(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に絶縁体層が形成され、さらに前記絶縁体層の上に厚さが１μｍ以下のシリコン膜が形成されたパターン無しのウェハを検査対象として、前記パターン無しのウェハのシリコン膜表面および前記絶縁体層との界面にあるパーティクルおよび加工残渣と、前記シリコン膜表面および前記絶縁体層との界面にある微小凹凸とを分離して検出する検査方法であって、
前記ウェハをウェハテーブルに載置して、被検査位置を前記ウェハテーブルの駆動によって変え、
前記ウェハにレーザー光を第１の斜方入射角度から照射し、
前記第１の斜方入射角度から照射したレーザー光が前記ウェハの表面において散乱および反射した側方散乱反射光を、第１の配置角度に設置された光検出器により検出して、前記パーティクルおよび加工残渣を検出し、
前記ウェハにレーザー光を第２の斜方入射角度から照射し、
前記第２の斜方入射角度から照射したレーザー光が前記ウェハの表面において散乱および反射した前方散乱反射光を、第２の配置角度に設置された光検出器により検出して、前記検出した信号をフィルターによって低周波成分とパルス波成分に分離し、低周波成分が基準値より大きな値を示す領域を特定して前記微小凹凸を検出することを特徴とする積層基板の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、シリコン基板、シリコン酸化膜などの絶縁膜およびシリコン薄膜からなる積層基板の検査技術に関し、特に半導体集積回路装置用ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハにおいて、積層表面のシリコン薄膜の膜厚が１μｍ以下の、いわゆる薄膜ＳＯＩウェハの検査に好適な積層基板の検査方法、およびこれを用いたＳＯＩウェハ、このＳＯＩウェハを用いた半導体集積回路装置、ならびに積層基板の検査装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、発明者が検討した技術として、半導体集積回路装置用シリコンウェハ表面上のパーティクルの検査方法としては、株式会社プレスジャーナル、平成６年７月２０日発行の「月刊 Semiconductor World  １９９４年８月号」Ｐ７８〜Ｐ８３に記載されるように、レーザー光の垂直または斜方照射による散乱光を利用して検出するものがある。
【０００３】
また、ＳＯＩウェハの表面層シリコン薄膜の膜厚が１μｍ以上の場合は、前記シリコンウェハ表面上のパーティクル検査方法と同じ技術で検査ができた。また、ＳＯＩウェハの表面のパーティクルやラフネスの検査技術としては、同じく平成４年１１月２０日発行の「月刊 Semiconductor World  １９９２年１２月号」Ｐ９０〜Ｐ９６に記載されるように、Ｘ線トポグラフィ法、赤外線干渉法、超音波探傷法が主要検査方法として挙げられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者らの検討によれば、前記のような検査技術を用いて、表面層シリコン薄膜の膜厚が１μｍ以下のＳＯＩウェハの表面のパーティクル検査をした場合、表面の微小凹凸、あるいは比較的広い領域での積層膜の膜厚ばらつきなどが、入射光を散乱させたり、干渉させたりして、正確な検査ができないという問題が考えられる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、表面層のシリコン薄膜の膜厚が１μｍ以下のＳＯＩウェハの表面のパーティクルと、微小凹凸および積層膜の膜厚ばらつきを分離して検査することができる積層基板の検査方法、およびこれを用いたＳＯＩウェハ、このＳＯＩウェハを用いた半導体集積回路装置、ならびに積層基板の検査装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０００８】
すなわち、本発明の積層基板の検査方法は、積層膜の上方の最適角度から光を照射し、その散乱反射光を最適角度で検出することにより、パーティクルの散乱反射光と表面、界面の微小凹凸による散乱反射光を検出し、また、積層膜の上方の最適角度から光を照射し、その前方散乱反射光の強度信号からパルス波状強度信号を除いた信号を検出し、これを用いることにより、表面、界面の微小凹凸による散乱反射光とパーティクルによる散乱反射光を検出することによって達成されるものである。
【００１１】
また、本発明のＳＯＩウェハは、前記積層基板の検査方法を用いて、製造したＳＯＩウェハを検査、選別することによって製作もしくは品質が保証され、特に前記ＳＯＩウェハの積層膜上層のシリコン薄膜の膜厚が１μｍ以下に形成されるものである。
【００１２】
さらに、本発明の半導体集積回路装置は、前記ＳＯＩウェハに所定の集積回路が形成されているものである。
【００１３】
また、本発明の積層基板の検査装置は、少なくとも、積層基板に対して上方の一方向から光を入射し、かつこの光の入射角度が調整可能とされる光源と、この入射された光による反射光の側方散乱反射光、所定の領域の前方散乱反射光の強度信号からパルス波状強度信号を除いた信号を検出し、かつこの検出角度が調整可能とされる検出手段とを有するものである。
【００１４】
【作用】
前記した積層基板の検査方法、およびこれを用いたＳＯＩウェハ、このＳＯＩウェハを用いた半導体集積回路装置、ならびに積層基板の検査装置によれば、積層膜上のパーティクルにレーザー光を照射すると、その反射光は入射角と等しく反射側に進行する正反射光と、パーティクル表面や積層膜の表面の微小な凹凸に依存して様々の方向に進む散乱反射光の２種類が生じ、この散乱反射光は入射角と反対面の状態により前方散乱光と側方散乱光に分離することができる。
【００１５】
すなわち、これを方法を利用し、積層膜の斜め上方の最適角度から光を照射し、パーティクルの散乱反射光は側方散乱反射光の強度が表面、界面の微小凹凸による側方散乱反射光に比較して十分大きいため、側方散乱反射光を検出することにより、パーティクルからの散乱反射光を検出することができる。
【００１６】
また、積層膜で反射した前方散乱反射光にはパーティクルと表面、界面の微小凹凸の反射成分が含まれるが、適当な面積からの前方散乱反射光の強度信号からパルス波状の強度信号を除いた信号を検出すると、表面、界面の微小凹凸による前方散乱反射光のみを検出することができる。
【００１８】
これにより、表面層のシリコン薄膜の膜厚が１μｍ以下のＳＯＩウェハの検査において、表面のパーティクル、表面または界面の微小凹凸を高精度で検査することができるので、薄膜ＳＯＩウェハの良品を増加させ、薄膜ＳＯＩウェハを用いた半導体集積回路のウェハ当たりの良品を増加させ、さらにはそれぞれの製造原価の低減を可能とすることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は本発明の実験１である積層基板の検査装置の要部を示す概略構成図である。
【００２１】
まず、図１により本実験の積層基板の検査装置の要部構成を説明する。
【００２２】
本実験の積層基板の検査装置は、たとえばシリコン基板、シリコン酸化膜およびシリコン薄膜からなるＳＯＩウェハの検査装置とされ、薄膜ＳＯＩウェハ１（積層基板）に対して上方の一方向から光を照射し、かつこの光の入射角度が調整可能とされる半導体レーザー２（光源）と、この照射された光による反射光の側方散乱反射光を集光レンズ３を介して検出し、かつこの検出角度が調整可能とされる光検出器４（検出手段）と、薄膜ＳＯＩウェハ１を駆動可能に設置するウェハテーブル５とから構成されている。
【００２３】
この薄膜ＳＯＩウェハ１は、下層のシリコン基板６上に0.２〜0.５μｍの膜厚のシリコン酸化膜７、さらに最上層に膜厚が１μｍ以下のシリコン薄膜８の３層構造で構成されている。
【００２４】
次に、本実験の作用について、薄膜ＳＯＩウェハ１の検査方法を図１により説明する。
【００２５】
まず、薄膜ＳＯＩウェハ１上に、半導体レーザー２から波長が７８０ｎｍのレーザー光を、入射角度が５７度で薄膜ＳＯＩウェハ１の表面に入射光光路９に沿って照射する。そして、この照射による反射光光路１０に沿った側方散乱反射光を、薄膜ＳＯＩウェハ１の直上の集光レンズ３を介して光検出器４で検出する。
【００２６】
なお、この薄膜ＳＯＩウェハ１はウェハテーブル５上に設置され、このウェハテーブル５の駆動と光検出器４からの出力信号は同期している。
【００２７】
この実験の検査結果においては、半導体レーザー２からのレーザー光の入射角度と、光検出器４の配置角度の組み合わせにより得られた散乱反射光の発生位置は、ウェハテーブル５の位置として再現できる。そこで、この場所を電子顕微鏡により観察したところ、散乱反射光の発生位置にそれぞれパーティクル、または積層膜形成時の加工残渣を確認することができた。
【００２８】
一方、比較実験で、入射角度を１０度に変えた場合には、パーティクルと表面の微小凹凸の分離はできなかった。入射角度を８８度とした場合は、レーザー光の照射面積が大きくなり、単位照射面積当たりのレーザー光強度が小さくなるため、十分な信号を得ることができなかった。また、入射角度を１度、光検出器４の角度を３０度とした場合にもパーティクルと表面の微小凹凸の分離はできなかった。
【００２９】
従って、本実験の積層基板の検査装置によれば、半導体レーザー２からのレーザー光の入射角度と光検出器４の配置角度の組み合わせは、パーティクル、加工残渣と表面の微小凹凸を分離できる方法であることが判明し、この検査方法を用いて薄膜ＳＯＩウェハ１を製造することによって、薄膜ＳＯＩウェハ１の良品や、薄膜ＳＯＩウェハ１を用いた半導体集積回路のウェハ当たりの良品を増加させることができる。
【００３０】
そこで、実際にウェハメーカーの出荷検査済みの市販の薄膜ＳＯＩウェハ１の４枚について検査したところ、５インチの薄膜ＳＯＩウェハ１の表面に0.５μｍ以上のパーティクルが、それぞれ７９０個、２１個、４００００個、２０５７個付着していることが判明した。これらのパーティクルは従来の検査方法では検出できなかったものである。
【００３１】
図２は本発明の実験２である積層基板の検査装置の要部を示す概略構成図、図３は本実験において、前方散乱反射光強度信号をパルス波成分と低周波成分に分離した例を示す説明図、図４は本実験の変形例である積層基板の検査装置の要部を示す概略構成図である。
【００３２】
本実験の積層基板の検査装置は、薄膜ＳＯＩウェハ１ａ（積層基板）の検査装置として、図２に示すように半導体レーザー２ａ（光源）、集光レンズ３ａ、光検出器４ａ（検出手段）、ウェハテーブル５ａから構成され、実験１との相違点は、光検出器４ａで所定の領域の前方散乱反射光の強度信号からパルス波状強度信号を除いた信号を検出するようにした点である。
【００３３】
すなわち、本実験の薄膜ＳＯＩウェハ１ａの検査方法においては、まず薄膜ＳＯＩウェハ１ａ上に、半導体レーザー２ａから波長が７８０ｎｍのレーザー光を、入射角度が５７度で薄膜ＳＯＩウェハ１ａの表面に入射光光路９ａに沿って照射する。そして、この照射による前方散乱反射光の正反射光光路１０ａに対して１０度をなす位置に集光レンズ３ａを介して光検出器４ａで検出する。
【００３４】
この実験の検査結果においては、光検出器４ａから図３に示す信号が得られ、これを電気的フィルターにより低周波成分とパルス波成分に分離し、低周波成分が基準値より大きな値を示す領域を特定した。この領域を詳細検査したところ、積層膜表面または界面に微小な凹凸が確認できた。
【００３５】
一方、基準値より小さな値の領域では、微小な凹凸は半導体集積回路装置を製造する場合に欠陥とはならない程度であった。また、パルス波成分が発生した場所を詳細検査したところ、パーティクルが確認できた。しかし、前記実験１で確認できた全てのパーティクルのうち、反射散乱光強度の大きいものに限定されていることが判明した。
【００３６】
また、図４に示すような変形例において、入射角度を１度、光検出器４ａの位置を３０度とした場合も前記と同様に、積層膜表面または界面に微小な凹凸が確認できた。
【００３７】
従って、本実験の積層基板の検査装置によれば、半導体レーザー２ａからのレーザー光の入射角度と光検出器４ａの配置角度の組み合わせは、表面の微小凹凸とパーティクル、加工残渣とを分離できる方法であることが判明し、この検査方法を用いて薄膜ＳＯＩウェハ１ａを製造することによって、薄膜ＳＯＩウェハ１ａの良品や、薄膜ＳＯＩウェハ１ａを用いた半導体集積回路のウェハ当たりの良品を増加させることができる。
【００３８】
そこで、実際にウェハメーカーの出荷検査済みの市販の薄膜ＳＯＩウェハ１ａの１０枚について検査したところ、５インチの薄膜ＳＯＩウェハ１ａの表面シリコン薄膜とシリコン酸化膜の界面に１０〜３０ｎｍの微小凹凸が多数存在する領域があることが判明した。これらの界面の微小凹凸は従来の検査方法では検出できなかったものである。
【００４６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例１に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４７】
たとえば、前記実施例の積層基板の検査装置については、シリコン基板上に0.２〜0.５μｍの膜厚のシリコン酸化膜、さらに最上層に膜厚が１μｍ以下のシリコン薄膜の３層構造によるＳＯＩウェハを検査する場合について説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、たとえばシリコン酸化膜については0.２〜0.５μｍの他の膜厚で形成する場合、さらに他の絶縁膜で形成する場合についても適用可能であり、本発明は少なくとも最上層のシリコン薄膜の膜厚が１μｍ以下であればよい。
【００４８】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００４９】
(1).積層基板に入射された光による側方散乱反射光を検出することにより、積層基板の表面および界面にあるパーティクル、加工残渣、微小凹凸および積層膜の膜厚ばらつきからパーティクルと加工残渣のみを分離して検出することができるので、積層基板の表面および界面にあるパーティクルを高精度で検査することが可能となる。
【００５０】
(2).積層基板に入射された光による所定の領域の前方散乱反射光の強度信号からパルス波状強度信号を除いた信号を検出することにより、積層基板の表面および界面にあるパーティクル、加工残渣、微小凹凸および積層膜の膜厚ばらつきから微小凹凸のみを分離して検出することができるので、積層基板の表面および界面にある微小凹凸を高精度で検査することが可能となる。
【００５２】
本発明は、前記(1)、(2) を組合わせること により、表面層のシリコン薄膜の膜厚が１μｍ以下のＳＯＩウェハの検査において、パーティクル、微小凹凸および膜厚ばらつきの検査精度を向上させるので、ＳＯＩウェハの良品を増加させ、このＳＯＩウェハ、さらにこのＳＯＩウェハを用いた半導体集積回路装置の製造原価の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１である積層基板の検査装置の要部を示す概略構成図である。
【図２】  本発明の実施例１である積層基板の検査装置の要部を示す概略構成図である。
【図３】  実施例１において、前方散乱反射光強度信号をパルス波成分と低周波成分に分離した例を示す説明図である。
【図４】  実施例１の変形例である積層基板の検査装置の要部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１，１ａ  薄膜ＳＯＩウェハ（積層基板）
２，２ａ  半導体レーザー（光源）
３，３ａ  集光レンズ
４，４ａ  光検出器（検出手段）
５，５ａ  ウェハテーブル
６  シリコン基板
７  シリコン酸化膜
８  シリコン薄膜
９，９ａ  入射光光路
１０，１０ａ  反射光光路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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