JPH11354599A - シリコンウェーハの結晶欠陥の検査方法、および同方法に使用する結晶欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確で、且つ迅速なエピタキシリアルシリコ
ンウェーハの結晶欠陥を検査する装置及び同装置を用い
たエピタキシリアルシリコンウェーハの結晶欠陥検査方
法の提供。 【解決手段】 ＣＣＤ撮像素子と微分干渉型顕微鏡とを
備えた装置に於いてＣＣＤ撮像素子を高速でスキャンさ
せながら、シリコンウェーハの異常である輝点を検出さ
せ、次いでこの輝点の座標位置を決定させて、より高倍
率で輝点を形状情報として捉え、この情報に基づきゴミ
か欠陥かを判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 この発明は半導体デバイス
製造に用いるシリコンウェーハの結晶欠陥の検査装置お
よび同装置を利用したシリコンウェーハの結晶欠陥の検
査方法に関する。更に詳しくは、微分干渉型顕微鏡とＣ
ＣＤ撮像素子を組合わせて欠陥位置を調べ、その欠陥位
置に関する画像情報を得てその形状から真のシリコンウ
ェーハの結晶欠陥とゴミとを区別することの出来る検査
装置及び同装置を利用したシリコンウェーハの結晶欠陥
の検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】 シリコンエピタキシャル成長時に形成
される結晶欠陥は、基板上のゴミあるいはキズを核にし
て（１１１）面方向に異常成長するため、一辺がエピタ
キシャル膜厚さの√２倍あるいはそれ以上の大きさの盛
り上がった欠陥となる。その高さは数ナノメーターから
数ミクロンの広い範囲で存在する。このような結晶欠陥
の上にデバイスチップを製造すれば直ちに不良品が発生
することとなる。この結晶欠陥を、表面に付着したゴミ
と区別して検出するか、若しくはその形状情報を得るた
めの従来の検査方法としては次のようなものが挙げられ
る。

【０００３】ａ．レーザーゴミ検出装置による検出 レーザー光の乱反射現象を用いたゴミ検出機のサイズ判
別機能を用い、数ミクロン以上の大きなゴミを便宜的に
結晶欠陥と見なす方法。最近の優れた洗浄技術の結果、
ミクロン単位のゴミは１〜２個以下となっており、大き
なものを結晶欠陥と見なせばより安全な品質管理として
使えるという考え方であるが、ゴミを結晶欠陥として取
り扱うリスクを完全には回避できず、その点で正確さに
欠ける方法である。また、この方法に於いては、転位を
伴わないなど軽度のなだらかな凸型の欠陥は乱反射を起
こさないため検出できず、転位を有していてもそれが軽
微な欠陥の場合には、転位の両端の僅かな乱反射をとら
えることができても、その地点だけの小さなゴミとして
しか検出できないため実際の欠陥の全体像は捉えられな
いと言う欠点がある。

【０００４】ｂ．レーザーゴミ検出装置で検出された輝
点位置情報を顕微鏡に取り込み、当該位置を観察する方
法 この方法では、輝点位置を微分干渉型顕微鏡で観察する
ため、形状判断が可能であるが、ゴミ検出装置が捉えた
位置のみを検査することとなり、上記レーザーゴミ検出
装置による検査と同様にゴミ検出装置が捉えることが出
来ない軽微な欠陥の情報については得られない点が最大
の欠点である。

【０００５】ｃ．微分干渉型顕微鏡による全面スキャニ
ング観察 微分干渉型顕微鏡を用い、５０〜１００倍程度の倍率で
ウェーハ上を全面スキャニングしながら観察すれば、軽
微なものを含め全ての欠陥を調べることができる。ゴミ
はこの倍率では通常見えないことが多く、結晶欠陥は効
率よく捉えられるが、操作そのもは人的な作業であるた
め極めて効率が悪く、大量のウェーハの検査には全く使
用できないと言う欠点がある。

【０００６】ｄ．微分干渉顕微鏡とＣＣＤ撮像素子及び
画像処理機能の組み合わせ ｃの方法を自動化するためＣＣＤで全面を検索する方法
であるが、ステップ方式で１視野毎に２次元画像を取り
込んで判別を行うため、シリコンウェーハの全面の検査
が終了するまでに長時間が掛かると言う問題を有してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】 本発明は、上記のよ
うな現状に鑑みてなされたものであり、シリコンウェー
ハに付着しているゴミとシリコンウェーハに形成されて
いる結晶欠陥をより正確にかつ高速で判別検査すること
のできる装置および判別検査方法を提供せんとするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】 シリコンエピタキシャ
ル膜成長時に、ゴミや欠陥を核として異常成長する結晶
欠陥は、通常のゴミ検査装置ではその正確な数や形状を
とらえることが困難であることに着目し、高さ方向の感
度に優れた微分干渉型顕微鏡とＣＣＤ撮像素子を組み合
わせて用いること、ＸあるいはＹ方向にウェーハをスキ
ャンしながら直交する方向にＣＣＤ撮像素子を一次元的
に使用して異常箇所が輝点として捉えられることを利用
し、その輝点の位置検出を行い、検出された輝点につい
ては２次元ＣＣＤ撮像素子による画像を画像情報として
取り込み、この画像情報を基に結晶欠陥とゴミとを区別
することで高速に検査を行うことのできるように構成さ
れた装置により上記課題を解決する。

【０００９】 シリコンエピタキシャル膜成長時に形成
される結晶欠陥を、高さ方向に優れた感度を持つ微分干
渉型顕微鏡と一次元的ＣＣＤ撮像素子で自動的に高速で
ウェーハ全面を検索して欠陥位置を求めるとともに、二
次元ＣＣＤ像の画像判別を行って一般ゴミと区別し、か
つ結晶欠陥の形状情報を得られるようにするものであ
る。

【００１０】 シリコンウェーハのエピタキシャル層の
結晶欠陥は、（１００）結晶方位を持つ基板ウェーハを
用いるＭＯＳ用エピタキシャルウェーハでは（１１１）
面に沿って結晶が異常成長するため表面での欠陥サイズ
はエピタキシャル厚さの少なくとも√２倍となる。エピ
タキシャルの厚さは通常３ミクロン以上が多いことか
ら、欠陥の大きさは４ミクロンを超えることとなる。こ
れは微分干渉顕微鏡の最低倍率５０倍を用いてもその存
在を輝点として充分に捉えることができる大きさであ
る。顕微鏡に一次元及び／又は二次元ＣＣＤ撮像素子を
装備して低倍率でスキャンしながら、スキャン方向に対
して直角に配置されたＣＣＤ撮像素子により輝点位置の
みの検出を高速で行う。輝点を検出した時に位置Ｘ−Ｙ
座標をコンピュータに記憶させるとともに、必要に応じ
て倍率を適宜拡大し、当該位置を中心に入るように被検
査体であるシリコンウェーハの保持手段であるステージ
を移動させ、次いで２次元ＣＣＤ撮像素子を駆動させ、
輝点の画像を取り込み、画像処理手段を用いて欠陥とゴ
ミの判別を行う。輝点が捉えられた時点で、二次元ＣＣ
Ｄ撮像素子を駆動させても良く、また、一次元ＣＣＤ撮
像素子によるウェーハの全面スキャニング終了後に輝点
を記録されている位置情報に基づき二次元ＣＣＤ撮像素
子で撮影することによりウェーハの全面検査を完了させ
ても良い。

【００１１】

【発明の実施の形態】 図１は本発明に係る検査装置の
構成を示す模式図である。即ち、本発明は、微分干渉型
顕微鏡と、該微分干渉型顕微鏡のより捉えられた画像を
撮影するためのＣＣＤ撮像素子と、被検査体であるシリ
コンウェーハを微分干渉型顕微鏡の視野に保持するため
の手段と、該シリコンウェーハ上を同ウェーハのＸおよ
び／又はＹ軸方向に沿って該ＣＣＤ撮像素子をもちいて
高速でスキャニングする手段と、該シリコンウェーハ表
面上に輝点が認められるか否かを判断する手段と、認め
られた輝点の位置決めをする手段と、認められた輝点が
結晶欠陥であるか否かを判断するための画像を該撮像素
子で撮影するための手段と、該ＣＣＤ撮像素子により撮
影された輝点が結晶欠陥であるか否かを判断する手段
と、該ＣＣＤ撮像素子により捉えられた輝点を撮影する
手段と、該撮像素子により捉えられた画像を写し出すモ
ニター手段とから構成されるシリコンウェーハの結晶欠
陥検査装置と、同装置を用いて、ＣＣＤ撮像素子を高速
で駆動させ、輝点があるかを検査させ、輝点が検出され
た時点で輝点位置座標を決定させ、輝点位置座標を決定
させた後直ちにＣＣＤ撮像素子を二次元ＣＣＤ撮像素子
に切り替えさせて輝点を該ＣＣＤ撮像素子により画像を
撮影させるか、又は、被検査体のウェーハのスキャニン
グ操作が終了後記録されている輝点位置情報に基いて同
輝点を二次元ＣＣＤ撮像素子で撮影をさせ、得られた画
像情報による形状判別により結晶欠陥であるか否かを判
断することを特徴とするシリコンウェーハの結晶欠陥の
検査方法が提供される。

【００１２】 ＣＣＤ撮像素子は、一次元ＣＣＤ撮像素
子と二次元撮像素子から構成されていても、また、一次
元撮像素子と二次元撮像素子との機能を兼ね備えたもの
でもよい。ＣＣＤ撮像素子は、図１に示した制御部のＣ
ＣＤ撮像素子制御プロセッサにより制御され、一次元Ｃ
ＣＤ撮像素子と二次元ＣＣＤ撮像素子との機能間同士の
切り替え、又は一次元ＣＣＤ撮像素子から二次元撮像素
子への切り替え、若しくはその逆の切り替えは同プロセ
ッサにより行われる。被検査体の保持手段、即ち、ウェ
ーハステージは、微分干渉型顕微鏡の被検査体の保持手
段をそのまま利用しても、独立したウェーハステージを
設けても良い。ＣＣＤ撮像素子を用いて、シリコンウェ
ーハをそのＸ軸またはＹ軸の方向に沿ってスキャニング
する手段としては、ウェーハステージを上記方向に特定
の速度で移動させることの出来る手段であれば良く、通
常は微分干渉型顕微鏡に被検査体の保持手段と一体的に
組み込まれている。移動は、図１に示した制御部のウェ
ーハステージ駆動制御プロセッサにより制御される。シ
リコンウェーハ上に輝点が認められるか否かを判断する
手段としては、ＣＣＤ撮像素子により取り込まれた画像
を輝点であるか否かを判断することのできるソフトが組
み込まれた図１に示した制御部の画像処理プロッセサが
使用される。輝点として認められた箇所の位置決めをす
る手段とその位置情報について記録する手段としては、
輝点位置情報処理用のソフトが組み込まれた図１に示し
た制御部の輝点位置情報処理プロセッサが使用される。
輝点を撮影するに際しては、図１に示した自動倍率切り
替えプロッセサにより微分干渉型顕微鏡の倍率を拡大し
てから行う。スキャニングモードでの倍率の選択もこの
自動倍率切り替えプロッセサにより行う。撮影された輝
点が結晶欠陥であるか否かの判断をする手段としては、
図１に示した制御部の画像処理プロッセサが使用され
る。全ての検査記録は、図１に示す制御部のデータ記録
用メモリーに記録される。ＣＣＤ撮像素子により捉えら
れた画像をモニターするためにモニター手段が設けられ
ている。

【００１３】 図２及び図３はそれぞれ本発明に係るシ
リコンウェーハの結晶欠陥を検査する方法の一つの態様
の手順を示すフローチャートである。図２に示した方法
に於いては、輝点が検出された段階で、一次元ＣＣＤ撮
像素子によるスキャニングを中断して輝点の画像を二次
元ＣＣＤ撮像素子で撮影し、これを画像処理して結晶欠
陥であるかを形状判断し、記録用メモリーに記録させる
態様のものである。図２に示したものは、１次元ＣＣＤ
素子が輝点情報をとらえた時点で、そのＸ−Ｙ座標をコ
ンピュータに記録させ、被検査体のシリコンウェーハの
スキャニングが終了した時点で、輝点位置にステージを
移動し、観察倍率を変えて２次元ＣＣＤにより形状情報
を取り込む態様に関するものである。図２に示す方法に
よる場合には、ウェーハステージを一次元ＣＣＤによる
スキャニング開始位置迄移動させた後、低倍率に設定し
た微分干渉型顕微鏡によりスキャニングを開始し、輝点
が検出されたところで、輝点の座標位置を読み取り、記
録すると共に、ステージを移動させて、輝点がモニター
の画面中央になるようにし、微分干渉型顕微鏡の倍率を
上げて、二次元ＣＣＤ撮像素子を駆動させて、画像を画
像処理プロッセサにより取り込み、取り込んだ画像を同
プロセッサによる画像処理機能により結晶欠陥かゴミか
を判別した後、スキャンモードに戻ってスキャニングが
終了するか、次の輝点が検出されるまで検索を続ける。
次の輝点が検出された場合には、上記と同じ操作を繰り
返せばよい。図３に示す検査方法の場合には、輝点が検
出された段階で、輝点の座標位置を記録させておき、ス
キャニングが終了した時点で、ウェーハステージの移動
動作から画像処理の操作までを行えばよい。勿論輝点が
複数ある時には、全輝点の画像処理による形状判断が終
了するまで同一の操作を繰り返せばよい。

【００１４】 以下に本願発明に係わる方法によりシリ
コンウェーハの結晶欠陥を検査した例を示す。図４は結
晶構造が大きく乱れた欠陥で、光の乱反射量も多いため
ゴミ検出装置でもとらえることができる。図５は比較的
なだらかな凸型欠陥であるが、高さは数ナノメーターの
場合もあり、乱反射を起こさないため、ゴミ検出装置で
は検出できず、微分干渉型顕微鏡でのみとらえることが
できる。表面には転位が出ていないが、この欠陥の下に
は核となった異物が存在する。また、表面直下に転位が
存在することもある。深い領域まで利用するデバイスを
製造する場合、これらの欠陥が歩留まりの低下をもたら
す。エピタキシャル結晶欠陥は、平面的なサイズが大き
いため、点欠陥と異なり、多数のトランジスタが不良と
なりそのチップは救済回路を設けても、救済ができる様
な欠陥ではない。図６は巨大ゴミの典型例であるが、現
在使用されているゴミ検査装置ではこれを結晶欠陥と区
別することが難しいが、本発明に係る方法によれば充分
に区別できる。

【００１５】

【発明の効果】 以上の方法により、高さの変化に敏感
な微分干渉型顕微鏡を用いてエピタキシャル結晶欠陥を
高感度に検出できると同時に、最初から１視野毎の画像
を取り込むステップ方式に比べて無駄な動作がない分高
速に検査できる。ゴミとの判別ができると同時に欠陥位
置及び形状情報が速やかに得られるので、より詳細な品
質管理が可能となると同時に、欠陥の発生原因の調査、
改善に重要な情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るシリコンウェーハの結晶欠陥検
査装置の一態様に係る装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】 本発明に係る結晶欠陥検査の方法の一態様を
示すフローチャート図である。

【図３】 本発明に係るシリコンウェーハの結晶欠陥検
査方法の別の態様を示すフローチャート図である。

【図４】 典型的なエピタキシャル結晶において、結晶
構造が乱れたものの例を示す写真である。

【図５】 典型的なエピタキシャル結晶における／凸型
欠陥の例を示す写真である。

【図６】 典型的なエピタキシャル結晶上に付着した巨
大ゴミ粒子の形状を示す写真である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微分干渉型顕微鏡と、該微分干渉型顕微
   鏡により捉えられた画像を撮影するためのＣＣＤ撮像素
   子と、被検査体であるシリコンウェーハを保持する手段
   と、該シリコンウェーハ上を同ウェーハのＸ及び／又は
   Ｙ軸方向に沿って該ＣＣＤ撮像素子を用いて高速でスキ
   ャニングする手段と、該シリコンウェーハ表面上に輝点
   が認められるか否かを判断する手段と、認められた輝点
   の位置決めをする手段と、認められた輝点が結晶欠陥で
   あるか否かを判断するための画像を該ＣＣＤ撮像素子で
   撮影するための手段と、該ＣＣＤ撮像素子により撮影さ
   れた輝点が結晶欠陥であるか否かを判断する手段と、該
   ＣＣＤ撮像素子による画像を写し出すモニター手段とか
   ら構成されるシリコンウェーハの結晶欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 該ＣＣＤ撮像素子が一次元ＣＣＤ撮像素
   子と二次元ＣＣＤ撮像素子とから成るものである請求項
   １に記載の結晶欠陥検査装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置を用いて、微分干
   渉型顕微鏡に連動したＣＣＤ撮影素子を高速で駆動さ
   せ、輝点があるかを検査させ、輝点が検出された時点で
   輝点位置座標を決定・記録させ、輝点位置座標を記録さ
   せた後、直ちにＣＣＤ撮影素子の機能を二次元ＣＣＤ撮
   像素子に変更させ輝点の撮影を行わせるか、又は、被検
   査体のスキャニングの終了後記録されている輝点位置座
   標情報に基づいて同輝点を二次元ＣＣＤ撮像素子で撮影
   させて、得られた画像情報による形状判別により結晶欠
   陥であるか否かを判断することを特徴とするシリコンウ
   ェーハの結晶欠陥の検査方法。
4. 【請求項４】 該ＣＣＤ撮像素子が一次元ＣＣＤ撮像素
   子と二次元撮像素子とから構成されている装置を使用す
   る請求項３に記載の方法。