JP7798607B2 - Image inspection method for semiconductor devices and manufacturing method for semiconductor devices - Google Patents
Image inspection method for semiconductor devices and manufacturing method for semiconductor devicesInfo
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Description
本明細書に開示の技術は、半導体素子の画像検査方法と半導体素子の製造方法に関する。 The technology disclosed in this specification relates to an image inspection method for semiconductor elements and a manufacturing method for semiconductor elements.
特許文献1には、半導体基板の表面マークと裏面のマークの相対位置を高精度に検出する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses technology for detecting the relative positions of marks on the front and back surfaces of a semiconductor substrate with high precision.
半導体素子の表面を複数の検査範囲に区画し、各検査範囲の画像を撮影し、撮影した各検査範囲の画像を正常画像と比較することで半導体素子の表面の欠陥を検出する技術が存在する。この種の技術では、特徴点が存在しない検査範囲では、検査範囲の画像と正常画像の相対的な位置関係を特定することが困難となり、欠陥を正確に検出することができない。例えば、検査範囲に素子パターンの角部が存在する場合には、検査範囲の画像と正常画像とで素子パターンの角部が一致するように位置合わせした状態でこれらの画像を比較することで欠陥を正確に検出することができる。これに対し、特徴点(例えば、素子パターンの角部等)が検査範囲に存在しない場合には、検査範囲の画像と正常画像との間で位置合わせを行うことができず、欠陥を正確に検出することができない。本明細書では、検査範囲に特徴点が存在しない場合でも欠陥を正確に検出することが可能な画像検査方法を提案する。 There is a technology that detects defects on the surface of a semiconductor element by dividing the surface of the semiconductor element into multiple inspection areas, capturing images of each inspection area, and comparing the captured images with a normal image. With this type of technology, it is difficult to determine the relative positional relationship between the inspection area image and the normal image in inspection areas that do not have feature points, making it impossible to accurately detect defects. For example, if the corners of the element pattern are present in the inspection area, defects can be accurately detected by comparing the inspection area image and the normal image after aligning them so that the corners of the element pattern match. In contrast, if feature points (e.g., corners of the element pattern) are not present in the inspection area, it is not possible to align the inspection area image with the normal image, making it impossible to accurately detect defects. This specification proposes an image inspection method that can accurately detect defects even when feature points are not present in the inspection area.
本明細書が開示する半導体素子(14)の画像検査方法においては、前記半導体素子が、複数の検査範囲(50)を備えている。前記画像検査方法が、前記半導体素子の下面(10b)の前記各検査範囲内にアライメントマーク(20)を形成する工程と、前記半導体素子の前記検査範囲ごとに前記半導体素子の上面の画像である上面検査画像と前記半導体素子の前記下面の画像である下面検査画像を撮影する工程と、画像検査装置による画像検査を実施する工程、を有する。前記画像検査装置が、前記半導体素子の前記検査範囲ごとに、前記半導体素子の前記上面の正常画像である上面正常画像と前記半導体素子の前記下面の正常画像である下面正常画像を記憶している。前記各下面正常画像が、前記アライメントマークを含む画像である。前記画像検査では、前記画像検査装置が、前記検査範囲ごとに、前記下面検査画像に含まれる前記アライメントマークの位置と前記下面正常画像に含まれる前記アライメントマークの位置を基準として前記上面検査画像と前記上面正常画像を比較することで、前記上面検査画像に欠陥が含まれるか否かを判定する。 In the image inspection method for a semiconductor element (14) disclosed herein, the semiconductor element has a plurality of inspection areas (50). The image inspection method includes the steps of forming an alignment mark (20) within each inspection area on the underside (10b) of the semiconductor element, capturing an upper surface inspection image that is an image of the upper surface of the semiconductor element and a lower surface inspection image that is an image of the lower surface of the semiconductor element for each inspection area of the semiconductor element, and performing image inspection using an image inspection device. The image inspection device stores a normal upper surface image that is a normal image of the upper surface of the semiconductor element and a normal lower surface image that is a normal image of the lower surface of the semiconductor element for each inspection area of the semiconductor element. Each normal lower surface image is an image that includes the alignment mark. During the image inspection, the image inspection device compares the top surface inspection image with the top surface normal image for each inspection range, using the positions of the alignment marks included in the bottom surface inspection image and the positions of the alignment marks included in the bottom surface normal image as references, to determine whether the top surface inspection image contains any defects.
この画像検査方法では、半導体素子の検査範囲ごとに上面検査画像と下面検査画像を撮影する。下面検査画像には、アライメントマークが含まれる。画像検査では、下面検査画像に含まれるアライメントマークの位置と下面正常画像に含まれるアライメントマークの位置を基準として上面検査画像と上面正常画像を比較する。すなわち、下面検査画像に含まれるアライメントマークと下面正常画像に含まれるアライメントマークを用いて上面検査画像と上面正常画像の相対位置を特定し、その相対位置に基づいて上面検査画像と上面正常画像を比較する。このため、半導体素子の上面に特徴点が存在しなくても、上面検査画像と上面正常画像の間で位置合わせを行うことができる。このため、この検査方法によれば、検査範囲に特徴点が存在しない場合でも欠陥を正確に検出することができる。 In this image inspection method, a top surface inspection image and a bottom surface inspection image are captured for each inspection range of a semiconductor element. The bottom surface inspection image includes an alignment mark. During image inspection, the top surface inspection image and the normal top surface image are compared using the positions of the alignment marks included in the bottom surface inspection image and the normal bottom surface image as references. In other words, the relative positions of the top surface inspection image and the normal top surface image are determined using the alignment marks included in the bottom surface inspection image and the normal bottom surface image, and the top surface inspection image and the normal top surface image are compared based on these relative positions. Therefore, even if there are no feature points on the top surface of the semiconductor element, alignment can be achieved between the top surface inspection image and the normal top surface image. Therefore, this inspection method allows for accurate detection of defects even if there are no feature points within the inspection range.
本明細書が開示する一例の画像検査方法においては、前記半導体素子が半導体ウエハ(10)に設けられていてもよい。前記半導体ウエハが、光透過性を有していてもよい。 In one example of an image inspection method disclosed herein, the semiconductor element may be provided on a semiconductor wafer (10). The semiconductor wafer may be optically transparent.
前記半導体ウエハが光透過性を有する場合において、前記上面検査画像と前記下面検査画像を撮影する工程が、前記半導体素子の上面側から前記上面検査画像を撮影する工程と、前記半導体素子の上面側から前記半導体ウエハを透過して見える前記下面の画像を前記下面検査画像として撮影する工程を有していてもよい。 If the semiconductor wafer is optically transparent, the process of capturing the top surface inspection image and the bottom surface inspection image may include a process of capturing the top surface inspection image from the top surface side of the semiconductor element, and a process of capturing an image of the bottom surface seen through the semiconductor wafer from the top surface side of the semiconductor element as the bottom surface inspection image.
この構成によれば、半導体素子の上面側から上面検査画像と下面検査画像を撮影することができる。 This configuration makes it possible to capture top and bottom inspection images from the top side of the semiconductor element.
前記半導体ウエハが光透過性を有する場合において、前記半導体ウエハが、その上面に設けられた上面基準マーク(12)を有していてもよい。前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する前記工程では、前記半導体ウエハの下面側から前記上面基準マークを撮影することによって位置出して前記アライメントマークを形成してもよい。 When the semiconductor wafer is optically transparent, the semiconductor wafer may have an upper surface reference mark (12) provided on its upper surface. In the step of forming the alignment marks within the inspection ranges on the lower surface of the semiconductor element, the alignment marks may be formed by positioning the upper surface reference marks by photographing them from the lower surface side of the semiconductor wafer.
この構成によれば、上面基準マークを基準に位置出しして下面にアライメントマークを形成できる。 With this configuration, alignment marks can be formed on the lower surface by positioning them based on the upper surface reference mark.
本明細書が開示する一例の画像検査方法においては、前記半導体素子が半導体ウエハに設けられていてもよい。前記半導体ウエハが、その上面に設けられた上面基準マークを有していてもよい。前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する前記工程が、前記上面基準マークを基準に位置出して前記半導体ウエハの下面に下面基準マーク(13)を形成する工程と、前記下面基準マークを基準に位置出して前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する工程、を有していてもよい。 In one example of an image inspection method disclosed herein, the semiconductor element may be provided on a semiconductor wafer. The semiconductor wafer may have an upper surface reference mark provided on its upper surface. The step of forming the alignment mark within each of the inspection areas on the lower surface of the semiconductor element may include the steps of forming a lower surface reference mark (13) on the lower surface of the semiconductor wafer by positioning the upper surface reference mark as a reference, and forming the alignment mark within each of the inspection areas on the lower surface of the semiconductor element by positioning the lower surface reference mark as a reference.
この構成によれば、上面基準マークを基準に位置出しして下面にアライメントマークを形成できる。 With this configuration, alignment marks can be formed on the lower surface by positioning them based on the upper surface reference mark.
上記の画像検査方法においては、前記画像検査では、前記上面基準マークと前記下面基準マークの相対位置を検出し、前記相対位置と前記下面検査画像に含まれる前記アライメントマークの位置と前記下面正常画像に含まれる前記アライメントマークの位置を基準として前記上面検査画像と前記上面正常画像を比較してもよい。 In the above image inspection method, the image inspection may detect the relative positions of the top surface reference mark and the bottom surface reference mark, and compare the top surface inspection image and the top surface normal image based on the relative positions, the position of the alignment mark included in the bottom surface inspection image, and the position of the alignment mark included in the bottom surface normal image.
この構成によれば、上面基準マークと下面基準マークの相対位置のずれの影響を補正した状態で、上面検査画像と上面正常画像を比較することができる。したがって、欠陥をより正確に検出することができる。 This configuration allows the top surface inspection image and the top surface normal image to be compared while correcting for the effects of misalignment between the top surface reference mark and the bottom surface reference mark. Therefore, defects can be detected more accurately.
本明細書が開示する一例の画像検査方法は、前記画像検査の実施後に、前記アライメントマークを除去する工程をさらに有していてもよい。 An example of an image inspection method disclosed in this specification may further include a step of removing the alignment mark after the image inspection is performed.
本明細書が開示する一例の画像検査方法においては、前記上面検査画像と前記下面検査画像を撮影する撮影装置が、前記半導体素子の前記上面を撮影する上側カメラ(74)と、前記上側カメラと同時に配置されているとともに前記半導体素子の前記下面を撮影する下側カメラ(75)を有していてもよい。 In one example of an image inspection method disclosed in this specification, the imaging device that captures the top surface inspection image and the bottom surface inspection image may include an upper camera (74) that captures the top surface of the semiconductor element, and a lower camera (75) that is positioned simultaneously with the upper camera and captures the bottom surface of the semiconductor element.
この構成によれば、上面検査画像と下面検査画像の位置ずれを抑制できる。 This configuration reduces misalignment between the top surface inspection image and the bottom surface inspection image.
実施例1の半導体素子の製造方法について説明する。実施例1の製造方法は、半導体素子に対する画像検査方法を含んでいる。図1は、半導体素子の製造に用いる半導体ウエハ10を示している。半導体ウエハ10は、円板形状を有している。半導体ウエハ10の外周面には、オリエンテーションフラット10cが設けられている。実施例1では、半導体ウエハ10は、GaN、SiC等の光透過性を有する材料によって構成されている。 A manufacturing method for semiconductor elements according to Example 1 will be described. The manufacturing method according to Example 1 includes an image inspection method for semiconductor elements. Figure 1 shows a semiconductor wafer 10 used in manufacturing semiconductor elements. The semiconductor wafer 10 has a disk shape. An orientation flat 10c is provided on the outer peripheral surface of the semiconductor wafer 10. In Example 1, the semiconductor wafer 10 is made of an optically transparent material such as GaN or SiC.
(上面基準マーク形成工程)
まず、上面基準マーク形成工程を実施する。上面基準マーク形成工程では、図2、3に示すように、半導体ウエハ10の上面10aに、上面基準マーク12を形成する。上面基準マーク12は、光学的に検出可能なマークである。例えば、上面基準マーク12は、上面10aに設けられた凹部であってもよい。上面基準マーク12は、半導体ウエハ10の外周面(例えば、オリエンテーションフラット10cなど)を基準に位置出しして形成される。上面基準マーク12は、上面10aのうちの半導体素子が形成されない外周部に形成される。
(Upper surface reference mark forming process)
First, a top surface reference mark forming step is performed. In the top surface reference mark forming step, as shown in Figures 2 and 3, top surface reference marks 12 are formed on the top surface 10a of the semiconductor wafer 10. The top surface reference marks 12 are optically detectable marks. For example, the top surface reference marks 12 may be recesses provided on the top surface 10a. The top surface reference marks 12 are formed by positioning them based on the outer peripheral surface of the semiconductor wafer 10 (for example, an orientation flat 10c, etc.). The top surface reference marks 12 are formed in the outer peripheral portion of the top surface 10a where no semiconductor elements are formed.
(半導体素子構造形成工程)
次に、半導体素子形成工程を実施する。半導体素子形成工程では、図4に示すように、半導体ウエハ10の上面10aに対して加工を行うことによって、半導体ウエハ10に複数の半導体素子14を形成する。例えば、半導体素子形成工程では、半導体ウエハ10の上面10aに対して、イオン注入、エピタキシャル成長、エッチング等を行うことで、複数の半導体素子14を形成する。半導体素子14は、上面基準マーク12を基準に位置出しして形成される。図5は、1つの半導体素子14の上面10a(すなわち、1つの半導体素子14の範囲内の半導体ウエハ10の上面10a)の拡大平面図を例示している。半導体素子14は、上面10aに2つの素子領域14aを有している。各素子領域14aには、トレンチ型のFETが形成されている。このため、各素子領域14a内にトレンチによって構成された縞模様が現れている。なお、図5以外の図では、図の見やすさのため、各素子領域14a内の縞模様の図示を省略している。後に詳述するが、半導体素子14の上面10aに対して、画像検査が実施される。画像検査では、図6に示すように、半導体素子14の上面10aを複数の検査範囲50に区画し、各検査範囲50に対して検査を行う。図6に示す検査範囲50xには、素子領域14aの外周縁等の特徴点が含まれていない。実施例1の画像検査方法では、特徴点を含まない検査範囲50xに対しても適切に検査を行うことができる。
(Semiconductor element structure forming process)
Next, a semiconductor element forming process is performed. In the semiconductor element forming process, as shown in FIG. 4, the upper surface 10a of the semiconductor wafer 10 is processed to form multiple semiconductor elements 14 on the semiconductor wafer 10. For example, in the semiconductor element forming process, multiple semiconductor elements 14 are formed on the upper surface 10a of the semiconductor wafer 10 by ion implantation, epitaxial growth, etching, etc. The semiconductor elements 14 are formed by positioning them based on the upper surface reference mark 12. FIG. 5 illustrates an enlarged plan view of the upper surface 10a of one semiconductor element 14 (i.e., the upper surface 10a of the semiconductor wafer 10 within the scope of one semiconductor element 14). The semiconductor element 14 has two element regions 14a on the upper surface 10a. A trench-type FET is formed in each element region 14a. Therefore, a striped pattern formed by the trenches appears in each element region 14a. Note that, in figures other than FIG. 5, the striped pattern in each element region 14a is omitted for clarity. As will be described in detail later, image inspection is performed on the top surface 10a of the semiconductor element 14. In the image inspection, as shown in FIG. 6, the top surface 10a of the semiconductor element 14 is divided into a plurality of inspection areas 50, and inspection is performed on each inspection area 50. The inspection area 50x shown in FIG. 6 does not include feature points such as the outer periphery of the element region 14a. The image inspection method of the first embodiment can also properly inspect the inspection area 50x that does not include feature points.
(アライメントマーク形成工程)
次に、アライメントマーク形成工程を実施する。アライメントマーク形成工程では、図7、8に示すように、半導体素子14の下面10bに複数のアライメントマーク20を形成する。ここでは、各半導体素子14の各検査範囲50内にアライメントマーク20を形成する。ここでは、上面基準マーク12を基準に位置出しして各アライメントマーク20を形成する。実施例1では、半導体ウエハ10の下面10bに所定形状の膜によって構成されたアライメントマーク20を形成する。より詳細には、まず、半導体ウエハ10の下面10bを覆う膜を形成する。次に、図9に示すように、半導体ウエハ10の下面10b(すなわち、膜で覆われた下面10b)が上向きとなるように半導体ウエハ10を露光装置のステージ40上に載置する。露光装置は、半導体ウエハ10を上側から撮影するカメラ42を有している。次に、カメラ42によって上面基準マーク12を撮影する。上述したように半導体ウエハ10は光透過性を有しているので、カメラ42によって下面10b側から上面基準マーク12を撮影することができる。次に、カメラ42で撮影した上面基準マーク12を基準に位置出して、フォトリソグラフィによって、半導体ウエハ10の下面10b(すなわち、膜の表面)を覆うマスクを形成する。次に、マスクを用いて膜をエッチングすることによって、図7、8に示すように各半導体素子14の各検査範囲50内にアライメントマーク20を形成する。アライメントマーク20を構成する膜は、半導体ウエハ10よりも光透過率が低い膜が好ましい。例えば、アライメントマーク20を構成する膜が、ポリシリコン、金属膜(例えば、Al、Ti、Ni等)によって構成されていてもよい。上述したように、半導体素子14の上面側の構造は上面基準マーク12を基準に位置出しして形成されている。このため、上面基準マーク12を基準に位置出ししてアライメントマーク20を形成することで、アライメントマーク20を半導体素子14の上面側の構造に対して高い位置精度で形成することができる。
(Alignment mark forming process)
Next, an alignment mark forming process is performed. In the alignment mark forming process, as shown in FIGS. 7 and 8 , multiple alignment marks 20 are formed on the underside 10b of the semiconductor elements 14. Here, the alignment marks 20 are formed within the respective inspection ranges 50 of each semiconductor element 14. Here, each alignment mark 20 is formed by positioning it based on the top surface reference mark 12. In Example 1, alignment marks 20 composed of a film having a predetermined shape are formed on the underside 10b of the semiconductor wafer 10. More specifically, first, a film is formed to cover the underside 10b of the semiconductor wafer 10. Next, as shown in FIG. 9 , the semiconductor wafer 10 is placed on the stage 40 of an exposure apparatus so that the underside 10b of the semiconductor wafer 10 (i.e., the underside 10b covered with the film) faces upward. The exposure apparatus has a camera 42 that photographs the semiconductor wafer 10 from above. Next, the top surface reference mark 12 is photographed by the camera 42. As described above, the semiconductor wafer 10 is optically transparent, allowing the camera 42 to capture an image of the top surface reference mark 12 from the bottom surface 10b. Next, using the top surface reference mark 12 captured by the camera 42 as a reference, a mask is formed by photolithography to cover the bottom surface 10b of the semiconductor wafer 10 (i.e., the surface of the film). Next, the film is etched using the mask to form alignment marks 20 within each inspection range 50 of each semiconductor element 14, as shown in FIGS. 7 and 8 . The film constituting the alignment mark 20 preferably has a lower optical transmittance than the semiconductor wafer 10. For example, the film constituting the alignment mark 20 may be composed of polysilicon or a metal film (e.g., Al, Ti, Ni, etc.). As described above, the structure on the top surface of the semiconductor element 14 is formed by positioning the top surface reference mark 12 as a reference. Therefore, by forming the alignment mark 20 by positioning the top surface reference mark 12 as a reference, the alignment mark 20 can be formed with high positional accuracy relative to the structure on the top surface of the semiconductor element 14.
(画像検査工程)
次に、画像検査工程を実施する。画像検査工程では、各半導体素子14の各検査範囲50に対して上面10aの撮影を行い、上面10aにおける欠陥の有無を検査する。画像検査工程では、図10に示す画像検査装置60を使用する。画像検査装置60は、ステージ62、カメラ64、記憶装置66、及び、演算回路68を有している。まず、図10に示すように、ステージ62上に半導体ウエハ10を載置する。ここでは、上面10aが上側を向く向きでステージ62上に半導体ウエハ10を載置する。ステージ62は、中央に孔62aを有する中空ステージである。このため、各アライメントマーク20によって構成される半導体ウエハ10の下面10bの凹凸形状がステージ62に接触しない。ステージ62は、半導体ウエハ10の下面10bの外周部を支持する。なお、半導体ウエハ10の下面10bの全体がステージ62に接触しても問題がない場合には、ステージ62は中空ステージでなくてもよい。
(Image inspection process)
Next, an image inspection process is performed. In the image inspection process, the upper surface 10a of each semiconductor element 14 is photographed for each inspection range 50, and the upper surface 10a is inspected for defects. An image inspection device 60 shown in FIG. 10 is used in the image inspection process. The image inspection device 60 includes a stage 62, a camera 64, a storage device 66, and an arithmetic circuit 68. First, as shown in FIG. 10, the semiconductor wafer 10 is placed on the stage 62. Here, the semiconductor wafer 10 is placed on the stage 62 with the upper surface 10a facing upward. The stage 62 is a hollow stage with a hole 62a in its center. Therefore, the uneven shape of the lower surface 10b of the semiconductor wafer 10, which is formed by each alignment mark 20, does not come into contact with the stage 62. The stage 62 supports the outer periphery of the lower surface 10b of the semiconductor wafer 10. Note that if there is no problem even if the entire lower surface 10b of the semiconductor wafer 10 comes into contact with the stage 62, the stage 62 does not need to be a hollow stage.
画像検査装置60は、カメラ64とステージ62(すなわち、半導体ウエハ10)を図7、10のx方向及びy方向に沿って相対移動させることができる。このため、カメラ64の撮影範囲を半導体ウエハ10に対してx方向及びy方向に沿って移動させることができる。なお、x方向は、半導体ウエハ10の上面10aと平行な一方向である。また、y方向は、半導体ウエハ10の上面10aと平行であるとともにx方向に直交する方向である。ステージ62上に半導体ウエハ10を載置したら、演算回路68に検査プログラムを実行させる。すると、演算回路68が、カメラ64によって上面基準マーク12を撮影する。これによって、演算回路68は、カメラ64と半導体ウエハ10の相対的な位置出しを行う。このように位置出しを行うことで、カメラ64の撮影範囲を、半導体ウエハ10に対して正確に制御することが可能となる。なお、他の実施例においては、上面基準マーク12を撮影するカメラがカメラ64とは別に設けられていてもよい。 The image inspection device 60 can move the camera 64 and stage 62 (i.e., the semiconductor wafer 10) relative to each other along the x and y directions in Figures 7 and 10. This allows the camera 64's imaging range to be moved along the x and y directions relative to the semiconductor wafer 10. The x direction is a direction parallel to the top surface 10a of the semiconductor wafer 10. The y direction is a direction parallel to the top surface 10a of the semiconductor wafer 10 and perpendicular to the x direction. After the semiconductor wafer 10 is placed on the stage 62, the arithmetic circuit 68 executes an inspection program. The arithmetic circuit 68 then photographs the top surface reference mark 12 using the camera 64. This allows the arithmetic circuit 68 to position the camera 64 relative to the semiconductor wafer 10. This positioning allows the camera 64's imaging range to be accurately controlled relative to the semiconductor wafer 10. In other embodiments, a camera that photographs the top surface reference mark 12 may be provided separately from the camera 64.
次に、演算回路68は、各半導体素子14に対して、画像検査を実施する。図7に示すように、1つの半導体素子14に対して複数の検査範囲50が設定されている。演算回路68は、各検査範囲50に対して画像検査を実施する。演算回路68は、まず、複数の検査範囲50の中から1つ検査範囲50を選択し、選択した検査範囲50に対応する座標にカメラ64の撮影範囲を移動させる。次に、演算回路68は、カメラ64の焦点を上面10aに合わせた状態で撮影を行う。これによって、選択した検査範囲50の上面10aの画像(以下、上面検査画像という)が撮影される。次に、演算回路68は、カメラ64の撮影範囲を移動させることなく、カメラ64の焦点を下面10bに合わせた状態で撮影を行う。半導体ウエハ10が光透過性を有するので、カメラ64によって上面10a側から下面10bを撮影することができる。これによって、選択した検査範囲50の下面10bの画像(以下、下面検査画像という)が撮影される。検査範囲50の下面10bにアライメントマーク20が形成されているので、下面検査画像にはアライメントマーク20が含まれる。このように、演算回路68は、選択した検査範囲50の上面検査画像と下面検査画像を撮影する。このように焦点を変更することによって上面検査画像と下面検査画像を撮影すると、同軸上で上面検査画像と下面検査画像を撮影することができる。したがって、上面検査画像と下面検査画像の間での撮影範囲のずれを抑制できる。 Next, the arithmetic circuit 68 performs image inspection on each semiconductor element 14. As shown in FIG. 7, multiple inspection areas 50 are set for each semiconductor element 14. The arithmetic circuit 68 performs image inspection on each inspection area 50. First, the arithmetic circuit 68 selects one inspection area 50 from the multiple inspection areas 50 and moves the camera 64's imaging range to the coordinates corresponding to the selected inspection area 50. Next, the arithmetic circuit 68 captures an image with the camera 64 focused on the top surface 10a. This captures an image of the top surface 10a of the selected inspection area 50 (hereinafter referred to as the top surface inspection image). Next, the arithmetic circuit 68 captures an image with the camera 64 focused on the bottom surface 10b without moving the camera 64's imaging range. Because the semiconductor wafer 10 is optically transparent, the camera 64 can capture an image of the bottom surface 10b from the top surface 10a. This captures an image of the bottom surface 10b of the selected inspection area 50 (hereinafter referred to as the bottom surface inspection image). Because an alignment mark 20 is formed on the bottom surface 10b of the inspection area 50, the alignment mark 20 is included in the bottom surface inspection image. In this way, the arithmetic circuit 68 captures a top surface inspection image and a bottom surface inspection image of the selected inspection area 50. By capturing the top surface inspection image and the bottom surface inspection image by changing the focus in this way, the top surface inspection image and the bottom surface inspection image can be captured on the same axis. Therefore, it is possible to suppress misalignment of the capturing range between the top surface inspection image and the bottom surface inspection image.
次に、演算回路68は、記憶装置66にアクセスして上面正常画像と下面正常画像を読み出す。まず、上面正常画像と下面正常画像について説明する。上面正常画像と下面正常画像は、欠陥を有さない半導体素子14の検査範囲50の上面10aと下面10bを撮影した画像である。上面正常画像と下面正常画像は、全ての検査範囲50に対して撮影されている。上面正常画像と下面正常画像の撮影は、予め画像検査装置60で撮影されたものである。全ての検査範囲50の上面正常画像と下面正常画像が、記憶装置66に記憶されている。演算回路68は、選択した検査範囲50の上面検査画像と下面検査画像を撮影すると、その検査範囲50の上面正常画像と下面正常画像を記憶装置66から読み出す。 Next, the arithmetic circuit 68 accesses the storage device 66 to read out the normal top surface image and the normal bottom surface image. First, the normal top surface image and the normal bottom surface image will be described. The normal top surface image and the normal bottom surface image are images of the top surface 10a and bottom surface 10b of the inspection area 50 of a semiconductor element 14 that does not have any defects. The normal top surface image and the normal bottom surface image are taken for all inspection areas 50. The normal top surface image and the normal bottom surface image are taken in advance by the image inspection device 60. The normal top surface image and the normal bottom surface image for all inspection areas 50 are stored in the storage device 66. After the arithmetic circuit 68 has taken the top surface inspection image and the bottom surface inspection image of the selected inspection area 50, it reads out the normal top surface image and the normal bottom surface image of that inspection area 50 from the storage device 66.
次に、演算回路68は、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク20の位置の差(Δx,Δy)を算出する。例えば、図11に示すように、演算回路68は、下面検査画像の撮影範囲内において、アライメントマーク20の中心位置の座標(x1,y1)を特定する。同様に、演算回路68は、下面正常画像の撮影範囲内において、アライメントマーク20の中心位置の座標(x2,y2)を特定する。そして、Δx=x1-x2、Δy=y1-y2の数式により、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク20の位置の差(Δx,Δy)を算出する。また、他の例では、演算回路68は、図12に示すように、下面検査画像と下面正常画像との間でアライメントマーク20が一致するように下面検査画像と下面正常画像を重ね、このときの下面検査画像と下面正常画像のx方向及びy方向における位置の差(Δx,Δy)を算出してもよい。図11、12のいずれの方法でも、差(Δx,Δy)を算出することができる。 Next, the arithmetic circuit 68 calculates the difference (Δx, Δy) in the position of the alignment mark 20 between the lower surface inspection image and the lower surface normal image. For example, as shown in FIG. 11, the arithmetic circuit 68 identifies the coordinates (x1, y1) of the center position of the alignment mark 20 within the shooting range of the lower surface inspection image. Similarly, the arithmetic circuit 68 identifies the coordinates (x2, y2) of the center position of the alignment mark 20 within the shooting range of the lower surface normal image. Then, using the formulas Δx = x1 - x2 and Δy = y1 - y2, the arithmetic circuit 68 calculates the difference (Δx, Δy) in the position of the alignment mark 20 between the lower surface inspection image and the lower surface normal image. In another example, as shown in FIG. 12, the arithmetic circuit 68 may overlay the lower surface inspection image and the lower surface normal image so that the alignment mark 20 coincides between them, and then calculate the difference (Δx, Δy) in the position in the x and y directions between the lower surface inspection image and the lower surface normal image. The difference (Δx, Δy) can be calculated using either method shown in Figures 11 and 12.
次に、演算回路68は、図13に示すように、上面検査画像に上面正常画像を重ねる。このとき、演算回路68は、下面検査画像と下面正常画像の間の位置の差(Δx,Δy)と同じ量だけ位置をずらした状態で上面検査画像に上面正常画像を重ねる。このように上面検査画像に上面正常画像を重ねると、上面検査画像に対して、その上面検査画像と実質的に同一部分の正常な半導体素子14の画像を正確に重ね合わせることができる。このように上面検査画像に上面正常画像を重ね合わせることで、演算回路68は、上面検査画像の上面正常画像に対する相違点を欠陥として検出する。 Next, the arithmetic circuit 68 overlays the normal top surface image on the top surface inspection image, as shown in FIG. 13. At this time, the arithmetic circuit 68 overlays the normal top surface image on the top surface inspection image while shifting the position by the same amount as the difference in position (Δx, Δy) between the bottom surface inspection image and the normal bottom surface image. By overlaying the normal top surface image on the top surface inspection image in this way, an image of a normal semiconductor element 14 that is substantially the same portion as the top surface inspection image can be accurately overlaid on the top surface inspection image. By overlaying the normal top surface image on the top surface inspection image in this way, the arithmetic circuit 68 detects differences between the top surface inspection image and the normal top surface image as defects.
演算回路68は、全ての半導体素子14の全ての検査範囲50に対して、画像検査を実施する。これによって、演算回路68は、各半導体素子14の各検査範囲50に対して、欠陥の有無を検出する。画像検査で欠陥が検出された半導体素子14に対しては、マーキングが施される。 The arithmetic circuit 68 performs image inspection on all inspection areas 50 of all semiconductor elements 14. As a result, the arithmetic circuit 68 detects the presence or absence of defects in each inspection area 50 of each semiconductor element 14. Marking is applied to semiconductor elements 14 for which defects are detected during image inspection.
(下面研磨工程)
次に、下面研磨工程を実施する。下面研磨工程では、半導体ウエハ10の下面10bを研磨することによって、全てのアライメントマーク20を除去する。
(Bottom surface polishing process)
Next, a bottom surface polishing step is performed in which the bottom surface 10b of the semiconductor wafer 10 is polished to remove all of the alignment marks 20.
次に、各半導体素子14の上面10aに、電極(例えば、FETのソース電極、信号電極パッド等)を形成する。次に、半導体ウエハ10の下面10bの全域に電極(例えば、FETのドレイン電極)を形成する。次に、半導体ウエハ10を複数の半導体素子14のチップに分割する。その後、欠陥が検出された半導体素子14を除去し、正常な半導体素子14を出荷する。このように、この製造方法によれば、上面に欠陥を有さない半導体素子14を製造できる。 Next, electrodes (e.g., FET source electrodes, signal electrode pads, etc.) are formed on the top surface 10a of each semiconductor element 14. Next, electrodes (e.g., FET drain electrodes) are formed across the entire bottom surface 10b of the semiconductor wafer 10. Next, the semiconductor wafer 10 is divided into multiple semiconductor element 14 chips. After that, semiconductor elements 14 with detected defects are removed, and normal semiconductor elements 14 are shipped. In this way, this manufacturing method makes it possible to manufacture semiconductor elements 14 without defects on their top surfaces.
以上に説明したように、実施例1の画像検査方法では、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク20の位置の差(Δx,Δy)を特定する。そして、アライメントマーク20の位置の差と同様にずらした位置で上面検査画像と上面正常画像を重ねて比較する。アライメントマーク20と半導体素子14の上面側の構造が共に上面基準マーク12を基準に位置出しして形成されているので、アライメントマーク20は半導体素子14の上面側の構造に対して高い位置精度で形成されている。また、上面検査画像と下面検査画像はカメラ64によって同軸上で撮影されているので、上面検査画像と下面検査画像の撮影範囲のx方向及びy方向におけるずれは小さい。同様に、上面正常画像と下面正常画像の撮影範囲のx方向及びy方向におけるずれは小さい。このため、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク20の位置の差は、上面検査画像と上面正常画像の間における撮影範囲のずれと略一致する。したがって、アライメントマーク20の位置の差と同様にずらした位置で上面検査画像と上面正常画像を重ねることで、検査対象の半導体素子14の検査範囲50の画像に対して正常な半導体素子14の実質的に同一の部分の画像を正確に重ね合わせることができる。このため、半導体素子14の欠陥を正確に検出することができる。したがって、この画像検査方法によれば、検査範囲50内の上面10aに特徴点が無い場合でも、正確に欠陥を検出することができる。特に、欠陥の誤検出を抑制できる。例えば、図5のようにx方向に伸びる縞模様を有する素子領域14aの画像検査において上面検査画像と上面正常画像を正確に合わせることができないと、トレンチどうしの位置がずれている範囲全体が欠陥として誤検出される。これに対し、実施例1の画像検査方法によれば、上面検査画像と上面正常画像を正確に合わせることができ、欠陥の誤検出を抑制できる。 As described above, the image inspection method of Example 1 identifies the difference (Δx, Δy) in the position of the alignment mark 20 between the bottom surface inspection image and the bottom surface normal image. The top surface inspection image and the top surface normal image are then overlaid and compared at positions offset by the same amount as the difference in the position of the alignment mark 20. Because the alignment mark 20 and the structure on the top surface of the semiconductor element 14 are both positioned relative to the top surface reference mark 12, the alignment mark 20 is formed with high positional accuracy relative to the structure on the top surface of the semiconductor element 14. Furthermore, because the top surface inspection image and the bottom surface inspection image are captured coaxially by the camera 64, the deviation in the x and y directions between the capture ranges of the top surface inspection image and the bottom surface inspection image is small. Similarly, the deviation in the x and y directions between the capture ranges of the top surface normal image and the bottom surface normal image is small. Therefore, the difference in the position of the alignment mark 20 between the bottom surface inspection image and the bottom surface normal image approximately matches the deviation in the capture range between the top surface inspection image and the top surface normal image. Therefore, by overlaying the top surface inspection image and the normal top surface image at positions shifted by the same amount as the difference in the positions of the alignment marks 20, it is possible to accurately overlay an image of substantially the same portion of a normal semiconductor element 14 on an image of the inspection area 50 of the semiconductor element 14 being inspected. This allows for accurate detection of defects in the semiconductor element 14. Therefore, this image inspection method allows for accurate defect detection even when there are no feature points on the top surface 10a within the inspection area 50. In particular, it is possible to reduce false defect detection. For example, in image inspection of an element region 14a having a striped pattern extending in the x direction as shown in Figure 5, if the top surface inspection image and the normal top surface image cannot be accurately aligned, the entire area where the trenches are misaligned will be erroneously detected as a defect. In contrast, the image inspection method of Example 1 allows for accurate alignment of the top surface inspection image and the normal top surface image, thereby reducing false defect detection.
実施例2の半導体素子の製造方法について説明する。実施例2で使用する半導体ウエハ10は、光透過性を有していてもよいし、光透過性を有していなくてもよい。実施例2の製造方法では、実施例1と同様にして、図4、5に示す状態まで半導体ウエハ10を加工する。 A method for manufacturing a semiconductor device according to Example 2 will now be described. The semiconductor wafer 10 used in Example 2 may or may not be optically transparent. In the manufacturing method according to Example 2, the semiconductor wafer 10 is processed to the state shown in Figures 4 and 5 in the same manner as in Example 1.
(下面基準マーク形成工程)
次に、下面基準マーク形成工程を実施する。下面基準マーク形成工程では、図14、図15に示すように、半導体ウエハ10の下面10bに下面基準マーク13を形成する。下面基準マーク13は、光学的に検出可能なマークである。例えば、下面基準マーク13が、下面10bに設けられた凹部であってもよい。下面基準マーク13は、上面基準マーク12を基準に位置出しして形成される。下面基準マーク13は、下面10bのうちの半導体素子14が形成されていない外周部に形成される。
(Bottom surface reference mark formation process)
Next, a bottom surface reference mark forming step is carried out. In the bottom surface reference mark forming step, as shown in Figures 14 and 15, bottom surface reference marks 13 are formed on the bottom surface 10b of the semiconductor wafer 10. The bottom surface reference marks 13 are marks that can be optically detected. For example, the bottom surface reference marks 13 may be recesses provided on the bottom surface 10b. The bottom surface reference marks 13 are formed by positioning them based on the top surface reference marks 12. The bottom surface reference marks 13 are formed on the outer periphery of the bottom surface 10b where no semiconductor elements 14 are formed.
(アライメントマーク形成工程)
次に、アライメントマーク形成工程を実施する。アライメントマーク形成工程では、図7、8と同様に、半導体ウエハ10の下面10bに複数のアライメントマーク20を形成する。ここでは、各半導体素子14の各検査範囲50内にアライメントマーク20を形成する。ここでは、下面基準マーク13を基準に位置出しして各アライメントマーク20を形成する。半導体素子14の上面側の構造は上面基準マーク12を基準に位置出しして形成されている。下面基準マーク13は上面基準マーク12を基準に位置出しして形成されている。したがって、アライメントマーク20を下面基準マーク13を基準に位置出しして形成することで、アライメントマーク20を半導体素子14の上面側の構造に対して高い位置精度で形成することができる。
(Alignment mark forming process)
Next, an alignment mark forming process is performed. In the alignment mark forming process, a plurality of alignment marks 20 are formed on the bottom surface 10b of the semiconductor wafer 10, as in FIGS. 7 and 8 . Here, the alignment marks 20 are formed within each inspection range 50 of each semiconductor element 14. Here, each alignment mark 20 is formed by positioning based on the bottom surface reference mark 13. The structure on the top surface side of the semiconductor element 14 is formed by positioning based on the top surface reference mark 12. The bottom surface reference mark 13 is formed by positioning based on the top surface reference mark 12. Therefore, by forming the alignment marks 20 by positioning based on the bottom surface reference mark 13, the alignment marks 20 can be formed with high positional accuracy relative to the structure on the top surface side of the semiconductor element 14.
(画像検査工程)
次に、画像検査工程を実施する。実施例2の画像検査工程では、図16に示す画像検査装置70を使用する。画像検査装置70は、ステージ72、カメラ74、75、記憶装置76、及び、演算回路78を有している。ステージ72は、中央に孔72aを有する中空ステージである。カメラ74は、ステージ72の上部に配置されており、鉛直下方向を撮影する。カメラ75は、ステージ72の下部に配置されており、鉛直上方向を撮影する。カメラ74とカメラ75の相対位置は固定されている。カメラ74とカメラ75は同軸に配置されている。まず、図16に示すように、ステージ72上に半導体ウエハ10を載置する。ここでは、上面10aが上側を向く向きでステージ72上に半導体ウエハ10を載置する。したがって、カメラ74は半導体ウエハ10の上面10aを撮影し、カメラ75は半導体ウエハ10の下面10bを撮影する。
(Image inspection process)
Next, an image inspection process is performed. In the image inspection process of Example 2, an image inspection device 70 shown in FIG. 16 is used. The image inspection device 70 has a stage 72, cameras 74 and 75, a storage device 76, and an arithmetic circuit 78. The stage 72 is a hollow stage with a hole 72a in the center. The camera 74 is disposed above the stage 72 and takes images in the vertically downward direction. The camera 75 is disposed below the stage 72 and takes images in the vertically upward direction. The relative positions of the cameras 74 and 75 are fixed. The cameras 74 and 75 are disposed coaxially. First, as shown in FIG. 16, the semiconductor wafer 10 is placed on the stage 72. Here, the semiconductor wafer 10 is placed on the stage 72 with the upper surface 10a facing upward. Therefore, the camera 74 takes an image of the upper surface 10a of the semiconductor wafer 10, and the camera 75 takes an image of the lower surface 10b of the semiconductor wafer 10.
画像検査装置70は、カメラ74、75とステージ72(すなわち、半導体ウエハ10)を図7、16のx方向及びy方向に沿って相対移動させることができる。このため、カメラ74、75の撮影範囲を半導体ウエハ10に対してx方向及びy方向に沿って移動させることができる。ステージ72上に半導体ウエハ10を載置したら、演算回路78に検査プログラムを実行させる。すると、演算回路78が、カメラ75によって下面基準マーク13を撮影する。これによって、演算回路78は、カメラ75と半導体ウエハ10の相対的な位置出しを行う。このように位置出しを行うことで、カメラ74、75の撮影範囲を、半導体ウエハ10に対して正確に制御することが可能となる。次に、演算回路78は、カメラ74によって上面基準マーク12を撮影する。これによって、演算回路78は、上面基準マーク12の下面基準マーク13に対する相対位置(xa,ya)を算出する。さらに、演算回路78は、相対位置(xa、ya)の設計値に対するずれ(Δxa,Δya)を算出する。 The image inspection device 70 can move the cameras 74, 75 and the stage 72 (i.e., the semiconductor wafer 10) relative to each other along the x and y directions in Figures 7 and 16. This allows the imaging ranges of the cameras 74, 75 to be moved along the x and y directions relative to the semiconductor wafer 10. After the semiconductor wafer 10 is placed on the stage 72, the arithmetic circuit 78 executes the inspection program. The arithmetic circuit 78 then photographs the lower surface reference mark 13 with the camera 75. This allows the arithmetic circuit 78 to position the camera 75 relative to the semiconductor wafer 10. This positioning allows the imaging ranges of the cameras 74, 75 to be accurately controlled relative to the semiconductor wafer 10. Next, the arithmetic circuit 78 photographs the upper surface reference mark 12 with the camera 74. This allows the arithmetic circuit 78 to calculate the relative position (xa, ya) of the upper surface reference mark 12 with respect to the lower surface reference mark 13. Furthermore, the calculation circuit 78 calculates the deviation (Δxa, Δya) of the relative position (xa, ya) from the design value.
次に、演算回路78は、各半導体素子14に対して、画像検査を実施する。演算回路78は、各検査範囲50に対して画像検査を実施する。演算回路78は、複数の検査範囲50の中から1つ検査範囲50を選択し、選択した検査範囲50に対応する座標にカメラ74、75の撮影範囲を移動させる。次に、演算回路78は、カメラ74で検査範囲50の上面10aの画像(以下、上面検査画像という)を撮影するとともに、カメラ75で検査範囲50の下面10bの画像(以下、下面検査画像という)を撮影する。検査範囲50の下面10bにアライメントマーク20が形成されているので、下面検査画像にはアライメントマーク20が含まれる。カメラ74とカメラ75が同軸に配置されているので、同軸上で上面検査画像と下面検査画像を撮影することができる。したがって、上面検査画像と下面検査画像の間での撮影範囲のずれを抑制できる。 Next, the arithmetic circuit 78 performs image inspection on each semiconductor element 14. The arithmetic circuit 78 performs image inspection on each inspection area 50. The arithmetic circuit 78 selects one inspection area 50 from the multiple inspection areas 50 and moves the imaging areas of the cameras 74 and 75 to the coordinates corresponding to the selected inspection area 50. Next, the arithmetic circuit 78 captures an image of the top surface 10a of the inspection area 50 with the camera 74 (hereinafter referred to as the top surface inspection image) and an image of the bottom surface 10b of the inspection area 50 with the camera 75 (hereinafter referred to as the bottom surface inspection image). Because an alignment mark 20 is formed on the bottom surface 10b of the inspection area 50, the alignment mark 20 is included in the bottom surface inspection image. Because the cameras 74 and 75 are arranged coaxially, the top surface inspection image and the bottom surface inspection image can be captured coaxially. This reduces misalignment of the imaging areas between the top surface inspection image and the bottom surface inspection image.
演算回路78は、選択した検査範囲50の上面検査画像と下面検査画像を撮影すると、その検査範囲50の上面正常画像と下面正常画像を記憶装置76から読み出す。次に、演算回路78は、実施例1と同様にして、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク20の位置の差(Δx,Δy)を算出する。 After capturing the top surface inspection image and bottom surface inspection image of the selected inspection area 50, the arithmetic circuit 78 reads out the top surface normal image and bottom surface normal image of that inspection area 50 from the storage device 76. Next, the arithmetic circuit 78 calculates the difference (Δx, Δy) in the position of the alignment mark 20 between the bottom surface inspection image and the bottom surface normal image, in the same manner as in Example 1.
次に、演算回路78は、上面基準マーク12と下面基準マーク13の相対位置の設計値に対するずれ(Δxa,Δya)と、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク20の位置の差(Δx,Δy)に基づいて、スライド量(Δxs,Δys)を算出する。例えば、Δxs=Δxa+Δx、Δys=Δya+Δyの数式によってスライド量(Δxs,Δys)を算出することができる。次に、演算回路78は、図17に示すように、スライド量(Δxs,Δys)だけずらした位置で上面検査画像に上面正常画像を重ねる。このように上面検査画像に上面正常画像を重ねると、上面検査画像に対して、その上面検査画像と実質的に同一な部分の正常な半導体素子14の画像を正確に重ね合わせることができる。このように上面検査画像に上面正常画像を重ね合わせることで、演算回路68は、上面検査画像の上面正常画像に対する相違点を欠陥として検出する。 Next, the arithmetic circuit 78 calculates the slide amount (Δxs, Δys) based on the deviation (Δxa, Δya) of the relative positions of the top surface reference mark 12 and the bottom surface reference mark 13 from the design values and the difference (Δx, Δy) in the position of the alignment mark 20 between the bottom surface inspection image and the bottom surface normal image. For example, the slide amount (Δxs, Δys) can be calculated using the formulas Δxs = Δxa + Δx and Δys = Δya + Δy. Next, as shown in FIG. 17, the arithmetic circuit 78 overlays the top surface normal image on the top surface inspection image at a position shifted by the slide amount (Δxs, Δys). Overlaying the top surface normal image on the top surface inspection image in this manner allows an image of a normal semiconductor element 14 in a substantially identical portion to the top surface inspection image to be accurately overlaid on the top surface inspection image. By overlaying the top surface normal image on the top surface inspection image in this manner, the arithmetic circuit 68 detects differences between the top surface inspection image and the top surface normal image as defects.
演算回路68は、全ての半導体素子14の全ての検査範囲50に対して、画像検査を実施する。これによって、演算回路68は、各半導体素子14の各検査範囲50に対して、欠陥の有無を検出する。画像検査で欠陥が検出された半導体素子14に対しては、マーキングが施される。 The arithmetic circuit 68 performs image inspection on all inspection areas 50 of all semiconductor elements 14. As a result, the arithmetic circuit 68 detects the presence or absence of defects in each inspection area 50 of each semiconductor element 14. Marking is applied to semiconductor elements 14 for which defects are detected during image inspection.
(下面研磨工程)
次に、実施例1と同様の下面研磨工程を実施し、アライメントマーク20を除去する。
(Bottom surface polishing process)
Next, the same bottom surface polishing step as in Example 1 is carried out to remove the alignment marks 20 .
次に、実施例1と同様にして半導体ウエハ10に電極等を形成し、その後、半導体ウエハ10を半導体素子14のチップに分割する。その後、欠陥が検出された半導体素子14を除去し、正常な半導体素子14を出荷する。このように、この製造方法によれば、上面に欠陥を有さない半導体素子14を製造できる。 Next, electrodes and the like are formed on the semiconductor wafer 10 in the same manner as in Example 1, and then the semiconductor wafer 10 is divided into chips of semiconductor elements 14. Any semiconductor elements 14 in which defects are detected are then removed, and normal semiconductor elements 14 are shipped. In this way, this manufacturing method makes it possible to manufacture semiconductor elements 14 that have no defects on their upper surfaces.
以上に説明したように、実施例2の画像検査方法では、下面検査画像と下面正常画像の間におけるアライメントマーク20の位置の差(Δx,Δy)と、上面基準マーク12と下面基準マーク13の相対位置の設計値に対するずれ(Δxa,Δya)とに基づいて位置を調整して上面検査画像に上面正常画像を重ねる。上面基準マーク12と下面基準マーク13の相対位置が設計値に対してずれ(すなわち、誤差)を有していると、その誤差分だけ下面10b側のアライメントマーク20と上面10a側の半導体素子構造がずれて形成される。したがって、ずれ(Δxa,Δya)に基づいて上面検査画像と上面正常画像を重ねることで、誤差の影響を抑制できる。したがって、上面検査画像と上面正常画像をより正確に重ねることができる。このため、半導体素子14の欠陥を正確に検出することができる。なお、ずれ(Δxa,Δya)を考慮しなくても十分な精度が得られる場合には、ずれ(Δxa,Δya)を考慮しなくてもよい。すなわち、実施例1と同様に、アライメントマーク20の位置の差(Δx,Δy)だけずらした位置で上面検査画像と上面正常画像を重ねてもよい。 As described above, in the image inspection method of Example 2, the normal top surface image is overlaid on the bottom surface inspection image by adjusting the position based on the difference (Δx, Δy) in the position of the alignment mark 20 between the bottom surface inspection image and the normal bottom surface image and the deviation (Δxa, Δya) of the relative position of the top surface reference mark 12 and the bottom surface reference mark 13 from the design value. If the relative positions of the top surface reference mark 12 and the bottom surface reference mark 13 are deviated from the design value (i.e., an error), the alignment mark 20 on the bottom surface 10b side and the semiconductor element structure on the top surface 10a side will be misaligned by the amount of the error. Therefore, by overlaying the top surface inspection image and the normal top surface image based on the deviation (Δxa, Δya), the influence of the error can be suppressed. This allows the top surface inspection image and the normal top surface image to be overlaid more accurately. This allows defects in the semiconductor element 14 to be accurately detected. Note that if sufficient accuracy can be achieved without considering the deviation (Δxa, Δya), the deviation (Δxa, Δya) may not be taken into account. That is, as in Example 1, the top surface inspection image and the top surface normal image may be superimposed at positions shifted by the difference in the position of the alignment mark 20 (Δx, Δy).
なお、実施例1では、図10のように、カメラ64で上面検査画像を撮影し、同じカメラ64で半導体ウエハ10を透過して観察される下面検査画像を撮影した。しかしながら、実施例1において、図16のカメラ74、75のように、別のカメラによって上面検査画像と下面検査画像を撮影してもよい。また、実施例1では、図9のように、カメラ42で下面10b側から半導体ウエハ10を透過して観察される上面基準マーク12を撮影したが、上面基準マーク12を上面10a側から撮影してもよい。 In Example 1, as shown in FIG. 10, a top surface inspection image was captured by camera 64, and a bottom surface inspection image observed through the semiconductor wafer 10 was also captured by the same camera 64. However, in Example 1, the top surface inspection image and the bottom surface inspection image may be captured by separate cameras, such as cameras 74 and 75 in FIG. 16. Also, in Example 1, as shown in FIG. 9, the top surface reference mark 12 observed through the semiconductor wafer 10 from the bottom surface 10b side was captured by camera 42, but the top surface reference mark 12 may also be captured from the top surface 10a side.
また、上述した実施例1、2では、アライメントマーク20がパターニングされた膜であった。しかしながら、アライメントマーク20として光学的に検出可能な種々の構造を採用することができる。例えば、図18に示すように、アライメントマーク20が、下面10bに設けられた凹部内に埋め込まれた膜(例えば、ポリシリコンまたは金属によって構成された膜)であってもよい。また、図19に示すように、アライメントマーク20が、下面10bに対してレーザLを照射することによって形成されたマークであってもよい。また、図20に示すように、アライメントマーク20が、下面10bに対してイオンI注入することによって形成された領域によって構成されていてもよい。また、図21に示すように、アライメントマーク20が、下面10bをエッチングすることで粗面化された領域であってもよい。 In the first and second embodiments described above, the alignment mark 20 was a patterned film. However, various optically detectable structures can be employed as the alignment mark 20. For example, as shown in FIG. 18, the alignment mark 20 may be a film (e.g., a film made of polysilicon or metal) embedded in a recess provided in the lower surface 10b. As shown in FIG. 19, the alignment mark 20 may be a mark formed by irradiating the lower surface 10b with a laser L. As shown in FIG. 20, the alignment mark 20 may be composed of a region formed by implanting ions I into the lower surface 10b. As shown in FIG. 21, the alignment mark 20 may be a region roughened by etching the lower surface 10b.
また、上述した実施例1、2では、上面検査画像と下面検査画像が同軸上で撮影された。しかしながら、上面検査画像の撮影範囲と下面検査画像の撮影範囲が誤差等によりずれていてもよい。この場合でも、上面検査画像の撮影範囲と下面検査画像の撮影範囲の相対位置関係が固定されていれば、適切に画像検査を実施することができる。 Furthermore, in the above-described Examples 1 and 2, the top surface inspection image and the bottom surface inspection image were captured coaxially. However, the capture range of the top surface inspection image and the capture range of the bottom surface inspection image may be misaligned due to errors, etc. Even in this case, image inspection can be performed appropriately as long as the relative positional relationship between the capture range of the top surface inspection image and the capture range of the bottom surface inspection image is fixed.
また、上述した実施例1、2では、上面検査画像と上面正常画像を重ねて比較したが、これらを他の方法で比較して欠陥を検出してもよい。 In addition, in the above-described first and second embodiments, the top surface inspection image and the top surface normal image are superimposed and compared, but defects may also be detected by comparing them in other ways.
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples exemplified above. The technical elements described in this specification or drawings demonstrate technical utility either alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Furthermore, the technology exemplified in this specification or drawings simultaneously achieves multiple objectives, and achieving one of those objectives itself has technical utility.
10:半導体ウエハ、12:上面基準マーク、13:下面基準マーク、14:半導体素子、20:アライメントマーク 10: Semiconductor wafer, 12: Top surface reference mark, 13: Bottom surface reference mark, 14: Semiconductor element, 20: Alignment mark
Claims (10)
前記半導体素子が、複数の検査範囲(50)を備えており、
前記画像検査方法が、
前記半導体素子の上面側構造に対して位置出しして、前記半導体素子の下面(10b)の前記各検査範囲内にアライメントマーク(20)を形成する工程と、
前記半導体素子の前記検査範囲ごとに、前記半導体素子の上面の画像である上面検査画像と前記半導体素子の前記下面の画像である下面検査画像を撮影する工程と、
画像検査装置による画像検査を実施する工程、
を有し、
前記画像検査装置が、前記半導体素子の前記検査範囲ごとに、前記半導体素子の前記上面の正常画像である上面正常画像と前記半導体素子の前記下面の正常画像である下面正常画像を記憶しており、
前記各下面正常画像が、前記アライメントマークを含む画像であり、
前記画像検査では、前記画像検査装置が、前記検査範囲ごとに、前記下面検査画像に含まれる前記アライメントマークの位置と前記下面正常画像に含まれる前記アライメントマークの位置を基準として前記上面検査画像と前記上面正常画像を比較することで、前記上面検査画像に欠陥が含まれるか否かを判定し、
前記半導体素子が半導体ウエハ(10)に設けられており、
前記半導体ウエハが、光透過性を有し、
前記半導体ウエハが、その上面に設けられた上面基準マーク(12)を有しており、
前記上面基準マークを基準に位置出しして前記半導体ウエハの前記上面に前記半導体素子の前記上面側構造を形成する工程をさらに有し、
前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する前記工程では、前記半導体ウエハの下面側から前記上面基準マークを撮影することによって前記上面基準マークを基準に位置出しして前記アライメントマークを形成する、
画像検査方法。 A method for image inspection of a semiconductor device (14), comprising:
The semiconductor device has a plurality of test areas (50);
The image inspection method comprises:
a step of forming alignment marks (20) within the respective inspection areas on the lower surface (10b) of the semiconductor element by positioning the alignment marks (20) relative to the upper surface structure of the semiconductor element;
capturing an upper surface inspection image, which is an image of the upper surface of the semiconductor element, and a lower surface inspection image, which is an image of the lower surface of the semiconductor element, for each of the inspection ranges of the semiconductor element;
A step of performing an image inspection using an image inspection device;
and
the image inspection device stores, for each of the inspection ranges of the semiconductor element, a normal upper surface image that is a normal image of the upper surface of the semiconductor element and a normal lower surface image that is a normal image of the lower surface of the semiconductor element;
each of the lower surface normal images is an image including the alignment mark,
In the image inspection, the image inspection device compares the upper surface inspection image with the upper surface normal image for each inspection range based on the positions of the alignment marks included in the lower surface inspection image and the positions of the alignment marks included in the lower surface normal image, thereby determining whether or not the upper surface inspection image contains a defect;
The semiconductor element is provided on a semiconductor wafer (10),
the semiconductor wafer is optically transparent;
The semiconductor wafer has an upper surface reference mark (12) provided on its upper surface,
The method further includes a step of forming the upper surface side structure of the semiconductor element on the upper surface of the semiconductor wafer by aligning the upper surface reference mark as a reference,
In the step of forming the alignment marks within the respective inspection ranges on the lower surface of the semiconductor element, the alignment marks are formed by positioning the alignment marks based on the upper surface reference marks by photographing the upper surface reference marks from the lower surface side of the semiconductor wafer .
Imaging methods.
前記半導体素子が、複数の検査範囲(50)を備えており、
前記画像検査方法が、
前記半導体素子の上面側構造に対して位置出しして、前記半導体素子の下面(10b)の前記各検査範囲内にアライメントマーク(20)を形成する工程と、
前記半導体素子の前記検査範囲ごとに、前記半導体素子の上面の画像である上面検査画像と前記半導体素子の前記下面の画像である下面検査画像を撮影する工程と、
画像検査装置による画像検査を実施する工程、
を有し、
前記画像検査装置が、前記半導体素子の前記検査範囲ごとに、前記半導体素子の前記上面の正常画像である上面正常画像と前記半導体素子の前記下面の正常画像である下面正常画像を記憶しており、
前記各下面正常画像が、前記アライメントマークを含む画像であり、
前記画像検査では、前記画像検査装置が、前記検査範囲ごとに、前記下面検査画像に含まれる前記アライメントマークの位置と前記下面正常画像に含まれる前記アライメントマークの位置を基準として前記上面検査画像と前記上面正常画像を比較することで、前記上面検査画像に欠陥が含まれるか否かを判定し、
半導体ウエハに前記半導体素子の前記上面側構造を形成する工程をさらに有し、
前記半導体ウエハが、その上面に設けられた上面基準マークを有しており、
前記上面側構造を形成する前記工程では、前記上面基準マークを基準に位置出しして前記半導体ウエハの前記上面に前記半導体素子の前記上面側構造を形成し、
前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する前記工程が、
前記上面基準マークを基準に位置出しして前記半導体ウエハの下面に下面基準マーク(13)を形成する工程と、
前記下面基準マークを基準に位置出しして前記半導体素子の前記下面の前記各検査範囲内に前記アライメントマークを形成する工程、
を有する、
画像検査方法。 A method for image inspection of a semiconductor device (14), comprising:
The semiconductor device has a plurality of test areas (50);
The image inspection method comprises:
a step of forming alignment marks (20) within the respective inspection areas on the lower surface (10b) of the semiconductor element by positioning the alignment marks (20) relative to the upper surface structure of the semiconductor element;
capturing an upper surface inspection image, which is an image of the upper surface of the semiconductor element, and a lower surface inspection image, which is an image of the lower surface of the semiconductor element, for each of the inspection ranges of the semiconductor element;
A step of performing an image inspection using an image inspection device;
and
the image inspection device stores, for each of the inspection ranges of the semiconductor element, a normal upper surface image that is a normal image of the upper surface of the semiconductor element and a normal lower surface image that is a normal image of the lower surface of the semiconductor element;
each of the lower surface normal images is an image including the alignment mark,
In the image inspection, the image inspection device compares the upper surface inspection image with the upper surface normal image for each inspection range based on the positions of the alignment marks included in the lower surface inspection image and the positions of the alignment marks included in the lower surface normal image, thereby determining whether or not the upper surface inspection image contains a defect;
The method further includes forming the top surface structure of the semiconductor element on a semiconductor wafer,
the semiconductor wafer has an upper surface reference mark provided on its upper surface;
In the step of forming the upper surface side structure, the upper surface side structure of the semiconductor element is formed on the upper surface of the semiconductor wafer while being positioned based on the upper surface reference mark;
the step of forming the alignment marks within the respective inspection areas on the lower surface of the semiconductor element includes:
a step of forming a lower surface reference mark (13) on the lower surface of the semiconductor wafer by aligning the upper surface reference mark based on the reference mark;
forming the alignment marks within the respective inspection areas on the bottom surface of the semiconductor element by positioning the bottom surface reference marks as a reference;
having
Imaging methods.
前記上面基準マークと前記下面基準マークの相対位置を検出し、
前記検査範囲ごとに、前記下面検査画像に含まれる前記アライメントマークの位置と前記下面正常画像に含まれる前記アライメントマークの位置の差を算出し、
前記検査範囲ごとに、前記相対位置と前記差に基づいてスライド量を算出し、
前記スライド量だけ位置をずらした状態で前記上面検査画像と前記上面正常画像を重ねることで、前記上面検査画像に欠陥が含まれるか否かを判定する、
請求項2に記載の画像検査方法。 In the image inspection, the image inspection device
Detecting the relative positions of the upper surface reference mark and the lower surface reference mark;
calculating a difference between the position of the alignment mark included in the lower surface inspection image and the position of the alignment mark included in the lower surface normal image for each of the inspection ranges;
calculating a slide amount for each of the inspection ranges based on the relative position and the difference;
and determining whether or not a defect is included in the upper surface inspection image by superimposing the upper surface inspection image and the upper surface normal image in a state where the positions are shifted by the slide amount.
The image inspection method according to claim 2 .
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