JP5381065B2 - Soiウェーハの検査方法及びsoiウェーハの製造方法 - Google Patents
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また、これら光学的検査法には広帯域の光源を利用したもの、及び単一波長の光源を用いたものが利用されている。
しかし、紫外光を用いると光源、光学系のコストがかかること、表面にダメージを与えること、更にはレジスト材料を感光させること等の欠点がある。
また本発明は、SOI膜厚の変動が疑似欠陥として検出されることなく、SOIウェーハの正確な表面近傍の検査を可能とするSOIウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
このように、前記埋め込み絶縁層をシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれか、又はこれらを複数層積層した積層絶縁層と様々な絶縁層を適用しても、本発明によりSOI膜厚の変動が疑似欠陥として検出されることを抑制し、SOIウェーハの表面近傍を正確に検査することができる。
このように、前記埋め込み絶縁層をシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれか、又はこれらを複数層積層した積層絶縁層と様々な絶縁層を適用しても、本発明によりSOI膜厚の変動が疑似欠陥として検出されることを抑制して、SOIウェーハの表面近傍を正確に検査することができる。
このように、前記埋め込み絶縁層をシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれか、又はこれらを複数層積層した積層絶縁層と様々な絶縁層を適用しても、本発明によりSOI膜厚の変動が疑似欠陥として検出されることが抑制されており、SOIウェーハの正確な表面近傍の検査を可能とするSOIウェーハを製造することができる。
従来、基板製造工程又はデバイス工程で行なわれるSOIウェーハの光学的検査において、SOI層(Si層)の屈折率が大きいためSOI膜厚の変動が擬似欠陥として検出され、これがノイズとなってSOIウェーハの表面近傍の欠陥、異物、パターン欠陥の検出を妨害するという問題があった。
図1に示すように、SOI膜厚の変動によって反射率が大きく変動している。これは、SOIウェーハにおいて、Si層の屈折率が非常に高いため(波長488nmで屈折率4.36)であり、この反射率の変動により光学的検査においてSOI膜厚の変動を擬似欠陥として検出してしまうことになる。
図2のSOI膜厚、照射光の波長及び反射率との関係から分かるように、波長430nm付近(図2の420〜440nm付近の矢印)でSOI膜厚の変動に対して、反射率の変動がなくなっている(反射率を示す色の変化がなくなっている)ことが分かる。そして、発明者はこの結果から照射光の波長をBOX厚に応じた波長に設定して検査を行うことにより、SOI層膜厚の変動の影響を抑制することができると考えた。
このような検査装置での可視光又は赤外光を用いた検査は、ウェーハ基板製造工程、デバイス製造工程において簡便さ、低コストのために重要な役割を果たしている。
第1の態様では、光学的検査装置として、可視光波長以上の波長帯の光を照射する光源を有するものを用いる。また、明視野光学系の装置であっても、暗視野光学系の装置であっても良い。
このような光学的検査装置を用い、埋め込み絶縁層上にSOI層が形成されたSOIウェーハの表面に対して光源から光を照射する。そして、その照射光がSOIウェーハで反射した反射光又は散乱光などの検出光を光学的検査装置で検出する。
また、簡易的にはカラーカメラのRGB信号の中の青色信号を検査に用いるといったような、RGB信号の最も反射率変動の小さい輝度信号を選ぶという方法を用いても良い。
このように、埋め込み絶縁層をシリコン酸化膜に限らず、シリコン窒化膜やシリコン酸化窒化膜としても、その膜厚と屈折率を用いて波長を設定すれば良い。あるいはこれらを複数層積層した積層絶縁層であっても、そのトータル膜厚とその膜厚内における屈折率の平均値を用いて波長を設定すれば良い。すなわち、このような様々な絶縁層を適用しても本発明によりSOI膜厚の変動が疑似欠陥として検出されることを抑制でき、SOIウェーハの表面近傍を正確に検査することができる。
第2の態様では、光学的検査装置として、単一波長の光を照射する光源を有するものを用いる。また、明視野光学系の装置であっても、暗視野光学系の装置であっても良い。
このような光学的検査装置を用い、埋め込み絶縁層上にSOI層が形成されたSOIウェーハの表面に対して光源から光を照射する。そして、その照射光がSOIウェーハで反射した反射光又は散乱光などの検出光を光学的検査装置で検出する。
この際、用いる光源の波長に応じて、検査対象のSOIウェーハの埋め込み絶縁層の厚さを選択する。
このように、埋め込み絶縁層をシリコン酸化膜に限らず、シリコン窒化膜やシリコン酸化窒化膜としても、使用する光源の波長に応じ、その屈折率を用いて埋め込み絶縁層の厚さを選択すれば良い。あるいはこれらを複数層積層した積層絶縁層であっても、使用する光源の波長に応じ、その膜厚内における屈折率の平均値を用いて埋め込み絶縁層のトータル膜厚を選択すれば良い。すなわち、このような様々な絶縁層を適用しても本発明によりSOI膜厚の変動が疑似欠陥として検出されることを抑制して、SOIウェーハの表面近傍を正確に検査することができる。
上記したように、単一波長を用いた光学的検査装置を用いてSOIウェーハを検査する場合、その検査に適切な埋め込み絶縁層の厚さを選択すれば正確な検査が可能となる。しかし、SOIウェーハの埋め込み絶縁層の厚さは、SOIウェーハを製造する際には予め決まっているので、表面検査のために適切な埋め込み絶縁層の厚さを選択できる余地は限定されている。
そこで、本発明のSOIウェーハの製造方法は、製造する全てのSOIウェーハに対し単一波長からなる光源を有する光学的検査装置を用いて正確な検査を可能するSOIウェーハを製造するための製造方法となっている。
ここで、SOIウェーハ10は2枚のシリコン単結晶ウェーハの少なくとも一方に絶縁層を形成し、該絶縁層を介して貼り合わせる貼り合わせ法で作製してもよいし、シリコン単結晶ウェーハに表面から酸素イオンを注入しイオン注入層を形成した後高温熱処理することにより埋め込みシリコン酸化膜を形成するSIMOX(Separation by IMplanted OXide)法等の他の方法により作製してもよい。
次に、上記のようにして作製したSOIウェーハ10の表面近傍の光学的検査を行う。検査は単一波長の光を照射する光源を有する光学的検査装置を用いて行う。また、明視野光学系の装置であっても、暗視野光学系の装置であっても良い。
このような光学的検査装置を用い、埋め込み絶縁層2上にSOI層1が形成されたSOIウェーハ10の表面に対して光源から光を照射する。そして、その照射光がSOIウェーハ10で反射した反射光又は散乱光などの検出光を光学的検査装置で検出する。
上記のSOIウェーハの作製工程で述べたように、作製したSOIウェーハ10の埋め込み絶縁層2の厚さは、検査で用いる光源の波長に応じて設計されているので、単一波長の光を照射する光源を有する光学的検査装置を用いた場合であっても、SOI膜厚の変動による光反射強度の変動の検出を抑制することができ、SOI膜厚の変動が疑似欠陥として検出されることを防止して、SOIウェーハ10の表面近傍を正確に検査することができる。また、可視光又は赤外光を用いることで安いコストで正確に検査を行うことができる。
例えば、波長が488nmの光源を用いる光学的検査が予定されている埋め込み絶縁層2が酸化膜であるSOIウェーハを製造する場合には、埋め込み絶縁層2の厚さを上記したように167nmの正の整数倍に設計すれば良い。
このように、埋め込み絶縁層2をシリコン酸化膜に限らず、シリコン窒化膜やシリコン酸化窒化膜としても、使用する光源の波長に応じ、その屈折率を用いて埋め込み絶縁層2の厚さを設計すれば良い。あるいはこれらを複数層積層した積層絶縁層であっても、使用する光源の波長に応じ、その膜厚内における屈折率の平均値を用いて埋め込み絶縁層2のトータル膜厚を設計すれば良い。すなわち、このような様々な絶縁層を適用しても本発明によりSOI膜厚の変動が疑似欠陥として検出されることが防止された、SOIウェーハ10の正確な表面近傍の検査を可能とするSOIウェーハを製造することができる。
ウェーハ貼り合せ法であるイオン注入剥離法(スマートカット(登録商標)法とも呼ばれる。)により、直径300mmのSOIウェーハ(SOI層70nm、BOX層150nm、BOX層の屈折率1.46)を作製した。このSOIウェーハの表面近傍を明視野光学系を有する光学的検査装置を用いて検査を行った。光学的検査装置の光源は可視光(波長帯:400〜800nm)のものを用いた。そして、式d=(1/2)×(λ/n)×Aを用いて設定する波長を求めて420nmとし、図3に示すように、420nmの波長のみを透過するバンドパスフィルターを使用して照射光と検出光(反射光)の双方が通過する位置に配置した。
このように、本発明に係るSOIウェーハの検査方法は、SOI膜厚の変動が疑似欠陥として検出されることなく、SOIウェーハの表面近傍を正確に検査することができることが確認できた。
SOIウェーハ製造後の検査工程として、波長488nmのレーザー光を用いた光学的検査装置を用いて検査を行うため、製造するSOIウェーハのBOX厚を式d=(1/2)×(λ/n)×Aを用いて設計し、167nmとした。
そして、直径300mmのシリコン単結晶ウェーハ2枚を用意し、一方のウェーハ(ボンドウェーハ)の表面に熱酸化により167nmの酸化膜を形成後、酸化膜を介して水素イオン注入(ドーズ量:8×1016/cm2)を行い、シリコン表面から200nmの位置に水素イオン注入層を形成した。その後、他方のウェーハ(ベースウェーハ)と室温で貼り合せた後、500℃、30分の熱処理を行って水素イオン注入層で剥離した。さらに、剥離面のダメージ除去及び平坦化処理として、犠牲酸化処理と高温アニール処理(1200℃、アルゴン雰囲気)を行った。
このように、本発明に係るSOIウェーハの製造方法は、SOI膜厚の変動が疑似欠陥として検出されることなく、SOIウェーハの正確な表面近傍の検査を可能とするSOIウェーハを製造することができることが確認できた。
実施例1と同一のSOIウェーハについて、実施例1で使用した光学的検査装置からバンドパスフィルターを外して、すなわちBOX層の厚さに応じて波長を設定せずに検査を行った。その結果、面内に130個の欠陥が検出された。これら130個の欠陥をSEMにより同点観察した結果、実施例1と同一位置に検出された17個の欠陥を除く113個の欠陥の位置には、実際の欠陥は観察されておらず、擬似欠陥として検出したことが判明した。
4…光学的検査装置、5…光源、6…バンドパスフィルター、
10…SOIウェーハ。
Claims (6)
- 可視光波長以上の波長帯の光を照射する光源を有する光学的検査装置を用いて、埋め込み絶縁層上にSOI層が形成されたSOIウェーハの表面に前記光源から光を照射し、前記SOIウェーハからの検出光を検出して前記SOIウェーハの表面近傍を検査するSOIウェーハの検査方法において、検査対象の前記SOIウェーハの埋め込み絶縁層の厚さに応じて、前記SOIウェーハへの照射光の波長及び/又は前記SOIウェーハからの検出光の波長を設定し、該SOIウェーハへの照射光の波長及び/又は前記SOIウェーハからの検出光の波長の設定を、前記設定する波長をλ、前記埋め込み絶縁層の厚さをd、前記埋め込み絶縁層の屈折率をn、及びAを任意の正の整数とした時、d=(1/2)×(λ/n)×Aを満たす波長λの光のみを通過させるフィルタを用い、前記照射光及び/又は前記検出光を前記フィルタに通すことによって設定することを特徴とするSOIウェーハの検査方法。
- 前記埋め込み絶縁層をシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれか、又はこれらを複数層積層した積層絶縁層とすることを特徴とする請求項1に記載のSOIウェーハの検査方法。
- 単一波長の光を照射する光源を有する光学的検査装置を用いて、埋め込み絶縁層上にSOI層が形成されたSOIウェーハの表面に前記光源から光を照射し、前記SOIウェーハからの検出光を検出して前記SOIウェーハの表面近傍を検査するSOIウェーハの検査方法において、前記光源の波長に応じて、検査対象の前記SOIウェーハの埋め込み絶縁層の厚さを選択し、該SOIウェーハの埋め込み絶縁層の厚さの選択を、前記照射光の波長をλ、前記埋め込み絶縁層の厚さをd、前記埋め込み絶縁層の屈折率をn、及びAを任意の正の整数とした時、d=(1/2)×(λ/n)×Aを満たすような厚さdを選択することを特徴とするSOIウェーハの検査方法。
- 前記埋め込み絶縁層をシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれか、又はこれらを複数層積層した積層絶縁層とすることを特徴とする請求項3に記載のSOIウェーハの検査方法。
- 少なくとも、埋め込み絶縁層上にSOI層が形成されたSOIウェーハを作製する工程と、単一波長の光を照射する光源を有する光学的検査装置を用いて、前記作製したSOIウェーハの表面に前記光源から光を照射し、前記SOIウェーハからの検出光を検出して前記SOIウェーハの表面近傍を検査する工程とを有するSOIウェーハの製造方法において、前記光源の波長に応じて、前記作製するSOIウェーハの埋め込み絶縁層の厚さを設計し、該SOIウェーハの埋め込み絶縁層の厚さの設計を、前記照射光の波長をλ、前記埋め込み絶縁層の厚さをd、前記埋め込み絶縁層の屈折率をn、及びAを任意の正の整数とした時、d=(1/2)×(λ/n)×Aを満たすような厚さdに設計することを特徴とするSOIウェーハの製造方法。
- 前記埋め込み絶縁層をシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれか、又はこれらを複数層積層した積層絶縁層とすることを特徴とする請求項5に記載のSOIウェーハの製造方法。
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