(57)【要約】【課題】マクロ検査ツールの適用性を広げ、高スループットで半導体ウェハからより詳細な検査情報を得る。【解決手段】ウェハ検査方法は、ウェハ上に繰り返し配列されている個々の微細構造を解像するには不十分な結像解像度でウェハの全表面を結像させるステップを含む。本発明によれば、微細構造のフィーチャの特性は、微細構造を結像において直接解像することができないとしても、被選択検出信号群からの１若しくは複数の値の計算によって決定される。このようにして、記録される画像にマスク（１０９）が施され、画像の非マスク部分（１１１）は平均化によってさらに処理される。非マスク部分（１１１）は、ウェハのメモリ部分を含むように選択される。フィーチャ特性は、線幅、側壁の角度、微小寸法（ＣＤ）などを含むことができる。互いに異なる照明波長または偏光状態で撮影した複数の画像を組み合わせることもできる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる配列パターンに従って複数の微細構造が配列されている複数の領域を含み、少なくとも１つの被選択領域において前記微細構造が最小繰り返し周期を有する規則的な繰り返し配列パターンに従って配列されているような半導体ウェハを製造する方法であって、
検出器の１画素上に結像される前記ウェハの或る領域が前記最小繰り返し周期の５倍超、１０倍超または５０倍超の長さになるように、かつ前記少なくとも１つの被選択領域の各々が被選択画素群上に結像されるように、前記ウェハの少なくとも一部を前記検出器の画素アレイ上に結像させるステップと、
前記検出器の複数の画素から複数の検出信号を収集するステップと、
複数の被選択検出信号群の各群に対して、少なくとも１つの値を計算するステップとを含み、
前記被選択検出信号群の前記各群が、複数の被選択画素群のうちの少なくとも１つの画素群に属する画素から収集された検出信号を含み、前記複数の被選択画素群のいずれの群にも属さない画素からの複数の検出信号は、前記複数の被選択検出信号群のいずれの群にも含まれないことを特徴とする方法。
【請求項２】
各検出信号が、或る画素によって集められる光の強度を表すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記被選択検出信号群の各群に対して少なくとも１つの値を計算する前記ステップが、前記検出信号の群の統計的解析、決定論的解析、平均の計算、中央値の計算、分散の計算、標準偏差の計算を含むことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記被選択検出信号群の各群に対して計算される値の数が、各群における前記被選択検出信号を９で除した数、特に２５、３６、６４または１００で除した数以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
各群における前記被選択検出信号の数が、９以上、特に２５以上、特に３６以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記被選択領域の少なくとも１つに形成されている前記微細構造のフィーチャ特性を決定するステップをさらに含み、前記フィーチャ特性が、前記少なくとも１つの被選択領域が結像される画素群からの検出信号を含む前記被選択検出信号群に対して計算される前記少なくとも１つの値に基づいて決定されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記フィーチャ特性が、前記規則的なアレイに配列されている前記微細構造の線幅、側壁の角度、高さ、レジスト残り、アンダーカット、隅の丸まり及び微小寸法（ＣＤ）、重ね合わせズレ、並びに層厚さを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記規則的な繰り返し配列パターンに従って前記微細構造が配列されている複数の被選択領域が、前記ウェハ上に提供されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の被選択領域が、規則的な２次元アレイとして配列されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ウェハが複数のダイを含み、各ダイが少なくとも１つの被選択領域を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの被選択領域が、半導体メモリを形成する微細構造を含むことを特徴とする請求項９または請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つのプロセスパラメータを用いて前記ウェハを処理するステップと、
前記少なくとも１つの検出信号群に対して決定された前記少なくとも１つの値に基づき、前記少なくとも１つのプロセスパラメータを変更するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記処理が前記ウェハのパターン露光を含み、前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、具体的には前記露光に用いられる露光量及び焦点を含み、かつ／または
前記処理がエッチングを含み、前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、具体的にはエッチング時間、エッチング温度及び、前記エッチングに用いられる媒体の濃度を含み、かつ／または
前記処理が前記ウェハ上の材料の堆積を含み、前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、具体的には濃度、温度及び時間を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記処理が、
前記ウェハをレジストでコーティングするステップと、
前記コーティング後に前記レジストにパターンを露光するステップと、
前記露光後に前記パターン化されたレジストを現像するステップと、
前記現像後に前記現像したレジストを介して前記ウェハをエッチングするステップと、
前記エッチング後に前記ウェハ上に残留する前記レジストを除去するステップとを含み、
前記検査が、前記ウェハの前記エッチング後かつ前記残留レジストの前記除去前に行われることを特徴とする請求項１２または請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記結像させるステップが、前記ウェハ全面を前記検出器上に結像させるステップを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの計算値に基づき前記ウェハ上の少なくとも１つの位置を決定するステップと、
前記少なくとも１つの位置のミクロ検査を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記結像が、前記ウェハの前記結像される部分全体で結像ビーム経路の主光線のずれが５°未満、特に３°未満であるようなテレセントリック結像であり、かつ／または
前記方法が、前記ウェハの前記結像される部分を照明するステップをさらに含み、該照明が、前記ウェハの前記結像される部分全体で照明ビーム経路の主光線のずれが５°未満、特に３°未満であるようなテレセントリック照明であることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記結像が第１結像及び第２結像を含み、
前記第１結像が第１偏光の放射線により行われ、前記第２結像が前記第１偏光と異なる第２偏光の放射線の放射線により行われ、
各群に対して前記少なくとも１つの値が前記第１結像及び前記第２結像において得られた前記被選択検出信号に基づいて計算されることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１偏光方向に合わせて照明光を偏光させるステップと、
前記第１偏光方向に合わせて偏光させた前記照明光により前記ウェハを照明するステップと、
前記第１偏光方向に合わせて前記ウェハ上に照明された前記照明光を用いて前記第１結像を行うステップと、
その後、前記第２偏光方向に合わせて照明光を偏光させるステップと、
前記第２偏光方向に合わせて偏光させた前記照明光により前記ウェハを照明するステップと、
前記第２偏光方向に合わせて前記ウェハ上に照明された前記照明光を用いて前記第２結像を行うステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板の前記部分を前記検出器の前記画素アレイ上に結像させるために用いられる結像光を前記第１偏光方向に合わせて偏光させるステップと、
前記第１偏光方向に合わせて偏光させた前記結像光を用いて前記第１結像を行うステップと、
その後、前記結像光を前記第２偏光方向に合わせて偏光させるステップと、
前記第２偏光方向に合わせて偏光させた前記結像光を用いて前記第２結像を行うステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１偏光方向が、前記第２偏光方向とは１０°超、２０°超または４０°超異なることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記結像が第１結像及び第２結像を含み、
前記第１結像が第１波長域の放射線により行われ、前記第２結像が前記第１波長域と異なる第２波長域の放射線により行われ、
前記各群に対する前記少なくとも１つの値が、前記第１結像及び前記第２結像において得られた前記被選択検出信号に基づいて計算されることを特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
照明光の波長域を前記第１波長域に限定するステップと、
前記第１波長域に限定された前記照明光により前記ウェハを照明するステップと、
前記ウェハ上に照明されかつ前記第１波長域に限定された前記照明光を用いて前記第１結像を行うステップと、
その後、前記照明光の前記波長域を前記第２波長域に限定するステップと、
前記第２波長域に限定された前記照明光により前記ウェハを照明するステップと、
前記ウェハ上に照明されかつ前記第２波長域に限定された前記照明光を用いて前記第２結像を行うステップとをさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板の前記部分を前記検出器の前記画素アレイ上に結像させるために用いられる結像光を、前記第１波長域に限定するステップと、
前記第１波長域に限定された前記結像光を用いて前記第１結像を行うステップと、
その後、前記結像光を前記第２波長域に限定するステップと、
前記第２波長域に限定された前記結像光を用いて前記第２結像を行うステップとをさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１波長域の中心波長が、前記第２波長域の中心波長と５０ｎｍ超または１００ｎｍ超異なることを特徴とする請求項２２ないし請求項２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記各第１及び第２波長域の幅が、１００ｎｍより小さいかまたは５０ｎｍより小さいことを特徴とする請求項２２ないし請求項２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１波長域内に４３０ｎｍの波長があることを特徴とする請求項２２ないし請求項２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２波長域内に６５０ｎｍの波長があることを特徴とする請求項２２ないし請求項２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１及び第２結像を行う間、前記ウェハが、前記結像に用いた結像光学系に対して同じ位置に維持されることを特徴とする請求項１８ないし請求項２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記ウェハが、前記ウェハの厚さ方向に０．５μｍ超または１．０μｍ超または１．５μｍ超の長さを有するコンタクトホール等の微小構造を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記微小構造が、前記厚さ方向に対して直角の方向に、前記厚さ方向における前記長さの０．１倍または０．０５倍より小さい長さを有することを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
半導体ウェハの製造方法、具体的には請求項１ないし請求項３１のいずれか１項に記載の半導体ウェハ製造方法と併用される方法であって、
前記ウェハを、結像光学系及びカメラに対して、前記ウェハが前記結像光学系によって前記カメラ上に結像されるように位置合わせするステップと、
光源によって生じる照明光を前記ウェハ上に向けるステップと、
前記ウェハを前記カメラ上に結像させるために用いられる光の第１光設定値を提供し、前記ウェハから反射される照明光を用いて前記カメラにより前記ウェハの第１画像を記録するステップと、
前記ウェハを前記カメラ上に結像させるために用いられる光の第２光設定値を提供し、前記ウェハから反射される照明光を用いて前記カメラにより前記ウェハの第２画像を記録するステップとを含み、
前記第１及び第２光設定値は、前記ウェハを前記カメラ上に結像させるために用いられる光の偏光及びスペクトルの少なくとも一方が異なっていることを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記第１及び第２光設定値が、前記光源と前記ウェハとの間のビーム経路及び／または前記ウェハと前記カメラとの間のビーム経路に設けられた少なくとも１つの光学フィルタによって生成され、
前記少なくとも１つの光学フィルタが、前記フィルタを通過する光の偏光及びスペクトルのうちの少なくとも一方が第２設定値と異なる第１設定値を有することを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１及び第２光設定値が、互いに異なるスペクトル範囲の照明光を生じさせる異なるＬＥＤ等の光源を選択的に操作することによって生成されることを特徴とする請求項３２または請求項３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記結像光学系及びカメラに対する前記ウェハの位置が、前記第１画像を記録する前記ステップと前記第２画像を記録する前記ステップとの間で一定に維持されることを特徴とする請求項３２ないし請求項３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１画像の記録に用いられる前記光が第１スペクトル分布を有し、前記第２画像の記録に用いられる前記光が第２スペクトル分布を有し、
前記第１及び第２光設定値が、前記第１スペクトル分布の中心波長が前記第２スペクトル分布の中心波長とは５０ｎｍ超または１００ｎｍ超異なるように設定されることを特徴とする請求項３２ないし請求項３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記各第１及び第２スペクトル分布の幅が、１００ｎｍより小さいかまたは５０ｎｍより小さいことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１スペクトル分布の幅内に４３０ｎｍの波長がありかつ／または前記第２スペクトル分布の幅内に６５０ｎｍの波長があることを特徴とする請求項３６または請求項３７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１画像の記録に用いられる前記光が第１偏光方向を有し、前記第２画像の記録に用いられる前記光が第２偏光方向を有し、
前記第１及び第２光設定値が、前記第１偏光方向が前記第２偏光方向とは１０°超、２０°超または４０°超異なるように設定されることを特徴とする請求項３２ないし請求項３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
第１光設定値を提供し、前記ウェハから反射される照明光を用いて前記カメラにより前記ウェハの前記第１画像を記録するステップと、
第２光設定値を提供し、前記ウェハから反射される照明光を用いて前記カメラにより前記ウェハの前記第２画像を記録するステップと、
第３光設定値を提供し、前記ウェハから反射される照明光を用いて前記カメラにより前記ウェハの第３画像を記録するステップと、
第４光設定値を提供し、前記ウェハから反射される照明光を用いて前記カメラにより前記ウェハの第４画像を記録するステップとを含み、
前記第１及び第２光設定値は、前記偏光が異なっており、前記ウェハを前記カメラ上に結像させるために用いられる前記光の前記スペクトルが実質的に同じであり、
前記第３及び第４光設定値は、前記偏光が異なっており、前記ウェハを前記カメラ上に結像させるために用いられる前記光の前記スペクトルが実質的に同じであり、
前記第１及び第３光設定値は、前記ウェハを前記カメラ上に結像させるために用いられる前記光の前記スペクトルが異なっていることを特徴とする請求項３２ないし請求項３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記結像光学系及びカメラに対する前記ウェハの位置が、前記第１、第２、第３及び第４画像を記録する前記ステップ間で一定に維持されることを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１、第２、第３及び第４画像を解析し、前記第１、第２、第３及び第４画像に基づき前記ウェハの前記表面より下に位置する微小構造に関する情報を得るステップをさらに含むことを特徴とする請求項４０または請求項４１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの処理及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスなどの小型デバイスは、半導体ウェハに複数の処理ステップを適用することによって製造される。そのような処理には、基板上にレジスト層を提供する膜形成処理、レジストの露光部分への露光処理、露光後ベーク処理、現像処理、レジストの露光または非露光部分をエッチングするエッチング処理、レジストの露光または非露光部分に材料を堆積させる堆積処理及び他の適切な処理が含まれ得る。このような処理は、適切なプロセスパラメータ（例えば、温度、濃度、露光量及び他の設定値）を用いて制御される。製造の高スループットを考慮して、各処理において所望の結果が達成されるように、対応するパラメータに基づき各処理を制御する必要がある。上記処理のうちの１若しくは複数の処理を施した後に、半導体ウェハの検査を行うことができる。検査結果に基づき、上記したプロセスパラメータのうちの１つ以上を調整することができる。
【０００３】
半導体ウェハ及びその上に形成される微細構造（ミクロ構造）の様々な特性を測定するために、適切な検査ツールを用いて検査を行うことができる。幾つかの検査ツールは、ウェハを検査するために光学的方法を用いており、ウェハの画像を生成することができ、そのような画像をさらに解析することにより、処理が要求通りに行われていることを確認したり、処理されたウェハの欠陥を判定することができる。光学的検査ツールは、一般的に、ミクロ欠陥検査ツールとマクロ欠陥検査ツールに分けられる。
【０００４】
ミクロ欠陥検査ツールは、０．１μｍ以下の寸法を有する最小の大量生産される微細構造において欠陥を検出することを目的とする。ミクロ欠陥検査ツールの長所は、微細構造の幾何学的特性または他の特性を直接変化させることができることと、これらの微細構造の欠陥を直接示すことができることである。ミクロ欠陥検査ツールの短所は、検査に必要な時間が長いことと、基板の表面全体を検査する場合には処理しなければならない生成データ量が多いことである。時間を考慮して基板表面の一部分しか検査されなければ、ある種の欠陥が検出されない恐れがある。
【０００５】
マクロ欠陥検査ツールは、欠陥に対する感度の低下及び生成画像の空間解像度の低下を犠牲にして、高スループットを達成することを目的とする。マクロ欠陥検査ツールは、基板の大部分または全部の基板を短時間で検査することができるという長所を持ち、これらの微細構造の欠陥を検出するために最小の大量生産される微細構造が直接結像されないという短所を持つ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マクロ検査ツールの適用性を広げ、高スループットで半導体ウェハからより詳細な検査情報を得ることが望ましい。
【０００７】
半導体ウェハの製造プロセスにおいてマクロ欠陥検査ツールを用いて得られる情報を用いることがさらに望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、半導体ウェハ上に形成される微細構造に関する価値ある情報を得ることを可能にする半導体ウェハの検査方法を提供する。
【０００９】
半導体ウェハは、互いに異なる配列パターンに従って微細構造が配列されている複数の異なる領域を含み得る。例えば、微細構造は、１方向または２方向における配列として繰り返し周期を特定することができるように、規則的な繰り返し配列パターンで配列されることができる。互いに異なる繰り返し周期を有する互いに異なる配列パターンを有する異なる領域があってよい。さらに、他の領域は、不規則的またはランダムな微細構造の配列を有し得る。
【００１０】
いくつかの実施形態では、本発明は、半導体ウェハの少なくとも一部を検出器の画素アレイ上に結像させる方法を提供する。結像は、結像光線を用いる光学結像を含み得る。
【００１１】
特定の実施形態では、本発明は、広いスペクトル範囲の光を用いて結像を行う方法を提供する。広いスペクトル範囲には、可視光、赤外光及び紫外光を含み得る。
【００１２】
他の特定の実施形態では、本発明は、狭いスペクトル範囲の光を用いて結像を行う方法を提供する。狭いスペクトル範囲は、可視光、赤外光または紫外光の範囲内にあってよい。
【００１３】
特定の実施形態では、レンズ及び／またはミラーを含む光学系を用いて結像が行われる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、本発明は、検出器の１画素上に結像されるウェハの或る領域が、複数の微細構造が配列されている最小繰り返し周期の５倍超、１０倍超または５０倍超の長さになるように、結像を行う。これは、これらの領域に形成される微細構造の幾何学的形状または構造を、画素アレイを備えた検出器を用いて観察または検出できないことを意味する。換言すれば、微細構造は小さすぎるので、結像（imaging）を用いて直接観察できない。しかし、同じ規則的な繰り返し配列パターンに従って微細構造が配置されている被選択領域は、検出器の複数の画素からなる被選択画素群上に結像される。
【００１５】
いくつかの実施形態では、本発明は、５画素より多いか、１０画素より多いか、２５画素より多いか、または３５画素より多い画素からなる画素群上に、被選択領域を結像させる方法を提供する。例えば、３×３個の画素、４×４個の画素、５×５個の画素、３×７個の画素、５×６個の画素などからなる画素群上に、被選択領域を結像させることができる。さらに、画素群は、検出器の矩形部分を占める必要がなく、画素群は、ウェハ上の被選択領域の形状に実質的に対応する任意の形状を有することができる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、本発明は、検出器の画素から検出信号を収集し、被選択検出信号から値を計算する方法を提供する。検出器の全画素から得られる検出信号のうち、被選択検出信号のみが値の計算のために用いられ、他の検出信号はこれらの値の計算のために用いられないかまたは計算から除外される。換言すれば、一部の画素は、これらの信号からの検出される強度が複数の値の計算結果に影響しないという意味で「マスキングされる」。計算結果に影響しない検出信号は、ウェハの被選択領域が結像される被選択画素群のうちのいずれの群にも属さない画素からの検出信号を含む。ここで、被選択領域は、規則的な繰り返し配列パターンに従って微細構造が配列されている領域である。計算結果に影響する検出信号は、被選択領域が結像される被選択画素群からの検出信号を含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、本発明は、ウェハの少なくとも１つの被選択領域（該領域は、結像される被選択領域に対応する少なくとも１つの値を計算するために用いられる検出信号を供給する画素群上に結像される）に形成される微細構造のフィーチャ特性を決定する方法を提供する。特定の実施形態では、フィーチャ特性は、被選択領域に配列された微細構造の線幅、側壁の角度、高さ、レジスト残り（footing）、アンダーカット、隅の丸まり（corner rounding）及び微小寸法（critical dimension：ＣＤ）、重ね合わせズレ、並びに層厚さを含む。微細構造をイメージングにおいて直接解像することができないとしても、微細構造のフィーチャの特性を決定することができるであろう。
【００１８】
特定の実施形態では、半導体ウェハは複数のダイを含み、ダイは半導体材料の小さな塊であり、その上に所与の機能回路が製作されている。各ダイは、複数の微細構造が規則的な繰り返し配列パターンに従って配置されている少なくとも１つの被選択領域を含むことができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、本発明は、少なくとも１つのプロセスパラメータを用いて半導体ウェハを処理する方法を提供する。このとき、少なくとも１つのプロセスパラメータは、少なくとも１つのプロセスパラメータに従って処理される半導体ウェハの領域を結像させる検出器の画素から収集された検出信号から決定される少なくとも１つの値に基づいて変更される。
【００２０】
他の実施形態では、処理は、化学気相成長（ＣＶＤ）及び物理気相成長（ＰＶＤ）などの堆積を含み、このとき、少なくとも１つのプロセスパラメータは、濃度、温度及び時間を含む。
【００２１】
特定の実施形態では、本発明は、基板のパターン露光を含む処理を提供し、このとき、少なくとも１つのプロセスパラメータは、露光に用いられる露光量及び／または焦点を含む。
【００２２】
いくつかの実施形態では、基板の処理は基板のエッチングを含み、このとき、少なくとも１つのプロセスパラメータは、エッチング時間、エッチング温度及び、エッチングに用いられる媒体の濃度を含む。
【００２３】
いくつかの実施形態によれば、半導体ウェハの製造方法は、ウェハをレジストでコーティングするステップと、コーティング後にレジストにパターンを露光するステップと、露光後にパターン化されたレジストを現像するステップと、現像後に現像したレジストを介してウェハをエッチングするステップと、エッチング後にウェハ上に残留するレジストを除去するステップとを含み、ウェハの検査は、ウェハのエッチング後かつ残留レジストの除去前に行われる。残留レジストの除去は、残留レジストポリマーを燃焼させる灰化（アッシング）処理と、それに続き残留物及びレジスト粒子を除去する洗浄ステップとを含むことができる。
【００２４】
いくつかの実施形態によれば、半導体ウェハの製造方法は半導体ウェハを検査するステップを含み、検査ステップは、ウェハを、結像光学系及びカメラに対して、ウェハが結像光学系によってカメラ上に結像されるように位置合わせするステップと、光源によって生じる照明光をウェハ上に向けるステップと、第１光設定値（light setting）を提供し、ウェハから反射される照明光を用いてカメラによりウェハの第１画像を記録するステップと、第２光設定値を提供し、ウェハから反射される照明光を用いてカメラによりウェハの第２画像を記録するステップとを含み、第１及び第２光設定値は、ウェハを検出器上に結像させるために用いられる光の偏光及びスペクトルの少なくとも一方が異なっている。
【００２５】
いくつかの実施形態によれば、第１及び第２光設定値は、光源とウェハとの間のビーム経路及びウェハとカメラとの間のビーム経路のうち少なくとも一方に設けられた少なくとも１つの光学フィルタによって生成される。このとき、光学フィルタを変更することによって、フィルタを通過する光の偏光を変更させ、かつ／またはフィルタを通過する光のスペクトル分布を変更させることができる。
【００２６】
いくつかの実施形態によれば、第１及び第２光設定値は、照明光を発生させる光源を変更することによって生成される。例えば、照明光の異なるスペクトル範囲を提供する複数のＬＥＤなど複数の光源を提供し、異なるスペクトル分布の照明光を選択的に発生させるように選択的に操作することができる。
【００２７】
本明細書の例示的な実施形態によれば、３つ以上の光設定値で３つ以上の画像を記録することすらできる。
【００２８】
本明細書のさらなる例示的な実施形態によれば、上記の方法に従って検査を行うことができ、
記録された各画像毎に、それぞれの画像の画素群に対する値を計算するステップを含む。
【００２９】
本明細書の他の例示的な実施形態によれば、記録された画像に画像処理を施し、記録された画像に基づいて新しい画像を計算する。このとき、新しい計算された画像の１若しくは複数の画素群に対して少なくとも１つの値が計算される。
【００３０】
互いに異なる複数の光設定値で記録された同じウェハの２以上の画像を用いるそのような方法により、１つの光設定値で記録される１つの画像から得ることができないようなウェハに関する情報を得ることができる。
【００３１】
例示的な実施形態によれば、複数の記録された画像に施される画像処理が促進されるように、かつ当該画像処理の結果をウェハの特定の位置及び領域に容易に関連付けることができるように、結像光学系及びカメラに対するウェハの位置は、第１画像を記録するステップと第２画像を記録するステップとの間で一定に維持される。
【００３２】
いくつかの実施形態によれば、第１画像の記録に用いられる光は第１スペクトル分布を有し、第２画像の記録に用いられる光は第２スペクトル分布を有し、第１及び第２光設定値は、第１スペクトル分布の中心波長が第２スペクトル分布の中心波長とは５０ｎｍ超または１００ｎｍ超異なるように設定される。当分野で既知の方法のうちの１つに従って、中心波長を計算することができる。例えば、用いられる光のスペクトル分布を表すグラフ下の面積の重心を決定することによって、中心波長を計算することができる。
【００３３】
いくつかの実施形態によれば、第１及び第２スペクトル分布の各々の幅は、１００ｎｍより小さいかまたは５０ｎｍより小さい。当分野で既知の方法のうちの１つに従って、スペクトル分布の幅を計算することができる。例えば、スペクトル分布の一部分の上限及び下限を、上限及び下限によって画定される波長域内にスペクトル強度の９０％が含まれるように決定することによって、スペクトル分布の幅を計算することができる。このとき、上限と下限の差がスペクトル分布の幅を表すことになる。
【００３４】
本明細書の例示的な実施形態によれば、第１スペクトル分布の幅内に４３０ｎｍの波長がありかつ／または第２スペクトル分布の幅内に６５０ｎｍの波長がある。
【００３５】
そのような波長の選択は、検査されるウェハの表面より下に位置する構造に関する情報を得るときに有利であり得る。短い波長の光の侵入深さはわずかであるので、より短い波長光を用いて記録される画像は、主として、ウェハの表面の近くに位置する構造に関する情報を含むことになる。より長い波長の光は侵入深さがより大きいので、より長い波長の光を用いて記録される画像は、表面の近くに位置する構造及びウェハの表面より一定距離下に位置する構造に関する情報を含むことになる。新しい画像の画素に対する画素強度を得るために、２つの画像の対応する画素の画素強度に数値演算を行うことによって、新しい画像を計算することができる。記録される画像の光設定値及び露光条件などのパラメータに応じて選択される数値演算をもってすれば、計算される画像における表面の近くに位置する構造に関する情報を減らし、結果的に、計算される画像が主として表面より或る距離下に位置する構造に関する情報を含むようにすることが可能である。
【００３６】
他の実施形態によれば、第１画像の記録に用いられる光は第１偏光方向を有し、第２画像の記録に用いられる光は第２偏光方向を有し、第１及び第２光設定値は、第１偏光方向が第２偏光方向とは１０°超、２０°超または４０°超異なるように設定される。ここで、１００％の完全な直線偏光を実際に得ることは難しいので、光を部分的にのみ偏光させることができる。さらに、さらなる実施形態によれば、第１偏光は第２偏光とは偏光度が異なる。例えば、第１画像は非偏光光を用いて記録することができ、第２画像は例えば６０％の偏光度を有する光を用いて記録される。
【００３７】
いくつかの実施形態によれば、検査システムの照明ビーム経路に設けられたフィルタを変更することによって、光設定値が変更される。他の実施形態によれば、検査システムの結像ビーム経路に設けられたフィルタを変更することによって光設定値が変更され、さらなる実施形態によれば、検査システムの照明ビーム経路に設けられたフィルタおよび検査システムの結像ビーム経路に設けられたフィルタの両者を変更することによってフィルタ設定値が変更される。フィルタの変更は、ビーム経路に配置された第１透過特性を有する第１フィルタと、第２透過特性を有する第２フィルタとの交換を含み得る。透過特性は、強度のスペクトル分布及び／またはフィルタを介して透過されるかまたはフィルタから反射される光の偏光が異なっていてよい。
【００３８】
いくつかの他の実施形態によれば、検査システムの照明ビーム経路において照明光を発生させる光源を変更することによって、光設定値が変更される。
【００３９】
いくつかの実施形態では、本発明は、基板の少なくとも一部を検出器上に結像させる方法を提供する。本明細書のいくつかの実施形態によれば、基板の全表面が検出器上に結像される。
【００４０】
いくつかの実施形態では、本発明は、半導体ウェハを検査する方法であって、ウェハの少なくとも一部が検出器上に結像され、結像は、検出器上に結像されるウェハの部分全体で結像ビーム経路の主光線のずれが５°未満、特に３°未満であるようなテレセントリック結像である方法を提供する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、本発明は、結像される半導体ウェハを照明する方法であって、照明は、結像されるウェハの領域全体で照明ビーム経路の主光線のずれが５°未満、特に３°未満であるようなテレセントリック照明である方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】マクロ欠陥検査システムの概略図。
【図２】図１に示した検査システムの結像ビーム経路の概略図。
【図３】図１に示した検査システムの照明ビーム経路の概略図。
【図４】テレセントリック結像の図。
【図５】半導体ウェハの画像を表したもの。
【図６】図５に示したウェハの照射野の画像。
【図７】図６に示した画像上に重ね合わせることができるマスクの概略図。
【図８】計算の中間結果の概略図。
【図９】図５に示した画像から計算される値と半導体ウェハの被選択領域との間の対応を表す図。
【図１０】微小寸法から決定される値の依存性。
【図１１】半導体ウェハの処理方法を示すフローチャート。
【図１２】半導体ウェハのさらなる処理方法を示すフローチャート。
【図１３】図１１及び図１２に示した方法のいずれか一方において用いることができる検査の詳細を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
後述する例示的な実施形態では、機能または構造が似ている構成要素には、概ね似たような符号を付している。
【００４４】
図１は、マクロ欠陥検査システム３１の概略図である。
【００４５】
システム３１は、半導体ウェハ３５の表面３３の画像を得るように設計されている。この例では、ウェハ３５は、現在半導体製造に用いられている約２００ｍｍまたは約３００ｍｍの直径を有するウェハである。しかし、本実施形態はそのようなウェハ直径に限定されるものではなく、他のウェハ直径、例えば４００ｍｍ以上に適用することができる。さらに、後述する実施形態は、一般に半導体ウェハとは異なる基板の検査に適用可能であり、データ媒体、生体サンプル、化学処理システムなどの対象物体を含む。
【００４６】
ウェハ３５は、その表面３３がシステム３１の結像ビーム経路３９の対物面３７に配置されるように、物体支持部３６上に載せられている。結像ビーム経路３９は、ウェハ３５の全表面３３を画像検出器４３の画素アレイ４１上に結像させるように構成されかつ配列される。このために、結像ビーム経路３９は、対物レンズ４５と、折り畳みミラー４７と、全体を符号４９で示す第１レンズ群、ビームスプリッタ５１と、全体を符号５３で示す第２レンズ群と、画像検出器４３の放射線感知表面４１とを含む。結像ビーム経路３９は、対物面３７の側ではテレセントリックであり、画素アレイ４１と一致する結像面の側でもテレセントリックであってよい。対物面３７側のテレセントリック性のために、対物レンズ４５の直径はウェハ表面３３の直径より大きい。しかし、対物面３７の側のテレセントリック性が必要ない例では、より小さい直径の対物レンズを用いることができる。
【００４７】
対物レンズ４５は正の屈折力を有し、レンズ群４９は負の屈折力を有し、レンズ群５３は正の屈折力を有し、ビームスプリッタ５１は第１及び第２レンズ群４９、５３間の空間に配置されている。
【００４８】
図１に示したシステム３１の例は、ウェハ３５から検出器４３の画素アレイ４１まで延在する結像ビーム経路に配置された光学フィルタ８９をさらに含む。図の例では、光学フィルタ８９は、偏光フィルタ９０及びスペクトルフィルタ９１を含む。光学フィルタ８９を用いて、ウェハを画素アレイ上に結像させるのに用いられる光の特性を選択することができる。
【００４９】
偏光フィルタ９０は２つのフィルタプレート９２及び９３を含み、２つのフィルタプレート９２及び９３を矢印９５で示したように変位させるように構成されたアクチュエータ９４の制御下で、フィルタプレート９２及び９３を選択的にビーム経路に置くことができる。フィルタプレート９２及び９３は、それぞれのプレートを通過できる光の偏光が異なっている。例えば、フィルタプレート９２は、光を第１方向に８０％偏光させて通過させるが、フィルタプレート９３は、光を第１方向に対して直角の第２方向に８０％偏光させて通過させる。そのような効果は、１つの単一偏光フィルタプレートと、該フィルタプレートを、プレートを通過する結像ビーム経路の光軸に平行な軸の周りで回転させるように構成されたアクチュエータとを用いて達成することもできることに留意されたい。
【００５０】
スペクトルフィルタ９１は２つのフィルタプレート９６及び９７を含み、２つのフィルタプレート９６及び９７を矢印９９で示したように変位させるように構成されたアクチュエータ９８の制御下で、フィルタプレート９６及び９７を選択的にビーム経路に置くことができる。フィルタプレート９６及び９７は、それぞれのプレートを通過できる光の波長域が異なっている。例えば、フィルタプレート９６は、中心波長４３０ｎｍの、４１０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長域からの光のみを通過させるが、フィルタプレート９７は、中心波長６５０ｎｍの、６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの波長域からの光のみを通過させる。
【００５１】
図１に示したシステム３１の他の例によれば、光学フィルタには偏光フィルタのみが含まれ、スペクトルフィルタが提供されないか、あるいは光学フィルタにはスペクトルフィルタのみが含まれ、偏光フィルタが提供されないか、あるいはシステムは結像ビーム経路に全く光学フィルタを含まない。
【００５２】
図１に示したシステム３１の他の例によれば、互いに異なるスペクトル分布の光を発生させる複数の光源を有することになる。例えば、複数の光源は、互いに異なるスペクトル分布の光を発生させる発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み得る。選択可能なスペクトル強度分布を有する照明光ビームを発生させるように光源のスイッチを選択的にオン・オフすることができる。
【００５３】
ビームスプリッタ５１は、明視野照明ビーム経路５９から結像ビーム経路３９を分離する機能を有する。明視野照明ビーム経路５９は、明視野光源６１と、１若しくは複数の単レンズ素子を含み得るコリメーティングレンズ６３と、ミラー６５とを含む。光源６１は、この例示的な実施形態では、３５Ｗの出力を有しかつ広いスペクトル範囲の光を発するキセノン・アークランプである。ランプ６１は、約８００ｎｍの波長を有する光が実質的にウェハ３５に向かって伝達されないように、ＩＲフィルタの機能を有する窓を有する。ミラー６５から反射される光は、光ファイバ６７内に導かれる。
【００５４】
光ファイバ６７から現れる明視野照明光は、レンズ群６９によってコリメートされ、２つのミラー７０、７１から反射された後に光学素子群７３に入る。光学素子群７３は、絞り７５が均一的に照明されるように明視野照明光ビームを形作る機能を有する。このために、レンズ群７３は、複数のレンズと、フライアイレンズ及び／またはガラスロッドを含み得る１若しくは複数の光結合器とを含む。絞り７５は、視野絞りであり、明視野照明光により照明される対物面３７の部分を画定する。これを達成するために、明視野照明光学系は、結像ビーム経路の対物面３７と一致するウェハ表面３３上に視野絞り７５が結像されるように構成される。視野絞り７５を通過した明視野照明光は、レンズ群７７によって操作され、ミラー７９から反射され、ビームスプリッタ５１及びレンズ群４９を通過し、ミラー４７から反射され、対物レンズ４５を通過して、対物面３７に入射する。
【００５５】
図１に示したシステム３１の例は、光源６１からウェハ３５まで延在する照明ビーム経路に配置された光学フィルタ８８をさらに含む。光学フィルタ８８を用いて、ウェハ上に向けられる照明光の特性と、ひいてはウェハを画素アレイ上に結像させるのに用いるための光の特性とを選択することができる。
【００５６】
図の例では、光学フィルタ８８は、結像ビーム経路に配置された光学フィルタ８９と同じ構造を有している。
【００５７】
他の例によれば、光学フィルタ８８には偏光フィルタのみが含まれ、スペクトルフィルタが提供されないか、あるいは光学フィルタにはスペクトルフィルタのみが含まれ、偏光フィルタが提供されないか、あるいはシステムは結像ビーム経路に全く光学フィルタを含まない。具体的には、多くの場合、照明ビーム経路または結像ビーム経路のいずれか一方に１つのフィルタのみを設ければ十分である。ここでは、照明ビーム経路に偏光フィルタのみを配置し、結像ビーム経路にスペクトルフィルタのみを設けるか、あるいは照明ビーム経路にスペクトルフィルタのみを配置し、結像ビーム経路に偏光フィルタのみを設けることが可能である。
【００５８】
図１に示した実施形態では、ビームスプリッタ５１を明視野照明ビーム経路５９が通過するが、結像ビーム経路３９はビームスプリッタ５１から反射される。
【００５９】
図２は、結像光学系３９のより詳細な概略図であり、結像ビーム経路３９の構成要素の光学データを下表１に示す。ここで、「ガラス」の欄には、ショット社（SCHOTT）及びオハラ社（OHARA）の命名法に従って光学材料の名称を示している。
【表１】
2013502562.tif 000003
【００６０】
図３は、明視野照明ビーム経路の詳細図であり、光ファイバ６１の上流の明視野照明システムの構成要素は図３に示されていない。
【００６１】
明視野照明システムに含まれる構成要素の光学データを下の表２−１及び表２−２に示す。
【表２】
2013502562.tif 000004
【表３】
2013502562.tif 000005
【００６２】
明視野照明システムは、明視野照明光によりウェハ表面３３を実質的に均一的に照明するように構成されている。
【００６３】
図４は、結像ビーム経路３９のテレセントリック性及び開口数に関する幾何学的関係の概略図である。図４は、ウェハ表面３３上の３つの例示的な位置１５１１、１５１２、１５１３から生じる３つの光円錐１５１１、１５１２、１５１３を示している。これらの位置１５２からウェハ表面３３より上の半空間において実質的に全方向に光が発せられるが、光円錐１５１内にある光線のみが結像光学系によって受光され、ウェハ表面を検出器４３の画素アレイ４１上に結像させるのに用いられる。光円錐１５１の広がり角度の半角（half opening angle）δの正弦は、結像光学系の物体側の開口数ＮＡとも呼ばれる。図の実施形態では、結像光学系の開口数ＮＡの値は約０．０１５である。
【００６４】
図４には、光円錐１５１の主光線１５３とウェハ表面３３の表面法線１５４との間の角度γも示されている。本実施形態の結像光学系は、結像に用いられる全ての光円錐１５１に対する角度γの最小値が約４°未満であるようなテレセントリック性を有する。
【００６５】
図５は、上記で図１〜図４に関連して説明した検査システムを用いて得たパターン化半導体ウェハの画像を示している。ウェハ３５は約３００ｍｍの直径を有し、画像は検出器４３の画素から収集された検出信号を表しており、ここで、画像の暗い部分は低強度の検出信号を表し、画像の明るい部分は高強度の検出信号を表している。検出器の画素は、２次元の３０００×３０００アレイ（合計９００万画素）に配列されている。そのような配列では、ウェハ上の約１００μｍ×１００μｍの領域が検出器の１画素上に結像される。すなわち、換言すれば、画像の各画素は、ウェハ３５の約１００μｍ×１００μｍの領域から集められる光の強度を表す。
【００６６】
ウェハ上のパターンは、各々が１つの露光ステップで生成される複数の全く同じ照射野から形成される。
【００６７】
図６は、１つのそのような照射野１０１であって、水平方向に２６ｍｍ、垂直方向に３３ｍｍの長さを有する照射野１０１の拡大図である。図の例では、照射野１０１は、ウェハの製造完了時点で１つの半導体機能回路またはチップを形成することになる１つのダイに対応する。図６から明かであるように、ダイは、互いに異なるタイプの領域、例えばマンハッタン・パターンで配列された黒色領域、灰色領域及び白色領域を有している。互いに異なる領域は、ウェハ基板上に形成された微細構造の互いに異なる配列パターンにそれぞれ対応する。画像の黒色領域１０３は、半導体メモリが形成されるウェハ上の領域に対応し、画像の灰色領域１０５は、主論理支持構造が形成されるウェハ上の領域に対応し、画像の明るい領域１０７は、論理部分構造が形成されるウェハ上の領域に対応する。半導体メモリ領域１０３は、水平及び垂直方向に約７０ｎｍの最小繰り返し周期を有する高度に規則的な繰り返し配列パターンで配列されている微細構造によって形成されている。
【００６８】
図７にハッチング部分として示すマスク１０９を施すことによって、メモリ領域１０３がさらなる解析のために選択される。マスク１０９は、図６に示されている灰色領域１０５の水平及び垂直部分並びに明るい領域１０７の水平部分を覆う。マスク１０９と一致する画像１０１の部分は、さらなる解析から除外される。さらなる解析は、マスク１０９の窓すなわち開口部１１１と一致する画像１０１の複数の部分の各々を対象とする。マスクの１つの開口部１１１に対応する画像の複数の画素は各々被選択画素群にグループ化され、各被選択画素群から１若しくは複数の測定値が計算される。図の例では、各群の画素の画像強度を平均することによって１つの値が計算される。図７に示すマスク１０９は３×８個の開口部１１１を有するので、ウェハ３５の各照射野１０１に対して２４個の値が計算される。
【００６９】
図６に示した例示的な照射野に対して得られるそのような値の例を下表３に示す。
【表４】
2013502562.tif 000006
【００７０】
それぞれのメモリ領域に形成される微細構造が同一であると期待されるとしても、それぞれの窓１１１に対応するウェハの被選択領域の全てに対して平均強度値が同じではないことは明らかである。微細構造は、検出器の１画素上に結像される１００μｍ×１００μｍの領域よりもずっと小さいので、９万画素の検出器を用いる図１の検査システムにより微細構造を直接結像させることはできないことに留意されたい。
【００７１】
上表に示した平均強度値は、異なる被選択領域１１１における微細構造のフィーチャ特性の差異を表すことが分かっている。これらのフィーチャ特性は、照射野の全領域１１１に対して完全に同じではない。実際に、フィーチャ特性は領域毎に僅かに差がある。フィーチャ特性の僅かな差が、上表３に示した平均値の顕著な相違をもたらすことが既に分かっている。
【００７２】
図の例では、平均値の差異は、微細構造がウェハ上に形成される際の微小寸法の差異に起因する。他の例では、平均値の差異に対応するフィーチャ特性の差異は、微細構造のフィーチャの線幅、側壁の角度、高さ、レジスト残り、アンダーカット及び隅の丸まり、最上層によって覆われている前の層の構造に対する現在の層すなわち最上層の構造の重ね合わせズレ、並びに微細構造のフィーチャの層厚さまたは他のフィーチャ特性を含み得る。
【００７３】
図の例では、１つの画素群から収集した複数の検出信号を平均することによって、１つの値が計算される。他の例では、被選択検出信号群から他の数値演算によって１つの値または複数の値を計算することができる。数学的方法は、統計的解析、決定論的解析、平均の計算、中央値の計算、分散の計算、標準偏差の計算を含み得る。これらの１若しくは複数の計算値は、この場合もやはり、基板上に形成される微細構造のフィーチャ特性の差異を表すことができる。しかし、被選択画素群から計算される値の数は該画素群の画素数より小さいことに留意されたい。例えば、被選択画素群の画素数は５より大きいかまたは１０より大きい場合があるが、該画素群から計算される値の数は５未満であるかまたは１に等しい。別の例によれば、被選択画素群の画素数は４０より大きいが、該画素群から計算される値の数は１０未満であるかまたは特に１に等しい。
【００７４】
図７を参照して説明する例では、マスクは、灰色領域１０５の水平及び垂直部分並びに明るい領域１０７の水平部分を覆っているが、白色領域の狭い垂直部分はマスクによって覆われていない。マスクの窓に対応する各画素群がウェハのちょうど１メモリ部分に対応することになるように明るい領域１０７の狭い垂直部分も覆うことによって、マスクをさらに改良することができる。他の例では、同様に基板の被選択領域に形成される微細構造のフィーチャ特性を表す値を得ることができるマスクの他の形状を見つけることができる。
【００７５】
図８は、マスクを用いた処理の結果を示しており、ここで、マスクの各窓はウェハ３５のちょうど１メモリ部分に対応する。図８の矩形部分１２５は、図７に示したマスク１０９の窓１１１に対応する。しかし、この図の例では、マスクは、図８で陰影付き矩形部分１２７によって表されている窓を含む。このマスクの各窓は、ウェハ３５の１つのメモリ部分１０３に対応する。
【００７６】
そのようなマスクの各窓に対して、上記したように複数の画素群を用いて処理が行われ、各画素群から１つの結果値が計算される。結果値を図８に陰影付き矩形部分の濃淡値として示し、対応するグレースケール１２９を図８の右側に示す。
【００７７】
図９は、計算値とウェハ上の対応する領域との間の対応を表したものである。図８の各点は、ウェハ上の１つの被選択領域に対応する１つの値を表している。上記したように各照射野に対して平均化によって計算された２４個の値があることが明らかであり、ウェハ上には８８個の完全な照射野が形成されている。これら２１１２個の値は、ウェハの２１１２個の互いに異なる被選択領域における例えば微小寸法などのフィーチャ特性を表している。２１１２個の値の数は、各々が被選択領域に形成される微細構造のフィーチャ特性を表しており、微細構造の比較可能な情報を得るために従来必要とされるミクロ検査システムによって生成される情報と比較して、相対的に少ない情報である。仮にウェハ上の２１１２個の位置においてフィーチャ特性に関する情報を得るためにミクロ検査ツールを用いるとすれば、ミクロ検査ツールは、これらの２１１２個の位置において詳細な測定を実施しなければならないことになり、それは時間のかかるプロセスであろう。この例では、情報は、約１０秒で収集することができる１つの画像から得られる。
【００７８】
図１０は、上記した方法を用いて試験ウェハから得られる測定結果のグラフ表示である。ウェハ上に形成される微細構造の微小寸法が照射野毎に異なるようにして試験ウェハを製造した。４０ｎｍから７０ｎｍまでの様々な微小寸法で、１４個の照射野がウェハ上に形成される。各照射野に対して、対応する画素が選択されて複数の群を形成し、各群から収集した検出信号が平均される。図１０の各点は、対応する照射野の作製された微小寸法に関連付けられた１つのそのような値に対応する。計算値が微細構造の微小寸法と大いに関係していることは明らかである。多くの微細構造を含むウェハ上の領域が検出器の１画素上に結像されるマクロ検査ツールを用いて、微細構造のフィーチャ特性に関する価値ある情報を得ることができることも明かである。
【００７９】
図１１は、半導体ウェハの処理方法を示している。本方法は、レジストでウェハをコーティングし現像するトラックシステムと、パターンをウェハ上に結像させるリソグラフィーシステムとを連結したリソクラスターで実行される。本方法は、複数の処理ステップ２０１〜２０６及び検査ステップ２０７を含む。ステップ２０１では、ウェハ表面にレジスト層が塗布され、この処理は、プロセスパラメータ２１１（例えば、塗布される層の厚さ及び均一性など）によって制御される。ステップ２０２では、ウェハに対して、プロセスパラメータ２１２（例えば、温度、温度均一性またはベーク時間など）によって制御される露光前ベークを行う。後続のエッジビード除去（ＥＢＲ）ステップ２０３では、ウェハのエッジを覆うレジスト層部分を除去する。この処理は、プロセスパラメータ２１３（例えば、レジストの除去を行うツールに対するウェハのアライメントまたはセンタリングなど）によって制御される。後続の露光ステップ２０４では、レジストにパターンの露光を行う。このとき、露光はプロセスパラメータ２１４（例えば、焦点、露光量並びに、露光ツールに対するウェハの傾き及びアライメントなど）によって制御される。その後、露光後ベークステップ２０５が行われ、この処理はプロセスパラメータ２１５（例えば、温度、温度均一性及び時間など）によって制御される。ステップ２０６では、レジストが現像され、現像は、プロセスパラメータ２１６（例えば、温度、塗布される物質の濃度及び時間など）によって制御される。
【００８０】
検査ステップ２０７は、上記した検査ツール及び計算方法を用いて行われることができる。検査ステップ２０７は、画像の記録２１７並びに画像処理及び計算ステップ２１９〜２２３を含む。ステップ２１９では、画素群からの画像信号をさらなる処理から除外するために、画像にマスクを施す。例えば、ウェハの非メモリ部分に対応する画像部分がさらなる処理から除外されるようにマスクを構成することができる。ステップ２２１では、画像の非除外部分を複数のブロックに分類し、該ブロックに対して平均化などの演算によって値を計算する。ステップ２２３では、ステップ２２１で計算した値から、ＣＤなどのフィーチャ特性を決定する。ステップ２２３においてＣＤなどのフィーチャ特性が各ブロックと関連付けられた後、判定ステップ２２５が行われる。判定ステップ２２５は、決定されたフィーチャ特性に基づくプロセスパラメータ２１１〜２１６の変更に関する判定を含み得る。必要であれば、ステップ２０１〜２０６において処理される次のウェハの処理を向上させるようにプロセスパラメータが変更される。検査２０７においてウェハの重大な欠陥及び欠損が明らかになったことにより、判定ステップ２２５で行われる解析が、現在検査されているウェハがステップ２２９で廃棄されるか否かを決定する判定ステップ２２７に影響を与えることもある。判定ステップ２２７において、現在検査されているウェハが特定の設計要件を満たすと判定された場合には、ウェハに対して、製造のさらなる処理ステップ２３５を続行する。
【００８１】
検査ステップ２０７は、マクロ検査ツールを用いて微小寸法や線幅などの情報や形成される微細構造のフィーチャ特性に関する他の情報を得るので、検査ステップ２０７を非常に迅速に行うことができる。検査の結果を即座に用いて、ウェハをさらに処理すべきなのか廃棄すべきなのかを判定することができる。さらに、後続ウェハの処理を制御するプロセスパラメータを変更することによって製造プロセスを向上させるために、上記の情報を用いることができる。
【００８２】
上記した例では、検査ステップ２０７は現像ステップ２０６の後に行われる。他の例では、検査は、他の処理ステップ（例えば、露光２０４、露光前ベーク２０２、レジスト層の塗布２０１または露光後ベーク２０５など）の後に行われる。さらに、これらの処理ステップのうちの２つ以上または全部の後に検査を行うことにより、個々の処理ステップの制御をさらに向上させることができる。
【００８３】
判定ステップ２２７はまた、ステップ２３１でミクロ検査及びレビューを行うという判定を含み得る。ミクロ検査は、ウェハ上に形成される微細構造のフィーチャ特性を直接決定することができるミクロ検査ツールを用いた検査である。このために、ミクロ検査ツールは、例えば、高解像度での結像を提供する結像光学系を有する。ステップ２３１のミクロ検査は、ウェハの被選択位置において行われ、そのような被選択位置は、ステップ２２３において決定される特定の画素群の例えばＣＤなどの計算値に基づいて決定される。例えば、１つの被選択画素群の平均強度の最大値（上表３に記された値で最大のものを参照）が所定のしきい値を超えるかまたは他の群の値より或る所定量だけ大きい場合、これは、当該群に対応するウェハの被選択領域の欠損を表すことができる。その後、当該被選択領域を対象としてミクロ検査を行うことができ、所望の範囲内にあるフィーチャ特性を表す範囲内に計算値がある他の領域においてミクロ検査を行わないことによって、時間を節約することができる。
【００８４】
ミクロ検査２３１の結果に基づき、他のウェハの処理を向上させるようにプロセスパラメータ２１１〜２１６のうちの１若しくは複数を変更するという判定２３３を下すことができる。
【００８５】
図１２は、半導体ウェハのさらなる処理方法を示している。この方法は、継続ステップ２３５で図１１に関連して説明した方法の後で実行することができる。図１２に示した方法は、ウェハ製造に用いられるエッチング及び堆積プロセスモジュールにおいて実行することができる。本方法は、現像したレジストのパターンをエッチングによってウェハ基板に転写する処理ステップ２４１を含む。エッチングは、プロセスパラメータ２４９（例えば、温度、濃度及び処理時間など）によって制御される。
【００８６】
エッチングの後、マクロ検査２０７が行われ、画像２１７が生成される。画像２１７の処理には、図１１に関連して上記したステップ２１９、２２１及び２２３が含まれる。また、既に述べた判定ステップ２２５及び２２７、すなわち、ウェハを廃棄２２９するのか、上記したミクロ検査／レビュー２３１を行い、それに基づいて判定ステップ２３３を行うのか、またはウェハ上に残留する現像したレジストを灰化プロセス及び洗浄プロセスにおいて除去するステップ２４５でウェハの製造を続けるのかの判定が行われる。
【００８７】
ステップ２２５における判定は、後続ウェハの製造を向上させるためにエッチングプロセス２４１を決定するプロセスパラメータ２４９を変更するステップを含むことができる。同様に、ステップ２２５における判定は、後続ウェハの製造を向上させるために図１１に示されているような処理ステップ２０１〜２０６を決定するプロセスパラメータ２１１〜２１７（図１１を参照）を変更するステップを含むことができる。
【００８８】
図１３は、例えば図１１を参照して説明した方法のステップ２０７または図１２を参照して説明した方法のステップ２４３において用いることができる検査の或る実施形態の詳細を示すフローチャートである。
【００８９】
図１３に示した方法では、用いられる検査システムに対して同一位置に維持された同一ウェハから２つ以上の画像が記録される。検査システムは、図１〜図４を参照して上記した検査システムであってよいが、異なる構成を有する他の検査システムを用いることもできる。複数の記録された画像は、ウェハを照明するために用いられる光及び／またはウェハを結像させるために用いられる光の設定値が互いに異なっている。異なる光の設定値は、光のスペクトル分布及び光の偏光に関する設定値を含み得る。設定値は、図１に関連して上記した光学フィルタ８８及び９８などの光学フィルタで選択することができる。
【００９０】
ステップ３０１では、第１偏光方向に合わせて偏光させた波長域４１０ｎｍ〜４５０ｎｍで中心波長４３０ｎｍの第１波長の光を用いて画像を記録することができるように、フィルタ８９及び８８のアクチュエータ９４及び９８を制御することによって第１光設定値を選択する。ステップ３０５では、この設定値を用いて第１画像３０３を記録する。
【００９１】
後続のステップ３０７では、第１偏光方向に対して直角の第２偏光方向に合わせて偏光させた第１波長の光範囲を用いて画像を記録することができるように、フィルタ８９または８８の一方を制御することによって第２光設定値を選択する。ステップ３１１では、この設定値を用いて第２画像３０９を記録する。
【００９２】
後続のステップ３１３では、第１偏光方向に合わせて偏光させた波長域６３０ｎｍ〜６７０ｎｍで中心波長６５０ｎｍの第２波長の光を用いて画像を記録することができるように、フィルタ８９及び８８を制御することによって第３光設定値を選択する。ステップ３１７では、この設定値を用いて第３画像３１５を記録する。
【００９３】
後続のステップ３１９では、第２偏光方向に合わせて偏光させた第２波長の光の範囲を用いて画像を記録することができるように、フィルタ８９または８８の一方を制御することによって第４光設定値を選択する。ステップ３２３では、この設定値を用いて第４画像３２１を記録する。
【００９４】
記録された４つの画像３０３、３０９、３１５、３２１に対して、ステップ３２５において画像処理を施して新しい画像２１７を計算する。新しい画像２１７は画素毎に計算され、各画素の画素強度は、各画像３０３、３０９、３１５、３２１の対応する画素の画素強度に基づいて計算される。
【００９５】
例えば、新しい画像の画素の画素強度を次式に従って計算することができる。
【数１】
2013502562.tif 000007
ここで、Ｉｎは新しい画像２１７の画素の画素強度であり、Ｉ１は第１画像３０３の画素の画素強度であり、Ｉ２は第２画像３０９の画素の画素強度であり、Ｉ３は第３画像３１５の画素の画素強度であり、Ｉ４は第４画像３２１の画素の画素強度であり、ａ１、ａ２、ａ３及びａ４は適切に選択された定数である。
【００９６】
異なる偏光に対する画素強度の比率をなす画像は、第１または第２偏光方向の一方と一致する方向に周期的に配列されているウェハの微小構造に対して高コントラストを示すことが分かっている。上式は、互いに異なる波長で記録されるそのような画像の差を表す。第１及び第２画像は、第３及び第４画像を記録するために用いられるより短い波長の光よりも光が深くウェハに浸透するようなより長い波長で記録される。ａ１Ｉ１／ａ２Ｉ２の比率から計算される画像は、ウェハの表面にも表面より下の一定深さにも位置する繰り返し構造を示しているが、ａ３Ｉ３／ａ４Ｉ４の比率から計算される画像は、ウェハの表面のみに位置する繰り返し構造を示している。従って、上式を用いて計算される画像は、ウェハの表面にも表面より下の一定深さにも位置する繰り返し構造を示す画像とウェハの表面のみに位置する繰り返し構造を示す画像との差であるが、これは、ウェハの表面より下の一定深さに位置する繰り返し構造を示している。適切な定数ａ１、ａ２、ａ３及びａ４は、実験及び以前の経験によって求めることができる。
【００９７】
上記した光設定値を用いて計算した画像２１７は、半導体ウェハに形成される高アスペクト比構造の製造欠陥を識別するのに役立った。例えば、ＤＲＡＭメモリのゲートコンタクトホールは、５０ｎｍの直径及び２０００ｎｍの深さを有し得る。ＤＲＡＭ製造時、ウェハの表面において完全な形状を有するが深さいっぱいまでエッチングされていないコンタクトホールが生じることがある。従来の表面検査方法を用いてそのような欠陥を検出することは困難であろう。しかし、そのような欠陥は、上記した、ウェハ表面より下に位置する構造に関する情報を提供する方法を用いて、検出することができる。
【００９８】
上記の例における第１及び第２波長域は、照明ビーム経路または結像ビーム経路に設けられる光学フィルタのうちの一方の設定値を変更することによって得られるが、２つの光源を提供することによって第１及び第２波長域を得ることもでき、このとき、第１光源は第１波長の光範囲を作り出し、第２光源は第２波長の光範囲を作り出し、第１及び第２光設定値が選択されたときには第１光源のスイッチのみがオンにされ、第３及び第４光設定値が選択されたときには第２光源のスイッチのみがオンにされる。
【００９９】
いくつかの実施形態によれば、ウェハ検査方法は、ウェハ上に繰り返し配列されている個々の微細構造を解像するには不十分な結像解像度でウェハの全表面を結像させるステップを含む。記録された画像にマスクが施され、画像の非マスク部分は平均化によってさらに処理される。非マスク部分は、ウェハのメモリ部分を含むように選択される。
【０１００】
本明細書には特定の例示的な実施形態が開示されているが、種々の代替形態、変更形態及び変形形態が当業者とって明らかであろう。それゆえ、本明細書に記載の例示的な実施形態は、例示を目的としたものであり、何ら制限を目的としたものではない。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができる。
【図１】
2013502562.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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