JP2002303587A - 外観検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の外観検査方法では、下層配線の有無に
より反射光や散乱光の強度のばらつき具合が異なるにも
かかわらず同じ閾値で判定するため虚報が多発したりあ
るいは検出力が低下するという二律背反する問題があっ
た。このため検査結果情報の信頼性は低下し、虚報多発
の場合は外観検査後、顕微鏡を用いた人による虚報箇所
の再チェックを実施し多大の時間と労力を要していた。 【解決手段】 配線が多層に形成された半導体ウエハ２
表面を光走査し、得られた配線パターン情報を基準パタ
ーン情報に基づいて決定した閾値と比較して最上層配線
のパターンの欠陥を検出する外観検査方法において、基
準パターン情報が、最上層配線より下層の配線の有無に
対応していることを特徴とする外観検査方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線を有する
半導体装置のウエハ処理工程での外観検査方法及び装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】先ず、この外観検査の目的は、多層配線
の製造工程において形成された配線を所定のウエハにつ
いて検査し、すべての欠陥を計数し欠陥項目毎に分類し
てプロセス保全に役立てるのであり、その検査結果情報
には高い信頼性が要求されるのである。

【０００３】従来の外観検査装置の概略構成図を図４を
用いて説明する。外観検査装置１は、主に、半導体ウエ
ハ２（以降、単にウエハ２と呼ぶ）を載置する載置台３
と、軸を水平面に対して所定の角度だけ傾斜させた複数
のレーザ源４と、載置台３の上方の所定のレンズ群から
成る光学系５と、散乱光または反射光を取入れる光電素
子６とが垂直方向に順に配設されている。光電素子６の
後段には配線パターン情報を保持する配線パターン情報
保持部７が接続され、配線パターン情報保持部７は後段
の比較器８の１入力側に接続されている。また、これと
は別に検査の基準となる基準パターン情報を保持する基
準パターン情報保持部９と、その後段に接続され基準パ
ターン情報に基づいて決定した閾値を保持する閾値保持
部１０が比較器８の他入力側に接続されていて、比較器
８で配線パターン情報と閾値とを比較して欠陥を検出す
る構成となっている。尚、基準パターン情報としては予
め設計中心としての配線パターンや標準的な出来映えの
配線パターンの情報を記憶させておき、その基準パター
ン情報に所定のマージンを与えて閾値とする。

【０００４】次に、従来の外観検査装置１での配線パタ
ーンの外観検査方法の一例について述べる。外観検査方
法は最上層の配線パターンの表面をレーザ光で走査しそ
の反射光または散乱光の強度を基準パターン情報に基づ
いて決定した閾値と比較し異物付着やパターン欠損など
の欠陥を検査するのである。例えば、図５（ａ）に示す
ような２本の正常な配線Ｐ１，Ｐ２をＸ１−Ｘ１線上で
走査した場合、図５（ｂ）のような強度波形を示す。配
線Ｐ１，Ｐ２の部分は強度が強く（例えば強度８０）、
配線Ｐ１，Ｐ２のない部分は強度が低く（例えば強度２
０）なる。また、このような正常な配線Ｐ１，Ｐ２を検
査の基準パターン情報として、この強度波形の上側及び
下側に均等なマージン（例えば強度１０）を与え、閾値
を決定したものを図５（ｃ）に示す。

【０００５】次に、図６（ａ）のように走査線Ｘ１−Ｘ
１線上に異物１１があった場合の強度波形は図６（ｂ）
のようになり異物１１の部分は凸部（例えば強度５０）
となる。これを先の図５（ｃ）に示す閾値で検査した場
合、異物１１（強度５０）は対応する座標の上側閾値
（強度３０）を越えるため欠陥として検出される。この
ようにして、順次走査を繰り返し検査していく。尚、こ
のマージンは製造のばらつきと検出すべき欠陥レベルと
を考慮し適切な値に決定する。

【０００６】ところがここで、最上層の配線がなくか
つ、最上層配線より下層の配線有の部分は層間膜が透光
性であるため下層配線からの反射光や散乱光の影響を受
けてしまうのである。さらに、この下層配線からの反射
光や散乱光は変動しやすく不安定なものであり、例えば
図７（ａ）に示すような下層配線Ｐ３がある場合、強度
波形は図７（ｂ）に示すように下層配線Ｐ３の部分が波
状部１２（例えば最大強度４０，最小強度２５）とな
る。このような波状部１２を含む強度波形を図５（ｃ）
の閾値で検査すると、波状部１２が閾値近傍で変動する
ためこれを異物１１と認識し、欠陥がないにもかかわら
ず欠陥があると判定する虚報を発したりあるいは判定が
不安定になったりする。特に欠陥に対する検出力を上げ
るためマージンを小さくすると虚報の発生は多くなり、
反対に虚報の発生を減らそうとしてマージンを大きくす
れば真の欠陥に対する検出力が低下することになり二律
背反する問題が生じていた。また、虚報が多い場合には
検査結果情報の信頼性を上げるため外観検査の後、顕微
鏡を用いた人による虚報箇所の再チェックを実施し検査
結果情報の修正をしなければならなかった。

【発明が解決しようとする課題】

【０００７】従来の外観検査方法では、最上層の配線が
ない部分において、最上層配線より下層の配線有の部分
と無の部分とで反射光や散乱光の強度のばらつき具合が
異なるにもかかわらず同じ閾値で判定しているためマー
ジンで調整しようとすると、虚報が多発したりあるいは
検出力が低下するという二律背反する問題があった。こ
のため検査結果情報の信頼性は低下し、虚報多発の場合
は外観検査後、顕微鏡を用いた人による虚報箇所の再チ
ェックを実施し多大の時間と労力を要していた。

【０００８】本発明の目的は、欠陥に対する検出力を極
力下げることなく虚報発生を低減させ検査結果情報の信
頼性を上げかつ、人による再チェックの工数を減らすこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために提案されたもので、配線が多層に形成された
半導体ウエハ表面を光走査し、得られた配線パターン情
報を基準パターン情報に基づいて決定した閾値と比較し
て最上層配線のパターンの欠陥を検出する外観検査方法
において、基準パターン情報が、最上層配線より下層の
配線の有無に対応していることを特徴とする外観検査方
法である。上記検査方法において好適するものとして、
配線が多層に形成された半導体ウエハ表面を光走査する
光源と、その散乱光あるいは反射光を所定の偏向処理す
る光学系と、その処理された散乱光あるいは反射光を取
入れ電気信号に変換する変換手段と、変換手段の後段に
接続され被検査チップ領域を最上層より下層の配線有の
部分と無の部分とに区別する設計パターン情報を保持す
る設計パターン情報保持部と、その設計パターン情報保
持部の情報により配線パターン情報をそれぞれ別の保持
部で保持させるための切換部と、切換部の後段に配置し
切換部で切換えて最上層配線無かつ、最上層配線より下
層の配線有の部分の配線パターン情報を保持させる第１
配線パターン情報保持部と、切換部の後段に配置し切換
部で切換えて最上層配線有の部分、または、最上層配線
無かつ下層配線無の部分の配線パターン情報を保持させ
る第２配線パターン情報保持部と、第１の配線パターン
情報保持部の後段に第１の開閉器を介して接続され、所
定のサンプリングにより得た基準配線パターン情報に基
づき決定した閾値を保持する第１の閾値保持部と、第２
の配線パターン情報保持部の後段に第２の開閉器を介し
て接続され、所定のサンプリングにより得た基準配線パ
ターン情報に基づき決定した閾値を保持する第２の閾値
保持部と、１入力側が第１の閾値保持部に接続されると
共に、他入力側が第３の開閉器を介して第１の配線パタ
ーン情報保持部と接続された第１の比較器と、１入力側
が第２の閾値保持部に接続されると共に、他入力側が第
４の開閉器を介して第２の配線パターン情報保持部と接
続された第２の比較器とで構成されていることを特徴と
する外観検査装置を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の外観検査装置の一例の構
成を断面図として示す図１を用いて説明する。図４と同
一部分には同一符号を用いて説明を省略する。外観検査
装置１０１は、主に、半導体ウエハ２（以降、単にウエ
ハ２と呼ぶ）を載置する載置台３と、軸を水平面に対し
て所定の角度だけ傾斜させた複数のレーザ源４と、載置
台３の上方の所定のレンズ群から成る光学系５と、散乱
光または反射光を取入れる光電素子６とが垂直方向に順
に配設されている。また、光電素子６の後段に接続され
チップ領域の最上層に配線無の部分の配線パターン情報
を最上層配線より下層の配線有の部分と無の部分とに区
別する設計パターン情報を保持する設計パターン情報保
持部１０２と、その設計パターン情報保持部１０２の情
報により配線パターン情報をそれぞれ別の保持部で保持
させるための切換部１０３と、切換部１０３の後段に配
置し切換部１０３で切換えて最上層の配線がなくかつ、
最上層配線より下層の配線有の部分の配線パターン情報
を保持させる第１の配線パターン情報保持部１０４と、
切換部１０３の後段に配置し切換部１０３で切換えて最
上層配線有の部分、または、最上層配線無かつ下層配線
無の部分の配線パターン情報を保持させる第２の配線パ
ターン情報保持部１０５と、第１の配線パターン情報保
持部１０４の後段に第１の開閉器１０６を介して接続さ
れ、所定のサンプリングにより得た基準配線パターン情
報に基づき決定した閾値を保持する第１の閾値保持部１
０７と、第２の配線パターン情報保持部１０５の後段に
第２の開閉器１０８を介して接続され、所定のサンプリ
ングにより得た基準配線パターン情報に基づき決定した
閾値を保持する第２の閾値保持部１０９と、１入力側が
第１の閾値保持部１０７に接続されると共に、他入力側
が第３の開閉器１１０を介して第１の配線パターン情報
保持部１０４と接続された第１の比較器１１１と、１入
力側が第２の閾値保持部１０９に接続されると共に、他
入力側が第４の開閉器１１２を介して第２の配線パター
ン情報保持部１０５と接続された第２の比較器１１３と
で構成されている。

【００１１】次に、外観検査装置１０１の動作について
説明する。外観検査装置１０１は外観検査を始める前
に、予め閾値を決定する作業を行う。先ず、被検査ウエ
ハ２上の任意の正常な配線パターンを有する５チップ分
をサンプリングし基準配線パターン情報を得る。これ
は、これから検査する該ウエハ２を用いて基準配線パタ
ーン情報を得ることで基準配線パターン情報に製造ロッ
ト間の差が含まれることを防止し、５チップ分をサンプ
リングすることでウエハ２面内のばらつきを基準配線パ
ターン情報に盛り込むためである。このとき４つの開閉
器１０６，１０８，１１０，１１２は図２（ａ）に示す
ようにすべて開状態となっており、設計パターン情報保
持部１０２の情報を参照しつつ切換部１０３は、最上層
の配線がなくかつ、最上層配線より下層の配線有の部分
の情報を得るときは第１の配線パターン情報保持部１０
４側に、最上層配線有の部分、または、最上層配線無か
つ下層配線無の部分の情報を得るときは第２の配線パタ
ーン情報保持部１０５側に切換えられる。こうして区別
して得られた情報を用いてそれぞれの閾値を決定する。
閾値を決定するときは図２（ｂ）に示すように第１，２
開閉器１０６，１０８は閉状態、第３，４開閉器１１
０，１１２は開状態となる。図３に示すように、最上層
の配線がなくかつ、最上層配線より下層の配線有の部分
は強度のばらつきが大きいため閾値はサンプリングした
５チップ分の配線パターン情報の最大値（例えば強度４
０）に所定のマージン（例えば１０）を与えたものを上
側の閾値（５０）とし、最小値（例えば強度２５）に所
定のマージン（例えば１０）を与えたものを下側の閾値
（１５）とする。最上層配線有の部分、または、最上層
配線無かつ下層配線無の部分は強度のばらつきが小さい
ため閾値はサンプリングした５チップ分の配線パターン
情報の平均値（例えば強度２０）に上側，下側均等のマ
ージン（例えば１０）を与えたものをそれぞれ上側閾値
（３０），下側閾値（１０）とする。次に、これらの閾
値をそれぞれ第１，第２の閾値保持部１０７，１０９で
保持させる。閾値の決定と保持が完了すると図２（ｃ）
に示すように第１，２の開閉器１０６，１０８を開状態
にし第３，４の開閉器１１０，１１２を閉状態にして外
観検査をスタートする。設計パターン情報保持部１０２
の情報を参照しつつ切換部１０３によって、最上層の配
線がなくかつ、最上層配線より下層の配線有の部分情報
を得るときは第１の配線パターン情報保持部１０４側
に、最上層配線有の部分または、最上層配線無かつ下層
配線無の部分の情報を得るときは第２の配線パターン情
報保持部１０５側に切換えられて、それぞれの閾値と比
較器１１１，１１３で比較され順次検査される。

【００１２】

【発明の効果】本発明の外観検査装置によれば、最上層
配線より下層の配線の有の部分と無の部分とに区別する
設計パターン情報を参照しつつそれぞれ別の閾値で外観
検査するため、マージンを増やして検出力を低下させる
ことなく虚報を低減させることができ検査結果の信頼性
を向上させることができる。また、人による虚報箇所の
再チェックの工数を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の外観検査装置の概略構成図

【図２】 開閉器の動作説明図

【図３】 強度波形と閾値の説明図

【図４】 従来の外観検査装置の概略構成図

【図５】 配線パターンと強度波形の説明図

【図６】 異物がある場合の配線パターンと強度波形の
説明図

【図７】 下層配線パターンがある場合の強度波形の説
明図

【符号の説明】

２ ウエハ ３ 載置台 ４ 光源 ６ 光電素子 １０ 閾値保持部 １０１ 本発明の外観検査装置 １０２ 設計パターン情報保持部 １０４ 第１の配線パターン情報保持部 １０５ 第２の配線パターン情報保持部 １０７ 第１の閾値保持部 １０９ 第２の閾値保持部 １１１ 第１の比較器 １１３ 第２の比較器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA49 AA54 BB17 CC19 FF41 GG04 HH12 JJ03 JJ26 MM12 RR06 2G051 AA51 AB01 AB02 AC21 BA01 BA10 BB05 BC05 CA20 CB01 CB05 EA14 EB01 EB02 4M106 AA01 AA11 BA05 CA40 DB08 DB20 DJ14 DJ18 DJ21

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配線が多層に形成された半導体ウエハ表面
   を光走査し、得られた配線パターン情報を基準パターン
   情報に基づいて決定した閾値と比較して最上層配線のパ
   ターンの欠陥を検出する外観検査方法において、前記基
   準パターン情報が、前記最上層配線より下層の配線の有
   無に対応していることを特徴とする外観検査方法。
2. 【請求項２】前記下層の配線有の基準パターン情報は、
   半導体ウエハの最上層配線無かつ、最上層配線より下層
   の配線有の個所から得られた第１配線パターン情報であ
   り、前記下層の配線無の基準パターン情報は、最上層配
   線有の部分、または最上層配線無かつ下層配線無の個所
   から得られた第２配線パターン情報であることを特徴と
   する請求項１に記載の外観検査方法。
3. 【請求項３】前記第１および第２配線パターン情報が半
   導体ウエハの複数チップ領域から得られ、前記下層の配
   線有の閾値は、前記第１配線パターン情報の最大値にプ
   ラスのマージンおよび最小値にマイナスのマージンを設
   けて設定され、前記下層の配線無の閾値は、前記第２配
   線パターン情報の平均値にプラス・マイナスのマージン
   を設けて設定されることを特徴とする請求項２に記載の
   外観検査方法。
4. 【請求項４】配線が多層に形成された半導体ウエハ表面
   を光走査する光源と、 その散乱光あるいは反射光を所定の偏向処理する光学系
   と、 その処理された散乱光あるいは反射光を取入れ電気信号
   に変換する変換手段と、 前記変換手段の後段に接続され被検査チップ領域を最上
   層より下層の配線有の部分と無の部分とに区別する設計
   パターン情報を保持する設計パターン情報保持部と、 その設計パターン情報保持部の情報により配線パターン
   情報をそれぞれ別の保持部で保持させるための切換部
   と、 切換部の後段に配置し切換部で切換えて最上層配線無か
   つ、最上層配線より下層の配線有の部分の配線パターン
   情報を保持させる第１配線パターン情報保持部と、 切換部の後段に配置し切換部で切換えて最上層配線有の
   部分、または、最上層配線無かつ下層配線無の部分の配
   線パターン情報を保持させる第２配線パターン情報保持
   部と、 第１の配線パターン情報保持部の後段に第１の開閉器を
   介して接続され、所定のサンプリングにより得た基準配
   線パターン情報に基づき決定した閾値を保持する第１の
   閾値保持部と、 第２の配線パターン情報保持部の後段に第２の開閉器を
   介して接続され、所定のサンプリングにより得た基準配
   線パターン情報に基づき決定した閾値を保持する第２の
   閾値保持部と、 １入力側が第１の閾値保持部に接続されると共に、他入
   力側が第３の開閉器を介して第１の配線パターン情報保
   持部と接続された第１の比較器と、 １入力側が第２の閾値保持部に接続されると共に、他入
   力側が第４の開閉器を介して第２の配線パターン情報保
   持部と接続された第２の比較器とで構成されていること
   を特徴とする外観検査装置。
5. 【請求項５】下層の配線有の基準パターン情報は、半導
   体ウエハの下層の配線を有する個所から得られた第１配
   線パターン情報であり、下層の配線無の基準パターン情
   報は、半導体ウエハの下層の配線を有しない個所から得
   られた第２配線パターン情報であることを特徴とする請
   求項４に記載の外観検査装置。
6. 【請求項６】前記第１および第２配線パターン情報が半
   導体ウエハの複数チップ領域から得られ、前記下層の配
   線有の基準パターン情報の閾値は、前記各第１配線パタ
   ーン情報の最大値にプラスのマージンおよび最小値にマ
   イナスのマージンを設けて設定され、前記下層の配線無
   のときの基準パターン情報は、前記各第２配線パターン
   情報の平均値にプラス・マイナスのマージンを設けて設
   定されることを特徴とする請求項４に記載の外観検査装
   置。