JP3753239B2

JP3753239B2 - 半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料とその作製方法

Info

Publication number: JP3753239B2
Application number: JP2002003472A
Authority: JP
Inventors: 浩之後藤
Original assignee: 東芝セラミックス株式会社
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: JP2003203959A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハの評価方法に係わり、特に結晶欠陥検出用のマークを形成する半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料とその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電子デバイスはシリコンウェーハを用いて製造されるが、このウェーハの鏡面研磨面の表層に存在する結晶欠陥はデバイス形成後の回路不良の原因となることが多い。そのため、表層に存在する結晶欠陥を正確に測定し、その挙動を明確に知ることは、不良発生防止策を構築する上で極めて重要である。
【０００３】
この様な表層欠陥を測定する方法としては、例えば可視光トモグラフ装置を用い、鏡面研磨面にレーザ光を入射し、その散乱光をウェーハの鏡面研磨面直上より観察する方法が採られている。そして、この装置にレーザマーキング機能を付加し、結晶欠陥を観察しつつウェーハ表面の任意の位置にマーキングを行うことができる装置も存在する。これにより透過型電子顕微鏡等で欠陥を観察できるようウェーハを加工する際の指標を、ウェーハ表面にレーザで容易に形成することができる。
【０００４】
しかしながら、上記の装置で欠陥近傍にマーキングする際、光学顕微鏡等で観察できるほど大きなマークを形成すると、レーザ照射により飛び散ったシリコン層がレーザマーク近傍のシリコン表面に付着し、その散乱光のため欠陥とマークの同時観察が不鮮明となる。また、このような状態にならないような大きさのマークを形成した場合、特に結晶欠陥とマークが同じ程度の散乱強度となり、観察後に正確な位置を決めやすいような大きさで形成した場合、そのマークは光学顕微鏡で観察することが難しく、走査型電子顕微鏡等での観察が必要となる。しかも、実際には走査型電子顕微鏡でも明確に観察できない（非常にうっすらとしか確認できない）ほど小さいため、レーザマーキングだけではそのレーザマークを見つけ出すだけでも難しく、よって表層欠陥の正確な位置を決めることが難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、表層欠陥をレーザ光等で評価する際、半導体ウェーハ表層にある結晶欠陥の正確な位置を決定できる半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料とこの試料の作製方法が要望されていた。
【０００６】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、表層欠陥をレーザ光等で観察する際、半導体ウェーハ表層にある結晶欠陥の正確な位置を決定できる半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料、この試料の作製方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、鏡面研磨された半導体ウェーハ表面に、研磨面が格子状に露出するように設けられた金属膜パターンと、前記研磨面に存在し観察がなされる結晶欠陥と、この結晶欠陥近傍に形成され光学顕微鏡で観察可能な圧痕からなる第１のマークと、この第１のマークと結晶欠陥との間で結晶欠陥近傍に光学顕微鏡では観察できないレーザマークからなる第２のマークを有することを特徴とする半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料が提供される。これにより、表層欠陥をレーザ光等で観察する際、半導体ウェーハ表層にある結晶欠陥の正確な位置を決定できる。
【０００８】
好適な一例では、上記第１のマーク及び第２のマークの大きさは、結晶欠陥と第２のマークを同時にレーザ光の散乱として観察でき、かつ、結晶欠陥と第１のマーク及び第２のマークを一体的に観察できるような大きさである。これにより、第２のマークの影響を受けることなく第１のマークを目印として結晶欠陥と同時に観察することで、正確な結晶欠陥の位置を割り出すことができる。
【０００９】
また、他の好適な一例では、上記第１のマークは、ビッカース硬度計により形成された圧痕とし、結晶欠陥から１５０〜２００μｍ離間して形成される。これにより、マーキング時に発塵が生じにくく、また、容易にマーキングができる。
【００１０】
また、他の好適な一例では、上記第２のマークは、結晶欠陥を対称点として４個十字状に配設される。これにより、走査型電子顕微鏡により容易かつ確実に結晶欠陥を割出しこの結晶欠陥を含む小さな試料を切出せる。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、鏡面研磨された半導体ウェーハの表面に、研磨面が格子状に露出するように金属膜パターンを形成し、格子状の研磨面のいずれかに存在し観察を行う結晶欠陥を決定し、この結晶欠陥近傍に光学顕微鏡で観察可能な圧痕からなる第１のマークを形成し、この第１のマークと結晶欠陥との間で結晶欠陥近傍に光学顕微鏡では観察できないレーザマークからなる第２のマークを形成することを特徴とする半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料の作製方法が提供される。これにより、半導体ウェーハ表層にある結晶欠陥の正確な位置を決定できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明に係わる半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料の概念図である。
【００１４】
本発明に係わる半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料１は、鏡面研磨された半導体ウェーハ２と、この半導体ウェーハ２の表面に、研磨面３が格子状に露出するように設けられた金属膜パターン４と、研磨面３に存在し観察がなされる結晶欠陥５と、この結晶欠陥５近傍に形成され光学顕微鏡等で観察可能な第１のマーク６と、この第１のマーク６と結晶欠陥５との間で結晶欠陥５近傍に光学顕微鏡等では観察できない第２のマーク７を有している。
【００１５】
金属膜パターン４は、例えば、アルミニウムからなり、その一辺は約２ｍｍであり、金属膜パターン４間に形成される研磨面３の幅は２００μｍ以上であり、例えば、５００μｍに形成されている。研磨面３の幅は結晶欠陥５を検出するのに必要なレーザ光が金属で散乱されるのを防ぐために２００μｍ以上が必要である。金属蒸着パターン４は指標（大まかな目印）となり結晶欠陥の位置決定を容易にする。
【００１６】
第１のマーク６は、結晶欠陥５から１５０〜２００μｍ程度離れ結晶欠陥５を対称点としてＸ軸方向に２個形成されている。この第１のマーク６により光学顕微鏡等を用いるような簡便な方法で観察でき、さらにこの第１のマーク６を指標としてレーザマーク（第２のマーク）を走査型電子顕微鏡で観察することで、レーザマークから正確な結晶欠陥位置を割り出すことができる。結晶欠陥５からの距離を１５０〜２００μｍとしたのは、観察結果を画像データで取り込むことができる最大視野が装置の関係上約２５０×５００μｍほどの範囲に限られており、結晶欠陥を含めた形で画像を得るには第１のマーク６と結晶欠陥５との距離は最大で２５０μｍであるからである。また、第１のマーク６と結晶欠陥５から１５０〜２００μｍ程度離間しているので、ビッカース硬度計により圧痕として光学顕微鏡等で観察可能な大きさに形成しても、発塵などにより散乱光のために結晶欠陥の観察が妨げられることがない。結晶欠陥５と第１のマーク６の離間距離が１５０μｍより小さいと、第１のマーク（ビッカース圧痕）の散乱強度は通常結晶欠陥よりも非常に大きいため、散乱光により結晶欠陥の観察に支障をきたす。離間距離が２００μｍを超えると結晶欠陥と第１のマーク及び第２のマークを一体的に観察でき難くなる。
【００１７】
第２のマーク７は、例えば、結晶欠陥５から２０μｍ離れ、結晶欠陥５を対称点としてＸＹ軸上に十字状に４個形成されている。この第２のマークは、光学顕微鏡等では観察できない第１のマーク６に比べて小さく形成されているので、結晶欠陥５の十分近傍にマーキングできるため、結晶欠陥５の存在する位置をμｍ単位の精度で決定することができる。また、第２のマーク７を光学顕微鏡等では観察できない程度に小さく形成することにより、第１のマーク６の影響を受けることなく結晶欠陥５と第２のマーク７を同時にレーザ光の散乱として観察できる。さらに、第２のマーク７を透過型電子顕微鏡で観察することにより結晶欠陥５の位置を正確に割り出すことができる。
【００１８】
次に本発明に係わる半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料の作製方法について説明する。
【００１９】
図２に示す位置決定方法フロー図に沿い、図１を参照して説明する。
【００２０】
鏡面研磨されたシリコンウェーハ２を用意し、図３に示すように、研磨面３が格子状に露出するように真空蒸着装置を用いて金属膜パターンを形成する（Ｓ１）。
【００２１】
格子状の研磨面に存在する観察すべき結晶欠陥を決定する（Ｓ２）。
【００２２】
可視光トモグラフ装置を用い、結晶欠陥５の位置座標を、金属膜格子を用いて読取り記録する。
【００２３】
この位置座標の決定は、ヘルトペンで目印を打ちこれを原点とし、ステージを用い結晶欠陥近傍の金属格子のＸＹ座標を求め、さらに、この金属格子の角部からの距離をＸＹ座標によって求めておき記録する。ヘルトペンの目印は結晶欠陥の割り出しに役立つので、活用するのが好ましいが、近傍の金属格子のＸＹ座標を活用して、結晶欠陥を容易に見付け得る場合には、ヘルトペンの目印は必ずしも設ける必要がない。
【００２４】
欠陥近傍に光学顕微鏡等で観察可能な第１のマーク６を形成する（Ｓ３）。
【００２５】
光学顕微鏡を用いて、ヘルトペンの目印を基準として近傍の金属格子を見付け、Ｓ２により、結晶欠陥の位置を推定し、この結晶欠陥を対称点としてＸ軸方向に２個形成する。第１のマーク６は、光学顕微鏡等で簡便に観察可能なようにビッカース硬度計を使用し、圧痕として形成するのが好ましい。ビッカース硬度計を使用するのはマーキング時に発塵が生じにくいためと、容易にマーキングできるためであり、コストの面を問題にしないのであればＦＩＢ（ＦｏｃｕｓｅｄＩｏｎＢｅａｍ）等の別の手法を用いても問題はない（ただし、パーティクルの発生には気を付ける必要がある）。
【００２６】
結晶欠陥近傍に光学顕微鏡等では観察できない第２のマーク７を形成する（Ｓ４）。
【００２７】
観察を決定した結晶欠陥５と同時に第１のマーク６を可視光トモグラフで観察できることを確認した後、第１のマーク６と結晶欠陥５との間の結晶欠陥５の近傍、例えば２０μｍのところにレーザ光により結晶欠陥５の散乱強度と同程度の散乱強度となるような第２のマーク７を複数形成する。
【００２８】
上記のような工程により結晶欠陥観察用試料１は作製される。
【００２９】
可視光トモグラフ装置、透過型電子顕微鏡等の観察装置を使用して第２のマークと結晶欠陥を同時に観察することにより、結晶欠陥の位置を割り出す（Ｓ５）。
【００３０】
結晶欠陥の観察に可視光トモグラフ装置を用いる場合には、一般的な方法により、小さな試料を切出さずに用いるため、フェルトペンの目印を見付け、これを基準にして近傍の金属膜格子を見付け、さらに、この金属膜格子の角部から観察され記録された距離にある第１のマーク６及び第２のマーク７を目印として結晶欠陥５と同時に観察することで、正確な結晶欠陥５の位置を割り出す。
【００３１】
また、透過型電子顕微鏡を用いる場合には、一般的な方法により、第１のマーク６を目印として小さな試料に切出して用いるので、走査型電子顕微鏡及びＦＩＢを用いて切出しを行うが、第２のマーク７を目印として、走査型電子顕微鏡により容易かつ確実に結晶欠陥を割出しこの結晶欠陥を含む小さな試料を切出すことができる。特に第２のマーク７が結晶欠陥を対称点として十字状に配設されているので、結晶欠陥を中心に試料を小さく切出すことができる。さらに、この切出された試料は透過型電子顕微鏡に移して観察されるが、第２のマーク７により結晶欠陥５の位置を容易に割り出すことができる。
【００３２】
【実施例】
チョクラルスキー法シリコンウェーハの鏡面研磨面に真空蒸着装置でＡｌパターンをシリコン研磨面が格子状に露出するように形成した。このパターン形成には４００μｍ程度の直径の針金で構成された金網をマスクとして用いた。このとき格子の一辺は約２ｍｍであった。露出するシリコンウェーハ鏡面研磨面の幅は、結晶欠陥検出に必要なレーザ光がアルミニウムで散乱されるのを防ぐため２００μｍ以上とした。
【００３３】
次に、可視光トモグラフ装置にてシリコン表面にある任意の結晶欠陥を検出した。そして検出した結晶欠陥のアルミニウムパターンに対する位置を決定し、結晶欠陥を含むウェーハ表面上の直線を仮定し、結晶欠陥から１５０〜２００μｍ程度離れた同直線上の２点にビッカース硬度計で第１のマーク（圧痕）を形成した。
【００３４】
さらに、この第１のマークと観察すべき結晶欠陥と同時に可視光トモグラフで観察できることを確認した後、結晶欠陥近傍２０μｍのところにレーザで結晶欠陥の散乱強度と同程度の散乱強度となるようなレーザマーク（第２のマーク）を、結晶欠陥を中心として十字の形となるよう４個形成した。
【００３５】
以上の作業を行った後、ビッカース圧痕、レーザマーク、結晶欠陥を全て含んだ形で画像データを取り込み、図４に示すような画像を得た。この画像と表面のマークを基に結晶欠陥の位置をかなりの確度で知ることができた。
【００３６】
さらに、第三者に透過型電子顕微鏡観察用薄片の加工を依頼した場合にも、結晶欠陥を厚さ１μｍの薄片の中にほぼ１００％の確率で捕らえることが可能となった。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料によれば、表層欠陥をレーザ光等で観察する際、半導体ウェーハ表層にある結晶欠陥の正確な位置を決定できる半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料を提供することができる。
【００３８】
また、本発明に係わる試料の作製方法によれば、半導体ウェーハ表層にある結晶欠陥の正確な位置を決定できる半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料の概念図。
【図２】本発明に係わる半導体ウェーハ表層結晶欠陥の位置決定方法のフロー図。
【図３】本発明に係わる半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料の作製に用いられる金属パターンの概念図。
【図４】本発明に係わる半導体ウェーハ表層結晶欠陥の位置決定方法を用いた実施例の結果図。
【符号の説明】
１半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料
２半導体ウェーハ
３研磨面
４金属膜パターン
５結晶欠陥
６第１のマーク
７第２のマーク

Claims

鏡面研磨された半導体ウェーハ表面に、研磨面が格子状に露出するように設けられた金属膜パターンと、前記研磨面に存在し観察がなされる結晶欠陥と、この結晶欠陥近傍に形成され光学顕微鏡で観察可能な圧痕からなる第１のマークと、この第１のマークと結晶欠陥との間で結晶欠陥近傍に光学顕微鏡では観察できないレーザマークからなる第２のマークを有することを特徴とする半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料。
上記第１のマークは、ビッカース硬度計により形成された圧痕であり、かつ、結晶欠陥から１５０〜２００μｍ離間して形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料。
上記第２のマークは、結晶欠陥を対称点として４個十字状に配設されたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料。
鏡面研磨された半導体ウェーハの表面に、研磨面が格子状に露出するように金属膜パターンを形成し、格子状の研磨面のいずれかに存在し観察を行う結晶欠陥を決定し、この結晶欠陥近傍に光学顕微鏡で観察可能な圧痕からなる第１のマークを形成し、この第１のマークと結晶欠陥との間で結晶欠陥近傍に光学顕微鏡では観察できないレーザマークからなる第２のマークをレーザ光を用いて形成することを特徴とする半導体ウェーハ表層結晶欠陥観察用試料の作製方法。