多くの電子機器は、半導体と呼ばれる小さなコンピューターチップに依存している。コンピューター、ノートパソコン、携帯電話、洗濯機、そして自動車に至るまで！しかし、最近、この必須チップの不足が世界中の産業に影響を及ぼしている。
それは、デバイスやその小さな部品の欠陥を見つけることが、より難しく、より高価になっているからである。メーカー各社は、微細な部品に特徴的な収縮を生じさせないように工夫している。その結果、設計が複雑化し、検査工程に影響を与えることになる。
しかし、メーカーはすべての製造段階で検査を行うことで、欠陥を早期に発見することができる。早期検査は、企業のコスト削減にもつながる。段階的なスキャンにより、半導体業界は歩留まりを高く、コストを低く保つことができるのである。
この記事では、半導体ウェハ欠陥検査とは何かを探ります。また、24Kラインスキャンバイテレセントリックレンズの機能とウェハ検査工程での役割について分析する。
それでは、はじめましょう！
半導体ウェハの欠陥検査とは？ #
半導体産業は、半導体の薄いシリコンウェハーの上に部品を積層していく。この工程で、小さなチップが作られる。
それぞれの層は、複雑なプロセスから生まれる。材料を追加し、デザインを形成し、無駄を取り除くというプロセスである。しかし、各層に欠陥がないかを検査することが重要である。
これらの欠陥は、傷や露光の問題である可能性がある。また、パーティクルの混入の可能性もあり、通常、次の層を追加する前に発見する。
欠陥の発見が間に合わなければ、資源を浪費し、不良品になることもある。完成したチップの性能に顕著な影響を与える可能性がある。
ウェハ検査工程は、通常、半導体製造工程のさまざまな重要な段階で実施される。製造者は、コーティング工程、ウェハを個々のデバイスにダイシングする工程、パッケージングする工程などで実施することができる。
検査工程では、可能な限り多くの欠陥を検出することを目指す。そのために、誤検知を最小限に抑える。高度なアルゴリズム、機械学習、統計的手法により、誤検出を最小限に抑える。
より良い結果を得るために、検査中に検出された欠陥をグループ化する。さらに、検査で検出された欠陥をグループ化し、その原因や最終製品への影響を分析することができる。
さらに、これらの欠陥はウェハ上のどこにでも発生する可能性がある。また、色調の変化として現れることもある。そのため、以前のレイヤーを背景にして見つけることは困難である。
これらの欠陥を見つけるための従来のアプローチは、必ずしも正確ではない。ご存知のように、手作業による検査はコストと時間がかかる。しかも、ウェハの統計的なサブセットに対してしか実行できないので、複雑な作業になってしまう。
だからこそ、半導体ウェハの検査は欠かせない。24Kラインスキャンバイテレセントリックレンズのような高度なツールは、欠陥スクリーニングを正確に行うのに役立つ。
ウェハ検査で見つかる欠陥の種類は？ #
ウェハ検査装置では、主に4種類の欠陥を識別することができる。これらの欠陥は以下の通りである：
- システム的な不具合
システム欠陥とは、マスクや露光工程で、ある領域の回路パターンの各コピーに発生するエラーのことである。この種の欠陥は、従来の検査装置では検出できない場合がある。
しかし、組織的な欠陥は、最終製品全体の性能や信頼性に大きな影響を与える可能性がある。さらに、歩留まりの低下や製造コストの増加といった問題も引き起こしかねない。
したがって、高度なツールを使ってシステム的な欠陥を特定し、修正することが極めて重要である。もちろん、バイテレセントリックレンズを含むウェハ検査工程でも可能である。
- B) ランダム不良
ランダム欠陥は、ウェハの表面に付着したパーティクルから発生するものである。人間の目では予測も検出もできない。
ウェハ検査機は、このウェハ上の欠陥を見つけるのが主な仕事である。
欠陥を発見した後は、それがどこにあるのかを正確に突き止めなければならない。ランダムな欠陥は、最終製品の性能と信頼性に大きな影響を与える可能性がある。
- C) 繰り返し使える不具合
ウェハ検査において、再現性のある欠陥とは、日常的に発見される可能性のある再起不能な欠陥のことである。製造中のウェハ上の正確な領域で見つけることができる。
- D) 組合せ欠陥
組合せ欠陥とは、ウェハ上の多くのフィーチャが交差する際に生じる問題である。この欠陥は、ウェハ2つ以上のフィーチャが重なり合うことで現れる。
組合せ欠陥は、様々な問題から発生します。これらの問題には、使用する材料や製造工程におけるばらつきが含まれる。時には、機器そのものに起因することもある。
組合せ欠陥の例としては、フィーチャの位置ずれ、フィーチャの欠落や不足が挙げられる。
半導体ウェハの検査方法の違いとは？ #
半導体ウェハの検査には、さまざまな方法がある。しかし、メーカーはそのうちの数種類だけを好んで使用する。ここでウェハ検査の効果的な方法を探ってみよう。
1）スキャン欠陥検査
メーカーや半導体工場では、ウェハを入念に検査する。生産開始前に欠陥がないことを確認することができる。
この手順は、既存の欠陥の位置を特定し、マッピングするのに役立つ。また、潜在的なIC製造プロセスの欠陥と切り離すのにも役立つ。欠陥の少ないウェハだけが製造に使用される。
製造前に発見された欠陥は、メーカーが欠陥のある領域を追跡するのに役立つ。これらの領域は、完成したチップに問題を生じさせる可能性がある。
さらに、さまざまな工程を経たウェハの分析も行っている。
その後、メーカーは高度な光学検出システムを使って、ウェハやマスクをチェックする。パーティクルやその他の欠陥がないかスキャンするのだ。光学システムは、ウェハ上のそれらの位置を特定するのに役立つ。
非パターンウェーハの欠陥を特定するために使用される基本的な理論は簡単である。まず、回転しているウェハの全面をレーザービームでスキャンする。
検査担当者は、ウェハ表面のあらゆる部分にビームが当たることを確認する。レーザー光は、鏡に反射するようにウェハの表面で反射する。
レーザー光がウェハ表面の欠陥やパーティクルを検出すると、レーザー光の一部を散乱させる。システムの設定によっては、この散乱光に直接気づくことができる。また、散乱した光を反射光ビームの強度損失として検出することもできる。
ウェハの位置は、ウェハ表面上の欠陥の位置を特定するのに役立つ。
このウェハ検査工程では、光の強さを電子的に記録する。これはPMTやCCDを使って行う。
また、ウェハ表面で発生した散乱光のマップを記録する。このマップから、欠陥の大きさや位置に関するデータが得られる。また、パーティクル汚染などのウェハ表面の状態に関する情報も含まれている。
この方法は、高い精度が要求されることを忘れないでください。ウェハステージの直線と回転を繰り返し制御する必要がある。さらに、高度な光学部品も必要である。
表面粗さは、欠陥の大きさが小さくなると、大きな影響を与えることがある。それは、散乱光のS/N比を低下させるからだ。したがって、100nmより小さい欠陥のあるウェハを検査することは困難だ。
S/N比は重要な要素である。これは、検査システムが小さな欠陥を検出する能力を判断するのに役立つ。さらに、湿度などの表面化学汚染は、S/N比を低下させる可能性がある。
100nm以下の欠陥を検出する検査装置には、高度な光学フィルタリングによる偏光解析が用いられている。また、特殊な信号処理アルゴリズムを使用しています。表面のヘイズがある場合でも、欠陥を検出することができる。
2）地形検査
ウェハの形状を測定する理由はさまざまである。例えば、ウェハは、加工中にウェハを保持するための機械によって曲がったり、へこんだりすることがある。小さなサイズでは、これらの変形はウェハ上のパターン製造に影響を与える可能性がある。
では、そのような小さなへこみや曲がりは、どのようにして見分けることができるのであろうか。干渉計は、この作業を正確に行うための機器だ。このツールを使って、加工前のウェハの形状のばらつきを測定することができる。
これらの機器は、別の機器と基本的な設計を共有している。それは、ウェハを極めて平坦で滑らかな基準面と対比させることだ。
その後、基準面からの光の反射を作り出す。ウェハから反射する光とコントラストをつける。
そして、ウェハの形状を極めて高い精度でマッピングしていく。この精度は、数ナノメートルまでだ。2つの光の反射を調べた上で、高度なソフトウエアを使用するのだ。
要求される精度を満たすためには、高度なイメージングシステムが必要かもしれない。また、この精度を実現するためには、巨大な光学系と強力な照明が必要である。
3) Eビームウェハ検査
電子ビーム（EB）イメージングは、欠陥を検査するもう一つの方法です。この技術は、非常に小さなサイズの欠陥を見つけるのに有効です。光学的な画像処理システムの効率が悪い場合に有効です。基本的な光学的検査方法と比較して、EB検査はより高いレベルの精度を提供します。
しかし、EBイメージングは非常に時間がかかるため、その応用は主に研究開発や新技術のテストに限られている。しかし、より小さな欠陥の検査に役立つEB装置が毎年数多く生み出されている。また、10ナノメートルという微細な欠陥を検出できる新しいEB装置も誕生している。
4）レチクル検査
レチクルは、製造工程でウェハにパターンを投影するユニークなマスクである。このマスクは、ウェハ上の希望するパターンの4～5倍の大きさの微細な特徴を持っている。
マスクを通して光を透過させる光学系に使用することができる。そして、ウェハ上にパターンを収縮させる。
レチクル検査は、パターン付きウェハや非パターン付きウェハを検査するよりも、より重要だ。レチクルの1つの欠陥が、多くのデバイスを台無しにする可能性があるからだ。欠陥は、そのレチクルを使って加工されたすべてのウェハで繰り返されるため、そうなるのだ。
レチクル検査システムは、ウェハ検査装置と同様の原理で動作する。ただし、反射光ではなく、透過光を使用する。
これらのツールは、高解像度のイメージング光学系を備えている。また、可視光または紫外光を使用する。また、可視光と紫外光のどちらかを使用する。
レチクル製造時やレチクルの使用中にも検査が行われます。専用の画像解析ソフトを使用する。また、ウェハ検査装置と同様にモーションコントロールシステムを使用している。
従来のレチクル検査装置の光学系は、90nmのフィーチャーサイズまで拡張している。UV照明を使用することで拡張している。
より小さなフィーチャーサイズでのレチクル検査も可能である。低スループットに耐えられるため、電子ビーム（EB）を使用する。
サブ100nmのアプリケーションで採用されているレチクル検査ツールは、DUV照明を使用している。266nmまたは193nmの単一波長を使用することを意味する。
なぜ、ウェハ検査にバイテレセントリックレンズが適しているのか？ #
私たちは日常生活の中で、さまざまな電子機器を使用している。これらの機器には、携帯電話、コンピューター、テレビなどがある。
これらはすべて、記憶とデータ処理の機能を果たすために、チップに依存している。各チップのコアはウェハで構成されており、ウェハは異なる仕様のウェハから作られる。
ウェハそのものに歩留まりの問題がある場合がある。ウェハの表面には、さまざまな欠陥が見つかることがある。メーカーは光学検査装置を使って、これらの欠陥を判定し、分類し、マークする。
これは、不良品のウェハをパッケージに使用するのを防ぐためだ。検査工程はウェハの表面で行われ、ウェハの選別を支援する。
光学検査装置には、光学レンズや工業用スキャンカメラなどのデバイスが含まれる。
検査機器には、光源や画像処理システムも含まれる。従来の手作業による目視検査工程を代替することができます。それは、スキャンしたアイテムの正確な識別を実現するためです。また、検査効率も向上します。
バイテレセントリックレンズは、ウェハ検査に適しています。他のタイプのレンズと比較して、いくつかの重要な利点があるからです。
