JP2014003254A - シリコンウェーハに付着した異物の分析方法、およびこの方法に使用される異物転写装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンウェーハの分析が容易ではない位置に付着した異物を、簡便に分析するための手段を提供する。
【解決手段】シリコンウェーハ１の分析が容易ではない位置に付着した異物の存在するウェーハ片１１を切り出し、シリコンウェーハ１の異物付着部分を平板２表面と接触させることにより、上記異物をシリコンウェーハ１から平板２表面に転写し、平板２表面の上記転写された異物を含む領域を分析することにより、該異物の構成成分を同定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハに付着した異物の分析方法に関するものであり、詳しくは、シリコンウェーハの面取り部等に付着した異物の構成成分の同定が可能な異物分析方法に関するものである。

一般的なシリコンウェーハの製造工程では、スライス工程後のウェーハ外周端部に面取り加工が施される。面取りが施された部分（面取り部）は、シリコンウェーハの製造工程において、保持部材によって保持される部分となることが多い。これは、シリコンウェーハの主表面の清浄度はデバイス特性に大きく影響を及ぼすため、主表面は極力、他の部材と接触させないことが望ましいからである。

近年、デバイスの微細化、高集積化に伴い、より高品質なシリコンウェーハが求められているため、主表面だけではなく面取り部の異物付着も防ぐように工程管理することが必要になってきている。これは、面取り部に付着していた異物が、例えば洗浄工程等で面取り部から飛散し主表面に再付着することが、主表面の汚染原因となるからである。

面取り部の汚染原因としては、保持部材の劣化、面取り部上の複数の支点でシリコンウェーハを支持する保持部材の支持のバランスが崩れて１つの支点に大きな力がかかることにより保持部材の構成材料が当該支点に付着すること、等が考えられる。何が汚染原因であるかを特定するためには、異物の付着位置と当該位置に付着した異物の構成成分を把握するべきであるが、面取り部は主表面に比べると微小領域であり、また形状が平坦ではないため、分析は容易ではない。

面取り部に付着した異物の分析方法としては、特許文献１に、面取り部を水平に保った状態でＴＯＦ−ＳＩＭＳによって分析することが提案されているが、正確な位置合わせを要するため簡便な方法とは言えない。

特開２００３−１５２０４２号公報

上記の通り、シリコンウェーハの面取り部に付着した異物の分析は容易ではない。また、シリコンウェーハに付着した異物の中で分析困難なものとしては、加工途中のシリコンウェーハや極厚のシリコンウェーハの主表面に付着した異物も挙げられる。これは、加工途中のシリコンウェーハや極厚のシリコンウェーハは、通常使用されるウェーハ分析装置への導入が困難だからである。

そこで本発明の目的は、シリコンウェーハの面取り部等の分析が容易ではない位置に付着した異物を、簡便に分析するための手段を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、シリコンウェーハに付着した異物を平板表面に転写して平板表面上で分析することにより、面取り部等の分析が困難な位置に付着した異物を容易に分析することが可能になることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、上記目的は、下記手段により達成された。
［１］シリコンウェーハに付着した異物の分析方法であって、
シリコンウェーハの異物付着部分を平板表面と接触させることにより、上記異物をシリコンウェーハから平板表面に転写すること、および、
平板表面の上記転写された異物を含む領域を分析することにより、該異物の構成成分を同定すること、
を含むことを特徴とする、前記分析方法。
［２］シリコンウェーハの面取り部に付着した異物を分析する、［１］に記載の分析方法。
［３］前記異物が転写される平板表面は、対向する２つの主表面を有するウェーハ形状の平板の一方の主表面である、［１］または［２］に記載の分析方法。
［４］前記平板は、シリコンウェーハである、［１］〜［３］のいずれかに記載の分析方法。
［５］シリコンウェーハを目視および顕微鏡観察からなる群から選ばれる観察手段によって観察し異物付着部分を特定することを含み、
特定した異物付着部分を含む領域を選択的に平板表面と接触させる、［１］〜［４］のいずれかに記載の分析方法。
［６］異物を転写すべき領域を特定するためのマークを平板表面に付すことを含み、
上記マークを付した領域を前記シリコンウェーハの異物付着部分と接触させることにより、該領域に異物を転写する、［１］〜［５］のいずれかに記載の分析方法。
［７］前記分析を、顕微ラマン分光法により行う、［１］〜［６］のいずれかに記載の分析方法。
［８］［１］〜［７］のいずれかに記載の分析方法において、平板表面へ異物を転写するために使用される異物転写装置であって、
平板を立設保持する平板保持部と、
シリコンウェーハを異物付着部分が平板表面と接触するように回転および傾斜させる機構を有するシリコンウェーハ保持部と、
を有し、前記平板保持部およびシリコンウェーハ保持部の少なくとも一方は、他方に向かって移動可能である、前記異物転写装置。

本発明によれば、シリコンウェーハの面取り部に付着した異物の構成成分を簡便に同定することができる。得られた同定結果から面取り部の汚染原因を特定した後、当該原因を除去するように製造ラインを補修ないし変更することで、面取り部の汚染が低減された、きわめて高品質なシリコンウェーハを提供することが可能となる。

シリコンウェーハの異物付着部分と平板表面とを接触させる具体的態様の説明図である。 シリコンウェーハの異物付着部分と平板表面とを接触させる具体的態様の説明図である。 シリコンウェーハの異物付着部分と平板表面とを接触させる具体的態様の説明図である。 本発明の一態様における、シリコンウェーハの異物付着部分と、異物転写領域との対応関係を示す説明図である。 実施例１において取得された、面取り部の異物付着が確認された部分のデジタルマイクロスコープ画像である。 実施例１において、面取り部の異物を顕微レーザーラマン分光分析装置により分析して得られたスペクトルである。

本発明は、シリコンウェーハに付着した異物の分析方法に関する。
本発明の分析方法は、シリコンウェーハの異物付着部分を平板表面と接触させることにより、上記異物をシリコンウェーハから平板表面に転写すること、および、平板表面の上記転写された異物を含む領域を分析することにより、該異物の構成成分を同定すること、を含むものである。

上記異物は、例えばシリコンウェーハの面取り部に付着した異物である。先に説明したように、従来、面取り部に付着した異物の分析は容易ではなかった。これに対し、平板表面に付着した異物の分析方法は、例えばシリコンウェーハ表面の異物分析方法等として、既に確立されている。本発明者らはこの点に着目し、シリコンウェーハの面取り部等の分析困難な部分に付着した異物を平板表面に転写して分析する、本発明の分析方法を見出すに至ったものである。

以下、本発明の分析方法の具体的態様について説明する。ただし、本発明は下記態様に限定されるものではない。

シリコンウェーハから異物が転写される平板は、異物同定のための分析においてサンプル台の役割を果たすものである。
シリコンウェーハの製造工程において使用されるウェーハ保持部材は、ウェーハと接触する部分が樹脂製のものが多い。これは、シリコンウェーハはデバイス特性低下の大きな原因となる金属汚染を可能な限り排除すべきであるため、たとえ保持部分が面取り部であるとしても、ウェーハと金属との接触は避けるべきだからである。したがって、面取り部の異物は通常、保持部材に由来する樹脂であることが多い。ここで、平板表面が樹脂よりも柔らかい材料からなるものであると、異物を転写する際に異物によって平板表面が削られて、分析すべき異物に混入するおそれがある。そのような混入は異物の構成成分の同定の精度を低下させることとなるため、異物を転写する平板表面は樹脂よりも硬い材料であることが望ましい。この点からは、シリコン製または金属（例えばステンレス、アルミニウム）製の平板を用いることが好ましい。中でも、清浄なものを容易に入手可能な点から、シリコンウェーハは好ましい平板である。また、シリコン製であるか否かにかかわらず、シリコンウェーハのように対向する２つの主表面を有するウェーハ形状の平板は、シリコンウェーハの分析のために既に確立されている分析方法を適用可能なため、好ましい。

異物による汚染原因の特定のためには、分析対象のシリコンウェーハの異物が付着している位置と、当該異物の構成成分との対応を正確に把握することが望ましい。そのためには、目視、顕微鏡観察またはこれらの併用によって、シリコンウェーハの異物付着位置を特定したうえで、特定した異物付着部分を含む領域を選択的に、平板表面と接触させることが好ましい。例えば、分析対象のシリコンウェーハの面取り部を、端面観察用デジタルマイクロスコープにより観察し顕微鏡画像を取得する。ここで、平板表面への転写時の位置の目安とするために、異物付着位置付近のウェーハ両主表面に、ダイヤモンドペン等によりマークしておくことも、好ましい対応である。面取り部全周を平板表面と接触させると、面取り部のどの位置に付着していた異物が平板表面に転写されたか確認することは困難であるのに対し、上記のように選択的に接触させれば、転写された異物が分析対象のシリコンウェーハのどの位置に由来するものであるかを容易に確認することができる。

図１〜図３は、シリコンウェーハの異物付着部分と平板表面とを接触させる具体的態様の説明図である。

図１に示す態様では、異物付着部分を含むウェーハの一部を公知の切断装置によって切り出して得たウェーハ片を、平板に押し付けることにより異物を平板表面に転写している。本態様は、大口径のウェーハのようにそのままの大きさではハンドリングが容易ではないシリコンウェーハから平板表面に異物を転写する際に好適である。

図２に示す態様では、図１に示す態様のようにシリコンウェーハからのウェーハ片の切り出しを行わずに、分析対象のシリコンウェーハの異物付着部分を平板表面に押し付けて、異物を平板表面に転写している。

上記の図１、図２に示す態様は、水平に配置した平板に対して、シリコンウェーハの異物付着部分を押し付けることで、異物を平板表面に転写する。図中の灰色矢印は、転写時にシリコンウェーハに加える力を模式的に示したものである。先に説明したように、異物は主に樹脂であるが、樹脂は平板表面に容易に付着するため、平板表面を傷つけるほどの大きな力を加えることなく、平板表面に転写可能である。

一方、図３に示す態様では、立設保持された平板の表面にシリコンウェーハの異物付着部分を接触させる。図３中の双方矢印は、保持部に保持された平板およびシリコンウェーハが動作可能な方向を示すものである。平板保持部３に保持された平板２は、双方矢印で示すように、異物が転写される平面が水平面に対して垂直に保持された状態で、シリコンウェーハ保持部４に保持されたシリコンウェーハに向かって移動可能である。一方、シリコンウェーハ保持部４に保持されたシリコンウェーハ１は、シリコンウェーハ保持ステージ４１に、例えば一方の主表面が吸盤や真空吸着機構によって固定された状態で、保持されている。このシリコンウェーハ保持部４は、支柱４２が全方向に自在に傾斜可能であり、かつシリコンウェーハ保持ステージ４１または支柱４２が回転可能である。これにより、平板保持部およびシリコンウェーハ保持部の少なくとも一方が他方に向かって水平方向に移動すればシリコンウェーハの、例えば面取り部の異物付着部分が平板２の表面に当接するように、シリコンウェーハの保持状態を固定することができる。例えば、図３中に灰色矢印で示す方向に向かって平板保持部３を移動させることで、×で示す異物付着部分を、平板４の表面と接触させ、同部分の異物を平板表面に転写することができる。先に説明したように、多くの場合、異物は樹脂であるため、上記と同様に、平板表面を傷つけるほどの大きな力を加えることなく、平板表面に異物を転写することができる。なお図３では、平板保持部、シリコンウェーハ保持部とも、他方に向かって移動可能な態様を示したが、少なくとも一方が他方に向かって移動可能であれば、シリコンウェーハの異物付着部分を平板表面と接触させることができる。

即ち本発明によれば、
本発明の分析方法において、平板表面へ異物を転写するために使用される異物転写装置であって、
平板を立設保持する平板保持部と、
シリコンウェーハを異物付着部分が平板表面に接触するように回転および傾斜させる機構を有するシリコンウェーハ保持部と、
を有し、前記平板保持部およびシリコンウェーハ保持部の少なくとも一方は、他方に向かって移動可能である、前記異物転写装置、
も提供される。

本発明の分析方法では、シリコンウェーハから平板への異物転写を行う前に、平板表面に異物を転写すべき領域を特定するためのマークを付しておくこともできる。このようなマークを付しておくことは、転写後に平板表面の異物を分析する際に、分析すべき位置の特定が容易になるため好ましい。また、本発明の分析方法では、１つの平板に対して１つのシリコンウェーハの複数の部分から異物を転写することもできる。この場合、シリコンウェーハの異物付着部分と、平板上の転写領域との対応を明らかにしておけば、異物転写後に１つの平板を分析することにより、シリコンウェーハの各部分に付着した異物をそれぞれ同定することが可能となる。図４は、そのような態様の説明図である。図４に示すように、シリコンウェーハ面取り部の３か所（異物付着部分（１）、（２）、（３））から異物を転写する領域を、平板上で領域Ａ、Ｂ、Ｃと、例えばマークを付すことにより特定しておけば、平板上の領域Ａ、Ｂ、Ｃの付着物の構成成分を同定することによって、シリコンウェーハの異物付着部分（１）、（２）、（３）に付着していた異物の構成成分の特定が可能となる。

平板に付着した異物の分析方法は、シリコンウェーハ等の平板表面上の異物の同定が可能な公知の方法、例えば、顕微ラマン分光法、ＳＥＭ−ＥＤＳ、ＥＤＸ、ＡＥＳ、ＳＩＭＳ、ＸＰＳ等を用いることができる。中でも、上記の通り異物は通常は樹脂であるため、有機物の分析が可能な顕微ラマン分光法が好適である。

以上説明したように、本発明の分析方法によれば、平板表面で得られた異物同定結果から、シリコンウェーハ表面に付着した異物を同定することができる。そして、同定結果に基づき異物の付着原因を推定または特定したうえで、当該付着原因を除去するように製造ラインの補修または改変を行えば、それ以後は異物の付着が防止ないし低減された高品質なシリコンウェーハを量産することが可能となる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。

［実施例１］
（１）異物付着位置の特定
分析対象のシリコンウェーハの面取り部を、端面観察用デジタルマイクロスコープにより観察したところ、面取り部の一部分に異物の付着が確認された。面取り部の異物付着が確認された部分のデジタルマイクロスコープ画像を、図５に示す。転写時の位置の目安とするため、異物付着位置付近のウェーハの両主表面にボールペンでマークを付した。
上記シリコンウェーハのマークを付した部分を含む部分をダイヤモンドカッターにより切り出し、転写用ウェーハ片を得た。

（２）異物転写位置のマーキング
洗浄処理を施し表面が清浄化されたシリコンウェーハを準備し、スポットライト下で付着物がないことを目視で確認した。このシリコンウェーハの一方の主表面にダイヤモンドペンにより幅５〜１０ｍｍ程度、長さ２０〜３０ｍｍ程度の楕円を描いた。

（３）シリコンウェーハ表面への異物の転写
図１に示すように、上記ウェーハ片の、工程（１）で特定された異物付着部分を、シリコンウェーハ表面の上記（２）でマーキングした位置に押し付けて、ウェーハ片の面取り部からシリコンウェーハ表面へ異物を転写した。

（４）シリコンウェーハ表面の異物の分析
上記（３）で異物が転写されたシリコンウェーハの異物転写領域を、顕微レーザーラマン分光分析装置の光学顕微鏡で観察したところ、付着していた異物は、上記（１）でデジタルマイクロスコープにより観察した、シリコンウェーハの面取り部に付着していた異物が反転した形状であった。これにより、異物転写用シリコンウェーハ表面に、シリコンウェーハ面取り部の異物が転写されたことが確認された。
そこで、シリコンウェーハ表面上の異物を顕微レーザーラマン分光分析装置により分析した。
上記光学顕微鏡による観察および顕微レーザーラマン分光分析装置による分析時に、上記（２）で付したマーキングを目印とすることで、異物の位置の特定が容易になる。

（５）同定結果に基づくシリコンウェーハ面取り部の汚染原因の推定
上記（４）の分析の結果、シリコンウェーハ表面の異物、即ち分析対象のシリコンウェーハの面取り部に付着していた異物は、ポリエチレン（ＰＥ）と同定された。図６は本実施例において顕微レーザーラマン分光分析によって得られたスペクトルである。シリコンウェーハの製造ライン中の一工程においてシリコンウェーハの面取り部を保持する保持部材表面がＰＥ製であったため、上記同定結果から、保持部材表面が部分的に劣化したことが面取り部の原因と推定された。
上記推定に基づき、当該保持部材を交換してシリコンウェーハの製造を行ったところ、得られたシリコンウェーハの面取り部には、デジタルマイクロスコープによる観察で異物が確認されなかった。
従来の分析方法では、面取り部に付着した異物を上記のように同定することは容易ではないが、本発明によれば面取り部の異物を平板に転写することで、異物を容易に分析・同定することができ、その結果、異物発生原因の特定および排除が可能となる。

［実施例２］
分析対象のシリコンウェーハからのウェーハ片の切り出しを行わずに図３に示す異物転写装置を使用してシリコンウェーハ面取り部から、異物転写用シリコンウェーハ主表面への異物の転写を行った点以外、実施例１と同様とした。
その結果、実施例１と同様に、異物がＰＥであることが特定された。

本発明の分析方法は、上記実施例に示すように、シリコンウェーハの面取り部に付着した異物の分析に好適であるが、例えば、通常のシリコンウェーハ分析装置には導入困難な加工途中のシリコンウェーハや極厚のシリコンウェーハの主表面に付着した異物を分析するために、本発明の分析方法を使用することもできる。その一実施形態としては、極厚のシリコンウェーハの異物付着部分を含む領域を切り出して、上記実施例１と同様に平板に異物を転写し分析する態様を挙げることができる。

本発明の分析方法は、シリコンウェーハ製造工程の工程管理のために有用である。

Claims (8)

1. シリコンウェーハに付着した異物の分析方法であって、
   シリコンウェーハの異物付着部分を平板表面と接触させることにより、上記異物をシリコンウェーハから平板表面に転写すること、および、
   平板表面の上記転写された異物を含む領域を分析することにより、該異物の構成成分を同定すること、
   を含むことを特徴とする、前記分析方法。
2. シリコンウェーハの面取り部に付着した異物を分析する、請求項１に記載の分析方法。
3. 前記異物が転写される平板表面は、対向する２つの主表面を有するウェーハ形状の平板の一方の主表面である、請求項１または２に記載の分析方法。
4. 前記平板は、シリコンウェーハである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の分析方法。
5. シリコンウェーハを目視および顕微鏡観察からなる群から選ばれる観察手段によって観察し異物付着部分を特定することを含み、
   特定した異物付着部分を含む領域を選択的に平板表面と接触させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の分析方法。
6. 異物を転写すべき領域を特定するためのマークを平板表面に付すことを含み、
   上記マークを付した領域を前記シリコンウェーハの異物付着部分と接触させることにより、該領域に異物を転写する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の分析方法。
7. 前記分析を、顕微ラマン分光法により行う、請求項１〜６のいずれか１項に記載の分析方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の分析方法において、平板表面へ異物を転写するために使用される異物転写装置であって、
   平板を立設保持する平板保持部と、
   シリコンウェーハを異物付着部分が平板表面と接触するように回転および傾斜させる機構を有するシリコンウェーハ保持部と、
   を有し、前記平板保持部およびシリコンウェーハ保持部の少なくとも一方は、他方に向かって移動可能である、前記異物転写装置。