(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡面加工されたシリコンウエハ表層部に存在する微小欠陥を、光散乱式表面検査装置を用いて、光散乱体として検出するシリコンウエハの微小欠陥の評価方法において、
前記シリコンウエハ表面の光散乱体を、レーザ光散乱式表面検査装置を用いて検出した後、該シリコンウエハ表面に酸化膜を形成し、該酸化膜を形成したシリコンウエハ表面の光散乱体を、レーザ光散乱式表面検査装置を用いて検出し、酸化膜形成後にサイズが拡大した光散乱体および新たに検出された光散乱体をシリコンウエハ表層部に存在する微小欠陥と判定することを特徴とするシリコンウエハの微小欠陥の評価方法。
【請求項２】
前記酸化膜の厚さが５〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載のシリコンウエハの微小欠陥の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハの微小欠陥の評価方法に関し、より詳細には、鏡面加工されたシリコンウエハの表面のみならず、表層部に存在するより小サイズの微小欠陥を検出することができるシリコンウエハの微小欠陥の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体製造用シリコンウエハは、単結晶シリコンインゴットをスライサー等でスライスした後、ラッピング、ベベリング、エッチング、ポリッシング、洗浄等の表面処理を施すことにより、付着異物等のパーティクルや表面欠陥等がほとんど存在しない清浄かつ平滑な鏡面状に仕上げられる。
そして、上記工程および仕上げにおいては、該処理中のウエハまたは仕上げられたウエハ表面の鏡面平滑度、微小欠陥等の存在状態、清浄度等を、表面検査装置等を用いて測定することにより、検査が行われている。
【０００３】
従来、このような検査においては、例えば、パーティクルカウンタ等の光散乱方式の表面検査装置を用いて、ウエハ表面に存在する微小ピット等の欠陥およびダスト等の付着パーティクルを、光散乱体（ＬＰＤ；Light Point Defect）として区別することなく検出し、これを測定評価する方法が、一般的に採用されていた。
このパーティクルカウンタにより検出されるＬＰＤは、ウエハ表面に存在する微小ピット等の欠陥に起因する凹形状およびダスト等の付着パーティクルに起因する凸形状をともに反映するものである。
また、パーティクルカウンタにより検出されるＬＰＤのサイズは、シリコンウエハの平滑度に左右される。
【０００４】
ところが、近年、ウエハ上に形成されるデバイスの高集積化に伴い、より高品質のシリコンウエハを提供するために、検査において、ウエハのデバイス形成面に存在する欠陥の正確な検出評価が要求されるようになってきた。
特に、ＣＯＰ（Crystal Originated Particle）と呼ばれる極微小な欠陥が、半導体の性能上から問題視されるようになり、シリコンウエハ表層部に存在するＣＯＰの正確な検出評価が強く要求されるようになってきた。
【０００５】
このＣＯＰ欠陥は、チョコラルスキー（ＣＺ）法による単結晶引上げの際に形成されるものであり、いわゆるグローン・イン（Grown-in）欠陥の一種である。ＣＯＰ欠陥の形成は、引上げ条件に左右され、その多くは、０．１〜０．２μｍ程度の欠陥サイズを有しており、原子空孔のクラスターと考えられ、ウエハ表層部においては、転位ループとして存在する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＣＯＰ欠陥等の微小欠陥を、パーティクルカウンタを用いて評価するためには、０．１μｍ前後までのサイズのＬＰＤを正確に検出する必要があるが、パーティクルカウンタによるＬＰＤの検出下限界は、通常０．１μｍ程度である。
しかも、上記したように、検出可能なＬＰＤサイズは鏡面加工時の平滑度に左右されるため、サイズが０．１μｍ程度のＬＰＤを検出するには、鏡面加工に、特別の注意を払う必要があり、微小欠陥の検出評価は、高度な加工技術、手間、時間、コストを要するものであった。
【０００７】
これに対しては、例えば、特開平３−２３３９５５号公報、特開２０００−１１４３３３号公報等に、上記のような微小欠陥をＬＰＤとして検出する際、酸やアルカリ等の薬液を用いたエッチング処理により、欠陥の凹形状を拡大させて検出する方法が開示されている。
しかしながら、これらの方法は、エッチングの際に発生するムラやサイズ変化量の調整が困難である等の問題点を有するものであった。
【０００８】
また、シリコンウエハの品質評価としては、デバイス形成に影響を及ぼす領域であるウエハの表層部に存在する欠陥の検出評価が要求されるが、パーティクルカウンタによる検出では、ウエハ表面の評価を行うことができても、ウエハ表層内部の評価を行うことはできなかった。
これに対しては、エッチングにより、表層を除去する方法も提案されているが、これも、エッチング処理による上記と同様の問題点を有していた。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、鏡面加工により平滑化されたシリコンウエハ表面において、光散乱式表面検査装置の検出下限界よりも小さいサイズの微小欠陥を検出することができ、しかも、ウエハ表面だけでなく、その上に形成されるデバイスの性能に影響を及ぼすウエハ表層内部に存在する微小欠陥をも検出することができるシリコンウエハの微小欠陥の評価方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシリコンウエハの微小欠陥の評価方法は、鏡面加工されたシリコンウエハ表層部に存在する微小欠陥を、光散乱式表面検査装置を用いて、光散乱体として検出するシリコンウエハの微小欠陥の評価方法において、前記シリコンウエハ表面の光散乱体を、レーザ光散乱式表面検査装置を用いて検出した後、該シリコンウエハ表面に酸化膜を形成し、該酸化膜を形成したシリコンウエハ表面の光散乱体を、レーザ光散乱式表面検査装置を用いて検出し、酸化膜形成後にサイズが拡大した光散乱体および新たに検出された光散乱体をシリコンウエハ表層部に存在する微小欠陥と判定することを特徴とする。
このように、ウエハ表面に酸化膜を形成させることにより、レーザ光散乱式表面検査装置の検出下限界より小さいサイズの微小欠陥を拡大させて、正確に検出することができる。また、ウエハ表面のみならず、表層内部に存在する微小欠陥をも検出評価することができる。
【００１１】
前記酸化膜の厚さは、５〜１０００ｎｍであることが好ましい。
ウエハ表面に形成される酸化膜の厚さは、ウエハ上に形成されるデバイスの性能に影響を及ぼす欠陥の深さ、酸化膜の光透過性、酸化膜の均質性等の観点から、上記範囲であることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明に係るシリコンウエハの微小欠陥の評価方法は、まず、検査対象となる鏡面加工されたシリコンウエハについて、その表面のＬＰＤを、レーザ光散乱式表面検査装置を用いて検出する。その後、該シリコンウエハ表面に酸化膜を形成する。そして、該酸化膜を形成したシリコンウエハ表面のＬＰＤを、レーザ光散乱式表面検査装置を用いて検出することにより、シリコンウエハの微小欠陥を評価するものである。
このように、ウエハ表面に酸化膜を形成させることによって、鏡面加工により平滑化されたシリコンウエハ表面において、パーティクルカウンタ等のレーザ光散乱式表面検査装置では、検出下限界付近であるために、正確に検出することが困難であった０．１μｍ前後のサイズの微小欠陥を、正確に検出することができる。また、ウエハ表面のみならず、表層内部に存在する微小欠陥をも検出評価することができる。
【００１３】
パーティクルカウンタでは通常、検出されないほどサイズが小さいシリコンウエハ表面の凹凸形状（微小欠陥）は、ウエハ表面に酸化膜を形成させることによって、その微小欠陥が拡大し、検出可能なＬＰＤサイズとなる。
また、シリコンウエハ表層部に存在する微小欠陥は、形成された酸化膜との界面で、または、酸化膜内に取り込まれて、そのサイズが拡大される。
すなわち、シリコン（Ｓｉ）は酸化され、ＳｉＯ2等の酸化物になると、体積は約２倍に膨張する。これに伴い、シリコンウエハ中の微小欠陥も、酸化により拡大し、ＬＰＤとして検出可能なサイズとなる。
【００１４】
また、シリコン酸化膜は光透過性を有するため、酸化膜が形成されたウエハ表面について、シリコン層とシリコン酸化膜界面に存在する、または、酸化膜内に取り込まれた欠陥を、パーティクルカウンタを用いて、ＬＰＤとして検出評価することができる。
また、シリコン酸化膜が形成された状態で評価を行うことは、デバイス形成領域またはデバイスを擬似的に反映しており、酸化薄膜特性等の品質評価の観点からも、価値のある評価方法であると言える。
【００１５】
本発明に係る評価方法において、検査対象となるシリコンウエハは、通常の半導体用シリコンウエハであれば、特に限定されないが、主に、ＣＺ法により引上げられたシリコン単結晶から得られたシリコンウエハを対象とする。
さらに、前記シリコンウエハとしては、プライムウエハに限られず、それ以外にも、表面近傍に無欠陥（ＤＺ）層が形成されたＤＺ−Ｇウエハ、水素ガス熱処理したウエハ、エピタキシャルウエハ、ＳＯＩウエハ等を対象とすることができる。
【００１６】
上述のように、ＣＺ法により引上げられた単結晶から作成されたシリコンウエハ中には、グローン・イン欠陥と呼ばれる欠陥が存在し、その一つとして、原子空孔のクラスターと考えられているＣＯＰ欠陥がある。
このＣＯＰ欠陥が、デバイス形成面となるシリコンウエハ表面および表層部に存在すると、そのウエハ上に形成されたデバイスの性能に悪影響を及ぼす。このため、このウエハ表層部に存在するＣＯＰ欠陥を正確に検出評価することは、半導体製造プロセスでの品質管理において重要である。
【００１７】
本発明に係る評価方法において、検出対象とされるシリコンウエハは、その表面を鏡面加工されたものである。
パーティクルカウンタ等のレーザ光散乱式表面検査装置のＬＰＤ検出下限界サイズは、ウエハ表面の平滑度に依存するものであるが、本発明においては、酸化膜形成後に検出評価を行うことを特徴とするものであるため、従来のように、高度に平滑化されることは要求されない。
この鏡面加工は、通常の機械研磨のほか、メカノケミカル研磨等によって行うことができる。
【００１８】
本発明に係る評価方法は、上記のようにして鏡面加工されたシリコンウエハについて、パーティクルカウンタを用いて、ＬＰＤを検出することにより行われる。
具体的には、前記鏡面加工されたウエハについて、パーティクルカウンタを用いてＬＰＤを検出し、その検出された各ＬＰＤの位置、サイズ、数を測定する。
光散乱式表面検査装置であるパーティクルカウンタとしては、特に、レーザ光散乱式表面検査装置が、検出精度等の観点から、好適に用いられる。
【００１９】
上記のようにして、ＬＰＤを検出測定した後、ウエハ表面に酸化膜を形成する。
前記酸化膜の厚さは、５〜１０００ｎｍ、特に１０〜５００ｎｍの範囲にあることが、ウエハ上に形成されるデバイス性能に影響を及ぼさないための欠陥の深さ、ＬＰＤ検出において十分な光透過性を有する酸化膜の厚さ、形成される酸化膜の均質性の担保等の観点から好ましい。
【００２０】
酸化膜の形成は、例えば、抵抗加熱式熱処理炉等のバッチ式炉、急速加熱・急速冷却装置等の炉内にウエハを配置し、酸素ガス、水蒸気、酸素ガスと水素ガスの混合燃焼ガス等の雰囲気中で、加熱して酸化処理することにより行われる。
このときの加熱温度、処理時間等は、雰囲気ガスの種類や状態、形成する酸化膜の膜厚等に応じて適宜設定される。
【００２１】
本発明に係る評価方法においては、上記のようにして酸化膜が形成されたシリコンウエハについて、再度、酸化膜形成前のＬＰＤ検出測定と同様の条件で、ＬＰＤ測定を行う。
そして、酸化膜形成後と酸化膜形成前のＬＰＤ検出測定結果とを対比して、酸化膜形成前に検出されたＬＰＤの位置において、酸化膜形成後にはＬＰＤのサイズが縮小または消失したもの等は、ダスト等の凸形状に起因するＬＰＤであると予想され、それ以外のＬＰＤは、ＣＯＰ等の微小欠陥（凹形状）に起因するＬＰＤであると予想される。
【００２２】
後述する実施例に示すように、ＣＯＰ等の凹形状の微小欠陥は、サイズが０．１〜０．２μｍ程度の範囲に集中している（図１参照）が、上記酸化膜形成によって、そのサイズは平均約５％、最大で２０％程度拡大される（表１参照）。
したがって、酸化膜形成前に検出されたＬＰＤの位置において、酸化膜形成後にＬＰＤのサイズが拡大したものは、検出下限界以上のサイズであり、ウエハ表面に存在していた欠陥であると考えられる。
【００２３】
また、酸化膜形成前には検出されず、酸化膜形成後に新たに検出されたＬＰＤは、酸化膜形成前のウエハ表層部に存在してはいたが、パーティクルカウンタの検出下限界より小さいサイズであるために、酸化膜形成前には検出されなかったと考えられる。そして、このＬＰＤは、ウエハ表面に酸化膜が形成されることによって、欠陥サイズが拡大されたため、または、欠陥がシリコンと酸化膜の界面に現れもしくは酸化膜内に取り込まれたため、酸化膜形成後には検出可能となったものである。
【００２４】
本発明に係る評価方法は、鏡面加工されたシリコンウエハの表面から深さ４５０ｎｍまで、すなわち、ウエハ上に形成されるデバイスの性能に影響を及ぼす深さまでの表層部に存在する、サイズ０．０７μｍ以上、特に０．１μｍ以上の微小欠陥を正確に検出評価する際に、好適に用いることができる。
このため、半導体製造プロセスにおけるシリコンウエハの品質管理のための高精度な検査に有用である。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例］
まず、鏡面加工された８インチＰ-Typeシリコンウエハについて、レーザ光散乱式パーティクルカウンタ（SFS6200：Tencor社製、分解能０．００１μｍ）を用いて、ＬＰＤを検出し、その検出されたＬＰＤの位置、サイズ（０．１０８μｍ以上）および数を測定した。
次に、このウエハを、酸素ガスと水素ガス（Ｏ2：Ｈ2＝４：７（ｖｏｌ））を用いて、１０００℃で５分間、燃焼酸化させ、ウエハ表面に、厚さ４０ｎｍの酸化膜を形成した。
この酸化膜形成後のウエハについて、前記パーティクルカウンタを用いて、酸化膜形成前と同様の条件で、ＬＰＤの検出測定を行った。
これらの測定結果を、図１、図２、表１に示す。
図１には、酸化膜形成前後でのＬＰＤサイズ分布を、図２には、酸化膜形成前後のＬＰＤの位置を示す。また、表１には、酸化膜形成前後で、同位置に検出されたＬＰＤのサイズ変化量を示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
図１に示したように、酸化膜形成後は、酸化膜形成前に比べて、ＬＰＤは明らかにサイズが拡大し、しかも、検出される数も増加した。
また、図２に示したように、酸化膜形成前に検出されたＬＰＤほとんどは、酸化膜形成後においても同位置で検出されており（同位置検出率９９．２％；１０２３個）、また、表１に示したように、この酸化膜形成前後において同位置で検出されたＬＰＤのうちの８５％は、サイズが０．００５μｍ以上拡大していることが認められた。
したがって、ウエハ表面に酸化膜を形成することによって、パーティクルカウンタの検出下限界よりも小さいＬＰＤサイズである微小欠陥についても、ＬＰＤ検出が可能となることが認められた。
【００２８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る評価方法によれば、シリコンウエハに高度な鏡面加工を施すことなく、よりサイズが小さい微小欠陥を正確に検出評価することができる。
また、本発明によれば、ウエハ表面のみならず、ウエハ上に形成されるデバイスの性能に影響を及ぼす該ウエハ表層内部に存在する微小欠陥をも検出評価することができる。
したがって、本発明に係る評価方法は、半導体製造プロセスでのシリコンウエハの品質管理のための高精度の検査に有用であり、ひいては、高品質のシリコンウエハを提供することに寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のシリコンウエハの酸化膜形成前後におけるＬＰＤのサイズ分布を示したグラフである。
【図２】実施例のシリコンウエハの酸化膜形成前後におけるＬＰＤの位置を表したマップである。
【図１】
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【図２】
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