JP3773477B2 - 結晶欠陥の検査方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体結晶の評価技術に関し、半導体結晶の結晶欠陥を検査する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエーハの製造は、一般的に、チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ；ＣＺ）法やフローティングゾーン（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ；ＦＺ）法等により円筒状の半導体単結晶インゴットを育成し、育成した半導体単結晶インゴットを薄板状に切断（スライシング）してウエーハを作製した後、得られたウエーハに、ウエーハの厚さ及び平坦度を整えるために行うラッピング工程、ウエーハの加工歪みを除去するためにウエーハをエッチングするエッチング工程、エッチング処理されたウエーハの表面粗さ及び平坦度を一層向上させて鏡面とする研磨工程等が行われ、最終の製品となる半導体ウエーハが製造される。このように製造された製品となる半導体ウエーハにその後デバイスを形成することにより、メモリーやＬＳＩ等が製造される。
【０００３】
近年、ＤＲＡＭ等の半導体回路の高集積化に伴う素子の微細化に伴い、その基板として、高純度かつ低欠陥の高品質の半導体ウエーハが求められている。特に、グローンイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥と呼ばれる結晶欠陥は単結晶成長起因の欠陥であり、そのうち空孔タイプの点欠陥が集合したボイド型欠陥は、酸化膜耐圧特性やデバイスの特性を悪化させることが知られている。そのため、欠陥の密度の低減とサイズの縮小が重要視されており、半導体結晶中の結晶欠陥を検査してその実体を正確に評価し、結晶欠陥に対し適切な処置をする必要がある。
【０００４】
結晶欠陥の評価は、上記研磨工程が行われた後の製品となるウエーハの品質を検査することによって行ってもよいが、この場合、製品となるウエーハを製造するまでの多くのプロセスを経過した後にウエーハの評価が行われるため、製品ウエーハが規格外のものであった場合、その時間的ロス及び製造コストのロス等が大きいという問題があった。
【０００５】
また、上記のような単結晶成長起因の欠陥は、単結晶インゴットの育成時の育成条件等に影響され、原則としてウエーハ加工工程で変化することはない。そのため、単結晶中の結晶欠陥は、一般的に単結晶インゴットを育成した直後に検査用のウエーハを切り出して測定したり、またはウエーハ加工工程の早い段階でサンプルを抜き取り検査およびその評価が行われている。
【０００６】
半導体結晶中の結晶欠陥を評価する方法としては、例えば特開平４−２８５１００号公報に開示されているように、単結晶インゴットから切り出された検査用ウエーハの表面をフッ酸と硝酸の混合液でエッチングしてウエーハ切り出し時の切断歪を除去した後、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７とフッ酸と水の混合液で該ウエーハの表面を選択的にエッチングして、その表面に現れたさざ波模様の個数をカウントする方法がある。
【０００７】
Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７とフッ酸と水の混合液は、ＳＥＣＣＯ液としてよく知られており、その組成は例えば０．１５ｍｏｌ／ｌのＫ２Ｃｒ２Ｏ７を溶かした水と４９％のフッ酸を１：２の体積比となるようにしたものである。このＳＥＣＣＯ液は、熱処理後の酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）を選択エッチングすることにより線状の欠陥像として観察したり、インゴット育成中に入ったスリップ転位を見たりするためにも使われている。
【０００８】
上記特開平４−２８５１００号公報では、上述のように、単結晶ウエーハに選択エッチングを施すことによって、ウエーハ表面に現われたさざ波模様の個数をカウントしているが、一般にこの様なさざ波模様の欠陥は、ＦＰＤ（Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｆｅｃｔ）と言われている。
【０００９】
しかしながら、単結晶インゴットを育成する際に結晶成長速度が比較的遅い場合、作製した単結晶ウエーハに選択エッチングを行うと、ウエーハ表面には上記ＦＰＤとは大きさ及び形状が全く異なる楕円形状のエッチングピットが観察される。この楕円形状のエッチングピットは、ＬＥＰ（Ｌａｒｇｅ ＥｔｃｈｉｎｇＰｉｔ）と呼ばれ（ディスロケーションループと呼ばれることもある）、結晶成長過程の熱履歴の違いによってＦＰＤと区別されるものである。このＬＥＰは、グローンイン欠陥の一つで、格子間シリコンタイプの点欠陥が集合した転位ループ、転位クラスタに起因して形成されるものであると考えられている。したがって、このＬＥＰを正確に評価することによって、半導体結晶内の結晶欠陥を評価することができる。
【００１０】
通常、このような選択エッチングによってウエーハ表面に現われた楕円形状のＬＥＰを評価する場合、ＬＥＰは作業者によって光学顕微鏡等による目視にて観察され、カウントされている。しかしながら、この楕円形状のＬＥＰは、サイズが数ミクロン〜１０数ミクロンと小さく、また、ＬＥＰの形状はウエーハ製造工程起因の（結晶欠陥起因ではない）その他のエッチングピットの形状と紛らわしい上にＬＥＰを識別するための明確な基準もないため、ＬＥＰとその他のエッチングピットとを識別することが非常に難しい。したがって、ＬＥＰの評価には作業者の熟練度等が必要とされていた。
【００１１】
また、このような結晶欠陥の検査方法は、上述のように、いずれも人手による官能検査で測定が行われているため、作業者によりカウントのバラツキが生じて検査結果に個人差が生じ易く、また同一の作業者でも測定毎に検査結果に若干のバラツキが生じることは避けられず、正確な検査を安定して行うことが困難であった。
【００１２】
さらに、結晶欠陥の評価を行う際、欠陥の検査はウエーハ面内の多点測定を行うため、長時間の顕微鏡作業が必要となるなど作業者への負担も大きく、この点からも測定精度の問題や作業時間等の問題が生じる。またその一方で、前述のように半導体ウエーハの製造では、検査結果を早くフィードバックさせて効率的な製造を行うことが要求されており、検査時間の短縮、さらには夜間利用などが強く望まれている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平４−２８５１００号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、半導体結晶の結晶欠陥の検査において、検査結果のバラツキをなくし、高精度にかつ安定して結晶欠陥の検査を行うことができ、さらには夜間でも検査が行えるように自動運転を可能にして作業者の負担を軽減できる結晶欠陥の検査方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体結晶の結晶欠陥を検査する方法であって、育成された半導体単結晶をスライスして半導体ウエーハを作製し、得られた半導体ウエーハに選択エッチングを施して半導体ウエーハの表面に楕円形状のエッチングピットを出現させた後、該半導体ウエーハの表面を顕微鏡で観察して前記楕円形状のエッチングピットの最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、該測定した最深部の深さ及び長軸の長さから最深部の深さ／長軸の長さの比を算出し、該算出した最深部の深さ／長軸の長さの比から結晶欠陥を識別して結晶欠陥の定量化を行うことを特徴とする結晶欠陥の検査方法が提供される。
【００１６】
このように、作製した半導体ウエーハに選択エッチングを施してウエーハ表面に楕円形状のエッチングピットを出現させた後、顕微鏡でのウエーハ表面の観察により楕円形状のエッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比を算出し、その比から結晶欠陥を識別して結晶欠陥の定量化を行うことによって、半導体結晶の結晶欠陥を一定の基準で精度良く識別して検査できるため、検査結果にバラツキが生じず高精度にかつ安定して半導体結晶の結晶欠陥を検査することができる。さらに、上記のようにして一定の基準で結晶欠陥を検査することによって、人手によらずコンピュータ等の手段を用いることによって結晶欠陥の自動検査が可能になるため、夜間でも検査を行うことができ、検査時間の短縮が図れるとともに作業者の負担を大幅に軽減できる。
【００１７】
このとき、前記エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比が０．３０以下であるものをＬＥＰとして識別することが好ましい。
このように、エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比が０．３０以下であるものをＬＥＰとして識別することによって、選択エッチングによりウエーハ表面に出現させたエッチングピットからＬＥＰを極めて正確に識別することができるため、高精度な結晶欠陥の検査を行うことができる。
【００１８】
また、前記半導体ウエーハ表面に出現させた楕円形状のエッチングピットに対して、さらに該楕円形状のエッチングピットを撮像して画像データを得て、該撮像された画像データから楕円形状のエッチングピットの重心を求め、該求めた重心からエッチングピットの輪郭までの距離をエッチングピットの全周に渡って測定し、該測定値をグラフにプロットすることによってエッチングピットの輪郭を示す輪郭データを作成し、該輪郭データからＬＥＰを識別することが好ましい。
【００１９】
前記に示したようなエッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比からＬＥＰを識別して結晶欠陥の検査を行う場合、稀にウエーハ表面のキズに起因し、複雑な形状を有するエッチングピットがＬＥＰとして識別されることがある。このような複雑な形状を有するエッチングピットは、さらに上記のようにエッチングピットの画像データを得て、この画像データからエッチングピットの輪郭を示す輪郭データを作成し、その輪郭データからＬＥＰを識別することによって、ウエーハ表面のキズに起因して形成された複雑な形状を有するエッチングピットを除外して、ＬＥＰのみをより正確に識別することができる。したがって、より高精度なＬＥＰの検査を行うことができる。
【００２０】
このとき、前記輪郭データからのＬＥＰの識別を、前記エッチングピットの輪郭を示す輪郭データにエッチングピットの全周に渡って求めた重心から輪郭までの距離の平均値の直線を引いたときに、交点が４つ有るものをＬＥＰとして識別することによって行うことが好ましい。
【００２１】
このように、エッチングピットの輪郭を示す輪郭データにエッチングピットの全周に渡って求めた重心から輪郭までの距離の平均値の直線を引いたときに交点が４つ有るものをＬＥＰとして識別することによって、容易にかつ確実にＬＥＰの識別を行うことができる。
【００２２】
さらに、本発明において、前記半導体単結晶の育成をチョクラルスキー法（ＣＺ法）またはフローティングゾーン法（ＦＺ法）により行い、該半導体単結晶から作製された半導体ウエーハに施す選択エッチングをＫ２Ｃｒ２Ｏ７とフッ酸と水の混合液で行うことが好ましい。
【００２３】
このように、半導体単結晶をＣＺ法またはＦＺ法により育成し、これをスライスして作製された半導体ウエーハにＫ２Ｃｒ２Ｏ７とフッ酸と水の混合液で選択エッチングを行うことにより、ウエーハ表面に楕円形状のＬＥＰが発生する。このＬＥＰはデバイス歩留りを低下させる要因として知られているため、その検査の必要性は大きく、このようなＬＥＰを上記のように高精度にかつ安定して検査することは半導体ウエーハの製造において非常に有益である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
従来、半導体結晶を選択エッチングした後に表面に現れるエッピングピットのうち単結晶成長起因の結晶欠陥のエッチングピット、特に楕円形状のＬＥＰを識別して定量化する検査では、結晶表面に形成されたＬＥＰとその他のエッチングピットとの識別が非常に難しく、またＬＥＰが作業者により目視によってカウントされているため、検査結果にバラツキが生じ易く安定した検査を行うことが困難であった。さらに、ＬＥＰの検査を行うためには作業者の熟練度等も必要とされていた。一方、このようなＬＥＰの検査においては、作業者の負担軽減や、効率的な半導体ウエーハの製造のために検査時間の短縮、夜間利用等が強く望まれている。
【００２５】
そこで、本発明者等は、検査結果にバラツキが生じず高精度にかつ安定して結晶欠陥の検査を行えるように、半導体ウエーハの表面にエッチングピットを出現させ、そのエッチングピットからＬＥＰを正確に識別するための明確な基準を規定するために、種々実験及び検討を重ねた。その結果、ウエーハ表面に出現させた楕円形状のエッチングピットの最深部の深さと長軸の長さを測定し、それらから最深部の深さ／長軸の長さの比を求めることによって、ＬＥＰを高精度に識別できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００２６】
すなわち、本発明の結晶欠陥の検査方法は、半導体結晶の結晶欠陥を検査する方法であって、育成された半導体単結晶をスライスして半導体ウエーハを作製し、得られた半導体ウエーハに選択エッチングを施して半導体ウエーハの表面に楕円形状のエッチングピットを出現させた後、該半導体ウエーハの表面を顕微鏡で観察して前記楕円形状のエッチングピットの最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、該測定した最深部の深さ及び長軸の長さから最深部の深さ／長軸の長さの比を算出し、該算出した最深部の深さ／長軸の長さの比から結晶欠陥を識別して結晶欠陥の定量化を行うことを特徴とする結晶欠陥の検査方法である。
【００２７】
以下に、本発明の結晶欠陥の検査方法について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の結晶欠陥の検査方法において用いられる検査装置は特に限定されるものではないが、例えば、図１０に示すような検査装置を用いることができる。以下に、図１０を参照しながら、本発明の検査方法を行うための検査装置について説明する。
【００２８】
図１０に示した結晶欠陥の検査装置１は、主に、検査用の半導体結晶６（円板状の半導体ウエーハを４分割したもの）を保持する保持ステージ２と、保持された半導体結晶６の表面を観察するレーザー顕微鏡３と、レーザー顕微鏡３での観察結果からエッチングピットの最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、測定した最深部の深さ及び長軸の長さから最深部の深さ／長軸の長さの比を算出するデータ処理手段４と、データ処理手段４で算出された最深部の深さ／長軸の長さの比からＬＥＰを識別する第一計測手段５とから構成されている。このとき、データ処理手段４と第一計測手段５は、コンピュータ７にプログラミングすることができ、それによって、レーザー顕微鏡３の観察結果から最深部の深さ／長軸の長さの比の算出、及び最深部の深さ／長軸の長さの比からＬＥＰの識別を自動的に行うことができる。尚、半導体ウエーハ表面の観察は、エッチングピットの最深部の深さ及び長軸の長さが測定できるものであれば、光学顕微鏡や原子間力顕微鏡等いずれのものでも用いることができるが、レーザー顕微鏡とすれば、自動化、コスト、精度の点等で都合が良い。
【００２９】
また、結晶欠陥の検査装置１には、保持された半導体結晶６の表面を撮像して画像データを得るための保持ステージ２上に設置された撮像手段１０（レーザー顕微鏡３に組み込み可）と、撮像された画像データに画像処理を行って楕円形状のエッチングピットの輪郭を示す輪郭データを作成する画像処理手段１１と、画像処理手段１１で作成した輪郭データからＬＥＰを識別する第二計測手段１２が設置されていることが好ましい。このとき、撮像手段１０としては、２０倍〜１００倍程度の倍率で半導体結晶表面を観察できるＣＣＤカメラ等を用いることができ、また画像処理手段１１及び第二計測手段１２は、コンピュータ７にプログラミングすることができる。このように画像処理手段１１及び第二計測手段１２を具備することによって、画像データから輪郭データの作成、輪郭データからＬＥＰの識別を自動的に行うことが可能となる。
【００３０】
さらに、この検査装置１には、例えば、半導体結晶６を複数枚ストックできるストック手段８とストック手段８から半導体結晶６を自動で保持ステージ２に供給・回収する搬送手段９が設置されていることが好ましい。このようにストック手段８及び搬送手段９を有していれば、結晶欠陥の検査工程を完全に自動化することができ、夜間のように作業者がいない場合でも、結晶欠陥の検査を自動で連続的に行うことが可能となり、検査効率、スループットを一段と向上させることができるとともに作業者の負担を一層低減することができる。
【００３１】
次に、上記のような検査装置を用いて、半導体結晶の結晶欠陥を検査する方法について説明する。図１は、本発明の結晶欠陥の検査方法の一例を示すフロー図である。
【００３２】
（半導体ウエーハの準備）
先ず、検査用の半導体ウエーハを準備する。
チョクラルスキー法（ＣＺ法）またはフローティングゾーン法（ＦＺ法）により例えばシリコン等の半導体単結晶インゴットを育成し、育成した半導体単結晶インゴットからワイヤソー等のスライサーにより所定の厚さ、例えば１〜２ｍｍ程度の厚さの半導体ウエーハを切り出す。その後、得られた半導体ウエーハにフッ酸と硝酸の混合液によるエッチングを施して表面の歪を除去して検査用の半導体ウエーハを作製する。
【００３３】
このとき、半導体ウエーハの形状は特に限定するものではないが、例えば、育成した半導体ウエーハが直径２００ｍｍ以上の大口径のものである場合は、エッチング処理や結晶欠陥の検査を行い易いようにウエーハを４分割して扇型形状のウエーハとしても良い。
【００３４】
（半導体ウエーハの前処理：選択エッチング）
上記で作製した半導体ウエーハを純水でよく洗浄した後、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７とフッ酸と水の混合液、いわゆるＳＥＣＣＯ液の入った容器に検査用の半導体ウエーハをＳＥＣＣＯ液の液面に対して垂直にゆっくりと浸漬し、１〜６０分間、好ましくは３０分程度静止状態で（攪拌等を行なうことなしに）保持することによって、半導体ウエーハの表面を選択エッチングする。このように半導体ウエーハに選択エッチングを行うことにより、楕円形状のエッチングピットがウエーハ表面に現れる。
【００３５】
その際、半導体ウエーハの浸漬時間等は特に限定するものではないが、６０分を超えて選択エッチングしても、楕円形状のエッチングピットは既に検査するのに十分なサイズで形成されており、検査時間を必要以上に長引かせる。そのため、検査の効率を考えると浸漬時間は６０分以下にすることが好ましい。一方浸漬時間が１分未満の場合、楕円形状のエッチングピットが十分に現れず、その後結晶欠陥の識別及び定量化を行うことが困難となる。
【００３６】
（レーザー顕微鏡観察）
続いて、前処理が行われた半導体ウエーハを保持ステージに保持し、ウエーハ表面をレーザー顕微鏡で観察する。
先ず、前処理が行われた半導体ウエーハは、例えば、ストック手段にストックされ、このストック手段から搬送手段である搬送ロボットを用いて保持ステージに移動させ、位置合わせを行った後、保持ステージに保持される。このように位置合わせを機械的に行うことにより、その位置合わせ精度を大きく向上させることができる。そのため、従来のように顕微鏡にセットする際のウエーハ位置の違いに起因して生じる測定値のばらつきを大幅に改善することができ、同一の半導体ウエーハを繰り返して検査する場合でもバラツキが小さく安定した検査を行なうことができる。
【００３７】
このように半導体ウエーハを保持ステージに保持した後、レーザー顕微鏡を用いて、半導体ウエーハ表面に出現させた楕円形状のエッチングピットを観察する。
レーザー顕微鏡による観察後、得られた楕円形状のエッチングピットの観察結果から、データ処理手段等を用いて最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、さらにこの測定した最深部の深さ及び長軸の長さから最深部の深さ／長軸の長さの比を算出する。
【００３８】
（結晶欠陥の識別と定量化）
その後、算出した最深部の深さ／長軸の長さの比から、結晶欠陥を識別して結晶欠陥の定量化を行う。本発明では、このように算出した最深部の深さ／長軸の長さの比を用いることによって、ウエーハ表面に出現させたエッチングピットのうちＬＥＰを識別することが可能となる。すなわち、最深部の深さ／長軸の長さの比が０．３０以下であるエッチングピットをＬＥＰとして識別するという一定の基準を規定することによって、ＬＥＰを高精度に安定して識別し、定量化することができる。
【００３９】
以下に、実際に半導体ウエーハの表面に出現させたエッチングピットをレーザー顕微鏡にて観察した結果を参照しながら、本発明による結晶欠陥の識別について詳細に説明する。
図２〜７は、レーザー顕微鏡でエッチングピット（ピットＡ〜Ｆ）を観察した観察結果である。ここで、これらのエッチングピットについて、作業者が目視によってＬＥＰを識別した結果と、また一方で、本発明者等によって開発されたエッチングピットをＣＣＤカメラにより撮像して画像データ得て、それに画像処理を行ってエッチングピットの輪郭を示す輪郭データ及びエッチングピットの画像の濃淡を表す濃淡データを作成し、それらのデータからＬＥＰをコンピュータで自動判別する方法（コンピュータでの画像処理後の自動判別）によって結晶欠陥の検査を行った結果を示す。
【００４０】
図２のエッチングピットＡの場合では、作業者はこのエッチングピットをＬＥＰと判定したが、コンピュータでの画像処理後の自動判別ではＬＥＰではないという結果であった。また、図３のエッチングピットＢは、作業者及び画像処理後の自動判別が共にＬＥＰでないと判定した。さらに、図４のエッチングピットＣの場合、作業者はＬＥＰでないと判定したが画像処理後の自動判別ではＬＥＰとして判定し、図５のピットＤは、作業者及び画像処理後の自動判別が共にＬＥＰであると判定した。
【００４１】
図２〜図５のエッチングピットＡ〜Ｄをそれぞれ比較すると、作業者の目視による画像上でのＬＥＰの識別は非常に難しいことがわかる。また、作業者の目視による判別とコンピュータの画像処理による自動識別とでは検査結果に違いが有り、コンピュータの自動識別は機械的に行われるためその結果にバラツキが少ないとすると、作業者の識別にはバラツキがあると考えられる。
【００４２】
また一方、図６のピットＥは通常のエッチングで見られるウエーハ表面の凹凸に起因して生じたエッチングピットであり、深さ方向の分布がＬＥＰに比べて平坦で最深部が中心にあるという特徴がある。また、図７のピットＦはウエーハ表面のキズに起因して生じるエッチングピットであり、ピットの形状が複雑になっている。これらについては、作業者の識別及びコンピュータでの画像処理後の自動判別では、共にＬＥＰでないという検査結果であった。
【００４３】
これらのエッチングピットを含む半導体ウエーハ表面に出現させた全てのエッチングピットについて、最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、最深部の深さ／長軸の長さの比を算出した。図８にエッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比と作業者の目視によるエッチングピットの識別結果との関係を示す。
図８に示したように、作業者による目視では、最深部の深さ／長軸の長さの比が比較的小さいエッチングピットについてはＬＥＰと識別し、一方、その比が比較的大きいエッチングピットについてはＬＥＰでないと識別する傾向にあることがわかる。また、最深部の深さ／長軸の長さの比が０．１０〜０．４０の範囲にあるエッチングピットに関しては、作業者による検査結果が混在している。この範囲の最深部の深さ／長軸の長さの比を有するエッチングピットの識別が、目視による検査において非常に不安定であり、作業者の検査結果のバラツキを生じさせる原因となっている。
【００４４】
さらに、エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比とコンピュータの画像処理後の自動判別による検査結果との関係について調べた。その結果を図９に示す。図９に示したように、コンピュータの自動判別による検査結果では、ピットの最深部の深さ／長軸の長さの比に対するＬＥＰの識別の傾向がさらに明確に示され、最深部の深さ／長軸の長さの比が０．２０以下のエッチングピットはＬＥＰであり、逆にその比が０．４０以上であればその他のエッチングピット（工程起因のエッチングピット）であることが明らかになった。このことから、エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比を用いることにより、ウエーハ表面に出現させたエッチングピットのうちＬＥＰを識別できることがわかる。
【００４５】
このとき、最深部の深さ／長軸の長さの比が０．２０〜０．４０の範囲においては、ＬＥＰとＬＥＰではない工程起因のエッチングピットとの両者が混在しており、それらを確実に区別することが困難である。しかしながら、最深部の深さ／長軸の長さの比が０．３０以下であるエッチングピットをＬＥＰとして識別することによって、若干の誤差を含むことが予想されるものの、半導体ウエーハのＬＥＰをほぼ正確に識別して定量化することができ、従来の作業者の目視による識別に比べて非常に高精度で安定したＬＥＰの検査を行うことが可能となる。
【００４６】
実際に、図２〜図５に示したピットＡ〜Ｄについて最深部の深さ／長軸の長さの比をそれぞれ算出した結果、図２のピットＡの最深部の深さ／長軸の長さの比は０．３２６であり、以下、ピットＢは０．３３３、ピットＣは０．２２２、ピットＤは０．２１３であった。本発明によれば、図４及び図５のピットＣ、ＤはＬＥＰとして、図２及び図３のピットＡ、ＢはＬＥＰではないものとして識別することができた。この検査結果は、上記コンピュータでの画像処理後の自動判別の検査結果と同じ結果を示した。
【００４７】
また同様に、図６及び図７に示したエッチングピットＥ、Ｆについても、最深部の深さ／長軸の長さの比を算出した。その結果、図６のピットＥの最深部の深さ／長軸の長さの比は０．３７５であり、ＬＥＰではないエッチングピットとして識別することができた。
【００４８】
一方、図７のピットＦの最深部の深さ／長軸の長さの比は、０．１１１を示した。本発明の検査方法によれば、このピットＦはＬＥＰとして識別されてしまい、結晶欠陥の定量化を行う際に誤差を生じる原因となる恐れがある。しかしながら、この図７のような複雑な形状を有するピットＦは、作業者の目視により容易に除外することができる。すなわち、例え本発明の検査方法でピットＦのようなエッチングピットをＬＥＰと識別しても、作業者の目視により容易に除外することができるため、検査結果の精度を低下させずに結晶欠陥の定量化を行うことができる。
また、このような最深部の深さ／長軸の長さの比が小さく、かつ複雑な形状を有するエッチングピットは、ウエーハ表面全体に形成されるエッチングピットの中で数が非常に少ない。そのため、例えこのような最深部の深さ／長軸の長さの比が小さく、かつ複雑な形状を有するエッチングピットが本発明の検査方法でＬＥＰと識別されることがあっても、結晶欠陥の定量化を行う際の誤差としては非常に小さく、従来行われている作業者の目視による検査よりも高精度で安定した結晶欠陥の検査を行うことができる。
【００４９】
さらに、図７のような複雑な形状を有するエッチングピットＦに関しては、半導体ウエーハ表面に出現させた楕円形状のエッチングピットに対して、例えばＣＣＤカメラ等の撮像手段を用いて楕円形状のエッチングピットを撮像して画像データを得て、撮像された画像データから楕円形状のエッチングピットの重心を求め、求めた重心からエッチングピットの輪郭までの距離をエッチングピットの全周に渡って測定し、その測定値をグラフにプロットすることによってエッチングピットの輪郭を示す輪郭データを作成し、その輪郭データからＬＥＰを識別する方法を行うことによって、ピットＦをＬＥＰではないものとして確実に識別し除外することができる。
【００５０】
このようにエッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比からＬＥＰを識別することに加えて、エッチングピットを撮像した画像データから輪郭データを作成し、その輪郭データからＬＥＰを識別することによって、より一層高精度な結晶欠陥の定量化を行うことができる。さらにこのような検査方法を用いることによって、結晶欠陥の検査を人手によらず自動的に高精度に行うことも可能となる。
【００５１】
このとき、輪郭データからのＬＥＰの識別を、例えば図１１に示したように、エッチングピットの輪郭を示す輪郭データにエッチングピットの全周に渡って求めた重心から輪郭までの距離の平均値の直線を引いたときに、交点が４つ有るものをＬＥＰとして識別することによって行うことができる。このようにエッチングピットの輪郭データを作成し、その輪郭データと重心から輪郭までの距離の平均値との交点の数からＬＥＰを識別することによって、容易にかつ確実にＬＥＰの識別を行うことができる。尚、画像データから楕円形状の欠陥の重心を求める方法は、数学的手法を用いればいろいろ存在し、特に限定するものではないが、例えば最小二乗法等で求めることが出来る。また図１１で得られた曲線を更に微分し、値が零（微分曲線をＸＹ図で表した時にＸ軸との交点）となる数を確認しても良い。このような方法では図１１の大きな変曲点の位置をカウントすることになるが、このような方法でも判定することができる。
【００５２】
（検査終了）
検査終了後、例えば、検査結果をコンピュータ等に自動的に記録するとともに、検査後の半導体ウエーハを搬送ロボットにより保持ステージからストック手段に移し、その後連続的に次の半導体ウエーハをストック手段より保持ステージに搬入することによって、複数の半導体ウエーハに対して上記と同様の結晶欠陥の検査を自動的に繰り返し行なうことができる。
【００５３】
以上のように、本発明によれば、エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比という結晶欠陥を識別するための新たな基準を設けて結晶欠陥の検査方法を行うことにより、半導体ウエーハ表面のエッチングピットからＬＥＰを一定の基準で精度良く識別することができる。したがって、検査結果にバラツキが生じず高精度にかつ安定して半導体結晶の結晶欠陥を検査することができる。さらに、このようにＬＥＰを一定の基準で識別することによって、コンピュータ等の手段を用いることにより結晶欠陥の自動検査が可能となるため、夜間でも検査を行うことができ、検査時間の短縮が図れるとともに作業者の負担を大幅に軽減できる。
【００５４】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ＣＺ法により作製したシリコンウエーハを用意して、本発明の結晶欠陥の検査方法を用いてＬＥＰの検査を繰り返し２回行ない、一方で二人の熟練作業者が同じシリコンウエーハに対して目視によるＬＥＰの検査を行ない、その検査結果の比較を行った。
【００５５】
（実施例）
先ず、検査用の半導体ウエーハとして、ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成し、このシリコン単結晶インゴットをスライスして、直径２００ｍｍのシリコンウエーハを用意した。このシリコンウエーハに対して、本発明の結晶欠陥の検査方法を行うために、ＳＥＣＣＯ液による選択エッチングを施してウエーハ表面に楕円形状のエッチングピットを出現させた。その後、シリコンウエーハの表面をレーザー顕微鏡で観察して楕円形状のエッチングピットの最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、その測定値から最深部の深さ／長軸の長さの比を算出し、その比が０．３０以下であるものをＬＥＰとして識別することによってＬＥＰの定量化を行った。
【００５６】
さらに、このシリコンウエーハに対して、本発明の検査方法を用いて、もう一度レーザー顕微鏡の観察、エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比の算出を行って、ＬＥＰの定量化を行った。
その結果、本発明の検査方法による２回の繰り返し検査において、ウエーハ表面に出現させたエッチングピットのうちＬＥＰとしてカウントされたものは、２回とも３７個であった。したがって、本発明の結晶欠陥の検査方法を用いてシリコンウエーハを検査することによって、測定結果にバラツキが生じず安定した結晶欠陥の検査を行うことができた。
【００５７】
（比較例）
次に、実施例と同じ表面にエッチングピットを出現させたシリコンウエーハについて、ＣＣＤカメラによってその表面を撮像し、得られた画像データをモニターに映して、二人の熟練作業者がそれぞれ電子ペンを利用して目視でカウントすることによって、ＬＥＰの検査を行った。
【００５８】
二人の熟練作業者によりＬＥＰの検査を行った結果、同じシリコンウエーハにも関わらず、カウントされたＬＥＰの数は、それぞれ３９個、４３個となり、二人の検査結果にバラツキがあった。また数時間経過後、二人の熟練作業者が同じシリコンウエーハに対して再度目視によってＬＥＰの検査を行ったところ、上記と同じ検査結果を得ることができず、同一の作業者でも検査毎に若干の誤差が生じた。
【００５９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００６０】
例えば、本結晶欠陥の自動検査方法及び検査装置は、時間的及びコスト的観点から単結晶インゴットを育成した直後に検査用ウエーハを切出し、ウエーハ表面の歪を除去したウエーハを用い検査したが、これに限らずウエーハ加工工程の早い段階で抜き取ったウエーハを検査してもよく、更には研磨後の鏡面研磨されたウエーハ（製品となるウエーハ）などの検査にも同様に使用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の結晶欠陥の検査方法によれば、ウエーハ表面に出現させたエッチングピットのうちＬＥＰを一定の基準で精度良く識別することができるため、半導体結晶の結晶欠陥の検査を検査結果にバラツキが生じず高精度にかつ安定して行うことができる。さらに、ＬＥＰを一定の基準で識別して検査するため、コンピュータ等の手段を用いることによって結晶欠陥の自動検査が可能になる。したがって、夜間でも結晶欠陥の検査を行うことができ、検査時間の短縮が図れるとともに作業者の負担を大幅に軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結晶欠陥の検査方法の一例を示すフロー図である。
【図２】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＡ）の観察結果を示した図である。
【図３】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＢ）の観察結果を示した図である。
【図４】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＣ）の観察結果を示した図である。
【図５】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＤ）の観察結果を示した図である。
【図６】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＥ）の観察結果を示した図である。
【図７】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＦ）の観察結果を示した図である。
【図８】エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比と作業者の目視による識別結果との関係を示すグラフである。
【図９】エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比とコンピュータでの画像処理後の自動判別による判定結果との関係を示すグラフである。
【図１０】結晶欠陥の検査装置の一例を示す概略説明図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図１１】エッチングピット（ＬＥＰ）の輪郭を示す輪郭データを表した図である。
【符号の説明】
１…結晶欠陥の検査装置、
２…保持ステージ、 ３…レーザー顕微鏡、
４…データ処理手段、 ５…第一計測手段、
６…半導体結晶、 ７…コンピュータ、
８…ストック手段、 ９…搬送手段
１０…撮像手段、 １１…画像処理手段、
１２…第二計測手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体結晶の評価技術に関し、半導体結晶の結晶欠陥を検査する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエーハの製造は、一般的に、チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ；ＣＺ）法やフローティングゾーン（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ；ＦＺ）法等により円筒状の半導体単結晶インゴットを育成し、育成した半導体単結晶インゴットを薄板状に切断（スライシング）してウエーハを作製した後、得られたウエーハに、ウエーハの厚さ及び平坦度を整えるために行うラッピング工程、ウエーハの加工歪みを除去するためにウエーハをエッチングするエッチング工程、エッチング処理されたウエーハの表面粗さ及び平坦度を一層向上させて鏡面とする研磨工程等が行われ、最終の製品となる半導体ウエーハが製造される。このように製造された製品となる半導体ウエーハにその後デバイスを形成することにより、メモリーやＬＳＩ等が製造される。
【０００３】
近年、ＤＲＡＭ等の半導体回路の高集積化に伴う素子の微細化に伴い、その基板として、高純度かつ低欠陥の高品質の半導体ウエーハが求められている。特に、グローンイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥と呼ばれる結晶欠陥は単結晶成長起因の欠陥であり、そのうち空孔タイプの点欠陥が集合したボイド型欠陥は、酸化膜耐圧特性やデバイスの特性を悪化させることが知られている。そのため、欠陥の密度の低減とサイズの縮小が重要視されており、半導体結晶中の結晶欠陥を検査してその実体を正確に評価し、結晶欠陥に対し適切な処置をする必要がある。
【０００４】
結晶欠陥の評価は、上記研磨工程が行われた後の製品となるウエーハの品質を検査することによって行ってもよいが、この場合、製品となるウエーハを製造するまでの多くのプロセスを経過した後にウエーハの評価が行われるため、製品ウエーハが規格外のものであった場合、その時間的ロス及び製造コストのロス等が大きいという問題があった。
【０００５】
また、上記のような単結晶成長起因の欠陥は、単結晶インゴットの育成時の育成条件等に影響され、原則としてウエーハ加工工程で変化することはない。そのため、単結晶中の結晶欠陥は、一般的に単結晶インゴットを育成した直後に検査用のウエーハを切り出して測定したり、またはウエーハ加工工程の早い段階でサンプルを抜き取り検査およびその評価が行われている。
【０００６】
半導体結晶中の結晶欠陥を評価する方法としては、例えば特開平４−２８５１００号公報に開示されているように、単結晶インゴットから切り出された検査用ウエーハの表面をフッ酸と硝酸の混合液でエッチングしてウエーハ切り出し時の切断歪を除去した後、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７とフッ酸と水の混合液で該ウエーハの表面を選択的にエッチングして、その表面に現れたさざ波模様の個数をカウントする方法がある。
【０００７】
Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７とフッ酸と水の混合液は、ＳＥＣＣＯ液としてよく知られており、その組成は例えば０．１５ｍｏｌ／ｌのＫ２Ｃｒ２Ｏ７を溶かした水と４９％のフッ酸を１：２の体積比となるようにしたものである。このＳＥＣＣＯ液は、熱処理後の酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）を選択エッチングすることにより線状の欠陥像として観察したり、インゴット育成中に入ったスリップ転位を見たりするためにも使われている。
【０００８】
上記特開平４−２８５１００号公報では、上述のように、単結晶ウエーハに選択エッチングを施すことによって、ウエーハ表面に現われたさざ波模様の個数をカウントしているが、一般にこの様なさざ波模様の欠陥は、ＦＰＤ（Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｆｅｃｔ）と言われている。
【０００９】
しかしながら、単結晶インゴットを育成する際に結晶成長速度が比較的遅い場合、作製した単結晶ウエーハに選択エッチングを行うと、ウエーハ表面には上記ＦＰＤとは大きさ及び形状が全く異なる楕円形状のエッチングピットが観察される。この楕円形状のエッチングピットは、ＬＥＰ（Ｌａｒｇｅ ＥｔｃｈｉｎｇＰｉｔ）と呼ばれ（ディスロケーションループと呼ばれることもある）、結晶成長過程の熱履歴の違いによってＦＰＤと区別されるものである。このＬＥＰは、グローンイン欠陥の一つで、格子間シリコンタイプの点欠陥が集合した転位ループ、転位クラスタに起因して形成されるものであると考えられている。したがって、このＬＥＰを正確に評価することによって、半導体結晶内の結晶欠陥を評価することができる。
【００１０】
通常、このような選択エッチングによってウエーハ表面に現われた楕円形状のＬＥＰを評価する場合、ＬＥＰは作業者によって光学顕微鏡等による目視にて観察され、カウントされている。しかしながら、この楕円形状のＬＥＰは、サイズが数ミクロン〜１０数ミクロンと小さく、また、ＬＥＰの形状はウエーハ製造工程起因の（結晶欠陥起因ではない）その他のエッチングピットの形状と紛らわしい上にＬＥＰを識別するための明確な基準もないため、ＬＥＰとその他のエッチングピットとを識別することが非常に難しい。したがって、ＬＥＰの評価には作業者の熟練度等が必要とされていた。
【００１１】
また、このような結晶欠陥の検査方法は、上述のように、いずれも人手による官能検査で測定が行われているため、作業者によりカウントのバラツキが生じて検査結果に個人差が生じ易く、また同一の作業者でも測定毎に検査結果に若干のバラツキが生じることは避けられず、正確な検査を安定して行うことが困難であった。
【００１２】
さらに、結晶欠陥の評価を行う際、欠陥の検査はウエーハ面内の多点測定を行うため、長時間の顕微鏡作業が必要となるなど作業者への負担も大きく、この点からも測定精度の問題や作業時間等の問題が生じる。またその一方で、前述のように半導体ウエーハの製造では、検査結果を早くフィードバックさせて効率的な製造を行うことが要求されており、検査時間の短縮、さらには夜間利用などが強く望まれている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平４−２８５１００号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、半導体結晶の結晶欠陥の検査において、検査結果のバラツキをなくし、高精度にかつ安定して結晶欠陥の検査を行うことができ、さらには夜間でも検査が行えるように自動運転を可能にして作業者の負担を軽減できる結晶欠陥の検査方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体結晶の結晶欠陥を検査する方法であって、育成された半導体単結晶をスライスして半導体ウエーハを作製し、得られた半導体ウエーハに選択エッチングを施して半導体ウエーハの表面に楕円形状のエッチングピットを出現させた後、該半導体ウエーハの表面を顕微鏡で観察して前記楕円形状のエッチングピットの最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、該測定した最深部の深さ及び長軸の長さから最深部の深さ／長軸の長さの比を算出し、該算出した最深部の深さ／長軸の長さの比から結晶欠陥を識別して結晶欠陥の定量化を行うことを特徴とする結晶欠陥の検査方法が提供される。
【００１６】
このように、作製した半導体ウエーハに選択エッチングを施してウエーハ表面に楕円形状のエッチングピットを出現させた後、顕微鏡でのウエーハ表面の観察により楕円形状のエッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比を算出し、その比から結晶欠陥を識別して結晶欠陥の定量化を行うことによって、半導体結晶の結晶欠陥を一定の基準で精度良く識別して検査できるため、検査結果にバラツキが生じず高精度にかつ安定して半導体結晶の結晶欠陥を検査することができる。さらに、上記のようにして一定の基準で結晶欠陥を検査することによって、人手によらずコンピュータ等の手段を用いることによって結晶欠陥の自動検査が可能になるため、夜間でも検査を行うことができ、検査時間の短縮が図れるとともに作業者の負担を大幅に軽減できる。
【００１７】
このとき、前記エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比が０．３０以下であるものをＬＥＰとして識別することが好ましい。
このように、エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比が０．３０以下であるものをＬＥＰとして識別することによって、選択エッチングによりウエーハ表面に出現させたエッチングピットからＬＥＰを極めて正確に識別することができるため、高精度な結晶欠陥の検査を行うことができる。
【００１８】
また、前記半導体ウエーハ表面に出現させた楕円形状のエッチングピットに対して、さらに該楕円形状のエッチングピットを撮像して画像データを得て、該撮像された画像データから楕円形状のエッチングピットの重心を求め、該求めた重心からエッチングピットの輪郭までの距離をエッチングピットの全周に渡って測定し、該測定値をグラフにプロットすることによってエッチングピットの輪郭を示す輪郭データを作成し、該輪郭データからＬＥＰを識別することが好ましい。
【００１９】
前記に示したようなエッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比からＬＥＰを識別して結晶欠陥の検査を行う場合、稀にウエーハ表面のキズに起因し、複雑な形状を有するエッチングピットがＬＥＰとして識別されることがある。このような複雑な形状を有するエッチングピットは、さらに上記のようにエッチングピットの画像データを得て、この画像データからエッチングピットの輪郭を示す輪郭データを作成し、その輪郭データからＬＥＰを識別することによって、ウエーハ表面のキズに起因して形成された複雑な形状を有するエッチングピットを除外して、ＬＥＰのみをより正確に識別することができる。したがって、より高精度なＬＥＰの検査を行うことができる。
【００２０】
このとき、前記輪郭データからのＬＥＰの識別を、前記エッチングピットの輪郭を示す輪郭データにエッチングピットの全周に渡って求めた重心から輪郭までの距離の平均値の直線を引いたときに、交点が４つ有るものをＬＥＰとして識別することによって行うことが好ましい。
【００２１】
このように、エッチングピットの輪郭を示す輪郭データにエッチングピットの全周に渡って求めた重心から輪郭までの距離の平均値の直線を引いたときに交点が４つ有るものをＬＥＰとして識別することによって、容易にかつ確実にＬＥＰの識別を行うことができる。
【００２２】
さらに、本発明において、前記半導体単結晶の育成をチョクラルスキー法（ＣＺ法）またはフローティングゾーン法（ＦＺ法）により行い、該半導体単結晶から作製された半導体ウエーハに施す選択エッチングをＫ２Ｃｒ２Ｏ７とフッ酸と水の混合液で行うことが好ましい。
【００２３】
このように、半導体単結晶をＣＺ法またはＦＺ法により育成し、これをスライスして作製された半導体ウエーハにＫ２Ｃｒ２Ｏ７とフッ酸と水の混合液で選択エッチングを行うことにより、ウエーハ表面に楕円形状のＬＥＰが発生する。このＬＥＰはデバイス歩留りを低下させる要因として知られているため、その検査の必要性は大きく、このようなＬＥＰを上記のように高精度にかつ安定して検査することは半導体ウエーハの製造において非常に有益である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
従来、半導体結晶を選択エッチングした後に表面に現れるエッピングピットのうち単結晶成長起因の結晶欠陥のエッチングピット、特に楕円形状のＬＥＰを識別して定量化する検査では、結晶表面に形成されたＬＥＰとその他のエッチングピットとの識別が非常に難しく、またＬＥＰが作業者により目視によってカウントされているため、検査結果にバラツキが生じ易く安定した検査を行うことが困難であった。さらに、ＬＥＰの検査を行うためには作業者の熟練度等も必要とされていた。一方、このようなＬＥＰの検査においては、作業者の負担軽減や、効率的な半導体ウエーハの製造のために検査時間の短縮、夜間利用等が強く望まれている。
【００２５】
そこで、本発明者等は、検査結果にバラツキが生じず高精度にかつ安定して結晶欠陥の検査を行えるように、半導体ウエーハの表面にエッチングピットを出現させ、そのエッチングピットからＬＥＰを正確に識別するための明確な基準を規定するために、種々実験及び検討を重ねた。その結果、ウエーハ表面に出現させた楕円形状のエッチングピットの最深部の深さと長軸の長さを測定し、それらから最深部の深さ／長軸の長さの比を求めることによって、ＬＥＰを高精度に識別できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００２６】
すなわち、本発明の結晶欠陥の検査方法は、半導体結晶の結晶欠陥を検査する方法であって、育成された半導体単結晶をスライスして半導体ウエーハを作製し、得られた半導体ウエーハに選択エッチングを施して半導体ウエーハの表面に楕円形状のエッチングピットを出現させた後、該半導体ウエーハの表面を顕微鏡で観察して前記楕円形状のエッチングピットの最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、該測定した最深部の深さ及び長軸の長さから最深部の深さ／長軸の長さの比を算出し、該算出した最深部の深さ／長軸の長さの比から結晶欠陥を識別して結晶欠陥の定量化を行うことを特徴とする結晶欠陥の検査方法である。
【００２７】
以下に、本発明の結晶欠陥の検査方法について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の結晶欠陥の検査方法において用いられる検査装置は特に限定されるものではないが、例えば、図１０に示すような検査装置を用いることができる。以下に、図１０を参照しながら、本発明の検査方法を行うための検査装置について説明する。
【００２８】
図１０に示した結晶欠陥の検査装置１は、主に、検査用の半導体結晶６（円板状の半導体ウエーハを４分割したもの）を保持する保持ステージ２と、保持された半導体結晶６の表面を観察するレーザー顕微鏡３と、レーザー顕微鏡３での観察結果からエッチングピットの最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、測定した最深部の深さ及び長軸の長さから最深部の深さ／長軸の長さの比を算出するデータ処理手段４と、データ処理手段４で算出された最深部の深さ／長軸の長さの比からＬＥＰを識別する第一計測手段５とから構成されている。このとき、データ処理手段４と第一計測手段５は、コンピュータ７にプログラミングすることができ、それによって、レーザー顕微鏡３の観察結果から最深部の深さ／長軸の長さの比の算出、及び最深部の深さ／長軸の長さの比からＬＥＰの識別を自動的に行うことができる。尚、半導体ウエーハ表面の観察は、エッチングピットの最深部の深さ及び長軸の長さが測定できるものであれば、光学顕微鏡や原子間力顕微鏡等いずれのものでも用いることができるが、レーザー顕微鏡とすれば、自動化、コスト、精度の点等で都合が良い。
【００２９】
また、結晶欠陥の検査装置１には、保持された半導体結晶６の表面を撮像して画像データを得るための保持ステージ２上に設置された撮像手段１０（レーザー顕微鏡３に組み込み可）と、撮像された画像データに画像処理を行って楕円形状のエッチングピットの輪郭を示す輪郭データを作成する画像処理手段１１と、画像処理手段１１で作成した輪郭データからＬＥＰを識別する第二計測手段１２が設置されていることが好ましい。このとき、撮像手段１０としては、２０倍〜１００倍程度の倍率で半導体結晶表面を観察できるＣＣＤカメラ等を用いることができ、また画像処理手段１１及び第二計測手段１２は、コンピュータ７にプログラミングすることができる。このように画像処理手段１１及び第二計測手段１２を具備することによって、画像データから輪郭データの作成、輪郭データからＬＥＰの識別を自動的に行うことが可能となる。
【００３０】
さらに、この検査装置１には、例えば、半導体結晶６を複数枚ストックできるストック手段８とストック手段８から半導体結晶６を自動で保持ステージ２に供給・回収する搬送手段９が設置されていることが好ましい。このようにストック手段８及び搬送手段９を有していれば、結晶欠陥の検査工程を完全に自動化することができ、夜間のように作業者がいない場合でも、結晶欠陥の検査を自動で連続的に行うことが可能となり、検査効率、スループットを一段と向上させることができるとともに作業者の負担を一層低減することができる。
【００３１】
次に、上記のような検査装置を用いて、半導体結晶の結晶欠陥を検査する方法について説明する。図１は、本発明の結晶欠陥の検査方法の一例を示すフロー図である。
【００３２】
（半導体ウエーハの準備）
先ず、検査用の半導体ウエーハを準備する。
チョクラルスキー法（ＣＺ法）またはフローティングゾーン法（ＦＺ法）により例えばシリコン等の半導体単結晶インゴットを育成し、育成した半導体単結晶インゴットからワイヤソー等のスライサーにより所定の厚さ、例えば１〜２ｍｍ程度の厚さの半導体ウエーハを切り出す。その後、得られた半導体ウエーハにフッ酸と硝酸の混合液によるエッチングを施して表面の歪を除去して検査用の半導体ウエーハを作製する。
【００３３】
このとき、半導体ウエーハの形状は特に限定するものではないが、例えば、育成した半導体ウエーハが直径２００ｍｍ以上の大口径のものである場合は、エッチング処理や結晶欠陥の検査を行い易いようにウエーハを４分割して扇型形状のウエーハとしても良い。
【００３４】
（半導体ウエーハの前処理：選択エッチング）
上記で作製した半導体ウエーハを純水でよく洗浄した後、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７とフッ酸と水の混合液、いわゆるＳＥＣＣＯ液の入った容器に検査用の半導体ウエーハをＳＥＣＣＯ液の液面に対して垂直にゆっくりと浸漬し、１〜６０分間、好ましくは３０分程度静止状態で（攪拌等を行なうことなしに）保持することによって、半導体ウエーハの表面を選択エッチングする。このように半導体ウエーハに選択エッチングを行うことにより、楕円形状のエッチングピットがウエーハ表面に現れる。
【００３５】
その際、半導体ウエーハの浸漬時間等は特に限定するものではないが、６０分を超えて選択エッチングしても、楕円形状のエッチングピットは既に検査するのに十分なサイズで形成されており、検査時間を必要以上に長引かせる。そのため、検査の効率を考えると浸漬時間は６０分以下にすることが好ましい。一方浸漬時間が１分未満の場合、楕円形状のエッチングピットが十分に現れず、その後結晶欠陥の識別及び定量化を行うことが困難となる。
【００３６】
（レーザー顕微鏡観察）
続いて、前処理が行われた半導体ウエーハを保持ステージに保持し、ウエーハ表面をレーザー顕微鏡で観察する。
先ず、前処理が行われた半導体ウエーハは、例えば、ストック手段にストックされ、このストック手段から搬送手段である搬送ロボットを用いて保持ステージに移動させ、位置合わせを行った後、保持ステージに保持される。このように位置合わせを機械的に行うことにより、その位置合わせ精度を大きく向上させることができる。そのため、従来のように顕微鏡にセットする際のウエーハ位置の違いに起因して生じる測定値のばらつきを大幅に改善することができ、同一の半導体ウエーハを繰り返して検査する場合でもバラツキが小さく安定した検査を行なうことができる。
【００３７】
このように半導体ウエーハを保持ステージに保持した後、レーザー顕微鏡を用いて、半導体ウエーハ表面に出現させた楕円形状のエッチングピットを観察する。
レーザー顕微鏡による観察後、得られた楕円形状のエッチングピットの観察結果から、データ処理手段等を用いて最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、さらにこの測定した最深部の深さ及び長軸の長さから最深部の深さ／長軸の長さの比を算出する。
【００３８】
（結晶欠陥の識別と定量化）
その後、算出した最深部の深さ／長軸の長さの比から、結晶欠陥を識別して結晶欠陥の定量化を行う。本発明では、このように算出した最深部の深さ／長軸の長さの比を用いることによって、ウエーハ表面に出現させたエッチングピットのうちＬＥＰを識別することが可能となる。すなわち、最深部の深さ／長軸の長さの比が０．３０以下であるエッチングピットをＬＥＰとして識別するという一定の基準を規定することによって、ＬＥＰを高精度に安定して識別し、定量化することができる。
【００３９】
以下に、実際に半導体ウエーハの表面に出現させたエッチングピットをレーザー顕微鏡にて観察した結果を参照しながら、本発明による結晶欠陥の識別について詳細に説明する。
図２〜７は、レーザー顕微鏡でエッチングピット（ピットＡ〜Ｆ）を観察した観察結果である。ここで、これらのエッチングピットについて、作業者が目視によってＬＥＰを識別した結果と、また一方で、本発明者等によって開発されたエッチングピットをＣＣＤカメラにより撮像して画像データ得て、それに画像処理を行ってエッチングピットの輪郭を示す輪郭データ及びエッチングピットの画像の濃淡を表す濃淡データを作成し、それらのデータからＬＥＰをコンピュータで自動判別する方法（コンピュータでの画像処理後の自動判別）によって結晶欠陥の検査を行った結果を示す。
【００４０】
図２のエッチングピットＡの場合では、作業者はこのエッチングピットをＬＥＰと判定したが、コンピュータでの画像処理後の自動判別ではＬＥＰではないという結果であった。また、図３のエッチングピットＢは、作業者及び画像処理後の自動判別が共にＬＥＰでないと判定した。さらに、図４のエッチングピットＣの場合、作業者はＬＥＰでないと判定したが画像処理後の自動判別ではＬＥＰとして判定し、図５のピットＤは、作業者及び画像処理後の自動判別が共にＬＥＰであると判定した。
【００４１】
図２〜図５のエッチングピットＡ〜Ｄをそれぞれ比較すると、作業者の目視による画像上でのＬＥＰの識別は非常に難しいことがわかる。また、作業者の目視による判別とコンピュータの画像処理による自動識別とでは検査結果に違いが有り、コンピュータの自動識別は機械的に行われるためその結果にバラツキが少ないとすると、作業者の識別にはバラツキがあると考えられる。
【００４２】
また一方、図６のピットＥは通常のエッチングで見られるウエーハ表面の凹凸に起因して生じたエッチングピットであり、深さ方向の分布がＬＥＰに比べて平坦で最深部が中心にあるという特徴がある。また、図７のピットＦはウエーハ表面のキズに起因して生じるエッチングピットであり、ピットの形状が複雑になっている。これらについては、作業者の識別及びコンピュータでの画像処理後の自動判別では、共にＬＥＰでないという検査結果であった。
【００４３】
これらのエッチングピットを含む半導体ウエーハ表面に出現させた全てのエッチングピットについて、最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、最深部の深さ／長軸の長さの比を算出した。図８にエッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比と作業者の目視によるエッチングピットの識別結果との関係を示す。
図８に示したように、作業者による目視では、最深部の深さ／長軸の長さの比が比較的小さいエッチングピットについてはＬＥＰと識別し、一方、その比が比較的大きいエッチングピットについてはＬＥＰでないと識別する傾向にあることがわかる。また、最深部の深さ／長軸の長さの比が０．１０〜０．４０の範囲にあるエッチングピットに関しては、作業者による検査結果が混在している。この範囲の最深部の深さ／長軸の長さの比を有するエッチングピットの識別が、目視による検査において非常に不安定であり、作業者の検査結果のバラツキを生じさせる原因となっている。
【００４４】
さらに、エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比とコンピュータの画像処理後の自動判別による検査結果との関係について調べた。その結果を図９に示す。図９に示したように、コンピュータの自動判別による検査結果では、ピットの最深部の深さ／長軸の長さの比に対するＬＥＰの識別の傾向がさらに明確に示され、最深部の深さ／長軸の長さの比が０．２０以下のエッチングピットはＬＥＰであり、逆にその比が０．４０以上であればその他のエッチングピット（工程起因のエッチングピット）であることが明らかになった。このことから、エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比を用いることにより、ウエーハ表面に出現させたエッチングピットのうちＬＥＰを識別できることがわかる。
【００４５】
このとき、最深部の深さ／長軸の長さの比が０．２０〜０．４０の範囲においては、ＬＥＰとＬＥＰではない工程起因のエッチングピットとの両者が混在しており、それらを確実に区別することが困難である。しかしながら、最深部の深さ／長軸の長さの比が０．３０以下であるエッチングピットをＬＥＰとして識別することによって、若干の誤差を含むことが予想されるものの、半導体ウエーハのＬＥＰをほぼ正確に識別して定量化することができ、従来の作業者の目視による識別に比べて非常に高精度で安定したＬＥＰの検査を行うことが可能となる。
【００４６】
実際に、図２〜図５に示したピットＡ〜Ｄについて最深部の深さ／長軸の長さの比をそれぞれ算出した結果、図２のピットＡの最深部の深さ／長軸の長さの比は０．３２６であり、以下、ピットＢは０．３３３、ピットＣは０．２２２、ピットＤは０．２１３であった。本発明によれば、図４及び図５のピットＣ、ＤはＬＥＰとして、図２及び図３のピットＡ、ＢはＬＥＰではないものとして識別することができた。この検査結果は、上記コンピュータでの画像処理後の自動判別の検査結果と同じ結果を示した。
【００４７】
また同様に、図６及び図７に示したエッチングピットＥ、Ｆについても、最深部の深さ／長軸の長さの比を算出した。その結果、図６のピットＥの最深部の深さ／長軸の長さの比は０．３７５であり、ＬＥＰではないエッチングピットとして識別することができた。
【００４８】
一方、図７のピットＦの最深部の深さ／長軸の長さの比は、０．１１１を示した。本発明の検査方法によれば、このピットＦはＬＥＰとして識別されてしまい、結晶欠陥の定量化を行う際に誤差を生じる原因となる恐れがある。しかしながら、この図７のような複雑な形状を有するピットＦは、作業者の目視により容易に除外することができる。すなわち、例え本発明の検査方法でピットＦのようなエッチングピットをＬＥＰと識別しても、作業者の目視により容易に除外することができるため、検査結果の精度を低下させずに結晶欠陥の定量化を行うことができる。
また、このような最深部の深さ／長軸の長さの比が小さく、かつ複雑な形状を有するエッチングピットは、ウエーハ表面全体に形成されるエッチングピットの中で数が非常に少ない。そのため、例えこのような最深部の深さ／長軸の長さの比が小さく、かつ複雑な形状を有するエッチングピットが本発明の検査方法でＬＥＰと識別されることがあっても、結晶欠陥の定量化を行う際の誤差としては非常に小さく、従来行われている作業者の目視による検査よりも高精度で安定した結晶欠陥の検査を行うことができる。
【００４９】
さらに、図７のような複雑な形状を有するエッチングピットＦに関しては、半導体ウエーハ表面に出現させた楕円形状のエッチングピットに対して、例えばＣＣＤカメラ等の撮像手段を用いて楕円形状のエッチングピットを撮像して画像データを得て、撮像された画像データから楕円形状のエッチングピットの重心を求め、求めた重心からエッチングピットの輪郭までの距離をエッチングピットの全周に渡って測定し、その測定値をグラフにプロットすることによってエッチングピットの輪郭を示す輪郭データを作成し、その輪郭データからＬＥＰを識別する方法を行うことによって、ピットＦをＬＥＰではないものとして確実に識別し除外することができる。
【００５０】
このようにエッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比からＬＥＰを識別することに加えて、エッチングピットを撮像した画像データから輪郭データを作成し、その輪郭データからＬＥＰを識別することによって、より一層高精度な結晶欠陥の定量化を行うことができる。さらにこのような検査方法を用いることによって、結晶欠陥の検査を人手によらず自動的に高精度に行うことも可能となる。
【００５１】
このとき、輪郭データからのＬＥＰの識別を、例えば図１１に示したように、エッチングピットの輪郭を示す輪郭データにエッチングピットの全周に渡って求めた重心から輪郭までの距離の平均値の直線を引いたときに、交点が４つ有るものをＬＥＰとして識別することによって行うことができる。このようにエッチングピットの輪郭データを作成し、その輪郭データと重心から輪郭までの距離の平均値との交点の数からＬＥＰを識別することによって、容易にかつ確実にＬＥＰの識別を行うことができる。尚、画像データから楕円形状の欠陥の重心を求める方法は、数学的手法を用いればいろいろ存在し、特に限定するものではないが、例えば最小二乗法等で求めることが出来る。また図１１で得られた曲線を更に微分し、値が零（微分曲線をＸＹ図で表した時にＸ軸との交点）となる数を確認しても良い。このような方法では図１１の大きな変曲点の位置をカウントすることになるが、このような方法でも判定することができる。
【００５２】
（検査終了）
検査終了後、例えば、検査結果をコンピュータ等に自動的に記録するとともに、検査後の半導体ウエーハを搬送ロボットにより保持ステージからストック手段に移し、その後連続的に次の半導体ウエーハをストック手段より保持ステージに搬入することによって、複数の半導体ウエーハに対して上記と同様の結晶欠陥の検査を自動的に繰り返し行なうことができる。
【００５３】
以上のように、本発明によれば、エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比という結晶欠陥を識別するための新たな基準を設けて結晶欠陥の検査方法を行うことにより、半導体ウエーハ表面のエッチングピットからＬＥＰを一定の基準で精度良く識別することができる。したがって、検査結果にバラツキが生じず高精度にかつ安定して半導体結晶の結晶欠陥を検査することができる。さらに、このようにＬＥＰを一定の基準で識別することによって、コンピュータ等の手段を用いることにより結晶欠陥の自動検査が可能となるため、夜間でも検査を行うことができ、検査時間の短縮が図れるとともに作業者の負担を大幅に軽減できる。
【００５４】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ＣＺ法により作製したシリコンウエーハを用意して、本発明の結晶欠陥の検査方法を用いてＬＥＰの検査を繰り返し２回行ない、一方で二人の熟練作業者が同じシリコンウエーハに対して目視によるＬＥＰの検査を行ない、その検査結果の比較を行った。
【００５５】
（実施例）
先ず、検査用の半導体ウエーハとして、ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成し、このシリコン単結晶インゴットをスライスして、直径２００ｍｍのシリコンウエーハを用意した。このシリコンウエーハに対して、本発明の結晶欠陥の検査方法を行うために、ＳＥＣＣＯ液による選択エッチングを施してウエーハ表面に楕円形状のエッチングピットを出現させた。その後、シリコンウエーハの表面をレーザー顕微鏡で観察して楕円形状のエッチングピットの最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、その測定値から最深部の深さ／長軸の長さの比を算出し、その比が０．３０以下であるものをＬＥＰとして識別することによってＬＥＰの定量化を行った。
【００５６】
さらに、このシリコンウエーハに対して、本発明の検査方法を用いて、もう一度レーザー顕微鏡の観察、エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比の算出を行って、ＬＥＰの定量化を行った。
その結果、本発明の検査方法による２回の繰り返し検査において、ウエーハ表面に出現させたエッチングピットのうちＬＥＰとしてカウントされたものは、２回とも３７個であった。したがって、本発明の結晶欠陥の検査方法を用いてシリコンウエーハを検査することによって、測定結果にバラツキが生じず安定した結晶欠陥の検査を行うことができた。
【００５７】
（比較例）
次に、実施例と同じ表面にエッチングピットを出現させたシリコンウエーハについて、ＣＣＤカメラによってその表面を撮像し、得られた画像データをモニターに映して、二人の熟練作業者がそれぞれ電子ペンを利用して目視でカウントすることによって、ＬＥＰの検査を行った。
【００５８】
二人の熟練作業者によりＬＥＰの検査を行った結果、同じシリコンウエーハにも関わらず、カウントされたＬＥＰの数は、それぞれ３９個、４３個となり、二人の検査結果にバラツキがあった。また数時間経過後、二人の熟練作業者が同じシリコンウエーハに対して再度目視によってＬＥＰの検査を行ったところ、上記と同じ検査結果を得ることができず、同一の作業者でも検査毎に若干の誤差が生じた。
【００５９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００６０】
例えば、本結晶欠陥の自動検査方法及び検査装置は、時間的及びコスト的観点から単結晶インゴットを育成した直後に検査用ウエーハを切出し、ウエーハ表面の歪を除去したウエーハを用い検査したが、これに限らずウエーハ加工工程の早い段階で抜き取ったウエーハを検査してもよく、更には研磨後の鏡面研磨されたウエーハ（製品となるウエーハ）などの検査にも同様に使用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の結晶欠陥の検査方法によれば、ウエーハ表面に出現させたエッチングピットのうちＬＥＰを一定の基準で精度良く識別することができるため、半導体結晶の結晶欠陥の検査を検査結果にバラツキが生じず高精度にかつ安定して行うことができる。さらに、ＬＥＰを一定の基準で識別して検査するため、コンピュータ等の手段を用いることによって結晶欠陥の自動検査が可能になる。したがって、夜間でも結晶欠陥の検査を行うことができ、検査時間の短縮が図れるとともに作業者の負担を大幅に軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結晶欠陥の検査方法の一例を示すフロー図である。
【図２】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＡ）の観察結果を示した図である。
【図３】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＢ）の観察結果を示した図である。
【図４】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＣ）の観察結果を示した図である。
【図５】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＤ）の観察結果を示した図である。
【図６】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＥ）の観察結果を示した図である。
【図７】レーザー顕微鏡によるエッチングピット（ピットＦ）の観察結果を示した図である。
【図８】エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比と作業者の目視による識別結果との関係を示すグラフである。
【図９】エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比とコンピュータでの画像処理後の自動判別による判定結果との関係を示すグラフである。
【図１０】結晶欠陥の検査装置の一例を示す概略説明図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図１１】エッチングピット（ＬＥＰ）の輪郭を示す輪郭データを表した図である。
【符号の説明】
１…結晶欠陥の検査装置、
２…保持ステージ、 ３…レーザー顕微鏡、
４…データ処理手段、 ５…第一計測手段、
６…半導体結晶、 ７…コンピュータ、
８…ストック手段、 ９…搬送手段
１０…撮像手段、 １１…画像処理手段、
１２…第二計測手段。
Claims (4)
- 半導体結晶の結晶欠陥を検査する方法であって、育成された半導体単結晶をスライスして半導体ウエーハを作製し、得られた半導体ウエーハに選択エッチングを施して半導体ウエーハの表面に楕円形状のエッチングピットを出現させた後、該半導体ウエーハの表面を顕微鏡で観察して前記楕円形状のエッチングピットの最深部の深さ及び長軸の長さを測定し、該測定した最深部の深さ及び長軸の長さから最深部の深さ／長軸の長さの比を算出し、該算出した最深部の深さ／長軸の長さの比から前記エッチングピットの最深部の深さ／長軸の長さの比が０．３０以下であるものをＬＥＰとして識別して結晶欠陥の検査を行うことを特徴とする結晶欠陥の検査方法。
- 前記半導体ウエーハ表面に出現させた楕円形状のエッチングピットに対して、さらに該楕円形状のエッチングピットを撮像して画像データを得て、該撮像された画像データから楕円形状のエッチングピットの重心を求め、該求めた重心からエッチングピットの輪郭までの距離をエッチングピットの全周に渡って測定し、該測定値をグラフにプロットすることによってエッチングピットの輪郭を示す輪郭データを作成し、該輪郭データからＬＥＰを識別することを特徴とする請求項１に記載の結晶欠陥の検査方法。
- 前記輪郭データからのＬＥＰの識別を、前記エッチングピットの輪郭を示す輪郭データにエッチングピットの全周に渡って求めた重心から輪郭までの距離の平均値の直線を引いたときに、交点が４つ有るものをＬＥＰとして識別することによって行うことを特徴とする請求項２に記載の結晶欠陥の検査方法。
- 前記半導体単結晶の育成をチョクラルスキー法（ＣＺ法）またはフローティングゾーン法（ＦＺ法）により行い、該半導体単結晶から作製された半導体ウエーハに施す選択エッチングをＫ２Ｃｒ２Ｏ７とフッ酸と水の混合液で行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の結晶欠陥の検査方法。
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