(57)【要約】【課題】重大欠陥の判定を自動的に行なうことができ、オペレータによる欠陥の観察作業を軽減させることができる半導体ウェーハ欠陥検査装置を提供する。【解決手段】本発明の欠陥検査装置１は、欠陥判定部９で検出された欠陥と隣接する配線間の距離を測定する欠陥−配線距離測定部１２と、欠陥−配線間距離測定部１２で測定した測定値と予め設けた設定値とを比較する比較部１３と、比較部１３の結果を元に、検出された欠陥が重大欠陥か軽欠陥かを判定する重大欠陥判定部１４と、重大欠陥判定部１４からの種々の情報を出力する出力部１５を備えている。【選択図】　図１
2004117016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物を複数の領域に分割して隣接する前記領域を順次撮像装置にて撮像し、出力される画像データから欠陥を検出する半導体ウェーハ欠陥検査装置において、前記欠陥と隣接する配線との距離を測定する欠陥−配線距離測定部と、前記欠陥−配線距離測定部の測定値を予め設定された設定値と比較する比較部と、前記比較部のデータを元に重大欠陥か軽欠陥かを判定する重大欠陥判定部を備えたことを特徴とする半導体ウェーハ欠陥検査装置。
【請求項２】
前記比較部に予め設定された設定値が、配線ショートに至らないときの欠陥―配線距離であることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハ欠陥検査装置。
【請求項３】
前記欠陥−配線距離測定部の測定値が、前記比較部の設定値未満である場合に、重大欠陥であると判定されることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハ欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に回路パターンが形成された半導体ウェーハ上の欠陥を検査する半導体ウェーハ欠陥検査装置に関し、特に、半導体チップの歩留りに大きく影響する欠陥の判定を可能にした半導体ウェーハ欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯端末を始めとした各種電子機器の小型軽量、高性能化は目覚しく、それらに使用される半導体チップの高集積化・小型化は急速に進んでいる。一般に、半導体チップは電気的な動作試験によって良否を判定しているが、小型化に伴ない微小な傷や異物等の欠陥が問題となっている。これらの半導体チップを高歩留りで製造するためには、半導体ウェーハの表面の欠陥を検出して、不良品を早い段階で抽出する必要がある。また、検出した異物を解析し、その発生原因を究明して製造プロセスにフィードバックすることも必要となる。このような技術は、例えば、特開平９−１４５６２７号公報に開示されている。
【０００３】
図４は従来のウェーハ欠陥検査装置の構成を示すブロック図である。従来のウェーハ欠陥検査装置４１は、半導体ウェーハ４２上に光を照射する照明ランプ４３と、半導体ウェーハ４２を支持するステージ４４と、ステージ４４上の半導体ウェーハ４２の検査面４２ａの欠陥の検査を行う欠陥検出手段４５と、先の欠陥検査結果に基づいて欠陥の存在しない良領域と欠陥の存在する不良領域とに分類する制御部４６と、ステージ４４をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動かつθ回転させる駆動部４７と、制御部４６からの種々の種々の情報を出力する出力部４８とからなる。
【０００４】
さらに、欠陥検出手段４５は、半導体ウェーハ４２の検査面４２ａの画像を取り込む検出器４５ａと、前記画像と予め登録された正常画像との比較を行う画像処理部４５ｂとを有している。また、照明ランプ４３から発せられる光の通路には、ミラー４９と対物レンズ５０とが設置されている。
【０００５】
この半導体ウェーハ欠陥検査装置４１による欠陥検査方法について説明する。先ず、半導体ウェーハ４２上に光を照射し、検出器４５ａと画像処理部４５ｂとを有する欠陥検出手段４５によって半導体ウェーハ４２の検査面４２ａの欠陥検査を行う。さらに、制御部４６によって、半導体ウェーハ４２の検査面４２ａを複数個の所定領域に分割した後、先の欠陥検査結果に基づいて、所定領域を欠陥の存在しない良領域と欠陥の存在する不良領域とに分類する。ステージ４４を駆動部４７によりＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に駆動して、半導体ウェーハ４２上の全面を検査し、出力部４８にて半導体ウェーハ４２内における欠陥分布のマップが出力される。これにより、半導体ウェーハ４２上の欠陥が過去の実績に基づく良領域の欠陥であるかまたは不良領域の欠陥であるかを判別でき、不良解析や不良推定を迅速に行うことができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１４５６２７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の半導体ウェーハ欠陥検査装置４１は、データとして欠陥の半導体ウェーハ内の座標データ、数及びサイズを出力するものであり、半導体チップの歩留りに大きく影響する配線ショートに至る重大欠陥であるか、あるいは配線ショートに至らない軽欠陥であるかの判定は行われていなかった。
【０００８】
図５の半導体チップの平面図に示すように、半導体チップ５１の領域内には、メモリセル部５２やデータ入出力部５３で配線パターンの集積度が異なるとともに、配線パターンのない部分５４も存在するため、各領域において不良原因となる欠陥のサイズが異なり、サイズの情報だけでは重大欠陥か軽欠陥かの判定ができない。
【０００９】
そのため、後工程で、オペレータが光学顕微鏡や電子顕微鏡を使って、半導体ウェーハ欠陥検査装置４１で検出された全ての欠陥を観察し、重大欠陥の判定を行って識別マークを刻印した後、欠陥の種類（異物、キズ、パターン不良等）を調査していた。
【００１０】
このように、従来の半導体ウェーハ欠陥検査装置４１で検出された欠陥の全てを、座標データを元に、オペレータが顕微鏡を使用して観察していたので、半導体ウェーハ１枚当たりに要するデータ測定時間が膨大なものとなっていた。また、近年の半導体の微細化に伴ない、小サイズの欠陥も歩留りに影響するようになってきた。従って、欠陥の見落としも増え、正確性に欠けるものであった。
【００１１】
本発明は、前記問題点を解決するために考えられたもので、重大欠陥の判定を自動的に行なうことができ、オペレータによる欠陥の観察作業を軽減させることができる半導体ウェーハ欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の半導体ウェーハ欠陥検査装置は、被検査物を複数の領域に分割して隣接する前記領域を順次撮像装置にて撮像し、出力される画像データから欠陥を検出する半導体ウェーハ欠陥検査装置であって、前記欠陥と隣接する配線との距離を測定する欠陥−配線距離測定部と、前記欠陥−配線距離測定部の測定値を予め設定された設定値と比較する比較部と、前記比較部のデータを元に重大欠陥か軽欠陥かを判定する重大欠陥判定部を備えたことを特徴とする。この構成により、重大欠陥か軽欠陥かを自動的に判定できるので、オペレータによる欠陥観察作業を大幅に軽減することができる。
【００１３】
また、請求項２記載の半導体ウェーハ欠陥検査装置は、請求項１記載の半導体ウェーハ欠陥検査装置であって、前記比較部に予め設定された設定値が、配線ショートに至らないときの欠陥―配線距離であることを特徴とする。この構成により、製品規格に合わせて設定値を変更することができるとともに、余裕度を持たせた設定が可能である。
【００１４】
また、請求項３記載の半導体ウェーハ欠陥検査装置は、請求項１記載の半導体ウェーハ欠陥検査装置であって、前記欠陥−配線距離測定部の測定値が、前記比較部の設定値未満である場合に、重大欠陥であると判定されることを特徴とする。半導体チップにおいて、配線パターンの集積度が異なる領域を検査する場合でも、欠陥と配線間の距離を測定するので、重大欠陥の判定が容易であり、かつ信頼性も高い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の半導体ウェーハ欠陥検査装置１の構成を示すブロック図である。
【００１６】
本発明のウェーハ欠陥検査装置１は、半導体ウェーハ２上に光を照射するハロゲンランプからなる照明ランプ３と、半導体ウェーハ２を支持するステージ４と、ステージ４をＸ、Ｙ、Ｚ方向にかつθ回転させる駆動部５と、ステージ４上の半導体ウェーハ２の検査面２ａの欠陥を取り込むＴＤＩ（Ｔｉｍｅ　Ｄｅｌａｙ　＆　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などのイメージセンサ６と、イメージセンサ６のアナログ信号をデジタル信号に変換して画像処理を行う画像メモリ７と、隣接したチップの画像データを比較するチップ比較部８と、チップ比較部８の比較結果に応じて欠陥の有無を判定する欠陥判定部９を備えている。また、照明ランプ３から発せられる光の通路には、ミラー１０と対物レンズ１１とが設置されている。
【００１７】
さらに、本発明の欠陥検査装置１では、新たに欠陥判定部９で検出された欠陥と隣接する配線間の距離を測定する欠陥−配線距離測定部１２と、欠陥−配線間距離測定部１２で測定した測定値と予め設けた設定値とを比較する比較部１３と、比較部１３の結果を元に、検出された欠陥が重大欠陥か軽欠陥かを判定する重大欠陥判定部１４と、重大欠陥判定部１４からの種々の情報を出力する出力部１５を備えているのが特徴である。
【００１８】
次に、本発明の半導体ウェーハ欠陥検査装置１による欠陥検査方法について説明する。先ず、半導体ウェーハ２をステージ４に載せ、照明ランプ３から出射された光をミラー１０及び対物レンズ１１を通して、半導体ウェーハ２の検査面２ａに照射する。半導体ウェーハ２の検査面２ａで反射した光はイメージセンサ６の受光面で検知して、半導体ウェーハ２の検査面２ａの欠陥検査を行う。イメージセンサ６で検知されたアナログ信号は、画像メモリ７へ送られ、デジタル信号に変換されて画像処理が施される。この画像データは、チップ比較部８へ送られ、隣接したチップの画像データと比較することにより、欠陥の有無が判定される。
【００１９】
この検査方法を、図面を参照して説明する。図２は、検査対象物である半導体ウェーハ２１に形成された各チップ２２〜２６の検査手順を示す図である。
【００２０】
先ず、半導体ウェーハ２１内の隣接するチップの同一パターン領域、例えば領域２２ａと領域２３ａの画像信号を比較検査する。両者が同一であれば、領域２２ａと領域２３ａは欠陥無と判定する。次いで、正常な領域２３ａと隣接するチップの同一パターンの領域２４ａを比較検査する。同様の手順で、領域２４ａと領域２５ａ、領域２５ａと領域２６ａというように、任意のチップ内パターンとそのチップに隣接したチップ内パターンとを比較を行い、半導体ウェーハ２１全面に亘って検査を行う。
【００２１】
このようにして、チップ比較部８の比較結果に応じて、欠陥判定部９にて欠陥の有無が判定される。欠陥有と判定された場合は、続いて、画像メモリ７に保存されたデータにより欠陥のサイズ及び位置情報を算出する。
【００２２】
さらに、本発明の半導体ウェーハ欠陥検査装置１では、新たに設けた欠陥−配線距離測定部１２と、比較部１３と、重大欠陥判定部１４により、検出された欠陥が重大欠陥か軽欠陥かの判定を行う。
【００２３】
図３は、本発明の半導体ウェーハ欠陥検査装置１による重大欠陥の判定方法を説明する図である。図３において、３１はイメージセンサ６で検出され、画像メモリ７で信号処理された欠陥画像データであり、３２は反射光強度データである。半導体ウェーハ２の検査面２ａにおいて、配線３３は同一パターンで形成されているので、反射光強度が一定レベルＡを示し、容易に欠陥３４ａ〜３４ｃと区別することができる。
【００２４】
例えば、図３（ａ）では、欠陥３４ａが隣接する配線３３に接触しており、欠陥−配線間距離Ｘ１、Ｘ２は０なので、欠陥３４ａは重大欠陥として判定される。また、図３（ｂ）では、欠陥３４ｂが隣接する配線３３に接触していないが、欠陥−配線間距離Ｘ３、Ｘ４のいずれもが設定値Ｓより小さいので、やはり重大欠陥として認識される。また、図３（ｃ）では、欠陥３４ｃが隣接する配線３３に接触しておらず、欠陥−配線間距離Ｘ５、Ｘ６のいずれもが設定値Ｓより大きいので、軽欠陥として判定される。軽欠陥として判定される条件としては、Ｘ５、Ｘ６のいずれかが設定値Ｓより大きければよい。
【００２５】
ここで、設定値を設ける理由について説明する。欠陥が、隣接する配線部に完全に接触していれば、後工程のＰ／Ｗ検査にて電気的特性不良として検出される。欠陥が隣接する配線部に完全に接触していない場合は、Ｐ／Ｗ検査では電気的特性不良として検出されない。しかし、その距離が非常に近い場合は、後工程の製品組立時の応力により欠陥が移動又は変形して、配線に容易に接触するようになり、最終の製品検査で不良に至ることになる。従って、過去のデータに基づいて算出した設定値を設け、早い段階で重大欠陥を判定するようにしている。
【００２６】
このように、本発明では、従来の欠陥のサイズや位置情報に加えて、欠陥−配線距離測定部１２にて欠陥と隣接する配線との距離を測定し、比較部１３にて過去のデータに基づいて算出した設定値と測定値を比較し、重大欠陥判定部１４にて重大欠陥か軽欠陥かが判定される。
【００２７】
さらに、画像メモリ７で記憶された欠陥の検出されたチップのウェーハ内における位置座標データを基に、重大欠陥と軽欠陥が区別された欠陥マップが、出力１５にて出力される。
【００２８】
その後、検出された重大欠陥のみを対象として、オペレータが光学顕微鏡や電子顕微鏡を使用して、欠陥の種類（異物、キズ、パターン不良等）を観察する。従って、オペレータによる欠陥の観察作業の工数が大幅に低減でき、かつ正確性が向上する。
【００２９】
また、必要に応じて、重大欠陥の発生原因を解析し、プロセスへのフィードバックを行う。また、このような欠陥検査は、回路パターンを作り込む各工程で行うことができるので、問題となる重大欠陥の発生工程や位置及び数等の情報を早い段階で入手できるので、製造プロセスの改善や歩留り向上に非常に有効となる。
【００３０】
また、欠陥−配線距離測定時には、対物レンズ１１を変更して、高倍率で検査するようにしてもよい。また、欠陥検査に使用する光源を、ハロゲンランプからＡｒレーザや半導体レーザなどのレーザ光源を使用するようにしてもよい。これにより、測定精度が向上する。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の半導体ウェーハ欠陥検査装置によると、半導体ウェーハの欠陥検査を行う際に、自動的に重大欠陥か軽欠陥かを判定できるようにしたので、従来人為的に行っていた欠陥観察は、重大欠陥のみを対象として行えばよく、工数が大幅に軽減される。従って、検査時間が大幅に短縮でき、生産性が向上する。また、欠陥の見落としが無くなり、品質が安定化する。また、回路パターンを作り込む各工程で欠陥検査を行い、重大欠陥を判定するのでプロセス改善に非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体ウェーハ欠陥検査装置の構成を示すブロック図
【図２】チップ比較による欠陥検査方法を示す図
【図３】本発明の半導体ウェーハ欠陥検査装置による重大欠陥判定方法を説明する図
【図４】従来の半導体ウェーハ欠陥検査装置の構成を示すブロック図
【図５】半導体チップの平面図
【符号の説明】
１　本発明の半導体ウェーハ欠陥検査装置
２　半導体ウェーハ
２ａ　検査面
３　照明ランプ
４　ステージ
５　駆動部
６　イメージセンサ
７　画像メモリ
８　チップ比較部
９　欠陥判定部
１０　ミラー
１１　対物レンズ
１２　欠陥−配線距離測定部
１３　比較部
１４　重大欠陥判定部
１５　出力部
２１　半導体ウェーハ
２２〜２６　チップ
２２ａ〜２６ａ　領域
３１　欠陥画像データ
３２　反射光強度データ
３３　配線
３４ａ〜３４ｃ　欠陥
３２　配線部
４１　従来の半導体ウェーハ欠陥検査装置
４２　半導体ウェーハ
４２ａ　検査面
４３　照明ランプ
４４　ステージ
４５　欠陥検出手段
４５ａ　検出器
４５ｂ　画像処理部
４６　制御部
４７　駆動部
４８　出力部
４９　ミラー
５０　対物レンズ
５１　半導体チップ
５２　メモリセル部
５３　データ入出力部
５４　配線パターンのない部分
【図１】
2004117016.tif 000003
【図２】
2004117016.tif 000004
【図３】
2004117016.tif 000005
【図４】
2004117016.tif 000006
【図５】
2004117016.tif 000007