JP2006303134A

JP2006303134A - 半導体ウェーハの評価方法

Info

Publication number: JP2006303134A
Application number: JP2005121888A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Imai; 利彦今井; Yutaka Kitagawara; 豊北川原
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-20
Also published as: JP4654749B2

Abstract

【課題】半導体ウェーハの表面の異物で、パーティクルカウンタの検出限界以下のもの、特に０．０５５μｍ以下のサイズの異物を顕在化させ、パーティクルカウンタで検出することを可能にする半導体ウェーハの評価方法を提供する。
【解決手段】半導体ウェーハの表面に弱酸を気相により供給することによって、前記半導体ウェーハ表面の異物を顕在化させた後、パーティクルカウンタで検出することを特徴とする半導体ウェーハの評価方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえばチョクラルスキー法（以下「ＣＺ」法という）等により製造され、スライス、研磨加工等された半導体ウェーハの評価方法に関する。

シリコン単結晶等の半導体インゴットから切り出したシリコン基板を用いてデバイスを作製する場合、シリコン基板の加工プロセスから素子の形成プロセスまで多数の工程が介在する。近年のデバイスの微細化に伴い、達成すべきデバイス特性がますます厳しくなり、シリコンウェーハに対しても更なる結晶品質の完全性と表面の清浄化が要求されている。

従って、シリコンウェーハの品質を精密に評価し、シリコンウェーハの作製及びデバイス作製プロセスの改善を図っていく必要がある。つまりシリコンウェーハの製造においては、ウェーハに存在する欠陥やウェーハ上に付着する異物が歩留り低下の要因となり、これらウェーハに付着した欠陥や異物を検査して、欠陥や異物の発生量を管理したり、ウェーハに存在する欠陥や付着した異物を分析して欠陥や異物の発生源（発生工程）を解析したりすることがある。

シリコンウェーハに検出される欠陥や異物としては、上記単結晶製造工程で導入される結晶起因の欠陥と、ウェーハ加工工程で導入される加工起因の欠陥、または不純物（パーティクルや重金属等）などの異物によるものに大別される。

従来、このようなシリコンウェーハ表面の検査には、パーティクルカウンタと呼ばれる光散乱を原理とした検査装置が主に使われていた。このパーティクルカウンタは、ウェーハ表面をレーザー光により走査し、ウェーハ表面におけるパーティクルからの光散乱の強度を測定することにより、パーティクルの位置と（光学的な）大きさを識別するものである。

また、近年、シリコンウェーハの品質要求が厳しくなるのに対応し、パーティクルカウンタを用いて、シリコンウェーハ表面に付着した異物を正確に検出する技術が開発されている（特許文献１）。
しかしながら、パーティクルカウンタの検出限界は通常約０．０５５μｍ程度であり、０．０５５μｍ以下の研磨スラリーに含まれるシリカ粒子等の異物や欠陥を検出することは、困難であり、他の検出手段を用いると非常にコスト高になる。

さらに、シリコンウェーハの品質要求が厳しくなるに伴って、パーティクルカウンタの検出最小サイズで検出されないものまでも問題視されてきた。すなわちパーティクルカウンタのレーザー光で、検出されなかったにもかかわらず、酸化膜や窒化膜を形成する際に、異物が顕在化することがあった。最近、より高感度のパーティクルカウンタも開発されており、０．０４０μｍまで測定できるものも出ているが、それでも同様の問題が生じている。

特開平７−１４７３０８号公報

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、半導体ウェーハの表面の異物で、パーティクルカウンタの検出限界以下のもの、特に０．０５５μｍ以下のサイズの異物を顕在化させ、パーティクルカウンタで検出することを可能にする半導体ウェーハの評価方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体ウェーハの表面に弱酸を気相により供給することによって、前記半導体ウェーハ表面の異物を顕在化させた後、パーティクルカウンタで検出することを特徴とする半導体ウェーハの評価方法が提供される（請求項１）。

このように、半導体ウェーハの表面に弱酸を気相により供給して、異物を顕在化させた後、パーティクルカウンタで検出することにより、パーティクルカウンタの検出限界以下のもの、特に０．０５５μm以下、更には０．０４０μm以下のパーティクルを検出して評価することができる。これは例えば半導体ウェーハの表面に付着している研磨スラリーに含まれるシリカ粒子等の微小な異物にアルカリ金属、アルカリ土類金属等が付着し弱酸と反応して塩が析出することで顕在化すると考えられる。また、シリカ粒子の表面が弱酸によりアレや曇りを生じ、パーティクルカウンタのレーザー光による乱反射を起こすことで検出感度が上がることも顕在化の一つの要因と考えられる。

このとき、前記半導体ウェーハとして、シリコンウェーハを評価することが好ましい（請求項２）。
このように、本発明により、デバイス製造に大量に用いられている、たとえばＣＺ法により製造され、スライス、研磨加工等されたシリコンウェーハの評価を行うことができる。

また、前記弱酸として、炭酸を用いることが好ましい（請求項３）。
このように、弱酸として炭酸を用いることにより、低コストかつ無害で安全に、半導体ウェーハの表面への弱酸の気相による供給を行うことができる。

さらに、前記半導体ウェーハを通気性のある容器内に収容した後、前記容器外を弱酸性の雰囲気とし、前記容器内の雰囲気と置換することによって、前記半導体ウェーハの表面に前記弱酸を供給することが好ましい（請求項４）。
このように、半導体ウェーハを容器に収容後、容器外を弱酸性の雰囲気として容器内の雰囲気と置換することにより、間接的に容器内へ弱酸性の雰囲気を供給することができ、半導体ウェーハの表面へ新たなパーティクルを付着させることなく、弱酸の気相による供給を行うことができる。

このとき、前記弱酸性の雰囲気として、少なくとも二酸化炭素と水蒸気からなるものを用いることが好ましい（請求項５）。
このように少なくとも二酸化炭素と水蒸気からなる雰囲気を用いることにより、低コストかつ安全に、半導体ウェーハの表面への弱酸である炭酸の気相による供給を行うことができる。

また、前記半導体ウェーハを収容した容器を袋詰めし、該袋内に弱酸を封入することによって、容器外の雰囲気を弱酸性にすることが好ましい（請求項６）。
このように、半導体ウェーハを収容した容器を袋詰めして袋内に弱酸を封入することにより、簡便且つ確実に、容器内へ弱酸性の雰囲気を供給することができる。

さらに、前記半導体ウェーハの表面への弱酸の供給後、温度４０℃〜１００℃、湿度８０％以上の条件で保持することが好ましい（請求項７）。
このように、弱酸を供給後に温度４０℃〜１００℃、湿度８０％以上の高温多湿の条件で保持することにより、異物に付着したアルカリ金属、アルカリ土類金属等と弱酸との酸塩基反応を高め、更にシリカ粒子表面のアレや曇りを促進させ効率的に異物を顕在化させることができる。

また、前記半導体ウェーハの表面への弱酸の供給後、６時間以上保持することが好ましい（請求項８）。
このように、弱酸の供給後に６時間以上を保持することにより、異物に付着したアルカリ金属、アルカリ土類金属等と弱酸との前記酸塩基反応及びシリカ粒子表面のアレや曇りを十分に進行させて、確実に異物を顕在化させることができる。

このように、本発明により、半導体ウェーハの表面の異物で、パーティクルカウンタの検出限界以下のもの、特に０．０５５μｍ以下、さらには０．０４０μｍ以下の研磨スラリーに含まれるシリカ粒子等の異物を顕在化させ、パーティクルカウンタで検出することが可能となる。

近年、半導体ウェーハの品質要求が厳しくなるに伴って、パーティクルカウンタの検出最小サイズで検出されないが、酸化膜や窒化膜を形成する際に、顕在化してしまう異物が問題視されるようになり、かかる異物を検出して品質を管理することが求められていた。

そこで、本発明者は、鋭意研究を重ね、半導体ウェーハの表面に弱酸を気相により供給することによって、前記半導体ウェーハ表面の異物を顕在化させた後、パーティクルカウンタで検出することにより、パーティクルカウンタの検出限界以下のもの、特に０．０５５μｍ以下、さらには０．０４０μｍ以下の研磨スラリーに含まれるシリカ粒子等の異物を顕在化させ、検出して評価することができることを見出した。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者は、研磨加工及び洗浄を行った半導体ウェーハに本発明の以下の方法を行うことによって、パーティクルカウンタにより、本来検出することができなかった異物を、検出可能にすることができることを見出した。

まず、半導体ウェーハを通気性のある容器内に収容して、その容器を袋詰めする。次に、この容器と袋の間に二酸化炭素と水蒸気からなる雰囲気を封入して、容器内の雰囲気と置換することにより半導体ウェーハの表面に炭酸を供給し、この袋詰め容器を高温多湿条件で保持することにより半導体ウェーハ表面の異物を顕在化させる。その後、半導体ウェーハを取り出して、パーティクルカウンタで検出を行う。

ここで、評価する半導体ウェーハは、特に限定されないが、デバイス製造に大量に用いられている、たとえばＣＺ法により製造され、スライス、研磨加工等されたシリコンウェーハが好ましい。また、本発明では、後述するようにパーティクルカウンタの検出限界付近の異物を検出するため、表面の欠陥が少なく平坦度が十分に管理されているものを評価することが好ましい。

容器は、評価する半導体ウェーハを収容することができ、通気性があるものであれば特に限定されないが、評価する半導体ウェーハを汚染しない材質の容器が好ましい。例えば、ポリカーボネート製、ポリプロピロン製、フッ素樹脂製を用いることができる。
袋は、前記容器を詰めることができ、気体を封入することができれば特に限定されないが、機能面からラミネート袋が好ましい。
半導体ウェーハを容器の中に収容して、その雰囲気を弱酸性としてウェーハ表面に気相で弱酸を供給するのは、直接供給すると、あらたにウェーハ表面にパーティクルを付着させる恐れがあるからである。もちろん、フィルターを介して弱酸を供給する等することにより、直接ウェーハ表面に弱酸を供給するようにしてもよい。

二酸化炭素と水蒸気からなる雰囲気を封入するのは、二酸化炭素と水が反応することにより炭酸になることで弱酸性の雰囲気となり、弱酸と反応しやすい成分、特にアルカリ金属、アルカリ土類金属等と塩を形成することができて、それらが付着した異物を顕在化させることができるからである。
このように弱酸性の雰囲気を誘導するための気体は、炭酸を誘導する二酸化炭素と水蒸気が安全面やコスト面から好ましいが、これに限定されず、酢酸やギ酸の気体及び水蒸気といった他の弱酸を誘導する気体であってもよく、複数の弱酸を誘導する混合気体であってもよい。

容器外の弱酸性の雰囲気と容器内の雰囲気との置換は、１回だけでもよいが、複数回行って容器内における弱酸性の雰囲気の濃度を高めることが好ましい。
評価する半導体ウェーハを通気性のある容器内に収容して、その容器に袋詰めした後、容器外を弱酸性の雰囲気として容器内の雰囲気と置換することによって、間接的に容器内へ弱酸性の雰囲気を供給することが出来、これにより半導体ウェーハの表面へ新たなパーティクルを付着させることなく、弱酸の気相による供給を行うことができる。

袋詰め容器は、そのまま保持してもよいが、高温多湿条件で保持するのが好ましく、たとえば異物に付着したアルカリ金属、アルカリ土類金属等と弱酸との酸塩基反応を高めるために、温度４０℃〜１００℃、湿度８０％以上が好ましく、温度５０〜９０℃、湿度９０〜１００％がより好ましい。
保持する時間は、酸塩基反応の進行を確実なものとするために長時間行うのが好ましく、６時間以上とするのがより好ましく、２４時間以上とするのがさらに好ましいが、コスト面を考慮すると３６時間未満で行うのがよい。
温度や湿度、保持時間は、供給する弱酸、目標とする異物、パーティクルカウンタの検出感度、コスト等を考慮して設定する。

パーティクルカウンタによる異物の検出は、半導体ウェーハ表面のＬＰＤを検出することにより行う。
ここで、パーティクルカウンタは、ウェーハ表面におけるレーザー光の散乱強度を検出するため、パーティクル等のほかにも一定の大きさ以上のものであれば、種々の欠陥を検出する。ＬＰＤ（ＬｉｇｈｔＰｏｉｎｔＤｅｆｅｃｔ）とは、これらの欠陥や異物の区別なく検出されたものをいう。

従って、評価する半導体ウェーハは、欠陥が少なく平坦度が十分に管理されており、パーティクルカウンタの検出限界付近の感度で、結晶欠陥に基づくＬＰＤがほとんど検出されないものであることが好ましく、このような場合、本発明の処理後におけるＬＰＤの検出結果がそのまま付着した異物の検出結果となる。

以上のように、本発明により、半導体ウェーハの表面の異物で、パーティクルカウンタの検出限界以下のもの、特に０．０５５μｍ以下、あるいは０．０４０μｍ以下の研磨スラリーに含まれるシリカ粒子等の異物を顕在化させ、低コストな検出手段であるパーティクルカウンタで検出することが可能となるため、本発明の半導体ウェーハの評価方法は、半導体製造工程における品質管理において有効な技術となることが期待できる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に図を用いて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例、比較例）
まず、研磨加工済みの直径１２インチ（３００ｍｍ）のＣＺシリコン単結晶ウェーハを表面にシリカ粒子等の異物を付着させるため、故意に研磨スラリーを混入させた洗浄液で洗浄した。

このウェーハの表面のパーティクル数を最小検出感度が０．０９０μｍである低感度パーティクルカウンタと最小検出感度が０．０５５μｍである高感度のパーティクルカウンタでＬＰＤの検出を行った。結果を図１（Ａ）（Ｃ）に示す。低感度では５１カウント、高感度では１４７０７カウント検出された。

次に、このシリコンウェーハについて本発明の処理を行った。
まず、このシリコンウェーハを、通気性のあるポリプロピレン製の容器内に収容して、その容器にラミネート袋を被せて封をして、この容器と袋の間に二酸化炭素と水蒸気を封入して、環境試験機に入れた。

容器外の二酸化炭素と水蒸気を容器内の空気とを、５回置換することによりシリコンウェーハの表面に炭酸を供給し、この袋詰め容器を高温多湿条件（温度５０℃、湿度９５％）で、２４時間保持した。その後、シリコンウェーハを取り出して、同じ２種類のパーティクルカウンタによってＬＰＤの検出を行った。

その結果、低感度パーティクルカウンタでは、図１（Ｂ）のようにカウント数は１１５５６となって、処理前に検出できなかった異物を顕在化して検出することができ、明瞭なＬＰＤマップを得ることができた。また、高感度パーティクルカウンタでは、図１（Ｄ）のように４００００（検出限界上限）超となって、処理前に検出できなかったさらに小さい多くの異物を顕在化して検出することができた。さらに、本発明で処理した後のパーティクルカウンタの図１（Ｂ）のＬＰＤマップは、処理前の高感度パーティクルカウンタの図１（Ｃ）のＬＰＤマップとよく一致していた。

このように本発明により、従来、パーティクルカウンタの検出限界以下であった、特に０．０５５μｍ以下、さらには０．０４０μｍ以下の研磨スラリーに含まれるシリカ粒子等の異物を顕在化させ、パーティクルカウンタで検出することが可能になることが分かった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

シリコンウェーハのＬＰＤマップである。（Ａ）本発明の処理前に、最小検出感度が０．０９０μｍである低感度パーティクルカウンタにより検出したものである。（Ｂ）本発明の処理後に、最小検出感度が０．０９０μｍである低感度パーティクルカウンタにより検出したものである。（Ｃ）本発明の処理前に、最小検出感度が０．０５５μｍである高感度パーティクルカウンタにより検出したものである。（Ｄ）本発明の処理後に、最小検出感度が０．０５５μｍである高感度パーティクルカウンタにより検出したものである。

Claims

半導体ウェーハの表面に弱酸を気相により供給することによって、前記半導体ウェーハ表面の異物を顕在化させた後、パーティクルカウンタで検出することを特徴とする半導体ウェーハの評価方法。
前記半導体ウェーハとして、シリコンウェーハを評価することを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの評価方法。
前記弱酸として、炭酸を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの評価方法。
前記半導体ウェーハを通気性のある容器内に収容した後、前記容器外を弱酸性の雰囲気とし、前記容器内の雰囲気と置換することによって、前記半導体ウェーハの表面に前記弱酸を供給することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの評価方法。
前記弱酸性の雰囲気として、少なくとも二酸化炭素と水蒸気からなるものを用いることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェーハの評価方法。
前記半導体ウェーハを収容した容器を袋詰めし、該袋内に弱酸を封入することによって、容器外の雰囲気を弱酸性にすることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体ウェーハの評価方法。
前記半導体ウェーハの表面への弱酸の供給後、温度４０℃〜１００℃、湿度８０％以上の条件で保持することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの評価方法。
前記半導体ウェーハの表面への弱酸の供給後、６時間以上保持することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの評価方法。