JP2014222714A - 半導体ウェーハの評価システム及び評価方法 - Google Patents
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また、基板としての半導体ウェーハなどはその大口径化が進み、破壊耐性が益々重視されるようになっている。
装置ベース101には単軸スライダー式ロボット102が建てられており、スライダー103には電磁磁石104がセットされ、スチールボール105(クロム鋼)が磁力で吸着されている。衝撃破壊試験では、スライダー103を上下させ、任意の高さ(0〜2000mm)からスチールボール105を落下させることが可能である。シリコン片保持部110の上には、シリコン片Wが割れなかった時のスチールボール105の跳ね返り対策のポリカーボネートカバー106が設置されている。
その上、定落下重量でのステアケース法の原理を利用するためには、それぞれのサンプルが少なくとも20枚以上が必要である。
これらの点から製品検査として実用的なGrown−in欠陥の部位の特定とその破壊強度をより容易に測定できる測定方法が求められていた。
また、破壊までの最大破壊荷重が減るので、破壊装置を高価な大型のものとする必要がなく、測定時間も短くすることができるため評価コストを抑制することができるものとなる。
また、破壊までの最大破壊荷重が減るので、高価な大型の破壊装置を用いる必要がなく、測定時間も短くなるため評価コストを抑制することができる。
また、このように、加工する溝の深さを変えることで、測定する半導体ウェーハの種類や厚さに対して最適な加工溝の深さを設定することができ、測定の感度を向上させ測定値のばらつきを抑制することができる。
また、破壊までの最大破壊荷重が減るので、高価な大型の破壊装置が必要なく、測定時間も短くなるため評価コストを抑制することができる。
上記したように、半導体ウェーハは脆性材料であるので、従来の一般的な材料の評価技術では測定値のばらつきが大きくなってしまう。
図1に示すように、本発明の半導体ウェーハ評価システム1は、半導体ウェーハWを破壊するための破壊装置2と破壊した半導体ウェーハの破壊面を観察するための顕微鏡3から構成されている。破壊装置は溝4が加工された半導体ウェーハWを支持するための支持治具6と、支持治具6によって支持された半導体ウェーハWに荷重を加える荷重手段5を具備するものである。
そして、顕微鏡3は、上記した破壊装置2で半導体ウェーハWを破壊した後、その破壊面を観察することで、破壊起点の分布を正確に評価することができるものである。
ここで、半導体ウェーハWに加工する溝4は、図2に示すようなシェブロンノッチ7としても良いが、特に限定されるものではなく、他のいかなる形状でも良い。
また、破壊までの最大破壊荷重が減るので、高価な大型の破壊装置が必要なく、測定時間も短くなるため評価コストを抑制することができる。
このようなものであれば、破壊装置の測定の感度を向上させ測定のばらつきを改善できる。
まず、評価する半導体ウェーハWの直径方向に、例えばダイサー装置8等を用いて、溝4を加工する。この半導体ウェーハWを支持治具6によって支持する。このとき、溝4を加工した側の表面が下方を向くようにして、半導体ウェーハWを支持できる。次に、支持治具6によって支持された半導体ウェーハWの溝4を加工した面の反対側の面から、すなわち、図1に示す例では半導体ウェーハWの上面から、荷重手段5によって溝4に沿う方向に荷重を加え半導体ウェーハWを破壊する。そして、破壊された半導体ウェーハWの破壊面を顕微鏡3によって観察し、半導体ウェーハWの破壊強度の測定と欠陥部位の特定をすることで、半導体ウェーハWを評価する。
また、破壊までの最大破壊荷重が減るので、高価な大型の破壊装置が必要なく、測定時間も短くなるため評価コストを抑制することができる。
本発明の半導体ウェーハの評価方法に従って半導体ウェーハの評価を行った。
評価するウェーハとして、直径300mm、結晶方位[100]、P型、酸素濃度15ppma、抵抗率20Ωcm、厚さ780μmのシリコンウェーハを20枚用いた。
そのうち10枚は外周から30mmの位置に幅5mmのドーナツ型のGrown−in欠陥を有する欠陥ウェーハであり、残り10枚はGrown−in欠陥の無い良品ウェーハであった。尚、Grown−in欠陥は、このドーナツ型の領域が周囲に比べて格子間酸素濃度が2.5ppma低いために発生したものであった。
ここで、評価する半導体ウェーハに、ブレード厚さ80μm、先端部角度θ=60°、ダイヤモンド粒径3000アルミボンド品の、ディスコ社製のダイサー装置で直径方向にシェブロンノッチを加工した。シェブロンノッチは、半導体ウェーハのヘキ開面に45°の方向となるように加工し、その溝深さを160μmとした。
シリコン支持治具の支持間距離を150mmとし、荷重速度0.05mm/sの条件で棒状部材に荷重を上方から加え、3点曲げ試験を行い、シリコンウェーハを破壊した。そして、シリコンウェーハが破壊されるときの破壊強度を測定し、顕微鏡により破壊面を観察し破壊起点の分布を測定し、シリコンウェーハを評価した。
シリコンウェーハは20枚とも全て、シェブロンノッチの溝から破壊され、シリコンウェーハは2〜3分割程度できれいに割れた。これは、溝の底に応力が集中して破壊の起点となるからである。
表1は、良品ウェーハ、欠陥ウェーハそれぞれの最大破壊荷重(kN)である。実施例では、最大破壊荷重が後述する比較例よりもかなり低く抑えられている。そのため、破壊時に半導体ウェーハが粉々に粉砕されず、破断面を顕微鏡で観察できた。また、標準偏差が小さく、すなわち、最大破壊荷重のばらつきは小さく安定していることがわかる。
破壊面は溝の底が抉られるように凸凹の多い形状で立体的に割れる。破壊起点は狭くて初生点もはっきり確認できる。初生点周辺は大きく3次元的に抉られた貝殻状の断口のワレが発生している。破壊のパターンは、亀裂の伸展が階段状になっているものが見られる。これは亀裂が特定方向に伸長しにくいからだと考えられる。
評価する半導体ウェーハに溝を加工しないことと、顕微鏡を具備しない評価装置を用いたということ以外、実施例と同様な条件で3点曲げ試験を行った。
その結果、シリコンウェーハは破断までは弾性的に変化し、曲げ弾性係数はGrown−in欠陥のあるなしで差異は見られなかった。シリコンウェーハは限界に達すると脆性破壊をおこし、瞬間的に破断がおこった。サンプルは粉々に粉砕され、尖った破片が四方に飛び散った。
また、これらのシリコンウェーハが破壊された時の最大破壊荷重(kN)を測定した。
表1に示すように、最大破壊荷重(kN)は実施例のシェブロンノッチ溝のあるウェーハの2〜20倍程度であった。
また比較例は、測定時間が長く、大型の万能試験機が必要であるので評価コストが実施例よりも多くかかってしまった。さらに、シリコンウェーハが粉々に粉砕され、破壊面を観察することができないばかりか、尖った破片が飛び散るなど安全面にも問題がある。
4…溝、5…荷重手段、6…支持治具、7…シェブロンノッチ、8…ダイサー装置
9…Grown−in欠陥領域、10…棒状部材、W…半導体ウェーハ、
101…装置ベース、102…単軸スライダー式ロボット、103…スライダー
104…電磁磁石、105…スチールボール、106…ポリカーボネートカバー
107…ボール受け台、108…シリコン片台、109…シリコン片押さえ治具
110…シリコン片保持部。
Claims (5)
- 半導体ウェーハに荷重を加えて破壊する破壊装置と、該破壊装置で破壊した半導体ウェーハの破壊面を観察する顕微鏡を有する半導体ウェーハの評価システムであって、
前記破壊装置は、直径方向に溝が一本加工された半導体ウェーハを支持するための支持治具と、前記支持冶具で支持された前記半導体ウェーハの前記溝に沿う方向に荷重を加える荷重手段を具備し、前記支持治具によって支持した前記半導体ウェーハの前記溝を加工した面の反対側の面から、前記荷重手段によって前記溝に沿う方向に荷重を加えることによって、前記半導体ウェーハを破壊した後、前記顕微鏡で前記半導体ウェーハの破壊面を観察することにより、前記半導体ウェーハの破壊強度の測定と欠陥部位の特定をすることで、半導体ウェーハを評価できるものであることを特徴とする半導体ウェーハの評価システム。 - 前記荷重手段は、前記溝の長さ以上の長さを有する棒状部材を、前記半導体ウェーハの前記溝を加工した面の反対側の面に前記溝に沿って設置し、前記棒状部材を介して荷重を加えるものであ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システム。
- 半導体ウェーハを評価する方法であって、
前記半導体ウェーハの直径方向に溝を一本加工し、前記溝を加工した半導体ウェーハを支持した後、前記半導体ウェーハの前記溝を加工した面の反対側の面から、前記溝に沿う方向に荷重を加え、前記半導体ウェーハを破壊した後、顕微鏡で前記半導体ウェーハの破壊面を観察することにより、前記半導体ウェーハの破壊強度の測定と欠陥部位の特定をすることで、前記半導体ウェーハを評価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に加工する溝をシェブロンノッチとし、該溝の深さを前記半導体ウェーハの厚さの1%〜60%とすることを特徴とする請求項3に記載の半導体ウェーハの評価方法。
- 前記溝に対して荷重を加える際に、前記溝の長さ以上の長さを有する棒状部材を、前記半導体ウェーハの前記溝を加工した面の反対側の面に前記溝に沿って設置し、前記棒状部材を介して荷重を加えることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の半導体ウェーハの評価方法。
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