JP3761877B2 - ウェハの検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハ等の基板の定量的品質検査方法及びその装置に関する。特に、本発明は、基板の厚さのバラツキに起因する欠陥の定量的検査方法及び装置に関する。

基板の表面品質を評価する技術が知られている。この技術では、基板の表面形状データが取得され、基板を評価するために用いる最大・最小厚さが求められる。そして、このような方法は、ＳＥＭＩ規格Ｍ１−０７０１（研磨された単結晶シリコンウェハの仕様）で採用されている。

具体的に説明すると、この方法によれば、基板上に多数の測点が定義される。次に、各測点について高さが測定される。得られた高さデータは、最小二乗法により基板の仮想基準面（基準高さ）を求めるために利用される。その後、基準面に対する高さ偏差の最大・最小値が計算される。最後に、最大偏差と最小偏差の合計値をもとにウェハの品質が評価される。

本発明は、ウェハ等の基板の定量的欠陥検査方法及び装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明に係るウェハの検査方法の第１の形態は、隣接した露光領域をオーバーラップさせる露光により回路パターンが形成されるウェハの前記回路パターンが形成される側の表面を前記露光領域の大きさに対応した複数の小領域に分割する工程と、前記表面を前記回路パターンの大きさに対応し且つ前記小領域を複数含む複数の大領域に分割する工程と、前記小領域のそれぞれについて表面を代表する法線ベクトルを求める工程と、隣接する２つの前記小領域について前記法線ベクトル間の角度差を求める工程と、前記角度差をあらかじめ設定された基準値と比較して前記角度差を求めた小領域を含む大領域の品質を評価する工程とを有する。また、本発明に係るウェハの検査方法の第２の形態は、隣接した露光領域をオーバーラップさせる露光により回路パターンが形成されるウェハの前記回路パターンが形成される側の表面を前記露光領域の大きさに対応した複数の小領域に分割する工程と、前記表面を前記回路パターンの大きさに対応し且つ前記小領域を複数含む複数の大領域に分割する工程と、前記小領域のそれぞれについて表面を代表する法線ベクトルを求める工程と、一つの平面に前記法線ベクトルをそれぞれ投影して成分ベクトルを求める工程と、隣接する２つの前記小領域について前記成分ベクトル間の角度差を求める工程と、前記角度差をあらかじめ設定された基準値と比較して前記角度差を求めた小領域を含む大領域の品質を評価する工程とを有する。

本発明に係るウェハの検査方法によれば、複数の小領域の品質が当該小領域の表面形状を代表する法線ベクトル角度差によって評価される。そして、この検査方法によれば、ウェハの欠陥やチップの欠陥が実際の製造に類似した条件で事前評価される。同様に、実際の製造に類似した条件で、ウェハのどの部分に欠陥があるかをウェハ毎に評価できるし、境界近傍のウェハ部分の品質を事前評価できる。

図１は、ウェハ等の基板の品質検査装置１０を示す。検査装置１０は、円盤状のシリコンウェハ１４等の薄い基板を支持して回転する機構１２を有する。そのため、支持機構１２は、ウェハ１４の例えば外周縁を着脱自在に保持するチャック１６を有する。チャック１６は、Ｚ軸に沿ったウェハ１４の中心軸２０を中心として回転するようにロータリ駆動部１８に設けてある。検査装置１０はまた、厚さ測定装置２２を有する。この測定装置２２は、支持されたウェハ１４の両側に、Ｚ軸と平行な方向に所定の間隔Ｄをあけて設けられた一対の光学式距離センサ２４を有する。これら一対のセンサ２４は相互に対向するのが好ましい。この場合、一対のセンサ２４は、ウェハ１４の両面からのそれぞれの距離ｄ１、ｄ２を測定する。そして、それらの値は、二次元座標（Ｘ−Ｙ座標）で定義されるウェハ１４の任意の点でウェハの厚み（Ｄ−ｄ１−ｄ２）を計算するために、利用される。距離センサ２４は、ウェハ１４の中心を横切るＸ軸に平行なＸ方向にセンサ２４を移動するために、直線駆動部２６に設けられている。ロータリ駆動部１８と直線駆動部２６は、ウェハ１４に対する距離センサ２４のＸ軸位置とＹ軸位置を制御するために、コンピュータ又はコントローラ２８と電気的に接続されている。距離センサ２４もまたコントローラ２８に接続されており、これによりコントローラ２８は距離センサ２４から距離ｄ１、ｄ２を示す信号を受信し、ウェハ１４の全ての測点で厚さｚ（ｘ、ｙ）を計算する。なお、支持機構と駆動機構に好適に用いられるものが、米国特許第６４８０２８６号公報に詳細に開示されている。

コントローラ２８に搭載されている検査プログラムは、図２に示すプログラムに従って設計されている。このプログラムにおいて、ステップ＃１では、コントローラ２８がロータリ駆動部１８を駆動してウェハ１４を回転するとともに、直線駆動部２６を駆動して距離センサ２４をウェハ１４の中心を通るように移動させる。これにより、距離センサ２４は、Ｘ方向とＹ方向に所定の間隔をあけて設定された多数の測定で、ウェハ１４の表面からの距離ｄ１、ｄ２を測定する。測定値はコントローラ２８に記憶される。

次に、ステップ＃２では、ウェハ１４の表面に多数の大きな領域（第２領域）であるサイト３４が定義される。これらのサイト３４は、例えばＸ軸とＹ軸に平行な水平及び垂直軸によって分割された領域で、最終的に得られるチップのサイズに対応して、例えばＬｘ＝２５ｍｍ、Ｌｙ＝３３ｍｍの大きさを有する。次に、ステップ＃３では、多数の小さな領域（第１領域）であるサブサイト３６が、垂直方向の各帯状サイトコラム３８内で定義される。例えば、サイト３４が横幅２５ｍｍを有する場合、各サブサイト３６はその水平方向の横幅がサイト３４と同一の横幅Ｌｘ＝２５ｍｍに設定される。しかし、一般的な露光装置は２５ｍｍ×８ｍｍの領域を露光するように設計されているので、サブサイト３６の垂直方向の縦幅Ｌｙ’は８ｍｍに設定される（図５参照）。また、図６に示すように、サブサイト３６は、Ｙ軸と平行なＹ方向に隣接する２つのサブサイト３６が、例えば７ｍｍ重なるように配置される。なお、本出願では測点の座標が直交座標系を用いて定義されているが、それらはロータリ式測定装置に対して有効な曲座標系で定義することもできる。

次に、ステップ＃４では、そのように定義されたサイト３４とサブサイト３６に、それらに含まれる測点（Ｘｉ、Ｙｉ）が与えられる。次に、ステップ＃５で、コントローラ２８は、距離Ｄ、ｄ１、ｄ２を用いて各測点でのウェハ１４の厚さＺｉ（Ｘｉ、Ｙｉ）を計算する。計算された厚みデータは、コントローラ２８のメモリに記憶される。

厚さデータを用い、ウェハ１４の品質が検査される。具体的に説明すると、ステップ＃６で、コントローラ２８は各サブサイト３６に対応した厚さデータＺｉ（Ｘｉ、Ｙｉ）を読み出し、最小二乗法を用い、そのサブサイトに関連したウェハ位置の厚さバラツキを代表する三次元法線ベクトルＶ（ｉ）（図５参照）を計算する。このプロセスは、まず左端のサイトコラム３８（１）の下端にある第１のサブサイト３６に対して行われ、その領域の厚さバラツキを代表する法線ベクトルＶ（１）が得られる。次に、その処理は、同一のサイトコラム３８（１）の中にあって第１のサブサイト３６（１）に隣接する第２のサブサイト３６（２）に対して行われ、その領域の厚さバラツキを代表する法線ベクトルＶ（２）が得られる。以上の処理は、第１のサイトコラム３８（１）のすべてのサブサイト３６に対して行われる。そして、ステップ＃７で、一つのサイトコラム３８（１）に対するプロセスが終了したと判断されると、同一の処理が隣接するサイトコラム３８（２）に対して適用され、当該サイトコラム３８（２）内のすべてのサブサイトに対して計算される。図３に示すように、サイトコラム３８（２）において、以上の処理は矢印４０（１）と４０（２）で示す順番に行われる。最後に、ステップ＃８で、全ての法線ベクトルＶ（ｉ）が全てのサイトコラム３８（１）〜３８（ｋ）のすべてのサブサイト３６（１）〜３６（ｎ）について計算されたと判断されると、プログラムは次のステップ＃９に進む。

ステップ＃９では、図６と図７Ａに示すように、法線ベクトルＶ（ｉ）が二次元ＸＺ面に投影され、ＸＺ成分ベクトルＶｘｚ（ｉ）が計算される。同時に、図６と図７Ｂに示すように、法線ベクトルＶ（ｉ）が二次元ＹＺ面に投影され、ＹＺ成分ベクトルＶｙｚ（ｉ）が計算される。

次に、ステップ＃１０で、隣接するサブサイトのそれぞれの組について、ＸＺ平面で２つの隣接する投影成分ベクトルＶｘｚ（ｉ）とＶｘｚ（ｉ＋１）の間の角度差θｘｚ（ｉ）が計算される。同様に、隣接するサブサイトのそれぞれの組について、ＹＺ平面で２つの隣接する投影成分ベクトルＶｙｚ（ｉ）とＶｙｚ（ｉ＋１）の間の角度差θｙｚ（ｉ）が計算される。このとき、最初のサブサイト３６（１）について、水平面に対する成分ベクトルＶｘｚ（１）とＶｙｚ（１）の初期角度θｘｚ（０）、θｙｚ（０）も計算される。計算された角度差は、コントローラ２８のメモリに記憶される。

最後に、ステップ＃１１で、投影された成分ベクトルの間の角度差を用いて、各サイト３４に対して品質検査が行われる。具体的に説明すると、各サイト又はチップに対する品質検査では、サブサイトに対する角度差θｘｚ（ｉ）、θｙｚ（ｉ）〔初期角度θｘｚ（０）、θｙｚ（０）を除く。〕が基準角度差である閾値角度差θｔｈと比較される。この閾値角度差は、ウェハに半導体の回路パターン又は画像を露光する画像露光機の傾斜機構の角度応答性によって決められている。そして、その角度差が閾値角度差よりも大きい場合、そのサイトが欠陥サブサイトを含むことを示すフラグが作成され、コントローラ２８のメモリに記憶され、それは露光プロセスで後に利用される。

各サイトのすべての角度差を閾値と比較するのではなく、各サイトにおける最大角度差を求め、その最大角度差を閾値角度差と比較して欠陥サイトと判定してもよい。

代りに、隣接するサイトの境界で品質を検査してもよい。図８に示すように、各サブサイト３６がＹ方向に８ｍｍの長さを有し且つ次のサブサイトとその方向に１．０ｍｍオーバーラップするとした場合、隣接するサイト３４（ｉ）と３４（ｉ＋１）との間でＸ軸に沿って伸びる各境界４２は７つのサブサイト３６（ｓ）〜３６（ｓ＋６）に覆われる。したがって、各境界４２及び/又は隣接するサイトの品質は、当該境界を覆うサブサイト３６（ｓ）〜３６（ｓ＋６）の角度差を用いて検査される。特に、この検査では、それらのサブサイトの角度差、それらの角度差の最大値、及び／又はそれらのサブサイトの平均角度差が、予め決められた閾値と比較される。

上述の検査は、各サイトについてだけでなく、各サイトコラム３８に対して行うこともできる。この場合、各サイトコラム３８の品質は、サイトコラム３８に含まれるサブサイトの角度差、それらの角度差の中の最大値、及び／又はそれらのサブサイトの平均角度差が予め決められた閾値と比較される。

また、最大角度差と複数の予め決められた基準値を比較することにより、または角度差分布を利用して統計的に、ウェハをランク付けすることもできる。

以上の説明から明らかなように、本発明の検査装置によれば、ウェハや各サイトや各サイトコラムの品質が定量的に評価されるとともに、ウェハのどの部分に欠陥があるかを判断できる。また、サイトの最大角度差を用いて、そのサイトを露光前に半導体チップとして利用できるか否か判断できる。そのため、欠陥サイトに対する画像露光を禁止し、それにより露光処理全体を短時間で行える。

上述の実施形態では、ロータリ式検査装置１０を用いたが、図９に示す別の装置７０と交換してもよい。この検査装置７０は、テーブル７２を有し、その上面７４には複数の孔７６が形成され、それらの孔７６が真空ポンプ７８に接続されている。また、ラインセンサである距離センサ８０は、テーブル７２の上方に配置されて図示しない搬送機構に支持されており、コントローラ８２と電気的に接続されている。

この検査装置７０によれば、テーブル７２にウェハをセットする前に、距離センサ８０が水平方向に移動してテーブル７２の上面７４の二次元的な高さのバラツキを検出する。次に、ウェハ１４が上面７４に載せられ、ポンプ７８から導入された真空によって上面７４に吸着される。続いて、距離センサ８０が水平方向に移動してウェハ１４の全面を走査し、その高さのバラツキを測定する。次に、コントローラ８２は、上面７４の第１の高さのバラツキとウェハ上面の第２の高さのバラツキを利用し、上述の実施形態で定義された測点（ｘｉ、ｙｉ）に対応するそれぞれの点で、第１の高さと第２の高さの差、すなわち厚さを計算する。

このように、本発明に係るウェハの検査方法によれば、露光装置によって回路パターンが露光される露光領域に対応する隣接する小領域の間の角度差がウェハ全体で得られる。そして、その角度差を用いてウェハの欠陥やウェハや各チップの欠陥が実際の製造に類似した条件で事前評価される。また、実際の製造に類似した条件で、チップのどの部分に欠陥があるかをチップ毎に評価できる。さらに、実際の製造に類似した条件で、境界近傍のウェハ部分の品質を事前評価できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る、ウェハの定量的検査システムを示す概略側面図。 図２は、ウェハの検査プロセスを示すフローチャート。 図３は、シリコンウェハの平面図。 図４は、ウェハ上に定義された多数の測点を示す、ウェハの部分拡大図。 図５は、ウェハ上に定義されるサイトとサブサイトの斜視図。 図６は、サブサイトを示す斜視図。 図７Ａは、図６に示す法線ベクトルを投影して得られた、ＸＺ平面内の成分ベクトルを示す図。 図７Ｂは、図６に示す法線ベクトルを投影して得られた、ＸＺ平面内の成分ベクトルを示す図。 図８は、隣接するサイトの境界部に定義されたサブサイトを示す斜視図。 図９は、他の検査装置を示す斜視図。

符号の説明

１０：品質検査装置、１４：シリコンウェハ、１８：ロータリ駆動部、２２：厚さ測定装置、２４：距離センサ、２６：直線駆動部、２８：コントローラ、３４：サイト、３６：サブサイト、３８：サイトコラム。

Claims (2)

1. 隣接した露光領域をオーバーラップさせる露光により回路パターンが形成されるウェハの前記回路パターンが形成される側の表面を前記露光領域の大きさに対応した複数の小領域に分割する工程と、
   前記表面を前記回路パターンの大きさに対応し且つ前記小領域を複数含む複数の大領域に分割する工程と、
   前記小領域のそれぞれについて表面を代表する法線ベクトルを求める工程と、
   隣接する２つの前記小領域について前記法線ベクトル間の角度差を求める工程と、
   前記角度差をあらかじめ設定された基準値と比較して前記角度差を求めた小領域を含む大領域の品質を評価する工程とを有することを特徴とするウェハの検査方法。
2. 隣接した露光領域をオーバーラップさせる露光により回路パターンが形成されるウェハの前記回路パターンが形成される側の表面を前記露光領域の大きさに対応した複数の小領域に分割する工程と、
   前記表面を前記回路パターンの大きさに対応し且つ前記小領域を複数含む複数の大領域に分割する工程と、
   前記小領域のそれぞれについて表面を代表する法線ベクトルを求める工程と、
   一つの平面に前記法線ベクトルをそれぞれ投影して成分ベクトルを求める工程と、
   隣接する２つの前記小領域について前記成分ベクトル間の角度差を求める工程と、
   前記角度差をあらかじめ設定された基準値と比較して前記角度差を求めた小領域を含む大領域の品質を評価する工程とを有することを特徴とするウェハの検査方法。

Images