JP2006344975A

JP2006344975A - Ｓａｗ設計を考慮した半導体ウエハの検査方法

Info

Publication number: JP2006344975A
Application number: JP2006159279A
Authority: JP
Inventors: Michael Heiden; ハイデンミヒャエル; Albert Kreh; クレーアルベルト
Original assignee: Vistec Semiconductor Systems GmbH
Current assignee: KLA Tencor MIE GmbH
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2006-12-21
Also published as: US20060279729A1; DE102005027120A1; TW200644142A

Abstract

【課題】変位されて（ずらされて）形成されたＳＡＷを有するウエハの光学的検査を簡単な手段によって実現できる半導体ウエハの検査方法の提供。
【解決手段】以下の工程：前記ウエハの前記第１領域にわたり隣接する前記第２領域に達するまで前記周期方向に撮影ウィンドウを移動することにより前記ウエハの前記第１領域を光学的に撮影し、その際、該移動中に前記周期方向に引続いて部分像（複数）を撮影する工程；前記周期方向に対し直角方向に変位長さだけ前記ウエハに対し前記撮影ウィンドウを変位する工程；前記ウエハの前記第２領域にわたり前記周期方向に前記変位された撮影ウィンドウを移動することにより前記ウエハの前記第２領域を光学的に撮影し、その際、該移動中に前記周期方向に引続いて部分像（複数）を撮影する工程；前記部分像（複数）を対比することにより前記撮影した像を評価する工程を含むことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、ステッパ・エリア・ウィンドウＳＡＷによって形成された構造（複数）を有するウエハを光学的に撮影及び解析する方法に関する。

半導体ウエハの被検表面には、それぞれ構造化された（パターンが形成された）複数のダイが形成されている。この場合、１つの露光プロセスでその都度複数のダイがウエハに形成される。この（１つの露光プロセスで形成される）複数のダイを含む領域は、ステッパ・エリア・ウィンドウ（Stepper Area Window）（ＳＡＷ）即ちステッパ露光領域（以下「ＳＡＷ」で代表する）である。ＳＡＷ（複数）は、ウエハの表面に周期的に配列される。

ＳＡＷ（複数）の周期的配列方向に沿ってウエハを横断するようにスキャナの撮影ウィンドウを案内する方法は既知である。この方法では、配列周期の長さ間隔で（毎に）撮影された画像（複数）が互いに対比される。ウエハが良好であれば、構造（パターン）が周期的に規則正しく現れるため（形成されているため）、この対比の際に、何等差異は生じないはずである。これに対し、ウエハ表面に欠陥があれば、対比の際に、当該欠陥は、対比される画像間の差異として現れる。

しかしながら、ウエハの表面に半導体構成要素を最大限形成可能にするために、通常、ウエハの周縁領域において、ＳＡＷの変位が行われる（位置がずらされたＳＡＷが形成される）が、このため、ＳＡＷの周期性は喪失する。

この既知の従来技術には、構造（パターン）の規則的周期性に対し意図的に生成される変位（ずれ）は検査の際に考慮することができないため不利である。

それゆえ、本発明の課題は、変位されて（ずらされて）形成されたＳＡＷを有するウエハの光学的検査を簡単な手段によって実現できるように、冒頭に述べた種類の半導体ウエハの検査方法を発展させる（改善する）ことである。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の視点により、周期方向に周期的に配列された複数のＳＡＷを含む第１領域と、該第１領域に対し変位長さだけ該周期方向に対し直角方向に変位されて配列された複数のステッパ・エリア・ウィンドウＳＡＷを含む少なくとも１つの第２領域とを有するウエハの検査方法が提供される。この検査方法は、以下の工程：前記ウエハの前記第１領域にわたり隣接する前記第２領域に達するまで前記周期方向に撮影ウィンドウを移動することにより前記ウエハの前記第１領域を光学的に撮影し、その際、該移動中に前記周期方向に引続いて（順次並ぶ）部分像（複数）を（該周期方向に並ぶ順に）撮影する工程；前記周期方向に対し直角方向に変位長さだけ前記ウエハに対し前記撮影ウィンドウを変位する工程；前記ウエハの前記第２領域にわたり前記周期方向に前記変位された撮影ウィンドウを移動することにより前記ウエハの前記第２領域を光学的に撮影し、その際、該移動中に前記周期方向に引続いて（順次並ぶ）部分像（複数）を（該周期方向に並ぶ順に）撮影する工程；前記部分像（複数）を対比することにより前記撮影した像を評価する工程を含むことを特徴とする（形態１・基本構成１）。
なお、この場合、第２領域とは、例えば、ウエハの所定の弦部分の外側の（追加的にダイが形成される）領域をいうものとする。更に、ウエハに対する撮影ウィンドウの変位は、撮影ウィンドウのみを運動することによっても、ウエハのみを運動することによっても、その両方を運動することによっても実行することができる。

更に、上記の課題を解決するために、本発明の第２の視点により、第１周期方向に周期的に配列された複数のステッパ・エリア・ウィンドウＳＡＷを含む第１領域と、該第１周期方向に対し直角な第２周期方向に周期的に配列された複数のＳＡＷを含む少なくとも１つの第２領域とを有するウエハの検査方法が提供される。この検査方法は、以下の工程：前記ウエハの前記第１領域にわたり前記第１周期方向に撮影ウィンドウを移動することにより前記ウエハの前記第１領域を光学的に撮影し、その際、該移動中に前記第１周期方向に引続いて（順次並ぶ）部分像（複数）を（該周期方向に並ぶ順に）撮影する工程；前記撮影ウィンドウを前記ウエハに対し９０°だけ回転する工程；前記ウエハの前記第２領域にわたり前記第２周期方向に前記変位（回転）された前記撮影ウィンドウを移動することにより前記ウエハの前記第２領域を光学的に撮影し、その際、該移動中に前記第２周期方向に引続いて（順次並ぶ）部分像（複数）を（該周期方向に並ぶ順に）撮影する工程；前記部分像（複数）を対比することにより前記撮影した像を評価する工程を含むことを特徴とする（形態２・基本構成２）。
なお、この場合、第１領域と第２領域は、共通の重畳領域を有し得る。更に、ウエハに対する撮影ウィンドウの回転は、相対回転でよく、撮影ウィンドウのみを運動することによっても、ウエハのみを運動することによっても、その両方を運動することによっても実行することができる。

本発明の独立請求項１及び２により、上記課題に対応する効果が達成される。即ち、本発明の検査方法により、半導体ウエハ上の周期的な配列から変位されて（ずらされて）形成されたＳＡＷ（中のダイ）であっても容易かつ十全に検査することが可能になる。
更に、各従属請求項により、付加的な効果がそれぞれ達成される。

以下に、上記基本構成１及び２をそれぞれ形態１及び２として示し、更に、従属請求項の対象でもある本発明の好ましい実施の形態も示す。
（形態１）上掲。
（形態２）上掲。
（形態３）上記形態１又は２の検査方法において、前記評価の際に、同じ周期位置の部分像が互いに対比されることが好ましい。このため、ウエハが良好であれば、ほぼ同一の部分像を対比することができるという利点が得られる。その際、通常、差画像が生成される。これは特に迅速に実行される。
（形態４）上記形態１〜３の検査方法において、前記部分像の対比の際に、該部分像間の差異が生成されることが好ましい。本質的に技術的な（ラインその他の幾何学的形状等の技術的構成・形態をその内容とする）部分像間の差異の生成によって、部分像間の特に迅速な対比が可能である。この場合、２つの部分像の差異がゼロでないことによって、欠陥の存在が示される。
（形態５）上記形態１〜４の検査方法において、前記撮影中に、前記評価が、少なくとも部分的に実行されることが好ましい。かくして、撮影に際して、ウエハの全体画像を中間記憶する必要はなくなり、却って、１つの周期長さの中間記憶後に早くも同じ周期位置の部分像の対比を実行することができる。この場合、記憶装置には、例えば、ウエハの全差画像のみが格納される。
（形態６）上記形態１〜５の検査方法において、前記撮影の際に、前記ウエハの幅のほぼ全体が前記撮影ウィンドウによって検出されることが好ましい。
（形態７）上記形態１〜６の検査方法において、前記撮影の際に、前記撮影ウィンドウは、ラインディテクタ（線形ないし帯状の検出面を有する検出器：Zeilendetektor）に結像されることが好ましい。このため、ウエハの１つの領域の撮影が、スキャナの形態に基づき、一操作（ワンショット）で行うことができるという利点が得られる。
（形態８）上記形態７の検査方法において、前記撮影の際に、前記ラインディテクタの個別画像（複数）が部分像（複数）として撮影されることが好ましい。検出器の１つのラインを１つの部分像に割り当てることによって、極めて効率的に記憶（記憶装置）管理（制御）することができる。部分像を更なる小（サブ）部分像から構成する必要はない。
（形態９）上記形態７又は８の検査方法において、前記評価の際に、前記ラインディテクタの同じ位置のピクセルが互いに対比されることが好ましい。
なお、「部分像」とは、構造の特定の技術的特徴に注目して抽出（撮像）した部分像であってもよく、例えば線、幾何的形状、輪郭等の技術的特徴の抽出像であってもよい。

以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例は発明の理解の容易化のためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・転換・削除等の適用を排除することは意図しない。また、特許請求の範囲に付した図面参照符号も発明の理解の容易化のためのものに過ぎず、本発明を図示の態様に限定することは意図しない。これらの点に関しては、補正・訂正後においても同様である。なお、各図において同一の図面参照符号は、同一の構造要素を示すものとする。

図１は、ステッパ・エリア・ウィンドウ（ＳＡＷ）２０を示す。１つのＳＡＷは、１つのステッパ露光領域に該当する。ＳＡＷは、半導体基板の表面のうち、同一の露光プロセス中にパターンが形成される部分である。これは、１又は複数のダイ又はその他の半導体構成要素を含む。図示の実施例では、例えば４つのダイ２１即ち“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”及び“Ｄ”が含まれている。

図２は、完全に周期的に形成・配列された複数のＳＡＷ２０を有するウエハ１０の一例を示す。ウエハの上方には、例えばライン（リニアアレイ）ディテクタ（センサ）（Zeilendetektor）等の撮影（撮像）装置（不図示）の撮影ウィンドウ３０が示してある。撮影ウィンドウは、ウエハの直径にほぼ等しい幅（長さ）ないし少なくとも形成されるＳＡＷ構造（複数）の延伸長さ（広がり：Ausdehnung）に等しい幅（長さ）を有し、図示の態様では１つのダイ（Ａ〜Ｄ）に相当する幅を有する。ＳＡＷ構造（複数）に対し、直角方向に長さ方向が整列（配向）される撮影ウィンドウ３０は、ＳＡＷ構造（複数）の上方を移動方向（長さ方向に直交する方向）５１に移動するよう構成されている。図２には、ウエハの上方における撮影ウィンドウの第１位置３１、第２位置３２及び最終位置３３が（点線で）示されている。ＳＡＷ（複数）は、ウエハ上において一つの周期方向（横方向）５０に周期的に配列されている。図示の第１観察領域４１及び第２観察領域４２から、繰り返し現れる同じダイ“Ａ”ないし“Ｃ”の周期性を明確に見いだすことができる。撮影ウィンドウの第１位置３１及び撮影ウィンドウの第２位置３２は、１つの周期長さの距離（心心距離）だけ互いに離隔している（所定ピッチで配列している）。従って、これら撮影ウィンドウは、同じ（種類の、図示態様ではＡ、Ｃ）ＳＡＷ構造（複数）を結像（撮影）する。このため、一方の（ある１つの）ＳＡＷ構造（Ａ又はＣ）における欠陥は、他方の（対応する他の１つの）ＳＡＷ構造（Ａ又はＣ）とそれぞれ対比することによって検出することができる。これは、ウエハを検査するための既知の（gezeigt）基本的方法である。

図３は、形成されたＳＡＷ（複数）を有するウエハと、該ＳＡＷの露光シーケンス２２を示す。弦で区切られた（欠円状）周縁領域に可及的に多くのダイを（配列）形成するために、（当該周縁領域では）露光工程を３回実行する代わりにそれぞれ２回のみ実行されているが、その結果、露光シーケンスの始点にある２つのＳＡＷ及び終点にある２つのＳＡＷはそれら以外のＳＡＷ（複数）に対して周期がずらされる。図示の実施例では、（図示）左側（の周縁領域）にはダイ“Ｂ”及び“Ｄ”が形成され、（図示）右側（の周縁領域）にはダイ“Ａ”及び“Ｃ”が形成されている（これをもって、一つのウェハに形成されるＡ〜Ｄの各ダイの数をそろえている）。

図４は、図３の方法に従って露光され複数のＳＡＷが構築されたウエハを示す。破線で（囲んで）示した第１領域１１のＳＡＷ（複数）は、周期方向５０に互いに整列されてなる周期性を有する。他方、同じく破線で（囲んで）示した第２領域１２の周期性は、第１領域１１の周期方向５０に対して垂直な変位方向５２に所定変位長さ（図示例では１つのダイＡの縦方向周期長さ、図示のＳＡＷ２０では縦方向の半ピッチ）だけ第１領域１１に対して変位されている。この変位は、図にマーキングした第２観察領域４２と図にマーキングした第３観察領域４３とを対比することにより特に明確に理解することができる。

図５は、図４の方法に従って（構造）パターン形成されたウエハを示すが、更に、本発明の方法の第１実施例を視覚化して示す。ウエハの幅全体にわたって延在するラインディテクタの細長い撮影ウィンドウ３０は、第１領域の始端（図中左端）に位置している。ここで、ウエハ（構造）パターンを撮影するため、この撮影ウィンドウ３０を、ＳＡＷの周期方向（横方向）５０に対し平行な移動方向５１に、第１領域の終端でありかつ第２領域の始端でもある第１中間位置３５まで移動させる。次いで、撮影領域（撮影ウィンドウ）を、その第１中間位置３５から、従前の移動方向（横方向）に対し直交方向（縦）に、ＳＡＷの所定変位長さだけ第２領域において第２中間位置３６に変位させる。この第２中間位置３６から、撮影ウィンドウを、第２領域の上方を始めの移動方向５１に、第２領域１２の終端の終端位置３３にまで更に移動させる。この場合、同種のウエハ構造（パターン）ないしダイ、即ち図５の第２観察領域４２及び第３観察領域４３に示したダイ“Ａ”及び“Ｃ”は、それぞれ、撮影領域の側端ないしラインディテクタのラインから同じ距離を有する。このため、第２領域にある構造（パターン）と第３領域にある構造（パターン）とを容易に対比することができる。露光時に第１領域に対する第２領域の変位によって中断された周期性は、第１領域と第２領域との間の移行部における撮影領域の変位によって、撮影時に、技術的にいわば再生（復元）される。
なお、撮影ウィンドウの寸法は適宜目的に応じて選択されるものであり、好ましくは、その長さは少なくともＳＡＷの寸法に対応し、最大はウェハの直径に対応する寸法でよい。その幅は線状（ラインディテクタ）ないし帯状でよく、やはり適宜選択可能である。図示の態様では、ライン状からダイの幅までの例を示しているが、これに限らない。

図６は、図４にもとづきＳＡＷで構造化したウエハを示す。ウエハは、それぞれ破線で囲んで図示されている更なる第１領域１３及び更なる第２領域１４を有する。これらの領域は、当該領域内にＳＡＷの周期性が存在することを明確に示している。これらの領域は、部分的に重なっている。更なる第１領域１３の周期性は、図４の第１領域１１の周期性に対応する。更なる第２領域１４の周期性は、更なる第１領域の周期性に対し垂直な第２周期方向５３に配向されて認められる。このため、本発明の方法の第２実施例では、第１の方法ステップにおいて、撮影のために、撮影ウィンドウ３０は、更なる第１領域１３の紙面左側に示した側から、該更なる第１領域の周期方向に対し平行な方向５１に、当該更なる第１領域の紙面右側に示した側まで移動される。第２のステップにおいては、撮影領域（ウィンドウ）の下方に在るウエハは、その中心軸線のまわりに矢視の回転方向（ここでは反時計回り）５４に９０°だけ回転される。これにより、撮影領域（ウィンドウ）の第１中間位置３５は、その更なる第２中間位置３７に到達する。なお、図には、理解の容易化のため、ウエハを（９０°）回転した状態ではなく、撮影領域（ウィンドウ）を（回転方向５４と）逆方向に（９０°）回転した状態が示されている。このとき、撮影領域（ウィンドウ）は、更なる第２領域の一方の側部において、該更なる第２領域の周期方向に対し垂直に配向している。第３の方法ステップにおいては、撮影領域（ウィンドウ）は、撮影のために、上記位置（更なる第２中間位置３７）から更なる第２領域の第２周期方向に対し平行に第２移動方向５５（図示では下から上への縦方向）に移動される。本発明の方法の第２実施例では、それぞれ同じ領域から得られた部分像のみが互いに対比される。

複数のダイを有するステッパ・エリア・ウィンドウ（ＳＡＷ）の一例。完全に規則的に配列された複数のＳＡＷを有するウエハの一例。ウエハ上におけるＳＡＷ（複数）の露光順序の一例。周期的に配列されたＳＡＷ（複数）の２つの領域を有するウエハの一例。本発明の方法の第１実施例。本発明の方法の第２実施例。

Claims

周期方向に周期的に配列された複数のステッパ・エリア・ウィンドウＳＡＷを含む第１領域と、該第１領域に対し変位長さだけ該周期方向に対し直角方向に変位されて配列された複数のＳＡＷを含む少なくとも１つの第２領域とを有するウエハの検査方法において、以下の工程：
・前記ウエハの前記第１領域にわたり隣接する前記第２領域に達するまで前記周期方向に撮影ウィンドウを移動することにより前記ウエハの前記第１領域を光学的に撮影し、その際、該移動中に前記周期方向に引続いて部分像（複数）を撮影する工程；
・前記周期方向に対し直角方向に変位長さだけ前記ウエハに対し前記撮影ウィンドウを変位する工程；
・前記ウエハの前記第２領域にわたり前記周期方向に前記変位された撮影ウィンドウを移動することにより前記ウエハの前記第２領域を光学的に撮影し、その際、該移動中に前記周期方向に引続いて部分像（複数）を撮影する工程；
・前記部分像（複数）を対比することにより前記撮影した像を評価する工程
を含むこと
を特徴とする検査方法。
第１周期方向に周期的に配列された複数のステッパ・エリア・ウィンドウＳＡＷを含む第１領域と、該第１周期方向に対し直角な第２周期方向に周期的に配列された複数のＳＡＷを含む少なくとも１つの第２領域とを有するウエハの検査方法において、以下の工程：
・前記ウエハの前記第１領域にわたり前記第１周期方向に撮影ウィンドウを移動することにより前記ウエハの前記第１領域を光学的に撮影し、その際、該移動中に前記第１周期方向に引続いて部分像（複数）を撮影する工程；
・前記撮影ウィンドウを前記ウエハに対し９０°だけ回転する工程；
・前記ウエハの前記第２領域にわたり前記第２周期方向に前記変位（回転）された前記撮影ウィンドウを移動することにより前記ウエハの前記第２領域を光学的に撮影し、その際、該移動中に前記第２周期方向に引続いて部分像（複数）を撮影する工程；
・前記部分像（複数）を対比することにより前記撮影した像を評価する工程
を含むこと
を特徴とする検査方法。
前記評価の際に、同じ周期位置の部分像が互いに対比されること
を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
前記部分像の対比の際に、該部分像間の差異が生成されること
を特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
前記撮影中に、前記評価が、少なくとも部分的に実行されること
を特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
前記撮影の際に、前記ウエハの幅のほぼ全体が前記撮影ウィンドウによって検出されること
を特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
前記撮影の際に、前記撮影ウィンドウは、ラインディテクタ（Zeilendetektor）に結像されること
を特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
前記撮影の際に、前記ラインディテクタの個別画像（複数）が部分像（複数）として撮影されること
を特徴とする請求項７に記載の方法。
前記評価の際に、前記ラインディテクタの同じ位置のピクセルが互いに対比されること
を特徴とする請求項７又は８に記載の方法。