JPH03225939A

JPH03225939A - 膜付きウエハの表面検査方法

Info

Publication number: JPH03225939A
Application number: JP2108090A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kurihara; 栗原　肇
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1991-10-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コこの発明は、蒸着膜（以下（１１に膜という）が蒸着さ
れた膜付きウェハの表面の膜厚の不均一、または付着異
物などの欠陥を検出する検査方法に関するものである。

［従来の技術］半導体ＩＣの製造工程においては、ＣＶＤ装置により各
種のガスを反応させ、生成された微粒子をシリコンウェ
ハの表面に蒸着して膜付きウェハが製作される。蒸着さ
れる膜には例えば、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−８ｉ）
やプラズマ酸化シリコン（Ｐ−８ｉＯ）など各種があり
、それぞれにより半導体層または絶縁層が逐次形成され
る。この場合、ガスの種類と混合割合、圧力、フロー状
態、ないしは温度、蒸着時間などにより形成された膜厚
やその均一性が左右される。品質の良好なＩＣを作るた
めには当然、均一で所定の膜厚とすることが望ましい。

また、蒸着の際ガスに含まれるか、またはＣＶＤ装置内
に残留する異物が膜に付着することがあり、異物はＩＣ
の品質を阻害する欠陥となる。

従来においては、膜が蒸着される前の、いわゆる鏡面ウ
ェハに対しては表面欠陥検査装置による検査が行われて
いるが、膜付きウェハに対しては生産工程中に効率的に
検査する適当な方法がなく、いわば経験的に適切な膜厚
がえられているものとされ、その不均一・や付着した異
物などの欠陥は、ＩＣの段階でＩＣテスターにより電気
的または論理的に検出するものとされている。最近にお
いては、ＩＣのパターンサイズがますます微細化し、こ
れに対応して蒸着の段階で膜厚の不均一や欠陥を検査し
、ＩＣの生産歩留まりを向上することが望ましい。この
ような現状に対して、−）：記した鏡面ウェハに対する
表面欠陥検査装置を適用して膜付きウェハの表面の状態
を検査することが可能と考えられる。

第３図（ａ）は鏡面ウェハに対する表面欠陥検査装置の
光学系の構成例を示す。投光系２の光源２ａよりのレー
ザビームを集束レンズ２ｂにより微小な直径のスポット
に集束し、被検査の鏡面ウェハ１の表面に対して適当な
入射角φで投光して走査する。なお、この場合の走査は
、ウェハ１を回転し、スポットをウェハ１の中心より半
径方向に移動してスパイラルに走査する回転走査方式が
効率的であるので、多くの場合この方式が使用されてい
る。ここで便宜上スパイラルの各円周を走査円周と呼ぶ
こととする。入射角φに対して反射角φをなす正反射角
の方向に、集光レンズ３ａ）ミラー３ｂ１ピンホール板
３ｄ１および２個の光電変換器３ｃｍ１，３ｃｍ２より
なる受光系３を設ける。

表面におけるスポットの正反射光、または欠陥による散
乱光は集光レンズ３ａにより集光され、散乱光は光電変
換３ｃｍ１に受光されて検出信号が出力される。ただし
、欠陥が面積が広くその割りに深さが浅い凹面であると
きは散乱光が弱いので検出できない。これに対して、凹
面により正反射光は方向が変化することを利用して検出
する。すなわち、ミラー３ｂにより正反射光を直角方向
に反射し、これをピンホール板３ｄのピンホールを通し
て光電変換Ｗ３ｃｍ２に受光し、正反射光の方向が正常
より変化するとピンホールにより遮断されるので、その
変化により凹面欠陥が検出される。

なおここで、検出された欠陥信号および欠陥データの処
理について説明しておく。

第３図（ｂ）は時間軸ｔに対する受光信号電圧の１例を
示すもので、受光系３に混入するノイズＮに対して適当
な閾値ｖｓで欠陥信号Ｓを検出する。

一方、図（Ｃ）において、ウェハ１の表面を、半径ｒ方
向のΔｒと回転角度０方向のΔθを有する微小な振方形
の単位セルＱに区分する。各単位セルに対する走査円周
は多数あるので、１個の欠陥が５− 多数回検出されるが、信号処理またはデータ処理により
欠陥信号が１個に集約されて欠陥データとされ、欠陥の
存在する単位セルＱごとにメモリの対応するアドレスに
記憶され、データ処理により欠陥が存在位置に対応して
マツプ表示される。

以−ヒの表面欠陥検査装置は１例であって、光学系の構
成方法には第３図（ａ）と微細な点で異なるものがある
が、欠陥検出原理はいずれも同等である。また回転走査
方式に対してＸＹ走査方式があり、その場合は」ユ記の
単位セルは方形となるが、欠陥データの処理と記憶およ
びマツプ表示方式は上記と同様である。

［解決しようとする課題］上記の鏡面ウェハに対する欠陥検出光学系を膜付きウェ
ハに適用するときは、膜に含まれる結晶微粒子によりス
ポットが散乱し、この散乱光が欠陥信号に伴うために、
上記した鏡面ウェハに対する欠陥検出方法はそのまま適
用できない。以下、その理由を説明する。

第４図（ａ）〜（Ｃ）は膜付きウェハの欠陥と、そ６一の受光信号を説明するもので、図（ａ）において鏡面ウ
ェハ１の表面に膜１ａが蒸着されたものとし、その一部
分を拡大すると図（ｂ）に示すように、正常な膜ｍと、
これに付着した異物りがあり、また、膜厚の不均一・に
よる盛り上がり部ｉや凹面ｊが存在する。これらに対す
る受光信号を図（ｃ）に示す。

正常な膜ｍに対する波形は微粒子に対応して変化する高
周波のＳｍであり、異物りに対するそれは異物の大きさ
に対応して突出したｓｈである。盛り」二がり部ｉに対
する波形は通常やはり盛り上がったＳｌとなり、凹面ｊ
については、ウェハの鏡面よりの正反射光が前記した正
反射光受光方法により受光されて、波形はＳ」のように
突出する。

ここで重要なことは、膜の種類により結晶微粒子の大き
さと分布密度や反射率が異なるために、正常な膜ｍに対
する受光信号５Ｉ１１の波高値が種類ごとに変化するこ
とである。さらに、上記した回転走査方式においては、
走査位置が中心より半径方向に進むに従って走査速度が
変化するので、受光信号５ＩＩｌのレベルに偏差を生ず
る。このような受光信号に対して適切なレベルの閾値Ｖ
ｓを設定すれば、ノイズＮが除去されて異物ｈ１盛り上
がり部１１凹而ｊをそれぞれ検出することができる筈で
ある。そこで、膜の種類や走査位置による受光信号の変
化または偏差を排除し、正常な膜ｍは検出せず、その不
均一性による盛り−Ｌがり部１１凹而ｊおよび付着異物
りを検出できる適切な閾値を求めることが問題である。

この発明は以上に鑑みてなされたもので、予め適当なテ
スト板により適切な閾値を求め、これにより受光信号よ
り、膜厚の不均一性や付着した異物などの欠陥を検出し
て膜付きウェハを検査する方法を提供することを目的と
するものである。

［課題を解決するための手段コこの発明は、ウェハの表面に対してレーザスポットを走
査し、スポットの反射光を受光した受光信号のデータを
、ウェハの表面を微小な面積に区分した単位セルごとに
記憶して出力する表面検査装置における膜付きウェハの
表面検査方法である。

ＣＶＤ装置により同一種類の蒸着膜が蒸着された適当な
複数枚のテストウェハのそれぞれに対してレーザスポッ
トの走査を行い、えられた受光信号に対して閾値を０と
してテスト信号を検出し、テスト信号の低周波数成分を
抽出してテストデータとし、これをメモリの単位セルに
対応するアドレスに記憶する。記憶されたテストデータ
より、複数枚の各テストウェハの単位セルに対する平均
値を計算する。膜付きウェハの検査においては、該平均
値を、テストウェハと同一種類の膜付きウェハの受光信
号に対する閾値として、膜厚の不均一性、または付着異
物の欠陥を検出するものである。

Ｌ記において、スポットの走査を回転方式により行う場
合は、複数枚のテストウェハの同一の走査円周に沿った
各単位セル群に対するテストデータの平均値を、被検査
の膜付きウェハの対応する各単位セル群の受光信号に対
する閾値とする。

［作用］以上の欠陥検出方法においては、同一種類の膜を何する
複数枚の膜付きウェハをテストウェハとし、これらに対
してレーザスポットを走査し、え−〇− られた受光信号に対して閾値をＯとしてテスト信号を検
出する。このテスト信号にはノイズ成分、膜の微粒子に
よる高周波数成分とともに、膜厚の不均一および付着し
た異物に対する成分が含まれている。しかし、これより
抽出された低周波数成分のテストデータは、微粒子、膜
厚の不均一、異物による高周波成分が除去され、膜の種
類に対応した正常な膜の微粒子の散乱光のレベルを表す
。

テストデータはウェハの表面を微細に区分した単位セル
ごとに記憶され、ついで複数枚のテストウェハのすべて
の単位セルについて平均される。この平均値は同一・種
類の正常な膜の受光信号の平均強度を示す。なお、テス
トウェハを複数枚とする理由は、同一種類の膜であって
もＣＶＤ装置により蒸着状態には相違があり、また同一
のＣＶＤ装置であってもつねに同一の蒸着ができると限
らないからである。ただし、各テストウェハのテストデ
ータがほとんど等しいときは、複数枚を必要とせず１枚
について行えばよいことは勿論である。

検査においてはテストウェハと同一種類の膜付１０− きウェハを対象とし、その受光信号に対して上記の平均
値が閾値として設定され、ノイズ成分と正常な膜部分は
検出されず、膜厚の不均一と付着した異物などの欠陥が
検出される。

上記の方法はＸＹ走査方式に対しては妥当なものである
が、走査方式が回転式の場合は、半径」二の位置による
走査速度の変化により、受光信号のレベルに偏差がある
ことを考慮し、各テストウェハの同一の走査円周に沿っ
た単位セル群に対するテストデータを、各テストウェハ
の対応する単位セル群について平均した平均値を求めて
、単位セル群ごとの閾値とし、より正確な検出を行うも
のである。

［実施例］第１図（ａ）、（ｂ）により、この発明による膜付きウ
ェハの表面欠陥検出方法の実施例における平均値の計算
方法と、表面検査装置の受光信号より膜厚の不向−一と
欠陥の検出方法を説明する。ただし走査を回転方式の場
合とする。図（ａ）において、作用膜が蒸着されたウェ
ハをテストウェハｌ′とする。膜の種類ごとに以下述べ
る方法をそれぞれ行う。ここで１ｂはウェハの結晶方向
を示すオリエンテーション・フラット（ＯＦ）である。

同一種類の膜を有する複数枚のテストウェハ１′のそれ
ぞれに対してスポットを走査し、えられた受光信号を閾
値をＯとして検出してテスト信号とする。テスト信号を
低域フィルタを通して高周波数成分をカットする。一方
、テストウェハ１′の表面を微細に区分した単位セルＱ
ごとにテスト信号に対するテストデータを記憶し、複数
枚のテストウェハの同一・の走査円周に沿った各単位セ
ル群Ｑｎ（ｎ　：　’１位セル群の番号）に対するテス
トデータの平均値Ｖｓｎを求める。

次に第１図（ｂ）は、被検査の膜付きウェハに対してえ
られた受光信号電圧を示す。ただし膜の状態と受光信号
は第４図（ｂ）、（ｃ）に示したものと同様とする。こ
れに対して平均値Ｖｓｎを閾値として検出すると、まず
ノイズＮが除去（ただしＶｓｎ＞Ｎとする）される。正
常な膜ｍに対する受光信号Ｓ＋ｎはほとんど検出されな
いが、異物りに対する受光信号ｓｈと、膜厚の不均一に
よる盛り上がり部ｉおよび凹面ｊに対する信号Ｓｉ、８
ｊはそれぞれ検出される。このような検出処理をｎを変
えて各単位セル群Ｑｎについて行う。

第２図は、この発明による膜付きウェハの表面検査方法
を適用した検査装置の実施例のブロック構成を示す。た
だし光学系は第３図（ａ）によるものとして図示を省略
する。まず、平均値の計算を述べると、回転するテスト
ウェハ１′に対して前記の方法によりスポットが走査さ
れ、光電変換器３ｃの受光信号はスイッチ６ａにより低
域フィルタ７に人力して高周波成分がカットされ、スイ
ッチ６ｂを経て信号前処理部８に入力する。ここで受光
信号に対して閾値をＯとして検出されたテスト信号は、
前記したように単位セルごとに１個に集約され、Ａ／Ｄ
変換器９によりデジタル化されてテストデータとなり、
データ処理部４のマイクロプロセッサ４ａに入力する。

一方、回転基準検出器５によりウェハ１′のＯＦが検出
され、その検出信号がマイクロプロセッサ４ａに転送さ
れて１３一回転角度の基準位置とされ、上記により入力したテスト
データは、メモリ４ｂの単位セルに対応するアドレスに
記憶される。記憶されたデータより、複数枚のテストウ
ェハの同一の走査円周に沿った各単位セル群Ｑｎに対す
る平均値Ｖｓｎが計算される。検査においては、４テス
トウエハと同一種類の膜付きウェハを対象とし、光電変
換器３Ｃよりの受光信号は、スイッチ６ａ、６ｂの切り
替えにより低域フィルタが外され、直接、信号前処理部
８に入力して上記とほぼ同様に処理される。ここで、信
号前処理部８に対してマイクロプロセッサ４ａにより、
上記の平均値Ｖｓｎが各単位セル群Ｑｎごとに切り替え
られて閾値として与えられ、膜厚の不均一による盛り上
がり部、凹面、または付着異物が検出され、検出信号は
Ａ／Ｄ変換器９によりデジタル化されてマイクロプロセ
ッサ４ａに入力する。マイクロプロセッサ４ａにおいて
所定の処理がなされて検査データが出力表示部４Ｃにマ
ツプ表示される。なお、上記においてはテストウェハを
複数枚としたが、それぞれのテストデータに４− ほとんど差異がないときは１枚のテストウェハに対する
平均値を閾値としてよい。

上記の実施例は回転走査方式に対するものであるが、Ｘ
Ｙ走査方式の場合は走査位置による受光信号の偏差がな
いので、上記の単位セル群によらず、複数枚のテストウ
ェハ１′のすべての単位セルに対するテストデータの平
均値を計算し、これを同一種類の被検査の膜付きウェハ
の受光信号に対する閾値とするものである。

以上の平均値は種類の異なる膜ごとに上記により計算さ
れる。

［発明の効果］以上の説明により明らかなように、この発明による膜付
きウェハの表面検査方法においては、テストウェハに対
するテスト信号より、高周波数成分を除いたテストデー
タを平均することにより、作用膜の微粒子の散乱光に対
する受光信号の平均値かえられ、種類の異なる膜を有す
るテストウェハに対する平均値をそれぞれ求めることに
より、各種の膜付きウェハの検査において、受光信号に
対する妥当な閾値かえられる。特に、回転走査方式に対
しては、走査円周に沿った単位セル群に対する平均値を
とることにより、走査速度の変化による受光信号レベル
の偏差が排除されて、より妥当な閾値とされ、従来行わ
れていなかった膜付きウェハの膜厚の不均一と、付着し
た異物などの欠陥が効率的に検査できるもので、ＣＶＤ
装置における膜の蒸着状態に対する評価データを提供で
きる効果には大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は、この発明による膜付きウ
ェハの表面検査方法の実施例における、平均値の計算方
法と、該平均値を閾値とした膜付きウェハの受光信号に
対する検出方法の説明図、第２図は、この発明による膜
付きウェハの表面検査方法を適用した検査装置の実施例
におけるブロック構成図、第３図（ａ）、（ｂ）および
（ｃ）は、鏡面ウェハに対する表面欠陥検査装置の光学
系と、受光信号より欠陥を検出する方法、および検出さ
れた欠陥データの処理方法の説明図、第４図（ａ＞は、
鏡面ウェハに膜が形成された状態の説明図、第４図（ｂ
）は、膜の不均一な状態及び膜上の異物の状態の説明図
、第４図（ｃ）は、図（ｂ）の様な膜付ウェハに対する
鏡面ウェハ用の説明図である。１・・・鏡面ウェハ、　　　　１ａ・・・作用膜、１ｂ
・・・オリエンテーション・フラット、１′・・・テス
トウェハ、２・・・投光系、２ｂ・・・集束レンズ、３ａ・・・集光レンズ、３ｃ・・・充電変換器、４・・・データ処理部、４ｂ・・・メモリ、５・・・回転基準検出器、７・・・低域フィルタ、９・・・Ａ／Ｄ変換器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ウェハの表面に対してレーザスポットを走査し、
該レーザスポットの反射光を受光した受光信号のデータ
を、上記表面を微小な面積に区分した単位セルごとに記
憶して出力する表面検査装置において、ＣＶＤ装置によ
り同一種類の蒸着膜が蒸着された複数枚のテストウェハ
のそれぞれに対して上記レーザスポットの走査を行い、
えられた上記受光信号に対して閾値を０としてテスト信
号を検出し、該テスト信号の低周波数成分を抽出したテ
ストデータを、メモリの上記単位セルに対応するアドレ
スに記憶し、該記憶されたテストデータより上記複数枚
のテストウェハの単位セルに対する平均値を計算し、該
平均値を上記テストウェハと同一種類の被検査の膜付き
ウェハの上記受光信号に対する閾値として、上記蒸着膜
の膜厚の不均一、または上記蒸着膜に付着した異物の欠
陥を検出することを特徴とする、膜付きウェハの表面検
査方法。
（２）上記において、上記スポットの走査方法を回転方
式とし、上記複数枚のテストウェハの同一の走査円周に
沿った各単位セル群に対する上記テストデータの平均値
を、上記被検査の膜付きウェハの対応する各上記単位セ
ル群の上記受光信号に対する閾値とする、請求項１記載
の膜付きウェハの表面検査方法。