TW201115624A - Exposure condition setting method and surface inspection apparatus - Google Patents

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201115624 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種I使用於半導冑製造之曝光系統設 疋I焦偏置等之曝光條件之技術。 【先前技術】 在一般使用於記憶體或邏輯等之半導體製造之掃描器 或步進器等之曝光系統（例如，參照專利文獻υ，曝光時之 最佳聚焦位置及有效聚焦範圍非常重要。此處所謂有效聚 焦範圍（以下，稱為聚焦裕度），係定義為產生曝光結果之電 路圖案之線寬（VIA孔之情形為孔徑）作為電路成為滿足動 作規格之設計容許值内之聚焦偏置之範圍。 作為檢查產生之圖案是否在設計容許值内之代表性方 法，可舉出掃描式電子顯微鏡（Scanning Electr〇n M1Cr〇scope :以下稱為SEM)之檢查。然而’由於sem原理 上不易到達高產率，因此在實際運用上，如圖u所示，藉 由在曝光後之照射區域内之五點程度之取樣實施檢查。另 一方面，作為以高產率測量廣區域之資訊之系統，可舉出 散射測量法（Optical CD :以下稱為0CD)。然而，為了進行 此測量，必須在某個程度之區域（5 〇 " m χ 5 〇 # m程度）設置專 用圖案，必須要模擬結果之程式館等，原理上不易進行在 實際之電路圖案内之特定圖案之檢查。 又，在LSI(大型積體電路）製造，是否能均勻且依照設 計解析充分發揮曝光機器具有之曝光性能之細微密集圖案 非常重要。例如，使縱方向之線寬與線距圖案曝光時，以

3 S 201115624 變形照明使曝光系統本身最佳化據以使該等細微圖案高精 度曝光。其結果’聚焦裕度在曝光系統最佳化之細微圊案 亦較廣。另一方面，著眼於所謂孤立圖案般之線寬與線距 之佔空比與上述細微圖案不同之圖案時，相較於曝光系統 最佳化之細微圖案之聚焦裕度，孤立圖案等之聚焦裕度具 有變窄之傾向。由於該等為實際之電路圖案，因此無法適 用上述OCD，且在面内觀察到較多點，因此若使用SEM則 需要非常多時間。又，亦會有圖案之形狀並非單純之直線 狀，在視野内不測量複數個點則無法評估圖案形狀之情 形，進一步使SEM之產率降低。 作為評估最佳聚焦之方法之一，有使用FEM(聚焦曝光 陣列：Focus Exposure Matrix)晶圓1〇〇(參照圖1〇)之方法， 該方法一邊以微小之步進使曝光機器之聚焦偏置變化一邊 在曰曰圓上依序使照射區域1 〇 1曝光。作為管理方法，使用 SEM或〇CD等之測量裝置監測形成於FEM晶圓1〇〇之光 阻上之圖案之線寬（VIA孔之情形為孔徑），以算出聚焦裕度 及成為最佳聚焦之聚焦偏置值。然而，上述線寬與線距之 佔空比與細微圖案不同之圖案之情形，由於為實際之電路 圖案，因此無法以OCD管理，且即使使用SEM亦耗費龐大 之時間及費用’因此現實上不易實施正常檢查。又，假設 即使實施SEM之管理，亦可說是進行測量結果之反饋前耗 時之方法。 相對於此，有檢測形成於晶圓表面之圖案中之構造性 複折射導致之偏光變化以監測最佳聚焦之方法。根據此種 4 201115624 方法，求出各照射區域之亮度平均之峰值，可快速求出最 佳聚焦。關於FEM晶H 1〇〇中細微圖案之最佳聚焦，亦可 在短時間測量，因此可迅速進行測量結果之反饋。 然而，關於以記憶體墊大小之間隔反覆存在之孤立圖 案（例如防護圖案等），由於間距大於細微圖案，因此原理上 不易取得偏光之變化。因此，雖利用繞射光，但來自線寬 與線距圖案或防護圖案之繞射光，相對於圖丨2(幻所示之正 常圖案，如圖12(b)所示之產生變形之圖案般產生圖案變化 時，產生繞射效率之變化。其結果，可將圖案之變化取得 為繞射光之亮度變化。 專利文獻1 :日本特開2〇〇6~_41549號公報 【發明内容】 然而，檢測繞射光之情形與檢測偏光之情形不同，會 有壳度之明暗變化（繞射效率之變化之比例）與圖案之形狀 變化之關係並非為線性關係之情形，會有無法僅從亮度之 明暗變化、例如照射區域内之亮度平均值正確求出有效聚 焦範圍或最佳聚焦等之情形。 本發明係有鑑於上述問題而構成，其目的在於提供一 種正確設定聚焦裕度等之曝光條件之技術。 為了達成上述目的’本發明之曝光條件設定方法，係 使用表面檢查装置設定對進行既定曝光之被曝光基板之曝 光條件，該表面檢查裝置具備對在表面具有半導體圖案之 基板照射照明光之照明部、及檢測來自該照明光照射之該 基板之複數個該半導體圖案之繞射光之檢測部，根據該檢

5 201115624 測部所檢測之該繞射光之資訊檢查該基板之表面，其特徵 在於’具有：照明步驟，利用該照明部對已知曝光特性之 基準基板之表面照射照明光；檢測步驟，利用該檢測部檢 測來自該照明光照射之該基準基板之複數個該半導體圖案 之繞射光；以及設定步驟，根據該檢測之該繞射光之亮度 之偏差設定該曝光條件。 此外’上述曝光條件設定方法中，較佳為，在該設定 步驟’將該亮度之偏差成為極大或極大附近之該曝光之條 件值設定為該曝光條件之限界值。 又’上述曝光條件設定方法中，較佳為，在該設定步 驟，將根據該限界值設定之該曝光條件之範圍之中央值設 疋為§亥曝光條件之代表值6 又’上述曝光條件設定方法中，較佳為，作為該半導 體圖案’形成反覆排列之線狀之線圖案或孔狀之孔圖案、 及圍繞由該線圖案或該孔圖案構成之記憶體墊之反覆排列 之防護圖案；該基準基板之複數個該半導體圖案係分別以 複數個曝光條件曝光形成。 又，本發明之表面檢查裝置，其具備：照明部，對藉 由既定曝光在表面形成半導體圖案之基板照射照明光；檢 測部，檢測來自該照明光照射之該基板之複數個該半導體 圖案之繞射光；以及運算部’根據該檢測之來自複數個該 半導體圖案之繞射光之亮度之偏差進行求出該曝光條件之 運算。 此外，上述表面檢查裝置中，較佳為，進一步具備與 201115624 藉由該既定曝光使該半導體圖案曝光之曝光裝置進行、 該曝光條件之電氣通訊之通訊部。 關於 根據本發明’可求出適當之曝光條件。 【實施方式】 以下，參照圖式說明本發明較佳實施形態。圖2係辱 示本實施形態使用之表面檢查裝置，以此裝置道、顯 —千導體 土板之半導體晶圓w(以下，稱為晶圓w)之表面。 双卸檢查

裝置1具備用以支承大致圓盤形之晶圓W A 秋口10’藉由 未圖不之搬送裝置搬送之晶係裝載於載台10之上且藉 由真空吸附固定保持。載台10,以晶圓w之旋轉對稱軸 台10之中心軸）為旋轉軸，將晶圓w支承成可旋轉（在晶圓 W表面内旋轉）。又，載台10，以通過晶圓w表面之=為 中心，能使晶圓W傾斜（傾動），可調整照明光之入射角。 表面檢查裝置1進一步具有對載台10所支承之晶圓w 之表面照射照明光作為平行光之照明系統20、將接受照明 光之照射時之來自晶圓W之繞射光加以聚光之受光系統 30、接受受光系統30所聚光之光並拍攝晶圓界之表面像之 攝影裝置35、及影像處理部40。照明系統20具有射出照 明光之照明單元2卜及使從照明單元21射出之照明光反射 向晶圓W表面之照明側凹面鏡25。照明單元21具有金屬 自素燈或水銀燈等之光源部22、將來自光源部22之光取出 具有既定波長之光並調節強度之調光部23、及將來自調光 23之光作為照明光導至照明側凹面鏡25之光導光纖24。 此外，來自光源部22之光通過調光部23，具有既定波 201115624 長（例如，248nm之波長）之照明光從光導光纖24射出至昭 明側凹面鏡25,從光導光纖24射出至照明側凹面鏡Μ之 照明光’由於光導光纖24之射出部係配置於照明側凹面鏡 25之焦點面，因此藉由照明側凹面鏡乃成 至載台丨。所保持之晶圓w之表面。此外，照明光=二 之入射角與出射角之關# ’可藉由使載台1〇傾斜(傾動)使 晶圓W之裝載角度變化來調整。 來自晶圓W表面之出射光（繞射光）係藉由受光系統3〇 聚光。受光系統30以與載台10對向配置之受光側凹面鏡 31為主體構成，由受光側凹面鏡31所聚光之出射光（繞射 光），藉由攝影裝置35内之攝影光學系統在攝影面上成像為 晶圓w之像(繞射像)。_'置35將形成於攝影面上之晶 =W之表面像進行μ轉換以產生影像訊號，將影像訊號 輸出至影像處理部40。 影像處理部40，根據從攝影裝置35輸入之晶圓w 影像訊號，產生晶圓w之數位影像。在影像處理部4〇之 部記憶體（未圖示）預先儲存良品晶圓之影像資料，影像處 部4〇’在產生晶圓W之影像（數位影像）時，比較晶圓w 影像資料與良品晶圓之影像資料，以檢查在晶圓w表面 無缺陷(異常)。此外，以未圖示之影像顯示裝置輸出顯示 像處理部40之檢查結果及此時之晶圓w之影像。又影 處理部40,能利用晶圓W之影像求出曝光時之聚焦裕度 =行運算）(詳細後述）。又，影像處理部Μ，與未圖示之 郜輪出部連接，能經由此外部輸出部與曝光機器（曝光裝】 8 201115624 等將聚焦裕度等之運算結果 然而，晶圓w藉由未圖示之曝光機器在最上層光阻膜 之曝光、顯影後，藉由未圖示之搬送裝置從未圖示之晶圓

昆或顯影裝置搬送至載台1 〇上。此外，此時，S J 日日圓W在以 晶圓W之圖案或外緣部（凹口或定向平面等）為基準進行對 準之狀態下，搬送至載台H)上。此外，雖省略詳細圖示， 在晶圓W表面，複數個照射區域縱橫排列，在各照射區域 之中形成線圖案或孔圖案等之反覆圖案（半導體圖案）。' 爲了使用以上述方式構成之表面檢查裝置i進行晶圓 W之表面檢查，首先，藉由未圖示之搬送裝置將晶圓w搬 送至載台1G上。此外，在搬送途中藉由未圖示之對 取得形成於晶圓W之表面之圖宰 你n 系位置貝汛，以既定方向 將日日圓w裝載於載台10上之既定位置。 :著，以在晶圓W表面上之照明方向與圖案之反覆方 之方式使載台10旋轉，且設圖案之間距為p'日召射 至晶圓W表面之照明光之波 '、 i、η Ah , ‘、、、月光之入射角為θ 人繞射光之出射角為㈣時(參照圖12)，進 足下式（1)(使载台10傾斜）。 1 P=nxA/{sin(^i)-sin(0d)}...(1) 接著，將照明光照射至晶 w 、 照明光，昭射至曰HI w本 。以上述條件將 %…町主日日0 w表面時， 一 22之光通過調光部23,具有長，、早70 21之光源部 之照明光從光導光纖24射出長(例如，248_之波長） 凹面鏡25反射” 至照明側凹面鏡25,被照明側 u回鏡25反射之照明光成 攻為千订先束照射至晶圓W之表 S- 9 201115624 m® w表面射出之繞射光係藉由受光側凹面鏡31聚 光到達攝影裝置35之攝影面上，成像為晶圓w之像（繞 射像）。 因此，攝景> 裝置3 5將形成於攝影面上之晶圓w表面之 像進行光電轉換以產生影像訊唬，將影像訊號輸出至影像 處理部40。影像處理部40,根據從攝影裝置35輸入之晶 圓W之影像訊號，產生晶圓w之數位影像。又，影像處理 部40’在產生晶圓W之影像（數位影像）時，比較晶圓…之 影像資料與良品晶圓之影像資料，以檢查在晶圓w表面有 無缺陷（異常）。此外’以未圖示之影像顯示裝置輸出顯示影 像處理部40之檢查結果及此時之晶圓w之影像。 本實施形態中’使用上述表面檢查裝置1檢測繞射光 之梵度變化’算出照射區域内之亮度之偏差，以求出曝光 時之聚焦裕度。一般而言，在掃描器等之曝光機器（未圖示） 曝光後之晶圓W，雖以非常高之精度控制照射區域内之曝 光後圖案之均勻性（像面），但由於各種原因並非形成完全一 樣之圖案。 然而，以充分在聚焦裕度内之聚焦偏置設定實施曝光 時，即使像面之微小面内偏差原因存在，對欲形成之圖案 之線寬等之影響亦非常小，將形成後圖案視為繞射光栅之 情形之繞射光亦測定為大致均勻之亮度。另一方面，以相 當於聚焦裕度之邊界部之聚焦偏置設定實施曝光時，由於 上述微小面内偏差在形成後圖案產生形狀變化，其結果， 照射區域内之繞射光之亮度產生偏差。 10 201115624 本實施形態中’在圖6所示之FEM晶圓50,評估上述 聚焦裕度之邊界附近之照射區域5 1内之繞射光之宾户 儿之偏 差（設定亮度之偏差成為極大或極大附近之條件），以求出穩 定可曝光之聚焦裕度。此外，在圖6所示之pEM晶圓5〇 之表面，縱橫配置形成一邊使聚焦偏置在（圖6中之）橫方向 逐-步進ΔΡ變化-邊曝光之照射區$ 51，在該照射區域 5 1内縱橫各排列3個晶片區域（以下，僅稱為晶片52)(參照 圖3)。 關於壳度之偏差之評估，作為算出偏差之計算單位， 亦具有平均化效果，因此如目3所示，可考慮使用在最小 之反覆圖案之晶片52單位之亮度平均。例如，就某個照射 區域5 1内之各晶片52算出平均亮度，算出就某個照射區 域51内之各晶片52求出之平均亮度之偏差（例如，使用標 準偏差"之3(7 )。此時’為了提升亮度之偏差之檢測感度: 如圖4所示，在晶片52内不產生繞射光（外周部内側之）區 域設置光f 52a，將來自該區域（光罩叫之訊號除去亦是 有效的。藉此，在將光罩52a部分之亮度資訊除去之狀態下 :出各晶片52之平均亮度，因此可降低亮度之偏差較小之 晶片52外周部内側之區域之亮度之影響，可提升亮度之偏 差之檢測感度。 上4纟於所謂孤立圖案之聚焦裕度較曝光系統最 化之細微圖案窄’因此本實施形態可適用於非一般以 ㈣等管理之細微圖案、線宽與線距之佔空比較大之孤立 圖案之圖案變動之檢測。 201115624 針對使用上述表面檢查裝置1之曝ΦA ,Λ 曝光條件設定方法（聚 焦裕度之設定方法）進行說明。此外，妨杜达 住為，預先對一邊 使聚焦偏置在橫方向逐一步進AF變化息 瓊曝光之FEM晶 圓50實施SEM影像之良好判定（例如，右 在圖11所示之一個 照射區域内之5點）。此時之良好判定，士 π 面也 疋主要判斷CD值（線 圖案之線寬或孔圖案之孔徑）是否在良0 r㈤ 氏。0軏圍内以進行良好 判定，但以目視判斷圖案形狀之變形亦可。 以下，參照圖i所示之流程圖，以圖5所示之圍繞矩 形之記憶體單元之區塊55之防護圖案56為例說明上述孤 =案之-例。此外，在記憶體單元之區塊55内曝光形成 曝光系統最佳化之細微圖案(線圖案或孔圖案記憶體單元 之區塊55’在晶片52内規則性(縱橫)以一定間隔配置，在 各記憶體單it之區塊55彼此之間隙部防護圖案％配置形 成為格子狀。是以’如® 5所示’將此配置間隔視為非常 大之圖案間距(數10〜10—以上)，可檢測對應波長之繞 射光。 因此，首先由未圖示之搬送裝置，將fem晶圓5〇 、'表面檢查裝置1之載台！ 〇上，使用照明系統將 …明光照射JL FEM晶B] 50之表面（步驟Sl〇1)。在此照明步 ” 、EM Ba圓50之表面上之照明方向與記憶體單元之區 塊叫防護圖案56)之反覆方向—致之方式使載台職轉， 進行《又定以e己憶體單元之區塊55(防護圖案56)之反覆間 距作為繞射條件獲得高次之繞射光（滿足上述⑴式）（使載台 I 〇傾斜）。 12 201115624 以上述條件將照明光照射至FEM晶圓50表面時，來自 照明單元2 1之光源部22之光通過調光部23，具有既定波 長（例如，248nm之波長）之照明光從光導光纖24射出至照 明側凹面鏡25，被照明側凹面鏡25反射之照明光成為平行 光束照射至FEM晶圓50之表面。從FEM晶圓5〇表面射出 之繞射光係藉由受光側凹面鏡31聚光，到達攝影裝置Μ 之攝影面上，成像為FEM晶圓5〇之像（防護圖案56之繞射 像）。 ^因此，使用攝影裝置35檢測（拍攝）FEM晶圓5〇之像（防 護圖案56之繞射像）（步驟S102h在此檢測步驟，攝影裝置 35將形成於攝影面上之FEM晶圓5〇表面之像（防護圖案％ 之繞射像）進彳了光電轉換以產生影像訊號，將影像訊號輸出 至影像處理部40。

接著，影像處理部40根據從攝影裝置35輸入之fem 晶圓50之影像訊號（相當於圖6之亮度資訊）’檢測對實際 之晶圓W曝光時之有效聚焦裕度（步驟_)，#由檢測後 之聚焦裕度設定最佳聚焦(㈣Sl〇3)。在此設定步驟，首 先’如圖3所示’算出各照射區域51内之各晶片52之平 均亮度，如圖7所示，算出在各照射區域51之各晶片W 之平均亮度之偏差。此時，作糸吨彳 ^作為5干估對象，選擇FEM晶圓 5〇之中心附近可獲得資料之籍中以 叶之％疋性。又，即使與聚焦同時 使曝光量（劑量）步進變化之愔形 Itl ’較佳為使用接近最佳劑 之FEM晶圓50之中心附近之杳社 町近之貝枓。以圖7中行編號R3〜 汉6之照射區域5 1為評估對象 丁估對象，在各聚焦偏置值（列編號Ci

13 S 201115624 〜⑶分別)取得亮度之偏差成為最大之數值(照射區域 51)’並圖表化者為圖8。 接著#出在取付之照射區域51内之平均亮度之偏差 (各晶片5 2)之變動輿:春杳 、先實細之SEM影像之良好判定結果

(參照圖9)之相關，芍它+ & τ A 關叹疋成為不良之亮度之偏差值。藉此， 由於在丽晶圓使曝光機器之聚焦偏置以微小步進連續變 化，因此能將較成為不良之亮度之偏差值小之偏差值之聚 焦偏置之範圍算出y ,, 置值為-⑽二二Γ η α )及+ 0.15(_)時，亮度之偏差值成為較 成為上述不良之亮度之偏差值（圖8中粗橫線）大成為極大 值附近之值’在較—0.09(㈣〜+ 〇15am)内側之範圍亮 度之偏差（較成為+良之亮度之偏差值）小之-0·06(”）〜 + 〇.12(/zm)异出為聚焦裕度。此時，使用複數片聰晶圓 T本）求出/ _影像之良好判定結果之相關，可提升成 二不良之壳度之偏差值之設定精度。 、^卜’胃象間距非常A之情形沒…叫，雖以獲得高 =射光之繞射條件（間距/次數）實施較有效，但作為繞射 =之選擇’較佳為，求出在取得之照射區域51内之平均 免度之偏差（各晶片52)之變動與SEM影像之良好判定結果 之相關’且選擇影像亮度變化在聚焦變動方向大之條件。 =，’確認聚焦裕度之對象圖案為2種以上之情形（間距不 矩同之情形），分別設定對應之料條件（間 ::先方位)，將設定之各複數個繞射條件之有效聚焦區 域之重疊範圍算出為聚焦裕度。 14 201115624 如上述，根據本實施形態，在以對細微線寬與線距等 之半導體電路圖案最佳化之曝光條件（變形照明等）進行曝 光之半導體圖案，利用防護圖案56般之相較於線寬與線距 圖案〃有較大週期之圖案之聚焦裕度較小，檢測防護圖案 %之繞射光以檢測有效聚焦裕度，可正確設定成為最佳聚 焦之聚焦偏置（適當之曝光條件）。又，在40nm以下之半導 體電路圖案雖不會產生繞射光，但以防護圖案56為對象可 利用繞射光。 此外，將兜度之偏差成為極大或極大附近之條件值（聚 焦偏置值）設定為限界值，可正確求出聚焦裕度之邊界部（成 為適當之曝光條件之限界外）。 此外，上述實施形態中，作為曝光條件雖設定聚焦裕 度，但並不限於此，將聚焦裕度之中央值設定為使用於曝 光之聚焦偏置之代表值亦有效。例如圖8之情形如上述 聚焦裕度成為^^㈨〜+❹叫㈣卜將該聚焦裕度之 中央值0.03(// m)設定為聚焦偏置之代表值。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示曝光條件設定方法之概略的流程圖。 圖2係顯示表面檢查裝置的圖。 圖3係顯示亮度之偏差之算出例的示意圖。 圖4係顯示指定在晶片内之檢測區域之例的示意圖。 圖5係顯示記憶體單元之區塊的圖。 圖6係顯示來自FEM晶圓之繞射光之亮度之影像的圖。 圖7係顯示繞射光之亮度之偏差的分布圖。 15 201115624 圖8係顯示繞射光之亮度之偏差的圖表。 圖9係顯示SEM進行之良好判定結果的圖。 圖10係顯示FEM晶圓之一例的圖。 圖1 1係顯示SEM進行之觀察點之例的圖。 圖12(a)、（b)係顯示繞射效率之變化的示意圖。 【主要元件符號說明】 W 晶圓（基板及被曝光基板） 1 表面檢查裝置 10 載台 20 照明系統（照明部） 30 受光系統 35 攝影裝置（檢測部） 40 影像處理部 50 FEM晶圓（基準基板） 16

Claims (1)

1. 201115624 七、申請專利範圍： 1 · 一種曝光條件設定方法，係使用表面檢查裝置設定對 進行既疋曝光之被曝光基板之曝光條件，該表面檢查裝置 具備對在表面具有半導體圖案之基板照射照明光之照明 部、及檢測來自該照明光照射之該基板之複數個該半導體 圖案之繞射光之檢測部，根據該檢測部所檢測之該繞射光 之資訊檢查該基板之表面，其特徵在於，具有： 照明步驟，利用該照明部對已知曝光特性之基準基板 之表面照射照明光； 檢測步驟，利用該檢測部檢測來自該照明光照射之該 基準基板之複數個該半導體圖案之繞射光；以及 設定步驟，根據該檢測之該繞射光之亮度之偏差設定 該曝光條件。 2. 如申請專利範圍第丨項之曝光條件設定方法，其中， 在該設定步驟，將該亮度之偏差成為極大或極大附近之該 曝光之條件值設定為該曝光條件之限界值。 3. 如申請專利範圍第2項之曝光條件設定方法，其中， 在邊设定步驟，將根據該限界值設定之該曝光條件之範圍 之中央值疋為该曝光條件之代表值。 4. 如申請專利範圍第丨至3項中任一項之曝光條件設定 方法，其中，作為該半導體圖案，形成反覆排列之線狀之 線圖案或孔狀之孔圖案、及圍繞由該線圖案或該孔圖案構 成之記憶體墊之反覆排列之防護圖案； 該基準基板之複數個該半導體圖案係分別以複數個曝 S- 17 201115624 光條件曝光形成。 5. —種表面檢查裝置’其具備’ 照明部，對藉由既定曝光在表面形成半導體圖案之基 板照射照明光； 檢測部，檢測來自該照明光照射之該基板之複數個該 半導體圖案之繞射光：以及 運算部，根據該檢測之來自複數個該半導體圖案之繞 射光之亮度之偏差進行求出該曝光條件之運算。 & 6.如申請專利範圍第 備與藉由該既定曝光使該半 關於該曝光條件之電氣通訊 5項之表面檢查裝置，其進一步具 導體圖案曝光之曝光裝置進行 之通訊部。 八、圖式： (如次頁） 18