(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの表面の検査点に光スポットを当てる光照射装置と、
前記検査点からの散乱光のうち散乱角が所定角より狭い狭散乱光を受けて、前記狭散乱光の強度を検出する第１の光センサと、
前記検査点からの散乱光のうち散乱角が所定角より広い広散乱光を受けて、前記広散乱光の強度を検出する第２の光センサと、
前記第１と第２の光センサからの検出信号に応答して、前記検査点に存在する光散乱体の種別を判別する信号処理回路と
を備え、
前記信号処理回路は、
前記第１と第２の光センサからの前記検出信号が、それぞれ、前記光散乱体が検出されたと認めることができる最低の信号レベルから、前記光散乱体のサイジングを行うことが可能な最大のサイズに対応する信号レベルの範囲の信号レベルである、サイズドタイプか否かを判定するタイプ判定手段と、
前記狭散乱光の強度に応じた検出信号が前記サイズドタイプである場合、前記狭散乱光の強度に対応するＰＬＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ  ｌａｔｅｘ  ｓｐｈｅｒｅ）のサイズを示す、第１のＰＬＳ相当サイズを計算する第１計算手段と、
前記広散乱光の強度に応じた検出信号が前記サイズドタイプである場合、前記広散乱光の強度に対応するＰＬＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ  ｌａｔｅｘ  ｓｐｈｅｒｅ）のサイズを示す、第２のＰＬＳ相当サイズを計算する第２計算手段と、
前記第１のＰＬＳ相当サイズと前記第２のＰＬＳ相当サイズの双方に基づいて、前記光散乱体の種別を判別する判別手段と
を有し、
前記判別手段は、
前記第１のＰＬＳ相当サイズ及び前記第２のＰＬＳ相当サイズが、前記狭散乱光及び前記広散乱光の強度に応じた検出信号のタイプがともに前記サイズドタイプである、サイジング範囲に属するか否かを判定し、
判定の結果、前記第１のＰＬＳ相当サイズ及び前記第２のＰＬＳ相当サイズが前記サイジング範囲に属した場合には、次式、
ＤＮＮ＝Ｋ・ＤＷＮ
ここに、ＤＮＮは前記第１のＰＬＳ相当サイズ、
ＤＷＮは前記第２のＰＬＳ相当サイズ、
Ｋは１未満０．５以上の係数で表される第１の判別ラインと、次式、
ｌｏｇ（ＤＮＮ）＝（１／Ｓ）ｌｏｇ（ＤＷＮ）＋Ｔ／Ｓ、かつ、ＤＮＮ≧ＤＷＮ  
ここに、Ｔ及びＳが１未満の係数で表される第２の判別ラインと、で区切られる複数の区域に基づいて、前記光散乱体の種別が、パーティクルであるか、キラーディフェクトの可能性の高い欠陥であるか、あるいはキラーディフェクトの可能性の低い欠陥であるかを判別する半導体ウェハの検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の検査装置において、前記判別手段は、前記第１のＰＬＳ相当サイズ及び前記第２のＰＬＳ相当サイズが、前記サイジング範囲内の前記第１の判別ラインと、第２の判別ラインとの間に挟まれた区域である、パーティクル区域に属する場合、前記検査点に存在する光散乱体がパーティクルであると判別する、
半導体ウェハの検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の検査装置において、前記判別手段は、前記サイジング範囲の前記パーティクル区域以外の区域に属し、かつ前記第１のＰＬＳ相当サイズが０．６μｍ以上である場合、前記検査点に存在する光散乱体がキラーディフェクトの可能性の高い欠陥であると判別する、
半導体ウェハの検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の検査装置において、前記判別手段は、前記第１のＰＬＳ相当サイズ及び前記第２のＰＬＳ相当サイズが、前記サイジング範囲の前記パーティクル区域以外の区域に属し、かつ前記第１のＰＬＳ相当サイズが０．６μｍ未満である場合、前記検査点に存在する光散乱体がキラーディフェクトの可能性の低い欠陥であると判別する、
半導体ウェハの検査装置。
【請求項５】
請求項１記載の検査装置において、前記タイプ判定手段の判定の結果、前記狭散乱光及び前記広散乱光の強度に応じた検出信号のうちの少なくともいずれか一方が、前記サイズドタイプでない場合、前記判別手段は、前記検査点に存在する光散乱体がキラーディフェクトの可能性の高い欠陥であると判別する、
半導体ウェハの検査装置。
【請求項６】
半導体ウェハの表面の検査点に光スポットを当てるステップと、
前記検査点からの散乱光のうち散乱角が所定角より狭い狭散乱光の強度を検出するステップと、
前記検査点からの散乱光のうち散乱角が所定角より広い広散乱光の強度を検出するステップと、
検出された前記狭散乱光及び広散乱光から、それぞれ、検出信号を生成するステップと、
前記検出信号が属するタイプを、それぞれ、その信号レベルに応じて、前記光散乱体が検出されたと認めることができる最低の信号レベルから、前記光散乱体のサイジングを行うことが可能な最大のサイズに対応する信号レベルの範囲の信号レベルである、サイズドタイプか否かを判定するステップと、
前記狭散乱光の強度に応じた検出信号のタイプが前記サイズドタイプである場合、前記狭散乱光の強度に対応するＰＬＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ  ｌａｔｅｘ  ｓｐｈｅｒｅ）のサイズを示す、第１のＰＬＳ相当サイズを計算するステップと、
前記広散乱光の強度に応じた検出信号のタイプが前記サイズドタイプである場合、前記広散乱光の強度に対応するＰＬＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ  ｌａｔｅｘ  ｓｐｈｅｒｅ）のサイズを示す、第２のＰＬＳ相当サイズを計算するステップと、
前記第１のＰＬＳ相当サイズと前記第２のＰＬＳ相当サイズの双方に基づいて、前記検査点に存在する光散乱体の種別を判別する判別ステップとを有し、
前記判別ステップは、
前記第１のＰＬＳ相当サイズ及び前記第２のＰＬＳ相当サイズが、前記狭散乱光及び前記広散乱光の強度に応じた検出信号のタイプがともに前記サイズドタイプである、サイジング範囲に属するか否かを判定するステップと、
判定の結果、前記第１のＰＬＳ相当サイズ及び前記第２のＰＬＳ相当サイズが前記サイジング範囲に属した場合には、次式、
ＤＮＮ＝Ｋ・ＤＷＮ
ここに、ＤＮＮは前記第１のＰＬＳ相当サイズ、
ＤＷＮは前記第２のＰＬＳ相当サイズ、
Ｋは１未満０．５以上の係数で表される第１の判別ラインと、次式、
ｌｏｇ（ＤＮＮ）＝（１／Ｓ）ｌｏｇ（ＤＷＮ）＋Ｔ／Ｓ、かつ、ＤＮＮ≧ＤＷＮ  
ここに、Ｔ及びＳが１未満の係数で表される第２の判別ラインとで区切られる複数の区域に基づいて、前記光散乱体の種別が、パーティクルであるか、キラーディフェクトの可能性の高い欠陥であるか、あるいはキラーディフェクトの可能性の低い欠陥であるかを判別するステップと、
を有する半導体ウェハの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの表面品質を検査するための技術に関し、特に、エピタキシャルウェハの表面欠陥の検出に好適である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体ウェハの欠陥（defect）（半導体ウェハの表層の理想的な結晶構造を損なう構造的又は化学的な異常）には、そのウェハ上に形成されることになる半導体デバイスにとり、許容できる軽微なものと致命的なものとがある。致命的な欠陥は「キラーディフェクト（killer defect）」と呼ばれ、デバイスの歩留まりを低下させる。特にエピタキシャルウェハの場合、主たる欠陥はエピタキシャル層の積層欠陥（stacking fault：SF）であり、通常、半導体ウェハの表面に隆起又は窪みとなって現れる。キラーディフェクトの多くはこのSFの一部である。キラーディフェクトには、デバイスの製造工程でデフォーカス（defocus）不良を発生させるような高さを伴ったものや、広い面積を有し複数のデバイスへ影響を与えるLAD（large area defect）と呼ばれるものなどがある。ここでは、エピタキシャルウェハの表面欠陥も含めた欠陥を簡易的にELD（EP layer defect）と呼ぶことにする。半導体ウェハの表面上の「キラーディフェクト」を検出する技術は、半導体製造において極めて重要である。
【０００３】
半導体ウェハの表面検査のために、光散乱法を用いた異物検査装置が広く用いられている。この異物検査装置は、微小サイズのレーザ光で半導体ウェハの表面を走査し、半導体ウェハの表面の光散乱体（欠陥やパーティクル）からの散乱光を検出し、そして、その散乱光の強度からウェハ表面上に存在する光散乱体のサイズ（標準粒子（PLS: polystyrene latex sphere)のサイズに相当する値）を測定する。欠陥が半導体ウェハから永久に除去することが不可能であるのに対し、パーティクルは事後処理により除去することが可能であり、半導体デバイスにとり致命的ではない。従って、光散乱法を用いた表面検査においては、検出された個々の光散乱体が欠陥であるかパーティクルであるかを判別できることが重要である。
【０００４】
特許文献１には、光散乱法を用いて、エピタキシャルウェハの積層欠陥を検出するための方法が開示されている。この方法は、光散乱法を用いた異物検査装置（例えば、ケーエルエーテンコール（KLA-Tencor）社製のサーフスキャン６２００（Surfscan 6200）（商標））を用いてエピタキシャルウェハの表面上に存在する光散乱体のサイズを測定し、それら光散乱体を、そのサイズが１．６μｍ以下のものとそれを超えるものとに分類し、そして、１．６μｍを超える光散乱体は積層欠陥、１．６μｍ以下の光散乱体は積層欠陥以外のピットと判断する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１７６９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された方法には、次のような問題がある。
【０００７】
まず、単一のレーザ散乱光の強度からでは、ウェハ表面に数多くの形体種として存在する欠陥を確度高く分類することは困難である。ましてや欠陥とパーティクルを区別することは困難である。この方法では、欠陥を１．６μｍの閾値で２種類にしか分類できない。また、前処理として選択エッチングを実施することは、欠陥検査のスループットを大幅に低下させるから、量産用にはこの方法は適さず、また、選択エッチングにより、ウェハの表面の品質が損われ、最早製品として出荷できなくなるおそれもある。さらに、特許文献１は、ウェハ表面上の光散乱体をキラーディフェクトとそうでないものとに区別する点に関して言及してない。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、半導体ウェハ、特にエピタキシャルウェハ、の光散乱法を用いた表面検査の精度を高めることである。
【０００９】
また、別の目的は、半導体ウェハ、特にエピタキシャルウェハ、の光散乱法を用いた表面検査において、欠陥とパーティクルを識別する精度を高めることにある。
【００１０】
また、さらに別の目的は、半導体ウェハ、特にエピタキシャルウェハ、の光散乱法を用いた表面検査において、キラーディフェクトとそうでない欠陥とを識別する精度を高めることにある。
【００１１】
さらにまた別の目的は、量産に一層適した検査装置又は検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一つの側面に従う半導体ウェハの検査装置は、半導体ウェハの表面の検査点に光スポットを当てる光照射装置と、前記検査点からの散乱光のうち散乱角が所定角より狭い狭散乱光を受けて、前記狭散乱光の強度を検出する第１の光センサと、前記検査点からの散乱光のうち散乱角が所定角より広い広散乱光を受けて、前記広散乱光の強度を検出する第２の光センサと、前記第１と第２の光センサからの検出信号に応答して、前記検査点に存在する光散乱体（LLS）の種別を判定する信号処理回路とを備える。前記信号処理回路は、前記狭散乱光の強度が所定のサイジング範囲内にある場合、前記狭散乱光の強度に基づいて第１のPLS相当サイズを計算する第１計算手段と、前記広散乱光の強度が前記サイジング範囲内にある場合、前記広散乱光の強度に基づいて第２のPLS相当サイズを計算する第２計算手段と、前記狭散乱光と前記広散乱光の強度のいずれもが前記サイジング範囲内にある場合、第１のPLS相当サイズと前記第２のPLS相当サイズの双方に基づいて、前記光散乱体の種別を判定する判定手段とを有する。
【００１３】
好適な実施形態では、前記判定手段は、前記サイジング範囲内における前記第１のPLS相当サイズが前記第２のPLS相当サイズとほぼ等しいか又は所定程度以下の程度で前記第２のPLS相当サイズより大きい所定のパーティクル区域（例えば、後述する図４Aにおいて、第１と第２のPLS相当サイズがほぼ同等であることを示すパーティクル下限線４００と、第１のPLS相当サイズが第２のPLS相当サイズよりある程度大きいことを示す欠陥分離線４０２との間のパーティクル区域４１０）において、前記検査点に存在する光散乱体がパーティクルであると判定する。
【００１４】
好適な実施形態では、前記判定手段は、前記サイジング範囲内における前記第１のPLS相当サイズが前記第２のPLS相当サイズより前記所定程度以上の程度でより大きい所定の欠陥区域（例えば、後述する図４Aにおいて、第１のPLS相当サイズが第２のPLS相当サイズよりある程度大きいことを示す欠陥分離線４０２の左側の第1小欠陥区域４１４及び第１EKD区域４１８）において、前記検査点に存在する光散乱体が欠陥であると判定する。その場合、前記判定手段は、前記欠陥区域において、第１のPLS相当サイズが、所定のサイズより大きいか小さいかに応じて、前記欠陥がキラーディフェクトと推定されるか否かを判定する（例えば、図４Aにおいて、第１のPLS相当サイズが所定サイズ（例えば０．６μｍ）に相当するEKD分離線４０３で、第1小欠陥区域４１４と第１EKD区域４１８が分離される）。
【００１５】
好適な実施形態では、前記判定手段は、前記狭散乱光又は前記広散乱光の強度が前記サイジング範囲を越える場合、前記検査点に存在する光散乱体がキラーディフェクトと推定される欠陥であると判定する（例えば、後述する図４Aと図４Bにおいて、狭散乱光又は広散乱光のいずれかの強度が飽和エリアタイプ又はエリアタイプである区域４１７，４２０，４２１，４２２，４２３，４２４，４２５で、光散乱体をキラーディフェクトと判定する）。
【００１６】
本発明の別の側面に従う半導体ウェハの検査方法は、半導体ウェハの表面の検査点に光スポットを当てるステップと、前記検査点からの散乱光のうち散乱角が所定角より狭い狭散乱光の強度を検出するステップと、前記検査点からの散乱光のうち散乱角が所定角より広い広散乱光の強度を検出するステップと、前記狭散乱光の強度が所定のサイジング範囲内にある場合、前記狭散乱光の強度に基づいて第１のPLS相当サイズを計算するステップと、前記広散乱光の強度が前記サイジング範囲内にある場合、前記広散乱光の強度に基づいて第２のPLS相当サイズを計算するステップと、前記狭散乱光と前記広散乱光の強度のいずれもが前記サイジング範囲内にある場合、第１のPLS相当サイズと前記第２のPLS相当サイズの大小関係に基づいて、前記検査点に存在する光散乱体の種別を判定するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光散乱法を用いた半導体ウェハの表面検査の精度が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１Aは、本発明の一実施形態にかかる半導体ウェハの検査装置の構成を示す断面側面図である。点線の吹き出しブロック内に示される図１Bは、光スポットによる半導体ウェハの表面のスキャニングの様子を示す平面図である。
【００１９】
図１Aに示すように、この検査装置１００は、２種類のレーザビーム１０２、１０４を選択的に半導体ウェハ２００の表面の一点(検査点）に照射することができる。一方のレーザビーム１０２は、半導体ウェハ２００の表面に垂直に入射するようになっており、他方のレーザビーム１０２は、半導体ウェハ２００の表面に斜め角度で入射するようになっている。この実施形態では、垂直入射のレーザビーム１０２のみが使用され、斜め入射のレーザビーム１０４は使用されない。半導体ウェハ２００の表面の検査点は、垂直入射レーザビーム１０２が形成する微小なレーザスポット１０３によって照射されることになる。図１Bに示すように、このレーザスポット１０３は、細長い楕円形の形状を有し、その長径と短径が半導体ウェハ２００の半径線と円周線にそれぞれ平行になる方向を向いている。レーザスポット１０３のサイズは、例えば、長径寸法Lが５０−３５０μｍ程度、短径寸法Wが２０μｍ程度である。検査装置１００は、図１Bの矢印２００Aに示すように半導体ウェハ２００を中心点回りに回転させ、同時に、矢印１０３Aに示すようにレーザスポット１０３を半導体ウェハ２００の半径線に沿って移動させ、これにより、レーザスポット１０３が半導体ウェハ２００の表面の全域を螺旋状にスキャンする。螺旋状のスキャンライン同士の間隔（N回転目とN＋１回転目のスキャンラインの半径方向の間隔）は、レーザスポット１０３の長径寸法Lの半分程度の２０−１８０μｍ程度である。従って、このスキャニングによる検査結果の位置分解能は２０−１８０μｍ程度である。
【００２０】
半導体ウェハ２００の検査点（光スポット１０３が照射された場所）では、垂直入射レーザビーム１０２がこの検査点の表面状態に応じた方向へ反射される。例えば、検査点に欠陥やパーティクルが存在しない場合、検査点の表面形状は完全に平坦であるから、垂直入射レーザビーム１０２は垂直に反射される。一方、検査点に欠陥又はパーティクルが存在する場合、表面形状には隆起や窪みがあるから、垂直入射レーザビーム１０２の反射光は様々な方向へ向かう散乱光１０８、１１６となる。検査点からの垂直の反射ビームはマスク１０６に吸収され、検査には使用されない。一方、検査点からの散乱反射光は、その散乱角（反射角）に応じて、その一部は光センサ１１４で検出され、他の一部は別の光センサ１２０で検出される。すなわち、散乱角が所定値以下の狭角範囲へ散乱した反射光（以下、「狭散乱光」という）１０８は、凸レンズ１１０と反射鏡１１２を通じて、第1の光センサ１１４で検出される。また、散乱角が所定値より大きい広角範囲へ散乱した反射光（以下、「広散乱光」という）１１６は、立体凹面反射鏡１１８を通じて、第２の光センサ１２０で検出される。第1の光センサ１１４は、狭散乱光１０８の強度に応じたレベルをもつ電気信号（例えば、電圧信号）（以下、「狭散乱光強度信号」という）１２２を生成して、これを第1信号処理装置１２６Aへ出力する。第２の光センサ１２０は、広散乱光１１６の強度に応じたレベルをもつ電気信号（例えば、電圧信号）（以下、「広散乱光強度信号」という）１２４を生成して、これを第1信号処理装置１２６Aへ出力する。光センサ１１４、１２０として、例えば光電子増倍管が用いられる。
【００２１】
相互接続された第1と第２の信号処理装置１２６Aと１２６Bが設けられる。第１と第２の信号処理装置１２６Aと１２６Bの組み合わせは、入力された狭散乱光強度信号１２２と広散乱光強度信号１２４を後に詳述する方法で分析することにより、半導体ウェハ２００の表面上の光散乱体（以下、LLS（laser light scattering）という）（これは、典型的には、ウェハ表面の隆起や窪みなどの「表面異常」、換言すれば欠陥やパーティクルに相当する）を検出し、検出されたLLSがパーティクルであるか、キラーディフェクトの可能性の高い重大な欠陥であるか、或いはキラーディフェクトの可能性の低い軽微な欠陥であるかを判別し、そして、その判別結果を出力する。第１の信号処理装置１２６Aは、特に、狭散乱光強度信号１２２と広散乱光強度信号１２４に基づいて、半導体ウェハ２００の表面上の光散乱体（以下、LLS（laser light scattering）という）を検出し、そのサイズと位置座標を計算する。第２の信号処理装置１２６Bは、特に、第１の信号処理装置１２６AからLLSのサイズと位置座標を示すデータ１２５を受けて、そのLLSがパーティクルか重大な欠陥か軽微な欠陥であるか判別し、その判別結果に基づき、半導体ウェハ２００が良品である否かという検査結果を決定し、そして、その判別結果と検査結果のデータ１２７を出力する。第２の信号処理装置１２６Ｂからの出力データのうち、少なくとも上記検査結果を示すデータ１２７を第１の信号処理装置１２６Aに入力される。第１の信号処理装置１２６Aは、その検査結果に応じた仕分け指示信号１２８をウェハマニピュレータ１２９に出力する。ウェハマニピュレータ１２９は、仕分け指示信号１２８に応答して、検査の終わった半導体ェハ２００を良品か不良品かに仕分ける。ここで、第1と第２の信号処理装置１２６Aと１２６Bはそれぞれ、例えば、プログラムされたコンピュータ、専用ハードウェア回路又はそれらの組み合わせによって実現することができる。
【００２２】
この検査装置１００の第２の信号処理装置１２６Ａを除いた部分には、例えば、ケーエルエーテンコール（KLA-Tencor）社製のエスピーワン（SP1）（商標）を採用することができる。よって、このエスピーワン（SP1）に、第２の信号処理装置１２６Ｂの信号分析機能を追加することにより、この検査装置１００を実現することができる。
【００２３】
図２は、信号処理装置１２６Aと１２６Bが分析の対象とする反射光強度信号１２２、１２４の異なるタイプを示す波形図である。図２に示されるすタイプは、狭散乱光強度信号１２２及び広散乱光強度信号１２４のいずれにも適用される。
【００２４】
図２に示すように、信号処理装置１２６による分析対象となる反射光強度信号１２２、１２４は、その信号レベル(例えば電圧レベル）に応じて大きく５つのタイプ１３０、１３６、１３８、１４０、１４２に分類される。第１のタイプ１３０は、信号レベルのピーク値が、所定の下限レベルMin以上で所定の飽和レベルMax未満の範囲内に入るタイプである。ここで、所定の下限レベルMinとは、LLSが検出されたと認めることができる最低の信号レベル（つまり、信号レベルがそれ以上でないと、LLSが存在すると認めることができないレベル）である。一方、飽和レベルMaxとは、LLSのサイジング（その信号レベルに基づいてPLS（polystyrene latex sphere)のサイズを計算すること）を行うことが可能な最大のサイズに対応する信号レベルである。反射光強度信号１２２、１２４の各々のレベルのピーク値が高いほど、より大きいサイズが計算される。しかし、計算された結果は、LLSと同強度の散乱光を反射するPLSのサイズ（以下、「PLS相当サイズ」という）であって、LLSそれ自体のサイズではない。以下、この第1のタイプ１３０を、「サイズドLLSタイプ」と呼ぶ。
【００２５】
第２のタイプ１３６は、信号レベルが飽和レベルMaxに達した場合である。要するに、第２のタイプ１３６は、反射光１０８、１１６の強度がサイジング可能な最大値を越えている場合である。以下、第２のタイプ１３６を「飽和エリアタイプ」と呼ぶ。また、飽和エリアタイプ１３６又は上述したサイズドLLSタイプ１３０の信号が多数連続して又は密集した状態で検出されると、以下の第３から第５のタイプ１３８，１４０，１４２のいずれかになる。
【００２６】
第３のタイプ１３８は、半導体ウェハ２００の半径方向に所定トラック数（例えば８トラック）以上連続して、上述したサイズドLLSタイプ１３０又は飽和エリアタイプ１３６の信号が検出される場合である。連続検出される信号には、サイズドLLSタイプ１３０のみでも、飽和エリアタイプ１３６のみでも、或いは両タイプ１３０と１３６が混ざって含まれていてよい。第３のタイプ１３８に属する連続信号を、それら全体で、以下、「トラックエリアタイプ」と呼ぶ。
【００２７】
第４のタイプ１４０は、半導体ウェハ２００の周方向に（すなわち、螺旋スキャニングのラインに沿って）に所定距離（例えば連続８つのレーザスポット１３０に相当する１８０μｍ）以上連続して、サイズドLLSタイプ１３０又は飽和エリアタイプ１３６の信号が検出される場合である。連続検出される信号には、サイズドLLSタイプ１３０のみでも、飽和エリアタイプ１３６のみでも、或いは両タイプ１３０と１３６が混ざって含まれていてよい。以下、第４のタイプ１４０に属する連続信号を、それら全体で、「アングルエリアタイプ」と呼ぶ。
【００２８】
第５のタイプ１４２は、上述したトラックエリアタイプ１３８にもアングルエリアタイプ１４３０にも該当しないが、上述したサイズドLLSタイプ１３０又は飽和エリアタイプ１３６の複数の信号が、相互間の間隔が所定の距離以内の近接した位置で検出される場合である。第５のタイプ１４２に属する複数信号を、それら全体で、以下、「クラスタエリアタイプ」と呼ぶ。
【００２９】
さらに、上述したトラックエリアタイプ１３８、アングルエリアタイプ１４０及びクラスタエリアタイプ１４２を、以下、単純に「エリアタイプ」１４４と総称する。
【００３０】
再び図１を参照して、第１信号処理装置１２６Aは、半導体ウェハ２００のレーザスポット１０３によるスキャニング行われている間、反射光強度信号１２２、１２４のそれぞれについて、その信号レベルを監視して、サイズドLLSタイプ１３０と飽和エリアタイプ１３６に属する反射光強度信号を検出し、そして、検出された信号のレベル、タイプ及び位置座標を記憶する。更に、第1信号処理装置１２６Aは、検出されたサイズドLLSタイプ１３０と飽和エリアタイプ１３６の複数の信号の位置座標に基づいて、エリアタイプ１４４（トラックエリアタイプ１３８、アングルエリアタイプ１４０及びクラスタエリアタイプ１４２）に属する反射光強度信号を検出し、そのような信号が検出される領域のサイズを計算する。
【００３１】
第２信号処理装置１２６Bは、第１信号処理装置１２６Aから、狭散乱光強度信号１２２及び広散乱光強度信号１２４のそれぞれについて上述したサイズドLLSタイプ１３０、飽和エリアタイプ１３６及びエリアタイプ１４４の信号の検出結果を示すデータ１２５を受け、そして、その検出結果の双方を後述する方法で分析して、LLSの種別（パーティクルか、重大な欠陥か、軽微な欠陥か）を判別する。
【００３２】
以下、第２信号処理装置１２６Bが行うLLSの種別を判別するための分析処理について具体的に説明する。
【００３３】
図３は、この分析処理の根底にある最も基本的な原理を説明する。
【００３４】
図３Aは、半導体ウェハ２００の表面上にPLS３００が乗っている場合に推定される反射散乱光１０８、１１６の強度分布を示す。図３Bは、半導体ウェハ２００の表面上にパーティクル３０２が乗っている場合に推定される反射散乱光１０８、１１６の強度分布を示す。図３Cは、半導体ウェハ２００の表面上に（その平面寸法に比較して高さが低い又は深さが浅い）フラット形の隆起３０４又は浅い窪み３０６が存在する場合に推定される反射散乱光１０８、１１６の強度分布を示す。図３Dは、半導体ウェハ２００の表面上に（その平面寸法に比較して高さが高い）タワー形の隆起３０８が存在する場合に推定される反射散乱光１０８、１１６の強度分布を示す。
【００３５】
図３Aに示すように、PLS３００は完全な球形に近い。そして、検査装置１００は、PLS３００からの狭散乱光から計算されるサイズも広散乱光から算出されるサイズもどちらも実際のPLS３００の正確な直径値を示すように校正されている。図３Bに示すように、パーティクル３０２の多くは平面寸法と高さがある程度にバランスのとれた立体形状であると考えられ、よって、パーティクル３０２からの狭散乱光１０８から算出されるPLS相当サイズと広散乱光１１６から算出されるPLS相当サイズは大きくは違わないか、又は、パーティクル３０２がややフラット気味の安定した姿勢をとる場合には、狭散乱光１０８から算出されるPLS相当サイズが広散乱光１１６からのそれより若干大きいと推定される。また、図３Cに示すように、フラット形の隆起３０４又は窪み３０６の場合には、水平に近い面の方が垂直に近い面より明らかに広いため、狭散乱光１０８の方から算出されるPLS相当サイズが広散乱光１１６からのそれよりも明らかに大きいと推定される。逆に、図３Dに示すように、タワー形の隆起３０８の場合、垂直に近い面の方が水平に近い面より明らかに広いため、広散乱光１１６から算出されるPLS相当サイズの方が狭散乱光１０８からのそれよりも明らかに大きいと推定される。
【００３６】
さて、ここで、エピタキシャルウェハ（半導体ベース基板の表面上に成長した薄いエピタキシャル層を有する半導体）の場合を例にとり、その欠陥、特にキラーディフェクトに関して、図３の原理との関係を説明する。
【００３７】
エピタキシャルウェハの欠陥の多くは、エピタキシャル層の積層欠陥（stacking fault：SF）である。エピタキシャル層のSFにはさまざまなタイプがあるが、大部分のタイプは、図３Ｃに示されたようなフラット形の隆起３０４又は窪み３０６をエピタキシャル層の表面に形成する。これらのSFの全てが必ずしもキラーディフェクトというわけではないが、隆起３０４又は窪み３０６のサイズがある程度以上に大きいものはキラーディフェクトである可能性が高い。例えば、数μｍから数十μｍ程度の平面寸法と数十ｎｍから数百ｎｍ程度の高さをもち、ピラミッド若しくはメサに似た幾何立体形状、または、それらが不規則に交じり合った複雑な立体形状をもつ隆起３０４又は窪み３０６がエピタキシャル層の表面に存在する場合、それはキラーディフェクトであると認められる。また、エピタキシャル層の表面に、例えば全長１００μｍを超えるような広い領域にわたって多数のLLSの隆起及び窪みが連続して集合している場合、これは広域欠陥（large area defect: LAD)と呼ばれ、これもキラーディフェクトの典型である。
【００３８】
従って、エピタキシャルウェハの表面上のある検出点において、図３Cに示したような狭散乱光１０８の強度が広散乱光１１６の強度よりも顕著に大きい場合には、その検出点には欠陥が存在すると推定される。そして、その欠陥のサイズが大きい程、その欠陥がキラーディフェクトである可能性が高いと考えられる。また、ある検出点からの広散乱光１１６の強度と狭散乱光１０８の強度が図３Bに示したように同程度か又は前者が後者よりも軽微に大きい場合には、その検出点にはパーティクルが存在すると推定される。また、エピタキシャルウェハの表面上のある領域で図２に示したようなエリアタイプ１４４の反射光強度信号が得られた場合には、その領域は、それ相応の大サイズの欠陥又はLADが存在する可能性が高いと考えられる。
【００３９】
第２信号処理装置１２６Ｂにより行われる分析処理では、LLSの種別を判別するために、上記のような原理をベースにした検出・判定ロジックが使用される。
【００４０】
図４は、この検出・判定ロジックの一例を示す。
【００４１】
図４に示された検出・判定ロジックは、図３を参照して上に説明した原理をベースにしつつ、さらに、発明者らがケーエルエーテンコール（KLA-Tencor）社製のエスピーワン（SP1）を用いて実際のエピタキシャルウェハ上の様々なパーティクルや欠陥の検査を繰り返し行って研究を重ねた結果として得られたものである。
【００４２】
図４Ａは、図２に示したサイズドLLSタイプ１３０及び飽和エリアタイプ１３６の反射光強度信号１２２、１２４が得られた場合に適用される検出・判定ロジックを示す。図４Ａにおいて、横軸は、サイズドLLSタイプ１３０の広散乱光強度信号１２４に基づいて計算されるPLS相当サイズ（直径）ＤＷＮを示し、その右端は、飽和エリアタイプ１３６の広散乱光強度信号１２４が得られた場合に対応する。図４Ａにおいて、縦軸は、サイズドLLSタイプ１３０の狭散乱光強度信号１２２に基づいて計算されるPLS相当サイズ（直径）ＤＮＮを示し、その上端は、飽和エリアタイプ１３６の狭散乱光強度信号１２２が得られた場合に対応する。また、図４Ｂは、図２に示したエリアタイプ１４４の反射光強度信号１２２、１２４が得られた場合に適用される検出・判定ロジックを示す。図４Ｂにおいて、横軸は、エリアタイプ１４４の広散乱光強度信号１２４が検出された領域のサイズを示し、縦軸は、エリアタイプ１４４の狭散乱光強度信号１２２が検出された領域のサイズを示す。
【００４３】
図４Ａに示される反射光強度信号１２４と１２２の双方がサイズドLLDタイプ１３０である範囲（例えば、０．０＜ＤＮＮ＜約０．８μｍ、及び０．０＜ＤWＮ＜約０．６μｍの範囲であり、以下、「サイジング範囲」という）において、ある検出点から区域４１０に属する信号分析結果が得られた場合、また、その検出点にはパーティクルが存在すると判定される。この区域を「パーティクル区域」と呼ぶ。
【００４４】
パーティクル区域４１０は、サイジング範囲内の第1の判別ライン４００と、第２の判別ライン４０２との間に挟まれた区域であり、且つ、広散乱光１１６よるPLS相当サイズＤＷＮが約０．６μｍ以下であって、狭散乱光強度信号１２２が飽和に達していないしないという条件を満たす。ここで、第1の判別ライン４００は、広散乱光１１６によるPLS相当サイズＤＷＮと狭散乱光１０８によるPLS相当サイズＤＮＮとがほぼ同程度である（広散乱光１１６によるPLS相当サイズＤＷＮの方が狭散乱光１０８によるそれＤＮＮより僅かに小さい）場合に対応する。以下、第１の判別ライン４００を、「パーティクル下限線」と呼ぶ。パーティクル下限線４００は、例えば、
ＤNＮ＝Ｋ・ＤWＮ
という一次関数で表すことができる。ここに、Ｋは、１未満の０．５以上の係数であり、例えば、０．８〜０．９程度の値である。
【００４５】
第２の判別ライン４０２は、狭散乱光１０８によるPLS相当サイズＤＮＮが広散乱光１１６によるそれＤＷＮよりある程度に大きい場合に対応する。以下、第２の判別ライン４０２を、「欠陥分離線」と呼ぶ。欠陥分離線４０２は、例えば、
log（DNN）＝(1/S)log（DWN）＋T/S、且つ
DNN≧DWN
という関数で表すことができる。ここに、SとTは、１未満の正の係数であり、例えば、０．４〜０．６程度の値である。
【００４６】
パーティクル区域４１０は、要するに、狭散乱光強度信号１２２と広散乱光強度信号１２４の双方がサイズドLLSタイプであるという条件下で、狭散乱光１０８から算出されるPLS相当サイズDNNが広散乱光１１６からのそれDWNと同程度であるか又は所定程度未満の範囲内でより大きい場合に相当する。この場合、パーティクルが存在するという判定結果が出される。この判定結果は、図３Bを参照して説明した原理と適合する。
【００４７】
図４Aに示されるサイジング範囲内において、区域４１４に属する分析結果が得られた検出点には、キラーディフェクトでないと推定される（その可能性が低い）軽微な欠陥（以下、「小欠陥」と呼ぶ）が存在すると判定される。また、区域４１８に属する分析結果が得られた検出点には、キラーディフェクトであると推定される（その可能性が高い）重大な構造欠陥（以下、「EKD（estimated killer defect）」と呼ぶ）が存在すると判定される。ここで、区域４１４を「第１小欠陥区域」、区域４１８を「第1EKD区域」と呼ぶ。
【００４８】
第１小欠陥区域４１４と第１EKD区域４１８は、広散乱光強度信号１２４によるPLS相当サイズDWNが欠陥分離線４０２よりも小さい側の区域である。そして、第１小欠陥区域４１４と第１EKD区域４１８は、第３の判別ライン４０３により区別される。第３の判別ライン４０３を、以下、「EKD分離線」と呼ぶ。EKD分離線４０３は、例えば、狭散乱光強度信号１２２によるPLS相当サイズDNNが０．６μｍに相当する線である。第１小欠陥区域４１４は狭散乱光強度信号１２２によるPLS相当サイズDNNが０．６μｍ未満であり、第１EKD区域４１８は、０．６μｍ以上である。簡単に言えば、小欠陥区域４１４も第１EKD区域４１８も、狭散乱光１０８によるPLS相当サイズDNNが広散乱光１１６によるそれDWNより所定程度以上に大きい場合である。そして、狭散乱光１０８に基づいて検出されたPLS相当サイズDNNが０．６μｍ未満である場合には、小欠陥が存在すると判定され、０．６μｍ以上である場合には、EKDが存在すると判定される。この判定結果は、図３Cを参照して上に説明した原理と適合する。
【００４９】
また、図４Aに示されるサイジング範囲内において、区域４３０は、現実に検出される可能性はかなり低いが、図３Dに示したようなタワー形の欠陥か、又はエッジ付近に存在する欠陥に相当すると考えられる。この区域４３０は、上述した小欠陥に該当すると判定される。この区域４３０を以下、「第２小欠陥区域」と呼ぶ。第２小欠陥区域４３０は、狭散乱光強度信号１２２によるPLS相当サイズDNNがパーティクル下限線４００よりも小さい側の区域である。
【００５０】
更に、図４Aには、上述した第１小欠陥４１２、第１EKD区域４１８、パーティクル区域４０２及び第２小欠陥区域４３０の外縁に、特異区域４１２、４１６、４１７、４２０、４２１、４２３、４２４、４２５及び４２６が示されている。これらの特異区域４１２、４１６、４１７、４２０、４２１、４２３、４２４、４２５及び４２６は、要するに、反射光強度信号１２２と１２４の少なくとも一方のレベルが、図２に示した下限レベルMin未満である（LLSが検出されない）か又は飽和エリアタイプ１３６である場合を意味する。第１小欠陥領域に接する特異区域４１２は、小欠陥に該当すると判定される。第１EKD区域４１８に接する２つの特異区域４１６と４１７は、いずれも、EKDと判断される。パーティクル区域４１０に接する３つの特異区域４２０、４２１及び４２３も、EKDと判断される。第２小欠陥区域４３０に接する飽和エリアタイプ１３６に相当する２つの特異区域レベル４２４と４２５も、EKDと判断される。第２小欠陥区域４３０に接するDNN＝０．０μｍに相当する特異区域４２６は、小欠陥と判定される。
【００５１】
ところで、パーティクル区域４１０に接する特異区域４２０は、狭散乱光強度信号１２２が飽和エリアタイプであり、一方、広散乱光強度信号１２４はサイズドLLSタイプであって、それによるPLS相当サイズDWNが０．３μｍ以上である場合である。この特異区域４２０は、原理的に図５に示すように、パーティクル区域４１０の延長上であるパーティクル拡張領域４３１の投影領域であるとともに、第1EKD区域４１８の延長上のEKD拡張領域４３２の投影領域でもあると考えられる。従って、原理的には特異区域４２０上にはパーティクルもEKDも存在し得る。しかし、実用的には、DNNの飽和サイズを適当な値に選ぶことで、この問題を回避することが可能である。発明者らの研究によれば、DNNの飽和値を０．８μｍ程度に設定することで特異区域４２０上のレーザ光散乱体はほとんど全てがEKDであることが確認された。従って、この特異区域４２０では、EKDが存在すると判定される。
【００５２】
図４Bに示された区域４２２は、狭散乱光信号１２２および広散乱光強度信号１２４のいずれもが図２に示した飽和エリアタイプ１３６か又はエリアタイプ１４４である場合である。この区域４２２の縦軸と横軸の最小値は、サイズドLLSタイプ１３０の信号に基づいて計算可能なPLS相当サイズDNNとDWNの最大値よりも大きな値である。この区域４２２に属する分析結果が得られた検出点には、上述したEKDが存在すると判定される。この区域４２２を「第２EKD区域」と呼ぶ。
【００５３】
図６は、半導体ウェハの表面検査において信号処理装置１２６Aと１２６Bにより行われる分析処理の流れを示す。
【００５４】
図１で説明したようにして光スポット１０３による半導体ウェハ２００の表面のスキャニングが行われている間、図６に示したステップ５００、５０２、５０４及び５０６が継続的に実行される。ステップ５００と５０２では、現在の検出点からの狭散乱光強度信号１２２と広散乱光強度信号１２４が同時に第１信号処理装置１２６Aに入力される。ステップ５０４と５０７では、狭散乱光強度信号１２２と広散乱光強度信号１２４のそれぞれの信号レベルが図２に示した下限レベルMinを超えた場合、その信号レベルとその検出点の位置座標とが、第１信号処理装置１２６A内の記憶装置（図示省略）に記憶される。
【００５５】
ステップ５０８と５１０以降のルーチンは、上記スキャニングが行われている間に行われてもよいし、上記スキャニングが終わった後に行われても良い。
【００５６】
ステップ５０８では、第１信号処理装置１２６A内の記憶装置に記憶された検出点の位置座標毎に、その位置で検出された狭散乱光強度信号１２２の信号レベルが飽和レベルMaxに達しているかそれ未満（非飽和）であるかがチェックされる。ステップ５１０では、信号処理装置１２６内の記憶装置に記憶された検出点の位置座標毎に、その位置で検出された広散乱光強度信号１２４の信号レベルが飽和レベルMaxに達しているか、それ未満（非飽和）であるかがチェックされる。
【００５７】
ステップ５１２では、ステップ５０８のチェック結果が非飽和である（つまり、狭散乱光強度信号１２２がサイズドLLSタイプ１３０である）場合に、その狭散乱光強度信号１２２の信号レベルに基づいてPLS相当サイズDNNが計算され、そして、そのPLS相当サイズDNNが、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶される。ステップ５１４では、ステップ５１０のチェック結果が非飽和である（つまり、広散乱光強度信号１２４がサイズドLLSタイプ１３０である）場合に、その広散乱光強度信号１２４の信号レベルに基づいて、PLS相当サイズDWNが計算され、そして、そのPLS相当サイズDWNが、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶される。
【００５８】
ステップ５１６では、飽和エリアタイプ１３６及びエリアタイプ１４４に該当する狭散乱光強度信号１２２が存在するかがチェックされ、そして、そのチェック結果が、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶される。ステップ５１８では、飽和エリアタイプ１３６及びエリアタイプ１４４に該当する広散乱光強度信号１２４が存在するがチェックされ、そして、そのチェック結果が、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶される。
【００５９】
ステップ５２０では、ステップ５１６のチェック結果がエリアタイプ１４４を示す場合、対応する複数の検出点の位置座標に基づいて、そのエリアタイプ１４４の狭散乱光強度信号１２２が検出された領域のサイズが計算され、そして、その領域のサイズが、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶される。ステップ５２２では、ステップ５１８のチェック結果がエリアタイプ１４４を示す場合、対応する複数の検出点の位置座標に基づいて、そのエリアタイプ１４４の広散乱光強度信号１２４が検出された領域のサイズが計算され、そして、その領域のサイズが、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶される。
【００６０】
ステップ５２４では、記憶装置に記憶された検出点の位置座標、狭散乱光強度信号１２２によるPLS相当サイズDNN又は領域サイズ、及び、広散乱光強度信号１２４によるPLS相当サイズDWN又は領域サイズを示すデータが、第２信号処理装置１２６Bに渡される。、第２信号処理装置１２６Bは、そのデータに基づき、既に説明した図４に示された検出・判定ロジックに従って、半導体ウェハ２００上のどの位置にLLSが存在するか否か、及び、存在する場合には、そのLLSがパーティクルか、小欠陥か、あるいはEKDかが判定される。この判定結果は、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶され、そして、それに基づいて半導体ウェハ２００の良否が判断される。これらの判定や判断の結果は検査結果の表示或いは更なる解析を行うために外部へ出力される。また、上記良否判断の結果に基づいて、ウェハマニピュレータ１２９が半導体ウェハ２００の仕分けを行う。
【００６１】
以上図面を参照して説明した検査装置１００及び検査方法によると、従来の検査方法で検査前に行われていたような選択エッチングを半導体ウェハ２００に表面に施さなくても、検査が可能である。そのため、この検査装置１００及び検査方法は、量産に適する。
【００６２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】  図１Aは、本発明の一実施形態にかかる半導体ウェハの検査装置の構成を示す断面側面であり、図１Bは、光スポットによる半導体ウェハの表面のスキャニングの様子を示す様子を示す平面図である。
【図２】  光センサ１１４、１２０から出力される光強度信号１２２、１２４の複数のタイプを示す波形図である。
【図３】  第２信号処理装置１２６Bが行う表面異常の種別を判別するための分析処理の根底にある最も基本的な原理を説明する図。
【図４】  第２信号処理装置１２６Bにより行われる分析処理で用いられる、LLSの種別を判別するためのロジックを説明する図。
【図５】  第２EKD区域４２０の原理的な意義を説明する図。
【図６】  信号処理装置１２６Aと１２６Bにより行われる分析処理の流れを示す図。
【符号の説明】
【００６４】
１００  半導体ウェハの検査装置
１０２  垂直入射レーザビーム
１０３  レーザスポット
１０８  狭散乱光
１１４  光センサ
１１６  広散乱光
１２０  光センサ
１２２  狭散乱光強度信号
１２４  広散乱光強度信号
１２６A  第１信号処理装置
１２６B  第２信号処理装置
１３０  サイズドLLSタイプ
１３６  飽和エリアタイプ
１３８  トラックエリアタイプ
１４０  アングルエリアタイプ
１４２  クラスタエリアタイプ
１４４  エリアタイプ
２００  半導体ウェハ
３００  PLS（polystyrene latex sphere)
３０２  パーティクル
３０４  フラット形の隆起
３０６  フラット形の窪み
３０８  タワー形の隆起
４００  第１判別ライン
４０２  第２判別ライン
４１０  パーティクル区域
４１４  第１小欠陥区域
４１８  第１EKD区域
４２２  第２EKD区域
４３０  第２小欠陥区域
【図１】
0004694476.tif 000002
【図２】
0004694476.tif 000003
【図３】
0004694476.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004694476.tif 000006
【図６】
0004694476.tif 000007