(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された層間絶縁膜およびパッシベーション膜を含む多層の膜を有する半導体チップに対して赤色、緑色、青色スペクトルを有する光を照射し、反射する光により構成される画像を表示するステップと、前記反射する光により構成される画像を予め良品及び不良品として記憶された試料情報に基づく画像と照合するステップと、前記半導体チップに対して青色の波長スぺクトルを照射し、反射する光により構成される画像を観察するステップと、前記半導体チップに対して赤色の波長スペクトルを照射し、反射する光により構成される画像を観察するステップと、前記各スペクトル成分のうちどのスペクトル成分の光による画像に欠陥があるかを検出して不良品もしくは良品として記録するステップと、前記欠陥が前記半導体チップのどの膜に形成されたものであるか判定するステップとを具備することを特徴とする欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンなどの半導体基板における多層構造の深層方向におけるキズや汚れの有無を検査し、キズや汚れがどの膜で起きたものであるかを知ることが出来る欠陥検査装置を用いた欠陥検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハあるいはチップなどの試料の欠陥を検査する欠陥検査装置には、例えば、コンフォーカル（共焦点）顕微鏡を用いる（特許文献１参照）。コンフォーカル顕微鏡は、高低差のある試料をどの部分でも完全に焦点が合った状態で画像（全焦点画像）にすることが出来る。
コンフォーカル光学系では焦点が完全にあった場合のみ光検出器に反射光が入って来る。つまり、焦点が合っている部分の反射光のみがピンホールを通過して光検出器に入ってくる。そのため、焦点が合っている時に画像の明るさが最大になり、焦点がずれると明るさは低下する。コンフォーカル顕微鏡は、このコンフォーカル光学系を利用したものであり、凹凸のある試料であっても画面全体に焦点が合った全焦点画像を得ることが出来る。通常の光学顕微鏡は、焦点深度が有限であるので画像全体で焦点を合わせることが難しいが、全焦点画像は、全体に焦点が合っている。
【０００３】
半導体ウエハあるいはチップなどの欠陥検査装置は、コンフォーカル顕微鏡に代表されるように、赤色、緑色及び青色の各スペクトルの性質を利用しているが、その利用は、ただ欠陥不良を観測して作業者の判断によりキズあるいは汚れなどを判定している。従来は、赤色・緑色・青色スペクトル個別の反射像を作り、この反射像を利用して深さ方向に焦点を合わせた合成像を作ってカラー映像をより鮮明にしていた。
特許文献１には、表層以外の層の３次元形状を測定することができる３次元形状測定装置及び測定方法が開示されている。この３次元形状測定装置は、光源からの照明光の波長を切り替える波長切替機構と、試料に対する焦点位置を光軸に沿って走査するステージ駆動機構と、前記試料で反射された反射光をコンフォーカル光学系を介して検出するＣＣＤカメラと、焦点位置を走査したときのＣＣＤカメラとＣＣＤカメラで検出した検出光に基づいて処理を行なう処理装置とを備えている。処理装置は、ＣＣＤカメラで検出した検出光に基づいて合焦点位置を算出して３次元形状を構築する。波長切替機構によって異なる波長に切り替えて、第１層の上面と第２層の上面との３次元形状を構築する。
【特許文献１】特開２００６−３５００７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のような従来の欠陥検査装置を用いた場合、キズや汚れなどの検出判断及びキズや汚れなどがどの工程で発生したかの特定は、専ら作業者の裁量に任されていた。このような手段では判断や特定には時間がかかり、判断ミスも少なくなかった。また、そのキズや汚れの種類や発生工程の集計も作業者が行っており、時間と手間は甚大であった。
本発明は、以上のような問題を解決するためになされ、基板を製造する複数の工程の内どの工程に起因するキズあるいは汚れであるか、作業者の裁量に任せずに、迅速かつ正確な検査が可能な欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の欠陥検査装置の一態様は、試料を観察する赤色、緑色、青色スペクトルを有する光源を用いる多波長顕微鏡装置と、前記試料の観察像を映し出す観察像表示装置と、予め試料情報を記憶しており、且つ前記試料の良品及び不良品を記憶する記憶装置と、前記観察像表示装置に表示された前記観察像を前記記憶装置の前記試料情報に基づく画像と照合する画像認識装置と、前記照合結果から前記各スペクトル成分の光のうちどのスペクトル成分の光による観察像に欠陥があるかを検出して前記記憶装置に不良品もしくは良品として記録するとともに前記欠陥が前記試料の製造工程のどの工程で形成されたものであるかを判定する演算処理装置とを具備したことを特徴としている。
【０００６】
本発明の欠陥検査方法の一態様は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜およびパッシベーション膜を含む多層の膜を有する半導体チップに対して赤色、緑色、青色スペクトルを有する光を照射し、反射する光により構成される画像を表示するステップと、前記反射する光により構成される画像を予め良品及び不良品として記憶された試料情報に基づく画像と照合するステップと、前記半導体チップに対して青色の波長スぺクトルを照射し、反射する光により構成される画像を観察するステップと、前記半導体チップに対して赤色の波長スペクトルを照射し、反射する光により構成される画像を観察するステップと、前記各スペクトル成分のうちどのスペクトル成分の光による画像に欠陥があるかを検出して不良品もしくは良品として記録するステップと、前記欠陥が前記半導体チップのどの膜に形成されたものであるか判定するステップとを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、以上の構成により、基板を製造する複数の工程の内のどの工程に起因するキズあるいは汚れであるか、作業者の裁量に任せず、迅速かつ正確な検査が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、欠陥検査に、赤色、緑色、青色スペクトルを有する光源を用いる多波長顕微鏡装置を利用することを特徴としており、試料の観察像を鮮明に観測することが出来る。例えば、半導体ウエハもしくはチップを製造する複数の工程の内どの工程に起因するキズあるいは汚れであるかを作業者の裁量に任せずに行う、迅速且つ正確な検査が可能な欠陥検査装置及び方法を提供するものである。
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例】
【０００９】
まず、図１乃至図９を参照して実施例を説明する。
図１は、実施例で説明する欠陥検査装置のブロック図、図２は、図１に示す欠陥検査装置を用いた欠陥検査方法を説明するフローチャート図、図３は、図１に示す欠陥検査装置の多波長顕微鏡装置における多波長使い分けを説明する図であり、キズあるいは汚れ（以後、キズ等という）が半導体基板表面にかかり、全波長で観測される試料（ここでは、半導体チップを用いる）の断面図、図４は、図１に示す欠陥検査装置の多波長顕微鏡装置での観測において、キズ等が半導体基板表面にかかり、Ｒ波長スペクトル成分のみで観測された半導体チップ断面図、図５は、図１に示す欠陥検査装置の多波長顕微鏡装置での観測において、キズ等が半導体基板表面にかかり、Ｂ波長スペクトル成分のみで観測された半導体チップの断面図、図６は、図１に示す欠陥検査装置の多波長顕微鏡装置における多波長使い分けを説明する図であり、キズ等がパッシベーション膜にかかり、全波長で観測される半導体チップの断面図、図７は、図１に示す欠陥検査装置の多波長顕微鏡装置での観測において、キズ等がパッシベーション膜にかかり、赤色スペクトル成分（以下、Ｒ波長スペクトル成分）のみで観測された半導体チップの断面図、図８は、図１に示す欠陥検査装置の多波長顕微鏡装置での観測において、キズ等がパッシベーション膜にかかり、青色スペクトル成分（以下、Ｂ波長スペクトル成分）のみで観測される半導体チップ断面図、図９は、図１に示す欠陥検査装置の多波長顕微鏡装置における多波長使い分けを説明する図であり、最上層（パッシべーション膜）及び最上層以外（層間絶縁膜）にあるキズ等を観測した半導体チップの断面図である。
【００１０】
図１に示すように、この実施例の欠陥検査装置は、ウエハもしくはチップトレー自動搬送装置２により搬送されてきた半導体チップを観察する赤色、緑色、青色スペクトルを有する光源を用いる多波長顕微鏡装置１と、前記半導体チップの観察像を映し出す観察像表示装置３と、予め試料情報を記憶しており、且つ前記試料の良品及び不良品を記憶する記憶装置４と、観察像表示装置３に表示された前記観察像を記憶装置４の前記試料情報に基づく画像と照合する画像認識装置５と、前記照合結果に基づいて、各スペクトル成分の光のうちどのスペクトル成分の光による観察像にキズおよび汚れがあるかを検出し、記憶装置４に不良品もしくは良品として記録するとともに、キズおよび汚れが前記試料の製造工程のどの工程で形成されたものであるかを判定する演算処理装置６とから構成されている。
この欠陥検査装置において、赤色、緑色、青色スペクトルを有する光を半導体チップに照射して、各スペクトル成分の光による観察像をそれぞれ予め記憶装置に記憶された試料情報に基づく画像と照合し、どのスペクトル成分の光による観察像にキズ等があるかを検出し、さらに、このキズ等が試料を製造するための複数の工程の内のどの工程で形成されたものであるかを判定することができる。
【００１１】
多波長顕微鏡装置１を用いて、試料である半導体チップを構成する半導体基板の表面を欠陥検査する場合、赤色スペクトル成分による観察像が有効である。赤色スペクトル成分は、シリコンなどの基板表面の最上層の膜を透過し、基板面で反射する。即ち、基板面の凹凸を画像で表示できる。最上層の膜は、ポリイミドなどの透明なパッシベーション膜１５である。また、青色スペクトル成分は、最上層の透明膜表面で反射する。即ち、パッシベーション膜１５表面の凹凸を画像表示出来る。したがって、シリコン基板にキズがあり、その直上のパッシベーション膜にキズがなかったらウェハ処理工程の最終プロセス（後工程）より前の工程（前工程）に起因するものと判断することが出来る（図９（ａ）参照）。本発明は、各スペクトル成分の特性を利用して欠陥検査を正確に実施することが可能である。
既に述べた様に、赤色スペクトル（Ｒ）成分は、シリコンなどの基板表面の最上層の膜を透過し、基板面で反射する（図９（ｂ）参照）。青色スペクトル（Ｂ）成分は、最上層の透明膜表面で反射する（図９（ａ）参照）。緑色スペクトル（Ｇ）成分は、赤色スペクトル（Ｒ）成分と青色スペクトル（Ｂ）成分の双方の性質を持っており、最上層の透明膜を透過し、当該透明膜と基板表面間に形成された複数の層間絶縁膜のいずれかで反射する（図９参照）。
【００１２】
次に、図２乃至図８を参照して、図１に示す欠陥検査装置を用いて試料（半導体チップ）の欠陥を検査する方法を説明する。
図２に示す欠陥検査方法は、ステップ（１）〜（１４）で構成されている。ウエハもしくはチップトレー自動搬送装置から試料として半導体チップを多波長顕微鏡装置１へ搬送する（ステップ（１））。次に、予め記憶しているインデックス順に半導体チップを観察する（ステップ（２））。その後、全波長成分（Ｒ、Ｂ、Ｇ）を同時に照射する。全波長成分を同時に半導体チップに照射する状態は図３及び図６に示す通りである。この多波長顕微鏡装置１によれば、金属顕微鏡以上の鮮明画像を深さ方向に関わらずＣＣＤでとらえて映し出すことが出来る。
【００１３】
図３乃至図８には、半導体チップの断面図が記載されている。これらの図は半導体素子等についての記載を省略し、基板表面上の多層配線部分について記載する。
図において、半導体基板１０表面にはシリコン酸化物などのフィールド酸化膜１１が形成され、そのフィールド酸化膜１１上に金属配線などの第１層配線パターン１６が形成されている。第１層配線パターン１６は、シリコン酸化物などの層間絶縁膜１２に被覆されている。また、層間絶縁膜１２表面上には金属配線などの第２層配線パターン１７が形成されている。第２層配線パターン１７は、シリコン酸化物などの層間絶縁膜１３に被覆される。層間絶縁膜１３表面上には金属配線などの第３層配線パターン１８が形成される。第３層配線パターン１８は、シリコン酸化物などの層間絶縁膜１４に被覆されている。第１層配線パターン１６と第２層配線パターン１７は、接続配線１９により接続され、第２層配線パターン１７と第３層配線パターン１８は、接続配線２２により接続されている。更に、層間絶縁膜１４は、最上層のポリイミドなどからなる透明なパッシベーション膜１５により被覆される。
【００１４】
全波長成分を同時に半導体チップに照射すると、例えば、赤色スペクトル成分（Ｒ波長スペクトル成分）は、透明なパッシベーション膜１５及び層間絶縁膜１２〜１４を透過し、半導体基板１０表面で反射する。青色スペクトル成分（Ｂ波長スペクトル成分）は、透明なパッシベーション膜１５表面で反射する。緑色スペクトル成分（Ｇ波長スペクトル成分）は、透明なパッシベーション膜１５を透過し、層間絶縁膜１２〜１４のいずれかで反射する。
図３、図４及び図５の半導体チップには半導体基板１０表面にかかるキズ等２０が有り、図６、図７及び図８の半導体チップにはパッシベーション膜１５にかかるキズ等２１がある。
その観察像を観察像表示装置３に表示し、画像認識装置５により記憶装置４の画像と照合する。半導体チップの観察像を画像認識装置５により記憶装置４の画像と照合した結果、試料は、キズ等無し（ＯＫ）の半導体チップとキズ等有り（ＮＧ）の半導体チップとに仕分けられる（ステップ（３））。
【００１５】
半導体チップがキズ等無し（ＯＫ）の場合は、演算処理装置６により記憶装置４に「良品」として記録する（ステップ（４））。更に、演算処理装置６により「良品」として記憶装置４に記録された半導体チップは、良品の一つとして観察像と共に観察像表示装置３に表示される（ステップ（５））。
演算処理装置６は、例えば、ウエハやチップトレーの座標情報や試料のキズ有無の統計処理情報（例えば、ＮＧチップ／ウエハロット母数）、キズ等が試料の製造工程のどの工程に起因するかを特定する情報を有し、観察像表示装置３にキズ等がどの工程に起因するかを判断して表示させる。
【００１６】
一方、半導体チップがキズ等有り（ＮＧ）の場合は、ステップ（６）以下の工程により、キズ等が半導体チップのどの工程で生じていたのかを判定する。まず、Ｂ波長スペクトル成分のみ半導体チップに照射して観察を開始する（図５、図８参照）。Ｂ波長スペクトル成分のみで観察すると、パッシべーション膜１５の凹凸だけを映し出すので、半導体基板１０にかかるキズ等２０を確認することが出来ない。キズ等無し（ＯＫ）の場合、今度はＲ波長スペクトル成分のみを当該半導体チップに照射して観察を開始する（ステップ（７））。
【００１７】
キズ等を確認した場合、演算処理装置６は、この半導体チップを記憶装置４に「不良品」として記録する（ステップ（８））。そして、演算処理装置６でこの半導体チップを「不良品」の一つとして集計し、観察像と共に観察像表示装置３に表示する。同時に、演算処理装置６が半導体基板表面にかかるキズ等と判断して（図４参照）このキズ等が半導体チップ製造工程の「前工程」に起因することを観察像表示装置３に表示させる（ステップ（９））。図４に示すように、Ｒ波長スペクトル成分のみを半導体チップに照射して観察すると、半導体基板１０表面の凹凸だけを映し出す。したがって、ここにキズ等がある場合は、半導体チップ製造工程の「前工程」に起因すると判断出来る。
ステップ（６）において、キズ等有り（ＮＧ）の場合、まず、演算処理装置６は、記憶装置４に「不良品」として記録する（ステップ（１０））。次に、演算処理装置６でこの半導体チップを「不良品」の一つとして集計し、観察像と共に観察像表示装置３に表示する。同時に、演算処理装置６が最上層のパッシベーション膜１５にかかるキズ等と判断して（図８参照）このキズ等が半導体チップ製造工程の「後工程」に起因することを観察像表示装置３に表示させる（ステップ（１１））。
【００１８】
このように、全波長成分で半導体チップを観察してキズ等を認識し、更に、Ｂ波長スペクトル成分のみ当該半導体チップに照射して観察することにより、そのキズ等がパッシベーション膜にかかるものと判断され、半導体チップ製造工程の「後工程」に起因するものと判断される。しかし、このような観察では、例えば、パッシベーション膜および半導体基板表面の双方にキズ等が重なってある場合には、半導体基板表面のキズ等は特定出来ない。その場合はステップ（１２）〜（１４）により特定することが出来る。
以下、ステップ（１２）〜（１４）を説明する。
ステップ（１１）の後、Ｒ波長スペクトル成分のみを当該半導体チップに照射して観察を開始する（ステップ（１２））。この観察により、半導体チップにキズ等なしと判断された場合、この半導体チップは、パッシベーション膜にかかるキズ等のみ存在することになるこのとき、演算処理装置６は、半導体チップに存在するキズ等は「後工程」に起因するものであることを観察像表示装置３に表示させたままにする（ステップ（１３））。
【００１９】
また、この観察により、半導体チップにキズ等が観察された場合、この半導体チップには、もともと、「後工程」に起因するパッシベーション膜にかかるキズ等が認められるが、さらに、そのキズ等の下に「前工程」に起因するキズ等が半導体基板にかかる位置に認められたことになる。したがって、演算処理装置６は、同一場所に「前工程」と「後工程」のキズ汚れがあることを観察像表示装置３に表示させる（ステップ（１４））。
以上のステップにより、半導体チップを製造するための複数の工程の内のどの工程に起因するキズ等であるかを、作業者の裁量に任せず、検出ミスの少ない正確な検査が可能になる。この実施例では、多波長顕微鏡装置に用いる光源としてＢ波長スペクトル成分及びＲ波長スペクトル成分を用いたが、例えば、緑色スペクトル成分（Ｇ波長スペクトル成分）などの他の成分をその特徴を掴んで利用することが出来る。
この実施例の欠陥検査装置には、多波長顕微鏡装置に画像認識装置を加えているので、自動で欠陥検査が可能になり、キズの種類をデータベース化して、これと照合することができる。キズの種類の集計やキズ発生工程の切り分けが容易に集計でき、しかもモニターすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例で説明する欠陥検査装置のブロック図。
【図２】図１に示す欠陥検査装置を用いた欠陥検査方法を説明するフローチャート図。
【図３】図１に示す欠陥検査装置の多波長顕微鏡装置における多波長使い分けを説明するキズあるいは汚れが半導体基板表面にかかり、全波長で観測される半導体チップ（試料）断面図。
【図４】図１に示す欠陥検査装置において、キズあるいは汚れが半導体基板表面にかかり、赤色スペクトル成分（Ｒ波長スペクトル成分）のみで観測される半導体チップ（試料）断面図。
【図５】図１に示す欠陥検査装置において、キズあるいは汚れが半導体基板表面にかかり、青色スペクトル成分（Ｂ波長スペクトル成分）のみで観測される半導体チップ（試料）断面図。
【図６】図１に示す欠陥検査装置の多波長使い分けを説明する図であり、キズあるいは汚れがパッシベーション膜にかかり、全波長で観測される半導体チップ（試料）断面図。
【図７】図１に示す欠陥検査装置において、キズあるいは汚れがパッシベーション膜にかかり、赤色スペクトル成分（Ｒ波長スペクトル成分）のみで観測される半導体チップ（試料）断面図。
【図８】図１に示す欠陥検査装置において、キズあるいは汚れがパッシベーション膜にかかり、青色スペクトル成分（Ｂ波長スペクトル成分）のみで観測される半導体チップ（試料）断面図。
【図９】図１に示す欠陥検査装置の多波長使い分けを説明する図であり、最上層及び最上層以外にあるキズあるいは汚れを観測する半導体チップ（試料）断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１・・・多波長顕微鏡装置
２・・・ウエハおよびチップトレー自動搬送装置
３・・・観察像表示装置
４・・・記憶装置
５・・・画像認識装置
６・・・演算処理装置
１０・・・半導体基板
１１・・・フィールド酸化膜
１２、１３、１４・・・層間絶縁膜
１５・・・パッシベーション膜
１６、１７、１８・・・配線パターン
１９、２２・・・接続配線
２０、２１・・・キズあるいは汚れ
【図１】
0005458345.tif 000002
【図２】
0005458345.tif 000003
【図３】
0005458345.tif 000004
【図４】
0005458345.tif 000005
【図５】
0005458345.tif 000006
【図６】
0005458345.tif 000007
【図７】
0005458345.tif 000008
【図８】
0005458345.tif 000009
【図９】
0005458345.tif 000010