JP2022108564A - 半導体基板の検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の状態を良好に把握することができる半導体基板の検査装置および半導体基板の検査方法を提供する。
【解決手段】半導体基板の検査装置であって、光を発生させて検査対象である基板に照射する光源２と、基板に照射されて反射した光を捕捉するレンズ５、６と、レンズ５、６によって捕捉された光を検出する検出部１２と、光源２が発生させた光の強度、および、検出部１２によって検出された光の強度に基づいて、基板の光の反射率を算出し、該算出した反射率に基づいて基板の異常判定を行う判定部１６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板を検査する検査装置および検査方法に関するものである。

半導体装置に用いられるＳｉＣ（炭化珪素）基板やＳｉ（珪素）基板は、可視光やフォトルミネッセンス法を用いて内部の結晶状態を観察することができる（例えば、特許文献１参照）。

このような観察方法では、基板の裏面や検査ステージの映り込みのおそれがある。これを抑制するために、基板からの反射光の捕捉には、焦点深度の小さい高ＮＡ（開口数）レンズが用いられる。

特開２０１９－１６０９９９号公報

ＳｉＣ基板では、基板を形成するためのエピタキシャル成長が、例えば約１６００℃の高温で処理される。このようにすると、カーボンが凝集した結晶欠陥であるカーボンインクルージョンが多くなる。

このような基板を焦点深度の小さいレンズで観察する際に、例えば基板の表面のみに焦点を合わせると、カーボンインクルージョンと他の結晶欠陥との区別がつきにくい。そのため、結晶欠陥の抽出もれが生じやすくなり、この基板を用いて製造される半導体装置の信頼性が低下するおそれがある。また、ＳｉＣ以外の基板であっても、半導体装置の信頼性の向上のために、結晶欠陥の抽出もれを抑制することが望ましい。

また、ウェハに半導体素子が形成された後には、ダイシングソー等でウェハがチップ単位に個片化されるが、このときチップの内部にクラック等のダメージが生じることがある。そして、個片化後の樹脂封止等によるストレスで、このダメージが進展して素子内部が損傷し、機能不全が生じる場合がある。

これについても、半導体装置の信頼性を向上させるためには、ダメージの抽出漏れを抑制することが望ましい。また、不良の原因となった工程を特定し、不具合を抑制して信頼性をさらに向上させるためには、結晶欠陥とダイシングによるダメージとを区別して検出することが望ましい。

このように、半導体装置の信頼性を向上させるためには、半導体素子が形成される基板の状態を良好に把握することが重要である。

本発明は上記点に鑑みて、基板の状態を良好に把握することができる半導体基板の検査装置および半導体基板の検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体基板の検査装置であって、光を発生させて検査対象である基板に照射する光源（２）と、基板に照射されて反射した光を捕捉するレンズ（５、６）と、レンズによって捕捉された光を検出する検出部（１２）と、光源が発生させた光の強度、および、検出部によって検出された光の強度に基づいて、基板の光の反射率を算出し、該算出した反射率に基づいて基板の異常判定を行う判定部（１６）と、を備える。

結晶欠陥、または、クラック等のダメージが含まれる基板では、正常な基板に比べて光の反射率が低下する。また、反射率の下がり方は、欠陥の種類によって変わる。したがって、このように反射率を算出することで、欠陥の種類を識別することが可能になり、基板の状態を良好に把握することができる。

また、請求項３に記載の発明では、半導体基板の検査装置であって、光を発生させて検査対象である基板に照射する光源（２）と、基板に照射されて反射した光を捕捉するレンズ（５、６）と、基板とレンズとの距離を複数通りに調整する調整部（１０、１１）と、該複数通りに調整された距離それぞれについて、レンズによって捕捉された光を検出する検出部（１２）と、該複数通りに調整された距離それぞれについての検出部による検出結果に基づいて、基板の異常判定を行う判定部（１６）と、を備える。

基板とレンズとの距離を複数通りに調整し、それぞれの距離で反射光を検出することにより、例えば、基板の表層部のみに存在する欠陥と、基板の厚さ方向の全体にわたって存在する欠陥とを識別することが可能になる。したがって、基板の状態を良好に把握することができる。

また、請求項５に記載の発明では、半導体基板の検査方法であって、検査対象である基板に光を照射することと、基板に照射されて反射した光をレンズ（５、６）によって捕捉することと、レンズによって捕捉された光を検出することと、基板に照射した光の強度、および、該検出された光の強度に基づいて、基板の光の反射率を算出し、該算出した反射率に基づいて基板の異常判定を行うことと、を備える。

結晶欠陥、または、クラック等のダメージが含まれる基板では、正常な基板に比べて光の反射率が低下する。また、反射率の下がり方は、欠陥の種類によって変わる。したがって、このように反射率を算出することで、欠陥の種類を識別することが可能になり、基板の状態を良好に把握することができる。

また、請求項７に記載の発明では、半導体基板の検査方法であって、検査対象である基板に光を照射することと、基板に照射されて反射した光をレンズ（５、６）によって捕捉することと、基板とレンズとの距離を複数通りに調整することと、該複数通りに調整された距離それぞれについて、レンズによって捕捉された光を検出することと、検出することにおける該複数通りに調整された距離それぞれについての検出結果に基づいて、基板の異常判定を行うことと、を備える。

基板とレンズとの距離を複数通りに調整し、それぞれの距離で反射光を検出することにより、例えば、基板の表層部のみに存在する欠陥と、基板の厚さ方向の全体にわたって存在する欠陥とを識別することが可能になる。したがって、基板の状態を良好に把握することができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる半導体基板の検査装置の構成を示す図である。 半導体装置の製造工程のフローチャートである。 ウェハの検査工程のフローチャートである。 レンズとウェハとの位置関係を示す図である。 反射光の検出結果の一例を示す図である。 半導体チップの断面図である。 半導体チップの検査工程のフローチャートである。 半導体チップの上面図であって、検査光の走査経路を示す図である。 反射率の算出結果を示すグラフである。 半導体チップの断面図であって、半導体チップに照射された検査光の経路を示す図である。 半導体チップの断面図であって、チッピングが発生した半導体チップにおいて検査光が散乱する様子を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。図１に示す本実施形態の検査装置１は、半導体装置の製造過程において、半導体素子が形成される前の半導体基板や、半導体素子が形成された半導体基板に含まれる結晶欠陥等の異常を検出するためのものである。

図１に示すように、検査装置１は、光源２と、筐体３と、ハーフミラー４と、第１レンズ５と、第２レンズ６と、第３レンズ７と、第４レンズ８と、回転部９とを備えている。また、検査装置１は、ステージ１０と、高さ調整部１１と、第１検出部１２と、可動ミラー１３と、ミラー１４と、第２検出部１５と、制御部１６とを備えている。

光源２は、検査光を発生させて、この検査光を検査対象である基板に照射するものである。この検査対象の基板は、図１に示すウェハ２０、または、後述する基板３１である。本実施形態では、検査光は可視光とされ、光源２は例えばキセノンフラッシュランプで構成される。光源２には、制御部１６から信号が入力されるようになっており、光源２が発生させる検査光の強度および波長は、制御部１６からの入力信号によって設定される。光源２は、筐体３の外壁に配置されており、光源２が発生させた検査光は、筐体３の内部に入射する。

筐体３の内部には、ハーフミラー４、第１検出部１２、可動ミラー１３、ミラー１４、第２検出部１５が配置されている。光源２が射出した検査光は、ハーフミラー４に入射する。

ハーフミラー４は、入射した光の一部を反射し、残りを透過させるものである。ハーフミラー４は、光源２が射出した検査光を反射してウェハ２０に照射するように配置されている。ハーフミラー４で反射した検査光は、矢印Ａ１で示すように、筐体３の下部に配置された第１レンズ５、第２レンズ６、第３レンズ７、第４レンズ８のいずれかを通って射出され、ステージ１０に載置されたウェハ２０または基板３１に照射される。ウェハ２０または基板３１で反射した検査光は、第１レンズ５～第４レンズ８のいずれかを通って筐体３に入射する。

第１レンズ５、第２レンズ６、第３レンズ７、第４レンズ８は、ウェハ２０または基板３１に照射されて反射した検査光を捕捉するものである。第１レンズ５は、ウェハ２０の表面の欠陥を検査する際に用いられるレンズである。第１レンズ５の倍率は、例えば５倍とされている。

第２レンズ６は、ウェハ２０の内部および裏面の欠陥を検査する際に用いられるレンズである。第２レンズ６は、開口数が第１レンズ５よりも小さく、焦点深度が第１レンズ５よりも大きくされている。第２レンズ６の倍率は、例えば５倍とされている。

第３レンズ７、第４レンズ８は、第１レンズ５、第２レンズ６を用いた検査で欠陥が見つかった箇所を詳細に観察するためのレンズであり、第１レンズ５、第２レンズ６よりも倍率が高くされている。例えば、第３レンズ７の倍率は１０倍または２０倍とされ、第４レンズ８の倍率は５０倍とされている。

第１レンズ５～第４レンズ８は、筐体３の下部に配置された回転部９に取り付けられている。回転部９は、使用するレンズを設定するためのものである。回転部９は、制御部１６に接続されており、制御部１６からの入力信号によって駆動する。第１レンズ５～第４レンズ８は回転部９の底面に取り付けられており、回転部９が回転することによって、使用するレンズが第１レンズ５～第４レンズ８のいずれかに設定される。

なお、図１では、使用するレンズとして第１レンズ５が選択された状態を示しており、矢印Ａ１で示すように第１レンズ５を通って筐体３から射出した検査光が、ウェハ２０で反射し、矢印Ａ２で示すように第１レンズ５を通って筐体３に入射している。選択されたレンズによって捕捉された反射光は、矢印Ａ２で示すように、ハーフミラー４を透過して、第１検出部１２または可動ミラー１３に入射する。

第１レンズ５～第４レンズ８とウェハ２０、基板３１との位置関係は、ステージ１０および高さ調整部１１によって調整される。ステージ１０は、検査対象の基板を保持するものである。ステージ１０の上面の一部は、検査対象の基板が載置される平坦な載置面となっている。図１では、載置面にウェハ２０が載置された様子を示している。後述する半導体チップ３０を検査する際には、同様に半導体チップ３０の基板３１が載置面に載置される。

ステージ１０の載置面に平行で互いに垂直な２方向を、それぞれｘ方向、ｙ方向とする。高さ方向、すなわち、ｘ方向、ｙ方向の両方に垂直な方向をｚ方向とする。ステージ１０の載置面は、ステッピングモータ等で構成された図示しないリニアアクチュエータによって、ｘ、ｙ方向に動くようになっている。そして、このように載置面が動くことで、載置面に載置されたウェハ２０、基板３１がｘ、ｙ方向に移動する。これにより、第１レンズ５～第４レンズ８に対するウェハ２０、基板３１のｘ、ｙ方向の位置が調整される。

また、ステージ１０の載置面の角度は、図示しないステッピングモータ等によって変化するようになっている。そして、載置面の角度が変化することで、載置面に載置されたウェハ２０、基板３１の角度が調整される。ステージ１０は、制御部１６に接続されており、載置面の位置と角度は、制御部１６からの入力信号によって設定される。

第１レンズ５～第４レンズ８とウェハ２０、基板３１とのｚ方向の位置関係は、高さ調整部１１によって調整される。高さ調整部１１は、第１レンズ５～第４レンズ８とウェハ２０との距離を複数通りに調整するように構成されている。例えば、高さ調整部１１は、ステッピングモータ等で構成されたリニアアクチュエータとされている。そして、筐体３は高さ調整部１１に取り付けられており、高さ調整部１１の駆動によって筐体３の高さが変わり、第１レンズ５～第４レンズ８とウェハ２０、基板３１とのｚ方向の距離が変化する。高さ調整部１１は制御部１６に接続されており、この距離は制御部１６からの入力信号によって設定される。

第１検出部１２は、第１レンズ５、第２レンズ６によって捕捉された反射光を検出するものである。第１検出部１２は、例えば高感度ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の画像センサを備えたモノクロカメラで構成されている。第１検出部１２は、制御部１６に接続されており、第１検出部１２による反射光の検出結果は、制御部１６に送信される。

可動ミラー１３は、図示しない駆動部によって移動可能とされている。第１レンズ５、第２レンズ６を用いてウェハ２０、基板３１を検査する際には、ハーフミラー４を透過した光が第１検出部１２に入射するように、可動ミラー１３は反射光の経路から外れた場所に配置される。そして、第３レンズ７、第４レンズ８を用いてウェハ２０、基板３１を詳細に観察する際には、可動ミラー１３は、図１で示す場所に移動し、ハーフミラー４を透過した光を反射する。可動ミラー１３で反射した光は、矢印Ａ３で示すように、ミラー１４で反射して、第２検出部１５に入射する。

第２検出部１５は、第３レンズ７、第４レンズ８によって捕捉された光を検出するものである。第２検出部１５は、第１レンズ５、第２レンズ６を用いた検査によって欠陥が見つかった箇所を詳細に観察する際に用いられる。第２検出部１５は、例えば、ＣＣＤ等の画像センサを備えたカラーカメラとされている。第２検出部１５は、制御部１６に接続されており、第２検出部１５による反射光の検出結果は、制御部１６に送信される。

制御部１６は、光源２、ステージ１０等を操作するとともに、第１検出部１２による検出結果等に基づいてウェハ２０および基板３１の異常判定を行うものであり、判定部に相当する。

具体的には、前述したように制御部１６は高さ調整部１１に接続されており、高さ調整部１１は制御部１６からの信号によって駆動し、第１レンズ５、第２レンズ６とウェハ２０との距離を複数通りに調整する。第１検出部１２は、該複数通りに調整された距離それぞれについて、第１レンズ５または第２レンズ６によって捕捉された光を検出する。そして、制御部１６は、該複数通りに調整された距離それぞれについての第１検出部１２による検出結果に基づいて、ウェハ２０の異常判定を行う。

また、制御部１６は、半導体チップ３０の検査工程では、光源２が発生させた光の強度、および、第１検出部１２によって検出された光の強度に基づいて、基板３１の光の反射率を算出し、該算出した反射率に基づいて基板３１の異常判定を行う。

制御部１６は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性リライタブルメモリ、等を有するマイクロコンピュータを備えている。不揮発性リライタブルメモリは、例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、等である。ＥＥＰＲＯＭはElectronically Erasable and Programmable Read Only Memoryの略である。制御部１６は、内蔵メモリに記憶されたプログラムに従って、光源２等を操作し、ウェハ２０等の検査を実行する。

検査装置１による半導体基板の検査方法について説明する。まず、半導体装置の製造工程について説明する。半導体装置の製造工程では、図２に示すステップＳ１０１～ステップＳ１０９の処理が順に行われる。なお、ここでは、ウェハ２０にMOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体素子を形成する場合について説明する。

ステップＳ１０１では、ウェハ２０を所望の枚数でウェハロットへ編成し、ウェハ２０の結晶欠陥を検査し、検出された欠陥の種類と位置情報を取得する。ステップＳ１０１の詳細については後述する。

ステップＳ１０２では、ウェハ２０に拡散層を形成する。また、ウェハ２０の耐圧を保持するために、ウェハ２０よりも低濃度のエピタキシャル成長を行う。なお、トレンチ構造では、高濃度のエピタキシャル成長を行い、半導体素子の構造を形成していく。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０１と同様に、ウェハ２０の結晶欠陥を検査し、検出された欠陥の種類と位置情報を取得する。なお、ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２でエピタキシャル成長によってウェハ２０に形成された層についても検査を行う。

ステップＳ１０４では、ウェハ２０に拡散層、ゲート、層間膜、配線、保護膜等を形成する。これにより、ウェハ２０上に複数の半導体素子が形成される。

ステップＳ１０５では、ウェハ２０を個片化して複数の半導体チップ３０を形成する。具体的には、ウェハ２０に形成された複数の半導体素子の間には、スクライブ領域が形成されており、ステップＳ１０５では、このスクライブ領域をダイシングソー等で削って、ウェハ２０をチップ単位に分割する。これにより、後述する図６に示す半導体チップ３０が複数形成される。

ステップＳ１０６では、半導体チップ３０の電気特性検査を行う。ステップＳ１０７では、半導体チップ３０の表面の外観検査を行う。ステップＳ１０８では、個片化によって半導体チップ３０に生じたダメージの検査を行い、ダメージが検出された半導体チップ３０の情報を取得する。ステップＳ１０８の詳細については後述する。

ステップＳ１０９では、ステップＳ１０１、ステップＳ１０３、ステップＳ１０６～ステップＳ１０８の検査結果に基づいて、半導体チップ３０を選別する。具体的には、いずれかの検査で異常があると判定された半導体チップ３０を除外し、他の半導体チップ３０を出荷する。出荷された半導体チップ３０は、樹脂封止等を行う組付工程に提供される。このように、異常が検出された半導体チップ３０を除外することで、不具合の発生を抑制する。

ステップＳ１０１、ステップＳ１０３の詳細について説明する。ウェハ２０の表面および裏面には、露光時のデフォーカスにより、パターン荒れが生じる場合がある。また、ステップＳ１０２におけるエピタキシャル成長の際に、部材の劣化による昇華が起こることがある。また、ウェハ２０の反りによりガスが回り込み、裏面荒れが生じる場合がある。また、ウェハ２０がＳｉＣで構成される場合には、実効的なＣ／Ｓｉ比の乱れにより、カーボンインクルージョンが発生することがある。また、マイクロパイプのような基板を貫通する空孔欠陥が生じることがある。

ステップＳ１０１、ステップＳ１０３では、図３に示すステップＳ２０１～ステップＳ２０８によって、このようなウェハ２０の表面、裏面のパターン荒れや、内部の欠陥の検査を行う。

ステップＳ２０１～ステップＳ２０３では、ウェハ２０の最表面の結晶欠陥とパターン荒れの検査を行う。ステップＳ２０１にて、制御部１６は、回転部９を操作して、使用するレンズを第１レンズ５に設定する。また、制御部１６は、図示しない駆動部を操作して、可動ミラー１３をウェハ２０からの反射光の経路から外れた位置に移動させる。

続くステップＳ２０２にて、制御部１６は、高さ調整部１１を操作して、第１レンズ５の高さを調整する。ここでは、第１レンズ５の焦点を、図４のｚ１で示す位置、すなわち、ウェハ２０の表面の高さに合わせるように、第１レンズ５のウェハ２０表面からの高さｈを調整する。これにより、ウェハ２０の表面で反射した検査光が第１レンズ５によって良好に捕捉されるようになる。

続くステップＳ２０３にて、制御部１６は、ウェハ２０の最表面全体をスキャンする。具体的には、制御部１６は、光源２を操作してウェハ２０に検査光を照射する。そして、制御部１６は、ステージ１０を操作してウェハ２０が置かれた載置面をｘ、ｙ方向に動かし、ウェハ２０の検査対象となる領域を第１レンズ５の下に移動させる。ウェハ２０で反射した検査光は、第１レンズ５によって捕捉され、第１検出部１２で検出される。制御部１６は、このようなウェハ２０の移動と反射光の検出とを繰り返す。ウェハ２０のｘ、ｙ方向の全体について反射光の検出が完了すると、ｘ、ｙ方向の各位置についての第１検出部１２による検出結果が、制御部１６に送信される。その後、処理はステップＳ２０４に移行する。

ステップＳ２０４～ステップＳ２０７では、ウェハ２０の内部の欠陥と、裏面のパターン荒れの検査を行う。ステップＳ２０４にて、制御部１６は、回転部９を操作して、使用するレンズを第２レンズ６に設定する。続くステップＳ２０５にて、制御部１６は、高さ調整部１１を操作して、第２レンズ６の高さを調整する。具体的には、制御部１６は、第２レンズ６の高さを低くする。

続くステップＳ２０６にて、制御部１６は、ステップＳ２０３と同様にスキャンを行う。すなわち、制御部１６は、ステージ１０を操作してウェハ２０が置かれた載置面をｘ、ｙ方向に動かし、ウェハ２０の検査対象となる領域を第２レンズ６の下に移動させる。ウェハ２０で反射した検査光は、第２レンズ６によって捕捉され、第１検出部１２で検出される。制御部１６は、このようなウェハ２０の移動と反射光の検出とを繰り返す。ウェハ２０のｘ、ｙ方向の全体について反射光の検出が完了すると、ｘ、ｙ方向の各位置についての第１検出部１２による検出結果が、制御部１６に送信される。その後、処理はステップＳ２０７に移行する。ステップＳ２０７にて、制御部１６は、ウェハ２０の裏面までスキャンが完了したか否かを判定する。

ウェハ２０の裏面までスキャンが完了していないと判定されると、処理はステップＳ２０５に移行し、第２レンズ６の高さがさらに低くなる。具体的には、１回目のステップＳ２０５では、第２レンズ６の焦点を図４のｚ２で示す位置に合わせるように、第２レンズ６の高さが調整される。同様に、２回目のステップＳ２０５では、第２レンズ６の焦点をｚ３で示す位置に合わせるように第２レンズ６の高さが調整され、３回目のステップＳ２０５では、第２レンズ６の焦点をｚ４で示す位置に合わせるように第２レンズ６の高さが調整される。そして、４回目のステップＳ２０５では、第２レンズ６の焦点を、ｚ５で示す位置、すなわち、ウェハ２０の裏面の高さに合わせるように、第２レンズ６の高さが調整される。そして、ｚ５で示す位置に焦点を合わせた状態でステップＳ２０６の処理が完了すると、ウェハ２０の裏面までスキャンが完了したと判定される。

このように、ウェハ２０の内部については、第２レンズ６のｚ方向の位置が３通りに調整され、ｚ方向のそれぞれの位置において、ウェハ２０のｘ、ｙ方向における全面スキャンが行われる。ウェハ２０の裏面までスキャンが完了したと判定されると、処理はステップＳ２０８に移行する。

ステップＳ２０８にて、制御部１６は、ステップＳ２０３およびステップＳ２０６で第１検出部１２から送信されたｚ１～ｚ５それぞれについての検出結果に基づいて、ウェハ２０の異常判定を行う。すなわち、制御部１６は、第１レンズ５によって捕捉された光の検出結果、および、第２レンズ６によって捕捉された光の検出結果に基づいて、ウェハ２０の異常判定を行う。具体的には、制御部１６には、第１検出部１２によって撮影されたウェハ２０の画像が送信され、制御部１６は、この画像を解析して、パターン荒れや結晶欠陥等の異常があるか否かを判定する。

例えば、制御部１６には、図５に示すような画像が送信される。図の左右方向、上下方向はそれぞれｘ、ｙ方向である。図５に示すように画像に黒色の部分が存在すると、その位置に欠陥等の異常が存在すると判定される。そして、ｚ１～ｚ５のいずれかの位置で欠陥等が検出された場合には、制御部１６は、ウェハ２０のうち、その欠陥が含まれる部分のｘ、ｙ方向の位置を記憶する。画像に黒色の部分が存在しなければ、そのｘ、ｙ方向の位置には欠陥等の異常が存在しないと判定される。

さらに本実施形態では、制御部１６は、表面と内部の検査結果を統合して、結晶欠陥の種類を識別する。例えば、ウェハ２０のうちｚ１～ｚ４のすべての位置において、図５に示すように欠陥が撮像されると、そのｘ、ｙ方向の位置については、ウェハ２０の表面から内部に至って形成されたカーボンインクルージョンが存在すると判定される。

ウェハ２０のうち、異常があると判定された部分については、第３レンズ７または第４レンズ８を用いた詳細な観察が行われる。この観察では、制御部１６は、図示しない駆動部を操作して、可動ミラー１３を図１に示す位置に移動させる。これにより、反射光が第２検出部１５に入射するようになる。そして、第２検出部１５によってウェハ２０の詳細な画像が撮像され、制御部１６に送信される。ステップＳ２０８の後、処理は終了する。

このように、ステップＳ１０１とステップＳ１０３では、制御部１６は、ウェハ２０の表面のパターン荒れ、内部の結晶欠陥、裏面のパターン荒れの検査を行い、異常がある場所を把握する。

ステップＳ１０１とステップＳ１０３のうちステップＳ１０１のみを行ってもよいが、ステップＳ１０３のように、素子形成工程の途中で検査を行えば、不良が多発する工程を特定することができる。これにより、異物の低減や、露光時のデフォーカスによるパターニング崩れの低減を図ることができる。そして、ウェハ２０の品質を向上させることができる。また、ステップＳ１０１とステップＳ１０３のうち、ステップＳ１０３のみを行ってもよい。

なお、図３に示す検査工程では、制御部１６から光源２へ入力される信号によって、光源２が発生させる検査光の波長が設定され、ウェハ２０に吸収されない波長の光が検査光として用いられる。例えば、ウェハ２０がＳｉＣで構成されている場合には、ウェハ２０に波長５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光が照射される。また、ウェハ２０がＳｉで構成されている場合には、ウェハ２０に波長１１００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の光が照射される。また、ウェハ２０がＣ（炭素）で構成されている場合には、波長３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光がウェハ２０に照射される。

ステップＳ１０８の詳細について説明する。ここでは、図６に示す半導体チップ３０を検査する場合について説明する。図６に示すように、半導体チップ３０は、基板３１と、ポリイミド膜３２と、電極３３とを備えている。基板３１は、ウェハ２０を矩形状に分割することで形成されたものである。ポリイミド膜３２は、図２のステップＳ１０４で形成された保護膜であり、図示しない配線層等を覆うように、基板３１の表面側に形成されている。電極３３は、ステップＳ１０４で形成されたものであり、基板３１の裏面全体を覆っている。

図２のステップＳ１０５では、ダイシングラインにクラックやチッピング等のダメージが発生することがある。ステップＳ１０９で、このようなダメージが発生した半導体チップを出荷し、樹脂封止等を行う組付工程に提供すると、樹脂封止での熱ストレス等によってダメージが進展して半導体素子が破壊され、機能不全が生じるおそれがある。この素子破壊を抑制するために、ステップＳ１０８にてクラック等のダメージを検出し、ダメージが検出された半導体チップをステップＳ１０９で除外する。

ステップＳ１０８では、制御部１６は、図７に示すステップＳ３０１～ステップＳ３０５によって、基板３１を検査する。まず、ステップＳ３０１にて、制御部１６は、図示しない搬送装置を操作して、図示しないチップトレイに収納された複数の半導体チップ３０から１つをピックアップし、ステージ１０に載置する。そして、制御部１６は、ステージ１０を操作して載置面の角度を調整し、半導体チップ３０の平行合わせをする。また、制御部１６は、回転部９を操作して、使用するレンズを第１レンズ５または第２レンズ６に設定する。また、制御部１６は、図示しない駆動部を操作して、可動ミラー１３を半導体チップ３０からの反射光の経路から外れた位置に移動させる。

続くステップＳ３０２にて、制御部１６は、光源２を操作して基板３１に検査光を照射する。検査光は基板３１で反射し、ステップＳ３０１で設定されたレンズによって捕捉される。そして、制御部１６は、このレンズによって捕捉された反射光の強度を第１検出部１２で検出しながら、ステージ１０を操作して基板３１をｘ、ｙ方向に移動させ、図８に示すように検査光を走査する。図８において、矢印Ａ４は、検査光の走査経路を示している。なお、ステップＳ３０２では、第１レンズ５または第２レンズ６が用いられる。

検査光は、基板３１の上面側から、半導体素子とチップ端部との間の領域に照射される。例えば、検査光は、半導体素子の上層膜であるポリイミド膜３２と、基板３１の端部であるダイシングラインとの間であって、基板３１の端部から数十μｍ離れた位置に照射される。そして、制御部１６は、基板３１の角部を照射開始地点として、ポリイミド膜３２の周囲を回るように基板３１の外周部の４辺を検査光で走査し、１周して照射開始地点に戻ると走査を終了する。

検査光の照射スポットＳの直径は、例えば２５μｍとされるが、場合により約１０μｍまで小さくしてもよい。また、検査光の走査ステップ、すなわち、隣り合う２つの照射スポットＳの中心間の距離は、例えば１０μｍとされるが、場合により１μｍ～２０μｍの間で変化させてもよい。

続くステップＳ３０３にて、制御部１６は、図示しない搬送装置を操作して、ステージ１０の上の半導体チップ３０を図示しないチップトレイに戻す。続くステップＳ３０４にて、制御部１６は、図示しないチップトレイに収納されたすべての半導体チップ３０について、ステップＳ３０２のスキャン処理が完了したか否かを判定する。

すべての半導体チップ３０についてスキャン処理が完了していないと判定されると、処理はステップＳ３０１に移行する。そして、図示しないチップトレイに収納された複数の半導体チップ３０から、スキャン処理の完了していない１つの半導体チップ３０がピックアップされて、ステージ１０に載置される。すべての半導体チップ３０についてスキャン処理が完了したと判定されると、処理はステップＳ３０５に移行する。

ステップＳ３０５にて、制御部１６は、各半導体チップ３０の異常判定を行う。具体的には、制御部１６は、各半導体チップ３０について、ステップＳ３０２で光源２に発生させた光の強度と、第１検出部１２によって検出された反射光の強度とに基づいて、基板３１の光の反射率を算出する。そして、制御部１６は、該算出した反射率に基づいて基板３１の異常判定を行う。反射率は、例えば図９に示すようになる。図９の横軸は検査光を走査した距離であり、ここでは、１つの半導体チップ３０の１辺を走査した分の反射率の算出結果を図示している。

検査光の一部は基板３１の表面で反射して基板３１の上方に進み、残りの一部は基板３１の内部を進んで電極３３で反射し、基板３１の内部を通って基板３１の表面から上方に射出される。図１０の白矢印で示すように、基板３１にダメージが発生していない正常部では、検査光があまり散乱せずにまっすぐ進むため、検出される反射光の強度が、高い値でほぼ一定となる。これにより、算出される反射率が、高い値でほぼ一定となる。

一方、クラックやチッピング等のダメージがある異常部では、図１１の白矢印で示すように、検査光が基板３１の内部のダメージによって散乱するため、基板３１の表面から上方へ射出される光の強度が低下する。これにより、算出される反射率が、正常部に比べて低下する。

この反射率の低下から、ダメージを検出することができる。例えば図９の破線で囲まれた部分は、正常部に対応しており、反射率が高い値でほぼ一定となっている。一方、一点鎖線で囲まれた部分は、ダメージが発生した異常部に対応しており、正常部に対応する部分に比べて、反射率が大きく低下している。このように反射率の低下が検出されると、制御部１６は、該当する半導体チップ３０に異常があると判定する。一方、半導体チップ３０の全体で反射率が高い値でほぼ一定であれば、制御部１６は該当する半導体チップ３０に異常がないと判定する。

反射率の低下は、例えば、算出された反射率と所定の閾値との比較によって検出される。この閾値は、半導体チップ３０に対する樹脂封止以降の応力と素子破壊との相関から決定される。

なお、反射率の下がり方は、欠陥の種類によって変化する。例えば図９では、チッピングによる反射率の低下を示しているが、他のダメージがある場合には、反射率が図９に示すグラフとは異なる下がり方をする。また、基板に結晶欠陥がある場合にも反射率が低下するが、この場合には、反射率がチッピング等のダメージがある場合とは異なる下がり方をする。具体的には、ダメージがある場合と結晶欠陥がある場合との両方で反射率が低下するが、ダメージがある場合には、反射率がより大きく低下し、ほぼ０になる。制御部１６は、反射率の低下を検出すると、さらに、反射率の下がり方から、欠陥の種類を判定する。例えば、正常な基板の反射率の標準偏差をσとして、制御部１６は、反射率の低下を検出すると、その反射率が３σ値から外れた場合に、チッピング等のダメージが存在すると判定する。

異常があると判定された半導体チップ３０については、第３レンズ７または第４レンズ８を用いた詳細な観察が行われる。この観察では、可動ミラー１３が図１に示す位置に移動して、反射光が第２検出部１５に入射するようになる。そして、第２検出部１５によって半導体チップ３０の詳細な画像が撮像され、制御部１６に送信される。すべての半導体チップ３０について異常判定が完了すると、制御部１６は処理を終了する。

なお、図７に示す工程においても、図３に示す工程と同様に、基板３１に吸収されない波長の光が検査光として用いられる。すなわち、基板３１がＳｉＣで構成されている場合には、基板３１に波長５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光が照射される。また、基板３１がＳｉで構成されている場合には、基板３１に波長１１００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の光が照射される。また、基板３１がＣで構成されている場合には、波長３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光が基板３１に照射される。

以上説明したように、本実施形態では、半導体チップ３０に検査光を照射し、検査光の反射率に基づいて異常判定を行っている。そして、クラック等のダメージが含まれる基板では、正常な基板に比べて光の反射率が低下する。また、反射率の下がり方は、欠陥の種類によって変わる。したがって、上記のように反射率を算出することで、欠陥の種類を識別することが可能になり、結晶状態を良好に把握することができる。

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）第２レンズ６とウェハ２０との距離を複数通りに調整し、複数通りに調整された距離それぞれについての第１検出部１２による検出結果に基づいて、ウェハ２０の異常判定を行っている。複数の検出結果を統合することにより、例えば、ウェハ２０の表層部のみに存在する欠陥と、ウェハ２０の厚さ方向の全体にわたって存在する欠陥とを識別することが可能になり、結晶状態をさらに良好に把握することができる。

（２）第１レンズ５でウェハ２０の表面からの反射光を捕捉し、第１レンズ５よりも焦点深度の大きい第２レンズ６でウェハ２０の内部と裏面からの反射光を捕捉している。これにより、ウェハ２０の表面の欠陥を検査する際に、ウェハ２０の裏面やステージ１０の映り込みを抑制するとともに、ウェハ２０の内部および裏面の欠陥を検出することが可能になり、欠陥の種類の識別精度が向上する。

（３）検査対象の基板に吸収されない波長の光が検査光として用いられる。これにより、欠陥を良好に捕捉することが可能になり、異常判定の精度が向上する。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

例えば、上記第１実施形態では、可視光を検査光として用いたが、不可視光を検査光として用いてもよい。例えば、赤外光を検査光として用いてもよい。また、図３に示す検査工程と図７に示す検査工程の両方を行うことで、基板の状態をより良好に把握することができるが、これらの検査工程のうち一方のみを行ってもよい。

また、上記第１実施形態では、高さ調整部１１によって第１レンズ５、第２レンズ６とウェハ２０との距離を調整したが、ステージ１０の載置面をｚ方向に動かすことによって、この距離を複数通りに調整してもよい。例えば、ステッピングモータ等で構成されたリニアアクチュエータによって、載置面をｚ方向に動かすことができる。このようにステージ１０によって上記の距離を複数通りに調整する場合には、ステージ１０は調整部に相当する。

また、上記第１実施形態では、第１レンズ５、第２レンズ６の高さを合わせて５通りに調整したが、この高さを２～４通りに調整してもよいし、６通り以上に調整してもよい。すなわち、第２レンズ６の高さを１～３通りに調整してもよいし、５通り以上に調整してもよい。

また、上記第１実施形態では、ウェハ２０の検査対象となる場所によって第１レンズ５と第２レンズ６とを使い分けているが、いずれか一方のレンズでウェハ２０の表面から裏面までを検査してもよい。例えば、第１レンズ５を用いてウェハ２０の表面から裏面までを検査すると、反射光を鮮明に捕捉することのできる範囲が狭くなるが、複数の位置における検査結果を統合することで、欠陥の種類をある程度の精度で識別することができる。

また、ステップＳ１０１、Ｓ１０３の結果に基づいて、異常のある半導体チップ３０を除外し、他の半導体チップ３０についてのみステップＳ１０６～Ｓ１０９を行ってもよいし、すべての半導体チップ３０についてステップＳ１０６～Ｓ１０９を行ってもよい。すべての半導体チップ３０についてステップＳ１０６等を行う場合には、反射率の下がり方から、基板３１の異常がウェハ２０に存在した結晶欠陥であるかダイシングによるダメージであるかを識別することができる。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

２ 光源
５ 第１レンズ
６ 第２レンズ
１０ ステージ
１１ 高さ調整部
１２ 第１検出部
１６ 制御部

Claims (11)

1. 半導体基板の検査装置であって、
   光を発生させて検査対象である基板に照射する光源（２）と、
   前記基板に照射されて反射した光を捕捉するレンズ（５、６）と、
   前記レンズによって捕捉された光を検出する検出部（１２）と、
   前記光源が発生させた光の強度、および、前記検出部によって検出された光の強度に基づいて、前記基板の光の反射率を算出し、該算出した反射率に基づいて前記基板の異常判定を行う判定部（１６）と、を備える半導体基板の検査装置。
2. 前記基板と前記レンズとの距離を複数通りに調整する調整部（１０、１１）を備え、
   前記検出部は、該複数通りに調整された距離それぞれについて、前記レンズによって捕捉された光を検出し、
   前記判定部は、
   該算出した反射率に基づいて前記基板の異常判定を行うとともに、
   該複数通りに調整された距離それぞれについての前記検出部による検出結果に基づいて、前記基板の異常判定を行う請求項１に記載の半導体基板の検査装置。
3. 半導体基板の検査装置であって、
   光を発生させて検査対象である基板に照射する光源（２）と、
   前記基板に照射されて反射した光を捕捉するレンズ（５、６）と、
   前記基板と前記レンズとの距離を複数通りに調整する調整部（１０、１１）と、
   該複数通りに調整された距離それぞれについて、前記レンズによって捕捉された光を検出する検出部（１２）と、
   該複数通りに調整された距離それぞれについての前記検出部による検出結果に基づいて、前記基板の異常判定を行う判定部（１６）と、を備える半導体基板の検査装置。
4. 前記レンズを２つ備え、
   ２つの前記レンズをそれぞれ第１レンズ（５）、第２レンズ（６）として、
   前記第２レンズは、前記第１レンズよりも焦点深度が大きくされており、
   前記判定部は、前記調整部によって前記第１レンズの焦点が前記基板の表面に合わせられたときの前記検出部による検出結果、および、前記調整部によって前記第２レンズの焦点が前記基板の内部または裏面に合わせられたときの前記検出部による検出結果に基づいて、前記基板の異常判定を行う請求項２または３に記載の半導体基板の検査装置。
5. 半導体基板の検査方法であって、
   検査対象である基板に光を照射することと、
   前記基板に照射されて反射した光をレンズ（５、６）によって捕捉することと、
   前記レンズによって捕捉された光を検出することと、
   前記基板に照射した光の強度、および、該検出された光の強度に基づいて、前記基板の光の反射率を算出し、該算出した反射率に基づいて前記基板の異常判定を行うことと、を備える半導体基板の検査方法。
6. 前記基板と前記レンズとの距離を複数通りに調整することと、
   該複数通りに調整された距離それぞれについて、前記レンズによって捕捉された光を検出することと、
   該検出することにおける該複数通りに調整された距離それぞれについての検出結果に基づいて、前記基板の異常判定を行うことと、を備える請求項５に記載の半導体基板の検査方法。
7. 半導体基板の検査方法であって、
   検査対象である基板に光を照射することと、
   前記基板に照射されて反射した光をレンズ（５、６）によって捕捉することと、
   前記基板と前記レンズとの距離を複数通りに調整することと、
   該複数通りに調整された距離それぞれについて、前記レンズによって捕捉された光を検出することと、
   該検出することにおける該複数通りに調整された距離それぞれについての検出結果に基づいて、前記基板の異常判定を行うことと、を備える半導体基板の検査方法。
8. 第１レンズ（５）の焦点が前記基板の表面に合うように前記基板と前記第１レンズとの距離を調整することと、
   該調整することの後、前記基板に照射されて反射した光を前記第１レンズによって捕捉することと、
   前記第１レンズによって捕捉された光を検出することと、
   前記第１レンズよりも焦点深度の大きい第２レンズ（６）の焦点が前記基板の内部または裏面に合うように前記基板と前記第２レンズとの距離を調整することと、
   該調整することの後、前記基板に照射されて反射した光を前記第２レンズによって捕捉することと、
   前記第２レンズによって捕捉された光を検出することと、
   前記第１レンズによって捕捉された光の検出結果、および、前記第２レンズによって捕捉された光の検出結果に基づいて、前記基板の異常判定を行うことと、を備える請求項６または７に記載の半導体基板の検査方法。
9. 前記基板は、炭化珪素で構成されており、
   前記照射することでは、前記基板に波長が５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光を照射する請求項５ないし８のいずれか１つに記載の半導体基板の検査方法。
10. 前記基板は、珪素で構成されており、
    前記照射することでは、前記基板に波長が１１００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の光を照射する請求項５ないし８のいずれか１つに記載の半導体基板の検査方法。
11. 前記基板は、炭素で構成されており、
    前記照射することでは、前記基板に波長が３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光を照射する請求項５ないし８のいずれか１つに記載の半導体基板の検査方法。

Images