(57)【要約】【課題】本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体ウェーハのエッジ部で発生するスリップを短時間かつ非破壊にて評価する方法を提供することにある。【解決手段】熱処理が施された半導体ウェーハの評価方法であって、前記半導体ウェーハを、主面として主表面と主裏面とを有し、エッジ部に面取り加工が施された面取り面を有する半導体ウェーハとし、前記半導体ウェーハの前記面取り面を含むエッジ部に対してレーザー光を照射し、その反射光を明視野及び暗視野の両方で検出して明視野画像及び暗視野画像を得て、該明視野画像及び暗視野画像の両方において検出された欠陥であって、所定のサイズ未満である欠陥をスリップであると判定することを特徴とする半導体ウェーハの評価方法。【選択図】図１
2019054132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理が施された半導体ウェーハの評価方法であって、
前記半導体ウェーハを、主面として主表面と主裏面とを有し、エッジ部に面取り加工が施された面取り面を有する半導体ウェーハとし、前記半導体ウェーハの前記面取り面を含むエッジ部に対してレーザー光を照射し、その反射光を明視野及び暗視野の両方で検出して明視野画像及び暗視野画像を得て、該明視野画像及び暗視野画像の両方において検出された欠陥であって、所定のサイズ未満である欠陥をスリップであると判定することを特徴とする半導体ウェーハの評価方法。
【請求項２】
前記熱処理を、エピタキシャル成長を含むものとすることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの評価方法。
【請求項３】
前記レーザー光の波長を２００ｎｍから７００ｎｍとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体ウェーハの評価方法。
【請求項４】
前記所定のサイズを、予め求めておいた欠陥の種類とサイズの関係に基づいて決定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの評価方法。
【請求項５】
前記所定のサイズを０．４ｍｍとすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハに、例えばエピタキシャル成長やＡｒアニール等の熱処理を施すことで、特にエッジ部にスリップが発生することが知られている。スリップの発生を抑える方法に関する文献は数多くあり、例えば特許文献１及び特許文献２が開示されている。またスリップの発生を予測する方法については、特許文献３が開示されている。ちなみにスリップとは、スリップ転位とも呼ばれ半導体ウェーハに発生する欠陥の一種である。このようなスリップは、半導体ウェーハを使用して製造される半導体デバイスにおいて、リーク不良の原因となることが知られている。
【０００３】
半導体ウェーハのスリップを検出する方法としてはＸＲＴ（Ｘ−Ｒａｙ  Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）が一般的である。しかしＸＲＴでは特にＸ線を利用するため、Ｘ線に対する防護や管理等が必要になる。またＸＲＴはエッジ部のみの測定が難しく、例えば直径３００ｍｍの半導体ウェーハでは１枚の測定に数時間を要する。
【０００４】
その他、スリップを検出する手法としては特許文献４が開示されており、これはウェーハの上下両面から波長可変レーザー光を当てるものである。特許文献４の手法では、波長を７００ｎｍ〜１１００ｎｍの、主にＩＲ領域付近のレーザー光が使用され、そのレーザー光をウェーハの上下両面から当てて透過させることが特徴である。しかし、この方法はウェーハの形状が安定した上下面しか対応できず、形状変化の大きいエッジ部では使用が難しい。またレーザー光を上下２ヶ所から照射するため装置の設計が複雑であり、イニシャルコスト及びランニングコストが高額となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３２９４４７号公報
【特許文献２】特開平９−３２１１０５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１０８７６６号公報
【特許文献４】特開平１０−６２３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体ウェーハのエッジ部で発生するスリップを短時間かつ非破壊にて評価する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、熱処理が施された半導体ウェーハの評価方法であって、前記半導体ウェーハを、主面として主表面と主裏面とを有し、エッジ部に面取り加工が施された面取り面を有する半導体ウェーハとし、前記半導体ウェーハの前記面取り面を含むエッジ部に対してレーザー光を照射し、その反射光を明視野及び暗視野の両方で検出して明視野画像及び暗視野画像を得て、該明視野画像及び暗視野画像の両方において検出された欠陥であって、所定のサイズ未満である欠陥をスリップであると判定する半導体ウェーハの評価方法を提供する。
【０００８】
このような半導体ウェーハの評価方法であれば、半導体ウェーハのエッジ部で発生するスリップを短時間かつ非破壊にて評価することができる。
【０００９】
また、前記熱処理を、エピタキシャル成長を含むものとすることが好ましい。
【００１０】
本発明では、このような熱処理を伴う処理が施された半導体ウェーハを評価することができる。
【００１１】
また、前記レーザー光の波長を２００ｎｍから７００ｎｍとすることが好ましい。
【００１２】
このようなレーザー光の波長とすることで、より効率よくスリップの評価ができ、かつ設備を簡略化した半導体ウェーハの評価方法とすることができる。
【００１３】
また、前記所定のサイズを、予め求めておいた欠陥の種類とサイズの関係に基づいて決定することが好ましい。
【００１４】
また、前記所定のサイズを０．４ｍｍとすることが好ましい。
【００１５】
このように所定のサイズを決定することによって、より効率的にスリップを判別することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の半導体ウェーハの評価方法であれば、半導体ウェーハのエッジ部で発生するスリップを短時間かつ非破壊にて評価することができる。即ち、ウェーハを回転させて、エッジ部近傍で発生するスリップを１枚当たり数分の時間で確実に捕らえられるため、熱処理プロセスにより発生するスリップの発生位置や、スリップの発生数を短時間で評価できるとともに、非破壊検査であるため製品の収率低下もない。また本発明では、上述のようなＸＲＴやＩＲ等の回折や透過を利用しないことが特徴であり、波長２００〜７００ｎｍのレーザー源と検出部が１式あれば良く、設備が簡略化できる。また、半導体ウェーハのスリップの発生位置やスリップの発生数を前記半導体ウェーハの検査段階で知ることによりエピタキシャル成長を含む熱処理工程のスリップ品質の工程管理に有効なデータの取得が可能となる。具体的には、エピタキシャル炉を含む熱処理炉の機差の把握や熱処理条件の変更に役立てることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の半導体ウェーハの評価方法を示す概略図の一例である。
【図２】熱処理後の半導体ウェーハの評価方法の一例を示すフロー図である。
【図３】本発明の半導体ウェーハの評価方法により得られる半導体ウェーハのエッジ部の明視野画像の一例である。
【図４】本発明の半導体ウェーハの評価方法により得られる半導体ウェーハのエッジ部の暗視野画像の一例である。
【図５】実施例で得られた半導体ウェーハのエッジ部にあるスリップの明視野画像及び暗視野画像である。
【図６】実施例で得られた半導体ウェーハのエッジ部にあるパーティクルの明視野画像及び暗視野画像である。
【図７】実施例で得られた半導体ウェーハのエッジ部にあるチップの明視野画像及び暗視野画像である。
【図８】参考例で得られた半導体ウェーハ全面のＸＲＴ画像である。
【図９】参考例で得られた半導体ウェーハのエッジ部にある任意の１０点のスリップについてＸＲＴ画像と本発明の半導体ウェーハの評価方法による明視野画像の比較である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上述のように、半導体ウェーハのエッジ部で発生するスリップを短時間かつ非破壊にて評価する方法の開発が求められていた。
【００１９】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、スリップが発生した半導体ウェーハを観察すると、明視野及び暗視野のいずれにおいても、スリップはある特定のサイズ（所定のサイズ）未満の大きさのものが検出され、その他のキズ、チップ、クラック等の欠陥では、暗視野では様々なサイズのものが検出されるが、明視野では上述の所定のサイズ未満の大きさのものはほとんど検出されないことを見出し、本発明を完成させた。
【００２０】
即ち、本発明は、熱処理が施された半導体ウェーハの評価方法であって、前記半導体ウェーハを、主面として主表面と主裏面とを有し、エッジ部に面取り加工が施された面取り面を有する半導体ウェーハとし、前記半導体ウェーハの前記面取り面を含むエッジ部に対してレーザー光を照射し、その反射光を明視野及び暗視野の両方で検出して明視野画像及び暗視野画像を得て、該明視野画像及び暗視野画像の両方において検出された欠陥であって、所定のサイズ未満である欠陥をスリップであると判定する半導体ウェーハの評価方法である。
【００２１】
以下、本発明の半導体ウェーハの評価方法について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２２】
＜半導体ウェーハの評価方法＞
図１は本発明の半導体ウェーハの評価方法を示す概略図の一例である。半導体ウェーハのエッジ部１にレーザー源２からレーザー光を照射し、明視野検出器３及び暗視野検出器４によって、反射光（直接反射光）５及び反射光（散乱光）６が検出されて、明視野画像及び暗視野画像を得ることができる。
【００２３】
＜熱処理が施された半導体ウェーハ＞
半導体ウェーハとは、シリコン、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣ等の半導体ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を作製するために用いられる基板材料である。本発明の半導体ウェーハの評価方法においては、スリップの発生が懸念される熱処理が施された半導体ウェーハが対象となる。また、半導体ウェーハに対して加工や熱処理が施された後には、一般的に検査工程が入るため、図２は半導体ウェーハの典型的なフローとして示した。図２のフロー図より前段では、例えばインゴット作製、スライス、面取り、ラップ、平面研削、両頭研削、エッチング、研磨、洗浄等の工程を行うことができる。また、図２の熱処理工程（Ｓ１）とエッジ検査工程（Ｓ２）との間には、研磨工程や洗浄工程、さらにはエッジ検査工程とは異なる検査工程が入っていてもよい。
【００２４】
図２の熱処理工程（Ｓ１）には、エピタキシャル成長プロセスが用いられるのが一般的であるが、ＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）といわれる短時間アニールや、ＲＴＰより長時間の縦型炉等を用いたアニール等の熱処理プロセスもこの熱処理工程に含まれる。その他、半導体ウェーハにスリップが入る可能性がある熱処理は全て含まれる。
【００２５】
エピタキシャル成長プロセスで使用されるサセプターと呼ばれる半導体ウェーハの支持部品やＡｒアニール等の熱処理プロセスで使用されるボートと呼ばれる半導体ウェーハの支持部品は、半導体ウェーハのエッジ部が接点になっていることが多く、スリップはこのエッジ部の接点から発生していることが多い。
【００２６】
図２のエッジ検査工程（Ｓ２）とは、面取り面とその近傍、例えば半導体ウェーハの最先端部から数ｍｍ内側までの領域（エッジ部）におけるキズやチップ、クラック等の欠陥を検査する工程である。ここで前述の半導体ウェーハの最先端部とは、半導体ウェーハの表裏面の円の中心から径方向に最も遠い最外周部を指す。また数ｍｍ内側とは、半導体ウェーハの最先端部から２ｍｍ〜３ｍｍ程度内側のことを指している。この範囲は例えば、半導体ウェーハの表裏面のキズ等の欠陥やパーティクルの検査を行えないため、エッジ検査の対象部分となる。
【００２７】
このエッジ検査工程では主にレーザー光による検査が用いられ、上述のようにキズ、チップ、クラック等に反射した光を観察することで欠陥を特定している。さらに、このエッジ検査工程で、本発明の半導体ウェーハの評価方法を用いることによって、そのスリップの画像から自動的にスリップ発生位置やスリップ発生数を記録する手段を備えることで、熱処理工程の工程管理、例えば熱処理炉の機差や、熱処理炉内のボートと半導体ウェーハの接点のバランスの把握等に役立てることができる。
【００２８】
＜明視野画像及び暗視野画像＞
図３及び図４は、本発明の半導体ウェーハの評価方法において得られる明視野画像及び暗視野画像の一例である。この画像の見方を説明する。横方向は、ウェーハ全周７であり、このウェーハの１周３６０度を測定したことを示している。また画像の下側に半導体ウェーハ全周７、さらに画像の右側に主表面８、主裏面９、面取り面１０の位置関係を示す。このように、半導体ウェーハのエッジ部の全周を引き延ばし、長方形に示したことがこの画像の特徴である。図３の明視野画像は直接反射したレーザー光を検出して得られるため、キズ、チップ、クラックや異物等の欠陥があれば、明視野画像においてその部分は暗くなる。一方、図４の暗視野画像は散乱光を検出して得られるため、キズ、チップ、クラックや異物等の欠陥があれば、暗視野画像においてその部分は明るくなる。
【００２９】
＜レーザー光＞
また本発明の半導体ウェーハの評価方法で用いられるレーザー光の波長は２００ｎｍ〜７００ｎｍとすることが好ましい。波長が７００ｎｍ以下であれば、半導体ウェーハを透過して検査する特許文献４とは異なり、レーザー光の反射を利用した本発明の半導体ウェーハの評価方法に適した波長である。また、波長が２００ｎｍ以上であれば、Ｘ線等を含む放射線の領域でないため、その管理のための費用も高額とはならない。
【００３０】
＜所定のサイズ＞
半導体ウェーハを観察すると、明視野及び暗視野のいずれにおいても、スリップはある特定のサイズ（所定のサイズ）未満の大きさのものが検出される。一方、その他のキズ、チップ、クラック等の欠陥では、暗視野は様々なサイズの欠陥が検出されるが、明視野では上述の所定のサイズ未満の大きさのものはほとんど検出されない。ある特定のサイズとは半導体ウェーハの暗視野で確認できる周方向長さで例えば０．４ｍｍであるが、このサイズ別の領域を利用してスリップとその他欠陥を識別することが可能となる。
【００３１】
ここでスリップ以外のパーティクルやキズが、明視野で検出されなくなる理由を説明する。レーザー光が観察対象物に照射されるとき、レーザー光はスポット径といわれるある程度の大きさを持つ。欠陥サイズがこのスポット径を大幅に下回ると、反射光が減衰せず、また隣接する検査エリアとの補間もあり明視野では検出が困難となる。ただし、径方向の欠陥サイズが同じでも、その欠陥のウェーハ主面からの垂直方向（例えば高さや深さ）が異なれば検出感度に差が生じる。本発明では、スリップの欠陥高さもしくは欠陥深さについて、他の欠陥とは異なる特徴を有していることを利用して、明視野にて検出している。
【００３２】
このように、本発明の半導体ウェーハの評価方法であれば、半導体ウェーハのエッジ部で発生するスリップを短時間かつ非破壊にて評価することができる。また、上述のように、従来はエッジ部にレーザー光を照射し、その反射光を検出して評価するのは、主にキズ、カケ、クラックであり、スリップの検出は行っていなかった。本発明の半導体ウェーハの評価方法であれば、反射光の明視野及び暗視野の両方を用いて所定のサイズ未満を観察することでスリップを検出することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例］
【００３４】
＜熱処理が施された半導体ウェーハの準備＞
本実施例では、チョクラルスキー法で成長させた直径３００ｍｍのシリコン単結晶から得られた半導体ウェーハを使用した。半導体ウェーハのサンプル枚数は５枚とした。以下、図２のフローを用いて説明する。熱処理工程（Ｓ１）の前段では研磨工程による鏡面加工を行った。熱処理工程（Ｓ１）は、枚葉式エピタキシャル成長装置（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ社製のＣｅｎｔｕｒａ）を用いてエピタキシャル成長を行った。ちなみに実施例で使用した半導体ウェーハサンプルは、スリップ検出を目的としているため、エピタキシャル成長時にスリップが発生しやすい条件で処理を行っている。上述の熱処理工程（Ｓ１）とエッジ検査工程（Ｓ２）との間には洗浄を、具体的には水、アンモニア水、過酸化水素水を混合した、いわゆるＳＣ１洗浄と、さらに水、塩酸、過酸化水素水を混合した、いわゆるＳＣ２洗浄を実施している。
【００３５】
＜明視野画像及び暗視野画像の測定＞
エッジ検査工程（Ｓ２）において、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製ＣＶ−３００シリーズを用いて熱処理が施された半導体ウェーハのエッジ部の明視野画像及び暗視野画像を取得した。レーザー光は４０５ｎｍの発振器を使用し、明視野検出器にはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を、暗視野検出器にはＰＭＴ（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  Ｔｕｂｅ）を用いた。また、図示していないが、半導体ウェーハは回転しており、エッジ部のみを検査している。
【００３６】
図５は半導体ウェーハのエッジ部から得られたスリップの明視野画像及び暗視野画像である。ちなみに画像は横が半導体ウェーハの周方向１１で、縦が径方向１２を示している。なお、ここでは欠陥のサイズを、暗視野画像に映っている欠陥の周方向の長さと定義している。図５からは２点のスリップが両画像から確認でき、スケールからその大きさは０．２ｍｍ程度であることが分かる。
【００３７】
図６ではスリップではない欠陥としてパーティクルを測定した場合の明視野画像及び暗視野画像である。パーティクルとは半導体ウェーハ上に付着した異物である。スケールから暗視野画像に映った欠陥サイズは０．３ｍｍ程度であることが分かる。図６のパーティクルは、図５で示したスリップより大きいにも関わらず明視野画像には写っていないことが分かる。
【００３８】
図７は、半導体ウェーハ上に形成されたチップを測定した場合の明視野画像及び暗視野画像である。チップとは小さく欠けた状態であり、チッピングとも呼ばれることがある。スケールからその欠陥サイズは１ｍｍ強であることが分かる。このように大きい欠陥の場合は、上述のスリップではなくても明視野と暗視野の両方で検出することが可能であるが、このような場合はその大きさからスリップと容易に識別可能である。
【００３９】
本発明では、上述のようにスリップが明視野と暗視野の両方で検出できることが特徴であるため、それを以下のように明視野検出率という指標を用いて定量化した（算出法は式１を参照）。具体的には図５のように暗視野で検出されたスリップが、同じ位置で明視野画像でも確認できる比率を算出した。ちなみに本装置では暗視野の方が感度が高く設計されているため、スリップが明視野では検出されるが暗視野では検出されない、という状況は発生しない。
明視野検出率（％）＝（明視野検出点数÷暗視野検出点数）×１００  ・・・（式１）
【００４０】
表１は、式１を使用して算出した欠陥サイズ別の明視野検出率を示したものである。ここで表１に示した０．２〜０．３ｍｍとは、その欠陥の暗視野での周方向長さが０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ未満という意味である。各欠陥サイズの明視野検出率を算出するためのＮ数は、半導体ウェーハサンプル５枚からそれぞれ任意に抽出した５０点である。例えば、０．２〜０．３ｍｍのスリップが９８％とは、予めＸＲＴにてスリップと判断され、且つ暗視野観察にて欠陥サイズが０．２〜０．３ｍｍと確認された任意の５０点の欠陥のうち、４９点が同じ位置の明視野画像によって確認できた、という意味である。また０．４〜０．５ｍｍの欠陥サイズ領域や０．５ｍｍ以上の欠陥サイズ領域では「検出せず」と示したが、このような大きなスリップは確認できず、このことは別途ＸＲＴでも確認済みである。一方で、０．２ｍｍ未満の欠陥サイズは本装置では検出限界に近く、安定性を欠くため、ここでは０．２ｍｍ以上の欠陥サイズのもののみを明視野検出率の算出に用いた。表１から欠陥サイズ０．２〜０．３ｍｍと０．３〜０．４ｍｍの、すなわち０．４ｍｍを所定の欠陥サイズとして、この値未満の明視野検出率がスリップ検出率であることを示しており、このことからスリップを９割以上という高い精度で検出できることが分かる。
【００４１】
【表１】
2019054132.tif 000003
【００４２】
表２は本発明で使用した半導体ウェーハサンプル５枚の合計測定時間を示した。実施例でのスリップやその他の欠陥の測定には１９分を要した。サンプル１枚当たりでは４分弱で測定できる。
【００４３】
［比較例］
比較例では、実施例で使用した半導体ウェーハサンプル５枚をＸＲＴ観察した際の合計測定時間を示した。結果は表２から６１０分となり、サンプル１枚当たりでは１２０分強となった。
【００４４】
【表２】
2019054132.tif 000004
【００４５】
以上の結果から、本発明の半導体ウェーハの評価方法であれば、所定のサイズ未満で、明視野にて検出される欠陥の有無によってスリップであるかどうかを、非破壊で判定することができる。また、明視野で検出された欠陥のうち、所定のサイズ以上のものは、スリップではないと判定することができる。また、スリップ検出にかかる時間が従来のＸＲＴと比較して大幅に短縮できることが分かった。一方、比較例のＸＲＴ観察においては、測定に長時間を要した。
【００４６】
［参考例］
図８は実施例や比較例で使用した５枚の同じ半導体ウェーハサンプルのうちの１枚のＸＲＴ画像である。ＸＲＴ装置はＲｉｇａｋｕ社製ＸＲＴｍｉｃｒｏｎを使用した。スリップの検出が実施例の明視野画像及び暗視野画像で取得できているかを、このＸＲＴ画像により確認した。そのため実際の本発明による評価ではこのようなＸＲＴ画像は不要である。図９は、図８で用いた半導体ウェーハサンプルのエッジ部で検出されたスリップについて、エッジ部を拡大したＸＲＴ画像と本発明の明視野画像の任意の１０点分を並べたものである。この画像は任意の１０点のため一例であるが、このようにＸＲＴで検出されたスリップは明視野画像で全て確認できている。暗視野画像については省略しているが、明視野画像と同様、全てのスリップが暗視野画像においても確認されている。
【００４７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４８】
１…半導体ウェーハエッジ部、  ２…レーザー源、  ３…明視野検出器、
４…暗視野検出器、  ５…反射光（直接反射光）、  ６…反射光（散乱光）、
７…半導体ウェーハ全周、  ８…主表面、  ９…主裏面、  １０…面取り面、
１１…周方向、  １２…径方向。
【図１】
2019054132.tif 000005
【図２】
2019054132.tif 000006
【図３】
2019054132.tif 000007
【図４】
2019054132.tif 000008
【図５】
2019054132.tif 000009
【図６】
2019054132.tif 000010
【図７】
2019054132.tif 000011
【図８】
2019054132.tif 000012
【図９】
2019054132.tif 000013