DE102005027120A1

DE102005027120A1 - Verfahren zur Inspektion von Halbleiterwafern unter Berücksichtigung des Saw-Designs

Info

Publication number: DE102005027120A1
Application number: DE102005027120A
Authority: DE
Inventors: Michael Heiden; Albert Kreh
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH; Vistec Semiconductor Systems GmbH
Current assignee: KLA Tencor MIE GmbH
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-12-14
Also published as: TW200644142A; JP2006344975A; US20060279729A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inspektion eines Wafers, wobei der Wafer einen ersten Bereich von periodisch angeordneten SAWs und mindestens einen zweiten Bereich von zum ersten Bereich versetzten SAWs aufweist. Das Verfahren zeigt die Verfahrensschritte optisches Aufnehmen des ersten Bereichs des Wafers durch Bewegen eines Aufnahmefensters in Periodenrichtung, Versetzen des Aufnahmefensters relativ zum Wafer, optisches Aufnehmen des zweiten Bereichs des Wafers durch Bewegen des versetzten Aufnahmefensters in Periodenrichtung, Auswerten der Aufnahme durch Vergleich von Teilbildern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Aufnahme und Analyse von Wafern, deren Strukturen durch SAWs erzeugt wurden.
Die zu inspizierende Oberfläche eines Halbleiterwafers weist strukturiert aufgebrachte Dies auf. Dabei sind jeweils mehrere Dies in einem Belichtungsvorgang auf dem Wafer aufgebracht. Der Bereich dieser mehreren Dies ist der Stepper Area Window (SAW) – der Stepperbelichtungsbereich. Dieser setzt sich periodisch auf der Oberfläche des Wafers fort.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Aufnahmefenster eines Scanners entlang der Periodenfortsetzungsrichtung der SAWs quer über den Wafer geführt wird. Dabei werden diejenigen Bilder, die im Abstand der Länge einer Fortsetzungsperiode aufgenommen sind, miteinander verglichen. Bei einem guten Wafer sollten aufgrund der periodischen Regelmäßigkeit der Strukturen bei diesem Vergleich keine Unterschiede auftreten. Hingegen tritt ein Defekt auf der Waferoberfläche hierbei als Unterschied in den verglichenen Bildern auf.

Um die Oberfläche des Wafers maximal mit Halbleiterbauelementen bestücken zu können, findet jedoch üblicherweise im Randbereich des Wafers ein Versatz der SAWs statt, der die Periodizität der SAWs durchbricht.

Nachteilig ist dem bekannten Stand der Technik, dass bewusst gewollte Abweichungen von der regelmäßigen Periodizität der Strukturen bei der Inspektion nicht berücksichtigt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, dass die optische Inspektion eines Wafers mit versetzt angeordneten SAWs mit einfachen Mitteln gelingt.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 ebenso wie durch das in Anspruch 2 bestimmte Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen gegeben.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe bei einem Verfahren zur Inspektion eines Wafers mit einem ersten Bereich von periodisch in einer Periodenrichtung angeordneten SAWs und mit mindestens einem zweiten Bereich von um eine Versetzungslänge zum ersten Bereich senkrecht zur Periodenrichtung versetzt angeordneten SAWs durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst:

– Optisches Aufnehmen eines ersten Bereichs des Wafers durch Bewegen eines Aufnahmefensters in Periodenrichtung über den ersten Bereich des Wafers bis zum angrenzenden zweiten Bereich und dabei Aufnahme von in Periodenrichtung abfolgenden Teilbildern während der Bewegung während der Bewegung,
– Versetzen des Aufnahmefensters relativ zum Wafer um eine Versetzungslänge senkrecht zur Periodenrichtung,
– optisches Aufnehmen des zweiten Bereichs des Wafers durch Bewegen des versetzten Aufnahmefensters in Periodenrichtung über den zweiten Bereich des Wafers und dabei Aufnahme von in Periodenrichtung abfolgenden Teilbildern während der Bewegung und Auswerten der Aufnahmen durch Vergleich von Teilbildern.

Beim zweiten Bereich handelt es sich etwa um den äußeren Bereich eines Sehnenabschnitts des Wafers. Beim Versetzen kann entweder das Aufnahmefenster oder der Wafer oder beides bewegt werden.

Erfindungsgemäß ist die oben genannte Aufgabe ebenso bei einem Verfahren zur Inspektion eines Wafers mit einem ersten Bereich von periodisch in einer ersten Periodenrichtung angeordneten SAWs und mit mindestens einem zweiten Bereich von periodisch in einer zweiten Periodenrichtung senkrecht zur ersten Periodenrichtung angeordneten SAWs durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst:

– Optisches Aufnehmen des ersten Bereichs des Wafers durch Bewegen eines Aufnahmefensters in Periodenrichtung über den ersten Bereich des Wafers und dabei Aufnahmen von in Periodenrichtung abfolgenden Teilbildern während der Bewegung,
– Drehen des Aufnahmefensters relativ zu Wafer um 90 Grad,
– Optisches Aufnehmen des zweiten Bereichs des Wafers durch Bewegen des versetzten Aufnahmefensters in Periodenrichtung über den zweiten Bereich des Wafers und dabei Aufnahme von in Periodenrichtung abfolgenden Teilbildern während der Bewegung,
– Auswerten der Aufnahmen durch Vergleich von Teilbildern.

Der erste Bereich und der zweite Bereich können hierbei einen gemeinsamen Überlappungsbereich aufweisen. Beim Drehen kann entweder das Aufnahmefenster oder der Wafer oder beides bewegt werden.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass beim Auswerten Teilbilder der gleichen Periodenlage miteinander verglichen werden.

Dies hat bei einem guten Wafer den Vorteil, dass im wesentlichen identische Teilbilder verglichen werden müssen. Üblicherweise wird dabei das Differenzbild gebildet. Dies geht besonders schnell.

Günstigerweise ist vorgesehen, dass beim Vergleich der Teilbilder die Differenz der Teilbilder gebildet wird.

Durch die Differenzbildung der im wesentlichen technischen Teilbilder ist ein besonders schneller Vergleich der Teilbilder möglich. Defekte zeigen sich dabei dadurch, dass die Differenz zwischen zwei Teilbildern nicht Null ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Auswerten mindestens teilweise während des Aufnehmens erfolgt.

Dies hat den Vorteil, dass beim Aufnehmen nicht das gesamte Bild des Wafers zwischengespeichert werden muss, sondern der Vergleich von Teilbildern gleicher Periodenlage bereits nach der Zwischenspeicherung einer Periodenlänge erfolgen kann. Im Speicher wird dann etwa lediglich das Gesamtdifferenzbild des Wafers abgelegt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Aufnehmen im wesentlichen die gesamte Breite des Wafers vom Aufnahmefenster erfasst wird.

Nach einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Aufnehmen das Aufnahmefenster auf einen Zeilendetektor abgebildet wird.

Dies hat den Vorteil, dass die Aufnahme eines Bereichs des Wafers nach Art eines Scanners an einem Stück erfolgt.

Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, dass beim Aufnehmen die Einzelbilder des Zeilendetektors als Teilbilder aufgenommen werden.

Die Zuordnung von einer Zeile des Detektors zu einem Teilbild bringt eine besonders effiziente Speicherverwaltung mit sich. Die Teilbilder müssen nicht aus weiteren Subteilbildern zusammengesetzt werden.

Idealerweise ist vorgesehen, dass beim Auswerten Pixel gleicher Lage im Zeilendetektor miteinander verglichen werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Darstellungen zu einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren beizeichnen dabei gleiche Elemente. Es zeigen
1 ein Stepper Area Window (SAW) mit Dies,
2 einen Wafer mit völlig regelmäßiger Anordnung von SAWs,
3 zeigt die Belichtungsreihenfolge der SAWs auf dem Wafer,
4 zeigt einen Wafer mit zwei Bereichen von periodisch angeordneten SAWs,
5 zeigt eine erste Ausführung des erfinderischen Verfahrens und
6 zeigt eine zweite erfinderische Ausführung des erfinderischen Verfahrens.
1 zeigt ein Stepper Area Window (SAW) 20. Ein SAW ist ein Stepperbelichtungsbereich. Dies ist der Teil der Oberfläche eines Halbleitersubstrats, der während des gleichen Belichtungsvorganges strukturiert wird. Er enthält ein oder mehrere Dies oder sonstige Halbleiterbauelemente. Im gezeigten Fall sind beispielhaft vier Dies 21 „A", „B", „C" und „D" eingebracht.
2 zeigt einen Wafer 10 mit vollkommen periodisch angeordneten SAWs 20. Über dem Wafer ist das Aufnahmefenster 30 einer nicht dargestellten Aufnahmevorrichtung, etwa eines Zeilendetektors, gezeigt. Das Aufnahmefenster besitzt die Breite in etwa des Durchmessers des Wafers, mindestens aber der Ausdehnung der aufgebrachten SAW-Strukturen. Das rechtwinklig zu den SAW-Strukturen ausgerichtete Aufnahmefenster 30 ist zur Bewegung über die SAW-Strukturen in die Bewegungsrichtung 51 vorgesehen. In der Figur eingezeichnet ist eine erste Stellung 31, eine zweite Stellung 32 und eine Endstellung 33 des Aufnahmefensters über dem Wafer. Die SAWs sind auf dem Wafer periodisch in einer Periodenrichtung 50 angeordnet. Der eingezeichnete erste Betrachtungsbereich 41 und der zweite Betrachtungsbereich 42 verdeutlichen die Periodizität der sich wiederholenden gleichen Dies „A" bzw. „C". Die erste Stellung des Aufnahmefensters 31 und die zweite Stellung des Aufnahmefensters 32 stehen in einem Abstand von einer Periodenlänge zueinander. Sie bilden daher die gleichen SAW-Strukturen ab. Defekte in einer SAW-Struktur können so durch Vergleich mit der anderen SAW-Struktur erkannt werden. Dies ist die gezeigte grundsätzliche Methode zur Inspektion eines Wafers.
3 zeigt einen Wafer mit aufgebrachten SAWs und der Belichtungsreihenfolge 22 der SAWs. Die beiden am Anfang und die beiden am Ende der Belichtungsreihenfolge liegenden SAWs sind bezüglich der übrigen SAWs in ihrer Periode versetzt, um mit nur jeweils zwei statt drei Belichtungsschritten den am Rand liegenden Sehnenbereich maximal mit Dies auszufüllen. Auf der linken Seite sind Dies „B" und „D" und auf der rechten Seite Dies „A" und „C" aufgebracht.
4 zeigt einen nach der Art von 3 belichteten, mit SAWs strukturierten Wafer. Die SAWs in einem gestrichelt gezeichneten ersten Bereich 11 weisen eine in die Periodenrichtung 50 ausgerichtete Periodizität untereinander auf. Dem gegenüber ist ein ebenfalls gestrichelt gezeichneter zweiter Bereich 12 in seiner Periodizität gegenüber dem ersten Bereich um eine Versetzungslänge in einer Versetzungsrichtung 52 senkrecht zur Periodenrichtung 50 des ersten Bereichs 11 versetzt. Die Versetzung wird besonders deutlich bei Betrachtung des eingezeichneten zweiten Betrachtungsbereichs 42 und des eingezeichneten dritten Betrachtungsbereichs 43.
5 zeigt den nach Art von 4 strukturierten Wafer und visualisiert darüber das erste erfinderische Verfahren. Das über die ganze Breite des Wafers reichende schmale Aufnahmefenster 30 eines Zeilendetektors steht am Beginn des ersten Bereichs. Dieses Aufnahmefenster 30 wird nun parallel zur Periodenrichtung 50 der SAWs in eine Bewegungsrichtung 51 bis in eine erste Zwischenstellung 35 am Ende des ersten Bereichs und am Beginn des zweiten Bereichs zur Aufnahme der Waferstrukturen bewegt. Daraufhin wird der Aufnahmebereich von seiner ersten Zwischenstellung senkrecht zu seiner bisherigen Bewegungsrichtung um die Versetzungslänge der SAWs im zweiten Bereich in eine zweite Zwischenstellung 36 versetzt. Von dort aus wird das Aufnahmefenster weiter in der ursprünglichen Bewegungsrichtung 51 über den zweiten Bereich bewegt bis in seine Endstellung 33 am Ende des zweiten Bereichs 52. Dabei besitzen gleichartige Waferstrukturen bzw. Dies, hier im zweiten Betrachtungsbereich 42 und dritten Betrachtungsbereich 43 gezeigt die Dies „A" und „C", jeweils den gleichen Abstand vom seitlichen Ende des Aufnahmebereichs bzw. der Zeile der Zeilenkamera. Dies ermöglicht den leichten Vergleich der im zweiten Bereich liegenden Strukturen mit denen im ersten Bereich liegenden. Durch das Versetzen des Aufnahmebereichs am Übergang zwischen erstem und zweitem Bereich wird die durch den Versatz des zweiten Bereichs gegenüber dem ersten Bereich bei der Belichtung durchbrochene Periodizität bei der Aufnahme technisch gleichsam wiederhergestellt.
6 zeigt wiederum einen nach 4 mit SAWs strukturierten Wafer. Der Wafer weist einen weiteren ersten Bereich 13 und einen weiteren zweiten Bereich 14 auf, der jeweils gestrichelt umrandet ist. Die Bereiche zeichnen sich dadurch aus, dass innerhalb der Bereiche Periodizität der SAWs gegeben ist. Teilweise überlappen sich die Bereiche. Die Periodizität des weiteren ersten Bereichs 13 entspricht der Periodizität des ersten Bereichs 11 der 4. Die Periodizität des weiteren zweiten Bereichs 14 ist in einer zweiten Periodenrichtung 53 senkrecht gegenüber der Periodizität des weiteren ersten Bereichs ausgerichtet. Dazu sieht das zweite erfinderische Verfahren vor, dass in einem ersten Verfahrensschritt das Aufnahmefenster 30 zur Aufnahme von der in der Figur links gezeigten Seite des weiteren ersten Bereichs 13 in eine Richtung 51 parallel zur Periodenrichtung dieses Bereichs bis zur rechten Seite des Bereichs bewegt wird. In einem zweiten Schritt wird der Wafer unter dem Aufnahmebereich um seine Mittelachse in die Drehrichtung 54 um 90 Grad gedreht. Dadurch kommt der Aufnahmebereich in seine weitere zweite Zwischenstellung 37. Zur übersichtlicheren Darstellung wurde in der Figur nicht der Wafer gedreht, sondern der Aufnahmebereich in umgekehrter Richtung gedreht dargestellt. Dabei kommt der Aufnahmebereich an der einen Seite des weiteren zweiten Bereichs senkrecht zu dessen Periodenrichtung in Stellung. Von dort wird der Aufnahmebereich zur Aufnahme in einem dritten Verfahrensschritt parallel zur zweiten Periodenrichtung des weiteren zweiten Bereichs in die zweite Bewegungsrichtung 55 bewegt. Bei diesem Verfahren werden nur Teilbilder aus dem jeweils gleichen Bereich miteinander verglichen.

10: Wafer
11: erster Bereich
12: zweiter Bereich
13: weiterer erster Bereich
14: weiterer zweiter Bereich
20: SAW
21: Die
22: Belichtungsweg
30: Aufnahmefenster
31: erste Stellung
32: zweite Stellung
33: Endstellung
35: erste Zwischenstellung
36: zweite Zwischenstellung
37: weitere zweite Zwischenstellung
41: erster Betrachtungsbereich
42: zweiter Betrachtungsbereich
43: dritter Betrachtungsbereich
50: Bewegungsrichtung
51: Versetzungsrichtung
52: zweite Periodenrichtung
53: Drehrichtung
54: zweite Bewegungsrichtung

Claims

Verfahren zur Inspektion eines Wafers mit einem ersten Bereich von periodisch in einer Periodenrichtung angeordneten SAWs und mit mindestens einem zweiten Bereich von um eine Versetzungslänge zum ersten Bereich senkrecht zur Periodenrichtung versetzt angeordneten SAWs, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – optisches Aufnehmen des ersten Bereichs des Wafers durch Bewegen eines Aufnahmefensters in Periodenrichtung über den ersten Bereich des Wafers bis zum angrenzenden zweiten Bereich und dabei Aufnahme von in Periodenrichtung abfolgenden Teilbildern während der Bewegung – Versetzen des Aufnahmefensters relativ zum Wafer um eine Versetzungslänge senkrecht zur Periodenrichtung – optisches Aufnehmen des zweiten Bereichs des Wafers durch Bewegen des versetzten Aufnahmefensters in Periodenrichtung über den zweiten Bereich des Wafers und dabei Aufnahme von in Periodenrichtung abfolgenden Teilbildern während der Bewegung – Auswerten der Aufnahmen durch Vergleich von Teilbildern.
Verfahren zur Inspektion eines Wafers mit einem ersten Bereich von periodisch in einer ersten Periodenrichtung angeordneten SAWs und mit mindestens einem zweiten Bereich von periodisch in einer zweiten Periodenrichtung senkrecht zur ersten Periodenrichtung angeordneten SAWs, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – optisches Aufnehmen des ersten Bereichs des Wafers durch Bewegen eines Aufnahmefensters in Periodenrichtung über den ersten Bereich des Wafers und dabei Aufnahme von in Periodenrichtung abfolgenden Teilbildern während der Bewegung – Drehen des Aufnahmefensters relativ zum Wafer um 90° – optisches Aufnehmen des zweiten Bereichs des Wafers durch Bewegen des versetzten Aufnahmefensters in Periodenrichtung über den zweiten Bereich des Wafers und dabei Aufnahme von in Periodenrichtung abfolgenden Teilbildern während der Bewegung – Auswerten der Aufnahmen durch Vergleich von Teilbildern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswerten Teilbilder der gleichen Periodenlage miteinander verglichen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vergleich der Teilbilder die Differenz der Teilbildern gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten mindestens teilweise während des Aufnehmens erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufnehmen im Wesentlichen die gesamte Breite des Wafers vom Aufnahmefenster erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufnehmen das Aufnahmefenster auf einen Zeilendetektor abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufnehmen die Einzelbilder des Zeilendetektors als Teilbilder aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswerten Pixel gleicher Lage im Zeilendetektor miteinander verglichen werden.