JP7283445B2 - 半導体ウェーハの評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハの評価方法に関し、詳しくは、半導体基板上に被覆層を有する半導体ウェーハの評価方法に関する。

近年、半導体ウェーハの欠陥や表面に付着した異物の評価方法として、レーザー表面検査装置によって検出される輝点（ＬＰＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃｔ）に基づく方法が広く用いられている（例えば特許文献１参照）。この方法では、評価対象の半導体ウェーハ表面に光を入射させ、この表面からの放射光（散乱光または反射光）を検出することによって、半導体ウェーハの欠陥・異物の有無やサイズが評価される。

特開２００５－４３２７７号公報

特許文献１（特開２００５－４３２７７号公報）には、１つの入射系と２つの受光系とを備えたレーザー表面検査装置を使用して、凸状欠陥と凹状欠陥とを分類して、膜が堆積した状態の半導体ウェーハを評価する方法（特許文献１の段落００２４～００２６に記載の第２の実施形態）が開示されている。

被覆層が成膜された後の半導体ウェーハ上には、表面欠陥として、被覆層の表面の付着物と非付着凸状欠陥とが存在し得る。付着物は、成膜プロセス中および／または成膜プロセス後に外部環境から被覆層上に付着した異物である。これに対し、非付着凸状欠陥は、被覆層表面の局所的な盛り上がりであって、通常、成膜前のウェーハ表面に存在した欠陥が核となって成膜により肥大化した欠陥である。付着物は洗浄によって除去可能であるため、後のプロセスに影響を与えることは少ない。これに対し、非付着凸状欠陥は、例えば、後の配線プロセスで動作異常を引き起こして歩留まりの低下を引き起し得るが、洗浄では除去することができない。上記の通り、付着物と非付着凸状欠陥とは、低減するための対策が異なるため、両者をそれぞれ検出できることが望まれる。

本発明の一態様は、被覆層の表面において付着物および／または非付着凸状欠陥を検出することにより、被覆層を有する半導体ウェーハを評価する新たな評価方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、
レーザー表面検査装置によって半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」とも記載する。）を評価する半導体ウェーハの評価方法であって、
上記半導体ウェーハは、半導体基板上に被覆層を有し、
上記レーザー表面検査装置は、
第１の入射系と、
第１の入射系が被照射面へ入射させる光の入射角より高角度の入射角で被照射面へ光を入射させる第２の入射系と、
第１の受光系と、
第２の受光系と、
第３の受光系と、
を有し、
上記３種の受光系は、被照射面から放射された光を受光する受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる１つ以上がそれぞれ異なり、
上記被覆層の表面において、第１の入射系から入射した光が上記表面で反射または散乱することによって放射された放射光を上記３種の受光系でそれぞれ受光することによって得られた３種の低入射角測定結果と、第２の入射系から入射した光が上記表面で反射または散乱することによって放射された放射光を上記３種の受光系の少なくとも１種で受光することによって得られた少なくとも１種の高入射角測定結果と、を含む複数の測定結果に基づき、上記被覆層の表面に存在する付着物および非付着凸状欠陥からなる群から選択される欠陥種を輝点として検出することによって、上記半導体ウェーハの評価を行うことを含む、半導体ウェーハの評価方法（以下、単に「評価方法」とも記載する。）、
に関する。

一形態では、上記３種の受光系のうち、１種の受光系は全方位光を受光することができ、他の２種の受光系は方位角が異なる偏光をそれぞれ選択受光することができる。

一形態では、上記全方位光を受光する受光系の受光角は、上記他の２種の受光系の受光角より高角度であることができる。

一形態では、上記他の２種の受光系のうちの一方に選択受光される偏光の方位角をθ_１°とし、他方に選択受光される偏光の方位角をθ_２°として、０°≦θ_１°≦９０°であり、９０°≦θ_２°≦１８０°であることができる。

一形態では、上記少なくとも１種の高入射角測定結果は、第２の入射系から入射した光が上記表面で反射または散乱することによって放射された放射光を上記他の２種の受光系の少なくとも一方によって受光することによって得られた測定結果を含むことができる。

一形態では、上記評価方法は、
第１の受光系は、全方位光を受光し、
第２の受光系は、方位角θ_１°の偏光を選択受光し、
第３の受光系は、方位角θ_１°とは異なる方位角θ_２°の偏光を選択受光し、
０°≦θ_１°≦９０°かつ９０°≦θ_２°≦１８０°であり、
第１の受光系の受光角は、第２の受光系の受光角および第３の受光系の受光角より高角度であり、
第１の入射系と第１の受光系との組み合わせによって得られた測定結果１における検出の有無および検出サイズ、
第１の入射系と第２の受光系との組み合わせによって得られた測定結果２における検出の有無および検出サイズ、
第１の入射系と第３の受光系との組み合わせによって得られた測定結果３における検出の有無および検出サイズ、
第２の入射系と第２の受光系または第３の受光系との組み合わせによって得られた測定結果４における検出の有無および検出サイズ、
からなる群から選ばれる判別基準に基づき、上記輝点として検出された欠陥種が付着物であるか非付着凸状欠陥であるか判別することを含むことができる。

一形態では、上記判別を、後述する表１に示された判別基準にしたがい行うことができる。

一形態では、表１中、Ｘは、１．３０～１．５０の範囲であることができる。

一形態では、表１中、Ｙは、０．６０～０．８０の範囲であることができる。

一形態では、表１中、Ｚは、０．８０～０．８５の範囲であることができる。

一形態では、上記被覆層は、成膜材料が堆積した堆積層であることができる。

一形態では、上記半導体基板は、単結晶シリコン基板であることができる。

本発明の一態様によれば、被覆層表面の付着物および／または非付着凸状欠陥を検出することにより、半導体基板上に被覆層を有する半導体ウェーハを評価することができる。

レーザー表面検査装置の一例（概略構成図）を示す。 実施例において半導体ウェーハの被覆層の表面においてＳＥＭで観察された非付着凸状欠陥および付着物の一例（ＳＥＭ像）を示す。 実施例において表２に示す（２）および（３）の判別に用いた、ＤＷ１ＯチャンネルとＤＷ２Ｏチャンネルの検出サイズ分布を示すグラフである。 実施例において表２に示す（４）の判別に用いた、ＤＷ１ＯチャンネルとＤＮＯチャンネルの検出サイズ分布を示すグラフである。 実施例において表２に示す判別（５）および（６）に用いた、ＤＷ１ＯチャンネルとＤＷＮチャンネルの検出サイズ分布を示すグラフである。 実施例において表２に示す判別（７）に用いた、ＤＷ１ＯチャンネルとＤＷ２Ｏチャンネルの検出サイズ分布を示すグラフである。

以下、上記評価方法について、更に詳細に説明する。

［評価対象の半導体ウェーハ］
上記評価方法における評価対象の半導体ウェーハは、半導体基板上に被覆層を有する半導体ウェーハである。上記半導体基板は、単結晶シリコン基板等の各種半導体基板であることができる。

上記半導体基板上に存在する被覆層としては、公知の成膜方法によって形成される各種被覆層であることができる。上記被覆層の具体例としては、酸化物層、窒化物層、ポリシリコン層、アモルファスシリコン層、金属層等を挙げることができる。

一形態では、上記被覆層は、半導体基板上に成膜材料が堆積した堆積層であることができる。堆積層を形成するための成膜方法としては、成膜材料を気相成長法によって半導体基板上に堆積させることができる各種成膜方法、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を挙げることができる。上記被覆層の厚さは、例えば５～５００ｎｍの範囲であることができるが、この範囲に限定されるものではない。

上記のような半導体基板上の被覆層の表面には、付着物と非付着凸状欠陥とが存在し得る。以下に詳述する評価方法によれば、これら欠陥種を検出することができる。また、付着物および非付着凸状欠陥は、いずれも凸状の形状で被覆層表面に存在し、かつ通常どちらも幅広いサイズ分布をもって被覆層表面に存在しているため、単純にレーザー表面検査装置によって検出される輝点のサイズに基づく評価では、両者を判別することは困難である。これに対し、以下に詳述する評価方法によれば、付着物と非付着凸状欠陥とを判別することが可能となる。

［レーザー表面検査装置］
上記評価方法において用いられるレーザー表面検査装置（以下、単に「表面検査装置」とも記載する。）は、
被照射面へ入射させる光の入射角が異なる２種の入射系と、
受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる３種の受光系（第１の受光系、第２の受光系および第３の受光系）と、
を備えている。かかる表面検査装置では、異なる入射系から評価対象の半導体ウェーハの被覆層の表面（即ち被照射面）に入射した光が被照射面上の各箇所で反射または散乱することにより放射された放射光が、異なる受光系によって受光される。放射光が放射する方向（詳しくは、反射光の反射角度または散乱光の散乱角度）および偏光特性は、半導体基板上に形成された被覆層における付着物や非付着凸状欠陥の存在により様々に変わり得る。それらが異なる様々な放射光を、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる上記３種の受光系で受光することにより、上記の付着物や非付着凸状欠陥を輝点として検出することが可能になると、本発明者は推察している。そのような入射系および受光系を備える表面検査装置の一例（概略構成図）を、図１に示す。図１中、入射光を実線矢印、放射光を点線矢印で模式的に示している。但し、図中に示す入射方向および放射方向は例示であって、本発明を何ら限定するものではない。また、各受光系が受光する放射光には、反射光および散乱光の一方または両方が含まれ得る。

図１に示す表面検査装置１０は、第１の入射系として低角度側レーザー光源１００を備えている。第１の入射系が被照射面へ入射される光の入射角より高角度の入射角で被照射面へ光を入射させる第２の入射系は、高角度側レーザー光源１０１ａとミラー１０１ｂとによって構成されている。高角度側レーザー光源１０１ａから出射された光は、ミラー１０１ｂで反射することにより、その出射方向が変更されてウェーハ１の被覆層（不図示）の表面に入射する。

図１に示す表面検査装置１０は、３種の受光系として、高角度側受光器２０１、低角度側受光器２０２および低角度側受光器２０３を備えている。図１に示す表面検査装置１０は、高角度側受光器が１つであり低角度側受光器が２つの構成を有する。ただし、上記評価方法において用いられる表面検査装置は、かかる構成に限定されるものではなく、高角度側受光器が２つであり低角度側受光器が１つの構成であってもよい。また、２つの低角度側受光器の受光角は、同じであっても異なっていてもよい。この点は、高角度側受光器が２つの場合でも同様である。それら３つの受光器は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる。この点については、更に後述する。尚、図１に示す表面検査装置１０では、低角度側受光器２０２および２０３は、ステージ１１上方全周において放射光を受光する構成を有する。ただし、表面検査装置が有する受光系は、放射光を受光できる構成を有するものであればよく、図１に示す構成のものに限定されるものではない。

更に、表面検査装置１０は、ウェーハ１を載せるステージ１１を回転可能とする回転モータ１２および水平方向に移動可能とする可動手段（不図示）を備えることにより、上記の各レーザー光源から入射する光の照射位置を変えることができる。これにより、ウェーハ１の被覆層の表面の評価すべき領域または表面全域に光を順次照射し（即ち走査し）、評価すべき領域または表面全域において欠陥種の検出を行うことが可能となる。

更に、表面検査装置１０は、ステージ１１の回転および水平方向の移動を制御する制御部１３と、上記の各受光器が受光した放射光の情報に基づき、検出された欠陥種の検出サイズを算出する演算部１４と、を備えている。また、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１５は、制御部１３から光を照射した位置の位置情報を受信し、未照射位置へ光を照射するためにステージ１１を移動させる信号を送信する。更に、ＰＣ１５は、演算部１４から、検出された欠陥種の検出サイズに関する情報を受信し、詳細を後述する各種測定結果を生成することができる。

但し、図１に概略を示す表面検査装置の構成は例示である。上記評価方法では、被照射面へ入射される光の入射角が異なる２種の入射系と、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる３種の受光系（第１の受光系、第２の受光系および第３の受光系）と、を有する表面検査装置であれば、図１に示す構成の表面欠陥装置に限定されず、各種表面検査装置を用いることができる。具体的な装置名としては、例えば、ＫＬＡ社製ＳｕｒｆｓｃａｎシリーズＳＰ５および同シリーズＳＰ７を挙げることができる。

［検出対象の欠陥種］
上記評価方法における表面検査装置による検出対象は、半導体ウェーハにおいて半導体基板上に形成された被覆層の表面に存在する付着物および非付着凸状欠陥からなる群から選択される欠陥種である。これら欠陥種は、評価対象のウェーハの被覆層の表面に上記２種の入射系からそれぞれ光を入射させ上記被覆層の表面から光が放射（散乱または反射）されることにより、受光系において輝点として検出される。輝点を検出することにより、表面検査装置の演算部において、検出された輝点のサイズから、標準粒子のサイズに基づき、輝点をもたらした欠陥種のサイズ（検出サイズ）を算出することができる。標準粒子のサイズに基づく検出サイズの算出は、市販の表面検査装置に備えられている演算手段により、または公知の演算方法により、行うことができる。

付着物は、半導体基板上に被覆層を形成するための成膜プロセス中および／または成膜プロセス後に外部環境から被覆層の表面に付着した異物である。
これに対し、非付着凸状欠陥は、上記のような付着によって生じる欠陥とは異なり、被覆層表面の局所的な盛り上がりである。かかる非付着凸状欠陥は、通常、成膜前のウェーハ表面に存在した欠陥が核となって成膜により肥大化した欠陥である。

上記評価方法では、ウェーハの被覆層の表面において、第１の入射系（即ち低角度側入射系）から入射した光が上記表面で反射または散乱することによって放射された放射光を上記３種の受光系でそれぞれ受光することによって得られた３種の低入射角測定結果と、第２の入射系（即ち高角度側入射系）から入射した光が上記表面で反射または散乱することによって放射された放射光を上記３種の受光系の少なくとも１種で受光することによって得られた少なくとも１種の高入射角測定結果と、を含む複数の測定結果に基づき、ウェーハの被覆層の表面に存在する付着物および非付着凸状欠陥からなる群から選択される欠陥種を輝点として検出する。付着物と非付着凸状欠陥とでは、上記２つの入射系からの入射光を反射または散乱させて放射する性質が異なるため、上記のように複数の測定結果を用いることによって、付着物と非付着凸状欠陥とを判別して輝点として検出することが可能になると本発明者は考えている。

［評価方法の具体的実施形態］
次に、上記評価方法の具体的態様について、説明する。

＜入射系＞

第１の入射系および第２の入射系からそれぞれウェーハの被覆層表面に入射する入射光の波長は、特に限定されるものではない。入射光は、一形態では紫外光であることができるが、可視光またはその他の光であってもよい。ここで本発明および本明細書における紫外光とは、４００ｎｍ未満の波長域の光をいい、可視光とは、４００～６００ｎｍの波長域の光をいうものとする。

上記の２種の入射系について、入射角に関して高角度（側）・低角度（側）とは、一方と他方との関係で相対的に定まるものであり、具体的な角度は限定されるものではない。一形態では、 第１の入射系（即ち低角度側入射系）から評価対象のウェーハの被覆層表面に入射する入射光の入射角は、上記被覆層表面と水平な全方向を０°、この被覆層表面と垂直な方向を９０°として、入射角を最小０°から最大９０°で規定すると、０°以上６０°以下であることができ、０°超３０°以下の範囲であることが好ましい。一方、第２の入射系（即ち高角度側入射系）から評価対象のウェーハの被覆層表面に入射する入射光の入射角は、上記と同様に規定される入射角として、６０°超９０°以下であることができ、８０°超９０°以下であることが好ましい。

＜受光系＞
上記評価方法において用いられる表面検査装置は、３種の受光系を有し、これら３種の受光系は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる。一形態では、１種の受光系が評価対象のウェーハの被覆層の表面からの放射光を高角度側で受光する高角度側受光系であり、他の２種の受光系が上記放射光を低角度側で受光する低角度側受光系であることができる。２種の低角度側受光系の受光角は、同じであっても異なっていてもよい。ここで受光角に関して高角度（側）・低角度（側）とは、一方と他方との関係で相対的に定まるものであり、具体的な角度は限定されるものではない。一形態では、先に記載した入射角と同様に評価対象のウェーハの被覆層の表面を基準に角度を規定する場合、高角度側での受光とは、８０°超９０°以下の受光角で受光することをいうことができ、低角度側での受光とは、０°以上８０°以下の受光角で受光することをいうことができる。また、他の一形態では、２種の受光系が高角度側受光系であり、１種の受光系が低角度側受光系であってもよい。この場合、２種の高角度側受光系の受光角は、同じであっても異なっていてもよい。

上記３種の受光系は、受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる少なくとも１つがそれぞれ異なる。受光角については、上記の通りである。一方、「偏光選択性が異なる」とは、受光系が、偏光を選択して受光する性質（即ち、偏光選択性があること）、全方位光を受光する性質（即ち、偏光選択性がないこと）、および偏光の中でも特定の（または特定の範囲の）方位角を有する偏光を選択受光する性質の少なくとも１つが異なることをいう。受光系に偏光選択性を付与する手段は公知であり、例えば偏光フィルタを受光系に備えることにより偏光選択性を有する受光系を構成することができ、偏光フィルタの種類によって特定の（または特定の範囲の）方位角を有する偏光を選択受光する性質を受光系に付与することができる。

上記表面検査装置は、一形態では、１種の受光系が全方位光を受光し、他の２種の受光系が偏光を選択受光することができる。また、具体的な一形態では、１種の受光系が全方位光を受光し、他の２種の受光系が、方位角が異なる偏光をそれぞれ選択受光することができる。偏光を選択受光する２種の受光系について、一方の受光系に受光される偏光の方位角をθ_１°とし、他方の受光系に受光される偏光の方位角をθ_２°として、０°≦θ_１°≦９０°かつ９０°≦θ_２°≦１８０°であることができる。更に、好ましい具体的な一形態では、全方位角を受光する受光系の受光角は、偏光を選択受光する受光系より高角度であることができる。尚、全方位光とは、非偏光とも呼ばれ、偏光ではない光である。これに対し偏光とは、特定の方向性（方位角）を持つ光である。

受光系に関して、より好ましい具体的な一形態は、以下の通りである。
第１の受光系は、全方位光を受光し、
第２の受光系は、方位角θ_１°の偏光を受光し、
第３の受光系は、方位角θ_２°の偏光を受光し、
第１の受光系の受光角は、第２の受光系および第３の受光系の受光角より高角度である。即ち、全方位角を受光する第１の受光系は、高角度側受光系であり、偏光を受光する第２の受光系および第３の受光系は、低角度側受光系である。更に、偏光を受光する２つの受光系（第２の受光系および第３の受光系）が受光する偏光の方位角は、θ_１°＜θ_２°である。

上記のより好ましい具体的な一形態にかかる受光系を有する表面検査装置では、より方位角が小さい偏光を受光する第２の受光系は、ウェーハの被覆層の表面からの反射光成分の抑制が可能であり、等方的な散乱をする欠陥種からの散乱光を検出しやすいと考えている。これに対し、より方位角が大きい偏光を受光する第３の受光系は、上記第２の受光系と比べて、ウェーハの被覆層の表面からの反射光成分の抑制効果は低いものの、異方的な散乱をする欠陥種からの散乱光を高感度に検出することができると、本発明者は考えている。更に、上記の第２の受光系および第３の受光系とともに、これら２種の受光系よりも高角度側で全方位光を受光する第１の受光系を組み合わせることにより、各種欠陥種の検出感度をより高めることができると、本発明者は推察している。こうして、付着物および非付着凸状欠陥をともに高感度に検出することが可能になると、本発明者は考えている。ただし以上は本発明者による推察を含むものであり、本発明を何ら限定するものではない。

上記評価方法では、評価対象のウェーハの被覆層の表面において第１の入射系（即ち、低角度側入射系）から入射した光が反射または散乱することによって放射された放射光を上記３種の受光系でそれぞれ受光することによって得られた３種の低入射角測定結果と、第２の入射系（即ち、高角度側入射系）から入射した光が被覆層の表面で反射または散乱することによって放射された放射光を上記３種の受光系の少なくとも１種で受光することによって得られた少なくとも１種の高入射角測定結果と、を含む複数の測定結果に基づき、ウェーハの被覆層の表面に存在する付着物および非付着凸状欠陥からなる群から選択される欠陥種を輝点として検出する。付着物および／または非付着凸状欠陥の検出感度を更に高める観点からは、上記の高入射角測定結果は、第２の入射系から入射した光が評価対象のウェーハの被覆層の表面で反射または散乱することによって放射された放射光を、偏光を選択受光することができる上記の２種の受光系の少なくとも一方によって受光することによって得られた測定結果を含むことが好ましい。一形態では、高入射角測定結果は、第２の入射系から入射した光が評価対象のウェーハの被覆層の表面で反射または散乱することによって放射された放射光を、偏光を選択受光することができる上記の２種の受光系のいずれか一方によって受光することによって得られた測定結果であることができる。

ところで、先に記載したように、付着物と非付着凸状欠陥とは、発生原因がそれぞれ異なるため、それらを低減するための手段も異なる。例えば、付着物は、一般的な洗浄によって容易に除去可能である。したがって、付着物を低減するためには、例えば、洗浄条件を強化すればよい。具体的には、付着物を低減するための手段としては、洗浄回数を増やすこと、洗浄時間を長くすること、より洗浄力の高い洗浄剤を使用すること等を挙げることができる。または、成膜プロセスの見直しによって、成膜プロセス中および／または成膜プロセス後に被覆層の表面に異物が付着することを抑制することを、付着物の低減のための手段の一例として挙げることができる。一方、非付着凸状欠陥は、被覆層形成後の洗浄では除去することができない。そのため、非付着凸状欠陥の低減のための手段としては、半導体ウェーハの製造プロセスを見直し、例えば、被覆層の成膜プロセス前に行われる半導体基板の洗浄条件を強化し、非付着凸状欠陥形成の核となり得る半導体基板表面の異物を洗浄によって除去することが挙げられる。したがって、被覆層を有するウェーハの評価においては、付着物と非付着凸状欠陥とを、判別して検出できることが望ましい。判別して検出することにより、付着物と非付着凸状欠陥のそれぞれの発生数や存在状態（分布）の把握が可能になり、発生数や分布に応じて適切な低減手段を選択することが可能になるからである。

上記の点に関して、入射角が異なる２種の入射系と上記のより好ましい具体的な一形態にかかる受光系とを備える表面検査装置によれば、
第１の入射系と第１の受光系との組み合わせによって得られた測定結果１における検出の有無および検出サイズ、
第１の入射系と第２の受光系との組み合わせによって得られた測定結果２における検出の有無および検出サイズ、
第１の入射系と第３の受光系との組み合わせによって得られた測定結果３における検出の有無および検出サイズ、
第２の入射系と第２の受光系または第３の受光系との組み合わせによって得られた測定結果４における検出の有無および検出サイズ、
からなる群から選ばれる少なくとも１種の判別基準に基づき、表面検査装置において輝点として検出された欠陥種が付着物であるか非付着凸状欠陥であるか判別することができる。このような判別が可能となる理由は、ウェーハの被覆層の表面に存在する付着物と非付着凸状欠陥とは、発生原因の違いに起因し形状等が異なることにより光を散乱・反射する挙動が異なるため、ウェーハの被覆層の表面に入射する光の入射角の違い、受光系の受光角や偏光選択性の違いによって、受光系における検出の有無や検出サイズが異なるものになることにあると、本発明者は考えている。

入射角が異なる２種の入射系と上記のより好ましい具体的な一形態にかかる受光系とを備える表面検査装置によれば、更に好ましくは、下記表１に示す基準にしたがい、検出された欠陥種が付着物であるか非付着凸状欠陥であるかをより精度よく判別することができる。

表１中、Ｘ、ＹおよびＺは、それぞれ独立に０超である。一形態では、Ｘは１．３０～１．５０の範囲であることができ、Ｙは０．６０～０．８０の範囲であることができ、Ｚは０．８０～０．８５の範囲であることができる。

上記（１）における検出上限サイズは、評価のために使用される表面検査装置に応じて定まるものであり、例えば、表面検査装置における検出サイズに関して、測定結果１の検出上限サイズは３００ｎｍ以上であることができ、測定結果２の検出上限サイズは１００ｎｍ以上であることができ、測定結果３の検出上限サイズは２００ｎｍ以上であることができる。

上記評価方法の更に具体的な一形態は、実施例に基づき後述する。上記評価方法による評価によって、半導体ウェーハの半導体基板上に形成された被覆層の表面の欠陥種（付着物および／または非付着凸状欠陥）の有無、欠陥種の存在数や存在位置（分布）等の欠陥種に関する各種評価を行うことができる。

以上説明した評価方法によって評価を行い得られた評価結果に基づき、半導体ウェーハの製造工程に、被覆層の表面における欠陥種（付着物および／または非付着凸状欠陥）の発生を抑制するための工程変更や保守（例えば製造条件の変更、製造装置の交換、洗浄、薬液の高品質化等）を行うことによって、その後、上記欠陥種の少ない高品質な半導体ウェーハを製品ウェーハとして提供することが可能となる。
また、製品として出荷する前の半導体ウェーハを上記評価方法によって評価し、被覆層の表面の欠陥種の存在数が予め定めていた許容範囲内（閾値以下）であることが確認された半導体ウェーハを製品ウェーハとして出荷することにより、高品質な半導体ウェーハを安定供給することが可能となる。尚、閾値は、特に限定されるものではなく、製品ウェーハの用途等に応じて適宜設定することができる。
即ち、上記評価方法は、半導体基板上に被覆層を有する半導体ウェーハの工程管理や品質管理のために用いることができる。

以下に、実施例に基づき本発明を更に説明する。但し、本発明は、実施例に示す実施形態に限定されるものではない。

１．輝点（ＬＰＤ）の検出および欠陥種のサイズ算出
評価対象の半導体ウェーハとして、単結晶シリコン基板上にＣＶＤ法によって形成された窒化物層（窒化珪素層）を有する半導体ウェーハを３枚準備した。３枚の半導体ウェーハの窒化物層の厚さは、それぞれ、１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍであった。
３枚の半導体ウェーハの窒化物層の表面において、表面検査装置として、ＫＬＡ社製ＳｕｒｆｓｃａｎシリーズＳＰ７を用いて輝点の検出を行った。
ＫＬＡ社製ＳｕｒｆｓｃａｎシリーズＳＰ７は、
入射系として、
評価対象ウェーハの被覆層の表面に入射光を斜め入射させる斜方レーザー光源（紫外光源）と、
ミラーを介して評価対象ウェーハの被覆層の表面に入射光を垂直入射させる垂直レーザー光源（紫外光源）と、
を有する。
上記表面検査装置は、入射系と受光系の組み合わせとして、
ＤＷ１Ｏ（Ｄａｒｋ－Ｆｉｅｌｄ Ｗｉｄｅ１ Ｏｂｌｉｑｕｅ）チャンネル、
ＤＷ２Ｏ（Ｄａｒｋ－Ｆｉｅｌｄ Ｗｉｄｅ２ Ｏｂｌｉｑｕｅ）チャンネル、
ＤＮＯ（Ｄａｒｋ－Ｆｉｅｌｄ Ｎａｒｒｏｗ Ｏｂｌｉｑｕｅ）チャンネル、
ＤＷＮ（Ｄａｒｋ－Ｆｉｅｌｄ Ｗｉｄｅ Ｎｏｒｍａｌ）チャンネル、
ＤＮＮ（Ｄａｒｋ－Ｆｉｅｌｄ Ｎａｒｒｏｗ Ｎｏｒｍａｌ）チャンネル、
を有する。尚、本評価では、ＤＮＮチャンネルは使用しなかった。
ＤＷ１ＯチャンネルおよびＤＷ２Ｏチャンネルの受光器は、ＤＮＯチャンネルの受光器に対して低角度側の受光器であり、偏光選択性を有する。ＤＷ１Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角は、ＤＷ２Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角より小さい。ＤＷ１Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角は、０°以上９０°以下の範囲にあり、ＤＷ２Ｏチャンネルが受光する偏光の方位角は、９０°以上１８０°以下の範囲にある。ＤＷ１Ｏチャンネルの検出結果は、表１における「測定結果２」に相当する。ＤＷ２Ｏチャンネルの検出結果は、表１における「測定結果３」に相当する。
ＤＷＮチャンネルの受光器は、ＤＷ１Ｏチャンネルの受光器と共通である。ＤＷＮチャンネルの検出結果は、表１における「測定結果４」に相当する。
ＤＮＯチャンネルの受光器は、全方位光を受光する（即ち偏光選択性を有さない）受光器であり、ＤＷ１ＯチャンネルおよびＤＷ２Ｏチャンネルの受光器に対して高角度側の受光器である。ＤＮＯチャンネルの検出結果は、表１における「測定結果１」に相当する。
上記表面検査装置を用いて、上記３枚の半導体ウェーハについて、それぞれ窒化物層の表面の全域に入射光を走査して輝点（ＬＰＤ）として欠陥種を検出し、かつ輝点のサイズに基づき、上記表面検査装置に備えられた演算部において、検出された欠陥種サイズ（検出サイズ）を算出した。尚、上記表面検査装置の各受光系において検出される輝点のサイズの下限（検出下限サイズ）は、ＤＮＯチャンネルは４０ｎｍ、ＤＷ１Ｏチャンネルは２０ｎｍ、ＤＷ２Ｏチャンネルは３０ｎｍ、ＤＷＮチャンネルは５０ｎｍである。
また、上記表面検査装置では、ＤＣＯ（Ｄａｒｋ－Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｏｂｌｉｑｕｅ）チャンネルの検出結果として、ＤＷ１Ｏチャンネル、ＤＷ２ＯチャンネルおよびＤＮＯチャンネルの検出結果を合算した結果が得られる。ＤＣＯチャンネルでは、同じ位置でＤＷ１Ｏチャンネル、ＤＷ２ＯチャンネルおよびＤＮＯチャンネルの２つ以上のチャンネルで輝点が検出された場合には、輝点のサイズとしては、より大きなサイズが採用される。また、ＤＣＯチャンネルでは、サイズが「２０００００μｍ」と表示される場合、「２０００００μｍ」は便宜上表示される値に過ぎず、ＤＷ１Ｏチャンネル、ＤＷ２ＯチャンネルおよびＤＮＯチャンネルの少なくとも１つにおいて、検出サイズが検出上限サイズを超えていることを意味する。ＤＷ１Ｏチャンネルの検出上限サイズは１００ｎｍであり、ＤＷ２Ｏチャンネルの検出上限サイズは２００ｎｍであり、ＤＮＯチャンネルの検出上限サイズは３００ｎｍである。

２．走査型電子顕微鏡による欠陥種の観察
上記１．で評価を行った半導体ウェーハの窒化物層の表演を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察し、上記表面検査装置により検出された輝点位置に存在する欠陥種を、観察結果に基づき、付着物と非付着凸状欠陥とに分類した。ＳＥＭで観察された各欠陥種の一例（ＳＥＭ像）を、図２に示す。図２（ａ）は非付着凸状欠陥、図２（ｂ）は付着物に分類された欠陥種のＳＥＭ像である。

３．欠陥種の判別
上記１．の検出結果に基づき、先に示した表１にしたがう下記表Ｂのアルゴリズムにしたがって、検出された輝点を付着物または非付着凸状欠陥に分類した。
図３は、上記（２）および（３）の判別に用いた、ＤＷ１ＯチャンネルとＤＷ２Ｏチャンネルの検出サイズ分布を示すグラフである。
図４は、上記（４）の判別に用いた、ＤＷ１ＯチャンネルとＤＮＯチャンネルの検出サイズ分布を示すグラフである。
図５は、上記判別（５）および（６）に用いた、ＤＷ１ＯチャンネルとＤＷＮチャンネルの検出サイズ分布を示すグラフである。
図６は、上記判別（７）に用いた、ＤＷ１ＯチャンネルとＤＷ２Ｏチャンネルの検出サイズ分布を示すグラフである。
上記の各グラフには、上記２．のＳＥＭ観察による欠陥種の分類結果も示す。
こうして得られた欠陥種の分類結果を、上記２．のＳＥＭ観察結果と対比し、判別基準に適応した欠陥種の数を求めたところ、表２に示す値であった。これらの結果から、表２に示す判別基準による判別結果がＳＥＭ観察結果による分類結果と一致していた確率、即ち適応率を算出したところ、表２に示す値であり、欠陥種を精度よく、被覆層の厚さに依存することなく、判別評価できたことが確認された。

本発明の一態様は、半導体ウェーハの製造分野において有用である。

Claims (8)

1. レーザー表面検査装置によって半導体ウェーハを評価する半導体ウェーハの評価方法であって、
   前記半導体ウェーハは、半導体基板上に被覆層を有し、
   前記レーザー表面検査装置は、
   第１の入射系と、
   第１の入射系が被照射面へ入射させる光の入射角より高角度の入射角で被照射面へ光を入射させる第２の入射系と、
   第１の受光系と、
   第２の受光系と、
   第３の受光系と、
   を有し、
   前記３種の受光系は、被照射面から放射された光を受光する受光角および偏光選択性からなる群から選ばれる１つ以上がそれぞれ異なり、
   前記３種の受光系のうち、１種の受光系は全方位光を受光し、他の２種の受光系は方位角が異なる偏光をそれぞれ選択受光し、
   前記全方位光を受光する受光系の受光角は、前記他の２種の受光系の受光角より高角度であり、
   前記被覆層の表面において、第１の入射系から入射した光が前記表面で反射または散乱することによって放射された放射光を前記３種の受光系でそれぞれ受光することによって得られた３種の低入射角測定結果と、第２の入射系から入射した光が前記表面で反射または散乱することによって放射された放射光を前記３種の受光系の少なくとも１種で受光することによって得られた少なくとも１種の高入射角測定結果と、を含む複数の測定結果に基づき、前記被覆層の表面に存在する付着物および非付着凸状欠陥からなる群から選択される欠陥種を輝点として検出することによって、前記半導体ウェーハの評価を行うことを含む、半導体ウェーハの評価方法。
2. 前記他の２種の受光系のうちの一方に選択受光される偏光の方位角をθ_１°とし、他方に選択受光される偏光の方位角をθ_２°として、０°≦θ_１°≦９０°であり、９０°≦θ_２°≦１８０°である、請求項１に記載の半導体ウェーハの評価方法。
3. 前記少なくとも１種の高入射角測定結果は、第２の入射系から入射した光が前記表面で反射または散乱することによって放射された放射光を前記他の２種の受光系の少なくとも一方によって受光することによって得られた測定結果を含む、請求項１または２に記載の半導体ウェーハの評価方法。
4. 第１の受光系は、全方位光を受光し、
   第２の受光系は、方位角θ_１°の偏光を選択受光し、
   第３の受光系は、方位角θ_１°とは異なる方位角θ_２°の偏光を選択受光し、
   ０°≦θ_１°≦９０°かつ９０°≦θ_２°≦１８０°であり、
   第１の受光系の受光角は、第２の受光系の受光角および第３の受光系の受光角より高角度であり、
   第１の入射系と第１の受光系との組み合わせによって得られた測定結果１における検出の有無および検出サイズ、
   第１の入射系と第２の受光系との組み合わせによって得られた測定結果２における検出の有無および検出サイズ、
   第１の入射系と第３の受光系との組み合わせによって得られた測定結果３における検出の有無および検出サイズ、
   第２の入射系と第２の受光系または第３の受光系との組み合わせによって得られた測定結果４における検出の有無および検出サイズ、
   からなる群から選ばれる判別基準に基づき、前記輝点として検出された欠陥種が付着物であるか非付着凸状欠陥であるか判別することを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの評価方法。
5. 前記判別を、下記表１に示す基準：
   

   

   にしたがい行い、Ｘ、ＹおよびＺは、それぞれ独立に、０超である、請求項４に記載の半導体ウェーハの評価方法。
6. Ｘは１．３０～１．５０の範囲であり、Ｙは０．６０～０．８０の範囲であり、かつＺは０．８０～０．８５の範囲である、請求項５に記載の半導体ウェーハの評価方法。
7. 前記被覆層は、成膜材料が堆積した堆積層である、請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの評価方法。
8. 前記半導体基板は、単結晶シリコン基板である、請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの評価方法。

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