JP3925436B2 - 較正用標準試料 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハに存在する凹凸、特に結晶欠陥に起因する凹所を検査する場合に用いる検査装置を較正するのに好適な較正用標準試料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体ウェーハには様々な凹凸が存在し、例えば結晶欠陥に起因する凹所、半導体装置の製造工程で適用したＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法に依って発生したスクラッチ、クラック、付着した不純物粒子などが原因となっている。
【０００３】
現在、半導体装置の高集積化及び微細化が進展しつつあり、前記したような半導体ウェーハに於ける凹凸は、半導体装置の製造プロセスにダメージを与えることから、そのような凹凸について定量的な検査を行い、半導体装置の製造プロセスへフィードバックして製品の製造歩留りを向上させることが必要となってきている。
【０００４】
従来、半導体ウェーハ表面に於ける凹凸は、Ａｒレーザ・ビーム照射器、光電子増倍管（ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅ）を含む受光器などを主体とする検査装置を用いて検査することが行われている。
【０００５】
即ち、半導体ウェーハ表面にＡｒレーザ・ビームを照射し、凹凸の存在で発生する散乱光を受光し、その受光された散乱光強度（パルス信号強度）に依って凹凸の有無を検査する。
【０００６】
図６は半導体ウェーハ及び該半導体ウェーハに於ける凹凸を検査して得られた散乱光強度を表す説明図であり、（Ａ）は線図、（Ｂ）は線図（Ａ）を得た半導体ウェーハをそれぞれ示している。
【０００７】
図に於いて、１１は検査対象であるシリコン・ウェーハ、１２Ａ及び１２Ｂは異物（凸欠陥）、１３ＡはＣＭＰ法を実施して発生した凹欠陥（スクラッチ）、１３Ｂは結晶内欠陥に起因する凹欠陥をそれぞれ示し、そして、線図（Ａ）に於いては、縦軸には散乱光（パルス信号）強度、横軸には位置をそれぞれ採ってあり、また、横軸は接地（ＧＮＤ）レベルになっていて、閾値は凸欠陥であるか凹欠陥であるかの境界を示している。
【０００８】
図から看取できるように、異物１２Ａ及び１２Ｂからのパルス信号は閾値を越えて充分なレベルとなって検出されるが、凹欠陥１３Ａ及び１３Ｂからのパルス信号は閾値以下になっている。
【０００９】
散乱光強度、即ち、パルス信号は、前記したように、シリコン・ウェーハ１の表面に在る異物１２Ａ或いは１２Ｂで散乱されたものか、凹欠陥１３Ａ或いは１３Ｂで散乱されたものかに依ってレベルが相違することが明らかであるが、レーザ・ビームをシリコン・ウェーハ１１に低入射、即ち、シリコン・ウェーハ１１の表面に対して小さい（浅い）角度、例えば２０°程度の角度で入射させるか、或いは、高入射、即ち、シリコン・ウェーハ１１の表面に対して大きい（深い）角度、例えば４５°程度の角度で入射させるかに依ってもレベルが相違する。
【００１０】
図７はレーザ・ビームを低入射させた場合と高入射させた場合とに於けるパルス信号の高さを比較して表した線図であり、図に於いて、低入射、即ち、２０°程度の場合をＳ−ｌｏｗで、また、高入射、即ち、４５°程度の場合をＳ−ｈｉｇｈで表してある。
【００１１】
図から明らかなように、散乱光強度、即ち、パルス信号の高さは、低入射の場合と高入射の場合とを比較すると、高入射の場合の方が高くなる。
【００１２】
検査対象が異物（ｐａｒｔｉｃｌｅ）の場合には、得られるパルス信号はＳ−ｌｏｗ≒Ｓ−ｈｉｇｈであって、低入射でも高入射でも良いが、検査対象が結晶内欠陥（ｃｒｙｓｔａｌ ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ：ＣＯＰ）の場合には、得られるパルス信号はＳ−ｌｏｗ＜Ｓ−ｈｉｇｈであって、高入射であることが必要である。
【００１３】
表面異物検査装置には、２軸光学系のＡｒイオン・レーザを用い、波長λは低入射の場合は４８８〔ｎｍ〕、高入射の場合は５１４〔ｎｍ〕であり、結晶内欠陥の分離は、低入射ビームに依る散乱光検出信号及び高入射ビームに依る散乱光検出信号の二つの信号を比較することで行い、分離アルゴリズムでは、散乱光検出信号（パルス信号）の波高値で比較を行う。
【００１４】
前記したところから明らかであるが、半導体ウェーハの凹凸を検査する場合、検査対象である凹凸の種類の如何に依って検査装置の設定を変える必要があり、従って、その較正をしなければならない。
【００１５】
従来、ＣＭＰ法を実施して半導体ウェーハを研磨した場合に発生するスクラッチの深さや幅を定量的に検査し、半導体デバイス製造プロセスへフィードバックすることで製品の製造歩留りを向上しようとする発明が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１６】
その場合、前記説明した検査装置と同様な検査装置を使用するのであるが、その検査装置に於いても較正することが必要であり、その較正にはＦＩＢ（ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ）に依って作製した疑似加工痕をもつ検査用標準試料（例えば、特許文献１参照。）が用いられている。
【００１７】
然しながら、前記公知の検査用標準試料を用いる検査装置を較正では、結晶欠陥を検査する場合の較正に対処することはできない。
【００１８】
【特許文献１】
特開２０００−５８６０６号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、結晶欠陥に極めて近似した凹所が配列された較正用標準試料を実現させ、結晶欠陥を検査する際の検査装置の較正を高い精度で実施できるようにする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明に依る較正用標準試料に於いては、Ｓｉウェーハに二つの四角錐形凹所が一つの角を共有するツイン四角錐形凹所が配列形成されてなることを基本としている。尚、本明細書に於いて、「ツイン四角錐形凹所」とは、後記説明する図２（Ｂ）に見られる記号３Ａ〜３Ｅで表示した平面パターンをもつものを表すと定義する。
【００２１】
前記手段を採ることに依り、レーザを用いて半導体ウェーハの凹凸を検査する検査装置で結晶欠陥を検査する際の較正を高い精度で実施することができ、従来は行われていなかった結晶欠陥の検査を容易に実施することが可能となり、半導体装置の製造歩留り向上に寄与することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１は本発明に於ける実施の形態１である較正用標準試料を表す要部平面図であり、図に於いて、１は面指数が（１１０）であるＳｉからなるウェーハ、２は結晶欠陥に近似した四角錐形凹所、３は実存の結晶欠陥に最も近似したツイン四角錐形凹所、４はＣＭＰに起因するスクラッチに近似する溝状凹所をそれぞれ示している。
【００２３】
図２は図１について説明した各凹所を詳細に説明する為の要部説明図であり、（Ａ）は要部平面、（Ｂ）は要部切断側面をそれぞれ示している。尚、図１に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００２４】
図に於いて、２Ａ〜２Ｅは結晶欠陥に近似した四角錐形凹所、３Ａ〜３Ｅは実存の結晶欠陥に最も近似したツイン四角錐形凹所、４Ａ〜４ＤはＣＭＰに起因するスクラッチに近似する溝状凹所、Ｄは四角錐形凹所に於ける深さをそれぞれ示している。
【００２５】
四角錐形凹所２Ａ〜２Ｅに於ける底面に相当する正方形の１辺の寸法を例示すると、２Ａ＝０．１０〔μｍ〕、２Ｂ＝０．２０〔μｍ〕、２Ｃ＝０．３０〔μｍ〕、２Ｄ＝０．４０〔μｍ〕、２Ｅ＝０．５０〔μｍ〕であって、深さも０．１０〔μｍ〕〜０．５０〔μｍ〕である。
【００２６】
ツイン四角錐形凹所３Ａ〜３Ｅに於ける一対のうちの１つの四角錐形凹所は四角錐形凹所２Ａ〜２Ｅと同じ寸法になっている。尚、このように、四角錐形凹所をツインにして形成してある理由は、実際に生成される結晶欠陥がツインの状態で存在していることに在り、これが本発明の較正用標準試料に於ける大きな特徴である。
【００２７】
溝状凹所４Ａ〜４Ｄに於ける寸法を例示すると、全ての幅は０．１０〔μｍ〕で同じであるが、長さは４Ａ＝０．２０〔μｍ〕、４Ｂ＝０．３０〔μｍ〕、４Ｃ＝０．４０〔μｍ〕、４Ｄ＝０．５０〔μｍ〕になっている。
【００２８】
図１及び図２について説明した較正用標準試料を作製するプロセスの１例を挙げると以下の通りである。
（１）
面指数が（１１０）であって、厚さが７２５〔μｍ〕のＳｉウェーハを用意する。
（２）
熱酸化法を適用することに依り、Ｓｉウェーハ上に厚さが例えば１０〔ｎｍ〕のＳｉＯ₂ 膜を形成する。
（３）
リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、エッチング・ガスをＣＨＦ₃ ＋Ｏ₂ 或いはＣＦ₄ ＋Ｈ₂ などとするドライ・エッチング法を適用することに依り、レジスト膜をマスクとしてＳｉＯ₂ 膜に於ける四角錐形凹所形成予定部分のエッチングを行って所要寸法の開口を形成する。
（４）
レジスト膜を剥離してから、エッチャントを例えばＫＯＨとするウエット・エッチング法を適用することに依り、ＳｉＯ₂ 膜をマスクとしてＳｉウェーハの異方性エッチングを行って四角錐形凹所を形成する。
（５）
エッチング・マスクとして用いたＳｉＯ₂ 膜を除去し、四角錐形凹所をもつ較正用標準試料を実現する。
【００２９】
このようにして作製した較正用標準試料にスクラッチに近似する溝状凹所を付加形成するには、ＦＩＢ（ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ）を用いる公知の手段でＳｉウェーハの掘削を行うことで実現できる。
【００３０】
本発明の較正用標準試料に於いては、結晶欠陥に近似した四角錐形凹所、或いは、ツイン四角錐形凹所をもつことが必須であるが、これに加えて、前記スクラッチに近似する溝状凹所４Ａ〜４Ｄを付加したり、或いは、次に説明する実施の形態２に見られるように異物に相当する標準粒子を付加しておけば、１枚の較正用標準試料で多くの検査を行うことができる。
【００３１】
実施の形態２
図３は本発明に於ける実施の形態２である較正用標準試料を表す要部平面図であり、図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００３２】
実施の形態２の較正用標準試料が実施の形態１の較正用標準試料と相違するところは、結晶欠陥に近似した四角錐形凹所２、実存の結晶欠陥に最も近似したツイン四角錐形凹所３、スクラッチに近似する溝状凹所４の他に異物に相当する標準粒子領域５Ａ〜５Ｅが設けられている点にある。
【００３３】
標準粒子はポリスチレン・ラテックス（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｌａｔｅｘ：ＰＳＬ）であって、
標準粒子領域５Ａ：０．１００〔μｍ〕φ以下の標準粒子を５０００個スポット塗布。
標準粒子領域５Ｂ：０．１００〜０．２００〔μｍ〕φの間の標準粒子を５０００個スポット塗布。
標準粒子領域５Ｃ：０．２００〜０．３００〔μｍ〕φの間の標準粒子を５０００個スポット塗布。
標準粒子領域５Ｄ：０．３００〜０．５００〔μｍ〕φの間の標準粒子を５０００個スポット塗布。
標準粒子領域５Ｅ：０．５００〜２．０００〔μｍ〕φの間の標準粒子を５０００個スポット塗布。
として形成してある。
【００３４】
図４は標準粒子領域の形成について説明する為の吹き付け装置などを表す要部説明図であり、図３に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００３５】
図に於いて、６は容器、７はＮ₂ を容器に送入するタンク、８はノズル、９はヒータ、１０はＰＳＬを分散した液をそれぞれ示していて、タンク７内はポンプで加圧され、ＰＳＬを時間制御で吹き付けるようになっている。
【００３６】
図５は標準粒子領域のレーザ光散乱強度を表す線図であり、この場合の標準粒子領域は直径が０．０５０〔μｍ〕のＰＳＬを５０００個スポット塗布して形成したものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に依る較正用標準試料に於いては、Ｓｉウェーハに二つの四角錐形凹所が一つの角を共有するツイン四角錐形凹所が配列形成されてなることを基本としている。
【００３８】
前記構成を採ることに依り、レーザを用いて半導体ウェーハの凹凸を検査する検査装置で結晶欠陥を検査する際の較正を高い精度で実施することができ、従来は行われていなかった結晶欠陥の検査を容易に実施することが可能となり、半導体装置の製造歩留り向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に於ける実施の形態１である較正用標準試料を表す要部平面図である。
【図２】図１について説明した各凹所を詳細に説明する為の要部説明図である。
【図３】本発明に於ける実施の形態２である較正用標準試料を表す要部平面図である。
【図４】標準粒子領域の形成について説明する為の吹き付け装置などを表す要部説明図である。
【図５】標準粒子領域のレーザ光散乱強度を表す線図である。
【図６】半導体ウェーハ及び該半導体ウェーハに於ける凹凸を検査して得られた散乱光強度を表す説明図である。
【図７】レーザ・ビームを低入射させた場合と高入射させた場合とに於けるパルス信号の高さを比較して表した線図である。
【符号の説明】
１ 面指数が（１１０）であるＳｉからなるウェーハ
２ 結晶欠陥に近似した四角錐形凹所
３ 実存の結晶欠陥に最も近似したツイン四角錐形凹所
４ ＣＭＰに起因するスクラッチに近似する溝状凹所
２Ａ〜２Ｅ 結晶欠陥に近似した四角錐形凹所
３Ａ〜３Ｅ 実存の結晶欠陥に最も近似したツイン四角錐形凹所
４Ａ〜４Ｄ ＣＭＰに起因するスクラッチに近似する溝状凹所
Ｄ 四角錐形凹所に於ける深さ

Claims (3)

1. Ｓｉウェーハに二つの四角錐形凹所が一つの角を共有するツイン四角錐形凹所が配列形成されてなること
   を特徴とする較正用標準試料。
2. 前記Ｓｉウェーハに大きさを異にする複数の前記ツイン四角錐形凹所が形成されてなること
   を特徴とする請求項１記載の較正用標準試料。
3. 前記Ｓｉウェーハに標準粒子領域が形成されてなること
   を特徴とする請求項１或いは請求項２記載の較正用標準試料。

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