JP2010014439A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 積層膜構成中の欠陥検査において、フォーカス位置を正確に制御して、各膜上、又は膜中の欠陥を的確に捉える。
【解決手段】 欠陥検査装置（１）は、ウェーハ上の屈折率を測定する屈折率測定手段（１０）と、前記ウェーハの画像データを取得して欠陥を検出する欠陥検出光学系（２０）と、前記測定した屈折率を膜種ごとに分類し、設計された成膜情報から欠陥撮像光学系のフォーカス位置を決定する制御部（４５）と、を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体ウェーハ表面の欠陥検査に関し、特に、回路パターンが形成された半導体ウェーハの欠陥を光学的に検査する欠陥検査装置、及び欠陥検査方法に関する。

現在用いられている欠陥検査装置には、明視野光学比較式装置とレーザ散乱式装置の２種類がある。明視野光学比較式装置は、ＣＣＤイメージセンサで取り込んだ画像を、隣接し合うチップの画像ごとにコンピュータ処理で比較し、欠陥を検出する。このとき、撮像光学系とは別にオートフォーカス光学系を設け、ウェーハ表面からの反射光を検出して、リアルタイムで合焦点位置を求める手法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この手法では、算出されたフォーカス位置に基づき、ウェーハを保持するステージのＺ軸を動かして、ウェーハ上の焦点位置を合わせながら、ウェーハ表面を撮像する。取得した画像データに基づいて、欠陥検査を行う。

レーザ散乱式装置は、レーザを照射しながら欠陥からの散乱光を検出し、欠陥を検出する。レーザ散乱式装置は、一般的に異物の検出に適するが、パターン不良の検出に弱い。レーザ散乱式装置の最大の利点は、高スループットにある。異常な散乱光を検出するように光学系が構成されており、ビームサイズやピクセルサイズなどの処理範囲が、明視野光学比較式装置に比べて広く、スループットの差になっている。

層間絶縁膜の配線溝に成膜された銅（Ｃｕ）を研磨して埋め込み配線を完成させる、いわゆるＣｕ−ＣＭＰ後の欠陥検査については、Ｃｕ−ＣＭＰ直後に欠陥検査を実施するのが最良である。しかし、実際は、Ｃｕ配線の銅の溶出防止のため、Ｃｕ−ＣＭＰ後に３０〜７０ｎｍ程度のＳｉＣ膜を成膜した後に、欠陥検査を実施している。Ｃｕ−ＣＭＰ後の欠陥検査の目的は、Ｃｕ−ＣＭＰ工程で発生したスクラッチやパーティクルを検査するためである。Ｃｕ配線上に形成するＳｉＣ膜は薄く、これまでは、欠陥検査装置の焦点深度の範囲内ということで検査を行ってきた。

Ｃｕ配線の表面は反射が大きく、比較的容易に検査ができる。一方、Ｃｕ配線のない部分では、層間絶縁膜を介して、下層の配線が透けて見える。このＣｕ配線のない部分での欠陥検査は、レーザ散乱式装置では、膜表面に異物などの欠陥がなければ散乱せず、フォーカス位置も絞り込みにくい。下が透ける層間絶縁膜の表面に欠陥があれば、欠陥を頼りにフォーカスを合わせることができるが、欠陥がない場合や、層間絶縁膜中に欠陥がある場合は、層間絶縁膜部分でフォーカスを合わせることはできない。このため、レシピ作成時に配線部分でフォーカスを合わせ、装置のステージ精度（フォーカス精度）をもって配線のない部分のフォーカス値としていた。

配線が極端に少ない領域のほとんどないチップやデバイスでは、上述したデフォーカスは問題とならないが、RFCMOSを使用した無線機器向けシステムＬＳＩでは、１５００ｎｍ以上の厚い層間絶縁膜と、Ｃｕ配線が極端に少ない層が存在する。この場合、Ｃｕ配線の焦点位置と、下の配線が透けて見える層間絶縁膜の焦点位置とが大きく異なり、従来の欠陥検査では、フォーカス精度が悪化し、いわゆるピンボケが頻発していた。

図１と図２は、このような従来技術の問題点を説明するための図である。図１（Ａ）に示すように、オートフォーカス系のレーザ光を照射する場所が、ＳｉＣ膜１０４の直下のＣｕ配線１０３であれば、レーザ光は透過せずに反射する。Ｃｕ配線１０３からの反射光１０７を検出することによって、Ｃｕ表面への合焦点位置を正確に検出できる。その際に、対物レンズ１０５を含む撮像系で得られる画像は、図２（Ａ）のように、表面のＣｕ配線１０３に焦点の合った適切な画像となる。

しかし、Ｃｕ配線１０３がなく、層間絶縁膜１０２を通して下層（前層）のＣｕ配線１０１が見えている場合は、下層のＣｕ配線にフォーカスが合ってしまい、いわゆる「フォーカス騙され」が生じる。

具体的には、図１（Ｂ）のように、透明な層間絶縁膜１０２にレーザ光が透過して、不安定なフォーカスになる、或いは、図１（ｃ）のように、ＳｉＣ膜１０４及び層間絶縁膜１０２を透過して、下層のＣｕ配線１０１にフォーカスが合ってしまう。フォーカス位置が騙されても、大きな欠陥が層間絶縁膜１０２上にある場合は、デフォーカスでも信号レベルが大きいので、欠陥に焦点を合わせて、合焦点で検査が可能となるが、層間絶縁膜１０２上に大きな欠陥がない場合（欠陥があっても非常に微細な欠陥である場合）は、下層のＣｕ配線１０１やダミーパターン（不図示）に焦点が合ってしまう。

そのような状態で得られる画像は、図２（Ｂ）に示すように、下層のＣｕ膜１０１だけが明瞭であり、現在の検査対象であるＣｕ配線１０３の層での正しい画像データが得られない。また、下層のＣｕ配線１０１に焦点が合った状態で検査すると、下層のＣｕ配線１０１のヒロイックなどを検出し、擬似欠陥となる。この結果、欠陥検出の精度が低下する。

これを解決するために、透明な層間絶縁膜上の微細パターンの層における欠陥を感度良く検出する一方で、下層のパターンが形成された層の欠陥についてはデフォーカスした状態で検出し、本来検査した工程の欠陥のみを検出可能とする方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この方法では、撮像光学系とは別個に設けられた自動焦点系の光路において、ウェーハへの入射角を８５度以上、好ましくは８８度以上で照射して、反射光を検出して、撮像光学系の焦点位置を調節する。

検査の正確性の点に注目すると、処理工程ごとに欠陥検査を行うのが理想である。たとえば、層間膜の成膜による欠陥個数増加を検査する場合、成膜前後で欠陥検査を実施し、増加文が成膜で増加した欠陥とすることができる。しかし、これでは工程数が増加するという問題が発生する。

また、層間膜の構成が積層化している現状では、処理ごとに検査を入れることができず、歩留まりに影響する工程や、ベアウェーハを用いた装置管理などで欠陥発生がわかっている工程に検査を実施して、製品の信頼性を担保しているので、検査の効率化と正確性が両立する検査方法が要望されている。
特開２００３−１７７１０１号 特開２００２−９０３１１号

上述のように、光を透過しない導体パターン（たとえばＣｕ配線）と、下の配線が透けて見える層間絶縁膜とが同じレイヤに形成されているウェーハで欠陥検出を行う場合、フォーカス位置を正確に制御して、適切な画像データを得られるならば、ＳｉＣ膜上の欠陥、導体パターン上の欠陥、層間絶縁膜中の欠陥をそれぞれ的確に捉えることができ、欠陥検査の精度が向上するはずである。

そこで、同一レイヤに形成された導体パターン上の欠陥と、層間絶縁膜上の欠陥とを、それぞれ正確な焦点制御で精度良く検査する欠陥検査方法と、欠陥検査装置を提供することを課題とする。

また、検査の効率化を図ることのできる欠陥検査方法を提供することを課題とする。

第１の側面では、ウェーハ上の欠陥を光学的に検出する欠陥検査装置を提供する。この欠陥検査装置は、
前記ウェーハ上の屈折率を測定する屈折率測定手段と、
前記ウェーハの画像データを取得して欠陥を検出する欠陥検出光学系と、
前記測定した屈折率を膜種ごとに分類し、設計された成膜情報から欠陥撮像光学系のフォーカス位置を決定する制御部と、
を備える。

上記の構成及び方法により、フォーカス位置を正確に制御し、膜上又は膜中の欠陥を的確に捉えることができる。その結果、欠陥検査の精度が向上する。

以下、図面を参照して、本発明の良好な実施形態を説明する。図３は、本発明の実施形態による欠陥検査の基本概念を説明するための図である。

実施形態では、半導体装置の製造プロセス中の、任意のレイヤにおける欠陥検査に先立って、ウェーハ５１上で屈折率を測定して、欠陥検査のための焦点位置を決定する。屈折率を測定することによって、検査対象のレイヤで、導体パターン（Ｃｕ配線パターン１０３等）上の欠陥を検査しようとしているのか、パターンのない領域（層間絶縁膜１０２等）で欠陥を検査しようとしているのかを、特定することができる。すなわち、測定した屈折率から、欠陥検査を行おうとしている膜の種類を特定し、その膜のレシピ（成膜）情報から膜厚を求めることによって、欠陥検査のためのフォーカス位置を決定する。

図３の例では、Ｃｕ−ＣＭＰにより層間絶縁膜１０２にＣｕ配線（埋め込み配線）１０３を形成した後に、保護膜として、ＳｉＣ膜１０４ａを形成する。ＳｉＣ膜１０４ａは、Ｃｕ−ＣＭＰ後の欠陥検査において、時間経過による銅（Ｃｕ）の溶出を防止ための膜である。Ｃｕ配線１０３がない領域では、ＳｉＣ膜１０４ａ、層間絶縁膜１０２を介して、下層のＣｕ配線１０１が透けて見える。なお、下層のＣｕ配線１０１についても、そのレイヤでの欠陥検出のために、ＳｉＣ膜１０４ｂが挿入されている。

この状態で、屈折率測定機構１０により、ウェーハ５１上の測定箇所で、屈折率を測定する。屈折率により、検査対象のレイヤにおいて、導体パターン（Ｃｕ配線）１０３上での欠陥（異物やパーティクル、あるいはスクラッチ）を検出しようとしているのか、Ｃｕ配線１０３のない層間絶縁膜１０２の欠陥を検出しようとしているのかを知ることができる。

屈折率測定機構１０は、たとえば、ビームプロファイル反射率測定（ＢＰＲ：Beam Profile Reflectometry）法や、ＶＡＲ（Variable Angle Reflectometry）法により、ウェーハ５１に形成された膜の屈折率を測定する。一例として、ＳｉＣ膜１０４ａに覆われたＣｕ配線１０３の屈折率、ＳｉＣ膜１０４ａに覆われた層間絶縁膜１０２の屈折率、ＳｉＣ膜１０４ｂに覆われた下層Ｃｕ配線１０１の屈折率、ＳｉＣ膜１０４ｂと層間絶縁膜１０２の積層の屈折率などを測定する。測定されたそれぞれの膜の屈折率は、膜種ごと（測定値ごと、又は設計値ごと）に分類されて格納されている。膜種ごとに屈折率を格納することによって、現在、ウェーハ５１上のどの箇所を測定しているかの判断が容易になる。

屈折率測定機構１０に追従して、対物レンズ３４を含む欠陥検出光学系２０がウェーハ５１上を走査し、欠陥検査のための撮像を行う。撮像処理に先だって、屈折率に基づきフォーカス位置が決定されるので、適切なフォーカス位置で画像データを取得することができる。

屈折率測定機構１０による屈折率の測定と並行して、既存のフォーカシング光学系を用いて、フォーカス基準位置を確認するのが望ましい。図３では、フォーカシング用の入射光Ｉをウェーハ５１に照射し、ウェーハ５１からの反射光Ｒを検出して、ウェーハ５１の基準となる表面位置を把握する。屈折率測定に基づいてリアルタイムで焦点位置（フォーカス位置）を調整する際に、何らかの要因で測定値が大きく外れてしまうことも考えられ得るが、おおよその基準位置を把握しておくことで、測定値が大きくはずれた場合でも、フォーカス位置の算出を適切に保持することができる。

図４は、図３の屈折率測定機構１０を有する欠陥検出装置１の概略構成図である。屈折率測定機構１０は、たとえば、半導体レーザ１３と、ビームスプリッタ１４と、対物レンズ１５と、センサ１２と、屈折率演算部１１を含む。半導体レーザ１３から照射される光の反射率の入射角依存性を測定することによって、屈折率と膜厚を求めることができる。

具体的には、半導体レーザ１３から照射された光線を、対物レンズ１５を介してウェーハ５１の表面に集光させると、ウェーハ５１上にフォーカスされる光束には、対物レンズ１５の中心を通る入射角０°の成分から、対物レンズ１５の端部を通る光線の成分まで含まれ、それらが同時にウェーハ５１に入射する。ウェーハ５１の膜中で光の多重反射が生じ、反射光は、入射角度、膜厚、屈折率、及び消衰係数に応じて変化する。ビームスプリッタ１４を透過した反射光をセンサ１２上に投影することにより、入射角の関数としての反射強度分布（プロファイル）を得ることができる。

センサ１２は、１つのラインセンサであってもよいし、直交する２つのラインセンサを含む構成であってもよい。屈折率演算部１１は、測定された反射率分布（プロファイル）に対して、物理モデルによる理論反射率プロファイルの中から最も一致するプロファイルを、カーブフィッティング法等により求め、選択された物理モデルから、屈折率を求め、屈折率測定値として出力する。屈折率とともに、膜厚も測定値として出力してもよい。

屈折率測定機構１０の出力は、演算制御部４５に供給される。演算制御部４５は、屈折率の測定値を受け取ると、成膜情報データベース（ＤＢ）４６を参照して、現在の測定箇所が、Ｃｕ配線１０３（図３参照）上なのか、Ｃｕ配線１０３の存在しない層間絶縁膜１０２の領域なのか、それ以外のバルク領域なのかを判断する。

成膜情報データベース４６は、半導体デバイスの製造工程において、ＳｉＣ膜、ＳｉＯ2膜、ＳｉＯＣ膜などの各種の膜を、どの時点で、どの膜厚で成膜するかについての情報（これを「経路情報」又は「成膜情報」という）をあらかじめ格納している。経路情報（成膜情報）に加え、各層の屈折率についての情報も、あらかじめ格納している。

図５は、成膜情報データベース４６が有する屈折率情報の一例を示す。図５（ａ）は、実際の回路パターンを有しないテストピース（ＴＰ）による屈折率測定値を、膜種ごとに示している。テストピースでは、シリコン基板上にＳｉＣ膜を５０ｎｍ形成し、その上に各種の膜を形成し、膜厚測定機により膜厚及び屈折率を測定した。

Ｃｕ配線膜上に厚さ５０ｎｍのＳｉＣ膜を形成した場合の屈折率は、１．８８８、Low-k膜として、ＳｉＯＣ膜を２００ｎｍ形成した場合の屈折率は、１．４２２、同じくLow-k膜として、ＮＣＳ膜を形成した場合の屈折率は、１．２７６、ＮＣＳ膜上に保護膜として別の組成、膜厚のＳｉＣ膜を形成した場合の屈折率は、１．８９６である。

図５（ｂ）は、導体パターンが形成された実際の製品を使って屈折率測定をした結果を示す。検査は、Ｃｕ−ＣＭＰを行った直後である。Ｃｕ配線上に５０ｎｍのＳｉＣ膜を形成した場合の屈折率は、１．８である。表には記載されていないが、比較例として、Ｃｕ−ＣＭＰの直後、ＳｉＣの成膜前に屈折率測定を行った結果、Ｃｕ配線の屈折率は０であった。また、ダミーパターン領域上の屈折率は、２．７９、層間絶縁膜を介した下層のＣｕ配線上の屈折率は１．３５である。

再現性を確認するために、下層Ｃｕ配線上で、１０μｍずつ横方向（水平方向）に測定スポットを移動させながら３箇所で測定した結果、測定値は、１．３５９６、１．３５９６、１．３５９７であり、繰り返し再現性は良好であった。実際の製品での測定では、配線をまたぐように測定スポットが位置する場合もあるので、屈折率の測定値に適切な誤差を含めるのが望ましい。

このような屈折率情報をあらかじめ成膜情報データベース４６に格納しておくことにより、欠陥検査での屈折率測定の結果から、現在どのレイヤのどの領域を測定しているのかを特定することができる。

また、実施形態では、後述するように、ショットごと、及びウェーハごとに所定の箇所で測定した屈折率情報を、成膜情報データベース４６に順次、蓄積する。

図４に戻って、演算制御部４５は、成膜情報データベース４６から、屈折率に対応する検査対象の膜の種類、成膜量を読み出し、成膜量に基づいてフォーカス値を算出する。このフォーカス値は、ステージ制御部４２に供給される。

ステージ制御部４２には、フォーカシング光学系のセンサ２２の出力も入力される。センサ２２は、フォーカシング用の第２の光源（たとえば赤外線光源）２１から照射され、ウェーハ５１上で反射した光線を受光し、ウェーハ５１の基準面を検出する。実施形態では、ウェーハ上の屈折率測定値と、各膜の成膜情報とから、フォーカス位置を決定するが、屈折率測定値が想定範囲から大きくはずれる等の不測の事態が発生しても、フォーカス値を適正に算出できるように、補充的にフォーカシング光学系を用いる。

欠陥検出光学系２０は、屈折率測定機構１０に追従して、屈折率測定された箇所の欠陥を検出する。欠陥検出光学系２０の第１の光源３１から照射された光線は、レンズ群３２を通過し、その一部がビームスプリッタ３３で反射され、図示しない波長板を通過し、対物レンズ３４を介してステージ５０上のウェーハ５１に入射する。ウェーハ５１からの反射光は、ビームスプリッタ３３を透過し、訣像レンズ３５によりイメージセンサ３６に結像する。

イメージセンサ３６で取得された画像データは、画像処理部４１に入力され、たとえば欠陥座標を比較する手法により、欠陥検査を行う。画像処理部４１で特定された欠陥座標値は、演算処理部４５にフィードバックされ、フォーカス値とともに、欠陥レビューを行うＳＥＭや顕微鏡（不図示）に出力される構成としてもよい。

動作としては、屈折率測定機構１０により測定された屈折率が、Ｃｕ配線上にＳｉＣ膜を形成した場合の屈折率（１．８±許容誤差）から変化した場合、演算制御部４５は、成膜情報データベース４６を参照し、測定された屈折率に対応する膜構成（たとえば下層Ｃｕ配線１０１上の積層絶縁膜１０２）を特定し、成膜情報からその成膜量を読み出して、膜厚分に対応するフォーカス値を算出する。算出したフォーカス値は、ステージ制御部４２に供給される。

ステージ制御部４２は、指示されたフォーカス値に対応する分だけ、ステージ５０をＺ軸方向に動かし、最上層のＣｕ配線１０３の表面と同じ高さに焦点を合わせることができる。これによって、フォーカシング光学系のセンサ２２の出力により、下層Ｃｕ配線１０１に焦点が合わせられていたとしても、正しい焦点位置に戻すことができるので、いわゆる「フォーカス騙され」を回避することができる。

図６は、第１実施例の欠陥検査方法を示すフローチャートである。半導体デバイス製造工程において、Ｃｕ−ＣＭＰを実施する（Ｓ１１）。Ｃｕ−ＣＭＰ工程の終了後、図示しない経路情報制御部からレシピ指示を受け、図示しない成膜装置で、Ｃｕ溶出防止のためのＳｉＣ膜１０４ａを形成する（Ｓ１２）。ウェーハ５１を、欠陥検査装置１のステージ５０上に接地し、ウェーハ面上で屈折率を測定する（Ｓ１３）。

演算制御部４５は、屈折率の測定値が、ひとつ前の測定箇所での測定値から変化したか否かを判断する（Ｓ１４）。変化のない場合は、欠陥検査用の撮像を継続する（Ｓ１５）。屈折率の測定値が変化した場合は、成膜情報データベース４６を参照して、測定値がどの膜種に属するかを判断する。たとえば、Ｃｕ配線上の屈折率値なのか、層間絶縁膜上の屈折率なのかを判断する。判断結果に応じて、成膜情報から、対応する膜の膜厚を読み出しフォーカス値を決定する（Ｓ１６）。決定したフォーカス値に基づいて、ステージ位置を調整し、焦点位置を適切に合わせながら、撮像を継続する（Ｓ１５）。

ステップＳ１４を省略して、屈折率の測定値ごとに膜種を判断して、対応するフォーカス値を算出する構成としてもよい。

図７は、屈折率の測定箇所の一例を示す概略図である。この例では、１ショット目で屈折率測定する箇所と、２ショット目で屈折率測定する箇所を異ならせ、屈折率の測定データを重ね合わせることによって、効率の良い測定を実現する。

屈折率測定は、形成したパターンによって決まることから、チップ内、ショット内やウェーハ内を細かく測定することで、パターンレイアウトを表現する精度を上げることができるが、すべてを細かく測定すると、時間もかかり現実的ではない。そこで、ウェーハ面内のショットは同一であることから、１ショット目の屈折率測定を、たとえば５μｍ刻みで行い、２ショット目において、屈折率の測定箇所を水平方向に１μｍずらし、３ショット目で、さらに１μｍずらして測定する。そして、各ショットでの屈折率測定結果を重ね合わせることで、屈折率データの精度が向上する。

図７においては、ショットごとに屈折率の測定箇所をずらす構成のみが図示されているが、これに加えて、ウェーハごとに屈折率の測定箇所を異ならせてもよい。ウェーハ間で同一構造、同一レイヤである場合は、ウェーハごとに収集した測定データを蓄積し、重ね合わせることにより、ウェーハを密にカバーする屈折率情報を得ることができる。これにより、ロット後半の屈折率測定においては、ウェーハ内での測定箇所の数や、測定するウェーハの頻度（たとえば、２枚に１回、３枚に１回など）を下げることができる。

さらに、演算制御部４５と成膜情報データベース４６の協同により、レイヤごとに取得した屈折率測定結果を、別のレイヤの測定結果と重ね合わせて蓄積することもできる。

図８は、第２実施例の欠陥検査方法を示すフローチャートである。図８の例では、ＳｉＣ膜１０４ａ（図３参照）を成膜する前（検査ポイントの前）にも、屈折率の測定を実施する。理想的には、Ｃｕ−ＣＭＰの直後にＳｉＣ膜１０４ａ（図３参照）が成膜されることが望ましいが、通常の製造過程では、Ｃｕ−ＣＭＰの後、１２時間程度の許容猶予時間が設定されていることから、その猶予時間を利用して屈折率を測定し、ショット内のラフなパターンをあらかじめ予測し、実際の欠陥検査にかかる時間を短縮する。

まず、Ｃｕ−ＣＭＰを行ってＣｕ膜を平坦化し、層間絶縁膜１０２にＣｕ配線（埋め込み配線）１０３を形成する（Ｓ２１）。ＳｉＣ膜１０４ａを形成する前に、ウェーハ面上で屈折率を測定する（Ｓ２２）。この屈折率測定は、ショットごと、又はウェーハごとに同じ測定箇所で測定してもよいし、図７で説明したように、ショットごと、及び／又はウェーハごとに異なる測定箇所で測定して、測定結果の重ね合わせを行ってもよい。

次に、演算制御部４５において、成膜情報データベース４６に格納された屈折率情報を参照して、測定結果から、おおよそのパターンレイアウトを予測する（Ｓ２３）。たとえば測定結果をおおまかな測定値のグループに分類して、直近の（最上層の）Ｃｕ配線１０３と、それ以外の領域（層間絶縁膜１０２）とを区別する。

ＳｉＣ膜１０４ａのない状態でのＣｕ配線１０３での屈折率と、層間絶縁膜１０２を介した下層のＣｕ配線１０１との屈折率は、それぞれ設計値（ＳｉＣ膜１０４ａがある状態での屈折率）と異なることになるが、最上層で露出するＣｕ配線１０３上での屈折率と、下層Ｃｕ配線１０１の屈折率の差が大きいので、ウェーハ面でのおおよそのパターンレイアウトを予測することができる。

演算制御部４５はさらに、成膜情報データベース４６の経路情報（成膜情報）を参照して、Ｃｕ配線１０３上に形成される膜の種類（この例ではＳｉＣ膜１０４ａ）と膜厚を読み出し、ＳｉＣ膜１０４ａの成膜後のフォーカス値を決定する（Ｓ２４）。さらに、ＳｉＣ膜１０４ａを成膜後した後の欠陥検査で屈折率を測定する箇所を決定する（Ｓ２５）。この場合、ＳｉＣ膜１０４ａの成膜後の測定箇所は、図７と関連して説明したように、成膜前の測定箇所と異なる箇所に設定する。ＳｉＣ膜１０４ａの成膜前と成膜後の２段階で屈折率を求めることで、効率よく測定値を収集し、実際の欠陥検査の際の屈折率測定時間を短縮することができる。

ステップＳ２３〜Ｓ２５と並行して、あるいは前後して、成膜装置（不図示）では、経路からレシピ指示を受け、ＳｉＣ膜１０４ａを成膜する（Ｓ２６）。ＳｉＣ膜１０４ａを成膜したならば、Ｓ２５で決定された屈折率測定箇所において、屈折率を測定し（Ｓ２７）、欠陥検査時に使用するフォーカス値を決定する（Ｓ２８）。決定されたフォーカス値に基づいてステージ位置を調整し、欠陥検出光学系２０で撮像する（Ｓ２９）。

図９は、第３実施例の欠陥検査方法を示すフローチャートである。図９の例では、Ｃｕ配線１０３上と、ＳｉＣ膜１０４ａ膜上の２つのフォーカス位置で、欠陥検査を行う。これを行うために、ＳｉＣ膜１０４ａの成膜前に、Ｃｕ配線１０３上、又はウェーハ上のモニタパターンに焦点を合わせた場合のフォーカス値を計測し、成膜情報から得られるＳｉＣ膜１０４ａの膜厚に基づいて、ＳｉＣ膜１０４ａ上での欠陥検査のためのフォーカス値を決定する。

まず、Ｃｕ−ＣＭＰを実施し（Ｓ３１）、Ｃｕ配線１０３上、又はモニタパターン（不図示）上で焦点位置を計測して基準フォーカス値を決定する（Ｓ３２）。基準フォーカス値の決定は、既存のフォーカシング光学系（図４参照）を用いて行ってもよい。通常、Ｃｕ−ＣＭＰのディッシング量を測定するためのモニタパターン（たとえば４０μｍ×４０μｍの四角形の領域）がウェーハ上に形成されているので、モニタパターンを利用して基準フォーカス値を計測することができる。

次に、欠陥検査装置１の演算制御部４５は、成膜情報データベース４６を参照して、ＳｉＣ膜１０４ａの成膜量を読み出し、成膜量をＣｕ配線１０３の基準フォーカス値に加算して、実回路領域のＳｉＣ膜１０４ａ上のフォーカス位置を決定する（Ｓ３３）。成膜量はまた、欠陥検査装置１のフォーカス駆動量としても用いられ、これに基づいて、ステージ５０のＺ軸を駆動する（Ｓ３４）。

一方、Ｃｕ配線１０３またはモニタパターン上でフォーカス位置を計測した後、ウェーハを成膜装置（不図示）に設置し、経路からのレシピ指示に従ってＳｉＣ膜１０４ａを成膜する（Ｓ３５）。成膜後、モニタパターン上で、たとえば屈折率測定機構１０を用いて膜厚測定を実施する（Ｓ３６）。成膜情報データベース４６に格納された成膜情報を用いる場合は、このステップをスキップしてもよい。膜厚測定値、又は成膜量をオフセット値として、Ｃｕ配線１０３又はモニタパターン上のフォーカス値に加算することによって、ＳｉＣ膜１０４ａ上のフォーカス値とする。

次に、欠陥検査装置１において、Ｚ軸駆動（Ｓ３４）により、モニタ領域及び回路領域で、Ｃｕ配線１０３の表面とＳｉＣ膜１０４ａの表面の２つのフォーカス位置で、欠陥検査のための撮像を行う（Ｓ３７）。

演算制御部４５は、検出された欠陥箇所と、そのときのフォーカス位置を成膜情報データベースに記録し（Ｓ３８）、必要に応じてＳＥＭ等に出力して、欠陥箇所を２つのフォーカス位置でレビューする（Ｓ３９）。ＳＥＭレビューでは、Ｃｕ配線１０３上のフォーカス値と、ＳｉＣ膜１０４ａ上のフォーカス値を用いることで、最適なフォーカシングによる欠陥検査が実現する。

この方法によれば、Ｃｕ配線１０３上のＳｉＣ膜１０４ａなどの薄膜の表面にも、焦点を合わせることができる。従来のフォーカシング光学系による欠陥検査では、薄膜の厚さ分は焦点深度の誤差内として扱っていたことと比較して、より綿密な欠陥検査が可能となる。

また、Ｃｕ配線１０３上のフォーカス値と、ＳｉＣ膜１０４ａ上のフォーカス値を、成膜情報データベース４６に記録し、次の配線層での検査時にも、２つのフォーカス値を算出することによって、２つの配線層で求めた４つのフォーカス値を使って、欠陥検査及びレビューが可能となる。欠陥の結像具合によっては、どの層で欠陥が発生しているかを探るヒントとなる。

図１０及び図１１は、実施形態の方法で求めたフォーカス値に基づいて欠陥検査するときに得られる画像の一例である。図１０（Ａ）では、直近のＣｕ−ＣＭＰで形成された最上層のＣｕ配線６１に焦点が合っている。最上層のＣｕ配線６１とＣｕ配線６１の間に、層間絶縁膜を透かして下層のＣｕ配線６２が見える。

図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の状態から、欠陥検査装置１が下層のＣｕ配線６２上にある層間絶縁膜の屈折率を測定し（Ｃｕ配線６１のない領域で屈折率を測定）、Ｚ軸駆動して、Ｃｕ配線６１上のフォーカス位置から、下層のＣｕ配線６２に焦点を合わせたときの画像である。欠陥検査装置１は、屈折率の測定結果から、現在、上のＣｕ配線６１の表面位置に焦点が合っていることを判断し、Ｃｕ配線６１が形成されている層間絶縁膜の膜厚情報に基づいて、下層のＣｕ配線６１上のフォーカス位置を決定することができる。

図１１（Ａ）は、下層のダミーパターン７２に焦点が合ったときの画像である。最上層の配線パターン７１は、ぼやけて見える。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の状態から、ダミーパターン上の層間絶縁膜の屈折率を欠陥検査装置１が測定し、現在のフォーカス位置が下層のダミーパターンに合っていることを判断して、成膜情報からＺ軸を約２μｍ駆動して、上のパターン７１に焦点を合わせた画像である。

このように、測定した屈折率情報をもとに、欠陥検査装置１内に蓄積した成膜情報の中から、測定した場所がどのような積層構造になっているかを装置が判断する。そして、Ｃｕ配線上、ＳｉＣ膜上、層間絶縁膜上などのように、膜構造の境界へＺステージを移動させて欠陥のコントラスト信号を取得し、膜中にある欠陥に対して焦点を合わせることができる。これにより、下層のＣｕ配線から直近（最上層）のＣｕ配線までの間の欠陥を観察することができる。

図１２は、屈折率測定に基づくステージ駆動と、画像取得の流れを示すフローチャートである。まず、欠陥検査装置１のフォーカシング光学系（図４の２１、２２）により、基準となるフォーカス位置を計測する（Ｓ１０１）。このフォーカス位置を基準として、ウェーハ面内の測定箇所で、屈折率測定を行う（Ｓ１０２）。演算制御部４５は、成膜情報データベース４６を参照して、測定した屈折率と、膜種ごとの屈折率とを比較して（Ｓ１０３）、膜ごとのフォーカスオフセット値を抽出する（Ｓ１０４）。オフセット値（又はフォーカス値）をステージ制御部４２へ供給して（Ｓ１０５）、Ｚステージを駆動する（Ｓ１０６）。ステージ駆動後のフォーカス位置で、欠陥検査のための画像を取得する（Ｓ１０７）。取得した画像で、欠陥を検出し（Ｓ１０８）、欠陥検査結果をハードディスクドライブなどの記憶領域に格納する（Ｓ１０９）。次の検査場所へステージを移動して（Ｓ１１０）、ステップＳ１０１へ戻る。

図１３は、屈折率測定に基づくステージ駆動と、画像取得の流れを示す別の例のフローチャートである。この例では、Ｃｕ配線上の欠陥検査をターゲットとしている。

まず、欠陥検査装置１のフォーカシング機構（図４の２１、２２）で、基準となるフォーカス位置を計測する（Ｓ１２１）。このフォーカス位置を基準として、ウェーハ面内の測定箇所で、屈折率測定を行う（Ｓ１２２）。演算制御部４５は、成膜情報データベース４６を参照して、測定した屈折率と、膜種ごとの屈折率とを比較する（Ｓ１２３）。

屈折率の測定結果から、測定箇所の膜構成が、直近のＣｕ−ＣＭＰで形成されたＣｕ配線上にＳｉＣ膜が成膜された構成であるか否かを判断する（Ｓ１２４）。ＳｉＣ膜の成膜前であれば、ステップＳ１２５に進んで、現在のフォーカス値を基準値とする。すなわち、フォーカシング光学系の赤外線がＣｕ配線上に照射されているので、演算制御部４５は、Ｃｕ配線上のフォーカス値になっていると判断して、これを基準位置Ａとする（Ｓ１２５）。さらに、成膜情報データベース４６を参照して、膜構造からフォーカスオフセット値Ａを決定する（Ｓ１２６）。

一方、ＳｉＣ膜が形成された膜構成であれば、ステップＳ１２７に進み、成膜情報データベース４６に格納された屈折率情報と、現在の屈折率測定値を比較して、Ｃｕ配線が存在する箇所かを特定し（Ｓ１２７）、成膜情報に基づいて、Ｓ１２１で計測した基準位置（基準位置Ｂ）からのフォーカスオフセット値Ｂを求める（Ｓ１２８）。

ＳｉＣ膜の成膜前の場合も（Ｓ１２６）、成膜後の場合も（Ｓ１２８）、それぞれの基準位置とオフセット位置に基づいて、最適なステージ位置を求める（Ｓ１２９）。求めたステージ位置に駆動するためのＺステージ移動量を、ステージ制御部４２に送って（Ｓ１３０）、Ｚステージを移動する（Ｓ１３１）。移動後の位置で、欠陥検査のための画像を取得し（Ｓ１３２）、取得した画像で欠陥を検出する（Ｓ１３３）。欠陥の結果はハードディスクドライブなどの記憶装置に格納し（Ｓ１３４）、次の検査場所へステージを移動する（Ｓ１３５）。その後、プロセスはＳ１２１へ戻り、ウェーハ上の所定箇所での検査が完了するまで、プロセスを繰り返す。

以上述べたように、実施形態によれば、Ｃｕ配線と、下層の配線が透けて見える層間絶縁膜とが同じレイヤで形成されているデバイスの欠陥検査において、フォーカス位置を正確に制御して、積層膜構成の各々の膜上、又は膜中の欠陥を的確に捉えることができる。その結果、欠陥検査の精度が向上する。

以上の説明に対して以下の付記を提示する。
（付記１）
ウェーハ上の屈折率を測定する屈折率測定手段と、
前記ウェーハの画像データを取得して欠陥を検出する欠陥検出光学系と、
前記測定した屈折率を膜種ごとに分類し、設計された成膜情報から欠陥撮像光学系のフォーカス位置を決定する制御部と、
を備える欠陥検査装置。
（付記２）
各膜の屈折率及び膜厚を含む成膜情報を格納する成膜情報格納部、
をさらに有することを特徴とする付記１に記載の欠陥検査装置。
（付記３）
前記フォーカス位置に基づいて、前記ウェーハを保持するステージの位置を制御するステージ制御部、
をさらに有することを特徴とする付記１又は２に記載の欠陥検査装置。
（付記４）
前記屈折率測定機構は、ショットごと又はウェーハごとに異なる箇所で屈折率の測定を行い、前記屈折率の測定値を重ね合わせることを特徴とする付記１又は２に記載の欠陥検査装置。
（付記５）
設計された膜構成において、各膜の屈折率と膜厚を含む成膜情報をあらかじめ格納する工程と、
ウェーハ上の所定の測定箇所で、屈折率を測定する工程と、
前記測定した屈折率と、前記成膜情報に基づいて、前記測定箇所での成膜量を求める工程と、
前記成膜量に基づいて、前記ウェーハの欠陥検査のためのフォーカス位置を決定する工程と、
前記フォーカス位置で前記ウェーハ上の画像を取得して、欠陥検査を行う工程と、
を含むことを特徴とする欠陥検査方法。
（付記６）
前記屈折率を、前記ウェーハ上のショットごと、又はウェーハごとに異なる箇所で測定し、
前記ショットごと、又はウェーハごとに測定した屈折率のデータを重ね合わせる、
ことを特徴とする付記５に記載の欠陥検査方法。
（付記７）
前記ウェーハ上での屈折率の測定に追従して前記欠陥検査を行う、
ことを特徴とする付記５に記載の欠陥検査方法。
（付記８）
前記測定した屈折率と、前記成膜情報中の屈折率と比較して、欠陥検査の対象となる膜を特定する
工程をさらに含むことを特徴とする付記５に記載の欠陥検査方法。

従来の欠陥検査の問題点を説明するための図である。 従来の欠陥検査の問題点を説明するための図である。 実施形態の欠陥検査の基本概念を説明するための図である。 実施形態の欠陥検査装置の構成図である。 実施形態で用いられる屈折率情報の例を示す図である。 第１実施例の欠陥検査方法のフローチャートである。 ウェーハ上の屈折率測定箇所の例を示す図である。 第２実施例の欠陥検査方法のフローチャートである。 第３時指令の欠陥検査方法のフローチャートである。 実施形態の欠陥検査における取得画像の例を示す図である。 実施形態の欠陥検査における取得画像の例を示す図である。 実施形態の欠陥検査におけるステージ駆動と画像取得のフローチャートである。 実施形態の欠陥検査におけるステージ駆動と画像取得のフローチャートである。

符号の説明

１ 欠陥検査装置
１０ 屈折率測定機構
２０ 欠陥検出光学系
２１ 撮像用光源
３２ レンズ群
３４ 対物レンズ
３６ イメージセンサ
４１ 画像処理部
４２ ステージ制御部
４５ 演算制御部
４６ 成膜情報データベース（成膜情報格納部）
５０ ステージ
５１ ウェーハ
６１、１０３ 直近の導体パターン（Ｃｕ配線）
６２、１０１ 下層の導体パターン（Ｃｕ配線）
１０２ 層間絶縁膜
１０４ａ、１０４ｂ 保護膜（ＳｉＣ膜）

Claims (6)

1. ウェーハ上の屈折率を測定する屈折率測定手段と、
   前記ウェーハの画像データを取得して欠陥を検出する欠陥検出光学系と、
   前記測定した屈折率を膜種ごとに分類し、設計された成膜情報から欠陥撮像光学系のフォーカス位置を決定する制御部と、
   を備える欠陥検査装置。
2. 各膜の屈折率及び膜厚を含む成膜情報を格納する成膜情報格納部、
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記フォーカス位置に基づいて、前記ウェーハを保持するステージの位置を制御するステージ制御部、
   をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
4. 設計された膜構成において、各膜の屈折率と膜厚を含む成膜情報をあらかじめ格納する工程と、
   ウェーハ上の所定の測定箇所で、屈折率を測定する工程と、
   前記測定した屈折率と、前記成膜情報に基づいて、前記測定箇所での成膜量を求める工程と、
   前記成膜量に基づいて、前記ウェーハの欠陥検査のためのフォーカス位置を決定する工程と、
   前記フォーカス位置で前記ウェーハ上の画像を取得して、欠陥検査を行う工程と、
   を含むことを特徴とする欠陥検査方法。
5. 前記屈折率を、前記ウェーハ上のショットごと、又はウェーハごとに異なる箇所で測定し、
   前記ショットごと、又はウェーハごとに測定した屈折率のデータを重ね合わせる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の欠陥検査方法。
6. 前記ウェーハ上での屈折率の測定に追従して前記欠陥検査を行う、
   ことを特徴とする請求項４に記載の欠陥検査方法。