JP2003092320A - 半導体ウェーハ非破壊検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 半導体ウェーハの裏面を汚染することなく諸
特性を測定できるようにする。 【解決手段】 半導体ウェーハ非破壊検査装置を、半導
体ウェーハ１０を載置してその特性を電気的、物理的ま
たは光学的に測定する測定ステージと、該半導体ウェー
ハの裏面を吸着又は支持して検査前処理を行なう前処理
ステージ２０とで構成する。前記測定ステージは、導体
または抵抗率１Ωｃｍ以下の半導体で構成される本体部
と、本体部上に形成された金属汚染防止膜とを備える。
前処理ステージ２０は、導体または抵抗率１Ωｃｍ以下
の半導体で構成される本体部金属２０ｂと、該金属上に
形成された金属汚染防止膜２０ａとを備える。該金属汚
染防止膜２０ａで前記半導体ウェーハ１０の裏面と接触
することにより、前記半導体ウェーハ１０の金属汚染を
防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハの
裏面を汚染することなく、電気的、物理的または光学的
特性を測定する非破壊検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハの電気的特性を測定する
方法として、Ｃ−Ｖ測定法、Ｃ−ｔ測定法、ＳＰＶ測定
法などがある。

【０００３】また、物理的特性を測定する方法として、
半導体ウェーハの厚み、平坦度などを測定する静電容量
法などが知られている。

【０００４】さらに、光学的特性を測定する方法とし
て、レーザー光を照射することにより、半導体ウェーハ
表面に存在する微小粒子の散乱光を測定するパーティク
ル測定法（ウェーハ表面からの反射光との干渉を利用し
て微小なうねりを測定するナノトポグラフィ測定法）
や、ウェーハ表層部に存在する欠陥からの散乱光を測定
するＬＳＴＤ測定法などがある。

【０００５】電気的特性を測定する装置では、ウェーハ
を載置する測定ステージを電極の１つとするため、ステ
ンレスやアルミニウムなどの金属が使用されることが多
い。物理的特性を測定する装置では、ステンレスやアル
ミニウムなどの金属、またはプラスチックやＰＴＦＥな
どの非金属が使用されることが多い。さらに、光学的特
性を測定する装置ではプラスチックやＰＴＦＥなどの非
金属が使用されることが多い。

【０００６】さらに、半導体ウェーハの裏面を吸着し運
搬する搬送部、および半導体ウェーハの方位合わせ、熱
処理、光照射、雰囲気の圧力変化などの前処理を行なう
際、半導体ウェーハを保持する前処理ステージには、前
述の金属または非金属が使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウェーハの製造
工程の内、最終工程以外では、半導体ウェーハそのもの
の清浄度があまり高くないこと、および非破壊検査装置
による検査後に洗浄工程があることが普通である。

【０００８】このため、最終工程以外で使用される非破
壊検査装置においては、半導体ウェーハの裏面と接触す
る部分からの、金属を主とする逆汚染はあまり問題視さ
れてこなかった。

【０００９】ところが、前記ＬＳＴＤや前記ナノトポグ
ラフィなどの測定法では、品質項目としての要求が高ま
っているため、出荷時の製品相当の半導体ウェーハを評
価する必要がある。

【００１０】しかも、この時点で非破壊検査装置から受
けた逆汚染は、最終洗浄によって完全に除去することは
非常に困難である。さらに洗浄装置そのものを逆汚染す
る可能性が高いため、製品として工程に戻すことはでき
ない。

【００１１】また、従来、抜き取り検査で対応していた
非破壊検査装置においては、検査後の半導体ウェーハを
製品として工程に戻すことは考慮されていないため、半
導体ウェーハ裏面と接触する種々の部分からの、金属を
主とする逆汚染に対する対策は、十分になされていない
のが実情である。

【００１２】しかしながら、近年、ＳＰＶ法による鉄汚
染量などは、全数測定による品質保証が求められてきて
いる。

【００１３】さらに、抜き取り検査では、製品とは別の
半導体ウェーハが必要となり、コストが余計に掛かるこ
とになる。

【００１４】しかも、ユーザーでの歩留との関連を調査
する際には、極少数の、実際に出荷されていない半導体
ウェーハの特性値しかないため、十分対応することがで
きない問題点もある。

【００１５】半導体ウェーハ裏面と接触する種々の部分
のうち、測定ステージに限れば、改良の提案がなされて
いる。たとえば、半導体ウェーハ非破壊検査装置の測定
ステージに金属汚染防止膜を形成することが特許第３０
０５４２６号明細書に開示されている。

【００１６】一方、非破壊検査装置で使用される半導体
ウェーハのキャリアの材質は、主としてＰＴＦＥやプラ
スチックなどの非金属である。半導体ウェーハを運搬す
る搬送部によってキャリアに搬出入させる場合、キャリ
アと半導体ウェーハが擦れて帯電することが多い。この
静電気による空気中の浮遊微小粒子の吸着、および電気
的特性の測定への影響をなくすため、イオナイザーを用
いて除電する方法が、一般的に採用されている。

【００１７】しかしながら、イオナイザーそのものが発
塵源となったり、電気的バランスが崩れ、逆に帯電させ
ることもある。そのため、イオナイザーをすべての非破
壊検査装置に使用することはできない。

【００１８】したがって、本発明の目的は、前述の従来
技術の問題点を解決し、半導体ウェーハの裏面を汚染す
ることなく、電気的、物理的または光学的特性を測定す
ることができる非破壊検査装置を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の解決手段を例示
すると、請求項１〜４に記載の半導体ウェーハ非破壊検
査装置である。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の測定ステージは、半導体
のみで本体部を形成した実施形態と、導体の本体部に金
属汚染防止膜を形成した実施形態を含む。

【００２１】本発明では、測定ステージに金属汚染膜を
形成する場合も、そうでない場合も、搬送部や前処理ス
テージに金属汚染防止膜を形成する。

【００２２】測定ステージに金属汚染膜を形成するだけ
では、汚染対策として不十分であることを本発明者は発
見した。前処理ステージ（たとえば光照射ステージ）や
搬送部に起因すると思われる汚染の発生も回避するよう
にした。

【００２３】前処理ステージおよび搬送部を有する装置
では、半導体ウェーハは前処理ステージおよび搬送部を
移動するため、ここで発生する汚染が半導体ウェーハの
裏面に付着し、測定ステージに運ばれる。その結果、測
定ステージ上に形成された金属汚染防止膜の、さらに上
に汚染が付着する。そのため、測定ステージだけ汚染対
策を取っても十分ではない。

【００２４】そこで、本発明では、前処理ステージにも
金属汚染防止膜を付与し、さらに搬送部にも対象を広げ
た。

【００２５】本発明の１つの実施形態では、測定ステー
ジ上に半導体ウェーハを載置し、半導体ウェーハの特性
を電気的、物理的または光学的に測定するが、その測定
ステージに半導体ウェーハを搬送する搬送部と、その前
の前処理ステージを改良している。いずれも、金属汚染
防止膜を備え、金属汚染防止膜で半導体ウェーハの裏面
と接触することにより、半導体ウェーハの金属汚染を防
止する。

【００２６】本発明の好ましい実施形態では、測定ステ
ージ上に半導体ウェーハを載置し、半導体ウェーハの特
性を電気的、物理的、または光学的に測定する半導体ウ
ェーハ非破壊検査装置において、測定ステージは、抵抗
率１Ωｃｍ以下の半導体で構成される本体部を備え、そ
の本体部で半導体ウェーハの裏面と接触する。これによ
り、測定ステージ上に半導体ウェーハを載置した際、半
導体ウェーハ裏面は、半導体に接触する。半導体は金属
を含んでいないため、半導体ウェーハ裏面が金属で汚染
されることはない。また、半導体は半導体ウェーハの主
要材料として使用されており、半導体ウェーハに対し悪
影響を及ぼすことはなく、半導体ウェーハの裏面にその
他の汚染を及ぼすこともない。また、半導体が抵抗率１
Ωｃｍ以下の半導体で構成されるため、電極としても使
用できる。

【００２７】本発明の別の好ましい実施形態によれば、
半導体ウェーハ非破壊検査装置は、半導体ウェーハ裏面
を吸着し、前処理ステージから測定ステージへ運搬する
搬送部を有する。その搬送部は、導体または抵抗率１Ω
ｃｍ以下の半導体で構成される基体部と、その基体部上
に形成された金属汚染防止膜とを備える。それにより、
金属汚染防止膜で半導体ウェーハの裏面と接触すること
になる。そのため、半導体ウェーハの金属汚染を防止で
きる。これにより搬送部による運搬で、半導体ウェーハ
裏面を吸着しても、半導体ウェーハ裏面が金属その他の
汚染を受けることはない。

【００２８】本発明のさらに別の好ましい実施形態によ
れば、半導体ウェーハ非破壊検査装置が、半導体ウェー
ハ裏面を吸着し、検査前処理を行なう前処理ステージを
有する。この前処理ステージは、測定ステージの前に設
けられており、導体または抵抗率１Ωｃｍ以下の半導体
で構成される本体部と、本体部上に形成された金属汚染
防止膜とを備え、金属汚染防止膜で半導体ウェーハの裏
面と接触することにより、半導体ウェーハの金属汚染を
防止する。

【００２９】前述の金属汚染防止膜は、材質として半導
体膜、半導体酸化膜、半導体窒化膜、または高純度石英
ガラス膜からなり、構造として単結晶、多結晶、または
非晶質からなる。金属汚染防止膜をこのような材質で構
成するようにすれば、いずれの膜も金属単体を含んでい
ないため、半導体ウェーハの裏面を金属で汚染すること
がない。また、いずれの金属汚染防止膜も、半導体ウェ
ーハに対し悪影響を及ぼす材料ではできていないため、
半導体ウェーハの裏面にその他の汚染を及ぼすこともな
い。

【００３０】また、前処理ステージは、半導体ウェーハ
の方位合わせ、熱処理、光照射、雰囲気の圧力変化など
を行なう機能を有する。これにより、前処理ステージ
で、半導体ウェーハ裏面を吸着しても、半導体ウェーハ
裏面が金属その他の汚染を受けることはない。

【００３１】本発明のさらに別の実施形態によれば、測
定ステージ、搬送部、または前処理ステージのうち、少
なくとも１つは、１Ωｃｍ以下の接地（アース）がなさ
れている。これにより、運搬する搬送部により半導体ウ
ェーハを主としてＰＴＦＥやプラスチックなどのキャリ
アに搬出入させる際、キャリアと半導体ウェーハが擦れ
て帯電した場合でも、接地されているため、速やかに除
電される。したがって、発塵や帯電の原因になり得る、
イオナイザーを用いる必要がなくなる。

【００３２】

【実施例】図１と図２は、本発明の１つの実施例を示
す。

【００３３】図１において、前処理ステージ２０は、本
体部が金属２０ｂで形成されている。その金属２０ｂの
上部に金属汚染防止膜２０ａが形成されており、その金
属汚染防止膜２０ａの上面に半導体ウェーハ１０（図
２）を吸着させるための吸引部２０ｃが金属汚染防止膜
２０ａと金属２０ｂに形成されている。前処理ステージ
２０の下方中央部２０ｄは凸形状になっている。

【００３４】図２には、前処理ステージ２０の断面の典
型例の１つが示されている。前処理ステージ２０は、ス
テンレス、アルミニウムなどの金属２０ｂと、その金属
２０ｂの上面に形成された金属汚染防止膜２０ａとで構
成されている。ここで、金属汚染防止膜２０ａは、半導
体膜（Ｓｉなど）、半導体酸化膜（ＳｉＯ₂など）、半
導体窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄など）、または高純度石英ガラス
（合成石英など）から成る。

【００３５】前処理ステージ２０は、半導体ウェーハの
方位合わせ用ステージ、熱処理用ステージ、光照射用ス
テージ、雰囲気圧力変化用ステージなどとして使用され
るものである。

【００３６】このように構成された前処理ステージ２０
を用いることにより、半導体ウェーハ１０を前処理ステ
ージ２０に載置した際、半導体ウェーハ１０の裏面は金
属面に接触するのではなく、金属汚染防止膜２０ａに接
触することになる。前述のように、金属汚染防止膜２０
ａは金属を含んでいないため、半導体ウェーハ１０の裏
面が汚染されることはない。また、金属汚染防止膜２０
ａは、半導体ウェーハ１０に悪影響を及ぼす材料ではで
きていないため、半導体ウェーハ１０裏面に金属その他
の汚染を与えることもない。

【００３７】図３は、前述のように構成した前処理ステ
ージ２０を用いることにより、半導体ウェーハの裏面が
金属で汚染されないことを実証する試験の汚染評価結果
を示す。

【００３８】半導体ウェーハを３種類（サンプルＡ，
Ｂ，Ｃとする）用意した。サンプルＡは、金属製の前処
理ステージ２０上に載置し、裏面を吸着させ、通常の測
定と同時間そのままとする。サンプルＢは、図１〜２に
示した前処理ステージ２０に載置して、裏面を吸着さ
せ、サンプルＡと同様とする。前処理ステージ２０の金
属汚染防止膜２０ａは、ＳｉＯ₂から成っている。ま
た、サンプルＣは、いずれの前処理ステージにも吸着さ
せず、リファレンスとする。

【００３９】その後、すべてのサンプルＡ、Ｂ、Ｃを熱
処理前に洗浄し、１０００℃以上の水素雰囲気中で熱処
理する。なお、この熱処理は半導体ウェーハ裏面に付着
した汚染を、半導体ウェーハ内部へ拡散させるために行
なう。その後、熱処理をしてさらに洗浄を行なった後、
ＳＰＶ法による少数キャリアの拡散長を測定する。な
お、少数キャリアの拡散長Ｌは、金属の汚染量と強い相
関関係があることが一般に良く知られており、金属の汚
染量が多いと拡散長Ｌは短くなる。この少数キャリアの
拡散長Ｌにより金属汚染量の評価を行なった。

【００４０】図３において、横軸は半導体ウェーハの中
心を０としたときの面内位置を示し、縦軸は少数キャリ
アの拡散長Ｌを示す。この図３から明らかなように、金
属製の前処理ステージに載置し吸着させたサンプルＡ
は、拡散長が非常に短く、金属汚染が著しいことを示し
ている。

【００４１】さらに、この結果は、たとえ熱処理前に洗
浄を行なっても、一度受けた汚染は完全には除去するこ
とができないことを示している。

【００４２】一方、図１〜２の実施例の前処理ステージ
２０に載置して吸着させたサンプルＢは、いずれの前処
理ステージにも載置せず、金属汚染のないサンプルＣと
同程度であり、金属汚染がほとんどないことが分かる。

【００４３】次に、図１〜２において、前処理ステージ
の代りに搬送部（たとえば搬送アーム）とする場合に
も、前述の実証試験と同様の評価を行なうことにより、
本発明が有効であることが確認された。

【００４４】また、従来、搬送部により半導体ウェーハ
をＰＴＦＥ製キャリアに載置した際、静電気による帯電
により、半導体ウェーハが搬送部に吸着し、手前に引き
ずり出されることがしばしば起こったが、１Ωｃｍ以下
に接地（アース）することにより、ほとんど発生しなく
なった。これは、半導体ウェーハが静電気により帯電し
ても、搬送部が接地されているため、速やかに除電され
るためである。

【００４５】本発明は、前述の実施例に限定されるもの
ではない。たとえば、本発明は、半導体ウェーハの裏面
を吸着するのではなく、半導体ウェーハの裏面を支持す
る場合にも適用できる。さらに、半導体ウェーハのベベ
ル部（端面）を支持する測定ステージ、前処理ステージ
および搬送部のいずれにも適用できる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、半導体ウェーハ非破壊
検査装置で検査を行なった半導体ウェーハの裏面は、測
定ステージ、前処理ステージおよび搬送部のいずれと接
触しても汚染を受けることがない。したがって、検査
後、製品として工程に戻すことができるので、全数測定
が可能となる。これにより、ユーザーでの歩留との関連
を調査する際、全数のデータを得ていれば、十分対応が
可能である。さらに本発明により、製品とは別の半導体
ウェーハが不要となるため、その分コストを削減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施例による前処理ステージを
示す斜視図。

【図２】図１の前処理ステージを示す概略断面図。

【図３】半導体ウェーハ裏面の汚染実験による汚染評価
結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１０ 半導体ウェーハ ２０ 前処理ステージ ２０ａ 金属汚染防止膜 ２０ｂ 金属

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェーハを載置して前記半導体ウ
   ェーハの特性を電気的、物理的または光学的に測定する
   測定ステージと、前記半導体ウェーハの裏面を吸着又は
   支持して検査前処理を行なう前処理ステージと、前記半
   導体ウェーハの裏面を吸着又は支持して前記前処理ステ
   ージから前記測定ステージへ運搬する搬送部とを有する
   半導体ウェーハ非破壊検査装置であって、 （Ａ）前記測定ステージは、導体または抵抗率１Ωｃｍ
   以下の半導体で構成される本体部と、必要に応じて該本
   体部上に形成された金属汚染防止膜とを備え、前記半導
   体ウェーハの金属汚染を防止し、 （Ｂ）前記前処理ステージは、導体または抵抗率１Ωｃ
   ｍ以下の半導体で構成される本体部と、該本体部上に形
   成された金属汚染防止膜とを備え、該金属汚染防止膜で
   前記半導体ウェーハの裏面と接触することにより、前記
   半導体ウェーハの金属汚染を防止し、 （Ｃ）前記搬送部は、導体または抵抗率１Ωｃｍ以下の
   半導体で構成される基本部と、該基本部上に形成された
   金属汚染防止膜とを備え、該金属汚染防止膜で前記半導
   体ウェーハの裏面と接触することにより、前記半導体ウ
   ェーハの金属汚染を防止することを特徴とする、半導体
   ウェーハ非破壊検査装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体ウェーハ非破壊
   検査装置において、前記金属汚染防止膜は、材質として
   半導体膜、半導体酸化膜、半導体窒化膜、または高純度
   石英ガラス膜からなり、構造として単結晶、多結晶、ま
   たは非晶質からなることを特徴とする、半導体ウェーハ
   非破壊検査装置。
3. 【請求項３】 請求項１〜２のいずれか１項に記載の半
   導体ウェーハ非破壊検査装置において、前記前処理ステ
   ージは、前記半導体ウェーハの方位合わせ、熱処理、光
   照射、雰囲気の圧力変化のうち少くとも１つの機能を有
   することを特徴とする、半導体ウェーハ非破壊検査装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半
   導体ウェーハ非破壊検査装置において、前記測定ステー
   ジ、前記搬送部、および前記前処理ステージのうち、少
   なくとも１つは、１Ωｃｍ以下に接地（アース）されて
   いることを特徴とする、半導体ウェーハ非破壊検査装
   置。