JP2007158089A - 半導体ウエハの検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な作業でウエハ上の欠陥個所を特定し、検査ステージ上は閉じた空間状態にすることが可能であり、マクロ検査工程との欠陥位置情報の共有が可能で、ウエハの回転、傾斜の自由度が大きく、検査精度と検査方法の自由度が高い半導体ウエハの検査装置を提供する。
【解決手段】 被測定物１０を任意の姿勢に制御可能な検査ステージ１と、検査ステージ１上の被測定物１０を撮影して画像データに変換する撮像システム２，３と、これから得られた画像データを表示すると共に画面上の任意の位置データを入力可能な表示装置５，６とを有し、被測定物の姿勢データ８から表示装置５，６に表示されている被測定物１０ａと相似な仮想画像９を作成し、この仮想画像９に表示装置から入力された位置データｄ１を反映させると共に、被測定物１の姿勢データ８を逆変換して前記位置データを内在する平面上の仮想ウエハデータ９３とする構成の半導体ウエハの検査装置とした。
【選択図】 図１

Description

この発明は半導体ウエハの外観形状を検査し、欠陥部位を発見して特定するための半導体ウエハの検査装置に関する。

集積回路や記憶素子などに使用される半導体ウエハは、シリコン単結晶よりなるインゴットを薄くスライスすることにより製作されており、外力に対して破損しやすい性質を持っている。また、その表面に形成される回路パターンは高集積化が進み、極めて微細な配線や素子により構成されている。このため、半導体ウエハの表面に欠陥が存在すると、前記回路パターンに致命的な障害を与え、製造されたＩＣ等の素子の性能を大きく損ねたり、素子の機能を発揮できずに使用できなくなってしまう。このため、回路パターン形成前に半導体ウエハの欠陥を確認して、不良素子の発生を未然に防止する工程は極めて重要である。

半導体ウエハの欠陥を検査する方法としては、まずウエハ全体に関してマクロ的視野で検査を行った後、ミクロ的な視野でより微細な欠陥検査を行う手法が知られている。この場合、オペレータが、試料をマクロ検査用のステージで目視観察して欠陥位置を検出し、次に試料をミクロ検査用のステージヘ移載し、このステージのＸＹ座標を適宜調節しながら顕微鏡光学系を介して欠陥の拡大像を得ていた。

一般に、半導体ウエハをマクロ的視野で検査工程をマクロ検査と称する。マクロ検査を行う方法も種々提案されているが、例えば特開平８−２８５７８２号公報に記載されているように、ウエハ面に光を当て、ウエハに任意の傾斜・回転を与えてその際の反射光からオペレータが欠陥の判定を行う手法が知られている。

しかし、このようなマクロ検査では半導体ウエハを回転及び傾斜させながらオペレータが欠陥箇所を確認し、その後ミクロ検査にて、前記欠陥個所を検査するのであるが、マクロ検査で半導体ウエハが回転、傾斜いる状態と、ミクロ検査で半導体ウエハを顕微鏡にセットしている状態との間には、ある程度の角度差があり、欠陥箇所の位置関係を正確に相関付けることが困難である。また、大量のウエハを処理する場合など、いちいちウエハ上の欠陥位置を記憶しておくことは困難であり、連続処理を行う上でも障害となる。

このような問題を解決する方法として、例えば特開平１０−１０３９１６号公報に記載されているように、レーザースポットペンにより欠陥個所を指示し、その際の画像を取り込んで、ウエハの傾きを計算した上で、欠陥個所を正規化した座標として把握する手法が知られている。

しかし、このようにオペレータがレーザースポットペンで欠陥位置を指示する方法では、欠陥位置に正確にレーザースポットを照射しなければならず、正確な位置合わせが困難である。また、オペレータが直接ウエハ上にレーザー光を照射するため、欠陥特定時には、検査ステージ上を開放してレーザー光を照射しなければならず、防塵対策や、外光の入射による検査作業の中断などの不具合も生じていた。
特開平８−２８５７８２号公報 特開平１０−１０３９１６号公報

本発明の目的は、簡単な作業でウエハ上の欠陥個所を特定することが可能で、しかも検査ステージ上は閉じた空間状態を維持することが可能であり、マクロ検査工程との欠陥位置情報の共有が可能な半導体ウエハの検査装置を提供することである。また、半導体ウエハの回転、傾斜の自由度が大きく、検査精度と検査方法の自由度が高い半導体ウエハの検査装置を提供することである。

すなわち上記目的は、以下の本発明の構成により達成される。
（１） 被測定物を任意の姿勢に制御可能な検査ステージと、
この検査ステージ上の被測定物を撮影して画像データに変換する撮像システムと、
この撮像システムから得られた画像データを表示すると共に画面上の任意の位置データを入力可能な表示装置とを有し、
前記検査ステージからの被測定物の姿勢データから前記表示装置に表示されている被測定物と相似な仮想画像を作成し、この仮想画像に前記表示装置から入力された位置データを反映させると共に、前記被測定物の姿勢データを逆変換して前記位置データを内在する平面上の仮想ウエハデータとして保持する半導体ウエハの検査装置。
（２） 前記検査ステージは、互いに直交する独立した３つの回転軸を回動させて制御する上記（１）の半導体ウエハの検査装置。
（３） 前記仮想ウエハデータは、ミクロ検査の検査位置を特定するために用いられる上記（１）または（２）の半導体ウエハの検査装置。
（４） さらに前記被測定物の画像データを画像処理して欠陥部位を検出し、この欠陥部位を前記表示装置上に表示する上記（１）〜（３）のいずれかの半導体ウエハの検査装置。

本発明によれば、簡単な作業でウエハ上の欠陥個所を特定することが可能で、しかも検査ステージ上は閉じた空間状態を維持することが可能であり、マクロ検査工程との欠陥位置情報の共有が可能な半導体ウエハの検査装置を提供することができる。また、半導体ウエハの回転、傾斜の自由度が大きく、検査精度と検査方法の自由度が高い半導体ウエハの検査装置を提供することができる。

本発明の半導体ウエハの検査装置は、被測定物を任意の姿勢に制御可能な検査ステージと、この検査ステージ上の被測定物を撮影して画像データに変換する撮像システムと、この撮像システムから得られた画像データを表示すると共に画面上の任意の位置データを入力可能な表示装置とを有し、前記検査ステージからの被測定物の姿勢データから前記表示装置に表示されている被測定物と相似な仮想画像を作成し、この仮想画像に前記表示装置から入力された位置データを反映させると共に、前記被測定物の姿勢データを逆変換して前記位置データを内在する平面上の仮想ウエハデータとして保持するものである。

このように、この検査ステージ上の被測定物を撮像システムにより撮影して画像データとして画面入力可能な表示装置上に表示すると共に、検査ステージからの被測定物の姿勢データから前記表示装置に表示されている被測定物と相似な仮想画像を作成し、この仮想画像に表示装置から直接入力された欠陥の位置データ反映させると共に、前記被測定物の姿勢データを逆変換して前記位置データを内在する平面上の仮想ウエハデータとして保持することで、画面に表示された欠陥位置を極めて容易に特定できる。しかも、その位置データは仮想ウエハ上の正規の位置データとして記録されるので、次のマクロ検査においてこの欠陥位置データを用いて容易に精度よく欠陥位置を特定しでき、不要な箇所の確認作業がなくなり極めて効率よくマクロ検査を行うことができる。

さらに、一度ウエハの画像データを取り込んでいるため、これを画像処理することにより自動的に欠陥個所を検出することができ、これを表示されているウエハ画像に反映させることで、装置とオペレータの両方で欠陥を検出ことができ、検査精度が向上する上、オペレータが欠陥個所を探すための労力も低減することができる。

前記検査ステージは、互いに直交する独立した３つの回転軸を回動させて制御するので、姿勢制御の自由度が高く、これまでは困難であった角度からの視認検査も可能となり、検査精度が向上すると共に、種々の検査方法を適用することもできるようになる。

次に、図を参照しつつ本発明の装置について説明する。図１は本発明装置の基本構成を示すブロック図である。図において、半導体ウエハの検査装置は、被測定物を任意の姿勢に制御可能な検査ステージ１と、この検査ステージ１上の被測定物１０を撮影して画像データに変換する撮像システム２，３と、この撮像システム２，３から得られた画像データ７を表示すると共に画面上の任意の位置データを入力可能な表示装置５，６とを有し、前記検査ステージ１からの被測定物１０の姿勢データ８から前記表示装置５，６に表示されている被測定物１０と相似な仮想画像９を作成し、この仮想画像９に前記表示装置５，６から入力された位置データを反映させると共に、前記被測定物の姿勢データ８を逆変換して前記位置データを内在する平面上の仮想ウエハデータ２３として保持し、必要に応じて記憶媒体に保存したり、ミクロ検査装置などの他の検査装置にこのデータを与えたりする。

検査ステージ１は、図示例のように第１の回転軸θ１第１のアーム１１と、第２の回転軸θ２を有する第２のアーム２１と、第３の回転軸θ３を有する第３のアーム３１とが、入れ子状に組み合わされて被測定物１０を中心に同心円上に配置されている。第１の回転軸θ１は、被測定物１０である半導体ウエハの平面と平行に、好ましくはウエハ内部を貫通するような軸中心を有し、第２の回転軸θ２は、被測定物１０である半導体ウエハの平面と垂直に、好ましくはウエハ内部の中心を貫通するような軸中心を有し、第３の回転軸θ３は、第１の回転軸θ１と平行で垂直方向にずれた軸中心を有する。

検査ステージ１の各アーム１１，２１，３１は、それぞれ、パルスモータ、サーボモータ等の正確な回転制御が可能な駆動装置を備えていて、各回転軸θ１，θ２，θ３を任意の角度に回動させることができるようになっている。特に、第１の回転軸θ１は、制限なく回転することが可能であり、第２の回転軸θ２も、３２０°以上、特に３４０°迄の範囲で回動することができ、第３の回転軸θ３もある程度の回動が可能である。第１の回転軸θ１は、直接被測定物を回転させ、第２の回転軸θ２は第１の回転軸を有する第１のアーム１１を回動させ、第３の回転軸θ３は、第２の回転軸θ２を有する第２のアーム２１を回動させる。したがって、これら３つの回転軸によりθ１，θ２，θ３により、被測定物１０をどのような姿勢にも制御することが可能となる。

これらの回転軸θ１，θ２，θ３は、３軸モーションコントロール等の姿勢制御装置４により制御されると共に、その回転角データ８を必要に応じて出力して、被測定物の姿勢（位置）データを正確に伝達できるようになっている。

検査ステージ１に載置された被測定物１０は、撮像システムを構成する撮像装置としてのカメラ２により撮影されてキャプチャ３により、例えばビットマップ（ＢＭＰ）、ＪＰＥＧ等の所定の画像データ７に変換される。なお、通常検査ステージ１とカメラ２は、通常外部の埃などから隔絶されると共に、外光を遮断できるように周囲を覆われて閉じた空間となる検査室内に配置されている。また、カメラ２は、互いに直交するα，β方向に向きを変えられるような姿勢制御装置を有し、被測定物１０の撮影角度を変えて種々の角度の反射光を捉えることで欠陥検出を容易にしたり、被測定物１０の任意の位置の画像を取り込めるようになっている。

前記撮像システムにより得られた画像データ７は、表示装置６に表示される。この表示装置６は液晶（ＬＣＤ）、プラズマ、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）、有機ＥＬ等の各種のフラットパネルディスプレーや、ＣＲＴ等の陰極管を用いたディスプレー等、一般的に用いられているものでよい。また、この表示装置の画面には、画面上の任意の位置データを画面に接触したりして、直接画面から入力可能なタッチパネル、タッチペンなどの入力装置５が配置されている。タッチパネルの場合、抵抗膜方式、超音波弾性波方式、赤外線遮光方式、静電容量方式、電磁誘導方式等のいずれの方式のものでも用いることができるが、正確な位置情報を入力できる構造のものが好ましい。

表示装置６には、画像データに基づき被測定物の画像１０ａが表示される。そして、欠陥の画像ｄ１も同様にして表示されるので、オペレータがこれを確認すると、表示装置６の画面と一体となったタッチパネル等の入力装置５の該当個所を、指やスティック、プローブ等により触るなどして位置データを入力する。つまり、画面に現れた欠陥を直接指示してその位置を特定する。

図示しない検査装置内部の制御装置では、前記姿勢制御装置４から得られた３つの軸の回転角データ８から、表示装置６に表示されている被測定物１０の画像１０ａと同様な（相似）形状９１の仮想画像９が作成され、この仮想画像９上に前記入力装置５から入力された欠陥位置データが転写され、仮想画像９上の位置が特定される。そして、この仮想画像９を前記姿勢データである３軸の回転角データ８から逆変換９２してウエハ疑似形状となる正規の平面状の仮想ウエハデータ９３とする。なお、その際ウエハのノッチ、オリフラ等のインデックス構造から仮想ウエハの正確な座標データが作成され、前記欠陥の位置も正確に特定できる。

この仮想ウエハデータ９３は制御装置の所定の記憶領域に格納され、例えば１ロット、あるいは収納容器１箱等の単位毎に管理される。そして必要により、ＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤ等の記憶媒体に保存したり、直接通信を行うなどして、他の装置、例えばミクロ検査装置等にこれらのデータ９４が伝達される。このように、いちいちオペレータが欠陥位置を記憶したり、マーキングしたりすることなく、マクロ検査終了後の任意の時間空間において正確に被測定物上の欠陥位置を特定することができる。

例えば、ミクロ工程では上記行程で検出された欠陥位置データから、ウエハ上の欠陥個所を正確に特定して、この欠陥部分のみを検査することで作業効率が大幅に改善される。

また、上記検査工程ではオペレータ単独で欠陥を検出していたが、制御装置に欠陥確認のための画像処理機能を持たせ、制御装置が自動的に欠陥を検出させてもよいし、そのようにして検出した欠陥位置を表示装置６上にマーク等として表示させることで、オペレータの検出作業を補助させるようにしてもよい。このような自動検出機能を付加することで、検出精度を向上させたり、オペレータの労力を軽減させたりすることができる。

次に本発明のより具体的な実施例について、説明する。
図２〜図４は、本発明の実施例である半導体ウエハ検査装置の検査ステージ１の具体例を示したもので、図２は正面図、図３は平面図、図４は側面図である。なお、これらの図、特図３，４において、理解を容易にする上で一部構造物を省略して記載している。

各図において、本発明の検査ステージ１は、検査室の基盤１００上に直立した一対の第３のアーム３１ａ，３１ｂを有し、基盤１００を含めて上向きに開口したコ字状の構造物を形成している。この第３のアーム３１ａ，３１ｂには所定の強度を確保するための補強板が設けられている。前記基盤下部には、第３の回転軸を駆動制御するパルスモータ３５が配置されていて、タイミングベルトとプーリーを介して動力伝達軸３６を駆動できるようになっている。この動力伝達軸３６の左端部には、プーリーが設けられていて、タイミングベルトを介して、同様にプーリーを有する回転軸３２ａ，３２ｂに動力伝達軸３６の回転が伝達されるようになっている。また、動力伝達軸３６には複数のスリット板と光学センサが設けられていて、ＣＷ，ＣＣＷ方向の動作範囲と、原点位置等の情報が得られるようになっている。

前記回転軸３２ａ，３２ｂの一端は、第３のアーム３１ａ，３１ｂに軸受け３３ａ，３３ｂを介して回動自在に支持されている。回転軸３２ａ，３２ｂの他端側は、第３のアーム３１ａ，３１ｂの内側に上向きに開口したコ字状の第２のアーム２１が懸下されるように固定されている。これにより、前記パルスモータ３５を動作させて、回転軸３２ａ，３２ｂを中心にして、第２のアーム２１を回動させることができる。

第２のアーム２１の中央部には、軸受け２２を介して回転軸２３が回動自在に支持されている。この回転軸２３の軸受け付近にはプーリーが設けられ、第２のアーム２１下部に取り付けられているパルスモータ２５のプーリーとタイミングベルトを介して連結され、連動するようになっている。回転軸２３の上端部は、第２のアーム２１の内側に配置され上向きに開口したコ字状の第１のアーム１１が固定されている。これにより、前記パルスモータ２５を動作させて、回転軸２２を中心にして、第１のアーム１１を約３４０°回動させることができる。また、回転軸２３の下端部付近には複数のスリット板と光学センサが設けられていて、ＣＷ，ＣＣＷ方向の動作範囲と、原点位置等の情報が得られるようになっている。

第１のアーム１１のコ字状の開口部付近には、回転軸１３ａ，１３ｂの回転自在に支持された回転軸１２ａ，１２ｂが取り付けられ、その先端部には被測定物を保持するためのチャックが配置されている。前記チャックは、エアシリンダ１４ａ，１４ｂを動作されることで、軸方向に動作し、被測定物を保持するときは前進位置に、開放するときには後退位置に動作させるようになっている。この回転軸外側端部付近にはプーリーが配置されていて、動力伝達軸１６に設けられたプーリーとタイミングベルトを介して接続されて、連動するようになっている。さらに、第１のアーム１１の連結部分上部に配置されているパルスモータ１５は、タイミングベルトとプーリーを介して動力伝達軸１６を駆動できるようになっている。これにより、パルスモータ１５を動作させて、回転軸１３ａ，１３ｂを中心に被測定物を制限なく回転させることができる。

このように、第３のアーム３１ａ，３１ｂから第２のアーム２１、第１のアーム１１と順次入れ子状に３つの回転軸を有する構造物が配置されることで、コンパクトな構成で３軸姿勢制御を可能にしている。また、それぞれの回転軸の自由度が高いので、被測定物をどのような姿勢にも制御することができる。

本発明の半導体検査装置は、パターン形成前のマクロ検査工程において、半導体ウエハ表面の欠陥の検出を容易にすると共に、その欠陥位置の特定と位置データの保存が容易となる。そして、その後のマクロ検査工程での欠陥位置確認が容易となり、マクロ検査工程の効率化に寄与することができる。

本発明装置の基本構成を示すブロック図である。 本発明装置の検査ステージの具体的構成例を示す正面図である。 本発明装置の検査ステージの具体的構成例を示す平面図である。 本発明装置の検査ステージの具体的構成例を示す側面図である。

符号の説明

１ 検査ステージ
２ 撮像装置（カメラ）
３ キャプチャ
４ 姿勢制御装置
５ 入力装置
６ 表示装置
７ 画像データ
８ ３軸の回転角データ
１０ 被測定物（ウエハ）
２１ 仮想画像
１１ 画像処理ユニット
１２ 処理装置
１３ モニター部
１４ キーボード
１５ マウス

Claims (4)

1. 被測定物を任意の姿勢に制御可能な検査ステージと、
   この検査ステージ上の被測定物を撮影して画像データに変換する撮像システムと、
   この撮像システムから得られた画像データを表示すると共に画面上の任意の位置データを入力可能な表示装置とを有し、
   前記検査ステージからの被測定物の姿勢データから前記表示装置に表示されている被測定物と相似な仮想画像を作成し、この仮想画像に前記表示装置から入力された位置データを反映させると共に、前記被測定物の姿勢データを逆変換して前記位置データを内在する平面上の仮想ウエハデータとして保持する半導体ウエハの検査装置。
2. 前記検査ステージは、互いに直交する独立した３つの回転軸を回動させて制御する請求項１の半導体ウエハの検査装置。
3. 前記仮想ウエハデータは、ミクロ検査の検査位置を特定するために用いられる請求項１または２の半導体ウエハの検査装置。
4. さらに前記被測定物の画像データを画像処理して欠陥部位を検出し、この欠陥部位を前記表示装置上に表示する請求項１〜３のいずれかの半導体ウエハの検査装置。

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