JP6508082B2 - エピタキシャルウェーハの評価方法 - Google Patents
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Description
本発明は、エピタキシャルウェーハの評価方法およびエピタキシャルウェーハに関する。
半導体ウェーハの欠陥・異物の評価方法としては、レーザー表面検査装置で検出される輝点（LPD；Light Point Defect）に基づく方法が広く用いられている（例えば特許文献１参照）。この方法は、評価対象ウェーハ表面に光を入射させ、この表面からの放射光（散乱光および反射光）を検出することで、ウェーハの欠陥や表面に付着した異物の有無やサイズを評価するものである。
特許文献１には、少なくとも１つの入射系と複数の受光系を組み合わせることで、異なる種類の欠陥や異物を検出することが提案されている。
一方、半導体基板上にエピタキシャル層を形成した半導体ウェーハ、即ちエピタキシャルウェーハには、様々な形状およびサイズの欠陥・異物が存在し得る。これらの欠陥・異物を高感度に検出することができれば、検出結果に基づき欠陥・異物の発生原因を除去するなどの製造工程の管理を行うことで、欠陥・異物がより少ないエピタキシャルウェーハを提供することが可能となる。
そこで本発明の目的は、エピタキシャルウェーハの欠陥・異物を高感度に検出可能な新たな評価方法を提供することにある。
レーザー表面検査装置は、入射系と受光系から構成される。本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、一入射系からの入射光を用いる以下の評価方法：
半導体基板上にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを、入射系および受光系を有するレーザー表面検査装置を用いて評価する方法であって、
一入射系から上記エピタキシャル層の表面に入射光を入射させ、この入射光が上記エピタキシャル層の表面で反射または散乱することにより放射された放射光を、第一の受光系で受光することによって得られた測定結果１、第二の受光系で受光することによって得られた測定結果２、および第三の受光系で受光することによって得られた測定結果３に基づき、上記エピタキシャル層の表面に存在するエピタキシャル層起因欠陥（以下、「エピ層起因欠陥」とも記載する。）および非エピタキシャル層起因異物（以下、「非エピ層起因異物」とも記載する。）からなる群から選択される異常種を輝点として検出することにより、上記エピタキシャルウェーハの評価を行うことを含み、
上記第一の受光系、第二の受光系および第三の受光系は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる評価方法、
を新たに見出した。即ち、上記評価方法によれば、一入射系と、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる三種の受光系とを備えたレーザー表面検査装置により得られる三種の測定結果に基づき、上記異常種の検出が可能となる。
半導体基板上にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを、入射系および受光系を有するレーザー表面検査装置を用いて評価する方法であって、
一入射系から上記エピタキシャル層の表面に入射光を入射させ、この入射光が上記エピタキシャル層の表面で反射または散乱することにより放射された放射光を、第一の受光系で受光することによって得られた測定結果１、第二の受光系で受光することによって得られた測定結果２、および第三の受光系で受光することによって得られた測定結果３に基づき、上記エピタキシャル層の表面に存在するエピタキシャル層起因欠陥（以下、「エピ層起因欠陥」とも記載する。）および非エピタキシャル層起因異物（以下、「非エピ層起因異物」とも記載する。）からなる群から選択される異常種を輝点として検出することにより、上記エピタキシャルウェーハの評価を行うことを含み、
上記第一の受光系、第二の受光系および第三の受光系は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる評価方法、
を新たに見出した。即ち、上記評価方法によれば、一入射系と、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる三種の受光系とを備えたレーザー表面検査装置により得られる三種の測定結果に基づき、上記異常種の検出が可能となる。
更に本発明によれば、
上記評価方法による評価が行われた、半導体基板上にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハ、
も提供される。
上記評価方法による評価が行われた、半導体基板上にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハ、
も提供される。
本発明によれば、エピタキシャルウェーハの各種異常種の検出が可能となる。
［エピタキシャルウェーハの評価方法］
本発明の一態様は、半導体基板上にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを、入射系および受光系を有するレーザー表面検査装置を用いて評価する方法（以下、「評価方法」とも記載する。）であって、一入射系から上記エピタキシャル層の表面に入射光を入射させ、この入射光が上記エピタキシャル層の表面で反射または散乱することにより放射された放射光を、第一の受光系で受光することによって得られた測定結果１、第二の受光系で受光することによって得られた測定結果２、および第三の受光系で受光することによって得られた測定結果３に基づき、上記エピタキシャル層の表面に存在するエピタキシャル層起因欠陥（エピ層起因欠陥）および非エピタキシャル層起因異物（非エピ層起因異物）からなる群から選択される異常種を輝点として検出することにより、上記エピタキシャルウェーハの評価を行うことを含み、上記第一の受光系、第二の受光系および第三の受光系は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる評価方法に関する。
本発明の一態様は、半導体基板上にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを、入射系および受光系を有するレーザー表面検査装置を用いて評価する方法（以下、「評価方法」とも記載する。）であって、一入射系から上記エピタキシャル層の表面に入射光を入射させ、この入射光が上記エピタキシャル層の表面で反射または散乱することにより放射された放射光を、第一の受光系で受光することによって得られた測定結果１、第二の受光系で受光することによって得られた測定結果２、および第三の受光系で受光することによって得られた測定結果３に基づき、上記エピタキシャル層の表面に存在するエピタキシャル層起因欠陥（エピ層起因欠陥）および非エピタキシャル層起因異物（非エピ層起因異物）からなる群から選択される異常種を輝点として検出することにより、上記エピタキシャルウェーハの評価を行うことを含み、上記第一の受光系、第二の受光系および第三の受光系は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる評価方法に関する。
以下、上記評価方法について、更に詳細に説明する。
＜評価対象ウェーハ＞
上記評価方法における評価対象ウェーハは、半導体基板上にエピタキシャル層を有するウェーハ、即ちエピタキシャルウェーハである。好ましくは、評価対象ウェーハは、シリコン基板上にエピタキシャル層を有するシリコンエピタキシャルウェーハである。エピタキシャルウェーハには、エピタキシャル層表面に、エピ層起因欠陥および非エピ層起因異物からなる群から選択される各種異常種が存在し得る。これら異常種には、その発生原因等に起因し様々な形状・サイズのものが含まれ得るが、上記評価方法によれば、上記測定結果１、測定結果２および測定結果３に基づき、各種異常種の検出を行うことができ、好ましくは検出および判別を行うことができる。詳細は後述する。
上記評価方法における評価対象ウェーハは、半導体基板上にエピタキシャル層を有するウェーハ、即ちエピタキシャルウェーハである。好ましくは、評価対象ウェーハは、シリコン基板上にエピタキシャル層を有するシリコンエピタキシャルウェーハである。エピタキシャルウェーハには、エピタキシャル層表面に、エピ層起因欠陥および非エピ層起因異物からなる群から選択される各種異常種が存在し得る。これら異常種には、その発生原因等に起因し様々な形状・サイズのものが含まれ得るが、上記評価方法によれば、上記測定結果１、測定結果２および測定結果３に基づき、各種異常種の検出を行うことができ、好ましくは検出および判別を行うことができる。詳細は後述する。
＜レーザー表面検査装置＞
上記評価方法において用いるレーザー表面検査装置（以下、単に「表面検査装置」とも記載する。）は、
・一入射系と、
・受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる３つの受光系（第一の受光系、第二の受光系および第三の受光系）と、
を備えている。かかる表面検査装置では、一入射系から評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に入射した光が、エピタキシャル層表面上の各所で反射または散乱することにより放射された放射光が、上記３つの受光系で受光される。放射光が放射する方向（詳しくは、反射光の反射角度または散乱光の散乱角度）および偏光特性は、エピ層起因欠陥や非エピ層起因異物の存在により様々に変わり得る。それらが異なる様々な放射光を、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる上記３つの受光系で受光することにより、エピ層起因欠陥や非エピ層起因異物を輝点として検出することが可能になると、本発明者らは推察している。そのような入射系および受光系を備える表面検査装置の一例（概略構成図）を、図１に示す。図１中、入射光を実線矢印、放射光を点線矢印で模式的に示しているが、図中に示す入射方向および放射方向は例示であって、本発明を何ら限定するものではない。
上記評価方法において用いるレーザー表面検査装置（以下、単に「表面検査装置」とも記載する。）は、
・一入射系と、
・受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる３つの受光系（第一の受光系、第二の受光系および第三の受光系）と、
を備えている。かかる表面検査装置では、一入射系から評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に入射した光が、エピタキシャル層表面上の各所で反射または散乱することにより放射された放射光が、上記３つの受光系で受光される。放射光が放射する方向（詳しくは、反射光の反射角度または散乱光の散乱角度）および偏光特性は、エピ層起因欠陥や非エピ層起因異物の存在により様々に変わり得る。それらが異なる様々な放射光を、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる上記３つの受光系で受光することにより、エピ層起因欠陥や非エピ層起因異物を輝点として検出することが可能になると、本発明者らは推察している。そのような入射系および受光系を備える表面検査装置の一例（概略構成図）を、図１に示す。図１中、入射光を実線矢印、放射光を点線矢印で模式的に示しているが、図中に示す入射方向および放射方向は例示であって、本発明を何ら限定するものではない。
図１に示す表面検査装置１０は、入射系および受光系として、
レーザー光源１００と、
レーザー光源１００から入射した光がエピタキシャルウェーハ１の表面（エピタキシャル層表面）で散乱または反射することにより放射された放射光を受光する低角度側受光器１０１および１０２、ならびに高角度側受光器２０１と、
を備えている。図１に示す表面検査装置１０は、高角度側受光器が１つであり低角度側受光器が２つの構成であるが、かかる構成に限定されるものではなく、高角度側受光器が２つであり低角度側受光器が１つの構成であってもよい。また、２つの低角度側受光器の受光角は、同じであっても異なっていてもよい。この点は、高角度側受光器が２つの場合でも同様である。それら３つの受光器は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる。この点については、更に後述する。なお図１に示す表面検査装置１０では、低角度側受光器１０１および１０２は、ステージ１１上方全周において放射光を受光する構成であるが、放射光を受光できる構成であればよく図１に示す態様に限定されるものではない。
レーザー光源１００と、
レーザー光源１００から入射した光がエピタキシャルウェーハ１の表面（エピタキシャル層表面）で散乱または反射することにより放射された放射光を受光する低角度側受光器１０１および１０２、ならびに高角度側受光器２０１と、
を備えている。図１に示す表面検査装置１０は、高角度側受光器が１つであり低角度側受光器が２つの構成であるが、かかる構成に限定されるものではなく、高角度側受光器が２つであり低角度側受光器が１つの構成であってもよい。また、２つの低角度側受光器の受光角は、同じであっても異なっていてもよい。この点は、高角度側受光器が２つの場合でも同様である。それら３つの受光器は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる。この点については、更に後述する。なお図１に示す表面検査装置１０では、低角度側受光器１０１および１０２は、ステージ１１上方全周において放射光を受光する構成であるが、放射光を受光できる構成であればよく図１に示す態様に限定されるものではない。
更に、表面検査装置１０は、エピタキシャルウェーハ１を載せるステージ１１を回転可能とする回転モータ１２および水平方向に移動可能とする可動手段（図示せず）を備えることにより、上記の各レーザー光源から入射する光の照射位置を変えることができる。これにより、エピタキシャルウェーハ１の表面の評価すべき領域または表面全域に光を順次照射し（走査し）、評価すべき領域または表面全域において異常種の検出を行うことが可能となる。
更に、ステージ１１の回転および水平方向の移動を制御する制御部１３と、上記の各受光器が受光した放射光の情報に基づき、検出された異常種の検出サイズを算出する演算部１４と、を備えている。また、ＰＣ（Personal Computer）１５は、制御部１３から光を照射した位置の位置情報を受信し、未照射位置へ光を照射するためにステージ１１を移動させる信号を送信する。更に、ＰＣ１５は、演算部１４から、検出された異常種の検出サイズに関する情報を受信し、測定結果１、測定結果２および測定結果３を生成することができる。
ただし、図１に概略を示す表面検査装置の構成は例示である。上記評価方法では、一入射系、ならびに受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる３つの受光系（第一の受光系、第二の受光系および第三の受光系）を有する表面検査装置であれば、図１に示す構成の表面欠陥装置に限定されず、各種表面検査装置を用いることができる。例えば、一入射系および上記の３つの受光系を有する表面検査装置としては、KLA TENCOR社製 SurfscanシリーズSP5を用いることができる。
＜検出対象の異常種＞
上記評価方法における検出対象は、エピタキシャルのエピタキシャル層の表面に存在するエピ層起因欠陥および非エピ層起因異物からなる群から選択される異常種である。これら異常種は、評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に一入射系から光を入射させエピタキシャル層表面から光が放射（散乱または反射）されることにより、受光系において輝点として検出される。輝点を検出することにより、表面検査装置の演算部において、検出された輝点のサイズから、標準粒子のサイズに基づき、輝点をもたらした異常種のサイズ（検出サイズ）を算出することができる。標準粒子のサイズに基づく検出サイズの算出は、市販の表面検査装置に備えられている演算手段により、または公知の演算方法により、行うことができる。
上記評価方法における検出対象は、エピタキシャルのエピタキシャル層の表面に存在するエピ層起因欠陥および非エピ層起因異物からなる群から選択される異常種である。これら異常種は、評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に一入射系から光を入射させエピタキシャル層表面から光が放射（散乱または反射）されることにより、受光系において輝点として検出される。輝点を検出することにより、表面検査装置の演算部において、検出された輝点のサイズから、標準粒子のサイズに基づき、輝点をもたらした異常種のサイズ（検出サイズ）を算出することができる。標準粒子のサイズに基づく検出サイズの算出は、市販の表面検査装置に備えられている演算手段により、または公知の演算方法により、行うことができる。
エピ層起因欠陥とは、エピタキシャル層形成に起因して発生した欠陥であって、例えば、Hillock、Stacking Fault（SF；積層欠陥）、Dislocation（転位）等が知られている。更に、Hillock、SF、およびDislocationからなる群から選ばれる２種以上の欠陥が連結した複合欠陥も発生し得る。一方、非エピ層起因異物は表面付着異物であって、パーティクル（Particle）のように、通常、洗浄により除去可能なものである。
エピ層起因欠陥と非エピ層起因異物とは発生原因が異なるため、それらの低減のための製造工程管理もそれぞれ異なる。そのため、エピタキシャルウェーハの評価においてはエピ層起因欠陥と非エピ層起因異物とを判別して検出できることが望ましい。しかるに、エピ層起因欠陥と非エピ層起因異物とを精度よく判別して検出することは、従来、必ずしも容易ではなかった。その一因としては、非エピ層起因異物はエピタキシャル層表面で凸状に観察されるが、エピ層起因欠陥の中にも凸状に観察されるものが含まれることが挙げられる。これに対し上記評価方法の一態様によれば、上記の３種類の測定結果（測定結果１、測定結果２および測定結果３）に基づく評価を行うことにより、エピ層起因欠陥と非エピ層起因異物とを精度よく判別することが可能となる。
例えば一態様では、
測定結果１における検出の有無および検出サイズ、
測定結果２における検出の有無および検出サイズ、ならびに
測定結果３における検出の有無および検出サイズ、
からなる群から選ばれる判別基準に基づき、検出された異常種がエピタキシャル層起因欠陥であるか非エピタキシャル層起因異物であるか判別することができる。
測定結果１における検出の有無および検出サイズ、
測定結果２における検出の有無および検出サイズ、ならびに
測定結果３における検出の有無および検出サイズ、
からなる群から選ばれる判別基準に基づき、検出された異常種がエピタキシャル層起因欠陥であるか非エピタキシャル層起因異物であるか判別することができる。
＜評価方法の具体的態様＞
次に、上記評価方法の具体的態様について、説明する。
次に、上記評価方法の具体的態様について、説明する。
（入射系）
一入射系から評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に入射する入射光の波長は、特に限定されるものではない。入射光は、一態様では紫外光であるが、可視光またはその他の光であってもよい。ここで本発明における紫外光とは、４００ｎｍ未満の波長域の光をいい、可視光とは、４００〜６００ｎｍの波長域の光をいうものとする。
一入射系から評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に入射する入射光の波長は、特に限定されるものではない。入射光は、一態様では紫外光であるが、可視光またはその他の光であってもよい。ここで本発明における紫外光とは、４００ｎｍ未満の波長域の光をいい、可視光とは、４００〜６００ｎｍの波長域の光をいうものとする。
一入射系から評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に入射する入射光の入射角度は、上記エピタキシャル層表面と水平な全方向を０°、このエピタキシャル層表面と垂直な方向を９０°として、入射角度を最小０°から最大９０°で規定すると、０°以上９０°以下であることができ、０°超９０°未満の範囲であることが好ましい。
（受光系）
前述の通り、本発明の評価方法において用いる表面検査装置は、３つの受光系を有し、これら３つの受光系は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる。一態様では、１つの受光系が評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面からの放射光を高角度側で受光する高角度受光系であり、他の２つの受光系が上記放射光を低角度側で受光する低角度受光系である。２つの低角度受光系の受光角は、同じであっても異なっていてもよい。ここで受光角に関して高角度（側）・低角度（側）とは、一方と他方との関係で相対的に定まるものであり、具体的な角度は限定されるものではない。一態様では、先に記載した入射角度と同様に評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面を基準に角度を規定する場合、高角度側での受光とは、８０°超〜９０°の範囲の受光角での受光であることができ、低角度側での受光とは、０°〜８０°の範囲の受光角での受光であることができる。また、他の一態様では、２つの受光系が高角度受光系であり、１つの受光系が低角度受光系であってもよい。この場合、２つの高角度受光系の受光角は、同じであっても異なっていてもよい。
前述の通り、本発明の評価方法において用いる表面検査装置は、３つの受光系を有し、これら３つの受光系は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる。一態様では、１つの受光系が評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面からの放射光を高角度側で受光する高角度受光系であり、他の２つの受光系が上記放射光を低角度側で受光する低角度受光系である。２つの低角度受光系の受光角は、同じであっても異なっていてもよい。ここで受光角に関して高角度（側）・低角度（側）とは、一方と他方との関係で相対的に定まるものであり、具体的な角度は限定されるものではない。一態様では、先に記載した入射角度と同様に評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面を基準に角度を規定する場合、高角度側での受光とは、８０°超〜９０°の範囲の受光角での受光であることができ、低角度側での受光とは、０°〜８０°の範囲の受光角での受光であることができる。また、他の一態様では、２つの受光系が高角度受光系であり、１つの受光系が低角度受光系であってもよい。この場合、２つの高角度受光系の受光角は、同じであっても異なっていてもよい。
上記３つの受光系は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる。受光角については、上述の通りである。一方、「偏光選択性が異なる」とは、受光系が、偏光を選択して受光する性質（即ち、偏光選択性があること）、全方位光を受光する性質（即ち、偏光選択性がないこと）、および偏光の中でも特定の（または特定の範囲の）方位角を有する偏光を選択受光する性質の少なくとも１つが異なることをいう。受光系に偏光選択性を付与する手段は公知であり、例えば偏光フィルタを受光系に備えることにより偏光選択性を有する受光系を構成することができ、偏光フィルタの種類によって特定の（または特定の範囲の）方位角を有する偏光を選択受光する性質を受光系に付与することができる。
上記表面検査装置は、一態様では、１つの受光系が全方位光を受光し、他の２つの受光系が偏光を選択受光することができる。また、具体的な一態様では、１つの受光系が全方位光を受光し、他の２つの受光系が、方位角が異なる偏光をそれぞれ選択受光することができる。偏光を選択受光する２つの受光系について、一方の受光系に受光される偏光の方位角をθ１°とし、他方の受光系に受光される偏光の方位角をθ２°として、０°≦θ１°≦９０°かつ９０°≦θ２°≦１８０°であることができる。ここで、１つの受光系が全方位光を受光し、他の２つの受光系が、方位角が異なる偏光をそれぞれ選択受光する態様では、θ１°とθ２°は異なるため、θ１°＜θ２°である。更に、好ましい具体的な一態様では、全方位角を受光する受光系の受光角は、偏光を選択受光する受光系より高角度であることができる。なお全方位光とは、非偏光とも呼ばれ、偏光ではない光である。これに対し偏光とは、特定の方向性（方位角）を持つ光である。
受光系に関して、より好ましい具体的な一態様は、以下の通りである。
第一の受光系は、全方位光を受光し、
第二の受光系は、方位角θ１°の偏光を受光し、
第三の受光系は、方位角θ２°の偏光を受光し、
第一の受光系の受光角は、第二の受光系および第三の受光系の受光角より高角度である。即ち、全方位角を受光する第一の受光系は、高角度受光系であり、偏光を受光する第二の受光系および第三の受光系は、低角度受光系である。更に、偏光を受光する２つの受光系（第二の受光系および第三の受光系）が受光する偏光の方位角は、θ１°＜θ２°である。
第一の受光系は、全方位光を受光し、
第二の受光系は、方位角θ１°の偏光を受光し、
第三の受光系は、方位角θ２°の偏光を受光し、
第一の受光系の受光角は、第二の受光系および第三の受光系の受光角より高角度である。即ち、全方位角を受光する第一の受光系は、高角度受光系であり、偏光を受光する第二の受光系および第三の受光系は、低角度受光系である。更に、偏光を受光する２つの受光系（第二の受光系および第三の受光系）が受光する偏光の方位角は、θ１°＜θ２°である。
上記評価方法における検出対象は、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に存在するエピ層起因欠陥および非エピ層起因異物からなる群から選択される異常種であるが、これら異常種の中で、非エピ層起因異物（例えば、一般に「Particle」と呼ばれる表面付着異物）は、入射系から入射した入射光を、エピ層起因欠陥と比べて等方的に散乱する傾向がある。また換言すれば、エピ層起因欠陥は、入射系から入射した入射光を、非エピ層起因異物と比べて異方的に散乱する傾向がある。本発明者らは、かかる傾向に関して、上記のより好ましい具体的な一態様にかかる受光系を有する表面検査装置では、より方位角が小さい偏光を受光する第二の受光系は、エピタキシャル層表面からの反射光成分の抑制が可能であり、等方的な散乱をする非エピ層起因異物からの散乱光を検出しやすいと考えている。これに対し、より方位角が大きい偏光を受光する第三の受光系は、上記第二の受光系と比べて、エピタキシャル層表面からの反射光成分の抑制効果は低いものの、異方的な散乱をするエピ層起因欠陥からの散乱光を高感度に検出することができると、本発明者らは考えている。更に、上記の第二の受光系および第三の受光系とともに、これら２つの受光系よりも高角度側で全方位光を受光する第一の受光系を組み合わせることにより、各種異常種の検出感度をより高めることができると、本発明者らは推察している。こうして、エピ層起因欠陥および非エピ層起因異物をともに高感度に検出することが可能になると、本発明者らは考えている。ただし以上は本発明者らによる推察を含むものであり、本発明を何ら限定するものではない。
ところで、先に記載したように、エピ層起因欠陥と非エピ層起因異物とは、発生原因がそれぞれ異なるため、それらを低減するための手段も異なる。例えば、非エピ層起因異物を低減するための手段としては、エピタキシャル層形成後の異物付着を抑制すること、および洗浄を強化することが挙げられる。非エピ層起因異物は、一般に洗浄により除去可能である。一方、エピ層起因欠陥は、エピタキシャル層形成に起因して発生し、エピタキシャル層形成工程（即ち、エピタキシャル層形成のための気相成長（エピタキシャル成長）工程）で通常導入される。したがって、エピ層起因欠陥を低減するためには、エピタキシャル層形成工程における各種条件および／または装置構造の変更を検討することが望ましい。したがって、エピタキシャルウェーハの評価においては、エピ層起因欠陥と非エピ層起因異物とを、判別して検出できることが望ましい。判別して検出することにより、エピ層起因欠陥と非エピ層起因異物のそれぞれの発生数や存在状態（分布）の把握が可能になり、発生数や分布に応じて適切な低減手段を選択することが可能になるからである。この点に関して、上記のより好ましい一態様にかかる受光系を備える表面検査装置によれば、
高角度側で全方位光を受光する第一の受光系での受光により得られた測定結果１における検出の有無および検出サイズ；
低角度側で方位角θ１°の偏光を受光する第二の受光系での受光により得られた測定結果２における検出の有無および検出サイズ；ならびに、
低角度側で方位角θ２°（ただしθ１°＜θ２°）の偏光を受光する第三の受光系での受光により得られた測定結果３における検出の有無および検出サイズ、
からなる群から選ばれる判別基準に基づき、検出された異常種がエピ層起因欠陥であるか非エピ層起因異物であるか判別することができる。このような判別が可能となる理由は、エピ層起因欠陥と非エピ層起因異物は、発生原因の違いに起因し形状等が異なることにより光を散乱・反射する挙動が異なるため、受光角や偏光選択性が異なる受光系における検出の有無や検出サイズが異なることにあると、本発明者らは考えている。
高角度側で全方位光を受光する第一の受光系での受光により得られた測定結果１における検出の有無および検出サイズ；
低角度側で方位角θ１°の偏光を受光する第二の受光系での受光により得られた測定結果２における検出の有無および検出サイズ；ならびに、
低角度側で方位角θ２°（ただしθ１°＜θ２°）の偏光を受光する第三の受光系での受光により得られた測定結果３における検出の有無および検出サイズ、
からなる群から選ばれる判別基準に基づき、検出された異常種がエピ層起因欠陥であるか非エピ層起因異物であるか判別することができる。このような判別が可能となる理由は、エピ層起因欠陥と非エピ層起因異物は、発生原因の違いに起因し形状等が異なることにより光を散乱・反射する挙動が異なるため、受光角や偏光選択性が異なる受光系における検出の有無や検出サイズが異なることにあると、本発明者らは考えている。
上記のより好ましい一態様にかかる受光系を備える表面検査装置によれば、更に好ましくは、下記表１に示す基準にしたがい、検出された異常種がエピ層起因欠陥であるか非エピ層起因異物であるか判別することができる。下記表１中、Ｘは、１．０＜Ｘ＜３．０である。Ｘが１．０＜Ｘ＜３．０の下記関係式および特定の受光系での検出の有無に基づく下記基準にしたがうことにより、エピ層起因欠陥と非エピ層起因異物とを判別することが可能になる理由は、各受光系の受光角および／または偏光選択性の違い、ならびにエピ層起因欠陥と非エピ層起因異物の光の散乱・反射の挙動の違いによるものと、本発明者らは考えている。この点は、本発明者らの鋭意検討により得られた、従来まったく知られていなかった新たな知見である。
上記Ｘは、１．０＜Ｘ＜３．０であり、１．２＜Ｘ＜１．６であることが好ましい。一例として、例えば、＝１．４であることができる。
上記評価方法の更に具体的な一態様は、実施例に基づき後述する。上記評価方法による評価により、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面の異常種の有無、異常種の存在数や存在位置（分布）等の、異常種に関する各種評価を行うことができる。
以上説明した評価方法によって評価を行い得られた評価結果に基づきエピタキシャルウェーハの製造工程に、各種異常種を低減するための工程変更や保守（例えば製造条件の変更、製造装置の改造、洗浄、薬液の高品質化、等）を行うことによって、その後に異常種の少ない高品質なエピタキシャルウェーハを、製品ウェーハとして提供することが可能となる。
また、製品として出荷する前のエピタキシャルウェーハを上記評価方法により評価し、各種異常種の存在数が予め定めていた許容範囲内（閾値以下）であることが確認されたエピタキシャルウェーハを製品ウェーハとして出荷することにより、高品質なエピタキシャルウェーハを安定供給することが可能となる。なお閾値は、特に限定されるものではなく、製品ウェーハの用途等に応じて、適宜設定することができる。
即ち、上記評価方法は、エピタキシャルウェーハの工程管理や品質管理のために用いることができる。
また、製品として出荷する前のエピタキシャルウェーハを上記評価方法により評価し、各種異常種の存在数が予め定めていた許容範囲内（閾値以下）であることが確認されたエピタキシャルウェーハを製品ウェーハとして出荷することにより、高品質なエピタキシャルウェーハを安定供給することが可能となる。なお閾値は、特に限定されるものではなく、製品ウェーハの用途等に応じて、適宜設定することができる。
即ち、上記評価方法は、エピタキシャルウェーハの工程管理や品質管理のために用いることができる。
［エピタキシャルウェーハ］
本発明の更なる態様は、上記評価方法による評価が行われた、半導体基板上にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハに関する。かかるエピタキシャルウェーハは、上記評価結果による評価によって、各種異常種の存在数が予め定めていた許容範囲内（閾値以下）であることが確認されたエピタキシャルウェーハであることができる。
本発明の更なる態様は、上記評価方法による評価が行われた、半導体基板上にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハに関する。かかるエピタキシャルウェーハは、上記評価結果による評価によって、各種異常種の存在数が予め定めていた許容範囲内（閾値以下）であることが確認されたエピタキシャルウェーハであることができる。
以下に、実施例に基づき本発明を更に説明する。ただし本発明は、実施例に示す態様に限定されるものではない。
１．輝点（ＬＰＤ）の検出および異常種のサイズ算出
評価対象のエピタキシャルウェーハとして、チョクラルスキー法により形成されたインゴットから切り出した単結晶シリコン基板上に、厚み２．７５μｍのエピタキシャル層を気相成長（エピタキシャル成長）により形成したエピタキシャルウェーハ（ウェーハ直径：３００ｍｍ）を１０枚準備した。
表面検査装置として、KLA TENCOR社製 SurfscanシリーズSP5を用いて、上記１０枚のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面において輝点の検出を行った。KLA TENCOR社製 SurfscanシリーズSP5は、一入射系として、評価対象ウェーハの表面に入射光を斜め入射させる紫外光源を有し、受光系として、ＤＮＯ（Dark-Field Narrow Oblique）チャンネル、ＤＷ１Ｏ（Dark-Field Wide1 Oblique）チャンネル、およびＤＷ２Ｏ（Dark-Field Wide2 Oblique）チャンネルという３つの受光系を有する。ＤＮＯは、全方位光を受光する（即ち偏光選択性を有さない）受光系であり、ＤＷ１ＯチャンネルおよびＤＷ２Ｏチャンネルに対して高角度側の受光系である。一方、ＤＷ１ＯチャンネルおよびＤＷ２Ｏチャンネルは、ＤＮＯチャンネルに対して低角度側の受光系であり、偏光選択性を有する。ＤＷ１Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角は、ＤＷ２Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角より小さい。ＤＷ１Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角は、０°以上９０°以下の範囲にあり、ＤＷ２Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角は、９０°以上１８０°以下の範囲にある。
表面検査装置KLA TENCOR社製 SurfscanシリーズSP5を用いて、評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面の全域に入射光を走査して輝点（ＬＰＤ）として異常種を検出し、かつ輝点のサイズに基づき、上記表面検査装置に備えられた演算部において、検出された異常種サイズ（検出サイズ）を算出した。なお上記表面検査装置の各受光系において検出される輝点のサイズの下限（検出下限）は、ＤＮＯチャンネルは４０ｎｍ、ＤＷ１Ｏチャンネルは２１ｎｍ、ＤＷ２Ｏチャンネルは３３ｎｍである。
評価対象のエピタキシャルウェーハとして、チョクラルスキー法により形成されたインゴットから切り出した単結晶シリコン基板上に、厚み２．７５μｍのエピタキシャル層を気相成長（エピタキシャル成長）により形成したエピタキシャルウェーハ（ウェーハ直径：３００ｍｍ）を１０枚準備した。
表面検査装置として、KLA TENCOR社製 SurfscanシリーズSP5を用いて、上記１０枚のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面において輝点の検出を行った。KLA TENCOR社製 SurfscanシリーズSP5は、一入射系として、評価対象ウェーハの表面に入射光を斜め入射させる紫外光源を有し、受光系として、ＤＮＯ（Dark-Field Narrow Oblique）チャンネル、ＤＷ１Ｏ（Dark-Field Wide1 Oblique）チャンネル、およびＤＷ２Ｏ（Dark-Field Wide2 Oblique）チャンネルという３つの受光系を有する。ＤＮＯは、全方位光を受光する（即ち偏光選択性を有さない）受光系であり、ＤＷ１ＯチャンネルおよびＤＷ２Ｏチャンネルに対して高角度側の受光系である。一方、ＤＷ１ＯチャンネルおよびＤＷ２Ｏチャンネルは、ＤＮＯチャンネルに対して低角度側の受光系であり、偏光選択性を有する。ＤＷ１Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角は、ＤＷ２Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角より小さい。ＤＷ１Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角は、０°以上９０°以下の範囲にあり、ＤＷ２Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角は、９０°以上１８０°以下の範囲にある。
表面検査装置KLA TENCOR社製 SurfscanシリーズSP5を用いて、評価対象のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面の全域に入射光を走査して輝点（ＬＰＤ）として異常種を検出し、かつ輝点のサイズに基づき、上記表面検査装置に備えられた演算部において、検出された異常種サイズ（検出サイズ）を算出した。なお上記表面検査装置の各受光系において検出される輝点のサイズの下限（検出下限）は、ＤＮＯチャンネルは４０ｎｍ、ＤＷ１Ｏチャンネルは２１ｎｍ、ＤＷ２Ｏチャンネルは３３ｎｍである。
２．走査型電子顕微鏡による異常種の観察
上記１．で評価を行ったエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）、コンフォーカル光学系のレーザー顕微鏡（レーザーテック社製ＭＡＧＩＣＳ）、および／または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ；Atomic Force Microscope）により観察し、上記表面検査装置により検出された輝点位置に存在する異常種を、観察された形状に基づき、非エピ層起因異物（Particle）および各種エピ層起因欠陥に分類した。上記顕微鏡観察により観察された各異常種の一例（顕微鏡画像）を、図２に示す。図２（ａ）はParticleと分類された異常種のＳＥＭ像、図２（ｂ）はSFと分類された異常種のＳＥＭ像、図２（ｃ）はHillockとSFとの複合欠陥と分類された異常種のコンフォーカル光学系のレーザー顕微鏡画像、図２（ｄ）はDislocationと分類された異常種のＡＦＭ像、（ｅ）はHillockとDislocationとの複合欠陥のＡＦＭ像である。
上記１．で評価を行ったエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）、コンフォーカル光学系のレーザー顕微鏡（レーザーテック社製ＭＡＧＩＣＳ）、および／または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ；Atomic Force Microscope）により観察し、上記表面検査装置により検出された輝点位置に存在する異常種を、観察された形状に基づき、非エピ層起因異物（Particle）および各種エピ層起因欠陥に分類した。上記顕微鏡観察により観察された各異常種の一例（顕微鏡画像）を、図２に示す。図２（ａ）はParticleと分類された異常種のＳＥＭ像、図２（ｂ）はSFと分類された異常種のＳＥＭ像、図２（ｃ）はHillockとSFとの複合欠陥と分類された異常種のコンフォーカル光学系のレーザー顕微鏡画像、図２（ｄ）はDislocationと分類された異常種のＡＦＭ像、（ｅ）はHillockとDislocationとの複合欠陥のＡＦＭ像である。
３．算出されたサイズと異常種の種類に関する検討
図３に、上記２．における顕微鏡観察により分類された各異常種について、上記１．においてＤＷ１Ｏチャンネルで輝点として検出されたサイズから算出された異常種サイズとＤＷ２Ｏチャンネルで輝点として検出されたサイズから算出された異常種サイズをプロットしたグラフを示す。このグラフ内で、Ｘ軸上にプロットされた異常種は、ＤＷ１Ｏチャンネルのみで検出され、ＤＷ２Ｏチャンネルでは未検出の異常種であり、Ｙ軸上にプロットされた異常種は、ＤＷ２Ｏチャンネルのみで検出され、ＤＷ１Ｏチャンネルでは未検出の異常種である。
図４には、上記２．における顕微鏡観察により分類された各異常種について、上記１．においてＤＷ１Ｏチャンネルで輝点として検出されたサイズから算出された異常種サイズとＤＮＯチャンネルで輝点として検出されたサイズから算出された異常種サイズをプロットしたグラフを示す。このグラフ内で、Ｘ軸上にプロットされた異常種は、ＤＷ１Ｏチャンネルのみで検出され、ＤＮＯチャンネルでは未検出の異常種であり、Ｙ軸上にプロットされた異常種は、ＤＮＯチャンネルのみで検出され、ＤＷ１Ｏチャンネルでは未検出の異常種である。
図３および図４中、「Hillock＆Dislocation」とは、HillockとDislocationとの複合欠陥を意味し、「Hillock＆SF」とは、HillockとSFとの複合欠陥を意味する。
図３および図４に示すように、各種異常種には、上記３つの受光系において検出された輝点サイズから算出されるサイズや検出の有無に違いが存在していた。
そこで、上記の結果をもとに、下記表２に示す異常種判別条件を作成した。図３および図４に示す結果から、Particleと各種エピ層起因欠陥を判別する、ＤＷ２Ｏ／ＤＷ１Ｏサイズ比およびＤＮＯ／ＤＷ１Ｏサイズ比の閾値は、１．０超３．０未満に設定することが望ましいと考え、暫定的に１．４とした。表２に示す異常種判別基準で判別を行い、この異常種判別基準の妥当性を上記２．の顕微鏡による観察結果により確認した。その結果、表２に示す異常種判別基準に適応しない異常種はなく、適応率（％）＝[適応した異常種の数／（適応した異常種の数＋適応しない異常種の数）]×１００、により算出される適応率は、表２に示すように１００％であった。
図３に、上記２．における顕微鏡観察により分類された各異常種について、上記１．においてＤＷ１Ｏチャンネルで輝点として検出されたサイズから算出された異常種サイズとＤＷ２Ｏチャンネルで輝点として検出されたサイズから算出された異常種サイズをプロットしたグラフを示す。このグラフ内で、Ｘ軸上にプロットされた異常種は、ＤＷ１Ｏチャンネルのみで検出され、ＤＷ２Ｏチャンネルでは未検出の異常種であり、Ｙ軸上にプロットされた異常種は、ＤＷ２Ｏチャンネルのみで検出され、ＤＷ１Ｏチャンネルでは未検出の異常種である。
図４には、上記２．における顕微鏡観察により分類された各異常種について、上記１．においてＤＷ１Ｏチャンネルで輝点として検出されたサイズから算出された異常種サイズとＤＮＯチャンネルで輝点として検出されたサイズから算出された異常種サイズをプロットしたグラフを示す。このグラフ内で、Ｘ軸上にプロットされた異常種は、ＤＷ１Ｏチャンネルのみで検出され、ＤＮＯチャンネルでは未検出の異常種であり、Ｙ軸上にプロットされた異常種は、ＤＮＯチャンネルのみで検出され、ＤＷ１Ｏチャンネルでは未検出の異常種である。
図３および図４中、「Hillock＆Dislocation」とは、HillockとDislocationとの複合欠陥を意味し、「Hillock＆SF」とは、HillockとSFとの複合欠陥を意味する。
図３および図４に示すように、各種異常種には、上記３つの受光系において検出された輝点サイズから算出されるサイズや検出の有無に違いが存在していた。
そこで、上記の結果をもとに、下記表２に示す異常種判別条件を作成した。図３および図４に示す結果から、Particleと各種エピ層起因欠陥を判別する、ＤＷ２Ｏ／ＤＷ１Ｏサイズ比およびＤＮＯ／ＤＷ１Ｏサイズ比の閾値は、１．０超３．０未満に設定することが望ましいと考え、暫定的に１．４とした。表２に示す異常種判別基準で判別を行い、この異常種判別基準の妥当性を上記２．の顕微鏡による観察結果により確認した。その結果、表２に示す異常種判別基準に適応しない異常種はなく、適応率（％）＝[適応した異常種の数／（適応した異常種の数＋適応しない異常種の数）]×１００、により算出される適応率は、表２に示すように１００％であった。
本発明は、エピタキシャルウェーハの製造分野において、有用である。
Claims (4)
- 半導体基板上にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを、入射系および受光系を有するレーザー表面検査装置を用いて評価する方法であって、
一入射系から前記エピタキシャル層の表面に入射光を入射させ、該入射光が前記エピタキシャル層の表面で反射または散乱することにより放射された放射光を、第一の受光系で受光することによって得られた測定結果１、第二の受光系で受光することによって得られた測定結果２、および第三の受光系で受光することによって得られた測定結果３に基づき、前記エピタキシャル層の表面に存在するエピタキシャル層起因欠陥および非エピタキシャル層起因異物からなる群から選択される異常種を輝点として検出することを含み、
前記第一の受光系、第二の受光系および第三の受光系は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なり、
前記３つの受光系の中で、１つの受光系は全方位光を受光し、他の２つの受光系は、方位角が異なる偏光をそれぞれ選択受光し、
前記第一の受光系は、全方位光を受光し、
前記第二の受光系は、方位角θ 1 °の偏光を受光し、
前記第三の受光系は、方位角θ 2 °の偏光を受光し、
０°≦θ 1 °≦９０°であり、９０°≦θ 2 °≦１８０°であり、
前記第一の受光系の受光角は、前記第二の受光系および前記第三の受光系の受光角より高角度であり、
測定結果１における検出の有無および検出サイズ、測定結果２における検出の有無および検出サイズ、ならびに測定結果３における検出の有無および検出サイズからなる群から選ばれる判別基準に基づき、前記検出された異常種がエピタキシャル層起因欠陥であるか非エピタキシャル層起因異物であるか判別することを更に含む、前記評価方法。 - 前記判別を、下記基準：
- 前記Ｘは、１．２＜Ｘ＜１．６である、請求項２に記載の評価方法。
- 前記入射光の入射角度は、前記エピタキシャル層の表面と水平な全方向を０°、該表面と垂直な方向を９０°として、０°超９０°未満の範囲である請求項１〜３のいずれか１項に記載の評価方法。
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