TWI617800B - 磊晶晶圓表面檢查裝置及使用該裝置之磊晶晶圓表面檢查方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠檢測出磊晶晶圓表面有無磊晶刮痕的磊晶晶圓表面檢查裝置。本發明的磊晶晶圓表面檢查裝置100，包括：光學系統30，具有相對於磊晶晶圓1的表面以60度以上80度以下的角度θ1設置的第1點照明21、相對於該表面以60度以上80度以下的角度θ2設置的第2點照明22、以及相對於該表面垂直設置的拍攝部10；以及掃描部40，平行於該表面掃描該光學系統30，其中在平行於該表面的面上以該拍攝部10為中心，該第1點照明21與該第2點照明22之間的隔離角度在85度以上95度以下。

Description

磊晶晶圓表面檢查裝置及使用該裝置之磊晶晶圓表面檢查方 法
本發明係有關於磊晶晶圓表面檢查裝置及使用該裝置的磊晶晶圓表面檢查方法，且特別有關於能夠檢查能存在磊晶晶圓表面的刮痕缺陷的有無的磊晶晶圓表面檢查裝置。
半導體裝置的製造步驟中使用的基板，主要以矽晶圓等的半導體組成晶圓最被廣泛地使用。這種晶圓最為人知的是將單結晶晶棒切片，鏡面研磨而成的拋光晶圓(PW晶圓)、或是在PW晶圓的表面形成有磊晶層的磊晶晶圓等。例如，磊晶晶圓會做為MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、功率電晶體及背面照射型固態拍攝元件等的各種半導體裝置的裝置基板來使用。本說明書中，「磊晶晶圓表面」的記載是指磊晶晶圓的主面當中形成有磊晶層的一側的面。
為了提升半導體裝置的製造步驟中的良率和可靠度，做為半導體裝置基板的晶圓表背面的缺陷檢查技術一向極為重要。存在於晶圓的表背面的缺陷有凹孔、COP等的結晶缺陷、加工造成的研磨不均及刮痕、還有異物的粒子附著等相當 多種。
過去，使用LPD(Light Point Defect；亮點缺陷)檢查裝置(雷射面檢機)，以雷射光掃描完成最後鏡面研磨後的晶圓的表背面，進行晶圓檢查來檢測出存在於表背面的粒子、刮痕等造成的散射光。又，為了判定LPD檢查裝置難以判別的缺陷，會同時採取外觀檢查，以目視來判定晶圓表背面。因為外觀檢查是官能檢查，所以無法避免檢查員的判定不一致，且要讓檢查員熟練檢查工作也需要時間，因此需要確立一種客觀的檢查方法及自動檢查方法。
因此，做為晶圓檢查方法的一種，本案申請人們已經先在專利文獻1中提出一種針對晶圓表背面中尤其是背面側的缺陷，不依賴外觀檢查來適當評價晶圓的方法。也就是，一種晶圓背面的評價方法，包括：分佈圖處理步驟，沿著晶圓的圓周方向連續地拍攝晶圓背面的部分影像，將拍攝的該部分影像合成以製作出晶圓背面的全體影像：以及微分處理步驟，將該全體影像做微分處理，製作出晶圓背面的微分處理影像，根據該全體影像或該微分處理影像，檢測出研磨不均、霧面、刮痕及粒子並加以評價。
使用第1(A)、1(B)圖來說明用以製作上述全體影像的光學系統50。第1(B)圖是為了顯示環狀光纖照明51所照射的照射光L1及反射光(散射光)L2，而從第1(A)圖抽出主要部位的圖。這個光學系統50具備環狀光纖照明51、鏡筒52、遠心透鏡53以及CCD相機組成的受光部54。又，環狀光纖照明51的光源由超高壓水銀燈組成。被環狀光纖照明51所照射 的照射光L1會以相對於晶圓表面夾角度θ0(例如20°)入射晶圓1，當與存在於晶圓1表面的缺陷D碰撞時會產生散射光L2。受光部54接收散射光L2當中垂直的散射光並拍攝，拍攝記錄出具有光學系統50的位置資訊及散射光的亮度資訊的影像。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2010-103275號公報
在此，本發明人們檢討著要將專利文獻1所記載的技術應用到磊晶晶圓表面的缺陷狀態的檢查當中。當這樣做時，專利文獻1所記載的技術雖然能夠檢測出存在於磊晶晶圓表面的多種的缺陷，但卻不能檢測出被稱為「磊晶刮痕」(參照後述第2(A)圖)的這種存在於磊晶晶圓表面的刮痕狀的缺陷。這個磊晶刮痕是習知的外觀檢查中會被檢測出來的缺陷，因此為了保證磊晶晶圓是良品，只有用專利文獻1所記載的技術並不足夠，也必須併用外觀檢查。然而，如先前所述，外觀檢查需要檢查人員的判定，因此必須要確立出一種能夠客觀地檢查磊晶晶圓表面的技術。
因此，有鑑於以上問題，本發明的目的是提供一種磊晶晶圓表面檢查裝置及使用此裝置的磊晶晶圓表面檢查方法，能夠檢測出磊晶晶圓表面是否有磊晶刮痕。
為了達成上述目的，本發明人們認真地進行檢 討。磊晶刮痕如第2(A)圖概要所示，是存在於磊晶晶圓表面的刮痕狀的缺陷D。第2(B)圖顯示第2(A)圖的I-I剖面圖。本發明人們詳細檢討這個缺陷D，發現當做為基底的基板S的表面存在有刮痕狀的缺陷D’時，若在基板S的表面生長磊晶層E，就會形成磊晶刮痕D。雖然也跟結晶方位有關，但以局部地形成的刮痕狀的缺陷D’為起點，磊晶刮痕D會形成平滑隆起。因此，本發明人們思考到儘管目視能夠感覺得到，但在使用比較接近水平角度θ0照射的環狀光纖照明的習知技術的檢查裝置中，並不能檢測出磊晶刮痕D。因此，想到要使用以比較接近垂直的角度照射磊晶晶圓表面的點照明來代替習知技術的環狀光纖照明。本發明人們研究出藉由使用這種點照明，能夠接收到來自缺陷D’的散射光，結果就能夠檢測出磊晶刮痕D，因此完成本發明。本發明是基於上述的知識與檢討所完成，其要旨架構如下。
本發明的磊晶晶圓表面檢查裝置，包括：光學系統，具有相對於磊晶晶圓的表面以60度以上80度以下的角度設置的第1點照明、相對於該表面以60度以上80度以下的角度設置的第2點照明、以及相對於該表面垂直設置的拍攝部；以及掃描部，平行於該表面掃描該光學系統，其中在平行於該表面的面上以該拍攝部為中心，該第1點照明與該第2點照明之間的隔離角度在85度以上95度以下。
在此，該第1點照明及該第2點照明具有超高壓水銀燈光源為佳。
又，該第1點照明及該第2點照明相對於該磊晶晶 圓表面以相同的角度設置為佳。
本發明的磊晶晶圓表面檢查方法，使用前述之磊晶晶圓表面檢查裝置，包括：取得步驟，一邊利用該掃描部掃描該光學系統，一邊連續地拍攝該表面的部分影像，取得該表面的全體影像；以及檢出步驟，從該全體影像檢測出存在於該表面的刮痕狀的缺陷圖樣。
在這個情況下，磊晶晶圓表面檢查方法，更包括：影像處理步驟，在該檢出步驟之前對該全體影像進行影像處理，其中在該檢出步驟中，根據該影像處理後的全體影像來進行該檢測為佳。
根據本發明，因為使用了適當設置的點照明，所以能夠提供一種磊晶晶圓表面檢查裝置及使用此裝置的磊晶晶圓表面檢查方法，其能夠檢測出磊晶晶圓表面是否有磊晶刮痕。
1‧‧‧磊晶晶圓(晶圓)
100‧‧‧磊晶晶圓表面檢查裝置
10‧‧‧拍攝部
12‧‧‧鏡筒
13‧‧‧透鏡
14‧‧‧受光部
21‧‧‧第1點照明
22‧‧‧第2點照明
30‧‧‧光學系統
40‧‧‧掃描部
50‧‧‧光學系統
51‧‧‧環狀光纖照明
52‧‧‧鏡筒
53‧‧‧遠心透鏡
54‧‧‧受光部
D‧‧‧磊晶刮痕
D’‧‧‧缺陷
E‧‧‧磊晶層
S‧‧‧基板
第1圖係說明習知技術中使用的光學系統的概要圖，(A)是顯示光學系統全體的概要圖；(B)是顯示入射光L1及散射光L2的概要圖。
第2圖係形成有磊晶刮痕的磊晶晶圓表面的概要圖，(A)是平面圖；(B)是(A)的I-I剖面圖。
第3圖係根據本發明一實施型態的磊晶晶圓表面檢查裝置的概要圖，(A)是立體圖；(B)是概要剖面圖；(C)是概要 平面圖。
第4(A)圖係顯示實施例中的磊晶刮痕的全體影像；第4(B)圖係對全體影像做影像處理的結果。
以下，參照圖式說明本發明的實施型態。第3圖係根據本發明一實施型態的磊晶晶圓表面檢查裝置100的概要圖，(A)是磊晶晶圓表面檢查裝置100的立體圖；(B)是(A)的概要剖面圖；(C)是(A)的概要平面圖。各圖式為了說明上的方便，會僅圖示磊晶晶圓表面檢查裝置100的主要部位。
(磊晶晶圓表面檢查裝置)
如第3(A)圖所示，根據本發明一實施型態的磊晶晶圓表面檢查裝置100包括：第1點照明21，相對於磊晶晶圓1的表面夾60度以上80度以下的角度θ1設置；第2點照明22，相對於該表面夾60度以上80度以下的角度θ2設置；以及光學系統30，具有相對於該表面垂直設置的拍攝部10。又，這個磊晶晶圓表面檢查裝置100具有平行於該表面來掃描光學系統30的掃描部40。在此，在與該表面平行的面上，以拍攝部10為中心，第1點照明21與第2點照明22之間的隔離角度θ3在85度以上95度以下。另外，如使用第2(A)圖、第2(B)圖所說明的，磊晶晶圓片1是在基板S的表面磊晶成長出磊晶層E之物，磊晶晶圓1的表面是指形成有磊晶層E的一側的表面。以下，按照順序說明各構造的細節。
拍攝部10的構造只要是能夠接收並拍攝來自磊晶晶圓1的表面的散射光的話，並沒有特別限制，例如能夠是由 鏡筒12、透鏡13及受光部14所構成。鏡筒12、透鏡13及受光部14各自都能夠使用一般使用的器材。透鏡13例如能夠使用遠心透鏡，受光部14例如能夠使用CCD相機。這個拍攝部10可以把它當作是第1圖所述的光學系統50拿掉環狀光纖照明51之後的物體。
接著，如第3(A)圖及第3(B)圖所示，第1點照明相對於磊晶晶圓1的表面以60度以上80度以下的角度θ1設置。第2點照明20也同樣地，相對於磊晶晶圓1的表面以60度以上80度以下的角度θ2設置。角度θ1及角度θ2彼此可以不同，但兩者是以相同的角度或是略相同的角度設置為佳，能夠減輕磊晶晶圓1的照射部位上的照度不均，能夠使檢出感度平準化。又，角度θ1及角度θ2各自在65度以上75度以下更佳，在68度以上72度以下特佳。在一個例子中，角度θ1及角度θ2各自能夠是70度。透過將各點照明的入射角度設定在這個角度範圍內，光能夠比磊晶晶圓1的磊晶層更深入、甚至比做為基底基板的矽晶圓基板的表面更深入。因此，在磊晶晶圓1的表面側的除了高低差以外的生長面方位配列的變化，會更容易地配捕捉。另外，當角度θ1超過80度，第1點照明21可能會干涉到拍攝部10的設置位置。又，角度θ1不滿60度的話，如第2(A)圖及第2(B)圖所說明的，來自形成在磊晶晶圓1的基板S上的缺陷D’的散射光強度減低，而變得無法檢測到磊晶刮痕D。角度θ2設定在上述範圍也是基於相同的理由。
又，如第3(C)圖所示，在與磊晶晶圓1的表面平行的面上，以拍攝部10為中心，第1點照明21與第2點照明22之 間的隔離角度θ3設定在85度以上95度以下。在此，隔離角度θ3設定在略90度為佳，設定為90度更佳。另外，第3(B)圖係相當於第3(C)圖的II-II剖面圖，但為了使各構造的位置關係更明確，僅顯示主要部位。
將隔離角度θ3設定為上述角度是因為磊晶刮痕D有結晶方位相關性的情形較多，所以才將第1點照明21及第2點照明22設置在這個位置，從至少從2個方向照射磊晶晶圓1的表面。藉此，能夠不受到結晶方位相關性影響，確實地收到來自磊晶刮痕D(也就是基板S的缺陷D’)的散射光。另外，也可以除了第1及第2點照明21、22之外，再設置其他的點照明，從3個方向以上照明磊晶晶圓1的表面。
第1點照明21及第2點照明22的光源能夠使用一般的款式，照射磊晶晶圓1的表面後能夠充分地獲得因為磊晶刮痕D所造成的散射光的話，並沒有特別限制。第1點照明21及第2點照明22具有照度高的超高壓水銀燈光源為佳。
光學系統30具備上述拍攝部10、第1點照明21及第2點照明22。以第1點照明21及第2點照明22照射磊晶晶圓1的表面，接收其散射光，取得磊晶晶圓1的表面的部分影像。另外，光學系統30也可以具備保持這些構件的位置關係的保持部(未圖示)或調整位置關係的調整部(未圖示)。
掃描部40一邊維持住光學系統30中的拍攝部10、第1點照明21及第2點照明22的位置關係，一邊平行於磊晶晶圓1的表面掃描光學系統30。掃描部40也可以在圓周方向上掃描光學系統30，也可以在縱橫方向上掃描。又，磊晶晶圓表面檢 查裝置100可以具備複數個(例如3個)光學系統30，然後掃描部40在圓周方向上掃描各個光學系統30。另外，掃描部40能夠由連接到光學系統30的臂部、以及驅動臂部的驅動步進馬達、伺服馬達等構成。
藉由使用以上說明的磊晶晶圓表面檢查裝置100，拍攝部10能夠接收並拍攝磊晶刮痕D所造成的散射光，因此能夠檢測出以往不用目視就無法觀察到的磊晶刮痕D。
另外，磊晶晶圓1是鏡面加工的矽晶圓的表面成長出矽磊晶層的磊晶矽晶圓為佳。磊晶層的厚度並沒有特別限定，但例如厚度為1μm以上15μm以下的話，就能夠使用磊晶晶圓表面檢查裝置100確實地檢查磊晶刮痕的有無。另外，這個矽晶圓的主面的面方位是(100)面為佳。因為使用第2圖所說明的磊晶刮痕D特別會形成問題。
(磊晶晶圓表面檢查方法)
接著，說明使用上述磊晶晶圓表面檢查裝置100的磊晶晶圓表面檢查方法的一實施型態。本實施型態具有；取得步驟，一邊以掃描部40掃描光學系統30，一邊連續地拍攝磊晶晶圓1的表面的部分影像，取得磊晶晶圓1的表面的全體影像；以及檢出步驟，從獲得的全體影像中檢測出存在於磊晶晶圓1的表面的刮痕狀的缺陷圖樣。
也就是說，上述取得步驟中，首先光學系統30位於既定位置時，拍攝磊晶晶圓1的表面的部分影像。接著，掃描部40在與上述既定位置不同的位置掃描光學系統30，拍攝磊晶晶圓1的表面的部分影像。例如，將磊晶晶圓1的表面區分為 100~200左右的區塊，每個區塊反覆進行這個拍攝與掃描，連續地拍攝磊晶晶圓1的表面的部分影像，合成部分影像，取得磊晶晶圓1的表面的全體影像。獲得的全體影像的一個例子是在後述實施例說明的第4(A)圖。
接著，進行檢出步驟，從上述取得步驟中取得的全體影像，檢測出存在於磊晶晶圓1的表面的刮痕狀的缺陷圖樣。在此，磊晶刮痕D具有特別的缺陷圖樣。因此，對磊晶刮痕D使用特有的缺陷圖樣長度、縱橫尺寸比及橢圓扁平率等來設定條件，在從全體影像中檢測出符合這個條件的缺陷圖樣。使用磊晶晶圓表面檢查裝置100所獲得的全體影像中，有符合上述條件的刮痕狀的缺陷圖樣的話，能夠評價為有磊晶刮痕D存在，沒有上述刮痕狀的缺陷圖樣的話，就能夠評價為沒有磊晶刮痕D存在。
另外，在上述檢出步驟之前，更具備將取得的全體影像做影像處理的影像處理步驟為佳。然後，在上述檢出步驟中，根據影像處理的全體影像，檢測出刮痕狀的缺陷圖樣為佳。影像處理步驟中，例如從全體影像中取得微分處理影像，能夠抑制雜訊等的影響，能夠更明確地檢測出存在於磊晶晶圓1的表面的缺陷。另外，後述的第4(B)圖是第4(A)圖的全體影像做微分處理並細線化處理後的影像。根據影像處理後的全體影像，檢測出刮痕狀的缺陷圖樣的話，就能夠更加提高磊晶刮痕D的檢測精度。
以上說明了本發明的實施型態，但這些顯示了代表的實施型態的例子，本發明並不限定於這些實施型態，在發 明的要旨的範圍內能夠做各式各樣的變更。同樣地，以下的實施例也並非限定本發明。
[實施例]
為了確認使用根據本發明一實施型態的磊晶晶圓表面檢查裝置100能夠檢測出磊晶刮痕，而進行以下實驗。首先，準備直徑300mm、厚度775μm的研磨後的矽晶圓(所謂的拋光晶圓(也稱為PW晶圓))，再磊晶成長出厚度2μm的矽磊晶層，製作出磊晶矽晶圓。預先對磊晶晶圓進行目視的外觀檢查，確認到這個磊晶矽晶圓有磊晶刮痕。
使用磊晶晶圓表面檢查裝置100在晶圓圓周方向上分別掃描3個光學系統30，合成從各個光學系統30所獲得的部分影像，獲得第4(A)圖所示的全體影像。另外，第1點照明21及第2點照明22會使用超高壓水銀燈光源。θ1及θ2設定為70度，θ3設定為90度。
從第4(A)圖能夠確認到晶圓中央部形成有點狀的缺陷相連的圓弧狀的圖樣(也就是刮痕狀的圖樣)。另外，對這個全體影像進行微分處理及細線化處理後，獲得第4(B)圖所示的影像，同樣能夠確認圓弧狀的圖樣。然後確認了這些圓弧狀的圖樣與預先進行外觀檢查時所確認到的磊晶刮痕的大小、形狀及位置一致。因此，能夠確認到藉由根據本發明一實施型態的檢查裝置及檢查方法，可確實地檢查磊晶刮痕的有無。
又，即使對具有厚度2μm~8μm的矽磊晶層的磊晶矽晶圓，使用這個磊晶晶圓表面檢查裝置100來進行磊晶刮 痕有無的檢查，也確認到能夠與上述實施例相同地進行檢查。
[產業上之可利用性]
根據本發明。能夠提供一種磊晶晶圓表面檢查裝置及使用此裝置的磊晶晶圓表面檢查方法，能夠檢查出磊晶晶圓表面是否有磊晶刮痕。
1‧‧‧磊晶晶圓(晶圓)
100‧‧‧磊晶晶圓表面檢查裝置
10‧‧‧拍攝部
12‧‧‧鏡筒
13‧‧‧透鏡
14‧‧‧受光部
21‧‧‧第1點照明
22‧‧‧第2點照明
30‧‧‧光學系統
40‧‧‧掃描部

Claims (5)

  1. 一種磊晶晶圓表面檢查裝置，包括：光學系統，具有相對於磊晶晶圓的表面以60度以上80度以下的角度設置的第1點照明、相對於該表面以60度以上80度以下的角度設置的第2點照明、以及相對於該表面垂直設置的拍攝部；以及掃描部，平行於該表面掃描該光學系統，其中在平行於該表面的面上以該拍攝部為中心，該第1點照明與該第2點照明之間的隔離角度在85度以上95度以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之磊晶晶圓表面檢查裝置，其中該第1點照明及該第2點照明具有超高壓水銀燈光源。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之磊晶晶圓表面檢查裝置，其中該第1點照明及該第2點照明相對於該磊晶晶圓表面以相同的角度設置。
  4. 一種磊晶晶圓表面檢查方法，使用如申請專利範圍第1~3項任一項所述之磊晶晶圓表面檢查裝置，包括：取得步驟，一邊利用該掃描部掃描該光學系統，一邊連續地拍攝該表面的部分影像，取得該表面的全體影像；以及檢出步驟，從該全體影像檢測出存在於該表面的刮痕狀的缺陷圖樣。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之磊晶晶圓表面檢查方法，更包括：影像處理步驟，在該檢出步驟之前對該全體影像進行影像 處理，其中在該檢出步驟中，根據該影像處理後的全體影像來進行該檢測。
TW105124573A 2015-09-24 2016-08-03 磊晶晶圓表面檢查裝置及使用該裝置之磊晶晶圓表面檢查方法 TWI617800B (zh)

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