각 나타내고 있다.
또한, 차분 제곱합이 최소가 되는 포커스 오프셋량에 있어서의 각 신호 강도(제 1 신호 강도 K1, 제 2 신호 강도 K2 및 제 3 신호 강도 K3)의 측정치와 기준 샘플 포커스 커브 D1~D3의 관계를 도 16에 나타낸다. 이 도 16에 나타내는 바와 같이, 촬상 장치(35)에 의해 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.
단계 S210에 있어서, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB에 있어서의 그룹마다 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구하면, 이들을 통합하여 반복 패턴(12)의 전체 계측 포인트에 있어서의 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구한다(단계 S211). 이때, 제 1 패턴 영역 A의 포커스 상태와, 제 2 패턴 영역 B의 포커스 상태의 사이에, 포커스 상태의 미소한 이득이나 오프셋량의 차이 등이 있는 경우가 있으므로, 그와 같은 경우에는 이들 미소한 차이를 조정한다. 예컨대 도 4(b)에 나타내는 전체 계측 포인트의 포커스 상태를 평활화하도록 하더라도 좋다.
단계 S211에 있어서, 반복 패턴(12)의 전체 계측 포인트(웨이퍼(10)의 전면)에 대하여 소정의 화소마다 포커스 오프셋량을 구하면, 검사부(42)는, 구한 포커스 오프셋량이 이상(異常)인지 여부를 검사한다(단계 S212). 이때, 검사부(42)는, 예컨대, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계치의 범위 내이면 정상으로 판정하고, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계치의 범위 밖이면 이상으로 판정한다.
단계 S212에 있어서 포커스 오프셋량의 이상의 유무를 검사하면, 화상 처리부(40)는, 구한 포커스 오프셋량을 각각 해당 화소에서의 신호 강도로 변환한 웨이퍼(10)의 화상을 생성하고, 포커스 오프셋량의 검사 결과 등과 함께 화상 표시 장치(46)에 표시시킨다(단계 S213). 또한, 해당 웨이퍼(10)의 화상 및 검사 결과를 기억부(45)에 기억시킨다. 또, 화상 표시 장치(46)는, 표면 검사 장치(1)에 구비된 것에 한하지 않고, 검사 장치의 외부(예컨대, 반도체 제조 라인의 관리실 등)에 마련되어 접속된 것을 사용하더라도 좋다. 여기서, 포커스 오프셋량을 신호 강도로 변환한 웨이퍼(10)의 화상의 일례를 도 17에 나타낸다. 또, 도 17에 나타내는 화상은, 흑백 화상에 한하지 않고, 컬러 화상으로 표시하도록 하더라도 좋다.
또, 단계 S206에 있어서, 예컨대, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB에 있어서 합계 6종류의 기준 샘플 포커스 커브를 선택할 때, 제 1 패턴 영역 A의 회절 조건의 하나와, 제 2 패턴 영역 B의 회절 조건의 하나가 우연히 일치하는 경우가 있다. 그 경우에는, 단계 S208에 있어서, 그 일치한 회절 조건을 포함하는 5종류의 회절 조건에 있어서 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득하도록 하면 된다.
이와 같이, 본 실시형태의 표면 검사 장치(1)에 의하면, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB에 있어서의 그룹마다, 계측 영역의 판정, 신호 강도를 측정하고, 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구한다. 그리고, 그룹마다 구한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 통합하여, 반복 패턴(12)의 전체 계측 포인트(웨이퍼(10)의 전면)에 있어서의 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구하도록 되어 있다. 이것에 의해, 웨이퍼(10) 위에 형성되는 패턴의 면적이 작고, 또한 패턴의 구성이 상이한 영역이 다수 존재하는 로직 디바이스의 웨이퍼(10)이더라도, 실제의 노광에 이용하는 마스크 패턴으로 노광한 웨이퍼(10)의 화상에 근거하여 노광시의 포커스 상태를 구할 수 있다. 그 때문에, 전용 마스크 기판을 이용하는 경우와 같이, 그 전용 마스크에 의한 계측에 필요한 파라미터의 조건 생성 작업에 시간을 필요로 하지 않기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 단시간에 계측하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전용 마스크 패턴이 아닌, 실제의 디바이스에 이용하는 패턴을 사용할 수 있고, 또한, 노광 장치(101)의 조명 조건도 제약되지 않기 때문에, 실제의 디바이스에 이용하는 패턴의 노광시의 포커스 상태를 정밀하게 계측하는 것이 가능하게 된다.
또한 이때, 커브의 피크 또는 바텀의 위치(포커스 오프셋량)가 서로 상이한(즉, 포커스의 변화에 대한 검출 신호의 변화의 방식이 상이한) 3종류의 기준 데이터(기준 샘플 포커스 커브 D1~D3)를 이용하는 것에 의해, 전술한 바와 같이, 산출되는 포커스 오프셋량이 1개로 정해진다. 그 때문에, 노광시의 포커스 상태를 보다 정밀하게 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 커지고 있다. 그 때문에, 도스량의 변화에 의한 영향을 제외할 수 있어, 노광시의 포커스 상태를 보다 정밀하게 계측할 수 있다.
다음으로, 노광 장치(101)에 의한 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법의 제 2 실시형태에 대하여, 도 18에 나타내는 플로차트를 참조하면서 설명한다. 그런데, 제 1 실시형태에서는, 제 1 및 제 2 패턴 영역 A, B의 각각에 있어서, 포커스 상태의 계측에 필요한 복수의 회절 조건을 구하는(구해지는) 것으로 하고 있었지만, 제 1 및 제 2 패턴 영역 A, B의 각각 단독으로는, 계측에 필요한 복수의 회절 조건, 즉 포커스 감도가 높고, 도스 감도가 낮고, 기초 변화의 영향이 작고, 피크 또는 바텀의 위치가 상이한 복수의 회절 조건을 구할 수 없는 경우가 있다. 제 1 및 제 2 패턴 영역 A, B의 패턴 밀도가 각각 낮거나, 1종류의 단순 패턴의 반복으로 구성되어 있는 경우 등, 패턴 형상에 의해, 제 1 및 제 2 패턴 영역 A, B의 각각에 있어서 포커스 상태의 계측에 필요한 복수의 회절 조건을 구할 수 없는 경우가 있다. 제 2 실시형태에서는, 이 경우에 있어서, 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법에 대하여 설명한다. 반복 패턴의 배치 구성은, 제 1 실시형태의 설명에서 사용한 도 4와 동일한 것으로 하고, 동일한 도 4를 참조하기로 한다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시형태의 단계 S301~단계 S305까지는, 도 13에 나타내는 상술한 제 1 실시형태의 단계 S201~S205까지와 동일하다. 즉, 조건 할당 웨이퍼(10b)(도 14를 참조)를 작성하고(단계 S301), 조건 할당 웨이퍼(10b)를 다양한 회절 조건으로 촬상한다(단계 S302). 얻어진 복수의 회절 화상을, 제 1 패턴 영역 A의 회절 신호를 인식한 것과, 제 2 패턴 영역 B의 회절 신호를 인식한 것으로 분류한다(단계 S303). 제 1 화상 그룹 GA 및 제 2 화상 그룹 GB의 각각에 있어서, 회절 화상마다 신호 강도를 측정하고, 샷 평균치를 구하고(단계 S304), 샘플 포커스 커브를 구한다(단계 S305).
다음으로, 검사부(42)는, 제 1 화상 그룹 GA 및 제 2 화상 그룹 GB에 있어서, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 노광시의 포커스 상태를 구하는데 사용하는 적어도 1조(적어도 제 1 화상 그룹 GA로부터 1종류, 제 2 화상 그룹 GB로부터 1종류)의 기준 샘플 포커스 커브를 선택한다(단계 S306). 예컨대, 제 1 화상 그룹 GA에 있어서 1종류, 제 2 화상 그룹 GB에 있어서 2종류, 합계 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정한다. 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하려면, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 우선, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 포커스 오프셋량의 변화에 감도가 있는(포커스 감도가 높은) 샘플 포커스 커브를 추출한다. 다음으로, 포커스 감도가 높은 샘플 포커스 커브 중에서, 도스량의 변화에 대한 감도가 적고(도스 감도가 낮고) 기초 변화의 영향이 작은 샘플 포커스 커브를 추출한다. 그리고, 포커스 감도가 높고 도스 감도가 낮고 기초 변화의 영향이 작은 샘플 포커스 커브 중에서, 커브의 피크 또는 바텀의 위치(포커스 오프셋량)가 서로 상이한 샘플 포커스 커브를 기준 샘플 포커스 커브로서 선택 결정한다.
단계 S306에 있어서 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하면, 화상 처리부(40)는, 제 1 화상 그룹 GA 및 제 2 화상 그룹 GB의 각각에 있어서 결정한 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 관한 데이터를 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하고, 기억시킨다(단계 S307). 또, 화상 처리부(40)는, 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 한하지 않고, 근사 곡선의 식으로부터 구한 포커스 오프셋량과 신호 강도의 관계를 나타내는 데이터 맵을, 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하고, 기억시키도록 하더라도 좋다.
또, 노광 장치(101)가 복수 있는 경우에는, 동종의 노광 장치(101)이더라도, 장치에 따라서 결상 특성이 상이한 경우가 있기 때문에, 복수의 노광 장치마다 및 조명 조건마다 기준 데이터를 구하고, 기억부(45)에 기억시켜 두는 것이 바람직하다.
단계 S307에 있어서 기준 샘플 포커스 커브에 관한 기준 데이터를 기억부(45)에 기억시키면, 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다(단계 S308). 이때, 제 1 화상 그룹 GA에 있어서 선택한 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 회절 조건에 있어서 각각, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다. 또한, 제 2 화상 그룹 GB에 있어서 선택한 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 회절 조건에 있어서 각각, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다. 예컨대, 제 1 화상 그룹 GA에 있어서 1종류, 제 2 화상 그룹 GB에 있어서 2종류의 기준 샘플 포커스 커브, 합계 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 선택한 경우에는, 해당 3종류의 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 3종류의 회절 조건에 있어서, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다.
단계 S308에 있어서 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득하면, 화상 처리부(40)는, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB에 있어서의 그룹마다, 회절 화상의 화소마다의 신호 강도로부터, 각 화소에 대응하는 영역이 샷 내의 계측 영역인지 여부를 판정하고, 스트리트 등에 해당하는 화소를 계측 대상으로부터 제외한다. 그리고, 화상 처리부(40)는, 회절 화상마다, 측정 포인트에서의 신호 강도의 평균치를 구하고, 그 평균치를 각 측정 포인트의 신호 강도로서 구한다(단계 S309).
다음으로, 화상 처리부(40)는, 포커스 오프셋을 구하는 모든 회절 조건의 각각에 대하여 신호 강도가 얻어지지 않는 계측 포인트(그 회절 조건으로 회절광을 발생시키는 패턴이 없는 곳)에 대하여, 보간에 의해 신호 강도를 구한다(단계 S310). 제 1 화상 그룹 GA로부터 선택한 회절 조건으로 촬상한 회절 화상에서는, 도 4(a)에 나타내는 제 1 패턴 영역 A만이 밝은 화상이 되어 있고, 제 2 패턴 영역 B를 포함하는 그 이외의 부분은 어둡게 되어 있다. 이 때문에, 도 4(b)에 나타내는 계측 포인트 중, 제 1 패턴 영역 A 내에 있는 것은 신호 강도가 얻어지지만, 제 2 패턴 영역 B 내에 있는 것은 신호 강도가 얻어지지 않는다. 따라서, 제 2 패턴 영역 B 내의 계측 포인트에 대해서는, 그 계측 포인트의 주변에 있는 제 1 패턴 영역 A 내의 계측 포인트에 있어서의 신호 강도로부터, 보간에 의해 신호 강도를 구한다. 또, 보간에는, 일반적으로 알려져 있는 몇몇의 방법이 있고, 어느 보간을 이용하더라도 좋다. 예컨대, 최근방 보간은, 가장 단순한 보간이고, 측정치가 존재하는 가장 가까운 점의 값을 구하는 점의 값으로 하는 것이다. 선형 보간은, 주변의 복수 점으로부터 선형 계산에 의해 구하는 점의 값을 계산하는 것이다. 이 선형 보간의 계산식의 일례를 수학식 2에 나타낸다. 수학식 2는, 구하는 점 A5의 주변의, 측정치가 존재하는 4점 A1~A4가 직사각형의 4구석의 위치 관계에 있는 경우(도 19 참조)의 계산식의 일례이다. 이 이외의 경우도, 선형 계산에 의해 보간하는 것이 가능하다. 그 외, 3차 컨벌루션 보간 등, 여러 가지의 방법이 있다. 또한, 보간을 행할 때에, 샷 전체의 상면 경사를 고려하는 것에 의해, 보간 정밀도를 향상시킬 수 있다.
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다음으로, 화상 처리부(40)는, 이들 신호 강도의 평균치의 정보 및 보간에 의해 구한 신호 강도를, 주 제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보낸다. 검사부(42)는, 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상(신호 강도) 및 보간에 의해 구한 신호 강도로부터, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태(이하, 포커스 상태라고도 칭한다)를 구한다(단계 S311). 이때, 기억부(45)에 기억된 기준 데이터(즉, 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식 또는 데이터 맵)를 이용하여, 웨이퍼(10)의 회절 화상의 신호 강도 및 보간에 의해 구한 신호 강도로부터, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스 오프셋량을, 측정 포인트마다 구한다. 또, 측정 포인트를 복수의 화소로 하지 않고, 1개의 화소로 한 경우는 화소마다 포커스 오프셋을 구한다.
단계 S311에 있어서, 반복 패턴(12)의 전체 계측 포인트의 포커스 오프셋량을 구하면, 검사부(42)는, 구한 포커스 오프셋량이 이상인지 여부를 검사한다(단계 S312). 이때, 검사부(42)는, 예컨대, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계치의 범위 내이면 정상으로 판정하고, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계치의 범위 밖이면 이상으로 판정한다.
단계 S312에 있어서 포커스 오프셋량의 이상의 유무를 검사하면, 화상 처리부(40)는, 측정 포인트마다 구한 포커스 오프셋량을 각각의 측정 포인트에서의 신호 강도로 변환한 웨이퍼(10)의 화상(도 17을 참조)을 생성하고, 포커스 오프셋량의 검사 결과 등과 함께 화상 표시 장치(46)에 표시시킨다(단계 S313). 또한, 해당 웨이퍼(10)의 화상 및 검사 결과를 기억부(45)에 기억시킨다.
또, 단계 S310에 있어서의 보간에서는, 샷의 경계 부근의 측정점의 값을 구하는 경우에, 샷을 넘은 측정점의 값은 사용하지 않고, 샷 내의 근린점의 데이터만을 이용하여 보간하는 방법과, 샷을 넘은 측정점을 사용하는 방법이 있다. 계측하고자 하는 포커스 상태의 문제로서, 샷 내 변동이 주(主)인 경우는 전자, 웨이퍼 전면의 변동이 주(主)인 경우는 후자를 이용하는 등의 사용 구분을 하더라도 좋다.
이와 같이, 제 2 실시형태의 표면 검사 장치(1)에 의하면, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB에 있어서의 그룹마다 계측 영역의 판정, 신호 강도를 측정하고, 포커스 상태를 구하기 위해 부족한 부분의 신호 강도를 보간에 의해 구한다. 그리고, 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상(신호 강도) 및 보간에 의해 구한 신호 강도로부터, 반복 패턴(12)의 전체 계측 포인트(웨이퍼(10)의 전면)에 있어서의 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구하도록 되어 있다. 이것에 의해, 웨이퍼(10) 위에 형성되는 패턴의 면적이 작고, 또한 패턴의 구성이 상이한 영역이 다수 존재하는 로직 디바이스의 웨이퍼(10)이더라도, 실제의 노광에 이용하는 마스크 패턴으로 노광한 웨이퍼(10)의 화상에 근거하여 노광시의 포커스 상태를 구할 수 있다. 그 때문에, 전용 마스크(레티클)를 이용하는 경우와 같이, 그 전용 마스크에 의한 계측에 필요한 파라미터의 조건 생성 작업, 즉 테스트 노광ㆍ선폭 측정이라고 하는 작업의 시간을 필요로 하지 않기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 단시간에 계측하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전용 마스크 패턴이 아닌, 실제의 디바이스에 이용하는 패턴을 사용할 수 있고, 또한, 노광 장치(101)의 조명 조건도 제약되지 않기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 정밀하게 계측하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 노광 장치(101)에 의한 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법의 제 3 실시형태에 대하여, 도 20 및 도 21을 참조하면서 설명한다. 도 20은 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 패턴의 상기 실시형태와는 상이한 배치 구성을 나타내는 도면이다. 제 3 실시형태에서는, 웨이퍼(10)의 표면에, 1칩/1샷이 아닌, 도 20에 나타내는 바와 같이, 1샷 내에 작은 칩이 4×5개(합계 20개) 늘어서 배치된 복수의 칩 영역(11')이 배열되어 있다. 칩 영역(11') 내에 형성되어 있는 반복 패턴(12')은, 반복 패턴의 구성이 서로 상이한 제 3 패턴 영역 C, 제 4 패턴 영역 D 및 제 5 패턴 영역 E를 갖고 구성되어 있다. 이 웨이퍼(10)도, 표면에 형성되는 패턴 면적이 작고, 또한 패턴의 구성이 상이한 영역이 복수 존재하는 로직 디바이스의 웨이퍼이다. 또, 제 3~제 5 패턴 영역 C~E는, 각각 단독으로는 포커스 계측에 필요한 복수의 회절 조건을 선택할 수 없고, 제 3~제 5 패턴 영역 C~E의 각각에 있어서 1종류씩, 합계 3종류의 회절 조건을 선택하면, 포커스 계측을 할 수 있는 패턴 구성인 것으로 한다. 도 20(b)는 포커스의 계측 포인트를 동그라미로 나타낸 것이다.
도 21에 나타내는 바와 같이, 제 3 실시형태의 단계 S401~단계 S405까지는, 도 13에 나타내는 상술한 제 1 실시형태의 단계 S201~S205까지와 동일하다. 즉, 조건 할당 웨이퍼(10b)(도 14를 참조)를 작성하고(단계 S401), 조건 할당 웨이퍼(10b)를 다양한 회절 조건으로 촬상한다(단계 S402). 얻어진 복수의 회절 화상을, 제 3 패턴 영역 C의 회절 신호를 인식한 것과, 제 4 패턴 영역 D의 회절 신호를 인식한 것과, 제 5 패턴 영역 E의 회절 신호를 인식한 것으로 분류한다(단계 S403). 제 3 화상 그룹 GC, 제 4 화상 그룹 GD 및 제 5 화상 그룹 GE의 각각에 있어서, 회절 화상마다 신호 강도를 측정하고, 샷 평균치를 구하고(단계 S404), 샘플 포커스 커브를 구한다(단계 S405).
다음으로, 검사부(42)는, 제 3~제 5 화상 그룹 GC~GE에 있어서, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 노광시의 포커스 상태를 구하는데 사용하는 적어도 1조(적어도 제 3 화상 그룹 GC로부터 1종류, 제 4 화상 그룹 GD로부터 1종류, 제 5 화상 그룹 GE로부터 1종류)의 기준 샘플 포커스 커브를 선택한다(단계 S406). 예컨대, 제 3 화상 그룹 GC에 있어서 1종류, 제 4 화상 그룹 GD에 있어서 1종류, 제 5 화상 그룹 GE에 있어서 1종류, 합계 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정한다. 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하려면, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 우선, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 포커스 오프셋량의 변화에 감도가 있는(포커스 감도가 높은) 샘플 포커스 커브를 추출한다. 다음으로, 포커스 감도가 높은 샘플 포커스 커브 중에서, 도스량의 변화에 대한 감도가 적고(도스 감도가 낮고) 기초 변화의 영향이 작은 샘플 포커스 커브를 추출한다. 그리고, 포커스 감도가 높고 도스 감도가 낮고 기초 변화의 영향이 작은 샘플 포커스 커브 중에서, 커브의 피크 또는 바텀의 위치(포커스 오프셋량)가 서로 상이한 샘플 포커스 커브를 기준 샘플 포커스 커브로서 선택 결정한다.
단계 S406에 있어서 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하면, 화상 처리부(40)는, 제 3 화상 그룹 GC~GE의 각각에 있어서 결정한 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 관한 데이터를 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하고, 기억시킨다(단계 S407). 또, 화상 처리부(40)는, 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 한하지 않고, 근사 곡선의 식으로부터 구한 포커스 오프셋량과 신호 강도의 관계를 나타내는 데이터 맵을, 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하고, 기억시키도록 하더라도 좋다.
또, 노광 장치(101)가 복수 있는 경우에는, 동종의 노광 장치(101)이더라도, 장치에 따라서 결상 특성이 상이한 경우가 있기 때문에, 복수의 노광 장치마다 및 조명 조건마다 기준 데이터를 구하고, 기억부(45)에 기억시켜 두는 것이 바람직하다.
단계 S407에 있어서 기준 샘플 포커스 커브에 관한 기준 데이터를 기억부(45)에 기억시키면, 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다(단계 S408). 이때, 제 3~제 5 화상 그룹 GC~GE에 있어서 선택한 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 회절 조건의 각각에 있어서, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다. 예컨대, 제 3 화상 그룹 GC에 있어서 1종류, 제 4 화상 그룹 GD에 있어서 1종류, 제 5 화상 그룹 GE에 있어서 1종류의 기준 샘플 포커스 커브, 합계 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 선택한 경우에는, 해당 3종류의 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 3종류의 회절 조건에 있어서, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다.
단계 S408에 있어서 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득하면, 화상 처리부(40)는, 제 3~제 5 화상 그룹 GC~GE에 있어서의 그룹마다, 회절 화상의 화소마다의 신호 강도로부터, 각 화소에 대응하는 영역이 샷 내의 계측 영역인지 여부를 판정하고, 스트리트 등에 해당하는 화소를 계측 대상으로부터 제외한다. 그리고, 화상 처리부(40)는, 회절 화상마다, 측정 포인트에서의 신호 강도의 평균치를 구하고, 그 평균치를 각 측정 포인트의 신호 강도로서 구한다(단계 S409).
다음으로, 화상 처리부(40)는, 이들 신호 강도의 평균치의 정보를, 주 제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보낸다. 검사부(42)는, 제 3~제 5 화상 그룹 GC~GE에 있어서의 그룹마다 구한 신호 강도를, 도 20(b)에 ○로 나타내는 계측 포인트의 신호인 것으로 간주하고, 이들 신호 강도로부터, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태(이하, 포커스 상태라고도 칭한다)를 구한다(단계 S410). 이때, 기억부(45)에 기억된 기준 데이터(즉, 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식 또는 데이터 맵)를 이용하여, 웨이퍼(10)의 회절 화상의 신호 강도에 의해 구한 신호 강도로부터, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스 오프셋량을, 소정의 화소마다(단수 또는 복수의 화소 단위로) 구한다. 또, 각 칩에 있어서, 제 3~제 5 패턴 영역 C~E의 위치는 서로 상이하지만, 포커스 상태를 구하는 계측 포인트의 피치에 비하여 그 위치의 차이는 작으므로, 포커스 상태를 구하는 계측 포인트의 신호인 것으로 간주할 수 있다.
단계 S410에 있어서, 반복 패턴(12)의 포커스 상태를 구하는 전체 계측 포인트(웨이퍼(10)의 전면)에 대하여 포커스 오프셋량을 구하면, 검사부(42)는, 구한 포커스 오프셋량이 이상인지 여부를 검사한다(단계 S411). 이때, 검사부(42)는, 예컨대, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계치의 범위 내이면 정상으로 판정하고, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계치의 범위 밖이면 이상으로 판정한다.
단계 S411에 있어서 포커스 오프셋량의 이상의 유무를 검사하면, 화상 처리부(40)는, 화소마다 구한 포커스 오프셋량을 각각 해당 화소에서의 신호 강도로 변환한 웨이퍼(10)의 화상(도 17을 참조)을 생성하고, 포커스 오프셋량의 검사 결과 등과 함께 화상 표시 장치(46)에 표시시킨다(단계 S412). 또한, 해당 웨이퍼(10)의 화상 및 검사 결과를 기억부(45)에 기억시킨다.
또, 단계 S410에 있어서, 각 칩의 제 3~제 5 패턴 영역 C~E의 신호를 계측 포인트의 신호라고 간주하는 것은, 바꿔 말하면, 상술한 제 2 실시형태에 있어서 최근방 보간에 의해 계측 포인트의 신호 강도를 구하는 것이다. 제 3 실시형태에 있어서도, 최근방 보간이 아닌, 선형 보간이나 3차 컨벌루션 보간 등을 이용하여, 제 3~제 5 패턴 영역 C~E로부터 계측 포인트의 신호 강도를 구하도록 하더라도 좋다. 정밀한 보간을 이용하는 것에 의해, 보다 한층 오차가 작은 포커스 상태의 계측을 행할 수 있다.
이와 같이, 제 3 실시형태의 표면 검사 장치(1)에 의하면, 제 3~제 5 화상 그룹 GC~GE에 있어서의 그룹마다 계측 영역의 판정, 신호 강도를 측정하고, 구한 신호 강도를 포커스 상태를 구하는 계측 포인트의 신호라고 간주한다. 그리고, 계측 포인트의 신호라고 간주한 제 3~제 5 화상 그룹 GC~GE의 신호 강도로부터, 반복 패턴(12)의 전체 계측 포인트(웨이퍼(10)의 전면)에 있어서의 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구하도록 되어 있다. 이것에 의해, 웨이퍼(10) 위에 형성되는 패턴의 면적이 작고, 또한 패턴의 구성이 상이한 영역이 다수 존재하는 로직 디바이스의 웨이퍼(10)이더라도, 실제의 노광에 이용하는 마스크 패턴으로 노광한 웨이퍼(10)의 화상에 근거하여 노광시의 포커스 상태를 구할 수 있다. 그 때문에, 전용 마스크(레티클)를 이용하는 경우와 같이, 전용 마스크에 의한 계측에 필요한 파라미터의 조건 생성 작업에 시간을 필요로 하지 않기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 단시간에 계측하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전용 마스크 패턴이 아닌, 실제의 디바이스에 이용하는 패턴을 사용할 수 있고, 또한, 노광 장치(101)의 조명 조건도 제약되지 않기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 정밀하게 계측하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 노광 장치(101)에 의한 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법의 제 4 실시형태에 대하여, 도 22~도 25를 참조하면서 설명한다. 도 22는 웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 패턴의 상기 실시형태와는 상이한 배치 구성을 나타내는 도면이다. 제 4 실시형태에서는, 웨이퍼(10)의 표면에 복수의 칩 영역(11'')이 배열되어 있고, 그 칩 영역(11'') 내에는 반복 패턴(12'')이 형성되어 있다. 반복 패턴(12'')은, 반복 패턴의 구성이 서로 상이한 제 1 패턴 영역 A, 제 2 패턴 영역 B, 제 3 패턴 영역 C, 제 4 패턴 영역 D, 제 5 패턴 영역 E 및 제 6 패턴 영역 F를 갖고 구성되어 있다. 이 웨이퍼(10)도, 표면에 형성되는 패턴 면적이 작고, 또한 패턴의 구성이 상이한 영역이 복수 존재하는 로직 디바이스의 웨이퍼이다.
또, 제 1 및 제 2 패턴 영역 A, B는, 제 1 실시형태에 나타낸 바와 같이, 영역 A 및 B의 각각에 있어서 포커스 계측에 필요한 복수의 회절 조건을 선택할 수 있지만, 제 3~제 5 패턴 영역 C~E는, 제 2 및 제 3 실시형태에 나타낸 바와 같이, 각각 단독으로는 포커스 계측에 필요한 복수의 회절 조건을 선택할 수 없는 패턴 구성인 것으로 한다. 제 6 패턴 영역 F는, 메모리계의 패턴 구성인 것으로 한다.
도 23에 나타내는 바와 같이, 제 4 실시형태의 단계 S501~단계 S505까지는, 도 13에 나타내는 상술한 제 1 실시형태의 단계 S201~S205까지와 동일하다. 즉, 조건 할당 웨이퍼(10b)(도 14를 참조)를 작성하고(단계 S501), 조건 할당 웨이퍼(10b)를 다양한 회절 조건으로 촬상한다(단계 S502). 얻어진 복수의 회절 화상을, 제 1~제 6 패턴 영역 A~F에 있어서의 각 영역의 회절 신호를 인식한 것으로 분류한다(단계 S503). 그리고, 제 1~제 6 화상 그룹 GA~GF의 각각에 있어서, 회절 화상마다 신호 강도를 측정하고, 샷 평균치를 구하고(단계 S504), 그룹마다 샘플 포커스 커브를 구한다(단계 S505).
다음으로, 검사부(42)는, 단계 S505에 있어서 구한 그룹마다의 샘플 포커스 커브에 근거하여, 샷 내의 계측 포인트에 대하여 동일한 계측 방법 및 회절 조건으로 계측 가능한 계측 포인트를 그루핑한 샷 부분 영역으로 샷을 분할한다(단계 S506).
이 분할 방법은, 예컨대, 도 24에 나타내는 바와 같이, 샷 내의 계측 포인트를 N개(N은 정수) 설정하고, 1부터 N번까지 번호를 할당한다(단계 S601). 계측 포인트마다 계측 방법을 검토하여 결정하지만, 현재 검토하는 번호를 P로 하고, P=1로 둔다(단계 S602). 그리고, P번째의 계측 포인트에 대하여, 그 위치 또는 그 근방에 회절 신호가 존재하는 패턴 영역(그룹)을 추출한다(단계 S603). 추출된 패턴 영역을 차례로 조사하고, P번째의 계측 포인트를 계측하기 위해 필요한 복수의 회절 조건을 1개의 패턴 영역으로부터 선택할 수 있는 패턴 영역이 존재하는지를 조사한다(단계 S604). 그와 같은 패턴 영역이 존재하는 경우에는, P번째의 계측 포인트의 계측 방법, 즉 1개의 패턴 영역으로부터 선택한 복수의 회절 조건으로 계측하는 것과, 그 회절 조건을 결정하고, 필요에 따라서 근방의 회절 신호로부터 보간하는 계산식을 정의한다(단계 S606). 한편, 단계 S604에 있어서, 측정 포인트의 포커스 상태를 계측하기 위한 복수의 회절 조건이 얻어지는 1개의 패턴 영역이 존재하지 않는 경우에는, 추출한 복수의 패턴 영역으로부터 계측에 필요한 복수의 회절 조건을 선택할 수 있는 조합이 존재하는지를 조사한다(단계 S605). 그와 같은 조합이 존재하는 경우에는, P번째의 계측 포인트의 계측 방법, 즉 복수의 패턴 영역으로부터 선택한 복수의 회절 조건으로 계측하는 것과, 그 회절 조건을 결정하고, 필요에 따라서 근방의 회절 신호로부터 보간하는 계산식을 정의한다(단계 S607). 한편, 단계 S605에 있어서, 복수의 패턴 영역으로부터도 계측에 필요한 복수의 회절 조건을 선택할 수 없는 경우에는, 그 계측 포인트는 계측 불능이라고 정의한다(단계 S608). 단계 S606~S608 이후, 계측 방법을 검토하는 번호 P를 1개 인크리먼트하고(단계 S609), P가 N을 넘으면 모든 계측 포인트의 계측 방법을 (계측 불능)도 포함시켜 결정한 것이 되므로(단계 S610), 계측 방법 및 회절 조건이 동일한 계측 포인트를 그루핑하고(단계 S611), 샷 부분 영역의 분할이 종료된다.
또, 실제의 계측시에는, 모든 계측 포인트의 계측에 필요한 회절 조건의 전부로 화상을 취득할 필요가 있으므로, 이들 회절 조건의 수가 커지면 계측 시간이 증대하여 버린다. 그 때문에, 모든 계측 포인트의 계측에 필요한 회절 조건의 수를 가능한 한 적게 할 필요가 있다. 따라서, 예컨대, 도 25에 나타내는 바와 같이, 1개의 계측 포인트의 계측 방향 및 회절 조건이 정해지면, 그 동일한 계측 방법 및 회절 조건으로 계측할 수 있는 다른 계측 포인트가 없는지를 조사하는 것(단계 S606', 606'', 607', 607'') 등을 행하여, 1개의 회절 조건을 가능한 한 많은 계측 포인트에서 공용하도록 하는 것이 유효하다.
이와 같이 샷을 복수의 샷 부분 영역으로 분할하면, 조건 할당 웨이퍼(10b)에 있어서는, 도 22(b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 패턴 영역 A 및 제 2 패턴 영역 B를 갖는 제 1 샷 부분 영역 X와, 제 3 패턴 영역 C, 제 4 패턴 영역 D 및 제 5 패턴 영역 E를 갖는 제 2 샷 부분 영역 Y와, 제 6 패턴 영역 F를 갖는 제 3 샷 부분 영역 Z로 분할된다.
단계 S506에 있어서, 샷을 복수의 샷 부분 영역으로 분할하면, 단계 S505에 있어서 구한 복수의 샘플 포커스 커브를, 제 1~제 3 샷 부분 영역 X~Z의 각각에 대응하는 것으로 분류한다(단계 S507). 그리고, 샷 부분 영역마다, 노광시의 포커스 상태를 구하는데 사용하는 기준 샘플 포커스 커브를 선택한다(단계 S508). 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하려면, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 우선, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 포커스 오프셋량의 변화에 감도가 있는(포커스 감도가 높은) 샘플 포커스 커브를 추출한다. 다음으로, 포커스 감도가 높은 샘플 포커스 커브 중에서, 도스량의 변화에 대한 감도가 적고(도스 감도가 낮고) 기초 변화의 영향이 작은 샘플 포커스 커브를 추출한다. 그리고, 포커스 감도가 높고 도스 감도가 낮고 기초 변화의 영향이 작은 샘플 포커스 커브 중에서, 커브의 피크 또는 바텀의 위치(포커스 오프셋량)가 서로 상이한 샘플 포커스 커브를 기준 샘플 포커스 커브로서 선택 결정한다.
단계 S508에 있어서 샷 부분 영역마다 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하면, 화상 처리부(40)는, 제 1~제 3 샷 부분 영역 X~Z의 각각에 있어서 결정한 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 관한 데이터를 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하고, 기억시킨다(단계 S509). 또, 화상 처리부(40)는, 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 한하지 않고, 근사 곡선의 식으로부터 구한 포커스 오프셋량과 신호 강도의 관계를 나타내는 데이터 맵을, 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하고, 기억시키도록 하더라도 좋다.
또, 노광 장치(101)가 복수 있는 경우에는, 동종의 노광 장치(101)이더라도, 장치에 따라서 결상 특성이 상이한 경우가 있기 때문에, 복수의 노광 장치마다 및 조명 조건마다 기준 데이터를 구하고, 기억부(45)에 기억시켜 두는 것이 바람직하다.
단계 S509에 있어서, 기준 샘플 포커스 커브에 관한 기준 데이터를 기억부(45)에 기억시키면, 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다(단계 S510). 이때, 제 1~제 3 샷 부분 영역 X~Z에 있어서 선택한 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 회절 조건의 각각에 있어서, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다.
단계 S510에 있어서, 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득하면, 화상 처리부(40)는, 제 1~제 3 샷 부분 영역 X~Z에 있어서의 영역마다, 회절 화상의 화소마다의 신호 강도로부터, 각 화소에 대응하는 영역이 샷 내의 계측 영역인지 여부를 판정하고, 스트리트 등에 해당하는 화소를 계측 대상으로부터 제외한다. 그리고, 화상 처리부(40)는, 회절 화상마다, 측정 포인트에서의 신호 강도의 평균치를 구하고, 그 평균치를 각 측정 포인트의 신호 강도로서 구하고(단계 S511), 필요에 따라서 신호 강도를 보간에 의해 구한다(단계 S512).
다음으로, 화상 처리부(40)는, 이들 신호 강도의 평균치의 정보를, 주 제어부(50)를 거쳐서 검사부(42)에 보낸다. 검사부(42)는, 제 1~제 3 샷 부분 영역 X~Z에 있어서의 영역마다, 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상으로부터, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태(포커스 상태)를 구한다(단계 S513). 이때, 기억부(45)에 기억된 기준 데이터(즉, 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식 또는 데이터 맵)를 이용하여, 웨이퍼(10)의 회절 화상의 신호 강도에 의해 구한 신호 강도로부터, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스 오프셋량을, 측정 포인트마다 구한다.
단계 S513에 있어서, 제 1~제 3 샷 부분 영역 X~Z에 있어서의 영역마다 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구하면, 이들을 통합하여 반복 패턴(12'')의 전체 계측 포인트에 있어서의 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구한다(단계 S514).
단계 S514에 있어서, 반복 패턴(12)의 포커스 상태를 구하는 전체 계측 포인트(웨이퍼(10)의 전면)에 대하여 포커스 오프셋량을 구하면, 검사부(42)는, 구한 포커스 오프셋량이 이상인지 여부를 검사한다(단계 S515). 이때, 검사부(42)는, 예컨대, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계치의 범위 내이면 정상으로 판정하고, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계치의 범위 밖이면 이상으로 판정한다.
단계 S515에 있어서 포커스 오프셋량의 이상의 유무를 검사하면, 화상 처리부(40)는, 화소마다 구한 포커스 오프셋량을 각각 해당 화소에서의 신호 강도로 변환한 웨이퍼(10)의 화상(도 17을 참조)을 생성하고, 포커스 오프셋량의 검사 결과 등과 함께 화상 표시 장치(46)에 표시시킨다(단계 S516). 또한, 해당 웨이퍼(10)의 화상 및 검사 결과를 기억부(45)에 기억시킨다.
또, 단계 S506에 있어서 샷을 복수의 샷 부분 영역으로 분할할 때에, 패턴 조건에 의해 포커스 계측을 행할 수 없는 샷 부분 영역이 있는 경우에는, 그 부분을 샷 계측 불능 부분 영역으로 하여 두고, 그곳에서는 계측을 행하지 않는다.
이와 같이, 제 4 실시형태의 표면 검사 장치(1)에 의하면, 제 1~제 6 화상 그룹 GA~GF에 있어서의 패턴 영역마다 구한 샘플 포커스 커브에 근거하여, 동일한 계측 방법 및 회절 조건으로 계측 가능한 계측 포인트를 그루핑한 샷 부분 영역으로 샷을 분할한다. 그리고, 샷 부분 영역마다 구한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 통합하여, 반복 패턴(12'')의 전체 계측 포인트(웨이퍼(10)의 전면)에 있어서의 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구하도록 되어 있다. 이것에 의해, 웨이퍼(10) 위에 형성되는 패턴의 면적이 작고, 또한 패턴의 구성이 상이한 영역이 다수 존재하는 로직 디바이스의 웨이퍼(10)이더라도, 실제의 노광에 이용하는 마스크 패턴으로 노광한 웨이퍼(10)의 화상에 근거하여 노광시의 포커스 상태를 구할 수 있다. 그 때문에, 전용 마스크(레티클)를 이용하는 경우와 같이, 그 전용 마스크에 의한 계측에 필요한 파라미터의 조건 생성 작업에 시간을 필요로 하지 않기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 단시간에 계측하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전용 마스크 패턴이 아닌, 실제의 디바이스에 이용하는 패턴을 사용할 수 있고, 또한, 노광 장치(101)의 조명 조건도 제약되지 않기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 정밀하게 계측하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 노광 장치(101)에 의한 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법의 제 5 실시형태에 대하여, 도 26에 나타내는 플로차트를 참조하면서 설명한다. 제 5 실시형태에서는, 제 1 및 제 2 패턴 영역 A, B의 각각에 있어서, 포커스 상태의 계측에 필요한 복수의 회절 조건을 구할 수 없는 경우에 있어서, 노광시의 포커스 상태를 구하는 방법에 대하여 설명한다. 반복 패턴의 배치 구성은, 제 1 실시형태의 설명에서 사용한 도 4와 동일한 것으로 하고, 동일한 도 4를 참조하기로 한다.
도 26에 나타내는 바와 같이, 제 5 실시형태의 단계 S901~단계 S905까지는, 도 13에 나타내는 상술한 제 1 실시형태의 단계 S201~S205까지와 동일하다. 즉, 조건 할당 웨이퍼(10b)(도 14를 참조)를 작성하고(단계 S901), 조건 할당 웨이퍼(10b)를 다양한 회절 조건으로 촬상한다(단계 S902). 얻어진 복수의 회절 화상을, 제 1 패턴 영역 A의 회절 신호를 인식한 것과, 제 2 패턴 영역 B의 회절 신호를 인식한 것으로 분류한다(단계 S903). 제 1 화상 그룹 GA 및 제 2 화상 그룹 GB의 각각에 있어서, 회절 화상마다 신호 강도를 측정하고, 샷 평균치를 구하고(단계 S904), 샘플 포커스 커브를 구한다(단계 S905).
다음으로, 검사부(42)는, 제 1 화상 그룹 GA 및 제 2 화상 그룹 GB에 있어서, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 노광시의 포커스 상태를 구하는데 사용하는 적어도 1조(적어도 제 1 화상 그룹 GA로부터 1종류, 제 2 화상 그룹 GB로부터 1 종류)의 기준 샘플 포커스 커브를 선택한다(단계 S906). 예컨대, 제 1 화상 그룹 GA에 있어서 1종류, 제 2 화상 그룹 GB에 있어서 2종류, 합계 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정한다. 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하려면, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 우선, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 포커스 오프셋량의 변화에 감도가 있는(포커스 감도가 높은) 샘플 포커스 커브를 추출한다. 다음으로, 포커스 감도가 높은 샘플 포커스 커브 중에서, 도스량의 변화에 대한 감도가 적고(도스 감도가 낮고) 기초 변화의 영향이 작은 샘플 포커스 커브를 추출한다. 그리고, 포커스 감도가 높고 도스 감도가 낮고 기초 변화의 영향이 작은 샘플 포커스 커브 중에서, 커브의 피크 또는 바텀의 위치(포커스 오프셋량)가 서로 상이한 샘플 포커스 커브를 기준 샘플 포커스 커브로서 선택 결정한다.
단계 S906에 있어서 기준 샘플 포커스 커브를 선택 결정하면, 화상 처리부(40)는, 제 1 화상 그룹 GA 및 제 2 화상 그룹 GB의 각각에 있어서 결정한 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 관한 데이터를 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하고, 기억시킨다(단계 S907). 또, 화상 처리부(40)는, 기준 샘플 포커스 커브의 근사 곡선의 식에 한하지 않고, 근사 곡선의 식으로부터 구한 포커스 오프셋량과 신호 강도의 관계를 나타내는 데이터 맵을, 기준 데이터로서 기억부(45)에 출력하고, 기억시키도록 하더라도 좋다.
또, 노광 장치(101)가 복수 있는 경우에는, 동종의 노광 장치(101)이더라도, 장치에 따라서 결상 특성이 상이한 경우가 있기 때문에, 복수의 노광 장치마다 및 조명 조건마다 기준 데이터를 구하고, 기억부(45)에 기억시켜 두는 것이 바람직하다.
단계 S907에 있어서 기준 샘플 포커스 커브에 관한 기준 데이터를 기억부(45)에 기억시키면, 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다(단계 S908). 이때, 제 1 화상 그룹 GA에 있어서 선택한 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 회절 조건에 있어서 각각, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다. 또한, 제 2 화상 그룹 GB에 있어서 선택한 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 회절 조건에 있어서 각각, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다. 예컨대, 제 1 화상 그룹 GA에 있어서 1종류, 제 2 화상 그룹 GB에 있어서 2종류의 기준 샘플 포커스 커브, 합계 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 선택한 경우에는, 해당 3종류의 기준 샘플 포커스 커브가 얻어지는 회절 화상과 동일한 3종류의 회절 조건에 있어서, 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득한다.
단계 S908에 있어서 검사 대상이 되는 웨이퍼(10)의 회절 화상을 촬상 취득하면, 화상 처리부(40)는, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB에 있어서의 그룹마다, 회절 화상의 화소마다의 신호 강도로부터, 각 화소에 대응하는 영역이 샷 내의 계측 영역인지 여부를 판정하고, 스트리트 등에 해당하는 화소를 계측 대상으로부터 제외한다. 그리고, 화상 처리부(40)는, 회절 화상마다, 측정 포인트에서의 신호 강도의 평균치를 구하고, 그 평균치를 각 측정 포인트의 신호 강도로서 구한다(단계 S909).
여기서, 예컨대 제 1 화상 그룹 GA에 있어서 1종류의 기준 샘플 포커스 커브밖에 선택되어 있지 않기 때문에, 화상 처리부(40)는 포커스 오프셋량을 유일하게 결정할 수 없다. 예컨대, 도 16에 있어서, 어느 측정 포인트에 있어서의 측정치가 K1이고, 기준 샘플 포커스 커브 D1이 선택되어 있다고 가정하면, 포커스 오프셋량의 후보로서, 약 0.05 및 약 -0.14를 들 수 있고, 이대로는 포커스 오프셋을 유일하게 결정할 수 없다.
그래서, 화상 처리부(40)는, 도스 변동이나 기초의 영향을 받지 않고, 상기 측정 포인트와 상관이 높은 부분(고상관 포인트)을 구하고, 상기 측정 포인트와 고상관 포인트를 이용하여 포커스 오프셋을 결정한다(단계 S910). 여기서, 스캔 노광의 경우에는, 슬릿의 긴 방향의 샷의 1/8, 스캔 방향의 샷의 1/16의 범위로부터 고상관 포인트를 구한다. 또한, 일괄 노광의 경우에는 X, Y 모두 샷의 1/8의 범위로부터 고상관 포인트를 구한다. 고상관 포인트를 구하는 방법의 일례로서, 이하와 같은 순서를 들 수 있다. 상기 측정 포인트에 있어서의 기준 샘플 포커스 커브(예컨대 2종류)에, 상기 범위 내의 어느 포인트에 있어서의, 기준 샘플 포커스 커브(예컨대 1종류)를 가미하는 것에 의해, 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 준비한 것으로 한다. 그리고, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 이들 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 이용하여, 신호 강도와의 차분 제곱합이 최소가 되는 포커스 오프셋량을 구한다. 여기서, 상기 범위 내에 있어서, 몇몇의 포인트를 서치하는 것에 의해, 상기 차분 제곱합의 최소치가 가장 작아지는 포인트를 찾는다. 이와 같이, 상기 범위 내에 있어서, 상기 순서에 있어서 구한 차분 제곱합의 최소치가 가장 작아지는 포인트를 서치하는 것에 의해, 고상관 포인트를 구할 수 있다.
이와 같이 하여, 화상 처리부(40)는, 측정 포인트의 기준 샘플 포커스 커브뿐만이 아닌, 측정 포인트와 상관이 높은 고상관 포인트에 있어서의 기준 샘플 포커스 커브도 이용하여, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스 오프셋량을, 측정 포인트마다 구한다(단계 S911). 또, 측정 포인트를 복수의 화소로 하지 않고, 1개의 화소로 한 경우는 화소마다 포커스 오프셋을 구한다.
단계 S911에 있어서, 반복 패턴(12)의 전체 계측 포인트의 포커스 오프셋량을 구하면, 검사부(42)는, 구한 포커스 오프셋량이 이상인지 여부를 검사한다(단계 S912). 이때, 검사부(42)는, 예컨대, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계치의 범위 내이면 정상으로 판정하고, 구한 포커스 오프셋량이 소정의 임계치의 범위 밖이면 이상으로 판정한다.
단계 S912에 있어서 포커스 오프셋량의 이상의 유무를 검사하면, 화상 처리부(40)는, 측정 포인트마다 구한 포커스 오프셋량을 각각의 측정 포인트에서의 신호 강도로 변환한 웨이퍼(10)의 화상(도 17을 참조)을 생성하고, 포커스 오프셋량의 검사 결과 등과 함께 화상 표시 장치(46)에 표시시킨다(단계 S913). 또한, 해당 웨이퍼(10)의 화상 및 구한 포커스 오프셋량ㆍ검사 결과를 기억부(45)에 기억시킨다.
이와 같이, 제 5 실시형태의 표면 검사 장치(1)에 의하면, 제 1 및 제 2 화상 그룹 GA, GB에 있어서의 그룹마다 계측 영역의 판정, 신호 강도를 측정한다. 이때, 측정 포인트에 있어서 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 준비할 수 없는 경우에는, 측정 포인트와 상관이 높은 고상관 포인트에 있어서의 기준 샘플 포커스 커브도 가미하는 것에 의해, 3종류의 기준 샘플 포커스 커브를 준비하는 것으로 했다. 이것에 의해, 웨이퍼(10) 위에 형성되는 패턴의 면적이 작고, 또한 패턴의 구성이 상이한 영역이 다수 존재하는 로직 디바이스의 웨이퍼(10)이더라도, 실제의 노광에 이용하는 마스크 패턴으로 노광한 웨이퍼(10)의 화상에 근거하여 노광시의 포커스 상태를 구할 수 있다. 그 때문에, 전용 마스크(레티클)를 이용하는 경우와 같이, 그 전용 마스크에 의한 계측에 필요한 파라미터의 조건 생성 작업, 즉 테스트 노광ㆍ선폭 측정이라고 하는 작업의 시간을 필요로 하지 않기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 단시간에 계측하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전용 마스크 패턴이 아닌, 실제의 디바이스에 이용하는 패턴을 사용할 수 있고, 또한, 노광 장치(101)의 조명 조건도 제약되지 않기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 정밀하게 계측하는 것이 가능하게 된다.
또, 상술한 실시형태에 있어서, 3종류의 기준 데이터(기준 샘플 포커스 커브 D1~D3)를 사용하여, 웨이퍼(10) 위의 반복 패턴(12)에 대한 노광시의 포커스 상태(가공 조건)를 측정하고 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 예컨대, 2종류의 기준 데이터나 5종류의 기준 데이터이더라도 좋고, 포커스의 변화에 대한 검출 신호의 변화의 방식이 상이한 적어도 2종류의 기준 데이터를 사용하여, 노광시의 포커스 상태를 측정하면 된다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 웨이퍼(10) 위의 레지스트막에 노광 형성된 반복 패턴(12)의 검사를 행하고 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 에칭 후의 패턴의 검사를 행하도록 하더라도 좋다. 이것에 의해, 노광시의 포커스 상태뿐만이 아니라, 에칭시의 문제(이상)를 검출할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 회절 화상에 더하여, 조건 할당 웨이퍼(10b)의 편광 화상(PER 화상)을 이용하여, 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 하더라도 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 비교하여 검출 조건이 증가하기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 보다 정밀하게 계측할 수 있다. 또한, 편광에서는, 포커스 커브에서 신호 강도가 극대가 되는 포커스 오프셋량이 베스트 포커스라고 생각할 수 있기 때문에, 베스트 포커스가 되는 포커스 오프셋량을 용이하게 알 수 있다. 예컨대, 제 1 검출 신호가 회절 화상, 제 2 검출 신호가 편광 화상인 것과 같이, 회절 화상과 편광 화상을 합쳐서 사용하더라도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 포커스의 변화에 감도가 있고 도스량의 변화에 대한 감도가 적은 3종류의 기준 데이터(기준 샘플 포커스 커브 D1~D3)를 사용하여, 웨이퍼(10) 위의 반복 패턴(12)에 대한 노광시의 포커스 상태를 측정하고 있지만, 복수의 샘플 포커스 커브 중에서, 도스량의 변화에 감도가 있고 포커스의 변화에 대한 감도가 적은 복수의 샘플 포커스 커브를 추출하는 것에 의해, 이들 샘플 포커스 커브의 포커스를 도스로 치환하여 동일하게 하여 얻어지는 샘플 도스 커브를 이용하여, 웨이퍼(10) 위의 반복 패턴(12)에 대한 노광시의 도스량을 측정할 수도 있다. 또, 도스량의 변화에 대해서는, 도스량의 증가에 따라서, 회절 또는 편광의 신호 강도는 단조 감소 또는 단조 증가하는 경우가 많지만, 그 경우에는, 계측에 사용하는 샘플 포커스 커브는 복수가 아니고 1종류이더라도 좋다. 샘플 도스 커브가 단조 감소 또는 단조 증가의 경우는, 계측시에 신호 강도로부터 도스량을 유일하게 결정할 수 있기 때문이다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 검사부(42)에서 구하여진 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태(포커스 오프셋량)를, 주 제어부(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 대하여, 도 27을 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 거쳐, 표면에 반복 패턴(12)이 형성된 웨이퍼(10)의 검사를 행하는 표면 검사 장치(1)를 구비하여 구성된다.
노광 장치(101)는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 조명계(110)와, 레티클 스테이지(120)와, 투영 유닛(130)과, 국소 액침 장치(140)와, 스테이지 장치(150)와, 주 제어 장치(도시하지 않음)를 구비하여 구성된다. 또, 이하에 있어서는, 도 27에 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 위의 슬릿 형상의 조명 영역을 조명광(노광광)에 의해 대략 균일한 조도로 조명하도록 구성되어 있다. 조명광으로서는, 예컨대, ArF 엑시머 레이저광(파장 193㎚)이 이용된다.
레티클 스테이지(120) 위에는, 소정의 패턴(예컨대, 라인 패턴)이 그 패턴면(도 27에 있어서의 하면)에 형성된 레티클(포토마스크) R이, 예컨대 진공 흡착에 의해 고정 유지되어 있다. 레티클 스테이지(120)는, 예컨대 리니어 모터 등을 구비하는 레티클 스테이지 구동 장치에 의해 XY 평면 내에서 이동 가능함과 아울러, 주사 방향(여기서는 Y축 방향으로 한다)으로 소정의 주사 속도로 이동 가능하게 구성되어 있다.
레티클 스테이지(120)의 XY 평면 내의 위치 정보(Z축 주위의 회전 방향의 회전 정보를 포함한다)는, 레티클 스테이지(120)에 마련된 Y축에 직교하는 반사면을 갖는 제 1 반사경(123) 및 X축에 직교하는 반사면을 갖는 제 2 반사경(도시하지 않음)을 거쳐서, 레티클 간섭계(125)에 의해 검출된다. 레티클 간섭계(125)에 의해 검출된 해당 위치 정보는 주 제어 장치에 보내지고, 주 제어 장치는, 그 위치 정보에 근거하여 레티클 스테이지 구동 장치를 거쳐서 레티클 스테이지(120)의 위치(및 이동 속도)를 제어한다.
투영 유닛(130)은, 레티클 스테이지(120)의 아래쪽에 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, 양측이 텔레센트릭이고, 소정의 투영 배율(예컨대 1/4배, 1/5배 또는 1/8배 등)을 갖도록 구성되어 있다. 이 때문에, 조명계(110)로부터 사출된 조명광에 의해 레티클 R 위의 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) 위의 노광 영역(레티클 R 위의 조명 영역에 공역인 영역)에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지(120)와 웨이퍼(10)를 유지하는 스테이지 장치(150)의 동기 구동에 의해, 조명 영역에 대하여 레티클 R을 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시킴과 아울러, 노광 영역에 대하여 웨이퍼(10)를 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시키는 것에 의해, 웨이퍼(10) 위의 1개의 샷 영역의 주사 노광이 행해지고, 그 샷 영역에 레티클 R의 패턴(마스크 패턴)이 전사된다.
스테이지 장치(150)는, 투영 유닛(130)의 아래쪽에 배치된 웨이퍼 스테이지(151)와, 웨이퍼 스테이지(151)를 구동하는 스테이지 구동 장치(도시하지 않음)를 갖고 구성된다. 웨이퍼 스테이지(151)는, 윗면에 있어서 웨이퍼(10)를 진공 흡착에 의해 유지하도록 구성되어 있다. 그리고, 웨이퍼 스테이지(151)는, 스테이지 구동 장치를 구성하는 모터에 의해, 베이스 부재(105)의 윗면을 따라서 XY 평면 내에서 이동 가능하게 되어 있다.
웨이퍼 스테이지(151)의 XY 평면 내의 위치 정보는 인코더 장치(도시하지 않음)에 의해 검출된다. 이 인코더 장치에 의해 검출된 해당 위치 정보는 주 제어 장치에 보내지고, 주 제어 장치는, 그 위치 정보에 근거하여 스테이지 구동 장치를 거쳐서 웨이퍼 스테이지(151)의 위치(및 이동 속도)를 제어한다.
이상과 같이 구성되는 노광 장치(101)에 있어서, 조명계(110)로부터 사출된 조명광에 의해 레티클 R 위의 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) 위에 지지되어 투영 광학계(135)의 상면측에 배치된 웨이퍼(10) 위의 노광 영역(레티클 R 위의 조명 영역에 공역인 영역)에 형성된다. 그리고, 레티클 스테이지(120)와 웨이퍼(10)를 지지하는 웨이퍼 스테이지(151)의 동기 구동에 의해, 조명 영역에 대하여 레티클 R을 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시킴과 아울러, 노광 영역에 대하여 웨이퍼(10)를 주사 방향(Y축 방향)으로 이동시키는 것에 의해, 웨이퍼(10) 위의 1개의 샷 영역의 주사 노광이 행해지고, 그 샷 영역에 레티클 R의 패턴이 전사된다.
이와 같이 하여 노광 장치(101)에 의한 노광 공정이 실시되면, 현상 장치(도시하지 않음)에 의한 현상 공정 등을 거쳐, 전술한 실시형태에 따른 표면 검사 장치(1)에 의해, 표면에 반복 패턴(12)이 형성된 웨이퍼(10)의 표면 검사를 행한다. 또한 이때, 표면 검사 장치(1)의 검사부(42)는, 전술한 바와 같이 하여, 웨이퍼(10)의 표면에 대한 노광 장치(101)의 포커스의 변동 상태를 구하고, 주 제어부(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 주 제어 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 일정(노광 장치에 의해 노광되는 패턴의 상면과 레지스트면이 일치하고, 미리 결정된 에너지량이 되는 도스량)이 되도록, 노광 장치(101)의 포커스에 관한 각종 설정 파라미터 및 광학 소자의 배치 상태를 보정한다.
이것에 의해, 본 실시형태의 노광 시스템(100)에 의하면, 전술한 실시형태에 따른 표면 검사 장치(1)로부터 입력된 노광시의 포커스 상태에 따라, 노광 장치(101)의 포커스의 설정을 보정하기 때문에, 노광시의 포커스 상태를 단시간에 정밀하게 계측할 수 있으므로, 보다 정밀한 포커스 상태에 근거한 보정이 가능하게 되고, 노광 장치(101)의 포커스의 설정을 보다 적절하게 행할 수 있다.
계속하여, 이와 같은 노광 시스템(100)을 이용한 반도체 디바이스 제조 방법에 대하여, 도 28을 참조하면서 설명한다. 반도체 디바이스(도시하지 않음)는, 디바이스의 기능ㆍ성능 설계를 행하는 설계 공정(단계 S701), 이 설계 공정에 근거한 레티클을 제작하는 레티클 제작 공정(단계 S702), 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제작하는 웨이퍼 제작 공정(단계 S703), 노광 등에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 전사하는(노광 공정, 현상 공정 등을 포함한다) 리소그래피 공정(단계 S704), 디바이스의 조립을 행하는(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정 등을 포함한다) 조립 공정(단계 S705), 디바이스의 검사를 행하는 검사 공정(단계 S706) 등을 거쳐 제조된다.
여기서, 리소그래피 공정의 상세에 대하여, 도 29를 참조하면서 설명한다. 우선, 웨이퍼를 준비(단계 S801)하고, 도시하지 않는 스핀코터 등의 도포 장치를 이용하여, 웨이퍼 표면에 레지스트를 소정의 두께가 되도록 도포한다(단계 S802). 이때, 도포가 종료된 웨이퍼에 대하여, 도포 장치 내의 건조 장치로 레지스트의 용제 성분을 증발시켜 굳힌다. 레지스트가 도포되어 굳혀진 웨이퍼를 도시하지 않는 반송 장치에 의해 노광 장치(101)에 반송한다(단계 S803). 노광 장치(101)에 반입된 웨이퍼는, 노광 장치(101)에 구비되어 있는 얼라인먼트 장치에 의해 얼라인먼트된다(단계 S804). 얼라인먼트가 종료된 웨이퍼에, 레티클의 패턴을 축소 노광한다(단계 S805). 노광이 종료된 웨이퍼를 노광 장치(101)로부터 도시하지 않는 현상 장치에 이송하고, 현상을 행한다(단계 S806). 현상이 종료된 웨이퍼를 표면 검사 장치(1)에 세트하고, 전술한 바와 같이 노광 장치(101)의 포커스 상태를 구하는 것과 아울러, 회절 검사ㆍ편광 검사를 행하여 웨이퍼 위에 제작된 패턴의 검사를 행한다(S807). 검사로 미리 결정된 기준 이상으로 불량(이상)이 발생하고 있는 웨이퍼는 리워크(재생 처리)로 돌려보내지고, 불량(이상)이 기준 미만인 웨이퍼는, 에칭 처리 등의 후처리가 행해진다. 또, 단계 S807에서 구하여진 노광 장치(101)의 포커스 상태는, 노광 장치(101)에 포커스의 설정의 보정을 위해 피드백된다(단계 S808). 피드백된 포커스 상태가 일정하게 된 노광 장치에 의해, 다음의 기판으로의 노광이 행해진다.
본 실시형태의 반도체 디바이스 제조 방법에서는, 리소그래피 공정에 있어서, 전술한 실시형태에 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 거쳐, 표면 검사 장치(1)에 의해, 표면에 반복 패턴(12)이 형성된 웨이퍼(10)의 표면 검사를 행한다. 이때, 표면 검사 장치(1)에 의해 노광시의 포커스 상태가 측정되고, 노광 장치(101)에서는, 표면 검사 장치(1)로부터 입력된 노광시의 포커스 상태에 따라, 노광 장치(101)의 포커스의 설정이 보정된다. 이와 같이, 본 실시형태의 반도체 디바이스 제조 방법에 의하면, 노광시의 포커스 상태를 단시간에 정밀하게 계측할 수 있으므로, 노광 장치(101)의 포커스의 설정을 보다 적절하게 행하는 것이 가능하게 되고, 집적도가 높은 반도체 디바이스를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
여기까지는, 웨이퍼(10)의 전면의 화상을 일괄하여 촬상하는 광학계를 이용하여, 웨이퍼(10)의 전면에 있어서의 포커스 상태를 계측하는 구성에 대하여 설명하여 왔지만, 이것에 한하지 않고, 보다 상세한 영역마다의 포커스 상태를 계측하는 것도 가능하다. 예컨대, 촬상 배율을 올려서, 1샷을 1매의 화상으로서 받아들이는 구성으로 하면, 샷 단위로 보다 미세한 영역마다의 포커스 상태의 변화를 계측할 수 있다. 그 경우의 장치 구성은, 상술한 실시형태(표면 검사 장치(1))와 기본적으로는 동일한 구성이지만, 광학계의 촬상 배율을 올려, 웨이퍼면 내의 각 샷을 촬상할 수 있도록 웨이퍼와 광학계의 상대 위치를 바꾸기 위한 XY 스테이지 등의 기구를 추가하면 된다.
이와 같은 장치에 있어서, 샷 단위로 보다 미세한 영역마다의 포커스 상태의 변화를 계측하는 경우에는, 계측 대상의 샷 수만큼, 반복 화상을 촬상할 필요가 있으므로, 계측의 시간은 걸리지만, 보다 상세한 계측이 가능하다. 예컨대, 웨이퍼 전면의 화상을 일괄하여 촬상하는 경우에 웨이퍼 위의 화소 사이즈가 300㎛이었다고 하면, 샷 단위로 하면, 화소 사이즈를 30㎛ 정도로 할 수 있다. 따라서, 보다 작은 영역마다의 포커스 상태의 계측이 가능하게 되고, 그만큼 반복 패턴의 영역이 작은 패턴도 계측 가능하게 된다. 물론, 로직 웨이퍼와 같이 각종 패턴이 산재하는 웨이퍼에서는, 상술한 바와 같이 신호의 보간 등을 동일하게 행하는 것이 필요하다.
이와 같은 상세한 영역마다의 포커스 상태의 계측을, 현미경 장치를 이용하여 행할 수도 있다. 도 30은 하프미러(201), 제 1 대물렌즈(202), 제 2 대물렌즈(203) 및 이미지 센서(204)를 갖는 현미경 광학계에, 편광자(205) 및 검광자(206)를 더하여 구성되고, 웨이퍼(10) 위의 패턴을 직선 편광의 조명광으로 조사하고, 패턴에서의 구조성 복굴절에 의한 편광 상태의 변화를 검출하는 광학계를 구비하는 현미경 장치(200)의 개략 구성도이다. 이 현미경 장치(200)에서는, 현미경 시야 내의 패턴에서의 편광 상태의 변화를 2차원적으로 검출하는 것이 가능하고, 또한, 광학계와 웨이퍼(10)의 상대 위치 관계를 바꾸어 촬상을 반복하는 것에 의해, 웨이퍼(10)의 전면에 있어 조밀하게, 또는 성기게 패턴에서의 편광 상태의 변화를 검출하는 것이 가능하다. 현미경 장치(200)에서는, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 웨이퍼 방위 각도, 조명 파장, 편광자 각도, 검광자 각도 등의 광학 조건을 바꾼 복수의 광학 조건으로 화상을 취득하고, 복수의 포커스 커브를 취득하는 것에 의해, 포커스 상태의 계측이 가능하다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 신호의 보간 등을 행하는 것에 의해, 로직 웨이퍼 위의 패턴의 포커스 상태의 계측을 행할 수 있다.
도 31은 현미경 장치(200)에 있어서, 편광자(205) 및 검광자(206)를 광로상으로부터 발거하고, 웨이퍼(10)의 표면을 조명광의 광축에 대하여 틸트(기울어 움직이게 함)시키는 것이 가능한 웨이퍼 틸트 기구를 더하여 구성되고, 웨이퍼(10) 위의 패턴으로부터의 회절광을 검출하는 것이 가능한 현미경 장치(200')의 개략 구성도이다. 이 현미경 장치(200)에서는, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 웨이퍼 틸트 기구에 의해 웨이퍼(10)를 틸트시키는 것에 의해, 웨이퍼 방위 각도, 조명 파장, 조명 각도(입사 각도), 사출 각도, 회절 차수 등의 회절 조건을 바꾼 복수의 회절 조건으로 화상을 취득하고, 복수의 포커스 커브를 취득하는 것에 의해, 포커스 상태의 계측이 가능하다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 신호의 보간 등을 행하는 것에 의해, 로직 웨이퍼 위의 패턴의 포커스 상태의 계측을 행할 수 있다. 또한, 도시하지 않지만, 도 30에 나타내는 편광 상태의 변화를 검출하는 광학계와, 도 31에 나타내는 회절광을 검출하는 회절 광학계를 조합하여, 양 광학 조건을 이용하여 포커스 상태의 계측을 행하도록 구성하더라도 좋다.
또, 도 32를 이용하여 웨이퍼의 틸트 각도와 회절광의 관계를 설명한다. 웨이퍼(10)의 틸트각 θ와, 회절광을 발생시키는 패턴 피치 P는, P(sinθ-sin(-θ))=mλ의 관계가 있고, 이 식은, 2Psinθ=mλ가 된다. 여기서, m은 회절 차수, λ는 조명광의 파장이고, 틸트각 θ는 우회전을 정으로 한다. 이 식으로부터, 틸트각과 패턴 피치에 따른 회절광을 검출할 수 있다. 따라서, 현미경 장치(200')에서는, 웨이퍼(10)를 틸트시키는 것에 의해 복수의 회절 조건으로 화상을 취득할 수 있다. 또, 현미경 장치(200')에 있어서는, 웨이퍼 위의 각 점에 있어서 조명광의 입사 각도가 동일하고, 또한 웨이퍼 위의 각 점으로부터 동일한 출사 각도의 회절광이 이미지 센서에 수광되는 텔레센트릭 광학계가 되어 있는 것이 바람직하다. 또, 상술한 각 실시형태의 요건은, 적절하게 조합할 수 있다. 또한, 일부의 구성 요소를 이용하지 않는 경우도 있다. 또한, 법령에서 허용되는 한, 상술한 각 실시형태 및 변형예에서 인용한 검사 장치 등에 관한 모든 공개 공보 및 미국 특허의 개시를 원용하여 본문의 기재의 일부로 한다.
1 : 표면 검사 장치
10 : 웨이퍼(10a, 10b : 조건 할당 웨이퍼)
20 : 조명계(조명부) 30 : 수광계(검출부)
35 : 촬상 장치(검출부) 40 : 화상 처리부
42 : 검사부(측정부) 45 : 기억부
50 : 주 제어부 100 : 노광 시스템
101 : 노광 장치 200, 200' : 현미경 장치

Claims (21)

  1. 노광에 의해 형성된 패턴을 표면에 갖는 기판을 조명광으로 조명하는 조명부와,
    상기 패턴에 의해 변조된 조명광을 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출부와,
    소망하는 부분의 상기 패턴의 노광 조건을, 그 패턴의 복수의 부분에서 검출된 검출 신호를 이용하여 측정하는 측정부
    를 구비하는 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을, 상기 소망하는 부분을 포함하는 복수의 부분에서 검출된 검출 신호를 이용하여 측정하는 측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 소망하는 부분의 주위의 부분에서 검출된 검출 신호로부터, 상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을 측정하는 측정 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 소망하는 부분에서 검출된 검출 신호와, 그 소망하는 부분 이외의 부분에서 검출된 검출 신호로부터 구하여진 그 소망하는 부분에 대응하는 신호로부터, 그 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을 측정하는 측정 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 소망하는 부분의 주위의 부분에서 검출된 신호로부터, 상기 소망하는 부분에 대응하는 검출 신호를 보간에 의해 구하는 측정 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을, 상기 소망하는 부분과, 상기 소망하는 부분의 주위의 부분으로서, 상기 소망하는 부분과 상관이 있는 부분에서 검출된 검출 신호를 이용하여 측정하는 측정 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조된 조명광을 검출하는 검출 조건이, 상기 부분마다 설정되는 측정 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 검출부는, 상기 패턴에 의한 회절 또는 편광에 근거하는 변조를 검출하는 측정 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 노광 조건으로 형성된 패턴에서 검출되는 검출 신호를 미리 기억한 기억부를 더 갖고,
    상기 측정부는, 상기 기억부에 기억된 검출 신호와 상기 검출부에서 검출된 검출 신호를 비교하여 상기 표면 위의 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을 측정하는
    측정 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정부에서 측정되는 상기 노광 조건은, 상기 노광에 있어서의 포커스 상태와 노광량 중 적어도 한쪽인 측정 장치.
  11. 노광에 의해 형성된 패턴을 표면에 갖는 기판을 조명광으로 조명하고,
    상기 패턴에 의해 변조된 조명광을 검출하여 검출 신호를 출력하고,
    소망하는 부분의 상기 패턴의 노광 조건을, 그 패턴의 복수의 부분에서 검출된 검출 신호를 이용하여 측정하는
    측정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을, 상기 소망하는 부분을 포함하는 복수의 부분에서 검출된 검출 신호를 이용하여 측정하는 측정 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을, 상기 소망하는 부분에서 검출된 검출 신호와, 그 소망하는 부분 이외의 부분에서 검출된 검출 신호로부터 구하여진 그 소망하는 부분에 대응하는 신호로부터 측정하는 측정 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소망하는 부분의 주위의 부분 영역에서 검출된 검출 신호로부터 상기 소망하는 부분에 대응하는 신호를 구하고, 상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을 측정하는 측정 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 소망하는 부분의 주위의 부분에서 검출된 신호로부터, 상기 소망하는 부분에 대응하는 검출 신호를 보간에 의해 구하는 측정 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을, 상기 소망하는 부분에서 검출된 검출 신호와, 그 소망하는 부분 이외의 부분으로서, 상기 소망 부분과 상관이 있는 부분에서 검출된 검출 신호로부터 구하여진 그 소망하는 부분에 대응하는 신호로부터 측정하는 측정 방법.
  17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조된 조명광을 검출하는 검출 조건이, 상기 부분마다 설정되는 측정 방법.
  18. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출은, 상기 패턴에 의한 회절 또는 편광에 근거하는 변조를 검출하는 측정 방법.
  19. 제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 노광 조건으로 형성된 패턴에서 검출되는 검출 신호를 미리 기억하고,
    상기 기억된 검출 신호와 상기 검출된 검출 신호를 비교하여 상기 표면 위의 소망하는 부분의 패턴의 노광 조건을 측정하는
    측정 방법.
  20. 제 11 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정되는 상기 노광 조건은, 상기 노광에 있어서의 포커스 상태와 노광량 중 적어도 한쪽인 측정 방법.
  21. 기판의 표면에 패턴을 노광하는 리소그래피 공정을 가진 반도체 디바이스 제조 방법으로서,
    상기 노광 후에, 청구항 11 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 기재된 측정 방법을 이용하여, 상기 패턴이 마련된 기판에 대한 상기 노광시의 노광 조건을 측정하고,
    그 측정된 노광 조건에 근거하여 노광 조건을 수정하고,
    수정된 노광 조건으로 기판의 표면에 패턴을 노광하는
    반도체 디바이스 제조 방법.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5944850B2 (ja) * 2013-03-11 2016-07-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査方法及びこれを用いた装置
JP6299111B2 (ja) * 2013-08-28 2018-03-28 オムロン株式会社 レーザ加工装置
US9575412B2 (en) * 2014-03-31 2017-02-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method and system for reducing pole imbalance by adjusting exposure intensity
US9841689B1 (en) * 2014-08-22 2017-12-12 Kla-Tencor Corporation Approach for model calibration used for focus and dose measurement
US20170004617A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd Electronic device and mehod for capturing multi-aspect images using the electronic device
US10778877B2 (en) * 2015-11-30 2020-09-15 Photopotech LLC Image-capture device
US11217009B2 (en) 2015-11-30 2022-01-04 Photopotech LLC Methods for collecting and processing image information to produce digital assets
CN107782731B (zh) * 2016-08-31 2021-08-03 西门子能源有限公司 用于维护零部件表面受损的机械设备的方法
JP6945367B2 (ja) * 2017-07-05 2021-10-06 東京エレクトロン株式会社 基板反り監視装置及びこれを用いた基板処理装置、並びに基板反り監視方法
US10955361B2 (en) 2017-07-18 2021-03-23 Hitachi High-Tech Corporation Defect inspection apparatus and pattern chip
KR102438502B1 (ko) * 2017-12-04 2022-09-01 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 측정 방법, 패터닝 디바이스 및 디바이스 제조 방법
JP7202828B2 (ja) * 2018-09-26 2023-01-12 東京エレクトロン株式会社 基板検査方法、基板検査装置および記録媒体
EP3657257A1 (en) * 2018-11-26 2020-05-27 ASML Netherlands B.V. Method for of measuring a focus parameter relating to a structure formed using a lithographic process

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5830611A (en) * 1992-03-05 1998-11-03 Bishop; Kenneth P. Use of diffracted light from latent images in photoresist for optimizing image contrast
KR100856357B1 (ko) * 2000-09-13 2008-09-04 가부시키가이샤 니콘 표면검사장치 및 표면검사방법
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
KR101248674B1 (ko) * 2004-06-16 2013-03-28 가부시키가이샤 니콘 표면 검사 장치 및 표면 검사 방법
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
JP4692892B2 (ja) * 2006-06-01 2011-06-01 株式会社ニコン 表面検査装置
JP5270109B2 (ja) * 2007-05-23 2013-08-21 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体集積回路装置の製造方法
CN101990636A (zh) * 2008-04-09 2011-03-23 株式会社尼康 表面检查方法和表面检查装置
KR101493133B1 (ko) * 2009-07-01 2015-02-12 가부시키가이샤 니콘 노광 상태 평가 방법 및 노광 상태 평가 장치
JP5434352B2 (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
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

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