特許 7215411 シリコンウェーハの欠陥検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-23

(45)【発行日】2023-01-31

(54)【発明の名称】シリコンウェーハの欠陥検査方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20230124BHJP

   G01N 21/956 20060101ALI20230124BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 N

G01N21/956 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019236531

(22)【出願日】2019-12-26

(65)【公開番号】P2021106207

(43)【公開日】2021-07-26

【審査請求日】2021-12-27

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(74)【代理人】

【識別番号】100164448

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 雄輔

(72)【発明者】

【氏名】和田 直之

【審査官】安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－０４２９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７４９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２０１３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１７２０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３１３０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０１４８４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｇ０１Ｎ ２１／９５６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｃ３０Ｂ ２９／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０－２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源からシリコンウェーハの表面に光を照射する、光照射工程と、
光検出器により、前記表面で反射した光を検出する、光検出工程と、を含み、
前記シリコンウェーハを、前記光源及び前記光検出器に対して相対的に回転させながら、前記表面の欠陥を検査する、シリコンウェーハの欠陥検査方法であって、
前記シリコンウェーハは、主面の法線方向が結晶軸に対して傾斜するオフアングルを有し、
前記結晶軸に直交し、互いに直交する方向をｘ軸方向及びｙ軸方向とするとき、ｘ軸に対する前記オフアングルの傾斜角度の大きさと、ｙ軸に対する前記オフアングルの傾斜角度の大きさとが異なり、
前記シリコンウェーハの側面視において、前記表面に対して前記光検出器の検出光軸がなす角度をθとするとき、
相対的に回転する前記シリコンウェーハの周上の検査対象位置に応じて、前記角度θを調整することを特徴とする、シリコンウェーハの欠陥検査方法。

【請求項2】

相対的に回転する前記シリコンウェーハの周上の検査対象位置に応じて、前記角度θを、所定の基準角度からの大小を切り替えて調整する、請求項１に記載のシリコンウェーハの欠陥検査方法。

【請求項3】

前記角度θは、前記シリコンウェーハを、前記光源及び前記光検出器に対して相対的に９０°回転させる毎に、前記所定の基準角度からの大小を切り替える、請求項２に記載のシリコンウェーハの欠陥検査方法。

【請求項4】

前記角度θを、前記所定の基準角度から大きくする際には、前記所定の基準角度よりも１～３°大きくなるように切り替え、且つ、
前記角度θを、前記所定の基準角度から小さくする際には、前記所定の基準角度よりも１～３°小さくなるように切り替える、請求項２又は３に記載のシリコンウェーハの欠陥検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリコンウェーハの欠陥検査方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、シリコンウェーハに発生するスリップ転位を検査することが行われている。スリップ転位は、転位の移動によって顕在するシリコン原子レベルの浅い段差であり、結晶方位に従った方向に長さを有することが特徴である。

【0003】

例えば、特許文献１では、レーザ光を用いたシリコンウェーハの欠陥検査方法が開示されている。この方法は、レーザ光源から、シリコンウェーハの表面にレーザ光を照射し、反射光をフォトダイオードで検出することにより、シリコンウェーハの表面に形成された欠陥を検出するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１７４９３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の手法では、スリップ転位が主に発生するシリコンウェーハの外周部においてレーザ光の散乱が強くなる場合があるなど、十分な検出感度が得られないおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、シリコンウェーハの表面に発生したスリップ転位を高感度で検出することのできる、シリコンウェーハの欠陥検査方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の要旨構成は、以下の通りである。
（１）光源からシリコンウェーハの表面に光を照射する、光照射工程と、
光検出器により、前記表面で反射した光を検出する、光検出工程と、を含み、
前記シリコンウェーハを、前記光源及び前記光検出器に対して相対的に回転させながら、前記表面の欠陥を検査する、シリコンウェーハの欠陥検査方法であって、
前記シリコンウェーハは、主面の法線方向が結晶軸に対して傾斜するオフアングルを有し、
前記結晶軸に直交し、互いに直交する方向をｘ軸方向及びｙ軸方向とするとき、ｘ軸に対する前記オフアングルの傾斜角度の大きさと、ｙ軸に対する前記オフアングルの傾斜角度の大きさとが異なり、
前記シリコンウェーハの側面視において、前記表面に対して前記光検出器の検出光軸がなす角度をθとするとき、
相対的に回転する前記シリコンウェーハの周上の検査対象位置に応じて、前記角度θを調整することを特徴とする、シリコンウェーハの欠陥検査方法。

【0008】

（２）上記（１）において、相対的に回転する前記シリコンウェーハの周上の検査対象位置に応じて、前記角度θを、所定の基準角度からの大小を切り替えて調整することが好ましい。

【0009】

（３）上記（２）において、前記角度θは、前記シリコンウェーハを、前記光源及び前記光検出器に対して相対的に９０°回転させる毎に、前記所定の基準角度からの大小を切り替えることが好ましい。

【0010】

（４）上記（２）又は（３）において、前記角度θを、前記所定の基準角度から大きくする際には、前記所定の基準角度よりも１～３°大きくなるように切り替え、且つ、
前記角度θを、前記所定の基準角度から小さくする際には、前記所定の基準角度よりも１～３°小さくなるように切り替えることが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、シリコンウェーハの表面に発生したスリップ転位を高感度で検出することのできる、シリコンウェーハの欠陥検査方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】シリコンインゴットの一部を切断面と共に示す斜視図である。

【図2】スリップについて模式的に示す、シリコンウェーハの平面図である。

【図3】本発明の一実施形態にかかるシリコンウェーハの欠陥検査方法に用いることのできる光学系の一例を示す側面図である。

【図4】本発明の一実施形態の検査方法について説明するための、シリコンウェーハの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。

【0014】

本発明の一実施形態にかかるシリコンウェーハの欠陥検査方法について説明する。
まず、検査の対象となるシリコンウェーハについて説明する。

【0015】

図１は、シリコンインゴットの一部を切断面と共に示す斜視図である。例えば得られるシリコンウェーハの光学的特性やシュリンク作用等に鑑みて、シリコンインゴットからシリコンウェーハＷを切り出す際に、意図的に、切り出したシリコンウェーハＷの主面の法線方向がシリコンインゴットの結晶軸（成長軸）に対して傾斜するように、オフアングルを付与する場合がある。

【0016】

図１に示す例では、シリコンインゴットの結晶軸の結晶方位は、＜１００＞であり、結晶軸に直交し、互いに直交する方向をｘ軸方向及びｙ軸方向（本例ではノッチが形成された位置をｙ軸の負の方向とする）とするとき、本例では、ｘ軸に対するオフアングルの傾斜角度の大きさと、ｙ軸に対するオフアングルの傾斜角度の大きさと異なっている（符号が異なり絶対値が等しい場合は、大きさが同じであるものとしている）。なお、ｘ軸に対するオフアングルの傾斜角度及びｙ軸に対するオフアングルの傾斜角度のいずれか一方のみについては０°とすることもできる。特には限定されないが、ｘ軸に対するオフアングルの傾斜角度を－１～１°とすることができ、ｙ軸に対するオフアングルの傾斜角度を－１～１°とすることができる。一例としては、ｘ軸に対するオフアングルの傾斜角度を０．５°とし、ｙ軸に対するオフアングルの傾斜角度を０．２°とすることができる。なお、結晶軸の結晶方位が＜１１０＞であるシリコンインゴットを用いることもできる。

【0017】

オフアングルを有するシリコンウェーハＷにおいては、（図１にシリコンインゴットの状態で示すように）周上４５°置きに異なる結晶方位が出現する。図示例では、ノッチの位置において結晶方位は＜０１１＞であり、周上に＜０１１＞と＜００１＞とが４５°置きに交互に出現している。なお、図１において、結晶方位は、正の方向と負の方向とで同じ表記としている。

【0018】

図２は、スリップについて模式的に示す、シリコンウェーハの平面図である。図２では、スリップを模式的に示すに当たってスリップの長さを誇張している。上記のようなシリコンウェーハＷでは、縦方向のスリップが相対的に多く生じる領域と、横方向のスリップが相対的に多く生じる領域とが、周上で９０°置きに交互に形成される。

【0019】

このように、まず、本実施形態の方法に供するシリコンウェーハＷは、主面の法線方向が結晶軸に対して傾斜するオフアングルを有している。また、結晶軸に直交し、互いに直交する方向をｘ軸方向及びｙ軸方向とするとき、ｘ軸に対するオフアングルの傾斜角度の大きさと、ｙ軸に対するオフアングルの傾斜角度の大きさとが異なる。
なお、シリコンウェーハの導電型は、例えばｐ型とすることができるが、ｎ型とすることもできる。シリコンウェーハの径は、特には限定されないが、例えば２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍとすることができる。

【0020】

次に、本実施形態の方法に供する光学系について説明する。
図３は、本発明の一実施形態にかかるシリコンウェーハの欠陥検査方法に用いることのできる光学系の一例を示す側面図である。図３は、シリコンウェーハＷを側面から見た図を示している。

【0021】

図３に示すように、この光学系は、欠陥検査の対象物であるシリコンウェーハＷと、シリコンウェーハＷの表面に光を照射する光源１と、該表面で反射した光を検出する光検出器２と、を備えている。

【0022】

光源１は、シリコンウェーハＷの表面の欠陥の検査に用いられる任意の既知のものとすることができる。光源１は、疑似平行光を照射することのできるスポット型ライトガイドとすることが好ましいが、他にも例えば蛍光灯等の集光灯とすることもでき、また、レーザ光源とすることもできる。

【0023】

光検出器２は、シリコンウェーハＷの表面から反射された光を検出することにより、シリコンウェーハＷの表面の欠陥を検出することのできる任意の既知のものとすることができる。光検出器２は、高分解能レンズ（特には限定されないが、例えばテンセントリックレンズであり、例えば倍率を０．５～１．５倍とし、焦点深度を５０～８０ｍｍとすることができる）を有する高解像度エリアカメラ（特には限定されないが、例えば、解像度を１．０～３．０ＭＰｉｘｅｌとし、フレームレートを５０～２００ｆｐｓとすることができる）とすることが好ましい。

【0024】

図４は、本発明の一実施形態の検査方法について説明するための、シリコンウェーハの平面図である。図４に示すように、本実施形態では、シリコンウェーハＷを、光源１及び光検出器２に対して相対的に回転させながら（本例では、光源１及び光検出器２の周上の位置を固定し、シリコンウェーハＷを回転させている）、該シリコンウェーハＷの表面の欠陥を検査する。図３に示すように、本例では、スリップの発生し易いシリコンウェーハＷの外周部（例えば、シリコンウェーハＷの外縁から径方向内側に６ｍｍまでの領域とすることができる）の上方に光源１及び光検出器２が位置している。図４においては、検査する領域を丸い破線で示している。ここで、図３に示すように、シリコンウェーハＷの側面視において、シリコンウェーハＷの表面に対して光検出器２の検出光軸がなす角度をθとし、また、シリコンウェーハＷの側面視において、シリコンウェーハＷの表面に対して入射光の光軸がなす角度φとする。

【0025】

本実施形態の検査方法では、相対的に回転するシリコンウェーハＷの周上の検査対象位置に応じて角度θを調整する。
以下、本実施形態のシリコンウェーハの欠陥検査方法の作用効果について説明する。

【0026】

本実施形態のシリコンウェーハＷの欠陥検査方法によれば、まず、検査に供するシリコンウェーハＷとして、主面の法線方向が結晶軸に対して傾斜するオフアングルを有している。これにより、図２、図４に示したように、シリコンウェーハＷを、光源１及び光検出器２に対して相対的に回転させた際には、縦方向のスリップが相対的に多く生じる領域と、横方向のスリップが相対的に多く生じる領域とが、周上で９０°置きに交互に、光源１及び光検出器２の位置に対して出現することになる。
そして、縦方向のスリップの検出感度は、ｘ軸に対するオフアングルの傾斜角度に（ｙ軸に対するオフアングルの傾斜角度よりも相対的に大きく）依存し、また、横方向のスリップの検出感度は、ｙ軸に対するオフアングルの傾斜角度に（ｘ軸に対するオフアングルの傾斜角度よりも相対的に大きく）依存し、さらに、本実施形態では、ｘ軸に対するオフアングルの傾斜角度の大きさと、ｙ軸に対するオフアングルの傾斜角度の大きさとが異なっている。このため、縦方向のスリップと横方向のスリップとでは、光学的反射強度が異なる。
これに対し、本実施形態では、相対的に回転するシリコンウェーハＷの周上の検査対象位置に応じて、上記角度θを調整する。これにより、光学的反射強度の異なる、縦方向のスリップと横方向のスリップとで、それぞれ検出感度が良好となるように、光検出器２の位置を調整することができる。
従って、本実施形態のシリコンウェーハＷの欠陥検査方法によれば、シリコンウェーハの表面に発生したスリップ転位を高感度で検出することができる。

【0027】

さて、以下に上記の実施形態に基づいて行った実験の詳細について説明する。
表面欠陥の検査対象として、径３００ｍｍ、ｐ型、結晶面（１００）のシリコンウェーハを用意した。光源として、疑似平行光を照射することのできるスポット型ライトガイドを用意し、光検出器として、高分解能レンズを有する高解像度エリアカメラを用意した。
シリコンウェーハの外周領域（シリコンウェーハの端縁から径方向内側に６ｍｍまでの領域）について、上記光源及び光検出器の位置を、上記角度φを７３°で固定し上記の角度θを７４～８０°で変更しながら、表面欠陥の検査を行った。表１において、角度θの基準角度（７７°）は、角度φを７３°として、シリコンウェーハを３６０°回転させた際に、３６０°での感度の総合評価が最も良くなる角度として予め求めたものである。また、周上の０°は、ノッチが形成された位置である。
以下の表１に評価結果を示す。なお、表１において、評価「Ａ＋」は範囲内で光量が十分良好であり、評価「Ａ」は光量が十分良好だが一部の範囲で光量が良好であり、評価「Ｂ」は光量が良好であり、評価「Ｃ」は光量が少し不足又は多過であり、評価「Ｄ」は光量が少し不足又は多過であることを示している。評価「Ａ＋」、「Ａ」及び「Ｂ」であれば、光量が良好であることにより、シリコンウェーハの表面に発生したスリップ転位を高感度で検出することができる。

【0028】

【表1】

【0029】

表１に示すように、周上の位置が０～４５°の場合は、角度θが７４～７６°であれば評価が「Ａ＋」であり、周上の位置が４５～１３５°の場合は、角度θが７８～８０°であれば評価が「Ａ＋」であり、周上の位置が１３５～２２５°の場合は、角度θが７４～７６°であれば評価が「Ａ＋」であり、周上の位置が２２５～３１５°の場合は、角度θが７８～８０°であれば評価が「Ａ＋」であり、周上の位置が３１５～０°の場合は、角度θが７４～７６°であれば評価が「Ａ＋」であった。

【0030】

このことから、相対的に回転するシリコンウェーハの周上の検査対象位置に応じて、上記角度θを、所定の基準角度（上記の例では７７°）からの大小を切り替えて調整することが、シリコンウェーハの表面に発生したスリップ転位を高感度で検出する上でより好ましいことがわかった。
なお、上記の実験例では、所定の基準角度を３６０°の総合評価により予め求めたが、この場合には限定されず、過去のデータ等から所定の基準角度を定める等、様々な手法で所定の基準角度を決定することができる。

【0031】

また、表１に示した結果から、上記角度θは、シリコンウェーハＷを、光源１及び光検出器２に対して相対的に９０°回転させる毎に、所定の基準角度からの大小を切り替えることが好ましいことがわかった。これは、上述したように、光学的反射強度の異なる、縦方向のスリップが相対的に多い縦方向のスリップが相対的に多く生じる領域と、横方向のスリップが相対的に多く生じる領域とが、周上で９０°置きに交互に、光源及び光検出器に対して出現することになるためであると考えられる。

【0032】

さらに、表１から、上記角度θを、所定の基準角度から大きくする際には、所定の基準角度よりも１～３°大きくなるように切り替え、且つ、角度θを、所定の基準角度から小さくする際には、所定の基準角度よりも１～３°小さくなるように切り替えることが好ましいこともわかった。

【符号の説明】

【0033】

１：光源
２：光検出器
Ｗ：シリコンウェーハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】