JP5444823B2 - Soiウェーハの検査方法 - Google Patents
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Description
例えば、半導体基板にレーザ光を照射したときの散乱光を検出して半導体基板を検査する方法(特許文献1参照)、同一入射角度で2種以上の波長のレーザーを切り替えもしくは混合の形で被検査物に入射して表面を検査する方法(特許文献2参照)などが開示されている。
このようなSOI層膜厚の変動に起因する欠陥には、SOI層膜厚の減少による窪みのような形状のものがあり、その深さとしては、埋め込み絶縁層(BOX層)まで達する深さではなく、およそ10nmから絶縁層に達しないまでの深さである。また、その大きさは、レーザ散乱法で使われる波長より大きい広がりをもっている。
このように、前記反射光の反射強度の閾値を設定し、前記ピークのうち、前記反射強度の閾値以上のピークを欠陥として選択的に検出するようにすれば、デバイス工程に影響するSOI層膜厚の変動に起因する欠陥だけを選択的に検知することができる。
このように、前記所定厚tを前記SOIウェーハの膜厚均一性に応じて設定すれば、膜厚均一性に応じて適切な波長又は波長帯を選択して検査することができ、膜厚の不均一によるノイズが検査に影響するのを抑制して、SOI層膜厚の変動に起因する欠陥をより確実に高感度で検知することができる。
このように、前記所定厚tを5〜20nmの範囲で設定すれば、膜厚均一性が±3nm以下のSOIウェーハに対して適切な波長又は波長帯を選択して高感度で検査することができる。従って、本発明は、イオン注入剥離法で膜厚均一性が±3nm以下に作製されるSOIウェーハに対して好適に用いられる方法である。
近年、多層膜構造を持つ半導体基板としてSOIウェーハがデバイス作製に用いられるようになり、工程が複雑になり、微細化が進むに従って、検出力あるいはスループットの点から光学的検査の重要性が増してきている。
このような光学的検査の対象として、SOI層膜厚の変動に起因する欠陥があり、SOIウェーハ製造プロセスあるいは製品SOIウェーハ検査でSOI層膜厚の変動に起因する欠陥を感度良く検査することが重要とされている。
また、本発明のSOIウェーハの検査方法で検知する欠陥はSOI層膜厚の変動に起因する欠陥であり、このような欠陥には、欠陥部分がSOI層膜厚の減少による変動で層が薄くなった例えば窪みのような形状のものと、SOI層膜厚の増加による変動で層が厚くなった例えばマウンドのような形状のものがある。
本発明のSOIウェーハの検査方法の検査対象物は、埋め込み絶縁層(BOX層)上にSOI層が形成されたSOIウェーハであり、ここではSOI層の厚さをS[nm]、埋め込み絶縁層(BOX層)の厚さをB[nm]とする。
次に、検査対象のSOIウェーハよりSOI層の膜厚が所定厚t[nm]だけ薄い、又は厚い膜厚のSOIウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルP2をシミュレーションにより算出する(図1のB参照)。
ここで、選択する波長λ又は波長帯として、プロファイルP3の最大ピーク波長λMを単一波長λとして選択しても良いし、その近傍の波長から単一波長λを選択しても良い。あるいは、その最大ピーク波長λMの近傍を波長帯として選択しても良い。
ここで、本発明で用いることができる光学的検査装置は、可視光波長以上の波長帯の光を照射する光源を有し、前工程で選択した波長又は波長帯の光を検査対象のSOIウェーハに照射してその反射光を検出できるものであれば特に限定されず、例えば図4に示すような、検出カメラ5の前にバンドパスフィルター4を取り付けた構成の光学的検査装置2を用いることができる。
図4に示す光学的検査装置2は、光源3からの光をバンドパスフィルター4により所望の波長λ又は波長帯の光のみを通過させるようにフィルタリングして、SOIウェーハ1の表面に照射することができるようになっている。
また、光源で波長λを設定することもでき、種種のレーザ(LD、ガスレーザ、固体レーザ、波長可変レーザ)、発光ダイオード(LED)、液晶表示装置(LCD)等を用いることもできる。また、簡易的にはカラーカメラのRGB信号の中の1つの信号を用いることもできる。
そして、この検出した反射光の反射強度が増加してピークとなる箇所をSOIウェーハ表面のSOI層膜厚の変動に起因する欠陥として検知する(図1のE参照)。具体的には、検出した反射光の反射強度画像を取り、反射強度が増加してピーク(上向きのピーク)となる画像箇所をSOI層膜厚の変動に起因する欠陥として抽出すれば良い。
図5は、実際にSOI層膜厚の変動に起因する欠陥が存在する、SOI層の厚さSが72.5nm、埋め込み絶縁層の厚さBが145nmのSOIウェーハの一部の領域に対して、3つの波長(450nm、550nm、650nm)の光を照射した際の検出した反射光の反射強度を測定した実験結果を示す図である。
一方、波長450nmの場合にはピークがなく、波長550nmの場合には減少してピーク(下向きのピーク)となる箇所がある。
このように、SOI層膜厚の変動に起因する欠陥のある位置には、λM近傍の波長の検査光を用いれば反射強度が増加してピークとなる箇所が観察されるので、ここをSOI層膜厚の変動に起因する欠陥として検知するようにすれば良い。
図6に示すように、いずれの波長においても下向きのピークとなる箇所が観察される。そして、この箇所には実際に異物が存在する。すなわち、異物が存在する位置には、反射強度が減少してピークとなる箇所が観察されるので、異物とSOI層膜厚の変動に起因する欠陥とを明確に区別して検知することができる。
このように、所定厚tをSOIウェーハの膜厚均一性に応じて設定すれば、膜厚均一性に応じて適切な波長又は波長帯を選択して検査することができ、例えば、膜厚均一性の悪いSOIウェーハに対して所定厚tを小さく設定した場合に、欠陥でないノイズを欠陥として検出してしまうなどといった膜厚の不均一によるノイズが検査に影響するのを抑制して、SOI層膜厚の変動に起因する欠陥をより確実に高感度で検知することができる。
また、図8に示すように、SOI層の膜厚が所定厚tだけ厚い膜厚のSOIウェーハのプロファイルP2を算出した場合、図9に示すように、プロファイルP3は、上述した所定厚tだけ薄くした場合の逆となり、λMより長波長側を狭い波長範囲とし、短波長側を広い波長範囲で設定することができる。
図1に示すような本発明のSOIウェーハの検査方法を用いて、SOI層膜厚の変動に起因する欠陥の検知を行った。検査対象のSOIウェーハは、SOI層の厚さSが72.5nm、埋め込み絶縁層の厚さBが145nmのものとした。このSOIウェーハに対するプロファイルP1を算出し、検査対象のSOIウェーハよりSOI層の膜厚が所定厚10nmだけ薄い62.5nmのSOIウェーハのプロファイルP2を算出した。次に、P1とP2の差のプロファイルP3を算出し、P3から波長帯600〜720nmを選択した。次に、その選択した波長帯の可視光をSOIウェーハに照射して、SOIウェーハからの反射光を検出した。そして、検出した反射光の反射強度が増加してピークとなる箇所をSOI層膜厚の変動に起因する欠陥として検知した。
このように、本発明のSOIウェーハの検査方法は、SOIウェーハ表面のSOI層膜厚の変動に起因する欠陥を、SOI層に存在する異物によるノイズに影響されることなく高感度で、低コストで検知することができることが確認できた。
従来のレーザ散乱法によるSOIウェーハの検査方法を用いて、実施例と同様のSOIウェーハの表面の欠陥を検査した。KLA社のSP2装置を用いて355nmの単一波長のレーザ光をSOIウェーハに照射し、100nm以上のパーティクルを検知する条件を設定し、SOIウェーハからの散乱光を受光して欠陥の検知を行った。
その結果、図10(B)に示すように、5個のパーティクルを検知した。そして、その5個のパーティクルの位置は、実施例1で検知したSOI層膜厚の変動に起因する欠陥の位置といずれも異なる位置であることが分かった。
このように、本発明のSOIウェーハの検査方法では、従来のレーザ散乱法によるSOIウェーハの検査方法では検知できないSOI層膜厚の変動に起因する欠陥を検出することができる。
4…バンドパスフィルター、 5…検出カメラ、 6…XY軸ステージ。
Claims (6)
- 可視光波長以上の波長帯の光を照射する光源を有する光学的検査装置を用いて、埋め込み絶縁層上にSOI層が形成されたSOIウェーハの表面に前記光源から光を照射し、前記SOIウェーハからの反射光を検出して前記SOIウェーハ表面の前記SOI層の膜厚の増加及び減少による変動に起因する欠陥を検知するSOIウェーハの検査方法において、少なくとも、
検査対象である前記SOIウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルP1を算出する工程と、
検査対象である前記SOIウェーハより前記SOI層の膜厚が所定厚t[nm]だけ薄い、又は厚い膜厚のSOIウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルP2を算出する工程と、
前記算出した両方のプロファイルP1、P2の差のプロファイルP3(=P2−P1)、又はプロファイルP1、P2の変化率のプロファイルP4(=P2−P1/P1)を算出し、該算出したプロファイルP3又はP4内の最大ピーク波長λMの近傍の波長λ又は波長帯を選択する工程と、
前記選択した波長λ又は波長帯の光を検査対象である前記SOIウェーハの表面に照射し、該SOIウェーハからの反射光の反射強度を検出する工程と、
前記検出した前記反射光の反射強度が増加してピークとなる箇所を前記SOIウェーハ表面の前記SOI層の膜厚の変動に起因する欠陥として検知する工程とを有することを特徴とするSOIウェーハの検査方法。 - 前記SOI層の膜厚の減少による変動に起因する欠陥を検知する場合、前記プロファイルP2を算出する工程において、前記SOI層の膜厚がtだけ薄い膜厚のSOIウェーハのプロファイルP2を算出し、
前記SOI層の膜厚の増加による変動に起因する欠陥を検知する場合、前記プロファイルP2を算出する工程において、前記SOI層の膜厚がtだけ厚い膜厚のSOIウェーハのプロファイルP2を算出することを特徴とする請求項1に記載のSOIウェーハの検査方法。 - 前記反射光の反射強度の閾値を設定し、前記ピークのうち、前記反射強度の閾値以上のピークを欠陥として選択的に検出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のSOIウェーハの検査方法。
- 前記所定厚tを前記SOIウェーハの膜厚均一性に応じて設定することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のSOIウェーハの検査方法。
- 前記所定厚tを5〜20nmの範囲で設定することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のSOIウェーハの検査方法。
- 前記プロファイルP2を算出する工程において、前記SOI層の膜厚が前記所定厚tだけ薄い膜厚のSOIウェーハのプロファイルP2を算出した場合、前記選択する波長λ又は波長帯を、λM−20[nm]以上、λM+100[nm]以下の範囲内から選択し、
前記プロファイルP2を算出する工程において、前記SOI層の膜厚が前記所定厚tだけ厚い膜厚のSOIウェーハのプロファイルP2を算出した場合、前記選択する波長λ又は波長帯を、λM−100[nm]以上、λM+20[nm]以下の範囲内から選択することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のSOIウェーハの検査方法。
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