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CN110418958B - 外延晶圆背面检查方法及其检查装置、外延成长装置的起模针管理方法及外延晶圆制造方法 - Google Patents

外延晶圆背面检查方法及其检查装置、外延成长装置的起模针管理方法及外延晶圆制造方法 Download PDF

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CN110418958B
CN110418958B CN201880014834.4A CN201880014834A CN110418958B CN 110418958 B CN110418958 B CN 110418958B CN 201880014834 A CN201880014834 A CN 201880014834A CN 110418958 B CN110418958 B CN 110418958B
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epitaxial wafer
defects
point
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Sumco Corp
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Abstract

本发明提供一种外延晶圆背面检查方法，能够检测出外延晶圆背面的针印缺陷，且能够定量地评价该针印缺陷的各个点状缺陷的缺陷尺寸。基于本发明的外延晶圆背面的检查方法包括：一边以扫描部扫描光学系统，一边连续地拍摄外延晶圆背面的部分图像的拍摄工序（S10）；从所述部分图像中获取所述背面的整体图像的获取工序（S20）；从所述整体图像中检测出由存在于所述背面的多个点状缺陷所组成的组构成的针印缺陷的检测工序（S30）；对所述检测出的所述针印缺陷的各个点状缺陷进行数值化处理，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积的数值化处理工序（S40）。

Description

外延晶圆背面检查方法及其检查装置、外延成长装置的起模 针管理方法及外延晶圆制造方法
技术领域
本发明涉及一种外延晶圆背面检查方法、外延晶圆背面检查装置、外延成长装置的起模针（lift pin）管理方法以及外延晶圆的制造方法。
背景技术
作为半导体器件的制造工序中所使用的基板，硅晶圆等由半导体构成的晶圆被广泛地使用。作为这种晶圆，已知有对单晶锭进行切片并进行镜面研磨而成的拋光晶圆（PW晶圆）、或在PW晶圆的正面形成有外延层的外延晶圆等。例如，外延晶圆可用作MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor））、DRAM（动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory））、功率晶体管及背照式固体摄像元件等各种半导体器件的器件基板。另外，本说明书中，记载为“外延晶圆正面”时，是指外延晶圆的主表面中形成有外延层的一侧的面，记载为“外延晶圆背面”时，是指外延晶圆的主表面中与形成有外延层的一侧的面相反的一侧的面（即，没有形成有外延层的一侧的面）。
在半导体器件的制造工序中为了提高成品率和可靠性，成为半导体器件的基板的晶圆正面和背面的缺陷检查技术逐渐变得极为重要。存在于晶圆的正面和背面的缺陷除了凹陷、COP等晶体缺陷、由加工造成的研磨不均及刮痕等以外、还复杂地涉及到作为异物的粒子的附着等。
以往，使用粒子测定机，进行用激光束扫描实施精加工的镜面研磨后的晶圆的正面和背面而检测由存在于所述正面和背面的粒子、刮痕等造成的散射光的晶圆检查。并且，为了判定用粒子测定机难以判别的缺陷的有无，还共同使用通过肉眼观察来判定晶圆正面和背面的外观检查。外观检查是感官检查，因此基于检查人员的判定的偏差是不可避免的，且检查人员熟练也需要时间，因此需要确立一种客观的检查方法及自动检查方法。
因此，作为晶圆检查方法的一种，本申请人等以前关于晶圆正面和背面之中尤其是背面侧的缺陷在专利文献1中提出了在不依赖外观检查的情况下对晶圆进行适当评价的方法。即，一种晶圆背面的评价方法，其具备：图像处理工序，沿晶圆的圆周方向连续地拍摄晶圆背面的部分图像（parts image），并合成所拍摄的所述部分图像而制作出晶圆背面的整体图像：及微分处理工序，对所述整体图像进行微分处理，而制作出晶圆背面的微分处理图像，根据所述整体图像或所述微分处理图像，检测研磨不均、雾、刮痕及粒子并进行评价。
利用图1A、图1B对用于制作上述整体图像的光学系统50进行说明。另外，图1B是为了图示由环形光纤照明51照射的照射光L1及反射光（散射光）L2，而从图1A抽取主要部分的图。该光学系统50具备环形光纤照明51、镜筒52、远心透镜53及受光部54。另外，环形光纤照明51的光源使用超高压汞灯（波长区域369nm～692nm，输出超过1,000,000Lux），且受光部54使用CCD摄像机。由环形光纤照明51照射的照射光L1相对于晶圆面约以20度入射到晶圆W，若与存在于晶圆W的背面的缺陷D碰撞，则会产生散射光L2。受光部54接收散射光L2中垂直的散射光并进行拍摄，且拍摄具有光学系统50的位置信息的同时具有散射光的亮度信息的图像，而储存。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-103275号公报。
发明内容
发明所要解决的技术问题
其中，本发明人等对将专利文献1所记载的技术应用到外延晶圆背面的缺陷状态的检查的情况进行了研究。然而，将专利文献1所记载的技术直接应用到外延晶圆背面检查的情况下，如图2所示的一例，无法检测出只要为外观检查则应能够识别的几乎全部的缺陷。另外，图2的例子中有可能会误认为除了外延晶圆背面的周缘部以外的中央部的几乎全部为缺陷。
本发明人等首先对以往技术中无法检测出外延晶圆背面的缺陷的原因进行了研究。外延晶圆的背面与PW晶圆的背面不同，外延层成膜时环绕源气体。因此，外延晶圆背面在形成外延层时，原料气体环绕背面而产生雾痕，与PW晶圆相比表面状态粗糙（即，背面的Haze度差）。若表面状态如此粗糙，则以上述光学系统50的光源输出会过强而产生慢反射，导致超出CCD的容许容量。即，本发明人等首先发现了其原因在于，表面粗糙所伴随的散射光的亮度的溢出。因此，认为即使将专利文献1所记载的技术应用到外延晶圆背面的缺陷状态的检查，也会忽略只要为外观检查则能够识别的缺陷。
在获取PW晶圆的正面和背面的图像的情况下，与外延晶圆的背面相比表面粗糙程度小，因此使用短波长区域且照度大的Hg灯或金属卤化物灯等超高压汞灯作为环形光纤照明的光源，以便即使是极薄的伤痕也能够检测出。然而，根据上述的理由，若使用这种光学系统，则产生溢出而无法应用到外延晶圆背面的缺陷检测。然而，若为了解决该溢出问题而降低超高压汞灯的照度，则接下来在检查中照度会变得不稳定。因此，本发明人等想到利用相对低照度且能够稳定地使用的光源作为环形光纤照明的光源，从而不进行基于肉眼观察判定的外观检查便能够进行基于检查装置的外延晶圆的背面的检查。
另外，作为形成于外延晶圆的背面的特有的缺陷之一，已知有被称为「针印缺陷」的缺陷。其中，针印缺陷是指由外延成长装置的起模针形状、或起模针与晶圆的接触情况引起的缺陷，是起模针形式的外延成长装置中特有的，产生于外延晶圆背面外周部的如磨损痕迹那样的微小划痕的集合体或者由附着物构成的圆形状的点状缺陷所组成的组。针印缺陷在作为以往技术的粒子测定机中，即使能够检测出每个缺陷，也无法识别作为缺陷的集合体的针印缺陷（即，无法识别出是粒子还是针印缺陷）。因此，到目前为止都是通过基于肉眼观察的外观检查来识别针印缺陷的有无。另外，针印缺陷是很小缺陷，因此以肉眼观察是无法进行各个点状缺陷的缺陷尺寸的识别。其中，关于针印缺陷，使用图3所示的通常的外延成长装置的示意图对其形成的机理进行说明。
图3所示的起模针形式的外延成长装置200具有基座220、基座支持轴230、3根起模针240A、240B、240C、升降轴250。另外，3根起模针240A、240B、240C以基座支持轴230的中心为中心轴对称地等角（即120度）配置，因此图3中起模针240B未图示。
如上述，针印缺陷由硅晶圆S的背面与起模针240A、240B、240C的接触而形成。因此，如图3所示的通常的外延成长装置的情况下，从外延晶圆背面的中心在每旋转120度的位置形成3个点状缺陷，该点状缺陷所组成的组成为针印缺陷。另外，本发明人等在这次重新确认了根据与起模针的接触状态而各个针印缺陷的点状缺陷的缺陷尺寸（面内方向的大小及厚度方向的高度或深度）都不相同。
目前为止，认为针印缺陷是即使在外延晶圆背面形成也没有问题的缺陷，或者必然形成的缺陷的1种。因此，目前为止针印缺陷的检测目的是以通过掌握其有无存在来从作为产品晶圆不能够另外存在的缺陷中筛选的情况为主要目的。
然而，在微细化持续进展的现在，对于目前为止在产品晶圆中即使存在也没有问题的针印缺陷，也存在根据针印缺陷的各个点状缺陷的缺陷尺寸而有可能对器件形成工序带来不良影响的忧虑。例如，图4是将外延晶圆1供给到作为器件形成工序的1种的光微影工序时的示意图。另外，图4中，示出了外延晶圆1设置于具有针夹的平台400上的状态。其中，外延晶圆1具有成为基板的硅晶圆S和形成于该硅晶圆S上的外延层E。然后，外延晶圆1的背面上形成有缺陷尺寸不同的点状缺陷D1、D2作为针印缺陷。缺陷尺寸小的点状缺陷D1中，与平台300的针夹的接触难以造成问题，但缺陷尺寸大的点状缺陷D2中，根据与针夹的接触而有可能在光微影工序中产生散焦。
因此，要求确立一种除了能够检测出外延晶圆背面的针印缺陷以外，还能够定量地评价针印缺陷的各个点状缺陷的缺陷尺寸的方法。
因此，本发明鉴于上述课题，以提供一种能够检测出外延晶圆背面的针印缺陷，且还能够定量地评价该针印缺陷的各个点状缺陷的缺陷尺寸的外延晶圆背面检查方法为目的。
用于解决技术问题的方案
为了达成上述的目的，本发明人等进行深入研究的结果，得到了以下见解。
[1]利用相对低照度且能够稳定地使用的光源作为外延晶圆背面检查装置中的环形光线照明的光源，由此能够获取如图5A所示的外延晶圆背面的图像。另外，在图5A中，除了针印缺陷以外，还观察到被称为「刮痕」的圆弧状的缺陷。通过在实施方式中进行后述的图像处理，也能够更鲜明地观察到刮痕（图5B）。
[2]针印缺陷的原因在于外延晶圆背面与外延成长装置的起模针的接触。因此，从由上述[1]获取的外延晶圆背面的图像中，通过进行适当的检测处理而能够检测出针印缺陷。
[3]本发明人等进一步确认了，针印缺陷的各个点状缺陷的缺陷面积的大小可能对将外延晶圆供给到器件形成工序时的基板品质带来很大的影响。因此，只要对由上述[2]检测出的针印缺陷的各个点状缺陷进行数值化处理并算出缺陷面积，则能够按照缺陷面积定量地评价针印缺陷。
本发明是根据上述的见解及研究而完成的，其主要结构为如下。
（1）一种外延晶圆背面检查方法，其特征在于，使用具有具备相对于外延晶圆的背面垂直地设置并且光源是蓝色LED及红色LED中的任一个的环形光纤照明及拍摄部的光学系统；以及与所述背面平行地扫描所述光学系统的扫描部的外延晶圆背面检查装置，所述外延晶圆背面检查方法包括：拍摄工序，一边以所述扫描部扫描所述光学系统，一边连续地拍摄所述背面的部分图像；获取工序，从所述部分图像中获取所述背面的整体图像；检测工序，从所述整体图像中检测出由存在于所述背面的多个点状缺陷所组成的组构成的针印缺陷；以及数值化处理工序，对所述检测出的所述针印缺陷的各个点状缺陷进行数值化处理，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积，在所述检测工序中，抽取自所述外延晶圆背面的中心远离指定距离的位置上的点状的标准缺陷，并将该标准缺陷的位置设为第1标准位置，从所述中心以每等角旋转所述第1标准位置而抽取多个第2标准位置附近的缺陷，将所述第1标准位置及所述多个第2标准位置附近的点状缺陷所组成的组作为所述针印缺陷进行检测。
（2）根据所述（1）所述的外延晶圆背面检查方法，其中，所述数值化处理工序包括：第1工序，获取所述整体图像中的所述针印缺陷的各个点状缺陷的各像素的亮度值；第2工序，根据指定的亮度阈值对所述各像素的亮度值进行二值化处理；以及第3工序，根据所述二值化处理后的各像素，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积。
（3）根据所述（1）或（2）所述的外延晶圆背面检查方法，其还包括：判定工序，在所述数值化处理工序后，根据所述各个点状缺陷的缺陷面积与预定的面积阈值的对比，判定所述各个点状缺陷的良否。
（4）一种外延晶圆背面检查装置，其特征在于，具有：光学系统，具备相对于外延晶圆的背面垂直地设置并且光源是蓝色LED及红色LED中的任一个的环形光纤照明及拍摄部；扫描部，与所述背面平行地扫描所述光学系统；解析部，解析由所述光学系统所获取的外延晶圆背面的图像；以及控制部，控制所述光学系统、所述扫描部及所述解析部，所述外延晶圆背面检查装置中，所述光学系统经由所述控制部一边以所述扫描部进行扫描，一边连续地拍摄所述背面的部分图像，所述解析部经由所述控制部，从所述部分图像获取所述背面的整体图像，并从所述整体图像中检测出由存在于所述背面的多个点状缺陷所组成的组构成的针印缺陷，对所述检测出的所述针印缺陷的各个点状缺陷进行数值化处理，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积，当所述解析部检测出所述针印缺陷时，抽取自所述外延晶圆背面的中心远离指定距离的位置上的点状的标准缺陷，并将该标准缺陷的位置设为第1标准位置，从所述中心以每等角旋转所述第1标准位置而抽取多个第2标准位置附近的缺陷，将所述第1标准位置及所述多个第2标准位置附近的点状缺陷所组成的组作为所述针印缺陷进行检测。
（5）根据所述（4）所述的外延晶圆背面检查装置，其中，当进行所述数值化处理时，所述解析部经由所述控制部获取所述整体图像中的所述针印缺陷的各个点状缺陷的各像素的亮度值，根据指定的亮度阈值对所述各像素的亮度值进行二值化处理，根据所述二值化处理后的各像素，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积。
（6）根据所述（4）或（5）所述的外延晶圆背面检查装置，其中，所述解析部经由所述控制部根据所述各个点状缺陷的缺陷面积与预定的面积阈值的对比，进一步判定所述各个点状缺陷的良否。
（7）一种外延成长装置的起模针管理方法，其中，根据由（1）至（3）中任一项所述的外延晶圆背面的检查方法所算出的所述各个点状缺陷的缺陷面积，判定外延成长装置的起模针的更换时期。
（8）一种外延晶圆的制造方法，其特征在于，包括：外延层形成工序，使用起模针形式的外延成长装置在硅晶圆的正面形成外延层来获得外延晶圆；背面检查工序，检查所述外延晶圆的背面，所述制造方法中，所述背面检查工序使用具有具备相对于所述外延晶圆的背面垂直地设置并且光源是蓝色LED及红色LED中的任一个的环形光纤照明及拍摄部的光学系统；以及与所述背面平行地扫描所述光学系统的扫描部的外延晶圆背面检查装置，所述背面检查工序包括：（a）拍摄工序，一边以所述扫描部扫描所述光学系统，一边连续地拍摄所述背面的部分图像；（b）获取工序，从所述部分图像中获取所述背面的整体图像；（c）检测工序，从所述整体图像中检测出由存在于所述背面的多个点状缺陷所组成的组构成的针印缺陷；（d）数值化处理工序，对所述检测出的所述针印缺陷的各个点状缺陷进行数值化处理，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积；以及（e）判定工序，在所述数值化处理工序后，根据所述各个点状缺陷的缺陷面积与预定的面积阈值的对比，判定所述各个点状缺陷的良否，在所述（d）检测工序中，抽取自所述外延晶圆背面的中心远离指定距离的位置上的点状的标准缺陷，并将该标准缺陷的位置设为第1标准位置，从所述中心以每等角旋转所述第1标准位置并抽取多个第2标准位置附近的缺陷，将所述第1标准位置及所述多个第2标准位置附近的点状缺陷所组成的组作为所述针印缺陷进行检测。
（9）根据所述（8）所述的外延晶圆的制造方法，其中，所述（d）数值化处理工序包括：第1工序，获取所述整体图像中的所述针印缺陷的各个点状缺陷的各像素的亮度值；第2工序，根据指定的亮度阈值对所述各像素的亮度值进行二值化处理；以及第3工序，根据所述二值化处理后的各像素，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够检测出外延晶圆背面的针印缺陷，且能够定量地评价该针印缺陷的外延晶圆背面检查方法。
附图说明
图1A是说明以往技术中所使用的晶圆背面检查装置的光学系统的光学系统整体的示意图。
图1B是示出以往技术中所使用的晶圆背面检查装置的光学系统的入射光L1及散射光L2的示意图。
图2是使用基于以往技术的晶圆检查装置所获得的外延晶圆背面的整体图像的一例。
图3是说明通常的外延成长装置的示意剖视图。
图4是将外延晶圆供给到通常的器件形成工序时的示意剖视图。
图5A是根据本发明的一实施方式所获得的外延晶圆背面的整体图像的一例。
图5B是对图5A进行图像处理的外延晶圆背面的整体图像。
图6是说明本发明的一实施方式中所使用的外延晶圆背面检查装置的示意图。
图7是说明根据本发明的一实施方式的外延晶圆背面检查方法的流程图。
图8A是用于说明能够根据本发明的一实施方式检测的针印的示意图，并示出针印缺陷中的标准缺陷PM1。并且，（B）示出构成针印缺陷的点状缺陷的组PM1～PM3。
图8B是用于说明能够根据本发明的一实施方式检测的针印的示意图，并示出构成针印缺陷的点状缺陷的组PM1～PM3。
图9是说明本发明的外延晶圆背面检查方法中的数值化处理工序的优选方式的流程图。
图10A示出构成根据本发明检测出的针印缺陷的点状缺陷的组PM1～PM3。
图10B是图10A中的点状缺陷的组PM1～PM3中缺陷PM3的放大图像。
图10C示出对图10B中的缺陷PM3进行二值化处理后的缺陷。
图11是示出外延成长装置的使用次数与针印的缺陷面积的对应关系的图表。
图12A是示出实施例中的基于以往技术的针印缺陷的缺陷面积的测定位置的示意图。
图12B是示出实施例中的基于本发明的针印缺陷的缺陷面积的测定位置的示意图。
图13A是示出实施例中的基于以往技术及本发明的针印缺陷的缺陷面积的测定结果的对比的图表.
图13B是示出图13A中的样本S1～S3各自的判定结果的示意图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。图6是根据本发明的一实施方式的外延晶圆背面检查方法中所使用的外延晶圆背面检查装置100的示意图，图7是说明根据本发明的一实施方式的外延晶圆背面检查方法的流程图。另外，各实施方式中，对于重复的结构标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
（外延晶圆背面检查方法）
如图6、图7所示，根据本发明的一实施方式的外延晶圆背面检查方法使用外延晶圆背面检查装置100来检查外延晶圆1的背面，所述外延晶圆背面检查装置100具有：光学系统30，具备相对于外延晶圆1的背面垂直地设置并且光源是蓝色LED及红色LED中的任一个的环形光纤照明10及拍摄部20；以及扫描部40，与外延晶圆1的背面平行地扫描光学系统30。根据本发明的一实施方式的外延晶圆背面检查装置100还具有解析部70及控制部90，对于这些解析部70及控制部90在说明外延晶圆背面检查方法的实施方式之后重新进行说明。
并且，如图7的流程图所示，根据本实施方式的外延晶圆背面检查方法包括：一边以扫描部40扫描光学系统30一边连续地拍摄外延晶圆1的背面的部分图像的拍摄工序S10；从部分图像中获取外延晶圆1的背面的整体图像的获取工序S20；从整体图像中检测出由存在于外延晶圆1的背面的多个点状缺陷PM1、PM2、PM3所组成的组构成的针印缺陷的检测工序S30；对检测出的针印缺陷的各个点状缺陷PM1、PM2、PM3进行数值化处理，算出各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的缺陷面积的数值化处理工序S40。另外，如后述，也优选进行数值化处理工序S40后，进行判定工序S50。
然后，关于基于本实施方式的外延晶圆背面检查方法，在检测工序S30中，抽取自外延晶圆1的背面的中心远离指定距离的位置上的点状的标准缺陷PM1，并将该标准缺陷PM1的位置设为第1标准位置（图8A），从该中心以每等角旋转第1标准位置PM1而抽取多个第2标准位置附近的缺陷PM2、PM3，将所述第1标准位置及所述多个第2标准位置附近的点状缺陷PM1、PM2、PM3所组成的组作为针印缺陷进行检测（图8B）。对于检测工序S30的详细内容也使用图8A、图8B进行后述。
以下，参考图6、图7依次说明各结构及各工序的详细内容。
＜环形光纤照明＞
作为外延晶圆背面检查装置100中的环形光纤照明10能够使用通常的部件，但其光源采用蓝色LED及红色LED中的任一个。这是因为，如已说明那样，与PW晶圆相比外延晶圆1的背面的表面粗糙，因此需要利用相对低照度且能够稳定地使用的光源。另外，作为环形光纤照明10的光源，例如能够使用波长区域450～500nm的蓝色LED或者波长区域600～700nm的红色LED。另外，优选将从环形光纤照明10照射的照射光L的照度设为300,000～1,000,000lux左右。照射光L相对于外延晶圆1的背面所成的角度为通常的角度，例如能够设为10～30度左右，也能够与以往技术相同地设为大致20度或20度。
另外，如使用图2已说明那样，作为环形光线照明10的光源，若使用与以往技术相同的超高压汞灯（例如照度5,000,000lux），则由缺陷引起的亮度溢出，因此无法充分地识别外延晶圆1的背面的缺陷。
＜拍摄部＞
关于拍摄部20的结构只要能够接收来自外延晶圆1的背面的散射光并进行拍摄则并没有特别限制，例如能够由镜筒22、透镜23及受光部24构成。镜筒22、透镜23及受光部24分别能够利用通常所使用的部件。透镜23例如能够使用远心透镜，受光部24例如能够使用CCD摄像机。
＜光学系统＞
光学系统30具备上述环形光纤照明10及拍摄部20，由环形光线照明10照射外延晶圆1的背面，接收其散射光，获取外延晶圆1的背面的部分图像。
＜扫描部＞
扫描部40与外延晶圆1的背面平行地扫描光学系统30。扫描部40可以沿周向扫描光学系统30，也可以沿纵横方向扫描光学系统30。并且，外延晶圆背面检查装置100具有多个（例如3个）光学系统30，扫描部40可以沿周向扫描各个光学系统30。另外，扫描部40能够由连接于光学系统30的臂部、及用于驱动臂部的驱动步进马达、伺服马达等构成。
＜拍摄工序＞
基于本实施方式的外延晶圆背面检查方法中，如图7所示，首先进行拍摄工序S10。拍摄工序S10中，光学系统30位于指定位置时，拍摄外延晶圆1的背面的部分图像。接着，以扫描部40扫描位于除了上述指定位置以外的位置的光学系统30，拍摄外延晶圆1的背面的部分图像。例如，将外延晶圆1的背面划分为100～200左右，对每个区块反复进行该拍摄及扫描，连续地拍摄外延晶圆1的背面的部分图像（S10）。
＜获取工序＞
接着，进行获取工序S20。获取工序S20中，合成拍摄工序S10中所拍摄的各个部分图像，获取外延晶圆1的背面的整体图像（S20）。所获得的整体图像的一例例如为已说明的图5A。
＜取出工序＞
在获取工序S20后，进行检测出针印缺陷的检测工序S30。
对针印缺陷重新进行说明。如已说明那样，针印缺陷是指由外延成长装置的起模针形状或起模针与晶圆的接触状况引起的缺陷，是起模针形式的外延成长装置所特有的，产生在外延晶圆背面外周部的如磨损痕迹那样的微小划痕的集合体或者由附着物构成的圆形状的点状缺陷所组成的组。因此，如图3的通常的外延成长装置的情况下，使用3根起模针，因此从外延晶圆背面的中心在每旋转120度的位置形成有3个点状缺陷，该点状缺陷所组成的组成为针印缺陷。另外，由起模针形状引起而针印缺陷的各个点状缺陷存在于指定的半径的范围内且各个点状缺陷成为圆形状的亮点。并且，针印缺陷的各个点状缺陷的面积约为0.2mm2～3mm2。已说明的图5A的整体图像中例示出针印缺陷的一例。另外，图3及图8A、图8B的例子中，以起模针的总根数通常为3根作为前提来示意地进行图示，但起模针是N根（但是，N是自然数）的情况下，针印缺陷成为N个的点状缺陷所组成的组。
一边使用图8A、图8B，一边对本实施方式中的检测工序S30进一步进行详细地说明。检测工序S30中，首先抽取自外延晶圆背面的中心远离指定距离R的位置上的点状的标准缺陷PM1（图8A）。检测出标准缺陷PM1时，可以将远离指定距离R的位置上的最大尺寸的点状缺陷作为标准缺陷PM1来处理。除此以外，若将晶圆的缺口位置N作为标准，则成为标准缺陷PM1的点状缺陷的容许检测范围按照起模针的配置而决定，因此也可以将其容许检测范围内的最大的点状缺陷作为标准缺陷PM1来检测。
接着，将标准缺陷PM1的位置设为第1标准位置，从外延晶圆1的背面的中心以每等角旋转所述第1标准位置而抽取多个第2标准位置A、B附近的缺陷。例如，图8的例子中，针印形成于3个位置，因此第1标准位置每旋转120度的位置成为第2标准位置。并且，起模针是N根情况下，以每[360/N]度旋转第1标准位置。另外，针印的产生位置有可能从等角间隔稍微偏移，因此可以设定±5度左右的检测容许角（图8B）。在该情况下，只要在检测容许角的范围内，则设为包含于上述「附近」。将图8B中的第1标准位置及第2标准位置A、B附近的点状缺陷PM1～PM3所组成的组作为「针印缺陷」来检测。
＜数值化处理工序＞
检测工序S30后，进行算出点状缺陷PM1～PM3各自的缺陷面积的数值化处理工序S40。缺陷面积的数值化处理能够通过使用各种方法来进行，但例如优选按照包含图9的流程图所示的第1工序S31、第2工序S32及第3工序S33的优选方式来进行数值化处理。
＜＜第1工序＞＞
首先，优选进行获取整体图像中的针印缺陷的各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的各像素的亮度值的第1工序S31。即，该第1工序中，从整体图像中对点状缺陷PM1、PM2、PM3以像素单位读取亮度数据。图10A示出整体图像的一具体例。图10A中进一步示出针印缺陷的各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的位置。图10B是图10A中的点状缺陷PM3的放大图。
＜＜第2工序＞＞
优选进行第1工序S31后，进行根据指定的亮度阈值，对点状缺陷PM1、PM2、PM3的各像素的亮度值进行二值化处理的第2工序S32。这是为了确定在接下来的第3工序S33中算出面积所使用的缺陷的外缘。图10C将对图10B的点状缺陷进行二值化处理后的图像以像素单位来示出。另外，该例子中，1个像素相当于0.04mm2。
＜＜第3工序＞＞
然后，第3工序S33中，优选根据二值化处理后的各像素，算出各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的缺陷面积。在算出缺陷面积时例如只要计数超过前述亮度阈值的像素的个数即可，也可以从点状缺陷的检测区域中除去在亮度阈值以下的像素来算出缺陷面积。图10C的例子中，超过亮度阈值的像素的个数是27个，因此能够算出点状缺陷PM3的缺陷面积是0.04（mm2/pixel）×27（pixel）=1.08mm2。对除了点状缺陷PM3以外的缺陷也进行如此的缺陷面积的计算即可。
如以上所述，通过进行本实施方式的外延晶圆背面检查方法，能够检测出外延晶圆背面的针印缺陷，且能够定量地评价该针印缺陷的各个点状缺陷的缺陷尺寸。
＜判定工序＞
其中，如前述，以往考虑到针印缺陷的其形成机理而被认为是即使形成也不会造成问题的缺陷，但根据针印缺陷的各点状缺陷的缺陷尺寸而存在在器件形成工序中带来不好的影响顾虑。因此，优选本实施方式的外延晶圆背面检查方法在数值化处理工序S40之后，还包括根据各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的缺陷面积与预定的面积阈值的对比，判定各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的良否的判定工序。根据如此，能够判定针印缺陷的点状缺陷PM1、PM2、PM3每一个的良否，因此能够担保作为产品晶圆的品质。另外，上述面积阈值只要按照产品晶圆的规格来设定所希望的值即可。
另外，本实施方式的外延晶圆背面检查方法中，优选在检测工序S30之前，进行图像处理工序，对所获取的整体图像进行图像处理。然后，优选根据图像处理后的整体图像，检测出除了针印以外的缺陷。图像处理工序中，例如若从整体图像中获取微分处理图像，则也能够抑制能够包含于所拍摄的部分图像中的干扰的影响等，能够更明确地检测出存在于外延晶圆1的背面的缺陷。另外，上述的图5B是将图5A的整体图像微分处理后，并进行细线化处理后的结果。
并且，通过基于本发明的一实施方式的外延硅晶圆背面检查方法所检查的外延晶圆1，能够设为在镜面加工后的硅晶圆的正面上外延成长出硅外延层的外延硅晶圆。
（外延晶圆背面检查装置）
如图6中示意地示出，根据本发明的一实施方式的外延晶圆背面检查装置100是进行上述外延晶圆背面检查方法的检查装置。该外延晶圆背面检查装置100具有：光学系统30，具备光源是蓝色LED及红色LED中的任一个的环形光纤照明10及拍摄部20；扫描部40，与外延晶圆1的背面平行地扫描光学系统30；解析部70，解析由光学系统30所获取的外延晶圆1的背面的图像；及控制部90，控制光学系统30、扫描部40及解析部70。
外延晶圆背面检查装置100使用控制这些光学系统30、扫描部40及解析部70的控制部90来进行已说明的拍摄工序S10、获取工序S20、检测工序S30、数值化处理工序S40、以及根据需要进行判定工序S50。即，光学系统30经由控制部90一边以扫描部40进行扫描，一边连续地拍摄外延晶圆1的背面的部分图像。并且，解析部70经由控制部90，从所述部分图像获取所述背面的整体图像，并从该整体图像中检测出由存在于外延晶圆1的背面的多个点状缺陷PM1、PM2、PM3所组成的组构成的针印缺陷。并且，解析部70对检测出的该针印缺陷的各个点状缺陷PM1、PM2、PM3进行数值化处理，算出各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的缺陷面积。其中，当解析部70检测出针印缺陷时，抽取自外延晶圆1的背面的中心远离指定距离的位置上的点状的标准缺陷PM1，并将该标准缺陷的位置设为第1标准位置，从所述中心以等角旋转所述第1标准位置而抽取多个第2标准位置附近的缺陷PM2、PM3，将所述第1标准位置及所述多个第2标准位置附近的点状缺陷所组成的组作为所述针印缺陷进行检测。另外，图6中，仅图示一个光学系统30，但也可以在外延晶圆1的背面侧设置多个。
其中，当进行上述的数值化处理时，优选解析部70经由控制部90获取整体图像中的针印缺陷的各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的各像素的亮度值，根据指定的亮度阈值对所述各像素的亮度值进行二值化处理，根据所述二值化处理后的所述各像素，算出各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的缺陷面积。并且，也优选解析部70经由控制部90根据所述各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的缺陷面积与预定的面积阈值的对比，进一步判定所述各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的良否。
另外，解析部70及控制部90通过CPU（中央计算处理装置）或MPU等优选的处理器来实现，能够具有存储器、硬盘等的存储部。并且，解析部70及控制部90执行预先储存于解析部70及控制部90中的使前述外延晶圆背面检查方法动作的程序，由此控制外延晶圆背面检查装置100的各结构间的信息与指示的传达及各部位的动作。
（外延成长装置的起模针管理方法）
本发明人等使用通过上述的外延晶圆背面的检查方法所算出的所述各个点状缺陷的缺陷面积，进一步发现了适当地管理外延成长装置的起模针的方法。即，该外延成长装置的起模针管理方法所涉及的实施方式中，根据上述外延晶圆背面的检查方法所算出的各个点状缺陷PM1、PM2、PM3的缺陷面积，判定外延成长装置的起模针的更换时期。
根据本发明人等的研究，如图11所示，确认到越使用外延成长装置，针印缺陷的各点状缺陷的面积越增大。推测该理由在于如下原因，即，与外延晶圆的背面接触的起模针的接触部逐渐磨损，因此接触面积增大。
其中，多根起模针全部并非都均匀地与外延晶圆的背面接触，因此可以想像到针印缺陷的各点状缺陷中与其他的点状缺陷的缺陷面积相比一部分的点状缺陷的缺陷面积急速地增大。并且，因为某种异常导致一部分的点状缺陷的缺陷面积急速增大也是令人担忧的。然后，如已说明那样，为了担保作为产品晶圆的品质，希望针印缺陷的各点状缺陷的缺陷面积中的任一个都在指定面积以下。
然后，通过使用上述的起模针管理方法，算出点状缺陷PM1、PM2、PM3各个缺陷面积，根据该缺陷面积是否超过指定阈值，判定1根或者全部的起模针是否需要更换。
（外延晶圆的制造方法）
将前述外延晶圆背面检查方法的实施方式包含于制造工序中来制造外延晶圆，由此能够定量地判定针印缺陷的点状缺陷PM1、PM2、PM3每一个的良否，制造出产品晶圆的品质有所担保的外延晶圆。即，根据本实施方式的外延晶圆的制造方法包括：外延层形成工序，使用起模针形式的外延成长装置在硅晶圆的正面形成外延层来获得外延晶圆1；背面检查工序，检查外延晶圆1的背面。另外，以下说明的背面检查工序中，与前述背面检查方法的实施方式重复的内容省略说明。
其中，本实施方式中的背面检查工序使用外延晶圆背面检查装置100，所述外延晶圆背面检查装置100包括：光学系统30，具备相对于外延晶圆1的背面垂直地设置并且光源是蓝色LED及红色LED中的任一个的环形光纤照明10及拍摄部20；以及扫描部40，与外延晶圆1的背面平行地扫描光学系统30，本实施方式中的背面检查工序包括：（a）拍摄工序，一边以扫描部40扫描光学系统30，一边连续地拍摄外延晶圆1的背面的部分图像；（b）获取工序，从所述部分图像中获取外延晶圆1的背面的整体图像；（c）检测工序，从所述整体图像中检测出由存在于外延晶圆1的背面的多个点状缺陷所组成的组构成的针印缺陷；（d）数值化处理工序，对所述检测出的所述针印缺陷的各个点状缺陷进行数值化处理，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积；（e）判定工序，在所述数值化处理工序后，根据所述各个点状缺陷的缺陷面积与预定的面积阈值的对比，判定所述各个点状缺陷的良否。
然后，本实施方式中，在所述（d）检测工序中，抽取自外延晶圆1的中心远离指定距离的位置上的点状的标准缺陷，并将该标准缺陷的位置设为第1标准位置，从所述中心以每等角旋转所述第1标准位置而抽取多个第2标准位置附近的缺陷，将所述第1标准位置及所述多个第2标准位置附近的点状的缺陷所组成的组作为所述针印缺陷进行检测。
并且，外延层形成工序中，只要使用通常的起模针形式的外延成长装置来在硅晶圆正面形成外延层即可。例如，作为外延硅层形成时的成长条件，将氢气作为载气，将二氯硅烷，三氯硅烷等源气体导入外延成长装置的腔室内，根据使用源气体的不同，成长温度也不同，但能够通过CVD法在大约1000～1200℃的范围的温度下外延成长于硅晶圆上。并且，外延层的厚度优选设为在1～15μm的范围内。
如此，通过本实施方式中的背面检查工序，能够制造出作为产品晶圆的品质有所担保的外延晶圆。
其中，上述制造方法的实施方式中，优选（d）数值化处理工序包括：第1工序，获取所述整体图像中的所述针印缺陷的各个点状缺陷的各像素的亮度值；第2工序，根据指定的亮度阈值对所述各像素的亮度值进行二值化处理；第3工序，根据所述二值化处理后的各像素，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积。
另外，外延形成工序后，当然也可以对外延晶圆1的正面及背面中的任一侧或两侧进行研磨及清洗等。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但这些示出了代表性的实施方式的例子，本发明并不限定于这些实施方式，在发明主旨的范围内能够进行各种的变更。
实施例
使用起模针形式的外延成长装置，在外延晶圆正面成膜出硅外延层。然后对于位在成膜后的外延晶圆背面的针印缺陷的缺陷面积进行评价。
（基于以往技术的针印缺陷面积评价）
使用基于以往技术的粒子测定机（KLA-Tencor公司制SP2），测定外延晶圆背面的针印缺陷的缺陷面积。基于以往技术的粒子测定机中，是将激光沿周向均匀地照射的装置规格，因此针印缺陷的缺陷面积如图12A所示，测定出包含针印缺陷的环形区域全部的合计缺陷面积。另外，为了将包含该针印缺陷的环形区域作为检测范围进行确定，事先通过基于肉眼观察的外观观察来确认全部的晶圆背面中观察到针印缺陷的自晶圆中心的距离。因此，图12A所示的测定区域内的其他缺陷也能够含于缺陷面积内。
（基于本发明的针印缺陷面积评价）
使用根据上述本发明的外延晶圆背面检查装置100，测定外延晶圆背面的针印缺陷的缺陷面积。外延晶圆背面检查装置100中，如图12B所示，能够单独测定针印缺陷的各点状缺陷的缺陷面积。
将表示使用基于以往技术的粒子测定机测定的包含针印缺陷的区域的合计缺陷面积与使用基于本发明的外延晶圆背面检查装置100测定的合计缺陷面积的对应关系的图表示于图13A。在此之中，对样本S1、S2、S3，将各样本的每一个点状缺陷的评价结果示于图13B。
使用基于以往技术的粒子测定机的情况下，缺陷面积成为针印缺陷的全部的点状缺陷的合计缺陷面积。因此，假设若以基于以往技术的粒子测定机来判定针印缺陷的良否，则如图13A所示将超过指定阈值的缺陷全部判定为不良。然而，即使以往技术中能够判定为良好的针印缺陷，在以往技术中如图13A所示也有可能出现看漏的情况。这是因为，即使如样本S2那样针印缺陷中的1个点状缺陷的缺陷面积大，但若另2个点状缺陷的缺陷面积小，则以往技术中作为合计面积为相当地小，而不得不判定为良品。然而，若根据本发明方法，则因为能够定量地评价针印缺陷的每一个点状缺陷，因此只要存在1个能够判定为不良的点状缺陷，则不管其他的点状缺陷的良否，也能够判定为不良品。因此，本发明方法中，能够更高精度地判定针印缺陷的良否。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种能够检测出外延晶圆背面的针印缺陷且能够定量地评价该针印缺陷的外延晶圆背面检查方法。
附图标记说明
1-外延晶圆，10-环形光纤照明，20-拍摄部，30-光学系统，40-扫描部，70-解析部，90-控制部，100-外延晶圆背面检查装置，D-缺陷。

Claims (9)

1.一种外延晶圆背面检查方法，其特征在于，使用具有具备相对于外延晶圆的背面垂直地设置并且光源是蓝色LED及红色LED中的任一个的环形光纤照明及拍摄部的光学系统和与所述背面平行地扫描所述光学系统的扫描部的外延晶圆背面检查装置，所述外延晶圆背面检查方法包括：
拍摄工序，一边以所述扫描部扫描所述光学系统，一边连续地拍摄所述背面的部分图像；
获取工序，从所述部分图像中获取所述背面的整体图像；
检测工序，从所述整体图像中检测出由存在于所述背面的多个点状缺陷所组成的组构成的针印缺陷；以及
数值化处理工序，对所述检测出的所述针印缺陷的各个点状缺陷进行数值化处理，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积，
在所述检测工序中，抽取自所述外延晶圆的背面的中心远离指定距离的位置上的点状的标准缺陷，并将该标准缺陷的位置设为第1标准位置，从所述中心以每等角旋转所述第1标准位置而抽取多个第2标准位置附近的缺陷，将所述第1标准位置及所述多个第2标准位置附近的点状缺陷所组成的组作为所述针印缺陷进行检测。
2.根据权利要求1所述的外延晶圆背面检查方法，其中，所述数值化处理工序包括：
第1工序，获取所述整体图像中的所述针印缺陷的各个点状缺陷的各像素的亮度值；
第2工序，根据指定的亮度阈值对所述各像素的亮度值进行二值化处理；以及
第3工序，根据所述二值化处理后的各像素，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积。
3.根据权利要求1或2所述的外延晶圆背面检查方法，其还包括：判定工序，在所述数值化处理工序后，根据所述各个点状缺陷的缺陷面积与预定的面积阈值的对比，判定所述各个点状缺陷的良否。
4.一种外延晶圆背面检查装置，其特征在于，具有：
光学系统，具备相对于外延晶圆的背面垂直地设置并且光源是蓝色LED及红色LED中的任一个的环形光纤照明及拍摄部；
扫描部，与所述背面平行地扫描所述光学系统；
解析部，解析由所述光学系统所获取的外延晶圆背面的图像；以及
控制部，控制所述光学系统、所述扫描部及所述解析部，
所述外延晶圆背面检查装置中，
所述光学系统经由所述控制部一边以所述扫描部进行扫描，一边连续地拍摄所述背面的部分图像，
所述解析部经由所述控制部，从所述部分图像获取所述背面的整体图像，并从所述整体图像中检测出由存在于所述背面的多个点状缺陷所组成的组构成的针印缺陷，对所述检测出的所述针印缺陷的各个点状缺陷进行数值化处理，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积，
当所述解析部检测出所述针印缺陷时，抽取自所述外延晶圆背面的中心远离指定距离的位置上的点状的标准缺陷，并将该标准缺陷的位置设为第1标准位置，从所述中心以每等角旋转所述第1标准位置而抽取多个第2标准位置附近的缺陷，将所述第1标准位置及所述多个第2标准位置附近的点状缺陷所组成的组作为所述针印缺陷进行检测。
5.根据权利要求4所述的外延晶圆背面检查装置，其中，
当进行所述数值化处理时，所述解析部经由所述控制部获取所述整体图像中的所述针印缺陷的各个点状缺陷的各像素的亮度值，根据指定的亮度阈值对所述各像素的亮度值进行二值化处理，根据所述二值化处理后的各像素，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积。
6.根据权利要求4或5所述的外延晶圆背面检查装置，其中，
所述解析部经由所述控制部根据所述各个点状缺陷的缺陷面积与预定的面积阈值的对比，进一步判定所述各个点状缺陷的良否。
7.一种外延成长装置的起模针管理方法，其特征在于，根据由权利要求1至3中任一项所述的外延晶圆背面的检查方法所算出的所述各个点状缺陷的缺陷面积，判定外延成长装置的起模针的更换时期。
8.一种外延晶圆的制造方法，其特征在于，包括：外延层形成工序，使用起模针形式的外延成长装置在硅晶圆的正面形成外延层来获得外延晶圆；背面检查工序，检查所述外延晶圆的背面，所述制造方法中，
所述背面检查工序使用具有具备相对于所述外延晶圆的背面垂直地设置并且光源是蓝色LED及红色LED中的任一个的环形光纤照明及拍摄部的光学系统和与所述背面平行地扫描所述光学系统的扫描部的外延晶圆背面检查装置，所述背面检查工序包括：
（a）拍摄工序，一边以所述扫描部扫描所述光学系统，一边连续地拍摄所述背面的部分图像；
（b）获取工序，从所述部分图像中获取所述背面的整体图像；
（c）检测工序，从所述整体图像中检测出由存在于所述背面的多个点状缺陷所组成的组构成的针印缺陷；以及
（d）数值化处理工序，对所述检测出的所述针印缺陷的各个点状缺陷进行数值化处理，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积；以及
（e）判定工序，在所述数值化处理工序后，根据所述各个点状缺陷的缺陷面积与预定的面积阈值的对比，判定所述各个点状缺陷的良否，
在所述（c）检测工序中，抽取自所述外延晶圆背面的中心远离指定距离的位置上的点状的标准缺陷，并将该标准缺陷的位置设为第1标准位置，从所述中心以每等角旋转所述第1标准位置而抽取多个第2标准位置附近的缺陷，将所述第1标准位置及所述多个第2标准位置附近的点状缺陷所组成的组作为所述针印缺陷进行检测。
9.根据权利要求8所述的外延晶圆的制造方法，其中，所述（d）数值化处理工序包括：
第1工序，获取所述整体图像中的所述针印缺陷的各个点状缺陷的各像素的亮度值；
第2工序，根据指定的亮度阈值对所述各像素的亮度值进行二值化处理；以及
第3工序，根据所述二值化处理后的各像素，算出所述各个点状缺陷的缺陷面积。
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