JP2001512576A - 半導体ウェーハを走査して欠陥を検査する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 パターン化された半導体ウェーハ（６０）はウェーハ（６０）の表面に対して垂直な軸を支点に急速に回転可能である真空チャック（２０）上に芯合わせされる。真空がウェーハ（６０）をチャック（２０）に平坦に保持する。チャック（２０）が回転すると、ウェーハ（６０）は回転し、ウェーハ（６０）の表面が光学ヘッド（３０）によって走査される(１０)。出力は読取りヘッド（３０）の信号線（４７）を経て伝送され、プロセッサ（５０）内の基準ファイル、もしくは完璧にパターン化されたウェーハがどうあるべきかを表す信号と比較される。照合基準とパターン化されたウェーハ(６０)との差がパターン化内の欠陥を示す。ウェーハ、液晶表示装置用のガラス基板、または磁気メモリのようなパターン化されない表面の場合は、基準信号はゼロ信号であり、読取りヘッド（３０）から何らかの信号があればそれはパターン化されない表面内に欠陥があることを示す。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称 半導体ウェーハを走査して欠陥を検査する方法発明の背景 半導体ウェーハは何らかのパターン化の前およびパターン化の後の双方で、欠 陥の走査を行って、ウェーハをチップ状にカットした場合に不良品の半導体装置 の原因となる欠陥を有する位置が特定されなければならない。半導体ウェーハが より大きくなり、パターンの特徴がより小さくなるにつれて、走査の課題はウェ ーハの直径の４乗分も困難になる。このように、欠陥の走査を改良するための方 法、すなわち戦略は、まず第１に検査のコストをウェーハのパターン化のコスト と調和するように維持するために、ますます重要になってきている。加えて、ウ ェーハおよびこれと同類の素子の迅速な走査によって、工程中の(in-process)走 査およびプロセスの制御が現実のものになる。本発明は、それぞれ独自に利用さ れてきた幾つかの既存の技術を利用してウェーハを走査するための体系的アプロ ーチである。発明の概要 半導体ウェーハはウェーハ表面に対して垂直な軸を支点に急速に回転可能であ る真空チャックの中心に置かれる。真空がウェーハの平面をチャックに保持する と、チャックは回転され、コンパクト・ディスク（ＣＤ）を走査するために使用 されるものと同一の光学ヘッドで表面が走査される。読取りヘッドの出力は、完 璧にパターン化されたウェーハが該当する筈の“黄金規準”と比較される。 黄金規準とパターン化されたウェーハとの差は、パターン化の欠陥を示すもの である。（パターン化されないウェーハの場合は、規準は何の信号をも示さず、 読取りヘッドからの何らかの信号は未使用ウェーハの欠陥を示すものであろう。 ）図面の簡単な説明 図１は本発明の走査装置を示している。 図２は複数個の読取りヘッドを搭載した図１の走査装置を示している。図面の詳細な説明 本発明の走査装置１０が図１に示されている。この装置は回転式真空チャック ２０と光学式読取りヘッド３０と、読取りヘッド・アクチュエータおよびアーム ４０と、プロセッサ５０とを含んでいる。真空チャック２０には走査装置１０に よって走査され、評価される平面素子６０が実装されている。好適な実施例では 、平面素子６０は複数個の半導体素子を含む半導体ウェーハである。 市販の回転継手を経て真空が真空チャック２０に供給される。真空チャック２ ０が必要であるのは、半導体ウェーハ６０は自由な状態では迅速な走査を妨げる に充分なほど平面度のむらがあるからである。真空チャックを使用しても、ウェ ーハの表面６０にはＣＤ読取りヘッド３０に内蔵された自動集束センサ３１を使 用することが必要な程度には平面度のむらがある。このセンサによって読取りヘ ッドはアクチュエータへの能動フィードバックを利用してウェーハの上に適正に 位置決めされ、ひいては走査中は常に読取りヘッドが最良の焦点合わせ状態に保 たれる。 ウェーハ６０上のパターンが読取りヘッド３０の下を通過すると、パターンの 材料の変動によってウェーハ６０からの反射光線の量が変化し、この変化は読取 りヘッド３０によって検出される。読取りヘッド３０からの出力信号は信号線４ ７を介してプロセッサ５０に出力され、そこで黄金規準と比較される。回転式真 空チャック２０と黄金規準は回転チャック２０上の回転式エンコーダ２５を用い て同期化される。回転式エンコーダ２５の出力は信号線２７を介してプロセッサ ５０に入力される。ＣＤ読取りヘッド３０の半径方向位置はアクチュエータ４０ に組込まれた変位エンコーダ、もしくは角度エンコーダ４５を用いて確認される 。回転式エンコーダ２５と横向き位置エンコーダ４５の組合わせによって表面６ ０上の位置を黄金規準と整合させることができる。読取りヘッドの信号と黄金規 準とのこのような比較は、ウェーハの回転中に読取りヘッド３０がウェーハ６０ を中心から縁部へと走査する際にプロセッサ５０によって連続的に行われるであ ろう。 同期化を達成する別の手段は、半導体ウェーハ６０上の平坦部分とノッチとを 走査、もしくは写像し、かつ平坦部分の位置を方位角エンコーダ、もしくは回転 式エンコーダ２５の読みと相関させることである。そこでこの読みが黄金規準と 同期化されて、パターンが平坦部分およびノッチに対して適正な位置にあること が確実にされる。 ウェーハ６０は好適には真空チャック２０上に良好に芯合わせされるものの、 わずかな残留中心ずれを生ずることは避けられない。回転軸と一致するパターン はチャック２０が回転する際に固定状態に留まるので、読取りヘッド３０の横方 向の分解能の限度まで読取りヘッド３０を回転軸と共に位置決めする手段がある 。読取りヘッド３０はウェーハ６０の中心から外側へと走査されるので、黄金規 準と比較されるべき情報量は少ない。ウェーハ６０の中心の近傍でのこの走査期 間中、残留中心ずれを判定し、かつ黄金規準を１回転毎に１回の中心ずれに見合 った量だけ補正し、または読取りヘッド３０の横方向の動きを上記の残留中心ず れに整合するように能動的に制御することができる。 ウェーハ６０はレコードプレーヤまたはＣＤと同様に中心部から縁部へと螺旋 状に走査されるので、走査される情報のレートはウェーハ６０の縁部では中心部 よりも大幅に高い。以下はこのような問題点に対処する２つの方法である。第１ に、ウェーハ６０は、中心の近傍で走査される場合には可能な最高速度で回転さ れ、走査が縁部に進展すると共に減速される。第２に、図２に示したように、各 々を独自の横位置アクチュエータ４０，４０'，４０”上に配置した複数の読取 りヘッド３０，３０'，３０”を使用することができる。中心の近くでは、妨害 がないように１つの読取りヘッド３０のスペースしかないであろう。しかし、第 １の読取りヘッド３０が中心から恐らく２０％程ずれて移動すると、第２の読取 りヘッド３０’がそこに移動してきて、第１の読取りヘッド３０とインターレー スするようにして走査を行う。ヘッド３０，３０’が更に外側に移動すると、後 続のヘッド３０”が入ってきて、最初の２つの読取りヘッドと並行して走査を行 い、以下同様である。 本発明は半導体ウェーハの走査に限定されるものではない。この方法と装置は パターン化されないウェーハ、およびコンピュータのハードドライブ、フラット パネル・ディスプレー、およびＬＣＤスクリーン用のガラス基板等のようなその 他の一見は平凡な、ほぼ平坦な表面にも同様に応用できる。面積が大きく、平坦 なパターン化された表面も本発明の方法によって等しく良好に走査することがで きる。 加えて、走査プロセスは迅速であるので、この方法は工程中の走査にも利用で き、かつ走査結果をプロセス制御に利用することができる。走査はパターン化パ ラメーターをほぼリアルタイムで調整できるのに充分な迅速さで達成できるので 、歩留まりおよび欠陥の修正が改良される。 このプロセスの別の用途にはパターン化されたウェーハ６０またはこれと同類 の表面を写像することにある。ＣＤ光学ヘッド３０の出力を黄金規準と比較する のではなく記録することによって、走査された表面６０の記録を作成することが できる。そこで、この画像を次に診断またはその他の工学技術目的に利用するこ とができる。 本発明の方法の好適な実施例は、レコードプレーヤまたはＣＤプレーヤーで使 用されているような螺旋状の走査を利用して半導体ウェーハ６０を迅速に走査す るための方法である。この方法には動きの開始と停止がないので、ラスタ走査よ りも迅速である。本発明の方法は以下と組合わせて利用することができる。 走査中に半導体ウェーハ６０を平坦に保持するために回転式真空チャック３０ を利用すること。 ウェーハ６０を走査するためにＣＤプレーヤー式の読取りヘッド３０を利用す ること。 読取りヘッド３０を適正にウェーハ６０の上に垂直に位置決めされた状態に保 って、最良の焦点合わせを保持するためにＣＤプレーヤーの読取りヘッド自動集 束センサ３１を利用すること。センサ３１の出力はアクチュエータ４０を駆動し て、ＣＤプレーヤーで行われているように閉ループ・フィードバックを利用して 読取りヘッド３０を最良の焦点合わせ位置に保持するであろう。 同期化の目的のため半導体ウェーハ６０の方位角位置を符号化するために、回 転式真空チャック上の回転式エンコーダ２５を利用すること。 同期化の目的のために読取りヘッド３０の半径方向位置を符号化するために、 横位置、または角度エンコーダ４０を利用すること。 半導体ウェーハ６０からの読取りヘッド信号を規準と比較するために黄金規準 を利用すること。２つの数値の差はウェーハ内の欠陥を示す。 ウェーハ６０の中心近くで走査する場合に、より高速度で回転する、回転ウェ ーハ６０の中心から縁部までの情報の変動をなくすために可変回転速度を利用す ること。 ウェーハ６０の欠陥を完璧に走査できる速度を増大させるために複数の読取り ヘッド３０，３０'，３０”を利用すること。 真空チャック２０の回転軸からのウェーハ６０のわずかな残留中心ずれを検出 し、かつ黄金規準を適宜に修正し、またはチャック２０の回転と同期化して読取 りヘッド３０の横位置を制御して、残留中心ずれを直して、中心ずれの作用を取 り除くために、ウェーハ６０の中心での信号の比較を利用すること。 ＣＤプレーヤーの読取りヘッド３０への反射光線を変更し、かつ、この信号を プロセッサ５０によって理想的にパターン化されたウェーハの合成の、しかし完 璧な“黄金規準”信号と比較される信号として利用するために、パターン化され たウェーハ６０の材料特性の変更を利用すること。 読取りヘッド３０からの信号が存在しないことを利用して、ウェーハ６０内に 欠陥がないことを示すため、パターン化されないウェーハ６０を検査するために 同じ方式を利用すること。 ＬＣＤスクリーンのフラットパネル・ディスプレーおよび他の同類の平坦なパ ターン化された表面を検査するために上記と同じ方式を利用すること。 円形の形式の走査結果を記録して、走査される表面を複製するため、走査され る表面の画像を作成するために迅速な走査プロセスを利用すること。この画像は 走査される表面の正確な複製となるであろう。 プロセス制御に利用し、かつ、未使用のウェーハおよび平坦な表面の検査に利 用して、研磨プロセスおよび汚染レベルを制御するため、工程中のフィードバッ クを提供するために迅速な回転式走査を利用すること。 これまで本発明を特定の実施例に関連して説明してきたが、当業者にはその他 の多くの変化形および修正が可能であることは明らかであろう。従って、本発明 は明細書の特定の開示内容によってではなく、請求項によってのみ限定されるこ とが好ましい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パークス，ロバート アメリカ合衆国，アリゾナ州 85711，タ クソン，イースト ホームズ ストリート 4149

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ほぼ平坦な表面を光学式に走査する装置において、 ほぼ平坦な表面がその上に実装される回転式真空チャックと、 ほぼ平坦な表面の近傍に配置され、ほぼ平坦な表面の状態を表す出力信号を発 生するための読取りヘッドと、 読取りヘッドと結合され、ほぼ平坦な表面に対する読取りヘッドの位置を制御 するアクチュエータと、 読取りヘッドと結合され、読取りヘッドによって発生された出力信号を基準信 号と比較するプロセッサと、 を備えてなることを特徴とする装置。 ２．ほぼ平坦な表面が半導体ウェーハであり、基準信号は半導体ウェーハ上に形 成されるべきパターンを表すと共に、プロセッサによる比較は半導体ウェーハ内 の欠陥を特定することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．ほぼ平坦な表面は磁気メモリであり、基準信号はゼロ信号であると共に、プ ロセッサによる比較は磁気メモリ内の欠陥を特定することを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の装置。 ４．ほぼ平坦な表面は液晶表示装置（ＬＣＤ）用のガラス基板であり、基準信号 はゼロ信号であると共に、プロセッサによる比較はガラス基板内の欠陥を特定す ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ５．回転式真空チャックの近傍に配置され、かつ、プロセッサと結合されていて 、ほぼ平坦な表面の位置を表す第１エンコーダ信号を発生する第１エンコーダと 、 アクチュエータと結合され、かつ、プロセッサと結合されていて、読取りヘッ ドの位置を表す第２エンコーダ信号を発生する第２エンコーダとを更に備えてな り、プロセッサは第１と第２のエンコーダ信号を比較して、ほぼ平坦な表面の走 査を同期化することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ６．ほぼ平坦な表面の近傍に配置され、かつ、第２の位置でのほぼ平坦な表面の 状態を表す付加的な出力信号を発生する、プロセッサと結合された少なくとも１ つの付加的な読取りヘッドと、 少なくとも１つの付加的な読取りヘッドと結合され、ほぼ平坦な表面に対する 少なくとも１つの付加的な読取りヘッドの位置を制御する少なくとも１つの付加 的なアクチュエータとを更に備え、プロセッサは読取りヘッドによって発生され た出力信号および少なくとも１つの付加的な読取りヘッドによって発生された出 力信号を基準信号と比較することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ７．読取りヘッドと結合され、かつ、アクチュエータと結合されていて、読取り ヘッドを適正な焦点合わせ位置に自動的に位置決めするためにアクチュエータが 利用する制御信号を発生する自動集束センサを更に備えてなることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載の装置。 ８．ほぼ平坦な表面を光学式に走査する方法において、 ほぼ平坦な表面を真空チャックに実装するステップと、 真空チャックを回転させるステップと、 読取りヘッドを利用してほぼ平坦な表面を光学的に走査し、かつ、ほぼ平坦な 表面の状態を表す出力信号を発生するステップと、 アクチュエータによってほぼ平坦な表面に対する読取りヘッドの位置を制御す るステップと、 読取りヘッドによって発生された出力信号を基準信号と比較して、ほぼ平坦な 表面内の欠陥を特定するステップと、 からなることを特徴とする方法。 ９．真空チャックの回転をほぼ平坦な表面の光学的走査と同期化させるステップ を更に含むことを特徴とする請求の範囲第８項に記載のほぼ平坦な表面を光学式 に走査する方法。 １０．読取りヘッドがほぼ平坦な表面の中心近くにある場合にはより速い速度で 真空チャックを回転させ、読取りヘッドがほぼ平坦な表面の縁部近くにある場合 にはより遅い速度で真空チャックを回転させるステップを更に含むことを特徴と する請求の範囲第８項に記載のほぼ平坦な表面を光学式に走査する方法。 １１．ほぼ平坦な表面が真空チャック上で中心ずれしている量を判定するステッ プを更に含むことを特徴とする請求の範囲第８項に記載のほぼ平坦な表面を光学 式に走査する方法。 １２．判定された中心ずれの量を考慮して基準信号を変更するステップを更に含 むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のほぼ平坦な表面を光学式に走査 する方法。 １３．判定された中心ずれの量を考慮して読取りヘッドの位置を制御するステッ プを更に含むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のほぼ平坦な表面を光 学式に走査する方法。 １４．中心ずれの量は読取りヘッドによって発生された出力信号を基準信号と比 較することによって判定されることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のほ ぼ平坦な表面を光学式に走査する方法。 １５．ほぼ平坦な表面がパターン化されず、かつ、基準信号がゼロ信号であるこ とを特徴とする請求の範囲第８項に記載のほぼ平坦な表面を光学式に走査する方 法。 １６．ほぼ平坦な表面が液晶表示装置（ＬＣＤ）用のガラス基板であることを特 徴とする請求の範囲第１５項に記載のほぼ平坦な表面を光学式に走査する方法。 １７．ほぼ平坦な表面が磁気メモリであることを特徴とする請求の範囲第１５項 に記載のほぼ平坦な表面を光学式に走査する方法。 １８．半導体ウェーハを光学式に走査する方法において、 半導体ウェーハを真空チャックに実装するステップと、 真空チャックを回転させるステップと、 読取りヘッドを利用して半導体ウェーハを光学的に走査し、かつ、半導体ウェ ーハの状態を表す出力信号を発生するステップと、 アクチュエータによって半導体ウェーハに対する読取りヘッドの位置を制御す るステップと、 読取りヘッドによって発生された出力信号を基準信号と比較して、半導体ウェ ーハ内の欠陥を特定するステップと、 からなることを特徴とする方法。