JPH11145228A

JPH11145228A - 積層欠陥検査方法および半導体ウェハ

Info

Publication number: JPH11145228A
Application number: JP30555497A
Authority: JP
Inventors: Hideki Naruoka; 英樹成岡; Yoshiko Yoshida; 佳子吉田; Hidekazu Yamamoto; 秀和山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウェハの表面の積層欠陥の検査を、非
破壊で、能率よく行う。【解決手段】半導体ウェハ１の表面は、観念上、複数
のセルに分割される。半導体ウェハ１の表面に形成され
た光スポット４１が、ステージ１０の移動にともなって
走査される。光スポット４１で照らされたセルの画像
が、高速イメージセンサ１９で撮像され、画像メモリ２
０，２１に、セル単位で交互に記憶される。イメージプ
ロセッサ２２は、画像メモリ２０，２１の画像を互いに
比較し、不一致部分を探し出すことによって、半導体ウ
ェハ１の表面に存在する積層欠陥を検出する。不一致部
分の形状にもとづいて、積層欠陥とその他の異常とが識
別される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウェハの
積層欠陥の検査方法、および、この方法を用いて検査さ
れた半導体ウェハに関し、特に、非破壊で、しかも能率
のよい検査を実現するための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】積層欠陥とは、結晶の原子面の積み重ね
の順序が乱れることによって形成される面状の格子欠陥
である。チョクラルスキー（ＣＺ）法、あるいは、エピ
タキシャル成長法などによって、結晶性の半導体ウェハ
を形成する工程では、この積層欠陥が出現することがあ
る。半導体素子が作り込まれる半導体ウェハの表面に積
層欠陥が存在すると、素子の特性を劣化させる要因とな
るので、素子の作り込みに先だって、半導体ウェハの表
面における積層欠陥の有無についての検査が行われてい
る。

【０００３】図１３は、半導体ウェハの表面に存在する
積層欠陥に対する検査を行うための従来の方法を示す工
程図である。図１３（ａ）は、検査対象とされる半導体
ウェハ１の断面図であり、半導体ウェハ１の表面に、一
例として一個だけ存在する積層欠陥２の延在方向に直交
する面に沿った断面構造を模式的に示している。積層欠
陥２は、既述したように面欠陥であるので、面状の広が
りを持っている。このため、積層欠陥２は、図１３
（ａ）に示すように、半導体ウェハ１の表面から深部へ
と侵入するように存在しており、さらに、図示を略する
が、半導体ウェハ１の表面にも沿うように存在する。

【０００４】図１３（ａ）に示す半導体ウェハ１は、図
１３（ｂ）に示すように、フッ素樹脂で構成された耐腐
食性の容器１５３に貯留されたライト(Write)液（HF、H
NO₃、Cr₂O₃、Cu(NO₃)₂・3H₂O、H₂O,および、CH₃COOHの混
合液）等のエッチング液１５４へ浸漬されることによっ
て、選択的なウェットエッチング処理が施される。その
結果、半導体ウェハ１の表面において積層欠陥２が存在
する部位が、選択的にエッチングされ、選択腐食部３と
して顕在化する。

【０００５】その後、半導体ウェハ１は、エッチング液
１５４から引き上げられ、図１３（ｃ）に示すように、
光学顕微鏡（金属顕微鏡）１５５による表面観察に供さ
れる。すなわち、レンズ１５７，１５８によって照射光
が光スポット１５６として半導体ウェハ１の表面に集束
され、この光スポット１５６が、半導体ウェハ１の表面
に沿って走査（スキャン）される。光スポット１５６を
走査しつつ、選択腐食部３の観察を行うことによって、
半導体ウェハ１の表面全体にわたる積層欠陥２の検査が
遂行される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法は、上記し
たように、半導体ウェハ１の表面に、選択腐食部３を形
成することによって、光学顕微鏡１５５による積層欠陥
２の検査を可能としている。すなわち、従来の方法は破
壊検査であって、検査対象としての半導体ウェハ１に損
傷を加えることなしには、積層欠陥２の検出ができない
という問題点があった。

【０００７】また、エッチング液１５４にはクロム等の
重金属が含まれるので、重金属汚染を生起しないため
に、検査は、半導体ウェハ１の製造および半導体ウェハ
１を用いた半導体装置の製造が行われるクリーンルーム
の外で、すなわちオフラインで行われていた。このた
め、作業の効率が悪いという問題点があった。さらに、
すべての作業が人手に頼らざるを得ず、このことも作業
の能率の低下をもたらしていた。また、光学顕微鏡１５
５を用いた目視観察を通じて検査が行われるために、10
μm程度以上の大きさの積層欠陥２しか検出できないと
いう、検査精度上の問題点もあった。

【０００８】この発明は、従来の方法における上記した
問題点を解消するためになされたもので、半導体ウェハ
の表面の積層欠陥の検査を、非破壊で、しかも、能率よ
く行うことを可能にする積層欠陥検査方法を得ることを
目的とし、さらに、この方法を用いて検査された半導体
ウェハを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明の方法は、半
導体ウェハの表面に存在する積層欠陥の検査を行う積層
欠陥検査方法において、前記表面を、当該表面上に配列
する複数のセルに、観念上分割する工程と、前記複数の
セルの少なくとも一つを照射可能な光スポットを、前記
表面に沿って走査させることによって、前記複数のセル
を一つずつ逐次照射する走査工程と、前記走査工程にあ
わせて、前記光スポットで照射される前記複数のセル
を、一つずつ逐次撮像する撮像工程と、前記撮像工程で
撮像された画像を記憶する記憶工程と、前記記憶工程で
記憶された画像を、前記複数のセルの中の異なる２つの
間で比較し、不一致部分を探し出すことによって、前記
表面に存在する前記積層欠陥を含む異常を検出する異常
検出工程と、を備える。

【００１０】第２の発明の方法では、第１の発明の積層
欠陥検査方法において、前記異常検出工程が、前記画像
における前記不一致部分の形状が、あらかじめ設定され
た前記積層欠陥に固有の形状の範囲の中にあるか否かを
判定することにより、前記積層欠陥のみを選択的に検出
する工程を、備える。

【００１１】第３の発明の方法は、第１または第２の発
明の積層欠陥検査方法において、前記走査工程に先立っ
て、前記半導体ウェハに、酸素雰囲気の中で、しかも、
１０００℃以下の温度で、ドライ酸化を実行することに
より、前記表面に膜厚２００オングストローム以上の半
導体酸化膜を形成する工程を、さらに備える。

【００１２】第４の発明の方法は、第１または第２の発
明の積層欠陥検査方法において、前記走査工程に先立っ
て、前記半導体ウェハに、アンモニアガス雰囲気の中
で、しかも、１０００℃以下の温度で、アニールを実行
することにより、前記表面に膜厚２００オングストロー
ム以上の半導体窒化膜を形成する工程を、さらに備え
る。

【００１３】第５の発明の方法は、半導体ウェハの表面
に存在する積層欠陥の検査を行う積層欠陥検査方法にお
いて、レーザ光を前記表面に斜め方向から照射すること
によって形成される光スポットを、前記表面に沿って走
査させる走査工程と、前記走査工程の中で、前記レーザ
光の散乱光を検出する散乱光検出工程と、前記散乱光検
出工程における検出結果を記憶する記憶工程と、前記記
憶工程で記憶された検出結果にもとづいて、前記表面に
存在する前記積層欠陥を含む異常を検出する異常検出工
程と、を備える。

【００１４】第６の発明の方法では、第５の発明の積層
欠陥検査方法において、前記異常検出工程が、前記検出
結果にもとづいて、前記表面における前記散乱光が検出
された部位のパターン形状が、あらかじめ設定された前
記積層欠陥に固有の形状の範囲の中にあるか否かを判定
することにより、前記積層欠陥のみを選択的に検出する
工程を、備える。

【００１５】第７の発明の方法では、第５または第６の
発明の積層欠陥検査方法において、前記半導体ウェハの
少なくとも表面に存在する半導体層が、面方位{100}の
単結晶半導体層であり、当該単結晶半導体層の表面に沿
って直交する二つの<110>方向の一つに沿って延在する
積層欠陥に対して、前記散乱光の強度が最も高くなる前
記レーザ光の入射方向を特定入射方向とし、最も散乱強
度の高い散乱方向を特定散乱方向とし、前記走査工程
が、第１走査工程と、その後に実行される第２走査工程
とを備え、前記散乱光検出工程が、第１散乱光検出工程
と、その後に実行される第２散乱光検出工程とを備え、
前記第１走査工程では、前記レーザ光を前記特定入射方
向から前記表面に照射し、形成される前記光スポットを
前記表面に沿って走査させ、前記第１散乱光検出工程で
は、前記第１走査工程の中で、前記特定散乱方向の散乱
光を検出し、前記第２走査工程では、前記特定入射方向
に対して前記表面に沿って９０度回転した方向から前記
レーザ光を前記表面に照射し、形成される前記光スポッ
トを前記表面に沿って走査させ、前記第２散乱光検出工
程では、前記第２走査工程の中で、前記特定散乱方向に
対して前記表面に沿って９０度回転した方向の散乱光を
検出する。

【００１６】第８の発明の方法では、第２または第６の
発明の積層欠陥検査方法において、前記半導体ウェハの
少なくとも表面に存在する半導体層が、面方位{100}の
単結晶半導体層であり、前記走査工程において、前記光
スポットの走査方向が、前記単結晶半導体層の表面に沿
って直交する二つの<110>方向の一つに設定される。

【００１７】第９の発明の半導体ウェハは、第１ないし
第８のいずれかの発明の積層欠陥検査方法を用いて検査
されることにより、前記積層欠陥が存在しないものとし
て選別される。

【００１８】第１０の発明の半導体ウェハは、第１ない
し第８のいずれかの発明の積層欠陥検査方法を用いて検
査されることにより、前記異常の存在位置が明らかにさ
れる。

【００１９】

【発明の実施の形態】＜実施の形態１＞図１は、実施の
形態１〜３の検査方法を、自動で効率よく、かつ高い精
度で実現する検査装置の構成を示すブロック図である。
この検査装置１０１そのものは、半導体ウェハの上に半
導体素子が作り込まれた後の検査に用いられる従来周知
の装置と同様に構成される。すなわち、装置１０１に
は、ステージ１０が備わっており、検査対象としての半
導体ウェハ１は、このステージ１０の上に載置される。
ステージ１０の上方には、光源１１が備わっており、こ
の光源１１で生成された照射光は、レンズ１２、ハーフ
ミラー１４，２７、および対物レンズ１３を通過するこ
とによって、半導体ウェハ１の表面に光スポット４１を
形成する。

【００２０】光源１１は、例えば530nmの波長の光を生
成するHgXe（水銀キセノン）ランプである。照射光の光
軸は、半導体ウェハ１の表面に垂直であり、その結果、
反射光の光軸も半導体ウェハ１の表面に垂直となる。反
射光は、対物レンズ１３、ハーフミラー２７を通過した
後、ハーフミラー１４で反射されることによって、倍率
変換用のレンズ１５、１６，１７へ向かうように、その
方向が曲げられる。

【００２１】レンズ１５、１６，１７を通過した反射光
は、ハーフミラー１８で二方向へ分岐されることによっ
て、カメラ２３と高速イメージセンサ１９との双方に入
射する。カメラ２３と高速イメージセンサ１９は、入射
された反射光を感知することによって、半導体ウェハ１
の表面の光スポット４１に照らされた領域の画像を、リ
アルタイムで撮像する。

【００２２】ステージ１０は、水平二方向Ｘ，Ｙに沿っ
た並進移動、鉛直軸周りの回転方向θに沿った回転移
動、鉛直方向Ｚに沿った並進移動が可能である。そし
て、これらの方向に沿ったステージ１０の動きは、制御
部３１によって制御される。制御部３１は、ステージ１
０を例えばＸ方向に沿って反復的に往復移動させつつ、
徐々にＹ方向へと移動させることによって、光スポット
４１が半導体ウェハ１の表面全体にわたって走査するこ
とを可能にする。

【００２３】この走査の過程で、高速イメージセンサ１
９で捕らえられた画像は、二つの画像メモリ２０，２１
へと交互に更新しつつ記憶される。そして、イメージプ
ロセッサ２２は、二つの画像メモリ２０，２１の画像を
互いに比較することによって、積層欠陥２を検出する。
高速イメージセンサ１９およびカメラ２３は、ディスプ
レー画面２４へも接続されており、これらが捕らえた画
像を、ディスプレー画面２４へと拡大して映し出し、目
視観察に供することも可能となっている。

【００２４】装置１０１には、画像の撮像を可能にする
照射光を供給する光源１１の他に、オートフォーカス機
能を実現するための別の光源２５が備わっている。光源
２５は、例えば650nm〜700nmの波長の光を生成する。生
成された光は、レンズ２６、ハーフミラー２８，２７、
および、対物レンズ１３を通過して、光スポット４１と
同様に、半導体ウェハ１の上に光スポットを形成する。
そして、その反射光が、対物レンズ１３、ハーフミラー
２７，２８、および、レンズ２９を通過した後に、オー
トフォーカスセンサとして機能する光センサ３０へと入
射する。

【００２５】光センサ３０は、入射した反射光を通じ
て、半導体ウェハ１の表面に、対物レンズ１３を通過し
た光が焦点を結んでいるか否かを検知し、検知した結果
を制御部３１へと供給する。制御部３１は、供給された
結果にもとづいて、対物レンズ１３を通過した光が半導
体ウェハ１の表面に焦点を結ぶように、ステージ１０の
鉛直方向Ｚの位置を制御する。その結果、光源１１が生
成した照射光の光スポット４１は、常に半導体ウェハ１
の表面に焦点を結ぶこととなる。

【００２６】図２は、半導体ウェハ１の表面の全体にわ
たって光スポット４１を走査する手順を示す動作説明図
である。この例では、半導体ウェハ１の表面は、その面
方位が{100}となるように配向しており、表面に沿って
直交する二つの<110>方向に相当するＸ，Ｙ方向に沿っ
て走査が行われる。すなわち、光スポット４１は、Ｘ方
向の走査線４０に沿って、半導体ウェハ１の一端から他
端へとわたる走査を反復すると同時に、走査線４０をＹ
方向に沿って段階的にシフトさせて行く。

【００２７】言い換えると、光スポット４１の走査は、
例えば、Ｘ方向を主走査方向とし、Ｙ方向を副走査方向
として行われる。その結果、半導体ウェハ１の表面全体
にわたる光スポット４１の走査が遂行される。なお、光
スポット４１の移動は、半導体ウェハ１に相対的な移動
であり、既述したように、制御部３１がステージ１０
を、Ｘ，Ｙ方向に沿って移動させることによって、光ス
ポット４１の走査が実現する。

【００２８】図３は、図２に描かれる半導体ウェハ１の
表面の一部の領域Ａを拡大して示す拡大図である。図３
に示すように、半導体ウェハ１の表面は、主、副走査方
向であるＸ，Ｙ方向に沿ってマトリクス状に配列する領
域（ここでは、「セル」と称する）に、観念上分割され
る。セルの形状および大きさは、例えば、一辺が数mmの
幅の矩形である。

【００２９】光スポット４１は、走査にともなって、一
つのセルから隣接するつぎのセルへと、順次移動してゆ
く。すなわち、光スポット４１は、走査線４０に沿って
移動する過程の中で、例えばセル４２、４３，４５の順
序で、各セルを順次照らし出す。図３では、光スポット
４１は、現時点において、セル４３を照らし出す位置に
ある。光源１１によって作り出される光スポット４１の
広がりは、一つのセルを十分に覆い得るだけの大きさ、
例えば直径において、十mm程度の大きさに設定される。

【００３０】光スポット４１がセル４２を照らし出して
いる間に、セル４２の画像が高速イメージセンサ１９に
よって撮像され、画像メモリ２０，２１のいずれか一方
へと記憶される。また、光スポット４１が、つぎのセル
４３を照らし出している間に、セル４３の画像が高速イ
メージセンサ１９によって撮像され、画像メモリ２０，
２１の中の、一つ前のセルであるセル４２の画像が記憶
されない一方へと記憶される。

【００３１】以下同様にして、画像メモリ２０，２１に
は、光スポット４１の走査にともなって、照射されるセ
ルの画像が交互に記憶される。画像メモリ２０，２１の
各々は、読み書き自在であり、一つのセルの画像を記憶
するに足るだけの記憶容量を有している。図３に示すよ
うに、半導体ウェハ１の表面に積層欠陥２が存在する
と、それが属するセルの画像の中に、輝度の違った部分
として反映されることとなる。半導体ウェハ１の表面が
{100}方向に配向している場合には、積層欠陥２の映像
は、二つの<110>方向のいずれかに沿って延在する線状
の領域として映し出される。

【００３２】図４は、イメージプロセッサ２２による画
像比較の手順を示す動作説明図である。図４の例では、
画像メモリ２０にはセル４２の画像が記憶されており、
画像メモリ２１にはセル４３の画像が記憶されている。
一つのセルの画像は、マトリクス状に配列する多数の画
素４８によって構成される。画素４８は画像の構成単位
であり、その幅は、半導体ウェハ１の表面に沿った幅に
換算して、例えば0.2μm程度に微小である。すなわち、
装置１０１を用いることによって、半導体ウェハ１の表
面を、0.2μm程度の解像度をもって、撮像することが可
能である。

【００３３】イメージプロセッサ２２は、二つの画像メ
モリ２０，２１に記憶される画像を互いに比較する。画
像の比較は、各々の対応する画素４８の間で、輝度を対
比することによって行われる。図４の例では、画像メモ
リ２０に記憶されるセル４２の画像には、Ｙ方向に沿っ
て延在する積層欠陥２が反映されており、画像メモリ２
１に記憶されるセル４３の画像には、Ｘ方向に沿って延
在する別の積層欠陥２が反映されている。

【００３４】イメージプロセッサ２２は、セル４２の積
層欠陥２に相当する領域の各画素と、それに対応するセ
ル４３の領域４６の各画素との対比を通じて、セル４２
に存在する積層欠陥２を検出する。同様に、セル４３の
積層欠陥２に相当する領域の各画素と、それに対応する
セル４２の領域４７の各画素との対比を通じて、セル４
３に存在する積層欠陥２が検出される。

【００３５】検出された積層欠陥２の位置、あるいは、
積層欠陥２を含むセルの位置が、例えば座標値等で表現
されて、イメージプロセッサ２２に内蔵される記憶部に
記憶され、必要に応じて出力される。装置１０１を操作
するオペレータは、出力されるデータを読み取ることに
よって、半導体ウェハ１の表面に存在する積層欠陥２の
位置、あるいは、積層欠陥２を含むセルの位置を把握す
ることができる。

【００３６】検査を済ませた半導体ウェハ１は、例え
ば、積層欠陥２を含む不良品と、含まない良品とに選別
され、良品のみが出荷される。あるいは、良品、不良品
を問わず、すべての半導体ウェハ１を、積層欠陥２の位
置に関するデータとともに出荷することも可能である。
半導体ウェハ１を納入した半導体装置メーカでは、半導
体ウェハ１に所定の半導体素子を作り込んだ後に、積層
欠陥２を含む半導体チップと、含まない半導体チップと
を選別し、積層欠陥２を含まない良品の半導体チップの
みを、半導体装置の製造に供することができる。

【００３７】セルを、半導体チップとして切り出される
ことが予定されている領域、すなわち、仮想チップにそ
のまま対応するように設定するか、あるいは、仮想チッ
プをさらに複数個に分割した領域に対応させることによ
って、半導体チップの選別を一層容易に行うことができ
る。このときには、積層欠陥２の位置に関するデータと
して、積層欠陥２を含むセルの位置に関するデータのみ
が供されれば足りる。

【００３８】装置１０１では、解像度を0.2μm程度にま
で高めることが可能であるため、装置１０１を用いるこ
とによって、0.5μm程度の大きさの積層欠陥２を検出す
ることが可能である。すなわち、装置１０１を用いるこ
とによって、検査精度を従来の方法に比べて飛躍的に高
めることが可能である。しかも、半導体ウェハ１に損傷
を加えることなく、非破壊で、検査を行うことができる
という利点がある。非破壊であるため、検査後の半導体
ウェハ１を、半導体素子の製造に供することが可能であ
る。このことは、半導体ウェハ１の全品検査を可能にす
る。

【００３９】また、重金属を含む薬液を使用する必要が
ないので、クリーンルームの中で、すなわちインライン
で検査を行うことができる。このため、作業の効率が向
上するという利点が得られる。さらに、すべての作業が
人手を介することなく、自動で行われるので、この点で
も作業効率が改善される。

【００４０】なお、半導体ウェハ１に、積層欠陥２以外
の異常、例えば、他の形態の欠陥、表面の傷、異物など
が存在する可能性があって、これらの異常をも検出する
必要がある場合、あるいは、これらの異常と積層欠陥２
とを識別する必要がある場合にも、装置１０１を用いた
方法は容易に対応可能である。積層欠陥２以外のこれら
の異常も、図４に示した要領で画像の対比を行うことに
よって、検出することが可能である。

【００４１】また、既述したように、半導体ウェハ１の
表面が{100}方向に配向している場合には、積層欠陥２
の映像は、二つの<110>方向のいずれかに沿って延在す
る線状の領域として映し出される。このため、画像メモ
リ２０，２１に記憶されたセルの画像の中に映し出され
る様々な形態の異常の中から、表面に沿って直交する二
つの<110>方向のいずれかに、線状に延在する映像とし
て反映された異常を探し出すことによって、検出された
各種の異常の中から積層欠陥２を、他と識別することが
可能である。

【００４２】この処理は、イメージプロセッサ２２によ
って、容易に、かつ光スポット４１の走査に同期した高
速度で、実行可能である。また、様々な異常の中で、積
層欠陥２のみを選択的に検出することも可能である。特
に、走査線４０の方向を、図２に示したように、二つの
<110>方向のいずれかに一致させるときには、積層欠陥
２の選別がより容易であるという利点が得られる。

【００４３】また、積層欠陥２等を含むセルの位置が、
データとして記憶されるので、光スポット４１の走査が
完了した後に、記憶されたデータにもとづいて、例えば
積層欠陥２が見出されたセルの位置に、再度、光スポッ
ト４１の位置を合わせ、カメラ２３または高速イメージ
センサ１９で撮像されるそのセルの画像を、ディスプレ
ー画面２４に映し出し、オペレータの目視によって、積
層欠陥２であるか否かを、さらに確認することも可能で
ある。すなわち、積層欠陥２の選別の精度を、目視によ
って、さらに高めることも可能である。

【００４４】＜実施の形態２＞図５は、実施の形態２の
方法において、検査対象としての半導体ウェハ１に施さ
れる前処理の工程を示す工程図である。前処理では、図
５（ａ）に示すように準備された半導体ウェハ１に、酸
素雰囲気中で、1000゜C以下の温度の下で、ドライ酸化処
理が施される。その結果、図５（ｂ）に示すように、半
導体ウェハ１を傷つけることなく、非破壊で、半導体ウ
ェハ１の表面の上に、酸化膜４が形成される。半導体ウ
ェハ１の表面に存在する積層欠陥２は、酸化膜４で覆わ
れることとなる。酸化膜４の厚さＴは、望ましくは、20
0オングストローム以上に設定される。半導体ウェハ１
がシリコンウェハである場合には、酸化膜４はシリコン
酸化膜として形成される。

【００４５】酸化膜４が形成された半導体ウェハ１は、
図５（ｃ）に示すように、装置１０１のステージ１０の
上に載置され、実施の形態１と同様にして、積層欠陥２
の検査に供される。半導体ウェハ１の表面の上に、酸化
膜４が形成されているために、高速イメージセンサ１９
およびカメラ２３で撮像される画像において、積層欠陥
２が存在する部位と存在しない部位との間で、光の干渉
効果によって輝度の相違が一層鮮明となる。その結果、
積層欠陥２に対する検出感度がさらに向上するので、検
査精度がさらに高められる。また、酸化膜４は、後述す
る窒化膜に比べて、厚くし易いという利点がある。

【００４６】＜実施の形態３＞図６は、実施の形態３の
方法において、検査対象としての半導体ウェハ１に施さ
れる前処理の工程を示す工程図である。前処理では、図
６（ａ）に示すように準備された半導体ウェハ１に、Ｎ
Ｈ₃（アンモニアガス）雰囲気中で、1000゜C以下の温度
の下で、アニール処理が施される。その結果、図６
（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１を傷つけることな
く、非破壊で、半導体ウェハ１の表面の上に、窒化膜５
が形成される。これにより、半導体ウェハ１の表面に存
在する積層欠陥２は、窒化膜５で覆われることとなる。
窒化膜５の厚さＴは、実施の形態２と同様に、望ましく
は、200オングストローム以上に設定される。半導体ウ
ェハ１がシリコンウェハである場合には、窒化膜５はシ
リコン窒化膜として形成される。

【００４７】窒化膜５が形成された半導体ウェハ１は、
図６（ｃ）に示すように、装置１０１のステージ１０の
上に載置され、実施の形態１と同様にして、積層欠陥２
の検査に供される。半導体ウェハ１の表面の上に、窒化
膜５が形成されているために、実施の形態２と同様に、
高速イメージセンサ１９およびカメラ２３で撮像される
画像において、積層欠陥２が存在する部位と存在しない
部位との間で、光の干渉効果によって輝度の相違が一層
鮮明となる。その結果、積層欠陥２に対する検出感度が
さらに向上するので、検査精度がさらに高められる。

【００４８】＜実施の形態４＞図７は、実施の形態４，
５の検査方法を、自動で効率よく、かつ高い精度で実現
する検査装置の構成を示すブロック図である。この検査
装置１０２には、装置１０１と同様にステージ６１が備
わっており、検査対象としての半導体ウェハ５０は、こ
のステージ６１の上に載置される。ステージ６１の斜め
上方には、レーザ照射部６３が備わっており、このレー
ザ照射部で生成されたレーザ光は入射光６４として、ス
テージ６１の上に載置された半導体ウェハ５０の表面
に、斜め方向から入射する。

【００４９】入射光６４は、半導体ウェハ５０の表面に
光スポット６５を形成した後、斜め方向に散乱され、反
射光６６を形成する。この反射光６６の経路から外れた
空間的位置、例えば光スポット６５の上方の位置に、レ
ーザ光を検出する散乱光検出部７０が取り付けられてい
る。散乱光検出部７０は、例えば光電増倍管を備えてお
り、反射光６６ではなく散乱光６７を検出する。

【００５０】ステージ６１は、装置１０１のステージ１
０と同様に、水平二方向Ｘ，Ｙに沿った並進移動、鉛直
軸周りの回転方向θに沿った回転移動、鉛直方向Ｚに沿
った並進移動が可能である。そして、これらの方向に沿
ったステージ６１の動きは、制御部６２によって制御さ
れる。制御部６２は、ステージ６１を例えばＸ方向に沿
って反復的に往復移動させつつ、徐々にＹ方向へと移動
させることによって、光スポット６５が半導体ウェハ５
０の表面全体にわたって走査することを可能にする。

【００５１】この走査の過程で、散乱光検出部７０によ
る検出結果は、検出信号として画像メモリ７１へと逐次
記憶されてゆく。イメージプロセッサ７２は、画像メモ
リ７１に記憶される検出信号にもとづいて、積層欠陥２
を検出する。イメージプロセッサ７２に接続されたディ
スプレー画面７３およびリスト出力部７４には、検出さ
れた積層欠陥２の位置に関する情報などが出力される。

【００５２】また、装置１０２は、装置１０１の光源１
１からカメラ２３または高速イメージセンサ１９へ至る
光学系を、さらに備えることによって、積層欠陥２が検
出された部位を、装置１０１と同様に、光学的に拡大し
てディスプレー画面７３に映し出し、目視観察に供する
ことも可能となる。積層欠陥２が検出された部位を探索
して映し出すことは、イメージプロセッサ７２によって
自動的に行い得る。

【００５３】図８は、検査対象とされる半導体ウェハ５
０の構造の一例を示す断面図である。この半導体ウェハ
５０は、いわゆるＳＯＩ（semiconductor-on-insulato
r）構造のウェハとして構成されている。すなわち、シ
リコンなどの半導体基板５３の上に、シリコン酸化膜な
どの絶縁層５２を介して、シリコンなどの半導体層５１
が形成されている。積層欠陥２は、半導体層５１に現れ
る。装置１０１，１０２は、バルク構造の半導体ウェハ
だけでなく、図８に示すようなＳＯＩ構造の半導体ウェ
ハをも、検査対象とすることができる。

【００５４】図９は、散乱光検出部７０が散乱光６７を
検出する動作を示す説明図である。図９では、半導体ウ
ェハ５０がＳＯＩ構造である例を示しているが、バルク
構造の半導体ウェハに対しても同様である。半導体ウェ
ハ５０の表面、すなわち半導体層５１の表面に、斜め方
向からレーザ光が入射光６４として入射すると、光スポ
ット６５の部位に積層欠陥２がなければ、反射光６６と
して反射する。このとき、散乱光６７は、ほとんど現れ
ない。

【００５５】一方、光スポット６５の部位に、積層欠陥
２が存在すると、積層欠陥２によって入射光６４が散乱
され、散乱光６７が生成される。この散乱光６７が散乱
光検出部７０で検出される。すなわち、散乱光検出部７
０は、散乱光６７を通じて、光スポット６５の部位に存
在する積層欠陥２を検出する。

【００５６】半導体ウェハ５０の表面に沿って、光スポ
ット６５を走査することによって、半導体ウェハ５０の
表面全体にわたる積層欠陥２の検査が可能となる。図１
０は、走査の要領を示す動作説明図である。この例で
は、光スポット６５の走査は、Ｘ方向を主走査方向と
し、Ｙ方向を副走査方向として行われる。光スポット６
５の径は、例えば１μm前後程度である。そして、走査
線６８の間隔は、光スポット６５の径と同程度に設定さ
れる。

【００５７】走査線６８に沿って、光スポット６５の径
程度の間隔で、散乱光検出部７０によって得られた検出
信号が、画像メモリ７１へと逐次記憶されて行く。図１
０には、Ｘ、Ｙ方向にマトリクス状に配列する矩形の小
領域が描かれている。この小領域の一つ一つに対応し
て、散乱光検出部７０の検出信号が、光スポット６５の
位置とともに画像メモリ７１へと記憶される。

【００５８】図１０の例では、小領域７１，７２，７３
などの白抜きの小領域では、積層欠陥２は存在せず、散
乱光６７は検出されない。一方、ハッチングが施された
小領域７４，７５，７６には、積層欠陥２が存在し、そ
れに起因してこれらの小領域では散乱光６７が検出され
る。このようにして、光スポット６５の径が、例えば１
μmであれば、約１μmの位置精度で、散乱光６７の有
無、すなわち、積層欠陥２の有無が検出される。

【００５９】イメージプロセッサ７２は、画像メモリ７
１に記憶される信号を読み出して、散乱光６７が検出さ
れた位置を、ディスプレー画面７３あるいはリスト出力
部７４へと出力する。オペレータは、出力された画像、
あるいは、リストにもとづいて、積層欠陥２が存在する
位置を認識することができる。検査を済ませた半導体ウ
ェハ５０は、積層欠陥２を含まない良品のみを選別して
出荷することも、また、良品、不良品を問わず、すべて
の半導体ウェハ５０を、積層欠陥２の位置に関するデー
タとともに出荷することも可能である。

【００６０】装置１０２では、解像度を１μm前後にま
で高めることが可能であるため、装置１０２を用いるこ
とによって、数μm程度の大きさの積層欠陥２を検出す
ることが可能である。すなわち、装置１０２を用いるこ
とによって、検査精度を従来の方法に比べて高めること
が可能である。また、半導体ウェハ５０に損傷を加える
ことなく、非破壊で検査を行うことができる点、重金属
を含む薬液を使用する必要がないので、インラインで検
査を行うことができる点、すべての作業が人手を介する
ことなく、自動で行われる点なども、装置１０１を用い
た方法と同様に、利点として挙げることができる。

【００６１】半導体ウェハ５０に、積層欠陥２以外の異
常、例えば、他の形態の欠陥、表面の傷、異物などが存
在する可能性があって、これらの異常をも検出する必要
がある場合、あるいは、これらの異常と積層欠陥２とを
識別する必要がある場合にも、装置１０２を用いた方法
は容易に対応可能である。積層欠陥２以外のこれらの異
常も、散乱光６７を生じるものである限り、検出するこ
とが可能である。

【００６２】また、半導体層５１の表面が{100}方向に
配向している場合には、積層欠陥２の映像は、二つの<1
10>方向のいずれかに沿って延在する線状の領域として
映し出される。このため、画像メモリ７１に記憶される
検出信号を読み出すことによって得られる、散乱光６７
が検出された位置の集合の中から、表面に沿って直交す
る二つの<110>方向のいずれかに、線状に延在するパタ
ーン形状をなすものを探し出すことによって、積層欠陥
２を他と識別することが可能である。

【００６３】この処理は、イメージプロセッサ７２によ
って、容易に実行可能である。また、様々な異常の中
で、積層欠陥２のみを選択的に検出することも可能であ
る。特に、走査線６８の方向を、二つの<110>方向のい
ずれかに一致させるときには、図１０に例示するよう
に、積層欠陥２は走査線６８に平行または直交する方向
に延在するので、積層欠陥２の選別がより容易であると
いう利点が得られる。

【００６４】また、積層欠陥２等の位置が、散乱光６７
の検出信号として画像メモリ７１に記憶されるので、光
スポット６５の走査が完了した後に、記憶されたデータ
にもとづいて、例えば積層欠陥２が見出された位置に、
図７において図示を略する光学系の光スポットの位置を
合わせ、カメラまたは高速イメージセンサ１９で撮像さ
れるそのセルの画像を、ディスプレー画面２４に映し出
し、オペレータの目視によって、積層欠陥２であるか否
かを、さらに確認することも可能である。すなわち、積
層欠陥２の選別の精度を、目視によって、さらに高める
ことも可能である。

【００６５】＜実施の形態５＞図７に示した装置１０２
は、実施の形態４と同様に、ここで述べる実施の形態５
の検査方法をも、自動でかつ高精度で実現する。図１１
は、実施の形態５の検査方法に適した半導体ウェハ５０
の構造の一例を示す断面図である。この半導体ウェハ５
０は、図８に示したようにＳＯＩ構造を有するととも
に、半導体層５１の表面が{100}方向に配向している点
を特徴としている。

【００６６】図１２は、図１１に例示した半導体層５１
における積層欠陥２の近傍の拡大斜視図である。図１２
に示すように、半導体層５１の表面に形成される積層欠
陥２は、半導体層５１の表面に沿った一方向である<110
>に沿うとともに、表面から深部にわたるように欠陥面
として面状に形成される。しかも、積層欠陥２の欠陥面
の向きにも、結晶軸と関連した一定方向への配向性があ
る。

【００６７】したがって、図１２に示すように、入射光
６４の方向には、最も強い散乱光６７を生み出す上で、
最も望ましい方向が存在する。その特定の方向（特定入
射方向）は、半導体層５１の表面に対する角度θ1、お
よび、積層欠陥２の延在方向（<110>方向の一つ）に対
する方位角φ1によって規定される。入射光６４が、(θ
1，φ1)で規定される特定入射方向に入射するとき、散
乱光６７は、別の特定の方向（特定散乱方向）に最も強
く放射される。この特定散乱方向も、同様に、半導体層
５１の表面に対する角度θ2、および、積層欠陥２の延
在方向（<110>方向の一つ）に対する方位角φ2によって
規定される。

【００６８】実施の形態５の検査方法は、上記したよう
な散乱光６７の強度に関する入射光６４および散乱光６
７の方向における選択性を利用している。すなわち、図
１３の動作説明図に示すように、半導体層５１の表面全
体にわたって光スポット６５を走査する際に、<110>方
向の一つを基準とした(θ1，φ1)方向に入射光６４の方
向を設定する。

【００６９】このとき、散乱光検出部７０は、(θ2，φ
2)方向の散乱光６７を検出可能な位置に設置される。そ
うして、一定方向の走査線７８に沿った走査が行われ
る。走査線７８の方向は、必ずしも<110>方向の一つに
一致させなくてもよい。この走査を通じて、<110>方向
の一つに沿って延在する積層欠陥２、例えば欠陥２ａ
が、高い検出感度をもって検出される。

【００７０】つぎに、半導体ウェハ５０を鉛直軸の周
り、言い換えると、半導体ウェハ５０の表面に沿って、
９０゜回転させた後に、同様の走査が行われる。その結
果、<110>方向の別の一つに沿って延在する積層欠陥
２、例えば欠陥２ｂがが、高い検出感度をもって検出さ
れる。この走査は、例えば走査線７８に直交する走査線
７９に沿って行われる。

【００７１】以上のように、この実施の形態の方法で
は、走査を２度行うことにはなるが、二つの<110>に沿
った積層欠陥２を、高い感度でもれなく検出できるとい
う利点がある。イメージプロセッサ７２による、積層欠
陥２の選び出し、積層欠陥２の位置に関するデータの表
示および出力、光学顕微鏡による確認などは、実施の形
態４と同様に行われ得る。

【００７２】

【発明の効果】第１の発明の方法では、半導体ウェハの
表面に光が照射され、その画像が撮像され、さらに撮像
された画像にもとづいて積層欠陥が検出されるので、半
導体ウェハに損傷を加えることなく、非破壊で検査を行
うことができる。したがって、重金属を含む薬液を使用
する必要がないので、能率のよいインラインでの検査が
可能となる。さらに、従来技術に比べて検査精度が高
く、0.5μm程度の大きさの積層欠陥を検出することが可
能である。

【００７３】第２の発明の方法では、積層欠陥のみを選
択的に検出することが可能である。

【００７４】第３の発明の方法では、検査対象とされる
半導体ウェハの表面に、膜厚200オングストローム以上
の半導体酸化膜があらかじめ形成される。このため、光
の干渉効果によって、積層欠陥に対する検出感度がさら
に向上するので、検査精度がさらに高められる。しか
も、半導体酸化膜を形成するのに長時間を要しないとい
う利点がある。

【００７５】第４の発明の方法では、検査対象とされる
半導体ウェハの表面に、膜厚200オングストローム以上
の半導体窒化膜があらかじめ形成される。このため、光
の干渉効果によって、積層欠陥に対する検出感度がさら
に向上するので、検査精度がさらに高められる。

【００７６】第５の発明の方法では、半導体ウェハの表
面にレーザ光が照射され、その散乱光が検出され、その
検出結果にもとづいて積層欠陥が検出されるので、半導
体ウェハに損傷を加えることなく、非破壊で検査を行う
ことができる。したがって、重金属を含む薬液を使用す
る必要がないので、能率のよいインラインでの検査が可
能となる。さらに、従来技術に比べて検査精度が高く、
数μm程度の大きさの積層欠陥を検出することが可能で
ある。

【００７７】第６の発明の方法では、積層欠陥のみを選
択的に検出することが可能である。

【００７８】第７の発明の方法では、９０度回転した二
つの特定入射方向からレーザ光が入射され、それぞれに
対する特定散乱方向の散乱光が検出される。このため、
二つの<110>方向に沿った積層欠陥を、高い感度でもれ
なく検出できるという効果が得られる。

【００７９】第８の発明の方法では、光スポットの走査
方向が、単結晶半導体層の表面に沿って直交する二つの
<110>方向の一つに設定されるので、積層欠陥の選別が
容易に行われ得る。

【００８０】第９の発明の半導体ウェハは、第１ないし
第８の発明のいずれかの検査方法を通じて、高精度かつ
非破壊で、積層欠陥が存在しないことが確認された半導
体ウェハとして得られる。非破壊であるため、検査を受
けた半導体ウェハを、半導体素子の作り込みに供するこ
とができる。

【００８１】第１０の発明の半導体ウェハは、第１ない
し第８の発明のいずれかの検査方法を通じて、高精度か
つ非破壊で、異常の存在位置が明らかにされた半導体ウ
ェハとして得られる。半導体素子を作り込んだ後に、異
常の存在しない領域に含まれる素子のみを選別すること
により、半導体素子として良品のみを出荷することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１〜３の方法に適した装置のブロ
ック図である。

【図２】実施の形態１の方法の説明図である。

【図３】実施の形態１の方法の説明図である。

【図４】実施の形態１の方法の説明図である。

【図５】実施の形態２の方法の工程図である。

【図６】実施の形態３の方法の工程図である。

【図７】実施の形態４，５の方法に適した装置のブロ
ック図である。

【図８】半導体ウェハの構造の一例を示す断面図であ
る。

【図９】実施の形態４の方法の説明図である。

【図１０】実施の形態４の方法の説明図である。

【図１１】実施の形態５の方法に供される半導体ウェ
ハの断面図である。

【図１２】実施の形態５の方法の説明図である。

【図１３】実施の形態５の方法の説明図である。

【図１４】従来の方法の工程図である。

【符号の説明】

１，５０半導体ウェハ、２積層欠陥、４酸化膜
（半導体酸化膜）、５窒化膜（半導体窒化膜）、４０
走査線、４１，６５光スポット、４２，４３，４５
セル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウェハの表面に存在する積層欠陥
の検査を行う積層欠陥検査方法において、前記表面を、当該表面上に配列する複数のセルに、観念
上分割する工程と、前記複数のセルの少なくとも一つを照射可能な光スポッ
トを、前記表面に沿って走査させることによって、前記
複数のセルを一つずつ逐次照射する走査工程と、前記走査工程にあわせて、前記光スポットで照射される
前記複数のセルを、一つずつ逐次撮像する撮像工程と、前記撮像工程で撮像された画像を記憶する記憶工程と、前記記憶工程で記憶された画像を、前記複数のセルの中
の異なる２つの間で比較し、不一致部分を探し出すこと
によって、前記表面に存在する前記積層欠陥を含む異常
を検出する異常検出工程と、を備える積層欠陥検査方法。
【請求項２】請求項１に記載の積層欠陥検査方法にお
いて、前記異常検出工程が、前記画像における前記不一致部分
の形状が、あらかじめ設定された前記積層欠陥に固有の
形状の範囲の中にあるか否かを判定することにより、前
記積層欠陥のみを選択的に検出する工程を、備える積層
欠陥検査方法。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の積層欠
陥検査方法において、前記走査工程に先立って、前記半導体ウェハに、酸素雰
囲気の中で、しかも、１０００℃以下の温度で、ドライ
酸化を実行することにより、前記表面に膜厚２００オン
グストローム以上の半導体酸化膜を形成する工程を、さ
らに備える積層欠陥検査方法。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の積層欠
陥検査方法において、前記走査工程に先立って、前記半導体ウェハに、アンモ
ニアガス雰囲気の中で、しかも、１０００℃以下の温度
で、アニールを実行することにより、前記表面に膜厚２
００オングストローム以上の半導体窒化膜を形成する工
程を、さらに備える積層欠陥検査方法。
【請求項５】半導体ウェハの表面に存在する積層欠陥
の検査を行う積層欠陥検査方法において、レーザ光を前記表面に斜め方向から照射することによっ
て形成される光スポットを、前記表面に沿って走査させ
る走査工程と、前記走査工程の中で、前記レーザ光の散乱光を検出する
散乱光検出工程と、前記散乱光検出工程における検出結果を記憶する記憶工
程と、前記記憶工程で記憶された検出結果にもとづいて、前記
表面に存在する前記積層欠陥を含む異常を検出する異常
検出工程と、を備える積層欠陥検査方法。
【請求項６】請求項５に記載の積層欠陥検査方法にお
いて、前記異常検出工程が、前記検出結果にもとづいて、前記
表面における前記散乱光が検出された部位のパターン形
状が、あらかじめ設定された前記積層欠陥に固有の形状
の範囲の中にあるか否かを判定することにより、前記積
層欠陥のみを選択的に検出する工程を、備える積層欠陥
検査方法。
【請求項７】請求項５または請求項６に記載の積層欠
陥検査方法において、前記半導体ウェハの少なくとも表面に存在する半導体層
が、面方位{100}の単結晶半導体層であり、当該単結晶
半導体層の表面に沿って直交する二つの<110>方向の一
つに沿って延在する積層欠陥に対して、前記散乱光の強
度が最も高くなる前記レーザ光の入射方向を特定入射方
向とし、最も散乱強度の高い散乱方向を特定散乱方向と
し、前記走査工程が、第１走査工程と、その後に実行される
第２走査工程とを備え、前記散乱光検出工程が、第１散乱光検出工程と、その後
に実行される第２散乱光検出工程とを備え、前記第１走査工程では、前記レーザ光を前記特定入射方
向から前記表面に照射し、形成される前記光スポットを
前記表面に沿って走査させ、前記第１散乱光検出工程では、前記第１走査工程の中
で、前記特定散乱方向の散乱光を検出し、前記第２走査工程では、前記特定入射方向に対して前記
表面に沿って９０度回転した方向から前記レーザ光を前
記表面に照射し、形成される前記光スポットを前記表面
に沿って走査させ、前記第２散乱光検出工程では、前記第２走査工程の中
で、前記特定散乱方向に対して前記表面に沿って９０度
回転した方向の散乱光を検出する積層欠陥検査方法。
【請求項８】請求項２または請求項６に記載の積層欠
陥検査方法において、前記半導体ウェハの少なくとも表面に存在する半導体層
が、面方位{100}の単結晶半導体層であり、前記走査工程において、前記光スポットの走査方向が、
前記単結晶半導体層の表面に沿って直交する二つの<110
>方向の一つに設定される積層欠陥検査方法。
【請求項９】請求項１ないし請求項８のいずれかに記
載の積層欠陥検査方法を用いて検査されることにより、
前記積層欠陥が存在しないものとして選別された半導体
ウェハ。
【請求項１０】請求項１ないし請求項８のいずれかに
記載の積層欠陥検査方法を用いて検査されることによ
り、前記異常の存在位置が明らかにされた半導体ウェ
ハ。