JP3862116B2

JP3862116B2 - シリコンウェーハを用いた半導体ウェーハ研磨加工の良否評価方法

Info

Publication number: JP3862116B2
Application number: JP32210897A
Authority: JP
Inventors: 久実元浦; 誠一志村
Original assignee: コマツ電子金属株式会社
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: JPH11145088A; TW396477B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハを用いた半導体ウェーハの鏡面研磨加工の良否評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在行われているシリコンウェーハの鏡面研磨加工工程、すなわち化学研磨から鏡面研磨を経て洗浄に至る工程の良否を、得られたシリコンウェーハによって評価する方法の主なものは次の通りである。
（１）化学研磨、鏡面研磨に起因する面だれ等を基準面、焦点面からの偏差量で評価する平坦度測定。
（２）鏡面研磨工程によって導入される傷で、集光ランプ下において目視により確認できる傷を評価する外観検査。
（３）鏡面研磨工程、洗浄工程を評価するものとして、ＯＳＦ検査（鏡面研磨や超音波洗浄など機械的な原因で生じる傷等の欠陥を酸化熱処理によりＯＳＦとして評価）、酸化膜耐圧測定（表面の傷、歪み、表面の汚染等の複合要素を評価）、パーティクル測定（研磨、洗浄中に付着するごみ等を評価）、ヘイズ測定（ウェーハに集光ランプを照射し、表面の曇りを評価）やマイクロラフネス測定（研磨、洗浄中のエッチングの影響によるミクロなうねりを評価）。
（４）洗浄工程を評価するものとして、表面清浄度の評価（ウェーハ表面の不純物汚染度を評価）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリコンウェーハの平坦度、清浄度等を測定、評価するだけでは、酸化膜耐圧の劣化を引き起こす原因となるような鏡面研磨加工上の欠陥の有無を評価することは不可能である。特に、鏡面研磨工程（研磨後の洗浄を含む）でシリコンウェーハに形成された微小なスクラッチは、酸化膜耐圧を劣化させる一因となる欠陥であることがわかっているが、ＳＣ−１洗浄を行っても光散乱を起こさないため、その検出は極めて困難である。
【０００４】
本発明は上記従来の問題点に着目してなされたもので、従来から検出が困難とされている研磨キズ等の加工欠陥を簡易的に検出して評価する方法を確立し、酸化膜耐圧の向上に寄与することができるような半導体ウェーハ、特に、シリコンウェーハに対する研磨加工の良否評価方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るシリコンウェーハを用いた半導体ウェーハ研磨加工の良否評価方法の第１は、鏡面研磨加工及び洗浄処理を施したエピタキシャルウェーハまたはＦＺ法によるシリコンウェーハを、ＨＦで洗浄する第１工程と、ＳＣ−１洗浄液で洗浄する第２工程と、前記ウェーハの表面で検出されるＬＰＤ(Light Point Defects) の個数をパーティクルカウンタで測定する第３工程と、前記測定結果に基づいて鏡面研磨加工の良否を評価する第４工程とによって構成されていることを特徴とする。
従来から鏡面研磨加工直後にＳＣ−１洗浄液を用いてシリコンウェーハを洗浄しているが、この洗浄のみではシリコンウェーハを鏡面研磨加工したときに形成された微小スクラッチが光散乱しないため、パーティクルカウンタで検出することができない。しかし、このシリコンウェーハを上記構成のようにＨＦ洗浄すると表面の酸化物が除かれ、更にＳＣ−１洗浄することにより前記微小スクラッチがエッチングされ拡大してピット化するため、パーティクルカウンタによる検出が可能となる。従って、パーティクルカウンタでＬＰＤの個数をカウントすることにより加工欠陥の密度を把握し、鏡面研磨加工の良否を評価することができる。
【０００６】
また、本発明に係るシリコンウェーハを用いた半導体ウェーハ研磨加工の良否評価方法の第２は、鏡面研磨加工及び洗浄処理を施したＣＺ法によるシリコンウェーハに対し、その表面で検出されるＬＰＤの個数をパーティクルカウンタで測定する第１工程と、前記ウェーハをＨＦで洗浄する第２工程と、ＳＣ−１洗浄液で洗浄する第３工程と、前記ウェーハの表面で検出されるＬＰＤの個数をパーティクルカウンタで測定する第４工程と、第１工程及び第４工程で測定したＬＰＤ個数の差を算出する第５工程と、算出したＬＰＤ個数の差に基づいて鏡面研磨加工の良否を評価する第６工程とによって構成されていることを特徴とする。
ＣＺ法による単結晶シリコンのインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハには、単結晶育成の過程で発生したｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が含まれており、鏡面研磨後のＳＣ−１洗浄でＣＯＰ（Crystal Originated Particle ）によるピットが発生している。そこで本方法は、第１工程でＬＰＤ個数すなわちＣＯＰのピット数をカウントする。このシリコンウェーハをＨＦ洗浄すると表面の酸化物が除かれ、更にＳＣ−１洗浄することにより研磨による微小スクラッチがエッチングされて拡大するため、第４工程で測定したＬＰＤ個数は微小スクラッチによるピット数とＣＯＰによるピット数の合計となる。従って、両者の差を求めることにより微小スクラッチによるピット数が明らかになり、その密度から鏡面研磨加工の良否を評価することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態および実施例】
次に、本発明に係るシリコンウェーハを用いた半導体ウェーハ研磨加工の良否評価方法の実施例について図面を参照して説明する。
エピタキシャルウェーハまたはＦＺ法によるシリコンウェーハには、ＣＺ法によるシリコンウェーハに見られるようなｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥、特にＣＯＰがなく、ＨＦ洗浄とＳＣ−１洗浄とによって鏡面研磨加工に起因する欠陥のみが検出されるという利点がある。そこで、本評価方法における評価手順は、図１に示すように、エピタキシャルウェーハまたはＦＺ法によるシリコンウェーハに、評価対象とした研磨加工ラインで鏡面研磨加工を施し、ＳＣ−１洗浄を行った上、評価対象シリコンウェーハとして使用する。まず、第１工程（Ｓ−１）で評価対象シリコンウェーハを１０％のＨＦに５分以上浸漬して洗浄し、次いで第２工程（Ｓ−２）でＳＣ−１洗浄液で約１０分間洗浄する。前記ＨＦは室温で、およびＳＣ−１洗浄液は７０℃〜８０℃の温度とする。その後、第３工程（Ｓ−３）で評価対象シリコンウェーハの表面に発生しているＬＰＤの個数をパーティクルカウンタでカウントする。この値が鏡面研磨加工に起因する欠陥数である。その後、第４工程（Ｓ−４）で前記欠陥数から算出した欠陥数とあらかじめ定めた許容欠陥数とを比較して鏡面研磨加工の良否を評価する。許容欠陥数は、要求されるウェーハ品質によって適宜定めても良いが、研磨加工装置毎の相対比較をするのであれば特定する必要はない。
【０００８】
鏡面研磨加工工程の良否を評価する実験例として、評価の対象とした研磨加工ラインで直径６インチのエピタキシャルウェーハに鏡面研磨加工を施し、本発明の評価方法を適用してＬＰＤの値すなわち鏡面研磨加工に起因する欠陥数を求めた。ＨＦの濃度は１０％とし、浸漬時間は５分、３０分の２水準とした。また、ＨＦ洗浄後に行うＳＣ−１洗浄の時間は１分、１０分の２水準とした。なお、以下のパーティクルカウンタによるＬＰＤ測定では、０.１２μｍ以上のピットを対象としたが、これに拘束されるものではない。
【０００９】
評価対象エピタキシャルウェーハの表面をパーティクルカウンタで測定し、ＬＰＤ数を求めた。そして、前記ＬＰＤ数とあらかじめ定めた許容ＬＰＤ数とを比較して鏡面研磨加工の良否を評価した。更に、ＬＰＤが認められた座標位置をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で観察した。ＳＥＭによる観察は加速電圧５ｋＶで行い、その欠陥についてＡＦＭによる分析を行った。
【００１０】
ＨＦ洗浄＋ＳＣ−１洗浄後にパーティクルカウンタで検出された０.１２μｍ以上のＬＰＤ個数を図２に示す。なお、ＨＦ洗浄のみでは、時間にかかわらずＬＰＤは検出されない。ＨＦ洗浄時間を５分から３０分に延長するとＬＰＤ個数は増加した。また、ＨＦ洗浄時間が同じであってもＳＣ−１洗浄時間を１分から１０分に延長するとＬＰＤ個数は増加している。これは、ＨＦ洗浄工程では研磨スクラッチあるいは研磨キズに起因するピット（以下ＨＦピットという）を形成することはできるが、ＬＰＤとして検出可能なサイズには至らず、ＳＣ−１洗浄工程を経ることによってＨＦピットがエッチングされてＬＰＤサイズが大きくなるからである。なお、ＳＥＭ、ＡＦＭによる観察範囲はパーティクルカウンタによる観察範囲より著しく小さいが、パーティクルカウンタで検出されたＨＦピットをＳＥＭ、ＡＦＭ等で観察すると、図３に示すように、ＨＦピットの形状がＣＯＰと異なった、線状をしていることが分かる。
【００１１】
ＳＥＭ観察によると、５μｍを超える長さのＨＦピットは、ＨＦ洗浄時間の長さに関係なくＳＣ−１洗浄時間を１０分とした場合に観察された。このことは、ＨＦピットのサイズ（長さ）に対してＳＣ−１洗浄の影響が支配的であることを示している。すなわち、ＨＦピットの密度の決定はＨＦ洗浄時間に依存し、ＬＰＤとして検出可能なサイズの決定はＳＣ−１洗浄時間に依存する。従って、本評価方法においては１０％ＨＦによる洗浄時間を５分以上３０分以下とし、ＳＣ−１洗浄を１０分程度行うことが望ましい。
【００１２】
シリコンウェーハの鏡面研磨加工ラインの良否を評価する場合、上記のように評価対象ラインで研磨したエピタキシャルウェーハを用いず、ＣＺ法によるシリコンウェーハを用いることもできるので、これについて第２実施例として説明する。ＣＺ法によるシリコンウェーハを用いる場合、鏡面研磨加工直後のＳＣ−１洗浄によって既に検出されてくるＣＯＰの影響を除外するため、図４に示すように、鏡面研磨加工に引き続いてＳＣ−１洗浄を行ったシリコンウェーハに、第１工程（Ｓ−１）でパーティクルカウンタによる１回目のＬＰＤ測定を行う。このときの測定値をＬＰＤ１とする。ＬＰＤ１に含まれる数字は主としてＣＯＰの個数で、ウェーハ表面に付着しているパーティクルも僅かではあるが含まれている。
【００１３】
次いで、エピタキシャルウェーハの場合と同様に、第２工程（Ｓ−２）でＨＦによる洗浄および第３工程（Ｓ−３）でＳＣ−１洗浄液による洗浄を行い、第４工程（Ｓ−４）でパーティクルカウンタによる２回目のＬＰＤ測定を行う。このときの測定値をＬＰＤ２とする。ＬＰＤ２には、ＣＯＰ等とともに研磨加工工程で形成されたキズあるいは微小スクラッチに起因するピット状の欠陥数が含まれている。そして、第５工程（Ｓ−５）でＬＰＤ２からＬＰＤ１を差し引くと研磨加工に起因する欠陥数が求められる。その後、第６工程（Ｓ−６）で前記欠陥数とあらかじめ定めた許容欠陥数とを比較して鏡面研磨加工の良否を評価する。勿論、相対比較の場合は、許容欠陥数を定める必要はない。
【００１４】
図５は、本発明を適用した結果の一例である。研磨加工Ａ、Ｂ、及びＣのいずれであっても、ＨＦ洗浄＋ＳＣ−１洗浄を施さねばＬＰＤ数は、２×１０²個程度の同一値を示したが、ＨＦ洗浄＋ＳＣ−１洗浄を施すことにより研磨加工装置間の加工差が明らかになる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来から検出が困難とされていた半導体ウェーハ、特に、シリコンウェーハの鏡面研磨加工に起因する微小欠陥を簡易的に検出し、その結果に基づいて鏡面研磨加工工程の良否を評価することができるようになる。そして、評価結果に基づいて鏡面研磨加工工程の改善を行うことにより、シリコンウェーハの酸化膜耐圧を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の評価手順を示す工程図である。
【図２】検出したＬＰＤ個数をＨＦ及びＳＣ−１の洗浄条件別に示した図である。
【図３】ＬＰＤをＡＦＭで観察した画像の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例の評価手順を示す工程図である。
【図５】ＨＦ洗浄＋ＳＣ−１洗浄を施さない場合のときと、施した場合のときのＬＰＤ数を示す図である。

Claims

鏡面研磨加工及び洗浄処理を施したエピタキシャルウェーハまたはＦＺ法によるシリコンウェーハを、ＨＦで洗浄する第１工程と、ＳＣ−１洗浄液で洗浄する第２工程と、前記ウェーハの表面で検出されるＬＰＤ(Light Point Defects) の個数をパーティクルカウンタで測定する第３工程と、前記測定結果に基づいて鏡面研磨加工の良否を評価する第４工程とによって構成されていることを特徴とするシリコンウェーハを用いた半導体ウェーハ研磨加工の良否評価方法。
鏡面研磨加工及び洗浄処理を施したＣＺ法によるシリコンウェーハに対し、その表面で検出されるＬＰＤの個数をパーティクルカウンタで測定する第１工程と、前記ウェーハをＨＦで洗浄する第２工程と、ＳＣ−１洗浄液で洗浄する第３工程と、前記ウェーハの表面で検出されるＬＰＤの個数をパーティクルカウンタで測定する第４工程と、第１工程及び第４工程で測定したＬＰＤ個数の差を算出する第５工程と、算出したＬＰＤ個数の差に基づいて鏡面研磨加工の良否を評価する第６工程とによって構成されていることを特徴とするシリコンウェーハを用いた半導体ウェーハ研磨加工の良否評価方法。