(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体シリコンウェーハの表面欠陥の検査方法であって、
前記半導体シリコンウェーハの表面に、自然酸化膜の形成とフッ酸洗浄による前記自然酸化膜の剥離とを交互に繰り返して行うことによって、前記半導体シリコンウェーハ表面に存在する欠陥を顕在化させる処理を行い、
該欠陥を顕在化させる処理に次いで、前記半導体ウェーハ表面の欠陥を、レーザー散乱方式のウェーハ表面欠陥検査装置により計測することを特徴とする半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法。
【請求項２】
前記半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法において、前記半導体シリコンウェーハの表面に、０．９ｎｍ〜１．１ｎｍの膜厚を有する前記自然酸化膜の形成と前記フッ酸洗浄による前記自然酸化膜の剥離とを、交互に１０回以上繰り返して行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法。
【請求項３】
前記半導体シリコンウェーハ表面への自然酸化膜の形成を、オゾン水、過酸化水素水、及び、塩酸と過酸化水素水と純水の混合液のうちのいずれかを使用して行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体シリコンウェーハの製造方法は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）やフローティングゾーン法（ＦＺ法）等の方法により単結晶インゴットを育成する単結晶製造プロセスと、製造した単結晶をスライスし、そのウェーハをラッピング、エッチング、研削、研磨等を行い、そのウェーハの表面を鏡面化し、さらにその表面を洗浄する加工プロセスがある。
【０００３】
また、鏡面研磨したウェーハは更にエピタキシャル成長を行うプロセスもある。これらのプロセスで製造されたウェーハは更にデバイス製造プロセスで処理され、メモリーやＩＣ等が製造される。
【０００４】
このデバイスを形成する前のシリコンウェーハの品質として、低欠陥が要求されており、特にウェーハ表面において欠陥が少ないことが望まれている。
【０００５】
半導体シリコンウェーハの表面欠陥の検査方法の一つとして、アンモニア水と過酸化水素水と純水を混合して作製した検査液によって、被検査用半導体シリコンウェーハの表面エッチングを行うことで、半導体シリコンウェーハの表面に形成された欠陥をレーザー散乱方式のウェーハ表面欠陥検査装置で計測して、計測された欠陥数や面内分布によって半導体シリコンウェーハの良品と不良品の判定を行う方法が行われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２１２４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、従来の表面欠陥検査方法では、アンモニア水と過酸化水素水と純水の混合液を使用するため、混合液による半導体シリコンウェーハの表面エッチングによって面荒れが生じてしまう。この結果、レーザー散乱方式の表面欠陥検査装置で表面エッチング前にできていた微小なサイズの欠陥計測が、表面エッチング後には面荒れのためにできないという現象が発生している。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、高感度な半導体シリコンウェーハの表面欠陥の検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体シリコンウェーハの表面欠陥の検査方法であって、前記半導体シリコンウェーハの表面に、自然酸化膜の形成とフッ酸洗浄による前記自然酸化膜の剥離とを交互に繰り返して行うことによって、前記半導体シリコンウェーハ表面に存在する欠陥を顕在化させ、該顕在化させた前記半導体ウェーハ表面の欠陥を、レーザー散乱方式のウェーハ表面欠陥検査装置により計測することを特徴とする半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法を提供する。
【００１０】
このような半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法であれば、アンモニア水と過酸化水素水と純水の混合液によるエッチングのような面荒れを起こさずに、半導体シリコンウェーハ表面に存在する欠陥を顕在化させることが可能となる。従って、従来法よりも微小なサイズからの欠陥計測が可能となり、高感度で半導体シリコンウェーハの表面欠陥を検査することが可能となる。
【００１１】
またこのとき、前記半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法において、前記半導体シリコンウェーハの表面に、前記自然酸化膜の形成と前記フッ酸洗浄による前記自然酸化膜の剥離とを、交互に１０回以上繰り返して行うことが好ましい。
【００１２】
このように、自然酸化膜の形成とフッ酸洗浄による自然酸化膜の剥離とを、交互に１０回以上繰り返して行うことで、より高感度に半導体シリコンウェーハの表面欠陥を計測することが可能となる。
【００１３】
また、前記半導体シリコンウェーハ表面への自然酸化膜の形成を、オゾン水、過酸化水素水、及び、塩酸と過酸化水素水と純水の混合液のうちのいずれかを使用して行うことが好ましい。
【００１４】
このように、オゾン水、過酸化水素水、及び、塩酸と過酸化水素水と純水の混合液のうちのいずれかを使用して自然酸化膜を形成することで、より高感度に半導体シリコンウェーハの表面欠陥を計測することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法であれば、半導体シリコンウェーハの表面の欠陥、特に微小な欠陥の計測を、従来法より高感度で行うことが可能となる。従って、この検査方法により、従来法では計測できなかった微小な欠陥まで検査された、高品質の半導体シリコンウェーハを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法の一例を示した工程フロー図である。
【図２】実施例１及び実施例２の半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法の工程フロー図である。
【図３】比較例の半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法の工程フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
上述したように、従来の半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法では、欠陥検査装置による欠陥の計測前に行うアンモニア水と過酸化水素水と純水の混合液による表面エッチングにより、シリコンウェーハに面荒れが生じるために、表面エッチング後に微小なサイズの欠陥計測ができない問題があった。そして、本発明者らは、表面処理（表面エッチング）後に、表面処理（表面エッチング）前に計測できていた微小なサイズの欠陥計測が可能となれば、より感度の高い半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査を行うことができることを知見した。
【００１８】
そして、本発明者らは上記の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、欠陥検査装置による欠陥計測前の前処理として、自然酸化膜の形成とフッ酸洗浄による自然酸化膜の剥離とを交互に繰り返して行うことによって、半導体シリコンウェーハに面荒れを起こさずに、前記半導体シリコンウェーハ表面に存在する欠陥を顕在化させることができることを見出し、本発明に到達した。
【００１９】
即ち、本発明は、半導体シリコンウェーハの表面欠陥の検査方法であって、前記半導体シリコンウェーハの表面に、自然酸化膜の形成とフッ酸洗浄による前記自然酸化膜の剥離とを交互に繰り返して行うことによって、前記半導体シリコンウェーハ表面に存在する欠陥を顕在化させ、該顕在化させた前記半導体ウェーハ表面の欠陥を、レーザー散乱方式のウェーハ表面欠陥検査装置により計測することを特徴とする半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法である。
【００２０】
以下、本発明の半導体シリコンウェーハの表面欠陥検査方法を、図１に示した工程フロー図を用いて説明する。
【００２１】
まず、検査の対象となる被検査用半導体シリコンウェーハを準備する（図１（Ａ））。準備する半導体シリコンウェーハとしては、特に限定されず、鏡面研磨後の半導体シリコンウェーハ、エピタキシャルウェーハ等が挙げられる。
【００２２】
次に、半導体シリコンウェーハの表面に、自然酸化膜を形成する（図１（Ｂ））。尚、この自然酸化膜形成前に、フッ酸により予め半導体シリコンウェーハを洗浄しても良い。
【００２３】
本発明において形成する「自然酸化膜」とは、酸化性雰囲気下での熱処理によって形成される熱酸化膜（膜厚：数百ｎｍ〜１μｍ程度）ではない、例えば洗浄等により形成される酸化膜を意味する。本発明において一回ごとに形成する自然酸化膜の膜厚は、特に限定されないが、例えば、０．９ｎｍ〜１．１ｎｍとすることができる。
【００２４】
また、自然酸化膜の形成は、オゾン水、過酸化水素水、及び、塩酸と過酸化水素水と純水の混合液のうちのいずれかを使用して行うことが好ましい。オゾン水としては、例えば、オゾン濃度が５ｐｐｍより高濃度であれば、表面欠陥をより高感度に計測することが可能となるため、好ましい。また、過酸化水素水としては、濃度が０．１〜３０ｗｔ％が好ましい。また、塩酸と過酸化水素水と純水の混合液としては、例えば、体積比（塩酸：過酸化水素水：純水）で１：１：１０〜１：１：５のものが好ましい。なお、過酸化水素水、及び、塩酸と過酸化水素水と純水の混合液の温度は６０℃以上が好ましく、８０℃に温調するのがより好ましい。
【００２５】
次いで、このように形成した自然酸化膜を、フッ酸洗浄により剥離する（図１（Ｃ））。フッ酸のＨＦ濃度は、特に限定されないが、例えば０．５〜５．０ｗｔ％とすることができる。尚、ＨＦ濃度は、濃い程半導体シリコンウェーハ表面の自然酸化膜の剥離時間が短時間で済む。このフッ酸洗浄では、図１（Ｂ）で形成した自然酸化膜は除去されるが、半導体シリコンウェーハはエッチングされない。
【００２６】
そして、本発明においては、この自然酸化膜の形成（図１（Ｂ））と、フッ酸洗浄による自然酸化膜の剥離（図１（Ｃ））とを、交互に繰り返すことを特徴とする。
【００２７】
このように、自然酸化膜の形成（図１（Ｂ））と、フッ酸洗浄による自然酸化膜の剥離（図１（Ｃ））とを、交互に繰り返す処理を行うことによって、アンモニア水と過酸化水素水と純水の混合液によるエッチングのような面荒れを起こさずに、半導体シリコンウェーハ表面に存在する欠陥を顕在化させる処理をすることができる。この結果、半導体シリコンウェーハ表面に自然酸化膜の形成とフッ酸洗浄による自然酸化膜剥離を行う処理後においても、半導体シリコンウェーハ表面に面荒れを起こさず、処理前と同様な微小なサイズの欠陥計測が可能となる。
【００２８】
自然酸化膜の形成とフッ酸洗浄による自然酸化膜の剥離との繰り返し回数は特に限定されないが、交互に１０回以上、５０回以下繰り返して行うことで、より高感度な欠陥検査を行うことができるため好ましい。
【００２９】
また、半導体シリコンウェーハ表面への自然酸化膜の形成（図１（Ｂ））とフッ酸洗浄による自然酸化膜剥離（図１（Ｃ））は、処理槽に半導体シリコンウェーハを浸漬するバッチ方式と、半導体シリコンウェーハを回転保持させながら交互に薬液を塗布する枚葉スピン方式のいずれを用いても可能である。
【００３０】
次いで、レーザー散乱方式のウェーハ表面欠陥検査装置でウェーハ表面の欠陥を計測する（図１（Ｄ））。レーザー散乱方式のウェーハ表面欠陥検査装置としては、例えば、ウェーハ表面欠陥検査装置ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ３が挙げられる。
【００３１】
本発明の表面欠陥検査方法によれば、アンモニア水と過酸化水素水と純水の混合液による表面処理を行う方法では計測できなかった、例えば３０ｎｍ〜の小さい欠陥サイズからの計測が可能となる。従って、この検査方法により、従来法では計測できなかった微小な欠陥まで検査された、高品質の半導体シリコンウェーハを得ることが可能となる。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１）
図２に示すフローに従い、半導体シリコンウェーハにバッチ方式表面処理方法により表面処理を行い、表面欠陥の検査を行った。
【００３４】
まず、直径が３００ｍｍの両面を鏡面で仕上げたシリコン単結晶の半導体シリコンウェーハ（ＰＷ１（低欠陥品）、ＰＷ２（低欠陥品）、ＰＷ３（欠陥有品））、エピタキシャルウェーハ（ＥＰＷ１）を準備する（図２（１））。次に、この半導体シリコンウェーハの欠陥検査前の欠陥数を計測するために、ウェーハ表面欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ３）による≧３２ｎｍの欠陥計測を行った（図２（２））。計測の結果、検査前の欠陥個数は、全て５０個以下で、特徴的なパターンも無く、良好な結果であった。
【００３５】
次に、以下のようにして、バッチ方式表面処理方法による表面処理を実施した。上記欠陥計測後の各半導体シリコンウェーハに対してフッ酸洗浄を施し（図２（３））、純水リンス（図２（４））、オゾン水処理（図２（５））を行い、その後、フッ酸洗浄（図２（３））〜オゾン水処理（図２（５））を繰り返して行った。各半導体シリコンウェーハに対する処理内容（酸化膜剥離回数）を表１に示す。また、薬液の浸漬時間は各処理槽ともに１分間とした。
【００３６】
【表１】
0006610443.tif 000002
【００３７】
薬液処理条件として、フッ酸のＨＦ濃度は１．０ｗｔ％、オゾン水のオゾン濃度は１０ｐｐｍとした。ＨＦ濃度は濃い程半導体シリコンウェーハ表面の自然酸化膜の剥離時間が短時間で済む効果がある。オゾン水濃度は５ｐｐｍより高濃度であれば、より高感度に表面欠陥の計測を行うことができる。ただし、オゾン水の場合、濃いほど効果が得られるというものではないため、実施例１では１０ｐｐｍで行った。
【００３８】
フッ酸とオゾン水の繰り返しによるシリコンウェーハ表面処理においては、オゾン水でウェーハ表面に形成された自然酸化膜のみがフッ酸で除去されるため、１回の薬液処理で１．０ｎｍの表面エッチングを行うことになる。つまり、１０回の酸化膜剥離を行うことでシリコンウェーハ表面を１０ｎｍエッチングしたことになり、以下同様に、２０回の酸化膜剥離で２０ｎｍ、３０回の酸化膜剥離で３０ｎｍ、５０回の酸化膜剥離で５０ｎｍをエッチングしたことになる。
【００３９】
また、実施例１においては、薬液浸漬時に半導体シリコンウェーハを収納するカセットは使用せず、半導体シリコンウェーハのみを浸漬するカセットレス自動処理装置を使用した。このカセットレス自動処理装置に半導体シリコンウェーハの薬液浸漬プログラムを設定して実験を行った。
【００４０】
このような表面処理後の各半導体シリコンウェーハに対して、純水リンス（図２（６））、乾燥（図２（７））を行い、ウェーハ表面欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ３）を用いて≧３２ｎｍの欠陥計測を行った（図２（８））。表２にバッチ方式表面処理方法を用いた場合の欠陥計測結果を示す。
【００４１】
【表２】
0006610443.tif 000003
【００４２】
上記結果から、ウェーハ表面欠陥が無いＥＰＷ１は、酸化膜剥離回数を増加させても欠陥個数の増加は認められなかったが、結晶欠陥や加工起因の欠陥のあるＰＷ１〜３は、その欠陥レベルによって、欠陥増加個数に差が現われた。ＰＷ１とＰＷ２は加工起因の欠陥、ＰＷ３は結晶起因の欠陥によって欠陥個数の増加が認められた。
【００４３】
（実施例２）
図２に示すフローに従い、半導体シリコンウェーハに枚葉スピン方式表面処理方法で表面処理を行い、表面欠陥の検査を行った。
【００４４】
直径が３００mmの両面を鏡面で仕上げたシリコン単結晶の半導体シリコンウェーハ（ＰＷ４（低欠陥品）、ＰＷ５（低欠陥品）、ＰＷ６（欠陥有品））、エピタキシャルウェーハ（ＥＰＷ２）を準備する（図２（１））。次に、この半導体シリコンウェーハの欠陥検査前の欠陥数を計測するために、ウェーハ表面欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ３）による≧３２ｎｍの欠陥計測を行った。計測の結果、検査前の欠陥個数は、全て５０個以下で、特徴的なパターンも無く、良好な結果であった。
【００４５】
次に、枚葉スピン方式表面処理方法による表面処理を実施した。上記欠陥計測後の各半導体シリコンウェーハに対してフッ酸洗浄を施し（図２（３））、純水リンス（図２（４））、オゾン水処理（図２（５））を行い、その後、フッ酸洗浄（図２（３））〜オゾン水処理（図２（５））を繰り返して行った。各半導体シリコンウェーハに対する処理内容（酸化膜剥離回数）を表３に示す。また、薬液による処理時間は、フッ酸洗浄時間が１分間、純水リンス時間が１０秒間、オゾン水処理時間が１分間とした。
【００４６】
【表３】
0006610443.tif 000004
【００４７】
また、薬液処理条件として、ＨＦ濃度は１．０ｗｔ％、オゾン水濃度は１０ｐｐｍとした。ＨＦ濃度は濃い程半導体シリコンウェーハ表面の自然酸化膜の剥離時間が短時間で済む効果がある。オゾン水濃度は５ｐｐｍより高濃度であれば、より高感度に表面欠陥の計測を行うことができる。ただし、オゾン水の場合、濃いほど効果が得られるというものではないため、実施例２では１０ｐｐｍで行った。フッ酸とオゾン水の繰り返しによるシリコンウェーハ表面処理においては、オゾン水でウェーハ表面に形成された自然酸化膜のみがフッ酸で除去されるため、１回の薬液処理で１．０ｎｍの表面エッチングを行うことになる。つまり、１０回の酸化膜剥離を行うことでシリコンウェーハ表面を１０ｎｍエッチングしたことになり、以下同様に、２０回の酸化膜剥離で２０ｎｍ、３０回の酸化膜剥離で３０ｎｍ、５０回の酸化膜剥離で５０ｎｍをエッチングしたことになる。また、実施例２では枚葉スピン自動処理装置を使用したが、この枚葉スピン自動処理装置に半導体シリコンウェーハの処理プログラムを設定して実験を行った。
【００４８】
このような表面処理後の各半導体シリコンウェーハに対して、純水リンス（図２（６））、乾燥（図２（７））を行い、ウェーハ表面欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ３）を用いて≧３２ｎｍの欠陥計測を行った（図２（８））。表４に枚葉スピン方式表面処理方法を用いた場合の欠陥計測結果を示す。
【００４９】
【表４】
0006610443.tif 000005
【００５０】
上記結果から、ウェーハ表面欠陥が無いＥＰＷ２は、酸化膜剥離回数を増加させても欠陥個数の増加は認められなかったが、結晶欠陥や加工起因の欠陥のあるＰＷ４〜６は、その欠陥レベルによって、欠陥増加個数に差が現われた。ＰＷ４とＰＷ５は加工起因の欠陥、ＰＷ６は結晶起因の欠陥によって欠陥個数の増加が認められた。
【００５１】
（比較例）
比較例として、特開２０００−２０８５７８号公報に記載されているアンモニア水と過酸化水素水と純水の混合液を用いて、図３に示すフローに従い、半導体シリコンウェーハの表面処理を行い、表面欠陥検査を行った。
【００５２】
まず、直径が３００ｍｍの両面を鏡面で仕上げたシリコン単結晶の半導体シリコンウェーハ（ＰＷ７（低欠陥品）、ＰＷ８（低欠陥品）、ＰＷ９（欠陥有品））、エピタキシャルウェーハ（ＥＰＷ３）を準備する（図３（１））。次に、この半導体シリコンウェーハの欠陥検査前の欠陥数を計測するために、ウェーハ表面欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ３）による≧３２ｎｍの欠陥計測を行った（図３（２））。計測の結果、検査前の欠陥個数は、全て５０個以下で、特徴的なパターンも無く、良好な結果であった。
【００５３】
次に、アンモニア水と過酸化水素水の濃度が各々アンモニア３．０ｗｔ％、過酸化水素０．６ｗｔ％になるように薬液を作製し、この薬液によりバッチ方式表面処理方法で表面処理を実施し（図３（３））、その後純水リンス（図３（４））を行い、これを１〜５回行った。この時の薬液温度は７０℃、処理時間は６分３０秒間で行った。尚、実施例との比較がし易いように、１回の薬液処理のエッチング量を１０ｎｍとし、そのため１回の薬液処理時間を６分３０秒間とした。尚、このアンモニア水と過酸化水素水混合液の条件のシリコンウェーハ表面エッチング速度は、１．５ｎｍ／ｍｉｎであるため、１回の処理によるエッチング量が１０ｎｍとなるように処理時間を設定した。各半導体シリコンウェーハに対する処理内容を表５に示す。
【００５４】
比較例の薬液処理１回あたりのシリコンウェーハ表面のエッチング量は１０ｎｍであり、以下同様に、２回の薬液処理で２０ｎｍ、３回の薬液処理で３０ｎｍ、５回の薬液処理で５０ｎｍをエッチングしたことになる。
【００５５】
【表５】
0006610443.tif 000006
【００５６】
このような表面処理後の各半導体シリコンウェーハに対して、乾燥（図３（５））を行い、ウェーハ表面欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ３）を用いて≧３２ｎｍの欠陥計測を行った（図３（６））。表６に比較例による欠陥計測結果を示す。
【００５７】
【表６】
0006610443.tif 000007
【００５８】
上記結果より、２回目までの結果においては、実施例と同様に、ウェーハ表面欠陥が無いＥＰＷ３は、酸化膜剥離回数を増加させても欠陥個数の増加は認められなかったが、ＰＷ７（低欠陥品）、ＰＷ８（低欠陥品）、ＰＷ９（欠陥有品）では欠陥の増加が認められた。しかしながら、３回目以降の実験結果において、アンモニア水と過酸化水素水のエッチングによるシリコンウェーハ表面の面荒れのため、ウェーハ表面欠陥の測定ができなかった。
【００５９】
以上により、実施例１及び実施例２による半導体シリコンウェーハの表面欠陥の検査方法では、比較例に比べ、半導体シリコンウェーハの表面欠陥を高感度に計測することができた。
【００６０】
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。
【図１】
0006610443.tif 000008
【図２】
0006610443.tif 000009
【図３】
0006610443.tif 000010