(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンの形成された基板の粗さを得る方法において、
前記基板に光を照射する第１のステップと、
前記基板からの光を検出し、前記基板の座標と対応付ける第２のステップと、
前記第２のステップの結果に閾値処理を施す第３のステップと、
前記第３のステップの結果を用いて前記基板の粗さを得る第４のステップとを有することを特徴とするパターンの形成された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、
前記第３のステップでは、第１の閾値、及び前記第１の閾値よりも低い第２の閾値の少なくとも１つを使用して前記閾値処理を行うことを特徴とするパターンの形成された基板の粗さを得る方法。
【請求項３】
請求項１、又は請求項２に記載の方法において、
前記第２のステップは、さらに、前記基板の座標と前記パターンの設計情報とを対応付けることを特徴とするパターンの形成された基板の粗さを得る方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法において、
前記第１の閾値は、欠陥からの光の強度より小さく、表面粗さからの光の強度より大きいことを特徴とするパターンの形成された基板の粗さを得る方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法において、
前記第２の閾値は、第１のパターンからの光の強度より大きく、第１のパターンより密な第２のパターンからの光の強度より小さいことを特徴とするパターンの形成された基板の粗さを得る方法。
【請求項６】
パターンの形成された基板の粗さを得るための装置であって、
前記基板に光を照射する照明光学系と、
前記基板からの光を検出する検出光学系と、
処理部とを有し、
前記処理部は、
前記検出光学系の検出結果と前記基板の座標とを対応付け、
前記検出光学系の検出結果と前記基板の座標とを対応付けた結果に閾値処理を施し、
前記閾値処理の結果から前記基板の粗さを得ることを特徴とするパターンの形成された基板の粗さを得るための装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、
前記処理部は、第１の閾値、及び前記第１の閾値よりも低い第２の閾値の少なくとも１つを使用して前記閾値処理を行うことを特徴とするパターンの形成された基板の粗さを得るための装置。
【請求項８】
請求項６、又は請求項７に記載の装置において、
前記パターンに対応する設計情報を保存するための記憶部を有し、
前記処理部は、前記基板の座標と前記パターンの設計情報とを対応付けることを特徴とするパターンの形成された基板の粗さを得るための装置。
【請求項９】
請求項７に記載の装置において、
前記第１の閾値は、欠陥からの光の強度より小さく、表面粗さからの光の強度より大きいことを特徴とするパターンの形成された基板の粗さを得るための装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の装置において、
前記第２の閾値は、第１のパターンからの光の強度より大きく、第１のパターンより密な第２のパターンからの光の強度より小さいことを特徴とするパターンの形成された基板の粗さを得るための装置。
【請求項１１】
請求項６に記載の装置において、
表示部を有し、
前記表示部は、前記検出光学系の検出結果と前記基板の座標とを対応付けた結果を等高線によって表示することを特徴とするパターンの形成された基板の粗さを得るための装置。
【請求項１２】
請求項８に記載の装置において、
表示部を有し、
前記表示部は、
前記検出光学系の検出結果と前記基板の座標とを対応付けた結果を等高線ウィンドウとして表示し、さらに、
前記設計情報を、設計情報ウィンドウとして前記等高線ウィンドウと同じ大きさで表示することを特徴とするパターンの形成された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、パターン付きウェハの検査に使用される表面検査装置および表面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の最先端半導体デバイス（装置）は極限まで微細化を追及しており、パターンの線幅の微細化だけでなく生成膜の薄膜化も行われている。ゲート酸化膜に至っては膜厚が１乃至２ｎｍの薄膜が用いられ、膜厚が膜表面の凹凸（表面粗さ）の大きさに接近してきている。このため、表面粗さによって局所的に変動する変動膜厚の膜厚に対する比率が大きくなり、従来の半導体デバイスでは問題にならなかった膜表面の表面粗さが、最先端半導体デバイスにおいてはその特性に大きな影響を与えるようになってきている。
【０００３】
また、半導体デバイスの製造に用いられる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、縦型酸化拡散装置を使用して数十枚から百枚程度のウェハを一括処理する形態が一般的であったが、昨今ではウェハの大口径化に適する枚葉処理の酸化拡散装置の使用が急速に広がっており、枚葉処理ゆえのウェハ間の膜厚や表面粗さのばらつきが、半導体デバイスの歩留まり低下の一要因となっている。
このため、最先端半導体デバイスの製造工程では、生成膜の膜厚と表面粗さの変動しにくい製造条件を設定し、その製造条件で製造した生成膜の膜厚と表面粗さを厳格に管理することが必要となっている。
【０００４】
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、（３）特許文献１及び特許文献２に示されるようなウェハの表面にレーザ光を入射させて、ウェハ表面から表面粗さに起因する散乱光を受光してウェハの表面粗さを測定する方法が提案されている。また、レーザ光に替えて、Ｘ線を用いる方法が特許文献３に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかし、前記従来技術は、加工途中のパターン付きウェハの表面粗さを測定することを考えると、（１）のＦＩＢ加工は破壊検査であり検査に使用したウェハから半導体デバイスを製造することはできない問題があった。また、（２）のＡＦＭでは、パターンによる段差は、表面粗さによる段差に比べ数桁大きいので、パターンの段差のある領域の表面粗さの測定では、パターンの段差の測定によって表面粗さの測定精度が低下する問題があった。また、（３）の散乱光を受光する方法では、パターンの段差に起因して生じる散乱光がノイズとなり、ウェハの表面粗さの測定精度が低下する問題があった。
【０００７】
ただ、パターン付きウェハでは、（２）と（３）の方法でウェハの表面粗さが測定できないかというと、必ずしもそうではなく、測定に必要な面積を有する平坦な検査範囲が、パターンに囲まれたウェハ内のどこかにあり、前記平坦な検査範囲内の表面粗さを測定することで、パターンの影響の無い正味の表面粗さを測定することができる。
【０００８】
しかし、従来は、前記平坦な検査範囲を目視で探すしかなく、この探索に多くの時間を要していた。また、この探索が手動であるので、自動でのオンライン測定も不可能であった。これらのことから、パターン付きウェハの表面粗さを、高精度で非破壊に測定をするため、前記平坦な検査範囲を目視によらず探索できる手段の確立が必要であると考えられた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前記課題を解決すべく、パターン付きウェハの表面粗さを高精度で非破壊に測定できる平坦な検査範囲を、目視によらず探索できる表面検査装置および表面検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決した本発明は、照射される照射光により生じる散乱光の散乱光強度を、パターン付きウェハ上の測定座標に対応付けて測定し、前記ウェハの表面粗さを検査する表面検査装置および表面検査方法において、
制御部は、前記測定した散乱光強度が下限閾値以上である場所の前記測定座標を抽出し、抽出された前記測定座標の周辺に相当する前記パターンの全体レイアウトの一部の部分レイアウト内に、前記表面粗さの検査の検査範囲を設定し、前記検査範囲における前記表面粗さを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、パターン付きウェハの表面粗さを高精度で非破壊に測定できる平坦な検査範囲を、目視によらず探索できる表面検査装置および表面検査方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る表面検査装置を有する表面検査システムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る表面検査装置の構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る表面検査方法のフローチャートである。
【図４】（ａ）はウェハ表面のパターンのない領域の模式図であり、（ｂ）は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。
【図５】（ａ）は被検査チップの（レイアウト）パターンを示す全体レイアウトであり、（ｂ）はメモリ部の一部を示す部分レイアウトであり、（ｃ）は論理部の一部を示す部分レイアウトである。
【図６】（ａ）は被検査チップの図５（ａ）のＡ−Ｂ間をスキャンした際の散乱光強度の分布図であり、（ｂ）は参照チップの図５（ａ）のＡ−Ｂ間をスキャンした際の散乱光強度の分布図であり、（ｃ）は図５（ａ）のＡ−Ｂ間に沿った差信号強度の分布図である。
【図７】本発明の実施形態に係る表面検査方法における、ステップＳ１の被検査チップの散乱光強度の測定の後に、表面検査装置の表示部に表示される画面表示である。
【図８】本発明の実施形態に係る表面検査方法における、ステップＳ５の下限閾値と上限閾値の設定支援の際に、表面検査装置の表示部に表示されるウィンドウである。
【図９】本発明の実施形態に係る表面検査方法における、ステップＳ６の候補座標の抽出後に、表面検査装置の表示部に表示される画面表示である。
【図１０】本発明の実施形態に係る表面検査方法における、ステップＳ１１の一覧表示の際に、表面検査装置の表示部に表示される画面表示である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１４】
図１に、表面検査システム１０１の構成図を示している。表面検査システム１０１は、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、レビューＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）１５０、ＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−ＳＥＭ）１６０、異物成分分析装置１７０、ＡＦＭ１８０、電気テスト装置１９０等からなるウェハ表面粗さ測定装置群１００を含み、各装置はネットワーク１４０を介して互いに接続されている。
【００１５】
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散乱光の強度（散乱光強度）とその照射・散乱の行われた位置（測定座標）とを取得する手段を有している。なお、本実施形態では、本発明の表面検査装置を、主に光学式ウェハ表面検査装置１１０に適用した場合について説明する。光学式ウェハ表面検査装置１１０では、従来、パターンの凹凸（段差）による散乱光がノイズとなり不可能であったパターン付ウェハの表面粗さの測定を、パターン付きウェハ上のウェハ表面粗さを測定可能な平坦な検査範囲をプリスキャンし、その散乱光強度分布から平坦な検査範囲の候補を、半導体デバイスの全体レイアウトに重ね合わせて表示し、ユーザが前記候補の中から検査範囲を迅速確実に指定できる。そして、光学式ウェハ表面検査装置１１０では、この検査範囲を用いてパターン付きウェハ表面粗さを自動で測定できるようにしている。平坦な検査範囲であれば、パターンの段差による散乱光が生じないので、ウェハの表面粗さを高精度に測定することができる。また、ユーザは、半導体デバイスの全範囲について探索する必要はなく、前記検査範囲の候補から探索すればよいので、迅速に、平坦な検査範囲を探索することができる。
【００１６】
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ＳＥＭ１５０、ＣＤ−ＳＥＭ１６０やＡＦＭ１８０の測定データ、電気テスト装置１９０のテストデータ、異物成分分析装置１７０の分析データなどのデータを、ウェハの識別子と関係付けて保存可能なコンピュータである。また、データサーバ１２０は、前記ウェハの識別子と、前記ウェハ上に製造されている半導体デバイスの識別子とを関係付けて記憶している。データサーバ１２０は、一覧表示データベース１２１を有し、この一覧表示データベース１２１は、データサーバ１２０に保存されている前記測定データより作成される一覧表示を保存している。そして、検査対象のウェハの識別子を取得し、この検査対象のウェハの識別子に基づいて、検査対象のウェハ上に製造されている半導体デバイスの識別子を読み出すことができるようになっている。なお、一覧表示の詳細は後記する。
【００１７】
設計情報データベース１３０は、ウェハの設計（ＣＡＤ）データ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（チップ）を構成するメモリ部や論理部等の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、そのレイアウトデータに基づいたレイアウトの結果作成される半導体デバイスの活性層や配線層などのレイヤを形成するためのマスクデータや、前記機能ブロックが有するすなわち半導体デバイスが有するパターンの形状データや、ウェハ上の半導体デバイスの配列データや、スクライブ領域の位置データや、ＴＥＧの位置データ等の設計情報データを、半導体デバイスの識別子と関係付けて記憶し保存している。そして、前記検査対象のウェハ上に製造されている半導体デバイスの識別子に基づいて、検査対象のウェハ上に製造されている半導体デバイスの全体レイアウト（レイアウトデータ）を読み出すことができるようになっている。また、前記測定座標に基づいて、前記測定座標の周辺の半導体デバイスのパターンの形状データを読み出すことができるようになっている。
【００１８】
レビューＳＥＭ１５０は、走査型電子顕微鏡を用いて、ウェハ上の異物・欠陥の観察や分類を行う装置である。まず、光学式ウェハ表面検査装置１１０で、異物・欠陥の有無や、異物・欠陥の観測された測定座標を測定しておく。そして、その測定座標等の情報を基に、レビューＳＥＭ１５０で、異物・欠陥を観察し、異物・欠陥の発生原因を特定するために分類している。
【００１９】
ＣＤ−ＳＥＭ１６０は、測定対象のウェハの識別子を取得し、この測定対象のウェハの識別子から、このウェハに製造されている半導体デバイスの識別子、さらに、この半導体デバイスを測定するための測定レシピを読み出し、この測定レシピに基づいて半導体デバイスのパターンの線幅や線間スペースの自動測定を行っている。
【００２０】
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。光学式ウェハ表面検査装置１１０で観測された異物の測定座標等の情報を基に、異物が容易に探せるので、異物成分分析装置１７０は、迅速に異物成分の分析を行うことができる。
【００２１】
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することで、ウェハの表面状態（表面粗さ）を非接触で非破壊に観察する装置である。なお、本実施形態では、本発明の表面検査装置を、主に光学式ウェハ表面検査装置１１０に適用した場合について説明するが、これに限らず、本発明の表面検査装置を、ＡＦＭ１８０に適用することもできる。このことによれば、探索によって、平坦な検査範囲を見つけることができるので、プローブは、パターンによる段差を越えることがなくなり、表面粗さの測定の測定精度を向上させることができる。このように、本発明の表面検査装置は、表面粗さを計測するさまざまな表面検査装置に適用することができる。これは、光学式ウェハ表面検査装置１１０やＡＦＭ１８０が、本発明の表面検査装置を含んでいると考えているのであるが、これに限らず、光学式ウェハ表面検査装置１１０やＡＦＭ１８０の外側に、本発明の表面検査装置を有していてもよいのである。ただ、本発明の表面検査装置の機械的な構成は、光学式ウェハ表面検査装置１１０に既に備わっているので、光学式ウェハ表面検査装置１１０について、本発明の表面検査装置を実現することが、最も簡便確実な実現方法である。
【００２２】
電気テスト装置１９０は、測定対象のウェハの識別子を取得し、この測定対象のウェハの識別子から、このウェハに製造されている半導体デバイスの識別子、さらに、この半導体デバイスをテストするためのテストレシピを読み出し、このテストレシピに基づいて、ウェハ上の半導体デバイス（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データサーバ１２０又は電気テスト装置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。
【００２３】
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。
【００２４】
次に、表面検査システム１０１の動作について説明する。
光学式ウェハ表面検査装置１１０により、後記する本発明の表面検査方法を実施しウェハの表面粗さの測定が行われ、表面粗さを表す算術平均粗さＲａや二乗平均粗さＲｍｓなどが取得され、データサーバ１２０に記憶させる。光学式ウェハ表面検査装置１１０は、表面粗さの測定だけでなく、異物・欠陥の検出もできる。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、被検査ウェハをレビュー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。
【００２５】
被検査ウェハを、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から光学式ウェハ表面検査装置１１０の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、設計情報から測定座標の検索及び位置情報のマッチング等を行い、測定座標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の検査結果により、異物を容易に探索し分析できるので、不良原因の解析を迅速に進めることができる。
【００２６】
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、半導体デバイスの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。
【００２７】
なお、以上の説明はネットワーク１４０を介して検査結果等の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１４０を介して送受信を行う必要はなく、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によってもよい。
【００２８】
図２に、光学式ウェハ表面検査装置１１０（本発明の表面検査装置）の構成図を示す。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（特許請求の範囲に記載の制御部に相当）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。
【００２９】
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。
【００３０】
ここで、回転駆動部２１３及びスライド駆動部２１４は、全体制御部２５０の指令信号を受けたステージ制御部２６０により、制御されている。
【００３１】
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上のあらゆる測定座標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の特定の測定座標に照射することができる。
【００３２】
そして、照明光２２１が照射されたウェハ２００の特定の測定座標を、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とにより、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。ここで、照明光２２１にはスポットの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。
【００３３】
散乱光検出部２３０は、散乱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２３１ａ〜２３１ｄの数に限定はなく、各検出器２３１ａ〜２３１ｄが相互に、スポットから検出器へ方向の方位角及び仰角のうち少なくとも一方において異なるように、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・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。
【００３４】
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コンバータ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コンバータ２３３ａ〜２３３ｄにてディジタル信号化される。
【００３５】
信号合成部２４０は、ディジタル信号化された検出信号を指定された演算条件（プログラム）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。なお、この合成信号のデータが、散乱光強度を含んでいる。
【００３６】
全体制御部２５０は、光学式ウェハ表面検査装置１１０全体の制御を行い、照射される照明光（照射光）２２１により生じる散乱光の散乱光強度を、パターン付きウェハ２００上の測定座標に対応付けて測定し、ウェハ２００の表面粗さを検査する。また、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用いて、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信号を合成するための演算条件を変更したりする。
【００３７】
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用いて、それらデータを加工し、情報表示部２７０に表示させたりする。
【００３８】
入力操作部２８０は、ユーザが前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したりするためのものである。
【００３９】
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座標と共に記憶される。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、主に全体制御部２５０において行われる本発明の実施形態に係る表面検査方法について説明する。
【００４２】
図３に、本発明の実施形態に係る表面検査方法のフローチャートを示す。
【００４３】
まず、ステップＳ１で、全体制御部２５０は、光学式ウェハ表面検査装置１１０の全体を制御し、照射される照明光（照射光）２２１により生じる散乱光の散乱光強度を、パターン付きウェハ２００上の測定座標に対応付けて測定する。
【００４４】
ここで、フローチャートの説明の途中であるが、本発明の理解を容易にするために、散乱光強度の特性について説明しておく。
【００４５】
図４（ａ）に、ウェハ２００の表面のパターンのない領域の模式図を示す。測定対象であるウェハ２００の表面には、例えば、異物３０１ａ、３０１ｂが上に載り、欠陥３０２が生じている。ウェハ２００の表面上の平坦部３１０、３１１には、表面粗さに対応する凹凸が存在している。平坦部３１０における凹凸の段差は、平坦部３１１における凹凸の段差より小さく、表面粗さが小さくなっている。
【００４６】
図４（ｂ）に、図４（ａ）のウェハ２００の表面に沿って散乱光強度を測定した際の散乱光強度分布図３２０を示す。ウェハ２００に照明光２２１を照射することで、平坦部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、平坦部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を取得することができる。そして、測定したウェハ２００の表面上の測定座標毎の散乱光強度から、散乱光強度分布図３２０を作成することができる。
【００４７】
散乱光強度において、異物成分（Ｗ３０１ａ、Ｗ３０２、Ｗ３０１ｂ）は、表面粗さ成分（Ｗ３１０、Ｗ３１１）より大きいので、図２に示す入力操作部２８０にて指定可能な上限閾値Ｈを用いて、異物成分（Ｗ３０１ａ、Ｗ３０２、Ｗ３０１ｂ）と表面粗さ成分（Ｗ３１０、Ｗ３１１）とを分離することができる。
【００４８】
表面粗さ成分（Ｗ３１０、Ｗ３１１）の散乱光強度Ｗ３１０は、散乱光強度Ｗ３１１より小さくなっている。このことから、表面粗さの大小関係は、散乱光強度の大小関係と相関関係が有ることがわかる。そして、異物成分から分離した表面粗さ成分（Ｗ３１０、Ｗ３１１）全ての散乱光強度の平均をとることにより、測定対象であるウェハ２００の表面の平均の表面粗さのＨａｚｅ値を得ることができ、複数のウェハ２００間で表面粗さを比較することができるようになる。
【００４９】
ここまでは、半導体装置（チップ）のパターンのない領域の散乱光強度の特性について説明した。次に、パターンのある領域の散乱光強度の特性について説明する。
【００５０】
図５（ａ）に、半導体装置の被検査チップの（レイアウト）パターンの全体レイアウトの一例を示す。一般的に被検査チップ４０１は、メモリ部４０２、４０２ａ、論理部４０３、４０３ａなど複数の機能ブロックから成り、機能ブロック間は配線で接続される。多くの場合、メモリ部４０２、４０２ａには、図５（ｂ）に図５（ａ）のメモリ部４０２の一部の部分レイアウト４０４ａに示すように、繰り返し性の高いメモリパターン４０４が形成されている。メモリパターン４０４は、パターンの占有密度の高い密なパターン形状をしている。一方、論理部４０３、４０３ａには、図５（ｃ）に図５（ａ）の論理部４０３の一部の部分レイアウト４０５ａに示すように、繰り返し性の低い論理パターン４０５が形成されている。論理パターン４０５は、パターンの占有密度の低い疎なパターン形状をしている。このため、図５（ｃ）に示すように、論理部４０３には、表面粗さを測定可能な平坦な検査範囲４０６が存在する場合が多い。
【００５１】
前記検査領域として、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２２１であるレーザビームのスポット径が約１０μｍであるとすると、散乱光強度分布図３２０を測定することができる十分な大きさは、５０μｍ×５０μｍ程度以上になる。
【００５２】
ここで、図５（ａ）に示すように、前記スポット（測定座標）をＡからＢの方向にスキャンさせて散乱光強度を測定すると、図６（ａ）に示すような散乱光強度分布図が得られる。パターンの密なメモリ部４０２の散乱光強度５０１は、パターンの疎な論理部４０３の散乱光強度５０２より低くなっている。このため、下限閾値Ｌを、散乱光強度５０１と散乱光強度５０２の間の大きさに設定することにより、容易に、論理部４０３のようなパターンの疎な領域を抽出することができる。
【００５３】
論理部４０３の散乱光強度５０２のなかでも、検査範囲４０６の散乱光強度５０３は大きな値を示す。このため、図示はしないが下限閾値Ｌを、散乱光強度５０２と散乱光強度５０３の間の大きさに設定することにより、容易に、検査範囲４０６を抽出することができる。
【００５４】
そして、ＡからＢの方向にスキャンするだけでなく、例えば半導体装置の１チップ分の全体をスキャンして、散乱光強度を取得することにより、もれなく検査範囲４０６を探索することができる。
【００５５】
なお、図６（ａ）に示すように、異物に起因する異物信号５０４と、欠陥に起因する欠陥信号５０５も観測される。異物信号５０４と欠陥信号５０５の散乱光強度は、論理部４０３の散乱光強度５０２や、検査範囲４０６の散乱光強度５０３より高くなっている。このため、上限閾値Ｈを、異物信号５０４と欠陥信号５０５の散乱光強度と、散乱光強度５０３や散乱光強度５０２と間の大きさに設定することにより、容易に、異物信号５０４と欠陥信号５０５とを抽出対象から除くことができる。
【００５６】
ところで、通常の光学式ウェハ表面検査装置１１０では、図６（ａ）の散乱光強度分布を、ウェハ２００（図２参照）上の被検査チップの測定結果であるとすると、この測定の前に、図６（ｂ）に示すような参照チップの散乱光強度分布を測定しておく。参照チップには、被検査チップと同一のウェハ２００上の半導体チップを用いることができ、特に、被検査チップに隣接する半導体チップを用いることができる。なお、測定座標には、チップごとに独立した座標系を用いている。そして、チップ内の同じ場所が容易に比較できるように、原点がチップの左下に統一されているように複数のチップで同じ体系の座標系が用いられている。そして、通常の光学式ウェハ表面検査装置１１０では、図６（ｃ）に示すように、被検査チップの散乱光強度から、参照チップの散乱光強度を、対応する測定座標ごとに減算し、差信号強度を取得することにより、差信号強度としては、被検査チップで測定された異物信号５０４と欠陥信号５０５の散乱光強度のみが取得でき、異物・欠陥を検出することができる。また、必要に応じて、閾値レベルを設定し、閾値レベルより大きい差信号強度に基づいて異物・欠陥の検出を行ってもよい。
【００５７】
前記で、半導体装置（チップ）のパターンのない領域の散乱光強度の特性と、パターンのある領域の散乱光強度の特性とについて説明してきた。後記では、図３のフローチャートに戻って、表面検査方法のステップＳ２以降について説明する。後記で説明する表面検査方法では、前記した散乱光強度の特性が巧みに利用され、平坦な検査範囲が探索されている。
【００５８】
まず、図３のステップＳ１の散乱光強度の測定の後に、ステップＳ２で、全体制御部２５０（図２参照）が、前記測定座標に対する前記散乱光強度の分布を図７の等高線図６０９により画面表示する。図７は、情報表示部２７０（図２参照）に表示される一チップ分の走査結果表示画面（ＧＵＩ）６０１を示している。走査結果表示画面（ＧＵＩ）６０１の左上には、等高線図表示ウィンドウ６０２が設けられており、この等高線図表示ウィンドウ６０２内に等高線図６０９が表示されている。等高線図６０９は、半導体チップの１チップ分を走査し、その走査結果の散乱光強度の分布を、等高線１０、２０、３０で示している。等高線１０、２０、３０上は、散乱光強度がそれぞれ１０、２０、３０になっている。等高線１０で囲まれた領域より等高線２０で囲まれた領域の方が散乱光強度が大きくなっている。等高線２０で囲まれた領域より等高線３０で囲まれた領域の方が散乱光強度が大きくなっている。
【００５９】
次に、ステップＳ３で、全体制御部２５０が、被検査チップの全体レイアウトを、設計情報データベース１３０（図１参照）から読み出し、走査結果表示画面（ＧＵＩ）６０１の右上の全体レイアウト表示ウィンドウ６０３に画面表示する。等高線図表示ウィンドウ６０２と全体レイアウト表示ウィンドウ６０３とは、対象としているチップが同じ大きさで、それぞれ表示されるように、ウィンドウのサイズを等しくしている。なお、全体レイアウトは、前記等高線図６０９と並べて表示するのはもちろん、重ねて表示してもよい。
【００６０】
次に、ステップＳ４で、全体制御部２５０が、１チップ分の散乱光強度のヒストグラム６１０を、走査結果表示画面（ＧＵＩ）６０１の左下のヒストグラム表示ウィンドウ６０４に画面表示する。例えば、等高線図６０９の等高線１０で囲まれた領域の面積が、ヒストグラム６１０の散乱光強度１０以上の頻度の積分値に対応している。同様に、等高線２０で囲まれた領域の面積が、ヒストグラム６１０の散乱光強度２０以上の頻度の積分値に対応し、等高線３０で囲まれた領域の面積が、ヒストグラム６１０の散乱光強度３０以上の頻度の積分値に対応している。また、定性的には、論理部４０３はパターン密度の低いスペクトル６１１として現れてくる。メモリ部４０２はパターン密度の高いスペクトル６１３、６１４として現れてくる。スペクトル６１３、６１４の散乱光強度が、スペクトル６１１の散乱光強度より低くなるのは、前記の散乱光強度の特性において説明した通り、パターン密度が高い程散乱光強度が小さくなるという特性によるものである。また、異物・欠陥は、異物・欠陥スペクトル６１２として現れてくる。異物・欠陥スペクトル６１２の散乱光強度が、スペクトル６１１の散乱光強度より高くなるのは、前記の散乱光強度の特性において説明した通りである。
【００６１】
また、後記にて、詳述するが、走査結果表示画面（ＧＵＩ）６０１の右下には、被検査チップ４０１の全体レイアウトの一部の部分レイアウトを拡大して表示する部分レイアウトの拡大表示ウィンドウ６０５と、指定された検査範囲をオペレータに決定させるＳＥＴボタン６０６と、上限閾値Ｈと下限閾値Ｌとの間の散乱光強度を有する測定座標を自動抽出する抽出ボタン６０７と、アシストツールへ移動するためのアシストツールボタン６０８が設けられている。
【００６２】
次に、ステップＳ５で、全体制御部２５０が、下限閾値Ｌ、上限閾値Ｈの設定支援を行う。オペレータによって、抽出ボタン６０７がクリックされると、図８に示す散乱光強度絞込みウィンドウ７０１が現れる。オペレータは、ウィンドウ７０１の出現により下限閾値Ｌと上限閾値Ｈの設定を促され、図７のヒストグラム６１０を参照しながら、下限閾値設定欄７０２Ｌに下限閾値Ｌとして例えば２８を入力し、上限閾値設定欄７０２Ｈに上限閾値Ｈとして例えば３３を入力する。そして、登録ボタン７０３をオペレータがクリックすると、下限閾値Ｌと上限閾値Ｈとが設定される。なお、キャンセルボタン７０４をクリックすることにより、入力された下限閾値Ｌと上限閾値Ｈとをキャンセルし、再度入力することが可能になる。
【００６３】
そして、図９のヒストグラム表示ウィンドウ６０４のヒストグラム６１０の横軸（散乱光強度）上に、下限閾値Ｌと上限閾値Ｈを画像表示することができる。
【００６４】
次に、ステップＳ６で、全体制御部２５０が、下限閾値Ｌ以上、上限閾値Ｈ以下の散乱光強度の測定座標（候補座標）ｎ１〜ｎ７を抽出する。
【００６５】
ステップＳ７で、全体制御部２５０が、抽出した候補座標ｎ１〜ｎ７を、図９に示すように、等高線図６０９上と、被検査チップ４０１の全体レイアウト上とに、ドットによって表示する。候補座標ｎ１〜ｎ７を等高線図６０９に重ねて表示することで、候補座標ｎ１〜ｎ７が、散乱光強度の大きいとことに設定されていることを、オペレータは容易に確認することができる。また、候補座標ｎ１〜ｎ７を被検査チップ４０１の全体レイアウトに重ねて表示することで、候補座標ｎ１〜ｎ７が、全体レイアウト上のどこであるのか一見して理解することができる。
【００６６】
ステップＳ８で、全体制御部２５０によって、候補座標ｎ１〜ｎ７を含む前記部分レイアウト８０１内に前記検査範囲４０６を設定する。ステップＳ８は、ステップＳ９の部分レイアウトの画面表示とステップＳ１０の検査範囲の設定支援とを有していてもよいし、ステップＳ１１の一覧表示とステップＳ１２の部分レイアウトの決定支援とを有していてもよい。また、ステップＳ９〜Ｓ１２の全てを有していてもよい。
【００６７】
ステップＳ９で、オペレータが、複数の候補座標ｎ１〜ｎ７の中の１つの候補座標、例えば、候補座標ｎ４のドットをクリックする。このクリックにより、全体制御部２５０が、候補座標ｎ４の周辺に相当する部分レイアウト８０１を、部分レイアウトの拡大表示ウィンドウ６０５に画面表示し、オペレータに検査範囲設定の支援をする。
【００６８】
ステップＳ１０で、オペレータが、この部分レイアウトの拡大表示ウィンドウ６０５内に、検査範囲４０６を設定したいと思えば、ＳＥＴボタン６０６をクリックする。このクリックにより、全体制御部２５０は、図９に示すように、部分レイアウトの拡大表示ウィンドウ６０５内に、検査範囲４０６を設定する。
【００６９】
また、ステップＳ９とステップＳ１０とを省いて、ステップＳ１１に進んでもよい。
【００７０】
ステップＳ１１で、オペレータが、アシストツールボタン６０８をクリックすることにより、全体制御部２５０が、図１０に示すようなアシストツール表示画面（ＧＵＩ）９００を、情報表示部２７０に画面表示することで、候補座標ｎ１〜ｎ９の周囲の部分レイアウト等を一覧表示する。この一覧表示するためのデータは、図１の一覧表示データベース１２１に記憶しておくことにより、容易に一覧表示を生成することができる。アシストツール表示画面（ＧＵＩ）９００には、候補座標ｎ１〜ｎ９の識別番号が設定される通し番号表示欄９０１と、光学式ウェハ表面検査装置１１０（図１参照）によって候補座標ｎ１〜ｎ９周辺の前記部分レイアウトに相当する範囲が撮像された検査装置画像を表示する検査装置画像表示欄９０２と、レビューＳＥＭ１５０（図１参照）によって前記部分レイアウトに相当する範囲が撮像されたレビュー画像を表示するレビュー画像表示欄９０３と、図９の部分レイアウト８０１に対応する部分レイアウト（ＣＡＤデータ）を表示する部分レイアウト（ＣＡＤデータ）表示欄９０４と、光学式ウェハ表面検査装置１１０（図１参照）によって測定された候補座標ｎ１〜ｎ９における散乱光強度を表示する散乱光強度表示欄９０５と、オペレータが候補座標を選択するための候補座標の選択チェック欄９０６とを有している。また、光学式ウェハ表面検査装置１１０は、検査条件ｔ１〜ｔ３を変えて測定される場合があり、検査条件ｔ１〜ｔ３毎に、検査装置画像と散乱光強度とを表示してもよい。
【００７１】
ステップＳ１２において、このような一覧表示をすることで、オペレータは、さまざまな画像（部分レイアウト）中に、検査範囲４０６（図９参照）を設定可能な候補座標、例えばｎ４を容易に見つけることができる。オペレータが、候補座標ｎ４の選択チェック欄９０６をクリックすることにより、全体制御部２５０は、候補座標ｎ４の選択チェック欄９０６にチェックを表示し、部分レイアウトの決定を支援することができ、さらに、図９のような検査範囲４０６を設定することができる。
【００７２】
また、オペレータは、候補座標ｎ４の散乱光強度３０、３５、４０を見て、例えば、最も高感度の散乱光強度４０が得られた検査条件ｔ３を容易に見つけることができる。オペレータが、検査条件ｔ３の選択チェック欄９１０をクリックすることにより、全体制御部２５０は、検査条件ｔ３の選択チェック欄９１０にチェックを表示し、検査条件に検査条件ｔ３を設定することができる。なお、候補座標ｎ１〜ｎ９や検査条件ｔ１〜ｔ３が増えても、スクロールバー９１１により一覧表示に対応することができる。
【００７３】
ステップＳ１３で、オペレータが、図１０の検査実行ボタン９１３をクリックしたり、図９のＳＥＴボタン６０６をクリックしたりすることにより、全体制御部２５０が、検査範囲４０６内の散乱光強度を取得する。実際に、検査範囲４０６内のみの散乱光強度を再測定してもよいし、ステップＳ１において測定した測定結果から、検査範囲４０６内のみの散乱光強度を読み出してもよい。
【００７４】
最後にステップＳ１４で、検査範囲４０６内の散乱光強度に基づいて、検査範囲４０６内の表面粗さを算出する。
【００７５】
このように、本実施形態によれば、パターン付きウェハ２００上に存在する表面粗さ検査可能な平坦な検査範囲４０６を、簡単に指定し、その検査範囲４０６における表面粗さを非破壊で高速かつ高精度に自動測定することができる。そして、本実施形態により測定されたウェハ２００の表面粗さの測定結果を用い、半導体プロセス変動を監視することにより、プロセス異常の早期発見が可能となり、半導体チップの歩留まりの向上を図ることができる。このように、本実施形態は、半導体チップの製造分野における半導体素子検査・計測および半導体製造プロセス管理に用いることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１００  ウェハ表面粗さ測定装置群
１０１  表面検査システム
１１０  光学式ウェハ表面検査装置（表面検査装置）
１２０  データサーバ
１２１  一覧表示データベース
１３０  設計情報データベース
１４０  ネットワーク
２００  ウェハ
２１０  資料検査台
２１１  資料ステージ
２１２  回転軸
２１３  回転駆動部
２１４  スライド駆動部
２２０  照明光源
２２１  照明光
２３０  散乱光検出部
２３１ａ〜ｄ  検出器
２３２ａ〜ｄ  増幅器
２３３ａ〜ｄ  Ａ／Ｄコンバータ
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
３０１、３０１ａ〜ｂ  異物
Ｗ３０１ａ〜ｂ  異物信号（散乱光強度）
３０２  欠陥
Ｗ３０２  欠陥信号（散乱光強度）
３１０、３１１  平坦部
Ｗ３１０、Ｗ３１１  平坦部信号（散乱光強度）
３２０  散乱光強度分布図
４０１  被検査チップ（全体レイアウト）
４０２、４０２ａ  メモリ部
４０３、４０３ａ  論理部
４０４  メモリパターン
４０４ａ  部分レイアウト
４０５  論理パターン
４０５ａ  部分レイアウト
４０６  検査範囲
５０１  メモリ部の散乱光強度
５０２  論理部の散乱光強度
５０３  検査範囲の散乱光強度
５０４  異物信号
５０５  欠陥信号
６０１  一チップ分の走査結果表示画面（ＧＵＩ）
６０２  等高線図表示ウィンドウ
６０３  チップの全体レイアウト表示ウィンドウ
６０４  ヒストグラム表示ウィンドウ
６０５  部分レイアウトの拡大表示ウィンドウ
６０６  ＳＥＴボタン
６０７  抽出ボタン
６０８  アシストツールボタン
６０９  等高線図
６１０  ヒストグラム
６１１  パターン密度の低いスペクトル
６１２  異物・欠陥スペクトル
６１３、６１４  パターン密度の高いスペクトル
７０１  散乱光強度絞込みウィンドウ
７０２Ｌ  下限閾値設定欄
７０２Ｈ  上限閾値設定欄
７０３  登録ボタン
７０４  キャンセルボタン
８０１  部分レイアウト
９００  アシストツール表示画面（ＧＵＩ）
９０１  通し番号表示欄
９０２  検査装置画像表示欄
９０３  レビュー画像表示欄
９０４  部分レイアウト（ＣＡＤデータ）表示欄
９０５  散乱光強度表示欄
９０６  候補座標の選択チェック欄
９１０  検査条件の選択チェック欄
９１１  スクロールバー
９１３  検査実行ボタン
【図１】
0005162023.tif 000002
【図２】
0005162023.tif 000003
【図３】
0005162023.tif 000004
【図４】
0005162023.tif 000005
【図５】
0005162023.tif 000006
【図６】
0005162023.tif 000007
【図７】
0005162023.tif 000008
【図８】
0005162023.tif 000009
【図９】
0005162023.tif 000010
【図１０】
0005162023.tif 000011