JP2010522441A - 半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムとその方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ウエハを検査し、リペア可能な半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムとその方法に関するものであって、ウエハを移送して整列させる移送アームと、ウエハが定着してウエハ表面のイメージを撮像する検査部と、該検査部に現われたイメージ上の異物を分析する分析モジュールと、分析された異物の情報に応じて、異物をリペアするリペア部とを備える半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムと、ウエハを移送して整列させるステップと、整列されたウエハに光を照射して、ウエハの表面イメージを撮像するステップと、表面イメージを読み取って異物の情報（位置、高さ、直径）を生成するステップと、読み取られた異物の情報を基準データと比較判断するステップと、比較判断されてリペア対象になる異物の情報をリペア部に伝送するステップと、受信された異物の情報に応じて、当該異物をリペアするステップとを含むことを特徴とする半導体ウエハの異物検査及びリペア方法に関するものである。本発明によれば、単純な構成でもウエハ上の異物検査及びリペアが可能なシステムとその方法を提供して、製造費用の低減、製造装備の損失の抑制、半導体チップの歩留まりの増加を図ることができるという効果がある。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハを検査し、リペア可能な半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムとその方法に関し、より詳細には、ＥＤＳ工程前やＥＤＳ工程に含まれてウエハ上の異物を検査し、検出された異物をリペア可能な半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムとその方法に関する。

一般に、半導体の製作工程は、大別して、最初のウエハ製作から最終の完成品まで４つの工程に区別することができる。すなわち、シリコン原石でウエハを製作するウエハ製造工程と、製造されたウエハを用いてウエハ表面に複数個の半導体チップを形成するウエハ加工工程と、半導体チップの良否を判別する半導体チップの電気的特性検査工程（以下、ＥＤＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｉｅ Ｓｏｒｔｉｎｇ）工程とする）と、加工されたウエハでチップを製作するパッケージ組立工程及びパッケージをモジュールに取り付けて完全な機能を果たす製品に製作するモジュール組立工程とに分けることができる。

上述した半導体装置を製造する工程が行われる間、ウエハまたはウエハに形成されるチップは、随時所定の測定及び修正作業を行う。所定の測定及び修正作業が当該ウエハに所望のとおりに行われるか否かを確認する機器としては、走査電子顕微鏡または透過電子顕微鏡などの光学顕微鏡が用いられる。また、ウエハ上に形成された半導体チップの電気的特性検査を行い、正常に動作する半導体チップと不良が発生した半導体チップとを選別する工程がＥＤＳ工程である。

ＥＤＳ工程では、プローブカードを用いて当該チップの電気的な特性検査が行われ、ウエハ上に形成された複数個の半導体チップに特定電流を印加することにより、半導体チップの良否をテストする。

このようなＥＤＳ工程に利用される半導体チップの検査装置は図１に示すように、ＥＤＳテスター１００及び支持台１３０で構成される。ＥＤＳテスター１００は、ウエハ１４０上の半導体チップに電気的信号を印加することにより、チップ内部回路の異常の可否を検査するための装置であって、プローブカード１１０と、ニードル１２０と、信号検査器（図示せず）と、支持台１３０とが備えられる。ニードル１２０は、ウエハ１４０のチップパッド部位と極めて微細な距離ｄの分だけ離隔しており、プローブカード１１０は、ニードル１２０及び前記信号検査器と接続される。前記信号検査器から生成された電気的信号は、プローブカード１１０を介してニードル１２０に伝達され、ウエハ１４０上に形成された半導体チップは、ニードル１２０から前記電気的信号を受信する。また、前記電気的信号によってチップから出力された信号は、ニードル１２０及びプローブカード１１０を介して前記信号検査器に伝達され、前記信号検査器は、ウエハ１４０上の半導体チップからの出力信号を分析して、当該チップの異常の可否を検査する。

また、支持台１３０は、ＥＤＳ工程が行われるウエハを載置することのできる部分であり、整列装置が備えられてウエハ１４０上のチップの検査正確度を向上させることができるように構成される。ＥＤＳテスター１００に関する技術は、既に多くの公開公報に開示されているので、それ以上の詳細な説明を省略する。

このようなＥＤＳテスター１００が支持台１３０上に整列されてウエハ１４０上に形成された半導体チップを検査するためにニードル１２０を移動させるとき、ウエハ１４０上にニードル１２０とウエハ１４０との許容間隔ｄより高さの高い異物Ａが付着していると、ニードル１２０が折れる場合が発生する。このため、製造工程上、致命的な欠陥及びエラーが発生する可能性があり、ニードル１２０が折れた場合、高価の製造装備を交替しなければならないという問題があった。したがって、このような欠陥及びエラーを防止しようとして、ＥＤＳ工程前に異物の有無と大きさ、特に、高さなどを測定するための検査装備が必要となり、このような検査装備では、装備に損傷を負わせる恐れがある一定高さ以上の異物を検出しなければならなかった。

ところが、研磨工程後のウエハの表面状態は微細表面突起Ｂが存在する表面状態、すなわち、許容範囲内で均一な状態で研磨されて後工程がなされるため、この許容範囲を通過した不均一な微細表面突起Ｂが異物として誤検出される問題があった。

一方、上述した半導体の各々の製造工程後に得られる良品の生産物の割合を歩留まりといい、歩留まりは、投入した量（ｉｎｐｕｔ）に対して製造されて出てきた量（ｏｕｔｐｕｔ）の割合をいう。例えば、インプット（ｉｎｐｕｔ）が１００であるとき、アウトプット（ｏｕｔｐｕｔ）が８０であれば、歩留まりが８０である。このような歩留まりは、各工程による各々の歩留まりとして区分されることもある。このように、歩留まりを強調する理由は、製造工程において生じる失敗や問題点が製品に致命的な影響を及ぼすためである。また、１つのウエハから得られる複数個の半導体チップは、製品として製造された後、いずれか１つでも不良と判明されると、半導体チップ自体を廃棄しなければならないため、各工程で得られる歩留まりは極めて重要である。したがって、異物を検出してリペアしなかった状態でＥＤＳ工程を行ったとき、異物によるウエハの欠陥が生じる可能性があり、半導体チップの歩留まりを落とす結果が発生して、製造単価の上昇の原因となる問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって、その目的は、ウエハ上の異物検査及びリペア可能なシステムとその方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、ウエハ上の異物検査及びリペア可能なシステムを提供して、製造費用を低減し、工程を改善することにある。

さらに、本発明の目的は、ウエハ上の異物検査及びリペアシステムとその方法を提供することにより、製造装備の損失を抑制することにある。

さらにまた、本発明の目的は、ウエハ上の異物検査及びリペアシステムとその方法を提供することにより、半導体チップの歩留まりを増加させることにある。

前記課題を解決するために本発明は、ウエハを検査し、リペア可能な半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムであって、ウエハを移送して整列させる移送アームと、ウエハが定着する支持台と、該支持台の両側に位置して、水平方向に光を照射する測光発生部と、該測光発生部から照射されて、異物から反射された光を受光するように、前記支持台の上向きに配置される結像レンズと、該結像レンズに受光された光の強度を表わすように、前記結像レンズの上部に配置される撮像手段で構成された検査部と、該検査部の撮像手段に現われたイメージの異物を分析する分析モジュールと、該分析モジュールで分析された異物の情報の伝送を受けて異物をリペアするリペア部とを備えることを特徴とする。
このとき、前記分析モジュールで分析される異物の情報は、異物の位置情報及び高さ情報である。

一方、前記分析モジュールは、前記検査部の撮像手段に現われたイメージを認識する認識モジュールと、該認識モジュールで認識されたイメージを読み取って異物に関する情報を生成するデコードモジュールと、該デコードモジュールで読み取られた異物の情報に応じてリペア対象になるのかを判断する判断モジュールと、該判断モジュールでリペア対象と判断された異物の情報をリペア部に伝送する伝送モジュールとを備えて構成されることにより、異物に関する情報を分析するのに好ましい。

このとき、前記デコードモジュールで読み取られた異物の位置情報は、ウエハに表示された位置合わせポイントから計算された絶対座標である。

また、前記リペア部は、前記分析モジュールからリペア対象になる異物の情報の伝送を受ける受信モジュールが設けられ、該受信モジュールから伝送されたリペア対象になる異物の情報に応じて異物をリペアするレーザー部を備えて構成されることが当該異物をリペアするのに好ましい。

本発明の他の側面として、半導体ウエハの異物を検査し、リペアする方法は、半導体ウエハを移送して整列させるステップと、整列されたウエハの側面から光を照射して、前記ウエハの表面イメージを表わすステップと、該表面イメージを認識しかつ読み取って異物の位置情報及び高さ情報を生成するステップと、読み取られた異物の情報を基準データと比較判断し、リペア対象であるか否かを決定するステップと、リペア対象になる異物の情報をリペア部に伝送するステップと、受信された異物の情報に応じて、当該異物をリペアするステップとからなる。

本発明によれば、ウエハ上の異物検査及びリペアが可能なシステムを提供することにより、製造費用を低減し、工程を改善することができるという効果がある。

また、本発明によれば、ウエハ上の異物検査及びリペアシステムとその方法を提供することにより、製造装備の損失を抑制することができるという長所がある。

なお、本発明によれば、ウエハ上の異物検査及びリペアシステムとその方法を提供することにより、半導体チップの歩留まりを増加させることができるという利点がある。

図１は、ＥＤＳ工程において利用される検査装置の断面図である。 図２は、本発明に係る半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムの概略図である。 図３は、本発明に係る検査部において、第１の光の経路を示した断面図である。 図４は、本発明に係る検査部において、第２の光の経路を示した断面図である。 図５は、本発明に係る半導体ウエハの異物検査及びリペア方法を示したフローチャートである。 図６は、本発明に係る測光発生部における照射された光の経路を示した断面図である。

以下、上記のような本発明に係る半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明に係る半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムの概略図を示したものである。

同図に示すように、本発明に係わる半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムは、ウエハ１０を移送する移送アーム２０と、該移送アーム２０により移送されたウエハ１０を検査する検査部３０と、該検査部３０に現われた異物の位置を分析する分析モジュール４０と、該分析モジュールで分析された異物の位置情報の伝送を受けて異物を除去するリペア部５０とで構成される。

ウエハ１０は、全体の加工工程を終えた後、移送アーム２０により後述する検査部３０の支持台３１に整列させて定着できるように、一方の側に位置合わせポイント１１が形成されている。

移送アーム２０は、所定のロボットアームであって、その末端にアーム部２１が設けられてウエハ１０を検査部３０に移送させることができるように設けられる。

次に、検査部３０を説明する。検査部３０は、ウエハ１０が整列されて定着する支持台３１が設けられ、支持台３１の両側にはウエハ１０に向かって水平方向に光を照射する測光発生部３２が配置される。

測光発生部３２は、ウエハ１０上の異物Ａを検出するためのものであって、測光発生部３２から照射された光は、ウエハ１０の上面に付着されたガラス破片またはその他の異物質のような異物Ａにぶつかって反射または散乱される。測光発生部３２の光軸は、平板状であるウエハ１０の上面と水平するように配置されることが異物の高さ測定に容易である。

結像レンズ３３は、ウエハ１０の上部に一定距離離隔して配置されており、測光発生部３２から照射されて異物Ａまたは微細表面突起（図１のＢ）から反射された光を受光する。結像レンズ３３は、ウエハ１０の上部において一定領域毎に複数配置されており、異物Ａまたは微細表面突起から反射された光は、異物Ａまたは微細表面突起の上部領域にある結像レンズ３３に入る。

撮像手段３４は、前記結像レンズ３３の上部に配置されており、測光発生部３２から照射されて異物Ａまたは微細表面突起から反射された光を表わす。すなわち、撮像手段３４は、ウエハ１０の上方に設けられて、微細表面突起や異物Ｂの映像を獲得する。

このとき、撮像手段は、電荷結合素子ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を備えることができる。また、撮像手段は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を備えることができる。
ＣＣＤの場合、単価は高いが、ノイズがほとんどない、綺麗な画質を出すことができるという長所がある。これとは反対に、ＣＭＯＳは、単価はＣＣＤに比べて安いが、ノイズが多いという短所がある。全体的には、ＣＣＤがＣＭＯＳに比べてほぼ３倍程度明るく、高画質を実現することができるが、ＣＣＤはＣＭＯＳに比べて多くの電力を消費する。

このような構成により、測光発生部３２から照射された光は様々な経路を経ることができるが、測光発生部３２で進行する光が突起で反射され、光の進行方向と垂直な方向、すなわち、上方に反射された光が結像レンズ３３及び撮像手段３４を介して現われる。

前記構成により、撮像手段３４であるＣＣＤやＣＭＯＳに現われたイメージの大きさ、すなわち、ピクセル個数や広さに比例して異物の高さを測定かつ計算できる。

次に、図３及び図４を参照して本発明に係る検査部の原理を比較説明する。

図３は、本発明に係わる検査部において、第１の光の経路を示した断面図であり、図４は、本発明に係る検査部において、第２の光の経路を示した断面図である。

図３に示すように、異物Ａの高さがｈ１である場合、測光発生部３２で進行した光Ｌ、すなわち、第１の光は異物Ａで反射され、そのうち、光の進行方向と垂直な方向、すなわち、上方に反射された光Ｌ'が結像レンズ３３を介して撮像手段３４であるＣＣＤやＣＭＯＳに結ばれる。

ウエハ１０から突起の高さｈ１が高いほど、異物Ａで反射される光Ｌ'の量もさらに多くなり、これにより、撮像手段３４であるＣＣＤやＣＭＯＳに結ばれる像も一層大きく、明るくなる。

一方、図４に示すように、異物Ａの高さがｈ２（ｈ１より小さいと仮定）である場合にも同様に、測光発生部３２で進行した光Ｍ、すなわち、第２の光は突起で反射され、そのうち、光の進行方向と垂直な方向、すなわち、上方に反射された光Ｍ'が結像レンズ３３を介して撮像手段３４に結ばれる。

図３及び図４を参照して第１の光を照射した場合（図３）の異物Ａの高さｈ１が、第２の光を照射した場合（図４）の異物Ａの高さｈ２より高いと仮定すれば、第１の光を照射した場合が、第２の光を照射した場合に比べて異物Ａで反射される光の量がさらに多く、これにより、第１の光を照射した場合、撮像手段３４であるＣＣＤやＣＭＯＳに結ばれる像も一層大きく、明るく現われる。

また、異物Ａを半球形であると仮定すれば、異物Ａの高さは撮像手段３４であるＣＣＤやＣＭＯＳに現われるイメージの大きさ、すなわち、ピクセルの個数及び明るさに比例する。

このように、検査部３０は、ウエハ１０上に平行に光を照射する側面照明装置及び上部結像装置を利用することにより、ウエハ１０の表面イメージを獲得することができる。

次に、分析モジュール４０について説明する（図２参照）。分析モジュール４０は、前記検査部３０の撮像手段３４に現われたイメージの微細表面突起及び異物に関する情報（位置、高さに関する情報）を分析する役割を果たす。また、前記分析モジュール４０は、認識モジュール４１と、デコードモジュール４２と、判断モジュール４３と、伝送モジュール４４とを備える。

認識モジュール４１は、前記撮像手段に現われたイメージを認識する役割を果たす。
デコードモジュール４２は、前記認識モジュール４１で認識されたイメージ上の表面突起及び異物に関する情報を読み取る。このとき、表面突起及び異物の情報は、位置情報と高さ情報であり、前記位置情報は、ウエハに表示された位置合わせポイント１１から計算された絶対座標である。

判断モジュール４３は、デコードモジュール４２で読み取られた異物の情報に応じてリペア対象になるのかを判断する役割を果たし、このとき、判断モジュール４３には高さと大きさによる基準データが格納されていることにより、基準データと読み取られた異物の情報とのうち、高さ情報を比較判断してリペア対象になるのかを判断できるようにプログラミングされている。

伝送モジュール４４は、前記判断モジュール４２でリペア対象と判断された異物の情報を、後述するリペア部５０に伝送する役割を果たす。

次に、リペア部５０について説明する。リペア部５０は、前記分析モジュール４０からリペア対象になる異物の情報を受信し、当該異物をリペアする役割を果たす。リペア部５０は、受信モジュール５１とレーザー部５２とを備えて構成される。

受信モジュール５１は、上述した分析モジュール４０の伝送モジュール４４から伝送された異物の情報を受信する役割を果たす。

レーザー部５２は、前記受信モジュール５１から伝送された異物の情報のうち、位置情報、すなわち、異物の絶対座標に沿って当該異物にレーザーを照射し、ウエハ上の異物をリペアできるように設けられる。

本実施形態では、レーザー部５２が検査部の一方の側に位置し、付加的な移送手段により移送されて、当該異物にレーザーを照射するように構成されているが、検査部３０の上向きに配置し、受信された異物の情報に応じてレーザーを照射するように構成されることもできる。

前述した半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムによるウエハの異物検査並びにリペア方法について説明する。

図５は、本発明に係わる半導体ウエハの異物検査及びリペア方法に関するフローチャートである。

同図に示すように、全工程を終えたウエハは、移送アームにより移送されて、検査部の支持台に整列された状態で定着する（Ｓ１）。

次に、図６に示すように、整列されたウエハ１０の上部に測光発生部が平行に光Ｎを照射し（Ｓ２）、照射された光は平行に進行している途中、ウエハ１０上の異物Ａに反射されて光の進行方向と垂直な方向、すなわち、上方に反射された光Ｎ'が結像レンズを介して撮像手段であるＣＣＤやＣＭＯＳに結ばれる（Ｓ３）。

このとき、ウエハ１０から異物Ａの高さｈが高いほど、異物Ａで反射される光Ｎ'の量が多くなり、これにより、撮像手段であるＣＣＤやＣＭＯＳに結ばれる像もさらに明るく、これに対応するＣＣＤまたはＣＭＯＳのピクセルの個数も増加する。

次に、撮像手段に結ばれたイメージは、分析モジュールの認識モジュールでイメージを認識し（Ｓ４）、該認識されたイメージをデコードモジュールで読み取って表面突起または異物の情報、すなわち、位置情報、高さ情報を生成する（Ｓ５）。この生成された情報は、読み取りモジュールで既に格納されている基準データと比較して、リペア対象になるのか否かを判断する（Ｓ６）。このとき、比較されるデータは高さ情報である。仮に、リペア対象になる異物であると判断されると、すなわち、異物の情報が基準データより大きい値を有すると、当該異物の情報を伝送モジュールを介して伝送する（Ｓ７）。

リペア部の受信モジュールでは、リペアすべき異物の情報を受信し（Ｓ８）、この受信された情報に応じてレーザー部が当該異物をリペアする（Ｓ８）。このとき、受信された情報で用いられる情報は位置情報、すなわち、当該異物の絶対座標である。したがって、レーザー部は、絶対座標によって当該異物をリペアする（Ｓ９）。

このような方法により半導体ウエハの異物を検査し、リペアすることができる。

また、本発明に係わる半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムによれば、測光を用いて一定の大きさ以上の異物を検出できるので、ＥＤＳ工程前にリペアすべき異物を検出し、リペアすることにより、製造装備の損失を抑制して製造費用の低減及び工程の改善を期することができ、また、半導体チップの歩留まりの増大を図ることができる。

本発明の権利範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲内で様々な形の実施形態で実現され得る。特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有した者であれば、変形可能な範囲まで本発明の請求の範囲内にあるということが理解できるであろう。

本発明によれば、ウエハ上の異物検査及びリペアが可能なシステムを提供することにより、製造費用の低減及び工程の改善の効果がある。

１０ ウエハ
１１ 位置合わせポイント
２０ 移送アーム
２１ アーム部
３０ 検査部
３１ 支持台
３２ 測光発生部
３３ 結像レンズ
３４ 撮像手段
４０ 分析モジュール
４１ 認識モジュール
４２ デコードモジュール
４３ 判断モジュール
４４ 伝送モジュール
５１ 受信モジュール
５２ レーザー部

Claims (6)

1. ウエハを検査し、リペア可能な半導体ウエハの異物検査及びリペアシステムであって、
   ウエハを移送して整列させる移送アームと、
   ウエハが定着する支持台と、該支持台の両側に位置して、水平方向に光を照射する測光発生部と、該測光発生部から照射されて、異物から反射された光を受光するように、前記支持台の上向きに配置される結像レンズと、該結像レンズに受光された光の強度を表わすように、前記結像レンズの上部に配置される撮像手段とで構成された検査部と、
   該検査部の撮像手段に現われたイメージの異物を分析する分析モジュールと、
   該分析モジュールで分析された異物の情報の伝送を受けて異物をリペアするリペア部と、
   を備えることを特徴とする半導体ウエハの異物検査及びリペアシステム。
2. 前記分析モジュールで分析される異物の情報は、異物の位置情報及び高さ情報であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハの異物検査及びリペアシステム。
3. 前記分析モジュールが、
   前記検査部の撮像手段に現われたイメージを認識する認識モジュールと、
   該認識モジュールで認識されたイメージを読み取って異物に関する情報を生成するデコードモジュールと、
   該デコードモジュールで読み取られた異物の情報に応じてリペア対象になるのかを判断する判断モジュールと、
   該判断モジュールでリペア対象と判断された異物の情報をリペア部に伝送する伝送モジュールと、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体ウエハの異物検査及びリペアシステム。
4. 前記デコードモジュールで読み取られた異物の位置情報が、ウエハに表示された位置合わせポイントから計算された絶対座標であることを特徴とする請求項３に記載の半導体ウエハの異物検査及びリペアシステム。
5. 前記リペア部が、
   前記分析モジュールからリペア対象になる異物の情報の伝送を受ける受信モジュールが設けられ、該受信モジュールから伝送されたリペア対象になる異物の情報に応じて異物をリペアするレーザー部を備えることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウエハの異物検査及びリペアシステム。
6. 半導体ウエハの異物を検査し、リペアする方法であって、
   半導体ウエハを移送して整列させるステップと、
   整列されたウエハの側面から光を照射して、前記ウエハの表面イメージを表わすステップと、
   該表面イメージを認識しかつ読み取って異物の位置情報及び高さ情報を生成するステップと、
   読み取られた異物の情報を基準データと比較判断し、リペア対象であるか否かを決定するステップと、
   リペア対象になる異物の情報をリペア部に伝送するステップと、
   受信された異物の情報に応じて、当該異物をリペアするステップと、
   を含むことを特徴とする半導体ウエハの異物検査及びリペア方法。

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