JP2013104713A

JP2013104713A - 半導体基板の欠陥検査装置および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2013104713A
Application number: JP2011247248A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Setoguchi; 陽介瀬戸口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-05-30

Abstract

【課題】半導体基板の欠陥検査において、高精度かつ効率的に、可視光透過性を有する半導体基板の表裏面への焦点位置合せを行うこと。
【解決手段】
半導体基板の欠陥検査装置は、焦点位置合わせマークが表面に形成された可動ステージと、可視光を可動ステージに向けて照射する光源と、可動ステージに対向して設けられた対物レンズと、対物レンズが結像した画像を電気信号に変換する光電変換素子と、焦点位置合わせマークの可動ステージ上の位置および被検査物となる半導体基板の厚さが登録され、可動ステージと対物レンズの位置関係を制御する制御装置を備えている。制御装置は、登録された焦点位置合わせマークを基準にして半導体基板の裏面側の焦点位置合わせを行い、登録された半導体基板の厚さを基準にして半導体基板の表面側の焦点位置合わせを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、欠陥検査における焦点位置合わせに関わり、特に可視光を透過する半導体基板の欠陥検査に関わる。

可視領域の光をよく透過する炭化珪素や窒化ガリウムは、半導体基板として用いられている。炭化珪素基板や窒化ガリウム基板は、シリコン基板に比べて基板の欠陥密度が高いために、欠陥検査によってどの様な欠陥がどの位置に発生しているかを検出することが重要である。欠陥検査を経た半導体基板は半導体装置の製造に供される。特許文献１は基板の表裏面を検査する技術を扱っている。ここでは、基板表面側に撮像ユニットが設置されている。撮像ユニットの焦点をまず基板表面に合わせて撮像し、次いで、撮像ユニットの焦点を基板裏面に合わせて撮像することで、表裏面の欠陥が抽出される。

しかしながら、特許文献１に開示された欠陥検査装置による表裏面の検査では、自動的に裏面に焦点を合わせる場合、焦点を合わせる基準が無い為、正確に焦点を裏面に合わせることが出来ず、裏面欠陥を検出することが難しい。表面に焦点を合わせる場合も同様に、焦点を合わせることが出来ないため、表面欠陥の検出が困難である。

特開２０００−７４８４９号公報

本発明が解決しようとする課題は、半導体基板の欠陥検査において、簡易な構成で、高精度かつ効率的に、可視光透過性を有する半導体基板の表裏面への焦点位置合せを行うことにある。

本発明に係る半導体基板の検査装置は、焦点位置合わせマークが表面に形成された可動ステージと、可視光を可動ステージに向けて照射する光源と、可動ステージに対向して設けられた対物レンズと、対物レンズが結像した画像を電気信号に変換する光電変換素子と、焦点位置合わせマークの可動ステージ上の位置および被検査物となる半導体基板の厚さが登録され、可動ステージと対物レンズの位置関係を制御する制御装置を備えている。制御装置は、登録された焦点位置合わせマークを基準にして半導体基板の裏面側の焦点位置合わせを行い、登録された半導体基板の厚さを基準にして半導体基板の表面側の焦点位置合わせを行う。

本発明によれば、可動ステージに作成した焦点位置合わせマークに焦点位置を合わせる事によって、正確な裏面の焦点位置合わせが可能となり、正確に裏面欠陥を検出できる。同様に、表面の焦点位置合わせ工程では、正確な表面の焦点位置合わせが可能となり、正確に表面欠陥を検出できる。

この発明の実施の形態１による半導体基板の欠陥検査装置を示す模式的な構成図である。半導体基板を可動ステージに載置し、裏面を検査している状態を示す図である。半導体基板の表面を検査している状態を示す図である。この発明の実施の形態２による半導体基板の欠陥検査装置を示す模式的な構成図である。可動ステージに形成された周期的な焦点位置合わせマークを説明する図である。この発明の実施の形態３による半導体基板の欠陥検査装置において、反った半導体基板が可動ステージに載置された状態を示す図である。反った半導体基板が矯正された状態を示す図である。

実施の形態１．
以下、本発明に係わる半導体基板の欠陥検査装置について、図面に従って説明する。図１は実施の形態１による欠陥検査装置１００の全体構成図を示す。欠陥検査装置１００は可動ステージ４、対物レンズ６、可動アーム７、光電変換素子８、制御装置（コンピュータ）９、光源１１から構成されている。半導体基板１には可視領域の光を透過する炭化珪素（ＳｉＣ）基板や窒化ガリウム（ＧａＮ）基板が好適に用いられる。半導体基板１の表面１４と裏面１３には表面欠陥２と裏面欠陥３がそれぞれ存在する。半導体基板１は可動ステージ４に表面１４を上側にして載置される。

可動ステージ４は制御装置９によって制御され、ＸＹ方向に移動しかつθ方向に回転する。可動ステージ４には上面の規定位置に焦点位置合わせマーク（パターン）５が形成されている。焦点位置合わせマーク５は可動ステージ４の表面中央に形成されていることが望ましい。対物レンズ６と可動アーム７と光電変換素子８は撮像ユニットを構成する。可動アーム７は制御装置９の制御によってＺ軸方向に対物レンズ６を移動する。光源１１は可視光１２を可動ステージ４に向けて照射する。可視光１２は可動ステージ４で反射され対物レンズ６に入射する。制御装置９は対物レンズ６の焦点位置１０をＺ軸方向に調整する。対物レンズ６で結像された反射像は、光電変換素子８によって電気信号に変換され、制御装置９に記録される。制御装置９には焦点位置合わせマーク５の位置と半導体基板１の厚さが登録されている。

制御装置９は、以下に述べるプロセスに従って自動的に欠陥検査装置１００の構成部品を制御する。半導体基板１を可動ステージ４に載置した後、対物レンズ６の真下に焦点位置合わせマーク５が来るように可動ステージ４が移動する。次に焦点位置１０が焦点位置合わせマーク５の表面をＺ軸方向に上下しながら、焦点位置合わせマーク５の画像を取得する。制御装置９は、焦点位置合わせマーク５の画像と予め制御装置９に記録した焦点位置合わせマークのリファレンス画像を比較する。最もリファレンス画像に近い画像を取得した焦点位置１０が、半導体基板１の裏面を検査するのに適した焦点位置として、記録される。

次に、制御装置９は、半導体基板１の裏面を焦点位置１０が半導体基板１の全体を走査するように可動ステージ４を動かす（図２参照）。走査領域１５にわたって、検査画像は２値化され制御装置９に取り込まれる。２値化された検査画像の中で、設定した閾値以上の大きさを有する物体が検査画像の中に存在した場合、その領域（疵）を欠陥と判断し、裏面の欠陥画像として制御装置９に記録する。

続いて、制御装置９は、可動アーム７を操作して、対物レンズ６（焦点位置１０）を半導体基板１の表面から遠ざかる方向に半導体基板１の厚さ分移動させる。裏面を検査した時の要領で対物レンズ６は半導体基板１の表面を走査する（図３参照）。走査領域１５に
わたって検査画像は２値化され、制御装置９に取り込まれる。２値化された検査画像の中で、設定した閾値以上の大きさとコントラストを有する疵（物体）が検査画像の中に存在した場合、欠陥と判断し、表面の焦点位置を調整するための焦点調整用欠陥２ａとする。制御装置９は、焦点位置１０をＺ軸方向に移動しながら、焦点調整用欠陥２ａの画像を取り込み、２値化する。２値化した画像の中で最もコントラストのクリアな画像が得られた焦点位置１０を、表面を検査するのに適した焦点位置１０として、制御装置９は記録する。

制御装置９は、対物レンズ６の焦点位置１０が裏面全体を走査したのと同じ要領で、半導体基板１の表面全体を走査するように、可動ステージ４を動かす。検査画像は２値化され制御装置９に取り込まれる。２値化された検査画像の中で、設定した閾値以上の大きさが検査画像の中に存在した場合、その領域を表面欠陥２と判断し、表面の欠陥画像として制御装置９に記録する。

このように、欠陥検査装置１００は可視領域の光源１１を用いることで、半導体基板１の微細な欠陥を検出することが可能となり、可動ステージ４に焦点位置合わせマーク５を設けることにより、効率的な表裏面の検査が可能となる。欠陥検査を終了した半導体基板からは一般的な工程を経たのちトランジスタなどの半導体装置が製造される。

実施の形態２．
実施の形態２に係わる欠陥検査装置の全体構成図を図４に示す。実施の形態２では、焦点位置合わせマーク５が可動ステージ４の表面に複数個設けられている。焦点位置合わせマーク５の位置は制御装置９にあらかじめ登録されている。裏面欠陥検査時には、対物レンズの焦点位置１０が焦点位置合わせマーク５の登録位置に到達する度に、裏面焦点の位置合わせを実施する。焦点位置合わせマーク５はランダムに配置されていても構わないが、位置確認が容易になるため広域にわたって周期的に形成されていると望ましい。図４の例では、焦点位置合わせマーク５は等間隔に設けられている。

図４のように可動ステージ４に傾きが存在した場合、可動ステージ４の中央の焦点位置合わせマーク５で焦点位置を調整しても、検査エリアが可動ステージ４の中央から離れるほどに、半導体基板１の裏面と対物レンズの焦点位置１０のＺ軸方向のずれが大きくなる。可動ステージ４の表面に周期的に焦点位置合わせマーク５を形成し、裏面欠陥画像を撮像する工程において、対物レンズの焦点位置１０が焦点位置合わせマーク５の登録位置に到達する度に裏面焦点の位置合わせを実施するので、可動ステージ４が傾いていても、半導体基板１の裏面と焦点位置１０のＺ軸方向のずれを解消できる。また、可動ステージ４のゆがみによる裏面欠陥画像のピンボケを防止できる。

周期的に設けられる焦点位置合わせマーク５の別の形態を図５に示す。ここでは、焦点位置合わせマーク５の間隔は、大小大小と２種類の間隔で周期的に繰り返されている。この焦点位置合わせマーク５を用いても、対物レンズの焦点位置１０が焦点位置合わせマーク５の登録位置に到達する度に裏面焦点の位置合わせを実施するので、可動ステージ４が傾いていても、半導体基板１の裏面と焦点位置１０のＺ軸方向のずれを解消できる。

実施の形態３．
実施の形態３に係わる欠陥検査装置を図６、図７に基づいて説明する。焦点位置合わせマーク５は可動ステージ４の表面に凹状（または溝状）に掘り込まれている。細穴状に設けられた真空ポンプライン３１は個々の焦点位置合わせマーク５を相互に連絡している。真空ポンプライン３１には真空ポンプ３１が接続されている。図６は可動ステージ４に反った半導体基板１を載置した状態を示している。

焦点位置合わせマーク５は底部で真空ポンプライン３１に繋がれているため、可動ステージ４に半導体基板１をセットしてから、真空ポンプ３０を操作すると、半導体基板１は可動ステージ４に吸着される。半導体基板１の反りが解消されるため、焦点のズレによる測定エラーが減少する（図７参照）。

１半導体基板、２表面欠陥、３裏面欠陥、４可動ステージ、５焦点位置合わせマーク、６対物レンズ、７可動アーム、８光電変換素子、９制御装置、１０焦点位置、１１光源、１２可視光、１３裏面、１４表面、１５走査領域、３０真空ポンプ、３１真空ポンプライン

Claims

焦点位置合わせマークが表面に形成された可動ステージと、
可視光を前記可動ステージに向けて照射する光源と、
前記可動ステージに対向して設けられた対物レンズと、
前記対物レンズが結像した画像を電気信号に変換する光電変換素子と、
前記焦点位置合わせマークの前記可動ステージ上の位置および被検査物となる半導体基板の厚さが登録され、前記可動ステージと前記対物レンズの位置関係を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記登録された焦点位置合わせマークを基準にして前記半導体基板の裏面側の焦点位置合わせを行い、前記登録された半導体基板の厚さを基準にして前記半導体基板の表面側の焦点位置合わせを行うことを特徴とする半導体基板の欠陥検査装置。
焦点位置合わせマークは、可動ステージ上に等間隔で複数個形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の欠陥検査装置。
制御装置は、対物レンズの焦点位置が焦点位置合わせマークの登録された位置に到達するたびに、表面側の焦点位置合わせを行うことを特徴とする請求項２に記載の半導体基板の欠陥検査装置。
焦点位置合わせマークは、可動ステージに掘り込まれており、その底部が真空ポンプラインに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体基板の欠陥検査装置。
焦点位置合わせマークの形成された可動ステージに半導体基板を載置し可視光を照射する工程と、
前記焦点位置合わせマークを基準にして対物レンズの焦点位置合わせを行ってから前記半導体基板の裏面側を検査する工程と、
前記半導体基板の厚さを基準に前記対物レンズを前記可動ステージから遠ざかる方向に移動する工程と、
前記半導体基板の表面側に検出された欠陥に基づいて前記半導体基板の表面側の焦点位置合わせを行ってから前記半導体基板の表面側を検査する工程を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。