JP2010103258A - 半導体ウェーハの品質測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェーハの外周部に対する高精度なフーリエ変換分光分析を行うことができる半導体ウェーハの品質測定方法を提供する。
【解決手段】半導体ウェーハの面取り部を遮光カバーにより被い、この状態で半導体ウェーハの表面のフーリエ変換分光分析を行うので、ウェーハ外周部に照射された光は、面取り部に入射されない。その結果、ウェーハ内部での測定光の減光や検出器への測定光の迷光入射が発生せず、面取り部を除く半導体ウェーハの外周部に対して、高精度なフーリエ変換分光分析を行うことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は半導体ウェーハの品質測定方法、詳しくは半導体ウェーハの外周部に対して高精度なフーリエ変換分光分析が可能な半導体ウェーハの品質測定方法に関する。

シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）は、チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶インゴットに、ブロック切断、外径研削、スライス、ラッピング、面取り、エッチングを順次行い、さらにその表面を鏡面に仕上げる研磨工程を施して製造される。

シリコンウェーハには、面取り後から製品出荷されるまでの間に、抵抗率、酸素濃度（格子間酸素濃度）、炭素濃度、エピタキシャル膜厚などに関した品質の検査が行われる。
例えば、シリコンウェーハ中の酸素濃度を測定する場合には、図８に示すように、シリコンウェーハ１００の表面から裏面へ垂直に透過した赤外光をモニタリングし、その測定値（インターフェログラムなど）をフーリエ変換することにより、赤外吸収スペクトルを測定するフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ；Ｆｏｕｅｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いた酸素濃度の測定が行われている。

特開２００４−２５３７２６号公報

しかしながら、図８に示すように、シリコンウェーハ１００の外周部には、鏡面仕上げのウェーハ表面に比べて表面粗さが大きい（粗い）面取り面１０１ａを有した面取り部１０１が存在する。面取り面１０１ａは、曲面を含む仕上げ精度が低い多角面からなる。そのため、面取り部１０１への赤外線の光束ａの入射角度が、その入射位置によって大きく異なり、面取り面１０１ａで光の散乱が発生し易い。これが、赤外線の減光および検出器への迷光入射の原因となり、測定不良が発生し易かった。

一般に、屈曲率がｎ１（ＡＩＲ＝１．０）の物質に対して、入射角θで入射した光は、屈曲率がｎ２（Ｓｉ＝３．４２）の物質２に入射した際、θｔだけ屈曲する。
スネルの法則； ｎ１ｓｉｎθ＝ｎ２ｓｉｎθｔ
そのため、多角面の面取り面１０１ａでは、シリコンウェーハ１００の透過光が多方向へ散乱し、測定不良が発生していた。特に、赤外線をウェーハ表面へ直角入射して格子間酸素の定量測定を行う場合には、鏡面での多重反射を考慮した計算式（理論式）が利用される。しかしながら、面取り面１０１ａのように多角面からの光の場合は、単純な計算式をあてはめることはできない。

そこで、発明者は、鋭意研究の結果、シリコンウェーハの外周部において、測定光の減光や検出器への測定光の迷光入射の原因となる面取り部（面取り面）を、光吸収材からなる遮光カバーにより被えば、面取り部への測定光の入射が遮られ、ウェーハ外周部に対する高精度なフーリエ変換分光分析を行うことができることを知見し、この発明を完成させた。

この発明は、半導体ウェーハの外周部に対する高精度なフーリエ変換分光分析を行うことができる半導体ウェーハの品質測定方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、半導体ウェーハの表面から裏面へ向かって、該半導体ウェーハの表面に対して直角に測定光を照射し、該測定光のうち、前記半導体ウェーハを透過した赤外光、または前記半導体ウェーハから反射した赤外光とから、前記測定光のスペクトルを測定するフーリエ変換分光分析を行う半導体ウェーハの品質測定方法において、前記半導体ウェーハの表面を正対視して、該半導体ウェーハの中央部を露出する一方、該半導体ウェーハの面取り部を、前記測定光を吸収する光吸収材からなる遮光カバーにより被い、この状態で前記フーリエ変換分光分析を行う半導体ウェーハの品質測定方法である。

請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェーハの面取り部を遮光カバーにより被い、この状態でウェーハ外周部のフーリエ変換分光分析を行う。すなわち、半導体ウェーハの外周部に測定光（赤外線など）を入射させ、このときウェーハの表面から裏面へ垂直に透過した光または半導体ウェーハから反射した光をモニタリングし、その測定値をフーリエ変換することで、スペクトルを測定する。
このとき、半導体ウェーハの面取り部には、測定光の面取り部への入射路の途中に、光吸収材製の遮光カバーが存在する。そのため、光源から照射された光は、面取り部に入射されない。その結果、ウェーハ面取り部内での測定光の減光や検出器への測定光の迷光入射が発生せず、面取り部を除く半導体ウェーハの外周部に対して、高精度なフーリエ変換分光分析を行うことができる。

半導体ウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ、エピタキシャルシリコンウェーハなどを採用することができる。通常、フーリエ変換分光分析は、半導体ウェーハの表裏面を水平にして行われる。
半導体ウェーハの面取り部とは、ウェーハ表面のデバイスが形成される平坦度適用領域を除く、ウェーハの周辺部（外周部）除外領域をいう。面取り部の面取り面（露出面）は、鏡面仕上げされたウェーハ表面に比べて仕上げ精度が低く、かつ曲面を含む多角面からなる。

フーリエ変換分光分析により測定されるのは、例えば測定光が赤外線の場合には、半導体ウェーハの抵抗率、酸素濃度、炭素濃度、エピタキシャル膜厚である。
光吸収材としては、例えば、測定光が赤外線の場合には窒化アルミニウム、ミタニライト（日本アルミナ加工社製）、黒アルマイト処理をしたアルミニウムなどを採用することができる。
ここでいう「正対視」とは、半導体ウェーハの表面に真正面から相対し、この状態で、この表面を視ることをいう。
遮光カバーにより被われるのは、面取り部のうち、平面視した一部でもその全部でもよい。また、遮光カバーは、少なくとも面取り部の表面のみを外方から被えればよい。すなわち、面取り部の表面のみでも、面取り部の表面と裏面のみでも、面取り部の全域でもよい。
例えば、半導体ウェーハの面取り部のうち、半導体ウェーハの中心点を中心とした点対称位置に一対配置してもよい。また、半導体ウェーハの全域に配置してもよい。遮光カバーの形状としては、例えば板片形状、ドーナツ形状などを採用することができる。

請求項２に記載の発明は、前記遮光カバーは、黒体を塗布したアルミニウム製である請求項１に記載の半導体ウェーハの品質測定方法である。

請求項２に記載の発明によれば、遮光カバーを黒体を塗布したアルミニウム製としたので、光を遮断するという効果が得られる。

請求項３に記載の発明は、前記測定光は、前記半導体ウェーハの表面を正対視して、該半導体ウェーハの一端部からその中央部を経てその他端部へ向かってスキャンし、前記遮光カバーは、前記半導体ウェーハの面取り部のうち、前記測定光のスキャン軌跡と交差する両端部に配設された請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの品質測定方法である。

請求項３に記載の発明によれば、半導体ウェーハの面取り部のうち、測定光のスキャン軌跡と交差する両端部のみに遮光カバーを配設したので、半導体ウェーハの面取り部のうち、測定光による最小限のスキャン領域のみを被うことができる。その結果、遮光カバーの製作が容易となり、かつ遮光カバーの低コスト化が図れる。
遮光カバーは、半導体ウェーハの面取り部のうち、測定光のスキャン軌跡と交差するウェーハ表側の両端部のみに１対配設しても、半導体ウェーハの面取り部のうち、測定光のスキャン軌跡と交差するウェーハ表裏面側の両端部に２対配設してもよい。

請求項４に記載の発明は、前記遮光カバーは、前記半導体ウェーハの面取り部の全域を覆う環状の部材である請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの品質測定方法である。

請求項４に記載の発明によれば、遮光カバーを、半導体ウェーハの面取り部の全域を覆う環状の部材としたので、測定光によるスキャン位置を、ウェーハ周方向の任意位置とすることができる。

請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェーハの面取り部を遮光カバーにより被い、この状態でウェーハ外周部のフーリエ変換分光分析を行うので、ウェーハ外周部に照射された測定光は、面取り部に入射されない。その結果、ウェーハ面取り部内での測定光の減光や検出器への測定光の迷光入射が発生せず、面取り部を除く半導体ウェーハの外周部に対して、高精度なフーリエ変換分光分析を行うことができる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、遮光カバーを黒体を塗布したアルミニウム製としたので、光を遮断するという効果が得られる。

また、請求項３に記載の発明によれば、半導体ウェーハの面取り部のうち、測定光のスキャン軌跡と交差する両端部のみに遮光カバーを配設したので、半導体ウェーハの面取り部のうち、測定光による最小限のスキャン領域のみを被うことができる。その結果、遮光カバーの製作が容易となり、かつ遮光カバーの低コスト化が図れる。

請求項４に記載の発明によれば、遮光カバーを、半導体ウェーハの面取り部の全域を覆う環状の部材としたので、測定光によるスキャン位置を、ウェーハ周方向の任意位置とすることができる。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。

この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの品質測定方法を説明する。ここでは、以下の工程を経て作製されたシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）の酸素濃度を、赤外線（測定光）の照射を伴うフーリエ変換赤外分光光度計を利用した検査装置により測定する。すなわち、シリコンウェーハは、チョクラルスキー法により引き上げられた直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットに対して、ブロック切断、外径研削、スライス、面取り、ラッピング、エッチングおよびウェーハ表面の鏡面研磨の各工程を順次施して得られたウェーハである。

検査装置は、シリコンウェーハを真空吸着する水平配置されるウェーハ保持板を有している。ウェーハ保持板は中央部がくり抜かれ、シリコンウェーハの中心部の測定ができるように構成されている。ウェーハ保持板の一端部の上方には、赤外線の光源と、光源から水平に照射された赤外線を、シリコンウェーハの表面に対して直角（垂直）に入射させる上方ミラーとが配置されている。さらに、ウェーハ保持板の一端部の下方には、常に上方ミラーの直下に配置され、かつシリコンウェーハを透過した透過光（干渉光）を水平方向に反射させる下方ミラーと、下方ミラーに反射した透過光を受光する検出器とを有している。検出器へ入射した透過光は、シリコンウェーハから反射した干渉光とともにモニタリングされ、その測定値が検査装置の制御部に設けられたフーリエ変換赤外分光回路によりフーリエ変換され、干渉光に応じた赤外線スペクトルが測定される。これにより、シリコンウェーハの酸素濃度を測ることができる。

図１および図２に示すように、この実施例１の半導体ウェーハの品質測定方法の特徴は、シリコンウェーハ１０の面取り部１１を、赤外線を吸収する光吸収材からなる遮光カバー１２により被い、この状態でシリコンウェーハ１０の外周部のフーリエ変換赤外分光分析を行う点である。
遮光カバー１２は黒メッキ処理（黒クロメート処理など）を施したアルミニウム（光吸収材）製で、厚さ１ｍｍの平面視して矩形状をした合計４枚の表裏面が平坦な板片からなる。各遮光カバー１２は、シリコンウェーハ１０の面取り部１１のうち、ウェーハの中心点を中心とした点対称位置のウェーハ上方と下方とに一対ずつ配置されている。すなわち、ウェーハ上方に配置された両遮光カバー１２同士およびウェーハ下方に配置された両遮光カバー１２同士は、その長さ方向をウェーハ直径方向に向けるとともに、ウェーハ１０の中心点を中心とした各対向側の辺を、ウェーハ面取り部１１の基端縁の直上に配置している。そのため、面取り部の基端縁の部分には、赤外線の断面円形状をした通常の光束ａが照射されず、断面半円形の光束ｂが照射される。遮光カバー１２を黒メッキを施したアルミニウム製としたので、光を遮断するという効果が得られる。

なお、各遮光カバー１２に代えて、前記ウェーハの中心点を中心とした各対向側の辺部分１２ａを、上下に対向配置された遮光カバー１２側（ウェーハ面取り部１１側）へ直角に屈曲させた別の遮光カバー１２Ａとしてもよい。この形状にすれば、より入射光を確実に遮断するという効果が得られる（図３）。また、各遮光カバー１２に代えて、シリコンウェーハ１０の面取り部１１の表裏面を連続して被うような断面横Ｕ字形状（キャップ形状）の、また別の遮光カバー１２Ｂとしてもよい（図４）。キャップ形状とすれば、入射光,透過光,散乱光を遮断するという効果が得られる。その他、遮光カバー１２に代えて、シリコンウェーハ１０の面取り部１１のうち、ウェーハの中心点を中心とした点対称位置だけでなく、シリコンウェーハ１０の面取り部１１の全域を覆う環状の遮光カバー１２Ｃを採用してもよい（図５）。このように、環状の遮光カバー１２Ｃとすることで、赤外線によるシリコンウェーハ（面取り部１１）１２のスキャン位置を、ウェーハ周方向の任意位置とすることができる。

次に、この検査装置を用いたシリコンウェーハの酸素濃度の品質測定方法（半導体ウェーハの品質測定方法）を説明する。
図１および図２に示すように、シリコンウェーハ１０の面取り部１１を各遮光カバー１２により被い、この状態でシリコンウェーハ１０の表面のフーリエ変換赤外分光分析を行う。すなわち、シリコンウェーハ１０の外周部に、赤外線を、その表面から裏面へ向かってシリコンウェーハ１０の表面に対して直角に透過させながら、ウェーハ半径方向の一端から他端へ向かってスキャンし、赤外線吸収スペクトルを測定する。
このとき、ウェーハ外周部において、赤外線の上方ミラーと面取り部１１との間、および、赤外線の下方ミラーと面取り部１１との間には、赤外線を遮断する黒メッキ処理を施したアルミニウム製の遮光カバー１２が存在する。そのため、ウェーハ面内において、赤外線の減光や受光部（検出器）への迷光入射の原因となるウェーハ面取り部１１の多角面である面取り面１１ａへの赤外線の照射が行われない。

すなわち、従来のように多角面である面取り面１１ａに赤外線が照射されれば、面取り部１１内で赤外線が多方向へ散乱し、測定不良が発生していた（図６のグラフ）。特に、赤外線をウェーハ表面へ直角入射して格子間酸素の定量測定を行う場合には、鏡面での多重反射を考慮した計算式（理論式）が利用される。しかしながら、面取り部１１のように多角面からの光の場合は、単純な計算式をあてはめることはできない。

赤外吸収法を用いたフーリエ変換赤外分光法による酸素濃度の測定では、検査されるシリコンウェーハ１０の表面状態（特に光沢度）が異なってもウェーハ（シリコン単結晶）中の酸素濃度は変わらない。それにもかかわらず、測定される値が変化する。これは、ウェーハ１０の表面状態によりウェーハ内部で発生する多重反射の仕方が異なるためである。
多重反射とは、ウェーハ１０に入射した赤外線がウェーハ内部の表面側および裏面側で繰り返し反射し、そのとき一定の割合で光が吸収および透過する現象をいう。

そこで、シリコンウェーハ１０の外周部において、赤外線の減光や受光部への迷光入射の原因となる面取り部１１を、光吸収材からなる遮光カバー１２によって被うようにした。これにより、シリコンウェーハ１０の外周部に対する高精度なフーリエ変換赤外分光分析を行うことができる（図７のグラフ）。
また、遮光カバー１２がシリコンウェーハ１０の面取り部１１のうち、平面視して、ウェーハの中心点を中心とした点対称位置に対配置したので、シリコンウェーハ１０の面取り部１１のうち、赤外線による最小限のスキャン領域のみを被うことができる。その結果、遮光カバー１２の製作が容易となり、かつ遮光カバー１２の低コスト化が図れる。

この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの品質測定方法によるウェーハ外周部での酸素濃度の測定状態を示す要部縦断面図である。 この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの品質測定方法によるウェーハの酸素濃度の測定状態を示す平面図である。 この発明の実施例１に係る別の半導体ウェーハの品質測定方法によるウェーハ外周部での酸素濃度の測定状態を示す要部縦断面図である。 この発明の実施例１に係るまた別の半導体ウェーハの品質測定方法によるウェーハ外周部での酸素濃度の測定状態を示す要部縦断面図である。 この発明の実施例１に係るさらに別の半導体ウェーハの品質測定方法によるウェーハ外周部での酸素濃度の測定状態を示す要部縦断面図である。 従来手段に係る半導体ウェーハの品質測定方法によるウェーハ外周部の酸素濃度の測定結果を示すグラフである。 この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの品質測定方法によるウェーハ外周部の酸素濃度の測定結果を示すグラフである。 従来手段に係る半導体ウェーハの品質測定方法によるウェーハ外周部での酸素濃度の測定状態を示す要部縦断面図である。

符号の説明

１０ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
１１ 面取り部、
１１ａ 面取り面、
１２ 遮光カバー。

Claims (4)

1. 半導体ウェーハの表面から裏面へ向かって、該半導体ウェーハの表面に対して直角に測定光を照射し、該測定光のうち、前記半導体ウェーハを透過した赤外光、または前記半導体ウェーハから反射した赤外光とから、前記測定光のスペクトルを測定するフーリエ変換分光分析を行う半導体ウェーハの品質測定方法において、
   前記半導体ウェーハの表面を正対視して、該半導体ウェーハの中央部を露出する一方、該半導体ウェーハの面取り部を、前記測定光を吸収する光吸収材からなる遮光カバーにより被い、この状態で前記フーリエ変換分光分析を行う半導体ウェーハの品質測定方法。
2. 前記遮光カバーは、黒体を塗布したアルミニウム製である請求項１に記載の半導体ウェーハの品質測定方法。
3. 前記測定光は、前記半導体ウェーハの表面を正対視して、該半導体ウェーハの一端部からその中央部を経てその他端部へ向かってスキャンし、
   前記遮光カバーは、前記半導体ウェーハの面取り部のうち、前記測定光のスキャン軌跡と交差する両端部に配設された請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの品質測定方法。
4. 前記遮光カバーは、前記半導体ウェーハの面取り部の全域を覆う環状の部材である請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの品質測定方法。

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