JP2006045007A - シリコン単結晶の品質評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ウェーハの品質検査の精度を向上させて、作業効率及び歩留まりを向上させる。
【解決手段】
結晶育成速度Ｖにはシリコン単結晶が所定品質に保たれるような許容範囲が存在する。この許容範囲を予め求めておく。シリコン単結晶を引き上げる際に結晶育成速度Ｖのログデータを測定し、このログデータを用いて結晶育成速度Ｖの実績値を求める。そして許容範囲と実績値を比較する。許容範囲内にある結晶育成速度Ｖに対応するシリコン単結晶の部位を所定の規格を満たす良品部位と判定し、許容範囲外にある結晶育成速度Ｖに対応するシリコン単結晶の部位を所定の規格を満たさない不良部位と判定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、シリコン融液から引き上げたシリコン単結晶の品質を評価するシリコン単結晶の品質評価方法に関し、結晶育成時の制御パラメータのログデータを用いて結晶全領域の品質を評価するものである。

近年の半導体デバイスには高集積化・微細化の要求があり、この要求に伴いシリコンウェーハに対する品質要求はますます厳しくなってきている。シリコンウェーハの重要品質特性の一つにシリコン単結晶育成時に導入されるGrwon-in欠陥が挙げられる。Grown-in欠陥は、半導体デバイス工程の絶縁酸化膜耐圧特性やリーク電流特性などに悪影響を及ぼし歩留まり悪化の要因となるため、その密度を低減するか又は完全に排除する必要がある。また、Grown-in欠陥は空孔型欠陥（ボイド）と格子間シリコン型欠陥（転位クラスタ）の２つに大別され、各々検出方法によって前者はLPD（Laser Point Defect）、 COP (Crystal Originated Particle）、 FPD (Flow Pattern Defect)、 LSTD (Laser Scattering Tomograpy Defect) などと呼ばれ、後者はL/D (Large Defect)、 LEPD(Large Etch Pit Defect)、 LSEPD (Large Secco Etch PitDefect)などと呼ばれる場合がある。以降、評価法を特定しない場合、空孔型欠陥をＶＤ（Vacancy type Defect）、格子間シリコン型欠陥をＩＤ（self-Interstitial type Defect）と呼ぶ。これらの欠陥の分布や発生挙動は、結晶の引き上げ速度、すなわち結晶育成速度（以下、結晶育成速度Ｖと云う）や、シリコン単結晶の引き上げ軸方向の融点近傍での温度勾配（以下、温度勾配Ｇと云う）によって決定されることが知られている。また、結晶育成速度Ｖを遅くしていくとシリコン単結晶中の欠陥分布は、ＶＤ発生領域からＩＤ発生領域に変化しその中間領域に無欠陥領域が存在することも解ってきている。そこで、シリコンウェーハの品質を向上させるためには結晶育成速度Ｖや温度勾配Ｇの制御をより高い精度で行う必要が出てきた。

しかしながら、その制御精度には従来の製造装置や制御方式が持つ制御能力レベルに近いかもしくはそれ以上のものが求められるようになってきたため、より厳密な制御が必要となると同時に、シリコン単結晶の品質検査精度も相対的に向上させる必要が出てきている。

より具体的には、シリコン単結晶育成における単結晶直径制御機構は一般に、結晶直径（またはそれに対応する結晶重量）を随時検出し、狙いの結晶直径との差に対して、シリコン融液の温度や結晶育成速度Ｖのフィードバック制御を行っている。その為、設定の結晶育成速度Ｖに対しておよそ±０．０２mm/min程度の変動をもって制御されていたが、要求品質を満足するための結晶育成速度Ｖの許容される変動幅が、それと同等もしくはそれ以下にする必要がでてきたため、これまでの制御レベルでは、部分的に品質規格を外れるケースがあり、それらを精度良く検査判定する必要が生じてきている。

半導体デバイスの基板となるシリコンウェーハの製造工程は、大きくは単結晶成長工程とウェーハ加工工程とに分けられる。各工程の後には製品の検査が行われる。ここで図１２を用いて一般的なウェーハ製造工程の処理フローを説明する。

単結晶成長工程ではシリコン単結晶の育成が行われる。具体的にはシリコン融液からシリコン単結晶が引き上げられてインゴット状のシリコン単結晶が形成される（ステップ１２０１）。シリコン単結晶は所定長さのブロックに分断され、さらに全数スライスされる（ステップ１２０２）。分断されたブロックに対しては品質検査（中間検査）が実施される（ステップ１２０３）。この中間検査では分断されたブロックの両端から検査試料を抽出する所謂抜き取り検査が実施されており、酸素濃度、抵抗率、積層欠陥、Grown-in欠陥などの検査が実施される。Grown-in欠陥の検出には、セコエッチングなどの選択エッチング法が用いられ、ＶＤおよびＩＤが検出される。ウェーハが所定の規格を満たしていると、そのウェーハの抽出先のブロックは合格と判定され、次工程のウェーハ加工工程へ流れる。

ウェーハ加工工程ではウェーハの化学的・機械的研磨加工処理（鏡面加工処理）が行われる（ステップ１２０４）。ウェーハ加工工程が終了したウェーハに対しては製品検査（最終検査）が実施される（ステップ１２０５）。

この製品検査の際に行われるGrown-in欠陥の検出には、ウェーハ表面にレーザ光を照射してこの時にウェーハ表面に存在するゴミ（パーティクル）や欠陥によって発せられる散乱光を検出するパーティクルカウンタが用いられる。ここで検出される欠陥が前述したLPDと呼ばれるＶＤである。パーティクルカウンタは非破壊で検査が可能であるためＶＤの全数検査が可能である。一方ＩＤの検出については、非破壊での評価手法がないわけではないが、ＩＤの密度が１０³〜１０⁴/cm³と極めて低いことから定常検査に導入する方法としては実用的に問題がある。そこで実質上中間検査における抜き取り検査での判定を製品保証とする方式が用いられている。このようなことからも検査精度を上げる必要があるといえる。

Grown-in欠陥の検査も含めてすべての検査項目がこの製品検査で合格と判定されたウェーハは製品として出荷され（ステップ１２０５の判定ＯＫ、ステップ１２０６）、不合格と判定されたウェーハは不良品として廃棄される（ステップ１２０５の判定ＮＧ、ステップ１２０７）。

現在実施されている品質検査は、抽出した試料の品質に基づいて抽出先のブロックの品質を推測しているに過ぎず、高い精度の検査方法とはいえない。
例えば試料のウェーハ自体が高品質である場合は抽出先のブロックが高品質であると判断され、そのブロックからスライスされた全ウェーハに対して鏡面加工処理が行われる。しかし全ウェーハの中に低品質のウェーハが含まれる場合もある。そうしたウェーハは製品検査の段階で不合格と判定されるため、結局は廃棄される。このように無駄な作業が生じるため、作業効率の面で問題がある。

逆に試料のウェーハ自体が低品質である場合は抽出先のブロックが低品質であると判断され、そのブロックからスライスされた全ウェーハが廃棄される。しかし全ウェーハの中に高品質のウェーハが含まれる場合もある。このように所定の規格を満たしているウェーハまでもが廃棄されるため、歩留まりの面で問題がある。

今後要求されるウェーハの品質にもよるが、従来の抜き取り検査では上記問題が顕著となる可能性が高く、品質検査として十分に機能しないものと考えられる。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、ウェーハの品質検査の精度を向上させて、作業効率及び歩留まりを向上させることを解決課題とするものである。

第１発明は、
シリコン融液から引き上げたシリコン単結晶の品質を評価するシリコン単結晶の品質評価方法において、
シリコン単結晶を引き上げる際にシリコン単結晶の品質に影響を及ぼす制御パラメータを測定し、予め設定した制御パラメータの許容範囲と測定した制御パラメータとを用いてシリコン単結晶の品質良好部位と品質不良部位とを判定すること
を特徴とする。

第２発明は、
シリコン融液から引き上げたシリコン単結晶の品質を評価するシリコン単結晶の品質評価方法において、
シリコン単結晶を引き上げる際にシリコン単結晶の品質に影響を及ぼす制御パラメータを測定する処理と、
測定した制御パラメータを用いてシリコン単結晶の部位と制御パラメータとの対応関係を求める処理と、
予め設定した制御パラメータの許容範囲と前記対応関係における制御パラメータとを比較し、当該許容範囲内にある制御パラメータに対応するシリコン単結晶の部位を品質良好部位と判定し、当該許容範囲外にある制御パラメータに対応するシリコン単結晶の部位を品質不良部位と判定する処理と、を含むこと
を特徴とする。

第３発明は、第１又は第２発明において、
前記制御パラメータが、シリコン単結晶の結晶育成速度であること
を特徴とする。

第４発明は、第１又は第２発明において、
前記制御パラメータが、シリコン融液の上方に配置されシリコン単結晶に対する輻射熱を遮蔽する熱遮蔽板の下端からシリコン融液表面までの距離であること
を特徴とする。

シリコン単結晶の引き上げ時には、シリコン単結晶の品質に影響を及ぼす制御パラメータ、例えばシリコン単結晶の引き上げ速度すなわち結晶育成速度Ｖや、シリコン融液の上方に配置されシリコン単結晶に対する輻射熱を遮蔽する熱遮蔽板の下端からシリコン融液表面までの距離すなわちＧＡＰ距離ｄなど、が制御される。これらの制御パラメータにはシリコン単結晶が所定品質に保たれるような範囲が存在する。これを許容範囲という。

図３に示されるように、例えば結晶育成速度Ｖにはシリコン単結晶の各部位に対応する許容範囲が存在する。このような許容範囲を予め求めておく。シリコン単結晶を引き上げる際に制御パラメータのログデータを測定し、このログデータを用いて結晶育成速度Ｖの実績値を求める。そして許容範囲と実績値を比較する。

図３において、シリコン単結晶２２のうち位置Ｌ0から位置Ｌ1までの部分及び位置Ｌ2から位置Ｌ3までの部分に対応する結晶育成速度Ｖは許容範囲内にある。シリコン単結晶２２のうち位置Ｌ1から位置Ｌ2までの部分に対応する結晶育成速度Ｖは許容範囲外にある。このような場合、シリコン単結晶２２のうち位置Ｌ0から位置Ｌ1までの部分及び位置Ｌ2から位置Ｌ3までの部分は所定の規格を満たす良品と判定され、位置Ｌ1から位置Ｌ2までの部分は所定の規格を満たさない不良品と判定される。

本発明によれば、結晶育成時の制御パラメータのログデータを用いてシリコン単結晶の全領域の品質が評価される。シリコン単結晶の一部を抽出し評価する従来の抜き取り検査と比較すると、シリコン単結晶の全領域を評価しているため、品質検査の精度は高いといえる。またシリコン単結晶のうち良品部位と不良品部位とを確実に判別できる。したがって不良品のウェーハに対するウェーハ加工処理を行うことがなくなり作業効率が向上する。また良品のウェーハを廃棄することがなくなり歩留まりが向上する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態で使用するＣＺ法の単結晶引き上げ装置の構成を示す図である。単結晶引上げ装置１０は炉体１１の内部に、上下方向の昇降動作が自在であり且つ昇降軸回りの回転動作が自在であってシリコン融液２１を貯留するルツボ１２と、ルツボ側面を囲繞するように設けられ主にルツボ側面を熱する側面ヒータ１３と、ルツボ底面に対向して設けられ主にルツボ底面を熱する底面ヒータ１４と、ルツボ上方に設けられシリコン単結晶２２に対する輻射熱を遮蔽する熱遮蔽体１５とを有する。

本実施形態では“結晶育成速度Ｖ”や“熱遮蔽体下端１５ａからシリコン融液液面２１ａまでの距離ｄ”を制御パラメータとして適用する。結晶育成速度Ｖは図示しない単結晶引き上げユニットの動作から求められる。一方、熱遮蔽体下端１５ａからシリコン融液液面２１ａまでの距離ｄを求めるために、単結晶引上げ装置１０は、炉体１１の外部に設けられてレーザ光照射器と受光器とを備えた距離計測ユニット３１と、炉体１１の外部に設けられて移動又は回転動作が自在であるスキャンミラー３２と、炉体１１の内部に設けられて入射窓１１ａを介してスキャンミラー３２と対向するプリズム３３と、を有する。本明細書では熱遮蔽体下端１５ａとシリコン融液液面２１ａとの間隔を“ＧＡＰ”という。

ここで本実施形態で行うＧＡＰ距離ｄの測定方法について説明する。
距離計測ユニット３１のレーザ光照射器から出力されるレーザ光はスキャンミラー３２で反射され、入射窓１１ａを透過し、プリズム３３で屈折し、シリコン融液液面２１ａに照射される。さらにレーザ光はシリコン融液液面２１ａで反射され、熱遮蔽体下端部１５ａの下面に照射され散乱する。散乱光の一部はシリコン融液液面２１ａで反射され、プリズム３３で屈折し、入射窓１１ａを透過し、スキャンミラー３２で反射されて、距離計測ユニット３１の受光器に入射される。距離計測ユニット３１では、レーザ光照射器と受光器との距離とレーザ光の照射角及び散乱光の受光角とが用いられて、レーザ光照射器から受光器までの光路距離Ｄwが算出される。

スキャンミラー３２を回転または移動させて、レーザ光の照射位置をシリコン融液液面２１ａから熱遮蔽体下端部１５ａの上面に移動させる。すると距離計測ユニット３１のレーザ光照射器から出力されるレーザ光は、スキャンミラー３２で反射され、入射窓１１ａを透過し、プリズム３３で屈折し、熱遮蔽体下端部１５ａの上面に照射され散乱する。散乱光の一部はプリズム３３で屈折し、入射窓１１ａを透過し、スキャンミラー３２で反射されて、距離計測ユニット３１の受光器に入射される。距離計測ユニット３１では、レーザ光照射器と受光器との距離とレーザ光の照射角及び散乱光の受光角とが用いられて、レーザ光照射器から受光器までの光路距離Ｄsが算出される。

光路距離ＤwとＤｓとの差は、（熱遮蔽体下端１５ａの上面からシリコン融液液面２１ａまでの距離）×２である。つまりＧＡＰ距離ｄは光路距離ＤwとＤｓとの差に熱遮蔽体下端１５ａの厚みを考慮することで求められるが、本実施形態ではこの熱遮蔽体下端１５ａの厚みを無視して考える。したがってＧＡＰ距離ｄは、
ＧＡＰ距離ｄ＝（Ｄｗ−Ｄｓ）／２ … （１）
にて算出される。

次に本発明を適用したシリコンウェーハの製造工程を説明する。ここでは制御パラメータに結晶育成速度Ｖ及びＧＡＰ距離ｄを適用した場合について説明する。図２は本発明を含むシリコンウェーハの製造工程を示すフローチャートである。

シリコン融液からシリコン単結晶が引き上げられてインゴットが形成される（ステップ２０１）。シリコン単結晶の引き上げの際には、結晶育成速度Ｖ及びＧＡＰ距離ｄが常時または所定時間毎に測定され、その測定結果がログデータとして図示しない記憶装置に記憶される。ログデータのうち、結晶育成速度データは平均化処理され、ＧＡＰ距離データはデータ処理される（ステップ２０２）。

結晶育成速度データの平均化処理について説明する。本明細書で説明するシリコン単結晶の部位というのは、シリコン単結晶の長手方向を変位方向とした場合のシリコン単結晶上の位置のことをいう。シリコン単結晶の任意部位からスライスされたウェーハの欠陥分布は、その任意部位部分及びその前後所定範囲（例えば前３０mm、後４０mm）の部分を形成する際に実行された結晶育成速度Ｖの平均値と非常によい相関関係がある。このため本実施形態では、シリコン単結晶のある部位部分及びその前後所定範囲の部分を形成する際に実行された結晶育成速度Ｖをログデータから抽出し、抽出した結晶育成速度データの平均値を演算し、その演算値を先の任意部位に対応する結晶育成速度Ｖとみなしている。本実施形態では、こうして求めた結晶育成速度Ｖを実績値とすることで、シリコン単結晶の各部位と結晶育成速度Ｖとの対応関係を求めている。

ＧＡＰ距離データのデータ処理について説明する。この処理ではログデータから所定ピッチ毎のＧＡＰ距離データが抜き取られている。この処理によって、品質検査の判定結果に影響を及ぼすことなく処理効率を向上させることができる。

結晶育成速度ＶとＧＡＰ距離ｄにはそれぞれ予め許容範囲が設定されており、平均化処理後の結晶育成速度Ｖ及びデータ処理後のＧＡＰ距離ｄが許容範囲内にあるか否かが判定される（ステップ２０３）。許容範囲とは、シリコン単結晶の任意の部分を育成する際にその部分の品質を所定の規格以上に保つことが可能な制御パラメータの範囲であって、シリコン単結晶の部分毎に定められている。結晶育成速度Ｖ及びＧＡＰ距離ｄの許容範囲及びその求め方については後述する。

ステップ２０３で行われる判定について図３を用いて具体的に説明する。図３は結晶育成速度の実績値及び結晶育成速度の許容範囲とシリコン単結晶の部位との対応関係の一例を示す図である。図３において、シリコン単結晶２２のうち位置Ｌ0から位置Ｌ1までの部分及び位置Ｌ2から位置Ｌ3までの部分に対応する結晶育成速度Ｖは許容範囲内にある。シリコン単結晶２２のうち位置Ｌ1から位置Ｌ2までの部分に対応する結晶育成速度Ｖは許容範囲外にある。このような場合、シリコン単結晶２２のうち位置Ｌ0から位置Ｌ1までの部分及び位置Ｌ2から位置Ｌ3までの部分は所定の規格を満たす良品と判定され、位置Ｌ1から位置Ｌ2までの部分は所定の規格を満たさない不良品と判定される。

同様にＧＡＰ距離ｄについても許容範囲が設定されており、シリコン単結晶のうちＧＡＰ距離ｄが許容範囲内にある部分は所定の規格を満たす良品と判定され、ＧＡＰ距離ｄが許容範囲外にある部分は所定の規格を満たさない不良品と判定される。

図２に戻って説明を続ける。シリコン単結晶の全領域が良品である場合、シリコン単結晶は所定長さのブロックに分断され、さらに全数スライスされる（ステップ２０３の判断ＯＫ、ステップ２０５）。一方シリコン単結晶の一部領域が不良品である場合、不良品と判定された領域の両端を切断するように切断位置が変更された後、シリコン単結晶は所定長さのブロックに分断され、良品のブロックのみが全数スライスされる（ステップ２０３の判断ＮＧ、ステップ２０４、ステップ２０５）。不良品を含むブロックは廃棄される（ステップ２０６）
この段階では全ウェーハが良品であるはずだが、ここで従来の品質検査（中間検査）がその他の検査項目と併せて実施されてもよい（ステップ２０７）。しかし本実施形態ではGrown-in欠陥に関わる品質検査の省略が可能である。スライスされた全ウェーハは次工程のウェーハ加工工程へ流れる。

ウェーハ加工工程以降（ステップ２０８以降）は図１０で示した従来の処理と同じである。
ウェーハ加工工程ではウェーハの化学的・機械的研磨加工処理（鏡面加工処理）が行われる（ステップ２０８）。ウェーハ加工工程が終了したウェーハに対しては製品検査（最終検査）が実施される（ステップ２０９）。この製品検査で所定の規格を満たし合格と判定されたウェーハは製品として出荷され（ステップ２０９の判定ＯＫ、ステップ２１０）、不合格と判定されたウェーハは不良品として廃棄される（ステップ２０９の判定ＮＧ、ステップ２１１）。

次に結晶育成速度Ｖ及びＧＡＰ距離ｄの許容範囲及びその求め方について説明する。
まず許容範囲について説明する。
図４はシリコン単結晶の任意の部位における結晶育成速度ＶとＬＰＤ数との関係を示す図である。なお図４には一部のデータが記入されているが、本発明者の実験結果によれば、データは楕円Ｅで囲まれた領域に分布することが確認されている。図４に示されるように、結晶育成速度ＶとＬＰＤ数とは相関する関係にある。結晶育成速度Ｖが速くなるとＬＰＤは増加し、逆に結晶育成速度Ｖが遅くなるとＬＰＤは減少する。このような関係から、結晶育成速度Ｖが遅ければＬＰＤは減少するといえる。しかし結晶育成速度Ｖが所定速度を下回るとウェーハ外周部にＩＤが発生する。

ウェーハの製品規格は幾つかあるが、「ＬＰＤ数が所定値以下」及び「ＩＤ無し」という製品規格がある。図４に示す相関関係を用いれば、そのような製品規格に応じた結晶育成速度Ｖの範囲を特定できる。例えば、ＬＰＤ数を所定値以下にするような結晶育成速度Ｖの上限値（ＶUL）を特定でき、またＩＤを無くすような結晶育成速度Ｖの下限値（ＶLL）を特定できる。シリコン単結晶の部位の結晶育成速度Ｖが上限値（ＶUL）と下限値（ＶLL）との間に収まっていれば、この部位部分の品質は良好であるといえる。この上限値（ＶUL）と下限値（ＶLL）との範囲を許容範囲という。この許容範囲はシリコン単結晶の部位毎に存在するものであり、全ての部位において一定であるとは限らない。このことは図３に示される許容範囲が変化していることからも分かる。また許容範囲は求められる製品規格によっても変化するものである。以上のことから、シリコン単結晶の各部位または所定部位毎に許容範囲を求める必要があり、また製品規格に応じて求める必要がある。

図５はシリコン単結晶の任意の部位におけるＧＡＰ距離ｄとＬＰＤ数との関係を示す図である。図５に示されるように、ＧＡＰ距離ｄとＬＰＤ数とは相関する関係にある。ＧＡＰ距離ｄが大きくなるとＬＰＤは増加し、逆にＧＡＰ距離ｄが小さくなるとＬＰＤは減少する。このような関係から、ＧＡＰ距離ｄが小さければＬＰＤは減少するといえる。しかしＧＡＰ距離ｄが所定距離を下回るとウェーハ外周部にＩＤが発生する。

結晶育成速度Ｖの場合と同様に、図５に示す相関関係を用いれば、製品規格に応じたＧＡＰ距離ｄの範囲を特定できる。この許容範囲はシリコン単結晶の部位毎に存在するものであり、全ての部位において一定であるとは限らない。また許容範囲は求められる製品規格によっても変化するものである。以上のことから、シリコン単結晶の各部位または所定部位毎に許容範囲を求める必要があり、また製品規格に応じて求める必要がある。

結晶軸方向で均一な欠陥分布を保つためにはＶ／Ｇをある許容範囲内に制御することが必要である。図６はＶ／Ｇを制御する上で最も影響する結晶育成速度ＶとＧＡＰ距離ｄとの関係を示す図である。図６からは、結晶育成速度ＶまたはＧＡＰ距離ｄの何れか一方の制御精度を上げると、他方の許容範囲が広くなる、ということが分かる。例えば図６のＧＡＰの制御幅をXからX′に抑えることにより結晶育成速度Vの許容範囲をＹからＹ′に広くすることが出来る。したがって何れか一方の制御パラメータを厳密に制御すれば他方の制御パラメータの許容範囲を広くすることができ、他方の制御パラメータを厳密に制御することなくシリコン単結晶の良品率を上昇させることができるということになる。

つづいて許容範囲の求め方について説明する。許容範囲に関する考え方は、結晶育成速度Ｖ、ＧＡＰ距離ｄ共に同じである。よってここでは結晶育成速度Ｖについて説明することにする。

結晶育成速度Ｖの許容範囲を求めるために、ＧＡＰ距離ｄが設定値になるようにして結晶育成速度Ｖの水準テストを実施する。水準テストとは、図７に示すように現状の設定結晶育成速度Ｖ（パターンｂ）に対して、任意の速度幅で加算した育成条件（パターンａ）および減算させた育成条件（パターンｃ）で結晶を育成する。ここでは、三水準を例として挙げたが水準数は必要に応じて適宜決定する。そしてシリコン単結晶の欠陥挙動や半径方向の欠陥分布を評価する。この際、同一水準の結晶育成速度Ｖで引き上げたシリコン単結晶を二本用意し、一本のシリコン単結晶をウェーハにスライスし、鏡面加工後にＬＰＤ評価を行い、もう一本のシリコン単結晶を引き上げ軸方向に縦割りし、切り出した試料に熱酸化処理やＣｕデコレーション処理を施した後にＸ線トポグラフィー（Ｘ線回折顕微法）で欠陥分布を観察し、ＩＤの発生の有無を確認する。

図８は、図７で示したパターンａのＡ領域における検査結果を示す図である。図８（ａ）はLPD数の軸方向分布を示し、図８（ｂ）は縦割り試料で評価した欠陥分布を示し、図８（ｃ）はシリコン単結晶長さと結晶育成速度Ｖの関係を示す。
図９は、図７で示したパターンｂのＡ領域における検査結果を示す図である。図９（ａ）はLPD数の軸方向分布を示し、図９（ｂ）は縦割り試料で評価した欠陥分布を示し、図９（ｃ）はシリコン単結晶長さと結晶育成速度Ｖの関係を示す。
図１０は、図７で示したパターンｃのＡ領域における検査結果を示す図である。図１０（ａ）はLPD数の軸方向分布を示し、図１０（ｂ）は縦割り試料で評価した欠陥分布を示し、図１０（ｃ）はシリコン単結晶長さと結晶育成速度Ｖの関係を示す。

図８（ａ）、（ｂ）では、ａ領域すなわち全領域でＩＤは存在しないが、LPD規格を満足していないことを確認できる。したがって全てがＮＧ領域と判定される。

図９（ａ）、（ｂ）では、ｂ2領域でLPD規格を満足し且つＩＤ欠陥が存在しないが、ｂ1領域でLPD規格から外れることを確認できる。このような場合には、ｂ2領域はＬＰＤ規格及びＩＤ規格を満たすＯＫ領域と判定され、ｂ1領域はＬＰＤ規格を満たさないＮＧ領域と判定される。

図１０（ａ）、（ｂ）では、ｃ2領域でLPD規格を満足し且つＩＤ欠陥が存在しないが、ｃ1領域でLPD規格を満足せず、ｃ3領域でＩＤ欠陥が存在することを確認できる。このような場合には、ｃ2領域はＬＰＤ規格及びＩＤ規格を満たすＯＫ領域と判定され、ｃ1領域はＬＰＤ規格を満たさないＮＧ領域と判定され、ｃ3領域はＩＤ規格を満たさないＮＧ領域と判定される。

以上の水準テスト及び欠陥分布の調査を設定範囲を変化させつつ行えば、図１１に示すようなシリコン単結晶の各部位（結晶位置）においてLPD規格を満足し且つＩＤが存在しなくなるような結晶育成速度Ｖの範囲を求めることができる。この範囲を結晶育成速度Ｖの許容範囲とする。

ここまでは結晶育成速度Ｖの許容範囲を求める方法について説明したが、ＧＡＰ距離ｄの許容範囲を求めるためには、結晶育成速度Ｖを一定にしてＧＡＰ距離ｄの水準テストを実施すればよい。

なお本実施形態ではＬＰＤ規格とＩＤ欠陥がないことを品質保証の規格とし、結晶育成速度ＶやＧＡＰ距離ｄの許容範囲を設定し、それらのログデータを用いて実績値を求め、実績値と許容範囲とを比較しているが、それ以外の品質項目に対してその他のＣＺ単結晶プロセス内での制御パラメータ（例えば、Ａｒ流量、炉内圧力、ＧＡＰ距離、結晶回転速度、ツボ回転速度、磁場強度など）の許容範囲を設定し、同様な判定処理に適用することも可能である。

本実施形態によれば、結晶育成時の制御パラメータのログデータを用いてシリコン単結晶の全領域の品質が評価される。シリコン単結晶の一部を抽出し評価する従来の抜き取り検査と比較すると、シリコン単結晶の全領域を評価しているため、品質検査の精度は高いといえる。またシリコン単結晶のうち良品部位と不良品部位とを確実に判別できる。したがって不良品のウェーハに対するウェーハ加工処理を行うことがなくなり作業効率が向上する。また良品のウェーハを廃棄することがなくなり歩留まりが向上する。

図１は本実施形態で使用するＣＺ法の単結晶引き上げ装置の構成を示す図である。 図２は本発明を含むシリコンウェーハの製造工程を示すフローチャートである。 図３は結晶育成速度の実績値及び結晶育成速度の許容範囲とシリコン単結晶の部位との対応関係の一例を示す図である。 図４はシリコン単結晶の任意の部位における結晶育成速度ＶとＬＰＤ数との関係を示す図である。 図５はシリコン単結晶の任意の部位におけるＧＡＰ距離ｄとＬＰＤ数との関係を示す図である。 図６は結晶育成速度ＶとＧＡＰ距離ｄとの関係を示す図である。 図７は水準テストの結晶育成速度Ｖの設定例を示した図である。 図８は図７で示したパターンａのＡ領域における検査結果を示す図である。図８（ａ）はLPD数の軸方向分布を示す図であり、図８（ｂ）は縦割り試料で評価した欠陥分布を示す図であり、図８（ｃ）はシリコン単結晶長さと結晶育成速度Ｖの関係を示す図である。 図９は図７で示したパターンｂのＡ領域における検査結果を示す図である。図９（ａ）はLPD数の軸方向分布を示す図であり、図９（ｂ）は縦割り試料で評価した欠陥分布を示す図であり、図９（ｃ）はシリコン単結晶長さと結晶育成速度Ｖの関係を示す図である。 図１０は図７で示したパターンｃのＡ領域における検査結果を示す図である。図１０（ａ）はLPD数の軸方向分布を示す図であり、図１０（ｂ）は縦割り試料で評価した欠陥分布を示す図であり、図１０（ｃ）はシリコン単結晶長さと結晶育成速度Ｖの関係を示す図である。 図１１は水準テストによって結晶育成速度Ｖの許容幅の求め方を示した模式図である。 図１２はシリコンウェーハの製造工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 単結晶引き上げ装置
１２ ルツボ
１５ 熱遮蔽体
２１ シリコン融液
２２ シリコン単結晶

Claims (4)

1. シリコン融液から引き上げたシリコン単結晶の品質を評価するシリコン単結晶の品質評価方法において、
   シリコン単結晶を引き上げる際にシリコン単結晶の品質に影響を及ぼす制御パラメータを測定し、予め設定した制御パラメータの許容範囲と測定した制御パラメータとを用いてシリコン単結晶の品質良好部位と品質不良部位とを判定すること
   を特徴とするシリコン単結晶の品質評価方法。
2. シリコン融液から引き上げたシリコン単結晶の品質を評価するシリコン単結晶の品質評価方法において、
   シリコン単結晶を引き上げる際にシリコン単結晶の品質に影響を及ぼす制御パラメータを測定する処理と、
   測定した制御パラメータを用いてシリコン単結晶の部位と制御パラメータとの対応関係を求める処理と、
   予め設定した制御パラメータの許容範囲と前記対応関係における制御パラメータとを比較し、当該許容範囲内にある制御パラメータに対応するシリコン単結晶の部位を品質良好部位と判定し、当該許容範囲外にある制御パラメータに対応するシリコン単結晶の部位を品質不良部位と判定する処理と、を含むこと
   を特徴とするシリコン単結晶の品質評価方法。
3. 前記制御パラメータが、シリコン単結晶の結晶育成速度であること
   を特徴とする請求項１又は２記載の単結晶の品質評価方法。
4. 前記制御パラメータが、シリコン融液の上方に配置されシリコン単結晶に対する輻射熱を遮蔽する熱遮蔽板の下端からシリコン融液表面までの距離であること
   を特徴とする請求項１又は２記載の単結晶の品質評価方法。

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