JP2010175560A - 半導体材料から成るインゴットブロックの機械的欠陥を検出する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体材料から成るインゴットブロックの機械的欠陥を検出にあたり、あらゆる種類の半導体材料に適用可能であり、空隙を有する半導体ウェハを早期に分別可能にする。
【解決手段】厚さ１ｃｍ〜１００ｃｍのインゴットブロック１における平坦面６が、流体状結合媒体３を介して結合された超音波ヘッド２により走査される。超音波ヘッド２は各測定点ｘ，ｙごとに、インゴットブロック１の平坦面６に向けて超音波パルス８を発生し、インゴットブロック１から発せられた超音波パルスのエコーを時間に依存して記録する。平坦面６のエコー９と、この面とは反対側の平坦面７のエコー１１と、場合によっては生じる別のエコー１０が検出され、この別のエコー１０から、インゴットブロック１における機械的欠陥４のポジションｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐが求められる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体材料から成るインゴットブロックすなわち切り分けられたインゴット断片の機械的欠陥を検出する方法および装置に関する。

マイクロエレクトロニクスにおいて半導体材料から成るウェハは、マイクロエレクトロニクス素子製造のための基板として用いられる。適切な材料はたとえば、ＩＩ／ＶＩ化合物半導体、ＩＩＩ／Ｖ化合物半導体あるいはゲルマニウムまたはごく一般的に用いられるシリコンといった元素半導体である。

半導体ウェハは、単結晶の半導体インゴットを最初に数ｃｍ〜数１０ｃｍの長さの複数のインゴットブロックに切り分けることによって製造される。ついでこのインゴットブロックは約１ｍｍ程度の厚さの薄いウェハに切断される。単結晶の半導体インゴットは、坩堝を用いずにいわゆる浮遊帯域融解法（英語では“Ｆｌｏａｔ Ｚｏｎｅ”， ＦＺ）によって製造されるかまたは、坩堝を使いチョクラルスキー法による坩堝引き上げ法を用いて製造される。チョクラルスキー法による坩堝引き上げの場合には殊に、成長中の半導体インゴットに気泡が入り込む可能性がある。このような気泡により半導体インゴットにおいてガスで満たされた気泡状の空隙が形成され、これは約１０μｍ〜約１０ｍｍの直径をもつ可能性がある。半導体インゴットを複数のウェハに切断するときに、部分的にこのような気泡に対し切れ目が入り、その結果、それらが半導体ウェハ表面で見えてしまう状態となる。この種の欠陥を伴う半導体ウェハは出荷前に選別されて取り除かれ、マイクロエレクトロニクス素子製造には使用されない。

ただし気泡の他の部分は切断時に切れ目が入らず、その結果、外側からは欠陥が認められないにもかかわらず、気泡は小さい空隙として該当する半導体ウェハに残存し続ける。このような半導体ウェハがマイクロエレクトロニクス素子の製造に利用されると、空隙は半導体ウェハにおけるそれらの位置に依存して個別素子の障害を引き起こすおそれがあり、それによって素子製造の歩留まりが低下してしまう。

このことを回避する目的で従来技術によれば、シリコンから成る半導体ウェハに対しそれらが集荷され素子製造に利用される前に検査法を適用することができ、この検査法によれば仕上げられた個々の半導体ウェハ各々が空隙の存在に関して検査される。この検査法によれば、半導体ウェハの一方の面に赤外線が照射され、透過率すなわち半導体ウェハの他方の面に透過した放射の強度が測定されイメージングされる。赤外線は半導体材料を透過するが、空隙の界面において光の屈折が発生し、それによって透過率が減少することになる。この方法は、赤外線透過性の半導体材料にしか適用できない。

さらにこの方法は、表面における強い光散乱つまりは透過率低減を避ける目的で、粗面性の僅かな平面に適用される。つまりインゴットブロックの切断により半導体ウェハを作成した直後ではなく、表面平坦化を行う後続の処理ステップ後にはじめて半導体ウェハを検査することができるのであり、極端な事例では製造プロセス最終工程におけるポリシング後にはじめて検査することができる。したがって空隙のある半導体ウェハを分別し廃棄できるようになる前に、それらのウェハに対し不必要に多くの処理ステップを実施しなければならない。しかしながら望ましいのは、欠陥のある半導体ウェハの処理に付随するコストを避けるために早めに分別を行うことである。

検査法を個々の半導体ウェハに対し各々適用しなければならないことから、この検査法自体にも比較的高いコストがかかる。

しかもこれまで説明してきた手法はドーパント濃度に関して制約を受ける。その理由は、ドーパント濃度が高まるとそれにより生じた自由な電荷キャリアにより光が吸収され、透過した光強度がそれによって著しく低減するからである。

さらに従来技術によれば超音波検査法も知られており、これによれば種々の材料における様々な機械的欠陥が検出される。欠陥のイメージングは、深度が大きくなるにつれて検査法の感度が低くなることから、これまで数ｍｍの厚さの加工物に限られていた。

独国特許出願公開第２５０４９８８号明細書 国際公開０１／８６２８１号パンフレット

したがって本発明の第１の課題は、あらゆる種類の半導体材料に適用可能であり、空隙を有する半導体ウェハを早期に分別できるようにした方法を提供することにある。

走査型超音波顕微鏡の場合、試料が２次元で超音波により走査され、これにより生じたまたは反射した音波が処理されて、そこからイメージが生成される。このことは従来技術たとえば上記特許文献１から公知である。

上記特許文献２によれば、試料の３次元イメージを生成する走査型超音波顕微鏡について開示されている。この場合、イメージ生成は非破壊で行われ、それによって試料の内部構造に関する情報が得られる。

しかしながら上述の従来技術は、被検査試料の高速データ記録および１００ｃｍの長さまでのインゴットブロックの測定のためには設計されていない。しかも、従来技術による装置のスループットには制約がある。

したがって本発明の第２の課題は、試料あたりの測定時間を低減できるようにするとともにいっそう確実な検出を実現可能にした音響走査型顕微鏡法のための装置を提供することにある。

本発明の第１の課題は、半導体材料から成るインゴットブロックの機械的欠陥を検出する方法において、前記インゴットブロックは、少なくとも１つの平坦な面と、該面に対し垂直に測定された１ｃｍ〜１００ｃｍの厚さを有しており、前記インゴットブロックの平坦な面は少なくとも１つの超音波ヘッドにより走査され、該超音波ヘッドは、流体状の結合媒体を介して前記インゴットブロックの平坦な面に結合されており、該超音波ヘッドは各測定点ごとに、前記インゴットブロックの平坦な面に向けて配向された少なくとも１つの非集束の超音波パルスを発生し、前記インゴットブロックから発せられた超音波パルスのエコーを時間に依存して記録し、前記平坦な面のエコー、該平坦な面とは反対側に位置する前記インゴットブロックの面のエコー、ならびに場合によっては生じる別のエコーが検出され、該別のエコーから、インゴットブロックにおける機械的欠陥のポジションが求められることにより解決される。

さらに本発明の第２の課題は、ｘ，ｙ平面に位置する少なくとも１つの平坦面を備えた検査すべきインゴットブロックのための保持装置と、非集束の超音波信号を発生および検出するための少なくとも２つの超音波ヘッドと、該少なくとも２つの超音波ヘッドがｘ，ｙ方向で移動不可能に取り付けられている第１の取り付け装置と、前記超音波ヘッドをｘ、ｙ平面に対し垂直なｚ方向で前記保持装置に対し相対的に移動させることのできる位置調節装置と、前記取り付け装置と前記保持装置を互いに相対的にｘ，ｙ方向で移動させることのできる走行装置と、該走行装置と前記位置調節装置を制御する制御ユニットと、前記超音波ヘッドにより検出された超音波信号を処理する評価ユニットが設けられていて、各インゴットブロックごとに機械的欠陥のポジションが請求項１記載の方法に従い特定されることを特徴とする、走査型超音波顕微鏡により解決される。

本発明においては半導体材料から成る加工物をインゴットブロックすなわち切り分けられたインゴット断片と称し、これは少なくとも一方の方向で典型的な半導体ウェハよりも大きい寸法をもっている。典型的にはインゴットブロックは、半導体インゴットを長手軸に対し垂直にすなわち外周面に対し垂直に切り分けることによって形成される。インゴットブロックが単結晶半導体材料から成るならば、そのインゴットブロックは通常、実質的に直線的な円筒形である。半導体材料が単結晶シリコンであるならば、インゴットブロックの直径は一般に１００ｍｍ〜４５０ｍｍである。インゴットブロックの長さは１ｃｍ〜１００ｃｍであり、本発明による検査法のためには５０ｃｍまでの長さが有利である。ただし殊に多結晶半導体材料の場合には、インゴットブロックを長方形または正方形の端面をもつ縦長の直方体ないしは平行六面体の形状としてもよい。

単結晶のインゴットブロック１（図２参照）は一般に２つの平坦な端面６，７と湾曲した外周面５を有している。本発明による方法を実施するためには、少なくとも１つの平坦な面６が必要である。本発明による方法によれば、この平坦な面６が少なくとも１つの超音波ヘッド２（トランスデューサとも称する）により走査される。超音波ヘッド２は、流体の結合媒体３有利には水を介して平坦面６と接触している。超音波ヘッド２は一般に圧電変換層によって、インゴットブロックの平坦面６に向けられた少なくとも１つの超音波パルス８（図１）を測定点ｘ，ｙごとに発生する。インゴットブロックから戻ってきたエコー９，１０，１１が、再び超音波ヘッド２によって検出される。インゴットブロックにおける平坦面６とそれとは反対側の面（たとえば円筒状のインゴットブロックであれば反対側の第２の端面７）により発生したエコー９，１１のほかに、場合によっては別のエコー１０が検出され、これはインゴットブロック中の機械的欠陥４に起因するものである。エコー１０の伝播時間ｔから、欠陥４と平坦面６とのｚ方向における距離ｚｐを計算することができる。図１には、信号の振幅Ａが伝播時間ｔに依存して書き込まれている。（平坦面６と実質的に平行な）ｘ，ｙ平面における欠陥４のポジションｘｐ、ｙｐは、超音波ヘッド２の現在位置から求められる。これにより欠陥４の空間的ポジションないしは３次元でのポジションを一義的に求めることができる。インゴットブロック１全体に関する情報を得る目的で、平坦面６が超音波ヘッド２により走査される。走査にあたり少なくとも１つの超音波ヘッド２を、インゴットブロック外周面５に対し垂直な平面（以下ではスキャン平面１７と称す、図５参照）で移動させるのが有利である。この測定方式は走査型超音波顕微鏡法（英語では''Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ''）と呼ばれ、上述の従来技術から知られているものである。

走査型超音波顕微鏡法により検出して位置を特定できる機械的欠陥は、音響伝播特性に関して障害のない半導体材料とは異なるインゴットブロック内部の全領域である。そのような機械的欠陥として挙げられるのはたとえば亀裂であり、殊に上述の空隙である。この方法によれば、１００μｍ以上の直径をもつ空隙を検出可能であり、それどころか５０μｍ以上の直径であっても検出できる。

５０ｃｍまでのできるかぎり大きい材料厚をサポートできるようにする目的で有利であるのは、超音波を集束させないことであり、あるいは僅かにしか集束させないことである。したがって超音波パルスを平坦面６から距離をおいて隔てられた面でフォーカシングさせるのが有利であり、理想的には平坦面６とは反対側に位置する面７すなわちインゴットブロック１における裏側の端面でフォーカシングさせるのが有利である。ここでは、僅かにフォーカシングされたまたはフォーカシングされない複数の超音波ヘッド２が、変形されたＡＤＣコンバータとともに用いられる。インゴットブロック１が一方の側からのみ検査されるのであればエコー記録のための時間領域を、インゴットブロック１における反対側の面７（図３）のエコー１１（図１）も捕捉されるよう選定すべきである。

検出感度を高めるためにインゴットブロックを両側から検査することができ、これは２０ｃｍよりも長い場合に有利である。インゴットブロックの長さが５０ｃｍよりも長いならば、インゴットブロックのボリューム全体に関する情報を得るために両側の平坦な端面６，７において測定を行う必要がある。インゴットブロック１を両側から測定するために、インゴットブロックが最初に一方の平坦面６の側から少なくとも１つの超音波ヘッド２によって走査され、その後、インゴットブロック１がその長手軸に対し垂直な軸１５を中心に一方の回転方向で１８０°回転させられ、ついで第２の平坦面７の走査が行われる（図３）。さらに別の可能性は、互いに反対側に位置する２つの超音波ヘッド２によって走査を行うことであり、あるいは複数の超音波ヘッド２から成る互いに反対側に位置する２つのアレイによって走査を行うことである。このケースではインゴットブロックの回転が省かれる（図４）。

半導体材料が単結晶シリコンであるならば、超音波の伝播速度は約８５００ｍ／ｓである。検査すべきインゴットブロックの長さに応じて、その長さに従い音響エコーの所要記録時間が定まる。たとえば２０ｃｍの長さのインゴットブロックを一方の側から測定する場合、あるいは４０ｃｍの長さのインゴットブロックを両側から測定する場合、インゴットブロックの長さ全体に関する情報を取得してエコー伝播時間からインゴットブロックのｚ方向における空隙のポジションｚｐを求めるために、少なくとも１０ｎｓ有利には少なくとも１ｎｓの時間分解能で約１００μｓの記録時間が選定される。検出された音波エコーを評価するため、インゴットブロック表面により発生した信号９，１１（図１参照）が有利には適切な評価窓の設定により排除される。評価窓を時間的に制限することにより、評価された音響エコーが、そしてそれにより検査されるインゴットブロックボリュームが、ｚ方向においてｎ個のセグメントに分割され、それらにおいてＳＮ比を向上させる目的で音波信号に対し積分を行うことができる。したがって、選定された窓の幅をｎで乗算したものによって、超音波の通過したインゴットブロック全体のボリュームが表される。

平坦面６がインゴットブロック外周面５に垂直に位置することが確実でなければ、図５に示されているように表面信号９，１１（図１）の評価を通してインゴットブロックのくさび形状態を求めるのが有利であり、このようなくさび形状態は結晶軸の不安定性およびスライシングプロセスに起因して生じる。このようなくさび形状態ゆえに、あとでインゴットブロックから形成される半導体ウェハのうちいずれに欠陥が伴うことになるのかを後述のようにして特定するための基準面１６として、端面６，７の一方を簡単に利用することはできない。したがって基準面１６として、外周面５に対し垂直な平面が定義され、これは端面６の最も近くに位置するが、端面６とは交差していない。超音波ヘッドのスキャン平面１７をインゴットブロック１の外周面に対し垂直に選定すれば、インゴットブロック１の直径ｄに対するくさび形状態の角度αを式ｔａｎ（α）＝（Ｚ_ｍａｘ−Ｚ_ｍｉｎ）／ｄによって、超音波ヘッドと向き合ったインゴットブロック１の平坦面６のエコーにおける最も長い伝播時間と最も短い伝播時間との伝播時間差から簡単に求めることができる。最も長い伝播時間からスキャン平面１７と平坦面６との間の最大間隔Ｚ_ｍａｘが得られ、最も短い伝播時間からその最小間隔Ｚ_ｍｉｎが得られる。

スキャン平面がインゴットブロック外周面に対し垂直であることを確実にする目的で、インゴットブロックが測定前に配向される。これをたとえば相応に調節された槽状の凹部によって行うことができ、この凹部へインゴットブロックが外周面ともども入れられ、これによってインゴットブロックが精確に配向される。

くさび形状態が把握されている場合、ポジションｘ_ｐ，ｙ_ｐにおいて検出された機械的欠陥４と基準面１６との間隔ｚ_ｐを次式に従い簡単に求めることができる。この場合、ｚ_１は平坦面６と基準面１６との間隔を表し、ｚ_０はスキャン平面１７内のポイントｘ、ｙに位置する超音波ヘッドと平坦面６との間隔、ｚ_ｔｏｔは検出された欠陥４と平坦面６との間隔を表す。ここに挙げたすべての間隔は外周面に対し平行に測定される。

走査型超音波顕微鏡法は比較的薄く表面近くの層についてのみ適しているというこれまでの経験に反して、本発明による方法をたとえば単結晶半導体材料のケースであれば、２５ｃｍまでの材料厚それどころか５０ｃｍまでの材料厚の検査にも適用できることが判明した。このことは半導体単結晶の良好な品質および無欠陥性によるものとすることができ、その結果として長い距離および優先方向にわたり妨害のない衝撃性の音響伝播が得られることになる。したがって個々の機械的欠陥をかなりの深さまできわめて良好に位置特定可能である。この場合、インゴットブロックの特性に関するさらに別の制約たとえば直径、結晶配向あるいはドーピングに関する制約は生じない。

本発明による方法を実施するために、本発明の基礎とする２つめの課題も解決する装置を使用することができる。

この装置は以下の構成を有する走査型超音波顕微鏡である。すなわちこの走査型超音波顕微鏡には、ｘ，ｙ平面に位置する少なくとも１つの平坦面６を備えた検査すべきインゴットブロック１のための保持装置と、超音波信号を発生および検出するための少なくとも２つの超音波ヘッド２と、少なくとも２つの超音波ヘッドがｘ，ｙ方向で移動不可能に取り付けられている第１の取り付け装置と、超音波ヘッド２をｘ、ｙ平面に対し垂直なｚ方向で保持装置に対し相対的に移動させることのできる位置調節装置と、取り付け装置と保持装置を互いに相対的にｘ，ｙ方向で移動させることのできる走行装置と、この走行装置と位置調節装置を制御する制御ユニット１２と、超音波ヘッド２により検出された超音波信号を処理する評価ユニットが設けられている。

上述の装置を使用することの利点は、１つのインゴットブロックにおけるそれぞれ異なる複数のｘ，ｙポジションの検査が同時に行われる点にあり、その際、種々のポジションに対しそれぞれ１つの超音波ヘッドから音響信号が当射され、それらの信号のエコーが個々の超音波ヘッドにより検出される。このようにすれば測定時間を著しく短縮することができる。

次に、図２を参照しながら本発明による超音波顕微鏡について説明する。

走査型超音波顕微鏡は検査すべきインゴットブロック１のための保持装置を有しており、この場合、インゴットブロックは実質的にｘ，ｙ平面に位置する少なくとも１つの平坦な面６を有している。

従来技術とは異なるのは、本発明による装置が超音波信号の発生および検出のために少なくとも２つの超音波ヘッド２を有する点である。この場合、これよりも多くの超音波ヘッドを使用することができ、たとえば４つの超音波ヘッドを使用することができる。ここで有利であるのは、超音波ヘッドのうちの１つをいわゆるマスタトランスデューサとし、他のすべてをスレーブトランスデューサとすることである。超音波ヘッドに対し有利には高周波発生器１４により高周波交流電圧が供給され、この電圧は圧電変換器層によって超音波パルスの形態の音響信号に変換される。ついで、インゴットブロック１の要素によって種々の深さで反射したエコーがやはり個々の超音波ヘッドの圧電変換器層によって検出されて、電気信号に変換される。この信号は有利にはＡ／Ｄ変換器によりディジタル化されて評価ユニットへ伝達され、評価ユニットは現在検査されているｘ，ｙ平面内のポジションの関数としてこの信号を記録する。超音波周波数は５〜２５ＭＨｚの範囲にあると有利である。２５ＭＨｚまでの超音波ヘッドのためにマルチプル１００ＭＨｚリインタフェース（ｍｕｌｔｉｐｌｅ １００ ＭＨｚ ｒｅ−Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を用いることもできる。

少なくとも２つの超音波ヘッド２は、ｘ，ｙ方向で移動不可能に第１の取り付け装置に取り付けられている。

すべての超音波ヘッド２に共通の位置調節装置を設けることができる。このケースでは、すべての超音波ヘッドをいっしょにｚ方向で位置調節することのみ可能である。ただし有利であるのは、超音波ヘッド２の各々について固有の位置調節装置を設けることであり、これによれば超音波ヘッド２をｘ，ｙ平面に対し垂直なｚ方向において他の超音波ヘッド２とは独立して取り付け装置に対し相対的に動かすことができる。この場合、各超音波ヘッドを、それらの超音波ヘッドが最大の信号強度（たとえば裏側の平坦面７のエコーの最大信号強度）を検出するよう位置調節することができる。有利には、位置調節装置各々が独立した駆動モータを有している。さらにこの装置にはｘｙ走査装置が設けられており、この走査装置は２つまたはそれ以上の個数の超音波ヘッドを、それらが互いに独立して焦点位置に来るよう開ループ制御および／または閉ループ制御する目的で、同時に焦点に保持することができる（未公開のドイツ連邦共和国特許出願１０２００６００５４４８２）。

インゴットブロックの平坦面６を走査できるようにする目的で、本発明による走査型超音波顕微鏡は走行装置を有しており、これによって取り付け装置とインゴットブロックのための保持装置を互いに相対的にｘ，ｙ方向で動かすことができる。この場合、インゴットブロックの平坦面６が測定ポイントごとおよびラインごとにスキャンされ、それによってインゴットブロックの平坦面全体が捕捉される。

さらに上述の走行装置と位置調節装置を制御するための制御ユニットと、超音波ヘッドにより検出された超音波信号を処理するための評価ユニットが設けられている。制御ユニットと評価ユニットを組み合わせて１つのユニットとすることができ、たとえばモニタ１３を備えたコンピュータ１２とすることができる。２つまたはそれよりも多くの超音波ヘッドにより検出されたエコーの処理および記録を同時に行うのが有利であり、その際、現在検査されているｘ，ｙ平面内のポジションの関数として検出信号を記録し、それによって機械的欠陥のポジションｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐを求めることができる。有利であるのは、画像表示のためのデータを同時に形成することである。

２０ｃｍよりも長いインゴットブロックを検査するために有利であるのは、変形された走査型超音波顕微鏡を利用することであり、これには別の取り付け装置が設けられており、この取り付け装置に少なくとも２つの別の超音波ヘッド２が第１の取り付け装置と同様に取り付けられている。上述の第２の取り付け装置は、そこに取り付けられた超音波ヘッド２が図４に描かれているようにインゴットブロック１の第２の平坦面７を検査できるよう配置されている。

本発明による装置によれば半導体材料の性質に応じて、４５０ｍｍまでの直径をもち（両側を検査するならば）４０ｃｍまでの長さまたは（片側を検査するならば）２０ｃｍまでの長さを有するインゴットブロックを検査することができ、あるいはそれどころか５０ｃｍないしは２５ｃｍまでの長さから１００ｃｍないしは５０ｃｍまでの長さに及ぶインゴットブロックを検査することができる。

本発明による方法および本発明による装置によれば、製造プロセスにおいて機械的欠陥たとえば空隙を伴う半導体ウェハを早期に取り除くことができ、その際、すべての半導体ウェハを個別に検査する必要がなく、また、欠陥の伴う半導体ウェハに対しさらに不必要な処理ステップを実施する必要がない。これにより、時間とコストに関して著しい利点が得られる。

それゆえ本発明によれば、以下で挙げるステップをその順序で有する多数の半導体ウェハの製造方法にも関する。すなわちこの製造方法によれば、
ａ）半導体インゴットを製造するステップと、
ｂ）半導体インゴットを長さ１ｃｍ〜１００ｃｍの複数のインゴットブロックに切り分けるステップと、
ｄ）各インゴットブロックにおける機械的欠陥のポジションを求め、ここで各欠陥のポジションを、ステップｆ）において実施すべき切断面に対し平行な平面内の座標ｘ_ｐ，ｙ_ｐと、この平面に対し垂直な座標ｚ_ｐとによって一義的に規定するステップと、
ｆ）上記のインゴットブロックを厚さ０．２〜２ｍｍの多数の半導体ウェハに切断するステップと、
ｈ）機械的欠陥が検出されたポジションを含む半導体ウェハを取り除くステップ
を有している。

多数の半導体ウェハを製造するための本発明による上述の方法における個々のステップについて、以下で詳しく説明する。

最初にステップａ）において半導体結晶棒ないしは半導体インゴットが製造される。有利には半導体インゴットは単結晶のものである。有利には、半導体インゴットはシリコンたとえば単結晶シリコンから成る。このケースでは、半導体インゴットの直径は一般に約１００〜４５０ｍｍである。半導体インゴットは、たとえば浮遊帯域融解法あるいは坩堝引き上げ法によって製造される。チョクラルスキー法に従い引き上げられた半導体インゴットには既述の空隙が生じるので、本発明による方法をこの種の半導体インゴットに適用するのが有利である。ただし本発明による方法を、鋳型に流し込んで形成された多結晶半導体インゴットにも適用可能であり、これはたとえば太陽電池の製造に利用される。

ステップｂ）において半導体インゴットが複数のインゴットブロックに切り分けられ、それらのインゴットブロックの長さは１ｃｍ〜１００ｃｍ有利には５０ｃｍまでである。この切り分けは通常、ワイヤーソーあるいはブレードソーによって実施される。半導体インゴットは一般に、その長手方向軸に対し垂直に複数のインゴットブロックに切り分けられる。つまり半導体インゴットが円形の横断面をもつならば、インゴットブロックは実質的に直線的な円筒形となる。ただし引き上げ法に起因して、インゴットブロックはいくらかの不均一性を有する。

一般にステップｂ）の後、オプションとしてステップｃ）が実行され、このステップによればほぼ円筒形であるインゴットブロックの外周面が、それらのインゴットブロックが精確に円筒形状となるよう研削される。これに加えてインゴットブロック外周面に、オリエンテーションノッチやオリエンテーションフラットといった配向マークを形成することができる。ただしこのステップをステップｄ）の前に実施できるようにするのが有利である。

ステップｄ）において、インゴットブロック各々における機械的欠陥のポジションが求められる。これを上述の走査型超音波顕微法によって行うのが有利である。

代案として、インゴットブロックの一方の面に赤外線を照射し、インゴットブロックの他方の側における透過を測定することによって、機械的欠陥たとえば空隙を求めることができる。長い光伝播経路となるのを避けるため、この測定を円筒形のインゴットブロックの外周面において実施するのが有利である。粗面性が大きすぎるとこの測定に妨害が及ぼされるので、測定前にインゴットブロックの該当面を精密研削により、ないしはエッチングまたはポリシングあるいはこれらのプロセスの適切な組み合わせにより滑らかにしておくのが有利である。該当面の粗面性がＲａ＝０．２μｍを超えないようにしておくと有利である。この方法によれば、適切な対物レンズを備えた赤外線感応形カメラによってインゴットブロック内部の画像が生成される。内部のガス含有部あるいは欠陥によって、入射光の屈折または吸収が生じる。欠陥の深さは、シャープな画像を生じさせた対物レンズの設定状態によって求められる。

赤外線透過法を適用するには表面の付加的な平滑化が必要とされるので、ステップｄ）において走査型超音波顕微法を適用するのが有利である。

ステップｆ）においてインゴットブロックが場合によっては別のインゴットブロックとともに、従来技術に従い厚さ０．２〜２ｍｍの半導体ウェハに切断される。従来技術によるマルチワイヤーソー（ｍｕｌｔｉ ｗｉｒｅ ｓａｗ， ＭＷＳ）を用いてこれを行うのが有利である。この場合、インゴットブロックをその外周面に対し垂直に切断して半導体ウェハを形成するとよい。その後、半導体ウェハは通常、洗浄されて個別化され、すなわちワイヤーソープロセス後にパケット内にある半導体ウェハが分離され、個別にカセットまたはマガジンの各仕切り内に置かれる。

ついでステップｈ）において、ステップｄ）で空隙の検出されたポジションを含む半導体ウェハが取り除かれ、通常は破棄される。これを手動によりまたは自動的にロボットによって行わせることができる。

それらの半導体ウェハをいっそう簡単に排除できるようにするために有利であるのは、ステップｄ）とステップｆ）の間で付加的なステップｅ）において、インゴットブロックにおける機械的欠陥各々のポジションのｚ座標をたとえば切削、研削または凹部形成などによってマーキングすることである。インゴットブロック外周面に対し垂直に切断されて半導体ウェハが形成される円筒状インゴットブロックの場合、ステップｄ）で求められた外周面のポジションｚｐにマークが施される。ついでステップｈ）において、周囲にマークの施されたすべての半導体ウェハが取り除かれる。これをたとえばマーク識別に基づき手動で行うことができる。外周面に施されたマークをどの程度精密に機械的欠陥と一致させるのかに応じて、およびステップｆ）において切断された半導体ウェハの厚さと切断プロセスの精度に応じて、マークの施されたウェハのみを排除すればよいし、あるいはそのつど隣り合うウェハも排除する必要がある。

マークを施すことの代案として、ステップｅ）において機械的欠陥のポジションｚｐから、ならびにステップｆ）で実施された切断の位置から、少なくとも１つの機械的欠陥をもつ半導体ウェハ（もしくはその番号）を求めることができる。ついでそれらの半導体ウェハをステップｈ）において手動により、あるいはロボットにより自動的に取り除くことができる。半導体ウェハ製造の自動化率が十分に高ければ、たとえば材料追跡システムが該当するウェハ番号を特定する役割を担うことができる。材料追跡システムはたとえば、１番目の完全な半導体ウェハと一致する基準面の位置と、切断された半導体ウェハの厚さと切断に起因する材料損失の和に対応する）切断間隔（ピッチ）の和から、該当する半導体ウェハの番号を求めることができる。この択一的な手法においても、機械的欠陥を伴うすべての半導体ウェハを確実に除外するためには、隣り合う半導体ウェハを抜き出すことが必要となる場合もある。

不必要に多くの半導体ウェハを排除せざるを得なくなるのを避ける目的で、マークあるいは算出されたウェハ番号に基づき少なくとも１つの機械的欠陥をもつ半導体ウェハおよび所定数の隣り合う半導体ウェハを、付加的なステップｇ）において個別に従来技術に従い機械的欠陥について検査することができる。これをたとえば走査型超音波顕微法、赤外線透過測定あるいはレントゲン吸収測定によって行うことができる。たとえば、マークされた半導体ウェハもしくは算出された半導体ウェハとそのつどそれらの隣りに位置する半導体ウェハが検査される。ついでステップｈ）において、ステップｇ）で実際に機械的欠陥が見つかった半導体ウェハのみが抜き出される。ステップｇ）で個別に検査された他のすべての半導体ウェハは元のカセットあるいはマガジンに戻されて、引き続き処理される。このようにして、時間とコストのかかる個々の半導体ウェハ各々の検査を避けることができるとともに、欠陥のない半導体ウェハの不必要な排除も回避できる。

欠陥レートが低い場合に空隙あるいは他の機械的欠陥のある半導体ウェハの納品を効率的に避けるためには、もっぱら半導体ウェハに関する検査において基本的にすべての半導体ウェハを１００％検査する必要がある。機械的欠陥のポジションをまえもって突き止める本発明によるインゴットブロック検査と、ごく僅かなウェハをまえもって突き止められたポジションについて再測定する個々の半導体ウェハの検査とを組み合わせることによって、納品されるすべての半導体ウェハに欠陥がないことを最小限の測定コストで保証することができ、半導体ウェハの歩留まりを最大にすることができる。ステップｇ）における個々の半導体ウェハの再測定が必要となるのは、ステップｄ）において機械的欠陥が検出されたときのみである。インゴットブロックにおけるエラーレートが減少すれば、個々の半導体ウェハに対する測定コストもそれに応じて減少する。

既述の方法のいずれが排除のために有利であるかは、機械的欠陥の頻度、半導体ウェハの製造、検査および排除にかかるコスト、ならびに自動化および材料追跡のためのコストに依存する。

本発明による方法の実施により得られる測定信号のダイアグラム 本発明による走査型超音波顕微鏡を示す図 ２つの超音波ヘッドを備えた本発明による走査型超音波顕微鏡に関する第１の実施形態を示す図 互いに反対側に位置する２つの平坦な試料面にそれぞれ２つの超音波ヘッドを設けた本発明による走査型超音波顕微鏡の第２の実施形態を示す図 インゴットブロックのくさび形状態ならびにその状態と基準面の位置を求めるパラメータについて示す図

１ インゴットブロック
２ 超音波ヘッド
３ 流体状の結合媒体
４ 機械的欠陥
５ 外周面
６，７ 端面
８〜１１ エコー
１２ 制御ユニット（コンピュータ）
１３ モニタ
１４ 高周波発生器

Claims (15)

1. 半導体材料から成るインゴットブロック（１）の機械的欠陥（４）を検出する方法において、
   前記インゴットブロック（１）は、少なくとも１つの平坦な面（６）と、該面（６）に対し垂直方向で１ｃｍ〜１００ｃｍの厚さを有しており、
   前記インゴットブロック（１）の平坦な面（６）は少なくとも１つの超音波ヘッド（２）により走査され、該超音波ヘッド（２）は、流体状の結合媒体（３）を介して前記インゴットブロック（１）の平坦な面（６）に結合されており、
   該超音波ヘッド（２）は各測定点（ｘ，ｙ）ごとに、前記インゴットブロック（１）の平坦な面（６）に向けて配向された少なくとも１つの非集束の超音波パルス（８）を発生し、前記インゴットブロック（１）から発せられた超音波パルスのエコーを時間に依存して記録し、
   前記平坦な面（６）のエコー（９）、該平坦な面（６）とは反対側に位置する前記インゴットブロック（１）の面（７）のエコー（１１）、ならびに場合によっては生じる別のエコー（１０）が検出され、該別のエコー（１０）から、インゴットブロック（１）における機械的欠陥（４）のポジション（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐ）が求められることを特徴とする、
   インゴットブロック（１）の機械的欠陥（４）を検出する方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記平坦な面（６）に対し垂直方向の厚さは１ｃｍ〜５０ｃｍであることを特徴とする方法。
3. 請求項１または２記載の方法において、
   前記インゴットブロック（１）は単結晶半導体材料から成ることを特徴とする方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の方法において、
   機械的欠陥（４）のポジション（ｚ_ｐ）は、前記インゴットブロック（１）の外周面（５）上に垂直に配置された基準面（１６）に対し相対的にｚ方向で求められ、
   該基準面（１６）は前記インゴットブロック（１）のくさび形状態には依存せず、
   前記基準面（１６）の位置は、前記平坦な面（６）と、前記外周面（５）上に同様に垂直に配置され少なくとも１つの超音波ヘッド（２）が存在するスキャン平面（１７）との間の最大間隔（ｚ_ｍａｘ）により定義されることを特徴とする方法。
5. 複数の半導体ウェハを製造する方法において、
   ａ）半導体インゴットを製造するステップと、
   ｂ）該半導体インゴットを１ｃｍ〜１００ｃｍまでの長さをもつ複数のインゴットブロックに分割するステップと、
   ｄ）各インゴットブロックごとに機械的欠陥のポジションを特定し、該機械的欠陥のポジションの特定を請求項１記載の方法に従い実施し、各欠陥のポジションを、ステップｆ）で実施すべき切断の切断面に対し平行な面内の座標ｘ_ｐ，ｙ_ｐと、該面に対し垂直である座標ｚ_ｐとにより一義的に決定するステップと、
   ｆ）前記インゴットブロックを厚さ０．２ｍｍ〜２ｍｍの複数の半導体ウェハに切断するステップと、
   ｈ）機械的欠陥が検出されたポジションを含む半導体ウェハを抜き出すステップ
   を上記順序で有することを特徴とする、
   複数の半導体ウェハを製造する方法。
6. 請求項５記載の方法において、
   前記半導体インゴットは単結晶半導体材料から成ることを特徴とする方法。
7. 請求項６記載の方法において、
   前記単結晶半導体材料から成る半導体インゴットの製造をステップａ）においてチョクラルスキー法による引き上げ法によって行うことを特徴とする方法。
8. 請求項５から７のいずれか１項記載の方法において、
   前記ステップｂ）において製造されたインゴットブロックは１ｃｍ〜５０ｃｍの長さを有することを特徴とする方法。
9. 請求項５から８のいずれか１項記載の方法において、
   ステップｂ）で製造されたインゴットブロックは実質的に直線的円筒形状を有しており、ステップｂ）の後、付加的なステップｃ）において前記インゴットブロックの外周面が研削されることを特徴とする方法。
10. 請求項５から９のいずれか１項記載の方法において、
    ステップｄ）とステップｆ）の間に設けられた付加的なステップｅ）において、機械的欠陥ポジション各々のポジションのｚ座標が前記インゴットブロックにマークされ、ステップｆ）後にマークをもつ半導体ウェハがステップｈ）において抜き出されることを特徴とする方法。
11. 請求項５から１０のいずれか１項記載の方法において、
    ステップｄ）の後に設けられた付加的なステップｅ）において、機械的欠陥ポジションのｚ座標と、ステップｆ）で実施された切断の位置とから、少なくとも１つの機械的欠陥を有する半導体ウェハが特定され、該半導体ウェハがステップｈ）において抜き出されることを特徴とする方法。
12. 請求項５から１１のいずれか１項記載の方法において、
    ステップｄ）の後に設けられた付加的なステップｅ）において、機械的欠陥ポジションのｚ座標と、ステップｆ）で実施された切断の位置とから、少なくとも１つの機械的欠陥を有する半導体ウェハが特定され、
    該半導体ウェハおよび所定数の隣り合う半導体ウェハが付加的なステップｇ）において個別に機械的欠陥について検査され、
    ステップｈ）において、前記ステップｇ）で機械的欠陥がみつかったすべての半導体ウェハが抜き出されることを特徴とする方法。
13. 走査型超音波顕微鏡において、
    ｘ，ｙ平面に位置する少なくとも１つの平坦面（６）を備えた検査すべきインゴットブロック（１）のための保持装置と、
    非収束の超音波信号を発生および検出するための少なくとも２つの超音波ヘッド（２）と、
    該少なくとも２つの超音波ヘッド（２）がｘ，ｙ方向で移動不可能に取り付けられている第１の取り付け装置と、
    前記超音波ヘッド（２）をｘ、ｙ平面に対し垂直なｚ方向で前記保持装置に対し相対的に移動させることのできる位置調節装置と、
    前記取り付け装置と前記保持装置を互いに相対的にｘ，ｙ方向で移動させることのできる走行装置と、
    該走行装置と前記位置調節装置を制御する制御ユニット（１２）と、
    前記超音波ヘッド（２）により検出された超音波信号を処理する評価ユニットが設けられていて、
    各インゴットブロックごとに機械的欠陥のポジションが請求項１記載の方法に従い特定されることを特徴とする、
    走査型超音波顕微鏡。
14. 請求項１３記載の走査型超音波顕微鏡において、
    超音波ヘッド（２）各々のために１つの位置調節装置が設けられており、該位置調節装置により各超音波ヘッド（２）は、ｘ，ｙ平面に対し垂直なｚ方向で他の超音波ヘッド（２）とは独立して前記取り付け装置に対し相対的に移動可能であることを特徴とする走査型超音波顕微鏡。
15. 請求項１３または１４記載の走査型超音波顕微鏡において、
    別の取り付け装置が設けられており、該別の取り付け装置に少なくとも２つの別の超音波ヘッド（２）が第１の取り付け装置と同様に取り付けられており、
    該少なくとも２つの別の超音波ヘッド（２）は、超音波ヘッド（２）を備えた前記の２つの取り付け装置双方の間に前記インゴットブロック（１）を配置できるように設けられていて、
    該インゴットブロック（１）は第１の平坦な平面（６）を通して、第１の取り付け装置に取り付けられた超音波ヘッド（２）により検査され、かつ前記第１の平坦な面（６）に対し平行な第２の平面（７）を通して、第２の取り付け装置に取り付けられた超音波ヘッド（２）により検査されることを特徴とする走査型超音波顕微鏡。