(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の粗さを得る方法において、
前記基板に形成されたパターンに関する設計情報を得る第１のステップと、
前記設計情報を用いて、前記基板の表面粗さを得ることができる表面粗さ測定領域を得る第２のステップと
を有し、
前記第２のステップでは、前記設計情報を検索して得られる平坦な領域を、前記表面粗さ測定領域として得ることを特徴とする基板の粗さを得る方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記表面粗さ測定領域とは、前記設計情報の中の２つのチップ間に形成された領域であることを特徴とする基板の粗さを得る方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記第２のステップでは、前記基板の表面より下層に形成されたパターンの情報を使用して、前記表面粗さ測定領域を得ることを特徴とする基板の粗さを得る方法。
【請求項４】
基板の粗さを得る方法において、
前記基板に形成されたパターンに関する設計情報を得る第１のステップと、
前記設計情報を用いて、前記基板の表面粗さを得ることができる表面粗さ測定領域を得る第２のステップと
を有し、
前記第２のステップでは、前記設計情報を検索して得られる２つのチップ間に形成された領域を、前記表面粗さ測定領域として得ることを特徴とする基板の粗さを得る方法。
【請求項５】
基板の粗さを得る方法において、
前記基板に形成されたパターンに関する設計情報を得る第１のステップと、
前記設計情報を用いて、前記基板の表面粗さを得ることができる表面粗さ測定領域を得る第２のステップと
を有し、
前記第２のステップでは、前記設計情報に含まれる前記基板の表面より下層に形成されたパターンの情報を検索して、前記表面粗さ測定領域を得ることを特徴とする基板の粗さを得る方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の方法において、
さらに、
前記基板の中の表面粗さ測定領域に該当する領域へ光を照射する第３のステップと、
前記基板の中の表面粗さ測定領域に該当する領域からの光を検出する第４のステップと、
前記第４のステップにて検出した検出信号を使用して、前記基板の中の表面粗さ測定領域に該当する領域の粗さを得る第５のステップと
を有することを特徴とする基板の粗さを得る方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、
前記第５のステップでは、前記検出信号を前記基板の中の表面粗さ測定領域に該当する領域の粗さへ変換する関数を使用することを特徴とする基板の粗さを得る方法。
【請求項８】
基板の粗さを得るための装置において、
前記基板に形成されたパターンに関する設計情報を得るための第１の手段と、
前記設計情報を用いて、前記基板の表面粗さを得ることができる表面粗さ測定領域を得るための第２の手段と
を有し、
前記第２の手段は、前記設計情報を検索して得られる平坦な領域を、前記表面粗さ測定領域として得ることを特徴とする基板の粗さを得るための装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、
前記表面粗さ測定領域とは、前記設計情報の中の２つのチップ間に形成された領域であることを特徴とする基板の粗さを得るための装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の装置において、
前記第２の手段は、前記基板の表面より下層に形成されたパターンの情報を使用して、前記表面粗さ測定領域を得ることを特徴とする基板の粗さを得るための装置。
【請求項１１】
基板の粗さを得るための装置において、
前記基板に形成されたパターンに関する設計情報を得るための第１の手段と、
前記設計情報を用いて、前記基板の表面粗さを得ることができる表面粗さ測定領域を得るための第２の手段と
を有し、
前記第２の手段は、前記設計情報を検索して得られる２つのチップ間に形成された領域を、前記表面粗さ測定領域として得ることを特徴とする基板の粗さを得るための装置。
【請求項１２】
基板の粗さを得るための装置において、
前記基板に形成されたパターンに関する設計情報を得るための第１の手段と、
前記設計情報を用いて、前記基板の表面粗さを得ることができる表面粗さ測定領域を得るための第２の手段と
を有し、
前記第２の手段は、前記設計情報に含まれる前記基板の表面より下層に形成されたパターンの情報を検索して、前記表面粗さ測定領域を得ることを特徴とする基板の粗さを得るための装置。
【請求項１３】
請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載の装置において、
さらに、
前記基板の中の表面粗さ測定領域に該当する領域へ光を照射する照明光学系と、
前記基板の中の表面粗さ測定領域に該当する領域からの光を検出する検出光学系と、
前記検出光学系にて検出した検出信号を使用して、前記基板の中の表面粗さ測定領域に該当する領域の粗さを得る第３の手段と
を有することを特徴とする基板の粗さを得るための装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置において、
前記第３の手段では、前記検出信号を前記基板の中の表面粗さ測定領域に該当する領域の粗さへ変換する関数を使用することを特徴とする基板の粗さを得るための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造に使用される基板の粗さを得る方法、及び基板の粗さを得るための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の最先端の半導体デバイスは極限まで微細化を追及しており、線幅の微細化だけでなく生成膜の薄膜化も加速している。ゲート酸化膜に至っては１ないし２ナノメータの薄膜が要求されている。このため、従来デバイスでは問題にならなかった膜表面の凹凸や生成膜の結晶状態が最先端デバイスの特性に大きな影響を与えるようになってきた。さらにウェハ処理装置の形態も変化しており、例えばゲート酸化膜形成工程では従来縦型酸化拡散装置が使用されており、数十枚から百枚程度のウェハを一括処理（バッチ処理）する形態が一般的であったが、昨今、枚葉処理が急速に広がっており、ウェハ間の膜厚や膜質のばらつきが歩留まり低下の大きな要因となっている。従って最先端デバイス工程では従来無視できた生成膜や線幅の微小変動を考慮した製造プロセスの適正条件を設定し、その設定した製造プロセス条件を厳格に管理することが必要となる。
そのため、ウェハの材料評価や表面粗さの管理が歩留まり向上の重要な要因の一つになってきており、ウェハの表面粗さの測定のニーズが高まってきている。
【０００３】
従来のウェハの表面粗さを測定する技術としては、（１）ウェハを切断またはＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ；集束イオンビーム）加工して切り口を電子顕微鏡で観察する方法、（２）ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；原子間力顕微鏡）でウェハの表面粗さを測定する方法が知られている。しかし、これらの方法は、（１）には、断面を観察するまでの準備に長時間を要するという問題があり、（２）にはスループットが非常に低いという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するウェハの表面粗さの測定技術として特許文献１に示されるようなレーザ光を集束し、基板の表面にレーザ光を入射させて、基板表面からの散乱光を２次元アレイ光センサー上に受光し、受光信号から散乱光強度分布を算出し、散乱光強度分布を表面粗さの数値に換算するものが知られている。
【０００５】
また、このようなレーザ光等を用いた本発明に関連する先行技術としては、特許文献２及び３に示すようなものがある。
特許文献２には、レーザから射出される単一レーザ光は、偏向面調整を行い、そして、集光レンズで集光するために、反射光を最小限に抑え散乱光のみを発生させる入射角度で、試料表面に照射する。発生する試料表面からの散乱光を、順次、結像レンズ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサから電気信号に変換する。そして、画像を記憶、解析し、試料の表面粗さを示す数値化されたデータを得る方法が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、入射方向に平行なビーム状のＸ線を臨界角以下の低角度でウェハに入射させ、ウェハ最表面から発せられる蛍光Ｘ線またはウェハ最表面で散乱する散乱Ｘ線の強度を測定する操作を、表面粗さが既知の複数のウェハに対して繰り返す。この操作から、Ｘ線の強度とウェハの表面粗さとの相関関係を求め、表面粗さが未知の被測定ウェハに対してＸ線強度を測定する。そして、その測定値に基づいて前記相関関係から被測定ウェハの表面粗さを求め、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｒａｔｏｒ）ウェハなどの多層構造を有する半導体ウェハを含むウェハの表面粗さを非破壊及び非接触で測定する用法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−６４４９６号公報
【特許文献２】特開２００２−３４０５３７号公報
【特許文献３】特開平７−１９８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術では、ウェハ加工途中の微細な凹凸のパターンを有するパターン付きウェハの表面粗さを測定することができない。つまり、パターン付きウェハに照明光（レーザ光）を入射すると、微細な凹凸のパターンから生じる散乱光がノイズとなるため、パターン無しウェハの表面粗さしか測定できなかった。
【０００９】
また、ウェハを切断またはＦＩＢ（集束イオンビーム）加工して切り口を電子顕微鏡で観察する断面観察方法では、断面を観察するまでの準備に長時間を要する。さらに、切断やＦＩＢ加工が行なわれたウェハは製品にならないという問題がある。
【００１０】
そして、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）による観察では、パターン付きウェハの表面粗さを精度良く測定することができるが、スループットが非常に低く、測定に時間が掛かりすぎる問題がある。
そこで本発明は、パターン付きウェハの表面粗さを高速、かつ高精度に自動測定することを課題とする。
また、本発明を用いて測定したウェハの表面粗さ及びグレーンサイズ（粒度）などの測定データを用い、半導体デバイスのプロセス段階でのプロセス異常の早期発見を可能にし、歩留まりを向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の問題を解決して、パターン付きウェハの表面粗さを測定するために、本発明の基板の粗さを得る方法は、基板に形成されたパターンに関する設計情報を得る第１のステップと、設計情報を用いて、基板の表面粗さを得ることができる表面粗さ測定領域を得る第２のステップとを有し、第２のステップでは、設計情報を検索して得られる平坦な領域を、表面粗さ測定領域として得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、パターン付きウェハの表面粗さを高速、かつ高精度に自動測定することができるという効果がある。
また、本発明により測定されたウェハの表面粗さ及びグレーンサイズ（粒度）などの測定データを用い、ＳＰＣ管理（Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ；統計的工程管理）をすることにより、半導体デバイスのプロセス段階でのプロセス異常の早期発見が可能となり、迅速に異常を解析し、プロセスにフィードバックすることにより歩留まりを大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態のシステム構成図。
【図２】光学式ウェハ表面検査装置の概念図。
【図３】光学式ウェハ表面検査装置を用いて、ウェハ表面のパターンのない領域を測定した際散乱光強度分布図。
【図４】パターン付きウェハの表面粗さを測定する処理のフロー図。
【図５】パターン付きウェハの測定可能領域を示す図。
【図６】検量線の作成手順を表したフロー図。
【図７】検量線を表で示した図。
【図８】図７の表の膜種がＳｉの標本ウェハのＨａｚｅ値と、標本ウェハの表面粗さ（二乗平均粗さＲｍｓ）との関係を示す検量線をグラフで示した図
【図９】ウェハのスクライブ領域を測定可能領域とした図
【図１０】第３実施形態のシステム構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を、ウェハ表面の異物や欠陥を検査する光学式ウェハ表面検査装置に適用した例を以下に述べる。ここでは、パターン付きウェハの表面粗さの測定するために、パターン付きウェハに存在する表面粗さを測定可能な平坦領域を利用する。
【００１５】
［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図８により説明する。
本発明に係るシステムの一例を図１に示す。本システムは、光学式ウェハ表面検査装置１１０、データサーバ１２０及び設計情報サーバ１３０を含んで構成され、各装置はネットワーク１４０を介して接続される。
【００１６】
ここで、光学式ウェハ表面検査装置１１０は、ウェハ表面に光を照射し、ウェハ上に当たり散乱した光の強度（散乱光強度）とその位置（座標）を取得する手段を有する。詳細は後述する。
【００１７】
データサーバ１２０は、前記光学式ウェハ表面検査装置１１０から取得した測定データや、レビューＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）やＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の測定データ、電気テスト装置のテストデータ、異物成分分析装置の分析データなど、従来からのウェハの検査装置を用いてウェハを測定した測定データを保存可能なコンピュータである。
また、データサーバ１２０は検量線データベース１２１を有し、その検量線データベース１２１は、データサーバ１２０に保存されている測定データより作成される検量線を保存している。
【００１８】
設計情報データベース１３０は、ウェハの設計情報を保存しておくデータベースであり、例えば、半導体デバイスを構成する機能ブロックのレイアウトデータ（フロアプランデータ）や、そのレイアウトの結果作成されるレイヤ（素子の活性層や配線層など）を形成するためのマスクデータ、半導体チップが有するパターンの形状、ウェハ上の半導体チップの位置、スクライブ領域の位置、ＴＥＧの位置等の情報を保存し、測定箇所の検索や、データサーバ１２０に保存されている従来からのウェハの検査装置を用いて測定した測定データとのリンケージを担うデータベースである。
【００１９】
ネットワーク１４０は、例えばイーサネット（登録商標）による通信ネットワークである。
【００２０】
図２に光学式ウェハ表面検査装置の概念を示す。光学式ウェハ表面検査装置１１０は、試料検査台２１０、照明光源２２０、散乱光検出部２３０、信号合成部２４０、全体制御部２５０、ステージ制御部２６０、情報表示部２７０、入力操作部２８０、記憶部２９０、通信部２９５から構成されている。
【００２１】
試料検査台２１０は、ウェハ２００などの試料を上に載せる試料ステージ２１１、回転軸２１２を中心に試料ステージ２１１を回転させる回転駆動部２１３、試料ステージ２１１を径方向に移動させるスライド駆動部２１４を備えている。
ここで、回転駆動部２１３及びスライド駆動部２１４は、後述の全体制御部２５０の指令信号を受けた後述のステージ制御部２６０により、制御されている。
【００２２】
照明光源２２０は、照射する光（照明光２２１）が試料ステージ２１１上のある一点（スポット）を照射するように設置されている。そのため、ステージ制御部２６０の制御により、試料検査台２１０の回転駆動部２１３が回転軸２１２を回転させつつ、スライド駆動部２１４が径方向に移動することで、試料ステージ２１１上のあらゆる場所をスポットとすることができ、照明光２２１を試料ステージ２１１上のウェハ２００の特定の位置に照射することができる。
【００２３】
そして、照明光２２１が照射されたウェハ２００の特定の位置を、回転駆動部２１３の回転角度と、スライド駆動部２１４の径方向の移動距離により、ステージ制御部２６０にてＸＹ座標化することができる。取得したＸＹ座標のデータは全体制御部２５０を介して、記憶部２９０に保存される。
【００２４】
ここで、照明光２２１には光の当たる面積をできるだけ小さくするために、レーザ光のような光の収束度が高い光が好ましい。
【００２５】
散乱光検出部２３０は、光を検出する検出器２３１ａ〜２３１ｄを有している。図２では、低角度位置に配設した検出器２３１ａ、２３１ｄと高角度位置に配設した検出器２３１ｂ、２３１ｃの計４つの検出器を図示したが、検出器の数に限定はなく、各検出器２３１ａ〜２３１ｄが、それぞれのスポットと検出器との方位角及び仰角のうち少なくとも一方が異なるように、２つ以上の検出器が配置されていればよい。各検出器２３１ａ〜２３１ｄは、照明光源２２０から照明光（レーザ光）２２１がウェハ２００の表面上に照射され、スポットで発生する散乱光をそれぞれ検出する。検出器２３１ａ〜２３１ｄが出力する検出信号には、異物や欠陥の信号（欠陥信号）と表面粗さ信号（Ｈａｚｅ信号；ヘイズ信号）が含まれる。
また、散乱光検出部２３０において、各検出器２３１ａ〜２３１ｄは、それぞれ増幅器２３２ａ〜２３２ｄに接続し、次にＡ／Ｄ変換器２３３ａ〜２３３ｄに接続している。これにより、各検出器２３１ａ〜２３１ｄの検出信号は、増幅器２３２ａ〜２３２ｄにて増幅され、Ａ／Ｄ変換器２３３ａ〜２３３ｄにてディジタル信号化される。
【００２６】
信号合成部２４０は、ディジタル信号化された検出器２３１ａ〜２３１ｄの検出信号を指定された演算条件に従って合成した合成信号を作る。信号合成部２４０で合成した合成信号のデータと、合成信号の基になったディジタル信号化された検出器２３１ａ〜２３１ｄの検出信号のデータは、全体制御部２５０を介して記憶部２９０に保存される。
【００２７】
全体制御部２５０は、光学式ウェハ表面検査装置全体の制御を行う。例えば、入力操作部２８０からの操作信号を受け、記憶部２９０に格納されているプログラムを実行して、操作信号に対応する処理を行い、ステージ制御部２６０が試料検査台２１０が有する回転駆動部２１３及びスライド駆動部２１４を制御するための指令信号を出力したり、信号合成部２４０でディジタル信号化された検出器２３１ａ〜２３１ｄの検出信号を合成するための演算条件を変更する。
また、全体制御部２５０は、信号合成部２４０で合成した合成信号のデータと、合成信号の基になったディジタル信号化された検出器２３１ａ〜２３１ｄの検出信号のデータを記憶部２９０に記憶させたり、記憶部２９０に格納された処理プログラムを実行して、それらデータを加工し、情報表示部２７０に表示させる。
【００２８】
入力操作部２８０は、ユーザが上記のように信号合成部２４０による検出信号の合成条件を入力したり、各装置の動作等を指示するためのものである。
【００２９】
記憶部２９０は、各種制御・演算処理に必要なプログラム・定数、測定結果（合成信号や検出信号）、入力操作部２８０により設定された合成条件などを格納している。それぞれの検出器２３１ａ〜２３１ｄの合成信号のデータ及び検出信号のデータは、ステージ制御部２６０から得られるウェハ上の散乱光の測定位置（座標）と共に記憶される。
【００３０】
通信部２９５は、ネットワーク１４０に接続されており、全体制御部２５０は、通信部２９５を介して、データサーバ１２０や設計情報データベース１３０とデータの送受信を行う。
【００３１】
図３は、本発明に係る光学式ウェハ表面検査装置を用いて、ウェハ表面のパターンのない領域を測定した際の散乱光強度分布図である。ウェハに照明光（レーザ光）を照射し、ウェハ表面から生じる散乱光を検出器により取得する。検出した散乱光を信号処理することにより、散乱光強度分布図１４１を作成し、異物成分と表面粗さ成分との分離を行う。
【００３２】
例えば、図３に示すように、測定対象であるウェハの表面には、異物３０１ａ，３０１ｂ、欠陥３０２、及び、平坦面上のある点３１０と、点３１０とは別の点がある。このウェハに照明光（レーザ光）を照射することで、平坦面上の点３１０で生じる散乱光から散乱光強度Ｗ３１０が得られる。同様に、異物３０１ａから散乱光強度Ｗ３０１ａ、平坦面上の点３１１から散乱光強度Ｗ３１１、欠陥３０２から散乱光強度Ｗ３０２、異物３０１ｂから散乱光強度Ｗ３０１ｂを順に取得することができる。そして、測定したウェハの表面上の点の散乱光強度から、散乱光強度分布図１４１を作成することができる。ここで、図２に示す入力操作部２８０にて指定する閾値を用いて、異物成分と表面粗さ成分との分離を行う。例えば閾値をＬとすることで、異物の散乱光強度Ｗ３０１ａ，Ｗ３０１ｂ及び欠陥の散乱光強度Ｗ３０２は、異物成分とすることができる。異物成分を取り除いて残ったＷ３１０，Ｗ３１１などの全ての散乱光強度（表面粗さ成分の散乱光強度）から平均をとることにより、測定対象であるウェハの表面粗さの散乱光強度であるＨａｚｅ値を得ることができる。
ここで、異物成分とは、異物，欠陥などで生じる散乱光の散乱光強度が閾値Ｌ以上である散乱光強度のことをいう。
【００３３】
次に図４〜図８を用いて、光学式ウェハ表面検査装置でパターン付きウェハの表面粗さを測定する処理のフロー及び、その処理において用いられる情報の構成の例について説明する。
【００３４】
図４は、パターン付きウェハの表面粗さを測定する処理のフローを示す図である。
まず設計情報データベース１３０から、測定対象のパターン付きウェハ（以下、パターン付き検査ウェハとする）の設計情報を取得する（ステップＳ４０１）。
取得した設計情報から測定可能領域を検索して探し出す（ステップＳ４０２）。
【００３５】
測定可能領域の検索条件として、光学式ウェハ表面検査装置１１０を用いて測定するため、照明光であるビームスポット径が約１０マイクロメートルのレーザ光を照射することで生じる散乱光から散乱光強度を測定することができる十分な大きさの面積（５０マイクロメートル×５０マイクロメートル程度以上）を有し、かつ、散乱光強度の測定に影響を及ぼすほどのノイズが発生しない程度に平坦である場所を有するウェハであることが条件である。
【００３６】
図５にパターン付きウェハの測定可能領域の一例を示す。ウェハ２００上には、ウェハ上には１０００点以上のチップが存在する。あるチップ５１０は、パターン５２０，５２１，５２２を有する。パターン５２０，５２１，５２２以外の場所で、表面粗さを測定するために十分な大きさの面積（５０マイクロメートル×５０マイクロメートル程度以上）を有し、かつ、散乱光強度の測定に影響を及ぼすほどのノイズが発生しない程度に平坦である条件を満たす領域である、平坦領域５３０が測定可能領域となる。
【００３７】
ここで、ウェハが複数のレイヤを有し、レイヤ間の膜の透明性が高く薄い場合、下のレイヤのパターンの形状などにより、散乱光強度の測定に影響を及ぼすほどのノイズが発生しやすい。その場合には、下のレイヤの設計情報も考慮して、測定可能領域を検索する必要がある。
【００３８】
次に、検索により複数見つかった測定可能領域に対して、測定手順情報を作成する（ステップＳ４０３）。これは、設計情報データベース１３０からの測定可能領域の位置情報及びレイヤ情報などから測定位置、測定範囲、フォーカスなどの測定手順情報を自動で作成することが可能である。
そして、作成した測定手順情報に基づき、パターン付き検査ウェハの測定可能領域の散乱光強度を測定する（ステップＳ４０４）。
【００３９】
次に、パターン付き検査ウェハの測定可能領域にて測定した散乱光強度より散乱光強度分布図を作成する（ステップＳ４０５）。そして、散乱光強度解析を行い、閾値を用いて異物成分と表面粗さ成分との分離を行い、表面粗さ成分のみを抽出する（ステップＳ４０６）。パターン付き検査ウェハの平坦領域内にて測定した全ての測定点の表面粗さ成分の散乱光強度から平均をとることにより、測定対象であるパターン付き検査ウェハの表面粗さ成分の散乱光強度であるＨａｚｅ値を取得する（ステップＳ４０７）。
【００４０】
次に、予め検量線データベース１２１に保存している検量線を取得する（ステップＳ４０８）。この検量線の作成手順は後述するように、複数のウェハを測定し、取得したデータから作成されたもので、いわば検量線はウェハの標準値である。この検量線はＨａｚｅ値を基に、表面粗さ（算術平均粗さＲａ，二乗平均粗さＲｍｓなど）やグレーンサイズなどがある。
【００４１】
次にステップＳ４０７にて取得したパターン付き検査ウェハのＨａｚｅ値を、ステップＳ４０８にて取得した検量線に当てはめ、（ステップＳ４０９）、パターン付き検査ウェハの表面粗さ（算術平均粗さＲａ，二乗平均粗さＲｍｓなど）やグレーンサイズなどを取得し（ステップＳ４１０）、取得したデータを管理対象データに変換して、記憶部２９０に保存する。（ステップＳ４１１）。
【００４２】
ここで、図６ないし図８を用いて検量線の作成手順と取得する検量線の例を示す。
図６は検量線の作成手順を表したフロー図である。
まず、適当なウェハ（以下、標本ウェハと称する）を取得する。（ステップＳ６０１）この標本ウェハは検量線を作成するためのデータ取得用のウェハであるため、様々な膜種（例えば、Ｓｉ，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ，Ｃｕなど）やレイヤで作られていてもよい。しかし、標本ウェハとして選ばれる条件があり、光学式ウェハ表面検査装置１１０を用いて測定するため、照明光であるビームスポット径が約１０マイクロメートルのレーザ光を照射することで生じる散乱光から散乱光強度を測定することができる十分な大きさの面積（５０マイクロメートル×５０マイクロメートル程度以上）を有し、かつ、散乱光強度の測定に影響を及ぼすほどのノイズが発生しない程度に平坦である場所を有するウェハであることが条件である。
【００４３】
次に、光学式ウェハ表面検査装置１１０を用いて、標本ウェハの平坦な場所の散乱光強度から標本ウェハのＨａｚｅ値を測定する（ステップＳ６０２）。
次に、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）等を用いて、標本ウェハの表面粗さ、グレーンサイズ（粒度）などを測定する（ステップＳ６０３）。
また、ステップＳ６０３の測定は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いず、標本ウェハをＦＩＢ（集束イオンビーム）加工して、切り口を電子顕微鏡などで観察し測定する方法を用いて、標本ウェハの表面粗さ、グレーンサイズ（粒度）などを測定してもよい。
【００４４】
次に、光学式ウェハ表面検査装置１１０を用いて取得した標本ウェハのＨａｚｅ値と、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）などで測定した標本ウェハの表面粗さ、グレーンサイズなどから、検量線を作成する（ステップＳ６０４）。そして、作成した検量線を検量線データベース１２１に保存する（ステップＳ６０５）。ここで保存される検量線の情報の形態はマップ、グラフ、テーブル、関数等でも構わないものとする。
本実施形態では検量線を用いたが、なんらかの関係を有する情報Ａと情報Ｂとの対応関係を示すことができればよく、それはマップ、グラフ、テーブル、関数等でも構わない。
【００４５】
図７は検量線を表で示した一例であり、光学式ウェハ表面検査装置１１０により測定した標本ウェハのＨａｚｅ値と、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）などにより測定した、標本ウェハの表面粗さ（算術平均粗さＲａ，二乗平均粗さＲｍｓなど）やＳＩＭなどにより測定した標本ウェハのグレーンサイズ（粒度）などの関係を示している。粒径はＥＢＳＰ法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ−Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；後方散乱電子回折法）などにより明らかにし、Ｈａｚｅ値との関係を検量線にする。
そして、図７の一例では、表は異なる膜種（例えば、Ｓｉ，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）の検量線を有しているが、予め様々な他の膜（例えばＣｕ，Ａｌなど）との関係を検量線として作成しておくことで、所望の膜種の表面粗さ測定が可能となる。
【００４６】
図８は、図７の表の光学式ウェハ表面検査装置１１０により測定した標本ウェハのＨａｚｅ値と、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）などにより測定した、標本ウェハの表面粗さ（二乗平均粗さＲｍｓ）の関係を検量線で示している。
図８に示すグラフを用い、図４のステップＳ４０９で行われるパターン付き検査ウェハのＨａｚｅ値を、検量線に当てはめることで、パターン付き検査ウェハの表面粗さを示す二乗平均粗さＲｍｓを取得できる。一例を挙げると、パターン付き検査ウェハのＨａｚｅ値が４０の場合、検量線より、パターン付き検査ウェハの表面粗さを示す二乗平均粗さＲｍｓは０．１６であることがわかる。
【００４７】
ここで、全体制御部２５０は、図４のステップＳ４１０で記憶部２９０に保存した管理対象データを情報表示部２７０に出力することができる。情報表示部２７０に出力する際、管理対象データをＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）表示、テキスト表示、Ｈａｚｅマップ、表面粗さマップなどに変換して表示することができる。また、その表示を記憶部２９０に保存することも可能である。
【００４８】
ここで、Ｈａｚｅマップとは、Ｈａｚｅ値の大きさとパターン付き検査ウェハ上で測定した平坦領域の位置関係を示す等高線表示や３次元変換表示である。同じように表面粗さマップは、Ｈａｚｅ値から検量線を用いて取得した表面粗さの大きさとパターン付き検査ウェハ上で測定した平坦領域の位置関係を示す等高線表示や３次元変換表示を示す。
【００４９】
また、パターン付き検査ウェハを複数枚用意し、各パターン付き検査ウェハを測定し、Ｈａｚｅ値や管理対象データ（ステップＳ４１１にて変換したデータ）を取得し、その得たデータを基に、時系列プロットまたは管理図を作成し、ＳＰＣ管理（Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ；統計的工程管理）をすることにより成膜プロセスの異常検知が可能となる。表面粗さは半導体デバイス製作時の温度、湿度、加水などの様々な条件が複雑に集積された条件の影響を受ける。そのため、本発明を用いて、半導体デバイスのプロセス段階で早期にプロセス異常を検出し、即座に異常を解析し、プロセスにフィードバックすることにより歩留まりを大幅に向上できる。
【００５０】
［第２実施形態］
図４に示したパターン付きウェハの表面粗さを測定する処理のフローで説明した測定可能領域を検索する方法は、設計情報データベース１３０からチップ上の平坦領域２０３を検索する例であったが、近年の半導体デバイスは非常に複雑化しており、光学式ウェハ表面検査装置において表面粗さが測定できる平坦領域２０３（測定可能領域）がチップ内に必ずしも存在するとは限らない。
測定可能領域がチップ内に存在しない場合にも、表面粗さの測定ができる第２実施形態を、図９を用いて説明する。図９は第１実施形態にて測定対象である平坦領域の代わりにスクライブ領域を用いる第２実施形態である。
【００５１】
ウェハ２００には多数の半導体チップ９１０が形成される。これら半導体チップと半導体チップとの間にはスクライブ領域９２０が設けられ、この領域で切断されて半導体チップ９１０が完成する。
通常、このスクライブ領域９２０にＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ；テストエレメントグループ）９３０が設計される。このＴＥＧ９３０は、切断されて半導体チップとなってからでは評価することができない、半導体製品の開発段階で特定の要素を評価するために作られた、その特定の要素を含むテスト用の処理が施されたテスト領域（テストパターン）のことである。
【００５２】
半導体製品の微細化、高集積化により、実製品では内部の素子の特性や信頼性を個別に評価することは不可能になったため、各設計段階での評価目的に適合したＴＥＧ９３０を個別に設計することで、各要素を効率よく高精度に評価することができ、半導体製造プロセスの最適条件の確立、プロセス制御等にフィードバックすることもできる。そのＴＥＧ９３０のひとつに膜圧測定テスト領域があり、本発明の実施形態の一つは当該膜圧測定テスト領域にてウェハの表面粗さを測定することも可能である。
【００５３】
膜圧測定テスト領域であるＴＥＧ９３０は半導体デバイスの材料と同じであり、膜圧も半導体デバイスとほぼ等しい。そして、光学式ウェハ表面検査装置１１０を用いて測定するため、照明光であるビームスポット径が約１０マイクロメートルのレーザ光を照射することで生じる散乱光から散乱光強度を測定することができる十分な大きさの面積（５０マイクロメートル×５０マイクロメートル程度以上）を有し、かつ、散乱光強度の測定に影響を及ぼすほどのノイズが発生しない程度に平坦であるＴＥＧ９３０を用いることでウェハの表面粗さを測定可能である。
【００５４】
本実施形態では好適な例としてＴＥＧのひとつである膜圧測定テスト領域を示したが、前記条件を満たす領域を兼ね備えていれば、他のＴＥＧやスクライブ領域でも測定可能である。
【００５５】
本実施形態を用いれば、ウェハ上のチップ内に表面粗さを測定するために十分な大きさの面積を有する平坦領域が存在しなくても、ウェハ上のスクライブ領域を測定することでウェハの表面粗さを測定することが可能である。
【００５６】
表面粗さ測定に使用するテスト領域の位置も、設計情報データベース１３０に保存されており、ＴＥＧ９３０の位置情報などから容易に測定手順情報を自動作成し、表面粗さを測定できる。
【００５７】
また、パターンなしのウェハにおいては、ウェハ表面を全面測定することにより精度のよいＨａｚｅマップを作成できるが、Ｈａｚｅマップは通常、ウェハ当たり２０点程度の測定点があれば作成できる。実際のウェハ上には１０００点以上のチップが存在するため、１０００点以上のスクライブ領域が存在することになる。このため、本発明を用いれば、パターン付きウェハにおいても精度のよいＨａｚｅマップを高速に作成することが可能である。
【００５８】
［第３実施形態］
次に第３の実施形態について説明する。図１に示す第１実施形態のシステム構成である、光学式ウェハ表面検査装置１１０、データサーバ１２０、設計情報データベース１３０に、さらに図１０のように、ネットワーク１４０に、レビューＳＥＭ１５０、ＣＤ−ＳＥＭ１６０、異物成分分析装置１７０、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）１８０、電気テスト装置１９０を接続するシステム構成である。
【００５９】
レビューＳＥＭ１５０は、走査型電子顕微鏡を用いて、ウェハ上の欠陥の観察や分類を行う装置である。一般的に光学式の欠陥検査装置で異物の有無や位置を調べ、その情報を基にレビューＳＥＭで異物を観察，分類するために用いる。
ＣＤ−ＳＥＭ１６０は、チップ内のパターン幅の自動測定を行う装置である。
異物成分分析装置１７０は、異物成分を分析する装置であり、例えばＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）である。
ＡＦＭ１８０は、プローブの先端がウェハ表面から受ける原子間力を測定し、ウェハの表面状態（凹凸の様子）として観察する装置である。
電気テスト装置１９０は、チップに信号波形を与え、その時、チップから出てくる出力波形と予め電気テスト装置１９０にて記憶されている正常な波形との比較を行う装置である。
【００６０】
ここで、光学式ウェハ表面検査装置１１０が有する信号合成部２４０が出力するデータである、信号合成部２４０で合成した合成信号のデータと、合成信号の基になったディジタル信号化された検出器２３１ａ〜２３１ｄの検出信号のデータは、ネットワーク１４０を介して、レビューＳＥＭ１５０やＣＤ−ＳＥＭ１６０や他の装置に、出力可能な構成としてもよい。
【００６１】
ここで第３実施形態のシステムの動作について説明する。
第１実施形態で示したシステムにより、ウェハの表面粗さの測定が行われ、Ｈａｚｅ値を取得し、そのＨａｚｅ値から、ウェハの表面粗さ（算術平均粗さＲａ，二乗平均粗さＲｍｓなど）やグレーンサイズなどを取得し、取得したデータを管理対象データに変換して、記憶部２９０に保存する。
【００６２】
作成した散乱光強度分布図から、散乱光強度解析を行うことにより、異物成分も取得することができる。例えば異物の位置（座標）情報や異物の大きさ情報に対し、選択された異物の情報を付加してデータサーバ１２０にネットワーク１４０を介して送信する。ここで、選択された異物の情報の付加方法としては、例えば、前記検査結果に対策の要否のフラグを付加してやればよい。そして、光学式ウェハ表面検査装置１１０で検出された異物をさらに詳しく調べるために、被検査物をレビューＳＥＭ１５０、あるいはＣＤ−ＳＥＭ１６０に移動させる。この移動は、手搬送でもよいし、機械搬送でもかまわない。
【００６３】
被検査物をレビューＳＥＭ１５０、あるいはＣＤ−ＳＥＭ１６０に移動させた後、レビューＳＥＭ１５０、あるいはＣＤ−ＳＥＭ１６０からデータサーバ１２０にアクセスし、ネットワーク１４０を介してデータサーバ１２０から検査結果を受信する。そして、この検査結果を用いてレビューあるいは測長を開始する。レビューあるいは測長の際に、設計情報データベース１３０にアクセスし、設計情報から検査位置の検索及び位置情報のマッチング等を行い、位置情報を正確かつ高速に割り出し、効率よくレビューあるいは測長を実施することが可能である。このとき、光学式ウェハ表面検査装置１１０により付加された情報を用いて、対策が必要な異物を優先的にレビューすることにより、不良原因となる異物の解析を迅速に行うことが可能となる。また、同様に、異物成分分析装置１７０においても光学式ウェハ表面検査装置１１０により付加された情報により、対策が必要な異物を優先的に分析することができ、不良原因の解析を迅速に進めることができる。
【００６４】
これらのレビューデータや解析結果はデータサーバ１２０に保存しておき、電気テスト装置１９０でのテスト結果と突き合わせることにより、最終的に不良になるか否かを確認することができる。もし、最終的に不良とならない場合には、データサーバ１２０から光学式ウェハ表面検査装置１１０に対して対策が必要な異物を選択する基準を変更するデータを送信し、光学式ウェハ表面検査装置１１０の対策要否の基準を変更することによって対策が必要な異物を、より高精度に選択することが可能となり、半導体製造における不良対策をより迅速に行うことが可能となる。
【００６５】
なお、以上の説明はネットワークを介してデータの送受信を行うことを例にとって説明したが、必ずしもネットワークを介して行う必要はなく、例えば、取り外し可能な記憶媒体やプリントアウトされた紙によるデータの受け渡しを行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、半導体素子製造分野における半導体素子検査・計測及び半導体製造プロセス管理に用いるのに好適である。
【符号の説明】
【００６７】
１１０  光学式ウェハ表面検査装置
２００  ウェハ（試料）
２１０  試料検査台
２２０  照明光源
２２１  照明光（レーザ光）
２３０  散乱光検出部
２３１ａ〜２３１ｄ  検出器
２４０  信号合成部
２５０  全体制御部
２６０  ステージ制御部
２７０  情報表示部
２８０  入力操作部
２９０  記憶部
２９５  通信部
【図１】
0005608632.tif 000002
【図２】
0005608632.tif 000003
【図３】
0005608632.tif 000004
【図４】
0005608632.tif 000005
【図５】
0005608632.tif 000006
【図６】
0005608632.tif 000007
【図７】
0005608632.tif 000008
【図８】
0005608632.tif 000009
【図９】
0005608632.tif 000010
【図１０】
0005608632.tif 000011