(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの一面に存在する凸状の欠陥と凹状の欠陥とを区別して、それぞれの欠陥のサイズを正確に測定することが可能な半導体ウェーハの検査方法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハ１１の一面１１ａが平坦であれば、２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２の間に位相差は生じない。しかし、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに突起３１が存在すると、この突起３１に入射した偏光ビームＢ１は、偏光ビームＢ２に対して−Δｔの位相差が生じる。一方、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに凹み３２が存在すると、この突起３１に入射した偏光ビームＢ１は、偏光ビームＢ２に対して＋Δｔの位相差が生じる。【選択図】図４
2010025811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの一面の微細な凹凸を測定する半導体ウェーハの検査方法であって、
前記半導体ウェーハの一面に向けてレーザ光を照射し、レーザ光が前記半導体ウェーハの一面で反射された反射光の反射角度、強度に基づいて、前記半導体ウェーハの一面における前記凹凸の分布を測定する第一の測定工程と、
レーザ光を２つの偏光ビームに分割して前記半導体ウェーハの一面に入射させ、前記半導体ウェーハの一面または他面から出射された２つの偏光ビームどうしの位相差に基づいて、前記凹凸のサイズを測定する第二の測定工程と、
を備えたこと特徴とする半導体ウェーハの検査方法。
【請求項２】
絶縁膜を介して２枚の半導体ウェーハを接合させたＳＯＩウェーハの製造方法であって、
前記２枚の半導体ウェーハのうち、少なくとも一方の半導体ウェーハの接合面を成す一面に向けてレーザ光を照射し、レーザ光が前記半導体ウェーハの一面で反射された反射光の反射角度、強度に基づいて、前記半導体ウェーハの一面における前記凹凸の分布を測定する第一の測定工程と、
レーザ光を２つの偏光ビームに分割して前記半導体ウェーハの一面に入射させ、前記半導体ウェーハの一面または他面から出射された２つの偏光ビームどうしの位相差に基づいて、前記凹凸のサイズを測定する第二の測定工程と、
前記凹凸の分布および凹凸のサイズが規定の範囲内にある前記半導体ウェーハどうしを接合する工程と
を少なくとも備えたこと特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記半導体ウェーハの凹凸の分布および凹凸のサイズの情報を、前記半導体ウェーハの研磨工程における研磨の制御に適用することを特徴とする請求項２記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの一面における微細な凹凸の分布、およびそのサイズを正確に測定することが可能な半導体ウェーハの検査方法、およびＳＯＩウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、絶縁膜である埋め込みシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜（ＢＯＸ層と呼ばれる）の上にシリコン（Ｓｉ）単結晶薄膜（ＳＯＩ層と呼ばれる）を形成したＳＯＩ(Silicon On Insulator)ウェーハが知られている。こうしたＳＯＩウェーハは、基板とデバイス作製層であるＳＯＩ層とが電気的に分離しているため、高い絶縁耐圧が得られ、寄生容量が低く、耐放射性能力が大きいと共に基板バイアス効果が無いなどの優れた特徴がある。このため、高速性、低消費電力、ソフトエラーフリー等の効果が期待され、次世代素子用の基板として種々の開発が行われている。
【０００３】
このようなＳＯＩウェーハの製造方法として、ウェーハ貼り合わせ技術とＳＩＭＯＸ(Separation by IMplanted OXygen)技術とが挙げられる。このうち、ウェーハ貼り合わせ技術は、２枚の半導体ウェーハの一方または両方に絶縁膜、例えば酸化膜を形成しておき、この酸化膜を介して２枚のウェーハを貼り合わせるものある。
【０００４】
半導体ウェーハどうしの貼り合わせにあたっては、２枚の半導体ウェーハを機械的に密着させて熱処理することにより行い、ＳＯＩ層は、貼り合わせたウェーハを研削及び研磨により鏡面加工して作製される。半導体ウェーハの貼り合わせによるＳＯＩ層の結晶性はバルクシリコンウェーハと同等であるため、欠陥等の問題が少なく、ＳＯＩ層に形成するデバイスの特性に優れている。
【０００５】
ところで、こうした半導体ウェーハの貼り合わせによるＳＯＩウェーハの形成では、２枚の半導体ウェーハどうしの貼り合わせ面（一面）が平坦で、かつ一面に微細な突起が極めて少ない状態であることが求められる。半導体ウェーハの一面に多数の突起が存在していたり、サイズの大きな突起が存在していると、半導体ウェーハどうしの貼り合わせ精度が低下し、また接合面での欠陥発生の懸念がある。
【０００６】
このため、従来は、パーティクルカウンタなどに利用されている技術を用い、半導体ウェーハの一面にレーザ光を照射し、このレーザ光が一面で反射した反射光の角度や強度を検出することで、半導体ウェーハの一面に存在するパーティクルを含む凹凸欠陥の分布などを測定していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００２−５３０６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような半導体ウェーハの一面で反射された反射光の角度や強度を検出する方法では、半導体ウェーハの一面に存在する凹凸の分布は測定できるものの、一面から突出している凸状の欠陥と、一面からへこんでいる凹状の欠陥とを区別してサイズを測定することができないという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、半導体ウェーハの一面に存在する凸状の欠陥と凹状の欠陥とを区別して、それぞれの欠陥のサイズを正確に測定することが可能な半導体ウェーハの検査方法を提供する。
【０００９】
また、半導体ウェーハどうしが精度よく接合された、高精度なＳＯＩウェーハを製造することが可能なＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は次のような半導体ウェーハの検査方法を提供した。
すなわち、本発明の半導体ウェーハの検査方法は、半導体ウェーハの一面の微細な凹凸を測定する半導体ウェーハの検査方法であって、前記半導体ウェーハの一面に向けてレーザ光を照射し、レーザ光が前記半導体ウェーハの一面で反射された反射光の反射角度、強度に基づいて、前記半導体ウェーハの一面における前記凹凸の分布を測定する第一の測定工程と、レーザ光を２つの偏光ビームに分割して前記半導体ウェーハの一面に入射させ、前記半導体ウェーハの一面または他面から出射された２つの偏光ビームどうしの位相差に基づいて、前記凹凸のサイズを測定する第二の測定工程と、を備えたこと特徴とする。
【００１１】
また、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法は、絶縁膜を介して２枚の半導体ウェーハを接合させたＳＯＩウェーハの製造方法であって、前記２枚の半導体ウェーハのうち、少なくとも一方の半導体ウェーハの接合面を成す一面に向けてレーザ光を照射し、レーザ光が前記半導体ウェーハの一面で反射された反射光の反射角度、強度に基づいて、前記半導体ウェーハの一面における前記凹凸の分布を測定する第一の測定工程と、レーザ光を２つの偏光ビームに分割して前記半導体ウェーハの一面に入射させ、前記半導体ウェーハの一面または他面から出射された２つの偏光ビームどうしの位相差に基づいて、前記凹凸のサイズを測定する第二の測定工程と、前記凹凸の分布および凹凸のサイズが規定の範囲内にある前記半導体ウェーハどうしを接合する工程とを少なくとも備えたこと特徴とする。
【００１２】
また、前記半導体ウェーハの凹凸の分布および凹凸のサイズの情報を、前記半導体ウェーハの研磨工程における研磨の制御に適用することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体ウェーハの検査方法によれば、シリコンウェーハの一面に突起が存在すると、この突起に入射した一方の偏光ビームは、他方の偏光ビームに対して位相差が生じる。一方、シリコンウェーハの一面に凹みが存在すると、この凹みに入射した一方の偏光ビームは、他方の偏光ビームに対して、突起検出時とは逆の位相差が生じる。
【００１４】
こうした、一方の偏光ビームに対する他方の偏光ビームの位相差がプラスかマイナスかを検出する事により、シリコンウェーハの一面に存在する欠陥が突起か、あるいは凹みかを区別することができる。そして、こうした位相差の量を検出する事により、突起や凹みなどの欠陥のサイズを検出する事ができる。
【００１５】
また、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法によれば、半導体ウェーハの貼り合わせ面（接合面）に存在する凹凸（欠陥）が、突起か、あるいは凹みかを区別して検出した後、それぞれの欠陥が規定の範囲内であるものどうしを接合させるので、半導体ウェーハの貼り合わせ面で接合不良や欠陥が生じることの無いＳＯＩウェーハを製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る半導体ウェーハの検査方法の最良の形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１７】
図１は、本発明の半導体ウェーハの検査方法を好適に適用できるＳＯＩウェーハの一例を示す断面図である。図１（ａ）に示すように、ＳＯＩウェーハ１０は、表面研磨を行った２枚の半導体ウェーハ、例えばシリコンウェーハ１１どうしを絶縁膜、例えばシリコン酸化膜１２を介して接合してなる。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、ＳＯＩウェーハ１０は、２枚のシリコンウェーハ１１のうち、いずれか一方、または両方にシリコン酸化膜１２を形成しておき、シリコン酸化膜１２を介して、これら２つのシリコンウェーハ１１を、例えば、８００℃程度に加熱して、熱接合させることによって得られる。
【００１９】
この接合時に、２つのシリコンウェーハ１１どうしを精度良く接合するためには、それぞれのシリコンウェーハ１１の貼り合わせ面（以下、一面と称する）１１ａの平坦度を高めると共に、一面１１ａに存在する凹凸（欠陥）の分布やそのサイズが規定の範囲内である必要がある。
【００２０】
図２は、本発明の半導体ウェーハの検査方法を用いたＳＯＩウェーハの製造方法を示すフローチャートである。まず、一方、ないし両方の面に、それぞれ酸化膜を形成したシリコンウェーハを用意する（Ｓ１）。次に、このシリコンウェーハの一面（測定面）に向けてレーザ光を照射し、一面で反射した表面反射光の角度や強度によって、シリコンウェーハの一面に存在する凹凸欠陥の分布を測定する（第一の測定工程：Ｓ２）。
【００２１】
第一の測定工程では、図３（ａ）に示すように、光源２１からシリコンウェーハ１１の一面１１ａに向けてレーザ光Ｒを照射する。このレーザ光Ｒは、一面１１ａの平坦部分（凹凸欠陥の存在しない領域）に入射すると、所定の角度で正反射した表面反射光Ｑ１として、検出器２２で検出される。
【００２２】
一方、図３（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに突起（凸状の欠陥）３１が存在すると、突起３１に当たったレーザ光Ｒは散乱し、散乱光（反射光）Ｑ２として、検出器２２で検出される。こうした散乱光（反射光）Ｑ２は、正反射した表面反射光Ｑ１とは、検出器２２に入射する角度、強度が異なっている。
【００２３】
また、図３（ｃ）に示すように、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに凹み（凹状の欠陥）３２が存在する場合も、凹み３２に当たったレーザ光Ｒは散乱し、散乱光（反射光）Ｑ３として、検出器２２で検出される。こうした散乱光（反射光）Ｑ３も、正反射した表面反射光Ｑ１とは、検出器２２に入射する角度、強度が異なっている。
【００２４】
このように、第一の測定工程では、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに存在する欠陥（突起３１および凹み３２）の分布を測定することができる。しかしながら、この第一の測定工程では、突起３１および凹み３２は、いずれも散乱光Ｑ２，Ｑ３として検出されるだけで、一面１１ａに存在する欠陥が、シリコンウェーハ１１の基準面に対して突出しているか（突起３１）、あるいは窪んでいるか（凹み３２）を判別する事はできない。
【００２５】
第一の測定工程（Ｓ２）を経て、一面１１ａに存在する欠陥の分布を測定したシリコンウェーハ１１は、次に、レーザ光を２つの偏光ビームに分割して一面に入射させ、半導体ウェーハの一面または他面から出射された２つの偏光ビームどうしの位相差に基づいて、凹凸（欠陥）のサイズを測定する（第二の測定工程：Ｓ３）。
【００２６】
第二の測定工程では、図４（ａ）に示すような、ノマルスキー方式の微分干渉計の原理を用いて、凹凸（欠陥）のサイズを測定する。即ち、光源４１からレーザ光Ｒを照射し、ノマルスキー方式のウォラストンプリズム４２でレーザ光Ｒを２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２に分割する。この２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２の間隔α（シャー量）を小さくすることによって、凹凸（欠陥）検出の分解能を高めることができる。
【００２７】
このような２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２はコンデンサレンズ４３を介してシリコンウェーハ１１の一面１１ａに入射する。シリコンウェーハ１１に入射した偏光ビームＢ１，Ｂ２は、シリコンウェーハ１１の他面１１ｂからそれぞれ出射され、この出射された偏光ビームＢ１，Ｂ２を位相検出装置４４で検出する。
【００２８】
この時、例えば、シリコンウェーハ１１の一面１１ａが平坦であれば、２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２の間に位相差は生じない。しかし、例えば、図４（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに突起３１が存在すると、この突起３１に入射した偏光ビームＢ１は、偏光ビームＢ２に対して−Δｔの位相差が生じる。一方、例えば、図４（ｃ）に示すように、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに凹み３２が存在すると、この凹み３２に入射した偏光ビームＢ１は、偏光ビームＢ２に対して＋Δｔの位相差が生じる。
【００２９】
こうした、偏光ビームＢ１に対する偏光ビームＢ２の位相差Δｔがプラスかマイナスかを位相検出装置４４によって検出する事により、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに存在する欠陥が突起３１か、あるいは凹み３２かを区別することができる。そして、こうした位相差Δｔの量を検出する事により、突起３１や凹み３２などの欠陥のサイズを検出する事ができる。
【００３０】
なお、こうした第二の測定工程において、上述したように２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２をシリコンウェーハ１１の一面１１ａから他面１１ｂまで透過させる以外にも、２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２をシリコンウェーハ１１一面１１ａでそれぞれ反射させ、それぞれの偏光ビームＢ１，Ｂ２の反射光の位相差を測定する構成であってもよい。
【００３１】
また、第二の測定工程において２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２をシリコンウェーハ１１の一面１１ａに照射する検査範囲を、第一の測定工程（Ｓ２）によって得られた欠陥の分布情報に基づいて、欠陥が存在する領域だけ選択的に設定することにより、検査時間の短縮を図ることができる。
【００３２】
続いて、上述した第二の測定工程（Ｓ３）によってシリコンウェーハ１１の一面１１ａに存在する凹凸（欠陥）について突起３１か凹み３２かを区別し、それぞれのサイズを測定した結果が、予め定められた規定の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ４）。この時、後工程であるシリコンウェーハ１１どうしの貼り合わせ工程（接合工程）において、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに存在する凹凸（欠陥）のうち、特に接合の障害となる突起３１の規定範囲を、接合に与える影響が低い凹み３２の規定範囲よりも狭めるなど、突起３１と凹み３２とを別な良否基準で判断することができる。
【００３３】
以上のようなシリコンウェーハ１１の一面１１ａに存在する凹凸（欠陥）の判定により、良品とされたシリコンウェーハ１１は、接合工程に送られ、シリコン酸化膜１２を介して熱接合される（Ｓ５）。これにより、貼り合わせ面（一面）に存在する凹凸（欠陥）、特に突起３１が規定の範囲内であるシリコンウェーハ１１どうしが接合され、接合部分での不具合を引き起こす事の無いＳＯＩウェーハ１０を得ることができる。
【００３４】
一方、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに存在する凹凸（欠陥）が、予め定められた規定の範囲外であるシリコンウェーハ１１は、再研磨工程などに送られればよい（Ｓ６）。
そして、上述した第一の測定工程（Ｓ２）や第二の測定工程（Ｓ３）で得られた凹凸（欠陥）の分布情報や、それぞれの欠陥の種類、サイズの情報を、シリコンウェーハの研磨工程にフィードバックし、ウェーハ研磨機の制御に用いる事によって、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに存在する凹凸（欠陥）を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ＳＯＩウェーハの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体ウェーハの検査方法を用いた、ＳＯＩウェーハの製造方法を示す説明図である。
【図３】第一の測定工程の一例を示す説明図である。
【図４】第二の測定工程の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ＳＯＩウェーハ、１１  シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、１２  シリコン酸化膜（絶縁膜）、３１  突起、３２凹み。
【図１】
2010025811.tif 000003
【図２】
2010025811.tif 000004
【図３】
2010025811.tif 000005
【図４】
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