(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの表面欠陥を簡便に高い信頼性をもって検査し得る手段を提供すること。【解決手段】検査対象である半導体ウェーハの表面に向かって光源部から検査光を照射すること、ウェーハ表面の検査光が照射された照射領域からの散乱光を検出すること、ならびに、検出された散乱光に基づきウェーハ表面の欠陥の有無および／またはその程度を評価すること、を含む半導体ウェーハの表面検査方法。前記検査光をウェーハ表面に対して斜め方向からウェーハ半径以上の幅をもって入射させることにより、前記ウェーハ表面に、ウェーハ半径以上の幅を有しウェーハ中心を含む照射領域を形成し、前記ウェーハおよび光源部の少なくとも一方を移動させることにより前記検査光をウェーハ全面に走査させる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象である半導体ウェーハの表面に向かって光源部から検査光を照射すること、
ウェーハ表面の検査光が照射された照射領域からの散乱光を検出すること、ならびに、
検出された散乱光に基づきウェーハ表面の欠陥の有無および／またはその程度を評価すること、
を含む半導体ウェーハの表面検査方法であって、
前記検査光をウェーハ表面に対して斜め方向からウェーハ半径以上の幅をもって入射させることにより、前記ウェーハ表面に、ウェーハ半径以上の幅を有しウェーハ中心を含む照射領域を形成すること、
前記ウェーハおよび光源部の少なくとも一方を移動させることにより前記検査光をウェーハ全面に走査させること、
を特徴とする半導体ウェーハの表面検査方法。
【請求項２】
前記散乱光を、前記照射領域の鉛直上方に配置した検出器により検出する、請求項１に記載の半導体ウェーハの表面検査方法。
【請求項３】
前記検出器として、前記照射領域以上の大きさの集光部を有する検出器を使用し、該集光部により照射領域からの散乱光を集光する、請求項２に記載の半導体ウェーハの表面検査方法。
【請求項４】
前記検査光を、ウェーハをその中心を支点として回転させることによりウェーハ全面に走査させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの表面検査方法。
【請求項５】
前記検査光をウェーハ直径以上の幅をもって入射させることにより、前記ウェーハ表面にウェーハ直径以上の幅を有しウェーハ中心を含む照射領域を形成し、かつ、
前記照射領域の幅方向と垂直な方向にウェーハを移動させることにより検査光をウェーハ全面に走査させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの表面検査方法。
【請求項６】
検査対象である半導体ウェーハ表面にウェーハ表面に対して斜め方向からウェーハ半径以上の幅をもって検査光を入射させる光源部と、
上記ウェーハ表面からの散乱光を検出する検出器と、
上記光源部およびウェーハの少なくとも一方を移動させる移動機構と、
を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法に使用される半導体ウェーハの表面検査装置。
【請求項７】
半導体ウェーハを評価し、目標以上の品質を有する半導体ウェーハを選択し、選択された半導体ウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む半導体ウェーハの製造方法であって、
前記評価を、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によって行うことを特徴とする半導体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、半導体ウェーハの表面検査方法および表面検査装置に関するものであり、詳しくは、半導体ウェーハ表面上の異物、結晶欠陥、キズ等の有無や程度を散乱光を利用して検査する方法および装置に関するものである。
更に本発明は、前記方法を用いる半導体ウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化および高集積化に伴い、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハ表面における各種欠陥（異物、結晶欠陥、キズ、スリップ等）が製品歩留まりや信頼性に与える影響が大きくなってきている。そのため、これら欠陥が低減されたウェーハを提供するための製造工程の改良とともに、出荷前のウェーハの表面欠陥を正確に評価するための検査方法の確立も求められている。
【０００３】
従来、いわゆるマクロ欠陥と呼ばれる比較的大きな表面欠陥の検査は、集光灯下での目視検査により行われていた。しかし目視検査は、ウェーハが大口径になると見落としがある、検出感度は高いが個人差に依存する場合が多い、データの定量化および蓄積ができない、客観的な良品・不良品の基準作成や自動化が困難である等、の課題があった。
【０００４】
これに対し近年、ウェーハの表面ごみや欠陥の検査装置として、パーティクルカウンターが広く用いられている。パーティクルカウンターはウェーハ表面をレーザー光により走査し、付着したパーティクルからの光散乱強度を測定することによりパーティクルの数、大きさ及び位置を認識するものであるが、導入および維持費用が高額である、測定時間が長い、等の点からコスト面で不利である。また、パーティクルカウンターのレーザー光の入射方式には、垂直入射方式と斜め入射方式の２種類あるが、垂直入射方式は結晶欠陥、傷、スリップのなどの検出感度は高いが、表面の粗さにより検出感度が変化するため一定の感度が保てず、一方、斜め入射方式は付着パーティクルに対する感度は高いが、結晶欠陥や傷などに対する感度が低い。斜め入射方式で検出器を複数個設けて、結晶欠陥、傷、スリップなどの検出に対する感度を向上させた装置も市販され、一定の感度向上を達成しているが、検出の信頼性に欠ける懸念がある。更に、パーティクルカウンターとしては、垂直入射および斜め入射の両方式を組み込んだ装置も市販されているが、表面の粗さにより検出感度が変化することの解消までには至っていない。また、パーティクルカウンターは、装置の測定原理から、ウェーハ全面走査に時間が掛かる、といった課題もある。
【０００５】
上記以外にも、散乱光を利用することによりウェーハ表面欠陥を検査する方法が各種提案されているが（例えば特許文献１〜６参照）、いずれも信頼性や簡便性の点で十分なものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２３６５１９号公報
【特許文献２】特開２０００−２５２３３４号公報
【特許文献３】特開２００３−１７７１０４号公報
【特許文献４】特開２００１−８３１００号公報
【特許文献５】特開２００１−３３３９５号公報
【特許文献６】特開２００８−２４１７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の目的は、半導体ウェーハの表面欠陥を簡便に高い信頼性をもって検査し得る手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、散乱光を得るためにウェーハ表面に照射する検査光をウェーハ表面に対して斜め方向からウェーハ半径以上の幅をもって入射させることにより、ウェーハの全面を漏れなく容易に検査することが可能になることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、上記目的は、下記手段によって達成された。
［１］検査対象である半導体ウェーハの表面に向かって光源部から検査光を照射すること、
ウェーハ表面の検査光が照射された照射領域からの散乱光を検出すること、ならびに、
検出された散乱光に基づきウェーハ表面の欠陥の有無および／またはその程度を評価すること、
を含む半導体ウェーハの表面検査方法であって、
前記検査光をウェーハ表面に対して斜め方向からウェーハ半径以上の幅をもって入射させることにより、前記ウェーハ表面に、ウェーハ半径以上の幅を有しウェーハ中心を含む照射領域を形成すること、
前記ウェーハおよび光源部の少なくとも一方を移動させることにより前記検査光をウェーハ全面に走査させること、を特徴とする半導体ウェーハの表面検査方法。
［２］前記散乱光を、前記照射領域の鉛直上方に配置した検出器により検出する、［１］に記載の半導体ウェーハの表面検査方法。
［３］前記検出器として、前記照射領域以上の大きさの集光部を有する検出器を使用し、該集光部により照射領域からの散乱光を集光する、［２］に記載の半導体ウェーハの表面検査方法。
［４］前記検査光を、ウェーハをその中心を支点として回転させることによりウェーハ全面に走査させる、［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体ウェーハの表面検査方法。
［５］前記検査光をウェーハ直径以上の幅をもって入射させることにより、前記ウェーハ表面にウェーハ直径以上の幅を有しウェーハ中心を含む照射領域を形成し、かつ、
前記照射領域の幅方向と垂直な方向にウェーハを移動させることにより検査光をウェーハ全面に走査させる、［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体ウェーハの表面検査方法。
［６］検査対象である半導体ウェーハ表面にウェーハ表面に対して斜め方向からウェーハ半径以上の幅をもって検査光を入射させる光源部と、
上記ウェーハ表面からの散乱光を検出する検出器と、
上記光源部およびウェーハの少なくとも一方を移動させる移動機構と、
を有する、［１］〜［５］のいずれかに記載の方法に使用される半導体ウェーハの表面検査装置。
［７］半導体ウェーハを評価し、目標以上の品質を有する半導体ウェーハを選択し、選択された半導体ウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む半導体ウェーハの製造方法であって、
前記評価を、［１］〜［５］のいずれかに記載の方法によって行うことを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体ウェーハ表面に存在する、異物、結晶欠陥、キズ、スリップ等のマクロ欠陥を高感度に簡便かつ安価に評価することが可能となる。これにより高品質な半導体ウェーハを製品として出荷することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる検査方法の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる検査方法の概要を示す説明図である。
【図３】実施例および比較例により得られた評価結果を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、検査対象である半導体ウェーハの表面に向かって光源部から検査光を照射すること、ウェーハ表面の検査光が照射された照射領域からの散乱光を検出すること、ならびに、検出された散乱光に基づきウェーハ表面の欠陥の有無および／またはその程度を評価すること、を含む半導体ウェーハの表面検査方法に関する。本発明の表面検査方法では、前記検査光をウェーハ表面に対して斜め方向からウェーハ半径以上の幅をもって入射させることにより、前記ウェーハ表面に、ウェーハ半径以上の幅を有しウェーハ中心を含む照射領域を形成するとともに、前記ウェーハおよび光源部の少なくとも一方を移動させることにより前記検査光をウェーハ全面に走査させる。
更に本発明は、検査対象である半導体ウェーハ表面にウェーハ表面に対して斜め方向からウェーハ半径以上の幅をもって検査光を入射させる光源部と、上記ウェーハ表面からの散乱光を検出する検出器と、上記光源部およびウェーハの少なくとも一方を移動させる移動機構と、を有する、本発明の半導体ウェーハの表面検査方法に使用される半導体ウェーハの表面検査装置に関する。
以下、図面を参照し、本発明について更に詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態にかかる検査方法の概要を示す説明図である。図１に示す態様では、検査対象である半導体ウェーハの表面に向かって、該表面に対して斜め方向からウェーハ半径以上の幅をもって検査光を入射させることにより、ウェーハ半径以上の幅を有しウェーハ中心（図１中の×）を含む照射領域を形成している。図１上図は上記状態で検査光が照射された半導体ウェーハの上面図、図１下図はその断面図である。
従来、検査光を斜め方向からスポット状に入射させる方法が提案されていたが（例えば前記特許文献１、３等参照）、そのような方法ではウェーハ表面を漏れなく全面走査することはきわめて困難である。他方、ウェーハ表面に鉛直上方からウェーハ全面を覆う検査光を照射することも考えられるが、そのような照射方法ではエッジ部分からの散乱光を得ることが困難であり、やはりウェーハ全面から散乱光情報を得ることは難しい。
これに対し本発明の方法は、前記したようにウェーハ表面に対して斜め方向からウェーハ半径以上の幅をもって検査光を入射させる。これにより後述するようにウェーハ、光源の少なくとも一方を移動（例えばウェーハを回転）させればウェーハ全面に漏れなく検査光を照射することができるため、ウェーハ全面から散乱光情報を容易に得ることができる。ここで検査光を斜め方向から入射させる理由は高強度の散乱光を得るためである。光源部は、ウェーハ表面に対して斜め方向から検査光を入射可能な位置に設置すればよいが、得られる散乱光強度の点からは、ウェーハ表面に対して垂直な方向を９０°とすると６５°〜８５°の位置とすることが好ましい。光源部には、１個以上の発光源（例えばレーザー光源）が組み込まれている。得られる散乱光強度の点からは、１万〜１００万ルクス程度の照度で検査光を照射可能な発光源を使用することが好ましい。１個の発光源で所望の照度を実現してもよく、２個以上の発光源により所望の照度を実現してもよい。光源部には、照射領域内の検査光強度を均一にするために、２個以上の発光源を適切な間隔をもって配置することも可能である。
【００１４】
本発明の方法では、上記のように検査光を入射させるとともに、照射領域からの散乱光を検出する。表面欠陥の有無やその程度により面内各部からの散乱光強度は変化するため、散乱光画像や強度分布の情報によりウェーハ表面の欠陥の有無やその程度を評価することができる。散乱光の検出に使用する検出器としては、散乱光を集光（受光）可能な集光部と集光した散乱光を画像情報または数値情報に変換可能な検出部を有する装置を用いることができる。検出部としてはＣＣＤ等のイメージセンサが好適である。検出器とウェーハ表面との距離は、検出器の検出感度を考慮して適宜設定すればよく特に限定されるものではない。
【００１５】
検出器の設置位置は、ウェーハ表面に対して斜め方向としてもよく鉛直上方としてもよいが、照射領域からの散乱光を効率よく集光するためには照射領域の鉛直上方に検出器を設置することが好ましい。設置する検出器は１つであっても複数であってもよい。１つの検出器を使用する態様においては、照射領域からの散乱光を高感度に検出するためには、図１に示すように照射領域以上の大きさの集光部を有する検出器によって、照射領域からの散乱光を集光することが好ましい。他方、複数の検出器を使用する場合には、それら検出器によって散乱光を漏れなく検出できるように、照射領域の幅方向と平行な方向に所定の間隔で検出器を設置することが好ましい。例えば、ウェーハ表面から主検出器に向かう方向を０°として±１５°程度の位置に副検出器２個を対向設置することが、散乱光を漏れなく検出するために好ましい。また、検査中、検出器を移動させることにより散乱光を集光することも可能であるが、検出精度の点からは検出器を固定して検査を行うことが好ましい。
【００１６】
本発明の方法では、上記のように照射される検査光によってウェーハ全面を走査するために、ウェーハ、光源部の少なくとも一方を移動させる。簡便性の観点からは、ウェーハを移動させることが好ましい。ウェーハ支持台に公知の回転ないし移動機構を設けることにより、ウェーハを移動させることができる。ウェーハの移動の態様としては、ウェーハを回転させる態様、ウェーハを水平方向に前後および／または左右に移動させる態様がある。図１に示すようにウェーハの半径以上直径未満の幅の検査光を入射させる場合には、ウェーハをその中心を支点として回転させることが、検査光を漏れなく簡便にウェーハ全面に走査させることができるため好ましい。この際の回転速度は特に限定されるものではないが、検出時間の点から５〜６０°／ｓｅｃ程度とすることが好ましい。
【００１７】
これに対し検査光をウェーハ直径以上の幅をもってウェーハ表面に入射させる場合には、照射領域の幅方向と垂直な方向にウェーハを移動させること、中心を支点として回転させること、またはこれらの組み合わせにより検査光をウェーハ全面に走査させることが、検査光を漏れなく簡便に全面走査するために好ましい。そのような態様を、図２を参照し説明する。
【００１８】
図２は、本発明の一実施形態にかかる検査方法の概要を示す説明図である。図２に示す態様では、検査対象である半導体ウェーハの表面に向かって、該表面に対して斜め方向からウェーハ直径以上の幅をもって検査光を入射させることにより、ウェーハ直径以上の幅を有しウェーハ中心（図２中の×）を含む照射領域を形成している。図２上図は上記状態で検査光が照射された半導体ウェーハの上面図、図２下図はその断面図である。前述の図１に示す態様では、移動前の状態ではウェーハの直径方向全域を検査光で照射することができないためウェーハを回転させることが好ましい。これに対し、図２に示す態様では、移動前の状態で既に直径方向の全域を検査光で照射することができる。したがって、この状態で照射領域の幅方向と垂直な方向にウェーハを移動させれば検査光を全面走査することができる。この場合のウェーハの移動速度は、例えば５〜５０ｍｍ／ｓｅｃ程度とすることができるが高感度で散乱光を検出できる速度とすればよく、特に限定されるものではない。
【００１９】
以上説明した通り、本発明によればウェーハの全面から散乱光を容易かつ簡便に検出できるため散乱光情報に基づく表面欠陥の高感度検査が可能となる。また、検査に使用する装置は、パーティクルカウンターに比べて安価であるため検査のための費用を低減することができる。
上記検出光の全面走査は少なくとも１回行えばよいが２回以上行い、得られた散乱光情報を合成または平均化することにより評価を行うことももちろん可能であり、複数回行うことで、より高感度な検査が可能となる。また、ウェーハ表面上に形成する照射領域の幅は先に説明した通りであるが、その形状は特に限定されるものではない。図１、２には照射領域を長方形で示したが、照射領域は円、楕円、正方形等であってもよい。幅方向と直交する方向の最大長さ（以下、「厚さ」とも記載する）は、大きいほど照射領域が広くなるため全面走査を短時間で行うことができるが、大きいほどウェーハ表面に入射する光の強度が低くなり得られる散乱光強度が低下する。したがって照射光の照度も考慮して適切な大きさの照射領域が形成されるように、その厚さを決定することが好ましい。通常使用される発光源のパワーを考慮すると、照射領域の厚さは１〜３０ｍｍ程度が好適である。
【００２０】
本発明により表面欠陥が検査されるウェーハとしては、デバイス基板として使用されるシリコンウェーハ等の各種半導体ウェーハを挙げることができる。上記ウェーハは、φ２００ｍｍ、φ３００ｍｍ、その他、φ４５０ｍｍ等どのような口径のウェーハであってもよい。本発明によればφ３００ｍｍ以上の大口径ウェーハであってもその全面を漏れなく検査し信頼性の高い検査結果を得ることができる。また、評価対象となる表面欠陥は、散乱光によって検出可能なものであり、例えばピットを含む結晶欠陥、製造工程でウェーハ表面に付着した異物や工程中に発生したキズ、スリップ等を挙げることができる。本発明の方法は、目視検査に代わる方法として使用することができるため、一般に目視検査により評価される０．２μｍ以上のサイズの、いわゆるマクロ欠陥と呼ばれる表面欠陥の検査方法として好適である。
【００２１】
更に本発明は、半導体ウェーハを評価し、目標以上の品質を有する半導体ウェーハを選択し、選択された半導体ウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む半導体ウェーハの製造方法に関する。ここで上記評価は、本発明の検査方法によって行われる。
【００２２】
製品出荷前にウェーハの評価を行い、良品と判定されたウェーハを製品として出荷することにより、高品質なウェーハを高い信頼性をもって提供することが可能となる。しかし、出荷前の評価が簡便性に乏しいものであると評価に長時間を要することとなり生産性低下につながる。また、信頼性に乏しいものであると、高品質な製品ウェーハを提供することが困難となる。これに対し、前述のように、本発明の検査方法によれば、光照射とウェーハおよび／または光源部の移動という簡便な操作によってウェーハ全面にわたり漏れなく表面欠陥の有無や程度を評価することができる。よって、かかる方法を用いることにより、製品ウェーハの選択を短時間で行うことができ、生産性と信頼性を両立することが可能となる。なお、目標の品質は、ウェーハの用途等に応じてウェーハに求められる物性を考慮して設定することができる。また、評価される半導体ウェーハについては、先に説明した通りであり、それらは公知の方法により製造することができる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例に基づき更に説明する。但し、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。
【００２４】
１．検査ウェーハの作製
鏡面研磨した表面に意図的に同程度の表面欠陥（結晶欠陥、キズ、スリップおよびパーティクル）を発生させたφ３００ｍｍのシリコンウェーハを複数枚作製した。
【００２５】
２．表面欠陥検査の実施例・比較例
【００２６】
［実施例１］
上記１．で作製したシリコンウェーハの表面欠陥を、図２に示す態様の検査方法で検査した。具体的検査方法を、以下に説明する。
（１）検査対象のシリコンウェーハに、ウェーハ表面にウェーハ直径より大きな３１０ｍｍの幅となる幅で、且つ厚さ５ｍｍとなる照射領域が形成されるように、ウェーハ表面に対して垂直な方向を９０°として７５°の位置に配置した光源部から、５００００ルクスの検査光を照射した。この照射により、照射領域内での照射強度は５００００±５００ルクスとなった。本実施例では、１個の発光源（レーザー光源）を組み込んだ光源部を用いたが、前述のように、照射領域内での照射強度を均一化するために、光源部に発光源を複数個設けることも可能である。
（２）検出器として、ウェーハ表面の鉛直方向上方の２００ｍｍ離れた位置に、ウェーハ直径分（３０１ｍｍ）を撮影可能なラインＣＣＤを集光レンズと同軸に設置した。焦点はウェーハ表面に固定した。なお、本実施例で使用した検出器は１つであるが、照射領域の幅方向と平行な方向に複数の検出器を配置し、それら検出器により同じ視野を観察することもできる。複数個の検出器により同じ位置にある欠陥を１個と検出して、片側に検出された欠陥を１個と検出することにより、検出器のばらつき低減や光源ムラによる検出数変動を抑制することができる。
（３）上記の設置条件で、照射領域の幅方向に垂直な方向に３０ｍｍ／ｓｅｃの速度でウェーハを移動させることにより、ウェーハ全面の散乱光画像をＣＣＤで取得した。
（４）次に、ウェーハを９０度回転させ、上記の（３）と同様にウェーハ全面走査を行い、ウェーハ全面の散乱光画像をＣＣＤで取得した。
（５）次に、上記の（３）および（４）で取得した画像を合成して測定データとして、表示した。
【００２７】
［実施例２］
上記１．で作製したシリコンウェーハの表面欠陥を、図１に示す態様の検査方法で検査した。具体的検査方法を、以下に説明する。
（１）検査対象のシリコンウェーハに、ウェーハ表面にウェーハ半径より大きな１６０ｍｍの幅となる幅で、且つ厚さ５ｍｍとなる照射領域が形成されるように、ウェーハ表面に対して垂直な方向を９０°として７５°の位置に配置した光源部から５００００ルクスの検査光を照射した。
（２）検出器として、ウェーハ表面の鉛直方向上方の２００ｍｍ離れた位置に、ウェーハ半径分（１５５ｍｍ）を撮影可能なラインＣＣＤを集光レンズと同軸に設置した。焦点はウェーハ表面に固定した。
（３）上記の設置条件で、ウェーハの中心を支点にウェーハを回転速度１５°／ｓｅｃの角度で回転させてウェーハ全面の散乱光画像をＣＣＤで取得した。
【００２８】
［比較例１］
（１）レーザー波長４８８ｎｍでレーザー光を２ライン化切り替えが可能なレーザーパーティクルカウンターを準備した。２ラインの内訳は、垂直入射と垂直から７０度傾いた角度からの入射の２方向である。
（２）上記１．で作製したシリコンウェーハを上記の装置で測定し、散乱光のデータを取得した。
（３）２方向からの散乱データを合成して、１枚の検出結果とした。
【００２９】
評価結果
実施例１、２、比較例１で得られた散乱光画像の模式図を図３に示す。図３中、最左図は上記１．で作製したシリコンウェーハ表面を目視観察および微分干渉顕微鏡で観察して作製した基本画像である。図３に示すように、実施例１、２によりウェーハ全面にわたり表面欠陥を漏れなく検出することができた。
これに対し比較例では、エッジ部近傍での検出漏れや傷の検出抜けがあることがわかる。
以上の結果から、本発明によれば表面欠陥を漏れなく検出できることが確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の検査方法は、半導体ウェーハ製造工程の品質管理方法として好適である。
【図１】
2011232267.tif 000002
【図２】
2011232267.tif 000003
【図３】
2011232267.tif 000004