高感度・高速ウェーハ異物検査装置

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最先端半導体デバイスの量産を支えるベストソリューション 〉ol.85No.4

度･高速ウエーハ異物検査装置

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一 高感度･高速ウエーハ異物検査装置"lS2700”の概要 最新光学系と高速ステージ,高速データ処理機能を搭載し.90nmノード以降の半導体製造プロセスのインライン全数検査を可能とする検出感度とスループットを実現した｡ 半導体製造工程は,Cu配線,Low-た(低誘電率) 材,High-〟(高誘電率)材などの新材料,CMP技術に よる平坦化処理といった新プロセスの採用により,複 雑化の一途をたどっている｡このような状況下で,ライ ンの早期立ち上げ,歩留りの向上･維持のためには, エ程内で発生する異物,欠陥を早急に検出して処置 することが重要である｡ 日立グループは,90nmノード以降のプロセスで発 生する欠陥･異物を高速･高感度でモニタリングをする ことができる,暗視野式パターン付きりエーハ異物検

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はじめに

半導体デバイスは,90nmノードへと微細化が進み,新材 査装置"tS2700”を開発し,ラインに投入した｡ パターン付きりエーハ上の異物,スクラッチ,パター ンショート,欠けなどのプロセス欠陥を0.1叫mの感度 で検出できる｡スループットは,300mm径ウェーハで 毎時37枚の高速検査を達成し,全数検査を可能とし ている｡また,レシピ作成など,ユーザーフレンドリーな 操作性,検出欠陥の自動分類機能(DFC),高解像 DUV(遠紫外光)レビュー光学系やSEM(走査電子顕 微鏡)とのインタフェースを搭載し,解析機能も充実さ せた｡ 料,新プロセスの導入,300mmの大口径化へと大きく変化 しつつある｡このような中で,工場やラインをいかに早く立ち上 げて,安定した生産を維持するかが重要な課題となっている｡ 高価な設備･装置の稼動率を向上させ,微細化ヤプロセ

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〉D+.85No.4 スエ程数の増加に伴う異物や欠陥の発生を検知し,歩留り を維持,向上するためには,高速な検査装置を重要工程に 導入し,全数チェックを行うことが必要条件である｡ 最先端の半導体製造プロセスの要求にこたえるために開 発した"IS2700''は,暗視野式異物検査装置の長所である高 スループットを維持しながら,配線間やコンタクトホール穴底な ど,表面以外の異物や形状欠陥の一部も検出することがで きる画期的な検査装置である｡ ここでは,暗視野式パターン付きウェーハ異物検査装置 "IS2700”について述べる｡

2パターン付きウェーハ異物検査装置への

ニーズ

製品寿命が比較的短いシステムLSI(Large Scale Integration)の生産が増加するにしたがい,歩留りについて の要求は従来以上に厳しくなってきた｡しかし,現実には微 細化の前倒しや新材料･新プロセスの導入,それらを支える 新規装置の導入により,歩留り悪化原因が急増し,従来の 経験やノウハウに頼った手法では対応できなくなっている｡ 歩留りを早期に向上させるためには,実際に処理されてい るインプロセスウェーハをできるだけ多く測定してデータを集 め,プロセスや装置の異常を早く検出し,フィードバックするこ とが求められる｡ このような状況下で要求されるニーズは以下のとおりで ある｡ (1)高検出感度 (2)高スループットによる全数検査の実現 (3)スタッフが使いやすい操作性 (4)メモリ,システムLSIなどデバイス依存の少ない感度 (5)優れたCoO(CostofOwnership) 4 3 2 0 0 0 0 蜜畢＼エヽ･トーミぺ 100

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明視野検査装置 SEM式検査装置 暗視野モニタ ､ ヽ､ _IS1600 ､､く===⊃ ヽ lS2510 ､､ く::::::::> ヽ ､ ､ ､ ､ ､ ､ ､ ､ 0.1 0.2 0.3 感度(卜m) 0.5 図1｢lSシリーズ+の位置づけ IS2700は,高感度･高スループットを高い次元で両立させ,積査コストを低減させ ている｡

糾l日立評論2003･4

IS2700では,従来の｢ISシリーズ+の延長線上に位置する 装置として,高感度と高速検査の両立と高コストパフォーマン スを目指して開発を進めた(図1参照)｡

3

技術課題

装置開発にあたっては,高感度･高スループットの両立に加 え,異物･欠陥の補足率の向上,新プロセスで発生する欠陥 検出性能の向上を目標に設定した(図2参照)｡ 3.1高感度異物検出技術 パターンからの散乱光と異物･欠陥からの散乱光を識別し, 高い感度を実現するために,以下の技術を開発した｡ (1)検出画素サイズの縮小 (2)検出ターゲットに合わせた検出レーザ照明の角度 (3)空間フィルタの高解像化によるSN(SignaltoNoise:信 号対雑音)比の向_L これにより,90nmノード以降のプロセスで発生する欠陥･異 物を高感度で検出し,歩留りの向上･維持に貢献することが 可能となった｡ 3.2 _{高速検査技術} (1)高速検査ステージ IS2700では,検査ステージをⅩY方向に走査し,ウェーハ 全面検査を行っている｡検査時間を短くするには,Ⅹステージ 走査の高速化,加減速,およびY方向の送り時間の短縮が 必須である｡このため,従来機に比べて走査速度,加減速, およびY方向送りの大幅な高速化を実施し,時間当たり37枚 (300mm径)の高速検査を実現した｡ (2)高速画像処理 高感度化を図るために,従来機に比べて検出画素サイズ を縮小した｡この場合,処理すべき画像サイズは画素サイズ (%) 100 ･高感度と高スループット の高次元での両立 ･新プロセスでの高感度 ･ユーザーフレンドリー 樹 叫 津 補足率 lS2700

6ノ

′ ′ ′ ′′lS2610 高い _低い (小) 感度 (大) (欠陥サイズ) 図21S2700の開発コンセプト 欠陥補足率,新プロセス対応性能の向上を目標とした｡

高感度･高速クエ-ハ異物検査装置 〉ol.85No_4

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の二乗に反比例して増加する｡画像処理のシステムクロック の高速化と並列処理を組み合わせることにより,ウェーハ走査 時間内での異物･欠陥の検出を可能とし, 現した｡

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lS2700の特徴

高スループットを実 (1)高感度･高速検査 前述した技術課題の解決により,高感度･高スループットを 高い次元で両立する検査装置を製品化した｡装置の主要仕 様を表1に示す｡ (2)異物分類機能 検出感度の向上によって検出個数も増大するが,それらが 歩留りに影響を与えるか否かの判断が重要である｡ IS2700では,検出した異物,欠陥をリアルタイムで分類し, 異物欠陥のサイズを算出することができるDFC(Dark Field Classification)機能を搭載している｡DFCの概念を国3に示 す｡検出されたモードとサイズにより,プロセスにフィードバック するアクションが異なるので,欠陥種とサイズを表示し,歩留 り予測の高精度化を図った｡ (3)容易な操作性 システムLSIなどが少量多品種生産になることにより,検査 条件の作成が大きな負担となるばかりでなく,そのために装 置の稼動率が低下する事態や,条件作成者のスキルによっ て最適設定感度が得られない場合が発生する｡このため, IS2700では,検出感度を決定するパラメータを照明条件と検 出しきい値の二つだけとした｡条件の自動化機能も搭載して おり,約10分で作成することができる｡ (4)観察･解析装置とのリンク機能 検査結果は異物マップとして画面に表示される｡検出した 異物や欠陥を観察するには,検汁‖憤,あるいは異物マップの 見たい異物をクリックすることにより,搭載している光学顕徴 表11S2700装置の仕様 IS2700は毎時2ロットの全数検査を高感度で行うことができる｡ 項 目 仕 様 備 考 ウエーハサイズ 300mm 200mm 積出感度 0.10l⊥m 高感度モード 0.15ト+m 志スループット モード スループット (パターン付き 25枚/h 38枚/h 高感度モード 37枚/h 55枚/h 高スルーブソト ウエーハ) モード 解析機能 _{DUV顕微鎧,DFC} 外部インタ イーサネッド(FTP), フェース SECS,GEM 注:略語説明ほか DUV(DeepUltraviolet;遠紫外光) FTP(FileTransferProtocol) *イーサネットは,富士ゼロックス株式会社の商品名称である｡

⑳

プロセス プロセス プロセス _噂 欠陥分類 異物一スクラッチ 異物 _-■対策A スクラッチー◆対策B 轢山望黙≡山S サイズ計測

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管理値 サイ キラー欠陥 4 0 袖 α ㌧一一 2 R (∈土)叫†中≡山∽ り ヽ 0.1 0.2 0.3 0.4 輝度基準サイズ山m) (a)初期工程 2 0 8 6 4 2 (∈ユ)∼K†中≡山∽ R∼崇0,71 2 4 ₆ 81012 輝度基準サイズ(いm) (b)多層工程 図3異物分類機能 DFC機能により,異物とスクラッチなどの分類ができる｡また.異物のサイジング機 能の搭載により,S巨Mのサイズとの相関係数は0.70と良好な結果が得られた｡ 鏡でただちに観察することができる｡ さらにDUV光源を使用すれば,可視光とDUV光の観察 像を切り替えて観察することができるので,異物や欠陥の特 定に威力を発揮する(国4参照)｡ また,検出した異物情報に基づき,レビューSEM(Scanning Electron _{Microscope)``RS3000”などとのリンクによっていっ} そう効率的な解析業務が可能となる(図5参照)｡ (5)検出異物･欠陥例 IS2700で実際に検糾した異物･欠陥の事例を図6に示す｡ 従来の暗視野式検査装置では検出困難であった,段差の 底に存在する異物や,パターン欠陥,微小な異物を検出して いる｡ 可視光 DUV光 図4検出異物観察機能 可視光,DUV光ともに高解像度であることから,積出異物や欠陥の特定に威力 を発揮する｡ l三は評論2003.4135

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血一 卜 検出欠陥座標分布 注:○(検出座標),◎(装置内観察座標) 図5他の解析装置に対する座標精度 座標精度は±3ドmの範囲に分布し,他のレビュー･解析装置と高精度にリンクす ることにより,不良解析時間の短縮が図れる｡

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おわりに

ここでは,今回開発した暗視野式パターン付きウェーハ異 物検査装置"IS2700''について述べた｡ 半導体デバイスの微細化にはますます拍車がかかってお り,日立グループは,今後もユーザーのニーズにこたえる検査 装置を開発,製品化していく考えである｡ 終わりに,この装置の開発,評価にあたっては,富士通株 式会社の服紗▲彦氏,エルピーダメモリ株式会社の盛山一 郎氏およびその他の関係各位から多大なるご支援をいただ いた｡ここに深く感謝する次第である｡ 渡遵哲･也 ㌔ ア濫

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図6異物･欠陥検出例 従来の暗視野式検査装置では検出困難であった,段差の底に存在する異物や パターン欠陥が検出できることがわかる｡ 参考文献 l)渡遊,外:半導体用暗視野異物検査における検出感度最適化手法 の提案(2001.7) 2)`子二佐札外:130nm時代を切l)開く次世代半導体検査･評価システム, 口立評論,82,10,667∼670(2000.10) 3)長広,外:歩留まりアップをもっと速く,日経マイクロデバイス(2000.10) 執筆者紹介 1980年日立電√エンジニアリング株式会社入社,光学応対J 装置ビジネスユニット光学検奄システム部所属 規在,ウェーハ異物検査装置の開発に従事 Eィnall:t-Watanabe￠jaC.hitachi-deco.co.jp 神宮孝広 1983年⊥i立屯了一エンジニアリング株式会社人杜,光学応胴 装置ビジネスユニット光学検査システム部所属 現在,ウェ.-ハ異物検査装置の開発に従事 E-mこ1il:t-jlngu色･aC.hitachi-deco.co.jp 野口 稔 1982年口立製作所人札生産技術研究所検香システム郎所属 現在,半導体検査装置の研究開発に従事 精密⊥学会会員 E-mail:110gし1Clli.rninori(垂■gnl.1〕erl.llitaclli.co.jp 細江卓朋

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1972年11立電子エンジニアリング株式会社人社,光学応用 装置ビジネスユニット常貰技術部所属 現在,半導体検杏装置のマーケテイング拡販に従事 E-Ⅰ¶ail:hosoe(a′aC,hitachi-deco.co.jp