KR102115334B1 - 반도체 웨이퍼의 평가 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, DWO, DNO의 2가지 측정 모드에 의해, 조사용 샘플인 반도체 웨이퍼의 LPD를 검출하는 공정, LPD의 사이즈 분류를 행하는 공정, 2가지 측정 모드에 있어서의 검출 좌표 사이의 거리 및 상대 각도를 계산하는 공정, LPD를 이물 또는 킬러 결함이라 판정하는 판정 기준을 분류된 사이즈마다 미리 설정하는 공정, 평가 대상인 반도체 웨이퍼의 LPD를 2가지 측정 모드에 의해 검출하는 공정, 평가 대상의 LPD의 사이즈 분류를 행하는 공정, 평가 대상에 대하여, 검출 좌표 사이의 거리 및 상대 각도를 계산하는 공정, 및 이 계산의 결과 및 판정 기준에 기초하여, 평가 대상의 표면에 검출된 LPD를 킬러 결함과 이물로 분류하는 공정을 갖는 반도체 웨이퍼의 평가 방법이다. 이에 따라, 정량적인 사이즈 정보가 얻어지지 않는 포화 LPD도 포함하여, 모든 LPD에 대하여 킬러 결함과 이물의 분류를 가능하게 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법이 제공된다.

Description

반도체 웨이퍼의 평가 방법
본 발명은, 반도체 웨이퍼의 평가 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼를 이용한 디바이스 제조 공정에서는, 재료가 되는 실리콘 웨이퍼에 대하여, 연마, 제막, 에칭, 이온 주입, 세정, 열처리, 노광, 도포, 접합 등의 다양한 처리가 행해진다. 이러한 복수의 공정의 도중에 결함이 발생하는 경우가 있어, 최종적인 제품의 품질을 열화시킬 뿐만 아니라, 후의 공정에 악영향을 미치는 경우도 있다. 품질이나 공정에 영향을 주는 결함은, 킬러 결함이라 불리우며, 1개라도 발생한 웨이퍼는, 전체가 불량품이 되는 경우가 있다. 특히 초기 공정에서 발생한 킬러 결함에 의해, 그 후의 공정을 거친 후에 그 웨이퍼가 불량품이 되는 케이스에서는, 후속의 공정에 관련된 비용이 전부 손실이 된다.
이러한 사태를 방지하기 위해, 킬러 결함을 포함하는 웨이퍼를 도중 단계에서 선별하는 것이 행해진다. 일반적으로, 레이저 표면 검사 장치에 의한 선별 방법이 이용되고 있으며, 장치로는, 예를 들어, KLA 텐코사 제품인 SP1, SP2, SP3 등이 있다. 이들은 결함으로부터 산란하는 광을 검출하는 것으로, 고속 처리가 가능하고, 게다가, 고감도라는 특징이 있다.
한편, 웨이퍼 표면에는, 킬러 결함뿐만 아니라, 표면에 부착한 이물도 존재한다. 이들은, 그 후의 세정으로 용이하게 제거할 수 있으므로, 웨이퍼의 최종 품질에 대한 영향은 적으나, 레이저 표면 검사 장치에 의한 도중 검사에서 킬러 결함과의 구별이 되질 않아 결함이라 오인되는 경우가 있다. 이 경우는 오버킬이 되어, 재료로서의 손실이 발생한다. 이 때문에, 도중 공정에서 실시하는 검사에 있어서, 킬러 결함과 이물을 고정밀도로 분류하는 것이 중요해진다. 고배율의 직접 관찰에 의해 고정밀도인 판별을 행하는 검사방법도 있으나, 일반적으로 처리 속도에 제한이 있어 검사 빈도에는 제한이 발생한다.
이에, 레이저 표면 검사 장치로 검출되는 LPD(Light Point Defect)의 분류정밀도를 향상시키는 방법으로서, 복수의 검출 각도 정보를 이용한 판별 방법이 제안되어 있다. 웨이퍼를 주사하면서, 표면에 비스듬히 상방으로부터 레이저광을 조사하고, 고각도 방향으로 산란하는 광의 신호의 검출을 DNO(저각도 입사·고각도 검출), 저각도 방향으로 산란하는 광신호의 검출을 DWO(저각도 입사·저각도 검출)로 하여, 각각으로부터 산출되는 LPD 사이즈를 비교함으로써 분류를 행한다. 한편, D는 Darkfield의 두문자이며, 암시야 검사인 것을 의미하고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, DWO와 DNO의 LPD 사이즈비를 이용하여, 입자와 마이크로스크래치를 분류하는 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 2에는, DWO와 DNO의 LPD 사이즈비를 이용하여, 결정 결함과 이물을 분류하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 3에는, DWO와 DNO의 LPD 사이즈비를 이용하여, 피트와 돌기를 분류하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 4에는, DWO와 DNO의 LPD 사이즈비를 이용하여, 결함과 이물을 분류하는 것이 기재되어 있다.
일본특허공개 2009-162768호 공보 일본특허공개 2010-129748호 공보 일본특허공개 2011-249479호 공보 국제공개 제WO2005/101483호 팜플렛
전술한 방법은 모두 DWO와 DNO의 LPD 사이즈 정보에 기초한 판별 방법인데, 실제 LPD의 사이즈가 크고, 산란 강도가 검출기의 포화 레인지를 초과하는 경우는, 정량적인 사이즈 정보가 얻어지지 않는 문제가 있다. 이 모습을 도 11을 이용하여 설명한다. 도 11은, 실제의 LPD 사이즈와 LPD의 검출광 신호 강도의 관계를 나타내는 도면이다. 가로축에 대표적인 검출 신호예를 5열 나열하고 있으며, 세로축은 검출된 광의 산란 강도(신호 강도)를 나타낸다. 도 11의 신호예 1 ~ 3은, LPD 사이즈를 정량화할 수 있는 예를 나타내고 있다. 레이저 표면 검사 장치에서는, 고감도의 검출기를 이용하고 있으며, 정상의 표면을 주사하고 있는 동안에도 약간의 광이 산란되어 있다. 레이저광이 LPD에 닿으면 스파이크 형상의 강한 산란 신호가 검지되고, 설정한 하한 임계값을 초과한 신호에 대하여, 피크 강도로부터 LPD의 사이즈를 계산한다. 이 계산에는, PSL(폴리스티렌라텍스) 표준 입자의 사이즈와, 산란 강도의 실측값으로부터 도출되는 환산식을 이용한다. 단, 검출기에는, 강도를 정량화할 수 있는 상한이 있으며, 그 값을 초과한 경우는 LPD의 사이즈를 정량화할 수 없다. 이 모습을 나타내는 것이, 도 11의 신호예 4이다. 검출되는 신호 강도는 강도 상한에서 포화되어 있고, 그 이상의 강도에서는 실제의 LPD 사이즈에 차가 있어도, 수치로서 식별할 수 없다. 한편, 추가로 실제의 LPD 사이즈가 크고, 도 11의 신호예 5와 같이 포화한 신호의 계속 시간이 일정한 주사폭보다 길어지는 경우는, 그 폭을 적산한 면적으로서의 수치화가 가능해진다. 이와 같이 도 11의 신호예 1 ~ 3과, 신호예 5는 사이즈를 수치화할 수 있으나, 신호예 4에서는 사이즈의 수치 정보가 얻어지지 않는 문제가 발생한다. 상기 특허문헌 1 ~ 3은, DWO와 DNO 양방에 의한 LPD의 사이즈의 수치 정보가 필요하며, 어느 일방이, 도 11의 신호예 4에 해당하는 경우, 킬러 결함과 이물의 구별을 할 수 없는 문제가 있었다. 특히, 품질에 중대한 영향을 부여하는 킬러 결함의 경우는 사이즈가 커서, 이 문제에 해당하는 것이 많다.
한편, 도 11 및 본 발명의 설명에 있어서, 신호예 1 ~ 3과 같은 신호에 의해 검지되는 LPD를 사이즈 LPD, 신호예 4와 같이 신호에 의해 검지되는 LPD를 포화 LPD, 신호예 5와 같은 신호에 의해 검지되는 LPD를 면적 LPD라 칭한다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 정량적인 사이즈 정보가 얻어지지 않는 포화 LPD도 포함하여, 모든 LPD에 대하여 킬러 결함과 이물의 분류를 가능하게 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 레이저 표면 검사 장치를 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면의 LPD를 검출하고, 이 검출된 LPD를 상기 반도체 웨이퍼의 표면의 결정 결함과 상기 반도체 웨이퍼의 표면 상의 이물로 분류하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법에 있어서,
상기 레이저 표면 검사 장치의 저각도 입사·저각도 검출(DWO), 저각도 입사·고각도 검출(DNO)의 2가지 측정 모드에 의해, 조사용 샘플인 반도체 웨이퍼의 표면의 LPD를 검출하는 공정과,
상기 2가지 측정 모드에 의해 검출된 LPD의 사이즈 정보에 기초하여 사이즈 분류를 행하는 공정과,
상기 2가지 측정 모드에 의해 검출된 LPD의 검출 좌표로부터 상기 2가지 측정 모드에 있어서의 상기 검출 좌표 사이의 거리 및 웨이퍼 중심에 대한 상대 각도를 계산하는 공정과,
상기 2가지 측정 모드에 의한 검출 좌표 사이의 거리 및 상대 각도가 소정의 범위에 들어가는 LPD를 이물로 판정하고, 상기 소정의 범위에 들어가는 LPD 이외의 LPD를 상기 반도체 웨이퍼의 결함인 킬러 결함이라 판정하는 판정 기준을 상기 분류된 사이즈마다 미리 설정하는 공정과,
평가 대상인 반도체 웨이퍼의 LPD를 상기 2가지 측정 모드에 의해 검출하는 공정과,
상기 평가 대상인 반도체 웨이퍼에 대하여, 상기 2가지 측정 모드에 의해 검출된 LPD의 사이즈 정보에 기초하여 사이즈 분류를 행하는 공정과,
상기 평가 대상인 반도체 웨이퍼에 대하여, 상기 2가지 측정 모드에 의해 검출된 LPD의 검출 좌표로부터 상기 2가지 측정 모드에 있어서의 상기 검출 좌표 사이의 거리 및 웨이퍼 중심에 대한 상대 각도를 계산하는 공정과,
이 계산의 결과 및 상기 판정 기준에 기초하여, 상기 평가 대상인 반도체 웨이퍼의 표면에 검출된 LPD를 킬러 결함과 이물로 분류하는 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법을 제공한다.
이러한 웨이퍼의 평가 방법이면, DWO와 DNO에 의한 LPD의 사이즈 정보에 더하여, DWO와 DNO에 의한 LPD의 좌표 정보도 이용함으로써, 정량적인 사이즈 정보가 얻어지지 않는 포화 LPD도 포함하여, 모든 LPD에 대하여 킬러 결함과 이물의 분류(판별)를 행할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 조사용 샘플인 반도체 웨이퍼 및 상기 평가 대상인 반도체 웨이퍼를 에피택셜 웨이퍼로 할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼의 평가 방법은, 킬러 결함의 1종인 에피택셜 결함(이하, 에피 결함이라고도 함)이 발생하는 경우가 있는 에피택셜 웨이퍼를 평가하기에 호적하게 이용할 수 있다.
또한, 상기 평가 대상인 반도체 웨이퍼를 실리콘 온 인슐레이터 웨이퍼(SOI 웨이퍼)의 재료로서 사용되는 것으로 할 수 있다.
본 발명에 의해 평가된 웨이퍼를 SOI 웨이퍼의 재료로서 이용함으로써, SOI 웨이퍼에 있어서의 보이드 결함의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기 킬러 결함을 사각뿔형의 에피택셜 결함으로 할 수 있다.
이러한 결함은, 고각도 및 저각도의 검출기에 대한 신호 강도의 차가 발생하기 쉽고, 검출 좌표의 차이도 발생하기 쉽다. 또한, 이러한 결함은, 산란 강도가 강하여, 검출기의 정량화 한계를 초과하는 경우가 많다. 이러한 경우는, 정량적인 강도 정보가 얻어지지 않고, 오히려 위치 정보(좌표 정보)에 의한 분류가 유효하게 된다. 따라서, DWO와 DNO에 의한 LPD의 좌표 정보를 이용하는 본 발명이 특히 유효하다.
또한, 상기 판정 기준을 설정할 때에, 상기 검출된 LPD가 상기 킬러 결함인지 여부의 확인을, 상기 DWO 및 상기 DNO를 이용한 평가 방법과는 상이한 평가 방법을 이용하여 행하는 것이 바람직하다.
이러한 웨이퍼의 평가 방법이면, 판정 기준의 설정을 보다 정확하게 행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 표면 검사 장치에서의 정량적인 사이즈 정보가 얻어지지 않는 포화 LPD도 포함하여, 모든 LPD에 대하여, 킬러 결함과 이물을 간편하고 고정밀도로 분류할 수 있고, 후속 공정에서의 불량 손실 및 재료 웨이퍼의 손실로 이루어진 종합적인 손실을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 웨이퍼의 평가 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다.
도 2는 DWO와 DNO에 의한 LPD의 사이즈에 의한 영역 분류의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3은 DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 및 상대 각도를 설명하는 도면이다.
도 4는 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표에 대한 DWO에 의한 LPD의 검출 좌표의 상대 각도 θ2와 웨이퍼 중심에 대한 DNO에 의한 LPD의 위치 각도 θ1와 킬러 결함의 해당의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4의 관계에 기초하여 설정한 마스크 영역을 나타낸 그래프이다.
도 6은 DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 r2와 킬러 결함의 해당률의 관계의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 7은 「간과 불량률」과 「오버킬률」의 개념을 나타낸 도면이다.
도 8은 DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 r2와 「간과 불량률」 및 「오버킬률」의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 r2와 종합 손실 지수의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 1과 비교예 1, 2의 종합 손실 지수를 비교한 그래프이다.
도 11은 실제의 LPD 사이즈와 LPD의 검출광 신호 강도의 관계를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시예 1에 있어서의 각 영역의 판정 기준을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
상기와 같이, 정량적인 사이즈 정보가 얻어지지 않는 포화 LPD도 포함하여, 모든 LPD에 대하여 킬러 결함과 이물의 분류를 가능하게 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법이 요구되고 있다.
본 발명자는, 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토를 행하였다. 그 결과, DWO와 DNO에 의한 LPD의 사이즈 정보에 더하여, DWO와 DNO에 의한 LPD의 좌표 정보도 이용하는 웨이퍼의 평가 방법이, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 반도체 웨이퍼의 평가 방법의 일례를 나타내는 흐름도이며, 각 항목의 구체적인 내용을 이하에 나타낸다. 한편, 여기서 평가의 대상이 되는 반도체 웨이퍼는 다음 공정에 있어서의 재료로 간주되고, 이하의 순서(도 1의 (a) 내지 (i)는 그 사용 여부에 대한 판단 기준의 설정을 목적으로 하고 있다. 이 판단 기준에 기초하여 평가 대상인 반도체 웨이퍼의 평가를 행한다(도 1의 (j) 내지 (m)).
우선, 사전 조사용 샘플(조사용 샘플인 반도체 웨이퍼)을 준비한다(도1의 (a)). 조사용 샘플인 반도체 웨이퍼의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 에피택셜 웨이퍼로 할 수 있다. 본 발명은, 킬러 결함의 일종인 에피 결함이 발생하는 경우가 있는 에피택셜 웨이퍼를 평가하는 것에 호적하게 이용할 수 있다.
다음에, 대상 샘플에 대하여, 레이저 표면 검사 장치에 의한 측정을 실시한다(도 1의 (b)). 구체적으로는, 저각도 입사·저각도 검출(DWO), 저각도 입사·고각도 검출(DNO)의 2가지 측정 모드에 의해, 조사용 샘플인 반도체 웨이퍼의 표면의 LPD를 검출한다.
여기서 이용하는 레이저 표면 검사 장치는, 상기의 2가지 측정 모드를 갖는 것이면 된다. 따라서, 적어도 1종류의 입사각을 갖는 입사계와, 2종류의 검출각을 갖는 검출계를 구비한 것이면 된다. 이 경우, 1종류의 입사각에 의한 입사를 소정각(예를 들어, 30°) 이하의 입사각을 갖는 저각도 입사로 하고, 2종류의 검출각 중의 고각도측에 의한 검출을 고각도 검출, 다른 일방에 의한 검출을 저각도 검출로 한다.
이어서, 상기 2가지 측정 모드에 의해 검출된 LPD의 사이즈 정보에 기초하여 사이즈 분류를 행한다(도 1의 (c)). 구체적으로는, 도 1의 (b)에서 검출된 모든 LPD에 대하여, DWO와 DNO에 의한 LPD의 사이즈 정보를 확인하고, 도 2에 나타낸 9영역으로 분류한다. 도 2는, DWO와 DNO에 의한 LPD의 사이즈에 의한 영역 분류의 일례를 나타낸 도면이다. 세로축은 DNO에 의한 LPD 사이즈, 가로축은 DWO에 의한 LPD 사이즈이다. DWO와 DNO 중 어느 일방에서만 검출되었던 LPD는, 킬러 결함 판정의 대상 외로 한다.
다음에, 도 1의 (b)에서 검출된 전체 LPD에 대하여, DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 및 웨이퍼 중심에 대한 상대 각도를 계산한다(도 1의 (d)). 도 1의 (b)에 있어서의 측정에 의해, 각 LPD의 좌표 정보를 2가지 측정 모드로 취득할 수 있다. 이 정보를 이용하여, 각 LPD에 대하여, 2가지 측정 모드에 있어서의 검출 좌표 사이의 거리 및 상대 각도를 계산한다. 도 3에 일례를 나타낸다. 도 3은, DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 및 상대 각도를 설명하는 도면이다. 도 3의 예에서는, DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표의 차를, DNO에 의한 LPD의 검출 좌표를 기준점으로 한 경우의, DWO에 의한 LPD의 검출 좌표까지의 거리 r2와 상대 각도 θ2를 이용한 극좌표로서 나타내고 있다. 여기서는, 동시에, 면내 위치도 계산한다. 면내 위치는 웨이퍼 중심을 원점으로 한 경우의, DNO에 의한 LPD의 검출 좌표까지의 거리 r1와 위치 각도 θ1를 이용한 극좌표로서 나타낸다.
이어서, 2가지 측정 모드에 의한 검출 좌표 사이의 거리 및 상대 각도가 소정의 범위에 들어가는 LPD를 이물이라 판정하고, 소정의 범위에 들어가는 LPD 이외의 LPD를 반도체 웨이퍼의 결함인 킬러 결함이라 판정하는 판정 기준을 분류된 사이즈마다 미리 설정한다.
이때, 검출된 LPD가 킬러 결함인지 여부에 대하여, DWO 및 DNO를 이용한 평가 방법과는 상이한 평가 방법, 특히, 판정 정밀도가 높은 다른 평가법을 이용하여 확인하는 것이 바람직하다(도 1의 (e)). 다른 평가법의 예로서, 명시야 검사 장치로 얻어지는 LPD 화상을 이용하는 방법, 혹은, 후공정에 테스트 투입하고, 불량 발생 위치에 대응하는 킬러 결함으로서 판별하는 방법 등이 고려된다. 이에 따라, 판정 기준의 설정을 보다 정확히 행할 수 있다.
판정 기준의 설정은, 예를 들어, 이하에 나타낸 도 1의 (f) 내지 (i)에 의해 행할 수 있다. 한편, 여기서 킬러 결함의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 사각뿔형의 에피택셜 결함으로 할 수 있다. 이러한 결함은, 레이저 표면 검사 장치에서는, 정량적인 강도 정보가 얻어지지 않는 경우가 있어, 좌표 정보에 의한 분류가 유효해지기 때문이다.
우선, 도 2의 9영역마다, 도 1의 (d)에서 얻어진 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표에 대한 DWO에 의한 LPD의 검출 좌표의 상대 각도 θ2와 웨이퍼 중심에 대한 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표의 위치 각도 θ1과 킬러 결함의 해당 관계를 확인한다(도 1의 (f)). 일례를 도 4에 나타낸다. 또한, 도 5에, 도 4의 관계에 기초하여 설정한 마스크 영역을 나타낸다. 도 4 중에서 킬러 결함에 해당하는 것은, 도 5에 나타낸 마스크된 θ 영역에서의 발생 빈도가 저하되어 있다. 이러한 경우는, 마스크 영역에 해당하는 LPD를 합격(즉, 이물)으로 하는 판단 기준을 설정한다. 도 5의 예에서는, θ1 - 12°<θ2<θ1 + 12°의 범위를 마스크 영역으로 하고 있다.
이어서, 도 2의 9영역마다, 도 1의 (d)에서 얻어진 DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 r2와 킬러 결함의 해당률의 관계를 확인한다(도 1의 (g)). 도 6은 그 일례를 나타내고 있으며, DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 r2가 클수록, 킬러 결함의 해당률이 증가한다. 이러한 경우, r2에 일정한 선별 임계값을 설정하고, 그 이상의 LPD를 불합격(즉, 킬러 결함)으로 하는 판단 기준으로 한다.
이어서, 도 2의 9영역마다, 상기의 판단 기준을 이용한 경우의, 「간과 불량률」과 「오버킬률」을 계산한다(도 1의 (h)). 도 7에 각각의 개념을 나타낸다. 2개의 타원이 그려져 있고, 좌측의 타원은 도 1의 (f), 도 1의 (g) 중 어느 일방, 혹은 양방의 판단 기준에 기초하여, 레이저 표면 검사 장치의 결과로부터 불합격이라 판정되는 LPD의 집합을 나타내고 있다. 한편, 우측의 타원은 실제의 킬러 결함의 집합을 나타내고 있다. 2개의 타원이 완전히 일치하는 경우는, 킬러 결함을 완전히 선별할 수 있다는 점에서 가장 이상적인 상태이나, 현실에서는 중첩에 어긋남이 발생한다. 그 결과, 4가지의 집합이 상정되고, 각각을 도면 중의 A ~ D로서 표시한다. A의 집합은, 실제는 킬러 결함은 아니나, 불합격이라고 판단되는 집합에서, 「오버킬 결함」에 해당한다. 본래, 합격이 되어야 하는 웨이퍼를 사용할 수 없다는 점에서, 재료로서의 손실이 발생한다. B의 집합은, 킬러 결함을 올바르게 불합격이라 판단하고 있으며, 불필요한 손실은 발생하지 않는다. C의 집합은, 실제는 킬러 결함이나, 합격이 되는 「간과 결함」에 해당한다. 후속공정에서 불량을 발생시키므로, 불량에 의한 손실을 발생시킨다. D의 영역은 악영향이 없는 이물이, 그대로 합격이라 판단되는 것이며, 손실은 발생하지 않는다. 불필요한 손실을 발생시키는 것은, A와 C의 2개의 집합이며, 각각에 해당하는 LPD의 개수를 모집단(A + B + C + D)의 개수로 나눈 값을, 「오버킬률」 및 「간과 불량률」이라 정의한다. 각각의 값은, 도 1의 (f)와 도 1의 (g)의 판단 기준에 따라 변화하고, 도 1의 (g)의 DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 r2에 대해서는, 선별 임계값의 설정에 대응하여 연속적으로 변화한다. 「오버킬률」과 「간과 불량률」의 계산예를 도 8에 나타낸다. 도 8은 DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 r2와 「간과 불량률」 및 「오버킬률」의 관계를 나타낸 그래프이다. 좌단의 데이터는 검출 LPD를 모두 불합격으로 하는 경우를 나타내고 있으며, 이 경우, 「간과 불량률」은 0%가 되지만, 「오버킬률」이 증대한다. 반대로 우단의 데이터는, 검출 LPD를 모두 합격으로 하는 케이스이며, 「오버킬률」은 0%가 되지만, 「간과 불량률」이 증대한다. 중앙의 그래프는, 도 1의 (f)에서 구해진 θ의 마스크를 적용하고, 다시 도 1의 (g)에서 계산되는, DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 r2에 대한 임계값을 연속적으로 변화시킨 경우의 그래프로, 「오버킬률」과 「간과 불량률」이 연속적으로 변화하고 있다.
이어서, 도 2의 9영역마다, 종합 손실 지수를 계산하고, 그 값이 최소가 되는 판정조건을 각 영역에서 설정한다(도 1의 (i)). 종합 손실 지수는 하기 수학식 1에 의해 구할 수 있다.
[수학식 1]
종합 손실 지수 = 간과 불량률×제품 가치 계수 + 오버킬률×재료 가치 계수
(수학식 중, 간과 불량률 및 오버킬률은, 상기와 같으며, 제품 가치 계수는, 제품 가치에 따라 결정되는 계수이며, 재료 가치 계수는, 재료 가치에 따라 결정된 계수이다.)
도 9에, 종합 손실 지수의 계산예(결정 방법의 구체예)를 나타낸다. 도 9는, DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 r2와 종합 손실 지수의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 8과 마찬가지로, 도 9에 있어서의 좌단의 데이터는 검출 LPD를 전부 불합격으로 하는 경우이며, 우단의 데이터는 검출 LPD를 전부 합격으로 하는 케이스이며, 중앙의 그래프는 도 1의 (f)에서 구해지는 θ의 마스크를 적용하고, 다시 도 1의 (g)에서 계산되는, DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 r2에 대한 임계값을 연속적으로 변화시킨 경우의 그래프이다.
최종적인 손실은, 「오버킬」에 의한 재료의 손실과, 「간과 불량」에 의한 후속 공정의 불량 손실의 양방을 통합하여 계산된다. 이때, 재료 가치와 후의 제품 가치에는 차가 있으므로, 영향을 고려한 가치 계수를 각각의 불량률에 곱한다. 도 9에서는, 「재료 가치 계수」 = 1, 「제품 가치 계수」 = 5로 한 경우의 계산예를 나타내고 있으며, 이들을 도 8의 「오버킬률」과 「간과 불량률」에 곱한 값의 합계를 종합 손실 지수로 하고 있다. 도 9의 예에서는, r2값의 선별 임계값을 10 ~ 20μm로 한 경우의 종합 손실 지수가 최소로 되어 있다. 이와 같이 하여 얻어진 선별 임계값을, 도 2에 있어서의 해당 영역의 판정 기준으로서 채용한다. 마찬가지로 하여, 분류된 사이즈마다 판정 기준을 설정한다.
이어서, 조사 대상이 되는 실제의 공정 중의 웨이퍼에, 도 1의 (f) 내지 (i)에서 설정한 판정 기준을 적용하고, LPD의 선별을 실시한다. 구체적으로는, 이하에 나타낸 도 1의 (j) 내지 (m)에 의해 LPD의 선별을 실시할 수 있다.
한편, 평가 대상인 반도체 웨이퍼는 상기의 조사용 샘플인 반도체 웨이퍼와 동일한 종류의 것이면 되고, 예를 들어, 에피택셜 웨이퍼로 할 수 있다. 또한, 이러한 평가 대상인 반도체 웨이퍼를 SOI 웨이퍼의 재료로서 사용되는 것으로 할 수 있다. 본 발명에 의해 평가된 웨이퍼를 SOI 웨이퍼의 재료로서 이용함으로써, SOI 웨이퍼에 있어서의 보이드 결함의 발생을 억제할 수 있다.
우선, 평가 대상인 반도체 웨이퍼의 LPD를 2가지 측정 모드에 의해 검출한다(도 1의 (j)).
이어서, 평가 대상인 반도체 웨이퍼에 대하여, 2가지 측정 모드에 의해 검출된 LPD의 사이즈 정보에 기초하여 사이즈 분류를 행한다(도 1의 (k)).
이어서, 평가 대상인 반도체 웨이퍼에 대하여, 2가지 측정 모드에 의해 검출된 LPD의 검출 좌표로부터 2가지 측정 모드에 있어서의 검출 좌표 사이의 거리 및 웨이퍼 중심에 대한 상대 각도를 계산한다(도 1의 (l)).
이와 같이, 도 1의 (j) 내지 (l)에 의해, 조사 대상이 되는 실제의 공정 중의 웨이퍼에 대하여, 도 1의 (b) 내지 도 1의 (d)와 마찬가지로 레이저 표면 검사를 행하고, DWO와 DNO에 의한 LPD의 사이즈 정보와 좌표의 차분 정보를 취득한다. 또한, 얻어진 각 LPD의 사이즈 정보에 기초하여, 각 LPD를 도 2의 9영역으로 분류한다.
이어서, 도 1의 (l)의 계산의 결과 및 도 1의 (f) 내지 (i)에서 설정한 판정 기준에 기초하여, 평가 대상인 반도체 웨이퍼의 표면에 검출된 LPD를 킬러 결함과 이물로 분류한다(도 1의 (m)). 구체적으로는, 평가 대상인 반도체 웨이퍼에 있어서의 도 2의 각각의 영역에 대하여, 도 1의 (f) 내지 (i)에서 결정된 판정 기준(분류된 사이즈마다 설정된 판정 기준)을 기초로 합격 여부 판정을 행한다. 불합격(킬러 결함)이라 판정되는 LPD가 0개의 웨이퍼만을 합격(즉, 킬러 결함이 존재하지 않는 웨이퍼라고 평가)으로 하고, 다음 공정의 재료로서 이용한다.
레이저 표면 검사 장치에서는, 웨이퍼 표면에 레이저광을 조사하면서 고속으로 주사하고, 표면에 존재하는 이물이나 결함으로부터 방출되는 산란광을 검지함으로써, 그 LPD의 좌표 정보나 사이즈 정보를 취득한다. 이때, 상이한 검출 각도 위치에 복수의 검출기를 설정하고, 이들의 신호 강도를 비교함으로써, 결함이나 이물의 구별을 하는 방법이 이용된다. 이는 결함이나 이물의 형상에 따라, 광의 산란방향으로 치우침이 발생하는 현상을 이용한 것이다. 본 발명에 있어서는, 복수의 검출기로부터 얻어지는 신호 강도에 더하여, 좌표의 차의 정보도 이용하여 LPD 종의 구별을 하고 있다. 이 방법은, 대상으로 하는 킬러 결함의 형상이, 1변의 길이가 100 ~ 200μm 정도이고, 높이가 0.2 ~ 2μm 정도인 사각뿔형의 특징을 갖는 경우에 대하여, 특히 유효하다. 결함의 정점부에 있어서는 넓은 각도에의 산란이 발생하는 한편, 사각뿔의 에지 부분에서는, 정반사 각도에 가까운 협각 산란이 발생한다. 그 결과, 고각도 및 저각도의 검출기에의 신호 강도의 차가 발생함과 함께, 정점 부분과 에지부의 수평 거리의 차에 기인하는 검출 좌표의 차이도 발생한다. 형상에 이러한 특징을 갖는 결함은 산란 강도가 강하여, 검출기의 정량화 한계를 초과하는 경우가 많다. 이러한 경우는, 정량적인 강도 정보가 얻어지지 않고, 오히려 좌표 정보에 따른 분류가 유효하게 된다. 또한, 본 발명이 적용 가능한 결함의 형상은, 앞서 예를 든 사각뿔형으로 한정되지는 않으며, 실리콘의 결정성을 반영한 이방성을 갖고, 수평 방향으로 수백 마이크론의 사이즈를 갖는 형태의 결함이면, 어떠한 결함에 대해서도 유효하게 된다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
대상으로 한 제조 공정은, 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 웨이퍼의 제조 공정이다. 이 공정의 내용은, 이하와 같다. 우선, 산화막을 형성한 본드 웨이퍼라 불리는 재료 웨이퍼(실리콘 단결정 웨이퍼)에 수소 이온의 주입을 행함으로써 취약층을 형성하고, 그 후 베이스 웨이퍼라 불리는 다른 재료 웨이퍼와 접합하고, 열을 가함으로써 본드 웨이퍼의 일부를 박리하고, 베이스 웨이퍼에 전사한다. 그 후, 다시 결합열 처리, 평탄화 처리, 희생 산화 처리 등을 거쳐, SOI 웨이퍼 제품이 된다. SOI 웨이퍼의 베이스 웨이퍼용 재료로서, 표면을 연마한 연마 웨이퍼(실리콘 단결정 웨이퍼)를 이용하는 경우가 많으나, 이번 실시예에서는, 에피택셜 웨이퍼를 재료로 한 제품을 대상으로 하고 있다. 에피택셜 웨이퍼는, 기상 에피택셜 성장에 의해 실리콘층을 추가 성장시킨 것이다.
에피택셜 웨이퍼에는, 그 제조 과정에 있어서 1변의 길이가 100 ~ 200μm 정도이고, 높이가 0.2 ~ 2μm 정도인 사각뿔형의 결함(에피 결함)이 발생하는 경우가 있다. 이 결함은, 접합 공정에 있어서, 결합의 저해 요인이 되고, 보이드 결함이라 불리는 미결합 영역을 발생시킨다. 최종적인 SOI 제품에 있어서, 일정 사이즈를 초과하는 보이드 결함이 1개 이상 존재하면, 웨이퍼 전체가 불량품이라 판단되는 점에서, 에피 결함은 중요한 킬러 결함으로 간주된다.
이번의 실시예 및 비교예에서는, 재료인 에피택셜 웨이퍼에 대하여, KLA 텐코사 제품인 SP2에 의한 킬러 결함의 선별을 행하였다.
<실시예 1>
먼저, 도 1의 (a) 및 (b)에 따라서, 사전 조사용 에피택셜 웨이퍼를 준비하고, SP2에 의한 측정을 행하였다. 레이저는 비스듬히 상방으로부터 조사하고, 고각도 산란 신호(DNO)와, 저각도 산란 신호(DWO)에 대하여, LPD의 사이즈 정보와 좌표 정보를 취득하였다. 또한, 검출된 모든 LPD에 대하여, 도 1의 (c)에 따라서, 도 2에 나타낸 9개의 사이즈 영역으로 분류하였다. 또한, 도 1의 (d)에 따라서, 각 LPD에 대하여, 2가지 측정 모드에 있어서의 검출 좌표 사이의 거리 및 상대 각도를 계산하였다.
이어서, 도 1의 (e)에 기초하여, 킬러 결함의 고정밀도 판정을 행하였다. 판정에는, 레이저테크사의 명시야 검사 장치(M350)를 사용하였다. 이 장치는 LPD의 검출과 함께 화상도 취득할 수 있는 점에서, LPD를 고정밀도로 분류할 수 있다. 한편, 이 수법은, 스루풋에 제약이 있기 때문에, 대량의 검사용도로서 계속적으로 사용하는 것은 어려우나, 양이 한정된 사전 조사에는 적합하다.
계속해서, 도 2의 9영역마다, 도 1의 (f) 내지 (i)에 따라서, DWO와 DNO에 의한 LPD의 좌표의 차분 정보에 기초한 선별 임계값의 결정을 행하였다. 이들 9영역 중, 구체예로서, 도 2의 영역 「h」에 대하여, 종합 손실 지수의 계산을 행한 결과, 도 9에 나타낸 결과가 얻어졌다. 이에 따라, 도 2의 영역 「h」에 있어서의, DWO와 DNO에 의한 LPD의 검출 좌표 사이의 거리 r2의 선별 임계값을 15μm로 하고, 또한, 상대 각도 θ2가 θ1 - 12°<θ2<θ1 + 12°의 범위에 들어가는 LPD는 합격으로 하는 판정 기준을 설정하였다.
마찬가지로 하여 도 2의 영역 「h」 이외의 영역에 대해서도 판정 기준을 설정하였다. 도 12에 실시예 1에 있어서의 각 영역의 판정 기준을 나타낸다. 한편, 도 12 중의 수치는 r2의 선별 임계값이다.
이어서, 새로운 다른 에피택셜 웨이퍼(5000매)를 준비하고, 도 1의 (j) 내지 (m)에 따라서 웨이퍼 단위에서의 합격 여부 판정을 행하고, 합격이 된 웨이퍼만을 후속의 SOI 제조 공정에 투입하였다.
SOI 웨이퍼 제품이 완성된 단계에서, 최종적인 손실에 대하여 조사를 행하였다. 손실 지수의 검증 방법으로는, 도 1의 (m)에서 불합격이 된 재료 웨이퍼를 재조사하고, 킬러 결함이 존재하지 않는 매수를 원래의 전체 에피택셜 웨이퍼 매수로 나눈 값을 「오버킬률」로 하고, 이것에 재료 가치 계수를 곱한 값을 「재료 손실 지수」로 하였다. 한편, 도 1의 (m)에서 합격으로 판정하고, 후속공정에 투입한 웨이퍼 중에서, 에피 결함 기인의 보이드 불량이 발생한 매수를 원래의 전체 에피택셜 웨이퍼 매수로 나눈 값을 「간과 불량률」로 하고, 이것에 제품 가치 계수를 곱한 값을 「불량 손실 지수」로 하였다. 마지막으로 「재료 손실 지수」와 「불량 손실 지수」를 더한 것을, 「종합 손실 지수」로 하였다.
<비교예 1>
실시예 1과 동등한 품질이 예상되는 비교 조사용 에피택셜 웨이퍼(5000매)를 준비하고, 실시예 1과 마찬가지로, 도 1의 (b)에 따라서, SP2에 의한 측정을 행하였다. 레이저는 비스듬히 상방으로부터 조사하고, 고각도 산란 신호(DNO)와, 저각도 산란 신호(DWO)에 대하여, LPD의 사이즈 정보를 취득하였다. 또한, 검출된 전체 LPD에 대하여, 도 1의 (c)에 따라서, 도 2에 나타낸 9개의 사이즈 영역으로 분류하였다. 이들 에피택셜 웨이퍼의 전수를, 후속의 SOI 제조 공정에 투입하였다.
SOI 웨이퍼 제품이 완성된 단계에서, 최종적인 손실에 대하여 조사를 행하였다. SOI 웨이퍼 제품 중에서 에피 결함 기인의 보이드 불량이 발생한 매수를 원래의 전체 에피택셜 웨이퍼 매수로 나눈 값을 「간과 불량률」로 하고, 이것에 제품 가치 계수를 곱한 값을 「불량 손실 지수」로 하였다. 이 케이스에서는, 전수의 에피택셜 웨이퍼를 재료로서 사용하였으므로 「재료 손실 지수」는 0이 되고, 「종합 손실 지수」 = 「불량 손실 지수」로 하였다.
<비교예 2>
비교예 1의 데이터를 재해석함으로써, SP2 데이터의 사이즈 정보를 일부 이용하여 선별한 경우의 결과를 계산 예측하였다. 구체적으로는, 도 2에 나타낸 9개의 사이즈 영역마다, 각각의 영역 전체를 합격 또는 불합격이라 판정하는 설정을 행하고, 불합격이라 판정되는 영역에, 결함이 1개 이상 포함되는 웨이퍼를 불합격 대상으로 하였다. 한편, 9영역의 합격 여부 판정의 조합은, 29 = 512가지 상정되고, 각각의 케이스에 대하여, 「가상의 종합 손실 지수」의 재계산을 행하였다. 구체적인 계산방법을 이하에 나타낸다. 전체 웨이퍼 매수에 대하여, 불합격 대상이라 판정되면서 SOI 웨이퍼 제조 후에 보이드 불량이 발생하지 않은 매수의 비율을 「가상의 오버킬률」로 하고, 이것에 재료 가치 계수를 곱한 값을 「가상의 재료 손실 지수」로 하였다. 한편, 전체 웨이퍼 매수에 대하여, 합격 대상이라 판정되면서 SOI 웨이퍼 제작 후에 보이드 불량이 발생한 매수의 비율을 「가상의 간과 불량률」로 하고, 이것에 제품 가치 계수를 곱한 값을 「가상의 불량 손실 지수」로 하였다. 마지막으로 「가상의 재료 손실 지수」와 「가상의 불량 손실 지수」를 더한 것을, 「가상의 종합 손실 지수」로 하였다. 상정되는 512가지 조합 중에서, 손실이 최소가 된 케이스는, 영역 「g」만을 합격으로 하고, 다른 8영역을 전부 불합격으로 하는 케이스이며, 이것을 비교예 2의 결과로 하였다.
마지막으로, 실시예 1, 비교예 1, 비교예 2의 각각에 대하여 종합 손실 지수의 비교를 행하였다. 그 결과를 도 10에 나타낸다. 또한, 도 10에서는, 실시예 1, 비교예 1, 비교예 2의 각각의 종합 손실 지수를 비교예 1의 값을 1로 한 상대값으로 나타내고 있다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 종합 손실 지수는, 비교예 1의 1/5로 되어 있고, 또한, 비교예 2에 대해서도 1/2로 낮은 결과가 얻어지고, 본 발명의 유효성이 실증되었다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (7)

  1. 레이저 표면 검사 장치를 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면의 LPD를 검출하고, 이 검출된 LPD를 상기 반도체 웨이퍼의 표면의 결정 결함과 상기 반도체 웨이퍼의 표면 상의 이물로 분류하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법에 있어서,
    상기 레이저 표면 검사 장치의 저각도 입사·저각도 검출(DWO), 저각도 입사·고각도 검출(DNO)의 2가지 측정 모드에 의해, 조사용 샘플인 반도체 웨이퍼의 표면의 LPD를 검출하는 공정과,
    상기 2가지 측정 모드에 의해 검출된 LPD의 사이즈 정보에 기초하여 사이즈 분류를 행하는 공정과,
    상기 2가지 측정 모드에 의해 검출된 LPD의 검출 좌표로부터 상기 2가지 측정 모드에 있어서의 상기 검출 좌표 사이의 거리 및 웨이퍼 중심에 대한 상대 각도를 계산하는 공정과,
    상기 2가지 측정 모드에 의한 검출 좌표 사이의 거리 및 상대 각도가 소정의 범위에 들어가는 LPD를 이물이라 판정하고, 상기 소정의 범위에 들어가는 LPD 이외의 LPD를 상기 반도체 웨이퍼의 결함인 킬러 결함이라 판정하는 판정 기준을 상기 분류된 사이즈마다 미리 설정하는 공정과,
    평가 대상인 반도체 웨이퍼의 LPD를 상기 2가지 측정 모드에 의해 검출하는 공정과,
    상기 평가 대상인 반도체 웨이퍼에 대하여, 상기 2가지 측정 모드에 의해 검출된 LPD의 사이즈 정보에 기초하여 사이즈 분류를 행하는 공정과,
    상기 평가 대상인 반도체 웨이퍼에 대하여, 상기 2가지 측정 모드에 의해 검출된 LPD의 검출 좌표로부터 상기 2가지 측정 모드에 있어서의 상기 검출 좌표 사이의 거리 및 웨이퍼 중심에 대한 상대 각도를 계산하는 공정과,
    이 계산의 결과 및 상기 판정 기준에 기초하여, 상기 평가 대상인 반도체 웨이퍼의 표면에 검출된 LPD를 킬러 결함과 이물로 분류하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조사용 샘플인 반도체 웨이퍼 및 상기 평가 대상인 반도체 웨이퍼를 에피택셜 웨이퍼로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 평가 대상인 반도체 웨이퍼를 실리콘 온 인슐레이터 웨이퍼의 재료로서 사용되는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 평가 대상인 반도체 웨이퍼를 실리콘 온 인슐레이터 웨이퍼의 재료로서 사용되는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 킬러 결함을 사각뿔형의 에피택셜 결함으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판정 기준을 설정할 때, 상기 검출된 LPD가 상기 킬러 결함인지 여부의 확인을, 상기 DWO 및 상기 DNO를 이용한 평가 방법과는 상이한 평가 방법을 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 판정 기준을 설정할 때, 상기 검출된 LPD가 상기 킬러 결함인지 여부의 확인을, 상기 DWO 및 상기 DNO를 이용한 평가 방법과는 상이한 평가 방법을 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 평가 방법.
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