(57)【要約】【課題】検査箇所の高さ及び幅方向の情報が得られる半導体検査装置及び検査方法、これを利用した高信頼性の半導体装置を提供する。【解決手段】ステージ１１は、例えばＹ方向に沿って極わずかなラウンド形状をとり、常にウェハ１０の頂部Ｔ１に検査箇所Ｐ１が含まれるように移動制御する。検査光発生機構１２１は、ウェハ１０上の検査箇所に入射角度θを有して検査光Ｌｉｎ１を照射する。検査光発生機構１２２は、ウェハ１０に対する接線方向と平行にかつ検査箇所Ｐ１直上に検査光Ｌｉｎ２を照射する。ウェハ１０上からの検査光Ｌｉｎ１の反射光Ｌｒｅ１を検出する検出機構１３１、異物が無ければ通過してくる検査光Ｌｉｎ２を検出する検出機構１３２が設けられている。演算制御機構１４は、検出機構１３１、１３２で得られた各検出光量のデータとの相関に応じて検査箇所における対象物の高さ及び幅を含む情報を得る。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハをＸ方向またはＹ方向に沿ってラウンド形状に反らせつつ支持し前記半導体ウェハの頂部に検査箇所が含まれるように移動制御可能なステージと、
前記半導体ウェハ上の前記検査箇所に所定の入射角度を有して第１の検査光を照射する第１検査光発生機構と、
少なくとも前記半導体ウェハ上から反射してくる前記第１の検査光を検出する第１検出機構と、
前記半導体ウェハに対する接線方向と平行にかつ前記検査箇所直上に第２の検査光を照射する第２検査光発生機構と、
少なくとも前記検査箇所直上を通過する前記第２の検査光を検出する第２検出機構と、
前記第１検出機構で得られた検出光量のデータと前記第２検出機構で得られた検出光量のデータとの相関に応じて相対的に前記検査箇所の状態を検査する演算制御機構と、
を具備したことを特徴とする半導体検査装置。
【請求項２】
前記演算制御機構により前記検査箇所における対象物の少なくとも高さ及び幅の測定または評価をすることを特徴とする請求項１記載の半導体検査装置。
【請求項３】
前記第１検査光発生機構と前記第２検査光発生機構はそれぞれ排他的に動作させることを特徴とする請求項１または２記載の半導体検査装置。
【請求項４】
半導体ウェハをＸ方向またはＹ方向に沿ってラウンド形状に反らせながら支持し前記半導体ウェハの頂部に検査箇所が含まれるように移動する工程と、
それぞれ所定のタイミングで、前記検査箇所に所定の入射角度を有する第１の検査光と、前記半導体ウェハに対する接線方向と平行にかつ前記検査箇所直上に第２の検査光を照射する工程と、
前記第１、第２の検査光それぞれを前記半導体ウェハ周辺の複数の受光部で捉えた光強度の相関に応じて少なくとも前記検査箇所における対象物の高さの情報を得る検査工程と、
を含むことを特徴とする半導体検査方法。
【請求項５】
前記検査工程は、前記半導体ウェハのスクライブライン領域を隔てて隣り合う所定パターンの検査箇所どうしを比較し、比較結果が所定範囲以内であるか否かで前記検査箇所の異常の有無を判定することを特徴とする請求項４記載の半導体検査方法。
【請求項６】
前記検査工程は、前記検査箇所における対象物の少なくとも高さ及び幅を含む情報に規定範囲を設け、前記規定範囲以内であるか否かで前記検査箇所の異常の有無を判定することを特徴とする請求項４記載の半導体検査方法。
【請求項７】
前記検査箇所に異常が判定されたとき、前記検査箇所を含む所定パターン領域とは別の所定パターン領域に検査箇所を移動させることを特徴
【請求項８】
前記請求項１〜３いずれかに記載の半導体検査装置の利用を含んで形成されたことを特徴とする半導体装置。
とする請求項４〜６いずれか一つに記載の半導体検査方法。
【請求項９】
前記請求項４〜７いずれかに記載の半導体検査方法の利用を含んで形成されたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置製造に係り、特に、半導体ウェハにおけるパターン欠陥や異物の付着などの異常を検出するための半導体検査装置及び検査方法、その利用含む半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの多機能化に伴い、チップ製品は大規模集積化、デザインルールの縮小化が常に要求される。そして、ロジック製品やメモリ製品等、ある用途に応じたチップ製品をその時のデザインルールで半導体ウェハ一枚からなるべく多数確保する必要がある。かつ、各々性能を均一化し高歩留まりで量産化しなければならない。
【０００３】
ＬＳＩ製造のプロセスにおける最適化条件の模索やプロセスコントロールに影響してウェハ内の欠陥は増減する。露光パターンの不具合に起因するパターン欠陥やパーティクル発生によるウェハ上への異物付着の検査は、一般には比較検査で達成される。すなわち、隣り合う集積回路チップ領域の同一パターン領域の画像を取り込んで比較検査する。画像を取り込んでの比較検査は、検査倍率や検査モードによって検査速度が異なり、検査レシピによっては製造ラインの実質効率に影響する。
【０００４】
その他、画像ではなく、単なる検査光の乱反射を捉えて異物付着等の欠陥を検出する技術もある。この技術は、検査光の受光感度に左右され、欠陥として認識する必要のない箇所まで欠陥検出する可能性が高い。従来では、例えば、アルミニューム薄膜の蒸着面の異物検査ではあるが、改善策としての技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術は、アルミニューム薄膜の蒸着面に所定角度で投射するレーザービームに関し、散乱光の指向性が異物に当てられたときのそれと異なることを利用している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１７４６５５号公報（第４、５頁、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１では、異物判定の精度に改善がみられるものの、欠陥として妥当なのか、異物のサイズ（高さ及び幅）の情報が得られないのが現状である。
本発明は、上記のような事情を考慮してなされたもので、検査箇所の高さ及び幅方向の情報が得られる半導体検査装置及び検査方法、半導体装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体検査装置は、半導体ウェハをＸ方向またはＹ方向に沿ってラウンド形状に反らせつつ支持し前記半導体ウェハの頂部に検査箇所が含まれるように移動制御可能なステージと、前記半導体ウェハ上の前記検査箇所に所定の入射角度を有して第１の検査光を照射する第１検査光発生機構と、少なくとも前記半導体ウェハ上から反射してくる前記第１の検査光を検出する第１検出機構と、前記半導体ウェハに対する接線方向と平行にかつ前記検査箇所直上に第２の検査光を照射する第２検査光発生機構と、少なくとも前記検査箇所直上を通過する前記第２の検査光を検出する第２検出機構と、前記第１検出機構で得られた検出光量のデータと前記第２検出機構で得られた検出光量のデータとの相関に応じて相対的に前記検査箇所の状態を検査する演算制御機構と、を具備したことを特徴とする。
【０００８】
上記本発明に係る半導体検査装置によれば、第１検査光発生機構及び第１検出機構、第２検査光発生機構及び第２検出機構が設けられる。一つは所定の入射角度を有する第１の検査光、もう一つは入射角度の無い第２の検査光、これら両者の受光検出度合いの相関を用いる。さらに、検査箇所が常に頂部にくるよう半導体ウェハをラウンド形状に反らせつつ支持するステージを配備する。これにより、検査箇所の高さ方向に関する詳細な情報が得られると共に、検査精度向上に寄与する。
【０００９】
なお、上記本発明に係る半導体検査装置において、好ましくは、前記演算制御機構により前記検査箇所における対象物の少なくとも高さ及び幅の測定または評価をすることを特徴とする。すなわち、第１、第２の検査光これら両者の受光検出度合いの相関から対象物の詳細な分析がなされる。また、前記第１検査光発生機構と前記第２検査光発生機構はそれぞれ排他的に動作させることを特徴とする。これにより、同じ検査光、検出機構を用いて高精度な情報を得ることができる。
【００１０】
本発明に係る半導体検査方法は、半導体ウェハをＸ方向またはＹ方向に沿ってラウンド形状に反らせながら支持し前記半導体ウェハの頂部に検査箇所が含まれるように移動する工程と、それぞれ所定のタイミングで、前記検査箇所に所定の入射角度を有する第１の検査光と、前記半導体ウェハに対する接線方向と平行にかつ前記検査箇所直上に第２の検査光を照射する工程と、前記第１、第２の検査光それぞれを前記半導体ウェハ周辺の複数の受光部で捉えた光強度の相関に応じて少なくとも前記検査箇所における対象物の高さの情報を得る検査工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明に係る半導体検査方法によれば、ラウンド形状に反らせながら支持された半導体ウェハの頂部が検査箇所に含まれ、所定の入射角度を有する第１の検査光、入射角度の無い水平な第２の検査光を検査箇所に照射する。これら両者の検査光に関し、反射光、通過光等の受光検出度合いの相関から検査箇所における対象物の高さの情報を得る。
【００１２】
なお、上記本発明に係る半導体検査方法において、好ましい実施態様として次のような特徴を少なくとも一つ有する。
前記検査工程は、前記半導体ウェハのスクライブライン領域を隔てて隣り合う所定パターンの検査箇所どうしを比較し、比較結果が所定範囲以内であるか否かで前記検査箇所の異常の有無を判定することを特徴とする。
前記検査工程は、前記検査箇所における対象物の少なくとも高さ及び幅を含む情報に規定範囲を設け、前記規定範囲以内であるか否かで前記検査箇所の異常の有無を判定することを特徴とする。
前記検査箇所に異常が判定されたとき、前記検査箇所を含む所定パターン領域とは別の所定パターン領域に検査箇所を移動させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体装置は、上記いずれかに記載の半導体検査装置もしくは半導体検査方法の利用を含んで形成されたことを特徴とする。信頼性を維持しつつ高歩留まりの半導体装置の量産が期待できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体検査装置の要部を示すブロック図である。半導体ウェハ（以下、ウェハともいう）１０は、半導体プロセス製造途中のものを含み、図示しないスクライブラインを隔てて集積回路等の所定パターン領域が繰り返し配置されている。ステージ１１はウェハ１０をＸ方向またはＹ方向に沿ってラウンド形状に反らせつつ支持し、常にウェハ１０の頂部Ｔ１に検査箇所Ｐ１が含まれるように移動制御可能な構成となっている。このような構成を実現するために、ステージ１１は、例えばＹ方向に沿って極わずかなラウンド形状となっている。載置されるウェハ１０は厚さが７２５μｍ以下と薄いためステージ１１のラウンド形状に従ったラウンド形状を呈する。例えば、ステージ１１はウェハ１０の頂部Ｔ１と最低部の高低差ｈ１が１〜５μｍの範囲の所定値になるように構成される。ステージ１１は、図示しないピエゾアクチュエータ等の位置決め装置が含まれていて、ウェハ１０の頂部Ｔ１を矢印Ａ１のように可変制御すると共にＸ，Ｙ方向に移動制御可能である。これにより、半導体ウェハ１０上で検査箇所を逐次移動させる。
【００１５】
検査光発生機構１２１は、ウェハ１０上の検査箇所Ｐ１に入射角度θを有して検査光Ｌｉｎ１を照射する。入射角度θは０°〜１０°の範囲から適当な角度を選ぶ。検査光発生機構１２２は、ラウンド形状が維持されたウェハ１０に対する接線方向と平行にかつ検査箇所Ｐ１直上に検査光Ｌｉｎ２を照射する。すなわち、検査光Ｌｉｎ２は水平面に対する入射角度はゼロであり、検査箇所Ｐ１に検出すべき対象物が無い限り検査箇所Ｐ１直上を通過する。通過する検査光Ｌｉｎ２を検査箇所となるウェハ１０の頂部Ｔ１からどれだけ離間させるかは、検出しなければならない異物（欠陥）の高さに応じて決定すればよい。検査光Ｌｉｎ１及びＬｉｎ２は、例えば共に同じ波長を有するレーザ光で、照射箇所（検査箇所）に影響の出ない波長のものを選ぶ。例えばＨｅ系レーザ、Ｎｅ系レーザ等が考えられる。また、このようなレーザ光のビームスポット径は可変である方が望ましい。検出すべき異物の大きさに応じてビームスポット径が調整可能な方がよいからである。
【００１６】
また、ウェハ１０上方周辺において、ウェハ１０上からの検査光Ｌｉｎ１の反射光Ｌｒｅ１を受光検出する検出機構１３１が設けられている。検出機構１３１は、例えば複数の光電子倍増管（ＰＭＴ１〜４）で構成される。検出機構１３１は、少なくとも検査光Ｌｉｎ１が鏡面に照射された際の正反射方向に受光部が対面するように設置された光電子倍増管ＰＭＴ１が含まれる。さらに、ウェハ１０直上を通過する検査光Ｌｉｎ２を受光検出する検出機構１３２が設けられている。検出機構１３２は、例えば検出機構１３１と同様の光電子倍増管（ＰＭＴ０）である。
【００１７】
すなわち、検出機構１３１は、検査箇所における対象物へ照射された検査光Ｌｉｎ１の散乱した反射光Ｌｒｅ１をＰＭＴ１〜４で捉える。かつ、検出機構１３１は、検査箇所における対象物へ照射された検査光Ｌｉｎ２の散乱した反射光Ｌｒｅ２をＰＭＴ１〜４で捉える。検出機構１３２は、検査箇所直上を通過する検査光Ｌｉｎ２をＰＭＴ０で捉える。かつ、検出機構１３２は、検査箇所における対象物へ照射された検査光Ｌｉｎ１の散乱した反射光Ｌｒｅ１をＰＭＴ０で捉えることも考えられる。
【００１８】
演算制御機構１４は、この半導体検査装置の検査方法を設定する機構である。演算制御機構１４は、メモリ部を含み、検出機構１３１で得られた検出光量のデータと検出機構１３２で得られた検出光量のデータとの相関に応じて相対的に上記検査箇所の状態を検査する。すなわち、演算制御機構１４は、検出機構１３１と１３２で得た光強度の相関から、検査箇所における対象物の少なくとも高さ及び幅を含む情報を得る。
【００１９】
演算制御機構１４は、得られた検査箇所における対象物の高さ及び幅の情報が隣り合う同一の所定パターンにおける検査箇所の情報と比較して異常であるか否かを判定する。異常を判定する規定範囲は、製造プロセスを考慮して設定される。入力部１５により変更設定できるようにしてもよい。これにより、検査箇所に欠陥や異物等がないか検査することができる。さらに、検出された欠陥や異物等が歩留りに影響するものであるか否か判断することができる。出力部１６は、演算制御機構１４にて得られる異常箇所を例えばウェハ上のマップで表示する。
【００２０】
また、演算制御機構１４で、検査箇所の異常の個数に制限を設け、検査対象の所定パターン領域（チップ領域）において規定個数に達した場合、その検査箇所を含む所定パターン領域（チップ領域）とは別の所定パターン領域（チップ領域）に検査箇所を移動させるようにしてもよい。よって、ステージ１１は演算制御機構１４における検査結果によって移動制御されるようにしてもよい。これにより、異常箇所を大量に含むチップ領域について必要以上の検査を避けることが可能である。
【００２１】
図２は、検査光照射及び検出動作のタイミング図である。図３（ａ），（ｂ）は検査箇所への検査光入射及び反射の概略図である。ステージ１１により、ウェハ１０がラウンド形状に支持され、常にウェハ１０の頂部Ｔ１に検査箇所が含まれるように所定方向にスキャン移動する。このウェハ１０の移動に伴い検査箇所には、検査光発生機構１２１による検査光Ｌｉｎ１、検査光発生機構１２２による検査光Ｌｉｎ２は、それぞれ排他的なタイミングで照射される。検査箇所に当たった検査光Ｌｉｎ１は乱反射し、検出機構１３１（または１３２）が反射光Ｌｒｅ１を捉える。検査光Ｌｉｎ２は検査箇所直上を通過するか対象物に当たって乱反射し、通過してきた検査光Ｌｉｎ２を検出機構１３２が捉え、また検出機構１３１が反射光Ｌｒｅ２を捉える。
【００２２】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、検査箇所に異常となる異物が存在する場合と存在しない場合ではＰＭＴ０〜４それぞれが受光検出する光強度に大きな差が現われる。演算制御機構１４は、これら反射光Ｌｒｅ１，Ｌｒｅ２の光強度の検出度合いに応じて少なくとも検査箇所における対象物の高さ及び幅を含む情報を得る。
【００２３】
上記実施形態及び方法によれば、ウェハ１０をラウンド形状に反らせ支持するステージ１１により、ウェハ１０の頂部が常に検査箇所に含まれるように移動制御される。かつ、検査光発生機構１２１及び検出機構１３１、検査光発生機構１２２及び検出機構１３２が設けられる。一つは所定の入射角度θを有する検査光Ｌｉｎ１、もう一つは入射角度の無い検査光Ｌｉｎ２が用いられる。これら両者の受光検出度合いの相関を用いることにより、検査箇所における対象物の少なくとも高さ及び幅を含む情報が得られる。これにより、検査箇所に欠陥や異物等がないか検査、判定することができる。この結果、ウェハ上の欠陥（異物）検査精度の向上が図れる。
【００２４】
図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体検査装置の要部を示すブロック図である。図１と同様の箇所には同一の符号を付す。演算制御機構２４は、製造プロセス参照データを取り込む。演算制御機構２４は、図２のように検査光が制御され、検出機構１３１、１３２で得られた検査箇所における高さ及び幅の情報が、製造プロセスと照らし合わせて設定された規定範囲に比べて大きいか否かを判断する。すなわち、隣り合う同一の所定パターンによる情報と比較するのではなく、製造プロセス参照データの情報と比較して検査箇所における対象物の高さ及び幅を含む情報が正常であるか否かを判定する。出力部１６は、演算制御機構２４にて得られる異常箇所を例えばウェハ上のマップで表示する。
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、所定の入射角度を有する検査光及び入射角度の無い検査光を用いて、検査箇所における対象物の高さ及び幅方向に関する詳細な情報が得られる。好ましくは、検査箇所における対象物の高さ及び幅の情報、あるいはこれらを含む総合的な情報において規定範囲を設け、規定範囲以外の情報により検査箇所の異常を認識する。また、異常箇所を含む一つのパターン領域を飛ばして別の検査箇所に移動すれば、メモリのオーバーフローを避けられる利点もある。実際のデバイス製品における欠陥検査の最適化に反映させることもできる。これにより、信頼性を維持しつつ高歩留まりの半導体装置の量産に寄与する。この結果、検査箇所の高さ及び幅方向の情報が得られる半導体検査装置及び検査方法、また、これを利用した高信頼性の半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る半導体検査装置の要部を示すブロック図。
【図２】検査光照射及び検出動作のタイミング図。
【図３】検査箇所への検査光入射及び反射の各概略図。
【図４】第２実施形態に係る半導体検査装置の要部を示すブロック図。
【符号の説明】
１０…半導体ウェハ、１１…ステージ、１２１，１２２…検査光発生機構、１３１，１３２…検出機構、１４，２４…演算制御機構、１５…入力部、１６…出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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