JP2007281340A - 半導体ウェーハ辺縁部検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェーハの辺縁部に存在する半導体チップの検査を、効率良く行う半導体ウェーハ辺縁部検査装置を実現する。
【解決手段】制御部２５は、ワイヤーフレーム６２およびエッジ３２から指定された距離にある境界線６１の交点、例えば交点７１〜７４、および基準方向からの角度、例えば角度θ₁〜θ₄を求め、境界線６１上の交点に挟まれる線分領域で半導体チップが半導体回路不適領域６０にはみ出している辺縁部位置の角度領域を撮影角度領域８０とし、この撮影角度領域８０でのみ逐次半導体ウェーハの辺縁部の撮影および検査を行うこととしているので、半導体チップの収率を低下させることなく、半導体ウェーハの辺縁部に存在する半導体チップの検査にかかる時間および手間を削減することを実現させる。
【選択図】図７

Description

この発明は、半導体ウェーハの辺縁部を撮影し、この辺縁部に形成される半導体回路の合否を判定する半導体ウェーハ辺縁部検査装置に関する。

近年、一枚の半導体ウェーハから製造される半導体チップ（半導体ウェーハ上に形成される半導体回路の構成単位）は、その数が増加している。これは、半導体ウェーハの大型化、半導体チップの小型化に起因するものである。この半導体製造工程において、半導体チップの収率を向上させることは、収益の向上を計る観点から重要なものである。

この収率を向上させる目的で、半導体ウェーハの辺縁部に存在する半導体チップの電子顕微鏡等を用いた検査が行われる（例えば、特許文献１参照）。円板状の半導体ウェーハでは、拡散、エッチング等の工程により、中央部に複数の半導体チップが形成される。一方、この円板の辺縁部に位置する半導体チップは、半導体製造工程で欠け、傷等の欠陥が生じる場合がある。

これらの欠陥が存在する半導体チップを認識する一方で、欠陥が存在しない半導体チップを認識することは、収率を向上させる為に重要となる。特に、半導体ウェーハの大型化および半導体チップの小型化により、辺縁部に存在する半導体チップは、増大しており、辺縁部に存在する欠陥の無い半導体チップを認識することは、収率の向上に大きく寄与するものとなる。
特開平９―２６９２９８号公報、（第１頁、図１）

しかしながら、上記背景技術によれば、半導体ウェーハの辺縁部に存在する欠陥の無い半導体チップを認識することは、時間と手間がかかり、効率の悪いものである。すなわち、（１）半導体チップ自体が小さいものであり、特に半導体ウェーハの辺縁部に位置する半導体チップのみを検査することは容易ではない。（２）辺縁部に存在する半導体チップは、背景技術の欄で述べた様に、数が膨大なものとなっており、すべてを検査するには多大な検査時間を費やすものとなっている。（３）検査の後処理において、撮影された画像情報の管理、抽出にも同様の理由により多大な時間を要する。

例えば、半径が３００ｍｍの半導体ウェーハに対して、一回の撮影領域の視界が２ｍｍ程度の検査により半導体ウェーハ辺縁部の全周検査を行う場合には、撮影だけで概ね４５分程度の撮影時間を要する。

これらのことから、半導体ウェーハの辺縁部に存在する半導体チップの検査を、効率良く行う半導体ウェーハ辺縁部検査装置をいかに実現するかが重要となる。
この発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、半導体ウェーハの辺縁部に存在する半導体チップの検査を、効率良く行う半導体ウェーハ辺縁部検査装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の発明にかかる半導体ウェーハ辺縁部検査装置は、半導体ウェーハの中央部に存在する半導体回路領域の半導体回路領域情報および前記半導体ウェーハの辺縁部に存在する半導体回路不適領域の半導体回路不適領域情報を入力する入力手段と、前記辺縁部の局所的な画像情報を、繰り返し異なる辺縁部位置で撮影する撮影手段と、前記半導体回路領域情報および前記半導体回路不適領域情報に基づいて、前記半導体回路領域および前記半導体回路不適領域が重なり合う辺縁部位置のみに、前記画像情報の撮影を限定する制御手段とを備える。

この請求項１に記載の発明では、制御手段は、半導体回路領域および半導体回路不適領域が重なり合う辺縁部位置のみに、画像情報の撮影を限定する。
また、請求項２に記載の発明にかかる半導体ウェーハ辺縁部検査装置は、請求項１に記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置において、前記半導体ウェーハが、円板の形状を備えることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明にかかる半導体ウェーハ辺縁部検査装置は、請求項２に記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置において、前記撮影手段が、前記円板を板面に直交する中心軸の周りに回転させる回転手段を備えることを特徴とする。

この請求項３に記載の発明では、円板状の半導体ウェーハを回転するので、画像情報の検出部を固定させる。
また、請求項４に記載の発明にかかる半導体ウェーハ辺縁部検査装置は、請求項３に記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置において、前記制御部が、前記回転の回転角度を変化させ、前記異なる辺縁部位置の撮影を行うことを特徴とする。

この請求項４に記載の発明では、回転角度により、撮影を行う辺縁部位置を確定する。
また、請求項５に記載の発明にかかる半導体ウェーハ辺縁部検査装置は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置において、前記半導体回路不適領域情報が、前記辺縁部を形成する端部位置から前記中央部に向かう方向への距離情報であることを特徴とする。

この請求項５に記載の発明では、半導体ウェーハの端部位置からの距離で、半導体回路不適領域を示す。
また、請求項６に記載の発明にかかる半導体ウェーハ辺縁部検査装置は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置において、前記半導体回路領域情報が、前記半導体回路領域を囲むワイヤーフレームの位置情報であることを特徴とする。

この請求項６に記載の発明では、半導体回路領域情報を、半導体回路領域の簡便にして必要十分なワイヤーフレームの位置情報のみで済ませる。
また、請求項７に記載の発明にかかる半導体ウェーハ辺縁部検査装置は、請求項５または６に記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置において、前記制御手段が、前記距離情報の距離だけ前記円板の中央部の方向に位置する、前記円板の円周と同心円をなす境界線の位置情報を算定することを特徴とする。

この請求項７に記載の発明では、制御手段は、境界線により、半導体回路不適領域を明示する。
また、請求項８に記載の発明にかかる半導体ウェーハ辺縁部検査装置は、請求項７に記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置において、前記制御手段が、前記ワイヤーフレームおよび前記境界線が交わる交点を算定し、前記境界線上の２つの前記交点に挟まれ、かつ前記半導体回路領域に含まれる線分領域を、前記円板の中心位置から円周方向に投影した辺縁部の位置を前記重なり合う辺縁部位置とすることを特徴とする。

この請求項８に記載の発明では、制御手段は、半導体回路領域と半導体回路不適領域とが重なり合う辺縁部位置を、ワイヤーフレームおよび境界線から求める。
また、請求項９に記載の発明にかかる半導体ウェーハ辺縁部検査装置は、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置において、前記撮影手段が、走査型電子顕微鏡であることを特徴とする。

この請求項９に記載の発明では、撮影手段を、高分解能および高倍率のものとする。

本発明によれば、半導体ウェーハ辺縁部検査装置は、半導体回路領域および半導体回路不適領域が重なり合う辺縁部位置のみに、画像情報の撮影を限定することとしているので、半導体回路不適領域に存在しない半導体回路に対する不要な撮影を除き、半導体チップの収率を落とすことなく、撮影および検査にかかる時間を短縮し、効率の良い検査を行うことができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体ウェーハ辺縁部検査装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

まず、本実施の形態にかかる半導体ウェーハ辺縁部検査装置１０の全体構成について説明する。図１は、半導体ウェーハ辺縁部検査装置１０の全体構成を示す断面図である。半導体ウェーハ辺縁部検査装置１０は、撮影手段である走査型電子顕微鏡を構成する、鏡筒部２０、試料室３０および回路部４０からなる。そして、鏡筒部２０は、電子銃１１、集束レンズ１２、偏向コイル１３および対物レンズ１４を含み、試料室３０は、ステージ部１７および試料１５を含み、回路部４０は、駆動回路２２、制御部２５、センサ２１を含む検出部１６、入力部２７、表示部１９およびステージ駆動回路４１を含む。

鏡筒部２０および試料室３０は共通の真空容器を構成し、撮影を行う際には、図示しないロータリポンプ、分子ポンプおよびイオンポンプ等を用いて、容器内が１０のマイナス７乗ミリバール程度に維持される。これにより、真空容器内に残留ガスが存在し、後述する電子ビーム１が散乱されるのを防止する。

電子銃１１は、試料１５に照射する電子ビーム１を生成する。集束レンズ１２および対物レンズ１４は、拡がりを持って電子銃１１から射出される電子ビーム１を集束させるコイルで、対物レンズ１４と併せて電子ビーム１のライン上の、試料１５の位置に焦点を有する。

偏向コイル１３は、電子ビーム１を、進行方向と直交する平面内の垂直および水平の２方向で２次元的に走査する偏向磁場を形成する。ここで、この偏向磁場は、試料１５の表面上にあって電子ビーム１が照射される位置を、垂直および水平方向に移動させる。偏向コイル１３は、この２次元的な移動を、磁場方向が直交する２つのコイルを用いて行う。また、駆動回路２２は、集束レンズ１２、偏向コイル１３および対物レンズ１４の各コイルに磁場を形成させる駆動電流を発生する。

検出部１６は、例えば半導体検出器からなるセンサ２１を有し、試料１５に照射された電子ビーム１により試料１５の表面から射出される電子線等の放射線強度を検出する。
ステージ部１７は、半導体ウェーハからなる試料１５を、電子ビーム１の照射位置に載置する回転式のステージである。ステージ部１７は、回転手段をなす回転板２４、回転台座２６および回転モータ１８、並びに、台座２３を含む。ここで、回転手段をなす回転板２４、回転台座２６および回転モータ１８は、台座２３に首振り可能となるように据え付けられる。

図２は、回転板２４、回転台座２６、回転モータ１８および試料１５を、斜め方向から見た斜視図である。回転台座２６には、回転モータ１８が装着されている。そして、回転モータ１８は、ステッピングモータ等からなり、回転台座２６に積層される回転板２４を回転させる。また、試料１５は、回転板２４に固定されており、回転板２４の回転中心と円板状の試料１５の回転中心とは、厳密に一致する配置とされる。

ここで、試料１５の辺縁部に照射される電子ビーム１は、回転板２４の回転と共に試料１５も回転するので、回転角度で指定される試料１５の照射位置を変化させる。一方、この照射位置は、辺縁部からの距離あるいは回転中心からの距離は一定に保たれる。

ステージ駆動回路４１は、回転モータ１８を駆動し、回転板２４の回転角度を制御する。
図３は、半導体ウェーハの辺縁部に電子ビーム１を照射して撮影を行う際に、取得される辺縁部の局所的な画像情報２９の一例を示す説明図である。この画像情報２９は、概ね２ｍｍ角程度の視野を持ち、半導体ウェーハの端部をなすエッジ３２およびエッジ３２に近接して存在する半導体ウェーハ上の半導体チップ３１の画像を含んでいる。なお、半導体チップ３１は、半導体ウェーハ上に形成される半導体回路の構成単位である。ここで、回転板２４の回転により、画像情報２９に含まれる画像では、エッジ３２の位置は概ね変化しないものの、半導体チップ３１の位置は半導体ウェーハを観察する回転角度により変化する。

図１に戻り、入力部２７は、キーボードあるいは記録媒体等の入力装置からなり、半導体ウェーハの辺縁部の撮影を行う際の撮影条件、パラメータあるいは後述する半導体回路領域情報、半導体回路不適領域情報等の入力を行う。

表示部１９は、検出部１６で検出された電子線のアナログ情報に基づいて、電子ビーム１の走査に同期した画像情報２９を、ＣＲＴあるいはＬＣＤ等に表示する。
制御部２５は、ＣＰＵ、メモリ等からなり、電子銃１１、集束レンズ１２、偏向コイル１３、対物レンズ１４、検出部１６、回転モータ１８および表示部１９を制御する。これにより、制御部２５は、試料１５上に焦点を結び、電子ビーム１の走査を行う走査信号を発生し、取得されるアナログ情報の表示部１９への描画を円滑に行う。そして、ステージ駆動回路４１は、回転板２４の回転角度を調整し、目的とする半導体ウェーハの辺縁部での局所的な画像情報２９を取得する。

つぎに、制御部２５の動作を、図４のフローチャートを用いて詳細に説明する。まず、オペレータは、試料１５である半導体ウェーハを、ステージ部１７に配置する（ステップＳ４０１）。ここで、オペレータは、ステージ部１７の回転板２４上に、回転中心と円形の半導体ウェーハの中心位置が一致するように固定する。また、オペレータは、半導体ウェーハの辺縁部に電子ビーム１が照射され、エッジ３２を含む辺縁部および半導体ウェーハ上の半導体回路の構成単位である半導体チップが共に画像化されるように、回転台座２６を、電子ビーム１の入射方向に対して斜め方向に傾いた角度に設定する。

その後、オペレータは、円板状の半導体ウェーハの辺縁部にあたるエッジ３２から中心方向に向かう、半導体回路不適領域を示す距離情報を、入力部２７に入力する（ステップＳ４０２）。この距離情報は、半導体チップが存在すると欠陥が生じやすく、不適な半導体回路不適領域を示すものであり、半導体ウェーハの端部からの距離情報である。特に、辺縁部は、半導体チップの製造工程において、ホールド等の作業時に欠陥が形成されやすく、この領域に存在する半導体チップは、不良品となりやすい。また、この距離情報は、半導体ウェーハのホルダーの機械的形状あるいは経験的な欠陥位置情報等に基づいて決定される。

その後、オペレータは、半導体回路領域情報を、入力部２７から入力する（ステップＳ４０３）。この半導体回路領域情報は、半導体ウェーハ上に形成される複数の半導体チップが存在する領域を示すもので、例えば、半導体回路を設計する際に制作されるＣＡＤデータ等から求められる。なお、この半導体回路領域情報は、簡易に、半導体チップが存在する領域を囲むワイヤーフレームの位置情報とすることができる。半導体回路領域情報を示すワイヤーフレームの例は、後述する。

その後、制御部２５は、距離情報および半導体回路領域情報を用いて、半導体ウェーハ辺縁部の撮影領域算定処理を行う（ステップＳ４０４）。この撮影領域算定処理では、距離情報および半導体回路領域情報から、辺縁部の撮影を行う際の回転板２４の回転角度および角度領域が算定される。

図５は、制御部２５で行われる撮影領域算定処理の動作を示すフローチャートである。まず、制御部２５は、ステップＳ４０２で入力した距離情報に基づいて、半導体回路不適領域６０を示す境界線６１の位置情報を求める（ステップＳ５０１）。図６は、半導体ウェーハ上の、半導体回路領域情報をなすワイヤーフレーム６２、境界線６１および境界線６１で示される半導体回路不適領域６０を示す説明図である。境界線６１は、半導体ウェーハの端部をなすエッジ３２から中央部に向かって、ステップＳ４０２で入力された距離情報と一致する距離に位置し、半導体ウェーハの円周と同心円をなしている。なお、図６中には、点線により境界線６１が示されている。

また、図６中には、半導体回路領域情報をなすワイヤーフレーム６２も同時に図示されている。ワイヤーフレーム６２は、半導体ウェーハの中央部に存在し、矩形状の半導体チップが存在する領域を囲む実線で示されている。また、ワイヤーフレーム６２は、複数の半導体チップが集積された格子状の形状を有する。ここで、試料１５の辺縁部では、ワイヤーフレーム６２が凹凸のある形状となっている。そして、場所により、ワイヤーフレーム６２とエッジ３２間の距離が異なり、半導体回路不適領域６０と重なり合う領域の大きさおよび位置が異なっている。

図５に戻り、その後制御部２５は、境界線６１とワイヤーフレーム６２の交点を算定し（ステップＳ５０２）、この交点から辺縁部を撮影する際の撮影角度領域８０を求め（ステップＳ５０３）、本撮影領域算定処理を終了する。図７は、試料１５の辺縁部を、部分的に拡大して示した図であり、交点および撮影角度領域８０を算定する方法を示す説明図である。図７には、ワイヤーフレーム６２および境界線６１の交点７１〜７４が例示されている。境界線６１上の交点７１および７２、並びに、交点７３および７４に挟まれる線分部分では、半導体チップが半導体回路不適領域６０にはみ出しており、半導体チップに欠陥が含まれる可能性がある。一方、境界線６１上の交点７２および７３に挟まれる線分部分では、半導体チップが半導体回路不適領域６０に存在しないので、検査する必要がない。

ここで、制御部２５は、半導体ウェーハに基準方向、例えば格子状のワイヤーフレーム６２に平行となる方向を設定する。そして、回転中心と一致する半導体ウェーハの中心位置から境界線６１上の各交点７１〜７４を結ぶ直線と、基準方向とのなす角度をθ₁、θ₂、θ₃、θ₄とする。そうすると、角度θ₁〜θ₂で指定される辺縁部位置および角度θ₃〜θ₄で指定される辺縁部位置は、半導体チップが半導体回路不適領域６０にはみ出しており、検査する必要のある撮影角度領域８０をなす。また、角度θ₂〜θ₃で指定される辺縁部位置は、半導体チップが半導体回路不適領域６０に存在しないので、撮影角度領域８０から除外する。この様にして、制御部２５は、半導体ウェーハの全周囲に渡る撮影角度領域８０を算定する。

図４に戻り、その後制御部２５は、ステップＳ４０４の撮影領域算定処理で算定した撮影角度領域８０にのみ回転板２４を限定的に回転させ、逐次半導体ウェーハの辺縁部の撮影を行う（ステップＳ４０５）。この撮影では、例えば、撮影角度領域θ₁〜θ₂で指定される辺縁部位置を、辺縁部の視野幅２ｍｍ程度となる回転角度で連続的に変化させ、複数の画像情報２９を取得する。そして、制御部２５は、半導体ウェーハの全周に渡るに撮影角度領域８０で、同様の撮影を繰り返し、本処理を終了する。

上述してきたように、本実施の形態では、制御部２５は、ワイヤーフレーム６２およびエッジ３２から指定された距離にある境界線６１の交点、例えば交点７１〜７４、および基準方向からの角度、例えば角度θ₁〜θ₄を求め、境界線６１上の交点に挟まれる線分領域で半導体チップが半導体回路不適領域６０にはみ出している辺縁部位置の角度領域を撮影角度領域８０とし、この撮影角度領域８０でのみ逐次半導体ウェーハの辺縁部の撮影および検査を行うこととしているので、半導体チップの収率を低下させることなく、半導体ウェーハの辺縁部に存在する半導体チップの検査にかかる時間および手間を削減することができる。

また、本実施の形態では、台座２３は、試料室３０に固定されることとしたが、台座２３を、水平面内で移動可能なＸＹステージ上に載置すること、あるいは、台座２３自体にＸＹステージと同様の機能を具備させることもできる。

また、本実施の形態では、半導体ウェーハ辺縁部検査装置１０として、走査型電子顕微鏡を用いた例を示したが、辺縁部の画像情報２９を取得可能なものであればその他の検査装置、例えば光学顕微鏡等を用いることもできる。光学顕微鏡を用いる場合には、検出部１６の代わりにＣＣＤ等の固体撮像素子を用い、電子ビーム１の代わりに照明光が用いられる。

半導体ウェーハ辺縁部検査装置の全体構成を示すブロック図である。 半導体ウェーハ辺縁部検査装置のステージ部の構成を示す斜視図である。 半導体ウェーハ辺縁部検査装置で取得される半導体ウェーハの辺縁部の局所画像の一例を示す説明図である。 実施の形態の半導体ウェーハ辺縁部検査装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態の撮影領域算定処理の動作を示すフローチャートである。 半導体ウェーハ上のワイヤーフレームおよび境界線の一例を示す説明図である。 実施の形態の交点および撮影角度領域を求める方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 電子ビーム
１０ 半導体ウェーハ辺縁部検査装置
１１ 電子銃
１２ 集束レンズ
１３ 偏向コイル
１４ 対物レンズ
１５ 試料
１６ 検出部
１７ ステージ部
１８ 回転モータ
１９ 表示部
２０ 鏡筒部
２１ センサ
２２ 駆動回路
２３ 台座
２４ 回転板
２５ 制御部
２６ 回転台座
２７ 入力部
３０ 試料室
３１ 半導体チップ
３２ エッジ
４０ 回路部
４１ ステージ駆動回路
６０ 半導体回路不適領域
６１ 境界線
６２ ワイヤーフレーム
７１〜７４ 交点
８０ 撮影角度領域

Claims (9)

1. 半導体ウェーハの中央部に存在する半導体回路領域の半導体回路領域情報および前記半導体ウェーハの辺縁部に存在する半導体回路不適領域の半導体回路不適領域情報を入力する入力手段と、
   前記辺縁部の局所的な画像情報を、繰り返し異なる辺縁部位置で撮影する撮影手段と、
   前記半導体回路領域情報および前記半導体回路不適領域情報に基づいて、前記半導体回路領域および前記半導体回路不適領域が重なり合う辺縁部位置のみに、前記画像情報の撮影を限定する制御手段と、
   を備える半導体ウェーハ辺縁部検査装置。
2. 前記半導体ウェーハは、円板の形状を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置。
3. 前記撮影手段は、前記円板を板面に直交する中心軸の周りに回転させる回転手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置。
4. 前記制御部は、前記回転の回転角度を変化させ、前記異なる辺縁部位置の撮影を行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置。
5. 前記半導体回路不適領域情報は、前記辺縁部を形成する端部位置から前記中央部に向かう方向への距離情報であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置。
6. 前記半導体回路領域情報は、前記半導体回路領域を囲むワイヤーフレームの位置情報であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置。
7. 前記制御手段は、前記距離情報の距離だけ前記円板の中央部の方向に位置する、前記円板の円周と同心円をなす境界線の位置情報を算定することを特徴とする請求項５または６に記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置。
8. 前記制御手段は、前記ワイヤーフレームおよび前記境界線が交わる交点を算定し、前記境界線上の２つの前記交点に挟まれ、かつ前記半導体回路領域に含まれる線分領域を、前記円板の中心位置から円周方向に投影した辺縁部の位置を前記重なり合う辺縁部位置とすることを特徴とする請求項７に記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置。
9. 前記撮影手段は、走査型電子顕微鏡であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の半導体ウェーハ辺縁部検査装置。

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