JP2010027915A

JP2010027915A - 半導体ウェーハの検査方法

Info

Publication number: JP2010027915A
Application number: JP2008188834A
Authority: JP
Inventors: Kenji Aoki; 健司青木
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】半導体ウェーハの一面に存在する突起状欠陥とへこみ状欠陥とを区別して検出し、へこみのサイズを正確に測定することが可能な半導体ウェーハの検査方法を提供する。
【解決手段】シリコンウェーハ１１の一面１１ａが平坦であれば、２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２の間に位相差は生じない。しかし、シリコンウェーハ１１の一面１１ａにへこみ１２が存在すると、このへこみ１２に入射した偏光ビームＢ１は、偏光ビームＢ２に対してプラスの位相差が生じる。一方、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに突起１３が存在すると、この突起１３に入射した偏光ビームＢ１は、偏光ビームＢ２に対してマイナスの位相差が生じる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハの一面における微細なへこみを正確に検出し、そのサイズを測定することが可能な半導体ウェーハの検査方法に関する。

半導体ウェーハの表面には、結晶中の空孔欠陥（ボイド）が露出していることがある。空孔欠陥が半導体ウェーハの表面に露出している場合、半導体ウェーハの表面（基準面）よりもへこんだ微細な孔として観察される。こうした半導体ウェーハの表面に存在するへこみは素子形成の際の障害となるため、へこみの存在する半導体ウェーハは、製品として出荷される前に、予め取り除いておく必要がある。

従来、こうした半導体ウェーハの表面に存在するへこみを検出する方法として、例えば、パーティクルカウンタを用いた方法が知られていた（例えば、特許文献１参照）。これは、半導体ウェーハの表面に微細な凹凸が存在していると、照射したレーザ光がこの凹凸によって散乱するため、反射光の角度や強度を検出することによって、半導体ウェーハの表面に存在する凹凸を検出する方法である。
特許第３８７６８５３号公報

しかしながら、上述したような半導体ウェーハの一面で反射された反射光の角度や強度を検出する方法では、半導体ウェーハの一面に存在する突起とへこみを区別することなくまとめて欠陥として検出できるだけであり、半導体ウェーハの一面から突出している突起と、一面からへこんでいるへこみとを区別して検出することができないという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、半導体ウェーハの一面に存在する突起状欠陥とへこみ状欠陥とを区別して検出し、へこみのサイズを正確に測定することが可能な半導体ウェーハの検査方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は次のような半導体ウェーハの検査方法を提供した。
すなわち、本発明の半導体ウェーハの検査方法は、半導体ウェーハの一面の微細なへこみを測定する半導体ウェーハの検査方法であって、レーザ光を２つの偏光ビームに分割して前記半導体ウェーハの一面に入射させ、前記半導体ウェーハの一面または他面から出射された２つの偏光ビームどうしの位相差に基づいて前記へこみを検出し、そのサイズを測定する第一の測定工程を備えたこと特徴とする。

前記半導体ウェーハの一面に向けてレーザ光を照射し、レーザ光が前記半導体ウェーハの一面で反射された反射光の反射角度、強度に基づいて、前記半導体ウェーハの一面における前記へこみの分布を測定する第二の測定工程を更に備えているのが好ましい。また、前記へこみは、前記半導体ウェーハの一面における開口径が１μｍ以上であればよい。

本発明の半導体ウェーハの検査方法によれば、２つの偏光ビームを半導体ウェーハの一面に照射した時、半導体ウェーハの一面に突起が存在すると、この突起に入射した一方の偏光ビームは、他方の偏光ビームに対して位相差が生じる。一方、半導体ウェーハの一面にへこみが存在すると、このへこみに入射した一方の偏光ビームは、他方の偏光ビームに対して、突起の検出時とは逆の位相差が生じる。

こうした、一方の偏光ビームに対する他方の偏光ビームの位相差がプラスかマイナスかを検出することにより、シリコンウェーハの一面に存在する欠陥が突起か、あるいはへこみかを区別することができる。これによって、半導体ウェーハの一面に存在する微細なへこみだけを特定して、正確にへこみを検出できるとともに、へこみのサイズを正確に測定することが可能になる。

以下、本発明に係る半導体ウェーハの検査方法の最良の形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の半導体ウェーハの検査方法を示す説明図である。本発明の半導体ウェーハの検査方法においては、以下に説明する第一の測定工程によって、一面に存在するへこみ（空孔欠陥の表面露出部分）を検出し、そのサイズ（開口径、深さなど）を測定する。
第一の測定工程では、図１（ａ）に示すような、ノマルスキー方式の微分干渉計の原理を用いて、突起とへこみとを区別して、そのサイズを測定する。即ち、光源２１からレーザ光Ｒを照射し、ノマルスキー方式のウォラストンプリズム２２でレーザ光Ｒを２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２に分割する。この２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２の間隔α（シャー量）を小さくすることによって、凹凸（欠陥）検出の分解能を高めることができる。

このような２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２はコンデンサレンズ２３を介して、半導体ウェーハ、例えばシリコンウェーハ１１の一面（測定面）１１ａに入射する。そして、図１（ｂ）に示すように、入射した偏光ビームＢ１，Ｂ２は、シリコンウェーハ１１の一面１１ａで反射され、例えば、ハーフミラー２４を介して位相検出装置２５で位相のズレが検出される。

この時、例えば、シリコンウェーハ１１の一面１１ａが平坦であれば、２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２の間に位相差は生じない。しかし、例えば、図２（ａ）に示すように、シリコンウェーハ１１の一面１１ａにへこみ（凹状の欠陥）１２が存在すると、このへこみ１２に入射した偏光ビームＢ１は、平坦部分（欠陥が存在しない部分）に入射した偏光ビームＢ２に対してプラスの位相差が生じる。この時の偏光ビームＢ１の反射光に対する、偏光ビームＢ２の反射光の位相差は、例えば、へこみ１２の深さΔａの２倍のΔ２ａとなる。

一方、例えば、図２（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに突起（凸状の欠陥）１３が存在すると、この突起３２に入射した偏光ビームＢ１は、偏光ビームＢ２に対してマイナスの位相差が生じる。この時の偏光ビームＢ１の反射光に対する、偏光ビームＢ２の反射光の位相差は、例えば、突起１３の高さΔｂの２倍の−Δ２ｂとなる。

こうした、偏光ビームＢ１に対する偏光ビームＢ２の位相差Δａ，Δｂがプラスかマイナスかを位相検出装置２５によって検出することにより、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに存在する欠陥がへこみ１２か、あるいは突起１３かを区別することができる。これによって、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに存在する微細なへこみ１２だけを特定して、正確にへこみ１２を検出できるとともに、へこみ１２のサイズ（例えは、深さや、シリコンウェーハ１１の一面１１ａにおける開口径）を正確に測定することが可能になる。

なお、こうした第一の測定工程において、上述したように２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２をシリコンウェーハ１１の一面１１ａでそれぞれ反射させ、その位相差を比較する以外にも、例えば、偏光ビームＢ１，Ｂ２をシリコンウェーハ１１の一面１１ａから他面１１ｂまで透過させて、シリコンウェーハ１１の他面１１ｂから出射された偏光ビームＢ１，Ｂ２の位相差を測定する構成であってもよい。

上述したような第一の測定工程に加えて、更に以下の第二の測定工程を併用して行うのも好ましい。図３は、第二の測定工程を示す説明図である。図３（ａ）に示すように、第二の測定工程では、シリコンウェーハ１１の一面（測定面）１１ａに向けてレーザ光Ｒを照射する。このレーザ光Ｒは、一面１１ａの平坦部分（凹凸欠陥の存在しない領域）に入射すると、所定の角度で正反射した表面反射光Ｑ１として、検出器４１で検出される。

一方、図３（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに突起１３が存在すると、突起１３に当たったレーザ光Ｒは散乱し、散乱光（反射光）Ｑ２として、検出器４１で検出される。こうした散乱光（反射光）Ｑ２は、正反射した表面反射光Ｑ１とは、検出器２２に入射する角度、強度が異なっている。

また、図３（ｃ）に示すように、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに凹み１２が存在する場合も、凹み１２に当たったレーザ光Ｒは散乱し、散乱光（反射光）Ｑ３として、検出器４１で検出される。こうした散乱光（反射光）Ｑ３も、正反射した表面反射光Ｑ１とは、検出器４１に入射する角度、強度が異なっている。

このように、第二の測定工程では、シリコンウェーハ１１の一面１１ａに存在する欠陥（へこみ１２および突起１３）の分布を測定することができる。しかしながら、この第二の測定工程では、へこみ１２および突起１３は、いずれも散乱光Ｑ２，Ｑ３として検出されるだけで、一面１１ａに存在する欠陥が、シリコンウェーハ１１の基準面（一面）に対して突出しているか（突起１３）、あるいは窪んでいるか（へこみ１２）を判別することはできない。

このため、例えば、こうした第二の測定工程において、へこみ１２や突起１３などを区別せずに欠陥としてその分布を測定し、第一の測定工程において２つの偏光ビームＢ１，Ｂ２をシリコンウェーハ１１の一面１１ａに照射する検査範囲を、第二の測定工程によって得られた欠陥の分布情報に基づいて、欠陥が存在する領域だけ選択的に設定することにより、検査時間の短縮を図ることができる。

なお、第一の測定工程と第二の測定工程とは、同一の機器を用いて１つのレーザ光で同時に測定する構成が好ましい。この場合、ハーフミラーなどを用いて第一の測定工程と第二の測定工程との光路を適宜分離させればよい。また、第一の測定工程と第二の測定工程とを、それぞれ別な機器を用いて連続して測定する構成であっても良い。

本発明の半導体ウェーハの検査方法を示す説明図である。第一の測定工程における欠陥の区別を示す説明図である。第二の測定工程の一例を示す説明図である。

符号の説明

１１シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、１２へこみ、１３突起。

Claims

半導体ウェーハの一面の微細なへこみを測定する半導体ウェーハの検査方法であって、
レーザ光を２つの偏光ビームに分割して前記半導体ウェーハの一面に入射させ、前記半導体ウェーハの一面または他面から出射された２つの偏光ビームどうしの位相差に基づいて前記へこみを検出し、そのサイズを測定する第一の測定工程を備えたことを特徴とする半導体ウェーハの検査方法。
前記半導体ウェーハの一面に向けてレーザ光を照射し、レーザ光が前記半導体ウェーハの一面で反射された反射光の反射角度、強度に基づいて、前記半導体ウェーハの一面における前記へこみの分布を測定する第二の測定工程を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの検査方法。
前記へこみは、前記半導体ウェーハの一面における開口径が１μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体ウェーハの検査方法。