図面 (/)

技術 ウェハの表面検査方法及びウェハ表面検査装置

出願人 株式会社日立ハイテクノロジーズ
発明者 根本和典船越知弘金森順太田英夫
出願日 2007年6月29日 (13年4ヶ月経過) 出願番号 2007-172954
公開日 2009年1月22日 (11年10ヶ月経過) 公開番号 2009-014346
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による測長装置
主要キーワード 異物成分 統計的工程管理 Y座標 測定テスト グレーンサイズ 評価目的 収束度 演算条件
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年1月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

ウェハ表面検査方法及び表面検査装置において、ウェハ加工途中の微細凹凸パターンを有するパターン付きウェハの表面粗さを測定することを可能にすることで、ウェハ間膜厚膜質のばらつきによる歩留まりを向上させることを目的とする。

解決手段

パターン付きウェハ上に存在する表面粗さを測定可能な領域を検索し、前記測定可能な領域を測定する方法及び手段を有する装置である。また、前記測定可能な領域に、ウェハ上のスクライブ領域に存在するTEG(Test Element Group;テストエレメントグループ)を用いて、表面粗さを測定する方法及び装置である。

概要

背景

近年の最先端半導体デバイス極限まで微細化を追及しており、線幅の微細化だけでなく生成膜薄膜化も加速している。ゲート酸化膜に至っては1ないし2ナノメータの薄膜が要求されている。このため、従来デバイスでは問題にならなかった膜表面の凹凸や生成膜の結晶状態が最先端デバイスの特性に大きな影響を与えるようになってきた。さらにウェハ処理装置の形態も変化しており、例えばゲート酸化膜形成工程では従来縦型酸化拡散装置が使用されており、数十枚から百枚程度のウェハ一括処理バッチ処理)する形態が一般的であったが、昨今、枚葉処理が急速に広がっており、ウェハ間膜厚膜質のばらつきが歩留まり低下の大きな要因となっている。従って最先端デバイス工程では従来無視できた生成膜や線幅の微小変動を考慮した製造プロセスの適正条件を設定し、その設定した製造プロセス条件厳格に管理することが必要となる。
そのため、ウェハの材料評価や表面粗さの管理が歩留まり向上の重要な要因の一つになってきており、ウェハの表面粗さの測定のニーズが高まってきている。

従来のウェハの表面粗さを測定する技術としては、(1)ウェハを切断またはFIB(Focused Ion Beam;集束イオンビーム)加工して切り口を電子顕微鏡で観察する方法、(2)AFM(Atomic Force Microscope;原子間力顕微鏡)でウェハの表面粗さを測定する方法が知られている。しかし、これらの方法は、(1)には、断面を観察するまでの準備に長時間を要するという問題があり、(2)にはスループットが非常に低いという問題がある。

このような問題を解決するウェハの表面粗さの測定技術として特許文献1に示されるようなレーザ光集束し、基板の表面にレーザ光を入射させて、基板表面からの散乱光を2次元アレイ光センサー上に受光し、受光信号から散乱光強度分布を算出し、散乱光強度分布を表面粗さの数値換算するものが知られている。

また、このようなレーザ光等を用いた本発明に関連する先行技術としては、特許文献2及び3に示すようなものがある。
特許文献2には、レーザから射出される単一レーザ光は、偏向面調整を行い、そして、集光レンズ集光するために、反射光を最小限に抑え散乱光のみを発生させる入射角度で、試料表面に照射する。発生する試料表面からの散乱光を、順次、結像レンズ、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサから電気信号に変換する。そして、画像を記憶、解析し、試料の表面粗さを示す数値化されたデータを得る方法が開示されている。

特許文献3には、入射方向に平行なビーム状のX線臨界角以下の低角度でウェハに入射させ、ウェハ最表面から発せられる蛍光X線またはウェハ最表面で散乱する散乱X線の強度を測定する操作を、表面粗さが既知の複数のウェハに対して繰り返す。この操作から、X線の強度とウェハの表面粗さとの相関関係を求め、表面粗さが未知被測定ウェハに対してX線強度を測定する。そして、その測定値に基づいて前記相関関係から被測定ウェハの表面粗さを求め、SOI(Silicon On Insurator)ウェハなどの多層構造を有する半導体ウェハを含むウェハの表面粗さを非破壊及び非接触で測定する用法が開示されている。

特開2006−64496号公報
特開2002−340537号公報
特開平7−19844号公報

概要

ウェハの表面検査方法及び表面検査装置において、ウェハ加工途中の微細な凹凸のパターンを有するパターン付きウェハの表面粗さを測定することを可能にすることで、ウェハ間の膜厚や膜質のばらつきによる歩留まりを向上させることを目的とする。パターン付きウェハ上に存在する表面粗さを測定可能な領域を検索し、前記測定可能な領域を測定する方法及び手段を有する装置である。また、前記測定可能な領域に、ウェハ上のスクライブ領域に存在するTEG(Test Element Group;テストエレメントグループ)を用いて、表面粗さを測定する方法及び装置である。

目的

そして、AFM(原子間力顕微鏡)による観察では、パターン付きウェハの表面粗さを精度良く測定することができるが、スループットが非常に低く、測定に時間が掛かりすぎる問題がある。
そこで本発明は、パターン付きウェハの表面粗さを高速、かつ高精度に自動測定することを課題とする。
また、本発明を用いて測定したウェハの表面粗さ及びグレーンサイズ粒度)などの測定データを用い、半導体デバイスのプロセス段階でのプロセス異常の早期発見を可能にし、歩留まりを向上することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

照射される光により生じる散乱光を用いてパターン付きウェハの表面粗さを測定する方法において、制御手段が、予め記憶されている前記パターン付きウェハの設計情報を取得するステップと、前記パターン付きウェハの設計情報を用いて、前記パターン付きウェハの表面粗さを測定可能な領域を検索するステップとを実行することを特徴とするウェハ表面検査方法

請求項2

前記制御手段が、前記パターン付きウェハの設計情報を用いて、前記パターン付きウェハのスクライブ領域TEGを検索するステップを実行することを特徴とする請求項1に記載のウェハの表面検査方法。

請求項3

前記制御手段が、予め測定して記憶されている標本ウェハの表面粗さと、予め測定して記憶されている前記標本ウェハの表面にて生じた散乱光強度との関係を示す標本ウェハの検量線を作成するステップと、前記検索したパターン付きウェハの表面粗さを測定可能な領域に照明光を照射して生じた散乱光の散乱光強度を算出するステップと、前記標本ウェハ検量線に前記パターン付きウェハの表面に照明光を照射して生じた散乱光の散乱光強度を当てはめ、前記パターン付きウェハの表面粗さを算出するステップとを実行することを特徴とする請求項1に記載のウェハの表面検査方法。

請求項4

照射される光により生じる散乱光を用いてパターン付きウェハの表面粗さを測定する装置において、予め記憶されている前記パターン付きウェハの設計情報を取得する手段と、前記パターン付きウェハの設計情報を用いて、前記パターン付きウェハの表面粗さを測定可能な領域を検索する手段とを有することを特徴とするウェハ表面検査装置

請求項5

さらに、前記パターン付きウェハのスクライブ領域のTEGを検索する手段を有することを特徴とする請求項4に記載のウェハ表面検査装置。

請求項6

標本ウェハの表面粗さと、前記標本ウェハの表面にて生じた散乱光強度との関係を示す標本ウェハの検量線が記憶された記憶手段と、前記検索したパターン付きウェハの表面粗さを測定可能な領域に照明光を照射して生じた散乱光の散乱光強度を算出する手段と、前記記憶された標本ウェハ検量線に前記パターン付きウェハの表面に照明光を照射して生じた散乱光の散乱光強度を当てはめ、前記パターン付きウェハの表面粗さを算出する手段とを有することを特徴とする請求項4に記載のウェハ表面検査装置。

技術分野

0001

本発明は、半導体デバイスの製造に使用される半導体ウェハ表面検査方法及び表面検査装置に関する。

背景技術

0002

近年の最先端の半導体デバイスは極限まで微細化を追及しており、線幅の微細化だけでなく生成膜薄膜化も加速している。ゲート酸化膜に至っては1ないし2ナノメータの薄膜が要求されている。このため、従来デバイスでは問題にならなかった膜表面の凹凸や生成膜の結晶状態が最先端デバイスの特性に大きな影響を与えるようになってきた。さらにウェハ処理装置の形態も変化しており、例えばゲート酸化膜形成工程では従来縦型酸化拡散装置が使用されており、数十枚から百枚程度のウェハ一括処理バッチ処理)する形態が一般的であったが、昨今、枚葉処理が急速に広がっており、ウェハ間膜厚膜質のばらつきが歩留まり低下の大きな要因となっている。従って最先端デバイス工程では従来無視できた生成膜や線幅の微小変動を考慮した製造プロセスの適正条件を設定し、その設定した製造プロセス条件厳格に管理することが必要となる。
そのため、ウェハの材料評価や表面粗さの管理が歩留まり向上の重要な要因の一つになってきており、ウェハの表面粗さの測定のニーズが高まってきている。

0003

従来のウェハの表面粗さを測定する技術としては、(1)ウェハを切断またはFIB(Focused Ion Beam;集束イオンビーム)加工して切り口を電子顕微鏡で観察する方法、(2)AFM(Atomic Force Microscope;原子間力顕微鏡)でウェハの表面粗さを測定する方法が知られている。しかし、これらの方法は、(1)には、断面を観察するまでの準備に長時間を要するという問題があり、(2)にはスループットが非常に低いという問題がある。

0004

このような問題を解決するウェハの表面粗さの測定技術として特許文献1に示されるようなレーザ光集束し、基板の表面にレーザ光を入射させて、基板表面からの散乱光を2次元アレイ光センサー上に受光し、受光信号から散乱光強度分布を算出し、散乱光強度分布を表面粗さの数値換算するものが知られている。

0005

また、このようなレーザ光等を用いた本発明に関連する先行技術としては、特許文献2及び3に示すようなものがある。
特許文献2には、レーザから射出される単一レーザ光は、偏向面調整を行い、そして、集光レンズ集光するために、反射光を最小限に抑え散乱光のみを発生させる入射角度で、試料表面に照射する。発生する試料表面からの散乱光を、順次、結像レンズ、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサから電気信号に変換する。そして、画像を記憶、解析し、試料の表面粗さを示す数値化されたデータを得る方法が開示されている。

0006

特許文献3には、入射方向に平行なビーム状のX線臨界角以下の低角度でウェハに入射させ、ウェハ最表面から発せられる蛍光X線またはウェハ最表面で散乱する散乱X線の強度を測定する操作を、表面粗さが既知の複数のウェハに対して繰り返す。この操作から、X線の強度とウェハの表面粗さとの相関関係を求め、表面粗さが未知被測定ウェハに対してX線強度を測定する。そして、その測定値に基づいて前記相関関係から被測定ウェハの表面粗さを求め、SOI(Silicon On Insurator)ウェハなどの多層構造を有する半導体ウェハを含むウェハの表面粗さを非破壊及び非接触で測定する用法が開示されている。

0007

特開2006−64496号公報
特開2002−340537号公報
特開平7−19844号公報

発明が解決しようとする課題

0008

上記従来技術では、ウェハ加工途中の微細な凹凸のパターンを有するパターン付きウェハの表面粗さを測定することができない。つまり、パターン付きウェハに照明光(レーザ光)を入射すると、微細な凹凸のパターンから生じる散乱光がノイズとなるため、パターン無しウェハの表面粗さしか測定できなかった。

0009

また、ウェハを切断またはFIB(集束イオンビーム)加工して切り口を電子顕微鏡で観察する断面観察方法では、断面を観察するまでの準備に長時間を要する。さらに、切断やFIB加工が行なわれたウェハは製品にならないという問題がある。

0010

そして、AFM(原子間力顕微鏡)による観察では、パターン付きウェハの表面粗さを精度良く測定することができるが、スループットが非常に低く、測定に時間が掛かりすぎる問題がある。
そこで本発明は、パターン付きウェハの表面粗さを高速、かつ高精度に自動測定することを課題とする。
また、本発明を用いて測定したウェハの表面粗さ及びグレーンサイズ粒度)などの測定データを用い、半導体デバイスのプロセス段階でのプロセス異常の早期発見を可能にし、歩留まりを向上することを課題とする。

課題を解決するための手段

0011

以上の問題を解決して、パターン付きウェハの表面粗さを測定するために、本発明のウェハ表面粗さ測定方法は、パターン付きウェハ上に存在する表面粗さを測定可能な領域を検索して、前記パターン付きウェハの表面粗さを測定する手段を有する。
また、ウェハの表面粗さを測定可能な領域に、ウェハ上のスクライブ領域に存在するTEG(Test Element Group;テストエレメントグループ)を用いることでも問題を解決することができる。

発明の効果

0012

本発明によれば、パターン付きウェハの表面粗さを高速、かつ高精度に自動測定することができるという効果がある。
また、本発明により測定されたウェハの表面粗さ及びグレーンサイズ(粒度)などの測定データを用い、SPC管理(Statistical Process Control;統計的工程管理)をすることにより、半導体デバイスのプロセス段階でのプロセス異常の早期発見が可能となり、迅速に異常を解析し、プロセスにフィードバックすることにより歩留まりを大幅に向上できる。

発明を実施するための最良の形態

0013

本発明を、ウェハ表面の異物欠陥検査する光学式ウェハ表面検査装置に適用した例を以下に述べる。ここでは、パターン付きウェハの表面粗さの測定するために、パターン付きウェハに存在する表面粗さを測定可能な平坦領域を利用する。

0014

[第1実施形態]
以下、本発明の一実施形態を図1ないし図8により説明する。
本発明に係るシステムの一例を図1に示す。本システムは、光学式ウェハ表面検査装置110、データサーバ120及び設計情報サーバ130を含んで構成され、各装置はネットワーク140を介して接続される。

0015

ここで、光学式ウェハ表面検査装置110は、ウェハ表面に光を照射し、ウェハ上に当たり散乱した光の強度(散乱光強度)とその位置(座標)を取得する手段を有する。詳細は後述する。

0016

データサーバ120は、前記光学式ウェハ表面検査装置110から取得した測定データや、レビューEM(Scanning Electron Microscope)やCD−SEM(Critical Dimension−Scanning Electron Microscope)の測定データ、電気テスト装置テストデータ異物成分分析装置分析データなど、従来からのウェハの検査装置を用いてウェハを測定した測定データを保存可能なコンピュータである。
また、データサーバ120は検量線データベース121を有し、その検量線データベース121は、データサーバ120に保存されている測定データより作成される検量線を保存している。

0017

設計情報データベース130は、ウェハの設計情報を保存しておくデータベースであり、例えば、半導体デバイスを構成する機能ブロックレイアウトデータフロアプランデータ)や、そのレイアウトの結果作成されるレイヤ素子活性層配線層など)を形成するためのマスクデータ半導体チップが有するパターンの形状、ウェハ上の半導体チップの位置、スクライブ領域の位置、TEGの位置等の情報を保存し、測定箇所の検索や、データサーバ120に保存されている従来からのウェハの検査装置を用いて測定した測定データとのリンケージを担うデータベースである。

0018

ネットワーク140は、例えばイーサネット登録商標)による通信ネットワークである。

0019

図2に光学式ウェハ表面検査装置の概念を示す。光学式ウェハ表面検査装置110は、試料検査台210、照明光源220、散乱光検出部230、信号合成部240、全体制御部250、ステージ制御部260、情報表示部270、入力操作部280、記憶部290、通信部295から構成されている。

0020

試料検査台210は、ウェハ200などの試料を上に載せる試料ステージ211、回転軸212を中心に試料ステージ211を回転させる回転駆動部213、試料ステージ211を径方向に移動させるスライド駆動部214を備えている。
ここで、回転駆動部213及びスライド駆動部214は、後述の全体制御部250の指令信号を受けた後述のステージ制御部260により、制御されている。

0021

照明光源220は、照射する光(照明光221)が試料ステージ211上のある一点(スポット)を照射するように設置されている。そのため、ステージ制御部260の制御により、試料検査台210の回転駆動部213が回転軸212を回転させつつ、スライド駆動部214が径方向に移動することで、試料ステージ211上のあらゆる場所をスポットとすることができ、照明光221を試料ステージ211上のウェハ200の特定の位置に照射することができる。

0022

そして、照明光221が照射されたウェハ200の特定の位置を、回転駆動部213の回転角度と、スライド駆動部214の径方向の移動距離により、ステージ制御部260にてXY座標化することができる。取得したXY座標のデータは全体制御部250を介して、記憶部290に保存される。

0023

ここで、照明光221には光の当たる面積をできるだけ小さくするために、レーザ光のような光の収束度が高い光が好ましい。

0024

散乱光検出部230は、光を検出する検出器231a〜231dを有している。図2では、低角度位置に配設した検出器231a、231dと高角度位置に配設した検出器231b、231cの計4つの検出器を図示したが、検出器の数に限定はなく、各検出器231a〜231dが、それぞれのスポットと検出器との方位角及び仰角のうち少なくとも一方が異なるように、2つ以上の検出器が配置されていればよい。各検出器231a〜231dは、照明光源220から照明光(レーザ光)221がウェハ200の表面上に照射され、スポットで発生する散乱光をそれぞれ検出する。検出器231a〜231dが出力する検出信号には、異物や欠陥の信号(欠陥信号)と表面粗さ信号(Haze信号ヘイズ信号)が含まれる。
また、散乱光検出部230において、各検出器231a〜231dは、それぞれ増幅器232a〜232dに接続し、次にA/D変換器233a〜233dに接続している。これにより、各検出器231a〜231dの検出信号は、増幅器232a〜232dにて増幅され、A/D変換器233a〜233dにてディジタル信号化される。

0025

信号合成部240は、ディジタル信号化された検出器231a〜231dの検出信号を指定された演算条件に従って合成した合成信号を作る。信号合成部240で合成した合成信号のデータと、合成信号の基になったディジタル信号化された検出器231a〜231dの検出信号のデータは、全体制御部250を介して記憶部290に保存される。

0026

全体制御部250は、光学式ウェハ表面検査装置全体の制御を行う。例えば、入力操作部280からの操作信号を受け、記憶部290に格納されているプログラムを実行して、操作信号に対応する処理を行い、ステージ制御部260が試料検査台210が有する回転駆動部213及びスライド駆動部214を制御するための指令信号を出力したり、信号合成部240でディジタル信号化された検出器231a〜231dの検出信号を合成するための演算条件を変更する。
また、全体制御部250は、信号合成部240で合成した合成信号のデータと、合成信号の基になったディジタル信号化された検出器231a〜231dの検出信号のデータを記憶部290に記憶させたり、記憶部290に格納された処理プログラムを実行して、それらデータを加工し、情報表示部270に表示させる。

0027

入力操作部280は、ユーザが上記のように信号合成部240による検出信号の合成条件を入力したり、各装置の動作等を指示するためのものである。

0028

記憶部290は、各種制御・演算処理に必要なプログラム・定数測定結果(合成信号や検出信号)、入力操作部280により設定された合成条件などを格納している。それぞれの検出器231a〜231dの合成信号のデータ及び検出信号のデータは、ステージ制御部260から得られるウェハ上の散乱光の測定位置(座標)と共に記憶される。

0029

通信部295は、ネットワーク140に接続されており、全体制御部250は、通信部295を介して、データサーバ120や設計情報データベース130とデータの送受信を行う。

0030

図3は、本発明に係る光学式ウェハ表面検査装置を用いて、ウェハ表面のパターンのない領域を測定した際の散乱光強度分布図である。ウェハに照明光(レーザ光)を照射し、ウェハ表面から生じる散乱光を検出器により取得する。検出した散乱光を信号処理することにより、散乱光強度分布図141を作成し、異物成分と表面粗さ成分との分離を行う。

0031

例えば、図3に示すように、測定対象であるウェハの表面には、異物301a,301b、欠陥302、及び、平坦面上のある点310と、点310とは別の点がある。このウェハに照明光(レーザ光)を照射することで、平坦面上の点310で生じる散乱光から散乱光強度W310が得られる。同様に、異物301aから散乱光強度W301a、平坦面上の点311から散乱光強度W311、欠陥302から散乱光強度W302、異物301bから散乱光強度W301bを順に取得することができる。そして、測定したウェハの表面上の点の散乱光強度から、散乱光強度分布図141を作成することができる。ここで、図2に示す入力操作部280にて指定する閾値を用いて、異物成分と表面粗さ成分との分離を行う。例えば閾値をLとすることで、異物の散乱光強度W301a,W301b及び欠陥の散乱光強度W302は、異物成分とすることができる。異物成分を取り除いて残ったW310,W311などの全ての散乱光強度(表面粗さ成分の散乱光強度)から平均をとることにより、測定対象であるウェハの表面粗さの散乱光強度であるHaze値を得ることができる。
ここで、異物成分とは、異物,欠陥などで生じる散乱光の散乱光強度が閾値L以上である散乱光強度のことをいう。

0032

次に図4図8を用いて、光学式ウェハ表面検査装置でパターン付きウェハの表面粗さを測定する処理のフロー及び、その処理において用いられる情報の構成の例について説明する。

0033

図4は、パターン付きウェハの表面粗さを測定する処理のフローを示す図である。
まず設計情報データベース130から、測定対象のパターン付きウェハ(以下、パターン付き検査ウェハとする)の設計情報を取得する(ステップS401)。
取得した設計情報から測定可能領域を検索して探し出す(ステップS402)。

0034

測定可能領域の検索条件として、光学式ウェハ表面検査装置110を用いて測定するため、照明光であるビームスポット径が約10マイクロメートルのレーザ光を照射することで生じる散乱光から散乱光強度を測定することができる十分な大きさの面積(50マイクロメートル×50マイクロメートル程度以上)を有し、かつ、散乱光強度の測定に影響を及ぼすほどのノイズが発生しない程度に平坦である場所を有するウェハであることが条件である。

0035

図5にパターン付きウェハの測定可能領域の一例を示す。ウェハ200上には、ウェハ上には1000点以上のチップが存在する。あるチップ510は、パターン520,521,522を有する。パターン520,521,522以外の場所で、表面粗さを測定するために十分な大きさの面積(50マイクロメートル×50マイクロメートル程度以上)を有し、かつ、散乱光強度の測定に影響を及ぼすほどのノイズが発生しない程度に平坦である条件を満たす領域である、平坦領域530が測定可能領域となる。

0036

ここで、ウェハが複数のレイヤを有し、レイヤ間の膜の透明性が高く薄い場合、下のレイヤのパターンの形状などにより、散乱光強度の測定に影響を及ぼすほどのノイズが発生しやすい。その場合には、下のレイヤの設計情報も考慮して、測定可能領域を検索する必要がある。

0037

次に、検索により複数見つかった測定可能領域に対して、測定手順情報を作成する(ステップS403)。これは、設計情報データベース130からの測定可能領域の位置情報及びレイヤ情報などから測定位置、測定範囲フォーカスなどの測定手順情報を自動で作成することが可能である。
そして、作成した測定手順情報に基づき、パターン付き検査ウェハの測定可能領域の散乱光強度を測定する(ステップS404)。

0038

次に、パターン付き検査ウェハの測定可能領域にて測定した散乱光強度より散乱光強度分布図を作成する(ステップS405)。そして、散乱光強度解析を行い、閾値を用いて異物成分と表面粗さ成分との分離を行い、表面粗さ成分のみを抽出する(ステップS406)。パターン付き検査ウェハの平坦領域内にて測定した全ての測定点の表面粗さ成分の散乱光強度から平均をとることにより、測定対象であるパターン付き検査ウェハの表面粗さ成分の散乱光強度であるHaze値を取得する(ステップS407)。

0039

次に、予め検量線データベース121に保存している検量線を取得する(ステップS408)。この検量線の作成手順は後述するように、複数のウェハを測定し、取得したデータから作成されたもので、いわば検量線はウェハの標準値である。この検量線はHaze値を基に、表面粗さ(算術平均粗さRa,二乗平均粗さRmsなど)やグレーンサイズなどがある。

0040

次にステップS407にて取得したパターン付き検査ウェハのHaze値を、ステップS408にて取得した検量線に当てはめ、(ステップS409)、パターン付き検査ウェハの表面粗さ(算術平均粗さRa,二乗平均粗さRmsなど)やグレーンサイズなどを取得し(ステップS410)、取得したデータを管理対象データに変換して、記憶部290に保存する。(ステップS411)。

0041

ここで、図6ないし図8を用いて検量線の作成手順と取得する検量線の例を示す。
図6は検量線の作成手順を表したフロー図である。
まず、適当なウェハ(以下、標本ウェハと称する)を取得する。(ステップS601)この標本ウェハは検量線を作成するためのデータ取得用のウェハであるため、様々な膜種(例えば、Si,Poly−Si,Cuなど)やレイヤで作られていてもよい。しかし、標本ウェハとして選ばれる条件があり、光学式ウェハ表面検査装置110を用いて測定するため、照明光であるビームスポット径が約10マイクロメートルのレーザ光を照射することで生じる散乱光から散乱光強度を測定することができる十分な大きさの面積(50マイクロメートル×50マイクロメートル程度以上)を有し、かつ、散乱光強度の測定に影響を及ぼすほどのノイズが発生しない程度に平坦である場所を有するウェハであることが条件である。

0042

次に、光学式ウェハ表面検査装置110を用いて、標本ウェハの平坦な場所の散乱光強度から標本ウェハのHaze値を測定する(ステップS602)。
次に、AFM(原子間力顕微鏡)等を用いて、標本ウェハの表面粗さ、グレーンサイズ(粒度)などを測定する(ステップS603)。
また、ステップS603の測定は、AFM(原子間力顕微鏡)を用いず、標本ウェハをFIB(集束イオンビーム)加工して、切り口を電子顕微鏡などで観察し測定する方法を用いて、標本ウェハの表面粗さ、グレーンサイズ(粒度)などを測定してもよい。

0043

次に、光学式ウェハ表面検査装置110を用いて取得した標本ウェハのHaze値と、AFM(原子間力顕微鏡)などで測定した標本ウェハの表面粗さ、グレーンサイズなどから、検量線を作成する(ステップS604)。そして、作成した検量線を検量線データベース121に保存する(ステップS605)。ここで保存される検量線の情報の形態はマップグラフ、テーブル、関数等でも構わないものとする。
本実施形態では検量線を用いたが、なんらかの関係を有する情報Aと情報Bとの対応関係を示すことができればよく、それはマップ、グラフ、テーブル、関数等でも構わない。

0044

図7は検量線を表で示した一例であり、光学式ウェハ表面検査装置110により測定した標本ウェハのHaze値と、AFM(原子間力顕微鏡)などにより測定した、標本ウェハの表面粗さ(算術平均粗さRa,二乗平均粗さRmsなど)やSIMなどにより測定した標本ウェハのグレーンサイズ(粒度)などの関係を示している。粒径はEBSP法(Electron Back−Scattering Diffraction;後方散乱電子回折法)などにより明らかにし、Haze値との関係を検量線にする。
そして、図7の一例では、表は異なる膜種(例えば、Si,Poly−Si)の検量線を有しているが、予め様々な他の膜(例えばCu,Alなど)との関係を検量線として作成しておくことで、所望の膜種の表面粗さ測定が可能となる。

0045

図8は、図7の表の光学式ウェハ表面検査装置110により測定した標本ウェハのHaze値と、AFM(原子間力顕微鏡)などにより測定した、標本ウェハの表面粗さ(二乗平均粗さRms)の関係を検量線で示している。
図8に示すグラフを用い、図4のステップS409で行われるパターン付き検査ウェハのHaze値を、検量線に当てはめることで、パターン付き検査ウェハの表面粗さを示す二乗平均粗さRmsを取得できる。一例を挙げると、パターン付き検査ウェハのHaze値が40の場合、検量線より、パターン付き検査ウェハの表面粗さを示す二乗平均粗さRmsは0.16であることがわかる。

0046

ここで、全体制御部250は、図4のステップS410で記憶部290に保存した管理対象データを情報表示部270に出力することができる。情報表示部270に出力する際、管理対象データをGUI(Graphical User Interface)表示、テキスト表示、Hazeマップ、表面粗さマップなどに変換して表示することができる。また、その表示を記憶部290に保存することも可能である。

0047

ここで、Hazeマップとは、Haze値の大きさとパターン付き検査ウェハ上で測定した平坦領域の位置関係を示す等高線表示や3次元変換表示である。同じように表面粗さマップは、Haze値から検量線を用いて取得した表面粗さの大きさとパターン付き検査ウェハ上で測定した平坦領域の位置関係を示す等高線表示や3次元変換表示を示す。

0048

また、パターン付き検査ウェハを複数枚用意し、各パターン付き検査ウェハを測定し、Haze値や管理対象データ(ステップS411にて変換したデータ)を取得し、その得たデータを基に、時系列プロットまたは管理図を作成し、SPC管理(Statistical Process Control;統計的工程管理)をすることにより成膜プロセスの異常検知が可能となる。表面粗さは半導体デバイス製作時の温度、湿度加水などの様々な条件が複雑に集積された条件の影響を受ける。そのため、本発明を用いて、半導体デバイスのプロセス段階で早期にプロセス異常を検出し、即座に異常を解析し、プロセスにフィードバックすることにより歩留まりを大幅に向上できる。

0049

[第2実施形態]
図4に示したパターン付きウェハの表面粗さを測定する処理のフローで説明した測定可能領域を検索する方法は、設計情報データベース130からチップ上の平坦領域203を検索する例であったが、近年の半導体デバイスは非常に複雑化しており、光学式ウェハ表面検査装置において表面粗さが測定できる平坦領域203(測定可能領域)がチップ内に必ずしも存在するとは限らない。
測定可能領域がチップ内に存在しない場合にも、表面粗さの測定ができる第2実施形態を、図9を用いて説明する。図9は第1実施形態にて測定対象である平坦領域の代わりにスクライブ領域を用いる第2実施形態である。

0050

ウェハ200には多数の半導体チップ910が形成される。これら半導体チップと半導体チップとの間にはスクライブ領域920が設けられ、この領域で切断されて半導体チップ910が完成する。
通常、このスクライブ領域920にTEG(Test Element Group;テストエレメントグループ)930が設計される。このTEG930は、切断されて半導体チップとなってからでは評価することができない、半導体製品開発段階で特定の要素を評価するために作られた、その特定の要素を含むテスト用の処理が施されたテスト領域テストパターン)のことである。

0051

半導体製品の微細化、高集積化により、実製品では内部の素子の特性や信頼性を個別に評価することは不可能になったため、各設計段階での評価目的適合したTEG930を個別に設計することで、各要素を効率よく高精度に評価することができ、半導体製造プロセスの最適条件確立プロセス制御等にフィードバックすることもできる。そのTEG930のひとつに膜圧測定テスト領域があり、本発明の実施形態の一つは当該膜圧測定テスト領域にてウェハの表面粗さを測定することも可能である。

0052

膜圧測定テスト領域であるTEG930は半導体デバイスの材料と同じであり、膜圧も半導体デバイスとほぼ等しい。そして、光学式ウェハ表面検査装置110を用いて測定するため、照明光であるビームスポット径が約10マイクロメートルのレーザ光を照射することで生じる散乱光から散乱光強度を測定することができる十分な大きさの面積(50マイクロメートル×50マイクロメートル程度以上)を有し、かつ、散乱光強度の測定に影響を及ぼすほどのノイズが発生しない程度に平坦であるTEG930を用いることでウェハの表面粗さを測定可能である。

0053

本実施形態では好適な例としてTEGのひとつである膜圧測定テスト領域を示したが、前記条件を満たす領域を兼ね備えていれば、他のTEGやスクライブ領域でも測定可能である。

0054

本実施形態を用いれば、ウェハ上のチップ内に表面粗さを測定するために十分な大きさの面積を有する平坦領域が存在しなくても、ウェハ上のスクライブ領域を測定することでウェハの表面粗さを測定することが可能である。

0055

表面粗さ測定に使用するテスト領域の位置も、設計情報データベース130に保存されており、TEG930の位置情報などから容易に測定手順情報を自動作成し、表面粗さを測定できる。

0056

また、パターンなしのウェハにおいては、ウェハ表面を全面測定することにより精度のよいHazeマップを作成できるが、Hazeマップは通常、ウェハ当たり20点程度の測定点があれば作成できる。実際のウェハ上には1000点以上のチップが存在するため、1000点以上のスクライブ領域が存在することになる。このため、本発明を用いれば、パターン付きウェハにおいても精度のよいHazeマップを高速に作成することが可能である。

0057

[第3実施形態]
次に第3の実施形態について説明する。図1に示す第1実施形態のシステム構成である、光学式ウェハ表面検査装置110、データサーバ120、設計情報データベース130に、さらに図10のように、ネットワーク140に、レビューSEM150、CD−SEM160、異物成分分析装置170、AFM(原子間力顕微鏡)180、電気テスト装置190を接続するシステム構成である。

0058

レビューSEM150は、走査型電子顕微鏡を用いて、ウェハ上の欠陥の観察や分類を行う装置である。一般的に光学式欠陥検査装置で異物の有無や位置を調べ、その情報を基にレビューSEMで異物を観察,分類するために用いる。
CD−SEM160は、チップ内のパターン幅の自動測定を行う装置である。
異物成分分析装置170は、異物成分を分析する装置であり、例えばEDX(エネルギー分散X線分析装置)である。
AFM180は、プローブの先端がウェハ表面から受ける原子間力を測定し、ウェハの表面状態(凹凸の様子)として観察する装置である。
電気テスト装置190は、チップに信号波形を与え、その時、チップから出てくる出力波形と予め電気テスト装置190にて記憶されている正常な波形との比較を行う装置である。

0059

ここで、光学式ウェハ表面検査装置110が有する信号合成部240が出力するデータである、信号合成部240で合成した合成信号のデータと、合成信号の基になったディジタル信号化された検出器231a〜231dの検出信号のデータは、ネットワーク140を介して、レビューSEM150やCD−SEM160や他の装置に、出力可能な構成としてもよい。

0060

ここで第3実施形態のシステムの動作について説明する。
第1実施形態で示したシステムにより、ウェハの表面粗さの測定が行われ、Haze値を取得し、そのHaze値から、ウェハの表面粗さ(算術平均粗さRa,二乗平均粗さRmsなど)やグレーンサイズなどを取得し、取得したデータを管理対象データに変換して、記憶部290に保存する。

0061

作成した散乱光強度分布図から、散乱光強度解析を行うことにより、異物成分も取得することができる。例えば異物の位置(座標)情報や異物の大きさ情報に対し、選択された異物の情報を付加してデータサーバ120にネットワーク140を介して送信する。ここで、選択された異物の情報の付加方法としては、例えば、前記検査結果対策の要否のフラグを付加してやればよい。そして、光学式ウェハ表面検査装置110で検出された異物をさらに詳しく調べるために、被検査物をレビューSEM150、あるいはCD−SEM160に移動させる。この移動は、手搬送でもよいし、機械搬送でもかまわない。

0062

被検査物をレビューSEM150、あるいはCD−SEM160に移動させた後、レビューSEM150、あるいはCD−SEM160からデータサーバ120にアクセスし、ネットワーク140を介してデータサーバ120から検査結果を受信する。そして、この検査結果を用いてレビューあるいは測長を開始する。レビューあるいは測長の際に、設計情報データベース130にアクセスし、設計情報から検査位置の検索及び位置情報のマッチング等を行い、位置情報を正確かつ高速に割り出し、効率よくレビューあるいは測長を実施することが可能である。このとき、光学式ウェハ表面検査装置110により付加された情報を用いて、対策が必要な異物を優先的にレビューすることにより、不良原因となる異物の解析を迅速に行うことが可能となる。また、同様に、異物成分分析装置170においても光学式ウェハ表面検査装置110により付加された情報により、対策が必要な異物を優先的に分析することができ、不良原因の解析を迅速に進めることができる。

0063

これらのレビューデータや解析結果はデータサーバ120に保存しておき、電気テスト装置190でのテスト結果と突き合わせることにより、最終的に不良になるか否かを確認することができる。もし、最終的に不良とならない場合には、データサーバ120から光学式ウェハ表面検査装置110に対して対策が必要な異物を選択する基準を変更するデータを送信し、光学式ウェハ表面検査装置110の対策要否の基準を変更することによって対策が必要な異物を、より高精度に選択することが可能となり、半導体製造における不良対策をより迅速に行うことが可能となる。

0064

なお、以上の説明はネットワークを介してデータの送受信を行うことを例にとって説明したが、必ずしもネットワークを介して行う必要はなく、例えば、取り外し可能な記憶媒体プリントアウトされた紙によるデータの受け渡しを行ってもよい。

0065

本発明は、半導体素子製造分野における半導体素子検査・計測及び半導体製造プロセス管理に用いるのに好適である。

図面の簡単な説明

0066

第1実施形態のシステム構成図。
光学式ウェハ表面検査装置の概念図。
光学式ウェハ表面検査装置を用いて、ウェハ表面のパターンのない領域を測定した際散乱光強度分布図。
パターン付きウェハの表面粗さを測定する処理のフロー図。
パターン付きウェハの測定可能領域を示す図。
検量線の作成手順を表したフロー図。
検量線を表で示した図。
図7の表の膜種がSiの標本ウェハのHaze値と、標本ウェハの表面粗さ(二乗平均粗さRms)との関係を示す検量線をグラフで示した図。
ウェハのスクライブ領域を測定可能領域とした図。
第3実施形態のシステム構成図。

符号の説明

0067

110光学式ウェハ表面検査装置
200ウェハ(試料)
210 試料検査台
220照明光源
221照明光(レーザ光)
230散乱光検出部
231a〜231d検出器
240信号合成部
250 全体制御部
260ステージ制御部
270情報表示部
280入力操作部
290 記憶部
295通信部

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • トヨタ自動車株式会社の「 物体認識装置及び車両制御システム」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】車両の周囲の物体を認識する物体認識処理において、路面上の落下物の認識精度を高める。【解決手段】路面の絶対位置を示す地形地図情報に基づいて、路面近くのノイズ領域が設定される。ライダーによって検出... 詳細

  • 東芝メモリ株式会社の「 パターン形状計測方法」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】パターンのサイズおよび形状による影響を抑えてパターンの仕上がりを評価することができるパターン形状計測方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、画像データが取得される。前記画像データからパタ... 詳細

  • 株式会社キーエンスの「 画像測定装置」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】低倍率撮像素子と高倍率撮像素子とを用いて測定されるワークの位置の精度を向上させること。【解決手段】補正部材は低倍率撮像素子により生成された低倍率画像の位置と、高倍率撮像素子により生成された高倍... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ