(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの表面上の欠陥を検出するための表面検査システムの動作状態を監視するための方法であって、
基準半導体ウェーハの調査表面上に特定の数およびサイズおよび密度の欠陥を有する基準半導体ウェーハの提供と、
表面検査システムを使用することによる、基準半導体ウェーハの基準検査および基準半導体ウェーハの少なくとも１回の管理検査の実行とを含み、調査表面上の欠陥の位置およびサイズが測定され、前記方法はさらに、
位置に起因して基準検査および管理検査の共通欠陥とみなされる欠陥の識別と、
各共通欠陥についての、基準検査および管理検査に基づくそのサイズの比較から得られたサイズ差の判断と、
判断されたサイズ差に基づく表面検査システムの動作状態の評価とを含む、方法。
【請求項２】
サイズ差の平均が公差範囲外のサイズ間隔にある場合、表面検査システムの動作状態の評価は異常である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
公差範囲の下方しきい値と上方しきい値との差は、サイズ間隔における較正公差以下である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
表面検査システムの動作状態が異常であると評価された場合、警告信号の生成を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
基準半導体ウェーハの調査表面上の欠陥は、連続的なサイズ分布を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
基準半導体ウェーハの調査表面上の欠陥は、１／ｃｍ２以上１５／ｃｍ２以下の密度を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
基準半導体ウェーハは単結晶から得られ、調査表面上の欠陥は、単結晶の結晶化中に形成された空孔の凝集から生じる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウェーハの表面上の欠陥を検出するための表面検査システムの動作状態を監視するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の生産用の基板を形成するための半導体ウェーハの準備過程において、半導体ウェーハの表面は、欠陥が存在しないか調査される。調査される表面は通常、半導体ウェーハの上側表面であり、その上で電子部品の構造の形成が意図されている。調査を実行するために、走査表面検査システムが使用されてもよい。これらは、レーザー光の光点で半導体ウェーハの表面を徐々に照らし、１つのまたは異なる立体角（チャネル）の関数として散乱光を検出する。このように得られた散乱光データは、調査された表面上に存在する欠陥の位置およびサイズに関して情報が推定されることを可能にする。
【０００３】
欠陥のサイズに関する情報が欠陥の実際のサイズとできるだけ正確に一致するように、表面検査システムは、基準半導体ウェーハを利用して較正される。ＵＳ７０２７１４６  Ｂ１は、基準半導体ウェーハを生産できる方法を記載している。基準半導体ウェーハは購入も可能である。ＵＳ７０２７１４６  Ｂ１に記載されたような基準半導体ウェーハは、その表面に堆積された異なるサイズの基準欠陥を有し、それらの数およびサイズ分布は既知である。ポリスチレンラテックス球体（ＰＳＬ球体）は、基準欠陥としてしばしば使用される。ＰＳＬ球体の場合、観察された球体の実際の直径は、報告された欠陥のサイズに対応している。基準欠陥が球状構成を有していない場合、欠陥のサイズは通常、その最大空間範囲を意味する。
【０００４】
表面検査システムが適正に較正される場合、それは、基準半導体ウェーハ上の欠陥の数、位置およびサイズを、特定された公差限度（較正公差）内のサイズによって変わる精度で示す。得られた測定データは、たとえば、欠陥の頻度をそれらのサイズの関数として表わす柱状図として処理されてもよい。サイズ間隔外にあるサイズを有する欠陥に関連する測定データが考慮されないように、測定データの処理はサイズ間隔に制限されてもよい。
【０００５】
表面検査システムが適正な動作状態にあるか監視すること、および、適切な場合、監視が異常を明らかにすると警告することが重要である。異常が起こると、それらの原因を調べなければならず、および、適切な場合、表面検査システムの適正な状態を回復させなければならない。ＵＳ２００７／００３０４７８  Ａ１は、表面検査システムを使用する過程で基準半導体ウェーハの繰り返された調査を提供する監視方法を記載している。基準半導体ウェーハの調査の測定データが、較正されたばかりの状態の表面検査システムが伝える測定データと実質的に異ならない場合、表面検査システムの状態は、正常であるとみなされる。しかしながら、記載された調査の範囲および感度は、いまひとつ物足りない。たとえば、欠陥の数を測定することにより、時間の関数としての欠陥サイズの測定の安定性に関する情報は何も得られない。表面検査システムによって欠陥に割り当てられた欠陥サイズの起こり得るずれは気づかれず、またはすぐには気づかれない。この点については、時間の関数としての最大サイズ分布の位置およびその変動について追加情報が集められても、情報の内容は不十分なままである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ７０２７１４６  Ｂ１
【特許文献２】ＵＳ２００７／００３０４７８  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、この発明の目的は、半導体ウェーハの表面上の欠陥を検出するための表面検査システムの動作挙動をより包括的に、かつより良好な感度で監視することを可能にする、対応する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、半導体ウェーハの表面上の欠陥を検出するための表面検査システムの動作状態を監視するための方法であって、基準半導体ウェーハの調査表面上に特定の数およびサイズおよび密度の欠陥を有する基準半導体ウェーハの提供と、表面検査システムを使用することによる、基準半導体ウェーハの基準検査および基準半導体ウェーハの少なくとも１回の管理検査の実行とを含み、調査表面上の欠陥の位置およびサイズが測定され、前記方法はさらに、位置に起因して基準検査および管理検査の共通欠陥とみなされる欠陥の識別と、各共通欠陥についての、基準検査および管理検査に基づくそのサイズの比較から得られたサイズ差の判断と、判断されたサイズ差に基づく表面検査システムの動作状態の評価とを含む、方法によって達成される。
【０００９】
この発明に従った方法は、検出された欠陥の数、検出された欠陥の最大サイズ分布の位置、および特定されたサイズ間隔における検出された欠陥のサイズ分布の幅というパラメータのうちの１つ以上、ならびにそれらの変化を、表面検査システムの動作の過程において観察することに制限されない。むしろ、それは、個々の欠陥のサイズの検出と、基準検査および管理検査に従った欠陥サイズの比較から生じるそれらの欠陥のサイズ差の判断とを伴う。判断されたこれらのサイズ差に基づいて、表面検査システムの動作状態は評価される。
【００１０】
表面検査システムは、調査表面を走査する光ビームを生成する光源と、欠陥と光ビームとの間の相互作用から生じる散乱光を登録する１つ以上の検出器とを含む。そのような表面検査システムは、たとえばＫＬＡ・テンコール（KLA-Tencor）という製造業者から商業的に入手可能である。
【００１１】
基準検査は好ましくは、表面検査システムの較正の過程で、または較正の直後に実行される。次の較正の前に、表面検査システムの動作状態の画像を得るために、１回以上の管理検査が行なわれ、必要であれば、表面検査システムを適正な状態に回復させるために措置を取る。基準検査と１回目の管理検査との間で、およびオプションで後続の管理検査間で、表面検査機器は、その意図された目的のために、すなわち、半導体ウェーハの表面上の欠陥を検出するために使用される。
【００１２】
表面検査システムを較正するために、規定された数の、および規定されたサイズ分布を有するＰＳＬ球体が存在する調査表面を有する基準半導体ウェーハを使用することが可能である。
【００１３】
原則として、ＰＳＬ球体を有するそのような基準半導体ウェーハはまた、この発明に従った方法の過程で実行される基準検査および管理検査用の基準半導体ウェーハとして使用されてもよい。基準半導体ウェーハの欠陥は好ましくは、連続的なサイズ分布を有しており、それはＰＳＬ球体では達成が困難である。したがって、単結晶の結晶化中に形成された空孔の凝集から生じる欠陥を有する基準半導体ウェーハを使用することが好ましく、この基準半導体ウェーハは単結晶から得られる。単結晶は好ましくは、シリコンからなる。たとえばＣＯＰ欠陥として検出され得る空孔の凝集の形成は、単結晶の結晶化中に溶解物との界面で影響を受ける場合がある。溶解物と成長中の単結晶との間の界面での高い結晶化速度および低い温度勾配が、そのような欠陥の形成を促進する。単結晶から得られた基準半導体ウェーハの調査表面は好ましくは、研磨された状態にある。基準半導体ウェーハの調査表面は、基準検査および管理検査の過程で走査される表面である。ＰＳＬ球体を有する基準半導体ウェーハとは対照的に、好ましい基準半導体ウェーハは感度が低く、問題なく洗浄可能である。基準半導体ウェーハの調査表面上の欠陥の密度は好ましくは、１／ｃｍ２以上１５／ｃｍ２以下である。
【００１４】
基準検査および管理検査の過程では、基準半導体ウェーハの調査表面上の欠陥の少なくとも位置およびサイズが測定される。次に、基準検査および管理検査の共通欠陥が識別される。これらは、それらの位置に基づいて同一であるとみなされ得るものである。共通欠陥を見つけるための好適な手順は、規格ＳＥＭＩ  Ｍ５０−０３０７に記載されている。したがって、基準検査および管理検査の共通欠陥は、それらの位置が予め規定された距離（検索半径）しか互いに離れていないような欠陥であり、この距離内にはさらなる欠陥は見つからない。
【００１５】
この発明によれば、基準検査に従った共通欠陥のサイズが、管理検査に従ったこの欠陥のサイズと比較される。比較によって判断されたサイズ差は、識別された共通欠陥の各々について登録され、この情報は、表面検査システムの動作状態を評価するための根拠として使用される。
【００１６】
この情報は、表面検査システムによって欠陥に割り当てられた欠陥サイズのずれといった、表面検査システムの動作状態の変化を速やかに認識することを可能にする、信頼できる指標である。したがってそれは好ましくは、統計的工程管理（statistical process control：ＳＰＣ）のために使用される。
【００１７】
そのような使用は、さまざまなやり方で、たとえば、共通欠陥のサイズ範囲全体の１つ以上のサイズ間隔について平均サイズ差を計算し、連続的な管理検査の過程でその変化を登録することによって、実行されてもよい。登録された平均サイズ差が重大ではないとみなされる公差範囲（corridor）が、下方しきい値および上方しきい値によってさらに規定される。登録された平均サイズ差が公差範囲を逸脱する場合、このプロセスは、表面検査システムの動作状態が異常であると評価する理由として解釈される。この事象が発生すると、平均サイズ差について見つかった変化の理由をすぐに調べ、必要であれば、表面検査システムの適正な状態を回復することが、得策である。オプションで、この事象の発生を合図する警告信号が生成されてもよい。公差範囲の下方しきい値と上方しきい値との間の距離は好ましくは、それぞれのサイズ間隔の較正公差以下である。
【００１８】
共通欠陥のサイズ差に関して得られた情報の評価についての別の可能性は、たとえば、判断されたサイズ差を基準検査の過程で測定された欠陥サイズに対してプロットして、表面検査システムの状態が異常でないとみなされ得る公差限度を規定することである。
【００１９】
加えて、連続的な管理検査の過程で、識別された共通欠陥の数が登録されてもよく、時間の関数としてのこのパラメータの変化が観察されてもよい。このパラメータの変化における異常は、表面検査システムが依然として適正な状態にあるかチェックする理由として解釈されてもよい。
【００２０】
追加措置として、基準検査および管理検査、または複数の管理検査の過程において、平均サイズ差の上述の計算が統計的に意味のある根拠に基づいて行なわれているか確認できるようにするために、オプションで１つ以上のサイズ間隔内で、欠陥の総数が識別されてもよく、時間の関数としての総数の変化が観察されてもよい。
【００２１】
この発明に従った方法はまた、方法の過程における基準半導体ウェーハの起こり得る汚染の観点での或る頑強性によって区別される。この頑強性により、管理検査が行なわれ得る前にまず、汚染された基準半導体ウェーハを洗浄しなければならない、ということは必ずしも必要ではない。多くの場合、汚染の結果は、少数の共通欠陥が識別されるということに過ぎない。識別された共通欠陥の数が統計的評価にとって依然として有意である限り、この結果は重要ではない。一方、重大であると考えられる数の減少は、計画された再使用の前に基準半導体ウェーハを洗浄する理由として解釈されてもよい。
【００２２】
この発明のいくつかの局面について、図面を参照して以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】基準半導体ウェーハ上の欠陥のサイズ分布を示す図である。
【図２】共通欠陥が識別された観察窓を概略的に示す図である。
【図３】表面検査システムの動作状態の監視用の制御マップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、表面検査システムを用いた調査により、表面検査システムの検出チャネルにおいて基準半導体ウェーハ上で見つかった光散乱欠陥（ＬＬＳ）のサイズ分布の典型的な柱状図を示す。欠陥の頻度が、それらのサイズ（ＤＳ）に対してプロットされている。調査された基準半導体ウェーハは、研磨されたシリコン半導体ウェーハである。光散乱欠陥は、空孔の凝集の存在に起因する欠陥である。
【００２５】
図２は、半径Ｒ（検索半径）を有する円形の観察窓１を示し、その中に欠陥３、４および５が見つかった。図示された例では、欠陥５は、サイズｓ０と位置座標（ｘ０，ｙ０）とを有する。指数０は、欠陥が基準検査の過程で見つかったことを示すよう意図されている。欠陥４は、サイズｓｎと位置座標（ｘｎ，ｙｎ）とを有する。指数ｎは、欠陥がｎ回目の管理検査の過程で見つかったことを示すよう意図されている。欠陥３は、特定の位置およびサイズを有する、半径Ｒ内のさらなる欠陥であり、それは、基準検査またはｎ回目の管理検査の過程で見つかったものである。欠陥３などのさらなる欠陥が見つかった場合、欠陥３、４および５は考慮されない。なぜなら、それらを一意的に割り当てることができないためである。半径Ｒ内に欠陥４および５のみが見つかった場合、それらは、それらの位置に起因して、共通欠陥２と考えられる。この発明によれば、サイズ差は、基準検査から見つかった共通欠陥のサイズと、管理検査に従って見つかった共通欠陥のサイズとの間で判断される。図２を参照して、欠陥３などのさらなる欠陥がなければ、欠陥５および４のサイズ差は、このように判断されることになっている。
【００２６】
図３は、表面検査システムの動作状態を監視するために使用され得るような典型的な制御マップを示す。この制御マップでは、共通欠陥の平均サイズ差Δ＜ＤＳ＞が、特定のサイズ間隔についての制御検査の通し番号＃に対してプロットされている。公差範囲の下方しきい値ＬＬおよび上方しきい値ＵＬも示されている。
【符号の説明】
【００２７】
２：共通欠陥、３、４、５：欠陥。
【図２】
0005970593.tif 000002
【図３】
0005970593.tif 000003
【図１】
0005970593.tif 000004