JP2005043277A - 半導体ウエーハの品質評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベアシリコン、膜付、どちらの半導体ウエーハに対しても付着パーティクルとＣＯＰを正確に分類する方法を提供する。
【解決手段】ベアシリコン半導体ウエーハの検査において、１つの低角度入射系と、２つの受光系とを備えたレーザー表面検査装置を用い、凸状欠陥と凹状欠陥を分類して半導体ウエーハを評価することにより、ベアシリコン半導体ウエーハの付着パーティクルとＣＯＰを正確に分類して半導体ウエーハを評価することができる。また、膜付半導体ウエーハの検査において、堆積膜種毎に検出サイズ比を設定することにより、ベアシリコン同様に付着パーティクルとＣＯＰを正確に分類して半導体ウエーハを評価することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエーハの品質評価方法に関し、より詳細には酸化膜耐圧等、半導体ウエーハの電気的特性に影響を与える半導体ウエーハ表面近傍に存在する欠陥及び付着パーティクル等を検出して半導体ウエーハの品質を評価する方法に関する。

従来、レーザー表面検査装置で検出される輝点（Light Point Defect（ＬＰＤ））としては、半導体ウエーハ上の付着パーティクルや凸状欠陥等の凸状異物（以下、付着パーティクルや凸状欠陥を含めて単に付着パーティクルと記す）と、半導体ウエーハの結晶品質に起因した各種凹状欠陥［ＣＯＰ（Crystal Originated Particles）、転位等］（以下、ＣＯＰ、転位等を含めて単にＣＯＰと記す）とが知られている。このうち、前記付着パーティクルは半導体ウエーハ表面で凸状に観察され、前記ＣＯＰは半導体ウエーハ表面で正方形［（１００）鏡面ウエーハ］や六角形［（１１１）鏡面ウエーハ］の凹状に観察される。

半導体ウエーハの品質評価の観点からは、これら付着パーティクルとＣＯＰとを分けて検出できることが望ましく、従来から、付着パーティクルとＣＯＰとの分離検出を目的とした手法が、１入射２受光系のレーザー表面検査装置を用いて開発されている。図２に装置の簡略図を示す。これは、２受光系で検出されたＬＰＤのサイズの比を比較することにより、付着パーティクルとＣＯＰとを識別しようとしている。凸状の付着パーティクルと凹状のＣＯＰとでは、散乱光の角度依存性が異なることを利用したものである。通常、低角度入射レーザーによる、ＣＯＰからの低角度方向への散乱強度は弱く、このことを利用すれば、ＣＯＰのような凹状欠陥とその他のものを分類することが可能である。

図２について簡単に説明する。半導体ウエーハ１を支えるステージ２と、低角度入射系３と、低角度受光系４と、高角度受光系６とを備えている。半導体ウエーハ１を検査するときは、ステージ２を回転移動させながら、低角度入射系３から低角度レーザー光７を半導体ウエーハ１上に照射する。半導体ウエーハ１上にＬＰＤ９がある場合、低角度レーザー光７がＬＰＤ９に当たると、ＬＰＤ９からさまざまな方向に散乱光１０が発生する。その散乱光１０を、低角度受光系４と、高角度受光系６で検出し、検出されたＬＰＤ９に対するＸＹ座標、散乱強度が求められる。散乱強度は、散乱強度−標準粒子換算サイズのグラフ（通常、キャリブレーションカーブと呼ばれるもので、受光系毎に異なるグラフとなる）により、低角度標準粒子換算サイズ（以下、単に低角度サイズと記す）、高角度標準粒子換算サイズ（以下、単に高角度サイズと記す）が求められる。

１つのＬＰＤ９に対して低角度サイズ、高角度サイズの両方がある場合［高角度受光系で検出されたＸＹ座標と低角度受光系で検出されたＸＹ座標の距離がある値（レーザー表面検査装置の検出座標精度によって異なる）よりも小さい場合、この２つのＬＰＤは同一であると判定する］、低角度サイズと高角度サイズの比（高角度サイズ／低角度サイズ、以下単にサイズ比と記す）を求める。そして、値が１．２５以上である場合に、これに該当するＬＰＤ９がウエーハ表面近傍に存在するＣＯＰ、それ以外は付着パーティクルであると判定していた。図３にサイズ比分布の一例を示す。

しかし、この評価方法では、低角度サイズ、高角度サイズのどちらか一方のみで検出されたＬＰＤに対しては、ＣＯＰ分離は機能せず、付着パーティクルとして判定されてしまうと考えられていた。そこで、より高精度なＣＯＰ分離方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

これによれば、複数の入射系と複数の受光系とを備えたレーザー表面検査装置を用い、これら複数の入射系と、複数の受光系とを組み合わせることにより検出されたすべてのＬＰＤデータを、どの光学系（入射系と受光系との組み合わせ）で検出され、どの光学系で検出されなかったかをもとに分類し、ＣＯＰ等の凹状欠陥に対する検出感度の高い系で検出され、且つＣＯＰ等の凹状欠陥に対する検出感度の低い系で検出されなかったＬＰＤをＣＯＰ等の凹状欠陥であると判定して半導体ウエーハを評価することを特徴としている。具体的には、レーザー表面検査装置は、２入射２受光系のもので説明されている。図４に装置の簡略図を示す。なお、図４は図２と比べて、高角度入射系５及び高角度レーザー光８が追加された以外は同じであるので、図の詳細な説明は割愛する。これによれば、入射系において高角度入射と低角度入射、受光系においても高角度受光と低角度受光を用い、高角度入射、低角度受光の組み合わせからなる光学系をＡ、高角度入射、高角度受光の組み合わせからなる光学系をＢ、低角度入射、低角度受光の組み合わせからなる光学系をＣ、低角度入射、高角度受光の組み合わせからなる光学系をＤとした場合、前記ＡＢＣＤの全ての光学系で検出されたＬＰＤのうち、検出サイズ比からＣＯＰ等の凹状欠陥と判定されたもの、及び前記ＡＢＣの光学系、前記ＡＢの光学系、及び前記Ａの光学系で検出されたＬＰＤをＣＯＰ等の凹状欠陥と判定して加算することを特徴としている。この方法によれば、ＣＯＰ等の凹状欠陥であるものを漏れなく、ほぼ確実に検出、分類することができ、半導体ウエーハの品質評価を正確に行うことができることとなる、とされている。実際に、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のレーザー表面検査装置「ＳＰ−１／ＴＢＩ」を使用し、測定結果も示している。
特開２００１−１５３６３５号公報

しかしながら前記半導体ウエーハの品質評価方法では、主に２つの問題があった。１つは、この方法では実際にはＣＯＰ分離機能を高めることはできないことである。また、もう１つは、この方法はあくまでも半導体ウエーハに金属膜、絶縁膜などが堆積していない状態、ベアシリコンに対する方法であり、膜が堆積した状態の半導体ウエーハのＣＯＰ分離方法は考えられていないことである。

前者の理由は、この評価方法では、高角度、低角度の２入射系にしてＣＯＰ分離機能を高めることとしているが、実際には高角度入射に対するＣＯＰ分離機能はほとんど信頼性が無いからである。低角度入射の場合は、図３のようにサイズ比が１．２５近辺で付着パーティクルとＣＯＰの分布がきれいに分かれるが、高角度入射の場合は図５のように１．０５近辺となり、付着パーティクルとＣＯＰの分布が一部重なることもある。高角度入射でのＣＯＰ分離は難しいといえる。

また、以前の評価方法について、すべての受光系で検出されていないとＣＯＰ分離はできなかった、という説明があるが、これには疑問がある。なぜなら、１つの受光系のみで検出されていても、ＣＯＰ分離機能を使うことができるからである。その方法として、低角度受光の最小検出サイズ（以下、単に低角度最小サイズと記す）に対する高角度受光の最小検出サイズ（以下、単に高角度最小サイズと記す）の比を１．２５にする。そして、低角度受光のみで検出されたＬＰＤは付着パーティクルに、高角度受光のみで検出されたＬＰＤはＣＯＰになるように設定すれば良い。このようにすれば、確実にＣＯＰ分離させることができる。

具体例を示す。低角度最小検出サイズ、高角度最小検出サイズがそれぞれ０．１μｍ、０．１２５μｍのレーザー表面検査装置があるとする。半導体ウエーハ上に、低角度サイズ、高角度サイズそれぞれ０．０９５μｍ、０．１３μｍで検出されうるサイズのＬＰＤがある。このＬＰＤは低角度、高角度受光系の両方で検出されれば、サイズ比は１．３７となり、ＣＯＰに分類される。しかし、実際にはこの装置では低角度受光系では検出されず、高角度サイズのみになる。よって、高角度サイズのみのＬＰＤはＣＯＰに設定する。

また、半導体ウエーハ上に、低角度サイズ、高角度サイズそれぞれ０．１０５μｍ、０．１２μｍで検出されうるサイズのＬＰＤがある。このＬＰＤは低角度、高角度受光系の両方で検出されれば、サイズ比は１．１４となり、付着パーティクルに分類される。しかし、実際にはこの装置では高角度受光系では検出されず、低角度サイズのみになる。よって、低角度サイズのみのＬＰＤは付着パーティクルに設定する。

よって、前者の課題「低角度サイズ、高角度サイズのどちらか一方のみで検出されたＬＰＤに対しては、ＣＯＰ分離は機能せず、付着パーティクルとして判定されてしまう」は解決しており、解決が必要なのは後者の課題である。すなわち膜が堆積した状態の半導体ウエーハのＣＯＰ分離方法は考えられていないことである。つまり、付着パーティクルとＣＯＰの分離サイズ比１．２５はベアシリコンのみにあてはまり、膜が堆積すると、サイズ比は１．２５ではなくなるという問題である。そのためサイズ比１．２５をそのまま膜付半導体ウエーハの検査に用いると、付着パーティクルがＣＯＰとして検出されたり、ＣＯＰが付着パーティクルとして検出されたりするという問題が発生していた。

本発明は、このような課題を解決するもので、膜が堆積した状態の半導体ウエーハの品質評価方法を提供するものである。

本発明の半導体ウエーハの品質評価方法は、１つの低角度入射系と、２つの受光系とを備えたレーザー表面検査装置を用い、凸状欠陥と凹状欠陥を分類して半導体ウエーハを評価することを特徴としている。

また、前記分類方法として、２つの受光系で検出された全てのＬＰＤ（Light Point Defect）を、両方の受光系で検出されたＬＰＤは検出サイズ比で、一方の受光系のみで検出されたＬＰＤはどちらの受光系で検出されたかによって、凸状欠陥と凹状欠陥に分類して半導体ウエーハを評価することを特徴としている。

また、前記分類方法として、堆積膜種毎に検出サイズ比を設定することによって、膜付の半導体ウエーハでも凸状欠陥と凹状欠陥に分類することが可能なことを特徴としている。

本発明の半導体ウエーハの品質評価方法によれば、ベアシリコン半導体ウエーハの検査において、低角度受光の最小検出サイズと高角度受光の最小検出サイズの比を１．２５にしておくことにより、１つのＬＰＤに対して低角度サイズのみある場合は、付着パーティクルと判定され、また、１つのＬＰＤに対して高角度サイズのみある場合は、ＣＯＰと判定され、また、１つのＬＰＤに対して低角度サイズ、高角度サイズの両方がある場合は、低角度サイズと高角度サイズの比を求め、値が１．２５以上ならＣＯＰ、それ以外は付着パーティクルと判定される。よって、ベアシリコン半導体ウエーハの付着パーティクルとＣＯＰを正確に分類して半導体ウエーハを評価することができる。

また、本発明のもう１つの半導体ウエーハの品質評価方法によれば、膜付半導体ウエーハの検査において、堆積膜種毎に検出サイズ比を設定することにより、ベアシリコン同様に付着パーティクルとＣＯＰを正確に分類して半導体ウエーハを評価することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明による半導体ウエーハの品質評価方法の実施形態を説明する。本発明で用いるレーザー表面検査装置は、従来のものを使えばよいので、図２を参照する。
（第１の実施形態）
半導体ウエーハ１を支えるステージ２と、低角度入射系３と、低角度受光系４と、高角度受光系６とを備えている。半導体ウエーハ１は膜が堆積されていない、ベアシリコンの状態である。半導体ウエーハ１を検査するときは、ステージ２を回転移動させながら、低角度入射系３から低角度レーザー光７を半導体ウエーハ１上に照射する。低角度レーザー光７は、例えばアルゴンレーザーを用いる。低角度レーザー光８の入射角度は、例えば２０°を用いる。半導体ウエーハ１上にＬＰＤ９がある場合、低角度レーザー光７がＬＰＤ９に当たると、ＬＰＤ９からさまざまな方向に散乱光１０が発生する。その散乱光１０を、低角度受光系４と、高角度受光系６で検出し、検出されたＬＰＤ９に対するＸＹ座標、散乱強度が求められる。散乱強度は、散乱強度−標準粒子換算サイズのグラフ（通常、キャリブレーションカーブと呼ばれるもので、受光系毎に異なるグラフとなる）により、低角度標準粒子換算サイズ（低角度サイズ）、高角度標準粒子換算サイズ（高角度サイズ）が求められる。低角度受光の最小検出サイズ（低角度最小サイズ）と高角度受光の最小検出サイズ（高角度最小サイズ）の比は１．２５にしておく。

１つのＬＰＤ９に対して低角度サイズのみある場合は、付着パーティクルと判定される。

１つのＬＰＤ９に対して高角度サイズのみある場合は、ＣＯＰと判定される。

１つのＬＰＤ９に対して低角度サイズ、高角度サイズの両方がある場合［高角度受光系で検出されたＸＹ座標と低角度受光系で検出されたＸＹ座標の距離がある値（レーザー表面検査装置の検出座標精度によって異なる）よりも小さい場合、この２つのＬＰＤは同一であると判定する］、低角度サイズと高角度サイズの比（サイズ比：低角度サイズ／高角度サイズ）を求める。値が１．２５以上ならＣＯＰ、それ以外は付着パーティクルと判定される。

この方法によれば、ベアシリコン半導体ウエーハの付着パーティクルとＣＯＰを正確に分類して半導体ウエーハを評価することができる。
（第２の実施形態）
次に、金属膜や絶縁膜などが堆積されている半導体ウエーハの品質評価方法について説明する。まず、第１の実施形態の方法にあるように、図２のレーザー表面検査装置を用いて、堆積前のベアシリコン半導体ウエーハにある各付着パーティクル、ＣＯＰの座標データを求めておく。その後、ＣＶＤ、スパッタなどの成膜装置によって、検査したい膜を半導体ウエーハ上に堆積する。ここでは、例えばチタンナイトライドを１０ｎｍ堆積する。そして、再び図２のレーザー表面検査装置を用いて、膜付半導体ウエーハを検査する。このときの検査方法について説明する。半導体ウエーハ１を支えるステージ２と、低角度入射系３と、低角度受光系４と、高角度受光系６とを備えている。半導体ウエーハ１は例えばチタンナイトライドが１０ｎｍ堆積されている、膜付の状態である。半導体ウエーハ１を検査するときは、ステージ２を回転移動させながら、低角度入射系３から低角度レーザー光７を半導体ウエーハ１上に照射する。低角度レーザー光７は、例えばアルゴンレーザーを用いる。低角度レーザー光７の入射角度は、例えば２０°を用いる。半導体ウエーハ１上にＬＰＤ９がある場合、低角度レーザー光７がＬＰＤ９に当たると、ＬＰＤ９からさまざまな方向に散乱光１０が発生する。その散乱光１０を、低角度受光系４と、高角度受光系６で検出し、検出されたＬＰＤ９に対するＸＹ座標、散乱強度が求められる。散乱強度は、散乱強度−標準粒子換算サイズのグラフ（通常、キャリブレーションカーブと呼ばれるもので、受光系毎に異なるグラフとなる。チタンナイトライド１０ｎｍ用のキャリブレーションをあらかじめ作っておく必要がある。作り方は周知の方法のためここでは省略する。）により、低角度標準粒子換算サイズ（低角度サイズ）、高角度標準粒子換算サイズ（高角度サイズ）が求められる。

次に、ベアシリコン時の検査結果と膜付後の検査結果を照合し、ベアシリコン時に付着パーティクルやＣＯＰであった欠陥が、膜付後にはどのような低角度サイズ、高角度サイズになっているかを確認する。同一欠陥であれば、ベアシリコン時と膜付後で同一座標となるはずであるが、検査装置の座標再現性などの能力によっては、多少（数百μｍほど）位置がずれていることがある。また当然のことであるが、膜付後のみ存在する欠陥は、付着パーティクルになる。チタンナイトライド１０ｎｍを堆積したときに得られた低角度サイズ−高角度サイズのグラフを図１に示す。図１では便宜上０．１５μｍ〜０．２５μｍについて示している。この結果より、ナイトライド１０ｎｍの膜付ウエーハでは、付着パーティクルとＣＯＰの分類を可能にするには、サイズ比を１．０４にすればよいことがわかる。１．０４以上であればＣＯＰ、それ以外は付着パーティクルとなる。このサイズ比は、膜種、膜厚、成膜処理条件などによって異なる。

このようにサイズ比を求めておけば、膜付半導体ウエーハにおいても付着パーティクルとＣＯＰを正確に分類して半導体ウエーハを評価することができる。なお、低角度サイズと高角度サイズのどちらか一方のみで検出された場合にも分類可能なように、低角度受光の最小検出サイズ（低角度最小サイズ）と高角度受光の最小検出サイズ（高角度最小サイズ）の比はサイズ比と同じにしておく。今回のチタンナイトライド１０ｎｍの場合は１．０４となる。このように設定しておけば、膜付においてもベアシリコンと同様に、付着パーティクルとＣＯＰを正確に分類して半導体ウエーハを評価することができる。

本発明にかかる半導体ウェーハの品質評価方法は、半導体ウエーハの表面近傍に存在する欠陥及ぶパーティクル等を検出して半導体ウエーハの品質を評価する際に有用である。

膜付ウエーハに対する膜付後低角度サイズ／膜付後高角度サイズの欠陥分布図 従来の１入射２受光系のレーザー表面検査装置の簡略図 ベアシリコンウエーハに対する低角度入射の高角度サイズ／低角度サイズの欠陥分布図 従来の２入射２受光系のレーザー表面検査装置の簡略図 ベアシリコンウエーハに対する高角度入射の高角度サイズ／低角度サイズの欠陥分布図

符号の説明

１ 半導体ウエーハ
２ ステージ
３ 低角度入射系
４ 低角度受光系
５ 高角度入射系
６ 高角度受光系
７ 低角度レーザー光
８ 高角度レーザー光
９ ＬＰＤ
１０ 散乱光

Claims (3)

1. １つの低角度入射系と、２つの受光系とを備えたレーザー表面検査装置を用い、凸状欠陥と凹状欠陥を分類して半導体ウエーハを評価することを特徴とする半導体ウエーハの品質評価方法。
2. 前記分類方法として、２つの受光系で検出された全てのＬＰＤ（Light Point Defect）を、両方の受光系で検出されたＬＰＤは検出サイズ比で、一方の受光系のみで検出されたＬＰＤはどちらの受光系で検出されたかによって、凸状欠陥と凹状欠陥に分類して半導体ウエーハを評価することを特徴とする請求項１記載の半導体ウエーハの品質評価方法。
3. 前記分類方法として、堆積膜種毎に検出サイズ比を設定することによって、膜付の半導体ウエーハでも凸状欠陥と凹状欠陥に分類することが可能なことを特徴とする請求項１または２記載の半導体ウエーハの品質評価方法。

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