JPWO2011062279A1 - 欠陥を検査する方法、欠陥の検査を行ったウエハまたはそのウエハを用いて製造された半導体素子、ウエハまたは半導体素子の品質管理方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

光源装置７からの光にポラライザー８により偏光を与えて被検査体Ｗに対し斜め方向に入射させ、その散乱光を暗視野に配置され偏光分離素子１２を有するＣＣＤ撮像装置１０で撮像し、得られたＰ偏光成分画像とＳ偏光成分画像とについて偏光成分光強度と、それらの比としての偏光方向を求める。被検査体に応力を印加していない状態と、被検査体に静荷重を付加して被検査体の光照射側の面において引っ張り応力となる静応力を印加した状態とでの撮像により得られた画像から偏光成分光強度、偏光方向を求め、所定の閾値と対比することにより欠陥の検出、分類を行う。被検査体における内部析出物、空洞欠陥、表面の異物ないしスクラッチ、表層のクラックの欠陥を精度よく検出し、欠陥の種類を特定して欠陥を分類することができる。半導体素子作製用ウエハについて欠陥を検査し、品質管理を行うことにより、不良品を格段に減少させられる。

Description

本発明は、被検査体の欠陥を検査する方法、欠陥の検査を行ったウエハまたはそのウエハを用いて製造された半導体素子、ウエハまたは半導体素子の品質管理方法及び欠陥検査装置に関し、特に半導体ウエハのように高度の均質性、表面の平滑性が要求される被検査体の欠陥の検出及び／または分類を行う欠陥を検査する方法、欠陥の検査を行ったウエハまたはそのウエハを用いて製造された半導体素子、ウエハまたは半導体素子の品質管理方法及び欠陥検査装置に関する。

半導体の製造工程において、ウエハの表面や内部に存在する欠陥は、製品としての半導体デバイスの電気的な特性の劣化、不良の原因となる。そのため、半導体装置を製造するにあたっては、半導体製造前の段階のウエハ、あるいは製造工程に入って表面に工程処理のなされたウエハに対し欠陥の検査を行う。

ウエハから半導体素子を形成する過程においては、ウエハ面上に薄膜形成、不純物ドーピング、フォトリソグラフィによる配線形成が行われ、その上側に絶縁体層が形成される。配線層は絶縁体層を介して多数層形成され、絶縁体層形成ごとにＣＭＰ（化学的機械的研磨）により平坦化がなされる。配線層数は３〜１０層、最近のシステムＬＳＩ等のプロセスでは１０層以上に及ぶ場合がある。絶縁体層は同一配線層における配線間の絶縁と、異なる配線層の配線間の絶縁を担うものである。欠陥があるウエハにそのまま工程処理を行っていくと、最終的な半導体の製品として不良品になるので、あらかじめ最初のウエハの段階、さらに逐次配線層、絶縁体層が形成され平坦化がなされた段階で欠陥の除去を行っておく必要がある。

近年において、半導体デバイスの集積度が増すとともに、デバイスを構成するパターンの微細化が進む中で、検出すべきウエハの欠陥のサイズも小さくなり、それだけ高い欠陥の検出能力が必要となっている。具体例としては、ハイブリッド車や電気自動車に代表されるように、自動車の電子化が急速に進展しており、車載用の半導体デバイスとしてはより高い信頼性が求められている。また、欠陥の検出には、破壊的方法と非破壊的方法があり、前者はウエハをエッチング液で溶かしたり、物理的に削るなどにより、欠陥を表面に出し、顕微鏡や電子顕微鏡などで観察するものである。しかしながら、この方法で検査したウエハは半導体デバイスの製造には使用できなくなる。したがって、真に高信頼性のデバイスを実現するには、インラインでの欠陥検出の全数検査（非破壊）が必須となる。

非破壊的な検査の方法としては、電気的方法、光や超音波を用いた非接触検査方法がある。電気的な検査の方法は、ウエハに電極を付けたり、プローブを押しつけたりして、ウエハに電気信号を与え、電気信号の変化からウエハに欠陥が存在することを検出するものであるが、欠陥の位置を決めることが難しいこと、電極等による接触が必要なこともあり、製品の製造段階でのウエハに用いることはできない。また、欠陥の存在によって、瞬間的な絶縁破壊を起こさないような低い電界でも、その電界をある時間かけているとCuなどの電極金属成分が拡散して配線間リークや電界破壊を起こすことが知られている。これはデバイス製品出荷後の経時変化による劣化の原因のひとつとしても考えられ、上記の電気的な検査では検出は困難である。

超音波による欠陥検出は、被検査体に超音波を印加して、欠陥から反射される超音波を検出器で検出する方法である。金属等の光が透過しない材料の内部の欠陥でも検出できることから、パッケージ内部の検査等に使用されるが、検出限界や分解能の点でウエハの欠陥や異物を高分解能で検出するのには使われない。また、光を用いた検査方法は、欠陥や異物による散乱光を暗視野や明視野の光学系で検出し、欠陥の位置を同時に検出するものである。ウエハ内部の欠陥検出にはシリコンに対して透明なレーザーが使用され、表面ないし表層の欠陥の検出には可視光レーザーが使用される。

光、超音波を用いた欠陥の検査について、次のような文献に開示されている。
特許文献１には、被検査体に電磁超音波を送信するとともに、その超音波による被検査体の励振部分と同じ部分にレーザーを向け、その反射信号に基づいて被検査体の欠陥、板厚等を検出するようにした配管、鋼材等の被検査体の超音波探傷方法について記載されている。

特許文献２には、被検査物に対して超音波振動子から表面弾性波を入射するとともに、被検査物の表面にレーザーを照射し、その反射光を受光して、信号処理装置によりレーザーの出射光と反射光との周波数の差を検出し、その差によって被検査物の振動速度を測定し欠陥を検出する欠陥検出装置について記載されている。

特許文献３には、被測定物面にパルスレーザーを照射して弾性波を生じさせ、連続発振の信号用のレーザーをパルスレーザーと同軸上に被測定物面に照射し、被測定物面の散乱面及び弾性波の影響を受けた反射光をレーザー干渉計に入射して周波数成分の変化を検出することにより被測定物の内部欠陥を検出する材料非破壊検査方法、装置について記載されている。

特許文献４には、半導体ウエハ等の被検査物にレーザーを照射し、被検査物からの反射散乱光を複数方向で検知し、検知結果を比較して反射散乱光の指向性を検出することにより被検査物における傷等の欠陥と異物とを区別して検出することについて記載されている。また、特許文献５には、被検査試料にレーザーを入射させ、その散乱光、発光を複数の異なる波長帯に分割して撮像装置に結像させ、得られた複数の画像から欠陥の内容を識別する欠陥検査方法について記載されている。

特許文献６には、半導体ウエハ等の面に対し、入射角度が異なるように設定され、発振のタイミングをずらせた２つのパルス発振レーザーを照射し、一方のレーザーはパーティクルとピットの両方で散乱光を生じ、他方のレーザーはピットによる散乱光が少なくなるように設定して、両方の散乱光の検出結果からパーティクルかピットかを弁別する検査方法について記載されている。

特許文献７、８には、被検物体に入射させるレーザーの波長を変えた場合に、反射率Ｒが極大値になる波長λ１と極小値になる波長λ２とを求めておき、波長λ１，λ２のレーザーをそれぞれ被検物体に入射させた時の光情報を得ることにより、被検物体のごく表層近傍の欠陥と表面の欠陥を区別するようにした欠陥の検出方法について、またその場合に、レーザーが被検物体に斜めに入射し上方に配置した顕微鏡により欠陥の散乱像を全体的に観察することについて記載されている。

特許文献９には、ウエハ表面にレーザーを照射して走査させ、ウエハ表面で反射あるいは散乱した光を、入射光に対する受光角度が異なる（高角度、低角度）複数の受光系で受光し、これら複数の受光系における受光強度比に基づく標準粒子換算サイズの差異を求め、欠陥の形態、種類を判別するようにした半導体ウエハ表面の検査方法について記載されている。

特許文献１０は本発明者によるものであるが、超音波をウエハに印加した状態及び印加していない状態においてウエハ表面にレーザーを照射し、空洞欠陥によって散乱した光の強度の超音波印加前後における変化をポラライザーとクロスニコルに配置した受光手段により検出し、その強度変化から異物を判断することについて記載されている。

また、特許文献１０における技術を改善するものとして、本出願人は特許文献１１に示す技術を提案している。これは、被検査体に応力を印加した状態と印加していない状態において、偏光を与えた光を照射し、検出された散乱光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離して偏光方向を求め、成分光強度と偏光方向により欠陥の検出、分類を行うものである。さらに、特許文献１２、１３においては、被検査体の内部に存在する欠陥などを、その周囲に生ずる歪場による透過光の変化（光弾性効果）を用いて検出する方法が述べられている。

非特許文献１においては、半導体デバイス製造に不可欠な要素技術であるＣＭＰ（化学的機械的研磨）技術の適用工程に関する要求、課題について記載されており、ウエハの絶縁膜ＣＭＰで発生する欠陥であるスラリ残渣等の異物は配線形成時のパターン欠陥になり、また、クラックは配線間ショートの原因になること、ウエハにおける欠陥密度と歩留まりとには相関関係があり、歩留まりは欠陥密度に関して指数関数の逆数状に変化し、欠陥密度がある閾値以上になると急激に歩留まりが低下すること等について説明がなされている。

特許文献１、２においては、内部の空洞欠陥を高分解能で検出することはできないものである。特許文献３においては、内部欠陥の有無を検出するが、超音波による材料表面の散乱面の影響を信号光で検出するものであり、コンクリート構造物の非破壊検査には適合するが、半導体ウエハ等の内部欠陥を高分解能で検出するのには適合しないものである。

特許文献４、５においては、反射散乱光の指向性や波長帯域との関係から欠陥の内容を識別するのであるが、やはり、内部欠陥を精度よく検出するのには適合しないものである。また、特許文献６においては、２つのパルスレーザーをタイミングをずらして照射するため、構成、制御機構が複雑になるとともに、パーティクルやピットのような表面の欠陥は検出できても、内部の空洞欠陥を検出するのには適合しない。

特許文献７、８においては、波長の違いによって表面の欠陥と内部の欠陥とを区別して検出するが、欠陥が内部の空洞欠陥であるか否かを判別することはできない。
特許文献９において、異なる受光角度での散乱光強度比に基づいて散乱体の標準粒子換算サイズの数値の組み合わせから、ウエハ表面の欠陥の種類、形態を判別するが、ウエハ内部の空洞欠陥について判別することはできない。

特許文献１０においては被検査体に超音波を印加することを用いて欠陥を検査するが、超音波は被検査体に負荷される応力としては動的なものであり、変位・応力は制御し易いものではなく、ウエハにおけるオリフラやノッチのような方向識別のための切欠部分を有する被検査体の場合に超音波による応力分布が構造的影響を受け、それが検査結果に影響を及ぼすことになる。さらに、表層の異物を検査する場合に、超音波によって表面が変位し、その結果散乱強度が変化することから誤検出の可能性が生じるというように、検査の精度上の問題点があるとともに、装置が複雑なものになり、また、測定に要する時間もかなり長くなるという難点があった。さらに、Ｐ偏光あるいはＳ偏光のみを検出しているために欠陥の分類が十分にできないなどの問題もあった。

特許文献１１においては、被検査体からの散乱光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離し、偏光方向と偏光成分光強度とにより欠陥の種類を分類することができるが、被検査体に対し応力を印加した状態を実現するように実際の検査測定装置を構成する上では、簡易な構成により確実に応力を印加するための手段を備えるようにするという点では十分なものではなかった。

特許文献１２、１３に示されるように光透過法を用いて欠陥の検査を行おうとしても、パターン付きウエハでは、ウエハ上に金属配線パターンが多重に積層されているため光は透過せず、透過の配置で検出する方法は使用できない。よって、パターン付きウエハの異物検査では、光透過法でなく、光散乱法を用いる必要がある。

特開昭６２−１７７４４７号公報 特開２００１−２０８７２９号公報 特開２００５−１４７８１３号公報 特開２００２−１８８９９９号公報 特開平１１−２１１６６８号公報 特開２０００−２１６２０８号公報 特開平１０−２９３１０１号公報 特開平１０−２９３１０２号公報 特許３６６４１３４号公報 特開２００８−８７４０号公報 ＰＣＴ／ＪＰ２００９／５９４６０ 特開平０４−１１８５４０号公報 特許３３３８１１８号公報

山田洋平「ＬＳＩデバイスの進展とそれを支えるＣＭＰ技術」（独立行政法人日本学術振興会結晶加工と評価技術第１４５委員会第１１９回研究会資料：平成２１年１０月１６日、第１８〜２３頁）

半導体ウエハ等の被検査体の欠陥の検査において、従来の電気的な検査、あるいは光、応力を用いた欠陥の検査においては、表層のクラックなどを検出することはできなかった。半導体ウエハのような被検査体の場合、欠陥の種類によりその除去方法や再生可能性は異なることから、被検査体に欠陥が存在することだけでなく、それとともに欠陥の種類を判別することが必要とされ、そのため被検査体表面の異物、表層のクラックと内部の析出物等の欠陥を区別して高分解能で検出でき、高スループットで欠陥を分類できるように欠陥の検査を行うことが求められていた。

特許文献１０に示される欠陥の検査においては、被検査体に超音波を印加し共振周波数における被検査体の変形により動的な応力を印加することになる。ウエハのように円形の被検査体に超音波（音波）を印加する場合について考えると、円形のウエハの共振モードは、ウエハの中心が振動の腹になるモードと節になるモードとの複数の共振モードがある。中心が節になる共振モードではこの箇所で応力が印加されないので、中心が腹になる共振モードで欠陥の検査を行うようにする。

この共振モードで共振周波数はウエハの厚さに比例して増大する傾向にあり、ウエハ厚が７３０μｍの８インチウエハで共振周波数が１５４Ｈｚ程度である。シリコンのＱ値は非常に高く１０^４以上であり、共振周波数からずれた場合に急激に振幅が減少する。このことから、共振周波数１５４Ｈｚの場合に、１５４（Ｈｚ）／１０^４＝０．０１５４Ｈｚの間隔で計測する必要があり、公差を考慮したウエハ厚さにおける共振周波数１５０〜１６０Ｈｚの範囲を０．０１５４Ｈｚ間隔で計測する場合に、約６５０点程度の計測があり、膨大な測定点が必要であり計測に要する時間が長くなってしまう。それにより半導体の製造工程に関してはスループットが大幅に低下する結果になり、高いスループットの求められるインライン検査への適用は困難である。さらに、超音波の共振法では、周波数を変化させる装置が必要となるために装置が煩雑になり、また、周波数に対するインピーダンスの補正が必要になるというような問題がある。

ウエハには面方位を示すためのノッチやオリエンテーションフラット（ＯＦ）が設けられており、８インチウエハでは一般にＯＦが用いられている。ＯＦの存在によりウエハの共振周波数が変化する。ウエハの共振周波数は（ａ）製造工程に伴うウエハ厚の変化、（ｂ）ウエハ公差によるウエハ厚の変化、（ｃ）ＯＦ、（ｄ）配線パターン等による質量の変化のような要因によっても変化し、これらの変化により周波数だけでなく、振幅の分布にも影響が及ぼされる。このような状況から共振法による被検査体における変位、応力の制御が難しくなる。

また、先行技術としての特許文献１１にあるような、被検査体に応力を印加した状態と印加していない状態とにおいて偏光を与えた光を照射し、その散乱光を検出するという手法を用いる場合において、簡易な構成により被検査体に確実に応力を印加することができるようにすることが望まれるものであった。さらに、ウエハから半導体を製造する上では、スループット向上の面からも検査工程に要する時間をできるだけ短縮することが望まれていた。

さらに、ウエハからの半導体素子の形成工程において、配線層、絶縁体層を形成した後にＣＭＰ工程により平坦化を行うが、その際スラリー液や研磨パッド等の機械的要素により条件によってはウエハに欠陥が生じる。この欠陥はＣＭＰ工程の条件最適化により減少させられるが、最適条件は経時的に変化することもあり、ＣＭＰ工程後にウエハの検査を行うことは必要である。

非特許文献１に示されるように、ウエハの絶縁膜ＣＭＰで発生する異物、クラック等の欠陥は配線形成時のパターン欠陥、配線間ショートの原因になり、製造製品の品質大きく影響し、また、ウエハにおける欠陥密度がある閾値以上になると急激に歩留まりが低下するということが知られている。このようなことからすれば、ウエハにどのような欠陥がどの程度に存在するかについて検査により確認することが半導体素子の製造に際して非常に重要な意義をもつことになる。

このようなことから、半導体素子を製造するためのウエハ等の被検査体における欠陥を検出し、欠陥の種類を分類することを精度よく短時間で行えるようにすること、半導体素子製造工程において配線層、絶縁層形成、ＣＭＰ工程による各層形成の段階ごとに欠陥の検出、分類を行い、工程処理のなされたウエハに対する品質管理を行うことが本発明の目的である。

本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、請求項１に係る発明による被検査体の欠陥を検査する方法は、板状の被検査体に静応力を印加していない状態と静応力を印加した状態とにおいて該被検査体内に浸透し得る波長の光をポラライザーにより偏光を与えた上で該被検査体の面に照射しその散乱光を検出することにより被検査体の欠陥を検査する方法であって、前記被検査体に静応力を印加していない状態で前記被検査体の面上の位置において偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、静応力を印加していない状態で光を照射したのと同じ前記被検査体の面上の位置において前記被検査体に静応力を印加した状態で偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を前記偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、前記被検査体に静応力を印加していない状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向と前記被検査体に静応力を印加した状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向とを所定の閾値と対比することにより欠陥の検出及び／または分類を行うことと、からなり、前記被検査体に静応力を印加するに際して偏光を与えた光を照射する側の前記被検査体の面において引っ張り応力が生じるかまたは前記被検査体全体に引っ張り応力が生じるように前記被検査体に静荷重を付加するものである。

請求項１を引用する請求項２に係る発明による被検査体の欠陥を検査する方法は、前記被検査体に静応力を印加するに際し、前記被検査体の周縁の一部を固定的に把持し、前記被検査体の周縁の他の一部を把持し牽引することにより前記被検査体に引っ張り静荷重を付加するようにしたものである。

請求項１を引用する請求項３に係る発明による被検査体の欠陥を検査する方法は、前記被検査体に静応力を印加するに際し、前被検査体の対向する両端側を単純支持するように保持し、前記被検査体の対向する両端の間の中心位置において下方から前記被検査体を上方に押圧することにより前記被検査体に上向きの静荷重を付加して前記被検査体に曲げ静荷重を付加するようにしたものである。

請求項１を引用する請求項４に係る発明による被検査体の欠陥を検査する方法は、前記被検査体に静応力を印加するに際し、真空吸引手段に連結された吸引孔が複数形成された円筒面状の載置台上に被検査体を載置した後に、真空吸引手段による真空吸引を行って被検査体を円筒面状の載置台の面に吸引することにより被検査体の曲げ変形を行うようにしたものである。

請求項１〜４のいずれか１項を引用する請求項５に係る発明による被検査体の欠陥を検査する方法は、前記偏光分離手段によりＰ偏光の成分とＳ偏光の成分とに分離された光に対して光軸を中心に回動調整可能に挿入配置されたアナライザーを回動調整することにより欠陥とは別異な強い散乱光の強度を低下させるようにしたものである。

請求項６に係る発明による欠陥の検査を行ったウエハは、ＣＭＰプロセスを含む半導体素子の製造工程において２層以上の配線層が形成されたウエハに対しＣＭＰプロセス中に生じ得る欠陥の検査を行ったウエハであって、該欠陥の検査は２層以上の配線層が形成されたウエハに静応力を印加していない状態と静応力を印加した状態とにおいて前記ウエハ内に浸透し得る波長の光をポラライザーにより偏光を与えた上で前記ウエハの面に照射しその散乱光を検出することによりウエハの欠陥を検査する方法として、前記ウエハに静応力を印加していない状態で前記ウエハの面上の位置において偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、静応力を印加していない状態で光を照射したのと同じ前記ウエハの面上の位置において前記ウエハに静応力を印加した状態で偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を前記偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、前記ウエハに静応力を印加していない状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向と前記ウエハに静応力を印加した状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向とを所定の閾値と対比することにより欠陥の検出及び／または分類を行うことと、からなり、前記ウエハに静応力を印加するに際して偏光を与えた光を照射する側の前記ウエハの面において引っ張り応力が生じるかまたは前記被検査体全体に引っ張り応力が生じるように前記被検査体に静荷重を付加するようにした欠陥を検査する方法を用いてウエハの欠陥の数量及び／またはサイズを求め、前記ウエハの面内における閾値以上の偏光強度及び偏光方向の特性を示す部位の数、偏光強度、偏光の位置を含むデータを収集し、ウエハ面内での欠陥の分布として表示することによりウエハ欠陥を管理し、欠陥に起因する導通不良、耐圧不良を含む要因を潜在的に有する半導体素子の不具合を半導体素子ごとに規定された管理値以下にする管理工程を経たものである。

請求項６を引用する請求項７に係る発明による半導体素子は、前記欠陥の検査を行ったウエハを用いて製造されたものである。

請求項６を引用する請求項８に係る発明による欠陥の検査を行ったウエハは、上下の配線層間の絶縁体層及び／または面内の配線間の絶縁体層に生じ得る欠陥の数量及び／またはサイズを計測する品質管理工程を経て得られたものである。

請求項７を引用する請求項９に係る発明による半導体素子は、上下の配線層間の絶縁体層及び／または面内の配線間の絶縁体層に生じ得る欠陥の数量及び／またはサイズを計測する品質管理工程を経て得られたものである。

請求項１０に係る発明によるウエハまたは半導体素子の品質管理方法は、ＣＭＰプロセスを含む半導体素子の製造工程において２層以上の配線層が形成されたウエハに対しＣＭＰプロセス中に生じ得る欠陥の検査を行ったウエハまたは該ウエハを用いて製造される半導体素子の品質管理方法であって、該欠陥の検査は２層以上の配線層が形成されたウエハに静応力を印加していない状態と静応力を印加した状態とにおいて前記ウエハ内に浸透し得る波長の光をポラライザーにより偏光を与えた上で前記ウエハの面に照射しその散乱光を検出することによりウエハの欠陥を検査する方法として、前記ウエハに静応力を印加していない状態で前記ウエハの面上の位置において偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、静応力を印加していない状態で光を照射したのと同じ前記ウエハの面上の位置において前記ウエハに静応力を印加した状態で偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を前記偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、前記ウエハに静応力を印加していない状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向と前記ウエハに静応力を印加した状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向とを所定の閾値と対比することにより欠陥の検出及び／または分類を行うことと、からなり、前記ウエハに静応力を印加するに際して偏光を与えた光を照射する側の前記ウエハの面において引っ張り応力が生じるかまたは前記被検査体全体に引っ張り応力が生じるように前記被検査体に静荷重を付加するものであるようにした欠陥を検査する方法を用いてウエハまたは半導体素子の欠陥の数量及び／またはサイズを管理し、前記ウエハの面内における閾値以上の偏光強度及び偏光方向の特性を示す部位の数、偏光強度、偏光の位置を含むデータを収集し、ウエハ面内での欠陥の分布として表示することにより欠陥に起因する導通不良、耐圧不良を含む要因を潜在的に有する半導体素子の不具合を半導体素子ごとに規定された管理値以下にするように管理するものである。

請求項１０を引用する請求項１１に係る発明によるウエハまたは半導体の品質管理方法は、ウエハまたは半導体素子に対しその上下の配線層間の絶縁体層及び／または面内の配線間の絶縁体層に生じ得る欠陥の数量及び／またはサイズを計測する品質管理工程を経るようにしたものである。

請求項１２に係る発明による欠陥検査装置は、被検査体の支持部と、前記支持部に載置された被検査体に静応力を印加する状態と静応力を印加しない状態とに切換え可能な静応力印加手段と、前記支持部に支持された前記被検査体の面にポラライザーを介して前記被検査体内に浸透し得る波長の光を該面に対して斜め方向に照射する光源装置と、前記被検査体と光源装置とを相対的に移動させるための走査駆動部と、前記被検査体に照射された光の散乱光を受ける暗視野の位置に配設された偏光分離手段と、該偏光分離手段により分離されたＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とを別個に検出するＰ偏光受光部及びＳ偏光受光部とを有する受光手段と、前記静応力印加手段における静応力の印加状態及び前記走査駆動部における前記被検査体と前記光源装置との相対的移動を含む動作の制御を行う制御部と、前記被検査体に静応力を印加した状態と印加しない状態とにおいてそれぞれ前記受光手段により検出されたＰ偏光の成分光及びＳ偏光の成分光の強度とそれらの比として求められた偏光方向とを所定の閾値と対比することにより前記被検査体における欠陥の検出及び／または欠陥の種類の判別を行う演算処理部と、を備えてなり、前記静応力印加手段は偏光を与えた光を照射する側の前記被検査体の面において引っ張り応力が生じるように前記被検査体に静荷重を付加するものである。

請求項１２を引用する請求項１３に係る発明による欠陥検査装置は、前記静応力印加手段が前記被検査体の周縁の一部を把持する固定側把持部と、前記被検査体の周縁の他の一部を把持する可動側把持部と、該可動側把持部を牽引することにより前記被検査体に引っ張り荷重を付加する静荷重付加手段と、を備えてなるものである。

請求項１２を引用する請求項１４に係る発明による欠陥検査装置は、前記静応力印加手段が前記被検査体の周縁の対向する両端側を単純支持する被検査体保持部と、前記被検査体の対向する両端の間の中心位置において下方から前記被検査体を上方に押圧する押圧部材と、該押圧部材を下方から押圧することにより前記被検査体に上向きの静荷重を付加して前記被検査体に曲げ荷重を付加する静荷重付加手段と、を備えてなるものである。

請求項１２を引用する請求項１５に係る発明による欠陥検査装置は、前記被検査体の支持部は複数の吸引孔が形成された円筒面状の載置台として形成され、前記複数の吸引孔は管路を介して真空吸引手段に連結され、該真空吸引手段の真空吸引作用により前記被検査体を前記載置台の円筒面に吸引して曲げ変形させるようにしたものである。

請求項１２〜１５のいずれか１項を引用する請求項１６に係る発明による欠陥検査装置は、前記偏光分離手段と前記受光手段の間に検光子としての偏光板が配設され、該検光子としての偏光板が光軸を中心に回動調整可能であるようにしたものである。

本発明による被検査体の欠陥の検査においては、偏光を与えたレーザーを被検査体面に照射し、その散乱光のＰ偏光成分光とＳ偏光成分光とを同時に計測して各偏光成分光強度とそれらの比としての偏光方向を求め、静応力を印加した場合と印加しない場合とにおける偏光成分光強度及び偏光方向を閾値と比較して、被検査体における欠陥を検出し、内部析出物、空洞欠陥、表面の異物ないしスクラッチ、表層のクラックというような欠陥を検出し、さらにその種類を特定し、欠陥を分類することができ、また、欠陥の検出、分類を短時間で精度よく行うことができる。

被検査体に超音波（音波）を印加することを用いた欠陥の検査においては共振法による変位、応力の制御が容易でなかったことに加え、厚さの公差の範囲において６５０点程度の測定が必要であることから欠陥の検査に約３時間の測定時間が必要であったのに対し、静応力を印加することを用いる本発明による欠陥の検査においては応力印加の有無の２回で測定が可能であることにより、欠陥の検査での測定過程における操作が格段に簡易になる。それとともに、測定に要する時間も数分となり格段に短縮でき、半導体製造工程におけるスループットを格段に向上させることになる。これによって、欠陥検査のインライン化がはじめて実現できる。

このように被検査体における欠陥の検出、種類の特定、分類を行うための欠陥検査装置としては、必要とされる被検査体への静応力の印加を簡易な構成により的確に行い、欠陥の検査を効率的に、精度よく行うことができ、ウエハからの半導体素子の製造工程においてはインライン化した形態で検査工程を実施できる。

また、本発明による欠陥の検査では、被検査体からの散乱光を検出することによる手法を用いており、半導体素子の製造工程中における金属の配線パターンが形成されたウエハのように透過光検出の手法では欠陥の検査ができないような被検査体の場合にも、ビームディスプレーサの後側にアナライザーを配設し光軸中心に回動調整することにより金属の配線パターン等による強い散乱光の影響を除去し欠陥の検査を的確に行うことができる。さらに、本発明による欠陥の検査を行ったウエハまたは半導体素子は、欠陥の数、密度が所定の閾値以下のものとすることができ、歩留まりが高いものとなる。

さらに、本発明による欠陥の検査によりウエハからの半導体素子の製造工程において逐次配線層、絶縁体層が形成されＣＭＰによる平坦化処理がなされた段階のウエハに対し欠陥の検査を行い、ウエハの面内における閾値以上の偏光強度及び偏光方向の特性を示す部位の数、偏光強度、偏光の位置を含むデータを収集し、ウエハ面内での欠陥の分布として表示することによりウエハ欠陥を管理し、ウエハ、製造される半導体素子としての不良品を格段に減ずるように品質管理を行うことができる。

被検査体における欠陥の例を示す図である。 被検査体面にレーザーを照射した際の欠陥による散乱光の結像パターンの例を概略的に示す図である。 本発明による被検査体の検査の原理を概略的に示す図である。 図３においてビームディスプレーサにより分離された異なる偏光成分光を１つの面に結像した例を示す図である。 成分光強度と偏光方向の関係を表す図である。 （ａ）入射光の偏光方向の例を示す図である。（ｂ）欠陥による散乱光の偏光方向の例を示す図である。 被検査体に応力を印加した時の偏光方向の例を示す図であり、（ａ）欠陥がない場合、（ｂ）欠陥がある場合を示すものである。 本発明による被検査体の欠陥検査の方法を示すフロー図である。 図３においてビームディスプレーサの後側にアナライザーを配置した時の散乱光の測定結果を示す図であり、（ａ）配線パターン、欠陥による散乱強度、（ｂ）欠陥／配線の散乱強度の比を示している。 図３においてビームディスプレーサの後側にアナライザーを配置した測定形態を示す図である。 ビームディスプレーサの後側にアナライザーを配置した時の散乱光強度を極座標で示す図であり、（ａ），（ｂ）は表面異物、（ｃ），ｄ）はクラック、（ｅ），（ｆ）はパターン等についてのものである。 本発明による欠陥検査装置の構成を概略的に示す図であり、引っ張りの静荷重を付加する型のものである。 （ａ）引っ張りの静荷重付加部の構成を示す斜視図であり、（ｂ）（ａ）における直線Ａ−Ａを通る面での部分的断面図である。 （ａ）曲げの静荷重付加部の構成を示す斜視図であり、（ｂ）（ａ）における中心線Ｂ−Ｂを通る面での断面図である。 （ａ）ウエハを曲げ作用を受ける梁としてみた場合の概略図であり、（ｂ）ウエハに加わる曲げの静荷重による曲げモーメントを示す図であり、（ｃ）ウエハに加わる曲げ応力を示す図である。 ウエハに曲げ作用を与えた時にウエハの面上での位置に応じた欠陥による偏光方向の変化を示す図である。 曲げの静荷重付加部の他の形態を部分的に断面で示す図である。 本発明による欠陥検査装置を用いてクラックの検出を行う際の動作の例を示すフロー図である。 ＣＭＰ処理されたウエハについて実際に欠陥検査結果を行い各ウエハの面の欠陥分布を撮像した状況を示す図である。 図１９に示される各ウエハについて検出された欠陥数をグラフで示す図である。 別のＣＭＰ処理されたウエハについて欠陥検査を行い各ウエハの面の欠陥分布を撮像した状況を示す図である。 図２１に示される各ウエハについて検出された欠陥数をグラフで示す図である。

〔Ａ〕欠陥の検査の形態
本発明において、欠陥の検査の形態として基本的に特許文献１１として示したのと共通する手法を用いているが、初めにこの共通する手法を含めた本発明における欠陥の検査の形態について説明する。本発明においては、高度の均質性を有することが要求される被検査体の表面に、被検査体内部に浸透し得る波長の光を照射しその散乱を測定、分析することにより欠陥の検査を行うものである。

被検査体としては、ＩＣ等の半導体回路作製のためのウエハ、回折格子等の光学機能素子作製のための基板、超格子構造体、ＭＥＭＳ構造体、液晶パネル用のガラス、レチクル等があり、これらの被検査体においては欠陥がなく高度の均質性を有することが重要になる。本発明の特徴は、このような被検査体における欠陥を検査する方法、欠陥の検査を行ったウエハまたはウエハを用いて製造された半導体素子、ウエハまたは半導体素子の品質管理方法及び欠陥検査装置に及ぶものである。半導体素子作製に用いられるウエハに関しては、欠陥検査の面からみれば、原材料としてのウエハと、ウエハ面上に配線等の工程処理がなされ素子形成過程にある段階のウエハとがあり、配線等の素子形成に必要な工程処理を完了した後にダイシングにより個々の素子に切離され、ボンディング、パッケージング等を経て半導体素子が形成される。

被検査体においてその機能上支障となる欠陥としては、図１に示すように、表層におけるクラックａ、表面の異物（上ゴミ）ないしスクラッチｂ、内部における析出物ｃ、空洞欠陥ｄ等がある。このような欠陥が存在する素材を用いて製作された半導体回路や光学機能素子等の製品は、その欠陥のために本来の機能が損なわれることにもなるので、あらかじめ検査し、修復除去可能か使用不能かを判別することが必要である。

本発明において、被検査体に照射する光は被検査体の内部に浸透し得る波長の光であり、レーザーやハロゲンランプ光を分光しビーム状にしたもの等が用いられる。ここではレーザーを用いた場合について説明する。被検査体は、前述のような高度の均質性を有するものであるが、代表的なものとして半導体回路作製用のシリコンウエハの場合について説明する。

被検査体としてのウエハの内部に浸透し得る波長のレーザーにポラライザー（偏光子）により偏光を与えた上でウエハの表面に対し斜めに照射してその散乱光を暗視野に配置した光検出手段で検出し、このような散乱光の検出を、ウエハに応力を印加した状態と印加していない状態とについて行い、検出した結果の分析を行って欠陥の検出、分類を行う。応力としては、静応力を印加するものである。ポラライザーによる偏光は、直線偏光のほか楕円偏光でもよい。

ウエハの結晶内部の空洞欠陥の場合、ウエハに応力を印加していない状態では、結晶内部の欠陥による散乱光は入射光の偏光方向を保存し、ウエハに応力を印加した状態では偏光状態が変化することが知られている。

ウエハに応力を印加するかしないかにより散乱光の偏光状態が異なることについてさらに考えてみると、結晶内部の空洞欠陥（ＣＯＰ）では空洞とシリコンとの弾性率が大きく異なるため、応力を印加することにより、この近辺で弾性歪みが生じる。結晶内部の空洞欠陥は、一般的に８面体の形状であり、空洞の角近傍では特に応力が集中し、このような局所的な空洞近辺の結晶構造における歪場により、散乱光に通常散乱で生じないような方向に偏光した散乱波が含まれることになる、というように結晶内部の空洞欠陥では、応力の作用により、入射光に対して散乱光の偏光状態が変化するという光弾性効果が生じる。そのため、結晶内部の空洞欠陥による散乱光については、応力を印加した状態と印加していない状態とで検出される散乱光の状態が異なるようになる。

ウエハ、またはウエハ上に形成された絶縁膜（酸化膜）表層のクラックは、クラック先端に応力が集中し光弾性効果を示すため、空洞と同様に応力の印加によって偏光方向が変化する。これに対して、被検査体の表面の異物の場合には、内部の空洞欠陥とは異なり、散乱の際に偏光状態が変化することが知られている。しかし、表面の異物の場合、周囲が真空やガスであるため、応力を印加した時の光弾性効果が弱く、応力を印加したことによって偏光状態が特に変化することはない。

また、被検査体内部の析出物の場合には、空洞欠陥と同様に散乱光の偏光方向は入射光の偏光方向と等しいことが実験的に確認されている。しかし、一般に析出物の弾性定数が大きいため、歪場による応力は小さく光弾性効果は弱い。

ウエハ面にレーザーを照射した時に欠陥がない箇所では散乱光は生ずることがなく、そのため暗視野に配置された２次元光検出手段では散乱光が検出されることない。欠陥がある個所では２次元光検出手段で散乱光が検出され、散乱光は例えば図２のように、黒の背景において散乱光による明るいスポットが偏在する画像として検出される。

被検査体に応力を印加させて欠陥部における応力の集中を生じさせるには、被検査体に偏光を与えた光を照射する側の面において引っ張り応力を作用させるのがよい。このような引っ張り応力は被検査体の検査する面側の欠陥を開くように作用し、クラック先端等の部分における応力集中が大きくなる。圧縮応力の場合には特に応力集中が増大することはない。

図３は欠陥を検出し、また欠陥を種類に応じて分類する本発明による被検査体の検査の原理を概略的に示すものであり、前述のように被検査体Ｗに偏光を与えたレーザーが入射し、欠陥により散乱すること、また欠陥の種類により散乱の状況、偏光方向の変化が異なるという特性を用いるものである。被検査体Ｗに対して内部に浸透し得る波長のレーザーＬＢをポラライザーＰにより偏光を与えた上で入射ビームＩＢとしてウエハＷの面に対し斜めに照射し、ウエハＷの表面、表層または内部における欠陥Ｄにより散乱したレーザーＳＢを暗視野に配置したビームディスプレーサＢＤにより偏光分離させる。ＳＦはウエハに応力が印加される状況で欠陥の周りに応力場があることを表している。

方解石によるビームディスプレーサＢＤを用いた場合、Ｐ偏光成分のビームとＳ偏光成分のビームとが２ｍｍ程度分離（方解石の長さによって決まる）する。このようなビームをＣＣＤカメラで撮像すると、図４に示すようにＰ偏光成分光による画像（ＰＩ）とＳ偏光成分光による画像（ＳＩ）が別々の画像となるように分離して示された画像として撮像される。同じ欠陥についての散乱光による輝点の分布画像（ＰＩ，ＳＩ）において輝点の分布パターンは近似したものになるが、それぞれの輝点の輝度等の特徴は、Ｐ偏光成分光によるものとＳ偏光成分光によるものでは異なったものとなる。ビームディスプレーサＢＤとしては、ウラストンプリズムを用いてもよい。

そこで、Ｐ偏光成分光による画像（ＰＩ）と、Ｓ偏光成分光による画像（ＳＩ）とにおける輝点を特徴づける値をそれぞれ求め、両成分光における値の比をとる。この特徴づける値としては、各画像における輝点の積分強度値を求める。輝点の積分強度値は輝点の周辺を含むエリアにおける画素の輝度値をこのエリア内で積分したものであり、このエリアとしては輝度のピーク箇所の位置と、ピーク箇所における輝度値と、ピーク箇所における輝度値と背景の輝度値との平均である中間輝度値となる位置とを求め、ピーク箇所の位置を中心としピーク箇所から中間輝度値となる位置までの距離の２倍を一辺とする正方形を考え、それを輝度の積分のエリアとする。

画像（ＰＩ）における各輝点について積分強度値を求め、その輝点の位置と積分強度値とのデータを記憶しておく。同様に、画像（ＳＩ）における各輝点について積分輝度値を求め、その輝点の位置と積分強度値とのデータを記憶しておく。このようにウエハの面にレーザーを照射して散乱光の生じる位置における散乱光強度（積分強度値）と輝点の存在する位置のデータとを取得し記憶する操作を、ウエハに応力を印加していない状態とウエハに応力を印加した状態とについてそれぞれ行う。

その上で、被検査体における同じ位置における応力を印加していない状態での散乱光の偏光方向と応力を印加した状態での散乱光の偏光方向とを比較してその偏光方向の差を求め、その差がある閾値を超えるか否かを判別し、これを欠陥の種類判別の指標とする。本発明において、偏光は直線偏光のほか楕円偏光でもよい。楕円偏光の場合、長軸の方向を偏光の方向とする。

各輝点について求められた積分強度値として表される偏光強度をもとに、図５に示すように散乱光の偏光方向を求める。図５においてＰ偏光強度は画像（ＰＩ）におけるある輝点についての偏光強度であり、Ｓ偏光強度は画像（ＳＩ）における対応する輝点についての偏光強度である。Ｐ偏光強度とＳ偏光強度との比は正接関数（tangent）に相当し、偏光方向を表すものである。偏光方向はＰ偏光強度とＳ偏光強度との比として求められる量であり、入射光についてもこの偏光方向が求められる。

図６（ａ）は入射光の偏光方向の例を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）の偏光方向となる入射光がウエハにおける欠陥により散乱した光の偏光方向の例を示す。散乱光の偏光方向は、散乱体（欠陥）に応じてさまざまになるが、一般的に入射光の偏光方向から若干変化する。

図７（ａ），（ｂ）はクラックや空洞欠陥が存在しない場合と、存在する場合との対比を示し、図７（ａ）はクラックや空洞欠陥が存在せず応力の印加により偏光方向が変化していない場合を示しており、クラックや空洞欠陥が存在する場合には応力の印加により図７（ｂ）のように偏光方向が変化する。なお、図６、図７においても図５の場合と同様に、縦軸、横軸はそれぞれＰ偏光強度、Ｓ偏光強度を表している。

応力を印加しない状態と印加した状態とで散乱光の偏光方向の差がある閾値を超える程度に大きくなる場合、この散乱光はクラックや結晶内部の空洞欠陥によるものであり、応力を印加しない状態と印加した状態とで散乱光の偏光方向の差がある閾値より小さく、それほど変化していない場合には、この散乱光が表面の異物か内部析出物によるものであると考えられる、というように、散乱光の検出結果をもとに欠陥の分類がなされる。この閾値は、ウエハを含む被検査体の種類や、欠陥の形態により異なったものとなり、被検査体の種類等に応じた値をあらかじめ求めておく。

このような偏光方向の変化があるかないかということと、偏光の強度に応じて欠陥の種類を分類することができ、分類表としてみると表１のようになる。

表１では入射光の偏光方向をＳ偏光としており、これは一般に内部欠陥を観察するのにＳ偏光成分を用いることによるものである。それぞれの欠陥による偏光方向の変化について示すと次のようである。

〔内部析出物〕
散乱光は入射光の偏光方向を保存することが実験的に確認されており、応力印加なしの場合、そのまま散乱し偏光方向の変化はない。応力印加により内部析出物の周りに応力場が生じ、散乱光強度が変化するが、その効果は小さく、偏光方向の変化も閾値以下である。

〔空洞欠陥〕
内部の空洞欠陥では内部析出物と同様に、散乱光の偏光方向が保存される。よって、応力印加なしの場合は内部析出物と同様である。応力印加により空洞欠陥の周りに応力場が存在して、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とに変化が生じ、その結果偏光方向に変化が生じる。

〔表面異物またはスクラッチ〕
表面異物は、偏光解消効果によって、偏光方向を保存しない。よってＰ偏光を入射しても強いＳ偏光成分が観測される。応力印加なしの場合に入射光の偏光方向と散乱光の偏光方向とが大きく異なるならば、その時点で欠陥が表面異物であると判断される。（応力を印加しても、表面異物の周囲には一般に微弱な応力場しか存在しないため、偏光方向の変化はない。）

〔クラック〕
クラックは表面から内部に達する欠陥であり、空洞欠陥と同様に考えられる。また、クラックはその先端の曲率半径が非常に小さいため、応力印加によって空洞欠陥よりも大きな応力が集中し、空洞欠陥より偏光方向の変化が大きい。

被検査体に照射する光の波長により照射した時の表面からの侵入長に差があり、被検査体の材質や表面からどの程度の深さまでを観察するかという条件に応じて照射光の種類や波長を選択する。半導体素子作製用のベア・ウエハの場合、可視光レーザーでは侵入長が表面から数ミクロン程度であるのに対し、赤外光レーザーではウエハ内部の全体に及ぶので、ウエハ内部の空洞欠陥の検出に適合する。また、ウエハ上に形成された酸化膜は、可視光に対して透明であり、膜中のクラックや空洞欠陥が検出可能である。
被検査体の欠陥を検出する工程のフローを示すと、図８のようになる。

半導体素子製造工程前のウエハの場合、全体的に均質であるので、図３に示されるように被検査体からの散乱光（ＳＢ）をビームディスプレーサ（ＢＤ）で偏光分離し検出するようにした検査装置で欠陥の分類がなされるが、半導体製造工程中のウエハの場合には表面に金属配線等のパターンが形成されてくる。表面に金属等のパターンが形成されているウエハについて前述の欠陥の検査、分類を行う際には、ウエハに入射したレーザーがパターンにより強く散乱され、この散乱光が欠陥による散乱光とともに検出されるため、欠陥の検出、分類に影響が及ぼされる。

このように金属配線等のパターンが形成されたウエハのような場合にも欠陥の検出、分類を精度よく行うためには、金属パターンによる散乱光の強度を低下させることが必要となる。図３に示した欠陥の検査の概略図を参照して考えてみると、ポラライザーＰで偏光されウエハＷに入射し散乱されたレーザーがビームディスプレーサＢＤを透過した後にアナライザーを透過させ、散乱光の強度を測定すると図９（ａ）のようになる。横軸はアナライザーの角度位置を示す。

図９（ａ）で配線パターンによる散乱光は３３°で特に弱くそれ以外では強くなっているのに対し、欠陥による散乱光はそれほど強度が変化しない。アナライザーの角度に応じた欠陥による散乱光強度と配線パターンによる散乱光強度との比（欠陥／配線）を示すと図９（ｂ）のようになり、この比は３３°近辺で特に高くなる。このことから、図１０に示すように、ビームディスプレーサＢＤの後側にアナライザー（検光子としての偏光板）Ａを配置し、光軸中心に回転調整することにより、配線パターンによる散乱光強度を欠陥による散乱光強度に対し低下させ、それによって配線パターンによる欠陥の検出、分類への影響を極力減じた形にできる。図１０はアナライザーＡをビームディスプレーサＢＤの後側に配置したほかは図３と同様の形態を示している。

配線パターンによる強い散乱光は偏光成分が保たれ、被検査体への入射光がＳ偏光の時に散乱光はＳ偏光成分が主体になりＰ偏光成分は基本的には含まれず、入射光がＰ偏光の時に散乱光はＰ偏光が主体になる。被検査体への入射光がＳ偏光の時に、アナライザーの角度調整としては、Ｐ偏光方向とほぼ平行になり、Ｓ偏光成分がわずかに通過できるような角度に調整する。これにより、Ｓ偏光成分が主体の配線パターンによる強い散乱光の強度が大きく低減する一方、強度低減の度合いは、Ｐ偏光成分はＳ偏光成分に比べて小さい。

このようにビームディスプレーサにより偏光分離された光をアナライザーに通過させることにより配線パターンによる強い散乱光のほとんどがカットされ、その信号レベルを低減させることができ、アナライザーを通過したＳ偏光成分はＰ偏光成分と比較できるような信号レベルに調整される。測定のロバスト性を向上させるという面から言えば、Ｐ／Ｓの偏光成分強度比が重要であり、Ｓ成分を完全にはカットしないことが肝要である。上述のアナライザーの角度調整に関し「Ｐ偏光方向とほぼ平行に」するのはこのことに応じたものである。また、ビームディスプレーサの後側にアナライザーを挿入配置すると、その分だけ全体の信号強度は低下することになるが、実際的に欠陥の検査において問題になるほどではない。

図１１は図１０のビームディスプレーサ（ＢＤ）を偏光素子に置き換えて、この偏光素子を回転（０〜１８０°）した場合、各回転角に対して得られた散乱光強度を極座標表示で示したものであり、（ａ），（ｂ）が表面異物、（ｃ），（ｄ）がクラック、（ｅ），（ｆ）がパターンなどについて示すものであり、実線は静応力の印加なし、点線は静止応力を印加した場合について示している。表面異物ではＰ偏光成分が強いため１１０°前後（この角度はアナライザー角度で変化する。）で強度が０にならない（つまり、Ｐ偏光成分は１１０°近傍に現れる）。クラックが存在する場合には、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の強度比が変化するため、最大強度に対応する角度が変化（グラフでは回転したように見える）し、クラックと表面異物やパターンとの区別が明瞭になる。また、パターンでは応力の有無にかかわらず同様の偏光状態となる。このように、偏光成分を詳細に検討することによって、表面異物、クラック、パターンをさらに明瞭に分離できる。

前述したように、ウエハ等の被検査体に印加される静応力としては、特に被検査体に偏光を与えた光を照射する側の面において引っ張り応力を作用させるようにし、検査する面側の欠陥を開くような作用を与える静応力を負荷することが、欠陥の検査の精度、効率の面から有効である。このような引っ張りの静応力をウエハ等の被検査体に実際にどのように付加するかについては、欠陥検査装置との関係において後述する。

〔Ｂ〕欠陥検査装置
本発明による被検査体の欠陥検査装置の１つの形態を示した図１２を参照して説明する。ここでの被検査体としては半導体素子作製用のシリコンウエハの場合について、また、照射する光としてレーザーを用いた場合について説明する。

図１２は被検査体としての引っ張り荷重の付加によりウエハに応力を印加する形の欠陥検査装置の構成を概略的に示しており、１は基台、２は基台１上に載架されＸＹ方向に駆動可能なＸＹステージであり、Ｘ方向可動要素とＹ方可動要素とを含むものである。３はＸＹステージ２の上側の可動要素上に設置固定されたウエハ支持台であり、その上側に固定側のウエハ把持部４ａが固着されるとともに、可動側のウエハ把持部４ｂが載置されている。５は引っ張り荷重付加部であり、可動側のウエハ把持部４ｂとの間で連結された牽引棒６を介して可動側のウエハ把持部４ｂを引っ張り、ウエハ把持部４ａ，４ｂに把持されたウエハＷに引っ張り荷重を付加する。ウエハ把持部４ａ，４ｂの部分は断面で示してある。

７はレーザー装置であり、シリコンのウエハ内に侵入可能な波長、例えば３７５ｎｍの波長のレーザーを用い、ウエハＷの面に斜めにレーザー光を照射するように設置されている。８はレーザーに偏光を与えるポラライザーであり、９は集光レンズ、Ｍは反射鏡である。１０はポラライザー８により偏光を与えられウエハＷの面に斜めに入射する入射ビーム（ＩＢ）がウエハＷ面に入射して散乱した散乱光ＳＢを受ける暗視野の位置に配置されたＣＣＤ撮像装置であり、１１はその対物レンズである。１２は対物レンズ１１を透過した光を偏光分離するビームディスプレーサである。

配線パターン等による散乱光の影響を減ずるためのアナライザーを備えるものでは、ビームディスプレーサの背後にアナライザーとなる偏光板を光軸中心に回動可能に設ける。対物レンズ１１、ビームディスプレーサ１２、アナライザー等の要素は鏡胴の形態でまとめて構成してＣＣＤ撮像装置に装着し、アナライザーについてはリング等により外部操作で回動可能にするのがよい。

１５は駆動制御部であり、ＸＹステージ２によるウエハＷのＸＹ方向の移動制御、引っ張り荷重付加部５によるウエハＷへの荷重付加の制御、レーザー装置の動作制御を行う。２０はＣＣＤ撮像装置により撮像された散乱光による画像のデータについて演算処理を行うための画像解析処理装置であり、画像解析処理に必要な記憶手段を備えている。２１はＣＣＤ撮像装置により得られた画像、解析処理結果等を表示するためのディスプレイである。

図１３（ａ）はウエハ把持部と引っ張り荷重付加部の部分をより詳細に斜視図で示すものであり、この図ではウエハは示されていない。図１３（ａ）において、２はＸＹステージの上側可動部（またはそれと一体的な部分）であり、３は上側可動部２上に固設されたウエハ支持台であり、ウエハＷの形状に合わせた円形状の台になっている。ウエハ支持台３の上側に略半円形状の固定側のウエハ把持部４ａが揺動可能に保持されるとともに、可動側の略半円形状のウエハ把持部４ｂが載置されている。固定側と可動側のウエハ把持部４ａ，４ｂはそれぞれ略半円形状であって、それらを組み合わせて略円形状になるものであり、それぞれ断面がコ字状の凹溝部を有し、この凹溝部においてゴム等の弾性部材を介してウエハの円弧状辺縁を把持する作用をなすための部材となっている。

固定側のウエハ把持部４ａはその略半円弧の中心位置下方にピン３１（点線で図示）が突設され、このピン３１が対応してウエハ支持台３上部に穿設された孔内に挿入される。このようなピン３１による保持形態でウエハ把持部４ａは支持台３上の平面内で揺動可能に保持される。このピン３１はウエハに付加される引っ張り荷重を受けるのに十分な強度を有するものである。

可動側のウエハ把持部４ｂはその中間位置に突片４ｂ−１が設けられており、この部分において連結具３２を介して引っ張り棒６に連結されている。固定側及び可動側のウエハ支持部４ａ，４ｂの上側にウエハＷの辺縁を押圧把持するための空気圧シリンダ３３−１，３３−２，……，３３−６が設けられ、この部分ではウエハ把持部４ａ，４ｂの上側に貫通孔が形成され、空気圧シリンダ３３−１，３３−２，……，３３−６のピストンが貫通し、ウエハへの押圧作用を与えられるようにしている。また、各空気圧シリンダには、図示しない空気供給管を介して圧縮空気が供給される。

図１３（ｂ）は図１３（ａ）における空気圧シリンダのうち空気圧シリンダ３３−４に関連する部分について、中心軸線Ａ−Ａとウエハ支持台３の中心とを通る平面での断面として示したものであり、ウエハＷは仮想線で示されている。ウエハ支持台３上に可動側のウエハ把持部４ｂが載置され、その上側に空気圧シリンダ３３−４が取り付けられている。シリンダ３３−４内で縦方向に往復動可動なピストン３４と一体的な連接棒３５はウエハ把持部４ｂの上板４ｂ−２に形成された孔を通り抜け、先端側にフランジ３６が取り付けられている。

フランジ３６の下面にはゴム材からなるクッション部材３７が接着されている。また、ウエハ把持部４ｂの下板４ｂ−３の上面にもゴム材からなるクッション部材３８が接着されている。空気圧シリンダ３３−４が動作してピストン３４が下方に押下された時にウエハＷの縁辺はクッション部材３７と３８との間で把持され、ウエハ面には損傷が生じないようになる。他の空気圧シリンダも同様の構成を備えている。

図１３（ａ），（ｂ）に示されるウエハ把持部と引っ張り荷重付加部を備える欠陥検査装置においてウエハに応力を印加し欠陥の検査を行う際には、各空気圧シリンダ３３−１，３３−２、……、３３−６を非作動の状態にし、可動側のウエハ把持部４ｂを後退させておく。この状態で、ウエハＷを固定側のウエハ把持部４ａにおける空気圧シリンダ３３−１，３３−２，３３−３にそれぞれ対応するクッション部材３７と３８との間に挿入する。

その後に可動側のウエハ把持部４ｂの空気圧シリンダ３３−４，３３−５，３３−６にそれぞれ対応するクッション部材３７と３８との間に入り込むように可動側のウエハ把持部４ｂを前進させ図１３（ａ）のウエハ把持部４ａと４ｂとの間にウエハが載置された状態にする。この状態から、空気圧シリンダ３３−１，３３−２，……，３３−６に圧縮空気を送り空気圧によりクッション部材３７と３８との間でウエハの辺縁を圧接固定することにより、欠陥の検査を行うことができる状態になり、これはウエハＷに応力が印加されていない状態である。

この状態から、ウエハＷに応力を印加するには、空気圧シリンダ３３−１，３３−２，……，３３−６を動作させたまま図示しない静荷重付加装置を動作させ牽引棒６を介して可動側のウエハ把持部４ｂを引っ張り、ウエハ把持部４ａ，４ｂに把持されたウエハＷに引っ張り荷重を付加する。ウエハＷは辺縁部が空気圧シリンダの動作によりクッション部材間に圧接保持されているので、ウエハＷに一様な引っ張りの静応力が印加される。

図１４（ａ）は曲げの静荷重を付加することによりウエハに応力を印加する形態の応力印加装置を斜視図で示すものであり、図１４（ｂ）は（ａ）における中心線Ｂ−Ｂを通る鉛直方向の面で断面図である。欠陥検査装置としては、図１３（ａ）における引っ張りの静荷重を付加する形態のものに換えて図１４（ａ），（ｂ）の曲げの静荷重を付加する形態のものにすること以外については、同様になる。

ウエハを支持する支持台３はＸＹステージの上側可動部分に一体的に取り付けられるものである。支持台３の上面側の中央部に縦方向の凹溝部が形成されその両側面はこの凹溝部内に配置されウエハＷの中心部を押上げるように動作可能な押圧部材４８のガイド面３ａとなっている。ガイド面３ａの下側は幅が狭くなり段部をなしていて押圧部材４８を係止するようになっており、さらに下側では支持台３の中心部分において形成された内壁面３ｂで画定される空間部に連なっている。内壁面３ａで画定される空間部にはその下側には押上げための圧電素子アクチュエータ（ＰＺＴ）を用いたＺ方向への荷重付加装置４６が配置され、荷重付加装置４６により動作する棒部材４７の先端部が押圧部材４８の下面を押圧するようになっている。押圧部材４８の上面は載置されたウエハＷの下面を押圧し、滑らかな円筒形状等の曲面になっている。

支持台３の上面において押圧部材４８を収容配置するガイド面３ａを有する凹溝部に関し対称的な位置でウエハＷの両側を保持するウエハ保持部４０ａ，４０ｂが配設されている。ウエハ保持部４０ａ，４０ｂは基本的には同等で対称的な形状であり、ウエハの端縁部を保持するＶ字溝部４１ａ，４１ｂがそれぞれ形成されており、このＶ字溝部４１ａ、４１ｂを対向する配置形態にされている。一方のウエハ保持部４１ａは支持台３の上面に固定され、他方のウエハ保持部４１ｂは下部の両側に凸部４２、４２が形成されており、支持台３の上面に固設されたシュー４３，４３に係合して摺動可能になっている。

ウエハＷを仮想線の位置に保持する際には、ウエハ保持部４０ｂを後退させておき、ウエハＷの縁辺を一方の保持部４０ａのＶ字溝部４１ａにあてがった後に他方の保持部４０ｂを前進させそのＶ字溝部４１ｂがウエハＷの縁辺にあてがわれるようにする。この状態でウエハＷは保持部４０ａ，４０ｂにより曲げの変形に対し単純支持されるようになる。ウエハ保持部４０ｂの下面の所定位置に凹部を形成しておき、支持台３の上面側で対応する所定位置に突出するように上方にばねで付勢されたボールを配設してクリック機構を備えるようにし、所定位置でウエハＷを安定して保持できるようにするのがよい。

ウエハＷの端辺を単純支持する保持部の形態としては、図１４（ａ），（ｂ）のように予めＶ字溝部がそれぞれの保持部を形成されているもののほか、例えば、それぞれの保持部４０ａ，４０ｂをＶ字の頂点を通る水平面で２分割した部分として形成し、それぞれの下側の部分を支持台３の上面に固設しておき、上側の部分は着脱可能とし、拘止部材等により保持できるようにするという形態としてもよい。この場合、それぞれの下側部分の上に上側部分を載置し拘止部材で保持した状態で、図１４（ａ），（ｂ）における保持部材４０ａ，４０ｂと同様のＶ字溝部を有する形状になるようにする。それぞれの上側の部分はウエハＷの端辺を下側部分の上に載置した状態で取り付け拘止する。この形態ではそれぞれの下側部分はともに支持台３の上面に固設しておくのでよい。

図１４（ａ），（ｂ）において、ウエハＷに下から曲げ荷重を付加する際に、アクチュエータを用いた荷重付加装置４６により動作する棒部材４７の先端部で押圧部材４８を介してウエハＷの下面を押圧しているが、押圧部材を介さずに直接荷重付加装置の棒部材４７の先端部でウエハＷの下面を押圧する形態としてもよい。この場合には棒部材４７の先端部はある程度曲率半径が大きくなるようにしておき、また、正確にウエハＷの中心位置を押圧する必要がある。

図１５（ａ）〜（ｃ）はウエハの曲げ作用について説明する図であり、図１５（ａ）は単純支持されるウエハを横方から見た図である。ウエハの中心位置で下からの荷重を付加した時の曲げモーメント（Ｂ．Ｍ．）の大きさは図１５（ｂ）のようになる。曲げモーメントをＭ、断面係数をＺとした時に曲げによる上面での引っ張り応力σはＭ／Ｚで表され、ウエハＭの断面係数は中心から両側に向かって漸減することを考えると、図１５（ｂ）のような曲げモーメントによりウエハＷの上面に生じる引っ張り応力は図１５（ｃ）のようになる。

このように、図１４（ａ），（ｂ）に示される応力印加装置によりウエハに曲げ荷重を付加し、レーザーが照射される検査面であるウエハの上面側に引っ張り応力を印加することができる。図１４（ａ），（ｂ）に示される応力印加装置を備えた欠陥検査装置においては、最初に支持台３の保持部材４０ａ，４０ｂにより所定位置にウエハＷを保持した状態で押圧部材４８はウエハＷの下側でウエハＷの下面に近接した位置にあり、ウエハＷに応力が印加されていない状態にある。この状態から加重付加装置４６を動作させ、押圧部材４８での下からの押圧によりウエハＷに加重を付加し曲げ作用を与えることによりウエハＷの上面側に引っ張り応力が印加され、下面側に圧縮応力が印加される。欠陥の検査の際にウエハへの曲げ荷重によるウエハ中心部分の変位量は、２００ｍｍウエハの場合で０．１〜０．３ｍｍ程度とするのがよい。

図１６はウエハに曲げ荷重を付加して上面側に引っ張り応力が生じるようにした時のウエハの面上での位置に応じた欠陥による偏光方向の変化についての測定結果を示すものである。曲げ荷重を作用させた時に、図１５（ｃ）に示されるように、ウエハの中心部分で引っ張り応力が大きく、周辺側に向かって引っ張り応力が小さくなる。欠陥がクラックの場合には、引っ張り応力の印加による応力集中により変化することから、応力の変化に応じて偏光方向（Ｐ／Ｓ）が大きく変化する。表面異物の場合には、応力集中を伴うことはないため、応力の変化によって偏光方向が大きく変化することはない。

図１７はウエハに曲げ作用を与える他の形態について説明する概略図であり、部分的に断面で示している。支持台３の上面３ｃは円筒面形状になっており、多数の真空吸引のための孔が穿設されている。各孔は真空吸引の管路５１により管路５０、５２を経て真空吸引ポンプＶＰにより真空吸引されるようになっている。ウエハＷは支持台３の上面３ｃ上に載置され、図示されない保持手段により一時保持されて応力を印加されない状態となる。

この状態から、ウエハＷに応力を印可する際に、保持手段によるウエハＷの一時的保持を解除し、真空吸引ポンプＶＰを作動させて各孔の管路５１から真空吸引を行い、ウエハＷを支持台３の上面３上に吸引する。これによりウエハＷは上面３ｃの円筒形状に沿った形に変形し、ウエハの上面側は一様な曲率で曲げ変形がなされ、周方向に一様な引っ張り応力が印加される。図１７では円筒形状が誇張されているが、実際に必要な変形としてはより緩やかな曲率とされるものである。また支持台３の上面３ｃにおける各吸引孔はウエハを吸引保持した場合にウエハに損傷を与えないように、滑らかな形に加工形成しておく。

図１８は本発明による欠陥検査装置を用いて被検査体としてのウエハに応力印加前後の散乱光の偏光状態を比較し、閾値以上をクラックと判断するフローの一例を示すものである。欠陥検査装置による欠陥の検査は次のような段階を経てなされる。この例における欠陥検査装置は配線層が形成されたウエハの欠陥検出に対応し、受光側のアナライザーを回動可能としたものである。

（１）冷却ＣＣＤの状態を判断し、ＮＧであれば強制終了する。ＣＣＤカメラがＯＫの場合、Ｘ，Ｙ，Ｚ、アナライザー回転の各ステージを原点に移動させた後、ＸＹステージは撮像位置に移動し、停止する。
（２）パラメータｎはｎ＝１で応力印加なし、ｎ＝２で応力印加を示す変数である。応力印加状態では、Ｚステージを移動させてウエハ中央に変位を与える。変位量はウエハのサイズによって異なるが、数百μｍ程度である（数ＭＰａの引張応力をウエハ表面に印加する程度の変位）。
（３）パラメータｍはアナライザーの角度を指定する。ｍ＝１は角度θ１、ｍ＝２は角度θ２を回転ステージに指示する。θ１、θ２はパターンからの散乱光を軽減するために、クロスニコルの前後の角度を用いることが望ましい（例えば、Ｓ偏光入射では、９０度、８５度など）。
（４）応力有無、アナライザー角度の各状態で、ＳＮ比を大きくするためにそれぞれＴ秒、Ｎ回の撮像を行い、画像データとして保存する（例えば、Ｔ＝１０００ｍｓ、Ｎ＝５０回）。
（５）応力印加前後の散乱光の偏光の主軸方向（ｔａｎθ）を計算する。応力なしの場合をｔａｎＢ、応力印加の場合をｔａｎＡとする。
（６）その変化量をＳとする。
（７）ｔａｎθは線形でないため、その微分（１＋ｔａｎθ＾２）で割る。この計算のため、ｔａｎＢとｔａｎＡの平均を求めて、それをＡとし、割り算を行っている。
（８）Ｓの閾値を読み込み、画像の各位置でＳが閾値以上であればクラックと判断する。
（９）応力印加前後、アナライザー角度の組み合わせ（４つ）の散乱画像を保存する。クラック位置を明示した画像を表示および保存する。また、クラックの座標値（Ｘ，Ｙ）をＣＳＶファイルに出力する。

本発明による欠陥検査の方法、欠陥検査装置を用いて実際に適用した状況について示すと、被検査体としてのウエハを保持、搬送して欠陥検査装置の所定位置に載置し、載置位置を確認後応力を印加しない状態でただちに偏光光照射を行いウエハの前面をスキャン（走査）しながら散乱光を検出し、データ処理を行う。一連の処理が終わった後、下方から所定の曲げ荷重を負荷して応力を印加しながら同様の散乱光の検出、データ処理を実施する。その後に応力印加前後のＰ偏光成分とＳ偏光成分の強度、強度比としての偏光方向の取得、閾値との対比を含む演算処理を行うという形で、欠陥の検出、分類を行う。これらのウエハの保持から検査結果の演算処理までの全プロセスを１０分程度の短時間で実施することができる。

〔Ｃ〕ウエハ、半導体素子の品質管理
本発明による欠陥の検査の方法、欠陥検査装置は短時間で精度よく欠陥を検出、分類することができ、ウエハからの半導体素子の製造工程においてインライン化して欠陥検査装置を設置し、欠陥の検査を含む製造工程における品質管理を行うことにより、製品のトラブルを未然に防止し、半導体素子製造工程のスループットを高め、全体としての生産性を向上させるものである。

ウエハからの半導体素子を製造する工程において、配線層、絶縁体層を形成した後にＣＭＰ工程により平坦化を行い、さらに配線層、絶縁体層の形成、平坦化という工程処理が複数回反復されて素子が形成されていく。ＣＭＰ工程による平坦化工程ではスラリー液や研磨パッド等の機械的要素により条件によってはウエハに欠陥が生じる。この欠陥はＣＭＰ工程の条件最適化により減少させられる。ＣＰＭによる平坦化における条件としては、研磨パッドの構造、コンディショニングパッドの構造、荷重、回転数、スラリー液の組成・濃度、ｐＨ、粒度等がある。平坦化における最適条件は経時的に変化することもあり、ＣＭＰ工程後にウエハの欠陥の検査を行い、ＣＭＰにおける条件変更に反映させるというような過程を経ることにより欠陥を発生しない状態を維持することができる。

このように半導体素子作製のための原材料のウエハの段階から、工程処理を行って配線層、絶縁体層が形成されＣＭＰによる平坦化がなされた各段階のウエハについて欠陥を検査して欠陥の検出、分類を行い、ウエハの面内における閾値以上の偏光強度及び偏光方向の特性を示す部位の数、偏光強度、偏光の位置を含むデータを収集し、ウエハ面内での欠陥の分布として表示するという形でウエハ欠陥に関する工程管理を行うことができる。配線層が形成されたウエハの場合、金属の配線パターンにより強い散乱光が生じるので、ウエハ面での散乱光を受ける撮像装置側の偏光分離手段（ビームディスプレーサＢＤ等）の後側に回動調整可能なアナライザーを配設し、強い散乱光をカットないし低減できるようにしたものを用いるのが望ましい。また、配線層が形成されている段階のウエハの場合、ウエハの検査面に配線パターンが露出しているため、上下の配線層間の絶縁体層、平面内の配線間の絶縁体層に生じ得る欠陥について、欠陥の数量、サイズ等を計測することになる。

このような半導体素子製造過程において欠陥の検査を行い、工程処理の各段階で欠陥を検出、分類し、欠陥の少ない状態でのウエハについてさらに工程処理を行って、最終的な半導体素子が不良製品となることを防止することができる。ウエハにおける欠陥数（密度）あるいは欠陥のサイズと半導体素子の動作不良とには相関性があることが知られている。半導体回路パターンの配線幅を横断するサイズの欠陥により断線が生じ、２つの配線（平面視）の間の絶縁体層を横断する欠陥は配線間ショートの原因となる。特に欠陥がクラックの場合、半導体素子としての初期動作不良が生じないとしても経時変化により耐久性が低下する可能性が高くなると考えられる。本発明による欠陥の検査、品質の管理を経たウエハ、半導体素子は加速試験を行っても十分な耐久性のある信頼性の高いものとなる。

図１９はＣＭＰ処理されたウエハの光検査結果を示し、それぞれ（ａ）ウエハ１、（ｂ）ウエハ２、（ｃ）ウエハ３、（ｄ）ウエハ４の面の欠陥分布を撮像したものである。ウエハ４について検査を行った結果、クラック等の欠陥が多く、不良率が高いものとなった。ＣＭＰの条件を変更したウエハ３について検査を行った結果では、条件変更によりクラック等の欠陥は減少しているが依然として多いものであった。さらにＣＭＰの条件を変更したウエハ１、ウエハ２を検査した結果では、欠陥数が少なくなり、比較的良好なウエハ、半導体素子とすることができる。図２０はウエハ１、２、３、４について検出されたウエハ当たりの欠陥数をグラフで示すものである。ウエハ１枚当たりのチップ数を２４０個とすると、ウエハ１、ウエハ２については欠陥数がそれぞれ１８個、３個であり、不良率はそれぞれ７．５％、１．３％程度と想定される。ウエハ３、ウエハ４では欠陥数がそれぞれ１２７個、９９個であり、不良率はそれぞれ５３％、４１％程度と極めて高くなる。

図２１、２２にてＣＭＰ処理されたウエハの品質管理工程の流れについて説明する。図２１は（ａ）ウエハ５、（ｂ）ウエハ６、（ｃ）ウエハ７、（ｄ）ウエハ８の面の欠陥分布を撮像したものである。図２２はそれぞれのウエハの欠陥数をグラフで示すものである。はじめに製造したウエハ５について検査を行った結果、欠陥が２２個であり、ウエハ１枚当たりのチップ数２４０個のとき不良率が９．２％程度となると想定される。ＣＭＰの条件を変更してウエハ６を作製し検査を行った結果では、条件変更により欠陥数は１７個と減少しているが依然として多く不良率７％程度であった。さらにＣＭＰの条件を最適化したウエハ７では、欠陥数が４個であり、不良率は１．７％程度と見込まれるため、不良率が低い良好なウエハを製造するＣＭＰ条件を達成することができた。しかし、ＣＭＰ工程による欠陥発生数は経時変化することがあり、一定時間経過後のウエハ８を検査した結果では、欠陥数が５個となり不良率が２．３％程度となる。このウエハ８以上の欠陥が発生すると不良率が高くウエハの信頼性も低下するため、ＣＭＰ工程を再度調整して、ウエハ３以下の欠陥数で安定して生産するように工程管理した。本発明により品質管理における不良率の目標値を２％というように低い値に設定することができるものである。

また、このようなウエハの品質管理に関し、ウエハに形成された配線層が１層のみの場合には、その上層に新たな配線層が形成されないため、断線やショートの原因となる表面凹凸の影響を考慮する必要性が比較的低いが、ウエハに形成された配線層が２層以上である場合には表面の凹凸の影響を考慮する必要があり、前述のようなウエハの品質管理が重要なものになる。

本発明においては、半導体素子の製造過程におけるウエハ、そのウエハを用いて製造される半導体素子の品質管理を的確に行い、半導体素子が不良品となるのを格段に抑制できるものであるが、他面、本発明はこのような品質管理を経て形成され、欠陥の数・密度が所定の閾値以下になるようにしたウエハとして、さらにはそのようなウエハを用いて製造されることにより不良品となる可能性が極力減ずるようにされた半導体素子という形でも特定されるものである。

ウエハ、半導体素子の歩留まりについては、非特許文献１に示されるように、欠陥の密度がある閾値以上になると急激に低下することが知られており、このよう閾値をもとに、量産工場において歩留まりに関して許容される基準値を改めて閾値として設定し、欠陥の検査の結果としてその条件に適合するという形で選択されたウエハまたは半導体素子は格段に歩留まりの向上に寄与するものである。

本発明は、ＩＣ等の半導体回路作製のためのウエハ、回折格子等の光学機能素子作製のための基板、超格子構造体、ＭＥＭＳ構造体、液晶パネル用のガラス、レチクルのような高度の均一性を有する材質で構成された被検査体における欠陥を検出し、欠陥の種類を分類することにより、被検査体の品質の評価、欠陥除去のし方の判別のために利用することができ、この欠陥の検査をインラインによる検査工程として用いることにより、製品の品質、生産性の向上に寄与することができる。

１ 基台
２ ＸＹステージ
３ 支持台
４ａ 把持部
４ｂ 把持部
５ 加重付加部
６ 牽引棒
７ レーザー装置
８ ポラライザー
９ 集光レンズ
１０ ＣＣＤ撮像装置
１１ 対物レンズ
１２ ビームディスプレーサ
１５ 駆動制御部
２０ 画像解析処理装置
２１ ディスプレイ
３１ ピン
３２ 連結具
３３−１〜６
３４ ピストン
３５ 連接棒
３６ フランジ
３７ クッション部材
３８ クッション部材
４０ａ ウエハ保持部
４０ｂ ウエハ保持部
４１ａ 支柱
４１ｂ 支柱
４２ａ 拘止部材
４２ｂ 拘止部材
４３ａ ピン
４３ｂ ピン
４４ａ クッション部材
４４ｂ クッション部材
４５ａ クッション部材
４５ｂ クッション部材
４６ 荷重付加装置
４７ 棒部材
４８ 押圧部材
５０ａ ウエハ保持手段
５０ｂ ウエハ保持手段
５６ 荷重付加装置
５７ 棒部材
Ｗ ウエハ
Ｍ 反射鏡
ＢＤ ビームディスプレーサ
Ｐ ポラライザー
Ａ アナライザー
ＩＢ 入射ビーム
ＳＢ 散乱光
Ｄ 欠陥
ＳＦ 応力場
ＰＩ Ｐ偏光成分光による画像
ＳＩ Ｓ偏光成分光による画像
ａ クラック
ｂ 表面異物
ｃ 内部析出物
ｄ 空洞欠陥

Claims (16)

1. 板状の被検査体に静応力を印加していない状態と静応力を印加した状態とにおいて該被検査体内に浸透し得る波長の光をポラライザーにより偏光を与えた上で該被検査体の面に照射しその散乱光を検出することにより被検査体の欠陥を検査する方法であって、
   前記被検査体に静応力を印加していない状態で前記被検査体の面上の位置において偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、
   静応力を印加していない状態で光を照射したのと同じ前記被検査体の面上の位置において前記被検査体に静応力を印加した状態で偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を前記偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、
   前記被検査体に静応力を印加していない状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向と前記被検査体に静応力を印加した状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向とを所定の閾値と対比することにより欠陥の検出及び／または分類を行うことと、
   からなり、前記被検査体に静応力を印加するに際して偏光を与えた光を照射する側の前記被検査体の面において引っ張り応力が生じるかまたは前記被検査体全体に引っ張り応力が生じるように前記被検査体に静荷重を付加するものであることを特徴とする欠陥を検査する方法。
2. 前記被検査体に静応力を印加するに際し、前記被検査体の周縁の一部を固定的に把持し、前記被検査体の周縁の他の一部を把持し牽引することにより前記被検査体に引っ張り静荷重を付加するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の欠陥を検査する方法。
3. 前記被検査体に静応力を印加するに際し、前被検査体の対向する両端側を単純支持するように保持し、前記被検査体の対向する両端の間の中心位置において下方から前記被検査体を上方に押圧することにより前記被検査体に上向きの静荷重を付加して前記被検査体に曲げ静荷重を付加するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の欠陥を検査する方法。
4. 前記被検査体に静応力を印加するに際し、真空吸引手段に連結された吸引孔が複数形成された円筒面状の載置台上に被検査体を載置した後に、真空吸引手段による真空吸引を行って被検査体を円筒面状の載置台の面に吸引することにより被検査体の曲げ変形を行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の欠陥を検査する方法。
5. 前記偏光分離手段によりＰ偏光の成分とＳ偏光の成分とに分離された光に対して光軸を中心に回動調整可能に挿入配置されたアナライザーを回動調整することにより欠陥とは別異な強い散乱光の強度を低下させるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の欠陥を検査する方法。
6. ＣＭＰプロセスを含む半導体素子の製造工程において２層以上の配線層が形成されたウエハに対しＣＭＰプロセス中に生じ得る欠陥の検査を行ったウエハであって、
   該欠陥の検査は２層以上の配線層が形成されたウエハに静応力を印加していない状態と静応力を印加した状態とにおいて前記ウエハ内に浸透し得る波長の光をポラライザーにより偏光を与えた上で前記ウエハの面に照射しその散乱光を検出することによりウエハの欠陥を検査する方法として、
   前記ウエハに静応力を印加していない状態で前記ウエハの面上の位置において偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、
   静応力を印加していない状態で光を照射したのと同じ前記ウエハの面上の位置において前記ウエハに静応力を印加した状態で偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を前記偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、
   前記ウエハに静応力を印加していない状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向と前記ウエハに静応力を印加した状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向とを所定の閾値と対比することにより欠陥の検出及び／または分類を行うことと、
   からなり、前記ウエハに静応力を印加するに際して偏光を与えた光を照射する側の前記ウエハの面において引っ張り応力が生じるかまたは前記被検査体全体に引っ張り応力が生じるように前記被検査体に静荷重を付加する
   ようにした欠陥を検査する方法を用いてウエハの欠陥の数量及び／またはサイズを求め、前記ウエハの面内における閾値以上の偏光強度及び偏光方向の特性を示す部位の数、偏光強度、偏光の位置を含むデータを収集し、ウエハ面内での欠陥の分布として表示することによりウエハ欠陥を管理し、欠陥に起因する導通不良、耐圧不良を含む要因を潜在的に有する半導体素子の不具合を半導体素子ごとに規定された管理値以下にする管理工程を経たものであることを特徴とする欠陥の検査を行ったウエハ。
7. 請求項６に記載の欠陥の検査を行ったウエハを用いて製造されたものであることを特徴とする半導体素子。
8. 請求項６に記載の欠陥の検査を行ったウエハであって、上下の配線層間の絶縁体層及び／または面内の配線間の絶縁体層に生じ得る欠陥の数量及び／またはサイズを計測する品質管理工程を経て得られたものであることを特徴とする２層以上の配線層を有するウエハ。
9. 請求項７に記載の半導体素子であって、上下の配線層間の絶縁体層及び／または面内の配線間の絶縁体層に生じ得る欠陥の数量及び／またはサイズを計測する品質管理工程を経て得られたものであることを特徴とする半導体素子。
10. ＣＭＰプロセスを含む半導体素子の製造工程において２層以上の配線層が形成されたウエハに対しＣＭＰプロセス中に生じ得る欠陥の検査を行ったウエハまたは該ウエハを用いて製造される半導体素子の品質管理方法であって、
    該欠陥の検査は２層以上の配線層が形成されたウエハに静応力を印加していない状態と静応力を印加した状態とにおいて前記ウエハ内に浸透し得る波長の光をポラライザーにより偏光を与えた上で前記ウエハの面に照射しその散乱光を検出することによりウエハの欠陥を検査する方法として、
    前記ウエハに静応力を印加していない状態で前記ウエハの面上の位置において偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、
    静応力を印加していない状態で光を照射したのと同じ前記ウエハの面上の位置において前記ウエハに静応力を印加した状態で偏光を与えた光を該面に対して斜め方向に照射しそれにより生じた散乱光を前記偏光分離手段によりＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とに分離し各々の成分光の強度及びそれらの比としての偏光方向を求めることと、
    前記ウエハに静応力を印加していない状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向と前記ウエハに静応力を印加した状態で求められた各々の成分光の強度及び偏光方向とを所定の閾値と対比することにより欠陥の検出及び／または分類を行うことと、
    からなり、前記ウエハに静応力を印加するに際して偏光を与えた光を照射する側の前記ウエハの面において引っ張り応力が生じるかまたは前記被検査体全体に引っ張り応力が生じるように前記被検査体に静荷重を付加するものである
    ようにした欠陥を検査する方法を用いてウエハまたは半導体素子の欠陥の数量及び／またはサイズを管理し、前記ウエハの面内における閾値以上の偏光強度及び偏光方向の特性を示す部位の数、偏光強度、偏光の位置を含むデータを収集し、ウエハ面内での欠陥の分布として表示することにより欠陥に起因する導通不良、耐圧不良を含む要因を潜在的に有する半導体素子の不具合を半導体素子ごとに規定された管理値以下にするように管理することを特徴とするウエハまたは半導体素子の品質管理方法。
11. 請求項１０に記載のウエハまたは半導体の品質管理方法において、ウエハまたは半導体素子に対しその上下の配線層間の絶縁体層及び／または面内の配線間の絶縁体層に生じ得る欠陥の数量及び／またはサイズを計測する品質管理工程を経るようにしたことを特徴とするウエハまたはた半導体素子の品質管理方法。
12. 被検査体の支持部と、前記支持部に載置された被検査体に静応力を印加する状態と静応力を印加しない状態とに切換え可能な静応力印加手段と、前記支持部に支持された前記被検査体の面にポラライザーを介して前記被検査体内に浸透し得る波長の光を該面に対して斜め方向に照射する光源装置と、前記被検査体と光源装置とを相対的に移動させるための走査駆動部と、前記被検査体に照射された光の散乱光を受ける暗視野の位置に配設された偏光分離手段と、該偏光分離手段により分離されたＰ偏光の成分光とＳ偏光の成分光とを別個に検出するＰ偏光受光部及びＳ偏光受光部とを有する受光手段と、前記静応力印加手段における静応力の印加状態及び前記走査駆動部における前記被検査体と前記光源装置との相対的移動を含む動作の制御を行う制御部と、前記被検査体に静応力を印加した状態と印加しない状態とにおいてそれぞれ前記受光手段により検出されたＰ偏光の成分光及びＳ偏光の成分光の強度とそれらの比として求められた偏光方向とを所定の閾値と対比することにより前記被検査体における欠陥の検出及び／または欠陥の種類の判別を行う演算処理部と、を備えてなり、前記静応力印加手段は偏光を与えた光を照射する側の前記被検査体の面において引っ張り応力が生じるように前記被検査体に静荷重を付加するものであることを特徴とする欠陥検査装置。
13. 前記静応力印加手段が前記被検査体の周縁の一部を把持する固定側把持部と、前記被検査体の周縁の他の一部を把持する可動側把持部と、該可動側把持部を牽引することにより前記被検査体に引っ張り荷重を付加する静荷重付加手段と、を備えてなることを特徴とする請求項１２に記載の欠陥検査装置。
14. 前記静応力印加手段が前記被検査体の周縁の対向する両端側を単純支持する被検査体保持部と、前記被検査体の対向する両端の間の中心位置において下方から前記被検査体を上方に押圧する押圧部材と、該押圧部材を下方から押圧することにより前記被検査体に上向きの静荷重を付加して前記被検査体に曲げ荷重を付加する静荷重付加手段と、を備えてなることを特徴とする請求項１２に記載の欠陥検査装置。
15. 前記被検査体の支持部は複数の吸引孔が形成された円筒面状の載置台として形成され、前記複数の吸引孔は管路を介して真空吸引手段に連結され、該真空吸引手段の真空吸引作用により前記被検査体を前記載置台の円筒面に吸引して曲げ変形させるようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の欠陥検査装置。
16. 前記偏光分離手段と前記受光手段の間に検光子としての偏光板が配設され、該検光子としての偏光板が光軸を中心に回動調整可能であるようにしたことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の欠陥検査装置。

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