CN114631171A - 半导体晶圆的评价方法、半导体晶圆的分选方法及器件的制造方法 - Google Patents

半导体晶圆的评价方法、半导体晶圆的分选方法及器件的制造方法 Download PDF

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佐藤正和
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种评价方法，包含以下工序：获得镜面研磨晶圆的整面的厚度方向的形状测量数据；每隔一定的旋转角度在一定间距的点上对晶圆的直径方向的形状测量数据进行一阶或二阶微分而获得微分分布，比较获得的微分分布，确定切片切断方向；每隔与所确定的切片切断方向即y方向正交的x方向的一定的间隔，以一定的间距对y方向的形状测量数据进行一阶或二阶微分，获得x‑y网格数据；在y方向上，根据x‑y网格数据，求出包含晶圆的中心的中间部区域中的最大微分值、及与中间部区域相比更靠外侧的上端侧区域及下端侧区域的最大微分值；以及根据各最大微分值，判断有无在器件制造工序中产生缺陷的可能性。由此，提供一种能够有效地评价因切片工序引起的起伏形状的方法。

Description

半导体晶圆的评价方法、半导体晶圆的分选方法及器件的制 造方法
技术领域
本发明涉及半导体晶圆的评价方法、半导体晶圆的分选方法及器件的制造方法。
背景技术
近来，在器件制造工序的CMP工序中，报告有研磨后的膜厚不均产生的残膜异常的情况。设想主要的原因为，在晶圆制造工序的切片工序中的、在线锯的铸块切断方向上产生的特征性的起伏形状。当存在特征性的起伏形状时，由于晶圆的凸部分与凹部分在研磨加工余量上产生差异，结果产生研磨后的膜厚不均。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报第2004-20286号
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了分选在器件制造工序中具有残膜异常那样的起伏形状的晶圆，需要确定线锯的切片切断方向，但是目前并未确立该方法。因此，尝试了根据纳米形貌进行的分选，但是由于纳米形貌受限于以一个数值表示晶圆整面的微小凹凸，因此无法确定切片切断方向。
另外，虽然在专利文献1中公开了使用晶圆整面的直径方向的微分形状评价表面形状的方法，但是其从使晶圆的形状品质异于现有的SFQR等的观点出发，以定量地评价半导体晶圆的形状、特别是晶圆外周部的形状为目的，无法确定为了检测特征性的起伏形状所需的切片切断方向。
因此，需要开发取代纳米形貌或现有的晶圆形状的评价、能够有效地检测、评价、进而分选因切片工序引起的特征性的起伏形状的手法。
本发明为了解决上述问题而做出，其目的在于提供一种半导体晶圆的评价方法，该方法能够高精度且容易地确定切片切断方向，而有效地检测、评价对器件制造工序中的缺陷产生造成影响的、因切片工序引起的特征性的起伏形状。
(二)技术方案
本发明为了实现上述目的而做出，提供一种半导体晶圆的评价方法，使用镜面研磨晶圆作为半导体晶圆，并包含以下工序：通过晶圆形状测量机测量所述镜面研磨晶圆的整面的厚度方向的形状，而获得形状测量数据；每隔一定的旋转角度遍及所述镜面研磨晶圆的整面进行：从所述镜面研磨晶圆的整面的形状测量数据中提取直径方向的形状测量数据，在一定间距的点上对所述提取出的所述直径方向的形状测量数据进行一阶或二阶微分而获得所述直径方向的形状测量数据的微分分布，然后，比较所述获得的所有所述直径方向的形状测量数据的微分分布，将包含最大微分值的所述微分分布的直径方向确定为所述镜面研磨晶圆的切片切断方向；设定以所述确定的切片切断方向及与所述确定的切片切断方向正交的方向为坐标轴的正交坐标，在将所述确定的切片切断方向设为y方向、将与所述确定的切片切断方向正交的方向设为x方向时，每隔所述x方向的一定的间隔，以一定的间距对所述y方向的形状测量数据进行一阶或二阶微分，形成基于所述x方向的一定的间隔与所述y方向的一定的间隔的x-y网格，而获得x-y网格数据；在所述镜面研磨晶圆的所述y方向上，设定包含所述镜面研磨晶圆的中心的中间部区域、及与所述中间部区域相比更靠外侧的上端侧区域及下端侧区域，根据所述获得的所述x-y网格数据求出所述镜面研磨晶圆的所述中间部区域中的最大微分值、与所述镜面研磨晶圆的所述上端侧区域及所述下端侧区域中的最大微分值；以及根据所述中间部区域及所述上端侧区域与所述下端侧区域的最大微分值，判断有无在器件制造工序中产生缺陷的可能性。
根据这样的半导体晶圆的评价方法，能够以简便的方法高精度地确定切片切断方向，而能够以高精度且简便地根据所确定的切片切断方向，判断有无因切片工序引起的特征性的起伏形状的影响所导致的在器件制造工序中产生缺陷的可能性。
此时，可以设置为以下的半导体晶圆的评价方法：每隔0.5～10°的间隔的一定的旋转角度进行所述直径方向的形状测量数据的提取及所述微分分布的获得。
由此，能够以更高精度且有效率地确定镜面研磨晶圆的切片切断方向。
此时，可以设置为以下的半导体晶圆的评价方法：将所述x-y网格中的所述x方向与所述y方向的所述一定的间隔设为0.5～2mm。另外，可以设置为以下的半导体晶圆的评价方法：将所述x-y网格中的所述y方向的所述一定的间距设为2～10mm。
由此，能够更有效且高效地以高精度简便地判断有无在器件制造工序中产生缺陷的可能性。
此时，可以设置为以下的半导体晶圆的评价方法：使用平坦度形状测量机或纳米形貌测量机作为所述晶圆形状测量机。
由此，能够简便且以高测量速度获得更高精度的形状测量数据。
此时，可以设置为以下的半导体晶圆的评价方法：将所述器件制造工序中的缺陷设为残膜异常。
由此，能够防止器件制造工序中的品质缺陷，并能够有效地抑制因残膜异常所导致的成品率降低。
此时，可以设置为以下的半导体晶圆的分选方法：将通过上述半导体晶圆的评价方法判断为不存在产生缺陷的可能性的所述镜面研磨晶圆分选为合格品。
由此，由于能够排除产生缺陷的可能性高的晶圆，因此能够提高器件制造工序的成品率。
此时，可以设置为以下的器件的制造方法：使用通过上述半导体晶圆的分选方法分选为合格品的所述镜面研磨晶片来制作器件。
由此，能够以高成品率制造更高品质的器件。
(三)有益效果
如上所述，根据本发明的半导体晶圆的评价方法，能够以简便的方法高精度地确定切片切断方向，由此，能够以高精度判断在器件制造工序中有无缺陷产生。
附图说明
图1表示多个直径方向的形状测量数据的微分分布。
图2表示基于线锯的切片切断方向的说明图。
图3表示说明本发明的半导体晶圆的评价方法的附图。
图4表示说明本发明的半导体晶圆的评价方法的附图。
图5表示实施例与比较例的评价结果。
具体实施方式
以下，详细地说明本发明，但是本发明不限于此。
如上所述，寻求出了一种半导体晶圆的评价方法，该方法能够以高精度容易地确定切片切断方向，而有效地检测、评价对器件制造工序中的缺陷产生造成影响的、因切片工序引起的特征性的起伏形状。
本案发明人对上述问题进行反复研究，结果发现了一种半导体晶圆的评价方法，通过该方法能够以简便的方法高精度地确定切片切断方向，而能够以高精度简便地根据所确定的切片切断方向，判断有无因切片工序引起的特征性的起伏形状的影响所导致的器件制造工序中的缺陷产生，从而完成了本发明，在该半导体晶圆的评价方法中，使用镜面研磨晶圆作为半导体晶圆，并包含以下工序：通过晶圆形状测量机测量所述镜面研磨晶圆的整面的厚度方向的形状，而获得形状测量数据；每隔一定的旋转角度遍及所述镜面研磨晶圆的整面进行：从所述镜面研磨晶圆的整面的形状测量数据中提取直径方向的形状测量数据，在一定间距的点上对所述提取出的所述直径方向的形状测量数据进行一阶或二阶微分而获得所述直径方向的形状测量数据的微分分布，然后，比较所述获得的所有所述直径方向的形状测量数据的微分分布，将包含最大微分值的所述微分分布的直径方向确定为所述镜面研磨晶圆的切片切断方向；设定以所述确定的切片切断方向及与所述确定的切片切断方向正交的方向为坐标轴的正交坐标，在将所述确定的切片切断方向设为y方向、将与所述确定的切片切断方向正交的方向设为x方向时，每隔所述x方向的一定的间隔，以一定的间距对所述y方向的形状测量数据进行一阶或二阶微分，形成基于所述x方向的一定的间隔与所述y方向的一定的间隔的x-y网格，而获得x-y网格数据；在所述镜面研磨晶圆的所述y方向上，设定包含所述镜面研磨晶圆的中心的中间部区域、及与所述中间部区域相比更靠外侧的上端侧区域及下端侧区域，根据所述获得的所述x-y网格数据求出所述镜面研磨晶圆的所述中间部区域中的最大微分值、与所述镜面研磨晶圆的所述上端侧区域及所述下端侧区域中的最大微分值；以及根据所述中间部区域及所述上端侧区域与所述下端侧区域的最大微分值，判断有无在器件制造工序中产生缺陷的可能性。
以下，参照附图进行说明。
如上所述，为了分选在器件制造工序具有残膜异常那样的起伏形状的晶圆，首先需要确定线锯的切片切断方向。本案发明人对切片切断方向已知的晶圆在多个方向上获得直径方向的一阶或二阶微分分布，进行调查后，发现包含最大微分值的直径方向与切断方向一致。
图1表示使用直径300mm的镜面研磨硅晶圆(PW)，获得遍及面内整个区域的多个直径方向的形状测量数据的微分分布(在此为二阶微分值)，比较该微分分布而得的结果。如图1所示，可知具有最大微分值的微分分布的直径方向(在图1的例中，标注为85°)与实际上以线锯进行切片切断的方向(参照图2)一致。利用这一点，能够高精度且容易地确定镜面研磨晶圆的切片切断方向。
(获得形状测量数据的工序)
图3、图4是说明本发明的半导体晶圆的评价方法的附图。
首先，如图3所示，使用晶圆形状测量机，测量镜面研磨晶圆的整面(图3的(a))的厚度方向的形状，而获得形状测量数据。此时使用的晶圆形状测量机只要能够测量晶圆整面的厚度方向的形状则没有特别限定，可以使用公知的晶圆形状测量机。特别地，优选使用平坦度形状测量机或纳米形貌测量机。这是因为，能够简便地获得精度高的形状测量数据。此后利用在此所获得的形状测量数据，进行评价。
(确定镜面研磨晶圆的切片切断方向的工序)
接着，确定镜面研磨晶圆的切片切断方向。如图3的(b)所示那样，从获得的整面的形状测量数据中提取直径方向的形状测量数据。此外，在此，如图3的(b)所示，设定了角度的基准(0°)，但是由于只要最后能够确定切片切断方向即可，因此将基准设为哪个位置是任意的。然后，在一定间距的点上对提取出的直径方向的形状测量数据设为进行一阶或二阶微分，而获得直径方向的形状测量数据的微分分布。此时，进行微分的点的间距没有特别限定，可以设为0.1～10mm。另外，当下限值为例如2mm以上时，能够使噪声成分的影响更低。如果是这样的范围，能够更高精度地进行评价。另外，微分优选为二阶微分。能够使评价、判断的精度更高。
每隔一定的旋转角度遍及镜面研磨晶圆的整面获得这样的直径方向的形状测量数据的微分分布。此时，旋转角度只要为大于0°的角度间距即可，但是优选为0.5～10°的范围内的每个一定的角度，更优选设为1～5°。如果是这样的范围，能够更高精度地进行评价。
接着，比较所获得的所有直径方向的形状测量数据的微分分布。然后，能够将包含最大微分值的微分分布的直径方向确定为镜面研磨晶圆的切片切断方向。
(获得x-y网格数据的工序)
当可确定评价的镜面研磨晶圆的切片切断方向后，如图4的(a)所示，在该镜面研磨晶圆上，设定以确定的切片切断方向及与切片切断方向正交的方向为坐标轴的正交坐标。接着，遍及晶圆整面，在与切片切断方向平行的方向上对形状测量数据进行微分，而获得单一方向(切片切断方向)的微分分布。
更详细而言，在将切片切断方向设为y方向、将与切片切断方向正交的方向设为x方向时，每隔所述x方向的一定的间隔，以一定的间距对所述y方向的形状测量数据进行一阶或二阶微分，形成所述x方向的一定间隔与所述y方向的一定间隔所构成的x-y网格，而获得x-y网格数据。x-y网格的大小可在0.1mm～10mm左右的范围内任意设定，x方向及y方向的一定间隔优选为0.5～2mm的范围，y方向的进行微分的点的间距优选为2～10mm的范围。如果是这样的范围，能够使评价的精度更高。另外，为了更高精度地评价晶圆的形状测量数据的微分分布，x方向及y方向的网格间隔优选小于微分间距，最优选设置为1mm左右。此外，微分值的计算优选通过二阶微分进行。能够使评价、判断的精度更高。
(判断有无产生缺陷的可能性的工序)
接着，如图4的(b)所示，在镜面研磨晶圆的y方向上，设定包含镜面研磨晶圆的中心的中间部区域、及与中间部区域相比更靠外侧的上端侧区域与下端侧区域，根据获得的所述x-y网格数据，求出镜面研磨晶圆的中间部区域中的最大微分值、及镜面研磨晶圆的上端侧区域与下端侧区域的最大微分值。这样设定中间部区域及上端侧区域与下端侧区域的理由在于，相对于切片切断时的切断长度发生变化的切断开始期和结束期，在切断长度长且切断比较稳定的切断中间期的起伏不同，因此即使微分值相同，根据该微分值存在于晶圆的中间部区域或存在于上端侧区域与下端侧区域，对进行器件制造工序、例如进行CMP时的残膜造成的影响也会不同，比起对晶片整个面的网格数据唯一地设定规格，通过如与切断中间期对应的中间部区域、与切断开始期以及结束期对应的上端侧区域以及下端侧区域那样划分区域，判断精度提高。此外，在直径300mm的晶圆的情况下，中间部区域可设为以通过晶圆中心的x方向的直线为中心，在y方向上宽度200mm(即，以通过晶圆中心的x方向的直线为基准，在y方向上±100mm)左右的区域。上端侧区域及下端侧区域优选设为中间部区域以外的区域，即，设为从y方向的晶圆两端(通过晶圆中心的y方向的直线上的晶圆端部)向晶圆的内侧(y方向)±50mm左右的区域(参照图4的(b))。
接着，根据中间部区域与所述上端侧区域及下端侧区域的最大微分值，判断有无在器件制造工序中产生缺陷的可能性。作为此时的判断方法，可以根据例如各区域内的最大微分值是否在预定规格值内、或晶圆整面中的所有网格数据数与超过一定阈值(Threshold值)的网格数据数之比(Error％)等参数是否在预定规格值内来进行判断。作为器件制造工序中的缺陷，优选采用例如器件制造的CMP工序中的残膜异常作为指标。此外，对于在判断中使用的参数中设定的规格值，可以设定为能够根据来自用户的要求形状等有效进行分选的值。
(将镜面研磨晶圆分选为合格品的工序)
当如上述那样，判断有无在镜面研磨晶圆的器件制造工序中产生缺陷的可能性后，可有效地将判断为没有产生缺陷的可能性的镜面研磨晶圆分选为合格品。另外，通过使用分选为合格品的镜面研磨晶圆来制造器件，能够有效地抑制后工序的器件制造工序中的缺陷、特别是在CMP工序中产生残膜缺陷。另外，根据本发明的半导体晶圆的评价方法、分选方法，除了CMP工序外，也能够事先在光刻工序等中分选出可能在器件图案中产生误差的晶圆并将其去除。
实施例
以下，举出实施例而详细地说明本发明，但是其并不限定本发明。
准备了44片直径300mm的硅晶圆(PW)作为在实施例及比较例中进行评价的镜面研磨晶圆。该硅晶圆面向同一使用者，从由多个Lot组成的硅晶圆中选取。另外，在该44片中包含为了确认本发明的半导体晶圆的评价方法的效果而残膜异常产生率有所不同的线锯断线品、非断线品。对于这样的晶圆，比较了根据通过单一高斯滤波器处理的纳米形貌所产生的规格判断结果(比较例)、与对于切片切断方向的二阶微分值的中间部区域及上端侧区域与下端侧区域的最大微分值的规格判断结果(实施例)。
首先，使用平坦度测量机(KLA公司WaferSight系列)作为晶圆形状测量机，获得了所有晶圆的厚度方向的形状测量数据。实施例、比较例均利用该形状测量数据进行评价。
(比较例)
根据纳米形貌值，进行半导体晶圆的评价，而进行了有无在器件制造工序中产生缺陷的判断。具体而言，对于使用上述平坦度测量机获得的晶圆的厚度方向的形状测量数据，通过单一高斯滤波器(25mm圆形窗口)进行滤波处理，求出纳米形貌值。作为有无在器件制造工序中产生缺陷的判断条件，将纳米形貌值＝38nm设为阈值，将纳米形貌值>38nm判断为有产生缺陷的可能性。
(实施例)
根据本发明的半导体晶圆的评价方法，确定晶圆的切片切断方向，获得x-y网格数据，而分别求出晶圆的中间部区域与上端侧区域及下端侧区域的最大微分值。具体而言，使用利用上述平坦度测量机而得的晶圆的厚度方向的形状测量数据，对晶圆的直径方向的形状分布以微分间距＝10mm进行二阶微分，获得了直径方向的形状测量数据的微分分布。以旋转角度1°间距遍及晶圆整面进行此处理，而获得整面的二阶微分分布数据。接着，在所有二阶微分分布数据中，将包含最大微分值的分布的直径方向确定为该晶圆的切片切断方向。
将这样确定的切断方向设为x-y正交坐标系的y方向、将与切断方向正交的方向设为x方向，并将x方向与y方向的网格间隔设为1mm、将y方向的微分间距设为10mm，对y方向的形状测量数据以一定间距进行二阶微分而获得了x-y网格数据。
之后，在对晶圆设定的y方向上，将以通过晶圆的中心的x方向的直线为基准±100mm(相当于直径50mm～250mm)的范围作为中间部区域、将与该中间部区域相比更靠外侧的范围作为上端侧区域与下端侧区域而求出各区域的最大微分值。
作为有无在器件制造工序中产生缺陷的可能性的判断条件，将中间部区域的最大微分值＝5nm/mm2、上端侧区域及下端侧区域的最大微分值＝8nm/mm2设为阈值。即，将满足中间部区域的最大微分值>5nm/mm2、上端侧区域及下端侧区域的最大微分值>8nm/mm2中的任一者的晶圆判断为有产生缺陷的可能性。换言之，仅在同时满足中间部区域的最大微分值≦5nm/mm2、上端侧区域及下端侧区域的最大微分值≦8nm/mm2时，判断为没有产生缺陷的可能性。
在图5中表示实施例与比较例的评价结果。图5的(a)表示比较例的根据纳米形貌值进行的各晶圆的评价结果。图5的(b)、(c)是实施例的评价结果，图5的(b)表示晶圆的中间部区域中的二阶微分分布数据的最大微分值，图5的(c)表示晶圆的上端侧区域及下端侧区域中的二阶微分分布数据的最大微分值。另外，在图5的(a)～(c)中表示有用于各自的判断的阈值。
在比较例的根据纳米形貌进行的判断中，如图5的(a)所示，总计44片中，原本预期合格但以过剩判断而判断不合格的晶圆(以下称为“过剩判断晶圆”)为6片(非断线品、无残膜异常的样品)，预期不合格但以过小判断而判断合格的晶圆(以下称为“过小判断”晶圆)为12片(非断线品、有残膜异常的样品)，过剩判断率为13.6％，过小判断率为27.3％。
另一方面，在实施例的判断，如图的5的(b)、(c)所示，过剩判断晶圆减少为2片，过小判断晶圆减少为2片，过剩判断率、过小判断率皆改善至4.5％。
这样，在比较例的根据纳米形貌进行的评价、分选中，产生了许多原本预期合格但以过剩判断而判断不合格的晶圆或预期不合格但以过小判断而判断合格的晶圆，在以本发明的评价方法进行的评价、分选中，过剩判断、过小判断皆改善，而确认了比起根据纳米形貌进行的评价、分选，可更有效地分选呈起伏形状的晶圆。这样，可以说检测起伏形状的本发明的半导体晶圆的评价方法比起现有的评价方法即根据纳米形貌进行的评价、分选，能够更高精度地分选可能形成为残膜异常的晶圆。
此外，本发明不限于上述实施方式。上述实施方式是例示，凡具有与本发明的权利要求书所记载的技术思想实质上相同的结构、起到同样的作用效果的任何方案都包含在本发明的技术范围内。

Claims (8)

1.一种半导体晶圆的评价方法，其特征在于，
使用镜面研磨晶圆作为半导体晶圆，并包含以下工序：
通过晶圆形状测量机测量所述镜面研磨晶圆的整面的厚度方向的形状，而获得形状测量数据；
每隔一定的旋转角度遍及所述镜面研磨晶圆的整面进行：从所述镜面研磨晶圆的整面的形状测量数据中提取直径方向的形状测量数据，在一定间距的点上对所述提取出的所述直径方向的形状测量数据进行一阶或二阶微分而获得所述直径方向的形状测量数据的微分分布，然后，比较所述获得的所有所述直径方向的形状测量数据的微分分布，将包含最大微分值的所述微分分布的直径方向确定为所述镜面研磨晶圆的切片切断方向；
设定以所述确定的切片切断方向及与所述确定的切片切断方向正交的方向为坐标轴的正交坐标，在将所述确定的切片切断方向设为y方向、将与所述确定的切片切断方向正交的方向设为x方向时，每隔所述x方向的一定的间隔，以一定的间距对所述y方向的形状测量数据进行一阶或二阶微分，形成基于所述x方向的一定的间隔与所述y方向的一定的间隔的x-y网格，而获得x-y网格数据；
在所述镜面研磨晶圆的所述y方向上，设定包含所述镜面研磨晶圆的中心的中间部区域、及与所述中间部区域相比更靠外侧的上端侧区域及下端侧区域，根据所述获得的所述x-y网格数据求出所述镜面研磨晶圆的所述中间部区域中的最大微分值、与所述镜面研磨晶圆的所述上端侧区域及下端侧区域中的最大微分值；以及
根据所述中间部区域及所述上端侧区域与下端侧区域的最大微分值，判断有无在器件制造工序中产生缺陷的可能性。
2.根据权利要求1所述的半导体晶圆的评价方法，其特征在于，
每隔0.5～10°的间隔的一定的旋转角度进行所述直径方向的形状测量数据的提取及所述微分分布的获得。
3.根据权利要求1或2所述的半导体晶圆的评价方法，其特征在于，
将所述x-y网格中的所述x方向及y方向的所述一定的间隔设为0.5～2mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体晶圆的评价方法，其特征在于，
将进行所述x-y网格中的所述y方向的所述一定的微分的间距设为2～10mm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体晶圆的评价方法，其特征在于，
使用平坦度形状测量机或纳米形貌测量机作为所述晶圆形状测量机。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体晶圆的评价方法，其特征在于，
将所述器件制造工序中的缺陷设为残膜异常。
7.一种半导体晶圆的分选方法，其特征在于，
还具有以下工序：
将通过权利要求1至6中任一项所述的半导体晶圆的评价方法判断为不存在产生缺陷的可能性的所述镜面研磨晶圆分选为合格品。
8.一种器件的制造方法，其特征在于，
使用通过权利要求7所述的半导体晶圆的分选方法分选为合格品的所述镜面研磨晶片来制作器件。
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