300mmウェハ上の微小欠陥をワンショットで3D形状に可視化する光学検査技術、東芝が開発

東芝と東芝情報システムは2月26日、半導体製造の前工程における300mmウェハ上の微小な欠陥に対し、1枚の撮像画像から3D形状に瞬時に可視化する新たなワンショット光学検査技術を開発したことを発表した。

半導体は世界的なデジタル化の進展に伴い、その需要が増加、それに対応する生産能力の拡大と並行して「生産効率の向上」、「製品品質の向上」、「持続可能性の向上」という社会課題への対応が求められるようになっている。歩留まりの向上は、まさにそうした課題の解決に必要となってくるものだが、その実現のためには不良を判断する技術が必要となってくる。しかし、従来用いられてきた半導体ウェハ表面の欠陥を調べる光切断法では、ラインレーザーを被検物にあててスキャンするが、線幅が100μmほどで、ナノオーダーの欠陥は線幅よりも小さいため撮像ができず、さらにレーザーでスキャンするために時間も必要という課題があった。

また、カンチレバーを用いる原子間力顕微鏡(AFM)を活用すればナノオーダーで欠陥を図ることができるが、ウェハ全面検査をしようとすれば、あまりにも時間がかかるため現実的な解にはなりづらいという課題があった。 このほか、白色干渉計と呼ばれる重ねた光の干渉を活用して感度の高い検査を行う技術もあるが、スキャンの方向やウェハの環境設定として反射点が高いため、その光の反射がノイズとなってしまうほか、顕微鏡の拡大画像を活用するため、スキャンに時間がかかり、多数の画像を取得する必要もあったという。

今回、研究グループでは、こうしたそれぞれ現状の手法の課題を克服することを目的に、広範囲をワンショットの画像を撮影するだけで、被検物に光が当たったときの光の角度分布(BRDF:Bidirectional Reflectance Distribution Function)として取得する「ワンショットBRDF」をベースに、半導体ウェハのようなナノスケールの微小欠陥を高精度かつ高速に3Dで検出することに挑んだという。

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  ワンショットBRDFの概要 (資料提供:東芝/東芝情報システム、以下のすべてのスライド同様)