JP2020107745A - 半導体ウェーハの評価方法及び半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
半導体ウェーハの主面が灰色帯域として撮像され且つ面取り面が黒色帯域として撮像されるように設定された反射型微分干渉顕微鏡によって、評価対象の半導体ウェーハの外周部の評価対象位置において微分干渉像を取得することを含み、
上記微分干渉像は、灰色帯域と黒色帯域とを含み、上記灰色帯域と上記黒色帯域との間に白色帯域を更に含み、
上記白色帯域の幅Wを指標として、上記評価対象位置における半導体ウェーハの主面とこの主面と隣接する面取り面との境界部の形状を評価することを含む、半導体ウェーハの評価方法。
に関する。
製品として出荷する候補の半導体ウェーハを製造すること、
上記候補の半導体ウェーハを上記半導体ウェーハの評価方法によって評価すること、及び、
上記評価の結果、良品と判定された半導体ウェーハを、製品半導体ウェーハとして出荷するための準備に付すこと、
を含む半導体ウェーハの製造方法、
に関する。
複数の半導体ウェーハを含む半導体ウェーハロットを製造すること、
上記半導体ウェーハロットから少なくとも1つの半導体ウェーハを抽出すること、
上記抽出された半導体ウェーハを上記半導体ウェーハの評価方法によって評価すること、及び、
上記評価の結果、良品と判定された半導体ウェーハと同じ半導体ウェーハロットの半導体ウェーハを製品半導体ウェーハとして出荷するための準備に付すこと、
を含む半導体ウェーハの製造方法、
に関する。
テスト製造条件下で評価用半導体ウェーハを製造すること、
上記製造された評価用半導体ウェーハを上記半導体ウェーハの評価方法によって評価すること、
上記評価の結果に基づき、上記テスト製造条件に変更を加えた製造条件を実製造条件として決定するか、又は上記テスト製造条件を実製造条件として決定すること、及び、
上記決定された実製造条件下で半導体ウェーハを製造すること、
を含む半導体ウェーハの製造方法、
に関する。
本発明の一態様は、半導体ウェーハの主面が灰色帯域として撮像され且つ面取り面が黒色帯域として撮像されるように設定された反射型微分干渉顕微鏡によって、評価対象の半導体ウェーハの外周部の評価対象位置において微分干渉像を取得することを含み、上記微分干渉像は、灰色帯域と黒色帯域とを含み、上記灰色帯域と上記黒色帯域との間に白色帯域を更に含み、上記白色帯域の幅Wを指標として、上記評価対象位置における半導体ウェーハの主面とこの主面と隣接する面取り面との境界部(以下、単に「境界部」とも記載する。)の形状を評価することを含む半導体ウェーハの評価方法(以下、単に「評価方法」とも記載する。)に関する。
以下、上記評価方法について、更に詳細に説明する。
上記評価方法は、評価対象の半導体ウェーハの主面とこの主面と隣接する面取り面との境界部の形状を評価することを含む。したがって、評価対象の半導体ウェーハは、面取り面を有する半導体ウェーハ、即ち、ウェーハの外周縁部に面取り加工が施されて面取り面が形成された半導体ウェーハである。評価対象の半導体ウェーハは、一般に半導体基板として使用される各種半導体ウェーハであることができる。例えば、半導体ウェーハの具体例としては、各種シリコンウェーハを挙げることができる。シリコンウェーハは、例えば、シリコン単結晶インゴットから切り出された後に面取り加工等の各種加工を経たシリコン単結晶ウェーハであることができる。かかるシリコン単結晶ウェーハの具体例としては、例えば、研磨が施されて表面に研磨面を有するポリッシュドウェーハを挙げることができる。また、シリコンウェーハは、シリコン単結晶ウェーハ上にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハ、シリコン単結晶ウェーハにアニール処理により改質層を形成したアニールウェーハ等の各種シリコンウェーハであることもできる。
上記評価方法は、反射型微分干渉顕微鏡によって、評価対象の半導体ウェーハの外周部の評価対象位置において、微分干渉像を取得することを含む。本発明及び本明細書において、「外周部」とは、面取り面が形成された外周縁部と、主面の面取り面と隣接する外周領域と、を含む領域を意味する。したがって、かかる外周部の評価対象位置を反射型微分干渉顕微鏡によって撮像して得られた微分干渉像には、主面(詳しくは主面の外周領域)と、この主面と隣接する面取り面とが含まれる。反射型微分干渉顕微鏡としては、市販の反射型微分干渉顕微鏡又は公知の構成の反射型微分干渉顕微鏡であれば、何ら制限なく使用することができる。反射型微分干渉顕微鏡の構成については、例えば、特開2009−300287号公報の図1及び段落0020〜0025等の公知技術を適用できる。反射型微分干渉顕微鏡では、光源から出射された光を偏光化してノマルスキープリズムを通過させると、偏光方向が直交する2つの光線(常光線と異常光線)が得られる。光源から出射される光の種類は限定されず、任意の波長の光であることができ、単色光でもよく、所定の幅をもった波長域の光を含むものでもよい。上記の2つの光線は、対物レンズを用いて特定の距離だけ離れた2本の平行光線として試料上に照射される。ノマルスキープリズムを設置する位置によって常光線と異常光線とがノマルスキープリズムの中を通過する光学距離を調整することにより、干渉のゼロ次の位置を任意に制御でき、これにより干渉のゼロ次(平らな面)の干渉色を調整することができる。また、常光線と異常光線との離間方向(「シア方向」と呼ばれる。)をノマルスキープリズムによって調整することにより、干渉のゼロ次(平らな面)の位置に対して低い部分/高い部分の干渉色を調整することができる。そして上記評価方法では、干渉のゼロ次の位置である主面が灰色帯域として撮像され、主面に対して低い部分である面取り面が黒色帯域として撮像されるように、反射型微分干渉顕微鏡を設定する。反射型微分干渉顕微鏡により得られる微分干渉像の色味の違いは輝度の違いに依るものであり、黒色帯域は、灰色帯域よりも低輝度の帯域である。
本発明者らは検討を重ねる中で、上記のように設定された反射型微分干渉顕微鏡を用いて評価対象の半導体ウェーハの外周部の評価対象位置において微分干渉像を取得すると、主面に対応する灰色帯域と面取り面に対応する黒色帯域との間に、両帯域よりも高輝度な白色帯域が確認される微分干渉像が得られることを見出した。そして更に鋭意検討を重ねた結果、この白色帯域の幅Wに関して、主面と面取り面との境界部の形状がよりなだらかであるほどWの値はより大きくなり、主面と面取り面との境界部の形状がより急峻であるほどWの値はより小さくなることを、新たに見出した。したがって、このWの値に基づけば、主面と面取り面との境界部の形状を評価することができる。詳しくは、主面と面取り面との境界部の形状のなだらかさの程度(換言すれば急峻さの程度)を評価することができる。このようにWの値を用いて境界部の形状を評価できることは、数値に基づき客観的に評価を行うことができるため評価の信頼性の観点から好ましい。なお本発明及び本明細書において、微分干渉像上の各帯域の色味(輝度)の違い(即ち、灰色、黒色又は白色のいずれの色味であるか)は、一態様では、人の眼により認識される色味(輝度)の違いであることができ、また他の一態様では、各帯域について輝度の閾値を設定して公知の画像処理により決定することもできる。
また、上記評価方法は、評価対象の半導体ウェーハからの試料片の切り出し(例えばへき開)を要することなく、実施することができる。即ち、上記評価方法によれば、非破壊での評価が可能である。このことは、簡便な評価を可能にする観点から好ましい。また、このことは、同一の半導体ウェーハの複数の異なる箇所における境界部の形状評価の容易性の観点からも好ましい。例えば一態様によれば、上記評価方法は、評価対象の半導体ウェーハの外周部の複数位置においてそれぞれ微分干渉像を取得し、評価対象の半導体ウェーハの外周部の複数の異なる位置において上記Wを求めることを含むことができる。こうして求められた複数のWにそれぞれ基づき、各位置における境界部の形状を評価することができる。また、同一半導体ウェーハの異なる位置における評価により求められた複数のWの値の代表値(例えば平均値(例えば算術平均)、最小値、最大値等)を、半導体ウェーハの境界部の形状評価の指標とすることもできる。
本発明の一態様にかかる半導体ウェーハの製造方法(第一の製造方法)は、
製品として出荷する候補の半導体ウェーハを製造すること、
上記候補の半導体ウェーハを上記評価方法によって評価すること、及び、
評価の結果、良品と判定された半導体ウェーハを、製品半導体ウェーハとして出荷するための準備に付すこと、
を含む半導体ウェーハの製造方法、
である。
複数の半導体ウェーハを含む半導体ウェーハロットを製造すること、
上記半導体ウェーハロットから少なくとも1つの半導体ウェーハを抽出すること、
上記抽出された半導体ウェーハを上記評価方法によって評価すること、及び、
上記評価の結果、良品と判定された半導体ウェーハと同じ半導体ウェーハロットの半導体ウェーハを製品半導体ウェーハとして出荷するための準備に付すこと、
を含む半導体ウェーハの製造方法、
である。
テスト製造条件下で評価用半導体ウェーハを製造すること、
上記製造された評価用半導体ウェーハを上記評価方法によって評価すること、
上記評価の結果に基づき、上記テスト製造条件に変更を加えた製造条件を実製造条件として決定するか、又は上記テスト製造条件を実製造条件として決定すること、及び、
上記決定された実製造条件下で半導体ウェーハを製造すること、
を含む半導体ウェーハの製造方法、
である。
第一の製造方法において、製品として出荷する候補の半導体ウェーハロットの製造は、一般的な半導体ウェーハの製造方法と同様に行うことができる。例えば、シリコンウェーハの一態様であるポリッシュドウェーハは、チョクラルスキー法(CZ法)等により育成されたシリコン単結晶インゴットからのシリコンウェーハの切断(スライシング)、面取り加工、粗研磨(例えばラッピング)、エッチング、鏡面研磨(仕上げ研磨)、上記加工工程間又は加工工程後に行われる洗浄を含む製造工程により製造することができる。また、アニールウェーハは、上記のように製造されたポリッシュドウェーハにアニール処理を施して製造することができる。エピタキシャルウェーハは、上記のように製造されたポリッシュドウェーハの表面にエピタキシャル層を気相成長(エピタキシャル成長)させることにより製造することができる。
第二の製造方法における半導体ウェーハロットの製造も、例えば先に第一の製造方法について記載したように、一般的な半導体ウェーハの製造方法と同様に行うことができる。半導体ウェーハロットに含まれる半導体ウェーハの総数は特に限定されるものではない。製造された半導体ウェーハロットから抜き出し、いわゆる抜き取り検査に付す半導体ウェーハの数は少なくとも1つであり、2つ以上であってもよく、その数は特に限定されるものではない。
第三の製造方法について、テスト製造条件及び実製造条件としては、半導体ウェーハの製造のための各種工程における各種条件を挙げることができる。半導体ウェーハの製造のための各種工程については、先に第一の製造方法について記載した通りである。なお、「実製造条件」とは、製品半導体ウェーハの製造条件を意味するものとする。
以上の第三の製造方法において、評価用半導体ウェーハの境界部の形状が製品半導体ウェーハに望まれる形状であるか否かの判定方法については、先に第一の製造方法及び第二の製造方法の良品の判定に関する記載を参照できる。
ウェーハ表面の研磨条件及び面取り加工条件が異なる二種類の半導体ウェーハ(直径300mmの表面が(100)面のシリコン単結晶ウェーハ(ポリッシュドウェーハ)、ノッチあり)を準備した。以下、一方の半導体ウェーハを「ウェーハ1」、他方の半導体ウェーハを「ウェーハ2」と呼ぶ。反射型微分干渉顕微鏡(オリンパス社製MX−50)を使用し、ウェーハ1及びウェーハ2について、それぞれノッチの位置を基準(6時位置)として先に説明したように規定される3時位置をそれぞれ撮像し、微分干渉像を取得した。上記反射型微分干渉顕微鏡は、主面が灰色帯域として撮像され且つ面取り面が黒色帯域として撮像されるように設定した後に上記撮像に用いた。
図1にウェーハ1について得られた微分干渉像を示し、図2にウェーハ2について得られた微分干渉像を示す。図1及び図2には、それぞれ、主面に対応する灰色帯域と面取り面に対応する黒色帯域が確認でき、更に両帯域の間に白色帯域が確認できる。図1中の白色帯域の幅(以下、「W1」と記載する。)は40μmであり、図2中の白色帯域の幅(以下、「W2」と記載する。)は95μmであった。
以上の結果から、白色帯域の幅がより広いウェーハ2では、ウェーハ1よりも境界部の形状がよりなだらかであると判定した。
上記評価では、白色帯域の幅の具体的数値に基づき判定を行ったが、具体的数値に基づくことなく、微分干渉像を目視で確認して認識できる白色帯域の幅の違いに基づき、境界部の形状を評価してもよい。例えば、図1と図2とを対比すると、図2中の白色帯域は図1中の白色帯域よりも明らかに広い。この結果をもって、ウェーハ2では、ウェーハ1よりも境界部の形状がよりなだらかであると判定することもできる。
本発明の一態様にかかる評価方法において得られる白色帯域の幅Wが境界部の形状の指標となり得る値であることは、例えば、以下の評価方法により取得される参照値と、本発明の一態様にかかる評価方法により得られるWとが、良好な相関性を示すことにより確認することができる。
まず半導体ウェーハについて、評価すべき境界部を含む断面像を得る。断面像は、例えば、半導体ウェーハをへき開面でへき開して露出させた断面を顕微鏡で撮像することにより取得することができる。
取得された断面像を、ウェーハ厚み方向のみに拡大した拡大像を作成する。ウェーハ厚み方向のみに拡大することにより、断面形状の輪郭において、境界部の形状を主面(いわゆる水平面)に対して強調することができるため、拡大像を用いることにより、拡大していない断面像を用いるよりも境界部のなだらかさ/急峻さを精度よく評価することができる。更に拡大像を二値化処理することにより、断面形状の輪郭をより鮮明に表示させることができるため、境界部のなだらかさ/急峻さを一層精度よく評価することができる。
こうして得られた二値化処理済像において、ウェーハ断面形状の輪郭では、通常、主面と面取り面との境界部の形状は曲線形状となる。そこで、この輪郭上で、主面と面取り面との境界部の曲線の形状に、この曲線の形状に近似するか又は一致する円弧形状を有する円をフィッティングさせる。こうして得られた円(曲率円)のサイズがより大きいほど、例えば直径又は半径がより大きいほど、境界部の形状はよりなだらかであると判定することができ、上記円のサイズがより小さいほど境界部の形状はより急峻であると判定することができる。
そこで、参照値の取得のために、上記1.で評価した二種類の半導体ウェーハを、それぞれ(110)面でへき開して断面観察用試料を作製した。
作製した断面観察用試料を、上記と同じ反射型微分干渉顕微鏡を用いて、明るさやコントラストを調整して、主面と面取り面との境界部を含む断面像(撮像倍率:500倍)を取得した。
取得した断面像を画像処理ソフト(Adobe社製ソフト名Photoshop CS5)に取り込み、ウェーハ厚み方向のみに10倍に拡大した後、二値化処理を行った。
上記二値化処理を行って得られた二値化処理済像をソフト(マイクロソフト社製パワーポイント)に取り込み、同ソフトの図形描画ツールを用いて、断面形状の輪郭上、境界部の曲線の形状と円弧の形状がほぼ一致する円を描画した。曲線の形状と円弧の形状がほぼ一致することは、目視で判断した。図3に、ウェーハ1について上記方法により得られた二値化処理済像(ウェーハ厚み方向のみに10倍拡大した後に二値化処理して得られた像)を示す。図4には、ウェーハ2について上記方法により得られた二値化処理済像(ウェーハ厚み方向のみに10倍拡大した後に二値化処理して得られた像)が示されている。図3及び図4には、境界部の曲線の形状とほぼ一致する円弧を有する円も示されている。円の中に示されている数値は、円の直径(単位:任意単位)である。
図3と図4とを対比すると、ウェーハ2(図4)の境界部の形状はウェーハ1の境界部の形状と比べてなだらかである。円のサイズについてウェーハ1とウェーハ2とを対比すると、ウェーハ2について得られた円の直径(以下、「D2」と記載する。)は、ウェーハ1について得られた円の直径(以下、「D1」と記載する。)より大きい。以上の通り、参照値取得のための評価方法により求められる円のサイズと境界部の形状とは相関している。
そして、上記1.においてウェーハ1とウェーハ2について求められた幅W1とW2との大小関係は、ウェーハ2のほうが大きく「W1<W2」であるのに対し、ウェーハ1とウェーハ2について参照値として求められたD1とD2との大小関係も、ウェーハ2のほうが大きく「D1<D2」の大小関係であって、上記1.で得られた結果と対応していることが確認できる。
ウェーハ表面の研磨条件及び面取り加工条件が異なる複数の半導体ウェーハ(直径300mmの表面が(100)面のシリコン単結晶ウェーハ(ポリッシュドウェーハ)、ノッチあり)について、上記1.と同様に、3時位置について微分干渉像を取得し、取得された微分干渉像において主面に対応する灰色帯域と面取り面に対応する黒色帯域との間の白色帯域の幅を求めた。
上記の複数の半導体ウェーハのそれぞれについて、上記2.と同様に参照値(円の直径)を求めた。
以上により各半導体ウェーハについて得られた白色帯域の幅を、参照値に対してプロットしたグラフを、図5に示す。図5には最小二乗法により求められた近似直線も示されている。近似直線は、相関係数の二乗R2が0.90超であり、強い相関性を示している。
以上の結果から、上記評価方法により求められる白色帯域の幅Wが、境界部の形状評価のための指標となり得ることが確認できる。白色帯域の幅という数値に基づく評価によれば、例えば、過去の経験から良品と判定可能な閾値(Wの値)を定めることにより、良品判定を容易に行うことができる。
上記のように得られる白色帯域の幅Wは、先に記載したように出荷前検査に用いることができ、ロットからの抜き取り検査に用いることができ、半導体ウェーハの実製造条件の決定のために用いることもできる。
Claims (5)
- 半導体ウェーハの主面が灰色帯域として撮像され且つ面取り面が黒色帯域として撮像されるように設定された反射型微分干渉顕微鏡によって、評価対象の半導体ウェーハの外周部の評価対象位置において微分干渉像を取得することを含み、
前記微分干渉像は、灰色帯域と黒色帯域とを含み、前記灰色帯域と前記黒色帯域との間に白色帯域を更に含み、
前記白色帯域の幅Wを指標として、前記評価対象位置における半導体ウェーハの主面と該主面と隣接する面取り面との境界部の形状を評価することを含む、半導体ウェーハの評価方法。 - 製品として出荷する候補の半導体ウェーハを製造すること、
前記候補の半導体ウェーハを請求項1に記載の半導体ウェーハの評価方法によって評価すること、及び、
前記評価の結果、良品と判定された半導体ウェーハを、製品半導体ウェーハとして出荷するための準備に付すこと、
を含む半導体ウェーハの製造方法。 - 複数の半導体ウェーハを含む半導体ウェーハロットを製造すること、
前記半導体ウェーハロットから少なくとも1つの半導体ウェーハを抽出すること、
前記抽出された半導体ウェーハを請求項1又は2に記載の半導体ウェーハの評価方法によって評価すること、及び、
前記評価の結果、良品と判定された半導体ウェーハと同じ半導体ウェーハロットの半導体ウェーハを製品半導体ウェーハとして出荷するための準備に付すこと、
を含む半導体ウェーハの製造方法。 - テスト製造条件下で評価用半導体ウェーハを製造すること、
前記製造された評価用半導体ウェーハを請求項1に記載の半導体ウェーハの評価方法によって評価すること、
前記評価の結果に基づき、前記テスト製造条件に変更を加えた製造条件を実製造条件として決定するか、又は前記テスト製造条件を実製造条件として決定すること、及び、
前記決定された実製造条件下で半導体ウェーハを製造すること、
を含む半導体ウェーハの製造方法。 - 前記変更が加えられる製造条件は、半導体ウェーハ表面の研磨処理条件及び面取り加工条件の少なくとも一方である、請求項4に記載の半導体ウェーハの製造方法。
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