JP2010165700A - ウェーハの欠陥検査方法および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの欠陥を精度よく検査できる欠陥検査方法及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】ウェーハ１の欠陥検査の際に、ウェーハのベベル部に検査光を照射し、その散乱光を検出し、検出した散乱光の内で所定の光強度範囲内にある弱い散乱光が密集した箇所を特定することにより前記ベベル部の欠陥を検知する。欠陥が検知されたウェーハの処理（例えば、ラピッド・サーマル・アニールのような熱処理工程）の進行を停止し、ウェーハの破損を防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウェーハの欠陥検査方法および半導体デバイスの製造方法に関し、特にベベル部の欠陥を検知して熱処理工程で破損しやすいウェーハを特定する方法に関する。

半導体ウェーハの外周部には面取り加工が施されてベベル部（端面と隣接する傾斜部分とからなる）が形成されるが、この面取りの加工時やハンドリングの段階で欠陥が生じることがあり、その欠陥が熱処理工程でウェーハの破損の原因ともなる。そのため、ベベル部の欠陥の有無を検査している。

ベベル部の欠陥を検査する欠陥検査装置（以下、ベベル検査装置と略す）の構成を図５に示す。ウェーハ１のベベル部に検査光５を照射する照明２と、検査光５が照射されたベベル部からの散乱光６を検出するカメラ３と、カメラ３により検出された散乱光６についての２次元画像に基づいてウェーハ１の欠陥を検査する画像処理装置４とを具備し、前記散乱光の強度を計測し、その値がある一定の閾値以上となった場合に欠陥として判定するように構成されている。

しかしこの検査方法では、チッピングやクラックといった比較的大きな欠陥に対しては有効であるが、表面に大きな傷が現れにくい欠陥は汚れなどと混同しやすく、検出できないことがあった。また埃等の付着やそれにより欠陥が塞がれた場合に、欠陥の誤検出が起こり易かった。このため、ウェーハの内部にカメラの焦点位置を合わせて２次元画像を撮像することにより、凹凸を含んだ欠陥の検査精度を向上させる方法が提案されている（たとえば特許文献１）。
特開２０００−４６５３７号公報

しかしながら、検査光の焦点をウェーハ内部に合わせる方法でも、散乱光強度の閾値での測定であることには変わりなく、比較的大きな傷の検知には有効であるものの、細かな傷に対しては検査精度が不足であった。細かな傷であっても密集している場合には、ウェーハを熱処理することで破損が発生する可能性が高いため、検査精度の不足はウェーハ品質に大きな影響を与えることとなる。

特にラピッド・サーマル・アニール装置による熱処理の場合、ウェーハ表面の打痕よりもウェーハ内部まで達する亀裂にて破損が発生しやすいのであるが、この亀裂状の欠陥は、本発明者の知見によれば、細かな傷が多数に密集している箇所に発生しやすく、検査精度の不足は重要な問題である。

本発明は上記問題に鑑み、ウェーハの欠陥を精度よく検査できる、ウェーハの欠陥検査方法及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のウェーハの欠陥検査方法は、ウェーハのベベル部に検査光を照射し、その散乱光を検出し、検出した散乱光の内で所定の光強度範囲内にある弱い散乱光が密集した箇所を特定することにより前記ベベル部の欠陥を検知することを特徴とする。

また本発明のウェーハの欠陥検査方法は、ウェーハのベベル部の検査光を照射し、その散乱光を検出し、検出した散乱光を強度別に区分し、所定の光強度範囲内にある弱い散乱光を区分ごとにカウントして累積度数分布を求め、その累積度数分布の傾きよりベベル部の欠陥を検知することを特徴とする。

上記の各欠陥検査方法により、従来の検査装置を変更することなく用いて、ベベル部の微細な傷を検出することができ、微細な傷によるウェーハの破損を防止し、安定したウェーハ品質を得ることができる。

前記弱い散乱光の光強度範囲は、散乱光強度の最大値の３５％以下で１５％以上であることが好都合である。
本発明の半導体デバイスの製造方法は、ウェーハにイオン注入を行う工程と、前記イオン注入したウェーハの欠陥検査を行う工程と、前記欠陥検査したウェーハの熱処理を行う工程とを有する半導体デバイスの製造方法において、前記ウェーハの欠陥検査を行う工程では、前記ウェーハのベベル部に検査光を照射し、その散乱光を検出するステップの後、検出した散乱光の内で所定の光強度範囲内にある弱い散乱光が密集した箇所を特定することにより前記ベベル部の欠陥を検知するステップと、検出した散乱光を強度別に区分し、所定の光強度範囲内にある弱い散乱光を区分ごとにカウントして累積度数分布を求め、その累積度数分布の傾きよりベベル部の欠陥を検知するステップとの内の少なくとも一方を行うことを特徴とする。

前記熱処理工程で、ラピッド・サーマル・アニール装置を用いるときに特に好都合である。

本発明のウェーハの欠陥検査方法によれば、従来は見逃していたベベル部の微細な傷を検出することができ、検出精度が向上する。よって、ウェーハの破損の防止、ならびに拡散設備の安定稼動を実現できる。また欠陥検出によって選別したウェーハを用いて半導体デバイスを製造することにより、微細化デバイスであっても、安定したデバイス特性や高い歩留まりを得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本発明のウェーハの欠陥検査方法は、先に図５を用いて説明したベベル検査装置を用いるので、図５を援用して説明する。ウェーハ１のベベル部に照明２により検査光５を照射し、その散乱光６をカメラ３で検出し、検出された散乱光６についての２次元画像に基づいて画像処理装置４にて処理してベベル部の欠陥を検知する。

第１の検査方法では、検出した散乱光の内で所定の光強度範囲内にある弱い散乱光が密集した箇所の有無からベベル部の欠陥を判定する。密集した箇所が有るときには、その箇所を特定することによりベベル部の欠陥を検知する。たとえば、ウェーハの円周上ベベル部における散乱光測定箇所をウェーハの周方向に沿って１０度毎に区分し、その区分毎の散乱光強度を比較することで、散乱光強度が所定範囲にある弱い散乱光が密集した箇所を特定してベベル部の欠陥を検知する。

この第１の検査方法の原理を図１および図２に示す。
図１（ａ）、図２（ａ）は、ウェーハ上の各測定位置での光強度の測定値を示している。ウェーハのベベル部における散乱光測定箇所を、ノッチ部を基準（０度）にして、ウェーハの周方向に沿って１０度毎に３６領域に区分し、その区分毎の散乱光強度を求めている。図１（ｂ）、図２（ｂ）は、ウェーハ１の表面の状態を模式的に示している。測定箇所やデータの取得は上述の従来法と同様である。

図１（ａ）において、測定位置２１０(deg)付近に強い散乱光が検出されている。この位置には図１（ｂ）に示すように埃１１が付着していた。このウェーハ１はこの後の熱処理時に破損等は生じず、正常に熱処理された。

図２（ａ）において、測定位置２３０〜２４０(deg)の付近に、光強度３００〜７００程度の弱い散乱光が密集して検出されている。この位置には図２（ｂ）に示すように細かな傷１２が密集していて亀裂１３となっていた。このウェーハ１はこの後の熱処理時に破損した。

一般に、ウェーハに傷がある状態で熱処理を行うと、ウェーハの面内で熱の伝わり方が不均一となり、ウェーハ面内で偏った熱応力が発生するため、強度が低下している傷の付近からウェーハが破損することがある。これを防止するためにベベル検査を実施するのであるが、傷がないウェーハであっても、図１に示したように、埃や汚れなどがウェーハ上に付着していると高い散乱光強度を示す場合があり、単純な散乱光強度のみでは誤検知しやすい。

これに対し、図２に示したように細かな傷が密集している箇所ほど、ウェーハの破損は発生しやすく、またその箇所に弱い散乱光が密集する。このため第１の判定方法では、このような弱い散乱光が密集した区分を見つけることで傷を検知する。これにより、安定したウェーハ品質を得ることが可能となる。従来の検査装置を変更する必要はない。

ここで、図１、図２においては、散乱光強度の最大値は２０００程度であり、密集している弱い散乱光は光強度３００〜７００程度であって前記最大値の３５％以下に相当する。この範囲を傷の検知に用いるのが適切である。パーティクル等による微小な散乱光の影響が無視できない場合は最大値の１５％未満を除くことが好ましい。

図３に、ベベル部の欠陥を検査する第２の検査方法の原理を示す。
検出した散乱光を強度別に区分し、所定の光強度範囲内にある弱い散乱光を区分ごとにカウントして累積度数分布を求め、その累積度数分布の傾きよりベベル部の欠陥を検知するものである。

ここでは、複数枚のウェーハのそれぞれについて、ウェーハを回転させて全周の散乱光を検出し（図１（ａ）、図２（ａ）に示したようなものとなる）、検出した散乱光を強度別に区分し、少なくとも、所定の光強度範囲内（３００〜７００a.u.）にある弱い散乱光を区分ごとにカウントし、累積度数分布を求め、その折れ線グラフ（曲線に近似している）を作成している。微小な散乱光の影響を除くために光強度３００以下はカウントしていない。

実線はこの後の熱処理時に破損しなかった正常ウェーハ、破線はこの後の熱処理時に破損した破損ウェーハの累積度数分布である。各ウェーハとも、光強度が３００〜７００程度の中〜低領域において累積度数分布の傾きが大きいほど細かな傷が多く存在する。光強度が７００以下の領域にある散乱光のカウント数を見ると、正常ウェーハでは多くても４００カウント程度である。

このようなウェーハについては、たとえば５００カウント以上という下限を設けることで、傷が密集した箇所がウェーハ円周上にあるかどうかを判断し、熱処理時に破損する可能性のあるウェーハ（ここで言う破損ウェーハ）を検知する。破損を起こしやすいウェーハの検知が難しいのは、散乱光が低強度である傷が密集しているためであると考えられるので、光強度が所定値より低い散乱光の数をカウントすることで欠陥を検出するのである。これにより、安定したウェーハ品質を得ることが可能となる。

低い散乱光強度の領域における累積度数分布の傾きは他の方法を用いて直接求めても構わない。例えば、図３において光強度が３００〜７００の範囲で累積度数分布の傾きを求め、傾きが１．２５[カウント数/発光強度]以上ならそのウェーハは欠陥ありと判定する。

図５に半導体デバイスの製造フローを示す。ウェーハに対してイオン注入を行う工程（Ｓ１）と、ウェーハのベベル部の欠陥を検査する検査工程（Ｓ２）と、ウェーハのベベル部の欠陥を検知する第１の判定工程（Ｓ３）と、ウェーハのベベル部の欠陥を検知する第２の判定工程（Ｓ４）と、ウェーハを熱処理する工程（Ｓ５）とを順次に行う。熱処理工程（Ｓ５）では、ラピッド・サーマル・アニール装置（ＲＴＡ）を用いる。

検査工程（Ｓ２）では、ウェーハのベベル部に検査光を照射し、その散乱光を検出することで、比較的大きい欠陥を検知する。
第１の判定工程（Ｓ３）は、上述の第１の検査方法に対応するものであり、検査工程（Ｓ２）で検出した散乱光の内で所定の光強度範囲内にある弱い散乱光が密集した箇所を特定することにより前記ベベル部の欠陥を検知する。

第２の判定工程（Ｓ４）は、上述の第２の検査方法に対応するものであり、検査工程（Ｓ２）で検出した散乱光を強度別に区分し、所定の光強度範囲内にある弱い散乱光を区分ごとにカウントして累積度数分布を求め、その累積度数分布の傾きよりベベル部の欠陥を検知する。

第１の判定工程（Ｓ３）と第２の判定工程（Ｓ４）のいずれで欠陥が検知されても、そのウェーハの処理の進行を停止する。これにより、欠陥が検知されたウェーハの熱処理工程（Ｓ５）への移行、そこでのウェーハの破損を防止することができる。

以上のように熱処理前にベベル検査を実施することで、安定したウェーハ品質を得、安定したデバイス特性や高い歩留まりを得ることができる。ベベル部の傷によるウェーハ品質への影響は、特にイオン注入後のＲＴＡによる熱処理時に大きいので、上述のように第１の判定工程（Ｓ３）と第２の判定工程（Ｓ４）の双方を行うことで欠陥をより確実に検知するのが望ましいが、イオン注入後のＲＴＡ熱処理でない場合などは、一方のみを行っても構わない。

本発明に係るウェーハの欠陥検査方法は、ベベル部に傷のあるウェーハが熱処理されることによって発生するウェーハの破損を抑えることができ、半導体デバイスの製造方法等に有用である。

本発明の第１のウェーハ欠陥検査方法の原理を示す（ａ）光強度分布図および（ｂ）模式図 本発明の第１のウェーハ欠陥検査方法の原理をさらに示す（ａ）光強度分布図および（ｂ）模式図 本発明の第２のウェーハ欠陥検査方法の原理を示す光強度累積度数分布図 本発明の第１および第２のウェーハ欠陥検査方法を用いる、半導体デバイスの製造フロー図 従来よりあるベベル検査装置の概略構成図

Claims (5)

1. ウェーハのベベル部に検査光を照射し、その散乱光を検出し、検出した散乱光の内で所定の光強度範囲内にある弱い散乱光が密集した箇所を特定することにより前記ベベル部の欠陥を検知することを特徴とするウェーハの欠陥検査方法。
2. ウェーハのベベル部の検査光を照射し、その散乱光を検出し、検出した散乱光を強度別に区分し、所定の光強度範囲内にある弱い散乱光を区分ごとにカウントして累積度数分布を求め、その累積度数分布の傾きよりベベル部の欠陥を検知することを特徴とするウェーハの欠陥検査方法。
3. 前記弱い散乱光の光強度範囲は、散乱光強度の最大値の３５％以下で１５％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のウェーハの欠陥検査方法。
4. ウェーハにイオン注入を行う工程と、前記イオン注入したウェーハの欠陥検査を行う工程と、前記欠陥検査したウェーハの熱処理を行う工程とを有する半導体デバイスの製造方法において、
   前記ウェーハの欠陥検査を行う工程では、前記ウェーハのベベル部に検査光を照射し、その散乱光を検出した後、
   検出した散乱光の内で所定の光強度範囲内にある弱い散乱光が密集した箇所を特定することにより前記ベベル部の欠陥を検知するステップと、
   検出した散乱光を強度別に区分し、所定の光強度範囲内にある弱い散乱光を区分ごとにカウントして累積度数分布を求め、その累積度数分布の傾きよりベベル部の欠陥を検知するステップとの内の少なくとも一方を行う、ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
5. 前記熱処理工程でラピッド・サーマル・アニール装置を用いることを特徴とする請求項４に記載の半導体デバイスの製造方法。

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