JP2012138493A

JP2012138493A - ウェーハの欠陥検出方法

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Publication number: JP2012138493A
Application number: JP2010290434A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kamiyama; 栄治神山
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: JP5585438B2

Abstract

【課題】ウェーハ上の欠陥の誤検出を抑制する欠陥検出方法を提供する。
【解決手段】ウェーハの表面全体に照射光を走査し、該照射光の散乱強度にて前記ウェーハの表面上の欠陥をＬＰＤとして検出するに当たり、散乱強度に関して初期値を設定し、該初期値の下でＬＰＤの数を検出し、該検出数が基準値以下であれば初期値を閾値とする一方、検出数が基準値を超える場合は、初期値を増加させてＬＰＤの検出を繰り返し、ＬＰＤの数が基準値以下となった際の当該初期値を閾値とし、次いで、該閾値の下でＬＰＤの数の検出を繰り返し行い、ウェーハ表面への照射光の散乱強度が閾値以上であり、かつウェーハの同一位置にて２回以上検出された、ＬＰＤの数および位置を以て、ウェーハにおける欠陥の数および位置を判定する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ウェーハ表面の欠陥を検出する方法、特に、検出時のノイズの影響を低減して誤検出を抑制する、ウェーハの欠陥検出方法に関するものである。

近年、半導体デバイスの微細化に伴い、基板上の結晶欠陥や付着異物（以下、「欠陥」と総称する）が製品の歩留まりに与える影響が大きくなっている。そのため、基板となるシリコンウェーハの表面に対して、高い結晶性や清浄度が益々要求されるようになっている。こうした要求に応えるためには、表面に存在する欠陥を特定して、ウェーハの製造条件に反映させることが必要である。そのためには、ウェーハ表面に存在する欠陥を正しく検出できる技術の開発が重要となる。

このような技術として、検査対象のウェーハ表面にレーザー光を照射し、散乱されたレーザー光の強度を信号光としてパーティクル検査機により検出し、この信号光の強度を用いて欠陥を輝点欠陥（ＬｉｇｈｔＰｏｉｎｔＤｅｆｅｃｔｓ：以下、「ＬＰＤ」と称する）として検出する方法が知られている。即ち、サイズが既知である標準粒子を用いて、ウェーハの表面に照射された入射光が標準粒子により散乱された光の強度と標準粒子のサイズとの相関を予め求めておき、検出された信号光の強度（即ち、ＬＰＤのサイズ）が所定の閾値を超えた回数を計数（カウント）することにより、ウェーハ表面の品質を評価するというものである。

一般に、パーティクル検査機により検出される信号光にはノイズが含まれており、装置由来のものと、ウェーハ表面の粗さに起因するものとが存在する。パーティクル検査機により検出される信号には、ウェーハ上の欠陥に由来する信号にこうしたノイズが重ね合わされて検出されるため、欠陥が実際に存在するにもかかわらず検出されない場合や、逆に欠陥が存在しないにもかかわらず検出される場合がある。従って、ウェーハの品質を正しく評価するためには、こうしたノイズの影響を低減して誤検出を抑制することが重要となる。

これまで、こうしたノイズを除去するための様々な方法が提案されているが、得られた散乱光の検出信号に対する積分時間を長くすることにより、ノイズの影響を低減する方法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特表２００５−５２６２３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、欠陥の信号強度がノイズ強度と同程度の場合には、積分時間を長くしてもノイズを十分に低減できず、誤検出が依然として発生する問題がある。
そこで、本発明の目的は、ノイズの影響を低減し、ウェーハ上の欠陥の誤検出を抑制することができる方途を提供することにある。

発明者は、上記課題を解決するための方途について鋭意検討した結果、ウェーハの１回の検査により検出されるＬＰＤの数が基準値以下の検出条件の下、同一のウェーハに対する検査を繰り返し行った際に、同一の位置にて２回以上検出されるＬＰＤは、ノイズの影響を受けておらず、欠陥に起因するものと見なして良いことを見出し、本発明を完成させるに到った。

即ち、本発明のウェーハの欠陥検出方法は、ウェーハの表面全体に照射光を走査し、該照射光の散乱強度にて前記ウェーハの表面上の欠陥を輝点欠陥として検出するに当たり、前記散乱強度に関して初期値を設定し、該初期値の下で前記輝点欠陥の数を検出し、該検出数が基準値以下であれば前記初期値を閾値とする一方、前記検出数が基準値を超える場合は、前記初期値を増加させて前記輝点欠陥の検出を繰り返し、輝点欠陥の数が前記基準値以下となった際の当該初期値を閾値とし、次いで、該閾値の下で前記輝点欠陥の数の検出を繰り返し行い、前記ウェーハ表面への照射光の散乱強度が前記閾値以上であり、かつ前記ウェーハの同一位置にて２回以上検出された、輝点欠陥の数および位置を以て、前記ウェーハにおける欠陥の数および位置を判定することを特徴とするものである。

また、本発明のウェーハの欠陥検出方法において、前記繰り返しの回数が２回以上であることを特徴とするものである。

また、本発明のウェーハの欠陥検出方法において、前記基準値は、前記ウェーハの径が２００ｍｍの場合には、８３０個、前記ウェーハの径が３００ｍｍの場合には、１０００個、前記ウェーハの寸法が４５０ｍｍの場合には、１２５０個であることを特徴とするものである。

本発明によれば、適切な処理条件の下に検出処理を繰り返すことによりノイズの影響を低減できるため、ウェーハ上の欠陥の誤検出を抑制することができる。

本発明の欠陥検出方法において使用する欠陥検出装置を示す図である。ウェーハを２０回検査した際の、ウェーハの平均ヘイズ値とＬＰＤが１〜３回検出された位置のカウント数との関係を示す図である。閾値を上げてウェーハを２０回検査した際の、ウェーハの平均ヘイズ値とＬＰＤが１〜３回検出された位置のカウント数との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明において使用する欠陥検出装置を示している。
この装置１は、２種類の入射系と２種類の検出系とを備えており、モータ２４により回転している検査対象のウェーハＷの表面に入射光を照射し、その散乱光の強度から、ウェーハＷの表面に存在する欠陥をＬＰＤとして検出する。入射系は、ウェーハＷの表面に対して垂直の方向に入射させる垂直入射光１１（Ｎｏｒｍａｌ）と、斜め方向から入射させる斜め入射光１２（Ｏｂｌｉｑｕｅ）とを有している。一方、検出系は、ウェーハＷの表面に対して高角度方向の比較的狭い角度範囲に散乱された光を検出する高角度散乱光検出器２２（Ｎａｒｒｏｗ）と、低角度方向の比較的広い角度範囲に散乱された光を検出する低角度散乱光検出器２３（Ｗｉｄｅ）とを有している。
尚、本発明において、高角度方向とは、ウェーハＷの表面鉛直方向から６〜２０度の角度範囲の方向を、低角度方向とは、同２５〜７２度の角度範囲の方向を意味している。
また、斜め方向とは、ウェーハＷの表面鉛直方向から６５〜８５度の角度範囲の方向を、垂直入射は表面鉛直方向から０〜２０度の角度範囲の方向を意味する。
上記欠陥検出装置１は、暗視野の欠陥検出装置であるが、本発明において使用する欠陥検出装置およびその構成は、設定する強度閾値による検出信号の２値化処理を行い、ウェーハ面内におけるＬＰＤの座標および個数を計測する装置であれば、特に限定されない。

ここで、垂直入射光１１は、反射板３１により反射されて検査対象のウェーハＷの表面に対して垂直に照射される。ウェーハ表面で散乱された光のうち、ウェーハＷの表面に対して高角度方向に散乱された光は、集光レンズ３３により集光された後、反射板３４により反射されて高角度散乱光検出器２３により検出される。また、ウェーハＷの表面に対して低角度方向に散乱された光は、集光器２１により集光された後、低角度散乱光検出器２２により検出される。
一方、斜め入射光１２は、反射板３２により、ウェーハＷの表面に対して斜め方向から照射されるように構成されており、その散乱光の検出過程については、上述の垂直入射光１１の場合と同様である。

従って、これらの２つの入射系及び２つの検出系の組み合わせから、ウェーハＷの表面に対して、垂直入射光を照射して高角度方向に散乱された光を検出するチャネル（以下、「ＤＮＮチャネル」と称する）、垂直入射光を照射して低角度方向に散乱された光を検出するチャネル（以下、「ＤＷＮチャネル」と称する）、斜め入射光を照射して高角度方向に散乱された光を検出するチャネル（以下、「ＤＮＯチャネル」と称する）、及び斜め入射光を照射して低角度方向に散乱された光を検出チャネル（以下、「ＤＷＯチャネル」と称する）の４つの検出チャネルが存在する。これらの４つの検出チャネルにおける散乱光の強度を測定することにより、検査対象のウェーハＷ上に存在するＬＰＤを検出する。

しかしながら、上述のように、欠陥検出装置１により検出される信号光にはノイズが含まれており、欠陥の信号とノイズの強度が同程度である場合には、従来の積分時間を長くする方法では、ノイズの影響を十分に低減させることができないのである。
そこで、本発明のウェーハの欠陥検出方法は、ウェーハの１回の検査により検出されるＬＰＤの数が基準値以下の検出条件の下、同一のウェーハに対する検査を繰り返し行い、同一の位置にて２回以上検出されるＬＰＤは欠陥に起因するものと見なしてカウントするようにする。

ここで、本発明のウェーハの欠陥検査方法における、検査対象のウェーハの繰り返し検査が、従来の方法に比べてノイズの影響の低減に有効であることを説明する。
まず、欠陥検査装置１により検出される信号をＤ（ｘ）、欠陥に起因する信号をＳ（ｘ）、ノイズに起因する信号をＰ（ｘ）とすると、
Ｄ（ｘ）＝Ｓ（ｘ）＋Ｐ（ｘ）（１）
と表すことができる。ここで、ノイズは、時間およびウェーハ上の位置についてランダムに発生して検出信号Ｄ（ｘ）に確率的に入り、その発生確率は正規分布に従うと考えて良い。即ち、

ここで、ｘは変数、ｍは平均値、σは標準偏差である。

今、検出信号の強度の閾値（即ち、欠陥のサイズの閾値）をｋとすると、欠陥が存在しない（即ち、Ｓ（ｘ）＝０）の点において、ノイズの強度が閾値ｋを超えてＬＰＤとして検出されてしまう誤検出の確率は、Ｐ（ｘ）の累積度数関数をｆ（ｘ）とすると、１−ｆ（ｋ）で与えられる。従って、従来の方法により積分時間をＮ倍とする方法において、検出信号にノイズが出現する確率ｎ_ｃ（ｋ）は、

となる。ここで、

である。この累積度数関数は、ニュートン・コーツの式等の様々な数値積分法や、簡便にはＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ（登録商標）のＮＯＲＭＳＤＩＳＴ関数を用いて容易に計算することができる。

これに対して、本発明の方法、即ち、同一のウェーハに対してＮ回検査を繰り返して欠陥を検出する方法の場合、ノイズの出現確率ｎ_ｐ（ｋ）は、

となる。

ここで、上記ｎ_ｃ（ｋ）とｎ_ｐ（ｋ）との大小関係について具体的に調べる。今、欠陥検出装置１により検査対象のウェーハを検査する場合を考え、検査対象のウェーハ径：３００ｍｍレーザーのビーム幅：５０μｍのレーザー光をウェーハ径：３００ｍｍのウェーハ上に照射して走査することにより、ウェーハ上の欠陥を検出するものとする。その際、光がウェーハ上を走査する距離は１，４１３，２３５，５００μｍとなり、５０μｍ×５０μｍを１セクタとすると、ウェーハ上の全セクタ数ｎは２８，２６４，７１０となる。

この全セクタ数ｎと上記ｎ_ｃ（ｋ）およびｎ_ｐ（ｋ）とを掛け合わせると、それぞれ従来および本発明の欠陥検出方法によりウェーハを検査した際の欠陥の誤検出の個数を見積もることができる。ｍ＝０、σ＝１、ｋ＝２．０とした場合を例に、得られた誤検出の個数を表１に示す。ここで、繰り返し個数は、本発明の欠陥検出方法において、同一のウェーハを繰り返し検査する個数を意味しており、また、従来の欠陥検出方法においては、標準の積分時間に対する積分時間の倍数を意味している。

この表から明らかなように、従来の欠陥検出方法においては、誤検出の個数は、積分時間を標準の８倍にして１未満になるが、本発明の方法は、５回繰り返し検査を行えば誤検出の個数が１未満になる。従来の欠陥検査方法において、積分時間を標準のＮ倍にすることは、本発明において、同一のウェーハをＮ回検査するのと時間的に同等であるため、本発明の欠陥検出方法は、従来の方法よりも、ノイズを効率的に低減できることが分かる。

この傾向は、閾値の値にかかわらず同様に見られ、また、閾値が小さい場合、即ち欠陥の信号とノイズの強度が近づく場合に、本発明と従来の方法による低減効果の差が大きくなる。表２に示すように、ｋ＝１．２の場合には、本発明の方法では８回目に誤検出の個数が１未満になるが、従来の方法では２１回目である。

このように、本発明の欠陥検査方法は、上記の繰り返し検査により、積分時間を大きくする従来の方法に比べて、ノイズの影響を効率的に低減でき、誤検出の抑制に有効であることが分かる。

しかしながら、Ｎ回繰り返し検査して、同一の位置にてＮ回全て検出された場合についてのみ、その位置に欠陥が存在すると見なすと、例えば、ある位置に欠陥が存在し、Ｎ−１回は検出されたが、１回のみノイズの影響で散乱強度（即ち、欠陥のサイズ）が閾値を超えなかった場合に、その位置に欠陥が存在しないと判定されてしまい、ウェーハ上の欠陥の数を過小評価してしまう。この問題を解消するための方途について、更に鋭意究明した。その結果、発明者らは、上記検査を繰り返し行った後に、ウェーハ上の同一の位置にてＬＰＤが２回以上検出された場合に、その位置には欠陥が存在すると見なしてよいことを見出したのである。以下に、この知見を得るに到った実験結果について説明する。

図２は、３００ｍｍ径のウェーハ１０枚について表面の検査を繰り返し２０回行った際の、各ウェーハの平均ヘイズ値とウェーハ上の同一の位置にてＬＰＤが１〜３回検出された位置の数との関係を示す図である。この検出は、スキャン幅５０μｍのビームにより行った。ここで、（ａ）および（ｂ）は、それぞれＤＷＯおよびＤＮＯモードについての結果を示しており、ＬＰＤを検出する際の閾値は、それぞれ（ａ）３２ｎｍ、（ｂ）５１ｎｍとした。また、この図において、×印は、ウェーハの表面を１回だけ検査した際の、ウェーハ上のＬＰＤの数を示している。

図２（ａ）を見ると、１回だけ検出された位置のカウント数と２回以上検出された位置のカウント数とでは、平均ヘイズ値に対する傾向が異なることが分かる。即ち、１回だけ検出された位置のカウント数は、平均ヘイズ値が０．０６ｐｐｍまでは一定であるが、０．０６ｐｐｍを超えると指数関数的に増加するのに対し、２回以上検出された位置のカウント数は、０．１ｐｐｍまでは一定であり、０．１を超えると増加する。横軸の平均ヘイズ値は、ウェーハ表面の粗さを表しており、その値が増加するほどウェーハ表面の粗さが大きくなり、散乱光に重ね合わされるノイズの強度も大きくなることを意味している。従って、平均ヘイズ値の増加とともに１〜３回検出された位置のカウント数が増えるのは、ノイズ強度の増大に起因する誤検出が増加したためである。

また、２回以上検出された位置のカウント数は、平均ヘイズ値が０．１ｐｐｍ以下の場合に、平均ヘイズ値に依存せずほぼ平坦な傾向を示している。これは、２回以上検出された位置のカウント数は、ノイズの影響を受けていないことを示している。即ち、２回以上検出された位置には欠陥が存在すると考えて良いことを示している。何故なら、この検出信号が、仮に全てノイズに起因する信号であり、欠陥に起因する信号が含まれていない、または、欠陥に起因する信号がノイズに比べて十分小さく無視できるとすると、ノイズに起因して検出された位置の数は、その位置が一定以下の密度で存在する場合、平均ヘイズ値に依存した個数となり、平坦な傾向を示さないはずだからである。

上記の傾向は、図２（ｂ）に示したＤＮＯモードでの測定結果についても同様である。即ち、１〜３回検出された位置のカウント数は、平均ヘイズ値が０．０１５ｐｐｍまでは一定であるが、０．０１５ｐｐｍを超えると増加する傾向が見られる。また、２回および３回検出された位置のカウント数は、０．０１５ｐｐｍまではヘイズ値に依存しない。

図２（ａ）に示すＤＷＯモードの結果と、図２（ｂ）に示すＤＮＯモードの結果において、２回以上検出された位置のカウント数が増大する平均ヘイズ値は、それぞれ０．１ｐｐｍ、０．０１５ｐｐｍと異なるが、それらの平均ヘイズ値を有するウェーハにおいて、１回の検査により検出されたＬＰＤの数は、そのいずれもが１０００個以下である。つまり、１回の検査により、検出されるＬＰＤの数が１０００個以下となるような閾値を用いて、同一のウェーハに対して繰り返し検査を行い、同一の位置にて２回以上検出された場合には、その位置に欠陥が存在すると見なして良いことになる。

一方、スキャン幅５０μｍのビームにより１回の検査において１０００個を超えるＬＰＤが検出されるウェーハについては、２回以上検出された位置のカウント数は、平均ヘイズ値に対して平坦な傾向を示していない。これは、ノイズ起因により検出された位置がある一定の密度以上存在し、誤検出が発生しているためである。そこで、図２において、１回の検査で検出されたＬＰＤの数が１０００を超えた３枚のウェーハについて、閾値を（ａ）ＤＷＯモードについては３３ｎｍに、（ｂ）のＤＮＯモードについては５２ｎｍにそれぞれ増加させた後、ウェーハの検査を１回行った。その結果、３枚のウェーハ全てについて、検出されたＬＰＤの数が１０００個以下となった。そこで、続けて１９回の検査を繰り返し行った。得られた結果を図３に示す。この図の（ｂ）において、平均ヘイズ値が０．０１７４ｐｐｍにおける２カウントおよび３カウント数は０であり、また、０．０２０６ｐｐｍにおける３カウント数も０である。この図から明らかなように、１回の検査で検出されたＬＰＤの数が１０００個以下となり、図２において、１回の検査で検出されたＬＰＤの数が１０００個以下のウェーハと同様の傾向が見られている。このように、１回の検査において１０００個を超えるＬＰＤが検出されるウェーハについては、１回の検査において検出されるＬＰＤの数が１０００個以下となるまで閾値を上げ、その後、繰り返し検査を行えばよいことが分かる。

上記の結果は、ウェーハの検査を２０回行った場合について示しているが、ウェーハの繰り返し検査は、２回以上行えばよい。繰り返しの回数の上限は、特に限定されないが、生産性の点から、２回が好ましい。

以上の実験結果から、以下のようにウェーハ上の欠陥を検出することにより、ノイズの影響を低減し、誤検出を抑制できることが分かる。即ち、散乱強度に関して初期値を設定し、この初期値の下でＬＰＤの数を検出する。検出された数が基準値以下であれば、初期値を欠陥検出のための閾値とする。一方、検出された数が基準値を超える場合は、初期値を増加させてＬＰＤの検出を繰り返し、ＬＰＤの数が基準値以下となった際の初期値を欠陥検出のための閾値とする。
次いで、上記閾値の下でＬＰＤの数の検出を繰り返し行い、ウェーハ表面への照射光の散乱強度が閾値以上であり、かつウェーハの同一位置にて２回以上検出されたＬＰＤの数および位置カウントする。以下、本発明のウェーハの欠陥検出方法の各工程について説明する。

まず、欠陥を検出する際の強度閾値の初期値を設定する方法について説明する。以下に初期値の設定方法の一例を説明するが、これに限定されない。本特許が対照とする被検査ウェーハは、例えば３００ｍｍウェーハ面内において、検出されるＬＰＤの総個数が１００個程度以下の高品質ウェーハを対象としている。ここで、ＬＰＤの総個数が１００個程度となる検査の条件では、通常の検出信号のノイズに対して十分にマージンを設けた条件を採用している。この通常条件から出発し、強度閾値を下げていくと、ノイズが閾値に到達する近傍よりＬＰＤ総個数が急激に増加する。そこで、その増加具合を見ながら、強度閾値を１０００個程度になるよう、調整すればよい。

この設定された初期値の下で、検査対象のウェーハに対してスキャン幅５０μｍのビームにより１回だけ検査を行い、ＬＰＤの数を検出する。ここで、検出されたＬＰＤの数が基準値を超えるか否かを判定する。この基準値は、上述の実験結果から、検査対象のウェーハが２００ｍｍ径の場合には、８３０個、３００ｍｍ径の場合には、１０００個および４５０ｍｍ径の場合には、１２５０個とするとよい。検出数が上記基準値以下であれば上記初期値を閾値とする。一方、検出数が基準値を超える場合には、初期値を適切な値、例えば１ｎｍだけ増加した後、ウェーハの検査を繰り返し、検出されたＬＰＤの数が基準値以下となった際の初期値を閾値とする。

次に、上記閾値の下で、ウェーハの検査を繰り返し行い、ウェーハ表面への照射光の散乱強度が閾値以上であり、かつウェーハの同一位置にて２回以上検出された、ＬＰＤの数および位置を以て、ウェーハにおける欠陥の数および位置を判定する。
ここで、上記の繰り返しの回数は２回以上とする。

こうして、ウェーハ上の欠陥を検出する際に、ノイズの影響を低減し、誤検出を抑制することができる。

１欠陥検出装置
１１垂直入射光
１２斜め入射光
２１集光器
２２低角度散乱光検出器
２３高角度散乱光検出器
２４モータ
３１，３２，３４反射板
３３集光レンズ
Ｗウェーハ

Claims

ウェーハの表面全体に照射光を走査し、該照射光の散乱強度にて前記ウェーハの表面上の欠陥を輝点欠陥として検出するに当たり、
前記散乱強度に関して初期値を設定し、該初期値の下で前記輝点欠陥の数を検出し、
該検出数が基準値以下であれば前記初期値を閾値とする一方、前記検出数が基準値を超える場合は、前記初期値を増加させて前記輝点欠陥の検出を繰り返し、輝点欠陥の数が前記基準値以下となった際の当該初期値を閾値とし、
次いで、該閾値の下で前記輝点欠陥の数の検出を繰り返し行い、前記ウェーハ表面への照射光の散乱強度が前記閾値以上であり、かつ前記ウェーハの同一位置にて２回以上検出された、輝点欠陥の数および位置を以て、前記ウェーハにおける欠陥の数および位置を判定することを特徴とするウェーハの欠陥検出方法。
前記繰り返しの回数が２回以上であることを特徴とする、請求項１に記載のウェーハの欠陥検出方法。
前記基準値は、前記ウェーハの径が２００ｍｍの場合には、８３０個、前記ウェーハの径が３００ｍｍの場合には、１０００個、前記ウェーハの径が４５０ｍｍの場合には、
１２５０個であることを特徴とする、請求項１または２に記載のウェーハの欠陥検出方法。