JP2009147057A - ウォーターマークの評価方法及び評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォーターマークの高精度の検出・評価を実現する。
【解決手段】半導体基板表面に形成されたウォーターマークの評価方法であり、ウォーターマークに対するエッチング速度が基板材料よりも遅い高選択比の異方性エッチングによって半導体基板をエッチングし、エッチング表面に露出した突起状のエッチング残渣のうち、基板に対するエッチング深さと等しい高さのエッチング残渣を抽出する。抽出したエッチング残渣の先端形状に基づき、ウォーターマークに起因したエッチング残渣以外の（例えば結晶欠陥やゴミなどに起因した）残渣を除外する。残ったエッチング残渣の形状や分布などに基づけばウォーターマークを高精度に評価できる。
【選択図】図２

Description

半導体基板などの表面に形成されてしまうウォーターマークの評価に関する。

半導体の洗浄工程は、薬液による洗浄、純水リンス、乾燥の各ステップから構成されている。洗浄後の半導体ウエハの表面にはウォーターマークと呼ばれる一種の欠陥が観測されることがある。

Ｓｉウエハの場合、ウォーターマークは、そのパーティクルに準じた様々な悪影響を半導体製品に及ぼすため、その抑制が求められる。

例えば、ウォーターマークは、そのサイズが大きい場合、光学式の欠陥検査において観測されてしまい、概観検査の邪魔になり、検査効率を低下させるという問題がある。

なお、このようなウォーターマークについて、従来、評価の対象にしていた大きさは０．１〜数十μｍであり、光学顕微鏡や光学式検査装置（例えばＫＬＡ社製ウエハ欠陥検査装置）によって観察していた。

特許第３４５１９５５号

素子の微細化の進展に伴い、サイズの小さいウォーターマークであっても半導体装置の品質や歩留まりに悪影響をおよぼすため、微小なウォーターマークについてもその発生の抑制が重要である。

しかし、上記のような従来の光学式の欠陥検査による観察では、検出可能なウォーターマークのサイズが最小０．１〜０．２μｍ程度に限られ、それ以下のサイズのウォーターマークは検出できず、微小なウォーターマークの高感度検出が難しいという課題があった。

なお、半導体ウエハ中の結晶欠陥を検出する技術が特許文献１に開示されている。この特許文献１では、半導体ウエハ上の自然酸化膜を完全に除去するため、酸化膜を成分とするウォーターマークも自然酸化膜と区別無く除去してしまう。また、自然酸化膜除去の際にウォーターマークが発生した場合、本来評価したい自然酸化膜除去前の洗浄に起因するウォーターマークは評価できない。

本発明は、半導体基板表面に形成されたウォーターマークの評価方法であって、ウォーターマークに対するエッチング速度が基板材料よりも遅い高選択比の異方性エッチングによって半導体基板をエッチングし、エッチング表面に露出した突起状のエッチング残渣のうち、前記半導体基板に対するエッチング深さと等しい高さのエッチング残渣を抽出し、前記抽出したエッチング残渣の先端形状に基づいて前記ウォーターマークを頂点として形成されたエッチング残渣以外の残渣を除外し、前記抽出したエッチング残渣の内の残ったエッチング残渣に基づいてウォーターマークを評価する。

本発明の他の態様では、上記評価方法において、前記抽出したエッチング残渣の内の残ったエッチング残渣の先端形状、前記残ったエッチング残渣の配列、または該エッチング残渣の大きさに基づいて前記ウォーターマークを評価する。

本発明の他の態様では、上記評価方法において、前記ウォーターマークを頂点としたエッチング残渣を高選択比異方性エッチングする前に、前記基板表面に形成されている自然酸化膜を除去する。

本発明の他の態様では、半導体基板表面に形成されたウォーターマークの評価装置であって、ウォーターマークに対するエッチング速度が基板材料よりも遅い高選択比の異方性エッチングによって半導体基板をエッチングした観察対象の半導体基板に対し、エッチング表面に露出した突起状のエッチング残渣を撮像し、得られた画像データに基づいて検出されたエッチング残渣のうち、前記半導体基板に対するエッチング深さと等しい高さのエッチング残渣を抽出するための高さ判定部と、前記抽出されたエッチング残渣の先端形状に基づいて前記ウォーターマーク以外に起因して形成されたエッチング残渣を除外する除外判定部と、前記抽出したエッチング残渣のうちの残ったエッチング残渣に基づいてウォーターマークを評価する評価部と、を備える。

本発明の他の態様では、上記評価方法及び評価装置において、前記エッチング残渣の先端形状が結晶欠陥に基づく特異形状に一致するかどうかを判定し、一致した場合には前記結晶欠陥に基づくエッチング残渣として、前記抽出されたエッチング残渣から除外する。

本発明の他の態様では、上記評価方法及び評価装置において、前記除外判定部では、前記エッチング残渣の先端形状が所定の不定形状であるかを判定し、一致した場合には前記基板表面に付着したゴミに基づくエッチング残渣として、前記抽出されたエッチング残渣から除外する。

本発明では、従来の光学的手法によって直接観察では検出することのできない微小なウォーターマークであっても、これを高精度に検出することが可能となる。また、ウォーターマークの高精度の評価が可能となることから、本発明にかかる方法や装置をウォーターマークの発生しない洗浄条件の探索ツールとして用いることができ、適切な洗浄条件の設定が可能となる。よって、半導体装置を高品質、高歩留まりで製造することができる。

以下、本発明の最良の実施の形態（以下、実施形態）について図面を参照して説明する。なお、以下では、半導体基板（例えば、Ｓｉ基板）上におけるウォーターマークの検出を例に説明する。

Ｓｉ半導体装置の製造において洗浄は必要不可欠な工程である。例えば、Ｓｉウエハの洗浄では、所望の薬液で洗浄、純水でリンスした後、乾燥を行う。乾燥の際、ウエハ上で局所的に純水の乾燥が遅くなると乾燥後のウエハ表面にウォーターマークと呼ばれる一種の欠陥が観測されることがある。

ウォーターマークは、ウエハ上に点在し、例えば希フッ酸などの表面を疎水化する薬液で処理を行った後に形成されやすく、ウエハ表面が親水化された状態では形成されにくい。Ｓｉ基板の場合、ウォーターマークはシリコン酸化物を組成に持ち、半導体製品の品質や歩留まりに対し、パーティクルに準じた悪影響を与えるため、その抑制が求められる。

図１は、このウォーターマークの形成されたシリコン基板の平面及び断面図を示している。図１（ａ）に示すウォーターマーク２０は円形状を有し、基板１０の表面に残った水滴の縁部分が乾燥するのが最後になるため、図１（ｂ）に示すようにこの縁部分に中央部よりも厚い断面形状のウォーターマーク層が形成される。図２では、ウォーターマーク２０として、図１のような円形状マーク２２の他、水分の流れた後の水流跡状マーク２４、点状マーク２６等の例を示している。ウォーターマーク層の平面形状は、水滴の量や水滴の残った環境に応じて様々な形状となるが、どの形状のウォーターマークでも、半導体製品の品質などに悪影響を及ぼすため、その抑制が求められる。そして抑制するためには、まずウォーターマークの発生事実及び発生位置を特定することが必要である。

ここで、シリコン基板上に形成されるウォーターマーク層は、その平面形状に関わらず、上述のようにシリコン酸化物成分を含んでおり、本実施形態では、例えば図１（ｂ）に示すように水滴跡に厚く形成されたウォーターマーク層に対する高選択比の異方性エッチング条件によって、基板をエッチングする。これにより、図２（ｂ）に示すようにエッチング露出面にウォーターマークを頂点とするエッチング残渣が現れ、ウォーターマークが顕在化する。

このエッチング残渣は、図２（ｂ）に示すように、エッチングされにくいウォーターマーク（シリコン酸化物）を頂点とする錐状突起物であり、この錐体状エッチング残渣の存在、形成数から、ウォーターマークの発生と発生数等を評価できる。さらに、このエッチング残渣の配置及び位置からウォーターマークの形状と位置を評価できる。図２（ｂ）に示すように円形状のウォーターマーク２２の場合、円形ウォーターマーク位置をそれぞれ頂点とする円錐状エッチング残渣が円形状に並んで形成される。なお、この円形状のウォーターマークの幅が広ければ複数の円錐状エッチング残渣が重なるように並んで形成されることとなる。水流跡状のウォーターマーク２４の場合、エッチング残渣が水流状跡に沿って複数並んで形成される。点状の微小なウォーターマーク２６の場合は、その領域に微小なウォーターマーク２６を頂点とする単独又は散在したエッチング残渣が形成される。

なお、図２（ｂ）に示すように、エッチング残渣が、ウォーターマークに沿った完全な壁状に形成されず、円錐状エッチング残渣が複数並んで形成されるのは、ウォーターマークの全領域が均質なシリコン酸化物でない、あるいは厚さが均一でないためと考えられる。

ここで、本実施形態に係る錐体状エッチング残渣は、エッチング条件が同じ、かつ、基板表面に形成されたウォーターマークに起因する場合、錐体、例えば円錐形状であって、その円錐の底角は、円錐の大きさ（ウォーターマークの大きさ）によらず一定である。つまり、基板の同じ位置（表面）に形成されたウォーターマークに起因した錐体状エッチング残渣は、エッチング深さに等しく、かつ互いに等しい高さで、互いに等しい底角を有する。よって、エッチング深さに等しい高さを持つ錐体状エッチング残渣であるかどうかで、シリコン基板表面のウォーターマークに起因したエッチング残渣であるかどうかを容易に判別することができる。また、エッチング条件が等しければ、エッチング残渣の底角は、残渣の大きさによらずに等しいため、本実施形態の錐体状エッチング残渣の先端の大きさ又は錐体状エッチング残渣の底面面積から、ウォーターマークの大きさを評価することができる。

図２（ｂ）にも示しているように、エッチング後の露出表面には、Ｓｉ基板表面より低い位置を起点として形成された円錐状エッチング残渣４０ｅも観測される場合がある。これは、シリコン基板を高選択比異方性エッチングによってエッチングした場合、特許文献１において本発明者が提案しているように、シリコン基板中に酸素析出欠陥などが存在すると、この酸素析出欠陥を頂点とした円錐状突起が形成されるためである。しかし、この円錐状突起も、同一エッチング条件であるため、ウォーターマークに起因した突起と底角が等しいが、その頂点位置、つまり高さが異なる。よって、エッチング露出表面に存在する錐体状エッチング残渣のうち、シリコン基板表面と同じ高さのエッチング残渣を抽出することで基板表面のウォーターマークに起因した残渣を評価することができる。

以上のような錐体状エッチング残渣は、ウォーターマークが存在すれば、その密度や大きさによらず発生する。よって、基板表面を直接、光学式欠陥検出方法によって観察した場合には検出できない微少なウォーターマークでも、このマークを検出して感度良く評価することができる。なお、本実施形態によって検出可能なウォーターマークの最小サイズは数ｎｍであり（文献：Journal of The Electrochemical Society, 152 (5) G339-G344 (2005)）、従来法では不可能であった０．１μｍ以下の微少なウォーターマークについても評価が可能である。

本実施形態にかかる高選択比異方性エッチングは、シリコン酸化物を含むウォーターマーク層に対するエッチングレートがシリコン基板よりも非常に低く（例えば１０倍程度エッチング速度が異なる）、かつ、基板の平面方向にほとんどエッチングが進行しない高い異方性条件による高選択比異方性エッチングを採用する。異方性エッチングは、例えば、シリコン基板又はシリコン膜の表面に対して行う場合、ハロゲン系（Ｂｒ、Ｃｌ、Ｆ）ガスを含むガスを用いてドライエッチング（例えば反応性イオンエッチング）により行う。この様な条件でエッチングを行うことで、図２（ｂ）のようにウォーターマークに対応した円錐状突起物が得られる。

Ｓｉウエハを例に説明したが、基板とウォーターマークのエッチング速度差が大きい材料エッチング条件の組み合わせであれば基板材料が異なってもよい。

ここで、シリコンウエハの洗浄後、このウエハを大気中に放置した場合には不可避的に表面に自然酸化膜が形成されてしまう。この自然酸化膜とウォーターマークのいずれもシリコン酸化物を組成に持つため、上述の高選択比異方性エッチングが進まず、ウォーターマークを検出するためには高選択比の異方性エッチングを実施する前にウォーターマーク以外の部分の自然酸化膜を除去する工程が必要となる。図１（ｂ）に示すように、ウォーターマーク層２０よりも大気中で表面に形成される自然酸化膜３０の方が膜厚が薄い。ウォーターマーク以外の部分の自然酸化膜３０を除去するために、薬液による自然酸化膜除去を行うと、この薬液処理によってもウォーターマークが発生する可能性があり、洗浄によって生じたウォーターマーク評価に影響を及ぼすため、好ましくない。そこで、高選択比の異方性エッチングを実施する前にＲＩＥなどのドライエッチングにより自然酸化膜除去を行うことが好ましい。この際、ウォーターマークが完全に除去されないよう、ウォーターマーク以外の部分の自然酸化膜厚をあらかじめ計測しておき、エッチング時間を調整することによりこの自然酸化膜の膜厚分をシリコン基板の表面から除去することで、自然酸化膜を除去する。

以下、ウォーターマークの評価方法及び評価装置について、図３、図４を参照して説明する。評価に際しては、ウォーターマークを生じうる基板の洗浄・乾燥工程の後、まず、ウォーターマーク以外の表面の自然酸化膜を除去する（ｓ１）。この自然酸化膜は、上述のように、自然酸化膜の厚さ分だけ表面をドライエッチングすることによって除去する。

次に、半導体基板とウォーターマークのエッチング速度差が著しく大きい高選択比異方性エッチングによって、半導体基板をエッチングする（ｓ２）。これにより、半導体基板の表面のウォーターマークを頂点として錐体状エッチング残渣（突起）が、エッチング露出面に形成されていく。エッチング装置内には、別途ガス供給装置からエッチングガスを供給し、エッチングガスとしては、例えば、シリコン基板表面のウォーターマークの顕在化のために、一般的なマグネトロンＲＩＥ装置（Applied Materials 社製、Precision 5000ＥＴＣＨ）を用いてエッチングを行う場合に、ハロゲン系混合ガス（例えば、ＨＢｒ／ＮＦ₃／Ｈｅ＋Ｏ₂混合ガス）を用いることができる。

エッチング残渣をエッチング露出面に顕在化させた後、次に、図４に示すような構成の評価装置を用いてウォーターマークの評価を行う。評価に際しては、まず、光学顕微鏡やＳＥＭ等の撮像部１１０によって基板１０のエッチング露出面を撮像する。得られた画像データはデータ処理部１００に供給され、最終的にウォーターマークの評価が行われる。データ処理部１００は、一例としてエッチング残渣検出部１２０、エッチング残渣の高さ判定部１２２、ウォーターマーク起因以外のエッチング残渣を除外する除外判定部１２４、ウォーターマーク評価部１２６を備える。

エッチング残渣検出部１２０は、撮像部１１０から得られた画像データからエッチング露出面に図２（ｂ）に示すような錐体状のエッチング残渣が存在するかどうかを検出する。高さ判定部１２２は、検出されたエッチング残渣の高さを判定し、この検出された残渣のうち、半導体基板表面と同じ高さ（基板表面からのエッチング深さに等しい）のエッチング残渣を抽出する（ｓ３）。エッチング残渣の有無は、光学顕微鏡やＳＥＭ等で捕捉した画像データから輪郭抽出などによって自動判定しても良いし、モニター２００に画像を表示させ、オペレータが画像から特定してもよい。また、高さ判定についても、上記判定部１２４が自動判定してもよいが、例えばモニター２００上に、上記エッチング深さに等しい基準線やスケールを表示させ、エッチング深さと等しいエッチング残渣をオペレータが特定しても良い。

ここで、エッチング深さは、観測対象となる基板及びこの基板に対するエッチング速度を予め求めておき、エッチング処理時間から求めることができる。また、基板表面の一部をマスクすることでその表面を残し、表面位置からエッチング露出面までの距離からエッチング深さを求めても良い。

半導体基板内に酸素析出欠陥や空洞欠陥などの結晶欠陥が存在する場合、上述のように、本実施形態の高選択比異方性エッチングにより、この結晶欠陥を頂点としても錐体状のエッチング残渣が形成される。この残渣は、基板内の結晶欠陥に起因するため、図２（ｂ）に示すように、ウォーターマークを頂点とする残渣よりも低い。したがって、本ステップ（ｓ３）のように半導体基板表面からのエッチング深さに等しい残渣のみを抽出することで、基板内の欠陥を起因とするエッチング残渣４０ｅをウォーターマークに起因した残渣２０ｅとして誤評価することを防止できる。

なお、高選択比異方性エッチングとして、上記のようにＲＩＥを採用した場合、エッチング残渣の錐体側面には、反応生成物が付着することがある。異方性エッチング期間中においては、錐体側面に付着する反応生成物が保護膜となって錐体形状の維持に寄与するが、錐体状エッチング残渣の大きさや後述する先端形状の観察を実行する際には、その観察の妨げとなる可能性がある。その場合には、上記高選択比異方性エッチングの実行後、錐状エッチング残渣観察に先だって、検査対象の基板を例えば希フッ酸に浸すことで、この錐体側面保護膜を除去する。但し、この側面保護膜除去工程は必ずしも必要ではなく、省略することもできる。

次に、除外判定部１２４は、上記ステップ（ｓ３）において抽出したエッチング深さに等しい高さのエッチング残渣のリストから、半導体基板の表面に近い位置の結晶欠陥に起因したエッチング残渣や、基板表面に付着した不純物（いわゆるゴミ等）に起因したエッチング残渣を除外する（ｓ４）。

そして、ウォーターマーク評価部１２６は、ウォーターマークにのみ起因したエッチング残渣から、ウォーターマークを評価する（ｓ５）。ウォーターマークは、例えばウォーターマークに起因したエッチング残渣の先端形状から、その大きさや、図２（ａ）に示すような円形状、水流跡状、点状などのマークの形状（態様）等を評価することができる。また、これらマークの形状は、エッチング残渣の配列からも評価することができ、先端形状と残渣の配列の両方に基づいて判断することでより正確に評価できる。エッチング残渣の位置、数からは、ウォーターマークの形成位置、分布等を評価することができる。

図５（ａ）は、本実施形態にかかる高選択異方性エッチングによって、図２に示すような円形状のウォーターマーク２２を頂点として形成されたエッチング残渣２２ｅと、その周囲に点在する点状のウォーターマーク２６を頂点として形成されたエッチング残渣２６ｅについてのＳＥＭ写真による観察図である。また、図５（ｂ）は、図２に示すような水流跡状のウォーターマーク２４を頂点として形成されたエッチング残渣２４ｅを上面より撮影した光学顕微鏡写真による観察図であり、図中の黒い点がそれぞれエッチング残渣２４ｅである。

図５（ａ）から、水滴が基板上に残って円形状のウォーターマーク２２が形成された場合、その円形に沿って複数のエッチング残渣２２ｅが並んで形成されること、及び単独の点状ウォーターマーク２６が形成された場合には、その位置に対応するエッチング残渣２６ｅが形成されることが理解できる。また、図５（ｂ）からは帯状にエッチング残渣２４ｅが分布していることが観察され、水が流れた跡にウォーターマーク２４が形成され、このウォーターマーク２４に起因して、エッチング残渣２４ｅが形成されていることが把握される。

次に、上記除外判定部１２４における除外判定（ｓ４）の方法についてより詳しく説明する。図６は、シリコン基板中の結晶欠陥（酸素析出欠陥、空洞欠陥）に起因して高選択比異方性エッチングによって形成される錐体状エッチング残渣の先端部分のＳＥＭ写真による観察図の一例を示している。図６（ａ）は、シリコン基板中に存在する酸素析出欠陥に起因した残渣先端を示し、図６（ｂ）は、シリコン基板中に存在する空洞欠陥に起因した残渣先端を示す。図６（ａ）では、円錐状エッチング残渣の先端には頂点付近に円錐の内部に向かって四角錐の窪みが観察される。また、図６（ｂ）では、その円錐状エッチング残渣４０ｅの先端において、２つの４角錐がその底角付近で互いに接合した形状の窪みが形成されている（一方の四角錐の辺は２００ｎｍ）。

シリコン基板に酸素析出欠陥や空洞欠陥が存在する場合、本実施形態にかかる高選択異方性エッチングを実行すると、図７（ａ）に示すように、まずこの欠陥４０を頂点として錐体状エッチング残渣４０ｅが形成される。この時点のエッチング露出面１０ｅ１から更にエッチング露出面１０ｅ２に向かってエッチングが進むと、側壁は侵食されずに錐体が更に掘り進められていくこととなる。この際、残渣４０ｅの先端４２は、残渣４０ｅの最上面から錐体の内部に向かい、結晶欠陥４０の種類に応じた形状に選択的にエッチングが進む。このエッチング残渣４０ｅの先端部４２の形状は、欠陥の種別に応じて異なり、例えば、シリコン結晶の＜１１０＞面に沿った酸素析出欠陥の場合、図６（ａ）に示されるような四角錐、シリコン結晶の＜１１１＞に沿った空洞欠陥の場合は、図６（ｂ）に示されるような四角錐が２つ接合したような八面体構造となる。

一方、結晶欠陥ではないウォーターマーク２０に起因した本実施形態にかかるエッチング残渣２０ｅの先端は、ウォーターマーク２０自体が結晶欠陥とは異なるため、特異的な形状を示さない。したがって、エッチング深さとほぼ等しい高さを有するとして抽出されたエッチング残渣について、その先端形状を観察し、特異パターンが先端に観察される残渣はウォーターマーク２０に起因したエッチング残渣２０ｅではないとして抽出リストから除去する。これにより、基板表面に近い位置又は基板表面に結晶欠陥が存在しても、この欠陥に起因したエッチング残渣によって、ウォーターマーク２０の評価に悪影響を及ぼすことが防止できる。

また、基板表面にゴミが付着した場合には、本実施形態にかかる高選択比異方性エッチングを基板に施すと、ゴミを頂点とした突起が形成されてしまうことがある。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、このようなゴミを頂点として形成された突起のＳＥＭ写真による観察図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）から明らかなように、ゴミは不定型であり、その先端形状は不定型である。また、大きなゴミに起因したエッチング残渣は、ゴミに沿って複数並んで形成されたり、互いに一体となって形成されるが、その場合も、図２に示すようなウォーターマークに起因したエッチング残渣配列とは異なり、図８（ｂ）に示すように、エッチング残渣の配列又は形状の少なくとも一方が、不定型となる。よって、エッチング残渣の先端形状を観察することによって、ウォーターマークに起因したエッチング残渣かどうかを判別することができ、また、エッチング残渣の配列からもウォーターマークに起因したエッチング残渣かどうかを判別することができる。このようにゴミに起因したエッチング残渣も検出することができ、この残渣を抽出リストから除外することで、ゴミをウォーターマークと誤認識することを防止できる。

なお、上記除外判定部１２４において結晶欠陥、ゴミに起因するとしてそれぞれ判定されたエッチング残渣に基づくことで、ぞれぞれ基板表面付近の結晶欠陥の評価、ゴミの評価を別途行うことができる。また、高さ判定部１２２においてエッチング深さよりも低いとして除外されたエッチング残渣については、その先端形状の観察から結晶欠陥の種別、結晶欠陥の分布、密度などを評価することができる。

また、基板としてシリコンには限られない。他の半導体材料、例えばＧａＡｓ等についても表面にウォーターマークが形成されているかどうか、ウォーターマークに含まれる特定組成についての高選択比異方性エッチング条件を採用してエッチングし、得られたエッチング残渣に基づいて上記と同様に評価することができる。ウォーターマークの組成としては、多くの場合、酸化物であり、酸化物と基板材料とで高選択比の異方性エッチングを採用すればよい。また、半導体基板について、洗浄・乾燥工程により、ウォーターマークに酸化物以外で、かつ高選択比異方性エッチングが可能な組成が含まれる場合、そのような組成に起因したエッチング残渣を評価することが好適である。

（実施例）
本願の発明者が、洗浄あるいは乾燥条件が不適切なウエハを評価したところ、光学顕微鏡などによる評価では差がなかった。しかし、上述のようにシリコンウエハを酸素析出欠陥に対して高選択比の異方性エッチングを行ったところ、エッチング前のＳｉウエハ表面と同じ高さの円錐状エッチング残渣が形成された（図５参照）。

この際のエッチング条件は、基板であるシリコンに対して、シリコン酸化物のエッチング速度が小さい条件であり、酸化物であるＳｉ中の酸素析出物を検出することができる条件と等しい。エッチング前のＳｉ表面と同じ高さの円錐状エッチング残渣が形成されたこと、洗浄や乾燥の条件により発生密度が異なることから、Ｓｉ基板表面に存在しシリコンに比べエッチング速度が小さい物質（シリコン酸化物）が存在していたことが判明した。

観測された円錐状エッチング残渣がウォーターマークに起因するものかどうか確認するため、ウォーターマークが発生し易い条件と発生し難い条件で希フッ酸処理したウエハを自然酸化膜が形成される前に速やかに真空容器に搬送し、同一条件で高選択比の異方性エッチングを行った。

ウォーターマークが発生し難い条件で希フッ酸処理したウエハでは、エッチング後の表面にエッチング前のＳｉ表面と同じ高さの円錐状エッチング残渣は形成されなかった。しかし、ウォーターマークが発生し易い条件で希フッ酸処理したウエハでは、エッチング後の表面にエッチング前のＳｉ表面と同じ高さの円錐状エッチング残渣が多数観測された。同一ウエハをエッチング前に光学顕微鏡で観察してもウォーターマークは観測されておらず、観測されたＳｉ表面と同じ高さの円錐状エッチング残渣が、光学的手法では観測不可能な微小なウォーターマークであることが確認された。

ウォーターマークの模式図である。 本発明を概念的に示す図である。 本発明の実施形態にかかるウォーターマークの評価手順を示す図である。 本願発明の実施形態にかかるウォーターマークの評価装置の概略の一例を示す図である。 本願発明の実施形態にかかるウォーターマークに起因したエッチング残渣のＳＥＭ写真及び光学顕微鏡写真による観察図である。 基板中の結晶欠陥に起因して形成されるエッチング残渣のＳＥＭ写真による観察図である。 図６のエッチング残渣の先端形状の形成原理を説明する図である。 基板表面に付着したゴミに起因したエッチング残渣のＳＥＭ写真による観察図である。

符号の説明

１０ 半導体基板（シリコン基板）、２０ ウォーターマーク、２０ｅ ウォーターマークに起因したエッチング残渣、２２ 円形状ウォーターマーク、２２ｅ 円形状ウォーターマークに起因したエッチング残渣、２４ 水流跡状ウォーターマーク、２４ｅ 水流跡状ウォーターマークに起因したエッチング残渣、２６ 点状ウォーターマーク、２６ｅ 点状ウォーターマークに起因したエッチング残渣、３０ 自然酸化膜、４０ 結晶欠陥、４０ｅ 結晶欠陥に起因したエッチング残渣（突起）、４２ エッチング残渣の先端部、１００ データ処理部、１１０ 撮像部、１２０ エッチング残渣検出部、１２２ 高さ判定部、１２４ ウォーターマーク起因以外のエッチング残渣の除外判定部、１２６ ウォーターマーク評価部、２００ モニタ。

Claims (8)

1. 半導体基板表面に形成されたウォーターマークの評価方法であって、
   ウォーターマークに対するエッチング速度が基板材料よりも遅い高選択比の異方性エッチングによって半導体基板をエッチングし、
   エッチング表面に露出した突起状のエッチング残渣のうち、前記半導体基板に対するエッチング深さと等しい高さのエッチング残渣を抽出し、
   前記抽出したエッチング残渣の先端形状に基づいて前記ウォーターマークを頂点として形成されたエッチング残渣以外の残渣を除外し、
   前記抽出したエッチング残渣の内の残ったエッチング残渣に基づいてウォーターマークを評価することを特徴とするウォーターマークの評価方法。
2. 請求項１に記載のウォーターマークの評価方法において、
   前記抽出したエッチング残渣の内の残ったエッチング残渣の先端形状、前記残ったエッチング残渣の配列、または該エッチング残渣の大きさに基づいて前記ウォーターマークを評価することを特徴とするウォーターマークの評価方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のウォーターマークの評価方法において、
   前記ウォーターマークを頂点としたエッチング残渣を高選択比異方性エッチングする前に、前記基板表面に形成されている自然酸化膜を除去することを特徴とするウォーターマークの評価方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のウォーターマークの評価方法において、
   前記抽出されたエッチング残渣の先端形状が、結晶欠陥に基づく特異形状に一致するかどうかを判定し、一致した場合には前記結晶欠陥に基づくエッチング残渣として、前記抽出されたエッチング残渣から除外することを特徴とするウォーターマークの評価方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のウォーターマークの評価方法において、
   前記抽出されたエッチング残渣の先端形状が、所定の不定形状であるかを判定し、一致した場合には前記基板表面に付着したゴミに基づくエッチング残渣として、前記抽出されたエッチング残渣から除外することを特徴とするウォーターマークの評価方法。
6. 半導体基板表面に形成されたウォーターマークの評価装置であって、
   ウォーターマークに対するエッチング速度が基板材料よりも遅い高選択比の異方性エッチングによって半導体基板をエッチングした観察対象の半導体基板に対し、エッチング表面に露出した突起状のエッチング残渣を撮像し、得られた画像データに基づいて検出されたエッチング残渣のうち、前記半導体基板に対するエッチング深さと等しい高さのエッチング残渣を抽出するための高さ判定部と、
   前記抽出されたエッチング残渣の先端形状に基づいて前記ウォーターマーク以外に起因して形成されたエッチング残渣を除外する除外判定部と、
   前記抽出したエッチング残渣の内の残ったエッチング残渣に基づいてウォーターマークを評価する評価部と、
   を備えることを特徴とするウォーターマークの評価装置。
7. 請求項６に記載のウォーターマークの評価装置において、
   前記除外判定部では、前記エッチング残渣の先端形状が結晶欠陥に基づく特異形状に一致するかどうかを判定し、一致した場合には前記結晶欠陥に基づくエッチング残渣として、前記抽出されたエッチング残渣から除外することを特徴とするウォーターマークの評価装置。
8. 請求項６又は請求項７のいずれかに記載のウォーターマークの評価装置において、
   前記除外判定部では、前記エッチング残渣の先端形状が所定の不定形状であるかを判定し、一致した場合には前記基板表面に付着したゴミに基づくエッチング残渣として、前記抽出されたエッチング残渣から除外することを特徴とするウォーターマークの評価装置。