JP4385978B2 - 半導体ウエーハの評価方法及び製造方法 - Google Patents
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このように、半導体ウエーハ表面の垂直照射・高角度受光のヘイズ値及び斜角照射・低角度受光のヘイズ値のうち少なくとも一方を測定し、測定したヘイズ値と前記相関関係とを用いて前記空間波長におけるパワースペクトル密度を算出することにより、半導体ウエーハの表面形状を評価すれば、評価の度に表面形状を測定してこれをパワースペクトルに変換し、そこからパワースペクトル密度を求める場合と比較して、短時間で簡易的な表面形状の評価ができる。
このように、ヘイズ値をパーティクルカウンターで測定することにより、従来の測定装置を用いて容易に測定を行なうことができる。
このように、半導体ウエーハの表面形状を、原子間力顕微鏡法、触針法、光干渉法、位相シフト干渉法、光散乱トポグラフィ法のいずれかで測定することにより、従来の測定装置を用いて容易かつ迅速に測定を行なうことができる。
このように、垂直照射・高角度受光のヘイズの評価結果に応じて研磨条件及び斜角照射・低角度受光のヘイズの評価結果に応じて洗浄条件のうち少なくとも一方を調整すれば、空間波長1μm及び/又は空間波長0.1μmにおけるパワースペクトル密度を効果的に減少させることができ、ウエーハ表面のマイクロラフネスを効果的に改善することが可能となる。
このように、少なくとも垂直照射・高角度受光のヘイズ値が10ppb以下及び斜角照射・低角度受光のヘイズ値が2ppb以下になるように研磨条件及び洗浄条件の調整を行なえば、ウエーハ表面のマイクロラフネスが十分に小さくなり、近年のデバイスの高集積化、高精度化により要求される電気特性を達成するのに十分なマイクロラフネスの小さい表面を有する半導体ウエーハを製造することが可能となる。
まず、表面形状のパワースペクトルとヘイズ値との相関関係を求めるための半導体ウエーハを用意する(工程A)。
この半導体ウエーハは、例えばCZ法やFZ法で育成された、シリコンや他の化合物半導体等の半導体インゴットをスライスし、従来法により面取り、ラッピング、エッチング、研磨、洗浄等の工程を適宜行なって得られたものであるが、特に限定はされない。
このときの測定方法、測定装置については、垂直照射・高角度受光のヘイズ値及び/又は斜角照射・低角度受光のヘイズ値を測定できるものであれば特に限定されないが、測定装置としてパーティクルカウンターを用いれば、従来の測定装置により容易にヘイズ値の測定ができる。このようなパーティクルカウンターとしては、KLA−Tencor社製のSP−1が挙げられ、垂直照射・高角度受光のヘイズ値はこの装置に備えられたDNN(Dark−field Narrow Normal)モードで測定でき、斜角照射・低角度受光のヘイズ値はこの装置に備えられたDWO(Dark−field Wide Oblique)モードで測定できる。
以下、垂直照射・高角度受光のヘイズ値をDNN値、斜角照射・低角度受光のヘイズ値をDWO値と記載する場合がある。
この表面形状の測定方法は特に限定されないが、原子間力顕微鏡法、触針法、光干渉法、位相シフト干渉法、光散乱トポグラフィ法のいずれかで測定することができる。原子間力顕微鏡法で測定する場合には、例えば日立建機ファインテック社製の原子間力顕微鏡(AFM)を用いることができる。またその他の方法であっても、表面形状を測定できればよく、従来の測定装置を用いて容易に測定を行なうことができる。測定エリアとしては、例えば1μm×1μmとできるが、特に限定はされない。
この場合、例えば測定した表面形状のデータを、イメージメトロロジ社製のソフトウェア「SPIP」によりフーリエ変換を用いて処理し、この処理により出力されたデータに2πd/N(Nはデータ数、dはサンプリング間隔)を掛けることにより、パワースペクトルに変換することができる。データ数は例えば100〜1000、サンプリング間隔は例えば0.01μmとできるが、特に限定はされない。
例えば、研磨条件や洗浄条件を変えて測定して得た空間波長1μmでのパワースペクトル密度とDNN値とのデータの組を最小二乗法により一次関数で近似するなどして、これらの相関関数を求める。空間波長0.1μmでのパワースペクトル密度とDWO値との相関関数も同様にして求める。本発明者らが見出したように、これらの値は相関関係を有するので、精度の高い相関関数が得られる。
パワースペクトルにおいてこれらの空間波長の近傍は、特にウエーハの製造工程における研磨、洗浄条件の影響が現れ易い波長であるから、ヘイズ値との相関関係からこれらの空間波長でのパワースペクトル密度を求めれば、研磨や洗浄を効果的に行なうための、半導体ウエーハの表面のマイクロラフネスの定量的な評価が可能となる。
(実験1)
CZ法で育成したシリコン単結晶インゴットをスライスし、従来法により面取り、ラッピング、エッチング、研磨、洗浄を行なって、直径300mmのシリコンウエーハを作製した。このときの研磨条件は従来の粗研磨、仕上げ研磨によるものであり、洗浄条件も従来のRCA洗浄によるものである。次に、このシリコンウエーハ表面のDNN値、DWO値を、パーティクルカウンターであるKLA−Tencor社製のSP−1のDNNモード、DWOモードで測定した。このとき、DNN値は約50ppb、DWO値は約12ppbであった。次に、その表面形状を、測定エリア1μm×1μm、高さレンジを1nmとして、日立建機ファインテック社製のAFMで測定し、測定した表面形状のデータを、イメージメトロロジ社製のソフトウェア「SPIP」によりフーリエ変換を用いて処理し、処理により出力されたデータに2πd/N(Nはデータ数、dはサンプリング間隔)を掛けることにより、パワースペクトルに変換した。なおデータ数は100個、サンプリング間隔は0.01μmとした。このようにして得たパワースペクトルAを図2に示す。このとき、空間波長1μmでのパワースペクトル密度は約2.0×10−3nm3であり、空間波長0.1μmでのパワースペクトル密度は約2.0×10−4nm3であった。
次に、仕上げ研磨において研磨布の表面粗さを小さくし、研磨剤のpHを低くするように調整した以外は実験1と同様にシリコンウエーハを作製し、ヘイズ値をパーティクルカウンターにより測定したところ、DNN値は約15ppbに改善され、DWO値は約10ppbに改善された。次に、その表面形状をAFMで測定し、この測定データをパワースペクトルに変換した。このようにして得たパワースペクトルBを図2に示す。このとき、空間波長1μmでのパワースペクトル密度は約1.5×10−3nm3に大幅に改善され、空間波長0.1μmでのパワースペクトル密度は約1.5×10−4nm3に改善された。
次に、実験2と同様に仕上げ研磨において研磨布の表面粗さを小さくし、研磨剤のpHを低くするように調整するとともに、さらに洗浄工程をRCA洗浄から2流体洗浄に変更した以外は実験1と同様にシリコンウエーハを作製した。なお、このときの2流体洗浄は、二酸化炭素が添加された超純水と、窒素ガスを混合し、この混合流体をウエーハ表面に噴射するものとした。このシリコンウエーハのヘイズ値をパーティクルカウンターにより測定したところ、DNN値は約7ppbに改善され、DWO値は約2ppbに大幅に改善された。次に、その表面形状をAFMで測定し、この測定データをパワースペクトルに変換した。このようにして得たパワースペクトルCを図2に示す。このとき、空間波長1μmでのパワースペクトル密度は約1.3×10−3nm3に改善され、空間波長0.1μmでのパワースペクトル密度は約4.0×10−5nm3と大幅に改善された。
実験1〜実験3の結果に基づいて、対応するヘイズ値とパワースペクトル密度とをプロットしたグラフを作成した。このグラフを図3に示す。図3(a)は空間波長1μmでのパワースペクトル密度とDNN値の相関を示すグラフであり、図3(b)は空間波長0.1μmでのパワースペクトル密度とDWO値の相関を示すグラフである。このように、各空間波長でのパワースペクトル密度とヘイズ値は相関関係を有していた。このデータを最小二乗法を用いて一次関数で近似することにより、空間波長1μmでのパワースペクトル密度をX1(nm3)、空間波長0.1μmでのパワースペクトル密度をX2(nm3)とする場合に、X1=2×10−5DNN+1.2×10−3、X2=2×10−5DWO+7×10−6となる相関関数が求められた。
Claims (6)
- 半導体ウエーハの評価方法であって、少なくとも、予め半導体ウエーハ表面の垂直照射・高角度受光のヘイズ値及び斜角照射・低角度受光のヘイズ値のうち少なくとも一方を測定すると共に、該ウエーハの表面形状を測定し、該測定したウエーハの表面形状のデータをパワースペクトルに変換し、該パワースペクトルにおいて、空間波長1μmでのパワースペクトル密度と前記垂直照射・高角度受光ヘイズ値との相関関係及び空間波長0.1μmでのパワースペクトル密度と前記斜角照射・低角度受光ヘイズ値との相関関係のうち少なくとも一方を求めておき、半導体ウエーハ表面の垂直照射・高角度受光のヘイズ値及び斜角照射・低角度受光のヘイズ値のうち少なくとも一方を測定し、該ヘイズ値と前記相関関係とを用いて前記空間波長におけるパワースペクトル密度を算出することにより、該半導体ウエーハの表面形状を評価することを特徴とする半導体ウエーハの評価方法。
- 請求項1に記載の評価方法であって、前記ヘイズ値をパーティクルカウンターで測定することを特徴とする評価方法。
- 請求項1又は請求項2に記載の評価方法であって、前記半導体ウエーハの表面形状を、原子間力顕微鏡法、触針法、光干渉法、位相シフト干渉法、光散乱トポグラフィ法のいずれかで測定することを特徴とする評価方法。
- 少なくとも、半導体インゴットをスライスして得られたウエーハを研磨した後に洗浄する半導体ウエーハの製造方法であって、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の方法により前記ウエーハの表面形状を評価し、該評価結果に応じて、研磨条件及び洗浄条件のうち少なくとも一方を調整することを特徴とする半導体ウエーハの製造方法。
- 請求項4に記載の製造方法であって、垂直照射・高角度受光のヘイズの評価結果に応じて前記研磨条件及び斜角照射・低角度受光のヘイズの評価結果に応じて前記洗浄条件のうち少なくとも一方を調整することを特徴とする製造方法。
- 請求項4又は請求項5に記載の製造方法であって、少なくとも垂直照射・高角度受光のヘイズ値が10ppb以下及び斜角照射・低角度受光のヘイズ値が2ppb以下になるように研磨条件及び洗浄条件の調整を行なうことを特徴とする製造方法。
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