JP2003142544A

JP2003142544A - シリコンウエハの微小欠陥の評価方法

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Publication number: JP2003142544A
Application number: JP2001341743A
Authority: JP
Inventors: Nobue Araki; 延恵荒木
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-05-16
Anticipated expiration: 2021-11-07
Also published as: JP3784300B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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（ＬＰ
Ｄ；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 Par
ticle）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（Ｃ
Ｚ）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０．１μ
ｍ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３−２３
３９５５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、ＳＯ
Ｉ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ＬＰ
Ｄ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】

【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０．００
５μｍ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。

Claims

【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。