JPH01276734A - 半導体ウエーハの不良チップ検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、半導体ウェーハ上に形成されるＬＳＩチップ
の中から露光不良に基づく不良チップを自動検出するた
めの検出装置に関し、露光プロセスにおいて、当該露光
中に同時にフォーカスずれ不良チップを自動検出しうる
検出装置を提供することを目的とし、 半導体ウェーハ表面の凹凸値に応じて露光ショット面で
の露光焦点を自動修正する自動合焦点装置を有し、その
合焦点時のフォーカス値信号を出力する露光装置と、前
記フォーカス値に基づいて露光ショットとその周囲ショ
ットとのフォーカス値の差の最大値を算出する最大値算
出部と、前記フォーカス値の差の最大値と前記露光装置
の光学系の焦点深度とを比較することにより当該露光シ
ョットの属するチップの良否判定を行う判定部４とを備
えて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体ウェーハ上に形成されるＬＳＩチップ
の中から露光不良に基づく不良チップを自動検出するた
めの検出装置に関する。

ＬＳＩの製造プロセスにおいては、所定のパターンを半
導体ウェーハ上に焼き付けるための露光プロセスがある
。露光装置はオートフォーカス機構（自動合焦点ｔｌｉ
梢）を備えており、半導体つ工−ハ上の各チップに対応
する部分の各ショット面はオートフォーカス機構により
露光される。

露光の良否、すなわち、フォーカスずれの有無は当該Ｌ
ＳＩチップの品質と直接関係することなので露光プロセ
スの後にはフォーカスずれの検査工程が置かれている。

〔従来の技術〕

従来のフォーカスずれの検査工程においては、まず、現
像後に検査員による目視検査を行ない、次いでその目視
検査により発見された不良ショット個所を顕微鏡により
さらに詳しく検査するという方法をとっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように、露光はオートフォーカス機構により行わ
れるのであるが、半導体ウェーハ表面の凹凸値が大きい
場合、特にその凹凸値が露光装置の光学系の焦点深度を
越える大きさの場合にはフォーカスずれが生じているに
もかかわらず、当該オートフォーカスｔｉｍの能力限度
内で適当と思われる焦点にて露光してしまうことになる
。

このようなフォーカスずれは、検査工程で発見されるべ
きものであるが、現在の目視検査は検査員の熟練度に依
存するものであり、必ずしも完全ではない、しかも、目
視検査で発見されなかった場合には顕微鏡による微細検
査の対象とならず、発見できないまま次の現像プロセス
へと移行する事態が発生するおそれがある。

このように、従来の検査方法では現像してみないとフォ
ーカスずれを発見することができないという問題がある
。加えて、現＠績にも見落され、かつ、フォーカスずれ
による不良チップであることがわからないまま製品化さ
れてしまうおそれがある。このことから信頼性の低下に
つながるという問題が派生する。

本発明は、露光プロセスにおいて、当該露光中に同時に
フォーカスずれ不良チップを自動検出しうる検出装置を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明は、第１図に示すよ
うに、半導体ウェーハ１の表面の凹凸値に応じて露光シ
ョットＡ面での露光焦点を自動修正する自動合焦点装置
を有し、その合焦点時の７オ一カス値信号Ｆ　　、ＦＢ
を出力する露光装置２八 と、前記フォーカス値ＦＢＦａに基づいて露光中のショ
ットＡとその周囲ショット８１〜Ｂ４のフォーカス値の
差（Ｆ　　−Ｆ　　）の最大値Ｄｌａｘ八　　　　Ｂ を算出する最大値算出部３と、前記フォーカス値の差の
最大値Ｄ　　　（＝ｄ）と当該露光ショットａＸ Ａの属するチップの良否判定を行う判定部４とを備えで
構成する。

〔作用〕

上記本発明によれば、露光装置２は半導体ウェーハ１上
の所定ショット部分Ａに露光を行う。このとき、オート
フォーカス８！綱は当該露光ショット部分Ａの凹凸値に
合わせて自動的に合焦点動作を行う６合焦点時のフォー
カスｆｌｉ（露光装置の高さ位置または半導体ウェーハ
の凹凸値）は最大値算出部３に入力される。最大値算出
部３は現在露光を行なっている露光ショットＡのフォー
カス値Ｆｔ、と各周囲ショット８１〜Ｂ４のフォーカス
値ＦＢ１〜Ｆ８４とのそれぞれの差を求め、最もその差
が大きい場合の差の値Ｄ　　　（＝ｄ）を出力する・。

＋１ａＸ この最大値Ｄ□８は現在露光中のショットＡとその周囲
ショット８１〜Ｂ４との間の相対的な凹凸差の最大値に
相当する。この凹凸差の最大値Ｄ　　が露光装置の光学
系の焦点深度ｄｆを越えａＸ る値である場合には必ずフォーカスずれを生じるのであ
るから、その不良フォーカスショットを含むチップは不
良チップとなる蓋然性がきわめて高い、そこで、判定部
４は最大値Ｄ　　と光学系のａＸ 焦点深度ｄ、とを比較し、最大値Ｄｌａｘが焦点深度ｄ
ｒを越える（Ｄ、、ｘ＞ｄ、）場合には、フォーカスず
れになる不良チップと推定して検出信号を出力する。

このように、本発明によれば、半導体ウェー八面上への
露光プロセス中において、フォーカスずれに原因する不
良チップの発生を事前に検出することができる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

檜Ｍ狸 まず、検出原理について説明する。

不良チップの発生原因となるフォーカスずれは、半導体
ウェーハ１の表面の凸部と凹部との相対間隔が露光装置
３の光学系の焦点深度より大きいか否かで判定すること
ができる。すなわち、不良フォーカスの判定条件は ｄ＞ｄ、　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）で
与えられる。ここに、ｄは半導体ウェーハ表面の凸部と
四部との相対間隔、ｄｒは光学系の焦点深度である。

この不良フォーカス判定条件が成立する理由は、凹凸の
相対間隔ｄが光学系の焦点深度ｄｒを越えた場合には当
該露光装置３のオートフォーカスによる合焦点能力を越
えているため、焦点が合うことがなく、したがって必ず
フォーカスずれを起こすことが明らかであるからである
。このフォーカスずれは焼付はパターンを精度よく転写
することができないことを意味し、不良チップとなる。

半導体ウェー八表面の凸部と凹部の相対間隔ｄを求める
なめには、第２図に示すように、現在露光中のショット
（以下、注目ショットという。）部分Ａのフォーカス値
Ｆ　　　とその周囲ショッ（Ｉｌｌ、ｎ） ト部分Ｂ　　−８４の各フォーカス値Ｆ１　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　（ｎ−１，ｎ）　　・Ｆ
（ｍ、ｎ＋１）　　　（ｍ＋１．ｎ）　　　（Ｉｌ、ｎ
−１）との差（絶、Ｆ　　　　　　　　、Ｆ 封鎖）の最大値Ｄｌａｘを求める８周囲ショット部分Ｂ
　〜Ｂ４の各フォーカス値を求める理由は、隣接ショッ
ト部分１ケ所との差のみでは正確な判定ができないと考
えられるからである。

ここに、注目ショットＡを基準とした場合の各フォーカ
ス値との差Ｄ１〜Ｄ４は ＤＩ　”　”　（ｍ、ｎ）　　　（ｌ−１，ｎ）　　’
　　　”””）Ｆ Ｄ　２　＝　ｌ　Ｆ　（１１，。）　　　（Ｔ１．。、
１）１　　　・・・（３）Ｆ Ｄ３　”　”　（ＩＩ、ｎ）　　　（ｎ＋１．ｎ）　’
　　　””）Ｆ Ｄ　４　＝　ｌ　Ｆ　＜、、。）（、、。−１）１　　
　・・・（５）Ｆ で与えられる。これらのフォーカス値差Ｄ１〜Ｄ４のう
ち最大値をＤ□８とする。具体的には、第２図において
Ｄ　　はＤ２であり、（１）式のｄａＸ に対応する。

以上を要約すると、各ショットＡ、８１〜Ｂ４における
フォーカス値Ｆ（、。）　　　（ｌ＋１．ｎ）を露〜Ｆ 光装置３の高さ位置（Ｚ方向位置）から求め、各フォー
カス値の差の最大値Ｄ　　を求め、この最ａｘ 大値Ｄ　　　（＝ｄ）と焦点深度ｄ、とを比較し、ａａ
ｘ （１）式の判定条件を越えた場合に当該注目ショットＡ
を含むＬＳＩチップは不良品であるとして検出信号を出
力するように構成する。

１票 第２図に上記検出原理に基づく本発明の実施例の概要を
示す。

本発明に係る不良チップ検出装置は、Ｘ−Ｙ方向に位置
調整可能なウェーハステージ５上に載置された半導体ウ
ェーハ１に露光ビームを照射する露光装置２と、この露
光装置２のＺ軸方向の位置（すなわち、フォーカス値）
ＦＢＦ　　を検出す八　　　　　　　　Ｂ るポテンショメータ等の位置検出器６とこの位置検出器
６からのフォーカス値信号Ｆ　　、Ｆ　　およＢ び露光装置２内のシャッタ信号Ｓを入力とし、それらの
信号に基づいて注目ショットＡがフォーカスずれを起こ
しているか否かを検出する検出部７とを備えて構成され
る。

露光装置２は注目ショットＡでの凹凸面形状に対応して
自動合焦点を行うオートフォーカス機構を備えている。

オートフォーカス機構の方式は公知の方式でよく、特に
こだわらない。

フォーカス値信号Ｆｔ、は注目ショットＡの露光時にお
けるフォーカス値であり、第２図のＦ（４，ｎ）のこと
である、フォーカス値信号Ｆ８は各周囲ショット８１〜
Ｂ４の露光時のフォーカス値であり、第２図のＦ（ｎ−
１，ｎ）　　　（ｎ、ｎ＋１）　　　（ｌ＋１．ｎ）　
・、Ｆ　　　　　　　　、Ｆ Ｆ（ｌ、ｎ−１）にそれぞれ対応する。

次に、第２図を参照して概略動作を説明する。

露光に際しては、ウェーハステージ５を所定ピッチ分だ
けＸ、Ｙ方向に移動させて注目ショットＡの位置決めを
行う０次いで、露光装置３をオートフォーカス機構によ
りＺ方向に移動させて自動合焦点調節を行う、焦点が合
った時点でシャッタを開き、半導体ウェーハ１の表面に
おける注目ショットＡの露光を行う０以上の露光プロセ
ス中において、合焦点時におけるフォーカス値信号Ｆへ
は同期信号としてのシャッタ信号Ｓとともに検出部７に
与えられる。一方、注目ショットＡの不良フォーカスを
検出するため、周囲ショットＢ１〜Ｂ４についても同様
に自動焦点調節を行ない、各周囲ショット８１〜Ｂ４に
ついてのフォーカス値ＦＢを検出部７に出力する。

検出部７は詳細は後述するが、各フォーカス値信号Ｆ　
　、Ｆ　　〜Ｆ　およびシャッタ信号Ｓに基へ　　８１
８４ づいて注目ショットＡの露光時に不良フォーカスが生じ
たか否かを検出し、その旨の検出信号Ｓｂを出力する。

以上の露光プロセスと不良フォーカス検出動作は半導体
ウェーハ１上の全ショットについてくり返し行なわれる
。

このように、本発明は露光プロセス中に事前に不良フォ
ーカスに原因する不良チップの発生を検出するという点
に特徴を有し、従来のように露光プロセスより後の工程
にて事後的に検査するものと著しく相違する。

権止蔦 次に、検出部７の詳細回路を第４図に示す。

検出部７は、フォーカス値信号Ｆ　　、Ｆ　　〜　　　
ＢＩ Ｆｅ２をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路８と、
シャッタ信号Ｓをカウントするカウンタ９と、Ａ／Ｄ変
換されたフォーカス値信号ＦＡ　”　８１〜ＦＢ４をシ
ャッタ信号Ｓのカウント値に基づいてショット位置に対
応付けて記憶するフォーカス値記憶回路１０と、記憶さ
れたフォーカス（ｌｉＦＡ。

ＦＢ１〜ＦＢ４により、各フォーカス値相互の差Ｄ１〜
Ｄ４の最大値ＤＩｌａＸを演算する最大値算出部１１と
、光学系の焦点深度ｄｆに対応する基準信号を出力する
基準値設定回路１２と、基準信号ｄｔと最大値Ｄ　　　
（＝ｄ）とを比較して不良フａｘ オーカスの有無を判定する比較回路１３と、カウンタ９
からのカウント＠ｆｆ（各ショット位置）に対応させて
比較回路１３からの不良フォーカス検出信号を記憶する
不良ショット記憶回路１４と、を備えて構成される。

最大値算出部１１は、いわゆる高値優先回路である。す
なわち、注目ショッｌ−Ａのフォーカス値ＦＡに対する
各周囲ショット８１〜Ｂ４のフォーカス値の差（（２）
〜（５）式参照）をコンパレータ１５〜１８により求め
、さらにそれらの差の値の大きいものを次段のコンパレ
ータ１９，２０により求め、さらにその結果得られた差
の値を次段のコンパレータ２１によりスイッチ回路２２
．２３の切替動作とともに求めるというようにトーナメ
ント方式で順次フォーカス値の差の大きいものを選択し
て、最終的にスイッチ回路２４から比較回路１３に出力
する。

次に、検出部の一連の動作を説明する。

露光プロセスにおいて各ショットごとに出力され、フォ
ーカス値記憶回路１０に記憶された注目ショットＡのフ
ォーカス値ＦＡ、各周囲ショットＢ　〜Ｂ　のフォーカ
ス値ＦＢｌ〜Ｆｅは最大値算出回路１１においてフォー
カス値の差の最大値Ｄ　　の演算に供される。求められ
た最大値ａＸ ＤＩａＸは（１）式に基づいて基準値ｄｔと比較され、 Ｄ　　　＞　ｄ　（ １ａＸ の場合には当該注目ショットＡの露光は不良フォーカス
であるとして不良ショット記憶回路１４に記憶される０
以上の処理を１枚の半導体ウェーハの全ショットについ
て行なう。終了した時点で゛、その半導体ウェーハ上の
不良ショット部分の位置を明確にした状態で次のプロセ
スへの生産情報として転送する。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、オートフォーカス
による合焦点時のフォーカス値データからそれらの差の
最大値と光学系の焦点深度とを露光プロスセにおいて比
較し、そのフォーカスの良否を判定するものであるため
、従来のような目視検査工程を省略することができる。

また、各ショットについて自動検出するものであるため
、目視検査のように見落したり、検査員によるカンに頼
った検査をすることがないので全数検査が可能となり、
製品の信頼性の向上が期待できる。また、検出債報はそ
の後のグロスセに反映されるから不要なショット対応部
分については処理不要となるので工数の削減に寄与する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明の詳細な説明図、 第３図は本発明の実施例の概要説明図、第４図は本発明
の実施例の検出部の回路図である。 １・・・半導体ウェーハ、 ２・・・露光装置、 ３・・・餞大値算出部、 ４・・・判定部。 第　　１　　図 本発明の詳細な説明図 第　　２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体ウェーハ（１）表面の凹凸値に応じて露光ショ
   ット面（Ａ）での露光焦点を自動修正する自動合焦点装
   置を有し、その合焦点時のフォーカス値信号（Ｆ＿Ａ、
   Ｆ＿Ｂ）を出力する露光装置と、前記フォーカス値に基
   づいて露光ショット（Ａ）とその周囲ショット（Ｂ＿１
   、Ｂ＿４）とのフォーカス値（Ｄ＿ｍ＿ａ＿ｋ）の差の
   最大値を算出する最大値算出部（３）と、 前記フォーカス値の差の最大値（Ｄ＿ｍ＿ａ＿ｘ）と前
   記露光装置の光学系の焦点深度（ｄｆ）とを比較するこ
   とにより当該露光ショットの属するチップの良否判定を
   行う判定部４と、 を備えたことを特徴とする半導体ウェーハの不良チップ
   検出装置。