JP2006343248A - 半導体装置の検査方法および半導体装置の検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 単独で発生する異常と複数チップで同時に発生するパターン欠陥の両方を検出することを目的とする。
【解決手段】 像面傾斜によるレジストパターン異常のように、ウェハの同一行または列に同様のパターン異常が生じているような場合であっても、検査対象となるチップに対するウェハの同一行または列での画像比較検査に加えて、この方向に対して垂直方向に隣接するチップとも画像比較検査を行なうことにより、単独で発生する異常と複数チップで同時に発生するパターン欠陥の両方を検出することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体基板上に形成されたパターン欠陥や前記基板上に付着した異物を高精度に検出する半導体装置の検査方法および半導体装置の検査装置に関する。

半導体基板であるウェハに同一パターンを有するチップを複数形成された半導体基板上の欠陥検査では、同一パターンの画像データ比較を２組以上で行なうことにより、異物やパターン異常などの欠陥の有無を自動判定でき、欠陥座標の自動取得ができる。

図４を用いて従来の半導体装置の検査方法を説明する。
図４は従来の半導体装置の検査方法を説明する図である。
図４（ａ）はウェハ上に形成されたチップの配列の一部を示し、拡散工程中または終了していてダイシング前のものを示す。この図ではチップＣ１に欠陥（異物１０１）が存在する例を示している。従来の検査方法では、これらのチップの配列に従って図４（ａ）に示すようにＸもしくはＹ方向にパターン１０２の画像データ比較を行なう。具体的な例として、Ｘ方向に画像データ比較を行なって図４（ａ）を検査する場合、次のような手順で異常検出がなされる。まず、検査対象であるチップＢ１について、Ｘ方向に隣接する２つのチップと画像データ比較を行なう。検査対象チップＢ１は比較対象チップＡ１との画像データ比較において差異が無く、比較対象チップＣ１との画像データ比較において差異がある。同じく、次の検査チップＣ１は両方の比較対象チップＢ１、Ｄ１との比較において画像データ比較において差異がある。この判定結果を図４（ｂ）にまとめる。図４（ｂ）より、どちらのチップとの比較においても画像データ比較において差があるチップＣ１が欠陥のあるチップと判定される（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３００６８３号公報

しかしながら、従来の検査方法では、隣接する比較対象チップと比較することのみにより判定するので、比較対象チップに検査チップと共通の異常がある場合にはその異常を検出することができない。

従来の検査方法での問題点を図５，図６を用いて説明する。
図５は露光機のレチクル保持部に異物が存在する場合のパターン異常を説明する図、図６は従来の像面傾斜によるパターン異常と検査結果を例示する図である。

例えば、リソグラフィー工程では、露光機のレチクル保持部あるいはウェハステージ上に汚れや異物などが存在する場合に、露光時にレチクルとウェハの平行が損なわれる原因となり、像面傾斜が起こる。露光機のレチクル保持部に異物が存在する場合の露光機とウェハの様子を図５（ａ）に例示する。２０１は露光を行なうランプ、２０２は露光光をレチクルに照射するコンデンサレンズ、２０３はレチクル、２０４は異物、２０５はレチクルを保持するレチクル保持部、２０６はレチクルを載置するレチクルステージ、２０７は露光光を収束させる投影レンズ、２０８はウェハ、２０９はウェハを保持するウェハ保持部、２１０はウェハを載置するウェハステージである。図５（ａ）で、レチクル２０３とウェハ２０８は本来平行でなくてはいけないが、レチクル保持部２０５上の異物２０４のためにレチクル２０３が傾きウェハ２０８との平行が損なわれている。

図５（ｂ）に、図５（ａ）の状態にある露光機で処理されたウェハ上のチップ配列の一部を示す。この図では、本来は正常なレジストパターン２１１のようなパターンが形成されるはずであるが、Ｙ方向に像面異常があり、チップＡ２、チップＢ２、チップＣ２、チップＤ２は全てレジスト異常パターン２１２を含む。

ここで、デザインルール０．１１〜０．５μｍの微細パターンでは焦点深度は０．０４〜１．２μｍと浅く、前記の像面傾斜がパターンの消失やサイズ、形状変化などの欠陥の原因となり、歩留まり低下を引き起こす。今後０．１１μｍ以下への更なる微細化に伴って焦点深度も浅くなるため、像面傾斜の歩留まりへの影響はますます大きくなる。

従来の検査方法では、チップの配列に従ってＸもしくはＹ方向に画像データ比較を行なう。この際に、像面の傾きがＸまたはＹ方向の一方のみ、かつ傾きの方向が画像データ比較方向と垂直になる場合、異常を検出できないという問題点があった。

そのような例を、図６（ａ）に示す。図６（ａ）ではＹ方向に像面傾斜が発生しており、正常なレジストパターン３０１を形成すべきところ、チップＡ２、チップＢ２、チップＣ２、チップＤ２は共通のレジスト異常パターン３０２を含んでいる。

従来の検査方法の例として、Ｘ方向に画像データ比較を行なって図６（ａ）を検査する場合、次のような手順で異常判定がなされる。まず、検査チップＢ２を比較対象チップＡ２と比較する。続いて、検査チップＢ２を比較対象チップＣ２と比較する。その結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）で、検査チップＢ２はどちらのチップとの画像比較データにおいても差異がない。よって検査チップＢ２は正常と判定される。このように、像面傾斜の方向と画像データ比較方向が垂直になる場合、レジスト異常パターン３０２を検出することができないという問題点があった。

前記問題点に鑑み、本発明は、単独で発生する異常と複数チップで同時に発生するパターン欠陥の両方を検出することを目的とする。

前記の目的を達成するため、請求項１記載の半導体装置の検査方法は、同一のパターンを有する複数のチップが行列状に形成されたウェハ上の前記各チップの欠陥検査を行なうに際し、前記ウェハ上に配置されたチップのうち、隣接したチップのパターン画像データ比較を少なくとも３つ以上のチップに対して行ない、１つでも差異があるチップを異常と判定することを特徴とする。

請求項２記載の半導体装置の検査方法は、同一のパターンを有する複数のチップが行列状に形成されたウェハ上の前記各チップの欠陥検査を行なうに際し、前記ウェハ上の行または列毎に順次前記各チップの画像を撮影する第１の撮影工程と、各チップを検査対象チップとして前記第１の撮影工程での撮影方向に隣接する２つの比較対象チップとの画像データ比較を行なう第１の比較工程と、前記第１の撮影工程での撮影方向と垂直方向に順次前記各チップの画像を撮影する第２の撮影工程と、各チップを検査対象チップとして前記第２の撮影工程での撮影方向に隣接する２つの比較対象チップとの画像データ比較を行なう第２の比較工程と、前記各チップの前記第１の比較工程および前記第２の比較工程における比較結果によりチップの異常を判定する判定工程とを有することを特徴とする。

請求項３記載の半導体装置の検査方法は、同一のパターンを有する複数のチップが行列状に形成されたウェハ上の前記各チップの欠陥検査を行なうに際し、前記ウェハ上の隣接する２つの行または列毎に同時に順次前記各チップの画像を撮影する撮影工程と、各チップを検査対象チップとして前記撮影工程での撮影方向に隣接する２つの比較対象チップおよび前記撮影方向に垂直方向に隣接する１つの比較対象チップとの画像データ比較を行なう比較工程と、前記各チップの前記比較工程における比較結果によりチップの異常を判定する判定工程とを有することを特徴とする。

請求項４記載の半導体装置の検査装置は、同一のパターンを有する複数のチップが行列状に形成されたウェハ上の前記各チップの欠陥検査を行なう半導体装置の検査装置であって、ウェハを移動可能な状態で載置するウェハステージと、前記ウェハ上の行または列毎に順次前記各チップの画像を撮影するカメラと、撮影した画像を記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶された画像より隣接するチップの画像を比較してパターン異常を判定する比較判定装置とを有し、前記カメラが行および列方向の両方から順次撮影し、それぞれの前記画像を基に隣接するチップの画像を比較してパターン異常を判定することにより、検査対象チップに対して直行する２方向に隣接する比較対象チップとの比較判定を行なうことを特徴とする。

請求項５記載の半導体装置の検査装置は、請求項４記載の半導体装置の検査装置において、ウェハステージが回転する機構を有することを特徴とする。
請求項６記載の半導体装置の検査装置は、請求項４記載の半導体装置の検査装置において、前記画像を取得するカメラが回転する機構を有することにより前記ウェハの直行する２方向からの撮影を可能とすることを特徴とする。

請求項７記載の半導体装置の検査装置は、請求項４記載の半導体装置の検査装置において、前記画像取得するカメラを２個以上有することにより２行または２列を同時の撮影を可能とすることを特徴とする。

以上により、単独で発生する異常と複数チップで同時に発生するパターン欠陥の両方を検出することができ、検査方法に依存しない高精度な検査を提供することができる。

本発明に係る半導体装置の検査方法および半導体装置の検査装置によると、像面傾斜によるレジストパターン異常のように、ウェハの同一行または列に同様のパターン異常が生じているような場合であっても、検査対象となるチップに対するウェハの同一行または列での画像比較検査に加えて、この方向に対して垂直方向に隣接するチップとも画像比較検査を行なうことにより、単独で発生する異常と複数チップで同時に発生するパターン欠陥の両方を検出することができる。

本発明の半導体装置の検査方法および半導体装置の検査装置は、ウェハ上の検査対象となるチップに対して、隣接する少なくとも３つの比較対象チップとの画像比較を行ない、比較結果からチップの異常を判定することを特徴とする。以上により、従来の技術では検出できなかったレジスト異常パターンを検出することができ、単独で発生する異常と複数チップで同時に発生するパターン欠陥の両方を検出することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における半導体装置の検査方法について図１，図２を用いて説明する。

図１は実施の形態１における半導体装置の検査方法の検査方向を示す図、図２は実施の形態１における半導体装置の検査方法の検査結果を示す図である。
実施の形態１における半導体装置の検査方法では、従来と同様の検査装置を用いて、まず、従来の検査と同様にＸまたはＹの１方向のみで、１または複数の比較対象のチップからなる検査範囲全体について１回目の画像データ比較を行なう。次に、方向を変えて、検査範囲の全体または一部について２回目の画像データ比較を行なう。この際、方向の変換は、例えば、ウェハステージを回転させるもしくは画像データを取得するカメラの走査方向を変えることで実現できる。

以下、図１，図２を用いて、実施の形態１における半導体装置の検査方法の例、および、従来の検査方法で検出できなかったレジスト異常パターン４０２を本発明の検査方法で検出できるメカニズムを説明する。

図１（ａ）に示すチップ配列はＹ方向に像面傾斜があり、チップＡ２、チップＢ２、チップＣ２、チップＤ２は、正常なレジストパターン４０１が形成されるべき位置にレジスト異常パターン４０２を含む。検査では、図１（ｂ）に示すように、まず、ウェハに設けられたノッチが下にくるようにウェハを配置し、左から右へスキャンを進めて各チップのパターンを撮影し、Ｘ方向の１回目の画像データ比較を行なう。次に、図１（ｃ）に示すように、ウェハを時計回りに９０度回転させてノッチが左側に位置するようにウェハを配置する。この状態で左から右にスキャンを進めて各パターンを撮影し、Ｙ方向での２回目の画像データ比較を行なう。２回目の画像データ比較時のウェハ配置を図２（ａ）に示す。

判定は、検査対象チップに対してＸ方向に隣接する２つの比較対象チップと検査対象チップとの画像データ比較を行なった後、Ｙ方向に隣接する２つの比較対象チップと検査対象チップとの画像データ比較を行ない、画像データ比較で１回でも比較対象チップと差異ありとの結果が出たら異常と判定する。この判定方法では検査対象チップが異常なのか比較対象チップが異常なのかは判断できないが、異常と判定されたチップ群は必ず一個以上の異常チップを含むため、この検査は異常の有無の判定には充分有用である。また、検査で取得した欠陥座標を顕微鏡などで観察することにより、異常と判定されたチップが実際に異常を含むかを確認することができる。今回の検査では、図２（ｂ）に示すように、１回目の画像データ比較で、検査対象チップＢ２は比較対象チップＡ２及びＣ２と差異がなかった。これは画像比較方向がＸ、像面傾斜の方向がＹで、一致しなかった為、画像比較方向に対して同様のレジスト異常パターンが形成されていた為である。２回目の画像データ比較で、検査対象チップＢ２は比較対象チップＢ１と差異があった。これは画像比較方向Ｙと像面傾斜の方向が一致した為である。

以上の様に、実施の形態１における半導体装置の検査方法によると、像面傾斜によるレジストパターン異常のように、ウェハの同一行または列に同様のパターン異常が生じているような場合であっても、ウェハの同一行または列での画像比較検査に加えて、検査対象のチップに対して互いに９０°異なる方向に位置する２つ以上の比較対象であるチップと画像比較検査を行なうことにより、従来の技術では検出できなかったレジスト異常パターンを検出することができ、単独で発生する異常と複数チップで同時に発生するパターン欠陥の両方を検出することができる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における半導体装置の検査方法および半導体装置の検査装置は、従来の検査装置に加えて検査装置が画像データを取得する走査方向と異なる方向に並んだ２個以上のカメラを備えることを特徴とする。この２個以上のカメラを用いて１方向の走査で２列以上同時に画像データを取得することにより、本発明の検査方法の特徴である２方向以上の画像データ比較ができる。

以下、図３を用いて、実施の形態２における半導体装置の検査方法の例および、この検査で従来検出できなかったレジスト異常パターン５０４を本発明の検査方法で検出できるメカニズムを説明する。

図３は実施の形態２における半導体装置の検査方法および半導体装置の検査装置を示す図である。
図３（ｂ）に示すチップ配列はＹ方向に像面傾斜があり、チップＡ２、チップＢ２、チップＣ２、チップＤ２は、正常なレジストパターン５０３が形成されるべき位置にレジスト異常パターン５０４を含む。本検査装置では、図５（ａ）に示す様に、例えば、カメラ５０１がチップＡ２、チップＢ２、チップＣ２、チップＤ２をカメラ５０２がチップＡ３、チップＢ３、チップＣ３、チップＤ３を同時にスキャンするように、２台のカメラが隣接する２つの列または行のチップをスキャンする構成である。判定では、検査対象チップに対してスキャンする方向に隣接する２つの比較対象チップおよびスキャン方向に対して垂直方向に隣接する１つの比較対象チップを合わせた合計３つの比較対象チップと前記対象チップとの画像データ比較を行ない、画像データ比較で１回でも比較対象と差異ありとの結果が出たら異常と判定する。実施の形態１と同じく、この判定方法では検査対象チップが異常なのか比較対象チップが異常なのかは判断できないが、異常と判定されたチップ群は必ず一個以上の異常チップを含む。また、検査で取得した欠陥座標を顕微鏡などで観察することにより、異常と判定されたチップが実際に異常を含むかを確認することができる。

今回の検査では、図３（ｃ）に示すように、検査対象チップＢ２は、カメラ５０１で取得した比較対象チップＡ２及びＣ２と画像比較を行なうと差異がなかった。これは画像比較方向がＸ、像面傾斜の方向がＹで、これらの方向が一致しなかった為、画像比較方向に対して同様のレジスト異常パターンが形成されていた為である。しかし、カメラ５０２で取得した比較対象Ｂ３とは差異があった。これは画像比較方向Ｙと像面傾斜の方向Ｙが一致した為である。よって、チップＢ２は比較対象チップＢ３との画像データ比較で差異があったため、異常が存在すると判定される。

以上の様に、実施の形態２における半導体装置の検査方法およびこれを実行する半導体装置の検査装置によると、像面傾斜によるレジストパターン異常のように、ウェハの同一行または列に同様のパターン異常が生じているような場合であっても、２台のカメラを用いて２つの行または列のスキャンを同時に行ない、スキャン結果から、検査対象のチップとスキャン方向に同一の行または列のチップとの画像比較に加えて、スキャン方向に対して垂直方向に隣接するチップとの画像比較を行なうことにより、従来の技術では検出できなかったレジスト異常パターンを検出することができ、単独で発生する異常と複数チップで同時に発生するパターン欠陥の両方を検出することができる。

上記実施の形態１および実施の形態２の説明では、ウェハステージを移動することにより検査対象となるチップの選択を行なったが、ウェハステージを回転させることにより検査対象となるチップの選択を行なっても良い。また、ウェハを移動させる替わりに比較画像を撮影するカメラを移動させても良い。

本発明は、単独で発生する異常と複数チップで同時に発生するパターン欠陥の両方を検出することができ、基板上に形成されたパターン欠陥や前記基板上に付着した異物を高精度に検出する半導体装置の検査方法および半導体装置の検査装置等に有用である。

実施の形態１における半導体装置の検査方法の検査方向を示す図 実施の形態１における半導体装置の検査方法の検査結果を示す図 実施の形態２における半導体装置の検査方法および半導体装置の検査装置を示す図 従来の半導体装置の検査方法を説明する図 露光機のレチクル保持部に異物が存在する場合のパターン異常を説明する図 従来の像面傾斜によるパターン異常と検査結果を例示する図

符号の説明

１０１ 異物
１０２ パターン
２０１ ランプ
２０２ コンデンサレンズ
２０３ レチクル
２０４ 異物
２０５ レチクル保持部
２０６ レチクルステージ
２０７ 投影レンズ
２０８ ウェハ
２０９ ウェハ保持部
２１０ ウェハステージ
２１１ 正常なレジストパターン
２１２ レジスト異常パターン
３０１ 正常なレジストパターン
３０２ レジスト異常パターン
４０１ 正常なレジストパターン
４０２ レジスト異常パターン
４０５ ノッチ
５０１ カメラ
５０２ カメラ
５０３ 正常なレジストパターン
５０４ レジスト異常パターン

Claims (7)

1. 同一のパターンを有する複数のチップが行列状に形成されたウェハ上の前記各チップの欠陥検査を行なうに際し、
   前記ウェハ上に配置されたチップのうち、隣接したチップのパターン画像データ比較を少なくとも３つ以上のチップに対して行い、１つでも差異があるチップを異常と判定することを特徴とする半導体装置の検査方法。
2. 同一のパターンを有する複数のチップが行列状に形成されたウェハ上の前記各チップの欠陥検査を行なうに際し、
   前記ウェハ上の行または列毎に順次前記各チップの画像を撮影する第１の撮影工程と、
   各チップを検査対象チップとして前記第１の撮影工程での撮影方向に隣接する２つの比較対象チップとの画像データ比較を行なう第１の比較工程と、
   前記第１の撮影工程での撮影方向と垂直方向に順次前記各チップの画像を撮影する第２の撮影工程と、
   各チップを検査対象チップとして前記第２の撮影工程での撮影方向に隣接する２つの比較対象チップとの画像データ比較を行なう第２の比較工程と、
   前記各チップの前記第１の比較工程および前記第２の比較工程における比較結果によりチップの異常を判定する判定工程と
   を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
3. 同一のパターンを有する複数のチップが行列状に形成されたウェハ上の前記各チップの欠陥検査を行なうに際し、
   前記ウェハ上の隣接する２つの行または列毎に同時に順次前記各チップの画像を撮影する撮影工程と、
   各チップを検査対象チップとして前記撮影工程での撮影方向に隣接する２つの比較対象チップおよび前記撮影方向に垂直方向に隣接する１つの比較対象チップとの画像データ比較を行なう比較工程と、
   前記各チップの前記比較工程における比較結果によりチップの異常を判定する判定工程と
   を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
4. 同一のパターンを有する複数のチップが行列状に形成されたウェハ上の前記各チップの欠陥検査を行なう半導体装置の検査装置であって、
   ウェハを移動可能な状態で載置するウェハステージと、
   前記ウェハ上の行または列毎に順次前記各チップの画像を撮影するカメラと、
   撮影した画像を記憶する記憶装置と、
   前記記憶装置に記憶された画像より隣接するチップの画像を比較してパターン異常を判定する比較判定装置と
   を有し、前記カメラが行および列方向の両方から順次撮影し、それぞれの前記画像を基に隣接するチップの画像を比較してパターン異常を判定することにより、検査対象チップに対して直行する２方向に隣接する比較対象チップとの比較判定を行なうことを特徴とする半導体装置の検査装置。
5. ウェハステージが回転する機構を有することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の検査装置。
6. 前記画像を取得するカメラが回転する機構を有することにより前記ウェハの直行する２方向からの撮影を可能とすることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の検査装置。
7. 前記画像取得するカメラを２個以上有することにより２行または２列を同時の撮影を可能とすることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の検査装置。

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