KR101552898B1 - Ｓｏｉ 웨이퍼의 검사 방법 - Google Patents

Ｓｏｉ 웨이퍼의 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 검사 대상인 SOI 웨이퍼와, 검사 대상인 SOI 웨이퍼보다 SOI층의 막두께가 소정 두께(t)[nm]만큼 얇거나 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 가시광 이상의 파장 영역의 빛에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P1, P2)을 산출하고, 양자의 차인 프로파일(P3), 또는 변화율인 프로파일(P4)을 산출하고, 그 산출한 프로파일(P3 또는 P4) 내의 최대피크 파장(λM)에 기초하여 선택한 파장(λ) 또는 파장대의 빛을 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 표면에 조사하고, 이 SOI 웨이퍼로부터의 반사광을 검출하고, 그 검출한 반사광의 반사 강도가 증가하여 피크가 되는 개소를 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로서 검지하는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법이다. 이에 따라, SOI 웨이퍼의 막두께의 변동에 기인한 결함을 SOI 웨이퍼 표면 이물에 영향을 받지 않고, 감도 좋게 저비용으로 검사할 수 있는 SOI 웨이퍼 검사 방법이 제공된다.

Description

ＳＯＩ 웨이퍼의 검사 방법 {SOI WAFER INSPECTION METHOD}
본 발명은 SOI 웨이퍼와 같은 다층막 구조를 갖는 반도체 기판의 검사 혹은 그 기판을 이용한 디바이스 공정의 검사 기술에 관한 것으로, 특히, 빛을 이용하여 행하는 검사에서 반사광을 검출함으로써 여러가지 표면 결함 및 패턴 결함의 검출 기술에 관한 것이다.
다층막 구조를 갖는 반도체 기판의 제조 공정, 및 그 기판을 이용하는 디바이스 공정에서, 디바이스의 수율에 영향을 미치는 표면 및 표면 근방의 갖가지 결함을 검출하는 것은, 공정 관리, 수율을 향상시키는 데 있어 중요하다. 또 최근에는, 다층막 구조를 갖는 반도체 기판으로서 SOI 웨이퍼가 디바이스 제작에 이용되어 공정이 복잡해지고 미세화가 진행됨에 따라, 검출력 혹은 스루풋의 관점으로부터 광학적 검사의 중요성이 늘어나고 있다.
이와 같은 표면 및 표면 근방 부근의 검사 대상이 되는 결함 등으로서, 결정 결함, 이물, 스크래치, 패턴 결함, 퇴적된 패턴의 이상 등이 있으며, 이것들을 검출하기 위해 산란광을 이용한 암시야 검사 방법, 또는 현미경을 이용한 명시야 검사 방법이 이용되고 있다.
예를 들면, 반도체 기판에 레이저광을 조사했을 때의 산란광을 검출하여 반도체 기판을 검사하는 방법(특허문헌 1 참조), 동일한 입사각도로 2종 이상의 파장의 레이저를 전환 혹은 혼합하는 형태로 피검사물에 입사하여 표면을 검사하는 방법(특허문헌 2 참조) 등이 개시되어 있다.
일본특허공개공보 제2006-112871호 일본특허공개공보 제2004-132755호
상기와 같은 결함의 구체적인 것으로는, SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함(막두께 변동을 수반하는 결함)이 있는데, SOI 상에 만들어내는 디바이스 특성에 영향을 주고 있다. 때문에, SOI 웨이퍼 제조 프로세스 혹은 제품 SOI 웨이퍼 검사에서 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 감도 좋게 검사하는 것이 중요시되었다.
이와 같은 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로는, SOI층 막두께의 감소로 인한 패임과 같은 형상의 것이 있으며, 그 깊이로서는, 매립 절연층(BOX층)에 도달하는 깊이가 아닌, 대략 10nm로부터 절연층까지는 도달하지 않는 깊이이다. 또한, 그 크기는 레이저 산란법에서 사용되는 파장보다 크다.
이 결함의 크기로서 10μm 정도의 것이 전형적으로 관찰되지만, 광학적 검사 장치의 현미경의 배율을 조정한다면, 1~2μm 정도에서부터, 수 100μm 정도까지의 것을 관찰하는 것이 가능하다. 또한, 형상에 관해서는 원형상, 원이 쭉 이어져 있는 것, 타원, 그 밖의 디바이스 공정에서 직사각형과 같은 각 있는 형태도 검출될 가능성이 있다. 또한, 상기한 바와 같은 SOI층 막두께의 감소로 인한 패임형상이 아닌, SOI층의 막두께의 증가에 따라 층이 두꺼워진 마운드와 같은 형상의 결함도 존재하는 경우가 있다.
이 SOI층 막두께의 증가 및 감소로 인한 변동에 기인한 결함을 종래의 검사 방법에 의해 감도 좋게 검사하기는 어려웠다. 예를 들면, 상기 서술한 바와 같은 종래의 레이저 산란식에 의한 방법은, 파티클 등의 이물의 검출에는 유효하지만, SOI층의 미소 영역에서의 막두께의 변동에 기인한 결함에 대해서는 산란 강도가 약해 검출 감도가 충분하지 않았으며, 또한 이물 등과 막두께의 변동에 기인한 결함을 분리하여 검출하는 것도 어려웠다.
본 발명은 상기 서술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, SOI 웨이퍼의 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 SOI 웨이퍼 표면의 이물에 영향을 받지 않고, 감도 좋게 저비용으로 검사할 수 있는 SOI 웨이퍼 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 가시광 파장 이상의 파장대의 빛을 조사하는 광원을 갖는 광학적 검사 장치를 이용하여, 매립 절연층 상에 SOI층이 형성된 SOI 웨이퍼의 표면에 상기 광원으로부터 빛을 조사하고, 상기 SOI 웨이퍼로부터의 반사광을 검출하여 상기 SOI 웨이퍼 표면의 상기 SOI층 막두께의 증가 및 감소로 인한 변동에 기인한 결함을 검지하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법에 있어서, 적어도, 상기 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 가시광 이상의 파장 영역의 빛에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P1)을 산출하는 공정과, 상기 검사 대상인 SOI 웨이퍼보다 상기 SOI층의 막두께가 소정 두께(t)[nm]만큼 얇거나 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 가시광 이상의 파장 영역의 빛에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P2)을 산출하는 공정과, 상기 산출한 두 프로파일(P1, P2)의 차인 프로파일 P3(=P2-P1), 또는 프로파일(P1, P2)의 변화율인 프로파일 P4(=P2-P1/P1)을 산출하고, 그 산출한 프로파일(P3 또는 P4) 내의 최대피크 파장(λM) 근방의 파장(λ) 또는 파장대를 선택하는 공정과, 상기 선택한 파장(λ) 또는 파장대의 빛을 상기 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 표면에 조사하고, 그 SOI 웨이퍼로부터의 반사광을 검출하는 공정과, 상기 검출한 반사광의 반사 강도가 증가하여 피크가 되는 개소를 상기 SOI 웨이퍼 표면의 상기 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로서 검지하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법이 제공된다.
이와 같이, 적어도, 상기 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 가시광 이상의 파장 영역의 빛에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P1)을 산출하는 공정과, 상기 검사 대상인 SOI 웨이퍼보다 상기 SOI층의 막두께가 소정 두께(t)[nm]만큼 얇거나 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 가시광 이상의 파장 영역의 빛에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P2)을 산출하는 공정과, 상기 산출한 두 프로파일(P1, P2)의 차인 프로파일 P3(=P2-P1), 또는 프로파일(P1, P2)의 변화율인 프로파일 P4(=P2-P1/P1)을 산출하고, 그 산출한 프로파일(P3 또는 P4) 내의 최대피크 파장(λM) 근방의 파장(λ) 또는 파장대를 선택하는 공정과, 상기 선택한 파장(λ) 또는 파장대의 빛을 상기 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 표면에 조사하고, 그 SOI 웨이퍼로부터의 반사광을 검출하는 공정과, 상기 검출한 반사광의 반사 강도가 증가하여 피크가 되는 개소를 상기 SOI 웨이퍼 표면의 상기 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로서 검지하는 공정을 갖는 SOI 웨이퍼의 검사 방법을 이용하면, SOI 웨이퍼 표면의 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을, SOI층의 표면에 존재하는 이물에 의한 노이즈에 영향을 받지 않고도 고감도로, 저비용으로 검지할 수 있다. 또한, SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함만을 선택적으로 검지할 수 있다.
이 때, 상기 SOI층 막두께의 감소로 인한 변동에 기인한 결함을 검지하는 경우, 상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 t만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출하고, 상기 SOI층 막두께의 증가에 따른 변동에 기인한 결함을 검지하는 경우, 상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 t만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출할 수 있다.
이와 같이, 상기 SOI층 막두께의 감소로 인한 변동에 기인한 결함을 검지하는 경우, 상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 t만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출하고, 상기 SOI층 막두께의 증가에 따른 변동에 기인한 결함을 검지하는 경우, 상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 t만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한다면, SOI층 막두께의 증가에 따른 변동에 기인한 결함과, 감소로 인한 변동에 기인한 결함 각각에 알맞는 파장 또는 파장대를 선택하여 검사할 수 있고, 이들 결함을 보다 확실하게 고감도로 검지할 수 있음과 함께, 증가 및 감소로 인한 변동에 기인한 결함을 각각 구분하여 검지할 수 있다.
또한 이 때, 상기 검출한 반사광의 반사 강도에 임계치를 설정하고, 이 임계치 이상의 결함을 선택적으로 검출할 수 있다.
이와 같이, 상기 검출한 반사광의 반사 강도에 임계치를 설정하고, 이 임계치 이상의 결함을 검출하도록 한다면, 디바이스 공정에 영향을 주는 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함만을 선택적으로 검지할 수 있다.
또한 이 때, 상기 소정 두께(t)를 상기 SOI 웨이퍼의 막두께 균일성에 따라 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 소정 두께(t)를 상기 SOI 웨이퍼의 막두께 균일성에 따라 설정한다면, 막두께 균일성에 따라 적절한 파장 또는 파장대를 선택하여 검사할 수 있고, 막두께의 불균일에 의한 노이즈가 검사에 영향을 주는 것을 제어하여, SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 보다 확실하게 고감도로 검지할 수 있다.
또한 이 때, 상기 소정 두께(t)를 5~20nm의 범위로 설정할 수 있다.
이와 같이, 상기 소정 두께(t)를 5~20nm의 범위로 설정한다면, 막두께 균일성이 ±3nm 이하인 SOI 웨이퍼에 대하여 적절한 파장 또는 파장대를 선택하여 고감도로 검사할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 이온 주입 박리법으로 막두께 균일성이 ±3nm 이하로 제작되는 SOI 웨이퍼에 대하여 적합하게 이용되는 방법이다.
또한 이 때, 상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-20[nm] 이상, λM+100[nm] 이하의 범위 내에서 선택하고, 상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-100[nm] 이상, λM+20[nm] 이하의 범위 내에서 선택할 수 있다.
이와 같이, 상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-20[nm] 이상, λM+100[nm] 이하의 범위 내에서 선택하고, 상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-100[nm] 이상, λM+20[nm] 이하의 범위 내에서 선택한다면, 프로파일(P2)에 따라, 보다 확실하게 고감도 검사를 행할 수 있는 파장(λ) 또는 파장대를 선택할 수 있다.
본 발명에서는, SOI 웨이퍼 표면의 SOI층 막두께의 증가 및 감소로 인한 변동에 기인한 결함을 검지하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법에 있어서, 적어도, 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 가시광 이상의 파장 영역의 빛에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P1)을 산출하는 공정과, 상기 검사 대상인 SOI 웨이퍼보다 SOI층의 막두께가 소정 두께(t)[nm]만큼 얇거나 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 가시광 이상의 파장 영역의 빛에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P2)을 산출하는 공정과, 상기 산출한 두 프로파일(P1, P2)의 차인 프로파일 P3(=P2-P1), 또는 프로파일(P1, P2)의 변화율인 프로파일 P4(=P2-P1/P1)을 산출하고, 그 산출한 프로파일(P3 또는 P4) 내의 최대피크 파장(λM) 근방의 파장(λ) 또는 파장대를 선택하는 공정과, 상기 선택한 파장(λ) 또는 파장대의 빛을 상기 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 표면에 조사하고, 이 SOI 웨이퍼로부터의 반사광을 검출하는 공정과, 상기 검출한 반사광의 반사 강도가 증가하여 피크가 되는 개소를 상기 SOI 웨이퍼 표면의 상기 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로서 검지하는 공정을 갖기 때문에, SOI 웨이퍼 표면의 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을, SOI층의 표면에 존재하는 이물에 의한 노이즈에 영향을 받지 않고서 고감도로, 저비용으로 검지할 수 있다. 또한, SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함만을 선택적으로 검지할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 SOI 웨이퍼의 검사 방법의 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는, 산출한 프로파일(P1, P2)의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은, 산출한 프로파일(P3)의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 SOI 웨이퍼의 검사 방법에서 사용할 수 있는 광학적 검사 장치를 나타내는 개략도이다.
도 5는, 검출한 반사광의 반사 강도의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은, 검출한 반사광의 반사 강도의 다른 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은, 검출한 반사광의 반사 강도로부터 결함을 검지하는 데 있어, 반사 강도에 임계치를 설정하는 일 예를 설명한 도면으로서, (A)는 임계치를 피크가 없는 개소의 3배 이상으로 한 경우를 나타내고, (B)는 임계치를 피크가 없는 개소의 2배 이상으로 한 경우를 나타낸다.
도 8은, 산출한 프로파일(P1, P2)의 다른 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는, 산출한 프로파일(P3)의 다른 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시예 및 비교예에서, SOI 웨이퍼의 결함을 검사한 결과를 나타내는 도면으로서, (A)는 실시예의 결과를 나타내고, (B)는 비교예의 결과를 나타낸다.
도 11은, 산출한 프로파일(P1, P2, P3, P4)의 다른 일 예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
최근에는, 다층막 구조를 갖는 반도체 기판으로서 SOI 웨이퍼가 디바이스 제작에 이용되어 공정이 복잡해지고 미세화가 진행됨에 따라, 검출력 혹은 스루풋의 관점으로부터 광학적 검사의 중요성이 커지고 있다.
이와 같은 광학적 검사의 대상으로는, SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함이 있으며, SOI 웨이퍼 제조 프로세스 혹은 제품 SOI 웨이퍼 검사에서 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 감도 좋게 검사하는 것이 중요시되고 있다.
이 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 종래의 검사 방법에 의해 감도 좋게 검사하기는 어려웠다. 예를 들면, 상기 서술한 바와 같은 종래의 레이저 산란식에 의한 방법은, 파티클 등의 이물의 검출에는 유효하지만, SOI층의 미소 영역에서의 막두께의 변동에 기인한 결함에 대해서는 산란 강도가 약해 검출 감도가 충분하지 않았으며, 또한 이물 등과 막두께의 변동에 기인한 결함을 분리하여 검출하는 것도 어려웠다.
이에, 본 발명자는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 비용이 저렴한 가시광을 이용한 명시야 검사 방법에 있어서, SOI층의 막두께 변화에 대하여 반사율의 변화가 증대하는 파장 영역의 검사광을 이용하여 검사하는 경우, SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함, 혹은 막두께 이상 영역을 고감도로 검지할 수 있다는 것을 깨달았다.
그리고, 검사 대상인 SOI층 막두께의 SOI 웨이퍼와, 그 SOI 웨이퍼의 SOI층 막두께보다 소정 두께만큼 막두께가 상이한 SOI 웨이퍼 각각의 가시광에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일의 차분 또는 변화량을 구하고, 이 차분 또는 변화율이 증대하는 최대 피크를 나타내는 파장 근방의 파장 또는 파장대의 빛을 이용하여 검사하는 경우, SOI층 막두께의 상기 소정 두께의 변동에 기인한 반사광의 콘트라스트의 변화를 강조할 수 있고, SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 고감도로, 저비용으로 검지할 수 있다는 것을 깨달아 본 발명을 완성시켰다.
본 발명의 SOI 웨이퍼의 검사 방법에서는, 가시광 파장 이상의 파장대의 빛을 조사하는 광원을 갖는 광학적 검사 장치를 이용하여 검사하였다. 이처럼 본 발명의 SOI 웨이퍼의 검사 방법에서는 비용이 저렴한 가시광을 이용해 검사하는 것이므로 저비용 검사 방법이다.
또한, 본 발명의 SOI 웨이퍼의 검사 방법으로 검지하는 결함은 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로, 이 같은 결함에는, 결함 부분이 SOI층 막두께의 감소로 인한 변동으로 층이 얇아진, 예컨데 패임과 같은 형상인 것과, SOI층 막두께의 증가에 따른 변동으로 층이 두꺼워진, 예컨데 마운드와 같은 형상인 것이 있다.
도 1은 본 발명의 SOI 웨이퍼의 검사 방법의 공정을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 SOI 웨이퍼의 검사 방법의 검사 대상물은, 매립 절연층(BOX층) 위에 SOI층이 형성된 SOI 웨이퍼로, 여기에서는 SOI층의 두께를 S[nm], 매립 절연층(BOX층)의 두께를 B[nm]라 한다.
우선, 이와 같은 검사 대상이 되는 SOI 웨이퍼의 가시광 이상의 파장 영역의 빛에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P1)을 시뮬레이션에 의해 산출한다(도 1의 A 참조).
다음에, 검사 대상인 SOI 웨이퍼보다 SOI층의 막두께가 소정 두께(t)[nm]만큼 얇거나 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 가시광 이상의 파장 영역의 빛에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P2)을 시뮬레이션에 의해 산출한다(도 1의 B 참조).
도 2는, 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 SOI층의 두께(S)가 72.5nm, 매립 절연층의 두께(B)가 145nm인 경우의 프로파일(P1)과, 그 검사 대상인 SOI 웨이퍼보다 SOI층이 10nm 정도 얇아진 SOI 웨이퍼를 가정하고, 즉, 소정 두께(t)를 10nm로 하여 SOI층의 막두께가 62.5nm인 경우의 프로파일(P2)의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, SOI층의 두께를 변경함으로써 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P1, P2)이 변하고 있음을 알 수 있다.
다음에, 시뮬레이션에 의해 산출한 두 프로파일(P1, P2)의 차인 프로파일 P3(=P2-P1), 또는 프로파일(P1, P2)의 변화율인 프로파일 P4(=P2-P1/P1)을 산출한다. 그리고, 그 산출한 프로파일(P3 또는 P4) 내의 증대하는 피크 중의 최대피크 파장(λM) 근방의 파장(λ) 또는 파장대를, 후공정에서 이용하는 SOI 웨이퍼의 표면에 조사하는 빛의 파장(λ) 또는 파장대로서 선택한다(도 1의 C 참조). 이하에 구체예를 들어 설명한다.
도 3은, 도 2에 나타낸 프로파일(P1, P2)의 차를 산출한 프로파일(P3)을 나타낸 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 프로파일(P3)에는 몇 개의 증대하는 피크(상향 피크)를 나타내는 개소가 관찰된다. 그리고, 그 중 화살표로 나타내는 개소가 최대피크 파장(λM)(약 620nm)이고, 이 파장(λM) 근방의 파장(λ) 또는 파장대를 검사 파장으로서 선택하도록 한다.
여기서, 선택하는 파장(λ) 또는 파장대로서, 프로파일(P3)의 최대피크 파장(λM)을 단일 파장(λ)으로서 선택할 수도 있고, 그 근방의 파장으로부터 단일 파장(λ)을 선택할 수도 있다. 혹은, 그 최대피크 파장(λM)의 근방을 파장대로서 선택할 수도 있다.
여기서, 프로파일(P3 또는 P4)에 임계치를 설정할 수 있다. 그리고, 그 임계치 이상인 경우에만 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 선택적으로 검지하도록 한다면, 디바이스 공정에 영향을 주는 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함만을 검지할 수 있게 된다.
다음에, 앞 공정에서 선택한 파장(λ) 또는 파장대의 빛을 조사하는 광원을 갖는 광학적 검사 장치를 이용하여 SOI 웨이퍼를 검사한다.
여기서, 본 발명에서 이용할 수 있는 광학적 검사 장치는, 가시광 파장 이상의 파장대의 빛을 조사하는 광원을 가지며, 앞 공정에서 선택한 파장 또는 파장대의 빛을 검사 대상인 SOI 웨이퍼에 조사하여 그 반사광을 검출할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 도 4에 나타내는 바와 같은, 검출 카메라(5) 앞에 밴드패스 필터(4)를 부착한 구성의 광학적 검사 장치(2)를 이용할 수 있다.
도 4에 나타내는 광학적 검사 장치(2)는, 광원(3)으로부터의 빛을 밴드패스 필터(4)에 의해 원하는 파장(λ) 또는 파장대의 빛만을 통과시키도록 필터링하여, SOI 웨이퍼(1)의 표면에 조사할 수 있게 되어 있다.
혹은, 밴드패스 필터(4)를, 예를 들어 어쿠스틱 필터, 액정 필터, 파장 가변 레이저로 하여 조사하는 빛의 필터링을 행할 수도 있다.
또한, 광원으로 파장(λ)을 설정할 수도 있고, 각종 레이저(LD, 가스 레이저, 고체 레이저, 파장 가변 레이저), 발광 다이오드(LED), 액정표시 장치(LCD) 등을 이용할 수도 있다. 또한, 간이적으로는 컬러 카메라의 RGB 신호 중 1개의 신호를 이용할 수도 있다.
이와 같은 광학적 검사 장치(2)를 이용하여, 앞 공정에서 선택한 파장(λ) 또는 파장대의 빛을 검사 대상인 SOI 웨이퍼(1)의 표면에 조사하고, 그 SOI 웨이퍼(1)로부터의 반사광을 검출한다(도 1의 D 참조). 이 때, XY축 스테이지(6) 또는 Rθ 스테이지에 의해 SOI 웨이퍼의 전체면을 스캔하여 반사광을 검출한다.
그리고, 이 검출한 반사광의 반사 강도가 증가하여 피크가 되는 개소를 SOI 웨이퍼 표면의 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로서 검지한다(도 1의 E 참조). 구체적으로는, 검출한 반사광의 반사 강도 화상을 취하고, 반사 강도가 증가하여 피크(상향 피크)가 되는 화상 개소를 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로서 추출하면 된다.
도 5는, 실제로 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함이 존재하는, SOI층의 두께(S)가 72.5nm, 매립 절연층의 두께(B)가 145nm인 SOI 웨이퍼의 일부 영역에 대하여, 3개의 파장(450nm, 550nm, 650nm)의 빛을 조사했을 때의 검출한 반사광의 반사 강도를 측정한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
또, 도 3에서는 이 SOI 웨이퍼에 대한 프로파일(P3)을 산출한 결과를 나타내는데, 파장 650nm는 도 3에서 구한 최대피크 파장(λM)(620nm) 근방의 파장이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 파장 650nm의 경우, 검출한 반사광의 반사 강도가 상향 피크가 되는 개소가 웨이퍼 위치 약 50μm 부근에 있고, 이를 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로서 검지한다. 그리고, 실제로 존재하는 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함은 이 웨이퍼 위치 약 50μm 부근의 위치에 있다.
한편, 파장 450nm의 경우에는 피크가 없으며, 파장 550nm의 경우에는 감소하여 피크(하향 피크)가 되는 개소가 있다.
이와 같이, SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함이 있는 위치에는, λM 근방의 파장의 검사광을 이용하면 반사 강도가 증가하여 피크가 되는 개소가 관찰되므로, 이곳을 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로서 검지하도록 하면 된다.
또한, 실제로 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함이 없으며, 이물이 존재하는 SOI 웨이퍼의 일부 영역에 대하여, 마찬가지로, 3개의 파장(450nm, 550nm, 650nm)의 빛을 조사했을 때의 반사광의 반사 강도를 측정한 실험 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 어느 파장에서든지 하향의 피크가 되는 개소가 관찰된다. 그리고, 이 개소에는 실제로 이물이 존재한다. 즉, 이물이 존재하는 위치에는, 반사 강도가 감소하여 피크가 되는 개소가 관찰되므로, 이물과 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 명확하게 구별하여 검지할 수 있다.
여기서, 결함으로서 검지하는 데 있어, 반사 강도의 임계치를 설정할 수 있다. 그리고, 어느 일정한 반사 강도 값 이상의 피크인 경우에만 결함으로서 검지하게끔 할 수 있다. 예를 들면, 도 7(A)(B)에 나타내는 바와 같이, 피크가 없는 개소(도 7(A)(B)의 A)의 반사 강도에 대한 배율로 설정할 수 있는데, 도 7(A)는, 증가하여 피크가 되는 개소의 반사 강도가, 피크가 없는 개소의 3배의 배율로, 도 7(B)는 2배의 배율로 검지되는 경우의 예를 나타낸 것이다.
상기 설명한 바와 같은 본 발명의 SOI 웨이퍼의 검사 방법에 따라, SOI 웨이퍼 표면의 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을, SOI층에 존재하는 이물에 의한 노이즈에 영향을 받지 않고도 고감도로, 저비용으로 검지할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 반사광의 반사 강도의 피크 방향에 따라 이물과 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 명확하게 구별하여 검지할 수 있으므로, SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함만을 선택적으로 검지할 수 있다.
이 때, SOI층 막두께의 감소로 인한 변동에 기인한 결함을 검지하는 경우, 프로파일(P2)의 산출에 있어서, 도 2에 나타내는 바와 같이, SOI층의 막두께가 t만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출하게끔 할 수 있다. 또한, SOI층 막두께의 증가에 따른 변동에 기인한 결함을 검지하는 경우, 프로파일(P2)의 산출에 있어서, 도 8에 나타내는 바와 같이, SOI층의 막두께가 t만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출하게끔 할 수 있다. 도 8에서는, 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 프로파일(P1)과, 이보다 SOI층의 막두께가 10nm만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 일 예이다. 이 경우의 프로파일(P1, P2)의 차를 산출한 프로파일(P3)의 일 예를 도 9에 나타낸다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 이 경우에도 도 3과 마찬가지로, 프로파일(P3)에는 몇 개의 증대하는 피크를 나타내는 개소가 관찰되는데, 화살표로 나타내는 개소가 최대피크 파장(λM)이다.
이렇게 하면, SOI층 막두께의 증가에 따른 변동에 기인한 결함과, 감소로 인한 변동에 기인한 결함 각각에 알맞는 파장 또는 파장대를 선택하여 검사할 수 있고, 이들 결함을 보다 확실하게 고감도로 검지할 수 있음과 함께, 증가 및 감소로 인한 변동에 기인한 결함을 각각 구분하여 검지할 수 있다.
또한 이 때, 소정 두께(t)를 SOI 웨이퍼의 막두께 균일성에 따라 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 소정 두께(t)를 SOI 웨이퍼의 막두께 균일성에 따라 설정한다면, 막두께 균일성에 따라 적절한 파장 또는 파장대를 선택하여 검사할 수 있고, 예를 들면, 막두께 균일성이 나쁜 SOI 웨이퍼에 대하여 소정 두께(t)를 작게 설정한 경우, 결함이 아닌 노이즈를 결함으로서 검출해버리는 등 막두께의 불균일에 의한 노이즈가 검사에 영향을 주는 것을 제어하여, SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 보다 확실하게 고감도로 검지할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면, 이온 주입 박리법(SmartCut(등록상표)법이라고도 불림)으로 제작되는 SOI 웨이퍼는, 웨이퍼 면내의 막두께 균일성으로서 ±3nm 이하의 SOI층이 얻어지므로, 이 경우, 감소 두께로서 5~20nm 정도로 설정할 수 있다.
또한 이 때, 프로파일(P2)을 산출하는 공정(도 1의 B)에서, SOI층의 막두께가 소정 두께(t)만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 후공정(도 1의 C)에서 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-20[nm] 이상, λM+100[nm] 이하의 범위 내에서 선택하고, SOI층의 막두께가 소정 두께(t)만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-100[nm] 이상, λM+20[nm] 이하의 범위 내에서 선택할 수 있다.
이렇게 하면, 프로파일(P2)에 따라, 보다 확실하게 고감도 검사를 행할 수 있는 파장(λ) 또는 파장대를 선택할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, SOI층의 막두께가 소정 두께(t)만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 그 후 공정에서 산출한 프로파일(P3)은 도 3에 나타내고 있으며, 도 3을 보면 확실히 알 수 있듯, λM보다 장파장측은 계속해서 반사 강도가 커지는 영역이 뻗어 있으므로 넓게 취한 쪽이 적분 강도를 확보하는 것, 단파장측은 반사 강도가 반전되는 영역이 급격히 나타나므로 좁은 파장 범위의 설정이 필요한 것을 고려하여, 상기와 같이 파장(λ) 또는 파장대를 설정하면 보다 확실하게 고감도 검사를 행할 수 있다.
또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, SOI층의 막두께가 소정 두께(t)만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 도 9에 나타내는 바와 같이, 프로파일(P3)은, 상기 서술한 소정 두께(t)만큼 얇게 한 경우의 반대가 되므로, λM보다 장파장측을 좁은 파장 범위로 하고, 단파장측을 넓은 파장 범위로 설정할 수 있다.
상기에서는 주로 파장(λ) 또는 파장대를 P1, P2의 차 P3를 이용하여 선택한 경우에 대해 구체적으로 설명했지만, P1, P2의 변화율 P4를 이용하여 파장(λ) 또는 파장대를 선택할 수도 있다. 도 11은 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 SOI층의 두께(S)가 70nm, 매립 절연층의 두께(B)가 145nm인 경우의 프로파일(P1, P2, P3 및 P4)의 다른 일 예를 나타낸 것이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, P4에서도 최대피크 파장(λM)를 나타내는 개소가 관찰되고, 상기한 P3의 경우와 마찬가지로 파장(λ) 또는 파장대를 선택하면 된다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
도 1에 나타내는 바와 같은 본 발명의 SOI 웨이퍼의 검사 방법을 이용하여, SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 검지하였다. 검사 대상인 SOI 웨이퍼는, SOI층의 두께(S)가 72.5nm, 매립 절연층의 두께(B)가 145nm인 것으로 하였다. 이 SOI 웨이퍼에 대한 프로파일(P1)을 산출하고, 검사 대상인 SOI 웨이퍼보다 SOI층의 막두께가 소정 두께 10nm 만큼 얇은 62.5nm의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출하였다. 다음에, P1과 P2의 차인 프로파일(P3)을 산출하고, P3으로부터 파장대 600~720nm를 선택하였다. 다음에, 이 선택한 파장대의 가시광을 SOI 웨이퍼에 조사하여, SOI 웨이퍼로부터의 반사광을 검출하였다. 그리고, 검출한 반사광의 반사 강도가 증가하여 피크가 되는 개소를 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로서 검지하였다.
그 결과, 도 10(A)에 나타내는 바와 같이, 23개의 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함이 검지되었다. 이 검지된 결함의 위치를 현미경을 이용해 조사한 결과, 검지한 23개의 결함이 모두 실제로 존재한다는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 SOI 웨이퍼의 검사 방법은, SOI 웨이퍼 표면의 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을, SOI층에 존재하는 이물에 의한 노이즈에 영향을 받지 않고도 고감도로, 저비용으로 검지할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
(비교예)
종래의 레이저 산란법에 의한 SOI 웨이퍼의 검사 방법을 이용하여, 실시예와 마찬가지로 SOI 웨이퍼의 표면의 결함을 검사하였다. KLA-Tencor사의 SP2 장치를 이용하여 355nm의 단일 파장의 레이저광을 SOI 웨이퍼에 조사하고, 100nm 이상의 파티클을 검지하는 조건을 설정하고, SOI 웨이퍼로부터의 산란광을 수광하여 결함을 검지하였다.
그 결과, 도 10(B)에 나타내는 바와 같이, 5개의 파티클을 검지하였다. 그리고, 그 5개의 파티클의 위치는, 실시예 1에서 검지한 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함의 위치와 모두 상이한 위치임을 알 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 SOI 웨이퍼의 검사 방법에서는, 종래의 레이저 산란법에 의한 SOI 웨이퍼의 검사 방법으로는 검지되지 않는 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함을 검출할 수가 있다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시일 뿐으로, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용 효과를 나타내는 것이라면 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (11)

  1. 가시광 파장 이상의 파장대의 빛을 조사하는 광원을 갖는 광학적 검사 장치를 이용하여, 매립 절연층 상에 SOI층이 형성된 SOI 웨이퍼의 표면에 상기 광원으로부터 빛을 조사하고, 상기 SOI 웨이퍼로부터의 반사광을 검출하여 상기 SOI 웨이퍼 표면의 상기 SOI층 막두께의 증가 및 감소로 인한 변동에 기인한 결함을 검지하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법에 있어서,
    상기 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 가시광 이상의 파장 영역의 빛에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P1)을 산출하는 공정;
    상기 검사 대상인 SOI 웨이퍼보다 상기 SOI층의 막두께가 소정 두께(t)[nm]만큼 얇거나 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 가시광 이상의 파장 영역의 빛에 대한 반사율의 파장 의존성을 나타내는 프로파일(P2)을 산출하는 공정;
    상기 산출한 두 프로파일(P1, P2)의 차인 프로파일 P3(=P2-P1), 또는 프로파일(P1, P2)의 변화율인 프로파일 P4(=P2-P1/P1)을 산출하고, 그 산출한 프로파일(P3 또는 P4) 내의 최대피크 파장(λM) 근방의 파장(λ) 또는 파장대를 선택하는 공정;
    상기 선택한 파장(λ) 또는 파장대의 빛을 상기 검사 대상인 SOI 웨이퍼의 표면에 조사하고, 상기 SOI 웨이퍼로부터의 반사광을 검출하는 공정; 및
    상기 검출한 반사광의 반사 강도가 증가하여 피크가 되는 개소를 상기 SOI 웨이퍼 표면의 상기 SOI층 막두께의 변동에 기인한 결함으로서 검지하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SOI층 막두께의 감소로 인한 변동에 기인한 결함을 검지하는 경우, 상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 t만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출하고,
    상기 SOI층 막두께의 증가에 따른 변동에 기인한 결함을 검지하는 경우, 상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 t만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출하는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출한 반사광의 반사 강도에 임계치를 설정하고, 이 임계치 이상의 결함을 선택적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 검출한 반사광의 반사 강도에 임계치를 설정하고, 이 임계치 이상의 결함을 선택적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정 두께(t)를 상기 SOI 웨이퍼의 막두께 균일성에 따라 설정하는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정 두께(t)를 5~20nm의 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 소정 두께(t)를 5~20nm의 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-20[nm] 이상, λM+100[nm] 이하의 범위 내에서 선택하고,
    상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-100[nm] 이상, λM+20[nm] 이하의 범위 내에서 선택하는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-20[nm] 이상, λM+100[nm] 이하의 범위 내에서 선택하고,
    상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-100[nm] 이상, λM+20[nm] 이하의 범위 내에서 선택하는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-20[nm] 이상, λM+100[nm] 이하의 범위 내에서 선택하고,
    상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-100[nm] 이상, λM+20[nm] 이하의 범위 내에서 선택하는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 얇은 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-20[nm] 이상, λM+100[nm] 이하의 범위 내에서 선택하고,
    상기 프로파일(P2)을 산출하는 공정에서, 상기 SOI층의 막두께가 상기 소정 두께(t)만큼 두꺼운 막두께의 SOI 웨이퍼의 프로파일(P2)을 산출한 경우, 상기 선택하는 파장(λ) 또는 파장대를, λM-100[nm] 이상, λM+20[nm] 이하의 범위 내에서 선택하는 것을 특징으로 하는 SOI 웨이퍼의 검사 방법.
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