JP5030604B2 - ウェハ外観検査装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェハ（半導体基板）の外観検査を行う外観検査装置に関し、特に半導体集積回路の製造プロセスで生じたウェハ上の不良箇所の検出を行う外観検査装置に関する。
従来のパターン付き半導体ウェハにおいて、検査対象物のパターンの形成状態またはパターン上の異物付着やキズなどの不良を検出する外観検査方法として、比較画像データと検査対象画像データを比較して違いがあれば欠陥があると判定する方法が知られている。
例えば、検査対象物の外観を濃淡値で表す濃淡画像データを入力する画像データ入力手段と、複数ある前記検査対象物のそれぞれの外観を濃淡値で表す複数の濃淡画像データから前記基準画像データとばらつきデータとを統計データとして算出する統計処理手段と、該統計処理手段によって算出された前記統計データと予め設定されている良否判別データと前記画像データ入力手段によって入力された前記検査対象物の前記濃淡画像データとから良品であるか否かを画素毎に判定することにより前記検査対象物の良否判定を行っている。
良品判定の方法の一つとして、複数の良品である検査対象物の濃淡画像データから基準画像データ平均値とばらつきデータとを統計処理手段にて算出し、前記基準画像データ平均値と前記ばらつきデータから良品の範囲を算出することにより、良品判定を行っている。また、前記良品の範囲については、濃淡画像データの複数の位置座標が異なる領域毎にそれぞれ異なる値に設定させ、前記濃淡画像データの複数の位置座標が異なる領域毎にそれぞれ異なる検査精度で前記検査対象物の良否判定を行っている。（例えば、特許文献１参照）
特開２００４−９３３３８号公報
しかしながら、上記従来例では、あらかじめ良否判定基準を複数の位置座標が異なる領域毎にそれぞれ異なる検査精度で決めることができるが、一般に半導体デバイスは、半導体ウェハ上にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜などの各種薄膜を形成することにより、製造されるので、製造装置の能力により、ロット間、ロット内、ウェハ面内によって、各種薄膜の厚さにバラツキが生じてしまう結果、半導体ウェハ上の各チップの濃淡画像は変わってしまい、あらかじめ予想された膜厚のバラツキの範囲外に各種薄膜の膜厚がバラついた場合、異物・パターン不良が無いにも関わらず、不良チップとして検出されてしまうという課題があった。
ウェハ内の特定の場所における薄膜の膜厚とチップ内の各標本区間の階調値との関係を予めテーブルとして持っておき、検査するウェハ内の特定の場所における薄膜の膜厚をウェハアライメント時など、チップ検査を行う前に測定し、その測定された膜厚とテーブル内の階調値とを比較することにより、検査に最適なしきい値を決定し、そのしきい値に基づいて、各チップの外観検査を実施する。
ロット間、ロット内、ウェハ面内の薄膜の膜厚バラツキからくる各標本区間の階調値のバラツキを考慮に入れて検査できるので、各標本区間の階調値のバラツキによる誤検知を抑えることができる。
また、ウェハアライメント時に膜厚を測定するので、膜厚測定と外観検査とを分離でき、検査時間の増大を抑えられる。
以下、本発明の実施の形態を図１〜図２に基づいて説明する。
スクライブライン１１で囲まれたチップ１０の領域内において、チップ１０を構成する第1の酸化膜領域１２の膜厚測定ポイント１２１と第２の酸化膜領域１３の膜厚測定ポイント１３１とを設定する。尚、図１（ｂ）は図１（ａ）中のチップＸ−Ｘ‘面における概略断面図を示した図である。
次にウェハ内の各チップについて、任意の領域について区分けする。例えば、図１（ｃ）において、領域Ａと領域Ｂと領域Ｃと領域Ｄとに区分けする。
次に各領域について、少なくとも１個以上の膜厚を測定するチップを設定する。例えば、図１（ｃ）において、領域Ａについてはチップａ、領域Ｂについてはチップｂ、領域Ｃについてはチップｃ、領域Ｄについてはチップｄ、というように設定する。
次に、チップのパターン比較を行うための基準サンプルを決めるために、チップ内の各標本区間の階調値と膜厚測定ポイント１２１および膜厚測定ポイント１３１との感度曲線を統計的手法（例えば、最小二乗法）を用いて求める。次に、バラツキを考慮にいれて、各膜厚における検査しきい値の上限線、下限線を設定する。次に検査するウェハについて、チップａ、チップｂ、チップｃ、チップｄのそれぞれについて、膜厚測定ポイント１２１と膜厚測定ポイント１３１における酸化膜の膜厚ａ１２、ａ１３、ｂ１２、ｂ１３、ｃ１２、ｃ１３、ｄ１２、ｄ１３を測定し、図１（ｄ）に示したように、それぞれの膜厚に相当する検査しきい値Ａ１２、Ａ１３、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｄ１２、Ｄ１３を算出する。
次いで、領域Ａに属するすべてのチップの検査については検査しきい値Ａ１２、Ａ１３を用いて検査し、また。領域Ｂに属するすべてのチップの検査については検査しきい値Ｂ１２、Ｂ１３を用いて検査し、また、領域Ｃに属するすべてのチップの検査については検査しきい値Ｃ１２、Ｃ１３を用いて検査し、また、領域Ｄに属するすべてのチップの検査については検査しきい値Ｄ１２、Ｄ１３を用いて検査するものとする。
上記実施例については、シリコン上のシリコン酸化膜（SiO2）の例について述べたが、シリコンあるいはシリコン酸化膜上のシリコン窒化膜（Si3N4）、シリコン酸化膜上のポリシリコンなど各種薄膜における検査についても実施可能である。
次いで、図２を用いて、外観検査測定装置と膜厚測定器との位置関係、動作について述べる。外観検査装置の撮像部２０は被測定ウェハ６０に対向した位置にあるため、エリプソメーターなどの膜厚測定用の測定器は、ウェハに対して、斜め方向から測定する測定器が望ましい。
例えばエリプソメーターの場合、測定光出射部３１と反射光受光部３２とは、被測定ウェハ６０に対して斜め方向に設置されるので、撮像部２０および照明部２１の邪魔にならずに設置できるので、エリプソメーターは本発明を実現するのに好適な膜厚測定器である。
また、エリプソメーターの場合、測定スポット（ビームスポット）は３５ミクロンφ程度に絞ることができるので、本チップ内の特定部位を測定したり、スクライブライン上に設けられた膜厚測定用パターンを測定するのに、好適である。
本発明における自動外観検査装置を用いた測定の実施形態を示す図である （ａ）本発明における測定チップの平面図の一例である （ｂ）図１（ａ）中のチップのＸ−Ｘ‘面における断面図の一例である （ｃ）本発明における測定ウェハの平面図の一例である （ｄ）本発明における膜厚と検査しきい値との関係を示すグラフの一例である 本発明における外観検査装置と膜厚測定器との構成を示す一例である
符号の説明
１１ スクライブライン
１２ 酸化膜領域
１２１ 膜厚測定ポイント
１３ 酸化膜領域
１３１ 膜厚測定ポイント
Ａ 領域Ａ
ａ 領域Ａにおける代表チップ
Ｂ 領域Ｂ
ｂ 領域Ｂにおける代表チップ
Ｃ 領域Ｃ
ｃ 領域Ｃにおける代表チップ
Ｄ 領域Ｄ
ｄ 領域Ｄにおける代表チップ
ａ１２ 代表チップａの酸化膜領域１２における酸化膜厚
Ａ１２ 領域Ａにおける酸化膜領域１２の検査しきい値
ａ１３ 代表チップａの酸化膜領域１３における酸化膜厚
Ａ１３ 領域Ａにおける酸化膜領域１３の検査しきい値
ｂ１２ 代表チップｂの酸化膜領域１２における酸化膜厚
Ｂ１２ 領域Ｂにおける酸化膜領域１２の検査しきい値
ｂ１３ 代表チップｂの酸化膜領域１３における酸化膜厚
Ｂ１３ 領域Ｂにおける酸化膜領域１３の検査しきい値
ｃ１２ 代表チップｃの酸化膜領域１２における酸化膜厚
Ｃ１２ 領域Ｃにおける酸化膜領域１２の検査しきい値
ｃ１３ 代表チップｃの酸化膜領域１３における酸化膜厚
Ｃ１３ 領域Ｃにおける酸化膜領域１３の検査しきい値
ｄ１２ 代表チップｄの酸化膜領域１２における酸化膜厚
Ｄ１２ 領域Ｄにおける酸化膜領域１２の検査しきい値
ｄ１３ 代表チップｄの酸化膜領域１３における酸化膜厚
Ｄ１３ 領域Ｄにおける酸化膜領域１３の検査しきい値
２０ 撮像部
２１ 照明部
３０ 膜厚測定部
３１ 測定光出射部
３２ 反射光受光部
４０ ウエハステージ
５０ 制御部
６０ ウェハ

Claims (3)

  1. ウェハ内の特定の場所におけるシリコン上のシリコン酸化膜の膜厚を測定する手段と、前記シリコン酸化膜の膜厚を記憶する手段と、パターン比較検査における濃淡画像の階調値に対する検査しきい値と前記シリコン酸化膜の膜厚との関係を演算する演算手段を有する、基準画像データを用いて検査対象物の良否判定を行う、パターン付き半導体ウェハの外観検査装置において、前記ウェハ内に区分けされた複数の領域ごとに設定された特定の場所における前記シリコン上のシリコン酸化膜の膜厚を測定することにより、前記領域内の各チップに対するパターン比較検査における前記濃淡画像の階調値に対する検査しきい値の上限および下限を自動計算し決定することを特徴とするパターン付き半導体ウェハの外観検査装置。
  2. ウェハ内の特定の場所におけるシリコンあるいはシリコン酸化膜上のシリコン窒化膜の膜厚を測定する手段と、前記シリコン窒化膜の膜厚を記憶する手段と、パターン比較検査における濃淡画像の階調値に対する検査しきい値と前記シリコン窒化膜の膜厚との関係を演算する演算手段を有する、基準画像データを用いて検査対象物の良否判定を行う、パターン付き半導体ウェハの外観検査装置において、前記ウェハ内に区分けされた複数の領域ごとに設定された特定の場所における前記シリコンあるいはシリコン酸化膜上のシリコン窒化膜の膜厚を測定することにより、前記領域内の各チップに対するパターン比較検査における前記濃淡画像の階調値に対する検査しきい値の上限および下限を自動計算し決定することを特徴とするパターン付き半導体ウェハの外観検査装置。
  3. ウェハ内の特定の場所におけるシリコン酸化膜上のポリシリコンの膜厚を測定する手段と、前記ポリシリコンの膜厚を記憶する手段と、パターン比較検査における濃淡画像の階調値に対する検査しきい値と前記ポリシリコンの膜厚との関係を演算する演算手段を有する、基準画像データを用いて検査対象物の良否判定を行う、パターン付き半導体ウェハの自動外観検査装置において、前記ウェハ内に区分けされた複数の領域ごとに設定された特定の場所における前記シリコン酸化膜上のポリシリコンの膜厚を測定することにより、前記領域内の各チップに対するパターン比較検査における前記濃淡画像の階調値に対する検査しきい値の上限および下限を自動計算し決定することを特徴とするパターン付き半導体ウェハの外観検査装置。
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