JPH11284038A - パーティクル検出方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ表面の異物、ＣＯＰが分離・検出
可能で、異物の高さも計測して、薄い異物を認識するパ
ーティクル検出方法およびその装置を提供する。 【解決手段】 シリコンウェーハＷ表面にレーザ光を斜
め照射し、その散乱光を照射方向に対して前方、後方、
上方の３方向から受光することで、ＣＯＰからの微弱な
散乱光であっても、十分に異物とＣＯＰを分離・検出で
きる。しかも、各異物からの光の散乱に関して、傾斜照
射方向に対して側方から受光の散乱光の強度を計測する
ことで、この異物の高さを計測することができる。この
結果、シリコンウェーハＷ表面に存在する異物、ＣＯＰ
を分離して検出できるとともに、この異物の高さも計測
することができ、よって薄い異物の認識が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はパーティクル検出
方法およびその装置、詳しくは半導体ウェーハ表面の異
物（ごみ）と、ピットであるＣＯＰとを分離して検出
し、しかも異物の高さも計測するパーティクル検出方法
およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】研磨、洗浄後、デバイス工場へ出荷され
るＣＺシリコンウェーハの表面には、その大きさや個数
の違いはあるものの、通常、ウェーハ傷や異物などの表
面欠陥が存在する。例えば、スリップや、ウェーハ表面
に付着した金属不純物，有機物といった異物（ごみ）、
シリコンインゴットの結晶成長欠陥に起因したウェーハ
表面の窪みであるＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉ
ｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）などがそれである。こ
れらの異物、ＣＯＰ、キズ、突起、汚れなどは、デバイ
スの微細化が進み、かつチップ面積が大きくなるにつれ
て、デバイスの製品歩留りや信頼性に大きな影響を与え
てしまう。これは、ウェーハ表面、特にウェーハ表面の
外観形状不良が、製品歩留りの低下の最大要因となって
いるためである。この結果、ウェーハの傷や異物などが
基準値以上であれば不良品となり、少ないほど良品の度
合いが増す。

【０００３】このようなウェーハ表面の異物、キズ、突
起、ＣＯＰ、汚れなどは、通常、全反射蛍光Ｘ線分析装
置、原子間力顕微鏡などの顕微鏡、パーティクルカウン
タといった各種の検査装置によって検査される。このう
ちのパーティクル検出装置は、ウェーハ表面をレーザ光
により走査し、パーティクルなどからの光散乱強度を測
定することにより、異物やＣＯＰなどの位置および大き
さを認識する目視検査によらない間接的な検出装置であ
る。このパーティクル検査装置を分類するにあたって、
ウェーハ表面に対するレーザ光の照射角度の違いによっ
て分類する方法がある。具体例を挙げれば、テンコール
株式会社製の「ＳＦＳ６２００」などの垂直方向からレ
ーザ光を照射するものと、同じくテンコール株式会社製
の「ＳＦＳ６４２０」などの傾斜方向からレーザ光を照
射するものとがそれである。またこの他にも、垂直およ
び傾斜の両方向からレーザ光を照射可能な日立電子エン
ジニアリング株式会社製の「ＬＳ６３１０」もある。な
お、散乱光を構成する成分には、ウェーハ表面で反射し
た前方散乱成分と、直接異物に当たって散乱した側方・
後方散乱成分とが挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ウェーハ表
面の評価を行う際に、近年では、異物とＣＯＰとを区分
して評価する傾向にある。これは、半導体ウェーハ表面
の欠陥の発生原因の追求を容易にし、その改善策を見つ
けやすくするためである。すなわち、ウェーハ表面の異
物の数が多ければ、ウェーハ製造工程での洗浄などが不
十分であるとか、ウェーハ輸送中のごみ類の付着量が多
いといった原因の類推を行うことができる。また、ＣＯ
Ｐの数が多い場合には、シリコン単結晶インゴットの作
製時に、単結晶インゴットの引き上げ成長欠陥が多いと
いった原因を類推することができる。そこで、このよう
な異物、ＣＯＰを分離して検出することができる先行技
術のパーティクル検出装置として、例えば図４，図５に
示すような検出装置が知られている。

【０００５】図４は先行技術のパーティクル検出装置の
概略構成の正面図である。また、図５は先行技術のパー
ティクル検出装置の概略構成の平面図である。図４，図
５に示すように、先行技術のパーティクル検出装置１０
０は、シリコンウェーハＷが載置される検査ステージＳ
の一側上方に、レーザ光傾斜照射部１０１を有してい
る。また、このレーザ光傾斜照射部１０１の近傍には後
方受光部１０２が配置され、レーザ光傾斜照射部１０１
と対向する検査ステージＳの他側上方に前方受光部１０
３が配置されている。さらに、検査ステージＳの上方位
置には、上方受光部１０４が配置されている。

【０００６】レーザ光傾斜照射部１０１から照射された
レーザ光は、シリコンウェーハＷの表面欠陥に当たって
散乱する。これを照射方向に対して前方、後方および上
方の３方向に配置された受光部１０２〜１０４を用いて
高感度に検出することで、シリコンウェーハＷの表面に
付着した異物だけでなく、微細なピットであるＣＯＰも
良好に検出することができる。

【０００７】ところが、このようなパーティクル検出装
置１００であっても、異物の形状を把握することは不可
能であった。すなわち、異物の高さを知ることができ
ず、例えばウェーハ研磨時に、上，下の研磨定盤間で押
し潰された研磨砥粒などの薄い異物を認識することがで
きなかった。

【０００８】

【発明の目的】そこで、この発明は、半導体ウェーハ表
面に存在する異物、ＣＯＰを分離して検出することがで
きるとともに、この異物の高さも計測して、薄い異物を
認識することができるパーティクル検出方法およびその
装置を提供することを、その目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、半導体ウェーハの表面に傾斜方向からレーザ光を照
射し、その散乱光を検出することにより、半導体ウェー
ハ表面の異物、ＣＯＰを含むパーティクルを検出するパ
ーティクル検出方法において、レーザ光の散乱光を、照
射方向に対して前方、後方、上方の３方向から受光する
ことで、異物とＣＯＰとを分離して検出する工程と、レ
ーザ光の散乱光を照射方向に対して側方から受光するこ
とで、その異物の高さを計測する工程とを備えたパーテ
ィクル検出方法である。半導体ウェーハとしては、シリ
コンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハなどが挙げられ
る。

【００１０】レーザ光の種類には、ヘリウム−ネオンレ
ーザ光、アルゴンレーザ光などが挙げられる。このよう
なレーザ光を収束して照射し、パーティクルからの散乱
光を広い立体角でフォトマルチプライヤ（光電子増倍
管）またはフォトダイオードにより受光するのが一般的
である。受光に際しては、光ファイバ，積分球，楕円
鏡，放物面鏡，広角レンズなどのいずれか、あるいは、
これらを組み合わせた光学系などを用いて、散乱光を広
い立体角で集光するように構成されている。レーザスポ
ットの走査方式には、大きく分けてＸＹ走査方式と、螺
旋回転方式の２通りがあり、いずれかによって半導体ウ
ェーハ上を全面走査することにより、所定のパーティク
ルマップおよびヒストグラム表示が得られる。

【００１１】また、ウェーハ表面に対して傾斜方向から
レーザ光を照射するとは、レーザ光をウェーハ表面に対
して所定角度だけ傾斜させて照射することである。ここ
でいうレーザ光の照射角度とは、半導体ウェーハの表面
に対して照射されたレーザ光がなす角度をいう。このレ
ーザ光の照射角度は１０〜３０度、特に１５〜２５度が
好ましい。１０度未満では散乱強度が弱くなり、検出能
力が低下するという不都合が生じる。また、３０度を超
えるとＣＯＰと異物との分離がしずらくなるという不都
合が生じる。ウェーハ表面の散乱光を側方から受光する
際には、レーザ光の照射方向に対して任意の一側方だけ
で受光してもよいし、両側方から受光してもよい。もち
ろん好ましいのは、より高感度となる両側方からの受光
である。

【００１２】請求項２に記載の発明は、半導体ウェーハ
表面に傾斜方向からレーザ光を照射するレーザ光傾斜照
射部と、このレーザ光傾斜照射部から半導体ウェーハ表
面に対して傾斜して照射されたレーザ光の散乱光を、こ
の照射方向に対して前方から受光する前方受光部、後方
から受光する後方受光部、上方から受光する上方受光
部、および、側方から受光する側方受光部とを備えたパ
ーティクル検出装置である。なお、この側方受光部は照
射方向の両側でも片側だけでもよい。

【００１３】

【作用】この発明によれば、半導体ウェーハの表面に傾
斜方向からレーザ光を照射し、その散乱光を、照射方向
に対して前方、後方、上方の３方向から受光すること
で、異物とＣＯＰとを分離・検出する。すなわち、散乱
光の成分である上述した前方散乱成分、側方・後方散乱
成分および前方・側方散乱成分を、前方、後方、上方の
３方向から立体的に受光する。これにより、微弱なＣＯ
Ｐからの散乱光であっても、そのウェーハ表面上での位
置および大きさを判断することができる。

【００１４】しかも、この異物位置からのレーザ光の散
乱光のうち、側方散乱成分を傾斜照射方向に対して側方
から受光する。この側方散乱成分により異物と判断され
たものの高さが計測される。すなわち、各異物位置から
の光の散乱に関して、傾斜照射方向に対して側方から受
光された散乱光の強度を計測することで、この異物の高
さを計測することができる。この結果、半導体ウェーハ
表面に存在する異物、ＣＯＰを分離して検出できるとと
もに、この異物の高さも計測することができ、よって薄
い異物の認識が可能となる。なお、ここでいう薄い異物
とは、例えば研磨財が平面的に凝集した粒子やＴＤＨ
（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｈａｚｅ）である。
次に、図３（ａ），（ｂ）を参照して異物形状の認識方
法を説明する。

【００１５】図３（ａ）はレーザ光の傾斜照射方向に対
して前方、後方、上方の３方向から散乱光を受光したと
きの半導体ウェーハ表面上の異物の分布を示す平面図で
ある。図３（ｂ）は上記３方向に加えてレーザ光の傾斜
照射方向に対して側方から散乱光を受光したときの半導
体ウェーハ表面上の異物の分布を示す平面図である。半
導体ウェーハ表面を傾斜方向から照射されたレーザ光に
より走査すると、異物やＣＯＰが混在した表面欠陥が検
出される。この際、前方、後方、上方の３方向から散乱
光を受光しているために、異物とＣＯＰとが分離されて
検出される。図３（ａ）の半導体ウェーハＷａの表面上
にその検出結果を示す。なお、説明の都合上、ここでは
異物だけを●で示している。あらかじめ、散乱光を３方
向から受光しているので、異物の大きさは例えば色相な
どで区別されて既知となっている。これにより、通常、
側方より捕らえられた散乱光の強度は、レーザ光の反射
面積の関係から異物Ａの高さに応じて増減する。

【００１６】図３（ｂ）において、半導体ウェーハＷａ
上の●は、図３（ａ）のものとほぼ同じサイズで異物が
検出された場所を示す。△は、図３（ａ）のものより小
さいサイズで異物が検出された場所を示す。×は、図３
（ａ）では異物として検出されたが、側方受光部による
検出では異物として検出されなかった場所を示す。な
お、異物の形状の認識は、異物の大きさをＰ、異物の高
さをｑとした異物の幅と高さ（厚さ）の関係式：ｑ／Ｐ
によって判断する。例えば、ｑ／Ｐ＞０．８を立方体に
近い異物（図３（ｂ）の●）とする。また、０．２＜ｑ
／Ｐ＜０．８を比較的薄い異物（図３（ｂ）の△）とす
る。さらに、ｑ／Ｐ＜０．２を極めて薄い異物（図３
（ｂ）の×）とする。このようにして、従来では検出で
きなかった異物の高さを検出することができる。この結
果、薄い異物を認識することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して説明する。図１は、この発明の一実施例に係る
パーティクル検出装置の概略構成正面図である。図２
は、この発明の一実施例に係るパーティクル検出装置の
概略構成平面図である。図１において、１０はパーティ
クル検出装置であり、このパーティクル検出装置１０
は、シリコンウェーハＷを吸着保持可能な検査ステージ
Ｓを有している。検査ステージＳの一側上方には、シリ
コンウェーハＷの鏡面仕上げされた表面に対して、傾斜
方向からレーザ光を照射するレーザ光傾斜照射部１１が
配置されている。なお、この検査ステージＳは回転、Ｘ
Ｙ平面での移動などを可能に構成することができる。レ
ーザ光傾斜照射部１１についても同様に各方向に移動自
在に構成することができる。また、検査ステージＳの周
囲には、レーザ光傾斜照射部１１からシリコンウェーハ
Ｗの表面に傾斜照射されたレーザ光の散乱光を受光する
多数の受光部が配置されている。すなわち、レーザ光の
照射方向に対して、前方には前方受光部１２、後方には
後方受光部１３、上方には上方受光部１４、そして両側
方には側方受光部１５，１６がそれぞれ配置されてい
る。各受光部の構成は上述のように既知の受光素子を用
いている。レーザ光傾斜照射部１１は、図外のアルゴン
光源から得られたアルゴンレーザ光を、シリコンウェー
ハＷの表面に対して角度θで照射する装置である。この
装置では、照射角度θが２０度に設定されている。ま
た、この照射角度を可変とすることもできる。

【００１８】次に、このパーティクル検出装置１０によ
るパーティクル検出方法を説明する。図１，図２に示す
ように、検査ステージＳ上にシリコンウェーハＷをセッ
トした後、レーザ光傾斜照射部１１からレーザ光をウェ
ーハ表面に斜め上方より照射する。この照射されたレー
ザ光は、シリコンウェーハＷの表面上の各種欠陥に当た
って散乱する。この散乱光を照射方向に対して前方、後
方および上方の３方向に配置された各受光部１２〜１４
が立体的に受光することで、シリコンウェーハＷの表面
に付着した異物だけでなく、微弱な散乱光しか発生しな
いウェーハ表面上の窪み欠陥であるＣＯＰも良好に検出
することができる。

【００１９】しかも、レーザ光の散乱光のうちの側方散
乱成分を、傾斜照射方向に対して両側方に配置された側
方受光部１５，１６が受光することで、この異物と判断
されたものの高さが計測される。すなわち、異物の周辺
位置からの光の散乱に関して、両側方の受光部１５，１
６から検出された散乱光の強度を計測することで、この
異物の高さを計測することができる。この結果、シリコ
ンウェーハＷの表面に存在する異物、ＣＯＰを分離して
検出できるとともに、この異物の高さも計測することが
できる。よって、異物のウェーハ表面上の位置および大
きさだけでなく、その形状をも認識することができる。
これにより、シリコンウェーハＷの表面の欠陥の発生原
因の追求が容易になり、その改善策も見つけやすい。例
えば大きさ（幅）が１０００ｎｍ以下で、高さが５０ｎ
ｍ以下の薄い平板状の異物（ごみ）でも、良好に検出す
ることができる。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、傾斜方向から半導体
ウェーハの表面に照射されたレーザ光の散乱光を、照射
方向に対して前方、後方、上方および側方の各位置から
受光するようにしたので、半導体ウェーハ表面の異物お
よびＣＯＰを分離して検出することができるとともに、
この異物の高さも計測して、薄い異物を認識することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るパーティクル検出装
置の概略構成正面図である。

【図２】この発明の一実施例に係るパーティクル検出装
置の概略構成平面図である。

【図３】（ａ）は、この発明の一実施例に係るレーザ光
の傾斜照射方向に対して前方、後方、上方の３方向から
散乱光を受光したときの半導体ウェーハ表面の欠陥状況
を示す模式的な平面図である。（ｂ）は、この発明の一
実施例に係る３方向受光に加えて側方からも散乱光を受
光したときの半導体ウェーハ表面の異物の分布を示す模
式的な平面図である。

【図４】先行技術のパーティクル検出装置の概略構成の
正面図である。

【図５】先行技術のパーティクル検出装置の概略構成の
平面図である。

【符号の説明】

１０ パーティクル検出装置、 １１ レーザ光傾斜照射部、 １２ 前方受光部、 １３ 後方受光部、 １４ 上方受光部、 １５，１６ 側方受光部、 Ｗシリコンウェーハ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェーハの表面に傾斜方向からレ
   ーザ光を照射し、その散乱光を検出することにより、半
   導体ウェーハ表面の異物、ＣＯＰを含むパーティクルを
   検出するパーティクル検出方法において、 レーザ光の散乱光を、照射方向に対して前方、後方、上
   方の３方向から受光することで、異物とＣＯＰとを分離
   して検出する工程と、 レーザ光の散乱光を照射方向に対して側方から受光する
   ことで、その異物の高さを計測する工程とを備えたパー
   ティクル検出方法。
2. 【請求項２】 半導体ウェーハ表面に傾斜方向からレー
   ザ光を照射するレーザ光傾斜照射部と、 このレーザ光傾斜照射部から半導体ウェーハ表面に対し
   て傾斜して照射されたレーザ光の散乱光を、この照射方
   向に対して前方から受光する前方受光部、後方から受光
   する後方受光部、上方から受光する上方受光部、およ
   び、側方から受光する側方受光部とを備えたパーティク
   ル検出装置。