半導体装置の検査方法及び半導体装置の製造方法
【課題】試料表面の付着物質を精度よく検出できる半導体装置の検査方法及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基板１２の上に反射膜１３と薄膜１４とを順に形成してなる試料１１の表面に、反射膜１３の臨界角θｃよりも浅い入射角θで入射Ｘ線８２ａを照射し、入射Ｘ線８２ａの照射により薄膜１４表面の付着物質８６から放出される蛍光Ｘ線８３を検出することで、試料１１の表面の付着物質８６を検出する。
【解決手段】基板１２の上に反射膜１３と薄膜１４とを順に形成してなる試料１１の表面に、反射膜１３の臨界角θｃよりも浅い入射角θで入射Ｘ線８２ａを照射し、入射Ｘ線８２ａの照射により薄膜１４表面の付着物質８６から放出される蛍光Ｘ線８３を検出することで、試料１１の表面の付着物質８６を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の検査方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハや酸化シリコン膜等の表面の汚染の状態の検査には、全反射蛍光Ｘ線法が用いられている。この全反射蛍光Ｘ線法では、試料表面に小さな入射角でＸ線を照射して試料表面でＸ線を全反射させ、その際に試料表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出して汚染の状態を評価する。
【０００３】
しかし、従来の全反射蛍光Ｘ線法では、試料表面でＸ線を全反射させることが困難な場合に、付着物質の検出感度が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２０６２４０号公報
【特許文献２】特開平９−４３１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、試料表面の付着物質を感度よく検出することができる半導体装置の検査方法及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
下記開示の一観点によれば、基板の上方に反射膜と薄膜とを順に形成してなる試料の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射するステップと、前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出するステップと、を有する半導体装置の検査方法が提供される。
【０００７】
また、別の一観点によれば、基板の上方に反射膜と薄膜とを順に形成する工程と、前記薄膜の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射する工程と、前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上記観点の半導体装置の検査方法及び半導体装置の製造方法では、試料の薄膜の下に反射膜を配置し、その反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射する。このとき薄膜で反射できなかったＸ線は反射膜で全反射されるので、基板へのＸ線照射が阻止される。そのため、基板から付着物質の蛍光Ｘ線と重なる波長の蛍光Ｘ線が放出されて付着物質からの蛍光Ｘ線の検出感度が低下するのを防止できる。また、反射膜で全反射されたＸ線で薄膜表面の付着物質が更に照射されるため、付着物質の蛍光Ｘ線の放出量が増加する。これにより、試料表面の付着物質を感度よく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、有機絶縁膜の透過電子顕微鏡像の一例を示す図である。
【図２】図２は、光学式のパーティクルカウンタによる図１の有機絶縁膜及び酸化シリコン膜の測定結果を表す図である。
【図３】図３は、Ｘ線の入射角と反射率との関係を表すグラフである。
【図４】図４は、全反射蛍光Ｘ線法を説明する断面図である。
【図５】図５は、Ｃｒ−Ｋα線に対する様々な物質の臨界角を示す表である。
【図６】図６は、有機絶縁膜に対して全反射蛍光Ｘ線法を適用する場合に生じる問題点を説明する断面図である。
【図７】図７は、 第１実施形態に係る半導体装置の検査方法に用いる検査装置を示す図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る半導体装置の検査方法に用いる試料の断面図である。
【図９】図９（ａ）は、第１実施形態の実験例に係る試料の断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の試料の測定結果を表すグラフである。
【図１０】図１０（ａ）は、比較例１に係る試料の断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の試料の測定結果を表すグラフである。
【図１１】図１１は、比較例２に係るＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）による測定結果を表すグラフである。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる半導体ウエハの平面図及び断面図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる半導体ウエハの平面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態の説明に先立って、基礎となる予備的事項について説明する。
【００１１】
半導体装置に用いる絶縁膜の材料としては、多孔質材料や有機材料などの材料が提案されている。このうち、感光性樹脂を用いた有機絶縁膜は露光及び現像処理でパターンを形成できることから、半導体装置の低コスト化を目指した開発が進められている。
【００１２】
有機絶縁膜を用いた半導体装置の製造プロセスでは、不良品発生を防ぐ観点から、有機絶縁膜表面の汚染の状態を検証することが望まれる。例えば、有機絶縁膜にダマシンプロセスで配線を形成する場合には、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程においてスラリーを用いた研磨が行われる。このＣＭＰ工程で用いたスラリーや研磨によって発生した配線材料の粒子などが有機絶縁膜の表面に残っていると、配線間のリークや有機絶縁膜間の剥離などの不具合が発生する。
【００１３】
シリコンウエハや酸化シリコン膜表面のパーティクルの検出には、付着物質による光散乱を利用した光学式のパーティクルカウンタが用いられている。そこで、有機絶縁膜表面の付着物質の検出にもパーティクルカウンタを用いることが考えられる。
【００１４】
図１は、有機絶縁膜の透過電子顕微鏡像の一例である。
【００１５】
図１に示すように、半導体装置に用いられる有機絶縁膜は、必要とされる機械的強度を確保するために、有機材料のマトリクス９０中にゴムなどの弾性材料を含んだラバーパーティクル９１を配合する場合がある。
【００１６】
このようなラバーパーティクル９１を含んだ有機絶縁膜の表面は、ラバーパーティクル９１に由来する多数の凹凸がある。また、表面に凹凸がない場合であっても、有機絶縁膜内に進入した光は有機絶縁膜内のパーティクルで乱反射されてしまう。したがって、パーティクルカウンタを用いて有機絶縁膜の表面を測定すると、ラバーパーティクル９１が付着物質として誤って検出されてしまう。
【００１７】
図２（ａ）は、光学式のパーティクルカウンタで有機絶縁膜表面を測定した結果を表し、図２（ｂ）は、光学式のパーティクルカウンタでシリコン熱酸化膜表面を測定した結果を表している。図中の黒い点は、パーティクルカウンタで検出された、大きさが０．３μｍ〜１μｍの付着物質の位置を表している。
【００１８】
図２（ｂ）に示すように、シリコン熱酸化膜の場合には、ほとんど付着物質が検出されない。これに対し、図２（ａ）に示すように、有機絶縁膜の場合には、ラバーパーティクル９１に由来する多数の凹凸が付着物質として誤って検出されていることがわかる。
【００１９】
このように、光学式のパーティクルカウンタでは、有機絶縁膜表面の付着物質の特定は困難である。
【００２０】
試料表面の付着物質を検出する別の方法として、全反射蛍光Ｘ線法がある。
【００２１】
図３は、平坦な表面を有する薄膜に対するＸ線の入射角θと反射率との関係の一例を示すグラフである。ここで入射角θは、薄膜表面と入射Ｘ線との成す角である。
【００２２】
Ｘ線の入射角θを減少させてゆくと、薄膜表面の反射率は図３の反射率曲線のように次第に増加する。そして、所定の入射角θよりも小さくなると、入射したＸ線が薄膜表面で全反射される。この全反射が起きる最も大きな入射角を臨界角θｃと呼ぶ。
【００２３】
全反射蛍光Ｘ線法は、このＸ線の全反射を利用して試料表面の付着物質の検出を行う。
【００２４】
図４は、全反射蛍光Ｘ線法を説明する断面図である。ここでは、上面に薄膜８１が形成された基板８０の表面の付着物質を検出する場合を例に説明する。
【００２５】
図４に示すように、全反射蛍光Ｘ線法では、薄膜８１の臨界角θｃよりも小さい入射角θで入射Ｘ線８２ａを薄膜８１の表面に照射し、薄膜８１の表面で入射Ｘ線８２ａを全反射させる。このとき、薄膜８１の表面に付着した付着物質８６に含まれる元素が入射Ｘ線８２ａ及び反射Ｘ線８２ｂによって励起され、その元素特有の蛍光Ｘ線８３を放出する。全反射蛍光Ｘ線法は、付着物質８６に含まれる元素特有の蛍光Ｘ線８３のピーク波長及びその強度を検出することで付着物質８６の種類及び付着量等を特定する。
【００２６】
ここで、薄膜８１の臨界角θｃは、薄膜８１の材料に応じて変化する。
【００２７】
図５は、Ｃｒ−Ｋα線（５．４１１ｋｅＶ）に対する様々な材料の臨界角θｃを表している。
【００２８】
図５に示すように、材料の密度が増加するほど臨界角θｃが増加する。このうち、有機絶縁膜は密度が１程度と低く、Ｃｒ−Ｋα線に対する臨界角θｃは約０．２１°と最も小さい。なお、臨界角θｃは、Ｘ線のエネルギーが増加するほど小さくなる。例えば、タングステンＷ−Ｌβ線（９．６７ｋｅＶ）の場合には、有機絶縁膜の臨界角θｃは、約０．１２°となる。
【００２９】
このように、薄膜８１が有機材料の場合には、Ｘ線を全反射させるためにシリコンや酸化シリコンよりも小さい入射角θでＸ線を入射させる必要がある。ところが、本願発明者らの調査の結果、小さい入射角θからのＸ線照射が求められる有機絶縁膜では、下記の理由により、汚染の状態の評価に十分な精度が得られないことが判明した。
【００３０】
図６（ａ）は、有機絶縁膜の凹凸によって生じる問題を説明する図である。
【００３１】
有機絶縁膜８１は、スピンコート法等で成膜されるが、スピンコート法で成膜された膜の表面には、シリコンウエハや熱酸化シリコン膜等に比べて大きな凹凸が発生する。また、図１を参照しつつ説明したように、有機絶縁膜８１にラバーパーティクル９１が配合されている場合には、有機絶縁膜８１の表面に多数の凹凸が発生する。
【００３２】
このように、表面に凹凸を有する有機絶縁膜８１に臨界角θｃ以下の入射角θで入射Ｘ線８２ａを照射すると、図６（ａ）に示すように、一部の入射Ｘ線８２ａは全反射されるが、凹凸の傾斜面等に入射した入射Ｘ線８２ａの入射角θ2、θ3が臨界角θｃを超える場合がある。有機絶縁膜８１は他の材料に比べて臨界角θｃが小さいため、より小さな凹凸であっても、入射角θ2、θ3が臨界角θｃを超えてしまう。
【００３３】
その結果、入射Ｘ線８２ａの一部が薄膜８１内に進入し、基板８０が入射Ｘ線８２ａで照射されることで、基板８０が励起されて蛍光Ｘ線８４が放出される。この蛍光Ｘ線８４のピーク波長の一部が付着物質８６からの蛍光Ｘ線８３のピーク波長と重なることで、蛍光Ｘ線８３を用いた付着物質８６の検出感度が低下してしまう。
【００３４】
また、有機絶縁膜８１の表面が平坦であったとしても、下記のように入射Ｘ線の平行性による問題が生じる。
【００３５】
図６（ｂ）は、入射Ｘ線８２ａのビームの平行性によって生じる問題を説明する図である。
【００３６】
図６（ｂ）に示すように、入射Ｘ線８２ａのビームはその光軸ｃに完全に平行ではなく、例えば±０．０５°程度のばらつきがある。したがって、入射Ｘ線８２ａを臨界角θｃよりもさらに小さい入射角θで薄膜８１に入射させても、入射Ｘ線８２ａの高角度側の成分が臨界角θｃを超え、入射Ｘ線８２ａの一部が薄膜８１内に進入する場合がある。この場合にも、基板８０から蛍光Ｘ線８４が放出され、その蛍光Ｘ線８４のピーク波長の一部が付着物質８６の蛍光Ｘ線８３のピーク波長と重なることで、付着物質８６の検出感度が低下してしまう。
【００３７】
以上の理由により、薄膜８１が有機材料の場合には、全反射蛍光Ｘ線法を用いても薄膜８１の表面の付着物質の検出に十分な感度が得られない。このような問題は、有機絶縁膜と同様に、密度が低く表面に凹凸が多い多孔質材料の絶縁膜についても生じる。
【００３８】
さらに、密度が高い材料であっても、表面に凹凸があるために入射Ｘ線８２ａを全反射できない半導体膜や金属膜等の表面の付着物質の検出を行う場合も同様である。
【００３９】
本願発明者らは、上記の知見に基づき下記に説明する実施形態を着想した。
【００４０】
（第１実施形態）
図７は、第１実施形態に係る半導体装置の検査方法に用いる検査装置の図である。
【００４１】
図７に示すように、検査装置１０はＸ線８２を発生させるＸ線源１、分光結晶２、スリット板３、試料台４及びＸ線検出器５を備える。このうち、Ｘ線源１は、陰極のフィラメント１ａから放出された電子を陽極のターゲット１ｂに衝突させることでＸ線８２を発生させる。
【００４２】
ここでは、ターゲット１ｂの材料としてＣｒ（クロム）を用いるものとする。なお、ターゲット１ｂの材料にはＣｒ以外にも、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）等を用いてもよい。
【００４３】
Ｘ線源１から放出されたＸ線８２は分光結晶２に照射され、分光結晶２によりＣｒ−Ｋα線よりなる入射Ｘ線８２ａのみが試料１１の方向に反射されて、スリット板３を通過する。Ｃｒ−Ｋα線以外のＸ線８２は、分光結晶２によって除去される。また、入射Ｘ線８２ａの開き角（高角度成分）はスリット板３によって制限される。
【００４４】
なお、入射Ｘ線８２ａとしては、Ｗ−Ｌβ線を用いてもよく、さらにこれ以外にも付着物質に含まれる元素の蛍光Ｘ線のピーク波長と重ならない波長から適宜選択してもよい。
【００４５】
スリット板３を通過した入射Ｘ線８２ａは、試料台４の上に載置された試料１１の表面に入射する。試料台４は、試料１１の向きを変えることで、試料１１に所定の入射角θでＸ線を入射させる。なお、試料台４の位置を上下方向に移動させることでＸ線の入射角θを調整してもよい。
【００４６】
試料１１に入射した入射Ｘ線８２ａの一部は試料１１で反射されて反射Ｘ線８２ｂとなる。また入射Ｘ線８２ａの一部は、試料１１表面のパーティクルや汚染物などの付着物質に含まれる元素を励起して蛍光Ｘ線８３を発生させる。
【００４７】
試料１１の上方にはＸ線検出器５が配置されており、そのＸ線検出器５により試料１１の表面の付着物質８６から放出された蛍光Ｘ線８３のスペクトルを検出する。
【００４８】
図８は、第１実施形態に係る試料１１の断面図である。
【００４９】
試料１１は、図８に示すように、例えばシリコン単結晶等の半導体材料や有機材料等を用いた基板１２と、その基板１２の上に形成された反射膜１３と、反射膜１３の上に形成された薄膜１４とを備える。なお、図示の例では基板１２の上に反射膜１３を形成しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、基板１２と反射膜１３との間に、絶縁膜や、複数の配線等を設けてもよい。
【００５０】
反射膜１３は、表面が平坦に形成された膜であり、付着物質８６からの蛍光Ｘ線のピーク波長と重ならない波長に蛍光Ｘ線のピーク波長を有する材料からなる。また、入射Ｘ線８２ａをより確実に全反射させるべく、反射膜１３の材料には、薄膜１４よりも密度及び臨界角θｃがより大きな材料を用いることが好ましい。
【００５１】
上記の反射膜１３の材料としては、Ｎａよりも原子番号の小さい元素を含み、且つ有機絶縁膜よりも密度が高い材料を用いることができる。Ｎａよりも原子番号の小さい元素からはＳｉやＡｌ等の検出の妨げとなる蛍光Ｘ線が放出されないためである。このような材料としては、例えば、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、炭素、窒化ホウ素、フッ化リチウム及びベリリウム等がある。
【００５２】
また、Ｎａよりも原子番号が大きい元素であっても、蛍光Ｘ線のピーク波長がＳｉやＡｌ等の蛍光Ｘ線のピーク波長と重ならないＣｒ及びＴｉ（チタン）や、Ｃｒ及びＴｉの酸化物、窒化物、及びホウ化物等を反射膜１３の材料として用いてもよい。
【００５３】
上記に列挙した材料の中でも、Ｃｒは密度が８．１ｇ／ｃｍ3と有機絶縁膜よりも大きく、より大きな臨界角θｃを有している。さらに、Ｃｒは結晶粒径が小さいため、スパッタ法で平坦な表面を有する反射膜１３を容易に形成できるので、反射膜１３の材料として好適である。
【００５４】
なお、ＳｉやＡｌによる汚染をより高い感度で検出したい場合には、反射膜１３中のＳｉ、Ａｌ、Ｓｎ（スズ）、Ｃｏ（コバルト）及びＷの含有量を極力少なくすることが好ましい。これらの元素を含有していると、ＳｉやＡｌの蛍光Ｘ線のピーク波長と重なる波長の蛍光Ｘ線が反射膜１３から放出され、付着物質８６に含まれるＳｉやＡｌからの蛍光Ｘ線の検出感度が低下するためである。
【００５５】
上記の反射膜１３の厚さは少なくとも１０ｎｍ程度あればよい。全反射条件でのＸ線の進入深さは約１０ｎｍ程度であるため、反射膜１３の厚さが１０ｎｍ以上あれば、基板１２への入射Ｘ線８２ａの照射を防止でき、基板１２からＳｉやＡｌ等の検出の妨げとなる蛍光Ｘ線が放出されるのを防止できる。
【００５６】
一方、薄膜１４の材料は特に限定されないが、例えば有機材料を用いた有機絶縁膜又は多孔質材料を用いた多孔質絶縁膜とすることができる。薄膜１４の材料は絶縁材料に限定されるものではなく、導電材料や半導体材料であってもよい。
【００５７】
本実施形態では、以上のような試料１１の表面に、反射膜１３の臨界角θｃよりも小さい入射角θで入射Ｘ線８２ａを入射させる。例えば、入射Ｘ線８２ａがＣｒ−Ｋα線の場合の入射角θは、反射膜１３の材料がＣｒであれば０．５８°以下とすればよく、Ｔｉであれば０．４６°以下とすればよい。また、入射Ｘ線８２ａがＷ−Ｌβ線の場合の入射角θは、反射膜１３の材料がＣｒであれば０．３２°以下、Ｔｉであれば入射角０．２６°以下とすればよい。
【００５８】
これにより、薄膜１４内に入射Ｘ線８２ａが進入しても、反射膜１３で入射Ｘ線８２ａが全反射されるので、基板１２への入射Ｘ線８２ａの照射を防ぐことができる。そのため、基板１２からの蛍光Ｘ線の放出を防止でき、基板１２からの蛍光Ｘ線で妨害されることなく、付着物質８６の蛍光Ｘ線を検出できる。
【００５９】
また、薄膜１４の表面に付着した付着物質８６は、入射Ｘ線８２ａだけでなく、反射膜１３で全反射された反射Ｘ線８２ｂによっても励起されるので、付着物質８６から放出される蛍光Ｘ線が増加する。
【００６０】
したがって、本実施形態の検査方法によれば、薄膜１４の表面の付着物質８６からの蛍光Ｘ線８３を感度良く検出でき、検出された蛍光Ｘ線８３のスペクトルに基づいて付着物質８６に含まれる元素を高い感度で検出できる。これにより、薄膜１４の表面の汚染の状態をより正確に評価できる。
【００６１】
（実験例及び比較例）
以下、本願発明者らが評価を行った実験例及び比較例について説明する。
【００６２】
図９（ａ）は、本実施形態の実験例に係る試料の断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の試料２１を図７の検査装置１０で測定した結果を示すグラフである。
【００６３】
図９（ａ）に示すように、本実験例では、まずシリコンウエハ２２を用意し、そのシリコンウエハ２２の表面を熱酸化することにより、厚さが約１００ｎｍの酸化シリコン膜２３を形成した。
【００６４】
次に、その酸化シリコン膜２３の上に、反射膜として厚さが約５００ｎｍのＣｒ膜２４をスパッタ法により形成した。
【００６５】
そして、Ｃｒ膜２４の上に、厚さが約５μｍの感光性有機絶縁膜２５（ＪＳＲ製ＷＰＲ５１００）をスピンコート法で形成して、本実験例の試料２１を得た。
【００６６】
次に、図９（ａ）の試料２１を測定装置１０（図７参照）の試料台４の上に載置し、その試料２１の表面に、Ｃｒ膜２４の臨界角θｃよりも小さい入射角０．０９°でＣｒ−Ｋα線を入射させて蛍光Ｘ線のスペクトルを測定した。
【００６７】
なお、Ｘ線源１（図７参照）のフィラメント１ａとターゲット１ｂとの間の電圧及び電流はそれぞれ３５ｋＶ及び３５ｍＡとした。また、試料２１への入射Ｘ線の照射は５００秒間行い、この間に試料から放出される蛍光Ｘ線を積算してスペクトルを求めた。
【００６８】
その結果、図９（ｂ）に示すスペクトルが得られた。このスペクトルにおいて、Ｓ（硫黄）−Ｋαのピークは有機絶縁膜に含まれる硫黄（Ｓ）に由来するピークであり、Ｃｒ−Ｋαは入射Ｘ線８２ａに由来するピークである。これに対し、Ｃｌ（塩素）、Ｋ（カリウム）、Ｃａ（カルシウム）、及びＴｉ（チタン）は付着物質の蛍光Ｘ線によるピークである。この結果から多種類の不純物が検出されることがわかる。
【００６９】
また、下地の酸化シリコン膜２３や基板２２に含まれるＳｉのピークが現れておらず、クロム膜２４により酸化シリコン膜２３や基板２２からの蛍光Ｘ線の放出が防止されていることがわかる。
【００７０】
図９（ｂ）の結果から求めたＳｉ及びＡｌの測定限界は、ともに１×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2であった。
【００７１】
なお、図９（ａ）の試料２１に対して、反射膜２３の臨界角θｃよりも大きな入射角θでＸ線を照射すると、下地の酸化シリコン膜２３や基板２２に含まれるＳｉに由来するピークが表れて、Ｃｌ、Ｋ，Ｃａ、及びＴｉを検出できなくなった。
【００７２】
次に、比較例について説明する。
【００７３】
図１０（ａ）は、比較例１に係る試料の断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の試料２６を図７の測定装置１０で測定した結果を示すグラフである。
【００７４】
図１０（ａ）の比較例１の試料２６では、図９（ａ）の試料２１とは異なり、Ｃｒ膜２４を形成せずに酸化シリコン膜２３の上に感光性有機絶縁膜２５を形成した。
【００７５】
次に、試料２６を検査装置１０（図７参照）の試料台４の上に載置し、実験例と同じ条件で図１０（ａ）の試料２６の蛍光Ｘ線のスペクトルを測定した。その結果図１０（ｂ）に示すスペクトルが得られた。図１０（ｂ）に示すように、比較例１の試料２６の蛍光Ｘ線のスペクトルには、Ｓｉに由来するピークが現れている。これは、試料２６では反射膜が形成されていないため、感光性有機絶縁膜２５に進入した入射Ｘ線が下地の酸化シリコン膜２３や基板２２に到達し、それらに含まれるＳｉからの蛍光Ｘ線が放出されていることを示している。
【００７６】
このように、比較例１の場合には、蛍光Ｘ線のスペクトル中に下地の酸化シリコン膜２３や基板２２に含まれるＳｉのピークが現れる。この酸化シリコン膜２３や基板２２に含まれるＳｉの蛍光Ｘ線のピーク波長は、感光性有機絶縁膜２５の表面のＳｉの蛍光Ｘ線のピーク波長と重なるだけでなく、Ａｌからの蛍光Ｘ線のピーク波長と近接している。そのため、表面の付着物質に含まれるＳｉやＡｌといった元素の検出感度が低下する。
【００７７】
比較例１では、感光性有機絶縁膜２５の表面に付着した付着物質中のＳｉの検出限界は２．４×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と実験例よりも２桁悪くなった。また、比較例１のＡｌの検出限界は１．７×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2であり、実験例よりも１桁悪くなった。
【００７８】
図１１は、比較例２に係る測定結果を表すグラフである。
【００７９】
比較例２では、実験例１の試料２１（図９（ａ）参照）を用いて、試料表面に敏感な測定法として知られているＸＰＳ（X-ray photoelectron Spectroscopy）による測定を行った。図１１に示すように、比較例２のＸＰＳによる測定では、実験例では検出できないＯ（酸素）、Ｆ（フッ素）、Ｃ（炭素）、及びＮ（窒素）といった比較的原子番号の小さな元素を検出できる。しかし、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｔｉ等の金属元素のピークは確認できなかった。
【００８０】
このことから、本実施形態によれば、半導体装置の製造工程で発生するＡｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｔｉ等の元素による汚染を、ＸＰＳに比べてはるかに感度良く検出できることが確認できた。
【００８１】
以上のように、本実施形態に係る半導体装置の検査方法によれば、有機絶縁膜等の薄膜表面の汚染を高い感度で評価できる。
【００８２】
（第２実施形態）
第２実施形態では、上記の半導体装置の検査方法を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
【００８３】
図１２（ａ）は、第２実施形態に係る半導体ウエハの平面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の試料のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【００８４】
図１２（ａ）の平面図に示すように、本実施形態の半導体ウエハ３０の表面には、チップ領域３１と、モニタ領域３２とが設けられている。
【００８５】
図１２（ｂ）に示すように、半導体ウエハ３０のチップ領域３１には、例えばＣＰＵやメモリ等の複数の半導体チップ３３が半導体ウエハ３０の上に貼り付けられている。この半導体チップ３３の上には、複数層の有機絶縁膜３５とそれらに埋め込まれたビア３６及び配線３７とが形成されている。このような半導体チップ３３上に形成された配線３７は再配線とも呼ばれ、この再配線を介して有機絶縁膜３５の表面に接続端子（不図示）を形成したパッケージはＷＬＰ（Wafer Level Package）と呼ばれる。
【００８６】
一方、モニタ領域３２には、例えばＣｒなどの反射膜がモニタパターン３４として形成されている。このモニタパターン３４は、例えば矩形状のＣｒ板を半導体ウエハ３０に貼り付けて形成される。なお、モニタパターン３４は、半導体ウエハ３０の上にスパッタ法等でＣｒ膜等を成膜して形成してもよい。
【００８７】
モニタパターン３４の大きさは、検査装置１０による評価に十分な大きさとすればよく、例えば一辺の長さが１０ｍｍ程度の正方形状とすることができる。ここでは、さらに余裕を持って、モニタパターン３４の大きさを一辺の長さが２０ｍｍの正方形状とする。
【００８８】
以上のようなモニタパターン３４の上には、チップ領域３１に形成されたものと同一の有機絶縁膜３５が形成されている。
【００８９】
本実施形態の半導体装置の製造方法では、チップ領域３１に形成されるビア３６及び配線３７をダマシンプロセスで形成する。このダマシンプロセスで研磨工程及び洗浄工程を行った後、半導体ウエハ３０を図７の検査装置１０の試料台４上に載置する。
【００９０】
そして、モニタ領域３２に、Ｃｒの臨界角θｃよりも小さい入射角θで入射Ｘ線８２ａを入射させて、有機絶縁膜３５の表面の付着物質からの蛍光Ｘ線を検出する。その後、検出された蛍光Ｘ線のスペクトルに基づいて、有機絶縁膜３５の表面の付着物質に含まれる元素及び付着物質の量を特定する。
【００９１】
その結果、モニタ領域３１の有機絶縁膜３５上の付着物質の量が規定値以下の場合には、その後種々のプロセスを行った後、チップ領域３１に形成された半導体チップ３３とモニタパターン３４とを切り分けて半導体装置を完成させる。
【００９２】
以上のように、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、有機絶縁膜３５の表面の付着物質を高い感度で検出できる。これにより、有機絶縁膜３５表面の付着物質を一定値以下とすることができ、信頼性に優れた半導体装置を製造できる。
【００９３】
（第３実施形態）
図１３（ａ）は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる半導体ウエハの平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のII−II線に沿った断面図である。
【００９４】
本実施形態に係る半導体ウエハ４０は、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体ウエハ４０の上面全面がＣｒ等の反射膜４１で覆われ、その反射膜４１の上に有機絶縁膜４２が形成されている。
【００９５】
本実施形態の半導体装置の製造方法では、半導体装置の製造ラインにおいて、所定数の半導体ウエハが処理される毎に、図１３（ａ）及び（ｂ）に示す半導体ウエハ４０をその製造ラインに供給する。
【００９６】
その後、その製造ラインで処理された半導体ウエハ４０を、図７の試験装置１０の試料台４の上に載置する。そして、図７及び図８を参照しつつ説明した半導体装置の検査方法により、有機絶縁膜４２の表面の付着物質からの蛍光Ｘ線を検出する。そして、検出された蛍光Ｘ線のスペクトルに基づいて、付着物質に含まれる元素の種類及び付着物質の量を特定し、有機絶縁膜４２の表面の付着物質の量が規定値以下か否かを評価する。
【００９７】
ここで、規定値以上の付着物質が検出された場合には、付着物質に含まれる元素に基づいて付着物質の発生原因を特定するとともに、付着物質が規定値以下となるように製造ラインの管理を行う。
【００９８】
このように、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、有機絶縁膜の表面の汚染状態に基づいた製造ラインの管理によって、信頼性に優れた半導体装置を製造できる。
【００９９】
以上の各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１００】
（付記１）基板の上方に反射膜と薄膜とを順に形成してなる試料の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射するステップと、
前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【０１０１】
（付記２）前記薄膜は、前記反射膜よりも密度が低い膜であることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０２】
（付記３）前記反射膜の蛍光Ｘ線のピーク波長は、前記付着物質に含まれる元素の蛍光Ｘ線のピーク波長と異なることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０３】
（付記４）前記反射膜の材料は、前記Ｘ線を発生させるＸ線源のターゲットと同じ材料であることを特徴とする付記１乃至３の何れか１項に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０４】
（付記５）前記薄膜の材料は、有機材料又は多孔質材料であることを特徴とする付記１乃至４の何れか１項に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０５】
（付記６）前記Ｘ線はＣｒ（クロム）のＫα線であることを特徴とする付記１乃至５の何れか１項に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０６】
（付記７）前記蛍光Ｘ線のスペクトルに基づいて、前記付着物質に含まれる元素を検出することを特徴とする付記１乃至６の何れか１項に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０７】
（付記８）基板の上方に、反射膜と薄膜とを順に形成する工程と、
前記薄膜の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射する工程と、
前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０８】
（付記９）前記基板は、前記薄膜で覆われた半導体チップを備え、前記反射膜は前記半導体チップの横に設けられていることを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。
【０１０９】
（付記１０）前記反射膜及び薄膜は前記基板の上面全面を覆うとともに、
半導体装置の製造ラインにおいて所定数の半導体ウエハの処理が完了する毎に前記基板を前記製造ラインに供給する工程を更に有し、
前記製造ラインで処理された前記基板の前記蛍光Ｘ線の検出結果に基づいて、前記製造ラインの管理を行うことを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１１０】
１…Ｘ線源、１ａ…フィラメント、１ｂ…ターゲット、２…分光結晶、３…スリット板、４…試料台、５…Ｘ線検出器、１０…検査装置、１１、２１、２６…試料、１２、２２、８０…基板、１３、２４、４１…反射膜、１４、２５、３５、４２、８１…薄膜（有機絶縁膜）、２３…酸化シリコン膜、３０、４０…半導体ウエハ、３１…チップ領域、３２…モニタ領域、３３…半導体チップ、３４…モニタパターン、３６…ビア、３７…配線、８２…Ｘ線、８２ａ…入射Ｘ線、８２ｂ…反射Ｘ線、８３、８４…蛍光Ｘ線、８６…付着物質、９０…マトリクス、９１…ラバーパーティクル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の検査方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハや酸化シリコン膜等の表面の汚染の状態の検査には、全反射蛍光Ｘ線法が用いられている。この全反射蛍光Ｘ線法では、試料表面に小さな入射角でＸ線を照射して試料表面でＸ線を全反射させ、その際に試料表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出して汚染の状態を評価する。
【０００３】
しかし、従来の全反射蛍光Ｘ線法では、試料表面でＸ線を全反射させることが困難な場合に、付着物質の検出感度が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２０６２４０号公報
【特許文献２】特開平９−４３１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、試料表面の付着物質を感度よく検出することができる半導体装置の検査方法及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
下記開示の一観点によれば、基板の上方に反射膜と薄膜とを順に形成してなる試料の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射するステップと、前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出するステップと、を有する半導体装置の検査方法が提供される。
【０００７】
また、別の一観点によれば、基板の上方に反射膜と薄膜とを順に形成する工程と、前記薄膜の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射する工程と、前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上記観点の半導体装置の検査方法及び半導体装置の製造方法では、試料の薄膜の下に反射膜を配置し、その反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射する。このとき薄膜で反射できなかったＸ線は反射膜で全反射されるので、基板へのＸ線照射が阻止される。そのため、基板から付着物質の蛍光Ｘ線と重なる波長の蛍光Ｘ線が放出されて付着物質からの蛍光Ｘ線の検出感度が低下するのを防止できる。また、反射膜で全反射されたＸ線で薄膜表面の付着物質が更に照射されるため、付着物質の蛍光Ｘ線の放出量が増加する。これにより、試料表面の付着物質を感度よく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、有機絶縁膜の透過電子顕微鏡像の一例を示す図である。
【図２】図２は、光学式のパーティクルカウンタによる図１の有機絶縁膜及び酸化シリコン膜の測定結果を表す図である。
【図３】図３は、Ｘ線の入射角と反射率との関係を表すグラフである。
【図４】図４は、全反射蛍光Ｘ線法を説明する断面図である。
【図５】図５は、Ｃｒ−Ｋα線に対する様々な物質の臨界角を示す表である。
【図６】図６は、有機絶縁膜に対して全反射蛍光Ｘ線法を適用する場合に生じる問題点を説明する断面図である。
【図７】図７は、 第１実施形態に係る半導体装置の検査方法に用いる検査装置を示す図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る半導体装置の検査方法に用いる試料の断面図である。
【図９】図９（ａ）は、第１実施形態の実験例に係る試料の断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の試料の測定結果を表すグラフである。
【図１０】図１０（ａ）は、比較例１に係る試料の断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の試料の測定結果を表すグラフである。
【図１１】図１１は、比較例２に係るＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）による測定結果を表すグラフである。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる半導体ウエハの平面図及び断面図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる半導体ウエハの平面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態の説明に先立って、基礎となる予備的事項について説明する。
【００１１】
半導体装置に用いる絶縁膜の材料としては、多孔質材料や有機材料などの材料が提案されている。このうち、感光性樹脂を用いた有機絶縁膜は露光及び現像処理でパターンを形成できることから、半導体装置の低コスト化を目指した開発が進められている。
【００１２】
有機絶縁膜を用いた半導体装置の製造プロセスでは、不良品発生を防ぐ観点から、有機絶縁膜表面の汚染の状態を検証することが望まれる。例えば、有機絶縁膜にダマシンプロセスで配線を形成する場合には、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程においてスラリーを用いた研磨が行われる。このＣＭＰ工程で用いたスラリーや研磨によって発生した配線材料の粒子などが有機絶縁膜の表面に残っていると、配線間のリークや有機絶縁膜間の剥離などの不具合が発生する。
【００１３】
シリコンウエハや酸化シリコン膜表面のパーティクルの検出には、付着物質による光散乱を利用した光学式のパーティクルカウンタが用いられている。そこで、有機絶縁膜表面の付着物質の検出にもパーティクルカウンタを用いることが考えられる。
【００１４】
図１は、有機絶縁膜の透過電子顕微鏡像の一例である。
【００１５】
図１に示すように、半導体装置に用いられる有機絶縁膜は、必要とされる機械的強度を確保するために、有機材料のマトリクス９０中にゴムなどの弾性材料を含んだラバーパーティクル９１を配合する場合がある。
【００１６】
このようなラバーパーティクル９１を含んだ有機絶縁膜の表面は、ラバーパーティクル９１に由来する多数の凹凸がある。また、表面に凹凸がない場合であっても、有機絶縁膜内に進入した光は有機絶縁膜内のパーティクルで乱反射されてしまう。したがって、パーティクルカウンタを用いて有機絶縁膜の表面を測定すると、ラバーパーティクル９１が付着物質として誤って検出されてしまう。
【００１７】
図２（ａ）は、光学式のパーティクルカウンタで有機絶縁膜表面を測定した結果を表し、図２（ｂ）は、光学式のパーティクルカウンタでシリコン熱酸化膜表面を測定した結果を表している。図中の黒い点は、パーティクルカウンタで検出された、大きさが０．３μｍ〜１μｍの付着物質の位置を表している。
【００１８】
図２（ｂ）に示すように、シリコン熱酸化膜の場合には、ほとんど付着物質が検出されない。これに対し、図２（ａ）に示すように、有機絶縁膜の場合には、ラバーパーティクル９１に由来する多数の凹凸が付着物質として誤って検出されていることがわかる。
【００１９】
このように、光学式のパーティクルカウンタでは、有機絶縁膜表面の付着物質の特定は困難である。
【００２０】
試料表面の付着物質を検出する別の方法として、全反射蛍光Ｘ線法がある。
【００２１】
図３は、平坦な表面を有する薄膜に対するＸ線の入射角θと反射率との関係の一例を示すグラフである。ここで入射角θは、薄膜表面と入射Ｘ線との成す角である。
【００２２】
Ｘ線の入射角θを減少させてゆくと、薄膜表面の反射率は図３の反射率曲線のように次第に増加する。そして、所定の入射角θよりも小さくなると、入射したＸ線が薄膜表面で全反射される。この全反射が起きる最も大きな入射角を臨界角θｃと呼ぶ。
【００２３】
全反射蛍光Ｘ線法は、このＸ線の全反射を利用して試料表面の付着物質の検出を行う。
【００２４】
図４は、全反射蛍光Ｘ線法を説明する断面図である。ここでは、上面に薄膜８１が形成された基板８０の表面の付着物質を検出する場合を例に説明する。
【００２５】
図４に示すように、全反射蛍光Ｘ線法では、薄膜８１の臨界角θｃよりも小さい入射角θで入射Ｘ線８２ａを薄膜８１の表面に照射し、薄膜８１の表面で入射Ｘ線８２ａを全反射させる。このとき、薄膜８１の表面に付着した付着物質８６に含まれる元素が入射Ｘ線８２ａ及び反射Ｘ線８２ｂによって励起され、その元素特有の蛍光Ｘ線８３を放出する。全反射蛍光Ｘ線法は、付着物質８６に含まれる元素特有の蛍光Ｘ線８３のピーク波長及びその強度を検出することで付着物質８６の種類及び付着量等を特定する。
【００２６】
ここで、薄膜８１の臨界角θｃは、薄膜８１の材料に応じて変化する。
【００２７】
図５は、Ｃｒ−Ｋα線（５．４１１ｋｅＶ）に対する様々な材料の臨界角θｃを表している。
【００２８】
図５に示すように、材料の密度が増加するほど臨界角θｃが増加する。このうち、有機絶縁膜は密度が１程度と低く、Ｃｒ−Ｋα線に対する臨界角θｃは約０．２１°と最も小さい。なお、臨界角θｃは、Ｘ線のエネルギーが増加するほど小さくなる。例えば、タングステンＷ−Ｌβ線（９．６７ｋｅＶ）の場合には、有機絶縁膜の臨界角θｃは、約０．１２°となる。
【００２９】
このように、薄膜８１が有機材料の場合には、Ｘ線を全反射させるためにシリコンや酸化シリコンよりも小さい入射角θでＸ線を入射させる必要がある。ところが、本願発明者らの調査の結果、小さい入射角θからのＸ線照射が求められる有機絶縁膜では、下記の理由により、汚染の状態の評価に十分な精度が得られないことが判明した。
【００３０】
図６（ａ）は、有機絶縁膜の凹凸によって生じる問題を説明する図である。
【００３１】
有機絶縁膜８１は、スピンコート法等で成膜されるが、スピンコート法で成膜された膜の表面には、シリコンウエハや熱酸化シリコン膜等に比べて大きな凹凸が発生する。また、図１を参照しつつ説明したように、有機絶縁膜８１にラバーパーティクル９１が配合されている場合には、有機絶縁膜８１の表面に多数の凹凸が発生する。
【００３２】
このように、表面に凹凸を有する有機絶縁膜８１に臨界角θｃ以下の入射角θで入射Ｘ線８２ａを照射すると、図６（ａ）に示すように、一部の入射Ｘ線８２ａは全反射されるが、凹凸の傾斜面等に入射した入射Ｘ線８２ａの入射角θ2、θ3が臨界角θｃを超える場合がある。有機絶縁膜８１は他の材料に比べて臨界角θｃが小さいため、より小さな凹凸であっても、入射角θ2、θ3が臨界角θｃを超えてしまう。
【００３３】
その結果、入射Ｘ線８２ａの一部が薄膜８１内に進入し、基板８０が入射Ｘ線８２ａで照射されることで、基板８０が励起されて蛍光Ｘ線８４が放出される。この蛍光Ｘ線８４のピーク波長の一部が付着物質８６からの蛍光Ｘ線８３のピーク波長と重なることで、蛍光Ｘ線８３を用いた付着物質８６の検出感度が低下してしまう。
【００３４】
また、有機絶縁膜８１の表面が平坦であったとしても、下記のように入射Ｘ線の平行性による問題が生じる。
【００３５】
図６（ｂ）は、入射Ｘ線８２ａのビームの平行性によって生じる問題を説明する図である。
【００３６】
図６（ｂ）に示すように、入射Ｘ線８２ａのビームはその光軸ｃに完全に平行ではなく、例えば±０．０５°程度のばらつきがある。したがって、入射Ｘ線８２ａを臨界角θｃよりもさらに小さい入射角θで薄膜８１に入射させても、入射Ｘ線８２ａの高角度側の成分が臨界角θｃを超え、入射Ｘ線８２ａの一部が薄膜８１内に進入する場合がある。この場合にも、基板８０から蛍光Ｘ線８４が放出され、その蛍光Ｘ線８４のピーク波長の一部が付着物質８６の蛍光Ｘ線８３のピーク波長と重なることで、付着物質８６の検出感度が低下してしまう。
【００３７】
以上の理由により、薄膜８１が有機材料の場合には、全反射蛍光Ｘ線法を用いても薄膜８１の表面の付着物質の検出に十分な感度が得られない。このような問題は、有機絶縁膜と同様に、密度が低く表面に凹凸が多い多孔質材料の絶縁膜についても生じる。
【００３８】
さらに、密度が高い材料であっても、表面に凹凸があるために入射Ｘ線８２ａを全反射できない半導体膜や金属膜等の表面の付着物質の検出を行う場合も同様である。
【００３９】
本願発明者らは、上記の知見に基づき下記に説明する実施形態を着想した。
【００４０】
（第１実施形態）
図７は、第１実施形態に係る半導体装置の検査方法に用いる検査装置の図である。
【００４１】
図７に示すように、検査装置１０はＸ線８２を発生させるＸ線源１、分光結晶２、スリット板３、試料台４及びＸ線検出器５を備える。このうち、Ｘ線源１は、陰極のフィラメント１ａから放出された電子を陽極のターゲット１ｂに衝突させることでＸ線８２を発生させる。
【００４２】
ここでは、ターゲット１ｂの材料としてＣｒ（クロム）を用いるものとする。なお、ターゲット１ｂの材料にはＣｒ以外にも、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）等を用いてもよい。
【００４３】
Ｘ線源１から放出されたＸ線８２は分光結晶２に照射され、分光結晶２によりＣｒ−Ｋα線よりなる入射Ｘ線８２ａのみが試料１１の方向に反射されて、スリット板３を通過する。Ｃｒ−Ｋα線以外のＸ線８２は、分光結晶２によって除去される。また、入射Ｘ線８２ａの開き角（高角度成分）はスリット板３によって制限される。
【００４４】
なお、入射Ｘ線８２ａとしては、Ｗ−Ｌβ線を用いてもよく、さらにこれ以外にも付着物質に含まれる元素の蛍光Ｘ線のピーク波長と重ならない波長から適宜選択してもよい。
【００４５】
スリット板３を通過した入射Ｘ線８２ａは、試料台４の上に載置された試料１１の表面に入射する。試料台４は、試料１１の向きを変えることで、試料１１に所定の入射角θでＸ線を入射させる。なお、試料台４の位置を上下方向に移動させることでＸ線の入射角θを調整してもよい。
【００４６】
試料１１に入射した入射Ｘ線８２ａの一部は試料１１で反射されて反射Ｘ線８２ｂとなる。また入射Ｘ線８２ａの一部は、試料１１表面のパーティクルや汚染物などの付着物質に含まれる元素を励起して蛍光Ｘ線８３を発生させる。
【００４７】
試料１１の上方にはＸ線検出器５が配置されており、そのＸ線検出器５により試料１１の表面の付着物質８６から放出された蛍光Ｘ線８３のスペクトルを検出する。
【００４８】
図８は、第１実施形態に係る試料１１の断面図である。
【００４９】
試料１１は、図８に示すように、例えばシリコン単結晶等の半導体材料や有機材料等を用いた基板１２と、その基板１２の上に形成された反射膜１３と、反射膜１３の上に形成された薄膜１４とを備える。なお、図示の例では基板１２の上に反射膜１３を形成しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、基板１２と反射膜１３との間に、絶縁膜や、複数の配線等を設けてもよい。
【００５０】
反射膜１３は、表面が平坦に形成された膜であり、付着物質８６からの蛍光Ｘ線のピーク波長と重ならない波長に蛍光Ｘ線のピーク波長を有する材料からなる。また、入射Ｘ線８２ａをより確実に全反射させるべく、反射膜１３の材料には、薄膜１４よりも密度及び臨界角θｃがより大きな材料を用いることが好ましい。
【００５１】
上記の反射膜１３の材料としては、Ｎａよりも原子番号の小さい元素を含み、且つ有機絶縁膜よりも密度が高い材料を用いることができる。Ｎａよりも原子番号の小さい元素からはＳｉやＡｌ等の検出の妨げとなる蛍光Ｘ線が放出されないためである。このような材料としては、例えば、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、炭素、窒化ホウ素、フッ化リチウム及びベリリウム等がある。
【００５２】
また、Ｎａよりも原子番号が大きい元素であっても、蛍光Ｘ線のピーク波長がＳｉやＡｌ等の蛍光Ｘ線のピーク波長と重ならないＣｒ及びＴｉ（チタン）や、Ｃｒ及びＴｉの酸化物、窒化物、及びホウ化物等を反射膜１３の材料として用いてもよい。
【００５３】
上記に列挙した材料の中でも、Ｃｒは密度が８．１ｇ／ｃｍ3と有機絶縁膜よりも大きく、より大きな臨界角θｃを有している。さらに、Ｃｒは結晶粒径が小さいため、スパッタ法で平坦な表面を有する反射膜１３を容易に形成できるので、反射膜１３の材料として好適である。
【００５４】
なお、ＳｉやＡｌによる汚染をより高い感度で検出したい場合には、反射膜１３中のＳｉ、Ａｌ、Ｓｎ（スズ）、Ｃｏ（コバルト）及びＷの含有量を極力少なくすることが好ましい。これらの元素を含有していると、ＳｉやＡｌの蛍光Ｘ線のピーク波長と重なる波長の蛍光Ｘ線が反射膜１３から放出され、付着物質８６に含まれるＳｉやＡｌからの蛍光Ｘ線の検出感度が低下するためである。
【００５５】
上記の反射膜１３の厚さは少なくとも１０ｎｍ程度あればよい。全反射条件でのＸ線の進入深さは約１０ｎｍ程度であるため、反射膜１３の厚さが１０ｎｍ以上あれば、基板１２への入射Ｘ線８２ａの照射を防止でき、基板１２からＳｉやＡｌ等の検出の妨げとなる蛍光Ｘ線が放出されるのを防止できる。
【００５６】
一方、薄膜１４の材料は特に限定されないが、例えば有機材料を用いた有機絶縁膜又は多孔質材料を用いた多孔質絶縁膜とすることができる。薄膜１４の材料は絶縁材料に限定されるものではなく、導電材料や半導体材料であってもよい。
【００５７】
本実施形態では、以上のような試料１１の表面に、反射膜１３の臨界角θｃよりも小さい入射角θで入射Ｘ線８２ａを入射させる。例えば、入射Ｘ線８２ａがＣｒ−Ｋα線の場合の入射角θは、反射膜１３の材料がＣｒであれば０．５８°以下とすればよく、Ｔｉであれば０．４６°以下とすればよい。また、入射Ｘ線８２ａがＷ−Ｌβ線の場合の入射角θは、反射膜１３の材料がＣｒであれば０．３２°以下、Ｔｉであれば入射角０．２６°以下とすればよい。
【００５８】
これにより、薄膜１４内に入射Ｘ線８２ａが進入しても、反射膜１３で入射Ｘ線８２ａが全反射されるので、基板１２への入射Ｘ線８２ａの照射を防ぐことができる。そのため、基板１２からの蛍光Ｘ線の放出を防止でき、基板１２からの蛍光Ｘ線で妨害されることなく、付着物質８６の蛍光Ｘ線を検出できる。
【００５９】
また、薄膜１４の表面に付着した付着物質８６は、入射Ｘ線８２ａだけでなく、反射膜１３で全反射された反射Ｘ線８２ｂによっても励起されるので、付着物質８６から放出される蛍光Ｘ線が増加する。
【００６０】
したがって、本実施形態の検査方法によれば、薄膜１４の表面の付着物質８６からの蛍光Ｘ線８３を感度良く検出でき、検出された蛍光Ｘ線８３のスペクトルに基づいて付着物質８６に含まれる元素を高い感度で検出できる。これにより、薄膜１４の表面の汚染の状態をより正確に評価できる。
【００６１】
（実験例及び比較例）
以下、本願発明者らが評価を行った実験例及び比較例について説明する。
【００６２】
図９（ａ）は、本実施形態の実験例に係る試料の断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の試料２１を図７の検査装置１０で測定した結果を示すグラフである。
【００６３】
図９（ａ）に示すように、本実験例では、まずシリコンウエハ２２を用意し、そのシリコンウエハ２２の表面を熱酸化することにより、厚さが約１００ｎｍの酸化シリコン膜２３を形成した。
【００６４】
次に、その酸化シリコン膜２３の上に、反射膜として厚さが約５００ｎｍのＣｒ膜２４をスパッタ法により形成した。
【００６５】
そして、Ｃｒ膜２４の上に、厚さが約５μｍの感光性有機絶縁膜２５（ＪＳＲ製ＷＰＲ５１００）をスピンコート法で形成して、本実験例の試料２１を得た。
【００６６】
次に、図９（ａ）の試料２１を測定装置１０（図７参照）の試料台４の上に載置し、その試料２１の表面に、Ｃｒ膜２４の臨界角θｃよりも小さい入射角０．０９°でＣｒ−Ｋα線を入射させて蛍光Ｘ線のスペクトルを測定した。
【００６７】
なお、Ｘ線源１（図７参照）のフィラメント１ａとターゲット１ｂとの間の電圧及び電流はそれぞれ３５ｋＶ及び３５ｍＡとした。また、試料２１への入射Ｘ線の照射は５００秒間行い、この間に試料から放出される蛍光Ｘ線を積算してスペクトルを求めた。
【００６８】
その結果、図９（ｂ）に示すスペクトルが得られた。このスペクトルにおいて、Ｓ（硫黄）−Ｋαのピークは有機絶縁膜に含まれる硫黄（Ｓ）に由来するピークであり、Ｃｒ−Ｋαは入射Ｘ線８２ａに由来するピークである。これに対し、Ｃｌ（塩素）、Ｋ（カリウム）、Ｃａ（カルシウム）、及びＴｉ（チタン）は付着物質の蛍光Ｘ線によるピークである。この結果から多種類の不純物が検出されることがわかる。
【００６９】
また、下地の酸化シリコン膜２３や基板２２に含まれるＳｉのピークが現れておらず、クロム膜２４により酸化シリコン膜２３や基板２２からの蛍光Ｘ線の放出が防止されていることがわかる。
【００７０】
図９（ｂ）の結果から求めたＳｉ及びＡｌの測定限界は、ともに１×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2であった。
【００７１】
なお、図９（ａ）の試料２１に対して、反射膜２３の臨界角θｃよりも大きな入射角θでＸ線を照射すると、下地の酸化シリコン膜２３や基板２２に含まれるＳｉに由来するピークが表れて、Ｃｌ、Ｋ，Ｃａ、及びＴｉを検出できなくなった。
【００７２】
次に、比較例について説明する。
【００７３】
図１０（ａ）は、比較例１に係る試料の断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の試料２６を図７の測定装置１０で測定した結果を示すグラフである。
【００７４】
図１０（ａ）の比較例１の試料２６では、図９（ａ）の試料２１とは異なり、Ｃｒ膜２４を形成せずに酸化シリコン膜２３の上に感光性有機絶縁膜２５を形成した。
【００７５】
次に、試料２６を検査装置１０（図７参照）の試料台４の上に載置し、実験例と同じ条件で図１０（ａ）の試料２６の蛍光Ｘ線のスペクトルを測定した。その結果図１０（ｂ）に示すスペクトルが得られた。図１０（ｂ）に示すように、比較例１の試料２６の蛍光Ｘ線のスペクトルには、Ｓｉに由来するピークが現れている。これは、試料２６では反射膜が形成されていないため、感光性有機絶縁膜２５に進入した入射Ｘ線が下地の酸化シリコン膜２３や基板２２に到達し、それらに含まれるＳｉからの蛍光Ｘ線が放出されていることを示している。
【００７６】
このように、比較例１の場合には、蛍光Ｘ線のスペクトル中に下地の酸化シリコン膜２３や基板２２に含まれるＳｉのピークが現れる。この酸化シリコン膜２３や基板２２に含まれるＳｉの蛍光Ｘ線のピーク波長は、感光性有機絶縁膜２５の表面のＳｉの蛍光Ｘ線のピーク波長と重なるだけでなく、Ａｌからの蛍光Ｘ線のピーク波長と近接している。そのため、表面の付着物質に含まれるＳｉやＡｌといった元素の検出感度が低下する。
【００７７】
比較例１では、感光性有機絶縁膜２５の表面に付着した付着物質中のＳｉの検出限界は２．４×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と実験例よりも２桁悪くなった。また、比較例１のＡｌの検出限界は１．７×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2であり、実験例よりも１桁悪くなった。
【００７８】
図１１は、比較例２に係る測定結果を表すグラフである。
【００７９】
比較例２では、実験例１の試料２１（図９（ａ）参照）を用いて、試料表面に敏感な測定法として知られているＸＰＳ（X-ray photoelectron Spectroscopy）による測定を行った。図１１に示すように、比較例２のＸＰＳによる測定では、実験例では検出できないＯ（酸素）、Ｆ（フッ素）、Ｃ（炭素）、及びＮ（窒素）といった比較的原子番号の小さな元素を検出できる。しかし、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｔｉ等の金属元素のピークは確認できなかった。
【００８０】
このことから、本実施形態によれば、半導体装置の製造工程で発生するＡｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｔｉ等の元素による汚染を、ＸＰＳに比べてはるかに感度良く検出できることが確認できた。
【００８１】
以上のように、本実施形態に係る半導体装置の検査方法によれば、有機絶縁膜等の薄膜表面の汚染を高い感度で評価できる。
【００８２】
（第２実施形態）
第２実施形態では、上記の半導体装置の検査方法を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
【００８３】
図１２（ａ）は、第２実施形態に係る半導体ウエハの平面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の試料のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【００８４】
図１２（ａ）の平面図に示すように、本実施形態の半導体ウエハ３０の表面には、チップ領域３１と、モニタ領域３２とが設けられている。
【００８５】
図１２（ｂ）に示すように、半導体ウエハ３０のチップ領域３１には、例えばＣＰＵやメモリ等の複数の半導体チップ３３が半導体ウエハ３０の上に貼り付けられている。この半導体チップ３３の上には、複数層の有機絶縁膜３５とそれらに埋め込まれたビア３６及び配線３７とが形成されている。このような半導体チップ３３上に形成された配線３７は再配線とも呼ばれ、この再配線を介して有機絶縁膜３５の表面に接続端子（不図示）を形成したパッケージはＷＬＰ（Wafer Level Package）と呼ばれる。
【００８６】
一方、モニタ領域３２には、例えばＣｒなどの反射膜がモニタパターン３４として形成されている。このモニタパターン３４は、例えば矩形状のＣｒ板を半導体ウエハ３０に貼り付けて形成される。なお、モニタパターン３４は、半導体ウエハ３０の上にスパッタ法等でＣｒ膜等を成膜して形成してもよい。
【００８７】
モニタパターン３４の大きさは、検査装置１０による評価に十分な大きさとすればよく、例えば一辺の長さが１０ｍｍ程度の正方形状とすることができる。ここでは、さらに余裕を持って、モニタパターン３４の大きさを一辺の長さが２０ｍｍの正方形状とする。
【００８８】
以上のようなモニタパターン３４の上には、チップ領域３１に形成されたものと同一の有機絶縁膜３５が形成されている。
【００８９】
本実施形態の半導体装置の製造方法では、チップ領域３１に形成されるビア３６及び配線３７をダマシンプロセスで形成する。このダマシンプロセスで研磨工程及び洗浄工程を行った後、半導体ウエハ３０を図７の検査装置１０の試料台４上に載置する。
【００９０】
そして、モニタ領域３２に、Ｃｒの臨界角θｃよりも小さい入射角θで入射Ｘ線８２ａを入射させて、有機絶縁膜３５の表面の付着物質からの蛍光Ｘ線を検出する。その後、検出された蛍光Ｘ線のスペクトルに基づいて、有機絶縁膜３５の表面の付着物質に含まれる元素及び付着物質の量を特定する。
【００９１】
その結果、モニタ領域３１の有機絶縁膜３５上の付着物質の量が規定値以下の場合には、その後種々のプロセスを行った後、チップ領域３１に形成された半導体チップ３３とモニタパターン３４とを切り分けて半導体装置を完成させる。
【００９２】
以上のように、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、有機絶縁膜３５の表面の付着物質を高い感度で検出できる。これにより、有機絶縁膜３５表面の付着物質を一定値以下とすることができ、信頼性に優れた半導体装置を製造できる。
【００９３】
（第３実施形態）
図１３（ａ）は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる半導体ウエハの平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のII−II線に沿った断面図である。
【００９４】
本実施形態に係る半導体ウエハ４０は、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体ウエハ４０の上面全面がＣｒ等の反射膜４１で覆われ、その反射膜４１の上に有機絶縁膜４２が形成されている。
【００９５】
本実施形態の半導体装置の製造方法では、半導体装置の製造ラインにおいて、所定数の半導体ウエハが処理される毎に、図１３（ａ）及び（ｂ）に示す半導体ウエハ４０をその製造ラインに供給する。
【００９６】
その後、その製造ラインで処理された半導体ウエハ４０を、図７の試験装置１０の試料台４の上に載置する。そして、図７及び図８を参照しつつ説明した半導体装置の検査方法により、有機絶縁膜４２の表面の付着物質からの蛍光Ｘ線を検出する。そして、検出された蛍光Ｘ線のスペクトルに基づいて、付着物質に含まれる元素の種類及び付着物質の量を特定し、有機絶縁膜４２の表面の付着物質の量が規定値以下か否かを評価する。
【００９７】
ここで、規定値以上の付着物質が検出された場合には、付着物質に含まれる元素に基づいて付着物質の発生原因を特定するとともに、付着物質が規定値以下となるように製造ラインの管理を行う。
【００９８】
このように、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、有機絶縁膜の表面の汚染状態に基づいた製造ラインの管理によって、信頼性に優れた半導体装置を製造できる。
【００９９】
以上の各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１００】
（付記１）基板の上方に反射膜と薄膜とを順に形成してなる試料の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射するステップと、
前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【０１０１】
（付記２）前記薄膜は、前記反射膜よりも密度が低い膜であることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０２】
（付記３）前記反射膜の蛍光Ｘ線のピーク波長は、前記付着物質に含まれる元素の蛍光Ｘ線のピーク波長と異なることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０３】
（付記４）前記反射膜の材料は、前記Ｘ線を発生させるＸ線源のターゲットと同じ材料であることを特徴とする付記１乃至３の何れか１項に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０４】
（付記５）前記薄膜の材料は、有機材料又は多孔質材料であることを特徴とする付記１乃至４の何れか１項に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０５】
（付記６）前記Ｘ線はＣｒ（クロム）のＫα線であることを特徴とする付記１乃至５の何れか１項に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０６】
（付記７）前記蛍光Ｘ線のスペクトルに基づいて、前記付着物質に含まれる元素を検出することを特徴とする付記１乃至６の何れか１項に記載の半導体装置の検査方法。
【０１０７】
（付記８）基板の上方に、反射膜と薄膜とを順に形成する工程と、
前記薄膜の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射する工程と、
前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０８】
（付記９）前記基板は、前記薄膜で覆われた半導体チップを備え、前記反射膜は前記半導体チップの横に設けられていることを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。
【０１０９】
（付記１０）前記反射膜及び薄膜は前記基板の上面全面を覆うとともに、
半導体装置の製造ラインにおいて所定数の半導体ウエハの処理が完了する毎に前記基板を前記製造ラインに供給する工程を更に有し、
前記製造ラインで処理された前記基板の前記蛍光Ｘ線の検出結果に基づいて、前記製造ラインの管理を行うことを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１１０】
１…Ｘ線源、１ａ…フィラメント、１ｂ…ターゲット、２…分光結晶、３…スリット板、４…試料台、５…Ｘ線検出器、１０…検査装置、１１、２１、２６…試料、１２、２２、８０…基板、１３、２４、４１…反射膜、１４、２５、３５、４２、８１…薄膜（有機絶縁膜）、２３…酸化シリコン膜、３０、４０…半導体ウエハ、３１…チップ領域、３２…モニタ領域、３３…半導体チップ、３４…モニタパターン、３６…ビア、３７…配線、８２…Ｘ線、８２ａ…入射Ｘ線、８２ｂ…反射Ｘ線、８３、８４…蛍光Ｘ線、８６…付着物質、９０…マトリクス、９１…ラバーパーティクル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に反射膜と薄膜とを順に形成してなる試料の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射するステップと、
前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項２】
前記薄膜は、前記反射膜よりも密度が低い膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項３】
前記反射膜の蛍光Ｘ線のピーク波長は、前記汚染物質に含まれる元素の蛍光Ｘ線のピーク波長と異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項４】
基板の上方に、反射膜と薄膜とを順に形成する工程と、
前記薄膜の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射する工程と、
前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記基板は、前記薄膜で覆われた半導体チップを備え、前記反射膜は前記半導体チップの横に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板の上方に反射膜と薄膜とを順に形成してなる試料の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射するステップと、
前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項２】
前記薄膜は、前記反射膜よりも密度が低い膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項３】
前記反射膜の蛍光Ｘ線のピーク波長は、前記汚染物質に含まれる元素の蛍光Ｘ線のピーク波長と異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項４】
基板の上方に、反射膜と薄膜とを順に形成する工程と、
前記薄膜の表面に、前記反射膜の臨界角よりも小さい入射角でＸ線を照射する工程と、
前記Ｘ線の照射により前記薄膜表面の付着物質から放出される蛍光Ｘ線を検出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記基板は、前記薄膜で覆われた半導体チップを備え、前記反射膜は前記半導体チップの横に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−４４６４４（Ｐ２０１３−４４６４４Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２５８３（Ｐ２０１１−１８２５８３）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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