WO2005101483A1

WO2005101483A1 - 半導体ウェハの検査装置及び方法

Info

Publication number: WO2005101483A1
Application number: PCT/JP2005/007120
Authority: WO
Inventors: Fumi Nabeshima; Kazuya Togashi; Hiroshi Jiken; Yoshinori Suenaga
Original assignee: Komatsu Electronic Metals Co., Ltd.
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2005-10-27
Also published as: JPWO2005101483A1; US20090040512A1; TWI257140B; DE112005000828B4; DE112005000828T5; US7576852B2; TW200534423A; JP4694476B2

Abstract

　光散乱法を用いてエピタキシャルウェハの表面が検査される。ウェハ表面上の光散乱体（LLS)から反射される、散乱角の狭い狭散乱光と広い広散乱光の強度が検出される。狭散乱光と広散乱光の強度が所定のサイジング範囲内に入る場合、狭散乱光強度に基づくPLSサイズと広散乱光強度に基づくPLSサイズが、サイジング範囲内のどの区域（４１０，４１４，４１８，４３９）に属するか判断され、光散乱体がパーティクルかキラーディフェクトかが判定される。狭散乱光又は広散乱光の強度がサイジング範囲を越える場合（４１７，４２０，４２１，４２３，４２４，４２５）、及び多くの光散乱体が連続又は密集する場合（４２２）、光散乱体はキラーディフェクトと判定される。

Description

明細書

半導体ウェハの検査装置及び方法

技術分野

[0001] 本発明は、半導体ウェハの表面品質を検査するための技術に関し、特に、ェピタキシャルウェハの表面欠陥の検出に好適である。

背景技術

[0002] 一般に、半導体ウェハの欠陥（defect) (半導体ウェハの表層の理想的な結晶構造を損なう構造的又は化学的な異常）には、そのウェハ上に形成されることになる半導体デバイスにとり、許容できる軽微なものと致命的なものとがある。致命的な欠陥は「キラーディフエタト（killer defect)」と呼ばれ、デバイスの歩留まりを低下させる。特にェピタキシャルウェハの場合、主たる欠陥はェピタキシャル層の積層欠陥（stacking fault : SF)であり、通常、半導体ゥヱハの表面に隆起又は窪みとなって現れる。キラーディフエタトの多くはこの SFの一部である。キラーディフエタトには、デバイスの製造ェ程でデフォーカス（defocus)不良を発生させるような高さを伴ったものや、広い面積を有し複数のデバイスへ影響を与える LAD (large area defect)と呼ばれるものなどがある。ここでは、ェピタキシャルウェハの表面欠陥も含めた欠陥を簡易的に ELD (EP layer defect)と呼ぶことにする。半導体ウェハの表面上の「キラーディフエタト」を検出する技術は、半導体製造において極めて重要である。

[0003] 半導体ウェハの表面検査のために、光散乱法を用いた異物検査装置が広く用いられている。この異物検査装置は、微小サイズのレーザ光で半導体ウェハの表面を走查し、半導体ウェハの表面の光散乱体 (欠陥やパーティクル)からの散乱光を検出し、そして、その散乱光の強度力ウェハ表面上に存在する光散乱体のサイズ (標準粒子（PLS: polystyrene latex sphere)のサイズに相当する値）を測定する。欠陥が半導体ウエノ、から永久に除去することが不可能であるのに対し、パーティクルは事後処理により除去することが可能であり、半導体デバイスにとり致命的ではない。従って、光散乱法を用いた表面検査においては、検出された個々の光散乱体が欠陥であるかパーティクルであるかを判別できることが重要である。 [0004] 特許文献 1には、光散乱法を用いて、ェピタキシャルウェハの積層欠陥を検出するための方法が開示されている。この方法は、光散乱法を用いた異物検査装置 (例えば、ケーエルエーテンコール（KLA- Tencor)社製のサーフスキャン 6200 (Surfscan 6200) (商標））を用いてェピタキシャルウェハの表面上に存在する光散乱体のサイズを測定し、それら光散乱体を、そのサイズが 1. 6 m以下のものとそれを超えるものとに分類し、そして、 1. 6 mを超える光散乱体は積層欠陥、 1. 6 m以下の光散乱体は積層欠陥以外のピットと判断する。

[0005] 特許文献 1 :特開 2001— 176943号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 特許文献 1に開示された方法には、次のような問題がある。

[0007] まず、単一のレーザ散乱光の強度からでは、ウェハ表面に数多くの形体種として存在する欠陥を確度高く分類することは困難である。ましてや欠陥とパーティクルを区別することは困難である。この方法では、欠陥を 1. 6 /z mの閾値で 2種類にしか分類できない。また、前処理として選択エッチングを実施することは、欠陥検査のスループットを大幅に低下させるから、量産用にはこの方法は適さず、また、選択エッチングにより、ウェハの表面の品質が損われ、最早製品として出荷できなくなるおそれもある。さらに、特許文献 1は、ウェハ表面上の光散乱体をキラーディフエタトとそうでないものとに区別する点に関して言及してない。

[0008] したがって、本発明の目的は、半導体ウェハ、特にェピタキシャルウェハ、の光散乱法を用いた表面検査の精度を高めることである。

[0009] また、別の目的は、半導体ウェハ、特にェピタキシャルウェハ、の光散乱法を用いた表面検査において、欠陥とパーティクルを識別する精度を高めることにある。

[0010] また、さらに別の目的は、半導体ウェハ、特にェピタキシャルウエノ、、の光散乱法を用いた表面検査において、キラーディフエタトとそうでない欠陥とを識別する精度を高めることにある。

[0011] さらにまた別の目的は、量産に一層適した検査装置又は検査方法を提供することにある。課題を解決するための手段

[0012] 本発明の一つの側面に従う半導体ウェハの検査装置は、半導体ウェハの表面の検查点に光スポットを当てる光照射装置と、前記検査点力の散乱光のうち散乱角が所定角より狭い狭散乱光を受けて、前記狭散乱光の強度を検出する第 1の光センサと、前記検査点力の散乱光のうち散乱角が所定角より広い広狭散乱光を受けて、前記広散乱光の強度を検出する第 2の光センサと、前記第 1と第 2の光センサからの検出信号に応答して、前記検査点に存在する光散乱体 (LLS)の種別を判定する信号処理回路とを備える。前記信号処理回路は、前記狭散乱光の強度が所定のサイジング範囲内にある場合、前記狭散乱光の強度に基づいて第 1の PLS相当サイズを計算する第 1計算手段と、前記広散乱光の強度が前記サイジング範囲内にある場合、前記広散乱光の強度に基づいて第 2の PLS相当サイズを計算する第 2計算手段と、前記狭散乱光と前記広散乱光の強度のいずれもが前記サイジング範囲内にある場合、第 1の PLS相当サイズと前記第 2の PLS相当サイズの双方に基づいて、前記光散乱体の種別を判定する判定手段とを有する。

[0013] 好適な実施形態では、前記判定手段は、前記サイジング範囲内における前記第 1 の PLS相当サイズが前記第 2の PLS相当サイズとほぼ等しいか又は所定程度以下の程度でより大きい所定のパーティクル区域において、前記検査点に存在する光散乱体がパーティクルであると判定する。

[0014] 好適な実施形態では、前記判定手段は、前記サイジング範囲内における前記第 1 の PLS相当サイズが前記第 2の PLS相当サイズより前記所定程度以上の程度でより大きい所定の欠陥区域において、前記検査点に存在する光散乱体が欠陥であると判定する。その場合、前記判定手段は、前記欠陥区域において、第 1の PLS相当サイズ力所定のサイズより大きいか小さいかに応じて、前記欠陥がキラーディフタトと推定されるカゝ否かを判定する。

[0015] 好適な実施形態では、前記判定手段は、前記狭散乱光又は前記広散乱光の強度が前記サイジング範囲を越える場合、前記検査点に存在する光散乱体がキラーディフタトと推定される欠陥であると判定する。

[0016] 本発明の別の側面に従う半導体ウェハの検査方法は、半導体ウェハの表面の検査点に光スポットを当てるステップと、前記検査点からの散乱光のうち散乱角が所定角より狭い狭散乱光の強度を検出するステップと、前記検査点力の散乱光のうち散乱角が所定角より広い広狭散乱光の強度を検出するステップと、前記狭散乱光の強度が所定のサイジング範囲内にある場合、前記狭散乱光の強度に基づいて第 1の PLS 相当サイズを計算するステップと、前記広散乱光の強度が前記サイジング範囲内にある場合、前記広散乱光の強度に基づいて第 2の PLS相当サイズを計算するステツプと、前記狭散乱光と前記広散乱光の強度のいずれもが前記サイジング範囲内にある場合、第 1の PLS相当サイズと前記第 2の PLS相当サイズの大小関係に基づいて、前記検査点に存在する光散乱体の種別を判定するステップとを有する。

発明の効果

[0017] 本発明によれば、光散乱法を用いた半導体ウェハの表面検査の精度が高まる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]図 1Aは、本発明の一実施形態にかかる半導体ウェハの検査装置の構成を示す断面側面であり、図 1Bは、光スポットによる半導体ウェハの表面のスキャニングの様子を示す様子を示す平面図である。

[図 2]光センサ 114、 120から出力される光強度信号 122、 124の複数のタイプを示す波形図である。

[図 3]第 2信号処理装置 126Bが行う表面異常の種別を判別するための分析処理の根底にある最も基本的な原理を説明する図。

[図 4]第 2信号処理装置 126Bにより行われる分析処理で用いられる、 LLSの種別を判別するためのロジックを説明する図。

[図 5]第 2EKD区域 420の原理的な意義を説明する図。

[図 6]信号処理装置 126Aと 126Bにより行われる分析処理の流れを示す図。

符号の説明

[0019] 100 半導体ウェハの検査装置

102 垂直入射レーザビーム

103 レーザスポット

108 狭散乱光 114 光センサ

116 広散乱光

120 光センサ

122 狭散乱光強度信号

124 広散乱光強度土信号

126A 第 1信号処理装置

126B 第 2信号処理装置

130 サイズド LLSタイプ

136 飽和エリアタイプ

138 トラックエリアタイプ

140 アング/レエリアタイプ

142 クラスタエリタイプ

144 エリアタイプ

200 半導体ゥハ

300 PLS (.polystyrene latex sphere)

302 ノーテイクノレ

304 フラット形の隆起

306 フラット形の窪み

308 タワー形の隆起

400 第 1判別ライン

402 第 2判別ライン

410 パーティクル区域

414 第 1小欠陥区域

418 第 1EKD区域

422 第 2EKD区域

430 第 2小欠陥区域

発明を実施するための最良の形態

図 1Aは、本発明の一実施形態にかかる半導体ウェハの検査装置の構成を示す断面側面図である。点線の吹き出しブロック内に示される図 IBは、光スポットによる半導体ウェハの表面のスキャニングの様子を示す平面図である。

[0021] 図 1Aに示すように、この検査装置 100は、 2種類のレーザビーム 102、 104を選択的に半導体ウェハ 200の表面の一点 (検査点）に照射することができる。一方のレーザビーム 102は、半導体ウェハ 200の表面に垂直に入射するようになっており、他方のレーザビーム 102は、半導体ウェハ 200の表面に斜め角度で入射するようになつている。この実施形態では、垂直入射のレーザビーム 102のみが使用され、斜め入射のレーザビーム 104は使用されない。半導体ウェハ 200の表面の検査点は、垂直入射レーザビーム 102が形成する微小なレーザスポット 103によって照射されることになる。図 1Bに示すように、このレーザスポット 103は、細長い楕円形の形状を有し、その長径と短径が半導体ウェハ 200の半径線と円周線にそれぞれ平行になる方向を向いている。レーザスポット 103のサイズは、例えば、長径寸法 L力 0— 350 m程度、短径寸法 Wが 20 m程度である。検査装置 100は、図 1Bの矢印 200Aに示すように半導体ウェハ 200を中心点回りに回転させ、同時に、矢印 103Aに示すようにレ一ザスポット 103を半導体ウェハ 200の半径線に沿って移動させ、これにより、レーザスポット 103が半導体ウエノ、 200の表面の全域を螺旋状にスキャンする。螺旋状のスキャンライン同士の間隔（N回転目と N+ 1回転目のスキャンラインの半径方向の間隔 )は、レーザスポット 103の長径寸法 Lの半分程度の 20— 180 μ m程度である。従つて、このスキャニングによる検査結果の位置分解能は 20— 180 m程度である。

[0022] 半導体ウェハ 200の検査点（光スポット 103が照射された場所)では、垂直入射レ一ザビーム 102がこの検査点の表面状態に応じた方向へ反射される。例えば、検査点に欠陥やパーティクルが存在しな、場合、検査点の表面形状は完全に平坦であるから、垂直入射レーザビーム 102は垂直に反射される。一方、検査点に欠陥又はパ一ティクルが存在する場合、表面形状には隆起や窪みがあるから、垂直入射レーザビーム 102の反射光は様々な方向へ向力散乱光 108、 116となる。検査点からの垂直の反射ビームはマスク 106に吸収され、検査には使用されない。一方、検査点力もの散乱反射光は、その散乱角（反射角）に応じて、その一部は光センサ 114で検出され、他の一部は別の光センサ 120で検出される。すなわち、散乱角が所定値以下の狭角範囲へ散乱した反射光 (以下、「狭散乱光」という） 108は、凸レンズ 110と反射鏡 112を通じて、第 1の光センサ 114で検出される。また、散乱角が所定値より大きい広角範囲へ散乱した反射光 (以下、「広散乱光」という） 116は、立体凹面反射鏡 118を通じて、第 2の光センサ 120で検出される。第 1の光センサ 114は、狭散乱光 108の強度に応じたレベルをもつ電気信号 (例えば、電圧信号）（以下、「狭散乱光強度信号」という） 122を生成して、これを第 1信号処理装置 126Aへ出力する。第 2の光センサ 120は、広散乱光 116の強度に応じたレベルをもつ電気信号 (例えば、電圧信号）（以下、「広散乱光強度信号」という） 124を生成して、これを第 1信号処理装置 126Aへ出力する。光センサ 114、 120として、例えば光電子増倍管が用いられる。

相互接続された第 1と第 2の信号処理装置 126Aと 126Bが設けられる。第 1と第 2の信号処理装置 126Aと 126Bの組み合わせは、入力された狭散乱光強度信号 122と広散乱光強度信号 124を後に詳述する方法で分析することにより、半導体ウェハ 20 0の表面上の光散乱体（以下、 LLS (laser light

scattering)という）（これは、典型的には、ウェハ表面の隆起や窪みなどの「表面異常」、換言すれば欠陥やパーティクルに相当する）を検出し、検出された LLSがパーティクルである力、キラーディフエタトの可能性の高い重大な欠陥である力、或いはキラーディフエタトの可能性の低い軽微な欠陥であるかを判別し、そして、その判別結果を出力する。第 1の信号処理装置 126Aは、特に、狭散乱光強度信号 122と広散乱光強度信号 124に基づいて、半導体ウェハ 200の表面上の光散乱体（以下、 LLS (laser light

scattering)という）を検出し、そのサイズと位置座標を計算する。第 2の信号処理装置 126Bは、特に、第 1の信号処理装置 126A力 LLSのサイズと位置座標を示すデータ 125を受けて、その LLSがパーティクルか重大な欠陥力軽微な欠陥である力判別し、その判別結果に基づき、半導体ウェハ 200が良品である否かという検査結果を決定し、そして、その判決結果と検査結果を出力する。第 2の信号処理装置 126Bからの出力データのうち、少なくとも上記検査結果を示すデータ 127を第 1の信号処理装置 126Aに入力される。第 1の信号処理装置 126Aは、その検査結果に応じた仕分け指示信号 128をウェハマニピュレータ 129に出力する。ウェハマニピュレータ 129は、仕分け指示信号 128に応答して、検査の終わった半導体エノ、 200を良品か不良品かに仕分ける。ここで、第 1と第 2の信号処理装置 126Aと 126Bはそれぞれ、例えば、プログラムされたコンピュータ、専用ハードウェア回路又はそれらの組み合わせによつて実現することができる。

[0024] この検査装置 100の第 2の信号処理装置 126Aを除いた部分には、例えば、ケーエルエーテンコール（KLA-Tencor)社製のエスピーワン（SP1) (商標）を採用することができる。よって、このエスピーワン（SP1)に、第 2の信号処理装置 126Bの信号分析機能を追加することにより、この検査装置 100を実現することができる。

[0025] 図 2は、信号処理装置 126Aと 126Bが分析の対象とする反射光強度信号 122、 12 4の異なるタイプを示す波形図である。図 2に示されるすタイプは、広散乱光強度信号 122及び狭散乱光強度信号 124のいずれにも適用される。

[0026] 図 2に示すように、信号処理装置 126による分析対象となる反射光強度信号 122、

124は、その信号レベル (例えば電圧レベル）〖こ応じて大きく 5つのタイプ 130、 136、 138、 140、 142に分類される。第 1のタイプ 130は、信号レベルのピーク値力所定の下限レベル Min以上で所定の飽和レベル Max未満の範囲内に入るタイプである。ここで、所定の下限レベル Minとは、 LLSが検出されたと認めることができる最低の信号レベル（つまり、信号レベルがそれ以上でないと、 LLSが存在すると認めることができないレベル）である。一方、飽和レベル Maxとは、 LLSのサイジング（その信号レベルに基づいて PLS (polystyrene latex sphere)のサイズを計算すること）を行うことが可能な最大のサイズに対応する信号レベルである。反射光強度信号 122、 124の各々のレベルのピーク値が高いほど、より大きいサイズが計算される。しかし、計算された結果は、 LLSと同強度の散乱光を反射する PLSのサイズ (以下、「PLS相当サイズ」という )であって、 LLSそれ自体のサイズではない。以下、この第 1のタイプ 130を、「サイズド LLSタイプ」と呼ぶ。

[0027] 第 2のタイプ 136は、信号レベルが飽和レベル Maxに達した場合である。要するに、第 2のタイプ 136は、反射光 108、 116の強度がサイジング可能な最大値を越えている場合である。以下、第 2のタイプ 136を「飽和エリアタイプ」と呼ぶ。また、飽和エリアタイプ 136又は上述したサイズド LLSタイプ 130の信号が多数連続して又は密集した状態で検出されると、以下の第 3から第 5のタイプ 138, 140, 142のいずれかになる

[0028] 第 3のタイプ 138は、半導体ウェハ 200の半径方向に所定トラック数 (例えば 8トラック）以上連続して、上述したサイズド LLSタイプ 130又は飽和エリアタイプ 136の信号が検出される場合である。連続検出される信号には、サイズド LLSタイプ 130のみでも、飽和エリアタイプ 136のみでも、或いは両タイプ 130と 136が混ざって含まれていてよい。第 3のタイプ 138に属する連続信号を、それら全体で、以下、「トラックエリアタイプ」と呼ぶ。

[0029] 第 4のタイプ 140は、半導体ウエノ、 200の周方向に（すなわち、螺旋スキャニングのラインに沿って）に所定距離 (例えば連続 8つのレーザスポット 130に相当する 180 m)以上連続して、サイズド LLSタイプ 130又は飽和エリアタイプ 136の信号が検出される場合である。連続検出される信号には、サイズド LLSタイプ 130のみでも、飽和ェリアタイプ 136のみでも、或いは両タイプ 130と 136が混ざって含まれていてよい。以下、第 4のタイプ 140に属する連続信号を、それら全体で、「アングルエリアタイプ」と呼ぶ。

[0030] 第 5のタイプ 142は、上述したトラックエリアタイプ 138にもアングルエリアタイプ 143 0にも該当しな!/、が、上述したサイズド LLSタイプ 130又は飽和エリアタイプ 136の複数の信号が、相互間の間隔が所定の距離以内の近接した位置で検出される場合である。第 5のタイプ 142に属する複数信号を、それら全体で、以下、「クラスタエリアタィプ」と呼ぶ。

[0031] さらに、上述したトラックエリアタイプ 138、アングルエリアタイプ 140及びクラスタエリァタイプ 142を、以下、単純に「エリアタイプ」 144と総称する。

[0032] 再び図 1を参照して、第 1信号処理装置 126Aは、半導体ウェハ 200のレーザスポット 103によるスキャニング行われている間、反射光強度信号 122、 124のそれぞれについて、その信号レベルを監視して、サイズド LLSタイプ 130と飽和エリアタイプ 136 に属する反射光強度信号を検出し、そして、検出された信号のレベル、タイプ及び位置座標を記憶する。更に、第 1信号処理装置 126Aは、検出されたサイズド LLSタイプ 130と飽和エリアタイプ 136の複数の信号の位置座標に基づ!/、て、エリアタイプ 144 (トラックエリアタイプ 138、アングルエリアタイプ 140及びクラスタエリアタイプ 142)に属する反射光強度信号を検出し、そのような信号が検出される領域のサイズを計算する。

[0033] 第 2信号処理装置 126Bは、第 1信号処理装置 126Aから、広散乱光強度信号 122 及び狭散乱光強度信号 124のそれぞれについて上述したサイズド LLSタイプ 130、飽和エリアタイプ 136及びエリアタイプ 144の信号の検出結果を示すデータ 125を受け、そして、その検出結果の双方を後述する方法で分析して、 LLSの種別 (パーティクルか、重大な欠陥か、軽微な欠陥か)を判別する。

[0034] 以下、第 2信号処理装置 126Bが行う LLSの種別を判別するための分析処理について具体的に説明する。

[0035] 図 3は、この分析処理の根底にある最も基本的な原理を説明する。

[0036] 図 3Aは、半導体ウェハ 200の表面上に PLS300が乗っている場合に推定される反射散乱光 108、 116の強度分布を示す。図 3Bは、半導体ウェハ 200の表面上にパ一ティクル 302が乗って、る場合に推定される反射散乱光 108、 116の強度分布を示す。図 3Cは、半導体ウェハ 200の表面上に (その平面寸法に比較して高さが低い又は深さが浅、）フラット形の隆起 304又は浅、窪み 306が存在する場合に推定される反射散乱光 108、 116の強度分布を示す。図 3Dは、半導体ウェハ 200の表面上に（その平面寸法に比較して高さが高、）タワー形の隆起 308が存在する場合に推定される反射散乱光 108、 116の強度分布を示す。

[0037] 図 3Aに示すように、 PLS300は完全な球形に近い。そして、検査装置 100は、 PLS3 00からの狭散乱光力計算されるサイズも広散乱光力算出されるサイズもどちらも実際の PLS300の正確な直径値を示すように校正されている。図 3Bに示すように、パ一ティクル 302の多くは平面寸法と高さがある程度にバランスのとれた立体形状であると考えられ、よって、パーティクル 302からの狭散乱光 108から算出される PLS相当サイズと広散乱光 116から算出される PLS相当サイズは大きくは違わないか、又は、パーティクル 302がややフラット気味の安定した姿勢をとる場合には、狭散乱光 108 力も算出される PLS相当サイズが広散乱光 116からのそれより若干大きいと推定される。また、図 3Cに示すように、フラット形の隆起 304又は窪み 306の場合には、水平に近い面の方が垂直に近い面より明らかに広いため、狭散乱光 108の方力も算出される PLS相当サイズが広散乱光 116からのそれよりも明らかに大きいと推定される。逆に、図 3Dに示すように、タワー形の隆起 308の場合、垂直に近い面の方が水平に近い面より明らかに広、ため、広散乱光 116から算出される PLS相当サイズの方が狭散乱光 108からのそれよりも明らかに大きいと推定される。

[0038] さて、ここで、ェピタキシャルウェハ（半導体ベース基板の表面上に成長した薄!ヽェピタキシャル層を有する半導体)の場合を例にとり、その欠陥、特にキラーディフエタトに関して、図 3の原理との関係を説明する。

[0039] ェピタキシャルウェハの欠陥の多くは、ェピタキシャル層の積層欠陥（stacking fault ： SF)である。ェピタキシャル層の SFにはさまざまなタイプがある力大部分のタイプは、図 3Cに示されたようなフラット形の隆起 304又は窪み 306をェピタキシャル層の表面に形成する。これらの SFの全てが必ずしもキラーディフエタトというわけではないが、隆起 304又は窪み 306のサイズがある程度以上に大きいものはキラーディフエタトである可能性が高い。例えば、数/ z mから数十/ z m程度の平面寸法と数十 nmから数百 nm程度の高さをもち、ピラミッド若しくはメサに似た幾何立体形状、または、それらが不規則に交じり合った複雑な立体形状をもつ隆起 304又は窪み 306がェピタキシャル層の表面に存在する場合、それはキラーディフエタトであると認められる。また、ェピタキシャル層の表面に、例えば全長 100 mを超えるような広い領域にわたつて多数の LLSの隆起及び窪みが連続して集合している場合、これは広域欠陥 (large area defect: LAD)と呼ばれ、これもキラーディフエタトの典型である。

[0040] 従って、ェピタキシャルウェハの表面上のある検出点において、図 3Cに示したような狭散乱光 108の強度が広散乱光 116の強度よりも顕著に大きい場合には、その検出点には欠陥が存在すると推定される。そして、その欠陥のサイズが大きい程、その欠陥がキラーディフエタトである可能性が高いと考えられる。また、ある検出点力もの広散乱光 116の強度と狭散乱光 108の強度が図 3Bに示したように同程度か又は前者が後者よりも軽微に大きい場合には、その検出点にはパーティクルが存在すると推定される。また、ェピタキシャルウェハの表面上のある領域で図 2に示したようなエリアタイプ 144の反射光強度信号が得られた場合には、その領域は、それ相応の大サイズの欠陥又は LADが存在する可能性が高いと考えられる。

[0041] 第 2信号処理装置 126Bにより行われる分析処理では、 LLSの種別を判別するために、上記のような原理をベースにした検出 ·判定ロジックが使用される。

[0042] 図 4は、この検出.判定ロジックの一例を示す。

[0043] 図 4に示された検出 ·判定ロジックは、図 3を参照して上に説明した原理をベースにしつつ、さらに、発明者らがケーエルエーテンコール（KLA- Tencor)社製のエスピーワン（SP1)を用いて実際のェピタキシャルウェハ上の様々なパーティクルや欠陥の検查を繰り返し行って研究を重ねた結果として得られたものである。

[0044] 図 4Aは、図 2に示したサイズド LLSタイプ 130及び飽和エリアタイプ 136の反射光強度信号 122、 124が得られた場合に適用される検出 ·判定ロジックを示す。図 4A において、横軸は、サイズド LLSタイプ 130の広散乱光強度信号 124に基づいて計算される PLS相当サイズ（直径） DWNを示し、その右端は、飽和エリアタイプ 136の広散乱光強度信号 124が得られた場合に対応する。図 4Aにおいて、縦軸は、サイズド LLSタイプ 130の狭散乱光強度信号 124に基づいて計算される PLS相当サイズ（直径) DNNを示し、その上端は、飽和エリアタイプ 136の狭散乱光強度信号 122が得られた場合に対応する。また、図 4Bは、図 2に示したエリアタイプ 144の反射光強度信号 122、 124が得られた場合に適用される検出 ·判定ロジックを示す。図 4Bにおいて、横軸は、エリアタイプ 144の広散乱光強度信号 124が検出された領域のサイズを示し、縦軸は、エリアタイプ 144の狭散乱光強度信号 122が検出された領域のサイズを示す。

[0045] 図 4Aに示される散乱光強度信号 124と 122の双方がサイズド LLDタイプ 130である範囲（例えば、 0. 0く DNNく約 0. 8 /ζ πι、及び 0. 0く DWNく約 0. 6 mの範囲であり、以下、「サイジング範囲」という）において、ある検出点から区域 410に属する信号分析結果が得られた場合、また、その検出点にはパーティクルが存在すると判定される。この区域を「パーティクル区域」と呼ぶ。

[0046] パーティクル区域 410は、サイジング範囲内の第 1の判別ライン 400と、第 2の判別ライン 402との間に挟まれた区域であり、且つ、広散乱光 116ょる1³1^相当サィズ0¹^ Nが約 0. 以下であって、狭散乱光強度信号 122が飽和に達していないしないという条件を満たす。ここで、第 1の判別ライン 400は、広散乱光 116による PLS相当サイズ DWNと狭散乱光 108による PLS相当サイズ DNNとがほぼ同程度である（広散乱光 116による PLS相当サイズ DWNの方が狭散乱光 108によるそれ DNNより僅かに小さい)場合に対応する。以下、第 1の判別ライン 400を、「パーティクル下限線」と呼ぶ。パーティクル下限線 400は、例えば、

DNN=K-DWN

という一次関数で表すことができる。ここに、 Kは、 1未満の 0. 5以上の係数であり、例えば、 0. 8〜0. 9程度の値である。

[0047] 第 2の判別ライン 402は、狭散乱光 108による PLS相当サイズ DNNが広散乱光 11 6によるそれ DWNよりある程度に大きい場合に対応する。以下、第 2の判別ライン 40 2を、「欠陥分離線」と呼ぶ。欠陥分離線 402は、例えば、

log(DNN) =(l/S)log (DWN) +T/S、且つ

DNN≥ DWN

という関数で表すことができる。ここに、 Sと Tは、 1未満の正の係数であり、例えば、 0. 4〜0. 6程度の値である。

[0048] パーティクル区域 410は、要するに、狭散乱光強度信号 122と広散乱光強度信号 124の双方がサイズド LLSタイプであるという条件下で、狭散乱光 108から算出される PLS相当サイズ DNNが広散乱光 116からのそれ DWNと同程度であるか又は所定程度未満の範囲内でより大きい場合に相当する。この場合、パーティクルが存在するという判定結果が出される。この判定結果は、図 3Bを参照して説明した原理と適合する。

[0049] 図 4Aに示されるサイジング範囲内において、区域 414に属する分析結果が得られた検出点には、キラーディフエタトでないと推定される（その可能性が低い)軽微な欠陥（以下、「小欠陥」と呼ぶ）が存在すると判定される。また、区域 418に属する分析結果が得られた検出点には、キラーディフエタトであると推定される（その可能性が高い）重大な構造欠陥（以下、「EKD (estimated killer

defect)」と呼ぶ）が存在すると判定される。ここで、区域 414を「第 1小欠陥区域」、区域 418を「第 1EKD区域」と呼ぶ。

[0050] 第 1小欠陥区域 414と第 1EKD区域 418は、広散乱光強度信号 124による PLS相当サイズ DWNが欠陥分離線 402よりも小さい側の区域である。そして、第 1小欠陥区域 414と第 1EKD区域 418は、第 3の判別ライン 403により区別される。第 3の判別ライン 403を、以下、「EKD分離線」と呼ぶ。 EKD分離線 403は、例えば、狭散乱光強度信号 122による PLS相当サイズ DNNが 0. 6 mに相当する線である。第 1小欠陥区域 414は狭散乱光強度信号 122による PLS相当サイズ DNNが 0. 6 m未満であり、第 1EKD区域 418は、 0. 6 m以上である。簡単に言えば、小欠陥区域 414も第 1 EKD区域 418も、狭散乱光 108による PLS相当サイズ DNNが広散乱光 116によるそれ DWNより所定程度以上に大きい場合である。そして、狭散乱光 108に基づいて検出された PLS相当サイズ DNNが 0. 6 /z m未満である場合には、小欠陥が存在すると判定され、 0. 6 m以上である場合には、 EKDが存在すると判定される。この判定結果は、図 3Cを参照して上に説明した原理と適合する。

[0051] また、図 4Aに示されるサイジング範囲内において、区域 430は、現実に検出される可能性はかなり低いが、図 3Dに示したようなタワー形の欠陥力、又はエッジ付近に存在する欠陥に相当すると考えられる。この区域 430は、上述した小欠陥に該当すると判定される。この区域 430を以下、「第 2小欠陥区域」と呼ぶ。第 2小欠陥区域 430は、狭散乱光強度信号 122による PLS相当サイズ DNNがパーティクル下限線 400よりも小さい側の区域である。

[0052] 更に、図 4Aには、上述した第 1小欠陥 412、第 1EKD区域 418、パーティクル区域 402及び第 2/J、欠陥区域 430の外縁に、特異区域 412、 416、 417、 420、 421、 42 3、 424、 425及び 426力示されて!/ヽる。これらの特異区域 412、 416、 417、 420、 4 21、 423、 424、 425及び 426は、要するに、散舌 L光強度信号 122と 124の少なくとも一方のレベルが、図 2に示した下限レベル Min未満である（LLSが検出されない）か又は飽和エリアタイプ 136である場合を意味する。第 1小欠陥領域に接する特異区域 412は、小欠陥に該当すると判定される。第 1EKD区域 418に接する 2つの特異区域 416と 417は、いずれも、 EKDと判断される。パーティクル区域 410に接する 3つの特異区域 420、 421及び 423も、 EKDと判断される。第 2小欠陥区域 430に接する飽和エリアタイプ 136に相当する 2つの特異区域レベル 424と 425も、 EKDと判断される。第 2小欠陥区域 430に接する DNN = 0. 0 mに相当する特異区域 426は、小欠陥と判定される。

[0053] ところで、パーティクル区域 410に接する特異区域 420は、狭散乱光強度信号 122 が飽和エリアタイプであり、一方、広散乱光強度信号 124はサイズド LLSタイプであつて、それによる PLS相当サイズ DWNが 0. 3 m以上である場合である。この特異区域 420は、原理的に図 5に示すように、パーティクル区域 410の延長上であるパーティクル拡張領域 431の投影領域であるとともに、第 1EKD区域 418の延長上の EKD拡張領域 432の投影領域でもあると考えられる。従って、原理的には特異区域 420上にはパーティクルも EKDも存在し得る。し力し、実用的には、 DNNの飽和サイズを適当な値に選ぶことで、この問題を回避することが可能である。発明者らの研究によれば、 DNNの飽和値を 0. 8 m程度に設定することで特異区域 420上のレーザ光散乱体はほとんど全てが EKDであることが確認された。従って、この特異区域 420では、 EKDが存在すると判定される。

[0054] 図 4Bに示された区域 422は、狭散乱光信号 122および反射光強度信号 124のいずれもが図 2に示した飽和エリアタイプ 136か又はエリアタイプ 144である場合である。この区域 422の縦軸と横軸の最小値は、サイズド LLSタイプ 130の信号に基づいて計算可能な PLS相当サイズ DNNと DWNの最大値よりも大きな値である。この区域 422 に属する分析結果が得られた検出点には、上述した EKDが存在すると判定される。この区域 422を「第 2EKD区域」と呼ぶ。

[0055] 図 6は、半導体ウェハの表面検査において信号処理装置 126Aと 126Bにより行われる分析処理の流れを示す。

[0056] 図 1で説明したようにして光スポット 103による半導体ウエノ、 200の表面のスキヤ- ングカ S行われてヽる [¾、図 6に示したステップ 500、 502、 504及び 506力続的に実行される。ステップ 500と 502では、現在の検出点からの狭散乱光強度信号 122と広散乱光強度信号 124が同時に第 1信号処理装置 126Aに入力される。ステップ 50 4と 507では、狭散乱光強度信号 122と広散乱光強度信号 124のそれぞれの信号レベルが図 2に示した下限レベル Minを超えた場合、その信号レベルとその検出点の位置座標とが、第 1信号処理装置 126A内の記憶装置（図示省略）に記憶される。

[0057] ステップ 508と 510以降のルーチンは、上記スキャニングが行われている間に行われてもよ、し、上記スキャニングが終わった後に行われても良、。

[0058] ステップ 508では、第 1信号処理装置 126A内の記憶装置に記憶された検出点の位置座標毎に、その位置で検出された狭散乱光強度信号 122の信号レベルが飽和レベル Maxに達して!/、るかそれ未満（非飽和）であるかがチェックされる。ステップ 51 0では、信号処理装置 126内の記憶装置に記憶された検出点の位置座標毎に、その位置で検出された広散乱光強度信号 124の信号レベルが飽和レベル Maxに達して!、る力、それ未満 (非飽和）であるかがチェックされる。

[0059] ステップ 512では、ステップ 508のチェック結果が非飽和である（つまり、狭散乱光強度信号 122がサイズド LLSタイプ 130である）場合に、その狭散乱光強度信号 122 の信号レベルに基づいて PLS相当サイズ DNNが計算され、そして、その PLS相当サイズ DNNが、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶される。ステップ 514では、ステップ 510のチェック結果が非飽和である（つまり、広散乱光強度信号 124がサイズド LLSタイプ 130である）場合に、その広散乱光強度信号 1 24の信号レベルに基づいて、 PLS相当サイズ DWNが計算され、そして、その PLS相当サイズ DWN力対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に SC fedれる。

[0060] ステップ 516では、飽和エリアタイプ 136及びエリアタイプ 144に該当する狭散乱光強度信号 122が存在するかがチェックされ、そして、そのチヱック結果が、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶される。ステップ 518では、飽和エリアタイプ 136及びエリアタイプ 144に該当する広散乱光強度信号 124が存在するがチェックされ、そして、そのチェック結果が、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶される。

[0061] ステップ 520では、ステップ 516のチェック結果がエリアタイプ 144を示す場合、対応する複数の検出点の位置座標に基づいて、そのエリアタイプ 144の狭散乱光強度信号 122が検出された領域のサイズが計算され、そして、その領域のサイズが、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶される。ステップ 52 2では、ステップ 518のチェック結果がエリアタイプ 144を示す場合、対応する複数の検出点の位置座標に基づいて、そのエリアタイプ 144の広散乱光強度信号 124が検出された領域のサイズが計算され、そして、その領域のサイズが、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶される。

[0062] ステップ 524では、記憶装置に記憶された検出点の位置座標、狭散乱光強度信号 122による PLS相当サイズ DNN又は領域サイズ、及び、広散乱光強度信号 124による PLS相当サイズ DWN又は領域サイズを示すデータ力第 2信号処理装置 126Bに渡される。、第 2信号処理装置 126Bは、そのデータに基づき、既に説明した図 4に示された検出.判定ロジックに従って、半導体ウェハ 200上のどの位置に LLSが存在するか否か、及び、存在する場合には、その LLSがパーティクルカゝ、小欠陥か、あるいは EKDかが判定される。この判定結果は、対応する検出点の位置座標に関連付けられて、上記記憶装置に記憶され、そして、それに基づいて半導体ウェハ 200の良否が判断される。これらの判定や判断の結果は検査結果の表示或いは更なる解析を行うために外部へ出力される。また、上記良否判断の結果に基づいて、ウェハマ-ピユレータ 129が半導体ウェハ 200の仕分けを行う。

[0063] 以上図面を参照して説明した検査装置 100及び検査方法によると、従来の検査方法で検査前に行われていたような選択エッチングを半導体ウェハ 200に表面に施さなくても、検査が可能である。そのため、この検査装置 100及び検査方法は、量産に適する。

[0064] 以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなぐその他の様々な態様でも実施することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 半導体ウェハの表面の検査点に光スポットを当てる光照射装置と、

前記検査点力もの散乱光のうち散乱角が所定角より狭い狭散乱光を受けて、前記狭散乱光の強度を検出する第 1の光センサと、

前記検査点力の散乱光のうち散乱角が所定角より広い広狭散乱光を受けて、前記広散乱光の強度を検出する第 2の光センサと、

前記第 1と第 2の光センサからの検出信号に応答して、前記検査点に存在する光散乱体の種別を判定する信号処理回路と

を備え、

前記信号処理回路は、

前記狭散乱光の強度が所定のサイジング範囲内にある場合、前記狭散乱光の強度に基づいて第 1の PLS相当サイズを計算する第 1計算手段と、

前記広散乱光の強度が前記サイジング範囲内にある場合、前記広散乱光の強度に基づ!、て第 2の PLS相当サイズを計算する第 2計算手段と、

前記狭散乱光と前記広散乱光の強度のいずれもが前記サイジング範囲内にある場合、第 1の PLS相当サイズと前記第 2の PLS相当サイズの双方に基づいて、前記光散乱体の種別を判定する判定手段と

を有する半導体ゥハの検査装置。

[2] 請求項 1記載の検査装置において、前記判定手段は、前記サイジング範囲内における前記第 1の PLS相当サイズが前記第 2の PLS相当サイズとほぼ等しいか又は所定程度以下の程度でより大きい所定のパーティクル区域において、前記検査点に存在する光散乱体がパーティクルであると判定する、

半導体ウェハの検査装置。

[3] 請求項 1記載の検査装置において、前記判定手段は、前記サイジング範囲内における前記第 1の PLS相当サイズが前記第 2の PLS相当サイズより前記所定程度以上の程度でより大きい所定の欠陥区域において、前記検査点に存在する光散乱体が欠陥であると判定する、

半導体ウェハの検査装置。

[4] 請求項 3記載の検査装置において、前記判定手段は、前記所定の欠陥区域において、前記第 1の PLS相当サイズが、所定のサイズより大きいか小さいかに応じて、前記欠陥がキラーディフエタトであると推定される力否かを判定する、

半導体ウェハの検査装置。

[5] 請求項 1記載の検査装置において、前記判定手段は、前記狭散乱光又は前記広散乱光の強度が前記サイジング範囲を越える場合、前記検査点に存在する光散乱体力 Sキラーディフエタトと推定される欠陥であると判定する、半導体ウェハの検査装置。

[6] 半導体ウェハの表面の検査点に光スポットを当てるステップと、

前記検査点力の散乱光のうち散乱角が所定角より狭い狭散乱光の強度を検出するステップと、

前記検査点力の散乱光のうち散乱角が所定角より広い広狭散乱光の強度を検出するステップと、

前記狭散乱光の強度が所定のサイジング範囲内にある場合、前記狭散乱光の強度に基づいて第 1の PLS相当サイズを計算するステップと、

前記広散乱光の強度が前記サイジング範囲内にある場合、前記広散乱光の強度に基づ!/、て第 2の PLS相当サイズを計算するステップと、

前記狭散乱光と前記広散乱光の強度のいずれもが前記サイジング範囲内にある場合、第 1の PLS相当サイズと前記第 2の PLS相当サイズの双方に基づいて、前記検査点に存在する光散乱体の種別を判定するステップと

を有する半導体ウェハの検査方法。