JP2023128225A - 半導体素子の画像検査方法と半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体素子の画像検査方法において、検査範囲に特徴点が存在しない場合でも欠陥を正確に検出する。【解決手段】 半導体素子の画像検査方法であって、前記半導体素子の下面の各検査範囲内にアライメントマークを形成する工程と、前記検査範囲ごとに上面検査画像と下面検査画像を撮影する工程と、画像検査装置による画像検査を実施する工程を有する。前記画像検査装置が、上面正常画像と下面正常画像を記憶している。前記画像検査では、前記画像検査装置が、前記検査範囲ごとに、前記下面検査画像に含まれる前記アライメントマークの位置と前記下面正常画像に含まれる前記アライメントマークの位置を基準として前記上面検査画像と前記上面正常画像を比較することで、前記上面検査画像に欠陥が含まれるか否かを判定する。【選択図】図７

Description

本明細書に開示の技術は、半導体素子の画像検査方法と半導体素子の製造方法に関する。

特許文献１には、半導体基板の表面マークと裏面のマークの相対位置を高精度に検出する技術が開示されている。

特開２０１５－０８４４３７号公報

半導体素子の表面を複数の検査範囲に区画し、各検査範囲の画像を撮影し、撮影した各検査範囲の画像を正常画像と比較することで半導体素子の表面の欠陥を検出する技術が存在する。この種の技術では、特徴点が存在しない検査範囲では、検査範囲の画像と正常画像の相対的な位置関係を特定することが困難となり、欠陥を正確に検出することができない。例えば、検査範囲に素子パターンの角部が存在する場合には、検査範囲の画像と正常画像とで素子パターンの角部が一致するように位置合わせした状態でこれらの画像を比較することで欠陥を正確に検出することができる。これに対し、特徴点（例えば、素子パターンの角部等）が検査範囲に存在しない場合には、検査範囲の画像と正常画像との間で位置合わせを行うことができず、欠陥を正確に検出することができない。本明細書では、検査範囲に特徴点が存在しない場合でも欠陥を正確に検出することが可能な画像検査方法を提案する。

本明細書が開示する半導体素子（１４）の画像検査方法においては、前記半導体素子が、複数の検査範囲（５０）を備えている。前記画像検査方法が、前記半導体素子の下面（１０ｂ）の前記各検査範囲内にアライメントマーク（２０）を形成する工程と、前記半導体素子の前記検査範囲ごとに前記半導体素子の上面の画像である上面検査画像と前記半導体素子の前記下面の画像である下面検査画像を撮影する工程と、画像検査装置による画像検査を実施する工程、を有する。前記画像検査装置が、前記半導体素子の前記検査範囲ごとに、前記半導体素子の前記上面の正常画像である上面正常画像と前記半導体素子の前記下面の正常画像である下面正常画像を記憶している。前記各下面正常画像が、前記アライメントマークを含む画像である。前記画像検査では、前記画像検査装置が、前記検査範囲ごとに、前記下面検査画像に含まれる前記アライメントマークの位置と前記下面正常画像に含まれる前記アライメントマークの位置を基準として前記上面検査画像と前記上面正常画像を比較することで、前記上面検査画像に欠陥が含まれるか否かを判定する。

この画像検査方法では、半導体素子の検査範囲ごとに上面検査画像と下面検査画像を撮影する。下面検査画像には、アライメントマークが含まれる。画像検査では、下面検査画像に含まれるアライメントマークの位置と下面正常画像に含まれるアライメントマークの位置を基準として上面検査画像と上面正常画像を比較する。すなわち、下面検査画像に含まれるアライメントマークと下面正常画像に含まれるアライメントマークを用いて上面検査画像と上面正常画像の相対位置を特定し、その相対位置に基づいて上面検査画像と上面正常画像を比較する。このため、半導体素子の上面に特徴点が存在しなくても、上面検査画像と上面正常画像の間で位置合わせを行うことができる。このため、この検査方法によれば、検査範囲に特徴点が存在しない場合でも欠陥を正確に検出することができる。

半導体ウエハの平面図。 上面基準マーク形成後の半導体ウエハの平面図。 上面基準マーク形成後の半導体ウエハの断面図。 半導体素子形成後の半導体ウエハの平面図。 半導体素子の拡大平面図。 半導体素子の検査範囲を示す拡大平面図。 アライメントマーク形成後の半導体素子の拡大平面図。 アライメントマーク形成後の検査範囲の断面図。 上面基準マークによる位置出しを示す図。 画像検査装置６０の説明図。 アライメントマークの位置の説明図。 アライメントマークの位置の差の説明図。 上面検査画像と上面正常画像を重ね方の説明図。 下面基準マーク形成後の半導体ウエハの平面図。 下面基準マーク形成後の半導体ウエハの断面図。 画像検査装置７０の説明図。 上面検査画像と上面正常画像を重ね方の説明図。 アライメントマークの他の形態の説明図。 アライメントマークの他の形態の説明図。 アライメントマークの他の形態の説明図。 アライメントマークの他の形態の説明図。

本明細書が開示する一例の画像検査方法においては、前記半導体素子が半導体ウエハ（１０）に設けられていてもよい。前記半導体ウエハが、光透過性を有していてもよい。

前記半導体ウエハが光透過性を有する場合において、前記上面検査画像と前記下面検査画像を撮影する工程が、前記半導体素子の上面側から前記上面検査画像を撮影する工程と、前記半導体素子の上面側から前記半導体ウエハを透過して見える前記下面の画像を前記下面検査画像として撮影する工程を有していてもよい。

この構成によれば、半導体素子の上面側から上面検査画像と下面検査画像を撮影することができる。

前記半導体ウエハが光透過性を有する場合において、前記半導体ウエハが、その上面に設けられた上面基準マーク（１２）を有していてもよい。前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する前記工程では、前記半導体ウエハの下面側から前記上面基準マークを撮影することによって位置出して前記アライメントマークを形成してもよい。

この構成によれば、上面基準マークを基準に位置出しして下面にアライメントマークを形成できる。

本明細書が開示する一例の画像検査方法においては、前記半導体素子が半導体ウエハに設けられていてもよい。前記半導体ウエハが、その上面に設けられた上面基準マークを有していてもよい。前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する前記工程が、前記上面基準マークを基準に位置出して前記半導体ウエハの下面に下面基準マーク（１３）を形成する工程と、前記下面基準マークを基準に位置出して前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する工程、を有していてもよい。

この構成によれば、上面基準マークを基準に位置出しして下面にアライメントマークを形成できる。

上記の画像検査方法においては、前記画像検査では、前記上面基準マークと前記下面基準マークの相対位置を検出し、前記相対位置と前記下面検査画像に含まれる前記アライメントマークの位置と前記下面正常画像に含まれる前記アライメントマークの位置を基準として前記上面検査画像と前記上面正常画像を比較してもよい。

この構成によれば、上面基準マークと下面基準マークの相対位置のずれの影響を補正した状態で、上面検査画像と上面正常画像を比較することができる。したがって、欠陥をより正確に検出することができる。

本明細書が開示する一例の画像検査方法は、前記画像検査の実施後に、前記アライメントマークを除去する工程をさらに有していてもよい。

本明細書が開示する一例の画像検査方法においては、前記上面検査画像と前記下面検査画像を撮影する撮影装置が、前記半導体素子の前記上面を撮影する上側カメラ（７４）と、前記上側カメラと同時に配置されているとともに前記半導体素子の前記下面を撮影する下側カメラ（７５）を有していてもよい。

この構成によれば、上面検査画像と下面検査画像の位置ずれを抑制できる。

実施例１の半導体素子の製造方法について説明する。実施例１の製造方法は、半導体素子に対する画像検査方法を含んでいる。図１は、半導体素子の製造に用いる半導体ウエハ１０を示している。半導体ウエハ１０は、円板形状を有している。半導体ウエハ１０の外周面には、オリエンテーションフラット１０ｃが設けられている。実施例１では、半導体ウエハ１０は、ＧａＮ、ＳｉＣ等の光透過性を有する材料によって構成されている。

（上面基準マーク形成工程）
まず、上面基準マーク形成工程を実施する。上面基準マーク形成工程では、図２、３に示すように、半導体ウエハ１０の上面１０ａに、上面基準マーク１２を形成する。上面基準マーク１２は、光学的に検出可能なマークである。例えば、上面基準マーク１２は、上面１０ａに設けられた凹部であってもよい。上面基準マーク１２は、半導体ウエハ１０の外周面（例えば、オリエンテーションフラット１０ｃなど）を基準に位置出しして形成される。上面基準マーク１２は、上面１０ａのうちの半導体素子が形成されない外周部に形成される。

（半導体素子構造形成工程）
次に、半導体素子形成工程を実施する。半導体素子形成工程では、図４に示すように、半導体ウエハ１０の上面１０ａに対して加工を行うことによって、半導体ウエハ１０に複数の半導体素子１４を形成する。例えば、半導体素子形成工程では、半導体ウエハ１０の上面１０ａに対して、イオン注入、エピタキシャル成長、エッチング等を行うことで、複数の半導体素子１４を形成する。半導体素子１４は、上面基準マーク１２を基準に位置出しして形成される。図５は、１つの半導体素子１４の上面１０ａ（すなわち、１つの半導体素子１４の範囲内の半導体ウエハ１０の上面１０ａ）の拡大平面図を例示している。半導体素子１４は、上面１０ａに２つの素子領域１４ａを有している。各素子領域１４ａには、トレンチ型のＦＥＴが形成されている。このため、各素子領域１４ａ内にトレンチによって構成された縞模様が現れている。なお、図５以外の図では、図の見やすさのため、各素子領域１４ａ内の縞模様の図示を省略している。後に詳述するが、半導体素子１４の上面１０ａに対して、画像検査が実施される。画像検査では、図６に示すように、半導体素子１４の上面１０ａを複数の検査範囲５０に区画し、各検査範囲５０に対して検査を行う。図６に示す検査範囲５０ｘには、素子領域１４ａの外周縁等の特徴点が含まれていない。実施例１の画像検査方法では、特徴点を含まない検査範囲５０ｘに対しても適切に検査を行うことができる。

（アライメントマーク形成工程）
次に、アライメントマーク形成工程を実施する。アライメントマーク形成工程では、図７、８に示すように、半導体素子１４の下面１０ｂに複数のアライメントマーク２０を形成する。ここでは、各半導体素子１４の各検査範囲５０内にアライメントマーク２０を形成する。ここでは、上面基準マーク１２を基準に位置出しして各アライメントマーク２０を形成する。実施例１では、半導体ウエハ１０の下面１０ｂに所定形状の膜によって構成されたアライメントマーク２０を形成する。より詳細には、まず、半導体ウエハ１０の下面１０ｂを覆う膜を形成する。次に、図９に示すように、半導体ウエハ１０の下面１０ｂ（すなわち、膜で覆われた下面１０ｂ）が上向きとなるように半導体ウエハ１０を露光装置のステージ４０上に載置する。露光装置は、半導体ウエハ１０を上側から撮影するカメラ４２を有している。次に、カメラ４２によって上面基準マーク１２を撮影する。上述したように半導体ウエハ１０は光透過性を有しているので、カメラ４２によって下面１０ｂ側から上面基準マーク１２を撮影することができる。次に、カメラ４２で撮影した上面基準マーク１２を基準に位置出して、フォトリソグラフィによって、半導体ウエハ１０の下面１０ｂ（すなわち、膜の表面）を覆うマスクを形成する。次に、マスクを用いて膜をエッチングすることによって、図７、８に示すように各半導体素子１４の各検査範囲５０内にアライメントマーク２０を形成する。アライメントマーク２０を構成する膜は、半導体ウエハ１０よりも光透過率が低い膜が好ましい。例えば、アライメントマーク２０を構成する膜が、ポリシリコン、金属膜（例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ等）によって構成されていてもよい。上述したように、半導体素子１４の上面側の構造は上面基準マーク１２を基準に位置出しして形成されている。このため、上面基準マーク１２を基準に位置出ししてアライメントマーク２０を形成することで、アライメントマーク２０を半導体素子１４の上面側の構造に対して高い位置精度で形成することができる。

（画像検査工程）
次に、画像検査工程を実施する。画像検査工程では、各半導体素子１４の各検査範囲５０に対して上面１０ａの撮影を行い、上面１０ａにおける欠陥の有無を検査する。画像検査工程では、図１０に示す画像検査装置６０を使用する。画像検査装置６０は、ステージ６２、カメラ６４、記憶装置６６、及び、演算回路６８を有している。まず、図１０に示すように、ステージ６２上に半導体ウエハ１０を載置する。ここでは、上面１０ａが上側を向く向きでステージ６２上に半導体ウエハ１０を載置する。ステージ６２は、中央に孔６２ａを有する中空ステージである。このため、各アライメントマーク２０によって構成される半導体ウエハ１０の下面１０ｂの凹凸形状がステージ６２に接触しない。ステージ６２は、半導体ウエハ１０の下面１０ｂの外周部を支持する。なお、半導体ウエハ１０の下面１０ｂの全体がステージ６２に接触しても問題がない場合には、ステージ６２は中空ステージでなくてもよい。

画像検査装置６０は、カメラ６４とステージ６２（すなわち、半導体ウエハ１０）を図７、１０のｘ方向及びｙ方向に沿って相対移動させることができる。このため、カメラ６４の撮影範囲を半導体ウエハ１０に対してｘ方向及びｙ方向に沿って移動させることができる。なお、ｘ方向は、半導体ウエハ１０の上面１０ａと平行な一方向である。また、ｙ方向は、半導体ウエハ１０の上面１０ａと平行であるとともにｘ方向に直交する方向である。ステージ６２上に半導体ウエハ１０を載置したら、演算回路６８に検査プログラムを実行させる。すると、演算回路６８が、カメラ６４によって上面基準マーク１２を撮影する。これによって、演算回路６８は、カメラ６４と半導体ウエハ１０の相対的な位置出しを行う。このように位置出しを行うことで、カメラ６４の撮影範囲を、半導体ウエハ１０に対して正確に制御することが可能となる。なお、他の実施例においては、上面基準マーク１２を撮影するカメラがカメラ６４とは別に設けられていてもよい。

次に、演算回路６８は、各半導体素子１４に対して、画像検査を実施する。図７に示すように、１つの半導体素子１４に対して複数の検査範囲５０が設定されている。演算回路６８は、各検査範囲５０に対して画像検査を実施する。演算回路６８は、まず、複数の検査範囲５０の中から１つ検査範囲５０を選択し、選択した検査範囲５０に対応する座標にカメラ６４の撮影範囲を移動させる。次に、演算回路６８は、カメラ６４の焦点を上面１０ａに合わせた状態で撮影を行う。これによって、選択した検査範囲５０の上面１０ａの画像（以下、上面検査画像という）が撮影される。次に、演算回路６８は、カメラ６４の撮影範囲を移動させることなく、カメラ６４の焦点を下面１０ｂに合わせた状態で撮影を行う。半導体ウエハ１０が光透過性を有するので、カメラ６４によって上面１０ａ側から下面１０ｂを撮影することができる。これによって、選択した検査範囲５０の下面１０ｂの画像（以下、下面検査画像という）が撮影される。検査範囲５０の下面１０ｂにアライメントマーク２０が形成されているので、下面検査画像にはアライメントマーク２０が含まれる。このように、演算回路６８は、選択した検査範囲５０の上面検査画像と下面検査画像を撮影する。このように焦点を変更することによって上面検査画像と下面検査画像を撮影すると、同軸上で上面検査画像と下面検査画像を撮影することができる。したがって、上面検査画像と下面検査画像の間での撮影範囲のずれを抑制できる。

次に、演算回路６８は、記憶装置６６にアクセスして上面正常画像と下面正常画像を読み出す。まず、上面正常画像と下面正常画像について説明する。上面正常画像と下面正常画像は、欠陥を有さない半導体素子１４の検査範囲５０の上面１０ａと下面１０ｂを撮影した画像である。上面正常画像と下面正常画像は、全ての検査範囲５０に対して撮影されている。上面正常画像と下面正常画像の撮影は、予め画像検査装置６０で撮影されたものである。全ての検査範囲５０の上面正常画像と下面正常画像が、記憶装置６６に記憶されている。演算回路６８は、選択した検査範囲５０の上面検査画像と下面検査画像を撮影すると、その検査範囲５０の上面正常画像と下面正常画像を記憶装置６６から読み出す。

次に、演算回路６８は、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク２０の位置の差（Δｘ，Δｙ）を算出する。例えば、図１１に示すように、演算回路６８は、下面検査画像の撮影範囲内において、アライメントマーク２０の中心位置の座標（ｘ１，ｙ１）を特定する。同様に、演算回路６８は、下面正常画像の撮影範囲内において、アライメントマーク２０の中心位置の座標（ｘ２，ｙ２）を特定する。そして、Δｘ＝ｘ１－ｘ２、Δｙ＝ｙ１－ｙ２の数式により、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク２０の位置の差（Δｘ，Δｙ）を算出する。また、他の例では、演算回路６８は、図１２に示すように、下面検査画像と下面正常画像との間でアライメントマーク２０が一致するように下面検査画像と下面正常画像を重ね、このときの下面検査画像と下面正常画像のｘ方向及びｙ方向における位置の差（Δｘ，Δｙ）を算出してもよい。図１１、１２のいずれの方法でも、差（Δｘ，Δｙ）を算出することができる。

次に、演算回路６８は、図１３に示すように、上面検査画像に上面正常画像を重ねる。このとき、演算回路６８は、下面検査画像と下面正常画像の間の位置の差（Δｘ，Δｙ）と同じ量だけ位置をずらした状態で上面検査画像に上面正常画像を重ねる。このように上面検査画像に上面正常画像を重ねると、上面検査画像に対して、その上面検査画像と実質的に同一部分の正常な半導体素子１４の画像を正確に重ね合わせることができる。このように上面検査画像に上面正常画像を重ね合わせることで、演算回路６８は、上面検査画像の上面正常画像に対する相違点を欠陥として検出する。

演算回路６８は、全ての半導体素子１４の全ての検査範囲５０に対して、画像検査を実施する。これによって、演算回路６８は、各半導体素子１４の各検査範囲５０に対して、欠陥の有無を検出する。画像検査で欠陥が検出された半導体素子１４に対しては、マーキングが施される。

（下面研磨工程）
次に、下面研磨工程を実施する。下面研磨工程では、半導体ウエハ１０の下面１０ｂを研磨することによって、全てのアライメントマーク２０を除去する。

次に、各半導体素子１４の上面１０ａに、電極（例えば、ＦＥＴのソース電極、信号電極パッド等）を形成する。次に、半導体ウエハ１０の下面１０ｂの全域に電極（例えば、ＦＥＴのドレイン電極）を形成する。次に、半導体ウエハ１０を複数の半導体素子１４のチップに分割する。その後、欠陥が検出された半導体素子１４を除去し、正常な半導体素子１４を出荷する。このように、この製造方法によれば、上面に欠陥を有さない半導体素子１４を製造できる。

以上に説明したように、実施例１の画像検査方法では、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク２０の位置の差（Δｘ，Δｙ）を特定する。そして、アライメントマーク２０の位置の差と同様にずらした位置で上面検査画像と上面正常画像を重ねて比較する。アライメントマーク２０と半導体素子１４の上面側の構造が共に上面基準マーク１２を基準に位置出しして形成されているので、アライメントマーク２０は半導体素子１４の上面側の構造に対して高い位置精度で形成されている。また、上面検査画像と下面検査画像はカメラ６４によって同軸上で撮影されているので、上面検査画像と下面検査画像の撮影範囲のｘ方向及びｙ方向におけるずれは小さい。同様に、上面正常画像と下面正常画像の撮影範囲のｘ方向及びｙ方向におけるずれは小さい。このため、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク２０の位置の差は、上面検査画像と上面正常画像の間における撮影範囲のずれと略一致する。したがって、アライメントマーク２０の位置の差と同様にずらした位置で上面検査画像と上面正常画像を重ねることで、検査対象の半導体素子１４の検査範囲５０の画像に対して正常な半導体素子１４の実質的に同一の部分の画像を正確に重ね合わせることができる。このため、半導体素子１４の欠陥を正確に検出することができる。したがって、この画像検査方法によれば、検査範囲５０内の上面１０ａに特徴点が無い場合でも、正確に欠陥を検出することができる。特に、欠陥の誤検出を抑制できる。例えば、図５のようにｘ方向に伸びる縞模様を有する素子領域１４ａの画像検査において上面検査画像と上面正常画像を正確に合わせることができないと、トレンチどうしの位置がずれている範囲全体が欠陥として誤検出される。これに対し、実施例１の画像検査方法によれば、上面検査画像と上面正常画像を正確に合わせることができ、欠陥の誤検出を抑制できる。

実施例２の半導体素子の製造方法について説明する。実施例２で使用する半導体ウエハ１０は、光透過性を有していてもよいし、光透過性を有していなくてもよい。実施例２の製造方法では、実施例１と同様にして、図４、５に示す状態まで半導体ウエハ１０を加工する。

（下面基準マーク形成工程）
次に、下面基準マーク形成工程を実施する。下面基準マーク形成工程では、図１４、図１５に示すように、半導体ウエハ１０の下面１０ｂに下面基準マーク１３を形成する。下面基準マーク１３は、光学的に検出可能なマークである。例えば、下面基準マーク１３が、下面１０ｂに設けられた凹部であってもよい。下面基準マーク１３は、上面基準マーク１２を基準に位置出しして形成される。下面基準マーク１３は、下面１０ｂのうちの半導体素子１４が形成されていない外周部に形成される。

（アライメントマーク形成工程）
次に、アライメントマーク形成工程を実施する。アライメントマーク形成工程では、図７、８と同様に、半導体ウエハ１０の下面１０ｂに複数のアライメントマーク２０を形成する。ここでは、各半導体素子１４の各検査範囲５０内にアライメントマーク２０を形成する。ここでは、下面基準マーク１３を基準に位置出しして各アライメントマーク２０を形成する。半導体素子１４の上面側の構造は上面基準マーク１２を基準に位置出しして形成されている。下面基準マーク１３は上面基準マーク１２を基準に位置出しして形成されている。したがって、アライメントマーク２０を下面基準マーク１３を基準に位置出しして形成することで、アライメントマーク２０を半導体素子１４の上面側の構造に対して高い位置精度で形成することができる。

（画像検査工程）
次に、画像検査工程を実施する。実施例２の画像検査工程では、図１６に示す画像検査装置７０を使用する。画像検査装置７０は、ステージ７２、カメラ７４、７５、記憶装置７６、及び、演算回路７８を有している。ステージ７２は、中央に孔７２ａを有する中空ステージである。カメラ７４は、ステージ７２の上部に配置されており、鉛直下方向を撮影する。カメラ７５は、ステージ７２の下部に配置されており、鉛直上方向を撮影する。カメラ７４とカメラ７５の相対位置は固定されている。カメラ７４とカメラ７５は同軸に配置されている。まず、図１６に示すように、ステージ７２上に半導体ウエハ１０を載置する。ここでは、上面１０ａが上側を向く向きでステージ７２上に半導体ウエハ１０を載置する。したがって、カメラ７４は半導体ウエハ１０の上面１０ａを撮影し、カメラ７５は半導体ウエハ１０の下面１０ｂを撮影する。

画像検査装置７０は、カメラ７４、７５とステージ７２（すなわち、半導体ウエハ１０）を図７、１６のｘ方向及びｙ方向に沿って相対移動させることができる。このため、カメラ７４、７５の撮影範囲を半導体ウエハ１０に対してｘ方向及びｙ方向に沿って移動させることができる。ステージ７２上に半導体ウエハ１０を載置したら、演算回路７８に検査プログラムを実行させる。すると、演算回路７８が、カメラ７５によって下面基準マーク１３を撮影する。これによって、演算回路７８は、カメラ７５と半導体ウエハ１０の相対的な位置出しを行う。このように位置出しを行うことで、カメラ７４、７５の撮影範囲を、半導体ウエハ１０に対して正確に制御することが可能となる。次に、演算回路７８は、カメラ７４によって上面基準マーク１２を撮影する。これによって、演算回路７８は、上面基準マーク１２の下面基準マーク１３に対する相対位置（ｘａ，ｙａ）を算出する。さらに、演算回路７８は、相対位置（ｘａ、ｙａ）の設計値に対するずれ（Δｘａ，Δｙａ）を算出する。

次に、演算回路７８は、各半導体素子１４に対して、画像検査を実施する。演算回路７８は、各検査範囲５０に対して画像検査を実施する。演算回路７８は、複数の検査範囲５０の中から１つ検査範囲５０を選択し、選択した検査範囲５０に対応する座標にカメラ７４、７５の撮影範囲を移動させる。次に、演算回路７８は、カメラ７４で検査範囲５０の上面１０ａの画像（以下、上面検査画像という）を撮影するとともに、カメラ７５で検査範囲５０の下面１０ｂの画像（以下、下面検査画像という）を撮影する。検査範囲５０の下面１０ｂにアライメントマーク２０が形成されているので、下面検査画像にはアライメントマーク２０が含まれる。カメラ７４とカメラ７５が同軸に配置されているので、同軸上で上面検査画像と下面検査画像を撮影することができる。したがって、上面検査画像と下面検査画像の間での撮影範囲のずれを抑制できる。

演算回路７８は、選択した検査範囲５０の上面検査画像と下面検査画像を撮影すると、その検査範囲５０の上面正常画像と下面正常画像を記憶装置７６から読み出す。次に、演算回路７８は、実施例１と同様にして、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク２０の位置の差（Δｘ，Δｙ）を算出する。

次に、演算回路７８は、上面基準マーク１２と下面基準マーク１３の相対位置の設計値に対するずれ（Δｘａ，Δｙａ）と、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク２０の位置の差（Δｘ，Δｙ）に基づいて、スライド量（Δｘｓ，Δｙｓ）を算出する。例えば、Δｘｓ＝Δｘａ＋Δｘ、Δｙｓ＝Δｙａ＋Δｙの数式によってスライド量（Δｘｓ，Δｙｓ）を算出することができる。次に、演算回路７８は、図１７に示すように、スライド量（Δｘｓ，Δｙｓ）だけずらした位置で上面検査画像に上面正常画像を重ねる。このように上面検査画像に上面正常画像を重ねると、上面検査画像に対して、その上面検査画像と実質的に同一な部分の正常な半導体素子１４の画像を正確に重ね合わせることができる。このように上面検査画像に上面正常画像を重ね合わせることで、演算回路６８は、上面検査画像の上面正常画像に対する相違点を欠陥として検出する。

演算回路６８は、全ての半導体素子１４の全ての検査範囲５０に対して、画像検査を実施する。これによって、演算回路６８は、各半導体素子１４の各検査範囲５０に対して、欠陥の有無を検出する。画像検査で欠陥が検出された半導体素子１４に対しては、マーキングが施される。

（下面研磨工程）
次に、実施例１と同様の下面研磨工程を実施し、アライメントマーク２０を除去する。

次に、実施例１と同様にして半導体ウエハ１０に電極等を形成し、その後、半導体ウエハ１０を半導体素子１４のチップに分割する。その後、欠陥が検出された半導体素子１４を除去し、正常な半導体素子１４を出荷する。このように、この製造方法によれば、上面に欠陥を有さない半導体素子１４を製造できる。

以上に説明したように、実施例２の画像検査方法では、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク２０の位置の差（Δｘ，Δｙ）と、上面基準マーク１２と下面基準マーク１３の相対位置の設計値に対するずれ（Δｘａ，Δｙａ）とに基づいて位置を調整して上面検査画像に上面正常画像を重ねる。上面基準マーク１２と下面基準マーク１３の相対位置が設計値に対してずれ（すなわち、誤差）を有していると、その誤差分だけ下面１０ｂ側のアライメントマーク２０と上面１０ａ側の半導体素子構造がずれて形成される。したがって、ずれ（Δｘａ，Δｙａ）に基づいて上面検査画像と上面正常画像を重ねることで、誤差の影響を抑制できる。したがって、上面検査画像と上面正常画像をより正確に重ねることができる。このため、半導体素子１４の欠陥を正確に検出することができる。なお、ずれ（Δｘａ，Δｙａ）を考慮しなくても十分な精度が得られる場合には、ずれ（Δｘａ，Δｙａ）を考慮しなくてもよい。すなわち、実施例１と同様に、アライメントマーク２０の位置の差（Δｘ，Δｙ）だけずらした位置で上面検査画像と上面正常画像を重ねてもよい。

なお、実施例１では、図１０のように、カメラ６４で上面検査画像を撮影し、同じカメラ６４で半導体ウエハ１０を透過して観察される下面検査画像を撮影した。しかしながら、実施例１において、図１６のカメラ７４、７５のように、別のカメラによって上面検査画像と下面検査画像を撮影してもよい。また、実施例１では、図９のように、カメラ４２で下面１０ｂ側から半導体ウエハ１０を透過して観察される上面基準マーク１２を撮影したが、上面基準マーク１２を上面１０ａ側から撮影してもよい。

また、上述した実施例１、２では、アライメントマーク２０がパターニングされた膜であった。しかしながら、アライメントマーク２０として光学的に検出可能な種々の構造を採用することができる。例えば、図１８に示すように、アライメントマーク２０が、下面１０ｂに設けられた凹部内に埋め込まれた膜（例えば、ポリシリコンまたは金属によって構成された膜）であってもよい。また、図１９に示すように、アライメントマーク２０が、下面１０ｂに対してレーザＬを照射することによって形成されたマークであってもよい。また、図２０に示すように、アライメントマーク２０が、下面１０ｂに対してイオンＩ注入することによって形成された領域によって構成されていてもよい。また、図２１に示すように、アライメントマーク２０が、下面１０ｂをエッチングすることで粗面化された領域であってもよい。

また、上述した実施例１、２では、上面検査画像と下面検査画像が同軸上で撮影された。しかしながら、上面検査画像の撮影範囲と下面検査画像の撮影範囲が誤差等によりずれていてもよい。この場合でも、上面検査画像の撮影範囲と下面検査画像の撮影範囲の相対位置関係が固定されていれば、適切に画像検査を実施することができる。

また、上述した実施例１、２では、上面検査画像と上面正常画像を重ねて比較したが、これらを他の方法で比較して欠陥を検出してもよい。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１０：半導体ウエハ、１２：上面基準マーク、１３：下面基準マーク、１４：半導体素子、２０：アライメントマーク

Claims (9)

1. 半導体素子（１４）の画像検査方法であって、
   前記半導体素子が、複数の検査範囲（５０）を備えており、
   前記画像検査方法が、
   前記半導体素子の下面（１０ｂ）の前記各検査範囲内にアライメントマーク（２０）を形成する工程と、
   前記半導体素子の前記検査範囲ごとに、前記半導体素子の上面の画像である上面検査画像と前記半導体素子の前記下面の画像である下面検査画像を撮影する工程と、
   画像検査装置による画像検査を実施する工程、
   を有し、
   前記画像検査装置が、前記半導体素子の前記検査範囲ごとに、前記半導体素子の前記上面の正常画像である上面正常画像と前記半導体素子の前記下面の正常画像である下面正常画像を記憶しており、
   前記各下面正常画像が、前記アライメントマークを含む画像であり、
   前記画像検査では、前記画像検査装置が、前記検査範囲ごとに、前記下面検査画像に含まれる前記アライメントマークの位置と前記下面正常画像に含まれる前記アライメントマークの位置を基準として前記上面検査画像と前記上面正常画像を比較することで、前記上面検査画像に欠陥が含まれるか否かを判定する、
   画像検査方法。
2. 前記半導体素子が半導体ウエハ（１０）に設けられており、
   前記半導体ウエハが、光透過性を有する、
   請求項１に記載の画像検査方法。
3. 前記上面検査画像と前記下面検査画像を撮影する工程が、前記半導体素子の上面側から前記上面検査画像を撮影する工程と、前記半導体素子の上面側から前記半導体ウエハを透過して見える前記下面の画像を前記下面検査画像として撮影する工程を有する請求項２に記載の画像検査方法。
4. 前記半導体ウエハが、その上面に設けられた上面基準マーク（１２）を有しており、
   前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する前記工程では、前記半導体ウエハの下面側から前記上面基準マークを撮影することによって位置出して前記アライメントマークを形成する、
   請求項２または３に記載の画像検査方法。
5. 前記半導体素子が半導体ウエハに設けられており、
   前記半導体ウエハが、その上面に設けられた上面基準マークを有しており、
   前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する前記工程が、
   前記上面基準マークを基準に位置出して前記半導体ウエハの下面に下面基準マーク（１３）を形成する工程と、
   前記下面基準マークを基準に位置出して前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する工程、
   を有する、
   請求項１に記載の画像検査方法。
6. 前記画像検査では、前記上面基準マークと前記下面基準マークの相対位置を検出し、前記相対位置と前記下面検査画像に含まれる前記アライメントマークの位置と前記下面正常画像に含まれる前記アライメントマークの位置を基準として前記上面検査画像と前記上面正常画像を比較する、請求項５に記載の画像検査方法。
7. 前記画像検査の実施後に、前記アライメントマークを除去する工程をさらに有する請求項１～６のいずれか一項に記載の画像検査方法。
8. 前記上面検査画像と前記下面検査画像を撮影する撮影装置が、前記半導体素子の前記上面を撮影する上側カメラ（７４）と、前記上側カメラと同時に配置されているとともに前記半導体素子の前記下面を撮影する下側カメラ（７５）を有している、請求項１、２、５、６、７のいずれか一項に記載の画像検査方法。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の画像検査方法を有する半導体素子の製造方法。

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