(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨加工された半導体ウエハの表面を検査する表面検査方法において、
研磨加工された半導体ウエハを洗浄する洗浄工程と、
この洗浄工程で洗浄された半導体ウエハの表面をパ−ティクルカウンタで測定する第１の測定工程と、
第１の測定工程で測定された半導体ウエハの表面を等方性エッチング処理するエッチング工程と、
このエッチング工程でエッチングされた半導体ウエハの表面をパ−ティクルカウンタで測定する第２の測定工程と、
上記第１の測定工程と第２の測定工程との測定値の差から研磨加工で半導体ウエハに生じたスクラッチの発生度合及び上記第１の測定工程と第２の測定工程とで測定される所定の範囲の大きさの粒径の数の差によって半導体ウエハの洗浄度合を判別する判別工程と
を具備したことを特徴とする半導体ウエハの表面検査方法。
【請求項２】
半導体ウエハを研磨加工して半導体装置を製造する製造装置において、
半導体ウエハを研磨加工する研磨装置と、
研磨加工された半導体ウエハを洗浄する洗浄装置と、
洗浄処理された半導体ウエハの表面のパ−ティクルを測定するパ−ティクルカウンタと、
このパ−ティクルカウンタの測定結果から上記半導体ウエハの良否を判別して良品と不良品とを選別する選別装置と、
この選別装置で洗浄不良と判定された半導体ウエハの表面をパ−ティクルカウンタで測定してからこの半導体ウエハの表面を等方性エッチング処理した後、再度半導体ウエハの表面をパ−ティクルカウンタで測定し、これら２回の測定による測定値の差から研磨加工で半導体ウエハに生じたスクラッチの発生度合及び上記２回の測定で測定される所定の範囲の大きさの粒径の数の差によって半導体ウエハの洗浄度合を判別する検査装置と
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は研磨加工を行いながら回路パタ−ンが形成された半導体ウエハの表面を検査する半導体ウエハの表面検査方法および半導体装置の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の高密度化に伴い、半導体ウエハに形成された回路パタ−ンの多層化が検討されている。回路パタ−ンを多層化する場合、層間絶縁膜などの平坦化を行わなければ上記回路パタ−ンを精密に形成することができなくなる。
【０００３】
上記層間絶縁膜などを平坦化する技術としてＣＭＰと称される化学機械研磨（chemical mechanical polishing ）が知られている。
ＣＭＰは主にＫＯＨ（水酸化カリウム）などのアルカリベ−スの水溶液にコロイダルシリカルなどの粒子を分散させたスラリを研磨剤として使用して上記層間絶縁膜などを研磨加工する。そのため、研磨加工された半導体ウエハにはスラリ−などのパ−ティクルや金属イオンなどが多量に残留しまうため、研磨加工後には上記半導体ウエハを十分に洗浄処理することが要求される。
【０００４】
上記半導体ウエハを洗浄処理した場合、その洗浄評価を行うために、半導体ウエハに残留するパ−ティクルをパ−ティクルカウンタによって計測するということが行われ、その測定値が所定値以下であれば、良品として取り扱われることになる。
【０００５】
ところで、洗浄工程の前に、ＣＭＰが行われた半導体ウエハには、スラリに含まれる粒子の影響などによってスクラッチが発生することが避けられない。上記パ−ティクルカウンタは半導体ウエハの測定面にレ−ザ光を照射し、その測定面からの散乱光のプロファイルによってパ−ティクルをカウントするものである。
【０００６】
そのため、半導体ウエハの測定面にスクラッチが発生すると、そのスクラッチのプロファイルをパ−ティクルと同様にカウントしてしまうから、カウントされたパ−ティクル数がスクラッチも含んでしまう。その結果、半導体ウエハの測定面のパ−ティクル数を精密に測定できないことになる。
【０００７】
つまり、ＣＭＰを伴う半導体装置の製造工程においては、研磨加工時にスクラッチが発生する。そのため、半導体ウエハの洗浄評価をする際に、パ−ティクルでカウントされた数が実際のパ−ティクルだけの数なのか、あるいはスクラッチを含む数なのかを判別できないため、洗浄評価が行えないということがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来は研磨加工された半導体ウエハを洗浄し、その洗浄状態をパ−ティクルカウンタで測定して評価する場合、その測定値が実際のパ−ティクル数だけであるのか、あるいは研磨加工時に生じたスクラッチを含むものであるのかを判別できないということがあった。
【０００９】
この発明の目的は、パ−ティクルカウンタによる測定値が研磨加工時に生じたスクラッチを含むかどうかを判別できるようにした半導体ウエハの表面検査方法を提供することにある。
【００１０】
この発明の他の目的は、研磨加工を含む半導体装置の製造工程において、半導体ウエハをパ−ティクルカウンタによって測定したときに、その測定値が所定値以上であったならば、その半導体ウエハを不良品とすることで半導体装置の製造を確実に行えるようにした半導体装置の製造装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、研磨加工された半導体ウエハの表面を検査する表面検査方法において、
研磨加工された半導体ウエハを洗浄する洗浄工程と、
この洗浄工程で洗浄された半導体ウエハの表面をパ−ティクルカウンタで測定する第１の測定工程と、
第１の測定工程で測定された半導体ウエハの表面を等方性エッチング処理するエッチング工程と、
このエッチング工程でエッチングされた半導体ウエハの表面をパ−ティクルカウンタで測定する第２の測定工程と、
上記第１の測定工程と第２の測定工程との測定値の差から研磨加工で半導体ウエハに生じたスクラッチの発生度合及び上記第１の測定工程と第２の測定工程とで測定される所定の範囲の大きさの粒径の数の差によって半導体ウエハの洗浄度合を判別する判別工程と
を具備したことを特徴とする半導体ウエハの表面検査方法にある。
【００１２】
請求項２の発明は、半導体ウエハを研磨加工して半導体装置を製造する製造装置において、
半導体ウエハを研磨加工する研磨装置と、
研磨加工された半導体ウエハを洗浄する洗浄装置と、
洗浄処理された半導体ウエハの表面のパ−ティクルを測定するパ−ティクルカウンタと、
このパ−ティクルカウンタの測定結果から上記半導体ウエハの良否を判別して良品と不良品とを選別する選別装置と、
この選別装置で洗浄不良と判定された半導体ウエハの表面をパ−ティクルカウンタで測定してからこの半導体ウエハの表面を等方性エッチング処理した後、再度半導体ウエハの表面をパ−ティクルカウンタで測定し、これら２回の測定による測定値の差から研磨加工で半導体ウエハに生じたスクラッチの発生度合及び上記２回の測定で測定される所定の範囲の大きさの粒径の数の差によって半導体ウエハの洗浄度合を判別する検査装置と
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造装置にある。
【００１３】
請求項１の発明によれば、洗浄後に第１の測定工程で半導体ウエハの表面をパ−ティクルカウンタで測定した後、その表面を等方性エッチング処理するため、研磨工程のときに上記半導体ウエハにスクラッチが発生していれば、そのスクラッチが拡大されるから、エッチング工程の後の第２の測定工程の測定値にはスクラッチも含まれ、その測定値が増大する。そのため、第１の測定工程と第２の測定工程との測定値を比較することで、研磨工程で半導体ウエハにスクラッチが発生したか否やかを判別することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、研磨加工を伴い半導体装置を製造する場合、研磨加工後に洗浄された半導体ウエハをパ−ティクルカウンタで測定することで、その測定値に基づいて良品と不良品とを選別できる。
【００１５】
【発明の実施形態】
以下、この発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は半導体装置の製造装置１を示し、この製造装置１は成膜装置２を有する。この成膜装置２は図３に示すように半導体ウエハ３に絶縁被膜としての熱酸化膜４が成膜される。
【００１６】
半導体ウエハ３に形成される熱酸化膜４は、図３（ａ）に示すように表面が凹凸面５ａになることがあるから、そのような場合、上面にさらに回路パタ−ンを形成するためにはその凹凸面５ａを図３（ｂ）に示すように平坦化する必要がある。
【００１７】
上記成膜装置２で熱酸化膜４が成膜された半導体ウエハ３は図１に示すように上記製造装置１の研磨装置６によって凹凸面５ａを平坦化するために研磨加工される。
【００１８】
上記研磨装置６としては、半導体ウエハ３の熱酸化膜４を化学機械研磨（ＣＭＰ）するものが用いられており、この研磨装置６は図５に示すようにラップ盤７を有し、このラップ盤７は下部駆動軸８によって回転駆動されるようになっている。
【００１９】
上記ラップ盤７の上方には図示しない駆動機構によって上下駆動および回転駆動される上部駆動軸９が設けられ、この上部駆動軸９の下端にはホルダ１１が取り付けられている。このホルダ１１の下面には上記半導体ウエハ３が熱酸化膜４が形成された面を下側にして接着あるいは吸着などの手段によって保持される。
【００２０】
上記ラップ盤７の上面には供給ノズル１２からスラリ１３が供給される。このスラリ１３は、たとえばＫＯＨなどのアルカリベ−スの水溶液にコロイダルシリカルなどの粒子を分散させたものが用いられる。
【００２１】
したがって、ホルダ１１に保持された半導体ウエハ３をラップ盤７の上面に所定の圧力で接触させるとともに、ラップ盤７の上面にスラリを供給し、上記ホルダ１１とラップ盤７とを回転させることで、上記半導体ウエハ３の熱酸化膜４が図３（ａ）に示す凹凸面５ａから同図（ｂ）に示す平坦面５ｂに研磨加工されることになる。
【００２２】
研磨装置６で研磨加工された半導体ウエハ３は図１に示す洗浄装置１５に供給される。この洗浄装置１５はたとえば半導体ウエハ３を回転させながら超音振動が印加された洗浄液を噴射することで洗浄する洗浄作業と、洗浄後に洗浄液を供給しない状態で上記半導体ウエハ３を高速回転させることで、洗浄液を乾燥除去する乾燥作業とを行うことができる、いわゆるスピン処理装置が用いられている。
【００２３】
上記洗浄装置１５で洗浄および乾燥させれた半導体ウエハ３はパ−ティクルカウンタ１６に搬入される。このパ−ティクルカウンタ１６は、図６に示すようにレ−ザ光Ｌ1 を出力するレ−ザ発振器１７と、このレ−ザ発振器１７から出力されたレ−ザ光Ｌ1 が半導体ウエハ３を照射することで生じる散乱光Ｌ2 を検出する検出器１８とが対をなして構成されている。図６では説明の都合上、上記レ−ザ発振器１７と検出器１８とを別体で示しているが、通常、これらは一体化されている。
【００２４】
上記パ−ティクルカウンタ１６でパ−ティクルが測定された半導体ウエハ３は選別装置２１に搬入される。この選別装置２１では上記パ−ティクルカウンタ１６での測定値に基づいて半導体ウエハ３の洗浄状態の良否を判定し、良品と不良品とを選別する。良品は次工程へ搬送され、不良品は検査装置２３へ搬送される。
【００２５】
上記製造装置１においては、成膜装置２による成膜から選別装置２１による選別までの一連の作業が連続して自動的に行うことができるようになっている。
上記検査装置２３では洗浄が不良であると判定された半導体ウエハ３を再検査する。つまり、パ−ティクルカウンタ１６（製造装置１のパ−ティクルカウンタ１６とは別に設けられてるが、構成が同じであるから、同じ番号を用いて説明する）によって半導体ウエハ３の熱酸化膜４の表面に付着したパ−ティクル数およびパ−ティクルの粒径を測定する場合、上記熱酸化膜４が研磨装置６で研磨加工されて平坦化されることで、その熱酸化膜４には図４（ａ）に示すようにパ−テイクル２４が付着しているだけでなく、スクラッチ２５が生じることがある。
【００２６】
スクラッチ２５が生じた場合、パ−ティクルカウンタ１６は上記パ−ティクル２４からの散乱光Ｌ2 だけでなく、上記スクラッチ２５からの散乱光Ｌ2 もパ−ティクルと同じプロファイルとして検出するから、パ−ティクルカウンタ１６で測定された測定値はパ−ティクル２４の数と一致せず、スクラッチ２５の数を含むことになる。そのため、パ−ティクルカウンタ１６の測定値によって半導体ウエハ３が洗浄装置１５でどの程度の清浄度で洗浄されたかどうかを判定することができない。
【００２７】
そこで、上記検査装置２３では、まず、第１の測定工程Ｓ1 で上記製造装置１の選別装置２１によって不良と判定された半導体ウエハ３の表面をパ−ティクルカウンタ１６で測定する。そのときの測定値をＴ1 とする。
【００２８】
つぎに、上記半導体ウエハ３の表面をエッチング工程Ｓ2 で等方エッチングする。この等方エッチングは熱酸化膜４に対してはフッ酸（ＨＦ）で約５分間行う。半導体ウエハ３の表面、つまり熱酸化膜４が等方エッチングされることで、この表面に図４（ａ）に示すように大小多数のスクラッチ２５があると、そのスクラッチ２５もエッチングされるから、図４（ｂ）に示すように大きなスクラッチ２５ａとなる。つまり、第１の測定工程Ｓ1 では小粒径として測定されたスクラッチ２５が大粒径として測定され、また小さすぎてパ−ティクルとして測定されなかったスクラッチ２５も測定される大きさに拡大される。
【００２９】
エッチングが終了したならば、その表面を再度、パ−ティクルカウンタ１６で測定する。これを図２に示すように第２の測定工程Ｓ3 とする。この第２の測定工程Ｓ3 での測定値をＴ2 とする。この第２の測定工程Ｓ3 では、半導体ウエハ３に生じたスクラッチ２５のうち、第１の測定工程Ｓ1 ではパ−ティクルとして測定されなかった小さなスクラッチ２５が拡大されているから、そのスクラッチ２５もパ−ティクルとして測定されることになる。
【００３０】
ついで、判別工程Ｓ4 で第１の測定工程Ｓ1 の測定値Ｔ1 と、第２の測定工程Ｓ3 の測定値Ｓ2 とが比較される。その結果、測定値Ｔ2 が測定値Ｔ1 に対して十分に大きい場合には、半導体ウエハ３の熱酸化膜４には研磨装置６での研磨加工時にスクラッチ２５が発生していたと断定できるから、上記研磨装置６での研磨不良が発生したと判断できる。つまり、（Ｔ2 −Ｔ1 ）の値によって研磨装置６での研磨状態であるスクラッチ２５の発生度合を判定できる。
【００３１】
上記測定値Ｔ1 が測定値Ｔ2 とがほぼ等しい場合には、第１の測定工程Ｓ1 で測定された測定値Ｔ1 にはスクラッチ２５がほとんど含まれず、パ−ティクル２５だけがカウントされたものと判断できるから、その測定値Ｔ1 によって洗浄装置１５での洗浄性能を判断することができる。
【００３２】
また、粒径の変化からパ−ティクル数を推定することもできる。たとえば、第１の測定工程Ｓ1 で測定できる所定の範囲の大きさの粒径の数と、第２の測定工程Ｓ2 で測定される所定の範囲の大きさの粒径の数とを比較し、その範囲の大きさの粒径の数が増大したとすると、その大きさの範囲における粒径の増大分はそれ以下のスクラッチ２５がエッチングによって拡大されたと判定できるから、測定値と増大分との数の差が半導体ウエハ３に予め付着していたパ−ティクル２４であると推定することができる。
【００３３】
すなわち、上述したような表面検査方法によれば、半導体ウエハ３の表面を研磨加工してから洗浄した場合、上記半導体ウエハ３に形成された熱酸化膜４にスクラッチ２５がどの程度発生しているか否か、つまり研磨装置６による半導体ウエハ３の研磨状態の良否を判断することができ、スクラッチ２５がほとんど発生していないと判断できた場合には半導体ウエハ３の表面に付着したパ−ティクル２４の数、つまり洗浄装置１５による洗浄性能を判断することができる。
【００３４】
実験によると、熱酸化膜４が10000 オングストロ−ムの厚さで形成された半導体ウエハ３を研磨加工せずに洗浄し、エッチング処理する前にパ−ティクルを測定したら、その測定値は129 個／6inch であり、エッチング処理後に測定したら、その値は126 個／6inch であった。つまり、研磨加工を伴わない場合には、スクラッチ２５が発生することがないから、エッチング処理の前と後では測定値にほとんど変化がない。
【００３５】
つぎの実験として熱酸化膜４をＣＭＰによる研磨加工してから洗浄し、パ−ティクルを測定したところ、その数は413 個／6inch であった。測定後、エッチング処理して再度測定したところ、その測定値は2881個／6inch であった。
【００３６】
このことから、熱酸化膜４を研磨加工することでスクラッチ２５が発生すると、そのスクラッチ２５はエッチング処理することで、パ−ティクルカウンタ１６によって測定できる大きさに顕在化するため、エッチング後の測定値が急増することが確認された。
【００３７】
この発明は上記一実施形態に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。たとえば、上記一実施形態では、選別装置２１で不良と判定された半導体ウエハを検査装置２３で検査する場合、その検査工程では第１の測定工程Ｓ1 によってパ−ティクルを測定し、その値を測定値Ｔ1 としたが、製造装置１のパ−ティクルカウンタ１６での測定値をＴ1 として利用することで、検査装置２３における第１の測定工程Ｓ1 を省略してもよい。
【００３８】
つまり、製造装置１に洗浄状態を判別するためのパ−ティクルカウンタ１６が設けられている場合には検査装置２３の第１の測定工程Ｓ1 を省略できるが、製造装置１にパ−ティクルカウンタ１６が設けられておらず、洗浄状態の良否を、たとえば１ロッドの半導体ウエハ３に対して１枚検査する、抜き取り検査のシステムを採用している場合には、検査装置２３における第１の測定工程Ｓ1 は必要である。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、研磨加工された半導体ウエハを洗浄し、ついで第１の測定工程で上記半導体ウエハの表面をパ−ティクルカウンタで測定した後、その表面を等方性エッチング処理してから第２の測定工程のパ−ティクルカウンタで測定するようにした。
【００４０】
そのため、上記半導体ウエハを等方性エッチング処理することで、研磨工程のときにスクラッチが発生していれば、そのスクラッチが拡大されて第２の測定工程でパ−ティクルと同様に測定されるから、第１の測定工程と第２の測定工程との測定値を比較することで、研磨工程で半導体ウエハにスクラッチが発生したか否やかを判別することができる。
【００４１】
請求項２の発明によれば、研磨加工を伴い半導体装置を製造する場合、研磨加工後に洗浄された半導体ウエハをパ−ティクルカウンタで測定することで、その測定値に基づいて良品と不良品とを選別できる。そのため、洗浄不良や研磨加工によってスクラッチが発生している可能性のある半導体ウエハを製造ラインから除去することが可能となるから、半導体装置の製造不良の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す半導体装置の製造装置の説明図。
【図２】同じく検査装置の説明図。
【図３】同じく半導体ウエハの研磨加工前と加工後の状態を示す断面図。
【図４】同じく等方性エッチング前とエッチング後の状態を示す断面図。
【図５】同じく研磨装置の説明図。
【図６】同じくパ−ティクルカウンタの説明図。
【符号の説明】
３…半導体ウエハ
６…研磨装置
１５…洗浄装置
１６…パ−ティクルカウンタ
２１…選別装置
２３…検査装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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