JP2996193B2 - ウェハ検査方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶体
の中の結晶欠陥であるグロンイン欠陥のうち、（111）
結晶面および等価な（111）結晶面で囲まれた正八面体
のＣＯＰ欠陥を検出するためのウェハ検査方法および装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、チョコラルスキー法（ＣＺ法）の
結晶成長法で作製されるシリコン単結晶の中に存在する
微小な欠陥として、ＣＯＰ（Crystal Originated Parti
cles）欠陥が検出された。シリコンウェハ上のパーティ
クルの除去に有効なSC-l液の洗浄によってシリコンウェ
ハ上にピットが形成され、このピットが検出されたこと
によってＣＯＰ欠陥の存在が確認された。ピットの大き
さは０．１〜０．２μｍであり、ＣＯＰ欠陥が結晶中に
存在する密度は１×１０⁵〜１０⁷／ｃｍ³と低いため、
直接観察された例が少ない。シリコン単結晶中のＣＯＰ
欠陥は、（111）結晶面および等価な（111）結晶面で囲
まれた微小な正八面体の形状をしていることが確認され
ている。

【０００３】また、ＣＯＰ欠陥としてシリコンウェハ上
に形成されたピットは、シリコンウェハ上に形成される
酸化膜の耐圧特性を劣化させる恐れがある。近年のＭＯ
Ｓデバイスでは、ビット数の増加に伴い、チップの微細
化、大面積化が進み、ゲート酸化膜への要求の厳しさが
増加しているので、ＣＯＰ欠陥などを含む結晶欠陥であ
るグロンイン（Grown-in）欠陥の研究が進められてい
る。従って、ＣＯＰ欠陥を研究するために、ＣＯＰ欠陥
などの欠陥を確実に検出する必要がある。

【０００４】従来、ＣＯＰ欠陥を検出する方法として
は、シリコンウェハ表面または、表面に近い位置のシリ
コンウェハ中に存在する結晶欠陥や異物などをパーティ
クル検出装置（異物検出装置）を用いて検出し、パーテ
ィクル検出装置で検出された位置を原子間力顕微鏡（Ａ
ＦＭ）や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などで観察するこ
とで、そのパーティクルが実際にＣＯＰ欠陥であるかど
うかを判別していた。パーティクル検出装置では、シリ
コンウェハ表面に光を照射し、この時のシリコンウェハ
表面上の異物や欠陥による散乱光を検出することによっ
て異物や欠陥の存在や位置が確認される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パーテ
ィクル検出装置によって検出されたパーティクルがウェ
ハ表面に吸着した異物か、あるいはどのような欠陥なの
か判別できないので、欠陥を識別するためには、検出さ
れたものを原子間力顕微鏡などによって観察する必要が
ある。従って、シリコンウェハをパーティクル検出装置
から原子間力顕微鏡などに移すために手間と時間がかか
ってしまうという問題点がある。さらに、パーティクル
検出装置で検出されたものを原子間力顕微鏡などで観察
するのにも時間がかかってしまうという問題点がある。

【０００６】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点に鑑み、シリコンウェハ内部に存在し、シリコンウェ
ハの酸化膜耐圧特性に影響を及ぼすＣＯＰ欠陥の検出に
おいて、短時間で、しかも確実にＣＯＰ欠陥を検出する
ウェハ検査機を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、ウェハの表面に発光素子からの光を照射す
る段階と、前記ウェハの表面に照射された光のうち、前
記ウェハ表層のＣＯＰ欠陥の（111）結晶面または等価
な（111）結晶面によって反射された光を受光素子によ
って検出する段階と、前記ＣＯＰ欠陥に前記発光素子か
らの光を照射しながら、前記ＣＯＰ欠陥を通る、前記ウ
ェハに対して垂直な軸を中心として前記ウェハまたは、
前記発光素子および前記受光素子を回転させる段階と、
前記ウェハまたは、前記発光素子および前記受光素子の
回転に従って変化する、前記ＣＯＰ欠陥からの反射光の
強度変化を計測する段階とを含む。

【０００８】また、本発明は、ウェハを該ウェハ面に対
して平行な方向に移動させる移動手段と、前記移動手段
によって移動されるウェハ表面に光を照射する発光素子
と、前記発光素子によってウェハ表面を照射する光のう
ち、該ウェハ表層のＣＯＰ欠陥の（111）結晶面または
等価な（111）結晶面によって反射される光を検出する
受光素子と、ウェハ表面の、前記発光素子によって光が
照射される位置を通る、該ウェハに対して垂直な軸を中
心として前記ウェハまたは、前記発光素子および前記受
光素子を回転させる回転手段とを含む。

【０００９】さらに、前記ウェハを構成する結晶の〔00
1〕方位は、該ウェハ表面の法線と平行であり、前記発
光素子は、前記ウェハの回転中心軸から〔110〕方位側
に角度（５４．７゜−α）度傾いた方位に配置されて前
記ウェハ表面の回転中心に光を照射し、前記受光素子
は、前記ウェハの回転中心軸から〔110〕方位側に角度
（５４．７゜＋α）度傾いた方位に配置されて前記ウェ
ハ表面の回転中心からの反射光を受光し、前記αの角度
の範囲は、−３５．５゜＜α＜＋３５．５゜であること
が好ましい。

【００１０】さらに、前記ウェハを構成する結晶の〔00
1〕方位は、該ウェハ表面の法線と平行であり、前記発
光素子は、前記ウェハの回転中心軸と任意の角度θをな
し、かつ、前記ウェハ表面の法線方向から見て〔110〕
方位と任意の角度ψをなす方位に配置されて前記ウェハ
表面の回転中心に光を照射し、前記受光素子は、前記ウ
ェハの回転中心軸と任意の角度θをなし、かつ、前記ウ
ェハ表面の法線方向から見て、前記発光素子と反対の方
向に〔110〕方位と任意の角度ψをなす方位に配置され
て前記ウェハ表面の回転中心からの反射光を受光し、前
記角度θおよびψは、ｔａｎ²θ＝２（１＋ｔａｎ²ψ）
の関係を成し、かつ、前記角度θおよびψの範囲は、５
４．７゜＜θ＜９０゜、０゜＜ψ＜９０゜の関係を成す
ことが好ましい。

【００１１】さらに、前記発光素子が照射する光は、波
長が５００ｎｍ以下の短波長光であることが好ましい。

【００１２】上記のとおりの発明では、ウェハ表層のＣ
ＯＰ欠陥を含むパーティクルを検出し、検出された前記
パーティクルに光を照射しながら、前記ウェハに対して
垂直に前記パーティクルを通る軸を中心として前記ウェ
ハまたは、前記パーティクルを照射する光の光源を回転
させることにより、前記ウェハまたは前記光源の回転に
従って変化する、前記パーティクルからの反射光の強度
変化を計測する。このようにして、パーティクルからの
反射光の強度変化を計測する時、パーティクルが、例え
ばウェハ表層にピットとして顕在化されたＣＯＰ欠陥の
場合、そのピットは、四角錐形状の４つの側面を成す、
（111）結晶面および等価な（111）結晶面によって形成
されており、四角錐のピットの底面を平面内で回転させ
るようにピットを回転させることになるので、照射する
光が前記４つの結晶面に１つずつ順番にウェハの回転角
の９０度周期で入射される。従って、前記４つの結晶面
が順番に反射した反射光の強度もウェハの回転角の９０
度周期で最大となるので、この（111）結晶面および等
価な（111）結晶面による反射光の強度変化を計測する
ことにより、パーティクルがＣＯＰ欠陥であると識別で
きる。

【００１３】また、ウェハ面に対して平行な方向にウェ
ハを移動させる移動手段と、前記移動手段によって移動
されるウェハ表面に光を照射する発光素子と、前記発光
素子によってウェハを照射する光のうち、前記ウェハの
ＣＯＰ欠陥の、（111）結晶面または等価な（111）結晶
面によって反射される光を検出する受光素子と、ウェハ
表面の、前記発光素子によって光が照射される位置を通
る、前記ウェハに対して垂直な軸を中心として前記ウェ
ハまたは、前記発光素子および前記受光素子を回転させ
る回転手段とが備えられたので、前記発光素子でウェハ
表面に光を照射しながら前記移動手段によってウェハを
ウェハ面に対して平行な方向に移動させて、ウェハ表面
の任意の位置を発光素子の光で照射する。移動手段によ
ってウェハを移動させている時に、前記発光素子の光が
ＣＯＰ欠陥や、光を分散させる異物などを含むパーティ
クルを照射すると、ＣＯＰ欠陥の（111）結晶面および
等価な（111）結晶面を含むパーティクルによって光が
反射または散乱されて、反射または分散された光が前記
受光素子によって受光される。受光素子が光を受光する
ことでパーティクルが検出されると、検出されたパーテ
ィクルを中心に前記回転手段によって、例えばウェハが
回転される。ウェハの回転中心は、発光素子が光を照射
する位置でもあるので、検出されたパーティクルが光で
照射されながら回転する。パーティクルの回転に従い、
受光素子で受光される光の強度がパーティクルの形状に
応じて変化する。この時、パーティクルが、例えばウェ
ハ表層にピットとして顕在化されたＣＯＰ欠陥の場合、
上述したＣＯＰ欠陥の（111）結晶面および等価な（11
1）結晶面のうち、任意の結晶面に光を照射している状
態から、四角錐のピットの底面を平面内で回転させるよ
うにピットを回転させることになるので、照射する光が
ピットの４つの結晶面に１つずつ順番にウェハの回転角
の９０度周期で入射される。従って、ＣＯＰ欠陥の結晶
面が順番に反射した反射光の強度がウェハの回転角の９
０度周期で最大となり、受光素子で受光される光の強度
変化も、ウェハの回転角の９０度周期で変化する。従っ
て、このようなウェハの回転角の９０度周期で変化す
る、パーティクルによる反射光の強度変化を計測するこ
とにより、このパーティクルがＣＯＰ欠陥であると識別
できる。また、ウェハを回転させる代わりに、パーティ
クルに光を照射する光源を回転させて、ＣＯＰ欠陥の
（111）結晶面および等価な（111）結晶面からの反射光
の強度変化を計測することによっても、同様にＣＯＰ欠
陥を検出することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１５】（第１の実施の形態）図１は、本発明のウ
ェハ検査装置の第１の実施形態を示す概略構成図であ
る。本実施形態のウェハ検査装置では、図１に示すよう
に、被検出シリコンウェハ１が、移動手段であるＸＹス
テージ２の上に載置されて固定されており、ＸＹステー
ジ２が被検出シリコンウェハ１の面と平行な方向に移動
してＸＹステージ２上の被検出シリコンウェハ１を移動
させる。ＸＹステージ２は、回転手段である回転ステー
ジ３の上に備えられていて、回転ステージ３が、被検出
シリコンウェハ１面に対して垂直な軸を中心としてＸＹ
ステージ２を回転させる。このようなＸＹステージ２と
回転ステージ３との組み合せでは、被検出シリコンウェ
ハ１がＸＹステージ２によって移動され、被検出シリコ
ンウェハ１上の任意の点を回転ステージ３の回転中心軸
上に一致させることによって、被検出シリコンウェハ１
上の任意の点を回転中心とすることができる。ＸＹステ
ージ２を制御して被検出シリコンウェハ１の位置決めを
行った後に、被検出シリコンウェハ１が回転ステージ３
によって回転される。

【００１６】また、ＸＹステージ２の上に載置された被
検出シリコンウェハ１の上方に発光素子４および受光素
子５が備えられていて、発光素子４は、回転ステージ３
の回転中心軸から（５４．７゜−α）の角度だけ傾けら
れた方向に配置され、被検出シリコンウェハ１表面の回
転中心に向けて光を照射し、受光素子５は、回転ステー
ジ３の回転中心軸から（５４．７゜＋α）の角度だけ、
発光素子４と同じ方向に傾けられた方向に配置され、被
検出シリコンウェハ１表面の回転中心からの反射光を受
光する。すなわち、発光素子４から出射する光は、入射
光の進行方向６で示される方向から被検出シリコンウェ
ハ１表面の回転中心に入射角（５４．７゜−α）で入射
し、受光素子５は、被検出シリコンウェハ１表面の回転
中心から反射角（５４．７゜＋α）で反射された光を検
出する。

【００１７】図２は、図１で示したウェハ検査装置にお
いて、被検出シリコンウェハ１に対する発光素子４およ
び受光素子５の位置関係を示す一部斜視図である。被検
出シリコンウェハ１には、通常の半導体集積デバイスと
して用いている（100）シリコンウェハが用いられてお
り、図２に示すように、〔001〕方位が被検出シリコン
ウェハ１表面の法線と平行になる。被検出シリコンウェ
ハ１には、シリコン単結晶の〔110〕方位を識別するた
めのオリエンテーションフラット８が設けらていて、被
検出シリコンウェハ１の〔001〕方位から〔110〕方位側
に、発光素子４が（５４．７゜−α）度の角度だけ傾い
た方位に配置され、受光素子５が（５４．７゜＋α）度
の角度だけ傾いた方位に配置されている。

【００１８】上述のように構成された本実施形態のウェ
ハ検査装置の動作について説明する。図３は、被検出シ
リコンウェハ１がＸＹステージ２によって移動されてい
る状態を示す斜視図である。図３に示すように、被検出
シリコンウェハ１がＸＹステージ２によって被検出シリ
コンウェハ１の面と平行な方向に移動されることによっ
て、被検出シリコンウェハ１上の任意の位置を、図１お
よび図２で示した発光素子４の光で照射する。ＸＹステ
ージ２を制御して、被検出シリコンウェハ１上の、発光
素子４で照射される位置を移動していき、発光素子４
が、光を散乱させるパーティクルを照射した場合、この
パーティクルによって散乱された光の一部が、反射光を
検出する方向７に示される方向に向かって進む。反射光
を検出する方向７に向かって進んだ光は図１および図２
で示した受光素子５によって受光されて、パーティクル
が検出される。受光素子５によって検出されたパーティ
クルの中に、ＣＯＰ欠陥によって生じたピットが含まれ
ていることがあり、次では、このＣＯＰ欠陥について説
明する。

【００１９】図４は、図１および図２で示した被検出シ
リコンウェハ１の表層にピットとして顕在化されたＣＯ
Ｐ欠陥を示す断面図である。図４に示すように、ＣＯＰ
欠陥によって生じたピットは（111）結晶面および等価
な（111）結晶面で構成された四角錐形状であり、四角
錐の側面となる（111）結晶面１０ａおよび等価な（11
1）結晶面１０ｂが全て正三角形である。ＣＯＰ欠陥の
ピットが、正三角形の４側面からなる四角錐であること
より、（111）結晶面１０ａの法線と、被検出シリコン
ウェハ１表面の法線とでなす角度が５４．７゜である。
ここで、前述したように発光素子４が、回転ステージ３
の回転中心軸から被検出シリコンウェハ１の〔110〕方
位側に（５４．７゜−α）の角度だけ傾いた方位に配置
されて被検出シリコンウェハ１の回転中心を照射するこ
とによって、発光素子４から出射した光の一部が、発光
素子４と対向する（111）結晶面１０ａに入射角αで、
入射光の進行方向６で示される方向から入射する。（11
1）結晶面１０ａに入射した光は、（111）結晶面１０ａ
によって反射角αで反射され、反射光が、反射光の進行
方向１１で示される方向に進む。この反射光の進行方向
１１は、図１および図２で示した反射光を検出する方向
と同じ方向になるので、（111）結晶面１０ａによる反
射光が受光素子４によって受光されて検出される。ここ
で、入射角αが３５．５゜以上になると、（111）結晶
面１０ａによる反射光が、（111）結晶面１０ａと反対
側の等価な（111）結晶面１０ｂに入射してしまい、反
射光の進行方向１１で示される方向には反射光が出射し
なくなる。従って、ＣＯＰ欠陥のピットをパーティクル
として検出するためには、角度αは３５．５゜よりも小
さい必要がある。

【００２０】このようにして、受光素子４によって被検
出シリコンウェハ１表層のパーティクルが検出された時
点でＸＹステージ２の移動が止まり、パーティクルが発
光素子４によって照射された位置に、被検出シリコンウ
ェハ１が位置決めされる。発光素子４が被検出シリコン
ウェハ１を照射してパーティクルを検出した位置は、被
検出シリコンウェハ１の回転中心でもあるので、検出さ
れたパーティクルが存在する位置を回転中心として、被
検出シリコンウェハ１が回転ステージ２によって回転さ
れる。

【００２１】図５は、被検出シリコンウェハ１が回転ス
テージ３によって回転されている状態を示す斜視図であ
る。図５に示すように、パーティクルが存在する検出位
置１２を通り、被検出シリコンウェハ１に対して垂直な
軸を回転中心として、被検出シリコンウェハ１が回転ス
テージ３によって回転される。被検出シリコンウェハ１
が回転されている間も、被検出シリコンウェハ１上のパ
ーティクルが発光素子４によって照射されていて、照射
された光がパーティクルによって分散または反射され、
分散または反射された光の一部が、反射光を検出する方
向７で示される方向に出射して受光素子５で受光されて
いる。被検出シリコンウェハ１が回転されてパーティク
ルが回転されることによって、パーティクルの形状に応
じて、受光素子５で受光される光の強度変化を生じさせ
ることがある。

【００２２】検出されたパーティクルの回転に従って、
受光素子５で受光される光の強度変化が生じる時、検出
されたパーティクルが、図４で示したＣＯＰ欠陥のピッ
トである場合を説明する。被検出シリコンウェハ１表層
に形成されたＣＯＰ欠陥のピットが回転されると、その
ピットは、図４で説明したように四角錐形状の４つの側
面を成す正三角形の（111）結晶面および等価な（111）
結晶面によって形成されており、この４つの結晶面のう
ち、（111）結晶面に光が照射されている状態から、四
角錐のピットの底面が平面内で回転するようにピットが
回転されることになる。このようにピットが回転される
ことにより、照射する光が、等価な（111）結晶面に１
つずつ順番に被検出シリコンウェハ１の回転角の９０度
周期で入射される。従って、ピットの４つの結晶面が順
番に反射した反射光の強度も、被検出シリコンウェハ１
の回転角の９０度周期で最大となる。特に、ＣＯＰ欠陥
の場合は、発光素子４からの光を反射する面が（111）
結晶面および等価な（111）結晶面であるので、被検出
シリコンウェハ１の一回転中に、被検出シリコンウェハ
１の〔110〕方位、〔-110〕方位、〔1-10〕方位、〔-1-
10〕方位の４つの方位が、回転する前の状態の〔110〕
方位と同じ方向に一致した時にＣＯＰ欠陥からの反射光
の強度が最大となる。この（111）結晶面および等価な
（111）結晶面による反射光の強度変化を計測すること
により、パーティクルがＣＯＰ欠陥であると識別でき
る。

【００２３】上述のように、受光素子５で受光されて検
出される反射光の強度変化が、パーティクルの回転に伴
って９０度周期で変化する場合は、パーティクルがＣＯ
Ｐ欠陥であると判断できる。また、被検出シリコンウェ
ハ１表面に付着した異物が、例えば四角錘形状をしてい
たりすることがある。この場合、ＣＯＰ欠陥と同様に、
この付着物に光を照射しながら付着物を回転させると、
付着物からの反射光の強度変化が９０度周期で変化する
ことがある。ところが、ほとんどの付着物は被検出シリ
コンウェハ１の結晶軸方位と関係のない方向で付着して
いて、付着物の結晶面がＣＯＰ欠陥の（111）結晶面と
平行になることが希である。従って、ＸＹステージ３を
移動させてパーティクルを検出する際に、このような四
角錘や正八面体などに近い形状をした付着物が検出され
ないことになる。このように、パーティクルを検出し、
検出されたパーティクルを中心に被検出シリコンウェハ
１を回転し、被検出シリコンウェハ１の回転中に、被検
出シリコンウェハ１表面の回転中心に照射した光のパー
ティクルからの反射光を検出し、検出された反射光の、
被検出シリコンウェハ１の回転角に対する依存性を調べ
ることにより、ＣＯＰ欠陥を簡便に識別して検出するこ
とができる。

【００２４】（第２の実施の形態）図６は、本発明のウ
ェハ検査装置の第２の実施形態による、被検出シリコン
ウェハと、発光素子および受光素子との位置関係を示す
構成図である。図６の（ａ）は被検出シリコンウェハの
斜視図であり、図６の（ｂ）は（ａ）の上面図である。
本実施形態では、第１の実施形態と比較して、被検出シ
リコンウェハに対する発光素子および受光素子の位置関
係のみが異なっており、第１の実施形態で用いた移動手
段（ＸＹステージ）および回転手段（回転ステージ）と
同様のものを用い、この図６では移動手段および回転手
段が省略されている。

【００２５】本実施形態のウェハ検査装置では、第１の
実施形態で示した図１と同様に、被検出シリコンウェハ
が、移動手段であるＸＹステージ（不図示）の上に載置
されて固定されており、ＸＹステージが被検出シリコン
ウェハの面と平行な方向に移動してＸＹステージ上の被
検出シリコンウェハを移動させる。ＸＹステージは、回
転手段である回転ステージ（不図示）の上に備えられて
いて、回転ステージが、ＸＹステージ上の被検出シリコ
ンウェハ表面に対して垂直な軸を中心としてＸＹステー
ジを回転させる。このようなＸＹステージと回転ステー
ジとの組み合せでは、被検出シリコンウェハがＸＹステ
ージによって移動され、被検出シリコンウェハ上の任意
の点を回転ステージの回転中心軸上に一致させることに
よって、被検出シリコンウェハ上の任意の点を回転中心
とすることができる。ＸＹステージを制御して被検出シ
リコンウェハの位置決めを行った後に、被検出シリコン
ウェハが回転ステージによって回転される。

【００２６】本実施形態の、第１の実施形態と異なる点
として、被検出シリコンウェハに対する発光素子および
受光素子の位置関係を、図６を参照して説明する。図６
は、ＸＹステージ（不図示）上に載置された被検出シリ
コンウェハの斜視図および上面図である。

【００２７】図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、
被検出シリコンウェハ２１を構成する結晶の〔001〕方
位は被検出シリコンウェハ２１の法線と平行であり、Ｘ
Ｙステージ（不図示）の上に固定された被検出シリコン
ウェハ２１の上方に発光素子２４および受光素子２５が
備えられている。発光素子２４および受光素子２５は、
図６の（ａ）に示すように、被検出シリコンウェハ２１
の回転中心軸から共に５５．３゜傾いた方位に配置され
て被検出シリコンウェハ２１表面の回転中心にそれぞれ
が向けられ、また、図６の（ｂ）に示すように、被検出
シリコンウェハ２１の〔001〕方位から見て、すなわち
被検出シリコンウェハ２１の上面から見て、発光素子２
４が〔110〕方位から１１．３゜傾いた方位に配置さ
れ、受光素子２５が〔110〕方位から発光素子２４と反
対の方向に１１．３゜傾いた方位に配置されている。発
光素子２４は、被検出シリコンウェハ２１の回転中心に
光を照射し、受光素子２５は、被検出シリコンウェハ２
１の回転中心からの反射光を受光する。

【００２８】発光素子２４および受光素子２５がこのよ
うに配置されたことにより、第１の実施形態と同様に、
ＸＹステージを移動させて、ＸＹステージ上の被検出シ
リコンウェハ２１表層に存在するＣＯＰ欠陥のピットを
含むパーティクルを、発光素子２４および受光素子２５
によって検出することができる。次では、被検出シリコ
ンウェハ２１表層にピットとなったＣＯＰ欠陥を検出す
るために配置された発光素子２４および受光素子２５
の、被検出シリコンウェハ２１に対する角度を説明す
る。

【００２９】被検出シリコンウェハ２１表層にピットと
なったＣＯＰ欠陥は、第１の実施形態で説明したよう
に、シリコン単結晶の（111）結晶面および等価な（11
1）結晶面で形成された４つの正三角形を側面とした四
角錐形状であるので、被検出シリコンウェハ２１の〔11
0〕方位側に配置された発光素子２４および受光素子２
５が（111）結晶面と対向する。ここで、（111）結晶面
の法線である〔111〕方位から〔-110〕方位側に任意の
角度だけ少し傾けられたベクトル（１−ｘ，１＋ｘ，
１）の向きと反対の方向から、発光素子２４の光を（11
1）結晶面に入射させると、（111）結晶面で発光素子２
４の光が鏡面反射され、反射光がベクトル（１＋ｘ，１
−ｘ，１）の方向に進む。ただし、ｘは任意の数値をと
り、それぞれのベクトルの原点は、シリコン単結晶の結
晶方位を示す座標系と同じとする。ベクトル（１−ｘ，
１＋ｘ，１）およびベクトル（１＋ｘ，１−ｘ，１）
は、〔001〕方位となす角度が互いに等しく、〔110〕方
位となす角度も互いに等しい。ここでは、入射する光の
方のベクトル（１−ｘ，１＋ｘ，１）を用いて説明する
と、ベクトル（１−ｘ，１＋ｘ，１）が〔001〕方位と
なす角度をθとし、ベクトル（１−ｘ，１＋ｘ，１）を
（110）結晶面に投影したベクトル（１−ｘ，１＋ｘ，
０）が〔110〕方位となす角度をψとする。

【００３０】角度θは、ベクトル（１−ｘ，１＋ｘ，
１）と、〔001〕方位上のベクトル（０，０，１）とで
なす角度として、余弦定理を用いて表すと、

【００３１】

【数１】 変形すると、

【００３２】

【数２】 角度ψは、ベクトル（１−ｘ，１＋ｘ，０）と、〔11
0〕方位上のベクトル（１，１，０）とでなす角度とし
て、余弦定理を用いて表すと、

【００３３】

【数３】 変形すると、

【００３４】

【数４】 上記の式（１）および（２）から、ｔａｎ²θ＝２（１
＋ｔａｎ²ψ）の関係が導き出される。ベクトル（１−
ｘ，１＋ｘ，１）と〔001〕方位とでなす角度θの範囲
について説明すると、〔001〕方位と５４．７゜の角度
をなす〔111〕方位から、入射光の進行方向のベクトル
（１−ｘ，１＋ｘ，１）が〔-110〕方位側に傾けられて
いるので、角度θは、〔111〕方位と〔001〕方位とでな
す角度５４．７゜よりも大きく、〔-110〕方位と〔00
1〕方位とでなす角度９０度よりも小さい角度をとる。
被検出シリコンウェハ２１の〔001〕方位側から見た、
入射光の進行方向と〔110〕方位とでなす角度ψは、θ
＝５４．７゜の時の値ψ＝０゜から、角度θが大きくな
るに従って大きくなり、角度θが９０゜に近づくと、角
度ψが９０゜に近似する。従って、角度θおよびψの範
囲は、５４．７゜＜θ＜９０゜、０゜＜ψ＜９０゜とな
る。本実施形態では、例えばｘ＝０．２として、θ＝５
５．３゜、ψ＝１１．３゜とした。

【００３５】上述のように構成された本実施形態のウェ
ハ検査装置の動作について説明する。図７は、被検出シ
リコンウェハ２１がＸＹステージ（不図示）によって移
動されている状態を示す斜視図である。図７に示すよう
に、被検出シリコンウェハ２１がＸＹステージによって
被検出シリコンウェハ２１の面と平行な方向に移動され
ることによって、被検出シリコンウェハ２１上の任意の
位置を、図６で示した発光素子２４の光で照射する。Ｘ
Ｙステージを制御して、被検出シリコンウェハ２１上
の、発光素子２４の光で照射される位置を移動してい
き、発光素子２４が、光を散乱させるパーティクルを照
射した場合、このパーティクルによって散乱された光の
一部が、反射光を検出する方向２７に示される方向に向
かって進む。反射光を検出する方向２７に向かって進ん
だ光は、図６で示した受光素子２５によって受光されて
パーティクルが検出される。

【００３６】このようにして、受光素子２４によって被
検出シリコンウェハ２１上のパーティクルが検出された
時点でＸＹステージの移動が止まり、パーティクルが発
光素子２４によって照射された位置に、被検出シリコン
ウェハ２１が位置決めされる。発光素子２４が被検出シ
リコンウェハ２１を照射してパーティクルを検出した位
置は、被検出シリコンウェハ２１の回転中心でもあるの
で、検出されたパーティクルが存在する位置を回転中心
として、被検出シリコンウェハ２１が回転ステージ（不
図示）によって回転される。

【００３７】図８は、被検出シリコンウェハ２１が回転
ステージによって回転されている状態を示す斜視図であ
る。図８に示すように、パーティクルが存在する検出位
置３２を通り、被検出シリコンウェハ２１に対して垂直
な軸を回転中心として、被検出シリコンウェハ２１が回
転ステージによって回転される。被検出シリコンウェハ
２１が回転されている間も、被検出シリコンウェハ２１
上の検出位置３２に存在するパーティクルが発光素子２
４によって照射されていて、照射された光がパーティク
ルによって分散または反射され、分散または反射された
光の一部が、反射光を検出する方向２７で示される方向
に出射して受光素子２５で受光されている。被検出シリ
コンウェハ２１が回転されてパーティクルが回転される
ことによって、パーティクルの形状に応じて、受光素子
２５で受光される光の強度変化を生じさせることがあ
る。

【００３８】検出されたパーティクルの回転に従って、
受光素子２５で受光される光の強度変化が生じる時、検
出されたパーティクルが、第１の実施形態の図４で示し
たＣＯＰ欠陥のピットである場合を説明する。被検出シ
リコンウェハ２１表層に形成されたＣＯＰ欠陥のピット
が回転されると、そのピットは、図４で説明したように
四角錐形状の４つの側面を成す正三角形の（111）結晶
面および等価な（111）結晶面によって形成されてお
り、（111）結晶面に光が照射されている状態から、四
角錐のピットの底面が平面内で回転するようにピットが
回転されることになる。このようにピットが回転される
ことにより、照射する光が、等価な（111）結晶面に１
つずつ順番に被検出シリコンウェハ２１の回転角の９０
度周期で入射される。従って、ピットの４つの結晶面が
順番に反射した反射光の強度も、被検出シリコンウェハ
１の回転角の９０度周期で最大となる。特に、ＣＯＰ欠
陥の場合は、発光素子４からの光を反射する面が（11
1）結晶面および等価な（111）結晶面であるので、被検
出シリコンウェハ２１の一回転中に、被検出シリコンウ
ェハ２１の〔110〕方位、〔-110〕方位、〔1-10〕方
位、〔-1-10〕方位の４つの方位が、回転する前の状態
の〔110〕方位と同じ方向に一致した時にＣＯＰ欠陥か
らの反射光の強度が最大となる。この（111）結晶面お
よび等価な（111）結晶面による反射光の強度変化を計
測することにより、パーティクルがＣＯＰ欠陥であると
識別できる。

【００３９】上述のように、受光素子２５で受光されて
検出される反射光の強度変化が、パーティクルの回転に
伴って９０度周期で変化する場合は、パーティクルがＣ
ＯＰ欠陥であると判断できる。また、被検出シリコンウ
ェハ２１表面の付着物が、被検出シリコンウェハ２１の
回転に伴って、その回転角の９０度周期で反射光の強度
変化を生じさせる形状をしている場合がある。この場合
では、第１の実施形態で説明したのと同様に、ほとんど
の付着物が被検出シリコンウェハ２１の結晶軸方位と関
係のない方向で付着していて、付着物の結晶面がＣＯＰ
欠陥の（111）結晶面と平行になることが希である。従
って、ＸＹステージを移動させてパーティクルを検出す
る際に、このような付着物が検出されることがない。こ
のようにして、パーティクルを検出し、検出されたパー
ティクルを中心に被検出シリコンウェハ２１を回転し、
被検出シリコンウェハ２１の回転中に、被検出シリコン
ウェハ２１表面の回転中心に照射した光のパーティクル
からの反射光を検出し、検出された反射光の、被検出シ
リコンウェハ２１の回転角に対する依存性を調べること
により、ＣＯＰ欠陥を簡便に識別して検出することがで
きる。

【００４０】第１および第２の実施形態では、被検出シ
リコンウェハの表層にピットとなったＣＯＰ欠陥の検出
方法について述べてきたが、被検出シリコンウェハ表面
付近に存在する正八面体の形状のＣＯＰ欠陥に光が届
き、このＣＯＰ欠陥の（111）結晶面または等価な（11
1）結晶面による反射光を受光することができれば、正
八面体のＣＯＰ欠陥を検出することができる。

【００４１】以上の第１および第２の実施形態で説明し
た発光素子から出射される光源には、波長が３５１〜３
６４ｎｍであるアルゴンイオンレーザを用いた。この光
源には、ＣＯＰ欠陥のピットの大きさが０．１〜０．２
μｍと小さいことを考慮して、波長の短い５００ｎｍ以
下の光を用いればよい。

【００４２】また、第１および第２の実施形態で用いた
発光素子および受光素子の配置を互いに入れ換えてウェ
ハ検査装置を構成しても、同様にＣＯＰ欠陥を検出する
ことができる。発光素子と受光素子との配置を入れ換え
る場合を考慮すると、第１の実施形態で示した角度αの
範囲は、−３５．５゜＜α＜＋３５．５゜（ただし、α
≠０）となる。

【００４３】さらに、本発明のウェハ検査装置では、第
１および第２の実施形態で示した発光素子および受光素
子の配置に限られるものではなく、第１および第２の実
施形態で示した発光素子の位置とは関係なく、発光素子
を任意の位置に配置し、この発光素子によって、被検出
シリコンウェハ表層のＣＯＰ欠陥の（111）結晶面また
は等価な（111）結晶面に光を入射させ、光が入射した
結晶面によって反射された光の進行方向に受光素子を配
置してもよい。この場合、ＣＯＰ欠陥の（111）結晶面
または等価な（111）結晶面で反射される光を受光し、
この反射光の、被検出シリコンウェハの回転に伴う強度
変化を計測することができるように、発光素子の位置の
応じて受光素子の位置を決定すればよい。

【００４４】さらに、回転手段である回転ステージによ
って被検出シリコンウェハを回転させたが、回転ステー
ジを回転させる代わりに発光素子および受光素子を回転
させて、結晶面の反射光の強度変化を計測することによ
っても、同様にＣＯＰ欠陥を検出することができる。

【００４５】本発明のウェハ検出装置では、正八面体の
形状をしたＣＯＰ欠陥の検出を対象としているが、正八
面体の形状以外にも結晶面に規則性があり、その結晶面
による反射光の強度変化に特徴が現れるパーティクルで
あれば、本発明のウェハ検出装置を適用して、そのパー
ティクルを検出することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ウェハ表
層の、ＣＯＰ欠陥を含むパーティクルを検出し、検出さ
れたパーティクルに光を照射しながら、検出されたパー
ティクルを通りウェハに対して垂直な軸を回転中心とし
てウェハまたは、パーティクルを照射する光の光源を回
転し、このパーティクルによる反射光を受光してウェハ
または光源の回転に伴う反射光の強度変化を計測するこ
とにより、ＣＯＰ欠陥の特徴となる、ＣＯＰ欠陥の（11
1）結晶面および等価な（111）結晶面による反射光の９
０度周期の強度変化を計測して、パーティクルの中から
ＣＯＰ欠陥を識別することができる。従って、本発明の
ウェハ検査方法を用いたウェハ検査装置では、従来のよ
うにパーティクルを観察するためにウェハを原子間力顕
微鏡などに移動する手間や時間がかからず、その上パー
ティクルを観察するための時間もかからず、簡便にしか
も確実にＣＯＰ欠陥を検出できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウェハ検査装置の第１の実施形態を示
す概略構成図である。

【図２】図１で示したウェハ検査装置の被検出シリコン
ウェハと、発光素子および受光素子との位置関係を示す
斜視図である。

【図３】図１で示したウェハ検査装置の動作を説明する
ための斜視図である。

【図４】図１で示した被検出シリコンウェハ表層のＣＯ
Ｐ欠陥を示す断面図である。

【図５】図１で示したウェハ検査装置の動作を説明する
ための斜視図である。

【図６】本発明のウェハ検査装置の第２の実施形態によ
る、被検出シリコンウェハと、発光素子および受光素子
との位置関係を示す構成図である。

【図７】図６で示したウェハ検査装置の動作を説明する
ための斜視図である。

【図８】図６で示したウェハ検査装置の動作を説明する
ための上面図である。

【符号の説明】

１、２１ 被検出シリコンウェハ ２ ＸＹステージ ３ 回転ステージ ４、２４ 発光素子 ５、２５ 受光素子 ６、２６ 入射光の進行方向 ７、２７ 反射光を検出する方向 ８、２８ オリエンテーションフラット ９、２９ 回転中心 １０ａ （111）結晶面 １０ｂ 等価な（111）結晶面 １１ 反射光の進行方向 １２、３２ 検出位置

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェハの表面に発光素子からの光を照射
   する段階と、 前記ウェハの表面に照射された光のうち、前記ウェハ表
   層のＣＯＰ欠陥の（111）結晶面または等価な（111）結
   晶面によって反射された光を受光素子によって検出する
   段階と、 前記ＣＯＰ欠陥に前記発光素子からの光を照射しなが
   ら、前記ＣＯＰ欠陥を通る、前記ウェハに対して垂直な
   軸を中心として前記ウェハまたは、前記発光素子および
   前記受光素子を回転させる段階と、 前記ウェハまたは、前記発光素子および前記受光素子の
   回転に従って変化する、前記ＣＯＰ欠陥からの反射光の
   強度変化を計測する段階とを含むウェハ検査方法。
2. 【請求項２】 ウェハを該ウェハ面に対して平行な方向
   に移動させる移動手段と、 前記移動手段によって移動されるウェハ表面に光を照射
   する発光素子と、 前記発光素子によってウェハ表面を照射する光のうち、
   該ウェハ表層のＣＯＰ欠陥の（111）結晶面または等価
   な（111）結晶面によって反射される光を検出する受光
   素子と、 ウェハ表面の、前記発光素子によって光が照射される位
   置を通る、前記ウェハに対して垂直な軸を中心として前
   記ウェハまたは、前記発光素子および前記受光素子を回
   転させる回転手段と、を含むウェハ検査装置。
3. 【請求項３】 前記ウェハを構成する結晶の〔001〕方
   位は、該ウェハ表面の法線と平行であり、 前記発光素子は、前記ウェハの回転中心軸から〔110〕
   方位側に角度（５４．７゜−α）度傾いた方位に配置さ
   れて前記ウェハ表面の回転中心に光を照射し、 前記受光素子は、前記ウェハの回転中心軸から〔110〕
   方位側に角度（５４．７゜＋α）度傾いた方位に配置さ
   れて前記ウェハ表面の回転中心からの反射光を受光し、 前記αの角度の範囲は、−３５．５゜＜α＜＋３５．５
   ゜である請求項２に記載のウェハ検査装置。
4. 【請求項４】 前記ウェハを構成する結晶の〔001〕方
   位は、該ウェハ表面の法線と平行であり、 前記発光素子は、前記ウェハの回転中心軸と任意の角度
   θをなし、かつ、前記ウェハ表面の法線方向から見て
   〔110〕方位と任意の角度ψをなす方位に配置されて前
   記ウェハ表面の回転中心に光を照射し、 前記受光素子は、前記ウェハの回転中心軸と任意の角度
   θをなし、かつ、前記ウェハ表面の法線方向から見て、
   前記発光素子と反対の方向に〔110〕方位と任意の角度
   ψをなす方位に配置されて前記ウェハ表面の回転中心か
   らの反射光を受光し、 前記角度θおよびψは、ｔａｎ²θ＝２（１＋ｔａｎ
   ²ψ）の関係を成し、かつ、前記角度θおよびψの範囲
   は、５４．７゜＜θ＜９０゜、０゜＜ψ＜９０゜の関係
   を成す請求項２に記載のウェハ検査装置。
5. 【請求項５】 前記発光素子が照射する光は、波長が５
   ００ｎｍ以下の短波長光である請求項２〜４のいずれか
   １項に記載のウェハ検査装置。