JP2004111733A - 半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェーハ表面の欠陥の原因を特定するとともに、正確に半導体ウェーハ評価を行う。
【解決手段】半導体ウェーハ処理前に半導体ウェーハ表面の欠陥を検出する。この際、欠陥の位置を位置情報として取得し、欠陥の画像を処理前画像情報として取得する。半導体ウェーハ処理を実行した後、半導体ウェーハ処理前に取得した位置情報に基づいて、半導体ウェーハ処理前に欠陥が存在していた部分の画像を処理後画像情報として取得する。こうして半導体ウェーハ表面の同点における半導体ウェーハ処理前後の画像を取得する。これらの画像をオペレータは比較し、半導体ウェーハ処理に伴う欠陥の推移を観察する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ処理に応じて半導体ウェーハ表面の欠陥を評価する半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法に関し、特に半導体ウェーハ処理前に取得した欠陥の画像に基づき、半導体ウェーハ表面の欠陥を評価するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハ（以下、単にウェーハという）は様々なウェーハ処理工程（例えば、エピタキシャル成長、アニール、洗浄、熱酸化、研磨など）を経て製造される。しかし、これらのウェーハ処理工程中又は各ウェーハ処理工程の移行中にウェーハ表面に欠陥が発生する場合がある。ここでいう欠陥とは、結晶欠陥、ウェーハ加工時のダメージ、ヨゴレ、ゴミ、スクラッチ、ピットなど、ウェーハ表面に発生しうる全般的なものである。
【０００３】
ウェーハ表面の欠陥を評価する方法のうちのひとつにＬＰＤカウンターを用いる方法がある。ＬＰＤカウンターではＬＰＤの個数の増減や分布などの情報が取得される。しかし、欠陥の種類等を特定するためには欠陥の画像を取得する必要がある。
【０００４】
ウェーハ表面の画像を取得する装置として、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）がある。この装置では、ウェーハ表面が電子ビームで走査され、表面から発生した電子の量が測定される。測定された電子量は輝度の信号に変換され、ウェーハ表面上の欠陥の像として取得される。
【０００５】
また、ウェーハ表面の画像を取得する装置として、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）もある。この装置では、微小な探針とウェーハ表面との間に働く原子間力が検出され、その原子間力が一定となるように探針でウェーハ表面が走査される。探針にはレーザ光が照射されており、その反射光が光検出器に入射され光の変位量が検出される。この装置によれば、ＳＥＭと同様に欠陥の像を取得できる。
【０００６】
さらに、ウェーハ表面の画像を取得する装置として、共焦点レーザ顕微鏡もある。この装置では、ウェーハ表面にレーザ光が照射され、反射光が検出される。ウェーハ表面に欠陥が存在しない場合の反射光と欠陥が存在する場合の反射光とでは光強度に差が生じる。その差が一定値以上の場合にその部分が欠陥であると判断され、欠陥の座標が取得されるとともに、その欠陥の画像が取得される。この装置によれば、欠陥の像を取得できるとともに、欠陥の位置を特定できる。
【０００７】
例えば、特許文献１には洗浄乾燥処理の後に共焦点レーザ顕微鏡を用いてコロニー状に集合する欠陥を検出し、その画像を取得する技術が記載されている。
【０００８】
（特許文献１）
特開平２００２−７６０８２号公報
【発明が解決しようとする課題】
通常、あるウェーハ処理を行った後に、ウェーハ表面に存在する欠陥を評価する方法として、ＬＰＤカウンターによる欠陥測定を行い、その結果（欠陥の位置情報）を元に、顕微鏡、ＳＥＭ、ＡＦＭ等を用いて欠陥の実体の観察を行っていた。
【０００９】
しかしながら、このような評価方法には次のような問題がある。
【００１０】
例えばエピタキシャル成長の処理工程において、エピタキシャル成長前に存在していた欠陥の程度がエピタキシャル成長後に低減する場合がある。ここでいう欠陥の程度とは大きさや濃度のことをいうものとする。このような場合に、ＬＰＤカウンターの分解能以下の大きさになった欠陥は、当然ながらＬＰＤカウンターによって検出されない。したがって、ＬＰＤカウンターの分解能以下の大きさになった欠陥は位置情報が存在しないため、顕微鏡、ＳＥＭ、ＡＦＭ等による実体観察が不可能である。
【００１１】
また、ゲート酸化の処理工程の後には電極が形成され、プローブ検査が行われる。このプローブ検査では各電極の酸化膜耐圧が測定され、酸化膜耐圧の劣化した電極が特定される。酸化膜耐圧の劣化は電極形成前にウェーハ表面に存在していた欠陥が影響するものと考えられているが、電極が形成されたウェーハからはその欠陥の実体を把握することは不可能である。
【００１２】
このように、従来の評価方法は正確な欠陥の評価を行うものではなく、欠陥発生原因の解明や欠陥低減のための工程改善を行う上で不十分であった。
【００１３】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、ウェーハ表面の欠陥の原因を特定するとともに、正確にウェーハ評価を行うことを解決課題とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段および作用、効果】
第１発明は、
半導体ウェーハ処理に応じて半導体ウェーハ表面の欠陥を評価する半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法において、
半導体ウェーハ処理前に半導体ウェーハ表面の欠陥を検出し、欠陥が存在する部分の処理前画像情報を取得すると共に、欠陥が存在する部分の処理前位置情報を取得する処理前工程と、
半導体ウェーハ処理を実行する処理工程と、
半導体ウェーハ処理後に前記処理前位置情報に基づいて、半導体ウェーハ処理前に半導体ウェーハ表面に欠陥が存在していた部分の処理後画像情報を取得する処理後工程と、
前記処理前画像情報と前記処理後画像情報とを比較する比較工程と、を含むこと
を特徴とする。
【００１５】
第１発明によれば、例えば、エピタキシャル成長、アニール、洗浄、熱酸化、研磨などのウェーハ処理前にウェーハ表面の欠陥が検出される。この際、欠陥の位置が処理前位置情報として取得され、欠陥の画像が処理前画像情報として取得される。ウェーハ処理が実行された後、ウェーハ処理前に取得された処理前位置情報に基づいて、ウェーハ処理前に欠陥が存在していた部分の画像が処理後画像情報として取得される。こうしてウェーハ表面の同点におけるウェーハ処理前後の画像が取得される。これらの画像を比較することによって、ウェーハ処理に伴う欠陥の推移が観察される。
【００１６】
第１発明によれば、ウェーハ処理前に検出された欠陥が、ウェーハ処理後に欠陥として検出されないような欠陥に変化した場合であっても、その画像が確実に取得される。したがって、より正確にウェーハの欠陥評価を行うことができる。
【００１７】
第２発明は、
半導体ウェーハ処理に応じて半導体ウェーハ表面の欠陥を評価する半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法において、
半導体ウェーハ処理前に半導体ウェーハ表面の欠陥を検出し、欠陥が存在する部分の処理前画像情報を取得すると共に、欠陥が存在する部分の処理前位置情報を取得する処理前工程と、
半導体ウェーハ処理を実行する処理工程と、
半導体ウェーハ処理後に半導体ウェーハ表面の欠陥を検出し、欠陥が存在する部分の第１の処理後画像情報を取得すると共に、前記処理前位置情報に基づいて、半導体ウェーハ処理前に半導体ウェーハ表面に欠陥が存在していた部分の第２の処理後画像情報を取得する処理後工程と、
前記処理前画像情報と前記第１の処理後画像情報及び前記第２の処理後画像情報とを比較する比較工程と、を含むこと
を特徴とする。
【００１８】
第２発明によれば、第１発明に加えて、さらにウェーハ処理後にもウェーハ表面の欠陥が検出される。こうしてウェーハ表面の同点におけるウェーハ処理前後の画像とウェーハ処理に伴い発生した欠陥の画像が取得される。これらの画像を比較することによって、ウェーハ処理に伴う欠陥の推移が観察される。
【００１９】
第２発明によれば、第１発明と同じ効果が得られ、またウェーハ処理に伴い発生した欠陥が特定でき、さらに改善すべきウェーハ処理を特定できる。
【００２０】
第３発明は、第１発明又は第２発明において、
ウェーハ表面を全面走査して欠陥が存在する部分の画像を取得する共焦点レーザ顕微鏡を用いて、前記処理前工程及び前記処理後工程を行うこと
を特徴とする。
【００２１】
ウェーハ表面を全面走査して欠陥が存在する部分の画像を取得する共焦点レーザ顕微鏡を使用した場合、ＬＰＤカウンターなどを使用して欠陥の位置情報を取得し、ＳＥＭやＡＦＭなどを使用し、取得した位置情報に基づき欠陥の画像情報を取得する場合よりも、作業が容易であり、且つ作業時間が短縮される。
【００２２】
第４発明は、
半導体ウェーハ処理に応じて半導体ウェーハ表面の欠陥を評価する半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法において、
半導体ウェーハ処理前に半導体ウェーハ表面の欠陥を検出し、欠陥が存在する部分の処理前画像情報を取得すると共に、欠陥が存在する部分の処理前位置情報を取得する処理前工程と、
半導体ウェーハ処理を実行する処理工程と、
半導体ウェーハ処理後に半導体ウェーハ表面の欠陥を検出し、欠陥が存在する部分の処理後位置情報を取得する処理後工程と、
前記処理後位置情報と一致する前記処理前位置情報に対応する前記処理前画像情報を評価する評価工程と、を含むこと
を特徴とする
第４発明によれば、例えば、ゲート酸化などのウェーハ処理前にウェーハ表面の欠陥が検出される。この際、欠陥の位置が処理前位置情報として取得され、欠陥の画像が処理前画像情報として取得される。ウェーハ処理が実行された後、ウェーハ表面に存在する欠陥の位置が処理後位置情報として取得される。処理後位置情報と一致する処理前位置情報については、対応する処理前画像情報の画像が観察される。
【００２３】
第４発明によれば、ウェーハ処理後の欠陥の原因となったウェーハ処理前の欠陥の実体を把握することができる。
【００２４】
第５発明は、第４発明において、
ウェーハ表面を全面走査して欠陥が存在する部分の画像を取得する共焦点レーザ顕微鏡を用いて、前記処理前工程を行うこと
を特徴とする。
【００２５】
ウェーハ表面を全面走査して欠陥が存在する部分の画像を取得する共焦点レーザ顕微鏡を使用した場合、ＬＰＤカウンターなどを使用して欠陥の位置情報を取得し、ＳＥＭやＡＦＭなどを使用し、取得した位置情報に基づき欠陥の画像情報を取得する場合よりも、作業が容易であり、且つ作業時間が短縮される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明に係る半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法の実施形態について説明する。
【００２７】
本発明は、表面が鏡面加工されたウェーハを対象とするものである。また、本発明は、非破壊検査であるため複数のウェーハの中から任意に抜き取ったウェーハに対して行ってもよいし、全てのウェーハに対して行ってもよい。
【００２８】
図１は第１の実施形態のウェーハ表面の欠陥評価方法の処理フローである。
【００２９】
ステップ１１は、ウェーハ処理前にウェーハ表面を検査する工程である。この工程では共焦点レーザ顕微鏡でウェーハ表面の状態が検査される。ここで使用する共焦点レーザ顕微鏡は、ウェーハ表面を全面走査して欠陥の検出を行い、その欠陥の位置を特定し、その欠陥の画像を撮像する機能を有する。共焦点レーザ顕微鏡で取得される画像の分解能は高く、共焦点レーザ顕微鏡の性能が向上するほど、より微細な欠陥が検出される。
【００３０】
検出された欠陥の位置はデータ化され位置情報ファイルとして取得される。ここで取得される位置情報ファイルを“欠陥座標ファイル−１”とする。また、検出された欠陥の画像はデータ化され画像情報ファイルとして取得される。ここで取得される画像情報ファイルを“欠陥画像ファイル−１”とする。この際、欠陥が大きい順に所定数分（例えば１００点分）の“欠陥座標ファイル−１”及び“欠陥画像ファイル−１”が取得される。なお、全ての欠陥の“欠陥座標ファイル−１”及び“欠陥画像ファイル−１”が取得されるようにしてもよい。
【００３１】
ステップ１２は、ウェーハ処理を行う工程である。例えば、ウェーハ処理としてエピタキシャル成長、アニール、洗浄、熱酸化、研磨などが行われる。
【００３２】
ステップ１３は、ウェーハ処理後にウェーハ表面を検査する工程である。この工程ではステップ１１と同様に共焦点レーザ顕微鏡でウェーハ表面の状態が検査される。
【００３３】
検出された欠陥の位置はデータ化され位置情報ファイルとして取得される。ここで取得される位置情報ファイルを“欠陥座標ファイル−２”とする。また、検出された欠陥の画像はデータ化され画像情報ファイルとして取得される。ここで取得される画像情報ファイルを“欠陥画像ファイル−２”とする。この際、欠陥が大きい順に所定数分（例えば１００点分）の“欠陥座標ファイル−２”及び“欠陥画像ファイル−２”が取得される。なお、全ての欠陥の“欠陥座標ファイル−２”及び“欠陥画像ファイル−２”が取得されるようにしてもよい。
【００３４】
さらに、“欠陥座標ファイル−１”として取得された全ての座標におけるウェーハ表面の画像が撮像される。ウェーハ表面の画像はデータ化され画像情報ファイルとして取得される。ここで取得される画像情報ファイルを“欠陥画像ファイル−１′”とする。
【００３５】
ステップ１４は、取得された“欠陥画像ファイル−１”、“欠陥画像ファイル−１′”、“欠陥画像ファイル−２”を比較する工程である。“欠陥画像ファイル−１”、“欠陥画像ファイル−１′”及び“欠陥画像ファイル−２”の画像は表示装置に表示され、それぞれの画像が比較される。比較はオペレータが行うようにしてもよいし、他の装置を使用して行うようにしてもよい。図２〜図４を用いて代表的な比較方法について説明する。
【００３６】
図２（ａ）は“欠陥画像ファイル−１”の画像を示す模式図であり、図２（ｂ）は“欠陥画像ファイル−１′”の画像を示す模式図である。図２（ａ）と図２（ｂ）は同点の画像である。
【００３７】
図２（ａ）の画像２０には欠陥２１が存在するが、図２（ｂ）の画像２０′には欠陥が存在しない。以上の結果から、ステップ１２のウェーハ処理を実行したことによって欠陥が消滅したことが判る。
【００３８】
図３（ａ）は“欠陥画像ファイル−１”の画像を示す模式図であり、図３（ｂ）は“欠陥画像ファイル−１′”の画像を示す模式図である。図３（ａ）と図３（ｂ）は同点の画像である。
【００３９】
図３（ａ）の画像３０には欠陥３１が存在し、図３（ｂ）の画像３０′には欠陥３１′が存在する。画像３０との画像３０′とを比較すると、欠陥３１の欠陥の程度よりも欠陥３１′の欠陥の程度の方が小さい。以上の結果から、ステップ１２のウェーハ処理を実行したことによって欠陥の程度が低減したことが判る。
【００４０】
このように、ウェーハ処理前に存在していた欠陥が、ウェーハ処理後に共焦点レーザ顕微鏡で欠陥として検出されないような微細な欠陥に変化した場合であっても、その画像が確実に取得される。つまり、本実施形態によれば、従来のようにウェーハ処理後のみに共焦点レーザ顕微鏡を使用してウェーハ表面の検査を行った場合に検出されなかった欠陥を検出することができる。このような欠陥を評価することができるため、より正確にウェーハの欠陥評価を行うことができるといえる。
【００４１】
図４は“欠陥画像ファイル−２”の画像を示す模式図である。
【００４２】
図４の画像４０には欠陥４１が存在する。欠陥４１と同点の“欠陥画像ファイル−１”は、ウェーハ処理前に取得されていない。このことから、ステップ１２のウェーハ処理を実行したことによって、ウェーハ処理前に欠陥が存在しなかった部分に欠陥４１が発生したことが判る。
【００４３】
このように、ウェーハ処理前に存在しなかった欠陥が、ウェーハ処理後に存在する場合は、そのウェーハ処理自体に欠陥発生の原因があると考えられる。つまり本実施形態によれば、欠陥の原因及び改善すべきウェーハ処理を特定できる。また、発生した欠陥によって改善法は異なり、欠陥４１を解析することで最適な改善法を特定することができる。
【００４４】
なお、本実施形態におけるウェーハ表面の欠陥評価方法は、共焦点レーザ顕微鏡を用いなくとも行うことができる。例えば、ＬＰＤカウンターを用いて欠陥の座標を取得し、取得した座標の部分の画像をＳＥＭまたはＡＦＭを用いて取得すればよい。しかし、このような方法には特殊な技術が必要であり、共焦点レーザ顕微鏡を使用する場合と比較して時間を要する。逆にいえば、共焦点レーザ顕微鏡を使用する場合は、作業が容易であり且つ作業時間が短縮されるといえる。
【００４５】
図５は第２の実施形態のウェーハ表面の欠陥評価方法の処理フローである。なお、ここで行われるウェーハ処理はゲート酸化処理であるものとして説明する。
【００４６】
ステップ５１は、酸化処理前にウェーハ表面を検査する工程であり、図１のステップ１１と同様の工程である。ここでは“欠陥座標ファイル−１”及び“欠陥画像ファイル−１”が取得される。
【００４７】
ステップ５２は、ゲート酸化処理を行う工程である。ゲート酸化処理によってウェーハ表面には酸化膜が形成される。
【００４８】
ステップ５３は、ウェーハ処理後にウェーハ表面を検査する工程であり、この工程ではステップ５１と同様に共焦点レーザ顕微鏡でウェーハ表面の状態が検査される。ここでは“欠陥座標ファイル−２”及び“欠陥画像ファイル−２”が取得される。
【００４９】
ステップ５４は、酸化膜に電極を形成する工程である。
【００５０】
ステップ５５は、プローブ検査を行う工程である。プローブ検査の結果、酸化膜耐圧が所定電圧以下である電極が存在する位置には電極形成前に欠陥が存在していたものと想定されるため、その電極の位置が検出される。検出された電極の位置はデータ化され位置情報ファイルとして取得される。ここで取得される位置情報ファイルを“欠陥座標ファイル−３”とする。
【００５１】
ステップ５５は、取得された“欠陥座標ファイル−３”に基づき、ゲート酸化処理前にウェーハ表面に存在していた欠陥を評価する工程である。“欠陥座標ファイル−３”と一致する“欠陥座標ファイル−１”に対応する“欠陥画像ファイル−１”が参照される。“欠陥画像ファイル−１”の画像は表示装置に表示され、評価される。評価はオペレータが行うようにしてもよいし、他の装置を使用して行うようにしてもよい。
【００５２】
なお、本実施形態では、第１の実施形態で示したように“欠陥座標ファイル−１”及び“欠陥画像ファイル−１”と“欠陥座標ファイル−２”及び“欠陥画像ファイル−２”によって、ゲート酸化処理前後の欠陥の変化が確認されている。しかし、本実施形態ではこの確認は必須ではない。すなわち、ステップ５３を行わなくてもよい。
【００５３】
また、本実施形態ではゲート酸化処理について説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、第１の実施形態として説明した図１の処理フローにおいて、“欠陥座標ファイル−２”と一致する“欠陥座標ファイル−１”に対応する“欠陥画像ファイル−１”を参照することも本発明の適用範囲である。
【００５４】
本実施形態によれば、ウェーハ処理後の欠陥の原因となったウェーハ処理前の欠陥の実体を把握することができる。
【００５５】
なお、本実施形態におけるウェーハ表面の欠陥評価方法は、共焦点レーザ顕微鏡を用いなくとも行うことができる。例えば、ウェーハ処理前に、ＬＰＤカウンターを用いて欠陥の座標を取得し、取得した座標の部分の画像をＳＥＭまたはＡＦＭを用いて取得すればよい。しかし、このような方法には特殊な技術が必要であり、共焦点レーザ顕微鏡を使用する場合と比較して時間を要する。逆にいえば、共焦点レーザ顕微鏡を使用する場合は、作業が容易であり且つ作業時間が短縮されるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の実施形態の処理フローを示す図である。
【図２】図２（ａ）は“欠陥画像ファイル−１”の画像を示す模式図であり、図２（ｂ）は“欠陥画像ファイル−１′”の画像を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）は“欠陥画像ファイル−１”の画像を示す模式図であり、図３（ｂ）は“欠陥画像ファイル−１′”の画像を示す模式図である。
【図４】図４は“欠陥画像ファイル−２”の画像を示す模式図である。
【図５】図５は第２の実施形態の処理フローを示す図である。
【符号の説明】
２０、２０′、３０、３０′、４０　画像
２１、３１、３２、４１　欠陥

Claims (5)

1. 半導体ウェーハ処理に応じて半導体ウェーハ表面の欠陥を評価する半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法において、
   半導体ウェーハ処理前に半導体ウェーハ表面の欠陥を検出し、欠陥が存在する部分の処理前画像情報を取得すると共に、欠陥が存在する部分の処理前位置情報を取得する処理前工程と、
   半導体ウェーハ処理を実行する処理工程と、
   半導体ウェーハ処理後に前記処理前位置情報に基づいて、半導体ウェーハ処理前に半導体ウェーハ表面に欠陥が存在していた部分の処理後画像情報を取得する処理後工程と、
   前記処理前画像情報と前記処理後画像情報とを比較する比較工程と、を含むこと
   を特徴とする半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法。
2. 半導体ウェーハ処理に応じて半導体ウェーハ表面の欠陥を評価する半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法において、
   半導体ウェーハ処理前に半導体ウェーハ表面の欠陥を検出し、欠陥が存在する部分の処理前画像情報を取得すると共に、欠陥が存在する部分の処理前位置情報を取得する処理前工程と、
   半導体ウェーハ処理を実行する処理工程と、
   半導体ウェーハ処理後に半導体ウェーハ表面の欠陥を検出し、欠陥が存在する部分の第１の処理後画像情報を取得すると共に、前記処理前位置情報に基づいて、半導体ウェーハ処理前に半導体ウェーハ表面に欠陥が存在していた部分の第２の処理後画像情報を取得する処理後工程と、
   前記処理前画像情報と前記第１の処理後画像情報及び前記第２の処理後画像情報とを比較する比較工程と、を含むこと
   を特徴とする半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法。
3. ウェーハ表面を全面走査して欠陥が存在する部分の画像を取得する共焦点レーザ顕微鏡を用いて、前記処理前工程及び前記処理後工程を行うこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法。
4. 半導体ウェーハ処理に応じて半導体ウェーハ表面の欠陥を評価する半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法において、
   半導体ウェーハ処理前に半導体ウェーハ表面の欠陥を検出し、欠陥が存在する部分の処理前画像情報を取得すると共に、欠陥が存在する部分の処理前位置情報を取得する処理前工程と、
   半導体ウェーハ処理を実行する処理工程と、
   半導体ウェーハ処理後に半導体ウェーハ表面の欠陥を検出し、欠陥が存在する部分の処理後位置情報を取得する処理後工程と、
   前記処理後位置情報と一致する前記処理前位置情報に対応する前記処理前画像情報を評価する評価工程と、を含むこと
   を特徴とする半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法。
5. ウェーハ表面を全面走査して欠陥が存在する部分の画像を取得する共焦点レーザ顕微鏡を用いて、前記処理前工程を行うこと
   を特徴とする請求項４記載の半導体ウェーハ表面の欠陥評価方法。

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