JP4678458B2

JP4678458B2 - 半導体ウェーハの内部欠陥測定方法、半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハの内部欠陥測定装置

Info

Publication number: JP4678458B2
Application number: JP2000339690A
Authority: JP
Inventors: 知佐吉田
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: JP2002151560A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェーハの半導体ウェーハの内部欠陥測定方法、半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハの内部欠陥測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハ（例えばシリコン単結晶ウェーハ）は、内部欠陥の分布状態が、該ウェーハから製造される半導体デバイスの歩留まりや特性に大きな影響をあたえるため、これを正確に測定・評価することは半導体ウェーハの製造に当たって非常に重要である。例えば、ＣＺ法（Czochralski Method）などの公知の方法にて製造されたシリコン単結晶ウェーハに熱処理を行なうと、図１に示すように、ウェーハの内部に酸素析出物等を主体とするＢＭＤ（Bulk Micro Defect）層が形成される一方、表層部には熱処理時における酸素の外方拡散により析出物が消滅したＤＺ（Denuded Zone)層が形成される。シリコン単結晶ウェーハの主に表層部にシリコンデバイスを形成する場合、デバイス形成領域がなるべくＢＭＤ層にかからないようにすることが不良発生低減の上で有利である。他方、デバイス形成領域がＤＺ層内に留まる限り、ＢＭＤ層内の酸素析出物はＩＧ（Intrinsic Gettering）サイトとして機能するから、これを積極利用するためには、ＤＺ層とＢＭＤ層とをバランスよく形成することが必要となる。
【０００３】
従来、半導体ウェーハの内部欠陥の測定方法には、２つの方法が知られている。一つは選択エッチング法であり、他方は光散乱や光干渉を利用した光学的方法である。選択エッチング法では、まず、評価対象となる半導体ウェーハの内部を劈開あるいは斜め研磨により露出させ、その露出面を適当なエッチング液により腐食する。すると、欠陥などの歪を生じている部分は、歪の少ない健全部との間でエッチング速度に差を生ずるため、エッチピットの形でエッチングされる。このエッチピットを検出することで半導体ウェーハ内部の欠陥形成状態を知ることができる。
【０００４】
一方、光散乱や光干渉を利用する光学的方法では、ウェーハの表面からレーザービームなどの入射光ビームを入射させ、欠陥により散乱ないし干渉を生じた光をウェーハの裏面あるいは別途形成した劈開面などから取り出して検出し、その検出光の情報に基づいて半導体ウェーハ内部の欠陥形成状態を知ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法には以下のような欠点がある。まず、選択エッチング法では、そのエッチング液としてライト液やジルトル液などのクロム酸系のものが使用されてきたが、環境保護の観点からＪＩＳ−Ｈ液などの非クロム酸系のものに置き換わりつつある。しかしながら、非クロム酸系のエッチング液は弗酸や硝酸等の強酸を使用するため取り扱いが面倒であり、さらに、欠陥に対するエッチングの選択性が低いため、検出精度が高くないという問題がある。特に、ドーパント濃度の高い低抵抗率ウェーハ（特に０．０２Ω・ｃｍ以下）においては欠陥に対する選択エッチング性が著しく悪く、とりわけ低温化が進む近年のデバイス製造プロセスにて発生しやすい微細な欠陥などは、ほとんど検出不能となってしまう。
【０００６】
他方、光散乱や光干渉を利用する光学的方法の場合、主表面にデバイスパターンの形成された、あるいは表面が粗れた半導体ウェーハでは、パターンや凹凸の影響で入射光がウェーハ表面で乱反射し、正確な内部欠陥測定ができない問題がある。また、ウェーハ厚さ方向の欠陥分布を知るには、ステレオ欠陥像の撮影と解析が必要となり、測定装置の光学系の機構や解析プログラムが複雑になりやすく、測定誤差も生じやすい欠点がある。さらに、入射光ビームが半導体ウェーハの内部を長い距離通過する形になることから、低抵抗率のウェーハでは、自由電子による光散乱あるいは吸収が生じて検出信号レベルの低下が避け難くなり、欠陥検出精度が低下しやすくなる。特に、抵抗率が０．００５Ω・ｃｍ以下に小さくなると、欠陥検出そのものが不可能となる。
【０００７】
本発明の課題は、強酸などの化学薬品が不要であり、かつ低抵抗率の半導体ウェーハにおいても内部欠陥を高感度にて測定することができる半導体ウェーハの内部欠陥測定方法、半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハの内部欠陥測定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体ウェーハの内部欠陥測定方法は、半導体ウェーハに、該半導体ウェーハの内部を露出させる測定断面を形成し、欠陥検出用の入射光ビームを該測定断面に入射し、その入射光ビームに基づく測定断面からの応答光を検出して、その応答光の情報に基づいて半導体ウェーハの内部に存在する欠陥の測定を行ない、測定断面は、半導体ウェーハの主表面に対し傾斜した傾斜断面として形成されるものであり、傾斜断面は、半導体ウェーハの主表面を斜め研磨することにより形成されることを特徴とする。ここでいう応答光とは、入射光ビームと半導体ウェーハの測定断面形成部分との間における、散乱、干渉、フォトルミネセンス及び回折などの光学的相互作用に基づいて測定断面から放出される光のうち、半導体ウェーハの欠陥形成部と欠陥等の特に形成されない健全部との間で、強度、波長あるいは放出方向などの光学的状態に差異を生ずるものをいう。
【０００９】
上記の方法によると、図２に示すように、測定対象となる半導体ウェーハ１の内部を露出させる測定断面ＩＰを形成し、その測定断面ＩＰに欠陥検出用の入射光ビームを入射し、該測定断面からの応答光の情報に基づいて半導体ウェーハ１の内部に存在する欠陥の測定を行なうようにしたから、選択エッチング法のように強酸などの取り扱いの面倒な化学薬品を使用する必要がない。また、デバイスパターンＤＰなど、ウェーハの主表面ＭＰに凹凸や段差が形成されていても、その影響を全く受けることなく欠陥の測定・評価が可能である。さらに、ウェーハ厚さ方向の欠陥分布も、測定断面上において入射光ビームを厚さ方向に操作するのみで簡単に測定でき、例えばステレオ欠陥像の撮影・解析などのような複雑な光学系や解析プログラムも不要である。また、入射光ビームが長い距離ウェーハ内を透過しないので、自由電子による光散乱あるいは吸収の影響を受けにくく、従来の選択エッチングや光学的方法では測定不能であった、抵抗率が０．０２Ω・ｃｍ以下、あるいは０．００５Ω・ｃｍ以下の低抵抗率ウェーハでも、高精度で欠陥を検出でき、また、微細な欠陥の検出精度も高めることができる。
【００１０】
次に、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、上記本発明の測定方法により半導体ウェーハの内部欠陥の測定を行い、その測定結果に基づいて半導体ウェーハを選別することを特徴とする。すなわち、本発明の測定方法の採用により、半導体ウェーハの内部欠陥の検出を高精度かつ簡単に行なうことができるので、その測定価結果に基づいて半導体ウェーハを選別することにより、例えば出荷される半導体ウェーハ製品ロットの不良率が低減され、品質を高めることができる。
【００１１】
上記本発明においては、測定断面に対する入射光ビームの照射位置を２次元的に走査することにより、測定断面上の複数位置において応答光を検出し、それら各位置の応答光の情報に基づいて半導体ウェーハの厚さ方向の欠陥分布状態を測定することができる。このようにすることで、半導体ウェーハ内部の欠陥分布状況を簡単かつ高精度に測定することができ、例えば半導体ウェーハ内部に形成されたＤＺ層あるいはＢＭＤ層の厚さ測定などに有効である。
【００１２】
また、測定対象となるウェーハの厚さが小さい場合には、図２に示すように、測定断面ＩＰを、主表面ＭＰに対し傾斜した傾斜断面として形成することにより、厚さ方向の倍率を拡大でき、欠陥測定精度を高める上で有効である。また、半導体ウェーハにＤＺ層２あるいはＢＭＤ層３が形成されていて、そのＤＺ層２の厚さが相当小さい場合でも、傾斜断面ＩＰにおいては各層の断面２’，３’は厚さ方向の距離が拡大されて現われるから、正確な測定が可能である。
【００１３】
また、本発明の半導体ウェーハの内部欠陥測定装置は、
内部を露出させる測定断面が形成された半導体ウェーハを、測定断面が入射光ビームの走査面と平行になるように保持するウェーハホルダと、
該ウェーハホルダに保持された半導体ウェーハの測定断面に、欠陥検出用の入射光ビームを入射する入射光ビーム発生ユニットと、
該入射光ビームに基づく測定断面からの応答光を検出する応答光検出部と、
ウェーハホルダを半導体ウェーハとともに入射光ビームに対し走査面内にて相対的に移動させることにより、測定断面に対する入射光ビームの照射位置を２次元的に走査する入射光ビーム走査機構と、
測定断面上の複数位置における応答光の情報に基づいて、記半導体ウェーハの内部に存在する欠陥の測定情報を出力する測定情報出力部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記装置によると、前記した本発明の欠陥測定方法ひいては半導体ウェーハの製造方法を、合理的かつ能率的に実施することができ、測定断面上での欠陥部分布情報を高精度かつ能率的に測定することができる。また、前述の測定断面が形成された半導体ウェーハを、測定断面が入射光ビームの走査面と平行になるようにウェーハホルダにて保持させ、その状態でウェーハホルダを半導体ウェーハとともに入射光ビームに対し走査面内にて相対的に移動させることにより、測定断面に対する入射光ビームの照射位置を２次元的に走査するようにしたから、例えば測定断面がウェーハ主表面に対して傾斜した傾斜断面として形成されている場合でも、これを走査面に一致させることで、走査位置に関係なく入射光ビーム発生ユニットから入射光ビーム照射位置までの距離を一定に保つことができ、走査駆動系の構成を単純化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、半導体ウェーハとしてのシリコン単結晶ウェーハ（以下、単にウェーハともいう）１を示すものである。該ウェーハ１は、ＣＺ法等にて製造されたシリコン単結晶インゴットを通常の方法によりウェーハに加工した後、所定の熱処理を施すことにより形成されたもので、各主表面ＭＰ，ＭＰを含む形で欠陥の少ないＤＺ層２，２が形成され、それらの間に、酸素析出物などの欠陥が所定レベルにて存在するＢＭＤ層が形成されている。
【００１６】
図２に示すように、該ウェーハ１に対し、内部を露出させる測定断面ＩＰを形成する。本実施形態では、該測定断面ＩＰを主表面ＭＰに対し一定角度αにて傾斜する傾斜断面として形成する（以下、傾斜断面ＩＰと記載する）。このような傾斜断面ＩＰは、いわゆる斜め研磨法により形成することができる。図３は、その研磨装置の一例を示すもので、（ａ）に示すように、研磨クロス１０にて覆われるとともに回転軸線Ｏの周りに回転する研磨定盤２１６、下面側にウェーハ１が貼り付け・固定される研磨治具１１、研磨治具１１を研磨定盤上２１６上にて保持する治具ホルダ２１７とを有する。研磨治具１１にはウェーハ固定面１２が形成され、図４に示すように、ここにウェーハ１の第二主表面ＭＰ２を、ワックス層１３等を介して固定する。他方、治具ホルダ２１７は筒状に形成されて内側に研磨治具１１が挿入され、ウェーハ１の第一主表面ＭＰ１が研磨クロス１０に押し付けられるように該研磨治具１１を研磨定盤２１６上にて保持する。そして、研磨定盤２１６を回転させると、治具ホルダ２１７は研磨治具１１及びこれに固定されたウェーハ１１とともに自転するようになっている。
【００１７】
研磨クロス１０の表面ＧＰは回転軸線Ｏと直交する一方、ウェーハ固定面１２はクロス表面ＧＰに対して角度αだけ傾斜して形成される。ここにウェーハ１を固定し、研磨治具１１を治具ホルダ１７の内側に挿入して研磨クロス１０とウェーハ１とを接触させ、その状態で研磨砥粒を含んだスラリーを流しながら研磨定盤１６を回転させると、図３（ｃ）に示すように、ウェーハ１の第一主表面ＭＰ１が斜め研磨され、第一主表面ＭＰ１に対し角度αだけ傾斜した傾斜断面ＩＰが形成される。傾斜断面ＩＰの傾斜方向には、ウェーハ１の厚さ方向の距離がｃｏｓｅｃα倍だけ拡大されて表れる。例えばαを５゜４４′とすれば、拡大倍率は約１０倍となる。なお、傾斜断面ＩＰの研磨側縁部に面だれが生じることを防止するために、図４に示すように、ウェーハ１の第一主表面ＭＰ１側にダミー材１９をワックス等により貼り付けて研磨を行なうことが有効である。ダミー材１９の材質は、ウェーハ１と研削性が略拮抗する材質であれば特に限定されないが、例えばシリコン単結晶ウェーハや、あるいは硬質樹脂にて構成されたものを使用できる。
【００１８】
なお、傾斜断面は劈開法により形成することもできる。例えばウェーハ１の主軸が＜１００＞である場合、｛１１０｝劈開を利用して、主表面に垂直な断面を劈開面の形で形成することができる。
【００１９】
傾斜断面ＩＰを形成したウェーハ１は、図５に示すように、該傾斜断面ＩＰが上となるように、ウェーハホルダ１４に装着される。図６に示すように、ウェーハホルダ１４は、入射光ビームＬＢの走査面と平行となるようにウェーハ１（あるいはウェーハ１から切り出された測定試験片）を保持するものである。図５に示す例では、ウェーハホルダ１４の上面に、ウェーハ１を着脱可能に保持させるためのウェーハ装着部１５が、ウェーハ１を嵌め込む浅い凹部として形成されている。該凹部の底面は、ウェーハホルダ１４の下面をなす基準面ＢＰ（後述する走査面と平行である）に対し、傾斜断面ＩＰの傾斜角αだけ傾いたウェーハ保持面ＨＰとされている。そして、ウェーハ装着部１５に対しウェーハ１を、第二主表面ＭＰ２がウェーハ保持面ＨＰと接するように装着することにより、該ウェーハ１は、傾斜断面ＩＰが基準面ＢＰと略平行となるように保持される。
【００２０】
図６に示すように、上記のウェーハホルダ１４をウェーハ１とともに、測定装置１００の走査用Ｘ−Ｙテーブル１８（Ｘ方向移動用のＸテーブル２０と、該Ｘテーブル２０をＹ方向に移動させるＹテーブル２１とを有する）に装着する。Ｘ−Ｙテーブル１８の上面には、走査面ＣＰと平行な保持面ＫＰを有するホルダ装着部２０ａ（ここでは浅い凹部として形成されるが、これに限定されない）が形成されてなり、ウェーハホルダ１４は基準面ＢＰが保持面ＫＰと接するようにここに装着される。これにより、ウェーハ１の傾斜断面ＩＰは、Ｘ−Ｙテーブル１８により走査面ＣＰと平行に、互いに交差する（例えば互いに直交する）Ｘ方向及びＹ方向に独立に移動することが可能となる。
【００２１】
そして、上記の傾斜断面ＩＰに対し、入射光ビーム発生ユニット３０により欠陥検出用の入射光ビームＬＢを、位置を変えながら照射し、各位置からの応答光ＤＢを応答光検出部１１７により検出する。入射光ビーム発生ユニット３０は、例えば図７に示すようなレーザ出射ユニットであり、所定波長の赤外レーザないし可視光レーザ光を発生させる。このレーザ光は対物光学系３５によって所定径ｄを有するレーザービームに絞られた形で傾斜断面ＩＰに照射される。レーザ光の波長λとビーム径ｄとは検出すべき欠陥の種別や寸法により適宜選択するが、特に傾斜断面（測定断面）ＩＰの第一主表面ＭＰ１側の縁近い領域では、該縁に形成される稜や第一主表面ＭＰ１にもともと形成されているパターンによる乱反射を起こりにくくするために、ビーム径ｄを例えば１〜５μｍ程度に絞ることが有効である（スポット形状が円以外の場合は同面積の円に換算した径を採用する）。
【００２２】
図６に戻り、応答光検出部１１７は光電子倍増管、フォトダイオードあるいはＣＣＤセンサなどで構成できる。応答光は、例えば傾斜断面ＩＰにおける散乱光とすることができる。この場合、傾斜断面ＩＰ上に欠陥（すなわち内部欠陥）が存在していれば、欠陥非存在の部分との間に散乱光強度の差を生ずる。従って、応答光検出部１１７は、この場合、各位置毎の発生散乱光の合計強度を検出するものとして構成される。
【００２３】
他方、入射光ビームによる測定断面からのフォトルミネセンス発光を応答光として利用することもできる。この場合、欠陥存在部におけるフォトルミネセンス発光の強度や波長が他の部分と異なることを利用して欠陥検出を行なうことができる。この場合、応答光検出部１１７は、各位置毎のフォトルミネセンス発光の合計強度を検出するものとして構成される。フォトルミネセンス発光波長が、欠陥部において特有のものになる場合は、分光器により対応する波長の光のみを選択的に検出できるようにしておく。例えば重金属原子の吸着されやすい欠陥部においては、吸着された重金属原子に特有の発光波長が生ずるので、元から基板に含有されている、あるいは測定に際して故意にドーピングした重金属原子からのフォトルミネセンス発光を検出することが欠陥検出を行なう上で有効である。
【００２４】
上記のようなフォトルミネセンス法を用いる場合、例えば特開平１１−２７４２５７号公報に開示されているような強励起顕微フォトルミネッセンス法を用いることが望ましい。これは、スポット径を１〜２μｍまで絞り込み（通常のフォトルミネッセンス法では直径０．１〜１ｍｍ程度）、さらにレーザパワーも測定位置で２０〜１００ｍＷと通常のフォトルミネッセンス法の数〜数十倍高い励起条件で行なうフォトルミネッセンス法である。この励起条件下では、励起レーザのエネルギー密度が通常フォトルミネッセンス法の１０^５倍程度高くなっている。通常フォトルミネッセンス法の励起条件では、キャリアの拡散長は数百μｍと長く、フォトルミネッセンス光（バンド端発光）の空間分解能も数百μｍ程度であった。一方、強励起顕微フォトルミネッセンス法では、上記の強励起条件を用いることでキャリアの拡散長は数μｍのオーダまで抑制され、高い空間分解能（〜１μｍ）でのフォトルミネッセンス光測定が可能となり、欠陥検出精度を高めることができる。ここで強励起顕微フォトルミネッセンス法におけるバンド端発光強度は、次式で表される。
Ｉ_ｂ∝ｎ_ｅｘ ^２
τ（ここに、Ｉ_ｂ：バンド端発光強度、ｎ_ｅｘ：注入キャリア濃度、τ：ライフタイムである）
【００２５】
図８は、測定装置１００の電気的構成の一例を示すものであり、制御用コンピュータ１１１とこれに接続された測定系１０１とを有する。制御用コンピュータ１１１はＩ／Ｏポート１０８とこれに接続されたＣＰＵ１０４、ＲＯＭ１０５、ＲＡＭ１０６、記憶装置としてのハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤと略記する）１０７、さらに入力装置としてキーボード１０９及びマウス１１０が接続されている。ＨＤＤ１０７には、パーティクル検出装置の動作を司る制御プログラム１０７ａ、結晶欠陥データを取り込むためのデータ取込みプログラム１０７ｂ、及び取り込まれた結晶欠陥データファイル１０７ｃが記憶されている。また、ＲＡＭ１０６には、制御プログラム１０７ａ及びデータ取込みプログラム１０７ｂのワークエリア１０６ａ，１０６ｂと、取り込まれた結晶欠陥データ格納エリア１０６ｃとが形成されている。
【００２６】
次に、測定系１０１は、前述の入射光ビーム発生ユニット３０（図６）、応答光検出部１１７及び前述のＸ−Ｙテーブル１８（図６）を駆動するための駆動部とを有する。駆動部は、具体的には、Ｘテーブル２０とＹテーブル２１（図６）とを、図示しない螺子軸機構等を介して駆動するＸ駆動モータ１１３及びＹ駆動モータ１１５と、それらモータのサーボ制御及び回転角度位置を検出するためのパルスジェネレータ（以下、Ｘ−ＰＧという）１１４及びパルスジェネレータ（以下、Ｙ−ＰＧという）１１６を含む。Ｘ駆動モータ１１３及びＹ駆動モータ１１５は、それぞれ図示しないモータドライバを介して制御コンピュータ１１１のＩ／Ｏポート１０８に接続され、制御プログラム１０７ａの実行により駆動制御される。なお、走査方式はここではＸ−Ｙ走査であるが、螺旋走査を採用してもよい。
【００２７】
一方、応答光光検出部１１７が検出した応答光の検出レベル出力はデータインタフェース１０３に入力される。他方、パルスジェネレータ１１４及び１１６の出力はデータインタフェース１０３を介してＩ／Ｏポート１０８に入力されるようになっている。データインタフェース１０３は、例えば、図９に示すように、Ｘ−ＰＧ１１４及びＹ−ＰＧ１１６からのパルス信号を受けてカウントアップするＸ−カウンタ１０３ａ及びＹ−カウンタ１０３ｂと、ゲートＩＣ１０３ｃ及びコンパレータ１０３ｄ等を有する。各カウンタ１０３ａ，１０３ｂのカウント出力は、入射光ビーム発生ユニット３０による測定位置を一義的に与える。そして、該測定位置における応答光の強度が欠陥像ピクセルのＸ座標およびＹ座標を与えるものであり、それぞれそのカウンタ出力がゲートＩＣ１０３ｃを介してＩ／Ｏポート１０８に入力される。なお、カウンタ１０３ａ，１０３ｂの出力は複数ビットであるが、簡単化のため１本の線で描いている。
【００２８】
他方、コンパレータ１０３ｄは、応答光の検出レベル出力と閾レベルＶrefとを比較し、検出レベル出力がＶrefよりも大きくなると、ゲートＩＣ１０３ｃのインヒビット入力端子にデータ取込許容信号を出力する。これにより、ゲートＩＣ１０３ｃは制御コンピュータ１１１に対し、各カウンタ１０３ａ，１０３ｂのカウント出力、すなわち、欠陥像ピクセルのＸ座標及びＹ座標のデータを、Ｉ／Ｏポート１０８を介して取り込むことを許容する。該データの取り込み処理は、データ取込みプログラム１０７ｂにより実行され、取り込まれたデータは、結晶欠陥検出点データファイル１０７ｃに格納される。なお、図９においては、図示はしていないが、カウンタ出力の後段に、データ取込みが完了するまでカウンタ出力をラッチ保持させるフリップフロップを設けることができる。
【００２９】
以下、測定装置１００の動作の流れについてフローチャートを用いて説明する。図１０は測定装置１００における検査処理の流れである。この処理は、制御コンピュータ１１１のＣＰＵ１０４が検出装置制御プログラム１０７ａの実行により行なうものである。まず、Ｓ１において測定するべきウェーハの品番やロット番号、製造日付などのウェーハ特定データを入力する。次に、Ｓ２及びＳ３において図６に示すようにウェーハ１をウェーハホルダ１４とともに装着し、装着が正常に完了すれば測定処理に移る。
【００３０】
図１０に戻り、Ｓ４では、図３のＸ駆動モータ１１３及びＹ駆動モータ１１５を作動させ、ウェーハホルダ１４の位置（以下、ホルダ位置という）を（Ｘ，Ｙ）座標上にて予め定められた原点位置に移動させ、図９に示すＸ−リセット信号及びＹ−リセット信号により、Ｘ−カウンタ１０３ａ及びＹ−カウンタ１０３ｂをリセットする。以下、入射光ビームＬＢの照射位置を、Ｘ−Ｙ座標平面上にてＸ方向を水平方向、Ｙ方向を垂直方向として走査しながら、各位置に入射光ビームＬＢ照射して応答光の検出を行なう。すなわち、Ｓ５においてＹ座標値ＹkがＹ方向の最初の走査位置Ｙ1となるように設定し、Ｓ６ではＹ座標値ＸkがＸ方向の最初の走査位置Ｘ1となるように設定する。これにより、レーザービームプローブは最初の測定位置（Ｘ1，Ｙ1）へ移動する。
【００３１】
そして、Ｓ７で該測定位置においてウェーハを一定時間保持し、主表面に入射光ビームＬＢを照射して、その応答光を検出する。例えば光散乱あるいはフォトルミネッセンスを用いる場合は、応答光の強度信号レベルが基準値（閾値）Ｖrefよりも高ければ、その位置のピクセルを欠陥存在部のピクセルとして定め、そうでない場合は欠陥非存在部のピクセルとして定める。また、そのときのＸ−カウンタ１０３ａ及びＹ−カウンタ１０３ｂのカウンタ値が、各ピクセルのＸ座標データ及びＹ座標データとして取り込まれる（Ｓ８，Ｓ９）。こうして、二値ピクセルデータの集合として記述されたビットマップ欠陥像データが得られることとなる。取り込まれたデータは、図８のＲＡＭ１０６の、結晶欠陥検出点データ格納エリア１０６ｃに格納される。なお、このフローチャートでは、閾値との比較ステップを便宜的にＳ８として表しているが、実際にはこの比較ステップは図９のデータインタフェース１０３内にてハードウェア的に行われる（ただし、制御プログラム１０７ａ中にてソフトウェア的に行ってもよいことはいうまでもない）。なお、応答光の強度信号レベルを３以上の複数段階に区切り、欠陥像データを階調データとして生成してもよい。
【００３２】
Ｓ１０では、測定位置がＸ方向の限界位置ＸNに到達したかどうかを判断する。到達していなければＳ１１に進み、Ｙ方向の測定位置座標Ｙkの値を固定したまま、Ｘ方向の測定位置座標Ｘkの値を次の座標値Ｘk+1に増加させる形で、測定位置の移動を行なうとともに、Ｓ７に戻って以下のＳ９までの処理を繰り返す。他方、Ｓ１０で測定位置がＸ方向の限界位置ＸNに到達していればＳ１２に進み、Ｙ方向の限界位置ＹNに到達したかどうかを同様に判断する。到達していなければＳ１３にてＹkの値を次の座標値Ｙk+1に増加させ、さらにＳ６に戻ってＸkの値を初期値Ｘ1に戻す。以下、Ｓ７に戻って以下のＳ９までの処理を繰り返す。他方、Ｓ１３にてＹkの値がＹNに到達していれば、すべての測定位置での測定が終了したことを意味するから、データ取り込みのループを脱出してＳ１４に進む。
【００３３】
例えば、図１１は、光散乱法を用いて得られた欠陥像データの一例を示すものである。欠陥部分が黒の領域であるが、各欠陥はそれぞれ大きさが異なるので、欠陥領域の大きさもまちまちである。例えば欠陥形成密度を求めたい場合は、個々の欠陥の位置情報を含んだ欠陥分布データが必要となる。この場合、欠陥像データにおいて公知のラベリングの手法により個々の欠陥領域を分離し、各領域毎に欠陥位置を予め定められた定義（例えば幾何学的重心位置）に従い欠陥位置を決定するようにする。こうして得られた欠陥像データあるいは欠陥分布データは、ウェーハ特定データと対応付ける形にて、結晶欠陥データファイル１０７ｃとしてＨＤＤ１０７に保存される。
【００３４】
結晶欠陥データ２０４ｃの記憶内容に基づいて欠陥測定情報は、例えば図８に示すプリンタ１２０やモニタ１２１（測定情報出力部）から種々の形で出力することができる。例えば、抜き取り検査の場合は、ウェーハの品番、ロット番号及び製造日付と、結晶欠陥種類別の検出点のカウント数とを出力させることができる。例えば特定種別の結晶欠陥のカウント数が予め定められた限界値を超えていた場合、そのウェーハの属する製品ロットを不良と判断して、良品から選別することができる。
【００３５】
【実施例】
本発明の効果を確認するために以下の実験を行なった。
評価対象のウェーハとして、以下の２種類のｐ型シリコン単結晶ウェーハ（直径２００ｍｍ）を用意した。
▲１▼抵抗率０．０１Ω・ｃｍ、初期酸素約１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ（日本電子工業振興協会）規格）。８５０℃にて８時間＋１０００℃にて１６時間の酸素析出物形成熱処理を行なっている。
▲２▼抵抗率１０Ω・ｃｍ、初期酸素約１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ規格）。８５０℃にて０．５時間＋８００℃にて３６時間＋１０００℃にて２時間＋６５０℃にて３時間＋９００℃にて２時間の酸素析出物形成熱処理を行なっている。
【００３６】
これらの各ウェーハから、図１２に示すように互いに隣り合う形でそれぞれ４ｍｍ幅の２枚のサンプルを切り出し、それぞれ図３に示す方法により斜め研磨して、一方を本発明用サンプル、他方を比較例の選択エッチング用サンプルとした。本発明用サンプルは、半導体レーザ（波長９８０ｎｍ、出射エネルギー１ｍＷ）を入射光ビームとして用い、散乱光を応答光として図６あるいは図８に示す装置１００により、傾斜断面ＩＰにおける欠陥像を測定した。他方、選択エッチング用サンプルは、エッチング液として非クロム酸系のＪＩＳ−Ｈ液を用いて傾斜断面ＩＰをエッチングし、そのエッチング後の表面を光学顕微鏡により観察した。図１３は▲１▼の、図１４は▲２▼の各ウェーハについて得られた欠陥の画像であり（それぞれ倍率２００倍）、（ａ）は選択エッチングによるもの、（ｂ）は本発明の方法によるものである。図１３では、低抵抗率ウェーハであるため、選択エッチングでは欠陥の識別がほとんど不能であるのに対し、本発明の方法では明瞭な欠陥像が得られていることがわかる。また、図１４では、通常抵抗率ウェーハであるが、低温プロセスをシミュレートした熱処理であるため内部欠陥サイズが小さく、選択エッチング法ではエッチピットが非常に不明瞭であるのに対し、本発明の方法では明瞭な欠陥像が得られていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】評価対象となる半導体ウェーハの模式図。
【図２】傾斜断面の効果説明図。
【図３】傾斜断面を斜め研磨により行なう方法を示す側面模式図。
【図４】傾斜断面の面ダレを防止するためにダミー材を使用する様子を表す側面断面模式図。
【図５】傾斜断面を有するウェーハをウェーハホルダに取り付けた様子をあらわす側面断面模式図。
【図６】図５のウェーハホルダを用いた測定装置の要部を示す模式図。
【図７】レーザ出射ユニットの一例を示す模式図。
【図８】測定装置の電気的構成の一例を示すブロック図。
【図９】図８のデータインタフェースの構成例を示す回路図。
【図１０】図８の測定装置を用いた検査処理の一例の流れを示すフローチャート。
【図１１】光散乱法による本発明の方法により得られた欠陥像の一例を示す画像。
【図１２】実験例で使用したサンプルのウェーハからの取出形態を示す説明図。
【図１３】実験例の▲１▼のウェーハの本発明による欠陥像を選択エッチングによる比較例と対比して示す画像。
【図１４】実験例の▲２▼のウェーハの本発明による欠陥像を選択エッチングによる比較例と対比して示す画像。
【符号の説明】
１半導体ウェーハ
ＩＰ測定断面（傾斜断面）
１４ウェーハホルダ
１８Ｘ−Ｙテーブル（入射光ビーム走査機構）
３０入射光ビーム発生ユニット
１００欠陥測定装置
１１７応答光検出部
１２０プリンタ（測定情報出力部）
１２１モニタ（測定情報出力部）

Claims

半導体ウェーハに、該半導体ウェーハの内部を露出させる測定断面を形成し、欠陥検出用の入射光ビームを該測定断面に入射し、その入射光ビームに基づく前記測定断面からの応答光を検出して、その応答光の情報に基づいて前記半導体ウェーハの内部に存在する欠陥の測定を行ない、
前記測定断面は、前記半導体ウェーハの主表面に対し傾斜した傾斜断面として形成されるものであり、
前記傾斜断面は、前記半導体ウェーハの前記主表面を斜め研磨することにより形成されることを特徴とする半導体ウェーハの内部欠陥測定方法。
前記測定断面に対する前記入射光ビームの照射位置を２次元的に走査することにより、前記測定断面上の複数位置において前記応答光を検出し、それら各位置の応答光の情報に基づいて前記半導体ウェーハの厚さ方向の欠陥分布状態を測定する請求項１記載の半導体ウェーハの内部欠陥測定方法。
前記入射光ビームは赤外光または可視光のレーザービームが使用される請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの内部欠陥測定方法。
前記入射光ビームによる前記測定断面からの散乱光を前記応答光として検出する請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体ウェーハの内部欠陥測定方法。
前記入射光ビームによる前記測定断面からのフォトルミネセンス発光を前記応答光として検出する請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体ウェーハの内部欠陥測定方法。
強励磁フォトルミネセンス法を用いて前記フォトルミネセンス発光を検出する請求項５記載の半導体ウェーハの内部欠陥測定方法。
前記半導体ウェーハは表面抵抗率が０．０２Ω・ｃｍ以下のものである請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体ウェーハの内部欠陥測定方法。
請求項１ないし７のいずれかに記載の方法により半導体ウェーハの内部欠陥の測定を行い、その測定結果に基づいて前記半導体ウェーハを選別することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
内部を露出させる測定断面が形成された半導体ウェーハを、前記測定断面が入射光ビームの走査面と平行になるように保持するウェーハホルダと、
該ウェーハホルダに保持された前記半導体ウェーハの前記測定断面に、欠陥検出用の前記入射光ビームを入射する入射光ビーム発生ユニットと、
該入射光ビームに基づく前記測定断面からの応答光を検出する応答光検出部と、
前記ウェーハホルダを前記半導体ウェーハとともに前記入射光ビームに対し前記走査面内にて相対的に移動させることにより、前記測定断面に対する前記入射光ビームの照射位置を２次元的に走査する前記入射光ビーム走査機構と、
前記測定断面上の複数位置における前記応答光の情報に基づいて、前記半導体ウェーハの内部に存在する欠陥の測定情報を出力する測定情報出力部と、
を備えたことを特徴とする半導体ウェーハの内部欠陥測定装置。