JP2023143026A - 半導体ウエハの外観検査方法と製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 素子領域に複数の撮影範囲を設定する外観検査方法において、撮影範囲の位置を正確に特定する。【解決手段】 素子領域（１４）を有する半導体ウエハ（１０）の外観検査方法であって、前記半導体ウエハに複数のアライメントマーク（３０）を形成するステップと、各撮影範囲（４０）に前記複数のアライメントマークのうちの少なくとも１つが含まれるとともに前記各撮影範囲によって前記素子領域が複数に区画されるように前記各撮影範囲を設定し、各撮影範囲の画像を撮影するステップ、を有する。【選択図】図３

Description

本明細書に開示の技術は、半導体ウエハの外観検査方法に関する。

特許文献１には、半導体ウエハの外観を撮影して検査する検査方法が開示されている。

特開２０１７－０７２４０３号公報

半導体ウエハに設けられた素子領域に複数の撮影範囲を設定し、各撮影範囲の画像を撮影する外観検査方法が存在する。このように素子領域を複数の撮影範囲に分割して撮影することで、素子領域をより高精度に撮影することができ、素子領域の欠陥を正確に検出することが可能となる。しかしながら、撮影範囲内に特徴的パターンが存在しない場合には、撮影された画像から撮影範囲の位置を特定することができない。撮影装置の機械精度によって撮影範囲の位置を特定することは可能であるが、撮影装置の機械精度はそれほど高くなく、撮影範囲の位置を正確に特定することができない。本明細書では、素子領域に複数の撮影範囲を設定する外観検査方法において、撮影範囲の位置を正確に特定できる技術を提案する。

素子領域を有する半導体ウエハの外観検査方法であって、前記半導体ウエハに複数のアライメントマークを形成するステップと、各撮影範囲に前記複数のアライメントマークのうちの少なくとも１つが含まれるとともに前記各撮影範囲によって前記素子領域が複数に区画されるように前記各撮影範囲を設定し、各撮影範囲の画像を撮影するステップ、を有する。

この外観検査方法では、各撮影範囲に少なくとも１つのアライメントマークが含まれるように各撮影範囲が設定される。したがって、撮影された画像には、アライメントマークが含まれる。したがって、画像内のアライメントマークに基づいて、画像の撮影範囲の位置を正確に特定することができる。

半導体ウエハの平面図。 素子領域を示す半導体ウエハの平面図。 素子領域の拡大図。 撮影範囲４０ｂを撮影した画像４０ｂｇを示す図。 画像４０ｂｇと比較画像４０ｂｇ－ｒを重ねた図。 隣接する素子領域において検査対象画像と比較画像を設定する場合の説明図。 素子領域の撮影と加工を繰り返す場合のフローチャート。 アライメントマークの変形例を示す図。

本明細書が開示する一例の外観検査方法は、前記各撮影範囲に対して、対象の撮影範囲の前記画像を対象の前記撮影範囲に対応する撮影範囲を撮影した他の画像と比較することによって対象の前記撮影範囲の前記画像から欠陥を特定する処理を実行するステップ、をさらに有していてもよい。

この構成によれば、対象の撮影範囲の画像と対応する撮影範囲の画像のそれぞれのアライメントマークに基づいて、これらの撮影範囲の相対位置を正確に特定できる。したがって、これらの撮影範囲の画像を比較することで、欠陥を正確に特定できる。

本明細書が開示する一例の外観検査方法では、前記半導体ウエハが、前記素子領域を複数有していてもよい。対応する前記撮影範囲が、対象の前記撮影範囲が設定された前記素子領域と同じ半導体ウエハが有する他の素子領域に設定された撮影範囲であってもよい。

この構成によれば、より正確に欠陥を特定できる。

本明細書が開示する一例の外観検査方法は、前記素子領域を加工する加工ステップをさらに有していてもよい。前記各撮影範囲の前記画像を撮影する前記ステップを、前記加工ステップの前と後の両方で実施してもよい。

この構成によれば、欠陥が存在する場合に、加工ステップの前後における欠陥の外観の変化を確認することができる。

本明細書が開示する一例の外観検査方法では、前記半導体ウエハが、前記素子領域を複数有していてもよい。前記複数のアライメントマークを形成する前記ステップでは、前記複数の素子領域の境界に設けられたスクライブラインに前記複数のアライメントマークを形成してもよい。

本明細書が開示する一例の外観検査方法では、前記各撮影範囲に前記複数のアライメントマークのうちの少なくとも２つが含まれるとともに前記各撮影範囲内において前記少なくとも２つの前記アライメントマークの間に前記素子領域が挟まれるように前記各撮影範囲を設定してもよい。

この構成によれば、一方のアライメントマークが汚れ等によって認識不能な場合でも、他方のアライメントマークによって撮影範囲の位置を特定できる。

図１は、実施例１の半導体装置の製造に使用する半導体ウエハ１０を示している。半導体ウエハ１０は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ_２Ｏ_３等によって構成されている。以下では、半導体ウエハ１０の表面１０ａに平行な一方向をｘ方向といい、半導体ウエハ１０の表面１０ａに平行でｘ方向と直交する方向をｙ方向という。半導体ウエハ１０の表面１０ａには、位置決めマーク１２が設けられている。実施例１の製造方法では、まず、図２に示すように、半導体ウエハ１０の表面１０ａに複数の素子領域１４を形成する。各素子領域１４は、半導体素子の構造が形成された領域である。ここでは、位置決めマーク１２を基準に位置決めして、複数の素子領域１４をマトリクス状に形成する。素子領域１４は、半導体ウエハ１０に対して、イオン注入、エピタキシャル成長、エッチング、電極形成等を行うことによって形成される。図３は、素子領域１４の拡大図である。図３に示すように、素子領域１４は、２つの主電極２０を有している。また、図２、３に示すように、複数の素子領域１４を区画するように、スクライブライン１６が設けられる。スクライブライン１６は、各素子領域１４内の半導体素子の完成後に、ダイシング等によって削り取られる領域である。スクライブライン１６は、ｘ方向及びｙ方向に沿って格子状に伸びている。

次に、図３に示すように、半導体ウエハ１０の表面１０ａに、複数のアライメントマーク３０を形成する。アライメントマーク３０は、光学的に検出可能なマークであり、凹部または薄膜等によって構成されている。ここでは、図１に示す位置決めマーク１２を基準に位置決めして、複数のアライメントマーク３０を形成する。また、複数のアライメントマーク３０を、ｙ方向に沿って伸びるスクライブライン１６内に形成する。また、ｙ方向に沿って伸びるスクライブライン１６内に、ｘ方向に間隔を開けてアライメントマーク３０ａ、３０ｂのペアを形成する。また、ｙ方向に沿って伸びるスクライブライン１６内に、アライメントマーク３０ａ、３０ｂのペアをｙ方向に一定間隔で複数個形成する。

次に、各素子領域１４を撮影装置によって撮影する。ここでは、図３に示す撮影範囲４０ａ～４０ｅの画像を撮影する。すなわち、１つの素子領域１４に対して、ｙ方向に位置をずらした複数の撮影範囲４０ａ～４０ｅで撮影を行う。撮影装置は、ラインセンサカメラを有しており、ｘ方向に長い撮影範囲４０ａ～４０ｅを撮影することができる。各撮影範囲４０ａ～４０ｅの左端にアライメントマーク３０ａが含まれるとともに各撮影範囲４０ａ～４０ｅの右端にアライメントマーク３０ｂが含まれるように、各撮影範囲４０ａ～４０ｅは設定される。すなわち、各撮影範囲４０ａ～４０ｅにおいて、アライメントマーク３０ａとアライメントマーク３０ｂの間に素子領域１４が挟まれている。したがって、図４に例示するように、アライメントマーク３０ａとアライメントマーク３０ｂの間に素子領域１４が配置されている画像が撮影される。撮影装置は、ラインセンサカメラと半導体ウエハ１０をｘ方向及びｙ方向に相対的に移動させることで、各素子領域１４の各撮影範囲４０ａ～４０ｅを撮影する。このため、撮影装置の機械的な誤差によって、撮影範囲４０ａ～４０ｅの実際の位置と設計位置の間に誤差が生じる。但し、撮影範囲４０ａ～４０ｅの位置に誤差が生じても、撮影範囲４０ａ～４０ｅからアライメントマーク３０ａ、３０ｂが外れることは無い。

次に、各素子領域１４の各撮影範囲４０ａ～４０ｅの画像を解析することによって、素子領域１４の表面の欠陥を検出する。次に、欠陥が検出された画像において、欠陥の位置を特定する。ここでは、アライメントマーク３０ａ、３０ｂを基準に位置決めして、欠陥の位置（すなわち、ｘ座標とｙ座標）を特定する。図４に示すように、撮影範囲４０ｂ内の素子領域１４には、ｙ方向の位置を特定できるパターンが存在しない。しかしながら、スクライブライン１６にアライメントマーク３０ａ、３０ｂが設けられているので、アライメントマーク３０ａ、３０ｂを基準として欠陥の位置を特定できる。その後、スクライブライン１６に沿って半導体ウエハ１０をダイシングすることで、半導体ウエハ１０を複数の半導体装置に分割する。次に、欠陥が検出された半導体装置を回収し、欠陥を有さない半導体装置を出荷する。欠陥が検出された半導体装置に対しては、欠陥の観察を行うことができる。例えば、欠陥の断面解析等を行うことができる。欠陥の位置が特定されているので、適切に欠陥の観察を行うことができる。

以上に説明したように、この外観検査方法では、アライメントマーク３０ａ、３０ｂを基準として欠陥の位置を特定する。したがって、撮影範囲４０ａ～４０ｅの位置に誤差が生じている場合でも、欠陥の位置を正確に特定できる。

実施例２の製造方法でも、実施例１の製造方法と同様にして、各素子領域１４の各撮影範囲４０ａ～４０ｅを撮影する。次に、撮影された各画像を欠陥検出装置で画像解析することによって、各画像から欠陥を検出する。以下に、欠陥検出装置による画像解析について説明する。

欠陥検出装置は、撮影範囲４０ａ～４０ｅのそれぞれに対して、比較用画像を記憶している。実施例２では、比較画像は、欠陥を有さない素子領域１４の撮影範囲４０ａ～４０ｅを撮影した画像（いわゆる、良品画像）である。すなわち、実施例２では、比較画像は、予め準備された画像である。比較画像のそれぞれには、アライメントマーク３０ａ、３０ｂが含まれている。欠陥検出装置は、検査対象の素子領域１４の撮影範囲４０ａ～４０ｅの画像（以下、検査対象画像という）を対応する比較画像に重ねることで、欠陥を検出する。このとき、欠陥検出装置は、アライメントマーク３０ａ、３０ｂを基準として位置決めして、検査対象画像を比較画像に重ねる。例えば、図５は、検査対象画像である図４の画像４０ｂｇ（すなわち、撮影範囲４０ｂの画像）を撮影範囲４０ｂの比較画像４０ｂｇ－ｒに重ねた状態を示している。ここでは、検査対象画像４０ｂｇと比較画像４０ｂｇ－ｒの間でアライメントマーク３０ａ、３０ｂが一致するように、検査対象画像４０ｂｇと比較画像４０ｂｇ－ｒを重ねる。なお、撮影装置の撮影範囲に誤差が存在するので、検査対象画像４０ｂｇの輪郭と比較画像４０ｂｇ－ｒの輪郭の間にずれが生じている。このようにアライメントマーク３０ａ、３０ｂを基準にして検査対象画像を比較画像に重ねると、検査対象画像を比較画像に対して正確に位置決めすることができる。このように位置決めすることで、欠陥を検出することができる。例えば、検査対象画像の各画素値から比較画像の各画素値を減算することで、検査対象画像の比較画像に対する差異点を検出することができる。当該差異点を、欠陥として検出することができる。

また、例えば、図５に示すように、主電極２０の縁には、ｙ方向に沿って間欠的に伸びるドットパターン２０ｄが存在する。検査対象画像と比較画像を重ねるときに、検査対象画像のドットパターン２０ｄが比較画像のドットパターン２０ｄに対してｙ方向にずれると、各ドットで差異点が発生する。このため、検査対象画像と比較画像を正確に重ねることができないと、ドットパターン２０ｄ近傍の欠陥を正確に検出できない。これに対し、アライメントマーク３０ａ、３０ｂを基準にして位置決めして検査対象画像と比較画像を重ねると、図５のように検査対象画像と比較画像の間でドットパターン２０ｄをほぼ一致させることができる。したがって、ドットパターン２０ｄの近傍の欠陥を正確に検出できる。

以上に説明したように、実施例２の外観検査方法によれば、アライメントマーク３０ａ、３０ｂを基準に位置決めして検査対象画像を比較画像と比較するので、欠陥を正確に検出できる。

実施例３の製造方法でも、実施例２の製造方法と同様に、各素子領域１４の各撮影範囲４０ａ～４０ｅを撮影し、検査対象画像を比較画像と比較して欠陥を検出する。但し、実施例３では、比較画像が、検査対象画像と同じ半導体ウエハ１０で撮影された画像である。

図６は、２つの素子領域１４ａ、１４ｂの撮影範囲４０ａ～４０ｅを示している。実施例３では、外観検査装置が、素子領域１４ａの撮影範囲４０ａ～４０ｅの画像をその隣の素子領域１４ｂの撮影範囲４０ａ～４０ｅの画像と比較することによって、素子領域１４ａの撮影範囲４０ａ～４０ｅの欠陥を検出する。例えば、検査対象画像が素子領域１４ａの撮影範囲４０ｂの画像４０ｂｇである場合には、外観検査装置は、素子領域１４ａの隣の素子領域１４ｂの撮影範囲４０ｂの画像を比較画像４０ｂｇ－ｒとして選択する。そして、図５に示すように、アライメントマーク３０ａ、３０ｂが一致するように検査対象画像４０ｂｇを比較画像４０ｂｇ－ｒに重ね、これらの差異点を欠陥として検出する。

実施例３の外観検査方法でも、実施例２の外観検査方法と同様に、欠陥を正確に検出できる。また、アライメントマーク３０ａ、３０ｂを形成するときに、誤差によって素子領域１４に対するアライメントマーク３０ａ、３０ｂの位置が設計位置からずれる場合がある。しかし、同じ半導体ウエハ１０内であれば、全ての素子領域１４において、アライメントマーク３０ａ、３０ｂの素子領域１４に対するずれの方向及びずれの量は略等しい。したがって、比較画像として検査対象画像と同じ半導体ウエハ１０内の画像を使用すれば、アライメントマーク３０ａ、３０ｂの位置の誤差の影響を受けることなく、検査対象画像を比較画像に正確に重ねることができる。したがって、実施例３の外観検査方法によれば、実施例２よりもさらに正確に検査対象画像を比較画像に重ねることができ、欠陥をより正確に検出できる。

なお、実施例３では、検査対象の素子領域１４ａに隣接する素子領域１４ｂの画像を比較画像として使用したが素子領域１４ａと同じ半導体ウエハ１０に含まれるとともに素子領域１４ａに隣接しない他の素子領域１４の画像を比較画像として使用してもよい。

図７は、実施例４の半導体装置の製造方法を示している。まず、ステップＳ２において、アライメントマーク３０ａ、３０ｂを形成する。すなわち、実施例４では、素子領域１４に対する加工前にアライメントマーク３０ａ、３０ｂを形成する。ここでは、実施例１と同様に、スクライブライン１６にアライメントマーク３０ａ、３０ｂを形成する。次に、ステップＳ４において、実施例１と同様にして、各素子領域１４の各撮影範囲４０ａ～４０ｅを撮影する。ここでは、実施例１と同様にして、各素子領域１４内の欠陥を検出し、各欠陥の位置を特定する。次に、ステップＳ６において、各素子領域１４に対する加工を行う。次に、ステップＳ８において、ステップＳ４と同様にして、各素子領域１４の各撮影範囲４０ａ～４０ｅを撮影する。ここでは、ステップＳ４と同様にして、各素子領域１４内の欠陥を検出し、各欠陥の位置を特定する。次に、ステップＳ１０において、各素子領域１４に対する加工を行う。次に、ステップＳ１２において、ステップＳ４と同様にして、各素子領域１４の各撮影範囲４０ａ～４０ｅを撮影する。ここでは、ステップＳ４と同様にして、各素子領域１４内の欠陥を検出し、各欠陥の位置を特定する。

以上に説明したように、実施例４では、各素子領域１４に対する撮影と加工を交互に実施する。実施例４の構成によれば、素子領域１４に対する加工段階ごとに欠陥とその位置を特定できる。したがって、欠陥が製造工程中にどのように変化していくかを観察することができる。すなわち、素子領域１４に対する加工の前後における欠陥の変化を観察することができる。

なお、実施例４では、素子領域の撮影と加工を複数回繰り返した。しかしながら、素子領域に対する加工の前と後の両方で少なくとも１度撮影を行えば、その加工の前後における欠陥の変化を観察することができる。

以上に説明したように、実施例１～４の製造方法によれば、撮影範囲４０ａ～４０ｅの位置に誤差が存在する場合でも、アライメントマーク３０ａ、３０ｂに基づいて撮影範囲４０ａ～４０ｅの位置を正確に特定できる。したがって、実施例１、４では、欠陥の位置を正確に特定できる。また、実施例２、３では、欠陥を正確に検出できる。なお、実施例１～４の製造工程において、アライメントマーク３０ａ、３０ｂの一方に異物が付着する場合がある。各撮影範囲４０ａ～４０ｅにおいてアライメントマーク３０ａ、３０ｂの間に素子領域１４が配置されているので、アライメントマーク３０ａ、３０ｂの間の間隔が広い。このため、アライメントマーク３０ａ、３０ｂの両方に異物が付着する可能性は低い。したがって、一方のアライメントマーク３０に異物が付着しても、他方のアライメントマーク３０を基準にして撮影範囲４０ａ～４０ｅの位置を特定できる。なお、他の例では、各撮影範囲に含まれるアライメントマークが１つであってもよい。

また、実施例１～４では、各アライメントマーク３０がｙ方向に長い形状を有していた。しかしながら、図８に示すように、各アライメントマーク３０がｙ方向に間隔を開けて配置された２つのマークによって構成されていてもよい。また、各アライメントマーク３０がその他の形状を有していてもよい。

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、１４：素子領域、１６：スクライブライン、３０：アライメントマーク、４０ａ～４０ｅ：撮影範囲

Claims (7)

1. 素子領域（１４）を有する半導体ウエハ（１０）の外観検査方法であって、
   前記半導体ウエハに複数のアライメントマーク（３０）を形成するステップと、
   各撮影範囲（４０）に前記複数のアライメントマークのうちの少なくとも１つが含まれるとともに前記各撮影範囲によって前記素子領域が複数に区画されるように前記各撮影範囲を設定し、各撮影範囲の画像を撮影するステップと、
   を有する外観検査方法。
2. 前記各撮影範囲に対して、対象の撮影範囲の前記画像（４０ｂｇ）を対象の前記撮影範囲に対応する撮影範囲を撮影した他の画像（４０ｂｇ－ｒ）と比較することによって対象の前記撮影範囲の前記画像から欠陥を特定する処理を実行するステップ、をさらに有する請求項１に記載の外観検査方法。
3. 前記半導体ウエハが、前記素子領域を複数有しており、
   対応する前記撮影範囲が、対象の前記撮影範囲が設定された前記素子領域（１４ａ）と同じ半導体ウエハが有する他の素子領域（１４ｂ）に設定された撮影範囲である、
   請求項２に記載の外観検査方法。
4. 前記素子領域を加工する加工ステップをさらに有し、
   前記各撮影範囲の前記画像を撮影する前記ステップを、前記加工ステップの前と後の両方で実施する、
   請求項１に記載の外観検査方法。
5. 前記半導体ウエハが、前記素子領域を複数有しており、
   前記複数のアライメントマークを形成する前記ステップでは、前記複数の素子領域の境界に設けられたスクライブライン（１６）に前記複数のアライメントマークを形成する、請求項１に記載の外観検査方法。
6. 前記各撮影範囲に前記複数のアライメントマークのうちの少なくとも２つが含まれるとともに前記各撮影範囲内において前記少なくとも２つの前記アライメントマークの間に前記素子領域が挟まれるように前記各撮影範囲を設定する、請求項１に記載の外観検査方法。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の外観検査方法を実施する工程を含む半導体装置の製造方法。
   

Images